JPS61202975A

JPS61202975A - 電動式動力舵取装置

Info

Publication number: JPS61202975A
Application number: JP60043595A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Oe; 武大江; Yoshiaki Taniguchi; 義章谷口; Minoru Arai; 稔新井
Original assignee: Jidosha Kiki Co Ltd
Current assignee: Jidosha Kiki Co Ltd
Priority date: 1985-03-07
Filing date: 1985-03-07
Publication date: 1986-09-08
Also published as: ES8701642A1; US4686438A; FR2578502A1; ES552697A0

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、モータの回転力を補助動力として用いる電
動式動力舵取装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、モータの回転力を補助動力とする動力舵取装置
は、実公昭５９−１７７５９号公報に開示されているよ
うに、スイッチング素子をブリッジ接続したブリッジ回
路でモータを駆動し、このブリッジ回路のいずれの対向
辺をオンとするかを駆動回路によって決めている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の装置は、モータの動力
が大きく々ると動作が不安定になるという欠点を有して
いた。

〔問題点を解決するための手段〕

このよう表欠点を解決するためにこの発明は、ブリッジ
回路と駆動回路とを結ぶ電源路に電圧降下素子を挿入し
、この電圧降下素子の極性をブリッジ回路側の電圧が駆
動回路側よりも低く々るように設定したものである。

〔作用〕

ブリッジ回路と駆動回路の電源に電位差が生ずる。

〔実施例〕

第１図はとの発明の一実施例を示すブロック図である。

同図において、１は例えば車軸と一体に回転する磁石円
板１ａとリードスイッチ１ｂとからなる車速センサ、２
は操舵トルクを検出する操舵力センサ、３は車輪の操向
量を検出する手段であるタイヤ偏角センサ、４＆〜４ｄ
および５ａ〜５ｄはトランジスタ、６ｉ〜６ｄは抵抗、
Ｔはモータ、８ａ〜８ｆはダイオード、１０は車速、操
舵力、操向量をもとにモータ７に供給する電流を制御す
る制御装置である。

制御装置１０は波形整形回路１１、基準電圧発生回路１
２ｍ　、　１２ｂ　、　：Ｉンパレータ１３ａ〜１３ｃ
１電圧変換器１４、絶対値変換器１５、Ａ／Ｄ変換器１
６、制御回路２０から構成されている。制御回路２０は
平均車速演算回路２１、クロック信号発生器２２、デコ
ーダ２３＆　、　２３ｂ　、パターンメモリ２４ａ　〜
２４ｄ。

タイマ２５＆〜２５ｄ１遅延回路２６＆　、　２６ｂ　
、アンド回路２７１〜２７ｔ１オア回路２８８〜２８の
１インバータ２９から構成されている。

操舵力センサ２は第２図に示すようにハンドル５０と一
体に回転するギャップセンサ５１と、コラムシャフトと
一体に回転する磁性体からなる鉄片５２とから構成され
ている。そして、ギャップセンサ５１は第３図に示すよ
うに、鉄心Ｓ１ｍにコイル５１ｂが巻かれてお夛、ハン
ドル５０を回転させることによってこの鉄心５ｊａが、
コラムシャフトに取付けられている鉄片５２に近づくか
、離れるかによって磁気抵抗が変ることを利用して鉄片
５２と鉄心５１ｍとの間のギャップ量を検出するように
なっている。

タイヤ偏角センサ３は第４図に示すように、基板３ａに
印刷配線された電極３ｂと、この電極３ｂ上を移動する
７個の摺動子３Ｃとから構成され、摺動子３ｃは７個と
も連動して電極３ｂ上を図の左右方向に摺動するように
構成されている。電極３ｂは端子Ｂに接続された摺動子
が摺動する部分に設けられたスリツ）３ｄと、端子Ｃ−
Ｇに接続された摺動子が接触する部分に設けられた空白
部３台とが設けられている。そして、基板３ａは車体に
固定し、摺動子３Ｃは操向方向の制御を行なうタイロッ
ドと一体に移動するようにしておけば、タイロッドの動
きに応じて端子Ａと端子Ｂ−Ｇとの導通状態は第５図に
示すように変化する。

