JPH04504695A - 電動機を備えたパワーステアリング装置 - 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】 電動機を備えたパワーステアリング装置本発明は、請求の範囲の欄における請求 項１の前段（ブリアングル）に記載のパワーステアリング装置に関する。この装 置は、特に自動車の操縦に使用される。

電子制御装置を備えた、このようなパワーステアリング装置は、ドイツ連邦共和 国特許出願公開第３４２９２３３号公報から知られている。アナログ比較器が、 レベル零に対する大小関係によりステアリングモーメント信号の極性を判別し、 二進信号を送出する。同時に、ステアリングモーメント信号が絶対値回路に導か れ、その出力信号がステアリングモーメントの大きさを表示する。別の制御ブロ ックにおいてステアリングモーメント信号が標準トルク信号と比較され、所望の 特性曲線に相応して形成され、これに準拠し電動機電流のパルス幅変調によって 制御される。その場合、電動機の回転方向は、論理回路を使用してアナログ比較 器の出力信号によって定められる。

この公知の電気制御装置は、多くの電子構成要素を使用している。これらの要素 は、車両のアース電位に関して正および負の電位を有する供給電圧によって作動 される必要がある。一般に、車体は蓄電池の負極に接続されているため、これに 対して負の電圧を生じるために特殊な電圧変成器を必要とする。

本発明の基本的な課題は、冒頭に述べた形式の電気制御装置を有するパワーステ アリング装置を簡単かつ確実に構成することである。

この課題は、本発明によれば、請求の範囲の欄における請求項１の後段すなわち 特徴部に記載の構成によって達成される。

上述の形式の増幅要素、例えばＰＮＰ入力段を有する演算増幅器、または定期刊 行誌“Ｍａｒｋｔ　ｕｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｋ。

Ｄｅｓｉｇｎ　ｕｎｄ　Ｅｌｅｋｔｒｏｎｌｋ　（市場および技術、設計および 電子技術）°、第９巻、１９８８年、第１０３ページに記載されている演算増幅 器を使用することによって、補助的な負の電源が不要になる。さらに、増幅器が 、アース電位と唯一の別の電位との間の供給電圧、一般的には正の電位だけによ って作動されるため、整流器が省かれる。ステアリングセンサによって操縦方向 に応じて正または負に生じた電圧信号が、高価な経費を必要とすることなく、同 じ極性の２つの別個の信号回路に導かれる。

全体の制御装置の組立は、構成要素の数が少ないため、極めて簡単である。さら に、回路が簡単であり、構成要素の数が少ないため、故障に対する安全性が高く なる。

同時に、一方の対称的な供給電圧が故障した場合に制御装置の信号レベルが不当 に変位するような公知の制御装置の欠点が回避される。さらに、温度の変動また は材料の老朽化などによるパラメータの変化が、双方の信号回路において同方向 に作用するため、零点安定性が改善される。

一般に、例えば補助パワーによって支援するステアリング装置の場合、ステアリ ングモーメントに比例する信号（ステアリングモーメント信号）が、ステアリン グ信号として使用される。特別な場合、例えばリアホイールステアリングまたは その他の外力ステアリングの位置信号、ステアリングアングル信号などが有効で ある。これに相応して、差動増幅器における信号が双方の信号回路のステアリン グ信号と比較される型の適切な実際値センサを使用することができる。

本発明の構成によれば、電動機電流が電流センサ、他例えばホイール素子を有す る磁気回路によって測定される。その出力電圧（出力信号）は、制御電流と電動 機電流との積の関数であり、出力信号の極性は電動機電流の方向に依存する。出 力信号が、差動増幅回路における相応するステアリングモーメント信号によって 、双方の演算増幅器に供給される。

本発明のその他の実施態様において、電流センサの出力信号導線が一方の補助演 算増幅器の入力端子と任意の順序で接続され、他方の補助演算増幅器の入力端子 と逆の順序で接続されることによって、電流センナの出力信号が、ステアリング モーメント信号と同様に、差動増幅回路における並列に接続された２つの補助演 算増幅器によって、２つの回路に分割される。差動増幅器の出力端子は、目標値 と実際値との比較の場合に一般的に使用される方式で、第１および第２の演算増 幅器の入力端子に対応している。

ステアリング信号と電流信号との差は、電動機を制御するための制御量を示して いる。ホール素子の出力端子における電流信号を、ホール素子の制御電流によっ て変えることができるため、適当なパラメータ、例えば走行速度などに依存して 制御電流を変化させることが、本発明の実施態様において提案されている。した がって、選択されたパラメータに依存して補助パワーによる支援を変えることが できる。

