JP2539097Y2 - Electric power steering device - Google Patents

Electric power steering device

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JP2539097Y2
JP2539097Y2 JP1990030579U JP3057990U JP2539097Y2 JP 2539097 Y2 JP2539097 Y2 JP 2539097Y2 JP 1990030579 U JP1990030579 U JP 1990030579U JP 3057990 U JP3057990 U JP 3057990U JP 2539097 Y2 JP2539097 Y2 JP 2539097Y2
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shaft
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康夫 清水
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、電動モータによって車両の操舵系に操舵補
助力を加えるようにした電動式パワーステアリング装置
に関するもので、特に、そのモータによる操舵補助力が
操舵系のステアリングギヤと転舵輪との間に作用するよ
うにされている電動式パワーステアリング装置に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial application field) The present invention relates to an electric power steering device in which an electric motor applies a steering assisting force to a steering system of a vehicle, and particularly to a steering assist by the motor. The present invention relates to an electric power steering apparatus in which force acts between a steering gear of a steering system and steered wheels.

(従来の技術) 自動車には、電動モータによって操舵補助トルクを発
生させるようにした電動式パワーステアリング装置が用
いられることも多い。電動式パワーステアリング装置
は、ステアリングハンドルから操舵系に加えられた操舵
トルク及びその方向を操舵センサによって検出し、その
出力信号によりモータを制御して、モータの回転トルク
を操舵系に作用させるようにしたもので、コンパクトに
構成することができ、また、エンジン出力がパワーステ
アリング装置によって消費させることがないという特徴
を有している。
(Prior Art) In an automobile, an electric power steering device that generates steering assist torque by an electric motor is often used. An electric power steering device detects a steering torque applied to a steering system from a steering handle and a direction thereof by a steering sensor, controls a motor based on an output signal of the steering sensor, and applies a rotational torque of the motor to the steering system. It has a feature that it can be made compact and that the engine output is not consumed by the power steering device.

このような電動式パワーステアリング装置としては、
モータの回転トルクを、ステアリングハンドルとステア
リングギヤとの間のステアリングシャフトに作用させる
ものと、ステアリングギヤと転舵輪との間の操舵系に作
用させるものとが知られている。そのうち、ステアリン
グギヤと転舵輪との間に操舵補助トルクを加えるものと
しては、ラックピニオン式のステアリングギヤを備え、
そのステアリングギヤのラック軸にモータ回転トルクを
軸線方向の推力に変換して作用させるようにしたものが
ある。そのラック軸はタイロッドを介して転舵輪に連結
される。
As such an electric power steering device,
There are known those that apply a rotational torque of a motor to a steering shaft between a steering handle and a steering gear and those that apply the torque to a steering system between a steering gear and a steered wheel. Among them, a rack and pinion type steering gear is provided as one that applies a steering assist torque between the steering gear and the steered wheels,
There is one in which a motor rotation torque is converted into an axial thrust and acts on a rack shaft of the steering gear. The rack shaft is connected to steered wheels via tie rods.

そのようにラックピニオン式ステアリングギヤのラッ
ク軸にモータによる操舵補助トルクを加える電動式パワ
ーステアリング装置の場合には、通常、その操舵センサ
は、ラック軸に噛み合うピニオンギヤにステアリングハ
ンドルから伝えられる操舵トルクを検出するものとされ
る。より具体的には、その操舵センサは、ピニオンギヤ
のピニオン軸に生ずるねじれを検出するものとされる。
In the case of an electric power steering device that applies a steering assist torque by a motor to the rack shaft of a rack and pinion steering gear, the steering sensor normally transmits the steering torque transmitted from the steering handle to a pinion gear meshing with the rack shaft. It is to be detected. More specifically, the steering sensor detects torsion occurring on the pinion shaft of the pinion gear.

ところで、そのような形式の電動式パワーステアリン
グ装置を装備した車両においては、走行中、路面からの
負荷が転舵輪及びタイロッドを介してラック軸に伝えら
れるので、その負荷が左右の転舵輪で異なるとピニオン
軸がねじられる。そして、そのねじれが操舵センサによ
って検出される。そのために、操舵センサからの出力信
号によってそのままモータが制御されるようにすると、
直進走行中においても左右の転舵輪に加わる路面負荷の
差によりモータが頻繁に駆動され、転舵輪の転舵が小刻
みに繰り返されることになる。
By the way, in a vehicle equipped with such a type of electric power steering device, a load from a road surface is transmitted to a rack shaft via steered wheels and tie rods during traveling, so that the load differs between left and right steered wheels. And the pinion shaft is twisted. Then, the twist is detected by the steering sensor. Therefore, if the motor is directly controlled by the output signal from the steering sensor,
Even during straight running, the motor is frequently driven by the difference in road load applied to the left and right steered wheels, and the steered wheels are steered repeatedly little by little.

また、高速走行時には、ステアリングハンドルの操作
角は小さく、操舵力も小さいので、パワーアシストは必
要とされない。むしろ、ステアリングハンドルの過操作
を防止するために、ある程度の操舵反力が与えられるよ
うにすることが求められる。
Further, at the time of high-speed running, since the operation angle of the steering wheel is small and the steering force is small, power assist is not required. Rather, in order to prevent the steering wheel from being over-operated, it is required to provide a certain degree of steering reaction force.

