JPH0285070A - 車両用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） 本発明は車両、特に被ステアリングホイールが１個以上
の油圧アクチュエータによって回転せしめられ、かつ農
業又は土木工事のような不斉地で主に使用されるパワー
ステアリング装置に関する。

（従来の技術） 従来のパワーステアリング装置は、車両の運転室に進入
しているホースおよび／″またはリンク機構のような油
圧装置を有している。また他の従来装置においては、直
進運転を行なうために運転者がゆっくりステアリングホ
イールを回転し続けることを必要とするドリフトを呈す
る。

（発明が解決しようとする課題） このため大型の不斉地用車両および他の車両においてパ
ワーステアリング装置に機械的リンク機構や油圧装置を
用いずに、ステアリングホイールを適切に回転可能にす
る必要が求められている。

これには、トルクデマンド信号がねじりばねのたわみを
測定する電気機械式トルクセン丈によｆｉ）ルクデマン
ド信号を発生させ、始動に際してステアリングホイール
と被ステアリングホイールとの間に両ホイールのいずれ
かの初期補正を必要とすることなく同期させ、作動時に
被ステアリングホイールの方向はステアリングホイール
の位置に関してドリフトしないようにしなければならな
い。

このような事情に鑑みて、本発明は機械的リンク機構を
備えない構成でトルクデマンドに適切に応答できるより
にした車両用パワーステアリング装置を提供することを
目的としている。

（ｉＪ題を解決するための手段・作用および効果）上記
目的を達成するため本発明は請求項１〜１０の構成を有
する。

本発明ではシステムの一次ステアリング装置が故障した
場合に、同一のステアリングホイールによって制御可能
で、かつ一次ステアリング装置と共通の構成要素（ＤＣ
Ｍ、　ＨＰ等）を有する第二次ステアリング装置に自動
的に切シ換わることができる。

本発明の装置は電気ケーブルのみが運転者の運転室に進
入することを許すもので、言わば「ステアリング　バイ
　ワイヤ」システムト呼ぶことができる。

このシステムは次のアプローチ、すなわち、＜ａ＞ステ
アリングホイールの速度に基づく被ステアリングホイー
ルの開ループ制御、（ｂ）ステアリングホイールからの
被ステアリングホイールの直接位置制御、および（Ｃ）
被ステアリングホイールにおけるトルクがオペレータに
よってステアリングホイールに印加されるトルクのよシ
強力なコピーであるトルク・デマンド制御の諸アプロー
チが実行可能である。

この発明は、上記の（Ｃ）タイプのトルク・デマンド制
御システムに本質的に属するもので、現在の動力ステア
リングシステムが運転者に対して意識する方法に最も近
い意識の利点を有している。この発明は、上記の主たる
トルク・デマンド・システムが故障した場合に使用され
る上記（ａ）タイプの開ループ二次システムをも包含し
ている。

本発明によれば運転室内にホース又は他の油圧構成品を
全く必要とすることがなく、ねじ９ばねおよび電気機械
式トルクセンブを利用してトルク・デマンド信号を生じ
させることができる。

また、車両のステアリングホイール（または他の制御装
置）と被ステアリングホイールとの間により少な込ドリ
フトを生じさせるとともに、被ステアリングホイールも
ステアリングホイールも最初動かなｈようにし、操作の
スタートアップ時には常に正しい同期をとることができ
る。

さらに本発明では被ステアリングホイールでのストップ
の影響によって生じるもの以外にステアリングホイール
の回転を制限するものがないＯとである。このような作
用に基づき、本発明はパワーステアリングの動作におい
てハンドル回転を平滑にかつ安全に操作することができ
る。

（実施例） 一次ステアリングシステム 普通の無障害条件下で使用されるこの一次ステアリング
システムは、２つの主フイードバツク制御ループ、すな
わち、内側ループおよび外側ループを有している。簡単
に言えば、この内側ループは、被ステアリングホイール
８ＤＷの位置がステアリングホイール５ＧＷＯ下にある
七−タ・シャフトＭＳの角位置によって表わされる位置
コントローラを形成している。外側ループは、トルク・
デマンド・ステアリングコントローラを形成している。

このループは、被ステアリングホイールに対する増幅ト
ルクを制御するためにトルク・センサＴＱ８を使用して
いる。一次システムのこれら２つのフィードバック・ル
ープはオーバラップしている。すなわち、モータ・シャ
フトＭＳ、モータＤＣＭおよび他の構成品が両者によっ
て共通に使用されてｂる。

一次システムの内側ループ 内側ループ、すなわち電気的サーボは、運転室内のねじ
ればねＴＬＳに接続されているリピータ・シャフト　Ｒ
８を角度的に位置決めすることによって被ステアリング
ホイールＳＤＷの絶対位置をリピートする。

位置センサＳＰＳおよびＰＰ、　、並びにこれらの位置
センサを使用するための諸回路は、従来技術において市
場で入手可能である。電気パルスがセンサのロータの回
転により発生され、このロータがある小角度だけ回転す
るごとに１個のパルスが出力される。回転の方向は第６
図に示すように、正パルスに対して位相が９０゛ずれた
直角位相関係となるオフセット位相関係の付７１Ｏハル
スを供給することによって判断される。

