JP2824493B2 - 動力舵取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は舵輪操作に要する力をモータの回転力により
補助する電動式の動力舵取装置（パワーステアリング）
に関し、特にトルクセンサの異常時の操舵補助復帰処理
に関する。

〔従来の技術〕

舵輪に加えられた操舵トルクをトルクセンサにより検
出し、この検出トルクが所定の不感帯を超える場合に、
前記検出トルクに比例した駆動電流を操舵補助用のモー
タに通電させて該モータを駆動し、自動車の操舵に要す
る力を該モータの回転力により補助せしめ、運転者に快
適な操舵感覚を提供する電動式の動力舵取装置が開発さ
れている。

このような動力舵取装置において、トルクセンサの異
常時には舵輪の回動が運転者の意志に関係なく行われ、
操向不能となり、直ちに危険な状態となるため、従来ト
ルクセンサの異常検出は数十ミリ秒以下の短時間で行わ
れていた。そして異常が検出されると操舵補助用のモー
タへの通電を遮断し、モータの制御を停止し、モータに
よる舵輪の回動を防止している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来の動力舵取装置においてはトルクセ
ンサの異常検出を数十ミリ秒以下の短い間隔で行ってい
たので、一回異常を検出して、モータの制御を停止して
も、その後正常になれば直ちにモータの制御を復帰させ
ており、例えば車庫入れ等の低速、舵角大で舵輪を操作
するときの如く、大きな操舵トルクが生じている場合は
急にモータの制御を復帰させると操舵トルクが変動する
ので、操舵補助力が大きく変動し、運転者が違和感を感
じ危険度が高くなるという問題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであ
り、トルクセンサの異常を検出し、モータの制御を停止
した後に正常復帰させる場合、トルクセンサ多び／又は
車速検出手段の出力に応じて違和感の生じない操舵補助
力の小さいところで正常復帰させることにより違和感が
少なく、安全性の高い動力舵取装置を提供することを目
的にする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る動力舵取装置は、舵輪に加えられる操舵
トルクを検出するトルクセンサと、車速を検出する車速
検出手段と、前記操舵トルク及び車速に応じて駆動され
る操舵補助用のモータとを備えた動力舵取装置におい
て、前記トルクセンサの出力により、その異常を検出す
る異常検出手段と、該異常検出手段により異常が検出さ
れた場合、前記モータによる操舵補助動作を中断する中
断手段と、該中断手段が前記操舵補助動作を中断後に前
記トルクセンサが正常に戻った場合に、前記トルクセン
サの出力及び前記車速検出手段のうち、少なくともいず
れか一方が所定範囲になったとき、前記モータによる操
舵補助動作を復帰させる復帰手段とを備えることを特徴
とする。

〔作用〕

本発明においては、異常手段がトルクセンサの異常を
検出すると直ちにモータの操舵補助動作が中断され、そ
の後異常を検出しなくなり、トルクセンサの出力が正常
になると、トルクセンサ及び車速検出手段の出力のう
ち、少なくともいずれか一方の所定範囲となり、操舵補
助力が小さいときに操舵補助動作を復帰させる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。第１図は本発明に係る動力舵取装置の一部破断正面
図、第２図は第１図のII−II線による拡大断面図であ
る。

図において１はラック軸であり、長手方向を左右方向
として車体の一部に固設され筒状をなすラック軸ケース
２にこれと同心をなして内挿されている。また３はピニ
オン軸であり、ラック軸ケース２の一端部近傍に連設し
たピニオン軸ケース４の内部にラック軸１に対してその
軸心を斜交させた状態に軸支されている。

該ピニオン軸３は、第２図に示す如く、トーションバ
ー５を介して同軸上に連結された上軸3aと下軸3bとから
なり、上軸3aは玉軸受40によりピニオン軸ケース４内に
支承され、その上端部を図示しないユニバーサルジョイ
ントを介して舵輪に連動連結してある。また下軸3bは、
ピニオン軸ケース４の下側開口部からその下部を適長突
出させた状態で、上端部近傍位置を４点接触玉軸受41に
よりピニオン軸ケース４内に支承されている。前記４点
接触玉軸受41は、下軸3bの下端部側からこれに外嵌さ
れ、下軸3bの上端部近傍に形成した段部と、下端部側か
ら外嵌され外周面にかしめて固定されたカラー42とによ
り、その内輪の両側を挾持されて下軸3bの外側に軸長方
向に位置決めされた後、下軸3bと共に前記下側開口部か
らピニオン軸ケース４に内嵌され、該ケース４の下部に
形成された環状肩部と、前記開口部から該ケース４に螺
合されたロックナット43とにより、その外輪の両側を挾
持されてピニオン軸ケース４の内側に軸長方向に位置決
めされ、下軸3bに作用するラジアル荷重及び両方向のア
キシアル荷重を負荷する。

