JPH03231070A - 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〕 本発明はパワーステアリング装置に関し、特にセルファ
ライニングトルクの高い車両に適したパワーステアリン
グ装置（油圧式、電動式）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繰作力を軽減
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、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自動車
を対象として実用に供されつつある。

一般に車両の前輪のセルファライニングトルクは比較的
小さいため操舵トルクに余り大きな影響を及ぼすことは
なく、車速の増加に応じて操舵トルクが小さくなること
から、従来の油圧式パワーステアリング装置においても
電動式パワーステアリング装置においても、車速の増加
に応じてアシストトルクが減少するように制御していた
。

例えば、特開昭６１−１３２４６５号公報には、車速の
増加に応じてアシストトルクが減少するように制御する
とともに、舵角をパラメータとするセンタリング力（ス
テアリングホイールを中立位置へ復帰させる戻し力）と
舵角速度をパラメータとするセンタリング力とを付加す
るように制御する電動式パワーステアリング装置のモー
タ制御装置が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題］ 車両の前輪のキャスタ角（又は、キャスタトレール）が
通常の大きさの場合には、前述のように車速の増加に応
じて操舵トルクが小さくなるので、従来のパワーステア
リング装置のように、車速の増加に応じてアシストトル
クを減少させることが望ましい。

ところで、車両の直進安定性を著しく向上させるために
、キャスタ角を通常のキャスタ角よりもかなり大きく設
定した場合には、セルファライニングトルクが非常に大
きくなり、その分だけ操舵トルクが大きくなる。しかも
、特に車速の増加に応じてセルファライニングトルクが
大きくなり操舵トルクが大きくなる。従って、従来装置
のように車速の増加に応じてアシストトルクを減少させ
る場合には、高速走行時の操舵トルクが非常に大きくな
りパワーステアリング装置の機能が著しく損なわれるこ
とになる。

本発明の目的は、キャスタ角を大きく設定した車両にお
ける前輪の大きなセルファライニングトルクに応じた適
正なアシスト力を出力し得るパワーステアリング装置（
油圧式、電動式）及び大きなセルファライニングトルク
に応じた適正なセンタリング力を出力し得る電動式パワ
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請求項に係るパワーステアリング装置は、少なくと
も操舵トルクと車速とに応じて操舵力をアシストするパ
ワーステアリング装置において、車速の増加に応じてア
シスト力が増加するように制御する制御手段を備えたも
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、舵
角を検出する舵角センサを備え、この舵角センサで検出
された舵角に相関する物理量に応じてステアリング系を
中立位置に復帰させるセンタリング力を出力する電動式
パワーステアリング装置において、上記センタリング力
が車速の増加に応じて減少するように制御する制御手段
を備えたものである。

第３請求項に係る電動式パワーステアリング装置は、第
２請求項の電動式パワーステアリング装置において、上
記舵角に相関する物理量がステアリングホイール舵角で
ある、ものである。

第４請求項に係る電動式パワーステアリング装置は、第
２請求項の電動式パワーステアリング装置において、上
記舵角に相関する物理量がステアリングホイール舵角速
度である、ものである。

〔作用〕

第１請求項に係るパワーステアリング装置においては、
少なくとも操舵トルクと車速とに応じて操舵力をアシス
トするように構成され、制御手段は、車速の増加に応じ
てアシスト力が増加するように制御する。即ち、前輪の
セルファライニングトルクは車速の増加に応じて増加す
るので、上記のように車速の増加に応じてアシスト力が
増加するように制御することにより、セルファライニン
グトルクに応じた適正なアシスト力を出力することが出
来る。

第２請求項に係る電動式パワーステアリング装置ニおい
ては、舵角センサで検出された舵角に相関する物理量に
応じてステアリング系を中立位置に復帰させるセンタリ
ング力を出力するように構成され、制御手段はセンタリ
ング力が車速の増加に応じて減少するように制御する。

即ち、前輪のセルファライニングトルクは車速の増加に
応じて増加するので、上記のように車速の増加に応じて
センタリング力が減少するように制御することにより、
セルファライニングトルクに応じた適正なセンタリング
力を出力することが出来る。

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、第２請求項と同様の作用が得られる。加えて、ス
テアリングホイール舵角に応したセンタリング力を出力
するので、操舵性に優れる。

第４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、第２請求項と同様の作用が得られる。加えて、ス
テアリングホイール舵角速度に応したセンタリング力を
出力するので、操舵の安定性に優れる。

