JPH05238411A - 車両用電動式パワーステアリングの作動方法および作動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーボモータとステアリングコラムないし車
輪調節部へ導かれる被駆動軸との間にギヤを備えた車両
用電動式パワーステアリングを、消費電力、ハンドリン
グの快適性、作動安全性、および／またはノイズの送出
の点を考慮して最適化する。 【構成】 車両速度、ステアリングトルク、車両変速機
において投入された変速段、車両の内燃機関の作動状
態、ならびにパワーステアリングの作動状態のうち少な
くとも１つの大きさに依存して、サーボモータの回転数
を選定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータとステア
リングコラムないし車輪調節部へ導かれる被駆動部との
間にギヤを備えた車両用電動式パワーステアリングの作
動方法および作動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許第３９３３７７１
号公報には、例えばパーキング速度領域のための、自動
車用パワーステアリングが示されている。この場合、サ
ーボモータと、ステアリングコラムないし機械式車輪調
節部へと導かれる駆動部との間に減速ギヤが設けられて
いる。その際、少なくとも１つのカップリングジョーが
次のように配置されている。すなわち、手動でハンドル
にトルクが与えられたとき、ステアリングコラムのハン
ドル側と連結された連行部が、少なくとも１つのカップ
リングジョーへの機械的な作用により必要な結合押圧力
を発生させると、サーボモータ駆動部からステアリング
ギヤ側への駆動連結が形成されるように配置されてい
る。この場合、連結作用下におかれている歯車は中空歯
車として構成されており、この歯車は、固定的に駆動ス
テアリングコラム領域に連結された結合ハブ上に支承さ
れている。例えば、１つの回転方向にだけ制御されて動
作するサーボモータ（電気モータ）が互いに逆方向に回
転する２つの歯車を駆動する。そして当該連結部によ
り、ステアリングトルクに依存してサーボ駆動部からス
テアリングコラムないし被駆動部への駆動連結が形成さ
れる。

【０００３】この種のパワーステアリングの別の実施形
態は、ドイツ連邦共和国特許出願第４１０４０４８．１
号明細書に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
の形式のパワーステアリングシステムを、消費電力、ス
テアリングの快適性、作動安全性、および／またはノイ
ズの送出の点を考慮して最適化することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による方法は、サ
ーボモータとステアリングコラムないし車輪調節装置へ
導かれる被駆動部との間のギヤを備えた自動車のための
電動式パワーステアリングを前提としている。この場
合、少なくとも１つのカップリングジョーが設けられて
おり、手によってハンドルにトルクが与えられたとき
に、ステアリングコラムのハンドル側と連結された連行
部が少なくとも１つのカップリングジョーへの機械的作
用により必要な連結押圧力を生じさせると、当該カップ
リングジョーにより、サーボモータ駆動部からステアリ
ングコラムのステアリングギア側への駆動結合が形成さ
れる。この種のパワーステアリングシステムは、上述の
従来技術に示されている。そして本発明によれば、サー
ボモータの回転数は、車両速度、ステアリングトルク、
車両変速機の投入された変速段、車両の内燃機関の作動
状態、ならびにパワーステアリングの作動状態のうち少
なくとも１つの大きさに依存して選定される。

【０００６】

【発明の構成および利点】例えば、低減された支援しか
必要とされないような作動領域では（僅かな速度で車両
が動く場合）、電気モータの回転数を低減することによ
り無負荷電流消費が低減されて車載電源の負担が軽減さ
れ、さらに磨耗、燃料消費ならびにノイズの発生が低減
され、比較的高い車両速度の場合には道路との接触状態
が改善される。このため、車両速度が上昇ないし低減す
るとともに、所定の特性曲線に応じてサーボモータの回
転数を連続的に低減ないし上昇させることができる。こ
のような連続的な低減によってもハンドリング感触は損
なわれないが、制御装置において相当の費用がかかる。

【０００７】本発明による方法の有利な実施形態によれ
ば、車両速度が上昇ないし低減するとともに、少なくと
も１つの車両速度閾値走査検出（問い合わせ）結果に依
存してサーボモータの回転数を段階的に低減ないし上昇
させることができる。

【０００８】さらに、ステアリングトルクが低減ないし
上昇するとともに所定の特性曲線に応じてサーボモータ
の回転数を低減ないし上昇させることができるし、ある
いはステアリングトルクが低減ないし上昇するととも
に、少なくとも１つのステアリングトルクの閾値検査に
依存してサーボモータの回転数を段階的に低減ないし上
昇させることができる。ステアリングトルクへの回転数
の連続的な適合化は制御装置を構成する際に比較的高い
コストがかかることを意味するが、他方、（電圧給電用
のメインリレーに付加的に設けられた）１つのリレーに
よる切り換えは安価に実現することができる。しかし、
高いステアリングトルクの領域ではこのような切り換え
によって、ステアリング系列（ライン）において許容で
きない急激な動きが生じ、これにより道路との接触状態
に妨害を及ぼす。トルク零通過点近傍のステアリングト
ルク領域において切り換えを行なうことにより、ハンド
リング感覚が損なわれない。つまり、サーボモータの回
転数を段階的に上昇ないし低減するようにした、本発明
によるシステムの変形実施例では、トルク零通過点近傍
のトルク領域において切り換えを行なうことを考慮する
ことができる。

【０００９】走行速度閾値に依存してサーボモータ回転
数を切り換える場合には、走行速度の検出および相応の
信号処理が必要とされる。これは、中庸な走行速度領域
において支援が望まれる、比較的高いステアリングパワ
ーレベルを有する車両に適している。電子タコメータま
たはアンチロックシステム（ＡＢＳ）を備えた車両の場
合には、既存の走行速度センサを用いることができる。

