JPH01109170A - トルク制御装置 - 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〕 本発明）ｔ、、回転軸に与えられるトルクに応Ｃて。

それを補助する方向でトルクの増大が得られるようにし
たトルク制御装置に係り、特に、自動車用電動パワース
テアリングシステムに好適なトルク制御装置に関する。

〔従来の技術〕

運転者の疲労を軽減し、安全性を増すためＫ。

自動車などの操舵システムでは、いわゆるパワーステア
リングの適用が、かなり一般化しているが。

このシステムとしては、従来から油圧作動式のものが主
流であった。

しかして、近年、エンジンルーム内でのぎ装の面や、制
御内容の豊富化の見地から、補助操舵力の発生源として
電動機などの電動アクチュエータを用いた、いわゆる電
動パワーステアリングシステムが広く採用の機運にある
。

ところで、この電動パワーステアリング装置では、その
小屋化やぎ装が容易であるという利点を充分に活かすた
め、可能な限りユニット化するのが望ましい。

そこで、従来の装置では、特開昭５７−４７２５１号公
報に記載のように、補助操舵力発生用の電動機と、その
制御回路ユニットとを一体にしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、トルク検出用のセンサの取付けや、電
動機の発熱について配慮がされておらず。

センサと制御回路ユニット間でのコネクタや配線リード
の存在による信頼性の低下や、耐ノイズ性保持のための
付加的な素子の使用、および制御回路ユニットの温度上
昇対策などに問題があった。

本発明の目的は、ユニット化に伴う信頼性や耐ノイズ性
、それに耐熱性などに問題がなく、充分く小型化が図れ
、自動車用電動パワーステアリング装置などに適用して
取付性が良好なトルク制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、トルク検出用のセンサを非接触形とした上
で、とのセンサと制御回路ユニットとを一体化すること
により達成される。

〔作　用−〕・ センサと制御回路ユニットが一体になっているため、こ
れらの間での外付けの配線リードやコネクタなどが不要
で、ノイズを拾う虞れがほとんどなく、従って耐ノイズ
性に対する特別な配慮が不要になり、また、制御回路ユ
ニットが電動機に接していないので耐熱性についても問
題がなく、充分な信頼性が容易に得られる。

〔実施例〕

以下、本発明によるトルク制御装置について、図示の実
施例により詳細に説明する。

第１図は１本発明を、ラック−アンド・ピニオン方式の
自動車用電動パワーステアリングに適用した場合の一実
施例で、１はハンドル軸、２はピニオン軸、３はピニオ
ン、４はラック軸、５は電動機、６はピニオン、７は傘
歯車、８はトーションバー、９，１０はトルクセンサ用
の磁気ドラム。

１１はトルクセンサ用の磁気抵抗素子、１２は回路基板
、１３は１チツプマイコンなどを含む各種の制御回路素
子、１４はスイッチング用のパｒｙ−ＦＥＴ。

１５は放熱板、１６は内部接続リード、１７はコネクタ
、２（Ｈ−１センサ保持部、２１は電動機保持部、２２
はラック保持部、２３〜２６はベアリング、２７　、２
８はオイルシール、２９はダストシールであ、Ｓ。

ハンドル軸１には操舵ハンドルが取付けられ、これによ
りハンドル軸１に与えられた操舵トルクはトーションバ
ー８を介してピニオン軸２に伝達され、ピニオン３を回
転させ、ラック軸４を摺動させることにより操舵が行な
われる。

一方、電動機５０回転軸にはピニオンＧが取付けられて
おり、傘歯車７を介してピニオン軸２に結合され、トル
クが伝達されるようになっている。

従って、電動機５がトルクを発生すると、これがピニオ
ン軸２に与えられ、この結果、補助操舵力（パワーアシ
スト）が得られることになる。

磁気ドラム９，１０は周辺部に所定のピッチで着磁され
たドラムで、それぞれハンドル軸１の下端とピニオン軸
２の上端に取付けられている。従って、ハンドル軸１が
回動されると、これと一体になって回動すると共Ｋ、ハ
ンドル軸１からピニオン軸２に伝達されるトルクにより
トーションバー８にねじれが現われるため、磁気ドラム
９と１０の回転内位＠に変位が現われることになり、こ
わによりトルク検出が行なえるようになっている。

これら磁気ドラム９，１０と組合わされ、全体として非
接触形のトルクセンサを構成するための磁気抵抗素子１
１は１回路基板１２上の制御回路素子１３や放熱板１５
上のパワーＦＥＴ１４、さらにはコネクタ１７などから
なる制御回路ユニットＵと一体化され、ユニット化され
ており、この制御回路ユニットＵをセンサ保持部（セン
サハウジング）２０の所定の個所に取付けるだけで、磁
気ドラム９，１０に対して所定の位置関係が得られるよ
うになっている。

センサ保持部２０．電動機保持部２１、それにラック保
持ｍ２２はアルミダイカストなどで作られ、ベアリング
２３〜２６によりハンドル軸１とビニオン軸２を保持す
ると共に、制御回路ユニットＵや電動機５の取付部材と
もなり、さらにはビニオン３とラック軸４のギヤボック
スとしても機能し、かつ、全体をユニット化する働きも
する。

