JP3606398B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は補助トルクをクラッチを介して付加する形式の電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、特開昭61−81868号「電動式パワーステアリング装置」で提案されている如くに、ステアリングホイールの操作力を軽減するために、適宜ステアリング系に電動機からの補助トルクを付加する技術がある。
図14は従来の電動パワーステアリング装置の原理図であり、ステアリングホイール101からの操舵トルクを操舵トルクセンサ102で検出し、トルクの大きさ及び転舵方向に基づいて制御装置103にて、電動機104と電磁クラッチ105とを制御駆動する。この際に、電動機104からの補助トルクは、例えばウォームギヤやハイポイドギヤなどの倍力機構106を介してステアリング系107に付加され、この補助トルクとステアリングホイールからの操舵トルクとの合計トルクで転舵を図るため、楽に操舵できるとともに、操舵トルク自体を軽減できるというものである。
【0003】
図15は従来の電動パワーステアリング装置のトルク図であり、操舵トルクセンサ102は、車両ではトーションバーを基本としているのでバネの印で表わした。
ステアリングホイール101で運転者から加えられる操舵トルクをTS、操舵トルクセンサ102で検出するトルクをTC、倍力機構106を介して付加される補助トルクをTA、負荷側のトルク(負荷トルク)をTLと定義すると次の式が成立する。
TS+TA=TL ・・・(a)
TC=TS ・・・(b)
電動機104の発生トルクをTM、電動機や減速機の慣性・粘性抵抗・摩擦抵抗の影響をαとすると、
TA=TM−α ・・・(c)
(c)を(a)に代入して、TSについて整理すると、
TS=TL−TM+α・・・(d)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
電動機104の制御ゲインをkとすると、
TM=k・TC ・・・(e)
上記(b)により、
TM=k・TS ・・・(f)
(f)を上記(d)に代入して、TSについて整理すると、
TS=(TL+α)/(1+k)・・・(g)
【0005】
先に述べた通り、操舵トルクTSと補助トルクTAの合計トルクが、負荷トルクTLと一致する。例えば、操舵トルクTSを負荷トルクTLの1/3と仮定して、TS=(1/3)TLとし、これを上記(g)に代入し、且つαを無視すれば、
(1/3)=1/(1+k)
k=2となる。
【0006】
図16は従来の操舵トルク信号と電動機トルクの関係を示すグラフであり、上記(e)式にk=2を代入して得たTM=2・TCに基づくグラフである。
グラフから明らかなように、制御ゲインが高く、電動機の制御が不安定になりやすい。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項1は、ステアリング系に、入力軸と、中間軸と、出力軸とを備え、該入力軸と該中間軸とを補助弾性部材で連結し、該中間軸と該出力軸とを補助弾性部材より大きなばね係数の弾性部材で連結し、電動機からのトルクを、伝達手段を介して、操舵トルク検出手段よりもステアリングホイール寄りの位置かつ補助弾性部材よりもステアリングホイールから遠い位置にてステアリング系に付加するとともに、伝達手段に、ステアリングホイールに加えられるトルクが所定値以下のときに非連結状態になるクラッチ手段を介設したことを特徴とする。
【0008】
入力軸と中間軸とを補助弾性部材で連結し、中間軸と出力軸とを前記補助弾性部材より大きなばね係数の弾性部材で連結したことで、補助弾性部材がステアリングホイールにある程度の弾発力を付与するので、手ごたえ感が残り、ステアリング感が良好になる。
