JPH0374260A - 動力舵取装置 - 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〕 本発明は舵輪操作に要する力をモータの回転力により補
助する電動式の動力舵取装置（パワーステアリング）に
関する。

〔従来技術〕

舵輪に加えられた操舵トルクを検出し、この検出トルク
が所定の不感帯を超える場合に、前記検出トルクに比例
した駆動電流を操舵補助用のモータに通流させて該モー
タを駆動し、自動車の操舵に要する力を該モータの回転
力により補助せしめ、運転者に快適な操舵感覚を提供す
る電動式の動力舵取装置が開発されている。

このような動力舵取装置においては、高速走行時の操舵
補助力が大きい場合、操舵感覚にふらつき感を感しると
共にモータの慣性力に起因する操舵感覚の不自然さを感
しるという問題がある。そして、前記問題を解決するた
めに、舵輪回転の角速度及び車速に比例した値を、モー
タに通流される駆動電流の目標値から減算することによ
り操舵補助力を減少させる制御を行い、操舵感覚のふら
つき感及び不自然さを印刷していた。

この制御は、舵輪に与えられる入力トルクに操舵補助力
を加えた出力トルクを、前記入力トルクの大きさに関わ
らず、−様に減少させる。即ち所定の出力トルクを得る
ために必要とされる入力トルクを増加させるものである
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した如き従来の動力舵取装置におい
て、前記入力トルクと出力トルクとの関係は、前記不感
帯内では、人力トルクに操舵補助力が加えられないため
入力トルクと出力トルクとが等しく、また不感帯外では
、入力トルクに操舵補助力が加えられるため入力トルク
に対する出力トルクの比が不感帯内より大きい。このた
め、前記制御を行った場合、所定の出力トルクを得るた
めに必要とされる入力トルクの増加量は、入力トルクが
不感帯内にある場合より不感帯外にある場合の方が小さ
くなる。このように不感帯の内外で前記入力トルクの増
加量が異なるために、前記制御による制動効果が不連続
になり操舵感覚に不連続感が生しるという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、舵輪
に与えられるトルクの検出値及び操舵補助用のモータ電
流の目標値の夫々から、舵輪回転の角速度及び車速に応
して各別に定められる値を減算することにより、操舵感
覚の不連続感を抑制する動力舵取装置を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る動力舵取装置は、舵輪の回動角度を検出す
る舵角検出手段と、検出された回動角度に基づき前記舵
輪の角速度を検出する角速度検出手段と、車速を検出す
る車速検出手段と、前記舵輪に加えられる操舵トルクを
検出するトルクセンサと、検出された操舵トルクに応じ
た電流により駆動される操舵補助用のモータとを備えた
動力舵取装置であって、前記角速度検出手段及び車速検
出手段の夫々の検出結果に応じた値を、検出された操舵
トルクから減算する手段と、前記角速度検出手段及び車
速検出手段の夫々の検出結果に応じた値を、前記電流か
ら減算する手段とを具備することを特徴とする。

〔作用〕

操舵トルクの検出結果と、該検出結果に応して定められ
るモータを駆動する電流との夫々に対して、角速度検出
手段及び車速検出手段の夫々の検出結果が大となるに従
って大となるべく各別に定められた値を、前記操舵トル
クの検出結果と前記電流とから夫々減算する。

これによって所定の操舵量に必要とされる操舵トルクを
増加させ、高速走行時のふらつき感を抑制するのである
が、前記電流から所定値の減算を行うと、操舵補助時の
所定操舵量に必要とされる操舵トルクの増加量が、非操
舵補助時の操舵トルクの１曽加量よりも小さい。それで
、操舵補助時と非操舵補助時とにおける操舵トルク増加
量の差異を減少させるために、操舵補助時の所定操舵量
に必要とされる操舵トルクの増加のみを行わせる操舵ト
ルクの検出結果の減算を行う。これにより、高速走行特
における操舵の不連続感を抑制できる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は本発明に係る動力舵取装置の一部破断正面図
、第２図は第１図のｍ−ｒｉ線による拡大断面図、第３
図は回転検出器の構造を示す第１図の■−■線による拡
大断面図である。

