JP2002347634A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操舵トルクセンサを必要としない電動パワー
ステアリング装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 電動機（ＤＣモータ）１３と、電動機１
３の駆動を制御する電動機制御手段（制御装置）１４と
を備える電動パワーステアリング装置１であって、第１
の要素がステアリングホイール３に連結され、第２の要
素が転舵輪Ｗ，Ｗに連結され、第３の要素が電動機１３
に連結される差動装置（遊星式歯車機構）１１を備え、
電動機制御手段１４は、車両の運転状態および挙動にか
かわらず、第１の要素と第２の要素との回転比が一定に
なるように電動機１３を制御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリング系に
配設された差動装置によってドライバによる操舵トルク
をアシストするとともに、電動機パワーを差動装置に作
用させてドライバによる操舵回転数をアシストする電動
パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電動パワーステアリング装置
は、電動機の駆動力を直接利用し、ドライバがステアリ
ングホイールに作用させる操舵トルクをアシストしてい
る。この電動パワーステアリング装置では、操舵トルク
を検出する操舵トルクセンサからの信号に基づいて、電
動機に流す目標電流を設定している。そして、この電動
パワーステアリング装置では、電動機に実際に流れてい
る電流と設定した目標電流とによって電動機をフィード
バック制御し、この電動機の駆動力によって補助操舵ト
ルクを発生させている。

【０００３】また、ステアリング装置の中には、電動機
の駆動力をステアリング系に組み込まれた他の機構に利
用するものがある。例えば、特公平４−３８６２２号公
報には、ステアリングホイールの操舵角に対する転舵輪
の転舵角である減速比を変化させる伝達比可変機構をア
クチュエータで作動させる自動車のステアリング装置が
開示されている。このステアリング装置では、遊星歯車
式の差動歯車機構（伝達比可変機構）の第１と第２の要
素にステアリングホイールと転舵輪を各々連結し、この
差動歯車機構の第３の要素をステッピングモータ（アク
チュエータ）で作動することによって減速比を変化させ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、操舵ト
ルクセンサは、操舵トルクの作用により捩れるトーショ
ンバーとトーションバーの捩れ角を検出するための検出
手段等が必要となるので、高価なセンサである。そのた
め、操舵トルクセンサを必須の構成部品とする従来の電
動パワーステアリング装置では、センサによるコストア
ップが避けられない。さらに、従来の電動パワーステア
リング装置では、操舵トルクセンサで必要となるトーシ
ョンバーをステアリング系に組み込まなければならない
ので、ステアリング系の剛性が低下する。

【０００５】そこで、本発明の課題は、操舵トルクセン
サを必要としない電動パワーステアリング装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明に係る電動パワーステアリング装置は、電動機と、前
記電動機の駆動を制御する電動機制御手段とを備える電
動パワーステアリング装置であって、第１の要素がステ
アリングホイールに連結され、第２の要素が転舵輪に連
結され、第３の要素が前記電動機に連結される差動装置
を備え、前記電動機制御手段は、車両の運転状態および
挙動にかかわらず、前記第１の要素と前記第２の要素と
の回転比が一定になるように前記電動機を制御すること
を特徴とする。

【０００７】この電動パワーステアリング装置によれ
ば、差動装置での第１の要素と第２の要素との減速比に
対応したトルク比でステアリングホイールに作用させる
操舵トルクを軽減する。さらに、電動パワーステアリン
グ装置では、電動機制御手段が第１の要素と第２の要素
との回転比が一定になるように電動機の駆動を制御し、
この電動機の駆動力によって差動装置の第３の要素を第
１の要素の回転方向に回転させ、第１の要素の回転数
（すなわち、ステアリングホイールの回転数）を低減す
る。なお、この電動パワーステアリング装置では、第１
の要素と第２の要素との回転比を一定とすることによっ
て、ステアリングホイールの操舵角に対する転舵輪の転
舵角であるステアリング系全体の減速比を一定にしてい
る。また、この電動パワーステアリング装置では、第１
の要素と第２の要素との減速比によってステアリングホ
イールによるステアリング操作が鈍感（ダル）な特性に
なるが、前記したように電動機の駆動力を利用してステ
アリング操作を通常の特性に戻している。

【０００８】さらに、前記電動パワーステアリング装置
において、前記第１の要素の回転を検出する第１回転検
出手段と、前記第２の要素の回転を検出する第２回転検
出手段とを備え、前記電動機制御手段は、前記第１回転
検出手段からの信号と前記第２回転検出手段からの信号
とに基づいて前記第１の要素と前記第２の要素との回転
比が一定になるように前記電動機を制御することを特徴
とする。

【０００９】この電動パワーステアリング装置によれ
ば、第１回転検出手段で検出した第１の要素の回転（例
えば、回転角）と第２回転検出手段で検出した第２の要
素の回転とに基づいて、電動機制御手段によるフィード
バック制御によって第１の要素と第２の要素との回転比
を一定にすることができる。

【００１０】また、前記電動パワーステアリング装置に
おいて、前記第１の要素の回転角を検出する回転角検出
手段を備え、前記電動機は、ステッピングモータからな
り、前記電動機制御手段は、前記回転角検出手段からの
信号に基づいて前記第１の要素の所定倍の回転比で前記
電動機を制御することを特徴とする。

【００１１】この電動パワーステアリング装置によれ
ば、回転検出手段で検出した第１の要素の回転角に基づ
いて、電動機制御手段によるオープン制御によって第１
の要素の所定倍の回転比でステッピングモータの駆動を
制御することができる。つまり、この電動パワーステア
リング装置では、第１の要素に比例した回転で第３の要
素を回転させることによって第３の要素と第１の要素と
の回転比を一定とし、さらに第１の要素と第２の要素と
の回転比を一定としている。

【００１２】さらに、前記電動パワーステアリング装置
において、前記電動機と前記第３の要素との間に配設さ
れ、前記電動機から前記第３の要素に回転を伝達し、前
記第３の要素から前記電動機に回転を伝達しない逆転防
止手段を備えることを特徴とする。

【００１３】この電動パワーステアリング装置によれ
ば、電動機等が故障した場合でも、逆転防止手段の作用
により第３の要素から電動機側に回転を伝達しないの
で、第１の要素による回転が第３の要素を介して電動機
等で吸収されない。そのため、この電動パワーステアリ
ング装置では、電動機等が故障した場合でも、第３の要
素が固定した状態で差動装置が動作し、差動装置で軽減
された操舵トルクによるステアリングホイール操作を可
能とする。

【００１４】なお、車両の運転状態は、車両に対するド
ライバからの入力状態であり、例えば、ステアリングホ
イールへの操作（操舵トルク）、アクセルペダルやブレ
ーキペダルへの操作等である。また、車両の挙動は、ド
ライバの入力に応じた車両の出力状態であり、例えば、
車速、前後方向の加速度、ヨーレート等である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る電動パワーステアリング装置の実施の形態について
説明する。

【００１６】本発明に係る電動パワーステアリング装置
は、操舵トルク等の車両の運転状態や車速等の車両の挙
動に関係なく電動機の制御を行うために、第１の要素と
第２の要素との減速比に応じた一定のトルク比で操舵ト
ルクを軽減できる差動装置がステアリング系に組み込ま
れる。そして、この電動パワーステアリング装置は、第
１の要素と第２の要素との減速比によって多くの回転数
が必要となるステアリングホイールの回転数を低減しか
つステアリングホイールの操舵角に対する転舵輪の転舵
角であるステアリング系全体の減速比を一定にするため
に、第１の要素と第２の要素との回転比が一定になるよ
うに制御しながら、電動機の駆動力によって差動装置の
第３の要素を第１の要素の回転方向に回転させる。特
に、この電動パワーステアリング装置では、第１の要素
と第２の要素の回転を検出し、フィードバック制御によ
って第１の要素と第２の要素との回転比を一定にする。
また、この電動パワーステアリング装置では、電動機と
してステッピングモータを用い、オープン制御によって
第１の要素と第２の要素との回転比を一定にする。さら
に、この電動パワーステアリング装置は、電動機と第３
の要素との間に逆転防止手段を設けることによって、電
動機の故障等によって第３の要素を回転できないときで
も差動装置を介した操舵力の伝達を可能とする。

