JPH0415172A - 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係り、更に
詳しくは、前輪舵角センサの出力に応じて制御されるア
シストモータの回転駆動力によりステアリングシャフト
を駆動してハンドル操舵力を補助（アシスト）する電動
式パワーステアリング装置に関する。

［背景技術］ 従来、乗用車等においては、ハンドル入力軸とトルク伝
達軸の間に設けられたトーションバー式トルクセンサの
出力に応じて、アシストモータの電流量を制御し、ハン
ドル操舵力をアシストする力を制御する方式の電動式パ
ワーステアリング装置が比較的多く採用されている。

第６図に、この種のパワーステアリング装置（車速感応
型）５０を装備した車輌が示されている。

第６図において、パワーステアリング装置５０は、車体
１００の前部に装備されている。

このパワーステアリング装置５０は、一端にハンドル（
ステアリングホイール）５１を有するステアリングシャ
フト５２（ハンドル入力軸）と、このステアリングシャ
フト５２の他端に図示しないユニバーサルジヨイントを
介して連結されたトルク伝達軸５３と、このトルク伝達
軸５３からの伝達トルクによりタイロッド５４を介して
左右前輪５５Ａ、５５Ｂを操舵するステアリングギヤ部
６０とを備えている。

この内、ステアリングシャフト５２は、ステアリングコ
ラム５６により回転自在に支持され、該ステアリングシ
ャフト５２のステアリングコラム５６内の部分には図示
しないトーションバーが装備されている。また、ステア
リングコラム５６のハンドル５１と反対側の端部には、
前記トーションバーのねじれ角を検出するステアリング
センサ５７が設けられている。また、ステアリングシャ
フト５２とトルク伝達軸５３との連結部近傍には、ギヤ
ボックス５９内に装備された減速機構部（図示せず）を
介してその回転力によりステアリングシャフト５２を回
転駆動してハンドル５１の操舵力をアシスト（補助）す
るアシストモータ５８が装備されている。

ステアリングギヤ部６０は、トルク伝達軸５３の回転運
動をタイロッド５４の往復運動に変換する一種の減速機
構で、最も一般的には、ラックアンドビニオン機構が使
用され、この場合、ビニオンの歯数がステアリングギヤ
・レシオとなる。

更に、この従来例では、アシストモータ５８のモータ電
流を制御する制御部としてのコントローラ７０が設けら
れている。このコントローラ７０は、車速センサ（スピ
ードメータ）６５と、ステアリングセンサ５７の出力信
号に基づいて、所定の演算（ステアリングセンサ出力に
よるハンドル操舵トルクの演算、速度に応じたアシスト
力の算出等）を行いアシストモータ５８のアシスト力の
大きさと方向を決定し、当該モータ電流値を制御するよ
うになっている。

第６図において、符号８０は電源としてのパンテリを示
す。

上述のように構成されたパワーステアリング装置５０で
は、コントローラ７０に制御されてアシストモータ５８
が回転し、この回転力に応じて減速機構部を介してステ
アリングシャフト５２が回転させられ、このようにして
ハンドル５１の操舵力がアシストされるようになってい
る。

第７図は、この場合のトルクとモータ電流との関係を示
すトルク−電流制御曲線である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例においては、トーションバー
やトーションバーのねじれを検出するステアリングセン
サ等からなるトルク検出機構部の構造が複雑なため取付
けが難易であり、しかもその複雑さのため不具合が生じ
易く、更には当該トルク検出機構部が高価である等の不
都合があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、とくに、構造が簡単で且つ安価に供給し得るとともに
、車速に応じたパワーアシストを実現し得る電動式パワ
ーステアリング装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、ハンドル入力軸と、このハンドル入力軸に連
結されたトルク伝達軸と、当該トルク伝達軸からの伝達
トルクにより左右前輪を操舵するステアリングギヤ部と
を有している。また、ハンドル入力軸とｌ・ルク伝達軸
の連結部に、減速機構部を介してその回転力によりハン
ドルの操舵力をアシストするアシストモータを装備して
いる。更に、左右前輪の操舵角を検出する舵角センサと
、当該車輌の車速を検出する車速センサと、当該両セン
サの出力に基づきアシストモータを制御する制御部とを
備えている。そして、この制御部が、舵角センサの出力
値の２階微分値とアシストモータに流れる現在の電流値
とに基づきハンドルを切るに必要な力の理論値を繰り返
し算出し、該算出された各力と車速センサの出力値とに
応じて予め定められた基準に従いアシストモータの電流
値を連続的に変化せしめる制御機能を有している、とい
う構成を採っている。これによって、前述した目的を達
成しようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第５図に基づい
て説明する。

