JPH10226342A - 電動式パワーステアリングシステムの異常検出制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操舵トルク、アシストトルクを機械的変位量
として直接比較して、故障検出機構及びアシスト禁止機
構を一体化した異常検出制御装置を提供する。 【解決手段】 電動式パワーステアリングシステムであ
って、操舵トルクを検出する第１の検出手段２０と、ア
シストモータ１０の付加トルクを検出する第２の検出手
段３０と、第１の検出手段２０の検出信号に応じて変位
する第１の電極及びこの第１の電極に対して正常時は通
電状態にあり第２の検出手段３０の検出信号に応じて変
位する第２の電極とからなり、前記操舵トルクと前記付
加トルクとの比が所定の範囲を越えたとき第１及び第２
の電極が相対的に変位して断電状態に切り換わり前記付
加トルクを零にする比較手段４０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリングホイ
ールを操作したとき、その操舵トルクにアシストトルク
を付加して操作性を良くする電動式パワーステアリング
システムの異常検出制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動式パワーステアリングシステ
ムにおいては、例えば、特開昭６４−５６２７４号公報
或いは特開平２−２９３２６０号公報等に開示されてい
るように、操舵トルクとアシストトルクを電気信号に変
換し、これらを電気制御ユニット（以下ＥＣＵと云う）
により制御している。ＥＣＵには、これらの制御回路と
ともに、故障検出機構及びアシスト禁止機構が設けられ
ている。即ち、操舵トルクとアシストトルクの関係が許
容範囲を越えたときこれらをソフト的に比較して故障検
出を行い、さらに、この検出信号に基づいてアシスト禁
止の制御を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の電動式パワーステアリングシステムのＥＣＵに
おいては、操舵トルクからアシストトルクを演算する制
御回路とともに、電気的に構成された故障検出機構及び
アシスト禁止機構が設けられているので、これらを構成
するハードやソフトが必要であり、システムが複雑にな
ってコスト高になるという問題がある。また、縁石等に
接触して操舵トルクが大きくなった場合には、広い範囲
でアシストトルクを付加することが有効であり、パワー
ステアリングの制御許容範囲の範囲を拡大することが要
望されている。

【０００４】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は、操舵トルク及びアシストトルクを機
械的変位量として直接比較して、故障検出機構及びアシ
スト禁止機構を一体化し、制御許容範囲を拡大した電動
式パワーステアリングシステムの異常検出制御装置を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に請求項１の発明が採った手段は、実施例で使用する符
号を付して説明すると、ステアリングホイール１の操舵
トルクを検出し、この検出信号に応じてアシストモータ
１０のトルクを付加する電動式パワーステアリングシス
テムであって、前記操舵トルクを検出する第１の検出手
段２０と、前記アシストモータ１０の付加トルクを検出
する第２の検出手段３０と、前記第１の検出手段２０の
検出信号に応じて変位する第１の電極４１及びこの第１
の電極４１に対して正常時は通電状態にあり第２の検出
手段３０の検出信号に応じて変位する第２の電極４２と
からなり、前記操舵トルクと前記付加トルクとの関係が
所定の範囲を越えたとき第１の電極４１及び第２の電極
４２が相対的に変位して断電状態に切り換わり前記付加
トルクを零にする比較手段４０と、を備えたところに特
徴を有する。

【０００６】請求項２の発明が採った手段は、前記第１
及び第２の電極４２，４３がブラシ４４と接触する位置
は、中立位置において各電極が当接するストッパ側が広
く、反対側が狭く設定されいるところに特徴を有する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
き図１〜１３図を参照して説明する。まず、電動式パワ
ーステアリングシステムに関して図１０を参照して説明
する。ステアリングホイール１を操作すると、その操舵
トルクはギヤーケース２の入力軸３に伝達され、出力軸
４の下端のピニオンを介してラック５を駆動する。この
ラック５は操舵リンク６を介して車輪７の方向を変え
る。