ピニオン軸ケース４から突出された前記下軸3bの中途
部には、その軸長方向に適宜の長さに亘るピニオン歯30
が形成されており、該ピニオン歯30は、ピニオン軸ケー
ス４が前記ラック軸ケース２の上側に固定ボルト44によ
り固着された場合に、該ラック軸ケース２の内部におい
て、前記ラック軸１の一端部寄りの位置に軸長方向に適
長に亘って形成されたラック歯10に噛合し、下軸3bとラ
ック軸１とを互いの軸心を斜交させた状態で係合せしめ
ている。前記下軸3bは、ラック軸１との係合位置よりも
更に下方に延長され、その下端部には、これと同軸をな
し、その歯形成面を下向きとして大傘歯車31が嵌装され
ており、該大傘歯車31を囲繞する態様にてラック軸ケー
ス２の下側に連設された傘歯車ハウジング20内に針状こ
ろ軸受33により支承せしめてある。従って下軸3bは、前
記４点接触玉軸受41と針状ころ軸受33とによりラック歯
10とピニオン歯30との噛合位置の両側において支承され
ることになり、該噛合位置において下軸3bに生じる撓み
量は所定の許容範囲内に保たれる。

更にラック歯10とピニオン歯30との噛合位置には、こ
れらが隙間なく噛合されるように、ピニオン軸３に向か
う押しばね11の付勢力によりラック軸１を押圧するラッ
クガイド12が設けてあり、ラック軸１は、前記噛合位置
においてラックガイド12と下軸3bとにて半径方向両側か
ら挾持された状態で支承されると共に、ピニオン軸ケー
ス４との連設位置と逆側のラック軸ケース２の端部に内
嵌した軸受ブッシュ13により支承されており、ラック軸
ケース２の内部においてその軸長方向に移動自在となっ
ている。ラック軸ケース２の両側に夫々突出されたラッ
ク軸１の左右両端部は、各別の玉継手14,14を介して、
図示しない左右の車輪に夫々連なるタイロッド15,15に
連結されており、ラック軸１の軸長方向への移動により
車輪が左，右に舵取りされるようになっている。

第２図中の６は、舵輪に加えられる操舵トルクを検出
するトルクセンサであり、前記上軸3aに外嵌されこれと
共に回動し、その下側端面に上軸3aの軸心を中心とする
環状の抵抗体を形成してなる抵抗体保持部材60と、前記
下軸3bに外嵌されこれと共に回動し、その上側端面に前
記抵抗体上の半径方向の一点に摺接する検出子を形成し
てなる検出子保持部材61とにてポテンシオメータを構成
してなるものである。ピニオン軸３の上軸3aは舵輪の回
動に応じてその軸心廻りに回動するが、下軸3bには車輪
に作用する路面抵抗がラック軸１を介して作用してお
り、両軸間に介装したトーションバー５には舵輪に加え
られた操舵トルクに応じた捩れが生じる。トルクセンサ
６は、該トーションバー５の捩れに伴って上軸3aと下軸
3bとの間に生じる周方向の相対変位を前記検出子と抵抗
体との摺接位置に対応する電位として出力するものであ
り、トーションバー５に捩れが生じていない場合、換言
すれば舵輪操作がなされていない場合に所定の基準電位
を出力するように初期調整されている。トルクセンサ６
の出力信号は時系列的に制御部７に入力されており、制
御部７はこの信号を前記基準電位と比較して前記操舵ト
ルクの方向及びその大きさを認識し、後述する如く配設
された操舵補助用のモータ８に駆動信号を発する。

操舵補助用のモータ８は、電磁クラッチ16、遊星ギヤ
減速装置９及び前記大傘歯車31に噛合するこれよりも小
径の小傘歯車32を介して前記下部軸3bにその回転力を伝
達するものである。

電磁クラッチ16は円環状をなし、モータ８の中間ケー
ス81に固着されたコイル部161と、モータ８の回転軸80
の一側にこれと同軸をなして外嵌され、該回転軸80と共
に回転する主動部162と、円板状をなし該主動部162と対
向し、コイル部161への通電による電磁力により手動部1
62と係着する係脱部163とから構成されており、モータ
８の回転力の係脱を行っている。

