JP3131254B2 - モータ駆動のパワーステアリング装置 - Google Patents
モータ駆動のパワーステアリング装置Info
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- JP3131254B2 JP3131254B2 JP25265691A JP25265691A JP3131254B2 JP 3131254 B2 JP3131254 B2 JP 3131254B2 JP 25265691 A JP25265691 A JP 25265691A JP 25265691 A JP25265691 A JP 25265691A JP 3131254 B2 JP3131254 B2 JP 3131254B2
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- angular velocity
- actuator
- steering
- steering wheel
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
- B62D5/008—Changing the transfer ratio between the steering wheel and the steering gear by variable supply of energy, e.g. by using a superposition gear
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
Description
のパワーステアリング装置に関する。
ることによりその走行方向の意図をステアリング可能な
車輪に伝達することにより一つあるいは複数のステアリ
ング可能な軸を介し車両の運動を操縦することが知られ
ている。このために、とりわけ重い車両においては今日
使用されている装置では、運転者のステアリング力を支
援する油圧作動のパワーステアリング装置が利用されて
いる。
ために電動モータを用いることがDEーOS37095
90に記載されている。ステアリング力を支援するため
に電動モータを用いる場合には油圧動作の装置に比較し
て簡単な方法でより大きな可能性を得ることができる。
従って例えばステアリングの支援を車両の車速に従って
行なうことができる。
することにより走行安定性を増大させるように車両のス
テアリング装置を制御することもできる。特に、車両の
ローリング並びにヨーイング運動はステアリングの運動
により減少させることができる。このために車両の運動
が種々のセンサにより検出され、センサにより検出され
た車両の運動に関する情報がコンピュータにより処理さ
れる。これらの信号にしたがって車両のステアリング装
置が操作され走行安全性が増大される。
運転者のステアリングの意図を車両運動を検出するコン
ピュータ装置からのステアリング命令と組み合わせるこ
とが必要である。ステアリング可能な車輪の旋回角はこ
の場合二つの角度の合計となる。その一つの角度は運転
者がステアリングホイールを操作することにより決めら
れ、又他の角度は車両運動を検出するコンピュータ装置
によって決められる。
ステアリング力の支援は油圧装置により行なわれてお
り、その他に電動モータにより走行運動に関係したステ
アリング命令が行なわれる。通常の構成では運転者のス
テアリング力を支援する装置は、DE−OS37095
90に記載されたように運転者により操作されるステア
リングホイールの角度とステアリング可能な車輪のステ
アリング角度との間には常に所定の関係があるが、DE
−OS3919990に記載された装置では、ステアリ
ング可能な車輪の旋回角は僅かの範囲ではあるが運転者
により操作されるステアリングホイールの旋回角に無関
係に旋回させることができる。
90に記載された装置では以下の二つの欠点がある。
アリング可能な車輪を運転者により操作されるステアリ
ングホイールの旋回に無関係にするのはごく僅かな範囲
だけに限定される。
二つの動力源が必要となる。その一つは油圧動作装置で
あり、他の一つは電動モータである。
アリング装置が記載されている。同装置では運転者のス
テアリング力は油圧装置により支援され、又運転者によ