１つの正パルスおよび１つの直角位相０喚パルスが、１
組のパルスを構成している。正パルスに対する直角位相
ユ負パルスの位相すなわちタイミングが、前記方向を指
示して（へる。左回転を表わしているセンサＰＰＳから
の数組のパルスはディジタル・カウンタＵＤＣを増分し
、また右回転方向のＰＰＳからの数組のパルスはこのカ
ウンタＵＤＣを減分する。これに対して、センサＳＰＳ
からの左回転パルスの組はカウンタＵＤＣを減分し、８
ＰＳからの右回転パルスの組はこのカクンタＵＤＣｔ−
増分する。

論理回路ＰＬＰ　（第５囚）の機能は、この回路が受信
する２つの増分入力信号（すなわち、端子ＤＰにおける
正信号および端子ＱＰにおける直角位相争負信号）を変
換することである。こよの論理回路ＰＬＰけ、アップダ
ウン・カウンタ・モジュール（ＵＤＣ）によって必要と
される上記２つの信号をパルス増分信号（端子５のＵＰ
）およびパルス減分信号（端子６のＤＮ）に変換する。

この論理回路は、機械的システムが位置センサの論理遷
移位置に関して振動するようなことがあっても偽の複合
カウントを無視してこの機能を実施する。

回ｗ！ＩＰＬＰの論理は、単に組合せ論理ではなく順序
論理である。第６図のタイミング図はセンサＰＰＳによ
って出力された左回転信号を示しているが、これらの信
号はＵＤＣのＤＮ端子８の論理状態１百号を不変に維持
する傍らＵＰ端子９に“増分°パルス列を発生するだめ
ＰＬＰによって変換される。これはＵＰ端子９またはＤ
Ｎ端子８の１または０のいずれの初期条件に対しても真
である。

ｊ！接（ＤＦ’）端子のみにまたは直角位相（ＱＰ）端
子のみに雑多の信号遷移を発生する機械的振動は、直接
端子および直角位相端子の両者の順序的遷移がＵＰまた
はＤＮカウント端子９，８に状態変化を生じることを要
するので、Ｕｌ）または　端子に両状態変化を生じなか
。

第５図を参照すると、セン丈ＰＰＳからの正の直接信号
および直角位相信号は回路ＰＬＰの端子ＤＰおよびＱＰ
にそれぞれ入力される。回路ＰＬＰは、ＵＦＦおよびＤ
ＦＦ１ａ呼ばれる２つのＤフＩＪ−ｌプフロップ、並び
にＵ１２ＤおよびＵｌ　２Ｃと呼ばれる２つの排他的（
Ｊｌ−ｔゲートを包含している。端子ＤＰｉｌｌＬ％Ｕ
ＦＦ’の端子２およびゲー）Ｕ１２Ｃの一方の入力端子
に接続されている。端子ＱＰは、ｌ）　Ｆ　Ｆの端子１
２およびゲートＵ１２Ｄの一方の入力端子に接続されて
ｈる。

ＯＦＦの出力端子５は、Ｕｌ　２Ｄの他方の入力に接続
されている。ＤＦＦの出力端子６は、Ｕ１２Ｃの他方の
入力にｉｆされてｂる。Ｕｌ　２Ｄの出力は、ＵＩ’Ｆ
のクロック端子ＣＫ３に接続されている。ｔＪ１２ｃの
出力は、Ｄ　Ｆ　Ｆのクロック端子ＣＫ４に接続されて
いる。出力端子５は、アップダウン・カウンタＵＤＣの
アップカウント入力端子９にも接続されている。出力端
子６は、ＵＤＣのダウンカウント端子８にも接続されて
いる。

ＵＦＦＫ使用されている周知のタイプのフリップフロッ
グの動作特性は、次のとおりである。

クロック端子ＣＫ３の信号がハイ（論理１）Ｋなると、
端子２の論理状態がサンプルされかつ端子５に反復され
る。端子２のサンプリングは、クロック端子ＣＫ３の各
々の新ハイ信号の前縁において発生する。たとえば、ク
ロックがハイになるとき端子２がハイを有していれは、
５はハイになる。その後、５はクロック端子の次の新ハ
イの少なくとも前縁まで前記ハイを保持し、この時点で
２のデータが再びサンプルされて新しい値が、この値が
ハイまたはロー（論理・０）であることに拘らず、端子
５に反復される。フリップフロップＤＦＦも同じ方法で
作動する。

第５図の端子ＤＰおよびＱＰの信号が、第６図に図説さ
れている。被ステアリングホイールの左方回転は、下記
のタイム・シーケンスでパルス遷移を生じる。

ｔｏ、［接信号がローになる：ｔ１、直角位相信号がロ
ーにある；ｔ２、直接信号がハイになる；ｔ５、直角位
相信号がハイになる；ｔ４、直接信号がローになる；ｔ
５、直角位相信号がローになる；ｔ６、直接信号がハイ
になる；ｔｌ、直角位相信号がハイになる。

これと反対に、右方回転は次の結果を生じる。

直漆信号がハイになる；直角位相信号がローになる；直
接信号がローになる：直角位相信号がハイになる；直接
信号がハイになる；直角位相信号がローになる；直接信
号がローになる；直角位相信号がハイになる。