図において１はランク軸であり、長平方向を左右方向と
して車体の一部に固設され筒状をなすランク軸ケース２
にこれと同心をなして内挿されている。また３はピニオ
ン軸であり、ランク軸ケース２の一端部近傍に連設した
ピニオン軸ケース４の内部にラック軸１に対してその軸
心を斜交させた状態に軸支されている。

該ピニオン軸３は、第２図に示す如（、トーションバー
５を介して同軸上に連結された上軸３ａと下軸３ｂとか
らなり、上軸３ａは玉軸受４０によりピニオン軸ケース
４内に支承され、その上端部を図示しないユニバーサル
ジヨイントを介して舵輪に連動連結しである。また下軸
３ｂは、ビニオン軸ケス４の下側開口部からその下部を
適長突出させた状態で、上端部近傍位置を４点接触玉軸
受４１によりビニオン軸ケース４内に支承されている。

前記４点接触玉軸受４１は、下軸３ｂの下端部側からこ
れに外嵌され、下軸３ｂの上端部近傍に形成した段部と
、下端部側から外嵌され外周面にかしめて固定されたカ
ラー４２とにより、その内輪の両側を挾持されて下軸３
ｂの外側に軸長方向に位置決めされた後、下軸３ｂと共
に前記下側開口部からピニオン軸ケース４に内嵌され、
該ケース４の下部に形成された環状肩部と、前記開口部
から該ケース４に螺合されたロノクナソト４３とにより
、その外輪の両側を挾持されてピニオン軸ケース４の内
側に軸長方向に位置決めされ、下軸３ｂに作用するラジ
アル荷重及び両方向のスラスト荷重を負荷する。

ピニオン軸ケース４から突出された前記下軸３ｂの中途
部には、その軸長方向に適宜の長さに亘るピニオン歯３
０が形成されており、該ピニオン歯３０は、ピニオン軸
ケース４が前記ランク軸ケース２の上側に固定ボルト４
４により固着された場合に、該ランク軸ケース２の内部
において、前記う・ノク軸１の一端部寄りの位置に軸長
方向に適長に亘って形成されたランク歯１０に噛合し、
下軸３ｂとラノク軸１とを互いの軸心を斜交させた状態
で係合せしめている。前記下軸３ｂは、ラノク軸１との
係合位置よりも更に下方に延長され、その下端部には、
これと同軸をなし、その歯形成面を下向きとして大傘歯
車３１が嵌装されており、該大傘歯車３１を囲繞する態
様にてランク軸ケース２の下側に連設された傘歯車ハウ
ジング２０内に針状ころ軸受３３により支承せしめであ
る。従って下軸３ｂは、前記４点接触玉軸受４１と針状
ころ軸受３３とによりランク歯１０とピニオン歯３０と
の噛合位置の両側において支承されることになり、該噛
合位置において下軸３ｂに生しる撓み量は所定の許容範
囲内に保たれる。

更にランク歯１０とピニオン歯３０との噛合位置には、
これらが隙間なく噛合されるように、ピニオン軸３に向
かう押しばね１１の付勢力によりラノク軸１を押圧する
押圧子１２が設けてあり、ラノク軸１は、前記噛合位置
において押圧子１２と下軸３ｂとにて半径方向両側から
挾持された状態で支承されると共に、ピニオン軸ケース
４との連設位置と逆側のランク軸ケース２の端部に内嵌
した軸受ブ・ノシュ１３により支承されており、ランク
軸ケース２の内部においてその軸長方向に移動自在とな
っている。ランク軸ケース２の両側に夫々突出されたラ
ノク軸１の左右両端部は、各別の玉継手１４．１４を介
して、図示しない左右の車輪に夫々連なるタイロッド１
５．１５に連結されており、ランク軸１の軸長方向への
移動により車輪が左、右に舵取りされるようになってい
る。

