JPH0478662A - 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 この発明は、たとえば自動車の電動式パワーステアリン
グ装置に関する。

従来の技術 たとえば自動車の電動式パワーステアリング装置として
、操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセ
ンサの検出値に基づき駆動される操舵力補助用の電動モ
ータとを備えたものか知られており、この種の従来の電
動式パワーステアリング装置のトルクセンサにおいては
、検出部からの信号を同じ増幅度で増幅し、たとえば制
御用の第１出力および異常検出用の第２出力の２つの出
力として出力していた。

また、コネクタの接触抵抗の影響などを受けないように
、トルクセンサの２つの出力は電流出力となっていた。

発明が解決しようとする課題 上記のような電動式パワーステアリング装置においては
、トルクセンサの２つの出力を比較することによってト
ルクセンサの異常を検出するようになっているか、２つ
の出力か同じ増幅度の同し大きさの信号であるため、ト
ルクセンサの電源に電圧低下などの異常か発生したよう
な場合は、２つの出力が同じように低下して、同し大き
さになるので、２つの出力を比較しただけでは異常の検
出ができない。

また、２つの出力が電流出力であるため、トルクセンサ
側に２つの電圧−電流変換回路が、トルクセンサの出力
を利用する相手側に２つの電流−電圧変換回路か必要で
あり、部品点数か増す上、トルクセンサ側と相手側の双
方に高い精度の部品が要求され、コストが高くなる。

この発明の目的は、上記の問題を解決した電動式パワー
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 この発明による電動式パワーステアリング装置は、 操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセン
サの検出値に基づき駆動される操舵力補助用の電動モー
タとを備えた電動式ツクワーステアリング装置であって
、 前記トルクセンサは、その検出部からの信号を増幅して
第１出力および第２出力として出力し、かつ第１出力と
第２出力の増幅度が異なるように設定されていることを
特徴とするものである。

さらには、トルクセンサの第１出力の増幅度と第２出力
の増幅度との比に基づいて第２出力から第１出力演算値
を演算する手段、第１出力と第１出力演算値との差が所
定値以上である場合にトルクセンサの異常として検出す
る監視手段、および監視手段によって異常か検出された
ときに電動モータによる操舵力補助を楚止する手段を備
えていることを特徴とするものである。

好ましくは、トルクセンサの第１出力および第２出力か
電圧出力である。

作　　　用 トルクセンサの第１出力と第２出力の増幅度が異なるよ
うに設定されているので、異常時の２つの出力の関係が
正常時とは異なる。

そして、第１出力の増幅度と第２出力の増幅度との比に
基づいて第２出力から第１出力演算値を演算し、第１出
力とこの第１出力演算値との差を調べることにより、電
源の電圧低下などによって２つの出力が同じように低下
した場合でもこれを簡単にかつ確実に検出することがで
きる。

トルクセンサの第１出力および第２出力を電圧出力にす
ると、従来の電流出力の場合に必要であったトルクセン
サ側の２つの電圧−電流変換回路と相手側の２つの電流
−電圧変換回路が不要になる。

実　　施　　例 以下、図面を参照して、この発明を自動車の電動式パワ
ーステアリング装置に適用した実施例について説明する
。

第１図は、電動式パワーステアリング装置の概略構成を
示している。

この装置は、操舵力を補助するだめの電動モータ（１）
、モータ（１）とステアリング系との間に設けられた電
磁クラッチ（２）、ステアリングシャフトの入力トルク
を検出するためのトルクセンサ（３）、車速を検出する
ための車速センサ（４）、ならびにこれらのセンサ（３
）（４）の出力に基づいてモータ（１）およびクラッチ
（２）を制御するコントローラ（５）などを備えている
。

コントローラ（５）は、マイクロコンピュータ（６）　
、５　Ｖレギュレータ（７）、８ｖレギユレータ（８）
、モータ駆動用主回路（９）、主回路駆動回路（１０）
、主回路（９）の電流検出回路（１１）、クラッチ駆動
回路（１２）、リレー駆動回路（１５１，）およびフェ
イルリレー（■５）などを備えている。

２つのレギュレータ（７）　（８）は、キースイッチ（
１３）を介してバッテリ（主電源）　（＋４）に接続さ
れている。５Ｖレギユレータ（ア）の出力はコンピュー
タ（６）に接続され、８Ｖレギユレータ（８）の出力は
電流検出回路（１１）およびトルクセンサ（３）に接続
されている。

