JP2891038B2 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車輌のパワ
ーステアリング装置に係り、更に詳細には電動式パワー
ステアリング装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車輌の電動式パワーステアリ
ング装置は、従来より一般に、クラッチ及びステアリン
グギヤボックスを介してラックバーの如きステアリング
リンケージ部材を駆動するモータと、モータの回転を制
御する制御装置とを有し、制御装置は種々のセンサの検
出結果に基づきモータを制御することにより所要の操舵
アシスト力を発生するようになっている。

【０００３】かかる電動式パワーステアリング装置の一
つとして、例えば特開平４−１６３２８０号公報に記載
されている如く、ステアリングシャフトに取付けられた
トルクセンサにより検出された操舵トルクの微分値を演
算し、操舵トルクの微分値が基準値を越えるとモータの
ロックと判定してモータへの通電を停止すると共にクラ
ッチを解放するよう構成された電動式パワーステアリン
グ装置が従来より知られている。かくして構成された電
動式パワーステアリング装置によれば、ロックの如きモ
ータの回転不能の異常が生じるとそれに対処して確実に
パワーアシストを停止することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述の如き従来
の電動式パワーステアリング装置に於ては、キックバッ
ク等により路面よりパワーステアリング装置へ急激な外
乱が入力されるような場合にはモータによるパワーアシ
ストが間に合わず、操舵トルクが急激に変化することに
よりその微分値が基準値を越えてしまうことがあるた
め、実際にはモータがロックしていないにも拘らずモー
タがロックした旨の判定が行われるという問題がある。

【０００５】またかかる問題を解消すべく操舵トルクの
大小判別の基準値が高く設定されると、モータのロック
の程度によってはモータがロックしても操舵トルクの微
分値が即座には基準値を越えなくなるため、実際にモー
タがロックしているにも拘らずモータがロックした旨の
判定が行われなくなり、パワーステアリング装置を速や
かにマニュアルステアリング装置として機能させること
ができず、車輌の運転者はクラッチに於ける滑りにより
生じる過大な摩擦力に抗して操舵しなければならないと
いう新たな問題が生じる。

【０００６】本発明は、上述の如き従来の電動式パワー
ステアリング装置に於ける叙上の如き問題に鑑み、路面
よりの外乱に起因してモータロックの誤判定が行われる
ことがなく、しかも実際にモータがロックした場合には
それを確実に検出しパワーステアリング装置を即座にマ
ニュアルステアリング装置として機能させることが可能
であるよう改良された電動式パワーステアリング装置を
提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、図１に示されている如く、操舵アシスト力
を発生するモータＭ１と、操舵トルク検出手段Ｍ２と、
少くとも操舵トルクに応じて前記モータを制御すること
により操舵アシスト力を制御する制御手段Ｍ３とを有す
る電動式パワーステアリング装置にして、操舵角の変化
量を検出する操舵角変化量検出手段Ｍ４と、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Ｍ５と、
操舵角の変化量に対する操舵トルクの変化量の関係が所
定の範囲外であるときに前記モータのロックと判定する
ロック判定手段Ｍ６とを有することを特徴とする電動式
パワーステアリング装置によって達成される。

【０００８】

【作用】補助操舵用のモータが正常である場合には操舵
角の変化に対応して操舵トルクが変化し、またキックバ
ック等により路面よりパワーステアリング装置へ急激な
外乱が入力され操舵トルクが急激に変化する場合にはそ
れに対応して操舵角も急激に変化するので、操舵角の変
化量に対する操舵トルクの変化量の関係は所定の範囲内
にある。これに対しモータがロックすると車輌の運転者
によりハンドル（ステアリングホイール）が転舵されて
もモータは全く回転することができないため操舵トルク
は非常に高い値になり、操舵角の変化量に対する操舵ト
ルクの変化量の関係は所定の範囲外になる。従って操舵
角の変化量に対する操舵トルクの変化量の関係が所定の
範囲外であるか否かの判定によりモータがロックしたか
否かを判定することができる。

