JP2003063419A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】コラプシストロークを確保しつつ、熱等の問題
を回避できる電動式パワーステアリング装置を提供す
る。 【解決手段】ステアリングホイール１０１と入力軸１０
４との間が、ベベルギヤ機構５０により連結されている
ので、車両レイアウト上、ステアリングホイール１０１
と、ラック軸などを含む操舵機構とが比較的近い位置に
配置されていたような場合でも、ベベルギヤ機構５０の
存在により、伝達軸同士が交差するようになることか
ら、ステアリングホイール１０１から操舵機構すなわち
ラックハウジング１０８に至るまでの経路（伝達軸長）
を長くすることが出来る。従って、ステアリングシャフ
ト１０２を含むコラプシブル機構４０は、ストローク長
を長く確保できるという利点がある。一方、検出器であ
るトルクセンサやモータを、エンジンルール内では比較
的上方に配置できるため、エンジンの排気管などの熱害
を避けることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、電動式パワーステ
アリング装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】車両の電動式パワーステアリング装置と
して、補助操舵トルクとなるモータの回転出力を歯車装
置により減速して操舵機構の出力軸に伝達し、ステアリ
ングホイールに印加された操舵力を補助して、車輪の操
舵を行なうように構成したものが知られている。このよ
うな電動式パワーステアリング装置においては、ハウジ
ング内に設けられたウォームギヤ機構を用いて、モータ
の回転を減速しつつ出力軸に動力を伝達し、これに噛合
したラック軸を軸線方向いずれかに移動させている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の電動
式パワーステアリング装置としては、以下に述べるタイ
プがある。 （１） コラムアシストタイプ （２） ラックアシストタイプ （３） センサ分離タイプ ここで、コラムアシストタイプは、ステアリングコラム
に、操舵トルクを検知するセンサと、補助操舵力を出力
するモータとを設けた電動式パワーステアリング装置で
ある。しかるに、コラムアシストタイプの電動式パワー
ステアリング装置によれば、センサやモータなど嵩張る
部品をステアリングコラムに配置しているため、ラック
軸側ではスペース的に余裕があるものの、衝突時にステ
アリングシャフトが縮んで乗員に与える衝撃を吸収する
ための、いわゆるコラプスストロークを確保するのが困
難となることがある。又、車両の空調配管や、乗員が操
作するペダル類も同じような位置に配置されるので、こ
れらを避けてセンサやモータを配置しなければならない
といった問題もある。 【０００４】これに対し、ラックアシストタイプは、ラ
ック軸側に、上述したセンサとモータとを設けた電動式
パワーステアリング装置である。しかるに、ラックアシ
ストタイプの電動式パワーステアリング装置によれば、
コラムアシストタイプとは逆に、ステアリングコラム側
が簡素化されるため、コラプスストロークを確保できる
というメリットはあるが、センサやモータがエンジンル
ームの下方にあるラック軸側に配置されることで、エン
ジンの排気管等からの熱を受けやすいという問題があ
る。特に、センサに用いられている希土類磁石は、比較
的熱に弱いという特性を有するため、遮熱手段を設ける
必要があってコスト増を招く。又、ラック軸が車両のフ
レームに近い場合、それを避けてセンサやモータを配置
しなくてはならず、設計の自由度が低下する。 【０００５】更に、センサ分離タイプは、ステアリング
コラムにセンサを設け、ラック軸側にモータを設けた電
動式パワーステアリング装置であるが、上述した両者の
タイプの欠点を緩和してはいるものの、完全に解消した
わけではない。 【０００６】本発明は、かかる問題点に鑑み、コラプス
ストロークを確保しつつ、熱等の問題を回避できる電動
式パワーステアリング装置を提供することを目的とす
る。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電動式パワーステアリング装置は、ハウジ
ングと、ステアリングホイールより操舵力を入力する入
力軸と、回転力を発生するモータと、操舵機構に連結さ