モータ（１）は主回路（９）に接続され、主回路（９）
は主回路駆動回路（１０）および電流検出回路（＋１）
を介してコンピュータ（６）に接続されている。クラッ
チ（２）は、クラッチ駆動回路（１２）を介してコンピ
ュータ（６）に接続されている。主回路（９）とクラッ
チ駆動回路（１２）は、フェイルリレー（１５）を介し
てバッテリ（＋４）に接続され、フェイルリレー（１５
）はリレー駆動回路（１５１）を介してコンピュータ（
６）に接続されている。主回路駆動回路（１０）は、バ
ッテリ（１４）に接続されている。図示は省略したが、
主回路（９）は４つのパワー素子（パワートランジスタ
なと）からなるブリッジ回路を備えており、各パワー素
子が主回路駆動回路（１０）を介してコンピュータ（６
）により制御される。モータ（１）は、省電力化を図る
ため、ＰＷＭ制御されている。

バッテリ（１４）のキースイッチ（＋３）、トルクセン
サ（３）、車速センサ（４）およびオルタネータ（＋６
）か、インタフェース（１７）を介してコンピュータ（
６）に接続されている。

コンピュータ（６）は、トルクセンサ（３）の検出トル
ク、車速センサ（４）の検出速度などに基づいて主回路
駆動回路（１０）などを制御し、これによってモータ（
１）による操舵力補助量を制御する。

第２図は、トルクセンサ（３）の１例とコントローラ（
５）の一部を詳細に示している。

このトルクセンサ（３〉は、３端子レギユレータ（１８
）、発振回路（１９）、検出部（２０）、第１クランプ
回路（２１）および第２クランプ回路（２２）、第１ピ
ークホールド回路（２３）および第２ピークホルト回路
（２４）、ならびに第１差動増幅回路（２５）および第
２差動増幅回路（２６）を備えている。

３端子レギユレータ（１８）は、コントローラ（５）の
８Ｖレギユレータ（８）に接続されている。

図示は省略したが、検出部（２０）は検出用信号Ｓａを
出力する検出用変換部と補償用信号ｓｂを出力する補償
用変換部を備えている。検出用信号Ｓａは、第１クラン
プ回路（２１）および第１ピークホールド回路（２３）
を経て２つの差動増幅回路（２５）（２６）の第１入力
端子に入力する。補償用信号ｓｂは、第２クランプ回路
（２２）および第２ピーク子−ルド回路（２４）を経て
２つの差動増幅回路（２５）　（２Ｇ）の第２入力端子
に入力する。２つの差動増幅回路（２５）（２Ｂ）の増
幅度は異なっており、第１差動増幅回路（２５）の増幅
度はＡ、第２差動増幅回路（２６）の増幅度はＡｌｘ（
χ≠１）である。第１差動増幅回路（２５）は、２つの
ピークホールド回路（２３）　（２４）の出力電圧の差
を増幅度Ａで差動増幅し、これを第１出力Ｖ１として電
圧出力する。第２差動増幅回路（２６）は、２つのピー
クホールド回路（２３）（２４）の出力電圧の差を増幅
度Ａ／χで差動増幅し、これを第２出力Ｖ２として電圧
出力する。

トルクセンサ（３）の第１出力ｖ１はコントローラ（５
）の第１フィルタ回路（２７）およびＡＤ変変器器２Ｂ
）を介してコンピュータ（６〉に入力し、前述の操舵力
補助量の制御なとのために使用される。トルクセンサ（
３〉の第２出力Ｖ２はコントローラ（５）の第２フィル
タ回路（２９）およびＡＤ変換器（２８）を介してコン
ピュータ（６）に入力し、トルクセンサ（３）の異常検
出なとのために使用される。

上記のトルクセンサては、第１出力■１と第２出力ｖ２
の増幅度が異なるように設定されているので、電源の電
圧低下などによって２つの出力Ｖｌ、＋２が同じように
低下した場合でもこれを簡単にかつ確実に検出すること
ができる。

次に、第３図および第４図を参照して、その理由を説明
する。なお、上記のように、第１出力Ｖ１の増幅度はＡ
１第２出力Ｖ２の増幅度はＡｌｘであるから、第２出力
■２の増幅度を１としたときの第１出力ｖ１の増幅度は
χとなる。

