JPS61215166A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、自動車などにおけるパワーステアリング装置
に係り、特に操舵フィーリングに優れたパワーステアリ
ング装置に関する。

〔発明の背景〕

ユーザ一層が多岐にわたる自動車などにおいては、大形
車から小形車までパワージチアリングの装備が広く行な
われており、疲労の軽減とそれによる安全運転の確保に
役立っている。　　　　′ところで、このパワーステア
リング装置としては、従来から主として液圧式のものが
用いられている。しかして、近年にいたり、制御内容の
豊富さや省エネルギー面での効用に着目して電動式のパ
ワーステアリング装置が実用に供されるようになってき
た。

そして、この電動式のパワーステアリング装置において
は、それに用いる電動式のアクチュエータに要求される
大きな操作力を得るため、このアクチュエータとして電
動機を用い、その出力を減速して最終的な補助操舵用の
操作力を得る方式のものが主として採用されるようにな
っている。

しかして、この結果、従来の電動式パワーステ　、、、
−アリング装置においては、補助操舵力が高速回転する
電動機により減速機構を介して与えられるこ′とから、
この電動機の慣性と、減速機構の出力側から電動機をか
ら回しする場合に与えられる大きな摩擦抵抗とによって
操舵フィーリング上極めて好ましくない特性が、操舵ハ
ンドルの操作に現われてしまうという欠点があった。

このうち、電動機の慣性により操舵ハンドルを操作した
ときに現われる。操舵フィーリング上好ましくない特性
については、例えば特開昭５５−７６７６０号公報など
で提案されているように、電動機の制御に微分特性を与
える方法が考えられ、かなりの操舵フィーリング改善効
果が期待される。

しかしながら、この方法では、微分回路などを余分に必
要とし、微分特性の付与はさらにノイズに対する新たな
配慮を必要とすることになってコストアップとなり易く
、上記した摩擦抵抗による操舵フィーリングの悪化につ
いては何らの改善効果が期待できず、全体としては充分
な操舵フィーリングの改善を得ることができない。なお
、この摩擦抵抗による操舵フィーリングの悪化は、舵角
がゼロ（中立位置）以外のときに本来現われるべき筈の
復元力の著しい低下、ないしは消滅という形で現われる
ものである。

また、ハンドルに操舵力を加えた場合、モータによって
アシスト力を付加する訳であるが、モータには慣性があ
るため、モータの回転数の２乗に比例するモータの慣性
エネルギーを付加してやらないとモータを加速するため
には運転者がハンドルの操舵力でひっばってやらなけれ
ばならないし、停止するときは運転者がハンドルを介し
て止めでやらなけれはならない。特にハンドルを早く廻
してやろうとするとモータの必要回転数に達する址での
時間が負荷と力９手にショックを感じる。この負荷分を
補償するために前述の如く微分を用いた制量回路がある
。ところが、この方法によるとモータに必要な加速・減
速の工坏ルキーを考慮していガいため転舵速度によって
補償されるエネルギーが不足するという欠点を有してい
る。

〔発明の目的〕

本発明は、ハンドルの操舵スピードに充分に追従するこ
このできる電動パワーステアリング装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明は、モータの回転数に応じたモータ加減速関数を
設け、ハンドル操舵力の増加減少に対し該関数を用いて
モータ速度側間することによりハンドルの操舵スピード
に充分に追従することができるようにしようというもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明によるパワーステアリング制御装置を、図
示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明を自動車用電動パワーステアリングシス
テムに適用した場合の一実施例で、１は操舵ハンドル（
以下、単にハンドルという）、２はハンドル軸、３はピ
ニオン、４はラック、５は転向用のタイヤ（車輪）、６
はトルクセンサ、７はパワーアシスト用の電動機、８は
減速機構、９はビニオン、１０は舵角センサ、１１は制
御装置である。々お、Ｂは電源用のバッテリである。

この実施例は、いわゆるラック＆ピニオン方式のもので
、運転者によってハンドル１に与えられた操舵力はハン
ドル軸２からビニオン３を介してラック４に伝達され、
タイヤ５を所定の舵角に動かす。

トルクセンサ６は、ハンドル１を運転者が回動させたと
き、このハンドル１からハンドル軸２を介してピニオン
３に与えられるトルクを検出し、そのトルクの大きさを
表わす信号τを発生する働きをするもので、例えば、ハ
ンドル軸２に取付けた歪ゲージもしくはハンドル軸２に
ねじれバネ機構を設け、このねじれ量を検出する可変抵
抗器などから構成されたもので、例えば第２図に示すよ
うな特性のものとなっている。

