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JP3595979B2 - Variable steering angle ratio steering device - Google Patents

Variable steering angle ratio steering device Download PDF

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JP3595979B2
JP3595979B2 JP2000076564A JP2000076564A JP3595979B2 JP 3595979 B2 JP3595979 B2 JP 3595979B2 JP 2000076564 A JP2000076564 A JP 2000076564A JP 2000076564 A JP2000076564 A JP 2000076564A JP 3595979 B2 JP3595979 B2 JP 3595979B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者による車両の運転操作状況に応じて、好適なハンドルの操舵角に対する操舵輪の転舵角の比(以下「舵角比」という)を自動的に設定できるようにした可変舵角比操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ドライバの運転を補助する車両用ステアリング装置としては、車両の周辺環境に対応して舵角比を自動的に設定するものが知られている。しかし、この車両用ステアリング装置では、ドライバの意思に応じて舵角比を設定することはできなかった。
【0003】
そこで、本出願人は、特開平11−78944号公報において、車両の可変舵角比操舵装置を開示している。この車両の可変舵角比操舵装置は、ハンドルに対する操舵輪の回転量を変更可能な可変舵角比装置を有するとともに、この可変舵角比装置を制御するための制御装置を有するものである。また、可変舵角比装置は、舵角比を可変するための電動機を備えている。
【0004】
そして、車速などに応じて、ハンドルに対する操舵輪の転舵量を変更して、ドライバの意思に応じて舵角比を自動的に設定するものである。たとえば、カーブが連続する山道などを軽快に走行する際には、舵角比が大きくなるようにする。逆に、高速道路などをほぼ定速で走行する際には、舵角比が小さくなるようにして、それぞれの場合に適した舵角比を設定するようにしている。
【0005】
また、前記従来の可変舵角比操舵装置は、舵角比を変えるための電動機を備えている。この電動機で出力軸を変位させることによって、可変舵角比装置の舵角比が変更される。さらに、前記従来の可変舵角比操舵装置は、出力軸の変位量を検出する舵角比センサを備えており、この舵角比センサによって舵角比が適正となっているか否かを検出している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の可変舵角比操舵装置において、舵角比センサに故障が生じると、舵角比が適正に変更されていることの検出を行うことができない。舵角比が適正に変更されない場合には、ドライバが運転する際のフィーリングに違和感を覚えることがあった。さらには、可変舵角比操舵装置には、操舵輪の転舵角を規制するためにラック軸などにストッパーが設けられているが、舵角比が適正に検出されないと、このストッパーが破損する心配があった。
【0007】
この問題に対して、舵角比センサの故障を検出するために、たとえば2つの舵角比センサを設けて、相互に故障検出を行うことが考えられる。ところが、2つの舵角比センサを設けるとすると、その分のスペースを必要とするとともに、コスト面から見ても不利となるものであった。
【0008】
そこで、本発明の課題は、可変舵角比操舵装置において可変舵角比装置の舵角比を検出する舵角比センサに故障が生じた場合に、簡易な装置によって舵角比センサの故障を検出できるようにすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明は、ハンドルから操舵輪に至るステアリング系に前記ハンドルに対する前記操舵輪の転舵角の比を変更可能な可変舵角比装置を設けるとともに、この可変舵角比装置を制御する制御装置を設けてなる可変舵角比操舵装置において、
前記可変舵角比装置は、前記ハンドルに対する前記操舵輪の転舵角の比を可変するための電動機と、この電動機に駆動されて変位する舵角比変更部材と、前記舵角比変更部材の変位量を前記ハンドルに対する前記操舵輪の転舵角の比として検出する舵角比センサとを備えており、
前記制御装置は、前記電動機から出力された電流信号から検知した電流リップル信号によって前記電動機の回転数を検出して、この回転数によって求められる前記舵角比変更部材の推定変位量と、前記舵角比センサから出力された前記舵角比変更部材の実変位量とを比較することによって、前記舵角比センサが故障しているか否かを判断することを特徴とする。
【0010】
請求項1に係る発明によれば、電動機電流からの電流信号に基づいて舵角比センサが故障しているか否かを検出している。このため、別途舵角比センサを設けて相互に故障検知を行うなどの必要はなく、簡易な装置によって舵角比センサの故障を検出することができる。
【0012】
また、請求項1に係る発明では、電流リップル信号によって電動機に生じる電流リップルに基づいて電動機の回転数を検出し、この電動機の回転数から舵角比変更部材の推定変位量を求める。そして、電動機の回転数から求められた舵角比変更部材の推定変位量と、舵角比センサが検出した前記舵角比変更部材の実変位量とを比較し、これらが一致しているか否かによって舵角比センサの故障を検出している。このため、高い精度で舵角比センサの故障を検出することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、具体的に説明する。
まず、本発明に係る可変舵角比操舵装置の全体構成を説明する。
図1は本発明に係る可変舵角比操舵装置の全体構成図である。可変舵角比操舵装置1は、ステアリングホイール2から操舵輪9,9に至るステアリング系S、このステアリング系Sに設けられた可変舵角比装置10および車速センサVSからの車速信号Vaに基づいて可変舵角比装置10を制御する制御装置40を備える。
【0014】
ステアリング系Sは、ステアリングホイール2に一体的に設けられたステアリング軸3が自在継ぎ手4a,4bを有する連結軸4を介して可変舵角比装置10の入力軸に連結されている。なお、可変舵角比装置10は、入力軸の回転角αに対する出力軸の回転角βの入出力角比β/αを連続的に可変できるものを用いている。さらに、ステアリング系Sは、可変舵角比装置10の出力軸に設けられたピニオン5とラック軸6のラック歯6aとを噛み合わせることによって、出力軸の回転運動をラック軸6の直線運動へ変換する。そして、ステアリング系Sは、ラック軸6の直線運動をタイロッド7,7およびナックルアーム8を介して操舵輪9,9の転舵運動へ変換する。つまり、出力軸の回転角βが変化すると、ステアリング系Sは、ラック軸6のストロークLが変化し、操舵輪9,9を転舵させる。なお、可変舵角比操舵装置1の舵角比は、入力軸の回転角αに対する出力軸の回転角βの入出力角比β/α(可変)およびピニオン5とラック歯6aのギア比(固定)によって決まり、入出力角比β/αによって可変する。
【0015】
次に、図2ないし図4を参照して、本実施形態に係る可変舵角比装置10の一具体例の構造について説明する。
図2に示すように、入力軸11は、玉軸受け12を介して上部ケーシング13aに回動自在に支持された支持部材(舵角比変更部材)14の偏心位置に、玉軸受け15を介して回転自在に支持されている。入力軸11の下部ケーシング13b内に突入した端部には、出力軸17に回転力を伝達するカップリング16が一体形成されている。また、入力軸11は、連結軸4(図1参照)に接続されており、ドライバがステアリングホイール2を操舵することによって、連結軸4を介して回転するようになっている。
【0016】
また、出力軸17は、一対の玉軸受け18a,18bを介して下部ケーシング13bに回動自在に支持されている。この出力軸17の下部には、ラック軸6のラック歯6aに噛み合ったピニオン5が一体形成されている。出力軸17の端部は下部ケーシング13b内に突入しており、出力軸17の端部における出力軸17の中心から偏心した位置には中間軸19が突設されている。この中間軸19と入力軸11に一体形成されたカップリング16との間は、平型ニードル軸受け20を介在させたスライダ21と円錐ころ軸受け22とを介して互いに連結されている。さらに、入力軸11と上部ケーシング13aとの間には、可撓性の筒状部を有するシール部材35が設けられている。このシール部材35によって可変舵角比装置10内の気密が保持されている。