【００１７】本実施の形態では、差動装置として遊星式
歯車機構を用い、そのサンギアにステアリングホイール
を連結し、プラネタリギアに転舵輪を連結し、さらにリ
ングギアにウォームギア機構（逆転防止手段）を介して
電動機を連結する。また、本実施の形態では、電動機が
異なる２つの実施の形態があり、第１の実施の形態では
電動機としてＤＣモータを用い、第２の実施の形態では
ステッピングモータを用いる。第１の実施の形態では、
遊星式歯車機構に対する入力軸の回転角および出力軸の
回転角を検出し、この２つの回転角に基づいてフィード
バック制御によってＤＣモータを制御する。一方、第２
の実施の形態では、遊星式歯車機構に対する入力軸の回
転角を検出し、この１つの回転角に基づいてオープン制
御によってステッピングモータを制御する。

【００１８】まず、図１および図２を参照して、第１の
実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１の全体
構成について説明する。図１は、第１の実施の形態に係
る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。図
２は、遊星式歯車機構の一部破断側面図である。

【００１９】電動パワーステアリング装置１は、ステア
リングホイール３から転舵輪Ｗ，Ｗに至るステアリング
系Ｓに備えられ、手動操舵力発生手段２による操舵トル
クおよび回転数をアシストする。そのために、電動パワ
ーステアリング装置１は、遊星式歯車機構１１のサンギ
ア１１ａとプラネタリキャリア１１ｆのギア比（減速
比）に応じたトルク比で手動操舵力発生手段２での操舵
トルクを軽減するとともに、制御装置１４で発生させた
電動機電圧ＶＭによってＤＣモータ１３を駆動し、ウォ
ームギア機構１２を介して遊星式歯車機構１１のリング
ギア１１ｃを回転させることによってサンギア１１ａの
回転数（手動操舵力発生手段２での入力回転数）を低減
する。なお、本実施の形態では、遊星式歯車機構１１が
特許請求の範囲に記載する差動装置に相当し、ウォーム
ギア機構１２が特許請求の範囲に記載する逆転防止手段
に相当する。また、第１の実施の形態では、ＤＣモータ
１３が特許請求の範囲に記載する電動機に相当し、制御
装置１４が特許請求の範囲に記載する電動機制御手段に
相当する。

【００２０】手動操舵力発生手段２は、ステアリングホ
イール３に一体に設けられたステアリング軸４に連結軸
５を介して遊星式歯車機構１１が連結されている。連結
軸５は、その両端に自在継ぎ手５ａ，５ｂを備えてい
る。さらに、手動操舵力発生手段２は、遊星式歯車機構
１１を介してステアリング・ギアボックス６内に設けた
ラック＆ピニオン機構７が連結されている。ラック＆ピ
ニオン機構７は、ピニオン７ａに噛み合うラック歯７ｂ
がラック軸９に形成され、ピニオン７ａとラック歯７ｂ
の噛み合いにより、ピニオン７ａの回転運動をラック軸
９の横方向（車両幅方向）の往復運動とする機構であ
る。さらに、ラック軸９には、その両端にタイロッド１
０，１０を介して、転舵輪としての左右の前輪Ｗ，Ｗが
連結されている。

【００２１】また、電動パワーステアリング装置１は、
ドライバによる操舵トルクを軽減するために、自在継ぎ
手５ｂに取り付けられた入力軸５ｃと出力軸（ピニオン
軸）７ｃとの間に遊星式歯車機構１１が配設されてい
る。さらに、電動パワーステアリング装置１は、ドライ
バによるステアリングホイール３への回転数を低減する
ために、遊星式歯車機構１１のリングギア１１ｃを回転
させるＤＣモータ１３が設けられている。また、電動パ
ワーステアリング装置１は、ＤＣモータ１３の故障等の
場合でもステアリングホイール３からの操作によって転
舵輪Ｗ，Ｗを転舵可能とするために、遊星式歯車機構１
１とＤＣモータ１３との間にウォームギア機構１２が配
設されている。

【００２２】制御装置１４は、入力軸回転角センサ１
５、出力軸回転角センサ１６からの各検出信号ＩＲ，Ｏ
Ｒが入力される。そして、制御装置１４は、フィードバ
ック制御により検出信号ＩＲ，ＯＲに基づいて入力軸５
ｃと出力軸７ｃとの回転比が一定になるように電動機制
御信号ＶＯを生成し、電動機制御信号ＶＯに基づいて電
動機駆動回路２４からＤＣモータ１３に電動機電圧ＶＭ
を印加する（図３参照）。なお、本実施の形態では、入
力軸回転角センサ１５が特許請求の範囲に記載する第１
回転検出手段に相当し、出力軸回転角センサ１６が特許
請求の範囲に記載する第２回転検出手段に相当する。

【００２３】入力軸回転角センサ１５は、入力軸５ｃ
（すなわち、サンギア１１ａ）の回転角を検出するセン
サである。入力軸回転角センサ１５は、入力軸５ｃに取
り付けられて回転するディスクを挟んで、ＬＥＤ[Light
Emitting Diode]等の発光部とフォトトランジスタ等の
受光部とが２組配設されている。このディスクには周方
向に沿って一定角度毎に貫通孔が設けられており、発光
部からの光はこの貫通孔によって透過／遮断される。そ
して、受光部では、透過した光を検知し、パルスを発生
している。また、２組の発光部と受光部を設けることに
よって、前記した一定角度の半分の位相差を設け、ディ
スク（入力軸５ｃ）の回転方向を判別できるようにして
いる。そして、入力軸回転角センサ１５は、２つの受光
部で発生したパルスに基づいて、２つのパルス信号を出
力している。

【００２４】出力軸回転角センサ１６は、出力軸７ｃ
（すなわち、プラネタリキャリア１１ｆ）の回転角を検
出するセンサである。出力軸回転角センサ１６は、入力
軸回転角センサ１５と同様の構成のセンサであり、出力
軸７ｃに取り付けられて回転するディスクを挟んで、発
光部と受光部とが２組配設されている。そして、出力軸
回転角センサ１６は、２つの受光部で発生したパルスに
基づいて、２つのパルス信号を出力している。

【００２５】次に、図１および図２を参照して、遊星式
歯車機構１１について説明する。

【００２６】遊星式歯車機構１１は、入力軸５ｃに固着
されたサンギア１１ａに複数（例えば、３個）のプラネ
タリギア１１ｂ，１１ｂ，・・・が噛み合っており、さ
らにプラネタリギア１１ｂ，１１ｂ，・・・にリングギ
ア１１ｃの内周ギア１１ｄが噛み合っている。複数のプ
ラネタリギア１１ｂ，１１ｂ，・・・は支持軸１１ｅ，
１１ｅ，・・・に回転自在に各々取り付けられており、
支持軸１１ｅ，１１ｅ，・・・にはプラネタリキャリア
１１ｆに取り付けられている。そして、このプラネタリ
キャリア１１ｆには、出力軸７ｃが固着されている。さ
らに、リングギア１１ｃは、ウォームギア機構１２を介
してＤＣモータ１３の駆動力が作用するようになってお
り、ＤＣモータ１３の駆動に応じて回転する。なお、本
実施の形態では、サンギア１１ａが特許請求の範囲に記
載する第１の要素に相当し、プラネタリキャリア１１ｆ
が特許請求の範囲に記載する第２の要素に相当し、リン
グギア１１ｃが特許請求の範囲に記載する第３の要素に
相当する。

【００２７】そして、遊星式歯車機構１１では、入力軸
５ｃの回転がサンギア１１ａとプラネタリキャリア１１
ｆとのギア比（減速比）に応じたトルク比によって入力
軸５ｃから入力トルクを軽減している。したがって、遊
星式歯車機構１１が配設されているステアリング系Ｓで
は、このトルク比によってステアリングホイール３から
の操舵トルクが常時軽減されている。しかし、このステ
アリング系Ｓでは、このサンギア１１ａとプラネタリギ
ア１１ｂ，１１ｂ，・・・との減速比によって、出力軸
７ｃを回転（ひいては、転舵輪Ｗ，Ｗを転舵）させるた
めには入力軸５ｃ（ひいては、ステアリングホイール
３）からの多くの回転が必要となる。

