JP2826642B2 - 電動式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、たとえば自動車の電動式パワーステアリ
ング装置に関する。

従来の技術 たとえば自動車の電動式パワーステアリング装置とし
て、操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルク
センサの検出値に基づき駆動される操舵力補助用の電動
モータとを備えたものが知られており、この種の従来の
電動式パワーステアリング装置のトルクセンサにおいて
は、検出部からの信号を同じ増幅度で増幅し、たとえば
制御用の第１出力および異常検出用の第２出力の２つの
出力として出力していた。

また、コネクタの接触抵抗の影響などを受けないよう
に、トルクセンサの２つの出力は電流出力となってい
た。

発明が解決しようとする課題 上記のような電動式パワーステアリング装置において
は、トルクセンサの２つの出力を比較することによって
トルクセンサの異常を検出するようになっているが、２
つの出力が同じ増幅度の同じ大きさの信号であるため、
トルクセンサの電源に電圧低下などの異常が発生したよ
うな場合は、２つの出力が同じように低下して、同じ大
きさになるので、２つの出力を比較しただけでは異常の
検出ができない。

また、２つの出力が電流出力であるため、トルクセン
サ側に２つの電圧−電流変換回路が、トルクセンサの出
力を利用する相手側に２つの電流−電圧変換回路が必要
であり、部品点数が増す上、トルクセンサ側と相手側の
双方に高い精度の部品が要求され、コストが高くなる。

この発明の目的は、上記の問題を解決した電動式パワ
ーステアリング装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 この発明による電動式パワーステアリング装置は、 操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセ
ンサの検出値に基づき駆動される操舵力補助用の電動モ
ータとを備えた電動式パワーステアリング装置であっ
て、 前記トルクセンサは、その検出部からの信号を増幅し
て第１出力および第２出力として出力し、かつ第１出力
と第２出力の増幅度が異なるように設定されていること
を特徴とするものである。

さらには、トルクセンサの第１出力の増幅度と第２出
力の増幅度との比に基づいて第２出力から第１出力演算
値を演算する手段、第１出力と第１出力演算値との差が
所定値以上である場合にトルクセンサの異常として検出
する監視手段、および監視手段によって異常が検出され
たときに電動モータによる操舵力補助を禁止する手段を
備えていることを特徴とするものである。

好ましくは、トルクセンサの第１出力および第２出力
が電圧出力である。

作用 トルクセンサの第１出力と第２出力の増幅度が異なる
ように設定されているので、異常時の２つの出力の関係
が正常時とは異なる。

そして、第１出力の増幅度と第２出力の増幅度との比
に基づいて第２出力から第１出力演算値を演算し、第１
出力とこの第１出力演算値との差を調べることにより、
電源の電圧低下などによって２つの出力が同じように低
下した場合でもこれを簡単にかつ確実に検出することが
できる。

トルクセンサの第１出力および第２出力を電圧出力に
すると、従来の電流出力の場合に必要であったトルクセ
ンサ側の２つの電圧−電流変換回路と相手側の２つの電
流−電圧変換回路が不要になる。

実 施 例 以下、図面を参照して、この発明を自動車の電動式パ
ワーステアリング装置に適用した実施例について説明す
る。

第１図は、電動式パワーステアリング装置の概略構成
を示している。

この装置は、操舵力を補助するための電動モータ
（１）、モータ（１）とステアリング系との間に設けら
れた電磁クラッチ（２）、ステアリングシャフトの入力
トルクを検出するためのトルクセンサ（３）、車速を検
出するための車速センサ（４）、ならびにこれらのセン
サ（３）（４）の出力に基づいてモータ（１）およびク
ラッチ（２）を制御するコントローラ（５）などを備え
ている。

コントローラ（５）は、マイクロコンピュータ
（６）、5Vレギュレータ（７）、8Vレギュレータ
（８）、モータ駆動用主回路（９）、主回路駆動回路
（10）、主回路（９）の電流検出回路（11）、クラッチ
駆動回路（12）、リレー駆動回路（151）およびフェイ
ルリレー（15）などを備えている。