【0017】
図3に示すように、カップリング16の下面には、下方が拡開しかつ開放した台形断面の溝23が形成されている。この溝23に対して、一対の平型ニードル軸受け20を介在させたスライダ21が、この溝23の互いに対向する斜面を摺動するように係合している。また、スライダ21の下面の中心部には、円錐ころ軸受け22を介して相対回動可能となるように、中間軸19が係合している。
【0018】
図2に示すように、下部ケーシング13bには、出力軸17の下端を支持する玉軸受18bのアウタレースに当接するアジャストねじ24が螺着されている。このアジャストねじ24を適宜に締め込むことにより、ピニオン5が軸線方向に押圧され、カップリング16を介した入力軸11と出力軸17との間に適度なプリロードが与えられる。このようにして、カップリング16のがたを除去して連結剛性を向上させることができる。
【0019】
図4に示すように、支持部材14の外周部の一部には、扇型の部分的ウォームホイル25が設けられている。この部分的ウォームホイル25には、ウォーム減速機構26を介して電動機である直流モータ27によって駆動されるウォーム28が噛み合っている。そして、直流モータ27の回転駆動力によって、支持部材14に対して所定の角度範囲にわたって回転運動を与えることができるようになっている。この直流モータ27には、直流モータ27の電流リップルを検知するための電流リップル検知手段50(図7参照)が接続されている。
【0020】
なお、ウォーム28は、偏心カムを応用したバックラッシュ除去部材29を介して上部ケーシング13aに支持されている。このバックラッシュ除去部材29の端部に形成された六角孔30に六角棒レンチを係合させて、この六角棒レンチを上部ケーシング13aに対して回動させることにより、その軸芯が移動して部分的ウォームホイル25との噛み合いが変化するようになっている。また、ウォーム28の軸芯の移動を許容するために、ウォーム28とウォーム減速機構26との間は、オルダム継ぎ手31を介して連結されている。
【0021】
さらに、上部ケーシング13aには、支持部材14の上面に突設されたピン32に係合する差動トランスなどからなる本発明の舵角比センサである変位センサ33が取り付けられている。この変位センサ33は、支持部材14の実変位量を検出している。そして、変位センサ33は、検出した支持部材14の実変位量、すなわち、支持部材14に支持された入力軸11の出力軸17に対する偏心量に対応する偏心量信号(本発明の「舵角比信号」に相当する)33aを制御装置40に出力している。なお、本実施形態では、可変舵角比操舵装置1は、入力軸11の偏心量に応じて舵角比特性が変わり、この舵角比特性に基づいてステアリングホイールの操舵角に応じて舵角比が連続的に最適な値に可変する。つまり、本実施形態では、入力軸11の偏心量に応じて舵角比が変わる。そこで、本実施形態では、舵角比を直接検出するのではなく、実舵角比に相当する入力軸11の実偏心量を変位センサ33によって検出している。
【0022】
制御装置40は、車速センサVSからの車速信号Vaに基づいて決定した目標偏心量(目標舵角比に相当)と、変位センサ33によって検出した入力軸11の実偏心量(実舵角比に相当)とを一致させるように、フィードバック制御によって直流モータ27の回転駆動を制御している(図7参照)。制御装置40については、後で詳細に説明する。
【0023】
車速センサVSは、図示しないスピードメータ内に配設され、車両の速度を検出する。そして、車速センサVSは、検出した車速に対応したアナログ電気信号の車速信号Vaを制御装置40に送信する。なお、車速センサVSは、可変舵角比操舵装置1の専用のセンサでも、他のシステムと共用するセンサでもよい。
【0024】
続いて、可変舵角比装置の作動原理について説明する。
図5は可変舵角比装置の作動原理を示す説明図、図6は可変舵角比装置の舵角比特性を示す入出力角特性図である。
【0025】
図5に示すように、入力軸11の回転中心をA、出力軸17の回転中心をB、中間軸19の作用点をCとする。また、BC間寸法をb、入力軸11と出力軸17との間の偏心量(AB間寸法)をaとし、入力軸11の回転角度(ハンドル操舵角)をα、出力軸17の回転角度(ピニオン回転角)をβとする。このとき、
b・sinβ=(b・cosβ−a)tanα
であるから、
α=tan-1(b・sinβ/(b・cosβ−a))
で表わされる。
【0026】
ドライバがステアリングホイール2を操作することによって入力軸11を回転させると、中間軸19は、入力軸11のカップリング16のスライダ21との係合により、出力軸17の軸心回りでクランク回転する。たとえば、図5に示すように、入力軸11の回転角度α1を90度とした場合には、出力軸17の回転角度β1は、図5に示すようになる。
【0027】
ここで、支持部材14を回動させると、支持部材14の偏心カム作用により、図3および図4で符号A0〜A2で示した範囲で入力軸11の軸心が変化する。入力軸11の軸心の変化によって、入出力軸間の偏心量aを適宜に定めて入力軸11と出力軸17との軸心同士を互いに偏心させると、入力軸11と出力軸17との回転角が不一致となる。しかも、入力軸11を等角度ずつ回転させた際の出力軸17の角度変化が漸進的に増大することになる(図6の実線a1,a2参照)。
【0028】
そして、入力軸11と出力軸17との軸心の偏心量aを、a2〜a0(a2>a1>a0=0)の範囲で連続的に変化させると、入力軸11の回転角度に対する出力軸17の回転角度の割合β/α、すなわち実用上の舵角比を連続的に変化させることができる。いま、入出力軸間の偏心量aを大きくすると、入力角αに対する出力角βの変化率漸進性が高まり、入出力軸間の偏心量aを0にすれば、図6に一点鎖線(a0)で示すように、入力角αと出力角βとは等しくなる。
【0029】
この舵角比の変化を、たとえば低速走行域ではa0側に、高速走行域ではa2側になるように制御すると、低速走行域ではハンドルの操舵角度αに対するラックストロークを在来の操舵装置に比して大きく設定して、より一層敏感(クイック)な特性を実現できる。また、高速走行域ではハンドルの操舵角度αに対するラックストロークを在来の操舵装置に比して小さく設定して、より一層鈍感(ダル)な特性を実現できる。したがって、実用上のハンドル操舵角と走行速度との関係を、フラットな特性とすることができる。
【0030】
続いて、図7を参照して、制御装置40について説明する。
制御装置40は、目標偏心量決定部41、偏差演算部42、PID制御部43、PWM制御信号生成部44、ゲート駆動回路部45、電動機駆動回路46、および変位センサ故障検出部47を備える。
【0031】
目標偏心量決定部41は、ROM等の記憶手段を備え、あらかじめ実験値または設計値に基づいて設定した車速信号Vaと目標偏心量の対応するデータ(変換テーブル)を記憶している。そして、目標偏心量決定部41は、車速信号Vaをアドレスとして対応する目標偏心量を読み出し、目標偏心量信号41aを偏差演算部42に出力する。ここで、目標偏心量は、車速信号Vaに対して、路面反力の大きい低速の場合には小さい値が対応づけられ、走行時の安定性を確保するために高速の場合には大きい値が対応づけられている。また、目標偏心量決定部41に入力される車速信号Vaは、図示しないF−Vコンバータを介して車速センサVSから入力された車速信号Vaをアナログ信号からディジタル信号に変換されたものである。
【0032】
偏差演算部42は、目標偏心量信号41aと変位センサ33からの偏心量信号33aに基づき得られた入力軸11の実偏心量(実舵角比に相当)との偏差を求め、偏差信号42aを出力する。PID制御部43は、偏差信号42aに対して比例、積分、微分等の処理を施し、偏差をゼロに近づけるために直流モータ27に供給する電流の向きと電流値とを示す駆動制御信号43aを生成して出力する。
【0033】
PWM信号生成部44は、駆動制御信号43aに基づいて直流モータ27をPWM運転するためのPWM(パルス幅変調)信号44aをゲート駆動回路部45に出力する。ゲート駆動回路部45は、PWM信号44aに基づいて電動機駆動回路46の各FETのゲートを駆動して各FETをスイッチング駆動するための電動機駆動信号45aを電動機駆動回路46に出力する。電動機駆動回路46は、4個のFETのスイッチング素子からなるブリッジ回路で構成され、バッテリ電源BATに接続されており、直流モータ27に電流を供給して直流モータ27を駆動するものである。
