JPH0510271B2

JPH0510271B2 -

Info

Publication number: JPH0510271B2
Application number: JP60173470A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shimizu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1985-08-06
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1993-02-09
Also published as: DE3626597C2; GB8619070D0; US4681181A; DE3626597A1; FR2585997A1; GB2179309A; JPS6234854A; FR2585997B1; GB2179309B

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）（発明が解決しようとする問題点）本発明は、補助トルクを発生する操舵力倍力装
置の電動機を、車両の走行車速に応じて制御する
電動式パワーステアリング装置に関する。

（従来の技術）一般に、マニユアルのステアリング装置におい
て、操舵トルクが高速走行時に小さく、低速走行
時に大きくなるため、電動式パワーステアリング
装置では電動機により付与する補助トルクは、低
速走行時には大きく高速走行時には小さくして、
マニユアルステアリング装置とほぼ等しいことが
望ましい。

この種の電動式パワーステアリング装置では、
電動機を動力源とする操舵力倍力装置およびその
アナログ制御回路を備え、ステアリングホイール
に付与される操舵トルクおよび走行車速を検出
し、車速の増大に対応して電動機の電機子電圧を
減少する一方、電動機の電機子電流に基づきフイ
ードバツク制御し、所定の高速以上では電動機の
駆動を停止させている。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、上記電動機の制御をマイクロコンピ
ユータにより同様に実施する場合には、マイクロ
コンピユータの特性上、多くの入力を同時に読み
込むことができないことや、マイクロコンピユー
タが内部に有するクロツクパルスに基づいて動作
するため信号処理に所定の時間を要すること等に
より、特にフイードバツクループを何度も繰返え
す従来の如きフイードバツク制御によれば、制御
完了までに所要時間を要して応答性が低下するお
それがある。したがづて、ステアリング装置の
種々の変化に充分追従できず、適切の操舵フイー
リングの向上を図ることが困難であつた。

また、所定の高速以上では、電動機の駆動は停
止させているため、このような高速走行時には操
舵力倍力装置のフリクシヨン、即ち、電動機、減
速装置、その他の摺動部等のフクシヨンにより一
般のマニユアルステアリング装置よりも、重くな
るとともに操舵の切始めが重くフリクシヨン感が
あり、操舵フイーリングを低下させるおそれがあ
つた。

（発明の目的）そこで、本発明は従来の如きフイードバツク制
御を行わずに、マイクロコンピユータを用いて操
舵トルク検出信号と車速検出信号に基づき電動機
の制御信号を決定することによりステアリング系
の動作に充分対応できるよう電動機の応答性を高
め、最適な操舵フイーリングが得られるととも
に、操舵力倍力装置のフリクシヨンにより生ずる
ステアリング装置の重さを除去し、高速走行時に
おけるなめらかな操舵フイーリングが得られる電
動式パワーステアリング装置を提供することを目
的とする。

（問題点の解決手段およびその作用）第１図は本発明の全体構成図である。

第１図において、イグニツシヨンキーのキース
イツチが投入されると、操舵トルク検出手段３
１、車速検出手段４０から各種検出信号が出力さ
れる。ステアリングホイールが操舵されると、操
舵トルク検出手段３１の操舵トルク検出信号に基
づいて、電動機制御信号発生手段３０Ａの路面負
荷分制御信号決定手段３０Ｂにおいて路面負荷に
対応した制御信号を決定して出力するとともに、
フリクシヨン分制御信号決定手段３０Ｃにおい
て、フリクシヨンに対応した制御信号を決定して
出力し、車速係数決定手段３０Ｄにおいて車速検
出手段４０からの車速検出手段に基づき車速の増
大に伴なつて減少し所定高速以上では零となる車
速係数が決定される。さらに、演算回路３０Ｅに
おいて路面負荷に対応する制御信号と車速係数と
を乗算し、この出力信号に、フリクシヨンに対応
する制御信号を演算回路３０Ｆにおいて加算す
る。そして、電動機制御信号発生手段３０Ａにお
いては、演算回路３０Ｆからの出力信号に基づい
て電動機駆動手段４５に電動機制御信号が出力さ
れる。したがつて、電動機の発生トルクは、車速
の増大に伴なつて減少する一方、操舵力倍力装置
系のフリクシヨン分に相当するトルクが発生する
こととなり、特に高速走行域においては、一般の
マニユアルステアリング装置と同等な操舵フイー
リングが得られるばかりか、所定の高速以上でも
なめらかな操舵フイーリングが得られる。