【００１０】有利には、サーボモータの回転数を切り換
える際の閾値は、走行速度および／またはステアリング
トルクが上昇したか低減したかに依存して選定される
（ヒステリシス特性形式による切り換え）。これにより
切り換え回数が低減される。

【００１１】本発明による方法の別の実施形態の場合、
選定可能な第１の走行速度閾値を上回った後に、選定可
能なステアリングトルク閾値を下回ると、サーボモータ
がより低い回転数へ切り換えられる。選定可能な第２の
走行速度閾値を下回った後、選定可能なステアリング閾
値を下回ると、サーボモータがより高い回転数へ切り換
えられる。

【００１２】さらに本発明は、本発明による方法を実施
する装置にも関する。このため、サーボモータとステア
リングコラムないし車輪調節部へ導かれる被駆動軸との
間のギアに、少なくとも１つのカップリングジョーが設
けられており、手によってハンドルにトルクが与えられ
たときに、ステアリングコラムのハンドル側と結合され
た連行部が少なくとも１つのカップリングジョーへの機
械的作用により必要な結合押圧力を生じさせると、当該
カップリングジョーにより、サーボモータ駆動部からス
テアリングコラムのステアリングギア側への駆動結合が
形成される。さらに、サーボモータの回転数を調整する
手段が設けられており、この場合、この回転数調整手段
は、車両速度、ステアリングトルク、車両変速機の投入
された変速段、車両の内燃機関の作動状態、ならびにパ
ワーステアリングの作動温度のうち少なくとも１つの大
きさに依存して、サーボモータの回転数調整を行なう。

【００１３】以下の実施例にはその他の有利な実施形態
が示されている。

【００１４】

【実施例の説明】まず始めに実施例の前提とするシステ
ムとして、従来技術（ドイツ連邦共和国特許第３９３３
７７１号公開公報）に属するパワーステアリングシステ
ムについて以下で簡単に説明する。

【００１５】このパワーステアリングシステムの基本思
想は、ステアリングコラムの、運転者によりトルクの与
えられる側に配置された連行部により、そのつど旋回方
向に応じて種々のカップリングジョーが操作されること
である。それらのカップリングジョーは、いわばステア
リングコラムの被駆動軸とみなすべき部分にこれととも
に回転するように固定されており、さらにこれらのカッ
プリングジョーは、ステアリングギヤへと導かれるステ
アリングコラムを摩擦による係合によって連行する。こ
の場合、運転者によりステアリングコラムにトルクが与
えられた時点で、サーボ電気モータにより共通に駆動さ
れ互いに逆方向に旋回する１つの歯車対の歯車により、
ステアリングコラムは両方の旋回方向で旋回可能であ
り、補助力が与えられたときにいずれの旋回方向が選択
されたかが連行部により決定される。その際この連行部
を、トーションバーの端部に配置することができるし、
あるいはハンドルから到来するステアリングコラムの固
定部分とすることができる。この連行部は、運転者によ
り与えられたトルクに応じてカップリングジョーの押圧
力を選択するために用いられる。

【００１６】図５および図６に示された実施例の場合、
ここでは直接的な貫通係合を実現するステアリングコラ
ムが参照番号１０で示されている。矢印Ａによりハンド
ルへの方向が示されており、矢印Ａ′によりステアリン
グギヤへの方向が示されている。中間領域においてステ
アリングコラムはトーションバー１０ａを形成してお
り、これは所定の太さに材料を細くすることにより形成
されている。したがってステアリングコラムのトーショ
ンバー１０ａの領域では、通常のステアリングコラム直
径Ｄよりも僅かなステアリングコラム直径Ｄ′が形成さ
れている。

【００１７】トーションバーの始端部に、つまり参照番
号１１の部分にスリーブ１２が取り付けられており、こ
れは例えば溶接されている。このスリーブ１２は支承フ
ランジ１３近傍まで延在している。支承フランジ１３
は、さらに導かれているステアリングコラムと、ねじれ
ないように固定されており、このステアリングコラム上
に支承されている。

【００１８】スリーブ１２の端部において、連行部１４
が所定の角度でステアリングコラム上に旋回可能に支承
されており、さらにこの連行部１４はスリーブ１２を固
定しており、例えば参照番号１５で示されている溶接接
合部により固定している。

【００１９】連行部１４は、ステアリングコラムに取り
付けられたバーの形式を有することができ、あるいはス
テアリングコラム１０を取り囲むリング１４ａの形式を
有することができ、このリングからＬ字形に折り曲げら
れたウェブ状の突出部１４ｂが突出している。この突出
部１４ｂは開口部を通って支承フランジ１３に進入して
おり、それを貫通している。したがって、ハンドル側か
らトルクを与えることにより、連行部の突出部１４ｂは
支承フランジ１３に対して僅かな相対的旋回運動を行な
い得ることがわかる。この相対的旋回運動は図５中の矢
印Ｂの方向へ進む。