そこで、一般には、操舵センサの出力信号を受けてモ
ータに対する指令信号を発生するコントロールユニット
に、操舵センサからの信号を受けてもアシスト指令信号
を発生しない所定幅の不感帯を設け、操舵センサによっ
て検出されるトルクが小さいときにはモータが駆動され
ないようにしている。その不感帯は、比較的幅の広いも
のとされる。
Therefore, in general, a control unit that receives an output signal of a steering sensor and generates a command signal to a motor is provided with a dead zone having a predetermined width that does not generate an assist command signal even when a signal from the steering sensor is received, and is detected by the steering sensor. When the applied torque is small, the motor is not driven. The dead zone is relatively wide.

従来は、そのような不感帯を設ける電動式パワーステ
アリング装置の場合にも、そのステアリングギヤのギヤ
比は全体にわたって一定とされていた。
Conventionally, even in the case of an electric power steering apparatus having such a dead zone, the gear ratio of the steering gear has been kept constant throughout.

(考案が解決しようとする課題) しかしながら、そのようにステアリングギヤのギヤ比
を全体にわたって一定とすると、ステアリングハンドル
を一定角度回転させたとき、ラック軸は常に一定量だけ
移動されることになる。その場合、パワーステアリング
装置には前述の不感帯が設けられており、ハンドルの切
り始め等において操舵トルクがまだ前記不感帯内にある
ような操作角が小さい範囲ではモータが作動しないの
で、そのときのラック軸の移動はピニオンギヤを介して
手動で行われることになる。そして、そのラック軸の移
動によって、ラック軸に連結されているモータが逆に回
転される。しかも、一般にモータは減速した上でラック
軸にトルクを作用させるようにされているので、そのと
きモータは増速して回転されることになる。そのように
増速して強制的にモータを回転させる場合、モータの慣
性力はその増速比の2乗に比例して大きくなる。したが
って、そのモータを静止状態から回転させるために、ハ
ンドル操作には大きな力が必要となる。
(Problems to be Solved by the Invention) However, if the gear ratio of the steering gear is constant throughout as described above, the rack shaft is always moved by a fixed amount when the steering handle is rotated by a fixed angle. In this case, the power steering apparatus is provided with the above-mentioned dead zone, and the motor does not operate in a small operating angle range where the steering torque is still within the dead zone at the start of turning of the steering wheel. The movement of the shaft will be performed manually via the pinion gear. Then, the motor connected to the rack shaft is rotated in reverse by the movement of the rack shaft. In addition, since the motor is generally decelerated before applying a torque to the rack shaft, the motor is rotated at an increased speed at that time. When the motor is forcibly rotated at such a speed increase, the inertia force of the motor increases in proportion to the square of the speed increase ratio. Therefore, a large force is required for operating the steering wheel in order to rotate the motor from the stationary state.

一方、不感帯を超えるまでステアリングハンドルを回
転させると、モータによる操舵補助力に加えられるよう
になるので、ハンドル操作力は小さくなる。
On the other hand, when the steering wheel is rotated until the steering wheel exceeds the dead zone, the steering operation force is applied to the steering assist force of the motor, so that the steering wheel operating force is reduced.

そのために、従来のようにステアリングギヤのギヤ比
を一定とし、そのステアリングギヤより下流側にモータ
による補助トルクを作用させるようにした電動式パワー
ステアリング装置では、ステアリングハンドルの中立位
置近傍とその両側とでハンドル操作力に差が生じ、操舵
フィーリングが低下するという問題がある。特に、高速
走行時には中立位置付近での操舵が頻繁に行われるの
で、その操舵フィーリングの改善が望まれている。
Therefore, in a conventional electric power steering apparatus in which a gear ratio of a steering gear is fixed and an assist torque by a motor is applied downstream of the steering gear, as in the related art, the vicinity of a neutral position of a steering handle and both sides thereof are provided. Thus, there is a problem that a difference occurs in the steering wheel operating force and the steering feeling is reduced. In particular, during high-speed traveling, steering near the neutral position is frequently performed, and therefore, an improvement in the steering feeling is desired.

なお、上述のようにステアリングギヤと転舵輪との間
の操舵系にモータによる操舵補助トルクを作用させるよ
うにした電動式パワーステアリング装置には、ラックピ
ニオン式の代わりにボールねじ式のステアリングギヤを
用いたものもあるが、そのようなものにおいても同様な
問題がある。
As described above, in the electric power steering apparatus in which the steering assist torque by the motor is applied to the steering system between the steering gear and the steered wheels, a ball screw type steering gear is used instead of the rack and pinion type. Some have been used, but such ones have similar problems.