（実施例）以下に本発明の好適一実施例を添付図面に基づ
いて説明する。

第２図は本実施例の電磁型倍力装置１を90゜切
断面で折曲させて示す縦面図である。第２図にお
いて、１は電動式パワーステアリング装置、２は
ステアリングコラム、３はステータ、４と５は互
いに同軸状に配設された入力軸および出力軸であ
る。また、第２図に示すように、入力軸４の内端
部は出力軸５の内端部内に軸受６を介して回転自
在に支承される一方、これらの内端はトーシヨン
バー１２により連結され、入力軸４は軸受６，７
により、出力軸５が軸受８，９により夫々回軸自
在に支承されている。さらに、入力軸４の周囲に
操舵回転センサ１６と、入出力軸４と５の嵌合部
の周囲に配設された操舵トルクセンサ１７と、出
力軸５の周囲に配設された電動機１８、減速機構
１８、操舵回転センサ１６および操舵トルクセン
サ１７からの各検出信号に基づき電動機１８を駆
動制御する制御装置とを備えている。

更に詳述すると、上記操舵回転センサ１６は、
コラム２外周に固着された直流発電機１６ａによ
り構成されている。こと発電機１６ａは、その回
転軸が入力軸４の軸心に沿い配設され、その軸端
に取付けられたプーリ１６ｂに対応して入力軸４
の外周にベルト溝４ａが形成されている。このベ
ルト溝４ａとプーリ１６ｂにはベルト１６ｃが懸
け渡されており、入力軸４の回転に伴なつて発電
機１６ａが回転し、入力軸４の回転方向と回転数
に応じた検出信号が出力される。

上記操舵トルクセンサ１７は、入力軸４と出力
軸５の嵌合部外周に軸方向変位可能に設けられた
筒状の可動鉄心１７ａと、ステアリングコラム内
周に固着されたコイル部１７ｂとから成る差動変
圧器により構成されている。可動鉄心１７ａは、
出力軸５の各突片に突設されたピン１７ｅと、こ
れらのピン１７ｅに対し90゜ずらして入力軸４に
突設されたピン１７ｆに夫々係合する長孔１７ｇ
と１７ｈを備えている。長孔１７ｈは軸心方向に
対して所要の角度傾斜、長孔１７ｇは軸心方向に
沿い形成されている。従つて、入力軸４と出力軸
５との間に角度差が生ずると、可動鉄心１７ａが
軸方向に移動することになり、入力軸４に与えら
れる操舵トルクに対応して可動鉄心１７ａが変位
する。可動鉄心１７ａの周囲に配設されているコ
イル部１７ｂは、パルス等の交流信号が入力され
る一次コイル１７ｋと、可動鉄心１７ａの変位に
対応した出力信号を出力し一次コイル１７ｋの両
側に配設された一対の二次コイル１７１，１７ｍ
とから成る。従つて、トーシヨンバー１２の捩れ
に伴つて入力軸４と出力軸５の角度差は、可動鉄
心１７ａの軸方向変位となり、二次コイル１７
１，１７ｍにより電気信号に変換されて出力され
る。

上記電動機１８はステアリングコラム２に一体
的に設けられたステータ３と、こののステータ３
の内周面に固着された少なくとも一対の磁石３ａ
と、出力軸５の周囲に回転自在に配設された回転
子１８ｃと、ステータ３に固定されるブラシホル
ダー内で半径方向にスプリングで押圧されるブラ
シ１８ｄと、から成る。回転子１８ｃは軸受１
０，１１により回転自在に支承される筒軸１８ｅ
を備え、この筒軸１８ｅの外周にはスキユー溝を
有する積層鉄心１８ｆ、多重巻線１８ｇが順次一
体的に環装され、前記磁石３ａと鉄心１８ｆの外
周には微小な空隙が設けられている。又、筒軸１
８ｅには多重巻線１８ｇに接続する整流子１８ｈ
を備え、前記ブラシ１８ｄが押接される。

