JP3299520B2 - 電気ステアリング・システム - Google Patents
電気ステアリング・システムInfo
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- JP3299520B2 JP3299520B2 JP15831299A JP15831299A JP3299520B2 JP 3299520 B2 JP3299520 B2 JP 3299520B2 JP 15831299 A JP15831299 A JP 15831299A JP 15831299 A JP15831299 A JP 15831299A JP 3299520 B2 JP3299520 B2 JP 3299520B2
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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
- B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
- B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、補助的なステアリ
ング・トルクを提供する電気ステアリング・システムに
関する。
ング・トルクを提供する電気ステアリング・システムに
関する。
【０００２】
【従来の技術】必要なときに追加的なステアリング・ト
ルクを提供するパワー・アシスト・ステアリング・シス
テムは、多くのものが知られている。これには、液圧装
置（hydraulics）を含まない電気的パワー・ステアリン
グ・システムだけではなく、従来の液圧ステアリング・
システムや、電気的パワー・アシスト液圧ステアリング
・システムが含まれる。典型的には、電気的パワー・ス
テアリング・システムは、電気モータを含んでおり、こ
の電気モータは、予め選択された車両条件の下でハンド
・ステアリング・ホイール（ハンドル）の運動に応答す
る電気的制御ユニットに結合されている。この電気モー
タは、付勢されると、補助的なステアリング力をラック
部材に供給し、ステアリング操作の間、運転者を支援す
る。一般的に、補助的なステアリング力は、車両を駐車
させるときなど、車両速度が比較的低い間に、特に、比
較的大きなトルクがハンド・ステアリング・ホイールに
加えられるときに、必要となる。
ルクを提供するパワー・アシスト・ステアリング・シス
テムは、多くのものが知られている。これには、液圧装
置（hydraulics）を含まない電気的パワー・ステアリン
グ・システムだけではなく、従来の液圧ステアリング・
システムや、電気的パワー・アシスト液圧ステアリング
・システムが含まれる。典型的には、電気的パワー・ス
テアリング・システムは、電気モータを含んでおり、こ
の電気モータは、予め選択された車両条件の下でハンド
・ステアリング・ホイール（ハンドル）の運動に応答す
る電気的制御ユニットに結合されている。この電気モー
タは、付勢されると、補助的なステアリング力をラック
部材に供給し、ステアリング操作の間、運転者を支援す
る。一般的に、補助的なステアリング力は、車両を駐車
させるときなど、車両速度が比較的低い間に、特に、比
較的大きなトルクがハンド・ステアリング・ホイールに
加えられるときに、必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気的ステアリ
ング・システムでは、動作させるのに大きな電力が要求
され、このことが、車両の電気システムに過剰な負担を
生じさせることが多い。車両速度が低い場合には、交流
電源（alternator）はより低速で動作し、従って、車両
の負荷と電気的ステアリング・システムとの両方に十分
な電力を供給することができないことがある。そのよう
な電気的パワー・ステアリング・システムがかなりの電
力を要求すると、ライトが暗い、ワイパーの動作が遅い
など、車両のそれ以外の電気的負荷の動作が、不十分な
ものとなる可能性がある。車両の電気システムに対して
追加的なドレインを与えるという提案されている解決案
では、完全に十分であるとはいえない。というのは、そ
のような解決案では、複雑な発電器の構造や、高価な構
成要素、及び／又は複雑な制御装置が必要とされるから
である。
ング・システムでは、動作させるのに大きな電力が要求
され、このことが、車両の電気システムに過剰な負担を
生じさせることが多い。車両速度が低い場合には、交流
電源（alternator）はより低速で動作し、従って、車両
の負荷と電気的ステアリング・システムとの両方に十分
な電力を供給することができないことがある。そのよう
な電気的パワー・ステアリング・システムがかなりの電
力を要求すると、ライトが暗い、ワイパーの動作が遅い
など、車両のそれ以外の電気的負荷の動作が、不十分な
ものとなる可能性がある。車両の電気システムに対して
追加的なドレインを与えるという提案されている解決案
では、完全に十分であるとはいえない。というのは、そ
のような解決案では、複雑な発電器の構造や、高価な構
成要素、及び／又は複雑な制御装置が必要とされるから
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、電源と補助的
なステアリング力を提供する電気モータとを含む電気ス
テアリング・システムに関する。このシステムは、ま
た、少なくとも約１００ファラッドのキャパシタンスを
有する大容量のキャパシタ（コンデンサ）を含んでお
り、このキャパシタは、電源に選択的に接続され大容量
のキャパシタを充電し、また、モータに選択的に接続さ
れ大容量のキャパシタを放電して電気モータを駆動する
ことができる。少なくとも１つの車両条件に応答する制
御回路も提供され、キャパシタを、電源に接続するか、
電気モータに接続するかを選択する。
なステアリング力を提供する電気モータとを含む電気ス
テアリング・システムに関する。このシステムは、ま
た、少なくとも約１００ファラッドのキャパシタンスを
有する大容量のキャパシタ（コンデンサ）を含んでお
り、このキャパシタは、電源に選択的に接続され大容量
のキャパシタを充電し、また、モータに選択的に接続さ
れ大容量のキャパシタを放電して電気モータを駆動する
ことができる。少なくとも１つの車両条件に応答する制
