JP3572801B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機の出力で操舵力を補助するようにした電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、電動パワーステアリング装置にあっては、ステアリングホイールが固定された入力軸に操舵トルクを検出するトルクセンサを取り付け、このトルクセンサのトルク検出値に応じて電動機を駆動することによって、操舵力に応じた操舵補助トルクを発生させ、操舵力のアシストを行うようにしている。
【0003】
このような電動パワーステアリング装置においては、制御装置において、トルクセンサのトルク検出値等、各種検出信号をもとに、電動機で発生する操舵補助トルクを制御するようにしている。そのため、トルクセンサ等の各種センサ或いは制御装置自体に異常が発生した場合等には、電動機に対して正確な制御を行うことができなくなるため、各種センサ或いは制御装置等の異常監視を行い、異常を検出した場合には、装置を停止させるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の電動パワーステアリング装置においては、各種センサ或いは制御装置等、装置に何らかの異常が発生した場合には、電動機への電流供給を即座に停止するようにしている。そのため、例えば、電動パワーステアリング装置での操舵補助トルクによるアシストを伴ってステアリングホイールを据え切りロック付近まで操舵している状態で、制御装置或いは各種センサに異常が発生した場合には、電動機への電流供給を停止して操舵補助トルクによるアシストを停止させるが、このとき、電動機による操舵補助トルクが急になくなるため、タイヤの捩じれ力等、操舵系の弾性変形の戻り力により、ステアリングシャフトに対してこれを中立位置に戻そうとする力が働き、ステアリングホイールが中立位置方向に戻ろうとし、ドライバに負担がかかるという問題がある。
【0005】
そこで、この発明は上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、電動パワーステアリングによるアシスト中に電動機を停止させるときに発生する、ステアリングホイールを中立状態に戻そうとする力を抑制することの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。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵系に連結され操舵補助トルクを発生する電動機と、前記操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、当該操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに応じて前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記電動機と前記電動機駆動制御手段との間を遮断する遮断手段と、当該遮断手段の作動と共に前記電動機の端子間を所定時間短絡する第1の短絡手段と、当該第1の短絡手段での短絡により前記電動機が回生制動状態となって生じる起電力に応じて作動し、且つ前記電動機の端子間を所定時間短絡する第2の短絡手段と、を備えることを特徴としている。
【0007】
この請求項1の発明では、車両の操舵系の操舵トルクに応じて電動機駆動手段により電動機が駆動されて、操舵系に対して電動機が操舵補助トルクを発生し、これによりドライバの操舵操作が容易に行われる。そして、例えば電動機駆動手段に異常が発生した場合等、電動機を停止させる場合には、遮断手段によって電動機と電動機駆動手段との間が遮断状態に制御されると共に第1の短絡手段により電動機の端子間が短絡される。このとき、操舵系の弾性変形等による捩じれの戻り力が大きい場合には、電動機が回生制動状態となって起電力が発生するからこれにより第2の短絡手段が作動し、例えば捩じれの戻り力による影響をステアリングホイールがうけなくなるとみなすことができるまで短絡を行うようにすれば、電動機の回生制動により捩じれの戻り力が確実に抑制される。
【0008】
逆に、捩じれの戻り力が小さい場合には、電動機が発生する起電力が小さいから第2の短絡手段は作動せずに、第1の短絡手段の短絡が開放された時点で電動機の短絡が開放される。よって、前記第2の短絡手段が作動するのに充分な時間だけ第1の短絡手段により電動機9の端子間の短絡を行うようにすれば、捩じれの戻り力が小さく第2の短絡手段が作動しないと判断される時点で電動機の短絡が開放され、短絡状態で操舵されることにより電動機が負荷となることが回避される。
【0009】
また、請求項2に係る電動パワーステアリング装置によれば、前記第2の短絡手段は、自己保持リレーで構成され、そのコイル部は前記第1の短絡手段と前記電動機との間に介挿され、前記第2の短絡手段は、前記第1の短絡手段が作動状態となったときに前記コイル部を励磁する前記起電力に応じて作動するようにしたことを特徴としている。
【0010】
この請求項2の発明によれば、前記第1の短絡手段が作動して電動機の端子間を短絡したときに、電動機が回生制動状態となることによって第2の短絡手段を形成するコイル部が励磁される。このとき、電動機が発生する起電力が大きい場合にはコイル部が励磁されることによって第2の短絡手段が作動して電動機の端子間が短絡され、起電力が小さい場合には第2の短絡手段は作動しないから、第2の短絡手段は、操舵系の捩じれの戻り力の大きさに応じて作動制御される。
