JP2004237835A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アシストモータの出力軸の回転を減速する減速機構の減速比はアシストモータの最大トルク発生時を考慮した高い減速比に固定されている。最大トルク発生時以外のときに、いわゆるハンドル戻りが悪くなり操舵フィーリングが悪い。アシストモータが大型になる。
【解決手段】アシストモータ１６の出力軸１７の回転をベルト式の無段変速機（ＣＶＴ）からなる減速機構１８を介して減速し、ボールねじ機構等の変換機構１９に伝達する。操舵トルクおよび車速に応じて減速比変更用モータ２０を駆動し、可変径プーリからなる入力プーリ２４の有効径を変更することにより、減速比を変更する。アシストモータ１６を常に最大効率点近くで使用する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アシストモータにより操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ラックアシスト式電動パワーステアリング装置では、アシストモータの出力軸の回転をプーリ・ベルト機構からなる減速機構を介して減速した後、ラック軸を包囲する例えばボールねじ機構を介してラック軸の軸方向移動に変換するようにしている。
この種の電動パワーステアリング装置を含め、一般に、電動パワーステアリング装置では、操舵補助力を得るための電動モータの出力軸の回転を減速機構により減速しているが、通例、減速機構の減速比は、アシストモータの最大軸力（トルク）発生時を考慮した高減速比に固定されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平４−２８５８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この場合、最大軸力が不要な運転状況において、アシストモータの慣性やロストルクがステアリングシャフト上で増大し、結果として、操舵部材が中立位置へ戻り難くなり（いわゆるハンドル戻りが悪くなり）、操舵フィーリングが悪くなるという問題がある。
そこで、本発明の課題は、いわゆるハンドル戻りが良く、アシストモータの小型化を達成できる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するため、第１発明は、操舵補助力を発生するためのアシストモータと、このアシストモータの出力軸の回転を減速するための減速機構と、この減速機構の減速比を変更することのできる減速比可変機構とを備えることを特徴とするものである。本発明では、負荷や運転状況に応じた減速比を達成でき、いわゆるハンドル戻りを良好にして操舵フィーリングを向上することができる。アシストモータを常に最大効率で使用することも可能となり、アシストモータの小型化が可能となる。
【０００６】
第２発明は、第１発明において、上記減速比可変機構は無段変速機を含むことを特徴とするものである。本発明では、減速比を無段階に可変することで、減速比をきめ細かに設定することが可能となり、操舵フィーリングをより向上することができる。
第３発明は、第１又は第２発明において、上記減速機構の出力回転を車両の車幅方向に延びる転舵軸の軸方向移動に変換するための変換機構をさらに備えることを特徴とするものである。本発明では、いわゆるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置（Ｒ−ＥＰＳ）において、操舵フィーリングの向上とアシストモータの小型化を達成することができる。
【０００７】
第４発明は、第１、第２又は第３発明において、操舵部材に加えられる操作トルクを検出するトルク検出手段と、トルク検出手段により検出されたトルクに応じて上記減速比可変機構の動作を制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
一般に、電動パワーステアリング装置においては、検出トルクが小さいときには、操舵補助力が相対的に小さくされているため、アシストモータの最大効率点よりもかなり低い回転領域が使用されており、その結果、アシストモータのフリクション等がハンドル軸上で増幅される傾向にあり、これがハンドル戻りを悪くしている。これに対して、第４発明では、検出トルクを考慮して減速機構の減速比を変更することができ、例えば検出トルクが小さいときの減速比を相対的に低くすることで、検出トルクが小さいときにもアシストモータを最大効率点近傍で使用できるので、ハンドル戻りを良くすることができる。
