JPH01229764A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電動パワーステアリング装置に係り、特に、
標準操舵トルク値と実操舵トルク値とを比較することに
より、操舵トルクをアシストする電動モータの出力低下
を察知してステアリング操作不能を事前に回避可能な電
動パワーステアリング装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば、
本出願人の出願に係わる実開昭６３−７５号公報に記載
されたものがある。

この従来装置は、電動電動モータの出力で操舵トルクを
アシストするように構成されている。この電動電動モー
タは、操舵トルクに基づいて算出された基準電流値と、
車速に基づいて算出された補正係数と、転舵速度とに基
づいて算出された目標電流値に応じて駆動され、操舵系
に操舵アシストトルクを付与し、操舵感覚の向上を図る
ようにしている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の電動パワーステアリン
グ装置にあっては、電動モータのロータを支持している
ベアリングの潤滑が切れて焼（Ｊきが住することにより
電動モータの出力が低下したり、減速機の焼付き等のお
それがあり、これらを事前に検出できる構成となってい
なかったため、電動モータや減速機がロックして操舵不
能となるおそれがあるという未解決の課題があった。

これを解決するために、例えば特開昭６２−２３１８７
０号公報に記載されているように、電動モータ及び減速
機間に電磁クラッチを介挿することも考えられるが、電
磁クラッチが必要となるため、製造コストが嵩むという
未解決の課題がある。

この発明は、このような従来例の未解決の課題に着目し
てなされたものであり、車速と操舵角とを検出すること
により定常円旋回時の横加速度を算出し、この横加速度
と対応する標準操舵トルクと実際の操舵トルクを比較す
ることにより、電動モータの出力低下を事前に察知し、
電動モータのロック事故を未然に防止可能な電動パワー
ステアリング装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、この発明の電動パワーステアリング装置は、第
１図に示すように、少なくとも操舵トルク検出手段で操
舵系の実操舵トルクを検出し、該実操舵トルク検出値に
基づいて操舵系に操舵補助トルクを付与する電動電動モ
ータを制：１１１するようにした電動パワーステアリン
グ装置において、前記操舵系の操舵角を検出する操舵角
検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記操舵
角検出手段の操舵角検出値及び前記車速検出手段の車速
検出値に基づいて定常円旋回状態を検出する定常円旋回
検出手段と、該定常円旋回検出手段で定常円旋回状態を
検出したときに、前記操舵角検出手段の操舵角検出値及
び車速検出手段の車速検出値に基づいて横加速度を推定
する横加速度推定手段と、該横加速度推定手段の横加速
度推定値に基づいて標どト操舵トルクを算出する標準操
舵トルク算出手段と、該標準操舵トルク算出手段の標準
操舵トルク値と前記操舵トルク検出手段の実操舵トルク
値とを比較し、標準操舵トルク値と実操舵トルク値との
差が所定値より大きい場合に警報を発する警報手段とを
備えたことを特徴としている。

〔作用〕

操舵角検出手段により検出された操舵角値及び車速検出
手段により検出された車速値に基づいて、操舵角の時間
微分値と車速の時間微分値とを算出して定常円旋回にあ
ることを判定する。定常円旋回時には検出された操舵角
値及び車速値に基づいて横加速度を推定し、この横加速
度推定値に基づいて標準操舵トルクを算出する。この標
準操舵トルク値と操舵トルク検出手段により検出された
実操舵トルク値とを比較し、比較の結果、両仔の差が所
定値より大きい場合には電動モータ異常と判断して警報
が発せられる。

このため、運転者は電動モータの出力の低下を察知する
ことができ、電動モータのロックによるステアリング操
作不能状態を未然に回避することができる。

〔実施例］ 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第２図はこの考案の一実施例を示すブロック図である。

図中、１はステアリングシャフトであり、ごのステアリ
ングシャフトは、自在継手２を介して連結されたアッパ
シャフト３とロアシャフト４から構成される。アッパシ
ャフト３の上端にはステアリングホイール５が固定され
ているとともに、ロアシャフト４の下端には、自在継手
６を介してピニオンシャフト７が連結されていて、この
ピニオンシャフト７の下端に設けたピニオンがステアリ
ングギアボックス８の内部でランク軸９のランクと噛合
している。上記ステアリングホイール５゜ステアリング
シャフト１．自在継手２．６．ピニオンシャフト７及び
ランク軸９によって操舵系を構成している。

