JPS61229672A

JPS61229672A - 電動パワ−ステアリング装置

Info

Publication number: JPS61229672A
Application number: JP60069499A
Authority: JP
Inventors: Seiji Komamura; 駒村　清二; Katsukuni Kata; 加太　克邦; Bunichi Sugimoto; 杉本　文一
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1985-04-02
Filing date: 1985-04-02
Publication date: 1986-10-13

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、電動上−夕によって操舵補助力を与えるよ
うにした車両の電動パワーステアリング装置に係り、特
に中立復帰時に電動モータが抵抗とならないようにした
電動パワーステアリング装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のパワーステアリング装置は、ハンドルの操作力を
補助する動力を油圧又は電動アクチュエータで得るよう
に構成されている。近年、パワーステアリング装置が装
備された乗用車の普及が目覚しいが、これらを含めた殆
んどの車両には、油圧式のパワーステアリング装置が搭
載されている。

この種のものは、制御バルブ、油圧シリンダ、油圧ポン
プおよび該部材を接続するパイプなどによって構成され
ているため、装置が大型化し、かつ油漏れを防止するた
めの石麿実なシール構造にしなければならない。また、
限定された空間に圧力損失を考慮してパイプを配設しな
ければならず、特に、普及の著るしいＦＦ車において、
その配管設計を困難にしている。このようなことから、
油圧式に比べて設計およびメインテナスの容易な電動式
のパワーステアリング装置が注目されている。

電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力をハン
ドルの操作力の補助として用いるものである。つぎに、
電動パワーステアリング装置をラックアンドピニオン式
ステアリング装置への適用例によって説明する。乙のラ
ックアンドビニオン式ステアリング装置は、第５図に示
すように、ハンドル１に結合された入力軸２にピニオン
４０が固着されており、このピニオン４０にラック４３
が噛合されている。そして、ラック４３の両端には、サ
イドロッド４２が連結されており、このサイドロッド４
２の他端に車輪が支持されたナックルアーム４１が枢着
された構造になっている。前記ステアリング装置は、ハ
ンドルの回転力をピニオン４０を介してラック４３の往
復動に変換し、このラックの移動によって車輪を所定の
方向に変えるようになっている。この装置に操作補助力
を与えるには、第５図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す方
式がある。すなわち、第５図（Ａ）に示すものは、モー
タ２５の駆動力をピニオン４４を介して直接にラック４
３に伝えており、また第５図（Ｂ）に示すものは入力軸
２にモータ２５の駆動力をギヤ２９を介して伝えている
。更に、第５図（Ｃ）に示すものは、入力軸２に固着さ
れたピニオン４０にモータ２５の駆動軸２８を連結し、
モータの駆動力を直接にピニオン４０に伝えている。前
記いずれの方式に用いられるモータ２５は、ハンドルの
操作量および操作方向を検出器５で検出し、該検出信号
および車速センサ６からの車速信号に基いてコントロー
ラ８から出される回転方向、回転力などの駆動信号によ
って可逆制御され、ハンドルの操作補助力を操向系に与
えるようになっている。（例、特開昭５９−７０２５７
号公報）〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、従来の電動パワーステアリングｉｔは、
セルファライニングトルクによって中立復帰の際のよう
に操舵操作力が不要又は少ないときのモータの入力制御
について何等考慮されていない。したがって、モータは
タイヤからのセルファライニングトルクによってステア
リング機構を介して逆に回転力を受け、発電機として動
作する。

このようにモータが外力によって回転され、発電機にな
ると、該モータはステアリング機構からみれは機械的負
荷となり、自己復帰性を損ない、ハンドルの戻ゆを遅ら
せる。特に、ハンドルの早い切り返し操作を行なうと、
モータの回転が早まり、発電作用も大きくなるので、そ
れに伴って中立復帰時の抵抗が大きくなり、ハンドルの
戻りが円滑に行なわれなくなる。寸だ、モータ駆動によ
って中立復帰を行なわせる場合、モータの入力制御は、
セルファライニングトルクを加味したものでないため、
応答性が悪くなったり、必要以上の電力がモータに供給
されるという問題があった。

