JPH07246944A - 電動パワーハンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動による自動車の小型、軽量、廉価なパワ
ーハンドル装置を得ることである。 【構成】 ハンドルのトルクを検出し、検出信号に対応
したトルクを直流電動機より得て車輪の向きを変える為
に必要なトルクを補助する構成とすることによりハンド
ル操作を容易としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】自動車のハンドルの操作に要する
力を小さくして、周知の油圧によるパワーハンドルに代
替できる技術手段を得ることが目的である。

【従来の技術】電動機の出力トルクを利用して、ハンド
ル操作に必要な力を軽減する技術は周知である。例えば
同一出願人による平成２年特許願第２６８３８６号が公
開されている。

【０００２】

【本発明が解決しようとする課題】第１の課題 運転の
安全性の為に従来のステアリングの機構をできるだけ変
更しないことが必要で、構成を簡素化することも必要な
手段となる。第２の課題 小型の電気自動車に使用され
ることが多いので、小型、軽量、廉価に製作できる必要
がある。第３の課題 使用する電動機とその通変制御回
路が故障して通変が停止されたときでもハンドル操作が
できる構成とする必要がある。

【０００３】

【課題を解決する為の手段】第１の手段 自動車のハン
ドルの回転軸と同軸でその延長線上に設けられた車輪の
向きを変更する駆動トルクを供与する駆動回転軸と、ハ
ンドルの回転軸のトルクを複数個の互いに噛合する歯車
を介して駆動回転軸に伝達する歯車装置と、該歯車の左
右の回転の回転トルクを検出して対応する検出電気信号
を得るトルク検出装置と、駆動回転軸を減速歯車を介し
て駆動する直流電動機と、歯車装置を介して駆動回転軸
の左右の回転を検出して検出信号に対応して直流電動機
を正逆転せしめる装置と、前記した回転トルクの検出電
気信号が所定の値となるように直流電動機の電機子電流
を制御する電機子電流の制御回路とにより構成されたも
のである。第２の手段 第１の手段において、ハンドル
の回転軸により駆動される遊星歯車のサンギア及び該遊
星歯車のスターギアにより駆動される駆動回転軸及び該
遊星歯車のリングギアを設定された位置に保持する彈揆
部材と、該彈揆部材の彈揆力に対抗してリングギアが左
右に回動したときに、左右の回動を検知して直流電動機
を正逆転せしめるとともに左右の回転角に対応する検出
電気信号を得て、該検出電気信号が所定の値となるよう
に直流電動機の電機子電流を制御するチョッパ回路とよ
り構成されたものである。

【０００４】

【作用】ハンドルの回転軸の回転方向とトルクを検出
し、車輪の向きを制御する装置の駆動源となる直流電動
機の回転方向と駆動トルクをそれぞれハンドルの回転軸
の回転方向とトルクに対応して変更する。かかる手段に
より車輪の向きを変更する為の駆動トルクに大きい変化
がある場合でもハンドル操作に必要とする手の力は所定
の小さい値とすることができて、ハンドルの操作を容易
とする作用がある。小型、軽量、廉価に構成できる。カ
ーブを走行した直後の戻りハンドルの場合にも、直流電
動機の駆動トルクが制御されてハンドルの左右の回転が
従来の運転感覚と同様となる作用がある。

【０００５】

【実施例】図１は、本発明装置の要部を示すものであ
る。図１において、手動ハンドル４のハンドルの回転軸
４ａにより、回転軸４ｃが駆動されて同期回転する。点
線４ｂは、ユニバーサルジョイントを含むトルク伝達装
置で周知の手段が採用されている。上記した機構の回転
軸の軸受は省略して図示していない。回転軸４ｃは円筒
１２の空孔内に点線４ｄで示すように挿入され同軸で互
いに自由に回転するように保持されている。記号Ａで示
す装置は図２について後述する。円筒１２には歯車１７
が固定される。車体の１部に固定された直流電動機１の
回転軸には歯車５が固定され、歯車１７と５は噛合して
減速歯車装置となり、直流電動機１により円筒１７の左
右の回転が行われる。上記した減速歯車は２個であるが
複数個の歯車を使用することもできる。円筒１２は車体
の図示しない軸受により回動自在に支持されている。

【０００６】円筒１２の下端に固定した回転軸１２ｂに
はヘリカルギア１２ａが固定される。ヘリカルギア１２
ａは、ヘリカルラックギア１３と噛合し、ギア１２ａの
正逆転により、ギア１３は、図示しない支持体を介して
左右に移動する。かかる左右の移動により矢印点線１３
ａ，１３ｂで示すように周知の手段により、自転車の左
右の車輪を含む周知のステアリング装置Ｂ，Ｃを駆動し
て左右の車輪の向きが変更される。従って、ヘリカルギ
ア１２ａの正逆転により車輪の向きが正逆方向に変更さ
れる構成となっている。

