JPS62255271A - モ−タ駆動式パワ−ステアリング制御装置 - 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、自動車の舵取り装置をモータの回転力で補
助負荷付勢するモータ駆動式パワーステアリング装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来この種のモータ駆動式パワーステアリング装置は、
モータの電流制御をパワートランジスタによるチョッパ
制御が一般的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、パワートランジスタによるチョッパ制御
による場合には、パワートランジスタがショート故障す
る確率が高く、この場合、補助負荷付勢の目的のモータ
が無制御となって勝手に右または左に回転することとな
り危険である。

また、モータの制御方法などでもモータ自身の特性とし
て、およそ無負荷電流に相当する電流まではモータの外
部出力として回転トルクを取り出すことはできず、この
無負荷電流に相当する電流を考慮しない制御では、応答
性や直線性が悪くなる欠点を有していた。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、電源配線の断線時などには、マニアルステアリン
グとなって危険性が少なく、しかも放熱用ヒートシンク
やモータの小形化が可能になるとともに、車速増加時に
マニアルとステアリングへの切換時の機械的ショックを
軽減できるモータ駆動式パワーステアリング装置を得る
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るモータ駆動式パワーステアリング装置は
、ＤＣモータと電磁クラッチへの電源供給ラインの冷空
に常開接点を有するフェールセーフリレーを挿入したも
のである。

〔作　用〕

この発明においては、電源配線の断線などにおいては、
７エール七−フリレーが消勢されてその常開接点が開放
され、電磁クラッチおよびＤＣモータへの給電を断ち、
ＤＣモータおよび電磁クラッチの作動を停止させる。

〔実施例〕

以下、この発明のモータ駆動式パワーステアリング装置
の実施例について図面に基づき説明する。

第１図はその一実施例の全体の構成を示す図である。こ
の第１図において、１は運転者の操舵回転力を受けるハ
ンドルである。

このハンドルｌに第１のステアリングシャフト２ａを介
してトルクセンサ３が連結されている。

トルクセンサ３はハンドル１に加えられた回転力に応じ
て電気信号を出力してコントロールユニット９に送出す
るようになっている。

トルクセンサ３は第２のステアリングシャフト２ｂを介
して第１のユニバーサルジヨイント４ａに連結されてい
る。この第１のユニバーサルソヨインド４ａは第３のス
テアリングシャフト２ｃを介して第２のユニバーサルソ
ヨイン）４ｂに連結され、この第２のユニバーサルジヨ
イント４ｂに第１のピニオン軸５が連結されている。

６はラック軸である。このラック軸６は第１のピニオン
軸５と同時加工または別々に加工されており、ラック軸
６の両端近傍には、第１、第２の歯部６　ａ　＋　６　
ｂを有している。第１の歯部６ａには第１のピニオン軸
５が噛合しており、第２の歯部６ａには第２のピニオン
軸１７が噛合している。

ラック軸６の両端はそれぞれダイロツ）　７　ａ　＋７
ｂを介してポールジョイン）８ａ、８ｂに連結されてい
る。

一方、上記コントロールユニット９を介してバッテリ１
１の電力がＤＣモータ７と電磁クラッチ１６に供給する
ようになっている。また、コントロールユニット９はキ
ースイッチ１２を介してバッテリ１１の正極に接続され
ている。バッテリ１１ｃｖ負極ハアースされている。コ
ントロールユニット９には車速センサブ０の出力信号も
入力されるようになっている。

上記ＤＣモータ１３は分巻または永久磁石を有しており
、このＤＣモータ１３の出力軸と同一または連結により
ウオーム軸１４が形成されている。

このウオーム軸は減速機の高速側を形成している。

このウオーム軸１４にウオームホイル軸１５が噛合する
ようになっている。このウオームホイル軸１５と第２の
ピニオン軸１７の間の機械的な連結、離脱を電磁クラッ
チ１６で行うようになっている。１Ｊｌ磁クラツチ１６
のこの動作はコントロールユニット９により制御するよ
うになっている。

次に、第２図は上記コントロールユニット９の内部構成
を詳細に説明したものである。この第２図において、９
１はフェールセーフリレーであり、駆動コイル９０１ａ
、常開接点９０１ｂを有している。

駆動コイル９０１ａの一端はキースイッチ１２１に介し
てバッテリ１１の正極に接続されており、他端は７工−
ルセーフリレー駆動回路１０２の出力端に接続されてい
る。

また、常開接点９０１ｂはバッテリ１１の正極にヒユー
ズ１８を介して接続され、かつパワーＭＯＳＦＥＴユニ
ット９２の一方の入力端および電磁クラッチ１６に接続
されている。

