JPH03227776A - 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関し、特にバ
ッテリ電圧急低下時にモータ電流を制限するようにした
ものに関する。

〔従来技術〕

従来より、車両のステアリングホイールの操作力を軽減
する種々の機構のパワーステアリング装置が実用化され
ている。

従来より油圧式パワーステアリング装置が広く実用化さ
れて来たが、油圧式パワーステアリング装置では複雑な
コントロールバルブや油圧をシールする種々のシール機
構が必要であるうえ、全体の部品数も多く全体として高
価なものになる。

そこで、最近では、トルクセンサで検出された操舵トル
クに応じたアシスト力を電動モータで発生させるように
した電動式パワーステアリング装置が特に軽口・動車を
対象として実用に供されつつある。

上記電動式パワーステアリング装置においては、ステア
リングホイール軸に舵角センサとトルクセンサとを組込
むとともに、ステアリングホイール軸の出力軸部をウオ
ームギヤ機構を介して回転駆動する電動クラッチ付きの
直流電動モータを設け、操舵トルクと車速と舵角と舵角
速度と舵角加速度などをパラメータとしてアシストトル
クを求めてそのアシストトルクが発生するように直流電
動モータの駆動電流の方向・と大きさを制御装置で制御
するようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記直流モータの消費電力はかなり大きく、
低速走行時程モータ電流が大きいことから、−停車状態
のとき或いは低速走行時などにおいて頻繁に操舵を繰返
すような場合に、バッテリの電圧低下速度が大きくなっ
て、短時間のうちにバッテリ電圧が低下してバッテリか
ら供給可能な電力が不足し、電動式パワーステアリング
装置以外の他のシステムの機能低下を招（という問題が
ある。

そこで、例えば実開昭６２−１５６０８０号公報に記載
の電動式パワーステアリング装置においては、バッテリ
電圧が所定電圧以下になったときに電動式パワーステア
リング装置によるアシストを停止するようになっている
。しかし、走行中にバッテリ電圧の低下に応じて突然ア
シストを停止したり、またバッテリへの充電に伴なって
突然アシストを再開したりすることは操縦者の操舵フィ
ーリングを狂わせるので好ましくない。

本発明の目的は、アシストを停止することなくバッテリ
電圧の急激な低下を防止できるような電動式パワーステ
アリング装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

第１請求項に係る電動式パワーステアリング装置は、ス
テアリング操舵に応じてモータ電流を制御する制御手段
と、上記モータ電流を供給するバッテリの電圧の低下速
度を検出する電圧低下速度検出手段とを備え、上記制御
手段は、上記電圧低下速度検出手段で検出されたバッテ
リ電圧低下速度が所定値以上のときにモータ電流に制限
を加える電流制限手段を備えているものである。

第２請求項に係る電動式パワーステアリング装置は、第
１請求項の電動式パワーステアリング装置において、電
流制限手段がモータ電流の上限値に制限を加えるように
構成されているものである。

第３請求項に係る電動式パワーステアリング装置は、第
１請求項の電動式パワーステアリング装置において、電
流制限手段がモータ電流の増加速度に制限を加えるよう
に構成されているものである。

〔作用〕

第１請求項に係る電動式パワーステアリング装置におい
ては、制御手段はステアリング操舵に応してモータ電流
を制御し、電圧低下速度検出手段は、モータ電流を供給
するバッテリの電圧の低下速度を検出する。上記制御手
段に設けられる電流制限手段は、電圧低下速度検出手段
で検出されたバッテリ電圧低下速度が所定値以上のとき
にモータ電流に制限を加える。

このように、バッテリ電圧低下速度が所定値以上のとき
にモータ電流に制限を加えるので、電動式パワーステア
リング装置の機能を停止することなく、バッテリ電圧の
急激な低下を防ぎ、バッテリ電圧低下による他のシステ
ムの機能低下を防止することが出来る。

第２請求項に係る電動式パワーステアリング装置におい
ては、基本的に第１請求項のものと同様の作用が得られ
る。加えて、電流制限手段はモータ電流の上限値に制限
を加えるように構成されているので、電流制御手段は簡
単な構成のものでよい。