本考案は、このような実情に鑑みてなされたものであ
って、その目的は、ステアリングギヤと転舵輪との間の
操舵系に電動モータによる操舵補助トルクが減速機構を
介して作用するようにされていて、しかも、操舵トルク
が小さいときにはそのモータによる操舵補助トルクを発
生させないようにする不感帯が設けられている電動式パ
ワーステアリング装置において、ステアリングハンドル
の中立位置近傍における操舵フィーリングを向上させる
ことができるようにすることである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to allow a steering assist torque by an electric motor to act on a steering system between a steering gear and a steered wheel via a speed reduction mechanism. In the electric power steering apparatus provided with a dead zone for preventing the generation of the steering assist torque by the motor when the steering torque is small, the steering feeling in the vicinity of the neutral position of the steering wheel is improved. Is to be able to

(課題を解決するための手段) この目的を達成するために、本考案では、ステアリン
グハンドルの中立位置近傍におけるステアリングギヤの
ギヤ比を、その中立位置から左右にステアリングハンド
ルを切ったときのステアリングギヤのギヤ比よりも大き
く設定するようにしている。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve this object, according to the present invention, the gear ratio of the steering gear near the neutral position of the steering wheel is determined by changing the steering gear when the steering wheel is turned left and right from the neutral position. Gear ratio.

(作用) このようにステアリングギヤをバリアブルギヤレシオ
とし、その中立位置付近のギヤ比を大きくすることによ
り、ステアリングハンドルを中立位置近傍で回転させた
ときには、転舵輪は小さく転舵される。したがって、例
えばラックピニオン式のステアリングギヤを用いたもの
の場合には、ステアリングハンドルを比較的大きく回転
させても、ラック軸は少ししか移動しない。その結果、
モータの強制回転量が少なくなる。すなわち、ピニオン
ギヤから見ると、モータの増速比を小さくしたのと同じ
効果が得られることになり、モータの慣性力が小さくな
る。
(Operation) By setting the steering gear to the variable gear ratio and increasing the gear ratio near the neutral position, when the steering wheel is rotated near the neutral position, the steered wheels are steered smaller. Therefore, for example, in the case of using a rack-and-pinion type steering gear, even if the steering handle is rotated relatively large, the rack shaft moves only a little. as a result,
The amount of forced rotation of the motor decreases. That is, when viewed from the pinion gear, the same effect as when the speed increase ratio of the motor is reduced is obtained, and the inertia force of the motor is reduced.

こうして、ステアリングハンドルはその中立位置近傍
においてもスムーズに回転されるようになる。そして、
パワーステアリング装置の不感帯を超えるまでステアリ
ングハンドルを回転させると、モータによる操舵補助ト
ルクが作用するようになるので、その後の操舵操作も軽
くなされる。したがって、操舵フィーリングが向上す
る。
Thus, the steering wheel can be smoothly rotated even near the neutral position. And
If the steering wheel is rotated until it exceeds the dead zone of the power steering device, the steering assist torque by the motor acts, so that the subsequent steering operation is also lightened. Therefore, the steering feeling is improved.

また、ステアリングハンドルの中立位置近傍から離れ
ると、ステアリングギヤのギヤ比が小さくされるので、
ハンドルの小さな回転で転舵輪が大きく転舵されるよう
になる。したがって、操舵操作が忙しくなることもな
い。
Also, as the steering wheel moves away from the vicinity of the neutral position, the gear ratio of the steering gear decreases,
A small rotation of the steering wheel causes the steered wheels to be largely steered. Therefore, the steering operation does not become busy.

(実施例) 以下、図面を用いて本考案の実施例を説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention is described using a drawing.

図は本考案による電動式パワーステアリング装置の一
実施例を示すもので、第1図はそのパワーステアリング
装置のギヤボックスを示す縦断面図であり、第2図はそ
のパワーステアリング装置の制御回路図である。
1 shows an embodiment of an electric power steering device according to the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a gear box of the power steering device, and FIG. 2 is a control circuit diagram of the power steering device. It is.

第1図から明らかなように、この電動式パワーステア
リング装置1は、車体左右方向に延びるラック軸2を備
えている。そのラック軸2は、車体に固着されるギヤボ
ックスケース3a,3bによって軸線方向に摺動可能に支持
されており、その両端がそれぞれタイロッドを介して左
右の転舵輪に連結されるようになっている。
As is apparent from FIG. 1, the electric power steering device 1 includes a rack shaft 2 extending in the left-right direction of the vehicle body. The rack shaft 2 is slidably supported in the axial direction by gear box cases 3a and 3b fixed to the vehicle body, and both ends thereof are connected to left and right steered wheels via tie rods. I have.

ラック軸2の図で左側部分には、ラックピニオン式の
ステアリングギヤ4が設けられている。そのステアリン
グギヤ4は、ラック軸2の側面に軸線方向に沿って形成
されたラック歯5と、そのラック歯5に噛み合うピニオ
ンギヤ6とによって構成されている。そのピニオンギヤ
6は、トーションバーを有するピニオン軸7の下端に固
着されている。そして、そのピニオン軸7の上端に、ス
テアリングシャフトを介してステアリングハンドルの回
転が伝えられるようになっている。したがって、ステア
リングハンドルを回転させたときには、その回転がピニ
オン軸7からピニオンギヤ6に伝えられ、ラック軸2の
軸線方向の推力が加えられる。そのとき、ラック軸2に
は転舵輪の路面負荷が作用しているので、ピニオン軸7
はステアリングハンドルに加えられた操舵トルクに対応
する角度だけねじられる。
A rack and pinion type steering gear 4 is provided on the left side of the rack shaft 2 in the drawing. The steering gear 4 includes rack teeth 5 formed on the side surface of the rack shaft 2 along the axial direction, and pinion gears 6 meshing with the rack teeth 5. The pinion gear 6 is fixed to a lower end of a pinion shaft 7 having a torsion bar. The rotation of a steering handle is transmitted to the upper end of the pinion shaft 7 via a steering shaft. Therefore, when the steering wheel is rotated, the rotation is transmitted from the pinion shaft 7 to the pinion gear 6, and a thrust in the axial direction of the rack shaft 2 is applied. At this time, since the road surface load of the steered wheels is acting on the rack shaft 2, the pinion shaft 7
Is twisted by an angle corresponding to the steering torque applied to the steering wheel.

