JPS6361685A - 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） この発明は、電動モータの出力トルクを適正に保ち、安
定したステアリング操作を可能にした電動式パワーステ
アリング装置に関する。

（従来の技術） この種の装置として、特開昭６０−１５４９５６号公報
に記載されたものが従来から知られているが、その制御
についてのフローチャートを第７図に示した。

この制御装置によれば、イグニッションスイッチを入れ
ると、ステップｌで当該車両の車速を入力し、ステップ
２で操舵トルクを入力する。

そして、ステップ３で上記操舵トルクが一定の基準値よ
りも大きいか否かを判定し、当該操舵トルクが基準値よ
りも大きいときには、ステップ４で操舵方向を判定する
。

ステップ５では、上記操舵方向に応じた出力トルク管理
テーブルを参照し、ステップ６で電動モータの出力トル
クＴの適正値を算出し、ステップ７で上記適正値に応じ
て電動モータを出力させる。

そして、ステップ８では、電動モータの実際の出力トル
クＴ、を読み込み、その出力トルクＴ。

が所定の範囲にあるかどうかをステップ９で判定する。

実出力トルクＴ１が所定の範囲内にあるときは、ステッ
プ１０に移行して、当該制御が完了したかどうかを判定
する。

なお、上記実出力トルクＴ１が所定の範囲から外れてい
るときには、ステップ１２で出力値を補正して、再びス
テップ７に至る。

また、この装置では、操舵力の制御を車速感応とするた
めに、出力トルク管理テーブルには、トルク定数テーブ
ルと車速定数テーブルとを設ける。そして、それら各テ
ーブルのアドレスを選択し、そのアドレスにおけるトル
ク定数と車速定数とを引き出す。このようにして引き出
した画定数を乗じて、車速感応タイプの制御をするよう
にしている。

（本考案が解決しようとする問題点） 上記のようにした従来の装置では、電動モータの出力ト
ルクと操舵トルクとだけを基にして出力値の補正をして
いるが、このように出力トルクと操舵トルクだけを基に
したのでは、電動モータや減速機がロックした場合に、
車輪を操舵できなくなるという問題があった。

また、この装置では、出力トルク管理テーブルのメモリ
数が非常に多くなり、大容量のメモリを用いなければな
らないという問題があった。例えば、車速の分解能をｍ
、操舵力の分解能をｊとすれば、２ＸｍＸｊのメモリ数
を必要とする。

したがって、ｍ＝１６、ｊ＝２５６とすると、２ｘ１６
ｘ２５６　＝８にものメモリが必要になる。

この発明の目的は、車速感応制御としながらメモリ容量
を少なくし、しかも、電動モータや減速機等がロックし
ても、マニアル操作ができるようにした電動式パワース
テアリング装置を提供することである。

（問題点を解決する手段） 上記の目的を達成するために、この発明は、操舵トルク
を検出するトルクセンサと、車速を検出する車速センサ
と、ラックの軸力を検出する軸力センサとを、モータ制
御装置に接続し、しかも、このモータ制御装置はマイク
ロプロセッサ−を主要素にしてなり、かつ、このマイク
ロプロセッサ−は、上記操舵トルクと軸力との方向を比
較し、一定時間以上両者の方向が相違したとき、電磁ク
ラッチをオフにして電動モータの出力もゼロにするか、
あるいは電磁クラッチをオフにする機能と、トルク定数
テーブルのアドレスから引き出したトルク定数、及び車
速定数テーブルから引き出した車速定数とを乗じ、しか
も、その値を所定ビット数だけシフトする機能とを備え
ている。

（本発明の作用） この発明は、上記のように構成したので、操舵トルクと
軸力との方向が同一のときには常に正常に動作している
と判断する。そして、操舵トルクと軸力との方向が相違
する場合にも、その相違する時間が僅かなときには、人
力時間の遅れと考え、この場合も正常に動作していると
判断する。