【０００８】
第５発明は、第１、第２又は第３発明において、車速を検出する車速検出手段と、車速検出手段により検出された車速に応じて上記減速比可変機構の動作を制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とするものである。
一般に、電動パワーステアリング装置においては、高速走行時には、操舵補助力が相対的に小さくされているため、アシストモータの最大効率点よりもかなり低い回転領域が使用されており、その結果、アシストモータのフリクション等がハンドル軸上で増幅される傾向にあり、これがハンドル戻りを悪くしている。これに対して、第５発明では、車速を考慮して減速機構の減速比を変更することができ、例えば高速走行時の減速比を相対的に低くすることで、高速走行時にもアシストモータを最大効率点近傍で使用できるので、ハンドル戻りを良くすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３の先端部に設けられたピニオン４と、このピニオン４に噛み合うラック５を有して車両の車幅方向に延びる転舵軸としてのラック軸６（転舵軸）とを有している。
【００１０】
ラック軸６の両端部にはそれぞれタイロッド７が結合されており、各タイロッド７は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する車輪８に連結されている。操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン４およびラック５によって、車両の左右方向に沿ってのラック軸６の直線運動に変換される。これにより、車輪８の転舵が達成される。
ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸９と、ピニオン４に連なる出力軸１０とに分割されており、これら入、出力軸９，１０はトーションバー１１を介して同一の軸線上で互いに連結されている。
【００１１】
トーションバー１１を介する入、出力軸９，１０間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルク検出手段としてのトルクセンサ１２が設けられており、このトルクセンサ１２によるトルク検出結果は、制御手段としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）等の制御部１３に与えられる。車速を検出する車速検出手段としての車速センサ１４による車速検出結果も制御部１３に与えられる。制御部１３では、検出トルクや検出車速等に基づいて、ドライバ１５を介してアシストモータ１６への印加電流（アシスト電流）を制御する。
【００１２】
アシストモータ１６の出力軸１７（図２参照）の回転が、減速比可変機構としてのベルト式の無段変速機（ＣＶＴ）からなる減速機構１８を介して減速される。減速機構１８の出力回転は変換機構１９を介してラック軸６の軸方向移動に変換され、操舵が補助される。本電動パワーステアリング装置１は、いわゆるラックアシストタイプである。
また、図１を参照して、制御部１３は、減速機構１８の減速比を可変するための例えばステップモータからなる変速比変更用モータ２０の動作を、検出トルクおよび検出車速に基づいてドライバ２１を介して制御する。
【００１３】
図２は電動パワーステアリング装置１の要部の模式的断面図であり、図２を参照して、減速機構１８は、アシストモータ１６の出力軸１７に例えばスプラインを用いる継手２２を介して同軸上に一体回転可能に連結される入力軸２３と、入力軸２３に一体回転可能に設けられる可変径プーリからなる小径の入力プーリ２４と、転舵軸としてのラック軸６の周囲を取り囲んで配置される大径の出力プーリ２５と、両プーリ２４，２５間に巻き回される無端状のベルト２６とを備える。
【００１４】
入力プーリ２５は、入力軸２３に例えば一体に形成されて入力軸２３に対する軸方向移動が規制された第１のシーブ２７と、入力軸２３に一体回転可能で且つ軸方向移動可能に係合された第２のシーブ２８とを備える。
第１および第２のシーブ２７，２８は、相対向する伝動面２９，３０を有し、伝動面２９，３０間にベルト２６が挟持されている。伝動面２９，３０は、互いに逆向きに傾斜するテーパ状をなし、互いの間に、いわゆるＶ形溝を区画している。ベルト２６は、いわゆるＶ形ベルトからなり、対応するシーブ２７，２８の伝動面２９，３０にそれぞれ係合する伝動面３１，３２を有している。
【００１５】
