JPS62244760A - 電動式パワ−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） 本発明は電動機を用いた操舵力倍力装置により補助トル
クを発生する電動式パワーステア１ナング装置に関する
。

（従来の技術） 従来の電動式パワーステアリング装置は、電動機を動力
源とする撞舵力倍力装贋令マイクロコンピュータユニッ
トで構成された制御装置を備え。

また電動機が一般に低出力トルク高回転数であるので、
電動式パワーステアリング装置に用いる場合に高出力ト
ルク低回転数となるよう減速する減速装置を備えており
、操舵時には電動機を駆動制御して電動機動力をステア
リング系に作用させて操舵力の軽減を図り、その結果ド
ライバビリティを向上させ、操舵フィーリングの向上を
図ったものとして「特願昭６０−９５４５号」および「
特願昭６０−９５４６号」が本出願人により出願されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記従来の電動式パワーステアリング装置は
、車両走行中にステアリングホイールを操舵した後ステ
アリングホイールから手を放したような時には、キャス
タφトレールを含むタイヤ反力により、電動機を回転さ
せステアリング系を中位位置に復帰させようとする（以
下、タイヤ反力によりステアリングホイールが中位位置
に自由に復帰させられる状態を手放し戻り操作時という
。）、またタイヤ反力は車速の増大に伴って大きくなる
。このため、減速装置がその出力側から回転させられる
ために電動機が増速回転させられる。この場合、ステア
リング系での電動機の慣性モーメントが減速比の２乗倍
と大きいため、ステアリング系の手放し戻り操作時には
装置自らの慣性により、ステアリング系が、中位位置を
越えて反対方向へ行き過ぎたり再び戻ったりする振動を
長い周期で鰻り返し、短時間に中位位置に収束しづらい
おそれがあった。つまり、マニュアル・ステアリング系
における収束特性を、第７図（Ａ）に特性曲線を示すよ
うに、走行時にステアリング系を中位位置からα度操舵
して手放した場合にはステアリング系の振動はｔ１時間
で収束するが、電動式パワーステアリング装置において
は第７図（Ｂ）に示すように自らの慣性力により振動の
周期か長く振れ巾が犬きくなるため、収束時間ｔ２がマ
ニュアル会ステアリング系の場合に比べて大きくなり、
ステアリング系の手放し戻り安定性を低下させていた６ （発明の目的） そこで本発明では、ステアリング系の回転速度が大きく
なる程、慣性の影響がｍ著であることに看目して、ステ
アリング系の操舵トルクが所定値以下で且つ操舵回転数
が所定値以上であるときに電動機を電気的に制動するこ
とにより、ステアリング系の中位位置での収束時間を短
縮し、ステアリング系の安定した手放し戻り特性が得ら
れる電動式パワーステアリング装置を提供することを目
的としている。

（問題点の解決手段およびその作用） 第１図は本発明の全体構成図である。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、第１図に示
す如く、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵ト
ルク検出手段（４１）と、ステアリング系の回転速度を
検出する操舵回転検出手段（４２）と、これら両検出手
段（４１）、（４２）からの出力信号に基づいて電動機
制御信号を決定する電動機制御信号発生手段（４３）と
、この制御信号発生手段（４３）の制御信号に基づき電
動機（１０）を駆動する電動機駆動手段（４４）および
これにより駆動される電動機（１０）とを備え、さらに
前記両検出手段（４１）と（４２）からの出力信号に基
づいて操舵トルクが所定値以下で且つ操舵回転速度が所
定値以上であることを検出する零トルク過回転検出手段
（４５）と、この検出手段（４５）からの出力信号に基
づいて電動機（１０）を制動する電動機制動手段（４Ｂ
）とを備えた構成である。したがって、操舵トルクが所
定値以下で且つ操舵回転速度が所定値以上となるときを
ステアリング系の手放し戻り状態時であるとして零トル
ク過回転検出手段（４５）から制動信号が出力され、こ
の制動４３号に基づいて電動機制動手段（４６）により
電動機（１０）の電機子＠線の両端子が短絡され。