また、電動機からのトルクを、操舵トルク検出手段よりもステアリングホイール寄りの位置かつ補助弾性部材よりもステアリングホイールから遠い位置にてステアリング系に付加する様にしたので、ゲインを下げることができ、その結果、電動機制御の一層の安定化が図れる。更に、クラッチ手段でトルクが所定以下のときに電動機系をステアリング系から切り離す構成としたので、電動機や減速機の慣性や摩擦などに伴う成分がカットでき操舵フィリングの低下を防止できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール2で発生されたステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段3と、この操舵トルク検出手段3の信号に応じて補助トルクを発生する電動機4と、この電動機4の発生した補助トルクを、前記操舵トルク検出手段3よりもステアリングホイール2寄りの位置にてステアリング系に伝達するクラッチ手段5及び倍力機構等の伝達手段6と、前記電動機4を制御するための電動機制御手段10とを有し、ピニオン7,ラック8を介して車輪9,9を転舵するものである。
【0010】
図2は本発明の電動パワーステアリング装置における制御装置の構成図であり、前記電動機制御手段10は、操舵トルク検出手段3からの信号Tsに基づき電動機4が発生すべき目標補助トルクTaを決定する目標補助トルク決定手段11と、目標トルク決定手段11からの信号Taに基づき電動機4を駆動する制御信号を発生する制御信号発生手段14と、この制御信号発生手段14の信号に基づいて電動機4を駆動する電動機駆動部15とからなる。
【0011】
図3は本発明の電動パワーステアリング装置(第1実施例)の断面図である。
電動パワーステアリング装置1は、図示せぬステアリングホイールで回動される入力軸21と、この入力軸21の先端(図では下端)に形成したフォーク部材22と、このフォーク部材22の外周に配置されたホイール23と、前記フォーク部材22の内側に配置された中間軸24と、この中間軸24内に収納され、上部のピン25を介して機械的に連結されたトーションバー等の弾性部材26と、この弾性部材26の先端(図では下端)にスプライン軸27を介して結合された出力軸28と、位置的には前記スプライン軸27を囲う如くに配置した操舵トルク検出手段3と、この操舵トルク検出手段3よりも入力軸21寄りの位置に配置したクラッチ手段5及び電動機4とからなる。操舵トルク検出手段3及びクラッチ手段5について詳しく述べる。
図中、31はハウジング、32はオイルシール、33a,33b,33cは軸受である。
【0012】
操舵トルク検出手段3は、中間軸24と出力軸28とに掛け渡した円筒形のスライダ34と、このスライダ34の外周面に嵌合された磁性体35と、この磁性体35を囲うコイル36と、前記スライダ34に軸方向に斜めに開けた傾斜長孔37と、出力軸28から突起して傾斜長孔37に遊嵌するピン38と、前記スライダ34に軸方向に開けた溝39と、中間軸24から突起して溝39に遊嵌するピン12と、前記スライダ34を図中下方に付勢してガタを取り除くスプリング13とからなる。
【0013】
操舵トルク検出手段3の作用を先に説明すると、ドライバによって与えられた操舵トルクは、入力軸21→クラッチ手段5→中間軸24→ピン25→弾性部材26→出力軸28の順で伝達する。
この際に、弾性部材26が捩れるためにそれの前後部材である中間軸24と出力軸28との間に操舵トルクに応じた角度のずれが発生する。スライダ34は軸方向溝39を介して中間軸24のピン12と、傾斜長孔37を介して出力軸28のピン38とそれぞれ連結している。したがって、前記中間軸24と出力軸28の相対角変位に応じて、スライダ34が軸方向にスライドする。このスライドの量を磁性体35とコイル36とで構成された差動変圧器にて電気的に測定する。
弾性部材26はトルクと捩れ角の関係が分かっており、前記スライドの量をトルクに換算すれば操舵トルクが求まる。
【0014】
図4は図3の4−4線断面図であり、入力軸21と中間軸24との係合状態を示し、平行面21a,21aを有した入力軸21の孔に、凸面24a,24aを有する中間軸24を嵌合したものであり、互いに回転方向にδ,δの遊びがある。従って、入力軸21をδ以上回転した時に中間軸24が回動を始める。
【0015】
図5は図3の5−5線断面図であり、中間軸24と出力軸28との係合状態を示し、平行面24b,24bを有した中間軸24の孔に、凸面28a,28aを有する出力軸28を嵌合したものであり、互いに回転方向にΔ,Δの遊びがある。
図3で説明した通り、中間軸24は弾性部材26を介して出力軸28に連結しているので、通常は遊びΔがゼロになることはない。しかし、弾性部材26のねじれが過大になる虞れがあるので、そのときには中間軸24が直接出力軸28に連結する構造とした。それ以上は弾性部材26はねじれは増加しないので、この構造は弾性部材26の最大ねじれ角を規制する手段となる。
