JPH1178920A - 電動式パワーステアリングシステムの比例ソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、アシストモータの付加トルク
を機械的変位量に変換できる電動式パワーステアリング
システムの比例ソレノイドを提供する。 【解決手段】 ステアリングホイールの操舵トルクを検
出する入力トルク検出装置の出力に応じた変位量と、ア
シストモータの付加トルクを検出する比例ソレノイド３
０の出力に応じた変位量とを比較して制御範囲を管理す
る比較スイッチ５０とを備えた電動式パワーステアリン
グシステムにおいて、比例ソレノイド３０を、中心部に
軸受を有するハウジング３１と、ハウジング３１に固定
されコイル３６が巻装されたアクチュエータ３４と、中
心部に回動軸３３を固着したヨーク４０を軸受に回転可
能に取付け、ヨーク４０の内周部に取着されアクチュエ
ータ３４の外周部に磁石３９を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリングホイ
ールを操作したとき、その操舵トルクにアシストトルク
を付加して操作性を良くする電動式パワーステアリング
システムの異常検出制御装置における比例ソレノイドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動式パワーステアリングシステ
ムにおいては、例えば、特開昭６４−５６２７４号公報
或いは特開平２−２９３２６０号公報等に開示されてい
るように、操舵トルクとアシストトルクを電気信号に変
換し、これらを電気制御ユニット（以下ＥＣＵと云う）
により制御している。

【０００３】ＥＣＵには、これらの制御回路とともに、
故障検出機構及びアシスト禁止機構が設けられている。
即ち、操舵トルクとアシストトルクの関係が許容範囲を
越えたときこれらをソフト的に比較して故障検出を行
い、さらに、この検出信号に基づいてアシスト禁止の制
御を行っている。

【０００４】この電動式パワーステアリングシステムの
ＥＣＵにおいては、操舵トルクからアシストトルクを演
算する制御回路とともに、電気的に構成された故障検出
機構及びアシスト禁止機構が設けられているので、これ
らを構成するハードやソフトが必要であり、システムが
複雑になってコスト高になるという問題がある。

【０００５】出願人は、特願平９−３２３０２号におい
て、これらの問題を解決した基本発明を開示している。
この発明の目的は、操舵トルク及びアシストトルクを機
械的変位量に変換し、これらを直接比較し故障検出機構
及びアシスト禁止機構を一体化し、制御許容範囲を拡大
したものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した発明には、操
舵トルク及びアシストトルクの機械的変位量を効率よく
比較スイッチに伝達する手段、及びこれら機械的変位量
を簡単な構成で比較するとともに全体を小形に構成する
という新たな問題があった。出願人は鋭意研究の結果、
本願発明を完成したのである。

【０００７】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は、簡単な構成で、操舵トルクに応じた
アシストモータの付加トルクを機械的変位量に変換でき
る電動式パワーステアリングシステムの比例ソレノイド
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明が採った手段は、実施例で使用する符号を付し
て説明すると、ステアリングホイール１の操舵トルクを
検出する入力トルク検出装置２０と、入力トルク検出装
置２０の検出信号に対応したアシストモータ１０の付加
トルクを検出する比例ソレノイド３０と、入力トルク検
出装置２０の出力に応じた変位量と比例ソレノイド３０
の出力に応じた変位量とを比較して制御範囲を管理する
比較スイッチ５０とを備えた電動式パワーステアリング
システムにおいて、比例ソレノイド３０を、中心部に軸
受３２を有するハウジング３１と、ハウジング３１に固
定されコイル３６が巻装されたアクチュエータ３４と、
中心部に回動軸３３を固着し該回動軸３３を軸受３２に
回転可能に取着した有底円筒状のヨーク４０と、ヨーク
４０の内周部に取着されアクチュエータ３４の外周部に
配置された磁石３９とから構成したので、スリップリン
グを必要とせず、構造が簡単にでき、しかも、回動する
磁石の回転角度を直接機械的変位量として取り出すこと
ができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
き図面を参照して説明する。まず、電動式パワーステア
リングシステムに関して図１７，図１８を参照して説明
する。ステアリングホイール１を操作すると、その操舵
トルクはギヤーケース２の入力軸３に伝達され、出力軸
４の下端のピニオンを介してラック５を駆動する。この
ラック５は操舵リンク６を介して車輪７の方向を変え
る。

