JPH0455906B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 〔産業上の利用分野〕 本発明は、操舵力の補助を電動機を用いて行な
う電動パワーステアリング装置に関する。

〔従来の技術〕 タイヤの向きを変える場合、車輌が停止してい
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大きな力が必要である。
特に、最近ではFF車が増えているがこの種の車
輌は前方に大きな重量がかかるので、これにおい
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パワー
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。

このため、例えば特開昭50−38228号公報、特
公昭48−24177号公報、特公昭49−1808号公報に
示されるように、電動機を用いたパワーステアリ
ング装置が提案されている。

また、例えば特開昭51−118225号公報及び特開
昭55−94855号公報に示されるように、操舵助勢
力を車速に応じて変更するようにしたパワーステ
アリング装置も提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来のパワーステアリング装置にお
いては、ハンドル（ステアリングホイール）と接
続される入力軸に加わる操舵入力トルクをトルク
センサ等で検出し、検出したトルクに比例する付
勢エネルギーを電動機に与え、操舵トルクに比例
して操舵助勢力が大きくなるように制御してい
る。従つて通常、ドライバがハンドルを操作しな
ければ、操舵助勢力は零になり、ハンドル操作に
大きな力を必要とする時にはその力に比例した大
きな操舵助勢力が得られるので、常に軽い力でハ
ンドルを操作しうる。

ところが、操舵入力軸は車輪に連結されている
ので、例えば車輌が直進状態でドライバがハンド
ルを中立状態に維持し全く力を加えない時であつ
ても、路面に凹凸等があると、各車輪が路面から
受ける反力の左右のバランスが崩れ、その力が操
舵入力軸に回動力として伝達され、その力がトル
クセンサにより操舵トルクとして誤つて検出され
る。この場合、ドライバがハンドルを操作しない
にも関わらず、車輪の向きを変えようとする操舵
助勢力が発生するので、ドライバの意志とは無関
係にハンドルが勝手に動き、車輌の進行方向にふ
らつきが生じることになる。

これを防止するには、例えば、検出したトルク
が小さい時に限つて、電動機を停止するように制
御すればよい、しかし、そのような制御を実施す
ると、ドライバの感じる操舵フイーリングに違和
感が生じるのは避けられない。

即ち、例えば検出トルクがTiより小さい時に
操舵助勢トルクを０にして、Ti以上の時に検出
トルクに比例した操舵助勢トルクを発生する場
合、ドライバが進行方向を変えようとしてハンド
ルを操作する力を少しずつ大きくしていくと、ド
ライバの力が０とTiの間では操舵助勢力が０で
あるが、ドライバの力がTiに達したとたんに、
検出トルク（この時にはTi）に比例した比較的
大きな操舵助勢トルクが発生し、ドライバが感じ
る操舵力は急激に軽くなる。この種の変化はドラ
イバに違和感を与えるだけでなく、運転操作に悪
影響を及ぼす場合もある。

このような急激な操舵力の変化量は、Tiのレ
ベルが大きくなればなるほど顕著になる。しかし
Tiを小さくすれば、各車輪が路面から受ける反
力の左右のバランスが路面の凹凸等によつて崩れ
た場合に、それを検出してパワーステアリング装
置が誤動作する可能性が高くなる。またTiが大
きいと、操舵助勢力が発生するまでの間、ドライ
バは比較的大きな力でハンドルを操作せざるを得
ない。

そこで本発明は、ドライバがハンドルに回動力
を加えない時（ハンドルを操作しない時）に、路
面からの反力のバランスの崩れを誤検出して操舵
助勢力が生じるのを防止するとともに、操舵力に
急激なトルク変化が生じるのを防止し、ドライバ
が感じる操舵フイーリングを自然な状態に近づけ
ることによつて、安全性が高く商品価値も高いパ
ワーステアリング装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

〔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においては、
電動機、ステアリングシヤフトと前記電動機とを
結合する結合手段、操舵トルクを検出するトルク
検出手段、及び前記電動機を付勢する駆動制御手
段、を備え前記トルク検出手段の検出したトルク
に応じて前記電動機を付勢し操舵助勢トルクを発
生する電動パワーステアリング装置において：調
整自在に構成され、それの設定状態に応じた信号
を出力する設定値可変手段；及び前記トルク検出
手段の出力するトルク信号と前記設定値可変手段
の出力する設定値信号とを入力信号として動作
し、トルク信号が設定値信号未満の時には所定レ
ベルの信号を出力して前記電動機の付勢を禁止
し、トルク信号が設定値信号以上の時には、トル
ク信号と設定値信号との差分に比例したレベルの
付勢信号を電動機に与える、操舵力制御手段；を
設ける。

〔作用〕

本発明によれば、電動機が発生する操舵助勢ト
ルクは、トルク検出手段によつて検出される操舵
トルクと、設定値可変手段が出力する設定値信号
との差分に比例し、また、設定値信号のレベルは
設定値可変手段を調整することにより任意に変更
でき、更に検出されるトルクが設定値信号レベル
未満の時には、電動機が発生する操舵助勢トルク
は０になる。

つまり、検出トルクの小さい領域が、操舵助勢
力の発生しない不感帯として設定されており、該
不感帯の範囲は、設定値可変手段によつて調整し
うる。不感帯が小さすぎると路面からの反力に応
答してパワーステアリング装置が誤動作し易く、
逆に不感帯が大きすぎるとハンドルを操作するの
にかなり大きな力が必要になる。不感帯をどの程
度の大きさにするのが最も好ましいかは、車輌の
構造、路面の状況、ドライバの好み等によつて変
化するが、本発明では設定値可変手段の調整によ
つて不感帯の大きさを自由に調整できるので、路
面からの反力に応答しにくく、しかも小さな力で
ハンドルを操作しうる状態に、パワーステアリン
グ装置の状態を調整しうる。