【0016】
図6は図3の6−6線断面図であり、本図で補助トルク発生及び伝達機構を説明する。
電動機4は、周知の通り、ケース4aに収納されたステータ(マグネット)4b、このステータ4bで囲われたロータ(電気子巻線)4c及びモータ軸4dとからなり、このモータ軸4dの先端は後述する摩擦係合手段50を介して遊星減速機60に連結し、また、モータ軸4dの後端は軸受41で支持されるとともに、同軸受41を介して伝達トルク調整機構40で押圧する構成である。
【0017】
伝達トルク調整機構40は、バネ部材42、押しボルト43、ロックナット44及びカバー45とからなり、押しボルト43を押出すことでモータ軸4dを押出し、次に述べる摩擦係合手段50における伝達トルクを高めることができる。押しボルト43を戻すと伝達トルクは小さくなる。調整が終ったら、押しボルト43をロックナット44でロックし、カバー45を被せればよい。
【0018】
図7は図6の摩擦係合手段及び遊星減速機を説明するための斜視図であり、摩擦係合手段50は、モータ軸4dの先端に形成したおすテーパ面51と、遊星減速機60の内輪61に形成しためすテーパ面52とからなり、前記伝達トルク調整機構40でモータ軸4dにスラストを掛けることにより、摩擦トルクを発生させることのできる簡便な手段である。
【0019】
遊星減速機60は、前記内輪61と、転動体62・・・(・・・は複数個を示す。以下同様。)と、外輪63と、前記転動体62・・・を収容するリテーナ64からなり、外輪63を固定し、内輪61を回転すると、転動体62・・・を介してリテーナ64を緩やかに回動することのできる減速機である。
【0020】
図6に戻って、本実施例では倍力手段としての伝達手段6を、ウオーム軸66と前記ホイール23とからなるウオーム減速機構とし、このウオーム軸66の一端に前記遊星減速機60を形成し、この遊星減速機60でモータ軸4dの先端側を支持させる構造とした。
前記ホイール23に内装したクラッチ手段5について次に説明する。
クラッチ手段5は、ホイール23に形成された内周面23aと、中間軸24に凹設されたカム面24c・・・と、これらカム面24c・・・と前記内周面23aとの間に差込まれたフォーク部材22・・・と、カム面24c・・・と内周面23aとフォーク部材22・・・とで囲まれた空間に配置された鋼球67・・・及びスプリング68・・・とからなる。
【0021】
以上に述べた電動パワーステアリング装置1の作用を、前記クラッチ手段5を中心に説明する。
図8(a)〜(c)は本発明に係るクラッチ手段の作用説明図である。
(a)において、ウオーム軸66並びにホイール23が停止、即ち、電動機が停止した状態で、図示せぬステアリングホイールを左回転させると、フォーク部材22が矢印▲1▼の通り回動する。図4で説明した遊びδが存在するので、フォーク部材22が中間軸24に先立って回動し、想像線で示した▲2▼の位置で遊びδがゼロになる。この▲2▼の位置からはフォーク部材22で、中間軸24を矢印▲3▼の如く回動する。
従って、電動機が停止しているときには、ステアリングホイールで出力軸を、いわゆるマニュアル駆動できる。
【0022】
(b)において、フォーク部材22が中立位置(上記(a)の初期状態と同じ。)にある状態で、ウオーム軸66を介してホイール23を図左回転させる。この状態ではホイール23が廻るだけで、中間軸24は停止したままである。鋼球67が非連結位置にあるからである。
【0023】
(c)において、ウオーム軸66が回転したままで、フォーク部材22を矢印▲4▼側に回動する。前記遊びδの存在により、フォーク部材22のみが中間軸24に先立って移動し、その結果、スプリング68で押された鋼球67が、内周面23aとカム面24cとの間に挟まり、更にこの鋼球67がホイール23で押されることにより、いわゆる「くさび」となってホイール23と中間軸24とを機械的に連結し、クラッチオンの状態になる。以降、ステアリング系に電動機からの補助トルクが伝達される。
【0024】
ステアリングホイールに作用した操舵力を一定以下に弱めると、(c)→(b)と移行する。即ち、フォーク部材22が噛合中の鋼球67を強制的に外すので、クラッチはオフの状態になる。
