(57)【要約】  本発明は、車の電力システムから独立して電力を電気モータに供給するように設計されたパワーステアリングシステムに関する。電気モータ（ＥＭ）は電子制御ユニット（ＥＣＵ）により制御され、ステアリングシステムの歯付ロッドに作用して補助力を付与する。電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、車の電力システムにも供給される第１電力（Ｖ１）を供給される。電気エンジン（ＥＭ）は、車の電力システムに接続されていない発電機（Ｇ）によって発電される、好ましくはより高い第２電圧（Ｖ２）を供給される。前記発電機（Ｇ）は、パワーステアリングシステムの電気モータ（ＥＭ）だけでなく、任意的に、シャーシに設けられたアクティブロールスタビライザーのような他の電気モータにも給電することが好ましい。本発明によれば、ステアリングおよび任意的に他の駆動モータを駆動するモータは、車の電力システムから独立して機能する発電機（Ｇ）によって給電される。発電機（Ｇ）の出力は、電子制御装置によって、最適な方法にて、電気モータが必要とする出力に調整される。
2007504989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車用のパワーステアリングシステムにおいて、
軸方向へ移動可能となるようにステアリングケース（１）内に設けられた歯付ラック（２）であって、ステアリングスピンドル（４）に動作可能に連結されたピニオン（３）が噛み合うようにして係合する歯付ラック（２）と、
電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御され、補助動力を付与するように前記歯付ラックに作用する電気モータ（ＥＭ）と、を備え、
前記補助動力は、前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）内に記録された特性曲線に従って、前記ステアリングスピンドルに生じるトルク（Ｍ）に続いて、前記電気モータ（ＥＭ）によって加えられ、
前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）は車のオンボード電力システムにも供給される第１電圧（Ｖ１）を供給され、前記電気モータ自体は、前記オンボード電力システムに接続されていない発電機（Ｇ）によって発電される第２電圧（Ｖ２）を供給される
ことを特徴とするパワーステアリングシステム。
【請求項２】
前記車は、とりわけＶベルトを介して前記発電機（Ｇ）を駆動する内燃機関を有し、
前記発電機（Ｇ）によって発電される前記第２電圧（Ｖ２）は、前記オンボード電力システムに供給される前記第１電圧（Ｖ１）よりも高い
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリングシステム。
【請求項３】
前記電気モータは、前記制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御される制御装置（ＰＵ）に接続された直流モータ（ＥＭ）であり、
前記発電機（Ｇ）によって発電される前記第２電圧は、直流電圧（Ｖ２）または整流された交流電圧であり、前記制御装置（ＰＵ）を介して前記電気モータ（ＥＭ）に供給される
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリングシステム。
【請求項４】
前記電気モータは、前記制御ユニットによって制御される制御装置に接続された交流モータ（ＥＭ）であり、
前記発電機によって発電される前記第２電圧は、交流電圧であり、前記制御装置を介して前記電気モータに供給される
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリングシステム。
【請求項５】
前記発電機は、前記電子制御ユニット（ＥＣＵ’）に接続され外部から励起される発電機（Ｇ’）であり、
前記制御ユニット（ＥＣＵ’）は、発電される前記第２電圧（Ｖ２’）を変化させるため、前記発電機（Ｇ’）の外部の励起を制御し、
前記制御ユニット（ＥＣＵ’）は、発電された前記第２電圧（Ｖ２’）を前記電気モータ（ＥＭ’）に供給するため、前記制御装置（ＰＵ’）を制御する
ことを特徴とする請求項３または４に記載のパワーステアリングシステム。
【請求項６】
前記発電機は、外部から励起される多相電流発電機（Ｇ’）であり、