【0034】
変位センサ故障検出部47は、変位センサ33から出力される偏心量信号33aによって算出される支持部材14の実変位量と、電流リップル検知手段50から出力される電流リップル信号50aに基づいて求められる支持部材14の推定変位量とを比較する図示しない比較手段を備えている。そして、支持部材14の実変位量と支持部材14の推定変位量とを比較し、後に説明する所定の条件が満たされたときに、ゲート駆動回路部45から出力される電動機駆動信号45aの出力を禁止するための禁止信号47aを出力する。
【0035】
また、直流モータ27に接続されている電流リップル検知手段50は、図8に示すように、電流センサ51と、第1フィルタ53と、第2フィルタ54と、コンパレータ55とを有している。電流センサ51は、直流モータ27内に配設され、直流モータ27における電流リップルを検知している。電流センサ51によって検知された電流リップルは、第1フィルタ53および第2フィルタ54に供給される。第1フィルタ53および第2フィルタ54は、それぞれ周波数遮断特性が異なるフィルタである。そして、第1フィルタ53を通過させることによって、たとえば図9に示す波形H1を得ることができ、第2フィルタ54を通過させることによって、たとえば図9に示す波形H2を得ることができる。第1フィルタ53および第2フィルタ54を通過して得られた波形をそれぞれコンパレータ55に出力し、コンパレータ55において、それぞれの波形H1,H2を比較する。その結果として、図9に示す波形H3となるパルス波を得ることができる。このパルス波である波形H3の山となっている部分が電流リップルである。コンパレータ55によって得られた波形H3は、電流リップル信号50aとして制御装置40における変位センサ故障検出部47に出力される。
【0036】
続いて、本実施形態に係る可変舵角比操舵装置1における可変舵角比装置10の制御について、図7および図8を参照して説明する。
制御装置40では、車速センサVSからの車速信号Vaに基づいて、可変舵角比装置10の目標舵角比が設定される。
【0037】
制御装置40における目標偏心量決定部41は、車速センサVSからの車速信号Vaをアドレスとして対応する目標偏心量を読み出し、目標偏心量信号41aとする。目標偏心量決定部41からは目標偏心量信号41aが偏差演算部42に出力されている。また、支持部材14の実変位量は変位センサ33によって検出されており、変位センサ33からは偏心量信号33aが偏差演算部42に出力される。
【0038】
偏差演算部42は、目標偏心量信号41aと変位センサ33から出力された偏心量信号(実舵角比に相当)33aとの偏差を求め偏差信号42aをPID制御部43に出力する。PID制御部43は、偏差信号42aに対して比例,積分,微分等の処理を施し、偏差をゼロに近づけるために直流モータ27に供給する電流の向きと電流値とを示す駆動制御信号43aを生成してPWM信号生成部44に出力する。PWM信号生成部44は、駆動制御信号43aに基づいて直流モータ27をPWM運転するためのPWM(パルス幅変調)信号44aを生成してゲート駆動回路部45に出力する。
【0039】
ゲート駆動回路部45は、PWM信号生成部44から出力されたPWM信号44aに基づいて、電動機駆動回路46の各FETのゲートをスイッチング駆動するための電動機駆動信号45aを生成する。このとき、変位センサ故障検出部47から禁止信号47aが出力されていない場合には電動機駆動信号45aを電動機駆動回路46に出力する。一方、変位センサ故障検出部47から禁止信号47aが出力されている場合には電動機駆動信号45aの出力が停止される。
【0040】
電動機駆動回路46から電流を供給された可変舵角比装置10における直流モータ27は、電流の向きおよび大きさに応じて駆動制御がなされる。ここで、直流モータ27が駆動すると、支持部材14が回動し、支持部材14の上面に突設されたピン32に設けられた変位センサ33(図4)により支持部材14の実変位量(実舵角比に相当)が検出される。そして、変位センサ33においてこの実変位量が、偏心量信号33aとして制御装置40における偏差演算部42および変位センサ故障検出部47に出力される。偏差演算部42では、前記のように、目標偏心量信号41aと偏心量信号33aとの偏差が求められ、いわゆるフィードバック制御が行われる。
【0041】
変位センサ故障検出部47においては、出力された偏心量信号33aと、その検出時間としての単位時間、たとえば500ms前に出力された偏心量信号33aとの偏差を求めることによって、支持部材14の実変位量を算出する。
【0042】
一方、変位センサ故障検出部47には、偏心量信号33aの他に、電流リップル検知手段50からの電流リップル信号50aが出力される。変位センサ故障検出部47では、電流リップル検知手段50から出力される電流リップル信号50aに基づいて、電流リップルの数を測定し、電流リップルの数から支持部材14の推定変位量を求めている。
【0043】
電流リップルの数から支持部材14の推定変位量を求める手順について説明する。まず、電流リップルの数を計数するため、電流リップル検知手段50によって電流リップル信号50aを生成する。電流リップル信号50aは次のように生成される。図8に示すように、直流モータ27に流れる電流値を電流センサ51で検出する。電流センサ51によって検出された電流値は、周波数遮断特性の異なる第1フィルタ53および第2フィルタ54に出力される。第1フィルタ53および第2フィルタ54ではそれぞれオペアンプから出力された電流値を通過させることによって、それぞれたとえば図9に示す波形H1,H2のように整形する。第1フィルタ53および第2フィルタ54は、整形されて得られた波形H1,H2をコンパレータ55に出力する。コンパレータ55では、これらの波形H1,H2を比較演算して整形し、たとえば図9に示すパルス波の波形H3を得る。この波形H3における山の部分が電流リップルを生じている部分となる。そして、波形H3を電流リップル信号50aとして制御装置40における変位センサ故障検出部47に出力する。
【0044】
ところで、可変舵角比装置10における直流モータ27は、たとえば図10(a)に模式的に示すように、2個のブラシ27A,27Aと8個のコンミテータ27B,27B…を有している。直流モータ27においては、図10(a)に示すように、ブラシ27Aが単一のコンミテータ27Bと完全に接触しているときには電流リップルが生じない。これに対して図10(b)に示すように、ブラシ27Aがコンミテータ27Bと離れ、次のコンミテータ27Bと接触し始めるときに電機子抵抗が変化して電流リップルが生じる。したがって、直流モータ27が1回転すると、コンミテータの数と同数、本実施形態では8回の電流リップルが発生する。
【0045】
そこで、変位センサ故障検出部47においては、前記した検出時間としての単位時間、たとえば500ms当たりの電流リップル信号50aにおける波形H3のうちの山の数、換言すれば電流リップルの数を計数する。500ms当たりの波形H3の山(電流リップル)の数を計数し、コンミテータ27B,27B・・・の数である8で除算することによって、直流モータ27の回転数が算出される。
【0046】
こうして求められた直流モータ27の回転数から支持部材14の推定変位量を求める。いま、直流モータ27が回転するとウォーム28と部分的ウォームホイル25を介して支持部材14が回動してピン32が偏心する。このため、変位センサ故障検出部47では、ウォーム28と部分的ウォームホイル25の歯数などによって決められる直流モータ27の回転数と支持部材14の推定変位量を対応させたテーブルが備えられている。そして、電流リップル信号50aから算出された直流モータ27の回転数を図示しないテーブルに参照することによって支持部材14の推定変位量が求められる。
【0047】
変位センサ故障検出部47においては、変位センサ33から出力された偏心量信号33aから求められる支持部材14の実変位量と、電流リップル検知手段50から出力された電流リップル信号50aから求められる支持部材14の推定変位量とを図示しない比較手段によって比較する。その結果、支持部材14の実変位量と推定変位量とが一致していれば、変位センサ33は故障しておらず、正常に働いていることになる。したがって、変位センサ故障検出部47から禁止信号47aを出力することなく、ゲート駆動回路部45から電動機駆動回路46に対して、通常どおり電動機駆動信号45aが出力される。なお、支持部材14の実変位量と推定変位量とが一致する場合には、完全に一致する場合のほかに、適宜設定した誤差の範囲内のずれを含むものである。