【０００８】一方、ギヤーケース２に取付けられたトル
クセンサ８が操舵トルクを検出し、その電気信号が電気
制御装置（以下ＥＣＵと云う）９に入力される。そし
て、ＥＣＵ９からの信号に基づいてアシストモータ１０
が駆動される。このアシストモータ１０のトルクは、電
磁クラッチ１１を介してギヤーケース１２の入力軸１３
に伝達され、出力軸１４の下端のピニオンを介してラッ
ク５を駆動する。このラック５は、ステアリングホイー
ル１の出力軸４とともに、アシストモータ１０の出力軸
１４により駆動されるので、操作性が著しく改善され
る。

【０００９】ここで、電磁クラッチ１１は、図１１に示
すように、アシストモータ１０の端面に取着されたソレ
ノイド１５と、モータ軸１０ａに連結された第１のデイ
スク１６及びピニオン軸１７に連結された第２のデイス
ク１８とから構成されており、ソレノイド１５が通電さ
れると、第１のデイスク１６及び第２のデイスク１８が
一体化されてアシストモータ１０のトルクがピニオン軸
１７、ギヤ１９を介して入力軸１３に伝達されるように
なっている。

【００１０】つぎに、操舵トルクを検出する第１の検出
手段として、トーションバー方式の第１の検出装置２０
について図１２，図１３をも参照して説明する。入力軸
３及び出力軸４は、それぞれギヤーケース２に回転可能
に取付けられている。トーションバー２１は上端部がピ
ン２２により入力軸３に一体化され、下端が出力軸４の
孔部４ａに一体的に圧入されている。従って、入力軸３
に入力されたトルクは、トーションバー２１を介して出
力軸４に伝達される。

【００１１】一方、入力軸３の外側にはスリーブ２３が
嵌合されている。このスリーブ２３には軸方向に平行な
長溝２４と、傾斜溝２５が形成されている。そして、長
溝２４には出力軸４に固定されたピン２６が挿入され、
傾斜溝２５には入力軸３に固定されたピン２７が挿入さ
れている。即ち、スリーブ２３は出力軸４に対して軸方
向には移動するが、円周方向には回転しない。

【００１２】ここで操舵トルクが入力軸３から出力軸４
へ伝達されるとき、トーションバー２１にねじり角が発
生して、入力軸３と出力軸４との間に円周方向のずれが
発生する。従って、入力軸３に固定されたピン２７は傾
斜溝２５内を移動して、スリーブ２３がその軸方向へ所
定量例えば寸法Ｈだけ上昇する。第１の検出装置２０
は、この寸法Ｈを検出量として取り出すもので、スリー
ブ２３の外周面には溝２８が形成されている。

【００１３】一方、アシストモータ１０の付加トルクを
検出する第２の検出手段としての第２の検出装置３０
は、アシストモータ１０の伝達力を検知するためにギヤ
ーケース１２に設けられたもので、これは、第１の検出
装置２０と同じ構成のトーションバー式であり、入力軸
１３の外周部にスリーブ２３が設けられている。そし
て、前述と同様に、スリーブ２３の変位量がアシストモ
ータ１０の付加トルクとして検出される。

【００１４】つぎに、比較手段４０として使用するＩ／
Ｏスイッチ４０に関して、図１〜図８を参照して説明す
る。Ｉ／Ｏスイッチ４０は、絶縁基板４１の中央部に貼
付けられた第１の電極４２と、この第１の電極４２に対
して対向配置され絶縁基板４１の中央部に貼付けられた
第２の電極４３と、これら一対の電極４２，４３に対し
て摺動可能に接触するブラシ４４とから構成されてお
り、一対の電極４２，４３は、レバー４５が図１３に示
すように第１の検出装置２０のスリーブ２３の溝２８に
嵌合して、スリーブ２３の変位量に応じて移動される。
なお、この移動は、直線的に摺動させてもよく、また、
円周方向に回動させてもよい。