【００１０】一方、ギヤーケース２に取付けられたトル
クセンサ８が操舵トルクを検出し、その電気信号が電気
制御装置（以下ＥＣＵと云う）９に入力される。そし
て、ＥＣＵ９からの信号に基づいてアシストモータ１０
が駆動される。このアシストモータ１０は、モータ軸１
１にウォームギヤー１２が連結されており、これに噛み
合うウォームホィール１３と、ウォームホィール１３と
一体化された図示しないピニオンを介してアシストトル
クがラック５に伝達される。このラック５は、ステアリ
ングホイール１の出力軸４とともに、アシストモータ１
０の出力軸１４により駆動されるので、操作性が著しく
改善される。尚、本実施例においてはウォームギヤーを
使った減速装置を用いているが、これに限定されるもの
ではなく減速装置であれば、どのような構成のものを用
いても良い。

【００１１】つぎに、操舵トルクを検出するトーション
バー方式の入力トルク検出装置２０について図１９，図
２０をも参照して説明する。入力軸３及び出力軸４は、
それぞれギヤーケース２に回転可能に取付けられてい
る。トーションバー２１は上端部がピン２２により入力
軸３に一体化され、下端が出力軸４の孔部４ａに一体的
に圧入されている。従って、入力軸３に入力されたトル
クは、トーションバー２１を介して出力軸４に伝達され
る。

【００１２】一方、入力軸３の外側にはスリーブ２３が
嵌合されている。このスリーブ２３には軸方向に平行な
長溝２４と、傾斜溝２５が形成されている。そして、長
溝２４には出力軸４に固定されたピン２６が挿入され、
傾斜溝２５には入力軸３に固定されたピン２７が挿入さ
れている。即ち、スリーブ２３は出力軸４に対して軸方
向には移動するが、円周方向には回転しない。

【００１３】ここで操舵トルクが入力軸３から出力軸４
へ伝達されるとき、トーションバー２１にねじり角が発
生して、入力軸３と出力軸４との間に円周方向のずれが
発生する。従って、入力軸３に固定されたピン２７は傾
斜溝２５内を移動して、スリーブ２３がその軸方向へ所
定量例えば寸法Ｈだけ上昇する。入力トルク検出装置２
０は、この寸法Ｈを検出量として取り出すもので、スリ
ーブ２３の外周面には溝２８が形成されている。

【００１４】入力トルク検出装置２０には、スリーブ２
３に面して比較スイッチ５０が取付けられており、これ
の上部に比例ソレノイド３０が同心状に取付けられてい
る。先ず、比較スイッチ５０について説明する。

【００１５】比較スイッチ５０は図１〜図３、図６及び
図７にも示すように、ケース５１の中央に取付片５２が
設けられ、この取付片５２を介して入力トルク検出装置
２０に取付けられている。変位レバー５３は、ケース５
１に回動可能に取着されており、レバー軸５４と、これ
の端部に固着された円板５５と、円板５５の周縁部に突
設されたピン５６とから構成されている。

【００１６】この比較スイッチ５０は、変位レバー５３
のピン５６を入力トルク検出装置２０のスリーブ２３の
溝２８に挿入し、ばね５７により隙間なく圧接してケー
ス５１の取付片５２を入力トルク検出装置２０に固定さ
れる。また、レバー軸５４には駆動円板５８が固着され
ており、これの端部に駆動レバー５９が取付けられてい
る。尚、ケース５１の縁部には端子台６０が取着されて
おり、これの両端面部がストッパ６１となっている。

