JP5521485B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、トルクセンサでステアリン機構に伝達される操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与する電動モータを制御するようにした電動パワーステアリング装置に関する。
従来、転舵装置のラックハウジングの左右の各々の端部のスリーブの内周部に水滴センサを配設し、ブーツが破れる等により、水が水滴センサの表面に付着すると、水滴センサの1対の電極間の電気抵抗値が小さくなるため水が検出され、左右のいずれかの水滴センサによって水が検出された場合に、その側の転舵モータ等の作動を禁止して転舵モータ等が短絡等によって失陥することを防止するようにしたステアリングシステムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−111032号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載の従来例にあっては、ラックハウジング内の中央部に配設された右側転舵モータ及び左側転舵モータへの水の侵入を検知するために、ラックハウジングの両端におけるブーツに近い位置のスリーブの内周部に水滴センサを配設するようにしているので、ブーツ位置からの水の侵入を水滴センサで検出することはできるが、実際に転舵モータに対する水の侵入の有無を検知することはできない。
また、転舵モータの場合には、通常、多少の水の侵入では短絡等を生じないように設計されており、転舵モータへの水の侵入がステアリングシステムに与える影響はさほど大きなものではない。
しかしながら、ステアリングシャフトに伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段では、一般に、操舵トルクに応じた検出信号を出力する操舵トルク検出部と、この操舵トルク検出部の近傍に、検出信号に基づいて所定の演算処理を行って操舵トルク検出値を算出するトルク演算回路基板が配置されている。このトルク演算回路基板に水が侵入した場合には、操舵トルク検出値を演算することができなくなる。このため、制御ユニットで、操舵トルク検出値に基づいて電動モータを駆動制御する操舵補助電流指令値を算出することができなくなることからトルク演算回路基板への水の侵入を正確に検出することが要求される。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目したなされたものであり、操舵トルク検出手段を構成するトルク演算回路への水の侵入を容易確実に検知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している。
上記目的を達成するために、一の形態に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング機構に伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリング機構に操舵補助力を付与する電動モータと、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御する制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記操舵トルク検出手段は、前記ステアリング機構に伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と該操舵トルク検出部から出力される操舵トルク検出信号に基づいて操舵トルク検出値を演算するトルク演算回路部とで構成され、前記トルク演算回路部が設けられたトルクセンサ基板において、前記操舵トルク検出部と前記トルク演算回路部とのうち前記トルク演算回路部の近傍となる位置にのみ水分検知部を形成し、前記制御ユニットは、前記水分検知部が水分検知状態にあるときに、前記電動モータへの駆動電流を抑制する異常制御部を有することを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記操舵トルク検出手段は、操舵トルクを、ステアリングシャフトの入力軸および出力軸間に介挿したトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を、電気信号として出力することを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記水分検知部は、一対の櫛歯状電極を、一方の櫛歯状電極の櫛歯間に他方の櫛歯が位置するように配置し、両櫛波状電極間のインピーダンスが水分によって変化するように構成されていることを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記トルク演算回路部は、前記水分検知部のインピーダンスを監視するインピーダンス監視部を備え、前記制御ユニットは、前記インピーダンス監視部で水分検知状態と判断したときに、前記水分検知部が水分検知状態にあると判断することを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記制御ユニットは、前記水分検知部のインピーダンスを監視するインピーダンス監視部を備え、前記制御ユニットは、前記インピーダンス監視部で水分検知状態と判断したときに、前記水分検知部が水分検知状態にあると判断することを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記インピーダンス監視部は、水分検知部のインピーダンスが予め設定された設定値を下回ったときに水分検知状態と判断するように構成されていることを特徴としている。
