JPH0487881A - 電動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】 （産業上の利用分野） 本発明は、電動パワーステアリング装置に係り、特に、
任意の目的に応じた補正手段を設けたものに関する。

（従来の技術） 電動パワーステアリング装置は、例えば、第１５図に示
すような構成になっている。まず、ラックシャフト２０
１が設置されていて、このラックシャフト２０１には、
ラックギヤ２０３が設けられている。又、ラックシャフ
ト２０１の両端にはリンク２０５，２０５を介して、車
輪２０７．２０７が連結されている。

上記ラックギヤ２０３には、ピニオンギヤ２０９が噛合
していて、このピニオンギヤ２０９にはコラムシャフト
２１１を介して、操舵ハンドル２１３が連結されている
。又、上記ピニオンギヤ２０９の位置には、トルクセン
サ２１５が取付けられている。

一方、上記ラックギヤ２０３には、アシストピニオンギ
ヤ２１７が噛合していて、このアシストピニオンギヤ２
１７には、減速機２１９を介して、駆動モータ２２１が
連結されている。この駆動モータ２２１は、コントロー
ラ２２３によって制御され、コントローラ２２３には、
既に述べたトルクセンサ２１５及び車速センサ２２５か
ら信号が入力される。

上記構成において、まず、操舵ハンドル２１３を適宜の
方向に回転操作する。このときの初期操舵トルクをトル
クセンサ２１５によって検出するトルクセンサ２１５の
検出信号は、コントローラ２２３に入力される。

コントローラ２２３は、その検出信号に基づいてパワー
アシスト量を演算し、駆動モータ２２１に制御信号を出
力する。それによって、駆動モータ２２１が回転し、減
速機２１９を介して、アシストピニオンギヤ２１７が回
転する。

アシストピニオンギヤ２１７の回転によって、ラックギ
ヤ２０３ひいてはラックシャフト２０１が適宜の方向に
移動し、それによって、所望の操舵がなされる。

一方、上記ラックギヤ２０３の移動により、ピニオンギ
ヤ２０９も回転するので、コラムシャフト２１１を介し
て、操舵ハンドル２１３にも回転がフィードバックされ
る。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来の構成によると次のような問題があつた。

すなわち、操舵時に外乱（例えば、突風、パンク、路面
の凹凸等）によって、車両の進路が目標進路に対してず
れてしまうことがある。

ところが、従来の電動パワーステアリング装置にあって
は、このような外乱に起因した進路変化を補正する機構
がないなめに、運転者が目標に対するずれに応じて再度
操舵ハンドル２１３を修正操作しなければならなかった
。

又、このような外乱による進路変化を補正すること以外
にも、高速安定性を高めるための補正、操舵の位相遅れ
の補正、車速に応じた補正等についても、その実現が要
求されていた。

本発明はこのような点に基づいてなされたもので、例え
ば、外乱に起因した進路変化を補正する補正手段を設け
ることにより、走行時の操舵安定性を向上させることが
可能な電動パワーステアリング装置を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するべく本願発明による電動パワーステ
アリング装置は、操舵ハンドル側に連結された入力軸と
、パワーアシスト力を発揮する駆動モータ側に連結され
るとともに上記入力軸に継手を介して連結された出力軸
と、上記入力軸側に連結され環状に配置された複数個の
プラネットギヤと、上記継手の外周に配置され上記複数
個のプラネットギヤに内周側から噛合したサンギヤと上
記複数個のプラネットギヤの外周に配置され複数個のプ
ラネットギヤに噛合したリングギヤとからなる第１遊星
ギヤ群と、上記出力軸側に連結され環状に配置されると
ともに上記第１遊星ギヤ群のサンギヤに外周側から噛合
した複数個のプラネットギヤと、上記複数個のブラネ・
ントギャの外周に配置され複数個のプラネットギヤに噛
合したリングギヤとからなる第２遊星ギヤ群と、上記第
１遊星ギヤ群のリングギヤに設けられ上記操舵ハンドル
を介して入力される初期操舵トルクを検出するトルクセ
ンサと、上記トルクセンサの検出信号に基づいて上記駆
動モータを駆動して所望のパワーアシスト力を出力させ
るコントローラと、上記第２遊星ギヤ群のリングギヤに
取付けられ該リングギヤを介して補正用の回転力を付与
する補正手段と、を具備したことを特徴とするものであ
る。

