JPH0487883A - 電動式パワーステアリング装置 - 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、電動式パワーステアリング装置に係り、更に
詳しくは、自動車において、操舵トｉレクを検出するト
ルクセンサの出力に応してアシストモータ（を動モータ
）の出力を制御し、該モータにより操舵トルクに応した
パワーアシストを行う電動式パワーステアリング装置に
関する。

〔背景技術〕

従来より、自動車において、転舵時のノ１ンドル操作の
軽減を図るため、転舵操作時の操舵トルクと車速に応じ
てアシストモータのモータ１を流を増減、或いはオン・
オフ制御し、該アシストモータにて操舵トルクに応じた
操舵方向へのパワーアシストを行う所謂車速感応型の電
動式パワーステアリング装置が比較的多く開発され実用
に供されている。

第４図には、この種の電動式パワーステアリング装置の
構成が簡略化して図示されている。

この第４図において、ステアリングハンドル５１に入力
された操舵トルクは、当該ステアリングハンドルの回転
軸である図示しないステアリングシャフトに取付けられ
たトルクセンサ５２によって検出することができるよう
になっている。また、このトルクセンサの出力と車速セ
ンサ５３の出力とはアシストモータ５４を制御するコン
トローラ５５に入力されるようになっている。そして、
このアシストモータ５４の回転力は、クラッチ５６を介
して減速ギヤ５７に伝達され、図示しないユニバーサル
ジヨイントを介してステアリングギヤ部５８に連結され
た図示しないトルク伝達軸に伝達される。ここで、アシ
ストモータ、クラ・ンチ。

減速ギヤは、実際には、ステアリングシャフトを支持す
るステアリングコラムに装備されてし喝。

一方、ステアリングハンドル５１の操舵トルりは、図示
しないステアリングシャフトを介して図示しないトルク
伝達軸に伝達される。更に、トルク伝達軸に伝達された
アシストモータ５４の回転力及び操舵トルクがステアリ
ングギヤ部５８に伝達される。このステアリングギヤ部
５８は、通常、左右前輪に連結されたタイ口・ンドの中
央部に設けられ、トルク伝達軸の回転運動をタイ口・ン
ドの左右往復運動に変換する機構１例えば、う・ンクア
ンドピニオン機構等により構成されている。そして、伝
達されたモータの回転力及びＡンドルの操舵トルクによ
り、タイロッドが左右に駆動され、車輪（左右前輪）５
９が転舵されるようになってし）る。

このような構成により、トルクセンサ、車速センサの計
測値に応じて制御を行うことによって、アシストモータ
のモータ電流を増減或いはオン・オフさせて所要のパワ
ーアシストを行い、低速走行時には補助操舵力を大きく
して軽快な操舵を行うことができるようにし、車速の上
昇とともに補助操舵力を漸減させ、更にある速度以上で
はマニュアルステアリングになるようにして、安定な操
舵性能を得られるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例においては、第５図に示すよ
うに指令電流−トルクセンサ出カマツブが単一であった
ことから、乗員数により、ドライバーの転舵操作に必要
な力（トルク）が異なるものになっていた。