【０００９】上述の本発明の構成によれば、操舵角変化
量検出手段Ｍ４により操舵角の変化量が検出され、操舵
トルク変化量検出手段Ｍ５により操舵トルクの変化量が
検出され、操舵角の変化量に対する操舵トルクの変化量
の関係が所定の範囲外であるときにロック判定手段Ｍ６
によりモータのロックと判定されるので、路面よりの外
乱に起因してモータロックの誤判定が行われることを防
止しつつモータのロックを確実に検出することが可能で
あり、これによりモータがロックした場合にはパワース
テアリング装置を速かにマニュアルステアリング装置に
切換えることが可能になる。

【００１０】

【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。

【００１１】図２は本発明による電動式パワーステアリ
ング装置の一つの実施例を示す概略構成図、図３は図２
に示された電子制御装置を示すブロック線図である。

【００１２】図２に於て、１０はステアリングホイール
を示しており、ステアリングホイール１０はステアリン
グシヤフト１２及びステアリングギヤボックス１４を介
してラックバー１６を駆動するようになっている。ステ
アリングシャフト１２には歯車減速機構１８によりパワ
ーユニット２０が駆動接続されている。パワーユニット
２０はモータ２２と、歯車減速機構１８とモータ２２と
を選択的に駆動接続する電磁クラッチ２４とを有してい
る。

【００１３】図示の実施例に於ては、ステアリングシャ
フト１２には操舵角θを検出する操舵角センサ２６及び
操舵トルクＴを検出するトルクセンサ２８が設けられて
おり、これらのセンサの出力は電子制御装置３２へ供給
されるようになっている。また電子制御装置３２には車
速センサ３４により検出された車速Ｖを示す信号も入力
されるようになっている。

【００１４】図３に詳細に示されている如く、電子制御
装置３２はマイクロコンピュータ３８を含み、マイクロ
コンピュータ３８は中央処理ユニット（ＣＰＵ）４０
と、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）４２と、ランダムア
クセスメモリ（ＲＡＭ）４４と、入力ポート装置４６
と、出力ポート装置４８とを有し、これらは双方向性の
コモンバス５０により互いに接続されている。

【００１５】入力ポート装置４６には操舵角センサ２６
により検出された操舵角θを示す信号、トルクセンサ２
８により検出された操舵トルクＴを示す信号、車速セン
サ３４により検出された車速Ｖを示す信号が入力される
ようになっている。入力ポート装置４６はそれに入力さ
れた信号を適宜に処理し、ＲＯＭ４２に記憶されている
制御プログラムに基くＣＰＵ４０の指示に従い、ＣＰＵ
及びＲＡＭ４４へ処理された信号を出力するようになっ
ている。

【００１６】ＲＯＭ４２は図４に示された制御プログラ
ム及び図５、図６に示されたグラフに対応するマップを
記憶している。ＣＰＵ４０は図４に示された制御プログ
ラムに基き後述の如く種々の演算及び信号の処理を行う
ようになっている。出力ポート装置４８はＣＰＵ４０の
指示に従い駆動回路５２を経てモータ２２へ制御信号を
出力し、また駆動回路５４を経て電磁クラッチ２４へ制
御信号を出力し、更にモータがロックした旨の判別が行
われたときには警報ランプ５６を点灯するようになって
いる。

【００１７】次に図４に示されたフローチャートを参照
して図示の実施例の作動について説明する。尚電子制御
装置３２による制御は図２には示されていないイグニッ
ションスイッチが閉成されることにより開始される。ま
た図４に示されたフローチャートに於て、Ｎはモータが
ロックした旨の判定回数を示している。

【００１８】まずステップ１０に於ては駆動回路５４を
経て電磁クラッチ２４へ制御信号が出力されることによ
りクラッチが接続され、ステップ２０に於ては操舵角セ
ンサ２６により検出された操舵角θを示す信号、トルク
センサ２８により検出された操舵トルクＴを示す信号、
車速センサ３４により検出された車速Ｖを示す信号の読
込みが行われる。

【００１９】ステップ３０に於てはステップ２０に於て
読込みまれた操舵トルクＴに基き図５に示されたグラフ
に対応するマップより基本アシスト量Ｔabが演算され、
ステップ４０に於てはステップ２０に於て読込みまれた
車速Ｖに基き図６に示されたグラフに対応するマップよ
り車速係数Ｋv が演算され、ステップ５０に於てはステ
ップ３０に於て演算された基本アシスト量Ｔabとステッ
プ４０に於て演算された車速係数Ｋv との積としてアシ
スト量Ｔa が演算される。