２つのレギュレータ（７）（８）は、キースイッチ
（13）を介してバッテリ（主電源）（14）に接続されて
いる。5Vレギュレータ（７）の出力はコンピュータ
（６）に接続され、8Vレギュレータ（８）の出力は電流
検出回路（11）およびトルクセンサ（３）に接続されて
いる。

モータ（１）は主回路（９）に接続され、主回路
（９）は主回路駆動回路（10）および電流検出回路（1
1）を介してコンピュータ（６）に接続されている。ク
ラッチ（２）は、クラッチ駆動回路（12）を介してコン
ピュータ（６）に接続されている。主回路（９）とクラ
ッチ駆動回路（12）は、フェイルリレー（15）を介して
バッテリ（14）に接続され、フェイルリレー（15）はリ
レー駆動回路（151）を介してコンッピュータ（６）に
接続されている。主回路駆動回路（10）は、バッテリ
（14）に接続されている。図示は省略したが、主回路
（９）は４つのパワー素子（パワートランジスタなど）
からなるブリッジ回路を備えており、各パワー素子が主
回路駆動回路（10）を介してコンピュータ（６）により
制御される。モータ（１）は、省電力化を図るため、PW
M制御されている。

バッテリ（14）のキースイッチ（13）、トルクセンサ
（３）、車速センサ（４）およびオルタネータ（16）
が、インタフェース（17）を介してコンピュータ（６）
に接続されている。

コンピュータ（６）は、トルクセンサ（３）の検出ト
ルク、車速センサ（４）の検出速度などに基づいて主回
路駆動回路（10）などを制御し、これによってモータ
（１）による操舵力補助量を制御する。

第２図は、トルクセンサ（３）の１例とコントローラ
（５）の一部を詳細に示している。

このトルクセンサ（３）は、３端子レギュレータ（1
8）、発振回路（19）、検出部（20）、第１クランプ回
路（21）および第２クランプ回路（22）、第１ピークホ
ールド回路（23）および第２ピークホールド回路（2
4）、ならびに第１差動増幅回路（25）および第２差動
増幅回路（26）を備えている。

３端子レギュレータ（18）は、コントローラ（５）の
8Vレギュレータ（８）に接続されている。

図示は省略したが、検出部（20）は検出用信号Saを出
力する検出用変換部と補償用信号Sbを出力する補償用変
換部を備えている。検出用信号Saは、第１クランプ回路
（21）および第１ピークホールド回路（23）を経て２つ
の差動増幅回路（25）（26）の第１入力端子に入力す
る。補償用信号Sbは、第２クランプ回路（22）および第
２ピークホールド回路（24）を経て２つの差動増幅回路
（25）（26）の第２入力端子に入力する。２つの差動増
幅回路（25）（26）の増幅度は異なっており、第１差動
増幅回路（25）の増幅度はＡ、第２差動増幅回路（26）
の増幅度はA/x（ｘ≠１）である。第１差動増幅回路（2
5）は、２つのピークホールド回路（23）（24）の出力
電圧の差を増幅度Ａで差動増幅し、これを第１出力V1と
して電圧出力する。第２差動増幅回路（26）は、２つの
ピークホールド回路（23）（24）の出力電圧の差を増幅
度A/xで差動増幅し、これを第２出力V2として電圧出力
する。

トルクセンサ（３）の第１出力V1はコントローラ
（５）の第１フィルタ回路（27）およびAD変換器（28）
を介してコンピュータ（６）に入力し、前述の操舵力補
助量の制御などのために使用される。トルクセンサ
（３）の第２出力V2はコントローラ（５）の第２フィル
タ回路（29）およびAD変換器（28）を介してコンピュー
タ（６）に入力し、トルクセンサ（３）の異常検出など
のために使用される。

上記のトルクセンサでは、第１出力V1と第２出力V2の
増幅度が異なるように設定されているので、電源の電圧
低下などによって２つの出力V1、V2が同じように低下し
た場合でもこれを簡単にかつ確実に検出することができ
る。

