JPH0639261B2 - 電動式パワ−ステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電動機を用いた操舵力倍力装置により補助トル
クを発生する電動式パワーステアリング装置に関する。

（従来の技術） 従来の電動式パワーステアリング装置は、電動機を動力
源とする操舵力倍力装置やマイクロコンピュータ・ユニ
ットで構成された制御装置を備え、また電動機が一般に
低出力トルクで高回転であるので、電動式パワーステア
リング装置に用いる場合に高出力トルクで低回転となる
よう減速する減速装置を備えており、操舵時にはステア
リング系に付与される操舵トルクおよび操舵回転数を検
出し、これらの検出信号に基づいて電動機を駆動制御
し、電動機動力をステアリング系に作用させて操舵力の
軽減を図り、その結果ドライバビリティを向上させ、操
舵フィーリングの向上を図ったものとして「特願昭60-9
545号（特開昭61-169367号）」および「特願昭60-9546
号（特開昭61-169368号）」が本出願人により出願され
ている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記従来の電動式パワーステアリング装置
は、車両走行中にステアリングホイールを操舵すると、
ステアリング系の戻り操作時には、キャスタ・トレール
を含むタイヤ反力により、電動機を回転させステアリン
グ系が中位位置に復帰しようとするが、減速装置がその
出力側から回転させられるために電動機が増速回転させ
られる。この場合、ステアリング系での電動機の慣性モ
ーメントが減速比の２乗倍と大きいため、ステアリング
系の戻り操作時には装置自らの慣性により、ステアリン
グ系が、中位位置を越えて反対方向へ行き過ぎたり再び
戻ったりする振動を長い周期で繰り返し、短時間に中位
位置に収束しづらいおそれがあった。つまり、マニュア
ル・ステアリング系における収束特性では、第６図(A)
に操舵角の特性曲線をｌで示すように、走行時にステア
リング系を中位位置からα度操舵して手放した場合には
ステアリング系の振動はＴ_１時間で収束するが、電動式
パワーステアリング装置においては第６図(B)に示すよ
うに自らの慣性力により振動の周期が長く振れ巾が大き
くなるため、収束時間Ｔ_２がマニュアル・ステアリング
系の場合に比べて大きくなり、ステアリング系の戻り安
定性を低下させていた。

（発明の目的） そこで、本発明では、ステアリングホイールが手放しで
戻り状態、且つ中立位置近傍にあるときに、これを検出
して電動機を電気的に制動することにより、ステアリン
グ系が中立位置に安定的に復帰するまでの収束時間を短
縮し、ステアリング系の安定した戻り特性が得られる電
動式パワーステアリング装置を提供することを目的とし
ている。

（問題点の解決手段およびその作用） 第１図は本発明の概念図である。

第１図において、イグニッションキーのキースイッチが
投入され、ステアリングホイールが操舵されると、操舵
力に応じて電動機(11)が駆動制御される。ステアリング
ホイールの戻り操作時には、タイヤの反力により戻され
るステアリング系の状態を手放しで戻り状態検出手段に
より検出し、この検出信号に基づき手放し状態且つ中立
位置近傍において電動機制動手段により電動機(11)の電
機子巻線の両端子を短絡し、電動機の自己制動が行なわ
れる。したがって、ステアリング系の戻し操作時には電
動機(11)が制動されるので、ステアリング系の中立位置
に安定に復帰するまでの収束時間が短縮され、電動機自
身の慣性による影響を除去でき、安定した戻り特性が得
られる。

