JP2937882B2 - パワー・アシスト・ステアリング・システムのためのトルク・センサの自動ゲイン制御装置 - Google Patents

パワー・アシスト・ステアリング・システムのためのトルク・センサの自動ゲイン制御装置

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JP2937882B2 JP8234347A JP23434796A JP2937882B2 JP 2937882 B2 JP2937882 B2 JP 2937882B2 JP 8234347 A JP8234347 A JP 8234347A JP 23434796 A JP23434796 A JP 23434796A JP 2937882 B2 JP2937882 B2 JP 2937882B2
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque

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  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワー・アシスト
・ステアリング・システムに関し、更に詳しくは、パワ
ー・アシスト・ステアリング・システムのステアリング
・トルク・センサのための自動ゲイン制御構成に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】トルク・センサは、この技術分野では公
知である。典型的なトルク・センサは、部材に取り付け
られて、この部材に印加されたトルクを測定する。トル
ク・センサは、部材に印加されたトルクと関数関係を有
する特性をもつ電気出力信号を提供する。この出力信号
は、典型的には、関連するデバイスを制御するのに用い
られる。関連するデバイスを信頼性をもって制御するた
めには、部材に印加されたトルクと出力信号との間の関
数関係が、安定していなければならない。
【０００３】パワー・アシスト・ステアリング・システ
ムのためのトルク・センサもまた、この技術分野では公
知である。パワー・アシスト・ステアリング・システム
のための典型的なトルク・センサは、ステアリング入力
シャフトと出力シャフトとの間に、動作的に接続されて
いる。入力シャフトは、ステアリング・ホイールに接続
され、出力シャフトは、ラック及びピニオン・ステアリ
ング・ギアのピニオンに接続されている。トルク・セン
サは、入力シャフトを出力シャフトに接続するトーショ
ン・バーを含む。トルク・センサは、更に、トルクがス
テアリング・ホイールに加えられた際に生じる入力シャ
フトと出力シャフトとの間の相対的な回転の量をモニタ
する回転位置センサを含む。相対的な回転の量は、トー
ション・バーの強度とステアリング・ホイールに加えら
れたステアリング・トルクの量との両方と関数関係を有
する。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】ここで存在する問題点は、ト
ルク・センサの出力信号が電気的オフセットを生じるこ
とである。電気的オフセットが生じると、その結果とし
て、制御されているデバイスの不適切な動作が生じ得
る。また、電気的オフセットは、センサの経年変化、温
度変化、電源電圧の変化、及び、センサ要素の不整合に
起因して生じる。電気オフセットの影響は、車両のパワ
ー・ステアリング・システム技術にとって、特別な意味
がある。
【０００５】Drutchas他への米国特許第 4887682号は、
トーション・バーにおける電気オフセットをゼロにする
（nullify）装置を開示している。このシステムは、加
えられたステアリング・トルクを示すトルク出力信号を
与えるトルク・センサを含む。機械的なスイッチが、ゼ
ロ・トルク条件を検出して、ローパスフィルタを介し
て、検出器回路に、その条件を示す信号を与える。検出
器回路がゼロ・トルク条件が存在することを知らせる
と、それによって、サンプル・ホールド回路がトルク出
力信号をサンプリングする。サンプル・ホールド回路
は、トルク出力信号のサンプリングされたゼロ・トルク
値を示す信号を出力する。差動（differencing）回路