【００２０】ステップ６０に於ては操舵角θの絶対値が
基準値θe （ハンドルエンドを判定するための正の定
数）以上であるか否かの判別が行われ、｜θ｜≧θe で
ある旨の判別、即ち操舵が実質的にハンドルエンドの状
態にある旨の判別が行われたときにはステップ１１０へ
進み、｜θ｜≧θe ではない旨の判別、即ち操舵が実質
的にハンドルエンドの状態にはない旨の判別が行われた
ときにはステップ７０へ進む。

【００２１】ステップ７０に於ては車速Ｖが基準値Ｖo
（停車状態又は極く低車速での走行状態を判定するため
の正の定数）以下であるか否かの判別が行われ、Ｖ≦Ｖ
o である旨の判別、即ち車輌が停車状態又は極く低車速
での走行状態にある旨の判別が行われたときにはステッ
プ１１０へ進み、Ｖ≦Ｖo ではない旨の判別、即ち車輌
が低車速以上の速度にて走行している旨の判別が行われ
たときにはステップ８０へ進む。

【００２２】ステップ８０に於てはそれぞれθn 及びＴ
n を現サイクルに於ける操舵角及び操舵トルクとし、θ
n-k 及びＴn-k をｋサイクル前に於ける操舵角及び操舵
トルクとして、下記の数１及び数２に従って操舵角の変
化量Δθ及び操舵トルクの変化量ΔＴが演算される。

【００２３】

【数１】Δθ＝θn −θn-k

【数２】ΔＴ＝Ｔn −Ｔn-k

【００２４】ステップ９０に於ては操舵角の変化量Δθ
の絶対値がθo （小さい正の定数）以下であるか否かの
判別が行われ、Δθ≦θo である旨の判別、即ち実質的
に操舵が行われていない旨の判別が行われたときにはス
テップ１１０へ進み、Δθ≦θo ではない旨の判別、即
ち操舵が行われている旨の判別が行われたときにはステ
ップ１００へ進む。

【００２５】ステップ１００に於ては操舵角の変化量Δ
θに対する操舵トルクの変化量ΔＴの比ΔＴ／Δθが演
算されると共に、比ΔＴ／Δθの絶対値が基準値Ｋ（モ
ータのロックを判定するための正の定数）以上であるか
否かの判別が行われ、｜ΔＴ／Δθ｜≧Ｋではない旨の
判別、即ちモータのロックが生じてはいない旨の判別が
行われたときにはステップ１１０に於てモータロック判
定回数Ｎが０にリセットされ、｜ΔＴ／Δθ｜≧Ｋであ
る旨の判別、即ちモータのロックが生じている旨の判別
が行われたときにはステップ１２０に於て回数Ｎが１イ
ンクリメントされる。

【００２６】尚上述のステップ６０、７０及びステップ
９０、１００に於ける判定の基準値θe 、Ｖo 、θo 、
Ｋはそれぞれ対応する判別が適正に行われるよう例えば
実験的に求められてよい。

【００２７】ステップ１３０に於ては回数Ｎが３である
か否かの判別が行われ、Ｎ＝３ではない旨の判別が行わ
れたときにはステップ１４０に於てアシスト量Ｔa に対
応する制御信号が駆動回路５２を経てモータ２２へ出力
されることにより、操舵アシスト力がアシスト量Ｔa に
対応する値に制御された後ステップ２０へ戻り、Ｎ＝３
である旨の判別が行われたときにはステップ１５０へ進
む。

【００２８】ステップ１５０に於てはモータ２２への通
電が停止されると共に電磁クラッチ２４への制御信号の
出力が停止されることによって該クラッチが解放され、
ステップ１６０に於ては警報ランプ５６へ制御信号が出
力されることにより警報ランプが点灯され、これにより
モータがロックした旨の警報が車輌の運転者に発せられ
る。

【００２９】かくして図示の実施例によれば、ステップ
３０に於て基本アシスト量Ｔabが図５に示されたグラフ
に対応するマップより演算され、ステップ４０に於て車
速係数Ｋv が図６に示されたグラフに対応するマップよ
り演算され、ステップ５０に於てアシスト量Ｔa が基本
アシスト量Ｔabと車速係数Ｋv との積として演算され
る。

