JPH06171518A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】電源回路３７が出力する電圧Ｖ１は電圧分割器
４１で所定係数ｘ倍の電圧ｘ・Ｖ１に変換され、発振回
路４３に基準電圧として与えられる。発振回路４３の出
力は分圧用抵抗Ｒ１とトルク検出用コイルＬ１との直列
回路に与えられる。トルク検出用コイルＬ１のインピー
ダンスは、ステアリングホイールに加えられたトルクに
応じて変化する。この変化が信号処理回路４５で検出さ
れ、トルク信号ＳＴとして制御回路３６に与えられる。
制御回路３６は、電圧Ｖ１がとり得る複数の値に対応し
てトルク信号ＳＴとトルクとの関係を表す計算式を記憶
したメモリ４８を備えている。制御回路３６は、電圧Ｖ
１に対応する計算式をメモリ４８から読み出し、その計
算式とトルク信号ＳＴとからトルクを求める。このトル
クに基づいて、操舵力を補助するためのモータ３２が制
御される。 【効果】電圧Ｖ１の変動に影響されることなく、操舵力
の補助を正確に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、操舵に応答してモータ
を回転させ、このモータの回転力を操舵機構に伝達して
操舵力を補助する電動パワーステアリング装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ステアリングホイールを回転
させて操舵を行ったときに、ステアリングホイールに加
わったトルクに応じた回転力をモータから操舵機構に与
え、操舵力を補助するようにした電動パワーステアリン
グ装置が用いられている。さらに詳細に説明すると、ス
テアリングシャフトを保持するステアリングコラムには
モータが取り付けられており、このモータの回転力がス
テアリングシャフトに伝達される。ステアリングシャフ
トの途中部にはトーションバーが介装されており、ステ
アリングホイールを操作すると、トーションバーがわず
かにねじれて、トーションバーにより連結された上部軸
と下部軸とに相対変位が生じる。この上部軸と下部軸と
の相対変位は、トーションバーに関連して設けられたト
ルク検出用コイルのインピーダンスの変化として検出さ
れる。

【０００３】図５を参照して具体的に説明する。図５は
歯部の対向面積の変化に基づきトルクを検出するトルク
センサの構造を示す半裁断面図である。入力軸１は図示
しないステアリングホイールを取り付けている上部軸１
ａと、操舵機構が取り付けられている下部軸１ｃとをト
ーションバー１ｂを介して同軸的に連結して構成されて
いる。上部軸１ａは車体に取り付けられる筒状のケース
２に軸受３を介して回転自在に支持されている。上部軸
１ａの下端部（図面左側）には非磁性体の第１スリーブ
４ａが外嵌固着されており、その外周には磁性体の円筒
からなる第１，第２のトルク検出リング５，６を軸方向
に適長離隔して外嵌固着してある。第１のトルク検出リ
ング５は右端縁が入力軸１の軸心に垂直な平面となって
おり、左端縁には矩形状の多数の歯部５ａ，５ａ，・・・・
が周方向に等ピッチで形成されている。

【０００４】第２のトルク検出リング６は、第１のトル
ク検出リング５の左端縁と対向する右端縁が入力軸１の
軸心に垂直な平面となっており、左端縁には矩形状の多
数の歯部６ａ，６ａ，・・・・が周方向に等ピッチで形成さ
れている。この歯部６ａの歯幅寸法は、歯部６ａ，６ａ
間の切欠部６ｂの幅寸法にほぼ等しく設定されている。

【０００５】下部軸１ｃの上端部（図面右側）には非磁
性体の第２スリーブ４ｂが外嵌固着されており、その外
周には磁性体の円筒からなる第３のトルク検出リング７
が外嵌固着されている。このトルク検出リング７の右端
縁には、トルク検出リング６に形成した歯部と同一幅、
同一形状、同ピッチとした多数の歯部７ａ，７ａ，・・・・
が形成されている。そして、これらのトルク検出リング
６，７の歯部６ａ，７ａは、トーションバー１ｂにトル
クが作用していない場合には、歯幅の適宜長さ部分で対
向している。