ピニオン軸7の外周には、磁性体からなる円筒状の可
動コア8が設けられている。その可動コア8は傾斜長溝
8aを介してピニオン軸7と係合しており、ピニオン軸7
のねじれによって軸線方向に移動するようにされてい
る。そして、その可動コア8の変位が差動変圧器9によ
って検出されるようになっている。こうして、これら可
動コア8及び差動変圧器9によって、操舵系に加えられ
た操舵トルクを検出するトルクセンサ10が構成されてい
る。
On the outer periphery of the pinion shaft 7, a cylindrical movable core 8 made of a magnetic material is provided. The movable core 8 has an inclined long groove
8a is engaged with the pinion shaft 7 via the pinion shaft 7
Is moved in the axial direction by the torsion. The displacement of the movable core 8 is detected by a differential transformer 9. Thus, the movable core 8 and the differential transformer 9 constitute a torque sensor 10 for detecting a steering torque applied to the steering system.

また、ピニオン軸7の外周部には、その回転を検出す
る回転センサ11が設けられている。そして、これらトル
クセンサ10及び回転センサ11によって、車両の操舵状
態、すなわち操舵系に加えられた操舵トルク及び操舵方
向を検出するインテリジェント操舵センサ12が構成され
ている。
Further, a rotation sensor 11 for detecting the rotation of the pinion shaft 7 is provided on the outer peripheral portion. The torque sensor 10 and the rotation sensor 11 constitute an intelligent steering sensor 12 that detects the steering state of the vehicle, that is, the steering torque and the steering direction applied to the steering system.

この操舵センサ12は、ピニオン軸7を回転自在に支持
するシャフトケース13内に収容されている。このシャフ
トケース13は、ギヤボックスケース3aの端部外側に固着
されるようになっている。
The steering sensor 12 is housed in a shaft case 13 that rotatably supports the pinion shaft 7. The shaft case 13 is fixed to the outside of the end of the gear box case 3a.

シャフトケース13の側部には、操舵センサ12の出力信
号が導かれるコントロールユニット(ECU)14が設けら
れている。また、ギヤボックスケース3aには、そのコン
トロールユニット14から出力されるパワーアシスト指令
信号が導かれるパワーユニット15が取り付けられてい
る。
A control unit (ECU) 14 to which an output signal of the steering sensor 12 is guided is provided on a side portion of the shaft case 13. A power unit 15 to which a power assist command signal output from the control unit 14 is guided is attached to the gear box case 3a.

ギヤボックスケース3a,3b間には、中空のロータ軸16
を有する電動モータ17がラック軸2と同軸に設けられて
いる。そのロータ軸16はギヤボックスケース3a,3bによ
って回転自在に支持されている。ラック軸2は、そのほ
ぼ中央部が適当な隙間を持ってロータ軸16を貫通するよ
うに配置されている。モータ17は、パワーユニット15に
よって駆動されるようになっている。
A hollow rotor shaft 16 is provided between the gear box cases 3a and 3b.
Is provided coaxially with the rack shaft 2. The rotor shaft 16 is rotatably supported by the gear box cases 3a and 3b. The rack shaft 2 is disposed so that its substantially central portion penetrates through the rotor shaft 16 with an appropriate gap. The motor 17 is driven by the power unit 15.

ロータ軸16の端部外周面には駆動ギヤ18が形成されて
おり、その駆動ギヤ18に出力ギヤ19が噛み合わされてい
る。その出力ギヤ19は駆動ギヤ18よりも径の大きいもの
で、それによって減速機構が構成されている。その出力
ギヤ19はボールねじ機構20のねじ軸21に固着されてい
る。そして、そのねじ軸21に、多数のボールを介してボ
ールねじ機構20のナット部材22が噛み合わされている。
こうして、モータ17を駆動したときには、その回転が駆
動ギヤ18及び出力ギヤ19を介して減速されてボールねじ
機構20に伝達され、そのねじ軸21が回転することによっ
てナット部材22が軸線方向に移動するようになってい
る。
A drive gear 18 is formed on the outer peripheral surface of the end portion of the rotor shaft 16, and an output gear 19 is meshed with the drive gear 18. The output gear 19 has a diameter larger than that of the drive gear 18, thereby constituting a reduction mechanism. The output gear 19 is fixed to the screw shaft 21 of the ball screw mechanism 20. The nut member 22 of the ball screw mechanism 20 is meshed with the screw shaft 21 via a number of balls.
Thus, when the motor 17 is driven, its rotation is reduced via the drive gear 18 and the output gear 19 and transmitted to the ball screw mechanism 20, and the screw shaft 21 rotates, thereby moving the nut member 22 in the axial direction. It is supposed to.

