JPH03176269A - 電動式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〕 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、前輪舵角センサの出力に応じて制御されるア
シストモータの回転駆動力によりステアリングシャフト
を駆動してハンドル操舵力を補助（アシスト）する電動
式パワーステアリング装置に関する。

〔背景技術〕

従来、乗用車等においては、ハンドル入力軸とトルク伝
達軸の間に設けられたトーションバー式トルクセンサの
出力に応じて、アシストモータの電流量を制御し、ハン
ドル操舵力をアシストする力を制御する電動式パワース
テアリング装置が比較的多く採用されている。

第６図に、この種のパワーステアリング装置（車速感応
型）５０を装備した車輌が示されている。

第６図において、パワーステアリング装置５０は、車体
１００の前部に装備されている。

このパワーステアリング装置５０は、一端にハンドル（
ステアリングホイール）５１を有するステアリングシャ
フト５２（ハンドル入力軸）と、このステアリングシャ
フト５２の他端に図示しないユニバーサルジヨイントを
介して連結されたトルク伝達軸５３と、このトルク伝達
軸５３からの伝達トルクによりタイロッド５４を介して
左右前輪５５Ａ、５５Ｂを操舵するステアリングギヤ部
６０とを備えている。

この内、ステアリングシャフト５２は、ステアリングコ
ラム５６により回転自在に支持され、該ステアリングシ
ャフト５２のステアリングコラム５６内の部分には図示
しないトーションバーが装備されている。また、ステア
リングコラム５６のハンドル５１と反対側の端部には、
前記トーションバーのねじれ角を検出するステアリング
センサ５７が設けられている。また、ステアリングシャ
フト５２とトルク伝達軸５３との連結部近傍には、ギヤ
ボックス５９内に装備された減速機構部（図示せず）を
介してその回転力によりステアリングシャフト５２を回
転駆動してハンドル５１の操舵力をアシスト（補助）す
るアシストモータ５８が装備されている。

ステアリングギヤ部６０は、トルク伝達軸５３の回転運
動をタイロッド５４の往復運動に変換する一種の減速機
構で、最も一般的には、ラックアンドピニオン機構が使
用され、この場答、ピニオンの歯数がステアリングギヤ
・レシオとなる。

更に、この従来例では、アシストモータ５８のモータ電
流を制御する制御部としてのコントローラ７０が設けら
れている。このコントローラ７０は、車速センサ（スピ
ードメータ）６５と、ステアリングセンサ５７の出力信
号に基づいて、所定の演算（ステアリングセンサ出力に
よるハンドル操舵トルクの演算、速度に応じたアシスト
力の算出等）を行いアシストモータ５８のアシスト力の
大きさと方向を決定し、当該モータ電流値を制御するよ
うになっている。

第６図において、符号８０は電源としてのバッテリを示
す。

上述のように構成されたパワーステアリング装置５０で
は、コントローラ７０に制御されてアシストモータ５８
が回転し、この回転力に応じて減速機構部を介してステ
アリングシャフト５２が回転させられ、このようにして
ハンドル５１の操舵力がアシストされるようになってい
る。

第７図は、この場合のトルクとモータ電流との関係を示
すトルク−電流制御曲線である。

（発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記従来例においては、トーションバー
やトーションバーのねじれを検出するステアリングセン
サ等からなるトルク検出機構部の構造が複雑なため取付
けが難易であり、しかもその複雑さのため不具合が生じ
易く、更には当該トルク検出機構部が高価である等の不
都合があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、とくに、ハンドル入力トルクの検出を不要とし、これ
により構造が簡単で且つ安価に供給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。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、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、当該トルク伝達軸からの伝達
トルクにより左右前輪を操舵するステアリングギヤ部と
を有している。また、ハンドル入力軸とトルク伝達軸の
連結部に、減速機構部を介してその回転力によりハンド
ルの操舵力をアシストするアシストモータを装備してい
る。更に、左右前輪の操舵角を検出する舵角センサと、
この舵角センサの出力を取り込みアシストモータを制御
する制御部とを備えている。そして、制御部が、舵角セ
ンサの出力信号とアシストモータに流れる現在の電流値
とに基づきハンドルを切るに必要な力の理論値を繰り返
し算出し、該算出された各力の値に応じてアシストモー
タの電流値を連続的に変化せしめる制御機能を有してい
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。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第５図に基づい
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
一の符号を用いることとする。