【０００６】ケース２の内側には断面コ字状をしており
内フランジを有する磁性体の筒体８Ａ，８Ｂが内嵌固着
されている。この筒体８Ａは上記トルク検出リング５，
６に跨がる長さ寸法を有し、その軸長方向中央部をトル
ク検出リング５，６の対向位置として配設されている。
また、筒体８Ｂは上記トルク検出リング６，７に跨がる
長さ寸法を有し、その軸長方向中央部をトルク検出リン
グ６，７の対向位置として配設されている。

【０００７】筒体８Ａ，８Ｂにはその周方向に沿ってそ
れぞれ温度補償用コイルＬ２，トルク検出用コイルＬ１
が巻回されている。これらの温度補償用コイルＬ２、ト
ルク検出用コイルＬ１を図示しない発振器に接続するこ
とにより、筒体８Ａはトルク検出リング５，６と、筒体
８Ｂはトルク検出リング６，７とそれぞれ磁気回路を構
成する。

【０００８】そして、トルク検出用コイルＬ１からは、
トルク検出リング６の歯部６ａとトルク検出リング７の
歯部７ａとの対向面積、つまり磁気抵抗に相応する電圧
が出力される。そのため、上部軸１ａが回転されてトー
ションバー１ｂが捩じれると、トルク検出リング６の歯
部６ａとトルク検出リング７の歯部７ａとの対向面積が
変化してトルク検出用コイルＬ１のインピーダンスが変
化し、その変化に応じて出力される電圧によりトーショ
ンバー１ｂに作用したトルクが検出される。

【０００９】したがって、トルク検出用コイルＬ１のイ
ンピーダンスの変化に応じてモータへの入力電流を制御
すれば、ステアリングホイールに加わるトルクに対応し
て、操舵力を補助することができる。図６は上記の電動
パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図
である。トルク検出用コイルＬ１には分圧用抵抗１１が
直列に接続されている。トルク検出用コイルＬ１と分圧
用抵抗１１との直列回路には、発振回路１２からの高周
波電圧が与えられる。

【００１０】トルク検出用コイルＬ１と分圧用抵抗１１
との間の接続点１３の電圧は、信号処理回路１５に入力
される。この信号処理回路１５は、接続点１３から与え
られる高周波電圧を直流電圧に変換し、それをトルク信
号として制御回路１６に与える。この制御回路１６は、
入力されたトルク信号に応じて、操舵力を補助するため
のモータ２０の電流を制御する。

【００１１】制御回路１６の動作電圧は、バッテリ１７
からの電圧を基に、電源回路１８で作成される。この電
源回路１８の出力電圧は、発振回路１２に基準電圧を与
える基準電圧発生回路１９にも入力されている。この構
成により、トルク検出用コイルＬ１のインピーダンスが
変化すると、それに応じて接続点１３から信号処理回路
１５に与えられる高周波電圧が変化する。これにより、
トルク検出用コイルＬ１のインピーダンスに応じたトル
ク信号が制御回路１６に与えられ、ステアリングホイー
ルに加えられたトルクに応じて操舵力が補助される。

【００１２】発振回路１２、信号処理回路１５および基
準電圧発生回路１９は、トルクセンサ回路２１内に組み
込まれるのが一般的である。そして、制御回路１６など
を含むモータ制御回路２２内の電源回路１８からの電圧
をトルクセンサ回路２１内の基準電圧発生回路１９に与
える構成が従来から採用されている。基準電圧発生回路
１９は、電源回路１８から与えられた電圧を安定化し、
発振回路１２が一定の振幅および周波数の高周波電圧を
発生するような安定な基準電圧を発生する。この基準電
圧が安定であれば、ステアリングホイールに加わったト
ルクとトルク信号との関係は、図７において直線Ｓ１０
で示す一次関数となる。制御回路１６におけるモータ２
０の電流の制御は、直線Ｓ１０の関係に基づいて行われ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】基準電圧発生回路１９
は、或る一定範囲内で変動する入力電圧に対しては安定
な基準電圧を発生することができる。しかし、バッテリ
１７の出力電圧が大きく変動したりして電源回路１８の
出力電圧が大きく変動すると、基準電圧発生回路１９が
発生する基準電圧も変動する。この基準電圧が変動する
と、たとえば、ステアリングホイールに加わったトルク
とトルク信号との関係は、図７の直線Ｓ１１のような関
係に変化する。このときには、制御回路１６は、たとえ
ば実際のトルクがＴ_t であるのに、トルクＴ_f がステア
リングホイールに加わったものと誤認することになる。
その結果、ステアリングシャフトに与えられる補助力の
過不足が生じるおそれがあり、操舵力を良好に補助する
ことができなくなる可能性がある。

