JPS6035663A - 電動パワ−ステアリング装置 - Google Patents

電動パワ−ステアリング装置

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JPS6035663A
JPS6035663A JP58144796A JP14479683A JPS6035663A JP S6035663 A JPS6035663 A JP S6035663A JP 58144796 A JP58144796 A JP 58144796A JP 14479683 A JP14479683 A JP 14479683A JP S6035663 A JPS6035663 A JP S6035663A
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temperature
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JP58144796A
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Tomio Yasuda
富夫 保田
Akio Hashimoto
昭夫 橋本
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0496—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures by using a temperature sensor
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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】 本発明は、操舵力の補助を電動機を用し１て行なう電動
パワーステアリング装置に関し、特に装置の温度上昇に
対する保護に関する。
タイヤの向きを変える場合、車輌が停止してし洩るとき
や低速で移動するときには、ステアリングホイールを回
動するのに太きな力が必要である。
特に、最近ではＦＦ車が増えて）Ｎるがこの種の車輌は
前方に大きな重量がかかるので、これにおし）ては更に
大きな操舵力を必要とする。
ドライバの操舵力を補助する装置としてノ（ワーステア
リング装置が知られている。これは、ドライバの操舵力
に応じて駆動力を発生し、この力を操舵系に伝えるよう
にしたものである。現在実用化されているパワーステア
リング装置はほとんどが油圧式である。すなわち、制御
バルブ、油圧シリンダー等を備′えて、操舵力に応じて
油を移動させることにより補助操舵力を発生する。
しかしながら、制御バルブ、油圧シリンダー等は大型で
あるし、これらを接続するパイプ等は大きな圧力損失が
生ずるのを防止するために所定以上の曲率でしか曲げる
ことができない。また油圧式では油が漏れないようにシ
ールを確実にしなければならないし、装置取付時の取扱
いも大変である。
このためＦＦ車のように残りの空間が狭い車輌において
は、パワーステアリング装置を取付るのは困難である。
そこで、パワーステアリング装置の駆動源として電動機
を用いることが提案さＪしている。
しかしながら、電動機を用いる場合にはその温度が所定
以上になると絶縁不良による焼損を生ずる恐れがあるた
め、温度上昇に注意が必要である。
特に、パワーステアリング装置の場合は、電動機を熱の
発生するエンジンルーム内に配置することになるので、
長時間パワーステアリング装置を連続的に使用すると電
機子の発熱により、電動機が高温に達する可能性が高い
。どのような使用環境においても電動機が焼損しないよ
うにするには、電動機に十分余裕のあるものを使用すｈ
ばよいが、そのようにすると電動機自体が大きくなり従
来と同様に取付に広いスペースを必要とするし、大型の
