JPH0885468A

JPH0885468A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JPH0885468A
Application number: JP22373194A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Fukuyama; 雄一福山; Moritsune Nakada; 守恒中田; Masahiro Kubota; 正博久保田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】最適かつ安定したアシストトルクを付与可能な
電動パワーステアリング装置を提供することを目的とし
ている。【構成】バッテリ１０とブラシ１４との間に電流制限用
抵抗体２０が介装されている。さらに、その電流制限用
抵抗体２０と並列に、ＦＥＴ２１が接続されている。Ｆ
ＥＴ２１のゲート電圧は、コントローラ２２によって制
御される。電気モータ９にタコジェネレータ２３が取り
付けられている。タコジェネレータ２３は、電気モータ
９の回転速度に応じた電圧信号をコントローラ２２に供
給可能となっている。コントローラ２２は、タコジェネ
レータ２３からの電圧信号、即ち電気モータ９の回転速
度に基づいてＦＥＴ２１のゲート電圧を制御している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気モータによって操
舵力に応じたアシストトルクを付与する電動パワーステ
アリング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧を利用した油圧式パワーステアリン
グ装置では、油圧ポンプからの油圧をステアリングの作
動状態に応じて油圧シリンダや油圧モータ等のアクチュ
エータに供給することでアシスト力を得ている。しか
し、この油圧式パワーステアリング装置では、油圧ポン
プが常時作動しているために動力損失が大きく、結果と
して燃費が悪い。

【０００３】これを解決するために、軽自動車に採用さ
れているような電動パワーステアリング装置がある。こ
れは、図１７に示すような制御構成を備えて、操舵入力
軸と出力軸との間に介装されたトーションバー等のトル
ク伝達手段の捩じれ角度をトルクセンサ５０，５１で検
出し、その検出値をマイクロコンピュータ等からなるコ
ントローラ５２が読み込む。コントローラ５２は、車速
センサ等５３，５４からの制御信号で補正しつつ、上記
トルクセンサ５０，５１からの信号から付与すべきアシ
ストトルク値を算出し、該算出したアシストトルク値に
応じたモータ電流を、モータ駆動回路５５を介して電動
モータ５６に供給し、もって、出力軸に所定アシストト
ルクを付与することで操舵力の軽減を図っている。

【０００４】しかしながら、上記構成の電動パワーステ
アリング装置では、上記トルクセンサ５０，５１がトル
ク検出中に故障したり、モータ駆動回路５５を構成する
ＨブリッジのＦＥＴが短絡状態で故障したり、ＣＰＵ５
７が暴走したりする等の故障が発生すると、運転者の意
思とは無関係に電動モータ５６が作動して操舵される可
能性がある。このため、ＦＥＴの故障検知、トルクセン
サ５０，５１やＣＰＵの二重化等を行い、信頼性を確保
する必要がある。これは、コストアップや装置の複雑化
に繋がる。

【０００５】これを解決した従来の電動パワーステアリ
ング装置としては、例えば、特公平５−１５５９２号
（特開昭６１−９３７１号）公報に記載されているもの
がある。これは、操舵入力軸と出力軸とが、撓み可能な
トルク伝達手段を介して同軸に連結している。

【０００６】出力軸の外周面には鉄心をなす筒体が同軸
に固定され、該筒体の外周面に通電線が巻回されて回転
子巻線が形成されている。さらに、その回転子巻線と径
方向で対向する位置に所定間隔をあけて複数対の磁石が
配設されて、その磁石及び回転子巻線によって電気モー
タが構成され、もって、上記出力軸に回転トルクを付与
可能となっている。

【０００７】また、上記出力軸の外周に円筒状の整流子
が同軸に固定されている。この整流子の本体は絶縁部材
で構成されると共に、その外周面における対称位置に一
対の抵抗体が設けられている。その抵抗体は、それぞれ
円周方向に沿って延設されることで円弧形状をしてい
て、その一対の抵抗体の端部の離隔距離が等しく設定さ
れている。即ち、整流子の外周面における一対の抵抗体
の端部間位置は絶縁状態となっている。

【０００８】また、上記整流子と径方向で対向する位置
に一対のブラシが配置されている。各ブラシは、それぞ
れ入力軸側に支持されていると共に、バネによって該整
流子に向けて付勢されていて、入力軸と出力軸との間の
相対回動変位に追従して該整流子外周面を円周方向に摺
動可能となっている。そして、入力軸と出力軸との間に
相対回動変位が生じていない初期状態では、該ブラシ
は、一対の抵抗体端部間の絶縁部分に摺接した状態に設
定されている。

【０００９】さらに、上記一対の抵抗体は上記回転子巻
線の端部に接続され、また、一つのブラシがバッテリ等
の電源の端子に接続されている。そして、車両が直進走
行状態等，ステアリングホィールが操舵されない状態で
は、ブラシは整流子における絶縁部分に摺接しているた
めに、電気モータを構成する回転子巻線にはモータ電流
が流れず、即ち、電気モータが駆動されずに出力軸にア
シストトルク（回転トルク）が付与されない。

【００１０】または、ステアリングホィールを操舵した
が、転舵輪の路面抵抗が小さく、入力軸と出力軸との間
に入力される捩じれトルクが小さいときにも、該入力軸
と出力軸との間の相対回動変位が小さいので、ブラシが
抵抗体に接触することなく、出力軸にアシストトルク
（回転トルク）が付与されない。一方、低速運転等の状
態でステアリングホィールを操舵するなど、転舵輪の路
面抵抗が大きい場合には、操舵トルクが大きくなるので
入力軸と出力軸との間の相対回転変位が大きくなる。こ
れによって、ブラシは抵抗体に摺接し、該ブラシ及び抵
抗体を介して、バッテリから該回転子巻線にモータ電流
が流れて電流トルクが生じる。これによって、出力軸に
所定のアシストトルク（回転トルク）が付与されて、操
舵トルクが軽減される。