この実施例のパワーステアリング装置ＩＯは、第１図に
示すように車体１００の前部に装備されている。

このパワーステアリング装置１０は、一端にハンドル５
１を有するハンドル入力軸としてのステアリングシャフ
ト１と、このステアリングシャフト１の他端にユニバー
サルジヨイント１１　（第２図参照）を介して連結され
たトルク伝達軸５３と、このトルク伝達軸５３からの伝
達トルクによりタイロッド５４（及び図示しないナック
ルアーム）を介して左右前輪５５Ａ、５５Ｂを操舵する
ステアリングギヤ部６０とを備えている。

この内、ステアリングシャフト１は、ステアリングコラ
ム２に回転自在に支持されている。また、ステアリング
シャフト１とトルク伝達軸５３との連結部近傍には、図
示しない減速機構部を介してその回転力によりステアリ
ングシャフト１を回転駆動してハンドル５１の操舵力を
アシスト（補助）するアシストモータ５８が装備されて
いる。

前記減速機構部はステアリングシャフト１とトルク伝達
軸５３の連結部近傍に設けられたギヤボックス５９内に
収納されている。この減速機構部は、モータ側の回転を
ステアリングシャフト１に減速して伝達するとともに、
ハンドル側のトルクをモータ側に伝えることなく、該ハ
ンドル入力トルクによりトルク伝達軸５３を回動せしめ
ることを可能とする構造のものが使用される。本実施例
では、ステアリングシャフト１のハンドル５１と反対側
の端部は幾分その直径が太く形成され、ギヤボックス５
９内部の小径部部分には、その内径が該小径部より幾分
大きく形成された管状部材（図示せず）が装備されてい
る。この管状部材の外周部に図示しないウオーム・ホイ
ールが一体的に固定され、このウオーム・ホイールにア
シストモータ５８の出力軸に一体的に装着されたウオー
ム（図示せず）が噛合している。更に、管状部材とステ
アリングシャフトｌとの間には、アシストモータ５８が
作動している時のみウオーム・ホイールの回転をステア
リングシャフトに伝達するクラッチ（図示せず）が装備
されている。そして、これらウオーム・ホイール、ウオ
ーム、クラッチ等により減速機構部が構成されている。

このため、本実施例では、アシストモータ５８（の出力
軸）の回転が減速機構部により減速されてステアリング
シャフト１に伝達され、該ステアリングシャフト１がア
シストモータ５８の回転方向に応じて所定方向に回転さ
せられるようになっている。この一方、アシストモータ
５８が作動しない場合には、クラッチが切れているため
、ハンドル人力トルクにより、トルク伝達軸を回転させ
得るような構成となっっている。

ステアリングギヤ部６０としては、第２図に示すように
、トルク伝達軸５３に一体的に装備されたピニオン６１
と、このビニオン６１に噛合するラック６２とからなる
ラックアンドピニオン機構が用いられている。ここで、
ラック６２は、左右前輪５５Ａ、５５Ｂに連結されたタ
イロッド５４に一体的に装備されている。このため、ト
ルク伝達軸５３が回転すると、その回転がステアリング
ギヤ部６０により減速されてタイロッド５４に伝達され
、該タイロッド５４が第２図の矢印Ｘ−Ｘ゛方向に往復
運動するようになっている。トルク伝達軸５３の下端に
は該トルク伝達軸５３の基準点よりの回転角θ、即ち左
右前輪５５Ａ、５５Ｂの操舵角を検出するとともに、検
出角に対応する電圧信号■（θ）を出力する舵角センサ
としてのポテンショメータ３が装備されている。

更に、本実施例では、ポテンショメータ３の出力を取り
込み、これに基づいて後述するようにしてアシストモー
タ５８のモータ電流を制御する制湿部としてのコントロ
ーラ４が設けられている。

第１図において、符号８０は電源としてのバッテリを示
す。

次に、上述のように構成されたパワーステアリング装置
１０のパワーアシストの原理について、第２図を参照し
つつ、第３回のブロックダイヤラムに基づいて説明する
。

この第３図において、符号５で示す点線で囲まれた部分
は、機構部を伝達関数表示したものである。また、符号
４で示す二点鎖線で囲まれた部分は、制御部を伝達関数
表示したものである。