御回路も提供され、キャパシタを、電源に接続するか、
電気モータに接続するかを選択する。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の好適実施例が、図１及び
図２に図解されている。これらの図では、同じ参照番号
は、対応する構成要素を指している。図１を参照する
と、車両ステアリング・システム１０は、ピニオン・ギ
ア１４に機械的に結合されたハンド・ステアリング・ホ
イール（ハンドル）１２を含む。更に特定すると、ハン
ド・ステアリング・ホイール１２は入力シャフト１６に
接続され、ピニオン・ギア１４は出力シャフト１８に接
続されている。入力シャフト１６は、トーション・バー
２０を介して、出力シャフト１８に動作的に結合されて
いる。トーション・バー２０は、加えられたステアリン
グ・トルクに応答してツイストし、それによって、入力
シャフト１６と出力シャフト１８との間の相対的な回転
を与える。ピニオン・ギア１４は、ステアリング・ラッ
ク部材２２上に配置されたラック歯とかみ合って係合
し、ステアリング・ラック部材２２は、既知の態様で、
車両のステアラブル・ホイール（操舵可能車輪）２４及
び２６に接続されている。ハンド・ステアリング・ホイ
ール１２は、ホイール２４及び２６のステアリング運動
を生じさせる。
図２に図解されている。これらの図では、同じ参照番号
は、対応する構成要素を指している。図１を参照する
と、車両ステアリング・システム１０は、ピニオン・ギ
ア１４に機械的に結合されたハンド・ステアリング・ホ
イール（ハンドル）１２を含む。更に特定すると、ハン
ド・ステアリング・ホイール１２は入力シャフト１６に
接続され、ピニオン・ギア１４は出力シャフト１８に接
続されている。入力シャフト１６は、トーション・バー
２０を介して、出力シャフト１８に動作的に結合されて
いる。トーション・バー２０は、加えられたステアリン
グ・トルクに応答してツイストし、それによって、入力
シャフト１６と出力シャフト１８との間の相対的な回転
を与える。ピニオン・ギア１４は、ステアリング・ラッ
ク部材２２上に配置されたラック歯とかみ合って係合
し、ステアリング・ラック部材２２は、既知の態様で、
車両のステアラブル・ホイール（操舵可能車輪）２４及
び２６に接続されている。ハンド・ステアリング・ホイ
ール１２は、ホイール２４及び２６のステアリング運動
を生じさせる。
【０００６】本発明のこの好適実施例は、また、適切に
は可変リラクタンス・モータである電気ステアリング・
モータ２８を含み、このモータ２８には、ステアリング
・ラック部材２２が外接しており、ボール・ナット駆動
アセンブリ（図示せず）によって、それに駆動的に接続
されている。使用可能なボール・ナット駆動アセンブリ
は、Drutchasへの米国特許第4,415,054号において示さ
れ、説明されている。電気アシスト・モータ２８は、あ
る車両条件の下で、補助的なステアリング力を提供す
る。
は可変リラクタンス・モータである電気ステアリング・
モータ２８を含み、このモータ２８には、ステアリング
・ラック部材２２が外接しており、ボール・ナット駆動
アセンブリ（図示せず）によって、それに駆動的に接続
されている。使用可能なボール・ナット駆動アセンブリ
は、Drutchasへの米国特許第4,415,054号において示さ
れ、説明されている。電気アシスト・モータ２８は、あ
る車両条件の下で、補助的なステアリング力を提供す
る。
【０００７】電気モータ２８は、モータ制御回路３０に
接続されている。モータ制御回路３０は、好ましくは、
従来のパルス幅変調（ＰＷＭ）サブシステムであって、
補助ステアリング力の所望の量と方向とに従って、所定
の量の電流を電気アシスト・モータ２８に提供する。よ
り詳しくは、モータ制御回路３０は、適切にはＭＯＳＦ
ＥＴなどのハイ・パワー・トランジスタである複数のス
イッチで形成されており、これらのスイッチは、車両速
度や加えられたステアリング・トルクなどの、１つ又は
複数の感知された車両条件に応答して、電子制御ユニッ
ト（ＥＣＵ）３２などによって、既知の態様でパルス幅
変調される。好ましくは、ＥＣＵ３２は、マイクロコン
ピュータであるが、所望の機能を達成するように構成さ
れた、複数のディスクリート回路、回路素子、及び／又
は特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）から構成されることも
ある。
接続されている。モータ制御回路３０は、好ましくは、
従来のパルス幅変調（ＰＷＭ）サブシステムであって、
補助ステアリング力の所望の量と方向とに従って、所定
の量の電流を電気アシスト・モータ２８に提供する。よ
り詳しくは、モータ制御回路３０は、適切にはＭＯＳＦ
ＥＴなどのハイ・パワー・トランジスタである複数のス
イッチで形成されており、これらのスイッチは、車両速
度や加えられたステアリング・トルクなどの、１つ又は
複数の感知された車両条件に応答して、電子制御ユニッ
ト（ＥＣＵ）３２などによって、既知の態様でパルス幅
変調される。好ましくは、ＥＣＵ３２は、マイクロコン
ピュータであるが、所望の機能を達成するように構成さ
れた、複数のディスクリート回路、回路素子、及び／又
は特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）から構成されることも
ある。
【０００８】本発明は、また、交流電源（alternator）
などの電源３４を含み、これが、適切には交流の約１
６．５ボルトである電気エネルギを車両バッテリ３６に
供給し、車両バッテリ３６が、車両ライト、ラジオ、ウ
ィンドシールド・ワイパなどのアクセサリを含む車両負
荷３８に電力を供給する。図１の好適実施例では、交流
電源３４は、交流１６．５ボルトを、ステアリング制御
回路４０にも提供している。ステアリング制御回路４０
は、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ４２と単
位利得増幅器４４とを介して、ＥＣＵ３２に動作的に結
合される。ＥＣＵ３２は、ＥＣＵステアリング制御信号
に基づいて、ステアリング制御回路４０のアクティブな
制御を行う。ＥＣＵステアリング制御信号は、少なくと
も１つの感知された車両条件に応答する。
などの電源３４を含み、これが、適切には交流の約１
６．５ボルトである電気エネルギを車両バッテリ３６に