このため、これらの端子よシ得られる出力信号からタイ
ロッドの位置、すなわちタイヤの偏角が検出できるよう
になっている。

電圧変換器１４は操舵力センサ２に用いているギャップ
センサ５１の磁気抵抗の変化を、第６図に示すような電
圧変化に変換するもので、！　＝１の点が直進位置、ｘ
　＝　Ｏがハンドルを左方向最大トルクで操作した位置
、ｘ＝ｂがハンドルを右方向最大に操作した位置である
。絶対値変換器１５は電圧変換器１４の出力信号を第７
図に示すように、直進位置を中心に折返した信号を送出
するようになっておシ、正の変位は右方向の操舵トルク
を表わし、負の変位は左方向の操舵トルクを表わしてい
る。コンパレータ１３ｃは絶対値変換器１５から供給さ
れる信号の大きさが、基準電圧発生回路１２ｂから供給
される信号の大きさよりも小さい時、非操舵状態を表わ
す「１」レベルの信号を送出するようになっておシ、こ
の部分は非操舵状態を検出する手段を構成している。

パターンメモリ２４１〜２４ｄはモータ７に供給する電
流のデユーティ比を操舵トルクに対応させて記憶してい
るメモリであシ、第８図に示すように、４種類の特性が
記憶されている。同図において、横軸は操舵トルク、縦
軸はモータＴに供給する電流のデユーティ比を決めるデ
ータであシ、第８図（ａ）は低速走行時の特性であシ、
デユーティ比を大きくして、モータ７から出力するトル
クが大きくなるようにしておシ、車速か大きくなるにし
たがって屓次第８図（ｂ）〜（ｄ）に示すようにデユー
ティ比を小さくして、モータ７から出力するトルクが小
さくなるようにしている。

タイマ２５ａ〜２５ｄはデコーダ２３ｍによって選ばれ
たものだけに、クロック信号ＣＬ２が供給されるととＫ
よって、その時点から所定時間にわたって「１」レベル
の信号を送出するようになっておシ、パターンメモリ２
４＆〜２４ｄから読出された信号で決まる時間が経過す
るとリセットされ、出力レベルを「０」レベルとするよ
うになっている。デコーダ２３ｂは端子ａ〜・に供給さ
れる信号のデコードを行ない、デコード結果を端子ｆ−
１のいずれか１つの端子から送出するが、端子ｊが「０
」レベルになった時は端子ａ−ｅに供給される信号にか
かわらず、今まで出力していたデコード結果をそのまま
記憶して出力し、端子ｊが「１」レベルに変った時点で
再び端子ａ−ｅに供給されている信号をデコードするよ
うになっている。クロック信号発生器２２は第９図に示
すクロック信号を送出するようになっている。

このように構成された装置において、先ず右操舵時の動
作を説明する。自動車の走行にともない車速センサ１か
ら車速信号が発生し、この信号が波形整形回路１１で整
形され、平均車速演算回路２１によって平均車速信号に
変換される。平均車速信号はデコーダ２３ｍによってデ
コードされ、低速から高速までの範囲を４種類の区分に
デコードし、その区分に対応して、デコーダ２３ｍの出
力端子のいずれか１つの端子から「１」レベルの信号が
出力される。

この時、操舵が行なわれているので、操舵力センサ２で
検出された操舵トルクは電圧変換器１４で電圧に変換さ
れ、絶対値変換器１５を介してＡ／Ｄ変換器１６に供給
され、そこで操舵トルクに対応したディジタル信号に変
換される。このディジタル信号はアンド回路２７ｃ〜２
７ｆに供給されるが、これらのアンド回路のうち、どれ
か１つにだけデコーダ２３＆から「１」レベルの信号が
供給されている。このためＡ／Ｄ変換器１６から出力さ
れた信号はデコーダ２３ａによって選択されているアン
ド回路を介してパターンメモリ２４＆〜２４ｄのいずれ
か１つに供給される。この時、車速が最低速区分にある
ときは第８図（、）に示す特性の書込まれているパター
ンメモ’）　２４ａが選択され、最高速区分にある時は
第８図（ｄ）に示す特性の書込まれているパターンメモ
リ２４ｄが選択されるようになっている。

いずれかのパターンメモリが選択されると、そのパター
ンメモリから操舵トルクに対応する信号が読出され、読
出された信号がタイマに供給される。このため、タイマ
２５１Ｌ〜２５ｄのうちデコーダ２３ｍによって選択さ
れたタイマはクロック信号ＣＬ２が供給されることによ
って出力信号を送出し、パターンメモリから供給される
信号で決まる時間経過後出力信号を停止する。そして、
この動作が繰返、されるので、タイマからは車速および
操舵トルクに対応した信号が得られる。

