JP3557485B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はパワーステアリング装置に関し、特に検出したトルクと車速との処理を一元化したパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の操舵輪の操作力を補助するパワーステアリング装置として電動式のものが開発されている。これは操舵輪に加えられたトルクを検出し、検出したトルクに応じて操舵機構に設けている電動機を駆動して操舵輪の操作力を補助する構造となっている。
本願出願人は特願平６−２０５７６５号において、この種のトルク検出装置として自動車の操舵輪の操作により生ずるトルクでインダクタンスが変化するコイルに、発振回路の発振出力を与え、該コイルに誘起する交流電圧により前記トルクを検出するトルク検出装置を提案している。
【０００３】
自動車が停車時又は低速で走行中の場合、操舵負荷が重い故操舵輪の操作力を補助するアシスト力を大きくさせ、自動車が高速で走行中の場合、操舵負荷が軽い故操舵輪の操作力を補助するアシスト力をその速度に応じて小さくさせる必要がある。このためには操舵輪の操作により生ずるトルクを検出して得たトルク信号及び自動車の速度を検出して得た車速信号の２信号を処理して所要のアシスト力で操舵機構に設けている電動機を駆動しなければならない。
【０００４】
従ってトルク信号及び車速信号のデータを夫々マイクロコンピュータで処理してデューティ比を求め、求めたデューティ比に基づきモータの駆動回路を制御している。しかし２信号をマイクロコンピュータで処理しなければならないのでその処理が複雑であった。この車速信号及びトルク信号を一元化して処理すべく特開平２−８８３６１ 号公報においてステアリングを駆動するモータ、操舵トルクを変位に変換するトルク−変位変換器と該変換器の出力を電気信号に変換するポテンショメータとを有するトルクセンサ、該トルクセンサの出力を受け前記モータを駆動する手段、車速の増加と共に出力が減少するＦ／Ｖ 変換回路及び該Ｆ／Ｖ 変換回路の出力を前記ポテンショメータの＋側電源電圧として供給する手段を備えた電動式パワーステアリング装置が提案されている。
【０００５】
この従来例においては、車速が増加した場合Ｆ／Ｖ 変換回路の出力が減少し、トルクセンサのポテンショメータの電源電圧が減少する。従ってポテンショメータの出力を減少し、ステアリングを駆動するモータの回転力が小さくなる。このようにポテンショメータを有するトルクセンサを備えた電動式パワーステアリング装置において、トルク信号と車速信号の２信号を検出し、マイクロコンピュータを利用せず、アシスト力を得ている故、検出後の処理が容易である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この従来例の実施例によればポテンショメータはトルク−変位変換器の右方向角度変位に応じた右方向電気信号を出力する第１のポテンショメータ及びトルク変位変換器の左方向角度変位に応じた左方向電気信号を出力する第２のポテンショメータにより構成され、またモータはバッテリ電源により駆動されている。それ故、ポテンショメータの特性が同一でない場合、操舵輪の回転角度の変化率が左と右とで同一とならず、ポテンショメータの調整が困難である。