JPH0798490B2

JPH0798490B2 - 電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JPH0798490B2
Application number: JP2516586A
Authority: JP
Inventors: 康夫清水
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1986-02-06
Filing date: 1986-02-06
Publication date: 1995-10-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: GB8701911D0; FR2593765B1; DE3703701C2; GB2186242B; DE3703701A1; FR2593765A1; JPS62181957A; US4715463A; GB2186242A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電動機を用いた電磁型倍力装置により補助ト
ルクを発生させステアリングの操舵トルクを軽減させる
電動式パワーステアリング装置に係り、特に故障診断を
含む制御方式の改善に関する。

（従来の技術）一般に、電動式パワーステアリング装置は、電動機をト
ルク発生源とする操舵力倍力装置及びこの倍力装置を駆
動制御する制御回路を備え、ステアリングホイールに付
与される操舵トルク等の操舵状態を検出し、この検出信
号に基づいて電動機に補助トルクを発生させ、ステアリ
ング操舵力の軽減を図っている。又、制御装置をアナロ
グ回路により構成し、電動機のアナログ電気信号を用い
てフィードバック制御したり、制御装置をマイクロコン
ピュータにより構成し操舵状態検出信号に基づいて電動
機の制御信号を決定し出力して制御することにより、速
い速度で電動機制御を可能とし適切な操舵性能の向上を
図っている。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、上記制御装置をマイクロコンピュータにより
構成して電動機制御を行なう場合、電動式パワーステア
リング装置には高度の信頼性が要求されるために多くの
故障診断機能を設ける必要があるが、マイクロコンピュ
ータの特性上、多くの入力を同時に読み込むことができ
ないこと、マイクロコンピュータが内部クロックパルス
に基づいて作動することにより信号処理に所定時間を要
するので、多くの故障診断機能を設けると、電動機制御
の応答性が低下し運転者の任意動作に充分追従できず適
切な操舵フィーリングを得ることが難しい場合があっ
た。すなわち、電動機制御に重点をおいて応答性を追求
すると故障診断をおろそかにし信頼性が低下するという
おそれがあった。

（発明の目的）そこで、本発明は、操舵フィーリングを最も重視する据
え切り時等では、故障診断の処理よりも電動機の制御処
理を重点的に行わせ、車速が増大するに従って故障診断
処理の割合を増大させることにより、故障診断機能を低
下させることなく、応答性が良くしかも操舵フィーリン
グが良好な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図は本発明の全体構成図である。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、ステアリン
グ系の操舵トルク等の操舵状態を検出する操舵状態検出
状態（40）と、少なくともこの操舵状態検出検出手段
（40）から出力される操舵状態検出信号に基づきステア
リング系に対する補助トルクを発生する電動機の制御信
号を決定し出力する電動機制御信号発生手段（27）と、
この電動機制御信号発生手段（27）から出力される制御
信号に基づき電動機を駆動する電動機駆動手段（23）
と、車両の走行速度を検出する車速検出手段（14）と、
制御系統の故障を診断する故障診断手段（28）と、前記
車速検出手段（14）からの車速信号に基づき前記電動機
制御信号発生手段（27）と故障診断手段（28）との制御
割合を変更する制御割合変化手段（29）を備え、電動機
を制御する割合と、故障診断を実行する割合とを、車両
の高速時と低速時（停止している場合も含む）とで車速
に応じて変化させ、これにより低速時には電動機を制御
する割合を大きくして故障診断の割合を低下させ、また
高速になるにつれて故障診断処理の割合を増大させるこ
とができ、したがって、低速時における操舵フィーリン
グを良好にすることができるとともに高速時における信
頼性を高めることができる。