電動ｍ　（１０）の自己制動が行なわれ、手放し戻り操
作時でのステアリング系を短時間のうちに中位位置に復
帰することができ、安定した手放し戻り特性が得られる
。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

ｍ９ｒ’ＱＩＩ＋７Ｉ？＊７：パワーステアリング馳署
ル云十縦断面図である。第２図において、（１）はピニ
オン軸、（２）はラック軸であり、ピニオン軸（１）の
下方に一体的に設けられたピニオンギヤ（３）と、ラッ
ク軸（２）の背面に設けられたラック歯（４）とが噛み
合わされ、ピニオン軸（１）の回転をラック軸（２）の
直線運動に変換する。ピニオン軸（１）は図示されない
自在継手、ステアリング軸を介してステアリングホイー
ルに連結され、ラック軸（２）は図示されないタイロッ
ドを介して車輪を回転自在に支承するナックルに連結さ
れ、ステアリングホイールの回転を車輪の揺動遅動に変
換し車両の操舵を可能にする。ピニオン軸（１）の周囲
には操舵回転センサ（５）と操舵トルクセンサ（６）が
設けられている。ラック軸（２）のラック歯（４）の他
端側にはポールねじ機構（７）と大径の歯付きプーリ（
８）と、タイミングベルト（９）と、小径の歯付きプー
リ（ｌｏａ）が軸着された電動機（１０）とが設けられ
ており、電動機（１ｏ）の回転をプーリ（ｌｏａ）　、
タイミングベルト（９）、プーリ（８）を介してポール
ねじ機構（７）に伝達し、このポールね１−贈逮Ｃ７）
において電動機（１０）の回転を減速してラック軸（２
）に伝達し、ラック軸（２）の直線運動に変換する。

更に詳述すると、ビニオン軸（１）には操舵回転センサ
（５）の背面に設けられ図示されない直流発電機（タコ
ジェネレータ）と、この回転子に一体的に設けられる小
径の歯付きブーりと、ビニオン軸（１）に一体重に設け
られる大径の歯付きプーリ（１１）と、これらの間に巻
き回されたタイミングベル）　（１２）とからなり、直
流発電機からはビニオン軸（１）の回転数に応じた直流
電圧とその回転方向に応じた極性（＋、−）が出力され
、直流発電機の出力は制御装置（１３）に入力される。

操舵トルクセンサ（６）は、ピニオンギヤ（３）の周囲
に配設され軸受（１Ｎ、（１５）でピニオンギヤ（３）
を回転自在に支承する一方、ケース（１６）に、ピニオ
ンギヤ（３）の回転中心と異なる回転中心で軸受（１，
７）、（１８）で回転自在に支承されるビニオンホルダ
（１θ）と、このビニオンホルダ（１９）の回転運動を
ビニオンホルダ（１９）に一体重に設けられるビン（２
０）により軸方向変位に変換されるピストン（２１）と
、このピストン（２１）の軸方向変位を抑制するばね（
２２）、（２３）と、この軸方向変位を電気信号に変換
する差動変圧器（２６）により構成される。

従って、ランク軸（２）の負荷が大きいと、ピニオンギ
ヤ（３）とラックｍ　（４）との噛み合い部によりピニ
オンギヤ（３）の自転は阻止され、ビニオンホルダ（１
９）の回転中心による公転運動に変換され、この公転運
動によりピン（２０）の回転半径により拡大されピスト
ン（２１）を変位させる。モしてばね（２２）、（２３
）の反力に釣り合う位置までピニオンギヤ（３）は公転
することにより操舵トルクに応じたビニオンホルダ（１
９）の変位が得られる。そしてピストン（２１）の一端
に一体的に設けられた磁性体の鉄心（２５）の変位を差
動変圧器（２Ｂ）により検出する。差動変圧器（２８）
は−次巻線（２７ａ）と二次巻線（２７ｂ）　、　（２
７ｃ）より構成され、−次巻線（２７ａ）には制御装置
（１３）より交流電圧が印加され、二次巻線（２７ｂ）
　、　（２７ｃ）には鉄心（２５）の電気的中位点から
の変位に応じて振幅が差動的に変位する。二次巻線（２
７ｂ）　、　（２７ｃ）の出力は夫々制御装置（１３）
に入力され、後述するインターフェース回路（４９）を
経て操舵トルクの大きさとその作用方向が検出される。

