JPH0118680B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この発明は、ステツプモータによつて圧力流体
管路に設けた可変絞り弁の開度を制御することに
より、車速の変化に対応して操舵力を制御するよ
うになされた速度感応型動力舵取装置における安
全制御装置に関し、さらに詳しくはステツプモー
タの監視・制御によつて高速走行時の安全を確保
するようにした装置に関する。 （従来の技術） この種の速度感応型動力舵取装置として、本願
出願人は実願昭53−167828号の考案を提案した。
この流量制御システムは第１図に示す如く、油圧
ポンプ７とパワーステアリングユニツト１０との
間に、並列配置した可変絞り弁８と固定絞り弁９
とを設け、可変絞り弁８の制御をステツプモータ
６で行う。すなわち油圧ポンプ７の吐出圧力流体
の流量を、ステツプモータ６で制御される可変絞
り弁８と固定絞り弁９とにより制御して操舵力を
変化させるものである。図中１１は油圧ポンプ７
の流量制御弁であつて、油圧ポンプ７の吐出流量
が過剰になつたときに、過剰分の圧力流体を油タ
ンク１３に戻流させる。１２はパワーステアリン
グユニツト１０の圧力保障用リリーフ弁であつ
て、該ユニツト１０の流体圧が過剰となつたとき
に、その過剰分の圧力流体を油タンク１３に戻流
させるものであつて、これらの詳細は前記実願昭
53−167828号の明細書に述べてあるので、ここで
は説明を省略する。 ステツプモータ６の制御装置は第２図に示す如
く、例えば自動車のトランスミツシヨンの出力軸
の回転速度を検出し、車速に対応して変化する電
気信号を発する車速センサ１の出力を、ワンシヨ
ツト回路及びＤ―Ａ変換器（デジタル―アナログ
変換器）等からなるＦ―Ｖ変換器（周波数―電圧
変換器）２に入力して車速に比例した電圧に変換
し、原点復帰回路３を経てシユミツト回路群４に
入力する。各シユミツト回路は、予め設定された
電圧V₁、V₂……V_oとＦ―Ｖ変換器２に出力を受
けた原点復帰回路３の出力とを比較する。排他的
OR回路群、OR回路及び増巾器群からなる分配
回路５は、シユミツト回路の出力を受けてステツ
プモータ６の複数の励磁コイルＡ，Ｂ，Ｃのうち
いずれを励磁するかを決定する。すなわち車速セ
ンサ１の出力の変化に対応してステツプモータ６
の回転角を制御し、前記可変絞り弁８の絞り量を
制御するようになつており、その詳細は前記明細
書に記述してあるので詳細な説明は省略する。 第３図は、ステツプモータ６のロータ軸６ａに
直接可変絞り弁８を形成した場合の一例を示す図
であつて、該ロータ軸６ａにはさらに戻しばね６
ｂ等の機械的位置決め手段を設けてあり、前記励
磁コイルＡ，Ｂ，Ｃの総てが非励磁の状態で、ば
ね６ｂにより可変絞り弁８の絞り開口面積が最小
となる位置にロータ軸６ａを位置決めする。また
イグニツシヨンキースイツチ（図示せず）をオン
とすると、原点復帰回路３の出力電圧は0Vから
最大電圧まで所定の傾きで上昇し、可変絞り弁８
の絞り開口面積が最大となる制御原点位置にロー
タ軸６ａを回転させる。以後原点復帰回路３の出
力電圧は上記最大電圧からＦ―Ｖ変換器２の出力
電圧を減算した値となり、この減算された電圧が
与えられる前記制御回路によつて可変絞り弁８の
絞り量を車速の変化に対応して段階的に変化させ
る。図中６ｃはロータである。なお図示の場合
は、ステツプモータ６を油圧ポンプ７のハウジン
グに直接的に装着して示してある。 （発明が解決しようとする問題点） 以上により実願昭53−167828号の考案は、車速
の変化に対応してステツプモータの回転角を制御
し、自動車の停車中又は低速走行時の操舵力を軽
減し、高速走行時には車速に対応した操舵反力を
ハンドル軸に作用させて、特に高速走行中のハン
ドルのふらつき、或は軽すぎる操舵抵抗により運
転者に与える不安感等を除去するものである。 しかし、ステツプモータの故障や誤動作、ある
いはステツプモータのドライバー回路の故障が発
