JP5131513B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置には、減速機構を備えるものがある。例えば、下記特許文献１では、一対のプーリと、この一対のプーリ間に掛け渡されたベルトとからなる減速機構を備える電動パワーステアリング装置が開示されている。電動モータの出力は、減速機構を介してステアリング機構に伝達されるようになっている。
特開２００４−３１４７７０号公報

しかしながら、上記一対のプーリおよびベルトからなる減速機構を介して電動モータの出力をステアリング機構に伝達する場合、ベルトに滑りが生じることがある。
また、減速機構として、例えば、複数の歯車からなる減速機構を用いた場合、歯車に歯欠けが生じることがある。
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、伝達機構の異常を判定することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、操舵部材（４）の操舵角度または操舵部材に入力された操舵トルクを検出するセンサ（２４、２５）と、上記センサの検出値を用いて操舵速度を検出する操舵速度検出手段（５３）と、回転軸（１８）を有する操舵補助用の電動モータ（１９）と、電動モータの出力回転を操舵軸（１２）に伝達する伝達機構（２１，２１ａ）と、電動モータの回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段（２３）と、操舵速度検出手段により検出された操舵速度と回転速度検出手段により検出された回転速度との比較に基づいて、伝達機構の異常を判定する制御手段（２２）とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置（１）である。

本発明によれば、操舵速度と回転速度との比較に基づいて、伝達機構の異常を判定することができる。具体的には、回転速度が、操舵速度から得られる所定の値よりも大きい場合に異常と判定することができる。
また、本発明において、異常報知手段（２７）を備え、制御手段は、異常と判定したときに、異常報知手段に異常を報知させるための信号を出力する場合がある。この場合、制御手段が、異常を報知させる信号を出力することにより、異常報知手段によって運転者に異常を報知することができる。

また、本発明において、上記制御手段は、異常と判定したときに、電動モータの出力を所定値（ゼロを含む）まで低下させる場合がある。この場合、電動モータの出力を低下させることにより、運転者の操舵に違和感を生じさせて、異常を報知することができる。
また、本発明において、上記伝達機構は、一対の歯付きプーリ（３５，３６）と、一対の歯付きプーリ間を連結する歯付ベルト（３７）とを含む場合がある。この場合、上記操舵速度と上記回転速度との比較に基づいて、歯付ベルトの滑りなどの異常を判定することができる。

また、本発明において、上記伝達機構は、互いに噛み合う一対の歯車（５５，５６）を含む場合がある。この場合、上記操舵速度と上記回転速度との比較に基づいて、各歯車の歯欠けなどの異常を判定することができる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、いわゆるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置であり、ラックアンドピニオン機構を含むステアリング機構２と、ステアリング機構２に操舵補助力（アシストトルク）を与えるための操舵補助機構３とを備えている。

ステアリング機構２は、操舵部材としてのステアリングホイール４に連結されたステアリングシャフト５と、ステアリングシャフト５に自在継手６を介して連結された中間軸７と、中間軸７に自在継手８を介して連結されたピニオン軸９と、ピニオン軸９の先端部に設けられたピニオン１０に噛み合うラック１１を有して車両の左右方向に延びる操舵軸としてのラック軸１２とを有している。

ラック軸１２の両端部にはそれぞれタイロッド１３が結合されており、各タイロッド１３はナックルアーム（図示せず）を介して操向輪１４に連結されている。ステアリングホイール４が操作されてステアリングシャフト５が回転すると、この回転がピニオン１０およびラック１１によって、車両の左右方向に沿うラック軸１２の軸方向移動に変換される。これにより、操向輪１４の転舵が達成される。

また、ピニオン軸９は、入力軸１５と、出力軸１６とに分割されている。これら入、出力軸１５，１６はトーションバー１７を介して同一の軸線上で互いに連結されている。
操舵補助機構３は、回転軸１８（図２参照）を有する電動モータ１９と、回転軸１８の回転をラック軸１２の軸方向移動に変換するための変換機構２０と、回転軸１８の回転を減速して変換機構２０に伝達するための伝達機構としての減速機構２１とを備えている。

