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JP4221656B2 - Vehicle steering system - Google Patents

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JP4221656B2
JP4221656B2 JP2003105520A JP2003105520A JP4221656B2 JP 4221656 B2 JP4221656 B2 JP 4221656B2 JP 2003105520 A JP2003105520 A JP 2003105520A JP 2003105520 A JP2003105520 A JP 2003105520A JP 4221656 B2 JP4221656 B2 JP 4221656B2
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良平 葉山
尚武 神田
真悟 前田
眞之 植野
雅也 瀬川
真康 東
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の左右方向に延在する操舵軸を駆動するための複数のモータを備える車両用操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、車両のパワーステアリング装置として、油圧式に代えて電動式のものの普及が進んでいる。例えば、油圧アクチュエータに匹敵する操舵補助力を得るために、操舵軸としてのラック軸に並設された複数の電動モータを設け、各電動モータから操舵軸上のステアリングギヤを介してラック軸を軸方向にアシスト駆動する電動パワーステアリング装置が提供されている(例えば特許文献1)。
【0003】
また、操舵手段としてのステアリングホイールを舵取機構と機械的に連結せずに配する、いわゆるステア・バイ・ワイヤの車両用操舵装置において、ラック軸上の主操舵モータと、ピニオンを介してラック軸に操舵力を与える副操舵モータとを設け、通常時は両モータの合力により操舵し、何れかのモータの異常発生時には、正常なモータのみで操舵する車両用操舵装置が提案されている(例えば特許文献2)。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−155343号公報
【特許文献2】
特開平10−218000号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数のモータを用いる場合、例えば特許文献1のように、これらのモータが何れもラック軸の側方に大きなスペースを要したり、或いは、特許文献2のように、一方のモータがラック軸と略直交する方向に大きく張り出したりしていた。このため、ラック軸の周辺の部品のレイアウトが困難になるという問題があった。
【0006】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、操舵軸回りの部品のレイアウトが容易である車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するため、第1発明は、車両の左右方向に延在する操舵軸を駆動するための複数のモータを備える車両用操舵装置において、上記複数のモータが操舵軸の軸方向に対向し且つそれぞれ操舵軸を同心的に取り囲み、各モータのロータの回転を上記操舵軸の軸方向移動にそれぞれ変換するための複数の運動変換機構を備え、各運動変換機構は対応するモータのロータに一体回転可能で操舵軸の周囲を取り囲む回転筒をそれぞれ含み、隣接する回転筒間に弾性部材が介在することを特徴とするものである。本発明では、複数のモータが操舵軸の周囲にコンパクトにレイアウトされ、回りの部品との干渉等の懸念がなくなる。
【0008】
また、各モータのロータの回転を上記操舵軸の軸方向移動にそれぞれ変換するための複数の運動変換機構を備え、各運動変換機構は対応するモータのロータに一体回転可能で操舵軸の周囲を取り囲む回転筒をそれぞれ含み、隣接する回転筒間に弾性部材が介在するので、下記の利点がある。すなわち、本発明では、隣接する回転筒が互いに逆向きに予圧され、軸方向のガタをなくすことができる結果、モータによる操舵軸駆動の応答性が良くなる。
【0009】
発明は、第1発明において、上記複数のモータが共通のステータ又は共通のロータの何れか一方を含むことを特徴とするものである。本発明では、部材の共通化により製造コストを格段に安くすることができる。
発明は、第1又は第発明において、上記複数のモータが共通のロータ回転角検出手段を含み、該ロータ回転角検出手段の検出信号に基づいて駆動されることを特徴とするものである。本発明では、複数のモータで例えばレゾルバ等のロータ回転角検出手段を共通に用いることで、製造コストを格段に安くすることができる。
【0010】
発明は、第1又は第発明において、上記複数のモータがそれぞれロータ回転角検出手段を含み、複数のモータのロータ回転角検出手段の検出信号の比較に基づいて、ロータ回転角検出手段又はモータの異常を判定する手段をさらに備えることを特徴とするものである。本発明では、下記の作用効果を奏する。すなわち、仮にモータの電流値に基づいて異常を判定するとすると、異常が判定された時点で、既にモータ負荷が増大してしまっている。これに対して、本発明では、モータ制御のためのロータ回転角検出手段の検出信号に基づいて異常を判定するので、例えばモータ負荷があまり増大しない段階で、迅速に異常を判定することができる。
第5発明は、車両の左右方向に延在する操舵軸を駆動するための複数のモータを備える車両用操舵装置において、上記複数のモータが操舵軸の軸方向に対向し且つそれぞれ操舵軸を同心的に取り囲み、上記複数のモータがそれぞれロータ回転角検出手段を含み、複数のモータのロータ回転角検出手段の検出信号の比較に基づいて、ロータ回転角検出手段又はモータの異常を判定する手段をさらに備え、上記複数のモータは2個のモータであり、ロータ回転角検出手段又はモータの異常を判定する上記手段は、各モータが含むロータ回転角検出手段の検出信号の差分を演算する手段と、演算した差分と第1の閾値とを比較する第1比較手段と、演算した差分と第1の閾値よりも大きい第2の閾値とを比較する第2比較手段と、第1比較手段による比較結果に基づいてロータ回転角検出手段の異常を判定するとともに第2比較手段による比較結果に基づいてモータの異常を判定する異常判定手段とを含むことを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明の第1実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図1を参照して、本実施の形態では、車両用操舵装置が電動パワーステアリング装置(EPS)1である場合に則して説明するが、本発明は、これに限らず、例えばステアリングホイール等の操舵部材2と舵取り機構との機械的な結合をなくしたいわゆるステア・バイ・ワイヤ(SBW)システムに適用することもできる。
