JP2003320942A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置

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JP2003320942A
JP2003320942A JP2002126662A JP2002126662A JP2003320942A JP 2003320942 A JP2003320942 A JP 2003320942A JP 2002126662 A JP2002126662 A JP 2002126662A JP 2002126662 A JP2002126662 A JP 2002126662A JP 2003320942 A JP2003320942 A JP 2003320942A
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Toshihiro Fukuda
Osamu Tatewaki
利博 福田
修 立脇
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Nsk Ltd
日本精工株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車載バッテリの大容量化等を図ることなく、
据切り時等に大きな操舵アシストを可能とした電動パワ
ーステアリング装置を提供する。 【解決手段】 車載バッテリ25は、正電極がコード3
1によりECU23の電源ポートに接続され、負電極が
コード33によりECU23のアースポートに接続され
ている。また、コンデンサ27は、正電極がコード35
を介してコード31に接続され、負電極がコード37を
介してコード33に接続され、これにより車載バッテリ
25とは並列に接続されることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動パワーステア
リング装置に係り、詳しくは車載バッテリの大容量化等
を図ることなく、据切り時等に大きな操舵アシストを可
能とする技術に関する。

【0002】

【従来の技術】自動車の操舵系では、外部動力源を用い
て操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリン
グ装置が広く採用されている。従来、パワーステアリン
グ装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが
用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動
するものが多かった。ところが、この種のパワーステア
リング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエ
ンジンの駆動損失が大きい(最大負荷時において、数馬
力〜十馬力程度)ため、小排気量の軽自動車等への採用
が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視
できないほど低下することが避けられなかった。

【0003】そこで、これらの問題を解決するものとし
て、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング
装置(Electric Power Steering、以下EPSと記す)
が近年注目されている。EPSには、電動モータの電源
に車載バッテリ(通常は、鉛蓄電池)を用いるために直
接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵ア
シスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑
えられる他、電子制御装置(ECU)による駆動制御が
容易に行える等の特長がある。EPSでは、ステアリン
グシャフトにトーションバー式等のトルクセンサを取り
付け、トルクセンサの出力(操舵トルク)に応じて電動
モータを駆動制御して、ステアリングシャフトあるいは
ステアリングギヤ(ラックピニオンやラックシャフト
等)へのアシストを行わせる。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】従来のEPSでは、電
動モータの電源が車載バッテリであることに起因し、以
下のような問題が生じていた。例えば、車庫入れ時に運
転者がステアリングホイールの据切りを行う場合、タイ
ヤと路面との間の摩擦抵抗によりステアリングギヤには
大きな操舵反力が作用するため、電動モータにはその負
荷に応じた大きな出力が要求される。ところが、車載バ
ッテリに用いられている鉛蓄電池では、その内部抵抗に
より出力電流が限られるため、配線抵抗も相俟って電動
モータの出力をあまり大きくすることができなかった。
また、鉛蓄電池では、電流出力の増大に化学反応が対応
できなくなって電圧降下が起こるため、EPSにおける
電動モータの出力(すなわち、アシスト力)の追従性も
悪化する。

【0005】これらの問題を解決するべく、従来は車載
バッテリに大容量のものを搭載し、これにより大電流を
安定して得る方法が採られていた。しかしながら、大容
量の鉛蓄電池は、その体積や重量が非常に大きくなり、
エンジンルーム内の限られたスペースに配置すること等
が難しくなる他、製品コストも当然に高くなる。自動車
において、EPSに大電流を供給する必要が生じる時間
が全運転時間に占める割合は極く短いため、大容量の車
載バッテリを搭載することに起因する諸問題は許容しが
たいものだった。

【0006】本発明は、上記状況に鑑みなされたもの
で、車載バッテリの大容量化等を図ることなく、据切り
時等に大きな操舵アシストを可能とした電動パワーステ
アリング装置を提供することを目的とする。

【0007】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するべ
く、請求項1の発明では、上端部にステアリングホイー
ルが装着されるステアリングシャフトと、当該ステアリ
ングシャフトの回転をホイールの操向に変換するステア
リングギヤと、前記ステアリングシャフトまたは前記ス
テアリングギヤのパワーアシストに供される電動モータ
と、前記ステアリングホイールへの操舵入力に応じて、
前記電動モータを駆動制御する駆動制御手段とを有する
電動パワーステアリング装置において、前記電動モータ
への電力供給源として主電源と補助電源とを備えたもの
を提案する。

