JP2524450Y2

JP2524450Y2 - モ−タ駆動方式パワ−ステアリング装置

Info

Publication number: JP2524450Y2
Application number: JP1986039825U
Authority: JP
Inventors: 實竪本; 直武熊谷
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1986-03-20
Filing date: 1986-03-20
Publication date: 1997-01-29
Anticipated expiration: 2001-03-20
Also published as: JPS62152880U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）この考案は、操舵トルクに応じて操舵力を増力するモ
ータ駆動方式パワーステアリング装置に関し、特に、操
舵トルクの検出センサの故障時にフェールセーフ機能を
有するパワーステアリング装置に関する。

（従来の技術及びその問題点）ステアリングシャフト等に操舵トルクを検出する操舵
トルク検出センサ（以下「トルクセンサ」という）を設
け、このトルクセンサが検出する操舵トルクに応じて、
ステアリング系を駆動するモータの駆動電流を制御し、
もって、操舵力を増力するモータ駆動方式パワーステア
リング装置は知られている。

斯かるパワーステアリング装置において、トルクセン
サやトルクセンサからの検出出力信号を増幅するアンプ
の断線、短絡等の操舵トルク検出系の故障により、モー
タを作動させる信号が誤って出力されてしまう場合が想
定される。斯かる場合、運転者がステアリングホイール
（ハンドル）を操作しているので、余分な操舵力が掛か
ることを除けば走行に支障が無いが、高速走行等での安
定走行を確保するためにはパワーステアリング装置にト
ルクセンサの故障時のフェールセーフ機能をそなえるこ
とが要請される。

本考案は斯かる要請に鑑みてなされたもので、トルク
センサの故障時のフェールセーフ機能を有し、トルクセ
ンサの故障時にも走行に支障がなく安定走行が確保でき
るモータ駆動方式パワーステアリング装置を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上述の目的を達成するために本考案に依れば、ステア
リング系の操舵トルクを検出するセンサを設け、同セン
サが検出した操舵トルクに応じてステアリング系を駆動
するモータの駆動電流を制御して操舵力を増力するモー
タ駆動方式パワーステアリング装置において、前記セン
サを、互いに実質的に同じ特性を有し、且つ、それぞれ
ステアリング系の同一箇所の操舵トルクを検出すべく共
通の支持部材を介して相互に一体的に取り付けられた複
数のセンサにより構成し、これらのセンサが検出する操
舵トルク値の偏差が所定値以上になったとき、前記モー
タによる操舵力の増力を禁止する禁止手段を備えたこと
を特徴とする。

（作用）本考案の複数のセンサは、互いに実質的に同じ特性を
有し、且つ共通の支持部材を介して相互に一体的に取り
付けられることにより、センサ間の特性差や組付誤差に
起因する故障誤判定を極力回避することを可能にしてい
る。そして、操舵トルクを検出する複数のセンサの操舵
トルク検出値の偏差が所定値以上になったとき、これら
のセンサの一つが故障していると判定し、モータによる
操舵力の増力を実行させない。これにより、パワーステ
アリング装置による余分な操舵力の増力が行われずステ
アリングホイールの手動操作のみにより操舵され、走行
時、特に高速走行時の安定走行の確保を可能にする。

（実施例）以下本考案の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

先ず、第４図及び第５図を参照して本考案に係るモー
タ駆動方式パワーステアリング装置の概略構成を説明す
る。

第４図において、符号１はステアリングシャフト２に
固設されたステアリングホイールであり、ステアリング
シャフト２は２個のユニバーサルジョイント３を介して
ステアリングギア４のラックピニオン部５に連結されて
いる。ステアリングギア４は、シャフト８（第５図参
照）を収容するキアボックス７と、図示しないピニオ
ン、及び前記シャフト８の図において左側の端部に刻設
された、図示しないラック部から成る、前述したラック
ピニオン部５と、前記シャフト８の図において右側の端
部に形成されたウオームねじ部8a、及び多数のボール6a
を介してウオームねじ部8aに嵌合するボールスクリュ6b
から成るボールスクリュ部６とで構成される。

シャフト８の両端は夫々図示しないボールジョイント
を介してタイロッド9,9が連結され、このタイロッド9,9
は夫々左右の舵取り車輪10,10に固設されたナックルア
ーム11,11に連結されている。そして、シャフト８の左
右方向の移動により左右の舵取り車輪10,10に舵角が与
えられる。