ねじ軸21はラック軸2に平行に配置されている。ま
た、ナット部材22には、ラック軸2に固定されるラック
ジョイント23が取り付けられている。したがって、モー
タ17の駆動力によりナット部材22をねじ軸21の軸線方向
に移動させると、ラック軸2にはその軸線方向の推力が
加えられる。すなわち、モータ17の駆動トルクがラック
軸2の推力に変換される。
The screw shaft 21 is arranged parallel to the rack shaft 2. A rack joint 23 fixed to the rack shaft 2 is attached to the nut member 22. Therefore, when the nut member 22 is moved in the axial direction of the screw shaft 21 by the driving force of the motor 17, a thrust in the axial direction is applied to the rack shaft 2. That is, the driving torque of the motor 17 is converted into the thrust of the rack shaft 2.

このようにして、操舵操作したときには、ステアリン
グハンドルの回転によってピニオン軸7がねじられて、
ピニオンギヤ6からラック軸2に操舵トルクが加えられ
るとともに、その操舵トルク及び操舵方向が操舵センサ
12によって検出され、その出力信号によりモータ17が駆
動されて、そのモータ17の駆動トルクを変換した推力が
ラック軸2に加えられるようになっている。したがっ
て、ラック軸2には、ステアリングハンドルからの操舵
トルクとモータ17が発生する操舵補助トルクとが作用す
ることになり、ラック軸2が軸線方向に移動して、転舵
輪が転舵される。この間において、ピニオン軸7は所定
のねじれを保ったまま回転する。
Thus, when the steering operation is performed, the pinion shaft 7 is twisted by the rotation of the steering handle,
A steering torque is applied to the rack shaft 2 from the pinion gear 6, and the steering torque and the steering direction are determined by a steering sensor.
The motor 17 is driven by the output signal, and a thrust converted from the driving torque of the motor 17 is applied to the rack shaft 2. Therefore, the steering torque from the steering wheel and the steering assist torque generated by the motor 17 act on the rack shaft 2, and the rack shaft 2 moves in the axial direction, and the steered wheels are steered. During this time, the pinion shaft 7 rotates while maintaining a predetermined twist.

第2図に示されるように、コントロールユニット14に
は、上述のトルクセンサ10と回転センサ11とからなる操
舵センサ12の出力信号のほかに、そのときの車両の速度
を検出する車速センサ24やパワーユニット15に流れる電
流を検出する電流センサ25等からの出力信号が入力され
るようになっている。
As shown in FIG. 2, the control unit 14 includes, in addition to the output signal of the steering sensor 12 including the torque sensor 10 and the rotation sensor 11 described above, a vehicle speed sensor 24 for detecting the speed of the vehicle at that time, An output signal from a current sensor 25 or the like that detects a current flowing through the power unit 15 is input.

コントロールユニット14は、インタフェース回路26
と、中央処理装置(CPU)を含むコントロール回路27
と、故障診断回路28と、電源回路(図示せず)とによっ
て構成されている。インタフェース回路26は、各センサ
10,11,24,25からの出力信号とコントロール回路27の信
号との整合を図るものである。コントロール回路27にお
いては、各センサ10,11,…からの信号に基づいて、モー
タ17に求められる回転トルクと回転方向とが算出され
る。そして、第3図に示されているようなパワーアシス
ト指令信号がパワーユニット15に出力される。その指令
信号は、トルクセンサ10によって検出される操舵トルク
がゼロのときを中心とする所定の幅の不感帯領域Nを有
するものとされる。
The control unit 14 includes an interface circuit 26
And a control circuit 27 including a central processing unit (CPU)
, A failure diagnosis circuit 28, and a power supply circuit (not shown). The interface circuit 26 includes each sensor
The purpose of this is to match the output signals from 10, 11, 24, and 25 with the signals of the control circuit 27. In the control circuit 27, the rotational torque and the rotational direction required for the motor 17 are calculated based on the signals from the sensors 10, 11,. Then, a power assist command signal as shown in FIG. The command signal has a dead zone N having a predetermined width centered on when the steering torque detected by the torque sensor 10 is zero.

パワーユニット15は、電界効果型トランジスタを用い
たブリッジ回路によって構成され、コントロールユニッ
ト14からの指令を受けて、モータ17を可逆的に駆動す
る。
The power unit 15 is configured by a bridge circuit using a field-effect transistor, and drives the motor 17 reversibly in response to a command from the control unit 14.

第4図は、ステアリングギヤ4を構成するラック歯5
とピニオンギヤ6との噛み合い状態を示すものである。
FIG. 4 shows rack teeth 5 constituting the steering gear 4.
2 shows the state of engagement between the gear and the pinion gear 6.

