JPS60229866A - 電動式動力舵取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、自動車等の車両の操舵力を電動機で助力す
る電動式動力舵取り装置に関し、特に据切り時等の高操
舵トルク時における操舵補助力制御機構に係わる。

〔従来技術〕

従来の電動式動力舵取り装置としては、例えば特開昭５
７−４７２５１号公報に記載されているようなものがあ
る。その特徴は、操作抵抗に従い機械的に設けた変位発
生手段によって発生ずる変位をセンサ及びサーボ装置で
変換してなる電気信号によって回転するサーボモータあ
るいはパルスモータを、その回転軸を操向ギヤ装置のス
テアリングホイールの反対側端部又は出力軸端部に連結
させてその操向ギヤ装置の外周部に装着したことにある
。これにより、ステアリングシャフトの増力すべき回転
トルクを電気信号に変換し、それに応じて動作する電動
機の回転駆動力を操向ギヤ装置に伝えて、ステアリング
ホイールの操作力を軽減するようにしている。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、このような従来の電動式動力舵取り装置
にあっては、操向ギヤ装置に電動機の回転軸を直結させ
ると共に、操舵操作を終了した時点でその電動機への出
力を停止させる構造となっていた。そのため、電動機自
体の慣性や舵取り機構系の慣性により当該電動機がオー
バーランを起こすと、前記慣性力により操舵力にハンチ
ングが生じるという問題があった。

〔発明の目的〕

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たものであり、転舵速度を検出する手段を設け、予め電
動機等のオーバーランを見越して転舵速度が設定値以下
となったときに電動機への通電を停止する構造とするこ
とにより、上記問題を解決することを特徴としている。

〔発明の構成〕

而して、この発明は、ステアリングホイールの回転に応
動する電動機により舵取り機構系に操舵補助力を付与す
る電動式動力舵取り装置において、前記ステアリングホ
イールによる転舵状態を検出する転舵操作検出手段と、
前記ステアリングホ・イールによる転舵速度を検出する
転舵速度検出器と、前記転舵操作検出手段及び転舵速度
検出器からの検出信号に基づいて転舵時に転舵速度が設
定値以下となったときに前記電動機への通電を停止する
電動機制御手段と、を設けた電動式動力舵取り装置に係
わる。

〔実施例〕

以下、この発明を図示実施例に基づいて説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示す説明図である。

まず、構成を説明すると、図中１が、ステアリングホイ
ール（図中略）を回転させて転舵するときの操舵力を検
出する操舵力検出器であり、例えばステアリングシャフ
トに貼着されたストレーンゲージと、このストレーンゲ
ージを組み込んだホイートストンブリフジとから構成さ
れ、ステアリングシャフトの捩れ角に基づいて操舵力を
検出し且つその検出操舵力が、予め決められた設定値を
超えたときにはハイレベルの信号を、また設定伊以下で
あるときにはローレベルの信号を、リレー駆動回路２と
駆動素子制御回路３とにそれぞれ送出する。この操舵力
検出器１が転舵操作検出手段の一具体例をなし、操舵力
が作用しているときを転舵状態にあるものと判断する。

リレー駆動回路２は、例えば２個の入力端子を有するＡ
ＮＤ回路によって構成され、その一方の端子には操舵力
検出器ｌからの操舵力信号が入力され、他方の端子には
ステアリングホイールの転舵速度を検出する転舵速度検
出器４からの転舵速度に応した信号が入力される。

転舵速度検出器４は、操舵角度とその転舵方向に対応し
た信号を発生ずる操舵角度センサ５と、その転舵信号を
受けてそのなかの転舵速度成分に対応した値を微分して
転舵速度を算出し且つその検出値が、予め決められた設
定値を高い側に超えたときにハイレベルの信号を、設定
値以下のときにはローレベルの信号を各発生する転舵速
度判定回路６とから構成している。

転舵速度判定回路６の出力信号のレベルは、例えばウィ
ンドパルス発生回路を利用して立上りのレベルと立下り
のレベルとを相違させ、ローからハイへの立上り時は所
定値よりやや高く且つハイからローへの立下り時は所定
値よりやや低く設定し、いわゆるヒステリシスを持たせ
て転舵速度の変動によるハンチングを防止する。この転
舵速度判定回路６から出力された転舵速度信号は前記リ
レー駆動回路２に供給され、この転舵速度信号と前記操
舵力信号とによってＡＮＤ条件が満たされたときに、リ
レー駆動回路２が駆動電流をモータ駆動回路８の電源リ
レー９に送出する。

