JPH0717635Y2 - 電気式動力舵取装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本考案は電気式動力舵取装置の安全性を改良したものに
関する。

【従来技術】

従来、自動車の操向ハンドルに運転者により加えられる
マニュアルトルクを検出し、そのマニュアルトルクに応
じて電動機の出力を制御することにより、電動機により
ステアリングシャフトに加えられるアシストトルクを制
御する電気式動力舵取装置が知られている。 上記のマニュアルトルクに対するアシストトルクの特性
（以下「アシスト特性」という）は、操舵フィーリング
を決定する。又、アシストトルクがない状態における操
舵に必要なトルク、即ち、操舵負荷トルクは、路面状
態、車速、操舵角、操舵角速度等の走行及び操舵状態に
依存する。このため、上記アシスト特性を走行及び操舵
状態に依存せずに一定とすると、操舵フィーリングは走
行及び操舵状態に依存して変化することになる。 したがって、操舵フィーリングを走行及び操舵状態に拘
わらず最適とするためには、アシスト特性を走行及び操
舵状態に応じて変化させる必要がある。そこで、路面状
態、車速、操舵角、操舵角速度等の物理量を検出し、コ
ンピュータ等の精緻な電子制御装置を用い、検出された
物理量に応じて最適なアシスト特性を選定し、その選定
されたアシスト特性に基づいて電動機を制御することが
提案されている。 一方、電動機の出力を制御する電子制御装置が壊れた
り、制御系の配線が短絡又は断線したりすると、電動機
の出力がアシスト特性で決定される値から逸脱し、アシ
ストトルクが大きくなり過ぎたり、アシストトルクの向
きがマニュアルトルクと反対となる等の故障が発生す
る。係る故障発生時には、直ちに動力舵取装置が作動し
ないようにすることが重要である。

【考案が解決しようとする課題】

そこで、従来、電動機の負荷電流があらゆる走行及び操
舵状態においてとり得うる最大値より僅かに大きい値を
設定しておき、電動機の負荷電流がその値を越えた場合
には装置の故障とみなして、電動機に給電しないように
していた。 ところが、故障判定の設定値が大きいと、異常検出の範
囲が狭くなり、効果的な異常検出ができないという問題
はある。例えば、自動車の高速走行時における操舵の最
大アシストトルクは、停止時における操舵の最大アシス
トトルクよりも小さい。 したがって、上記の異常判定のための設定値は、誤って
異常検出をしないように、停止時における最大アシスト
トルクを発生する負荷電流値よりも大きい値に設定され
る必要がある。すると、高速走行時は停止時に比べて異
常検出のための負荷電流の余裕が大きくなるため、高速
走行時は停止時に比べて異常検出の精度が低下するとい
う問題がある。 即ち、第６図（ａ）においてマニュアルトルクTmは、自
動車の停止時Ｖ（Ｌ）の時に最大値Tm（max）を採り、
アシストトルクTaは最大値Ta（max）を採る。そして、
その最大アシストトルクTa（max）を基準にして異常判
定の基準となる異常アシストトルクレベルを設定してい
た。したがって、自動車の高速走行時においては、アシ
スト特性Ｖ（Ｈ）から明らかなように、正常に出力され
るアシストトルクと、その設定された異常アシストトル
クレベルとの差が大きい、したがって、アシストトルク
Taが異常アシストトルクレベルを越えるように極端な制
御装置の故障が起こった時のみ電動機に供給される電流
が遮断される。言い換えると、このように、アシストト
ルクTaが異常アシストトルクレベルを越えるような極端
な制御装置の故障は起こり難いため異常検出が遅れるこ
とになる。 そこで、本考案は上記の課題を解決するために成された
ものであり、その目的は自動車の走行及び操舵状態等に
応じて故障検出の精度を向上させることにより動力舵取
装置の信頼性を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するための考案の構成は、第１図にその
概要を示す様に、自動車のステアリングシャフト11にか
かるマニュアルトルクを検出するトルク検出器１と、前
記ステアリングシャフト11にアシストトルクを発生する
電動機９と、前記マニュアルトルクに対する前記アシス
トトルクの特性の変化に関与する車速等の物理量を検出
する物理量検出器２と、前記マニュアルトルクと前記物
理量検出器２の出力に応じて前記電動器９の出力を制御
する制御装置３とからなる電気式動力舵取装置におい
て、 前記電動機９に流れる負荷電流を検出する電流検出器４
と、前記物理量検出器２の出力信号を入力し、該出力信
号に応じて、前記負荷電流に対する異常アシストトルク
レベルを可変的に決定し、該異常アシストトルクレベル
に関連した信号を出力する基準特性出力手段５と、前記
基準特性出力手段５の出力信号と前記電流検出器４の出
力信号とを入力し、前記負荷電流が前記異常アシストト
ルクレベルを越える時に異常と判定する比較手段６と、
前記比較手段６の出力信号に応じて前記電動機９の給電
路を遮断する電流遮断手段７とを設けたことである。