【0048】
一方、変位センサ33により検出された支持部材14の実変位量と、電流リップル検知手段50により検出された支持部材14の推定変位量とが異なる場合、さらにいえば、電流リップル検知手段50からは電流リップル信号50aとしてパルス波の波形H3が入力されているのに変位センサ33からの偏心量信号33aが変化しない場合には、変位センサ33が故障したことが検出される。変位センサ33が故障した場合には、ドライバが運転する際のフィーリングに違和感を覚える。さらには、フィードバック制御を行っているため、支持部材14が不用意に一方向に回転させられ、図示しないストッパーが破損する心配がある。そこで、変位センサ故障検出部47で変位センサ33の故障が検出された場合には、ゲート駆動回路部45に禁止信号47aを出力して、ゲート駆動回路部45からの電動機駆動信号45aの出力を停止させる。ゲート駆動回路部45からの電動機駆動信号45aの出力を停止させ、直流モータ27の駆動を停止させることによって、可変舵角比装置10は停止する。このため、ドライバが感じる違和感を軽減させることができるとともに、ストッパーの破損を防止することができる。
【0049】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。たとえば、直流モータの電流リップルは、負荷電流、電源電圧、モータ速度といった諸条件によって変動する。このため、速度の検知性と信頼性を向上させるために、直流モータの回転数を検出する際に、モータ駆動電圧などの条件を速度判定条件に付加する態様とすることができる。
【0050】
また、直流モータの電流を検出する際、パルスの平均処理を複数行い、直流モータの回転数の算出を高い信頼性をもって行うようにすることもできる。さらには、ストッパの破損を確実に防止するために、変位センサが故障してからストッパに当たるまでの時間を考慮して、たとえば検出時間に50%の余裕時間を設定し、前記実施形態の例で言えば、検出時間を250msとすることもできる。
さらに、変位センサの故障が検出された場合には、たとえば図示しないインストルメントパネルに警告灯を設け、この警告灯を点灯させて、修理を促すようにすることもできる。
【0051】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、可変舵角比操舵装置において可変舵角比装置の舵角比を検出する舵角比センサに故障が生じた場合に、簡易な装置によって、かつ高い検出精度で舵角比センサの故障を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る可変舵角比操舵装置の全体構成図である。
【図2】本実施の形態に係る可変舵角比装置の正断面図である。
【図3】本実施の形態に係る可変舵角比装置の軸部の分解斜視図である。
【図4】図2のA−A線断面図である。
【図5】本実施の形態に係る可変舵角比操舵装置の作動原理を示す説明図である。
【図6】本実施の形態に係る可変舵角比操舵装置の舵角比特性を示す入出力角特性図である。
【図7】本実施の形態に係る可変舵角比操舵装置の制御装置のブロック構成図である。
【図8】本実施の形態に係る電流リップル検知手段のブロック構成図である。
【図9】直流モータが発生する電流リップルおよびその電流リップルを整形した電流の一例を示す
グラフである。
【図10】直流モータの摸式図であり、(a)は、1個のブラシに1個のコンミテータが接触している状態、(b)は、1個のブラシに2個のコンミテータが接触している状態を示す。
【符号の説明】
1 可変舵角比操舵装置
2 ステアリングホイール(ハンドル)
9 操舵輪
10 可変舵角比装置
27 直流モータ(電動機)
33 変位センサ(舵角比センサ)
33a 偏心量信号(舵角比信号)
40 制御装置
47 変位センサ故障検出部
50 電流リップル検知手段
50a 電流リップル信号(電流信号)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, a variable steering angle ratio (hereinafter, referred to as a "steering angle ratio") of a steered wheel to a suitable steering angle of a steering wheel (hereinafter referred to as "steering angle ratio") can be automatically set in accordance with a driving operation situation of a vehicle by a driver. The present invention relates to a steering angle ratio steering device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a vehicular steering device that assists a driver in driving, a vehicular steering device that automatically sets a steering angle ratio according to a surrounding environment of a vehicle is known. However, in this vehicle steering device, the steering angle ratio cannot be set according to the driver's intention.
[0003]
The present applicant has disclosed a variable steering angle ratio steering apparatus for a vehicle in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-78944. The variable steering angle ratio steering device for a vehicle includes a variable steering angle ratio device capable of changing the amount of rotation of a steered wheel with respect to a steering wheel, and a control device for controlling the variable steering angle ratio device. Further, the variable steering angle ratio device includes an electric motor for varying the steering angle ratio.
[0004]
Then, the steering amount of the steered wheels with respect to the steering wheel is changed according to the vehicle speed and the like, and the steering angle ratio is automatically set according to the driver's intention. For example, when the vehicle runs lightly on a mountain road with continuous curves, the steering angle ratio is increased. Conversely, when traveling on a highway or the like at a substantially constant speed, the steering angle ratio is set to be small, and a steering angle ratio suitable for each case is set.