さらに詳しく説明すると、第２図に示す全体構成図の如
く、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク
検出手段と、ステアリング系の回転速度を検出する操舵
回転検出手段と、これら両検出手段からの検出信号に基
づいて電動機制御信号を決定する電動機制御信号発生手
段と、この制御信号発生手段の制御信号に基づき電動機
を駆動する電動機駆動手段およびこれにより駆動される
電動機とを備え、前記手放し戻り状態検出手段は、零ト
ルク回転検出手段と操舵回転減少検出手段とから構成さ
れており、零トルク回転検出手段は前記操舵トルク検出
手段(21)および操舵回転検出手段(22)からの両検出信号
に基づいて操舵トルクが所定値以下で且つ操舵回転速度
が所定値以上であることを検出する一方、操舵回転減少
検出手段は操舵回転検出手段(22)からの検出信号に基づ
いて操舵回転速度が減少することを検出する。そして、
これら零トルク回転検出手段および操舵回転減少検出手
段からの両検出信号により前記電動機制動手段において
電動機の制動制御が行なわれる。したがって、この場合
には、ステアリングホイールの手放し戻し時で、且つ、
中立位置近傍にあるときに電動機が制動されることにな
り、戻り操作時でのステアリング系を短時間のうちに中
立位置に復帰することができ、安定した戻り特性が得ら
れる。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。尚、本実施例では手放し戻り状態検出手段を、零ト
ルク回転検出手段と操舵回転減少検出手段とにより構成
した場合を説明する。

第３図は本実施例の電動式パワーステアリング装置(1)
の概略平面図である。同図において、(2)はステアリン
グホイール、(3),(4)は入力軸および出力軸であり、こ
れら入力軸(3)と出力軸(4)とは互いに同軸状に配設さ
れ、これらの内端がトウションバーにより連結されてお
り、さらに出力軸(4)の他端側が図示しない等速継手、
ラックアンド・ピニオンに連結され、ステアリングホイ
ール(2)の回転がラックの直線的変化として変換して伝
達される。また、入力軸(3)の周囲には操舵回転センサ
(7)が設けられ、入出力軸(3)と(4)の係合部には操舵ト
ルクセンサ(10)が設けられ、さらに出力軸(4)の周囲に
は電動機(11)および減速装置が設けられており、各セン
サ(7),(10)からの検出手段に基づいて電動機(11)を制御
する制御装置(12)およびその電源回路(13)とを備えてい
る。

上記操舵回転センサ(7)は、直流発電機(8)と、これに軸
着された歯付きプーリおよび、入力軸(3)に一体に軸着
された歯付きプーリと、これらの間に懸け渡され入力軸
(3)の回転に伴って直流発電機(8)を回転させるタイミン
グベルト(9)により構成されている。尚、上記操舵回転
センサ(7)は、出力軸側（電動機）に設けてもよい。

上記操舵トルクセンサ(10)は、入出力軸(3)と(4)の相対
回転に伴って軸方向に変位する可動鉄心と、この可動鉄
心の外周に空隙をもって配設され一次巻線および二次巻
線よりなる差動変圧器とから構成され、入出力軸(3)と
(4)の角度差が差動変圧器の二次コイルから電気信号に
変換して出力される。

上記電動機(11)は出力軸(4)に沿って配設され、その回
転軸には歯付きプーリが軸着され、この歯付きプーリと
出力軸(4)に軸着された歯付きプーリとの間にはタイミ
ングベルト(14)が懸け渡されている。また、出力軸(4)
に軸着された歯付きプーリが大径に形成され、電動機(1
1)の回転を減速して出力軸(4)に伝達するよう、双方の
歯付きプーリおよびタイミングベルト(14)により減速装
置が構成されている。

尚、上記入力軸(3)、出力軸(4)、操舵回転センサの直流
発電機(8)、操舵トルクセンサ(10)の差動変圧器および
電動機(11)は、入出力軸(3),(4)の周囲を覆う図示しな
いステアリングコラムに支持されている。

上記制御装置(12)およびその電源回路(13)を第４図に基
づいて説明する。同図において、(20)はマイクロコンピ
ュータ・ユニットであり、マイクロコンピュータ・ユニ
ット(20)には、操舵トルク検出手段(21)、操舵回転検出
手段(22)および電流検出回路(23)からの各検出信号Ｓ_１
〜Ｓ_３がA/Dコンバータ(24)を通じてマイクロコンピュ
ータの命令に従って入力されている。