上記ピニオンシャフト７は、減速ギア機構１０を介して
電動モータ１４の回転軸１６に連結している。この減速
ギア機構１０は、ケーシング１１内で互いに噛合する駆
動ギア１２と従動ギア１３とからなり、従動ギア１３が
ピニオンシャフト７に固定されているとともに、駆動ギ
ア１２が回転軸１６に固定されている。電動モータ１４
は、例えば直流直巻サーボモータで構成され、回転軸１
６を介してその回転力が減速ギア機構１０−＼と伝達さ
れる。

また、ステアリングシャフトｌには、このステアリング
シャフト１に入力される実操舵トルクを検出する操舵ト
ルク検出手段としての操舵トルクセンサ１８が設けられ
ている。この操舵トルクセンサ１８は、例えば、ステア
リングシャフトに固着したストレインゲージで構成され
、運転者がステアリングホイール５を転舵操作すること
によって、ステアリングシャフトに生じる捩れの大きさ
と方向とに応じたアナログ信号からなる操舵トルク検出
信号を出力する。

１９は、ステアリングホイール５を操舵したと機のステ
アリングシャフト１の操舵角を検出する操舵角検出手段
としての操舵角センサであり、ステアリングシャフト１
の回転加速度に応じたアナログ電圧からなる操舵角検出
信号を出力する。

２０は車速センサであり、例えば変速機の出力軸の回転
数を検出して、これに対応した周期のパルス信号からな
る車速検出信号を出力する。

２１は制御装置であり、この制’＋１１１装置２１には
、操舵トルクセンサ１８からの操舵トルク検出信−号と
操舵角センサ１９からの操舵角検出信号と車速センサ２
０からの車速検出信号とが供給され、これらに基づいて
、電動モータ１４を制御するモータ駆動電流制御信号Ｓ
ｔ、左回転操舵制御信号Ｓ２、右回転操舵制御信号Ｓ３
及び電動モータ１４のロックを事前に警告する警報信号
Ｓ４を出力する制御回路２２と、その制御信号８１〜Ｓ
３が供給され、これらに基づいて電動モータ１４を駆動
するモータ駆動回路３１とから構成されている。

なお、３７は、電源としてのハソテリである。

制御回路２２は、第３図に示すように、操舵トルクセン
サ１８からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器２３と、操舵角センサ１９からのアナログ信
号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２４と、マイ
クロコンピュータ２５と、モータ駆動電流制御信号Ｓ１
をデジタル信号からアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換
２ト２６とを備えている。

マイクロコンピュータ２５は、少なくとも、インタフェ
ース回路としての入力回路２７及び出力回路２８と、演
算装置２９と、記憶装置３０とを有する。そして、入力
回路２７には、上記操舵トルクセンサ１８の操舵トルク
検出信号及び操舵角センサ１９の操舵角検出信号がＡ／
Ｄ変換器２３及び２４を介して供給されるとともに、車
速センサ２０の車速検出信号が直接供給され、出力回路
２８からは操舵補助トルクに応じた電動モータ駆動電流
制御信号Ｓ１がＤ／Ａ変換器２６を介して、左回転及び
右回転操舵側？ｌ［Ｉ信号Ｓ２．Ｓ３が直接モータ駆動
回路３１に出力され、且つ警報信号Ｓ４が１？報手段と
しての音又は光でなるＷＩ１３を発するＩ！１回路４０
に直接出力される。

演算処理装置２９は、入力回路２７を介して操舵トルク
センサ１８からの操舵トルク検出器Ｂ、操舵角センサ１
９からの操舵角検出信号及び車速センサ２０からの車速
検出信号を読み込み、これらに基づいて後述する演算そ
の他の処理を行う。