第２図中の６は、舵輪に加えられる操舵トルクを検出す
るトルクセンサであり、前記上軸３ａに外嵌されこれと
共に回動し、その下側端面に上軸３ａの軸心を中心とす
る環状の抵抗体を形成してなる抵抗体保持部材６０と、
前記下軸３ｂに外嵌されこれと共に回動し、その上側端
面に前記抵抗体上の半径方向の一点に摺接する検出子を
形成してなる検出子保持部材６１とにてポテンシオメー
タを構成してなるものである。ピニオン軸３の上軸３ａ
は舵輪の回動に応してその軸心廻りに回動するが、下軸
３ｂには車輪に作用する路面抵抗がランク軸１を介して
作用しており、両軸間に介装したトーションバー５には
舵輪に加えられた操舵トルクに応じた捩れが生しる。ト
ルクセンサ６は、該トーションバー５の捩れに伴って上
軸３ａと下軸３ｂとの間に生しる周方向の相対変位を前
記検出子と抵抗体との摺接位置に対応する電位として出
力するものであり、トーションバー５に捩れが生してい
ない場合、換言すれば舵輪操作がなされていない場合に
所定の基準電位を出力するように初期調整されている。

トルクセンサ６の出力信号は時系列的に制御部７に入力
されており、制御部７はこの信号を前記基準電位と比較
して前記操舵トルクの方向及びその大きさを認識し、後
述する如く配設された操舵補助用のモータ８に駆動信号
を発する。

操舵補助用のモータ８は、電磁クラソヂ１６、遊星ギヤ
減速装Ｗ９及び前記大傘歯車３１に噛合するこれよりも
小径の小傘歯車３２を介して前記下部軸３ｂにその回転
力を伝達するものである。

電磁クラッチ１６は円環状をなし、モータ８の中間ケー
ス８１に固着されたコイル部１６１　と、モータ８の回
転軸８０の一側にこれと同軸をなして外嵌され、該回転
軸８０と共に回転する主動部１６２と、円板状をなし該
主動部１６２と対向し、コイル部１６１への通電による
電磁力により主動部１６２と係着する係脱部１６３とか
ら構成されており、モータ８の回転力の係脱を行ってい
る。

ｔｉＮギヤ減速装置９は係脱部１６３に内嵌し、回転す
ると共に太陽ギヤを有し、その一端を主動部に内嵌され
た軸受に支承され、他端を後述する遊星キャリア９３に
内嵌された軸受に支承された太陽軸９０と、前記モータ
８のケーシング端面８２に回転軸８０と同軸をなして固
着された円環状をなす外環９１と、該外環９１の内周面
及び前記太陽軸９０の太陽ギヤ外周面に夫々転接し、各
別の軸心側りに自転すると共に太陽ギヤの軸心側りに公
転する複数個の遊星ギヤ９２．９２・・・と、これらの
ｉｚギヤ９２．９２・・を夫々軸支する遊星キャリヤ９
３とから構成され、前記モータ８よりも小なる外径を有
し、回転軸８０の一例に該モータ８及び電磁クラフチ１
６と一体化されている。遊星ギヤ減速装置９の出力軸９
４は、モータ８の回転軸８０と同軸上に位置する前記＊
星キャリヤ９３の軸心位置に嵌入、固定され、ケーシン
グの外部に適長突出させである。該出力軸９４の先端部
には前記小傘歯車３２が、その歯形成面を先端側に向け
て嵌装されており、該小傘歯車３２は、出力軸９４と共
に前記遊星ギヤ９２．９２・・・の公転に応して回転す
るようになっている。

