JPS62218266A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電動機の出力で操舵力を補助するようにし
た電動パワーステアリング装置に関する。

〔先行技術〕

この種の電動パワーステアリング装置の先行技術として
は、例えば、この出願人が先に出願したもので、特願昭
６０−１６９２７１号に記載されているようなものがあ
る。

このものは、操舵系に連結された操舵補助トルクを発生
する電動機と、前記操舵系の操舵トルクを検出する操舵
トルク検出手段と、この操舵トル゛り検出手段の操舵ト
ルク検出値と車速とに基づき基準操舵補助トルクを算出
する基準操舵補助トルク算出手段と、この基準操舵補助
トルク算出手段からの基準操舵補助トルクの微分値に基
づいて補正値を算出する補正値算出手段と、前記基準操
舵補助トルク算出手段あ算出結果と補正値算出手段の算
出結果とを加算して実際の操舵補助トルクを算出する操
舵補助トルク算出手段と、この操舵補助トルク算出手段
の算出結果を前記電動機の駆動電流値に変換して当該電
動機に出力する駆動手段と、を備えたことを特徴として
おり、定数による基準操舵補助トルクの算出値に時間差
分としての基準操舵補助トルクの微分値を加えて補正す
ることにより、実際のトルク変動に即応して操舵補助ト
ルクを増減し、迅速に定常状態へと復帰せしめて安定し
た操舵感覚が得られるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる先行技術としての電動パワーステ
アリング装置にあっては、電動機の駆動電流値の算出方
法として、車速検出値に基づいて決定した補正係数を、
操舵トルク検出値から操舵補助開始時のトルク値を減算
した値に乗算して基準操舵補助トルク値を算出し、この
基準操舵補助トルク値の微分値を補正項として当該基準
操舵補助トルク値に加算して実際に操舵系に加えるべき
目標操舵補助トルクを算出し、この目標操舵補助トルク
を電流値にスケール変換して駆動電流値を算出する構成
となっていたため、スケール変換によって駆動電流値の
分解能が悪くなると共に、演算回数の増加によって計算
結果のバラツキが太きくなり、操舵力に変動を惑したり
して操舵感覚が悪くなるという不十分な点があった。

この発明は、このような先行技術の不十分な点に着目し
てなされたものであり、操舵トルク検出値から据切相当
の操舵トルクに対応した基準電流値を算出すると共に、
走行状態から補正係数を決定して当該補正係数で基準電
流値を補正して目標電流値を算出することにより、スケ
ール変換を行わなず且つ演算回数を少なくして、上記不
十分な点を解決することを特徴としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明は第１図の基本構
成図に示すように、操舵系に連結された操舵補助トルク
を発生する電動機と、前記操舵系の操舵トルクを検出し
てその操舵トルク検出信号を出力する操舵トルク検出手
段と、車両の走行状態を検出してその走行状態検出信号
を出力する走行状態検出手段と、前記操舵トルク検出信
号に基づいて据切相当の操舵トルクに対応した基準電流
値を算出する基準電流値算出手段と、前記走行状態検出
信号に基づいて補正係数を決定する補正係数決定手段と
、前記基準電流値と補正係数とを演算して目標電流値を
算出する目標電流値算出手段と、前記目標電流値を前記
電動機の駆動電流値として当該電動機に出力する駆動手
段と、を備えたことを目的としている。

〔作用〕

而して、この発明では、操舵補助トルクを発生する電動
機を操舵系に連結し、丘舵トルク検出手段で操舵系の操
舵トルクを検出すると共に、走行状態検出手段で車両の
走行状態を検出し、検出された操舵トルクに基づき基準
電流値算出手段で基準電流値を算出すると共に、検出さ
れた走行状態に基づき補正係数決定手段で補正係数を決
定し、その補正係数と前記基準電流値の演算により目標
電流値を算出して、電動機に印加する電力を制御するこ
とにより、操舵トルク変動を抑制して操舵感覚を向上さ
せる。