ここで、前述した従来例と同一の構成部分については同
一の符号を用いることとする。

この実施例のパワーステアリング装置１０は、第１図に
示すように車体１００の前部に装備されている。

このパワーステアリング装置１０は、一端にハンドル５
１を有するハンドル入力軸としてのステアリングシャフ
ト１と、このステアリングシャフト１の他端にユニバー
サルジヨイント１１（第２図参照）を介して連結された
トルク伝達軸５３と、このトルク伝達軸５３からの伝達
トルクによりタイロッド５４（及び図示しないナックル
アーム）を介して左右前輪５５Ａ、５５Ｂを操舵するス
テアリングギヤ部６０とを備えている。

この内、ステアリングシャフト１は、ステアリングコラ
ム２に回転自在に支持されている。また、ステアリング
シャフト１とトルク伝達軸５３との連結部近傍には、図
示しない減速機構部を介してその回転力によりステアリ
ングシャフト１を回転駆動してハンドル５１の操舵力を
アシスト（補助）するアシストモータ５８が装備されて
いる。

前記減速機構部はステアリングシャフト１とトルク伝達
軸５３の連結部近傍に設けられたギヤボックス５９内に
収納されている。この減速機構部は、モータ側の回転を
ステアリングシャフト１に減速して伝達するとともに、
ハンドル側のトルクをモータ側に伝えることなく、該ハ
ンドル入力トルクによりトルク伝達軸５３を回動せしめ
ることを可能とする構造のものが使用される。本実施例
では、ステアリングシャフトｌは第１図に示す如く中間
部が幾分大径に形成されるとともに、そのハンドル５１
と反対側の小径部部分は、ギヤボックス５９内部に収納
されている。このギヤボックス５９内部の小径部部分に
は、その内径が該小径部より幾分大きく形成された管状
部材（図示せず）が装備されている。この管状部材の外
周部に図示しないウオーム・ホイールが一体的に固定さ
れ、このウオーム・ホイールにアシストモータ５８の出
力軸に一体的に装着されたウオーム（図示せず）が噛合
している。更に、管状部材とステアリングシャフト１と
の間には、アシストモータ５８が作動している時のみウ
オーム・ホイールの回転をステアリングシャフトに伝達
するクラッチ（図示せず）が装備されている。そして、
これらウオーム・ホイール、ウオーム、クラッチ等によ
り減速機構部が構成されている。このため、本実施例で
は、アシストモータ５８（の出力軸）の回転が減速機構
部により減速されてステアリングシャフト１に伝達され
、該ステアリングシャフト１がアシストモータ５８の回
転方向に応じて所定方向に回転させられるようになって
いる。この一方、アシストモータ５８が作動しない場合
には、クラッチが切れているため、ハンドル入力トルク
により、トルク伝達軸を回転させ得るような構成となっ
っている。