電動機は高価である。
電！Ｆ＆機の温度上昇を所定以下にするためには、電動
機の温度を検出してそれが所定以上である場合には電源
を遮断する、というような手段をとればよい。ところが
、電動機で最も温度が上昇するのは電動機内部の電機子
であるから、電動機温度を検出するためには電動機内部
に温度センサを取付けなけ」しばならない。しかし、電
機子は回転するので直接それにセンサを付けるのは難し
い。またこの種の電動機改造は、分解、加工、組立てと
多数の工程を必要とするので非常に手間がかかりニスト
高になる。
本発明は、小型の電動機を使用して装置のコストダウン
と小型化をはかるとともに、電動機に改造をすることな
く電動機温度を検出して電動機が焼損しないようにＩＮ
御し、装置の信頼性を確保することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明においては、電動機に
流れる電流を検出し、これを監視して電動機温度上昇を
把握し、電動機温度が所定以上となる前ＬＣ電動機の付
勢量を低減して電動機発熱量を小さくし、装置を保餓す
る。
すなわち、電動機温度は次のようにして把握しうる。
電動機損失をＷ１機械損失をＷｍ、鉄損をＷ＋、銅損を
ＷｅとするとＷ＝Ｗｍ＋Ｗｉ　＋Ｗｃ　である。
冷却表面積、冷却方法、［ｉ＠定方法等により定まる各
々の電動機固有の熱抵抗を１えしどすると、電機子巻線
の温度上昇量θｍ（定常値）は次のようになる。
０ｍ　＝Ｗ／　Ｒｔ、＝　（Ｗｍ＋　Ｗｉ＋Ｗｅ）　／
　Ｒｔここで、通常の装置動作時にはＷｍ　、　Ｗ　ｉ
　＜＜Ｗ　ｃであるから次のように”なる。
ｅｒｎ　中Ｗ　ｃ　／　Ｒｔ＝　（Ｔ　ａ２　Ｒａ）　
／　Ｒし但し、■ａ：電機子電流値、Ｒａ：電機子抵抗
値ここて、導体、鉄心等の熱時定数で定まる電動機の熱
時定数をＴとすると、電動機温度の時間的変化△θは次
のようになる。
八〇＝θｍ（１−ε″） キＩ　２（Ｒａ／Ｒｔ）（１−εｃ′）＝ｋ・■２　（
１−ε′：′） 但し、α＝−ｔ／Ｔ、に＝Ｒａ／Ｒｔ したがって、電機子電流を２乗した情報を積分すれば、
周囲温度からの電機子の温度上昇量を把握しうる。
周囲温度を一定とすれば、この温度上昇量は電動機温度
に対応するから、これを電動機の許容温度よりも低い所
定温度と比較し、それを越える場合に電動機の付勢量す
なわち電機子電流を低減すれば、電動機の発熱量が小さ
くなり、電動機の温度上昇を許容値以下に抑えうる。
たとえば自動車の場合、冷却用ラジェータファンが故障
するとエンジンルーム内の温度が異常に上昇する。この
ような場合、周囲温度を一定と仮定して電動機温度を把
握すると、実際の電動機温度が許容値よりも高くなる恐
わがある。そこで、本発明の１つの好ましいＳ様におい
ては、電動機の近傍に周囲温度を検知する温度センサを
設け、この出力と電！Ｉ！ＩＩ機温度上昇とから電動機
温度をめる。
ところで、パワーステアリング装置の場合、装置制御が
突然停止すると、それが車輌の走行中であれば、ドライ
バは急にハンドルが重くなったと感じ慌てることになり
非常に危険である。したがって本発明の１つの好ましい
態様においては、電動機温度が許容値以上になったら、
直ちに装置制御を停止するのではなく、許容値以下の所
定温度になったら、それを越える温度差に応じて動作量
を低減する。これによれば、通常であれば、温度が上昇
すると装置の動作量を少し小さくして発熱量を減らすか
ら、電動機温度が許容値を越えることはなく、しかもそ
の間に装置が完全に停止する状態は生じないから安全で
ある。
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
第１図に、−形式の電動パワーステアリング装置の概略
構成を示す。第１図を参照すると、ステアリングホイー
ル１が第１ステアリングシヤフ１へ２に結合されており