種々の端子における論理状態が、ｔｏの＠後で１１の前
の時点においてスタートし、かつ両端子５および端子６
において論理０の初期条件で、第１表に示されている。

この表の行は諸趨子を表わしく第５図参照）、列は時限
であり（第６図参照）、全体が対応端子および時限にお
ける論理状態である。

第　　１　　表 ｔｏ−１１ｔｌ−１２ｔ２−ｔ５　ｔ５−ｔ４　ｔ４−
１５　ｔ５−１６　ｔ６−１７ＤＰ　　　　ロー　　ロ
ー　　ハイ　　ハイ　　ロー　　ロー　　ハイＷ−ハイ
　　　ロー　　ロー　　ハイ　　ハイ　　　ロー　　ロ
ーＣＫ５　　　ハイ　　　ロー　　ロー　ノイ、ロー　
ロー　　ノイ、ロー　ローＣＫ４　　　ロー　　ロー　
　ハイ　　ハイ　　ロー　　ロー　　ハイ５　　　　ロ
ー　　ロー　　ロー　　ハイ　　ハイ　　　ロー　　ロ
ー６　　　　ロー　　ロー　　ロー　　ロー　　ロー　
　ロー　　ローＵＦＦの回路の作動は、端子ＤＰおよび
ＱＰの入力信号、並びに端子５およびＣＮ３の結果信号
・を力感することによって理解されるであろう。

第６図および第１表は、説明についてゆくために有用で
ある。

ｔＯ−ｔｌ。時限ｔｏ−ｔ１におｈて、端子５の信号は
０（ロー）の仮定初期条件にある。第６因に示されてい
るように、端子Ｄｒはロー信号を有しそしてＱＰは１（
ハイ）信号を有している。

ｔｌ−ｔ２゜時点ｔ１におりて、ＱＰはローになる。こ
の時限においてＤＰおよび端子５も、上記の表に示され
ているように、ローである。

クロック端子ＣＫ５の信号は、排他的ＯＲゲー）Ｕ１２
Ｄを通して端子ＱＰおよび５の信号によって制御される
。ＣＫＳは、このためローになる。

ｔ２−ｔｓ。時点ｔ２において、ＤＰはハイに変化する
。ＣＫＩ信号が依然としてローであるノテ、クロック信
号パルスはＵＦＦに全熱印加されない。５は、ｔ２−ｔ
ｓの間、ローのままである。

ｔｓ−１４゜時点ｔ５において、ＱＰはハイに変化する
。ゲー）Ｕ１２Ｄは、ＤＰに関して立上がるハイがＵ　
Ｆ　Ｆにクロックされると、ハイをＣＫＳ５　Ｋ提供す
る。ＵＦ）’は、端子５の信号をハイに変化させる。両
ＱＰおよび５のハイによって、ＣＫ５信号はｔｓの直後
にローに変化せしめられ、短い上方に向かうパルスがＣ
ＫＳに発生する。ＵＦＦは、端子５のハイを維持する。

ｔ４−１５゜時点ｔ４におりて、ＤＰはローに変化する
０両５およびＱＰがハイであるので。

ＣＫＳはローのままである。新しいクロック・パルスが
存在しない場合は、端子５はハイの状態を保持する。

ｔｓ−ｔ６゜時点ｔ５におｈて、ＱＰはローに変化する
。５が依然としてハイであるので、ＣＫＳはハイを受信
する。これは、ローであるＤＰ　４子のデータをｔＪＦ
Ｆ’にクロックする。

ＯＦＦは、その端子５にローを生じる。　ＱＰにおいて
もローであることによシ、ＣＫＳはｔｓの直後にローに
なシ、短い上方に向かうパルスがＣＫＳ　Ｋ発生してい
る。

ｔ６−１７゜時点ｔ６において、ＤＰはハイになる。両
ＱＰおよび５がローのままであるので、クロック・パル
スはＣＫＳに全熱発生しない。

端子５は、ローの１まである。

時点ｔ３〜ｔ７の間に、端子５はローが後続するハイ、
すなわち、立上がりパルスを有する。

端子５がコントローラ・チップＵＤＣの入力に接続され
ているので、そのパルスはカウンタＵＤＣによってカウ
ントされる。　ＵＤＣのカウントは増分される。

端子６の出力は、上記のタイム・シーケンスの全期間を
通して、ローのままである。立上がυエツジが時点ｔ２
でＣＫ４に発生するものの、（ＱＰからの）端子１２の
データはこの時点でローであるので、端子６はローのま
まである。時点ｔ５において、端子１２がハイを有して
いる場合、ＣＫ４は既にハイであったしまたハイの状態
を保持するので、立上がシクロツク・エツジを生じない
。ｔ６において、ＣＫａが再びハイになると、端子１２
のデータはローであり、このため端子６はローに留まる
。したがって、連続的ロー信号が左回転のｔ−にＵＤＣ
のＤＮ端子８に印カロされる。ＵＤＣの内容を減分する
カウントは全く発生しない。

右方回転の間は、このカウンタは上記の増分時と同様の
要領で減分される。増分論理と減分論理とは対称的であ
るので、右回転に関してはＵＦＦおよびＤＦＦの信号状
態と、Ｕｉ　２Ｄ　　およびＵ１２Ｃの信号状態とは、
左回転に関して説明した信号状態と逆である。ＰＰＳか
らの右回転信号はＤＦＦの端子６にパルス列を生成し、
このパルス列はＵＤＣｏＤＮ端子８に接続され、また前
記右回転信号はＵ　Ｐ　Ｆの端子５の論理信号を不変状
態に維持する。右回転の間は、端子ＤＰの信号の立上が
りエツジに続く端子ＱＰの後続発生信号遷移は、（左回
転の場合のように立上がりエツジではなく）立下がりエ
ツジである。右回転の間に発生する直角位相信号は左回
転の間に発生する前記信号と１８０＠異なっているが、
２つの場合の基準位相は直接信号の位相である。