【００１４】また、トルクセンサ回路２１に基準電圧発
生回路１９が設けられているので、構成が複雑であるう
え、コスト高になるという問題もあった。そこで、本発
明の目的は、上述の技術的課題を解決し、操舵力の補助
を良好に行うことができる電動パワーステアリング装置
を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、ステアリングホイールに加えられたトル
クに応じて制御されるモータの回転力を操舵機構に伝達
し、操舵力を補助する電動パワーステアリング装置にお
いて、第１電圧を発生する第１電圧発生手段と、この第
１電圧発生手段が発生した第１電圧が与えられ、第１電
圧の所定係数倍の第２電圧を発生する第２電圧発生手段
と、この第２電圧発生手段が発生した第２電圧を基準電
圧として動作し、ステアリングホイールに加えられたト
ルクと上記基準電圧とに対応したトルク信号を出力する
トルク検出手段と、このトルク検出手段が出力したトル
ク信号および上記第１電圧発生手段が発生した第１電圧
に基づいて上記モータを制御する制御手段とを含むこと
を特徴とする電動パワーステアリング装置である。

【００１６】

【作用】上記の構成によれば、第１電圧発生手段が発生
した第１電圧を所定係数倍した第２電圧がトルク検出手
段に与えられる。このトルク検出手段は第２電圧を基準
電圧として動作し、この基準電圧とステアリングホイー
ルに加えられたトルクとに対応したトルク信号を出力す
る。制御手段は、トルク信号と第１電圧とに基づいてモ
ータを制御する。

【００１７】トルク検出手段が出力するトルク信号は、
第２電圧の変動に伴って変動する。第２電圧は第１電圧
を所定係数倍した電圧であるから、結局、トルク検出手
段が出力するトルク信号とステアリングホイールに加わ
ったトルクとの関係は、第１電圧の変動に伴って変動す
ることになる。そこで、本発明では、トルク信号だけで
なく第１電圧も勘案してモータの制御が行われる。これ
により、第１電圧の変動に影響されることなく、ステア
リングホイールに加えられたトルクに対応してモータの
制御を正確に行える。

【００１８】また、トルク検出手段に与えられる基準電
圧は安定化される必要がない。したがって、トルク検出
手段には、第１電圧を所定係数倍する機能を有する第２
電圧発生手段からの第２電圧を与えれば充分である。こ
のような第２電圧発生手段は、簡単な構成で実現するこ
とができる。

【００１９】

【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の電動
パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図
である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリ
ングホイールに加えられたトルクをトルク検出回路３１
で検出し、その検出結果に基づいてモータ３２の回転力
を制御するものである。このモータ３２の回転力は図外
のステアリングシャフトに伝達され、これにより、操舵
力が補助される。

【００２０】モータ３２には、モータ駆動回路３３から
制御された電流が供給される。このモータ駆動回路３３
には、車両に搭載されたバッテリ３４からの電力がフェ
イルセーフリレー３５を介して与えられている。また、
モータ駆動回路３３には、マイクロコンピュータなどを
内部に含む制御回路３６からの制御信号が与えられてい
る。この制御回路３６にはトルク検出回路３１からトル
ク信号ＳＴが与えられている。制御回路３６は、トルク
信号ＳＴなどに基づいてモータ駆動回路３３を制御し、
これにより、モータ３２に流れる電流をステアリングホ
イールに加えられたトルクに対応した目標値に制御す
る。