供給し、車両バッテリ３６が、車両ライト、ラジオ、ウ
ィンドシールド・ワイパなどのアクセサリを含む車両負
荷３８に電力を供給する。図１の好適実施例では、交流
電源３４は、交流１６．５ボルトを、ステアリング制御
回路４０にも提供している。ステアリング制御回路４０
は、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ４２と単
位利得増幅器４４とを介して、ＥＣＵ３２に動作的に結
合される。ＥＣＵ３２は、ＥＣＵステアリング制御信号
に基づいて、ステアリング制御回路４０のアクティブな
制御を行う。ＥＣＵステアリング制御信号は、少なくと
も１つの感知された車両条件に応答する。
【０００９】図１に示されている好適実施例では、ＥＣ
Ｕ３２は、車両速度センサ４６とトルク・センサ４８と
に動作的に結合されている。車両速度センサ４６は、既
知の態様で車両速度を感知し、車両速度を示す信号を、
アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ５０を介し
て、ＥＣＵ３２に提供する。
Ｕ３２は、車両速度センサ４６とトルク・センサ４８と
に動作的に結合されている。車両速度センサ４６は、既
知の態様で車両速度を感知し、車両速度を示す信号を、
アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ５０を介し
て、ＥＣＵ３２に提供する。
【００１０】同様に、トルク・センサ４８は、加えられ
たステアリング・トルクを検出し、それを示す信号を提
供する。トルク信号は、適当なＡ／Ｄコンバータ５２を
介して、ＥＣＵ３２にも送られる。好ましくは、トルク
・センサ４８は、位置センサ４９とトーション・バー２
０とから形成される。位置センサ４９は、入力シャフト
１６と出力シャフト１８とに亘って動作的に接続され、
入力シャフト１６と出力シャフト１８との間の相対的な
回転位置を示す電気信号、すなわち、位置信号を提供す
る。トルク・センサ４８は、トルク信号をＥＣＵ３２に
供給し、ホイール２４及び２６を、所望の方向に所望の
量だけ回転させる。
たステアリング・トルクを検出し、それを示す信号を提
供する。トルク信号は、適当なＡ／Ｄコンバータ５２を
介して、ＥＣＵ３２にも送られる。好ましくは、トルク
・センサ４８は、位置センサ４９とトーション・バー２
０とから形成される。位置センサ４９は、入力シャフト
１６と出力シャフト１８とに亘って動作的に接続され、
入力シャフト１６と出力シャフト１８との間の相対的な
回転位置を示す電気信号、すなわち、位置信号を提供す
る。トルク・センサ４８は、トルク信号をＥＣＵ３２に
供給し、ホイール２４及び２６を、所望の方向に所望の
量だけ回転させる。
【００１１】ＥＣＵ３２は、感知された車両条件に応答
して、従来のラック及びピニオンの手動（マニュアル）
によるステアリングが適当ではないような状況で、電気
ステアリング・モータ２８を付勢させる。このような状
況は、例えば、乾燥した表面での駐車、湾曲し乾燥した
道路上での車両の前進走行、下り坂の道路上での比較的
低速の車両のステアリング、又は、ステアリング・トル
クが大きなそれ以外の場合などに、存在することがあ
る。このような高トルクの場合には、電気ステアリング
・モータ２８は、車両の電気的負荷の動作を禁止するこ
となく、動作しなければならない。好適な電気ステアリ
ング・システム１０は、加えられたステアリング・トル
クと車両速度とに応答するように説明されているが、本
発明は、補助的なステアリング力が望まれるであろうそ
れ以外の感知された車両条件にも応答しうることは理解
すべきである。
して、従来のラック及びピニオンの手動（マニュアル）
によるステアリングが適当ではないような状況で、電気
ステアリング・モータ２８を付勢させる。このような状
況は、例えば、乾燥した表面での駐車、湾曲し乾燥した
道路上での車両の前進走行、下り坂の道路上での比較的
低速の車両のステアリング、又は、ステアリング・トル
クが大きなそれ以外の場合などに、存在することがあ
る。このような高トルクの場合には、電気ステアリング
・モータ２８は、車両の電気的負荷の動作を禁止するこ
となく、動作しなければならない。好適な電気ステアリ
ング・システム１０は、加えられたステアリング・トル
クと車両速度とに応答するように説明されているが、本
発明は、補助的なステアリング力が望まれるであろうそ
れ以外の感知された車両条件にも応答しうることは理解
すべきである。
【００１２】好適なステアリング制御回路４０は、図２
に示されているように、少なくとも１つの大容量のキャ
パシタ（コンデンサ）Ｃ１、すなわち、ウルトラキャパ
シタを含み、更に、それぞれが約１００ファラッド
（Ｆ）を超えるキャパシタンス、好ましくは、約１５０
０ファラッド（Ｆ）のキャパシタンスを有する２つのウ
ルトラキャパシタＣ１及びＣ２を含むことが好ましい。
そのようなウルトラキャパシタは、それぞれが、また、
約１０オーム未満の、好ましくは、約０．１オーム以下
の内部抵抗値を有する。ウルトラキャパシタは、特に、
この応用例に適しているのであるが、その理由は、有し
ている時定数が、比較的大きいからである。更に詳しく
は、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２の両端に第１の電
圧を有するステアリング制御回路４０は、約１０秒とい
う拡張された時間周期に亘って、大量の電流、適切には
約１００アンペア（Ａ）以上の電流を伝送し、次の１０
秒の間には、それよりも低い電圧で約７０アンペア
（Ａ）まで減少した電流を伝送することができる。ウル
トラキャパシタＣ１及びＣ２はまた、迅速な充電時間を
有しており、実質的に劣化することなく、反復的な充電
及び放電サイクルに耐えることができる。ステアリング
制御回路４０は、このようにして、十分な電力を、電気
モータ２８に供給し、約２０秒以上の間、ステアリング
の支援を提供することができる。典型的なステアリング
動作は平均で約２．５秒であるから、ステアリング制御
回路４０のウルトラキャパシタＣ１及びＣ２が通常のス
テアリング動作の間に完全に放電する可能性は、ほとん
どあり得ない。
に示されているように、少なくとも１つの大容量のキャ
パシタ（コンデンサ）Ｃ１、すなわち、ウルトラキャパ
シタを含み、更に、それぞれが約１００ファラッド