が、サンプリングされたゼロ・トルク値と基準ゼロ・ト
ルク値との差を決定し、その差を示すエラー（誤差）信
号を出力する。エラー信号が補償器回路に与えられ、こ
の補償器回路は、トルク出力信号の値をエラー値の関数
として修正する。この修正されたトルク出力信号は、制
御ユニットによって、電気モータ駆動回路を制御するの
に用いられる。
【０００６】Behr他への米国特許第 4660671号は、２つ
のトーション・センサＡ及びＢと複数の種々のシステム
故障条件を検出する故障検出回路とを含む電気パワー・
ステアリング・システムを開示している。この故障検出
回路の１つが、２つのトーション・センサＡ及びＢのセ
ンサ間のチェックを与える。各センサは、入力トルクが
車両のスルーホールに加えられないときには、直流４ボ
ルトの値を有する出力を生じる。２つの出力信号は、
「比率計量的」（ratiometric） である、すなわち、入
力トルクがステアリング・ホイールに加えられるにつれ
て、出力信号は、「入力トルクがゼロであるときの」値
から、等しくかつ逆に（equallly and oppositely） 変
動する。２つの出力信号の間の差は、ステアリング・ホ
イールに加えられたトルクを示す。センサの出力信号は
等しくかつ逆に変動するので、その和は一定に保たれ
る。故障検出回路は、２つの信号を加算してその和が実
際に一定に維持されていることを確認する。和が所定の
量を超えて一定値から変動する場合には、電気パワー・
アシスト・モータの動作が消勢される。
【０００７】Persson他への米国特許第5394760号は、１
つのトルク・センサを含む車両パワー・スイッチング・
システムに関する。１つの交流信号がセンサ入力を駆動
し、２つの比率計量的な出力信号がセンサから出力され
る。２つの比率計量的な出力信号の差が、ステアリング
・ホイールに加えられるトルクを示す。２つの出力信号
の振幅は、車両ステアリング・ホイールに加えられたト
ルクと交流入力信号の振幅との両方と関数関係を有す
る。
【０００８】
【課題を解決すべき手段】トルク・センサのゲインを自
動的に制御する方法及び装置が、与えられる。
【０００９】本発明の特徴によれば、入力駆動信号の値
とこのトルク・センサによって感知されたトルクとに関
数関係を有する値をもつ出力信号を提供するタイプであ
るトルク・センサのゲインを制御する装置が提供され
る。この装置は、入力駆動信号を提供する可変ゲイン増
幅器手段を有する。更に、トルク・センサの出力をモニ
タする手段が、設けられる。また、駆動信号のゲイン
を、トルク出力信号に応答して調整する手段が、設けら
れる。
【００１０】本発明の別の特徴によれば、入力駆動信号
の値とこのトルク・センサによって感知されたトルクと
に関数関係を有する値をもつ出力信号を提供するタイプ
であるトルク・センサのゲインを制御する方法が提供さ
れる。この方法は、制御可能な電圧値を有する入力駆動
信号を提供するステップと、トルク・センサの出力をモ
ニタするステップと、駆動信号の値を、トルク・センサ
の出力信号に応答して調整するステップと、から構成さ
れる。
【００１１】
【実施例】図１を参照すると、パワー・アシスト・ステ
アリング・システム10は、ピニオン・ギア14に動作的に
接続されたステアリング・ホイール12を含む。ステアリ
ング・ホイール12は、入力シャフト16に接続されてお
り、ピニオン・ギア14は、出力シャフト17に接続されて
いる。入力シャフト16は、この技術分野では公知の態様
で、トーション・バー18を介して、出力シャフト17に動
作的に接続されている。トーション・バー18は、ステア
リング・ホイール12に加えられたステアリング・トルク
に応答してねじれ、それにより、入力シャフト16と出力
シャフト17との間の、共通の軸の周囲の相対的な回転が
可能になる。
【００１２】ピニオン・ギア14は、ラック又は線形のス
テアリング部材20の直線的に切られた歯とかみ合って係
合する（meshingly engage）螺旋状の歯を有する。ピニ
オン・ギア14は、ラック部材20上の直線的に切られたギ
ア歯と組み合わされて、ラック及びピニオン・ギアの組
を形成する。ラック部材20は、公知の態様のステアリン
グ・リンケージによって、車両のステアラブル・ホイー
