JPH0541466B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、自動車などにおけるパワーステアリ
ング装置に係り、特に操舵フイーリングに優れた
パワーステアリング装置に関する。

〔発明の背景〕 ユーザー層が多岐にわたる自動車などにおいて
は、大形車から小形車までパワーステアリングの
装備が広く行なわれており、疲労の軽減とそれに
よる安全運転の確保に役立つている。

ところで、このパワーステアリング装置として
は、従来から主として液圧式のものが用いられて
いる。しかして、近年にいたり、制御内容の豊富
さや省エネルギー面での効用に着目して電動式の
パワーステアリング装置が実用に供されるように
なつてきた。

そして、この電動式のパワーステアリング装置
においては、それに用いる電動式のアクチユエー
タに要求される大きな操作力を得るため、このア
クチユエータとして電動機を用い、その出力を減
速して最終的な補助操舵用の操作力を得る方式の
ものが主として採用されるようになつている。

しかして、この結果、従来の電動式パワーステ
アリング装置においては、補助操舵力が高速回転
する電動機により減速機構を介して与えられるこ
とから、この電動機の慣性と、減速機構の出力側
から電動機をから回しする場合に与えられる大き
な摩擦抵抗とによつて操舵フイーリング上極めて
好ましくない特性が、操舵ハンドルの操作に現わ
れてしまうという欠点があつた。

このうち、電動機の慣性により操舵ハンドルを
操作したときに現われる、操舵フイーリング上好
ましくない特性については、例えば特開昭55−
76760号公報などで提案されているように、電動
機の制御に微分特性を与える方法が考えられ、か
なりの操舵フイーリング改善効果が期待される。

しかしながら、この方法では、微分回路などを
余分に必要とし、微分特性の付与はさらにノイズ
に対する新たな配慮を必要とすることになつてコ
ストアツプとなり易く、上記した摩擦抵抗による
操舵フイーリングの悪化については何らの改善効
果が期待できず、全体としては充分な操舵フイー
リングの改善を得ることができない。なお、この
摩擦抵抗による操舵フイーリングの悪化は、舵角
がゼロ（中立位置）以外のときに本来現われるべ
き筈の復元力の著しい低下、ないしは消滅という
形で現われるものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、パワーステアリング化によつても充分な復元
力を残すことができ、操舵フイーリングを大きく
改善することができるようにしたパワーステアリ
ング制御装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、自動車の
操舵転向車輪などに与えられる舵角を検出し、操
舵ハンドルに与えられる操作力との関連において
上記舵角によりアクチユエータを制御し、これに
より補助復元力が与えられるようにした点を特徴
とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明によるパワーステアリング制御装
置を、図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明を自動車用電動パワーステアリ
ングシステムに適用した場合の一実施例で、１は
操舵ハンドル（以下、単にハンドルという）、２
はハンドル軸、３はピニオン、４はラツク、５は
転向用のタイヤ（車輪）、６はトルクセンサ、７
はパワーアシスト用の電動機、８は減速機構、９
はピニオン、１０は舵角センサ、１１は制御装置
である。なお、Ｂは電源用のパツテリである。

この実施例は、いわゆるラツク＆ピニオン方式
のもので、運転者によつてハンドル１に与えられ
た操舵力はハンドル軸２からピニオン３を介して
ラツク４に伝達され、タイヤ５を所定の舵角に動
かす。

トルクセンサ６は、ハンドル１を運転者が回動
させたとき、このハンドル１からハンドル軸２を
介してピニオン３に与えられるトルクを検出し、
そのトルクの大きさを表わす信号τを発生する働
きをするもので、例えば、ハンドル軸２に取付け
た歪ゲージもしくはハンドル軸２にねじれバネ機
構を設け、このねじれ量を検出する可変抵抗器な
どから構成されたもので、例えば第２図に示すよ
うな特性のものとなつている。