電動機７は歯車装置などからなる減速機構８とビニオン
９を介してラック４に補助操舵力を与える電動式のアク
チュエータとして動作する。

舵角センサ１０はタイヤ５の舵角（転向角〕を検出し、
自動車が直進状態、っまシタイヤ５の転向角が中立の位
置にあるときの舵角をゼロとして、例えば第３図に示す
ような特性にしたがって舵角を表わす信号θを発生する
働きをするもので、タイヤ５０転向に伴なって回動する
部材の回動角を検出する可変抵抗器などからなるロータ
リーエンコーダや、直線運動をする部材の動きを検出す
るりニヤーエンコーダなどで構成されたものである。

このパワーステアリング装置に用いられる電動機７は、
第４図に示す如きトルク−回転数特性を有している。電
動機７の電機子電流■が大きいときは回転数に対してト
ルク特性は第４図Ｃ，Ｄ→Ｆ→Ｇとなる。また、電機子
電流Ｉが小さいときは１回転数に対してトルク特性は、
Ｅ→Ｆ、Ｇとなる。

この電動機７の電機子電流■と回転数、トルクこの特性
は第５図に示す如きものとなっている。

第６図は制御装置１１の一実施例で、トルク関数回路２
１、復元力関数回路２２、加速・・制動判定回路２３、
加速関数回路２４、制動関数回路２５、切換判定回路２
６、トルク通流率変換回路２７、チョッパ制御回路２８
、電動機制御回路２９、ロック検出回路３０から構成さ
れている。

次に、動作について説明する。

運転者によってハンドル１が操作され、ハンドル軸２に
トルクが与えられると、それが第２図の特性にしたがっ
てトルクセンサ６によって検出され、トルク信号τが出
力される。

このトルク信号τはトルク関数回路２１、トルク通流率
変換回路２７を介してチョッパ制御回路２８に入力され
、そのときの絶対値に対応したデユーティ比のパルス信
号ＣＰに変換されて電動機制御回路２９に入力される。

このとき、切換判定回路２６では、そこに入力された信
号の正負に応じて右回転信号Ｒ又は左回転信号りのいず
れか一方を出力し、これらの信号Ｒ，Ｌを電動機制御回
路２９に入力する。

なお、トルクセンサ６から発生されるトルク信号τの極
性は例えばノ・ンドル１を右回り（時計方向）に回動し
たときに現われるトルクに対して正極性となり、左回り
（反時計方向）に回動させたときに現われるトルクに対
しては負極性となるようにしであるものである。従って
、トルク信号τが正となっているときには、自動車は右
に転向し、負となっているときには左に転向することに
なる。

次に、トルク関数回路２１について説明する。

このトルク関数回路２１は、第７図（５）に示す如き補
正トルク出力特性ａ、ｂになるように電動機７の回転数
に応じて補正分のトルク値を出力するものである。この
出力特性ａは電動機７のハンドル操作スピードが大きい
ときで、第７図（５）のｂがハンドル操作スピードが小
さい場合である。なお、第７図（Ａ）のＣは従来の微分
による補正値を示している。このような補正トルク値を
加算してやると、第７図（ＢＪのａに示す如く操舵力を
加えたときに電動機７の慣性を充分補償することができ
る。第７図（Ｂ）のＣは従来の微分法による操舵力特性
であシ、ハンドル操作スピードにより異なる慣性の影響
を除去することができない。

第８図には、電動機制御回路２９の一実施例が示されて
おり、２個のパワートランジスタＴＲＩ。

ＴＲ２（以下、単に’Ｉ”Ｒ１，ＴＲ２と称する）と、
フリーホイールダイオードＤＩ、Ｄ２とから構成されて
いる。ＴＲＩには左回転信号りとパルス信号ＣＰの論理
積による信号が、そしてＴＲ２には右回転信号Ｒとパル
ス信号ＯＰの論理積による信号がそれぞれ供給されるよ
うになっており、これにより、右回転信号Ｒが現われて
いるとき、っまり１ルク信号τが正極性となっていたと
きＫはＴＲ２がオンし、電動機７には図の矢印方向に電
流が供給され、この電流の大きさはパルス信号ＣＰのデ
ユーティ比で制御されるようになる。また、トルク信号
τが負極性で左回転信号Ｉが現われているときには、Ｔ
ＲＩがオンし、電動機７には図の矢印と反対の方向に電
流が供給され、このときの電流値は同じくパルス信号Ｃ
Ｐのデユーティ比で制御されることになる。

そして、これらいずれの場合でも、電動機７に流れてい
る電流の大きさが電流検出器によって検出され、フィー
ドバック電流信号としてチョッパ制御回路２８に供給さ
れるようになっており、これによりトルク通流率変換回
路２７から与えられている信号に対応した電流が電動機
７に正確に供給されるようにするためのフィードバック
ループが形成されるようになっている。

