JPS5911965A - 電気式動力舵取装置 - 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】 本発明は車両のハンドル操舵力を軽減するために、動力
源と１７で電動機を用いる車両用の小′、気式動力舵取
装置に関する。

電気式動力舵取装置は油圧式動力舵取装置と比較し２て
、常時エンジン直結で駆動する動力源としての油ポンプ
が必要ないので、エンジン馬力の損失がないこと。油圧
作動油を使用しないから作動油の洩れ、汚れ等の心配が
なくメンテナンスがやりやすいこと。油圧配管の必要が
なく電気配線ですむから組付けが容易であること。油圧
制御弁のような高精度でテリケートな装置が必要でない
ので、安価なシステムが期待できろ。

部品点数、重量も減り、エンジン廻りがすつきりし整備
性が良くなること。手動舵取装置と主要部品を共用で入
ること等の諸点においてメリットがあり、かつ多数の提
案がなされているにもか＼わらず、実用化が進まない理
由は、１．駆動源として一般に使用されるに充分な出力
を有する電動機（ｄ、操舵装置部品と１７では寸法的に
かなり大きな２、のとｔｆす、最近のに”　Ｆ乗用車に
はスペースがなく、取付けが困酢である。２．電動機に
は、乗用車用雷１源が直流１２Ｖであるところから、１
２Ｖの直流小型電動機を使用するのが一般的であるが、
これらの電動機の発生トルクは数ｔ−（１）の小さなも
のであり、軸受抵抗、摺動子抵抗などの影響も太きく、
効率は電動機単体で５０〜６５壬である。不用意に軸受
径や摺動子径を犬きくしたり、一段目の減速機に損失の
大きいウオームギヤなどを使用すれば、ステアリングギ
ヤを含めた効率は３０％以下になり、これが電動機の小
型化、軽量化を阻害１７、大電流を必要とし、乗用車へ
の取付けを困難にしている。３．電気式動力舵取装置で
は、ステアリングギヤの人力軸側に、電動機および大減
速比の減速＠置が接続されるため、必然的にステアリン
グギヤ単体の場合に比較し、入力軸側の摩擦が増加する
。これは乗用車のノ・ンドル戻りを阻害し、操舵力と保
舵力の間のトルク差を犬とし、捷た高速走行中の微小操
舵領域においてダイレクト感のない、あい寸いな操舵フ
ィーリングを与え、最終的な油圧式との比較において劣
り、実用化を阻んでいる。４電気式動力舵取装置の電気
制御回路は信頼性に実績がなく、重要保安部品と１７で
の安全性に対する配慮に問題がある。等である。

本発明はこれらの問題を解決すべく、特に安全性の高い
信頼性に富んだ電気制御回路を有する電気式動力舵取装
置を提供することを目的とする。

以下に本発明の実施例を示す図面について説明る。

キ４嵯通４曝迦稈例；ヒ 車体に装着されたステアリングギヤ組立１は両端に十字
軸継手５を有する中間１１１１７を介して出力軸】１に
接続している。車体にブラケット６で装着されたステア
リングコラム組立８は、ステアリングホイール９を上端
に装着した入力軸１ｏおよび出力ｉｌｌを回転自在に支
承している。ステアリンクコラム組立８には伝導装置２
が付設さ肛ており、伝導装＃２はトルクケーブル４によ
°り電動機３の回転を受は入れている。伝導装置２は人
力軸１ｏと出鵡神ｔｘを２個の玉軸受２６．２７および
１個の玉軸受２９で回転自在に支承する人力軸側のハウ
ジング３０と出力軸側のカバー３１を備えており、ハウ
ジング３（）とカバー３１はインローで芯合わせして嵌
合し図示しないボルトにより結合されている。人力軸１
０と出力軸１１はトーションバー１２と２本のピン１３
により接続されており、トーションバー１２に捩れを与
えることにより相対的にも回転することができ、相互に
トーションバー１２の大径部に嵌合した針状ころ軸受側
で支承され、滑らかな相対的回転が保証されている。こ
の入出力軸の相対的な回転は、両軸の衝合部に設けられ
たストッパ部１４により、トーションバー１２に過大な