ラック軸（２）のピニオンギヤ（３）との噛み合い部と
反対側は、球面軸受（３０）によりケース（Ｉ６）に、
揺動自在にかつ軸方向自在に支承される。

ラック軸（２）の外周にはポールねじ溝（ｌｅａ）が形
成され、このポールねじ溝（１８ａ）に環装され同様の
ねじ溝（３１ａ）をその内周面に有するポールナツト（
３１）と前記ポールねじ溝（ｌｅａ）との間には複数個
のポール（３２）が嵌合され両ねじ溝（１［ｔａ）　、
（３１ａ）の間を転動してボールナツト（３１）に設け
られる循環路を得て循環している。したがって、ポール
ナラ）　（３１）の回転はポール（３２）を介して滑ら
かにラック軸（２）を直線運動に変換する。ポールナラ
）　（３１）はその両端から弾性部材（３３）　、（３
４）を介してプーリケースＡ　（３５Ａ）とプーリケー
スＢ　（３５Ｂ）により挟み込まれることにより弾性的
に係合されコンタクト軸受（３８）　、（３７）により
ケース（１６）により回転自在に支承される。プーリケ
ースＡ　（３５Ａ）の外周には大径プーリ（８）が一体
重に設けられ、電動機（１０）の小径プーリ（１０ａ）
との間に巻き回されたタイミングベルト（９）を介して
電動機（１０）の回転が大径プーリ（８）へ伝達される
。上記電動機（１０）は、制御装置（１３）により制御
される。

次に上記制御装置（１３）について説明する。

第３図に制御装置（１３）の−例を示す、同図において
、（４７）はＡ／Ｄコンバータ、（４８）はマイクロコ
ンピュータユニットであり、マイクロコ〉／ビュータユ
ニッ）　（４８）には操舵トルク検出手段（４１）およ
び操舵回転速度検出手段（４２）からの各検出信号Ｓ１
〜Ｓ４がＡ／Ｄコンバータ（４７）を通じてマイクロコ
ンピュータユニット（４８）の命令に従って入力されて
いる。

上記操舵トルク検出手段（４１）は、操舵トルクセンサ
（６）トマイクロコンピュータユニット（４８）カらの
基準クロックパルスを分周し交流信号に変換して差動変
圧器（２６）の−次巻線（２７ａ）に供給するとともに
差動変圧器（２Ｂ）の二次巻線（２７ｂ、　２７ｃ）か
らの出力を整流平滑化する操舵トルク・インターフェー
ス回路（４９）とからなり、操舵トルクの作用方向とそ
の大きさを示す第４図の如き操舵トルク信％Ｓｌ　、Ｓ
２を出力する。

上記操舵回転検出手段（４２）は、操舵回転センサ（５
）と、操舵回転センサ（５）の直流発電機からの出力を
極性に応じて夫々増幅する操舵回転・インターフェース
回路（５０）とからなり、ステアリング系の操舵回転方
向と操舵速度を示す第５図の如き操舵回転速度信号Ｓ　
３　　＊　３４を出力する。