生した場合、車速に応じた操舵力補助が与えられ
ず、操舵不安定になるという可能性があるという
欠点があつた。 この発明は、ステツプモータの系に異常が発生
すると同時に、可変絞りを高速走行に安全な操舵
力が得られる位置に操作して、高速走行時におけ
る操舵不安定感の発生要因を除去することを目的
とするものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明が提供する操舵不安感の除去手段は、ス
テツプモータ系の異常検出を、その励磁コイルの
コイル端電圧の読み込みによつて行い、異常検出
時にはステツプモータへの電源供給を断つことに
よつて、戻しばねの作用により可変絞り弁の開口
面積を最小とし、これにより、高速走行時に安全
な操舵力が得られる状態とした安全制御装置であ
る。 （作用） 上記手段によれば、高速走行時にステツプモー
タの系に異常が発生しても操舵力が軽くなり過ぎ
ることを防止でき、高速走行時の不安定感をなく
すことができる。 （実施例） 実施例について説明すれば、油圧ポンプ７とパ
ワーステアリングユニツト１０との間に、圧力流
体の流量を制御する可変絞り弁８と固定絞り弁９
とを並列配置で設け、車速センサ１の車速に比例
した周波数のパルス信号を基準として回転角を制
御されるステツプモータ６により前記可変絞り弁
８の絞り量を車速の変化に対応して制御する流量
制御装置（第１図、第２図及び第３図参照）にお
いて、車速センサ１とステツプモータ６との間
に、第４図に示すように車速センサ１の出力パル
ス信号を検出し、かつリセツト端子にCR微分回
路１８を接続されて、所定のプログラムに従つて
作動するマイクロコンピユータ１４と、該コンピ
ユータ１４の出力信号でオンオフされて、ステツ
プモータ６の各励磁コイルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの励磁
回路を開閉するトランジスタ群を備えたドライバ
ー回路１５を介装する。１７はマイクロコンピユ
ータ１４の他の出力端子OB₀の出力信号を受け
て、ステツプモータ６の励磁コイルＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄを開閉するスイツチング回路であつて、１６は
マイクロコンピユータ１４のさらに他の出力端子
OB₁に接続した異常表示器である。また、本発明
のステツプモータの監視手段として各励磁コイル
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのコイル端電圧をマイクロコンピ
ユータ１４の各入力端子IB₀，IB₁，……IB₃に読
込むための回路１９を設ける。 車速センサ１は、例えば前記実願昭53−167828
号の考案に開示されているように、自動車のトラ
ンスミツシヨンの出力軸、或は速度計等に関係し
て車速に比例した周波数のパルス信号を出力する
ものであればよい。 マイクロコンピユータ１４は、１チツプのマイ
クロコンピユータであつて、１個のパツケージ内
に、中央処理装置CPU、リードオンリメモリ
ROM、ランダムアクセスメモリRAM、及び所
定数のインプツトIA₀，INT，IB₀……IB₃、アウ
トプツトOA₀，OA₁……OA₃，OB₀，OB₁等が収
められた一般市販のものでよく、前記ROM、
RAMに後述のプログラムが組込まれている。 ドライバー回路１５は、マイクロコンピユータ
１４の各出力ポートOA₀，OA₁……OA₃の接続さ
れたトランジスタ群よりなる。 マイクロコンピユータ１４のROMに収められ
るプログラムのフローチヤートを第７図イに示
し、各々のルーチンの詳細については第７図ロ〜
ヘに示してある。以下第４図、第７図に従つて動
作の説明を行う。 イグニツシヨンキースイツチが入れられると
第４図に示す電子回路が動作可能の状態になる
が、マイクロコンピユータ１４のリセツト端子
RESETに接続されたCR微分回路１８によつて
リセツト端子に一瞬論理レベル１の信号が与え