【００１７】ケース５１には、端子台６０を挟んで両側
に対をなす第１の電極７０及び第２の電極８０が配設さ
れている。第１の電極７０は、ステアリングホイール１
が一方向例えば右方向に操作されたとき駆動レバー５９
により図７における時計方向へ駆動される。また、第２
の電極８０は、ステアリングホイール１が他方向例えば
左方向に操作されたとき反時計方向へ駆動される。

【００１８】第１の電極７０は、第１のホルダー７１
と、これの上面に２個の長孔７４に挿入されたねじ７５
により固定された第１の接点基板７２とから構成され、
この第１の接点基板７２の表面にＺ字状の第１の接点７
３が面一状態に配設されている。この第１のホルダー７
１は、中心部の嵌合筒部７１ａがレバー軸５４に嵌合し
ている。また、レバー軸５４に挿入されたばね７７によ
り中心方向に付勢されて、外周縁部の当接部７８がスト
ッパ６１に当接している。

【００１９】第２の電極８０は、第１の電極７０と同様
に、第２のホルダー８１と、これの上面に２個の長孔８
４に挿入されたねじ８５により固定された第２の接点基
板８２とから構成され、この第２の接点基板８２の表面
にＺ字状の第２の接点８３が面一状態に配設されてい
る。この第２のホルダー８１は、中心部の嵌合筒部８１
ａが第１のホルダー７１の嵌合筒部７１ａの外周部に嵌
合している。

【００２０】この第２の電極８０は、中心においては、
嵌合筒部８１ａに挿入されたばね８７により中心方向に
付勢されて外周縁部の当接部８８がストッパ６１に当接
している。また、第１の電極７０の当接部７８と第２の
電極８０の当接部８８間には、駆動レバー５９が両側部
を接するように挿入されている。端子台６０には２本の
接触片６２が取付けられ、これの先端部はそれぞれ第１
の接点７３及び第２の接点８３に接触している。

【００２１】ブラシ８９は、後述する比例ソレノイド３
０のヨーク４０の外底部に、絶縁板４６を介して取付け
られている。これは、基部の両端から突出した接触片８
９ａを備えており、接触片８９ａの端部はそれぞれ第１
の接点７３、第２の接点８３に接触している。端子台６
０には図２に示す２本の引出し線６３が接続されてお
り、ブラシ８９及び接触片６２が接点７３及び接点８３
に接触している間は通電状態を呈し、離反したときに断
電状態に切り替わる。

【００２２】つぎに、比例ソレノイド３０について図１
〜図５を参照して説明する。ハウジング３１は有底円筒
状をなしており、中心部に取着した球軸受３２に回動軸
３３が回動可能に取着されている。アクチュエータ３４
は、コアー３５の４箇の磁極にそれぞれコイル３６を巻
回して構成されており、中心部に圧入されたステータパ
イプ３７を回動軸３３に挿入して、ハウジング３１に固
定されている。コイル３６は、両端部がハウジング３１
の端子台３８に取付けられており、アシストモータ１０
に直列に接続されている。

【００２３】永久磁石３９は、有底円筒状のヨーク４０
の内周部に取付けられている。回動軸３３の下端部には
ヨーク４０の中心部が固着されていて、これにより永久
磁石３９がアクチュエータ３４の外周部に回動可能に配
置されている。ヨーク４０の底面には長孔４１が形成さ
れており、これにアクチュエータ３４から突設されたピ
ン４２が挿入されて、ヨーク４０の回動角度を規制して
いる。

【００２４】回動軸３３の上端部は、ハウジング３１か
らアクチュエータ３４の反対側に突出している。渦巻ば
ね４３は、中心から外方に向けて渦巻状に巻回されてお
り、中心部が回動軸３３の上端部に固定されている。固
定枠４４は、上端部において渦巻ばね４３の外周の自由
端部を挟着固定し、下端部がハウジング３１に固定され
ている。この固定枠４４をハウジング３１に固定する位
置は、渦巻ばね４３に沿って任意に変えることができる
（図５に二点鎖線で示す）。これにより、渦巻ばね４３
の有効長さが変化するので、渦巻ばね４３のばね定数が
調節できるようになっている。尚、永久磁石３９が中立
位置にあるときは、渦巻ばね４３にはプレロードは付加
されていない。

