JPH03235759A - 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の改良に関する
。

（従来の技術） 従来、電動式パワーステアリング装置として、例えば特
開昭６１−２０５５５６号公報に開示されるように、ス
テアリングホイールの操舵トルクを受けて車輪を操舵す
るステアリング機構と、このステアリング機構に機械的
に連結された電動モータとを倫え、ステアリングホイー
ルの操舵トルクに応じて電動モータへの給電を制御して
電動モータによってステアリングホイールの操舵トルク
をアシストするようにしたものが知られている。

このものでは、予め電動モータに流れる最大電流を車速
に応じて規定しておき、電動モータにこの規定最大電流
が所定時間以上流れると電動モータへの給電を停止する
ようにしている。このことによって、操舵トルクを検出
するためのトルクセンサの断線、電動モータのショート
等によるロック、電動モータに流れる電流を検出するた
めの電流検出センサの異常などに起因して電動式パワー
ステアリング装置が異常作動を引き起こすことを防止す
ることができる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような電動式パワーステアリング装置で
は、例えば車庫入れ、縦列駐車及び切り返し時の据切り
操作など、低速走行時あるいは停車時にハンドル操作を
する場合、操舵トルクをアシストする電動モータによる
電力の消費量は比較的大きなものになる。特に、ハンド
ルの異常操作時、例えば停車状態のままで小舵角操舵を
頻繁に行ったり、据切り操作を何度も繰り返したりする
ような操作をした場合、上記電動モータでの電力の消費
量は大幅に増大する。その場合、停車時や極低速走行時
にはエンジン回転数が低いので、バッテリへの充電が追
いつかずバッテリが上がったり、電圧降下をきたしたり
してしまうことがある。

そこで、このような場合の対策として、上言ｅ公報記載
のものでは、保護回路を設けて上記電動モータに流れる
電流を検出し、その電流値を積算計ΔＦＩしたちのに基
づいてこの電動モータへ流れる電流の制御を実行してい
るか、この電動モータへ流れる電流を検出し積算計測す
るためには電流検出器が必要であり、更に装置の構成も
複雑なものとなる。

本発明はこのような点に着目してなされたものであり、
その目的とするところは、電動式パワーステアリング装
置において、操舵に関連する信号を利用することによっ
て、所定の車速以下でのノ１ンドル異常操作時における
電力消費量の大幅増大を防止することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、ステアリングホ
イールの操舵トルクに応じて電動モータへの給電を制御
するとともに、車速か設定車速以下のときに操舵に関連
する信号の変化量の総和が所定値以上になったときは、
電動モータへの給電を制限するようにしている。

具体的に、本発明の講じた解決手段は、第１図に示すよ
うに、ステアリングホイールの操舵トルクを受けて車輪
を操舵するステアリング機構２０と、このステアリング
機構２０に機械的に連結され、ステアリングホイールの
操舵トルクをアシストする電動モータ３０と、上記ステ
アリングホイールの操舵トルクを検出するハンドルトル
ク検出手段４１と、このハンドルトルク検出手段４１の
出力を受け、ステアリングホイールの操舵トルクの応じ
て電動モータ３０への給電を制御する制御手段７１と、
上記ステアリングホイールの操舵に関連する信号を検出
するハンドル操作検出手段４２と、車両の速度を検出す
る車速検出手段４４と、上記車速検出手段４４及びハン
ドル操作検出手段４２の出力を受け、車速が設定車速以
下のときに操舵に関連する信号の変化量の総和が所定値
以上になったときは、上記制御手段７１による電動モー
タ３０への給電を制限する補正手段７２とを備える構成
としている。

その場合、ハンドル操作検出手段４２で検出する操舵に
関連する信号としては、例えばステアリングホイールの
舵角に応じた信号、舵角方向の反転回数に応じた信号、
または操舵トルクの絶対値の積分量に応じた信号などを
含む信号が考えられる。

（作用） 上記の構成により、本発明では、ハンドルトルク検出手
段４１により検出された操舵トルクに基づいて、制御手
段７１により電動モータ３０への給電が制御され、この
電動モータ３０によりステアリングホイールの操舵トル
クがアシストされてステアリング機構２０に伝達される
。