上記操舵トルク検出手段(21)は、操舵トルクセンサ(10)
とマイクロコンピュータ・ユニットの基準クロックパル
スＴ_１を分周し交流信号に変換して差動変圧器の一次巻
に供給するとともに差動変圧器の二次巻線からの出力を
整流平滑化する操舵トルク・インターフェース回路(25)
とからなり、操舵トルクの作用方向とその大きさを示す
操舵トルク検出信号Ｓ_１を出力する。

上記操舵回転検出手段(22)は、操舵回転センサ(7)と、
この操舵回転センサ(7)の直流発電機(8)からの出力を極
性に応じて夫々絶対値変換して増幅する操舵回転・イン
ターフェース(26)とからなり、ステアリング系の操舵回
転方向と操舵速度を示す操舵回転検出信号Ｓ_２を出力す
る。

マイクロコンピュータ・ユニット(20)はI/0ポート、メ
モリ、演算器、制御部、各レジスタ及びクロックジェネ
レータ等により構成され、クロックパルスに基づき作動
する。マイクロコンピュータ・ユニット(20)等を駆動す
る電源回路(13)は、車載のバッテリ(29)の＋端子にヒュ
ーズ回路(30)、イングニションキーのキースイッチ(31)
を介して接続されるリレー回路(32)と、このリレー回路
(32)の入力側に接続される定電圧回路(33)とから構成さ
れ、リレー回路(32)の出力側のＢ端子から後述する電動
機駆動回路（電動機駆動手段）(34)に電源を供給し、定
電圧回路(33)の出力端子であるＡ端子からはマイクロコ
ンピュータ・ユニット(20)、各検出手段(21),(22)およ
びその他のインターフェース回路(25,6)等に電源を供給
する。従って、キースイッチ(31)が投入されると、マイ
クロコンピュータユニット(20)は命令に基づき各検出手
段Ｓ_１〜Ｓ_３をA/Dコンバータ(24)でディジタル変換し
て、メモリに書き込まれたプログラムに従って処理し、
電動機(11)を駆動する制御信号Ｔ_３，Ｔ_４を電動機駆動
回路(34)に出力し、電動機(11)を駆動制御する。

電動機駆動回路(34)は、ＦＥＴ（電界効果トランジス
タ）(35,36,37,38)から成るブリッジ回路と、マイクロ
コンピュータ・ユニット(0)からの制御信号Ｔ_３，Ｔ_４
によりブリッジ回路を駆動するインターフェース回路(3
9)とにより構成されている。ブリッジ回路はＦＥＴ(35)
と(38)の夫々のドレイン端子が電源回路(13)のＢ端子に
接続される一方、これらのソース端子が他方のＦＥＴ(3
6)と(37)のドレイン端子に夫々接続されている。ＦＥＴ
(36)と(37)のソース端子は夫々抵抗(R)を通じてコモン
側に接続されバッテリ(29)の−端子へ接続されている。
ＦＥＴ(35,36,37,38)の夫々のゲート端子はインターフ
ェース回路(39)の出力側に接続され、ブリッジ回路の出
力側となるＦＥＴ(35)のソース端子とＦＥＴ(38)のソー
ス端子が前記電動機(11)の電機子巻線に接続されてい
る。前記インターフェース回路(39)は、マイクロコンピ
ュータ・ユニット(20)からの電動機回転方向制御信号Ｔ
_３に基づいてＦＥＴ(35)をオン駆動すると同時にＦＥＴ
(37)を駆動可能状態し、ＰＷＭ信号から成る電動機駆動
信号Ｔ_４に基づいてＦＥＴ(37)をドライブするか、又
は、制御信号Ｔ_３によりＦＥＴ(38)をオン駆動すると同
時にＦＥＴ(36)を駆動可能状態にし、ＰＷＭ信号から成
る電動機駆動信号Ｔ_４に基づいてＦＥＴ(36)をドライブ
する。従って、電動機駆動回路(34)においては、一方の
ＦＥＴ(35)のオン駆動をＦＥＴ(37)のＰＷＭ駆動、又は
他方のＦＥＴ(38)のオン駆動とＦＥＴ(36)のＰＷＭ駆動
により、電動機(11)が制御信号Ｔ_３，Ｔ_４に応じて回転
方向とその動力（回転数とトルク）が制御される。