前記電気モータは、多相電流モータ（ＥＭ’）であり、
前記制御装置（ＰＵ’）は、前記多相電流発電機（Ｇ’）によって発電された相電圧を、前記多相電流モータに供給されるべき相電圧に変換するマトリックスコンバータを有する
ことを特徴とする請求項５に記載のパワーステアリングシステム。
【請求項７】
前記電気モータは直流モータまたは交流モータ（ＥＭ”）、とりわけ多相電流モータであり、
前記発電機（Ｇ”）は、発電された前記第２電圧（Ｖ２”）を前記電気モータに直接供給し、
前記発電機は、外部から励起される直流または交流発電機（Ｇ’）、とりわけ多相電流発電機であり、前記発電機の外部の励起は、瞬時に所望される補助動力に従って前記第２電圧（Ｖ２”）を設定するため、前記制御ユニット（ＥＣＵ）によって変化させられ、前記第２電圧（Ｖ２”）は前記電気モータ（ＥＭ”）に直接供給される
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリングシステム。
【請求項８】
前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、前記第１電圧（Ｖ１）を監視し、前記第１電圧（Ｖ１）を予め設定され得る最小値と比較し、
前記制御ユニット（ＥＣＵ）は、前記第１電圧（Ｕ１）が前記予め設定され得る最小値よりも大きければ前記第１電圧（Ｖ１）が前記電気モータ（ＥＭ）に供給され、前記第１電圧（Ｖ１）が前記予め設定され得る最小値を下回れば前記第２電圧（Ｖ２）が前記電気モータ（ＥＭ）に供給されるよう、切換装置、とりわけ制御装置（ＰＵ）を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリングシステム。
【請求項９】
前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、前記電気モータ（ＥＭ）に流れる供給電流を監視し、供給電流を予め設定され得る最大値と比較し、
前記制御ユニット（ＥＣＵ）は、前記供給電流が前記予め設定され得る最大値よりも小さければ前記第１電圧（Ｖ１）が前記電気モータ（ＥＭ）に供給され、前記供給電流が前記予め設定され得る最大値を超えれば前記第２電圧（Ｖ２）が前記電気モータ（ＥＭ）に供給されるよう、切換装置、とりわけ制御装置（ＰＵ）を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリングシステム。
【請求項１０】
パワーステアリングシステムを備えた車において、
軸方向へ移動可能となるようにステアリングケース（１）内に設けられた歯付ラック（２）であって、ステアリングスピンドル（４）に動作可能に連結されたピニオン（３）が噛み合うようにして係合する歯付ラック（２）と、
電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御され、補助動力を付与するように前記歯付ラックに作用する電気モータ（ＥＭ）と、を備え、
前記補助動力は、前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）内に記録された特性曲線に従って、前記ステアリングスピンドルに生じるトルク（Ｍ）に続いて、前記電気モータ（ＥＭ）によって加えられ、
前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）は車のオンボード電力システムにも供給される第１電圧（Ｖ１）を供給され、前記電気モータ自体は、前記オンボード電力システムに接続されていない発電機（Ｇ）によって発電される第２電圧（Ｖ２）を供給され、
前記パワーステアリングシステムの外部に設けられた電気モータ（ＥＭ２）または電動の駆動装置、とりわけ、シャーシに設けられるとともに前記発電機（Ｇ）によって発電された前記第２電圧を前記発電機（Ｇ）から供給されるアクティブアンチロールバーをさらに備える