この発明の目的は、電動モータの出力トルクを操作操舵
力が加えられていないときに最小とし、中立復帰時の応
答性を改善するように電流制御される電動パワーステア
リング装置を提供することである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

かかる目的を達成するために、本発明の電動パワーステ
アリング装置は、ステアリング機構に結合され、操舵力
を補助する電動機と、ハンドル操作時の操舵トルクを電
気信号に変換する変換回路と、該変換回路からの電気信
号をパラメータとした前記電動機を駆動するための電力
を供給するモータ駆動回路とからなり、前記モータ駆動
回路は前記変換回路からの電気信号が零付近で所定の電
圧を出力するとともに、前記電気信号の増加に対して前
記所定の電圧からの電圧降下率が電流増加率に対して小
さくなるように処理し、前記電気信号に応じた電圧を出
力し、前記電動機を制御するように構成されたものであ
る。

〔作　用〕

上記の構成によると、ハンドルに操作時には、入力トル
クおよび車速に応じた駆動信号によって電動モータが制
御され、ハンドルに加える操作操舵力が低速で軽く、高
速で重くなるように操舵補助力を出力する。電動モータ
の駆動条件に入力トルクを用い、該トルクがないときに
出力トルクが略零となるように入力電圧の処理を行なっ
ている。

したがって、セルファライニングトルクによる中立復帰
時のようにハンドルに加える操作操舵力を殆んど必要と
しない時には、ハンドルの手放し状態で入力トルクが略
零となるので、電動モータの入力電圧が略零となり、そ
の結果出力トルクが略零になる。この状態では、電動モ
ータが外力によって自由に回転できるようになり、中立
復帰時の応答性が改善され、操安性が向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図は、本発明の電動パワーステアリング装置の電動
モータを制御するブロック図である。ハンドル操作時の
入力トルクはステアリングシャフト等に設けられたトル
ク検出器２０によって検出され、この検出信号はトルク
信号処理回路３０に送られる。トルク信号処理回路３０
Ｊ′ｃは、第２図（Ａ）　　に示すように、入力トルク
に比例した電圧信号■１に変換され、続く関数発生回路
４０に出力される。一般に、電動パワーステアリング装
置の操舵補助力の大きさくパワーアシスト量）は、運転
者の操舵感覚上、入力トルクに比例されるのが最善とは
限らないので、最良の操舵感覚に合った操舵補助力の大
きさを得るために前記トルク信号処理回路３０から出力
される電圧信号■、を第２図（Ｂ）に示す電圧信号Ｖ、
に変換する。一方、操安性を向上させるために、ハンド
ルの操舵力は、低速時に軽くし、高速時に重くしている
。すなわち、入力トルクが同じ場合、操舵補助力の大き
さは、低速で大きく、逆に高速で小さくなるように車速
に応じて変化させる、いわゆる車速感応回路動パワース
テアリング装置を構成するのが好ましい。尚、本実施例
では車速信号をパラメータとして制御することにより、
低速時の軽い操縦性と、高速時の操縦安定性を得られる
ようにしているので、本発明に係る電動モータの戻り性
能の改良をより効果的実用的にすることができる。その
ため、車速■は車速検出器５０によって検出され、この
検出信号は車速信号処理回路６０に送られ、第２図（Ｃ
）に示す、車速Ｖに比例した電圧信号Ｖ。

に変換される。

このように、操舵補助力の大きさを車速に応じて変化さ
せるために、車速感応回路７０では、第２図（Ｄ）に示
すように、車速による電圧信号Ｖ。

をパラメータとし、入力トルクに応じた電圧信号ＶＳ　
が同じでも前記電圧信号■、によって電圧信号■４が変
化するように処理される。

なお、第２図（Ｄ）　　において、電圧信号■、が一定
の場合、入力の電圧信号Ｖ、と出力の電圧信号■４が比
例するようにしであるが、必ずしも比例させる必要はな
く、各種車両に応じて最適な操舵感覚が得られるように
決定される。