れた出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間を連結す
るトーションバーと、前記トーションバーのネジレ量を
検出する検出装置と、前記モータから前記出力軸へ前記
回転力を伝達する動力伝達機構と、を有し、前記ステア
リングホイールと前記入力軸との間、及び前記出力軸と
前記操舵機構との間の少なくとも一方は、ベベルギヤ機
構により連結されているものである。 【０００８】 【作用】本発明の電動式パワーステアリング装置は、ハ
ウジングと、ステアリングホイールより操舵力を入力す
る入力軸と、回転力を発生するモータと、操舵機構に連
結された出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間を連
結するトーションバーと、前記トーションバーのネジレ
量を検出する検出装置と、前記モータから前記出力軸へ
前記回転力を伝達する動力伝達機構と、を有し、前記ス
テアリングホイールと前記入力軸との間、及び前記出力
軸と前記操舵機構との間の少なくとも一方は、ベベルギ
ヤ機構により連結されているので、例えば車両レイアウ
ト上、ステアリングホイールと、ラック軸などを含む操
舵機構とが比較的近い位置に配置されていたような場合
でも、前記ステアリングホイールと前記入力軸との間、
及び前記出力軸と前記操舵機構との間の少なくとも一方
を、ベベルギヤ機構により連結することで、伝達軸同士
が交差するようになることから、前記ステアリングホイ
ールから前記操舵機構に至るまでの経路（伝達軸長）を
長くすることが出来、それによりコラプシブルストロー
クを確保しつつ、かつエンジン等から熱を受けないよう
な位置に、前記モータや前記検出装置を設けることが出
来る。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態にか
かる電動式パワーステアリング装置を含むステアリング
系の概略構成図である。図１において、ステアリングホ
イール１０１は、ステアリングシャフト１０２の上端に
連結されている。 【００１０】ステアリングシャフト１０２は、公知のコ
ラプシブル機構４０の一部をなし、その下端は、ベベル
ギヤ機構５０を介して入力軸１０４に連結されている。
入力軸１０４は、出力軸１０５と共に電動式パワーステ
アリング装置１００の一部を構成しており、後述する態
様で出力軸１０５に連結されている。出力軸１０５の下
端は、ユニバーサルジョイント１０６を介してピニオン
シャフト１０７の上端に連結されている。操舵機構の一
部を構成するピニオンシャフト１０７の下端には、不図
示のピニオンが連結されており、かかるピニオンは、ラ
ックハウジング１０８内でラック軸（不図示）のラック
歯に噛合している。 【００１１】電動式パワーステアリング装置１００のト
ルクセンサ６（図２）は、後述するようにして、操舵ト
ルクを磁気的又は機械的に検出するように構成されてお
り、従って操作者がステアリングホイール１０１を操舵
操作することによって、操舵力の大きさと方向とに応じ
たアナログ電圧からなるトルク検出信号Ｔｖを、コント
ローラ１１３に出力するようになっている。 【００１２】すなわち、トルクセンサ６は、例えば、ス
テアリングホイール１０１が中立状態にある場合には、
所定の中立電圧をトルク検出信号Ｔｖとして出力し、こ
れよりステアリングホイール１０１を右旋した場合に
は、そのときの操舵トルクに応じて中立電圧より増加す
る電圧を、左旋した場合には、そのときの操舵トルクに
応じて中立電圧より減少する電圧を出力するようになさ
れている。 【００１３】モータ２３（図２）を駆動制御し、操舵系
への操舵補助力の制御を行うため、コントローラ１１３
が設けられている。コントローラ１１３は、車載のバッ
テリ１１６から電源供給されることによって作動するよ
うになされている。バッテリ１１６の負極は接地され、
その正極はエンジン始動を行うイグニッションスイッチ
１１４及びヒューズ１１５ａを介してコントローラ１１
３に接続されると共に、ヒューズ１１５ｂを介してコン
トローラ１１３に直接接続されており、このヒューズ１
１５ｂを介して供給される電源は例えば、メモリバック
アップ用に使用される。コントローラ１１３は、トルク
センサ６からのトルク検出信号Ｔｖと、例えば、図示し
ない変速機の出力軸に配設された車速センサ１１７から