（発明の効果〕 第１請求項に係る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、制御手段を設けたこ
とにより前輪のセルファライニングトルクに応じた適正
なアシスト力を出力することが出来る。特に、キャスタ
角を通常よりも大きく設定して直進安定性を高めた車両
に適したちのとなる。

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、制御手段を設
けたことにより前輪のセルファライニングトルクに応じ
た適正なセンタリング力を出力することが出来る。特に
、キャスタ角を通常よりも太き（設定して直進安定性を
高めた車両に適したものとなる。

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、第２請求項と同様の効果が得られる。

加えて、操舵性に優れたステアリング装置となる。

第４請求項に係る電動式パワーステアリング装置によれ
ば、第２請求項と同様の効果が得られる。

加えて、操舵の安定性に優れたステアリング装置となる
。

〔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
に本発明を通用した場合の一例である。

第１図・第２図に示すように、この自動車Ｍでは、直進
安定性を非常に高く設定する為に前輪のキャスタ角が通
常のキャスタ角の約１．５〜２．０倍程度に大きく設定
されている。この自動車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の下端部であ
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ビニオン（図
示略）と、このピニオンに噛合するラック軸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、ラック軸９の両端部
に夫々ボ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１０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。

即ち、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、ステアリン
グシャフト３の下端部をなす分断された出力軸部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
してあイ更に、後述のコントロールユニットＣにより串
間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、電流モータ１１により電磁ク
ラッチ１２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３Ａ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１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へ各種信号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、メイン及びサブトルクセンサ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１、＠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Ｊ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の出力信号はディジタルバッ
ファ３０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ＣＰＵ３３へ
人力され、またオルタネ〜りの出力側り端子２９の出ノ
ｊ信号はディジタルバッファ３０を介して波形整形回路
３２へ人力されこの波形整形回路３２でパルス信号に変
換されてＣＰＵ３３へ入力され、車速センサ２６及びク
ランク角センサ２７の出力信号ディジタルバッファ３０
を経てＣＰＵ３３へ人力される。

第１及び第２舵角センサ２１・２２の出力信号と、メイ
ン及びサブトルクセンサ２４・２５の出力信号とはアナ
ログバッファ３６を介してＡ／Ｄコンバータ３７へ入力
され、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。

を源としてのバッテリ３Ｂはイグニシコンスイッチ３９
を介して定電圧回路４ｏ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＋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駆動電流
制御信号を受けてそれをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器４
１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指示された方向と大きさの
電流となるようにモータ駆動電流をＰＷＭ方弐でフィー
ドバック制御する電流制御回路４２と、電流制御回路４
２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、パンテリ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指令信号に
応じたモータ駆動電流をモータ１１に供給するパワー回
路４４とが設けられている。尚、電流検出器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
ータ駆動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に組込まれた電磁フランチ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４０の人力ライン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、ハソ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５ｉ（ｉ＝正の整数）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（Ｓ　１　）
　、次に車速信号■と舵角信号θ８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ＫＩＸＴｍ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の関数に＋
　　（Ｖ、Ｔｍ）であり、その間数に、（Ｖ、Ｔｍ）が
例えばマツプの形でＲＯＭ３４に格納されているので、
そのマツプから続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に＋　　ＸＴｍは車速■の増大に
応じて大き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θ、と前回の舵角θ、を用いて舵角速
度θ□が演算され、その舵角速度θ８を用いて舵角速度
補正項に２×θ□が演算される（Ｓ４）。この補正項に
２Ｘθ９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■と
舵角速度θイの関数Ｋｚ（Ｖ、　　６Ｍ）であり、その
間数に２（■、θＭ）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
いて舵角速度補正項に、ｘθ８が演算される。

尚、この補正項ＫｚｘθＨは特に舵角速度θ□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り、この補正項に２ｘ
θ□はステアリングホイール２をセンターポジションへ
復帰させる一種のセンタリングトルクに相当するもので
ある。

次に、今回の舵角速度θイと前回の舵角速度θ８を用い
て舵角加速度θ■が演算され、その舵角加速度補正項に
、Ｘθ□が演算される（Ｓ５）。この補正項に、ｘθ、
は舵角加速度θ□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、は所定の定数である。尚、この
補正項Ｋｓ　ｘθイ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θ９を用いて舵角
補正項Ｋａ　ｘθ□が演算される（Ｓ６）。