次に、第３図および第４図を参照して、その理由を説
明する。なお、上記のように、第１出力V1の増幅度は
Ａ、第２出力V2の増幅度はA/xであるから、第２出力V2
の増幅度を１としたときの第１出力V1の増幅度はｘとな
る。

第３図は正常時、第４図は異常時のトルクとトルクセ
ンサの２つの出力との関係を示している。これらの図面
において、横軸はトルクＴ、縦軸は第１出力V1および第
２出力V2を表わしている。また、中立点はトルクが０の
点を表わし、中立点の左側が左回転方向、右側が右回転
方向のトルクの大きさをそれぞれ表わしている。

第３図に示すように、正常時には、中立点において第
１出力V1、第２出力V2ともにVoとなる。このVoは一定で
あり、これを中立点出力ということにする。正常時の第
１出力V1と第２出力V2との間には次のような関係があ
る。

V1＝ｘ（V2−Vo）＋Vo ……（１） 正常時の第１出力V1をV1o、第２出力V2をV2oとする
と、上記の式（１）は次のように書き直される。

V1o＝ｘ（V2o−Vo）＋Vo ……（２） さらに、式（１）により第２出力V2を用いて演算した
第１出力V1の値（第１出力演算値）をV1aとすると、V1a
は次のようになる。

V1a＝ｘ（V2−Vo）＋Vo ……（３） 正常時には、V2＝V2oであるから、これを式（３）に
代入してV1aを演算すると、次のようになる。

V1a＝ｘ（V2o−Vo）＋Vo ……（４） 式（２）と式（４）の右辺は等しいから、V1o＝V1aと
なる。また、正常時には、V1＝V1oであるから、V1＝V1a
となる。このように、正常時には、第２出力を用いて演
算した第１出力演算値V1aと第１出力V1とが常に等し
く、これらの差Ｓ（＝V1−V1a）は常に０となる。

第４図は、第１出力V1および第２出力V2に同じ量の出
力変動ΔＶが生じた場合を示している。たとえば電源の
電圧低下などにより第１出力V1および第２出力V2がΔＶ
低下したとすると、これらは次のようになる。

V1＝V1o−ΔＶ ……（５） V2＝V2o−ΔＶ ……（６） 式（６）のV2を式（３）に代入してV1aを演算する
と、次のようになる。

V1a＝ｘ｛（V2o−ΔＶ）−Vo｝＋Vo ＝ｘ（V2o−Vo）＋Vo−x ΔＶ ……（７） 式（２）より、式（７）は次のようになる。

V1a＝V1o−ｘΔＶ ……（８） 式（５）の第１出力V1と式（８）の第１出力演算値V1
aとの差Ｓを求めると、次のようになる。

Ｓ＝V1−V1a ＝（V1o−ΔＶ）−（V1o−x ΔＶ） ＝（ｘ−１） ΔＶ ……（９） 式（９）において、ｘ≠１であるから、ｘ−１≠０で
ある。出力変動ΔＶがある場合、ΔＶ≠０であるから、
Ｓ≠０である。これに対し、出力変動ΔＶがない場合、
ΔＶ＝０であるから、Ｓ＝０である。このことは、前述
のように正常時にはV1＝V1aとなることからも明らかで
ある。したがって、第１出力V1と、第２出力V2を用いて
演算した第１出力演算値V1aとの差Ｓを常時調べること
により、出力変動などの異常を確実に検出することがで
きる。

第５図のフローチャートは、コンピュータ（６）によ
る上記のトルクセンサ（３）の異常検出処理の１例を示
している。なお、このプログラムは、一定時間間隔で繰
返し実行される。

第５図において、まず、タイマがタイムアップしたか
どうかを調べる（ステップ１）。このタイマは異常検出
処理の時間間隔を定めるためのものであり、これがタイ
ムアップしていなければ、異常検出処理の時間が到来し
ていないことになり、そのまま処理を終了し、タイマが
タイムアップしていれば、ステップ２以下の異常検出処
理を行なう。

