JP2951376B2

JP2951376B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2951376B2
Application number: JP20272190A
Authority: JP
Inventors: 克邦加太; 譲治大塚
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1999-09-20
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JPH0487881A

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201
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217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2
19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った。

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
構がないために、運転車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）この発明は、操舵ハンドル側に連結された入力側に、
継手を介して出力軸を連結するとともに、上記出力軸に
パワーアシスト力を作用させる駆動モータを連係する一
方、上記入力軸および出力軸の外周に回転自在に設けた
サンギヤと、サンギヤの外周に設けるとともにこのサン
ギヤと同じギヤ中心のリングギヤと、これらサンギヤと
リングギヤとの間に設けるとともに、これら両ギヤに噛
み合い、かつ、このピンを上記入力軸側に連結した複数
個のプラネットギヤとからなる第１遊星ギヤ群と、上記
サンギヤの外周に設けるとともに、このサンギヤと同じ
ギヤ中心のリングギヤと、これらサンギヤとリングギヤ
との間に設けるとともに、これら両ギヤに噛み合い、か
つ、このピンを上記出力軸側に連結した複数個のプラネ
ットギヤとからなる第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るとともに、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、リングギヤの回
転量から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の出力を制御するコ
ントローラとを備えた電動パワーステアリング装置を前
提とする。

上記装置を前提にしつつ、この発明は、上記第２遊星
ギヤ群のリングギヤに、このリングギヤを回転させる補
正手段を連係し、この補正手段によって第２遊星ギヤ群
のリングギヤを回転させることにより、上記第１遊星ギ
ヤ群のリングギヤに補正用の回転力を付与する構成にし
たことを特徴とする。

（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ルードバ
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、入力軸を介してそ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、複数本のピン11aが環状に配置され
ていて、これらピン11aには、複数個のプラネットギヤ1
3a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ｂ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19
が配置されている。すなわち、第２図にも示すように、
リングギヤ17aの外周には作動ピン21が固定されてい
て、この作動ピン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27、29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、作動ピン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のポテンショ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37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
37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、作動ピン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側にも伝達さ
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、作動ピン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
点では作動ピン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、作動ピン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により僅か
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。

まず、リングギヤ17bの外周には、ウォームギヤ43が
噛合しており、このウォームギヤ43には、補正用モータ
45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
47が設置されていて、このヨーレイト検知器47からの検
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）S51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補正用モータ45に出力され
る。それによって、補正用モータ45が回転し、ウォーム
ギヤ43を回転させる。

上記ウォームギヤ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、複数個のプ
ラネットギヤｂ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13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、補正用モータ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でき
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収まるために、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ま
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、補正実施
例には入力軸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
わっているので、ポート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ｂ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図の参照して、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実施例におけるウォームギヤ43の代わりに、ラ
ックギヤ73を使用し、補正用モータ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83によ
って増幅されて補正手段41の補正用モータ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から調整信号が出力され、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
17b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が接地され
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が設地されている。

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の補正用モー
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が設地されてい
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の補
正用モータ45に出力される。

それによって、低速走行実施例には、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10
1、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109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41
の補正用モータ45に出力される。それによって、第11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の補正用モータ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、種々のが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
するようにしたので、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II−II断面図、第３図は第１図のIII
−III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実施例によるクラッチの構成図、
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13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、13a,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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−11965（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−41670（ＪＰ，Ａ) 特開平２−310174（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−74190（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−9974（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 5/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵ハンドル側に連結された入力側に、継
手を介して出力軸を連結するとともに、上記出力軸にパ
ワーアシスト力を作用させる駆動モータを連係する一
方、上記入力軸および出力軸の外周に回転自在に設けた
サンギヤと、サンギヤの外周に設けるとともにこのサン
ギヤと同じギヤ中心のリングギヤと、これらサンギヤと
リングギヤとの間に設けるとともに、これら両ギヤに噛
み合い、かつ、このピンを上記入力軸側に連結した複数
個のプラネットギヤとからなる第１遊星ギヤ群と、上記
サンギヤの外周に設けるとともに、このサンギヤと同じ
ギヤ中心のリングギヤと、これらサンギヤとリングギヤ
との間に設けるとともに、これら両方ギヤに噛み合い、
かつ、そのピンを上記出力軸側に連結した複数個のプラ
ネットギヤとからなる第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るとともに、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、リングギヤの
回転量から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の出力を制御する
コントローラとを備えた電動パワーステアリング装置に
おいて、上記第２遊星ギヤ群のリングギヤに、このリン
グギヤを回転させる補正手段を連係し、この補正手段に
よって第２遊星ギヤ群のリングギヤを回転させることに
より、上記第１遊星ギヤ群のリングギヤに補正用の回転
力を付与する構成にしたことを特徴とする電動パワース
テアリング装置。