ステアリングギヤ部６０としては、第２図に示すように
、トルク伝達軸５３に一体的に装備されたビニオン６１
と、このビニオン６１に噛合するランク６２とからなる
ラックアンドビニオン機構が用いられている。ここで、
ラック６２は、左右前輪５５Ａ、５５Ｂに連結されたタ
イロッド５４に一体的に装備されている。このため、ト
ルク伝達軸５３が回転すると、その回転がステアリング
ギヤ部６０により減速されてタイロッド５４に伝達され
、該タイロッド５４が第２図の矢印Ｘ−Ｘ゛方向に往復
運動するようになっている。トルク伝達軸５３の下端に
は該トルク伝達軸５３の基単点からの回転角θ、即ち左
右前輪５５Ａ、５５Ｂの操舵角を検出するとともに、検
出角に対応する電圧信号■（θ）を出力する舵角センサ
としてのポテンショメータ３が装備されている。

このポテンショメータ３は制御部としてのコントローラ
４に接続されている。このコントローラ４には、車速セ
ンサ（スピードメータ）６５及びアシストモータ５８が
接続されている。そして、このコントローラ４は、両セ
ンサ３．６５の出力を取り込み、これに基づいて後述す
るようにしてアシストモータ５８のモータ電流を制御す
るようになっている。

第１図において、符号８０は電源としてのバッテリを示
す。

次に、上述のように構成されたパワーステアリング装置
ｘｏのパワーアシストの原理について、第２図を参照し
つつ、第３図のブロックダイヤラムに基づいて説明する
。

この第３図において、符号５で示す点線で囲まれた部分
は、機構部（ステアリングシャフト１゜アシストモータ
５８．減速機構部、ステアリングギヤ部６０等を含んで
構成される）を伝達関数表示したものである。また、符
号４で示す二点鎖線で囲まれた部分は、コントローラの
制御系を伝達関数表示したものである。

この図より、機構部の出力であるポテンショメータ３の
検出角θと、入力であるアシストモータ５８を流れる電
流値Ｉとの間には、次式■の関係がある。

θ＝１／　（ＪＧｒ）　・［’ｒＥｄｔｄｔ　−、、、
、、■但し、 にアシストモータの電機子の慣性モーメントＧｒ　：減
速機構部とステリングギヤ部全体のギヤ比 である。また、ＴＥ＝ＴＡ十ＴＭ　（第２図参照）はハ
ンドルを切ろうとするトルクである。

ここで、Ｔ　ａ　−Ｔ　ｓ　　Ｔ　ｏの関係があり（第
２図参照）、 Ｔ、：ハンドル入力トルク Ｔｏ　：タイヤからの外乱トルク である。すなわち、ＴＡは実際の人の力によりタイヤの
外乱トルクに打ち勝ってハンドルを切るトルクである。

また、Ｔ、４＝ＫＴｘｉはモータがハンドルを切ろうと
するトルク（モータが発生するトルク）である、ここで
、ＫＴ　：モータトルク定数である。

従って、 Ｌ ＝Ｊ　・Ｇｒ　　・α　（θ） ・・・・・・■ が、理論上のＴ、の値となり（第３図参照）、ＴＡ　’
＝Ｔ、　　“−（ＫＴＸＩ）　　　　　・旧・・■が理
論上の人がタイヤの外乱トルクに打ち勝ってハンドルを
切るトルク（ハンドルを切るに必要な力の理論値）とな
る。

このように、上記０式で示されるＴＥ　　’に基づき、
モータ電流■を制御すれば、ハンドル入力トルクＴ３．
タイヤからの外乱トルクＴ。等を測定することなく、舵
角センサの検出角θのみにより、理想的なパワーアシス
トが可能であることがわかる。

本実施例では、上記原理に基づき制御部としてのコント
ローラ４が、第３図、第５図に示すＴＡ−Ｈｉｌｌ線（
モータ電流算出マツプ）によりモータ電流を可変制御す
るようになっている。Ｔ。

−１曲線は、ＴＡ　　’のプラス側ではＴＡ　“＝０近
くでＩはほぼＯであるが、ＴＡ　“がある値ａになると
１は徐々に大きくなり、ＴＡ　　“がある値すで１はピ
ークとなり、ＴＡ　　’がｂを超えると１は徐々に低下
するようになっている。また、車速か小さい程■が大き
く、車速か大きい程Ｉが小さくなるようになっている。

