JP2707619B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電動機の出力によって操舵系に操舵補助
トルクを与える電動パワーステアリング装置に関し、特
に、安定した操舵感覚が得られるようにしたものであ
る。

〔従来の技術〕

従来の電動パワーステアリング装置としては、例え
ば、特開昭62-29465号公報に記載されたものが知られて
いる。

この従来の技術は、操舵系に連結された電動機を、操
舵系の操舵トルクに基づいて算出される基準電流値と、
操舵トルクの微分値に基づいて算出される補正電流値と
を加算して求めた駆動電流値によって駆動させることに
より、操舵系に操舵補助トルクを与えて操舵操作を軽く
行えるようにしたものである。

そして、操舵トルクに基づいた基準電流値に、操舵ト
ルクの微分値に基づく補正電流値を加算しているため、
操舵開始時や操舵中の外乱による操舵トルクの急変化に
も即応するから、操舵トルク変動を迅速に定常状態に整
定できて、安定した操舵感覚を得ることができた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の技術にあっては、駆動電流
値の算出過程において電動機や電動機駆動回路の性能を
考慮していなかったため、電動機等の焼損が防止される
ように、基準電流値と補正電流値とを加算して求めた駆
動電流値が、電動機や電動機駆動回路に対して印加可能
な最大電流値を越えないような制御を行う必要があっ
た。

そのため、基準電流値が既に前記最大電流値を越えて
いるときに、操舵トルクが増加して補正電流値が正とな
った場合や、操舵トルクが減少して補正電流値が負とな
ってもその大きさが基準電流値と最大電流値との差より
小さい場合には、駆動電流値（操舵補助トルク）に補正
電流値の効果は全く現れないし、また、基準電流値が最
大電流値を越えていないときであっても、基準電流値と
補正電流値との加算値が最大電流値を越えてしまった場
合には、基準電流値が操舵トルクの変化に応じて正しく
補正されなかったので、実際の操舵トルク変動に即応し
た操舵補助トルクを発生することができず、その結果、
操舵系に自励振動が発生し易くなり、操舵感覚が損なわ
れてしまうという未解決の課題があった。

この発明は、上記従来技術の未解決の課題に着目して
なされたものであり、電動機の焼損等の危険性が小さ
く、且つ駆動電流値を実際の操舵トルクの変化に応じて
正しく補正することが可能な電動パワーステアリング装
置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明の電動パワース
テアリング装置は、第１図の基本構成図に示すように、
ステアリングホイール及びステアリングシャフトを含む
操舵系に操舵補助トルクを発生する電動機と、前記操舵
系の操舵トルクの方向及び大きさを検出する操舵トルク
検出手段と、この操舵トルク検出手段の操舵トルク検出
値に基づいて前記電動機の基準電流値を決定する基準電
流値決定手段と、前記操舵トルクの変化量を検出する操
舵トルク変化量検出手段と、この操舵トルク変化量検出
手段の操舵トルク変化量検出値に基づいて補正電流値を
決定する補正電流値決定手段と、前記基準電流値が所定
電流値を越えないように制限する基準電流値制限手段
と、この基準電流値制限手段で制限された後の前記基準
電流値に前記補正電流値を加えて前記電動機の駆動電流
値を決定する駆動電流値決定手段と、前記駆動電流値に
応じて前記電動機を駆動させる駆動手段とを備えた。

〔作用〕

操舵系の操舵トルクの方向及び大きさが操舵トルク検
出手段で検出され、この操舵トルク検出値に基づいた基
準電流値が基準電流値決定手段で決定される。そして、
基準電流値制限手段において、前記基準電流値が、所定
電流値（例えば、前記電動機に印加可能な最大電流値）
を越えないようにその大きさが制限される。