ル（操向可能車輪）22、24に結合されている。ステアリ
ング・ホイール12が回転されると、ラック及びピニオン
・ギアの組がステアリング・ホイールの回転運動をラッ
ク部材20の線形運動に変換する。ラック部材20が線形に
運動すると、ステアラブル・ホイール22、24は、それに
付随するステアリング軸の周囲をピボット運動し、車両
の方向が決められる（ステアされる）。
【００１３】電気アシスト・モータ26は、公知の態様
で、ボール・ナット駆動アセンブリ（図示せず）を介し
てラック部材20に駆動的に接続されている。モータ26
は、付勢されると、ラック部材の線形運動を助け、それ
により、車両の操作者によるステアリング・ホイールの
回転のためのパワー・アシストを提供する。
【００１４】位置センサ30は、入力シャフト16と出力シ
ャフト17とに亘って動作的に接続されている。位置セン
サ30は、入力シャフト16と出力シャフト17との間の相対
的な回転運動を感知して、それを示す電気信号を提供す
る。トーション・バー18が入力シャフト16と出力シャフ
ト18とを接続するので、その間の相対的な回転量は、ト
ーション・バーの強度と、ステアリング・ホイール12に
加えられたトルクの量とに関数関係を有する。従って、
位置センサ30とトーション・バー18とは、組み合わされ
て、トルク・センサ32を形成する。
【００１５】自動ゲイン制御回路33は、トルク・センサ
32に動作的に接続されている。自動ゲイン制御回路33
は、所定の周波数及び振幅特性を有し発振する電気信号
を与える発振器35を含む。発振器35の出力は、可変ゲイ
ン増幅器36に接続されている。可変ゲイン発振器36は、
発振器の出力信号を増幅し、トルク・センサ32に駆動信
号ＶＤを提供する。可変ゲイン増幅器36のゲインは、駆
動信号ＶＤの振幅を制御する。
【００１６】トルク・センサ32は、この技術分野で公知
である複数の中の任意のものである。好ましくは、トル
ク・センサ32は、本出願人に譲渡されているErland K.P
ersson他への米国特許第 5394760号に開示されているタ
イプのものである。トルク・センサ32は、駆動信号ＶＤ
の値とステアリング・ホイール12に加えられるトルクと
の両者と関数関係を有する振幅をもつ２つの交流出力信
号Ｖ02、Ｖ03を出力する。本発明と共に用いられるトル
ク・センサ32は、加えられたステアリング・トルクを示
し、更に、加えられたステアリング・トルクに応答して
大きさが他方と等しくそして逆に変動する２つの信号を
出力するタイプのものでなければならない。
【００１７】トルク・センサ32の出力Ｖ02及びＶ03は、
整流器／フィルタ回路38に接続される。整流器／フィル
タ回路38は、それぞれが、入力信号Ｖ02及びＶ03の整流
され濾波された形式である２つの直流信号40、42を出力
する。出力信号40、42は、ステアリング・トルクと関数
関係を有する振幅をもつ直流信号である。トルク・セン
サ32は、信号40、42の値が加えられたステアリング・ト
ルクに応答して等しく及び逆に変動するタイプのもので
ある。出力信号40、42は、差動増幅器44に接続される。
差動増幅器44は、整流され／濾波された出力信号Ｖ02及
びＶ03の間の差を示し、従って、ステアリング・ホイー
ル12に加えられたトルクを示す値を有するトルク信号46
を出力する。
【００１８】トルク信号46は、コントローラ48に印加さ
れる。好ましくは、コントローラ48は、マイクロコンピ
ュータである。コントローラ48は、トルク信号46を、方
向信号と大きさ信号とに分離する。コントローラ48は、
方向及び大きさ信号を用いて、電気モータ26を、更に
は、パワー・アシストの量を制御する。
【００１９】出力信号40、42はまた、ゲイン制御回路50
の入力部にも与えられる。上述のように、出力信号40、
42は加えられたステアリング・トルクに応答して相互に
等しくかつ逆に変動するので、この２つの信号の和は、
一定値に維持されるはずである。ゲイン制御回路50が、
この２つの出力信号40、42を加算する。更に、ゲイン制
御回路50は、この和を、基準電圧と比較して、加算され
た値と基準値との差を示す信号を出力する。
【００２０】ゲイン制御回路50の出力は、可変ゲイン増
幅器36のゲイン制御入力部に接続される。可変ゲイン増
