JPH064417B2

JPH064417B2 - 電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JPH064417B2
Application number: JP2492585A
Authority: JP
Inventors: 康夫清水; 俊岳河合
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1985-02-12
Publication date: 1994-01-19
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: FR2577187B1; GB2170763B; GB2170763A; DE3604396C2; DE3604396A1; JPS61184171A; FR2577187A1; GB8603335D0; US4727950A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は電動機を用いた操舵力倍力装置により補助トル
クを発生する電動式パワーステアリング装置に関する。

（従来の技術）電動式パワーステアリング装置は電動機を動力源とする
操舵力倍力装置およびその制御回路を備え、ステアリン
グホイールに付与される操舵トルクを検出し、この操舵
トルク信号に基づいて制御回路によって電動機に補助ト
ルクを発生させることにより、ハンドル操舵力の軽減を
図っている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、一般にステアリング装置は、中立の位置
からステアリングホイールを所定量、左又は右へ転舵し
た場合には、ステアリングピニオンがステアリングラッ
クのストロークエンドに至り、更にステアリングホイー
ルを同方向に転舵することができない構造となっている
ため、電動式パワーステアリング装置においてもストロ
ークエンドでは電動機の補助トルクを付与する必要がな
く、また耐久性および消費電力の点からも電動機の駆動
を制限することが望ましい。

（発明の目的）そこで本発明は、ステアリングホイールの操舵角が所定
角度以上になるときには、電動機の補助トルクの付与を
減少させたり、補助トルクの付与を停止させたりするこ
とにより、電動機を必要以上に駆動させることなく、電
動機の耐久性の向上や消費電力の低減を図ることを目的
とするものである。

（問題点の解決手段およびその作用）第１図は本発明の全体構成図である。

本発明装置は、ステアリングホイールが操舵されると、
操舵トルク検出手段(77)の検出信号に基づき電動機制御
信号発生手段においては電動機の電機子電圧を決定しこ
の電機子電圧に相当する制御信号が出力され、この制御
信号に基づいて電動機駆動手段(100)が電動機を操舵方
向へ駆動して補助トルクを発生させ操舵力を軽減する。
これとともに操舵角判定手段においては操舵回転検出手
段(82)からの検出信号に基づき左又は右方向の操舵角が
演算され、この演算値に基づき操舵角が所定角度以上の
場合にのみ補正信号が出力される。この補正信号により
補正手段においては前記制御信号が次第に減少した後最
大操舵角で零となるよう補正され、この補正後の制御信
号に基づき電動機駆動手段(100)において電動機が駆動
される。したがって、所定角度以上を超えると電動機の
発生する補助トルクが次第に減少するように制御され
る。

（実施例）以下に本発明の好適な一実施例を添付図面に基づいて説
明する。

第２図は、電動式パワーステアリング装置を示す縦断面
図である。第２図において、(1)はステアリングコラ
ム、(2)はステータ、(3)はケースであり、(4)と(7)は互
いに同軸状に配設された入力軸および出力軸である。ま
た、入力軸(4)の内端部が出力軸(7)の内端部内に遊嵌さ
れる一方、これらの内端がトーションバー(8)により連
結され、入力軸(4)が軸受(9),(10)により出力軸(7)が軸
受(11),(12),(13)により、それぞれ回動自在に支承され
ている。さらに入力軸(4)の周囲に配設された操舵回転
センサ(20)と、入出力軸(4)と(7)の嵌合部の周囲に配設
された操舵トルクセンサ(36)と、出力軸(7)の周囲に配
設された電動機(41)、減速装置(50)、電磁クラッチ(63)
と、操舵トルクセンサ(36)および操舵回転センサ(20)の
各検出信号に基づき電動機(41)および電磁クラッチ(63)
を駆動制御する制御装置(75)とを備えた構成である。