前記ボールスクリュ部６はパワーステアリング装置の
一部を構成し、パワーステアリング装置は更に前記シャ
フト８を駆動して操舵力を増力するモータ14、モータ14
の回転を減速する減速歯車装置13、該減速歯車装置13と
モータ14間に介装された電磁クラッチ装置15、モータ14
及び電磁クラッチ装置15の作動を制御する電子制御装置
16等から構成され、ボールスクリュ部６、減速歯車装置
13、及び電磁クラッチ装置15はケーシング18に一体に収
容されている。

前記ボールスクリュ部６のボールスクリュ6bは円筒形
状に成形され、その内周壁の軸方向略中央位置に、該内
周壁を略一周する断面略半円形状のボール溝6fが刻設さ
れており、ボール溝6fの両端は、該両端位置でボールス
クリュ6bの側壁に穿設された、図示しない穴及びボール
スクリュ6bの外周壁に取り付けられたボールチューブ6g
を介して接続されており、ボールチューブ6g及び前記ウ
オームねじ部8aとボール溝6fとで画成される空間に前記
多数のボール6aが充満されている。ボールスクリュ6bの
図示右端近傍の外周壁に被駆動歯車13aがボールスクリ
ュ6bと一体に形成されている。そして、ボールスクリュ
6bはケーシング18の、円筒形状をなし、中心軸に沿って
シャフト８を貫通させたボア6d内に収容され、その両端
を夫々ボールベアリング6eで回転自在に支持されてい
る。

モータ14はその駆動軸14aをシャフト８に並行させ、
且つ、駆動軸14aをケーシング18のクラッチ収容空間15a
に没入させて、ケーシング18のラックピニオン部５側の
側壁に取り付けられている。そして、モータ14は後述す
る電子制御装置16に電気的に接続され、電子制御装置16
から駆動電力が供給される。

ケーシング18のクラッチ収容空間15aに収容されてい
る電磁クラッチ装置15は、モータ14の駆動軸14aと同心
に、モータ14のケーシング取付面側の側壁に固設された
フィールドコイル15bと、該フィールドコイル15bに対向
し、後述する駆動歯車13cの支軸13c′と一体に回転可
能、且つ、軸方向に移動可能に支軸13c′にスプライン
結合された摩擦板（アーマチュア）15dと、前記フィー
ルドコイル15bと摩擦板15d間に介装され、モータ14の駆
動軸14aに固設されてこれと一体に回転し、摩擦板15dに
係合可能なディスク面を有するロータ15cとから成る。
そして、フィールドコイル15bは前記電子制御装置16に
電気的に接続されており、電子制御装置16から付勢電力
が供給されると摩擦板15dをロータ15c側に変位させてこ
れと摩擦係合させ、モータ14の回転が減速歯車装置13及
びボールスクリュ6bを介してシャフト７に伝達可能とな
る。

減速歯車装置13の駆動歯車13cはアイドルギア13bを介し
て前記ボールスクリュ6bに形成された被駆動歯車13aに
噛合しており、これらの歯車列はモータ14の回転を減速
してシャフト８に伝達する。

モータ14は正転及び逆転が可能であり、モータ14が正
転又は逆転すると、モータ14の回転力が減速歯車を介し
てボールスクリュ6bに伝達され、モータ14の正又は逆回
転に応じてシャフト８が左右に押圧されて移動すること
になり、これにより操舵力が増力される。

次に、前記電子制御装置16の構成を第１図乃至第３図
及び前記第４図を参照しながら説明する。

電子制御装置16は制御回路30、モータ駆動回路40、ク
ラッチ駆動回路50、車速センサの断線等の異常を検出す
る断線検出回路55、トルクセンサの異常を検出する比較
回路56等から構成され、制御回路30の入力側には第１の
トルクセンサ20及び車速センサ22が接続され、出力側に
はモータ駆動回路40、AND回路59の一方の入力端子、及
び第１のトルクセンサ20等の異常時に警報を発する警報
灯52が夫々接続され、AND回路59の出力側はクラッチ駆
動回路50に接続されている。モータ駆動回路40の出力側
には前記モータ14が、クラッチ駆動回路50の出力側には
前記電磁クラッチ装置15が夫々接続されている。前記車
速センサ22は断線検出回路55にも接続されており、断線
検出回路55の出力側はOR回路57の一方の入力端子に接続
されている。比較回路56の入力側には前記第１のトルク
センサ20及び第２のトルクセンサ21が接続されており、
比較回路56の出力側は前記OR回路57の他方の入力端子、
及びインバータ58を介して前記AND回路59の他方の入力
端子に夫々接続され、該OR回路57は制御回路20の入力側
に接続されている。尚、上述の比較回路56、インバータ
58、及びAND回路59により、トルクセンサ20,21の故障が
検出されたときにモータによる操舵力の増力を禁止する
禁止手段を構成する。