【００１１】このとき、上記路面抵抗，即ち操舵トルク
の大きさに比例して入力軸と出力軸との間の相対回動変
位が大きくなると、その相対回動変位角の大きさに比例
してブラシと抵抗体との間の接触面積が増加し、該接触
面積に比例した電流を回転子巻線に供給可能となってい
る。これによって、操舵トルクの大きさにリニアに比例
したアシストトルクを出力軸に付与可能となっている。
即ち、操舵トルクが小さい状態ではアシストトルクが小
さく、該操舵トルクが大きくなるにつれてアシストトル
クが大きく付与されて、操舵力が軽減される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の電
動パワーステアリング装置では、据切りの様な場面で
は、操舵輪の路面抵抗が大きいので、出力軸に入力され
る負荷が増大して操舵入力軸と出力軸との間の相対回動
変位が最大となる場合があり、これによってブラシと整
流子との間の抵抗値がゼロとなると、電動モータがバッ
テリと直結状態となり、モータの回転速度の低い領域で
は、電動モータに許容される最大電流値を越えてしまう
恐れがある（図９中の点線部分を参照）。

【００１３】これを防止するためには、上記相対回動変
位角が最大となってもブラシと整流子との間の抵抗値が
ゼロとならないように構成するか、駆動回路中に過電流
防止用の抵抗体を介装する必要がある。しかしながら、
このような対策を施すと、上記相対回動変位角の増大に
比例してモータ電流が増大し、該相対回動変位角が最大
となった時点で最大能力のトルクとなるように設定され
るので（図９中の一定鎖線を参照）、その相対回動変位
角となるまでは電気モータの最大能力のトルクを利用す
ることができない。

【００１４】また、操舵の際に、モータの回転速度（操
舵速度）が速くなると、その増分に比例して電気モータ
の逆起電力が増加するために出力トルクが減少する。こ
れによって、運転者に反力として入力される操舵力変化
が大きくなり、操舵感が悪化するという問題がある。本
発明は、上記のような問題点に着目してなされたもの
で、最適かつ安定したアシストトルクを付与可能な電動
パワーステアリング装置を提供することを目的としてい
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電動パワーステアリング装置は、図１に示
すような構成を有して、操舵入力軸と出力軸とがトーシ
ョンバーを介して同軸に接続されると共に該出力軸に断
続可能に電気モータが接続され、さらに、入力軸と出力
軸との相対回動変位角が所定の回動角以上となった時点
で上記電気モータと電源との間が電気的に接続可能に設
定されていると共に、該電気モータと電源との間に可変
抵抗手段が介装され、該可変抵抗手段は、上記相対回動
変位角が大きくなるに比例して抵抗値が減少するように
設定されて、上記相対回動変位角に応じた電流値で上記
電気モータを駆動しアシストトルクを発生する電動パワ
ーステアリング装置において、上記可変抵抗手段とは別
に、上記電気モータと電源との間に電気的に介装される
電流制限用抵抗体と、その電流制限用抵抗体の抵抗値を
変更可能な抵抗値変更手段と、電気モータの回転速度を
検出する速度検出手段と、速度検出手段が検出した速度
信号に基づき、上記抵抗値変更手段を介して電気モータ
の回転速度の増加に比例して上記電流制限用抵抗体の抵
抗値を減少する抵抗値制御手段と、を備えたことを特徴
としている。

【００１６】このとき、請求項２に記載されているよう
に、上記抵抗値制御手段による、電気モータの回転速度
の増分に対する電流制限用抵抗体の抵抗値の減少率を、
該電気モータの回転速度の増分によって発生する電気モ
ータの逆起電力を相殺する値に設定したことを特徴とす
る。また、請求項１又は請求項２に記載された構成に対
して、請求項３に記載されているように、車両速度を検
出する車速検出手段を備えると共に、上記抵抗値制御手
段で減少設定する電流制限用抵抗体の抵抗値を、上記車
速検出手段による車両速度信号に基づき、車両速度に比
例した量だけ大きくなるように補正する車速感応補正手
段を設けたことを特徴とする。

【００１７】また、請求項２又は請求項３に記載された
構成に対して、請求項４に記載されているように、車両
速度を検出する車速検出手段を備えると共に、その車速
検出手段による車両速度信号に基づき、上記抵抗値制御
手段における上記電気モータの回転速度の増分に対する
電流制限用抵抗体の抵抗値の減少率を、車両速度の大き
さに比例して小さく設定変更する抵抗値補正手段を設け
たことを特徴とする。

【００１８】また、請求項１、請求項３又は請求項４の
いずれかに記載された構成に対して、請求項５に記載さ
れているように、上記抵抗値制御手段における、上記電
気モータの回転速度の増分に対する上記電流制限用抵抗
体の抵抗値の減少率を、初期値として、該電気モータの
回転速度の増分によって発生する電気モータの逆起電力
を相殺可能な値よりも大きい値に設定したことを特徴と
する。

【００１９】

【作用】電気モータに電流を供給する電気回路中に電流
制限用抵抗体を設けることで、電気モータへの許容可能
な最大電流値が制限され、過電流が防止される。また、
電気モータの回転速度が増加すると、そのままでは、電
気モータの逆起電力が増加して出力トルク（アシストト
ルク）が減少するが、本願発明では、上記電気モータの
回転速度が増加すると、それに追従して過電流防止用の
上記電流制限用抵抗体の抵抗値を下げることで、上記出
力トルクの減少を抑える。