上記操舵回転センサ(20)は、第３図に示すように、第２
軸(6)の外周に放射方向に向け等間隔に突設された複数
の突起(21)と、この突起(21)を挾むように配設された２
組の光電素子(22A,22B)とからなる。そして突起(21)は
ステアリングホイールの転舵に伴って光を遮断する遮光
部となる一方、これらの突起(21)の隙間が透光部(21a)
となる。また、光電素子(22A,22B)は発光素子と受光素
子とからなる２組のフォトカプラが前記透光部(21a)を
挾むようにステアリングコラム(1)に固着して配設され
ている。これらの２組の光電素子(22A,22B)は第５図に
示すように、発光素子がフォトダイオード(23),(25)に
より受光素子がフォトトランジスタ(24),(26)により構
成されており、これらの光電素子(22A)と(22B)は互いに
位相が異なるように配設されている。例えば、本実施例
では、互いに90°位相がずれる配置となっている。した
がって、ステアリングホイールが転舵されると、これに
伴って透過部(21a)を通過した各フォトダイオード(23,2
5)の光がそれぞれフォトトランジスタ(24,26)に受光さ
れ、各フォトトランジスタ(24)と(26)からは、互いに90
°位相がずれたパルス状の電気信号が出力される。

上記操舵トルクセンサ(36)は、第２軸(6)と出力軸(7)と
の嵌合部外周に軸方向変位可能に設けられた筒状の可動
鉄心(37)と、ステアリングコラム(1)内周に固着された
コイル部(38)とからなる差動変圧器により構成されてい
る。可動鉄心(37)は、出力軸(7)の各突片(7a)に突設さ
れたピン(39)と、これらのピン(39)に対し90°ずらして
第２軸(6)に突設されたピン(40)とにそれぞれ係合する
長孔を備えており、第２軸(6)と出力軸(7)との間で周方
向に角度差が生ずると、これらのピンと長孔との係合関
係により可動鉄心(37)が軸心方向に移動する。そして、
この可動鉄心(37)の軸方向変位が電気信号に変換され、
コイル部(38)の二次コイルから操舵トルク検出信号とし
て出力される。

次に、上記電動機(41)は、ボルトによりステアリングコ
ラム(1)およびケース(3)に一体的に固着された筒状のス
テータ(2)と、このステータ(2)の内面に固着された少な
くとも一対の磁石(42)と、出力軸(7)の周囲に回転可能
に配設された回転子(43)とからなる。回転子(43)は、軸
受(12)および(13)を介して出力軸(7)に回動可能に環装
されるとともに軸受(11A),(12),(13)および(13A)を介し
てステータ(2)とケース(3)に支承される筒軸(44)を備
え、この筒軸(44)の外周にはスキュー溝を有する鉄心(4
5)、多重巻線(46)が順次一体的に環装され、この多重巻
線(46)への通電に伴って補助トルクを発生する。

前記減速装置５０は、出力軸７の周囲に配設された２段
の遊星歯車機構５１と５２とからなる。前段の遊星歯車
機構５１は、ケース３の内周面に形成された共用の内歯
車５３と、前記筒軸の他端側（図中左端側）外周に形成
された太陽歯車４４ａと、これらに噛合される３個の遊
星歯車５４と、遊星歯車５４を枢支する第１キャリヤ部
材５５とからなる。後段の遊星歯車機構５２は、前記共
用の内歯車５３と、出力軸７の周囲に嵌装され前記第１
キャリヤ部材５５に一体的に連結された筒体５６の外周
に形成された太陽歯車５６ａと、これらに噛合する３個
の遊星歯車５７と、遊星歯車５７を枢支する第２キャリ
ヤ部材５８とからなる。また、この第２キャリヤ部材５
８の外縁部にはケース３内周に沿う筒体６１が一体的に
連結され、この筒体６１の内周面には周方向に内歯６１
ａが形成されている。したがって電動機４１の回転子が
回転すると、回転子の回転が筒軸、遊星歯車５４、第１
キャリヤ部材５５、遊星歯車５７、第２キャリヤ部材５
８を介して筒体６１に減速されながら伝達される。