【0008】また、請求項2の発明では、請求項1の電
動パワーステアリング装置において、前記駆動制御手段
は、前記操舵入力が所定値以下の領域では前記主電源の
電力のみを前記電動モータに供給する一方、前記操舵入
力が前記所定値を超えた領域では前記主電源の電力と前
記補助電源の電力とを前記電動モータに供給するものを
提案する。

【0009】また、請求項3の発明では、請求項2の電
動パワーステアリング装置において、前記駆動制御手段
は、前記操舵入力が前記所定値を超えた領域では前記主
電源と前記補助電源とを並列に接続するものを提案す
る。

【0010】また、請求項4の発明では、請求項2の電
動パワーステアリング装置において、前記駆動制御手段
は、前記操舵入力が前記所定値を超えた領域では前記主
電源と前記補助電源とを直列に接続するものを提案す
る。

【0011】また、請求項5の発明では、請求項1〜4
の電動パワーステアリング装置において、前記補助電源
が前記主電源から供給された電流により充電されるもの
を提案する。

【0012】また、請求項6の発明では、請求項4の電
動パワーステアリング装置において、前記主電源から前
記補助電源に供給される電流量を制御する電流制御手段
を備えたものを提案する。

【0013】また、請求項7の発明では、請求項1〜6
の電動パワーステアリング装置において、前記補助電源
に対してダイオードが並列に接続されたものを提案す
る。

【0014】また、請求項8の発明では、請求項1〜7
の電動パワーステアリング装置において、前記補助電源
がコンデンサであるものを提案する。

【0015】また、請求項9の発明では、請求項1〜7
の電動パワーステアリング装置において、前記補助電源
が電気二重層キャパシタであるものを提案する。

【0016】また、請求項10の発明では、請求項1〜
7の電動パワーステアリング装置において、前記補助電
源が二次電池であるものを提案する。

【0017】本発明の電動パワーステアリング装置によ
れば、電動モータへの電力供給源として車載バッテリ等
の主電源とコンデンサ等の補助電源とを備えるようにし
たため、主電源の容量を比較的小さく設定しながら、据
切り時等に主電源と共に補助電源を用いることによって
大電力を一時的に電動モータに供給することが可能とな
る。

【0018】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は、実施形態に係る電動パワー
ステアリング装置の車室側部分を示した斜視図である。
同図中に符号1で示した部材はステアリングコラムであ
り、アッパステアリングシャフト3を回動自在に支持し
ている。アッパステアリングシャフト3には、その上端
にステアリングホイール5が装着される一方、下端にユ
ニバーサルジョイント7を介してロアステアリングシャ
フト9が連結されている。

【0019】ロアステアリングシャフト9には、その下
端にラックアンドピニオン機構やパワーアシスト機構等
からなるステアリングギヤ11が連結されている。図1
中、符号13はステアリングコラム1を覆うコラムカバ
ーを示し、符号15はステアリングギヤ11の左右端に
連結されたタイロッドを示している。

【0020】本実施形態の場合、ステアリングギヤ11
にはパワーアシスト機構の駆動源として電動モータ21
が装着され、車室内には電動モータ21の駆動制御を行
うECU(電子制御装置)23が設置されている。ま
た、ECU23には電動モータ21への電力供給源とし
て車載バッテリ(主電源)25とコンデンサ(補助電
源)27とが接続される一方、アッパステアリングシャ
フト3にはトーションバー式のトルクセンサ29が取り
付けられている。

【0021】図2は第1実施形態に係る電気回路の概略
図である。この図に示したように、第1実施形態におい
て、車載バッテリ25は、正電極がコード31によりE
CU23の電源ポートに接続され、負電極がコード33
によりECU23のアースポートに接続されている。ま
た、コンデンサ27は、正電極がコード35を介してコ
ード31に接続され、負電極がコード37を介してコー
ド33に接続され、これにより車載バッテリ25とは並
列に接続されることになる。尚、ECU23には、信号
入力ポートにトルクセンサ29が接続され、出力ポート
に電動モータ21が接続されている。

【0022】以下、第1実施形態の作用を述べる。自動
車のエンジンが起動し、オルタネータが回転駆動されて
発電を始めると、車載バッテリ25の正負電極には所定
の電圧(例えば、13.5V)が印可される。すると、
車載バッテリ25への充電が開始されると同時に、コー
ド31,33,35,37を介してコンデンサ27への
充電も開始される。尚、エンジンが起動されていない場
合でも、車載バッテリ25とコンデンサ27との間に電
圧差が存在していれば、車載バッテリ25からコンデン
サ27への充電が行われる。