【０００７】次に図２につき図１の記号Ａで示す装置の
詳細を説明する。図２は図１の記号Ａの装置を矢印Ｄ方
向よりみた図である。図２において記号Ａの装置の外筐
は省略して図示していない。図１の回転軸４ｃには遊星
歯車のサンギア７が固定され、スターギア８ａ，８ｂ，
８ｃはキャリア９に設けた回転軸より回動自在に支持さ
れる。キャリア９の回転軸は図１の円筒１２となってい
る。リングギア１０の回転軸は回転軸４ｃのまわりに回
動自在に支持される。

【０００８】リングギア１０とスターギア８ａ，８ｂ，
８ｃとは噛合し、スターギア８ａ，８ｂ，８ｃとサンギ
アは噛合する。リングギア１０の外週に設けた突出部１
０ａの外週にはマイクロスイッチ１１の作動子が摺接
し、図示の位置でマイクロスイッチは開かれて保持さ
れ、リングギア１０が時計方向に回動すると閉じられる
構成となっている。リングギア１０の突出部１５にはス
プリング１４が掛けられ、スプリング１４の両端は外筺
に設けた支軸１４ａ’１４ｂに固定される。リングギア
１０が左右に回転すると、スプリング１４により図示の
中性点に復帰せしめる復帰彈揆力が作動する構成となっ
ている。同じ目的を達するものであれば他の手段でもよ
い。外筐に植立した抑止ピン１５ａ，１５ｂに突出部１
５が当接することにより、リングギア１０の左右の回転
角は所定値以内に保持される。

【０００９】突出部１５の右端には摺動子（金属製）１
５ａが設けられ、抵抗体１６の抵抗１６ａ，１６ｂ上を
摺動する。摺動子１５ａが突出部１５とともに左右に回
動すると、端子１６ｃと１６ｄ間の抵抗値は減少する。
図示の位置では摺動子１５ａは抵抗１６ａと１６ｂの中
間の絶縁体に圧接しているので端子１６ｃ，１６ｄ間は
絶縁されている。図１のハンドル４を手動により時計方
向にまわすと、図２のサンギア７も同方向（矢印方向）
に回動されるので、スターギア８ａ，８ｂ，８ｃは反時
計方向（矢印方向）に回転される。キャリア９には図１
の円筒１２を介するハンドル操作による負荷があるの
で、対応するトルクでリングギア１０が矢印時計方向に
回転するトルクが与えられる。従って突出部１５はスプ
リング１４の彈揆力に抗して同方向に回転されるので、
端子１６ｃ，１６ｄ間の抵抗が減少印反時計方向に回転
するトルクが与えられる。従って突出部１５はスプリン
グ１４の彈揆力に抗して同方向に回転されるので、端子
１６ｃ，１６ｄ間の抵抗が減少する。低抗値の変化はハ
ンドル４と円筒１２の負荷に比例して変化する。

【００１０】図３につき、図１の直流電動機１の出力ト
ルク即ち電機子電流の制御手段について説明する。図３
において、可変抵抗２１は図２の端子１６ｃ，１６ｄ間
の抵抗を示している。直流電源正負端子１８ａ，１８ｂ
は車載バッテリの端子で、これにより直流電動機１が通
電され、抵抗１９の電圧降下は電機子電流に比例する。
この電圧降下が抵抗２０の電圧降下を越えると、オペア
ンプ２２の出力がハイレベルに転化するので、微分回路
２３より微分パルスが得られ、この微分パルスにより単
安定回路２４より所定巾のパルス電圧が得られる。この
パルス電圧は反転回路２５を介して反転されてトランジ
スタ２６のベース入力となる。従ってトランジスタ２６
は電機子電流が設定値を越えると、パルス電圧の巾だけ
不導通に転化し、電機子コイルの磁気エネルギーはダイ
オード２６を介して放電され、トランジスタ２６が導通
すると電機子電流が増大する。従って電機子電流を設定
値に保持するチョッパ回路となる。

