JPH0624941B2 - トルク制御装置 - Google Patents

トルク制御装置

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JPH0624941B2
JPH0624941B2 JP26393087A JP26393087A JPH0624941B2 JP H0624941 B2 JPH0624941 B2 JP H0624941B2 JP 26393087 A JP26393087 A JP 26393087A JP 26393087 A JP26393087 A JP 26393087A JP H0624941 B2 JPH0624941 B2 JP H0624941B2
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torque
magnetic
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control device
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博久 山村
祥太郎 内藤
誠二 山下
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転軸に与えられるトルクに応じて、それを
補助する方向でトルクの増大が得られるようにしたトル
ク制御装置に係り、特に、自動車用電動パワーステアリ
ングシステムに好適なトルク制御装置に関する。
〔従来の技術〕
運転者の疲労を軽減し、安全性を増すために、自動車な
どの操舵システムでは、いわゆるパワーステアリングの
適用が、かなり一般化しているが、このシステムとして
は、従来から油圧作動式のものが主流であつた。
しかして、近年、エンジンルーム内でのぎ装の面や、制
御内容の豊富化の見地から、補助操舵力の発生源として
電動機などの電動アクチユエータを用いた、いわゆる電
動パワーステアリングシステムが広く採用の機運にあ
る。
ところで、この電動パワーステアリング装置では、その
小型化やぎ装が容易であるという利点を充分に活かすた
め、可能な限りユニツト化するのが望ましい。
そこで、従来の装置では、特開昭57−47251号公報に記
載のように、補助操舵力発生用の電動機と、その制御回
路ユニツトとを一体にしていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、トルク検出用のセンサの取付けや、電
動機の発熱について配慮がされておらず、センサと制御
回路ユニツト間でのコネクタや配線リードの存在による
信頼性の低下や、耐ノイズ性保持のための付加的な素子
と使用、および制御回路ユニツトの温度上昇対策などに
問題があつた。
本発明の目的は、ユニツト化に伴う信頼性や耐ノイズ
性、それに耐熱性などに問題がなく、充分に小型化が図
れ、自動車用電動パワーステアリング装置などに適用し
て取付性が良好なトルク制御装置を提供することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、回転軸の入力側と出力側に取付けた第1と
第2の磁気ドラムと、これら第1と第2の磁気ドラムの
回転角位置を正弦波状に変化する信号の正弦値と余弦値
として非接触で磁気的に検出する第1と第2の磁気検出
素子と、これら第1と第2の磁気検出素子を一体に保持
した電子制御回路ユニツトと、この電子制御回路ユニツ
トを取付けることにより上記第1と第2の磁気ドラムの
近傍に対する上記第1と第2の磁気検出素子の位置決め
が与えられるようにしたセンサ保持部と、このセンサ保
持部と共に上記回転軸の保持部材を形成するようにした
電動機保持部とを設け、上記電子制御回路ユニツトによ
り、上記信号の正弦値と余弦値の比の逆正接値により上
記第1と第2の磁気ドラムの回転角を演算し、これら第
1と第2の磁気ドラムの回転角の差として上記トルクを
検出し、上記補助トルクが制御されるようにして達成さ
れる。
〔作 用〕
センサと制御回路ユニツトが一体になつているため、こ
れらの間での外付けの配線リードやコネクタなどが不要
で、ノイズを拾う虞れがほとんどなく、従つて耐ノイズ
性に対する特別な配慮が不要になり、また、制御回路ユ
ニツトが電動機に接していないので耐熱性についても問
題がなく、充分な信頼性が容易に得られる。
〔実施例〕
以下、本発明によるトルク制御装置について、図示の実
施例により詳細に説明する。
第1図は、本発明を、ラツク・アンド・ピニオン方式の
自動車用電動パワーステアリングに適用した場合の一実
施例で、1はハンドル軸、2はピニオン軸、3はピニオ
ン、4はラツク軸、5は電動機、6はピニオン、7は傘
歯車、8はトーシヨンバー、9,10はトルクセンサ用の
磁気ドラム、11はトルクセンサ用の磁気抵抗素子、12は
回路基板、13は1チツプマイコンなどを含む各種の制御
回路素子、14はスイツチング用のパワーFET、15は放
熱板、16は内部接続リード、17はコネクタ、20はセンサ
保持部、21は電動機保持部、22はラツク保持部、23〜26
はベアリング、27,28はオイルシール、29はダストシー
ルである。
ハンドル軸1には操舵ハンドルが取付けられ、これによ
りハンドル軸1に与えられた操舵トルクはトーシヨンバ
ー8を介してピニオン軸2に伝達され、ピニオン3を回
転させ、ラツク軸4を摺動させることにより操舵が行な
われる。
