JP2002506769A - 電動式のパワーステアリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電動式のパワーステアリング（１０）は電動モータ（１２）を有しており、この電動モータ（１２）は、ウォーム歯車伝動装置（１４）を介してステアリングコラム（１６）の回転運動を補助する。弱い歯面を過負荷に対して保護するために、公知の構成においてはモータ（１２）とウォーム歯車（１８）との相ｄない分離可能なクラッチ（２４）が設けられている。軸受が故障した場合でも、ウォーム歯車伝動装置（１４）はステアリングコラム（１６）をロックする。これを避けるために、クラッチ（２４）はウォーム歯車（２２）内に組み込まれていて、このウォーム歯車（３２）とステアリングコラム（１６）との間で交差点を形成している。従来一般的な箇所にクラッチが設けられていないと、ウォーム（１８）をモータ軸（２０）に直接配置することができるので、モータ軸（２０）の軸受は簡略化され、パワーステアリング（１０）の効率は改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、電動式のパワーステアリングであって、ウォーム歯車伝動装置を介
してステアリングコラムの回転運動を補助する電動モータと、所定の場合に駆動
力伝達を解消する（つまり遮断する）クラッチとを備えている形式のものに関す
る。

【０００２】 電動式のパワーステアリングを用いることは、従来一般的な油圧式のパワース
テアリングに代わってここ数年来増えてきている。大きい伝達比によって制限さ
れて、駆動モータは自動車のステアリングコラムを回転させる際に、非常に高い
回転数で回転する。駆動モータの高い質量慣性モーメントに関連して、ステアリ
ングに作用する衝撃の影響によって、電気式パワーステアリングの駆動系に高い
トルクピークが働く。このようなトルクピークは例えば、ステアリングが機械的
なストッパまで移動せしめられ、それによってモータが突然制動せしめられた時
に生じる。それとは逆に、道路のでこぼこ又は縁石の縁部によってステアリング
に衝撃的な衝突作用が働くか又は、保守整備のために車両が整備用架台上に載せ
られた時に車輪が手動で機械的なストッパまで回転せしめられると、モータは、
歯車伝動装置によってひきずられて、非常に強く加速される。モータの高い慣性
モーメントは、あらゆる場合において伝動装置及びステアリングコラムの高い負
荷を生ぜしめ、ひいては特にウォームの歯面領域内の損傷を招くことになる。

【０００３】 以上のような理由により、モータとウォームとの間に、トルクピークに反応し
てスリップする摩擦・若しくは滑りクラッチを設けるか、又はステアリング補助
がモータによって要求された時にだけ接続される電磁石式のクラッチを設けるこ
とが一般的である。しかしながらこのようなクラッチを設けることによって、ウ
ォーム歯車伝動装置のウォーム軸とモータ軸とを２つの軸受によってそれぞれ別
個に支承する必要がある。これによって特にモータがひきずられている場合に（
bei geschlpptem Motor)著しく高い摩擦モーメントを生ぜしめるので、ステアリ
ングホイールをセンター位置に戻す車輪の戻りモーメントは場合によってもはや
十分ではない。これによって走行快適性は著しく制限されることになる。モータ
軸とウォーム軸との間の避けることのできない軸線のずれによって、効率はさら
に低下される。

【０００４】 過負荷クラッチが設けられているか又は設けられていないかに関係なく、ウォ
ーム歯車伝動装置を備えた電動式のパワーステアリングにおいては、例えば軸受
が故障するか又はモータが挟まって動かなくなった時に、操舵力が著しく高くな
るか又はステアリングがロックされることにもなりかねないという問題点がある
。

【０００５】 そこで本発明の課題は、損傷を受けた時でもステアリングがロックすることが
なく、しかも一時的な過負荷を受け止めることができるような電動式のパワース
テアリングを提供することである。

【０００６】 この課題を解決した本発明によれば、クラッチが、ウォーム歯車伝動装置のウ
ォーム歯車内に組み込まれていて、ステアリングコラムとウォーム歯車との間の
交差点を形成している。

【０００７】 クラッチは、普通の運転時には、ステアリングコラムを補助するために必要な
トルクを殆どスリップなしで伝達することできるようになっている。しかしなが
ら所定の場合、例えば一時的な過負荷又は電気的なパワーステアリングのロック
時に、ウォーム歯車に対して相対的なステアリングコラムの回動を許容するので
、ウォーム歯車伝動装置の歯列は、過大な力に対して保護されるか若しくはシス
テムの非常運転特性が維持される。