【0012】
電動パワーステアリング装置1は、操舵部材2に連結しているステアリングシャフト3と、ステアリングシャフト3に中間軸100を介して連結されたピニオン4と、このピニオン4に噛み合うラック5を有して車両の左右方向に延びる操舵軸としてのラック軸6とを有している。
ラック軸6の両端部にはそれぞれタイロッド7が結合されており、各タイロッド7は対応するナックルアーム(図示せず)を介して対応する車輪8に連結されている。操舵部材2が操作されてステアリングシャフト3が回転されると、この回転がピニオン4およびラック5によって、車両の左右方向に沿ってのラック軸6の直線運動に変換される。これにより、車輪8の転舵が達成される。
【0013】
ステアリングシャフト3は、操舵部材2に連なる入力軸9と、ピニオン4に連なる出力軸10とに分割されており、これら入、出力軸9,10はトーションバー11を介して同一の軸線上で互いに連結されている。
トーションバー11を介する入、出力軸9,10間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ12が設けられており、このトルクセンサ12のトルク検出結果は制御部(電子制御ユニット:ECU)13に与えられる。制御部13では、トルク検出結果や車速センサ14からの車速検出結果等に基づいて、各別のドライバ15,16を介して操舵補助用の複数の電動モータ17,18への供給電流を制御する。制御部13は、CPU13a、制御プログラム等を記憶したROM13b、ワークエリアとして用いられるRAM13c等を備えている。
【0014】
各電動モータ17,18の出力回転は、それぞれ対応するボールねじ機構等の運動変換機構19,20を介して、ラック軸6の軸方向移動に変換され、操舵が補助される。本電動パワーステアリング装置1はいわゆるラックアシストタイプである。
電動モータ17,18は、例えばブラシレスモータからなり、互いにラック軸6の軸方向に対向して隣接し、かつそれぞれラック軸6を同心的に取り囲んで配置される。
【0015】
各電動モータ17,18は、それぞれラックハウジング21の内周に固定された円筒状のステータ22,23と、ラックハウジング21に対応する軸受24,25を介して回転自在に支持され、対応するステータ22,23内に挿通されたロータ26,27とを備える。図示していないが、ステータ22,23の一部を巻回する複数の励磁相からなるコイルが設けられており、またロータ26,27の外周には、ステータ22,23に対向するようにして、円筒状の駆動用磁石が設けられている。駆動用磁石は円周方向にN極とS極とを交互に形成するように磁化されている。
【0016】
また、各電動モータ17,18には、ロータ26,27の回転位置(回転角)検出用のレゾルバ41,42がそれぞれ設けられている。各レゾルバ41,42は、ラックハウジング21に固定されるステータ部43と、対応するロータ26,27に一体回転するロータ部44とを備える。ステータ部43には、ロータ部44の回転位置に応じて、所定の電圧が誘起されるので、この電圧を測定することにより、ロータ部44すなわちロータ26,27の回転位置(位相)を判断できる。
【0017】
各レゾルバ41,42から出力される各ロータ26,27の回転位置(位相)に基づいて、制御部13は、対応する電動モータ17,18のステータ22,23の回転方向に分割された各コイル(図示せず)の励磁相に順次電流を供給分配し、その結果、ブラシレスモータからなる電動モータ17,18が所定の回転出力を発生するよう駆動制御される。
運動変換機構19,20としては、ボールねじ機構又はベアリングねじ機構(例えば特開2000−46136号公報)を用いて回転運動を直線運動に変換することができる。本実施の形態では、ボールねじ機構が用いられる例に則して説明する。運動変換機構19,20はラック軸6の周囲を取り囲む回転筒としてのボールナット28,29を有する。ボールナット28,29は、ラック軸6の途中部に形成されたボールねじ溝6aにボール30を介して螺合しており、これにより運動変換機構19,20が構成されている。
【0018】
電動モータ17,18のロータ26,27の対向端部に、対応するボールナット28,29が圧入固定され、ロータ26,27の反対側の端部は、対応する軸受24,25を介してラックハウジング21に回転自在に支持されている。
また、各軸受24,25は対応するロータ26,27の外周面の位置決め段部に当接することにより、対応するロータ26,27が互いに遠ざかる方向への移動を規制している。
【0019】
一方、ボールナット28,29の対向端部間には、圧縮コイルばね、環状ゴム等の弾性部材31が介在しており、ボールナット28,29を互いに遠ざかる方向に弾性付勢している。これにより、ボールナット28,29が互いに逆向きに予圧され、軸方向のがたつきがないようにされている。その結果、電動モータ17,18によるラック軸6の駆動の応答性が高まる。
上述したトルク検出結果、車速検出結果等に基づいて、制御部13が電動モータ17,18の制御量を決定し、各電動モータ17,18を対応するレゾルバ41,42により検出される回転角に基づいて所定の出力が得られるように駆動制御する。
【0020】
この電動モータ17,18の駆動力(出力軸の回転力)は、対応する運動変換機構19,20により、ラック軸6の軸方向(車幅方向)の直線運動に変換され、これにより、車輪8の転舵のための所要の操舵補助力が得られる。
本実施の形態によれば、ラック軸6に同心的に配置される複数のモータ17,18をラック軸6の軸方向に対向配置して用いることで、動力発生部をラック軸6の周囲にコンパクトにレイアウトできるので、回りの部品との干渉等の懸念がなくなる。
【0021】
また、隣接するボールナット28,29が両者間に介在する弾性部材31によって互いに逆向きに予圧され、軸方向のガタをなくすことができる結果、電動モータ17,18による操舵補助の応答性が良くなる。
次いで、図2(a)および(b)は、それぞれ本発明の別の実施の形態を示す車両用操舵装置の要部の模式的断面図である。図2(a)の実施の形態では、複数の電動モータ17,18が共通のロータとしてのロータユニット32を備える。このロータユニット32は、各電動モータ17,18にそれぞれ対応するロータ部32a,32bを例えばボールナット等の回転筒32cを介して一体回転可能に連結してなる。
【0022】
一方、図2(b)の実施の形態では、複数の電動モータ17,18が共通の長尺のステータ33を備える。図2(a)および(b)において、図1の実施の形態と同様の構成には、同様の符号を付して、その説明を省略する。図2(a)および(b)の実施の形態によれば、部材の共通化により製造コストを格段に安くすることができる。また、車両用操舵装置の小型化に寄与することができる。