第２のシーブ２８は、上記伝動面３０を形成する環状の主体部３３と、主体部３３の中心から第１のシーブ２７と反対側へ延びるスリーブ３４とを備える。スリーブ３４の内周は、入力軸２３の外周の軸方向中間部のスプライン部２３ａに例えばスプライン嵌合している。
入力軸２３の先端部外周には、環状部材３５が一体回転可能に嵌合され、この環状部材３５は、軸受３６を介して減速機ハウジング３７に回転自在に支持されている。具体的には、減速機ハウジング３７の固定孔３８に、筒状の固定部材３９が固定されており、この固定部材３９の内周の軸受保持孔４０に、軸受３６の外輪４１が保持されている。軸受３６の内輪４２は環状部材３５に一体回転可能に嵌合している。
【００１６】
上記の筒状の固定部材３９は、上記固定孔３８に固定される大径部４３と、第２のシーブ２８のスリーブ３４の先端部外周に相対回転自在に嵌合する小径部４４と、大径部４３と小径部４４との間に形成され軸受３６の外輪４１の端面を位置決めする位置決め段部４５とを備える。
また、小径部４４の外周にはねじ部４６が形成され、このねじ部４６に、第２のシーブ２８を第１のシーブ２７側へ駆動するための環状の駆動部材４７がねじ嵌合している。具体的には、駆動部材４７は、外周に歯４８を形成する環状板からなるギヤ部４９と、ギヤ部４９から固定部材３９側へ延びるナット部５０と、ギヤ部４９から第２のシーブ２８の主体部３３側へ延びる筒状の軸受係合部５１とを備える。
【００１７】
駆動部材４７はスリーブ３４を同心的に取り囲んでおり、駆動部材４７の軸受係合部５１がスリーブ３４の外周に軸受５２を介してスリーブ３４の回りに相対回転可能に支持されている。
軸受５２の内輪５３はスリーブ３４の外周の段部５４とスリーブ３４の外周溝に係止する止め輪５５との間に挟持されて、スリーブ３４に対する軸方向移動が規制されている。一方、軸受５２の外輪５６は、駆動部材４７の位置決め段部５７に当接することで軸方向の一方への移動が規制され、駆動部材４７が軸受５２を介して第２のシーブ２８を第１のシーブ２７側へ付勢して駆動することができるようになっている。
【００１８】
ギヤ部４９の外周の歯４８には、上記の減速比変更用モータ２０により回転駆動される小径の駆動ギヤ５８が噛み合っており、この駆動ギヤ５８の支軸５９は減速機ハウジング３７の軸受保持孔６０に保持される軸受６１を介して減速機ハウジング３７に回転自在に支持されている。駆動部材４７のギヤ部４９は駆動ギヤ５８に対する軸方向移動が許容されている。
減速比変更用モータ２０により駆動ギヤ５８を介して駆動部材４７が所定方向へ回転変位されると、この回転が、ナット部５０と固定部材３９のねじ部４６との相対回転により、駆動部材４７の軸方向移動に変換され、軸受５２を介して第２のシーブ２８を第１のシーブ２７側へ移動させるので、入力プーリ２４の有効径が増大し、減速比を低くすることができる。
【００１９】
逆に、減速比変更用モータ２０によって駆動部材４７が上記所定方向と反対方向に回転変位されると、駆動部材４７が第２のシーブ２８を第１のシーブ２７から遠ざけるので、入力プーリ２４の有効径が減少し、減速比を高くすることができる。
変換機構１９としては、例えばボールねじ機構又はベアリングねじ機構（例えば特開２０００−４６１３６号公報参照）を用いて回転運動を直線運動に変換することができる。本実施の形態では、ボールねじ機構が用いられる例に則して説明する。変換機構１９はラック軸６の周囲を取り囲む入力部（回転体）としてのボールナット６２を備える。
【００２０】
ボールナット６２は、ラック軸６の途中部に形成されたボールねじ溝６３にボール６４を介して螺合しており、これにより変換機構１９が構成されている。ボールナット６２はラックハウジング６５に軸受６６，６７を介して回転自在に支持されている。また、ボールナット６２の外周部６８には上記の出力プーリ２５が一体回転可能に嵌め合わされている。
次いで、図３は制御部１３によるアシストモータ１６および減速比変更用モータ２０の制御のための処理を説明するためのフローチャートである。
【００２１】
制御部１３は、まず、トルクセンサ１２および車速センサ１４の出力信号を取り込んで、操舵トルクＴおよび車速Ｖについてのデータを収集する（ステップＳ１，Ｓ２）。
次いで、車速Ｖに基づいて、減速比Ｒに関連する車速係数Ｃｖ、およびアシスト電流Ｉに関連する車速係数Ｄｖをを求める（ステップＳ３）。
これらの車速係数Ｃｖ，Ｄｖは、予め車速Ｖに応じて定められている。アシスト電流Ｉに関連する車速係数Ｄｖは、車速Ｖが大きくなるほど小さい値となるようにされている。一方、減速比Ｒに関連する車速係数Ｃｖは、車速Ｖが大きくなるほど大きい値となるようにされている。