また、操舵角度センサ５により検出された転舵信号は操
舵方向判定回路７にも供給し、その信号に基づいて操舵
方向判定回路７が、操舵方向を判定してそれに対応した
信号（例えば右転舵時にはハイレベルの信号、左転舵時
にはローレベルの信号）を発生する。この転舵方向判定
回路７からの転舵方向信号はリレー駆動回路ｌＯに供給
され、これによりリレー駆動回路１０が、例えば右側へ
の転舵時にのみ駆動電流を正逆転切換リレー１１に送出
し、そのコイル１４を励磁させて２個のスイッチ１２．
１３を切り換える。

モータ駆動回路８は、電源リレー９と、正逆転切換リレ
ー１１と、例えばｎｐｎ型トランジスタを用いた駆動素
子１６とから構成している。電源リレー９は、互いに連
動する常開接点９ａ及び常閉接点９ｂと可動接点９ｃ、
９ｄと両回動接点９ｃ。

９ｄを駆動するコイル９ｅとからなり、この電源リレー
９とリレー駆動回路２とによって電動機制御手段を構成
している。

電源リレー９の常開接点９ａの一端は、電源回路１５及
びこれに並列的に配置されたコイル９ｅを介して前記リ
レー駆動回路２に各接続すると共に、他端は正逆転切換
リレー１１の２個のスイッチ１２．１３の禽閉接点１２
ａ及び常開接点１３ｂに各接続している。スイッチ１２
．１３の常開接点＋２ｂ及び常閉接点１３ａは、駆動素
子１６のコレクタに共通に接続すると共に、両回動接点
１２ｃ、１３ｃ間には電動８！１７を接続している。

電動機１７の回転軸は、舵取り機構である例えばラック
アンドピニオン弐ステアリングギヤのランク軸に機械的
に連結されていて、その回転軸の回動により、ランク軸
が転舵方向に対応した方向に移動するように構成してい
る。この舵取り機構は、操舵力のみによっても回転駆動
され、電動機１７は舵取り機構系に操舵補助力を付与し
て操舵力を軽減させる。

また、前記可動接点１２ｃ、１３ｃ間には、前記電動機
１７と並列に、互いに直列に接続された抵抗１８及び前
記電源リレー９の常閉接点９ｂを接続している。両回動
接点１２ｃ、１３ｃの駆動は、電源リレー９の常開接点
９ａとリレー駆動回路１０との間に挿入された前記コイ
ル１４の励磁によって行われ、′このコイル１４と両ス
イッチ１２．１３とで正逆転切換リレー１１を構成して
いる。また、駆動素子１６のエミッタは車体に接続する
と共に、ベースは前記駆動素子制御回路３の出力部に接
続している。

駆動素子制御回路３は、トリガ回路２０と、ランプ電圧
発生回路２１と、タイヤ転舵判定回路２２と、トリガ回
路２３と、サンプリングホールド回路２４と、信号切換
回路２５と、波形発生回路２６と、出力部であるコンパ
レータ２７とかう構成している。トリガ回路２０は、操
舵力検出器ｌからの信号を受け、その操舵力信号がロー
レベルからハイレベルに切り換った時にトリガ信号を発
生し、その信号をランプ電圧発生回路２１に送出する。

ランプ電圧発生回路２１は、トリガ回路２０からのトリ
ガ信号に基づいてランプ電圧を発生し、そのランプ電圧
信号をサンプリングホールド回路２４と信号切換回路２
５とに送出する。

タイヤ転舵判定回路２２は、タイヤがキングピンを中心
に水平方向へ回転したか否かを判定する回路であり、タ
イヤが直進状態から右又は左へ回転変位した時にハイレ
ベルの信号を発生し、その信号をトリガ回路２３に送出
する。このタイヤ転舵判定回路２２の出力は、タイヤの
弾性変形による見掛は上のタイヤ転舵角の変化時には発
生せず、タイヤと路面との接触面が実際に変化した時、
すなわちタイヤの変形によるモータ回転開始時より経験
的にめた時間の後に発生するようにする。

これは、ステアリングシャフトが捩れた後にロードホイ
ールが転舵されるが、タイヤの捩れ剛性がタイヤと路面
との接地面の摩擦力より高くなるまで接地面は相対的に
変化せず、タイヤ等の捩れが終ってから接地面に相対変
化が生じてステアリングシャフト及びタイヤの捩れ分だ
け実際の転舵に遅れが生じるためである。