〔実施例〕

以下、この発明を図示実施例に基づいて説明する。

第２図乃至第・４図は、この発明の一実施例を示す図で
ある。

まず、構成を説明すると、第２図に示す１がステアリン
グシャフトであり、このステアリングシャフト１は、自
在継手２を介して連結されたアッパシャフト１ａとロア
シャフト１ｂとから構成している。アッパシャフト１ａ
の上端にはステアリングホイール３が固定されていると
共に、ロアシャツ１−１ｂの下端には、自在継手４を介
してピニオンシャフト５が連結されていて、このピニオ
ンシャフト５の下端に設けたピニオンがステアリングギ
ヤボックス６の内部でラック軸７のランクと噛合してい
る。上記ステアリングホイール３、ステアリングシャフ
ト１、自在継手２，４、ビニオンシャフト５及びラック
軸７によって操舵系を構成している。

上記ピニオンシャフト５は、減速ギヤ機構８を介して電
動機９の回転軸９ａに連結している。この減速ギヤ機構
８は、ケーシング８ａ内で互いに噛合する駆動ギヤ８ｂ
と従動ギヤ８Ｃとからなり、従動ギヤ８Ｃがビニオンシ
ャフト５に固定されていると共に、駆動ギヤ８ｂが回転
軸９ａに固定されている。電動機９は、例えば直流サー
ボ電動機で構成され、電磁クラッチ９ｂ及び回転軸９ａ
を介して、その回転力が減速ギヤ機構８へと伝達される
。

また、ステアリングシャフト１には、このステアリング
シャフトｌに入力される操舵トルクを検出する操舵トル
ク検出手段としての操舵トルクセンサ１０を設けている
。この操舵ドルクセ・ンサ１０は、例えばステアリング
シャフト１に固着したストレインゲージで構成され、運
転者がステアリングホイール３を転舵操作することによ
ってステアリングシャフト１に生じる捩れの大きさと方
向とに応じたアナログ電圧からなる操舵トルク検出信号
ＤＴを出力する。

１１は、走行状態検出手段の一具体例を示す車速センサ
であり、例えば変速機の出力軸の回転数を検出して、こ
れに対応した周期のパルス信号からなる車速検出信号Ｄ
Ｖを出力する。

１２は、制御手段としての制御装置であり、バッテリー
等の電源１３に接続されている。この制御装置１２は、
第３図に示すように、前記操舵トルクセンサ１０からの
操舵トルク検出信号ＤＴと車速センサ１１からの車速検
出信号ＤＶとが供給され、これらに基づき前記電動機９
を制御する制御信号８１〜Ｓ３及び電磁クラッチ９ｂを
制御する制御信号Ｓ４を出力する制御回路２０と、その
制御信号８１〜Ｓ３が供給され、これに基づき電動機９
を駆動するモータ駆動回路３０とから構成されている。

制御回路２０は、Ａ／Ｄ変換器２１と、マイクロコンピ
ュータ２２と、Ｄ／Ａ変換器２３を備えている。

マイクロコンピュータ２２は、インタフェース回路とし
ての入力回路２２ａ及び出力回路２２ｂと、演算処理装
置２２ｃと、記憶装置２２ｄとを少なくとも有し、入力
回路２２ａには上記操舵トルクセンサ１０の操舵トルク
検出信号Ｄ　ＴがＡ／Ｄ変換器２１を介して供給される
と共に、車速センサ１１の車速検出信号ＤＶが直接供給
され、また、出力回路２２ｂからは操舵補助トルクに応
じたモータ電流制御信号ＳｌがＤ／Ａ変換器２３を介し
て出力されると共に、制御信号８２〜Ｓ４が直接出力さ
れる。

演算処理装置２２ｃは、入力回路２２ａに供給される操
舵トルク検出信号ＤＴに基づき操舵トルクＴが所定設定
値α以上であるときに、所定の演算処理を実行して当該
操舵トルクＴから据切相当の操舵トルクに対応する基準
電流値■１を算出すると共に、車速検出信号ＤＶに基づ
き車速Ｖが０以外のときには当該車速Ｖから補正係数に
、を決定し、これら基準電流値１１及び補正係数ｋｌに
基づき目標電流値Ｉｏを演算し、また車速■がＯである
ときには基準電流値Ｉｆをそのまま目標電流値Ｔｏとし
、これによって電動機９を制御するモータ制御信号Ｓ１
を出力する一方、操舵トルクＴが所定設定値α未満であ
るときには、電動機９による操舵補助トルクの発生を停
止させる。