なお、(a)〜(c)において、ホイール23を逆転(図右回転)すると、鋼球67のくさび作用は解消される。従って、(c)の作用は、ホイール23の回転方向と、中間軸24の回転方向が同じで、且つステアリンブホイールに加えられたトルクが一定以上大きいときに発生する。
(a)〜(c)は図左回転について説明したが、鋼球67はフォーク部材22の左右に対称に配置されているので、右回転についても同様の作用が得られる。
【0025】
次に、本発明において、「補助トルクを操舵トルク検出手段よりもステアリングホイール側に設けたこと」と「トルクが所定値以下のときに非連結状態になるクラッチ手段を設けたこと」の作用を順次説明する。
図9は本発明に係る電動パワーステアリング装置のトルク図であり、操舵トルク検出手段3は、車両ではトーションバーを基本としているのでバネの印で表わした。
ステアリングホイール2で運転者から加えられる操舵トルクをTS、操舵トルク検出手段3で検出するトルクをTC、倍力機構を兼ねた伝達手段6を介して付加される補助トルクをTA、負荷側のトルク(負荷トルク)をTLと定義すると次の式が成立する。
TS+TA=TL ・・・(a)
TC=TL ・・・(b)
電動機4の発生トルクをTM、電動機の慣性・粘性抵抗・摩擦抵抗の影響をαとすると、
TA=TM−α ・・・(c)
(c)を(a)に代入して、TSについて整理すると、
TS=TL−TM+α・・・(d)
【0026】
電動機4の制御ゲインをkとすると、
TM=k・TC ・・・(e)
上記(b)により、
TM=k・TL ・・・(f)
(f)を上記(d)に代入すると、
TS=(1−k)TL+α・・・(g)
【0027】
先に述べた通り、操舵トルクTSと補助トルクTAの合計トルクが、負荷トルクTLと一致する。例えば、操舵トルクTSを負荷トルクTLの1/3と仮定して、TS=(1/3)TLを上記(g)に代入し、且つαを無視すれば、
(1/3)=1−k
k=2/3となる。
【0028】
図10は本発明に係る操舵トルク信号と電動機トルクの関係を示すグラフであり、上記(e)式にk=2/3を代入して得たTM=2/3・TCに基づくグラフである。
グラフから明らかなように、制御ゲインが低く、電動機の制御が安定する。
以上が、「補助トルクを操舵トルク検出手段よりもステアリングホイール側に設けたこと」の作用である。
【0029】
次に「トルクが所定値以下のときに非連結状態になるクラッチ手段を設けたこと」の作用を説明する。
図11は本発明の電動パワーステアリング装置の電動機トルクと補助トルクの関係を示すグラフであり、(a)は従来の比較例、(b)は本発明の第1実施例を示し、いずれも横軸は電動機トルクTM、縦軸は補助トルクTAである。
上述した通りに、電動機や減速機の慣性・粘性抵抗・摩擦抵抗の影響をαとすると、TA=TM−αとなる。
【0030】
(a)において、グラフの第1・3象限を右(ステアリング方向右)、他を左とすると、TM≧0の領域では、a→b→cの直線(TA=TM−α)となる。TM<0の領域では、前記直線の原点0に対する点対称の直線(d→e→f)となる。
ステアリングホイールを右操舵トルク状態から左操舵トルク状態へと切り返すと、a→b→c→d→e→fの順にTAが変化するが、b→cの間はTAはマイナスとなり、ハンドルが重くなる。d→eの間も同様である。
グラフにハッチングを施した領域は、操舵頻度が最も高いところなので、ハンドルが重くなることは好しくない。
【0031】
一方、図8(b)で詳しく説明した通りに、第1実施例では操舵トルクが一定以下の場合に、クラッチ手段5がオフとなり、電動機系をステアリング系から分離する構造を採用している。
その結果、図11(b)に示す通りに、TMとTAの関係は、a→b→e→fとなる。即ち、電動機や減速機の慣性や摩擦などに伴うαの成分がカットされたことになり、b→eの範囲でハンドルが重くなるという課題は解消された。
これが、「トルクが所定値以下のときに非連結状態になるクラッチ手段を設けたこと」の作用である。
【0032】
図12は本発明の電動パワーステアリング装置(第2実施例)の断面図であり、図3と同一構成については符号を準用し、詳しい説明は省略する。