【０００８】 本発明の有利な実施態様によれば、ウォーム軸とモータ軸とが一体的な軸とし
て構成されている。

【０００９】 一体的な軸として構成することによって、ウォーム歯車軸とモータ軸とから成
るユニットを、２つの軸受だけによって摩擦なしに支承することができる。この
ような構成では、モータ軸とウォーム軸との間の間の軸線のずれは生じない。従
って一体的な軸は、電動式のパワーステアリングの良好な効率を可能にすると同
時に、自動車の車輪によってステアリングを良好に戻すことができる。これは走
行の際には非常に快適に感じされる。ウォームは一般的な形式で一体的な軸に固
定するか又は軸体から直接製作することができる。

【００１０】 クラッチは例えば電磁石式又はエレクトロレオロジー式(elektrorheologiesch
e)のクラッチとして構成されている。このクラッチは、モータがステアリングコ
ラムを支持している時だけ優先的に閉鎖されている。

【００１１】 このような形式のクラッチは、電動式のパワーステアリングが損傷した時に、
ステアリングコラムから完全に連結解除されるので、舵取りの際にもはや補助は
行われないが、付加的な力を克服する必要もない。クラッチ自体及びの制御のた
めのコストは高い。

【００１２】 電磁石式若しくはエレクトロレオロジー式のクラッチに対して選択的に、クラ
ッチは摩擦・滑りクラッチとして構成することができる。

【００１３】 このような形式の滑りクラッチは構造が簡単でスペースを節約して配置するこ
とができる。滑りモーメントは、クラッチが運転中に普通のトルク値の範囲内で
堅固な駆動力伝達部を形成し、この普通のトルク値を越えるトルク負荷において
はスリップを許容するように選定されている。故障によって電動式のパワーステ
アリングがロックした場合には、舵取りの際にクラッチの滑りモーメントを克服
する必要があるが、車両は基本的に舵取り可能状態に保たれている。

【００１４】 有利な実施態様によれば、摩擦・滑りクラッチの摩擦面は円錐形である。この
場合有利にはウォーム歯車は内側円錐形部を有していて、この内側円錐形面内に
、軸方向のプレロード若しくは予圧(Vorbelastung)を受けて、ステアリングコラ
ムに相対回動不能に（つまり一緒に回転するように）結合された外側円錐形部が
位置しており、この際に内側円錐形部及び／又は外側円錐形部は摩擦部材を備え
ている。

【００１５】 円錐形に形成された摩擦面は、比較的低い予圧値において比較的高いトルクを
許容する。

【００１６】 有利には、内側円錐形部は外側円錐形部に対してばね部材例えばコイルばね又
は少なくとも１つの皿ばねによって予圧をかけられている。このような形式のば
ね部材によって規定された予圧が得られるので、クラッチの摩擦モーメントは正
確に前もって規定することができる。本発明の別の実施例によれば、ばね部材が
、外側円錐形部を備えた部材の端面と保持リングとの間に位置していて、この保
持リングはねじ山を介して軸方向で調節可能にウォーム歯車に固定されている。
大抵の使用例のために十分である、ウォーム歯車における堅固な固定に対して、
ねじを介しての取付けは、内側円錐形部に対する外側円錐形部の予圧を変化させ
る可能性を提供する。過剰負荷時には外側円錐形部とばね部材との間の相対回動
が生じるので、ばね部材は有利には直接ではなく、加圧リング及び摩擦部材を介
して端面に作用する。

【００１７】 歯列の歯のピッチに応じて、例えば円錐形の摩擦クラッチにおいて滑りモーメ
ントを変えることができる軸方向の力がウォーム歯車に導入されるので、有利に
はウォーム歯車を軸方向で別個にずらすことができる。

【００１８】 以下に添付の図面を用いて本発明の１実施例を詳しく説明する。

【００１９】 図１は、自動車のための電動式のパワーステアリングの一部断面した図、 図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った、電動式のパワーステアリングの横断面図、 図３は、図２に示したウォーム歯車とステアリングコラムとの間のクラッチの
拡大図である。