また、電磁クラッチ６３は、そのロータ６４が出力軸７
の外周にスプライン結合した環体６５に軸受６６を介し
て回動可能に支承される一方、捩り振動を吸収する環状
の弾性部材６７を介して出力軸７に固着されている。ま
た、ロータ６４は筒状に形成され、出力軸の外周に向け
放射状に突出する一対の突起６４ａが突設されている。
これらの突起６４ａは前記環体６５に形成された切欠溝
に円周方向で所要の間隔を有して挿入されており、周方
向において環体６５と結合関係を有している。したがっ
て、ロータ６４の突起６４ａと環体６５が係合するまで
の間では弾性的に連結された状態となる。また、ロータ
６４の延在部の外周には、外歯６４ｂが形成されてお
り、この延在部の前記第２キャリヤ部材５８と反対側の
位置には円板状の支持板が突設され、この支持板と第２
キャリヤ部材５８との間には、前記筒体６１の内歯６１
ａに噛合する溝を外周に有する円板状のプレート６８
と、ロータ６４の外歯６４ｂに噛合する溝を内周に有す
る円板状のプレート６９とが交互に配設され、多板クラ
ッチ機構を構成している。更に、ケース３には断面コ字
状の枠体７１が固着され、この枠体７１内に環状の励磁
コイル７２が収納されており、励磁コイル７２がリード
線を通じて制御装置７５に接続されている。したがっ
て、励磁コイル７２の通電に伴い発生する電磁力によ
り、プレート６９および６８が励磁コイル７２側へ吸引
されるため、減速装置５０を介して伝達される電動機の
回転トルクが多板クラッチ機構およびロータ６４の突起
６４ａおよび出力軸７へ伝達される。

さらに、上記制御装置(75)について第４図に基づき説明
する。

第４図において、(76)はマイクロコンピュータであり、
マイクロコンピュータ(76)には操舵トルク検出手段(7
7)、操舵回転検出手段(82)、異常検出手段(114)からの
各検出信号Ｓ₁〜Ｓ₆が入力されている。

操舵トルク検出手段(77)は、前記操舵トルクセンサ(36)
と、この操舵トルクセンサ(36)の一次コイルへマイクロ
コンピュータ(76)内部のクロックパルスＴ₁を分周して
出力するドライブユニット(78)と、可動鉄心(37)の変位
に対応して二次コイルから得られた各パルス電気信号を
それぞれ整流する整流回路(79A),(79B)および高周波分
を除去するローパスフィルタ(80A),(80B)と、このロー
パスフィルタ(80A),(80B)からの各アナログ電気信号を
ディジタル信号に変換し操舵トルク検出信号Ｓ₁，Ｓ₂と
してマイクロコンピュータ(76)に入力するA/Dコンバー
タ(81)とから構成されている。

操舵回転検出手段(82)は、第４図および第５図に示すよ
うに、前記操舵回転センサ(20)の各光電素子(22A)と(22
B)に電源を供給してパルス信号として出力するパルス変
換回路(27)と、このパルス信号を整形する２つのシュミ
ットトリガ回路からなる波形整形回路(28)と、マイクロ
コンピュータのクロックパルスCPに基づいて動作するＤ
型フリップフロップ(29,30,31,32)および２回路４チャ
ンネルタイプのマルチプレクサ回路(33)と、イクスクル
ーシブオア回路(34)とからなるドライブユニット(35)に
より構成されている。例えば、ステアリングホイールが
右方向に転舵されると、入力軸(4)とともに透光部(21a)
および遮光部が右方向に回転し、同一の透光部(21a)を
通過した各フォトダイオード(23)又は(25)の通過光が90
°の位相をずらしてそれぞれのフォトトランジスタ(24)
又は(26)に受光される。したがって、一方のフォトトラ
ンジスタ(26)からの出力信号は他方のフォトトランジス
タ(24)からの出力信号よりも90°位相が遅れたものとな
り、各部の出力信号は第６図(a)〜(1)に示す波形とな
る。つまり、ステアリングホイールが右方向に転舵され
た場合には、第６図(k)および(1)に示すようにＲ端子か
らのみパルス信号Ｓ₅が出力され、ステアリングホイー
ルが左方向に転舵された場合にはＬ端子からのみパルス
信号Ｓ₄が出力される。また、Ｎ端子からは第６図(i)に
示す操舵速度演算用パルス信号Ｓ₃が出力される。尚、
マルチプレクサ回路(33)は、下表に示す真理値表に基づ
いて処理が行なわれるものとし、表中Ｘは“Ｌ”又は
“Ｈ”のどちらでもよい。