次いで、図3は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図3の実施の形態では、複数の電動モータ17,18において、共通のロータ回転角検出手段としてのレゾルバ35を用いている。電動モータ17,18が個別にロータを持つ場合(図1参照)には、図3においては図示していないが、レゾルバ35のロータ部は、何れか一方の電動モータ17,18のロータと一体回転するように取り付ければ良い。また、電動モータ17,18間で共通化されたロータユニット32が用いられる場合〔図2(a)参照〕には、該ロータユニット32にレゾルバ35のロータ部を取り付ければ良い。
【0023】
本実施の形態では、複数の電動モータ17,18で共通のロータ回転角検出手段としてのレゾルバ35を用いることで、製造コストを安くすることができ、また車両用操舵装置の小型化に寄与することができる。また、共通のレゾルバ35からの検出信号を処理すれば良いので、制御部13の制御負荷を軽減することができる。
次いで、図4は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図4の実施の形態では、フェール対策として、複数の制御部(ECU)131,132を設けている。図3の実施の形態と同様に複数の電動モータ17,18で共通のレゾルバ35を用い、このレゾルバ35からの検出信号が各制御部131,132に与えられる。通常は、一方の制御部131のみを用いて各別の制御ラインa,bを介して複数の電動モータ17,18を駆動制御しているが、該一方の制御部131が故障したときに、他方の制御部132により各別の制御ラインc,dを介して電動モータ17,18を駆動制御するようにする。本実施の形態では、フェール時のための制御系を別系統で備えるので、信頼性が高い。
【0024】
次いで、図5は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図5の実施の形態では、各電動モータ17,18にそれぞれ設けられたレゾルバ41,42から2系統のラインe,fを介して複数の制御部131,132に出力信号が与えられている。通常は一方のレゾルバ41の検出信号を用いて一方の制御部131が各別の制御ラインa,bを介して複数の電動モータ17,18を駆動制御している。
【0025】
上記一方のレゾルバ41が故障すると、他方のレゾルバ42を用いて上記一方の制御部131が各別の制御ラインa,bを介して複数の電動モータ17,18を駆動制御する。さらに、一方の制御部131が故障した場合に、他方の制御部132を用いる点は、図4の実施の形態と同様である。図5の実施の形態では、複数のレゾルバ41,42および複数の制御部131,132を設けることで、フェール時にも良好な制御が可能となる。
【0026】
次いで、図6は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図6の実施の形態が、図5の実施の形態と異なるのは、複数の制御部131,132が信号伝達ラインgを介して相互に監視し、各レゾルバ41,42からの信号の比較に基づきレゾルバ41,42又は電動モータ17,18のフェールを判定し、報知部材50により警告を与えるようにした点である。報知部材50としては、ランプ、液晶表示部、ブザー等を用いることができる。
【0027】
具体的には、図7のフローチャートに示すように、複数のレゾルバ41,42からの検出信号m1,m2を入力して(ステップS1)、その差分Δm(Δm=m1−m2)を演算し(ステップS2)、求められた差分Δmが第1の閾値K1を超える(Δm>K1)か否かが監視されている(ステップS3)。
上記の差分Δmが第1の閾値K1を超えた場合には(ステップS3でYES)、第1の閾値K1よりも大きい第2の閾値K2を新たな閾値として採用して、差分Δmが第2の閾値K2を超える(Δm>K2)か否かが判断される(ステップS4)。
【0028】
差分Δmが第2の閾値K2を超える(Δm>K2)場合には(ステップS4でYES)、何れかの電動モータ17又は18が停止しているものと判断し、例えば、音又は表示等により運転者に異常が発生したことを報知し、警告を与える(ステップS5)。なお、第2の閾値K2への変更は、車両の走行中に行われることになる。第1の閾値K1の値は、複数の電動モータ17,18間に存在する回転方向の機械的な位相差(がた)を考慮し、この位相差よりも少し大きな値が設定される。
【0029】
図6および図7の実施の形態では、モータ制御のためのロータ回転角検出手段としてのレゾルバ41,42の検出信号に基づいて異常を判定するので、例えばモータ負荷があまり増大しない段階で、迅速に異常を判定することができ、迅速なフェール対応が可能となる。
これに対して、仮にモータの電流値に基づいて異常を判定する従来の場合では、異常が判定された時点で、既にモータ負荷が増大してしまっており、フェール対応が遅れるおそれがある。
【0030】
なお、上記のフローチャートのように、閾値を二段階にするのは、検出手段としてのレゾルバのみの異常の場合と、電動モータ自身の異常の場合とを区別して対応するためである。すなわち、差分Δmと小さい方の第1の閾値K1との比較(ステップS3)で、主にレゾルバ41又は42の出力異常を判定し、差分Δmと大きい方の第2の閾値K2との比較(ステップS4)で、主に電動モータ17又は18の断線等の異常を判定するわけである。
【0031】
また、図7の実施の形態において、上記の異常判定を司る制御部が車両全体を統括するメインの制御部(ECU)であっても良い。この場合、レゾルバ41,42の検出信号を、例えばCAN(Controller Area Network )等の通信手段を介してメインの制御部に与え、メインの制御部が異常判定を実施して報知部材を作動させるようにしても良い。
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明を、いわゆるステア・バイ・ワイヤの車両用操舵装置に適用することもでき、その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図2】(a)および(b)はそれぞれ本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の要部の模式的断面図である。
【図3】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の制御系の要部の模式図である。
【図4】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の制御系の要部の模式図である。
【図5】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の制御系の要部の模式図である。
【図6】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の制御系の要部の模式図である。
【図7】図6の実施の形態におけるフェールの判定の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 電動パワーステアリング装置(車両用操舵装置)
2 操舵部材
6 ラック軸(操舵軸)
13 制御部(ECU)
15,16 ドライバ
17,18 電動モータ
19,20 運動変換機構