また、本実施例においては、制御装置(12)の異常を検出
する異常検出手段を備えている。この異常検出手段は、
抵抗(R)の通流電流を検出する電流検出回路(23)により
構成され、その出力Ｓ_３がA/Dコンバータ(24)を通じて
入力されており、異常の場合には前記電源回路(13)のリ
レー回路(32)にリレー制御信号Ｔ_２をマイクロコンピュ
ータ・ユニット(20)から出力し、電源回路(13)からの電
源の供給を停止させる。

次に作用を説明する。

第５図はマイクロコンピュータ・ユニット(20)における
電動機制御処理の概略を示すフローチャートであり、図
中Ｐ_１〜Ｐ_２５はフローチャートの各ステップを示す。

イグニションキーのキースイッチ(31)がオンに投入され
ると、マイクロコンピュータ・ユニット(20)や他の回路
に電源が供給され制御が開始される（ステップＰ_０）。
まず、マイクロコンピュータ・ユニット(20)内部におい
てはI/0ポートのセット、各レジスタおよびＲＡＭ内の
データをクリアして初期設定する（Ｐ_１）。次にステッ
プＰ_２では初期故障診断を行ない、A/Dコンバータ(24)
からの入力信号の読込みを停止して内部回路のチェック
を行ない、異常であれば制御装置(12)の作動を直ちに停
止し、異常がなければリレー回路(32)を駆動して電動機
駆動回路(34)に電源を供給し、さらに電流検出回路(23)
からの検出信号Ｓ_３が零であるかどうかを診断し、零で
ない場合には異常としてリレー回路(32)を駆動停止して
制御を停止し、零の場合には次のステップＰ_３で操舵ト
ルク検出信号Ｓ_１を読込む。そして、この検出信号Ｓ_１
から操舵トルクの作用方向と大きさを計算し、トルクの
作用方向を示すトルク方向フラグのセットとその大きさ
を絶対値Ｔに変換して記憶する（Ｐ_４）。次にステップ
Ｐ_５では、故障診断を行ない、異常であれば上記同様に
リレー回路(32)により駆動を停止し、正常であれば、ス
テップＰ_６においてトルクの絶対値Ｔが予め設定された
所定値ａより小さいかどうかを判断し、Ｔ≦ａの場合に
はステアリングホイール(2)には操舵トルクが付与され
ていないとして、これを示す零フラグF1をセット
（Ｐ_７）し、Ｔ＞ａの場合にはフラグのセットを行なわ
ず、ステップＰ_８へ進む。

ステップＰ_８においては、操舵回転検出信号Ｓ_２を読込
み、ステップＰ_９で操舵回転方向とその回転数の大きさ
を計算し、回転方向を示す回転方向フラグのセットとそ
の大きさを絶対値Ｎに変換して記憶する。そして、ステ
ップＰ_１０において、上記同様に故障診断を行ない、正
常であればステップＰ_１１において操舵回転数Ｎが予め
設定された所定値ｂより大きいかどうかの判別が行なわ
れ、Ｎ≧ｂの場合にはステアリング系が回転されている
状態として、これを示す回転フラグF2をセット
（Ｐ_１２）し、Ｎ＜ｂの場合には、回転フラグをセット
しないでステップＰ_１３へ進む。ステップＰ_１３では、
零フラグF1と回転フラグF2の双方がセットされているか
どうかを判別する。

