JP2004224096A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明の目的は、他の機器に干渉しにくく、しかも、車体側に大きな開口等を形成する必要のない電動パワーステアリング装置を提供することである。
【解決手段】ハンドル３０に操舵反力を付与する疑似反力機構と、操舵輪Ａ，Ａを転舵する転舵力発生機構と、上記疑似反力機構の軸系統と転舵力発生機構の軸系統とを連結したフレキシブルシャフトＦとを備え、上記フレキシブルシャフトＦは、芯線４６の外周にワイヤを一方向に巻き付けた第１層４７と、この第１層４７の外周にワイヤを他方向に巻き付けた第２層４８とからなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、緊急時に、ハンドル側と操舵輪側とを機械的に連結するフェールセーフ機能を備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
緊急時にハンドル側と操舵輪側とを機械的に連結するフェールセーフ機能を備えた電動パワーステアリング装置として、例えば特許文献１に記載されたものが従来から知られている。
この従来の電動パワーステアリング装置は、図３に示すように、ハウジング２によって駆動軸３を回転自在に支持するとともに、この駆動軸３の一端にハンドル４を固定している。また、上記ハウジング２には、トルクセンサ２４とロータリエンコーダ２５とを設け、上記トルクセンサ２４によって入力トルクを検出し、ロータリエンコーダ２５によってハンドル４の操作角を検出するようにしている。そして、上記トルクセンサ２４及びロータリエンコーダ２５は、インターフェース回路７１を介して制御部７に接続している。
【０００３】
上記駆動軸３の他端には、入力側伝動輪２６を固定するとともに、この伝動輪２６に、伝動ケーブル８を介して出力側伝動輪２１を連係させている。図４は、これら入力側伝動輪２６と出力側伝動輪２１との連係構造を具体的に示したものであり、両伝動輪２６，２１間にかけ渡した伝動ケーブル８は、案内筒８ａ，８ｂによってガイドされている。そして、いずれか一方の伝動輪が回転すると、それに応じて伝動ケーブル８が引っ張られて、他方の伝動輪が回転するようにしている。
【０００４】
上記出力側伝動輪２１は、図３に示すように、反力用モータ６の出力軸に連係した伝動軸２０の上側部分２０ａに固定している。
上記反力用モータ６は、ハンドル４に適度な反力を付与するものであり、駆動回路６１からの制御電流に応じて作動する。また、上記駆動回路６１は、制御部７によって制御するようにしている。
【０００５】
上記伝動軸２０の上側部分２０ａは、クラッチ９を介して下側部分２０ｂに連結可能にしている。ただし、上記クラッチ９は、通常、非連結状態を保っていて、非常時にのみ、伝動軸２０の上側部分２０ａと下側部分２０ｂとを連結させる。
なお、上記伝動軸２０の下側部分２０ｂは、舵取機構１のハウジング１３に設けた筒部１４によって回転自在に支持されている。
【０００６】
一方、上記舵取機構１は、そのハウジング１３内に電動モータ５とこの電動モータ５の作動に応じて軸線方向に移動する舵取軸１１とを組み込んでいる。また、上記電動モータ５は、制御部７によって制御される駆動回路５１からの通電によって作動するようにしている。
また、上記舵取軸１１には、図示していないラックを形成するとともに、このラックに上記下側部分２０ｂに設けた図示していないピニオンを噛みあわせている。また、この舵取軸１１の両端を、ハウジング１３から突出させるとともに、この突出させた部分にナックルアーム１２，１２を介して操舵輪Ａ，Ａを連係させている。
【０００７】
図中符号２２は、伝動軸２０の回転量及び回転方向を検出するロータリエンコーダであり、符号２３，２３は、舵取軸１１の軸線方向の移動量を検出するストロークセンサである。そして、これらロータリエンコーダ２２およびストロークセンサ２３，２３も、インターフェース回路７１を介して制御部７に接続されている。
【０００８】
上記のようにした従来の装置は、ドライバーがハンドル４を操作すると、そのときの入力トルクや操舵角等の操舵情報が、トルクセンサ２４及びロータリエンコーダ２５によって検出されて、この操舵情報がインターフィエース回路７１を介して制御部７に入力される。制御部７は、入力された操舵情報に基づいて、所定の信号を駆動回路５１に出力し、駆動回路５１からの制御電流によって電動モータ５が作動する。そして、この電動モータ５が作動することによって、所定の方向に操舵輪Ａ，Ａが転舵することになる。
【０００９】
また、制御部７は、上記操舵情報に基づいて、所定の信号を駆動回路６１にも出力する。そして、駆動回路６１からの制御電流によって、反力用モータ６が作動する。このように反力用モータ６が作動すれば、出力側伝動輪２１が回転して、この出力側伝動輪２１の回転が、伝動ケーブル８を介して入力側伝動輪２６に伝達されて、操舵反力としてハンドル４に作用することになる。つまり、ハンドル４が、車輪Ａ，Ａ側と機械的に連係されていなくても、ハンドル４を握るドライバーに適度な操舵反力が伝わるようにしている。