マイクロコンピュータユニット、（４８）ハＩ　／　Ｏ
ボート、メモリ、演算部、制御部、各レジスタ及びクロ
７クジエネレータ等により構成され、クロ、クバルスに
基づき作動する。マイクロコンピュータユニット（４８
）等を駆動する電源回路は、ＩＬ載のバッテリ（５３）
の子端子に接続されるイグニンションキーのキースイッ
チ（５４）と、このキースイッチ（５４）の出力側に接
続されるリレー回路（５５）および定電圧回路（５Ｂ）
とから構成され、リレー回路（５５）の出力側のＢ端子
から後述する電動機駆動回路（電動機駆動手段）　（８
０）に電源を供給し、定電圧回路（５８）の出力端子で
あるＡ端子からはマイクロコンピュータユニー）　（４
８）、各検出手段（４１）、（４２）およびその他のイ
ンターフェース回路（４９，５０）等に電源を供給する
。従って、キースイッチ（５４）が投入されると、マイ
クロコンピュータユニット（４Ｂ）は命令に基づき各検
出信号Ｓ１〜Ｓ４をＡ／Ｄフンバータ（４７）でディジ
タル変換して、メモリに書き込まれたプログラムに従っ
て処理し、電動機制御信号Ｔ３　・Ｔ４又は電動機制動
制御信号Ｔ５を電動機駆動回路（８０）に出力し、電動
ｆｉ（１０）を駆動制御し、又は制動する。尚、第１図
に示す電動機制ｇ４信号発生手段（４３）および零トル
ク過回転検出手段（４５）はマイクロコンピュータユニ
ット（４８）により、また電動機制動手段（４６）はマ
イクロコンピュータユニー／　ト（４８）および電動機
駆動回路（６０）により構成されている。

電動機駆動回路（８０）は、ＦＥＴ（ｉｉ界効果トラン
ジスタ）（Ｑ＋　　、Ｑ２　、Ｑｌ　　、Ｑ４）から成
るブリッジ回路と、マイクロコンピュータユニット（４
８）からの制御信号Ｔ３　・Ｔ４・Ｔ５によりブリッジ
回路を駆動するインターフェース回路（６１）とにより
構成されている。ブリッジ回路はＦＥＴ（Ｑｌ）と（Ｑ
４）の夫々のドレイン端子が電源回路のＢ端子に接続さ
れる一方、これらのソース端子が他方のＦＥＴ（Ｑ２）
と（Ｑｌ）のドレイン端子に夫々接続されている。ＦＥ
Ｔ（Ｑ２）と（Ｑｌ）とのソース端子は夫々バッテリ（
５３）の一端子へ接続されている。　Ｆ　Ｅ　Ｔ　（Ｑ
＋　　、　Ｑ２　、　Ｑｌ　、　Ｑ４）の夫々のゲート
端子はインターフェース回路（８１）の出力側に接続さ
れ、ブリッジ回路の出力側となるＦＥＴ（Ｑ＋）のソー
ス端子とＦＥＴ（Ｑ４）のソース端子が前記電動機（１
０）の電機子巻線に接続されている。前記インターフェ
ース回路（６１）は、マイクロコンピュータユニット（
４８）からの電動機回転方向制御信号Ｔ３に基づいてＦ
ＥＴ（Ｑ＋）をオン駆動すると同時にＦＥＴ（Ｑｌ）を
駆動可使状態にし、ＰＷＭ信号から成る電動機駆動信号
Ｔ４に基御信号Ｔ３によりＦＥＴ（Ｑ４）をオン駆動す
ると同時にＦＥＴ（Ｑ２）を駆動可能状態にし、ＰＷＭ
信号から成る電動機駆動信号Ｔ４に基づいてＦＥＴ（Ｑ
２）をドライブする。従って、電動機駆動回路（ＳＯ）
においては、一方のＦＥＴ（Ｑ＋）のオン駆動とＦＥＴ
（Ｑｌ）のＰＷＭ駆動、又は他方のＦＥＴ（Ｑ４）のオ
ン駆動とＦＥＴ（Ｑ２）のＰＷＭ駆動により、制御信号
Ｔ３　拳Ｔ４に応じて電動機（１０）の回転方向とその
動力（回転数とトルク）が制御される。さらに、電動機
制動時には、制動信号Ｔ５によりＦＥＴ（Ｑ２）と（Ｑ
ｌ）をオン駆動して電動機（１０）の電機子巻線を短絡
し、これにより電動機（ｌＯ）の自己制動が行なわれる
。