一方、操舵トルク変化量検出手段が操舵トルクの変化
量を検出すると共に、この操舵トルク変化量検出値に応
じた補正電流値が補正電流値決定手段で決定される。

そして、駆動電流値決定手段において、基準電流値制
限手段で大きさが制限された後の基準電流値に、補正電
流値決定手段で決定された補正電流値が加えられて駆動
電流値が決定され、この駆動電流値に応じて駆動手段が
電動機を駆動させるから、操舵系に操舵補助トルクが発
生して操舵操作を軽く行うことができる。

また、基準電流値制限手段において基準電流値が所定
電流値が越えないように制限されるから、駆動電流値決
定手段で決定される駆動電流値の大きさを更に制限する
必要がなくなるので、操舵トルク変化量に応じた補正電
流値の影響が駆動電流値に確実に現れる。すると、前記
操舵補助トルクが操舵開始時や操舵中の外乱による操舵
トルクの急変化にも即応するから、操舵トルク変動が迅
速に定常状態に整定される。

この場合、駆動電流値が前記所定電流値を越えたとし
ても、操舵トルク変化量に応じて瞬間的に越えるだけで
あるし、操舵トルク変化量が負になれば駆動電流値は即
座に所定電流値以下になるので、電動機が焼損する恐れ
は殆どない。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図乃至第８図は本発明の一実施例を示したもので
ある。

先ず、構成を説明すると、第２図において、自在継手
２を介して連結されたアッパシャフト1a及びロアシャフ
ト1bによってステアリングシャフト１が構成され、アッ
パシャフト1aの上端には、ステアリングホイール３が固
定されていると共に、ロアシャフト1bの下端には、自在
継手４を介してピニオンシャフト５が連結されている。
さらに、このピニオンシャフト５の下端に設けたピニオ
ンがステアリングギヤボックス６の内部でラック軸７の
ラックと噛合していて、これらステアリングホイール3,
ステアリングシャフト1,自在継手2,4,ピニオンシャフト
５及びラック軸７によって操舵系が構成されている。

上記ピニオンシャフト５は、減速ギヤ機構８を介して
電動機９の回転軸9aに連結している。この減速ギヤ機構
８は、ケーシング8a内で互いに噛合する駆動ギヤ8bと従
動ギヤ8cとからなり、従動ギヤ8cがピニオンシャフト５
に固定されていると共に、駆動ギヤ8bが回転軸9aに固定
されている。電動機９は、例えば直流サーボ電動機で構
成され、電磁クラッチ9b及び回転軸9aを介して、その回
転力が減速ギヤ機構８へと伝達される。

また、ステアリングシャフト１には、このステアリン
グシャフト１に入力される操舵トルクの大きさ及び方向
を検出する。操舵トルク検出手段としての操舵トルクセ
ンサ10を設けている。この操舵トルクセンサ10は、例え
ば、ステアリングシャフト１に固着したストレインゲー
ジで構成され、運転者がステアリングホイール３を操舵
操作することによってステアリングシャフト１に生じる
捩じれの方向及び大きさに応じた操舵トルク検出信号DT
を出力するようになっている。

11は車速センサであり、例えば、変速機の出力軸の回
転数を検出し、これに対応した周期パルス信号からなる
車速検出信号DVを出力する。

19は制御装置であって、第３図に示す制御回路20及び
第４図に示す駆動回路30を備え、制御回路20は、操舵ト
ルクセンサ10及び車速センサ11からの各検出信号DT,DV
が供給され、これらに基づき前記電動機９を制御する制
御信号S1〜S3及び電磁クラッチ9bを制御する制御信号S4
を出力し、駆動回路30は、前記制御信号S1〜S3が供給さ
れ、これに基づき電動機９を駆動する。

そして、制御回路20は、第３図に示すように、A/D変
換器21,マイクロコンピュータ22及びD/A変換器23を備え
ている。

マイクロコンピュータ22は、インタフェース回路とし
ての入力回路22a,出力回路22b、演算処理装置22c及び記
憶装置22dを少なくとも有し、入力回路22aに前記車速セ
ンサ11の車速検出信号DVが直接供給されると共に、操舵
トルクセンサ10の操舵トルク検出信号DTがA/D変換器21
を介して供給され、且つ出力回路22bから操舵補助トル
クに応じたモータ駆動制御信号S1がD/A変換器23を介し
て出力されると共に、制御信号S2〜S4が直接出力され
る。