このパワーＭＯ８ＩＴユニット９２は４個のＮチャンネ
ル型のパワーＭＯ５ＦＥＴ９２ａ〜９２ｄをブリッジ接
続して構成されている。パワーＭＯＳＦＥＴユニット９
２の他方の入力端は抵抗９３を介してアースされ、パワ
ーＭＯＳＦＥＴ−ｕエツト９２の出力端はＤＣモータ１
３に接続されている。

パワーＭＯＳＦＥＴユニット９２は、ヒユーズ１８、フ
ェール七−７リレー９１の常開接点９０１ｂを介して電
源供給され、上記ＤＣモータエ３の断続と極性の切替を
行うものである。

上記抵抗９３はモータ電流検出用シャント抵抗であり、
その一端はモータ電流検出回路１０７の入力端に接続さ
れている。モータ電流検出回路１０７は抵抗９３に流れ
る電流によって発生する電圧時を増幅するものである。

このモータ電流検出回路１０７の出力端はフンパレータ
９４の反転入力端に接続されている。

一方、上記トルクセンサ３の出力は操舵トルク信号入力
回路９９を通してマイクロコンピュータ１０１に入力さ
れるようになっている。また、車速センサ１０の出力も
車速信号入力回路１００金経てマイクロコンピュータ１
０１に入力されるようになっている。

マイクロコンピュータ１００には、マイクロコンピュー
タ電源回路９８から動作電圧が印加されており、このマ
イクロコンピュータ電源回路９８の入力端はキースイッ
チ１２を介してバッテリ１１の正極に接続されている。

マイクロコンピュータ１０１　カラ７ｘ−ｙｖセーフリ
レー駆動回路１０２、右方向モータ駆動回路１０３、左
方向モータ駆動回路１０４、モータ電流指令回路１０５
、電磁クラッチ駆動回路１０６に出力を送出するように
なっている。

右方向モータ駆動回路１０３、工方同モータ駆動回路１
０４の各出力端はＡ　Ｎ　Ｄ回路９５．９６の第１入力
端に接続されている。

モータ電流指令回路１０５の出力端はコンパレ−夕９４
の非反転入力端に接続されており、このコンパレータ９
４の出力端はＡＮＤ回路９５．９６の各第２入力端に接
続されている。

一方、ゲート電源回路９７はパワーＭＯ３ＦＥＴユニ゛
ント９２の（＋）側のパワーＭＯＳＦＥＴ　９２　ａ　
。

９２ｂのｆ−ト電源とし、バッテリ１１の電圧よりもｆ
−）電圧だけ高い電圧か、またはバッテリ１１の電圧と
ほぼ同等の電圧でも、出力が電気的に絶縁されたｆ−）
電圧を出力するものである。

上記操作トルク信号入力回路９９はトルクセンサ３の操
舵トルク信号の入力インタ−７エイズ回路を形成するも
のであり、また上記車速信号入力回路１００は車速セン
サ１０の車速信号入力インターフェイス回路を形成する
。

フェールセーフリレー駆動回路１０２はトルクセンサ３
や車速センサ１０の信号によりマイクロコンピュータ１
０１により演算した結果として、異常状態でないと判断
されたときにフェールセーフリレー９１の駆動コイル９
０１ａの他端を駆動し、常開接点９０１ｂを閉成するも
のである。

右方向モータ駆動回路１０３は操舵トルク信号を入力と
するマイクロコンピュータ１０１の演算結果により、上
記ＤＣモータ１３の回転方向を右方向に駆動指令する信
号を出力する。

左方向モータ駆動回路１０４は右方向モータ駆動回路１
０３とは逆にＤＣモータ１３の回転方向を左方向に駆動
指令する信号を出力する。

モータ電流指令回路１０５は上記操舵トルク信号と車速
信号からマイクロコンピュータ１０１での演算結果をデ
ィソタルｅアナログ変換してＤＣモータ１３の指令電流
値に相当するアナログ電圧を出力する。

フンパレータ９４は上記モータ電流指令回路１０５の出
力する指令電流電圧と上記モータ電流検出回路１０７の
出力するモータ電流相当の電圧を比較して指令電流電圧
がモータ電流電圧よりも高いときｒＨＪを出力する。

ＡＮＤ回路９５はコンパレータ９４の出力と、上記右方
向モータ駆動回路１０３の出力を入力とシ、上記パワー
ＭＯＳＦＥＴユニット９２にモータ右方向駆動信号を出
力する。