【００２０】なお、本願発明では、上記電気モータの回
転速度からアシストトルクの減少を推定して電流制限用
抵抗体の抵抗値を制御している。このときステアリング
ホィールの操舵速度から電気モータの回転速度を推定す
る方法も考えられるが、車輪の路面抵抗の変化等によっ
て、操舵入力軸と出力軸との間の相対回動変位角、即ち
操舵力と電気モータの回転速度とは一対一に必ずしも対
応しないため、ステアリングホィール等の操舵速度から
電気モータの回転速度、更には上記アシストトルクの変
動（逆起電力の量）を推定するのは誤差が大きいものと
思われる。

【００２１】但し、舗装路を走行したり、舗装路等での
据切り等、一定の路面での作動中であれば、車輪の路面
抵抗は一様であるので、電気モータの回転速度と操舵速
度とは比例関係があり、上記作用によって、上記操舵速
度の変動によるアシストトルクの変動が抑えられる。こ
れによって、電気モータの回転速度の変化による操舵感
の悪化が抑えられる。

【００２２】このとき、請求項２に記載した構成を採用
することで、上記逆起電力の増分に応じた分だけ電流制
限用抵抗体の抵抗値が減少されて、操舵速度又は電気モ
ータの回転速度が速くなっても、アシストトルクの変動
がゼロ若しくは小さく抑えられる。このことは、また、
上記操舵入力軸と出力軸との間の相対回動変位角が、設
定されている最大値となる前に、電動モータに対して許
容可能な最大電流が供給可能となって、上記相対回動変
位角が最大となる前に、電気モータの最大能力を発揮さ
せることが可能となる。

【００２３】また、請求項３に記載された発明は、車両
速度が大きくなると運転者に入力される操舵トルクが減
少することに鑑みてなされ、車両速度の大きさに追従し
て、抵抗値制御手段で制御する電流制限用抵抗体の抵抗
値を上げることで、車両速度の上昇に応じてアシストト
ルクを減少する。これによって、車両速度の影響を抑え
た安定した操舵トルクが運転者に付与される。

【００２４】なお、この場合には、電流制限用抵抗体の
抵抗値を、モータ電流の過電流を回避する最小の抵抗値
よりも大きい値に設定しておき、抵抗値変更手段によっ
て、モータ電流の過電流を回避する最小の抵抗値に初期
設定しておく等の対処が必要である。また、上記請求項
２に記載した構成を採用すると、電気モータ又は操舵速
度の変化によってアシストトルクの量の変化がないよう
に設定されるが、この場合には、減衰成分が無くなるの
で、車両速度が大きい場合における、ステアリングホィ
ールから手を離した状態、即ち手放し状態でのステアリ
ングホィールの中立位置への収斂性が良くない。

【００２５】これに対して、請求項４に記載した発明で
は、車両速度が大きくなると、電気モータの回転速度の
増分に対する電流制限用抵抗体の抵抗値の減少率が小さ
くなり、該電気モータの回転速度又は操舵装置の操舵速
度の増分に対して発生する逆起電力を完全には相殺せず
に、該電気モータの回転速度の増加に対してアシストト
ルク値が若干低下するようなる。この低下分が減衰成分
として作用して、上記手放し状態でのステアリングホィ
ールの中立位置への収斂性が向上する。上記低下分は、
車両速度が大きい程大きくなる。

【００２６】次に、請求項５に記載した構成の作用につ
いて説明する。電気モータによっては、インダクタンス
（Ｌ成分）等の遅れ成分による制御遅れによって、モー
タトルクの応答遅れが大きい場合があり、請求項５に記
載された本願発明は、このような場合に有効に作用す
る。上記応答遅れがあると、操舵速度が増加する方向で
考えると、検出した操舵速度から求められる逆起電力よ
りも、制御すべき電流値、即ち逆起電力の大きさが大き
い。これに鑑みて、電流制限用抵抗体のおける抵抗値の
減少率を、操舵速度から求められる逆起電力を相殺する
以上に設定することで、上記モータの制御遅れによるア
シストトルクの変動を抑えることができる。

【００２７】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず構成を説明すると、図２に示すように、ステアリン
グホィール１に入力軸であるステアリングシャフト２の
上端部が連結され、該ステアリングシャフト２は下方に
延びている。そのステアリングシャフト２の下端部は、
トルク検出機構３を介して出力軸であるピニオンシャフ
ト４に連結している。ピニオンシャフト４の下端部は、
水平に延びるラック５に噛合し、該ラック５とピニオン
シャフト４によってステアリングギアを構成している。

【００２８】水平に延在するラック５の両端部は、それ
ぞれタイロッド６を介してナックル及び転舵輪７に接続
し、該ラック５が水平方向に移動することで左右の車輪
７が転舵するようになっている。また、上記ピニオンシ
ャフト４の上部には減速機８が固定され該減速機８に電
気モータ９の駆動軸が断続可能に連結している。

【００２９】上記ステアリングシャフト２とピニオンシ
ャフト４との連結部は、図２に示すように、該ステアリ
ングシャフト２の下端部とピニオンシャフト４の上端部
とが同軸に配置され、その両者の間にトーションバー１
１が介装されている。該ステアリングシャフト２及びピ
ニオンシャフト４と該トーションバー１１とは、例えば
ピン結合等によって連結している。