この図から明らかなように、ラック歯5は、その軸線
方向のセンタ部近傍では歯が細かく、両側では粗くされ
ている。したがって、ピニオンギヤ6がラック歯5とそ
のセンタ部近傍で噛み合って回転するとき、すなわちス
テアリングハンドルが中立位置近傍にあるときには、ス
テアリングハンドルの一定の回転角に対してラック軸2
は小さく移動し、その両側で噛み合っているときにはラ
ック軸2が大きく移動する。すなわち、ステアリングハ
ンドルの中立位置近傍ではステアリングギヤ4のギヤ比
が大きく、その中立位置から左右にステアリングハンド
ルを切ったときにはそのギヤ比が小さくなるようにされ
ている。
As is clear from this figure, the rack teeth 5 are fine near the center in the axial direction and coarse on both sides. Therefore, when the pinion gear 6 rotates while meshing with the rack teeth 5 near the center thereof, that is, when the steering handle is near the neutral position, the rack shaft 2 is rotated at a constant rotation angle of the steering handle.
Moves small, and when engaged on both sides, the rack shaft 2 moves large. That is, the gear ratio of the steering gear 4 is large near the neutral position of the steering handle, and the gear ratio is reduced when the steering handle is turned left and right from the neutral position.

第5図は、このステアリングギヤ4の特性を示す特性
図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing characteristics of the steering gear 4.

この図から明らかなように、ギヤ比は、操舵角がゼロ
の付近では大きく、左右に操舵するにつれて小さくな
り、大きく操舵したときには小さい一定の値をとる。そ
して、ラックゲイン、すなわちステアリングハンドル1
回転当たりのラック軸2の移動量は、逆に、操舵角がゼ
ロの付近では小さく、両側で大きくなる。したがって、
ステアリングハンドルを一定角度だけ操作したとき、中
立位置近傍では転舵輪は小さく転舵され、その中立位置
から左右にステアリングハンドルを切った状態にあると
きには大きく転舵される。
As is clear from this figure, the gear ratio is large near the steering angle of zero, becomes smaller as the vehicle is steered to the left and right, and takes a small constant value when the steering is made larger. Then, the rack gain, that is, the steering wheel 1
Conversely, the amount of movement of the rack shaft 2 per rotation is small when the steering angle is near zero and large on both sides. Therefore,
When the steering wheel is operated by a certain angle, the steered wheels are steered slightly near the neutral position, and largely steered when the steering wheel is turned left and right from the neutral position.

次に、このように構成された電動式パワーステアリン
グ装置1の作用について説明する。
Next, the operation of the electric power steering apparatus 1 configured as described above will be described.

上述のように、ステアリングハンドルを回転させる
と、その回転がピニオン軸7に伝えられ、ピニオン軸7
がねじられるとともに、そのねじれに相当する操舵トル
クがピニオンギヤ6からラック軸2に加えられる。そし
て、その操舵トルクとその方向とが操舵センサ12によっ
て検出される。その操舵センサ12の出力信号は、他のセ
ンサ24,25等の出力信号とともにコントロールユニット1
4に導かれ、それらの信号に基づいて、モータ17に求め
られるトルクと回転方向とが算出される。そして、その
コントロールユニット14からパワーユニット15にアシス
ト指令信号が送られる。パワーユニット15は、その指令
信号に応じた電流をモータ17に供給する。その結果、モ
ータ17が所定のトルクをもって所定の方向に駆動され、
ラック軸2に推力が加えられる。
As described above, when the steering wheel is rotated, the rotation is transmitted to the pinion shaft 7 and the pinion shaft 7 is rotated.
Is twisted, and a steering torque corresponding to the twist is applied to the rack shaft 2 from the pinion gear 6. Then, the steering torque and the direction are detected by the steering sensor 12. The output signal of the steering sensor 12 is output to the control unit 1 together with the output signals of the other sensors 24 and 25.
4, the torque and the rotation direction required for the motor 17 are calculated based on those signals. Then, an assist command signal is sent from the control unit 14 to the power unit 15. The power unit 15 supplies a current corresponding to the command signal to the motor 17. As a result, the motor 17 is driven in a predetermined direction with a predetermined torque,
Thrust is applied to the rack shaft 2.

このようにして、ステアリングハンドルから加えられ
る操舵トルクとモータ17が発生する操舵補助トルクとに
よりラック軸2が駆動され、タイロッドを介して転舵輪
が転舵される。すなわち、モータ17によって操舵力が補
助される。
Thus, the rack shaft 2 is driven by the steering torque applied from the steering handle and the steering assist torque generated by the motor 17, and the steered wheels are steered via the tie rods. That is, the steering force is assisted by the motor 17.

この間において、コントロールユニット14には操舵セ
ンサ12からの信号を受けてもアシスト指令信号を出力し
ない不感帯領域Nが設けられているので、ステアリング
ハンドルを中立位置から切り始める初期には、パワース
テアリング装置1は働かない。すなわち、モータ17によ
る操舵補助トルクは加えられない。しかしながら、ピニ
オンギヤ6は回転するので、その回転によってラック歯
5を介してラック軸2に推力が加えられる。そのため
に、ラック軸2に固定されているラックジョイント23に
軸線方向の力が加えられ、ボールねじ機構20を介してね
じ軸21が回転される。そして、その回転が、通常時には
モータ17の回転を減速してねじ軸21に伝える減速機構を
構成する駆動ギヤ18及び出力ギヤ19を介して逆に増速さ
れてモータ17に伝えられ、そのモータ17のロータ軸16が
強制的に回転される。
During this time, the control unit 14 is provided with a dead zone N in which the assist command signal is not output even when a signal from the steering sensor 12 is received. Does not work. That is, no steering assist torque by the motor 17 is applied. However, since the pinion gear 6 rotates, a thrust is applied to the rack shaft 2 via the rack teeth 5 by the rotation. Therefore, an axial force is applied to the rack joint 23 fixed to the rack shaft 2, and the screw shaft 21 is rotated via the ball screw mechanism 20. Then, the rotation is normally increased in speed via a drive gear 18 and an output gear 19 which constitute a reduction mechanism for transmitting the rotation of the motor 17 to the screw shaft 21 by reducing the rotation of the motor 17 and transmitted to the motor 17 at normal times. The 17 rotor shafts 16 are forcibly rotated.