【００２８】そこで、ＤＣモータ１３の駆動力によって
リングギア１１ｃを入力軸５ｃと同方向に回転させるこ
とによって、遊星式歯車機構１１では、プラネタリキャ
リア１１ｆ（出力軸７ｃ）を回転させるためのサンギア
１１ａ（入力軸５ｃ）の回転数を低減している。したが
って、遊星式歯車機構１１が配設されているステアリン
グ系Ｓでは、このＤＣモータ１３の駆動力と遊星式歯車
機構１１の作用とによってステアリングホイール３から
の回転数が低減されている。

【００２９】さらに、ステアリング系Ｓでは、ドライバ
の運転感覚を考慮し、ステアリングホイール３の操舵角
に対して転舵輪Ｗ，Ｗの転舵角（つまり、ステアリング
ホイール３から転舵輪Ｗ，Ｗに至る減速比）を一定にし
なければならない。そこで、前記したように制御装置１
４では入力軸５ｃと出力軸７ｃとの回転比が一定になる
ようにＤＣモータ１３をフィードバック制御しており、
遊星式歯車機構１１では、サンギア１１ａの回転とプラ
ネタリキャリア１１ｆの回転との回転比（減速比）が一
定となっている。その結果、ステアリング系Ｓでは、ラ
ック＆ピニオン機構７等の他の減速比が一定なので、ス
テアリングホイール３から転舵輪Ｗ，Ｗに至る減速比が
一定となる。

【００３０】次に、図１および図２を参照して、ウォー
ムギア機構１２について説明する。

【００３１】ウォームギア機構１２は、ウォームホイー
ルとしても作用するリングギア１１ｃの外周ギア１２ａ
にウォーム軸１２ｂの外周面に形成されたウォームギア
１２ｃが噛み合っている。ウォーム軸１２ｂは、ＤＣモ
ータ１３のモータ軸１３ａと同心上に配置されており、
モータ軸１３ａに連結されている。

【００３２】そして、ウォームギア機構１２では、ＤＣ
モータ１３の回転をウォームギア１２ｃとリングギア１
１ｃの外周ギア１２ａとのギア比（減速比）によって減
速して遊星式歯車機構１１のリングギア１１ｃに伝達し
ている。

【００３３】また、ウォームギア機構１２では、機構上
の特性によって、リングギア１１ｃの回転をウォーム軸
１２ｂ（ひいては、ＤＣモータ１３）に伝達することは
ない。そのため、外周ギア１２ａまたはウォームギア１
２ｃが損傷して回転を伝達できない場合やＤＣモータ１
３が故障した場合等、ウォームギア機構１２では入力軸
５ｃの回転をリングギア１１ｃを介してウォーム軸１２
ｂ（ひいては、ＤＣモータ１３）に伝達しないので、そ
の入力軸５ｃ（サンギア１１ａ）の回転がリングギア１
１ｃを介してギアの損傷箇所やＤＣモータ１３で吸収さ
れることはない。したがって、この場合、入力軸５ｃの
回転が、リングギア１１ｃが固定した状態で、サンギア
１１ａとプラネタリギア１１ｂ，１１ｂ，・・・を介し
て出力軸７ｃに伝達される。このように、遊星式歯車機
構１１とＤＣモータ１３との間にウォームギア機構１２
を設けることによって、ＤＣモータ１３の故障等の場合
でも、ステアリングホイール３からの操作によって転舵
輪Ｗ，Ｗの転舵を可能としている。

【００３４】次に、図３を参照して、制御装置１４につ
いて説明する。図３は、第１の実施の形態に係る制御装
置の構成図である。

【００３５】制御装置１４は、リングギア１１ｃを入力
軸５ｃの回転方向と同方向に回転させかつ入力軸５ｃと
出力軸７ｃとの回転比が一定になるように、ＤＣモータ
１３の駆動をフィードバック制御する（図２参照）。そ
のために、制御装置１４は、乗算部２０、偏差演算部２
１、ＰＩＤ[Proportional Integral Differential]制御
部２２、ＰＷＭ[Pulse Width Modulation]信号発生部２
３および電動機駆動回路２４を備えている。なお、制御
装置１４は、各種演算や処理等を行うＣＰＵ[Central P
rocessing Unit]、各種記憶装置、電源回路等から構成
されている。

【００３６】乗算部２０について説明する。乗算部２０
は、出力軸回転角センサ１６からの出力軸回転角信号Ｏ
Ｒが入力され、偏差演算部２１に乗算回転角信号ＭＲを
出力する。前記したようにステアリングホイール３の操
舵角に対する転舵輪Ｗ，Ｗの転舵角を一定に保持するた
めに、制御装置１４では入力軸５ｃと出力軸７ｃとの回
転比をフィードバック制御によって一定にしている。と
いうのは、ステアリング系Ｓにおけるステアリングホイ
ール３と転舵輪Ｗ，Ｗとの間での他の減速比はラック＆
ピニオン機構７の減速比等により一定の値となっている
ので、入力軸５ｃと出力軸７ｃとの回転比が一定になる
と、ステアリング系Ｓ全体の減速比が一定になる。そこ
で、乗算部２０では、その一定にする回転比（以下、目
標回転比と記載する）を設定するために、出力軸回転角
信号ＯＲの２つのパルスを各々目標回転比倍する。

【００３７】そして、この目標回転比倍した出力軸７ｃ
の回転角（目標回転比倍したパルス）と入力軸５ｃの回
転角（パルス）との差を０になるように制御すると、出
力軸７ｃの回転角は入力軸５ｃの回転角に対して１／目
標回転比となる。つまり、入力軸５ｃの回転は、目標回
転比で減速されて出力軸７ｃから出力する。

【００３８】偏差演算部２１について説明する。偏差演
算部２１は、乗算部２０からの乗算回転角信号ＭＲと入
力軸回転角センサ１５からの入力軸回転角信号ＩＲが入
力され、ＰＩＤ制御部２２に偏差信号ΔＲを出力する。
偏差演算部２１は、入力軸回転角信号ＩＲの２つのパル
スから乗算回転角信号ＭＲの２つの目標回転比倍された
パルスを各々減算し、偏差信号ΔＲを算出する。

【００３９】ＰＩＤ制御部２２について説明する。ＰＩ
Ｄ制御部２２は、偏差演算部２１からの偏差信号ΔＲと
入力軸回転角センサ１５からの入力軸回転角信号ＩＲが
入力され、ＰＷＭ信号発生部２３にＰＩＤ制御信号Ｐを
出力する。ＰＩＤ制御部２２は、偏差信号ΔＲにＰ（比
例）、Ｉ（積分）およびＤ（微分）制御を行い、入力軸
回転角信号ＩＲのパルスと目標回比倍した出力軸回転角
信号ＯＲのパルスとの偏差を０に近づけるためにＤＣモ
ータ１３に供給する電動機電圧ＶＭの向きと電圧値とを
示すＰＩＤ制御信号Ｐを生成する。この偏差が０になる
と、入力軸５ｃ（サンギア１１ａ）と出力軸７ｃ（プラ
ネタリキャリア１１ｆ）の回転比が目標回転比となる。
電動機電圧ＶＭの向きは、入力軸５ｃ（サンギア１１
ａ）の回転方向と同方向にリングギア１１ｃを回転させ
るために、ＤＣモータ１３を回転させる方向であり、入
力軸回転角信号ＩＲの２つのパルス信号の位相のずれ方
向に基づいて判定している。また、電動機電圧ＶＭの電
圧値は、偏差信号ΔＲの偏差の大きさに基づいて設定し
ている。