（Ｆ）を超えるキャパシタンス、好ましくは、約１５０
０ファラッド（Ｆ）のキャパシタンスを有する２つのウ
ルトラキャパシタＣ１及びＣ２を含むことが好ましい。
そのようなウルトラキャパシタは、それぞれが、また、
約１０オーム未満の、好ましくは、約０．１オーム以下
の内部抵抗値を有する。ウルトラキャパシタは、特に、
この応用例に適しているのであるが、その理由は、有し
ている時定数が、比較的大きいからである。更に詳しく
は、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２の両端に第１の電
圧を有するステアリング制御回路４０は、約１０秒とい
う拡張された時間周期に亘って、大量の電流、適切には
約１００アンペア（Ａ）以上の電流を伝送し、次の１０
秒の間には、それよりも低い電圧で約７０アンペア
（Ａ）まで減少した電流を伝送することができる。ウル
トラキャパシタＣ１及びＣ２はまた、迅速な充電時間を
有しており、実質的に劣化することなく、反復的な充電
及び放電サイクルに耐えることができる。ステアリング
制御回路４０は、このようにして、十分な電力を、電気
モータ２８に供給し、約２０秒以上の間、ステアリング
の支援を提供することができる。典型的なステアリング
動作は平均で約２．５秒であるから、ステアリング制御
回路４０のウルトラキャパシタＣ１及びＣ２が通常のス
テアリング動作の間に完全に放電する可能性は、ほとん
どあり得ない。
【００１３】電気モータ２８に供給される電流の量は、
ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２からの電流のＥＣＵ３
２によるパルス幅変調に基づいている。拡張された時間
周期の間に加えられたトルク要求が非常に大きく、ウル
トラキャパシタＣ１及びＣ２が所定の電圧を下回る電
圧、例えば、典型的な可変リラクタンス電気モータの場
合で９ボルトまで放電する場合には、ステアリング制御
回路４０は、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２の放電を
中断させて、モータ２８を動作させるのに十分な電力が
これらのウルトラキャパシタに蓄積されるまで、ウルト
ラキャパシタＣ１及びＣ２を充電し始める。
ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２からの電流のＥＣＵ３
２によるパルス幅変調に基づいている。拡張された時間
周期の間に加えられたトルク要求が非常に大きく、ウル
トラキャパシタＣ１及びＣ２が所定の電圧を下回る電
圧、例えば、典型的な可変リラクタンス電気モータの場
合で９ボルトまで放電する場合には、ステアリング制御
回路４０は、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２の放電を
中断させて、モータ２８を動作させるのに十分な電力が
これらのウルトラキャパシタに蓄積されるまで、ウルト
ラキャパシタＣ１及びＣ２を充電し始める。
【００１４】図２を参照すると、ウルトラキャパシタＣ
１及びＣ２は、スイッチング・ネットワークを介して、
交流電源３４とモータ制御回路３０との間で、選択的に
接続可能である。特に、ウルトラキャパシタＣ１の正の
側は、ダイオードＤ１とスイッチＳ１との直列接続を介
して、交流電源３４の第１の側に接続されており、ウル
トラキャパシタＣ１の負の側は、スイッチＳ２を介し
て、交流電源３４の他方の側に接続されている。ウルト
ラキャパシタＣ２の正の側は、スイッチＳ２を介して交
流電源３４の第２の側に、そして、ウルトラキャパシタ
Ｃ１の負の側に接続されている。ウルトラキャパシタＣ
２の負の側は、ダイオードＤ２とスイッチＳ１とを介し
て、交流電源３４の第１の側に接続されている。ダイオ
ードＤ２は、ウルトラキャパシタＣ２の負の側と、スイ
ッチＳ１とダイオードＤ１との間に配置されたノードと
の間に接続されている。ハイ・パワー・スイッチＳ１、
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、好ましくは、ＥＣＵ３２からの制
御信号に応答して動作する。通常の動作条件では、補助
的なスイッチング力は必要ではないので、スイッチＳ１
及びＳ２は、閉じているのが通常であり、スイッチＳ３
及びＳ４は、開いているのが通常である。好ましくは、
スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、ハイ・パワーＭＯ
ＳＦＥＴ又はＩＧＢＴトランジスタである。もちろん、
集積スイッチング回路や機械的なスイッチなどを含む、
それ以外の既知のスイッチング・デバイスを用いること
もできる。ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２は、それぞ
れが単一のウルトラキャパシタとして示され、説明され
ているが、それぞれのウルトラキャパシタを、複数のウ
ルトラキャパシタ、適切には、並列接続した２つ以上の
ウルトラキャパシタを用いて容易に代替し、それによっ
て、スイッチング制御回路４０のエネルギ蓄積容量を増
大させることができることは、理解すべきである。ま
た、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２の符号規約（sign
convention）は、説明が明瞭となるように示されてい
ることも理解すべきである。
１及びＣ２は、スイッチング・ネットワークを介して、
交流電源３４とモータ制御回路３０との間で、選択的に
接続可能である。特に、ウルトラキャパシタＣ１の正の
側は、ダイオードＤ１とスイッチＳ１との直列接続を介
して、交流電源３４の第１の側に接続されており、ウル
トラキャパシタＣ１の負の側は、スイッチＳ２を介し
て、交流電源３４の他方の側に接続されている。ウルト
ラキャパシタＣ２の正の側は、スイッチＳ２を介して交
流電源３４の第２の側に、そして、ウルトラキャパシタ
Ｃ１の負の側に接続されている。ウルトラキャパシタＣ
２の負の側は、ダイオードＤ２とスイッチＳ１とを介し
て、交流電源３４の第１の側に接続されている。ダイオ
ードＤ２は、ウルトラキャパシタＣ２の負の側と、スイ
ッチＳ１とダイオードＤ１との間に配置されたノードと
の間に接続されている。ハイ・パワー・スイッチＳ１、