【００１０】
一方、故障などによって、電動モータ５が作動しなくなった場合には、クラッチ９が作動して、伝動軸２０の上側部分２０ａと下側部分２０ｂとを連結する。このようにすれば、ハンドル４と車輪Ａ，Ａとが機械的に連係するので、ハンドル４を操作することによって、操舵輪Ａ，Ａを転舵することができる。つまり、クラッチ９によって、緊急時にのみハンドル４側と操舵輪Ａ，Ａ側とを連結するようにしている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−２２５７３３号公報（第４頁、図１，図２）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置は、ハンドル４側と操舵輪Ａ，Ａ側とを機械的に連結するために、入力側伝動輪２６と出力側伝動輪２１と伝動ケーブル８とからなる伝達機構を用いているが、車体に組み付けるときに、この伝達機構が他の機器に干渉することがあった。すなわち、上記伝達機構は、伝動ケーブル８をかけ渡すための出力側伝動輪２１と入力側伝動輪２６とを必要とし、しかも、これら両伝動輪２１，２６間には、伝動ケーブル８をガイドする２本の案内筒８ａ，８ｂを有しているために、機構全体が大型化しやすくなっている。そのため、車体に組み付けるときに、伝達機構が他の機器に干渉することがあり、車種によっては設計変更しないと組み付けることができないという不便さがあった。
【００１３】
また、上記伝達機構は、車体に組み付けるときに調整することが難しいため、一つのユニットとして車体に取り付けるようにしているが、両伝動輪２１，２６を通すための開口等を車体側に形成しなければならないので、その分、加工コストが高くなるという問題もあった。
この発明の目的は、他の機器に干渉しにくく、しかも、車体側に大きな開口等を形成する必要のない電動パワーステアリング装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ハンドルに操舵反力を付与する疑似反力機構と、操舵輪を転舵する転舵力発生機構と、上記疑似反力機構の軸系統と転舵力発生機構の軸系統とを連結したフレキシブルシャフトとを備え、上記フレキシブルシャフトは、芯線の外周にワイヤを一方向に巻き付けた第１層と、この第１層の外周にワイヤを他方向に巻き付けた第２層とからなることを特徴とする。
【００１５】
第２の発明は、上記第１の発明において、疑似反力機構は、反力用モータと、この反力用モータの出力軸に連係した入力側減速機構とからなる一方、上記転舵力発生機構は、転舵用モータと、この転舵用モータの出力軸に連係した出力側減速機構とからなり、上記反力用モータの出力軸及び転舵用モータの出力軸を、高回転・低トルク側にするとともに、これら両出力軸を、電磁クラッチを介してフレキシブルシャフトの端部にそれぞれ連係させたことを特徴とする。
【００１６】
第３の発明は、上記第２の発明において、電磁クラッチは、フェールセーフ時及び電源ＯＦＦ時に無励磁状態になって連結する構成にしたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１，図２にこの発明の一実施形態を示す。
図１に示すように、一端にハンドル３０を固定した入力軸３１の他端には、ウォームホィール３２を固定するとともに、このウォームホィール３２を、ウォーム３３にかみ合わせている。このウォーム３３は、反力用モータ３４の出力軸３５に固定したものであって、反力用モータ３４が作動すると、それによってハンドル３０に疑似反力が作用するようにしている。
なお、上記反力用モータ３４の出力は、図示していないコントローラによって制御するようにしている。
また、上記ウォームホィール３２とウォーム３３とによって入力側減速機構Ｂを構成し、この入力側減速機構Ｂと反力用モータ３４とによって疑似反力機構を構成している。
【００１８】
一方、両端に操舵輪Ａ，Ａを連係した操舵ロッド３６に、ラック３７を形成するとともに、このラック３７にピニオン３８をかみ合わせている。このピニオン３８は、他端にウォームホィール３９を固定した出力シャフト４０の一端に固定されたものであり、出力シャフト４０とともにこのピニオン３８が回転すると、その回転運動が操舵ロッド３６の軸線方向の運動に変換されて、操舵輪Ａ，Ａが所定の方向に転舵されることになる。
【００１９】
上記ウォームホィール３９は、転舵用モータ４１の出力軸４２に固定したウォーム４３にかみ合わせている。したがって、転舵用モータ４１の作動によってウォーム４３を回転させれば、出力シャフト４０がウォームホィール３９とともに回転して、操舵ロッド３６が軸線方向に移動することになる。