本発明によれば、操舵トルク検出部からのトルク検出信号を受けて操舵トルク検出値を演算するトルク演算回路部に水分検知部を形成するようにしたので、トルク演算回路部への水分の侵入を直接且つ正確に検知することができるという効果が得られる。
また、水分検知部を、一対の櫛歯状電極で構成し、櫛歯状電極間のインピーダンス変化によって水分を検知することにより、水分の付着を正確に検知することができるという効果が得られる。
本発明による電動パワーステアリング装置の第1の実施形態を示す概略構成図である。 減速ギヤ機構を示す断面図である。 トルクセンサ基板と制御ユニットとの接続関係を示す模式図である。 制御ユニットで実行する操舵補助制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 操舵補助電流指令値算出マップを示す特性線図である。 本発明の第2の実施形態を示すトルクセンサ基板と制御ユニットの接続関係を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であり、図中、SMはステアリング機構である。このステアリング機構SMは、ステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸2aとこの入力軸2aに図2に示すトーションバー2bを介して連結された出力軸2cとを有するステアリングシャフト2を備えている。このステアリングシャフト2は、ステアリングコラム3に回転自在に内装され、入力軸2aの一端がステアリングホイール1に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。
そして、出力軸2cに伝達された操舵力は、2つのヨーク4a,4bとこれらを連結する十字連結部4cとで構成されるユニバーサルジョイント4を介して中間シャフト5に伝達され、さらに、2つのヨーク6a,6bとこれらを連結する十字連結部6cとで構成されるユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。
このピニオンシャフト7に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構8を介して左右のタイロッド9に伝達され、これらタイロッド9によって左右の転舵輪WL,WRを転舵させる。ここで、ステアリングギヤ機構8は、ギヤハウジング8a内に、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8bとこのピニオン8bに噛合するラック軸8cとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン8bに伝達された回転運動をラック軸8cで車幅方向の直進運動に変換して、タイロッド9に伝達する。
ステアリングシャフト2の出力軸2cには、操舵補助力を出力軸2cに伝達する操舵補助機構10が連結されている。この操舵補助機構10は、出力軸2cに連結した減速ギヤ機構11と、この減速ギヤ機構11に連結された操舵補助力を発生する例えばブラシレスモータで構成される電動モータ12とを備えている。
また、減速ギヤ機構11は、図2に示すように、下端側を開放するギヤハウジング13と、このギヤハウジング13の開放部を閉塞するカバー14とを備えている。ギヤハウジング13は、電動モータ12の出力軸に連結されたウォーム15を収納するウォーム収納部16と、ウォーム15に噛合し、出力軸2cに一体に取付けられたウォームホイール17を収納するウォームホイール収納部18と、このウォームホイール収納部18の上端側に連接されたトルク検出部としての操舵トルクセンサ19を収納するトルクセンサ収納部20とを備え、トルクセンサ収納部20の上端にステアリングコラム3の下端が外嵌されている。
操舵トルクセンサ19は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2c間に介挿したトーションバー2bの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気変化や抵抗変化として検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。具体的には、図2に示すように、トルクセンサ19は、ステアリングシャフト2の入力軸2a及び出力軸2c間の捩じれ状態を、ステアリングシャフトに伝達された操舵トルクを一対の検出コイル19a及び19bで磁気的に検出するように構成され、これら一対の検出コイル19a,19bの巻き始め及び巻き終わりに夫々ステアリングコラム3の中心軸と直交する方向に突出し、先端がステアリングコラム3の中心軸と平行に上方に折り曲げられた外部接続端子19c,19d及び19e,19fが接続されている。これら外部接続端子19c〜19fが、図2に示すように、ギヤハウジング13に形成された基板収納部21に収納されるトルクセンサ基板22に形成されたスルーホール22a〜22dに挿通されて半田付けされている。
