(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操舵トルクを検出し、この検出信号に応じて低速時においては所定の関係でアシストモータのトルクを付加し、高速時には低速時よりも小なる比率でアシストモータ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において、
前記操舵トルクを検出する第１の検出手段と、
前記アシストモータと直列に接続され電流に応じて変位する第２の検出手段と、
車速を検知して低速時にはオンとなり抵抗を前記第２の検出手段と並列に接続し、高速時にはオフとなり前記抵抗を第２の検出手段から開放する車速スイッチと、
前記第１の検出手段の検出信号に応じて変位する電極及びこの電極に対して正常時は通電状態にあり第２の検出手段の変位量に応じて変位するブラシとからなり、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とを備え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。
【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。
【０００４】
また、車両を安全に運行するために、高速時におけるアシストトルクは、低速時におけるアシストトルクよりも小さく設定することが考えられるが、このように車速に応じて２種類のアシストトルクが適用された場合の故障検出機構及びアシスト禁止機構の開発が要望されている。
【０００５】
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するとともに、高速時及び低速時にも適用し得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を提供することにある。
【０００６】
【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低速時においては所定の関係でアシストモータ１０のトルクを付加し、高速時には低速時よりも小なる比率でアシストモータ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において、
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と直列に接続され電流に応じて変位する第２の検出手段３０と、
車速を検知して低速時にはオンとなり抵抗３１を前記第２の検出手段３０と並列に接続し、高速時にはオフとなり前記抵抗３１を第２の検出手段から開放する車速スイッチ３２と、
前記第１の検出手段２０の検出信号に応じて変位する電極４２及びこの電極４２に対して正常時は通電状態にあり第２の検出手段３０の変位量に応じて変位するブラシ４３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。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例につき図１〜１４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１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は、モータ軸１０ａに連結されたピニオン１１、これに噛み合うギヤ１２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により駆動されるので、操作性が著しく改善される。
【０００９】
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２，３及び４を参照して説明する。
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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寸法例えば寸法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。
【００１２】
また、第２の検出手段として、アシストモータ１０に直列に接続された比例ソレノイド３０が使用されている。この比例ソレノイド３０は、アシストモータ１０の回路電流が流れるソレノイドと、このソレノイドの内部を移動するプランジャとから構成されている。
アシストモータ１０は、電流に応じてトルクが増減するので、電流に応じて変位する比例ソレノイド３０は、即ちアシストモータ１０のトルクに応じて変位することになる。
【００１３】
このプランジャは、ソレノイドの電流が大になると移動距離が大となり、ソレノイドの電流が小になると移動距離も小となる。即ち、アシストモータ１０のアシストトルクが大となって電流が大となると、プランジャの移動距離も大となり、アシストトルクが小となって電流が小となると、プランジャの移動距離も小となる。
【００１４】
また、比例ソレノイド３０の両端には、抵抗３１と車速スイッチ３２の直列回路が接続されている。
この車速スイッチ３２は、車速検知手段により作動され、低速時にはオンとなって、抵抗３１が比例ソレノイド３０と並列に接続される。また、高速時にはオフとなり、抵抗３１がアシストモータ１０の回路から開放される。
【００１５】
尚、第２の検出手段は、比例ソレノイドに限らず、アシストモータ１０の回路電流に関連して作動するモータによっても良く、要はアシストモータ１０のアシストトルクを機械的変位に変換できる手段であれば特に限定されない。
【００１６】
つぎに、比較手段４０を機械的に構成したＩ／Ｏスイッチ４０について、図１、図２、図５〜図１２を参照して説明する。