なお、転舵用モータ４１の出力は、図示していないコントローラによって制御するようにしている。
また、上記ウォームホィール３９とウォーム４３とによって出力側減速機構Ｃを構成し、この出力側減速機構Ｃと転舵モータ４１とによって転舵力発生機構を構成している。
【００２０】
上記反力用モータ３４の出力軸３５の先端には、電磁クラッチ４４を設けるとともに、この電磁クラッチ４４を介して出力軸３５とフレキシブルシャフトＦの一端とを連結可能にしている。
上記電磁クラッチ４４は、図示してないコントローラによって制御されているが、通常の走行状態にあるとき、出力軸３５とフレキシブルシャフトＦとの連係を切断し、故障等が発生した場合、すなわちフェールセーフ時と、電源ＯＦＦ時に無励磁状態になり、出力軸３５とフレキシブルシャフトＦの一端とが連結するようにしている。
【００２１】
上記フレキシブルシャフトＦの他端にも、電磁クラッチ４５を設けている。そして、この電磁クラッチ４５を介してフレキシブルシャフトＦの他端と出力軸４２とを連結可能にしている。ただし、上記電磁クラッチ４５も、コントローラによって制御されていて、通常の走行状態にあるとき、出力軸４２とフレキシブルシャフトＦとの連係を切断し、故障等が発生した場合、すなわちフェールセーフ時と、電源ＯＦＦ時に無励磁状態になり、出力軸４２とフレキシブルシャフトＦとが連結するようにしている。
【００２２】
上記フレキシブルシャフトＦは、図２に示すように、芯線４６と、この芯線４６の外周にワイヤ４７を螺旋状に巻き付けた第１層と、この第１層の外周にワイヤ４８を螺旋状に巻き付けた第２層とからなり、上記第１層のワイヤ４７の巻き付け方向と、第２層のワイヤ４８の巻き付け方向とを逆の関係にしている。このようにしたフレキシブルシャフトＦは、一端側を回転させるとその回転トルクが他端側に伝わるトルク伝達機能と、自在に折り曲げることができるだけの可撓性を備えている。
【００２３】
したがって、転舵用モータ４１の故障などによって操舵輪Ａ，Ａが転舵不能になった場合に、このフレキシブルシャフトＦの一端が電磁クラッチ４４を介して出力軸３５に連結し、このフレキシブルシャフトＦの他端が電磁クラッチ４５を介して出力軸４２に連結すれば、ハンドル３０を操作することによって、操舵輪Ａ，Ａを転舵させることができる。つまり、ハンドル３０から入力した回転トルクを、フレキシブルシャフトＦを介して操舵輪Ａ，Ａ側に伝達することができる。
【００２４】
また、ハンドル３０側と操舵輪Ａ，Ａ側とを、トルク伝達機能と可撓性とを有する１本のフレキシブルシャフトＦによって連結する構成にしたので、このフレキシブルシャフトＦが他の機器に干渉することがほとんどない。
したがって、車体への組み付け作業がやりやすくなり、車種に応じて設計変更をしなければならないといった不便さも解消することができる。また、車体には、フレキシブルシャフトＦを通すための孔が開いていればいいので、伝動輪を通す大きな開口等を形成しなければならなかった前記従来例に比べて、加工コストも安く抑えることができる。
【００２５】
一方、電源がＯＦＦになった場合にも、電磁クラッチ４４，４５が無励磁状態になるので、ハンドル３０と操舵輪Ａ，Ａとが機械的に連係するが、このようにしたのは、ハンドル３０の中立位置と操舵輪Ａ，Ａの中立位置とのずれを防止するためである。すなわち、電源がＯＮになっている間は、ハンドル３０の中立位置と操舵輪Ａ，Ａの中立位置との関係が、図示していないコントローラによって制御されているが、電源をＯＦＦにすると、これら中立位置の関係は制御されなくなる。このような状況において、仮に、ハンドル３０と操舵輪Ａ，Ａとの機械的な連係が遮断されていると、ハンドル３０を操舵しても操舵輪Ａ，Ａが動かないために、これら両者の中立位置の関係にずれが生じる。このずれは、電源をＯＮにしても解消されない。つまり、ハンドル３０の中立位置と操舵輪Ａ，Ａの中立位置との関係はずれたままとなる。このようにハンドル３０の中立位置と操舵輪Ａ，Ａとの中立位置がずれていると、運転しにくいという不都合が生じる。
そこで、この実施形態では、電源をＯＦＦにしたときに、フレキシブルシャフトＦを介してハンドル３０と操舵輪Ａ，Ａとを機械的に連係することにより、上記不都合を防止するようにしている。
【００２６】
なお、上記実施形態では、フレキシブルシャフトＦの両端に電磁クラッチ４４，４５を設けているが、電磁クラッチはいずれか一方だけでもよい。ただし、電磁クラッチをいずれか一方にすると、通常の走行時においても、フレキシブルシャフトＦが回転することになるので、それによって騒音の発生や、無負荷でありながらもフレキシブルシャフトＦを回転するだけの作動抵抗が発生するおそれがある。
これに対して上記実施形態のように、フレキシブルシャフトＦの両端に電磁クラッチ４４，４５を設ければ、通常の走行時に、フレキシブルシャフトＦは回転しないので、騒音やフレキシブルシャフトＦの回転による作動抵抗が発生することがない。
