JPH069974B2

JPH069974B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JPH069974B2
Application number: JP26168287A
Authority: JP
Inventors: 俊美虻川; 俊昭奥山; 和雄田原; 勝二丸本; 俊之小寺沢; 光幸本部; 正高橋; 久嗣石倉; 博久山村; 透達崎; 力大前; 秀一高松
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1987-10-19
Filing date: 1987-10-19
Publication date: 1994-02-09
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: JPH01103572A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、補助操舵力発生用のエネルギー源を直流電力
に依存する方式の自動車用パワーステアリング装置に係
り、特に、補助操舵力発生用のアクチユエータとして直
流電動機を用いた乗用自動車に好適な電動パワーステア
リング装置に関する。

〔従来の技術〕

エンジンルーム内での装着性や、その制御内容の豊富化
の容易性などの面から、近年、補助操舵力発生用のアク
チユエータとして電動機を用いた、いわゆる電動パワー
ステアリング装置が注目されるようになってきている
が、従来の装置は、例えば特開昭５９−１５６８６３号
公報の記載のように、その補助操舵力発生用の電動機の
電源として、車載バツテリから得られる直流電力をその
まま用いるようにしたり、或いは、特開昭６１−9191号
公報に記載のように、昇圧チヨツパを用いて車載バツテ
リの電圧よりも高い電圧の交流電力を得、これにより交
流電動機を駆動して補助操舵力を得るようにしたものな
どがあつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術のうち、前者のものは、パワーステアリン
グ動作時での補助操舵力発生用電動機による大電流消費
について配慮されておらず、特に夜間の据切り操作時
や、走行中での操舵時に前照灯が暗くなるなど、自動車
に装備されている各種のライトやワイパ、エアコンなど
の電気的な車載機器の動作に悪影響を与えるという問題
があつた。

一方、後者のものでは、昇圧チヨツパを余分に必要とす
る点について配慮がされておらず、コストアツプや、余
分なスペースを要する点、さらには、この昇圧チヨツパ
に用いられているスイツチング素子や平滑用コンデンサ
についての余分な保守に問題があつた。

本発明の目的は、ローコストで、しかも車載バツテリを
共用する他の車載機器への悪影響なしに、充分に機能を
発揮することができる電動パワーステアリング装置を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、電気的な車載機器に電力を供給すし、車載
バツテリを充電するために設けられているエンジン駆動
の発電機から、電圧を異にする２種の直流電力が取り出
せるようにし、エンジン回転中は、これら電力の一方を
パワーステアリング用に、そして他方を車載バツテリ充
電用に、それぞれ使用すると共に、エンジンが停止中は
パワーステアリング用の電力も車載バツテリからとるよ
うにして達成される。

〔作用〕

パワーステアリング系と、その他の車載機器系とで異つ
た電力系から電力が供給されるため、パワーステアリン
グが動作しても他の車載機器への影響はほとんど現われ
ず、また、パワーステアリング系への給電電圧を他の車
載機器とは無関係に高くすることできるから、パワース
テアリング系の動作が確実になる。

また、パワーステアリング系と、その他の車載機器系に
対する異なつた電圧の電力が、共通の１台の発電機から
供給されるため、エンジンによる発電機の駆動系の構成
が複雑化することがなく、従って、ローコストで構成す
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明による電動パワーステアリング装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は、本発明をラツク・アンド・ピニオン方式のス
テアリングシステムに適用した場合の一実施例で、図に
おいて、１はステアリングホイール、２はステアリング
シヤフト、３は中間シヤフト、４はピニオン、５はラツ
ク軸、６はステアリングギヤボツクス、７は補助操舵力
発生用のアクチユエータとなる高電圧仕様の直流モー
タ、８は減速機、９は補助操舵力用のピニオン、１０は
トルク検出器、１１は制御回路、１２はランプなどの車
載機器（負荷）、１３はエンジン、１４，１６はプー
リ、１５はベルト、１７は充電用の発電機、１８はバツ
テリ、２０はチヨツパ制御装置、２１はダイオードであ
る。