【００３０】上記ピニオンシャフト４の外周には、図４
に示すように、環状の整流子１２が同軸に固定されてい
る。その整流子１２は、本体１２ａが絶縁部材によって
形成され、その外周面側の円周方向に沿って４個の電気
抵抗体１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが所定間隔をあ
けて配置されている。この４個の電気抵抗体１７ａ，１
７ｂ，１８ａ，１８ｂは、それぞれ円周方向に延びる円
弧形状に成形され、また、隣合う２個づつが組となり、
かつ、対称位置に一対の電気抵抗体群をなしている。そ
して、組をなす電気抵抗体１７ａ，１７ｂ、及び１８
ａ，１８ｂの隣合う端部同士が導線１３で接続されてい
る。

【００３１】その整流子１２と径方向で対向する位置に
一対のブラシ１４が配置されている。その一対のブラシ
１４は、ステアリングシャフト２の本体からピニオンシ
ャフト４側に延びる筒部２ａの端部に固定されて図示し
ないスプリングやゴム等の弾性体によって整流子１２側
に付勢されている。この一対のブラシ１４は、ステアリ
ングシャフト２とピニオンシャフト４との間に相対回動
変位が発生していない初期状態では、整流子１２におけ
る導線１３で接続されていない電気抵抗体１７ａ，１７
ｂ、及び１８ａ，１８ｂの端部間（電気抵抗体群の端部
間）である絶縁部分に、所定の接触圧をもって摺接して
いる。そして、この一対のブラシ１４及び整流子１２に
よって可変抵抗手段を構成している。

【００３２】上記一対のブラシ１４は、図示しないスリ
ップリングを介して電源であるバッテリ１０に接続され
ている。また、各電気抵抗体１７ａ，１７ｂ，１８ａ，
１８ｂを接続する導線１３は、それぞれピニオンシャフ
ト４に固定された環状のスリップリング１５に接続さ
れ、該スリップリング１５を介して上記電気モータ９に
接続されている。

【００３３】また、バッテリ１０とブラシ１４との間に
電流制限用抵抗体２０が介装されている。さらに、その
電流制限用抵抗体２０と並列に、抵抗値変更手段を構成
するＦＥＴ２１が接続されている。上記ＦＥＴ２１のゲ
ート電圧は、コントローラ２２によって制御されて、該
ゲート電圧の変更によって電流制限用抵抗体２０とＦＥ
Ｔ２１との合成抵抗値Ｔが変化する。即ち、ゲート電圧
がゼロの状態では上記合成抵抗値Ｔがゼロに設定され、
該ゲート電圧の上昇に比例して、該電流制限用抵抗体２
０単体の抵抗値まで、該合成抵抗値Ｔが連続的に上昇す
る。このように、電流制限用抵抗体２０の抵抗値が等価
的に可変に制御可能となっている。なお、初期状態で
は、合成抵抗値Ｔが電流制限用抵抗体２０単体の抵抗値
と同じ値となるように上記ゲート電圧が初期設定されて
いる。

【００３４】また、上記電気モータ９には、タコジェネ
レータ２３が取り付けられている。タコジェネレータ２
３は、電気モータ９の回転速度を電圧値として検出し、
その検出した電圧信号をコントローラ２２に供給可能と
なっている。コントローラ２２は、図５に示すように、
マイクロコンピュータ２５及び駆動回路２６を主要な構
成として、タコジェネレータ２３からの電圧信号、即ち
電気モータ９の回転速度に基づいてＦＥＴ２１のゲート
電圧を制御している。

【００３５】即ち、タコジェネレータ２３からの電圧信
号は、Ａ／Ｄコンバータ２７によってデジタル量に変化
した後にマイクロコンピュータ２５に供給可能となって
いる。マイクロコンピュータ２５では、図６に示すよう
に、まず、制御信号である電圧信号を入力し（ステップ
１）、そのＡ／Ｄコンバータ２７を介して入力した電圧
信号に基づいて電気モータ９の回転速度Ｍを算出し（ス
テップ２）、下式で示されるような演算式によって設定
する電流制限用抵抗体２０とＦＥＴ２１とによる合成抵
抗値Ｔを算出する（ステップ３）。

【００３６】Ｔ＝−ｋ₁×Ｍ＋ｋ₂・・・（１）ここで、ｋ₁，ｋ₂は、モータの特性等によって決定さ
れる比例定数であり、ｋ₁が、回転速度の増分に対する
電流制限用抵抗体２０の抵抗率の減少率を表している。
例えば、本実施例の電気モータ９の特性を図７に示すよ
うに設定し、該電気モータ９の内部抵抗値を０．２８２
Ω、許容可能な最大電流を３０Ａとすると共に、バッテ
リ１０の電圧を１２Ｖとすると、過電流を防止するため
に最低限必要な、該電流制限用抵抗体２０に要求される
抵抗値は、１２÷３０−０．２８２＝０．１１８Ωとな
る。なお、これから上記比例定数ｋ₂は０．１１８に設
定する。

【００３７】またこのとき、上記電気モータ９の回転速
度に対するモータ逆起電圧は、図８のように示されるの
で、図８中に示されるグラフＬの傾きに相当する値に上
記比例定数をｋ₁を決定すればよい。なお、上記（１）
式のような演算式の代わりにグラフの形で与えておいて
もよいし、テーブルの形でメモリ内に記憶しておいて処
理してもよいことはいうまでもない。