回路における振動現象をなくすことは、例示によって最
もよく説明することができる。この実施例における位置
セン丈ＰＰ８　（および５Ｐ８）は、（ステアリングに
応動して）１つの角セクタから次の角セクタに回転する
毎に１つのパルスを生じる回転機械的素子を包含してい
る。この素子が連続角セクタ間の境界を回転的に横切っ
たときに、パルスが発生する。撮動がｔｌの後でｔ２の
前に、たとえば、ＤＰ倍信号１個以上の関係がない偽パ
ルスを（上・下に）生じたとすると、出力端子５および
６の信号の列は影響を受ないであろう。これは５および
ＱＰの両者がローであり、ＣＮ３がゼロのｉまであるの
で真である。すなわち、ＣＮ３にクロック・パルスの立
上がりエツジがない場合は、ＯＦ　Ｆはその出力端子５
の論理状態を変えなめことになる。

その上、６がゼロの状態でＤＰが偽パルスを生じたとき
に、ＣＮ３がパルスを受信したとしても、ＤＦＦの１２
端子がＱＰからのローを有している筈であるので、Ｄ　
Ｂ’　Ｆフリ７プフロツグはゼロ出力状態に留まること
になる。ＣＮ３のクロック・パルスは１２端子から６端
子にゼロで単にクロックすることになシ、このため６に
信号の変化はないことになる。

市場で入手可能なカウント装置ＵＤＣ内のモジ：Ｌ−ル
ＰＬＳは、センサＳＰＳから端子ＤＳにおいて直接信号
および端子ＱＳにおいて直角位相信号を受信する。モジ
エールＰＬＳはこれらの直接信号および直角位相信号を
、カウンタＣＴＲにカウントアツプおよびカウントダウ
ンを行なわしめるためクロック論理回路１０を通してこ
の力９ンタＣＴＲに供給される増分（ＵＰ）パルス信号
および減分（ＤＮ）パルス信号に変換する。撮動問題を
軽減するため、所望の場合、上記のＰＬＰの論理回路は
ＰＬ８にも使用可能である。

５ＭＨｚクロフク発蚤器ＣＬＫ５および簡単な従来技術
のクロック回路１０が設けられていて、パルス組のパル
ス源ＳＰＳおよびＰＰＳの両者から力９ンタＣＴ几に対
してパルスを供給している。

カウンタＵＤＣは、カリフォルニア州、マ９ンテン・ビ
瓢−のガリル・モーシラン蓼コントロール社によって型
式ＧＬ−１２００として市販されてｈる１ステツピング
・サーボ・コントローラ°と呼ばれてｈるディジタル装
置である。

この装置は、２組の信号、たとえば１組のコマンド信号
および１ｍのフィードバック信号に応動してアップカウ
ントおよびダウンカウントを行なうことができるディジ
タル・カウンタｃＴＲを有している。この装置はさらに
、そのパルス幅が変調されている周期的な単極性パルス
を出力するだめのパルス幅変調回路ＰＷＭを包含してい
る。これらの出力パルスは、アナログ・エラー信号とし
て働くことができるように従来方式のフィルタＬＰＦに
よって低域ろ波されている。

カクンタＣＴ凡のカウントは電源の遮断に際してＣＴＢ
、のリセット端゛子におりて１を源センサによってゼロ
にリセットされるので、このカウンタは車両の始動時に
はゼロのカウントを示している。ＣＴＲのカウントは、
このカウンタがゼロにリセットされた以後累算され、（
ａ）ピットマン（Ｐｉｔｍａｎ　）位置センサＰＰＳの
正味位置変化と（ｂ）運転室内のモータ・シャフトＭＳ
におけるシャフト位置センサＳＰＳの正味位置変化との
間の差を表わしている。

必要であれば、速度信号の提供も可能である。

この好適実施例は、位置フィードバックと可調整速度フ
ィードバック（図示せず）との和を使用して、モータＤ
ＣＭに対する′ｗＬｍを制御している。

増分位置センサの使用は、ステアリングホイールおよび
被ステアリングホイールのいずれのホイールの補正動作
を行なうことなく、＊諒をオンにしたときに実在する位
置においてステアリングホイールを被ステアリングホイ
ールに自動的に同期させることを可能ならしめる。ステ
アリングホイールが誤った整置状態にある場合にシステ
ムを作動すると、ステアリングホイールの現在位置は“
ゼロ°すなわち中心位置として採択される。

増分センサはシステムの作動時の被ステアリングホイー
ルとステアリングホイールとの間のすべてのドリフトを
も除去し、かつ内側ループの高ループ利得および高速度
を可能ならしめている。この内側ループは約１０　Ｈｚ
の帯域幅を有し、このため以下に説明する外側ループよ
応動的により高速となる。

第１図に示されているように、モータ・シャフト位置セ
ンサＳＰＳは増分位置タイプの上記のセンナの１つであ
って、シャフトＭＳの回転位置の軌跡を維持するために
モータＤＣＭのモータ・シャフトＭＳに結合されている
。このシャフトが回転する°と、セン−！７″８ＰＳは
電気パルスを生じ、これらのパルスは方向性論理回路を
通してＵＤＣ内のカウンタＣＴＲの入力に導かれる。一
方向の回転を指示するパルスはダウンカウント入力端子
に至シ、また他方の方向の回転を指示するパルスはアツ
プカクント入力に至る。被ステアリングホイールＳＤＷ
の位置を表わしているパルスは、カウンタＵｌ）Ｃの入
力においても受信されかつカクントされる。