また自動車のバッテリ電源はエンジン点火・気温の激変等のためその電圧変動率が大きく操舵トルク又は車速に応じたアシスト力を得るためバッテリ電源を使用することに困難な側面があるという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、パワーステアリング装置で生成した生成電圧でモータを駆動すべくトルクに基づいてコイルに誘起した電圧値を単一のトルクセンサで検出し、その値を車速に応じて補正することにより、トルク信号及び車速信号を一元的に処理して得たデータに基づきモータの駆動回路を制御するパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るパワーステアリング装置は、車両の操舵輪の操作により生ずるトルクに応じてインダクタンスが変化するコイルに、発振回路の出力を与えて誘起させた誘起電圧により前記トルクを検出する単一のトルクセンサを備え、検出したトルクに応じてアシスト力を調整するパワーステアリング装置において、前記車両の速度を検出して得たパルス信号に基づき直流電圧を生成する直流電圧生成回路と、該直流電圧生成回路で生成した直流電圧に基づき前記発振回路の出力の振幅を制限する振幅制限回路とを備えたことを特徴とする。
第２発明に係るパワーステアリング装置は、前記振幅制限回路は前記パルス信号の周期が短い場合、前記発振回路の出力の振幅を低下させることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
第１発明に係るパワーステアリング装置では、直流電圧生成回路が車両の速度を検出して得たパルス信号に基づき車両の速度に応じた直流電圧を生成し、その生成した直流電圧に基づいて操舵トルクを検出するコイルに与える交流を発振する発振回路の発振電圧を制御することにより車両の速度に応じてコイルの誘起電圧値を制限する。それ故、車両の速度及び操舵トルクに応じたアシスト力が調整される。
第２発明に係るパワーステアリング装置では、振幅制限回路は車両の速度を検出して得たパルス信号の周期が短い場合、前記発振回路の出力の振幅を低下させる。それ故、車両の速度が速い場合検出したトルクは補正されて小さくなり生成されるアシスト力は小さい。
【００１０】
【実施例】
以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は本発明に係るトルク検出装置における要部の回路図である。図において９は車速センサであり、単位時間当たりのパルス数が自動車の速度に比例するパルス信号を、車速信号としてＦ／Ｖ コンバータ１０へ与える。この車速信号が第１コンデンサＣ_１ 及び第１ダイオードＤ_１ を直列に介して差動増幅器１の一側入力端子へ与えられ、第１コンデンサＣ_１ 及び第１ダイオードＤ_１ の接続点と接地間に第２ダイオードＤ_２ が接続され、差動増幅器１の＋側入力端子は接地され、その出力端子と一側入力端子との間に第６抵抗Ｒ_６ 及び第２コンデンサＣ_２ が並列に接続されてＦ／Ｖ コンバータ１０を構成している。
【００１１】
図２はＦ／Ｖ コンバータ１０の特性を示す車速及び出力電圧の関係を示すグラフである。単位時間における車速パルス数即ち周波数は車速に比例しており、これがＦ／Ｖ コンバータ１０で電圧に変換される。車速０の場合出力電圧は０であり、最高車速の場合出力電圧はＶ_ａ より小さく、車速と出力電圧とは比例している。
【００１２】
Ｆ／Ｖ コンバータ１０における差動増幅器１の出力端子は、差動増幅器２の＋側入力端子及び差動増幅器３の一側入力端子に接続され、差動増幅器２の一側入力端子に電圧＋Ｖ_ａ が与えられ、差動増幅器３の＋側入力端子に電圧＋Ｖ_ａ が与えられ、差動増幅器２ （又は３） の出力端子は差動増幅器４ （又は５） の＋側入力端子に接続され、差動増幅器４の出力端子と一側入力端子との間に第３ダイオードＤ_３ が接続され、差動増幅器５の出力端子と一側入力端子との間にダイオードＤ_４ が接続され、両差動増幅器４， ５の出力端子は第５ダイオードＤ_５ ，第６ダイオードＤ_６ を介して接続されて振幅制限回路２０を構成する。