このトルクセンサ基板22には、図3に示すように、スルーホール22a〜22dに供給される操舵トルクセンサ19の検出コイル19a,19bから出力されるトルク検出信号が入力され、このトルク検出信号に基づいて操舵トルク検出値Tを演算するトルク演算回路部23が実装されている。このトルク演算回路部23で演算した操舵トルク検出値Tが制御ユニット30に供給される。ここで、操舵トルクセンサ19とトルク演算回路部23とで操舵トルク検出手段が構成されている。
また、トルクセンサ基板22には、トルク演算回路部23の上方側に、水分検知部24が形成されている。この水分検知部24は、一対の櫛歯状電極25及び26を互いの櫛歯が互い違いとなるように対向配置した構成を有し、これら櫛歯状電極25及び26の一端がトルク演算回路部23内に配設されたインピーダンス監視回路27に接続されている。
インピーダンス監視回路27では、櫛歯状電極25及び26の一方を正側電源に接続し、他方を負側電源に接続し、例えば何れかの電極25及び26に流れる電流を検出することにより、両櫛歯状電極25及び26間のインピーダンスZを検出し、検出したインピーダンスの変化を監視し、インピーダンスZが予め設定した設定値Zs以下となったときに、櫛歯状電極25及び26間に水分が付着したものと判断して、たとえば論理値“1”の水分検知信号WSを制御ユニット30に出力する。
制御ユニット30は、たとえばマイクロコントロールユニット(MCU)を含んで構成され、トルク演算回路部23で演算された操舵トルク検出値Tと、図示しない車速センサで検出した車速検出値とに基づいて予め設定された操舵補助電流指令値算出マップを参照して、操舵補助電流指令値Irefを算出し、算出した操舵補助電流指令値と電動モータ12に供給されるモータ電流検出値との電流偏差をPI制御演算処理して、電圧指令値を算出し、算出した電圧指令値を電動モータ12を駆動制御するモータ駆動回路を構成するインバータ31に供給し、このインバータ31で3相モータ駆動電流を形成し、形成した3相モータ駆動電流を電動モータ12に供給する。
具体的には、制御ユニット30は、図4に示す操舵補助制御処理を実行する。
この操舵補助制御処理は、先ず、ステップS1で、トルク演算回路部23のインピーダンス監視回路27から入力される水分検知信号WSを読込み、次いでステップS2に移行して、水分検知信号WSが論理値“1”であるか否かを判定し、水分検知信号WSが論理値“1”であるときには、トルク演算回路部23で算出した操舵トルク検出値Tの信頼性が低く異常である可能性が高いと判断してステップS3に移行して電動モータ12の駆動を停止させてから操舵補助制御処理を終了し、水分検知信号WSが論理値“0”であるときにはトルク演算回路部23が正常であるものと判断してステップS4に移行する。
このステップS4では、トルク演算回路部23で算出した操舵トルク検出値T、図示しない車速センサで検出した車速検出値、モータ電流検出部33で検出したモータ電流Iu,Iv,Iw等の各種センサの検出値を読込み、次いでステップS5に移行して、操舵トルクTをもとに図5に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Irefを算出する。
ここで、操舵補助電流仕入れ値算出マップは、図5に示すように、横軸に操舵トルク検出値Tをとり、縦軸に操舵補助電流指令値Irefをとると共に、車速Vsをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクTが“0”からその近傍の設定値Ts1までの間は電流指令値Irefが“0”を維持し、操舵トルクTが設定値Ts1を超えると最初は操舵補助電流指令値Irefが操舵トルクTの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクTが増加すると、その増加に対して操舵補助電流指令値Irefが急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。
次いでステップS6に移行して、算出した操舵補助電流指令値Iref基づいてd−q軸指令値演算処理を実行してd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefを算出し、次いでステップS7に移行して、d軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefを2相/3相変換して3相電流指令値Iuref、Ivref及びIwrefを算出してからステップS8に移行する。
このステップS8では、3相電流指令値Iuref、Ivref及びIwrefからモータ電流検出値Iw、Iv及びIwを個別に減算して、電流偏差ΔIu、ΔIv及びΔIwを算出し、次いでステップS9に移行して、算出した電流偏差ΔIu、ΔIv及びΔIwをPI(比例・積分)制御演算を行って、3相電圧指令値Vuref、Vvref及びVwrefを算出する。
次いで、ステップS10に移行して、算出した3相電圧指令値Vuref、Vvref及びVwrefをもとにパルス幅変調処理を行ってインバータに対するゲート駆動信号を形成し、次いでステップS11に移行して、形成したゲート駆動信号を、モータ駆動回路を構成するインバータ31に出力してから前記ステップS1に戻る。
なお、上記図4の処理において、ステップS2の処理が異常制御部に対応している。
次に、上記第1の実施形態の動作を説明する。
車両の図示しないイグニッションスイッチをオン状態として制御ユニット30に図示しないバッテリから電力を供給すると、制御ユニット30で図4に示す操舵補助制御処理が実行される。
