JPS63251368A - 電動式パワ−ステアリング - 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、運転者に要求されるステアリング操作力を軽
減するところのパワーステアリング、特に電動式パワー
ステアリングに関するものである。

［従来の技術］ バス、大型トラック等の大型自動車では前輪の接地抵抗
が増大し、ステアリングホイールの操作力も大きくなり
、敏速なステアリング操作ができなくなる虞れがある。

この為、大型自動車に於いてはパワーステアリングが不
可欠である。パワーステアリングはステアリングホイー
ルから前輪に到るステアリング装置の途中に倍力装置を
設け、この倍力装置によりステアリングホイールの操作
力を軽減するものである。

パワーステアリングとしては油圧式と電動式とがあるが
、油圧式のパワーステアリングか殆んどである。電動式
パワーステアリングは近年乗用車等の小型車に実用化さ
れる例もあるが、大型自動車に対しては実用化の段階に
到っていない。

油圧式パワーステアリングは油圧ポンプをエンジンで駆
動しているためハンドル操作に関係なく常時ポンプはエ
ンジンにより駆動されていることになり且つハンドルの
操作力を余り要しない高速走行時高回転のエンジンによ
りポンプは高回転で駆動されており、動力のロスか太き
い。一方据切り又はこれに近い低速での操舵にはハンド
ルの操作力が大きくなるためにこれを軽減するためには
車か走行に要するエンジン回転数以上にパワーステアリ
ングポンプについてはエンジンの回転を高める要がある
。又、装置としては油圧ポンプ、制御バルブ、油圧シリ
ンダ、更にこれらを接続する為の油圧配管等装置が複雑
であり、取付は配管処理も面倒である。

又、圧力流体を取扱うということからシールについても
配慮しなければならない。

これに対し、動力源として電動モータを用いた電動式パ
ワーステアリングでは柔軟な電気配線により、給電する
たけて容易に動力が得られ且車速に対応させステアリン
グ操作力を変更する等の各種制御も行い易いという利点
がある。

電動ステアリングについての概略を第４図により説明す
る。

ステアリングホイール１に与えられる操作力はステアリ
ングシャフト２を介してステアリングギア３に伝達され
る。ステアリングギア３はステアリングシャフト２に嵌
着したウオーム４と該ウオーム４に噛合するウオームホ
イール５から成り、ウオームホイール５の回転軸にはピ
ットマンアーム６が固着されている。ピットマンアーム
６はドラッグリンク７を介して前輪８と共に回動するナ
ックルアーム９に連結されている。

従って、ステアリングホイール１を回転させればステア
リングギア３を介してピットマンアーム６が揺動し、ド
ラッグリンク７、ナックルアーム９等を介して前輪８が
その方向を変える。

ここで前記ウオームホイール５には電動モータ１０の出
力軸１１に設けたビニオンギア１２が噛合しており、電
動モータ１０によってもウオームホイール５を回転させ
得る様になっている。前記ステアリングシャフト２の途
中にはトルクセンサＩ３が設けられ、運転者によって与
えられる操作力を検知し得る様になっており、トルクセ
ンサ１３の検出信号はコントローラ１４へ入力される様
になっており、コントローラ（４はステアリングホイー
ル１の操作かあった場合にその操作力か所定の値になる
様バッテリ１５からの電力を給電し電動モータ１０を駆
動しステアリング操作力を補充する。

このことにより、運転者は実際に必要とされる操作力よ
り小さい力でステアリング操作を行うことができる。

以上電動式パワーステアリングの概略を説明した。この
他電動式パワーステアリングの先行技術として種々存在
するが、その例を挙げれば特開昭５９−５０８６４号、
特開昭［１ｉ０−５３４６３号等がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記した様に電動式パワーステアリングは、取扱い、制
御が容易であるにも拘らず大型自動車に実用化された例
は見当らない。これは、電動モータにより必要とされる
ステアリング補助力を出そうとすると大出力を要求され
、電動モータ駆動に大電流が消費されるからである。即
ち、乗用車等で具体化された電動式パワーステアリング
を大型自動車に適用した場合の電流値、出力値を概算す
れば２４Ｖ　、２５ＯＡ、　６ＫＷと殆んど実現の見込
のないものとなる。

本発明は上記実情に鑑み、大型自動車にも採用可能な電
動式パワーステアリングを提供しようとするものである
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はステアリングシャフト途中に設けた電動式パワ
ーユニットと、該電動式パワーユニットに連結される倍
力ユニットと、ステアリング反力を検出するセンサとを
備え電動式パワーユニットと倍力ユニットによってステ
アリングホイールに与えられる操作力を倍力して前輪に
伝達する様構成したことを特徴とするものである。