【００１５】また、Ｉ／Ｏスイッチ４０には、一対の電
極４２，４３が図１に示す一方向である矢印Ａ方向へ移
動したとき、第１の電極４２に当接してその変位を阻止
する第１のストッパ４６と、一対の電極４２，４３が図
に示す他方向である矢印Ｂ方向へ移動したとき、第２の
電極４３に当接してその変位を阻止する第２のストッパ
４７が設けられている。また、電極４２，４３とレバー
４５との間にはばね４８が挿入されている。ブラシ４４
は、第１の検出装置２０と同様のトーションバー方式に
より第２の検出装置３０の検出量に応じてプッシュプル
ワイヤ４９を介して移動される。

【００１６】尚、ブラシ４４が電極４２，４３に接触す
る位置は、操舵トルクが加えられていない中立状態にお
いて、第１の電極４２にあっては第１のストッパ４６側
の電極４２ａが広く、反対側の電極４２ｂが狭く設定さ
れ、第２の電極４３にあっては、第２のストッパ４７側
の電極４３ａが広く、反対側の電極４３ｂが狭く設定さ
れている。

【００１７】ここで、操舵トルクによる第１の検出装置
２０の検出量（電極４２，４３の移動量）と、アシスト
トルクによる第２検出装置３０の検出量（ブラシ４４の
移動量）との関係は、図８に示す制御線３１に沿って制
御される。この際、図８において、後述するように、ｐ
ｑｒｓｔｐ’ｑ’ｒ’ｓ’ｔ’で囲まれた制御許容範囲
は、正常時は第１の電極４２，第２の電極４３がブラシ
４４を介して接触して電源ラインが通電状態にあり正常
状態で稼働されることを示し、制御許容範囲を越えた斜
線部分では、ブラシ４４が一対の電極４２，４３から逸
脱して電源ラインが断電状態に切換わり、異常範囲（フ
ェールエリア）となることを示すものである。

【００１８】つぎに、比較手段４０としてのＩ／Ｏスイ
ッチ４０の作用に関して図１〜図８を参照して説明す
る。一対の電極４２，４３が矢印Ａ方向へ移動した場合
も矢印Ｂ方向に移動したときも、その作用は同じである
ので、矢印Ａ方向へ移動する場合を例にして説明する。 １，操舵トルク及びアシストトルクがともに加わってい
ない場合（図７のＳＴＥＰ１０）は、図８におけるＯ点
（制御許容範囲）に相当し、図１に示すように、一対の
電極４２，４３にブラシ４４が接触して、電源は通電状
態にある。

【００１９】２，操舵トルクとアシストトルクが正常関
係にある（制御線３１に沿って移動する）場合（ＳＴＥ
Ｐ１１） 一対の電極４２，４３及びブラシ４４が図１に示す関係
を維持して移動する。第１の電極４２が第１のストッパ
４６に当接すると（図８のＨ点、図２）、第１の電極４
２の移動が停止する。第２の電極４３及びブラシ４４は
引続き所定の関係を維持して移動して、通電状態は維持
される。

【００２０】そして、更にブラシ４４が移動して、図３
に示すように電極４２ａの幅に相当する距離を越えると
（図８に示すＪ点、ＳＴＥＰ１２）電源は断電状態に切
り替わる。ところで、Ｈ点における制御許容範囲の幅寸
法Ｈ1は、第２の電極４３の幅寸法４３ａに対応して増
減し、制御許容範囲の幅寸法Ｈ2は、第２の電極４３の
幅寸法４３ａに対応して変化させることができる。

【００２１】３，操舵トルクよりもアシストトルクが大
き過ぎる場合（ＳＴＥＰ１３、図４） ブラシ４４が第２の電極４３よりも早く進行するので、
図８に示すＫ点（フェールエリア）に達すると、ブラシ
４４は第２の電極４３を通過して絶縁基板４１上に移動
して、電源が断電状態となり、故障を検出する。