、第１ステアリングシヤフト２は、ユニバーサルジゴイ
ント４を介して第２ステアリングシャフ１−５に結合さ
れている。第２ステアリングシャフ１−５の先端には、
ユニバーサルジゴイン１−６を介して第３ステアリング
シャフ１−７が結合されている。第３ステアリングシャ
フ１−７の先端に、図示しないピニオンギアが装着され
ており、このピニオンギアがラック１１に噛み合ってい
る。
第１ステアリングシャツ１−２には、４つの歪検出素子
でなる１−ルクセンサ８が固着されており、この出力端
がパワーステアリング制御用の制御装置ＣＯＮに接続さ
れている。また第３ステアリングシヤフト７のピニオン
ギアとユニバーサルジゴイント６との間には減速機９が
装着されており、減速機９に直流サーボモータＤＭの駆
動軸が結合されている。
直流サーボモータＤＭは、制御装置ＣＯＮに接続されて
いる。またこの例では、直流サーボモータＤＭのハウジ
ングに１周囲温度検出用のサーミスタＴＨを装着してあ
り、サーミスタＴＨを制御装置ＣＯＮに接続しである。
ＢＴが装置の電源となる車輌のバッテリーである。
ラック１１はタイロ゛ツド１０に結合されており、タイ
ロッド１０はタイヤ１２の向きを制御するステアリング
ナックルアーム１６に結合されている。
工３がショックアブソーバ、１４がサスペンションアッ
パサポー１−５１５がコイルスプリング、１８がロワー
サスペンションアームである。
第２図に第１図に示す装置の４１ＪＥ略電気回路構成を
示し、第３図および第４図に第２図に示す各ブロックの
詳細を示す。なお、第２図の各ブロック内に示すグラフ
は各ブロックの電気的入出力特性を示すものであり、横
軸が入力レベル、縦軸が出力レベルをそれぞれ表わす。
また、第３図および第４図の電気回路において、抵抗器
は小さな長方形の記号で表わしである。
第２図、第３図台よび第４図を参照して説明−する。
第１ステアリングシャフ１−２に装着したトルクセンサ
８は抵抗ブリッジを構成しており、この出力端がブロッ
クＢ１に接続されている。ブロックＢ１は線形増幅器で
ある。ブロックＢ２の出力端にはブロックＢ２およびＢ
３を接続しである。ブロックＢ２け零レベルに対する入
力信号の極性を判別して２値信号を出力するアナログ比
較器であり、ブロックＢ３は、入力信号の極性にかかわ
らずｌ；（゛詩人力信号と同一レベルの正極性の信号を
出力する絶対値回路である。
したがって、ブロックＢ２の出力端に入力トルクの極性
を示す信号が得られ、ブロックＢ３の出力端に入力１−
ルクの大きさを示す信号が得られる。
ブロックＢ２の出力端は、論理制御回路Ｂ１７の入力端
Ｐａに接続されている。ブロックＢ３の出力端にはブロ
ックＢ４を接続しである。このブロックＢ４は関数発生
器であり、入力レベルが所定以下では出力レベルが零で
あり、入力レベルがそれ以上になると、所定のカーブに
沿うように、入力レベルに応じた所定のレベルを出力す
る。
この実施例では、直流サーボモータＤＭに流れる電流の
オン／オフを短時間の所定周期で繰り返し、このオン／
オフのデユーティを変えることでモータＤＭの付勢量を
変更するように制御する。ブロックＢ７がその制御を行
なうパルス幅変調（ＰＷＭ）回路である。パルス幅変調
回路Ｂ７は、発振器Ｂ９が出力する信号の周期で、ブロ
ックＢ６から印加される信号レベルに応じた幅のパルス
を出力する。
ブロックＢ５はリミッタ−付きの誤差増幅器、ブロック
Ｂ６はＰＩ（比例・積分）補償回路である。
誤差増幅器Ｂ５の入力端には、ブロックＢ４の出力信号
すなわち入力ｊ−ルク信号と、ブロックＢ８の出力信号
およびブロックＢ１５の出力信号が印加される。ブロッ
クＢ８は直流サーボモータＤＭの出力（電流）のフィー
ドバック系の出力端であり、ブロックＢ１５はモータ温
度検出系の出力端である。
ＣＴが直流サーボモータＤＭを流れる電流を検出する変
流器である。変流器ＣＴの出力信号は、線形増幅器ＢＩ