一方、電圧変換器１４の出力はコンパレータ１３ａ　、
　１３ｂに供給され、基準電圧発生回路１２ｍから供給
される信号と比較されている。ここで、基準電圧発生回
路１２ｍの出力レベルを第６図のＩ＝ａの変位に対応す
るものとしておけば、右操舵時はコンパレータ１３ａか
ら「１」レベルの信号が出力される。そして、操舵時は
コンパレータ１３ｃから「０」レベルの信号が送出され
ているので、この信号はインバータ２９を介して「１」
レベルの信号に変換され、アンド回路２７１Ｌ　、　２
７ｂに供給される。

このため、右操舵時はアンド回路２７ａから「１」レベ
ルの信号が送出され、この信号はオア回路２８ｂを介し
て出力され、トランジスタ４ａ、５ａをオンさせるとと
もに、遅延回路２６ａで所定時間遅延され、アンド回路
２７ｇに供給される。また、アンド回路２７ｍの出力は
アンド回路２７ｇに供給されているので、オア回路２８
ｍから出力された信号はアンド回路２７ｇ、オア回路２
８ｄを介してアンド回路２７−に供給される。このため
、トランジスタ４ｂ。

５ｄがオンになシ、モータ７は図の左方向から右方向に
電流が流れ、この時のトルクによって操向が行なわれる
。この時、パターンメモリ２４８〜２４ｄよシ読出され
る信号によって決まるデユーティ比は、操舵トルクに比
例するようになっているので、モータ７に供給される電
流は操舵トルクが大きくなるほど平均値が大きくなシ、
モータ７のトルクが大きくなる。

モータ７の動力が大きな場合、そこに流れる突入電流は
非常に大きなものとなり、従来のように駆動回路である
トランジスタ４ａ〜４ｄに供給される電源と、ブリッジ
回路であるトランジスタ５ａ〜５ｄに供給される電源を
共通に接続したものは、突入電流が流れた時に両回路と
も電圧が大きく低下してしまい、トランジスタ５＆〜５
ｄの動作が不安定になっていた。特に矩形波によるＰＷ
Ｍ制御の場合、モータは高速で０Ｎ−ＯＦＦをくり返す
為、上記不安定は、回路の発振を誘発し、制御困難にな
るばかシでなく、トランジスタの寿命を極端に短くする
という不具合を招くそこで、本願の提案者は種々の対策
を試みたところ、第１図に示すようにダイオード８ｅを
介してトランジスタ５亀〜５ｄに電源を供給することに
よって、安定に動作をすることが判明した。このことは
次のような理由によるものと思われる。モータ７に突入
電流が流れることによって電源電圧が低下するが、ブリ
ッジ回路はダイオード８ｅを介して電流が供給されるの
で、駆動回路よりもダイオード８ｅの順電圧分だけ低い
電圧が供給される。また、モータＴに供給される電圧も
ダイオード８ｅの順電圧降下分だけ低くなる。ダイオー
ド８ｅの順電圧降下はそこに流れる電流が所定値よシ大
きい時は急に大きくなるので、突入電流発生時には大き
な値となっている。とのため、突入電流発生時でも駆動
回路にはブリッジ回路よりも十分に高い電圧が供給され
ているので、この場合でもブリッジ回路には十分なベー
ス電流が供給されている。そして、モータ７が回転を始
めるとそこに流れる電流は突入電流よりも小さくなり、
ダイオード８ｅの順電圧降下が小さくなり、モータγを
定格回転するに必要な電圧が供給される。なお、ダイオ
ード８ｆは回路保護用の７ライホイールダイオードであ
る。

右方向への旋回が終了し、ハンドルに加えられていたト
ルクがなくなると、コンパレータ１３ｃは「１」レベル
の信号を送出するので、この信号はインバータ２９で反
転されアンド回路２７＆に供給される。このため、アン
ド回路２７＆は出力信号が「１」レベルから「０」レベ
ルに転じ、オア回路２８ｂおよびアンド回路２７ａから
送出していた「１」レベルの信号も「１」レベルから「
０」レベルに転する。