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、好ましくは、ＥＣＵ３２からの制
御信号に応答して動作する。通常の動作条件では、補助
的なスイッチング力は必要ではないので、スイッチＳ１
及びＳ２は、閉じているのが通常であり、スイッチＳ３
及びＳ４は、開いているのが通常である。好ましくは、
スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、ハイ・パワーＭＯ
ＳＦＥＴ又はＩＧＢＴトランジスタである。もちろん、
集積スイッチング回路や機械的なスイッチなどを含む、
それ以外の既知のスイッチング・デバイスを用いること
もできる。ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２は、それぞ
れが単一のウルトラキャパシタとして示され、説明され
ているが、それぞれのウルトラキャパシタを、複数のウ
ルトラキャパシタ、適切には、並列接続した２つ以上の
ウルトラキャパシタを用いて容易に代替し、それによっ
て、スイッチング制御回路４０のエネルギ蓄積容量を増
大させることができることは、理解すべきである。ま
た、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２の符号規約（sign
convention）は、説明が明瞭となるように示されてい
ることも理解すべきである。
【００１５】スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、ＥＣ
Ｕ３２の制御の下で協調して動作し、ウルトラキャパシ
タＣ１及びＣ２を充電及び放電させる。充電モードで
は、スイッチＳ１及びＳ２は閉じ、スイッチＳ３及びＳ
４は開いているが、スイッチング制御回路４０は、ウル
トラキャパシタＣ１及びＣ２を充電する倍電圧器（volt
age doubler）として動作する。より詳しくは、シヌソ
イド型の交流電源電圧が正であるときには、ダイオード
Ｄ１は、順方向バイアスされて、ウルトラキャパシタＣ
１に電流が流れることを可能にし、好ましくは、それ
を、約１４ボルトまで充電する。交流電源電圧が負であ
るときには、ダイオードＤ１はもはや導通せず、ダイオ
ードＤ２が順方向バイアスされて、電流が、スイッチＳ
２、ウルトラキャパシタＣ２、ダイオードＤ２、そして
スイッチＳ１に流れる。交流電源電圧の負の部分の間の
電流は、ウルトラキャパシタＣ２を、約１４ボルトまで
充電する。ダイオードＤ１及びＤ２は、従って、交流電
源電圧を整流し、交流電源電圧の逆の極性周期の間に、
ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２を充電する。従って、
図２に示されている回路は、約１６．５ボルトの交流電
源電圧から、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２の直列接
続に亘って、約２８ボルトに蓄積することができる（そ
れぞれのウルトラキャパシタの両端において約１４ボル
ト）。
Ｕ３２の制御の下で協調して動作し、ウルトラキャパシ
タＣ１及びＣ２を充電及び放電させる。充電モードで
は、スイッチＳ１及びＳ２は閉じ、スイッチＳ３及びＳ
４は開いているが、スイッチング制御回路４０は、ウル
トラキャパシタＣ１及びＣ２を充電する倍電圧器（volt
age doubler）として動作する。より詳しくは、シヌソ
イド型の交流電源電圧が正であるときには、ダイオード
Ｄ１は、順方向バイアスされて、ウルトラキャパシタＣ
１に電流が流れることを可能にし、好ましくは、それ
を、約１４ボルトまで充電する。交流電源電圧が負であ
るときには、ダイオードＤ１はもはや導通せず、ダイオ
ードＤ２が順方向バイアスされて、電流が、スイッチＳ
２、ウルトラキャパシタＣ２、ダイオードＤ２、そして
スイッチＳ１に流れる。交流電源電圧の負の部分の間の
電流は、ウルトラキャパシタＣ２を、約１４ボルトまで
充電する。ダイオードＤ１及びＤ２は、従って、交流電
源電圧を整流し、交流電源電圧の逆の極性周期の間に、
ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２を充電する。従って、
図２に示されている回路は、約１６．５ボルトの交流電
源電圧から、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２の直列接
続に亘って、約２８ボルトに蓄積することができる（そ
れぞれのウルトラキャパシタの両端において約１４ボル
ト）。
【００１６】ここで設定されているような予め選択され
た車両条件に応答して、ウルトラキャパシタＣ１及び／
又はＣ２に蓄積されたエネルギの少なくとも一部分を放
電することが望まれる。特に、補助的な力が必要である
と判断されるときには、ＥＣＵ３２は、スイッチＳ３及
びＳ４を閉じ、同時に、スイッチＳ１及びＳ２を開い
て、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２が直列に接続され
て、モータ制御回路３０を介して、電気エネルギを電気
モータ２８に放電するようにする。放電された電流は、
適切にパルス幅変調されており、所望の量の電流が、ウ
ルトラキャパシタＣ１及びＣ２からモータ制御回路３０
へ、更に、電気スイッチング・モータ２８に流れる。ウ
ルトラキャパシタＣ１及びＣ２に対する放電時間周期
は、車両速度信号とトルク信号とに従い、ＥＣＵ３２に
よって、決定される。更に、モータ制御回路３０からの
電流の方向は、出力シャフト１８に対する入力シャフト
１６の相対的な運動に、すなわち、ハンド・ステアリン
グ・ホイール１２が回転する方向に基づく。
た車両条件に応答して、ウルトラキャパシタＣ１及び／
又はＣ２に蓄積されたエネルギの少なくとも一部分を放
電することが望まれる。特に、補助的な力が必要である
と判断されるときには、ＥＣＵ３２は、スイッチＳ３及
びＳ４を閉じ、同時に、スイッチＳ１及びＳ２を開い
て、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２が直列に接続され
て、モータ制御回路３０を介して、電気エネルギを電気
モータ２８に放電するようにする。放電された電流は、
適切にパルス幅変調されており、所望の量の電流が、ウ
ルトラキャパシタＣ１及びＣ２からモータ制御回路３０