第３請求項に係る電動式パワーステアリング装置におい
ては、基本的に第１請求項のものと同様の作用が得られ
る。加えて、電流制限手段はモータ電流の増加速度に制
限を加えるように構成されているので、電動式パワース
テアリング装置のアシスト力を幾分低下させた形でその
アシスト機能を最大限維持することが出来る。

〔発明の効果〕

第１請求項に係る電動式パワーステアリング装置によれ
ば、上記〔作用〕の項で説明したように、バッテリ電動
低下速度が所定値以上のときに、電動式パワーステアリ
ング装置の機能を停止することなく、バッテリ電圧の急
激な低下を防ぎ、バッテリ電圧低下による他のシステム
の機能低下を防止することが出来る。

第２請求項に係る電動式パワーステアリング装置によれ
ば、上記〔作用〕の項で説明したように、基本的に第１
請求項と同様の効果が得られる。加えて、電流制限手段
の構成が簡栄化する。

第３請求項に係る電動式パワーステアリング装置によれ
ば、上記〔作用〕の項で説明したように、基本的に第１
請求項と同様の効果が得られる。加えて、電動式パワー
ステアリング装置のアシスト力を幾分低下させた形でそ
のアシスト機能を最大限維持することが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面に基いて説明する。

本実施例は、軽自動車の電動式パワーステアリング装置
に本発明を適用した場合の一例である。

第１図・第２図に示すように、自動車Ｍの電動式パワー
ステアリング装置１には、操舵の為のステアリングホイ
ール２と、このステアリングホイール２から下方へ延び
るステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３
の下端部に相当する出力軸部３Ａと、出力軸部３Ａに自
在継手５を介して連結された下部ステアリングシャフト
３Ｂと、下部ステアリングシャフト３Ｂの下端に自在継
手６を介して連結されギヤボックス７内に収容されてい
るピニオン（図示略）と、このピニオンに噛合するラン
ク軸９であってギヤボックス７と一体的に固定されたラ
ック軸ケース８内に収容されているランク軸９と、ラン
ク軸９の両端部に夫々ポールジョイトを介して連結され
た左右１対のタイロッド１０であって夫々の外端部が前
輪支持部材のナックルアームに連結されたタイロッド１
０とが設けられ、更に次のようなセンサ類及びアシスト
力発生の為の直流モータ１１などが設けられている。

ステアリングシャフト３の下部には、ステアリングシャ
フト３の舵角を摺動抵抗型トランジューサにより電気的
に検出する２組の公知の舵角センサ２０　（これを、第
１舵角センサ２１と第２舵角センサ２２とする）がステ
アリングコラム４に固定して設けられ、出力軸部３Ａと
その上方のステアリングシャフト３の下端近傍部とに亙
って、ステアリングホイール２から加える操舵トルクを
トーションバーと摺動抵抗型トランジューサにより電気
的に検出する２組の公知のトルクセンサ２３（これを、
メイントルクセンサ２４とサブトルクセンサ２５とする
）が設けられている。このトルクセンサ２３においては
、ステアリングシャフト３の下端近傍部と出力軸部３Ａ
とがトーションバーを介して連結され、操舵トルクによ
るトーションバーの弾性捩り変形を介して上記下端近傍
部と出力軸部３Ａ間に相対的回転変位が発生するので、
その角変位を摺動抵抗型のトランジューサにより電気的
に検出するように構成しである。

更に、後述のコントロールユニットＣにより制御されて
ステアリングシャフト３の出力軸部３Ａにアシストトル
クＡＴを付加する直流モータ１１及び電磁クラッチ１２
がステアリングコラム４の下端側のケーシング４Ａに取
付けて設けられ、直流モータ１１により電磁クラッチ１
２を介して回転駆動されるウオームギヤ１３が出力軸部
３Ａに外嵌固定されたウオームホイール１４に噛合連結
されている。従って、電磁クラッチ１２をＯＮした状態
でモータ１１を正転又は逆転駆動することによりウオー
ムギヤ１３とウオームホイール１４を介して出力軸部３
Ａを右旋回方向又は左旋回方向へ回動させるアシストト
ルクＡＴを付加することが出来る。