本発明においては、ドライバがハンドルを操作
する力を少しずつ大きくしていく場合、ドライバ
の力が０とTi（設定値可変手段により設定された
設定値信号のレベル）の間では操舵助勢力が０で
あり、ドライバの力がTiに達した後に、検出ト
ルクとTiとの差分に比例した操舵助勢トルクが
発生する。つまり、ドライバの力がTiの時には
操舵助勢力は０であり、その状態からドライバの
力がΔTiだけ増すと、ΔTiに比例した操舵助勢力
が生じる。従つて、ドライバのハンドル操作に要
する力の大きさは、パワーステアリングの不感帯
と動作領域との境界においても滑らかに変化し、
急激な変化は生じない。

第１図のグラフは、横軸のTmがドライバが入
力軸に加える力の大きさ（右切り方向を正、左切
り方向を負の値で示す）を示し、縦軸のTsが操
舵出力トルクの大きさ（Tm＋操舵助勢トルク：
右切り方向を正、左切り方向を負の値で示す）を
示している。第１図を参照すると、a′−０−ａの
区間では入力トルクTmと出力トルクTsとが同
一、即ち操舵助勢トルクが０であり、この範囲は
不感帯である。またａ−ｂの区間ではａ点からの
Tmの増加量に比例した量の操舵助勢トルクを
Tmに加えた出力トルクTsが得られており、この
区間ではドライバがハンドルに加える力よりも大
きな力で操舵することができる。逆に言えば、実
際の操舵系の負荷に比べて小さい力でドライバは
ハンドルを操作しうる。操舵助勢トルクは、ａ点
からのTmの増加量に比例した量になつており、
ａ点の近傍では非常に小さく、ａ点から離れるほ
ど（例えばｂ点では）大きくなる。従つて、ａ点
の近傍で動作点が変化する場合であつても、出力
トルクTsに急激な変化が生じることはなく、出
力トルクTsは滑らかに変化する。a′−b′の区間で
も同様に、a′点からのTmの減少量（左方向のト
ルク増加量）に比例した量の操舵助勢トルクを
Tmに加えた出力トルクTsが得られるので、ドラ
イバがハンドルに加える力よりも大きな力で操舵
することができる。

例えば、停止状態の車輌が進行方向を右に変え
るためにドライバが中立状態のハンドルを右方向
に回転しようとする場合、入力トルクTm、出力
トルクTs、負荷トルク等は例えば第１２図に示
すような変化を示す。即ち、車輪の向きを変える
には、操舵機構の負荷の大きさ（車輪と路面との
摩擦力、機構部の摩擦力、機構部の慣性等により
定まる）よりも大きなトルクを出力トルクTsと
して操舵機構に加える必要があるので、ドライバ
がハンドルに加える入力トルクTmは、０から
徐々に大きくなるように変化する。Tmが不感帯
しきい値レベルＴ１に達した後は、Tm−Ｔ１に
比例した助勢トルクが発生し、出力トルクTsが
入力トルクTmよりも大きくなるので、Tmの上
昇は緩やかになり、実際の負荷トルクに比べて小
さな力（Tm）でハンドルを操作できる。Tsが負
荷トルクより大きくなると、車輪の向きが変化し
始める。車輪が動くと車輪と路面との摩擦が小さ
くなるので、負荷トルクは減少する。負荷トルク
よりも大きな力（Ts）を加え続けることによつ
てハンドルの回転を続け車輪の向きを希望の位置
まで変えることができる。

いずれにしても、本発明では入力トルクTmが
実線で示すようにＴ１を横切る時であつてもTs
が滑らかに変化するので、ドライバが感じるハン
ドルの重さ（Tm）に急激な変化が生じることは
なく、自然な操舵フイーリングが得られる。仮に
従来のように助勢トルクの大きさをTmに比例す
るように設定し、かつ不感帯を設けた場合、Tm
が不感帯のレベルＴ１を越える時に、Ｔ１に比例
した助勢トルクが急激に発生し、二点鎖線で示す
ようにTsがステツプ状に大きくなり、ドライバ
が感じるハンドルの重さはそれまでに比べて急に
軽くなり、ドライバは違和感を感じることになる
が、本発明ではそのような不自然さは生じない。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。

［システム全体の説明］ 第２図に、一実施例のパワーステアリング装置
のシステム構成を示す。第２図を参照して説明す
る。ステアリングホイール１には第１のステアリ
ングシヤフト２を接続してあり、第１のステアリ
ングシヤフト２には第１のユニバーサルジヨイン
ト４を介して第２のステアリングシヤフト５を接
続してある。第２のステアリングシヤフト５には
減速機９を介して直流サーボモータDMを接続し
てある。第２のステアリングシヤフト５には、減
速機９よりもステアリングホイール側の位置にト
ルクセンサ８を配置してある。第２のステアリン
グシヤフト５には、第２のユニバーサルジヨイン
ト６を介して第３のステアリングシヤフト７を接
続してある。第３のステアリングシヤフト７の先
端には第３ａ図に示すピニオンギア３ａが固着し
てあり、このピニオンギア３ａに、第３ｂ図に示
す操舵駆動用のラツク３ｂが噛み合つている。第
１のステアリングシヤフト２と第２のステアリン
グシヤフト５との傾きαおよび第２のステアリン
グシヤフト５と第３のステアリグシヤフト７との
傾きαは等しくしてある。