【００４０】ＰＷＭ信号発生部２３について説明する。
ＰＷＭ信号発生部２３は、ＰＩＤ制御部２２からのＰＩ
Ｄ制御信号Ｐが入力され、電動機駆動回路２４に電動機
制御信号ＶＯを出力する。ＰＷＭ信号発生部２３は、Ｐ
ＩＤ制御信号Ｐに基づいて、ＤＣモータ１３に供給する
電動機電圧ＶＭの向きと電圧値に対応したＰＷＭ信号、
オン信号、オフ信号を生成する。ＰＷＭ信号は、電動機
駆動回路２４のパワーＦＥＴ２４ａのゲートＧ１または
パワーＦＥＴ２４ｂのゲートＧ２に入力され、偏差信号
ΔＲの大きさに応じてパワーＦＥＴ２４ａまたはパワー
ＦＥＴ２４ｂをＰＷＭ駆動する信号である。なお、ＰＷ
Ｍ信号がゲートＧ１かゲートＧ２のどちらのゲートに入
力されるかは、前記したように入力軸回転角信号ＩＲの
２つのパルス信号の位相のずれ方向によって決まる。ま
た、ゲートＧ１またはゲートＧ２のうちＰＷＭ信号が入
力されないゲートにはオフ信号が入力され、パワーＦＥ
Ｔ２４ａまたはパワーＦＥＴ２４ｂはオフされる。そし
て、ゲートＧ１にＰＷＭ信号が入力される場合には、パ
ワーＦＥＴ２４ｄのゲートＧ４にオン信号が入力され、
パワーＦＥＴ２４ｄがオン駆動される。また、ゲートＧ
１にオフ信号が入力される場合には、ゲートＧ４にオフ
信号が入力され、パワーＦＥＴ２４ｄはオフされる。他
方、ゲートＧ２にＰＷＭ信号が入力される場合には、パ
ワーＦＥＴ２４ｃのゲートＧ３にオン信号が入力され、
パワーＦＥＴ２４ｃがオン駆動される。また、ゲートＧ
２にオフ信号が入力される場合には、ゲートＧ３にオフ
信号が入力され、パワーＦＥＴ２４ｃはオフされる。な
お、第１の実施の形態では、電動機制御信号ＶＯは、電
動機駆動回路２４のゲートＧ１〜Ｇ４に出力するＰＷＭ
信号、オン信号、オフ信号で構成される。

【００４１】電動機駆動回路２４について説明する。電
動機駆動回路２４は、４個のパワーＦＥＴ２４ａ，２４
ｂ，２４ｃ，２４ｄでブリッジ回路が構成され、電源電
圧２４ｅから１２Ｖの電圧が供給される。さらに、電動
機駆動回路２４は、ＤＣモータ１３がパワーＦＥＴ２４
ａとパワーＦＥＴ２４ｄの間に直列にかつパワーＦＥＴ
２４ｂとパワーＦＥＴ２４ｃの間に直列に接続される。
パワーＦＥＴ２４ａ，２４ｂは、各ゲートＧ１，Ｇ２に
ＰＷＭ信号またはオフ信号が入力され、ＰＷＭ信号が入
力されて論理レベル１のときにオンする。パワーＦＥＴ
２４ｃ，２４ｄは、各ゲートＧ３，Ｇ４にオン信号また
はオフ信号が入力され、オン信号が入力されたときにオ
ンする。そして、電動機駆動回路２４では、パワーＦＥ
Ｔ２４ａとパワーＦＥＴ２４ｄによってＤＣモータ１３
を正回転方向にＰＷＭ駆動し、パワーＦＥＴ２４ｂとパ
ワーＦＥＴ２４ｃによってＤＣモータ１３を逆回転方向
にＰＷＭ駆動する。なお、ＤＣモータ１３に印加される
電動機電圧ＶＭは、ＰＷＭ信号のデューティ比によって
決定される。例えば、ＰＷＭ信号のデューティ比が７
（論理レベル１）：３（論理レベル０）の場合、１２Ｖ
×（７／１０）＝８．４Ｖが電動機電圧ＶＭとなり、Ｄ
Ｃモータ１３に平均して８．４Ｖが印加されていること
になる。

【００４２】それでは、図１乃至図３を参照して、電動
パワーステアリング装置１の動作について説明する。こ
こでは、全てのシステムが正常の場合とＤＣモータ１３
が故障の場合とに分けて説明する。

【００４３】まず、正常の場合について説明する。ドラ
イバが、ステアリングホイール３を回転操作したとす
る。すると、ステアリング系Ｓでは、その回転操作がス
テアリング軸４、連結軸５、自在継ぎ手５ａ，５ｂを介
して入力軸５ｃに伝達される。

【００４４】入力軸５ｃが回転すると、電動パワーステ
アリング装置１の遊星式歯車機構１１では、入力軸５ｃ
の回転に伴ってサンギア１１ａが回転し、その回転に伴
ってプラネタリギア１１ｂ，１１ｂ，・・・が自転しな
がらサンギア１１ａと同方向に公転する。続いて、遊星
式歯車機構１１では、プラネタリギア１１ｂ，１１ｂ，
・・・の公転に伴って支持軸１１ｅ，１１ｅ，・・・を
介してプラネタリキャリア１１ｆが回転し、出力軸７ｃ
を回転させる。すると、ステアリング系Ｓでは、出力軸
７ｃの回転をラック＆ピニオン機構７を介して転舵輪
Ｗ，Ｗに伝達し、転舵輪Ｗ，Ｗを転舵させる。なお、遊
星式歯車機構１１では、サンギア１１ａとプラネタリギ
ア１１ｂ，１１ｂ，・・・とのギア比（減速比）に応じ
たトルク比で入力軸５ｃからの入力トルクを軽減してい
る。そのため、ドライバが転舵輪Ｗ，Ｗを転舵させるた
めに必要とされるステアリングホイール３への操舵トル
クは、常時軽減される。

【００４５】さらに、電動パワーステアリング装置１で
は、入力軸回転角センサ１５が入力軸５ｃの回転を検出
して入力軸回転角信号ＩＲを制御装置１４に出力すると
ともに、出力軸回転角センサ１６が出力軸７ｃの回転を
検出して出力軸回転角信号ＯＲを制御装置１４に出力し
ている。

【００４６】そして、電動パワーステアリング装置１の
制御装置１４では、乗算部２０で出力軸回転角信号ＯＲ
の各パルスを目標回転比倍して乗算回転角信号ＭＲを偏
差演算部２１に出力する。続いて、制御装置１４では、
偏差演算部２１で入力軸回転角信号ＩＲと乗算回転角信
号ＭＲから偏差信号ΔＲを演算する。さらに、制御装置
１４では、ＰＩＤ制御部２２で偏差信号ΔＲと入力軸回
転角信号ＩＲに基づいてＰＩＤ制御信号Ｐを生成し、Ｐ
ＷＭ信号発生部２３でＰＩＤ制御信号Ｐに基づいて電動
機制御信号ＶＯを生成する。そして、制御装置１４で
は、電動機駆動回路２４で電動機制御信号ＶＯに対応し
て電動機電圧ＶＭを発生し、ＤＣモータ１３に印加す
る。

【００４７】すると、ＤＣモータ１３では、電動機電流
ＩＭが流れ、入力軸５ｃ（サンギア１１ａ）と同方向に
リングギア１１ｃを回転させる方向に駆動する。

【００４８】ＤＣモータ１３が駆動すると、電動パワー
ステアリング装置１のウォームギア機構１２では、モー
タ軸１３ａの回転に伴ってウォーム軸１２ｂが回転し、
ウォーム軸１２ｂのウォームギア１２ｃとリングギア１
１ｃの外周ギア１２ａの噛み合いによってリングギア１
１ｃを回転させる。つまり、ウォームギア機構１２で
は、ＤＣモータ１３の回転をウォームギア１２ｃと外周
ギア１２ａとのギア比によって減速してリングギア１１
ｃに伝達している。

【００４９】ＤＣモータ１３の駆動力によってリングギ
ア１１ｃがサンギア１１ａと同方向に回転すると、遊星
式歯車機構１１では、このリングギア１１ｃの回転によ
ってプラネタリギア１１ｂ，１１ｂ，・・・の自転およ
び公転が促進される。そのため、遊星式歯車機構１１で
は、プラネタリキャリア１１ｆ（出力軸７ｃ）を回転さ
せるためのサンギア１１ａ（入力軸５ｃ）の回転が低減
される。その結果、ドライバが転舵輪Ｗ，Ｗを転舵させ
るために必要とされるステアリングホイール３への回転
数が、低減される。

【００５０】さらに、制御装置１４では入力軸５ｃと出
力軸７ｃとの回転比が目標回転比となるようにＤＣモー
タ１３の駆動（ひいては、リングギア１１ｃの回転）を
フィードバック制御しているので、遊星式歯車機構１１
では、このリングギア１１ｃの回転によってサンギア１
１ａとプラネタリキャリア１１ｆとの回転比が目標回転
比となっている。その結果、ステアリング系Ｓ全体での
減速比が一定となり、ステアリングホイール３の回転操
作に対して一定の減速比で転舵輪Ｗ，Ｗが転舵する。