【００２０】 図１に示した電動式のパワーステアリング１０は、電動モータ１２を有してお
り、この電動モータ１２はウォーム歯車伝動装置１４を介して、操舵時に自動車
のステアリングコラム１の回転運動を補助する。モータの制御は、種々異なるパ
ラメータ例えば自動車の速度に関連して行われる。

【００２１】 モータ１２はウォーム１８を駆動する。このウォーム１８はモータ軸２０上に
直接取り付けられているか又はモータ軸２０に直接形成されている。ウォーム１
８はウォーム歯車２２と協働し、このウォーム歯車２２はステアリングコラム１
６を取り囲んで同心的に配置されている。ウォーム歯車伝動装置１４は、モータ
１２と共に１つのブロックを形成している伝動装置ケーシング２３内に配置され
ている。ウォーム１８及びウォーム歯車２２の幾何学形状は、カーブを通過した
後で、ステアリングコラム１６が自動車の車輪の影響を受けてセンター位置に戻
り回転する時にセルフロッキングしないように選定されている。

【００２２】 図２には、ステアリングコラム１６及びウォーム歯車２２の横断面が示されて
いる。ウォーム歯車２２内には、摩擦・滑りクラッチ２４が組み込まれている。
この摩擦・滑りクラッチ２４はウォーム歯車２２をステアリングコラム１６に連
結する。滑りクラッチ２４の滑りモーメントは、普通の運転中に生じるモーメン
ト下で堅固な駆動力伝達部を形成するように設計されている。滑りクラッチは、
滑りモーメントを越えた場合のために、ステアリングコラム１６とウォーム歯車
２２との間で回転スリップが生じるように配慮する。このウォーム歯車２２は、
モータ１２の慣性モーメントによってウォーム歯車伝動装置内に生じる力を制限
する。

【００２３】 滑りクラッチ２４の正確な構成は、図３の詳細図に示されている。ウォーム歯
車２２は内側円錐形部２６を有しており、この内側円錐形部２６は、連行部３２
の円錐形の外周面３０に形成された摩擦ライニング２８と協働する。連行部３２
はステアリングコラム１６に相対回動不能に（つまり一緒に回転するように）取
付けられており、この相対回動不能な結合は、プレス結合又はその他の公知の軸
・ボス結合(Welln-Nabenverbindung)によって得られる。

【００２４】 ウォーム歯車２２は軸方向の突起３４を有しており、この突起３４の外周面に
ねじ山３６が形成されている。ねじ山３６は保持リング３８の雌ねじ山と協働す
る。この保持リング３８は蓋と同様に軸方向の突起３４上にねじ被せられる。ま
たこの保持リング３８は同心的な開口４０を有しており、この開口４０を通って
ステアリングコラム１６が遊びを保って突き出ている。回動防止手段（図示せず
）によって、運転中に保持リング３８がウォーム歯車２２に関連して回動するこ
とは阻止される。

【００２５】 連行部３２と保持リング３８との間に、ステアリングコラムを遊びを保って取
り囲む加圧リング４２が設けられており、この加圧リング４２は、連行部３２の
端面４４に向かって摩擦ライニング４６を備えている。加圧リング４２は、保持
リング３８に相対回動不能に固定されている。保持リング３８と加圧リング４２
との間には、プレロード若しくは予圧のかけられた皿ばね４８が設けられている
。皿ばね４８の予圧によって、連行部３２とウォーム歯車２２との間の軸方向力
が得られる。この軸方向力は、円錐形の摩擦面と協働して、伝達しようとするト
ルクが一般的な範囲内で変化する限りは、ウォーム歯車２２からステアリングコ
ラム１６への確実な駆動力伝達が可能である。

【００２６】 皿ばね４８の予圧力によって調節される滑りモーメントを越える衝撃負荷がか
かると、ウォーム歯車２２は連行部３２に対して相対的に回転し、この際に、摩
擦ライニング２８と内側円錐警部２６との間、並びに摩擦ライニング４６と連行
部３２の端面４４との間で滑り移動が生じる。このトルク制限によって、ウォー
ム１８の歯面に働く力は、許容される範囲内で維持されるので、損傷することは
ない。

【００２７】 ウォーム歯車２２が付加的に軸方向で支持（図示せず）されていることによっ
て、ウォーム１８を介してウォーム歯車２２に導入される軸方向力による摩擦モ
ーメントの影響は避けられる。