【0023】運転者がステアリングホイール5を操舵さ
せると、アッパステアリングシャフト3およびロアステ
アリングシャフト9を介して、その回転力がステアリン
グギヤ11に伝達される。ステアリングギヤ11内には
回転入力を直線運動に変換するラックアンドピニオン機
構が内蔵されており、ラックシャフトが左右いずれかの
方向に移動し、左右のタイロッド15を介して車輪の舵
角が変動して操舵が行われる。

【0024】一方、ECU23は、トルクセンサ29の
検出信号に基づき電動モータ21に所定の駆動電流を出
力し、電動モータ21が正逆いずれかの方向に所定の回
転トルクをもって回転し、ステアリングギヤ11への操
舵アシストが行われる。この際、本実施形態ではECU
23に車載バッテリ25とコンデンサ27とが接続され
ているため、車載バッテリ25の容量が比較的小さい場
合にも、据切り等に電圧降下を殆ど伴わずに電動モータ
21に大電流が供給可能となり、従来装置で問題となっ
ていたアシスト力の追従性低下等が起こらなくなった。

【0025】図3は第2実施形態に係る電気回路の概略
図である。この図に示したように、第2実施形態の電気
回路では、上述した第1実施形態と異なり、コンデンサ
に代えて電気二重層キャパシタ41が用いられている
他、ECU23に切換制御される第1,第2切換スイッ
チ43,45と、車載バッテリ25の正電極と電気二重
層キャパシタ41の負電極との接続に供されるコード4
7とが設けられている。

【0026】図3に実線で示した状態では、両切換スイ
ッチ43,45は共に接点A側に切り換えられ、車載バ
ッテリ25は、正電極がコード31,切換スイッチ4
3,コード49を介してECU23の電源ポートに接続
され、負電極がコード33を介してECU23のアース
ポートに接続されている。また、電気二重層キャパシタ
41は、正電極がコード35を介してコード49に接続
され、負電極がコード37,切換スイッチ45,コード
51を介してコード33に接続され、これにより車載バ
ッテリ25とは並列に接続されることになる。

【0027】また、図3に破線で示した状態では、両切
換スイッチ43,45が共に接点B側に切り換えられ、
車載バッテリ25は、正電極がコード31,切換スイッ
チ43,コード47を介して電気二重層キャパシタ41
の負電極に接続され、負電極がコード33を介してEC
U23のアースポートに接続されている。また、電気二
重層キャパシタ41は、正電極がコード35を介してコ
ード49に接続され、これにより車載バッテリ25と電
気二重層キャパシタ41とが直列に接続されることにな
る。

【0028】以下、第2実施形態の作用を述べる。第2
実施形態において、ステアリングホイール5が操舵され
ていない場合には、ECU23から信号により両切換ス
イッチ43,45は共に接点A側に切り換えられてい
る。そのため、電気回路の接続状態は上述した第1実施
形態と同一となり、エンジンの運転時においては、車載
バッテリ25と電気二重層キャパシタ41とが充電され
る。

【0029】第2実施形態においても、ECU23は、
トルクセンサ29の検出信号に基づき電動モータ21に
所定の駆動電流を出力し、電動モータ21が正逆いずれ
かの方向に所定の回転トルクをもって回転し、ステアリ
ングギヤ11への操舵アシストが行われる。

【0030】第2実施形態では、ECU23は、トルク
センサ29の検出信号に基づき操舵トルクが所定値以下
であると判定した場合、両切換スイッチ43,45を接
点A側のままとする。これにより、車載バッテリ25と
電気二重層キャパシタ41とが並列に接続された状態と
なるため、電動モータ21による電力消費量が小さいこ
とから、電気二重層キャパシタ41は車載バッテリ25
を介して充電され続けることになる。

【0031】一方、運転者によるステアリングホイール
5の据切り等が行われ、トルクセンサ29の検出信号に
基づき操舵トルクが所定値以上であると判定した場合、
ECU23は、両切換スイッチ43,45を接点B側に
切り換える。すると、図4に示したように、車載バッテ
リ25と電気二重層キャパシタ41とが直列に接続され
ることになり、両者の電圧が共にV1(例えば、12
V)とすると、ECU23の電源ポートには当初2V1
(24V)が供給される。これにより、ECU23から
電動モータ21への電力供給量が増大し、アシスト力の
追従性が非常に良好となる。