【００５１】このように、電動パワーステアリング装置
１では、遊星式歯車機構１１の作用によってステアリン
グホイール３の操舵トルクを軽減するとともに、ＤＣモ
ータ１３の駆動力と遊星式歯車機構１１の作用によって
ステアリングホイール３の回転数を低減する。さらに、
電動パワーステアリング装置１では、制御装置１４のフ
ィードバック制御によってステアリングホイール３の操
舵角に対して転舵輪Ｗ，Ｗの転舵角を一定にする。

【００５２】次に、ＤＣモータ１３が故障した場合につ
いて説明する。ドライバが、ステアリングホイール３を
回転操作したとする。すると、ステアリング系Ｓでは、
その回転操作がステアリング軸４、連結軸５、自在継ぎ
手５ａ，５ｂを介して入力軸５ｃに伝達される。

【００５３】入力軸５ｃが回転すると、電動パワーステ
アリング装置１の遊星式歯車機構１１では、前記したよ
うに、サンギア１１ａとプラネタリキャリア１１ｆを介
して出力軸７ｃを回転させる。

【００５４】さらに、電動パワーステアリング装置１で
は、前記したように、制御装置１４が入力軸回転角セン
サ１５からの入力軸回転角信号ＩＲと出力軸回転角セン
サ１６からの出力軸回転角信号ＯＲに基づいて電動機制
御信号ＶＯを生成している。そして、制御装置１４で
は、電動機駆動回路２４で電動機制御信号ＶＯに対応し
て電動機電圧ＶＭを発生し、ＤＣモータ１３に印加して
いる。

【００５５】しかし、ＤＣモータ１３は、故障している
ので、駆動しない。ちなみに、ＤＣモータ１３の故障を
検出する手段を設け、故障を検出したときにはＤＣモー
タ１３に電動機電圧ＶＭを印加しないように構成しても
よい。

【００５６】したがって、電動パワーステアリング装置
１のウォームギア機構１２では、ＤＣモータ１３の非駆
動によってウォーム軸１２ｂが回転しないので、リング
ギア１１ｃを回転させることはない。また、ウォームギ
ア機構１２では、リングギア１１ｃの回転をウォーム軸
１２ｂに伝達しない。そのため、入力軸５ｃ（サンギア
１１ａ）の回転が、リングギア１１ｃを介してＤＣモー
タ１３に伝達されない。

【００５７】その結果、遊星式歯車機構１１では、リン
グギア１１ｃが固定した状態で、入力軸５ｃの回転をサ
ンギア１１ａとプラネタリキャリア１１ｆとのギア比で
減速して出力軸７ｃを回転させる。すると、ステアリン
グ系Ｓでは、出力軸７ｃの回転をラック＆ピニオン機構
７を介して転舵輪Ｗ，Ｗに伝達し、転舵輪Ｗ，Ｗが転舵
する。このとき、遊星式歯車機構１１では、サンギア１
１ａとプラネタリキャリア１１ｆとのギア比（減速比）
に応じたトルク比で入力軸５ｃからの入力トルクを軽減
している。そのため、ドライバが転舵輪Ｗ，Ｗを転舵さ
せるために必要とされるステアリングホイール３への操
舵トルクは、常時軽減される。しかし、正常の場合のよ
うにＤＣモータ１３の駆動力によって回転数を低減して
いないので、転舵輪Ｗ，Ｗを転舵させるためには、正常
の場合より多くの回転数がステアリングホイール３に対
して必要となる。

【００５８】このようにＤＣモータ１３が故障した場合
でも、電動パワーステアリング装置１では、ウォームギ
ア機構１２の作用によってステアリングホイール３の回
転操作により転舵輪Ｗ，Ｗを転舵させることができると
ともに、遊星式歯車機構１１の作用によってステアリン
グホイール３からの操舵トルクを軽減する。

【００５９】この電動パワーステアリング装置１によれ
ば、入力軸回転角信号ＩＲと出力軸回転角信号ＯＲに基
づいてフィードバック制御によってＤＣモータ１３の駆
動を制御することによってステアリング系Ｓ全体の減速
比を一定にしながら、遊星式歯車機構１１によってドラ
イバが作用させる操舵トルクを軽減するとともに、ＤＣ
モータ１３の駆動力によってドライバが入力する回転数
を低減する。また、電動パワーステアリング装置１によ
れば、ＤＣモータ１３の故障等によって回転数のアシス
トができない場合でも、ウォームギア機構１２によって
転舵輪Ｗ，Ｗの転舵を可能とする。さらに、電動パワー
ステアリング装置１では、遊星式歯車機構１１の機構上
の特性によって操舵トルクを軽減するので、ステアリン
グホイール３から入力される操舵トルクを検出する必要
がない。そのため、電動パワーステアリング装置１で
は、操舵トルクセンサによるコストアップがなく、ステ
アリング系Ｓにトーションバーを配設しなくてよいので
ステアリングの剛性が低下しない。

【００６０】次に、図４を参照して、第２の実施の形態
に係る電動パワーステアリング装置３１の全体構成につ
いて説明する。なお、電動パワーステアリング装置３１
では、第１の実施の形態に係る電動パワーステアリング
装置１と同一の構成については同一の符号を付し、その
同一の構成についての詳細な説明を省略する。図４は、
第２の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の
全体構成図である。

【００６１】電動パワーステアリング装置３１は、ステ
アリングホイール３から転舵輪Ｗ，Ｗに至るステアリン
グ系Ｓに備えられ、手動操舵力発生手段２による操舵ト
ルクおよび回転数をアシストする。そのために、電動パ
ワーステアリング装置３１は、遊星式歯車機構１１のサ
ンギア１１ａとプラネタリキャリア１１ｆのギア比（減
速比）に応じたトルク比で手動操舵力発生手段２での操
舵トルクを軽減するとともに、制御装置３４からの電力
パルスＰＳによってステッピングモータ３３を駆動し、
ウォームギア機構１２を介して遊星式歯車機構１１のリ
ングギア１１ｃを回転させることによってサンギア１１
ａの回転数（手動操舵力発生手段２での入力回転数）を
低減する（図２参照）。なお、第２の実施の形態では、
ステッピングモータ３３が特許請求の範囲に記載する電
動機に相当し、制御装置３４が特許請求の範囲に記載す
る電動機制御手段に相当する。

【００６２】そこで、電動パワーステアリング装置３１
は、ドライバによる操舵トルクを軽減するために、自在
継ぎ手５ｂに取り付けられた入力軸５ｃと出力軸（ピニ
オン軸）７ｃとの間に遊星式歯車機構１１が配設されて
いる。さらに、電動パワーステアリング装置３１は、ド
ライバによるステアリングホイール３への回転数を低減
するために、遊星式歯車機構１１のリングギア１１ｃを
回転させるステッピングモータ３３が設けられている
（図２参照）。また、電動パワーステアリング装置３１
は、ステッピングモータ３３の故障等の場合でもステア
リングホイール３からの操作によって転舵輪Ｗ，Ｗを転
舵可能とするために、遊星式歯車機構１１とステッピン
グモータ３３との間にウォームギア機構１２が配設され
ている。

【００６３】制御装置３４は、入力軸回転角センサ３５
からの検出信号ＩＲが入力される。そして、制御装置３
４は、オープン制御により検出信号ＩＲに基づいて電動
機制御信号ＶＯを生成し、電動機制御信号ＶＯに基づい
て電力増幅回路４１からステッピングモータ３３に電力
パルスＰＳを供給する（図５参照）。なお、本実施の形
態では、入力軸回転角センサ３５が特許請求の範囲に記
載する回転角検出手段に相当する。

【００６４】入力軸回転角センサ３５は、第１の実施の
形態に係る入力軸回転角センサ１５と同一の構成のセン
サであり、入力軸５ｃ（すなわち、サンギア１１ａ）の
回転角を検出するセンサである。

【００６５】図２および図４を参照して、遊星式歯車機
構１１について説明する。遊星式歯車機構１１は第１の
実施の形態で説明した機構であり、ここでは、ステッピ
ングモータ３３との関係についてのみ説明する。