21 ラックハウジング
22,23 ステータ
24,25 軸受
26,27 ロータ
28,29 ボールナット(回転筒)
30 ボール
31 弾性部材
32 ロータユニット(共通のロータ)
33 (共通の)ステータ
35 (共通の)レゾルバ(ロータ回転角検出手段)
41,42 レゾルバ(ロータ回転角検出手段)
131,132 制御部(ECU。異常を判定する手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus including a plurality of motors for driving a steering shaft extending in the left-right direction of the vehicle.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, as a power steering device for a vehicle, an electric type instead of a hydraulic type has been widely used. For example, in order to obtain a steering assist force comparable to that of a hydraulic actuator, a plurality of electric motors arranged in parallel with a rack shaft as a steering shaft are provided, and the rack shaft is pivoted from each electric motor via a steering gear on the steering shaft. There has been provided an electric power steering device that assists driving in a direction (for example, Patent Document 1).
[0003]
Further, in a so-called steer-by-wire vehicle steering apparatus in which a steering wheel as a steering means is arranged without being mechanically connected to a steering mechanism, a rack is provided via a main steering motor on a rack shaft and a pinion. There has been proposed a vehicle steering device that is provided with a sub-steering motor that applies a steering force to the shaft, is normally steered by the resultant force of both motors, and that is steered only by a normal motor when an abnormality occurs in either motor ( For example, Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-155343 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-218000
[Problems to be solved by the invention]
However, when using a plurality of motors, for example, as in Patent Document 1, these motors all require a large space on the side of the rack shaft, or, as in Patent Document 2, one motor is a rack. It overhangs in a direction substantially perpendicular to the axis. For this reason, there has been a problem that layout of parts around the rack shaft becomes difficult.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus in which the layout of components around the steering shaft is easy.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a vehicle steering apparatus comprising a plurality of motors for driving a steering shaft extending in the left-right direction of the vehicle, wherein the plurality of motors face the axial direction of the steering shaft. and and respectively enclose take a steering shaft concentrically, the rotation of each motor rotor comprising a plurality of motion converting mechanism for converting the respective axial movement of the steering shaft, the motion converting mechanism of the corresponding motor Each of the rotors includes a rotating cylinder that can rotate integrally with the rotor and surrounds the periphery of the steering shaft, and an elastic member is interposed between the adjacent rotating cylinders . In the present invention, a plurality of motors are laid out compactly around the steering shaft, and there is no concern about interference with surrounding parts.