Ｏおよび絶対値回路Ｂｌｌを介してブロックＢ５に印加
される。なお第３図においては、ブロックＢ８を省略し
である。ブロックＢ１２は過大電流が流れるのを防止す
るために設けられたアナログ比較器であり、所定レベル
以上の電流を検出すると論理制御回路ＢＩ７の入力端Ｐ
ｃに低レベルＬを印加してモータ付勢を禁止する。
なおブロックＢ１２はヒステリシス特性を有している。
絶対値回路Ｂｌｌの出力に得られる電流信号は、ブロッ
クＢ１４にも印加される。ブロックＢ１４は、２乗特性
を有しており、入力信号の２乗に比例したレベルを出力
する。したがって、このブロックＢ１４の出力端に、直
流サーボモータＤＭの銅損Ｉ２Ｒａに比例した信号が得
られる。この例では、ブロックＢ１４は、多数のダイオ
ードと抵抗器とで２乗特性に近似した折線状の特性を作
り出している。ブロックＢ１４の出力端には積分器Ｂ１
３が接続されている。これによりブロックＢ１３の出力
端に直流サーボモータＤＭの温度上昇に応じたレベルが
得らＡしる。
直流サーボモータＤＭの外周に装着されたサーミスタＴ
　Ｈの出力信号は、温度検出回路Ｂ１６で所定レベルに
増幅され、ブロックＢ　１３の出力信号とともにブロッ
クＥ１５に印加される。プロッタＢ１５は、前記ブロッ
クＢ４と同様の特性を有する関数発生器であり、直流サ
ーボモータＤＭの温度（電機子温度）が後述するモータ
許容温度Ｔ２よりも低い所定温度（Ｔ１）以下であると
出力レベルが零であるが、モータ温度がＴ１を越えると
、出力レベルは温度に比例して所定の傾きで上昇する。
論理制御回路Ｂ１７は、第４図に示すように、インバー
タＩＮＩおよびナンドゲ−１−ＮＡ、；１．ＮＡ２で構
成されている。入力端Ｐｃが■（であれば、ナンドゲ−
１−ＮＡＩおよびＮＡ２のそれぞれの１つの入力端にＨ
が印加され、それぞれの出力レベルは、他の２つの入力
端の状態に応じて設定される。
この状態で、入力端Ｐａが高レベルＨの場合、すなわち
正転方向の入力１−ルクが印加されると、ナンドゲ−１
〜ＮＡＩの１つの入力端が高レベルＨ、ナンドゲ−１−
Ｎ　Ａ　２の１つの入力端が低レベルＬとなる。これに
より、出力１〜ランジスタＱ１に接続さ九たペースドラ
イバＢ１８には入力端ｐｂに印加されるパルス信号を反
転した信号が印加され、出力１−ランジスタＱ２および
Ｑ３にそれぞれ接続されたペースドライバＢ１８には高
レベルＨすなわち消勢レベルが印加され、出力トランジ
スタＱ４に接続されたべ〜スドライバＢ１８には低レベ
ルＬすなわち付勢レベルが印加される。
また入力端Ｐａが低レベルＬの場合、すなわち逆転方向
の入力トルクが印加されると、１−ランジスタＱ３に接
続されたペースドライバ１３１８には入力端ｐｂに印加
されるパルス信号を反転した信号レベルが現われ、Ｑ２
に接続されたベースドライ）＜　Ｂ　１．　ｅにはＱ２
オンレベル、ＱｌおよびＱ４に接続されたペースドライ
バ８１８には、それぞれトランジスタＱｌ、Ｑ４オフレ
ベルが印加される。
論理制御回路Ｔ３１７の４つの出力端にそれぞれ接続さ
れた４つのペースドライバＢ１８が、それぞれ出力トラ
ンジスタＱｌ、Ｑ２．Ｑ３およびＱ４を制御する。４つ
のドライバ回路Ｂ　Ｊ、　８は全て同一構成であり、各
々の回路はトランジスタ、フォトカップラＰＣ等でなっ
ている。フォトカップラの一方を構成するフォ１−１−
ランジスタが、出力１−ランジスタのベース端に接続さ
れている。
第５図に各動作モードにおける直流サーボモータＤＭの
電気接続状態を示し、第６図に各部の動作波形の一例を
示す。第５図および第６図を参照して説明する。まず正
転方向の１〜ルクがステアリングシャツ１−２に印加さ
れると、論理制御回路Ｂ１７の入力端Ｐａが高レベルＩ
（どなるから、出力Ｉ−ランジスタＱ２およびＱ３はオ
フになる。出力トランジスタＱ４は常時オンであるが、
出力トランジスタＱ１は、論理制御回路Ｂ　］、　７の