【００２２】４，操舵トルクよりもアシストトルクが小
さ過ぎる場合（ＳＴＥＰ１３、図５及び図６） 第１の電極４２が第１のストッパ４６に当接するときに
ブラシ４４が第１の電極４２に接触していれば、第１の
電極４２が停止するので、ブラシ４４は引続き電極４２
ａの幅に相当する距離を移動する間通電状態が維持され
（図８のＬ1点，Ｌ2点、図５）、電極４２ａから外れた
とき即ち図８に示す「ｒｓｔ」線を越えたとき電源は断
電状態に切り替わる。また、第１の電極４２が第１のス
トッパ４６に当接する前にブラシ４４が第１の電極４２
から外れると（Ｍ1点、図６）、そのとき電源が断電状
態となる。

【００２３】５，アシストトルクが逆方向に作用した場
合（ＳＴＥＰ１４、図６） ブラシ４４が反対方向に移動するので、図８に示すＭ2
点（フェールエリア）に位置する。ブラシ４４は絶縁基
板４１上に移動して電源が断電状態となる。

【００２４】尚、上記実施例中で、第１の電極４２と第
１のストッパ４６との間の距離及び第２の電極４３と第
２のストッパ４７との間の距離を０に設定すれば、その
フエールセーフの範囲は、図９に示すように変化する。

【００２５】つぎに、これらの制御回路及びフェールセ
ーフ機能について図１４，１５を参照して説明する。イ
グニッションスイッチ５２をオンにすると、エンジンス
タータ連動リレーの接点５１がオンされて、直流電源５
３が回路に接続される。エンジンスタータ接点５１には
リレーコイル５４が直列に接続されており、イグニッシ
ョンスイッチ５２をオフにしてもその接点５５及び接点
５６が自己保持される。接点５５は、Ｉ／Ｏスイッチ４
０及びリレーコイル５４に直列に接続されており、ま
た、接点５６はアシストモータ１０のトルクをギヤ−ケ
ース１２に伝達するか否かを制御する電磁クラッチ１１
のソレノイド１１ａに直列に接続されている。尚、リレ
ー５４と並列にコンデンサ５７が接続されている。

【００２６】つぎに、図１５において、ステアリングホ
イール１を操作すると、第１の検出装置２０が操舵トル
クを検出し、また、第２の検出装置３０がアシストトル
クを検出する。そして、両者をＩ／Ｏスイッチ４０で比
較して（図１５のＳＴＥＰ２０）、その関係が制御許容
範囲であれば、Ｉ／Ｏスイッチ４０が通電状態を保持し
（ＳＴＥＰ２４）、パワーアシストが継続される。

【００２７】一方、その関係が異常範囲になると、即ち
フェールエリアに入ると、前述のように、Ｉ／Ｏスイッ
チ４０が断電状態となり、故障を検出する。すると、リ
レー５４がオフとなるので（ＳＴＥＰ２１）、その接点
５５及び接点５６も同時にオフとなる。これにより、ソ
レノイド１１ａが断電されて（ＳＴＥＰ２２）、電磁ク
ラッチ１１が遮断される。そして、アシストモータ１０
のトルクはギヤーケース１２に伝達されないので、アシ
ストトルクは零となって、アシスト禁止を実施する。即
ち、異常を検出するとフェールセーフ機能が働いてマニ
ュアルステアリングに切換えられるのである（ＳＴＥＰ
２３）。

【００２８】尚、本実施例においては、急ハンドルや振
動等によりＩ／Ｏスイッチ４０が瞬間的に断電状態とな
っても、コンデンサ５７の容量に応じた時間だけ接点５
５及び接点５６が自己保持されるので、その分、誤フェ
ールの発生が未然に防止できる。