り操作されるステアリングホイールの角速度が電動モー
タの角速度により重畳されている。電動モータは、側風
により起こされる横の力などの車両運動を検知する補助
装置により制御される。この装置での欠点は同様に二つ
の動力源が必要となることである。その一つは油圧動作
しステアリングの力を支援する装置であり、他は、電動
モータである。
えた最適なステアリング装置を提供することである。
決するために、車両用のモータ駆動のパワーステアリン
グ装置であって、重畳されたステアリング動作を行なう
ために、アクチュエータ(5)に第1の入力軸を介し第
1の回転トルク(M1)と第1の角速度(w1)により
第1の動力(P1=M1*w1)が供給され、また、第
2の入力軸を介し第2の回転トルク(M2)と第2の角
速度(w2)により第2の動力(P2=M2*w2)が
供給され、アクチュエータの出力軸が第3の回転トルク
(M3)と第3の角速度(w3)により摩擦損を無視し
てP3=P2+P1となるような第3の動力(P3=M
3*w3)を有するようにしている。
が車両のステアリング装置(6)と駆動結合され、運転
者によりステアリングホイール(1)の操作を介しステ
アリングホイールトルク(M1)とステアリングホイー
ルの角速度(w1)によって得られるステアリングホイ
ール動力(P1=M1*w1)がアクチュエータ(5)
の第1の入力軸に供給され、出力トルク(M2)と出力
角速度(w2)と動力(P2=M2*w2)を有する電
動モータ(4)を有し、その動力が制御装置(3)によ
り制御可能でかつアクチュエータ(5)の第2の入力軸
に供給される。本発明では、このようなパワーステアリ
ング装置において、運転者により操作されるステアリン
グホイールの角速度(w1)が検出され、車両運動を表
す信号(Sm)が形成され、前記ステアリングホイール
の角速度(w1)を示す信号(S(w1))と車両運動
を表す信号(Sm)が前記制御装置(3)に入力され
る。また、前記ステアリングホイールの角速度(w1)
と電動モータの出力角速度(w2)が加算的に重畳され
てアクチュエータ(5)の出力軸に前記第3の角速度
(w3)が発生するように、運転者のステアリングホイ
ール動力(P1)と電動モータの動力(P2)がアクチ
ュエータ(5)において重畳される。その場合、w2を
電動モータの出力角速度、w1をステアリングホイール
の角速度、αを走行状態を表す量に関係した値、w2’
を、前記車両運動を表す信号(Sm)に関係した値とし
て、w2 = α*w1 + w2’の関係が与えられ、本
発明では、前記制御装置は、電動モータの動力を制御し
て角速度成分α*w1に基づく動力と角速度成分w2’
に基づく動力を発生させ、それにより前記角速度成分α
*w1に基づく動力により運転者のステアリングホイー
ル動力(P1)が支援されるとともに、角速度成分w
2’に基づく動力により前記信号(Sm)によって表さ
れる車両運動が改良されて車両の走行安全性あるいは走
行快適性が増大される。
技術に比較してステアリング可能な車輪のステアリング
角度は運転者により操作されるステアリングホイールの
旋回角と決まった関係にはならない。これによりステア
リングホイールの速度に関係した運転者によるステアリ
ング支援が可能になる。その他にステアリング装置にさ
らにステアリング信号を印加させる大きな可能性が与え
られる。
ング信号を印加し、車両の運動、特に車体の運動を制御
し走行安全性及び/あるいは走行快適性を改良させるこ
とができる。
操縦すべき車両の走行状態を表す量に従って運転者のス
テアリング動力の支援が行なわれる。
に車両運動の制御に単一の電動モータが用いられる。
の装置では装置が故障した場合、運転者はステアリング
力を増大させなければならないが、本発明のパワーステ
アリング装置は本来固有の高い安全性を有しており、電
動モータが停止しても運転者はステアリングトルクを増
大させることなく、車両を操舵することができる。電動
モータが故障した場合単に運転者により操作されるステ
アリングホイールの角度を増大させるだけで車輪を所定
のステアリング位置に到達させることができる。
支援する装置となり、一方運転者のステアリング力を支
援する従来の装置は増力させる装置となる。従って動力
源が故障した場合の安全性に関して顕著な相違が発生す
