JP2998214B2 - 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、電動式パワーステアリ
ング装置に係り、更に詳しくは、自動車において、操舵
トルクを検出するトルクセンサの出力に応じてアシスト
モータ（電動モータ）の出力を制御し、該モータにより
操舵トルクに応じたパワーアシストを行う電動式パワー
ステアリング装置に関する。

【０００２】

【背景技術】従来より、自動車において、ステアリング
ハンドルの操舵時の操作の軽減を図るため、ハンドル操
舵トルクと車速に応じてアシストモータのモータ電流を
増減、或いはオン・オフ制御し、該アシストモータにて
操舵トルクに応じた操舵方向へのパワーアシストを行う
所謂車速感応型の電動式パワーステアリング装置が比較
的多く開発され実用に供されている。

【０００３】図６には、この種の電動式パワーステアリ
ング装置の構成が簡略化して図示されている。この図に
おいて、ステアリングハンドル５１に入力された操舵ト
ルクは、ステアリングシャフト５２とトルク伝達軸６３
との間に設けられたトルクセンサ５３によって検出する
ことができるようになっている。即ち、このトルクセン
サ５３は、当該両軸５２，６３を連結する図示しないト
ーションバーの捩れ角（捩れ量）を検出し、これに対応
する電圧を出力するようになっている。また、このトル
クセンサ５３の出力と車速センサ５４の出力とはアシス
トモータ５６を制御するコントローラ６０に入力される
ようになっている。更に、このコントローラ６０には、
ここでは図示していないが、実際には、図示しないシグ
ナルジェネレータから点火信号用のパルスが入力される
ようになっている。

【０００４】アシストモータ５６の回転力（回転トル
ク）は、電磁クラッチ５５を介して減速ギヤ機構５７に
伝達され、さらに、この伝達された回転力はトルク伝達
軸６３を介してステアリングギヤ部５８に伝達される。
一方、ステアリングハンドル５１の操舵トルクも、ステ
アリングシャフト５２，トルク伝達軸６３を介してステ
アリングギヤ部５８に伝達される。このステアリングギ
ヤ部５８は、通常、左右前輪６１，６２に連結されたタ
イロッド５９の中央部に設けられ、トルク伝達軸６３の
回転運動をタイロッド５９の左右往復運動に変換する機
構，例えば，ラックアンドピニオン機構等により構成さ
れている。そして、伝達されたアシストモータ５６の回
転力及びステアリングハンドル５１の操舵トルクによ
り、タイロッド５９が左右に駆動され、左右前輪６１，
６２が図示しないナックルアームを介して転回（方向変
換）せしめられるようになっている。この図において、
符号６４は電源としてのバッテリを示す。

【０００５】このような構成により、トルクセンサ５
３，車速センサ５４の計測値に応じてコントローラ６０
が制御を行うことによって、アシストモータ５６のモー
タ電流を増減或いはオン・オフさせて所要のパワーアシ
ストを行い、低速走行時には補助操舵力を大きくして軽
快な操舵を行うことができるようにし、車速の上昇と
と、そもに補助操舵力を漸減させ、更にある速度以上で
はマニュアルステアリングになるようにして、安定な操
舵性能を得られるようにしている。