【００２９】上記した第１の実施例によれば、つぎの効
果を奏する。 （１）Ｉ／Ｏスイッチ４０を、対向する一対の電極４
２，４３及びブラシ４４とで構成し、故障検出機構とア
シスト禁止機構を一体化したので、構造が簡単にするこ
とができコストを低減し得て、しかも信頼性を向上させ
ることができる。 （２）フェールセーフ機能はＩ／Ｏスイッチ４０により
制御しＥＣＵ９に対して別個に設けているので、たとえ
ＥＣＵ９に故障が発生してもフェールセーフが可能であ
る。 （３）Ｉ／Ｏスイッチ４０は、一対の電極４２，４３に
それぞれストッパ４６，４７を設けたので、パワーステ
アリングの制御許容範囲を広く設定することができる。 （４）一対の電極４２，４３とブラシ４４との機械的変
位を直接比較するので、電極の寸法、ストッパ４６，４
７の位置を変えることにより、フェールセーフの調整範
囲を変化できる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
あっては、比較手段によって操舵トルクとアシストトル
クを機械的変位として直接比較して故障検出を行い、こ
の故障検出と同時に機械的に電源非導通としてアシスト
禁止の制御を行っている。このため、故障検出機構及び
アシスト禁止機構を一体化することができて、簡単な構
成で信頼性を向上させ、コストを低減することができ、
しかも、電気制御ユニットも簡単にすることができると
いう効果を奏するものである。さらに、比較手段の電極
にストッパを設けたので、電極の大きさ及びストッパの
位置を選択することにより、パワーアシストの範囲を容
易に拡大することができるという優れた効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 比較手段の機械的変位の第１の状態を示す図
である。

【図２】 比較手段の機械的変位の第２の状態を示す図
である。

【図３】 比較手段の機械的変位の第３の状態を示す図
である。

【図４】 比較手段の機械的変位の第４の状態を示す図
である。

【図５】 比較手段の機械的変位の第５の状態を示す図
である。

【図６】 比較手段の機械的変位の第６の状態を示す図
である。

【図７】 比較手段の制御形態を示すフローチャートで
ある。

【図８】 アシスト特性及びフェールエリアを示すグラ
フである。

【図９】 電極及びストッパの寸法を変更した場合のア
シスト特性及びフェールエリアを示すグラフである。

【図１０】 第１の実施例のシステムを説明するブロッ
ク図である。

【図１１】 第１の実施例における要部の縦断正面図で
ある。

【図１２】 第１の検出装置の縦断正面図である。

【図１３】 第１の検出装置のスリーブの正面図であ
る。

【図１４】 第１の実施例における制御回路図である。

【図１５】 第１の実施例における制御を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１ ステアリングホイール ９ 電気制御装置 １０ アシストモータ １１ 電磁クラッチ ２０ 第１の検出装置（第１の検出手段） ３０ 第２の検出装置（第２の検出手段） ４０ Ｉ／０スイッチ（比較手段） ４２ 第１の電極 ４３ 第２の電極 ４４ ブラシ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングホイールの操舵トルクを検
   出する第１の検出手段と、この検出信号に応じて付加さ
   れたアシストモータの付加トルクを検出する第２の検出
   手段と、一対の電極及びブラシから構成され前記第１の
   検出手段の検出信号と第２の検出手段の検出信号を比較
   する比較手段とを備え、前記操舵トルクと前記付加トル
   クとの関係が所定の範囲にあるときは該比較手段を通電
   状態に形成してアシストモータのトルクを前記操舵トル
   クに付加し、所定の範囲を越えたとき比較手段を断電状
   態に切り換えて前記付加トルクを零にするようにした電
   動式パワーステアリングシステムの異常検出制御装置で
   あって、 前記比較手段を、 互いに対向して配置され第１の検出手段の検出信号に応
   じて変位する第１及び第２の電極と、 これら第１及び第２の電極に対して摺動可能に接触し第
   ２の検出手段の検出信号に応じて変位するブラシと、 前記第１及び第２の電極が一方向に所定の距離変位した
   とき第１の電極のみの変位を阻止する第１のストッパ及
   び前記第１及び第２の電極が他方向に所定の距離変位し
   たとき第２の電極のみの変位を阻止する第２のストッパ
   とから構成したことを特徴とする電動式パワーステアリ
   ングシステムの異常検出制御装置。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２の電極がブラシと接触
   する位置は、中立位置において各電極が当接するストッ
   パ側が広く、反対側が狭く設定されていることを特徴と
   する請求項１記載の電動式パワーステアリングシステム
   の異常検出制御装置。