また、このＴａ’１曲線は、第５図では作図の便宜上、
５　（ｋｍ／ｈ）　、　２０〔ｋＩＩＩ／ｈ〕、３０［
ｋ１１１／ｈ］、４０〔ｋＩＩｌ／ｈ〕の場合のみを示
しているが、実際には、１　（ｌａｄ／ｈ）或いはそれ
より細かいステップで速度に応じて電流値Ｉが定められ
るように多数のＴＡ　’−１曲線が予め設定されている
。

次に、コントローラ４の具体的動作を示す第４図のフロ
ーチャートを参照しつつ、コントローラ４を中心に本実
施例の動作を説明する。

ここでは、初期状態として全くの直進状態を仮定して、
走行中の動作について説明する。

この状態から、運転者が何れかにハンドル５１を操舵す
ると、ハンドル５１が僅かに回転した時（微小時間ΔＬ
後）に、車速センサ６５からの車速とともに、ポテンシ
ョメータ３の出力■（θ）がコントローラ４に入力され
る（ステップ５ＩＯ１，５１０２）、ここでは、■（θ
）＝θなる関係が成立するものとする。

次に、コントローラ４の図示しないＣＰＵでは、■（θ
）に基づきトルク伝達軸５３の角速度ω（θ）を算出す
る（Ｓ１０３）。

具体的には、（Ｖ　（θ）−■（θ）Ｉ〕／ΔＬよりω
（θ）を算出する。この場合には、一つ前の■（θ）の
値■（θ）、はＯであるから、ω（θ）−Ｖ（θ）／Δ
ｔの計算が行われる。

次いで、図示しないＣＰＵでは、次の計算に備えてステ
ップ５１０２で検出された■（θ）の値を■（θ）Ｉ　
と置き換える（Ｓ１０４）。そして、ステップ５１０３
で算出されたω（θ）に基づき角加速度α（θ）を算出
する（３１０５）。具体的には、〔ω（θ）−ω（θ）
１〕／Δｔよりα（θ）を算出する。この場合には、一
つ前のω（θ）Ｉは０であるから、α（θ）＝ω（θ）
／Δｔの計算が行われる。

続いて、図示しないＣＰＵでは、次の計算に備えてステ
ップ５１０３で算出されたω（θ）の値をω（θ）１と
置き換える（Ｓ１０６）。

そして、図示しないＣＰＵでは、上述した■弐■式に基
づいてＴ、“、ＴＡ’の値をそれぞれ算出する（３１０
７，３１０Ｂ）。〔ここで、■は現在（この時点）の電
流値である。〕次に、ステップ８１０８で算出されたＴ
Ａ　“の値と、車速とに基づき、第５図に示ずモータ電
流算出マツプ（Ｔ　Ａ　　“−１曲綿）より電流値Ｉを
決定しく５１０９）、この決定された電流値１になるよ
うにモータ電流を変化させ、モータの制御を行う　（Ｓ
ＩＩＯ）。

以後、図示しないＣＰＵでは上記ステップ５１０１ない
し５１１０の動作を時間Δを毎に繰り返し、各ステップ
３１０８で算出されたハンドル５１を切るに必要な力の
理論値ＴＡ　“の各個に基づき、モータ電流■を連続的
に変化させる。この結果、アシストモータ５８によるア
シスト力の大きさと方向がほぼ理論上の理想値となるよ
う補正され、直接にはハンドル入力トルクを計測するこ
となく、タイヤからの外乱トルクをも考慮した適性なパ
ワーアシストが行われる。また、車速か小さい程はどア
シストモータの電流Ｉが大きく、車速が高い程電流Ｉが
小さくなるようにモータ電流算出マツプが設定されてい
るので、力の必要な低速程、大きな力でパワーアシスト
がなされ、力の余りいらない高速では小さな力でパワー
アシストがなされる。