しかし、両者の方向が相違する時間が所定時間以上にな
ると、正常動作とはいえないので、このときには電動モ
ータの出力をゼロにするか、電磁クラッチをオフにする
。

また、操舵トルク定数と車速定数とを乗じた値を、所定
ビット数シフトするようにしたので、例えば、車速の分
解能をｍ、操舵トルクの分解能をｊとすれば、その必要
メモリ数はｒＨ＋ｊですむことになる。したがって、ｍ
＝１６、ｊ＝２５６とすれば、１６＋２５６　＝２７２
になる。

（本発明の効果） この発明のステアリング装置によれば、電動モータや減
速機がロックするなとの異常が発生した場合にも、即座
にマニュアル操作に切り換えられるので、操舵不能とい
う危険を回避できる。

また、必要メモリ数も、車速の分解能ｍ十操舵トルクの
分解能ｊ、となるので、前記した従来のものに比べて非
常に少なくてすむ。例えば、上記−ｍ＝１６、ｊ＝２５
６　とすると、１６＋２５６　＝２７２となる。これに
対して、前記従来ではそのメモリ数を８に必要としてい
たが、この発明では２７５／　８に＝　１　／３０とな
り、そのメモリ数を極端に減少させることができる。

（本発明の実施例） 第１〜６図に示したこの発明の実施例は、ハンドルＨに
連結した操舵入力軸２の先端にとニオン３を連結すると
ともに、このピニオン３をラック６にかみ合わせている
。このラック６の両側は、サイドロッド５を介して、車
輪１のナックアーム４に連結している。

また、正逆転可能にした電動モータｍには減速機７を連
結している。この減速機７の出力軸側に電磁クラッチ８
を設けるとともに、この電磁クラッチ８の出力軸側にピ
ニオン９を設け、このとニオン９を上記ラック６にかみ
合わせている。

さらに、人力軸２に作用する操舵トルクを検出するトル
クセンサ１０と、当該車両の車速を検出する車速センサ
１１と、ラック６の軸力を検出する軸力センサ１２とを
設けているが、これら各センサをモータ制御装置ａに接
続している。

トルクセンサｌＯで検出されたトルク信号Ｔｉｎは、上
記モータ制御装置ａに設けたトルク信号処理回路１３と
、トルクセンサ異常検出回路１４とを、上記トルクセン
サ１０に人力する。

上記トルり信号処理回路１３には、位相補正回路１５を
接続しているが、この位相補正回路１５では、トルク信
号処理回路１３からの出力信号Ｖ１を微分してその位相
を進めた信号■２を出力する。このように位相を進めた
のは、その応答性を向上させるためである。

上記位相補正回路１５からの出力信号Ｖ２は、当該トル
クの方向を判定する正逆方向判定回路１６に入力すると
ともに、この判定回路１６から出力されたトルク正逆信
号Ｔ０が、マイクロプロセッサ−Ｐの入力ポートＡ　ｒ
に人力する。

また、上記位相補正回路１５からの出力信号Ｖ２は、絶
対値回路１７にも入力し、そこで絶対値化されるが、こ
の絶対値１ｖ２１が、Ａ／Ｄ変換回路１８でディジタル
値に変換される。このディジタル値に変換されたトルク
レベル信号Ｔ１がマイクロプロセッサ−Ｐの入力ポート
Ａ２に人力するが、このトルクレベル信号Ｔ１は、例え
ば、８　ｂｉｔの場合、１Ｖ２１＝０がゼロ、ＩＶ２１
＝ｍａｘが２５６に対応するようにしている。

車速センサ１１で検出された車速信号■は、モータ制御
装置ａの車速信号処理回路１９と車速センサ異常検出回
路２０とに入力する。そして、上記車速信号処理回路１
９で処理された信号は、マイクロプロセッサ−の割込み
ポートＩＮＴ２に入力する。