マイクロコンピュータ(76)は、I/Oポート、メモリ、演
算部および制御部により構成されている。また、マイク
ロコンピュータ(76)等を駆動する電源回路(92)は、車載
のバッテリ(93)の＋端子にイグニッションキーのキース
イッチ(94)、ヒューズ(95)を介して接続されるリレー回
路(96)と、リレー回路(96)の出力側に接続された定電圧
回路(97)とから構成され、リレー回路(96)の出力側のＡ
端子からは後述する電動機駆動手段(100)および電磁ク
ラッチ駆動手段(108)に電源が供給され、定電圧回路(9
7)のＢ端子からはマイクロコンピュータ(76)やその他の
制御ユニットに電源が供給される。したがって、キース
イッチ(94)が投入されると、マイクロコンピュータ(76)
は、入力される各検出信号(S₁〜S₆)をメモリに書き込ま
れたプログラムに従って処理し、電動機を駆動する制御
信号Ｔ₃・Ｔ₄，Ｔ₅、および電磁クラッチを駆動する電
流制御信号Ｔ₆を、電動機駆動手段(100)および電磁クラ
ッチ駆動手段(108)にそれぞれ出力し、電動機(33)およ
び電磁クラッチ(63)を駆動制御する。尚、Ｔ₃，Ｔ₄は操
舵方向に対応した電動機(33)の右回転方向信号および左
回転方向信号Ｔ₅は電機子電圧を決定する電機制御信号
号である。

電動機駆動手段(100)は、ドライブユニット(101)とリレ
ー(102,103)およびトランジスタ(104,105)からなるブリ
ッジ回路により構成されている。ブリッジ回路はリレー
(102)と(103)の接続部が電源回路(92)のＡ端子に接続さ
れ、トランジスタ(104)と(105)の各エミッタが抵抗(10
6)を介してコモン側（アース）に接続されている。各リ
レー(102,103)の励磁コイルおよびトランジスタ(104,10
5)のベースはドライブユニット(101)の出力側に接続さ
れ、ブリッジ回路の出力側である各トランジスタ(104)
と(105)のコレクタ間には前記電動機(41)の電機子巻線
(46)が接続されている。前記ドライブユニット(101)
は、マイクロコンピュータ(76)からの回転方向信号Ｔ₃
・Ｔ₄に基づいてリレー(102)又は(103)、トランジスタ
(105)又は(104)を駆動させるとともに、電動機制御信号
Ｔ₅に基づきパルス幅変換（ＰＷＭ変調）したパルス信
号をトランジスタ(104,105)のどちらか一方のベースに
出力する。したがって、電動機駆動手段(100)において
は、一方のリレー(102)とトランジスタ(105)への通電、
又は他方のリレー(103)とトランジスタ(104)への通電に
より電動機(41)の回転方向を制御するとともに、各トラ
ンジスタ(104,105)のベースに印加されるパルス信号に
よってトランジスタ(104,105)の通電時間制御に応じた
電機子電圧Ｖ_Aが印加され、ステアリングホイールに加
えられる操舵トルクに対応した補助トルクを発生するよ
うに電動機(41)が制御される。

