JPS6237275A - パワ−ステアリング制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、自動車などにおけるパワーステアリング制御
装置に係り、特に操舵フィーリングに優れたパワーステ
アリング制御装置に関する。

〔発明の背景〕

ユーザ一層が多岐にわたる自動車などにおいては、大形
車から小形車までパワーステアリングの装備が広く行わ
れており、疲労の軽減とそれによる安全運転の確保に役
立っている。

ところで、このパワーステアリング装置としては、従来
から主として液圧式のものが用いられている。しかして
、近年にいたり、制御内容の豊富さや省エネルギー面で
の効用に着目して電動式のパワーステアリング装置が実
用に供されるようになってきている。

そして、この電動式のパワーステアリング装置において
は、それに用いる電動式のアクチュエータに要求される
大きな操作力を得るため、このアクチュエータとして電
動機を用い、その出力を減速して最終的な補助操舵用の
操作力を得る方式のものが主として採用されるようにな
っている。

しかして、この結果、従来の電動式パワーステアリング
装置においては、補助操舵用が高速回転する電動機によ
り減速機構を介して与えられることから、この電動機の
慣性と、減速機構の出力側から電動機をから回しする場
合に与えられる大きな摩擦抵抗とによって操舵フィーリ
ング上極めて好ましくない特性が、操舵ハンドルの操作
に現われてしまうという欠点があった。

このうち、電動機の慣性により操舵ハンドルを操作した
ときに現われる、操舵フィーリング上好ましくない特性
については、例えば特開昭５５−７６７６０号公報など
で提案されているように、電動機の制御に微分特性を与
える方法が考えられ、かなりの操舵フィーリング改善効
果が期待される。

しかしながら、この方法では、微分回路などを余分に必
要とし、微分特性の付与はさらにノイズに対する新たな
配慮を必要とすることになってコストアップとなり易く
、上記した摩擦抵抗による操舵フィーリングの悪化につ
いては何らの改善効果が期待できず、全体としては充分
な操舵フィーリングの改善を得ることができない。なお
、この摩擦抵抗による操舵フィーリングの悪化は、舵角
がゼロ（中立位置）以外のときに本来現われるべき筈の
復元力の著しい低下、ないしは消滅という形で現われる
ものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、パワ
ーステアリング化によっても充分に復元力を残すことが
でき、操舵フィーリングを大きく改善することができる
ようにしたパワーステアリング制御装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、自動車の操舵転向
車輪などに与えられる舵角を検出し、操舵ハンドルに与
えられる操作力との関連において上記舵角によりアクチ
ュエータを制御し、かつ、操舵力の所定の関数が操舵力
に対してオフセットをもった高次関数となるように構成
し、これにより補助復元力が与えられるようにした点を
特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明によるパワーステアリング制御装置を、図
示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明を自動車用電動パワーステアリングシス
テムに適用した場合の一実施例で、１は操舵ハンドル（
以下、単にハンドルという）、２はハンドル軸、３はピ
ニオン、４はラック、５は転向用のタイヤ（車輪）、６
はトルクセンサ、７はパワーアシスト用の電動機、８は
減速機構、９はピニオン、１０は舵角センサ、１１は制
御装置である。なお、Ｂは電源用のバッテリーである。

この実施例は、いわゆるラック＆ピニオン方式のもので
、運転者によってハンドル１に与えられた操舵力はハン
ドル軸２からピニオン３を介してラック４に伝達され、
タイヤ５を所定の舵角に動かす。

トルクセンサ６は、ハンドル１を運転者が回動させたと
き、このハンドル１からハンドル軸２を介してピニオン
３に与えられるトルクを検出し、そのトルクの大きさを
表わす信号τを発生する働きをするもので、例えば、ハ
ンドル軸２に取付けた歪ゲージもしくはハンドル軸２に
ねじれバネ機構を設け、このねじれ量を検出する可変抵
抗器などから構成されたもので１例えば第２図に示すよ
うな特性のものとなっている。