即ち、この電動パワーステアリング装置1Aは、入力軸21を中空構造とし、また、中間軸24に細い弾性部71(前記弾性部材26と区別するために「補助弾性部材71」と記す。補助弾性部材71は弾性部材26よりもばね係数が低い部材である。)を付設し、この補助弾性部材71を前記入力軸21の中空部に挿入し、互いにピン72で連結したことに特徴がある。その他は、第1実施例と同じである。前記補助弾性部材71を付加したことによる作用を次に説明する。
【0033】
図13(a),(b)は第1実施例及び第2実施例の比較作用図である。
(a)は補助弾性部材71を備えていない第1実施例を示し、例えばステアリングホイールを左操舵トルク状態から右操舵トルク状態へと切り返すと、a→bでクラッチ5が解放され、b→0→eで入力軸のみが2×δ(図4参照)分だけ微量回動し、e→fでクラッチ5が結合される。
【0034】
(b)は補助弾性部材71を備えた第2実施例を示し、a→bでクラッチ5が解放され、b→cで入力軸が図4に示した一方のδ分だけ微量回動し、c→0→dで入力軸が更に微量回動し補助弾性部材のねじれが−βから+βに切換わり、d→eで更に入力軸はδ分だけ微量回動し、e→fでクラッチ5が結合される。
第2実施例ではクラッチ手段5のオン→オフ→オン切換中において−β,+βで示す間、補助弾性部材71がステアリングホイールにある程度の弾発力を付与するので、手ごたえ感が残り、また入力軸21と中間軸24との間のガタ感が無くなり、ステアリング感が良好になる。
【0035】
尚、操舵トルク検出手段3は、本実施例では伝達手段6とピニオン7との間としたが、位置はこれに限るものではなく、例えばラック8の軸上に配置してもよく、要は伝達手段6よりも出側であれば、位置は自由に設定することができる。
【0036】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項1は、入力軸と中間軸とを補助弾性部材で連結し、中間軸と出力軸とを補助弾性部材より大きなばね係数の弾性部材で連結したので、補助弾性部材がステアリングホイールにある程度の弾発力を付与するので、手ごたえ感が残り、操舵フィーリングが良好になる。
【0037】
また、電動機からのトルクを、操舵トルク検出手段よりもステアリングホイール寄りの位置かつ補助弾性部材よりもステアリングホイールから遠い位置にてステアリング系に付加する様にしたので、ゲインを下げることができ、その結果、電動機制御の一層の安定化が図れる。更に、クラッチ手段でトルクが所定以下のときに電動機系をステアリング系から切り離せる構成としたので、電動機や減速機の慣性や摩擦などに伴う成分がカットでき、操舵フィーリングの低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図2】本発明の電動パワーステアリング装置における制御装置の構成図
【図3】本発明の電動パワーステアリング装置(第1実施例)の断面図
【図4】図3の4−4線断面図
【図5】図3の5−5線断面図
【図6】図3の6−6線断面図
【図7】図6の摩擦係合手段及び遊星減速機を説明するための斜視図
【図8】本発明に係るクラッチ手段の作用説明図
【図9】本発明に係る電動パワーステアリング装置のトルク図
【図10】本発明に係る操舵トルク信号と電動機トルクの関係を示すグラフ
【図11】本発明の電動パワーステアリング装置の電動機トルクと補助トルクの関係を示すグラフ
【図12】本発明の電動パワーステアリング装置(第2実施例)の断面図
【図13】第1実施例及び第2実施例の比較作用図
【図14】従来の電動パワーステアリング装置の原理図
【図15】従来の電動パワーステアリング装置のトルク図
【図16】従来の操舵トルク信号と電動機トルクの関係を示すグラフ
【符号の説明】
1,1A…電動パワーステアリング装置、2…ステアリングホイール、3…操舵トルク検出手段、4…電動機、5…クラッチ手段、6…伝達手段、10…電動機制御手段、11…目標補助トルク決定手段、14…制御信号発生手段、21…入力軸、22…フォーク部材、24…中間軸、26…弾性部材、28…出力軸、50…摩擦係合手段、60…遊星減速機、71…補助弾性部材。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in an electric power steering device of a type in which auxiliary torque is applied via a clutch.