られる。その結果マイクロコンピユータ１４の
各出力ポートOA₀，OA₁，OA₂，OA₃，OB₀，
OB₁はすべてオフの状態にされ、同時にROM
番地の０番地より命令の実行が開始される。 この状態では、ステツプモータ６のドライバ
ー回路１５の各トランジスタはオフ状態である
ので、ステツプモータ６の励磁コイルＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄには電流が流れず、従つてステツプモー
タ６はロータ軸６ａに取付けられた戻しばね６
ｂによつて第１図の可変絞り弁８が最大に絞り
込まれた（絞り開口面積最小）回転位置に停止
している。 まずイニシヤライズルーチンが実行される。
ここではマイクロコンピユータ１４内のRAM
エリア、出力ポートを初期状態にするが、出力
ポートOB₀は論理レベル１にされ、スイツチン
グ回路１７のトランジスタがオンにされる。 次にステツプモータ６を第１図及び第３図の
可変絞り弁８が最大に開放された回転位置、す
なわち制御開始の原点位置に回転させるルーチ
ンを実行する。その詳細は第７図ロに示してあ
る。このとき、マイクロコンピユータ１４の出
力ポートOA₀〜OA₃から表１に示すごとく出力
される。

【表】 上表はステツプモータ６が２―２励磁８ステ
ツプの例である。従つてドライバー回路１５の
各トランジスタが、表１に従つてオン・オフす
ることになり、ステツプモータ６は、ロータ軸
６ａに取付けられた戻しばね６ｂに抗して回転
し可変絞り弁８を最大の開放状態にする。すな
わち第７図ロのステツプモータの制御原点への
回転動作が完了する。 第７図ロのイニシヤライズルーチン中のステ
ツプモータ駆動SUB（サブルーチン）は、第７
図ホに示してある。すなわちステツプモータ駆
動サブルーチンの実行は、この回転方向を前回
制御コードにより正転か逆転かを判断する。表
１は逆転の場合である。 次にステツプモータ６の励磁コイル端電圧
が、マイクロコンピユータ１４の入力ポート
IB₃、IB₂……IB₀に読み込まれているが、これ
は、本発明のステツプモータ異常を判断する比
較手段を構成するためである。例えば、出力ポ
ートOA₃〜OA₀から制御指令信号として1001を
出力したときにIB₃〜IB₀で読んで得た監視信
号が0110であれば、マイクロコンピユータ１４
とドライバー回路１５の接続や、ドライバー回
路１５の動作、ステツプモータ６のコイルやバ
ツテリーとステツプモータの接続等が正常と、
マイクロコンピユータ１４内に構成された比較
手段によつて判断されるからである。もし異常
があれば、第７図イの異常処理ルーチンへ移行
する。 上記までの処理は十分に高速で行われる。車
両は未だ停止状態にあり、可変絞り弁８はその
開口度を最大とされているので、パワーステア
リングユニツト１０では最大の操舵力補助が与
えられる。 次に第７図イに示す如く割込可能にし、この
発明の目的とは別の目的に供せられるルーチン
に入るが、これは必ずしも必要ではない。 車速センサ１の出力は、第４図示の如くマイ
クロコンピユータ１４の割込端子INTと入力
端子IA₀に接続されている。この例ではマイク
ロコンピユータ１４は、パルス信号の立上りエ
ツジで割込みを受けつけるものとする。従つて
車速センサ１からの信号が入ると、その立上り
のタイミングで割込ルーチンへ飛ぶ。 まず車速測定ルーチンに入るが、その詳細は
第７図ハに示されている。カウンタＶは、マイ
クロコンピユータ１４のRAM内に準備され、
まずRAMのそのエリアが０クリアされる。そ
して次に車速センサ１の出力が接続されたマイ
クロコンピユータ１４の入力端子IA₀が、論理
レベル１か０かがチエツクされる。今の場合、
車速センサ１の信号が入つたばかりであるの
で、図のNOの方向に流れてカウンタＶに１が
加えられる。続いてカウンタＶが規定値以上で
あるかが調べられる。これは一つのループに必
要以上に留めないためのもので、規定値以上の
ときこのルーチンから抜け出す。 そして再び車速センサ１の信号の１又は０が