また、本実施例においては、上記電源回路のリレー回路
（５７）の他に、ブリッジ回路とｉｔ電動機１０）との
間にリレー回路（８２）が介装されている。電源回路の
リレー回路（５７）は装置全体が異常の場合にマイクロ
コンピュータユニット（４Ｂ）からのリレー制御信号Ｏ
１１により動作し、Ｂ電源の供給を停市動回路（８０）
のＦＥＴ　（Ｑ＋〜Ｑ４）のいずれかがオン故障した場
合に、リレー制御信号ＯＲに動作し、電動機（１０）を
電動機駆動回路（Ｇｏ）から切離する。

次に作用を説明する。

第６図はマイクロコンピュータユニー／　ト（４Ｂ）ニ
おける電動機制御処理の概略を示すフローチャートであ
り、図中Ｐ１〜Ｐ＋４はフローチャートの各ステップを
示す。

イグニションキーのキースイッチ（５４）がオンに投入
されると、マイクロコンピュータユニット（４８）や他
の回路に電源が供給され制御が開始される（ステップＰ
Ｏ）、まず、マイクロコンピュータユニット（４８）内
部においてはＩ１０ボートのセット、各レジスタおよび
ＲＡＭ内のデータをクリアして初期設定する（Ｐ＋　）
、次にステップＰ２で操舵トルク検出信号Ｓｌ、３２を
読込み、このＳＬ、Ｓ２から操舵トルクの作用方向と大
きさを計算し、トルクの作用方向を示すトルク方向フラ
グのセットとその大きさを絶対値Ｔに変換して記憶する
（Ｆ３）。次にステップＰ４では、操舵トルクＴが予め
設定した所定値ａよりも小さいがどうかが判別される。

この所定値ａは例えば、第７図（Ｂ）の如く設定される
＊　Ｔ　＞　ａの場合にはステアリング系に操舵トルク
が付与されているとしてこれを示す零フラグＦｌをＦｔ
＝にセット（Ｆ５−１）ｌ、てステップＰ６に進む。Ｔ
≦ａの場合にはステアリング系に操舵トルクが付与され
ていないとしてこれを示す零フラグＦ１をＦｌ−１にセ
ット（Ｐ　５−２）　してステップＰ６に進む。

ステップＰ６では操舵回転速度信号Ｓ３．Ｓ４が読込ま
れ、これらの信号Ｓ３．Ｓ４がら操舵回転数の作用方向
と大きさを計算し、操舵回転方向を示す回転方向フラグ
のセットとその大きさを絶対値Ｎに変換して記憶する（
　Ｐ　７）　、そして、ステップＰ８では、操舵回転速
度Ｎが予め設定した所定ｆｒｉ　ｂよりも大きいかどう
かが判別される。この所定値すは例えば第７図（Ｂ）の
如く設定される。Ｎｉｂの場合にはステアリング系が回
転していないとこれを示す過回転フラグＦ２をＦ２；０
にセット（Ｆ９−１）してステップＰＩＧに進み、Ｎ≧
ｂの場合にはステアリング系が回転されている状態とし
て、これを示す過回転フラグＦ２をＦ２−１にセット（
Ｆ９−２）してステップＰＩＧに進む。ステップＰ　Ｉ
Ｑでは零フラグＦｌと過回転フラグＦ２の双方がＦ１＝
Ｆ２＝１にセットされているかが判別される。

Ｆｌ＝Ｆ２＝１以外の場合には、ステップｐＨでｌ・ル
ク方向フラグから電動機（１０）の回転制御方向を決定
し操舵トルクＴと操舵回転速度Ｎとにより電動機制御デ
ユーティを決定（Ｐ＋＋）Ｌ、トルク方向フラグから電
動機（１０）の回転方向を決定（Ｐ　１２　）する。そ
して、ステップＰＩ４において、マイクロコンピュータ
ユニット（４Ｂ）からインターフェース回路（６１）に
電動機制御信号Ｔ３　、Ｔ４　　（Ｔ３　　：回転方向
信号、Ｔ４：トルク信号）が出力され、この制御信号Ｔ
３　、Ｔ４に基づいてインターフェース回路（８１）に
よりブリッジ回路のＦＥＴ　（Ｑｌ　。