［機構部の説明］ 第３ａ図および第３ｂ図に、第２図の機構部の
詳細を示す。第３ａ図はドライバの足元にあたる
部分を示す断面図である。この実施例では４つの
ギアを組合せた減速機９を使用しており、この減
速機９は直流サーボモータDMの回動を1/6に減
速して第２のステアリングシヤフト５に力を伝達
している。この実施例ではトルクセンサ８として
ストレインゲージを使用している。図面では１つ
のみが表われているが、第２のステアリングシヤ
フト５の８の裏側にもう１つのトルクセンサを固
着してある。つまりこの実施例では、ステアリン
グホイールの回動に要する力を、シヤフト５のね
じれをみることにより検出している。これらのト
ルクセンサ８はそれぞれ検出方向の異なる２つの
センサを備えており、この実施例では、温度によ
る影響をなくするため、これら４つのセンサで後
述するようにブリツジ回路を組んである。第３ａ
図に示すステアリング機構は、第２のユニバーサ
ルジヨイント６の部分で、トーボード１０によつ
てが支切られた２つの空間にまたがつている。第
３ａ図において、トーボード１０よりも左側の空
間がエンジンルームであり、右側の空間が車室で
ある。したがつて直流サーボモータDM、トルク
センサ８等は車室内に位置するので、この実施例
のパワーステアリング装置はエンジンルーム内の
熱の影響を受けない。なお１１はブレーキペダル
である。

第３ｂ図を参照して説明すると、車輌の前部の
タイヤ１２ａおよび１２ｂの各々の回転軸は、シ
ヨツクアブソーバ１３ａおよび１３ｂを介してサ
スペンシヨンアツパサポート１４ａおよび１４ｂ
に支持されており、シヨツクアブソーバ１３ａお
よび１３ｂとサスペンシヨンアツパサポート１４
ａおよび１４ｂの間にコイルスプリング１５ａお
よび１５ｂが装着されている。タイヤ１２ａおよ
び１２ｂの軸受にはそれぞれステアリングナツク
ルアーム１６ａおよび１６ｂを連結してあり、１
６ａと１６ｂはタイロツド１７ａ，１７ｂにより
ラツク３ｂに連結されていて、このラツク３ｂに
前記ピニオン３ａが噛み合つている。なお１８ａ
および１８ｂはロワーサスペンシヨンアーム、１
９はスタビライザバーである。

［電気回路全体の説明］ 第４図に、第２図の電動パワーステアリング装
置の電気回路構成の概略を示し、第５図および第
６図に第４図の各部の詳細構成を示す。第４図、
第５図および第６図を参照して説明する。なお、
第４図の各ブロツク中に示すグラフは各々のブロ
ツクの電気的特性を示すもので、各々の横軸が入
力レベル、縦軸が出力レベルを表わす。また、第
５図において抵抗器は小さな長方形の記号で示し
てある。

２つのトルクセンサ８は抵抗ブリツジを構成し
ており、この出力端がブロツクＢ０に接続されて
いる。ブロツクＢ０は普通の線形増幅器である。
ブロツクＢ０の出力端は２つのブロツクＢ１およ
びＢ３に接続してある。ブロツクＢ１は、絶体値
回路であり入力信号の極性にかかわらず正極性の
出力が生じるように線形増幅を行なう。ブロツク
Ｂ２は増幅器であるが、入力レベルがＬ１以下で
は出力を０とし、入力レベルがＬ１以上で出力レ
ベルがＬ２以上となるまでは線形増幅を行ない、
出力レベルがＬ２以上ではそれ以上出力レベルを
大きくしない特性の関数発生器として動作する。
レベルＬ２はツエナーダイオードZD１の特性に
より定まる所定値になつている。レベルＬ１は、
可変抵抗器VR１で好みのレベルに調整しうるよ
うになつている。なお、レベルＬ１は後述する不
感帯のレベルを定めるものである。ブロツクＢ２
の増幅度は、可変抵抗器VR２で変更しうるよう
になつている。VR２の調整で、操舵に要するド
ライバの力と電動機DMの力との配分を変えう
る。ブロツクＢ２の出力信号は、加算器を介して
ブロツクＢ５に印加される。ブロツクＢ５は線形
増幅器であり、これは誤差増幅器として動作す
る。ブロツクＢ５の出力端はブロツクＢ６の変調
入力端に接続してある。ブロツクＢ６は、パルス
幅変調回路であり、ブロツクＢ９が発生する方形
波を、ブロツクＢ５からの制御信号に応じたパル
ス幅に変調する。なおブロツクＢ６およびＢ７に
おいて、CDは定電流ダイオードである。ブロツ
クＢ９すなわちパルス発振回路は、この実施例で
は2KHzの発振を行なうようにしてある。ブロツ
クＢ６の出力端はブロツクＢ１６の入力端Ｂに接
続してある。ブロツクＢ１６は論理制御回路であ
る。

ブロツクＢ０の出力端に接続したブロツクＢ３
は、信号の極性判別を行なう一種の比較器であ
る。すなわちブロツクＢ３の出力端には、検出ト
ルクが正か負か、つまりステアリングホイール１
の操作方向に応じた論理レベルが生じる。ブロツ
クＢ３の出力端はブロツクＢ１６の入力端Ａに接
続してある。

ブロツクＢ１の出力に接続されたブロツクＢ４
は微分回路である。この回路がステアリング操作
の急激な変化を検出する。ブロツクＢ４の出力端
には、ブロツクＢ７およびＢ８を接続してある。
ブロツクＢ７はパルス幅変調回路であり、Ｂ６と
同様に、ブロツクＢ９からの方形波を受けて、こ
れのパルス幅をＢ４からの制御信号に応じて変調
する。Ｂ７の出力端は、ブロツクＢ１６の入力端
Ｃに接続してある。ブロツクＢ８は比較器であ
り、この比較レベルは可変抵抗器VR３で調整し
うるようになつている。Ｂ８の出力端はＢ１６の
入力端Ｄに接続してある。これらのブロツクＢ
４，Ｂ７およびＢ８は電動機DMにより制動をか
けるために用いられる。