一般的に、補助パワーによって支援されるパワーステアリング装置の場合、ステ アリングホイールにおける手動パワーが増大しないか、または極めて僅かしか増 大しないように、予め認定可能な点から、補助パワーを急激に増大させることが できる。これは、場合によっては、所望の特性値に達したときに電流センサの磁 気回路が飽和するように、電流センサが設計されることによって実施される。こ のようにすることによって、電流信号が増大しなくなり、したがって第１および 第２の演算増幅器の出力信号が、この動作点からほぼ上昇するステアリングモー メント信号によって定められる。その他の場合、補助演算増幅器の上方の供給電 圧が、所望の動作点に相応して上の方に限定されることによって、同じ作用を行 うことができる。

さらに、この構成の場合、電流信号がないときに、下の供給電圧を高くすること によって、双方の補助演算増幅器に出力信号を発生させることが可能である。こ のようにして生じた信号はステアリング信号を抑止し、したがって、ステアリン グ信号が調整値を超過したときに初めて補助パワーによる支援が行われる。

補助演算増幅器用の一定な供給電圧による制御装置を設計することが、原理的に 可能である。しかしながら、本発明の実施態様に示すように、補助演算増幅器の 下または上の供給電圧を変化可能にして、任意のパラメータに依存して変調する ことが提案されている。そのようなパラメータは、例えば車両速度または車両加 速度、操縦旋回角度などの場合がある。

請求の範囲は、解決策の構成の有効な組合わせを包含している。しかしながら、 専門家は、前述の目的の枠内において、別の有効な組合わせを容易に考え出すこ とが予想される。

本発明の実施例が図に示されている。図１、図２、図４、図５および図６は、本 発明による異なる実施例における回路図を示している。図３は、補助演算増幅器 の所定の上方および下方の供給電圧におけるホイール素子の制御電流に依存した 入力電圧についての電動機電流のグラフを示している。

このステアリング装置は、専ら外力によって操作することができる。この場合、 調整動作は専ら電動機によって行われ、操作信号およびフィードバックされた実 際値信号用の信号送信器は、操作過程、位置、角度位置などに関係して作動する 。しかしながら、これは、補助パワーの支援によるパワーステアリング装置とし て構成することもできる。これは、ドライバによって生じた手動パワーと平行に 調整パワーとして作用し、信号送信器は、ステアリングモーメント、調整パワー 、調整モーメントまたは相当する比例量、例えば電動機１の電流に関係する。

パワーステアリング装置は、一般的に、操縦歯車装置および連接棒を介して車両 のホイールと歯車形式で結合されたステアリングスピンドルを有するステアリン グホイールからなっている。この部分は図に示されていない。

ステアリングホイールにおける手動パワーを支援するため、電動機１が、適切な 伝達要素、たとえばステアリングスピンドル、ステアリングギアまたは連接棒に 係合する。

ステアリングセンサ、この場合はステアリングモーメンセンサ３が、回転方向に 応じたステアリングモーメントの場合に、センサの出力端子に逆の電位を生じる 。

出力端子６は、差動増幅器として接続された演算増幅器１０の非反転入力端子９ と、抵抗１５を介して接続され差動増幅器として並列に接続された演算増幅器１ ３の反転入力端子１２と、抵抗１６を介して接続されている。

ステアリングセンサ３の出力端子７は、演算増幅器１０の反転入力端子８と抵抗 １７を介して接続され、第２の演算増幅器１３の非反転入力端子１１と抵抗１８ を介して接続されている。

演算増幅器１０および１３は、アース電位にまで制御することが可能であり、し たがって、ステアリングセンサ３の出力端子６における電位が、ステアリングセ ンサ３の出力端子７の電位より大きいときにだけ、演算増幅器１０の出力端子２ ０に信号が生じる。この電圧信号が左旋回ステアリングモーメントに関係する場 合、この左旋回用のステアリング信号が、第１の演算増幅器１０の属する第１の 信号回路５においてだけ処理される。ステアリングセンサ３の出力端子６および ７における電圧状態が反転し、したがって出力端子６における電位が出力端子７ における電位より低くなった場合、第２の演算増幅器１３の出力端子だけに信号 が生じ、その結果、同様に右回転ステアリングモーメントまたはホイールの右旋 回に関係するステアリング信号用の第２の信号回路４で処理される。

演算増幅器１０．１３の出力信号は正であり、並列に接続された２つの変調器に 、抵抗２１．２２を介して供給される。これらの変調器は比較器２３および２４ からなり、これらの比較器は、発振器１４によって公知のように電動機１を制御 するプッシュプル増幅器２用のパルス幅信号を発生する。比較器２３．２４を安 定化させるため、抵抗３４．３５を設けることができる。