なお、上記車速センサ１１からは、車速に応じてパルス
幅の異なるパルス信号が常時出力しているが、このパル
ス信号の立上がりもしくは立下がりのときに割り込みが
発生するようにしている。

軸力センサ１２で検出された軸力信号Ｆは、モータ制御
装置ａの軸力信号処理回路２１と軸力センサ異常検出回
路２２に入力する。そして、この軸力信号処理回路２１
で処理された信号ｖ３は、正逆方向判定回路２３で処理
されるとともに、この処理信号である軸力正逆信号Ｆ。

がマイクロプロセッサ−Ｐの入力ポートＡ３に入力する
。

さらに、上記した各異常検出回路１４．２０．２２のぞ
れぞれは、ＯＲゲート２４を介してマイクロプロセッサ
−Ｐの割込みポートＩＮＴ２に入力するようにしている
。

上記マイクロプロセッサ−Ｐの出力ポートＣ１からは、
電動モータｍの回転方向を特定する正逆信号Ｍ。が出力
し、その正逆信号Ｍ０をモータ駆動回路２５に入力する
。出力ポートＣ２からは、ディジタル値の出力レベル信
号Ｍ１が出力されるが、この出力レベル信号Ｍ、は、Ｄ
／Ａ変換回路２６でアナログ化されて上記モータ駆動回
路２５に入力する。

そして、モータ駆動回路２５では、上記正逆信号Ｍ０と
出力レベル信号Ｍ１とによって、電動モータｍを制御す
る。

また、マイクロプロセッサ−Ｐの出力ポートＣ３からは
、クラッチ０Ｎ−ＯＦＦ信号が出力され、この０Ｎ−Ｏ
ＦＦ信号によってクラッチ駆動回路２７を制御し、電磁
クラッチ８を０Ｎ−ＯＦＦさせるようにしている。

さらに、出力ポートＣ４からは、当該プログラムが正常
に動いていることを知らせるパルスを出力するが、この
出力信号はウォッチトゲ処理回路２８を介して前記ＯＲ
ゲート２４に人力するようにしている。

しかして、上記マイクロプロセッサ−Ｐは、第３〜５図
のフローチャートにしたがって動作する。

すなわち、エンジン始動用のイグニッションスイッチを
オンにすると、それと同期してプログラムがスタートす
る。

上記のようにしてプログラムがスタートすると、ステッ
プ１で出力レベル信号Ｍ１＝０を出力ポートＣ２から出
力させる。その後にステップ２で出力ポートＣ３からク
ラッチＯＮ信号を出力してクラッチ駆動回路２７を動作
させるとともに、ステップ３でクラッチ８がつながるま
で時間待ちする。そして、ステップ４で、後に説明する
車速のパルス・カウント用レジスタを最大値（車速幻０
に相当）にセットし、ステップ５で操舵トルクと軸力と
を比較するタイマ用のフラグＩを０にセットし、動作準
備を完了する。

上記のようにして準備が完了したら、ステップ６からス
テップ８に順に移行する。そして、ステップ６ではトル
クレベル信号Ｔ、を人力ボートＡ２に入力させ、ステッ
プ７でトルク正逆信号Ｔｏを入力ポートＡ１に入力させ
、さらにステップ７で軸力正逆信号Ｆ０を人力ボートＡ
３に入力させる。

次に、ステップ９に移行して、上記トルクレベル信号Ｔ
１と定数ＣＴと比較するが、Ｔ１≦ＣＴのときには、当
該モータや減速機が正常に動作してると判断してステッ
プ１７に移行する。

しかし、Ｔ、２０丁のときには、モータ等がロックして
いるにもかかわらず、ハンドルＨを強引に回しているこ
とも考えられるので、この場合には、ステップ１７以下
のルーチンに移行して、電動モータｍや減速機７が正常
に動作しているか否かをチェックする。