【0011】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1の電動パワーステアリング装置によれば、電動機を停止させるときには、第1の短絡手段により電動機の端子間を所定時間短絡し、この短絡に伴って電動機が回生制動状態となって発生する起電力が大きいとき、すなわち、操舵系の捩じれの戻り力が大きいときに第2の短絡手段を作動させて引き続き電動機の端子間の短絡を行うようにしたから、操舵系の捩じれの戻り力が大きい場合には、電動機が回生制動状態となって捩じれの戻り力を抑制することができ、捩じれの戻り力が小さい場合には、第1の短絡手段の短絡が終了した時点で電動機の端子間の短絡が開放されるから、電動機を短絡している状態で操舵することにより電動機が負荷として作動することを、より早い段階で回避することができ、操舵操作を容易に行うことができる。
【0012】
また、請求項2の電動パワーステアリング装置によれば、前記第1の短絡手段が作動して電動機の端子間を短絡したときに、第2の短絡手段を形成するコイル部が励磁されるようにしたから、操舵系の捩じれの戻り力の大きさに応じて第2の短絡手段を容易に作動制御することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
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、本発明の実施の形態を示す概略構成図である。図中、1はステアリングシャフトであり、このステアリングシャフト1は自在継手2を介して連結されたアッパシャフト1aとロアシャフト1bとから構成されている。アッパシャフト1aの上端にはステアリングホイール3が固定されていると共に、ロアシャフト1bの下端には、自在継手4を介してピニオンシャフト5が連結されていて、このピニオンシャフト5の下端に設けたピニオンがステアリングギヤボックス6の内部でラック軸7のラックと噛合している。上記ステアリングホイール3、ステアリングシャフト1、自在継手2,4、ピニオンシャフト5及びラック軸7によって操舵系を構成している。
【0014】
上記ピニオンシャフト5は、減速ギヤ機構8を介してモータ9の回転軸9aに連結されている。この減速ギヤ機構8は、ケーシング8a内で互いに噛合する駆動ギヤ8bと従動ギヤ8cとからなり、従動ギヤ8cがピニオンシャフト5に固定されていると共に、駆動ギヤ8bが回転軸9aに固定されている。モータ9は、例えば直流サーボ電動機で構成され、電磁クラッチ9b及び回転軸9aを介して、その回転力が減速ギヤ機構8へと伝達される。
【0015】
また、ステアリングシャフト1には、ステアリングホイール3に付与されてステアリングシャフト1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しての操舵トルクセンサ10が設けられている。この操舵トルクセンサ10は、例えば、同一の作用構成を有する図示しない、メインポテンショメータとサブポテンショメータとから構成され、操舵トルクをアッパシャフト1aに設けたトーションバーの捩じれ角変位に変換し、この捩じれ角変位をボールねじ部材により直進運動に変換し、ポテンショメータの摺動接触子に連結されたレバーをボールねじ部材により可動させ、摺動接触子から出力される抵抗値を可変するように構成されている。そして、ドライバがステアリングホイール3を操舵することによって、各ポテンショメータで検出されるステアリングシャフト1に生じる捩じれの大きさと方向とに応じたアナログ電圧からなる操舵トルク検出信号TM ,TS を出力し、例えば、ステアリングホイール3が非操舵状態であり中立状態にある場合には、所定の中立電圧を操舵トルク検出信号TM ,TS として出力し、これよりステアリングホイール3を右切りするとそのときの操舵トルクに応じて中立電圧より増加する電圧を、左切りするとそのときの操舵トルクに応じて中立電圧より減少する電圧を出力するようになっている。
【0016】
11は、車速を検出するための車速検出センサであり、例えば変速機の出力軸の回転数を検出して、これに対応した周期のパルス信号からなる車速検出信号Vを出力する。
【0017】
12は、モータ9の駆動制御を行う電動機駆動手段としての制御装置であり、バッテリ等の電源13に接続されている。この制御装置12には、図2に示すように、前記操舵トルクセンサ10からの操舵トルク検出信号TM ,TS と、車速センサ11からの車速検出信号Vと、が供給される。そして、制御装置12は、これら入力信号に基づき前記モータ9の回転方向及びその駆動量を指定するモータ制御信号ZM ,電磁クラッチ9bを制御するクラッチ制御信号ZC 及び電源13からの供給電源を供給又は遮断制御する電源制御信号ZR を出力する制御回路20と、前記モータ制御信号ZM が供給されこれに基づきモータ9を駆動制御するモータ駆動回路30と、前記電源制御信号ZR が供給されこれに基づき電源13からモータ駆動回路30への供給電源を供給又は遮断制御する遮断回路61と、前記制御回路20からの後述の異常検出信号ZE を入力したとき所定の処理を行って前記モータ9を停止させる故障監視回路65とから構成されている。
【0018】
前記制御回路20は、A/D変換器21M ,21S 及び22と、マイクロコンピュータ24とを備えている。