このとき、ラック歯5のセンタ部付近ではステアリン
グギヤ4のギヤ比が大きくされているので、ステアリン
グハンドルの中立位置近傍では、ピニオンギヤ6の回転
によってもラック軸2は少ししか移動しない。したがっ
て、モータ17も少ししか回転されない。言い換えると、
ステアリングハンドルの回転角に対するモータ17の強制
回転量が小さくされていることになる。すなわち、ステ
アリングハンドルから見てモータ17の増速比を小さくし
たのと同じ効果が得られることになり、モータ17の慣性
力がその増速比の2乗で小さくされる。その結果、ステ
アリングハンドルの中立位置近傍におけるハンドル操作
力が軽減されるようになる。
At this time, the gear ratio of the steering gear 4 is increased near the center of the rack teeth 5, so that the rack shaft 2 moves only a little near the neutral position of the steering handle even by the rotation of the pinion gear 6. Therefore, the motor 17 is also slightly rotated. In other words,
This means that the amount of forced rotation of the motor 17 with respect to the rotation angle of the steering handle is reduced. That is, the same effect as reducing the speed increase ratio of the motor 17 as viewed from the steering wheel is obtained, and the inertia force of the motor 17 is reduced by the square of the speed increase ratio. As a result, the steering wheel operating force near the neutral position of the steering wheel is reduced.

そして、ステアリングハンドルを更に回転させてパワ
ーステアリング装置1に設定された不感帯領域Nを超え
ると、コントロールユニット14からアシスト指令信号が
出力され、モータ17による操舵補助トルクがラック軸2
に加えられるようになる。したがって、その後の操舵操
作は軽くなされる。そして、そのときには、ステアリン
グギヤ4のギヤ比が小さくなるので、ステアリングハン
ドルの小さな回転操作によっても操舵輪は大きく転舵さ
れる。したがって、大角度の操舵のときにもハンドル操
作が忙しくなることはない。
When the steering wheel is further rotated to exceed the dead zone N set in the power steering apparatus 1, an assist command signal is output from the control unit 14, and the steering assist torque by the motor 17
Will be added to Therefore, the subsequent steering operation is performed lightly. Then, at that time, the gear ratio of the steering gear 4 becomes small, so that the steered wheels are largely steered even by a small rotation operation of the steering handle. Therefore, the steering operation does not become busy even at the time of steering at a large angle.

このように、このパワーステアリング装置1によれ
ば、モータ17による操作補助トルクが作用しないステア
リングハンドルの中立位置近傍においても、操舵補助ト
ルクが作用するときと同様にハンドル操作がスムーズに
なされるようになるので、操舵フィーリングが著しく向
上する。そして、それによって不感帯領域Nを広くする
ことができるようになるので、小角度の操舵頻度が高
く、しかもパワーアシストの求められない高速走行時に
は、マニュアルステアリングと同様な操舵フィーリング
を得ることができる。
As described above, according to the power steering device 1, even in the vicinity of the neutral position of the steering wheel where the operation assist torque by the motor 17 does not act, the steering operation can be smoothly performed similarly to when the steering assist torque acts. Therefore, the steering feeling is significantly improved. This makes it possible to widen the dead zone N, so that a high steering frequency at a small angle and a high-speed driving that does not require power assist can provide a steering feeling similar to that of manual steering. .

なお、上記実施例においては、ステアリングギヤ4が
ラック歯5とピニオンギヤ6とからなるラックピニオン
式のものである場合について説明したが、ボールねじ式
のステアリングギヤを用いた電動式パワーステアリング
装置の場合にも、そのステアリングギヤのギヤ比をステ
アリングハンドルの中立位置近傍において大きくするこ
とによって、同様な作用効果を得ることができる。
In the above embodiment, the case where the steering gear 4 is of a rack and pinion type including the rack teeth 5 and the pinion gear 6 has been described. However, in the case of an electric power steering apparatus using a ball screw type steering gear. In addition, by increasing the gear ratio of the steering gear in the vicinity of the neutral position of the steering wheel, a similar effect can be obtained.

