JP2001521163A - 自動車用電動パワーステアリング - Google Patents

自動車用電動パワーステアリング

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Abstract

(57)【要約】 自動車用電動パワーステアリングは、被操舵輪のかじ取りに必要なかじ取りトルクの伝達のために、かじ取りハンドル車と連動する入力軸（５）を具備する。出力部材は被操舵輪と連動する。入力軸（５）又は出力部材に補助力を働かせることができるサーボモータ（７）がパワーステアリングに配設されている。入力軸（５）と出力部材はトーションバー（４）を介して互いに連結される。入力軸（５）に作用するかじ取りトルクの検出のための検出装置は、入力軸（５）及び出力部材と連結された各々１個の磁石リング（１２、１４）と所属のセンサ（１３、１５）からなる。各磁石リング（１２、１４）は同数の磁極対を有する。ハウジングに固着したセンサ（１３、１５）が各磁石リング（１２、１４）に配属されており、このセンサによってかじ取りトルクも入力軸（５）の回転速度も検出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は請求項１の上位概念に基づく自動車用電動パワーステアリングに関す
る。パワーステアリングは、かじ取りハンドル車と連動して、被操舵輪の操縦に
必要なトルクの伝達のために使用される入力軸を具備する。出力部材は被操舵輪
と連動する。入力軸又は出力部材に補助力を働かせることができるサーボモータ
がパワーステアリングに配設されている。入力軸と出力部材の間に限られたねじ
り運動が可能であるように、入力軸と出力部材とはねじり弾性部材によって互い
に連結される。入力軸に作用するかじ取りトルクの方向と強さの非接触検出のた
めに、非接触検出装置が使用される。検出装置は入力軸及び出力部材と連結され
た各々１個のパルス発生器及びセンサからなる。パルス発生器は、外周面にＮ極
及びＳ極が交互に配設された磁石リングとして形成されている。
【０００２】 このようなパワーステアリングは、例えばドイツ国特許第３８４４５７８号明
細書によって知られている。このパワーステアリングでは非磁性材料からなる２
個のドラムが入力軸又は出力部材と連結されている。ドラムは交互にＮ極とＳ極
を形成するように、周囲に磁化可能な媒質を備えている。磁気抵抗素子を使用し
て２つのドラムの回転角の差を測定することにより、トルクが検出される。
【０００３】 トルクの検出によって電動ステアリングの倍力装置を調整することができる。
電動ステアリングの倍力装置をもっぱらトルクに従って調整すれば、摩擦条件が
油圧式のパワーステアリングの場合と異なるので、運転時に異常な感じがする。
かじ取りトルクに対するかじ取り速度の「応答」がない。こうした欠点を補償す
るために、かじ取り速度の検出が必要である。例えばドイツ国特許第３７１１８
５４号明細書に記載の公知の電動ステアリングでは、かじ取り速度の検出のため
に補助センサが設けられる。このセンサは例えばかじ取り速度に応じた電圧の直
流電流を発生する速度計用直流発電機を有する。このようなかじ取り速度センサ
を設けることは、かじ取り速度の検出のためのコストがかなり高くなることを意
味する。
【０００４】 本発明の根底にあるのは、上記概念に基づく電動パワーステアリングの制御を
改善するという課題である。特にかじ取り速度をさらに簡単な手段で検出するこ
とを可能にするものである。
【０００５】 この課題は請求項１で特徴づけられたパワーステアリングにより解決される。
解決は特に次のようにして行われる。即ち上記概念に基づくパワーステアリング
において２つの磁石リングが同数の磁極対を装備し、ハウジングに固設したセン
サが各磁石リングに配属され、このセンサで磁石リングの相対位置及び入力軸と
出力部材との相互の相対位置も、更には入力軸の回転速度も検出される。この構
成により２個の磁石リングと磁石リングに配属された２個のセンサによって、入
力軸のトルクと回転速度、それとともにかじ取り速度を検出することが可能であ