このマイクロコンピュータ24は、入力インタフェース回路24a及び出力インタフェース回路24bと、演算処理装置24cと、記憶装置24dとを少なくとも有し、入力インタフェース回路24aには上記操舵トルクセンサ10の操舵トルク検出信号TM ,TS がそれぞれA/D変換器21M ,21S を介して供給されると共に、車速センサ11の車速検出信号VがA/D変換器22を介して供給される。また、出力インタフェース回路24bからは操舵補助トルクに応じて形成された、モータ9を駆動制御するモータ制御信号ZM が直接出力されると共に、電磁クラッチ9bへのクラッチ制御信号ZC 及び遮断回路61への電源制御信号ZR が直接出力される。
【0019】
そして、前記演算処理装置24cは、操舵トルクセンサ10からの操舵トルク検出信号TM ,TS と、車速センサ11からの車速検出信号Vと、をそれぞれA/D変換器21M ,21S 及び22を介して操舵トルクTM 及びTS ,車速検出値Vとして入力し、操舵トルクTM が所定設定値Tα以上である時に、車速検出値V及び操舵トルクTM に基づいて、モータ9に所定の操舵補助トルクを発生させるための目標電流値I0 及び回転方向を設定し、これらをもとにモータ9の駆動制御を行うための駆動量及び回転方向を特定するモータ制御信号ZM を出力する。
【0020】
また、演算処理装置24cは、例えば前記操舵トルクセンサ10からの操舵トルクTM 及びTS に基づき、これら両者が一致するかどうか、或いは、その検出値が操舵トルクセンサ10に断線、短絡等が発生していることを表す値ではないか等によって操舵トルクセンサ10等各種センサの異常検出を行い、異常検出時には異常時の所定の処理を実行する。
【0021】
また、演算処理装置24cでは、操舵トルクTM が所定設定値Tα未満であるときには、モータ9による操舵補助トルクを発生させる必要がないものとして、モータ9を駆動しない。
【0022】
さらに、演算処理装置24cでは、ウォッチドッグタイマを有し、このウォッチドッグタイマからのウォッチドッグパルスに基づいて所定の異常対処処理を行うと共に、ウォッチドッグパルスを異常検出信号ZE として故障監視回路65に出力する。
【0023】
前記記憶装置24dには、上記演算処理装置24cでの演算処理に必要な処理プログラム等を記憶していると共に、演算処理装置24cの演算結果等を逐次記憶する。
【0024】
一方、前記モータ駆動回路30は、図3に示すように、制御回路20から出力されるモータ制御信号ZM が供給されるゲート駆動回路31と、ブリッジ回路36とを備えていて、ブリッジ回路36は、例えば、Nチャネル接合形FET(電界効果トランジスタ)等のトランジスタがそれぞれ直列に接続された2つのトランジスタTr1 及びTr2 、Tr3 及びTr4 が並列に接続されて形成されている。そして、トランジスタTr1 及びTr3 の接続点が遮断回路61を介して電源13に接続され、Tr2 及びTr4 の接続点が接地されていると共に、Tr1 とTr2 との接続点及びTr3 とTr4 との接続点間に、モータ9とブリッジ回路36との間を遮断する故障監視回路65を介してモータ9が接続されている。
【0025】
前記遮断回路61は、例えば常開接点を有するリレースイッチで構成され、ブリッジ回路36への電源13の供給電源をON/OFF制御するものであり、制御回路20での異常監視に基づく電源制御信号ZR により制御されるようになされ、異常発生時にはブリッジ回路36への供給電源を遮断するようになされている。
【0026】
そして、前記ゲート駆動回路31は、例えばパルス幅変調回路,論理回路等で構成され、マイクロコンピュータ24からのモータ制御信号ZM で特定されるモータ9の回転方向及び駆動量に基づいてブリッジ回路36の各トランジスタTr1 〜Tr4 に電圧供給を行うことによって、モータ9への駆動電流の供給制御を行っており、故障監視回路65によりモータ9とブリッジ回路36との間が接続状態であるとすると、例えば、電流方向が右として指定された場合には、トランジスタTr2 及びTr3 のゲート端子に電圧供給を行うことによって、電源13の供給電源が遮断回路61を介してブリッジ回路36に供給され、トランジスタTr3 ,モータ9,トランジスタTr2 の方向に電流が流れて、モータ9が正回転、すなわち、右回転する。
【0027】
逆に、電流方向が左として指定された場合には、トランジスタTr1 及びTr4 のゲート端子に電圧供給を行うことによって、電源13からの供給電源がブリッジ回路36に供給され、トランジスタTr1 ,モータ9,トランジスタTr4 の方向に電流が流れて、モータ9が逆回転、すなわち、左回転する。そして、このとき、ゲート駆動回路31で、指定された駆動量に応じて例えば、PWM(Pulse Width Modulation) 信号を形成し、このPWM信号に基づいてトランジスタTr1 又はTr3 のゲート端子への電圧供給を行うことによって、モータ9に流れる電流量を制御し、モータ9をモータ制御信号ZM で指定された方向に指定された駆動量だけ駆動するようになっている。
【0028】
前記故障監視回路65は、図3に示すように、前記制御回路20の演算処理装置24cからの異常検出信号ZE を入力する故障検出器65aと、故障検出器65aによって作動制御されるリレーR1 〜R3 を有するモータ停止制御回路65bとから構成されている。
【0029】