[0008]
Further, the rotation of each motor rotor comprising a plurality of motion converting mechanism for converting the respective axial movement of the steering shaft, the periphery of each motion converting mechanism is integrally rotatable with the rotor of the corresponding motor steering shaft Since each of the surrounding rotating cylinders is included and an elastic member is interposed between adjacent rotating cylinders , the following advantages are obtained. In other words , in the present invention, adjacent rotating cylinders are preloaded in opposite directions and axial backlash can be eliminated. As a result, the response of driving the steering shaft by the motor is improved.
[0009]
The second invention is characterized in that, in the first invention, the plurality of motors includes either a common stator or a common rotor. In the present invention, the manufacturing cost can be significantly reduced by the common use of the members.
The third invention is the first or the second aspect, that the plurality of motors comprises a common rotor rotation angle detecting means, characterized in that it is driven on the basis of a detection signal of the rotor rotation angle detector It is. In the present invention, the manufacturing cost can be significantly reduced by commonly using a rotor rotation angle detection means such as a resolver for a plurality of motors.
[0010]
The fourth invention is the first or the second aspect, wherein the plurality of motor rotor rotation angle detecting means, respectively, based on the comparison of the detection signal of the rotor rotation angle detector of the plurality of motors, the rotor rotation angle detector The apparatus further includes means for determining abnormality of the means or the motor. In this invention, there exist the following effects. That is, if an abnormality is determined based on the current value of the motor, the motor load has already increased when the abnormality is determined. On the other hand, in the present invention, since abnormality is determined based on the detection signal of the rotor rotation angle detection means for motor control, for example, abnormality can be quickly determined when the motor load does not increase so much. .
According to a fifth aspect of the present invention, in the vehicle steering apparatus including a plurality of motors for driving a steering shaft extending in the left-right direction of the vehicle, the plurality of motors face each other in the axial direction of the steering shaft, and the steering shafts are concentric with each other. And the plurality of motors each include a rotor rotation angle detection means, and a rotor rotation angle detection means or a means for determining abnormality of the motor based on comparison of detection signals of the rotor rotation angle detection means of the plurality of motors. Further, the plurality of motors are two motors, and the rotor rotation angle detection means or the means for determining motor abnormality includes means for calculating a difference between detection signals of the rotor rotation angle detection means included in each motor; A first comparison unit that compares the calculated difference with a first threshold, a second comparison unit that compares the calculated difference with a second threshold value greater than the first threshold, and a first comparison unit. Based on the comparison result it is characterized in that including the abnormality determination means for determining an abnormality of the motor based on the comparison result by the second comparison means with determining the abnormality of the rotor rotation angle detector.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering apparatus according to a first embodiment of the present invention. With reference to FIG. 1, in the present embodiment, the vehicle steering apparatus will be described based on an electric power steering apparatus (EPS) 1. However, the present invention is not limited to this, for example, a steering wheel or the like. It can also be applied to a so-called steer-by-wire (SBW) system in which the mechanical coupling between the steering member 2 and the steering mechanism is eliminated.
[0012]
The electric power steering apparatus 1 includes a steering shaft 3 connected to a steering member 2, a pinion 4 connected to the steering shaft 3 via an intermediate shaft 100, and a rack 5 that meshes with the pinion 4. It has a rack shaft 6 as a steering shaft extending in the left-right direction.
Tie rods 7 are coupled to both ends of the rack shaft 6, and each tie rod 7 is connected to a corresponding wheel 8 via a corresponding knuckle arm (not shown). When the steering member 2 is operated and the steering shaft 3 is rotated, this rotation is converted by the pinion 4 and the rack 5 into a linear motion of the rack shaft 6 along the left-right direction of the vehicle. Thereby, steering of the wheel 8 is achieved.
[0013]
The steering shaft 3 is divided into an input shaft 9 connected to the steering member 2 and an output shaft 10 connected to the pinion 4. These input and output shafts 9 and 10 are mutually connected on the same axis line via a torsion bar 11. It is connected.
A torque sensor 12 is provided for detecting a steering torque based on a relative rotational displacement amount between the input and output shafts 9 and 10 via the torsion bar 11, and a torque detection result of the torque sensor 12 is obtained from a control unit (electronic control unit: ECU ). The control unit 13 controls the current supplied to the steering assisting electric motors 17 and 18 via the separate drivers 15 and 16 based on the torque detection result, the vehicle speed detection result from the vehicle speed sensor 14 and the like. . The control unit 13 includes a CPU 13a, a ROM 13b that stores a control program, a RAM 13c that is used as a work area, and the like.
[0014]
The output rotations of the electric motors 17 and 18 are converted into axial movements of the rack shaft 6 via motion conversion mechanisms 19 and 20 such as corresponding ball screw mechanisms, respectively, and steering is assisted. The electric power steering apparatus 1 is a so-called rack assist type.
The electric motors 17 and 18 are, for example, brushless motors, are adjacent to each other in the axial direction of the rack shaft 6, and are disposed so as to concentrically surround the rack shaft 6.