【００６６】遊星式歯車機構１１のリングギア１１ｃ
は、ウォームギア機構１２を介してステッピングモータ
３３の駆動力が作用するようになっており、ステッピン
グモータ３３の駆動に応じて回転する。そして、ステッ
ピングモータ３３の駆動力によってリングギア１１ｃを
入力軸５ｃと同方向に回転させることによって、遊星式
歯車機構１１では、プラネタリキャリア１１ｆ（出力軸
７ｃ）を回転させるためのサンギア１１ａ（入力軸５
ｃ）の回転数を低減している。したがって、遊星式歯車
機構１１が配設されているステアリング系Ｓでは、この
ステッピングモータ３３の駆動力と遊星式歯車機構１１
の作用とによってステアリングホイール３からの回転数
が低減される。

【００６７】さらに、ステアリング系Ｓでは、ドライバ
の運転感覚を考慮し、ステアリングホイール３の操舵角
に対して転舵輪Ｗ，Ｗの転舵角（つまり、ステアリング
ホイール３から転舵輪Ｗ，Ｗに至る減速比）を一定にし
なければならない。そこで、制御装置３４では入力軸５
ｃと出力軸７ｃとの回転比が一定になるようにステッピ
ングモータ３３をオープン制御しており、遊星式歯車機
構１１では、サンギア１１ａの回転とプラネタリキャリ
ア１１ｆの回転との回転比（減速比）は一定になってい
る。

【００６８】次に、図２および図４を参照して、ウォー
ムギア機構１２について説明する。ウォームギア機構１
２は第１の実施の形態で説明した機構であり、ここで
は、ステッピングモータ３３との関係についてのみ説明
する。

【００６９】ウォームギア機構１２のウォーム軸１２ｂ
は、ステッピングモータ３３のモータ軸３３ａと同心上
に配置されており、モータ軸３３ａに連結されている。
そして、ウォームギア機構１２では、ステッピングモー
タ３３の回転をウォームギア１２ｃとリングギア１１ｃ
の外周ギア１２ａとのギア比（減速比）によって減速し
て遊星式歯車機構１１のリングギア１１ｃに伝達してい
る。

【００７０】また、ウォームギア機構１２では、機構上
の特性によって、リングギア１１ｃの回転をウォーム軸
１２ｂ（ひいては、ステッピングモータ３３）に伝達し
ない。そのため、外周ギア１２ａまたはウォームギア１
２ｃが損傷して回転を伝達できない場合やステッピング
モータ３３が故障した場合等、ウォームギア機構１２で
は入力軸５ｃ（サンギア１１ａ）の回転をリングギア１
１ｃを介してウォーム軸１２ｂ（ひいては、ステッピン
グモータ３３）に伝達しないので、その入力軸５ｃの回
転がリングギア１１ｃを介してギアの損傷箇所やステッ
ピングモータ３３で吸収されることはない。

【００７１】次に、図２、図４および図５を参照して、
ステッピングモータ３３について説明する。第２の実施
の形態では、説明を簡単にするために、ステッピングモ
ータ３３の１ステップの回転角を９０°としている。図
５は、第２の実施の形態に係る制御装置およびステッピ
ングモータの構成図である。

【００７２】ステッピングモータ３３は、１電力パルス
が供給されると１ステップ（等回転角）毎に回転するモ
ータである。そのために、ステッピングモータ３３は、
中心部にモータ軸３３ａに連結されるマグネットロータ
３３ｂが配置され、マグネットロータ３３ｂの外側に９
０°毎にステータコイル３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３
ｆが配置されている。そして、ステータコイル３３ｃ，
３３ｄ，３３ｅ，３３ｆの導線３３ｇ，３３ｈ，３３
ｉ，３３ｊの一端には、制御装置３４の電力増幅回路４
１のパワートランジスタ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１
ｄのエミッタＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４が各々接続されて
いる。さらに、導線３３ｇの他端には導線３３ｈの他端
および電源電圧３３ｋが接続されており、導線３３ｉの
他端には導線３３ｊの他端および電源電圧３３ｋが接続
されている。

【００７３】ステッピングモータ３３の動作を簡単に説
明する。例えば、パワートランジスタ４１ａがオンして
電力パルスＰＳ１をステータコイル３３ｃに供給する
と、ステータコイル３３ｃは励磁して導線３３ｇに励磁
電流ＩＳ１が流れる。すると、ステータコイル３３ｃの
マグネットロータ３３ｂ側にはＳ極が発生し、そのＳ極
とマグネットロータ３３ｂのＮ極とが引き合ってマグネ
ットロータ３３ｂがステータコイル３３ｃの位置まで９
０°回転する。続いて、パワートランジスタ４１ａをオ
フし、パワートランジスタ４１ｂがオンして電力パルス
ＰＳ２をステータコイル３３ｄに供給すると、ステータ
コイル３３ｄは励磁して導線３３ｈに励磁電流ＩＳ２が
流れる。すると、ステータコイル３３ｄのマグネットロ
ータ３３ｂ側にはＳ極が発生し、そのＳ極とマグネット
ロータ３３ｂのＮ極とが引き合ってマグネットロータ３
３ｂがステータコイル３３ｄの位置まで９０°回転す
る。以上の動作のように、ステータコイル３３ｃ→３３
ｄ→３３ｅ→３３ｆ→３３ｃを順に励磁することによっ
て、ステッピングモータ３３は９０°毎に反時計回り
（図５を正面視した場合）に回転する。一方、ステータ
コイル３３ｃ→３３ｆ→３３ｅ→３３ｄ→３３ｃを順に
励磁することによって、ステッピングモータ３３は９０
°毎に時計回り（図５を正面視した場合）に回転する。

【００７４】次に、図５を参照して、制御装置３４につ
いて説明する。

【００７５】制御装置３４は、リングギア１１ｃを入力
軸５ｃの回転方向と同方向に回転させかつ入力軸５ｃと
出力軸７ｃとの回転比が一定になるように、ステッピン
グモータ３３の駆動をオープン制御する。そのために、
制御装置３４は、信号乗算回路４０および電力増幅回路
４１を備えている。なお、制御装置３４は、ＣＰＵを有
しておらず、前記した回路の他に各種記憶装置、電源回
路等から構成されている。

【００７６】信号乗算回路４０について説明する。信号
乗算回路４０は、入力軸回転角センサ３５からの入力軸
回転角信号ＩＲが入力され、電力増幅回路４１に電動機
制御信号ＶＯを出力する。前記したようにステアリング
ホイール３の操舵角に対する転舵輪Ｗ，Ｗの転舵角を一
定に保持するために、制御装置３４では入力軸５ｃと出
力軸７ｃとの回転比をオープン制御によって一定にして
いる。このオープン制御では、入力軸５ｃの回転に対し
て所定倍の回転比で回転するようにステッピングモータ
３３を駆動し、この入力軸５ｃ（サンギア１１ａ）の回
転に比例したステッピングモータ３３の回転によってリ
ングギア１１ｃを回転している。そのため、リングギア
１１ｃとサンギア１１ａとの回転比が一定となり、さら
にサンギア１１ａとプラネタリキャリア１１ｆとの回転
比が一定となる。

【００７７】そこで、信号乗算回路４０では、入力軸５
ｃの所定倍の回転比でステッピングモータ３３を駆動す
るために、入力軸回転角信号ＩＲの２つのパルスを各々
乗算定数倍する。さらに、信号乗算回路４０は、乗算定
数倍したパルス（以下、乗算パルスと記載する）に基づ
いて、ステッピングモータ３３に供給する電力パルスＰ
Ｓに対応したオン信号、オフ信号を生成する。乗算定数
は、入力軸回転角センサ３５の１パルスで検出する回転
角度、ステッピングモータ３３の１ステップでの回転角
度、ウォームギア機構１２の減速比、遊星式歯車機構１
１の各ギア間のギア比等に基づいて設定される。オン信
号は、ステッピングモータ３３を駆動する場合に乗算パ
ルスの１パルス毎に電力増幅回路４１のパワートランジ
スタ４１ａのベースＢ１、パワートランジスタ４１ｂの
ベースＢ２、パワートランジスタ４１ｃのベースＢ３お
よびパワートランジスタ４１ｄのベースＢ４の中のいず
れか１つのベースに入力され、パワートランジスタ４１
ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄをオンする信号である。オ
フ信号は、パワートランジスタ４１ａのベースＢ１、パ
ワートランジスタ４１ｂのベースＢ２、パワートランジ
スタ４１ｃのベースＢ３およびパワートランジスタ４１
ｄのベースＢ４の中で、ステッピングモータ３３を駆動
する場合にはオン信号が入力されない３つのベースに入
力され、ステッピングモータ３３を駆動しない場合には
全てのベースに入力され、パワートランジスタ４１ａ，
４１ｂ，４１ｃ，４１ｄをオフする信号である。オン信
号を入力する順序は、ベースＢ１→ベースＢ２→ベース
Ｂ３→ベースＢ４→ベースＢ１またはベースＢ１→ベー
スＢ４→ベースＢ３→ベースＢ２→ベースＢ１の順であ
る。どちらの順にするかは、入力軸５ｃ（すなわち、サ
ンギア１１ａ）の回転方向と同方向にリングギア１１ｃ
を回転させるためにステッピングモータ３３を回転させ
る方向によって決まり、入力軸回転角信号ＩＲの２つの
パルス信号の位相のずれ方向に基づいて判定している。
なお、第２の実施の形態では、電動機制御信号ＶＯは、
電力増幅回路４１のベースＢ１〜Ｂ４に出力するオン信
号、オフ信号で構成される。