また、記憶装置２２ｄは、上記演算処理装置２２Ｃの演
算処理に必要な処理プログラムと、車速Ｖをパラメータ
として据切相当の操舵トルクＴと基準電流値Ｉｔとの関
係を表す記憶テーブルと、車速Ｖと補正係数ｋｌとの関
係を表す記憶テーブル等を記憶していると共に、演算処
理装置２２ｃの演算結果等を逐次記憶する。

モータ駆動回路３０は、制御回路２０から出力されるモ
ータ制御信号Ｓｌと電動機９の負荷電流を検出する電流
検出器３１からの電流フィードバック信号とが入力され
るパルス幅変調回路３２と、その変調出力と前記制御回
路２０からの右回転信号Ｓ２及び左回転信号Ｓ３が個別
に供給されるＡＮＤゲート３３及び３４と、これらＡＮ
Ｄゲート３３．３４の出力が供給される正逆転駆動回路
３５とから構成されている。

上記パルス幅変調回路３２は、例えば差動増幅器と鋸歯
状波発生回路と比較回路とから構成され、前記モータ制
御信号Ｓｌ　と電流フィードバック信号とが差動増幅器
に供給されると共に、その差動増幅出力と鋸歯状波発生
回路からの鋸歯状波信号とが比較回路に供給され、その
比較出力がパルス幅変調回路３２の出力として出力され
る。また、正逆転駆動回路３５は、例えば２個のスイッ
チングトランジスタで構成され、各スイッチングトラン
ジスタには前記２個のＡＮＤゲート３３．３４の出力が
個別に供給されると共に、各スイッチングトランジスタ
のコレクタが電動機９の右回転用端子及び左回転用端子
にそれぞれ個別に接続されて、モータ駆動電流をチョッ
パ制御する。

次に、上記実施例の動作を、演算処理装置２２Ｃでの処
理手順を示す第４図に従って説明する。

この第４図に示す処理は、例えば予め設定された所定の
メインプログラムに対して所定時間（例えば５０ｍ５ｅ
ｃ）の間隔毎にタイマ割込処理として実行される。

まず、ステップ■では、操舵トルクセンサ１０からの操
舵トルク検出信号ＤＴを読み込み、これを操舵トルク検
出値Ｔとして記憶装置２２ｄの所定記憶領域に一時記憶
する。

次に、ステップ■に移行して、車速センサ１１からの車
速検出信号ＤＶを読み込み、単位時間当たりのパルス数
又はパルス間隔を計測して車速を算出し、これを車速検
出値■として記憶装置２２ｄの所定記憶領域に一時記憶
する。

次いで、ステップ■に移行して、ステップ■で記ｔｌた
操舵トルク検出値Ｔが所定設定値α未満であるか否かを
判定する。この場合の判定は、操舵系に電動機９による
操舵補助トルクを作用させる必要があるか否かを判定す
るものであり、Ｔくαであるときには、操舵補助トルク
が不要であるものと判定してステップ■に移行する。

このステップ■では、出力回路２２ｂからの電磁クラッ
チ９ｂをオフ状態とする論理値“０”の制御信号Ｓ４を
該電磁クラッチ９ｂに出力すると共に、論理値゛０”の
操舵方向制御信号Ｓ２．Ｓ３をモータ駆動回路３０に出
力し、これで割込処理を終了する。

このように、電磁クラッチ９ｂに論理値“０”の制御信
号Ｓ４が供給されると、電磁クラッチ９ｂがオフ状態と
なって電動機９と操舵系の減速ギヤ機構８との間の連結
状態が解放され、操舵系に対する電動機９による操舵補
助トルクが非伝達状態となり、運転者によるステアリン
グホイール３を操舵する操舵力のみによって車輪が転舵
される。

このとき、モータ駆動回路３０では、操舵方向制御信号
Ｓ２．Ｓ］が論理値“０”であるので、そのＡＮＤゲー
ト３３．３４の出力が論理値“０”を維持し、このため
、正逆転駆動回路３５がオフ状態を維持するので、電動
機９の電流供給回路が遮断状態となり、電動機９は停止
状態に保持される。

