JPS62205855A - 電動パワ−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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、操舵力の助勢を電動機を用いて行う電動パワ
ーステアリング装置に関する。

〈従来の技術） タイヤの向きを変える場合、車両が停止しているときや
低速で移動するとき°には、ステアリングホイールを回
動するのに大きな力が必要である。

特に、最近ではＦＦ車が増えているがこの種の車両では
前方に大きな重量がかかるので、これにおいては更に大
きな操舵力を必要とする。このため、ド°ライバの操舵
力を補助する装置として、電動機を用いて行う電動パワ
ーステアリング装置が車両に装着されることが勘案され
てきている。

ところが、操舵に必要な力と車速との関係は第１図のよ
うになる。つまり車速が低いときは操舵に大きな力を必
要とし、車速か高くなる程、小さな力で操舵しうる。し
かるに、従来の電動パワーステアリング装置では、車速
に関係なく常に装置が動作するので、低速では良いが、
高速では異常に操舵力が低下するという不都合がある。

このため、パワーステアリング装置に不慣れなドライバ
ではハンドルを切りすぎる恐れがあり、安定したステア
リング操作が望めなかった。

そこで、特開昭５８−８４６７号公報では、車速か所定
値を越えると電動機の付勢を停止しステアリング操作の
助勢を行わないようにすることが提案されている。

しかしながら、車速か所定値以上になると、突然助勢さ
れなくなるので、ドライバがステアリング操作に違和感
を感じるという問題点がある。

また、特開昭５９−１７１７５９号公報では、車速の増
加に応じて、°操舵トルクー助勢力の関係を示す勾配を
、徐々に小さくすることが提案されている。これにより
、車速か増加するにつれて、操舵トルクが大きくても電
動機によりさして助勢されないようになる。よって、電
動機により過度に助勢されず、車速にかかわらず安定的
なステアリング操作が為せる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した特開昭５９−１７１７５９号公
報に記載されたパワーステアリング装置では、車速に応
じて操舵トルク−助勢力の関係を示す勾配を徐々に変化
させたに過ぎない、従って、たとえ勾配が小さくても、
操舵トルクがある限り電動機が作動してステアリングが
助勢されてしまう。よって、高速走行時のように小さな
操舵力しか必要のない場合における、助勢力の確実な軽
減というには不充分である。ステアリングがまだ軽く切
れすぎるという問題がある。

そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決す
ることを、その技術的課題とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） この課題解決のために講じた技術的手段は、ステアリン
グギア機構に作用的に連結されたステアリングシャフト
と、 該ステアリングシャフトに作用している操舵トルクを検
出するトルク検出手段と、 車速を検出する速度検出手段、 前記ステアリングギア機構に作用的に連結されてその作
動を助勢する電動機と、 操舵トルクに応じて電動機を付勢制御すると共に、車速
の増加に応じて前記電動機の付勢制御開始操舵トルクを
大きくする制御手段とから、電動パワーステアリング装
置を構成するようにしたことにある。

（作用） このように、本発明では、制御手段が、電動機の付勢開
始操舵トルクを、車速の増加に応じて大きくしている。

つまり、車速の増加に応じて、操舵トルクがより大きく
ならない限り電動機の付勢が開始されなくなる。よって
、高速走行時ステアリングに多少のトルクが発生したと
しても、電動機は何等助勢せず、ステアリングが軽く切
れすぎ、るというような状態にはならない。また、たと
え高速走行時でも、充分なトルクが発生する程ステアリ
ングが回転操作された時には、電動機が付勢され助勢す
るので円滑なステアリング操作は従来どおり行なえる。

一方、車速か低下すると、操舵トルクが小さくても電動
機の付勢が開始されるようになるので、たとえ大きな操
舵力を要するとしても、電動機で助勢され従来どおりの
円滑なステアリング操作に支障はない。

本発明の好ましい実施例では、車速か所定値以上になっ
たら、車速をその所定値と設定する車速リミット手段を
設け、この車速リミット手段を介して、車速検知手段か
らの車速を制御手段に付与している。これにより、第１
図に図示したように、高速状態では車速か増加しても操
舵トルクは略一定となるが、これに対応して電動機から
の助勢力も車速か増大したとしても減少しないようにさ
せられる。助勢力が小さくなり過ぎて、高速走行時のス
テアリング操作が過度に重たくなることが回避できる。

