JP2662954B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、操舵力の伝達過程に異常が発生したと
き、マニュアルステアリングに切り替える電動式パワー
ステアリング装置に関する。 （従来の技術） 従来から知られているこの種の装置は、入力トルク信
号とラック軸力信号とを比較し、その入力トルクの方向
と、ラック軸力の方向とが相違しているときに、異常と
判定するようにしていた。 例えば、第６図に示すように、入力トルクの方向が右
方向にもかかわらず、その出力の方向が左方向になって
いるときには、それを異常と判定し、電動モータを停止
するか電磁クラッチを切り離すようにしていた。つま
り、第６図の第II象限及び第IV象限に信号が位置したと
きには、それを異常と判定するようにしていた。 （本発明が解決しようとする問題点） しかし、上記した従来の装置では、ノイズ等の微少電
圧の作用で、入出力ポイントS₁が第II象限あるいは第IV
象限に位置したときも、それを異常と判定してマニュア
ルステアリングに切り替えてしまうという問題があっ
た。 また、入出力ポイントS₂がＹ軸線上にあるようなと
き、すなわち入力がほとんどゼロにもかかわらず、出力
が異常に大きい場合にも、その異常をチェックできない
という問題があった。 この発明の目的は、ノイズ等の微少電圧に影響され
ず、しかも、入力トルクがゼロに近い状態で、異常出力
が発生したときにマニュアルステアリングに切り替える
装置を提供することである。 （問題点を解決する手段） この発明は、車輪に連結したナックルアームを両端に
連係してなるラックに、操舵入力軸に連結したピニオン
と、電動モータに連係したピニオンとの両者をかみ合わ
せてなり、しかも、車両の走行条件を検出するトルクセ
ンサ等のセンサを備えるとともに、これらセンサの出力
信号に応じて、上記電動モータの駆動回路を制御するモ
ータ制御装置を備えた電動式パワーステアリング装置を
前提にするものである。 そして、上記トルクセンサから入力する入力信号と、
モータ駆動回路あるいはラック軸力検出回路の出力信号
とを比較する入出力チェック回路を設けるとともに、こ
の入出力チェック回路は、入力信号と出力信号との方向
が相違していると判定する第II、第IV象限内であって出
力の絶対値が小さい|y|≦y0の不感帯域F₁、F₂と、第I
I、第IV象限内であって上記不感帯域F₁、F₂を除く第１
出力異常域U₁、U₂と、入力信号と出力信号との両信号の
方向を正常と判断する第Ｉ、第III象限内であって、か
つ、入力がハンドルの中立位置付近を示す０近傍位置で
入出力特性に対して非常に大きな値になる０＜ｘ＜x₀で
かつｙ＞y₁となる第２出力異常域U₃、０＞ｘ＞−x₀でか
つｙ＜y₁となる第２出力異常域U₄と、第Ｉ、第III象限
内であって上記第２出力異常域U₃、U₄を除く正常域N₁、
N₂とを有し、上記x₀がハンドルの中立位置近傍を示す０
近傍の値であり、上記y₀が不感帯域を規定する値である
とともに、y₁を第２出力異常域を規定する値とし、０＜
y₀＜y₁である点に特徴がある。 （本発明の作用） この発明は、ノイズ等の微少電圧の作用で、入力の方
向と出力の方向とが一時的に相違しても、それが上記不
感帯域にあれば、それを異常と判断せず、パワーステア
リングの状態を維持する。 また、入力信号がゼロ近傍にあるにもかかわらず、出
力が異常に高い第２出力異常域にあれば、それを検出し
てマニュアルステアリングに切り替える。 （本発明の効果） この発明のパワーステアリング装置によれば、ノイズ
等の微少電圧に影響されずに安定したパワーステアリン
グ状態を維持できる。 しかも、微少入力信号のもとで過大な出力が生じて
も、それを検出してマニュアルステアリングに切り替え
るので、その安全性が高まる。 （本発明の実施例） 第１〜４図に示した実施例は、ハンドルＨに連結した
操舵入力軸２の先端にピニオン３を連結するとともに、
このピニオン３をラック６にかみ合わせている。このラ