第３図は正常時、第４図は異常時のトルクとトルクセン
サの２つの出力との関係を示している。これらの図面に
おいて、横軸はトルクＴ１縦軸は第１出力Ｖ１および第
２出力■２を表わしている。また、中立点はトルクか０
の、屯を表わし、中立点の左側か左回転方向、右側か右
回転方向のトルクの大きさをそれぞれ表わしている。

第３図に示すように、正常時には、中立点において第１
出力■１５第２出力■２ともにＶ。

となる。このＶＯは一定であり、これを中立点出力とい
うことにする。正常時の第１出力Ｖ１と第２出力ｖ２と
の間には次のような関係かある。

Ｖｌ　−ｘ　（Ｖ２−Ｖｏ　）　十Ｖｏ　、、−＝・−
ｍ正常時の第１出力Ｖ１をＶ　１　ｏ　ｓ第２出力■２
をＶ２ｏとすると、上記の式（１）は次のように書き直
される。

Ｖｌｏ−χ　（Ｖ２ｏ−Ｖｏ　）＋Ｖｏ・・・・・・・
・（２）さらに、式（１）により第２出力Ｖ２を用いて
演算した第１出力Ｖ１の値（第１出力演算値）をＶｉａ
とすると、Ｖｉａは次のようになる。

Ｖｌａ−Ｘ　　（Ｖ２　−　Ｖｏ　　）　　＋　Ｖｏ　
　−・　　　（３）正常時には、Ｖ２−Ｖ２ｏであるか
ら、これを式（３）に代入してＶｉａを演算すると、次
のようになる。

Ｖｌａ＝χ（Ｖ２ｏ−Ｖｏ　）→−Ｖ　ｏ　−＝　−−
（４）式（２）と式（４）の右辺は等しいから、Ｖ　ｌ
ｏ　−Ｖｌａとなる。また、正常時には、Ｖｌ　−Ｖｌ
ｏであるから、Ｖｌ−ｖｔａとなる。このように、正常
時には、第２出力を用いて演算した第１出力演算値Ｖｉ
ａと第１出力Ｖ１とが常に等しく、これらの差Ｓ　（＝
Ｖ］、−Ｖｉａ、）は常にＯとなる。

第４図は、第１出力Ｖ１および第２出力Ｖ２に同じ量の
出力変動ΔＶが生じた場合を示している。たとえば電源
の電圧低下などにより第１出力Ｖ１および第２出力Ｖ２
がへＶ低下したとすると、これらは次のようになる。

Ｖｌ　−Ｖｌｏ−ＡＶ・・・・・・・・・（５）Ｖ２−
Ｖ２ｏ−ＡＶ・・・・・・・・・（６）式（６）の■２
を式（３）に代入してＶｉａを演算すると、次のように
なる。

Ｖ　ｌａ＝　ｘ　　ｆ　　（Ｖ　２ｏ−ＡＶ）　−Ｖｏ
　）　＋■。

＝ｘ　　（Ｖ２ｏ−Ｖｏ　　）　　＋Ｖｏ　　−１Δ■
・・　・・・・・（７） 式（２）より、式（７）は次のようになる。

Ｖｉａ−Ｖｌｏ−χ　ＡＶ・・・・・・・・・（８）式
（５）の第１．出力■１と式（８）の第１出力演算値Ｖ
ｉａとの差Ｓを求めると、次のようになる。

５＝Ｖｌ　−Ｖｌ、ａ ＝　（Ｖｌ、ｏ　−ＡＶ）　−（Ｖｌｏ−ｘ　　Δ■）
−（χ−１）ＡＶ・・・・・・・・・（９）式（９）に
おいて、χ≠１であるから、χ−１≠０である。出力変
動ΔＶがある場合、ΔＶ≠０であるから、Ｓ≠０である
。これに対し、出力変動Δ■がない場合、ΔＶ−０であ
るから、Ｓ−０である。このことは、前述のように正常
時にはＶｌ　−Ｖｉａとなることからも明らかである。

したがって、第１出力Ｖ１と、第２出力Ｖ２を用いて演
算した第１出力演算値Ｖｉａとの差Ｓを常時調べること
により、出力変動などの異常を確実に検出することがで
きる。

第５図のフローチャートは、コンピュータ（６）による
上記のトルクセンサ（３）の異常検出処理の１例を示し
ている。なお、このプログラムは、一定時間間隔て繰返
し実行される。

第５図において、まず、タイマかタイムアツプしたかど
うかを調べる（ステップ１）。このタイマは異常検出処
理の時間間隔を定めるためのものであり、これがタイム
アツプしていなければ、異常検出処理の時間が到来して
いないことになり、そのまま処理を終了し、タイマかタ
イムアツプしていれば、ステップ２以下の異常検出処理
を行なう。