ことを特徴とする車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に基づく、補助動力を付与する電気モータをともなったパワーステアリングシステムに関する。また、本発明は、それを装備された車に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のパワーステアリングシステムの大部分は、過去と同じように、液圧サーボモータを用いて動作する。しかしながら、電気モータが補助操舵力（補助ステアリング力）を加えるようになっているパワーステアリングシステムが、車に対して、比較的に大きな車に対してでさえも、用いられることが増加してきている。同様に、このようなステアリングシステムは、略して、電気ステアリングシステムとして知られている。たいてい、電気モータは、車のオンボード（搭載された）電力システムの電圧によって給電される。オンボード電力システムの電圧は、乗用車において、現在のところいまだ１２ボルトであり、これは略１４ボルトの発電機電圧に相当する。例えば車に組み込まれた駆動モータや加熱要素および空調システムのように、電気装置および負荷が増加しているため、オンボード電力システムの電圧はより大きな負荷にさらされるようになっている。この問題は、個々の構成要素からの電力需要が増大してきているという事実によって、追い打ちをかけられている。例えば、中型乗用車の電気ステアリングシステムに対して８０Ａ程度の最大電流が用意されなければならないだろうし、大きな動的負荷が加えられると、６００ｋＡ／秒以上の電力の短時間の増加（電力勾配）が生じ得る。この理由から、例えば４２ボルトの発電機電圧を有する、より強力なオンボード電力システムを車に装備することについて、深刻な考察が行われている。しかしながら、この意向は、すべての関連する電気構成要素のより高い電圧への広範囲な再設定を必要とする。
【０００３】
この代替案として、現存するオンボード電力システムに加えて設けられる、第２のオンボード電力システムへの考察が行われている。このような背景から、二つの等しい電力、例えば二つの１４ボルトのオンボード電力システムは、並列に動作すべきか否かといった問題が生じる。これは統一された電圧値の利点を有し、電圧を再設定する必要がないだろう。しかしながら、１４ボルトは、比較的に高い動力レベルを満たすためには依然として低すぎるだろう。一方、二つの異なる電圧、例えば１４ボルトおよび４２ボルトを有した混成の構想が選択されたとすると、これを実行するために多額の出費が必要となるだろう。同様に、ステアリングシステムに向けられた具体的な提案がある。
【０００４】
ＤＥ３８３３３０６Ａ１は、電気モータを有し、サーボで補助されたステアリングシステムを開示している。電気モータは、オンボード電力システムの電圧（１２ボルト）よりも高い電圧（４８ボルト）を給電されている。両電圧は、二セットの電機子巻線を対応して有する発電機によって発電される。この結果、発電機のこの設計は、実行するためには高価となってしまう。さらに、オンボード電力システムの要求と電気モータの要求とを同時に満足するように発電機を構成することは極めて困難である。しかしながら、結果として、電気モータへの電力供給は、オンボード電力システムから完全には独立していない。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、冒頭で述べたタイプのステアリングシステムであって、電気モータへの電気エネルギの供給がオンボード電力システムから独立して設定および変更され得るステアリングシステムを具体化する、という目的に基づいている。さらに、このようなステアリングシステムを備えた車が具体化される。
【０００６】
この目的は、請求項１の特徴を有するステアリングシステム、および、それを装備され独立項の特徴を有する車によって、達成される。
【０００７】
結果として、電気モータが、電子制御ユニットにより制御されるとともに、補助動力を供給するようにしてステアリングシステムの歯付ラックに作用するようになったパワーステアリングシステムであって、車のオンボード電力システムにも供給される第１電圧で電子制御ユニットが給電されるとともに、電気モータ自体がオンボード電力システムに接続されていない発電機によって発電される第２電圧で給電されることによって特徴付けられる、パワーステアリングシステムが提案される。この発電機は、パワーステアリングシステムの電気モータに給電し、パワーステアリングシステムの外部に設けられた他の電動の駆動装置にも可能な限りにおいて電力を供給し得る。このような駆動装置は、例えば、シャーシに配置されるとともに、発電機によって発電された第２電圧を発電機から同様に給電されるアクティブアンチロールバーであり得る。
【０００８】