その場合、低速走行時あるいは停車時での通常のハンド
ル操作では、ハンドルの所要総操舵量はある程度以上に
大きくなることはないが、ハンドルの異常操作が行われ
た場合には操舵に関連する信号の変化ｍの総和が所定値
以上になる。このときには、重速検出手段４４及びハン
ドル操作検出手段４２の検出に基づいて、補正手段７２
により制御手段７１か補正され電動モータ３０への給電
が制限される。このことにより、電動モータ３０ての電
力の消費；増大が抑制され、バッテリ上がりやバッテリ
電圧降下などの問題発生が防止される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の実施例を示す。同図において、１は車
両の左右の前輪であって、ステアリングナックル（図示
省略）を介して鉛直軸まわりに回動できるように車体に
連結されている。このステアリングナックルにはナック
ルアーム（図示省略）が取付けられている。これら二本
の車輪１はステアリング機構２０によって操舵される。

上記ステアリング機構２０について説明する。

上記左右の車輪１のナックルアームはラックジヨイント
２１によって連結され、このラックジヨイント２１の中
央部にはラック２２が設けられている。一方、車体には
ステアリングシャフト２４が設けられている。このステ
アリングシャフト２４の一端は車室内に導入され、その
端部にはステアリングホイール２が取付けられている。

また、このステアリングシャフト２４の他端にはピニオ
ン２３が取付けられ、このビニオン２３が上記ラック２
２に噛合している。よってステアリングホイール２を回
動操作すると、その操舵トルクを受けてステアリング機
構２０により左右の車輪１が左右に操舵されるようにな
っている。

上記ステアリング機構２０のステアリングシャフト２４
には電動モータ３０が機械的に連結されている。すなわ
ち、電動モータ３０の駆動軸はギヤ機構を介してステア
リングシャフト２４に連結されていて、電動モータ３０
の駆動トルクによってステアリングホイール２の操舵ト
ルクをアシストするようにしている。電動モータ３０の
駆動トルクは電動モータ３０への供給電流値に応じて決
まる。この電動モータ３０の駆動軸にはクラッチ３２が
設けられ、異常発生時に電動モータ３０の駆動トルクの
ステアリングシャフト２４への伝達を遮断してフェイル
セーフを実行するようにしている。上記電動モータ３０
およびクラッチ３２はコントローラ４０によって制御さ
れる。

上記ステアリングシャフト２４にはハンドルトルク検出
手段としての一対のトルクセンサ４１が設けられ、この
トルクセンサ４１によって上記ステアリングホイール２
の操舵トルクを検出するようにしている。また、ステア
リングシャフト２４には一対の舵角センサ４２が設けら
れ、この舵角センサ４２によって上記ステアリングホイ
ール２の舵角を検出するようにしている。このようにト
ルクセンサ４１および舵角センサ４２を一対ずつ設けた
のはセンサの故障を検出するためである。

すなわち、二つのセンサの出力信号の差をとれば、この
差が所定値以上のときには故障であるとの推定ができる
。この舵角センサ４２は、ステアリングホイールの操舵
に関連する信号を検出するハンドル操作検出手段として
機能している。さらに、この車両にはエンジンの回転数
を検出する回転数センサ４３、車両の速度を検出する車
速検出手段としての車速センサ４４、オルターネータの
電圧を検出する電圧センサ４５が設けられている。また
、エンジンに連結されたトランスミッションには、リバ
ース位置へのシフト状態を検出するリバーススイッチ４
６が設けられている。これら各センサ類４１〜４６の出
力信号はコントローラ４０に人力されている。

上記コントローラ４０の概略構成を第３図に示す。同図
において５０はＣＰＵであって、このＣＰＵ５０は定電
圧回路５１によって駆動される。

リバーススイッチ４６、電圧センサ４５、車速センサ４
４、回転数センサ４３の出力信号はデジタルバッファ５
２で処理されてＣＰＵ５０に人力される。その場合にリ
バーススイッチ４６および電圧センサ４５の出力信号は
波形処理回路およびカウンタ５Ｂ、５４を通される。ま
た、一対のトルクセンサ４１および舵角センサ４２の出
力信号はアナログバッファ５５で処理され、さらにＡ／
Ｄコンバータ５６でＡ／Ｄｔ換されてからＣＰＵ５０に
入力される。

一方、ＣＰＵ５０から出力された電動モータ制御用の信
号は、Ｄ／Ａコンバータ５７でＤ／Ａ変換されてから電
流制御回路５８、ドライバ６０、パワー回路６１を経て
電動モータ３０に入力される。その場合、電流制御回路
５８にはフェイルセーフ論理回路５９から信号が入力さ
れていて、フェイル時に電動モータ３０への電流供給を
遮断するとともにクラッチ３２を分離する。また、６２
は上記パワー回路６１の電流値を検出する電流検出回路
であって、この電流検出回路６２の出力は電流制御回路
５８に入力されているとともに上記Ａ／Ｄコンバータ５
６でＡ／Ｄｔ換されてからＣＰＵ５０に入力されている
。