[0005]
Further, the conventional variable steering angle ratio steering device includes an electric motor for changing a steering angle ratio. By displacing the output shaft with this electric motor, the steering angle ratio of the variable steering angle ratio device is changed. Further, the conventional variable steering angle ratio steering device includes a steering angle ratio sensor that detects a displacement amount of an output shaft, and detects whether the steering angle ratio is appropriate by using the steering angle ratio sensor. ing.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional variable steering angle ratio steering apparatus, if a failure occurs in the steering angle ratio sensor, it is not possible to detect that the steering angle ratio is appropriately changed. If the steering angle ratio is not properly changed, the driver may feel uncomfortable in driving. Further, in the variable steering angle ratio steering device, a stopper is provided on a rack shaft or the like in order to regulate the steering angle of the steered wheels, but if the steering angle ratio is not properly detected, this stopper is damaged. I was worried.
[0007]
In order to detect the failure of the steering angle ratio sensor, it is conceivable that two steering angle ratio sensors are provided and the failure detection is performed mutually. However, if two steering angle ratio sensors are provided, the space for the two steering angle ratio sensors is required, and it is disadvantageous in terms of cost.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to solve the problem of the steering angle ratio sensor by using a simple device when the steering angle ratio sensor for detecting the steering angle ratio of the variable steering angle ratio device occurs in the variable steering angle ratio steering device. The purpose is to enable detection.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that has solved the above-described problems provides a steering system from a steering wheel to a steered wheel with a variable steering angle ratio device capable of changing a ratio of a steering angle of the steered wheel to the steering wheel. In a variable steering angle ratio steering device provided with a control device for controlling,
The variable steering angle ratio device includes an electric motor for changing a steering angle ratio of the steered wheels with respect to the steering wheel, a steering angle ratio changing member that is driven and displaced by the electric motor, and a steering angle ratio changing member. A steering angle ratio sensor that detects a displacement amount as a ratio of a steering angle of the steered wheels to the steering wheel,
The control device is configured to control a current signal output from the electric motor.Detecting the rotation speed of the electric motor by the current ripple signal detected from the, the estimated displacement amount of the steering angle ratio changing member obtained by this rotation speed,Output from the steering angle ratio sensorIt is characterized in that it is determined whether or not the steering angle ratio sensor has failed by comparing the actual displacement amount of the steering angle ratio changing member with the actual displacement amount.
[0010]
According to the first aspect of the present invention, it is detected whether or not the steering angle ratio sensor has failed based on the current signal from the electric motor current. For this reason, it is not necessary to separately provide a steering angle ratio sensor to mutually perform failure detection, and the failure of the steering angle ratio sensor can be detected by a simple device.
[0012]
In the invention according to claim 1,The rotation speed of the motor is detected based on the current ripple generated in the motor by the current ripple signal, and the estimated displacement amount of the steering angle ratio changing member is obtained from the rotation speed of the motor. Then, the estimated displacement amount of the steering angle ratio changing member obtained from the rotation speed of the electric motor is compared with the actual displacement amount of the steering angle ratio changing member detected by the steering angle ratio sensor, and whether or not these are the same. Thus, the failure of the steering angle ratio sensor is detected. For this reason, a failure of the steering angle ratio sensor can be detected with high accuracy.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
First, the overall configuration of the variable steering angle ratio steering device according to the present invention will be described.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a variable steering angle ratio steering device according to the present invention. The variable steering angle ratio steering device 1 is based on a steering system S from the steering wheel 2 to the steered wheels 9, a variable steering angle ratio device 10 provided in the steering system S, and a vehicle speed signal Va from a vehicle speed sensor VS. A control device 40 for controlling the variable steering angle ratio device 10 is provided.
[0014]
In the steering system S, a steering shaft 3 provided integrally with a steering wheel 2 is connected to an input shaft of a variable steering angle ratio device 10 via a connecting shaft 4 having universal joints 4a and 4b. The variable steering angle ratio device 10 uses a device capable of continuously varying the input / output angle ratio β / α of the rotation angle β of the output shaft to the rotation angle α of the input shaft. Further, the steering system S engages the pinion 5 provided on the output shaft of the variable steering angle ratio device 10 with the rack teeth 6a of the rack shaft 6 to convert the rotational motion of the output shaft into the linear motion of the rack shaft 6. Convert. Then, the steering system S converts the linear motion of the rack shaft 6 into steering motion of the steered wheels 9, 9 via the tie rods 7, 7 and the knuckle arm 8. That is, when the rotation angle β of the output shaft changes, the steering system S changes the stroke L of the rack shaft 6 to steer the steered wheels 9 and 9. Note that the steering angle ratio of the variable steering angle ratio steering device 1 includes an input / output angle ratio β / α (variable) of a rotation angle β of the output shaft to a rotation angle α of the input shaft, and a gear ratio of the pinion 5 and the rack teeth 6a ( Fixed) and varies with the input / output angle ratio β / α.
[0015]
Next, the structure of a specific example of the variable steering angle ratio device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, the input shaft 11 is rotatably supported by an upper casing 13a via a ball bearing 12.(Rudder angle ratio changing member)It is rotatably supported at an eccentric position of 14 via a ball bearing 15. At the end of the input shaft 11 protruding into the lower casing 13b, a coupling 16 for transmitting a rotational force to the output shaft 17 is integrally formed. The input shaft 11 is connected to the connection shaft 4 (see FIG. 1), and is configured to rotate through the connection shaft 4 when the driver steers the steering wheel 2.
[0016]
The output shaft 17 is rotatably supported by the lower casing 13b via a pair of ball bearings 18a, 18b. A pinion 5 meshed with the rack teeth 6a of the rack shaft 6 is integrally formed below the output shaft 17. An end of the output shaft 17 protrudes into the lower casing 13b, and an intermediate shaft 19 protrudes from the end of the output shaft 17 at a position eccentric from the center of the output shaft 17. The intermediate shaft 19 and the coupling 16 formed integrally with the input shaft 11 are connected to each other via a slider 21 having a flat needle bearing 20 interposed therebetween and a tapered roller bearing 22. Further, a seal member 35 having a flexible tubular portion is provided between the input shaft 11 and the upper casing 13a. The seal member 35 maintains airtightness in the variable steering angle ratio device 10.
[0017]
As shown in FIG. 3, a groove 23 having a trapezoidal cross section is formed on the lower surface of the coupling 16 so that the lower part is expanded and opened. A slider 21 having a pair of flat needle bearings 20 interposed therein is engaged with the groove 23 so as to slide on mutually opposing inclined surfaces of the groove 23. An intermediate shaft 19 is engaged with the center of the lower surface of the slider 21 via a tapered roller bearing 22 so as to be relatively rotatable.
[0018]
As shown in FIG. 2, an adjusting screw 24 that is in contact with an outer race of a ball bearing 18 b that supports a lower end of the output shaft 17 is screwed to the lower casing 13 b. By properly tightening the adjusting screw 24, the pinion 5 is pressed in the axial direction, and an appropriate preload is applied between the input shaft 11 and the output shaft 17 via the coupling 16. In this way, it is possible to improve the coupling rigidity by removing the play of the coupling 16.