即ち、第５図に示されている如く、乗員数が一人の時の
ドライバーが操舵に要する力は、Ｔ。

Ｋｔｌ＋、乗員数が４人の時のドライバーが操舵に要す
る力はＴｘ　　ＫｔＩｚである。ここに、Ｋ丁はモータ
トルク定数である。そして、従来の装置では、Ｔ、−に
ア　Ｉ、≠Ｔ、−ＫＴ　Ｉ、であるため、乗員数により
ドライバーが操舵に要する力が異なり、ハンドルの操作
フィーリングが異なるものとなっていた。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる従来例の有する問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、乗員数や荷物の有無により
前輪にかかる車輌重量が異なってもドライバーの操舵フ
ィーリングをほぼ同一にすることが可能な電動式パワー
ステアリング装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ステアリングハンドルの転舵操作時の操舵ト
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、前記両センサの出力値に応じてアシストモータ
のモータ電流を増減、或いはオン・オフ制御する主制御
部とを備え、アシストモータの出力にて操舵トルクに応
じた操舵方向へのパワーアシストを行う構造の電動式パ
ワーステアリング装置において、主制御部に、車高の変
動を検出する車高センサを併設し、主制御部が、車高セ
ンサの出力により所定の基準に基づき前輪にかかる車輌
重量と路面摩擦抵抗を推定する路面摩擦抵抗推定機能部
と、予め内部メモリに記憶された所定の関係を満足する
路面摩擦抵抗値毎のトルクセンサ出力−指令電流マツプ
群から推定された前記路面摩擦抵抗に対応したマツプを
選択するマツプ選択機能部と、車速センサ、トルクセン
サ及びマツプ選択機能部で選択されたマツプに基づきア
シストモータの指令電流値を決定する目標電流決定機能
部とを含んで構成されるとともに、当該車輌の車速か零
になる度毎に、路面摩擦抵抗推定機能部とマツプ選択機
能部とが機能するという構成を採っている。これによっ
て、前述した目的を達成しようとするものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。

第１図には、本発明の一実施例の全体的な回路構成が示
されている。

この実施例は、全体的には、前述した従来例と同様に構
成されているが、制御部１０に車高センサＩＩＡ、ＩＩ
Ｂの出力が接続されている点に特徴を有する。

これらの車高センサＩＩＡ、ＩＩＢは、車高の変動を検
出し、検出値に応した電圧信号をそれぞれ出力するもの
で、実際には、それぞれ左右の前輪に装備されている。

これらの車高センサ１１Ａ。

１１Ｂの出力はステアリングシャフトに入力される操舵
トルクを検出するトルクセンサ１２の出力とともに、Ａ
／Ｄ変換器２を介して主制御部１の入力回路３に入力さ
れるようになっている。更に、この入力回路３には、車
速センサ１３の出力信号も入力されるようになっている
。そして、これらの各信号は入力回路３で所要の処理を
施されて主制御部１に入力されるようになっている。

この主制御部１は、第１図では、説明の便宜上、機能ブ
ロックで示されているが、実際には、マイコン等で構成
される。この主制御部１は、後述する手法により、車高
センサＩＩＡ、ＩＩＢの出力により前輪にかかる乗員、
荷物を含めた車輌重量を推定し、路面摩擦抵抗を推定す
る路面Ｗｌｌ低抵抗推定機能部Ａと、この推定結果によ
り後述するトルクセンサ出力−指令電流マツプ群から路
面摩擦抵抗に対応したマツプを選択するマツプ選択機能
部ＩＢと、車速センサ１３．トルクセンサ１２及びマツ
プ選択機能部ＩＢで選択されたマツプに基づきアシスト
モータ１４の指令電流値を決定する目標電流決定機能部
ＩＣとを備えている。

そして、この目標電流決定機能部ＩＣで決定されたアシ
ストモータ１４の指令電流値に応じて、次段の出力回路
４を介して次のような制御が行われるようになっている
。即ち、この出力回路４を介して出力された指令電流値
信号はＤ／Ａ変換器５を介してパルス幅変調回路（ＰＷ
Ｍ回路）１５に与えられ、当該パルス幅変調回路１５で
は、アシストモータ１４に併設された電流センサ１６の
検出電流に応じて正逆転駆動回路１７を介してアシスト
モータ１４をデユーティ制御するようになっている。ま
た、主制御部ｌから出力される指令電流値がほぼ零の場
合（第２図参照）には、出力回路では１ｉｔｔｔクラツ
チ１８をオフする信号を出力する。これにより、電磁ク
ラッチ１８が「オフ」となり、いわゆるマニュアルステ
アリングになる。