このとき、ギヤハウジング13の基板収納部21に水分の侵入がない状態では、水分検知部24の櫛歯状電極25及び26間のインピーダンスが高い状態に維持されることから、インピーダンス監視回路27で論理値“0”の水分検知信号WSが出力される。
このため、図4の操舵補助制御処理が実行されたときに、ステップS1で読込んだ水分検知信号WSが論理値“0”であることから、ステップS1からステップS4へ移行し、通常の操舵補助制御処理を実行する。このため、トルク演算回路部23で算出された操舵トルク検出値T及び図示しない車速センサで検出した車速検出値をもとに図5の操舵補助電流指令値算出マップを参照して、操舵補助電流指令値Irefを算出する。この操舵補助電流指令値Irefに基づいてd−q軸電流指令値算出処理を行って、d軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefを算出し、算出したd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefを2相/3相変換処理して3相電流指令値Iuref、Ivref及びIwrefを算出する。
そして、3相電流指令値Iuref、Ivref及びIwrefと電流検出部33で検出したモータ電流Iu、Iv及びIwとの電流偏差ΔIu、ΔIv及びΔIwを算出し、算出した電流偏差ΔIu、ΔIv及びΔIwに対してPI制御処理を行って、3相電圧指令値Vuref、Vvref及びVwrefを算出し、これら3相電圧指令値Vuref、Vvref及びVwrefをパルス幅変調処理してインバータ31に対するゲート駆動信号を形成し、形成したゲート駆動信号をインバータ31に出力する。このため、インバータ31から電動モータ12にモータ駆動電流が供給されて電動モータ12を正転又は逆転方向に必要とする操舵補助力を発生するように駆動する。
このため、電動モータ12からステアリングホイール1を操舵することにより生じる操舵トルクに応じた操舵補助力が発生され、この操舵補助力がウォーム15及びウォームホイール17を介してステアリングシャフト2の出力軸2cに伝達されることにより、ステアリングホイール1を軽い操舵力で操舵することができる。
ところで、何らかの原因で、ギヤハウジング13の基板収納部21内に水が侵入し、水分検知部24の櫛歯状電極25及び26の櫛歯間に水分が付着したり、水に浸漬されたりすると、櫛歯状電極25及び26間のインピーダンスZが大きく低下し、インピーダンス監視回路27で検出したインピーダンスZが設定値Zs以下に低下したことを検出すると、水分検知信号WSが論理値“0”から論理値“1”に反転する。
このため、図4に示す操舵補助制御処理で、ステップS1で読込んだ水分検知信号WSが論理値“1”となるので、トルク演算回路部23で演算した操舵トルク検出値Tに信頼性がないものと判断して、ステップS1からステップS2に移行して、電圧指令値Vuref〜Vwrefを“0”として電動モータ12を停止させて操舵補助制御処理を終了する異常制御処理を行う。これによって、電動モータ12による操舵補助力の発生が即座に停止される。
このため、トルク演算回路部23で算出される信頼性のない操舵トルク検出値Tに基づく操舵補助制御処理が実行されることを確実に防止することができる。
このように、上記第1の実施形態によると、トルク演算回路部23の近傍に水分検知部24を配置したので、トルク演算回路部23への水分の侵入を正確に検知することができ、トルク演算回路部23で演算した操舵トルク検出値Tの信頼性の低下を迅速且つ正確に検出することができる。
なお、上記第1の実施形態においては、水分検知部24の櫛歯状電極25及び26間のインピーダンスをインピーダンス監視回路27で監視し、櫛歯状電極25及び26間のインピーダンスが設定値以下に低下した場合に、操舵補助制御処理を停止して、電動モータ12の駆動を停止させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、インピーダンス監視回路27でインピーダンスの低下によって水分の存在を検出した場合に、電動モータ12に対するモータ駆動電流を抑制したり、運転者に警報を発したりする異常制御処理を実行するようにしてもよい。
次に、本発明の第2の実施形態を図6について説明する。
この第2の実施形態は、トルク演算回路部23に設けたインピーダンス監視回路27を省略し、これに代えて、水分検知部24の櫛歯状電極25及び26間のインピーダンスを制御ユニット30側で監視するようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態においては、図6に示すように、水分検知部24の櫛歯状電極25及び26の他端が信号線41a,41bを介して直接制御ユニット30に入力されている。そして、制御ユニット30の入力側にインピーダンス監視回路27を設け、このインピーダンス監視回路27から出力される水分検知信号WSを制御ユニット30で実行する操舵補助制御処理で読込むようにしたことを除いては前述した第1の実施形態と同様の構成を有し、第1の実施形態との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
この第2の実施形態によると、制御ユニット30側にインピーダンス監視回路27を設け、このインピーダンス監視回路27で、水分検知部24の櫛歯状電極25及び26間のインピーダンスZを検出するので、上述した第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。これに加えて、制御ユニット30側にインピーダンス監視回路27を設けることにより、インピーダンス監視回路27が侵入した水分の影響を受けることがなく、トルク演算回路部23への水分の侵入を正確に検出することができる。