【００２２】
実際には、例えば、車速Ｖ＝Ｖ１（例えば５ｋｍ／ｈ），Ｖ２（例えば３０ｋｍ／ｈ），Ｖ３（例えば８０ｋｍ／ｈ）に対する各車速係数Ｃｖ、Ｄｖの値がそれぞれ制御部１３内のメモリ１３Ｍ（図１参照）に記憶されていて、これらの値以外の車速Ｖに対する車速係数Ｃｖ，Ｄｖは、直線補間処理等の演算によって求められる。
次いで、減速機構１８の減速比Ｒが算出される。減速比Ｒは、減速比Ｒ＝車速係数Ｃｖ×操舵トルクＴとして計算され（ステップＳ４）、図４に示すように、操舵トルクＴが大きいほど、減速比Ｒが高くなる一方、車速ＶがＶ１からＶ２、Ｖ３へと大きくなるほど、減速比Ｒが小さくなるようにされる。
【００２３】
ただし、減速比Ｒは機構上、下限値Ｒ１と上限値Ｒ２との間に制限される関係上、操舵トルクＴが比較的小さい領域では最小値Ｒ１を採用するようにしている。下限値Ｒ１を採用するトルク領域は車速Ｖが大きいほど広くしてある。
例えば、低速である車速Ｖ１ではトルク領域０〜Ｔ１において下限値Ｒ１を採用するが、高速である車速Ｖ３では上記のトルク領域０〜Ｔ１よりも広いトルク領域０〜〜Ｔ３において下限値Ｒ１を採用する。また中速である車速Ｖ２では車速Ｖ３の場合よりも狭く車速Ｖ１である場合よりも広いトルク領域０〜Ｔ２において下限値Ｒ１を採用する。
【００２４】
これは、下記の理由による。すなわち、車速Ｖが上昇する程に電動パワーステアリング装置１に必要とされるラック軸力が小さくなり、減速比Ｒを小さく設定することが可能である。また、手応え感を得るため、入力トルクに対するアシスト力も小さくされる。従来は、以下に示すアシスト電流特性のみでアシスト量を調整していたが、減速比Ｒを小さく設定することで同様の効果が得られ、更にモータ慣性を低減する効果も得られるためである。
【００２５】
また、アシスト電流Ｌが、アシスト電流Ｌ＝車速係数Ｄｖ×操舵トルクＴとして計算され（ステップＳ５）、図５に示すように、操舵トルクＴが大きいほど、アシスト電流Ｌが大きくなるようにされ、また、車速Ｖが大きいほど、アシスト電流Ｌが小さく設定されるようになっている。ただし、アシスト電流Ｌの上限値Ｌ１を超えないようにされている。
そして、求められた減速比Ｒになるように、ステップモータからなる減速比変更用モータ２０を所要の回転位置まで駆動制御した後（ステップＳ６）、求められたアシスト電流Ｌがドライバ１５に与えられて、所要の操舵補助力を得るようにアシストモータ１６が駆動制御される（ステップＳ７）。
【００２６】
本実施の形態によれば、アシストモータ１６を常に最大効率点近くで使用することのできるような減速比Ｒを達成できるので、いわゆるハンドル戻りを良好にして操舵フィーリングを向上することができると共に、アシストモータ１６の小型化が可能となる。特に、減速比可変の減速機構１８として、無段変速機を採用することで、減速比Ｒをきめ細かに設定することが可能となり、操舵フィーリングをより向上することができる。
【００２７】
上記の実施の形態では、操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて減速比Ｒを設定したが、これに限らず、図６に示すように、操舵トルクＴとは無関係に車速Ｖに基づいて、車速Ｖが大きくなるほど減速比Ｒが小さくなるように設定するようにしても良い。また、操舵トルクＴと車速Ｖを組み合わせた制御としても良いし、その他の制御ファクター（操舵角、エンジン回転数等）を加えても良い。
また、上記の実施の形態では、減速機構１８としてベルト式の無段変速機を用いたが、これに限らない。例えば、図７に示す電動パワーステアリング装置１では、アシストモータ１６の出力軸１７の回転が第１の減速機構としてのトロイダル型無段変速機６９（減速比可変機構）および第２の減速機構としての傘歯車機構７０を介して変換機構１９に伝達されるようになっている。
【００２８】
トロイダル型無段変速機６９は、アシストモータ１６の出力軸１７に連動回転する入力軸７１と、入力軸７１と一体回転可能な入力ディスク７２と、この入力ディスク７２に対向する出力ディスク７３と、入、出力ディスク７２，７３間に区画されるトロイダル状のキャビティ７４に配置される位置可変の複数の摩擦ローラ７５と、出力ディスク７３と一体回転可能な出力軸７６とを備える。