したがって、オンボード電力システムから独立して動作し、その電力出力が電気制御器によって最適な方法で電気モータに必要な電力に調整される発電機を用いて、ステアリングシステムを駆動する電気モータおよび可能性のある他の駆動モータが給電されることを、本発明は実現する。言い換えると、とりわけ電気アシスト式パワーステアリングシステムにおいて、発電された発電電力は、動的に（ダイナミックに）最適な方法で、電気モータおよび付加的な駆動装置の要求に設定および調整される。
【０００９】
これは、例えば、電子制御ユニットによって制御され電気モータへの給電電力を設定する制御装置を用い、都合良く実行される。しかしながら、外部から励起される発電機であって、電気モータに瞬時に要求される電力が正確に発電されるよう、その励起電圧およびこれにともなってその出力電圧が電子制御ユニットから直接支配（操作）される発電機を用いることも可能である。
【００１０】
このこと、および、本発明のさらなる好適化された実施の形態は、従属項によって明らかにされている。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、三つの例示的な実施の形態を用いるとともに、略図を含んだ添付図面を参照し、以下により詳しく説明される。
【００１２】
図１は、第１の例として、車に用いられる本発明によるパワーステアリングシステムの構造を示しており、ここでは、軸方向に移動可能な態様で設けられた歯付ラック２が、ステアリングケース１内に配置されている。ピニオン３が、互いに噛み合うようにして、この歯付ラック２と係合している。ピニオン３は動作可能にステアリングスピンドル４と連結されている。ステアリングスピンドル４を経由して、運転者によって加えられるステアリング力（操舵のための力）が伝達される。この手動で加えられる力を補助するため、電気モータＥＭが設けられている。電気モータＥＭは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により制御され、補助動力を供給するようにして歯付ラック２に作用する。この目的のため、手動で加えられるトルクＭはトルクセンサ５により感知され、前記トルクＭは入力値として電子制御ユニットＥＣＵに伝達される。トルクセンサ５は、ステアリングコラムに組み込まれたトーションバーに取り付けられている。制御ユニットは、特性曲線、特性曲線ダイアグラムまたは同様の形式により記録された比較値と、入力値とを比較する。電気ステアリングシステム用の制御信号が比較結果から算出され、電気モータＥＭが可能な限りの補助動力を生成する。
【００１３】
図１に示された例において、電気モータＥＭの上流側に接続された電力装置（パワーステージ（a power stage））であって、ここでは制御装置（a control gear）ＰＵとも称される電力装置が、制御ユニットＥＣＵによって動作させられる。これは、制御ユニットＥＣＵが制御装置ＰＵに伝達する制御信号を用いて行われる。制御装置ＰＵは、別個の発電機Ｇによって発電された例えば２４ボルトの電圧Ｖ２を、電気モータＥＭにとって最適な供給電圧に変換する制御可能なパワーセミコンダクタを有している。別個に設けられた発電機Ｇは、その電圧がたいてい１２Ｖであるオンボード（搭載された）電力システム（the on-board power system）に連結されていない。しかしながら、その代わり、前記発電機Ｇは、オンボード電力システムが影響を受けたり干渉されたりすることなく、電気モータＥＭの電力需要を十分に満たし得る非常に高い電圧Ｖ２を生成する。この例では、２４ボルトの黒クローポール型発電機、すなわち、実用車において標準的な構成要素が発電機Ｇとして用いられている。この結果、コストを軽減することができる。発電機Ｇは、車の内燃機関エンジン１０によりＶベルトドライブ１１を介して駆動される。制御ユニットＥＣＵ自体は、オンボード電力システムの電圧により動作し、これにより、費用効率の良い標準的なハードウェアがＥＣＵにも用いられ得る。
【００１４】