Ｉ／Ｏスイッチ４０は、図８に示すように、絶縁基板４１の中央部に貼付けた電極４２と、電極４２の表面を摺動するブラシ４３とから構成されている。電極４２はレバー４４が図４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。
ブラシ４３は、比例ソレノイド３０のプランジャに連結されて移動される。
【００１７】
操舵トルクとアシストトルクとの関係は、低速時においては後述する所定の関係で制御されており、高速時には、低速時よりも小さな比率で制御されている。図５は低速時において、操舵トルクに応じた電極４２の移動量と、アシストトルクに応じて移動するブラシ４３の移動量との関係を示したもので、制御線４５に沿った所定の関係で制御される。この際、図５において、制御許容範囲である所定の範囲４６，４６間は、正常状態で稼働されることを示し、範囲４６，４６を越えた斜線部分が異常範囲（フェールエリア）となることを示すものである。
この範囲４６，４６は、電極４２の幅寸法を変化させれば、適宜に変更することができる。
【００１８】
一方、高速時においては、図６に示す制御線４７に沿って制御される。即ち、同じ操舵トルクに対して、高速時におけるアシストトルクは、低速時におけるアシストトルクの１／Ｎに小さくなる。
この２種類のアシストトルクを同一のＩ／Ｏスイッチ４０で制御するため、本実施例においては、高速時においては、アシストモータ１０の電流をそのまま比例ソレノイド３０に通電し、低速時においては、アシストモータ１０の電流を抵抗３１に分流させ、比例ソレノイド３０の電流をアシストモータ１０の電流１／Ｎに減少して、アシストトルクの比率に対応させている。
【００１９】
ここで、比較手段４０の基本的な作用に関して説明する。電極４２とブラシ４３との関係は低速時も高速時も同じであるので、図５に示す低速時を代表して説明する。
【００２０】
先ず図５，図７，図８において、
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５におけるＯ点（制御許容範囲）に相当し、図８に示すように、電極４２の中心にブラシ４３が接触している。この電極４２及びブラシ４３の基準位置をそれぞれＡ1，Ａ2と表示する。
【００２１】
つぎに、操舵トルクが右方向へ作用して電極４２が右方向へ寸法Ｈ1移動した場合を例にとり、アシストトルクが各種の場合について説明する。
２，操舵トルクとアシストトルクが正常関係にある場合（ＳＴＥＰ１１、図９）
ブラシ４３が寸法Ｌ1だけ移動するので、図５に示すＡ点（制御許容範囲）に相当して、ブラシ４３は電極４２に接触し、電源は通電状態を維持する。
尚、ブラシ４３が、所定の範囲４６，４６間に入るように寸法Ｌa〜Ｌbの範囲（電極４２の幅寸法に相当する）移動されたときも電源は通電状態を維持する。
【００２２】
３，操舵トルクよりもアシストトルクが大き過ぎる場合（ＳＴＥＰ１２、図１０）
ブラシ４３が寸法Ｌ2だけ移動して図５に示すＢ点（フェールエリア）に位置する。ブラシ４３は電極４２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。
【００２３】
４，操舵トルクよりもアシストトルクが小さ過ぎる場合（ＳＴＥＰ１２、図１１）
ブラシ４３が寸法Ｌ3だけ移動して図５に示すＣ点（フェールエリア）に位置する。電極４２のブラシ４３に対する相対的な移動距離が大きいので、ブラシ４３が絶縁基板４１上に移動して、電源が断電状態となる。
【００２４】
５，アシストトルクが逆方向に作用した場合（ＳＴＥＰ１３、図１２）
ブラシ４３が反対方向に寸法Ｌ4だけ移動して、図５に示すＤ点（フェールエリア）に位置する。ブラシ４３は絶縁基板４１上に移動して電源が断電状態となる。
【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１３，１４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５３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。
【００２６】
接点５５は、Ｉ／Ｏスイッチ４０及びリレーコイル５４に直列に接続されている。また、接点３３と連動しており、これを介してアシストモータ１０、比例ソレノイド３０の回路を構成している。
比例ソレノイド３０には、抵抗３１及び車速スイッチ３２が並列に接続されている。
尚、リレー５４にはコンデンサ５７が並列に接続されている。
【００２７】
車両がスタートすると、図１４において、車速検知手段が低速であることを検知して（ＳＴＥＰ２０）、車速スイッチ３２がオンとなり（ＳＴＥＰ２１）、アシストモータ１０の電流は、比例ソレノイド３０と抵抗３１とに分流する。
【００２８】
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て電極４２が変位する。また、アシストモータ１０及び比例ソレノイド３０の電流に応じて比例ソレノイド３０のプランジャが移動してブラシ４３を変位させる。
そして、両者をＩ／Ｏスイッチ４０で比較して（ＳＴＥＰ２２）、その関係が正常範囲であれば、Ｉ／Ｏスイッチ４０が通電状態を保持し（ＳＴＥＰ２６）、パワーアシストが継続される。
【００２９】
その関係が異常範囲になると、前述のように、Ｉ／Ｏスイッチ４０が断電状態となる。すると、リレー５４がオフとなるので（ＳＴＥＰ２３）、その接点５５及び接点３３も同時にオフとなる。
これにより、アシストモータ１０が断電されて（ＳＴＥＰ２４）、アシストトルクは零となる。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（ＳＴＥＰ２５）。
【００３０】
