JPS61220966A - 電動式動力舵取装置 - 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、モータ全弁して動力操舵を行なう電動式動
力舵取装置に関するものでるる。

〔従来の技術〕

従来、小さな操舵力で操舵を行なうために、油圧式の動
力舵取装置が用いられているが、油漏れの対策を厳重に
行なわねばならず、小形化するには限度かめるのみでな
く、油圧ポンプ、配管などのコストアップ要因が多い。

このため、油圧に変えてモータの回転力１−［接補助動
力に利用することが考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この場合、取扱いの容易さから直流モータが用いられる
が、直流モータ４その構造上、回転時のトルク変動が避
けられない。このトルク変動も定格回転時にはほとんど
問題にならないが、この装置に用いる場合は定格回転数
エフはるかに低い回転数で使用する友め、そのトルク変
動がステアリングホイールに伝わり、ステアリングホイ
ール全１回転する間、複数個所で規則的に操舵力が変化
して、運転者に異和感を与えるという欠点がろり九。

〔問題点全解決するための手段〕

このような欠点を解決するためにこの発明は、モータの
トルク変動を打消すようにしたものでおる。

〔作用〕

モータのトルク変動位置全ステアリングホイールの回転
位置に対応して検出し、その時点のモータのトルク変動
全補正する。

〔実権例〕

第１図はこの発明の一実施例上水すブロック図でるる。

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ｔ’に検出する手段でるるタイヤ偏角センサ、４ａ
〜４ｄお工び５ａ〜５ｄはトランジスタ、６ａ〜６ｄは
抵抗、７はモータ、Ｄ１〜Ｄ４はダイオード、８はステ
アリングホイールと一体に回転するスリット円板、Ｓは
発光ダイオード９ａと受光トランジスタ９ｂとから放る
フォトインタラプタでるる。

スリット円板８は周縁部に複数のスリット８ｍおよび非
スリットａｂｔ−有するスリット部が設けられており、
このスリット部が７オトインタラグタ９と組合わされ、
スリットの有無によって７オトインタラプタ９がオンオ
フするようになっている。なお、非スリット８ｂはモー
タ７のトルク変動により、ステアリングホイールの操舵
力が大きくなった時、フォトインタラプタ９をオフとす
る位置に設けられでいる。

スリット円板８の非スリット８ｂの数は次のようにして
決められる。モータＴとステアリングホイールは、モー
タ７の回転軸と一体に回転する小歯車と、ステアリング
ホイールと一体に回転スる大歯車（いずれも図示してい
ない）が噛合って回転力が伝えられる工うになっている
。今、小歯車の歯数ｔ”　Ｚ　１　、大歯車の歯数１ｔ
Ｚｚ、モータ７のアマチュアの溝数ｔ−ｎとするとステ
アリングホイール１回転中に発生するトルク変動回数Ｎ
は次のように表わせる。

Ｚ。

このため、非スリット８ｂの数はＮになるように決めら
れている。

１（ｌ車速、操舵力、操向量ｔもとにモータＴ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１１ａ、１１ｂ、　基準電
圧発生回路［ａ、１２ｂ、コンパレータ１３ａ〜１３ｅ
１　電圧変換器１４、絶対値変換器１５、Ａ／Ｄ変換器
１６、抵抗１７ａ〜’１７ｃ、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、りａ
ツク信号発生器２２、デコーダ２３　ａ　ｔ　２３　ｂ
　ｓパターンメモリ２４ｍ＝　２４ａｗ２４Ａ　〜２４
Ｄ　、タイｆｆ　２５ａ　＃　２５ｄ　、　２５Ａ〜２
５Ｄ１アンド回路２７ａ〜２７９％　オア回路２８ａ〜
２８ｇ、インバータ２９ｍ、２９ｂ　２）為ら構成され
ている。（アンド回路２７ｄ、２Ｔｅ、パターンメモリ
２４ｂ、２４ｃ、２４Ｂ、２４０１タイマ２５ｂ、２５
ｃ、２５Ｂ、２５Ｃａ部品記号の記載のみで、回路記号
の記載は省略している） 操舵力センサ２は第２図に示すエラにハンドル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５１ａ　にコイル５１ｂが巻かれており、ハ
ンドル５ｅｔ−。