前記車速感応回路７０から出力された電圧信号Ｖ、はモ
ータ駆動回路８０に入力され、電動モータ２５に供給さ
れる電力の制御に必要な処理が行なわれる。

本実施例のモータ駆動回路８０は、電動モータ２５とし
て永久磁石直流モータ又は直流分巻モータを制御対象と
している。第３図は、電動モータ２５として永久磁石直
流モータの特性を表わしている。電動モータ２５は、入
力電圧Ｖ、の極性によって可逆回転する。そして、モー
タに負荷が加わると、入力電圧Ｖ、の特性線に泊った動
作が行なわれる。例えば、Ｖｉ＝ｐ（Ｖ）を印加すると
、負荷に応じて特性線上のＡ点における回転数Ｎ。

で回転し、そのときにトルクＴ、が発生する。一方、負
荷が軽くなるに従って、無負荷状態となるＢ点に近づく
ので、回転数は増大し、トルクは小さくなる。逆に、負
荷が大きくなるに従って、回転数は低下し、トルクは大
きくなる。０点では、電動モータ２５の回転が停止し、
凸ツク状態となり、回転を止めておくためのトルクＴｃ
を必要としている。更に、Ｄ点では、右回転するだめの
入力電圧Ｖ、が印加されているにも拘らず、電動モータ
２５は負荷に負けて左回転する。

入力電圧Ｖ、を変化させると、トルクが一定で回転数を
増減させることができ、また回転数を一定としてトルク
を変えることができる。例えば、第３図において、現在
の動作点をＡ点とする。■。

＝ｐからｑ（但し、ｐ＞ｑ）に変化させた場合、同じト
ルクＴ１に対して回転数がＮ、からＮ！に低下している
。これをステアリング操作に対比させると、タイヤ負荷
（トルクＴ、に相当）が同じときに、７１２９時の操舵
の速さよりＶａ＝ｑの方が遅い速さで同じ操舵できるこ
とを意味している。

また、電動モータがＶ６　＝　ｑの特性線上のＥ動作点
にあるときには、タイヤ負荷（トルクＴ、に相当）に対
して必要な操舵補助力を得るための操舵ができない状態
にあるが、高い入力電圧（■、＝ｐ）を印加することに
よってＥ′動作点に変化させ、この特性線における回転
数Ｎ、による操舵が可能となる。ところで、入力電圧が
零の場合、右回転領域、例えば０点では、電動モータの
出力はないが、負荷による外力によって右回転し、また
左回転領域、例えばＨ点では、同じ外力によって左回転
する。これをステアリング操作に対比させると、ハンド
ルを子離したときに相当するが、この特性では、セルフ
ァライニングトルクによるハンドルの戻り（中立復帰）
が悪いので、以下に説明するモータ駆動回路８０におい
て、外力による回転時に出力トルクが小さくなるように
補正を行なっている。

モータ駆動回路８０では、第２図（Ｅ）に示すように、
車速感応回路７０から出力された電圧信号■４をパラメ
ータとして、ハンドル操作による操舵力の零付近で電動
モータ２５の出力トルクが略零となるように処理される
。例えば、電圧信号■、が大きい場合には、電流Ｉの増
加に対して出力電圧ｖ膠の降下率を小さくシ、一方電圧
信号■、が小さい場合には、電流Ｉの増加に対して出力
電圧Ｖ、の降下率を大きくなるように処理する。換言す
ると、車速感応回路７０からの電圧信号ｖ４が零付近で
電流Ｉを略零にし、逆に電圧信号ｖ４が大きくなるに従
って電流Ｉの増加に対する出力電圧Ｖ、の降下率が小さ
くなるように処理される。上述のように、モータ駆動回
路８０によって車速感応回路７０からの電圧信号■４を
処理すると、電圧信号■４の零付近（入力トルクがない
とき）では電動モータ２５に殆んど電流が流れなくなり
、電動モータ２５は外力により発電機となることなく自
由に回転できるようになる。また、ハンドル操作による
操作力が最大（Ｖ、が最大）のときには略所定の出力電
圧ｖ０を出力し、モータ２５は常に最大出力回転すると
とになる。

なお、嬉２図において、電流ｌの変化に対して各電圧信
号■、のときの出力電圧Ｖ、の変化を直線的に求めたが
、これに限ることなく非直線的な関係に処理することも
できる。

また、電動モータ２５として、出力トルクと負荷電流が
比例しない直流直巻モータを使用する場合には、電圧信
号■４と電流Ｉとの関係を補正してやれば、直流分巻モ
ータおよび永久磁石直流モータと同様に適用できる。