演算処理装置22cは、入力回路22aに供給される操舵ト
ルク検出信号DTに基づき、操舵トルクの大きさが所定設
定値α以上であるときに、所定の演算処理を実行して駆
動電流値Ｉ_Mを演算し、その演算結果に基づいて電動機
９を制御するモータ駆動制御信号S1〜S3を出力し、一
方、操舵トルクの大きさが所定設定値α未満であるとき
には、電動機９による操舵補助トルクの発生を停止させ
る。

記憶装置22dは、上記演算処理装置22cの演算処理に必
要な処理プログラムや、例えば第６図及び第７図に示す
ように種々の関係を表す記憶テーブル等を記憶している
と共に、演算処理装置22cの演算結果等を逐次記憶す
る。

駆動回路30は、第４図に示すように、制御回路20から
出力されるモータ駆動制御信号S1と電動機９の負荷電流
を検出する電流検出器40からの電流フィードバック信号
とが入力側に供給される差動増幅器31と、その差動増幅
出力と、鋸歯状波発生回路32からの鋸歯状波信号とが入
力側に供給されるパルス幅偏重回路としての比較回路33
と、その比較出力と前記制御回路20からの右回転信号S
2,左回転信号S3とが供給されるANDゲート34,35と、これ
らANDゲート34,35の出力が供給されるスイッチングトラ
ンジスタ36,37と、これらを電動機９に蓄積された誘導
エネルギから保護するフライホイールダイオード38,39
とから構成され、スイッチングトランジスタ36,37のコ
レクタが夫々電動機９の右回転用端子Ｒ及び左回転用端
子Ｌに接続されて、モータ駆動電流をチョッパ制御す
る。

次に、上記実施例の動作を、マイクロコンピュータ22
内で実行される処理手順を示す第５図に従って説明す
る。

この第５図に示す処理は、例えば、図示しない所定の
メインプログラムに対して所定時間（例えば、10msec）
毎のタイマ割込処理として実行される。

先ず、ステップにおいて、車速センサ11から供給さ
れる車速検出信号DVを読み込み、ステップに移行し、
前記ステップで読み込んだ車速検出信号DVの単位時間
当たりのパルス数又はパルス間隔を計測して車速検出値
Ｖを求め、これを記憶装置22dの所定記憶領域に記憶す
る。

次いで、ステップに移行して、操舵トルクセンサ17
から供給される操舵トルク検出信号DTを読み込み、ステ
ップに移行し、前記ステップで読み込んだ操舵トル
ク検出信号DTを操舵トルク検出値Ｔとして、記憶装置22
dの所定記憶領域に記憶する。

次いで、ステップに移行して、前記ステップで求
めた操舵トルク検出値Ｔの大きさが、所定値αに達して
いるか否かを判定し、達していないと判定された場合に
は、操舵補助トルクが必要ないと判断して、ステップ
に移行する。

ステップでは、例えば論理値「０」の電磁クラッチ
制御信号S4を出力することにより、電動機９と出力軸9a
との間に介在して回転力を伝える電磁クラッチ9bをオフ
状態とし、電動機９の回転力が操舵系に伝達されないよ
うにする。

次いで、ステップに移行し、電動機９の回転方向を
制御する右回転信号S2及び左回転信号S3を論理値「０」
とし、ステップに移行してこれら制御信号S2及びS3を
出力して、電動機９を駆動不可能な状態にし、操縦者の
操舵操作によってのみ転舵が行われるようにする。

そして、ステップの処理を終えたら、この第５図の
処理を、再び前記ステップから繰り返し実行する。

また、前記ステップの判断が「NO」の場合には、電
動機９による操舵補助トルクが必要であると判断し、ス
テップに移行して、例えば論理値「１」の電磁クラッ
チ制御信号S4を出力することにより、電磁クラッチ9bを
オン状態とし、電動機９の回転力が操舵系に伝達される
ようにする。