また、６３はクラッチ３２の制御系に供給する電流を制
御する電流制御回路、６４はクラッチ３２の駆動系を制
御する駆動回路である。この駆動回路６４の出力はモニ
タ回路６５によって検出されてＣＰＵ５０に入力されて
いる。

次に、上記コントローラ４０の制御を第４図のフローに
基づいて説明する。スタート後、まずステップＳ１て車
速■、操舵トルクＴ１舵角θＨを読み込む。そして、ス
テップＳ２て各種制御量を演算する。即ち、まず、舵角
速度を表わす舵角θＨの微分値θＨを演算し、舵角θＨ
の前回からの変化量θを演算し、次に第５図に基づいて
操舵トルクＴに応した供給電流値ＩＴを演算し、第６図
に基づいて先に求めた舵角θＨの微分値θＨに応じた供
給電流値ＩθＨを演算し、第７図及び第８図に基づいて
車速Ｖに応じた補正値α、βを演算する。次にステップ
Ｓ３で車速Ｖが極低速走行時に対応した設定車速■。以
下であるか否かを判定する。そして、ｖ＞ｖｏのときは
ステップＳ４に進み、舵角θＨの変化量θの絶対値の総
和θｎを零に初期化してステップＳ５に進む。ステップ
Ｓ５では電動モータ３０への供給電流値■を“Ｉ−α・
ＩＴ−β・■θＨ″より演算して電動モータ３０に供給
して終了する。ここで、第５図に示すように供給電流値
ＩＴは操舵トルクＴの増大に応じて大きく設定されてい
て、操舵トルクＴが大きいほどアシスト力が大きく設定
され、運転者の操舵力が軽減される。その場合、第７図
に示すように補正値αは車速Ｖの増大に応じて小さくな
るように設定されているので、高車速になるほどアシス
ト力が小さくなって操舵安定性が確保される。

また、第６図に示すように供給電流値ＩθＨは舵角θＨ
の微分値θＨの増大に応じて大きく設定されていて、舵
角速度が大きいほどアシスト力の減量か大きく設定され
、操舵時の抵抗感が増して操舵フィーリングが良好にな
る。その場合、第８図に示すように補正値βは車速Ｖの
増大に応じて大きくなるように設定されているので、高
車速になるほどアシスト力の減量が大きくなってフィー
リングが向上する。

一方、ステップＳ３でＶ≦ｖｏのときはステップＳ６に
進む。ステップＳ６では舵角の変化量の総和θｎに舵角
θＨの変化量θの絶対値を加算する。そして、ステップ
Ｓ７で１θ１が加算された０口が所定値θｌ１ａＸ以上
であるか否かを判定する。

これは、ステップＳ３の判定と合わせて極低速または停
車状態において、ハンドルの操舵角の総和が所定値以上
になったか否かということを意味する。そして、θｎく
θＩＩａＸのときはステップＳ５に進み通常の電動モー
タ３０への給電の制御が実行されて終了する。一方、θ
ｎ≧θＷａＸのときはハンドルの異常操作が行われた場
合でステップＳ８に進む。即ち、極低速あるいは停車状
態においては、通常、操舵が行われるのは車庫入れや縦
列駐車及び据切り操作などのときで、このような場合で
は、一般的にその所要ノ１ンドル操作量はある程度以上
に大きくなるものではなく、また、継続されるものでも
ない。よって、上記のような場合のハンドルの操舵角の
総和が所定値以上になるということは、異常なノ＼ンド
ル操作が行われていると見なすものである。そして、ス
テップＳ８では電動モータ３０への供給電流値ｌを小さ
な所定の電流値１　ｍｉｎに制限して電動モータ３０に
１ｊｔ給して終了する。

上記フローにおいて、ステップｓｌ、ｓｒ及びＳ５によ
り、トルクセンサ（ハンドルトルク検出手段）４１の出
力を受け、ステアリングホイール２の操舵トルクに応じ
て電動モータ３０への給電を制御する制御手段７１を構
成している。また、ステップＳ３．Ｓ６．Ｓ７及びＳ８
により、車速センサ（車速検出手段）４４及び舵角セン
サ（）蔦ンドル操作検出手段）４２の出力を受け、車速
か設定車速以下のときに操舵に関連する信号の変化量（
舵角の変化量）の総和が所定値以上になったときは、上
記制御手段７１による電動モータ３０への給電を制限す
る補正手段７２を構成している。