ック６の両側は、サイドロック５を介して、車輪１のナ
ックアーム４に連結している。 また、正逆転可能にした電動モータＭには減速機７を
連結している。この減速機７の出力軸側に電磁クラッチ
８を設けるとともに、この電磁クラッチ８の出力軸側に
ピニオン９を設け、このピニオン９を上記ラック６にか
み合わせている。 さらに、入力軸２に作用する操舵トルクを検出するト
ルクセンサ10と、当該車両の車速を検出する車速センサ
11と、ラック６の軸力を検出する軸力センサ12とを設け
ているが、これら各センサをモータ制御装置ａに接続し
ている。 トルクセンサ10で検出されたトルク信号Tinは、上記
モータ制御装置ａに設けたトルク信号処理回路13と、ト
ルクセンサ異常検出回路14とに入力する。 そして、トルク信号処理回路13からの出力信号V₁は、
当該トルクの方向を判定する正逆方向判定回路16に入力
するとともに、この判定回路16から出力されたトルク正
逆信号T₀が、マイクロプロセッサーＰの入力ポートA₁に
入力する。 また、トルク信号処理回路13からの出力信号V₁は、絶
対値回路17にも入力し、そこで絶対値化されるが、この
絶対値|V₁|が、A/D変換回路18でディジタル値に変換さ
れる。このディジタル値に変換されたトルクレベル信号
T₁がマイクロプロセッサーＰの入力ポートA₂に入力する
が、このトルクレベル信号T₁は、例えば、8bitの場合、
|V₁|＝０がゼロ、|V₁|＝maxが255に対応するようにして
いる。 さらに、このトルク信号処理回路13の出力信号は、微
分回路15に入力するが、この微分回路15の機能について
は後述する。 車速センサ11で検出された車速信号ｖは、モータ制御
装置ａの車速信号処理回路19と車速センサ異常検出回路
20とに入力する。そして、上記車速信号処理回路19で処
理された信号は、マイクロプロセッサーの割込みポート
INT1に入力する。 なお、上記車速センサ11からは、車速に応じてパルス
幅の異なるパルス信号が常時出力しているが、このパル
ス信号の立上がりもしくは立下がりのときに割り込みが
発生するようにしている。 軸力センサ12で検出された軸力信号Ｆは、モータ制御
装置ａの軸力信号処理回路21と軸力センサ異常検出回路
22に入力する。そして、この軸力信号処理回路21で処理
された信号は、マイクロプロセッサーＰの入力ポートA₃
に入力する。 さらに、上記した各異常検出回路14、20、22のそれぞ
れは、ORゲート24を介してマイクロプロセッサーＰの割
込みポートINT2に入力するようにしている。 上記マイクロプロセッサーＰの出力ポートC₁からは、
電動モータＭの回転方向を特定する正逆信号M₀が出力
し、出力ポートC₂からは出力レベル信号M₁が出力する
が、これら信号M₀、M₁は、D/A変換回路25に入力すると
ともに、このD/A変換回路25の出力信号V₂は第１加算回
路26に入力する。 この第１加算回路26には前記した微分回路15を接続し
ているもので、したがって、この第１加算回路26では、
微分回路15の出力信号c_{1 １}と、上記信号V₂とを加算し
て、その加算信号V₃をモータ駆動回路27に入力するよう
にしている。 上記のように微分回路15の出力信号を、加算するよう
にしたのは、次の理由からである。 つまり、電動モータＭにはロータの慣性が作用するた
めに、第５図に示すように、トルク信号T_Sに対して、そ
のモータトルクT_Mの位相が遅れてしまう。そこで、上記
微分回路15を設け、トルク信号V₁を微分してc_{1 １}を求
め、この微分信号を上記信号V₂に加算し、上記遅れを補
正するようにしている。したがって、この第１加算回路
から出力される信号V₃は、上記位相遅れを補正されたも
のとなる。 なお、上記微分信号c_{1 １}のうち、c₁は定数である。 上記のように位相遅れを補正された信号V₃はモータ駆
動回路27に入力するとともに、このモータ駆動回路27の
出力信号に応じて電動モータＭを制御する。 上記微分回路15は、第１加算回路26とは別に、第２加