つぎに、上記実施例の動作を第４図に基いて説明する。

第４図は、入力電圧■、をパラメータとした操舵補助力
特性を表わしている。

ハンドル１を操作すると、入力軸２が回転し、該入力軸
に固定されたピニオン４０を介してラック４３が移動し
、このラック４３に結合された操向機構４１を動作させ
て車輪を所定の方向に変える。この過程において、ハン
ドルｌの操作量および操作方向がトルク検出器５で検出
される。このトルク信号は予め定められた操舵力と操舵
感覚との関係に基いて電圧信号Ｖ、に変換され、車速感
応回路７０に入力される。一方、低速から高速までの全
車速において操安性を損なわないようにするためには、
ハンドルの操舵力を低速から高速になるに従って重く、
すなわち操舵に必要な力を大きくしなければならない。

そのため、車速Ｕを車速検出器５０で検出し、所定の電
圧信号Ｖ、に変換して車速感応回路７０に入力する。車
速感応回路７０では、前記各電圧信号■Ｌ　＋　ＶＢに
基いて入力トルクを車速に応じた電圧信号ｖ４に変換し
、操舵補助力の大きさを車速に応じて変化するように処
理される。そして、モータ駆動回路８０は、前記電圧信
号■、に応じた電動モータ２５の可逆制御信号、すなわ
ち正逆転の出力電圧ｖｌｌを出力し、操舵時に必要な操
舵補助力をステアリング機構に与えている。

いま、ある速度で直進走行している場合には、ハンドル
操作がないので、入力トルクが略零となり、入力電圧Ｖ
４　（略零となる）が出力され、ハンドルに手を添える
程度で安定した操縦を可能としている。この状態からハ
ンドルを回転操作すると、入力電圧ｖ４（＝　ｙ　）に
７フトされ、タイヤ負荷に応じた操舵補助力に対応した
所定の回転数による出力トルクを生ずる。例えば、低速
走行時の据切りは、大きな操舵補助力を必要とするため
、入力電圧Ｖ４（＝Ｘ）　　が出力され、電動モータ９
０は同じ回転数で大きな出力トルクを生ずるように動作
される。一方、高速走行時には、操舵補助力を小さくす
るため、入力電圧Ｖ４　（−ｚ　）　　が出力され、同
じ回転数でも出力トルクが大きく減少させ、ハンドルを
重くして切り過ぎが防止される。

そして、ハンドルの中立復帰時には、タイヤ負荷による
セルファライニングトルクが作用し、入力トルクが零と
なるので、電動モータ２５は入力電圧Ｖ４（＝Ｏ）の特
性線に渋って動作する。すなわち、電動モータ９０は、
セルファライニングトルクによって回転されるが、この
回転は入力電圧が零なので、出力トルクがない空転状態
となる。

〔発明の効果〕

上述のとおり、本発明によれば、セルファライニングト
ルクによって操舵補助力の必要の力い中立復帰時には電
動モータが空転若しくは少ない回転トルクで回し、ステ
アリング機構の機械負荷が軽減され、中立復帰が迅速か
つ円滑に行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の
制御ブロック図、第２図（Ａ）乃至００は第１図に示す
構成要素の特性図、第３図は電動モータの特性図、第４
図は、入力トルクをパラメータとした操舵補助力（出力
トルク）を示す図、第５図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は各種の
電動パワーステアリング装置の概略構成図である。２０・・・トルク検出器、５０・・・車速検出器、７０
・・・車速感応回路。

Claims

【特許請求の範囲】

ステアリング機構に結合され、操舵力を補助する電動機
と、ハンドル操作時の操舵トルクを電気信号に変換する
変換回路と、該変換回路からの電気信号をパラメータと
した前記電動機を駆動するための電力を供給するモータ
駆動回路とからなり、前記モータ駆動回路は前記変換回
路からの電気信号が零付近で所定の電圧を出力するとと
もに、前記電気信号の増加に対して前記所定の電圧から
の電圧降下率が電流増加率に対して小さくなるように処
理し、前記電気信号に応じた電圧を出力し、前記電動機
を制御するように構成された電動パワーステアリング装
置。