この図より、機構部の出力である舵角センサの検出角θ
と、入力であるアシストモータ５８を流れる電流値Ｉと
の間には、次式■の関係がある。

１ θ＝　　　　　　５ＳＴｔｄｔｄｔ・・・・・・■Ｊ　
　　　　　Ｏｒ 但し、 Ｊニアシストモータの電機子の慣性モーメントＧｒ：減
速機構部のギヤ比 である。また、Ｔ　ｔ　＝　Ｔ　Ａ　＋　Ｔ　Ｍはハン
ドルを切ろうとするトルクである。

ここで、Ｔａ　−Ｔｓ　　Ｔｏの関係があり（第２図参
照）、 Ｔｓ　：ハンドル人力トルク Ｔｏ　：タイヤからの外乱トルク である。すなわち、ＴＡは実際の人の力によりタイヤの
外乱トルクに打ち勝ってハンドルを切るトルクである。

また、Ｔ、＝に、ｘＩはモータがハンドルを切ろうとす
るトルク（モータが発生するトルク）である。ここで、
ＫＴ　：モータトルク定数である。

従って、 ＝Ｊ−Ｇｒ ω （θ） ｔ ＝＝Ｊ−Ｇｒ α　（θ）　　　　・・・・・・■ が、理論上のＴ、の値となり（第３図参照）、Ｔ　ａ　
　’　＝　Ｔ　ｔ　　“−（ＫアＸＩ）　　　　　　・
・・・・・■が理論上の人がタイヤの外乱トルクに打ち
勝ってハンドルを切るトルクとなる。

このように、上記０式で示されるＴＥ　　“に基づき、
モータ電流Ｉを制御すれば、ハンドル入力トルクＴｓ、
タイヤからの外乱トルクＴ。等を測定することなく、舵
角センサの検出角θのみにより、理想的なパワーアシス
トが可能であることがわかる。

本実施例では、上記原理に基づき制御部としてのコント
ローラ４が、第３図、第５図に示すＴＡ−Ｉ曲線（モー
タ電流算出マツプ）によりモータ電流を可変制御するよ
うになっている。ＴＡ−１曲線は、ＴＡ　“のプラス側
ではＴ　ａ　　’　＝　Ｏ近くでＩはほぼ０であるが、
ＴＡ　　’がある値ａになるとＩは徐々に大きくなり、
ＴＡ　“がある値すでＩはピークとなり、ＴＡ　′がｂ
を超えるとＩは徐々に低下するようになっている。

次に、コントローラ４の具体的動作を示す第４図のフロ
ーチャートを参照しつつ、コントローラ４を中心に本実
施例の動作を説明する。

ここでは、初期状態として全くの直進状態を仮定して、
走行中の動作について説明する。

この状態から、運転者が何れかにハンドル５１を操舵す
ると、ハンドル５１が僅かに回転した時（微小時間Δを
後）に、ポテンショメータの出力■（θ）がコントロー
ラ４に入力される（ステップ５ｌｏｔ）。ここでは、■
（θ）−θなる関係が成立するものとする。

次に、コントローラ４の図示しないＣＰＵでは、■（θ
）に基づきトルク伝達軸５３の角速度ω（θ）を算出す
る（Ｓ１０２）。

具体的には、（Ｖ　（θ）−■（θ）１〕／Δｔよりω
（θ）を算出する。この場合には、一つ前の■（θ）の
値■（θ）１はＯであるから、ω（θ）＝■（θ）／Δ
もの計算が行われる。

次いで、図示しないＣＰＵでは、次の計算に備えてステ
ップ５１０１で検出された■（θ）の値をＶ（θ）Ｉと
置き換える（Ｓ１０３）。そして、ステップ５１０２で
算出されたω（θ）に基づき角加速度α（θ）を算出す
る（５１０４）。具体的には、〔ω（θ）−ω（θ）、
〕／Δｔよりα（θ）を算出する。この場合には、一つ
前のω（θ）Ｉは０であるから、α（θ）−ω（θ）／
Δｔの計算が行われる。