【００２１】制御回路３６の動作電圧Ｖ１は、バッテリ
３４の出力電圧に基づき、第１電圧発生手段である電源
回路３７で作成される。この電源回路３７は、イグニッ
ションキースイッチ３８が導通したことに応答して動作
を開始するものである。電源回路３７が発生した動作電
圧Ｖ１は、第１電圧として、ライン４０からトルク検出
回路３１内に設けられた第２電圧発生手段である電圧分
割器４１にも与えられている。この電圧分割器４１は、
ライン４０からの電圧Ｖ１を分割して、第１電圧Ｖ１の
所定係数ｘ倍（ただし、０＜ｘ＜１である。）の電圧ｘ
・Ｖ１を発生するものである。この電圧ｘ・Ｖ１が第２
電圧に相当する。

【００２２】トルク検出回路３１は、ステアリングホイ
ールに加わったトルクに対応してインピーダンスが変化
するように構成されたトルク検出用コイルＬ１を有して
いる。このトルク検出用コイルＬ１には直列に分圧用抵
抗Ｒ１が接続されている。このコイルＬ１と抵抗Ｒ１と
の直列回路には、電圧分割器４１が発生する電圧ｘ・Ｖ
１を基準電圧として動作する発振回路４３から、高周波
電圧が与えられている。

【００２３】トルク検出用コイルＬ１と分圧用抵抗Ｒ１
との接続点４４の電圧は、信号処理回路４５に入力され
る。信号処理回路４５は、たとえば、入力電圧の最低レ
ベルを０Ｖにクランプするクランプ回路、このクランプ
回路の出力信号のピーク値を検出して保持するピーク検
出回路、およびこのピーク検出回路の出力を適当な増幅
率で増幅する増幅回路などを含むものである。したがっ
て、信号処理回路４５からは、接続点４４から与えられ
た高周波電圧に対応した直流電圧が出力される。この直
流電圧がトルク信号ＳＴとしてライン４６から制御回路
３６に入力されている。

【００２４】制御回路３６は、電圧Ｖ１とトルク信号Ｓ
Ｔとに基づいて、モータ３２に与えるべき電流の目標値
を設定する。そのために、制御回路３６には、電圧Ｖ１
が採り得る複数の値に対応して、トルク信号ＳＴとステ
アリングホイールに加えられたトルクＴとの関係を表す
計算式を記憶したメモリ４８が設けられている。図２は
電圧分割器４１の構成例を示す電気回路図である。すな
わち、ライン４０からの電圧Ｖ１は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１
２の直列回路に与えられる。そして、この抵抗Ｒ１１，
Ｒ１２により分圧された電圧が、演算増幅器で構成され
たバッファ回路５０から発振回路４３に与えられる。抵
抗Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値の比を（１−ｘ）：ｘとして
おけば、バッファ回路５０の出力電圧はｘ・Ｖ１とな
る。

【００２５】図３はメモリ４８に記憶された計算式を説
明するための図である。トルク検出回路３１の発振回路
４３に基準電圧として与えられる電圧ｘ・Ｖ１は、電圧
Ｖ１を単にｘ倍した電圧に過ぎないから、この電圧ｘ・
Ｖ１は安定化された電圧ではない。そのため、発振回路
４３が発生する高周波電圧の振幅や周波数は、電圧ｘ・
Ｖ１の変動に応じて変化する。そうすると、接続点４４
から信号処理回路４５に与えられる高周波電圧とステア
リングホイールに加えられたトルクＴとの関係は一定に
は保たれず、電圧ｘ・Ｖ１の変動に伴って変動する。し
たがって、トルク信号ＳＴとトルクＴとの関係は、電圧
ｘ・Ｖ１に依存する。ｘは単なる係数であるから、トル
クＴに対するトルク信号ＳＴの変化は、電圧Ｖ１に依存
することになる。