電動機７は歯車装置などからなる減速機構８と
ピニオン９を介してラツク４に補助操舵力を与え
る電動式のアクチユエータとして動作する。

舵角センサ１０はタイヤ５の舵角（転向角）を
検出し、自動車が直進状態、つまりタイヤ５の転
向角が中立の位置にあるときの舵角をゼロとし
て、例えば第３図に示すような特性にしたがつて
舵角を表わす信号θを発生する働きをするもの
で、タイヤ５の転向に伴なつて回動する部材の回
動角を検出する可変抵抗器などからなるロータリ
ーエンコーダや、直線運動をする部材の動きを検
出するリニヤーエンコーダなどで構成されたもの
である。

第４図は制御装置１１の一実施例で、演算回路
２０、関数発生器２１、加算器２２，２５、正負
判定回路２３、絶対値回路２４、チヨツパ制御回
路２６、電動機制御回路２７などから構成されて
いる。

次に、動作について説明する。

運転者によつてハンドル１が操作され、ハンド
ル軸２にトルクが与えられると、それが第２図の
特性にしたがつてトルクセンサ６によつて検出さ
れ、トルク信号τが出力される。

このトルク信号τは演算回路２０、関数発生器
２１、加算器２２、正負判定回路２３、絶対値回
路２４、それに加算器２５を介してチヨツパ制御
回路２６に入力され、そのときの絶対値に対応し
たデユーテイ比のパルス信号CPに変換されて電
動機制御回路２７に入力される。このとき、正負
判定回路２３では、そこに入力された信号の正負
に応じて正信号Ｐ又は負信号Ｎのいずれか一方を
出力し、これらの信号Ｐ，Ｎを電動機制御回路２
７に入力する。

なお、トルクセンサ６から発生されるトルク信
号τの極性は例えばハンドル１を右回り（時計方
向）に回動したときに現われるトルクに対して正
極性となり、左回り（反時計方向）に回動させた
ときに現われるトルクに対しては負極性となるよ
うにしてあるものである。従つて、トルク信号τ
が正となつているときには、自動車は右に転向
し、負となつているときには左に転向することに
なる。

さて、第５図は電動機制御回路２７の一実施例
で、４個のパワートランジスタTR１〜TR４
（以下、単にTR１〜TR４という）と、フリーホ
イールダイオードＤ１，Ｄ２、それに電流検出器
CDから構成されている。

TR１のベースには正信号Ｐが、そしてTR２
のベースには負信号Ｎが供給され、さらにTR３
には負信号Ｎとパルス信号CPの論理積による信
号が、そしてTR４には正信号Ｐとパルス信号CP
の論理積による信号がそれぞれ供給されるように
なつており、これにより、正信号Ｐが現われてい
るとき、つまりトルク信号τが正極性となつてい
たときにはTR１とTR４がオンし、電動機７に
は図の矢印方向に電流が供給され、この電流の大
きさはパルス信号CPのデユーテイ比で制御され
るようになり、トルク信号τが負極性で負信号Ｎ
が現われているときには、TR２とTR３がオン
し、電動機７には図の矢印と反対の方向に電流が
供給され、このときの電流値は同じくパルス信号
CPのデユーテイ比で制御されることになる。

そして、これらいずれの場合でも、電動機７に
流れている電流の大きさが電流検出器CDによつ
て検出され、電流信号ｉとして加算器２５に供給
されるようになつており、これにより絶対値回路
２４から与えられている信号に対応した電流が電
動機７に正確に供給されるようにするためのフイ
ードバツクループが形成されるようになつてい
る。

なお、ダイオードＤ１，Ｄ２はTR３又はTR
４がパルス信号CPによつてチヨツパ制御されオ
フしたときの環流路を与える働きをするものであ
る。

従つて、運転者がハンドル１を操作すると、そ
のとき加えられた操作力（操舵力）の方向とその
大きさに応じて所定値の電流が所定の方向から電
動機７に供給され、これにより電動機７が発生す
るトルクがピニオン９からラツク４に与えられ、
補助操舵力となるため、パワーステアリング装置
としての機能が得られることになる。