【００３８】次に、マイクロコンピュータ２５では、上
記求めた合成抵抗値Ｔに応じた指令値を駆動回路２６に
供給可能となっている（ステップ４）。このマイクロコ
ンピュータ２５は、Ｉ／Ｏインタフェース部、メモリ
部、制御部、クロックジャネレータ等から構成され、水
晶発振回路２８のクロックパルスに基づき上記作動を実
施可能となっている。

【００３９】駆動回路２６では、入力した指令値に基づ
き、その指令値に対応した合成抵抗値Ｔとなるゲート電
圧をＦＥＴ２１のゲート電極に供給可能となっている。
なお、上記マイクロコンピュータ２５及び駆動回路２６
は、イグニッションキーのキースイッチが投入されるこ
とで、所定のバッテリ１０を電源として作動を開始す
る。

【００４０】次に、上記構成の電動パワーステアリング
装置の動作について説明する。直進走行などのステアリ
ングホィール１を操舵しないか、又はステアリングホィ
ール１の操舵が小さい状態などでは、ステアリングシャ
フト２とピニオンシャフト４との間に介装されたトーシ
ョンバー１１に付与される捩じれトルクは、ゼロ若しく
は小さい。

【００４１】この状態では、ステアリングシャフト２と
ピニオンシャフト４との間の相対回動変位角が小さいの
で、ブラシ１４は電気抵抗体１７ａ，１７ｂ，１８ａ，
１８ｂに接触せず、電気モータ９に電流が付与されな
い。これにより、操舵トルクが所定値以上となるまで
は、ピニオンシャフト４にアシストトルクが付与される
ことはない。

【００４２】さらに、ステアリングホィール１を操舵し
たときに車輪の路面抵抗が大きく、所定値以上の操舵ト
ルクが生じたときに、その操舵トルクに比例した量だけ
ステアリングシャフト２とピニオンシャフト４との間に
相対回動変位が発生する。このとき、ブラシ１４は、電
気抵抗体１７ｂ，１８ｂの延在方向一端部に向けて摺動
して該延在方向一端部に摺接する（図３中、Ａの位
置）。これによって、該電気抵抗体１７ｂ，１８ｂを介
して電気モータ９に所定のモータ電流が供給され、該モ
ータ電流に応じたアシストトルクが減速機８を介してピ
ニオンシャフト４に付与され、運転者による操舵が軽減
する。

【００４３】このときには、電気抵抗体１７ｂ，１８ｂ
の延在方向一端部から他端部に向けて電流が流れるため
該電気抵抗体１７ｂ，１８ｂによる抵抗値が大きく、即
ち、電気モータ９に供給されるモータ電流が小さいの
で、アシストトルクが小さい。続いて、上記状態からさ
らに操舵トルクが大きくなると、ブラシ１４は、電気抵
抗体１７ｂ，１８ｂ上を延在方向一端部から他端部に向
けて移動する。

【００４４】これによって、上記ステアリングシャフト
２とピニオンシャフト４との間の相対回動変位の増加分
だけ、電気抵抗体１７ｂ，１８ｂにおける他端部とブラ
シ１４との位置が近づきバッテリ１０と電気モータ９と
の間の抵抗値が小さくなって、モータ電流、即ちアシス
トトルクが大きくなる。このように、操舵トルクに比例
したアシストトルクが付与される。なお、上記操舵操作
と反対側に操舵した場合には、ブラシ１４は、電気抵抗
体１７ａ，１８ａ上を摺動して上記と同様な作用・効果
を有する。

【００４５】このとき、電気抵抗体１７ａ，１７ｂ，１
８ａ，１８ｂにおける延在方向の他端部とブラシ１４と
の間の物理的な距離によって、電気抵抗体１７ａ，１７
ｂ，１８ａ，１８ｂの抵抗値を可変として電気モータ９
に供給する電流値を制御するので、温度や湿度等の変化
に対する影響を従来よりも小さく抑えることが可能とな
り、ステアリングホィール１に発生する操舵力に応じた
所望のアシストトルクを出力軸であるピニオンシャフト
４に付与可能となる。

【００４６】このように、操舵トルクに比例したモータ
電流を電気モータ９に付与することで、該操舵トルクに
比例したアシストトルクを発生するが、このとき電気モ
ータ９の回転速度の上昇に応じて逆起電力が生じ、上記
アシストトルクが減少してまう。これに対して、本実施
例では、上記電気モータ９の回転速度が、タコジェネレ
ータ２３を介して入力した信号に基づきコントローラ２
２で求められ、該コントローラ２２によってＦＥＴ２１
のゲート電圧が制御されることで、電流制限用抵抗体２
０とＦＥＴ２１とによる合成抵抗値Ｔが、回転速度の増
分に伴って減少されて、上記電気モータ９の逆起電力に
よる出力トルクの減少が抑えられる。

【００４７】これによって、本実施例の電動パワーステ
アリング装置では、例えば、図９中、実線で示すような
アシストトルク特性を備える。ここで、上記と同様に、
電気モータ９の特性を図７に示すように設定し、該電気
モータ９の内部抵抗値を０．２８２、最大電流を３０Ａ
とすると共に、バッテリ１０の電圧を１２Ｖとし、ま
た、電流制限用抵抗体２０の抵抗値を０．１１８Ωとす
ると共に、モータ回転速度に対する電流制限用抵抗体２
０とＦＥＴ２１との合成抵抗値Ｔの減少率を図９のグラ
フＬに応じた値（逆起電力を相殺する値）に設定した場
合である。また、減速機８のギヤ比を１６に設定してい
る。