へ、更に、電気スイッチング・モータ２８に流れる。ウ
ルトラキャパシタＣ１及びＣ２に対する放電時間周期
は、車両速度信号とトルク信号とに従い、ＥＣＵ３２に
よって、決定される。更に、モータ制御回路３０からの
電流の方向は、出力シャフト１８に対する入力シャフト
１６の相対的な運動に、すなわち、ハンド・ステアリン
グ・ホイール１２が回転する方向に基づく。
【００１７】スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を制御し
て、ウルトラキャパシタＣ１又はＣ２の一方だけが所望
の時間周期の間に放電されるようにすることもできる。
より詳しくは、トルク要求がそれほど大きくない場合に
は、スイッチＳ３又はＳ４の一方だけを閉じ、ウルトラ
キャパシタＣ１又はＣ２の一方だけを放電することが望
ましいことがある。更に、スイッチング制御回路４０と
ＥＣＵ３２とは、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２の放
電及び充電を連続的に交替させ、トルク支援の周期を拡
張させるように構成することもできる。ウルトラキャパ
シタＣ１及びＣ２の一方又は両方を放電させるときに
は、スイッチＳ１及びＳ２を、その通常は閉じている位
置から開くことが必要となる。スイッチＳ１及びＳ２
は、また、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２がその所望
の電圧レベルまで充電されたときには、開くことができ
る。
て、ウルトラキャパシタＣ１又はＣ２の一方だけが所望
の時間周期の間に放電されるようにすることもできる。
より詳しくは、トルク要求がそれほど大きくない場合に
は、スイッチＳ３又はＳ４の一方だけを閉じ、ウルトラ
キャパシタＣ１又はＣ２の一方だけを放電することが望
ましいことがある。更に、スイッチング制御回路４０と
ＥＣＵ３２とは、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２の放
電及び充電を連続的に交替させ、トルク支援の周期を拡
張させるように構成することもできる。ウルトラキャパ
シタＣ１及びＣ２の一方又は両方を放電させるときに
は、スイッチＳ１及びＳ２を、その通常は閉じている位
置から開くことが必要となる。スイッチＳ１及びＳ２
は、また、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２がその所望
の電圧レベルまで充電されたときには、開くことができ
る。
【００１８】ある特定の例では、ＥＣＵ３２は、ターン
などのステアリング動作を示すトルク信号と、比較的低
速度の車両速度信号とを、Ａ／Ｄコンバータ５０及び５
２のそれぞれを介して受け取る。ＥＣＵ３２は、加えら
れたトルクが第１の所定のトルク・スレショルド値より
も大きいかどうか、そして感知された車両速度が第１の
車両速度スレショルド、例えば時速約５ないし１０マイ
ルよりも小さいかどうかを判断する。トルク・スレショ
ルド値は、それ以外の可能性のある車両条件だけでな
く、車両速度と関数関係を有しており、トルク・スレシ
ョルドは、速度が上昇すると上昇することは理解できる
であろう。これらの条件が共に成立しない（false）場
合には、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２は、交流電源
３４によって、所定の直流電圧まで、ここで述べた態様
で、連続的に充電される。これらの条件の少なくとも一
方が成立する（true）場合には、別の判断がなされ、タ
ーン動作の間に必要とされる補助的な力の大きさと方向
とが決定される。そして、ＥＣＵ３２は、適切な制御信
号をステアリング制御回路４０に提供し、このステアリ
ング動作の間にウルトラキャパシタＣ１又はＣ２の少な
くとも一方を放電し、それによって、電気モータ２８に
電力を提供する。比較的低い車両速度において極端に高
いトルク要求がある場合には、ウルトラキャパシタＣ１
及びＣ２の両方がモータ制御回路３０に動作的に結合さ
れ、それにより、そのステアリング動作の間に、電気ス
テアリング・モータ２８に対して、最大の電流が利用可
能となるようにする。ターンが終了すると、ホイール２
４及び２６は、そのゼロの位置に戻るか、別のステアリ
ング動作が実行される。
などのステアリング動作を示すトルク信号と、比較的低
速度の車両速度信号とを、Ａ／Ｄコンバータ５０及び５
２のそれぞれを介して受け取る。ＥＣＵ３２は、加えら
れたトルクが第１の所定のトルク・スレショルド値より
も大きいかどうか、そして感知された車両速度が第１の
車両速度スレショルド、例えば時速約５ないし１０マイ
ルよりも小さいかどうかを判断する。トルク・スレショ
ルド値は、それ以外の可能性のある車両条件だけでな
く、車両速度と関数関係を有しており、トルク・スレシ
ョルドは、速度が上昇すると上昇することは理解できる
であろう。これらの条件が共に成立しない（false）場
合には、ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２は、交流電源
３４によって、所定の直流電圧まで、ここで述べた態様
で、連続的に充電される。これらの条件の少なくとも一
方が成立する（true）場合には、別の判断がなされ、タ
ーン動作の間に必要とされる補助的な力の大きさと方向
とが決定される。そして、ＥＣＵ３２は、適切な制御信
号をステアリング制御回路４０に提供し、このステアリ
ング動作の間にウルトラキャパシタＣ１又はＣ２の少な
くとも一方を放電し、それによって、電気モータ２８に
電力を提供する。比較的低い車両速度において極端に高
いトルク要求がある場合には、ウルトラキャパシタＣ１
及びＣ２の両方がモータ制御回路３０に動作的に結合さ
れ、それにより、そのステアリング動作の間に、電気ス
テアリング・モータ２８に対して、最大の電流が利用可
能となるようにする。ターンが終了すると、ホイール２
４及び２６は、そのゼロの位置に戻るか、別のステアリ
ング動作が実行される。
【００１９】ウルトラキャパシタＣ１及びＣ２は、放電
しているときには、好ましくは、約５００ワット以上
を、電気モータ２８に与える。もちろん、放電される電
力量は、車両の大きさや特定のステアリング条件に関係
する。例えば、小型車には、約５００ワットが供給さ
