JPS6229466A - 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し、特に、安定した
操舵感覚が得られるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来の電動パワーステアリング装置としては１、例えば
特開昭５０−６３２６４号公報に記載されているものが
ある。このものは、操舵補助トルク源である電動機を、
減速ギヤ機構を介して操舵系のステアリングシャフトに
結合させ、その電動機をトルク検出手段で検出した操舵
トルクに応じて付勢制御すると共に、車速を車速検出手
段で検出して、その値が所定の設定値を越えるときに、
電動機の付勢を禁止するように構成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の電動パワーステアリン
グ装置にあっては、前記検出操舵トルクＴｓに応じて電
動機を付勢制御するに際して、供給するべき補助トルク
（アシストトルク）ＴｍＯ値を求めるのに、単にその検
出操舵トルク値Ｔｓに対し予め定常的に定められた一定
の係数（車速等の車両走行条件に基づき決定される）を
掛けて算出するものとなっていた。

ところが、アシスト開始信号が出力されてから、クラッ
チ　電動機・ギヤ機構を経てアシストトルクが実際に操
舵系に供給される迄の間に、クラッチ・電動機の慣性、
ギヤのハックラッシュやコラムシャフトの涙り剛性等の
影響による立上り遅れ時間があり、その間にもトルク変
動は生じる。例えば、第８図はその操舵トルクＴｓの時
間変動の一例を示したものであり、αはアシスト開始レ
ベル値、イはクラッチＯＮによる変動分１口は電動質の
慣性による変動分、ハは実際のアシストトルク供給開始
点、ｔＱは立上りのタイムラグである。

しかも上述の４１口等のトルク変動は、非定期的な変化
である。従来の定常的な係数のみによる演算処理では補
償しきれず、これがコラム系の共振につながり、モータ
駆動電流１８に第８図ｃｂ＋に示すような振動が発生し
て、操舵補助ｌ・ルクにトルク振動が生し、この振動が
定常状態に整定される迄に時間がかかったり、場合によ
ってはいつ迄も持続しそれが操舵力の不安定感として運
転者に伝わるという問題点があった。

この発明は、上記従来例の問題点に着目してなされたも
のであり、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に復帰せしめ、上記問
題点を解決することを目的としている。

〔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する
操舵トルク検出手段と、前記操舵トルク検出手段の操舵
トルク検出値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、該基準操舵補助ｌ・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
トルク算出手段の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、該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する。

〔作用〕

この発明においては、操舵補助トルクを出力する電動機
を減速ギヤ機構を介して操舵系に連結し、その電動機の
出力トルクを操舵トルク検出手段の検出トルクに応じて
制御するにあたり、目標補助トルク値の算出においてト
ルクの微分値により補正を行うようにした電動パワース
テアリング装置であって、操舵トルク検出手段の出力に
基づき、基準操舵補助トルクを算出すると共に、更に、
その基準操舵補助トルク値を微分して補正値を算出し、
その再見出値を操舵補助トルク算出手段で加算して実際
の探舵補助トルクを求めて、電動機に印加する電力を制
御することにより、操舵トルク変動を迅速に定常状態に
復し、操舵の不安定感を解消する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基１つい−と説明する
。

第２図乃至第７図は、この発明の一実施例を示す図であ
る。

第２図において、１０は操舵系の構成部分であり、１１
は図示しないステアリングシャフトと連結して一体回転
するスタフシャフト、１２はスタフシャフト１１に取付
けたつオームホイール１２ａとこれに噛合するウオーム
ギヤＪ２ｂとからなる減速ギヤ機構、１３はスタフシャ
フト１１の端部に形成されたピニオンギヤであり、この
ピニオンギヤ１３がこれに噛合するラック１４を倉しさ
らに図示しない舵取リンク機構を介して車輪に連結して
いる。

１５は操舵系１０に操舵補助トルクを付加する直流サー
ボ電動機であり、電磁クラッチ１５ａとその出力軸に固
着されたウオームギヤ１２ｂを介して前記操舵系１０に
連結されている。