ステアリングホイール１が運転者により回動され、この
回転が中間シヤフト３、ピニオン４を介して、ステアリ
ングギヤボツクス６内に摺動可能に保持されているラツ
ク軸５を、その軸方向にスライドさせ、操舵が行なわれ
るようにすると、これによりステアリングシヤフト２に
トルクが現われ、このトルクがトルク検出器１０により
検出され、それに対応した信号が発生する。そして、こ
の信号と図示してない舵角センサからの信号とが制御回
路１１に入力され、これに応じて制御回路１１はチヨツ
パ制御装置２０に制御信号を入力し、モータ７に供給さ
れる電力を制御して所定のトルクを発生させ、このトル
クが減速機８、ピニオン９を介してラツク軸５に与えら
れ、これにより補助操舵力が発生し、パワーステアリン
グとして動作する。

モータ７はバツテリ１８の端子電圧よりも高い、例えば
４８Ｖの高電圧仕様のものであり、これに応じて発電機
１７は、後述するように、第１と第２の直流出力を有
し、一方の直流出力はバツテリ１８に接続され、このバ
ツテリ１８を充電するようになつているが、さらに他方
の直流出力は、例えば４８Ｖなどの、バツテリ１８より
も高電圧の出力となつていて、チヨツパ制御装置２０を
介してモータ７に供給されるようになつている。

また、発電機１７はベルト１５とプーリ１４、１６を介
してエンジン１３により駆動されるようになつている。

第２図は発電機１７の一実施例で、上記したように、こ
の発電機１７は、１２Ｖのバツテリ１８を充電したり、
同じく１２Ｖの各種の負荷１２に電力を供給するための
比較的低電圧の第１の直流出力Ａと、パワーステアリン
グシステムのモータ７を駆動するための比較的高電圧
（４８Ｖ）の第２の直流出力Ｂとを発生するようになつ
ており、このため、２組の電機子巻線１１２，１１３
と、同じく２組の整流器（ダイオード）１１５，117を
備えているが、そのほかは、一般の自動車用発電機（Ａ
Ｃダイナモなどと呼ばれている）とほとんど同じで、２
個のベアリング１１７で軸支されたシヤフト１０１には
プーリ１６が取付けてあり、このシヤフト１０１にラン
ドル形の鉄心１０２と界磁巻線１０３からなる回転子が
形成してある。

界磁巻線１０３はスリツプリング１０４とブラシ１０５
を介して外部に接続され、図示していない電圧調整器に
より所定の励磁電流が供給されるようになつており、こ
の結果、エンジン１３で駆動されることにより電機子巻
線１１２，１１３に所定の３相交流電圧が発生し、これ
らがリード線１１４，１１６を介して整流器１１５，１
１７に供給され、それぞれの端子Ａ_1,Ａ_２と、Ｂ_1,Ｂ_２
に第１と第２の直流出力を発生するようになつている。

なお、この第２図で、１０６はブラシ保持器、１０９，
１１０はブラケツト、１１１は電機子鉄心である。

次に、この実施例の動作を第３図ないし第５図により説
明する。

まず、第３図は全体の接続状態を示したもので、チヨツ
パ制御装置２０はスイツチングトランジスタで表わして
あり、これがモータ７と直列に接続され、発電機１７の
電機子巻線１１２（第２図）からリード線１１４を介し
て整流器１１５の出力に得られる第２の直流出力Ｂ（高
圧側）に直接接続されている。なお、２２はフライホイ
ールダイオードである。

一方、発電機１７の電機子巻線１１３（第２図）からリ
ード線１１６を介して整流器１１７の出力に得られる第
１の直流出力Ａ（低圧側）はバツテリ１８と負荷１２に
それぞれ並列に接続され、これらに電力を供給すると共
に、逆流阻止用のダイオード２１を介して第２の直流出
力Ｂにも並列に接続されている。

なお、実際には、モータ７の回転方向を正逆に切換える
制御回路が含まれているが、この実施例では省略してあ
る。

この第３図から明らかなように、この実施例ではダイオ
ード２１が設けられており、この結果、発電機１７が回
転駆動され、所定の電力を発生しているときと、そうで
ないときとで、パワーステアリング用の補助操舵力を発
生するためのモータ７を駆動するための電力の供給源が
自動的に切換わるように動作するもので、以下、この点
について第４図と第５図により説明する。