（作用） 操舵ハンドルを介して初期操舵トルクを入力すると入力
軸が回転する。その際、サンギヤは出力軸側によって回
転を規制されているので、第１遊星ギヤ群のプラネット
ギヤが公転し、それによって、リングギヤが回転する。

上記リングギヤの回転によって、トルクセンサが作動し
、初期操舵トルクが検出される。その検出信号に基づい
て、コントローラが演算して、駆動モータを駆動させ、
初期操舵トルクにみ合ったパワーアシスト力を出力させ
る。

又、その回転は、第１遊星ギヤ群にもフィードバックさ
れる。つまり、出力軸が回転することにより第２遊星ギ
ヤ群のプラネットギヤが公転する、その際、第２遊星ギ
ヤ群のリングギヤは、補正手段によってその回転を規制
されているので、サンギヤが回転する。

上記サンギヤの回転により、第１遊星ギヤ群のリングギ
ヤが固定され、それによってトルクセンサの変位位置が
維持されることになる。このような作用によって、所望
の操舵がなされる。

尚、入力軸を介しての入力が停止すれば、第１遊星ギヤ
群のプラネットギヤの公転が停止するので、サンギヤの
回転によりリングギヤが逆方向に回転し、初期の中立位
置に復帰し、操舵が完了する。

又、第２遊星ギヤ群のリングギヤには、補正手段が取付
けられており、必要に応じて補正用の回転力が付与され
る。

すなわち、補正手段によって第２遊星ギヤ群のリングギ
ヤに回転力が伝達されると、第２遊星ギヤ群のプラネッ
トギヤを介してサンギヤが回転せられ、それによって、
第１遊星ギヤ群のプラネットギヤを介して、リングギヤ
が回転する。

それによって、トルクセンサが作動して、上述した作用
と同様の作用により、駆動モータが駆動して、補正用の
回転が出力される。

（実施例〉 以下、第１図ないし第４図を参照して本発明の第１実施
例を説明する。第１図は本実施例による電動パワーステ
アリング装置の要部の構成を示す図であり、トルクセン
サ機構１が設置されている。このトルクセンサ機構１に
は、入力軸３及び出力軸５が配置されていて、継手７を
介して連結されている。上記継手７は、入力軸３と出力
軸５との僅かな回転ずれを許容できるものである。

上記入力軸３には、キャリア９ａが形成されていて、こ
のキャリア９ａには、複数本のビン１１ａが環状に配置
されていて、これらピンｌｌａには、複数個のプラネッ
トギヤ１３ａが回転可能に取付けられている。又、上記
継手７の外周には、サンギヤ１５が配置されていて、上
記複数個のプラネットギヤ１３ａは、このサンギヤ１５
に噛合する関係にある。

上記複数個のプラネットギヤ１３ａの外周位置には、リ
ングギヤ１７ａが配置されていて、複数個のプラネット
ギヤ１３ａは、このリングギヤ１７ａにも噛合する関係
にある。これらプラネットギヤ１３ａ、サンギヤ１５、
リングギヤ１７ａによって、第１遊星ギヤ群１６ａを構
成している。

一方、出力軸５側にも同様の構成の第２遊星ギヤ群１６
ｂが設けられており、図中同一部材には同一番号を付す
とともに符号すを付して示す。

上記リングギヤ１７ａの外周位置には、トルクセンサ１
９が設置されている。すなわち、第２図にも示すように
、リングギヤ１７ａの外周には作動ビン２１が固定され
ていて、この作動ビン２１は、ハウジング２３内に摺動
可能に収容されたスプール２５に連結されている。