ｌ・ルクがかＸらないように制限さね、ている。第３図
にストッパ部１４の構造を示す。すなわち、入力軸］−
０１７）、端部には２個□の突起３２が設けらｎ２、出
力Ｉ＋ＩＩＩ】１の端部に設けた２個の切欠き３３に所
定のすき寸をもって嵌合し、すきま分の相対的回転を許
容された後、突起３２と切欠き３３が係合するようにな
っている。入出力軸１０、Ｊｌは互に向き合ったフラン
ジ部１５．１６を有し、人力軸のフランジ部１５には２
本のピン１７が圧入固定され、ピン１７には遊星歯車１
９が回転可能に嵌合し、出力軸の７ランジ部１６にも同
様２本のピン１８がフランジ部１６の両側に突き出して
圧入同定され、ピン１８の入力軸１０側に突き出た部分
に遊星歯車２０が回転可能に嵌合しており、双方の遊星
歯車１９．２０は共通するサンギヤ２１に噛み合ってい
る。サンギヤ２１Ｖｉ入力軸１０および出力Ｎ１１ｌの
フランジ部の間の軸部において出力軸１１に回転可能に
支承されている。寸た、入力軸１０の遊星歯車Ｊ９けノ
・ウジング３０に回転可能に嵌合したリンクギヤ２２に
噛み合い、出力軸の遊星歯車２０はハウジング３０に回
転できぬように嵌合したリングギヤ２３に噛み合ってい
る。入力軸側のリングギヤ２２の外周面には切欠き３４
が設けられており、こ＼にピン２４の球状の頭部が嵌合
している。ピン列の他端はスプール２５の中央部に設け
た穴３７に嵌合固定されており、スプール２５はハウジ
ング３０に設けた人力軸１０と直交する方向の穴３９に
摺動可能に嵌合ｌ、７ている。穴３９は第４図に示すよ
うに両端を蓋８３で閉ぢられており、＄８３とスプール
２５の間にばばね３５がそれぞれ介装されており、ばね
３５は適当なセント荷重をもってスプール２５を中立位
置に保持する。捷た、一方の蓋８３には、ポテンショメ
ータ、差動トランス、パルスエンコーダ等スプール２５
の位置を検出シ７、電気信号に変換するハンドルトルク
検出装置３６が固定されており、スプール２５の一端に
固定されたピン８５が蓋８３に設けられた穴を通ってハ
ンドルトルク検出装置３６の内部に出入りする。なお、
第４図中符号３８はピン２４の移動を可能にするためハ
ウジング３０に設けた穴である。

虜だ、出力軸のフランジ部１６に圧入されたピン１８の
出力軸側に突き出た部分には、遊星歯車４１が回転可能
に嵌合し、これに噛み合うリングギヤ４０がハウジング
３０に回転不能に固定され、サンギヤ４２は出力軸１】
の外周で回転可能に支承されて遊星歯車４１と噛み合っ
ている。また、サンギヤ４２にはキー１リヤ４３の内周
のスプラインが噛み合っており、キρリヤ４３には２本
のピン４４が圧入されていて、ピン４４にはそれぞれ遊
星歯車４５が回転可能に嵌合し、遊星歯車４５にはサン
ギヤ４６およびリングギヤ４７が噛み合っている。サン
ギヤ４６は出力軸Ｊ１の外周に回転可能に支承されてお
り、リングギヤ４７はハウジング３０に回転可能に嵌合
している。リングギヤ４７の外周には第５図に示すよう
な斜面を持った凹部５２が多数設けられている。ノ・ウ
ジング３０の外面に固定されたンレノイド５３によって
駆動されるピン５４がハウジング３０とリングギヤ４７
の嵌合面に突出可能になっており、ンンノイド５３がオ
ンとなって、図示のようにピン５４が凹部５２に係合す
ると、リンクギヤ４７はハウジング３ｏに刑し回転不能
と／、「す、ソレノイド５３がオフになると、ピン５４
はばね５５の力で凹部５２から抜は出１７、リングギヤ
４７け回転可能となる。ツレ／イド５３がオフになって
ピン５４が凹部５２から離脱１７たとき、ピン５４の反
リングギヤ側の端部は、ソレノイド５３と電源を結ぶ電
源ライン上に設けた接点７７をオフとする。一方、サン
ギヤ４６は出力軸■１上に針状ころ軸受６９で回転自在
に支承さ力、た減速歯車４８の内面のスプラインと噛み
合い、一体となって回転する。減速歯車４８μ減速人力