まず、第４図により、エンジン１３が回転していて発電
機１７から所定の電圧の電力が得られる状態にあるとき
での動作について説明すると、このときには、発電機１
７の第２の直流出力Ｂの電圧Ｖ_Ｂ＝４８Ｖ、第１の直流
出力Ａの電圧Ｖ_Ａ＝１２Ｖであるから、ダイオード２１
は逆バイアスされてオフ状態を保ち、このため、モータ
７に対する電力の供給は第２の直流出力Ｂからだけ行わ
れ、制御回路１１からの制御信号によりチヨツパ制御装
置２０が動作し、モータ７に所定の電流Ｉ_１が供給さ
れ、これにより所定の補助操舵力が与えられてパワース
テアリングとしての機能が得られる。

そして、このとき、モータ７は電圧仕様が４８Ｖのもの
となつているため、必要とする補助操舵力を発生させる
ための電流Ｉ_１が、従来例のように、１２Ｖで動作させ
ている場合に比して１／４に減少させることができる。

次に、エンジン１３が停止しているときの動作について
第５図により説明すると、このときには発電機１７が駆
動されないから、その出力は第１、第２共にゼロにな
る。しかして、電圧Ｖ_Ａは、バツテリ１８があるため、
ほぼ１２Ｖに保たれる。

そこで、今度は、ダイオード２１は順バイアス状態にな
り、制御回路１１によりチヨツパ制御装置２０が動作さ
れると、バツテリ１８からモータ７に電力Ｉ_２が供給さ
れ、これによりモータ７がトルク７を発生し、補助操舵
力が与えられてパワーステアリング機能が発揮される。

なお、このとき、モータ７の電圧仕様は４８Ｖで、これ
をバツテリ１８からの１２Ｖの電圧で動作させるため、
応答速度は遅くなるが、電流Ｉ_２の大きさはチヨツパ制
御装置２０の制御状態により、第４図の場合での電流Ｉ
_１と同じ値に保つことができるため、補助操舵力として
は同じ値を得ることができる。

また、このとき、発電機１７側への電流の逆流は、周知
のように、整流器１１５，１１７により阻止されるた
め、全く問題を生じない。

ところで、上記実施例では、発電機１７の出力電圧を、
第１の直流出力Ａでは１２Ｖに、そして第２の直流出力
Ｂでは４８Ｖにそれぞれ選定したが、これらの電圧比は
任意に選定できる。例えば、これらの電圧比を４対１よ
りも大きく選定すれば、さらに電流を少くすることがで
きるので、チヨツパ用トランジスタの容量や配線の太さ
がさらに小さくて済む。

また、上記実施例では、チヨツパ用素子としてトランジ
スタを用いているが、ゲートターンオフトランジスタあ
るいはサイリスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等
のスイツチング素子を使用してもよい。

さらに、上記実施例では、補助操舵力発生用アクチユエ
ータとして直流のモータ７を用いているが、このモータ
としては直流モータに限らず、例えば誘導電動機などの
交流電動機や、或いは直流機でもブラシレスタイプ（同
期機）のものなど、各種のモータが用いられる。勿論、
直流モータでも、その界磁型式を問わず実施可能なこと
は言うまでもない。

第６図に、補助操舵力発生用のアクチユエータとしてブ
ラシレス直流モータを本発明に適用した場合の一実施例
を示す。第３図と同一符号のものは説明を省略する。

この第６図の実施例が第３図の実施例と異なる点は、第
２の直流出力Ｂ、すなわち高電圧側の出力はインバータ
５０を介して、同期機型のブラシレス直流モータ７′に
接続され、逆阻止ダイオード２１、高圧側と低圧側の一
側の共通接続はインバータ５０と整流器１１５の間に設
けられている点にある。

このように構成することにより、この実施例では、昇圧
チヨツパを不要とし、ブラシレス直流モータをエンジン
回転中は高電圧で、エンジン停止中はバツテリ電源で動
作させることができる。なお、第６図において、モータ
７′は誘導電動機でも良い。