算回路28にも接続しているが、この第２加算回路28に
は、上記トルク信号処理回路13も接続し、その処理回路
13の出力信号V₁がこの第２加算回路28に入力するように
している。したがって、この第２加算回路28からは、上
記信号V₁と微分信号c_{1 １}とを加算した信号V₄が出力さ
れる。 上記第２加算回路28には、入出力チェック回路29を接
続しているが、この入出力チェック回路29は、電流信号
処理回路30を介して電流センサ31に接続している。そし
て、この電流センサ31は、電動モータＭに供給される電
流を検出するとともに、電流信号処理回路30は電流セン
サ31の出力信号に応じて信号V₅を出力する。 上記のようにした入出力チェック回路29は、加算回路
28の出力信号V₄を入力信号ｘとし、電流信号処理回路30
の出力信号V₅を出力信号ｙとし、第４図に示すように、
それらx,yの座標点が、正常域N₁、N₂、不感帯域F₁、
F₂、第１出力異常域U₁、U₂あるいは第２出力異常域U₃、
U₄のいずれにあるかを判断する。 そして、不感帯域F₁、F₂のそれぞれは第II象限と第IV
象限に現れるもので、第II象限の不感帯域F₁は、入力信
号がｘ＜０、出力信号ｙが０＜ｙ≦y₀の範囲に有り、第
IV象限の不感帯域F₂は、入力信号ｘがｘ＞０、出力信号
ｙが０＞ｙ≧y₀の範囲となる。 また、第１出力異常域U₁、U₂は、第II象限および第IV
象限にそれぞれ現れ、第II、第IV象限全域から上記不感
帯域F₁、F₂を除いた領域である。 つまり、上記第１出力異常域U₁は、入力信号ｘがｘ＜
０、出力信号ｙがｙ＞y₀の範囲であり、別の第１出力異
常域U₂は、入力信号ｘがｘ＞０、出力信号ｙがｙ＜−y₀
の範囲である。 第２出力異常域U₃、U₄は第Ｉ象限、第III象限の入力
がハンドルの中立位置付近を示す０近傍に現れる領域
で、第２出力異常域U₃は、入力信号ｘが０＜ｘ＜x₀、出
力信号ｙ＞y₁の範囲である。また、別の第２出力異常域
U₄は、入力信号ｘが０＞ｘ＞−x₀、出力信号ｙ＜−y₁の
範囲である。 上記のようにx,yの座標点が、上記第１、２出力異常
域U₁〜U₄のいずれかにあるときは、入力ｘに対して出力
ｙが異常な状況と判断し、モータ駆動回路27を制御して
電動モータＭを停止させる。 上記入出力の座標点x,yが、第１、２出力異常域U₁〜U
₄以外の範囲にあるときには、それを異常と判断せず、
パワーステアリングの状態を継続させる。 そして、この入出力チェック回路29の具体的な構成
は、第３図に示すとおりである。 すなわち、入力部32、33に入力した信号ｘ、ｙは、フ
ィルタ回路34、35を経由して比較回路CPに入力するが、
この比較回路CPは、第１〜８比較器36〜43を主要素にし
てなる。 そして、上記フィルタ回路34、35は、入出力信号に含
まれるノイズの影響で、このフィルタ回路34、35以下の
比較回路CPや論理回路LGを動作させないためのものであ
る。 また、上記第１、２比較器36、37は、入力信号ｘがゼ
ロより大きいかどうかを判定し、第１比較器36ではｘ＞
０のとき信号Ｈを出力し、第２比較器37ではｘ＜０のと
きに信号Ｈを出力する。 第３比較器38には、上記入力信号ｘ以外に、前記信号
x₀が入力し、この入力信号ｘと信号x₀とを比較して、ｘ
＜x₀のときに信号Ｈを出力する。 第４比較器39には、上記入力信号ｘ以外に、前記信号
−x₀が入力し、この入力信号ｘと信号−x₀とを比較し
て、ｘ＞−x₀のときに信号Ｈを出力する。 第５比較器40は、出力信号ｙと信号y₁とを比較し、ｙ
＞y₁のときに信号Ｈを出力し、第６比較器41は、出力信
号ｙと信号−y₁とを比較し、ｙ＜−y₁のときに信号Ｈを
出力する。さらに、第７比較器42は出力信号ｙと信号y₀
を比較し、ｙ＞y₀のときに信号Ｈを出力し、第８比較器
43は入力信号ｙと信号−y₀とを比較し、ｙ＜−y₀のとき
に信号Ｈを出力する。 そして、比較回路CPの出力信号は論理回路LGに入力す
るが、この論理回路LGは複数のナンドゲートから構成さ