れ、大型車には、約１５００ワットが供給される。
しているときには、好ましくは、約５００ワット以上
を、電気モータ２８に与える。もちろん、放電される電
力量は、車両の大きさや特定のステアリング条件に関係
する。例えば、小型車には、約５００ワットが供給さ
れ、大型車には、約１５００ワットが供給される。
【００２０】以上で本発明の特定の好適実施例を説明し
たが、ここでの説明は例示的なものであって、本発明の
原理だけを示している。この技術分野の当業者であれ
ば、特許請求の範囲によってカバーされる改善、変更及
び修正を理解することができるであろう。
たが、ここでの説明は例示的なものであって、本発明の
原理だけを示している。この技術分野の当業者であれ
ば、特許請求の範囲によってカバーされる改善、変更及
び修正を理解することができるであろう。
【図１】本発明の好適実施例の概略的なブロック図であ
る。
る。
【図２】図１のシステムの部分図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エミル・エム・シュタークマン アメリカ合衆国カリフォルニア州90292, マリナ・デル・レイ，ヴィア・マリナ 4127 (56)参考文献 特開 平11−240454（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B62D 6/00 B62D 5/04
Claims (16)
- 【請求項１】 電源と、 補助的なステアリング力を提供する電気モータと、 ウルトラキャパシタであって、このウルトラキャパシタ
を充電するため前記電源と、このウルトラキャパシタを
放電して前記電気モータを駆動するため前記電気モータ
とに選択的に接続可能であり、約１００ファラッドより
も大きなキャパシタンスを有するウルトラキャパシタ
と、 少なくとも１つの車両条件に応答して、前記ウルトラキ
ャパシタを充電するため前記電源への前記ウルトラキャ
パシタの接続と、前記ウルトラキャパシタを放電して前
記電気モータを駆動するため前記電気モータへの前記ウ
ルトラキャパシタの接続との間で選択する制御回路と、 から構成される、電気ステアリング・システム。 - 【請求項２】 加えられたトルクを感知してそれを示す
信号を提供するトルク・センサを更に備え、前記制御回
路は、前記トルク・センサに応答する、請求項１記載の
システム。 - 【請求項３】 前記制御回路は、前記トルク・センサの
信号に応答して、前記ウルトラキャパシタの充電及び放
電を制御する、請求項２記載のシステム。 - 【請求項４】 車両の速度を感知してそれを示す信号を
提供する車両速度センサを更に備えており、前記制御回
路は、前記車両速度センサの信号に応答する、請求項１
記載のシステム。 - 【請求項５】 前記制御回路は、前記車両速度センサに
応答して、前記ウルトラキャパシタの充電及び放電を制
御する、請求項４記載のシステム。 - 【請求項６】 前記ウルトラキャパシタは、車両速度が
時速約１０マイル未満であることを示す信号を前記車両
速度センサが前記制御回路に提供するときに放電する、
請求項５記載のシステム。 - 【請求項７】 前記ウルトラキャパシタは、放電してい
るときには、約５００を超えるワットを前記モータに提
供する、請求項１記載のシステム。 - 【請求項８】 前記ウルトラキャパシタは、約１０オー
ム未満の内部抵抗値を有する、請求項１記載のシステ
ム。 - 【請求項９】 少なくとも２つのウルトラキャパシタを
備え、該ウルトラキャパシタは、前記ウルトラキャパシ
タのそれぞれを充電するため前記電源と、前記ウルトラ
キャパシタのそれぞれを放電し前記電気モータを駆動す
るため電気モータとに選択的に接続可能であり、前記制
御回路は、前記少なくとも１つの車両条件に応答して、
前記ウルトラキャパシタの各々の充電及び放電を選択的
に制御する、請求項１記載のシステム。 - 【請求項１０】 直流電源と、 電気ステアリング・モータと、 約１００ファラッドよりも大きなキャパシタンスを有す
るウルトラキャパシタであって、このウルトラキャパシ
タを充電する前記電源と、このウルトラキャパシタを放
電して前記電気モータを駆動する前記電気モータとに選
択的に接続可能である、ウルトラキャパシタと、 車両条件を感知して、その車両条件を示す信号を発生す
るセンサと、 前記センサの信号に応答して、前記ウルトラキャパシタ
を充電するため前記電源への前記ウルトラキャパシタの
接続と、前記ウルトラキャパシタを前記電気モータに放
電するため前記電気モータへの前記ウルトラキャパシタ
の接続との間で選択する制御回路と、 から構成される、電気ステアリング・システム。 - 【請求項１１】 前記センサは、車両速度を感知してそ
れを示す信号を提供する車両速度センサを備えている、
請求項１０記載のシステム。 - 【請求項１２】 前記センサは、加えられたステアリン
グ・トルクを感知してそれを示す信号を提供するトルク
・センサを備えている、請求項１０記載のシステム。 - 【請求項１３】 前記制御回路は、更に前記電源と前記
ウルトラキャパシタとの間に接続された第１スイッチ手
段と、前記ウルトラキャパシタと前記電気モータとの間
に接続された第２スイッチ手段と、を含み、前記第１ス
イッチ手段は選択的に作動されて前記ウルトラキャパシ
タを前記電源と電気的に接続して前記ウルトラキャパシ
タを充電し、前記第２スイッチ手段は選択的に作動され
て前記ウルトラキャパシタを前記電気モータと電気的に
接続して前記ウルトラキャパシタを放電して前記電気モ
ータを駆動する、請求項１記載のシステム。 - 【請求項１４】 前記制御回路と前記電気モータとの間
に接続されるモータ制御装置を更に含み、該モータ制御
装置は前記ウルトラキャパシタによって供給され前記電
気モータを駆動する電流量を制御する、請求項１記載の
システム。 - 【請求項１５】 前記制御回路は、更に前記電源と前記
ウルトラキャパシタとの間に接続された第１スイッチ手
段と、前記ウルトラキャパシタと前記電気モータとの間
に接続された第２スイッチ手段と、を含み、前記第１ス
イッチ手段は選択的に作動されて前記ウルトラキャパシ
タを前記電源と電気的に接続して前記ウルトラキャパシ
タを充電し、前記第２スイッチ手段は選択的に作動され
て前記ウルトラキャパシタを前記電気モータと電気的に
接続して前記ウルトラキャパシタを放電して前記電気モ