なお、上記第1及び第2の実施形態においては、操舵補助機構10をステアリングシャフト2の出力軸2cに連結したコラム式電動パワーステアリング装置について説明したが、これに限定されるものではなく、操舵補助機構10をステアリングギヤ機構8のピニオンシャフト7に連結したり、前述した従来例のように、ラック軸を直接転舵モータで駆動するようにしたりしてもよい。
また、操舵トルクセンサ19の設置位置も中間シャフト5の上方位置に設置する場合に限らず、中間シャフト5とピニオンシャフト7との中間部に配置することもできる。
また、上記第1及び第2の実施形態では、操舵トルクセンサ19の外部接続端子19c〜19fをL字状に折り曲げ形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、外部接続端子19c〜19fをステアリングシャフト2の中心軸と直交する方向に延長する直線状に形成し、トルクセンサ基板22をステアリングシャフト2の中心軸と平行に配置するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、モータ駆動回路がインバータ31で構成されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータとしてブラシ付電動モータを適用する場合には、モータ駆動回路としてHブリッジ回路を適用するようにすればよい。
SM…ステアリング機構、1…ステアリングホイール、2…ステアリングシャフト、3…ステアリングコラム、4…ユニバーサルジョイント、5…中間シャフト、7…ピニオンシャフト、8…ステアリングギヤ機構、9…タイロッド、WL,WR…転舵輪、10…操舵補助機構、11…減速ギヤ機構、12…電動モータ、13…ギヤハウジング、19…操舵トルクセンサ、21…基板収納部、22…トルクセンサ基板、23…トルク演算回路部、24…水分検知部、25,26…櫛歯状電極、27…インピーダンス監視回路、30…制御ユニット、31…インバータ、33…モータ電流検出部

Claims (6)

  1. ステアリング機構に伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリング機構に操舵補助力を付与する電動モータと、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御する制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング装置であって、
    前記操舵トルク検出手段は、前記ステアリング機構に伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と該操舵トルク検出部から出力される操舵トルク検出信号に基づいて操舵トルク検出値を演算するトルク演算回路部とで構成され、
    前記トルク演算回路部が設けられたトルクセンサ基板において、前記操舵トルク検出部と前記トルク演算回路部とのうち前記トルク演算回路部の近傍となる位置にのみ水分検知部を形成し、
    前記制御ユニットは、前記水分検知部が水分検知状態にあるときに、前記電動モータへの駆動電流を抑制する異常制御部を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記操舵トルク検出手段は、操舵トルクを、ステアリングシャフトの入力軸および出力軸間に介挿したトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を、電気信号として出力することを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記水分検知部は、一対の櫛歯状電極を、一方の櫛歯状電極の櫛歯間に他方の櫛歯が位置するように配置し、両櫛波状電極間のインピーダンスが水分によって変化するように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記トルク演算回路部は、前記水分検知部のインピーダンスを監視するインピーダンス監視部を備え
    前記制御ユニットは、前記インピーダンス監視部で水分検知状態と判断したときに、前記水分検知部が水分検知状態にあると判断することを特徴とする請求項3に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記制御ユニットは、前記水分検知部のインピーダンスを監視するインピーダンス監視部を備え
    前記制御ユニットは、前記インピーダンス監視部で水分検知状態と判断したときに、前記水分検知部が水分検知状態にあると判断することを特徴とする請求項3に記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 前記インピーダンス監視部は、水分検知部のインピーダンスが予め設定された設定値を下回ったときに水分検知状態と判断するように構成されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の電動パワーステアリング装置。
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