前記第１及び第２のトルクセンサ20,21には例えばホ
ールICが使用される。より具体的には、第６図（ａ）及
び（ｂ）に示すようにステアリングシャフト２に小径の
括れ部2aを設け、該括れ部2aを挟んでシャフト２に支持
部材2b及び2cが夫々固設されており、支持部材2bには２
個の永久磁石20a,21aが、支持部材2cには２個のホールI
C20b,21bが夫々取りつけられており、各永久磁石20a,21
aは対応するホールIC20b,21bに互いに対向し、且つ、所
定の距離だけ離間して配設されている。そして、永久磁
石20a及びホールIC20bが第１のトルクセンサ20を構成
し、永久磁石21a及びホールIC21bが第１のトルクセンサ
21を構成する。第１及び第２のトルクセンサ20,21は実
質的に同じ特性を有しており、シャフト２（括れ部2a）
のねじりばね定数が一定であるため、ねじりトルク、即
ち操舵トルクとねじれ角、即ち各磁石20a（21a）とホー
ルIC20b（21b）との相対的偏倚量が比例関係にあり、従
って、ホールIC20b及び21bはいずれも、第７図に示すよ
うに操舵トルクに比例した電圧信号を出力し、該出力信
号はスリップリング19を介して前記制御回路30及び／又
は比較回路56に供給される。一方、車速センサ22は、例
えばエンジンの出力軸の回転に対応して回転する磁石22
aと、この磁石22aの回転に同期してオン・オフするリー
ドスイッチ22bとから構成される（第２図参照）。

第２図は制御回路30及びモータ駆動回路40の内部構成
を示し、先ず、モータ駆動回路40は、４個のトランジス
タTR1〜TR4から構成される公知の切り換えスイッチ回路
であり、後述する制御回路30のPWM回路32から付勢信号
がトランジスタTR1及びTR4のベースに入力するとき、第
２図において破線で示す方向、即ち、トランジスタTR1
からモータ14を経由してトランジスタTR4に進む方向に
電流が流れ、モータ14は右回転（正転）方向に回転し、
付勢信号がトランジスタTR2及びTR3のベースに入力する
とき、第２図において実線で示す方向、即ち、トランジ
スタTR3からモータ14を経由してトランジスタTR2に進む
方向に電流が流れ、モータ14は左回転（逆転）方向に回
転することになる。そして、モータ14は供給される電流
値に応じた駆動トルクを発生させる。尚、モータ14に供
給される電流値は検出されて制御回路30のアンプ36を介
してPWM回路32にフィードバックされる。又、切り換え
スイッチ回路のダイオードD1〜D4は電流オフ時の逆起電
力によるトランジスタの破損を防止する。

次に、制御回路30において、第１のトルクセンサ20の
出力信号はプリアンプ31で増幅された後、PWM回路32に
送られる。一方、車速センサ22からの車速信号は公知の
F/V変換回路33で電圧信号に変換され、車速判定回路34
に供給される。車速判定回路34は供給される電圧信号と
所定の基準電圧とを比較し、車速が所定速度（例えば、
15km/h）を超えたか否かを判別して車速が前記所定速度
を超えたときにはハイレベル（Ｈ）信号を出力する。車
速判定回路34の出力側はNOR回路35の一方の入力端子に
接続され、NOR回路35の他方の入力端子は第１図のOR回
路57の出力側に接続されている。そして、NOR回路35の
出力側は前記PWM回路32の入力側、第１図のAND回路59の
前記一方の入力端子、及びインバータ38を介して警報灯
52に夫々接続されている。NOR回路35はその２つの入力
端子のいずれにもハイレベル（Ｈ）信号が入力しなけれ
ばハイレベル（Ｈ）信号を出力し、いずれか一方の入力
端子にハイレベル（Ｈ）信号が入力すれば、出力をロー
レベル（Ｌ）信号に反転させるものである。従って、NO
R回路35は車速判定回路34により車速が前記所定速度（1
5km/h）を超えたことが検出された場合、或いは後述す
る第１のトルクセンサ20等の異常が検出された場合にPW
M回路32、AND回路59、及びインバータ38にローレベル
（Ｌ）信号を供給することになる。インバータ38にロー
レベル（Ｌ）信号が供給されるとインバータ38はハイレ
ベル（Ｈ）信号を出力して警報灯52を点灯させ、後述す
る電磁クラッチ装置15が断作動状態にあること、乃至は
第１のトルクセンサ20等の故障を警報する。