遊星ギヤ減速装置９は係脱部163に内嵌し、回転する
と共に太陽ギヤを有し、その一端を主動部に内嵌された
軸受に支承され、他端を後述する遊星キャリア93に内嵌
された軸受に支承された太陽軸90と、前記モータ８のケ
ーシング端面82に回転軸80と同軸をなして固着された円
環状をなす外環91と、該外環91の内周面及び前記太陽軸
90の太陽ギヤ外周面に夫々転接し、各別の軸心廻りに自
転すると共に太陽ギヤの軸心廻りに公転する複数個の遊
星ギヤ92,92…と、これらの遊星ギヤ92,92…を夫々軸支
する遊星キャリヤ93とから構成され、前記モータ８より
も小なる外径を有し、回転軸80の一側に該モータ８及び
電磁クラッチ16と一体化されている。遊星ギヤ減速装置
９の出力軸94は、モータ８の回転軸80と同軸上に位置す
る前記遊星キャリヤ93の軸心位置に嵌入、固定され、ケ
ーシングの外部に適長突出させてある。該出力軸94の先
端部には前記小傘歯車32が、その歯形成面を先端側に向
けて嵌装されており、該小傘歯車32は、出力軸94と共に
前記遊星ギヤ92,92…の公転に応じて回転するようにな
っている。

前記モータ８と電磁クラッチ16と遊星ギヤ減速装置９
とは、これらの軸心がラック軸１の軸心と略平行をなし
た状態で、小傘歯車32を内側として前記傘歯車ハウジン
グ20に内嵌され、該ハウジング20の内部において前記小
傘歯車32が前記下部軸3bの下端部に嵌装された大傘歯車
31に噛合させてあり、またラック軸ケース２の外側に設
けたブラケット2aに固着させてある。大傘歯車31と小傘
歯車32との間のバックラッシ調整は、遊星ギヤ減速装置
９を傘歯車ハウジング20に内嵌する際に、遊星ギヤ減速
装置９のケーシングと傘歯車ハウジング20との突合せ部
に介装するシムの厚さ及び／又は枚数を変更することに
より容易に行い得る。

また制御部７には、前述したトルクセンサ６の出力信
号の他に車速を検出する車速検出器18の出力信号が入力
されており、ここで後述する制御がなされモータ８を駆
動する駆動信号及びクラッチ16を駆動する駆動信号が出
力される。

次に制御部７での制御について説明する。

第３図は制御部７の構成を示すブロック図であり、ト
ルクセンサ６のトルク検出信号はモータ８を制御する指
示電流を出力するモータ制御回路71及び本発明の要旨た
るフェイルセーフ回路72に与えられる。これらには車速
検出器18からの車速信号も与えられている。モータ制御
回路71は与えられたトルク検出信号及び車速検出信号に
より、例えばトルクが所定範囲の不感帯内にある場合は
指示電流を零とし、不感帯外にある場合はトルクの増加
に応じて指示電流を増加させると共に、その増加割合を
車速が低い程大きくする車速感応の指示電流を出力す
る。出力された指示電流はモータ８をPWM駆動によるフ
ィードバック制御による駆動するモータ駆動回路73に与
えられ、そこで定められたデューティ比を有する駆動信
号がモータ８に与えられ、モータ８が駆動される。

一方フェイルセーフ回路72はトルクセンサ６のトルク
検出信号により、それが定められた時間（例えば30ミリ
秒）以上所定の範囲を超えて出力された場合にトルクセ
ンサ６が異常であると判定し、モータ駆動回路73に遮断
信号を出力し、モータ８への通電を遮断する。また正常
時にはクラッチ16を制御する制御信号をクラッチ駆動回
路74に出力し、クラッチ16の係脱を制御する。クラッチ
駆動回路74はフェイルセーフ回路72からの制御信号によ
りクラッチ16を駆動す駆動信号を生成し、クラッチ16に
与える。またモータ８のロック、頻繁なトルクセンサ６
の異常等のシステムの重大な故障が生じた場合、フェイ
ルセーフ回路72はフェイルセーフリレー75に故障信号を
出力する。フェイルセーフリレー75はバッテリ17とモー
タ駆動回路73及びクラッチ駆動回路74との間に介装さ
れ、それらへの電力の供給を前記故障信号に応じて開閉
する。