（実施例）以下に本発明の一実施例を添付図面に基づき説明する。

第２図は電磁型倍力装置を90゜折曲させて示す断面図で
ある。同図において（１）はステアリング軸の入力軸、
（２）はステアリング軸の出力軸であり、入出力軸
（１），（２）は軸受（３）により相対回転自在に同軸
状に設けられる。これらの入出力軸（１），（２）は、
トーションバー（４）により連結され、相対回転に比例
したトルクを発生させる。又、入出力軸（１），（２）
は、軸受（５），（６），（７）によりケース（８）に
回転自在に支承される。ケース（８）は車体のコラムハ
ンガーに一体的に設けられ、入力軸（１）はステアリン
グホイールに連結され、出力軸（２）は等速継手、ラッ
ク・ピニオン、タイロッドを介して車輪を回転自在に支
承するナックルに連結され、ステアリングホイールの回
転を入力軸（１）、トーションバー（４）、出力軸
（２）を介して車輪の揺動運動に変換して車両の操舵を
可能にする。

ステアリング軸を構成する入出力軸（１），（２）の周
囲には、操舵回転センサ（９）、操舵トルクセンサ（1
0）、電動機（11）、減速装置（12）、電磁クラッチ（1
3）等が配設され電磁型倍力装置を構成すると共に、そ
の周囲には車速センサ（14）、制御装置（15）、及び電
源（バッテリ）（16）等が設けられ電動式パワーステア
リング装置が構成される。

更に詳述すると、操舵回転センサ（９）は、入力軸
（１）の外周に一体的に設けられる歯付プーリ（9a）
と、ケース（８）に一体的に設けられる直流発電機（9
b）と、直流発電機（9b）の回転子に一体的に設けられ
る歯付プーリ（9c）と、両プーリ（9a），（9c）間を巻
き回して回転を伝達するタイミングベルト（9d）とによ
り構成され、直流発電機（9b）の出力を制御装置に入力
することにより、入力軸（１）の回転方向と回転数を検
出する。

操舵トルクセンサ（10）は入力軸（１）と出力軸（２）
の係合部に設けられ、入力軸（１）と出力軸（２）の相
対回転により中位の位置から軸方向に左右摺動可能に設
けられる可動鉄心（10a）と、この可動鉄心（10a）を電
気信号に変換する作動変圧器（10b）より構成され、差
動変圧器（10b）の一次コイルには制御装置（15）によ
り交流信号が与えられ、二次コイルの出力は制御装置
（15）へ入力され操舵トルクの作用方向と大きさを検出
する。又、トルクセンサ（10）の近傍にはトルク・ダン
パ機構（10c）が設けられ、入力軸（１）と出力軸
（２）の相対回転速度に比例したトルク反力を発生さ
せ、入出力軸（１），（２）の相対回転振動を制御しト
ルクセンサ（10）に安定した出力を発生させる。そし
て、この操舵トルクセンサ（10）と上記操舵回転センサ
（９）により操舵状態検出手段（40）が構成されてい
る。

減速装置（12）は、ステアリング軸（１），（２）とほ
ぼ平行な位置に、ケース（８）に一体的に設けられる電
動機（11）の回転子に一体的に設けられる歯付プーリ
（12a）、出力軸（２）に軸受（17）で回転自在に支承
される歯付プーリ（12b）、両プーリ（12a），（12b）
との間に巻き回され、電動機（11）の回転を伝達するタ
イミングベルト（12c）、歯付プーリ（12b）の左端に一
体的に設けられるサンギヤ（12d）、このサンギヤ（12
d）に外接噛み合う複数個の遊星ギヤ（12e）、これら遊
星ギヤ（12e）に内接噛み合う内歯を有しケース（８）
に回転自在に嵌合されるリングギヤ（12f）、及び夫々
の遊星ギヤ（12e）を回転自在に支承すると共に自身も
公転し、この公転を出力軸（２）に伝達するキャリヤ
（12g）より構成され、電動機（11）の回転を減速しト
ルク倍力して出力軸（２）に伝達される。