一方、電動機5の回転軸にはピニオン6が取付けられて
おり、傘歯車7を介してピニオン軸2に結合され、トル
クが伝達されるようになつている。従つて、電動機5が
トルクを発生すると、これがピニオン軸2に与えられ、
この結果、補助操舵力(パワーアシスト)が得られるこ
とになる。
磁気ドラム9,10は周辺部に所定のピツチで着磁された
ドラムで、それぞれハンドル軸1の下端とピニオン軸2
の上端に取付けられている。従つて、ハンドル軸1が回
動されると、これと一体になつて回動すると共に、ハン
ドル軸1からピニオン軸2に伝達されるトルクによりト
ーシヨンバー8にねじれが現われるため、磁気ドラム9
と10の回転角位置に変位が現われることになり、これに
よりトルク検出が行なえるようになつている。
これら磁気ドラム9,10と組合わされ、全体として非接
触形のトルクセンサを構成するための磁気抵抗素子11
は、回路基板12上の制御回路素子13や放熱板15上のパワ
ーFET14、さらにはコネクタ17などからなる制御回路
ユニツトUと一体化され、ユニツト化されており、この
制御回路ユニツトUをセンサ保持部(センサハウジン
グ)20の所定の個所に取付けるだけで、磁気ドラム9,
10に対して所定の位置関係が得られるようになつてい
る。
センサ保持部20、電動機保持部21、それにラツク保持部
22はアルミダイカストなどで作られ、ベアリング23〜26
によりハンドル軸1とピニオン軸2を回転自在に保持す
る保持部材を構成すると共に、制御回路ユニツトUや電
動機5の取付部材ともなり、さらにはピニオン3とラツ
ク軸4のギヤボツクスとしても機能し、かつ、全体をユ
ニツト化する働きもする。
第2図は制御回路ユニツトUを含む電動機5の制御回路
全体を示したもので、磁気抵抗素子11からのトルク信号
τと、車速センサ30からの自動車の速度を表わす車速信
号vとをマイコン13Aに取込んで演算し、ロジツク回路
13Bで信号処理し、ブリツジ接続されているFET14A
〜14Dをスイツチング動作させて電動機5をチヨツパ制
御し、電流センサ13Dの検出信号により電流制御して所
定の補助操舵力(トルク)が得られるようにする。
このとき、バツテリBからの電力は、自動車のキースイ
ツチKによりオン・オフされ、電源回路13Cで安定化し
た5Vと15Vの電圧がマイコン13Aやロジツク回路13B
に供給されるようになつている。また、電動機5に対す
る電源はリレーRの接点を介して供給されるようになつ
ており、異常時などにはリレーRを解放することにより
オフにされるようになつている。
第3図はトルクセンサによる検出値に対するアシストト
ルク(補助操舵力)特性を示したもので、車速をパラメ
ータにとつてあり、自動車の速度が大になる程、アシス
トトルクが減少するようになつている。
次に、第4図ないし第6図により、さらに詳細に説明す
る。
この実施例では、第4図から明らかなようにし、磁気抵
抗素子11は、第1の磁気ドラム9と第2の磁気ドラム
10の磁気をそれぞれ検出する働きをするもので、この
ため、第1の磁気ドラム9に対応して設けられている2
組のブリツジ接続された磁気抵抗素子1A1〜1A4、
1B1〜1B4からなる第1の磁気検出素子と、第2の
磁気ドラム10に対応して設けられている2組のブリツ
ジ接続された磁気抵抗素子2A1〜2A4、2B1〜2
B4からなる第2の磁気検出素子とを備えている。
そこで、いま、操舵ハンドルが操作され、ハンドル軸1
に或る値のトルクが加えられて回転されたとする。
そうすると、磁気ドラム9に対応した方の一方の磁気抵
抗素子1A1〜1A4によるブリツジからは第5図の電
圧eA1が、そして、他方の磁気抵抗素子1B1〜1B4
からなるブリツジからは電圧eB1がそれぞれ発生する。
これらの電圧eA1とeB1とは90゜位相が異なつて発生さ
れるようになつているため、ハンドル軸1の回転角の或
る位置を基準点0としたとき、この基準点0よりの回転
角θ1は、θ1=tan-1(eB1/eA1)で求められる。
また、磁気ドラム10に対応する一方の磁気抵抗素子2A
1〜2A4で構成するブリツジからは電圧eA2が発生
し、他方、磁気抵抗素子2B1〜2B4で構成するブリ
ツジからは電圧eB2が発生する。これらの電圧eA2とe
B2も、やはり90゜位相が異なり、基準点0より回転角θ
2だけセンシング位置が回転している。従つて、ここで
の回転角θ2は、θ2=tan-1(eB2/eA2)で求められる。
一方、ハンドル軸1とピニオン軸2との間はトーシヨン
バー8で結合されているから、これらの軸間でトルクが
伝達されると、このトルクの大きさによつて磁気ドラム
9,10間に回転角の差がθとして現われ、θ=θ1−θ2
となる。
従つて、この回転角の差θによりトルクτを検出するこ
とができ、 τ=Kθ=K(θ1−θ2) としてトルクを求めることができる。ここで、Kはトー
シヨンバー8の剛性などで定まる定数である。
そこで、マイコン13Aは、第6図に示す割込処理にて、
0.2〜0.5mS毎に電圧eA1,eB1,eA2,eB2をサンプ
リングして取込み、回転角θ1,θ2の演算、トルクの計
算、トルクの符号による右回転、左回転の判別、トルク
に対するIMCマツプの検索、車速補正係数kvによるIMC
の計算を行い、更に、IMCの指令を8ビツトのデジタル
データとしてD/A変換器44に出力する。このとき、オ
ペアンプ40〜43は電圧eA1〜eB2を取込むための増幅器
を構成し、マイコン13Aは、内部でA/D変換して取込