この補正項に４Ｘθ８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、車速■をパラメータとす
る所定の演算式で演算される。尚、この補正項に４　ｘ
θ８はステアリングホイール２をセンターポジションへ
復帰させるセンタリング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
Ｋｚ　ｘθＨ１Ｋ３Ｘθ□、Ｋ４×θイを用いてモータ
１１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−ＫｚＸθ、　十に、
Ｘθ、　−に、Ｘθ８の演算式で演算され（Ｓ７）、次
にアシストトルクＡＴに対応するモータ駆動電流制御信
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（Ｓ８）、その後８２〜Ｓ８が微小
時間毎に繰返えし実行される。

尚、第２舵角センサ２２は補助的なもので、第１舵角セ
ンサ２１の出力と第２舵角センサ２２の出力を比較する
ことによりそれらの故障判別が実行される。同様に、サ
ブトルクセンサ２５は補助的なもので、メイントルクセ
ンサ２４の出力とサブトルクセンサ２５の出力を比較す
ることによりそれらの故障判別が実行される。。

尚、クランク角センサ２７は車速センサ２６の故障対策
として設けられたもので、車速■とエンジン回転数Ｎｅ
との間には概略的に一定の相関関係があるので、車速セ
ンサ２６の故障時にはクランク角信号に基いて車速を推
定するようになっている。また、リバーススイッチ２８
からのリバース信号がＯＮになったときには、アシスト
トルクＡＴを所定割合だけ小さくするような制御がなさ
れる。また、オルタネータの発電電圧が所定値以下のと
きにはモータ１１とクラッチ１２とをＯＦＦとするよう
な制御が実行される。

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。

本実施例に係る自動車Ｍにおいては、直進安定性を著し
く高めるために前輪のキャスタ角を通常のキャスタ角の
約１．５〜２．０倍程度に設定されているので、前輪の
セルファライニングトルクが大きく、特に車速Ｖの増加
に応じてセルファライニングトルクが増加し、所要操舵
力が増加していく。

第５図に示すように、車速■の増加に応じて基本アシス
トトルクＫ　＋　Ｘ　Ｔ　ｍが増加するように設定しで
あるので、大きなセルファライニングトルクで操舵力が
大きくなることがなく、セルファライニングトルクに応
じた基本アシストトルクにｌＸＴｍを付加できるように
なっている。

更に、上記のように車速Ｖの増加に応じてセルファライ
ニングトルクが増加していくことに鑑み、舵角速度補正
項Ｋｚ　ｘθ、及び舵角補正項に４×θ、が車速Ｖの増
大に応じて夫々減少するように夫々の特性が設定されて
いる。従って、セルファライニングトルクの大きさに応
じて舵角速度補正項に、Ｘθイを適正に設定して操舵の
安定性を確保することが出来る。そして、セルファライ
ニングトルクの大きさに応じて舵角補正項に、ｘθ８を
適正に設定して優れた操舵性を確保することが出来る。

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９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にトーシジ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。

尚、上記実施例は電動式パワーステアリング装置につい
て説明したが、油圧式パワーステアリング装置に対して
も本発明を同様に適用することが出来る。

【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図は変形例の要部斜視図である。 ｌ・・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、２６・・車速センサ、　
　Ｃ・・コントロールユニッ　ト。 讐 ！ＡＪ 図 第 ４ 図 第７図 第８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも操舵トルクと車速とに応じて操舵力を
   アシストするパワーステアリング装置において、 車速の増加に応じてアシスト力が増加するように制御す
   る制御手段を備えたことを特徴とするパワーステアリン
   グ装置。
2. （２）舵角を検出する舵角センサを備え、この舵角セン
   サで検出された舵角に相関する物理量に応じてステアリ
   ング系を中立位置に復帰させるセンタリング力を出力す
   る電動式パワーステアリング装置において、 上記センタリング力が車速の増加に応じて減少するよう
   に制御する制御手段を備えたことを特徴とする電動式パ
   ワーステアリング装置。
3. （３）上記舵角に相関する物理量がステアリングホィー
   ル舵角であることを特徴とする第２請求項に記載の電動
   式パワーステアリング装置。
4. （４）上記舵角に相関する物理量がステアリングホィー
   ル舵角速度であることを特徴とする第２請求項に記載の
   電動式パワーステアリング装置。