電磁クラッチ（13）は、前記リングギヤ（12f）の左端
に一体的に設けられるクラッチ板（13a）と、励磁コイ
ル（13b）を収容する断面逆コの字状のフィールド（13
c）と、前記クラッチ板（13a）をフィールド（13c）の
開口部へ押圧し初期トルクを与えると同時に空隙を零に
する為に設けられる皿ばね（13d）とにより構成され
る。そして励磁コイル（13d）の通電時に、フィールド
（13c）、クラッチ板（13a）を経由する磁束が生じ所定
の結合トルクを発生しリングギヤ（12f）をケースに一
体的に固定し、前記電動機（11）の回転を出力軸に伝達
する。

車束センサ（14）は車室内に設けられる車速計に連結さ
れるトルクケーブルに一体的に設けられる磁石と、この
磁石に対向するリードスイッチにより構成され、制御装
置（15）に入力されることにより車速に比例した周波数
のパルス信号に変換されて出力される。

次に制御装置（15）について第３図に基づき説明する。

制御装置（15）は、A/Dコンバータ（21）、マイクロコ
ンピュータユニット（22）、電動機駆動回路（電動機駆
動手段）（23）、電磁クラッチ用のドライブ回路（2
4）、電流検出回路（25）、電源回路（26）等により構
成されており、マイクロコンピュータユニット（22）の
命令に基づいて操舵回転センサ（操舵回転検出手段）
（９）、操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）（1
0）、電流検出回路（25）からの各検出信号S2,S1,S4がA
/Dコンバータ回路（21）を通じて読込まれ、車速センサ
（車速検出手段）（14）からの検出信号S3がそのまま読
込まれる。マイクロコンピュータユニット（22）は、I/
Oポート、中央処理装置、ROM、RAMクロックジェネレー
タ、クロック、プログラマブルタイマ等から構成され、
このマイクロコンピュータユニット（22）により第１図
の電動機制御信号発生手段（27）、故障診断手段（2
8）、及び制御割合変化手段（29）が構成されている。

また、電源回路（26）は、車載のバッテリ（30）の
（＋）端子にイグニションキーのキースイッチ（31）、
リレー回路（32）、定電圧回路（33）とから構成され、
リレー回路（32）の出力側のＡ端子から後述する電動機
駆動手段（23）に電源を供給し、定電圧回路（33）の他
の出力端子からはマイクロコンピュータ（22）、各検出
センサ（９），（10），（14）およびその他の制御ユニ
ットに電源を供給する。

電動機駆動回路（23）は、ドライブ回路（35）とFET
（電界効果トランジスタ）（Q1,Q2,Q3,Q4）から成るブ
リッジ回路より構成されている。ブリッジ回路はFET（Q
1）と（Q3）の夫々ドレイン端子が電源回路（26）のＡ
端子に接続される一方、これらのソース端子が他方のFE
T（Q4）と（Q2）のドレイン端子に夫々接続されてい
る。FET（Q4）と（Q2）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（30）の一端子へ接続
されている。FET（Q1,Q2,Q3,Q4）の夫々のゲート端子は
ドライブ回路（35）の出力側に接続され、ブリッジ回路
の出力側となるFET（Q1）のソース端子とFET（Q3）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。前記ドライブ回路（35）は、マイクロコンピュー
タユニット（22）からの電動機回転方向制御信号T3に基
づいてFET（Q1）をON駆動すると同時にFET（Q2）を駆動
可能状態にし、PWM信号から成る電動機駆動信号T4に基
づいてFET（Q2）をドライブするか、又は、FET（Q3）を
ON駆動すると同時にFET（Q4）を駆動可能状態にし、PWM
信号から成る電動機駆動信号T4に基づいてFET（Q4）を
ドライブする。従って、電動機駆動手段（23）において
は、一方のFET（Q1）のON駆動とFET（Q2）のPWM駆動、
又は他方のFET（Q3）のON駆動とFET（Q4）のPWM駆動に
より、電動機（11）の制御信号T3,T4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、電
磁クラッチ用のドライブ回路（24）にはマイクロコンピ
ュータユニット（22）からの電磁クラッチ制御信号T5に
より電磁クラッチの接続の制御が行なわれる。