即ち故障信号が与えられるとフェイルセーフリレー75
は開路し、各駆動回路73,74への電力の供給を遮断す
る。

次に本発明の要旨たるフェイルセーフ回路72のトルク
センサの異常時の正常動作への復帰手順について説明す
る。

第４図は異常処理手順を示すフローチャートであり、
最初にステップ＃１でトルクセンサ６の異常を検出す
る。これは例えばトルクセンサ６の出力が30ミリ秒以上
の間、所定範囲を超える出力があった場合、フェイルセ
ーフ回路72によってトルクセンサ６が異常であると判定
される。異常が検出されたときはフェイルセーフ回路72
はモータ駆動回路73に遮断信号を出力し、モータ８の制
御が停止され、中断される（ステップ＃２）。そして異
常検出回数を示す図示しないカウンタがカウントアップ
され（ステップ＃３）カウンタ値が所定値以上か否かを
判定し（ステップ＃４）、所定値以上のとき、即ち所定
回数異常が検出された場合は重大な故障であると判断し
て、フェイルセーフ回路72はフェイルセーフリレー75に
故障信号を出力し、モータ８及びクラッチ16への通電が
遮断され、システムが停止する（ステップ＃５）。また
所定値以下のときはリターンする。

一方異常が検出されないときは、カウンタの値を読み
（ステップ＃６）、それが０のときは正常であるので、
ステップ＃７で正常制御、即ち車速とトルクとに応じた
操舵補助力を発生するようにモータ８を制御し、リター
ンする。

カウンタの値が０ではないとき、即ちトルクセンサ６
に異常が生じたが、それが連続して発生せず、重大な故
障ではないと判断されたときは、トルクセンサ６の出力
であるトルク検出信号がトルクが０に近いトルクの不感
帯内に対応する範囲の電流値を出力しているか否かを判
定し（ステップ＃８）、不感帯に対応する範囲の電流値
を出力している場合、即ち操舵補助力が０又は小さい範
囲にある場合は、徐々にモータへ通流する駆動電流の最
大値を上げていく正常復帰動作を行い（ステップ＃1
0）、カウンタをクリアし（ステップ＃11）、リターン
する。また不感帯に対応する範囲からトルク検出信号の
電流値がはずれている場合、即ち操舵補助力が生じてい
る場合は、車速が閾値V_S以上（例えば45km/h）のときに
ステップ＃10に進む。これは車速感応型の動力舵取装置
においては車速が一定以上速くなると制御動作が停止さ
れ、操舵補助力を付与しなくなるからである。

このようにモータ制御の正常復帰を操舵補助力が小さ
いときに行うようにしたので、急な操舵力変化がなく、
違和感が抑制される。

なお、本実施例ではトルクと車速との論理和により正
常復帰の条件を定めたが、本発明はこれに限るものでは
なくそれらの論理積でもよい。

また本実施例ではトルクセンサの異常検出をトルクセ
ンサの検出出力の範囲によって行ったが、本発明はこれ
に限るものではなく、例えば複数のトルクセンサを設
け、それらの検出出力の差が所定値以上となったときに
トルクセンサの異常を検出するようにしてもよいことは
言うまでもない。

〔効果〕

以上説明したとおり、本発明によればトルクセンサの
異常を検出し、モータの操舵補助動作を中断した後の復
帰をトルクが小さく、また車速が速いとき、即ち操舵補
助力をあまり必要としないときに行うようにしたので、
急な操舵力の変化がなく、安全性が向上すると共に違和
感が少なくなる等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る動力舵取装置の一部破断正面図、
第２図は第１図のII−II線による拡大断面図、第３図は
制御部の構成を示すブロック図、第４図は異常処理手順
を示すフローチャートである。 ６……トルクセンサ、７……制御部、８……モータ、16
……クラッチ、18……車速検出器、72……フィルセーフ
回路、73……モータ駆動回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】舵輪に加えられる操舵トルクを検出するト
   クルセンサと、車速を検出する車速検出手段と、前記操
   舵トルク及び車速に応じて駆動される操舵補助用のモー
   タとを備えた動力舵取装置において、 前記トルクセンサの出力により、その異常を検出する異
   常検出手段と、 該異常検出手段により異常が検出された場合、前記モー
   タによる操舵補助動作を中断する中断手段と、 該中断手段が前記操舵補助動作を中断後に前記トルクセ
   ンサが正常に戻った場合に、前記トルクセンサの出力及
   び前記車速検出手段の出力のうち、少なくともいずれか
   一方が所定範囲になったとき、前記モータによる操舵補
   助動作を復帰させる復帰手段と を備えることを特徴とする動力舵取装置。