前記モータ８と電磁クラフチ１６と遊星ギヤ減速装置９
とは、これらの軸心がランク軸１の軸心と略平行をなし
た状態で、小傘歯車３２を内側として前記傘歯車ハウジ
ング２０に内嵌され、該ハウジング２０の内部において
前記小傘歯車３２が前記下部軸３ｂの下端部に嵌装され
た大傘歯車３１に噛合させてあり、またランク軸ケース
２の外側に設けたブラケソ）２ａに固着させである。大
傘歯車３１と小傘歯車３２との間のハソクラソシ調整は
、遊星ギヤ減速装置９を傘歯車ハウジング２０に内嵌す
る際に、遊星ギヤ減速装置９のケーシングと傘歯車ハウ
ジング２０との突合せ部に介装するシムの厚さ及び／又
は枚数を変更することにより容易に行い得る。

またモータ８の回転軸８０の他側にはモータ８の１ 回転位置を検出する回転検出器１７が設けられ、該回転
検出器１７はモータ８の回転軸８０の他側に外嵌された
円板状をなし、Ｎ極、Ｓ極を各２極有する磁石板１７０
と、その周囲に所定の取付角度β（本実施例ではβ＝１
３５°をなし取付けられた２つのり−ドスイノチ１７Ｌ
　１７１とから構成される。第４図は回転検出器の出力
波形を示す波形図である。

２つのリードスイッチ１フＬ１フ１は取付角度βを１３
５゜となし取付けられているので出力波形は９０度位相
がずれて出力される。これが１回転で各々４波形出力さ
れるのでその立上がりと立下りとを検出することにより
この回転検出器１７は１回転の１／１６の分解能を有す
ることとなる。

この回転検出器１７は、タコジェネレーク等の従来の回
転検出器と比べ、回転数Ｏから検出可能でありロータの
相対位置が検出できる。

またフォトインクラブタ型のロータリエンコーダに比べ
小型であり、高温に対しても強く、経年変化が少なく価
格も安くなる。さらに出力波形がパルス出力となるので
マイクロコンビスータ等の２ ｃｐυに簡単にその検出結果が取り込める。

また制御部７には、前述したトルクセンサ６の出力信号
のほかに回転検出器１７の出力信号及び車速を検出する
車速検出器１８の出力信号が入力されており、ここで後
述する制御がなされモータ８を駆動する駆動信号が出力
される。

次に制御部７での制御について説明する。

第５図は制御部の構成及び制御動作をしめずブロソク線
図である。

トルクセンサ６のトルク検出信号は、その位相を進め、
系を安定化するための位相補償回路７１ａに与えられて
おり、該位相補償回路７１．ａにて位相補償され、補償
検出トルクＴｃとして減算器７４ａに与えられる。また
、車速検出器１８の車速検出信号は、後述するモータ８
の指示電流Ｉを生成する指示電流関数部７３ａ及び前記
トルク検出信号及び指示電流Ｉの値を減算すべく減算信
号Ｓｒを生成する減算信号関数部７３ｂに夫々与えられ
る。そして、回転検出器１７の回転検出信号は、角速度
検出回路７１ｂに与えられており、該角速度検出四１７
１ｂにて微分演算され、角速度ωとして減３Ｉ信号関数
部７３ｂに与えられる。

前記減算信号関数部７３ｂにおいては、角速度ωと減算
信号Ｓｒとの関係が車速Ｖの値に応して関数化されてお
り、角速度ω及び車速Ｖから減算信号Ｓｒが求められ、
該減算信号Ｓｒを第１利得補償回路７５ａ及び第２利得
補償回路７５ｂへ与えられる。前記第１利得補償回路７
５ａでは、入力される減算信号Ｓｒを所定倍することに
より前記補償検出トルクＴｃから減算する減算トルクＴ
ｒが算出され、この算出結果が前記減算器７４ａに与え
られる。

減算器７４ａでは、入力される補償検出トルクＴｃから
減算トルクＴｒを減算する演算が行われ、この減算結果
が入力トルクＴとして指示電流関数部７３ａに与えられ
る。指示電流関数部７３ａにおいては、人力トルクＴと
指示電流■との関係が車速Ｖの値に応して関数化されて
おり、入カトルクＴ及び車速Ｖから指示電流ｌが求めら
れ、該指示電流Ｉが減算器７４ｂへ与えられる。