第２図は制御回路ユニットＵを含む電動機５の速度を表
わす車速信号Ｖとをマイコン１３Ａに取込んで演算し、
ロジック回路１３Ｂで信号処理し、ブリッジ接続されて
いるＦＥＴ１４Ａ−−１４Ｄをスイッチング動作させて
電動機５をチョッパ制御し、電流センサ１３Ｄの検出信
号により電流制御して所定の補助操舵力（トルク）が得
られるようにする。

このとき、バッチＩＩ　Ｂからの電力は、自動車のキー
スイッチＫによりオン・オフされ、電源回路１３Ｃで安
定化した５ｖと１５Ｖの電圧がマイコン１３Ａやロジッ
ク回路１３　Ｂ　Ｋ供給されるようになっている。また
、電動機５に対する電源はリレーＲの接点を介して供給
されるようになっており、異常時などにはリレーＲを解
放することによりオフにされるようになっている。

第３図はトルクセンサによる検出値に対するアシストト
ルク（補助操舵力）特性を示したもので。

車速をパラメータにとってあり、自動車の速度が大にな
る程、アシストトルクが減少するようになっている。

次に、第４図ないし第６図により、さらに詳細に説明す
る。

この実施例では、第４図から明らかなように、磁気抵抗
素子１１が、一方の磁気ドラム９に対応して設けられて
いる２組のブリッジ接続された磁気抵抗素子ＩＡＩ〜Ｉ
Ａ４、ＩＢＩ〜ＩＢ４と、他方の磁気ドラム１０に対応
して設けられている２組のブリッジ接続された磁気抵抗
素子２Ａ１〜２Ａ４．２Ｂ１〜２Ｂ４の計４組の素子で
構成されている。

そこで、いま、操舵ハンドルが操作され、ハンドル軸Ｉ
Ｋ成る値のトルクが加えられて回転されたとする。

そうすると、磁気ドラム９に対応した方の一方の磁気抵
抗素子ＩＡＩ〜ＩＡ４によるブリッジからは第５図の電
圧ｅＡｌが、そして、他方の磁気抵抗素子ｌＢ１〜ＩＢ
４からなるブリッジからは電圧ｅＲ＋がそれぞれ発生す
る。

これらの電圧ｅＡｌとｅｌｌｌとは９０囃相が異なって
発生されるよう罠なっているため、ノ・ンドル軸１の回
転角の成る位置を基準点Ｏとしたとき、この基準点Ｏよ
りの回転角θ、は、θＨ＝　ｔａｎ　　（ｅ　ｎｌｅ　
Ａｌ　）で求められる。

また、磁気ドラム１０に対応する一方の磁気抵抗素子２
Ａ１〜２Ａ４で構成゛するブリッジからは電圧ｅＡｔが
発生し、他方、磁気抵抗素子２Ｂ１〜２Ｂ４で構成する
ブリッジからは電圧ｅａｔが発生する。これらの電圧ｅ
　Ａｔ’とｅＢ、も、やはり９０°位相が異なり、基準
点Ｏより回転角θ、だけセンシング位置が回転している
。従って、ここでの回転角θ。

は、θ１＝ｔａｎ　　’（ｅ　ｉｔ　／ｅ　Ａｔ　）　
テ求め６ｔする。

一方、ハンドル軸１とビニオン軸２との間はトーション
バー８で結合されているから、これらの軸間でトルクが
伝達されると、このトルクの大きさによって磁気ドラム
９．１０間に回転角の差がθとして現われ、θ＝θＩ−
６となる。

従って、この回転角の差θによりトルクτを検出するこ
とができ、 τ＝にθ＝Ｋ（θ、−θｔ） としてトルクを求めることができる。ここで、Ｋはトー
ションバー８の剛性などで定まる定数である。

そこで、マイコン１３Ａは、第６図に示す割込処理にて
、０．２〜０．５　ｍ　ｓ毎に電圧ｅＡ＋　ｒｅＢ＋　
＋ｅＡＩ　ＩｅＢ、をサンプリングして取込み、回転角
θ１．θ、の演算、トルクの計算、トルクの符号による
右回転、左回転の判別、トルクに対するＩＭＬ３゛マツ
プの検索、車速補正係数ｋｖによるＩＭＣの計算を行い
、更に、ＩＭＣの指令を８ビツトのデジタルデータとし
てＤ／Ａ変換器４４に出力する。このとき、オペアンプ
４０〜４３は電圧ｅＡｌ〜ｅ！ｌｔを取込むための増幅
器を構成し、マイコン１３Ａは、内部でＡ／Ｄ変換して
取込む。一方、車速信号Ｖは入力フィルタＦを介して、
マイコン１３Ａに取込まれカウントされる。