入力端Ｐｂに印加される信号レベルが高レベルＨのとき
だけオンしそれ以外ではオフになる。
つまり、直流サーボモータＤＭには所定方向（正転駆動
の極性）に間欠的に電流が流れる。したがって、ステア
リングホイール１を正転方向に回動しようとすると、直
流サーボモータＤＭが正転駆動され、ＤＭが発生する助
勢トルクにより、ドラ・ｒバの操舵トルクは軽くなる。
パルス幅変調回路Ｂ７の出力する信号のパルス幅は、誤
差増幅器Ｂ５の出力が零となる状態すなわちブロックＢ
４の出力する入力１〜ルクに応じた信号と、モータ電流
をフィードバックした信号とが一致した状態に制御され
る。
同様に、逆転方向のトルクが印加される場合には、出力
１−ランジスタＱ１およびＱ４がオフにセラ１−され、
出力１〜ランジスタＱ２がオンし、Ｑ３がパルス幅変調
されたパルス信号に応じてオン／オフし、直流サーボモ
ータＤＭには逆転駆動方向の極性で間欠的に電流が流れ
る。
通常は、上記のようにしてブロックＢ４の出力端に得ら
れる入力１−ルクに応じた信号のレベルと、直流サーボ
モータＤＭに流れる電流のレベルとが所定の関係になる
ように自動的に制御されるが、モータ温度が直流サーボ
モータＤＭの許容温度Ｔ２よりも少し低い所定温度Ｔ１
に達すると、ブロックＢ１５の出力端に検出温度とＴＩ
との差に応じた所定レベルが現われ、これが誤差増幅器
Ｂ５の入力端に、入力１−ルクと逆極性に加算（すなわ
ち減算）される。
したがって、検出した温度が高くなればなる程、ブロッ
クＢ１５の出力レベルが大きくなり、直流サーボモータ
ＤＭの出力トルクを小さくする方向（すなわち電流を減
少する方向）に制御される。
この例では、第７図に示すように、所定温度ＴＩからモ
ータの許容温度ゴ２までの温度範囲で、所定の傾きで直
線的にモータ出力を低減するように制御する構成になっ
ている。検出した温度が直流サーボモータＤＭの許容温
度Ｔ２に達すると、完全にモータＤＭの動作は停止する
。
第８図に、モータ温度とモータ出力との時間的変化の一
例を示す。第８図を参照して説明する。
入力Ｉ・ルクが一定の場合、モータ温度ＴがＴ１未満で
はモータ出力は一定である。モータ駆動開始直後であれ
ば、時間の経過に伴なって電機子巻線の発熱によりモー
タ温度が所定のカーブで上昇する。所定時間を経過して
モータ温度がＴ１に達すると、少しずつモータ出力を低
減するように制御される。モータ出力が一定であれば、
モータ温度は図に点線で示すようなカーブで上昇するが
、モータ温度がＴＩを越えるとモータ出力が低減さ才し
てモータＤＭに流れる電流が小さくなるので、温度１１
以上では、実施例の装置でのモータ温度は実線で示すよ
うに点線で示すカーブよりも低い温度になる。
更にモータ温度Ｔが上昇して、１’　＝　Ｔ　２になる
とモータＤＭに流れる電流■は完全に零になり、モータ
ＤＭは自然に冷却されるから、熱時定数に応じた所定時
間遅れてモータ温度Ｔの上昇はどはり、更に温度Ｔは降
下する。温度ＴがＴ２よりも低くなると、再度入力トル
クに応じて（温度Ｔに応じて出力は低減されるが）モー
タＤＭに電流が流れ、所定時間を経過すると温度１゛は
上昇する。つまりこのような状態では、モータ温度Ｔは
許容温度Ｔ２近傍の」ユニ動を繰り返す。
しかしながらこれは最悪の条件の場合である。すなわち
、通常は長時間連続的にステアリング操作を行なうこと
はないから、モータＤＭの駆動は間欠的に行なわれ、モ
ータ温度Ｔの上昇はゆるやかである。したがって温度Ｔ
がＴ２まで達することはなく、モータＤ　Ｉｖｌの駆動
が完全に停止することはない。
第９図に、本発明のもう１つの実施例を示す。
第９図を参照して説明する。この例では、変流器ＣＴか
ら得られるモータ電流信号を処理する電流フィードバッ
ク系とモータ温度上昇検出系を分前しである。つまり、
２乗特性回路Ｂ　Ｉ　４’は負極性の入力レベルに対し
ても所定の出方が得られる構成に変更してあり、変流器