また、前記第２利得補償回路７５ｂでは、入力される減
算信号Ｓｒを所定倍することにより前記指示電流Ｉから
減算する減算電流１ｒが算出され、この算出結果が前記
減算器７４ｂへ与えられる。

減算器７４ｂでは入力される指示電流■から減算電流１
ｒを減算する演算が行われ、この減算結果が減算器７４
ｃに与えられる。

該減算器７４ｃでは、前記減算結果からモータラインに
図示しない電流検出用抵抗を挿入してなり、モータ８の
消費電流を検出する電流検出回路７１ｃからのフィード
バンク信号が減ぜられ、その減算結果がＰＷＭ　（Ｐｕ
ｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅
変調）駆動回路７２を介してモータ８に与えられる。

この電流検出回路７１ｃは、モータのフライホイル電流
も含めた電流検出を行うように構成されており電流ルー
プは安定する。

次に動作について説明する。

第６図は、車速及び舵輪の回転速度に応して操舵力を減
少させる制御の手順を示すフローチャートである。

まず、ステップ１において、トルクセンナ６゜５ ６ 回転検出器１７及び車速検出器１８よりトルク検出信号
１舵輸の回転速度及び車速Ｖを夫々読み込む。

次いで位相補償回路７１ａにてトルク検出信号を補償検
出トルクＴｃに変換し、角速度検出回路７１ｂにて舵輪
の回転速度から舵輪の回転の角速度ωを算出する（ステ
ップ２）。そしてステップ３では、減算信号関数部７３
ｂにおいて人力される車速Ｖ及び角速度ωから減算信号
Ｓｒを算出し、第１利得補償回路７５ａ及び第２利得補
償回路７５ｂへ出力する。

第７図は、減算信号関数部７３ｂでの減算信号Ｓｒと角
速度ωとの関係の特性を示すグラフであり、減算信号Ｓ
ｒは角速度ωの増加に比例して増加し、この比例関係は
車速Ｖ１、　Ｖ２＋　Ｖ、　（但しｙ、＜Ｖ２＜　Ｖ：
＋）に依存し、車速Ｖが速くなるに従って入力される角
速度ωに対する減算信号Ｓｒの比が大となるようになっ
ている。このため、減算信号Ｓｒは車速Ｖ及び角速度ω
が大きくなるに従って大きくなる。そして、第１利得補
償回路７５ａにて減算信号Ｓｒを所定倍して減算トルク
Ｔｒを求め、また第２利得補償回路７５ｂにて減算信号
Ｓｒを所定倍して減算電流１ｒを求める。

次にステップ４では減算器７４０において補償検出トル
クＴｃから減算トルクＴｒを減算し、入力トルクＴを求
める。

ステップ５では、指示電流関数部７３ａにおいて人力ト
ルクＴ及び車速Ｖからモータ８の指示電流■を生成する
。この指示電流Ｉの決定方法を第８図に示す。

第８図は指示電流関数部７３ａでの指示電流Ｉと入力ト
ルクＴとの関係の特性を示すグラフであり、縦軸に指示
電流■を、また横軸に入力トルクＴをとっている。前記
横軸の入力トルクＴの正側は右操舵の場合の入力トルク
Ｔを示しており、負側は左操舵の入力トルクＴを示す。

また指示電流Ｉの正側はモータ８に右操舵の回転をさせ
る電流を示し、負側は左操舵をさせる電流を示す。さら
に−点鎖線は車速Ｖ、、　Ｖ２．　Ｖ３・・・により異
なる前記特性を示している。

また、−Ｄ−Ｄは不感帯を示しており、舵輪操作により
右（又は左）への操舵の人力トルクＴが不感帯−Ｄ−Ｄ
内の範囲を超えた場合、入力トルクＴの増加に従ってモ
ータ８の指示電流Ｉは増加し、モータ８による操舵補助
力は増加する。この場合、人力トルクＴが低トルク設定
値−ＴｓｘＴｓに達するまでは入力される車速Ｖとは無
関係に指示電流Ｉが増加し、これを超えると入力トルク
Ｔと指示電流■との関係は車速Ｖ、、　Ｖ、、　Ｖｌ・
・（但しＶ＜ｖ２〈ν３）に依存し、車速か大きくなる
につれて入力トルクＴに対する指示電流■が小さくなる
ようになっている。