続いて、図示しないＣＰＵでは、次の計算に備えてステ
ップ５１０２で算出されたω（θ）の値をω（θ）、と
置き換える（Ｓ１０５）。

そして、図示しないＣＰｔＪでは、上述した■弐。

０式に基づいてＴＥ　　“、　ＴＡ　　“の値をそれぞ
れ算出する（Ｓ１０６，５１０７）。

（ここで、■、は現在の電流値である。）次に、ステッ
プ５１０７で算出されたＴ　Ａ　　’の値に基づき、第
５図に示すモータ電流算出マツプ（ＴＡ　’−４曲線）
より電流値Ｉを決定しく３３０８）、この決定された電
流値Ｉになるようにモータ電流を変化させ、モータの制
御を行う（Ｓ１０９）。

以後、図示しないＣＰＵでは上記ステップ５１０１ない
し５１０９の動作を時間ΔＬ毎に繰り返し、各ステップ
３１０７で算出されたハンドル５１を切るに必要な力の
理論値ＴＡ　°の各部に基づき、モータ電流Ｉを連続的
に変化させる。この結果、アシストモータ５８によるア
シスト力の大きさと方向がほぼ理論上の理想値となるよ
う補正され、直接にはハンドル入力トルクを計測するこ
とな（、タイヤからの外乱トルクをも考慮した適性なパ
ワーアシストが行われる。

以上説明した本実施例によれば、ハンドル入力トルクを
直接計測することなく、トルク伝達軸５３の回転角θ、
即ち、左右前輪の操舵角を検出するだけで適性なパワー
アシストを行うことができるので、高価なトルクセンサ
（トーションバーやトーションバーのねじれを検出する
ステアリングセンサ等からなる）が不要となり、安価な
ポテンショメータだけで十分であるため、構造が簡単で
安価となり、故障も発生しにくくなるという利点がある
。

〔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
よると、制御部が、舵角センサの出力信号とアシストモ
ータに流れる現在の電流値とに基づきハンドルを切るに
必要な力の理論値を繰り返し算出し、該算出された各力
の値に応じてアシストモータの電流値を連続的に変化せ
しめる機能を有していることから、ハンドル入力トルク
を直接計測することなく、左右前輪の操舵角を検出する
だけで適性なパワーアシストを行うことができるので、
従来例と異なり、高価なトルクセンサを不要にすること
ができ、例えば、上記実施例のように舵角センサを安価
なポテンショメータで構成することにより、構造が簡単
で故障が発生しにくく、しかも安価に供給できるという
従来にない優れた電動式パワーステアリン装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す説明図、第
２図は第１図の実施例における機構部を簡略化して示す
説明図（各部に作用するトルクを併せて示す）、第３図
は第１図の実施例のパワーアシストの原理を示すブロッ
クダイヤグラム、第４図はコントローラの制御動作を示
すフローチャート、第５図はモータ電流算出マツプ（Ｔ
ＡＩ曲線）、第６図は従来例を示す説明図、第７図は第
６図の従来例におけるトルク−電流制御制御曲線である
。 １・・・・・・ハンドル入力軸としてのステアリングシ
ャフト、３・・・・・・舵角センサとしてのポテンショ
メータ、４・・・・・・制御部としてのコントローラ、
５３・・・・・・トルク伝達軸、５５Ａ・・・・・・左
前輪、５５Ｂ・・・・・・右前輪１．５８・・・・・・
アシストモータ、５９・・・・・・減速機構部を収納す
るギヤボックス、６０・・・・・・ステアリングギヤ部
。 第 ２ 図 第４図 ｄコ 手 続 補 正 書（方式） ％式％ 事件の表示 平成１年特許願第３１２８０２号 ２゜ 発明の名称 電動式パワーステアリング装置 ３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、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、当該トルク伝達軸からの伝達ト
   ルクにより左右前輪を操舵するステアリングギヤ部とを
   有し、 前記ハンドル入力軸とトルク伝達軸の連結部に、減速機
   構部を介してその回転力によりハンドルの操舵力をアシ
   ストするアシストモータを装備し、前記左右前輪の操舵
   角を検出する舵角センサと、この舵角センサの出力を取
   り込み前記アシストモータを制御する制御部とを備え、 前記制御部が、前記舵角センサの出力信号と前記アシス
   トモータに流れる現在の電流値とに基づきハンドルを切
   るに必要な力の理論値を繰り返し算出し、該算出された
   各力の値に応じて前記アシストモータの電流値を連続的
   に変化せしめる制御機能を有していることを特徴とした
   電動式パワーステアリング装置。