そして、リレーR1 はそのコイル部L1 の一端が電源13に接続され、他端が故障検出器65aに接続され、その接点部S1 はモータ9の一方の端子とブリッジ回路36の例えばトランジスタTr3 及びTr4 の接続点との間に介挿されている。そして、コイル部L1 が励磁されたときブリッジ回路36とモータ9の一方の端子との間を接続状態にするようになっている。また、リレーR2 は自己保持リレーであって、その一方のコイル部L21の一端は電源13に接続され、他端は故障検出器65aに接続されている。また、他方のコイル部L22は、モータ9の端子間に介挿されている。そして、その接点部S2 は、可動接点aと固定接点b及びcとから構成され、可動接点aはモータ9の一方の端子とコイル部L22との間に接続され、固定接点bは開放され、固定接点cはモータ9の他方の端子とコイル部L22との間に接続されている。そして、コイル部L22が励磁されたとき、可動接点aと固定接点cとが接続されてリレーR2 によりモータ9の端子間が短絡され、コイル部L21が励磁されたとき、可動接点aと固定接点cとが遮断されてリレーR2 によるモータ9の端子間の短絡が開放されるようになっている。このとき、コイル部L22が励磁されて可動接点aと固定接点cとが一旦接続状態となると、コイル部L22が励磁されなくなった場合でもこの接続状態は維持され、コイル部L21が励磁されたときに、可動接点aと固定接点cとが遮断されるようになっている。
【0030】
そして、リレーR3 は、そのコイル部L3 の一端が電源に接続され、他端が故障検出器65aに接続され、その接点部S3 はモータ9の一方の端子とコイル部L22との間に介挿されている。そして、コイル部L3 が励磁されたとき、モータ9の端子間を短絡するようになっている。
【0031】
したがって、コイル部L3 が励磁されて、モータ9の端子間が短絡され、この短絡によりモータ9が回生制動状態となったときに、モータ9に生じる起電力によってコイル部L22が励磁され、これによって、リレーR2 の可動接点aと固定接点cとが接続状態に制御されるようになっている。
【0032】
そして、各コイル部L1 ,L21,L3 への励磁は、故障検出器65aによって行われ、故障検出器65aでは、起動時にコイル部L1 ,L21を励磁してブリッジ回路36とモータ9とを接続状態にすると共に、リレーR2 によるモータ9の端子間の短絡を行わない状態に制御し、制御回路20から異常検出信号ZE を入力したとき、コイル部L1 への励磁を停止してブリッジ回路36とモータ9との間を遮断し、また、コイル部L3 を所定時間励磁してリレーR3 を作動させ、モータ9の端子間を所定時間短絡する。さらに、異常検出信号ZE を入力してから所定時間経過後、リレーR2 のコイル部L21を励磁し、可動接点aと固定接点cとを遮断状態に制御する。
【0033】
ここで、リレーR1 が遮断手段に対応し、リレーR2 が第1の短絡手段に対応し、リレーR3 が第2の短絡手段に対応している。
次に、上記実施の形態の動作を、図4に示すタイムチャートに基づいて説明する。
【0034】
故障検出器65aでは、起動されると、リレーR1 のコイル部L1 を励磁してブリッジ回路36とモータ9とを接続状態に制御する。また、リレーR2 のコイル部L21を励磁して可動接点aと固定接点cとを遮断状態にしてモータ9の端子間を短絡しない状態に制御する。
【0035】
このとき、リレーR3 は励磁されないから、モータ9の端子間は短絡されない状態となる。
そして、演算処理装置24cでは、操舵トルクセンサ10からのメインポテンショメータの検出値である操舵トルクTM 及び車速センサ11からの車速検出値Vに基づいて、操舵補助力制御を行う。すなわち、操舵トルクTM が所定値Tα以上であるか否かを判定して操舵系にモータ9による操舵補助トルクを発生させる必要があるか否か、を判定し、例えば車両が直進走行している場合等ドライバが操舵操作を行わない場合には、操舵トルクTM が所定値Tαより小さいから、ステアリングシャフト1に操舵トルクが発生しておらず、操舵補助トルクを発生させる必要がないものとして、クラッチ制御信号ZC をオフとして出力しモータ9を駆動しない。
【0036】
また、例えば車両が直進走行している状態から旋回に移行する場合等、ドライバが操舵を行った場合には、操舵トルクTM が、所定値Tαよりも大きくなるから、電磁クラッチ9bを、モータ9の回転力を減速ギヤ機構8に伝達可能なオン状態に制御するクラッチ制御信号ZC を出力し、車速センサ11からの車速検出値Vと操舵トルクTM とをもとに、例えば、予め設定し所定の記憶領域に格納している、車速と操舵トルクと目標電流値との対応を表す制御マップ等に基づいて、操舵トルクTM 及び車速検出値Vに応じた操舵補助トルクをモータ9に発生させるための目標電流値I0 を設定する。そして、操舵トルクTM に基づきモータ9の回転方向を特定し、目標電流値I0 及び回転方向を指定するモータ制御信号ZM をゲート駆動回路31に出力する。
【0037】
例えば、ステアリングホイール3を右操舵した場合には、操舵トルクTM は、右操舵したので、中立電圧V0 よりも大きい電圧値となる。これに基づき制御回路20では、右操舵されたことを認識し、車速検出値Vと操舵トルクTM とに基づいて例えば予め設定した制御マップ等に基づいて目標電流値I0 を設定し、右方向に目標電流値I0 に応じたモータ9の駆動量だけ駆動するよう指定するモータ制御信号ZM を形成し出力する。
【0038】
これを受けてゲート駆動回路31では、トランジスタTr2 ,Tr3 をオン状態、トランジスタTr1 及びTr4 をオフ状態に制御する。このとき、故障監視回路65では、ブリッジ回路36とモータ9とを接続状態に制御しているから、電源13からの供給電源がトランジスタTr3 ,モータ9,トランジスタTr4 の方向に流れてモータ9が右回転し、モータ9の回転力が減速ギヤ機構8を介して操舵系に伝達されることによって、ドライバは、右方向へのステアリングホイール3の操作を容易に行うことができる。
【0039】