次いで、ステップに移行し、前記ステップで求め
た車速検出値Ｖ及び前記ステップで求めた操舵トルク
検出値Ｔに基づいて、記憶装置22dに予め記憶してあ
る、例えば第６図のような、車速Ｖをパラメータとした
操舵トルク検出値Ｔと電動機９に対する基準電流値Ｉ₀
との関係を示す記憶テーブルを参照して、基準電流値Ｉ
₀を算出する。

次いで、ステップに移行し、今回の処理における前
記ステップで求めた操舵トルクＴから、所定回数前の
処理（例えば、前回の処理）で求められた操舵トルク
Ｔ′を減算して、操舵トルク変化量ΔＴを算出する。な
お、この操舵トルク変化量ΔＴと、割込時間及び前記所
定回数に基づく所定時間とによって数値微分を行い、そ
の微分値を操舵トルク変化量ΔＴとしてもよい。

次いで、ステップに移行し、前記ステップで求め
た車速検出値Ｖ及び前記ステップで求めた操舵トルク
変化量ΔＴに基づいて、記憶装置22dに予め記憶してあ
る、例えば第７図のような車速Ｖをパラメータとした操
舵トルク変化量ΔＴと補正電流値Ｉ_Sとの関係を示す記
憶テーブルを参照して、補正電流値Ｉ_Sを算出する。

次いで、ステップに移行し、前記ステップで求め
た基準電流値Ｉ_Oの絶対値が、所定電流値Ｉ_MAXを越えて
いるか否かを判定する。この場合の所定電流値Ｉ
_MAXは、性能上問題なく電動機９や駆動回路30に印加可
能な電流値に設定されていて、このステップの判断が
「YES」の場合には、ステップに移行し、基準電流値
Ｉ_Oを所定電流値Ｉ_MAXとする（但しＩ_Oが負の場合には
Ｉ_O＝−Ｉ_MAXとする。）。また、ステップの判断が
「NO」の場合には、基準電流値Ｉ_Oを変更する必要がな
いから、ステップの処理は実行しない。

そして、ステップに移行し、前記ステップ又は前
記ステップで設定した基準電流値Ｉ_Oと、前記ステッ
プで求めた補正電流値Ｉ_Sとを加算し、その演算結果
を電動機９の駆動電流値Ｉ_Mとする。

次いで、ステップに移行し、前記ステップで算出
した駆動電流値Ｉ_Mの極性に基づいて、現在の操舵方向
が右切りであるか否かを判定し、右切りであると判定さ
れた場合には、ステップに移行して、右回転制御信号
S2を論理値「１」とすると共に左回転制御信号S3を論理
値「０」とし、また、左切りであると判定された場合に
は、ステップに移行して、右回転制御信号S2を論理値
「０」とすると共に左回転制御信号S3を論理値「１」と
する。

そして、ステップに移行し、前記ステップ又はス
テップで設定された制御信号S2,S3を出力し、電動機
９が所定の回転方向に駆動される状態とする。

次いで、ステップに移行し、前記ステップ又は前
記ステップで設定された駆動電流値Ｉ_Mの絶対値を、
モータ駆動制御信号S1として出力する。

このように、モータ駆動制御信号S1が出力されると、
これがD/A変換器23でアナログ電流に変換され、これが
駆動回路30に供給される。このため、駆動回路30では、
電動機９が停止状態にあるものとすると、その負荷電流
を検出する負荷電流検出器40の検出信号が零であるの
で、差動増幅器31からは制御回路20から供給される駆動
電流値Ｉ_Mに応じた比較的高レベルの差動増幅出力が出
力される。このため、比較回路33からは、デューティ比
の大きい（オン状態の幅がオフ状態の幅に比較して大き
い）パルス変調信号が出力されることになり、これがAN
Dゲート34,35に供給される。このとき操縦者がステアリ
ングホイールを右切り（又は左切り）しているものとす
ると、出力回路22bから論理値「１」の右回転信号S2
（又は左回転信号S3）が出力されているので、ANDゲー
ト34（又は35）からパルス変調信号に応じた出力が得ら
れ、これによってスイッチングトランジスタ34（又は3
5）がオン・オフ制御される。その結果、電動機９が右
（又は左）回転を開始し、その回転トルクが電磁クラッ
チ9a、減速ギヤ機構８を介して操舵系のピニオンシャフ
ト５に伝達される。