１６は車速検出手段としての車速センサであり、例えは
変速機の出力軸の回転数を検出しこれに対応じた周期の
パルス信号を出力する。

１７は操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサで
あって、例えばステアリングシャフトに固着したストレ
インゲージで構成され、操縦者がステアリングホイール
を転舵操作することによりステアリングシャフトに生じ
る捩れの大きさと方向に応じたアナログ電圧を出力する
。

１９は制御手段としての制御装置であって、前記車速セ
ンサ１６及び操舵トルクセンサ１７からの各検出信号か
供給され、これらに基づき前記電動機１５を制御する制
御信号８１〜Ｓ３及び電磁クラッチ１５ａ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８
１〜Ｓ３が供給されごれに基づき電動機１５を駆動する
駆動回路３０とから構成されている。

制御回路２０は、第３図に示すように、Ａ／Ｄ変換２ａ
２１　マイクロコンピュータ２２及びＤ／Ａ変喚器２３
を備えている。

マイクロコンピュータ２２は、インクフェース回路とし
ての入力回路２２ａ、出力回路２２ｂ、演算処理装置２
２ｃ及び記憶装置２２ｄを少なくとも有し、入力回路２
２ａに上記センサ１６の検出信号が直接供給されると共
に、センサ１７の検出信号がＡ／Ｄ変換器２１を介して
供給され、且つ出力回路２２ｂから操舵補助トルクに応
じたモータ電流制御信号Ｓ１がＤ／Ａ変喚器２３を介し
て出力されると共に、制御信号３２〜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Ｔｓに基づきこれが所定設定値α以上
であるときに、所定の演算処理を実行して基準操舵補助
トルクＴ、を演算すると共に、更にその基準操舵補助ト
ルク検出値Ｔｍを微分して補正操舵補助トルク値ΔＴｍ
を演算し、その両演算結果ＴｍとΔＴｍに基づき実際の
操舵補助トルクＴ、を演算し、これによって電動器１５
を制御するモータ制御信号Ｓ１を出力し、一方、操舵ト
ルク検出信号が所定設定値α未満であるときには、電動
機工５による操舵補助トルクの発生を停止させる。

記憶装置２２ｄは、上記演算処理装置２２ｃの／３ｉｉ
算処理に必要な処理プログラム、車速Ｖをパラメータと
して操舵トルクＴｓと基準操舵補助トルクＴｍとの関係
を表わす記憶テーブル、モータ出力トルクとモータ駆動
電流との関係を表わす記憶テーブル等を記１１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、第４図に示すように、制御回路
２０から出力されるモータ電流制御信号Ｓ１と電動機１
５の負荷電流を検出する電流検出器４０からの電；１市
フイ一ドバンク信号とが入力側に供給される差動増幅器
３１と、その差動増幅出力と、鋸歯状波発生回路３２か
らの鋸歯状波信号とが入力側に供給されるパルス幅変調
回路としての比較回路３３と、その比較出力と前記制御
回路２０からの右回転信号３２．左回転信号Ｓ３とが供
給されるＡＮＤゲート３４．３５と、これらＡＮＤゲー
）３４．３５の出力が供給されたスイッチングトランジ
スタ３６．３７と、これらを電動機１５に蓄積された誘
導エネルギから保護するフライホイールダイオード３８
．３９とから構成され、スイッチングトランジスタ３６
．３７のコレクタが夫々電動機１５の右回転用端子Ｒ及
び左回転用端子りに接続されて、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５図を伴って説明する。

この第５図は、例えば所定のメインプログラムに対して
所定時間間Ｖ；ｆｔ＜例えば２０μｓｃｅ　）毎にタイ
マ割込処理として実行される。

まず、ステップ■で車速センサ１６からの車速検出信号
を読込み、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Ｖとして記憶
装置２２ｄの所定記１０領域に一時記憶する。