ブロツクＢ１０には、直流サーボモータDMを
流れる電流に応じたフイードバツク信号が印加さ
れる。ブロツクＢ１０は線形増幅器である。ブロ
ツクＢ１０の出力信号は絶体値回路Ｂ１１に印加
される。絶対値回路Ｂ１１の出力端はブロツクＢ
１２およびＢ１３に接続してある。ブロツクＢ１
２およびＢ１３は、それぞれ線形増幅器および比
較器である。増幅器Ｂ１２の出力信号は減算器を
介してＢ５の入力に印加される。ブロツクＢ１３
は、比較器でありサーボモータDMの過負荷（異
常電流）を検出する。この比較器Ｂ１３の比較レ
ベルは可変抵抗器VR４で調整しうるようになつ
ている。SSが車速センサである。この実施例で
は車速センサSSをマグネツトとリードスイツチ
で構成してある。マグネツトは、スピードメータ
ケーブルに接続してあり車軸の回動に応じて回動
する。そして、リードスイツチがその回動による
磁気変化に応じて開閉し、車速に応じたパルス信
号を発生する。この信号はＦ／Ｖ（周波数／電圧）
変換回路Ｂ１４に印加される。Ｂ１４の出力信号
は、比較器Ｂ１５を介して、ブロツクＢ１６の入
力端Ｆに印加される。比較器Ｂ１５には可変抵抗
器VR５が備わつており、これにより比較レベル
を変えうるようになつている。可変抵抗器VR５
の操作つまみは、ドライバが操作しうる位置に配
置されている。この実施例では可変抵抗器VR５
の調整により、比較器Ｂ１５の判定車速を20〜50
Km／ｈの間で連続的に変えうるようになつてい
る。論理制御回路Ｂ１６の各々の出力端には、ベ
ースドライバBDを介して電力制御用のスイツチ
ングトランジスタを接続してある。トランジスタ
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３およびＱ４は直流サーボモータ
DM駆動用のものであり、これらは、極性を変え
うるように、ブリツジ状に構成してある。つま
り、互いに対角線上の２つのトランジスタをオン
にすることにより、所定の極性でサーボモータ
DMに電流を流しうる。トランジスタＱ５および
Ｑ６は、制動に用いるものであり、抵抗器Ｒとの
直列回路をサーボモータDMと並列に接続してあ
る。CTは負荷電流検出用の変流器であり、Ｌは、
パルス幅制御によるモータ電流の断続を防止する
ための直流リアクトルである。

論理制御回路Ｂ１６は第６図に示すようにアン
ドゲートAN１〜AN１４、インバータIN１〜IN
１１およびドライバDV１〜DV６で構成してあ
る。ドライバDV１〜DV６は全て同一構成にな
つている。ドライバDV１は、トランジスタQa、
フオトカツプラPC１の発光ダイオード等で構成
してある。ドライバDV１〜DV６のフオトカツ
プラの発光ダイオードとペアのフオトダイオード
は、それぞれトランジスタＱ１〜Ｑ６のベースを
駆動するベースドライバBDに含まれている。

［電気回路の制御系統の説明］ 第４図に示す電気回路の制御系統は、大きく分
けると、助勢トルク制御系、制動トルク制御系、
車速感応制御系、トルク変化感応制御系、及び過
負荷防止制御系で構成されている。簡単に説明す
ると、助勢トルク制御系は、サーボモータDMを
付勢して操舵出力トルクTsをドライバのハンド
ル操作力Tmより大きくする助勢モードでの助勢
トルクの大きさを制御する回路であり、制動トル
ク制御系は、サーボモータDMを発電制動状態で
使用してドライバのハンドル操作力Tmに対して
制動をかけ、ドライバ側から見たみかけ上の操舵
系負荷トルクを実際の負荷トルクより大きくする
制動モードでの制動トルクの大きさを制御する回
路であり、車速感応制御系は、検出した車速の高
低に応じて、前記助勢トルク制御系と制動トルク
制御系のいずれか一方を選択し助勢モードと制動
モードとを切換える回路であり、トルク変化感応
制御系は、トルク変化の大小に応じて前記助勢ト
ルク制御系と制動トルク制御系のいずれか一方を
選択し助勢モードと制動モードとを切換える回路
であり、過負荷防止制御系は、過負荷状態になつ
てサーボモータDM等に故障が生じる恐れがある
場合にサーボモータDMの付勢を禁止するための
保護回路である。

各々の制御系の構成及び機能について、次に説
明する。

［助勢トルク制御系の説明］ この制御系は、サーボモータDMを付勢して操
舵出力トルクTsをドライバのハンドル操作力Tm
よりも大きくする助勢モードでの助勢トルクの大
きさを制御する回路であり、この制御系によつて
第１図及び第１２図に示すような操舵特性が得ら
れる。なお助勢トルク制御系は、この実施例では
車速感応制御系及びトルク変化感応制御系の働き
により、車速が設定車速Vm以下でしかもトルク
変化が所定以下の時のみ作動する。

助勢トルク制御系は、トルクセンサ８、増幅器
BO、絶対値回路Ｂ１、関数発生器Ｂ２、比較器
Ｂ３、誤差増幅器Ｂ５、パルス幅変調回路Ｂ６、
論理回路Ｂ１６、ベースドライバBD、トランジ
スタＱ１〜Ｑ４、サーボモータDM、直流リアク
トルＬ、変流器CT、増幅器Ｂ１０、絶対値回路
Ｂ１１及び増幅器Ｂ１２で構成されている。

第７図は各動作モードにおけるサーボモータ
DMとオンになるトランジスタとの接続状態を示
し、第８図は一例の動作タイミングを示している
が、助勢トルク制御系では、第７図の駆動正転の
オンモード及びオフモードならびに駆動逆転のオ
ンモード及びオフモードの４種類の状態を利用し
ている。