[0002]
[Prior art]
For example, as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-81868 “Electric Power Steering Device”, there is a technique for appropriately adding auxiliary torque from the electric motor to the steering system in order to reduce the operating force of the steering wheel. .
FIG. 14 is a principle diagram of a conventional electric power steering apparatus, in which a steering torque from the
[0003]
FIG. 15 is a torque diagram of a conventional electric power steering apparatus. Since the
The steering torque applied from the driver by the
TS + TA = TL (a)
TC = TS (b)
If the generated torque of the
TA = TM−α (c)
Substituting (c) into (a) and organizing TS,
TS = TL-TM + α (d)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
If the control gain of the
TM = k · TC (e)
According to (b) above
TM = k · TS (f)
Substituting (f) into (d) above and organizing TS,
TS = (TL + α) / (1 + k) (g)
[0005]
As described above, the total torque of the steering torque TS and the auxiliary torque TA matches the load torque TL. For example, assuming that the steering torque TS is 1/3 of the load torque TL, TS = (1/3) TL, substituting this into the above (g), and ignoring α,
(1/3) = 1 / (1 + k)
k = 2.
[0006]
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the conventional steering torque signal and the motor torque, and is a graph based on TM = 2 · TC obtained by substituting k = 2 into the equation (e).
As is apparent from the graph, the control gain is high and the motor control tends to become unstable.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention includes an input shaft, an intermediate shaft, and an output shaft in a steering system, wherein the input shaft and the intermediate shaft are connected by an auxiliary elastic member, The intermediate shaft and the output shaft are connected by an elastic member having a spring coefficient larger than that of the auxiliary elastic member, and the torque from the electric motor is positioned closer to the steering wheel than the steering torque detecting means via the transmission means and from the auxiliary elastic member. also with added to the steering system at a position remote from the steering wheel, the transmission means, the torque applied to the steering wheel you characterized in that interposed the clutch means in a non-connected state when the predetermined value or less.
[0008]
The input shaft and the intermediate shaft are connected by auxiliary elastic member, by the intermediate shaft output shaft and connected by an elastic member of a larger spring coefficient than the auxiliary elastic member, the auxiliary elastic member is somewhat to the steering wheel spring Since power is applied, a feeling of lingering remains and a steering feeling is improved.
In addition, since the torque from the electric motor is added to the steering system at a position closer to the steering wheel than the steering torque detecting means and at a position farther from the steering wheel than the auxiliary elastic member, the gain can be lowered. As a result, the motor control can be further stabilized. Further, since the electric motor system is separated from the steering system when the torque is less than a predetermined value by the clutch means, components accompanying the inertia and friction of the electric motor and the speed reducer can be cut, and the steering filling can be prevented from being lowered.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric power steering apparatus according to the present invention. The electric
[0010]
FIG. 2 is a block diagram of the control device in the electric power steering apparatus of the present invention. The electric motor control means 10 determines a target auxiliary torque Ta to be generated by the
[0011]
FIG. 3 is a sectional view of the electric power steering apparatus (first embodiment) of the present invention.
The electric
In the figure, 31 is a housing, 32 is an oil seal, and 33a, 33b and 33c are bearings.