そしてステップ６においては、減算器７４ｂにて指示電
流【から前記減算電流１ｒを減算する。そして、この減
算後の指示電流■にてモータ８を駆動する（ステップ７
）。前記指示電流■から減算電流１ｒを減算することは
、指示電流関数部７３ａにおいて前記入力トルクＴが不
惑帯内にある場合は入力トルクＴが不感帯外にある場合
よりも、操舵トルクの増加量を大きくすることに効果が
ある。これは、前記不感帯内では、操舵補助が行われず
、舵輪操作によるトルクである入力トルクＴに対する実
際に舵取装置に与えられるトルクである出力トルクの比
が不感帯外よりも小さいため、指示電流■の減算効果が
大きいからである。しかし、指示電流Ｉの減算だけでは
不感帯内の減算効果が不感帯外より大きく、操舵感覚に
不連続感が感しられるため、指示電流関数部７３ａの上
流側において補償検出トルクＴｃを減算することにより
不感得外の減算効果を大きくし操舵トルクの増加量を高
める。これは、指示電流Ｉを生成する以前に１ｎ１償検
出トルクＴｃを減算すると、入力トルクＴが不感帯内に
ある場合には指示電流が零であるため指示電流に対する
減算効果がなく、入力ｉ・ルクＴが不感帯外にある場合
のみに効果があるからである。

このように操舵トルクの増加に対して減算電流Ｉｒは入
力トルクＴが不感帯内にある場合に有効であり、一方減
算トルクＴｒは入力トルクＴが不感帯外にある場合に有
効であるため、第１利得補償回路７５ａ及び第２利得補
償回路７５ｂの夫々の利得を調節すれば、高速走行時の
出力トルクの減算制御における不連続感を抑制すること
ができる。

９ ０ （効果〕 以上詳述した如く本発明に係る動力舵取装置においては
、舵輪に与えられるトルクの検出値及び操舵補助用のモ
ータ電流の目標値の夫々から、舵輪回転の角速度及び車
速に応して各別に定められる値を減算するため、高速走
行時の操舵感覚の不連続感を抑制することができる等本
発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る動力舵取装置の一実施例を示す一
部破断正面図、第２図は第１図のｎ−ｎ線による拡大断
面図、第３図は回転検出器の構造を示す第１図の■−■
線による拡大断面図、第４図は回転検出器の出力波形を
示す波形図、第５図は制御部の構成及び動作を示すブロ
ソク線図、第６図は走行速度及び舵輪の回転速度に応じ
て操舵力を減少させる制御の手順を示すフローチャート
、第７図は減算信号関数部での減算信号と角速度との関
係の特性を示すグラフ、第８図は指示電流関数部での指
示電流と入力トルクとの関係の特性を示すグラフである
。 ６・・・トルクセンサ　　８・・・モータ１７・・・回
転検出器　　　　１８・・・車速検出器７１ｂ・・・角
速度検出回路　７３ａ・・・指示電流関数部７３ｂ・・
・減算信号関数部　７５ａ・・・第１利得補償回路７５
ｂ・・・第２利得補償回路 特　許　出願人　　光洋精工株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、舵輪の回動角度を検出する舵角検出手段と、検出さ
   れた回動角度に基づき前記舵輪の角速度を検出する角速
   度検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記舵
   輪に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   検出された操舵トルクに応じた電流により駆動される操
   舵補助用のモータとを備えた動力舵取装置であって、 前記角速度検出手段及び車速検出手段の夫々の検出結果
   に応じた値を、検出された操舵トルクから減算する手段
   と、 前記角速度検出手段及び車速検出手段の夫々の検出結果
   に応じた値を、前記電流から減算する手段と を具備することを特徴とする動力舵取装置。