上記減速機構１９は、電動機１８の筒軸１８ｅ
に他端側外周に形成されたサンギヤ１９ａと、ス
テータ３の内周面に形成されたリングギヤ１９ｂ
と、これらサンギヤ１９ａとリングギヤ１９ｂと
の間に介装された３個のプラネタリーギヤ１９ｃ
と、プラネタリーギヤ１９ｃを枢支し出力軸５に
一体連結されたキヤリヤ部材１９ｄとから構成さ
れており、電動機１８の回転子１８ｃの回転が減
速されながら出力軸５に伝達される。

次に上記制御装置について第３図に基づき説明
する。

第３図において、３０はマイクロコンピユータ
であり、マイクロコンピユータ３０には操舵トル
ク検出手段３１、操舵回転検出手段３５および車
速検出手段４０からの各検出信号S₁〜S₄が、Ａ／
Ｄコンバータ３８を介して、又S₅がマイクロコン
ピユータ３０内のＩ／Ｏボートを介して夫々マイ
クロコンピユータ３０の命令に基づいて入力され
る。

操舵トルク検出手段３１は、前記操舵トルクセ
ンサ１７と、この操舵トルクセンサ１７の一次コ
イル１７ｋへマイクロコンピユータ３０内部のク
ロツクパルスT₁を適当に分周して、矩形波又は
サイン波の交流に変換して電流増幅するドライブ
ユニツト３２と、可動鉄心１７ａの変位に対応し
て二次コイル１７１と１７ｍから得られた各電気
信号を夫々整流する整流回路３３Ａ，３３Ｂ、及
び高周波分を除去し安定した直流電圧に変換する
ローバスフイルタ３４Ａ，３４Ｂから構成されて
いる。

操舵回転検出手段３５は、操舵回転センサ１６
の直流発電機１６ａと、この直流発電機１６ａの
出力を減算してその方向と大きさを検出する減算
回路３６Ａ，３６Ｂおよび高周波分を除去するロ
ーパスフイルタ３７Ａ，３７Ｂから構成されてい
る。

車速検出手段４０は、例えば、スピードメータ
ケーブルとともに回転する磁石４１ａとこの磁石
の回転に伴ない断続するリードスイツチ４１ｂと
からなる車速センサ４１と、リードスイツチ４１
ｂに電源を供給しリードスイツチ４１ｂの断続を
パルス信号として出力するパルス変換回路４２
と、こと出力信号を整形して出力する波形整形回
路４３と、から構成されている。

マイクロコンピユータ３０は、Ｉ／Ｏボート、
メモリ、演算部、制御部、及びクロツクジエネレ
ータ等により構成され、水晶発振回路３８のクロ
ツクパルスに基づき作動する。従つて、キースイ
ツチが投入されると、マイクロコンピユータ３０
は命令に基づき各検出信号S₁〜S₄をＡ／Ｄコンバ
ータ３８でデイジタル変換した値とS₅をメモリに
書き込まれたプログロムに従つて処理し、電動機
１８を駆動する制御信号T₂・T₃、T₄、を電動機
駆動手段４５に出力し、電動機１８を駆動制御す
る。