る。力を支援する装置で動力源が故障すると、運転者の
ステアリング力を増大させなければならない。これに対
して速度を増大させる装置の動力源が故障した場合に
は、単に運転者により操作されるステアリングホイール
のステアリング角度とステアリング可能な車輪のステア
リング角度間の関係が変わるだけである。
な差を説明する。
リング動力P1は、 P1 = M1*w1 により与えられる。ただしM1はステアリングホイール
のトルク、w1は運転者によって操作されるステアリン
グホイールの角速度である。
速度である。一方、 P2 = M2*w2 で表される装置に供給される動力P2により力の支援が
行なわれる。この装置では角速度は同一であり、 w1 = w2 = w3 となる。ステアリングトルクは加算的に重畳され、 M3 = M1 + M2 となるので、動力は同様に加算的となり、 P3 = P1 + P2 となる。
1)回転トルクは同一で、 M3 = M2 = M1 となり、一方角速度は加算的に重畳され、 w3 = w1 + w2 となる。又、出力される動力P3に対しては以下の式が
成立する。
いて運転者により得られるステアリング動力P1と動力
源により得られる動力P2は加算的に重畳され動力P3
となる。
運転者のステアリング動力が支援される。すなわち運転
者により得られるステアリングホイールの角速度は電動
モータのような動力源の角速度が重畳されることにより
増大される。運転者のステアリング動力を支援する他に
走行安定性及び/あるいは走行快適性を増大させるステ
アリング角度信号が同じ動力源により重畳される。
ホイール動力を支援するためだけに用いられるか、ある
いは運転者のステアリング動力と走行安定性及び/ある
いは走行快適性を増大させるステアリング信号を重畳さ
せるだけに用いるようにすることもできる。
グ装置は以下の三つの利点を有している。
ステアリング可能な車輪に信号を印加することにより走
行安定性及び/あるいは走行快適性に対して開ループあ
るいは閉ループ制御が行なえる。
ることができる。
た場合運転者により操作されるステアリングホイールと
ステアリング可能な車輪間の結合が機械的であることに
より固有の高い安全性が得られる。
細に説明する。
ルを、符号2はステアリングホイールの角速度を検出す
る手段を示す。符号3は、電動モータ4を駆動する制御
装置を示す。5は、ステアリング動作を重畳させるため
のアクチュエータ、6は車両のステアリング装置を示
し、又符号7はステアリングされる車両であり、8は車
両の運動を検出する手段である。
ルのトルクM1によりステアリングホイール1を操作す
ることによりステアリングホイールには角速度w1が発
生する。その結果ステアリングホイールの動力P1=M
1*w1がアクチュエータ5の第1の入力軸に発生す
る。このアクチュエータ5の第2の入力軸には電動モー
タ4の動力P2が供給される。M2を電動モータの出力
トルク、w2を出力角速度としてP2=M2*w2とな
る。アクチュエータ5の出力軸は動力P3=M3*w3
を有する。ただしM3はアクチュエータ5の出力トル
ク、w3は出力角速度である。
1、P2が重畳的に加算され、 w3 = g13*w1 + g23*w2 (1) となるように構成されている。ただしg13とg23は
アクチュエータ5のギア比を示す。本実施例の全ての考
察においてアクチュエータ5に発生する摩擦損は無視で
きるものとする。入力軸に発生するトルクM1、M2は
以下の式により得られる。
り入力角速度は加算的に重畳されて出力角速度となり、
一方トルクは選択されたギア比に等しくなる。従って機
械的なディファレンシャルギアの性格を有している。
とw2=0となり式(1)から w3 = g13*w1 (3) となる。電動モータ4が故障した場合アクチュエータ5
は通常の機械的なギアのような動作を行なう。
場合運転者により得られるステアリングホイールのトル
クM1とアクチュエータ5の出力トルクM3の関係は g13*M3 = M1 (4) のようになる。すなわち運転者により得られるアクチュ
エータのトルクは電動モータ4が故障した場合でも変化
しないことを意味する。
電動モータの出力角速度w2を w2 = α*w1 (5) とすることにより行なわれる。αの値は例えば走行速度