電動機７は歯車装置などからなる減速機構８とピニオン
９を介してラック４に補助操舵力を与える電動式のアク
チュエータとして動作する。

舵角センサ１０はタイヤ５の舵角（転向角）を検出し、
自動車が直進状態、つまりタイヤ５の転向角が中立の位
置にあるときの舵角をゼロとして、例えば第３図に示す
ような特性にしたがって舵角を表わす信号θを発生する
働きをするもので、タイヤ５の転向に伴って回動する部
材の回動角を検出する可変抵抗器などからなるロータリ
ーエンコーダや、直ｍ運動をする部材の動きを検出する
りニヤーエンコーダなどで構成されたものである。

第４図は制御装置１１の一実施例で、演算回路２０、関
数発生器２１．加算器２２，２５、正負判定回路２３、
絶対値回路２４、チョッパ制御回路２６、電動機制御回
路２７などから構成されている。

次に、動作について説明する。

運転者によってハンドル１が操作され、ハンドル軸２に
トルクが与えられると、それが第２図の特性にしたがっ
てトルクセンサ６によって検出され、トルク信号τが出
力される。

このトルク信号τは演算回路２ｏ、関数発生器２１、加
算器２２、正負判定回路２３．絶対値回路２４．それに
加算器２５を介してチョッパ制御回路２６に入力され、
そのときの絶対値に対応したデユーティ比のパルス信号
ＣＰに変換されて電動機制御回路２７に入力される。こ
のとき、正負判定回路２３では、そこに入力された信号
の正負に応じて正信号Ｐ又は負信号Ｎのいずれか一方を
出力し、これらの信号Ｐ、Ｎを電動機制御回路２７に入
力する。

なお、トルクセンサ６から発生されるトルク信号τの極
性は例えばハンドル１を右回り（時計方向）に回動した
ときに現われるトルクに対して正極性となり、左回り（
反時計方向）に回動させたときに現われるトルクに対し
ては負極性となるようにしであるものである。従って、
トルク信号τが正となっているときには、自動車は右に
転向し、負となっているときには左に転向することにな
る。

さて、第５図は電動機制御回路２７の一実施例で、４個
のパワートランジスタＴＲＩ〜ＴＲ４（以下、単にＴＲ
Ｉ〜ＴＲ４という）と、フリーホイールダイオードＤｉ
、Ｄ２．それに電流検出器ＣＤから構成されている。

ＴＲＩのベースには正信号Ｐが、そしてＴＲ２のベース
には負信号Ｎが供給され、さらにＴＲ３には負信号Ｎと
パルス信号ＣＰの論理積による信号が、モしてＴＲ４に
は正信号Ｐとパルス信号ＣＰの論理積による信号がそれ
ぞれ供給されるようになっており、これにより、正信号
Ｐが現われているとき、つまりトルク信号τが正極性と
なっていたときにはＴＲＩとＴＲ４がオンし、電動機７
には図の矢印方向に電流が供給され、この電流の大きさ
はパルス信号ＣＰのデユーティ比で制御されるようにな
り、トルク信号でか負極性で負信号Ｎが現われていると
きには、ＴＲ２とＴＲ３がオンし、電動機７には図の矢
印と反対の方向に電流が供給され、このときの電流値は
同じくパルス信号ＣＰのデユーティ比で制御されること
になる。

そして、これらいずれの場合でも、電動機７に流れてい
る電流の大きさが電流検出器ＣＤによって検出され、電
流信号ｉとして加算器２５に供給されるようになってお
り、これにより絶対値回路２４から与えられている信号
に対応した電流が電動機７に正確に供給されるようにす
るためのフィードバックループが形成されるようになっ
ている。

なお、ダイオードＤｉ、Ｄ２はＴＲ３又はＴＲ４がパル
ス信号ＣＰによってチュツパ制御されオフしたときの環
流路を与える働きをするものである。

従って、運転者がハンドル１を操作すると、そのとき加
えられた操作力（操舵力）の方向とその大きさに応じて
所定値の電流が所定の方向から電動機７に供給され、こ
れにより電動機７が発生するトルクがピニオン９からラ
ック４に与えられ。