更に、出力回路４から指令電流値に応じて正逆転駆動回
路１７に正転・逆転指令信号が出力されるようになって
いる。

次に、本発明の特徴である車高センサを用いた車輌重量
の推定、ハンドル操作抵抗の推定の原理及び、これ、に
基づいたモータ制御原理について説明する。

ここで、車高センサ値としては、左右前輪の車高センサ
ＩＩＡ、ＩＩＢの出力値の平均値を使用するものする。

■まず、車高センサ値と前輪にかかる乗員、荷物を含ん
だ車輌重量との関係を予め実験により調べておき、この
関係をマツプに作成しておく。

路面摩擦抵抗率μを一定値と仮定すると、路面摩擦抵抗
Ｄ＝μＭとして推定される。

■ハンドル操作抵抗の大部分は路面摩擦抵抗であると仮
定すると、ハンドル操作抵抗Ｔ、は、Ｔ、％ζμＭｄθ
／ｄｔ　　　　　　　　・・・・・・■であられせる。

但し、θはタイヤ転舵角度である。

■このＴｆｉがトルクセンサ出力に等しいものとみなし
て、前輪にかかる車輌重量の変動にかかわりなくドライ
バの操舵力を一定になるようにアシストモータのモータ
電流を制御しようとするものである。

例えば、車高センサ値より前輪にかかる車輌重量が３５
０ｋｇと４５０ｋｇの場合（軽自動車の場合）を考える
。

第２図には、前輪にかかる車輌重量が３５０）ｃｇの場
合のトルクセンサ出力−指令電流マツプが実線で、前輪
にかかる車輌重量が４５０ｋｇの場合のトルクセンサ出
力−指令電流マツプが点線で示されている。

３５０ｋｇの場合、トルクセンサ出力Ｔ１は、Ｔ、＝３
５０Ｘμｄθ、／ｄｔ　　　　・・・・・・■である。

指令電流■１によるアシストトルクは、Ｔ、’　　＝に
、１．　　　　　　　　　　　　　・・・・・・■であ
る。但し、μは仮定路面摩擦抵抗率、Ｋｒはモータトル
ク定数、θ１はタイヤ転舵角である。

従って、ドライバが加えるトルクＴ　４１はＴ□＝Ｔ、
−Ｔ。

＝３５０　Ｘμｄθ、／ｄｔ−Ｋｔｌ、・・・・・・■
である。

４５０ｋｇの場合、同様にして、ドライバが加えるトル
クＴｄｚは、 Ｔ、、＝Ｔ、−に、Ｉ、 ＝４５０　ｘμ　ｄθ、／ｄｔ−にア　ｌｂ　・・・・
・・■となる。

ここで、第２図の実線の傾きをｋとすると、Ｔ□＝Ｔ、
−Ｔ、” ＝３５０　　ｘμ　ｄθ−／ｄｔ　　　ＫＴ　　Ｉ−と
表せる。ここに、１．＝ｋ　（Ｔ、−Ｔ、）である。

同様に、点線の傾きをに゛　とすると、Ｔｄ□＝４５０
μθ、−ＫＴｋ”（４５０μθ、−Ｔ、）と表せる。従
って、Ｔ、、＝Ｔ、ｚとするには、点線の傾きに゛が、 ３５０　μθ、−に、Ｔ。

１００　　μθ１ ＋ ・・・・・・■ ４５０　　μθ、−ＫＴ　Ｔ。

を満足すればよい。このような２種類のトルクセンサ出
カー指令ｉｆ流マツプを使用すれば、Ｔ、　−ＫＴ　　
Ｉ、（Ｄ）　：Ｓ：Ｔ、−に、１．（Ｄ）・旧・・■が
成立する。

同様にして、任意の車輌重量Ｍについて、３５０μθ、
−にアＴ０ Ｋ　　＝ Ｍμθ、−ＫＴ　Ｔ。

（Ｍ−３５０）　　μθ１ ＋　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・■Ｍμ
θ、　　　ＫｙＴｔ＋ を満足するような傾きＫの傾斜直線部を有するトルクセ
ンサ出力−指令電流マツプを定めることができる。