［作　　　用］ 倍力ユニットは人力されるステアリング操作力を倍力し
、電動式パワーユニットはステアリング操作反力に応じ
て補助操作力を加算する。

［実　施　例］ 以下図面を参照しつつ本発明の１実施例を説明する。

尚、第１図中第４図中で示したものと同一のものには同
符号を付しである。

ステアリングシャフト２は上部シャフト１６と中空の下
部シャフト１７に分れ、上部シャフト１６は下部シャフ
ト１７に回転自在に嵌入してあり、下部シャフト１７は
ステアリングコラム１８に回転自在に支持されている。

上部シャフト１６と下部シャフト１７との間には後述す
るトルクセンサ１３を設けてあり、下部シャフト１７と
コラム１８との間には電動式パワーユニット１９を設け
る。

トルクセンサ１３を説明すると、上部シャフト１６に第
２図にも示される接触子２０を突出させたカム２１を嵌
着し、下部シャフト１７には凹字状の圧電素子保持金具
２２を固着する。前記接触子２０を保持金具２２の凹部
に人込み、接触子２０を挟持する如く圧電素子２３Ｒ、
２３ｃを保持金具２２に取付ける。又、保持金具２２と
接触子２０との間には圧電素子２３Ｒ、２３Ｌの保護と
圧電素子２３Ｒ、２３Ｌに所要の圧縮力が作用する様ス
プリング２４を設ける。

下部シャフト１７のコラム１８より露出した部分に被駆
動ギア２５を嵌着し、コラム１８には電動モータ２６を
取付け、電動モータ２６の出力軸に嵌着した駆動ギア２
７を被駆動ギア２５に噛合せしめて構成する。

２８は空圧式パワーユニットであり、該パワーユニット
２８の入力軸２９と下部シャフト１７の下端とをユニバ
ーサルジヨイント３０を介して連結する。空圧式パワー
ユニット２８の出力軸３１には前記したピットマンアー
ム６を固着する。該空圧式パワーユニット２８はコント
ロールバルブ３２とパワーシリンダ３３によって構成さ
れ、入力軸２９の回転によりコントロールバルブ３２の
弁体（図示せず）が変位し、該弁体の変位量に応じて空
圧タンク３４内の圧縮空気がパワーシリンダ３３内に送
給されピストン３６が駆動される。ピストン３６の動き
はラックピニオン方式でセクタギア３７に伝達され、セ
クタギア３７の回転変位が前記出力軸３１によって取り
出される様になっている。

空圧タンク３４にはエンジン動力によって駆動されるコ
ンプレッサ３５が接続され、コンプレッサ３５は圧力セ
ンサ５０によって検出される圧力が所定の範囲内に入る
様空圧タンク３４に圧縮空気を送給する。

コントローラ１４には前記トルクセンサ１３からの信号
、車速センサからの信号が入力され、該コントローラ１
４は両センサからの信号に基づいて倍力値を演算して電
動モータを駆動する。

次に、第３図に於いてコントローラ１４について概略を
説明する。

第３図中コントローラ１４は２点鎖線で囲って示しであ
る。

圧電素子２３Ｒ，２３Ｌからの信号は増幅器３８゜３９
、Ａ／Ｄ変換器４０．４１によってそれぞれ信号処理さ
れ、スイッチング回路４２を介し比較増幅器４３へ入力
する様にすると共に方向判別器４４にも入力する。車速
センサ４５から入力される信号は波形整形器４６を経て
増幅器４７へ入力される。

増幅器４７には車速に応じた増幅条件が設定入力されて
おり、該条件に従って増幅された信号は前記比較増幅器
４３へ入力される。比較増幅器４３からの出力はＤ／Ａ
変換器４８でアナログ信号に変換され、駆動回路４９は
該信号を増幅して電動モータ２６を駆動する。

前記方向判別器４４は圧電素子２３Ｒ，２３Ｌからの信
号によりステアリングホイールの回転方向を判別し、ス
イッチング回路４２へ切換信号を発すると共に駆動回路
４９は正逆切換の指令信号を入力する。

空圧タンク３４に設けられた圧力センサ５０から入力さ
れる信号は、比較増幅器５１によって圧縮空気圧力が上
限、下限内にあるか否かを判断し、判断結果を増幅駆動
回路５２へ出力する。該駆動回路５２は比較増幅器５１
からの信号がある時にはコンプレッサ３５を駆動させる
べくクラッチを０Ｎ−ＯＦＦさせる。

