JPS61184171A - 電動式パワ−ステアリング装置 - 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） 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） 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
操舵力倍力装置およびその制御回路を備え、ステアリン
グホイールに付与される操舵トルクを検出し、この操舵
トルク信号に基づいて制御回路によって電動機に補助ト
ルクを発生させることにより、ハンドル操舵力の軽減を
図っている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、一般に・ステアリング装置は、中立の位
置からステアリングホイールを所定量、左又は右へ転舵
した場合には、ステアリングピニオンがステアリングラ
ックのストロークエンドに至り、更にステアリングホイ
ールを同方向に転舵することができない構造となってい
るため、電動式パワーステアリング装置においてもスト
ロークエンドでは電動機の補助トルクを付与する必要が
なく、また耐久性および消費電力の点からも電動機の駆
動を制限することが望ましい。

（発明の目的） そこで本発明は、ステアリングホイールの操舵角が所定
角度以上になるときには、電動機の補助トルクの付与を
減少させたり、補助トルクの付与を停止させたりするこ
とにより、電動機を必要以上に駆動させることなく、電
動機の耐久性の向上や消費電力の低減を図ることを目的
とするものである。

（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。

本発明装置は、ステアリングホイールが操舵されると、
操舵トルク検出手段（７７）の検出信号に基づき電動機
制御信号発生手段においては電動機の電機子電圧を決定
しこの電機子電圧に相当する制御信号が出力され、この
制御信号に基づいて電動機駆動手段（１００）が電動機
を操舵方向へ駆動して補助トルクを発生させ操舵力を軽
減する。これとともに操舵角判定手段においては操舵回
転検出手段（８２）からの検出信号に基づき左又は右方
向の操舵角が演算され、この演算値に基づき操舵角が所
定角度以上の場合にのみ補正信号が出力される。

この補正信号により補正手段においては前記制御信号が
次第に減少した後最大操舵角で零となるよう補正され、
この補正後の制御信号に基づき電動機駆動手段（１００
）において電動機が駆動される。

したがって、所定角度以上を超えると電動機の発生する
補助トルクが次第に減少するように制御される。

（実施例） 以下に本発明の好適な一実施例を添付図面に基づいて説
明する。

第２図は、電動式パワーステアリング装置を示す縦断面
図である。第２図において、（１）はステアリングコラ
ム、（２）はステータ、（３）はケースであり、（０と
（７）は互いに同軸状に配設された入力軸および出力軸
である。また、入力軸（０の内端部が出力軸（７）の内
端部内に遊嵌される一方、これらの内端がトーシ冨ンバ
ー（８）により連結され、入力軸（０が軸受（９）、（
１０）により出力軸（７）が軸受（１１）、（１２）、
（１３）により、それぞれ回動自在に支承されている。

さらに入力軸（０の周囲に配設された操舵回転センサ（
２０）と、入出力軸（４）と（７）の嵌合部の周囲に配
設された操舵トルクセンサ（３Ｂ）と、出力軸（７）の
周囲に配設された電動４１（４１）、減速装置（５０）
、電磁クラッチ（Ｂ３）と、操舵トルクセンサ（３Ｂ）
および操舵回転センナ（２０）の各検出信号に基づき電
動機（４１）および電磁クテフ・チ（６３）を駆動制御
する制御装置（７５）とを備えた構成である。

上記操舵回転センサ（２０）は、第３図に示すように、
第２軸（８）の外周に疎射方向に向は等間隔に突設され
た複数の突起（２１）と、この突起（２１）を挾むよう
に配設された２組の光電素子（２２Ａ　、　２２Ｂ）と
からなる、そして突起（２１）はステアリングホイール
の転舵に伴って光を遮断する遮光部となる一方、これら
の突起（２１）の隙間が透光部（２１ａ）となる、また
、光電素子（２２Ａ、２２Ｂ）は発光素子と受光素子と
からなる２組のフォトカプラが前記透光部（２１ａ）を
挾むようにステアリングコラム（１）に固着して配設さ
れている。これらの２組の光電素子（２２Ａ、２２Ｂ）
は第５図に示すように、発光素子がフォトダイオード（
２３）　、（２５）により受光素子がフォトトランジス
タ（２４）　、（２Ｂ）により構成されており、これら
の光電素子（２２Ａ）と（２２Ｂ）は互いに位相が異な
るように配設されている０例えば、本実施例では、互い
に９０＠位相がずれる配置となっている。したがって、
ステアリングホイールが転舵されると、これに伴って透
過部（２１ａ）を通過した各フォトダイオード（２３，
２５）の光がそれぞれフォトトランジスタ（２４，２８
）に受光され、各フォトトランジスタ（２０と（２Ｂ）
からは、互いに９０”位相がずれたパルス状の電気信号
が出力される。