ータを駆動する、請求項１０記載のシステム。 - 【請求項１６】 前記制御回路と前記電気モータとの間
に接続されるモータ制御装置を更に含み、該モータ制御
装置は前記ウルトラキャパシタによって供給され前記電
気モータを駆動する電流量を制御する、請求項１０記載
のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/098136 | 1998-06-16 | ||
| US09/098,136 US6068078A (en) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | Electric steering system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000016321A JP2000016321A (ja) | 2000-01-18 |
| JP3299520B2 true JP3299520B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=22267418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15831299A Expired - Fee Related JP3299520B2 (ja) | 1998-06-16 | 1999-06-04 | 電気ステアリング・システム |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6068078A (ja) |
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| JP2001196770A (ja) * | 2000-01-12 | 2001-07-19 | Omron Corp | コントロールユニット |
| ES2317890T3 (es) * | 2000-03-31 | 2009-05-01 | Inventio Ag | Dispositivo y procedimiento para reducir la potencia de la conexion a la red de instalaciones de ascensor. |
| DE10055160A1 (de) * | 2000-11-08 | 2002-05-23 | Bayerische Motoren Werke Ag | Fahrzeuglenksystem der Bauart "Steer-by-wire" |
| US6535805B2 (en) * | 2001-08-10 | 2003-03-18 | Delphi Technologies, Inc. | Robust determination of hand-wheel position |
| DE10341963A1 (de) * | 2003-09-11 | 2005-04-21 | Zf Lenksysteme Gmbh | Hilfskraftlenksystem mit Elektromotor und damit ausgestattetes Fahrzeug |
| EP1721128B1 (en) | 2004-03-04 | 2017-06-28 | Novelis, Inc. | Electrode configuration for limca |
| US7259692B1 (en) | 2004-09-01 | 2007-08-21 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Hybrid power management system and method |
| DE102004062818A1 (de) * | 2004-12-27 | 2006-07-06 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Kraftbeaufschlagung einer Lenkeinrichtung |
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| DE102006009695A1 (de) * | 2006-03-02 | 2007-09-06 | Zf Lenksysteme Gmbh | Elektrische Energiemanagementeinrichtung für eine Lenkvorrichtung |
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| JP5135971B2 (ja) * | 2007-09-27 | 2013-02-06 | 株式会社ジェイテクト | 電動パワーステアリング装置のモータ制御装置 |
| JP5233323B2 (ja) * | 2008-02-29 | 2013-07-10 | 株式会社ジェイテクト | 補助電源装置及び電動パワーステアリング装置 |
| JP5396723B2 (ja) * | 2008-03-06 | 2014-01-22 | 株式会社ジェイテクト | 電動パワーステアリング装置 |
| JP5233377B2 (ja) * | 2008-04-09 | 2013-07-10 | 株式会社ジェイテクト | 電動パワーステアリング装置 |
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| JPS61155056A (ja) * | 1984-12-27 | 1986-07-14 | Toyoda Mach Works Ltd | 電気式動力舵取装置 |
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1999
- 1999-06-04 JP JP15831299A patent/JP3299520B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-06-09 DE DE19926341A patent/DE19926341B4/de not_active Expired - Fee Related
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