すなわち、ステップ１０では、トルク正逆信号Ｔ０と軸
力正逆信号Ｆ。と比較し、それらが同方向かどうかを比
較する。両信号Ｔ０、Ｆｏが同方向の場合にはパワーア
シストが正常に機能していると考えられる。したがって
、この場合にはステップ１６に移行し、フラグＩ＝０と
して上記ステップ１７以下のルーチンに移行する。

トルク正逆信号Ｔ。と軸力正逆信号Ｆ０との方向が異な
るときには、それが、トルク入力と軸力出力間の時間遅
れによるものか、あるいは電動モータや減速機の異常に
よるものかを判定する必要がある。

そこで、上記のように両信号Ｔ。とＦｏとの方向が異な
るときには、ステップ１１ではフラグＩが０かどうかは
判定する。そして、フラグＩが０であれば、この時点で
初めて両者の方向が逆方向と判定されたことになるので
、ステップ１２に移行し、タイマー■をスタートさせる
とともに、フラグＩを１にセットし、ステップ１３に移
行する。また、上記ステップ１１の段階でフラグＩが０
でないときは、上記両信号Ｔ。とＦｏとの方向が逆方向
と判定された場合であるから、ステップ１２を飛び越し
てステップ１３に移行する。

上記ステップ１３では、タイマＩの値が定数ｔ１以上か
どうかを判定する。そして、トルク正逆信号Ｔ。と軸力
正逆信号Ｆ。との方向が相違する時間■の値がｔ１以上
であれば、異常が発生しているものと評価し、出力ポー
トＣ３からクラッチＯＦＦ信号を出力して電磁クラッチ
８をオフにする。そして、出力ポートＣ２から出力レベ
ル信号Ｍ、＝０を出力し、電動モータｍを停止させる。

反対に、タイマＩの値が定数ｔ、以下であれば、異常と
判断できるだけの十分な時間が経過していないので、再
度トルクや軸力を入力するステップ６．７に移行する。

ステップ９で、トルクレベル信号Ｔ、が定数ＣＴよりも
小さい場合には、パワーアスシトが正常に動作している
ものと判定し、上記したようにステップ１７に移行する
。

このステップ１７以下では、出力トルクを車速感応とす
るための演算を実施するものである。

すなわちステップ１７では、当該トルクレベル信号Ｔ１
に応じて、トルク定数テーブルのアドレスを選択し、そ
のアドレスにおけるトルク定数ＣＴを引き出す。

ステップ１８では、車速パルス用レジスタ■の値に応じ
た車速定数テーブルのアドレスを選択し、そのアドレス
における車速定数Ｃｖを引き出す。

そして、ステップ１９では、出力トルクを車速感応とす
るため、トルク定数ＣＴと車速定数Ｃｖとを乗じ、ｎビ
ットだけ右にシフトさせる。このようにｎビットだけ右
にシフトさせるためには、（１／２°）×ＣＶｘＣＴと
して、出力レベルＭ１を求める。

もし、上記のようにｎビット右にシフトさせなければ、
例えば、ＣＶが４ビツト、Ｃアが８ビツト、Ｄ／Ａコン
バータが８ビツトとすると、それらの掛算の結果は１２
ビツトとなり、Ｄ／Ａコンバータの能力を超えてしまう
。そこで、この場合には、ｎ＝４ビツト右にシフトし、
最大８ビツトになるようにして、上記Ｄ／Ａコンバータ
の能力を超えないようにしたものである。

ステップ２０では、出力正逆信号Ｍ０を、トルク正逆信
号Ｔ。と同じに置き、ステップ２１でその出力正逆信号
Ｍ。を出力ポートＣ１より出力させる。そして、ステッ
プ２２で出力レベル信号Ｍ、を出力ポートＣ２より出力
させ、これら出力正逆信号Ｍ０と出力レベル信号Ｍ、と
で、電動モータｍを制御する。