【００２０】支承フランジ１３はその外周部において、
外側に歯が設けられており互いに独立した２つの中空歯
車Ｚ３ならびにＺ４を旋回可能に支承している。この場
合、支承フランジ１３はその外周部に開口部１３ａを有
しており（図５参照）、この開口部を通って、互いに軸
線方向にずらされてそれぞれカップリングジョー１５ａ
および１５ｂが、中空歯車Ｚ３ないしＺ４の内径部分に
当接することができる。カップリングジョー１５ａ、１
５ｂは、それぞれ参照番号１６ａ、１６ｂの部分で目的
に適うように支承フランジ１３の対向する壁部領域に旋
回可能に支承されている。これらのカップリングジョー
には、それぞれ１つのカップリングシュー１６と突起状
の延長部が設けられている。カップリングシューによっ
て、上記のカップリングジョーはそれぞれ配属されてい
る中空歯車Ｚ３ないしＺ４の内径部に当接しており、他
方、突起状の延長部１７は、連行部１４と、正確には連
行部の折り曲げられた突出部１４ｂと作用結合させるた
めに用いられている。したがって運転者によりハンドル
にトルクが与えられると、連行部の突出部１４ｂの相対
的旋回運動に応じて、カップリングジョー１５ａまたは
１５ｂの一方または他方のカップリングシュー１６は中
空歯車Ｚ３ないしＺ４の内径部に押圧される。その際、
外側に歯の設けられた中空歯車Ｚ３ないしＺ４は、支承
フランジ１３の適切な支持装置内でこの支承フランジ１
３により旋回可能に互いに対向して配置されて収容され
ている。

【００２１】次に、以降の説明を別の側から行なうのが
最適である。この場合、まず参照番号１７で、図示され
ていない電気モータの出力軸と結合されているピニオン
１７を表わしている。この電気モータは、後で説明する
ようにして制御することができる。その際、出力軸の旋
回方向は例えば矢印Ｃに応じて示されている。この旋回
方向は、ハンドルの両方の旋回に対して当てはまるもの
であり、それぞれに対して変える必要はない。つまり出
力ピニオン１７は第１の歯車Ｚ１と噛合しており、さら
に歯車Ｚ１の方は同じ大きさの歯車Ｚ２と噛合してい
る。歯車Ｚ１とＺ２は、相応に固定されておりステアリ
ング補助ユニットまでも目的に適うように完全に収容す
るケーシング内部に好適に支承されている。その際、こ
れらの歯車Ｚ１およびＺ２はそれらを支承する軸１８の
延長部において、適切な構造のフリーホイール１９を介
して歯車Ｚ１′およびＺ２′と結合されている。図６の
右上の小さな図には、この種のフリーホイールの可能な
実施形態が示されている。このフリーホイールは通常の
ようにして構成することができ、例えば球の形のクラン
プ体１９′を有することができる。上記の球はそれぞれ
比較的大きい歯車Ｚ１、Ｚ２が駆動されると、ベベルを
介してクランプ位置へ連行される。そしてこのことによ
り、同心で同じ軸上において軸線方向にずらされ大きな
歯車Ｚ１およびＺ２に配置された小さな歯車Ｚ１′およ
びＺ２′の連動旋回が行われる。さらに小さな歯車Ｚ
１′およびＺ２′自体は軸線方向に、その他の点では図
５に示されているようにして、所定の角度で互いにずら
されて中空歯車Ｚ３およびＺ４の外側の歯車と噛合す
る。

【００２２】つまりサーボモータが制御されると、前述
のすべての歯車がピニオン１７により駆動されて旋回す
る。つまりここにおいて歯車Ｚ１はピニオン１７により
直接駆動され、さらにこの歯車Ｚ１自体は、サーボモー
タによりトルクが与えられると阻止するフリーホイール
を介して、同類の他方の歯車Ｚ２を駆動する。さらに歯
車Ｚ１およびＺ２は歯車Ｚ１′およびＺ２′を駆動し、
したがってそれらの歯車自体は互いに逆方向でそれぞれ
中空歯車Ｚ３およびＺ４を駆動する。これらの中空歯車
Ｚ３およびＺ４は、支承フランジ１３にネジ止めされた
支持リング１９ａ、１９ｂにより支持されているか、あ
るいはこれとは別の適切な方法で支承フランジ１３の外
周部に支持されている。

【００２３】したがって以下のような動作が得られる。
ハンドルが旋回されると、トーションバー１０ａの領域
においてステアリングコラムが相応にねじれ−後で説明
する図示されていない電気サーボモータの制御が同時に
作用すると−所望のハンドル方向に相応する連行部の突
出部１４ｂを介して、この場合に該当するカップリング
ジョーがカップリングシュー１６の部分で歯車Ｚ３また
は歯車Ｚ４の内径部に当接する。その結果、与えられた
ステアリングトルクに加えて、摩擦係合に帰するべき相
応の付加的なサーボ補助トルクがステアリング補助力と
して発生する。この付加的なサーボ補助力は以下のよう
にしてさらに増強される。すなわち、個々のカップリン
グジョーへの当接時の応力によって相応の中空歯車Ｚ３
ないしＺ４も支承フランジ１３に、つまりその外側の周
縁部に押圧されることによって、上記のサーボ補助力は
増強される。この場合、個々のカップリングシューをそ
れらが図５に示されているような形を有するように構成
すると有利である。したがってカップリングジョー１５
ａ、１５ｂの個々の支点１６ａ、１６ｂを中心としたレ
バーアーム作用が生じ、図５からすぐにわかるように、
シューブレーキにおけるブレーキシューの自己増強作用
と類似して、上記のレバーアーム作用により、連行部の
突出部により引き起こされる摩擦トルクに起因して当接
の際の自己増強作用が生じる。何故ならば、カップリン
グシュー１６に対して、個々の中空歯車Ｚ３ないしＺ４
の内面との摩擦結合により接線方向での連行力が及ぼさ
れるからである。この連行力は、支点１６ａに対して作
用する力と、カップリングシューを個々の中空歯車の内
壁へさらに強く押圧しようとする力とに分解することが
できる。