従って、上記実施例においては、車速Ｖが設定値■。以
下のときに舵角θＨの変化量θの絶対値の総和θｎが所
定値θｍａｘ以上になったときは、補正手段７２により
制御手段７１を補正して電動モータ３０への給電を小さ
な所定の電流値■１ｎに制限するので、極低速あるいは
停車状態において、据切り操作を繰り返したり、小舵角
操舵を頻繁に行うなどの異常なハンドル操作が行われた
ときに、電動モータ３０での電力の消費量増大が抑制さ
れて、バッテリ上がりやバッテリ電圧降下などの問題発
生が防止される。

次の第９図は変形例を示す。上記実施例では舵角θＨの
変化量θの絶対値の総和θｎに基づいて電動モータ３０
への給電を制限したが、この変形例では舵角方向の反転
回数Ｎが所定時間内に所定値以上になったときに電動モ
ータ３０への給電を制限するようにしている。上記実施
例に対してコントローラの制御のみが異なり、他の構成
は同一である。即ち、第９図において、スタート後、ス
テップＳｌ＋で車速Ｖ、操舵トルクＴ、舵角θＨを読み
込む。そして、ステップ５１２で各種制御量を演算する
。即ち、まず、舵角速度を表わす舵角θＨの微分値θＨ
を演算し、次に第５図に基づいて操舵トルクＴに応じた
供給電流値ＩＴを演算し、第６図に基づいて先に求めた
舵角θＨの微分値θＨに応じた供給電流値１９Ｈを演算
し、第７図及び第８図に基づいて車速Ｖに応じた補正値
α、βを演算する。次にステップＳ＋３で車速Ｖが極低
速に対応した設定値Ｖ。以下であるか否かを判定する。

そして、Ｖ＞Ｖ、のときはステップ５１４に進み、タイ
マーをリセットし、次にステップＳＩ５に進んでステア
リングホイール２の舵角方向の反転回数Ｎを零に初期化
してステップＳ＋６に進む。そして、ステップＳＩ６で
は電動モータ３０への供給電流値Ｉを“ｌ−α・ＩＴ−
β・ｌｅ＋”より演算して電動モータ３０に供給して終
了する。このステップＳ＋６における制御は第４図のス
テ・ンプＳ５におけるものと同一でその作用、効果とも
同じである。

一方、ステップＳ＋３でＶ≦ＶｏのときはステップＳ１
７に進み、タイマーが所定値以下であるか否かを判定す
る。所定値を超えていればステップＳ１４に進んでタイ
マーをリセットし、所定値以下のときはステップ３１８
に進む。ステップｓｒｓでは舵角θＨの微分値θＨの符
号が前回から変化したか否かを判定する。この判定は、
舵角速度の符号、言い換えるとステアリングホイール２
の操舵方向が変化したか否か、即ち、ステアリングホイ
ール２を反転操作したか否かという判定である。θＨの
符号か変化したときはステップｓｒｓに進み、反転回数
Ｎに１を加算して、ステップＳＮに進む。

一方、ステップＳ１８でθＨの符号が変化していないと
きはそのままステップＳｈｏに進む。ステップ８２０で
は、反転回数Ｎが所定値Ｎ　ＩＩａｗ以上であるか否か
を判定する。この判定は、ステップＳ＋３及びステップ
Ｓ１７の判定と合わせて、極低速あるいは停車状態にお
いて所定時間内に／＼ンドルを反転操作する回数が所定
回数以上になったか否かという判定を行うことを意味す
る。そして、Ｎ＜Ｎｌｌ１ａＸのときはステップＳ＋６
に進み通常の電動モータ３０への給電の制御が実行され
て終了する。一方、Ｎ≧Ｎ　ｍａｘのときはハンドルの
異常操作が行われた場合でありステップＳ２１に進む。

即ち、極低速あるいは停車状態においては、通常のハン
ドル操作では舵角方向を短時間に顛繁に変えるというよ
うなことはなく、よって、上記のような場合のハンドル
の反転操作回数が所定時間内に所定回数以上になるとい
うことは異常なハンドル操作が行われていると見なすも
のである。そして、ステップＳ２＋では電動モータ３０
への供給電流値Ｉを小さな所定の電流値１　ｍｉｎに制
限して電動モータ３０に供給して終了する。