調べられ、信号が１の間はカウンタＶに１を加
えるループが繰り返される。車速センサ１の信
号が０になるとこのルーチンより抜け出して車
速比較ルーチンに入る。この結果、カウンタＶ
には、車速に逆比例の数値、すなわち車速が大
のときカウンタＶの値小、車速が小のときカウ
ンタＶの値大の数値が入る。なおカウンタＶに
車速に比例した数値を入れるように構成しても
よいことはいうまでもない。 車速比較ルーチンでは、第１図中の可変絞り
弁８の絞り量を切り換える予め操舵特性に合し
て定められた速度に達する毎にステツプモータ
６を制御し可変絞り弁の絞り量を切り換える。 第７図ニに車速比較ルーチンの詳細を示して
ある。信号は各々の速度比較のステツプの条件
（速度Ａ以下、Ｂ以下、Ｃ以下……Ｘ以下）の
合つたところでYESの方向に流れ、速度Ｘ以
上でNOの方向に流れる。 そして各ステツプに続くルーチンは同動作で
あるので、次に速度Ａ以下の場合について説明
する。 まず速度Ａ以下であることがRAMエリアに
記憶され、ステツプモータ６の現在の制御位置
と、速度Ａ以下のとき制御せねばならない制御
位置とが同一であるかがチエツクされる。もし
同一であれば改めて制御する必要がないので
YESの方向に流れ、後述するカウンタＬが０
クリアされ、続いてコイル端電圧テストサブル
ーチン（第７図ホ）が呼び出されて実行され
る。この説明は前記項で行つてある。 次にNOの方向に流れた場合は、ステツプモ
ータ６の現在の制御位置と、速度Ａ以下のとき
制御せねばならない位置との位置関係が、ステ
ツプモータ６の１ステツプ分かどうかのチエツ
クがなされる。つまりマイクロコンピユータ１
４の制御速度は、車速の変化に対して十分に速
く行われるので、これが２ステツプ以上になる
ことは、正常時にはあり得ない。例えば走行中
に車速センサ１が破損したり、速度計のフレキ
シブルシヤフト（車速センサ駆動系）が破損し
た場合等のように、車速の変化に比べて相当速
い変化が起こつた場合に異常が発生する。従つ
てこのステツプにより異常事態の発見ができ、
後述のように適切な処置がとられる。特に高速
走行時に前記異常事態が発生した場合、従来方
式であるとハンドルが急に軽くなる方向に制御
されて危険であつたが、この発明ではこの欠点
が完全に克服される。 このステツプが正常であると、次にループカ
ウンタＬが調べられる。このカウンタＬも
RAMエリアに準備されているもので、ステツ
プモータ６の制御が早くなりすぎぬように設け
たものである。つまりこのステツプへ入つてく
ることは、ステツプモータ６を回転させる必要
のあることを意味するが、速度比較ルーチンへ
入つてくる時間間隔は車速の変化する時間に比
べてあまりにも短かく、この間隔で制御すると
必要以上に短かい間隔でステツプモータ６を制
御することになり、可変絞り弁８を切り換える
速度の近傍に車速があるときにチヤタリングを
起こし、動作が不安定になつてしまう。これを
避けるためにループカウンタＬを設け、連続的
に規定回数の信号がこのステツプに来た場合に
のみステツプモータ６を制御することにしてい
る。 従つて未だ規定回数に達していない場合は、
カウンタＬに１を加えて割込ルーチンより抜け
出し、元のルーチンに戻る。 一方、規定回数に達した場合は、安定してこ
の速度圏（速度Ａ以下）にあることになるの
で、カウンタＬを０クリアし、ステツプモータ
６の回転する方向をRAMエリアの所定位置に
セツトし、ステツプモータ駆動サブルーチンに
移行し、次に割込ルーチンより抜け出し元のル
ーチンに戻る。その結果、ステツプモータ６が
１ステツプ回転させられる。 元のルーチンへ戻つた後も、再び車速センサ
１のパルス信号がマイクロコンピユータ１４に
入力されると、再び割込ルーチンに入り上に述
べたところが実行される。 いま前記の作動において異常が発生すると異
常処理ルーチンへ飛ぶ。異常処理ルーチンは、
第７図ヘに示される。異常処理ルーチンでは、
まず割込み不可にされ、再び割込み要求があつ
ても割込ルーチンに飛ばなくされる。次にステ