上記スプール２５は、ハウジング２３内にあって、両側
に配置された圧縮コイルスプリング２７２９によって、
中立位置に保持されている。又、スプール２５の図中左
側には、ポテンショ３１が設置されていて、このポテン
ショ３１内に、上記スプール２５に連結されたプランジ
ャ３３が出没する構成になっている。

そして、リングギヤ１７ａの回転により、作動ビン２１
を介して、スプール２５が何れかの方向に移動し、それ
によって、プランジャ３３のボテンショ３１に対する位
置が変化する。その際の電気抵抗の変化を検出すること
により、トルク（初期操舵トルク）を検出する。

上記トルクセンサ１９の検出信号は、コントローラ３５
に入力される。コントローラ３５は、入力した検出信号
に基づいて、パワーアシスト量を算出し、駆動モータ３
７に制御信号（電流値信号）を出力する。

駆動モータ３７が回転することにより、アシストピニオ
ンギヤ３９を介して、パワーアシスト力が付与されると
ともに、出力軸５を介してその回転がフィードバックさ
れる。

上記構成によると、まず、入力軸３を介して初期操舵ト
ルクが入力される。その際、出力軸５は、駆動モータ３
７を介して負荷側と連結されていて固定されているので
、入力軸３は継手７の許容範囲内で若干量だけ回転する
。それによって、キャリア９ａを介して、複数個のプラ
ネットギヤ１３ａがサンギヤ１５の回りを公転する。

その際、上記サンギヤ１５は出力軸５側が固定されてい
るためにその回転を規制されており、よって、リングギ
ヤ１７ａが回転することになる。

上記リングギヤ１７ａの回転により、作動ビン２１を介
してトルクセンサ１９が作動して、初期操舵トルクが検
出される。そして、コントローラ３５によって駆動モー
タ３７が駆動され、アシストピニオンギヤ３９を介して
、パワーアシスト力が付与される。それによって、所望
の操舵がなされる。

一方、駆動モータ３７の回転は出力軸５（１１にも伝達
され、それによって、キャリア９ｂを介して、複数個の
プラネットギヤ１３ｂがサンギヤ１５の回りを公転する
。その際、リングギヤ１７ｂは、後述する補正手段４１
によってその回転を規制されているので、サンギヤ１５
が回転することになる。

上記サンギヤ１５の回転によって、複数個のプラネット
ギヤ１３ａが公転し、それによって、キャリア９ａを介
して、入力軸３に回転が伝達される（尚、サンギヤ１５
が回転を開始するまでの時間は極めて短いものであり、
その段階では入力軸３が回転を継続している）。つまり
、操舵ハンドル側に回転がフィードバックされることに
なる。

そして、このようなフィードバックによって、リングギ
ヤ１７ａが回転を停止して、作動ビン２１を付勢した状
態が維持される。又、入力軸３の回転が継続されれば、
リングギヤ１７ａは上記位置に停止した状態にあり、パ
ワーアシスト力の付与は継続されるとともに、入力軸３
を介しての入力は継手７を介してそのまま出力軸５に伝
達される。

次に、入力軸３を介しての入力を停止すると、その時点
では作動ビン２１が付勢されているのでパワーアシスト
力の付与は継続される。又、プラネットギヤ１３ａの公
転が停止するので、サンギヤ１５の回転によりリングギ
ヤ１７ａが逆方向に回転する。それによって、作動ビン
２１は中立位置に復帰し、パワーアシスト力の付与は停
止する。つまり、入力回転の停止から瞬時遅れて出力軸
５が回転を停止し、全ての状態が初期位置に復帰するこ
とになる。