【作用】

運転者の操向ハンドル10の操作によりステアリングシャ
フト11に加えられたマニュアルトルクは、ラック＆ピニ
オンギア12を介して操舵輪13,14の方向の変化に使われ
る。トルク検出器１はステアリングシャフト11のねじれ
によって生じるトルクを検出し、その出力信号は制御装
置３に入力される。また、車速、操舵角、操舵角速度等
が物理量検出器２である、例えば車速検出器、操舵角検
出器、操舵角速度検出器等により検出され、その出力信
号が制御装置３に入力される。そして、電動機９は制御
装置３によって、物理量検出器２の出力信号に応じて選
択されるアシスト特性から、トルク検出器１の出力信号
に応じて決定されるアシストトルクをステアリングシャ
フト11に発生させる。そして、基準特性出力手段５は、
アシストトルクの最大値の物理量に対する特性に応じ
て、その時の物理量検出器２の出力信号に対する負荷電
流の最大値に関連した比較電圧、つまり、異常アシスト
トルクレベルを設定する。また、電流検出器４は電動機
９に流れる負荷電流を検出している。この電流検出器４
の出力信号と基準特性出力手段５の出力信号は比較手段
６に入力しており、その比較手段６により、電動機９に
よって発生されるアシストトルクがステアリングシャフ
ト11に加えられたマニュアルトルクに見合っているか否
か、つまり、その値が異常アシストトルクレベルを越え
ていないか比較される。 一方、電動機９には電源８から電流が制御装置３を介し
て必要な大きさと方向の電流に制御されて供給される。
そして、電源８からの給電路には電流遮断手段７が配設
されており、その電流遮断手段７は比較手段６の出力信
号に応じて動作し、ステアリングシャフト11に発生する
アシストトルクが、その場合の異常アシストトルクレベ
ルを越えた時には電動機９への給電電流を遮断するよう
に作用する。