PWM回路32はNOR回路35からハイレベル（Ｈ）信号が供
給されているとき、即ち、車速が前記所定速度（15km/
h）以下であり、且つ第１のトルクセンサ20等に異常が
ないとき、第１のトルクセンサ20からの出力信号に応じ
モータ14の供給電流を以下のように制御する。

先ず、PWM回路32は第１のトルクセンサ20からの出力
信号により操舵トルクに応じたモータ14への供給電流値
Ｉを決定する。より具体的には、供給電流値Ｉは第８図
に示すように、操舵トルク値が所定の微小値範囲（−tq
₀〜＋tq₀）内にあるときには値０に設定され、僅かな操
舵トルクが発生してもこれに感応しないようにして制御
の安定化が図られる。操舵トルク値が値＋tq₀〜＋tq₁の
範囲内にあるときには操舵トルク値の増加に比例して増
加する値に、操舵トルク値が値＋tq₁を超えると一定値
（＋I₁）に設定され、後者の場合、操舵力の増力が過大
にならないように図っている。同様に、操舵トルク値が
−tq₀〜−tq₂の範囲内にあるときには操舵トルク値の減
少に比例して減少する値に、操舵トルク値が値−tq₂を
下回ると一定値（−I₂）に夫々設定される。そして、PW
M回路32は決定した電流値Ｉに応じて付勢信号をトラン
ジスタTR1,TR4の組及びトランジスタTR2,TR3の組のいず
れに供給するかを決定すると共に、付勢信号のパルス幅
を決定する。この決定されたパルス幅によりトランジス
タTR1〜TR4の内の所定のトランジスタが繰り返し付勢さ
れてモータ14に給電されると、モータ14の時間平均電流
値が上述のように決定された電流値Ｉになるようにされ
ている。又、モータ14に供給された電流値は前述の通り
PWM回路32にフィードバックされ、電流値がより正確に
制御される。

斯くして、モータ14には操舵トルクの大きさ及びその
方向に応じた電流が供給されることになり、操舵トルク
に応じた増力が得られることになる。

一方、NOR回路35からPWM回路32にローレベル（Ｌ）信
号が入力すると、即ち、車速が前記所定速度（15km/h）
以上であるか、第１のトルクセンサ20等に異常が生じた
場合、PWM回路32は第１のトルクセンサ20から入力する
操舵トルク値に拘らずトランジスタTR1〜TR4への付勢信
号の出力を停止してモータ14に給電せず、モータ14によ
る操舵力の増力を実行させない。

第３図はクラッチ駆動回路50及び電磁クラッチ装置15
のフィールドコイル15bの内部構成を示し、クラッチ駆
動回路50は公知のダーリントン接続されたトランジスタ
TR5,TR6及びトランジスタTR5のベース端子に接続された
保護抵抗R2から成り、トランジスタTR5のベース端子に
ハイレベル（Ｈ）信号が入力するとトランジスタTR5及
びTR6が導通してフィールドコイル15bが付勢される。後
述するように、AND回路59がハイレベル（Ｈ）信号を出
力しているとき、即ち、車速が所定速度（15km/h）以下
で、且つ、第１のトルクセンサ20等に異常がないとき、
電磁クラッチ装置15は、上述した通りフィールドコイル
15bが付勢されることにより、接作動してモータ14の駆
動力を減速歯車装置13に伝達し、AND回路59がローレベ
ル（Ｌ）信号を出力すると、即ち、車速が前記所定速度
を超えるか、第１のトルクセンサ20等に異常あるとき、
トランジスタTR5にハイレベル（Ｈ）信号が入力しなく
なり、フィールドコイル15bが消勢されて電磁クラッチ
装置15は断作動してモータ14の駆動力の伝達を遮断す
る。

第１図に戻り、断線検出回路55は車速センサ22の断
線、短絡等の異常を検出するもので、例えば車速センサ
22からの出力信号値が所定期間内に変化しない場合、該
車速センサ22が異常であると判定してハイレベル（Ｈ）
信号を出力する。一方、比較回路56は第１及び第２のト
ルクセンサ20,21から供給される操舵トルク信号値を比
較して２つの操舵トルク信号値の偏差が所定の許容範囲
を外れてこれらの信号値が実質的に異なるとき、第１の
トルクセンサ20が故障したと見做してハイレベル（Ｈ）
信号を出力する。