ところで、運転者がハンドル１を操作したとき
に必要な操舵力の大きさは、あまり小さくても運
転しずらくなり、このため、経験上などから、ト
ルクセンサ６の信号τに対して第６図のようなオ
フセツトをもつた高次関数特性をもつて補助操舵
力、つまり電動機７の電流値が定まるようにして
やるのが操舵フイーリング上好ましいことが知ら
れている。

そこで、このために設けられているのが関数発
生器２１で、入力信号に対して第６図の特性にし
たがつて出力信号を発生するようになつている。
なお、実際には、第６図のような滑らかな特性を
与えるような関数発生器はコストアツプとなつた
り、実現が不可能となつたりするので、例えば第
７図のような折線近似による関数発生器２１を用
いるようにしてやればよい。また、この折線近似
に代えて第８図に示すような階段近似によるもの
を用いても実施可能である。

次に、タイヤ５を転向させるために必要な力、
いわゆる操舵力は、タイヤと走行路面の間での転
向方向での摩擦抵抗によつて決まるが、この摩擦
抵抗は車速によつて変化し、高速になるにつれて
減少する。従つて、この操舵力は車速が小さいと
き程大きくなり、通常、据え切りと呼ばれる車速
が零のときには極めて大きくなつてほとんどハン
ドル操作が不可能なくらいになる。

しかして、実用上からは、自動車の車庫入れや
縦列駐車を行なうときには、この据え切り操作が
必要である。

一方、高速時にハンドル操作力が小さくなると
むしろ危険になるので、高速時には補助操舵力を
小さくするか、或いは与えないようにするのが望
ましい。

そこで、このために設けられているのが演算回
路２０で、３０で示した車速センサから車速信号
υを入力し、トルク信号τに対して所定の演算処
理を施こして第９図に示すように関数発生器２１
で与えられる特性のオフセツトの幅が車速信号υ
に応じて広くなるようにしている。

第１０図は演算回路２０の一実施例で、正負分
離回路２０１、２個の加算器１０２，２０３、同
じく２個の反転回路２０４，２０５、それにアナ
ログOR回路２０６で構成したものである。な
お、この演算回路２０は基本的には信号τとυの
加算器としての機能をはたすものであるが、トル
ク信号τが正と負の値をとるため、正負分離回路
２０１で正極性のときと負極性となつたときとを
分離し、正極性のときにはそのまま加算器２０２
で信号υと加算しているが、負極性のときには、
まず反転回路２０４で正極性にしたあと加算器２
０３で信号υの加算を行ない、その後、再び反転
回路２０５を通して元の極性に戻すようになつて
いるのである。

さて、既に説明したように、パワーステアリン
グを設けた操舵システムの操舵フイーリングを決
める大きなポイントは正常な復元特性が残されて
いるか否かにある。

即ち、自動車の操舵システムには、転向車輪の
キヤスタ効果などを利用して復元特性を与えるよ
うにしているのが一般的で、このためハンドル操
作により所定の舵角を与えたあとは、この復元特
性によりハンドルに与えられる復元力を利用した
運転操作が広く行なわれ、これが良好な操舵フイ
ーリングを与えるポイントとなつており、従つ
て、パワーステアリングの装備によつても、この
復元力を損なわないようにしなければならないの
である。

そこで、このため、第４図の実施例では、加算
器２２を用い、関数発生器２１の出力に舵角セン
サ１０の信号θを加算し、トルク信号τに対する
電動機７の電流特性に舵角信号θをパラメータと
した変化を与え、第１１図に示すような特性をも
たせるようにしている。

つまり、トルク信号τに対する電動機電流特性
に対して、舵角信号θが正極性となつたときには
負方向の変位を与え、負極性になつたときには正
方向の変位を与えるようにし、かつ、これらの変
位の大きさは第３図に示すような特性を示す舵角
信号θに比例するようにしたのである。