ステップＰ_１３では、双方のフラグF1,F2の双方がセッ
トされている場合以外には、ステップＰ_１４に進み、回
転数の前回値Ｎ_０を零にしてステップＰ_１５に進む。ス
テップＰ_１５では、上記ステップＰ_４での操舵トルクの
トルク方向フラグから電動機(11)の回転制御方向を決定
し、ステップＰ_１６では、上記操舵トルクの絶対値Ｔと
上記ステップＰ_８の操舵回転の絶対値Ｎとにより、電動
機制御デューティを決定し、ステップＰ_１７においてマ
イクコンピュータ・ユニット(20)からインターフェース
回路(39)に電動機制御信号Ｔ_３，Ｔ_４（Ｔ_３：回転方向
信号、Ｔ_４：駆動信号）が出力され、この制御信号
Ｔ_３，Ｔ_４に基づいてインターフェース回路(39)により
ブリッジ回路ののＦＥＴ(35,36,37,38)を駆動して電動
機(11)の制御が行なわれる。即ち、上記操舵トルクのト
ルク方向フラグと操舵回転の回転方向フラグとにより、
ステアリング系の行き操作時には、電動機駆動回路(34)
のＦＥＴ(35)をオンにし且つＦＥＴ(37)に電動機制御デ
ューティを付与するか、又はＦＥＴ(38)をオンにし且つ
ＦＥＴ(36)に電動機制御デューティを付与して、電動機
(11)をＰＷＭ駆動制御する。他方、ステアリング系の戻
り操作時には、ＦＥＴ(35)に電動機制御デューティのう
ち操舵回転数に対応する成分を付与し、且つＦＥＴ(37)
に電動機制御デューティのうち操舵トルクの絶対値に対
応した成分を与えるか、又はＦＥＴ(38)と(36)に同様の
信号を付与することにより、電動機(11)が駆動制御され
る。この場合、駆動されるＦＥＴは、上記ステップＰ
_１５で決定された回転制御方向により、例えば、ＦＥＴ
(35)と(37)、ＦＥＴ(38)と(36)に決定される。そして、
電動機(11)により発生するトルクがタイミングベルト(1
4)を介して出力軸(4)に伝達され、操舵力の軽減が図ら
れる。

次にステップＰ_１８ではブリッジのＦＥＴに出力される
信号が電流検出回路(23)により直流電圧に変換して読込
まれ、ステップＰ_１９において電機子電流が計算され、
ステップＰ_２０で電機子電流が上述した操舵トルクの絶
対値に対応して設定された範囲内にあるかどうかを判別
し、範囲内でない場合には異常であるとしてリレー回路
(32)をオフにして制御を停止し、範囲内であれば、ステ
ップＰ_３に戻る故障診断が行なわれる。

また、上記ステップＰ_１３において、双方ともセットさ
れている場合には、ステアリングホイール(2)に操舵ト
ルクが付与されていない状態でステアリングが回転して
いるので、これを手放し状態でタイヤの反力によりステ
アリング系が戻されている状態として、ステップＰ_２１
に進む。つまり、ステップＰ_１３においては。第６図
(B)に示すような特性に至るステアリング系の手放し戻
り状態時であることが判別される。