（実施例） 以下図面に従って、本発明の好ましい一実施例について
説明する。

第４図に図示した一実施例の概略構成において、ステア
リングホイール１には第１のステアリングシャフト２を
接続してあり、第１のステアリングシャフト２には第１
のユニバーサルジヨイント４を介して第２のステアリン
グシャフト５を接続しである。第２のステアリングシャ
フト５には、第２のユニバーサルジヨイント６を介して
第３のステアリングシャフト７が接続されている。第３
のステアリングシャフト７には、減速機９を介して直流
サーボモータＤＭを接続しである。

第３のステアリングシャフト７には、減速機９よりもス
テアリングホイール１側の位置にトルクセンサ８を配置
しである（第５図参照）。第３のステアリングシャフト
７の先端には、ピニオンギヤが固着してあり、このピニ
オンギヤに、操舵駆動用のラックが噛み合っている。第
１のステアリングシャフト２と第２のステアリングシャ
フト５との傾きαおよび第２のステアリングシャフト５
と第３のステアリングシャフト７との傾きαは等しくし
である。

第５図に機構部分の詳細を示す。この実施例では、４つ
のギアを組み合わせた減速機９を使用している。この減
速機９は直流サーボモータＤＭＯ回動を１７８に減速し
て第３のステアリングシャフト７に力を伝達している。

また、この実施例では、トルクセンサ８としてストレイ
ンゲージを使用している。図面では、一つのトルクセン
サのみが表れているが、第３のステアリングシャフト７
のトルクセンサ８を配設した凹所の裏側にもう一つのト
ルクセンサを固着している。つまり、この実施例では、
ステアリングホイールの回動に要する力を、シャフト５
のねじれをみることにより検出している。これらのトル
クセンサ８はそれぞれ検出方向の異なる二つのセンナを
備えており、この実施例では、温度による影響をなくす
るため、これら４つのセンサで後述するようにブリッジ
回路を組んである。

車輪の前部のタイヤ１２（第４図では、片側のみ図示）
の各回転軸は、ショックアブソーバ１３を介してサスペ
ンションアッパーサポート１４に支持されている。ショ
ックアブソーバ１３とサスペンションアッパーサポート
１４との間には、コイルスプリング１５が装着されてい
る。各タイヤ１２の軸受には、それぞれステアリングナ
ックルアーム１６を連結しており、左右のステアリング
ナックルアーム１６はタイロッド１０で互いに連結され
ている。タイロッド１０の中央部分にはラックが形成さ
れている。尚、１８はロワーサスペンションアームであ
る。また、ＢＴはバッテリーである。

第６図に、第４図の電動パワーステアリング装置の制御
手段たる電気回路ＣＯＮの構成概略を示す。尚、第６図
の各ブロック中に示すグラフは各々のブロックの電気特
性を示すもので、各々の横軸が入力レベルを、縦軸が出
力レベルを表す。また、各ブロックの構成は夫々公知の
もの（例えば、特開昭５９−６３２６４号公報）を利用
しているので、具体的な説明は基本的に省略する。

二つのトルクセンサ８は抵抗ブリッジ回路を構成してお
り、この出力端がブロックＢＯに接続されている。ブロ
ックＢＯは普通の線形増幅器である。ブロックＢＯの出
力端はブロックＢＬ６を介して二つのブロックＢ１およ
びＢ３に接続されている。ブロックＢ１６は、第１２図
に図示したように構成された位相補償器で、後述するよ
うに操舵トルク信号の位相を進める。ブロックＢｌは、
絶対値回路であり入力の信号に関わらず、正極性の出力
が生じるように線形増幅を行う。ブロックＢ１の出力端
は、加算器を介して、ブロックＢ２に接続されている。

一方、ブロックＢ３は、信号の極性判別を行う一種の比
較器である。即ち、ブロックＢ３の出力端には、検出ト
ルクが正か負か、つまりステアリングホイール１の操作
方向に応じた論理レベルが生じる。ブロックＢ３の出力
端はブロック１８の入力端子Ａに接続しである。

ブロックＢ２は増幅器であるが、入力レベルがＬ１以下
では出力をＯとし、入力レベルがＬ１以上では線形増幅
を行う関数発生器として作用する。入力レベルＬ１は、
操舵トルクに対し助勢トルクを発生させない、所謂不感
帯のレベルを定めるものである（第２図参照）。