Ｑ２　、Ｑ３．９４）を駆動して電動機（１０）の制御
が行われ、電動機（１０）により発生するトルクにより
操舵力の軽減が図られる。

これに対してステップＰＩＧでフラグＦ１＝Ｆ２＝１の
場合には、ステアリングホイールに操舵トルクが付与さ
れていない状態でステアリング系が回転しているので、
この状態をタイヤの反力により手放しでステアリング系
が自由に戻されている状態と判断して、ステップＰ１３
に進む、つまり、ステップＰ、。においては、第７図（
Ｂ）に示す特性に至るステアリング系の手放し戻り状態
時であることが判別される。

そして、ステップＰ１３では、第７図（Ｃ）の如く、ス
テアリング系の操舵トルクＴが所定値ａ以下で、且つ操
舵回転速度Ｎが所定（ｒ１ｂ以上となる範囲で制動制御
信号Ｔ５がセットされ、ステップＰ１４でＴ５が出力さ
れる。この制御信号Ｔ５が出力されると、インターフェ
ース回路（６１）により、ブリッジ回路のＦ　Ｅ　Ｔ　
Ｑ　２とＱ３とがオン駆動され、電動機（１０）の７１
ｉ機子巻線が短絡される。したがって、７１！動機（１
０）は自らの回転により発生する逆起電力により電機子
巻線には第７図（Ｄ）の如き回転方向に応じた向きに制
動電流が流れることとなり、電動機（１０）が自己制動
される。その結果。

ステアリング系の手放し戻り操作時には、第７図（Ｅ）
のｔ３で示す如く、ステアリング系の中位位置近傍で自
己制動されることになり、マニアルステアリングと略同
等に収束時間が短縮され、ステアリング系の安定した手
放し戻り特性が得られる。

（発明の効果） 以上説明した如く本発明によれば、ステアリング系の中
位位置近傍で電動機を制動できるので、ステアリング系
の手放し戻り状態時においても、電動機等の慣性の影響
を除去でき、短時間のうちにステアリング系を中位位置
に収束でき、安定し　゛たステアリング系の手放し戻り
特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は未発明の全体構成図、第２図ないし第７図（Ｃ
）、（Ｄ）、（Ｅ）は本発明の一実施例に係り、第２図
は電動式パワーステアリング装置の縦断面図、第３図は
制御装置のブロック構成図、第４図、第５図は各検出信
号の特性図、第６図は制御処理の概略を示すフローチャ
ート、第７図（Ｃ）。 （Ｄ）および（Ｅ）は電動機制動制御信号、電動機制動
電流、および収束特性をそれぞれ示す説明図、第７図（
Ａ）、（Ｂ）は従来例に係り、第７図（Ａ）はマニュア
ルステアリングの収束特性を示す図、第７図（Ｂ）は電
動式パワーステアリング装置の収束特性を示す図である
。 図面中、（１０）は電動機、（４５）は零トルク過回転
検出手段、（４Ｂ）は電動機制動手段、Ｔ、ａは操舵ト
ルクおよびその所定値、Ｎ、ｂは操舵回転速度およびそ
の所定値である。 特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社代理人　
　弁理士　　　下　　１）　容−略同　　　　　弁理士
　　　　大　　　橋　　　邦　　彦同　　　弁理士　　
　小　　山　　　　右同　　　弁理士　　　野　　１）
　　　茂手続補正書（方式） １．事件の表示 特願昭６１−８９１１５号 ２、発明の名称 電動式パワーステアリング装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （５３２）本田技研工業株式会社 ４、代理人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電動機の動力をステアリング系に作用させて操舵力の軽
   減を図る電動式パワーステアリング装置において、ステ
   アリング系の操舵トルクが所定値以下で且つ操舵回転速
   度が所定値以上であることを検出する零トルク過回転検
   出手段と、この検出手段からの出力信号に基づいて電動
   機を制動する電動機制動手段と、を備えたことを特徴と
   する電動式パワーステアリング装置。