一方、ステップ■の判定結果がＴ２Ｃであるときには、
電動機９による操舵補助トルクが必要であると判定され
、次のステップ■に移行する。

このステップ■では、論理値“１”の制御信号Ｓ４を電
磁クラッチ９ｂに供給する。これにより、電磁クラッチ
９ｂがオン状態となり、電動機９と減速ギヤ機構８とが
連結状態となり、操舵系に電動機９による操舵補助トル
クが付加される。

次いで、ステップ■に移行して、操舵が右切りであるか
左切りであるかを判定する。このとき、右切りである場
合には、ステップ■に移行して、出力回路２２ｂからの
右回転制御信号Ｓ２を論理値“ｌ”とし、左切りである
場合には、ステップ■に移行して、左回転制御信号Ｓ３
を論理値“ｌ”とする。

そして、ステップ■又はステップ■からステップ■に移
行して、ステップ■で記憶した操舵トルク検出値Ｔ及び
ステップ■で記憶した車速検出値Ｖに基づき、車速をパ
ラメータとした据り相当の操舵トルクと基準電流値ＩＩ
との関係（記憶装置２２ｄに予め記憶されている。）を
示す記憶テーブルを参照して、基準電流値１１を検索し
て決定し、これを記憶装置２２ｄの所定記憶領域に一時
記憶する。

次に、ステップ［相］に移行して、車速ＶがＯであるか
否かを判定する。この場合の判定は、車両が停車状態に
あるか走行状態にあるかを判定するものであり、■≠０
であるときには、車両が走行状態にあるものと判定して
ステップ■に移行する。

このステップ■では、ステップ■の車速検出値Ｖに基づ
き、車速■と補正係数ｋｌ　（１以下の値とする。）と
の関係（記憶装置２２ｄに予め記憶されている。）を示
す記憶テーブルを参照して、補正係数ｋｌを検索して決
定し、これを記憶装置２２ｄの所定記憶領域に一時記憶
する。

続いて、ステップ＠に移行して、ステップ■で算出した
基準電流値■１及びステップ０で決定された補正係数ｋ
ｌとに基づき、基準電流値ＩＩに補正係数ｋｌを乗算し
て当該基準電流値１１よりも値の小さい目標電流値■０
を算出し、これを記憶装置２２ｄの所定記憶領域に一時
記憶する。

次いで、ステップ０に移行して、目標電流値ＩＯをモー
タ制御信号Ｓｌとして出力回路２２ｂからＤ／Ａ変換器
２３に出力する。

このように、モータ制御信号３１が出力されると、これ
がＤ／Ａ変換器２３でアナログ電流に変換され、これが
モータ駆動回路３０に供給される。

このため、モータ駆動回路３０では、電動機９が停止状
態にあるものとすると、その負荷電流を検出する負荷電
流検出器３１の検出信号が０であるので、パルス幅変調
回路３２からデユーティ比の大きい（オン状態の幅がオ
フ状態の幅に比較して大きい）パルス変調信号が出力さ
れることになり、これがＡＮＤゲー１−３３．３４に供
給される。

このとき、運転者がステアリングホイール３を右切り（
又は左切り）しているものとすると、出力回路２２ｂか
ら右回転制御信号Ｓ２が（又は左回転制御信号Ｓ３）が
出力されているので、ＡＮＤゲート３３　（又は３４）
からパルス変調信号に応じた出力が得られ、これにより
正逆転駆動回路３５の作動を介して、電動機９が右（又
は左）回転を開始する。その結果、電動機９の回転トル
クが電磁クラッチ９ｂ、減速ギヤ機構８を介して操舵系
のピニオンシャフト５に伝達される。

このように、電動機９が回転を開始すると、負荷電流検
出器３１の負荷電流検出値が増加するので、パルス幅変
調回路３２からのパルス変調信号のデユーティ比が小さ
くなり、結局、電動機９が制御回路２０から出力される
操舵トルクＴに対応した操舵補助トルクを操舵系に付加
するように回転駆動される。

上記ステップ■の処理で基準電流値算出手段を構成し、
ステップ［相］及び■の処理で補正係数決定手段を構成
し、ステップ＠及び■の処理で目標電流値算出手段を構
成し、さらに、ステップ＠の処理及びモータ駆動回路３
０で駆動手段を構成している。