【００２７】
また、この実施形態によれば、入力側減速機構Ｂと出力側減速機構Ｃとを設けるとともに、高回転・低トルク側であるモータ３４，４１の出力軸３５，４２にフレキシブルシャフトＦを連結する構成にしているため、フレキシブルシャフトＦに作用する回転トルクは小さい。フレキシブルシャフトＦに作用する回転トルクが小さければ、このフレキシブルシャフトＦの強度も低くすることができるので、その直径を小さくすることができる。そして、フレキシブルシャフトの直径を小さくすれば、可撓性も向上するので、他の機器との干渉を、より低減することができる。また、車体側に形成する孔もさらに小さくて足りるので、加工コストをより下げることができる。
【００２８】
さらに、上記実施形態では、フレキシブルシャフトＦの一端側を反力用モータ３４の出力軸３５に連結し、フレキシブルシャフトＦの他端側を転舵用モータ４１の出力軸４２に連結するようにしているが、フレキシブルシャフトＦの一端を入力軸３１に連結し、フレキシブルシャフトＦの他端を出力シャフト４０に連結するようにしてもよい。つまり、フレキシブルシャフトＦは、疑似反力機構の軸系統と転舵力発生機構の軸系統とを連結する構成であればよい。
ただし、この実施形態のように、高回転・低トルク側であるモータ３４，４１の出力軸３５，４２にフレキシブルシャフトＦを連結する構成にすれば、上記したように減速機構Ｂ，ＣによってフレキシブルシャフトＦに作用する回転トルクを小さくすることができるので、それによる上記効果を期待することができる。
【００２９】
【発明の効果】
第１の発明によれば、疑似反力機構の軸系統と転舵力発生機構の軸系統とをフレキシブルシャフトによって連結する構成にしたので、装置自体が小型化できるとともに、車体への組み付け作業性が向上し、車種に応じて設計変更をしなければならないといった不便さも解消できる。また、車体には、フレキシブルシャフトＦを通すための孔が開いていればいいので、大きな開口等を形成しなければならなかった前記従来例に比べて、加工コストも安く抑えることができる。
【００３０】
第２の発明によれば、高回転・低トルク側である反力用モータの出力軸にフレキシブルシャフトの一端を連結し、高回転・低トルク側である転舵用モータの出力軸にフレキシブルシャフトの他端を連結する構成にしたので、フレキシブルシャフトに作用する回転トルクが小さくなる。そのため、フレキシブルシャフトＦの直径を小さくすることができ、その分、他の機器との干渉をより低減することができる。また、車体側に形成する孔もさらに小さくて足りるので、加工コストをより下げることができる。
【００３１】
第３の発明によれば、電源ＯＦＦ時にも、電磁クラッチを連結する構成にしたので、電源ＯＦＦ時にハンドルを操作したとしても、このハンドルの中立位置と転舵力発生機構側の中立位置とのずれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の模式図である。
【図２】フレキシブルシャフトＦの部分断面図である。
【図３】従来例の構造図である。
【図４】従来例の要部説明図である。
【符号の説明】
３０ ハンドル
Ｂ 入力側減速機構
Ｃ 出力側減速機構
Ｆ フレキシブルシャフト
４６ 芯線
４７ 第１層を構成するワイヤ
４８ 第２層を構成するワイヤ
３４ 反力用モータ
３５ 出力軸
４１ 転舵用モータ
４２ 出力軸
４４ 電磁クラッチ
４５ 電磁クラッチ

Claims (3)

1. ハンドルに操舵反力を付与する疑似反力機構と、操舵輪を転舵する転舵力発生機構と、上記疑似反力機構の軸系統と転舵力発生機構の軸系統とを連結したフレキシブルシャフトとを備え、上記フレキシブルシャフトは、芯線の外周にワイヤを一方向に巻き付けた第１層と、この第１層の外周にワイヤを他方向に巻き付けた第２層とからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 疑似反力機構は、反力用モータと、この反力用モータの出力軸に連係した入力側減速機構とからなる一方、上記転舵力発生機構は、転舵用モータと、この転舵用モータの出力軸に連係した出力側減速機構とからなり、上記反力用モータの出力軸及び転舵用モータの出力軸を、高回転・低トルク側にするとともに、これら両出力軸を、電磁クラッチを介してフレキシブルシャフトの端部にそれぞれ連係させたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 電磁クラッチは、フェールセーフ時及び電源ＯＦＦ時に無励磁状態になって連結する構成にしたことを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。

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