[0015]
The electric motors 17 and 18 are rotatably supported via cylindrical stators 22 and 23 fixed to the inner periphery of the rack housing 21 and bearings 24 and 25 corresponding to the rack housing 21, respectively. And rotors 26 and 27 inserted into 22 and 23, respectively. Although not shown in the drawing, a coil composed of a plurality of excitation phases that winds part of the stators 22 and 23 is provided, and the outer circumferences of the rotors 26 and 27 are opposed to the stators 22 and 23. A cylindrical driving magnet is provided. The driving magnet is magnetized so as to alternately form N and S poles in the circumferential direction.
[0016]
The electric motors 17 and 18 are provided with resolvers 41 and 42 for detecting the rotational positions (rotation angles) of the rotors 26 and 27, respectively. Each resolver 41, 42 includes a stator portion 43 fixed to the rack housing 21 and a rotor portion 44 that rotates integrally with the corresponding rotor 26, 27. Since a predetermined voltage is induced in the stator portion 43 in accordance with the rotational position of the rotor portion 44, the rotational position (phase) of the rotor portion 44, that is, the rotors 26 and 27 can be determined by measuring this voltage. .
[0017]
Based on the rotational positions (phases) of the rotors 26 and 27 output from the resolvers 41 and 42, the controller 13 divides the coils divided in the rotational direction of the stators 22 and 23 of the corresponding electric motors 17 and 18. Current is sequentially supplied and distributed to the excitation phases (not shown), and as a result, the electric motors 17 and 18 composed of brushless motors are driven and controlled to generate a predetermined rotational output.
As the motion conversion mechanisms 19 and 20, a rotational motion can be converted into a linear motion using a ball screw mechanism or a bearing screw mechanism (for example, JP 2000-46136 A). In the present embodiment, description will be made in accordance with an example in which a ball screw mechanism is used. The motion conversion mechanisms 19 and 20 have ball nuts 28 and 29 as rotating cylinders surrounding the rack shaft 6. The ball nuts 28 and 29 are screwed into a ball screw groove 6 a formed in the middle of the rack shaft 6 via a ball 30, thereby constituting motion conversion mechanisms 19 and 20.
[0018]
Corresponding ball nuts 28 and 29 are press-fitted and fixed to opposing ends of the rotors 26 and 27 of the electric motors 17 and 18, and the opposite ends of the rotors 26 and 27 are racked via corresponding bearings 24 and 25. The housing 21 is rotatably supported.
Further, the bearings 24 and 25 abut against the positioning step portions on the outer peripheral surfaces of the corresponding rotors 26 and 27, thereby restricting the movement of the corresponding rotors 26 and 27 away from each other.
[0019]
On the other hand, an elastic member 31 such as a compression coil spring or an annular rubber is interposed between the opposing ends of the ball nuts 28 and 29, and elastically biases the ball nuts 28 and 29 in a direction away from each other. As a result, the ball nuts 28 and 29 are preloaded in opposite directions so that there is no backlash in the axial direction. As a result, the responsiveness of driving the rack shaft 6 by the electric motors 17 and 18 is enhanced.
Based on the torque detection result, the vehicle speed detection result, and the like, the control unit 13 determines the control amount of the electric motors 17 and 18, and sets the electric motors 17 and 18 to the rotation angles detected by the corresponding resolvers 41 and 42. Based on this, drive control is performed so that a predetermined output is obtained.
[0020]
The driving force (rotational force of the output shaft) of the electric motors 17 and 18 is converted into linear motion in the axial direction (vehicle width direction) of the rack shaft 6 by the corresponding motion conversion mechanisms 19 and 20, thereby The required steering assist force for the steering of 8 is obtained.
According to the present embodiment, the plurality of motors 17 and 18 that are concentrically arranged on the rack shaft 6 are used so as to be opposed to each other in the axial direction of the rack shaft 6, so that the power generation unit is arranged around the rack shaft 6. Since the layout can be made compact, there is no concern about interference with surrounding parts.
[0021]
Further, the adjacent ball nuts 28 and 29 are preloaded in the opposite directions by the elastic members 31 interposed therebetween, so that axial backlash can be eliminated. As a result, the steering assist response by the electric motors 17 and 18 is improved. Become.
2 (a) and 2 (b) are schematic cross-sectional views of the main part of the vehicle steering system showing another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 2A, the plurality of electric motors 17 and 18 include a rotor unit 32 as a common rotor. The rotor unit 32 is formed by connecting rotor portions 32a and 32b respectively corresponding to the electric motors 17 and 18 via a rotating cylinder 32c such as a ball nut so as to be integrally rotatable.
[0022]
On the other hand, in the embodiment of FIG. 2B, the plurality of electric motors 17 and 18 are provided with a common long stator 33. 2 (a) and 2 (b), the same components as those in the embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. According to the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B, the manufacturing cost can be remarkably reduced by sharing the members. Moreover, it can contribute to size reduction of the vehicle steering device.