アップカタントの数とダウンカウントの数との差が、Ｕ
ＤＣ内の正味カクントである。この差は前記市場入手可
能なカウンタ装置からノくルス幅変調信号として出力さ
れ、この信号は装置ＵＤＣに続く低域フィルタによって
アナログ・エラー信号に変換される。このアナログ信号
は、出力が故障断路器（ｆａｕｌｔ−ｄｉｓｃｏｎｎｅ
ｃｔ　）用リレーを通してモータＤＣＭのアーマチュア
端子に接続されているトランジスタ・モータ駆動回路Ｍ
Ｄで増幅される。モータ、駆動ＭＤからのｔ流は、エラ
ー信号をゼロに減少させるようにモータ・シャフトＭＳ
の位置を補正するべくモータｌ）ＣＭのロータを動かす
。回路Ｍｌ）は、モータＤ　ＣＭのアーマチーアに直列
の抵抗器からの電流フ゛イードバックを包含している。

このフィートノ（ツクの代りに、他のフィードバック技
法を使用することができる。モータ・シャフトＭＳの位
置は被ステアリングホイールの位置のコピーである。

一次システムの外側ループ この外側ループは、ＴＱ８．ＴＤＡ％ＤＲＶ、ＳＶ、Ｈ
Ｐ、ＰＭＡ、８ＤＷ、ＰＰＳ％ＳＡ、ＭＤ、ＤＣＭ、Ｍ
Ｓ。

Ｇ、Ｒ８およびＴＬＳ　（第１図）を具備している。

この信号経路のアナログ信号処理は、システムを安定さ
せている。外側ループの帯域幅およびこれによるレスポ
ンスの速度は、′１ｃ子回路によるよりもむしろ重機械
的・油圧的構成品によって制限される。このループの帯
域幅は、典型的に約５Ｈｚである。

ステアリングホイールＳＧＷは、運転者のステアリング
トルクをねじれはねＴＬＳの一方癩に伝達する回転可能
なステアリングシャフト８８に装着されている。リピー
タ・シャフトＲ８は、ねじυげねＴＬＳの他方端に一体
的に結合されている。ねじシばね接続を通しての回転に
抵抗することによって、リピータ・シャフトＲ８はステ
アリングホイールＳＧＷで感じられる反作用トルクをも
たらす。

反作用手段は、リピータ・シャフトを基準位置に保持す
る九めのモータＢＣＭおよび歯車列Ｇ（またはベルト・
システム、等）、並びに前記基準位置に対応する定常状
態位置からのステアリングホイールのすべての運動に弾
性的に対抗するだめのねじりばねＴＬＳを具備している
。

運転者の印加トルクの大きさおよび方向はセンサＴＱＳ
によって検出され、このセンサＴＱ８は対応する電気信
号、すなわち、エラー信号およびステアリングコマンド
を発生する。

ＴＱ８からのステアリングコマンドはトルク・デマンド
電子増幅器ＴＤＡ内でまた丈−ボ・バルブ・ドライバＤ
ＲＹで増幅され、油圧シリンダに印加される。このシリ
ンダは、前記コマンドに応動して動くピストン）ＩＰを
有している。

このピストンＨＰは、ステアリング機構のピットマン・
アームＰＭＡを作動させるためにリンクされている。ピ
ストンＨＩ）によってアームＰＭＡに印加される力は、
被ステアリングホイール８ＤＷを回転させる。運転者が
ステアリングホイールを回転させるトルクが犬である程
、被ステアリングホイールを回転させる増幅トルクは大
である。

ピットマン・アームＰＭＡに関連して装着されているも
のは、ピットマン位置センサＰＰ８である。このセンサ
は前述のタイプの増分パルス・センサで、電子パルス・
フィードバック信号を生じる。このフィードバック信号
は運転室に導かれ、この運転室でサーボ増幅器ＳＡに接
続されている。アナログ・サーボ増幅器を通常の場合表
わす記号が第１図に明確を期するために使用されている
が、第５図に示されているように、ディジタル回路は増
幅器機能を来すために使用されている。ＰＰＳからの信
号はパルス論理ネットワークＰＬを通してディジタル・
カウンタＵＤＣのカウント入力端子に入力する。

このカウンタＵＩ）Ｃに対する他の入力は、内側ループ
に関して前述されている。外側ルーズのこの部分は、内
側ループの一部分とオーバラッグしている。

ＵＤＣの正味シャフトは、前述のとおυアナログ・フィ
ードバック（１号に変換される。アナログ出力信号は、
被ステアリングホイールＳＤＷの位置とモータ・シャフ
トの位置との間の差に係わす、トランジスタ・モータ駆
動回路ＭＤの入力に至る。ＭＤは、そのアーマチユアに
このＭＤが接続されているＤＣモータＤＣＭを駆動する
ために十分な電力の出力を有している。モータＤＣＭは
永久磁石を備えているので、外部的に印加される電源に
全く頼ることなくその磁界を生じさせることができる。

モータＤＣＭのシャフトＭＳは２歯車列Ｇを駆動するが
、回転の方向はモータの入力電流の符号に左右される。

本実施例の場合は、単歯車列が使用されている。ベルト
およびプーリのような種々の他の結合手段が、上記の代
シに使用可能である。１対の低バツクラッシュ歯車Ｇの
小さい方の歯車は、モータｊＪｃｆＶｌの出力シャフト
に装着されている。太き込方の歯車は、リピータ・シャ
フト几Ｓと呼ばれるシャフトを駆動するために装着され
ている。６対１がこの歯車列または他の結合手段Ｇによ
って達成される速度ステップダウン比およびトルク・ス
テップアップ比である。