補助操舵力となるため、パワーステアリング装置として
の機能が得られることになる。

ところで、運転者がハンドル１を操作したときに必要な
操舵力の大きさは、あまり小さくても運転しづらくなり
、このため、経験上などから、トルクセンサ６の信号τ
に対して第６図のようなオフセットをもった高次関数特
性をもって補助操舵力、つまり電動機７の電流値が定ま
るようにしてやるのが操舵フィーリング上好ましいこと
が知られている。

そこで、このために設けられているのが関数発生器２１
で、入力信号に対して第６図の特性にしたがった出力信
号を発生するようになっている。

なお、実際には、第６図のような滑らかな特性を与える
ような関数発生器はコストアップとなったリ、実現が不
可能となったりするので、例えば第７図のような折線近
似による関数発生器２１を用いるようにしてやればよい
、また、この折線近似に代えて第８図に示すような階段
近似によるものを用いても実施可能である。

次に、タイヤ５を転向させるために必要な力、いわゆる
操舵力は、タイヤと走行路面の間での転向方向での摩擦
抵抗によって決まるが、この摩擦抵抗は車速によって変
化し、高速になるにつれて減少する。従って、この操舵
力は車速が小さいとき程大きくなり、通常、据え切りと
呼ばれる車速が零のときには極めて大きくなってほとん
どハンドル操作が不可能なくらいになる。

しかして、実用上からは、自動車の車庫入れや縦列駐車
を行うときには、この据え切り操作が必要である。

一方、高速時にハンドル操作力が小さくなるとむしろ危
険になるので、高速時には補助操舵力を小さくするか、
或いは与えないようにするのが望ましい。

そこで、このために設けられているのが演算回路２０で
、３０で示した車速センサから車速信号νを入力し、ト
ルク信号τに対して所定の演算処理を施して第９図に示
すように関数発生器２１で与えられる特性のオフセット
の幅が車速信号νに応じて広くなるようにしている。

第１０図は演算回路２０の一実施例で、正負分離回路２
０１．２個の加算器２０２，２０３、同じく２個の反転
回路２０４，２０５、それにアナログＯＲ回路２０６で
構成したものである。なお、この演算回路２０は基本的
には信号τとνの加算器としての機能をはたすものであ
るが、トルク信号τが正と負の値をとるため、正負分離
回路２０１で正極性のときと負極性となったときとを分
離し、正極性のときにはそのまま加算器２０２で信号ν
と加算しているが、負極性のときには、まず反転回路２
０４で正極性にしたあと加算器２０３で信号ヤの加算を
行い、その後、再び反転回路２０５を通して元の極性を
戻すようになっているのである。

さて、既に説明したように、パワーステアリングを設け
た操舵システムの操舵フィーリングを決める大きなポイ
ントは正常な復元特性が残されているか否かにある。

即ち、自動車の操舵システムには、転向車軸のキャスタ
効果などを利用して復元特性を与えるようにしているの
が一般的で、このためハンドル操作により所定の舵角を
与えたあとは、この復元特性によりハンドルに与えられ
る復元力を利用した運転操作が広く行われ、これが良好
な操舵フィーリングを与えるポイントとなっており、従
って。

パワーステアリングの装備によっても、この復元力を損
わないようにしなければならないのである６そこで、こ
のため、第４図の実施例では、加算器２２を用い、関数
発生器２１の出力に舵角センサ１０の信号Ｏを加算し、
トルク信号τに対する電動機７の電流特性を舵角信号θ
をパラメータとした変化を与え、第１１図に示すような
特性をもたせるようにしている。

つまり、トルク信号τに対する電動機電流特性に対して
、舵角信号θが正極性となったときには負方向の変位を
与え、負極性になったときには正方向の変位を与えるよ
うにし、かつ、これらの変位の大きさは第３図に示すよ
うな特性を示す舵角信号θに比例するようにしたのであ
る。