さらに、ステップ２３では、ウォッチトゲ用パルスを出
力ポートＣ３より出力させ、異常を発見したときには、
クラッチをオフにするようにしている。

第４図は車速パルスによる割込み処理のルーチンを示し
ている。つまり、車速センサからは、車速に応じてパル
ス幅の異なるパルス信号が常時出力しているが、このパ
ルス信号の立上がりもしくは立下がりのときに割り込み
が発生するようにしている。

上記のようにして割込みボートｌＮＴｌに、パルス信号
が入力すると、ステップ３１でその時点のパルスカウン
タの値がレジスタ■にセットされ、ステップ３２でパル
スカウンタをクリアして、カウントを開始する。

上記のようにすれば、例えば、パルスの立上がりから次
の立上がりまでの時間がカウントされることになる。そ
して、上記パルス間隔とカウント数とは比例するととも
に、車速Ｖとカウント数とは反比例することになる。し
たがって、この時のレジスタＶの値を見ればその車速Ｖ
を把握できる。以上の動作を完了したら、プログラムは
割り込みが発生した時点のメインルーチン戻る。

第５図は、異常信号による割り込み処理のルーチンを示
したものである。つまり、異常信号が割込みボートＩＮ
Ｔ２に入力すると、ステップ４１で電磁クラッチ８をオ
フにするＯＦＦ信号を出力ポートＣ３から出力して、電
磁クラッチ８をオフにする。そして、ステップ４２で出
力レベル信号Ｍ、＝Ｏを出力ポートＣ２から出力して、
当該電動モータｍを停止し、その状態を維持する。

このように電磁クラッチ８がオフになって、電動モータ
ｍが停止すれば、操舵入力軸２の回転力がラック６に直
接伝達されることになり、マニュアルステアリングの状
態になる。

また、この装置によれば、車速感応タイプにしたので、
第６図に示すように、操舵トルクと出力レベルとは、車
速に応じて変化することになる。

【図面の簡単な説明】

図面第１〜６図はこの発明の実施例を示すもので、第１
図は機構図、第２図はモータ制御装置のブロック図、第
３図は制御プログラムのフローチャートの一例を示す図
、第４″及び第５図は割込み処理ルーチンを示すフロー
チャート図、第６図は出力レベルと操舵トルクとの関係
を示したグラフ、第７図は従来の装置の制御プログラム
のフローチャート図である。 １・・・車輪、２・・・操舵人力軸、３．９・・・ピニ
オン、４・・・ナックルアーム、６・・・ラック、８・
・・電磁クラッチ、１０−ｈルクセンサ、１１・・・車
速センサ、１２・・・軸力センサ、ａ・・・モータ制御
装置、Ｐ・−マイクロプロセッサ−０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 車輪に連結したナックルアームを両端に連係させてなる
   ラックに、操舵入力軸に連結したピニオンと、電磁クラ
   ッチを介して電動モータに連係したピニオンと、をかみ
   合わせてなり、しかも、上記電動モータ及び電磁クラッ
   チをモータ制御装置で制御する構成にした電動式パワー
   ステアリング装置において、操舵トルクを検出するトル
   クセンサと、車速を検出する車速センサと、上記ラック
   の軸力を検出する軸力センサとを、上記モータ制御装置
   に接続し、しかも、このモータ制御装置はマイクロプロ
   セッサーを主要素にしてなり、かつ、このマイクロプロ
   セッサーは、上記操舵トルクと軸力との方向を比較し、
   一定時間以上両者の方向が相違したとき、電磁クラッチ
   をオフにして電動モータの出力もゼロにするか、あるい
   は電磁クラッチだけをオフにする機能と、トルク定数テ
   ーブルのアドレスから引き出したトルク定数、及び車速
   定数テーブルから引き出した車速定数とを乗じ、しかも
   、その値を所定ビット数だけシフトする機能とを備えた
   電動式パワーステアリング装置。