電動モータ１９は、ＥＣＵ２２（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）によって制御されるようになっている。電動モータ１９の回転軸１８の回転速度は、電動モータ１９に内蔵されたレゾレルバ等の回転速度センサ２３によって検出されるようになっている。
また、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール４の操舵角度を検出する操舵角センサ２４と、トーションバー１７を介する入、出力軸１５，１６間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ２５と、車両の速度を検出する車速センサ２６とをさらに備えている。操舵角センサ２４およびトルクセンサ２５は、ピニオン軸９の周囲に配置されている。上記回転速度センサ２３を含むこれらのセンサ２４，２５，２６が検出した値は、ＥＣＵ２２に入力されるようになっている。

ＥＣＵ２２は入力された操舵トルクや車速等に基づいてステアリング機構２に付与するアシストトルクを決定し、このアシストトルクに基づいて電動モータ１９を制御する。また、ＥＣＵ２２は、入力された各種の値に基づいて車両の異常を判定し、ＥＣＵ２２に接続された異常報知部２７によって運転者に異常を報知させる。異常報知部２７は、例えば、ブザーや異常報知ランプの点灯により上記異常を運転者に報知することができるようになっている。

図２は、操舵補助機構３の要部拡大図である。図２を参照して、電動モータ１９は、上記回転軸１８および回転速度センサ２３と、モータハウジング２８とを有しており、回転軸１８がラック軸１２に平行になるように配置されている。モータハウジング２８は、筒状の第１ハウジング２９を介して、ラック軸１２を収容する筒状の第２ハウジング３０に固定されている。回転軸１８には、継手３１を介して入力軸３２が連結されている。入力軸３２は、その各端部に配置された軸受３３，３４を介して第１ハウジング２９に回転自在に保持されている。

減速機構２１は、ベルト・プーリ機構からなる減速機構であり、歯付の入力プーリ３５と、入力プーリ３５よりも大径である歯付の出力プーリ３６と、入・出力プーリ３５，３６間に掛け渡された歯付のベルト３７とを備えている。入力プーリ３５は、入力軸３２の軸方向中間部に一体回転可能に連結されている。出力プーリ３６は、操舵軸としてのラック軸１２の周囲を取り囲んで配置されている。

変換機構２０は、ボールねじ機構からなる変換機構であり、ラック軸１２の周囲を取り囲む回転筒としてのボールナット３８を備えている。ボールナット３８は、ラック軸１２の外周に形成されたボールねじ溝３９にボール４０を介して螺合している。ボールナット３８は、軸受４１を介して第２ハウジング３０に回転自在に支持されている。また、ボールナット３８の外周には上記出力プーリ３６が一体回転可能に嵌め合わされている。具体的には、ボールナット３８の外周に形成された段部４２と、ボールナット３８の外周に形成されたねじ部４３にねじ込まれた固定ねじ４４とによって出力プーリ３６が挟持され、ボールナット３８に固定されている。

電動モータ１９の回転軸１８が回転すると、これに伴って、入力軸３２および入力プーリ３５が回転する。そして、入力軸３２および入力プーリ３５の回転はベルト３７を介して出力プーリ３６に伝達され、出力プーリ３６およびボールナット３８が入力軸３２および入力プーリ３５の回転よりも低速で回転する。ボールナット３８の回転は、ボール４０を介してラック軸１２の軸方向移動に変換される。これにより、操向輪１４の転舵が補助される。

図３は、電動パワーステアリング装置１の電気的構成の一例を説明するためのブロック図である。また、図４は、上記電気的構成の一例における処理の流れを示すフローチャートであり、図５は、操舵速度と基準回転速度との関係を示す図である。
図３を参照して、ＥＣＵ２２は、操舵トルクや車速等に基づいて予め記憶された制御マップを用いてアシストトルクを決定するアシストトルク決定部４５と、決定されたアシストトルクに基づいて電動モータ１９への供給電流の目標値を決定する目標電流決定部４６と、供給電流が目標値となるように出力電流を制御する出力電流制御部４７と、電動モータ１９を例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって駆動するモータ駆動回路４８と、供給電流を検出するモータ電流検出回路４９とを有している。