また、記憶装置３０は演算処理装置２９における処理の
実行に必要な所定のプログラムを記憶しているとともに
、演算処理装置２９の処理結果等を逐次記憶する。

モータ駆動回路３１は、電動モータ１４の負荷電流を検
出する電流検出器３２と、制御回路２２から出力される
モータ駆動電流制御信号Ｓ１と電流検出器３２からの電
流フィードハック化ぢとが入力されて変調出力信号を出
力するパルス幅変調回路３３と、その変調出力信号と制
御回路２２からの左回転操舵制御信号Ｓ２及び右回転操
舵制御信号Ｓ３が個別に供給されるＡ　Ｎ　Ｄゲート３
４及び３５と、これらＡＮＤゲート３４及び３５の出力
が供給されて電動モータ１４を左回転又は右回転させる
駆動回路３６とから構成されている。ここで、駆動回路
３６は例えば２個のスイッチングトランジスタで構成さ
れ、各スイッチングトランジスタにはＡＮＤゲート３４
及び３５の出力が個別に供給されると共に、各スイッチ
ングトランジスタが電動モータ１４の左回転用端子り及
び右回転用端子Ｒにそれぞれ個別に接続されている。し
たがって、この電動モータ駆動回路３１によって、電動
モータ１４がパルス幅変調信号によってチョッパ制御さ
れる。

次に、上記実施例の動作について説明する。

イグニッションスイッチがオンになると、制御装置２１
の電源が投入され、Ａ／Ｄ変換器２３によりデジタル信
号に変換された操舵トルクセンサ１８からの操舵トルク
検出信号、Ａ／Ｄ変換器２４によりデジタル信号に変換
された操舵角センサ１９からの操舵角検出信号、及び車
速センサ２０からの車速検出信号がマイクロコンピュー
タ２５の入力回路２７に供給される。

第４図に、マイクロコンピュータ２５において実行され
る処理の手順を示す。この処理は、所定円′！ｉＪ！（
例えば５０ｍ５）毎のタイマ割込みとして実行される。

まずステップ■では、車速センサ２０がらのヰＩ速検出
信号を読み込み、単位時間当たりのパルス数又はパルス
間隔を計測して車速を算出し、これを車速検出値Ｖとし
て記憶装置３０の所定領域に一時記憶する。

次いで、ステップ■に移行して、操舵角センサ１９から
の操舵角検出信号を読み込み、これを操舵角検出値θと
して記憶装置３０の所定領域に一時記憶する。

次いで、ステップ■に移行して、実操舵角δを算出する
。この実操舵角δは、ステップ■で読込んだ操舵角検出
値θに基づいてδ−θ／η、（η。

はステアリングのオーバーオールギア比）の演算を行う
ことにより算出し、これを記憶装置３ｏの所定記憶領域
に一時記憶する。

次いで、ステップ■に移行して、操舵トルクセンサ１８
からの操舵トルク検出信号を読み込み、これを実操舵ト
ルク値Ｔ３として記憶装置３ｏの所定Ｍ域に一時記憶す
る。

次いで、ステップ■に移行して、ステップ■にで読込ん
だ現在の操舵角検出値θ８がら操舵角の時間微分値ｄθ
／ｄｌＷ出する。この微分値ｄθ／ｄｔの算出は、例え
ば現在の操舵角検出値θ８から前回のタイマ割込時の操
舵角検出値θＮ−１を減算することによって単位時間当
たりの変化量Δθを算出することにより行う。

次いで、ステップ■に移行して、操舵角微分値ｄθ／ｄ
ｔが一定値βより小さいか否かを判定する。このとき、
ｄθ／ｄｔ≧βであるときには操舵中であると判断して
、後述するステップ■に移行して電動モータ１４の駆動
制御を行い、ｄθ／ｄｔ＜βであるときには保舵状態で
あると判断してステップ■に移行する。

このステップ■では、ステップ■で読込んだ車速検出値
から車速の時間微分値ｄＶ／ｄｔを算出する。この微分
値ｃｌＶ／ｄｔの算出は、例えば現在の車速検出値ｖ８
から前回のタイマ割込時の車速検出値ＶＮ−１を減算す
ることによって単位時間当たりの変化量ΔＶを算出する
ことにより行う。