電動機駆動手段４５は、ドライプユニツト４６
とFET（電界効果トランジスタ）４７，４８，４
９，５０から成るブリツジ回路より構成されてい
る。ブリツジ回路はFET４７と５０の夫々のド
レイン端子が電源回路のＡ端子に接続される一
方、これらのソース端子が他方のFET４８と４
９のドレイン端子に夫々接続されている。FET
４８と４９のソース端子はコモン側に接続されバ
ツテリの一端子へ接続されている。FET４７，
４８，４９，５０の夫々のゲート端子はドライブ
ユニツト４６の出力側に接続され、ブリツジ回路
の出力側となるFET４７のソース端子とFET５
０のソース端子が前記電動機１８の電機子巻線１
８ｇに接続されている。前記ドライブユニツト４
６は、マイクロコンピユータ３０からの電動機回
転方向制御信号T₂・T₃に基づいてFET４７を
ON駆動すると同時にFET４９を駆動可能状態に
し、PWM信号から成る電動機駆動信号T₄に基づ
いてFET４９をドライブするか、又は、FET５
０をON駆動すると同時にFET４８を駆動可能状
態にし、PWM信号から成る電動機駆動信号T₄に
基づいてFET４８をドライブする。従つて、電
動機駆動手段４５においては、一方のFET４７
のON駆動とFET４９のPWM駆動、又は他方の
FET５０のON駆動とFET４８のPWM駆動によ
り、電動機１８が制御信号T₂・T₃、T₄に応じて
回転方向とその動力（回転数とトルク）が制御さ
れる。

次に作用を説明する。

第４図はマイクロコンピユータ３０における電
動機制御処理の概略を示すフローチヤートであ
り、図中のP₁〜P₃₃はフローチヤートの各ステツ
プを示す。

イグニツシヨンキーのキースイツチがONに投
入されると、マイクロコンピユータ３０や他の回
路に電源が供給され制御が開始される。まず、マ
イクロコンピユータ３０においては、各レジス
タ、RAM内のデータがクリアされる。そして、
ステツプP₁、P₂においては操舵トルク検出信号
S₁とS₂を順次読み込む。ここで、操舵トルクセン
サ１７が差動変圧器より構成されている為に、操
舵トルクと検出信号S₁、S₂との関係は第５図の如
く示される。読み込まれた操舵トルク検出信号
S₁、S₂が正常であればステツプP₃に進む。ステ
ツプP₃では、S₁−S₂を計算し、これを操舵トル
クＴとし、操舵トルクＴは第５図のように示され
る。

ステツプP₄では、操舵トルクＴの作用方向を
判別する為に、正か負かを判別する。そして、正
であれば、ステツプP₅でＦ＝０としてステツプ
P₈に進み、負であればステツプP₆に進みＦ＝１
とした後、ステツプP₇で絶対値変換、即ちＴ＝
−Ｔの処理をしてステツプP₈に進む。ここで、
Ｆは操舵トルクＴの符号、即ち作用方向を示すも
のである。ステツプP₈では、操舵トルクの絶対
値Ｔをアドレスとするメモリの内容がテーブル１
から呼び出される。テーブル１は、第６図の如く
示される操舵トルクの絶対値Ｔに対応する電動機
１８の電様子電流I_Mと、電機子巻線、ブラシおよ
び配線等の抵抗R_Mの積、即ちR_M・I_Mにより得ら
れるデユーテイ変換値であるフリクシヨン制御信
号DF(T)が格納される。ステツプP₉では、操舵ト
ルクの絶対値Ｔをアドレスとするメモリの内容が
テーブル２から呼び出される。テーブル２は、第
７図の如く示され、R_M・I_Mより得られるデユー
テイ変換値である路面負荷制御信号D_L(T)が格納
されている。