【0032】電気二重層キャパシタ41は、放電するに
従って次第に電圧が低下し、最終的には電荷を失って0
Vとなる。この状態では、電気二重層キャパシタ41に
より電流が遮断されるため、ECU23は、再び両切換
スイッチ43,45を接点A側に切り換えて図3に示し
た状態とし、車載バッテリ25による操舵アシストを可
能とすると同時に、電気二重層キャパシタ41への充電
を再開する。尚、大きなアシスト力が要求される操舵形
態は一般にごく短時間であるため、電気二重層キャパシ
タ41に比較的容量の大きなものを用いれば、十分な実
用性能を得られる。

【0033】図5は第3実施形態に係る電気回路の概略
図である。この図に示したように、第3実施形態の電気
回路では、上述した第2実施形態と略同様の構成が採ら
れているが、電気二重層キャパシタに代えて二次電池で
あるニッケルカドミウム電池61が用いられている他、
コード63,65を介してニッケルカドミウム電池61
に並列に接続されたダイオード67と、コード51に介
装された電流制限装置69とが設けられている。尚、ダ
イオード67は図4中上方にのみ電流を流す。

【0034】以下、第3実施形態の作用を述べる。第3
実施形態においても、ステアリングホイール5が操舵さ
れていない場合には、第2実施形態と同様に、ECU2
3から信号により両切換スイッチ43,45が共に接点
A側に切り換えられている。そのため、電気回路の接続
状態は図5に示したように上述の第1,第2実施形態と
同一となり、エンジンの運転時においては、車載バッテ
リ25とニッケルカドミウム電池61とが充電される。

【0035】第3実施形態においても、ECU23は、
トルクセンサ29の検出信号に基づき操舵トルクが所定
値以下であると判定した場合、第2実施形態と同様に、
両切換スイッチ43,45を接点A側のままとする。こ
れにより、車載バッテリ25とニッケルカドミウム電池
61とが並列に接続された状態となるため、電動モータ
21による電力消費量が小さいことから、ニッケルカド
ミウム電池61は車載バッテリ25を介して充電され続
けることになる。

【0036】また、運転者によるステアリングホイール
5の据切り等が行われ、トルクセンサ29の検出信号に
基づき操舵トルクが所定値以上であると判定した場合、
第2実施形態と同様に、ECU23は、両切換スイッチ
43,45を接点B側に切り換える。すると、図6に示
したように、車載バッテリ25とニッケルカドミウム電
池61とが直列に接続されることになり、両者の初期電
圧を共にV1(例えば、12V)とすると、図6中に実
線で示したように、ECU23の電源ポートには当初2
V1(24V)が供給される。これにより、ECU23
から電動モータ21への電力供給量が増大し、アシスト
力の追従性が非常に良好となる。

【0037】第3実施形態においても、ニッケルカドミ
ウム電池61は、放電するに従って次第に電圧が低下
し、最終的には電荷を失って0Vとなる。ところが、本
実施形態は、ニッケルカドミウム電池61と並列にダイ
オード67が設けられているため、ニッケルカドミウム
電池61の電圧が所定のON電圧(例えば、0.5V)
まで低下すると、ダイオード67がON状態となって、
図6中に破線で示したように、車載バッテリ25からの
電流がECU23に供給されるようになる。尚、ニッケ
ルカドミウム電池61の電圧がON電圧まで低下するま
では、車載バッテリ25の電圧とニッケルカドミウム電
池61の電圧の和がECU23に供給される。

【0038】ECU23は、要求された操舵アシスト力
が所定値以下に低下すると、再び両切換スイッチ43,
45を接点A側に切り換えて図5に示した状態とし、ニ
ッケルカドミウム電池61への充電を再開する。この
際、第3実施形態ではコード51に電流制限装置69が
介装されているため、ニッケルカドミウム電池61に急
激に大電流が供給されることがなくなり、車載バッテリ
25の電圧降下等が防止される。