電流検出回路（25）、前記電流検出抵抗Ｒと、この抵抗
Ｒの両端の電圧を直流電圧にするローパスフィルタと、
この出力と直流増幅する増幅回路等から構成され、増幅
回路の出力である電流検出信号S4は前記A/Dコンバータ
回路（21）へ接続され、これにより電動機（11）および
電動機駆動手段（23）の異常が検出される。そして異常
の場合には前記電源回路（26）のリレー回路（32）にリ
レー制御信号（T2）をマイクロコンピュータ（30）より
出力し、電源回路（26）からの電源の供給を停止させ
る。

次に作用を説明する。

第４図はマイクロコンピュータユニット（22）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
中のP1〜P17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（22）や他の回
路に電源が供給され制御が開始される（P1）。まず、マ
イクロコンピュータユニット（22）においては、自己の
RAM、レジスタなどをクリアすると共に制御定数を設定
するなどの初期設定を自己のプログラムに従って実行す
る（P2）。この後、電流検出回路（25）の出力信号を読
み込み、電流値が正常であるかどうかをチェックする。
また、引続いて自己のCPUに疑似信号を供給し、正常に
動作しているかどうかをチェックし、初期の故障診断を
終了する（P3）。このような故障診断は、自己のプログ
ラムに基づいて実行する。初期故障診断の結果が異常で
あれば、これ以上処理を進行させることはなく、制御を
差動停止させる。

初期故障診断の結果異常がなければ、車速センサ（14）
から車速信号S3を読み込み（P4）、車速信号に基づき電
動機の制御処理の回数Ｔを決定する（P5）。この制御処
理の回数Ｔは、前記制御割合変化手段（29）のメモリ
（図示せず）の車速Ｖとの相関を有するテーブルとして
予め記憶させてある。次にステップ（P6）では、現在の
制御処理回数Ａが設定した制御処理の回数Ｔを越えてい
るかどうかを判断する。尚、Ａは予め初期設定の処理で
Ａ＝Ｏに設定しておく。

ステップ（P6）でＡ＜Ｔの場合には、トルクセンサ（1
0）、操舵回転センサ（９）からそれぞれ操舵トルクお
よび操舵回転の信号S1,S2を順次読み込む（P7,P8）。そ
して電動機制御信号発生手段（27）において現在の運転
状態で必要な制御信号のデューテイ比を決定し（P9）、
また、現在の運転状態で必要な電動機（11）の回転方向
Ｎを決定する（P10）。その後、電動機（11）の回転方
向を決定する信号Ｎが出力される（P11）。例えば、回
転方向信号Ｎ＝１であれば右回転、Ｎ＝０であれば左回
転であるとする。この回転方向信号Ｎの値に基づき、電
動機駆動回転（23）のどのトランジスタを駆動するかが
決定される。すなわち、右回転Ｎ＝１のときは、トラン
ジスタ（Q1），（Q2）をオン状態とし、また左回転Ｎ＝
０のときは、トランジスタ（Q3），（Q4）をオン状態と
するようにドライブ回路（23）は作動する。同様にし
て、所定デューテイ比の制御信号がオン状態のトランジ
スタに供給され（P12）、電動機（11）は供給されたデ
ューテイ比の制御信号により所定方向に要求トルクで回
転制御される。さらに、ステップP13で制御処理の回数
Ａ示すフラグの内容を「１」だけインクリメントしてス
テップP4に戻る。従って、制御処理の実行回数Ａが設定
回数Ｔに到達するまで、ステップP4からステップP13ま
での処理が繰返される。

また、故障診断回数Ａが設定回数Ｔを越えてＡ≧Ｔとな
ると電流検出回路（25）の出力電流を新たに読み込み
（P14）、ステップP15を経て故障診断処理P16へと進
む。なお、ステップP15の電機子電流を演算する処理
は、故障診断の内容を詳しく例示したものであり、電流
検出回路（25）で検出した電流値を電動機制御信号のデ
ューテイ値で除算して電機子電流とみなし、この電機子
電流の値が設定値以下であるかどうかで故障診断処理P1
6を行う。その後、制御処理回数を示す変数Ａを「０」
とし、変数Ａを初期状態に戻し（P17）、ステップP4に
戻り、以上の処理を繰り返す。