[0019]
As shown in FIG. 4, a fan-shaped partial worm wheel 25 is provided on a part of the outer peripheral portion of the support member 14. A worm 28 driven by a DC motor 27 as an electric motor is engaged with the partial worm wheel 25 via a worm reduction mechanism 26. In addition, a rotational motion can be given to the support member 14 over a predetermined angle range by the rotational driving force of the DC motor 27. To this DC motor 27, a current ripple detecting means 50 (see FIG. 7) for detecting a current ripple of the DC motor 27 is connected.
[0020]
The worm 28 is supported by the upper casing 13a via a backlash removing member 29 using an eccentric cam. The hexagonal wrench is engaged with the hexagonal hole 30 formed at the end of the backlash removing member 29, and the hexagonal wrench is rotated with respect to the upper casing 13a, so that the axis of the wrench is moved. The engagement with the partial worm wheel 25 is changed. The worm 28 and the worm reduction mechanism 26 are connected via an Oldham coupling 31 in order to allow the axis of the worm 28 to move.
[0021]
Further, a displacement sensor 33, which is a steering angle ratio sensor of the present invention, including a differential transformer and the like engaged with a pin 32 protruding from the upper surface of the support member 14, is attached to the upper casing 13a. This displacement sensor 33 isActual displacementHas been detected. Then, the displacement sensor 33 detects the detectedActual displacementThat is, the input shaft 11 supported by the support member 14Corresponding to the amount of eccentricity with respect to the output shaft 17The eccentricity signal (corresponding to the “steering angle ratio signal” of the present invention) 33 a is output to the control device 40. In the present embodiment, the variable steering angle ratio steering device 1 includes:Input shaft 11The steering angle ratio characteristic changes according to the amount of eccentricity, and the steering angle ratio continuously changes to an optimal value according to the steering angle of the steering wheel based on the steering angle ratio characteristic. That is, in the present embodiment,Input shaft 11The steering angle ratio changes according to the amount of eccentricity. Therefore, in the present embodiment, the steering angle ratio is not directly detected but corresponds to the actual steering angle ratio.Input shaft 11The actual eccentric amount is detected by the displacement sensor 33.
[0022]
The control device 40 detects the target eccentricity (corresponding to the target steering angle ratio) determined based on the vehicle speed signal Va from the vehicle speed sensor VS and the displacement sensor 33.Input shaft 11The rotational drive of the DC motor 27 is controlled by feedback control so as to match the actual eccentric amount (corresponding to the actual steering angle ratio) (see FIG. 7). The control device 40 will be described later in detail.
[0023]
The vehicle speed sensor VS is provided in a speedometer (not shown) and detects the speed of the vehicle. Then, the vehicle speed sensor VS transmits to the control device 40 a vehicle speed signal Va of an analog electric signal corresponding to the detected vehicle speed. The vehicle speed sensor VS may be a dedicated sensor of the variable steering angle ratio steering device 1 or a sensor shared with another system.
[0024]
Next, the operation principle of the variable steering angle ratio device will be described.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operation principle of the variable steering angle ratio device, and FIG. 6 is an input / output angle characteristic diagram showing the steering angle ratio characteristics of the variable steering angle ratio device.
[0025]
As shown in FIG. 5, the rotation center of the input shaft 11 is A, the rotation center of the output shaft 17 is B, and the action point of the intermediate shaft 19 is C. Further, the dimension between BC is b, the amount of eccentricity between the input shaft 11 and the output shaft 17 (dimension between AB) is a, the rotation angle of the input shaft 11 (steering wheel steering angle) is α, and the rotation angle of the output shaft 17 is α. (Pinion rotation angle) is β. At this time,
b · sin β = (b · cos β−a) tan α
Because
α = tan-1(B · sin β / (b · cos β-a))
Is represented by
[0026]
When the driver rotates the input shaft 11 by operating the steering wheel 2, the intermediate shaft 19 cranks around the axis of the output shaft 17 due to the engagement of the coupling 16 of the input shaft 11 with the slider 21. . For example, as shown in FIG. 5, when the rotation angle α1 of the input shaft 11 is 90 degrees, the rotation angle β1 of the output shaft 17 becomes as shown in FIG.
[0027]
Here, when the support member 14 is rotated, the axis of the input shaft 11 changes within the range indicated by reference numerals A0 to A2 in FIGS. 3 and 4 due to the eccentric cam action of the support member 14. When the amount of eccentricity a between the input and output shafts is appropriately determined by changing the axis of the input shaft 11 and the axes of the input shaft 11 and the output shaft 17 are eccentric to each other, the input shaft 11 and the output shaft 17 The rotation angles do not match. In addition, the angle change of the output shaft 17 when the input shaft 11 is rotated by equal angles gradually increases (see the solid lines a1 and a2 in FIG. 6).
[0028]
When the eccentricity a of the axis between the input shaft 11 and the output shaft 17 is continuously changed in the range of a2 to a0 (a2> a1> a0 = 0), the output shaft with respect to the rotation angle of the input shaft 11 is changed. 17, the ratio β / α of the rotation angle, that is, the practical steering angle ratio can be continuously changed. Now, if the amount of eccentricity a between the input and output axes is increased, the rate of change of the output angle β with respect to the input angle α gradually increases, and if the amount of eccentricity a between the input and output axes is set to 0, the dashed line (a0) in FIG. ), The input angle α and the output angle β are equal.
[0029]
If this change in the steering angle ratio is controlled to be, for example, the a0 side in the low-speed running range and the a2 side in the high-speed running range, the rack stroke with respect to the steering angle α of the steering wheel in the low-speed running range is smaller than that of the conventional steering device. , The sensitivity can be further increased (quick). Further, in the high-speed running range, the rack stroke with respect to the steering angle α of the steering wheel is set smaller than that of the conventional steering device, so that a more insensitive (dull) characteristic can be realized. Therefore, the relationship between the practical steering wheel angle and the traveling speed can be made flat characteristics.
[0030]
Subsequently, the control device 40 will be described with reference to FIG.
The control device 40 includes a target eccentricity determination unit 41, a deviation calculation unit 42, a PID control unit 43, a PWM control signal generation unit 44, a gate drive circuit unit 45, a motor drive circuit 46, and a displacement sensor failure detection unit 47.
[0031]
The target eccentricity determining unit 41 includes storage means such as a ROM, and stores data (conversion table) corresponding to the vehicle speed signal Va and the target eccentricity set in advance based on experimental values or design values. Then, the target eccentricity determining unit 41 reads the corresponding target eccentricity using the vehicle speed signal Va as an address, and outputs the target eccentricity signal 41a to the deviation calculating unit 42. Here, the target eccentric amount is associated with the vehicle speed signal Va at a low speed where the road surface reaction force is large, and a large value at a high speed in order to secure stability during traveling. Corresponding. The vehicle speed signal Va input to the target eccentricity determination unit 41 is obtained by converting the vehicle speed signal Va input from the vehicle speed sensor VS via an FV converter (not shown) from an analog signal to a digital signal.
[0032]
The deviation calculator 42 is configured to calculate the target eccentricity signal 41a and the displacement sensor 33.Amount of eccentricity of the input shaft 11 obtained based on the eccentricity amount signal 33a (corresponding to the actual steering angle ratio)And outputs a deviation signal 42a. The PID control unit 43 subjects the deviation signal 42a to processing such as proportionality, integration, and differentiation, and generates a drive control signal 43a indicating the direction and current value of the current supplied to the DC motor 27 in order to reduce the deviation to zero. Generate and output.