このように、操舵ハンドルを介して入力軸より僅かな操
作力で入力するだけで、後は駆動モータ３７によるパワ
ーアシスト力によって所望の操舵がなされる。

本実施例にあっては、このような構成をなす電動パワー
ステアリング装置に、補正手段４１を設けている。以下
、この補正手段４１の構成を説明する。

才ず、リングギヤ１７ｂの外周には、ウオームギヤ４３
が噛合しており、このウオームギヤ４３には、駆動モー
タ４らが連結されている。

一方、第４図に示すように、車両の任意箇所に、外乱に
よって生じるヨーレイトを検出するヨーレイト検知器４
７が設置されていて、このヨーレイト検知器４７がらの
検出ヨーレイト信号Ｓ４７が偏差検知器４９に入力され
る。又、この偏差検知器４９には、信号発生器５１より
設定ヨーレイト信号（運転制御目標値）８５１が入力さ
れる。

この設定ヨーレイト信号Ｓ５１は、車速、実舵角タイヤ
並びに路面による摩擦係数、弾性係数等から決定される
。

偏差検知器４９は、これら両信号の偏差を算出して、そ
の偏差に応じた調整信号Ｓ４９を、増幅器５３に出力し
、そこで増幅されて既に述べた駆動モータ４５に出力さ
れる。それによって、駆動モータ４５が回転し、ウオー
ムギヤ４３を回転させる。

上記つオームギヤ４３の回転により、リングギヤ１７ｂ
が回転し、このリングギヤ１７ｂの回転により、副数個
のプラネットギヤ１３ｂを介して、サンギヤ１５が回転
する。

上記サンギヤ１５の回転によって、複数個のプラネット
ギヤ１３ａを介して、リングギヤ１７ａが回転する。こ
のリングギヤ１７ａの回転によりトルクセンサ１９が作
動して、既に述べたと同様の作用によって、補正用とし
てのパワーアシスト力が発揮される。

そして、補正が完了すると、偏差検知器４９の出力が停
止し、よって、駆動モータ４５はその回転を停止し、リ
ングギヤ１７ｂは固定される。このような作用により、
所定の補正がなされ、車両を目標値に対して正確に操舵
することができる。

以上本実施例によると、車両の走行中に生じる外乱、す
なわち、突風、パンク、路面の凹凸等によって、目標の
進路に対してずれが発生しても、これを即座に補正する
ことができる。

よって、目標進路に対して正確に操舵することが可能と
なり、走行時の操舵安定性を向上させることがてきる。

次に、第５図を参照して第２実施例を説明する。これは
、前記第１実施例における継手７の代わりに、通常時は
ＯＦＦであって、補正時にＯＮとなるクラッチ５５を使
用したものである。

すなわち、第１実施例の継手７は、入力軸３と出力軸５
の間の回転差をある程度は許容できるものである。よっ
て、外乱が小さくて補正量が小さい場合には、出力軸５
の回転が上記許容範囲内に我家るために、入力軸３側に
回転が伝達されることはない。

しかしながら、外乱が大きくて補正量が大きい場合には
、出力軸５の回転量が上記許容範囲を上回ってしＪう。

そのため、入力軸３側、すなわち操舵ハンドル側に回転
が伝達されてしまうことになる。これでは、運転者が直
接状況判断して、補正するべく操舵ハンドルを回転させ
ることと同じことになってしまう。

そこで、既に述べたクラッチ５５を使用して、補正時に
は入力軸３側に回転が伝達されないようにするものであ
る。

まず、通常時であるが、切換弁５７が切換位置ａに切換
わっでいるので、ボート５９．６１を介して、シリンダ
室６３．６５に同じ流体圧力が作用する。よって、圧縮
コイルスプリング６７のスプリング力の分だけ図中左側
への付勢力が大きくなるので、クラッチ板６９．７１が
係合して、入力軸３と出力軸５とが連結された状態（ク
ラッチＯＦＦ＞になる。

これに対して、補正時には切換弁５７が切換位置すに切
換わり、シリンダ室６３側の圧力が高くなる。それによ
って、クラッチ板７１が圧縮コイルスプリング６７のス
プリング力に抗して図中右側に付勢されて、クラッチ板
６９．７１が離間し、入力軸３と出力軸５とが離間した
状態（クラッチＯＮ）になる。