幅器36のゲインは、本発明によれば、次に説明されるフ
ィードバック構成を用いて制御される。整流器／フィル
タ回路38と、ゲイン制御回路50と、増幅器36とが、自動
ゲイン制御回路33を形成する。自動ゲイン制御回路33
は、駆動信号ＶＤの振幅を制御する。駆動信号ＶＤの振
幅は、２つのトルク出力信号Ｖ02及びＶ03の和が所定の
基準値と等しくなるように、制御される。
【００２１】図２を参照すると、ゲイン制御回路33の詳
細が、更によく理解されよう。既に述べたように、ステ
アリング・トルクがステアリング・ホイール12に加えら
れると、トーション・ロッド18がねじれ、その結果とし
て、入力シャフト16と出力シャフト17との間の相対的な
角回転が生じる。位置センサ30によって測定されるの
は、この相対的な回転の量である。
【００２２】上述のように、本発明と共に用いることが
考えられるある特定のトルク・センサが、上で援用した
米国特許第 5394760号に開示されている。駆動信号ＶＤ
は、固定型の（stationary）一次巻線52と入力シャフト
16に固定された回転二次巻線54とを有する回転入力変圧
器Ｔ１に印加される。回転二次巻線54は、入力シャフト
16と共に回転し、送信機コイル70に接続される。送信機
コイル70もまた、入力シャフト16と共に回転する。１対
の受信機コイル76、78は、相互に、電気的に90度変位し
ている。これらのコイルは、送信機コイル70から軸方向
に離間しており、出力シャフト17と共に回転する。受信
機コイル76、78は、それぞれが、出力回転変圧器Ｔ２、
Ｔ３の一次巻線80、82に接続されている。変圧器Ｔ２、
Ｔ３の一次巻線80、82もまた、出力シャフト17と共に回
転する。変圧器Ｔ２、Ｔ３の二次巻線84、86は、固定型
であり、出力信号Ｖ02、Ｖ03を与える。
【００２３】トルク・センサ32は、出力電圧Ｖ02と出力
電圧Ｖ03とのピーク・ピーク値が、ヌル電圧値Ｖnull、
すなわち、ステアリング・トルクがステアリング・ホイ
ール12に印加されていないときの電圧値から、等しくか
つ逆に変動する。しかし、これらの電圧の値は、加えら
れたステアリング・トルクに応答して厳密に等しくかつ
逆に変動しないこともあり得る。自動ゲイン制御回路33
は、そのようなずれを訂正する。
【００２４】図２では、位置センサ30は、可変ゲイン増
幅器36を介して、発振器によって駆動される。発振器36
は、ある周波数及び振幅特性を有する信号 ＶOSCを与え
る。発振器信号 ＶOSCは、方程式ＶOSC＝asin(ωt)で与
えられる。電圧制御された増幅器36は、発振器信号 Ｖ
OSCを増幅して、駆動信号ＶＤを出力する。駆動信号Ｖ
Ｄは、ＶＤ＝ Asin(ωt)と表現することができるが、こ
こで、A は、電圧制御された増幅器36によって確立され
る振幅である。電圧制御された増幅器36のゲインは、振
幅A の値を決定する（すなわち、A＝ゲインとaとの
積）。ゲイン制御回路50は、可変ゲイン増幅器36のゲイ
ンを制御する。
【００２５】位置センサ30は、２つの出力信号Ｖ02及び
Ｖ03を与える。信号Ｖ02は、二次コイル84を介して、整
流器118に出力される。整流器118は、信号Ｖ02を整流
し、整流された信号120をローパスフィルタ122に出力す
る。ローパスフィルタ 122は、整流された信号を濾波し
て、信号Ｖ02と関数関係を有する値をもつ直流信号40を
出力する。信号40は、差動増幅器44の一方の入力部に出
力される。信号Ｖ03は、二次コイル86を介して、整流器
128に出力され、整流器128は、信号Ｖ03を整流し、整流
した信号をローパスフィルタ132に出力する。ローパス
フィルタ132は、整流された信号130を濾波し、信号Ｖ03
と関数関係を有する値をもつ直流信号42を出力する。
信号42は、差動増幅器44の他方の入力部に接続される。
【００２６】差動増幅器44は、２つのフィルタ出力信号
40、42の間の差を決定し、その差を示すトルク信号46を
与える。フィルタ出力信号の間の差は、ステアリング・
ホイール12に加えられたトルクを示す。従って、トルク
信号46は、ステアリング・ホイール12に加えられたトル
クを示す。トルク信号38は、コントローラ48（図１を参