次にステツプP₁₀において、車速検出手段４０
からの車速検出信号S₅を読み、この車速検出信号
S₅に基づき車速ｖの周期tvを計測してステツプ
P₁₂に進む。ステツプP₁₂では、周期tvをアドレス
とするメモリの内容がテーブル３から呼び出され
る。テーブル３は、第８図および第９図に示すよ
うなな車速ｖと周期tvとのアドレス指定により決
定される車速係数Ｋ(t)が格納されており、この車
速係数Ｋ(t)は、車速ｖの増大に伴なつて減少し、
所定高速v_HO以上では零となるよう設定されてい
る。ステツプP₁₃では、路面抵抗制御信号D_L(T)に
車速係数Ｋ(t)を乗算し、これをD′_L(T)としてステ
ツプP₁₄に進む。したがつて、D′_L(T)は高速になる
に従い小さくなり、所定高速v_HO以上では零とな
る。ステツプP₁₄ではD′_L(T)にフリクシヨン制御信
号D_F(T)を加算しこれを電動機トルク制御信号D₁
としてステツプP₁₅に進む。したがつて、電動機
トルク制御信号D₁としては、第１０図に示すよ
うに車速ｖの大きさに対応したものとなり、所定
高速v_HO以上では、フリクシヨン分に相当した制
御信号の値となる。尚、v₀は停車時、v_Lは低速
時、v_Hは高速時、v_HOは所定高速以上を示してい
る。また、ステツプP₁₅では電動機トルク制御信
号D₁に符号を与えるべく、Ｆの値を判別する。
Ｆ＝０であればD₁が正であるから、そのままス
テツプP₁₇へ進み、Ｆ＝０でない場合にはD₁が負
であるから、ステツプP₁₆においてD₁＝−D₁とし
た後ステツプP₁₇に進む。

ステツプP₁₇、P₁₈では、操舵回転検出手段３５
からの操舵回転数の検出信号S₃とS₄を順次読み込
む。ここで、操舵回転検出手段３５からの検出信
号S₃とS₄は、第１１図の如く示される。読み込ま
れた検出信号S₃とS₄が正常であれば、ステツプ
P₁₉へ進み、ステツプP₁₉ではS₃−S₄を計算し、こ
れを操舵回転数Ｓとする。この操舵回転数Ｓは第
１１図の如くなる。

ステツプP₂₀では、操舵回転数Ｓの方向を判別
する為に正か負かを判別する。そしてＳが正であ
れば、ステツプP₂₁へ進み、ステツプP₂₁でＦ＝０
とする。又Ｓが負であれば、ステツプP₂₂へ進み、
ステツプP₂₂でＦ＝１とした後ステツプP₂₃で絶対
値変換即ちＳ＝−Ｓの処理をして、ステツプP₂₄
へ進む。ステツプP₂₄では操舵回転数の絶対値Ｓ
をアドレスとするメモリの内容が呼び出される。
メモリ内には、第１２図の如く示される操舵回転
数の絶対値Ｓに対応する電動機１８の回転数N_M
を決定すべく、電動機１８の誘導起電圧定数ｋと
回転速度N_Mの積、即ちＫ・N_Mにより得られるデ
ユーテイ変換値である電動機回転数制御信号D₂
が格納されるテーブル４が構成される。従つて操
舵回転数の絶対値Ｓによるアドレスに対応する
D₂が呼び出され、ステツプP₂₅へ進む。

ステツプP₂₅では、電動機回転数制御信号D₂の
方向Ｆを判別する。Ｆが零であればそのままステ
ツプP₂₇に進み、Ｆが１であればステツプP₂₆へ進
み、ステツプP₂₆で絶対値変換D₂＝−D₂としてス
テツプP₂₇に進む。ステツプP₂₇においては、電動
機トルク信号D₁、と電動機回転数制御信号D₂と
を加算し、これを電動機制御信号T₄としてステ
ツプP₂₈へ進む。ステツプP₂₈では、T₄の符号を
判別する。T₄が正の場合にはステツプP₂₉へ進
み、ステツプP₃₉では回転方向制御信号T₂＝１、
T₃＝０とし、T₄が負又は零の場合にはシテツプ
P₃₀でT₂＝０、T₃＝１とした後ステツプP₃₁でT₄
＝−T₄と処理してステツプP₃₂に進む。そして、
ステツプP₃₂でT₂、T₃を出力し、ステツプP₃₃で
T₄を出力して、ステツプP₁に戻る。そして、T₂
＝１、T₃＝０のときには電動機駆動手段４５の
FET４７をONさせると共にFET４９を駆動可能
状態にする一方、T₂＝０、T₃＝１のときには
FET５０をONさせると共にFET４８を駆動可能
状態にすることにより、電動機１８の回転方向が
制御される。これとともに、制御信号T₄により
例えばT₂＝１、T₃＝０の場合には、FET４９が
T₄に基づいてPWM駆動され、例えばT₃＝０、
T₃＝１のときはFET４８がT₄に基づきPWM駆
動されることになる。尚第６図、第７図、第１０
図におけるα、βは不感体を示しα＜βなる関係
に設定されている。