れている。 つまり、第１ナンドゲート44には上記第１比較器36と
第８比較器43とを接続し、第２ナンドゲート45には第２
比較器37と第７比較器42とを接続している。また、第３
ナンドゲート46には、第１比較器36と第３比較器38とを
接続し、第４ナンドゲート47には第２比較器37と第４比
較器39とを接続している。 そして、第１ナンドゲート44は、入力信号ｘがｘ＞０
で、出力信号ｙがｙ＜−y₀のとき、すなわち入出力座標
が第IV象限における第１出力異常域U₂にあるときに信号
Ｌを出力し、第２ナンドゲート45は、入力信号ｘがｘ＜
０で、出力信号ｙがｙ＜y₀のとき、すなわち入出力座標
が第II象限における第１出力異常域U₁にあるときに信号
Ｌを出力する。 さらに、第３ナンドゲート46は、入力信号ｘがｘ＞０
で、しかもｘ＜x₀のとき、すなわち、第Ｉ象限における
第２出力異常域U₃を含むエリヤZ₁にあるときに信号Ｌを
出力する。この第３ナンドゲート46から出力された信号
Ｌは、インバータとして機能する第５ナンドゲート48に
入力するとともに、この第５ナンドゲート48から信号Ｈ
が出力され、当該信号Ｈを第６ナンドゲート49に入力す
る。 そして、上記第６ナンドゲート49には、第５比較器40
の信号が入力しているが、この第５比較器40は、前記し
たようにｙ＞y₁のときに信号Ｈを出力するので、この第
６ナンドゲート49からは、出力信号ｘが０＜ｘ＜x₀で、
かつ出力信号Ｙがｙ＞y₁のときに信号Ｌを出力する。 第４ナンドゲート47は、入力信号ｘがｘ＜０で、しか
もｘ＞−x₀のとき、すなわち、第III象限における第２
出力異常域U₄を含むエリヤZ₂にあるときに信号Ｌを出力
する。この第４ナンドゲート47から出力された信号Ｌ
は、インバータとして機能する第７ナンドゲート50に入
力するとともに、この第７ナンドゲート50から信号Ｈが
出力され、当該信号Ｈを第８ナンドゲート51に入力す
る。 そして、上記第８ナンドゲート51には、第６比較器41
の信号が入力しているが、この第６比較器41は、前記し
たようにｙ＜−y₁のときに信号Ｈを出力するので、この
第８ナンドゲート51からは、出力信号ｘが−x₀＜ｘ＜０
で、かつ出力信号Ｙがｙ＜−y₁のときに信号Ｌを出力す
る。 このようにした論理回路LGから出力された信号Ｌは、
フィルタ回路52を経由してラッチ回路LTに入力するもの
で、この信号Ｌが入力すると、当該ラッチ回路LTから異
常信号としての信号Ｈが出力する。この異常信号Ｈはモ
ータ駆動回路27に入力して電動モータＭを停止させる。 また、上記フィルタ回路52は、比較回路CP及び論理回
路LGで発生するノイズで、上記ラッチ回路LT以下の回路
が動作しないようにするためのものである。 なお、上記比較回路CP及び論理回路LGは、必ずしも上
記のものに限定されるものではなく、同一の機能を果せ
ば、どのようなものでもよい。 上記マイクロプロセッサーＰの出力ポートC₃からは、
クラッチON−OFF信号が出力され、このON−OFF信号によ
てクラッチ駆動回路53を制御し、電磁クラッチ８をON−
OFFさせるようにしている。 さらに、出力ポートC₄からは、当該プログラムが正常
に動いていることを知らせるパルスを出力するが、この
出力信号はウォッチドグ処理回路54を介して前記ORゲー
ト24に入力するようにしている。 しかして、トルク信号処理回路13から出力された信号
V₁に微分回路15からの出力信号c1_１を加算した信号V₄
＝ｘと、電流センサ31で検出した信号V₅＝ｙとを、入出
力チェック回路29でチェックし、入力信号ｘの方向に対
して、出力信号ｙの方向が相違したとき、換言すれば、
入出力座標x,yが第１出力異常域U₁、U₂にあるとき、異
常信号Ｈを出力して、モータ駆動回路27を制御し、電動
モータＭを停止する。 ただし、入力信号ｘと出力信号ｙとの方向が相違して
も、それが上記不感帯域F₁、F₂にあれば、異常信号Ｈは
出力されず、電動モータＭは駆動状態を継続する。 また、入力信号ｘがゼロ近傍にあって、出力信号が異