【００２４】個々のカップリングジョーを元の位置に戻
すために、ないしは連行部の突出部により作動されてい
ないカップリングジョーも所属の中空歯車に対する摩擦
位置へ移行してしまうことを回避する目的で、各カップ
リングジョーにバイアス板バネ２０を設けることができ
る。このバイアス板バネ２０は、支承フランジ１３の内
部の適切な突出部２１において支持されており、カップ
リングシュー１６を中空歯車から押して引き離す。満足
できる動作を得るために、可動部ができるかぎりあそび
を有さないようにすることが推奨される。したがって、
図示されていない偏心ボルトを用いてカップリングジョ
ーへの連行作用を設定調整可能にすることを推奨するこ
とができる。このことによりシステムにおける緩みを必
要最小限まで低減することができる。そしてこの場合、
トーションバー１０ａの動作だけがステアリングトルク
の伝達に対して有効である。

【００２５】図１には、上述のパワーステアリングシス
テムを前提として本発明による方法の実施例が示されて
いる。この実施例の場合、本発明による方法は大部分に
おいてディジタル形式で実現されている。これに加えて
制御装置１１１へは、走行速度発信器１１３からの出力
信号（信号Ｖｆ）と、変速段識別部１２５の信号Ｇと、
抵抗１１９を介して取り出される電気モータ１１２の電
流ＩＭｏｔと、電気モータ１１２の温度Ｔとが導かれ
る。電気モータ１１２の温度の検出は相応の熱電対を介
して行なうことができる。そして制御装置１１１におい
て、信号Ｖｆ（車両速度）、信号Ｇ（変速段識別）、ス
テアリングトルクを表わすモータ電流信号Ｉｍｏｔ、お
よびモータ温度を表わす信号Ｔが、本発明による方法の
１つまたは複数の上述の変形例にしたがって処理され
る。さらに上述のように、これらの入力信号は、制御装
置１１１内に格納されている特性曲線と比較され、ある
いはそこに格納されている閾値と比較され、比較結果が
結合される。制御装置１１１の出力側には、ポンプ段１
１４およびトランジスタ１１５を介して電気モータ１１
２の回転数を制御する信号が生じる。電気モータＭの制
御は、例えばパルス幅変調により行なうことができる。
さらに、ポンプ段１１７ならびにトランジスタ１２４を
介してリレー１１６を操作することにより、スイッチ１
１８によってサーボモータである電気モータ１１２を遮
断することができる。電圧給電は参照番号ＫＬ１５の付
された線路を介して行われ、この線路は点火スイッチと
接続されている。

【００２６】図３において類似の形式で示されている実
施例の場合、サーボモータ２１２の回転数調整は、まず
第１にステアリングトルクに依存して行われる。走行速
度の事前の調節に応じて、モータ電圧Ｕｍの設定は例え
ば１０％〜６０％の間にある。抵抗２１９を介して、ス
テアリングトルクに比例するモータ電流が測定される。
電気モータ２１２の負荷が上昇すると、適合化増幅器２
１１、後で述べる手段２２９および２３０を介して、合
計加算器２２０における電圧が負荷に対して直線的に高
められる。つまりモータ回転数は、その通常の特性曲線
に到達するまで一定に保持される。したがってモータ電
圧Ｕｍは、例えばパルス幅変調制御によりパルス幅変調
段（ＰＷＭ）２１３およびトランジスタ２１５により、
例えば４０％だけ高められる。

【００２７】適合化増幅器２１１の出力側には、モータ
２１２におけるオーム電圧降下ＵＩを表わす信号が生じ
る。モータ２１２におけるオーム電圧降下ＵＩならびに
モータ端子電圧Ｕｍから、手段２２９により誘導電圧の
実際値Ｕｎが求められ、この値は手段２３０へ導かれ
る。そしてこの手段２３０において、誘導電圧の実際値
Ｕｎが所属の目標値Ｕｎｓと比較され、これに基づいて
その偏差ｄｅｌｔａＵｎが合計加算器２２０へ導かれ
る。ここにおいて式、 Ｕｍ＝（Ｉ＊Ｒｍｏｔｏｒ）＋Ｕｎ が適用される。この場合、Ｕｎ＝２＊ｐｉ＊ｎ＊ｐｈｉ
であり、ｐｈｉは定数、ｐｉ＝３．１４１....である円
周率、Ｒｍｏｔｏｒは抵抗値、ｎは電気モータの回転
数、さらにＩはモータ電流である。合計加算器２２０に
はその入力側に、上述の偏差ｄｅｌｔａＵｎのほかに最
小電圧設定値Ｕｍｉ（ペデスタル電圧）ならびに次の段
落で説明する積分器−適合化段２２４の出力電圧Ｕｖが
印加される。

【００２８】走行速度Ｖｆに依存するサーボモータ２１
２の回転数調整は、単安定トリガ段２２１および積分器
−適合化段２２４を介して合計加算器２２０とパルス幅
変調段２１３によりモータ電圧Ｕｍが設定調整されるよ
うにして行われる。したがって例えば走行速度Ｖｆが０
ｋｍ／ｈに等しいときにはモータ電圧Ｕｍは最大電圧Ｕ
ｍａｘの５０％にすることができ、他方、最高走行速度
の時にはモータ電圧Ｕｍを最大モータ電圧Ｕｍの０％に
設定調整することができる。つまり、車両停止状態であ
れば電流調整と関連して最大サーボ出力が送出される
が、他方、最高速度Ｖｍａｘでは最大でサーボ出力の５
０％だけしか送出されない。したがって所定の測定閾値
Ｖｍａｘのときにステアリングシステムを起動する場
合、切り替えの衝撃に直接作用を及ぼす最大トルクは５
０％に制限される。