Next, FIG. 3 shows still another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 3, the resolver 35 is used as a common rotor rotation angle detection means in the plurality of electric motors 17 and 18. When the electric motors 17 and 18 have rotors individually (see FIG. 1), the rotor portion of the resolver 35 is integrated with the rotor of one of the electric motors 17 and 18 (not shown in FIG. 3). What is necessary is just to attach so that it may rotate. When the rotor unit 32 shared between the electric motors 17 and 18 is used [see FIG. 2 (a)], the rotor unit of the resolver 35 may be attached to the rotor unit 32.
[0023]
In the present embodiment, the use of the resolver 35 as a common rotor rotation angle detection means for the plurality of electric motors 17 and 18 can reduce the manufacturing cost and contribute to the downsizing of the vehicle steering apparatus. be able to. Moreover, since the detection signal from the common resolver 35 should just be processed, the control load of the control part 13 can be reduced.
Next, FIG. 4 shows still another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 4, a plurality of control units (ECUs) 131 and 132 are provided as a countermeasure against failure. Similar to the embodiment of FIG. 3, a common resolver 35 is used by the plurality of electric motors 17, 18, and a detection signal from the resolver 35 is given to the control units 131, 132. Usually, only one control unit 131 is used to drive and control the plurality of electric motors 17 and 18 via different control lines a and b, but when the one control unit 131 fails, The other control unit 132 controls the driving of the electric motors 17 and 18 via the separate control lines c and d. In this embodiment, since the control system for failure is provided in a separate system, the reliability is high.
[0024]
Next, FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 5, output signals are given to a plurality of control units 131 and 132 via two lines e and f from resolvers 41 and 42 provided in the electric motors 17 and 18, respectively. Normally, one control unit 131 drives and controls the plurality of electric motors 17 and 18 via the separate control lines a and b using the detection signal of one resolver 41.
[0025]
When one of the resolvers 41 breaks down, the one control unit 131 drives and controls the plurality of electric motors 17 and 18 via the separate control lines a and b using the other resolver 42. Furthermore, when one control unit 131 fails, the other control unit 132 is used in the same manner as the embodiment of FIG. In the embodiment of FIG. 5, by providing a plurality of resolvers 41 and 42 and a plurality of control units 131 and 132, good control can be performed even during a failure.
[0026]
Next, FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 6 differs from the embodiment of FIG. 5 in that a plurality of control units 131 and 132 monitor each other via a signal transmission line g and compare signals from the resolvers 41 and 42. Based on this, the failure of the resolvers 41 and 42 or the electric motors 17 and 18 is determined, and a warning is given by the notification member 50. As the notification member 50, a lamp, a liquid crystal display unit, a buzzer, or the like can be used.
[0027]
Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 7, detection signals m1 and m2 from a plurality of resolvers 41 and 42 are input (step S1), and a difference Δm (Δm = m1−m2) is calculated ( In step S2), it is monitored whether or not the obtained difference Δm exceeds the first threshold value K1 (Δm> K1) (step S3).
When the difference Δm exceeds the first threshold value K1 (YES in step S3), the second threshold value K2 larger than the first threshold value K1 is adopted as a new threshold value, and the difference Δm becomes the second difference value. It is determined whether or not the threshold value K2 is exceeded (Δm> K2) (step S4).
[0028]
If the difference Δm exceeds the second threshold value K2 (Δm> K2) (YES in step S4), it is determined that one of the electric motors 17 or 18 is stopped, for example, by sound or display The driver is notified that an abnormality has occurred and a warning is given (step S5). Note that the change to the second threshold K2 is performed while the vehicle is traveling. The value of the first threshold value K1 is set to a value slightly larger than this phase difference in consideration of a mechanical phase difference (backlash) in the rotational direction existing between the plurality of electric motors 17 and 18.
[0029]
In the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, abnormality is determined based on detection signals of the resolvers 41 and 42 as rotor rotation angle detection means for motor control. For example, in a stage where the motor load does not increase so much, Therefore, it is possible to determine an abnormality and to respond quickly to a failure.
On the other hand, in the conventional case where abnormality is determined based on the current value of the motor, the motor load has already increased at the time when abnormality is determined, and there is a possibility that failure handling will be delayed.
[0030]
The reason why the threshold value is set in two stages as in the above-described flowchart is to distinguish between the case of an abnormality of only the resolver as the detection means and the case of an abnormality of the electric motor itself. That is, the comparison between the difference Δm and the smaller first threshold value K1 (step S3) mainly determines the output abnormality of the resolver 41 or 42, and the comparison between the difference Δm and the larger second threshold value K2 ( In step S4), an abnormality such as disconnection of the electric motor 17 or 18 is mainly determined.