かかるタイヤの捩れ量は、路面との間の摩擦係数が小さ
いときには小さくなり、氷結路等の低摩擦路面ではタイ
ヤが捩れる以前に接地面に相対変位が生じて転舵効果が
発生する。そこで、ランプ電圧発生回路２１と、サンプ
リングホールド回路２４とにより、標準的な路面で適度
な操舵力となる駆動電流が発生ずるよう前記遅れ時間Δ
ｔを予め設定しておき、路面の摩擦係数の相違に応して
駆動電流が大小変化し得るよう構成する。このタイヤ転
舵判定回路２２には操舵力検出′Ｒ１からの操舵力信号
を入力し、その操舵力信号によりタイヤ転舵判定回路２
２の作動を開始させる。

トリガ回路２３は、タイヤ転舵判定回路２２の出力がロ
ーレベルからハイレベルに切換った時に、トリガ信号を
サンプリングホールド回路２４と信ぢ切換回路２５とに
送出する。サンプリングホールト回路２４は、第２図ｔ
ｅｌに実線Ｂで示すように、タイヤ転舵判定回路２２の
出力がハイレベルに変化した時のランプ電圧発生回路２
１が出力している電圧値をサンプリングし且つこれをホ
ールドする。このサンプリングホールト回路２４には操
舵力検出器ｌの操舵力信号を供給し、これをリセット信
号として用いてそれまでホールトしていた電圧値をクリ
アさせておく。

信号切換回路２５は、タイヤ転舵判定回路２２の出力が
ローレベルの時はランプ電圧発生回路２１の出力を通過
させ、また前記出力がハイレベルの時にはトリガ回路２
３からのトリガ信号に基づいて、サンプリングホールド
回路２４がホールドしているタイヤ転舵判定回路２２の
出力がハイレベルに変化した時のランプ電圧発生回路２
１の出力を通過させる。

コンパレータ２７には、波形発生回路２６からの、電動
機１７をチョッパ制御するための基準となる、第３図１
８）に実′ｋＡｃで示すような三角波（又はノコギリ波
）等の所定の波形を有する電圧信号が供給され、この基
準電圧値よりも信号切換回路２５からの電圧値が高いと
きに、コンパレータ２７から駆動素子１６に制御信号が
出力される。

次に、作用について説明する。

一般に、手動式舵取り装置における据切り時の操舵系の
運動方程式は、Ｆを人力にょる操舵力、Ｆｌを舵取り機
構系に慣性力として蓄えられる力、Ｆ２を舵取り機構系
の摩擦力によって消費される力、Ｆ３をタイヤと路面と
の間の摩擦力によって消費される力、′とす°ると、 Ｆ＝Ｆ１　＋Ｆ２　＋Ｆ３・・四・・・・・・・（１）
として表すことができる。

かかる舵取り機構に電動機を付加して電動式動力舵取り
装置とすると、その運動方程式は、Ｆ＋Ｆｍ＝Ｆ＋　＋
Ｆ２　＋Ｆ３　＋Ｆ４−−＋２１として表すことができ
る。

ここで、Ｆｒｎは電動機による操舵補助力、Ｆ４は電動
機の機械系によって消費される力である。

ところで、従来の多くの電動式動力舵取り装置では、転
舵時の操舵力Ｆを検出してその検出値に暴づいて操舵補
助力Ｆｍを制御するようにしている。この場合操舵力Ｆ
は、舵取り機構系の慣性力Ｆｌ　と舵取り機構系の摩擦
力Ｆ２とタイヤ路面間の摩擦力Ｆ３と電動機の機械系消
費力Ｆ４とにより影響を受けるため、これら力Ｆ１．Ｆ
２．Ｆ３゜Ｆ４は必然的に操舵補助力Ｆｍにも影響を与
える。

従って、操舵補助力Ｆｍの好適な制御を行うためには前
記力Ｆ＋　、Ｆ２．Ｆ３．Ｆ４の大小を全て考慮する必
要があり、その制御系が複雑なものとなっていた。

しかしながら、本発明では、操舵トルクに対応した制御
を行うのではなく、タイヤの転舵状態を検出し且つ転舵
速度が設定値以下となった時に電動機への通電を停止す
るようにしたため、従来の電動式動力舵取り装置に比べ
て電動機への出力制御機構を大幅に簡易化することがで
き、しかも従来の装置と同等の制御効果を上げることが
できる。