【００１１】以上の説明より判るように、抵抗２０の電
圧降下即ち可変抵抗２１の抵抗の減少に比例して直流電
動機１の出力トルクが増大する電機子電流の制御回路と
なる。ハンドル４に手をふれないときには、図２で示す
位置に摺動子１５ａがあるので、端子１６ｃ，１６ｄ間
の抵抗即ち図３の可変抵抗２１は無限大となり抵抗２０
の電圧降下は零値となる。従って電機子電流もない。ハ
ンドル４を手動で時計方向にまわすと、前述したように
図２の突出部１５、リングギア１０は反時計方向（矢印
方向）に回転し、端子１６ｃ，１６ｄ間の抵抗（図３の
可変抵抗２１）が減少するので、電機子電流が増大し、
直流電動機１による図１の円筒１２の駆動トルクを増大
する。

【００１２】以上の説明より理解されるように、図２の
スプリング１４の彈揆力その他の電気的常数に対応する
小さいトルクでハンドル操作を行なうことができる作用
効果がある。ハンドル４を反時計方向にまわすと、図２
のリングギア１０が時計方向に回転するので、マイクロ
スイッチ１１の作動子が突出部１０ａに摺接して閉じら
れるので、周知の手段により直流電動機１が逆転する。
従って図１の円筒１２も逆転してハンドル操作を容易と
する作用が得られる。リングギア１０の回転角の検出を
抵抗１６ａ，１６ｂで行なっているが、コイル内を移動
する磁性体による誘導常数の変化により回転角の検出を
行なう手段でも本発明を実施できる。

【００１３】カーブを曲がって直線コースに復帰すると
きの戻りハンドルの場合につき説明する。ハンドル４を
時計方向にまわすと、リングギア１０は矢印反時計方向
に回転するので直流電動機１は正転して、ハンドル負荷
を軽減する。カーブを曲がり終わると、図１の円筒１２
には逆転するトルクが加えられ従ってキャリア９も同方
向のトルクが加えられて、リングギア１０は時計方向に
回転するトルクが印加されて回転するので、マイクロス
イッチ１１が閉じられて直流電動機１も逆転して、リン
グギア１０の時計方向の回転トルクを補助する。従って
ハンドル４の回転を補助することとなりハンドル操作に
支障を発生することがない。

【００１４】

【発明の効果】小型、軽量、廉価に構成することがで
き、従来のステアリング機構の変更を少なくしてハンド
ル操作を容易とすることができる。駆動電動機が故障に
より停止しても従来の手動ハンドル操作と同じ感覚で操
作できるので有効な電動パワーハンドル装置を供与でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の側面図

【図２】図１の記号Ａで示す装置の平面図

【図３】直流電動機１の通電制御回路図

【符号の説明】

１ 直流電動機 ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ回転軸 Ａ トルク検出装置 １２ 円筒 ５，１７ 歯車 １２ａ，１３ ヘリカルギア Ｂ，Ｃ 自動車の左右の車輪とその向きを考える装置 ７ サンギア ８ａ，８ｂ，８ｃ スターギア １０ リングギア １０ａ，１５ 突出部 １１ マイクロスイッチ １５ａ 摺動子 １６，１６ａ，１６ｂ 抵抗体と抵抗 １４ 復帰スプリング ２２ オペアンプ ２３ 微分回路 ２４ 単安定回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車のハンドルの回転軸と同軸でその延
   長線上に設けられた車輪の向きを変更する駆動トルクを
   供与する駆動回転軸と、ハンドルの回転軸のトルクを複
   数個の互いに噛合する歯車を介して駆動回転軸に伝達す
   る歯車装置と、該歯車の左右の回転の回転トルクを検出
   して対応する検出電気信号を得るトルク検出装置と、駆
   動回転軸を減速歯車を介して駆動する直流電動機と、歯
   車装置を介して駆動回転軸の左右の回転を検出して検出
   信号に対応して直流電動機を正逆転せしめる装置と、前
   記した回転トルクの検出電気信号が所定の値となるよう
   に直流電動機の電機子電流を制御する電機子電流の制御
   回路とにより構成されたことを特徴とする電動パワーハ
   ンドル装置。
2. 【請求項２】請求項１の特許請求の範囲において、ハン
   ドルの回転軸により駆動される遊星歯車のサンギア及び
   該遊星歯車のスターギアにより駆動される駆動回転軸及
   び該遊星歯車のリングギアを設定された位置に保持する
   彈揆部材と、該彈揆部材の彈揆力に対抗してリングギア
   が左右に回動したときに、左右の回動を検知して直流電
   動機を正逆転せしめるとともに左右の回転角に対応する
   検出電気信号を得て、該検出電気信号が所定の値となる
   ように直流電動機の電機子電流を制御するチョッパ回路
   とより構成されたことを特徴とする電動パワーハンドル
   装置。