のような走行状態を示す値に関係しており、αは車両速
度が増大すると減少するように選ばれる。これにより車
両速度が高い場合には運転者のステアリング動力の支援
は無いかあるいはごく僅かであり、一方例えば駐車する
ときのように車両速度が低い場合にはステアリング動力
の支援が大きくなる。
されるステアリングホイールとステアリング可能な車輪
間の関係がαの値により変化できることを示している。
この場合アクチュエータ5のギア比gxyは一定とみな
される。従ってアクチュエータ5の出力角速度w3はス
テアリングホイールの角速度w1に比例して又αの値に
関係していることが理解できる。
チュエータ5から出力される動力P3と運転者によって
得られるステアリングホイールの動力P1の関係、 M3*w3 = ((g13 + g23*α)/g13)*M1*w1 が得られる。α>0のときは、アクチュエータ5から出
力される動力、 P3 = M3*w3 は、運転者により得られるステアリングホイールの動力 P1 = M1*w1 より大きくなる。一方、α=0、すなわち電動モータが
停止しているときには、 P3 = M3*w3 = M1*w1 = P1 となる。
りステアリングに作用し走行安全性及び/あるいは走行
快適性を向上させる場合には、電動モータ4の出力角速
度w2は w2 = w2' に選ばれる。但し、w2’は車両運動を検出する手段8
において検出される信号Smに関係する。出力角速度w
2’が信号Smとどのように関係するかは、次のように
決められる。すなわち、アクチュエータ5の出力軸と駆
動結合されたステアリング装置6に信号が印加され、車
両運動が改善され走行安全性及び/あるいは走行快適性
が向上するようにされる。
支援するとともに走行安全性及び/あるいは走行快適性
を向上させるステアリング動作を電動モータ4から出力
される動力により達成するためには、電動モータ4の出
力角速度が w2 = α*w1 + w2' に設定される。従って、アクチュエータ5の出力角速度
w3は、 w3 = ((g13 + g23*α)*w1) + g23*w2' となる。トルクの分配はこの場合も式(2)に記述され
たものと同一になる。
御装置3により行なわれる。制御装置3には車両運動を
検出する手段8からの信号Smが入力されるとともに、
ステアリングホイールの角速度を検出する手段2からの
信号S(w1)が入力される。
ばユニバーサルジョイントを介してアクチュエータ5に
供給される。アクチュエータ5からの動力は、例えばジ
ョイントによりステアリングタイロッドを介してステア
リング可能な車輪に供給される。
とき運転者はステアリングホイールの動力を増大させな
ければならないが、ステアリングホイールトルクは増大
する必要がないことが理解できる。従って、電動モータ
4が故障したときステアリング可能な車輪を所定角度旋
回させるためには、運転者はステアリングホイールの角
速度を増大させなければならない。この場合、ステアリ
ング装置は運転者にはやや「緩慢」に感じられる。
させるアクチュエータが図示されている。図4にもステ
アリング動作を重畳させるアクチュエータの他の実施例
が図示されている。
1と第2の入力軸を示す。符号22は出力軸を、また符
号24はウオームギアを示す。更に符号26はリングギ
ア、27は遊星歯車の軸を示す。
2の入力軸を、32は出力軸を、35は遊星歯車を、3
7は遊星歯車の軸を示す。
ついて説明する。図2と図3にはアクチュエータ5の第
1の実施例の断面図が示されている。図2と図3には、
第1と第2の遊星歯車機構が図示されており、各遊星歯
車機構は、太陽歯車、リングギア、並びにこの太陽歯車
とリングギア間に配置された遊星歯車を有している。第
1の入力軸21には運転者により得られるステアリング
ホイール動力P1が供給される。第1の入力軸は第1の
遊星歯車機構の太陽歯車の軸を示す。運転者のステアリ
ングホイールの動力P1は、軸が第2の遊星歯車機構の
遊星歯車25と結合されている第1の遊星歯車機構の遊
星歯車25を運動させる。これにより軸が出力軸22と
なっている第2の遊星歯車機構の太陽歯車が駆動され
る。第2の入力軸23は、ウオームギア24と第1の遊
星歯車機構のリングギア26を介して外部から作用を行
なう。第2の入力軸23には電動モータ4からの動力P