すなわち、ステアリングホイールを回転させて第２図（
ｂｌに示すように転舵操作すると、操舵力検出器１から
は第２図＋ａｌに示すような波形の信号が出力され、ま
た転舵速度検出器４からは第２図（Ｃ）に示すような波
形の信号が出力される。ここで、第２図（ｂｌにおいて
、ｂｌは切込み領域、ｂ２は保舵領域、ｂ３は切返し領
域をそれぞれ示し、切込み領域ｂｌと切返し領域ｂ３と
が転舵状態を表ず。

据切り時において、ステアリングホイールを回転さセな
いために車両が直進状態にあるときには操舵力及び転舵
速度はいずれも零であるから、操舵力検出器１及び転舵
速度検出器４からはローレベル（Ｌ）の信号が出力され
る。従って、リレー駆動回路２からは駆動電流が出力さ
れないため、電源リレー９の常開接点９ａが開いた状態
にあって電源回路１５と電動機１７との間を遮断してい
る。そのため電動１ａ１７は回転せず、また駆動素子制
御回路３も作動しない。

この状態から、図示しないステアリングホイールを回転
させて右又は左に転舵させることにより操舵力が設定値
を高い側に超えると、操舵力検出器ｌからハイレベル（
Ｈ）の信号が出力され、その信号がリレー駆動回路２と
トリガ回路２０とタイヤ転舵判定回路２２とサンプリン
グホールド回路２４とに送出される。これから若干遅れ
て転舵速度が設定値を高い側に超えると、転舵速度検出
器４からハイレベルの信号が出力され、その信号がリレ
ー駆動回路２に送出される。

すると、リレー駆動回路２のＡＮＤ条件が満たされるた
め、このリレー駆動回路２が駆動電流を電源リレー９に
出力し、そのコイル９ｅを励磁して常閉接点９ａを閉し
て電源回路１５と電動機１７とを接続する。これと同時
に、転舵方向に対応した信号が転舵方向判定回路７から
リレー駆動回路１０に送出され、その結果リレー駆動回
路１０が転舵方向に応じて正逆転切換リレー１１を切り
換えて電動機１７の回転方向を決定する。

一方、操舵力検出器１から出力されたハイレベル信号に
よりトリガ回路２０にはトリガ信号が発生し、このトリ
ガ信号に基づいてランプ電圧発生回路２１が、第２図ｔ
ｅｌにおいて破′ａＡで示すようなランプ電圧を発生す
る。このランプ電圧は、サンプリングホールド回路２４
と信号切換回路２５とに供給され、信号切換回路２５に
トリガ回路２３からのトリガ信号が人力されるまで（時
間Δｔ）、信号切換回路２５がランプ電圧発生回路２１
からの出力をそのままコンパレータ２７に通過させる。

また、操舵力検出器１の出力信号がハイレベルに変わる
とその信号によってタイヤ転舵判定回路２２が作動を開
始する。タイヤ転舵判定回路２２は、ステアリングシャ
フトの捩れやタイヤの弾性変形等による見掛は上のタイ
ヤ転舵角の変化時にはローレベル信号を出力し、第２図
ｆｄ＋に示すようにタイヤと路面との接触面が実際に変
化した時、すなわちこの実施例ではタイヤの変形等によ
るモータ回転開始時より経験的にめた時間Δもの後にハ
イレベル信号を出力する。

従って、タイヤが実際に転舵されるまで、タイヤ転舵判
定回路２２からはローレベルの信号が出力されており、
トリガ回路２３はトリガ信号を出力しない。従って、第
３図ｆａｌにおいて領域３ａで示すように、ランプ電圧
発生回路２１のランプ電圧が信号切換回路２５を経てコ
ンパレータ２７に送出されるため、第３図（ｂｌに示す
ように前記領域３ａに対応した領域３ｂの間、ランプ電
圧の上昇に伴ってデユーティ比が大きくなり、電動機１
７への出力（通電率）が上昇する。

操舵力が次第に大きくなり、操舵力Ｆに電動機１７の操
舵補助力Ｆｍを加えた力がタイヤと路面との接地面の摩
擦力Ｆ３に等しくなると、タイヤと路面との接触面に相
対変位が生じてタイヤが実際に転舵しはしめるが、この
タイヤの実転舵によってタイヤ転舵判定回路２２がハイ
レベル信号を出力する。

すると、タイヤ転舵判定回路２２からの信号によりトリ
ガ回路２３がトリガ信号をサンプリングボールド回路２
４と信号切換回路２５とに送出する。このトリガ信号に
よりサンプリングホールド回路２４が、第２図（ｅ）及
び第３図（ａｌにおいて実線Ｂで示すように、タイヤが
実際に転舵を始めたときのランプ電圧をサンプリングし
てホールドすると共に、信号切換回路２５を切り換える
ことによりランプ電圧発生回路２１からの電圧を遮断し
てサンプリングホールド回路２４に記憶されているホー
ルド電圧をコンパレータ２７に送出する。