【００２５】尚、渦巻ばね４３を覆うように、カバー４
５がハウジング３１に取付けられている。また、ヨーク
４０の外底部には絶縁板４６を介して前述した比較スイ
ッチ５０のブラシ８９が取付けられている。

【００２６】この比例ソレノイド３０は、アシストモー
タ１０の付加トルクを検出するものであって、アシスト
モータ１０に電流が流れてアシストトルクが発生する
と、このモータ電流は、端子台３８を通りコイル３６に
流れ、アクチュエータ３４と永久磁石３９との間にトル
クを発生し、永久磁石３９が回動軸３３とともに回動す
る。

【００２７】一方、回動軸３３が回動すると渦巻ばね４
３が捻られて、永久磁石３９のトルクを相殺するような
反力が発生し、両者が均衡した位置で停止する。この結
果、回動角度は小さくなるが、永久磁石３９はアシスト
トルクに対応した角度だけ回動し、この回動角度が機械
的変位量としてブラシ８９に伝達される。

【００２８】上記した比例ソレノイド３０によれば、つ
ぎの効果を奏するものである。 （１）アクチュエータ３４をハウジング３１に固定し、
これの周囲に永久磁石３９を回動可能に構成したので、
アクチュエータを回動させていた従来とは異なりコイル
に通電させるためのスリップリングが不要となり、構造
を著しく簡単になし得る。

【００２９】（２）また、永久磁石３９の回動角度が、
機械的変位量としてブラシ８９に伝達されるので、操舵
トルクに比例して回動する電極と組合せると、簡単な構
成で操舵トルクとアシストトルクを比較できる。

【００３０】（３）渦巻ばね４３の中心を回動軸３３に
固定し、自由端部をハウジング３１に固定したので、回
動軸３３即ち永久磁石３９が中立位置にあるときは渦巻
ばね４３にプレロードが無い。従って、永久磁石３９
は、右方向または左方向ともにコイル電流に応じて同じ
角度だけ移動する。

【００３１】ここで、パワーステアリングシステムの制
御について説明する。操舵トルクによる入力トルク検出
装置２０の検出量（第１及び第２の電極７０，８０の移
動量）と、アシストトルクによる第２検出装置３０の検
出量（ブラシ８９の移動量）との関係は、図９に示す制
御線Ｃに沿って制御される。この際、図９において、後
述するように、ｑｒｓｔｑ’ｒ’ｓ’ｔ’で囲まれた制
御許容範囲は、正常時は第１の電極７０の接点７３，第
２１の電極８０の接点８３がブラシ８９を介して接触し
て電源ラインが通電状態にあり正常状態で稼働されるこ
とを示し、制御許容範囲を越えた斜線部分では、ブラシ
８９が第１の電極７０の接点７３または第２１の電極８
０の接点８３から逸脱して電源ラインが断電状態に切換
わり、異常範囲（フェールエリア）となることを示すも
のである。

【００３２】つぎに、比例ソレノイド３０及び比較スイ
ッチ５０の作用に関して図８〜図１４を参照して説明す
る。ステアリングホイール１が右方向に操作されたと
き、第１の電極７０の接点７３が図７における時計回り
方向へ移動され、左方向に操作されたとき第２１の電極
８０の接点８３が反時計回り方向へ移動される。その作
用は同じであるので、ステアリングホイール１が右方向
に操作された場合を例にして説明する。

【００３３】１，操舵トルク及びアシストトルクがとも
に加わっていない場合（図８のＳＴＥＰ１０）は、図９
におけるＯ点（制御許容範囲）に相当し、図１０に示す
ように、第１の電極７０の接点７３及び第２１の電極８
０の接点８３にブラシ８９が接触して、通電状態にあ
る。