【００３０】モータがロックしておらず正常に作動して
いる状況に於て操舵されると、ハンドルエンド時や据切
り操舵時でなければ、即ちステップ６０及び７０に於て
ノーの判別が行われる場合には、操舵角の変化量Δθに
対する操舵トルクの変化量ΔＴの比は図７の斜線領域内
の値であり、変化量の比ΔＴ／Δθの絶対値は基準値Ｋ
未満になるので、ステップ９０に於てノーの判別が行わ
れ、ステップ１００に於て必ずノーの判別が行われるこ
とにより、ステップ１４０に於てアシスト量Ｔa に対応
する制御信号がモータ２２へ出力され、これにより操舵
アシスト力は操舵トルクに対応すると共に車速が高いほ
ど低くなるよう制御され、低車速域に於ける軽快な操舵
が確保されると共に高車速域に於ける良好な操縦安定性
が確保される。

【００３１】これに対しモータがロックすると、ステア
リングホイール１０が転舵されてもモータは全く回転す
ることができず、操舵角の変化量Δθに対する操舵トル
クの変化量ΔＴの比は図７の斜線領域以外の値、例えば
＊にて示された値になり、変化量の比ΔＴ／Δθの絶対
値は基準値Ｋ以上になるので、ステップ１００に於てイ
エスの判別が行われる。そしてこの判別、即ちモータが
ロックした旨の判別が連続して３回行われるとステップ
１３０に於てイエスの判別が行われ、ステップ１５０に
於てモータ２２への通電が停止されると共にクラッチ２
４への制御信号の出力が停止されることによって該クラ
ッチが解放され、これによりパワーステアリング装置は
マニュアルステアリング装置に切換えられ、更にステッ
プ１６０に於て警報ランプ５６が点灯され、車輌の運転
者にモータがロックした旨の警報が発せられる。

【００３２】また図示の実施例によれば、モータがロッ
クしておらず正常に作動している状況に於てキックバッ
ク等により路面よりパワーステアリング装置へ急激な外
乱が入力されると、操舵トルクＴが急激に変化すること
によりその変化量Δθが急激に変化するが、その場合に
は外乱によってステアリングホイール１０が転舵される
ことにより操舵角θも急激に変化され操舵角の変化量Δ
θも急激に変化するので、変化量の比ΔＴ／Δθの絶対
値が基準値Ｋ以上になることはなく、従ってモータがロ
ックしていないにも拘らずモータがロックした旨の判定
が行われることもない。

【００３３】また図示の実施例によれば、モータがロッ
クした旨の判定が連続して３回行われない限りステップ
１５０及び１６０は実行されないので、モータがロック
していると誤って判定され、その判定結果に基き実際に
はモータがロックしていないにも拘らずステップ１５０
及び１６０が実行されてしまうこと、即ち警報ランプ５
６が点灯されること及びパワーステアリング装置がマニ
ュアルステアリング装置に切替えられてしまうことが確
実に防止される。

【００３４】また図示の実施例によれば、モータがロッ
クしておらず正常に作動している場合であっても、操舵
角の変化量Δθに対する操舵トルクの変化量ΔＴの比が
図７の斜線領域以外の値になるハンドルエンド時や据切
り操舵時には、ステップ６０及び７０に於てノーの判別
が行われることによりステップ１００は実行されないの
で、モータが正常であるにも拘らずモータがロックして
いると誤って判定されることが確実に防止される。

【００３５】尚図示の実施例に於ては、トルクセンサ２
８が正常であるか否かの判別は行われないので、トルク
センサに断線やショートの如き異常が発生すると、ステ
ップ１００に於てイエスの判別が行われ、これによりモ
ータがロックしたか否かに拘らずパワーステアリング装
置がマニュアルステアリング装置に切換えられてしま
う。しかしトルクセンサに断線やショートの如き異常が
生じるとアシスト量Ｔaが不適切な値になるため、この
場合にもパワーアシスト制御を継続しない方が好まし
く、従って図示の実施例によればトルクセンサに異常が
生じた場合にも不適切なパワーアシストが行われること
が確実に防止される。