ブロックＢ２の出力信号は、加算器を介して、ブロック
Ｂ５に印加されている。ブロックＢ５は線形増幅器であ
り、これは誤差増幅器として動作する。ブロックＢ５の
出力端はブロックＢ６の変調入力端に接続しである。ブ
ロックＢ６は、パルス幅変調回路であり、ブロックＢ９
が発生する方形波を、ブロックＢ５からの制御信号に応
じたパルス幅に変調する。ブロックＢ９即ち方形波発振
回路は、この実施例では４ＫＨ２の発振を行うようにし
である。ブロックＢ６の出力は、ブロック８１８の入力
端子Ｂに接続されている。

ブロックＢＩＯには、直流サーボモータＤＭに流れる電
流に応じたフィードバック信号が印加される。ブロック
ＢＩＯは線形増幅器である。ブロックＢＩＯの出力信号
は、ブロックＢｌｌたる絶対値回路に印加される。絶対
値回路Ｂｌｌの出力端はブロックＢ１２およびＢ１３に
接続しである、ブロックＢ１２およびＢ１３は、それぞ
れ線形増幅器および比較器である。増幅器Ｂ１２の出力
信号はブロックＢ５の入力に加算（減算）される。ブロ
ックＢ１３は、比較器でありサーボモータＤＭの過負荷
（異常電流）又はトランジスターの異常を検出する。ブ
ロックＢ１３はブロック８１８の入力端子Ｃに接続され
ている。

車速センサＳＳは、マグネットとリードスイッチとで構
成している。マグネットは、スピードメータケーブルに
接続してあり、車軸の回動に応じて回動する。そして、
リードスイッチがその回動による磁気変化に応じて開閉
し、車速に応じたパルス信号を発生する。この信号はＦ
／Ｖ　（周波数／電圧）変換回路たるブロックＢ１４に
印加される（第６図破線図示の場合）。ブロックＢ１４
の出力信号は、ブロックＢ２の入力信号に減算される。

尚、変形例として、ブロックＢ１４の出力信号を、第６
図に実線で図示のように、ブロックＢ１７を介して、ブ
ロックＢ２の入力信号に減算させても良い、この場合、
ブロックＢ１７は、入力信号レベルがＬ３になるまでは
線形増幅器として作動し、入力信号レベルがＬ３を越え
ると出力信号レベルをＬ２一定とする関数発生器である
。つまり、車速か高速になると、出力信号を一定とする
高速ＩＪミッタとして動作するものである。この実施例
では、関数発生器Ｂ１７は第８図に図示したように、比
較器、抵抗およびツェナーダイオードとから構成されて
いる。

論理回路８１Ｂの各々の出力端には、ブロックＢ１９に
おいて、ペースドライバＢＤを介して、電力制御用のス
イッチングトランジスタを接続しである。トランジスタ
Ｑｌ、Ｑ２．Ｑ３．およびＱ４は直流サーボモータＤＭ
駆動用のものであり、これらは極性を変えうるように、
ブリッジ状に構成している。つまり、互いに対角線上の
二つのトランジスタをオンにすることにより、所定の極
性でサーボモータＤＭに電流を流しうる。ＣＴは負荷電
流検出器であり、ブロックＢＩＯに接続さている。

第１１図に図示したように、論理回路８１Ｂは、アンド
ゲートＡＮＩ、ＡＮ２およびＡＮ３、インバータＩＮＩ
およびＩＮ２、更に、ドライバーＤＶＩ〜ＤＶ４から構
成されている。ドライバーＤＶ１〜ＤＶ４は全て同一構
成になっている。ドライバーＤＶＩは、トランジスタＱ
ａ、フォトカップラＰＣＩの発光ダイオード等で構成さ
れている。フォトカップラＰＣＩの発光ダイオードとペ
アの受光ダイオードは、ペースドライバＢＤに含まれて
いる。