比較回路56の出力信号はインバータ58で反転されてAN
D回路59に供給される。従って、第１及び第２のトルク
センサ20,21のいずれにも異常がなければ、インバータ5
8からはハイレベル（Ｈ）信号が出力され、AND回路59は
開成状態にあり、いずれかが異常の場合にはインバータ
58からローレベル（Ｌ）信号が出力され、AND回路59は
閉成状態にされる。後者の場合にはAND回路59はハイレ
ベル（Ｈ）信号を出力出来ず、電磁クラッチ装置15は断
作動状態に保持される。

断線検出回路55及び56のいずれか一方からのハイレベ
ル（Ｈ）信号が異常検出信号としてOR回路57を介して前
記制御回路30のNOR回路35に供給されると、NOR回路35は
前述の通りローレベル（Ｌ）信号を出力することにな
り、このローレベル（Ｌ）信号によりAND回路59は閉成
状態になり、電磁クラッチ装置15は断作動となる。尚、
以上の説明で判るように、車速判定回路34、断線検出回
路55及び比較回路56のいずれかがハイレベル（Ｈ）信号
を出力すると、電磁クラッチ装置15が断作動になり、こ
れと同時にモータ14への給電も停止されることになる。

上述の実施例では第１及び第２のトルクセンサ20,21
はステアリングシャフト２のねじり角から操舵トルクを
検出したが、本考案はこれに限定されず、操舵トルクが
検出できる場所であればトルクセンサをどこに取りつけ
ても良く、例えば、シャフト８に取りつけてシャフト８
のねじれ角から操舵トルクを検出するようにしても良
い。

又、トルクセンサは必要に応じ同じ特性のものを２本
以上取りつけるようにして、これらの出力値の比較によ
りトルクセンサの異常を検出するようにしても良い。

更に、モータ14はシャフト８を駆動して操舵力の増力
を行うようにしたが、ステアリングシャフトをモータで
駆動するパワーステアリング装置に本考案を適用するよ
うにしても良い。

（考案の効果）以上詳述したように本考案のモータ駆動方式パワース
テアリング装置に依れば、操舵トルクを検出するセンサ
を複数固設け、これらのセンサが検出する操舵トルク値
が実質的に異なるとき、モータによる操舵力の増力を実
行させないようにしたので、パワーステアリング装置に
トルクセンサの故障時のフェールセーフ機能を保有させ
ることができ、トルクセンサの故障時にも走行に支障が
なく安定走行が確保されるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示し、第１図は、本考案に係
るパワーステアリング装置のモータ及び電磁クラッチ装
置を駆動制御する電子制御装置16の内部構成を示す回路
図、第２図は第１図に示す制御回路30及びモータ駆動回
路40の内部構成の詳細を示す回路図、第３図は第１図に
示すクラッチ駆動回路50の内部構成の詳細を示す回路
図、第４図は本考案に係るパワーステアリング装置の全
体構成図、第５図は、第４図に示すパワーステアリング
装置の内、ボールスクリュ部６、減速歯車装置13、モー
タ14及び電磁クラッチ装置15のより詳細な構成図、第６
図はトルクセンサの取り付け状態を示すステアリングシ
ャフトの部分側面図、第７図は操舵トルクとトルクセン
サの出力電圧との関係を示すグラフ、第８図は操舵トル
クとモータへの供給電流値Ｉとの関係を示すグラフであ
る。１……ステアリングホイール（ハンドル）、６……ボー
ルスクリュ部、８……シャフト、13……減速歯車装置、
14……モータ、15……電磁クラッチ装置、16……電子制
御装置、20……第１のトルクセンサ、21……第２のトル
クセンサ、22……車速センサ、50……クラッチ駆動回
路、56……比較回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−254829（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−203198（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−275057（ＪＰ，Ａ) 特公昭45−36967（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ステアリング系の操舵トルクを検出するセ
ンサを設け、同センサが検出した操舵トルクに応じてス
テアリング系を駆動するモータの駆動電流を制御して操
舵力を増力するモータ駆動方式パワーステアリング装置
において、前記センサを、互いに実質的に同じ特性を有し、且つ、
それぞれステアリング系の同一箇所の操舵トルクを検出
すべく共通の支持部材を介して相互に一体的に取り付け
られた複数のセンサにより構成し、これらのセンサが検出する操舵トルク値の偏差が所定値
以上になったとき、前記モータによる操舵力の増力を禁
止する禁止手段を備えたことを特徴とするモータ駆動方式パワーステアリング装
置。