【００３６】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定され
るものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例
が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【００３７】例えば上述の実施例に於ては、モータがロ
ックしたか否かの判別はステップ１００に於て操舵角θ
の変化量に対する操舵トルクＴの変化量の比ΔＴ／Δθ
の絶対値が基準値Ｋ以上であるか否かの判別により行わ
れるようになっているが、モータがロックしたか否かの
判別は下記の数３の判別により行われてもよく、またＫ
a 及びＡを正の定数として下記の数４の判別により行わ
れてもよい。

【００３８】

【数３】ΔＴ≧Ｋ・Δθ ΔＴ≦Ｋ・Δθ

【数４】ΔＴ≧Ｋa ・Δθ＋Ａ ΔＴ≦Ｋa ・Δθ−Ａ

【００３９】また上述の実施例及び数３又は数４による
修正例に於ては、ステップ１００に於ける判別の基準値
Ｋ及び上述の数３の係数Ｋa は定数であるが、操舵角θ
の変化量に対する操舵トルクＴの変化量の比ΔＴ／Δθ
の絶対値は一般に車速Ｖが高いほど小さくなり操舵角θ
の絶対値が高いほど大きくなるので、基準値Ｋ及び係数
Ｋa は車速が高いほど小さくなり操舵角の絶対値が高い
ほど大きくなるよう車速及び操舵角の関数として設定さ
れてもよい。

【００４０】また図４に示された制御ルーチンは、ステ
ップ６０に先立ちトルクセンサ２８が正常であるか否か
の判別を行い、トルクセンサが異常である旨の判別が行
われたときにはステップ１１０へ進み、トルクセンサが
正常であるときにはステップ６０へ進むよう修正されて
もよい。この場合トルクセンサが正常であるか否かの判
別は例えば本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特
願平４−２７６６１６号の明細書及び図面に記載された
方法や、トルクセンサを二つ設けそれらの検出値の差が
所定値以上であるか否かの判別等により行われてよい。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、操舵角変化量検出手段Ｍ４により操舵角の
変化量が検出され、操舵トルク変化量検出手段Ｍ５によ
り操舵トルクの変化量が検出され、操舵角の変化量に対
する操舵トルクの変化量の関係が所定の範囲外であると
きにロック判定手段Ｍ６によりモータのロックと判定さ
れるので、路面よりの外乱に起因してモータロックの誤
判定が行われることを防止しつつモータのロックを確実
に検出することができ、これによりモータがロックした
場合にはパワーステアリング装置を速かにマニュアルス
テアリング装置に切換えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動式パワーステアリング装置の
構成を特許請求の範囲の記載に対応させて示す説明図で
ある。

【図２】本発明による電動式パワーステアリング装置の
一つの実施例を示す概略構成図である。

【図３】図２に示された電子制御装置を示すブロック線
図である。

【図４】図２及び図３に示された電子制御装置より達成
される制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図５】トルクセンサにより検出された操舵トルクＴと
基本アシスト量Ｔabとの間の関係を示すグラフである。

【図６】車速センサにより検出された車速Ｖと車速係数
Ｋv との間の関係を示すグラフである。

【図７】モータが正常である場合に於ける操舵角の変化
量Δθに対する操舵トルクの変化量ΔＴの関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１０…ステアリングホイール １２…ステアリングシャフト １４…ステアリングギヤボックス ２２…モータ ２４…電磁クラッチ ２６…操舵角センサ ２８…トルクセンサ ３２…電子制御装置 ３４…車速センサ ５６…警報ランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坪井 正昭 愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 渡辺 智之 愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−61685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−20267（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−76769（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 5/04 B62D 6/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵アシスト力を発生するモータと、操舵
   トルク検出手段と、少くとも操舵トルクに応じて前記モ
   ータを制御することにより操舵アシスト力を制御する制
   御手段とを有する電動式パワーステアリング装置にし
   て、操舵角の変化量を検出する操舵角変化量検出手段
   と、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、操舵角の変化量に対する操舵トルクの変化量
   の関係が所定の範囲外であるときに前記モータのロック
   と判定するロック判定手段とを有することを特徴とする
   電動式パワーステアリング装置。