JPH0374262A - 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セ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じると
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
じるという問題がある。そして、前記問題を解決するた
めに、モータの回転検出器から得られる舵輪回転の角速
度と車速検出器から得られる車速とに比例した値を、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抑制していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述の如き舵輪回転の角速度と車速とに
基づいて操舵補助力を減少させる制御を行う場合、前記
角速度を得るためにモータの回転位置を検出する回転検
出器が必要であるが、この回転検出器を備えることによ
り動力舵取装置が高価となるという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、モー
タの端子電圧及び駆動電流からモータの回転角速度を求
めることによって、モータの回転検出器を備えることな
く安価であ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、舵輪に加えられる操舵ト
ルクに応じて駆動される操舵補助用のモータを備えた動
力舵取装置において、前記モータの端子電圧を検出する
電圧検出手段と、前記モータの駆動電流を検出する電流
検出手段と、前記電圧検出手段及び電流検出手段の夫々
の検出結果か図において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ッ
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、ラック軸ケース２の一端部近
傍に連設したピニオン軸ケース４の内部にランク軸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図に示す如く、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」二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、ピニオン軸ケース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３ｈ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、その内輪の両側を挟持らモータ
の回転角速度を算出する回転角速度算出手段と、車速を
検出する車速検出手段と、前記回転角速度算出手段の算
出結果及び車速検出手段の検出結果に応じて前記モータ
による操舵補助力を減少させる手段とを具備することを
特徴とする。

〔作用〕

検出されたモータの端子電圧及び駆動電流からモータの
内部抵抗が求められ、端子電圧から前記内部抵抗と駆動
電流との積を減算して逆起電圧が求められる。この逆起
電圧に、モータ毎の特性として定められる逆起電圧に対
する回転角速度の比を乗算してモータの回転角速度が求
められる。求められた回転角速度と、検出された車速と
の夫々が大となるに従って操舵補助力を大きく減少させ
れば、高速走行中の操舵感覚が安定する。

〔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ｒｒ−ｎ線による拡大断面図である
。

されて下軸３ｂ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に螺合されたロンクナッロ
３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１ｉＱのチー１−ンアル（
：：ｊ　ｌｉを負１１；ｉ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が前記ラック軸ケース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、前記ランク軸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とランク軸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、ラック軸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、その歯形収面を下向きとじて大傘歯車３
１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に生じ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の付勢力によりランク軸１を押圧する
ランクガイド１２が設けてあり、ランク軸ｌは、前記噛
合位置においてランクガイド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プッシュ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
出されたランク軸１の左右両端部は、各別の摺接位置に
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に捩れが生じていない場合、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に人力
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、電磁クラッチ１６、遊星ギヤ
減速装置９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１５
．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」二軸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」二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とにてボテンシオ
メークを構成してなるものである。ピニオン軸３の上軸
３ａは舵輪の回動に応じ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ノク軸１を介
して作用しており、両輪間に介装した１・−ジョンバー
５には舵輪に加えられた操舵トルクに応した捩れが生し
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回転力の係脱を行っている
。

遊星ギヤ減速装置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
の軸心廻りに自転すると共に太陽ギヤの軸心廻りに公転
する複数個の遊星ギヤ９２．９２・・・と、これらの遊
星ギヤ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の一側に該モータ８及び電磁クラッチ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遊
星キャリヤ９３の軸心位置に嵌入５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、その歯形底面を先端側に向け
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・・・の公転に応じて回転す
るようになっている。

前記モータ８と電磁クラ、チエ６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、またラノク軸ケース
２の外側に設けたブラケット２ａに固着させである。大
傘歯車３１と小傘歯車３２との間のバンクランシ調整は
、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。

また制御部７には、前述したトルクセンサ６の出力信号
の他に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。

出結果に基づいてモータの回転角速度ωが算出され、こ
の算出結果が前記減算信号関数部７３ｂに与えられる。

前記減算信号関数部７３ｂにおいては、回転角速度ωと
減算信号Ｓｒとの関係が車速Ｖの値に応じて関数化され
ており、回転角速度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利得補償部７５ａ及び第
２利得補償部７５ｂへ与えられる。