【００２８】 繰り返えし生じる過負荷によって摩擦ライニング２８，４６が摩耗すると、保
持ばね４８は、ウォーム歯車２２の内側円錐形部２６に関連した連行部３２の調
節が実施されるように配慮する。調節の経路が短ければ予圧力は殆ど低下しない
。しかしながら予圧力を、繰り返しの調節によって、モータ１２の全負荷時に内
側円錐形部２６と摩擦ライニング２８との間でスリップが生じる程度に低くした
い場合には、保持リング３８を相応に調節することによって、本来の予圧力は再
び調節することができる。

【００２９】 電動式のパワーステアリング以外に、ウォーム歯車伝動装置においても、ウォ
ーム歯車を摩擦クラッチを介して、所定の構造に応じて、駆動シャフトに連結す
ることも一般的に可能である。その他のウォーム歯車伝動装置においても、摩擦
クラッチは、過負荷に対する保護部を形成するか又は、ロックされているか又は
セルフロッキング式に構成されたウォーム歯車伝動装置において、被駆動軸の引
張運動(Schleppbewegung）を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 自動車のための電動式のパワーステアリングの一部断面した図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ線に沿った、電動式のパワーステアリングの横断面図である。

【図３】 図２に示したウォーム歯車とステアリングコラムとの間のクラッチの拡大図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｋｒｕｐｐｓｔｒａｂｅ 105，Ｆｒａｎ ｋｆｕｒｔ ａｍ Ｍａｉｎ，ＢＲＤ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動式のパワーステアリングであって、ウォーム歯車伝動装
   置（１４）を介してステアリングコラム（１６）の回転運動を補助する電動モー
   タ（１２）と、所定の場合に駆動力伝達を解消するクラッチ（２４）とを備えて
   いる形式のものにおいて、 クラッチ（２４）が、ウォーム歯車伝動装置（１４）のウォーム歯車（２２）
   内に組み込まれていて、ステアリングコラム（１６）とウォーム歯車（２２）と
   の間の交差点を形成していることを特徴とする、電動式のパワーステアリング。
2. 【請求項２】 ウォーム歯車とモータ軸とが一体的な軸（２０）として構成
   されている、請求項１記載の電動式のパワーステアリング。
3. 【請求項３】 クラッチ（２４）が、電磁石式又はエレクトロレオロジー式
   のクラッチとして構成されている、請求項１又は２記載の電動式のパワーステア
   リング。
4. 【請求項４】 電磁石式若しくはエレクトロレオロジー式のクラッチが、モ
   ータ（１２）がステアリングコラム（１６）を補助する時にだけ閉鎖される、請
   求項３記載の電動式のパワーステアリング。
5. 【請求項５】 クラッチが摩擦クラッチ／滑りクラッチ（２４）として構成
   されている、請求項１又は２記載の電動式のパワーステアリング。
6. 【請求項６】 クラッチ（２４）の摩擦面（２６，２８）が円錐形である、
   請求項５記載の電動式のパワーステアリング。
7. 【請求項７】 ウォーム歯車（２２）が内側円錐形部（２６）を有していて
   、該内側円錐形部（２６）内に、軸方向の予圧を受けてステアリングコラム（１
   ６）に相対回動不能に結合された外側円錐形部（３０，３２）が嵌め込まれてお
   り、内側円錐形部（２６）及び／又は外側円錐形部（３０）が摩擦部材（２８）
   を備えている、請求項６記載の電動式のパワーステアリング。
8. 【請求項８】 内側円錐形部（２６）が外側円錐形部（２８，３０）に対し
   てばね部材（４８）によって軸方向で予負荷をかけられている、請求項７記載の
   電動式のパワーステアリング。
9. 【請求項９】 前記ばね部材がコイルばね又は少なくとも１つの皿ばね（４
   ８）より成っている、請求項８記載の電動式のパワーステアリング。
10. 【請求項１０】 前記ばね部材（４８）が、外側円錐形部（３０）を備えた
    部材（３２）の端面（４４）と保持リング（３８）との間に座着していて、該保
    持リング（３８）がねじ（３６）を介して軸方向で調節可能にウォーム歯車（２
    ２，３４）に当てつけられている、請求項８又は９記載の電動式のパワーステア
    リング。
11. 【請求項１１】 ウォーム歯車（２２）が、クラッチ（２４）を軸方向力か
    ら負荷解除するために、軸方向で別個の支承部を有している、請求項１から１０
    までのいずれか１項記載の電動式のパワーステアリング。