本実施例では、上記０式の条件を満たす車輌重量毎、即
ち、路面摩擦抵抗毎のトルクセンサ出力−指令電流マツ
プ群が主制御部１の内部メモリに記憶されているものと
する。

次に、主制御部１の制御機能を第３図のフローチャート
を参照しつつ説明する。

第３図（１）の初期設定プログラムについて説明する。

エンジン始動に際し、イグニションスイッチがｒＯＮ　
（オン）コされると、主制御部１に、Ａ／Ｄ変換器２．
入力回路３を介して車高センサ１１Ａ、１１Ｂの出力信
号が入力される（ステップ５１０１）、すると、主制御
部１の路面摩擦抵抗推定機能部ＩＡでは上述したように
して、車高センサ値から前輪にかかる車輌重量を推定し
く５１０２）、路面摩擦抵抗を推定する（３１０３）。

次いで、主制御部１のマツプ選択機能部ＩＢでは、車輌
重量、即ち、路面摩擦抵抗に対応したマツプを予め内部
メモリに記憶されたマツプ群から選択する（Ｓ１０４）
。

次に、第３図（２）のメインルーチンについて説明する
。

車輌が走行を開始し、ステアリングハンドルが転舵操作
されると、トルクセンサ１２が操舵トルク（ハンドル操
作抵抗）を検出し、これに対応する電気信号（トルクセ
ンサ出力信号）が主制御部１に入力される（ステップ５
２０１）。すると、主制御部１の目標電流決定機能部Ｉ
Ｃでは、上記ステップ５１０４で選択されたマツプに基
づき指令電流を決定しく３２０２）、この指令電流を出
力回路４に出力する（３２０３）。この結果、前述した
ようにして、アシストモータ１４のデユーティ制御、！
磁りラッチ１８のオン・オフ制御が行われ、ハンドル操
舵力のパワーアシストが従来と同様に行われる。このメ
インルーチンの制御動作は、微小時間Δを毎に繰り返し
行われる。

ここで、車輌が停車して車速センサ１３の出力が零にな
ると、割り込み開始条件が満足され、第３図（３）で示
す割り込み処理のサブルーチンに移行する。

割り込み開始後、車高センサＩＩＡ、ＩＩＢの出力信号
が主制御部１に入力される（ステ・ンプ５３０１）。す
ると、主制御部１の路面摩擦抵抗推定機能部ＩＡでは、
車高センサ値から前輪にかかる車輌重量を推定しく３３
０２）、路面摩擦抵抗を推定する（Ｓ３０３）、次いで
、主制御部１のマツプ選択機能部ＩＢでは、車輌重量、
即ち、路面摩擦抵抗に対応したマツプを予め内部メモリ
に記憶されたマツプ群から選択する（Ｓ３０４）。

そして、車速センサ１３の出力が零の割り込み条件が満
足されている間、一定時間毎に、ステ・ンプ３３０１〜
５３０４の処理が繰り返される。その後、車輌が再び走
行を開始し、車速センサ１３の出力が零でなくなると、
割り込みが終了し、メインルーチンに戻り、上記と同様
の制御プログラムが繰り返される。

以上説明したように、本実施例によると、車輌走行開始
前の初期時及び走行開始後車輌が停車する度毎に、車高
センサの出力値に基づき前輪にかかる車輌重量の推定及
び路面摩擦抵抗の推定が行われ、これに対応するトルク
センサ出力−指令電流マツプが選択されるので、走行開
始時の乗員数。

荷物の重さに関わりなくドライバーの必要な操舵トルク
がほぼ一定となるようにすることができるばかりでな（
、走行開始後途中での人間の乗り降り、荷物の積卸しが
あった場合であっても乗員数。