【実施例】

以下、本考案を具体的な実施例に基づいて説明する。第
２図は実施例装置で使用されたトルク検出器１の構成を
示した断面図である。ステアリングシャフト11は、ハン
ドル軸101と、舵取り軸102と、その二つの軸を連結する
トーションバー103とで構成されている。操向ハンドル1
0が回転するとハンドル軸101が回転しその回転力はトー
ションバー103を介して舵取り軸102に伝達される。この
時トーションバー103にマニュアルトルクに比例したね
じれ量が発生する。舵取り軸102は内部にトーションバ
ーが貫通しているリング部104を有しており、そのリン
グ部104のハンドル軸101側の端面はその一部分円が軸方
向に切り込まれた係合端部105を有している。係合端部1
05にはレバー106の一端部107が当接している。レバー10
6はピン108によりハンドル軸101に揺動自在に軸支さ
れ、レバー106の一端部109は可動円板110の一端面111と
当接している。又、ハンドル軸101には、他のレバー146
がレバー106と軸対称に軸支されている。可動円板110の
他の端面113にはコイルスプリング114が当接しており、
コイルスプリング114の他端は固定板115と当接してい
る。その固定板115はハンドル軸101に固設されている。
可動円板110の端部にはロッド116がハンドル軸101方向
に配設されており、そのロッド116の先端には高透磁率
の金属体117が取り付けられている。一方、ハンドルコ
ラム118の内面には、差動トランス119が固設されてお
り、その差動トランス119の内部に金属体17とロッド116
が嵌挿されている。このような構成においてステアリン
グシャフト11のねじれ量は金属体117の差動トランス119
に対するＸ軸方向の相対変位量として検出される。 その作用について次に説明する。ハンドル軸101と舵取
り軸102との間に図示するａ矢視方向のねじれ量が発生
するとレバー106の一端部107は係合端面105からａ矢視
方向のトルクに比例した反作用を受ける。この結果、レ
バー106は、ピン108を中心としてｂ矢視方向に回転し、
可動円板110は固定板115の方にコイルスプリング114の
付勢力に抗して押し下げられる。このため可動円板110
に固設されたロッド116は差動トランス119に対してＸ軸
の正方向に変位することになる。又、逆方向の回転トル
クが加わった場合には、コイルスプリング114の付勢力
によりロッド116はＸ軸の負の方向に移動する。このよ
うにして、ステアリングシャフト11にかかるマニュアル
トルクの大きさを可動円板110およびロッド116によって
金属体117の変位量として検出することが出来る。 第３図は物理量検出器２、制御装置３、基準特性出力手
段５、比較手段６の具体的な構成を示したブロックダイ
ヤグラムである。トルク検出器１の出力信号はインタフ
ェース21を介してCPU20に入力している。また、CPU20は
アシストトルクの特性を変化させるパラメータとなる物
理量である車速、操舵角速度を、物理量検出器２の具体
化された車速検出器2a、操舵角速度検出器2bによりイン
タフェース22を介して入力している。 第４図のフローチャートにより、CPU20の動作を説明す
ると、まずステップ100でトルク検出器１の出力信号T,
車速検出器2aの出力信号V,操舵角速度検出器2bの出力信
号を読み込む。次にステップ102に移行し、上記出力
信号T,V,Iから目標負荷電流Iaを演算する。そして、
ステップ104に移行し、上記目標負荷電流Iaに対応した
制御信号をドライブユニット23に出力して終了する。 上記フローチャートに基づき、CPU20はアシストトルク
がその制御目標値になるように、ドライブユニット23に
目標負荷電流Iaの制御信号を出力している。そして、ド
ライブユニット23はその目標負荷電流Iaの制御信号に応
じて、電源８から供給される電流の大きさと方向を制御
して電動機に給電し、アシストトルクが制御目標値とな
るように制御している。 また、車速検出器2a、操舵角速度検出器2bの出力信号
は、F/V変換器31を介し、増幅器32に入力し、増幅され
る。増幅器32の出力信号V1は関数発生器33に入力してい
る。関数発生器33は、第５図に示すように、車速検出器
2a、そして、操舵角速度検出器2bの出力信号、つまり、
入力電圧V1に対して比較電圧V2を発生する。この比較電
圧V2は異常アシストトルクレベルを決定する電圧値であ
る。 関数発生器33の出力信号V2は比較器35の反転入力端子に
入力している。また、電動機９へ給電される負荷電流は
電流検出器４により検出される増幅器34で増幅され、そ
の増幅器34の出力信号V3が比較器35の非反転入力端子に
入力している。 ここで、正常時には関数発生器33の出力信号V2より増幅
器34の出力信号V3が小さくなるように、増幅器34の利得
が調整されている。また、電源８から電動機９への給電
路には、通常は閉接点のリレー回路36が配設されてお
り、そのリレー回路36は比較器35の出力信号V4により遮
断される。 今、装置が正常な時は増幅器34の出力信号V3は、関数発
生器33の出力信号V2より低いため、比較器35の出力信号
V4は低レベルとなり、リレー回路36は導通状態を保持し
ている。 ところが、関数発生器33は車速検出器2aの出力信号から
発生する入力電圧V1に対して比較電圧V2を設定してお
り、比較電圧V2に対して電動機９の負荷電流を検出して
いる電流検出器４から増幅器34を通った出力信号V3が大
きくなると、つまり、異常アシストトルクレベルをアシ
ストトルクが越えると、比較器35の出力信号V4は高レベ
ルとなる。 すると、リレー回路36を作動し給電路は遮断され、電動
機９への給電が停止される。このため、その時に発生し
ようとしたアシストトルクの発生が中断され、装置の異
常により不適切なアシストトルクが発生することを防止
でき、電気式動力舵取装置の安全性に確保される。 以上述べたように、本実施例では、関数発生器33の作用
により、第６図（ｂ）に示すように、停止時、中速時、
高速時のアシスト特性Ｖ（Ｌ）,V（Ｍ）,V（Ｈ）に対し
て各異常アシストトルクレベルを設定しているので、ど
のような走行状態においても、アシストトルクTaと異常
アシストトルクレベルとの差は少ないため異常検出が早
期に行われる。 したがって、安全性の高い電気式動力舵取装置を提供す
ることができる。上記の実施例において、物理量検出器
が車速検出器2aで具体的に構成され、制御装置は、CPU2
0,インタフェース21,22,ドライブユニット23とで具体的
に構成され、基準特性出力手段は、F/V変換器31,増幅器
32,関数発生器33とで具体的に構成され、比較手段は比
較器35で具体的に構成され、電流遮断手段はリレー回路
36で具体的に構成されている。（改行）また、上記実施
例では物理量検出器２によって検出される物理量を車速
としたが、その他、操舵角、操舵角速度や、それらの複
合であっても良い。