次に、上記電動パワーステアリング装置ｌの制御系につ
いて説明する。

第３図に示すように、マイクロコンピュータを内蔵した
コントロールユニットＣへ各種信秀を入力する為のセン
サ類・スイッチ類として、前記第１及び第２舵角センサ
２１・２２、メイン及びすブトルクセンサ２４・２５以
外に、少なくとも車速センサ２６と、クランク角センサ
２７と、リバーススイッチ２８が設けられている。

上記車速センサ２６は、例えば自動変速機出力軸の回転
速度（つまり、プロペラシャフトの回転速度）を電気的
に検出するセンサであるが、前輪又は後輪の回転速度を
検出するものでもよい。

上記リバーススイッチ２８は、自動変速機に設けられそ
の変速段が「リバース」に切換えられたときにＯＮとな
るスイッチである。上記クランク角センサ２７は、エン
ジンのディストリビュータ又はクランク軸に連係させて
設けられクランク軸の回転速度を電気的に検出するもの
である。

上記リバーススイッチ２８からのリバース信号はディジ
タルバッファ３．ｏを介して波形整形回路３１へ入力さ
れ、この波形整形回路３１でパルス信号に変換されてＣ
ＰＵ３３へ入力され、またオルタネータの出力側り端子
２９からの発電電圧信号はディジタルバッファ３０を介
して波形整形回路３２へ入力され、この波形整形回路３
２でパルス信号に変換されてＣＰＵ３３へ入力され、車
速センサ２６からの車速信号及びクランク角センサ２７
のクランク角信号はディジタルバッファ３０を経てＣＰ
Ｕ３３へ入力される。

第１及び第２舵角センサ２１・２２の舵角信号と、メイ
ン及びサブトルクセンサ２４・２５のトルク信号とはア
ナログバッファ３６を介してＡ／Ｄコアバー　９３７へ
入力すれ、このＡ／Ｄコンバータ３７でディジタル信号
に変換されてＣＰＵ３３へ入力される。

上記ＣＰＵ３３はバスを介してＲＯＭ３４とＲＡＭ３５
に接続され、ＲＯＭ３４には直流モータ１１と電磁クラ
ッチ１２を制御する後述の制御プログラムが予め入力格
納され、ＲＡＭ３５にはその制御の演算処理上必要な種
々のメモリ　（レジスタ、フラグメモリ、ソフトカウン
タメモリなど）が設けられている。

電源としてのバッテリ３８はイグニションスイッチ３９
を介して定電圧回路４０に接続され、この定電圧回路４
０からＣＰＵ３３へ所定の定電圧（例えば、５Ｖ）が供
給され、またバッテリ３８の電圧を検出する為バッテリ
３８の十出力端子の出力電圧がＡ／Ｄコンバータ３７で
ディジタル信号に変換されてＣＰＵ３３へ入力されてい
る。

直流モータ１１へ供給する直流電流の方向と大きさを制
御する為、ＣＰＵ３３からディジタルのモータ電流制御
信号を受けてそれをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器４１と
、このＤ／Ａ変換器４１から供給されるアナログの制御
信号と電流検出器４５から供給されるアナログの電流検
出信号を受けて制御信号で指示された方向と大きさの電
流となるようにモータ電流をＰＷＭ方式でフィードバッ
ク制御する電流制御回路４２と、電流制御回路４２から
供給されるアナログの指令信号を受けてそれを増幅する
ドライバー４３と、バッテリ３８の出力端子に給電ライ
ン４６にて接続されるとともにモータ１１に接続され且
つドライバー４３から供給される増幅された指令信号に
応じたモータ電流をモータ１１に供給するパワー回路４
４とが設けられている。尚、ｉＪ流横出器４５はパワー
回路４４からグランドへの接地ラインに介装され、モニ
タ電流の方向と大きさを検出し、そのアナログの検出信
号を電流制御回路４２とＡ／Ｄコンバータ３７へ供給す
る。