【０００６】従来の電動式パワーステアリング装置は、
大略上記のように構成されているが、このような従来の
装置にあっては、アシストモータのモータロック（機会
的拘束故障）の検出，防止方法として、電磁クラッチの
結合前にモータを回転してその時の電流値を測定し、測
定値と所定の設定値の大きさとを比較判定して異常と判
断した場合には、電磁クラッチを結合しないという手法
が採用されていた（特開昭６３−２１５４６１号公報
等）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のモータロックの
検出は、電磁クラッチを結合する前にのみ行なうように
なっていたことから、一旦クラッチを結合したあとにモ
ータロックが発生した場合にこれを検知することができ
ず、走行中に操舵操作が円滑に行なえなくるという不都
合が生じるおそれがあった。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する問題点
に鑑みてなされたものであり、その目的は、電磁クラッ
チの結合後においてもモータロックの判別を行ないうる
とともに、モータ電流の異常をも判別し得る電動式パワ
ーステアリング装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ステアリング
ハンドルを有するハンドル入力軸と、このハンドル入力
軸に連結されたトルク伝達軸と、このトルク伝達軸に電
磁クラッチを介して連結或いは切り離し可能に設けられ
るとともにトルク伝達軸にその回転トルクを付与するア
シストモータとを備えている。また、このアシストモー
タを制御する制御部に、車速を検出する車速センサと、
ハンドル入力軸から入力されたハンドル操舵トルクを検
出する第１のトルクセンサと、アシストモータの回転ト
ルク付与後のトルク伝達軸のトルクを検出する第２のト
ルクセンサとを接続している。そして、制御部が、車速
センサと第１のトルクセンサの出力に応じてアシストモ
ータのモータ電流を増減変化せしめる第１の機能と、第
１及び第２のトルクセンサの出力の関係が予め内部メモ
リに記憶されたトルクセンサ出力関係マップの正常範囲
内にあるか正常範囲外にあるかを判断する第２の機能
と、正常範囲外にある場合にアシストモータをオフする
とともに電磁クラッチをオフする第３の機能とを有し、
トルクセンサ出力関係マップは、第１のトルクセンサか
ら出力されたトルク値が第２のトルクセンサから出力さ
れたトルク値に対して所定範囲内に収まれば正常範囲内
と定め、第１のトルクセンサから出力されたトルク値が
第２のトルクセンサから出力されたトルク値に対して所
定範囲の最小値よりも小さければアシスト過剰であり所
定範囲の最大値よりも大きければロック状態でありいず
れの場合も正常範囲外と定めたものである、という構成
を採っている。これによって、前述した目的を達成しよ
うとするものである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図５に
基づいて説明する。ここで、前述した従来例と同一の構
成部分については同一の符号を用いるとともにその説明
を簡略もしくは省略するものとする。

【００１１】この実施例は、図１に示すように、全体的
には前述した従来例と同様に構成されているが、トルク
伝達軸６３に代えてトルク伝達軸１が、また、制御部と
してのコントローラ６０に変えてコントローラ１０が、
それぞれ用いられるとともに、コントローラ１０に第１
のトルクセンサ５３と、第２のトルクセンサ４の２つの
トルクセンサが接続されている点に特徴を有する。

【００１２】第１のトルクセンサ５３は、従来例と同様
に、ハンドル入力軸としてのステアリングシャフト５２
とトルク伝達軸１とを連結する図示しないトーションバ
ーの捩れ角（捩れ量），即ち，ハンドル操舵トルクを検
出し、これに対応する電圧を出力するものである。トル
ク伝達軸１は、上部軸２と、下部軸３とから構成されて
おり、これらの上部軸２，下部軸３は図示しないトーシ
ョンバーを介して連結され、この連結部に第２のトルク
センサ４が設けられている。この第２のトルクセンサ４
は、図示しないトーションバーの捩れ角（捩れ量），即
ち，アシストモータの回転トルク付与後の上部軸２のト
ルクを検出し、これに対応する電圧信号を出力するもの
である。ここで、上部軸２は、実際には、減速ギヤ機構
５７の上下で図示しないユニバーサルジョイントを介し
てさらに２部分に分割されているが、ここでは、一体の
ものとして説明することとした。その他の構成は前述し
た従来例と同様になっている。

【００１３】図２には、本実施例の全体的な回路構成が
示されている。この図において、コントローラ１０のＣ
ＰＵ１１には、図示しない入力回路を介して，第１のト
ルクセンサ５３，第２のトルクセンサ４，及び車速セン
サ５４が接続され、それぞれの出力信号が入力されるよ
うになっている。ここで、車速センサ５４は、スピード
メータに用いられているもので、車速に対応したパルス
信号を出力するものである。更に、コントローラ１０に
は、図示しないシグナルジェネレータからの点火信号
（パルス信号）が入力されるようになっている。

【００１４】この一方、コントローラ１０の出力側に
は、アシストモータ５６及び電磁クラッチ５５が接続さ
れている。そして、アシストモータ５６はその電流値お
よび正転・逆転がコントローラ１０に制御されるように
なっており、また、電磁クラッチ５５はコントローラ１
０により「オン（ＯＮ）」・「オフ（ＯＦＦ）」が制御
され、アシストモータ５６と減速ギヤ機構５７の断続を
行なうようになっている。また、コントローラ１０は、
トルクセンサ５３の異常或いはその他の異常を検出して
ダイアグノーシス信号を図示しない外部表示装置に出力
するようになっている。

【００１５】次に、コントローラ１０の主要な制御機能
を図３のフローチャートを参照しつつ説明する。

【００１６】エンジン始動に際し、図示しないイグニシ
ョンスイッチが「ＯＮ（オン）」されると、コントロー
ラ１０が作動を開始する。そして、図示しないエンジン
が始動すると、図示しないシグナルジェネレータから点
火信号がコントローラ１０の図示しない入力回路を介し
てＣＰＵ１１に入力される。すると、ＣＰＵ１１では、
電磁クラッチ５５にクラッチオン信号を出力するととも
に、車速センサ５４から入力された信号により車速を算
出する（ステップＳ１０１）。これにより、アシストモ
ータ５６が減速機構部５７に連結され、パワーアシスト
可能な状態になる。