次いで、ステップ■に移行して、操舵トルクセンサ１７
からの操舵トルク検出信号を読込み、これを操舵トルク
検出値Ｔｓ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■で記憶した
操舵トルク検出値Ｔｓ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１０に電動機１
５による操舵補助トルクを作用させるか否かを判定する
ものであった、Ｔｓ〈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からのクラッチ１
５ａをオフ状態とする論理値“０”の制御信号Ｓ４をク
ラッチ１５ａ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に出力して
から割込処理を終了する。

このように、クラッチ１５ａに論理値“Ｏ”の制？Ｉｎ
信号Ｓ−１が供給されると、クラッチ１５ａオフ状態と
なって、電動機１５と操舵系１０の減速ギヤ１２との間
の連結状態が解放され、操舵系ｌＯに対する電動機１５
４こよる操舵補助［−ルクが非伝達状態となり、操縦者
によるステアリングホイール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．Ｓ３が論理値“０”であ
るので、そのＡＮＤゲー１−３４．３５の出力が論理値
“０”を維持し、このため、スイッチングトランジスタ
３６．３７がオフ状態を維持するので、電動機１５の電
流供給回路が遮断状態となり、電動機１５は停止状態に
保持される。

一方、ステップ■の判定結果がＴｓ≧α（すなわちＴｓ
−α≧０）であるときには、電動機１５による操舵補助
トルクが必要であると判定されてステップ■に移行する
。

このステップ■では、論理値“ｌ”の制御信号Ｓ４をク
ラッチ１５．＋に供給する。これにより、クラッチ＋５
ａがオン状態となって、電動機１５と操舵系１０とが連
結状態となり、操舵系１０に電動機１５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、右切りであると
きには、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
ときには、ステップ■に移行して、左回転制御信号Ｓ３
を論理値“１”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、ステップので記憶した車速検出値Ｖ及びステッ
プ■で記憶した操舵トルク検出値Ｔｓに基づき、車速Ｖ
をパラメータとした所要操舵トルクと操舵補助トルクと
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、ゲインに、を決定する。

次いで、ステップ０に移行して、操舵トルク検出値Ｔｓ
、ゲインに１、操舵補助開始トルクの設定値αに基づき
基準操舵補助トルクＴｍ＝に１（”ｐｓ−α）を算出し
、これを記憶装置２２ｄの所定記（２領域に一時記憶す
る。

次いで、ステップ０に移行して、上記ステップ［相］で
算出した基準操舵補助トル９　”ｒ’　ｍの単位時間当
たりの変化分、づなわち微分値ΔＴ’ｍを補正項として
算出する。これは現時点の基準操舵補助１−ルク算出値
Ｔｍと一定時間前の基準操舵補助トルク値Ｔｍｏとの差
分に微分係数に２を乗算することによりΔＴｍ−に２　
（Ｔｒｎ−Ｔｍｏ　）としてｌ寅算される。

次いで、ステップ０に移行し乙上記ステ、プ■で算出し
た補正項としての基準操舵補助トルクの微分値ΔＴｍと
ステップ［相］で算出した基準操舵補助トルクＴｍとに
基づき、実際に操舵系に加えるべき操舵補助トルクＴ、
をＴ　、＝　Ｔ　ｍ＋ΔＴｍ＝に１（Ｔｓ−α）＋に２
（Ｔｍ−Ｔｍｏ）として算出し、これを記憶装置２２ｃ
ｌ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、予め記憶装置２２ｄに
記憶した第６図に示すような操舵補助トルクＴ、とモー
タ駆動電流値！イとの関係を表わす記憶テーブルを参照
してモータ駆動電流値Ｉ。