図２は、外部から励起される発電機Ｇ’が用いられた本発明の変形を示す。発電機Ｇ’の励起は、制御ユニットＥＣＵ’によって設定され、必要に応じて変更される。これは、制御電圧ＣＧ’を用いて行われる。制御ユニットＥＣＵは制御電圧ＣＧ’を生成して発電機Ｇ’のロータ回路に送信し、これにより、ロータ回路を所望の励起に対応させる。この例においては、１００ボルト以上の極めて高い発電機電圧Ｖ２’を生成することができる。同様に制御ユニットＥＣＵによって動作させられる制御装置ＰＵ’は、発電機電圧Ｖ２’を、電気モータＥＭ’にとって最適である供給電圧に変換する。発電機Ｇ’が極めて高い電圧Ｖ２’を生成することから、電気モータＥＭ’へ供給するための、とりわけ電気モータＥＭ’を動的に制御するための大きな電力供給能力を獲得することができる。制御装置ＥＣＵは、ここで、（制御電圧ＣＧ’を用いた）発電機Ｇ’の励起場（the field excitation）と、（制御信号ＣＵ’を用いた）制御装置ＰＵ’との両方を制御し、これにより、システム全体に対して非常に柔軟な制御介入を行うことが可能となる。制御された発電機Ｇ’から３．５ｋＷ以上の電力レベルを獲得することが可能となり、これにより、非常に大きなパワーステアリング補助が電気モータから得られ得る。同様のことが、電力ピークを長期に渡らすことに適用される。このことは、高い動的なドライブ状態において必要とされる。
【００１５】
図３は、三つのめの例示的な実施の形態を示している。この実施の形態において、外部から励起される発電機Ｇ”は、直接、すなわち制御装置を介さず、電気モータＥＭ”に接続され、要求される電気的動力を電気モータＥＭ”に付与する。この目的から、制御電圧ＣＧ”が制御ユニットＥＣＵによって生成されて発電機Ｇ”のロータ回路に供給され、これにより、所望の励起場がロータ回路に生じ、対応した高い発電機電圧Ｖ２”が電気モータＥＭ”に供給されるようになる。したがって、この構成は、外部から励起される発電機Ｇ”と、発電機Ｇ”に直接接続された電気モータＥＭ”と、を有した一組の機械を形成する。一組の機械は、互いに適応させられるとともに、制御ユニットＥＣＵから中心的に制御される。
【００１６】
ここで提案された解決策は、発電機によって生成されるとともにオンボード電力システムから独立した電圧により、有効に拡張される。電圧は、パワーステアリングシステムの電気モータと、他の電気モータ、または、パワーステアリングシステムの外部に設けられた電動の駆動装置、とりわけシャーシに設けられたアクティブアンチロールバーと、の両方に用いられる。とりわけ、ステアリングモータとアンチロールバーとの電力系統を共通にすることは、これら二つの負荷が電力需要の観点において理想的に補完しあうことから、非常に有利である、ということが明らかになるだろう。なぜなら、ステアリングシステムへの電力需要は、例えば駐車中のように、とりわけゆっくりと移動している場合や車が停止している場合に非常に高くなるが、これと対照的に、車を安定させるため、とりわけ移動中の車を安定させるための電力需要は、車が非常に速く移動している場合に最大となる、からである。この理由から、このような組み合わせは、バランスが取られ、発電機の使用において有利である電力需要によって特徴付けられる。
【００１７】
ここに提案されたパワーステアリングシステムは、同様に、以下の追加的な機能を実行するための回路を有していてもよい。
【００１８】
電力需要がほんの少しである場合、言い換えると、少しのパワーステアリング補助のみが必要とされる場合、電気モータはオンボード電力システムの電圧で動作させられる。例えば、まっすぐに前進している場合である。駐車する際に頻繁に生じるような、比較的に高い電力需要が有る場合にのみ、電気モータは、オンボード電力システムと非接続であり、第２のより高い電圧を供給する発電機と接続される。この目的から、電気モータの電力需要を監視するとともに、対応して電圧間で切り替える回路が設けられる。
【００１９】
電子制御ユニットＥＣＵが拡張され、第１電圧Ｖ１を監視するとともに第１電圧Ｖ１を予め定義され得る最小値と比較するようにすることは、図１および図２に示された例において意味をなす。制御ユニットＥＣＵは、予め設定され得る最小値よりも第１電圧Ｕ１が大きければ第１電圧で電気モータＥＭに給電し、第１電圧Ｖ１が予め設定され得る最小値を下回ると第２電圧Ｖ２で電気モータＥＭに給電するよう、切換装置、例えば制御装置ＰＵを制御する。
【００２０】
代替解決策は、電子制御装置が、電気モータに流れる供給電流を監視するとともに、供給電流を予め定義され得る最大値と比較すること、である。そして、制御ユニットは、予め設定され得る最大値よりも供給電流が小さければ第１電圧で電気モータＥＭに給電し、供給電流が予め設定され得る最大値を超えると第２電圧で電気モータＥＭに給電するよう、制御装置を制御する。
【００２１】