電流センサ、図示の実施例においてはホール素子２５を有する磁気回路が、電動 機１の電流を測定し、電動機電流とホール素子制御電流との積の関数である信号 を、センサの出力端子２６．２７に生じる。出力端子２６゜２７は、電動機１の 右回転または左回転のステアリングモーメントに対する関係に相応して差動増幅 装置における抵抗２８，２９．３０．３１を介して第１および第２の演算増幅器 １０および１３の入力端子８，９．１１゜１２に接続されている。ホール素子２ ５の制御電流を変化させることによって、補助パワーの影響が定められ、任意の 動作パラメータ、例えば速度、加速度、ステアリング角度などに依存して制御す ることができる。調整回路に対して有効な限界補助力または限界調整力は、限界 電流に達したときに飽和するように、磁気回路を設計することによって定めるこ とができる。

ポテンショメータ４３が、演算増幅器１０．１３の反転入力端子８．１２に、抵 抗３６．３７を介して接続されている。

図２に示す実施例の場合、ホール素子２５と演算増幅器１０．１３との間に、抵 抗５２ないし５９を有する２つの補助演算増幅器５０．５１のが差動増幅器とし て接続されている。ホール素子２５の出力端子２７は、抵抗５３を介して演算増 幅器５０の反転入力端子６０と接続され、さらに抵抗５８を介して演算増幅器５ １の非反転入力端子６１と接続されており、一方、ホール素子２５の出力端子２ ６は、抵抗５４を介して演算増幅器５０の非反転入力端子６２と接続され、さら に、抵抗５７を介して演算増幅器６１の反転入力端子６３と接続されている。演 算増幅器５０の出力端子６４は、抵抗２８．２９を介して第１および第２の演算 増幅器１０．１３と接続されており、一方、補助演算増幅器５１の出力端子６５ は、抵抗３０．３１を介して演算増幅器１０．１３と接続されている。

この回路によって、ステアリング信号と同様に、電流信号が２つの信号回路６６ ．６７に分割され、補助差動増幅回路の出力信号が、第１の差動増幅回路内のス テアリング信号に重ねられる。

補助差動増幅器の出力信号は、下の供給電圧の下限値、および上の供給電圧の上 限値に定められる。下限値は、任意のパラメータに依存してポテンショメータ６ ９によって変えることができ、上の供給電圧はポテンショメータ６８によって変 えることができる。

下の値を高くすることによって、第１および第２の演算増幅器１０．１３の出力 端子１９または２０に出力信号が生じる以前に、ステアリング信号が相応する値 を先ず超過する必要がある。電流信号が上限値を超過した場合、出力端子６４． ６５の出力信号は一定値に維持される。この動作点から、出力端子１９．２０に おける出力信号は、ステアリング信号を大きくすることだけによって定められる 。

上限値と下限値との間において、出力端子６４．６５における出力信号は、電動 機電流とホール素子２５の制御電流■　との積に比例する。制御電流■　の変化 によＳ って、任意のパラメータおよび電動機の調整力の特性曲線に依存して、出力信号 を変えることができる。

図３は、ホール素子の制御電流および供給電圧に依存した電動機電流の特性曲線 を示している。電圧範囲６８は下の限界電圧を表わし、一方、上の限界電圧によ って電流値６９が定められ、この電流値から手動パワーはほとんど増加しない。

破線の曲線はホール素子の変化した制御電流の相応する特性曲線を示している。

電動機電流は、ホイールの向きを変えるか、または手動パワーを支援するために 使用される電動機モーメントおよび調整力に比例する。

図４に示す実施例は、図２に示す実施例とほとんど同じであるが、ステアリング センサの出力端子６がアース電位に接続されており、したがって、これが基準電 位として使用される点が相異している。このようにすることによって、機能が同 じでも回路構成が簡素化される。

図５は、図２と同様な本発明の実施例を示しているが、補助演算増幅器５０．５ １の供給電圧を調整することが不可能である。その代りに、出力端子６４．６５ が抵抗４０．４１およびダイオード７４．７３を介してポテンショメータ４２に 接続されている。出力端子６４．６５からフィードバックされた信号が、ポテン ショメータ４２において調整された電圧値を超過した場合、ダイオード７４．７ ３が、反転入力端子６０．６３への抵抗５２゜５６を介しての電流フィードバッ クを制限し、したがって増幅作用が著しく増大する。したがって、この作動点か ら、調整パワーまたは補助パワーによる支援作用が、ステアリング信号に依存し て急激に上昇する。