この結果、ハンドル１が中立位置から所定の舵
角位置まで回動操作され、その後、ハンドル１に
対する運転者の把握力が緩められてトルク信号τ
が所定値以下に減少したときには、そのときの舵
角の方向に応じて、例えば舵角が＋なら一方向の
電動機電流が、そして−なら＋方向の電動機がそ
れぞれ流れ、それまでの補助操舵力と反対の方向
の補助操舵力が電動機７によつてタイヤ５に与え
られるようになる。

そこで、第３図に示すトルクセンサ６の特性を
適当に選ぶなどし、第１１図のＴで表わす電動機
電流の大きさが、第１図においてラツク４からピ
ニオン９及び減速機構１０を介して電動機７をか
らまわししたときに与えられる摩擦抵抗にほぼ等
しいトルクを電動機７に発生させるために必要な
値になるように定めておけば、タイヤ５の復元力
に対して補助復元力が与えられたことになり、こ
れにより電動機７、減速機構１０、それにピニオ
ン９による摩擦抵抗は全て打消され、タイヤ５に
よる復元力は本来の大きさのままで残されること
になり、良好な操舵フイーリングを与えることが
できる。

従つて、上記実施例によれば、パワーステアリ
ングを装備することによつて操舵力の軽減をはか
りながら、操舵システムが本来もつている復元特
性を何ら損なう虞れがなく、常に良好な操舵フイ
ーリングを与えることができる上、関数発生器２
１により常に最適な補助操舵力を与えることがで
き、さらに演算回路２０により停車時での据え切
りを容易にし、かつ低速時でのハンドル操作を軽
くしながら高速時での走行安定性を充分に保つこ
とができるパワーステアリング装置を得ることが
できる。

なお、以上の実施例では、電動式パワーステア
リング装置に本発明を適用した場合について説明
したが、本発明はこれに限らず実施可能なことは
いうまでもなく、例えば従来から広く用いられて
いる液圧式のサーボモータにより補助操舵力を与
える方式のパワーステアリング装置に適用し、補
助復元力を与えて良好な操舵フイーリングを得る
ことも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、パワー
ステアリングを装備しても復元特性を損なう虞れ
がないから、従来技術の欠点を除き、ハンドル操
作が軽快で、しかもハンドルの戻りを利用した良
好な操舵フイーリングを与えることができるパワ
ーステアリング制御装置を容易に提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパワーステアリング制御
装置の一実施例を示すシステム構成図、第２図は
トルクセンサの特性図、第３図は舵角センサの特
性図、第４図は制御装置の一実施例を示すブロツ
ク図、第５図は電動機制御回路の一実施例を示す
回路図、第６図は高次関数特性の一例を示す特性
図、第７図及び第８図は高次関数特性に対する近
似特性の説明図、第９図は本発明の一実施例によ
つて与えられる特性の一例を示す説明図、第１０
図は演算回路の一実施例を示すブロツク図、第１
１図は本発明の一実施例の動作を説明する特性図
である。 １…操舵ハンドル、２…ハンドル軸、３，９…
ピニオン、４…ラツク、５…タイヤ（転向車輪）、
６…トルクセンサ、７…電動機、８…減速機構、
１０…舵角センサ、１１…制御装置、２０…演算
回路、２１…関数発生器、２２，２５…加算器、
２３…正負判別回路、２４…絶対値回路、２６…
チヨツパ制御回路、２７…電動機制御回路、３０
…車速センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 操舵ハンドルに加えられた操舵力の所定の関
   数に従つて電動アクチユエータを制御し、そのア
   クチユエータによりハンドルに補助操舵力を与え
   るようにしたパワーステアリング装置において、
   前記ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセン
   サと、車速センサと、該車速センサからの車速信
   号を入力し、前記トルクセンサからの信号に対し
   所定の演算処理を施して、関数発生器で与えられ
   る特性のオフセツトの幅が車速信号に応じて広が
   るように出力する演算回路と、前記関数発生器の
   出力に舵角センサの信号を加算し、前記トルク信
   号に対する前記電動アクチユエータの電流特性に
   舵角信号をパラメータとした変化を与える加算器
   とを備えたことを特徴とするパワーステアリング
   制御装置。