つぎに、車速が増加して高速状態になると、アシストトルクは図６の制御線４７のように変化する。一方、車速検出手段により車速スイッチ３２がオフに切換えられて、アシストモータ１０の電流が比例ソレノイド３０に流れる（ＳＴＥＰ２１）。この場合、比例ソレノイド３０の変位量は、比例ソレノイド３０と抵抗３１とが並列に接続されている低速時の変位量のＮ倍になるように設定されている。従って、アシストモータ１０のアシストトルク低速時の１／Ｎに減少してもＩ／Ｏスイッチ４０で同様に制御できる。
そして、電極４２及びブラシ４３が前述と同様の相対移動を行って、フェールセーフを行なう。
【００３１】
上記実施例においては、高速時のブラシ４３の移動量を、低速時のブラシ４３の移動量に対して大きくしてあるので、制御線４８，４８の管理限界の幅は、制御線４６，４６の管理限界よりも小さな幅に管理される。
尚、上記実施例においては、低速時及び高速時において同じ電極４２を使用したが、電極４２の通電範囲を適宜に切換えれば、高速時においても低速時と同じ管理限界で制御できる。
【００３２】
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５５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。
【００３３】
上記した実施例によれば、つぎの効果を奏する。
（１）車速検出手段により車速スイッチ３２を作動させて、車速に応じて比例ソレノイド３０と並列に抵抗３１を接続し、或は開放するので、高速走行時においても適切なパワーステアリング制御を行なうことができる。
（２）Ｉ／Ｏスイッチ４０を互いに相対的に移動する電極４２とブラシ４３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。
（３）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。
【００３４】
（４）Ｉ／Ｏスイッチ４０は、電極４２とブラシ４３との機械的変位を直接比較するので、電極の寸法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。
（５）高速比較部４２の電極４４ｃを、ブラシ４５ｂの変位量に応じて低速比較部４１の電極４２よりも大きく設定したので、低速時及び高速時のフェールセーフの調整範囲を同じ管理限界で管理できる。
（６）第２の検知手段として比例ソレノイド３０を利用したので、ギヤケース１２内の構成部品が少なくなり、コストダウンが達成でき、しかも、アシストモータ１０の取付け位置が自由に選択できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明においては、操舵トルクに対して車速に応じて異なる比率でアシストトルクを付加する電動式パワーステアリングシステムにおいて、前記アシストモータと直列に電流に応じて変位する第２の検出手段を設け、車速に応じて抵抗を並列に接続するようにしたので、１種類のの比較手段で低速時及び高速時においても、最適なパワーステアリング制御を実施できるという優れた効果を奏するものである。
しかも、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、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、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、さらに、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。
【００３６】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例のシステムを説明するブロック図である。
【図２】  要部の縦断正面図である。
【図３】  第１の検出装置の縦断正面図である。
【図４】  第１の検出装置のスリーブの正面図である。
【図５】  低速時における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６】  高速時における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】  比較手段の機械的変位の第１の状態を示す図である。
【図９】  比較手段の機械的変位の第２の状態を示す図である。
【図１０】  比較手段の機械的変位の第３の状態を示す図である。
【図１１】  比較手段の機械的変位の第４の状態を示す図である。
【図１２】  比較手段の機械的変位の第５の状態を示す図である。
【図１３】  本発明の制御回路図である。
【図１４】  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（ＥＣＵ）
１０  アシストモータ
２０  第１の検出装置（第１の検出手段）
３０  比例ソレノイド（第２の検出手段）
３１  抵抗
３２  車速スイッチ
４０  Ｉ／０スイッチ（比較手段）
４２  電極
４３  ブラシ
【図１】
0003743874.tif 000002
【図２】
0003743874.tif 000003
【図３】
0003743874.tif 000004
【図４】
0003743874.tif 000005
【図５】
0003743874.tif 000006
【図６】
0003743874.tif 000007
【図７】
0003743874.tif 000008
【図８】
0003743874.tif 000009
【図９】
0003743874.tif 000010
【図１０】
0003743874.tif 000011
【図１１】
0003743874.tif 000012
【図１２】
0003743874.tif 000013
【図１３】
0003743874.tif 000014
【図１４】
0003743874.tif 000015