逆に、ドライバが左操舵した場合には、操舵トルクTM が中立電圧V0 よりも小さい電圧値となることから、制御回路20では左方向に操舵されたことを認識し、回転方向は左としてモータ制御信号ZM を出力する。これによって、トランジスタTr2 ,Tr3 がオフ状態、トランジスタTr1 及びTr4 がオン状態に制御され、電源13からの供給電圧がトランジスタTr1 ,モータ9,トランジスタTr4 の方向に流れることから、モータ9が左回転し、ドライバは、左方向へのステアリングホイール3の操作を容易に行うことができる。
【0040】
そして、これら処理を繰り返し行い、操舵トルクTM 及び車速検出値Vに応じた操舵補助トルクを発生させて、ドライバの操舵操作を容易にする。
また、演算処理装置24cでは、各センサの異常検出を行っていて、例えば操舵トルクセンサ10の場合には、操舵トルクTM ,TS に基づいて、操舵トルクTM とTS とがほぼ一致する値であるか、或いは、正常時に操舵トルクTM 及びTS がとり得る値よりも大きいかどうか、又は、小さいかどうか等により、操舵トルクTM 及びTS が操舵トルクセンサ10に断線或いは短絡等が発生しているとみなされる値ではないか等、操舵トルクTM ,TS に基づいて操舵トルクセンサ10の異常監視処理を行う。そして、異常監視処理での結果、操舵トルクセンサ10に異常があると判断された場合には、ドライバに対して異常通知を行う等の所定の処理を実行する。
【0041】
そして、この状態から、例えば、図4に示すように、演算処理装置24cに異常が発生し、ウオッチドッグタイマが作動してウォッチドッグパルスが出力されると、ウォッチドッグパルスは異常検出信号ZE として故障検出器65aに入力される(時点t1 )。
【0042】
故障検出器65aでは、これを受けて、励磁コイルL1 への励磁を停止すると共に、励磁コイルL3 への励磁を開始する。これによって、リレーR1 が遮断状態となってブリッジ回路36とモータ9との間が遮断され、また、リレーR3 が接続状態となって、リレーR3 ,コイル部L22,モータ9からなる閉回路が形成されて、モータ9の端子間が短絡される。
【0043】
このとき、ステアリングホイール1が大きく操舵されている状態、つまり、モータ9による操舵補助トルクが大きい場合には、モータ9による操舵補助トルクが突然なくなることから、操舵に伴う操舵系の捩じれの戻り力がモータ9に作用し、モータ9が回生制動状態となる。
【0044】
これによって、モータ9に起電力が発生し、モータ9,リレーR3 ,コイル部L22からなる閉回路に電流が流れる。このときこの起電力が大きい場合、すなわち、大きく操舵された場合等、操舵系の弾性変形による捩じれの戻り力が大きい場合には、コイル部L22に流れる電流が大きい。よって、モータ9の起電力によってコイル部L22に流れる電流が、接点部S2 が作動可能な電流値を越えると(時点t2 )、接点部S2 が作動して、可動接点aと固定接点cとが接続状態となり、モータ9,リレーR2 からなる閉回路が形成されてモータ9の端子間が短絡される。
【0045】
そして、故障検出器65aでは、時点t1 でコイル部L3 への励磁を開始してから所定時間経過した時点t3 で、励磁を停止する。この所定時間は、コイル部L3 の励磁に伴いリレーR3 が作動してモータ9の端子間が短絡されたときに、モータ9の起電力が接点部S2 を作動可能な値であるときの、コイル部L22が起電力により励磁されて接点部S2 が作動するまでの時間であって、例えば、0.5〜1秒程度である。
【0046】
そして、コイル部L3 への励磁が時点t3 で停止されると、この時点でリレーR3 が遮断状態となり、リレーR3 によるモータ9の端子間の短絡が開放されるが、時点t2 でリレーR2 が作動しているから、リレーR2 によってモータ9の端子間は引き続き短絡された状態に維持される。そして、故障検出器65aでは、時点t1 から所定時間経過した時点t4 で、コイル部L21への励磁を、可動接点aが作動可能な所定時間だけ行い、可動接点aと固定接点cとを遮断状態に制御して、リレーR2 によるモータ9の端子間の短絡を開放する。これによって、モータ9の端子間はリレーR2 及びR3 の何れによっても短絡されない状態となる。
【0047】
ここで、コイル部L21を励磁する時点t4 を決定する所定時間は、操舵系の弾性変形等による捩じれの戻り力をステアリングホイール3がうける時間が0.3〜0.5秒程度であることから、捩じれの戻り力を抑制して所定時間をかけて徐々にステアリングホイール3を中立位置に戻すように設定され、例えば1秒程度に設定される。
【0048】
よって、演算処理装置24cに異常が発生し、リレーR1 によってモータ9への電流供給を遮断した時点で、モータ9の端子間を短絡しているから、操舵系の弾性変形等による捩じれの戻り力がモータ9に作用し、モータ9が回生制動状態となって、捩じれの戻り力を抑制する。よって、ステアリングホイール3に伝達される捩じれの戻り力を抑制することができ、ステアリングホイール3は、モータ9の端子間が短絡された時点t1 から時点t4 にかけて、操舵状態から緩やかに中立状態へと移行する。
【0049】
一方、演算処理装置24cに異常が発生した時点で、ステアリングホイール3の操舵を行っていない場合、或いは、大きく操舵していない場合等には、タイヤの捩じれ力等、操舵系の弾性変形等による捩じれの戻り力が小さいから、時点t1 でリレーR3 を作動してモータ9の端子間を短絡した場合でも、モータ9が発生する起電力が小さい。そのため、コイル部L22に流れる電流が小さいから、接点部S2 は作動しない。
【0050】