前記第１利得補償部７５ａでは、入力される減算信号Ｓ
ｒ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Ｔｒ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
が人力トルク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、入力トルクＴと
指示電流Ｉとの関係が車速Ｖの値に応じて関数化されて
おり、入力トルクＴ及び車速■から指示電流■が求めら
れ、該指示電流■が減算器７４ｂへ与えられる。

第３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部７１ａに与えられてお
り、該位相補償部７１ａにて位相補償され、補償検出ト
ルクＴｃとして７４ａに与えられる。

また、車速検出器１８の車速検出信Ｚ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。

また、モータ８の端子電圧は後述するＩ”ＷＭ駆動回路
７２の出力側に設けられた電圧検出回路７】ｌ）によっ
て検出され、モータ８の駆動電流しよモータラインに図
示しない電流検出用抵抗を挿入してなり、電流を検出す
る電流検出回路７１ｃによって検出される。

そして前記電圧検出回路７１ｂ及び電流検出回路７１ｃ
の検出結果は夫々回転角速度算出部７１ｄに与えられ、
該回転角速度算出部７Ｍではこれらの検２ また、前記第２利得補償部７５ｂでは、人力される減算
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Ｉから減算電流Ｉ
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。

前記減算器７４ｃでは、前記電流検出回路７１ｃからの
フィードバソク信号が減ぜられ、その減算結果がＰＷＭ
　（Ｐｕｌｓｅ−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
ー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。

第４図は、車速及び舵輪の回転角速度に応じて操舵補助
力を減少させる制御の手順を示すフＩコチャートである
。

まず、ステップ１において、トルクセンサ６及び車速検
出器１８よりトルク検出信号及び車速Ｖを夫々読み込み
、電圧検出回路７１ｂ及び電流検出回路７１ｃからモー
タ８の端子電圧及び駆動電流を夫々読み込む。

次いで位相補償部７１ａにてトルク検出信号を補（Ｎ検
出トルクＴｃに変換する（ステップ２）。そして回転角
速度計算サブルーチンによってモータ８の回転角速度ω
を算出する（ステップ３）。

以下において第５図に示す回転角速度計算サブルーチン
について説明する。

まずモータ８の駆動電流検出値の平均化及びモータ８の
端子電圧検出値の平均化を行い、駆動電流平均値■。及
び端子電圧平均値■。を得る（ステップ３１．３２）。

次にステップ３３からステップ３６においてモータの内
部抵抗Ｒ４を算出する。まず、ステップ３３では、検出
された電流の値が小さい場合は不安定な値しか検出しな
いため、前述した如き駆動電流平均値ＴＨが所定値以上
であるか否かを判断し、所定値以上である場合には、ス
テップ３４に進み、所定値以上でない場合には、検出誤
差が大となるので、内部抵抗の演算を実施しないでステ
・ノブ３７に５ を求める（ステップ３７）。

Ｖｃ　＝ＶＭ　　　ＩＭ　　−ＲＴＩ　　　　　・・・
（３）逆起電圧Ｖ６が算出されると、下記（４）式に示
す如く逆起電圧Ｖ６にモータ毎の特性として定められる
逆起電圧Ｖ６に対する回転角速度の比であるモータ発電
定数に９を乗算してモータ８の回転角速度ωを求める（
ステノブ３８）。

ω−に、　　・Ｖ６　　・・・（４） 次に第４図に戻って説明する。

ステップ４では、減算信号関数部７３ｂにおいて入力さ
れる車速Ｖ及び回転角速度ωから減算信号Ｓｒを算出し
、第１利得補償部７５ａ及び第２利得補償部７５ｂへ出
力する。

なお、減算信号関数部７３ｂでは、第７図に示すように
減算信号Ｓｒは回転角速度ωの増加に比例して増加し、
この比例関係は車速ＶＩ、ｖｚ、　Ｖｆｆ　（但しＶ＋
　＜　Ｖ２　＜　Ｌ＋）に依存し、車速Ｖが速くなるに
従って、人力される回転角速度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■及び回転角速度ωが大きくなる進む。ステ
ノブ３４では、モータ回転による検出誤差を防ぐために
、前述した如き端子電圧平均値Ｖ。

が所定値以下であるか否かを判断し、所定値以下である
場合には、ステップ３５に進み、所定値以下でない場合
には、モータ回転による逆起電圧が多く含まれているた
めにモータ内部抵抗Ｒ４の算出をせずにステップ３７に
進む。