こうして、マイコン１３Ａで第６図に示す通り処理され
、Ｄ／Ａ変換器４４に入力されてアナログ化された信号
は、続いて偏差増幅器４５の非反転入力となり、他方、
電流センサ１３Ｄで検出した電動機５の電流信号は、偏
差増幅器４５の反転入力となり、これらの偏差出力がパ
ルス幅変調信号発生器（ＰＷＭ）４６の入力となる。そ
して、ＰＷＭ４６の出力は、右、左の判別出力信号ｒ、
Ｌとのアンドを取るため、プント回路４７　、４８を通
してからＦＥＴ１４Ａ、１４Ｄの入力となる。

他方、ＦＥＴ１４Ａ、１４Ｃは、ゲート電圧が不足しな
いよう電源回路１３Ｃにて１５Ｖの電源を作り、これを
ドライブ用ＦＥ７４９．５０を介して供給し、オン、オ
フしている。なお、インバータ５１　、５２はバッファ
用である。

従って、この実施例によれば、制御回路ユニットＵと磁
気抵抗素子１１とが一体になり、ユニット化されている
ため、外部配置ｊ　ＩＪ−ドが不要で、組立も簡単にな
り、ノイズを拾う確率も少く、小形で高い信頼性を得る
ことができる。

また、この実施例によれば、制御回路ユニットＵが電動
機５などの高温になる虞れのある部分に接触していない
から、温度管理上の問題がない上、アルミダイカストな
どからなる比較的熱放散の良好なセンサハウジング（セ
ンサ保持部２０）に直接、制御回路ユニットＵが取付け
られているから、冷却用のフィンなどが小形にでき、場
合によっては省略できるため、軽量化が容易である。

さらに、この実施例によれば、電動機５も含め　・てパ
ワーステアリング装置のほとんどの機構部分がセンサ保
持部２０と電動機保持部２１、それにラック保持ｉ２２
により一体化されているため、コンパクトで自動車のエ
ンジンルーム内でのぎ装も容易になり、充分なローコス
ト化が図れる。

加えて、上記実施例によれば、トルクセンサとして、４
組のブリッジ接続された磁気抵抗素子ＩＡ１〜２Ｂ４を
用いているため、信号検出が確実で信頼性が高いという
効果がある。

なお、本発明は、トルク検出が非接触で行なえるものな
ら、上記した磁気抵抗素子と磁気ドラムを用いたセンサ
に限らず、どのようなトルクセンサによって実施しても
よいことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、信頼性を低下させることなく、全体の
ユニット化を充分に行なうことができるから、トルク制
御が確実で、しかも小型のトルク制御装曾をローコヌト
で容易に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

１ｆＷ１図は本発明によるトルク制御装置をｍ＃ｈパワ
ーステアリング装置に適用した一実施例を示す一部断面
図、第２図は制御回路ユニットのブロック図、？（￥３
図は制御特性図、第４図は制御回路１ニツトの回路図、
第５図は動作説明用の波形図、第６図は動作説明用のフ
ローチャートである。 １・・・・・・ハンドル軸、２・・・・・・ビニオフｆ
ｎＪ、３・・・・・・ビニオン、４・・・・・・ラック
軸、５・・・・・・電動機、６・・・・・・ビニオン、
７・・・・・・傘ｔ４ｔｊｆ、８・・・・・・トーショ
ンバー、９，１０・・・・・・磁気ドラム、１１・・・
・・・磁気抵抗素子、１２・・・・・・回路基板、１３
・・・・・・制御回路素子、１４・・・・・・パワーＦ
ＥＴ％Ｕ・・・・・・制御回路ユニット。 第１区 第２図 に 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の回転軸に沿つて伝達されるトルクを検出し、
   この検出結果に応じて上記回転軸のトルク出力側に付与
   すべき補助トルクを制御する方式のトルク制御装置にお
   いて、上記トルクを検出するための非接触形センサ手段
   と、上記補助トルクを制御するための電子制御回路とを
   一体に形成し、上記回転軸を保持する同定部材に取付け
   たことを特徴とするトルク制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記非接触センサ
   手段が、上記回転軸のトルク入力側とトルク出力側にそ
   れぞれ取付けた第１と第２の磁気ドラムと、これら第１
   と第２の磁気ドラムの回転角位置を正弦波状に変化する
   信号の正弦値と余弦値として磁気的に検出する第１と第
   ２の磁気検出素子とを備え、上記信号の正弦値と余弦値
   の比の逆正接値により上記第１と第２の磁気ドラムの回
   転角を演算し、これら第１と第２の磁気ドラムの回転角
   の差として上記トルクを検出するように構成されている
   ことを特徴とするトルク制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記回転軸が自動
   車の操舵ハンドル軸であり、上記補助トルクが補助操舵
   力として作用するように構成されていることを特徴とす
   るトルク制御装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、上記自動車がラッ
   ク・アンド・ピニオン方式の操舵システムを備え、この
   操舵システムのピニオンに対する補助操舵力が、ラック
   の摺動方向とほぼ平行に回転軸を有する電動機から傘歯
   車を介して伝達されるように構成されていることを特徴
   とするトルク制御装置。