電磁クラッチ駆動手段(108)は、ドライブユニット(109)
とトランジスタ(110)とからなる。トランジスタ(110)の
コレクタと前記電源回路(92)のＡ端子間には電磁クラッ
チ(63)の励磁コイル(72)が接続されている。トランジス
タ(110)のエミッタは抵抗(111)を通じてコモン側に接続
され、ベースはドライブユニット(109)の出力側に接続
されている。また、ドライブユニット(109)においては
制御信号Ｔ₆に基づきパルス幅変換したパルス信号をト
ランジスタ(110)に出力する。したがって、電磁クラッ
チ駆動手段(108)においては、マイクロコンピュータ(7
6)からの電流制御信号Ｔ₆に基づいてドライブユニット
(109)によりトランジスタ(110)の通電制御が行われ、こ
れに伴なって電磁クラッチ(63)のトルク結合力が制御さ
れる。

また、本実施例においては、電動機(41)および電磁クラ
ッチ(63)の異常を検出する異常検出手段(114)を備えて
いる。この異常検出手段(114)は、抵抗(106)の端子電圧
を増巾する増巾器(115A)と、抵抗(111)の端子電圧を増
巾する増巾機(115B)と、それぞれ高周波分を除去するロ
ーパスフィルタ(116A),(116B)と、これらの検出電圧を
ディジタル信号Ｓ₆に変換してマイクロコンピュータ(7
6)に入力するA/Dコンバータ(117)とにより構成されてい
る。この異常検出手段(114)は、例えば、電動機(41)や
電磁クラッチ(63)の異常を各抵抗(106)と(111)の端子電
圧により検知し、異常の場合には前記電源回路(92)のリ
レー回路(96)にリレー制御信号Ｔ₂を出力し電源回路(9
2)からの電源の供給を停止させる異常診断等に用いられ
る。

次に作用を説明する。

第７図はマイクロコンピュータ(76)におけるアンロード
制御処理の概略を示すフローチャートであり、図中のＰ
_5-1〜Ｐ_5-3はアンロード制御処理の各ステップを示す。

イグニッションキーのキースイッチ(94)がONに投入され
ると、マイクロコンピュータ(76)や他の回路に電源が供
給され制御が開始される。まず、マイクロコンピュータ
(76)においては、各検出手段等(77,82,114)からの各検
出信号が読込まれ、各検出信号に基づいて電動機制御信
号Ｔ₃・Ｔ₄・Ｔ₅が電動機駆動手段(100)に、電磁クラッ
チ制御信号Ｔ₆が電磁クラッチ駆動手段(108)に出力され
る。電動機駆動手段(100)においては、回転方向信号Ｔ₃
・Ｔ₄および制御信号Ｔ₅に基づいて電動機(33)の電機子
電圧VAのＰＷＭ制御が行なわれ、これとともに電磁クラ
ッチ制御手段(108)においては、制御信号Ｔ₆に基づいて
電磁クラッチ(63)のクラッチ電流IcのＰＷＭ制御が行な
われ、操舵トルクに対応した補助トルクが出力軸(7)に
付与される。

これとともに、中立（ニュートラル）の位置から右又は
左方向にステアリングホイールが転舵されると、操舵回
転検出手段(82)からの出力信号Ｓ₄とＳ₅が読込まれ、ス
テップＰ_5-1において操舵角の演算が行なわれる。すな
わち、入力される右転舵時の出力信号Ｓ₅と左転舵時の
出力信号Ｓ₄を前回値ｙに加減算して今回値ｙが演算さ
れる。尚、これらの演算処理は、Ｓ₄とＳ₅が読み込まれ
るごとに行なわれる。また、ｙは、製造組付け時に、中
立の位置に設定されるステアリングホイールに対応する
よう、ｙを零にするとともにアンロード制御処理部はイ
グニッションキーをOFFにしても常時電源が供給されて
いる。したがって、所定角度θ₀と所定パルス数｜ｙ｜
との関係は第８図の直線Ｐで示すようなものとなる。