【００２６】具体的に説明すると、トルクＴとトルク信
号ＳＴとの関係は、Ｖ１＝Ｖ１(1)のときは直線Ｓ１に
従い、Ｖ１＝Ｖ１(2) のときは直線Ｓ２に従い、Ｖ１＝
Ｖ１(3) のときには直線Ｓ３に従う。直線Ｓ１，Ｓ２，
Ｓ３の各方程式は次の第(1)式乃至第(3) 式のとおりで
ある。なお、下記第(1) 式乃至第(3) 式において、
ａ ₁ ，ａ₂ ，ａ₃ は各直線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の傾きに対
応した定数であり、ｂ₁ ，ｂ₂ ，ｂ₃ は各直線Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３の切片に対応した定数である。

【００２７】 Ｓ１： ＳＴ＝ａ₁ Ｔ＋ｂ₁ ・・・・ (1) Ｓ２： ＳＴ＝ａ₂ Ｔ＋ｂ₂ ・・・・ (2) Ｓ３： ＳＴ＝ａ₃ Ｔ＋ｂ₃ ・・・・ (3) したがって、Ｖ１＝Ｖ１(1) 、Ｖ１＝Ｖ１(2) 、Ｖ１＝
Ｖ１(3) のときには、それぞれ、次の第(4) 式乃至第
(6) 式により、正確なトルクＴが得られる。

【００２８】

【数１】

【００２９】メモリ４８には上記の第(4) 式乃至第(6)
式のような計算式が記憶されている。もちろん、メモリ
４８に記憶された計算式は３種類のみではなく、Ｖ１
(1) ，Ｖ１(2) ，Ｖ１(3) 以外の他の電圧Ｖ１の値に対
応した複数の計算式が記憶されている。なお、上記の計
算式自体を記憶させておく代わりに各計算式の、定数ａ
₁ ，ａ₂ ，ａ₃ ；ｂ₁ ，ｂ₂ ，ｂ₃ などをメモリ４８に
記憶させておくようにしてもよい。

【００３０】制御回路３６は、電源回路３７から与えら
れた電圧Ｖ１の値に対応する計算式をメモリ４８から読
み出す。そして、この読み出した計算式にトルク信号Ｓ
Ｔの値を代入して正確なトルクＴを求める。さらに、こ
のトルクＴに対応した目標電流値が求められ、この目標
電流値に基づいてモータ駆動回路３３が制御される。以
上のように本実施例では、電源回路３７からの電圧Ｖ１
が電圧分割器４１で係数ｘ倍の電圧ｘ・Ｖ１に変換さ
れ、この電圧ｘ・Ｖ１が発振回路４３に基準電圧として
与えられる。一方、制御回路３６は、トルク信号ＳＴに
基づいてステアリングホイールに加えられたトルクＴを
求める際に、電圧Ｖ１に対応した計算式をメモリ４８か
ら読み出す。したがって、発振回路４３に与えられる電
圧ｘ・Ｖ１が変動しても、制御回路３６では、常に正確
にトルクＴを求めることができる。これにより、モータ
３２をステアリングホイールに加えられたトルクＴに対
応して正確に制御できるから、操舵力の補助が良好に行
える。

【００３１】また、電圧Ｖ１の充分大きな変動幅に対応
した計算式をメモリ４８に記憶させておけば、電圧Ｖ１
が大きく変動した場合であっても、トルクの検出が不良
になることがない。さらに、トルク検出回路３１には、
安定化された基準電圧を発生する複雑な回路を備える必
要がなく、簡単な構成で実現できる電圧分割器４１を備
えればよい。そのため、全体の構成が簡単になり、か
つ、コストの低減にも寄与することができる。

【００３２】本発明の実施例の説明は以上のとおりであ
るが、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
い。たとえば、上記の実施例では、電圧Ｖ１の異なる値
に対応してトルクＴとトルク信号ＳＴとの関係を表す計
算式が記憶されているが、その代わりに、電圧Ｖ１の異
なる値毎にモータ３２に与える電流の目標値とトルク信
号ＳＴとの関係を表す計算式をメモリ４８に記憶させて
おいてもよい。