転させることによってこの鉄心、５１ａ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
５１ａ　　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３ｍに
印刷配線された電極３ｂ　と、この電極３ｂ上全移動す
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ａｂ　４１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ＢＫ接続され
次摺動子が摺動する部分に設けられたスリン）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３ｅ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、これらの端子エリ得られる出力信号ｆ）ｈ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。

８　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、Ｘ＝ａの点が直進位置、
ｘ−＝０がハンドル全左方向最大トルクで操作した位置
、ｘ＝ｂがノ・ンドルを右方向最大に操作した位置でる
る。絶対値変換器１５は電圧変換器１４の出力信号全第
７図に示すように、直進位ｔ’に中心に折返した信号を
送出するようになっており、正の変位は右方向の操舵ト
ルク全表わし、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ｒｌＪ　　レベルの信号を送出するようにな
っており、この部分は非操舵状態を検出する手段全構成
している。

パターンメモリ２４ａ〜２４ｄはモータ７に供給する電
流のデユーティ比全操舵トルクに対応させて記憶してい
るメモリでるり、第８図の実線で示すように、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７に供給する電流のデユーティ比を決
めるデータでめｖＸ第８図（ａ）は低速走行時の特性で
めｐ１デユーティ比全大きくして、モータ７２）−ら出
力するトルクが大きくなるようにしており、車速か大き
くなるにし友がって順次第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。パターンメモリ２
４Ａ〜２４Ｄはパターンメモリ２４ａ　〜２４ｄと同様
な特性でるるか、第８図（ａ）〜（ｄ）の点線のように
、パターンメモリ２４ａ〜２４ｄエク大きなトルク全出
力する工うになっている。

タイマ２５ａ　〜２５ｄ、２５Ａ　〜２５Ｄはデコーダ
２３ａ　によって選ばれたものだけに、クロック信号Ｃ
Ｌ２　が供給されることによって、その時点から所定時
間にわ九って「１」　レベルの信号全送出するようにな
っており、パターンメモリ２４ａ〜２４ｄ、２４Ａ〜２
４Ｄ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ｆｒＯＪ　レベルとするように
なっている。デコーダ２３ｂ　は端子ａ−ｅに供給され
る信号のデコード勿行ない、デコード結果を端子ｆ−ｉ
のいずれか１つの端子から送出するが、端子ｊがｒＯＪ
　レベルになった時は端子ａ−ｅに供給される１６号に
かで為わらず、今まで出力していたデコード結果ｔその
まま記憶して出力し、端子ｊがｒｌＪ　レベルに変った
時点で再び端子ａ−６に供給されている信号全デコード
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
作全説明する。自動車の走行にともない車速センサ１か
ら車速信号か発生し、この信号が波形整形回路１１ａ　
″′Ｃ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２３ａ　
Ｋよってデコードされ、低速から高速までの範囲を４ｓ
類の区分にデコードし、その区分に対応して、デコーダ
２３ａ　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、操舵が行々われているので、操舵力センサ２で
検出され次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２３ａから「ｌｊ　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２３ｓ１に工って選択されている
アンド回路を介してパターンメモ！Ｊ　２４ａ〜２４ｄ
、２４Ａ〜２４Ｄのいずれか選択されたものに供給され
る。この時、車速が最低速区分にるるときは第８図（ａ
）に示す特性の書込まれているパターンメモＱ　２４＆
、２４Ａが選択され、最高速区分におる時は第８図（ｄ
）に示す特性の書込まれているパターンメモリ２４ｄ、
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１
２５ａ〜２５ｄ、２５Ａ〜２５Ｄのうちデコーダ２３ａ
　Ｋ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。

この信号はステアリングホイールの回転位置に応じてオ
ンオフするフォトインクラブタ９の出力信号によって、
オア回路２８ｆ側またはオア回路２８９側のいずれかが
選択きれ、アンド回路２７ｕまたはアンド回路２７ｖ　
から出力される。