ＡＮＤ回路９６は上記コンパレータ９４の出力と上記左
方向モータ駆動回路１０４の出力を入力トシ、パワーＭ
Ｏ３ＦＥＴユニット９２にモータ左方向駆動信号を出力
する。

次に、この発明の詳細な説明する。まず、第１図および
第２図において、エンノンの始動に際してキースイッチ
１２をオンすると、バッテリ１１からキースイッチ１２
を介してマイクロコンピュータ電源回路９８およびｆ−
ト電源回路９７に電源が供給され、マイクロコンピュー
タ１０１は作動を開始するとともに、ｆ−）電源回路９
７からパワーＭＯ３ＦＥＴユニット９２のパワーＭＯＳ
ＦＥＴ９２ａ　、９２ｂにダート電源が供給される。

マイクロコンピュータ１０１が作動を開始すると、トル
クセンサ３からの操舵トルク信号と車速センサ１０から
の車速信号を入力インクー７エイス回路を形成する操舵
トルク信号入力回路９９と車速信号入力回路１００を介
して取り込み、演算した結果、トルクセンサ３、車速セ
ンサ１０が異常でないと判断されると、フェールセーフ
リレー駆動回路１０２に対し７エールセーフリレー９１
の駆動コイル９０１ａをオンするよう指示する。

したがって、常開接点９０１ｂは閉成しバッテリ１１か
らヒユーズ１８、常開接点９０１ｂを介してパワーＭＯ
ＳＦＥＴユニット９２に電源が供給される。

また、電磁クラ、ツチ駆動回路１０６もオンの指示が出
るので、バッテリ１１からヒユーズ１８、常開接点９０
１ｂ　、電磁クラッチ１６、電磁クラッチ駆動回路１０
６を介して電磁クラッチ１６に電流が流れ、電磁クラッ
チは作動し、ウオームホイル軸１５と第２のビニオン軸
１７は機械的に連結される。

しかしながら、この状態では、図示されない運転者によ
ってハンドル１が転舵されていないとすると、トルクセ
ンサ３は操舵トルクがない信号（操舵トルクが右でも左
でもない中立位置であるという信号）ｋ出力しているの
で、マイクロコンピュータ１０１の演算結果は右方向モ
ータ駆動回路１０３および左方向モータ駆動回路１０４
に対し、どちらも非駆動指示となり、モータ電流指令回
路１０５に対してはモータ電流零の指示が示される。

したがって、パワーＭＯ３ＦＥＴユニット９２ばＤＣモ
ータ１３に対し、電流を流さない状態でハンドル１は補
助負荷付勢されない状態にある。

次に、この状態でハンドル１を図示しない運転者が右（
または左）に転舵すると、ステアリングシャツ）２ａを
介してトルクセンサ３に操舵トルクが伝達され、このト
ルクセンサ３は右（または左）方向に操舵トルクに比例
した電気信号を発生するとともに、上記操舵トルクは第
２のステアリングシャフト２ｂ、第１のユニバーサルジ
ヨイント４ａ、ステアリングシャフト２ｃ、第２のユニ
バーサルジョイント４ｂ％第１のビニオン軸５を介して
ラック軸６の第１の歯部６ａに伝達され、回転運動が直
線運動に変換される。

一方、上記トルクセンサ３の電気信号出力は、コントロ
ールユニット９の操舵トルク信号入力回路９９を介して
マイクロコンピュータ１０１に入力される。

また、車速センサ１０の出力する電気信号もコントロー
ルユニット９の車速信号入力回路１００ヲ介してマイク
ロコンピュータ１０１に入力される。上記操舵トルクと
車速信号からマイクロコンピュータ１０１は演算し、右
方向モータ駆動回路１０３（または左方向モータ駆動回
路１０４）に駆動信号を出力し、右方向モータ駆動回路
１０３（または左方向モータ駆動回路１０４）は「Ｈ」
信号を出力するとともに、モータ電流相当のディジタル
信号をモータ電流指令回路１０５に出力する。

このモータ電流指令回路１０５は上記ディジタル信号を
内蔵のディノタル・アナログ変換器でアナログ信号に変
換して、コンパレータ９４の非反転側入力端に出力する
。

このとき、ＤＣモータ１３には電流が流れていないので
、抵抗９３には電位差がなく、モータ電流検出回路１０
７は出力が零となっている。

したがって、コンパレータ９４の出力は「Ｈ」となり、
右方向モータ駆動回路１０２（または左方向モータ駆動
回路１０３）の出力ｒＨＪと上記コンパレータ９４の出
力ｒＨＪを入力とするＡＮＤ回路９５（またＦｉＡＮＤ
回路９６）はｒＨＪを出力し、パワーＭＯＳＦＥＴユニ
ット９２にＤＣモータ１３を右方向（または左方向）に
回転さす方向にパワーＭＯＳＦＥＴ　９２　ｍ　、　９
２　ｄ　（またはパワーＭＯＳＦＥＴ９２ｃ　、９２ｂ
　）ｔ−導通させる。