ステップ２では、ＡＤ変換器（２８）からトルクセンサ
（３）の第１出力ｖ１を読込む。次に、ＡＤ変換器（２
８）からトルクセンサ（３）の第２出力Ｖ２を読込み（
ステップ３）、この■２を用いて前記式（３）より第１
出力演算値Ｖｉａを演算する（ステップ４）。次に、Ｖ
ｌとＶｉａの差Ｓを演算しくステップ５）、その絶対値
１ｓＩが所定のしきい値より小さいかどうかを調べる（
ステップ６）。

ステップ６においてＩｓＩかしきい値より小さければ、
異常ではないと判断して、ＮＧタイマをクリアしくステ
ップ７）、処理を終了する。

ステップ６においてＩｓＩかしきい値より小さくなけれ
ば、異常の可能性があると判断して、ＮＧタイマを１カ
ウントアツプする（ステップ８）。次に、ＮＧタイマか
タイムアツプしたかどうかを調べ（ステップ９）、タイ
ムアツプしていなければ、そのまま処理を終了する。ス
テップ９においてＮＧタイマがタイムアツプした場合は
、ＩｓＩがしきい値以上の状態が一定時間以上継続した
ことになるので、異常であると判断し、フェイルセーフ
処理を行なう（ステップ１０）。すなわち、フェイルリ
レー（１５）をオフにし、モータ（１）による操舵力補
助を楚止する。

前述のように、トルクセンサ（３）に異常かない場合は
、Ｓ−０であるが、電源の電圧低下などによる出力変動
などの異常が生しると、Ｓ≠Ｏとなる。したかって、上
記のようにＩｓＩをしきい値と比較することにより、ト
ルクセンサ（３）の異常を確実に検出することかできる
。

第５図のフローチャートにおいて第１出力演算値Ｖｉａ
を演算するための式（３）のχおよび中立点出力ＶＯは
一定で、かつ予めわかるので、これらをコンピュータ（
６）に設定しておくことかできる。

中立点出力Ｖｏは、また、前記式（１）より次のように
表わされる。

Ｖｏ　−（Ｖｌ　−χＶ２　）　／　（１−χ）　・（
１０）上記のように、χは一定で予めわかるので、第１
出力Ｖ】と第２出力Ｖ２を用いて式（１ｏ）により中立
点出力Ｖｏを演算することができる。

たとえば、電源投入時にＶｌとＶ２を測定し、これらを
用いてＶｏを演算し、これをコンピュータ（６）に設定
することもてきる。

トルクセンサ（３）に異常が生しると、式（１０）によ
り演算したＶＯの演算値が変化する。したがって、常に
ＶｌとＶ２を測定してＶＯを演算し、これを監視するこ
とによって異常の検出を行なうこともできる。

トルクセンサ（３）の２つの出力Ｖｌ　、Ｖ２か電圧出
力であるから、従来の電流出力の場合には必要であった
トルクセンサ（３）側の２つの電圧−電流変換回路とコ
ントローラ（５）側の２つの電流−電圧変換回路が不要
になる。このため、部品点数が削減され、トルクセンサ
（３）側およびコントローラ（５）側のいずれにも高い
精度の部品が不要になる。

上記の電動式パワーステアリング装置においては、８Ｖ
レギユレータ（８）を用いてバッテリ（１４）を入力と
して８ｖ電圧を作り、これをトルクセンサ（３）や電流
検出回路（１１）などのオペアンプの電源として供給し
ている。また、主回路（９）のパワー素子駆動用の電源
は、バッテリ（１４）から直接供給されている。ところ
か、バッテリ（１４）の電圧が低下すると、主回路（９
）のパワ素子が十分に駆動されず、損失が大きくなり、
パワー素子の破損につながるおそれがある。また、バッ
テリ（１４）の電圧低下によっては、８Ｖレギユレータ
（８）の８Ｖ電源電圧も低下してしまい、トルクセンサ
（３）およびオペアンプの出力に悪影響を与える。

このため、コンピュータ（６）はバッテリ（１４）の電
圧を常時監視し、これか所定のしきい値以下になると、
モータ（１）による操舵力を楚止するフェイルセーフ処
理を行なうようになっている。また、このしきい値は、
８ｖ電源電圧により動作する各部分の動作を保証するよ
うに、内部での電圧低下のばらつきなどを考慮して、８
Ｖより少し高い値たとえば９Ｖに設定されている。