助勢トルクの制御目標値は、関数発生器Ｂ２の
出力端に現われる。関数発生器Ｂ２の入力には、
トルクセンサ８が検出した入力トルク（Tm）を
増幅器Ｂ０で増幅し、絶対値回路Ｂ１で絶対値化
したレベルが印加される。関数発生器Ｂ２は、入
力レベルがＬ１未満の時には０を、Ｌ１以上の時
には入力レベルとＬ１との差分に比例した値を、
それぞれ制御目標値として出力する。

関数発生器Ｂ２が出力する制御目標値と、その
時のサーボモータDMの駆動トルクに比例したフ
イードバツク信号との差分が誤差増幅器Ｂ５で増
幅され、その差分に比例するパルス幅のパルス信
号をパルス幅変調回路Ｂ６が生成し、該パルス信
号を論理制御回路Ｂ１６の入力端Ｂに印加する。

車速が可変抵抗器VR５で設定した速度Vmよ
りも遅く、トルク変化が比較的小さく、過負荷状
態でなければ、論理制御回路Ｂ１６の入力端Ｆ、
Ｄ及びＥに、それぞれＬ（低レベル）が印加され、
またステアリングホイールの回動方向に応じて、
Ｂ１６の入力端Ａのレベルが設定される。ドライ
バがステアリングホイールを回動するトルクが所
定（T1）以上の場合、パルス幅変調回路Ｂ６の
出力するパルスがＢ１６の入力端Ｂに印加され
る。この場合、ステアリングホイールの回動方向
に応じて、アンドゲートAN１，AN２および
AN９、又はアンドゲートAN３，AN４および
AN１０の出力レベルが論理「１」となり、ドラ
イバDV４又はDV３はフオトカツプラが付勢さ
れる。これと同時に、パルス幅変調回路Ｂ６から
のパルスが、アンドゲートAN１３およびインバ
ータIN６、又はAN１４およびIN７を介して、
ドライバDV１又はDV２に印加される。たとえ
ばDV１にパルスが印加されると、そのパルスに
応じてトランジスタQaがオン・オフし、Qaがオ
フだとフオトカツプラPC１を付勢し、オフだと
消勢する。（パルスの印加されないドライバは常
時オンすなわちフオトカツプラ消勢）フオトカツ
プラPC１が付勢されると、トランジスタＱ１お
よびＱ４がオンし、第７図の駆動正転オンモード
およびオフモードに示すように電流が流れる。し
かしフオトカツプラが消勢されるとトランジスタ
Ｑ１がオフとなり電流経路が遮断される。モータ
電流はパルスに応じて常時スイツチング制御され
るので、パルス幅に応じてモータに印加される電
力が変わり、モータトルクが変わる。ドライバ
DV２にパルスが印加される場合には、トランジ
スタＱ３がパルスに応じてオン・オフし、第７図
の駆動逆転のオンモードおよびオフモードのよう
に接続が変化する。モータの駆動トルクに対応す
るモータ電流レベルが、変流器CTで検出され、
増幅器Ｂ１０及び絶対値回路Ｂ１１を通つて誤差
増幅器Ｂ５の入力にフイードバツクされ、Ｂ５の
出力即ち制御目標値とフイードバツクレベルとの
差分に応じた幅のパルスをパルス幅変調回路Ｂ６
が出力するので、サーボモータDMの駆動トル
ク、即ち操舵助勢トルクの大きさは、関数発生器
Ｂ２が出力する制御目標値と一致するように制御
される。

助勢トルク制御系の制御特性は、主として関数
発生器Ｂ２の特性によつて決定され、その結果と
して、助勢モードにおけるパワーステアリング装
置の入出力トルク特性は、第１図のようになる。

第１図のグラフは、横軸のTmがドライバが入
力軸に加える力の大きさ（右切り方向を正、左切
り方向を負の値で示す）を示し、縦軸のTsが操
舵出力トルクの大きさ（Tm＋操舵助勢トルク：
右切り方向を正、左切り方向を負の値で示す）を
示している。第１図を参照すると、a′−０−ａの
区間では入力トルクTmと出力トルクTsとが同
一、即ち操舵助勢トルクが０であり、この範囲は
不感帯である。またａ−ｂの区間ではａ点からの
Tmの増加量に比例した量の操舵助勢トルクを
Tmに加えた出力トルクTsが得られており、この
区間ではドライバがハンドルに加える力よりも大
きな力で操舵することができる。逆に言えば、実
際の操舵系の負荷に比べて小さい力でドライバは
ハンドルを操作しうる。操舵助勢トルクは、ａ点
からのTmの増加量に比例した量になつており、
ａ点の近傍では非常に小さく、ａ点から離れるほ
ど（例えばｂ点では）大きくなる。従つて、ａ点
の近傍で動作点が変化する場合であつても、出力
トルクTsに急激な変化が生じることはなく、出
力トルクTsは滑らかに変化する。a′−b′の区間で
も同様に、a′点からのTmの減少量（左方向のト
ルク増加量）に比例した量の操舵助勢トルクを
Tmに加えた出力トルクTsが得られるので、ドラ
イバがハンドルに加える力よりも大きな力で操舵
することができる。