なお、ダイオードＤＩ、Ｄ２は１１Ｒ１又はＴＲ２がパ
ルス信号ＣＰによってチョッパ制御されオフしたときの
環流路を与える働きをするものである。

従って、運転者がノ・ンドル１を操作すると、そのとき
加えられた操作力（操舵力）の方向とその大きさに応じ
て所定値の電流が所定の方向から電動機７に供給され、
これにより電動機７が発生するトルクがビニオン９から
ラック４に与えられ、補助操舵力となるため、パワース
テアリング装置としての機能が得られることになる。

ところで、運転者がハンドル１を操作したときに必要な
操舵力の大きさは、あまシ小さくても運転しずらくなり
、このため、経験上などから、トルクセンサ６の信号τ
に対して第６図のようなオフセットをもった高次関数特
性をもって補助操舵力、つまり電動機７の電流値が定ま
るようにしてやるのが操舵フィーリング上好ましいこと
が知られている。

そこで、このために設けられているのがトルク関数回路
２１で、入力信号に対して第９図の特性にしたがった出
力信号を発生するようになっている。なお、実際には、
第９図のような滑らかな特性を与えるような関数回路は
コストアップとなったり、実現が不可能となったりする
ので、例えば第１０図のような折線近似によるトルク関
数回路２１を用いるようにしてやればよい。また、この
折線近似に代えて第１１図に示すような階段近似による
ものを用いても実施可能である。

次に、タイヤ５を転向させるために必要な力、いわゆる
操舵力は、タイヤと走行路面の間での転向方向での摩擦
抵抗によって決まるが、この摩擦抵抗は車速によって変
化し、高速になるにつれて減少する。従って、この操舵
力は車速が小さいとき程大きくなり、通常、据え切りと
呼ばれる車速が零のときには極めて大きくなってほとん
どノ＼ンドル操作が不可能なくらいになる。

しかして、実用上からは、自動車の車庫入れや縦列駐車
を行なうときには、この据え切り操作が必要である。

一方、高速時にハンドル操作力が小さくなるとむしろ危
険になるので、高速時には補助操舵力を小さくするか、
或いは与えないようにするのが望ましい。

そこで、このためにトルク関数回路２１において、車速
センサ２０から車速信号υを入力し、トルク信号τに対
して所定の演算処理を施して第１２図に示すようにトル
ク関数回路２１で与えられる特性のオフセットの幅が車
速信号υに応じて広くなるようにしている。

ところで、電動機７を逆方向にかけるブレーキトルク、
すなわち逆制動トルクと電動機７０回転数この関係は第
１３図に示す如き特性となっている。すなわち、電動機
７０図転数が大きい程逆制動トルクは犬きくなる。した
がって、ハンドルを操作しである位置にとめる力（電動
機に制動を加えて止めるときのトルク）が電動機７の回
転が大きい程高く必要である。また、電動機７の回転数
に対する加速トルク値が第１４図に示されており、電動
機回転数が小さいと加速トルクを大きくする必要がある
。

次に第６図図示復元力関数回路２２について説明する。

この復元力関数回路２２は、タイヤ５に対して元に戻す
力（復元力）を与えるための電動機７の制御信号を出力
する回路である、戻りトルクと舵角（舵角センサ出力）
この関係は、第１５図に示す如きである。すなわち、舵
角が大きければ大きい程復元するためのトルクを大きく
必要とする。この復元特性は、パワーステアリングを設
けた操舵システムの操舵フィーリングを決める大きなポ
イントである。

即ち、自動車の操舵システムには、転向車輪のキャスタ
効果などを利用して復元特性を与えるようにしているの
が一般的で、このためハンドル操作により所定の舵角を
与えたあとは、この復元特性によりハンドルに与えられ
る復元力を利用した運転操作が広く行なわれ、これが良
好な操舵フィーリングを与えるポイントとなっており、
従って、パワーステアリングの装備によっても、この復
元力を損なわないよう圧しなければならないのである。

また第６図のロック検出回路３０は、トルクセンサ６の
出力に対［７て舵角センサ１０からの出力がない場合を
検出するもので、この検出がされるとクラッチ８の電磁
弁をＯＦ’Ｆする。

次に本発明の実施例に係るアシストトルク演算の動作に
ついて説明する。

第１６図には、アシストトルク演算のフローチャートが
示されている。このフローチャートは、１０　ｍ５ｅｃ
　毎のタイマ割込みによって処理される。

ます、ステップ１００において、トルクセンサ６の前回
の値ＴＯＬＤを読み出し、ステップ１０１において、現
在のトルクセンサ６からの出力値ＴＮ　ＥＶを取り込む
。次に、ステップ１０３において、ＴＯＬＤとＴＮＥＷ
六を比較して、ドルクセ／す６の出力値の増加分ΔＴが △Ｔ　＝　ＴＮＥＷ　−ＴＯＬＤ 一定値以上か否かを判定する。このステップ１０３にお
いて、ドルクセ／すの増加分が一定値より大きいと判定
するとステップ１０４において舵角センサ１０から出力
されるた値の増加分が、トルクセンサ６の増加と時間的
に対応したある一定値より大きいか否かを判定する。こ
のステップ１０４において、舵角センサの増加分が一定
値以上でない場合はステップ１０８に移る。また、ステ
ップ１０４において、舵角センサの増加分が一定値以上
であると判定すると、ステップ１０５においてモータ加
速計算（第７図に示す如き特性となる加速］による加速
トルク計算を行いステップ１０８に移る。