[0012]
The steering
[0013]
The operation of the steering
At this time, since the
The
[0014]
4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 3, showing the engagement state of the
[0015]
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 of FIG. 3, showing the engagement state of the
As described with reference to FIG. 3, since the
[0016]
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 of FIG. 3, and the auxiliary torque generation and transmission mechanism will be described with reference to FIG.
As is well known, the
[0017]
The transmission
[0018]
FIG. 7 is a perspective view for explaining the frictional engagement means and the planetary speed reducer of FIG. 6. The frictional engagement means 50 includes a male tapered
[0019]
The
[0020]
Returning to FIG. 6, in this embodiment, the transmission means 6 as a boosting means is a worm reduction mechanism comprising a
Next, the clutch means 5 built in the
The clutch means 5 includes an inner
[0021]
The operation of the electric
FIGS. 8A to 8C are explanatory views of the operation of the clutch means according to the present invention.
In (a), when the
Therefore, when the electric motor is stopped, the output shaft can be driven manually by the steering wheel.
[0022]
In (b), the
[0023]
In (c), the
[0024]
When the steering force acting on the steering wheel is weakened below a certain level, the transition is made from (c) to (b). That is, the
In (a) to (c), when the
(A)-(c) demonstrated the left rotation of a figure, However, Since the
[0025]
Next, in the present invention, the actions of “providing the auxiliary torque closer to the steering wheel than the steering torque detecting means” and “providing the clutch means that is disconnected when the torque is not more than a predetermined value” are performed. A description will be made sequentially.
FIG. 9 is a torque diagram of the electric power steering apparatus according to the present invention. Since the steering
The steering torque applied from the driver by the
TS + TA = TL (a)
TC = TL (b)
When the generated torque of the
TA = TM−α (c)
Substituting (c) into (a) and organizing TS,
TS = TL-TM + α (d)
[0026]
If the control gain of the
TM = k · TC (e)
According to (b) above
TM = k · TL (f)
Substituting (f) into (d) above,
TS = (1-k) TL + α (g)
[0027]
As described above, the total torque of the steering torque TS and the auxiliary torque TA matches the load torque TL. For example, assuming that the steering torque TS is 1/3 of the load torque TL, substituting TS = (1/3) TL into the above (g) and ignoring α,
(1/3) = 1-k
k = 2/3.
[0028]
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the steering torque signal and the motor torque according to the present invention, and is a graph based on TM = 2/3 · TC obtained by substituting k = 2/3 into the equation (e). .
As is apparent from the graph, the control gain is low and the control of the motor is stable.
The above is the action of “providing auxiliary torque closer to the steering wheel than the steering torque detecting means”.
[0029]
Next, the operation of “providing clutch means that is disengaged when the torque is equal to or less than a predetermined value” will be described.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the motor torque and the auxiliary torque of the electric power steering apparatus of the present invention, where (a) shows a conventional comparative example and (b) shows a first embodiment of the present invention, both of which are horizontal. The axis is the motor torque TM, and the vertical axis is the auxiliary torque TA.
As described above, TA = TM−α, where α is the influence of the inertia, viscous resistance, and frictional resistance of the electric motor or reduction gear.
[0030]
In (a), if the first and third quadrants of the graph are set to the right (steering direction right) and the other is set to the left, a straight line a → b → c (TA = TM−α) is obtained in the region TM ≧ 0. In the region of TM <0, the straight line is symmetric with respect to the
When the steering wheel is turned back from the right steering torque state to the left steering torque state, TA changes in the order of a → b → c → d → e → f, but TA is negative during b → c and the steering wheel is heavy. Become. The same applies during d → e.
Since the hatched area of the graph has the highest steering frequency, it is not preferable that the steering wheel becomes heavy.
[0031]
On the other hand, as described in detail in FIG. 8B, the first embodiment employs a structure in which the clutch means 5 is turned off and the electric motor system is separated from the steering system when the steering torque is below a certain level.
As a result, as shown in FIG. 11B, the relationship between TM and TA is a → b → e → f. That is, the α component associated with the inertia and friction of the electric motor and the speed reducer is cut, and the problem that the handle becomes heavy in the range of b → e has been solved.
This is the effect of “providing clutch means that is disconnected when torque is equal to or less than a predetermined value”.