【００１３】
両差動増幅器２， ３の増幅度は１であり、差動増幅器４ （又は５） は、その＋側入力端子の電圧が負 （又は正） である場合にボルテージフォロアとして動作する。そして差動増幅器４は速度の増加に比例して−Ｖ_ａ から直線的に増加する負電圧を生成し、差動増幅器５は、速度の増加に比例して＋Ｖ_ａ から直線的に減少する正電圧を生成する。
【００１４】
図３は振幅制限回路２０における両差動増幅器２， ３の入出力特性を示すグラフである。図において（ａ） は差動増幅器２の入出力特性を示し、車速０において出力電圧は−Ｖ_ａ であり、車速が速くなるに従い出力電圧の絶対値は直線的に小となる。また（ｂ） は差動増幅器３の入出力特性を示し、車速０において出力電圧は＋Ｖ_ａ であり、車速が速くなるに従って出力電圧は直線的に小となる。
【００１５】
差動増幅器４ （又は５） は、その＋側入力端子の電圧が負 （又は正） である場合にボルテージフォロアとして動作する。それ故、その入出力特性は図３（ａ） ｛又は図３（ｂ） ｝に示すものとほぼ同様である。即ち任意の車速における両差動増幅器４， ５の出力電圧は、その極性が逆であり、その絶対値は等しい。この正， 負の両出力電圧は両ダイオードＤ_５ ，Ｄ_６ により短絡しない。この両出力電圧が後述するように発振回路３０の発振振幅を制限すべく動作する。
【００１６】
図１に戻り説明する。振幅制限回路２０における両ダイオードＤ_５ ， Ｄ_６ の接続点は第７抵抗Ｒ_７ 及び第８抵抗Ｒ_８ を直列に介して差動増幅器６の＋側入力端子に接続され、その＋側入力端子と接地間に第３コンデンサＣ_３ が接続される。差動増幅器６の出力端子は、その一側入力端子と接続され、両抵抗Ｒ_７ ， Ｒ_８ の接続点と第４コンデンサＣ_４ を介して接続され、差動増幅器７の一側入力端子と第９抵抗Ｒ_９ を介して接続される。差動増幅器７の＋側入力端子は接地され、差動増幅器７の出力端子はその一側入力端子と第５コンデンサＣ_５ を介して接続され、振幅制限回路２０における両ダイオードＤ_５ ， Ｄ_６ の接続点と第１０抵抗Ｒ_１０を介して接続されて、発振回路３０を構成している。差動増幅器６はバターワース型の低域炉波器を形成し、発振周波数において位相が９０°遅れ、利得が１／√２倍となる。差動増幅器７は積分回路を形成し発振周波数において位相が ２７０°遅れる。そして利得を√２倍以上とすることにより発振回路３０は発振する。この発振出力は差動増幅器７の出力端子から第１０抵抗Ｒ_１０を介して振幅制限回路２０へ与えられる。同じく発振回路３０が発振した発振出力は、差動増幅器６の出力端子から図示しない回路へ直流電圧を含んで与えられる。
【００１７】
図４は発振回路の差動増幅器７の出力端子における出力電圧の波形を示すグラフである。図において横軸は時間軸であり、縦軸は電圧軸であり、出力電圧の振幅はＶ_ａ である。そしてＶ_ａ ＞Ｖ_ｂ である。
次に発振回路３０の発振振幅を制限する動作について説明する。通常の速度において振幅制限回路２０の差動増幅器４ （又は５） の出力電圧は−Ｖ_ｂ （又は＋Ｖ_ｂ ） である。また発振回路３０の差動増幅器７の発振振幅はＶ_ａ であり、Ｖ_ａ ＞Ｖ_ｂ である故、差動増幅器７の発振出力の値は、＋Ｖ_ｂ を越えた場合第６ダイオードＤ_６ で＋Ｖ_ｂ に制限され、−Ｖ_ｂ を越えた場合第５ダイオードＤ_５ で−Ｖ_ｂ に制限される。
【００１８】
図５は両ダイオードＤ_５ ， Ｄ_６ の接続点の電圧波形を示すグラフである。図において横軸は時間軸であり、縦軸は電圧軸である。そして車速が大となる場合、Ｖ_ｂ の値は直線的に小となり、発振回路３０の発振振幅も小となる。