上記操舵トルクセンサ（３８）は、第２軸Ｃ８＞と出力
軸（７）との嵌合部外周に軸方向変位可能に設けられた
筒状の可動鉄心（３７）と、ステアリングコラム（１）
内周に固着されたコイル部（３８）とからなる差動変圧
器により構成されている。可動鉄心（３７）は、出力軸
（７）の各突片（７ａ）に突設されたピン（３９）と、
これらのピン（３９）に対し９０°ずらして第２軸（８
）に突設されたピン（４０）とにそれぞれ係合する長孔
を備えており、第２軸（６）と出力軸（７）との間で周
方向に角度差が生ずると、これらのピンと長孔との係合
間係により可動鉄心（３７）が軸心方向に移動する。そ
して、この可動鉄心（３７）の軸方向変位が電気信号に
変換され、コイル部（３８）の二次コイルから操舵トル
ク検出信号として出力される。

次に、上記電動機（４１）は、ボルトによりステアリン
グコラム（１）およびケース（３）に一体的に固着され
た筒状のステータ（２）と、このステータ（２）の内面
に固着された少なくとも一対の磁石（４２）と、出力軸
（７）の周囲に回転可能に配設された回転子（４３）と
からなる０回転子（４３）は、軸受（１２）および（１
３）を介して出力軸（７）に回動可能に環装されるとと
もに軸受（ＩＩＡ）、（１２）、（１３）および（１３
Ａ）を介してステータ（２）とケース（３）に支承され
る筒袖（４０を備え、この筒軸（４４）の外周にはスキ
ュー溝を有する鉄心（４５）、多重巻線（４Ｂ）が順次
一体的に環装され、この多重巻線（４Ｂ）への通電に伴
って補助トルクを発生する。

さらに、上記制御装置（７５）について第４図に基づき
説明する。

第４図において、（７８）はマイクロコンビュータテア
リ、マイクロコンピュータ（７６）には操舵トルク検出
手段（７７）、操舵回転検出手段（８２）　、異常検出
手段（１１０からの各検出信号５ｌ−ｓ、が入力されて
いる。

操舵トルク検出手段（７７）は、前記操舵トルクセンサ
（３Ｂ）と、この操舵トルクセンサ（３Ｂ）の−次コイ
ルへマイクロコンピュータ（７Ｂ）内部のクロックパル
スＴＩを分周して出力するドライブユニット（７８）と
、可動鉄心（３７）の変位に対応して二次コイルから得
られた各パルス電気信号をそれぞれ整流する整流回路（
７９Ａ）　、　（７９Ｂ）および高周波分を除去するロ
ーパスフィルタ（ａｏａ）、（ｓｏｂ）と、このローパ
スフィルタ（８０Ａ）、（８０Ｂ）からの各アナログ電
気信号をディジタル信号に変換し操舵トルク検出信号Ｓ
１＋８２としてマイクロコンピュータ（７Ｂ）に入力す
るＡ／Ｄコンバータ（８１）とから構成されている。

操舵回転検出手段（８２）は、第４図および第５図に示
すように、前記操舵回転センサ（２０）の各光電素子（
２２Ａ）と（２２Ｂ）に電源を供給してパルス信号とし
−て出力するパルス変換回路（２７）と、このパルス信
号を整形する２つのシュミットトリガ回路からなる波形
整形回路（２Ｂ）と、マイクロコンピュータのクロック
パルスＣＰに基づいて動作するＤＷフリップフロップ（
２１３，３０，３１，３２）および２回路４チャンネル
タイプのマルチプレクサ回路（３３）と、イクスクルー
シブオア回路（３４）とからなるドライブユニツ）　（
３５）により構成されている０例えば。