次いで、ステップ■に移行して、車速微分値ｄＶ／ｄｔ
が一定値γより小さいが否かを判定する。

このとき、ｄＶ／ｄｔ≧γであるときには加減速旋回時
と判断して、後述するステップ［相］に移行して電動モ
ータ１４の駆動制御を行い、ｄＶ／ｄｔ〈γであるとき
には、定常円旋回状態と判断してステップ■に移行する
。

このステップ■では、横加速度推定値ｙを算出する。こ
の横加速度推定値ｙの算出方法は、ステップ■で読込ん
だ車速検出値Ｖとステ、７プ■で算出した実操舵角値δ
とに基づいて、 （７！はホイールベース、Ａはスタビリテイファクタを
示す）式の演算を行い、これを記憶装置３゜の所定記ｆ
、Ｑ　？ｉｌ域に一時記憶する。

上記スタビリテイファクタＡは、下記（２）式によって
決定される。

（ｍ：車両重量、１ｆ　：車両重心と前車軸間の距離、
１．：車両重心と後車軸間の距離、Ｋｆ　：前輪−輪当
たりのタイヤのコーナリングパワー、Ｋ。

：後輪−輪当たりのタイヤのコーナリングパワー）ここ
で、１．ｍ、１（、ｌｒ　、Ｋｔ　、Ｋｒは既知の値で
あることから、スタビリテイファクタ八を予め求めて、
この値を記憶装置３０の所定記憶領域に記憶しておく。

なお、車両型１ｍは乗員数により若干変化し、また、Ｋ
、、に、はタイヤの空気圧により若干変化する。

次いで、ステップ［相］に移行して、ステップ■で算出
した横加速度値ｙに基づいて、この横加速度値ｙに対応
するモータ出力トルク値ＴＭＹを予め記憶装置３０の所
定記憶領域に格納した第５図に対応する記憶テーブルを
参照して算出する。

ここで、第５図は、モータ出力トルクＴＭＶと横加速度
検出値ｙとの関係を示す特性線図である。

この特性線図は、以下述べるようにして作成される。す
なわち、横加速度ｙとステアリングギヤのラック軸力Ｆ
１１とが１対ｌに対応しており、う・ツク軸力■パ８は
、下記（３）式に従って算出することができる。

Ｆ　Ｒ＝　Ｋ　Ｘ　（αＸ　７７　ｃ　Ｘ　ＴＭ　＋　
Ｔ　ｓ）　−−（３１ここで、Ｋは変換定数、η、は減
速機のギヤ比、αは減速機のギヤ効率である。

そして、操舵トルクＴ、とモータ駆動電流値ｉ１４とは
、車速Ｖをパラメータとして第６図に示す関係があり、
同一操舵トルクＴ、に対して車速■が大きくなるほどモ
ータ駆動電流値ｉ。が小さくなる。

したがって、同一ラック軸力ＦＲの時には、車速か大き
いほど操舵トルクＴ、が大きくなるので、モータ駆動電
流値ｉＭは少なくて済む。

そして、モータ駆動電流ｉＨとモータ出力トルクＴ。と
は１対１に対応しているので、う・ツク軸力ＦＩ＋と１
対ｌに対応している横加速度ｙとモータ出力トルクＴ□
との関係は、第５図に示すようになる。

次いで、ステップ０に移行して、上記ステップ［相］で
算出したモータ出力トルク”Ｌｔｙに基づいてモータ駆
動電流ｉ、ｙを算出する。このモータ駆動電流ｉ、１ｖ
を算出するには、モータ出力トルクＴ、４Ｙとモータ駆
動電流ｉＨｖとの関係を示す第７図の特性線図に対応す
る記憶テーブルが予め記憶装置３０に記憶されており、
この記憶テーブルを参照することにより、モータ出力ト
ルクＴＭを得るためのモータ駆動電流ｉ、４が算出され
る。

次いで、ステップ＠に移行して、車速に応じて第６図に
対応する記憶テーブルを選択し、選択された記憶テーブ
ルを参照して横加速度ｙに基づく実操舵トルクＴ３に対
応する標準操舵トルク］゛０Ｋを逆算する。