2が供給される。
星歯車機構のリングギア26に非可逆的に作用するよう
にすると、好ましい実施例が得られる。この場合、ウオ
ームギア24は、リングギアを駆動できるがリングギア
は動力をウオームギアに伝達できないないように構成さ
れる。
2の入力軸23に動力が伝達されないようにすることが
できる。
3は第2の遊星歯車機構のリングギアが固定されている
場合には、ウオームギア24を介して外部から第1の遊
星歯車機構のリングギアに作用するか、あるいは第1の
遊星歯車機構のリングギアが固定されている場合にはウ
オームギアを介して外部から第2の遊星歯車機構のリン
グギアに作用する。
が図示されている。この場合、アクチュエータ5は単に
一つの遊星歯車機構から構成されており、この遊星歯車
機構は太陽歯車、リングギア並びに太陽歯車とリングギ
ア間に配置された遊星歯車を有している。第1の入力軸
31を介して運転者のステアリングホイール動力P1が
遊星歯車機構の太陽歯車に作用する。これにより出力軸
32と結合された軸37を有する遊星歯車35が駆動さ
れる。第2の入力軸33は、図3と同様にウオームギア
を介して外部から遊星歯車機構のリングギアに作用す
る。この場合も、好ましくはウオームギアは非可逆的に
構成される。
は構造が簡単であるという特徴がある。この場合、電動
モータ4が停止した場合第1の入力軸と出力軸間には1
対1のギア比が得られないことに注意しておく。
ュエータの実施例の場合には、電動モータ4が停止した
とき常に1対1のギア比が得られる。
電動モータ4が故障した場合運転者はステアリング可能
な車輪に直接機械的な作用を行なうことが可能になる。
アリングホイールの角速度と電動モータの角速度を加算
的に重畳した角速度をアクチュエータの出力軸に発生さ
せる、いわゆる角速度の加算的な重畳によるパワーステ
アリングを実現している。本発明では、このようなパワ
ーステアリングにおいて、ステアリングホイールの角速
度信号と車両運動を表す信号に従って電動モータの動力
を制御し、運転者のステアリングホイール動力を支援す
る動力と、車両運動を改良して車両の走行安全性あるい
は走行快適性を増大させる動力を電動モータから発生さ
せているので、運転者のステアリングホイール動力を支
援することができるとともに、車両のローリング運動及
びヨーイング運動などの車両運動を減少させて車両の走
行安全性あるいは走行快適性を増大させることができ、
効果的なパワーステアリングを実現することができる。
また、角速度を加算的に重畳させるパワーステアリング
では、電動モータが故障した場合、運転者はステアリン
グホイールトルクを増大させなくても、ステアリングホ
イールの角速度を増大させることによりステアリングホ
イール動力を増大させることができ、電動モータが故障
した場合でもパワーステアリングが実現できる、など種
々の優れた効果が得られる。
る。
す断面図である。
例の構造を示す断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 車両用のモータ駆動のパワーステアリン
グ装置であって、 重畳されたステアリング動作を行なうために、アクチュ
エータ(5)に第1の入力軸を介し第1の回転トルク
(M1)と第1の角速度(w1)により第1の動力(P
1=M1*w1)が供給され、また、第2の入力軸を介
し第2の回転トルク(M2)と第2の角速度(w2)に
より第2の動力(P2=M2*w2)が供給され、アク
チュエータの出力軸が第3の回転トルク(M3)と第3
の角速度(w3)により摩擦損を無視してP3=P2+
P1となるような第3の動力(P3=M3*w3)を有
し、 アクチュエータ(5)の出力軸が車両のステアリング装
置(6)と駆動結合され、 運転者によりステアリングホイール(1)の操作を介し
ステアリングホイールトルク(M1)とステアリングホ
イールの角速度(w1)によって得られるステアリング
ホイール動力(P1=M1*w1)がアクチュエータ
(5)の第1の入力軸に供給され、 出力トルク(M2)と出力角速度(w2)と動力(P2
=M2*w2)を有する電動モータ(4)を有し、その
動力が制御装置(3)により制御可能でかつアクチュエ
ータ(5)の第2の入力軸に供給されるモータ駆動のパ