次にステップ３５においては、下記（１）式により前記
駆動電流平均値■４と端子電圧平均値Ｖ８とからモータ
８の内部抵抗の瞬時値ｒを算出する。

ｒ　”’　Ｖ＋　／　Ｉ　ｓ　　　　　・・・（ｔｌ内
部抵抗の瞬時値ｒが算出されると、それを下記（２）式
に示す如く時間に対して積分演算し、モータ８の内部抵
抗ＲＮを求める（ステノブ３６）。

ｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｍ但し、ｍ：
積分時定数 そして内部抵抗Ｒ４が算出されると、下記（３）式％式
％ び駆動電流検出値馬からモータ８の逆起電圧■６６ に従って大きくなる。そして、第１利得補償部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利得補償部７５ｂにて減算信号Ｓｒを所定倍して
減算電流［ｒを求める。

次にステップ５では減算器７４ａにおいて補償検出トル
クＴｃから減算トルクＴｒを減算し、人力トルクＴを求
める。

ステップ６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Ｉを生成する
。この指示電流１の決定方法を第６図に示す。

第６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Ｉを、また横軸に入力トルクＴをとっている。前記
横軸の人力トルクＴの正側は右操舵の場合の人力トルク
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、負側は左操舵の回転をさせる電流を示す
。さらに−点鎖線は車速Ｖ、、　Ｖ２．　ｖ、ｌ・・・
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）への操舵の入力トルクＴが不感帯−Ｄ−Ｄ
の範囲を超えた場合、人力トルクＴの増加に従ってモー
タ８の指示電流■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、入力トルクＴが低トルク設定値
−Ｔｓ−Ｔｓ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、これを超えると人力トルクＴ
と指示電流■との関係は車速Ｖ＋、Ｖｚ、Ｖｉ・・・（
但しν、＜ｙ２＜Ｖ３）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１が小さくなるよ
うになっている。

そして減算器７４ｂにて指示電流Ｉから前記減算電流１
ｒを減算しくステップ７）、減算後の指示電流１によっ
てモータ８を駆動する（ステップ８）。

この指示電流Ｉを減少させることは、指示電流関数部７
３ａにおいて前記入力トルクＴが不感帯内にある場合に
操舵トルク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９ 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。

〔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
、モータの端子電圧及び駆動電流からモータの回転角速
度を求めるため、モータの回転検出器を備える必要がな
く、安価であ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図は制御部の構成及び動作を示すブロノク線
図、第４図は走行速度及びモータの回転角速度に応じて
操舵補助力を減少させる制御の手順を示すフローチャー
ト、第５図は回転角速度計算サブルーチンのフローチャ
ート、第６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、第７図は減算信号関数
部での減算信号と回転角速度との関係の特性を示すグラ
フである。 われず、舵輪操作によるトルクである人力Ｉ・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ｒＢ　４＋Ｆ外よりも小さいため、指示電
流Ｉの減算効果が大きいからである。しかし、指示電流
Ｉから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
から減算トルクＴ「を減算することにより不感帯外の減
算効果を大きくする。これは、指示電流■を生成する以
前に補償検出トルクＴｃから減算トルクＴｒを減算する
と、人力トルク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、入力ト
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利得補償部７５ａ及び第２利得補償
部７５ｂの夫々の利得を調節０ ６・・・トルクセンサ　　８・・・モータ１８・・・車
速検出器　　　７１ｂ・・・電圧検出回路７１ｃ・・・
電流検出回路　７１’ｄ・・・回転角速度算出部７３ｂ
・・・減算信号関数部 特　許　出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、舵輪に加えられる操舵トルクに応じて駆動される操
   舵補助用のモータを備えた動力舵取装置において、 前記モータの端子電圧を検出する電圧検出手段と、 前記モータの駆動電流を検出する電流検出手段と、 前記電圧検出手段及び電流検出手段の夫々の検出結果か
   らモータの回転角速度を算出する回転角速度算出手段と
   、 車速を検出する車速検出手段と、 前記回転角速度算出手段の算出結果及び車速検出手段の
   検出結果に応じて前記モータによる操舵補助力を減少さ
   せる手段と を具備することを特徴とする動力舵取装置。