[0031]
In the embodiment of FIG. 7, the control unit that controls the abnormality may be a main control unit (ECU) that controls the entire vehicle. In this case, the detection signals of the resolvers 41 and 42 are given to the main control unit via communication means such as CAN (Controller Area Network), for example, so that the main control unit performs abnormality determination and operates the notification member. Anyway.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention can be applied to a so-called steer-by-wire vehicle steering apparatus. Various changes can be made.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus as a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views of a main part of a vehicle steering system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a main part of a control system of a vehicle steering system according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of a main part of a control system of a vehicle steering system according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram of a main part of a control system of a vehicle steering system according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram of a main part of a control system of a vehicle steering system according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a flow of fail determination in the embodiment of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Electric power steering device (vehicle steering device)
2 Steering member 6 Rack shaft (steering shaft)
13 Control unit (ECU)
15, 16 Driver 17, 18 Electric motor 19, 20 Motion conversion mechanism 21 Rack housing 22, 23 Stator 24, 25 Bearing 26, 27 Rotor 28, 29 Ball nut (rotary cylinder)
30 Ball 31 Elastic member 32 Rotor unit (common rotor)
33 (common) stator 35 (common) resolver (rotor rotation angle detecting means)
41, 42 Resolver (rotor rotation angle detection means)
131, 132 Control unit (ECU; means for determining abnormality)

Claims (5)

車両の左右方向に延在する操舵軸を駆動するための複数のモータを備える車両用操舵装置において、
上記複数のモータが操舵軸の軸方向に対向し且つそれぞれ操舵軸を同心的に取り囲み、 各モータのロータの回転を上記操舵軸の軸方向移動にそれぞれ変換するための複数の運動変換機構を備え、各運動変換機構は対応するモータのロータに一体回転可能で操舵軸の周囲を取り囲む回転筒をそれぞれ含み、隣接する回転筒間に弾性部材が介在することを特徴とする車両用操舵装置。
In a vehicle steering apparatus comprising a plurality of motors for driving a steering shaft extending in the left-right direction of the vehicle,
A plurality of motion converting mechanism for said plurality of motors enclose take each opposed and steering shaft in the axial direction of the steering shaft concentrically, converts each rotation of the motor rotor in the axial direction movement of the steering shaft Each of the motion conversion mechanisms includes a rotating cylinder that can rotate integrally with a rotor of a corresponding motor and surrounds the periphery of the steering shaft, and an elastic member is interposed between adjacent rotating cylinders. .
請求項1において、上記複数のモータが共通のステータ又は共通のロータの何れか一方を含むことを特徴とする車両用操舵装置。  The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the plurality of motors include one of a common stator and a common rotor. 請求項1又は2において、上記複数のモータが共通のロータ回転角検出手段を含み、該ロータ回転角検出手段の検出信号に基づいて駆動されることを特徴とする車両用操舵装置。3. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the plurality of motors include a common rotor rotation angle detection unit and are driven based on a detection signal of the rotor rotation angle detection unit. 請求項1又は2において、上記複数のモータがそれぞれロータ回転角検出手段を含み、複数のモータのロータ回転角検出手段の検出信号の比較に基づいて、ロータ回転角検出手段又はモータの異常を判定する手段をさらに備えることを特徴とする車両用操舵装置。 3. The rotor rotation angle detecting means according to claim 1 or 2, wherein each of the plurality of motors includes a rotor rotation angle detecting means, and an abnormality of the rotor rotation angle detecting means or the motor is determined based on comparison of detection signals of the rotor rotation angle detecting means of the plurality of motors. The vehicle steering apparatus further comprising means for performing the operation. 車両の左右方向に延在する操舵軸を駆動するための複数のモータを備える車両用操舵装置において、In a vehicle steering apparatus comprising a plurality of motors for driving a steering shaft extending in the left-right direction of the vehicle,
上記複数のモータが操舵軸の軸方向に対向し且つそれぞれ操舵軸を同心的に取り囲み、 上記複数のモータがそれぞれロータ回転角検出手段を含み、The plurality of motors face each other in the axial direction of the steering shaft and concentrically surround the steering shaft, and each of the plurality of motors includes a rotor rotation angle detection unit,
複数のモータのロータ回転角検出手段の検出信号の比較に基づいて、ロータ回転角検出手段又はモータの異常を判定する手段をさらに備え、Based on the comparison of the detection signals of the rotor rotation angle detection means of a plurality of motors, the rotor rotation angle detection means or means for determining abnormality of the motor,
上記複数のモータは2個のモータであり、The plurality of motors are two motors,
ロータ回転角検出手段又はモータの異常を判定する上記手段は、各モータが含むロータ回転角検出手段の検出信号の差分を演算する手段と、演算した差分と第1の閾値とを比較する第1比較手段と、演算した差分と第1の閾値よりも大きい第2の閾値とを比較する第2比較手段と、第1比較手段による比較結果に基づいてロータ回転角検出手段の異常を判定するとともに第2比較手段による比較結果に基づいてモータの異常を判定する異常判定手段とを含むことを特徴とする車両用操舵装置。The rotor rotation angle detection means or the means for determining whether the motor is abnormal is a means for calculating a difference between detection signals of the rotor rotation angle detection means included in each motor, and a first for comparing the calculated difference with a first threshold value. The comparison means, the second comparison means for comparing the calculated difference with a second threshold value greater than the first threshold value, and determining abnormality of the rotor rotation angle detection means based on the comparison result by the first comparison means A vehicle steering apparatus comprising: an abnormality determination unit that determines an abnormality of the motor based on a comparison result by the second comparison unit.
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