次に上記装置の作用を説明する。

ステアリングホイール１を回動させると、ステアリング
シャフトに操舵トルクが発生する。トルクセンサ８が操
舵トルクを検出する。この操舵トルク信号は、ステアリ
ングホイール１の左右回動方向に応じて正負の値をとる
。この操舵トルクが正か負かは、ブロックＢ３で検出さ
れ、操舵トルクが正値ならば信号値０が、そして、負値
ならば信号値１が、論理回路８１Ｂの入力端子Ａに付与
される。　また、操舵トルクは、絶対値回路Ｂ１にてそ
の値が正負にかかわらず絶対値がとられる、そして、加
算器で、操舵トルク信号の絶対値と、車速センサＳＳよ
りの車速信号に基づく信号との差がとられることとなる
。従って、車速か増せば増す程、ブロックＢ２に印加さ
れる信号レベルが小さくなる。しかも、操舵トルク信号
と車速信号との差が、入力レベルＬ２を越えない限り、
出力信号が出力されない。よって、車速か増すと、操舵
トルクが余程大きくないと出力信号、部ち、サーボモー
タＤＭが付勢されない。

関数発生器Ｂ２の出力は、加算器で、サーボモータＤＭ
の過電流に基づく信号値が減算される。

これにより、サーボモータＤＭに流れている電流に応じ
て、Ｂ２の出力信号が減少されることとなり、サーボモ
ータＤＭにこれ以上の過電流が流れることを防止してい
る。

このように、トルクセンサから検出した操舵トルク信号
は、車速に応じた値を減算されている。

第２図に図示したように、車速か増加すると共に実質的
に、不感帯を定めるレベルが大きくなることとなり、車
速か増大するにつれて操舵トルク信号が大きくても助勢
トルクが増大しないようになる。

操舵トルク信号から、車速、不感帯レベル、及びサーボ
モータＤＭの電流値に基づく値を実質的に減算した後、
この減算値がパルス幅発生器Ｂ６に付与されることとな
る。パルス幅発生回路Ｂ６から、減算値に応じたパルス
幅の方形波が連続的に、論理回路８１Ｂの入力端子Ｂに
出力される。

また、サーボモータＤＭの電流が所定レベル以上になる
と、ブロックＢ１３から高レベルが出力され、論理回路
８１８の入力端子Ｃに印可されることとなる。

この結果、論理回路８１８では、サーボモータＤＭに異
常電流が流れていない限り、端子Ｃはローレベルにある
から、端子Ｂに入力されたパルスは、そのまま取り込ま
れる。操舵トルク信号の正負（端子Ａがハイレベルか、
ローレベルか）に応じて、ドライバーＤＶ１．ＤＶ３の
何れか一方がパルス幅のハイレベルの開動作する。この
時、操舵トルク信号の正負に応じて、ドライバーＤＶ２
、ＤＶ３の何れか一方も動作している。勿論、ドライバ
ーは、ＤＶＩとＤＶ４と、ＤＶ２とＤＶ３とがセットで
動作する。これにより、サーボモータＤＭに操舵トルク
信号に応じて正転（トランジスタＱｌ、Ｑ４経由）若し
くは逆転（トランジスタＱ２．Ｑ３経由）電流が流れ、
適宜助勢トルクが発生する。　一方、サーボモータＤＭ
に過電流が流れている時には、端子Ｃがハイレベルとな
りドライバーＤＶＩおよびＤＶ３は何れも非動作状態と
なり、助勢トルクは生じない。

このように、本実施例の装置では、操舵トルク信号（絶
対値）と車速信号との差をとり、その差が所定レベルト
１以上ある時、初めてサーボモータＤＭが動作され助勢
トルクを発生させている。

よって、第２図に図示したように、車速か増大すると、
左右方向に関する、操舵トルク信号が大きくならない限
り、助勢トルクが発生しないようになる。よって、高速
走行時にステアリング操作が軽（なりすぎることを防止
できる。

以上は、ブロックＢ１７を介さず、操舵トルクから車速
信号を減算させた場合を説明したが、ブロックＢ１７で
高速時にリミット機能を持たせた場合には、車速信号が
入力レベルＬ３を越えると、出力レベルがＬ２一定とな
る（第７図参照）。

第３図に図示したように、操舵トルクと助勢トルクとの
関係において、上限が設定されることとなる。車速がＬ
３レベル以上では、助勢トルクが一定となり、過度に減
少することは無い。第１図に図示した車速と操舵力との
関係により合致した助勢力が得られる。