常に高く、しかも、その方向が同じのとき、換言すれ
ば、第２出力異常域U₃、U₄にあるときは、異常信号Ｈを
出力して、モータ駆動回路27を制御し、電動モータＭを
停止する。 なお、この実施例では、第２加算回路28を設けてV₄＝
V₁＋c_{1 １}を求め、このV₄の値を、出力側の信号V₅と比
較するようにしたのは、第１加算回路26から出力される
信号V₃がすでに微分信号c_{1 １}を加算してあるので、そ
れとパランスさせるためである。 したがって、上記した位相遅れを補正しないような装
置、換言すれば、微分回路15を設けない装置において
は、第２加算回路28が不要になり、トルク信号処理回路
13の出力信号V₁を入出力チェック回路29に直接入力する
ことになる。 また、トルクセンサ10からの入力信号V₁と、軸力信号
処理回路21の出力信号とを入出力チェック回路29で比較
し、それらの信号に基いてクラッチ駆動回路53を制御
し、電磁クラッチ８をON−OFFするようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】 図面第１〜５図はこの発明の実施例を示すもので、第１
図は機構図、第２図はモータ制御装置のブロック図、第
３図は入出力チェック回路の具体的な回路図、第４図は
入力信号ｘと出力信号ｙとによる制御域を示した図、第
５図はトルク信号とモータトルクとの位相遅れを示した
グラフ、第６図は従来装置の入力信号ｘと出力信号ｙと
による制御域を示した図である。 １……車輪、２……操舵入力軸、４……ナックルアー
ム、６……ラック、８……電磁クラッチ、９……ピニオ
ン、10……トルクセンサ、27……モータ駆動回路、29…
…入出力チェック回路、53……クラッチ駆動回路、U₁、
U₂……第１出力異常域、U₃、U₄……第２出力異常域、
F₁、F₂不感帯域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 文一 岐阜県可児市土田2548 カヤバ工業株式 会社岐阜北工場内 (56)参考文献 特開 昭63−190562（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．車輪に連結したナックルアームを両端に連係してな
   るラックに、操舵入力軸に連結したピニオンと、電動モ
   ータに連係したピニオンとの両者をかみ合わせてなり、
   しかも、車両の走行条件を検出するトルクセンサ等のセ
   ンサを備えるとともに、これらセンサの出力信号に応じ
   て、上記電動モータの駆動回路を制御するモータ制御装
   置を備えた電動式パワーステアリング装置において、上
   記トルクセンサから入力する入力信号と、モータ駆動回
   路あるいはラック軸力検出回路の出力信号とを比較する
   入出力チェック回路を設けるとともに、この入出力チェ
   ック回路は、上記入力信号をｘ軸に取り、出力信号をｙ
   軸に取るグラフにおいて、入力信号と出力信号との方向
   が相違していると判定する第II、第IV象限内であって出
   力の絶対値が小さい|y|≦y₀の不感帯域F₁、F₂と、第I
   I、第IV象限内であって上記不感帯域F₁、F₂を除く第１
   出力異常域U₁、U₂と、入力信号と出力信号との両信号の
   方向を正常と判断する第Ｉ、第III象限内であって、入
   力がハンドルの中立位置付近を示す０近傍位置で入出力
   特性に対して非常に大きな値になる０＜ｘ＜x₀でかつｙ
   ＞y₁となる第２出力異常域U₃、０＞ｘ＞−x₀でかつｙ＜
   y₁となる第２出力異常域U₄と、第Ｉ、第III象限内であ
   って上記第２出力異常域U₃、U₄を除く正常域N₁、N₂とを
   有し、上記x₀がハンドルの中立位置近傍を示す０近傍の
   値であり、上記y₀が不感帯域を規定する値であるととも
   に、y₁を第２出力異常域を規定する値とし、０＜y₀＜y₁
   である電動式パワーステアリング装置。