コンピュータ（６）でバッテリ（１４）の電圧を監視す
るかわりに、第１図に破線で示すように、８Ｖレギユレ
ータ（８）の出力をインタフェース（１７）を介してコ
ンピュータ（６）に入力し、この８Ｖレギユレータ（８
）の出力を監視するようにすれば、トルクセンサ（３）
やオペアンプの電源電圧を直接監視することができる。

第６図は、電動式パワーステアリング装置の他の１例を
示している。なお、同図において、第１図と同じ部分に
は同一の符号を付している。

この装置は上記のようなバッテリ（１４）の電圧低下に
よる影響を小さくしたものであり、コントローラ（５）
は８Ｖレギユレータ（８）のかわりに昇圧回路（３０）
を備えている。二〇昇圧回路（３０）は、５Ｖレギユレ
ータ（７）の５ｖ電源電圧を入力として、これをたとえ
ば２４Ｖに昇圧し、これをトルクセンサ（３）、主回路
駆動回路（１０）、電流検出回路（１１）などのオペア
ンプの電源として供給する。

昇圧回路（３０）の出力は５Ｖレギユレータ（７）の出
力が５Ｖより下がらないかぎり２４Ｖに保持され、５Ｖ
レギユレータ（７）の出力はバッテリ（１４）の電圧が
５Ｖより少し高い値たとえば６Ｖより下がらないかぎり
５■に保持される。すなわち、バッテリ（１４）の電圧
が６Ｖより下がらないかぎり、昇圧回路（３０）の出力
は２４Ｖに保持され、トルクセンサク３）、パワー素子
、オペアンプなどが正常に動作する。このため、第１図
のものに比べて、動作可能なバッテリ（ｊ４）の電圧範
囲か広げられ、装置の稼動率か向上する。

なお、第６図の場合も、破線で示すように、昇圧回路（
３０）の出力をインタフェース（１７）を介してコンピ
ュータ（６）に入力し、この昇圧回路（３０）の出力を
監視するようにすることかできる。

発明の効果 この発明の電動式パワーステアリング装置によれば、上
述のように、トルクセンサの異常時の２つの出力の関係
か正常時とは異なるので、電源の電圧低下などによって
２つの出力か同しように低下した場合でもこれを簡単に
かつ確実に検出することができる。

そして、トルクセンサの異常が検出されたときに電動モ
ータによる操舵力補助を禁止することにより、トルクセ
ンサの異常による事故を未然に防止することかできる。

また、トルクセンサの第１出力および第２出力を電圧出
力にすることにより、従来の電流出力の場合に必要であ
ったトルクセンサ側の２っの電圧−電流変換回路と相手
側の２つの電流−電圧変換回路が不要になり、したかっ
て、部品点数か削減され、高い精度の部品か不要になる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す電動式パワーステアリ
ング装置のブロック図、第２図は第１図のトルクセンサ
とコントローラの一部を詳細に示すブロック図、第３図
は正常時のトルクと第１出力および第２出力との関係を
示すグラフ、第４図は異常時のトルクと第１出力および
第２出力との関係を示すグラフ、第５図はトルクセンサ
の異常検出処理の１例を示すフローチャート、第６図は
電動式パワーステアリング装置の他の１例を示すブロッ
ク図である。 （３）・・・トルクセンサ、（２０）・・・検出部、（
２５）（２６）・・・差動増幅器。 以　　上 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトル
   クセンサの検出値に基づき駆動される操舵力補助用の電
   動モータとを備えた電動式パワーステアリング装置であ
   って、 前記トルクセンサは、その検出部からの信号を増幅して
   第１出力および第２出力として出力し、かつ第１出力と
   第２出力の増幅度が異なるように設定されていることを
   特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. （２）トルクセンサの第１出力の増幅度と第２出力の増
   幅度との比に基づいて第２出力から第１出力演算値を演
   算する手段、第１出力と第１出力演算値との差が所定値
   以上である場合にトルクセンサの異常として検出する監
   視手段、および監視手段によって異常が検出されたとき
   に電動モータによる操舵力補助を禁止する手段を備えて
   いることを特徴とする請求項（１）の電動式パワーステ
   アリング装置。
3. （３）トルクセンサの第１出力および第２出力が電圧出
   力であることを特徴とする請求項（１）の電動式パワー
   ステアリング装置。