[0033]
The PWM signal generation section 44 outputs a PWM (pulse width modulation) signal 44a for performing the PWM operation of the DC motor 27 to the gate drive circuit section 45 based on the drive control signal 43a. The gate drive circuit unit 45 outputs to the motor drive circuit 46 a motor drive signal 45a for driving the gate of each FET of the motor drive circuit 46 based on the PWM signal 44a to switch the FETs. The motor drive circuit 46 is configured by a bridge circuit including four FET switching elements, is connected to the battery power supply BAT, and supplies a current to the DC motor 27 to drive the DC motor 27.
[0034]
The displacement sensor failure detection unit 47 is calculated based on the eccentricity amount signal 33a output from the displacement sensor 33.Actual displacement of the support member 14And the supporting member 14 determined based on the current ripple signal 50a output from the current ripple detecting means 50.And the estimated displacement of(Not shown). AndActual displacement of the support member 14And support member 14And the estimated displacement ofAnd when a predetermined condition described later is satisfied, a prohibition signal 47a for prohibiting the output of the motor drive signal 45a output from the gate drive circuit unit 45 is output.
[0035]
The current ripple detecting means 50 connected to the DC motor 27 has a current sensor 51, a first filter 53, a second filter 54, and a comparator 55, as shown in FIG. The current sensor 51 is disposed in the DC motor 27 and detects a current ripple in the DC motor 27. The current ripple detected by the current sensor 51 is supplied to the first filter 53 and the second filter 54. The first filter 53 and the second filter 54 are filters having different frequency cutoff characteristics. By passing through the first filter 53, for example, a waveform H1 shown in FIG. 9 can be obtained, and by passing through the second filter 54, for example, a waveform H2 shown in FIG. 9 can be obtained. The waveforms obtained by passing through the first filter 53 and the second filter 54 are output to a comparator 55, and the comparator 55 compares the respective waveforms H1 and H2. As a result, a pulse wave having a waveform H3 shown in FIG. 9 can be obtained. The peak of the waveform H3, which is the pulse wave, is the current ripple. The waveform H3 obtained by the comparator 55 is output as a current ripple signal 50a to the displacement sensor failure detection unit 47 in the control device 40.
[0036]
Subsequently, control of the variable steering angle ratio device 10 in the variable steering angle ratio steering device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
The control device 40 sets the target steering angle ratio of the variable steering angle ratio device 10 based on the vehicle speed signal Va from the vehicle speed sensor VS.
[0037]
The target eccentricity determining unit 41 of the control device 40 reads out the corresponding target eccentricity using the vehicle speed signal Va from the vehicle speed sensor VS as an address, and sets the target eccentricity signal 41a. From the target eccentricity determining unit 41, a target eccentricity signal 41a is output to the deviation calculating unit 42. Also,Actual displacement of the support member 14Is detected by the displacement sensor 33, and the displacement sensor 33 outputs an eccentricity amount signal 33 a to the deviation calculator 42.
[0038]
The deviation calculator 42 is configured to calculate the target eccentricity signal 41a and the displacement sensor 33.Output fromA deviation from the eccentricity amount signal (corresponding to the actual steering angle ratio) 33a is obtained, and a deviation signal 42a is output to the PID control unit 43. The PID control unit 43 subjects the deviation signal 42a to processing such as proportionality, integration, and differentiation, and generates a drive control signal 43a indicating the direction and current value of the current supplied to the DC motor 27 to reduce the deviation to zero. It is generated and output to the PWM signal generator 44. The PWM signal generation unit 44 generates a PWM (pulse width modulation) signal 44a for performing the PWM operation of the DC motor 27 based on the drive control signal 43a, and outputs the PWM signal 44a to the gate drive circuit unit 45.
[0039]
The gate drive circuit unit 45 generates a motor drive signal 45 a for switching driving the gate of each FET of the motor drive circuit 46 based on the PWM signal 44 a output from the PWM signal generation unit 44. At this time, when the prohibition signal 47a is not output from the displacement sensor failure detection unit 47, the motor drive signal 45a is output to the motor drive circuit 46. On the other hand, when the prohibition signal 47a is output from the displacement sensor failure detection unit 47, the output of the motor drive signal 45a is stopped.
[0040]
The drive of the DC motor 27 in the variable steering angle ratio device 10 supplied with the current from the motor drive circuit 46 is controlled according to the direction and magnitude of the current. Here, when the DC motor 27 is driven, the support member 14 rotates, and the displacement sensor 33 (FIG. 4) provided on a pin 32 protruding from the upper surface of the support member 14 causes the support member 14 to rotate.Actual displacement(Corresponding to the actual steering angle ratio) is detected. Then, the displacement sensor 33Actual displacementIs output to the deviation calculation unit 42 and the displacement sensor failure detection unit 47 in the control device 40 as the eccentricity amount signal 33a. As described above, the deviation calculator 42 calculates the deviation between the target eccentricity signal 41a and the eccentricity signal 33a, and performs so-called feedback control.
[0041]
The displacement sensor failure detection unit 47 obtains a deviation between the output eccentricity signal 33a and a unit time as its detection time, for example, the eccentricity signal 33a output 500 ms before.Actual displacement of the support member 14Is calculated.
[0042]
On the other hand, in addition to the eccentricity amount signal 33a, a current ripple signal 50a from the current ripple detecting means 50 is output to the displacement sensor failure detecting section 47. The displacement sensor failure detection unit 47 measures the number of current ripples based on the current ripple signal 50a output from the current ripple detection unit 50, and determines the number of current ripples based on the number of current ripples.Estimated displacement ofSeeking.
[0043]
From the number of current ripples,Estimated displacement ofWill be described. First, a current ripple signal 50a is generated by the current ripple detecting means 50 in order to count the number of current ripples. The current ripple signal 50a is generated as follows. As shown in FIG. 8, the value of the current flowing through the DC motor 27 is detected by the current sensor 51. The current value detected by the current sensor 51 is output to the first filter 53 and the second filter 54 having different frequency cutoff characteristics. In the first filter 53 and the second filter 54, the current values output from the operational amplifiers are passed, respectively, so as to be shaped like, for example, waveforms H1 and H2 shown in FIG. The first filter 53 and the second filter 54 output the shaped waveforms H1 and H2 to the comparator 55. In the comparator 55, these waveforms H1 and H2 are compared and shaped to obtain, for example, a pulse waveform H3 shown in FIG. The peak portion of the waveform H3 is a portion where a current ripple is generated. Then, it outputs the waveform H3 as a current ripple signal 50a to the displacement sensor failure detection unit 47 in the control device 40.
[0044]
The DC motor 27 in the variable steering angle ratio device 10 has, for example, two brushes 27A, 27A and eight commutators 27B, 27B,... As schematically shown in FIG. In the DC motor 27, as shown in FIG. 10A, no current ripple occurs when the brush 27A is completely in contact with the single commutator 27B. On the other hand, as shown in FIG. 10B, when the brush 27A separates from the commutator 27B and starts to contact the next commutator 27B, the armature resistance changes and a current ripple occurs. Therefore, when the DC motor 27 makes one rotation, the same number of current ripples as the number of commutators, eight times in the present embodiment, are generated.