【考案の効果】

物理量検出器の出力信号に応じて、負荷電流に対する異
常アシストトルクレベルを可変的に決定し、この異常ア
シストトルクレベルに関連した信号を出力する基準特性
出力手段と、基準特性出力手段の出力信号と電流検出器
の出力信号とを入力し、負荷電流が異常アシストトルク
レベルを越える時に異常と判定する比較手段と、比較手
段の出力信号に応じて電動機の給電路を遮断する電流遮
断手段とを有しているので、異常検出の基準値が走行及
び操舵状態等により変化するため、異常検出が精度良く
行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の概念を示したブロックダイヤグラム。
第２図は本考案の実施例装置で使用されたトルク検出器
１の構成を示した断面図。第３図は実施例装置の構成を
示したブロックダイヤグラム。第４図は同実施例装置の
CPU20におけるフローチャート。第５図は同実施例装置
の関数発生器33における入力電圧V1と比較電圧V2を示す
相関図。第６図はマニュアルトルクTmとアシストトルク
Taの相関関係とその異常アシストトルクレベルの関係を
示す特性図である。 11…ステアリングシャフト、101…ハンドル軸、102…舵
取り軸、103…トーションバー 105…係合端部、106…レバー 110…可動円板、114…コイルスプリング 115…固定板、116…ロッド 117…金属体、119…差動トランス

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車のステアリングシャフトにかかるマ
   ニュアルトルクを検出するトルク検出器と、前記ステア
   リングシャフトにアシストトルクを発生する電動機と、
   前記マニュアルトルクに対する前記アシストトルクの特
   性の変化に関与する車速等の物理量を検出する物理量検
   出器と、前記マニュアルトルクと前記物理量検出器の出
   力に応じて前記電動機の出力を制御する制御装置とから
   なる電気式動力舵取装置において、 前記電動機に流れる負荷電流を検出する電流検出器と、 前記物理量検出器の出力信号を入力し、該出力信号に応
   じて、前記負荷電流に対する異常アシストトルクレベル
   を可変的に決定し、該異常アシストトルクレベルに関連
   した信号を出力する基準特性出力手段と、 前記基準特性出力手段の出力信号と前記電流検出器の出
   力信号とを入力し、前記負荷電流が前記異常アシストト
   ルクレベルを越える時に異常と判定する比較手段と、 前記比較手段の出力信号に応じて前記電動機の給電路を
   遮断する電流遮断手段と を有することを特徴とする電気式動力舵取装置。