る。かじ取り速度の検出によって、ハンドルを切るときと戻すときのステアリン
グの制動を制御することができる。サーボモータとして電動機を使用すれば、か
じ取り速度をモータ回転数の制御のための補助制御量として使用し、この点で良
好な制御性能をもたらすことができる。
【０００６】 本発明の好適かつ有利な実施態様が従属請求項に記載されている。かじ取り角
の検出のために使用される第２のセンサが付設された第２の磁石リングを入力軸
に配設することができる。かじ取り角の検出によってステアリングの戻りを効果
的に調節することができる。またそれによって戻りの行過ぎの抑制のために、中
間制動が可能である。また自動車の直進走行が改善される。
【０００７】 別の利点はステアリングの直進位置への正確なセンタリングと、かじ取り旋回
角に応じた特性曲線を構成することが可能なことである。このことは、直進位置
には駐車領域と異なる特性曲線があることを意味する。またかじ取り角信号をそ
の他の車両制御装置、例えばアクティブ・トラベリングギヤ又はローリングスタ
ビライザのために利用することができる。
【０００８】 入力軸に配設された２個の磁石リングは異なる数の磁極対を有することが好ま
しい。２個の磁石リングと所属の２個のセンサとによって明確なかじ取り角の決
定ができるのはせいぜい１８０°の範囲に過ぎない。入力軸の絶対角位置を決定
しようとするならば、直進位置を一旦決定した後そのつど経過したかじ取り角を
検出し記憶することができる電子装置を２つのセンサに配属する。故障が生じた
とき、例えば停電の際に絶対かじ取り角が失われることを防止するために、付設
された第３のセンサとともに第３の磁石リングを絶対かじ取り角の検出のために
入力軸に配設することができる。第３の磁石リングは、例えば「ハーモニック・
ドライブ」装置のように構成された減速装置を介して入力軸と連結することが好
ましい。
【０００９】 次に図面に示す実施例に基づいて本発明を詳述する。
【００１０】 ラックピニオンギヤを有するパワーステアリングの例で本発明を説明する。但
し本発明は他のパワーステアリング、例えばボールナットギヤ又はかじ取り歯車
装置で分割されたステアリングコラムを有するパワーステアリングにも同様な効
果をもってで応用することができる。
【００１１】 ピニオン軸２と連結されたピニオン３がかじ取り歯車ハウジング（ハウジング
１と略称する）に回転自在に支持される。ピニオン３は図示しない被操舵輪と連
動する出力部材である。ボールナット形ステアリングではピニオン３の代わりに
ねじ付き軸がある。ピニオン軸２はトーションバー４を介してかじ取り歯車装置
の入力軸５と連結される。トーションバー４の代わりに他のねじり弾性部材を使
用することができる。
【００１２】 ピニオン３は歯車又はウォーム伝動装置６を介して電動機７と伝動結合されて
いる。ピニオン軸２にウォーム歯車装置６のウォーム歯車８が固定されている。
またピニオン２はラック１０を介して被操舵輪と伝動結合される。
【００１３】 ハウジング１の一部に、図１に示す実施例においては入力軸４に隣接する上側
部分に、センサハウジング１１が固定されている。
【００１４】 ピニオン軸２に磁石リング１２の形態のパルス発生器が配設されている。磁石
リング１２はセンサハウジング１１の中に保持されたセンサ１３と相互作用する
。入力軸５に、磁石リング１４の形態の第１のパルス発生器が、磁石リング１２
に隣接して固定されている。磁石リング１４に付設されたセンサ１５がセンサハ
ウジング１１の中に保持される。２つの磁石リング１２及び１４は外周面に交互
にＮ極及びＳ極を備えている。２つの磁石リング１２及び１４は同数の磁極対を
有する。
【００１５】 ２つのセンサ１３及び１５の信号は電子装置で検出され、処理される。その場
合、２つの磁石リング１２及び１４の相互の相対位置からトルクが検出される。
かじ取りハンドル車によって入力軸５に伝達されるトルクは、トーションバー４
を経てピニオン２に伝達される。その場合、トルクとトーションバー４のばね特