【００３３】また、上記の実施例では、電圧分割器４１
は、電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１１，Ｒ１２で分圧し、分圧され
た電圧をバッファ回路５０を介して出力する構成として
いるが、電圧分割器４１の構成はこの構成に限定される
ものではない。さらに、上記の実施例では、信号処理回
路４５が１個だけ設けられているが、この信号処理回路
４５と同じ機能の信号処理回路をもう１つ設けてもよ
い。この場合には、一対の信号処理回路４５の出力信号
の差が所定値を超えているか否かを監視することで、ト
ルク検出回路３１の異常を検出することができる。そし
て、異常が検出されたときには、制御回路３６にフェイ
ルセーフリレー３５を遮断させ、操舵力の補助を停止さ
せればよい。

【００３４】また、トルク検出用コイルＬ１の近傍にス
テアリングホイールの操作によってはインピーダンスが
変化しないように別のコイルを設け、このコイルを温度
補償用に用いてもよい。具体的には、図４に示すよう
に、抵抗Ｒ１とトルク検出用コイルＬ１との直列回路に
対して並列に、分圧用抵抗Ｒ１０と温度補償用コイルＬ
２との直列回路を接続する。そして、抵抗Ｒ１０とコイ
ルＬ２との接続点５４の電圧を接続点４４の電圧と同様
に処理し、最後に得られた直流電圧を差動増幅器に与え
て両者の差分を検出し、これをトルク信号ＳＴとすれば
よい。温度によるインピーダンスの変化はコイルＬ１，
Ｌ２に等しく現れるから、上記のようにして得られたト
ルク信号ＳＴは温度によるインピーダンスの変化分が補
償された信号となる。

【００３５】その他、本発明の要旨を変更しない範囲で
種々の設計変更を施すことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明の電動パワーステア
リング装置によれば、トルク検出手段に与えられる基準
電圧が変動しても、ステアリングホイールに加えられた
トルクに対応して、モータを正確に制御することができ
る。これにより、操舵力の補助を良好に行うことができ
る。

【００３７】また、トルク検出手段に与えられる基準電
圧は安定化される必要がないから、安定化された電圧を
発生する複雑な回路が不要である。そのため、構成を簡
単にすることができるとともに、コストの低減にも寄与
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電動パワーステアリング装
置の電気的構成を示すブロック図である。

【図２】電圧分割器の構成例を示す電気回路図である。

【図３】電源回路が発生する電圧の変動に伴うトルクＴ
とトルク信号ＳＴとの関係の変動を示す図である。

【図４】本発明の他の実施例の一部の構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】ステアリングホイールに加わったトルクを検出
するための構成を簡略化して示す図である。

【図６】従来の電動パワーステアリング装置の電気的構
成を示すブロック図である。

【図７】基準電圧の変動に伴うトルクとトルク信号との
関係の変動を示す図である。

【符号の説明】

３１ トルク検出回路 ３２ モータ ３６ 制御回路 ３７ 電源回路 ４１ 電圧分割器 ４３ 発振回路 ４５ 信号処理回路 ４８ メモリ Ｌ１ トルク検出用コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングホイールに加えられたトルク
   に応じて制御されるモータの回転力を操舵機構に伝達
   し、操舵力を補助する電動パワーステアリング装置にお
   いて、 第１電圧を発生する第１電圧発生手段と、 この第１電圧発生手段が発生した第１電圧が与えられ、
   第１電圧の所定係数倍の第２電圧を発生する第２電圧発
   生手段と、 この第２電圧発生手段が発生した第２電圧を基準電圧と
   して動作し、ステアリングホイールに加えられたトルク
   と上記基準電圧とに対応したトルク信号を出力するトル
   ク検出手段と、 このトルク検出手段が出力したトルク信号および上記第
   １電圧発生手段が発生した第１電圧に基づいて上記モー
   タを制御する制御手段とを含むことを特徴とする電動パ
   ワーステアリング装置。