[0045]
Therefore, the displacement sensor failure detection unit 47 counts the number of peaks in the waveform H3 of the current ripple signal 50a per unit time as the above-described detection time, for example, 500 ms, in other words, the number of current ripples. By counting the number of peaks (current ripples) of the waveform H3 per 500 ms and dividing by 8 which is the number of commutators 27B, 27B,..., The rotation speed of the DC motor 27 is calculated.
[0046]
From the rotation speed of the DC motor 27 thus obtained,Estimated displacement of support member 14Ask for. Now, when the DC motor 27 rotates, the support member 14 rotates via the worm 28 and the partial worm wheel 25, and the pin 32 is eccentric. For this reason, the displacement sensor failure detection unit 47 determines the rotational speed of the DC motor 27 determined by the number of teeth of the worm 28 and the partial worm wheel 25 and the like.Estimated displacement of support member 14Is provided. Then, by referring to a table (not shown), the rotation speed of the DC motor 27 calculated from the current ripple signal 50a is referred to.Estimated displacement of support member 14Is required.
[0047]
In the displacement sensor failure detection unit 47, the displacement is obtained from the eccentricity amount signal 33a output from the displacement sensor 33.Actual displacement of the support member 14And the support member 14 obtained from the current ripple signal 50a output from the current ripple detection means 50And the estimated displacement ofAre compared by comparing means (not shown). as a result,The actual displacement amount and the estimated displacement amount of the support member 14If the values match, the displacement sensor 33 has not failed and is working normally. Therefore, the motor drive signal 45a is output from the gate drive circuit unit 45 to the motor drive circuit 46 as usual without outputting the inhibition signal 47a from the displacement sensor failure detection unit 47. In addition,The actual displacement amount and the estimated displacement amount of the support member 14In the case where the two match, the difference includes a deviation within an appropriately set error range, in addition to the case where the two completely match.
[0048]
On the other hand, it was detected by the displacement sensor 33Actual displacement of the support member 14And detected by the current ripple detecting means 50Estimated displacement of the support member 14 andAre different from each other, and if the eccentricity amount signal 33a from the displacement sensor 33 does not change while the pulse waveform H3 is input as the current ripple signal 50a from the current ripple detecting means 50, the displacement sensor It is detected that 33 has failed. When the displacement sensor 33 breaks down, the driver feels uncomfortable in driving. Further, since the feedback control is performed, the support member 14 is inadvertently rotated in one direction, and there is a concern that a stopper (not shown) may be damaged. Therefore, when the displacement sensor failure detection unit 47 detects a failure of the displacement sensor 33, the prohibition signal 47a is output to the gate drive circuit unit 45, and the output of the motor drive signal 45a from the gate drive circuit unit 45 is output. Stop. By stopping the output of the motor drive signal 45a from the gate drive circuit unit 45 and stopping the drive of the DC motor 27, the variable steering angle ratio device 10 is stopped. For this reason, the uncomfortable feeling felt by the driver can be reduced, and the breakage of the stopper can be prevented.
[0049]
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the current ripple of a DC motor varies depending on various conditions such as load current, power supply voltage, and motor speed. For this reason, in order to improve the detectability and reliability of the speed, when detecting the rotation speed of the DC motor, a mode such as a motor drive voltage may be added to the speed determination condition.
[0050]
When detecting the current of the DC motor, a plurality of pulse averaging processes may be performed to calculate the rotational speed of the DC motor with high reliability. Further, in order to surely prevent the breakage of the stopper, taking into account the time from when the displacement sensor breaks down to when it hits the stopper, for example, a 50% allowance is set for the detection time. In other words, the detection time can be set to 250 ms.
Further, when a failure of the displacement sensor is detected, a warning light may be provided on an instrument panel (not shown), for example, and the warning light may be turned on to prompt repair.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when a failure occurs in the steering angle ratio sensor that detects the steering angle ratio of the variable steering angle ratio device in the variable steering angle ratio steering device,With high detection accuracyA failure of the steering angle ratio sensor can be detected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a variable steering angle ratio steering device according to the present embodiment.
FIG. 2 is a front sectional view of the variable steering angle ratio device according to the embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view of a shaft portion of the variable steering angle ratio device according to the present embodiment.
FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an operation principle of the variable steering angle ratio steering device according to the present embodiment.
FIG. 6 is an input / output angle characteristic diagram showing a steering angle ratio characteristic of the variable steering angle ratio steering device according to the present embodiment.
FIG. 7 is a block diagram of a control device of the variable steering angle ratio steering device according to the present embodiment.
FIG. 8 is a block diagram of a current ripple detecting unit according to the present embodiment.
FIG. 9 shows an example of a current ripple generated by a DC motor and a current obtained by shaping the current ripple.
It is a graph.
10A and 10B are schematic diagrams of a DC motor. FIG. 10A shows a state in which one brush is in contact with one commutator, and FIG. 10B is a state in which two commutators are in contact with one brush. Shows the status of
[Explanation of symbols]
1 Variable steering angle ratio steering device
2 Steering wheel (handle)
9 Steering wheels
10 Variable steering angle ratio device
27 DC motor (motor)
33 displacement sensor (steering angle ratio sensor)
33a Eccentricity signal (steering angle ratio signal)
40 control device
47 Displacement sensor failure detector
50 Current ripple detection means
50a Current ripple signal (current signal)

Claims (1)

ハンドルから操舵輪に至るステアリング系に前記ハンドルに対する前記操舵輪の転舵角の比を変更可能な可変舵角比装置を設けるとともに、この可変舵角比装置を制御する制御装置を設けてなる可変舵角比操舵装置において、
前記可変舵角比装置は、前記ハンドルに対する前記操舵輪の転舵角の比を可変するための電動機と、この電動機に駆動されて変位する舵角比変更部材と、前記舵角比変更部材の変位量を前記ハンドルに対する前記操舵輪の転舵角の比として検出する舵角比センサとを備えており、
前記制御装置は、前記電動機から出力された電流信号から検知した電流リップル信号によって前記電動機の回転数を検出して、この回転数によって求められる前記舵角比変更部材の推定変位量と、前記舵角比センサから出力された前記舵角比変更部材の実変位量とを比較することによって、前記舵角比センサが故障しているか否かを判断することを特徴とする可変舵角比操舵装置。
A variable steering system in which a variable steering angle ratio device capable of changing the ratio of the steering angle of the steered wheel to the steering wheel is provided in a steering system from the steering wheel to the steered wheels, and a control device that controls the variable steering angle ratio device is provided. In the steering angle ratio steering device,
The variable steering angle ratio device includes an electric motor for changing a ratio of a steering angle of the steered wheels to the steering wheel, a steering angle ratio changing member that is driven by the electric motor to be displaced, and a steering angle ratio changing member. A steering angle ratio sensor that detects a displacement amount as a ratio of a steering angle of the steered wheels to the steering wheel,
The control device detects a rotation speed of the electric motor by a current ripple signal detected from a current signal output from the electric motor , and estimates an amount of displacement of the steering angle ratio changing member obtained from the rotation speed, and A variable steering angle ratio steering device, which determines whether or not the steering angle ratio sensor has failed by comparing the actual displacement amount of the steering angle ratio changing member output from the angle ratio sensor. .
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