性に従って、ピニオン軸２に対する入力軸５の相対的なねじれと、磁石リング１
２に対する磁石リング１４のねじれとが生じる。従って、与えられたトーション
バー４における磁石リング１２及び１４の相互のねじり角は、かじ取りハンドル
車の操作トルクに関係する。測定されたトルクは倍力装置のための測定量として
利用され、電子装置１６から電動機７へ転送される。
【００１６】 かじ取りトルクのほかに、入力軸５の回転速度を、２つの磁石リング１２及び
１４と２つのセンサ１３及び１５とによって検出することができる。磁石リング
の磁極のピックアップ測定と、時間に関するその導関数によって回転速度を算定
することができる。さらに磁界の向きの水平分と垂直分を評価すれば、増分発生
器の方式により回転方向を決定することができる。
【００１７】 第１の磁石リング１４に隣接して入力軸５上に第２の磁石リング１７を、また
センサハウジング１１の中に第２の磁石リング１７用のセンサ１８を取付ければ
、これらの２つの磁石リング１４及び１７と２つのセンサ１５及び１８でかじ取
り角を決定することができる。２つの磁石リング１４及び１７が相異なる数の磁
極対を有することによって、これが可能になる。こうして２つの磁石リング１４
及び１７の磁極の夫々の相対的位置から、そのときのかじ取り角を推定すること
ができる。この方法によるかじ取り角の決定は１８０°の範囲に限られる。従っ
て実際のかじ取り角を推定するには、直進位置を一旦決定した上で、経過したか
じ取り角を電子装置１６によって検出し、記憶しなければならない。
【００１８】 この構成では故障、例えば停電によって誤りを生じる可能性がある。このよう
な誤りをなくすために、入力軸５に第３の磁石リング２０と第３の磁石リング２
０用のセンサ２１が配設されている。センサ２１は他のセンサのようにセンサハ
ウジング１１の中に保持される。これに対して磁石リング２０は減速装置を介し
て入力軸５と連結される。減速装置２２は「ハーモニック・ドライブ」装置のよ
うな内歯伝動装置である。減速装置２２は外歯歯車２３と内歯輪歯車２４からな
る。輪歯車２４は、センサハウジング１１の中に遊転不能に固着され、入力軸５
の軸線と同心に支持される。歯車２３は入力軸５の軸線に対して偏心率“ｅ”の
値だけ偏心してブッシュ２５上に支持される。偏心率“ｅ”は歯列の軸間隔に相
当する。この減速装置２２はかじ取りハンドル車の全回転範囲にわたり絶対かじ
取り角の検出を可能にする。
【００１９】 歯車２３に固着された磁石リング２０は２組の磁極対を備えている。センサ２
１との組合わせで、９０°にわたり絶対角度位置を検出することができる。かじ
取りハンドル車の合計４回転によるかじ取りを前提とすれば、このことは前述の
減速装置２２との組合わせで、全操舵範囲にわたって絶対かじ取り角度位置を検
出できることを意味する。
【００２０】 磁石リング１２、１４及び２０とセンサ１３、１５及び２１は電子装置１６と
ともに、入力軸５に現れるかじ取りトルク、かじ取り速度及びかじ取り角の方向
と大きさの非接触検出のための検出装置を構成する。この場合磁石リング１２、
１４及び２０の運動によって引き起こされる磁界の変化が測定される。
【００２１】 電動機７がピニオン３にではなく、ラック１０もしくは入力軸５又は入力軸５
と連結されたステアリングコラムに作用する別の可能な実施形態では、検出装置
をパワーステアリングの別の場所に配設することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ラックピニオン形ステアリングの例による本発明パワーステアリングの縦断面
図である。
【図２】 図１中のII−II線に沿った横断面図である。
【符号の説明】
１ ハウジング ２ ピニオン軸 ３ ピニオン ４ トーションバー ５ 入力軸 ６ ウォーム歯車装置 ７ 電動機 ８ ウォーム歯車 １０ ラック １１ センサハウジング １２ 磁石リング １３ センサ １４ 磁石リング １５ センサ １６ 電子装置 １７ 磁石リング １８ センサ ２０ 磁石リング ２１ センサ ２２ 減速装置 ２３ 輪歯車 ２４ 輪歯車 ２５ ブッシュ