【００１７】次いで、ＣＰＵ１１では、車速が４０ｋｍ
／ｈ以下であるか否かを判断する（Ｓ１０２）。そし
て、車速が４０ｋｍ／ｈを超えている場合には、パワー
アシストの必要がないので、アシストモータ５６を停止
し，電磁クラッチ５５を「ＯＦＦ」にするサブルーチン
（モータ・クラッチＯＦＦ処理ルーチン）に移行する
（Ｓ１１０）。この一方、車速が４０ｋｍ／ｈ以下の場
合には、第１のトルクセンサ５３から入力された信号に
よりハンドル操舵トルク値を算出する（Ｓ１０３）。

【００１８】次いで、ＣＰＵ１１では、予め内部メモリ
１２内に記憶されている図４に示すハンドル操舵トルク
−モータ電流マップから上記ステップＳ１０１，Ｓ１０
３でそれぞれ算出された車速とハンドル操舵トルク値に
対応するモータ電流を読み出し（Ｓ１０４）、この読み
出したモータ電流値に従い、アシストモータ５６のモー
タ電流制御を行う（Ｓ１０５）〔第１の機能〕。これに
より、正常時には、アシストモータ５６により所要のパ
ワーアシストが行われる。

【００１９】続いて、ＣＰＵ１１では、第２のトルクセ
ンサ４から入力された信号により該トルクセンサ４の出
力トルク値を算出し（Ｓ１０６）、この算出された出力
トルク値と上記ステップＳ１０３で算出された第１のト
ルクセンサ５３の出力トルク値との関係が予め内部メモ
リに記憶された図５に示すようなトルクセンサ出力関係
マップの正常範囲内（図における斜線部Ａの範囲内）に
あるか否かを判断する（Ｓ１０７）〔第２の機能〕。そ
して、ＣＰＵ１１では、両トルクセンサ５３，４の出力
の関係が正常範囲内にある場合には、ステップＳ１０１
に戻り上記の制御動作を繰り返す。ここで、第２のトル
クセンサ４には操舵トルクとアシストモータ５６による
アシストトルクが加わるため、アシストモータ５６が正
常に作動したならば、第１のトルクセンサ５３の出力よ
り第２のトルクセンサ４の出力の方が幾分大きいはずで
あり、このような範囲が正常範囲として予め定められて
いる。

【００２０】この一方、ステップＳ１０７で両トルクセ
ンサ５３，４の出力の関係が正常範囲内にない場合は、
アシストモータ５６の異常と考えられるため、アシスト
モータ５６，電磁クラッチ５５をオフし（Ｓ１０８）
〔第３の機能〕、ダイアグノーシス機能によりフェイル
コードを内部メモリ１２に記憶した後、外部表示装置に
フェイルコード用のパルス信号（ダイアグノーシス信
号）を出力する（Ｓ１０９）。ここで、アシストモータ
５６にロックが発生した場合には、上部軸２は動作しな
くなるので上部軸２と下部軸３とを連結する図示しない
トーションバーにはトルクが加わらなくなり、第２のト
ルクセンサ４の出力トルクが小さな値になると予想さ
れ、このため、第２のトルクセンサ４の出力トルク値が
第１のトルクセンサ５３の出力トルク値より小さくなっ
た図５のＢの範囲内は、アシストモータ５６がロック気
味の状態であり、異常と推定される。この一方、アシス
トモータ５６に流れるモータ電流がなんらかの原因によ
り異常に大きくなった場合、過剰なアシストトルクが上
部軸２に与えられて、第２のトルクセンサ４の出力トル
クが大きな値になると予想され、このため、第２のトル
クセンサ４の出力トルク値が第１のトルクセンサ５３の
出力トルク値より非常に大きくなった図５のＣの範囲内
は、アシスト過剰状態であり、異常と推定される。そし
て、ＣＰＵ１１では、ステップＳ１０９におけるダイア
グノーシス信号出力後、ステップＳ１０１に戻り、上記
と同様の制御動作を繰り返す。なお、図５のＢの範囲内
の異常と、Ｃの範囲内の異常の場合の、ダイアグノーシ
ス信号は、別々の信号が出力されるようになっている。
なお、第２のトルクセンサ４が負のトルク（反転方向へ
の回転トルク）を出力した場合について、図５には示さ
れていないが、この場合もモータロック状態と判断され
る。