以下作動を説明する。

運転者が例えは右方向にステアリングホイール　１〇　
− ル１を操舵すると、ステアリングホイールｌに固着した
上部シャフト１６が回転し、その回転力はカム２１、圧
電素子２３Ｒ１スプリング２４、保持金具２２を介して
下部シャフト１７へ伝達される。

下部シャフト１７はコントロールバルブ３２を介してパ
ワーシリンダ３３を駆動せしめ、ピットマンアーム６、
ドラッグリンク７等を介して前輪８を方向変化させる。

上記一連の過程で運転者のステアリング操作力は空圧式
パワーユニット２８により倍力されて前輪に伝達される
。ここで、前記した様にステアリングホイールｌの操作
力の１部は圧電素子２３Ｒを介して伝達される為圧電素
子２３Ｒより操作力に対応した電圧信号か発せられる。

圧電素子２３Ｒの信号は増幅器３８、Ａ／Ｄ変換器４０
で処理される。Ａ／Ｄ変換器４０からの信号によりスイ
ッチング回路４２は図示の状態、及び電動モータ２６を
例えば順方向へ駆動する様駆動回路４９の状態を切換え
る。従って、圧電素子２３Ｒからの信号はスイッチング
回路４２を経て比較増幅器４３に入力され、該比較増幅
器４３には増幅器４７からの信号か入力されている。該
増幅器４７は車速センサ４５からの入力に基づき、その
時々の車に最適なステアリング操作力を演算して比較増
幅器４３へ入力するものである。比較増幅器４３では、
増幅器４７から人力される最適なステアリング操作力に
対し圧電素子２３Ｒで検出される実際の操作力がどれた
け大きいかを比較し、その偏差を増幅して出力する。こ
の偏差出力はＤ／Ａ変換器４８でＤ／Ａ変換され、駆動
回路４９ではこの信号に基づき偏差が零となる様電動モ
ータ２６を駆動する。電動モータ２６の回転力は駆動ギ
ア２７、被駆動ギア２５を介して下部シャフト１７に伝
達される。

面して、前記空圧式パワーユニット２８の倍力作用に電
動モータ２６の回転力が加算され、ステアリング操作力
は常に最適な状態に保持される。

ステアリングホイール１が左方向に操舵された場合は圧
電素子２３Ｌか左方向の操作力を検知する。圧電素子２
３シからの信号でスイッチング＝　１２− 回路４２が切換わると共に駆動回路４９は電動モータ２
６を逆方向に駆動する様切換えられる。

その他の作用については前述したと同様であるので省略
する。

尚、空圧式パワーユニット２８の倍力作用に伴い空圧タ
ンク３４の圧縮空気が消費されるが、タンク内の圧縮空
気圧力は圧力センサ５０によって検出されており、圧力
の低下が許容範囲を越えると比較増幅器５１によって判
断され、駆動回路５２はコンプレッサ３５を駆動する。

尚、操作力の検出を圧電素子によったが、ステアリング
反力を検出し得るものであれば何でもよい。更にステア
リング反力の検出はパワーシリンダの圧力を検出するこ
とによっても可能である。この場合ステアリングシャフ
トを上下に分割し相互に回転自在とする必要はない。

更に、接地抵抗があまり大きくない場合では空圧式パワ
ーユニットに代えステアリングギア等の機械式倍力ユニ
ットとしてもよいことは勿論である。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、下記の優れた効果を発
揮する。

（１）空圧式パワーユニットと電動式パワーユニットと
を組合わせたパワーステアリング装置としであるので、
電動式パワーユニットを大容量とすることなく大型自動
車への適用が可能となる。

（Ｕ）　　空圧式パワーユニットの動力源である圧縮空
気も、電動式パワーユニットの動力源である電力も共に
蓄積が可能であり省エネルギー化が図れて経済的である
。

０　電動式パワーユニットは走行状態に応じてその出力
を変更する等の各種制御が容易で、パワーステアリング
特性設定に於いて自由度が拡大し、操縦性能の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す概略説明図、第２図は
第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図は該実施例に用いられる
コントローラのブロック図、第４図は従来例の説明図で
ある。 ２はステアリングシャフト、３はステアリングギア、１
９は電動パワーユニット、２８は空圧式パワーユニット
を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）ステアリングシャフト途中に設けた電動式パワーユ
   ニットと、該電動式パワーユニットに連結される倍力ユ
   ニットと、ステアリング反力を検出するセンサとを備え
   電動式パワーユニットと倍力ユニットによってステアリ
   ングホイールに与えられる操作力を倍力して前輪に伝達
   する様構成したことを特徴とする電動式パワーステアリ
   ング。