【００４８】なお、図９中、一点鎖線は、過電流防止の
ために上記電流制限用抵抗体２０を設けると共に、該電
流制限用抵抗体２０の抵抗値を従来のように一定とした
場合の従来のアシストトルクの特性を比較のために示し
たものである。また、点線で示されている線は、過電流
防止のための電流制限用抵抗体２０を設けない場合にお
けるアシストトルクの特性を示したものである。

【００４９】この図９から分かるように、電気モータ９
の回転速度の上昇にともない、ＦＥＴ２１のゲート電圧
を小さく（ＦＥＴ２１による抵抗を小さく）すること
で、等価的に電流制限用抵抗体２０の抵抗値が小さくな
り、モータの回転速度が１０００rpm 、即ち出力軸であ
るピニオンシャフト４に入力される操舵速度が３７５de
g/sec までは、アシストトルクが一定に設定することが
可能となる。

【００５０】ここで、据切り時の操舵速度は、最大でも
３６０deg/sec 程度であるので、上記のように設定する
ことで、据切り時における、電気モータ９の回転速度の
上昇、即ち操舵速度に上昇に伴うアシストトルクの減少
が抑えられて、安定した操舵力をステアリングホィール
１、即ち、運転者に付与可能となり、操舵感が安定す
る。

【００５１】これに対して、従来では、図９中、一点鎖
線で示されるように、操舵速度の上昇に従ってアシスト
トルクが減少し、ステアリングホィール１を速く廻すほ
ど、ステアリングホィール１が重くなって操舵感が悪く
なるが、本実施例では、これが回避される。なお、上記
実施例では、速度検出手段としてタコジェネレータ２３
を使用しているが、これに限定されるものではなく、例
えば、電気モータ９の端子電圧と電流から、電気モータ
９の回転速度を算出するように設定するなどしてもよ
い。

【００５２】また、上記実施例では、電流制限用抵抗体
２０をブラシ１４とバッテリ１０との間に介装している
が、整流子１２と電気モータ９との間に介装してもよ
い。また、上記実施例のように電気モータ９を別体に設
けることなく、特開昭６１−９３７１号公報に記載され
ているように、ピニオンシャフト４と同軸に形成して減
速機８を省いてもよい。即ち、電気モータ９は、上記構
成に限定されず、モータ電流に応じた回転トルクをピニ
オンシャフト４に付与可能であれば、他の公知の構成を
採用しても構わない。

【００５３】また、上記実施例では、ブラシ１４側を電
気モータ９に接続し、且つ、電気抵抗体１７ａ，１７
ｂ，１８ａ，１８ｂ側をバッテリ１０に接続している
が、ブラシ１４側をバッテリ１０に接続し、且つ、電気
抵抗体１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ側を電気モータ
９に接続してもよい。また、上記実施例では抵抗値変更
手段としてパワー素子であるＦＥＴ２１を使用している
が、他のトランジスタ素子等のパワー素子を採用しても
よいし、電流制限用抵抗体２０自身を可変抵抗手段で構
成して、そのブラシ１４等の可動部を移動させるような
機械的構造によって抵抗値変更手段を構成してもよい。

【００５４】次に、第２実施例について説明する。第２
実施例の基本構成は、上記第１実施例と同様であり、相
違する構成について以下に説明する。まず、上記電流制
限用抵抗体２０の抵抗値を、電気モータ９への過電流を
防止する最小抵抗値、即ち上記実施例における０．１１
８Ωよりも大きく設定する。

【００５５】例えば、上記電気モータ９では、図７から
モータ電流が１Ａ以下では回転トルクを発生しないの
で、該電流制限用抵抗体２０の抵抗値を、可変抵抗手段
の抵抗値がゼロのときのモータ電流が１Ａとなる１２÷
１−０．２８２＝１１．７１８Ωに設定する。そして、
初期設定状態では、該電流制限用抵抗体２０とＦＥＴ２
１との合成抵抗値Ｔが、０．１１８Ωとなるように、Ｆ
ＥＴ２１のゲート電圧を初期設定する。

【００５６】また、本実施例では、車両速度を検出する
車速検出手段を構成する車速センサ３０を設ける（図５
参照）。この車速センサ３０は、検出した車両速度に応
じた車速信号をコントローラ２２に供給可能となってい
る。コントローラ２２では、上記車速センサ３０からの
車速信号をＡ／Ｄコンバータ３１を介してマイクロコン
ピュータ２５に供給可能となっていて、該マイクロコン
ピュータ２５では、入力した車速信号に基づいて車両速
度Ｖを算出する。

【００５７】このとき、上記第１実施例のマイクロコン
ピュータ２５では、入力した電圧信号に基づいて電気モ
ータ９の回転速度Ｍを算出し、（１）式で示されるよう
な演算式によって設定する電流制限用抵抗体２０とＦＥ
Ｔ２１とによる合成抵抗値Ｔを算出しているが、本願実
施例では、上記車両速度によって、求める合成抵抗値Ｔ
を補正する補正項を上記演算式に付加している。即ち、
車速感応補正手段を構成する補正項を付加した、次に示
す演算式によって合成抵抗値Ｔを算出する。Ｔ＝−ｋ₁×Ｍ＋ｋ₂＋ｋ₃（Ｖ）・・・（２）ここで、ｋ₁，ｋ₂は、モータの特性等によって決定さ
れる比例定数であり、ｋ₃は車両速度の増分によって増
加する抵抗値の増分を示す比例数である。