上記フローにおいて、ステップＳｌｌ、Ｓ１２及びＳ＋
６により、トルクセンサ（ハンドルトルク検出手段）４
１の出力を受け、ステアリングホイール２の操舵トルク
に応じて電動モータ３０への給電を制御する制御手段７
１′を構成している。また、ステップＳ　１３１　８　
Ｉｓ　＋　　３１９１　８２０及びＳ２＋により、車速
センサ（車速検出手段）４４及び舵角センサ（ハンドル
操作検出手段）４２の出力を受け、巾速か設定車速以下
のときに操舵に関連する信号の変化量の総和（ステアリ
ングホイール２の反転回数）が所定値以上になったとき
は、上記制御手段７１′による電動モータ３０への給電
を制限する補正手段７２′を構成している。

従って、上記変形例においては、車速■が微小な設定値
Ｖ。以下のときにステアリングホイール２の反転回数Ｎ
が所定時間内において所定値ＮｍａＸ以上になったとき
は、補正手段７２′　により制御手段７１′を補正して
電動モータ３０への給電を小さな所定の電流値Ｉ　ｎ＋
ｉｎに制限するので、極低速あるいはＰ：を車状態にお
いて、小舵角操舵を頻繁に行うなどの異常なハンドル操
作が行われたときに、電動モータ３０での電力の消費量
増大が抑制されて、バッテリ上がりやバッテリ電圧降下
などの問題発生が防止される。

尚、上記実施例において、舵角θＨの変化量θの総和θ
ｎを操舵トルクＴの絶対値の積分量の総和Ｔｎに置き換
えてもよい。また、車速か所定車速以下で且つ舵角変化
量の総和、舵角方向の反転回数の総和、操舵トルクの絶
対値の積分量の総和のうち少くとも１つの状態量の総和
が所定値以上になったときに電動モータへの給電を制限
するようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の電動式パワーステアリン
グ装置によれば、ステアリングホイールの操舵トルクを
受けて車輪を操舵するステアリング機構と、このステア
リング機構に機械的に連結され、ステアリングホイール
の操舵トルクをアシストする電動モータとを備え、ステ
アリングホイールの操舵トルクに応じて電動モータへの
給電を制御し、車速が設定車速以下のときに操舵に関連
する信号の変化量の総和が所定値以上になったときは、
電動モータへの給電を制限するようにしたので、車速が
設定車速以下のときにハンドルの異常操作をしたときに
は、電動モータでの電力の消費量増大が抑制され、バッ
テリ上がりやバッテリ電圧降下などの問題発生を防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。 第２図〜第８図は実施例を示し、第２図は全体概略構成
図、第３図はコントローラの構成図、第４図はコントロ
ーラの制御を示すフローチャート図、第５図は操舵トル
クと供給電流値との関係を示すマツプ図、第６図は舵角
の微分値と供給電流値との関係を示すマツプ図、第７図
及び第８図は車速と補正値との関係を示すマツプ図であ
る。第９図は変形例におけるコントローラの制御を示す
フローチャート図である。 ２・・・ステアリングホイール ２０・・・ステアリング機構 ３０・・・電動モータ ４１・・・トルクセンサ（ハンドルトルク検出手段）４
２・・・舵角センサ（）翫ンドル操作検出手段）４４・
・・車速センサ（車速検出手段）７１、　７１’・・・
制御手段 ７２ ７２′ ・・・補正手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステアリングホィールの操舵トルクを受けて車輪
   を操舵するステアリング機構と、このステアリング機構
   に機械的に連結され、ステアリングホィールの操舵トル
   クをアシストする電動モータと、 上記ステアリングホィールの操舵トルクを検出するハン
   ドルトルク検出手段と、 このハンドルトルク検出手段の出力を受け、ステアリン
   グホィールの操舵トルクに応じて電動モータへの給電を
   制御する制御手段と、 上記ステアリングホィールの操舵に関連する信号を検出
   するハンドル操作検出手段と、 車両の速度を検出する車速検出手段と、 上記車速検出手段及びハンドル操作検出手段の出力を受
   け、車速が設定車速以下のときに操舵に関連する信号の
   変化量の総和が所定値以上になったときは、上記制御手
   段による電動モータへの給電を制限する補正手段と 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。
2. （２）ハンドル操作検出手段で検出する操舵に関連する
   信号は、ステアリングホィールの舵角に応じた信号を含
   む請求項（１）記載の電動式パワーステアリング装置。
3. （３）ハンドル操作検出手段で検出する操舵に関連する
   信号は、舵角方向の反転回数に応じた信号を含む請求項
   （１）記載の電動式パワーステアリング装置。
4. （４）ハンドル操作検出手段で検出する操舵に関連する
   信号は、操舵トルクの絶対値の積分量に応じた信号を含
   む請求項（１）記載の電動式パワーステアリング装置。