摩擦ローラ７５はキャリッジ７７により支持されており、付勢手段としての例えば油圧シリンダ７８がキャリッジ７７を介して摩擦ローラ７５を入、出力ディスク７２，７３の軌道面に付勢する。本実施の形態では、図４に示すように検出される操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて（又は図６に示すように車速Ｖのみに基づいて）、制御部１３が油圧制御弁７９を介して油圧シリンダ７８の油圧を制御することで、摩擦ローラ７５の入、出力ディスク７２，７３の軌道面への付勢力を調整し、入力ディスク７２のトルクに対する出力ディスク７３のトルクが釣り合うように摩擦ローラ７５の傾倒角度が変化し、適切な減速比が達成されるようになっている。
【００２９】
トロイダル型無段変速機としては、例えば、特開平１０−１４１４６０号公報、その他公知の構成の無段変速機を採用することができる。
傘歯車機構７０は、トロイダル型無段変速機６９の出力軸７６と一体回転可能な第１の傘歯車８０と、変換機構１９のボールナット６２に一体回転可能な第２の傘歯車８１とを備える。
本実施の形態においても、アシストモータ１６を常に最大効率点近くで使用することのできるような減速比Ｒを達成できるので、いわゆるハンドル戻りを良好にして操舵フィーリングを向上することができると共に、アシストモータ１６の小型化が可能となる。
【００３０】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば減速機構に用いる無段変速機として、遊星コーン式等の公知の無段変速機を採用することができる。また、本発明はピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用することもできる。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の要部の模式的断面図である。
【図３】制御部による舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】操舵トルクＴと減速比Ｒの関係を示すグラフ図である。
【図５】操舵トルクＴとアシスト電流Ｌの関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明の別の実施の形態において、車速Ｖと減速比Ｒとの関係を示すグラフ図である。
【図７】本発明のさらに別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
２ 操舵部材
６ ラック軸（操舵軸）
６ａ ボールねじ溝
１２ トルクセンサ（トルク検出手段）
１３ 制御部（制御手段）
１４ 車速センサ（車速検出手段）
１６ アシストモータ
１７ 出力軸
１８ 減速機構（減速比可変機構。ベルト式無段変速機）
１９ 変換機構
２０ 減速比変更用モータ
２３ 入力軸
２４ 入力プーリ（可変径プーリ）
２５ 出力プーリ
２６ ベルト
２７ 第１のシーブ
２８ 第２のシーブ
３９ 固定部材
４６ ねじ部
４７ 駆動部材
４８ 歯
４９ ギヤ部
５８ 小径ギヤ
６２ ボールナット
６３ ボールねじ溝
６４ ボール
６９ トロイダル型無段変速機（第１の減速機構。減速比可変機構）
７０ 傘歯車機構（第２の減速機構）
７２ 入力ディスク
７３ 出力ディスク
７５ 摩擦ローラ
７７ キャリッジ
７８ 油圧シリンダ
７９ 油圧制御部
８０ 第１の傘歯車
８１ 第２の傘歯車

Claims (5)

1. 操舵補助力を発生するためのアシストモータと、このアシストモータの出力軸の回転を減速するための減速機構とを備え、上記減速機構は減速比を変更するための減速比可変機構を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、上記減速機構は無段変速機を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１又は２において、上記減速機構の出力回転を車両の車幅方向に延びる転舵軸の軸方向移動に変換するための変換機構をさらに備える電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１，２又は３において、操舵部材に加えられる操作トルクを検出するトルク検出手段と、トルク検出手段により検出されたトルクに応じて上記減速比可変機構の動作を制御する制御手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項１，２又は３において、車速を検出する車速検出手段と、車速検出手段により検出された車速に応じて上記減速比可変機構の動作を制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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