【００３４】２，操舵トルクとアシストトルクが正常関
係にある（制御線Ｃに沿って移動する）場合（ＳＴＥＰ
１１） 図９におけるＨ点に相当し、第１の電極７０の接点７３
及びブラシ８９が図１０に示す関係を維持しながら移動
する。また、ブラシ８９は第２１の電極８０の接点８３
上を移動するが、通電状態は維持される（図１１）。そ
して、更にブラシ８９が移動して図９に示すＪ点に達す
ると、図１２に示すように第１の電極７０の接点７３を
超えて（ＳＴＥＰ１２）電源は断電状態に切り替わる。

【００３５】３，操舵トルクよりもアシストトルクが大
き過ぎる場合（ＳＴＥＰ１３） ブラシ８９が第１の電極７０の接点７３よりも早く進行
する。ブラシ８９がｑ’ｔ線に達するまでは通電状態に
ある（図１１）。そして、ブラシ８９がｑ’ｔ線を超え
ると｛図９に示すＫ点（フェールエリア）｝、ブラシ８
９は第１の電極７０の接点７３を通過して絶縁基板上に
移動して、電源が断電状態となり、故障を検出する（図
１２）。

【００３６】４，操舵トルクよりもアシストトルクが小
さ過ぎる場合（ＳＴＥＰ１３） 第１の電極７０の接点７３がブラシ８９よりも早く進行
する。ブラシ８９がｓｒ線に達するまでは通電状態にあ
る（図１１）。そして、ブラシ８９がｓｒ線を超えると
｛図９に示すＬ点（フェールエリア）｝、ブラシ８９ま
たは接触片６２が第１の電極７０の接点７３を通過して
絶縁基板上に移動して、電源が断電状態となり、故障を
検出する（図１３）。

【００３７】５，アシストトルクが逆方向に作用した場
合（ＳＴＥＰ１４、図１４） ブラシ８９が反対方向に移動するので、ブラシ８９がｑ
ｒ線に達するまでは通電状態にある。そして、ブラシ８
９がｑｒ線を超えると｛図９に示すＭ点（フェールエリ
ア）｝、ブラシ８９は第２１の電極８０の接点８３を通
過して絶縁基板上に移動して、電源が断電状態となり、
故障を検出する。

【００３８】つぎに、これらの制御回路及びフェールセ
ーフ機能について図１５を参照して説明する。イグニッ
ションスイッチ９１をオンにすると、エンジンスタータ
連動リレーの接点９２がオンされて、直流電源９３が回
路に接続される。エンジンスタータ接点９２にはリレー
コイル９４が直列に接続されており、エンジンスタータ
連動リレーの接点９２がオフになってもその接点９５及
び接点９６が自己保持される。接点９５は、比較スイッ
チ５０及びリレーコイル９４に直列に接続されており、
また、接点９６はアシストモータ１０及び比例ソレノイ
ド３０に直列に接続されている。尚、リレー９４と並列
にコンデンサ９７が接続されている。又、接点９２は接
点９５と並列に接続されていても良い。

【００３９】つぎに、図１６において、ステアリングホ
イール１を操作すると、入力トルク検出装置２０が操舵
トルクを検出し、また、比例ソレノイド３０がアシスト
トルクを検出する。そして、両者を比較スイッチ５０で
比較して（図１６のＳＴＥＰ２０）、その関係が制御許
容範囲であれば、比較スイッチ５０が通電状態を保持し
（ＳＴＥＰ２４）、パワーアシストが継続される。

【００４０】一方、その関係が異常範囲になると、即ち
フェールエリアに入ると、前述のように、比較スイッチ
５０が故障を検出して断電状態となり、リレー９４がオ
フとなるので（ＳＴＥＰ２１）、その接点９５及び接点
９６も同時にオフとなる。これにより、モータ１０が断
電されて（ＳＴＥＰ２２）、アシストトルクは零とな
り、アシスト禁止を実施する。即ち、異常を検出すると
フェールセーフ機能が働いてマニュアルステアリングに
切換えられるのである（ＳＴＥＰ２３）。