ツプモータ６がオフされるが、この手段は、ド
ライバー回路１５のトランジスタを全てオフに
する出力ポートOA₀〜OA₃を0000にすることに
より実行できるが、異常事態の種類によつて
は、ドライバー回路１５のトランジスタが導通
状態になつて破損する場合もあるので、スイツ
チング回路１７のトランジスタをオフにする、
すなわち出力ポートOB₀を０にする手段を採つ
てもよい。 これらはシステムの設計思想により選択すれば
よく、勿論前者の手段をとる場合は、スイツチン
グ回路１７は不要であり、第４図に破線で示すよ
うに直接給電する回路構成でよい。 そして次に安全を確保する制御手段として、異
常表示出力ポートOB₁を１にして他のルーチンに
移行する。 この結果、ステツプモータ６への電気エネルギ
の供給が断たれるので、該モータ６は、ロータ軸
６ａを付勢する戻しばね６ｂにより可変絞り８を
最小絞り開口面積となる状態とする位置に回転す
る。従つてパワーステアリングユニツト１０の操
舵力補助を最小とし、高速走行時にハンドルが軽
くなり過ぎるような不都合を完全に解消し、安全
性を飛躍的に向上させる。 以上は、車速センサ１を１個だけ設けた場合に
ついての作動を説明したが、車速センサ１は、第
５図に示すように２個の車速センサ１及び１′を
設けてもよい。各車速センサ１および１′は、同
一個所、または異なつた個所に車速の検出可能に
取付け、互に信号発生の位相がずれるように設け
る。 第８図は２個の車速センサ１及び１′を前記の
ように取付けた場合の動作を示す図であつて、い
ずれか一方の車速センサ１又は１′がオンになる
とマイクロコンピユータ１４に割込みがかかり割
込ルーチンへ飛んで来るが、ここで２つの車速セ
ンサ１及び１′から交互に信号が入つてくるかが
調べられる。交互でなければ、車速センサ１又は
１′の一方や破損していることになるので異常処
理ルーチンに飛ぶ。交互に信号が入力されている
と正常であるので、今入つて来た信号が測定用の
センサであれば、前記〜項で述べたことと同
様に実行される。 このように２個の車速センサ１及び１′を設け
ると、始動以前に、車速センサのいずれか、或い
は車速センサに達する系の破損・故障等に対して
も検出可能となる。 第６図は、ステツプモータの監視手段として、
ステツプモータ６のロータ軸６ａに直結して回転
センサ２０を取付けた例であつて、ロータリーエ
ンコーダやその他考えられる手段を採用してもよ
い。 これはステツプモータ６の回転位置の指示に対
して正しいか否かを調べるために設ける。これは
第７図ホのステツプモータコイル端電圧入力の代
りに、この回転センサ２０の出力をマイクロコン
ピユータ１４に読み込み、マイクロコンピユータ
１４内の比較手段にステツプモータ６の異常の有
無を判断させるものである。このときはコイル端
電圧を読み込む場合に比べて、ステツプモータ６
の脱調や、機械的な故障をも検出できる。 また第７図ニの〓印を付したカウンタＬによる
計数手段の代りに、従来と同様にヒステリシス量
を持たすこともできる。 これは第９図に示すように、カウンタＶに定数
を加え、規定値以上であるかを判断し、YESで
あればステツプモータを逆転セツトし、NOであ
れば、カウンタＶから定数を引き、規定値以下で
あればステツプモータを正転セツトする。 また第１０図に示すように、マイクロコンピユ
ータ１４に、抵抗R₀，R₁……R_oによつてプルア
ツプされた適数のモード選択入力端子IC₀，IC₁…
…IC_oを設け、予め定めたいくつかの流量特性を、
ユーザーやエンドユーザーがフイーリングに合わ
せて、選択スイツチS₀，S₁…S_oによつて任意に選
択できるようにしたモード選択回路２１を設ける
こともできる。そのときのフローチヤートを第１
１図に示す。すなわち第７図ニの車速比較ルーチ
ンに組合わせればよい。 また、この発明は必ずしも上記実施例のように
マイクロコンピユータを使用する必要はないが、
マイクロコンピユータによつて、ステツプモータ
の駆動制御、ステツプモータの異常検出及び安全