トルクセンサ２５で検出された操舵トルクおよび車速センサ２６で検出された車速は、アシストトルク決定部４５に入力されるようになっている。モータ電流検出回路４９が検出した電流値は、フィードバックされ、供給電流が目標値となるように制御される。
また、ＥＣＵ２２は、ステアリングホイール４の操舵速度と電動モータ１９の回転軸１８の回転速度との比較に基づいてベルト３７のスリップ率を演算するスリップ率演算部５０と、スリップ率演算部５０により演算されたスリップ率と所定の閾値との比較に基づいて伝達機構の異常（ベルト３７の異常すべり）を判定する異常判定部５１と、異常判定部５１によって異常と判定されたときに異常報知部２７に異常を報知させるための信号を出力する信号出力部５２とをさらに有している。

操舵角センサ２４で検出された操舵角度は、ＥＣＵ２２に設けられた操舵速度演算部５３に入力される。操舵速度演算部５３は、入力された操舵角度を演算（微分）して操舵速度を求める。そして、操舵速度演算部５３で求められた操舵速度は、スリップ率演算部５０に入力される。また、モータ回転速度センサ２３で検出された回転軸１８の回転速度は、スリップ率演算部５０に入力される。

図４および図５を参照して、ＥＣＵ２２では、図４のフローチャートに示す処理が所定の周期で行われる。すなわち、ステップＳ１において、ステアリングホイール４の操舵角度と回転軸１８の回転速度とが入力される。次に、ステップＳ２において、操舵角度を微分して操舵速度Ａを求め、操舵速度と回転軸１８の基準回転速度の関係が予め記憶されたマップ（図５参照）を用いて、上記求められた操舵速度Ａに対応する基準回転速度Ｃを求める。その基準回転速度Ｃと上記入力された回転速度Ｂとの差分（Ｂ−Ｃ）を求め、基準回転速度Ｃに対する上記差分（Ｂ−Ｃ）の割合に相当するスリップ率Ｄを求める。すなわち、Ｄ＝（Ｂ−Ｃ）／Ｃとなる。

次いで、求められたスリップ率Ｄが、所定の閾値Ｄ１を越えているか否かが判定され（ステップＳ３）、求められたスリップ率Ｄが閾値Ｄ１を越えている場合（Ｄ＞Ｄ１）には、異常と判定される（ステップＳ４）。そして、ステップＳ５において、異常報知部２７に異常を報知させるための信号を出力する。一方、ステップＳ３において、スリップ率Ｄが閾値Ｄ１よりも小さい場合（Ｄ＜Ｄ１）には、再びステップＳ２に戻り、所定の周期で入力される操舵角度と回転速度とに基づいてスリップ率を演算する。

以上のように本実施形態では、ステアリングホイール４の操舵速度と、電動モータ１９の回転軸１８の回転速度との比較に基づいて、減速機構２１の異常を判定し、異常と判定された場合には、運転者に対してその異常を報知することができる。これにより、減速機構２１の異常を運転者に早期に報知して、減速機構２１を正常な状態に復帰させるように促すことができる。

また、減速機構２１の異常を判定するための新たな構成を設けることなく、既存の構成（電動モータ１９、ＥＣＵ２２および操舵角センサ２４）によって、上記異常を判定することができる。
図６は、電動パワーステアリング装置１の電気的構成の他例を説明するためのブロック図である。また、図７は、上記電気的構成の他例における処理の流れを示すフローチャートである。この図６および図７において、上述の図３および図４に示された各部と同等の構成部分については、図３および図４と同一の参照符号を付してその説明を省略する。

この図６における電気的構成が、図３における電気的構成と主に相違するのは、ＥＣＵ２２にトルク補正部５４が設けられており、アシストトルク決定部４５で決定されたアシストトルクがトルク補正部５４に入力されることにある。異常判定部５１において異常と判定された場合には、異常判定部５１からトルク補正部５４にアシストトルクを補正して減少させるための信号が入力され、補正されたアシストトルクが目標電流決定部４６に入力される。また、異常判定部５１において異常と判定されなかった場合には、トルク補正部５４に入力されたアシストトルクは、補正されずにそのまま目標電流決定部４６に入力される。

ＥＣＵ２２内では、図７のフローチャートに示す処理が所定の周期で行われる。すなわち、ステップＳ１０において、アシストトルク決定部４５に操舵トルクと車速とが入力される。次に、ステップＳ１１において、入力された操舵トルクおよび車速等に基づいてアシストトルクが決定される。
一方、操舵速度および回転速度は、ステップＳ１２において、スリップ率演算部５０に入力され、ステップＳ１３において、スリップ率が演算される。そして、ステップＳ１４において、演算されたスリップ率が閾値を超えているか否かが判定される。