したがつてこのような電動式パワーステアリン
グ装置においては、車速の増大に伴なつて電動機
により発生する補助トルクが次第に減少し、所定
高速以上での走行時には、操舵力倍力装置のフリ
クシヨンに相当するトルクが電動機により付与さ
れることとなり、所定高速以上ではフリクシヨン
による操舵感の重さがなくなり、マニユアルステ
アリング装置と略同等の操舵フイーリングが得ら
れるとともに、不感帯α＜βに設定されているの
で操舵の切始めの重さ、すなわちフリクシヨン感
をなくすることができる。また、従来の如きフイ
ードバツク制御によらず、各テーブルに基づき車
速に対応した電動機制御信号を決定する構成であ
るため、電動機の応答性能が高まり、ステアリン
グ装置の動作に充分対応でき、最適な操舵フイー
リングが得られるると共に、テーブルの変更によ
り操舵フイーリングそのものを変化させることが
容易である。

（発明の効果）以上の説明で明らかな如く本発明によれば、車
速に対応した電動機の制御信号を、従来の如きフ
イードバツク制御によらず、マイクロコンピユー
タにより決定し出力するようにしたので、電動機
制御の応答性が高まり、ステアリング装置の動作
に充分対応できることとなり、最適な操舵フイー
リングを得ることができる。また電動機の制御信
号として操舵力倍力装置のフリクシヨンを加味し
て取扱つたので、操舵切始めの重さがなくなると
ともに、高速走行時におけるステアリング系の他
の要素を含む操舵力倍力装置系のフリクシヨンに
よる影響をうけることがなくなり、従来のマニユ
アル装置と略同等の軽快な操舵フイーリングを得
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２図〜第１２
図は本発明の電動式パワーステアリング装置の一
実施例を示し、第２図はその電磁型倍力装置を
90゜切断面で折曲させて示す縦断面図、第３図は
制御装置の全体構成図、第４図は制御処理の概略
を示すフローチヤート、第５図は操舵トルクとそ
の検出信号との関係を示す図、第６図は操舵トル
クとフリクシヨン制御信号との関係を示す図、第
７図は操舵トルクと路面負荷制御信号との関係を
示す図、第８図は車速と周期との関係を示す図、
第９図は車速と車速係数との関係を示す図、第１
０図は操舵トルクと電動機トルク制御信号との関
係を示す図、第１１図は操舵回転数と、操舵回転
検出信号との関係を示す図、第１２図は操舵回転
数と電動機回転数制御信号との関係を示す図であ
る。図面中、１８……電動機、３０Ａ……電動機制
御信号発生手段、３０Ｂ……路面抵抗制御信号決
定手段、３０Ｃ……フリクシヨン制御信号決定手
段、３０Ｄ，３０Ｆ……演算手段、３１……操舵
トルク検出手段、４０……車速検出手段、４５…
…電動機駆動手段である。

Claims

【特許請求の範囲】

１電動機を用いた操舵力倍力装置により発生す
るトルクをステアリング系に付与して操舵力の軽
減を図る電動式パワーステアリング装置におい
て、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵
トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段
と、前記操舵トルク検出手段からの検出信号に基
づく路面負荷に対応した路面負荷分制御信号と前
記車速検出手段からの検出信号に基づく車速係数
との積に前記操舵トルク検出手段からの検出信号
に基づく前記操舵力倍力装置系のフリクシヨンに
対応したフリクシヨン分制御信号を加算した電動
機制御信号を決定し出力する電動機制御信号発生
手段と、電動機制御信号に基づき前記電動機を駆
動する電動機駆動手段と、を備えたことを特徴と
する電動式パワーステアリング装置。