【００７８】電力増幅回路４１について説明する。電力
増幅回路４１は、４個のパワートランジスタ４１ａ，４
１ｂ，４１ｃ，４１ｂで構成されている。パワートラン
ジスタ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｂのエミッタＥ
１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４は前記したようにステッピングモ
ータ３３の導線３３ｇ，３３ｈ，３３ｉ，３３ｊの一端
に各々接続されており、コレクタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ
４は接地されており、ベースＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は
信号乗算回路４０に接続されている。パワートランジス
タ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄは、各ベースＢ１，
Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４にオン信号またはオフ信号が入力さ
れ、オン信号が入力された時にオンし、オフ信号が入力
された時にオフする。そして、電力増幅回路４１では、
電動機制御信号ＶＯに基づいてパワートランジスタ４１
ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄが順次オンし、ステッピン
グモータ３３のステータコイル３３ｃ，３３ｄ，３３
ｅ，３３ｆに順次電力パルスＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３，
ＰＳ４を供給する。

【００７９】以上のオープン制御では、入力軸回転角信
号ＩＲの１パルス（入力軸５ｃが一定角度回転する）毎
に、信号乗算回路４０では乗算定数個分のオン信号を電
力増幅回路４１のベースＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４に順次
出力し、さらに電力増幅回路４１では乗算定数分の電力
パルスＰＳをステッピングモータ３３のステータコイル
３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆに順次供給する。する
と、ステッピングモータ３３では、ステータコイル３３
ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆが順次励磁し、マグネット
ロータ３３ｂが１ステップ９０°の回転を乗算定数回行
う。

【００８０】それでは、図２、図４および図５を参照し
て、電動パワーステアリング装置３１の動作について説
明する。ここでは、全てのシステムが正常の場合とステ
ッピングモータ３３が故障の場合とに分けて説明する。
なお、以下の説明では、第１の実施の形態で説明してい
る箇所については、その説明を省略している。

【００８１】まず、正常の場合について説明する。ドラ
イバが、ステアリングホイール３を回転操作したとす
る。すると、ステアリング系Ｓでは、その回転操作がス
テアリング軸４、連結軸５、自在継ぎ手５ａ，５ｂを介
して入力軸５ｃに伝達される。

【００８２】入力軸５ｃが回転すると、電動パワーステ
アリング装置３１の遊星式歯車機構１１では、第１の実
施の形態と同様に、出力軸７ｃを回転させる。すると、
ステアリング系Ｓでは、出力軸７ｃの回転をラック＆ピ
ニオン機構７を介して転舵輪Ｗ，Ｗに伝達し、転舵輪
Ｗ，Ｗを転舵させる。なお、電動パワーステアリング装
置３１でも、第１の実施の形態と同様に、遊星式歯車機
構１１の作用により入力軸５ｃからの入力トルクが軽減
され、ドライバが転舵輪Ｗ，Ｗを転舵させるために必要
とされるステアリングホイール３への操舵トルクが常時
軽減される。

【００８３】さらに、電動パワーステアリング装置３１
では、入力軸回転角センサ３５が入力軸５ｃの回転を検
出して入力軸回転角信号ＩＲを制御装置３４に出力して
いる。

【００８４】そして、電動パワーステアリング装置３１
の制御装置３４では、信号乗算回路４０で入力軸回転角
信号ＩＲの各パルスを乗算定数倍し、さらに乗算パルス
と入力軸回転角信号ＩＲの２つのパルスの位相ずれに基
づいて電動機制御信号ＶＯを生成する。そして、制御装
置３４では、電力増幅回路４１で電動機制御信号ＶＯに
対応してパワートランジスタ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，
４１ｄが順次オンし、ステッピングモータ３３のステー
タコイル３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆに電力パルス
ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３，ＰＳ４を順次供給する。

【００８５】すると、ステッピングモータ３３では、ス
テータコイル３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆが順次励
磁し、導線３３ｇ，３３ｈ，３３ｉ，３３ｊに励磁電流
ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３，ＩＳ４が順次流れる。そし
て、ステッピングモータ３３では、入力軸５ｃ（サンギ
ア１１ａ）と同方向にリングギア１１ｃを回転させる方
向に、マグネットロータ３３ｂが９０°毎にステップ回
転する。

【００８６】ステッピングモータ３３が駆動すると、電
動パワーステアリング装置３１のウォームギア機構１２
では、第１の実施の形態と同様に、ステッピングモータ
３３の回転をウォームギア１２ｃと外周ギア１２ａとの
ギア比によって減速してリングギア１１ｃに伝達してい
る。

【００８７】ステッピングモータ３３の駆動力によって
リングギア１１ｃがサンギア１１ａと同方向に回転する
と、遊星式歯車機構１１では、このリングギア１１ｃの
回転によってプラネタリキャリア１１ｆの回転が促進さ
れる。そのため、遊星式歯車機構１１では、プラネタリ
キャリア１１ｆ（出力軸７ｃ）を回転させるためのサン
ギア１１ａ（入力軸５ｃ）の回転が低減される。その結
果、ドライバが転舵輪Ｗ，Ｗを転舵させるために必要と
されるステアリングホイール３への回転数が、低減され
る。

【００８８】さらに、制御装置３４では入力軸５ｃと出
力軸７ｃとの回転比を一定とするためにステッピングモ
ータ３３の駆動（ひいては、リングギア１１ｃの回転）
をオープン制御しているので、遊星式歯車機構１１で
は、このリングギア１１ｃの回転によってサンギア１１
ａとプラネタリキャリア１１ｆとの回転比が一定となっ
ている。その結果、ステアリング系Ｓ全体での減速比が
一定となり、ステアリングホイール３の回転操作に対し
て一定の減速比で転舵輪Ｗ，Ｗが転舵する。

【００８９】このように、電動パワーステアリング装置
３１では、遊星式歯車機構１１の作用によってステアリ
ングホイール３の操舵トルクを軽減するとともに、ステ
ッピングモータ３３の駆動力と遊星式歯車機構１１の作
用とによってステアリングホイール３の回転数を低減す
る。さらに、電動パワーステアリング装置３１では、制
御装置３４のオープン制御によってステアリングホイー
ル３の操舵角に対して転舵輪Ｗ，Ｗの転舵角を一定にす
る。

【００９０】次に、ステッピングモータ３３が故障した
場合について説明する。ドライバが、ステアリングホイ
ール３を回転操作したとする。すると、ステアリング系
Ｓでは、その回転操作がステアリング軸４、連結軸５、
自在継ぎ手５ａ，５ｂを介して入力軸５ｃに伝達され
る。

【００９１】入力軸５ｃが回転すると、電動パワーステ
アリング装置３１の遊星式歯車機構１１では、前記した
ように、サンギア１１ａとプラネタリギア１１ｂ，１１
ｂ，・・・を介して出力軸７ｃを回転させる。

【００９２】さらに、電動パワーステアリング装置３１
では、前記したように、制御装置３４では入力軸回転角
センサ３５からの入力軸回転角信号ＩＲに基づいて電動
機制御信号ＶＯを生成している。そして、制御装置３４
では、電力増幅回路４１で電動機制御信号ＶＯに基づい
てステッピングモータ３３のステータコイル３３ｃ，３
３ｄ，３３ｅ，３３ｆに電力パルスＰＳ１，ＰＳ２，Ｐ
Ｓ３，ＰＳ４を順次供給する。