ＣＴの出力（ｉ号を直接ブロック８１４′に印加する構
成としである。
ブロックＢＩ４’の構成を第１０図に示す。ブロック８
１４′以外の各構成要素は前記実施例と同一である。
なお、実施例に示した絶対値回路Ｂ３およびＢ１１は第
１１図に示す構成としてもよい。
上記実施例においてはモータ周囲温度を検出するサーミ
スタＴＩをモータＤＭのハウジングに設ける構成とした
が、このような場合にハウジングの調度がモータ自体の
発熱により周囲温度より大きく」二昇する場合にはＭ定
の遮熱部材を介してサーミスタＴ　Ｉ−１を装着する必
要がある。しかしながら、通常の使用条件においては、
サーミスタ゛ｒ　Ｈを省略し、七−タ周皿温度を一定と
考えてモータＤＭ自体の発熱によるモータ温度上昇のみ
に応じてモータ出力低減を行なうようにしてもよい。
以」：説明したように１本発明によればパワーステアリ
ング駆動用モータの過熱による装置の故障を防止するこ
とができ、装置の信頼性を高めつる。
モータ電流を検出して間接的にモータ温度を検出するこ
とにより、装置コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。 第２図は、第１図に示す装置の電気回路構成を示すブロ
ック図である。 第３図および第４図は、ｉ５２図の一部のブロックを詳
細に示す電気回路図である。 第５図は、装置の各動作モードにおけるモータＤＭの電
気接続状態を示すブロック図である。 第６図は、装置の所定動作における動作波形を示す波形
図である。 第７図および第８図は、モータ温度Ｔとモータ出力との
関係を示すグラフである。 第９図は、本発明の他の実施例を示すブロック図である
。 第１０図は、第９図のブロック８１４′の詳細を示すブ
ロック図である。 第１１図は、絶対値回路Ｂ３．Ｂｌｌの構成の一例を示
す電気回路図である。 ■＝ニステアリングホイー ル：第１ステアリングシヤフト ４．６：ユニバーサルレジ亜インド ５：第２ステアリングシャフ１− ７：第３ステアリングシヤフ１〜 ８：ｊ・ルクセンサ（トルク検出手段）９：減速機（結
合手段） ｌＯ：タイロッド　１１ニラツク １２：タイヤ １３：ショックアブソーバ ＤＭ：直流サーボモータ（電動機） ＣＴ：変流器（電流検出手段） ＴＩ（：サーミスタ（周囲温度検出手段）Ｑｌ、Ｑ２．
Ｑ３．Ｑ４　：出力トランジスタ特許出願人　アイシン
精機株式会社 （ト）悼禦嗣 」 Ｈヒヒ　Ｍ＆に鷺旦

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）電動機； ステアリングシャツ１へと前記電動機を結合する結合手
    段； 操舵トルクを検出する１−ルク検出１手段；前記電動機
    に流れる電流に応じた信号を出力する電流検出手段；お
    よび 前記トルク検出手段の出力に応じて前記電動機を付勢す
    るとともに、電流検出手段の出力する信号を監視して電
    動機温度上昇量を把握し、それが所定以上であると電動
    機の付勢量を低減する電子制御手段； を備える電動パワーステアリング装置。
  2. （２）電子制御手段は、ｆｆｌ動機近傍に配置した周囲
    温度検出手段を備え、その出力と電動機温度上昇量とで
    電動機温度を把握し、電動機温度が所定以上であると電
    動機の付勢量を低減する、前記特許請求の範囲第（１）
    項記載の電動パワーステアリング装置。
  3. （３）電子制御手段は、電動機温度上昇量もしくは電動
    機温度が所定値以上であると、電動機温度上昇量もしく
    は電動機温度と前記所定値との差に応じて電動機の付勢
    量を低減する。前記特許請求の範囲第（１）項記載の電
    動ノベワーステアリング装置・
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