[0032]
FIG. 12 is a cross-sectional view of the electric power steering apparatus (second embodiment) of the present invention. The same components as those in FIG.
That is, in the electric power steering apparatus 1A, the
[0033]
FIGS. 13A and 13B are comparative operation diagrams of the first embodiment and the second embodiment.
(A) shows a first embodiment that does not include the auxiliary
[0034]
(B) shows a second embodiment provided with an auxiliary
In the second embodiment, while the clutch means 5 is switched from on to off to on, the auxiliary
[0035]
In this embodiment, the steering torque detection means 3 is located between the transmission means 6 and the
[0036]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following effects by the above configuration.
According to the first aspect, the input shaft and the intermediate shaft are connected by the auxiliary elastic member, and the intermediate shaft and the output shaft are connected by the elastic member having a spring coefficient larger than that of the auxiliary elastic member. Since a resilient force is applied, a feeling of grip remains and steering feeling is improved.
[0037]
In addition, since the torque from the electric motor is added to the steering system at a position closer to the steering wheel than the steering torque detecting means and at a position farther from the steering wheel than the auxiliary elastic member, the gain can be lowered. As a result, the motor control can be further stabilized. Further, since the motor system can be disconnected from the steering system when the torque is below a predetermined value by the clutch means, components associated with the inertia and friction of the motor and the speed reducer can be cut, and a decrease in steering feeling can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric power steering apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a control device in the electric power steering apparatus according to the present invention. FIG. 3 is an electric power steering apparatus according to the present invention (first embodiment). FIG. 4 is a sectional view taken along line 4-4 in FIG. 3. FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 3. FIG. 6 is a sectional view taken along line 6-6 in FIG. FIG. 8 is a perspective view for explaining the engaging means and the planetary speed reducer. FIG. 8 is an operation explanatory view of the clutch means according to the present invention. FIG. 9 is a torque diagram of the electric power steering apparatus according to the present invention. Fig. 11 is a graph showing the relationship between the steering torque signal and the motor torque. Fig. 11 is a graph showing the relationship between the motor torque and the auxiliary torque of the electric power steering device of the invention. Fig. 12 is an electric power steering device of the invention (second embodiment). ) [Fig. 13] FIG. 14 is a principle diagram of a conventional electric power steering device. FIG. 15 is a torque diagram of a conventional electric power steering device. FIG. 16 is a conventional steering torque signal and motor torque. Graph showing the relationship between the [signs]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
ステアリング系にトルクを付加する電動機と、
前記操舵トルク検出手段の信号に基づいて電動機を駆動制御する電動機制御手段とからなる電動パワーステアリング装置において、
前記ステアリング系は、入力軸と、中間軸と、出力軸とを備え、
該入力軸と該中間軸とを補助弾性部材で連結し、
該中間軸と該出力軸とを前記補助弾性部材より大きなばね係数の弾性部材で連結し、
前記電動機からのトルクを、伝達手段を介して、前記操舵トルク検出手段よりもステアリングホイール寄りの位置かつ前記補助弾性部材よりもステアリングホイールから遠い位置にてステアリング系に付加するとともに、
前記伝達手段には、前記ステアリングホイールに加えられるトルクが所定値以下のときに非連結状態になるクラッチ手段を介設したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。Steering torque detecting means for detecting steering torque of the steering system ;
An electric motor for adding torque to the scan tearing system,
The electric power steering system comprising a motor control unit for driving and controlling the motor based on the signal before Symbol steering torque detection means,
The steering system includes an input shaft, an intermediate shaft, and an output shaft,
The input shaft and the intermediate shaft are connected by an auxiliary elastic member,
Connecting the intermediate shaft and the output shaft with an elastic member having a spring coefficient larger than that of the auxiliary elastic member;
Torque from the electric motor is added to the steering system via the transmission means at a position closer to the steering wheel than the steering torque detection means and at a position farther from the steering wheel than the auxiliary elastic member ,
The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the transmission means is provided with a clutch means that is disconnected when a torque applied to the steering wheel is equal to or less than a predetermined value.
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