む。一方、車速信号vは入力フイルタFを介して、マイ
コン13Aに取込まれカウントされる。
こうして、マイコン13Aで第6図に示す通り処理され、
D/A変換器44に入力されてアナログ化された信号は、
続いて偏差増幅器45の非反転入力となり、他方、電流セ
ンサ13Pで検出した電動機5の電流信号は、偏差増幅器
45の反転入力となり、これらの偏差出力がパルス幅変調
信号発生器(PWM)46の入力となる。そして、PWM
46の出力は、右、左の判別出力信号r,lとのアンドを
取るため、アンド回路47,48を通してからFET14B、
14Dの入力となる。
他方、FET14A、14Cは、ゲート電圧が不足しないよ
う電源回路13Cにて、15Vの電源を作り、これをドライ
ブ用FET49,50を介して供給し、オン、オフしてい
る。なお、インバータ51,52はバツフア用である。
従つて、この実施例によれば、制御回路ユニツトUと磁
気抵抗素子11とが一体になり、ユニツト化されているた
め、外部配線リードが不要で、組立も簡単になり、ノイ
ズを拾う確率も少く、小形で高い信頼性を得ることがで
きる。
また、この実施例によれば、制御回路ユニツトUが電動
機5などの高温になる虞れのある部分に接触していない
から、温度管理上の問題がない上、アルミダイカストな
どからなる比較的熱放散の良好なセンサハウジング(セ
ンサ保持部20)に直接、制御回路ユニツトUが取付けら
れているから、冷却用のフインなどが小形にでき、場合
によつては省略できるため、軽量化が容易である。
さらに、この実施例によれば、電動機5も含めてパワー
ステアリング装置のほとんどの機構部分がセンサ保持部
20と電動機保持部21、それにラツク保持部22により一体
化されているため、コンパクトで自動車のエンジンルー
ム内でのき装も容易となり、充分なローコスト化が図れ
る。
加えて、上記実施例によれば、トルクセンサとして、4
組のブリツジ接続された磁気抵抗素子1A1〜2B4を
用いているため、信号検出が確実で信頼性が高いという
効果がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、信頼性を低下させることなく、全体の
ユニット化を充分に行なうことができるから、トルク制
御が確実で、しかも小型のトルク制御装置をローコスト
で容易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるトルク制御装置を電動パワーステ
アリング装置に適用した一実施例を示す一部断面図、第
2図は制御回路ユニツトのブロツク図、第3図は制御特
性図、第4図は制御回路ユニツトの回路図、第5図は動
作説明用の波形図、第6図は動作説明用のフローチヤー
トである。 1……ハンドル軸、2……ピニオン軸、3……ピニオ
ン、4……ラツク軸、5……電動機、6……ピニオン、
7……傘歯車、8……トーシヨンバー、9,10……磁気
ドラム、11……磁気抵抗素子、12……回路基板、13……
制御回路素子、14……パワーFET、U……制御回路ユ
ニツト。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の回転軸に沿って伝達されるトルクを
    検出し、この検出結果に応じて上記回転軸のトルク出力
    側に補助トルクを付与するための電動機を制御する方式
    のトルク制御装置において、上記回転軸のトルク入力側
    とトルク出力側にそれぞれ取付けた第1と第2の磁気ド
    ラムと、これら第1と第2の磁気ドラムの回転角位置を
    正弦波状に変化する信号の正弦値と余弦値として非接触
    で磁気的に検出する第1と第2の磁気検出素子と、これ
    ら第1と第2の磁気検出素子を一体に保持した電子制御
    回路ユニットと、この電子制御回路ユニットを取付ける
    ことにより上記第1と第2の磁気ドラムの近傍に対する
    上記第1と第2の磁気検出素子の位置決めが与えられる
    ようにしたセンサ保持部と、このセンサ保持部と共に上
    記回転軸の保持部材を形成するようにした電動機保持部
    とを設け、上記電子制御回路ユニットにより、上記信号
    の正弦値と余弦値の比の逆正接値により上記第1と第2
    の磁気ドラムの回転角を演算し、これら第1と第2の磁
    気ドラムの回転角の差として上記トルクを検出し、上記
    電動機を制御するように構成したことを特徴とするトル
    ク制御装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、上記回転
    軸が自動車の操舵ハンドル軸であり、上記補助トルクが
    補助操舵力として作用するように構成されていることを
    特徴とするトルク制御装置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第2項において、上記自動
    車がラック・アンド・ピニオン方式の操舵システムを備
    え、上記電動機が、その回転軸がラックの摺動方向とほ
    ぼ平行になるようにして上記電動機保持部に直接取付け
    られていることを特徴とするトルク制御装置。
JP26393087A 1987-06-22 1987-10-21 トルク制御装置 Expired - Lifetime JPH0624941B2 (ja)

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