一方、ステップ１０６において、トルクセンサの増加分
が一定値以上でないと判定すると、ステップ１０６にお
いて、トルクセンサの減速分が一定値以上か否かを判定
する。このステップ１０６においてトルクセンサの減速
分が一定値以上でないと判定するとステップ１０８に移
り、一定値以上であると判定すると、ステップ１０７に
おいてモータ減速度計算による減速トルク計算（第１３
図に示される逆制動トルク特性に対応した）を行ないス
テップ１０８に移る。次に、ステップ１０８において、
第１２図に示す如きアシストトルクの演算を行なう。

第１７図には、一連の動作をマイクロコンピュータを用
いたときのブロック図が示されている。

このときの処理のタスクスケジュールの割込フローチャ
ートが第１８図に示されている。

第１９図には具体的回路が示されている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によればハンドルの操舵ス
ピードに充分に追従することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパワーステアリング制−装置の一
実施例を示すシステム構成図、第２図はトルクセンサの
特性図、第３図は舵角センサの特性図、第４図は電動機
の回転数トルク特性図、第５図は電動機の電機子電流と
トルク・回転数特性図、第６図は本発明の実施例を示す
ブロック図、第７図は加速のときの補正トルク出力を示
す特性図、第８図は第６図図示電動機制御回路の詳細回
路図、第９図は高次関数特性の一例を示す特性図、第１
０図及び第１１図は高次関数特性に対する近似特性の説
明図、第１２図は本発明の一実施例によって与えられる
特性の一例を示す説明図、第１３図は電動機の回転数と
逆制動トルクの特性図、第１４図は電動機の回転数に対
する加速トルク特性を示す図、第１５図は復元力に関す
る特性図、第１６図はアシストトルク演算の動作フロー
チャート、第１７図はマイクロコンピュータを用いたと
きのブロック図、第１８図は処理のタイムスケジュール
を示すフローチャート、第１９図は第６図図示実施例の
具体的回路図である。 １・・・操舵ハンドル、２・・・ハンドル軸、３．９・
・・ビニオン、４・・・ラック、５・・・タイヤ、（転
向車輪）６・・・トルクセンサ、７・・・電動機、８・
・・減速機構、１０・・・舵角センサ、１１・・・制御
装置、２０・・・車速センサ、２１・・・トルク関数回
路、２２．２５・・・加算器、２４・・・加速関数回路
、２５・・・制動関数回路、２８・・・チョッパ制御回
路、２９・・・電動機制御回路、３０・・・ロック検出
回路。 代理人　弁理士　　鵜　沼　辰　之 第１図 第２図 辞力ｔＥ 第３図 坊カオＩｒ店９０） ＜　くべ くりへ 亀蛋妬 第７図 第８図 第９図 第１０図 ｅ：Ｊ！７＞ａｔ−池店子 第１１図 第１２図 第１３図 （σ−百） 第１４図 ｇ充ｐ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）操舵ハンドルに加えられた操舵力の所定の関数に
   したがつてモータを制御し、このモータにより補助操舵
   力を与えるようにした電動パワーステアリング装置にお
   いて、上記モータの回転数に応じたモータ加速関数を設
   け、ハンドル操舵力増加中に前記関数に従つて上記モー
   タの加速制御を行うようにしたことを特徴とする電動パ
   ワーステアリング装置。
2. （２）操舵ハンドルに加えられた操舵力の所定の関数に
   したがつてモータを制御し、このモータにより補助操舵
   力を与えるようにした電動パワーステアリング装置にお
   いて、上記モータの回転数に応じたモータ減数関数を設
   け、上記ハンドル操舵力が減少中に前記関数に従つてモ
   ータ減速制御をすることを特徴とする電動パワーステア
   リング装置。
3. （３）操舵ハンドルに加えられた操舵力の所定の関数に
   したがつてモータを制御し、このモータにより補助操舵
   力を与えるようにした電動パワーステアリング装置にお
   いて、上記ハンドルの舵角の大きさに応じた復元力関数
   を設け、前記ハンドルの復元力を前記関数に従つてハン
   ドルに加えるようにしたことを特徴とする電動パワース
   テアリング装置。