ステアリングホイールが右方向に転舵されると、入力軸
（０とともに透光部（２１ａ）および遮光部が右方向に
回転し、同一の透光部（２１ａ）を通過した各フォトダ
イオード（２３）又は（２５）の通過光が８０＠の位相
をずらしてそれぞれのフォトトランジスタ（２４）又は
（２Ｂ）に受光される。したがって、一方のフォトトラ
ンジスタ（２Ｂ）からの出力信号は他方のフォトトラン
ジスタ（２４）からの出力信号よりも９０°位相が遅れ
たものとなり、各部の出力信号は第６図（ａ）〜（＋）
に示す波形となる。つまり、ステアリングホイールが右
方向に転舵された場合には、第６図（ｋ）および（１）
に示すようにＲ端子からのみパルス信号Ｓｓが出力され
、ステアリングホイールが左方向に転舵された場合には
Ｌ端子からのみパルス信号Ｓ４が出力される。また、Ｎ
端子からは第６図（ｉ）に示す操舵速度演算用パルス信
号Ｓ２が出力される。尚、マルチプレクサ回路（３３）
は、下表に示す真理値表に基づいて処理が行なわれるも
のとし、表中ＸはＬ″又は“Ｈ”のどちらでもよい。

表 マイクロコンピュータ（７Ｂ）は、Ｉ１０ポート、メモ
リ、演算部および制御部により構成されている。また、
マイクロコンピュータ（７６）等を駆動する電源回路（
８２）は、車載のバッテリ（９３）の十端子にイグニツ
シ冒ンキーのキースイッチ（θ４）、ヒユーズ（３５）
を介して接続されるリレー回路（９６）と、リレー回路
（９Ｂ）の出力側に接続された定電圧回路（９７）とか
ら構成され、リレー回路（９Ｂ）の出力側のＡ端子から
は後述する電動機駆動手段（１ｏｏ）および電磁クラッ
チ駆動手段（１０８）に電源が供給され、定電圧回路（
８７）のＢ端子からはマイクロコンピュータ（７６）や
その他の制御ユニットに電源が供給される。したがって
、キースイッチ（９０が投入されると、マイクロコンピ
ュータ（７６）は、入力される各検出信号（Ｓ＋〜Ｓｓ
）をメモリに書き込まれたプログラムに従って処理し、
電動機を駆動する制御信号Ｔ３・”ｒ、、”ｒ、、およ
び電磁クラッチを駆動する電流制御信号Ｔ６を、電動機
駆動手段（１００）および電磁クラッチ駆動手段（１０
８）にそれぞれ出力し、電動機（３３）および電磁クラ
ッチ（６３）を駆動制御する。尚、Ｔ、、Ｔ、は操舵方
向に対応した電動機（３３）の右回転方向信号および左
回転方向信号Ｔ５は電機子電圧を決定する電動制御信号
号である。

電動機駆動手段（１０Ｇ）は、ドライブユニット（１０
１）とリレー（１０２，１０３）およびトランジスタ（
１０４，１０５）からなるブリッジ回路により構成され
ている。ブリッジ回路はリレー（１０２）と（１０３）
の接続部が電源回路（８２）のＡ端子に接続され、トラ
ンジスタ（１００と（１０５）の各エミッタが抵抗（１
０Ｂ）を介してコモン側（アース）に接続されている。

各リレー（１０２，１０３）の励磁コイルおよびトラン
ジスタ（１０４，１０５）のベースはドライブユニット
（１０１）の出力側に接続され、ブリフジ回路の出力側
である各トランジスタ（１００と（１０５）のコレクタ
間には前記電動機（４１）の電機子巻線（４Ｂ）が接続
されている。前記ドライブユニー／　）　（１０１）は
、マイクロコンピュータ（７８）からの回転方向信号Ｔ
３・Ｔ４に基づいてリレー（１０２）又は（１０３）　
。

トランジスタ（１０５）又は（１００を駆動させるとと
もに、電動機制御信号Ｔ５に基づきパルス幅変換（ＰＷ
ＭｌｌＩＩ）したパルス信号をトランジスタ（１０４，
１０５）のどちらか一方のベースに出力する。

したがって、電動機駆動手段（１００）においては、一
方のリレー（１０２）とトランジスタ（１０５）への通
電、又は他方のリレー（１０３）とトランジスタ（１０
０への通電により電動機（４１）の回転方向を制御する
とともに、各トランジスタ（１０４，１０５）のベース
に印加されるパルス信号によってトランジスタ（１０４
゜１０５）の通電時間制御に応じた電機子電圧Ｖ＾が印
加され、ステアリングホイールに加えられる操舵トルク
に対応した補助トルクを発生するように電動機（４１）
が制御される。