機能的には、リピータ・シャフトＲ８の定常状態回転位
置は被ステアリングホイール８ＤＷの位置を表わしてい
る。ホイール８ＤＷが右および左に回転すると、クヤフ
）Ｒ８は比例する量だけ時計方向および反時計方向に駆
動される。

サーボは、十分なトルクを有するのでオペレータはこの
サーボを過駆動することを防止することができる。外側
ループ（トルク・デマンド・ループ）の説明は、リピー
タシャフト几ＳのねじυばねＴＬＳの一方端に対する手
続を説明することによって完結する。運転者がステアリ
ングホイールＳＧＷに対して全熱トルクを印加していな
い場合は、以下に第２図、第５図および第４図に関連し
て図示・説明されているように、前記ホイール８ＧＷは
リピータ・シャフト１−ＬＳの角位置のコピーである角
位置をとる。運転者がステアリングホイールにトルクを
かける場合は、ステアリングホイールの新しい位置がリ
ピータ・シャフトＲ８の位置と異なる角度に太ささおよ
び符号が依存する電気的出力信号をトルク・センサＴＱ
Ｓに生じさせる。

ステアリングホイールの回転走行制限は、定常状態にお
いては被ステアリングホイールの位置がリピータ・シー
ｒ７ト几Ｓの位置によって連続的にコピーされ、かつリ
ピータ・シャフトの位置がステアリングホイールの変位
に対してゼロトルク基準にあるので、被ステアリングホ
イール８ＤＷの機械的ストップの°影響″によって確立
される。

運転室内の結構成品の機械的配列は、第２図で最も良く
分かる。ステアリングホイールＳＯＷを除くすべての運
転室内構成品はオープン・フレームＦ内に封入されてい
て、このオープン・フレームＦは運転室の固定構造部材
にボルト付けされている。電力および信号導体が、フレ
ームＦ内の結構成品からｔ′＃等に接続して込る。

ステアリングシャフトＳＳは上部からねじシばねＴＬＳ
に入力、リピータ・シャフト几Ｓは下部からＴＬＳに入
っている。第２図においては、モータＤＣＭは２枚のか
さ歯車Ｇ１＆：通してシャフ）Ｒ８にかみ合っていると
ころが示されている。モータ・シャフトＭＳに対する増
分位置センサＳＰＳも図示されている。増幅器等を含ん
でいる電子モジュールは、オープン・フレームＦ内に固
定されて７いる。

ねじシばねＴＬＳおよびトルク・センサ・アセンブリＴ
Ｑ８は数種のタイプのいずれのものでも良く、この選択
は本発明に対して軍費な影響を及ぼさない。シャフトの
トルク測定用に意図されている１つの上記装置が、クレ
ーマ氏に対する米国特許第４．１７！１，２６５号に開
示されている。しかしながら、説明中の好適実施例にお
いては、ばねＴＬＳおよびセンｆ　ＴＱＳ　（ケースＣ
内装麿）はオープン°・フレームＦに装着されている単
一装置（第３図）である、この好適センサは、トルク・
トランスジユーサと題するケレデス氏およびオニール氏
の１９８７年５月１１日提出の米国特許の継続出願第０
４ａ１５９号の主題になってｂる。この出願は、関連文
書としてこの明細書の一部をなしている。

この実施例においては、ステアリングシャフト８８およ
びリピータ・シャフトＲ８は対抗側からアセンブリに進
入している。これらのシャフトは、ねじシばねＴＬＳに
よって共に弾性的に結合されている。運転者がステアリ
ングホイールにトルクをかけるとステアリングシャフト
Ｓ８は回転するが、歯車ＧおよびモータＤＣＭによって
拘束されているリピータ・シャフト・セグメント几Ｓは
モータＤＣＭが回転しない限り回転することができない
、このねじシばねＴＬＳは、ステアリングトルクに依存
する量だけねじりを受ける。

ケースＣ内でシャフリングシャフトＳＳに取シ付けられ
ているベーンモータは、運転者がステアリングホイール
を回転させたときにシャフト１と共に回転する。ベーン
■Ｓは、４Ｊｉプロペラま九はファンの翼のように見え
る。リピータ・シャフトＲ，８に取り付けられている同
様なベーンは未だに回転しないので、これら両ベーンの
間にはステアリングトルクの量に依存する相対回転が存
在する。２組のベーンが設けられている。

各々のベーン組に対して１個ずつの２個の磁気的に絶縁
されている誘導コイルが、ケースＣ内に装着されている
。これらのコイルは、２つの別個の電磁界を確立するた
めに、外部的に供給されるＡＣｇ流によって付勢されて
いる。扇形回転ベーン組の各々はそれぞれの電磁界内に
位置し、そのそれぞれの電磁界の実質上全部をシャント
するように作動可能である。相対回転に際して両ベーン
は各コイルの基準励起に関する前記各コイルの電気イハ
号の位相を変化させて、運転者によって印加されたステ
アリングトルクを表わす位相出力信号を生じる。２つの
チャネルは共通モードのドリフトを減少させるため異な
って働き、その各々の出力信号を加算する。

対応する電圧信号が電子的に生成され、この信号はトル
ク・デマンド増幅器ＴＬ）Ａおよび／＜Ａ／ブ・ドライ
バ増幅器Ｄｉ（Ｖで増鴨され、そして油圧サーボ・パル
プＳｖに送信される。