上記モータ１１に組込まれた電磁クラッチ１２へ供給す
る励磁電流のＯＮ１０　Ｆ　Ｆと大きさを制御する為、
ＣＰＵ３３から制御信号を受けるとともに給電ライン４
７を介して定電圧回路４００Åカライン５１に接続され
且つ電磁クラッチ１２のソレノイド１２ａの入力端子に
接続された電流制御回路４８、ＣＰＵ３３から制御信号
を受けるとともにソレノイド１２ａの出力端子に接続さ
れ制御信号に応じて励磁電流をＯＮまたはＯＦＦする駆
動回路４９と、ソレノイド１２ａの励磁電流をモニタし
てモニター信号をＣＰＵ３３へ供給するモニタ回路５０
とが設けられている。尚、バッテリ電圧の低下などよっ
て定電圧回路４０で所定の定電圧が出力不能になたっと
きＣＰＵ３３の作動が保証されなくなるので、この場合
定電圧回路４０から電流制御回路４８へリセット信号Ｒ
５Ｔが出力されて励磁電流がＯＦＦに切換えられ、電磁
クラッチ１２がＯＦＦ　（分断状態）に切換えられるよ
うになっている。

次に、上記コントロールユニットＣのＲＯＭ３４に格納
されている制御プログラムにより実行される制御のルー
チンについて第４図のフローチャートに基いて説明する
。尚、図中Ｓｉ　　（ｉ＝正の整数）は各ルーチン或い
は各ステップを示すものである。

先ず、イグニションスイッチ３９の投入とともに制御が
開始されると、必要な初期設定が実行され（Ｓｌ）、車
速信号■と舵角信号θ□とトルク信号Ｔｍとが読込まれ
（Ｓ２）、次に基本アシストトルクに＋　ＸＴｍが演算
される（Ｓ３）。上記基本アシストトルクに、ＸＴｍは
、車速■と検出操舵トルクＴｍとをパラメータとして第
５図のような特性に予め設定され、Ｋ、は車速■とトル
クＴｍの関数ＫＩ　（Ｖ、Ｔｍ）であり、その間数Ｋ（
Ｖ、Ｔｍ）が例えばマツプの形でＲＯＭ３４に格納され
ているので、そのマツプから読出した値を用いて基本ア
シストトルクに＋　ＸＴｍが演算される。ここで、第５
図に示すように、基本アシストトルクＫｒ　ＸＴｍは車
速Ｖの増大に応じて小さくなるようにまたトルクＴｍの
増大に応じて大きくなるように設定されている。

次に、今回の舵角θ９と前回の舵角θ、を用いて舵角速
度θ工が演算され、その舵角速度θ９を用いて舵角速度
補正項に、Ｘθ工が演算される（Ｓ４）。この補正項に
、Ｘθ８は、車速■と舵角速度θ、とをパラメータとし
て第６図のような特性に予め設定され、Ｋ２は車速Ｖと
舵角速度θＨの関数に、（Ｖ、　　θ７）であり、その
間数に２（Ｖ、　　θＮ）が例えばマツプの形でＲＯＭ
３４に格納されているので、そのマツプから読出した値
を用いて舵角速度補正項に２×０８が演算される。

尚、この補正項に、ＸθＨは特に舵角速度θ工が大きい
ときにアシストトルクＡＴを減少側へ補正して操舵の安
定性を確保しようとするものである。

次に、今回の舵角速度θ８と前回の舵角速度θ。

を用いて舵角加速度θ８が演算され、その舵角加速度補
正項に３×θ、が演算される（Ｓ５）。この補正項に、
Ｘθ８は舵角加速度θ８をパラメータとして第７図のよ
うな特性に設定され、上記に３は所定の定数である。尚
、この補正項に、Ｘθ□は操舵開始時にモータ１１のロ
ータのイナーシャによる応答遅れを補正しようとするも
のである。

次に、舵角信号θ、で与えられる舵角θ、を用いて舵角
補正項に４Ｘθ、が演算される（Ｓ６）。

この補正項に４×θ工は舵角θ、をパラメータとして第
８図のような特性に設定され、所定の演算式で演算され
る。尚、この補正項に４×θ工はステアリングホイール
２をセンターポジションへ復帰させる復帰トルクを付加
する為のものであり、不感帯（第８図参照）を設けるこ
とによりハンチング防止が図られている。