次いで、ステップ０に移行して、上記ステップ＠で算出
した標準操舵トルクＴ。Ｋとステップ■で読込んだ実操
舵トルクＴ３との差値Ｄ　（＝Ｔ。Ｋ−Ｔ、）の絶対値
ＩＤ＋を算出し、次いでステップ■に移行して絶対値Ｉ
ＤＩが所定設定値ε未満であるか否かを判定する。この
判定は、ステアリングホイール５に付与された実操舵ト
ルクＴ、が正常であるか異常であるかを判定するもので
あり、ＩＤ１〈εであるときには、正常であると判断し
てステップ■に移行し、前記ステップ＠で選択された第
６図に対応する記憶テーブルを参照してモータ駆動電流
ｉＮを算出し、次いで、ステップ［相］に移行してモー
タ駆動電流ｉ、４が正であるか否かを判定し、ｉＭ＜Ｑ
であるときにはステップ■に移行して操舵補助力の方向
を左方向として制御信号Ｓ２を論理値“ｌ”とし、ｉＨ
＞Ｑであるときにはステップ［相］に移行して操舵補助
力方向を右方向として制御信号Ｓ３を論理値“１パとし
、次いでステップ［相］に移行して、ｌｉ、ｌに対応す
る制御信号Ｓｔを出力する。

一方、ステップ■の判定結果がＩＤＩ≧εであるときに
は、実操舵トルクＴ、が異常であると判断してステップ
［相］に移行して例えば論理値′°１°′の警報信号Ｓ
４を警報回路４０に出力し、この警報回路４０から音又
は光でなる警報を発して、異常状態の発生を運転者に報
知してからタイマ割込処理を終了する。

上記第４図の処理において、ステップ■〜ステップ■の
処理が定常用旋回検出手段に対応し、ステップ■の処理
が横加速度推定手段に対応し、ステップ［相］〜ステッ
プ＠の処理が標準操舵トルク演算手段に対応し、ステッ
プ０．０及び［相］の処理及び警報回路４０が警報手段
に対応している。

したがって、今、電動モータ１４が正常状態であるもの
とすると、この状態では、ステアリングホイール５に付
加された操舵トルクに応して、車速との関係で定まる操
舵補助トルクに対応するモータ出力トルクＴＭが算出さ
れ（ステ・ノブ［相］）、このモータ出力トルクＴ、に
応してモータ駆動電流ｉ。が算出され、このモータ駆動
電流ｉ１４に応じた制御信号Ｓｌと、操舵制御信号Ｓ２
又はＳ３がモータ駆動回路３１に出力されるので、これ
に応じて電動モータ１４が回転駆動されて車速を加味し
た最適な操舵補助トルクを発生する。このため、小さな
操舵トルクＴｓで車両の転舵を行うことができ、操舵ト
ルクＴ、と横加速度ｙに基づいて算出した標準操舵トル
クＴ。Ｋとは略一致している。

しかしながら、車両が所定車速例えば４．０ｋｍ／ｈで
定速走行中に、例えば電動モータの軸を支持しているヘ
アリングが熱の発生によって焼付き始める等の異常状態
が発生して、電動モータ１４の出力トルクＴ、が、モー
タ駆動電流ｉに対応するモータ出力トルクＴ、より低下
した異常出力トルクＴ、となると、ステアリング系に対
する操舵補助トルクが低下するので、その低下分だけス
テアリングホイール５に付加する運転者による操舵トル
クＴｓを大きくしなければならず、正常時の操舵トルク
１゛、より大きな値となる。したがって、車両が定常円
旋回状態となったときに、横加速度検出値ｙに基づいて
算出される標準操舵トルクＴ。Ｋと実操舵トルクＴ、と
の差値りの絶対値ＩＤ１が所定設定値εより大きくなり
（ＩＤ１≧ε）、ステップ＠で異常状態と判定されるの
で、ステップ０に移行して、論理値“１゛の警報信号Ｓ
４を警報回路４０に出力し、この警報回路４０で音又は
光でなる警報を発して、運転者に異常状態の発生を報知
する。この異常状態では、電動モータ１４に駆動電流ｉ
が供給されないので、ステアリングホイール５を操舵す
る場合の操舵トルクが正常状態で電動モータ１４によっ
て操舵補助トルクを発生している時に比較して大きく必
要となり、この点でも運転者が電動モータ１４の異常状
態を察知することができる。