【００５８】なお、上記のような演算式の代わりに車両
速度に応じた個々のマップの形で与えておいてもよい
し、テーブルの形でメモリ内に記憶しておいてもよいこ
とはいうまでもない。ここで、上記ｋ₃（Ｖ）は、車両
速度Ｖの関数であって、車両速度Ｖの上昇に比例して大
きくなるように設定されていて、上記（２）式で算出さ
れる合成抵抗値Ｔを示すグラフは、車両速度の増加に伴
って、図１０に示すようにＬ→Ｌ₁→Ｌ₃と変化するよ
うに設定される。

【００５９】他の構成は、上記第１実施例と同様であ
る。次に、第２実施例の電動パワーステアリング装置の
動作について説明する。車両速度Ｖが大きくなると、そ
れに追従して操舵輪の路面抵抗が小さくなりステアリン
グホィール１の操舵が軽くなるが、本実施例では、上記
第１実施例の作動に加えて、電流制限用抵抗体２０とＦ
ＥＴ２１とによる合成抵抗値Ｔが、車両速度Ｖの増分に
比例して増加するため、車両速度Ｖの増加に応じてモー
タ電流が小さくなってアシストトルクが減少し、図１１
に示すように、車両速度が大きくなるにつれて、アシス
トトルクの特性が図中矢印で示す位置に変更される。

【００６０】これによって、車両速度Ｖが速くなっても
ステアリングホィール１の操舵が軽くなることが防止さ
れ、運転者に車両速度Ｖに左右されない安定した操舵感
を付与可能となる。次に、第３実施例について説明す
る。第３実施例の基本構成は、上記第２実施例と同様で
あり、マイクロコンピュータ２５内における合成抵抗値
Ｔを算出する演算式として、下式を採用したものであ
る。

【００６１】Ｔ＝−ｋ₁（Ｖ）×Ｍ＋ｋ₂＋ｋ₃（Ｖ）・・・（３）即ち、抵抗値の減少率を示す比例定数であるｋ₁を車両
速度Ｖの関数とし、図１２に示すように、車両速度Ｖの
増加に比例して小さくなるように設定される（図１２中
矢印の方向に移動）。なお、このｋ₁（Ｖ）が、抵抗値
補正手段を構成している。

【００６２】なお、上記のような演算式の代わりに車両
速度Ｖに応じた個々のグラフの形で与えておいてもよい
し、テーブルの形でメモリ内に記憶しておいてもよいこ
とはいうまでもない。他の構成は、上記第１実施例と同
様である。このような電動パワーステアリング装置で
は、上記（３）式の第３項（＋ｋ₃（Ｖ）部分）を無視
して考えた場合、電気モータ９の回転速度が速くなるほ
ど、第１実施例に比べて図１３中矢印で示すように下方
に傾き、該回転速度の増分によって生じる逆起電力を完
全に相殺することなく、車両速度Ｖが大きくなる程、若
干、アシストトルクが低下するように設定される。

【００６３】そして、このアシストトルクの低下分が減
衰成分として作用するので、高速走行の際において、所
謂，手放し走行時のステアリングホィール１の中立位置
への収束性が、上記第１実施例に比べて向上する。ま
た、（３）式における第３項も考慮すると、電流制限用
抵抗体２０とＦＥＴ２１との合成抵抗値は、車両速度Ｖ
の増加に応じて、図１４に示すように車両速度Ｖの増加
に伴って矢印方向に変更制御されて、上記効果と共に第
２実施例の効果を有して、高速走行時のステアリングホ
ィール１の手放し収束性が良いと共に、車両速度Ｖが速
くなっても操舵力が軽くなることが防止され、運転者に
車両速度Ｖに左右されない安定した操舵感を付与可能と
なる。

【００６４】次に、第４実施例について説明する。第４
実施例の電動パワーステアリング装置は、上記第３実施
例と同様な構成をしていて、コントローラ２２のマイク
ロコンピュータ２５で演算する演算式（３）における、
抵抗値の減少率を表す比例定数ｋ₁の初期値を、電気モ
ータ９の回転速度の増加による逆起電力を相殺する値よ
りも大きく設定したものである。

【００６５】即ち、電気モータ９の回転速度に対する電
流制限用抵抗体２０とＦＥＴ２１との合成抵抗値の初期
値を、図１５に示すように、電気モータ９の回転速度の
増加による逆起電力を相殺するグラフＬよりも傾きが大
きいグラフＬ₄の対応する値に設定したものである。こ
れによって、車両速度Ｖがゼロである初期状態では、図
１６に示すように、電気モータ９の回転速度が増加する
に追従して若干アシストトルクが大きくなるように設定
したものである。

【００６６】これは、電気モータ９のインダクタンス
（Ｌ成分）等による制御遅れ要素によって、回転トルク
の応答が遅れるので、上記のように、回転速度の増加に
対するゲインを上げておくことで、上記応答の遅れを補
償するものである。そして、車両速度Ｖが増加すると、
第３実施例で説明したように、ｋ₁の値は該車両速度Ｖ
の増分に比例して大きくなり（図１５中、Ｌ₄→Ｌの方
向にシフトして）、減衰効果を持つと共に、回転速度に
応じた逆起電力を相殺する値に向けて上記ｋ₁が変更す
る。さらに、車両速度Ｖが増加すると、回転速度に応じ
た逆起電力を相殺する値よりも小さい値に向けて変更さ
れる（図１５中、Ｌ→Ｌ₅の方向にシフトする）。

【００６７】なお、上記全実施例において、例えば１０
ｋｍ／ｈ以下などの極低車速は、「車速ゼロ」と見なす
など、車速成分に対する動作を、車両速度に完全に比例
させることなく、上記のように不感帯を設けてもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の電動
パワーステアリング装置では、電流制限用の抵抗体を設
けることで電動モータへの過電流が防止されると共に、
モータの回転速度が速くなっても、アシストトルクの減
少がゼロ若しくは小さく抑えられて、モータの回転速
度、更には操舵速度が速くなっても、ステアリングホィ
ールを介して運転者に入力される操舵力変化に少なくな
り、操舵感の悪化を防止することができるという効果が
ある。