本発明は、いくつかの例示的な実施の形態を用いて説明されてきた。しかしながら、このことは、保護要求の制限を意味するものではない。多数の他の変形が想定され、これらも本発明の保護範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、電子制御ユニットが電気モータの制御装置を制御するようになっている、本発明によるパワーステアリングシステムの第１の実施の形態の構造を示す図である。
【図２】図２は、外部から励起される発電機を有し、電子制御ユニットが制御装置とともに発電機を操作する第２の実施の形態の構造の一部を示す図である。
【図３】図３は、制御装置を有しておらず、電子制御ユニットが外部から励起される発電機を操作する第３の第２の実施の形態の構造の一部を示す図である。
【図１】
2007504989.tif 000003
【図２】
2007504989.tif 000004
【図３】
2007504989.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月4日(2004.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車用のパワーステアリングシステムにおいて、
軸方向へ移動可能となるようにステアリングケース（１）内に設けられた歯付ラック（２）であって、ステアリングスピンドル（４）に動作可能に連結されたピニオン（３）が噛み合うようにして係合する歯付ラック（２）と、
電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御され、補助動力を付与するように前記歯付ラックに作用する電気モータ（ＥＭ）と、を備え、
前記補助動力は、前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）内に記録された特性曲線に従って、前記ステアリングスピンドルに生じるトルク（Ｍ）に続いて、前記電気モータ（ＥＭ）によって加えられ、
前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）は車のオンボード電力システムにも供給される第１電圧（Ｖ１）を供給され、前記電気モータ自体は、前記オンボード電力システムに接続されていない発電機（Ｇ）によって発電される第２電圧（Ｖ２）を供給され、
前記電気モータは、前記制御ユニットによって制御される制御装置に接続された交流モータ（ＥＭ）であり、
前記発電機によって発電される前記第２電圧は、交流電圧であり、前記制御装置を介して前記電気モータに供給される
ことを特徴とするパワーステアリングシステム。
【請求項２】
前記発電機は、前記電子制御ユニット（ＥＣＵ’）に接続され外部から励起される発電機（Ｇ’）であり、
前記制御ユニット（ＥＣＵ’）は、発電される前記第２電圧（Ｖ２’）を変化させるため、前記発電機（Ｇ’）の外部の励起を制御し、
前記制御ユニット（ＥＣＵ’）は、発電された前記第２電圧（Ｖ２’）を前記電気モータ（ＥＭ’）に供給するため、前記制御装置（ＰＵ’）を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリングシステム。
【請求項３】
前記発電機は、外部から励起される多相電流発電機（Ｇ’）であり、
前記電気モータは、多相電流モータ（ＥＭ’）を有し、
前記制御装置（ＰＵ’）は、前記多相電流発電機（Ｇ’）によって発電された相電圧を、前記多相電流モータに供給されるべき相電圧に変換するマトリックスコンバータを有する
ことを特徴とする請求項２に記載のパワーステアリングシステム。
【請求項４】
前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、前記第１電圧（Ｖ１）を監視し、前記第１電圧（Ｖ１）を予め設定され得る最小値と比較し、
前記制御ユニット（ＥＣＵ）は、前記第１電圧（Ｕ１）が前記予め設定され得る最小値よりも大きければ前記第１電圧（Ｖ１）が前記電気モータ（ＥＭ）に供給され、前記第１電圧（Ｖ１）が前記予め設定され得る最小値を下回れば前記第２電圧（Ｖ２）が前記電気モータ（ＥＭ）に供給されるよう、切換装置、とりわけ制御装置（ＰＵ）を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリングシステム。
【国際調査報告】
2007504989.tif 000006
2007504989.tif 000007
2007504989.tif 000008
2007504989.tif 000009
2007504989.tif 000010
2007504989.tif 000011