一方、電圧変換器１４の出力はコンパレータ１３ａ、１
３ｂ　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
１２ｇの出力レベルを第６図のｘ＝ａの変位に対応する
ものとしておけば、右操舵時ハコンパレータ１３ａ　か
らｒｌＪ　　レベルノ信号が出力される。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２９ａ　ｔｌ
−介してｒｌＪレベルの信号に変換され、アンド回路２
７ａ、２７ｂ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、
この信号ベオア回路２８ｂｔ−介して出力され、トラン
ジスタ４ａ　＋　５ａ　ｋ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２７ａの出力はアンド回路
２７９　に供給されているので、オア回路２８ａから出
力され良信号はアンド回路２７２゜オア回路２８ｄ　Ｔ
ｈ介してアンド回路２７ｓに供給される。このため、ト
ランジスタ４ｂ、５ｄがオンになり、モータ７は図の左
方向２）−ら右方向に電流が流れ、この時のトルクに工
って操向が行彦わする。この時、パターンメモリ２４ａ
　〜２４ｄ、２４Ａ〜２４Ｄ　より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９１モータ７の
トルクが大きくなる。

モータ７の回転によって動力操舵が行なわれるが、この
時の操舵力ＴはモータＴの回転力全補助動力として使用
しているために、第１０図（＆）に示すようにステアリ
ングホイールの回転位置（回転角θ）に応じて変動する
。ステアリングホイールを回転すると）これと一体にス
リット円板８が回転するので、その回転位置に応じてフ
ォトインタラプタ９がオンオフする。フォトインタラプ
タ９は第１０図（ｂ）に示すように、操舵力が大きくな
る時にオフとなって１１」レベルを出力するようになっ
ているので、この信号が波形整形回路１１ｂを介して出
力され、操舵力が大きい時はオア回路２８９側の信号、
すなわちパターンメモリ２４Ａ〜２４Ｄの信号がアンド
回路２γＶによって選択される。このパターンメモリ２
４Ａ〜２４Ｄ　には第８図（ａ）〜（ｄ）の点線に示す
ような特性がメモリされているので、この時はモータ７
が大きなトルクを出すように制御される。そし・て、こ
の区間金外れフォトインタラプタ９がオンとなり第１Ｏ
図（ｂ）に示すように「０」レベルを送出する時はオア
回路２８ｆ側の信号、すなわちパターンメモ！Ｊ　２４
ａ〜２４ｄの信号が選択される。このメモリは第８図（
ａ）〜（ｄ）の実線に示す工うな特性がメモリされてい
るので、この時はモータ７が小さなトルクを出丁工うに
制御される。このため、集塵にステアリングホイールに
かかる操舵力は第１０図（ｃ）に示すように、略一定と
なる工うに補正され、異和感の無い運転が行なえる。

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ｐ２９ａ　
で反転されアンド回路２７ａに供給される。このため、
アンド回路２７ａは出力信号がｒｌＪ　レベルからｒＯ
Ｊレベルに転じ、オア回路２８ｂ　　およびアンド回路
２７ｇ：２＞ら送出していた「１」　レベルの信号もｒ
ｌＪ　レベルから「０」レベルに転する。したがって、
モータ７に電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、これにともないハンドルは元の状態、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
力を利用して操向全行なっているものでは前述した運出
によって直進状態への戻り方が不十分となるので、次の
ようにしてこの問題上解決している。

旋回全行なっている時、タイヤ偏角センサ３は端子Ｂ−
Ｇよりタイヤ偏角に対応し比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ま穴はグから「１」レベルの信号全出力し、左
操舵時は端子りまたはｉからｒｌＪ　レベルの信号を送
出するようにしておく。ま念、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ま次は端
子ｌから出力償号金送出し、小偏角区分では端子ｔま九
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
変り、タイヤ偏角が小偏角区分にるると、デコーダ２３
ｂけ端子ｆから「１」レベルの信号を送出している。非
操舵状態でるるから、コンパレータ１３ｃ　はｒｌＪ　
　レベルのａ号’ｉ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２７に’ｅ介して出力
される。この信号はオア回路２８ｃ　’ｃ介して出力さ
れ、トランジスタ４ｃ、５ｃｔ−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
出力された毎号は、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　ｆ介してアンド回路２７ｔ　に供給され
る。アンド回路２７ｔ　は遅延回路２６ｂ　ｔ−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６
ｄ、５ｂがオンになる。このため、モータＴ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γ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に打消せば良いので
、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千抱値も小さくて良く、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Ｔ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７アライニン
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＃はセルファライニングトルクによって円
滑に竹なわれ、運転者は異和感音感じることがない。