電磁クラッチ駆動手段（１０８）は、ドライブユニット
（１０１１１）とトランジスタ（１１０）とからなる。

トランジスタ（１１０）のコレクタと前記電源回路（９
２）のＡ端子間には電磁クラッチ（８３）の励磁コイル
（７２）が接続されている。トランジスタ（１１０）の
エミッタは抵抗（１１１）を通じてコモン側に接続され
、ベースはドライブユニー／　）　（１０９）の出力側
に接続されている。また、ドライブユニット（１０９）
においては制御信号Ｔｏに基づきパルス幅変換したパル
ス信号をトランジスタ（１１Ｇ）に出力する。

したがって、電磁クラッチ駆動手段（１０８）において
は、マイクロコンピュータ（７Ｂ）からの電流制御信号
Ｔ６に基づいてドライブユニー／　ト（１０９）により
トランジスタ（１１０）の通電制御が行われ、これに伴
なって電磁クラッチ（６３）のトルク結合力が制御され
る。

また、本実施例においては；電動機（４１）および電磁
クラッチ（８３）の異常を検出する異常検出手段（１１
４）を備えている。この異常検出手段（１１４）は、抵
抗（１０ｆｌ）の端子電圧を増巾する増巾器（１１５Ａ
）と、抵抗（１１１）の端子電圧を増巾する増巾機（１
１５Ｂ）と、それぞれ高周波分を除去するローノ（スフ
ィルタ（１１８Ａ）、（１１８Ｂ）と、これらの検出電
圧をディジタル信号Ｓｅに変換してマイクロコンピュー
タ（７Ｂ）に入力するＡ／ロコンバータ（１１７）とに
より構成されている。この異常検出手段（１ｉ４）は１
例えば、電動Ｉ！（４１）や電磁クラッチ（６３）の異
常を各抵抗（１０１３）と（１１１）の端子電圧により
検知し、異常の場合には前記電源回路（３２）のリレー
回路（８６）にリレー制御信号Ｔ２を出力し電源回路（
３２）からの電源の供給を停止させる異常診断等に用い
られる。

次に作用を説明する。

第７図はマイクロコンピュータ（７６）におけるアンロ
ード制御処理の概略を示すフローチャートであり、図中
のＰ５−１〜Ｐ５−２はアンロード制御処理の各ステッ
プを示す。

イグニッションキーのキースイッチ（３４）がＯＮに投
入されると、マイクロコンピュータ（７Ｂ）や他の回路
に電源が供給され制御が開始される。まず、マイクロコ
ンピュータ（７６）においては、各検出手段等（７７，
８２，１１４）からの各検出信号が読込まれ、各検出信
号に基づいて電動機制御信号Ｔ３・Ｔ４．Ｔ、が電動機
駆動手段（１００）に、電磁クラッチ制御信号Ｔ・が電
磁クラッチ駆動手段（１０８）に出力される。電動機駆
動手段（１０Ｇ）においては、回転方向信号Ｔ３・Ｔ、
および制御信号Ｔｓに基づいて電動４１（３３）の電機
子電圧ＶＡのＰＷＭ制御が行なわれ、これとともに電磁
クラッチ制御手段（１０８）においては、制御信号Ｔ、
に基づいて電磁クラッチ（Ｂ３）のクラッチ電流Ｉｃの
ＰＷＭ制御が行なわれ、操舵トルクに対応した補助トル
クが出力軸（７）に付与される。

これとともに、中立にュートラル）の位置から右又は左
方向にステアリングホイールが転舵されると、操舵回転
検出手段（８２）からの出力信号Ｓ４とＳ、が読込まれ
、ステップＰ　ｆｆ−１において操舵角の演算が行なわ
れる。すなわち、入力される右転舵時の出力信号Ｓ５と
左転舵時の出力信号Ｓ４を前回値ｙに加減算して今回値
ｙが演算される。尚、これらの演算処理は、Ｓ４とＳｓ
が読み込まれるごとに行なわれる。また、ｙは、製造組
付は時に、中立の位置に設定されるステアリングホイー
ルに対応するよう、ｙを零にするとともにアンロード制
御処理部はイグニッションキーをＯＦＦにしても常時電
源が供給されている。したがって、所定角度θ０と所定
パルス数ｌｙｌとの関係は第８図の直線Ｐで示すような
ものとなる。