軸８４上に設けた小歯車４９に噛み合っており、減速歯
車４８および小歯車４０けウオームとウオームホイール
以外の高効率で正逆回転可能な平歯車、はすは歯車、傘
歯車等であればよい。減速人力軸８４はハウジング３０
およびカバー３１に２個の小径の玉軸受５０で回転自在
に支承され、トルクケーブル４で電動機３に連結１７、
電動機の回転を少い摩擦で減速歯車４８に伝達する。ト
ルクケーブル４は屈曲が大きいと摩擦を増すので、必要
によりはすげ歯車、傘歯車を使って減速入力軸８４の刃
欠に伝導装置の作用について説明する。

出力軸１１側に９荷トルクがないとき、人力軸１０に回
転を与えろと、第１の２絹の遊星歯車組の出力軸側のリ
ングギヤ２３け固定であり、人力軸側のリングギヤ２２
ｉ−ｉばね３５のセット荷重により回転を押えられてい
るので共に回転せず、出力軸１１．２署１の遊星歯車１
９．２０およびサンギヤ２１が回転し、出力軸１１は人
力軸１０と相対的な回転を生ずることなく、入力軸１０
と同方向に同速度で回転する。出力軸１１１１１１に負
荷トルクがあると、入力軸１０に加えられるトルクが負
荷トルクに打ち勝つ寸では、トーションバー１２は捩ら
れるが出力軸１１は回転しＡＣい。人力軸１０の人力ト
ルク６τよって生ずるリンクギヤ２２の回転トルクがば
ね３５のセット荷重によりリングギヤ２２の回転を押え
ているトルク以上になろと、ばね３５とトーションバー
１２はたわみ、リングギヤ２２が回転し、スプール２５
は中立位置に対し変位を生ずる。人力トルクが出力軸］
１の負荷トルりに釣合えば、それ以上の入力トルクに対
しては出力軸１１が回転（７、共通のサンギヤ２］が回
転するから、ばね罰、トーションバー１２およびスプー
ル２５は変位を保った脣＼で、人力動用、出力軸１１は
同方向に同速度で回転する。従って、人力トルクの大き
さおよび方向なばね３５およびトーションバ＝１２の変
位にともなうスプール２５の変位に変換（７、スプール
位置を電気信号に変換してハンドルトルク検出装置を形
成したものである。寸だ、電動機の回転にトルクケーブ
ル４により減速入力軸材に伝達され、小歯車４９、減速
歯車４８、サンギヤ４６に噛み合う遊星歯車４５、遊星
歯車４５に噛み合うリンクギヤ４７に伝えられるが、リ
ングギヤ４７がソレノイド５３により固定されていると
きけ、遊星歯車４５はリングギヤ４７の内周に沿って自
転・公転し、キャリヤ４：３を回転させる。キャリヤ４
：３の回転はサンギヤ４２に伝えられ、サンギヤ４２の
回転は遊星歯車４１に伝えらｔｚろが、リングギヤ４０
が）・ウジング：（０に固定されているので、遊星歯車
４１けリングギヤ４０の内周に沿って自転・公転し、出
力軸のフランジ部１６にその回転を伝え、出力用１１１
を回転させる。リングギヤ４７がソレノイド５３により
固定さｊ７ていないときは、リングギヤ４７が遊星歯車
４５により回転させられるので、遊星歯車４５の公転す
なわちキャリヤ４３の回転が生ぜず、電動機の回転は出
力軸１１に伝えられない。すなわち、リングギヤ４７と
ソレノイド５３等は電動クラッチとして機能する。

次に第６図に示す電気制御系の構成について説、明すの
・ 々′ノドルトルクの方向および大きさを示す′電気信号
は前記のハンドルトルク検出装置３６から電源制御回路
８０、クラッチ制御回路７９および電動機制御回路７０
に入力される。また、車速センター捷たは伝達するエン
ジン回転数を変える変速機の操作用シフトレバ−の位置
を検出して眠気信号に変える検出器等の情報人力装置８
１の信号は電源制御回路８０および電動機制御回路７０
に人力される。寸だ、電動クラッチのソレノイド５３へ
の人力を検出するクラッチ人力検出装置８２からの信号
は電源制御回路８０に入る。さらに駆動回路を含む電動
機７４への人力を検出する電動機人力検出装置７８から
の信号は電源制御回路８０およびクラッチ制御回路７９