照のこと）によって、モータ26の動作を制御する際に用
いられる。
【００２７】信号40が、更に、抵抗138を介して、加算
増幅器140の一方の入力部に出力される。信号42は、抵
抗142を介して、加算増幅器140の同じ入力部に出力され
る。電圧基準144が、既知の正確な電圧を加算増幅器140
の他方の端子に与える。加算増幅器140は、フィルタ出
力信号40、42を加算して、その和と電圧基準144の値と
の差を決定する。加算増幅器140は、上記の差を示す制
御信号146を、可変ゲイン増幅器36のゲイン制御入力部
に出力する。
【００２８】制御信号146 の値は、可変ゲイン増幅器36
のゲインを制御する。可変ゲイン増幅器36のゲインは、
駆動信号ＶＤの振幅を制御する。制御信号146 の値が変
化すると、駆動信号ＶＤの振幅がそれに従って変化す
る。駆動信号ＶＤの振幅が変化すると、その結果とし
て、出力信号Ｖ02及びＶ03の振幅が変化する。
【００２９】以上で説明した本発明の好適実施例の説明
から、当業者であれば、改良、改変、及び修正を認識す
るであろう。そのような改良、改変、及び修正は、冒頭
の特許請求の範囲によって、カバーされるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるトルク・センサ構成を有するパワ
ー・アシスト・ステアリング・システムを図解する回路
ブロック図である。
【図２】本発明による図１のトルク・センサのための自
動ゲイン制御回路の回路ブロック図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−227769（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−501704（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開323640（ＥＰ，Ａ ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B62D 6/00 B62D 5/04 G01L 5/22 ＰＣＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 トルク・センサ（３２）のゲインを制御
    する装置であって、前記トルク・センサは、各出力信号
    （Ｖ02，Ｖ03）が入力駆動信号（ＶD）の値と前記トル
    ク・センサ（３２）によって感知されたトルクと関数関
    係にある値を有する２つの出力信号（Ｖ02，Ｖ03）を提
    供するタイプである、装置において、 前記入力駆動信号を提供する可変ゲイン増幅器手段（３
    ６）と、 前記トルク・センサの前記２つの出力信号（Ｖ02，
    Ｖ03）をモニタする手段（３８，５０）と、 前記駆動信号のゲインを、前記トルク・センサ（３２）
    の前記モニタされた２つの出力信号（Ｖ02，Ｖ03）の値
    に応答して調整する手段（５０）と、 から構成される装置。
  2. 【請求項２】 前記調整手段（５０）は、前記トルク・
    センサ（３２）からの前記出力信号（Ｖ02，Ｖ03）にお
    けるエラーを検出し、前記駆動信号（ＶD）のゲインを
    前記検出したエラーに応答して調整するエラー検出手段
    （１３８，１４０，１４２，１４４）を含む、請求項１
    記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記エラー検出手段は、前記トルク出力
    信号（Ｖ02，Ｖ03）と基準値（１４４）との間の差を決
    定し前記駆動信号（ＶD）のゲインを前記差に応答して
    調整する手段（１４０）を含む、請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 ２つの出力信号（Ｖ02，Ｖ03）を提供す
    るタイプのトルク・センサ（３２）のゲインを制御する
    装置であって、前記２つの出力信号は、入力駆動信号
    （ＶD）の値と前記トルク・センサ（３２）によって感
    知されたトルクと関数関係を有しており、前記２つの値
    （Ｖ02，Ｖ03）は、感知されたトルクに応答して実質的