したがって、モータ７Ｋｔ流が供給されなくなる。

この状態になると、セルファライニングトルクの作用に
よって、通常の自動車であれば操向状態は直進状態にな
り、これにともないノ・ンドルは元の状態、すなわち操
舵トルクを加える前の位置に戻る。しかし、モータの回
転力を利用して操向を行なっているものでは前述した理
由によって直進状態への戻シ方が不十分となるので、次
のようにしてこの問題を解決している。

旋回を行なっている蒔、タイヤ偏角センサ３は端子Ｂ−
Ｇよシタイヤ偏角に対応した信号を送出している。この
信号はデコーダ２３ｂでデコードされるが、右操舵時は
端子ｆまたはぎから「１」レベルの信号を出力し、左操
舵時は端子りまたは１かも「１」レベルの信号を送出す
るようにしておく。

また、タイヤ偏角を大偏角区分と、小偏角区分に分け、
大偏角区分では端子ｆまたは端子ｉから出力信号を送出
し、小偏角区分では端子ｇまたはｈから出力信号を送出
するように構成しておく。

一般に、通常走行時に操舵を行なった場合、タイヤ偏角
は小偏角区分にある。今、右操舵状態から非操舵状態に
変シ、タイヤ偏角が小偏角区分にあると、デコーダ２３
ｂは端子ｇから「１」レベルの信号を送出［２ている。

非操舵状態であるから、コンパレータ１３ｅは「１」レ
ベルの信号を送出しているので、デコーダ２３ｂから出
力された信号はアンド回路２７ｋを介して出力される。

この信号はオア回路２８ｅを介して出力され、トランジ
スタ４ｅ、５ｅをオンにするとともに遅延回路２６ｂに
よって所定時間遅延されてアンド回路２７ｔに供給され
る。そして、アンド回路２７ｋから出力された信号は、
アンド回路２７ｐにも供給されているので、クロック信
号ＣＬ３がアンド回路２７ｐ、オア回路２８ｅを介して
アンド回路２７ｔに供給される。アンド回路２７には遅
延回路２６ｂを介して信号が供給されているので、オア
回路２８ｅから供給された信号をトランジスタ６ｄに供
給し、トランジスタ６ｄ　、５ｂがオンになる。このた
め、モータ７は右操向時と反対に、図の右方向から左方
向への電流が流れ、モータＴは右操向時の回転方向と逆
方向に回転する。

この時、モータ７から出力されるトルクの大きさは、セ
ルファライニングトルクに抗する力を打消せば良いので
、旋回時よりも十分小さなもので良い。このため、モー
タ７に供給される電流の平均値も小さくて良く、この時
のクロック信号ＣＬ３のデユーティ比は旋回時よりも十
分小さく設定されている。

モータ７に旋回時と逆方向の電流が供給されることによ
って、モータを用いたことに起因するセルファライニン
グトルクに抗する力が打消されるので、旋回状態から直
進状態への復帰はセルファライニングトルクによって円
滑に行なわれ、運転者は異和感を感じることがない。

タイヤ偏角センサ３は第４図に示すように、端子Ｃ−Ｇ
の１つと端子Ａとの間の接触状態が２進法にしたがって
変化するようになっているものであるから、摺動子３Ｃ
が接触状態の変化する境界にある時、得られる出力信号
はその境界の前後で不確定になシ、このため振動などが
あると出力信号が変動し、得られる結果が不安定になる
。このため端子Ｂに接続された摺動子がスリン）３ｄの
位置に達し、そこから出力信号が得られなく表つだとき
、デコーダ２３ｂはその直前の状態を保持し、端子Ｂに
接続された摺動子から信号が得られるようになった時、
その時点の入力データをデコードするようにしている。

このため、抵抗値の変化する境界でも安定した出力が得
られる。

セルファライニングトルクが作用して直進状態に戻ると
、デコーダ２３ｂは端子ｆｙｉのいずれからも信号を送
出しなくなる。このためアンド回路２７１〜２７ｍ　、
　２７ｎ〜２７ｒ　、オア回路２８ｄ　、　２８ｅ　。

アンド回路２７ｇ　、　２７ｔの出力レベルはいずれも
「０」レベルとなるので、モータ７に供給されていた電
流が遮断される。

以上は右方向への操向が行なわれている時の動作である
が、左方向への操向が行なわれている時の動作も同様に
して行なわれ、この時はモータＴに供給される電流の方
向が前述の説明と逆になる。