ケースＣ内、ねじシばねＴＬＳＯ付近に、第４図に示さ
れているように、リピータ・シャフトＲ８は回転ビンＲ
Ｐと呼ばれる横ピンで取り付けられている。ステアリン
グトルクが５ボンドフイー）　（ａ４９４−ｍ）に到達
すると、　この回転ビンＲ，Ｐはステアリングシャフト
８８の管状末端部分に関して回転していて、第４図に示
されているように、シャフトＳＳ内の穴の縁部Ｅに遭遇
する。ステアリングシャフトＳＳのすべての付加的ステ
アリングトルクは、回転ビンＲＰを通してリピータ・シ
ャフト几Ｐに直接的に伝達される。

二次かじ取シシステム 電力が低下した場合（および／または、必要であれば、
他の電気装置または電子装置の故障の場合）、一次ステ
アリングシステムは二次ステアリングシステムに瞬時に
自動的に切り換わる。この二次ステアリングシステムは
、開ループである。サーボ・パルプＳＶを包含している
車両の油圧システムは、二次ステアリングシステムを作
動させるために依然として機能を果さなければならない
ので、エンジンは運転状態になければならない、リピー
タ・シャフトＲ８は、永久磁石モータＤＣＭに常時結合
されている。

一次システムが故障すると、このモータはその界磁に対
する外部的な励起を必要としないので、発’ｍ機として
作用することができる。時計方向または反時計方向のス
テアリングホイールの回転は、そのシャフトＭＳの回転
の速度に依存する振幅の、マシンＤＣＭ内の正または負
の電圧を発生する。この速度信号は、アーマチュア端子
からサーボ・パルプＳＶに対して云えられる。

一次ステアリングシステムから二次ステアリングシステ
ムへの切換えは、第１図のコンタクタＣＯの除勢によっ
て達成される。電源電圧（第１図の＋）が低いときは、
接触器ＣＯのコイルは消磁される。したがってＣＯの接
点Ｃ０１およびＣ０２は永久磁石モータＤＣＭの端子を
サーボ・バルブＳ■に接続する。また接点ＣＯ１および
ＣＯ２Ｆｉ、モータ駆動増幅器ＭＤをモータＤＣＭのア
ーマチュア端子から断路しかつサーボ駆動増幅器ＤＲＹ
をサーボ・バルブＶから断路する。必要であれば、回路
ＦＬは電源が再印加された場合にＣＯの再閉路を防止す
るために通常の方法で自己ロックすることができるし、
故障状態が修復された後に回路はブツシュボタン・スイ
ッチによってリセットすることができる。

サーボ・パルプＳ■は、一次システムの作動の場合と全
く同様に二次システムの作動時に被ステアリングホイー
ルを制御するためにピストンＨＰに対する油流を制御す
る。この好適実施例においてはモータＤＣＭは永久磁石
式ＤＣモータであるが、外部励起を要することなく電圧
を発生することが可能な他のタイプのモータ／発電機も
使用可能である。

二次システムの作動においては、発電機として働かせる
ためにモータＤＣＭを”逆駆動”する目的で、正常よシ
も高い入力トルクがステアリングホイールに必要である
。また、ステアリングホイールの作用に比帯域がある。

これらの諸物件にも拘らず、車両が停止状態に持ち込ま
れまた“不調°のきざしにある場合に、大部分の情況に
おいてこの二次ステアリングシステムは有用な制御を提
供するものと期待されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例を示す概略ブロック図、 第２図は車両の運転室にあるシステムの一部断面図、 第５図は本発明の一構成品であるねじりばねおよびトル
クセンサ組立体の断面図、 第４図は第３図に示す組立体の一部である回転ビンの詳
細図、 第５図は本発明に係る？ｔ％モジールＳＡの一部を示す
ブロック図、 第６図は増分位置センサによって生ずる直接および直角
位相信号を示すタイミング図である。 ＳＧＷ・・・ステアリングホイール８１）Ｗ・・・ステ
アリングホイールＤＰ・・・直接（正）パルス　　ＱＰ
・・・直角位相軸パルスｐｐｓ、ｓｐｓ・・・位置セン
サ　ＰＭＡ・・・ピットマン・アームＳＡ・・・丈−ポ
増巾器　　　　Ｄ（Ｊト・・モータＢＳ・・・リピータ
シャフト ＴＱＳ・・・センサ ＨＰ・・・ピストン ＮＳ・・・シャフト １０・・・論理回路 特許出瓢人 ＴＬＳ・・・ねじればね ＴＤＡ・・・トルクデマンド電子増巾器ＭＤ・・・モー
タ駆動回路 ＰＬ８・・・モジュール イートン コーボレー７！ｌン 手続補正書