次に、基本アシストトルクに、ＸＴｍと４つの補正項に
、Ｘθ□、Ｋ３×θＩｌ、Ｋ４Ｘθ８を用いてモータ１
１でステアリングシャフト３をアシストするアシストト
ルクＡＴが、ＡＴ＝に、ＸＴｍ−に、Ｘθ、＋に、、Ｘ
θＨＫ４　×θ、の演算式で演算され（Ｓ７）、次に上
記アシストトルクＡＴに対応するモータ電流ＡＩが所定
の演算的により演算される（Ｓ７）。

次に、Ａ／Ｄコンバータ３７を介してバッテリ電圧ＢＶ
が読込まれ（Ｓ８）、今回読込んだバッテリ電圧ＢＶと
ＲＡＭのメモリに更新しつつ記憶されていた前回のバッ
テリ電圧ＢＶとに基いてバッテリ電圧低下速度ＤＶが演
算され（Ｓ９）、次に上記ＤＣが所定値Ｃ１以上か否か
判定され（Ｓ１０）、ＹｅｓのときにはＳｌｌへまたＮ
ｏのときにはＳ１２へ夫々移行する。ＤＶ≧Ｃ１のとき
にはモータ電流ＡＩの上限値を制限する為、Ｓｔｌにお
いてモータ電流ＡＩが所定値０２以上か否か判定され、
ＹｅｓのときにはＡＩとして所定値Ｃ２が与えられる（
Ｓ１３）。このように、ＳｌＯ〜Ｓ１３のステップによ
りバッテリ電圧以下速度ＤＶが所定値Ｃ１以上のときに
はモータ電流ＡＩの上限値が所定値Ｃ２に制限される。

一方、ＤＶ＜Ｃ１又はＡＩ＜Ｃ２のときには、Ｓ１２に
おいてモータ電流ＡＩとしてＳ７で求めた電流ＡＩが与
えられる。Ｓ１３又はＳ１２の後、Ｓ１４においてモー
タ電流ＡＩに対応するモータ電流制御信号（これは、電
流の方向と大きさを指令する信号である）がＤ／Ａ変換
器４１へ出力されるとともに、クラッチ１２をＯＮに切
換える為のクラッチＯＮ制御信号が駆動回路４９へ出力
され（Ｓ　１４）　、その後５ｌ−３１４が微小時間毎
に繰返し実行される。

ここで、上記電動パワーステアリング装置１の作用につ
いて説明する。

バッテリ３８に対する他の機器の電気負荷が大きく、且
つ低速走行しながら頻繁に操舵を繰返すような走行状態
のときには、オルタネータの発電電力よりも消費電力の
方が多くなり、バッテリ電圧低下速度がかなり大きくな
る。そして、バッテリ電圧低下速度ＤＶがある程度大き
な所定値０１以上のときに、第９図の実線折線に示すよ
うにモータ電流ＡＩの上限値も余り大きくない所定値Ｃ
２に制限するので、バッテリ電圧ＢＶの急激の低下を確
実に防止し、バッテリ電圧ＢＶの低下による他のシステ
ムの機能低下を防止することが出来る。しかも、このと
き所定の上限値以下のモータ電流ＡＩを必要に応じて供
給するので電動式パワーステアリング装置ｌの機能を停
止することなく、制限された範囲のアシスト力を付加す
ることが出来る。そして、モータ電流ＡＩを所定の上限
値に制限する為の制ｍ（Ｓ１２及び５１３）は極めて簡
単である。

次に、上記実施例の変形例について第１０図・第１１図
に基いて説明する。尚、第１０図のフローチャートにお
いて５ｌ−３９については第４図のフローチャートと同
様なので説明を省略する。