【００９３】しかし、ステッピングモータ３３は、故障
しているので、駆動しない。ちなみに、ステッピングモ
ータ３３の故障を検出する手段を設け、故障を検出した
ときにはステッピングモータ３３に電力パルスＰＳを印
加しないように構成してもよい。

【００９４】したがって、電動パワーステアリング装置
３１のウォームギア機構１２では、ステッピングモータ
３３の非駆動によってウォーム軸１２ｂが回転しないの
で、リングギア１１ｃを回転させることはない。また、
ウォームギア機構１２では、リングギア１１ｃの回転を
ウォーム軸１２ｂに伝達しない。そのため、入力軸５ｃ
（サンギア１１ａ）の回転が、リングギア１１ｃを介し
てステッピングモータ３３に伝達されない。

【００９５】その結果、電動パワーステアリング装置３
１でも、第１の実施の形態と同様に、遊星式歯車機構１
１ではリングギア１１が固定した状態で入力軸５ｃの回
転をサンギア１１ａとプラネタリキャリア１１ｆとのギ
ア比で減速して出力軸７ｃを回転させ、ステアリング系
Ｓでこの出力軸７ｃの回転をラック＆ピニオン機構７を
介して転舵輪Ｗ，Ｗに伝達し、転舵輪Ｗ，Ｗが転舵す
る。

【００９６】このようにステッピングモータ３３が故障
した場合でも、電動パワーステアリング装置３１では、
ウォームギア機構１２の作用によってステアリングホイ
ール３の回転操作によって転舵輪Ｗ，Ｗを転舵させるこ
とができるとともに、遊星式歯車機構１１の作用によっ
てステアリングホイール３からの操舵トルクを軽減す
る。

【００９７】この電動パワーステアリング装置３１によ
れば、入力軸回転角信号ＩＲに基づいてオープン制御に
よってステッピングモータ３３の駆動を制御することに
よってステアリング系Ｓ全体の減速比を一定にしなが
ら、遊星式歯車機構１１によってドライバが作用させる
操舵トルクを軽減するとともに、ステッピングモータ３
３の駆動力によってドライバが入力する回転数を低減す
る。また、電動パワーステアリング装置３１によれば、
ステッピングモータ３３の故障等によって回転数のアシ
ストができない場合でも、ウォームギア機構１２によっ
て転舵輪Ｗ，Ｗの転舵を可能とする。さらに、パワース
テアリング装置３１では、ステッピングモータ３３を用
いることによってオープン制御が可能となり、制御装置
３４をＣＰＵ無しで構成できる。また、電動パワーステ
アリング装置３１でも、第１の実施の形態と同様に、操
舵トルクセンサによるコストアップがなく、ステアリン
グ系Ｓにトーションバーを配設しなくてよいのでステア
リングの剛性が低下しない。

【００９８】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は、前記の実施の形態に限定されることな
く、様々な形態で実施される。例えば、本実施の形態で
は差動装置として遊星式歯車機構を用いたが、他の機構
による差動装置でもよい。また、本実施の形態では逆転
防止手段としてウォームギア機構を用いたが、他の機構
による逆転防止手段でもよい。また、本実施の形態では
サンギアにステアリングホイールを連結し、プラネタリ
ギアに転舵輪を連結し、リングギアに電動機を連結する
構成としたが、プラネタリギアに電動機を連結し、リン
グギアに転舵輪を連結する構成でもよい。また、本実施
の形態では第１回転検出手段および第２回転検出手段と
して回転角を検出する入力軸回転角センサおよび出力軸
回転角センサとしたが、回転速度、回転加速度、回転位
相等の他の回転要素を検出する手段としてもよい。

【００９９】

【発明の効果】本発明の請求項１に係る電動パワーステ
アリング装置は、差動装置の作用によって操舵トルクを
軽減するとともに、電動機制御手段の制御によって第１
の要素と第２の要素との回転比を一定にしながら電動機
を駆動し、この駆動力と差動装置の作用によってステア
リングホイールの回転数を低減する。そのため、この電
動パワーステアリング装置は、操舵トルク等の車両の運
転状態や車速等の車両の挙動を検出する必要がないの
で、操舵トルクセンサ等によってコストアップすること
なく、トーションバーによってステアリングの剛性が低
下しない。

【０１００】本発明の請求項２に係る電動パワーステア
リング装置は、第１回転検出手段で検出した第１の要素
の回転と第２回転検出手段で検出した第２の要素の回転
とに基づいて、電動機制御手段によるフィードバック制
御によって高精度に第１の要素と第２の要素との回転比
を一定にすることができる。

【０１０１】本発明の請求項３に係る電動パワーステア
リング装置は、回転検出手段で検出した第１の要素の回
転角に基づいて、電動機制御手段によるオープン制御に
よってステッピングモータの駆動を制御し、第１の要素
と第２の要素との回転比を一定にすることができる。そ
の結果、この電動パワーステアリング装置では、電動機
制御手段にＣＰＵを必要としないので、低コストで構成
することができる。

【０１０２】本発明の請求項４に係る電動パワーステア
リング装置は、電動機等が故障した場合でも、逆転防止
手段の作用により第３の要素から電動機側に回転を伝達
しないので、第３の要素が固定した状態で差動装置が動
作し、軽減された操舵トルクによるステアリングホイー
ル操作によって転舵輪を転舵させることができる。その
ため、この電動パワーステアリング装置では、フェイル
アンドセーフ機構を逆転防止手段によって簡単に構成で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る電動パワーステアリン
グ装置の全体構成図である。

【図２】本実施の形態に係る遊星式歯車機構の一部破断
側面図である。

【図３】第１の実施の形態に係る制御装置の構成図であ
る。

【図４】第２の実施の形態に係る電動パワーステアリン
グ装置の全体構成図である。

【図５】第２の実施の形態に係る制御装置およびステッ
ピングモータの構成図である。

【符号の説明】

１，３１・・・電動パワーステアリング装置 ３・・・ステアリングホイール １１・・・遊星式歯車機構（差動装置） １１ａ・・・サンギア（第１の要素） １１ｂ・・・プラネタリギア １１ｃ・・・リングギア（第３の要素） １１ｆ・・・プラネタリキャリア（第２の要素） １２・・・ウォームギア機構（逆転防止手段） １３・・・ＤＣモータ（電動機） １４，３４・・・制御装置（電動機制御手段） １５・・・入力軸回転角センサ（第１回転検出手段） １６・・・出力軸回転角センサ（第２回転検出手段） ３３・・・ステッピングモータ（電動機） ３５・・・入力軸回転角センサ（回転角検出手段） Ｗ・・・転舵輪

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機と、前記電動機の駆動を制御する
   電動機制御手段とを備える電動パワーステアリング装置
   であって、 第１の要素がステアリングホイールに連結され、第２の
   要素が転舵輪に連結され、第３の要素が前記電動機に連
   結される差動装置を備え、 前記電動機制御手段は、車両の運転状態および挙動にか
   かわらず、前記第１の要素と前記第２の要素との回転比
   が一定になるように前記電動機を制御することを特徴と
   する電動パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記第１の要素の回転を検出する第１回
   転検出手段と、 前記第２の要素の回転を検出する第２回転検出手段と、 を備え、 前記電動機制御手段は、前記第１回転検出手段からの信
   号と前記第２回転検出手段からの信号とに基づいて前記
   第１の要素と前記第２の要素との回転比が一定になるよ
   うに前記電動機を制御す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装置。
3. 【請求項３】 前記第１の要素の回転角を検出する回転
   角検出手段を備え、 前記電動機は、ステッピングモータからなり、 前記電動機制御手段は、前記回転角検出手段からの信号
   に基づいて前記第１の要素の所定倍の回転比で前記電動
   機を制御することを特徴とする請求項１に記載の電動パ
   ワーステアリング装置。
4. 【請求項４】 前記電動機と前記第３の要素との間に配
   設され、前記電動機から前記第３の要素に回転を伝達
   し、前記第３の要素から前記電動機に回転を伝達しない
   逆転防止手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請
   求項３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング
   装置。