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年４月２７日（２０００．４．２７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリー、ナゲル ドイツ連邦共和国フライベルク、シューバ ルトシュトラーセ、11 (72)発明者 ウベ、ロライト ドイツ連邦共和国ウェツラール、トイトビ ルクシュトラーセ、４ Ｆターム(参考） 2F051 AA01 AA24 AB05 AC01 CA03 3D033 CA02 CA04 CA16 CA17 CA28 CA29 DB05

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被操舵輪のかじ取りのために必要なかじ取りトルクを伝達するためにかじ取り
    ハンドル車と連動する入力軸（５）と、 被操舵輪と連動する出力部材と、 入力軸（５）又は出力部材に補助力を働かせるサーボモータ（７）とを有し、
    前記補助力が働いた際に入力軸（５）と出力部材の間に限られたねじり運動が可
    能であるように入力軸（５）と出力部材がねじり弾性部材によって互いに連結さ
    れており、 入力軸（５）に作用するかじ取りトルクの方向と強さを非接触検出するための
    検出装置を更に有し、 この検出装置が入力軸（５）及び出力部材と接続された各々１個のパルス発生
    器及びセンサからなり、 前記パルス発生器が、その外周面にＮ極及びＳ極が交互に配設された磁石リン
    グ（１２、１４）として形成されている、自動車用電動パワーステアリングにお
    いて、 各磁石リング（１２、１４）が同数の磁極対を有し、ハウジングに固定された
    センサ（１３、１５）が各磁石リング（１２、１４）に対応して設けられ、この
    センサによって、磁石リング（１２、１４）の相対位置と、入力軸（５）と出力
    部材との相対位置と、入力軸（５）の回転速度と、が検出されることを特徴とす
    る電動パワーステアリング。
  2. 【請求項２】 かじ取り角の検出のために、第２の磁石リング（１７）が入力軸（５）に配設
    されるとともに、第２の磁石リング（１７）に第２のセンサ（１８）が付設され
    ていることを特徴とする、請求項１に記載の電動パワーステアリング。
  3. 【請求項３】 第２の磁石リング（１７）と、入力軸（５）に配設された第１の磁石リング（
    １４）とが異なる数の磁極対を有することを特徴とする、請求項２に記載の電動
    パワーステアリング。
  4. 【請求項４】 入力軸（５）の複数回の回転でのかじ取り角を検出することができる電子装置
    （２２）が、センサ（１３、１５、１８）に設けられていることを特徴とする、
    請求項３に記載の電動パワーステアリング。
  5. 【請求項５】 絶対かじ取り角の検出のために、第３の磁石リング（２０）が入力軸（５）に
    配設されてるとともに、第３の磁石リング（２０）に第３のセンサ（２１）が付
    設されていることを特徴とする、請求項３に記載の電動パワーステアリング。
  6. 【請求項６】 第３の磁石リング（２０）と入力軸と（５）が減速装置（２２）を介して連結
    されていることを特徴とする、請求項５に記載の電動パワーステアリング。
  7. 【請求項７】 減速装置が「ハーモニック・ドライブ」装置のように構成されていることを特
    徴とする、請求項６に記載の電動パワーステアリング。
  8. 【請求項８】 第３の磁石リング（２０）が２組の磁極対を備えていることを特徴とする、請
    求項５乃至７のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング。
  9. 【請求項９】 サーボモータが電動機（７）であることを特徴とする、請求項１乃至８のいず
    れか一項に記載の電動パワーステアリング。
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