【００２９】所定の速度閾値を越えると、閾値スイッチ
２２５はトランジスタ２２６を投入し、さらにはリレー
２１６を投入接続する。そして電気モータ２１２が遮断
される。パワーステアリングシステムは、速度閾値を再
び下回るまで不動作状態に保たれる。

【００３０】モータ温度に依存した調整は、モータ温度
Ｔを例えば熱電対で測定することにより行われる。適合
化段２２７は、モータ温度Ｔに比例する電圧Ｕ_T を供給
する。危険なモータ温度以上では合計加算器２２０の出
力側に生じる信号に対し、加算器２２８により所定の電
圧が減算される。その結果、パルス幅変調段２１３は、
低減された電圧しかモータへ送出しない。このためモー
タ電流が制限される。したがって電気モータ２１２を急
激に遮断する必要はなく、低減された出力で引き続き作
動させることができる。

【００３１】図３に示された電子機構は、簡単かつ低コ
ストで構成することができる。それというのはこの電子
機構が故障しても快適性が損なわれるだけであって、ス
テアリング機能ひいてはステアリングシステム全体の安
全に対しては影響が及ぼされないからである。

【００３２】モータ回転数を例えばアイドリング回転数
の半分〜１０分の１まで調整することにより、モータや
ギヤのノイズならびに車載電源から取り出される電力が
著しく低減される。

【００３３】さらに、負荷に依存する耳につくの回転数
低減を広範囲に亘って回避することができる。

【００３４】電圧を速度に依存して低減することによ
り、殊に切り替えの衝撃を和らげることができる。

【００３５】例えば誤操作の場合、モータ電圧を温度に
依存して低減することにより、サーボ出力を連続的に小
さくすることができ、その結果、たとえ僅かな出力で
も、ステアリングシステムは常に使用可能な状態に保た
れる。

【００３６】図２および図４には、本発明によるシステ
ムの著しく有利な実施形態が示されている。これらの図
には、既に述べた図１および図３の補足図が示されてい
る。以下では、新たに付け加えられた機能素子だけを説
明する。

【００３７】図２および図４の場合、トランジスタ１１
５ないし２１５に並列に延在する線路経路にスイッチ手
段Ｒ１５、ｒ１５が設けられている。上述のように、ト
ランジスタ１１５および２１５を制御することにより、
電気モータの回転数が選定される。トランジスタ１１５
ないし２１５の制御は、例えばパルス幅変調された信号
により行われる。

【００３８】スイッチ手段Ｒ１５、ｒ１５は例えば、こ
れらの手段がトランジスタ１１５ないし２１５よりも僅
かな電力損失を有するように構成されている。スイッチ
手段Ｒ１５、ｒ１５は半導体素子（トランジスタ、サイ
リスタ）として構成できるし、あるいは電気的に制御可
能な機械式スイッチ（リレー）として構成できる。

【００３９】例えばトランジスタ１１５ないし２１５の
スイッチ状態がパルス幅変調された信号による制御によ
って変えられる場合、トランジスタ１１５ないし２１５
が選定可能な期間に亘って導通切換されるように励起さ
れると、スイッチ手段Ｒ１５、ｒ１５が導通位置へ切り
替えられるように構成されている。例えば、パルス幅変
調により制御されるトランジスタ１１５ないし２１５が
所定時間、連続発振モードで作動すると、スイッチ手段
Ｒ１５、ｒ１５が導通位置へ切り換えられるように構成
することができる。

【００４０】また、別の実施例の場合、トランジスタ１
１５ないし２１５の導電性が選定可能な導電性閾値を選
定可能な持続時間に亘って越えると、スイッチ手段Ｒ１
５、ｒ１５を導通位置へ切り換えさせることができる。
この実施形態は、トランジスタ１１５および２１５の導
電性が連続的に、つまりパルス幅変調によってではなく
変えられる場合に有利である。

【００４１】これらのスイッチ手段Ｒ１５、ｒ１５は例
えば、本発明によるステアリングシステムが組み込まれ
ている車両が僅かな走行速度で移動しているかあるいは
停止しているときに、導通位置へ切り換えられる。この
作動状態中、電気モータ１１２ないし２１２の電流は約
１５Ａよりも大きい。それというのはこの作動時相中は
道路からの大きい対向トルクが生じ、相応に多くのステ
アリング支援が要求されるからである。

【００４２】図２および図４にリレーとして示されてい
るスイッチ手段Ｒ１５、ｒ１５の切り換えは、大部分が
ディジタル形式で実現されている回路（図１ないし図
２）の場合、制御装置１１１によるトランジスタＴｒの
操作によって行われる。トランジスタＴｒのこのような
操作により、有利には約１５Ａよりも大きい電流の大き
さの場合にリレーＲ１５、ｒ１５が導通位置へ切り換え
られる。

【００４３】大部分がアナログ形式で実現されている回
路（図３ないし図４）の場合、適合化増幅器２１１の入
力側においてモータ電流が取り出される。そして閾値ス
イッチ２３１によりモータ電流を処理することにより、
リレーＲ１５、ｒ１５が導通位置へ切り換えられるよう
にトランジスタＴ２がスイッチングされる。このこと
は、上述のように電流の大きさが約１５Ａよりも大きい
ときに行われる。

【００４４】図２および図４に示された回路装置におい
て、パワートランジスタ１１５ないし２１５と、必要に
応じて比較的小さい電流のための平滑コンデンサを配置
するとができるように構成すると有利である。このこと
は、構成体の大きさおよびコストが著しく小さくなるこ
とを意味する。しかも、パワートランジスタの負担が軽
減されることによって、大きなサーボ支援における作動
状態であっても熱の放出が著しく小さくなる。さらに、
投入される電流が著しく小さくなるのでシステム全体の
電磁放射が僅かになる。例えば、図２および図４に示さ
れた回路装置により、著しく順方向抵抗の大きいパワー
トランジスタを用いることができる。この種のパワート
ランジスタは一般的に安価で入手可能であるという点で
優れている。パワートランジスタ１１５ないし２１５に
おける電圧降下は、スイッチ手段Ｒ１５、ｒ１５におけ
る電圧降下よりも大きいので、パワートランジスタ１１
５ないし２１５の橋絡によりモータ電圧が大きくなる
（モータ出力はＵｍ² に比例する）。