    に等しく相互に逆方向に変動する、装置において、 前記入力駆動信号（ＶD）を提供する可変ゲイン増幅器
    手段（３６）と、 前記トルク・センサの２つの出力信号をモニタする手段
    （３８，５０）と、 前記駆動信号（ＶD）のゲインを、前記トルク・センサ
    （３２）の前記モニタされた２つの出力信号（Ｖ02，Ｖ
    03）の値に応答して調整する手段（５０）と、 から構成される装置。
  5. 【請求項５】 前記トルク・センサ（３２）の２つの出
    力信号（Ｖ02，Ｖ03）をモニタする手段（３８，５０）
    は、前記２つの出力信号（Ｖ02，Ｖ03）を相互に加算す
    る手段（１３８，１４２）を含み、前記調整手段は、前
    記加算された信号を基準信号（１４４）と比較し、その
    差を示す値を有する差信号（１４６）を提供する手段
    （１４０）を含み、前記差信号は、前記駆動信号
    （ＶD）のゲインを調整するのに用いられる、請求項４
    記載の装置。
  6. 【請求項６】 トルク・センサ（３２）のゲインを制御
    する方法であって、前記トルク・センサは、各出力信号
    が入力駆動信号（ＶD）の値と前記トルク・センサ（３
    ２）によって感知されたトルクと関数関係にある値を有
    する２つの出力信号（Ｖ02，Ｖ03）を提供するタイプで
    ある、方法において、 制御可能な電圧値を有する前記入力駆動信号（ＶD）を
    提供するステップと、 前記トルク・センサ（３２）の出力信号（Ｖ02，Ｖ03）
    をモニタする（３８，５０）ステップと、 前記駆動信号（ＶD）のゲインを、前記トルク・センサ
    （３２）の前記モニタされた２つの出力信号（Ｖ02，Ｖ
    03）の値に応答して調整する（５０，３６）ステップ
    と、 を含む方法。
  7. 【請求項７】 前記調整する（５０，３６）ステップ
    は、前記トルク・センサ（３２）からの前記出力信号に
    おけるエラーを検出し（１３８，１４０，１４２，１４
    ４）、前記駆動信号（ＶD）のゲインを前記検出したエ
    ラーに応答して調整する（５０，３６）ステップを含
    む、請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記エラーを検出するステップは、前記
    トルク出力信号（Ｖ02，Ｖ03）と基準値（１４４）との
    間の差を決定し（１４０）前記駆動信号（ＶD）のゲイ
    ン（３６）を前記差に応答して調整するステップを含
    む、請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 ２つの出力信号（Ｖ02，Ｖ03）を提供す
    るタイプのトルク・センサ（３２）のゲインを制御する
    方法であって、前記２つの出力信号は、入力駆動信号
    （ＶD）の値と前記トルク・センサによって感知された
    トルクと関数関係を有しており、前記２つの出力信号の
    値は、感知されたトルクに応答して実質的に等しく相互
    に逆方向に変動する、方法において、 前記トルク・センサ（３２）に制御可能な入力駆動信号
    （ＶD）を提供するステップと、 前記トルク・センサ（３２）の２つの出力信号（Ｖ02，
    Ｖ03）をモニタする（３８，５０）ステップと、 前記駆動信号（ＶD）のゲインを、前記トルク・センサ
    （３２）の前記モニタされた２つの出力信号（Ｖ02，Ｖ
    03）の値に応答して調整する（５０，３６）ステップ
    と、 を含む方法。
  10. 【請求項１０】 前記トルク・センサの２つの出力信号
    をモニタするステップは、前記２つの出力信号（Ｖ02，
    Ｖ03）を相互に加算する（１３８，１４２）ステップを
    含み、前記調整するステップは、前記加算された信号を
    基準信号（１４４）と比較し（１４０）、その差を示す
    値を有する差信号（１４６）を提供し、前記駆動信号
    （ＶD）のゲイン（３６）を前記差信号に応答して調整
    するステップを含む、請求項９記載の方法。
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