これにより、バッテリ１１からヒユーズ１８、常開接点
９０１ｂ、パワーＭＯＳＦＥＴ　９２　ａ　（またはパ
ワーＭＯＳＦＥＴ　９２　ｃ　）、ＤＣモータ１３、パ
ワーＭＯＳＦＥＴ　９２　ｄ　（またはパワーＭＯＳＦ
ＥＴ９２ｂ　）、抵抗９３０回路でＤＣモータ１３に電
圧が印加され、モータ電流が流れる。

このモータ電流によって、抵抗９３に電位差が生じ、こ
の電位差をモータ電流検出回路１０７で増幅して、コン
パレータ９４の反転側入力端にフィードバックされる。

このフィードバックされた電圧がモータ電流指令回路１
０５の出力する電圧を越えると、コンパレータ９４の出
力はｒＬＪとなり、ＡＮＤ回路９５（またはＡＮＤ回路
９６）は出力がｒＬＪとなシ、パワーＭＯ８ＦＩＴ　９
２　ａ　（またはパワーＭＯＳＦＥＴ９２ｃ）がパワー
ＭＯＳＦＥＴ　９２　ｄ　（またはパワーＭＯＳＦＥＴ
　９２　ｂ　’）のいずれかを遮断する。

以上の動作を繰り返してＤＣモータ１３の電流全マイク
ロコンピュータ１０１０指令する電流ニ制御する。この
制御された電流に応じてＤＣモータ１３は回転数に関係
なくほぼ比例的なトルクを発生する。

このＤＣモータ１３の発生するトルクはウオーム軸１４
とウオームホイル軸１５で減速され、電磁クラッチ１６
を介してビニオン軸１７に伝達され、ラック軸６の第２
の歯部６ｂに伝達され、回転運動が直線運動に変換され
る。

この直線運動に変換された力は上記ハンドル１に加えら
れた運転者の操舵トルクを直線運動に変換したトルクの
方向と一致するように設定しているので、補助負荷付勢
したこととなり、トルクセンサ３にかかるトルクを減少
する方向に働き、トルクセンサ３の出力を減少さすとと
もに運転者の操舵トルクを軽くするのである。

この状態で車速を上昇したときに、操舵トルクに対する
モータ電流の特性を第３図に示している。

車速の増加とともにトルク対電流の比率を減少するよう
に制御している。

また、第４図は車速に対する操舵トルクパラメータのモ
ータ電流特性と電磁クラッチ作動範囲の関係を指示した
図であり、車速の増加とともに電流を減少するように制
御するが、零にはせず、ある程度（２０〜８０％）以下
には下げず、電磁クラッチ１６の作動範囲よりも広い範
囲でＤＣモータ１３を駆動することにより、電磁クラッ
チ１６のオン／オフ時の機械的ショックを軽減している
。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、ＤＣモータおよび電磁
クラッチへの電源供給ラインの途中に常開接点を有する
フェールセーフリレーを挿入するようにしたので、電源
配線の断線時などには電磁クラッチもＤＣモータも駆動
されないので、マニュアルステアリングのままとなり危
険が少ない。

また、ＤＣモータの切替用および電流制限チョッパ用パ
ワー素子としてＭＯＳＦＥＴを用いているので、パワー
ＭＯＳＦＥＴ部の電圧降下が少く、電力損失が少なく、
放熱用ヒートシンクの小形化やモータの小形化などが可
能となる。

さらに、車速に対するモータ電流を減少する制御特性で
モータ電流を無負荷電流以下に減少しないとともに、電
磁クラッチの作動範囲よりも広い範囲モータ電流を制御
することによって車速増加時にマニュアルステアリング
への切替時の機械的ショックを軽減できる。