ステップＰ　）２においては、今回値ｙの絶対値ｌｙｌ
が所定パルス数ＹＯに対して小さいかどうかの判断が行
なわれる。所定パルス数ＹＯは、左右の最大操舵角θＨ
よりも小さい範囲に予め設定された所定角度θＯに対応
するよう設定されている。ｌｙｌ＜Ｙｏ、すなわちパル
ス数ｌｙｌが所定数Ｙｏよりも小さい場合には、電動機
制御信号Ｔ５および電磁クラッチ制御信号Ｔｅの補正が
行なわれずに５ＴＡＲＴに戻る。ｌｙｌ＞Ｙｏ、すなわ
ちパルス数１ｙｌが所定パルス数Ｙｏ以上の場合には、
ステップＰｔｏにおいて各制御信号”ｒ、、”ｒ＠を減
少させるように補正が行なわれ、次のサイクルの演算処
理を繰り返す、つまり、負荷トルクの増大に伴ない操舵
角が所定角度θＯに達すると、電動機（４１）の電機子
電圧ＶＡを減少するように補正がされるため、第９図の
破線で示すように所定角度θ０からステアリングエンド
である最大操舵角θＨに至る範囲ＡＲ内では、電磁機子
電流Ｉａが次第に減少し最大操舵角θＨで電流値Ｉａが
零となるよう制御され、他方これに対応して電磁クラッ
チ電流Ｉｃも減少し零となる。したがって、負荷トルク
の増大に伴って、操舵トルクＬＰは、第９図に示すよう
に、電動４２（４１）により付与される補助トルクが次
第に減少し、ステアリングホイールの最大操舵角θＨで
はマニュアル操作時の操舵トルクＸｓに等しくなる。そ
の結果、ステアリングホイールのストロークエンド部で
は、電動機（４１）が駆動されないので、電動機の過負
荷状態および発熱のおそれを防止できるとともに、電動
機、電磁クラッチの消費電力を低減できる。

尚、上記実施例においては、操舵角が所定角度００以上
となると、電機子電流Ｉａを操舵角度の増大に従って次
第に減少させ、その抜本（出力停止）にする場合につい
て説明したが、これに限らず、操舵角が所定角度００以
上になると予め設定された割合で電機子電流Ｉａを減少
させたり、また電機子電流Ｉａを段階的（例えば、２段
階）に減少した抜本にしたり、或いはそののまま零（出
力停止）にするようにしてもよい。

（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
ールの操舵角が所定角度以上となると、電動機の電機子
電流を減少させるよう制御したことにより、ストローク
エンド部近傍においては、不必要な電動機駆動が防止さ
れる。その結果、電動機の耐久性の向上および消費電力
の低減を図ることができ、操舵フィーリングの向上を図
ることが可能となる。

【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９図は本
発明の一実施例に係り、第２図は、電動式パワーステア
リング装置を示す縦断面図、第３図は操舵回転センサを
示す第２図中の■−■矢視断面図、第４図は制御装置の
全体構成図、第５図は操舵回転検出手段の回路構成図、
第６図（ａ）〜（１）は各部の出力信号を示すタイムチ
ャート、第７図はアンロード制御３＆理を示すフローチ
ャート、第８図は操舵角度とこれに対応するパルス数と
の関係を示す図、第９図は負荷トルクと操舵トルクとの
関係を示す図である。 図面中、 ４１・・・電動機 ？？・・・操舵トルク検出手段 ８２・・・操舵回転検出手段 １００・・・電動機駆動手段 Ｔ３　・Ｔ４．Ｔ、・・・電動機制御信号Ｓ４　、Ｓ、
・・・操舵角検出信号 である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステアリング系の操舵トルクに対応して補助トル
   クを発生する電動機を有す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角が所定値以
   上になったときに前記補助トルクを減少させることを特
   徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. （２）前記ステアリング系の操舵角が所定値以上になっ
   たときに前記補助トルクを発生させないことを特徴とす
   る特許請求の範囲１項の電動式パワーステアリング装置
   。