【００６９】このとき、請求項３に記載した構成を採用
すると、車両速度の変化によるアシストトルクの増減が
抑えられて、安定したアシストトルクが発生し、もって
車両速度の変化による操舵力変化が少なくなり、車両速
度の変化による操舵感の悪化を防止することができると
いう効果がある。さらに、請求項４に記載した構成を採
用すると、車両速度が大きい場合における、ステアリン
グホィールの中立位置への所謂，手放し収束性の悪化を
防止できるという効果がある。

【００７０】さらにまた、請求項５に記載した構成を採
用すると、電気モータの応答遅れを吸収可能となるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るクレーム対応図である。

【図２】本発明に係る実施例の電動パワーステアリング
装置の全体構成図である。

【図３】本発明に係る実施例のステアリングシャフトと
ピニオンシャフトとの連結部分の構成を示す概略図であ
る。

【図４】本発明に係る実施例の可変抵抗手段の構成を示
す断面図である。

【図５】本発明に係る実施例のコントローラの構成を示
す図である。

【図６】本発明に係る実施例のコントローラの処理手順
を示す図である。

【図７】本発明に係る実施例の電気モータの特性を示す
図である。

【図８】本発明に係る実施例の電気モータの回転速度と
逆起電圧及び合成抵抗値の特性を示す図である。

【図９】本発明に係る実施例のアシストトルクの特性を
示す図である。

【図１０】本発明に係る第２実施例の合成抵抗値の特性
を示す図である。

【図１１】本発明に係る第２実施例のアシストトルクの
特性を示す図である。

【図１２】本発明に係る第３実施例の合成抵抗値の特性
を示す図である。

【図１３】本発明に係る第３実施例のアシストトルクの
特性を示す図である。

【図１４】本発明に係る第３実施例の合成抵抗値の特性
を示す図である。

【図１５】本発明に係る第４実施例の合成抵抗値の特性
を示す図である。

【図１６】本発明に係る第４実施例のアシストトルクの
特性を示す図である。

【図１７】従来の電動パワーステアリング装置における
制御部の構成の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ステアリングホィール２ステアリングシャフト４ピニオンシャフト５ラック７操舵輪８減速機９電動モータ１０バッテリ（電源）１１トーションバー１２整流子（可変抵抗手段）１４ブラシ（可変抵抗手段）２０電流制限用抵抗体２１ＦＥＴ（抵抗値変更手段）２２コントローラ（抵抗値制御手段）２３タコジェネレータ２５マイクロコンピュータ２６駆動回路３０車速センサ（車速検出手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵入力軸と出力軸とがトーションバー
を介して同軸に接続されると共に該出力軸に断続可能に
電気モータが接続され、さらに、入力軸と出力軸との相
対回動変位角が所定の回動角以上となった時点で上記電
気モータと電源との間が電気的に接続可能に設定されて
いると共に、該電気モータと電源との間に可変抵抗手段
が介装され、該可変抵抗手段は、上記相対回動変位角が
大きくなるに比例して抵抗値が減少するように設定され
て、上記相対回動変位角に応じた電流値で上記電気モー
タを駆動しアシストトルクを発生する電動パワーステア
リング装置において、上記可変抵抗手段とは別に、上記電気モータと電源との
間に電気的に介装される電流制限用抵抗体と、その電流
制限用抵抗体の抵抗値を変更可能な抵抗値変更手段と、
電気モータの回転速度を検出する速度検出手段と、速度
検出手段が検出した速度信号に基づき、上記抵抗値変更
手段を介して電気モータの回転速度の増加に比例して上
記電流制限用抵抗体の抵抗値を減少する抵抗値制御手段
と、を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング
装置。
【請求項２】上記抵抗値制御手段による、電気モータ
の回転速度の増分に対する電流制限用抵抗体の抵抗値の
減少率を、該電気モータの回転速度の増分によって発生
する電気モータの逆起電力を相殺する値に設定したこと
を特徴とする請求項１に記載された電動パワーステアリ
ング装置。
【請求項３】車両速度を検出する車速検出手段を備え
ると共に、上記抵抗値制御手段で減少設定する電流制限
用抵抗体の抵抗値を、上記車速検出手段による車両速度
信号に基づき、車両速度に比例した量だけ大きくなるよ
うに補正する車速感応補正手段を設けたことを特徴とす
る請求項１又は請求項２に記載された電動パワーステア
リング装置。
【請求項４】車両速度を検出する車速検出手段を備え
ると共に、その車速検出手段による車両速度信号に基づ
き、上記抵抗値制御手段における上記電気モータの回転
速度の増分に対する電流制限用抵抗体の抵抗値の減少率
を、車両速度の大きさに比例して小さく設定変更する抵
抗値補正手段を設けたことを特徴とする請求項２又は請
求項３に記載された電動パワーステアリング装置。
【請求項５】上記抵抗値制御手段における、上記電気
モータの回転速度の増分に対する上記電流制限用抵抗体
の抵抗値の減少率を、初期値として、該電気モータの回
転速度の増分によって発生する電気モータの逆起電力を
相殺可能な値よりも大きい値に設定したことを特徴とす
る請求項１，請求項３又は請求項４のいずれかに記載さ
れた電動パワーステアリング装置。