【0039】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態は本発明をラックアシスト型EP
Sに適用したものであるが、コラムアシスト型EPSや
ピニオンアシスト型EPS等に適用してもよい。また、
上記実施形態では補助電源をECUの外部に配置した
が、ECUに内蔵させるようにしてもよいし、ECUを
ステアリングギヤに装着するようにしてもよい。また、
第3実施形態における二次電池として、ニッケルカドミ
ウム電池に代えて、ニッケル水素電池やリチウムイオン
電池等を用いるようにしてもよい。第1、第2、第3実
施形態において、補助電源としてコンデンサ、電気二重
層キャパシタ、二次電池電池等どれに置き換えても良
い。尚、第2,第3実施形態において、第1,第2切換
スイッチの作動は同時に行ってもよいし、順次行うよう
にしてもよい。更に、電気回路の具体的構成等について
も、上記実施形態での例示に限られるものではなく、本
発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、設計上あるいは
仕様上の要求等により適宜変更可能である。

【0040】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る電動パ
ワーステアリング装置によれば、上端部にステアリング
ホイールが装着されるステアリングシャフトと、当該ス
テアリングシャフトの回転をホイールの操向に変換する
ステアリングギヤと、前記ステアリングシャフトまたは
前記ステアリングギヤのパワーアシストに供される電動
モータと、前記ステアリングホイールへの操舵入力に応
じて、前記電動モータを駆動制御する駆動制御手段とを
有する電動パワーステアリング装置において、前記電動
モータへの電力供給源として主電源と補助電源とを備え
るようにしたため、主電源の容量を比較的小さく設定し
ながら、据切り時等に主電源と共に補助電源を用いるこ
とによって大電力を一時的に電動モータに供給すること
が可能となり、アシスト力の追従性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係るステアリング装置の車室側部分を
示した斜視図である。

【図2】第1実施形態に係る電気回路を示す概略図であ
る。

【図3】第2実施形態に係る電気回路を示す概略図であ
る。

【図4】第2実施形態に係る電気回路を示す概略図であ
る。

【図5】第3実施形態に係る電気回路を示す概略図であ
る。

【図6】第3実施形態に係る電気回路を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

3‥‥アッパステアリングシャフト 5‥‥ステアリングホイール 9‥‥ロアステアリングシャフト 21‥‥電動モータ 23‥‥ECU 25‥‥車載バッテリ 27‥‥コンデンサ 28‥‥トルクセンサ 41‥‥電気二重層キャパシタ 43‥‥第1切換スイッチ 45‥‥第2切換スイッチ 61‥‥ニッケルカドミウム電池 69‥‥電流制限装置

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上端部にステアリングホイールが装着され
    るステアリングシャフトと、 当該ステアリングシャフトの回転をホイールの操向に変
    換するステアリングギヤと、 前記ステアリングシャフトまたは前記ステアリングギヤ
    のパワーアシストに供される電動モータと、 前記ステアリングホイールへの操舵入力に応じて、前記
    電動モータを駆動制御する駆動制御手段とを有する電動
    パワーステアリング装置において、 前記電動モータへの電力供給源として主電源と補助電源
    とを備えた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】前記駆動制御手段は、前記操舵入力が所定
    値以下の領域では前記主電源の電力のみを前記電動モー
    タに供給する一方、前記操舵入力が前記所定値を超えた
    領域では前記主電源の電力と前記補助電源の電力とを前
    記電動モータに供給することを特徴とする、請求項1記
    載の電動パワーステアリング装置。
  3. 【請求項3】前記駆動制御手段は、前記操舵入力が前記
    所定値を超えた領域では前記主電源と前記補助電源とを
    並列に接続することを特徴とする、請求項2記載の電動
    パワーステアリング装置。
  4. 【請求項4】前記駆動制御手段は、前記操舵入力が前記
    所定値を超えた領域では前記主電源と前記補助電源とを
    直列に接続することを特徴とする、請求項2記載の電動
    パワーステアリング装置。
  5. 【請求項5】前記補助電源が前記主電源から供給された
    電流により充電されることを特徴とする、請求項1〜4
    記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 【請求項6】前記主電源から前記補助電源に供給される
    電流量を制御する電流制御手段を備えたことを特徴とす
    る、請求項5記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 【請求項7】前記補助電源に対してダイオードが並列に
    接続されたことを特徴とする、請求項1〜6記載の電動
    パワーステアリング装置。
  8. 【請求項8】前記補助電源がコンデンサであることを特
    徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電動パ
    ワーステアリング装置。
  9. 【請求項9】前記補助電源が電気二重層キャパシタであ
    ることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記
    載の電動パワーステアリング装置。
  10. 【請求項10】前記補助電源が二次電池であることを特
    徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電動パ
    ワーステアリング装置。
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