な操舵力を与える制御等を行うと、電源電圧の変
動や温度変化による影響を受けることなく、安全
制御を信頼性高く行なうことができる。 （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、ステツ
プモータの各励磁コイルのコイル端電圧を読み込
むことによつて、ステツプモータを監視する一
方、この読み込んだコイル端電圧信号とステツプ
モータに与えた車速に対応する制御指令信号との
比較結果から、ステツプモータの異常を検出した
時は、ステツプモータへの電源供給を断つととも
に、戻しばねの作用により、可変絞り弁を、高速
走行に安全な操舵力が得られる位置、つまり開口
面積が最小となる位置に絞り込むようにしたか
ら、高速走行中の異常発生時においても、操舵力
が軽くなり過ぎる事態が有効に防止される。 したがつて、従来未解決であつた高速走行時の
操舵不安感が完全に解消されて、高速走行時にお
けるハンドルの切りすぎも防ぐことができ、これ
により、停車中・低速走行時から中速・高速時ま
での全域に亘つて、速度感応型動力舵取装置の安
全性と安定性が得られる。 また、本発明の安全制御装置としては、マイク
ロコンピユータを使用することができるから、市
販のものをそのまま採用することにより、コスト
の大幅な低廉化を図ることができ、しかも、１チ
ツプタイプのマイクロコンピユータでよいので取
付けスペースも小さくてよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は流量制御装置のシステム構成を示す油
圧回路図、第２図は従来のステツプモータ制御装
置を示すブロツク回路図、第３図はステツプモー
タの構成を示す一部の断面図、第４図はこの発明
の電子回路図、第５図及び第６図はそれぞれ他の
実施例の要部のみを示す電子回路図、第７図イ〜
ヘは、それぞれマイクロコンピユータに組込まれ
るルーチンのフローチヤート、第８図及び第９図
はそれぞれ他の実施例のフローチヤート、第１０
図はさらに他の実施例の要部のみを示す電子回路
図、第１１図は第１０図におけるフローチヤート
である。 １，１′…車速センサ、６…ステツプモータ、
７…油圧ポンプ、８…可変絞り、９…固定絞り、
１０…パワーステアリングユニツト、１４…マイ
クロコンピユータ、１５…ドライバー回路、１６
…異常表示器、１７…スイツチング回路、１８…
CR微分回路、１９…コイル端電圧読込回路、２
０…回転センサ、２１…モード選択回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 車速の変化に対応して圧力流体管路に設けた
   可変絞り弁の開度をステツプモータで制御し、車
   速に応じてその操舵力が制御される速度感応型動
   力舵取装置において、 ステツプモータの監視手段と、ステツプモータ
   の異常の有無を判断する比較手段と、ステツプモ
   ータを制御する制御手段とを具備してなり、 前記監視手段が、ステツプモータの各励磁コイ
   ルのコイル端電圧を読み込むコイル端電圧読込回
   路であり、 前記比較手段が、前記監視手段の読み込んだコ
   イル端電圧信号と、ステツプモータのドライバー
   回路に与えた車速に対応する制御指令信号とを比
   較し、その結果に論理的矛盾があるときステツプ
   モータ異常と判断する手段であり、 前記制御手段が、前記比較手段のステツプモー
   タ異常判断時に、ステツプモータへの電源供給を
   断つ手段であり、 該ステツプモータが、前記励磁コイルのすべて
   が非励磁のとき、戻しばねの作用によつて、前記
   可変絞り弁の開口面積を最小とする構造である ことを特徴とする安全制御装置。 ２ 比較手段と、制御手段を、マイクロコンピユ
   ータによつて構成した特許請求の範囲第１項記載
   の安全制御装置。 ３ ステツプモータの異常判断時に異常表示を行
   う特許請求の範囲第１項または第２項記載の安全
   制御装置。