ステップＰ_5-2においては、今回値ｙの絶対値｜ｙ｜が
所定パルス数Ｙ₀に対して小さいかどうかの判断が行な
われる。所定パルス数Ｙ₀は、左右の最大操舵角θ_Mより
も小さい範囲に予め設定された所定角度θ_Oに対応する
よう設定されている。｜ｙ｜＜Ｙ_O、すなわちパルス数
｜ｙ｜が所定数Ｙ_Oよりも小さい場合には、電動機制御
信号Ｔ₅および電磁クラッチ制御信号Ｔ₆の補正が行なわ
れずにＳＴＡＲＴに戻る。｜ｙ｜＞Ｙ_O、すなわちパル
ス数｜ｙ｜が所定パルス数Ｙ_O以上の場合には、ステッ
プＰ_toにおいて各制御信号Ｔ₅，Ｔ₆を減少させるように
補正が行なわれ、次のサイクルの演算処理を繰り返す。
つまり、負荷トルクの増大に伴ない操舵角が所定角度θ
_Oに達すると、電動機(41)の電機子電圧VAを減少するよ
うに補正がなされるため、第９図の破線で示すように所
定角度θ_Oからステアリングエンドである最大操舵角θ_M
に至る範囲ＡＲ内では、電磁機子電流Ｉａが次第に減少
し最大操舵角θ_Mで電流値Ｉａが零となるよう制御さ
れ、他方これに対応して電磁クラッチ電流Ｉｃも減少し
零となる。したがって、負荷トルクの増大に伴って、操
舵トルクＬｐは、第９図に示すように、電動機(41)によ
り付与される補助トルクが次第に減少し、ステアリング
ホイールの最大操舵角θ_Mではマニュアル操作時の操舵
トルクｌ_Mに等しくなる。その結果、ステアリングホイ
ールのストロークエンド部では、電動機(41)が駆動され
ないので、電動機の過負荷状態および発熱のおそれを防
止できるとともに、電動機、電磁クラッチの消費電力を
低減できる。

尚、上記実施例においては、操舵角が所定角度θ_O以上
となると、電機子電流Ｉａを操舵角度の増大に従って次
第に減少させ、その後零（出力停止）にする場合につい
て説明したが、これに限らず、操舵角が所定角度θ_O以
上になると予め設定された割合で電機子電流Ｉａを減少
させたり、また電機子電流Ｉａを段階的（例えば、２段
階）に減少した後零にしたり、或いはそののまま零（出
力停止）にするようにしてもよい。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、ステアリングホイ
ールの操舵角が所定角度以上となると、電動機の電機子
電流を減少させるよう制御したことにより、ストローク
エンド部近傍においては、不必要な電動機駆動が防止さ
れる。その結果、電動機の耐久性の向上および消費電力
の低減を図ることができ、操舵フィーリングの向上を図
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２図ないし第９図は本
発明の一実施例に係り、第２図は、電動式パワーステア
リング装置を示す縦断面図、第３図は操舵回転センサを
示す第２図中のIII−III矢視断面図、第４図は制御装置
の全体構成図、第５図は操舵回転検出手段の回路構成
図、第６図(a)〜(1)は各部の出力信号を示すタイムチャ
ート、第７図はアンロード制御処理を示すフローチャー
ト、第８図は操舵角度とこれに対応するパルス数との関
係を示す図、第９図は負荷トルクと操舵トルクとの関係
を示す図である。図面中、 41…電動機 77…操舵トルク検出手段 82…操舵回転検出手段 100…電動機駆動手段Ｔ₃・Ｔ₄，Ｔ₅…電動機制御信号Ｓ₄，Ｓ₅…操舵角検出信号である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステアリング系の操舵トルクに対応して補
助トルクを発生する電動機を有する電動式パワーステア
リング装置において、前記ステアリング系の操舵角が最
大操舵角より所定値手前になったことを判定する操舵角
判定手段を備えるとともに、操舵角が最大操舵角より所
定値手前になったときに前記電動機へ供給する電力を減
少させて前記補助トルクを減少させる補正手段を備えた
ことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。