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進法にし念がって
変化する工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り、このため振動などが
る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なつ九とき
、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つ友時、
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ｆ〜１のいずれからも信号全送
出しなくなる。この几めアンド回路２７ｉ　−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Ｔ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るる
か、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、丁なわち旋回
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、セルファライニング
トルクの不足量ヲ補なう必要がめる。このことを実現す
るため、デコーダ２３ｂ　で大偏角区分でるること全検
出し次時は端子ｆまたは１から出力される信号にもとづ
いてアンド回路２７ｉ　　！たけ２７ｍから「１」　レ
ベルの信号？送出し、アンド回路２７ｎ　ｔたは２７ｒ
η１らクロック信号ＣＬ４　を送出する工うになってい
る。この時のクロック信号ＣＬ４は先のクロック信号Ｃ
Ｌ３　、に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。

なお、以上の実施例はステアリングホイールの操舵力変
化がモータのトルク変動によって発生する場合の例につ
いて説明したが、ステアリングホイールの操舵力変化は
前述したモータＴの回転軸と一体に回転する小歯車とス
テアリングホイールと一体に回転する大歯車との噛合わ
せ不良によっても発生する。本来、この噛合わせ不良は
発生しないことが望ましいが、この噛合わせ全解消する
ために多大な調整工数ヲ袂する場合は、前述したように
噛合わせ不良個所に対応してステアリングホイールの操
舵力が大きくなる位置に非スリット８ｂ？設け、これに
よって７オトインタラプタ９の元金遮断し、フォトイン
タラプタ９たら出力される信号に応じてパターンメモリ
を選択してモータの田カトルクを制御することもできる
。

第１１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めり、次表は第１０図の各ステ
ラフ゛と第１図の装置の主要対応部分との関係を示すも
のでるる。なお、第１１図において、Ｒは右、Ｌは左、
Ｃは中央を表わしてい〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明は、モータ回転時のトルク
変動全ステアリングホイールに設けたトルク変動検出手
段によって検出し、このトルク変動を打消すようにモー
タの出力トルク全制御しているので、円滑な操舵が行な
え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プａツク図、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略構成図、第４図は
タイヤ偏角センサの一例を示す平面図、第５図は第４図
に示すタイヤ偏角セ／すから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図は絶対値変換船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図は操舵力の変化を示すグラフ、第１１図
は第１図の装＃、ヲマイクロプロセッサで構成する時の
動作？示すフローチャートでるる。 １＠・・ｅ車速センサ、２・・・・操舵力センサ、３・
・・・タイヤ偏角センサ、４ａ〜４ｄ　。 ５ａ〜５ｄ　　−φ・拳　トランジスタ、７・・・・モ
ータ、８・・・・スリット円板、９・拳・・フォトイン
タラプタ、１０・・・・制御装置、１１ｍ番・―波形整
形回路、１２ａ、１２ｂ　　・−・１基準電圧発生回路
、１３ａ〜１３ｃ・・・・コア／・レータ、１４・・・
・電圧変換器、１５・・・・絶対値変換器、１６・・・
・Ａ／Ｄ変換器、２０　・・・・制御回路、２３ａ、２
３ｂ　　・・・・デコーダ、２４ａ〜２４ｄ　・１１番
・パターンメモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   装置において、モータのトルク変動位置をステアリング
   ホイールの回転位置に対応して検出するトルク変動検出
   手段と、トルク変動検出手段の出力信号発生時のトルク
   をその他の時点のトルクと同一となるように補正するト
   ルク補正手段とを備えたことを特徴とする電動式動力舵
   取装置。