変化可能なバイアス電圧が、ポテンショメータ４３によって抵抗３６．３７を介 して第１および第２の演算増幅器１３．１０の反転入力端子に供給され、したが って、ステアリング信号が、調整されたバイアス電圧を超過した場合に、初めて 出力端子１９または２０に信号が生じる。これは、この値を超過した場合に初め て調整パワーまたは補助パワーによる支援作用が開始されることを意味している 。

図６は、図５の実施例と同様な簡素化された実施例を示している。図６に示す実 施例の場合、図５の実施例とは異なり、ステアリングセンサ３の出力端子７がア ース電位に接続されている。内部抵抗値を適当な大きさにすることによって、抵 抗５３，５４，５５，５８．５９を省くことができ、したがってトルクセンサの 効率が大きくなる。

ＦｌＧ、３ 国際調査報告 −一一−１−噛−ｍｍｍ、ＰＣＴ／ＥＰ　９０１００６’＋６国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ステアリングセンサが操縦方向に応じて正または負のステアリング信号を生 じ、そのステアリング信号が、制御装置において、増幅要素を半導体と論理的に 結合することによって電動機用の目標値特性曲線に適した出力信号に変調される ようにした、電動機および電気制御装置を有するパワーステアリング装置におい て、増幅要素（１０，１３，２３，２４，５０，５１）の入力端および出力端を アース電位にまで制御することが可能であり、双方の操縦方向に対して同じ極性 の２つの別個の信号回路（４，５）が設けられ、ステアリングセンサ（３）の出 力端子（６，７）が、第１の反転信号回路（５）の第１の演算増幅器（１０）の 入力端子（８，９）に作用し、さらに、第２の非反転信号回路（４）の第２の演 算増幅器（１３）の入力端子（１１，１２）に作用することを特徴とする、パワ ーステアリング装置。 ２．実際値センサがフィードバック信号を発生し、その信号が、差動幅回路にお いて双方の信号回路のステアリング信号と比較されることを特徴とする、請求項 １記載のパワーステアリング装置。 ３．ステアリングセンサ（３）がステアリングモーメントセンサであり、電動機 （１）の電流が電流センサ（ホール素子２５）によって検出され、差動増幅回路 における電流センサの出力端子（２６，２７）が、演算増幅器（１０，１３）の 相応する入力端子（８，９，１１，１２）に接続されていることを特徴とする、 請求項１記載のパワーステアリング装置。 ４．ステアリングセンサ（３）がステアリングモーメントセンサであり、電流セ ンサ（７５，２５）の出力端子（２６，２７）が、反転信号回路（６７）の第１ の補助演算増幅器（５１）の入力端子（６１，６２）に作用すると共に、非反転 信号回路（６６）の第２の補助演算増幅器（５０）の入力端子（６０，６２）に 作用し、差動増幅回路における出力端子（６５，６４）が、第１および第２の演 算増幅器（１０，１３）の相応する入力端子に作用することを特徴とする、請求 項２記載のパワーステアリング装置。 ５．補助演算増幅器（５０，５１）の下の供給電圧が若干高くされることを特徴 とする、請求項４記載のパワーステアリング装置。 ６．下の供給電圧の値を、適した動作パラメータに依存して変えることができる ことを特徴とする、請求項５記載のパワーステアリング装置。 ７．補助演算増幅器（５０，５１）の上の供給電圧を、適当な動作パラメータに 依存して上方へ可変的に制限することができることを特徴とする、請求項４ない し６のいずれかに記載のパワーステアリング装置。 ８．ホール素子（２５）の制御電流（ＩＳ）を、適当な動作パラメータに依存し て変えることができることを特徴とする、請求項３ないし６のいずれかに記載の パワーステアリング装置。 ９．ステアリングセンサ（３）の出力端子（６，７）が、信号回路（６６，６７ ）を介して第１および第２の演算増幅器（１０，１３）の入力端子に作用し、差 動増幅回路内の実際値センサの出力端子（２６，２７）が、第１および第２の演 算増幅器（１０，１３）の相応する入力端子に接続されていることを特徴とする 、請求項２記載のパワーステアリング装置。 １０．演算増幅器（１０，１３）の反転入力端子（８，１２）に、調整可能なバ イアス電圧が印加されることを特徴とする、請求項９記載のパワーステアリング 装置。 １１．補助演算増幅器（５０，５１）の出力端子（６４，６５）において、補助 演算増幅器（５０，５１）のフィードバックが、ダイオード（７４，７３）およ び調整可能なポテンショメータ（４２）によって制限されることを特徴とする、 請求項９または１０記載のパワーステアリング装置。