ワーステアリング装置において、運転者により 操作されるステアリングホイールの角速度
(w1)が検出され、車両運動を表す信号(Sm)が形
成され、前記ステアリングホイールの角速度(w1)を示す信号
(S(w1))と車両運動を表す信号(Sm)が前記 制
御装置(3)に入力され、前記ステアリングホイールの角速度(w1)と電動モー
タの出力角速度(w2) が加算的に重畳されてアクチュ
エータ(5)の出力軸に前記第3の角速度(w3)が発
生するように、運転者のステアリングホイール動力(P
1)と電動モータの動力(P2)がアクチュエータ
(5)において重畳され、w2を電動モータの出力角速度、w1をステアリングホ
イールの角速度、αを走行状態を表す量に関係した値、
w2’を、前記車両運動を表す信号(Sm)に 関係した
値として 、w2 = α*w1 + w2’ の関係が与えられ 、前記制御装置は、電動モータの動力を制御して角速度成
分α*w1に基づく動力と角速度成分w2’に基づく動
力を発生させ、前記角速度成分α*w1に基づく動力に
より運転者のステアリングホイール動力(P1)が支援
されるとともに、角速度成分w2’に基づく動力により
前記信号(Sm)によって表される車両運動が改良され
て車両の走行安全性あるいは走行快適性が増大される こ
とを特徴とするモータ駆動のパワーステアリング装置。 - 【請求項2】 係数gxyをアクチュエータ(5)のギア
比とし、前記ステアリングホイールの角速度w1、電動
モータの出力角速度w2、及び第3の角速度w3が、 w3 = g13*w1 + g23*w2 の関係を満たし、また、第1、第2及び第3の回転トル
クM1、M2、M3が、 M1 = g13*M3、M2 = g23*M3 の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載のモー
タ駆動のパワーステアリング装置。 - 【請求項3】 アクチュエータ(5)が少なくとも一つ
の遊星歯車機構を有することを特徴とする請求項1又は
2に記載のモータ駆動のパワーステアリング装置。 - 【請求項4】 アクチュエータ(5)が第1と第2の遊
星歯車機構を有し、その場合各遊星歯車機構は、太陽歯
車と、リングギアと、太陽歯車とリングギア間に配置さ
れた遊星歯車とを有し、 第1の入力軸(21)が第1の遊星歯車機構の太陽歯車
の軸と結合され、 出力軸(22)が第2の遊星歯車機構の太陽歯車の軸と
結合され、 第2の入力軸(23)は第2のリングギアが固定されて
いる場合ウオームギア(24)を介して外部から第1の
遊星歯車機構のリングギアに作用するか、あるいは第1
のリングギアが固定されている場合ウオームギア(2
4)を介して外部から第2の遊星歯車機構のリングギア
に作用し、 両遊星歯車機構の遊星歯車(25)の軸(27)が結合
されることを特徴とする請求項1から3までのいずれか
1項に記載のモータ駆動のパワーステアリング装置。 - 【請求項5】 アクチュエータ(5)が一つの遊星歯車
機構を有し、その場合遊星歯車機構は、太陽歯車と、リ
ングギアと、太陽歯車とリングギア間に配置された遊星
歯車とを有し、 第1の入力軸(31)が遊星歯車機構の太陽歯車の軸と
結合され、 出力軸(32)が遊星歯車機構の遊星歯車(35)の軸
(37)と結合され、 第2の入力軸(33)がウオームギアを介して外部から
遊星歯車機構のリングギアに作用することを特徴とする
請求項1から3までのいずれか1項に記載のモータ駆動
のパワーステアリング装置。 - 【請求項6】 アクチュエータ(5)において第2の入
力軸が非可逆性のウオームギアを介し外部から対応する
リングギアに作用することを特徴とする請求項4又は5
に記載のモータ駆動のパワーステアリング装置。 - 【請求項7】 パワーステアリング装置が車両の前輪を
操舵するのに用いられることを特徴とする請求項1から
6までのいずれか1項に記載のモータ駆動のパワーステ
アリング装置。 - 【請求項8】 電動モータが故障したとき電動モータが
停止しその出力角速度(w2)が0になることを特徴と
する請求項1から7までのいずれか1項に記載のモータ
駆動のパワーステアリング装置。
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