図６は温度補償のためにコイルを２系統設けてトルクを検出し、アシスト力を調整するパワーステアリング装置の要部ブロック図である。図において１０はＦ／Ｖ コンバータであって、図示しない車速センサから与えられる車速信号のパルス周波数を電圧に変換する。振幅制限回路２０は、その変換された電圧に基づき発振回路３０の発振振幅を制限する。
【００１９】
発振回路３０は直流電源Ｅを供給されており、発振回路３０の差動増幅器６の出力端子が出力する発振電圧は直流電圧を含んで電流増幅回路３１、反転電流増幅回路３２及びサンプリングパルス発生回路２７，２８ へ与えられる。電流増幅回路３１の出力端子と、反転電流増幅回路３２の出力端子との間には、温度補償コイルＬ_１ とトルク検出コイルＬ_２ との直列回路が介装されている。温度補償コイルＬ_１ とトルク検出コイルＬ_２ との直列回路には、主回路用の第１抵抗Ｒ_１ と第２抵抗Ｒ_２ との直列回路及びフェイルセーフ用である補助回路用の第１抵抗Ｒ_１ ′と第２抵抗Ｒ_２ ′との直列回路が夫々並列接続されている。温度補償コイルＬ_１ とトルク検出コイルＬ_２ との接続部は、差動増幅回路３５の一側入力端子及び差動増幅回路３６の一側入力端子と接続されている。
【００２０】
主回路用の第１抵抗Ｒ_１ と第２抵抗Ｒ_２ との接続部は、差動増幅回路３５の他側入力端子と接続されている。補助回路用の第１抵抗Ｒ_１ ′と第２抵抗Ｒ_２ ′との接続部は、差動増幅回路３６の他側入力端子と接続されている。差動増幅回路３５の出力端子は同期検波回路２２の入力端子と、差動増幅回路３６の出力端子は同期検波回路２５の入力端子と接続されている。サンプリングパルス発生回路２７のパルス出力端子は同期検波回路２２のサンプリングパルス入力端子と、サンプリングパルス発生回路２８のパルス出力端子は同期検波回路２５のサンプリングパルス入力端子と接続されている。
【００２１】
同期検波回路２２の出力端子はサンプルホールド回路２３の入力端子と、同期検波回路２５の出力端子はサンプルホールド回路２６の入力端子と接続されている。サンプルホールド回路２３の出力端子は電圧・電流変換回路３９の入力端子と、サンプルホールド回路２６の出力端子は電圧・電流変換回路４０の入力端子と接続されている。電圧・電流変換回路３９から主回路用のトルク検出信号Ｔ_Ｓ が出力され、電圧・電流変換回路４０から補助回路用のトルク検出信号Ｔ_Ｓ ′が出力されている。
【００２２】
図７は、同期検波回路２２（２５）及びサンプルホールド回路２３（２６）の構成例を示すブロック図である。同期検波回路２２は、サンプリングパルスが与えられサンプリングパルスに同期してスイッチング動作を行うスイッチング回路２４と、スイッチング回路２４の入力端子に直列接続され、スイッチング回路２４のオン抵抗より大である抵抗Ｒ_３ とで構成されている。
【００２３】
サンプルホールド回路２３は、スイッチング回路２４の出力端子及び電圧・電流変換回路３９間に接続された抵抗Ｒ_４ と、抵抗Ｒ_４ と電圧・電流変換回路３９との接続点及び接地端子間に接続されたコンデンサＣと、コンデンサＣに並列接続されたプルダウン抵抗Ｒ_５ とで構成されている。コンデンサＣとプルダウン抵抗Ｒ_５ の接続点は、電源Ｅを介して接地されている。尚、抵抗Ｒ_４ は無くてもよい。
【００２４】
以下に、このような構成のトルク検出装置の動作を、図８〜図１６に示す各部の電圧波形図を参照しながら説明する。
発振回路３０を発振動作させると、発振回路３０は、図８に示すように、直流電圧Ｖ_Ｄ によりバイアスされた発振電圧Ｖ_Ａ を出力する。そして、この直流電圧Ｖ_Ｄ を含んだ発振電圧Ｖ_Ａ が電流増幅回路３１及び反転電流増幅回路３２へ入力され、電流増幅回路３１は、図９に示すように、発振回路３０の出力電圧と同位相の交流電圧Ｖ_Ｂ 及び正の直流電圧Ｖ_Ｄ を出力する。