したがって、故障検出器65aでは、時点t1 でコイル部L3 に対して励磁を開始した時点から所定時間経過後の時点t3 でコイル部L3 への励磁を停止するから、この時点で、モータ9の短絡が解除されることになる。
【0051】
よって、例えば、直進走行中に演算処理装置24cに異常が発生してモータ9への電流供給が遮断された直後に、旋回状態に移行する等により操舵操作が行われた場合、捩じれの戻り力が小さいことから、捩じれの戻り力が小さいとみなされる時点t3 でモータ9の端子間の短絡が解除されるから、モータ9が負荷となってステアリングホイール3の操舵が重くなることを回避することができる。
【0052】
したがって、演算処理装置24cに異常が発生したとき、つまり、操舵系の操舵トルクに応じてモータ9を駆動制御させることができない状態に陥った場合には、モータ9の端子間に2つの閉回路を形成して2段階に短絡するようにし、まずリレーR3 によって所定時間短絡し、モータ9の起電力が大きいとき、すなわち、操舵系の捩じれの戻り力が大きいときに、リレーR2 を作動させて捩じれの戻り力の影響をステアリングホイール3が受けなくなるまでの間短絡するようにしたから、操舵系の捩じれの戻り力によるステアリングホイール3に対する影響を確実に軽減することができる。
【0053】
また、操舵系の捩じれの戻り力が小さい場合には、リレーR2 を作動させないようにしたから、演算処理装置24cに異常が発生した直後にドライバが操舵を行った場合には、モータ9の捩じれの戻り力が小さいことから、モータ9の端子間の短絡はリレーR3 が開放された時点で開放されることになり、よって、モータ9が負荷となることはなく、操舵操作を容易に行うことができる。
【0054】
また、上記実施の形態では、捩じれの戻り力が大きいときのみ、この戻り力の影響をステアリングホイールが受けなくなるまで短絡するようにしたから、モータ9の端子間の短絡を効果的に行うことができ、短絡に伴いモータ9が負荷となることを最小限に抑えることができる。
【0055】
また、上記実施の形態では、複数のリレーを設けてこれを作動制御することによってモータ9の停止制御を行うようにしたから、制御回路20に異常が発生し適切な制御信号を出力することができない場合でも、操舵系の弾性変形による捩じれの戻り力による影響を回避することができる。
【0056】
なお、上記実施の形態では、制御回路20をマイクロコンピュータによって構成した場合について説明したが、これに限らず加算器、積分演算器等の電子回路を組み合わせて構成することも可能である。
【0057】
また、上記実施の形態では、ブリッジ回路のスイッチング素子としてバイポーラトランジスタを用いた場合について説明したが、これに限らず、電界効果トランジスタ等を適用することも可能である。同様に、故障監視回路のリレーに変えてトランジスタ等のスイッチング素子を適用することも可能である。
【0058】
また、上記実施の形態では、ブリッジ回路によってモータを駆動する場合について説明したが、これに限らず、例えば、双方向接点リレー等によって駆動回路を形成し、これによってモータを駆動制御するようにすることも可能である。
【0059】
また、上記実施の形態においては、メインポテンショメータとサブポテンショメータとから構成される操舵トルクセンサを適用した場合について説明したがこれに限るものではなく、1つのポテンショメータで構成される操舵トルクセンサを適用することも可能である。
【0060】
また、上記実施の形態では、制御回路24の異常をウォッチドッグタイマによって検出するようにした場合について説明したが、これに限らず、例えば制御回路24への電源供給状況、或いは、データ通信内容等に基づいて制御回路24の異常を検出するようにすることも可能であり、要は、制御回路24から正常な制御信号が出力されていない状態であることが検出できればよい。また、例えばトルクセンサ等の各種センサの異常を検出した場合に異常検出信号ZE を故障検出器65aに出力するようにすれば、何らかの異常によりモータ9を停止させる場合でも、操舵に伴う操舵系の捩じれの戻り力による影響をステアリングホイール3が受けることなく停止させることができる。また、異常発生時に関わらず、例えばモータ9による操舵補助中等にモータ9を停止させる場合でも適用することができる。
【0061】
さらに、上記実施の形態では、リレーR2 によるモータ9の端子間の短絡を、リレーR1 が作動してから所定時間経過後に開放するようにした場合について説明したが、例えばモータ9の回生制動に伴い生じる起電力を検出し、捩じれの戻り力によるモータ9の回転が停止したとみなすことができるとき、リレーR2 による短絡を開放するようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【図2】本発明に係る制御装置の一例を示すブロック図である。
【図3】図2のモータ駆動回路30及び故障監視回路65の一例を示すブロック図である。
【図4】本発明の動作説明に供するタイミングチャートである。
【符号の説明】
3 ステアリングホイール
9 モータ
9b 電磁クラッチ
10 操舵トルクセンサ
11 車速センサ
12 制御装置
13 電源
14 電圧検出回路
20 制御回路
30 モータ駆動回路
31 ゲート駆動回路
36 ブリッジ回路
65 故障監視回路
65a 故障検出器
65b モータ停止制御回路
Tr1 〜Tr4 トランジスタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus that assists a steering force with an output of an electric motor.