に人力する。電動機入力検出装置７８および駆動回路を
含む電動機７４と電源７１を結ぶ電源ラインには自動電
源スィッチ７３と、自動電源スィッチ７３の電源側に手
動電源スィッチ７２が設けらね、ている。捷た、クラッ
チ人力検出装置８２および電動クラッチのソレノイド５
３を自動電源スィッチ７３に結ぶ電源ラインには、前記
ソレノイドのビン５４でオフにされる接点７７とソレノ
イド、駆動スイッチ７６があり、両者の中間からタイマ
スイッチ７５を接点７７と並列に配電する回路が設けら
れている。タイマスイッチ７５ｄ、タイマスイッチ７５
とソレノイド駆動スイッチ７６が同時にオンしてソレノ
イド５３が働き、ピン５４がリングギヤ４７の凹部５２
に係合すべく／・ウジング３０の内方に飛び出し、押さ
れていた接点７７がオンの状態になる壕での時間だけオ
ンの状態にあり、通常はオフの状態を保つ。そして一度
命令が１ｊセツトされないかぎり、オンの状態に入らな
いような機能を持っている。電源制御回路８０、クラッ
チ制御回路７９および電動機制御回路７０は自動電源ス
ィッチ７３と手動電源スィッチ７２の間から分流する電
源ラインに並列に接続されている。電源制御回路８０は
電動機および電動クラッチが作動状態に入る条件を記憶
し２ていて常時自動電源スインチア３をオンの状態にお
入、ノーンドルトルク検出装＋ｔ　３６、情報入力装置
８１、電動機入力検出装置７８およびクラッチ人力検出
装置８２から人力する信号を記憶した条件と比較・監視
し、言晶憶した条件と一致しない信号が入った場合には
、自動電源スィッチ７３を木（）にし、手動舵取装置に
切り替えろ。例えば、車應３０キロ以下、捷たはシフト
レバ−の位置が前進の１段目、２段目および後進などの
情報人力装置８１からの信号に対応する記憶された作動
条件、およびハンドルトルク何ν・ｍ以上というノ・ン
ドルトルク検出装置３６からの信号に対応する記憶され
た作動条件に対し、車速６０キロ走行、前進４段目でハ
ンドルトルクが零というような作動条件外でなお電動機
人力検出装置７８やクラッチ人力検出装置８２からの信
号が入りつづけるようなときには、自動電源スィッチ７
３をオフにするのである。

クラッチ制御回路７０は電動機７４が電動機制御回路７
０により作動状態に入る条件を記憶［７て卦す、常時は
電動クラッチのソレノイド５３ヲオフの状態にし２てお
き、電動機入力検出装置８２からの信号とハンドルトル
ク検出装置３６からのイハ号を比較し７、記憶された条
件に一致（７た場合のみ一タイマスイッチ７５とソレノ
イド駆動スイッチ７６に信号を送り電動クラッチのソレ
ノイド５３を作動させ、電動クラッチを接続した状態と
する。これにより電動機が回転Ｕ−るときは電動機の回
転は出力１ｌＩ１１１に伝達される。また、電動機が回
転すべき条件下にｔ【いのにもか＼わらず回転した場合
にｄ、電動クラッチは接続されず、電動機の回転は出力
軸１］に伝達されない。電動機制御回路７０は電動機が
作動状態に入る条件を記憶しており、ハンドルトルク検
出装置３６および情報人力装置８１からの信号がその条
件に一致したならば電動機７４を作動させる。なお、情
報入力装置８１はかなら」“しも必要でｄｉｒ　＜、前
記実Ｍ１１例のように情報人力装置８１を設けた場合に
は、ハンドルトルク以外の車速とかシフトレバ−の位置
などによっても、操舵を電動式から手動式への切替を行
うことができ、使用領域の選択が広範囲に行えろ。−！
た、情報入力装置８１が車速センサーの場合には、電動
機制御回路７０のゲインを変更（７、車速に対応ｊ〜で
電動機を駆動（７、高い車速に対［−１ては重く、低い
車速に対しては軽く、車速のステアリングギヤ組立１に
設置した他の実施例を呵し、伝導装置２の構造は第２図
と同様であり、ラック軸５のラックに噛み合うビニオン
（図示せず）は出力軸１１に設けられ、ピニオン軸は上