ステップ２では、AD変換器（28）からトルクセンサ
（３）の第１出力V1を読込む。次に、AD変換器（28）か
らトルクセンサ（３）の第２出力V2を読込み（ステップ
３）、このV2を用いて前記式（３）より第１出力演算値
V1aを演算する（ステップ４）。次に、V1とV1aの差Ｓを
演算し（ステップ５）、その絶対値|S|が所定のしきい
値より小さいかどうかを調べる（ステップ６）。

ステップ６において|S|がしきい値より小さければ、
異常ではないと判断して、NGタイマをクリアし（ステッ
プ７）、処理を終了する。ステップ６において|S|がし
きい値より小さくなければ、異常の可能性があると判断
して、NGタイマを１カウントアップする（ステップ
８）。次に、NGタイマがタイムアップしたかどうかを調
べ（ステップ９）、タイムアップしていなければ、その
まま処理を終了する。ステップ９においてNGタイマがタ
イムアップした場合は、|S|がしきい値以上の状態が一
定時間以上継続したことになるので、異常であると判断
し、フェイルセーフ処理を行なう（ステップ10）。すな
わち、フェイルリレー（15）をオフにし、モータ（１）
による操舵力補助を禁止する。

前述のように、トルクセンサ（３）に異常がない場合
は、Ｓ＝０であるが、電源の電圧低下などによる出力変
動などの異常が生じると、Ｓ≠０となる。したがって、
上記のように|S|をしきい値と比較することにより、ト
ルクセンサ（３）の異常を確実に検出することができ
る。

第５図のフローチャートにおいて第１出力演算値V1a
を演算するための式（３）のｘおよび中立点出力Voは一
定で、かつ予めわかるので、これらをコンピュータ
（６）に設定しておくことができる。

中立点出力Voは、また、前記式（１）より次のように
表わされる。

Vo＝（V1−xV2）／（１−ｘ） …（10） 上記のように、ｘは一定で予めわかるので、第１出力
V1と第２出力V2を用いて式（10）により中立点出力Voを
演算することができる。たとえば、電源投入時にV1とV2
を測定し、これらを用いてVoを演算し、これをコンピュ
ータ（６）に設定することもできる。

トルクセンサ（３）に異常が生じると、式（10）によ
り演算したVoの演算値が変化する。したがって、常にV1
とV2を測定してVoを演算し、これを監視することによっ
て異常の検出を行なうこともできる。

トルクセンサ（３）の２つの出力V1、V2が電圧出力で
あるから、従来の電流出力の場合には必要であったトル
クセンサ（３）側の２つの電圧−電流変換回路とコント
ローラ（５）側の２つの電流−電圧変換回路が不要にな
る。このため、部品点数が削減され、トルクセンサ
（３）側およびコントローラ（５）側のいずれにも高い
精度の部品が不要になる。

上記の電動式パワーステアリング装置においては、8V
レギュレータ（８）を用いてバッテリ（14）の入力とし
て8V電圧を作り、これをトルクセンサ（３）や電流検出
回路（11）などのオペアンプの電源として供給してい
る。また、主回路（９）のパワー素子駆動用の電源は、
バッテリ（14）から直接供給されている。ところが、バ
ッテリ（14）の電圧が低下すると、主回路（９）のパワ
ー素子が十分に駆動されず、損失が大きくなり、パワー
素子の破損につながるおそれがある。また、バッテリ
（14）の電圧低下によっては、8Vレギュレータ（８）の
8V電源電圧も低下してしまい、トルクセンサ（３）およ
びオペアンプの出力に悪影響を与える。

このため、コンピュータ（６）はバッテリ（14）の電
圧を常時監視し、これが所定のしきい値以下になると、
モータ（１）による操舵力を禁止するフェイルセーフ処
理を行なうようになっている。また、このしきい値は、
8V電源電圧により動作する各部分の動作を保証するよう
に、内部での電圧低下のばらつきなどを考慮して、8Vよ
り少し高い値たとえば9Vに設定されている。

コンピュータ（６）でバッテリ（14）の電圧を監視す
るかわりに、第１図に破線で示すように、8Vレギュレー
タ（８）の出力をインタフェース（17）を介してコンピ
ュータ（６）に入力し、この8Vレギュレータ（８）の出
力を監視するようにすれば、トルクセンサ（３）やオペ
アンプの電源電圧を直接監視することができる。