ところで、上記の実施例では、高電圧側の負荷として電
動パワーステアリング用モータのみを接続しているが、
特に限定するものではない。例えば、点火装置系統を高
電圧側に接続すれば、高速時に点火時期が短くなつて電
源が立上がらないという欠点を除くことができる。ま
た、カークーラ用のモータ等一般のモータ全てを高電圧
側に接続すれば、モータ電流を低減できる。

また、第１図の実施例では電動パワーステアリングで説
明しているが、電動油圧方式のパワーステアリング装置
に本発明を適用しても良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エンジン回転中は電動パワーステアリ
ングのチヨツパ用トランジスタとモータを高電圧で運転
することができるので、電流を高電圧と低電圧の比の逆
数の大きさに低減することができる。このため、チヨツ
パ用トランジスタの容量や配線の太さを小さくすること
ができるので、安価な駆動システムが得られる。

また、上記の高電圧とは別に、低電圧側でバツテリを充
電し、さらに、一般負荷や制御装置に電力を供給するの
で、夜間走行時にパワーステアリングモータを運転して
も、ライトの光量が暗くなることもない。

さらに、高電圧側の電力を充電発電機に設けた電機子巻
線より整流器を介し直接得ていることにより、昇圧チヨ
ツパを設ける必要もなく、長寿命でコンパクトなシステ
ムとなる。また、エンジン停止中でも、バツテリより電
動パワーステアリングモータを低電流で動作することが
できるので、エンジン故障時等のレツカ車による運搬時
にもパワーステアリングを作動させることができる。

その上、本発明によれば、発電機が１台で済むため、エ
ンジンによる動力駆動系の構成が複雑になる虞れが無
く、従って、コストアップを最小限に抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電動パワーステアリング装置の一
実施例を示すシステム構成図、第２図は本発明の一実施
例における発電機の一例を示す部分断面図、第３図は本
発明の一実施例の回路図、第４図及び第５図は動作説明
図の回路図、第６図は本発明の他の一実施例を示す回路
図である。１……ステアリングホイール、２……ステアリングシヤ
フト、３……中間シヤフト、４……ピニオン、５……ラ
ツク軸、６……ステアリングギヤボツクス、７……モー
タ、８……減速機、９……ピニオン、１０……トルク検
出器、１１……制御回路、１２……車載機器（負荷）、
１３……エンジン、１４，１６……プーリ、１５……ベ
ルト、１７……充電用の発電機、１８……バツテリ、２
０……チヨツパ制御装置、２１……逆流阻止用のダイオ
ード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田原和雄茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者丸本勝二茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者小寺沢俊之茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者本部光幸茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者高橋正茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者石倉久嗣茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所佐和工場内 (72)発明者山村博久茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所佐和工場内 (72)発明者達崎透東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者大前力茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者高松秀一東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地株式会社日立製作所内 (56)参考文献特開昭61−155056（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−125965（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−223561（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】補助操舵力発生用アクチュエータ手段のエ
ネルギー源を車載の直流電力源に依存する方式の自動車
用パワーステアリング装置において、車載バッテリを充
電するための第１の直流電圧発生手段と、該第１の直流
電圧発生手段の出力電圧より高い電圧を発生する第２の
直流電圧発生手段とを備え、エンジンによって駆動され
る車載用交流発電機を設け、上記エネルギー源を、エン
ジンが回転中は上記第２の直流電圧発生手段に依存し、
エンジン停止時には、上記車載バッテリに依存するよう
に構成したことを特徴とする電動パワーステアリング装
置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、上記車載
用交流発電機が、第１と第２の独立した電機子巻線を備
え、上記第１の直流電圧発生手段が該第１の電機子巻線
と、この第１の電機子巻線に発生する交流電圧を整流す
る第１の整流器で構成され、上記第２の直流電圧発生手
段が上記第２の電機子巻線と、この第２の電機子巻線に
発生する交流電圧を整流する第２の整流器で構成されて
いることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項において、上記第１
の直流電圧発生手段の出力が上記車載バッテリに直接並
列に接続され、上記第２の直流電圧発生手段の出力がダ
イオードを直列に介して上記車載バッテリに並列に接続
されていることを特徴とする電動パワーステアリング装
置。