【００４５】図面に示された実施例のほかに、本発明に
よるシステムの別の有利な実施形態を以下で説明するよ
うに構成することができる。

【００４６】車両変速機において低速段例えば第１速お
よび／または後退段が離脱された後、選定可能な遅延時
間の後に、ステアリングトルクが選定可能なステアリン
グトルク閾値を下回ったときに、サーボモータをより低
い回転数へ切り換えるように構成すると有利である。そ
して車両変速機において低速段例えば第１速および／ま
たは後退段が投入された後、選定可能なステアリングト
ルク値を下回ったときに、サーボモータをより高い回転
数へ切り換えることができる。変速機の変速段の識別に
依存した切り換えは、停止状態中の操舵において高いス
テアリングトルクが要求され、すでに低車速のときには
もはや中庸なステアリングトルクだけしか要求されない
ような車両に適している。車両操車時に第１速と後退段
との間で頻繁に変速段の切り替えが行われる場合でもス
テアリング支援が低減されないようにする目的で、有利
には、より低い回転数へ切り換えるのに十分な遅延時間
（約３秒）を設定することができる。

【００４７】さらに別の実施形態では次のように構成さ
れている。すなわち、選定可能な第１のステアリングト
ルク閾値を下回ると、サーボモータがより低い回転数へ
切り換えられ、選定可能な第２のステアリングトルク閾
値を上回ると、サーボモータがより高い回転数へ切り換
えられるように構成されている。これら両方のステアリ
ングトルク閾値の間にヒステリシスを設けることができ
る。この段落で説明した変形実施例は、極端に速いステ
アリング運動時にはステアリング支援の回避できる車両
において使用することができる。

【００４８】パワーステアリングの作動状態を考慮する
ために、例えばステアリング装置における、および／ま
たはステアリング装置内の温度を、および／またはステ
アリング制御装置における、および／またはステアリン
グ制御装置内の温度を考慮するために、本発明によるシ
ステムを以下のように構成することができる。

【００４９】すなわち、ステアリング装置における、お
よび／またはステアリング装置内の温度が、および／ま
たはステアリングシステム制御装置における、および／
またはステアリングシステム制御装置内の温度が選定可
能な限界値を上回ると、サーボモータがより低い回転数
へ切り換えられる。

【００５０】また、ステアリング装置における、および
／またはステアリング装置内の温度が、および／または
ステアリングシステム制御装置における、および／また
はステアリングシステム制御装置内の温度が限界値を上
回ると、サーボモータが遮断されるように構成すること
ができる。

【００５１】パワーステアリングシステムの作動状態を
考慮するさらに別の可能性として次のように構成されて
いる。すなわち、ステアリング装置における、および／
またはステアリング装置内の温度が、および／またはス
テアリングシステム制御装置における、および／または
ステアリングシステム制御装置内の温度が選定可能な第
１の限界値を上回ると、サーボモータはより低い回転数
へ切り換えられる。さらにこの変形実施例において付加
的に、それらの温度が選定可能な第２の限界値を上回る
と、サーボモータが遮断されるように構成される。

【００５２】上述の手段は、極端な条件下におけるステ
アリングシステムの熱的な過負荷から保護するために用
いられるものであり、本発明によるシステムの他の実施
形態と組み合わせることができる。

【００５３】本発明による方法の上述の変形実施例の場
合、ステアリングトルクは、サーボモータに間接的に加
わる電流あるいは直接加わる電流に基づいて求められ
る。このことは、ステアリングトルクセンサまたはモー
タ回転数センサを省略できるという利点を有する。

【００５４】しかしまた、ステアリングトルクまたはモ
ータ回転数を相応のセンサによって検出することもでき
る。

【００５５】サーボモータの種々異なる回転数は、 −パルス幅変調（ＰＷＭ）により、あるいは、 −２整流子形電気モータの切り換えにより、あるいは、 −３ブラシ形電気モータの切り換えにより、あるいは、 −前置抵抗のバイパスまたは投入接続ないし遮断によ
り、 設定調整することができる。

【００５６】２整流子形電気モータないし３ブラシ形電
気モータは、２つの巻線を有する従来技術により公知の
電気モータであって、２つの整流子または３つのブラシ
を介して両方の巻線を制御することにより、種々異なる
回転数を実現することができる。

【００５７】例えば上述の変形実施例と組み合わせるこ
とのできる、本発明による方法のさらに別の変形実施例
は、内燃機関の新たな始動時ないし遮断時におけるサー
ボモータの動作状態に関するものである。

【００５８】このために、車両を新たに始動させる際、
内燃機関の点火装置が投入されると、サーボモータおよ
び／またはステアリング制御装置が投入接続され、さら
に、 −内燃機関と作動接続されている電流発生機が電流を送
出すると（内燃機関始動後のスタート）、あるいは、 −内燃機関を始動させるスタータ投入リレーが操作され
ると（内燃機関の始動と同時に投入）、あるいは、 −選定可能な個数のイグニッションブレーカ信号が捕捉
検出されると（内燃機関は所定時間作動する）、あるい
は、 −内燃機関と作動接続されている電流発生機の回転数を
表わす信号が選定可能な閾値を上回ると（電流発生機が
十分に電流を供給してはじめて始動）、および／また
は、 −車両速度が選定可能な閾値を上回ると、 サーボモータおよび／またはステアリング制御装置が投
入接続されるように構成することができる。