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）運転室、ステアリングホイール（ＳＧＷ）および被
   ステアリングホイール（ＳＤＷ）を有する車両用パワー
   ステアリング装置において、前記ステアリングホイール
   と連絡しこのホイールの位置を検出するとともにこの位
   置に関係する第１の電気信号を与える手段（ＰＭＡ、Ｐ
   ＰＳ）； 前記被ステアリングホイールの位置を表わすために設定
   可能な運転室内の機械的位置手段（Ｇ）； 前記第１の信号を受信しかつこの信号に応答して前記機
   械的位置手段を前記被ステアリングホイールの位置を表
   わすように設定・保持する手段（ＳＡ、ＤＣＭ）； 前記ステアリングホイールに対して運転者によって印加
   されたトルクに対抗するように反作用トルクを前記機械
   的位置手段からこのステアリングホイールに結合する手
   段（ＲＳ、ＴＬＳ）； 前記機械的位置手段と前記ステアリングホイールとの間
   に介在して前記ステアリングホイールに印加された運転
   者トルクを検出するとともにこの検出トルクに基づいて
   電気的デマンド信号を生じるトルク検出手段（ＴＱＳ）
   ； 前記デマンド信号を受信しかつこの信号に応答し、増幅
   トルクを前記ステアリングホイールに印加する手段（Ｔ
   ＤＡ、ＨＰ）； を含み、 前記運転室から他の領域に接続するために機械的または
   油圧的リンク機構を全く必要としない ことを特徴とする車両用パワーステアリング装置。 ２）前記機械的位置手段を被ステアリングホイールの位
   置を表わすように設定・保持する手段が、 前記機械的位置手段の位置を検出しかつこの検出位置に
   関係する第２の電気信号を生じる手段（ＳＰＳ）； 前記第１および第２の信号を受信し前記被ステアリング
   ホイールの位置変化と前記機械的位置手段の位置変化と
   の間の差を決定し、かつこの差に依存するエラー信号を
   与える手段（ＳＡ）； 前記エラー信号を受信し前記機械的位置手段を前記エラ
   ーを減少させる方向に移動させる手段（ＭＤ、ＤＣＭ、
   ＭＳ）； からなる請求項１記載の装置。 ３）被ステアリングホイールの位置を検出するとともに
   第１の電気信号を発生する手段 （ＰＭＡ、ＰＰＳ）が、被ステアリングホイールの位置
   の変化を示す第１の電気パルス信号を与える手段からな
   り、 前記機械的位置手段の位置を検出し、この検出位置に関
   係した第２の電気信号を与える手段（ＳＰＳ）が （ａ）前記機械的位置手段の位置を検出しかつこの位置
   の変化を表わす第２の電気パルス信号を生じる手段と、 （ｂ）前記第１、および第２の電気パルス信号を受信・
   カウントし、前記被ステアリングホイールおよび前記機
   械的位置手段の位置の変化の差に依存するエラー信号を
   与える手段（ＳＡ、ＭＤ）からなり、 これによって被ステアリングホイールの位置がシステム
   の作動時にステアリングホイールの位置に関してドリフ
   トしない請求項２記載の装置。 ４）被ステアリングホイールの位置の変化を表わす第１
   の電気パルス信号を生ずる手段 （ＰＰＳ）は、前記被ステアリングホイールの回転の方
   向が確認されることを可能ならしめるため第１の組の正
   パルスおよび直角位相パルス信号を与える手段からなり
   、 前記機械的位置手段の位置を検出し、かつ この位置の変化を表わす第２の電気パルス信号を生じる
   手段（ＳＰＳ）は、前記機械的位置手段の回転の方向が
   確認されることを可能ならしめるため第２の組の正およ
   び直角位相の負パルスを与える手段からなることを特徴
   とする請求項３記載の装置。 ５）電源の投入に際して前記エラー信号手段をゼロ始動
   条件にリセットする手段をさらに含み、これによって被
   ステアリングホイールもステアリングホイールも始動に
   際して最初に動かない請求項３に記載の装置。 ６）前記機械的位置手段を設定・保持する前記手段は前
   記エラー信号に応動しかつ前記機械的位置手段の設定・
   保持のため機械的に接続されている電気モータ手段（Ｄ
   ＣＭ）を含む請求項２に記載の装置。 ７）前記トルク検出手段は、運転者が印加するトルクに
   よってたわむばね手段（ＴＬＳ）と；前記ばね手段と連
   絡しかつ前記ばね手段のたわみに応動し、このたわみに
   基づき前記デマンド信号を生じるたわみ検出手段（ＴＱ
   Ｓ）；からなる請求項１に記載の装置。 ８）前記機械位置手段の位置を設定・保持する前記手段
   が電気ダイナモ（ＤＣＭ）からなる請求項１に記載の装
   置。 ９）前記ダイナモ（ＤＣＭ）は、 （ａ）一次ステアリングシステムの作動時に前記機械的
   基準手段（Ｇ）を設定・保持する電気モータとして、か
   つ （ｂ）前記ステアリングホイール（ＳＧＷ）の運動に応
   動し正常なステアリング作動の故障の発生に続いて電力
   を発生し、ステアリング作動をバックアップする電気発
   電機として使用可能な単一手段からなり、 さらにパワーステアリング装置が（ａ）正常なステアリ
   ング作動時に前記ダイナモ・シャフトを設定・保持する
   ため前記電気モータとして働きかつ正常な一次ステアリ
   ング作動の故障の検出に際して前記ダイナモを再接続す
   るため作動可能となり、しかも（ｂ）前記ステアリング
   作動のバックアップ時に前記ステアリングホイールの動
   きに応じて電力を発生する前記電気発電機として働くよ
   うに前記ダイナモ（ＤＣＭ）を接続する手段（ＣＯ）を
   含み、前記シャフト（ＭＳ）はそのシャフトのステアリ
   ングホイールを通して機械的に回転可能であり、また前
   記発生電力はステアリング作動のバックアップ時に前記
   被ステアリングホイールにトルクを印加する前記手段に
   接続されている請求項８に記載の装置。 １０）電気ダイナモ（ＤＣＭ）が永久磁石モータ／発電
   機からなる請求項９に記載の装置。