而して、この実施例では、検出された操舵トルクに基づ
いて振切相当の操舵トルクに対応した基準電流値Ｔｌを
決定し、車両が走行状態にあるときには車速に応じた補
正係数ｋｌを前記基準電流値■１に乗算して当該基準電
流値■１よりも小さい値を目標電流値■０とすることに
より、また停車状態にあるときには基準電流値ＩＩをそ
のまま目標電流値Ｉｏに置き換えることにより、車両の
走行状態に応じた適切な操舵補助トルクを得ることがで
きる。さらに、目標電流値Ｉｏの演算過程において、演
算精度のあまりよくないスケール変換を行うことなく、
しかも演算処理回数を従来よりも少なくできるため、演
算結果の精度を高く保持することができ、操舵力の変動
を抑制して操舵感覚をよくすることができる。

なお、上記実施例においては、制御回路２０としてマイ
クロコンピュータ２２を適用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、論理回路、比較回
路、関数発生回路等の電子回路を組み合わせて構成する
こともできる。さらに、上記実施例の第４図において、
ステップ■で決定される補正係１ａｋｌを１以下の値と
し、これを基準電流値１１に乗算して目標電流値１ｏを
算出するようにしたが、補正係数を１以上の値とし、こ
れを基準電流値ＩＩから減算して目標電流値ＩＯを算出
するようにしてもよい。

また、上記実施例においては、走行状態検出手段として
車速センサ１１を適用した場合について説明したが、こ
れに甲寅されるものではなく、操舵速度を検出する抛舵
速度検出センサや車両に付与される横加速度を検出する
横加速度検出センサ等を適用することができ、これらに
よっても前記実施例と同様の効果を得ることができる。

さらに、減速ギヤ機構として平歯車を適用した例につい
て説明したが、ウオームギヤとウオームホイール、はす
ば歯車等の減速ギヤを適用し得ることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、操舵トル
ク検出値に基づいて振切相当の操舵トルクに対応した基
準電流値を決定し、これとは別に走行状態に応じて決定
した補正係数と前記基準電流値とを演算して最終的に出
力される目標電流値を決定することにより、操舵補助ト
ルクを補正するようにしたため、演算精度の向上と演算
処理回数の低減を図ることができ、操舵力の変動を抑制
して操舵感覚を向上させることができるという効果を得
ることができる。しかも、検出操舵トルクに基づいて、
まず操舵トルクの最も大きい振切時相当の操舵トルクに
対応した基準電流値を算出し、車両が走行状態にあると
きには、その走行状態に応じて前記基準電流値を減少し
てこれを目標電流値とするようにしたため、車速等の走
行状態の変化に拘わらず、操舵開始時や操舵中の外乱に
よる操舵トルクの急変にも即応することができ、操舵ト
ルク変動を迅速に定常状態に整定できて、常に走行状態
に応じた適切な操舵補助トルクを得ることができるとい
う効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本構成を示すブロック図、第２図
はこの発明の一実施例を示す概略構成図、第３図はこの
発明に係わる制御装置の一例を示すブロック図、第４図
は同じく演算処理装置の処理手順の一例を示すフローチ
ャートである。 １・・・・・・ステアリングシャフト、５・・・・・・
ピニオンシャフト、８・・・・・・減速ギヤ機構、９・
・・・・・電動機、９ｂ・・・・・・電磁クラッチ、１
０・・・・・・操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段
）、１１・・・・・・車速センサ（走行状態検出手段）
、１２・・・・・・制御装置、２０・・・・・・制御回
路、２２・・・・・・マイクロコンピュータ、３０・・
・・・・モータ駆動回路 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 操舵系に連結された操舵補助トルクを発生する電動機と
   、前記操舵系の操舵トルクを検出してその操舵トルク検
   出信号を出力する操舵トルク検出手段と、車両の走行状
   態を検出してその走行状態検出信号を出力する走行状態
   検出手段と、前記操舵トルク検出信号に基づいて据切相
   当の操舵トルクに対応した基準電流値を算出する基準電
   流値算出手段と、前記走行状態検出信号に基づいて補正
   係数を決定する補正係数決定手段と、前記基準電流値と
   補正係数とを演算して目標電流値を算出する目標電流値
   算出手段と、前記目標電流値を前記電動機の駆動電流値
   として当該電動機に出力する駆動手段と、を備えたこと
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。