ステップＳ１４において演算されたスリップ率が閾値よりも小さい場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ１５において、ステップＳ１１で決定されたアシストトルクが目標電流決定部４６に入力され、目標電流が決定される。そして、ステップ１６において、電動モータ１９が駆動制御され、ステップＳ１１で決定されたアシストトルクがステアリング機構２に付与される。

一方、ステップＳ１４において演算されたスリップ率が閾値を超えている場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ１７において、ステップＳ１１で決定されたアシストトルクが所定値（ゼロを含む）まで低下させられる。次に、ステップ１５において、ステップＳ１７で補正されたアシストトルクが目標電流決定部４６に入力され、目標電流が決定される。そして、ステップ１６において、電動モータ１９が駆動制御され、ステップＳ１７で補正されたアシストトルクがステアリング機構２に付与される。

このとき、ステアリング機構２に付与されるアシストトルクは、ステップＳ１１で決定されたアシストトルクよりも減少している。したがって、運転者の操舵に違和感が生じることになる。すなわち、異常判定部５１で減速機構２１に異常が生じていると判定された場合には、アシストトルクを本来の値よりも減少させて運転者の操舵に違和感を生じさせることにより、異常を運転者に伝えることができる。

この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、操舵角センサ２４によって、ステアリングホイール４の操舵角度を検出する例について説明したが、上述のように、入・出力軸１５，１６間の相対回転変位量に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサ２５の場合には、図８に示すように、当該トルクセンサ２５から出力される操舵角度に関連する信号を用いてステアリングホイール４の操舵速度を求めてもよい。

また、上述の実施形態では、減速機構２１がベルト・プーリ機構からなるものである場合について説明したが、図９に示すように、互いに噛み合う一対の歯車５５，５６を含む減速機構２１ａを用いてもよい。この場合、ステアリングホイール４の操舵速度と、電動モータ１９の回転軸１８の回転速度との比較に基づいて、各歯車５５，５６の歯欠けなどの異常をＥＣＵ２２が判定し、この異常を運転者に伝えることができる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 操舵補助機構の要部拡大図である。 電動パワーステアリング装置の電気的構成の一例を説明するためのブロック図である。 上記電気的構成の一例における処理の流れを示すフローチャートである。 操舵速度と基準回転速度との関係を示す図である。 電動パワーステアリング装置の電気的構成の他例を説明するためのブロック図である。 上記電気的構成の他例における処理の流れを示すフローチャートである。 電動パワーステアリング装置の電気的構成の別の他例を説明するためのブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る操舵補助機構の要部拡大図である。

符号の説明

１・・・電動パワーステアリング装置、１２・・・ラック軸（操舵軸）、１８・・・回転軸、１９・・・電動モータ、２１，２１ａ・・・減速機構（伝達機構）、２３・・・回転速度センサ（回転速度検出手段）、２４・・・操舵角センサ（センサ）、２５・・・トルクセンサ（センサ）、２７・・・異常報知部（異常報知手段）、３５・・・入力プーリ（歯付きプーリ）、３６・・・出力プーリ（歯付きプーリ）、３７・・・ベルト（歯付ベルト）、５３・・・操舵速度演算部（操舵速度検出手段）、５５・・・歯車、５６・・・歯車

Claims (5)

1. 操舵部材の操舵角度または操舵部材に入力された操舵トルクを検出するセンサと、
   上記センサの検出値を用いて操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、
   回転軸を有する操舵補助用の電動モータと、
   電動モータの出力回転を操舵軸に伝達する伝達機構と、
   電動モータの回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   操舵速度検出手段により検出された操舵速度と回転速度検出手段により検出された回転速度との比較に基づいて、伝達機構の異常を判定する制御手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、異常報知手段を備え、制御手段は、異常と判定したときに、異常報知手段に異常を報知させるための信号を出力することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または２において、上記制御手段は、異常と判定したときに、電動モータの出力を所定値（ゼロを含む）まで低下させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１〜３において、上記伝達機構は、一対の歯付きプーリと、一対の歯付きプーリ間を連結する歯付ベルトとを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項１〜３において、上記伝達機構は、互いに噛み合う一対の歯車を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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