以上説明した本実施例によれば、ハンドル入力トルクを
直接計測することなく、トルク伝達軸５３の回転角θ、
即ち、左右前輪の操舵角を検出するだけで適性なパワー
アシストを行うことができるので、高価なトルク伝達軸
（トーションバーやトーションバーのねじれを検出する
ステアリングセンサ等からなる）が不要となり、安価な
ポテンショメータだけで十分であるため、構造が簡単で
安価となり、故障も発生しにくくなる。これに加えて、
車速に応じてアシストモータ５８の制御電流値が前述の
如く制御されるので、低速では軽く。

高速になるに従って手応えが出るという理想的なパワー
アシストを実現でキル。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成され機能するので、これに
よれば、制御部が、舵角センサの出力値の２階微分値と
アシストモータに流れる現在の電流値とに基づきハンド
ルを切るに必要な力の理論値を繰り返し算出し、該算出
された各力と前記車速センサの出力値とに応じて予め定
められた基準に従いアシストモータの電流値を連続的に
変化せしめる制御機能を有していることから、ハンドル
人力トルクを直接計測することなく、左右前輪の操舵角
を検出するだけで適性なパワーアシストを行うことがで
きる。このため、従来必要とされていた高価なトルクセ
ンサを不要にすることができ、例えば、上記実施例のよ
うに舵角センサを安価なポテンショメータで構成するこ
とが可能となる。

また、制御部が、モータ電流を制御するに際し、車速セ
ンサの出力値にも応じてモータ電流を制＜ＴＯしている
ことから、車速の小さい時は電流値を大きく、車速の大
きい時は電流値を小さくすることが可能となる。従って
、構造が簡単で且つ安価に供給し得るとともに、低速で
は軽く、高速になるに従って手応えが出るという理想的
なパワーアシストを実現し得るという従来にない優れた
電動式パワーステアリング装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す説明図、第
２図は第１図の実施例における機構部を簡略化して示す
説明図（各部に作用するトルクを併せて示す）、第３図
は第１図の実施例のパワーアシストの原理を示すブロッ
クダイヤグラム、第４図はコントローラの制御動作を示
すフローチャート、第５図はモータ電流算出マツプ（Ｔ
ＡＩ曲線）、第６図は従来例を示す説明図、第７図は第
６図の従来例におけるトルク−電流制御曲線である。 ■・・・・・・ハンドル入力軸としてのステアリングシ
ャフト、３・・・・・・舵角センサとしてのポテンショ
メータ、４・・・・・・制御部としてのコントローラ、
５３・・・・・・トルク伝達軸、５５Ａ・・・・・・左
前輪、５５Ｂ・・・・・・右前輪１．５８・・・・・・
アシストモータ、５９・・・・・・減速機構部を収納す
るギヤボンクス、６０・・・・・・ステアリングギヤ部
、６５・・・・・・車速センサ。 第１図 ρ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、ハンドル入力軸と、このハンドル入力軸に連結
   されたトルク伝達軸と、当該トルク伝達軸からの伝達ト
   ルクにより左右前輪を操舵するステアリングギヤ部とを
   有し、 前記ハンドル入力軸とトルク伝達軸の連結部に、減速機
   構部を介してその回転力によりハンドルの操舵力をアシ
   ストするアシストモータを装備し、前記左右前輪の操舵
   角を検出する舵角センサと、当該車輌の車速を検出する
   車速センサと、当該両センサの出力に基づき前記アシス
   トモータを制御する制御部とを備え、 この制御部が、前記舵角センサの出力値の２階微分値と
   前記アシストモータに流れる現在の電流値とに基づきハ
   ンドルを切るに必要な力の理論値を繰り返し算出し、該
   算出された各力と前記車速センサの出力値とに応じて予
   め定められた基準に従い前記アシストモータの電流値を
   連続的に変化せしめる制御機能を有していることを特徴
   とした電動式パワーステアリング装置。