【００２５】
一方、反転電流増幅回路３２は、図１０に示すように、発振回路３０の発振電圧の位相を １８０°ずらせた交流電圧Ｖ_Ｃ 及び正の直流電圧Ｖ_Ｄ を出力する。これにより温度補償コイルＬ_１ とトルク検出コイルＬ_２ との直列回路の両端には交流電圧Ｖ_Ｂ とＶ_Ｃ との差電圧、つまり発振電圧Ｖ_Ａ の２倍の高い電圧が与えられる。
【００２６】
また、温度補償コイルＬ_１ とトルク検出コイルＬ_２ との直列回路の両端には同電位の直流電圧Ｖ_Ｄ が与えられている為、温度補償コイルＬ_１ 及びトルク検出コイルＬ_２ には、直流電流は流れない。そして、温度補償コイルＬ_１ とトルク検出コイルＬ_２ との接続部の交流電圧は、図１１に示すように、トルク検出コイルＬ_２ のインピーダンスが温度補償コイルＬ_１ のインピーダンスより大きい場合は、発振電圧Ｖ_Ａ と同位相の交流電圧Ｖ_Ｂ の変化をし、反対に小さい場合は発振電圧Ｖ_Ａ と逆位相の交流電圧Ｖ_Ｃ の変化をする。
【００２７】
また、第１抵抗Ｒ_１ と第２抵抗Ｒ_２ との接続部の直流電圧は、両抵抗Ｒ_１ とＲ_２ とが等しい場合は、図１２に示すように、直流電圧Ｖ_Ｄ となる。そして、温度補償コイルＬ_１ とトルク検出コイルＬ_２ との接続部の電圧及び第１抵抗Ｒ_１ と第２抵抗Ｒ_２ との接続部の電圧が、差動増幅回路３５へ入力されて差動増幅され、その出力電圧は、図１３に示すように、変化して同期検波回路２２へ入力される。
ここで、発振回路３０の発振電圧Ｖ_Ａ がサンプリングパルス発生回路２７へ入力されており、発振電圧Ｖ_Ａ （の交流部分）の正電圧に同期して、図１４に示すように、サンプリングパルスＳＰａ を発生しており、このサンプリングパルスＳＰａ が同期検波回路２２へ与えられる。
【００２８】
同期検波回路２２は、サンプリングパルスＳＰａ がＨレベルにあるときに、差動増幅回路３５の出力電圧Ｖ_Ｂ （の交流部分）の正の期間（出力電圧Ｖ_Ｃ のときは負の期間）の電圧を片検波し、その検波電圧は図１５に示す脈流波形になる。この脈流波形の検波電圧は、同期検波回路２２のサンプリングパルスＳＰａ がＨレベルでないときは、サンプルホールド回路２３のコンデンサＣの充放電により、サンプリングパルスＳＰａ の後縁部の値を保持され、図１６に示す保持電圧Ｖ_ＳＡとなってサンプルホールド回路２３に保持され、電圧・電流変換回路３９へ入力される。
【００２９】
電圧・電流変換回路３９へ入力された電圧信号Ｖ_ＳＡは、電流信号に変換されると共に、所定のオフセット値が与えられて、主回路用のトルク検出信号Ｔ_Ｓ として出力される。このトルク検出信号Ｔ_Ｓ に基づいて操舵力を補助するモータ（図示せず）を駆動することにより、操舵力を適正に補助することができる。
【００３０】
一方、温度補償コイルＬ_１ とトルク検出コイルＬ_２ との接続部の電圧及び補助回路用の第１抵抗Ｒ_１ ′と第２抵抗Ｒ_２ ′との接続部の電圧が、差動増幅回路３６へ入力されて差動増幅され、主回路用のトルク検出信号Ｔ_Ｓ を得たと同様の動作により、電圧・電流変換回路４０から、主回路用のトルク検出信号Ｔ_Ｓ と同様に変化する補助回路用のトルク検出信号Ｔ_Ｓ ′を出力する。これにより、主回路用のトルク検出信号が消滅した場合は、補助回路用のトルク検出信号によりフェイルセーフ動作に移行できる。
【００３１】
そして主回路用 （又は補助回路用） のトルク検出信号Ｔ_ｓ （又はＴ_ｓ ′）は発振回路３０の振幅に応じて変化し、発振回路３０の振幅は車速に応じて制限される。従ってトルク検出信号Ｔ_ｓ （又はＴ_ｓ ′）は車速に応じて変化する。