【００４１】尚、本実施例においては、急ハンドルや振
動等により比較スイッチ５０が瞬間的に断電状態となっ
ても、コンデンサ９７の容量に応じた時間だけ接点９５
及び接点９６が自己保持されるので、その分、誤フェー
ルの発生が未然に防止できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、ステアリングホイールの操舵
トルクを検出する入力トルク検出装置と、前記入力トル
ク検出装置の検出信号に対応したアシストモータの付加
トルクを検出する比例ソレノイドと、前記入力トルク検
出装置の出力に応じた変位量と比例ソレノイドの出力に
応じた変位量とを比較して制御範囲を管理する比較スイ
ッチとを備えた電動式パワーステアリングシステムにお
いて、前記比例ソレノイドを、中心部に軸受を有するハ
ウジングと、このハウジングに固定されコイルが巻装さ
れたアクチュエータと、中心部に回動軸を固着し該回動
軸を前記軸受に回転可能に取着した有底円筒状のヨーク
と、このヨークの内周部に取着され前記アクチュエータ
の外周部に配置された磁石とから構成したので、簡単な
構成で、アシストモータの付加トルクを検出し、機械的
変位量に変換し得るという優れた効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一部を破断して示す比較スイッチ及び比例ソ
レノイドの斜視図である。

【図２】 比較スイッチ及び比例ソレノイドの縦断正面
図である。

【図３】 比較スイッチ及び比例ソレノイドの分解図で
ある。

【図４】 比例ソレノイドのアクチュエータと磁石の関
係を示す平面図である。

【図５】 比例ソレノイドのカバーを取除いた平面図で
ある。

【図６】 第１及び第２の電極の分解斜視図である。

【図７】 第１及び第２の電極の平面図である。

【図８】 比較スイッチの制御形態を示すフローチャー
トである。

【図９】 アシスト特性及びフェールエリアを示すグラ
フである。

【図１０】 比較スイッチの機械的変位の第１の状態を
示す図である。

【図１１】 比較スイッチの機械的変位の第２の状態を
示す図である。

【図１２】 比較スイッチの機械的変位の第３の状態を
示す図である。

【図１３】 比較スイッチの機械的変位の第４の状態を
示す図である。

【図１４】 比較スイッチの機械的変位の第５の状態を
示す図である。

【図１５】 制御回路図である。

【図１６】 制御を示すフローチャートである。

【図１７】 システムを説明するブロック図である。

【図１８】 要部の縦断正面図である。

【図１９】 入力トルク検出装置の縦断正面図である。

【図２０】 入力トルク検出装置のスリーブの正面図で
ある。

【符号の説明】

１ ステアリングホイール ９ 電気制御装置 １０ アシストモータ ２０ 入力トルク検出装置 ３０ 比例ソレノイド ３１ ハウジング ３２ 球軸受 ３３ 回動軸 ３４ アクチュエータ ３５ コアー ３６ コイル ３８ 端子台 ３９ 磁石 ４０ ヨーク ４３ 渦巻ばね ４４ 固定枠 ５０ 比較スイッチ ７０ 第１の電極 ８０ 第２の電極 ８９ ブラシ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 和弘 東京都港区浜松町２丁目４番１号 世界貿 易センタービル カヤバ工業株式会社内 (72)発明者 石川 久純 東京都港区浜松町２丁目４番１号 世界貿 易センタービル カヤバ工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングホイールの操舵トルクを検
   出する入力トルク検出装置と、 前記入力トルク検出装置の検出信号に対応したアシスト
   モータの付加トルクを検出する比例ソレノイドと、 前記入力トルク検出装置の出力に応じた変位量と比例ソ
   レノイドの出力に応じた変位量とを比較して制御範囲を
   管理する比較スイッチとを備えた電動式パワーステアリ
   ングシステムにおいて、 前記比例ソレノイドを、 中心部に軸受を有するハウジングと、 このハウジングに固定されコイルが巻装されたアクチュ
   エータと、 中心部に回動軸を固着し該回動軸を前記軸受に回動可能
   に取着した有底円筒状のヨークと、 このヨークの内周部に取着され前記アクチュエータの外
   周部に配置された磁石とから構成したことを特徴とする
   電動式パワーステアリングシステムの比例ソレノイド。