第６図は、電動式パワーステアリング装置の他の１例
を示している。なお、同図において、第１図と同じ部分
には同一の符号を付している。

この装置は上記のようなバッテリ（14）の電圧低下に
よる影響を小さくしたものであり、コンピュータ（５）
は8Vレギュレータ（８）のかわりに昇圧回路（30）を備
えている。この昇圧回路（30）は、5Vレギュレータ
（７）の5V電源電圧を入力として、これをたとえば24V
に昇圧し、これをトルクセンサ（３）、主回路駆動回路
（10）、電流検出回路（11）などのオペアンプの電源と
して供給する。

昇圧回路（30）の出力は5Vレギュレータ（７）の出力
が5Vより下がらないかぎり24Vに保持され、5Vレギュレ
ータ（７）の出力はバッテリ（14）の電圧が5Vより少し
高い値たとえば6Vより下がらないかぎり5Vに保持され
る。すなわち、バッテリ（14）の電圧が6Vより下がらな
いかぎり、昇圧回路（30）の出力は24Vに保持され、ト
ルクセンサ（３）、パワー素子、オペアンプなどが正常
に動作する。このため、第１図のものに比べて、動作可
能なバッテリ（14）の電圧範囲が広げられ、装置の稼動
率が向上する。

なお、第６図の場合も、破線で示すように、昇圧回路
（30）の出力をインタフェース（17）を介してコンピュ
ータ（６）に入力し、この昇圧回路（30）の出力を監視
するようにすることができる。

発明の効果 この発明の電動式パワーステアリング装置によれば、
上述のように、トルクセンサの異常時の２つの出力の関
係が正常時とは異なるので、電源の電圧低下などによっ
て２つの出力が同じように低下した場合でもこれを簡単
にかつ確実に検出することができる。

そして、トルクセンサの異常が検出されたときに電動
モータによる操舵力補助を禁止することにより、トルク
センサの異常による事故を未然に防止することができ
る。

また、トルクセンサの第１出力および第２出力を電圧
出力することにより、従来の電流出力の場合に必要であ
ったトルクセンサ側の２つの電圧−電流変換回路と相手
側の２つの電流−電圧変換回路が不要になり、したがっ
て、部品点数が削減され、高い精度の部品が不要にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す電動式パワーステアリ
ング装置のブロック図、第２図は第１図のトルクセンサ
とコントローラの一部を詳細に示すブロック図、第３図
は正常時のトルクと第１出力および第２出力との関係を
示すグラフ、第４図は異常時のトルクと第１出力および
第２出力との関係を示すグラフ、第５図はトルクセンサ
の異常検出処理の１例を示すフローチャート、第６図は
電動式パワーステアリング装置の他の１例を示すブロッ
ク図である。 （３）……トルクセンサ、（20）……検出部、（25）
（26）……差動増幅器。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−227859（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−155872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−218273（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−152880（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 5/04 B62D 6/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵トルクを検出するトルクセンサと、こ
   のトルクセンサの検出値に基づき駆動される操舵力補助
   用の電動モータとを備えた電動式パワーステアリング装
   置であって、 前記トルクセンサは、その検出部からの信号を増幅して
   第１出力および第２出力として出力し、かつ第１出力と
   第２出力の増幅度が異なるように設定されていることを
   特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】トルクセンサの第１出力の増幅度と第２出
   力の増幅度との比に基づいて第２出力から第１出力演算
   値を演算する手段、第１出力と第１出力演算値との差が
   所定値以上である場合にトルクセンサの異常として検出
   する監視手段、および監視手段によって異常が検出され
   たときに電動モータによる操舵力補助を禁止する手段を
   備えていることを特徴とする請求項（１）の電動式パワ
   ーステアリング装置。
3. 【請求項３】トルクセンサの第１出力および第２出力が
   電圧出力であることを特徴とする請求項（１）の電動式
   パワーステアリング装置。