(考案の効果) 以上の説明から明らかなように、本考案によれば、ス
テアリングギヤと転舵輪との間の操舵系に減速機構を介
して電動モータによる操舵補助トルクを作用させるよう
にした電動式パワーステアリング装置において、ステア
リングハンドルの中立位置近傍におけるステアリングギ
ヤのギヤ比を、その中立位置から左右にステアリングハ
ンドルを切った状態にあるときのステアリングギヤのギ
ヤ比よりも大きくするようにしているので、ハンドルを
中立位置から操作するときにも、電動モータによる抵抗
が小さくなり、ハンドル操作が滑らかに行われるように
なる。そして、ある程度ステアリングハンドルを回転さ
せれば、モータによる操舵補助トルクが作用するように
なるので、その後の操舵はスムーズになされるようにな
る。したがって、ハンドル切り始めの渋り感をなくすこ
とができ、操舵フィーリングを向上させることができ
る。
(Effects of the Invention) As is apparent from the above description, according to the present invention, the electric power steering system in which the steering assist torque by the electric motor is applied to the steering system between the steering gear and the steered wheels via the speed reduction mechanism. In the power steering apparatus of the type, the gear ratio of the steering gear near the neutral position of the steering wheel is set to be larger than the gear ratio of the steering gear when the steering wheel is turned left and right from the neutral position. Also, when the steering wheel is operated from the neutral position, the resistance of the electric motor is reduced, and the steering wheel operation can be performed smoothly. Then, if the steering wheel is rotated to some extent, the steering assist torque by the motor acts, so that the subsequent steering can be performed smoothly. Therefore, it is possible to eliminate the feeling of bitterness at the start of turning the steering wheel, and it is possible to improve the steering feeling.

また、ステアリングハンドルの中立位置近傍の、パワ
ーアシストが働かない不感帯領域においても、ハンドル
が軽く操作されるようになるので、その不感帯領域を広
くすることができる。したがって、高速走行時にはマニ
ュアルステアリングの場合と同様な操舵フィーリングが
得られるようにすることができる。
Further, even in a dead zone region where the power assist does not work near the neutral position of the steering wheel, the steering wheel can be operated lightly, so that the dead zone region can be widened. Therefore, it is possible to obtain a steering feeling similar to that in the case of manual steering during high-speed traveling.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本考案による電動式パワーステアリング装置
の一実施例を示すもので、そのギヤボックスを示す縦断
面図、 第2図は、そのパワーステアリング装置の制御回路を示
すブロック図、 第3図は、その制御回路のコントロールユニットから出
力されるパワーアシスト指令信号の特性を示すグラフ、 第4図は、そのパワーステアリング装置に用いられてい
るラックピニオン式ステアリングギヤのギヤ比の変化を
示す説明図、 第5図は、そのステアリングギヤの特性を示すグラフで
ある。 1…電動式パワーステアリング装置、2…ラック軸 4…ステアリングギヤ、5…ラック歯、6…ピニオンギ
ヤ 7…ピニオン軸、10…トルクセンサ、11…回転センサ 12…操舵センサ、14…コントロールユニット 15…パワーユニット、17…電動モータ 18,19…駆動ギヤ及び出力ギヤ(減速機構) 20…ボールねじ機構、N…不感帯領域
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of an electric power steering apparatus according to the present invention, in which a gearbox is shown. FIG. 2 is a block diagram showing a control circuit of the power steering apparatus. FIG. 4 is a graph showing characteristics of a power assist command signal output from a control unit of the control circuit. FIG. 4 is a graph showing a change in gear ratio of a rack and pinion type steering gear used in the power steering device. FIG. 5 is a graph showing characteristics of the steering gear. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric power steering device, 2 ... Rack shaft 4 ... Steering gear, 5 ... Rack teeth, 6 ... Pinion gear 7 ... Pinion shaft, 10 ... Torque sensor, 11 ... Rotation sensor 12 ... Steering sensor, 14 ... Control unit 15 ... Power unit, 17: Electric motor 18, 19: Drive gear and output gear (reduction mechanism) 20: Ball screw mechanism, N: Dead zone area

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】ステアリングハンドルから操舵系に加えら
れる操舵トルクを検出する操舵センサと、 前記ステアリングハンドルから転舵輪に至る操舵系の、
ステアリングギヤと転舵輪との間に、減速機構を介して
操舵補助トルクを作用させる電動モータと、 前記操舵センサからの出力信号により前記電動モータを
制御するコントロールユニットと、を備え、 前記コントロールユニットが、前記操舵センサによって
検出される操舵トルクが所定値に達するまでは前記操舵
補助トルクを発生させないようにする不感帯を有してい
る電動式パワーステアリング装置において; 前記ステアリングハンドルの中立位置近傍における前記
ステアリングギヤのギヤ比が、その中立位置から左右に
ステアリングハンドルを切ったときのステアリングギヤ
のギヤ比よりも大きくされていることを特徴とする、 電動式パワーステアリング装置。
1. A steering sensor for detecting a steering torque applied to a steering system from a steering handle, and a steering system from the steering handle to a steered wheel.
An electric motor that applies a steering assist torque through a speed reduction mechanism between a steering gear and a steered wheel; and a control unit that controls the electric motor based on an output signal from the steering sensor. An electric power steering apparatus having a dead zone for not generating the steering assist torque until the steering torque detected by the steering sensor reaches a predetermined value; and the steering in the vicinity of a neutral position of the steering handle. An electric power steering device, wherein the gear ratio of the gear is set to be larger than the gear ratio of the steering gear when the steering wheel is turned left and right from the neutral position.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014203574A1 (en) * 2013-06-17 2014-12-24 日産自動車株式会社 Steering device

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