電動機９が回転を開始すると、負荷電流検出器40の負
荷電流検出値が増加するので、作動増幅器31の出力が減
少し、これに応じて比較回路33からのパルス幅変調信号
のデューティ比も小さくなり、結局、電動機９が制御回
路20から出力される駆動電流値Ｉ_Mに対応した操舵補助
トルクを操舵系に付加するように回転駆動されるので、
操舵系に操舵補助トルクが発生して操舵操作を軽く行う
ことができる。

ここで、前記ステップの処理及び第６図に示す記憶
テーブルが基準電流値決定手段に対応し、前記ステップ
の処理が操舵トルク変化量検出手段に対応し、前記ス
テップの処理及び第７図に示す記憶テーブルが補正電
流値決定手段に対応し、前記ステップ及びステップ
の処理が基準電流値制限手段に対応し、前記ステップ
の処理が駆動電流値決定手段に対応し、前記ステップ
乃至ステップの処理及び第４図に示す駆動回路30が駆
動手段に対応している。

このように、上記実施例では、操舵トルクＴに応じて
算出された基準電流値Ｉ_Oが、所定電流値Ｉ_MAXを越えな
いように制限する処理を実行すると共に、操舵トルク変
化量ΔＴに応じて算出された補正電流値Ｉ_Sを前記基準
電流値Ｉ_Oに加算し、その加算結果を電動機９の駆動電
流値Ｉ_Mとしている。

そのため、駆動電流値Ｉ_Mに含まれる補正電流値Ｉ_Sの
作用により、操舵系に発生する操舵補助トルクが、操舵
開始時や操舵中の外乱による操舵トルクの急変化にも即
応するから、操舵トルク変動が迅速に定常状態に整定す
るので、安定した操舵感覚を得ることができる。

そして、基準電流値Ｉ_Oが所定電流値Ｉ_MAXを越えない
ように制限する処理を実行するから、駆動電流値Ｉ_Mの
大きさを更に制限する必要がなくなる。すると、例えば
第８図（ａ）に示すような操舵トルクＴが検出され、こ
の操舵トルクＴに応じて所定電流値Ｉ_MAXを越える基準
電流値Ｉ_O（第８図（ｂ）参照）が算出された場合であ
っても、このときの基準電流値Ｉ_Oの大きさの上限は所
定電流値Ｉ_MAXに制限されるため、補正電流値Ｉ_S（第８
図（ｃ）参照）を加算した駆動電流値Ｉ_M（第８図
（ｄ）参照）には、この補正電流値Ｉ_Sによる補正効果
が十分現れる。その結果、上記と同様に、操舵トルク変
動が迅速に定常状態に整定するので、自励振動が発生す
ることなく、安定した操舵感覚を得ることができる。

また、補正電流値Ｉ_Sは操舵トルク変化量ΔＴに基づ
いて決定されているため、駆動電流値Ｉ_Mが所定電流値
Ｉ_MAXを越え電動機９や駆動回路30に所定電流値Ｉ_MAX以
上の大きな電流が流れるのは極短い時間であるし、操舵
トルク変化量ΔＴが負になれば駆動電流値Ｉ_Mは即座に
所定電流値Ｉ_MAX以下になるので、電動機９や駆動回路3
0が焼損する恐れは殆どない。