例えば、停止状態の車輌が進行方向を左に変え
るためにドライバが中立状態のハンドルを右方向
に回転しようとする場合、入力トルクTm、出力
トルクTs、負荷トルク等は例えば第１２図に示
すような変化を示す。即ち、車輪の向きを変える
には、操舵機構の負荷の大きさ（車輪と路面との
摩擦力、機構部の摩擦力、機構部の慣性等により
定まる）よりも大きなトルクを出力トルクTsと
して操舵機構に加える必要があるので、ドライバ
がハンドルに加える入力トルクTmは、０から
徐々に大きくなるように変化する。Tmが不感帯
しきい値レベルＴ１に達した後は、Tm−Ｔ１に
比例した助勢トルクが発生し、出力トルクTsが
入力トルクTmよりも大きくなるので、Tmの上
昇は緩やかになり、実際の負荷トルクに比べて小
さな力（Tm）でハンドルを操作できる。Tsが負
荷トルクより大きくなると、車輪の向きが変化し
始める。車輪が動くと車輪の路面との摩擦が小さ
くなるので、負荷トルクは減少する。負荷トルク
よりも大きな力（Ts）を加え続けることによつ
てハンドルの回転を続け車輪の向きを希望の位置
まで変えることができる。

いずれにしても、この実施例では入力トルク
Tmが実線で示すようにＴ１を横切る時であつて
もTsが滑らかに変化するので、ドライバが感じ
るハンドルの重さ（Tm）に急激な変化が生じる
ことはなく、自然な操舵フイーリングが得られ
る。従来のように助勢トルクの大きさをTmに比
例するように設定し、仮に不感帯を設けた場合、
Tmが不感帯のレベルＴ１を越える時に、Ｔ１に
比例した助勢トルクが急激に発生し、二点鎖線で
示すようにTsがステツプ状に大きくなり、ドラ
イバが感じるハンドルの重さはそれまでに比べて
急に軽くなり、ドライバは違和感を感じることに
なるが、この実施例の装置ではそのような不自然
さは生じない。

［制動トルク制御系の説明］ この制御系は、サーボモータDMを発電制動状
態で使用してドライバのハンドル操作力Tmに対
して制動をかけ、ドライバ側から見たみかけ上の
操舵系負荷トルクを実際の負荷トルクより大きく
する制動モードでの制動トルクの大きさを制御す
る回路である。第１０図は、所定のハンドル操作
に要する操舵力の車速に応じた変化を示し、図中
２点鎖線はパワーステアリング装置がない場合の
特性、実線は実施例のパワーステアリング装置を
装着したときの特性を示しているが、第１０図に
おいて車速がVmを越える領域では、操舵力Tm
として、実際の負荷トルク（２点鎖線）よりも大
きな力を必要としている。これは、サーボモータ
DMの発生する制動トルクが負荷トルクに加算さ
れた結果であり、この制動トルクの大きさが制動
トルク制御系によつて制御される。なお制動トル
ク制御系は、この実施例では車速感応制御系及び
トルク変化感応制御系の働きにより、車速が設定
車速Vmを越えた場合、又はトルク変化が所定値
を越えた時のみ作動する。

制動トルク制御系は、トルクセンサ８、増幅器
Ｂ０、絶対値回路Ｂ１、比較器Ｂ３、微分回路Ｂ
４、パルス幅変調回路Ｂ７、論理制御回路Ｂ１
６、ベースドライバBD、トランジスタＱ５，Ｑ
６、抵抗器Ｒ、及びサーボモータDMで構成され
ており、第７図に示す各動作モードのうち、制動
の正転域と逆転域の２種類の状態を利用してい
る。

即ち、抵抗器ＲとトランジスタＱ５又はＱ６を
介して、サーボモータDMの巻線を短絡すると、
サーボモータDMはそれを回動しようとする外部
からの力（Tm）に対してその動きを止めようと
する制動力を発生し、この制動力はサーボモータ
DMが連結された操舵軸の動きを止めるように働
くので、制動が働かない場合に比べ、ハンドル側
から見た操舵系の負荷トルクは大きくなり、ハン
ドルは動きにくくなる。

トランジスタＱ５及びＱ６は、パルス幅変調回
路Ｂ７の出力するパルスによつて間欠的にオン／
オフするので、このパルスのパルス幅に応じて、
サーボモータDMが発生する制動トルクの平均値
が変わる。パルス幅変調回路Ｂ７の入力には、微
分回路Ｂ４の出力レベル、即ち検出したトルクの
大きさとその変化速度に応じたレベルが印加され
る。従つてハンドルを操作する速度が速くなるに
つれて、及びハンドルを操作する力が大きくなる
につれて制動トルクが大きくなる。

［車速感応制御系の説明］ この制御系は、検出した車速の高低に応じて、
前記助勢トルク制御系と制動トルク制御系のいず
れか一方を選択し助勢モードと制動モードを切換
える回路である。例えば第１０図を参照すると、
車速Vmを境界として特性が大きく変化している
が、これはVmを境界として助勢モード（低速
域）と制動モード（高速域）を切換えた結果であ
る。

車速感応制御系は、車速センサSS、Ｆ／Ｖ変
換器Ｂ１４、比較器Ｂ１５、及び論理制御回路Ｂ
１６で構成されている。車速が低い時には、車速
センサSSの出力するパルスの周期が長いので、
Ｆ／Ｖ変換器Ｂ１４の出力電圧が低く、従つて比
較器Ｂ１５の出力が低レベルＬになるが、車速が
高くなると車速センサSSの出力するパルスの周
期が短かくなつてＦ／Ｖ変換器Ｂ１４の出力電圧
が高くなり、車速が所定以上になると比較器Ｂ１
５の出力が高レベルＨになる。従つて論理制御回
路Ｂ１６の入力端子Ｆには、車速が設定車速に対
して高いか否かに応じた二値信号（Ｈ／Ｌ）が印
加される。

論理制御回路Ｂ１６は、その入力端子Ｆが低レ
ベルＬ（低速）の時（但しトルク変化が小さい場
合）には、前記助勢モードになるように、つまり
助勢トルク制御系が機能するように所定の信号を
選択して、パルス幅変調回路Ｂ６のパルスをトラ
ンジスタＱ１〜Ｑ４のいずれかに印加し、入力端
子Ｆが高レベルＨ（高速）の時には、前記制動モ
ードになるように、つまり制動トルク制御系が機
能するように所定の信号を選択して、パルス幅変
調回路Ｂ７のパルスをトランジスタＱ５又はＱ６
に印加する。