この結果、ハンドル１が中立位置から所定の舵角位置ま
で回動操作され、その後、ハンドル１に対する運転者の
把握力が緩められてトルク信号でが所定値以下に減少し
たときには、そのときの舵角の方向に応じて、例えば舵
角が＋なら一方向の電動機電流が、モして−なら子方向
の電動機がそれぞれ流れ、それまでの補助操舵力と反対
の方向の補助操舵力が電動機７によってタイヤ５に与え
られるようになる。

そこで、第３図に示すトルクセンサ６の特性を適当に選
ぶなどし、第１１図のＴで表わす電動機電流の大きさが
、第１図においてラック４からピニオン９及び減速機構
１０を介して電動機７をからまわししたときに与えられ
る摩擦抵抗にほぼ等しいトルクを電動機７に発生させる
ために必要な値になるように定めておけば、タイヤ５の
復元力に対して補助復元力が与えられたことになり、こ
れにより電動機７、減速機構１ｏ、それにピニオン９に
よる摩擦抵抗は全て打消され、タイヤ５による復元力は
本来の大きさのままで残されることになり、良好な操舵
フィーリングを与えることができる。

従って、上記実施例によれば、パワーステアリングを装
備することによって操舵力の軽減をはかりながら、操舵
システムが本来もっている復元特性を何ら損う虞れがな
く、常に良好な操舵フィーリングを与えることができる
上、関数発生器２１により常に最適な補助操舵力を与え
ることができ、さらに演算回路２０により停電時での据
え切りを容易にし、かつ低速時でのハンドル操作を軽く
しながら高速時での走行安定性を充分に保つことができ
るパワーステアリング装置を得ることができる。

なお、以上の実施例では、電動式パワーステアリング装
置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明
はこれに限らず実施可能なことはいうまでもなく、例え
ば従来から広く用いられている液圧式のサーボモータに
より補助操舵力を与える方式のパワーステアリング装置
に適用し、補助復元力を与えて良好な操舵フィーリング
を得ることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、パワーステアリ
ングを装備しても復元特性を損う虞れがないから、従来
技術の欠点を除き、ハンドル操作が軽快で、しかもハン
ドルの戻りを利用した良好の操舵フィーリングを与える
ことができるパワーステアリング制御装置を容易に提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパワーステアリング制御装置の一
実施例を示すシステム構成図、第２図はトルクンサの特
性図、第３図は舵角センサの特性図、第４図は制御装置
の一実施例を示すブロック図、第５図は電動機制御回路
の一実施例を示す回路図、第６図は高次関数特性の一例
を示す特性図、第７図及び第８図は高次関数特性に対す
る近似特性の説明図、第９図は本発明の一実施例によっ
て与えられる特性の一例を示す説明図、第１０図は演算
回路の一実施例を示すブロック図、第１１図は本発明の
一実施例の動作を説明する特性図である。 １・・・操舵ハンドル、２・・・ハンドル軸、３，９・
・・ピニオン、４・・・ラック、５・・・タイヤ（転向
車輪）、６・・トルクセンサ、７・・・電動機、８・・
・減速機構、１０・・・舵角センサ、１１・・・制御装
置、２０・・・演算回路、２１・・・関数発生器、２２
．２５・・・加算器、２３・・・正負判別回路、２４・
・絶対値回路、２６・・・チョッパ制御回路、２７・・
・電動機制御回路、３０・・・車速センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、操舵ハンドルに加えられた操舵力の所定の関数にし
   たがつてアクチュエータを制御し、このアクチュエータ
   による補助操舵力を与えるようにしたパワーステアリン
   グ制御装置において、操舵転向車輪などに与えられる舵
   角を検出するセンサ手段と、上記舵角と上記操舵力に応
   じて制御され、舵角に対して補助復元力を与えるように
   構成されたアクチュエータとから構成され、かつ上記所
   定の関数が、操舵力に対してオフセットをもつた高次関
   数となるように構成されていることを特徴とするパワー
   ステアリング制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記オフセットの
   幅を車両の走行速度に応じて変化させるように構成した
   ことを特徴とするパワーステアリング制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項ないし第２項のいずれかにお
   いて、上記アクチュエータが、電動機と減速機構からな
   る電動式アクチュエータであることを特徴とするパワー
   ステアリング制御装置。