特に、ブロックＢ１７を、第１０図に図示したような二
次関数的な入出力関係を持たせた場合には、車速か増大
するに従い、操舵トルク信号の減算の割合が大きくなる
。よって、低速走行時には比較的大きな助勢トルクが得
られる。しかし、高速走行になると、非常に大きな操舵
トルクとならない限り、助勢トルクが発生しない。この
結果、低速走行時には比較的大きな助勢トルクにより円
滑なステアリング操作ができ、高速走行時には助勢トル
クが実質的発生せずステアリング操作が軽くなり過ぎる
ことを防止できる。

ところで、一般に、ステアリング操作後の切戻し時、タ
イヤ側からのステアリングシャフト回動力が作用し、サ
ーボモータＤＭが発電機として作動する。この時には、
サーボモータＤＭはタイヤ側からの回動力により、自分
自身の回転数を抑える様なブレーキとして作用する。

例えば、ステアリング操作してトランジスタＱ１．Ｑ４
が動作している時に切戻しを行うと、トランジスタＱ４
．ダイオードＤ２を通して、サーボモータＤＭの発電に
よる電流（以下発電電流という）が流れる。

切戻し時に操舵トルク信号が正から負になった時にトラ
ンジスタＱ４は非動作となり、前述の発電電流が零とな
る。これにより、サーボモータＤＭのブレーキ作用は解
除されステアリングシャフト７にタイヤからの回動力が
作用し、操舵トルク信号は負から正へ反転する。この時
トランジスタＱ４が再び動作状態となりサーボモータＤ
Ｍには、発電電流が流れ、タイヤの回動力はモータＤＭ
へ伝達され、操舵トルク信号は再び正から負へ反転する
。この（り返しにより、操舵トルク信号は減衰振動とな
り、ドライバーに不快感を与えるし、又、ステアリング
の戻りが遅くなるという問題点がある。

これに対して、本実施例ではブロックＢ１６の位相補償
器でトルクセンサ８からき操舵トルク信号の位相を進め
る。

これにより、前述のくり返しの振動の周期は早く、振幅
よりも小さくなり、ドライバー不快感を与えることはな
くなり、又、ステアリングの戻りも早くなる。この位相
補償の進め制御は特にステアリングシャフト系にトーシ
ョンバー等の弾性部材が入っている場合に有効である（
第１３図参照）。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本発明装置によれば、その制御手
段が、操舵トルクに応じて電動機を付勢制御すると共に
、車速の増加に応じて電動機の付勢制御開始操舵トルク
を大きくする。従って、車速か大きくなると、操舵トル
クがより太き（ならない限り電動機が付勢されない。よ
って、操舵力をさして要しない高速走行時には、不必要
に助勢トルクが発生せず、ステアリング操作が軽くなり
過ぎることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は車速と操舵力との関係を示すグラフ、第２図は
本発明の実施例における操舵トルクと助勢トルクの関係
を示すグラフ、第３図はブロックＢ１７として高速リミ
ットを付加した場合の操舵トルクと助勢トルクの関係を
示すグラフ、第４図は電動パワーステアリング装置の外
観図、第５図は第４図に示した電動パワーステアリング
装置の概略のシステム図、第６図は制御回路を示すブロ
ック図、第７図は高速リミッタのある場合におけるブロ
ックＢ１７の車速と出力の関係を示すグラフ、第８図は
高速リミッタを備えたブロックＢ１７を示す回路図、第
９図はブロックＢ２における操舵トルクと出力との関係
を示すグラフ、第１０図はブロックＢ１７の変形実施例
における車速と出力の関係を示すグラフ、第１１図は論
理回路Ｂ１２の回路図、第１２図は位相補償器Ｂ１６の
回路図である。 ２．５．７・・・ステアリングシャフト、ＤＭ・・・サ
ーボモータ、 ８．８・・　・トルクセンサ、 ＳＳ・・・車速センサ、 Ｂ２・・・関数発生器、 ＣＯＮ・・・制御手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ステアリングギア機構に作用的に連結されたステアリン
   グシャフトと、 該ステアリングシャフトに作用している操舵トルクを検
   出するトルク検出手段と、 車速を検出する速度検出手段、 前記ステアリングギア機構に作用的に連結されてその作
   動を助勢する電動機と、 操舵トルクに応じて電動機を付勢制御すると共に、車速
   の増加に応じて電動機の付勢制御開始操舵トルクを大き
   くする制御手段と、 を有する電動パワーステアリング装置。