図１７は操舵輪に加えられたトルク及びトルク検出信号の関係を示す特性図である。図において（ａ） は車速が時速０ｋｍ におけるトルク対トルク検出信号の関係を示し、（ｂ） は時速 １００ｋｍ におけるトルク対トルク検出信号の関係を示し、いずれも直線形である。そして図１７（ｂ） の傾斜は図１７（ａ） の傾斜より緩やかである。このように車速に応じて発振回路３０の発振振幅を変化させることによりトルク検出信号を車速に応じて補正したものでモータを駆動する電力を生成しアシスト力を調整する。
【００３２】
【発明の効果】
第１発明に係るパワーステアリング装置は、操舵トルク信号と車速信号を一元化して処理し、車速及び操舵トルクに応じてモータを駆動する電力を生成する。またトルクセンサが単一である故、その調整が容易であり、バッテリ電源の電圧変動の影響が少ない効果を有する。
第２発明に係るパワーステアリング装置は、車速を示すパルス信号の周期が短い場合、発振回路の出力の振幅を低下させるべくスライスし、検出したトルクを小さく補正する。従ってアシスト力を小さく調整することが容易であり、バッテリ電圧の電圧変動の影響が少ない効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパワーステアリング装置における要部の回路図である。
【図２】図１におけるＦ／Ｖ コンバータの特性を示すグラフである。
【図３】図１における振幅制限回路における両差動増幅器２，３の入出力特性を示すグラフである。
【図４】図１における発振回路の差動増幅器７の出力電圧波形を示す波形図である。
【図５】図１における振幅制限回路の振幅制限動作を示すグラフである。
【図６】本発明に係るパワーステアリング装置のブロック図である。
【図７】同期検波回路及びサンプルホールド回路の構成例を示すブロック図である。
【図８】発振回路の出力電圧波形を示す波形図である。
【図９】電流増幅回路の出力電圧波形を示す波形図である。
【図１０】反転電流増幅回路の出力電圧波形を示す波形図である。
【図１１】温度補償コイルとトルク検出コイルとの接続部の交流電圧の波形を示す波形図である。
【図１２】第１抵抗と第２抵抗の接続部の直流電圧の波形を示す波形図である。
【図１３】差動増幅回路３５の出力電圧波形を示す波形図である。
【図１４】サンプリングパルスを示す波形図である。
【図１５】同期検波回路の検波電圧の波形を示す波形図である。
【図１６】サンプルホールド回路の保持電圧の波形を示す波形図である。
【図１７】図６に示すトルク検出装置のトルク対トルク検出信号特性図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５，６，７ 差動増幅器
９ 車速センサ
１０ Ｆ／Ｖ コンバータ
２０ 振幅制限回路
３０ 発振回路

Claims (2)

1. 車両の操舵輪の操作により生ずるトルクに応じてインダクタンスが変化するコイルに、発振回路の出力を与えて誘起させた誘起電圧により前記トルクを検出する単一のトルクセンサを備え、検出したトルクに応じてアシスト力を調整するパワーステアリング装置において、
   前記車両の速度を検出して得たパルス信号に基づき直流電圧を生成する直流電圧生成回路と、該直流電圧生成回路で生成した直流電圧に基づき前記発振回路の出力の振幅を制限する振幅制限回路とを備えたことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記振幅制限回路は前記パルス信号の周期が短い場合、前記発振回路の出力の振幅を低下させる請求項１記載のパワーステアリング装置。

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