一方、タイヤ偏角が大偏角区分になる時、すなわち旋回
量が大きい時の車速は一般に小さくなっている。このた
め、セルファライニングトルクも小さいので、モータ７
から出力するトルクを大きくして、セル７アライニング
トルクの不足量を補なう必要がある。このことを実現す
るため、デコーダ２３ｂで大偏角区分であることを検出
した時は端子ｆまたはｉから出力される信号にもとづい
てアンド回路２７１ｔたは２７ｍから「１」レベルの信
号を送出し、アンド回路２７ｎまたは２７ｒからクロッ
ク信号ＣＬ４を送出するように表っている。この時のク
ロック信号ＣＬ４は先のクロック信号ＣＬ３よりもデユ
ーティ比を大きくして、モータ７から出力されるトルク
が大きくなるようにしている。

第１０図は以上の動作をマイクロプロセッサで行なわせ
る時のフローチャートであシ、次表は第１０図の各ステ
ップと第１図の装置の主要対応部分との関係を示すもの
である。なお、第１０図において、Ｒは右、Ｌは左、Ｃ
は中央を表わしている。

タイヤ偏角センサ３は第４図に示す接触式の他、第１１
図に示す差動変圧器を用いる非接触式も考えられる。こ
の差動変圧器はコイルを車体に取付け、可動コアーをタ
イロッドに取付けることによって可動コアーの変位から
第１２図に示す特性が得られる。第１３図は非接触式の
他の例であシ、コラムシャフト６００回転を歯車６１．
６２を介して磁性体６３の上下方向変化に変換し、その
磁性体６３の位置変化をギャップセンサ６４で検出して
いる。第１４図は第１３図のＸＩＶ−ＸＩＶ断面で１）
、磁性体６３がボス６５によってガイドされている状態
を示している。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明は、ブリッジ回路と駆動回
路とを結ぶ電源路にダイオードを挿入したものであるか
ら、動力の大きなモータを使用した時でも、安定な動作
を行なわせることができるという効果を有する。

【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図、第２図
は操舵力センサの取付状態を示す概略構成図、第３図は
ギャップセンサの動作原理を示す概得られる出力信号の
波形図、第６図は第１図に示す電圧変換器の入出力特性
を示すグラフ、第７図は絶対値変換器の入出力特性を示
すグラフ、第８図はパターンメモリの入出力特性を示す
グラフ、第９図はクロック信号発生器の出力信号波形を
示す波形図、第１０図は第１図の装置をマイクロプロセ
ッサで構成する時の動作を示すフローチャート、第１１
図は差動変圧器の構成を示す図、第１２図は差動変圧器
をタイヤ偏角センサに用いた時の特性を示すグラフ、第
１３図はギャップセンサをタイヤ偏角センサとして用い
るため、コラムシャフトに取付けた状態を示す断面図、
第１４図は第１３図のＸＩＶ　−ＸＩＶ断面図である。１・・・・車速センサ、２・・・・操舵力センサ、３・
・参会タイヤ偏角センサ、４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄ−・
・・トランジスタ、Ｔ・・自・モータ、９＠　　＊・ａ
ｓダイオード、１０・・・・制御装置、１１・・・・波
形整形回路、１２ｍ　、　１２ｂ・・・・基準電圧発生
回路、１３１〜１３ｅ・・・・コンパレータ、１４・・
・・電圧変換器、１５・・・・絶対値変換器、１６・・
自・Ａ／Ｄ変換器、２０・・・・制御回路、２３＆　、
　２３ｂ・・・φデコーダ、２４１〜２４ｄ・・・・パ
ターンメモリ。

Claims

【特許請求の範囲】

スイッチング素子で構成されたブリッジ回路と、このブ
リッジ回路と共通の電源に接続されブリッジ回路を駆動
する駆動回路とによつてモータの正逆転制御を行なつて
動力操舵を行なう電動式動力舵取装置において、ブリッ
ジ回路と駆動回路を結ぶ電源路に電圧降下用の素子を挿
入して、この電圧降下素子の極性をブリッジ回路の電圧
が駆動回路よりも低くなるようにしたことを特徴とする
電動式動力舵取装置。