荷物の重さに関わりなくドライバーの必要な操舵トルク
がほぼ一定となるようにすることができる。

なお、上記説明では、軽自動車の場合を例にとって説明
したが、本発明は普通乗用車（普通車）その他の自動車
にも勿論適用できるものであり、それらの場合には、上
記０式における推定重量３５０ｋｇは適当な値に変更さ
れることとなる。また、上記実施例では、車高センサを
左右前輪にそれぞれ設け、車高センサ値として両者の平
均値を使用する場合を例示したが、必ずしも車高センサ
を２つ設ける必要はなく、一つ或いは３つ以上設けても
よい。更に、上記説明におけるトルクセンサ出力−指令
電流マツプに換えて、推定車輌重量、路面摩擦抵抗毎の
トルクセンサ出力−指令電流の関係式を用いても同様な
ことは可能である。

〔発明の効果］ 本発明は、以上のように構成され機能するので、これに
よれば、主制御部の路面摩擦抵抗推定機能部とマツプ選
択機能部とが、当該車輌の車速が零になる度毎に機能す
ることから、車輌走行開始前の初期時及び走行開始後車
輌が停車する毎に、車高センサの出力値に基づき前輪に
かかる車輌重量の推定及び路面摩擦抵抗の推定が行われ
、これに対応するトルクセンサ出力−指令電流マツプが
選択される。このため、目標電流決定機能部により車速
センサ、トルクセンサ及びマツプ選択機能部で選択され
たマツプに基づきアシストモータの指令電流値が決定さ
れ、これに応じてアシストモータが制御されることから
、走行開始時ばかりでなく、走行開始後途中での人間の
乗り降り、荷物の積卸しがあった場合であっても乗員数
、荷物の重さに関わりなくドライバーの必要な操舵トル
クがほぼ一定となるようにアシストモータによる補助繰
舵力が増減変更される。従って、乗員数、荷物の重さに
関わりなくドライバーのステアリングハンドルの操作フ
ィーリングをほぼ一定にすることができるという従来に
ない優れた電動式パワーステアリング装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路部の全体的な構成を示
すブロック図、第２図は第１図の実施例で用いられるト
ルクセンサ出力−指令電流マツプを示す説明図、第３図
は第１図の主制御部の主要な制御プログラムを示すフロ
ーチャート、第４図は従来の速度感応型電動式パワース
テアリング装置の構成を示す説明図、第５図は従来装置
におけるトルクセンサ出力−指令電流マツプを示す説明
図である。 １・・・・・・主制御部、ＩＡ・・・・・・路面摩擦抵
抗推定機能部、ＩＢ・・・・・・マツプ選択機能部、Ｉ
Ｃ・・・・・・目標電流決定機能部、ＩＩＡ、ＩＩＢ・
・・・・・車高センサ１２・・・・・・トルクセンサ、
１３・・・・・・車速センサ、１４・・・・・・アシス
トモータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、ステアリングハンドルの転舵操作時の操舵トル
   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、前記両センサの出力値に応じてアシストモータの
   モータ電流を増減、或いはオン・オフ制御する主制御部
   とを備え、 前記アシストモータの出力にて操舵トルクに応じた操舵
   方向へのパワーアシストを行う構造の電動式パワーステ
   アリング装置において、 前記主制御部に、車高の変動を検出する車高センサを併
   設し、 当該主制御部が、前記車高センサの出力により所定の基
   準に基づき前輪にかかる車輌重量と路面摩擦抵抗を推定
   する路面摩擦抵抗推定機能部と、予め内部メモリに記憶
   された所定の関係を満足する路面摩擦抵抗値毎のトルク
   センサ出力−指令電流マップ群から推定された前記路面
   摩擦抵抗に対応したマップを選択するマップ選択機能部
   と、前記車速センサ、トルクセンサ及び前記マップ選択
   機能部で選択されたマップに基づき前記アシストモータ
   の指令電流値を決定する目標電流決定機能部とを含んで
   構成されるとともに、当該車輌の車速が零になる度毎に
   、前記路面摩擦抵抗推定機能部とマップ選択機能部とが
   機能することを特徴とした電動式パワーステアリング装
   置。