［トルク変化感応制御系の説明］ この制御系は、検出したトルクの変化が速い時
に前記制動トルク制御系が選択されるように制御
する回路であり、トルクセンサ８、増幅器Ｂ０、
絶対値回路Ｂ１、微分回路Ｂ４、比較器Ｂ８、及
び論理制御回路Ｂ１６で構成されている。

トルクセンサ８が検出したトルクの変化速度が
速く変化量も大きいと、微分回路Ｂ４の出力に大
きなレベルが現われる。比較器Ｂ８には微分回路
の出力レベルが印加され、該レベルが大きいと
Ｈ、小さいとＬが比較器Ｂ８から出力され、この
信号が論理制御回路Ｂ１６の入力端子Ｄに印加さ
れる。論理制御回路Ｂ１６は、入力端子ＤがＨの
時には、検出車速が設定車速Vm未満の場合であ
つても、制動トルク制御系を選択し、制動モード
に移行する。

例えば第８図の例では、トルクの絶対値が０か
ら正転側のピークまで、及び０から逆転側のピー
クまで増大する時には、トランジスタＱ１〜Ｑ４
の通電による助勢モードの制御だけが行なわれて
いるが、トルクの絶対値が正転側のピークから０
に、及び逆転側のピークから０に急激に減少する
時には、トランジスタＱ１〜Ｑ４の通電による助
勢モードの制御と、トランジスタＱ５及びＱ６の
通電による制動モードの制御とが頻繁に切換わつ
ているが、これがトルク変化感応制御系による動
作モードの切換えを示している。

たとえば車輌のターン中に障害物が現われたと
き少しではあるがドライバが急速にステアリング
ホイールを戻したリすると、検出トルクに急激な
変化が生ずる。これは比較器Ｂ８で検出され、こ
の状態で論理制御回路Ｂ１６の入力端Ｄを高レベ
ルＨとする。またこの場合、検出トルクの微分値
に応じてパルス幅制御されるパルスが入力端Ｃに
印加される。すると、ステアリングホイールの回
動方向に応じて、Ｂ１６のアンドゲートAN５，
AN６、およびAN１１、又はアンドゲードAN
７，AN８およびAN１２によつてパルス信号が
ドライバDV５又はDV６に印加される。これに
より、第７図の制動モードに示すように、トラン
ジスタＱ５又はＱ６がパルスに応じてオン・オフ
し、オン時には、抵抗器Ｒを介してサーボモータ
DMの端子間が短絡され、制動がかかる。制動の
程度は、パルス幅すなわちトルク変化に応じて変
化する。

［過負荷防止制御系の説明］ この制御系は、過負荷状態になつてサーボモー
タDM等に故障が生じる恐れがある場合にサーボ
モータDMの付勢を禁止するための保護回路であ
り、変流器CT、増幅器Ｂ１０、絶対値回路Ｂ１
１、比較器Ｂ１３及び論理制御回路Ｂ１６で構成
されている。

サーボモータDMに流れる電流の大きさは、変
流器CTで検出され、増幅器Ｂ１０及び絶対値回
路Ｂ１１を介して比較器Ｂ１３に入力される。比
較器Ｂ１３の出力レベルは通常はＬであるが、ト
ランジスタＱ１〜Ｑ４によりサーボモータDMに
電流が流れている時に、負荷が過大になつて電流
が過大になると、比較器Ｂ１３の出力レベルがＨ
に反転する。比較器Ｂ１３の出力信号は論理制御
回路Ｂ１６の入力端子Ｅに印加される。論理制御
回路Ｂ１６は、入力端子Ｅが低レベルＬである時
にはトランジスタＱ１〜Ｑ４の通電を許可する
が、入力端子Ｅが高レベルＨになると、アンドゲ
ートAN１及びAN４の出力が低レベルＬになり、
従つてアンドゲートAN９及びAN１０の出力が
低レベルＬになり、アンドゲートAN１３及び
AN１４の出力もＬになり、トランジスタＱ１〜
Ｑ４は全てオフになるので、サーボモータDMの
通電は遮断される。

［制御系主要部の補足説明］ 上述のように、この実施例ではドライバのハン
ドル操作を補助する助勢トルクの大きさは、助勢
トルク制御系によつて制御され、その結果とし
て、第１図に示すような操舵トルク特性が得られ
る。即ち、検出トルクが可変抵抗器VR１の設定
で定まる−Ｔ１〜Ｔ１の間（不感帯）では、関数
発生器Ｂ２の出力レベルが０となるのでサーボモ
ータDMには電流が流れない。したがつてこの範
囲では、ドライバのステアリング操作トルクTm
と出力操舵トルクTsが等しくなる。トルクがＴ
１に達すると、Ｂ２の出力に、トルクに応じた出
力レベルが生じ、これによつてドライバの操舵ト
ルクを補助するようにモータトルクが発生するか
ら、出力操舵トルクは、モータトルク分だけ大き
くなる。

また第１図のようなトルク特性であるので、ド
ライバが実際にハンドルを操作する場合、例えば
第１２図に示すように出力操舵トルクTsは滑ら
かに変化し、ドライバが感じるハンドルの重さ
（Tm）にも急激な変化、即ち不自然な変化が生
じることがない。

第９図は、実施例で使用した直流サーボモータ
DMのトルク−電流Ｉ、トルク−回転数Ｎおよび
トルク−効率η特性を示している。

［実施例の変形に関する説明］ なお自動制御系はPI動作をさせてもよいし、
PID動作をさせてもよい。この変更は、たとえば
誤差増幅器Ｂ５内の要素を変更することで実施し
うる。