よって、補正時に大きな外乱が生じて補正量が大きくな
っても、出力軸５側の回転が入力軸３側に伝達されるこ
とはなく、前述したような不都合は生じないものである
。

次に第６図を参照して第３実施例を説明する。

これは、補正手段４１の構成を変えたものである。すな
わち、前記第１実施例におけるつオームギヤ４３の代わ
りに、ラックギヤ７３を使用し、駆動モータ４５の代わ
りに、リニアアクチュエータ７５を使用したものである
。

このような構成の場合にも、同様の作用・効果を奏する
ことができる。

次に、第７図を参照して第４実施例を説明する、この実
施例は、高速時に適度な操舵感覚を付与するものである
。

一般に、高速走行時には、接地抵抗が減少してハンドル
が軽くなる。このような場合には、パワーアシスト力を
小さくした方が操舵が安定する。

そこで、第７図に示すように、車速検知器７７によって
車速を検出し、又、電流検知器７９によって電流値を検
出し、これら両信号の差に基づいて、アジャスタ８１に
よって調整信号を出力する。上記調整信号は、増幅器８
３によって増幅されて補正手段４１の駆動モータ４５に
出力される。

よって、ある速度で操舵した場合に、設定電流に達する
と、アジャスタ８１からＮ整信号が出力され、補正手段
４１の駆動モータ４５が回転してリングギヤ１７ｂを介
して補正回転が付与される。

その結果、入力軸３の入力回転に比べて、リングギヤ１
７ｂを介してのフィードバック速度が等しいか大きけれ
ば（高速走行時）、パワーアシスト力が軽減されること
になり、操舵ハンドルが軽くなり過ぎず、適度な操舵感
覚を提供することができる。

尚、逆に低速走行時には、大きなパワーアシスト力を得
ることができる。

次に、第８図を参照して第５実施例を説明する、この実
施例は、操舵の位相遅れを補正しようとするものである
。まず、転舵角を検出する転舵角検知器８５が設置され
ている。又、車両の実際の姿勢角あるいは横加速度を検
出する姿勢角検知器８７が設置されている。

上記両検知器８５．８７の検出信号の偏差をアジャスタ
８９により算出して調整信号を出力する。その調整信号
は、増幅器９１によって増幅されて、補正手段４１の駆
動モータ４５に出力される、それによって、操舵の位相
遅れを補正するものである。

次に、第９図を参照して第６実施例を説明する、この実
施例も上記第５実施例の場合と同様に、操舵の位相遅れ
を補正しようとするものである。

まず、車速検知器９３と転舵角検知器９５が設置されて
いて、アジャスタ９７は、これら両検知器９３．９５の
検出信号を入力してその偏差を算出して調整信号を出力
する。調整信号は増幅器９９によって増幅されて、補正
手段４１の駆動モータ４５に出力される。

それによって、低速走行時には、入力に対する出力を大
きくし、ハンドルを軽い状態にするとともに、高速走行
時には、入力に対する出力を小さくして、ハンドルを重
たい状態にするものである次に、第１０図を参照して第
７実施例を説明する。この実施例は、いわゆる微分ステ
アリングの機能を持たせようとするものである。

通常の車両のステアリングは、積分機構であるので、運
転者は転舵する際に、車両の速度、転舵角等を感知して
、微分操作しなければならない。

つまり、方向を変えるため゛にハンドルを一定角度だけ
切ったら、車両の向きが完全に変わらない内に、ハンド
ルを元に戻す操作が必要となる。

そこで、この実施例の場合には、車両が所定の方向に向
いたときに、ハンドルを切る操作を停止すれば、ハンド
ルを元に戻す作業を要することなく、そのまま所望の方
向に走行させることができるという、微分ハンドル機能
を付与するものである。

すなわち、第１０図に示すように、ヨーレイト検知器１
０１、入力速度検知器１０３、入力加速度検知器１０５
、入力方向検知器１０７を設ける、又、アジャスタ１０
９を設置して、上記各検知器１０１〜１０７からの検出
信号に基づいて調整信号を出力する。