部において人力輔１０となり、下部で出力軸１１となっ
ている。電動機３けギヤボックスに装着さｎ、ていてト
ルクケーブル４で伝導装置２に連結されているが、作用
効果は第１の実施例と同様である。

本発明の電気式動力舵取装置は、電動機制御回路、クラ
ッチ制御回路および′電源制御回路を併動に電源に接続
し７、かつクラッチ制御回路には電動機入力検出装置か
らの信号が入り、電源制御回路には電動機入力検出装置
およびクラッチ人力検出装置からの信号が入るので、電
源制御回路は電動機と電気クラッチの作動灸件を記憶し
、記憶とことなる信号が入力すカ、は電源スィッチを切
り、あるいは警報を発して運転者に手動電源スィッチを
切らせろことにより電動機および電動クラッチの作…ｈ
を停止する。クラッチ制御回路は電動機の作動条すを記
憶し７、記憶とことなる信号が人力すると電動クラッチ
を接続せず、電動機の回転を機械的操舵系に伝達しない
。また、電動機制御回路は他の２回路がどのような状態
にあっても、独自に人力トルクからの人力に応じて電動
機を制ｆｉｌｌするから、その様な場合でも電動ｆｉた
け手動にょト）操舵は可能である。このように個々の制
御回路が故障しても、１個の制御回路さえ無事であｔ’
Ｌば、すくなくとも手動による操舵が可能であって、致
命的な危険を回避でき、安全性を十分に確保した電気式
舵取装置を提供できる効果がある。また、情報人力装置
〃を備えた実施例にあってはその信号を電源制御回路に
送り、車速捷た一ノフトンバーの位置に応じて電源制御
回路により電源スィッチを操作するととにより、動力舵
取装置２手動舵取装置と［７ての使用領域を自動的に選
択し、得ろ効果がある。なか、情報人力装置を車速セン
サーとした場合には、Ｆ記効果の他に、電動機制御回路
に送られた信号により電動機制御回路のゲインを変更列
けＪＩ？続した実施例においては、動力舵取装置と手動
−取装置としての使用領域を任意に選択し得る効果があ
る。さらに、電動クラッチを機械的操舵系内１（設けた
遊星ギヤ減速装置のりングギャ外周面に設けた斜面を有
する四部にソレノイドで駆動するピンを係合離脱させろ
ようＫ　ｌた実施例においては、クラッチ制御回路が故
障して電動クラッチが接続された寸＼となり、電源制御
回路が故障して自動電源スィッチがオンの寸＼がまたは
警報装置が働かず手動主弁スイッチが切ｆｌｆ−電動機
制御回路も故障して電動機が一方向へ回転しつづけろか
、ロックして回転不能となった最悪の場合でも、過大な
トルクによりリングギヤが回転しようとすると、四部の
斜面が力ｌ・の作用をしてピンをソレノイドの電磁力に
打ち勝って押し７戻し７、電源ライン上の接点をオフに
して電動クラッチを切り、機械系操舵系を手動にするの
で、３個の制御回路全部が故障しても操舵不能になるよ
らなこトケｔｒい。電源オフ、電動クラッチオフ、およ
び電動肇ラッチオンで電動機の回転自由等の故障状態で
はなおさら操舵不能は生じない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は電気式動力舵取
装置の概念的な側面図、第２図は伝導装置の拡大縦断面
図、第３図は第２図のＩＩＩ−ＩＩＩ線における拡大横
断面図、第４図は第２図のＩＶ−ＩＶ線における拡大横
断面図、第５図は第２図の■−ｖ線における拡大横断面
図、第６図は「Ｅ気回路のブ０７り線図、第７図は伝導
装置の設置個所のことなる他の実施例を示す電気動力舵
取装置の要部の概念的な側面図である。 符号の説明 １ニステアリングギヤ組立　２：伝導装置　３：電動機
　４：トルクケーブル　８ニステアリングコラム組立　
９：ステアリングホイール１ｏ：人力軸　１１：出力軸
　］］２：トーンヨンバー１７．２゜、４１．４５：遊
星歯車　２１．４２．４６：サンギヤ　２２．２３．４
０．４７：リングギヤ　２４：ピン　２５ニスブール　
２６．２７．２９．５ｏ：玉軸受　；３ｏ：ハウジング