なお、上記実施例においては、マイクロコンピュータの
処理において、記憶装置３０に予め記憶した各種記憶テ
ーブルを参照して各種値を算出する場合について説明し
たが、これに限定されるものでなく、演算式に基づいて
各種値を算出するよ　４うにしてもよいことは言うまで
もない。

また、上記実施例においては、制御回路としてマイクロ
コンピュータを使用して構成したものを示したが、これ
に代えて、加算回路、減算回路。

掛算回路、関数発生回路、指令値設定回路、比１校回路
、論理回路等の電子回路を組み合わせて制御回路を構成
することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、車両が定常円
旋回状態にあるときに、車速検出値及び操舵角検出値の
各微分値に基づいて横加速度を推定し、この横加速度推
定値に基づいて標準操舵トルクを逆算し、この標準操舵
トルクと実際の操舵トルクとの差値が所定設定値以上で
あるときに、異常状態と判断して警報を発するように構
成されているので、電動モータの出力の低下を事前に察
知することができ、電動モータのロックによるステアリ
ング操作不能を未然に回避することができる効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の電動パワーステアリング装置の基
本構成を示すブロック図、第２図は、この発明の実施例
の全体構成図、第３図は、この実施例の電気回路図、第
４図は、この発明の第１実８１　例としてマイクロコン
ピュータにおいて実行される処理の手順を示すフローチ
ャート、第５図はモータ出力トルクと横加速度との関係
を示す図、第６図は実操舵トルクとモータ駆動電流との
関係を示す図、−第７図はモータ駆動電流とモータ出力
トルクとの関係を示す図である。 １・・・・・・ステアリングシャフト、５・・・・・・
ステアリングホイール、７・・・・・・ピニオンシャフ
ト、８・・・・・・ステアリングギアボックス、９・・
・・・・ラック軸、１０・・・・・・減速ギア機構、１
４・・・・・・電動モータ、１８・・・・・・操舵トル
クセンサ、１９・・・・・・操舵角センサ、２０・・・
・・・車速センサ、２１・・・・・・制御装置、２２・
・・・・・制御回路、２５・・・・・・マイクロコンピ
ュータ、２７・・・・・・入力回路、２８・・・・・・
出力回路、２９・・・・・・演算処理装置、３０・・・
・・・記憶装置、３１・・・・・・モータ駆動回路、４
０・・・・・・Ｖ部装置。 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　森　　　哲　也 代理人　弁理士　内　胚　嘉　昭 代理人　弁理士　清　水　　　正 第１図 第２図 第５図 第　６　区 寅操舵トルクＴｓ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも操舵トルク検出手段で操舵系の実操舵
   トルクを検出し、該実操舵トルク検出値に基づいて操舵
   系に操舵補助トルクを付与する電動電動モータを制御す
   るようにした電動パワーステアリング装置において、前
   記操舵系の操舵角を検出する操舵角検出手段と、車速を
   検出する車速検出手段と、前記操舵角検出手段の操舵角
   検出値及び前記車速検出手段の車速検出値に基づいて定
   常円旋回状態を検出する定常円旋回検出手段と、該定常
   円旋回検出手段で定常円旋回状態を検出したときに、前
   記操舵角検出手段の操舵角検出値及び車速検出手段の車
   速検出値に基づいて横加速度を推定する横加速度推定手
   段と、該横加速度推定手段の横加速度推定値に基づいて
   標準操舵トルクを算出する標準操舵トルク算出手段と、
   該標準操舵トルク算出手段の標準操舵トルク値と前記操
   舵トルク検出手段の実操舵トルク値とを比較し、標準操
   舵トルク値と実操舵トルク値との差が所定値より大きい
   場合に警報を発する警報手段とを備えたことを特徴とす
   る電動パワーステアリング装置。