の車速検出信号Ｖｐとに基づきモータ２３を駆動制御す
ることができる。 【００１４】図２は、本発明の実施の形態にかかる電動
式パワーステアリング装置を、入力軸の軸線に沿って切
断して示す断面図である。 【００１５】図２において、本体１ａと蓋部材１ｂとか
らなるハウジング１内を、図２で左右方向に、入力軸１
０４および出力軸１０５が同軸で延在している。入力軸
１０４は、軸受４Ａ、４Ｂによりハウジング１に対して
回転自在に支持されている。更に、図２で左端を入力軸
１０４にセレーション固定し、右端を出力軸１０５にピ
ン結合したトーションバー５が、中空の出力軸１０５内
を延在している。出力軸１０５の右端は、ユニバーサル
ジョイント１０６（図１）に連結されている。 【００１６】出軸１０４の周囲において、受けたトルク
に比例してトーションバー５がねじれることに基づき、
操舵トルクを検出する検出装置すなわちトルクセンサ６
が設けられている。このトルクセンサ６は、非接触トル
クセンサであって、トーションバー５のねじれに基づく
入力軸１０４と出力軸１０５との相対角度変位を、所定
の磁気回路におけるインピーダンスの変化としてコイル
により検出し、電気信号としてコントローラ１１３へ出
力するものである。このようなトルクセンサの詳細は、
本出願人による特願平１１−３７３１１４号に開示され
ているため、以下に詳細は記載しない。 【００１７】出力軸１０５の中央部には、ウォームホイ
ール１３が圧入等により固定的に取り付けられている。
ウォームホイール１３は、モータ２３の回転軸３０に連
結されたウォーム３０ａと噛合している。ウォームホイ
ール１３とウォーム３０ａとで動力伝達機構を構成す
る。 【００１８】出力軸１０５は、ウォームホイール１３を
挟むように配置された軸受１４，１５により、ハウジン
グ１に対して回転自在に支持されている。尚、出力軸１
０５内部への水や異物の侵入を防ぐために、シール１６
が設けられている。 【００１９】入力軸１０４の図２における左端には、ベ
ベルギヤ５１がナット２により固定されている。一方、
図２で上下に延在するステアリングシャフト１０２の下
端には、ベベルギヤ５２が形成されている。ベベルギヤ
５１と、それに噛合するベベルギヤ５２とで、ベベルギ
ヤ機構５０を構成する。ステアリングシャフト１０２
は、ニードル軸受１７と、ハウジング１に螺合する間座
１８に組み込まれた軸受１９とにより、ハウジング１に
対して回転自在に支持されている。軸受１９に隣接して
シール２０が配置されており、更に間座１９の図２にお
ける上方には、カバー２１が取り付けられている。 【００２０】次に、図面を参照して本実施の形態の動作
を説明する。今、操舵系が直進状態にあり、操舵トルク
が零であるものとすると、図２において、入力軸１０４
及び出力軸１０５間には相対回転は生じない。従って、
トルクセンサ６から出力されるトルク検出信号Ｔｖ（図
１）は、中立電圧もしくは略中立電圧であるため、コン
トローラ１１３はモータ２３を回転駆動しない。よっ
て、この電動式パワーステアリング装置は補助操舵力を
出力しない状態にある。 【００２１】これに対し、ステアリングホイール１０１
を操舵すると、その操舵力は、ステアリングシャフト１
０２，ベベルギヤ機構５０を介して，入力軸１０４に伝
達される。更に、この入力軸１０４の受けた回転力は、
トーションバー５を介して出力軸１０５に伝達される。
このとき、出力軸１０５には、転舵輪及び路面間の摩擦
力やラックアンドピニオン式ステアリング装置のギアの
噛み合い等の摩擦力に応じた抵抗力が生じるため、入力
軸１０４及び出力軸１０５間には、トーションバー５が
捩じれることによって出力軸１０５が遅れる相対回転が
発生し、トルクセンサ６は、それに応じた電気信号（検
出信号Ｔｖ）を発生する。 【００２２】図１において、トルクセンサ６からトルク
検出信号Ｔｖを受けたコントローラ１１３は、更に速度
センサ１１７からの検出信号Ｖｐを考慮して、モータ２
３を駆動制御する。すると、モータ２３に連結された回
転軸３０には、操舵系に発生している操舵トルクの方向
及び大きさに応じた回転力が発生し、その回転力がウォ
ーム３０ａ及びウォームホイール１３を介して出力軸１
０５に伝達されるから、出力軸１０５に操舵補助トルク
が付与されたことになり、操舵トルクが減少し、運転者
の負担が軽減されることとなる。 【００２３】本実施の形態によれば、ステアリングホイ