Ｓ２０において、バッテリ電圧低下速度ＤＶがある程度
大きな所定値０３以上か否かの判定がなされ、Ｙｅｓの
ときにはＳ２１へ移行しまたＮＯのときには３２４へ移
行する。バッテリ電圧低下速度が所定値Ｃ３より大きい
ときにはモータ電流ＡＩの増加速度に制限を加える為、
Ｓ２１において今回演算されたモータ電流ＡＩとＲＡＭ
のメモリに更新しつつ記憶されている前回のモータ電流
ＡＩとに基いてモータ電流増加速度ＡＩＶが演算され、
次にその増加速度Ａ［Ｖがある程度小さな所定値０５以
上か否か判定され（Ｓ２２）　、Ｙｅｓのときにはモー
タ電流ＡＩから小さな所定値ΔＩが減算され（Ｓ２３）
　、５２１−３２３を繰返し、ＡＩＶ＜Ｃ５になると３
２４へ移行する。

Ｓ２４においてはモータ電流ＡＩとしてＳ７で求められ
たモータ電流ＡＩ　　（但し、ＤＶ＜Ｃ３のとき）又は
Ｓ２３で減算を繰返してＡＩＶ＜Ｃ５となるように設定
されたモータ電流ＡＩが与えられ、次に３２５において
前記Ｓ１４と同様にモータ電流制御信号及びクラッチ０
ＮＩＩＩＪ信号が出力される。

このように、バッテリ電圧低下速度ＤＶがある程度大き
な所定値０３以上のときに、第１１図の実線折線に示す
ように、モータ電流ＡＩの増加速度ＡＩＶがある程度小
さな所定値０５以下になるようにモータ電流ＡＩを制限
するので、バッテリ電圧ＢＹの急激な低下を確実に防止
し、バッテリ電圧ＢＶの低下による他のシステムの機能
低下を防止することが出来る。しかも、このとき、モー
タ電流ＡＩの増加速度を制限するので、電動式パワース
テアリング装置ｌの機能を可能な範囲で最大限発揮させ
ることが出来る。

尚、直流モータ１１によりステアリングシャフト３にア
シストトルクＡＴを付加する機構としては、第１２図に
示すような構造を採用してもよい。

即ち、ロワーステアリングシャフト３Ｂに自在継手を介
して連結された最下段ステアリングシャフト３Ｃに舵角
センサ２０とトルクセンサ２３とが組付けられ、シャフ
ト３Ｃにトーシヨンバーを介して連結された出力軸３Ｄ
には円板部材１５とラック９に噛合するピニオン１６と
が固着され、円板部材１５の上面のギヤに噛合するピニ
オン１７が直流モータ１１により電磁クラッチ１２を介
して回動駆動される。尚、これ以外の構造については前
記実施例と同様なので説明を省略する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は電動式パ
ワーステアリング装置を組込んだ自動車の斜視図、第２
図は電動式パワーステアリング装置の要部斜視図、第３
図は同装置の制御系のブロック図、第４図は同装置を制
御するルーチンのフローチャート、第５図は基本アシス
トトルクの特性図、第６図は舵角速度補正項の特性図、
第７図は舵角加速度補正項の特性図、第８図は舵角補正
項の特性図、第９図はモータ電流の一例の線図、第１θ
図は変形例に係る第４図相当図、第１１図は同変形例に
係るモータ電流の一例の線図、第１２図は変形例の要部
斜視図である。 １・・電動式パワーステアリング装置、１１・・直流モ
ータ、　　１２・・電磁クラッチ、２０・・舵角センサ
、　　２３・・トルクセンサ、Ｃ・・コントロールユニ
ット。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電動式パワーステアリング装置において、ステア
   リング操舵に応じてモータ電流を制御する制御手段と、 上記モータ電流を供給するバッテリの電圧の低下速度を
   検出する電圧低下速度検出手段とを備え、上記制御手段
   は、上記電圧低下速度検出手段で検出されたバッテリ電
   圧低下速度が所定値以上のときにモータ電流に制限を加
   える電流制限手段を備えていることを特許とする電動式
   パワーステアリング装置。
2. （２）上記電流制限手段は、モータ電流の上限値に制限
   を加えるように構成されていることを特徴とする第１請
   求項に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. （３）上記電流制限手段は、モータ電流の増加速度に制
   限を加えるように構成されていることを特徴とする電動
   式パワーステアリング装置。