を算出し、これを記憶値’ｌ　２２　ｄ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、モータ駆動電流値■イ
をモータ駆動制御信号Ｓ１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、モータ駆動制御信号Ｓ１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６１５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４０
の検出信号が零であるので、差動増幅器３１からは制御
回路２０から供給されるモータ駆動電流値Ｉ１４に応じ
た比較的高レベルの差動増幅出力が出力される。このた
め、比較回路３３からは、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）３４
．３５に供給される。このとき、操縦者がステアリング
ホイールを右切り（又左切り）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（又は左回転制
御信号Ｓ３）が出力されているので、ＡＮＤゲート３４
　（又は３５）からパルス変調信号に応じた出力が得ら
れ、これによってスイッチングトランジスタ３４　（又
は３５）がオン・オフ制御される。その結果、電動機１
５が右（又は左）回転を開始し、その回転トルクがクラ
ッチ１５ａ、に速ギヤ機構１２を介して操舵系１０のス
タブシャフト１１に伝達される。

電動機１５が回転を開始すると、負荷電流検出器４０の
負荷電流検出値が増加するので、差動増幅器３１の出力
が減少し、これに応じて比較回路３３からのパルス変調
信号のデユーティ比も小さくなり、結局、電動機１５が
制でｎ回路２０から出力される操舵補助トルクＴＩ４に
対応じた操舵補助トルクを操舵系１０に付加するように
回転駆動される。

なお、ステップ■及びステップ［相］の処理が基準操舵
補助トルク算出手段に対応し、ステップ■の処理が補正
値算出手段に対応し、ステップ＠の処理が操舵補助トル
ク算出手段に対応し、ステップ■、■の処理及びモータ
駆動回路３０で駆動手段に対応している。

この実施例によれば、操舵によるトルクが非定常的に急
激に変化した場合、例えば所要の基準操舵補助トルクが
急に大きくなったときは、その変化分（微分値）に対応
してアシストトルクを増加させることにより、反対に所
要の基準操舵補助トルクが急に小さくなったときは、そ
の変化分に応じてアシストトルクを減少させることによ
り、いち早く定常状態に復帰するように、トルク変動に
ダンパ作用を加えることとなって、すみやかにトルク変
動が整定され、滑らかな操舵が可能となる（第７図参照
）。この作用は、操舵開始時のみならず、操舵中の外乱
にも有効に働く。

なお、上記実施例において、減速ギヤ機構としてウオー
ムギヤとウオームホイールと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、他のへヘル
ギャ等の減速ギヤを適用し得ること勿論である。

また、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、関数発生器等の電子回路を組み合わせて構成するこ
ともできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、操舵トルク検
出値に車速等の走行条件によって決定される定数を乗算
して求めた基準操舵補助トルク値に、別途算出した基準
操舵補助トルク変化の時間差分としての微分値を加算す
ることにより、操舵補助トルクを補正するものとしたた
め、車速等の走行状態の変化にかかわらず、常に操舵開
始時や操舵中の外乱による操舵トルクの急変化にも即応
し、操舵トルク変動を迅速に定常状態に整定できて、安
定した操舵感覚を得ることができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の概要を示す基本構成図、第２図はこ
の発明の一実施例を示すブロック図、第３図は制御回路
の一例を示すブロック図、第４図はモータ駆動回路の一
例を示すブロック図、第５図は演算処理装置の処理手順
の一例を示す流れ図、第６図はモータ出力トルクとモー
タ電流との関係を示すグラフ、第７図はこの発明の制御
特性の一例を示すグラフ、第８図は従来の電動パワース
テアリング装置の制御特性の一例を示すグラフである。 図中、１０は操舵系、１１はスタブシャフト、１３はピ
ニオンギヤ、１４はラック、１５は電動機、１５ａは電
磁クラッチ、１６は車速センサ、１７は操舵トルクセン
サ、１８は操舵角センサ、１９は制御装面（制御手段）
、２０は制御回路、２２はマイクロコンピュータ、３０
はモータ駆動回路である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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する操舵トルク
   検出手段と、前記操舵トルク検出手段の操舵トルク検出
   値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、該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
   段の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、該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する電動パワーステアリング
   装置。
2. （２）前記基準操舵補助トルク算出手段は、操舵トルク
   検出手段からの操舵トルク検出値に車速に応じた関数で
   なる係数を乗算して基準操舵補助トルク値を算出するよ
   うに構成されている特許請求の範囲第１項記載の電動パ
   ワーステアリング装置。