[0002]
[Prior art]
Generally, in an electric power steering device, a torque sensor that detects a steering torque is attached to an input shaft to which a steering wheel is fixed, and a motor is driven in accordance with a torque detection value of the torque sensor to reduce a steering force. A corresponding steering assist torque is generated to assist the steering force.
[0003]
In such an electric power steering device, the control device controls the steering assist torque generated by the electric motor based on various detection signals such as a torque detection value of a torque sensor. Therefore, when an abnormality occurs in various sensors such as a torque sensor or the control device itself, accurate control of the electric motor cannot be performed. Is detected, the device is stopped.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional electric power steering device, when any abnormality occurs in the device such as various sensors or a control device, the current supply to the electric motor is immediately stopped. Therefore, for example, when an abnormality occurs in the control device or various sensors in a state where the steering wheel is being steered to the vicinity of the stationary lock with the assist by the steering assist torque in the electric power steering device, the electric motor is not controlled. The current supply is stopped to stop the assist by the steering assist torque.However, at this time, the steering assist torque by the electric motor suddenly disappears. Therefore, there is a problem that a force is applied to return the steering wheel to the neutral position, the steering wheel attempts to return to the neutral position, and a burden is imposed on the driver.
[0005]
In view of the above, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional unsolved problem, and has been made to reduce the force for returning the steering wheel to a neutral state, which is generated when the electric motor is stopped during assist by the electric power steering. It is an object of the present invention to provide an electric power steering device capable of suppressing the electric power steering.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an electric power steering apparatus according to
[0007]
According to the first aspect of the present invention, the electric motor is driven by the electric motor driving means in accordance with the steering torque of the steering system of the vehicle, and the electric motor generates a steering assist torque for the steering system, thereby facilitating the steering operation of the driver. Done in When the motor is stopped, for example, when an abnormality occurs in the motor driving means, the breaking means controls the motor and the motor driving means to be in a cutoff state, and the first short-circuit means causes the terminal of the motor to be stopped. Short circuit. At this time, if the torsional return force due to the elastic deformation of the steering system or the like is large, the electric motor is in a regenerative braking state and an electromotive force is generated, whereby the second short-circuit means is operated, and for example, the torsional return force If the short circuit is performed until it can be considered that the influence of the steering wheel can no longer be received, the return force of the torsion is reliably suppressed by the regenerative braking of the electric motor.
[0008]
Conversely, when the return force of the torsion is small, the electromotive force generated by the motor is small, so that the second short-circuit means does not operate, and the short-circuit of the motor occurs when the short-circuit of the first short-circuit means is released. Be released. Accordingly, if the terminals of the
[0009]
According to the electric power steering apparatus of the second aspect, the second short-circuit means is constituted by a self-holding relay, and a coil portion thereof is inserted between the first short-circuit means and the electric motor. The second short-circuit means operates according to the electromotive force that excites the coil when the first short-circuit means is in an operating state.
[0010]
According to the second aspect of the present invention, when the first short-circuit means is operated to short-circuit the terminals of the motor, the coil portion forming the second short-circuit means is brought into a regenerative braking state of the motor. Excited. At this time, when the electromotive force generated by the motor is large, the coil section is excited to operate the second short-circuit means to short-circuit the terminals of the motor, and when the electromotive force is small, the second short-circuit is performed. Since the means does not operate, the operation of the second short-circuit means is controlled in accordance with the magnitude of the torsional return force of the steering system.
[0011]
【The invention's effect】
As described above, according to the electric power steering apparatus of the first aspect of the present invention, when stopping the motor, the terminals of the motor are short-circuited for a predetermined time by the first short-circuiting means. When the electromotive force generated in the regenerative braking state is large, that is, when the torsional return force of the steering system is large, the second short-circuiting means is operated to continuously short-circuit between the terminals of the motor. When the torsional return force of the steering system is large, the electric motor is in a regenerative braking state and the torsional return force can be suppressed. When the torsional return force is small, the short circuit of the first short-circuit means can be prevented. Since the short circuit between the terminals of the motor is released at the end of the operation, it is possible to prevent the motor from operating as a load by operating the motor with the motor shorted at an earlier stage. , It can be easily performed steering operation.
[0012]
Further, according to the electric power steering apparatus of the second aspect, when the first short-circuit means is operated to short-circuit the terminals of the electric motor, the coil portion forming the second short-circuit means is excited. Therefore, the operation of the second short-circuit means can be easily controlled according to the magnitude of the torsional return force of the steering system.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure,
[0014]
The pinion shaft 5 is connected to a rotation shaft 9 a of a
[0015]
Further, the steering
[0016]
Reference numeral 11 denotes a vehicle speed detection sensor for detecting a vehicle speed, for example, detecting a rotation speed of an output shaft of a transmission and outputting a vehicle speed detection signal V including a pulse signal having a cycle corresponding to the rotation speed.