ステップＰ_２１では操舵回転数の今回値Ｎから前回値Ｎ
_０を減算し、この差分を回転数の変化分ΔＮとして置数
し、ステップＰ_２２では変化分ΔＮが零および正か、又
は負かの判別が行なわれる。即ちΔＮ≧０の場合には操
舵回転速度が増大中か一定となるときであるので、第６
図(B)中に０〜ｔ_１で示すようにステアリングホイール
(2)が操舵角αで手放されて中位位置に戻ろうとしてい
る範囲や、ｔ_１〜ｔ_３，ｔ_４〜ｔ_５，ｔ_６〜ｔ_７の各範
囲であるとしてこれを見送り、ステップＰ_２３で回転数
の前回値Ｎ_０に今回値Ｎを置数してステップＰ_１５に戻
る。これに対し、ΔＮ＜０の場合には操舵回転速度が減
少中のときであるので、第６図(B)中にｔ_１〜ｔ_２，ｔ
_３〜ｔ_４，ｔ_５〜ｔ_６，ｔ_７〜ｔ_８で示す各範囲である
として、電動機(11)を制動させるべくステップＰ_２４に
進み、電動機制動制御信号Ｔ_５を出力する。つまり、本
実施例では、ステアリングホイールが手放しで中位位置
に戻される状態でも、第６図(B)中の曲線ｍで示すよう
に中位位置に戻る操舵速度が最大から零へ減少する範囲
を検出し、このような各範囲で電動機(11)を制動するよ
うにしており、ステップＰ_２４においては第６図(B)で
示すように操舵速度が最大から減少に移行するｔ_１，ｔ
_３等の時点で、第６図(C)に示すように電動機制動制御
信号Ｔ_５を出力し、ステップＰ_２５で前回値Ｎ_０を零に
してステップＰ_３に戻る。

そして、ステップＰ_２４でマイクロコンピュータ・ユニ
ット(20)から電動機制動制御信号Ｔ_５が出力されると、
インターフェース回路(39)によりブリッジ回路のＦＥＴ
(36)と(37)とをオン駆動し、電動機(11)の電機子巻線を
短絡する。したがって、電動機(11)は、自らの回転によ
り発生する逆起電力により電機子巻線には第６図(D)に
示すように回転方向に応じた向きに制動電流が流れるこ
とになり、自己制動される。その結果、ステアリング系
の操舵トルクが小さく、操舵回転速度が大きく、且つ、
操舵回転速度が減少している時、すなわち、手放し戻り
操舵時で、中立位置近傍に位置する場合には、第６図
(E)のＴ_３で示すように、ステアリング系の振動の最初
と次の中位位置で電動機(11)が自己制動されることにな
り、ステアリング系の収束時間Ｔ_３をマニュアルステア
リングに比べて大幅に短縮でき、電動機の慣性の影響を
確実に防止できる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、ステアリングホイ
ールが手放し状態で、中立位置近傍に位置する場合に、
電動機を電気的に制動できるので、電動機の慣性による
影響を除去でき、戻り状態のステアリング系を中位位置
に短時間のうちに収束でき、安定したステアリング系の
戻り特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の全体構成図、第３図ない
し第５図、第６図(C),(D),(E)は本発明の一実施例に係
り、第３図は電動式パワーステアリング装置の概略を示
す平面図、第４図は制御装置のブロック構成図、第５図
は制御処理の概略を示すフローチャート、第６図(C),
(D)および(E)は電動機制動制御信号、電動機制動電流、
および収束特性をそれぞれ示す説明図、第６図(A),(B)
は従来例に係り、第６図(A)はマニュアルステアリング
の収束特性を示す図、第６図(B)は電動式パワーステア
リング装置の収束特性を示す図である。 図面中(3),(4)は入力よび出力軸、(11)は電動機、(20)
はマイクロコンピュータ・ユニット、(21)は操舵トルク
検出手段、(22)は操舵回転検出手段、(34)は電動機駆動
手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機の動力をステアリング系に作用させ
   て操舵力の軽減を図る電動式パワーステアリング装置に
   おいて、 前記ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク
   検出手段と、前記ステアリング系の操舵回転速度を検出
   する操舵回転検出手段と、前記ステアリング系の操舵回
   転速度が減少状態か否かを判別する操舵回転減少検出手
   段と、これら検出手段の検出信号に基づいて前記操舵ト
   ルクが所定値以下で、前記操舵回転速度が所定値以上且
   つ前記操舵回転速度が減少状態にある時に前記電動機を
   制動する電動機制動手段とを備えることを特徴とする電
   動式パワーステアリング装置。