【００２１】以上説明したように、本実施例によると、
操舵トルク，即ち，第１のトルクセンサ５３の出力トル
ク値に対して、アシストモータ５６によるアシストトル
ク付与後のトルク伝達軸１のトルク値，即ち，第２のト
ルクセンサ４の出力トルク値が小さくなったり、異常に
大きくなった場合には、コントローラ１０が、これを異
常と判断してアシストモータ５６及び電磁クラッチ５５
をともにオフする。このため、走行中、モータロックや
アシスト動作の不良が発生しても、コントローラ１０が
これを検出することができるとともに、電磁クラッチの
オフによりマニュアルステアリング状態となるので走行
中の円滑な操舵操作が確保される。なお、図３のフロー
チャートにおいて、点線で囲まれた部分が、本実施例で
特別に付加したものであって、その他の部分は、従来の
速度感応型パワーステアリング装置の制御フローチャー
トと同様である。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成され機能す
るので、これによれば、走行中、電磁クラッチ結合後
に、操舵トルク値に対して、アシストモータの回転トル
ク付与後のトルク伝達軸のトルク値が小さくなったり、
異常に大きくなった場合には、制御部が、第１及び第２
のトルクセンサ出力値の関係が異常であると判断して、
アシストモータ及び電磁クラッチをともにオフする。こ
れがため、走行中にモータロックが発生したり、或いは
モータ電流が異常に大きくなって過剰アシスト状態とな
った場合に合っても、制御部が、直ちにこれを検出し、
その結果、電磁クラッチがオフされ、マニュアルステア
リング状態となるので、走行中の円滑な操舵操作が確保
できるという従来にない優れた電動式パワーステアリン
グ装置を提供することができる。なお、上記実施例でも
説明した如く、ソフトウェア部分は従来のものにわずか
に追加するだけで実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体の構成を示す説明図で
ある。

【図２】図１の実施例の回路構成を示すブロック図であ
る。

【図３】図１のコントローラの主要な制御プログラムを
示すフローチャートである。

【図４】図２の内部メモリ内に記憶されたトルク−モー
タ電流マップを示す線図である。

【図５】内部メモリ内に記憶されたトルクセンサの出力
関係マップを示す線図である。

【図６】従来例の構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１ トルク伝達軸 ４ 第２のトルクセンサ １０ 制御部としてのコントローラ ５１ ステアリングハンドル ５２ ハンドル入力軸としてのステアリングシャフト ５３ 第１のトルクセンサ ５４ 車速センサ ５５ 電磁クラッチ ５６ アシストモータ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 5/04 B62D 6/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングハンドルを有するハンドル
   入力軸と、このハンドル入力軸に連結されたトルク伝達
   軸と、このトルク伝達軸に電磁クラッチを介して連結或
   いは切り離し可能に設けられるとともに前記トルク伝達
   軸にその回転トルクを付与するアシストモータとを備
   え、このアシストモータを制御する制御部に、車速を検
   出する車速センサと、前記ハンドル入力軸から入力され
   たハンドル操舵トルクを検出する第１のトルクセンサ
   と、前記アシストモータの回転トルク付与後のトルク伝
   達軸のトルクを検出する第２のトルクセンサとを接続
   し、 前 記制御部が、前記車速センサと前記第１のトルクセン
   サの出力に応じて前記アシストモータのモータ電流を増
   減変化せしめる第１の機能と、前記第１及び第２のトル
   クセンサの出力の関係が予め内部メモリに記憶されたト
   ルクセンサ出力関係マップの正常範囲内にあるか正常範
   囲外にあるかを判断する第２の機能と、前記正常範囲外
   である場合に前記アシストモータをオフするとともに前
   記電磁クラッチをオフする第３の機能とを有し、 前 記トルクセンサ出力関係マップは、前記第１のトルク
   センサから出力されたトルク値が前記第２のトルクセン
   サから出力されたトルク値に対して所定範囲内に収まれ
   ば前記正常範囲内と定め、前記第１のトルクセンサから
   出力されたトルク値が前記第２のトルクセンサから出力
   されたトルク値に対して前記所定範囲の最小値よりも小
   さければアシスト過剰であり前記所定範囲の最大値より
   も大きければロック状態でありいずれの場合も前記正常
   範囲外と定めたものである、 こ とを特徴とした電動式パワーステアリング装置。