また、上記モータ電流制御範囲を電磁クラッチの作動範
囲より広くとる替わりに、電磁クラッチが切れてからタ
イマで遅らせてモータ制御を停止するように制御しても
同様の効果となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のモータ駆動式パワーステアリング装
置の一実施例・つ構成を示す概略図、第２図は第１図の
モータ駆動式パワーステアリング装置におけるフントロ
ールユニット内部の詳細な構成を示すブロック図、第３
図は同上モータ駆動式パワーステアリング装置の動作を
説明するための操舵トルクに対するモータ電流の特性図
、第４図は同上モータ駆動式パワーステアリング装置の
動作を説明するための車速に対する操舵トルクパラメー
タのモータ電流特性と電磁クラッチ作動範囲の関係を示
す図である。 １・・・ハンドル、３・・・トルクセンサ、５・・・第
１のピニオン軸、６・・・ラック軸、９・・・コントル
ールユニッと、９１・・・７エール七−７リレー、　９
０１ａ・・・駆動コイル、９０１ｂ−・・常開接点、９
２・・・パワーＭＯＳＦＥＴユニッと、９３・・・抵抗
、９４・・・コンパレータ、９５．９６・・・ＡＮＤ回
路、９９・・・操舵トルク信号入力回路、１００・・・
車速信号入力回路、１０１・・・マイクロフンピユータ
、１０２・・・フェールセーフリレー駆動回路、１０３
・・・右方向モータ駆動回路、１０４・−・左方向モー
タ駆動回路、１０５・・・モータ電流指令回路、１０６
・・・電磁クラッチ駆動回路、１０・・・車速センサ、
１１・・・バッテリ。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハンドルの回転力を検出するトルクセンサ、車速
   を検出する車速センサ、ＤＣモータと、このＤＣモータ
   の出力を操舵補助力として結合および離脱する電磁ブレ
   ーキの間に挿入された減速機、上記トルクセンサおよび
   車速センサ信号を入力とし、車載のバッテリを電源とし
   て上記ＤＣモータの電流および上記電磁クラッチの結合
   、離脱を制御するとともに上記バッテリから上記ＤＣモ
   ータおよび電磁クラッチへの電源供給ラインの途中に挿
   入された常開接点と上記トルクセンサと車速センサの信
   号に異常があると付勢されてこの常開接点を開放する駆
   動コイルとを備えたフェールセーフリレーならびに上記
   ＤＣモータの断続および極性の切替えを行うパワーＭＯ
   ＳＦＥＴユニットとを具備するコントロールユニットか
   らなるモータ駆動式パワーステアリング装置。
2. （２）コントロールユニットは上記トルクセンサの出力
   と車速センサの出力とから所定の演算を行うマイクロコ
   ンピュータと、このマイクロコンピュータの演算の結果
   に異常がないとき上記フェールセーフリレーの駆動コイ
   ルを付勢するフェールセーフリレー駆動回路と、ハンド
   ルが右または左方向に転舵されるとそれに応じた上記ト
   ルクセンサと車速センサの出力から上記マイクロコンピ
   ュータが演算した結果に基づき右方向モータ駆動信号ま
   たは左方向モータ駆動信号を出力する右方向および左方
   向モータ駆動回路と、この右方向および左方向モータ駆
   動回路の出力と同時に上記マイクロコンピュータの演算
   結果に基づきモータ電流相当のディジタル信号を出力す
   るモータ電流指令回路と、上記パワーＭＯＳＦＥＴユニ
   ットを通して流れるＤＣモータの電流を検出するモータ
   電流検出回路と、このモータ電流検出回路の出力と上記
   モータ電流指令回路の出力とを比較してモータ電流指令
   回路の出力の方が大のとき出力するコンパレータと、こ
   のコンパレータの出力と上記右方向および左方向モータ
   駆動回路との論理積をとつて上記ＤＣモータが右方向ま
   たは左方向に回転するように上記パワーＭＯＳＦＥＴユ
   ニットを通電させる論理回路と、上記フェールセーフリ
   レーの常開接点の閉成時に上記マイクロコンピュータの
   出力で電磁クラッチの通電指令を示す電磁クラッチ駆動
   回路とよりなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のモータ駆動式パワーステアリング装置。
3. （３）操舵トルクがほぼ零に近い所でも上記ＤＣモータ
   の無負荷電流値に近い値の電流を流し、ＤＣモータのト
   ルク不足に伴う引つかかりを減少したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項および第２項記載のモータ駆動式
   パワーステアリング装置。
4. （４）車速の増加とともに操舵補助力を減少させ、操舵
   補助力が零となる車速でも上記ＤＣモータの無負荷電流
   以下にしないとともに上記電磁クラッチを遮断する車速
   よりも、上記無負荷電流相当電流を遮断する車速が高い
   値に選んだことを特徴とする特許請求の範囲第１項およ
   び第２項記載のモータ駆動式パワーステアリング装置。
5. （５）電磁クラッチ印加電圧を遮断後、この電磁クラッ
   チが機械的に離脱するのに要する時間以上後に上記ＤＣ
   モータの電流を遮断するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項および第２項記載のモータ駆動式パ
   ワーステアリング装置。