ール１０１と入力軸１０４との間が、ベベルギヤ機構５
０により連結されているので、車両レイアウト上、ステ
アリングホイール１０１と、ラック軸などを含む操舵機
構（図１ではラックハウジング１０８）とが比較的近い
位置に配置されていたような場合でも、ベベルギヤ機構
５０の存在により、伝達軸（ここではステアリングシャ
フト１０２と入力軸１０４）同士が交差するようになる
ことから、ステアリングホイール１０１から操舵機構す
なわちラックハウジング１０８）に至るまでの経路（伝
達軸長）を長くすることが出来る。従って、ステアリン
グシャフト１０２を含むコラプシブル機構４０は、例え
ばラックアシストタイプの電動式パワーステアリング装
置に用いるものと同様なものを使用することが出来、即
ちストローク長を長く確保できるという利点がある。一
方、検出器であるトルクセンサ６やモータ２３を、不図
示のエンジンルーム内では比較的上方に配置できるた
め、エンジンの排気管などの熱害を避けることが出来、
また車両のフレームなどとの干渉を避け、自由度の大き
い搭載設計が可能となる。 【００２４】以上、実施の形態を参照して本発明を詳細
に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して
解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜
変更、改良可能であることはもちろんである。たとえ
ば、ベベル機構５０は、出力軸１０５とピニオンシャフ
ト１０７との間に設けられていても良い。又、本明細書
中、ベベルギヤという表現を用いているが、これは噛合
するギヤ同士で軸線が互いに非平行になるものの総称と
して用いているものであり、従ってギヤの名称如何に関
わらず、噛合するギヤ同士で軸線が互いに非平行になる
ものを用いていれば、本発明の範囲に含まれることとな
る。 【００２５】 【発明の効果】本発明の電動式パワーステアリング装置
は、ハウジングと、ステアリングホイールより操舵力を
入力する入力軸と、回転力を発生するモータと、操舵機
構に連結された出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との
間を連結するトーションバーと、前記トーションバーの
ネジレ量を検出する検出装置と、前記モータから前記出
力軸へ前記回転力を伝達する動力伝達機構と、を有し、
前記ステアリングホイールと前記入力軸との間、及び前
記出力軸と前記操舵機構との間の少なくとも一方は、ベ
ベルギヤ機構により連結されているので、例えば車両レ
イアウト上、ステアリングホイールと、ラック軸などを
含む操舵機構とが比較的近い位置に配置されていたよう
な場合でも、前記ステアリングホイールと前記入力軸と
の間、及び前記出力軸と前記操舵機構との間の少なくと
も一方を、ベベルギヤ機構により連結することで、伝達
軸同士が交差するようになることから、前記ステアリン
グホイールから前記操舵機構に至るまでの経路（伝達軸
長）を長くすることが出来、それによりコラプシブルス
トロークを確保しつつ、かつエンジン等から熱を受けな
いような位置に、前記モータや前記検出装置を設けるこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態にかかる電動式パワーステ
アリング装置を含むステアリング系の概略構成図であ
る。 【図２】本発明の実施の形態にかかる電動式のパワース
テアリング装置を、入力軸の軸線に沿って切断して示す
断面図である。 【符号の説明】 １ ハウジング ６ トルクセンサ ２３ モータ ５０ ベベルギヤ機構 １０２ ステアリングシャフト １０４ 入力軸 １０５ 出力軸 １１３ コントローラ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ハウジングと、 ステアリングホイールより操舵力を入力する入力軸と、 回転力を発生するモータと、 操舵機構に連結された出力軸と、 前記入力軸と前記出力軸との間を連結するトーションバ
   ーと、 前記トーションバーのネジレ量を検出する検出装置と、 前記モータから前記出力軸へ前記回転力を伝達する動力
   伝達機構と、を有し、 前記ステアリングホイールと前記入力軸との間、及び前
   記出力軸と前記操舵機構との間の少なくとも一方は、ベ
   ベルギヤ機構により連結されている電動式パワーステア
   リング装置。