調整信号は増幅器１１１により増幅されて、補正手段４
１の駆動モータ４５に出力される。それによって、第１
１図に示すような補正入力を付与するものである。

その結果、車両の運転状況は、第１２図に示すようなも
のとなる。又、第１２図の関係を第１３図に示す。この
ように、この実施例によると、微分ステアリングに近い
状態の機能を提供することができる。

次に、第１４図を参照して第８実施例を説明する。この
実施例は、例えば、道路に埋設した誘導信号発生装置の
指令に基づいて、自動ステアリングを行うものである。

まず、誘導信号検知器１１３があり、この誘導信号検知
器１１３の検出信号を増幅器１１５によって増幅する。

そして、補正手段４１の駆動モータ４５に出力して、所
望のステアリングを行うものである。

つまり、誘導信号検知器１１３により、例えば「右に曲
がれ」という誘導信号を検知した場合には、入力軸３側
からの入力に関係なく、それにそってステアリングする
ものである。

尚、本発明は前記各実施例に限定されるものではなく、
補正手段の構成、どのような基準で補正するかについて
は、種々の構成が考えられるものである。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明による電動パワーステアリン
グ装置によると、第２遊星ギヤ群のリングギヤに補正手
段を取付け、この補正手段によって、操舵状態を補正す
るようにしなので、安定した操舵が可能となり、それに
よって走行時の操舵安定性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示す図で、
第１図は電動パワーステアリング装置の要部の構成図、
第２図は第１図の■−■断面図、第３図は第１図の■−
■断面図、第４図は補正手段の作用を示す機能ブロック
図、第５図は第２実施例によるクラ・ソチの構成図、第
６図は第３実施例による補正手段の構成図、第７図は第
４実施例を示す機能ブロック図、第８図は第５実施例を
示す機能ブロック図、第９図は第６実施例を示す機能ブ
ロック図、第１０図ないし第１３図は第７実施例を示す
図で、第１０図は機能ブロック図、第１１図ないし第１
３図は補正の内容を示す図、第１４図は第８実施例を示
す機能ブロック図、第１５図は従来例を示す電動パワー
ステアリングの構成図である。 ３・・・入力軸、５・・・出力軸、７・・・継手、１３
ａ、１３ｂ・・・プラネットギヤ、１５・・・サンギヤ
、１６ａ・・・第１遊星ギヤ群、１６ｂ・・・第２遊星
ギヤ群、１７ａ、１７ｂ・・・リングギヤ、１９・・・
トルクセンサ３５・・・コントローラ、３７・・・駆動
モータ、４１・・・補正手段。 出願人代理人　弁理士　嶋　宣之 第２図 第３図 第５図 第６図 第１２図 第１０図 第１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 操舵ハンドル側に連結された入力軸と、 パワーアシスト力を発揮する駆動モータ側に連結される
   とともに上記入力軸に継手を介して連結された出力軸と
   、 上記入力軸側に連結され環状に配置された複数個のプラ
   ネットギヤと、上記継手の外周に配置され上記複数個の
   プラネットギヤに内周側から噛合したサンギヤと、上記
   複数個のプラネットギヤの外周に配置され複数個のプラ
   ネットギヤに噛合したリングギヤとからなる第１遊星ギ
   ヤ群と、上記出力軸側に連結され環状に配置されるとと
   もに上記第１遊星ギヤ群のサンギヤに外周側から噛合し
   た複数個のプラネットギヤと、上記複数個のプラネット
   ギヤの外周に配置され複数個のプラネットギヤに噛合し
   たリングギヤとからなる第２遊星ギヤ群と、 上記第１遊星ギヤ群のリングギヤに設けられ上記操舵ハ
   ンドルを介して入力される初期操舵トルクを検出するト
   ルクセンサと、 上記トルクセンサの検出信号に基づいて上記駆動モータ
   を駆動して所望のパワーアシスト力を出力させるコント
   ローラと、 上記第２遊星ギヤ群のリングギヤに取付けられ該リング
   ギヤを介して補正用の回転力を付与する補正手段と、 を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装
   置。