【００５９】さらに、サーボモータおよび／またはステ
アリングシステム制御装置は投入後、点火装置が作動さ
れている間に亘って自己保持回路により投入接続状態に
保持可能に構成することができる。有利な実施形態とし
て、点火装置が遮断されたときに遅れて遮断するように
構成することができる。

【００６０】これらの変形実施例は、車両の内燃機関が
作動状態におかれてはじめて、あるいは車両が動きだし
てはじめて、ステアリング部に電圧を供給させるために
用いられるものである。これにより、点火装置が投入さ
れても内燃機関が停止しており車両が停止しているとき
に（例えば停車中、点火装置と接続されているラジオを
作動させる場合に）、車載電源の負荷が僅かに抑えら
れ、バッテリが早く放電しないようになる。走行速度と
関連付けることにより、車両が動きだしたときに（駐車
スペースやガレージへ車両を動かすときに）ステアリン
グ支援が行われる。また、このステアリングシステム
は、エンジンが回転すると、あるいは車両が動きだすと
作動されて、運転者が車両を意図的に停車させるまで作
動されつづける。したがってこのステアリングシステム
は、慣性を利用した自動機構を備えた車両（混成形車
両）にも適している。点火装置が遮断されてから時間的
に遅延してステアリングシステムの遮断が行われるよう
にした上述の変形実施例は、ステアリングコラムの噛合
を支援するために用いられ、つまり車両が停止してしま
った場合に用いられる。

【００６１】ステアリングシステムを始動ないし遮断す
るための上述の変形実施例は、互いに組み合わせること
ができる。

【００６２】

【発明の効果】本発明により、消費電力、ハンドリング
の快適性、作動安全性、および／またはノイズの送出の
点を考慮して最適化されたパワーステアリングシステム
が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法の実施例を示す図である。

【図２】本発明による方法の実施例を示す図である。

【図３】本発明による方法の実施例を示す図である。

【図４】本発明による方法の実施例を示す図である。

【図５】従来技術により公知のパワーステアリングシス
テムを示す図である。

【図６】従来技術により公知のパワーステアリングシス
テムを示す図である。

【符号の説明】

１１１ 制御装置 １１２ モータ １１３ 走行速度発信器 １１４ ポンプ段 １１６ リレー １１７ ポンプ段 １２５ 変速段識別部 ２１２ モータ ２１３ パルス幅変調段 ２２０ 合計加算器 ２２１ 単安定トリガ段 ２２４ 積分器−適合化段 ２２５ 閾値スイッチ ２２８ 加算器 ２３１ 閾値スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 125:00 137:00 (72)発明者 ジークフリート シュステク ドイツ連邦共和国 ディツィンゲン グレ ニンガー シュトラーセ 48 (72)発明者 ペーター アーナー ドイツ連邦共和国 ベープリンゲン キル ヒハイマーシュトラーセ 18 (72)発明者 ヘルベルト ラビツケ ドイツ連邦共和国 マルクグレーニンゲン アン デア ブラッケ 36 (72)発明者 ヴィリ シュテフェンス ドイツ連邦共和国 ビーティッヒハイム パルクエッカーシュトラーセ 22 (72)発明者 ヴォルフガング ヴァーグナー ドイツ連邦共和国 ファイヒンゲン エン ツ エルレンヴェーク ７ (72)発明者 エバーハルト ヴァイス ドイツ連邦共和国 ヘミンゲン シャウハ ーシュトラーセ 40 (72)発明者 ペーター クラインディーク ドイツ連邦共和国 グロスボトヴァー ヘ ルダーリンシュトラーセ 21