なお、上記実施例においては、減速ギヤ機構８を平歯
車列で構成した場合について説明したが、これに限定さ
れるものではなく、例えば、ウォームギヤとウォームホ
イールで構成してもよいし、ベベルギヤ等を適用し得る
ことも可能である。

また、上記実施例においては、制御回路20としてマイ
クロコンピュータ22を適用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、論理回路、比較回
路、関数発生器等の電子回路を組み合わせて構成するこ
ともできる。

さらに、上記実施例では、操舵トルクＴから基準電流
値Ｉ_Oを決定する場合及び操舵トルク変化量ΔＴから補
正電流値Ｉ_Sを決定する場合に、予め設定された記憶テ
ーブルを利用した場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、例えば、それら各値の関係を表す
関数を設定しておき、その関数に従って上記決定を行う
ようにしてもよい。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明の電動パワーステアリン
グ装置にあっては、操舵トルク検出値に応じて算出され
る基準電流値が、所定電流値を越えないように制限する
手段を設けると共に、操舵トルク変化量に応じて算出さ
れた補正電流値を基準電流値に加算し、その加算結果を
電動機の駆動電流値としているため、操舵開始時や操舵
中の外乱による操舵トルクの急変化にも即応するから、
操舵トルク変動を迅速に定常状態に整定でき、安定した
操舵感覚を得ることができるし、駆動電流値の大きさを
更に制限する必要がなくなるので基準電流値と補正電流
値との加算結果が所定電流値を越える場合であっても、
駆動電流値に補正効果を十分持たせることができて自励
振動を防止することができるという効果がある。

また、補正電流値は操舵トルク変化量に基づいて決定
されているため、駆動電流値が所定電流値を越えて、電
動機や駆動回路に所定電流値以上の大きな電流が流れる
のは極短い時間であるし、操舵トルク変化量が負になれ
ば駆動電流値は即座に所定電流値以下になるので、電動
機や駆動回路が焼損する恐れは殆どない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示すブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示す構成図、第３図は本実施例で適
用した制御回路の構成を示すブロック図、第４図は本実
施例で適用した駆動回路を示すブロック図、第５図はマ
イクロコンピュータ内で実行される処理手順の一例を示
したフローチャート、第６図は車速をパラメータとした
操舵トルクと基準電流値との関係を示すグラフ、第７図
は操舵トルク変化量と補正電流値との関係を示したグラ
フ、第８図（ａ）〜（ｄ）は、操舵トルク，基準電流
値，補正電流値及び駆動電流値のそれぞれの関係を示し
たタイムチャートである。 １……ステアリングシャフト、３……ステアリングホイ
ール、５……ピニオンシャフト、７……ラック軸、８…
…減速ギヤ機構、９……電動機、10……操舵トルクセン
サ（操舵トルク検出手段）、11……車速センサ、19……
制御装置、20……制御回路、30……駆動回路。

フロントページの続き (72)発明者 久米 正行 茨城県勝田市大字東石川西古内3085番地 ５ 日立オートモテイブエンジニアリン グ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−77966（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−29466（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−29465（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−34846（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−12458（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングホイール及びステアリングシ
   ャフトを含む操舵系に操舵補助トルクを発生する電動機
   と、前記操舵系の操舵トルクの方向及び大きさを検出す
   る操舵トルク検出手段と、この操舵トルク検出手段の操
   舵トルク検出値に基づいて前記電動機の基準電流値を決
   定する基準電流値決定手段と、前記操舵トルクの変化量
   を検出する操舵トルク変化量検出手段と、この操舵トル
   ク変化量検出手段の操舵トルク変化量検出値に基づいて
   補正電流値を決定する補正電流値決定手段と、前記基準
   電流値が所定電流値を越えないように制限する基準電流
   値制限手段と、この基準電流値制限手段で制限された後
   の前記基準電流値に前記補正電流値を加えて前記電動機
   の駆動電流値を決定する駆動電流値決定手段と、前記駆
   動電流値に応じて前記電動機を駆動させる駆動手段と、
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装
   置。