上記実施例では通常の論理素子を用いた論理制
御回路とアナログ回路で装置を構成しているが、
論理制御回路はマイクロコンピユータに変えても
実施しうるし、アナログ回路の部分も、高速処理
の可能なコンピユータを用いることにより、コン
ピユータに置き変えうる。また実施例では車速
Vmの設定を可変抵抗器で行なうようにしている
が、ドライバのキー操作を読取つて設定してもよ
いし、あるいは、市販の音声認識装置を備えてド
ライバの音声に応じた車速Vmを設定するように
してもよい。

前記実施例では、モータDM、減速機９および
トルクセンサ８を第２のステアリングシヤフト５
に設けたが、もちろん従来から行なわれているよ
うに、たとえば第１１図に示すように第３のステ
アリングシヤフト７にモータDMおよび減速機９
を設け第１のステアリングシヤフト２（又は第３
のステアリングシヤフト７）にトルクセンサ８を
設けてもよい。

〔効果〕

以上のとおり本発明によれば、上記助勢トルク
制御系の働きにより、検出されるトルクが小さい
時には電動機の付勢が禁止されるように不感帯
（第１図のa′−ａの範囲）が設けられており、し
かも該不感帯のレベルは設定値可変手段（VR
１）の調整によつて変更しうるので、ドライバが
ハンドルを操作しない時に路面からの反力に応答
して操舵助勢トルクが発生することがなく、操舵
のふらつきを防止しうる。即ち、不感帯が小さす
ぎると路面からの反力に応答してパワーステアリ
ング装置が誤動作し易く、逆に不感帯が大きすぎ
るとハンドルを操作するのにかなり大きな力が必
要になる。不感帯をどの程度の大きさにするのが
最も好ましいかは、車輌の構造、路面の状況、ド
ライバの好み等によつて変化するが、本発明では
設定値可変手段の調整によつて不感帯の大きさを
自由に調整できるので、路面からの反力に応答し
にくく、しかも小さな力でハンドルを操作しうる
状態に、パワーステアリング装置の状態を調整し
うる。また、不感帯のレベル（第１図及び第１２
図のＴ１）より大きい検出トルクに対しては、検
出トルクと設定値信号（Ｔ１に相当）との差分に
比例した操舵助勢トルクが発生するので、例えば
第１２図に示すように、ドライバの操舵力が不感
帯と動作領域との境界をまたいで変化する場合で
あつても、操舵助勢トルクは滑らかに変化し、急
激に変化しない。従つてドライバが感じる操舵フ
イーリングに違和感が生じることはなく、ドライ
バの運転操作に悪影響を及ぼす恐れは全くない。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図の装置のドライバのトルクと出
力操舵トルクとの関係を示すグラフ、第２図は一
実施例の電動パワーステアリング装置の概略ブロ
ツク図、第３ａ図は第２図の装置の要部の構成を
示す拡大断面図、第３ｂ図は第３ａ図の装置と連
結される操舵系の斜視図、第４図は第２図の装置
の電気回路の概略を示すブロツク図、第５図は第
４図の一部の構成を詳細に示す電気回路図、第６
図は第４図の一部の構成を詳細に示すブロツク
図、第７図は第４図の回路の各動作モードにおけ
る電気回路の接続状態を示すブロツク図、第８図
は第４図の装置の一例の動作におけるタイミング
チヤート、第９図は実施例の装置で用いた直流サ
ーボモータDMの動作特性を示すグラフ、第１０
図は第２図の装置を備える車輌の車速とドライバ
操舵トルクとの関係を示すグラフである。第１１
図は本発明のもう１つの実施例を示す装置のブロ
ツク図である。第１２図は実際にドライバがハン
ドルを操作する時のトルクの時系列変化例を示す
タイムチヤートである。 １：ステアリングホイール、２：第１のステア
リングシヤフト、３ａ：ピニオン、３ｂ：ラツ
ク、４：第１のユニバーサルジヨイント、５：第
２のステアリングシヤフト、６：第２のユニバー
サルジヨイント、７：第３のステアリングシヤフ
ト、８：トルクセンサ（トルク検出手段）、９：
減速機（結合手段）、１０：トーボード、１１：
ブレーキペダル、１２ａ，１２ｂ：タイヤ、１３
ａ，１３ｂ：シヨツクアブソーバ、１４ａ，１４
ｂ：サスペンシヨンアツパサポート、１５ａ，１
５ｂ：コイルスプリング、１６ａ，１６ｂ：ステ
アリングナツクルアーム、１７：タイロツド、Ｂ
２：関数発生器（操舵力制御手段）、DM：直流
サーボモータ（電動機）、SS：車速検出器、
CT：変流器、PCI：フオトカツプラ、BD：ベー
スドライバ、VR１：可変抵抗器（設定値可変手
段）、Ｂ１６：論理制御回路、DV１〜DV６：ド
ライバ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電動機、ステアリングシヤフトと前記電動機
   とを結合する結合手段、操舵トルクを検出するト
   ルク検出手段、及び前記電動機を付勢する駆動制
   御手段、を備え前記トルク検出手段の検出したト
   ルクに応じて前記電動機を付勢し操舵助勢トルク
   を発生する電動パワーステアリング装置におい
   て： 調整自在に構成され、それの設定状態に応じた
   信号を出力する設定値可変手段；及び 前記トルク検出手段の出力するトルク信号と前
   記設定値可変手段の出力する設定値信号とを入力
   信号として動作し、トルク信号が設定値信号未満
   の時には所定レベルの信号を出力して前記電動機
   の付勢を禁止し、トルク信号が設定値信号以上の
   時には、トルク信号と設定値信号との差分に比例
   したレベルの付勢信号を電動機に与える、操舵力
   制御手段； を備える電動パワーステアリング装置。