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーボモータとステアリングコラムない
   し車輪調節部へ導かれる被駆動部との間にギヤを備えた
   車両用電動式パワーステアリングの作動方法であって、
   少なくとも１つのカップリングジョーが設けられてお
   り、手動でハンドルにトルクが供給開始されて、ステア
   リングコラムのハンドル側と結合された連行部が、少な
   くとも１つのカップリングジョーへの機械的作用により
   必要な結合押圧力を形成させると、当該カップリングジ
   ョーが、サーボモータ駆動部からステアリングコラムの
   ステアリングギア側への駆動結合を形成する形式の、車
   両用電動式パワーステアリングの作動方法において、 車両速度、ステアリングトルク、車両変速機の投入され
   た変速段、車両の内燃機関の作動状態、ならびにパワー
   ステアリングの作動状態のうち少なくとも１つの量に依
   存して、サーボモータ（１１２，２１２）の回転数を選
   定することを特徴とする、車両用電動式パワーステアリ
   ングの作動方法。
2. 【請求項２】 サーボモータの回転数を、車両速度が上
   昇／低減するとともに所定の特性曲線にしたがって連続
   的に低減／上昇するか、あるいは当該サーボモータの回
   転数を、車両速度が上昇／低減するとともに少なくとも
   １つの車両速度の閾値走査検出に依存して段階的に低減
   ／上昇し、または、 サーボモータの回転数を、ステアリングトルクが低減／
   上昇するとともに所定の特性曲線にしたがって連続的に
   低減／上昇するか、あるいは当該サーボモータの回転数
   を、ステアリングトルクが低減／上昇するとともに少な
   くとも１つのステアリングトルクの閾値走査検査に依存
   して段階的に低減／上昇する、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 選定可能な第１の走行速度閾値を上回っ
   た後に、選定可能なステアリングトルク閾値を下回る
   と、サーボモータをより低い回転数へ切り換え、他方、
   選定可能な第２の走行速度閾値を下回った後に、選定可
   能なステアリングトルク閾値を下回ると、サーボモータ
   をより高い回転数へ切り換え、または、 選定可能な第１のステアリングトルク閾値を下回ると、
   サーボモータをより低い回転数へ切り換え、他方、選定
   可能な第２のステアリングトルク閾値を上回ると、サー
   ボモータをより高い回転数へ切り換えられる、請求項１
   または２記載の方法。
4. 【請求項４】 サーボモータの回転数を切り換える際の
   前記の閾値を、走行速度および／またはステアリングト
   ルクが上昇するか低減するかに依存して選択する、請求
   項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 【請求項５】 車両変速機の低速段が例えば第１速およ
   び／または後退段が離脱した後、選定可能な遅延時間後
   にステアリングトルクが選定可能なステアリングトルク
   閾値を下回ると、サーボモータをより低い回転数へ切り
   換え、および／または、 車両変速機の低速段が例えば第１速および／または後退
   段が投入された後、選定可能なステアリングトルク閾値
   を下回ると、サーボモータをより高い回転数へ切り換え
   る、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 【請求項６】 ステアリング装置内の、および／または
   ステアリング装置における温度が、および／またはステ
   アリング制御装置内の、および／またはステアリング制
   御装置における温度が、選定可能な限界値を上回ると、
   サーボモータをより低い回転数へ切り換え、または、 ステアリング装置内の、および／またはステアリング装
   置における温度が、および／またはステアリング制御装
   置内の、および／またはステアリング制御装置における
   温度が、選定可能な限界値を上回ると、サーボモータを
   遮断し、または、 ステアリング装置内の、および／またはステアリング装
   置における温度が、および／またはステアリング制御装
   置内の、および／またはステアリング制御装置における
   温度が、選定可能な第１の限界値を上回ると、サーボモ
   ータをより低い回転数へ切り換え、ステアリング装置内
   の、および／またはステアリング装置における温度が、
   および／またはステアリング制御装置内の、および／ま
   たはステアリング制御装置における温度が、選定可能な
   第２の限界値を上回ると、サーボモータを遮断する、請
   求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 ステアリングトルクを、サーボモータに
   間接的に加わる電流あるいは直接加わる電流に基づいて
   検出し、および／またはトルクセンサおよび／またはモ
   ータ回転数センサにより検出する、請求項１から６まで
   のいずれか１項記載の方法。
8. 【請求項８】 サーボモータの回転数の切り換えを、ス
   テアリングトルクのトルク零通過点近傍で行なう、請求
   項1から7までのいずれか１項記載の方法。
9. 【請求項９】 サーボモータの種々異なる回転数を、パ
   ルス幅変調により、または、２整流子形電気モータの切
   り換えにより、または、３ブラシ電気モータの切り換え
   により、または、前置抵抗のバイパスまたは投入ないし
   遮断により、設定調整する、請求項１から８までのいず
   れか１項記載の方法。
10. 【請求項１０】 車両を新たに始動する際、内燃機関の
    点火装置が投入されるとサーボモータおよび／またはス
    テアリング制御装置を投入接続し、さらに、 内燃機関と作用結合されている電流発生機が電流を送出
    すると、または、 内燃機関を始動させるスタータ投入リレーが操作される
    と、または、 選定可能な個数のイグニッションブレーカ信号が捕捉検
    出されると、または、 内燃機関と作用結合されている電流発生機の回転数を表
    わす信号が選定可能な閾値を上回ると、および／また
    は、 車両速度が選定可能な閾値を上回ると、サーボモータお
    よび／またはステアリング制御装置を投入接続する、請
    求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 【請求項１１】 サーボモータおよび／またはステアリ
    ング制御装置を、投入後、点火装置が作動されている間
    に亘って自己保持回路により投入接続状態に保持し、点
    火装置が遮断されると、遅延されて遮断する、請求項１
    ０記載の方法。
12. 【請求項１２】 少なくとも１つのカップリングジョー
    が設けられており、手によってハンドルにトルクが与え
    られたときに、ステアリングコラムのハンドル側と結合
    された連行部が少なくとも１つのカップリングジョーへ
    の機械的作用により必要な結合押圧力を生じさせると、
    当該カップリングジョーにより、サーボモータ駆動部か
    らステアリングコラムのステアリングギア側への駆動結
    合が形成される形式の、サーボモータとステアリングコ
    ラムないし車輪調節部へ導かれる被駆動部との間にギヤ
    を備えた車両用電動式パワーステアリング作動装置にお
    いて、 サーボモータの回転数を調整する手段が設けられてお
    り、該手段は、車両速度、ステアリングトルク、車両変
    速機の投入された変速段、車両の内燃機関の作動状態、
    ならびにパワーステアリングの作動温度のうち少なくと
    も１つの大きさに依存して、サーボモータの回転数調整
    を行なうことを特徴とする、車両用電動式パワーステア
    リング作動装置。
13. 【請求項１３】 サーボモータ（１１２，２１２）の回
    転数を調整する前記の手段は、サーボモータを制御する
    ために用いられる少なくとも１つのパワートランジスタ
    （１１５，２１５）を有しており、かつ該パワートラン
    ジスタ（１１５，２１５）のパワー調整区間に並列に、
    スイッチ手段（Ｒ１５，ｒ１５）を有する電力経路が延
    在しており、前記スイッチ手段（Ｒ１５，ｒ１５）の電
    力損失は、前記パワートランジスタ（１１５，２１５）
    の電力損失よりも僅かである、請求項１２記載の装置。