したがって、前記制御割合変化手段（29）により、電動
機制御信号発生手段（27）と故障診断手段（28）とを作
動させる時間の分担割合が決定されることになる。例え
ば、所定のデューテイ比のパルス信号のオン期間によっ
て故障診断手段（28）を作動させ、オフ期間で電動機制
御信号発生手段（27）を作動させることができる。この
分担割合は、車速センサ（14）から得られる車速Ｖに基
づいて変化させているので、例えば、第５図（ａ）〜
（ｃ）に示すように、故障診断手段（28）を作動させ故
障診断を行う期間t1は、診断対象が固定されており変化
しないため、一定とする。これに対して、電動機の制御
信号を形成するため、電動機制御信号発生手段（27）を
作動させる期間txは、車速がV1,V2,V3と増大するにつれ
て短くなるようにする。すなわち、車両が低速である内
（例えば、同図（ａ））は、故障診断期間t1のサイクル
は長く、電動機制御の期間t2も長い。しかし、車両が高
速になるに従って（例えば、同図（ｂ），（ｃ））は、
故障診断期間（t1）のサイクルは次第に短くなり、電動
機制御の期間もt3,t4と短くなる。これは、高速になる
に従って、故障診断を頻繁に実行し、電動機制御は短い
期間で達成するようにすることを意味する。なお、故障
診断期間t1を可変とすることも可能である。また、故障
診断と電動機制御の割合は、車速により連続的に変化さ
せてもよく、或は段階的に変化させてもよい。

この結果、故障診断機能を低下させることなく良好な操
舵フィーリングの維持を図ることができる。なお、本願
における制御系統とは、電動式パワーステアリング装置
の電気回路を意味し、具体的には第３図に開示している
電気回路を含んでおり、実施例では制御系統の故障診断
として電気子電流の異常を判定している。

（発明の効果）本発明によれば、以上に説明したように車速検出手段か
らの検出信号に基づいて電動機制御信号発生手段および
故障診断手段の割合を制御する手段であって、車速が遅
い場合には電動機制御信号発生手段による制御処理の割
合を大きくし、車速が増大するにつれて故障診断手段に
よる制御処理の割合を増大させるようにしたため、故障
診断機能を低下させることなく、安定で応答性が良く操
舵フイーリングの良好な、信頼性の高い電動式パワース
テアリング装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２図ないし第５図は本
発明の一実施例に係る電動式パワーステアリング装置に
係り、第２図は電磁型倍力装置90゜折曲させて示す縦断
面図、第３図は制御装置の概略構成図、第４図は制御処
理の概略を示すフローチャート、第５図（ａ）〜（ｃ）
は制御装置の動作をそれぞれ説明するタイムチャートで
ある。図面中、（11）は電動機、（14）は車速検出手段、（2
3）は電動駆動手段、（27）は電動機制御信号発生手
段、（28）は故障診断手段、（29）は制御割合変化手
段、（40）は操舵状態検出手段である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステアリング系の操舵状態を検出する操舵
状態検出手段と、この操舵状態検出手段からの操舵状態
検出信号に基づきステアリング系に対する補助トルクを
発生する電動機の制御信号を決定し出力する電動機制御
信号発生手段と、この電動機制御信号発生手段の出力制
御信号に基づき電動機を駆動する電動機駆動手段とを備
えた電動式パワーステアリング装置において、車両の走行速度を検出する車速検出手段と、制御系統の
故障を診断する故障診断手段と、前記車速検出手段から
の検出信号に基づいて前記電動機制御信号発生手段およ
び前記故障診断手段の制御割合を制御する手段であっ
て、車速が遅い場合には前記電動機制御信号発生手段に
よる制御割合を大きくし、車速が増大するにつれて前記
故障診断手段による制御割合を増大させる制御割合変化
手段とを備えたことを特徴とする電動式パワーステアリ
ング装置。