これ以後、切込み状態が終了して切返し状態に戻るまで
、コンパレータ２７への出力信号のレベルが前記ホール
ド時の信号レベルに保持される。

これに対し、切込み側ｂ１の転舵操作が終りに近づき転
舵速度が設定値以下に落ちると、転舵速度検出器４から
の出力がローレベルに変化し、これによりリレー駆動回
路２の出力もローレー、ルに変化する。その結果、電源
リレー９のコイル９ｅが消磁され、それまで閉していた
常閉接点９ａを開いて電動機１７への通電を停止すると
共に、それまで開いていた常閉接点９ｂを閉じる。従っ
て、それまでホールド時の信号レベルによる通電率に基
づいてチョッパ制御されていた電動機１７の駆動が停止
され、これにより切込み側の転舵状態が終了する。この
場合、電動１Ｒ１７の回転位置は、第２図ｆｆｌに示す
ように転舵角度の変化率に対応して変化する。

而して、転舵速度が設定値以下となったときに電動ｆｆ
１１７への通電を停止するようにしたため、電動機１７
やステアリングギヤ等の悟性によって当該電動機１７が
オーバーランを起ごしても、余分に転舵されるのを防止
することができ、操舵力にハンチングが生じるのを防い
で操舵安定性を向」二さセることができる。しかも、こ
の実施例では電動機１７と並列に抵抗１８を設け、通電
を停止したときに電動機１７と抵抗１８とを接続するよ
うにしたため、電動機１７のオーバーランを効果的に抑
制することができ、操舵力にハンチングが生しるのを有
効に防止することができる。

なお、この実施例では、リレー駆動回路２にＡＮＤ回路
を用いたが、この他にも例えばフリ、プフロノプを用い
てそのセント端子に操舵力検出器ｌを接続すると共に、
リセット端子に転舵速度検出器４を接続し、そのζ出力
を電源リレー９に送出するようにしてもよい。この場合
、リセット端子に入力された信号を再度リセット端子に
戻してそのレベルを切り換えることにより、七ノド端子
をローレベルに変換しておくようにする。

また、電源回路１６と電動＠１１とをリレー９゜１１を
介して接続したが、これらのリレーに代えてサイリスタ
、パワーＭｏｓ、トランジスタ等のスイッチング素子を
用いてもよいことはもちろんである。さらに、電動機１
７をチョッパ制御するためにトランジスタを用いたが、
サイリスクやパワーＭｏｓ等のスイッチング素子によっ
ても同様の作動を行うことができる。

（発明の効果〕・ 以上説明してきたように、この発明では、転舵操作時の
転舵速度を検出し、転舵終了直前の転舵速度が設定値以
下となったときに電動機への通電を停止するようにした
。そのため、電動機やステアリングギヤ等の舵取り機構
系における慣性による電動機のオーバーランを防止する
ことができ、操舵力にハンチング現象が生起されるのを
防止してスムースな操舵フィーリングを得ることができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック説明図、第
２図はこの発明に係わる装置の出力波形特性を示すグラ
フ、第３図は同しく出力波形特性を示すグラフである。 １・・・・・・操舵力検出器（転舵操作検出手段）、２
・・・・・・リレー駆動回路、３・・・・・・駆動素子
制御回路、４・・・・・・転舵速度検出器、８・・・・
・・モーフ駆動回路、９・・・・・・電源リレー、１０
・・・・・・リレー駆動回路、１１・・・・・・正逆転
切換リレー、１５・・目・・電源回路、１６・・・・・
・駆動素子、１７・・・・・・電動機、１８・・・中抵
抗特許出願人 日産自動車株式会社 代理人　弁理士　森　雪止 代理人　弁理士　内藤　嘉昭 代理人　弁理士　清水　正 代理人　弁理士　提出　倍是

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ステアリングホイールの回転に応動する電動機により舵
   取り機構系に操舵補助力を付与する電動式動力舵取り装
   置において、前記ステアリングホイールによる転舵状態
   を検出する転舵操作検出手段と、前記ステアリングホイ
   ールによる転舵速度を検出する転舵速度検出器と、前記
   転舵操作検出手段及び転舵速度検出器からの検出信号に
   基づいて転舵時に転舵速度が設定値以下となったときに
   前記電動機への通電を停止する電動機制御手段と、を設
   けたことを特徴とする電動式動力舵取り装置。