−’：ｎ　：カバー　３４：切欠き　３５：ばね　３６
：ハンドルトルク検出装置　４３：キャリヤ　４８：減
速歯車４９：小歯車　５２：凹部　５３：ソレノイド　
５４：ピン　５５：ばね　７ｏ：電動機制御回路　７１
：電源７２：手動電源スィッチ　７３：自動電源スイッ
チ７４：駆動回路を含む電動機　７５：タイマースイッ
チ　７６：ソレノイド駆動スイッチ　７７：接点　７８
：電動機入力検出装置　７９：クラノチ制御回路８０：
電源制御回路　８】：情報入力装置　８２：クラッチ入
力検出装置　８４：減速入力軸 特許出願人　　日本精工株式会社 第１図 ｑ 第２図 １１） 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ステアリングハンドルに加えられる操舵トルクを操向
   車輪に伝えるステアリングギアを含む機械的操舵系と、
   人力による操舵トルクの方向および大きさを検出するハ
   ンドルトルク検出装置と、機械的操舵系に操舵トルクを
   供給する電動機と、電動機への入力を検出する電動機入
   力検出装置と、ハンドルトルク検出装置の信号に基いて
   電動機の駆動を制御する電動機制御回路と、電動機の回
   転を機械的操舵系に伝達・遮断する電動クラッチと、電
   動クラッチへの入力を検出するクラッチ人力検出装置と
   、ノ・ンドルトルク検出装置および電動機人力検出装置
   からの信号に基き電動クラッチを駆動するクラッチ制御
   回路と、ハンドルトルク検出装置、電動機人力検出装置
   およびクラッチ人力検出装置からの信号により電動機お
   よび電動クラッチに通ずる電源からの電路中に設けられ
   た自動電源スィッチを操作する電源制御回路を有し、電
   動機制御回路、クラッチ制御回路および電源制御回路を
   自動電源スィッチと電源の間で並列に電源に接続した電
   気式動力舵取装置。 ２、ステアリングハンドルに加えられる操舵トルクを操
   向車輪に伝えるステアリングギヤを含む機械的操舵系と
   、人力による操舵トルクの方向および大きさを検出する
   ハンドルトルク検出装置と、機械的操舵系に操舵トルク
   を供給する電動機と、電動機への人力を検出する電動機
   入力検出装置と、ハンドルトルク検出装置の信号に基い
   て電動機の駆動を制御する電動機制御回路と、電動機の
   回転を機械的操舵系に伝達・遮断する電動クラッチと、
   電動クラッチへの入力を検出するクラッチ入力検出装置
   と、ハンドルトルク検出装置および電動機人力検出装置
   からの信号に基き電動クラッチを駆動するクラッチ制御
   回路と、ノ・ンドルトルク検出装置、電動機人力検出装
   置およびクラッチ入力検出装置からの信号により電動機
   および電動クラッチに通ずる電源からの電路中に設けら
   れた警報装置を操作する電源制御回路と、警報装置と電
   源との間に設けら力、た手動電源スィッチを有し、電動
   機制御回路、クラッチ制御回路および電源制御回路を警
   報装置と手動電源スィッチの間で並列に電源に接続した
   電気式動力舵取装置。 ３前記電源制御回路および電動機制御回路に情報入力装
   置からの信号を人力させたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の電気式動力舵取装置。 ４、前記情報人力装置を車速センサーとしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の電気式動力舵取装置
   。 ５、前記電動クラッチは機械的操舵系内に設けた遊星歯
   車装置のリングギヤ外周面に設けた斜面を布状態にする
   接点をビンが押している構造としたとどな特徴とする特
   許請求の範囲第１項件たけ第２項記載の電気式動力舵取
   装置。