[0017]
Reference numeral 12 denotes a control device serving as a motor driving unit for controlling the driving of the
[0018]
The control circuit 20 includes an A /
The
[0019]
The
[0020]
Further, the
[0021]
In the
[0022]
Further, the
[0023]
The
[0024]
On the other hand, as shown in FIG. 3, the
[0025]
The shutoff circuit 61 is configured by, for example, a relay switch having a normally open contact, and controls ON / OFF of the power supply of the
[0026]
The
[0027]
Conversely, if the current direction is specified as left, the transistor Tr 1 And Tr 4 The power supply from the
[0028]
As shown in FIG. 3, the
[0029]
And the relay R 1 Is the coil part L 1 Is connected to the
[0030]
And relay R 3 Is the coil part L 3 Is connected to the power supply, the other end is connected to the
[0031]
Therefore, the coil portion L 3 Is excited, and the terminals of the
[0032]
And each coil part L 1 , L 21 , L 3 Is excited by the
[0033]
Here, the relay R 1 Corresponds to the shut-off means, and the relay R 2 Corresponds to the first short-circuit means, and the relay R 3 Corresponds to the second short-circuit means.
Next, the operation of the above embodiment will be described based on a time chart shown in FIG.
[0034]
In the
[0035]
At this time, the relay R 3 Are not excited, so that the terminals of the
In the
[0036]
When the driver performs steering, for example, when the vehicle shifts from a state in which the vehicle is traveling straight, the steering torque T M Is larger than the predetermined value Tα, so that the clutch control signal Z for controlling the electromagnetic clutch 9b to an on state capable of transmitting the torque of the
[0037]
For example, when the steering wheel 3 is steered to the right, the steering torque T M Has turned to the neutral voltage V 0 It becomes a voltage value larger than. Based on this, the control circuit 20 recognizes that the vehicle has been steered to the right, and detects the vehicle speed detection value V and the steering torque T. M And the target current value I based on a preset control map or the like. 0 And set the target current value I to the right. 0 Motor control signal Z designating to drive by the drive amount of
[0038]
In response to this, the
[0039]
Conversely, when the driver steers to the left, the steering torque T M Is the neutral voltage V 0 The control circuit 20 recognizes that steering has been performed to the left since the voltage value is smaller than the motor control signal Z. M Is output. Thereby, the transistor Tr 2 , Tr 3 Is off, the transistor Tr 1 And Tr 4 Is turned on, and the supply voltage from the
[0040]
These processes are repeated to obtain the steering torque T. M And a steering assist torque corresponding to the vehicle speed detection value V is generated to facilitate the driver's steering operation.
The
[0041]
Then, from this state, for example, as shown in FIG. 4, when an abnormality occurs in the
[0042]
In response to this, the
[0043]
At this time, in a state where the
[0044]
As a result, an electromotive force is generated in the
[0045]
Then, at the
[0046]
And the coil part L 3 At the time t 3 Is stopped at this point, the relay R 3 Is cut off and the relay R 3 The short circuit between the terminals of the
[0047]
Here, the coil portion L 21 Time t to excite 4 Is determined for about 0.3 to 0.5 seconds because the time required for the steering wheel 3 to receive the torsional return force due to the elastic deformation of the steering system is about 0.3 to 0.5 seconds. Is set so that the steering wheel 3 is gradually returned to the neutral position, for example, about 1 second.
[0048]
Therefore, an abnormality occurs in the
[0049]
On the other hand, when the steering wheel 3 is not being steered or is not largely steered at the time when an abnormality occurs in the
[0050]
Therefore, the
[0051]
Therefore, for example, when a steering operation is performed by shifting to a turning state immediately after an abnormality occurs in the
[0052]
Therefore, when an abnormality occurs in the
[0053]
When the return force of the steering system torsion is small, the relay R 2 When the driver performs steering immediately after an abnormality has occurred in the
[0054]
Further, in the above embodiment, only when the return force of the torsion is large, short-circuiting is performed until the steering wheel is no longer affected by this return force, so that short-circuiting between the terminals of the
[0055]
Further, in the above-described embodiment, since the stop control of the
[0056]
In the above embodiment, the case where the control circuit 20 is configured by a microcomputer has been described. However, the present invention is not limited to this, and the control circuit 20 may be configured by combining electronic circuits such as an adder and an integration calculator.
[0057]
Further, in the above embodiment, the case where a bipolar transistor is used as the switching element of the bridge circuit has been described. However, the present invention is not limited to this, and a field effect transistor or the like can be applied. Similarly, a switching element such as a transistor can be applied instead of the relay of the failure monitoring circuit.
[0058]
In the above embodiment, the case where the motor is driven by the bridge circuit has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a drive circuit is formed by a bidirectional contact relay or the like, and the drive of the motor is thereby controlled. It is also possible.
[0059]
Further, in the above-described embodiment, the case where the steering torque sensor including the main potentiometer and the sub potentiometer is applied is described. However, the present invention is not limited to this, and the steering torque sensor including one potentiometer is applied. It is also possible.
[0060]
Further, in the above-described embodiment, the case where the abnormality of the
[0061]
Further, in the above embodiment, the relay R 2 The short circuit between the terminals of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a control device according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the present invention.
[Explanation of symbols]
3 Steering wheel
9 Motor
9b Electromagnetic clutch
10 Steering torque sensor
11 Vehicle speed sensor
12 Control device
13 Power supply
14 Voltage detection circuit
20 Control circuit
30 Motor drive circuit
31 Gate drive circuit
36 Bridge circuit
65 Failure monitoring circuit
65a Failure detector
65b Motor stop control circuit
Tr 1 ~ Tr 4 Transistor
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