JP2005014741A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングコラムを小型化可能とし、かつ電動モーター及び伝達機構の汎用性を高めると共に、組み立ての容易な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵補助力を発生する電動モーター７と、この電動モーター７の回転を減速しつつステアリングシャフトに伝達する伝達機構８と、ステアリングシャフトに作用するトルクを検出するトルクセンサ６と、を有する電動パワーステアリング装置である。ステアリングシャフトは、３つ以上のユニバーサルジョイント１１〜１３で連結された４本以上のシャフト１〜４から成るとともに、伝達機構８は、ステアリングホイールｈ側から数えて第三番目以降に位置するシャフト３に設置されており、トルクセンサ６は、ステアリングコラム５に設置されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、電動モーターのトルクにより運転者の操舵力を補助するものである。かかる電動パワーステアリング装置では、運転者の操舵力に応じた操舵補助力を発生させるべく、トルクセンサが設けられる。即ち、トルクセンサによりステアリングシャフトに作用するトルクを検知し、このトルク値をもとにして電動モーターの駆動を制御している。
【０００３】
従来の電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラム（ジャケットコラム）に、トルクセンサが設置されるとともに、電動モーター及びこのモーターの回転を減速しつつステアリングシャフトに伝達する減速機等の伝達機構も当該ステアリングコラムに設置されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３０８１２２号公報（第４−５頁、第１−２図、第５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような従来の電動パワーステアリング装置では、トルクセンサと電動モーター・減速機ユニットのいずれもがステアリングコラムに設置されていたため、ステアリングコラムが大型化して設計自由度を低下させるとともに、車内空間を狭める結果となっていた。
【０００６】
さらに、ステアリングコラムの仕様は車種によって異なるため、従来のように電動モーター及び減速機がステアリングコラムに設置されている場合は、車種により異なるステアリングコラムごとに電動モーター及び減速機を別々に設計しなければならなかった。したがって、電動モーター及び減速機は汎用性がほとんど無いこととなり、コストの著しい増大を招来していた。
また、ステアリングコラムに多くの部材が密集しているため、各部材の存在が障害となって装置の組み立てが煩雑となっていた。
【０００７】
本発明は、以上のような状況に鑑みなされたものであって、ステアリングコラムを小型化可能とし、かつ電動モーター及び伝達機構の汎用性を高めると共に、組み立ての容易な電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明では、操舵補助力を発生する電動モーターと、この電動モーターの回転を減速しつつステアリングシャフトに伝達する伝達機構と、前記ステアリングシャフトに作用するトルクを検出するトルクセンサと、を有するとともに、複数本のステアリングシャフトを介してステアリングホイールの回転をステアリングギアに伝達する電動パワーステアリング装置において、前記ステアリングシャフトは、３つ以上のユニバーサルジョイントで連結された４本以上のシャフトから成るとともに、前記電動モーターに連結する前記伝達機構は、前記ステアリングホイール側から数えて第三番目以降に位置するシャフトに設置されており、前記トルクセンサは、ステアリングコラムに設置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置としている。
【０００９】
この場合、伝達機構及びこれに付随する電動モーターがステアリングコラムから分離しているので、ステアリングコラムを小型化できる。また、車種によって異なるステアリングコラムに対応して電動モーター及び伝達機構を別々に設計する必要が無いため、これら部材の汎用性が高くなる。
【００１０】
また、ステアリングシャフトは、３つ以上のユニバーサルジョイントで連結された４本以上のシャフトから成るとともに、前記伝達機構は、前記ステアリングホイール側から数えて第三番目以降のシャフトに設置されている。よって、伝達機構が設けられた第三番目以降のシャフトの両端にユニバーサルジョイントが存在することとなるので、当該シャフトに設置された伝達機構の固定位置の自由度が高くなる。よって、ステアリング装置の車体組み付け位置の自由度が高くなり当該組み付けが容易となる。
【００１１】
さらに、前記ステアリングコラムにおいて、前記ステアリングシャフトを回転自在に支持しつつ車体に取り付けられる主体部と、前記トルクセンサを収容するセンサハウジングとが一体形成されている電動パワーステアリング装置としてもよい。かかる一体構造により、部品点数が減少するとともに、寸法精度が向上し、かつステアリングコラムの剛性が高まる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。この電動パワーステアリング装置におけるステアリングシャフトは、ステアリングホイールｈ側から順に第一シャフト１、第二シャフト２、第三シャフト３、第四シャフト４の４本のシャフトから成る。４本のシャフト１〜４のうち最もステアリングホイールｈ側に位置する第一シャフト１は、その一端にステアリングホイールｈが設けられて当該ステアリングホイールｈと一体回転可能とされている。
【００１３】
これらのシャフト１〜４は、ステアリングホイールｈ側から順に第一ジョイント１１、第二ジョイント１２、第三ジョイント１３の三つのユニバーサルジョイントにより連結されている。即ち、第一シャフト１と第二シャフト２とを第一ジョイント１１が連結し、第二シャフト２と第三シャフト３とを第二ジョイント１２が連結し、第三シャフト３と第四シャフト４とを第三ジョイント１３が連結している。
【００１４】
ステアリングホイールｈの回転により、ユニバーサルジョイント１１〜１３で連結された各シャフト１〜４が一体的に回転するので、第四シャフト４の端部（第三ジョイント１３側と反対側の端部）に設けたステアリングギア（図示されない）が回転することとなる。図示しないが、このステアリングギアは例えばピニオンギアとされ、このピニオンギアが別途設けられたラックと噛み合うことにより操舵が可能とされている。
【００１５】
第一シャフト１はステアリングコラム５に回動自在に支持されている。図２は、図１のうちステアリングコラム５付近の拡大図である。この図２に示すように、ステアリングコラム５は、第一シャフト１のステアリングホイールｈ寄りの部分を回動自在に支持する主体部１５と、ステアリングシャフトに作用するトルクを検出するトルクセンサ６を収容するセンサハウジング１６と、第一シャフト１の第一ジョイント１１寄りの部分と第一ジョイント１１の一部とを収容する下部ハウジング１７を有する。このうち主体部１５とセンサハウジング１６とは一体形成されており、本実施形態では、アルミニウム合金等で鋳造により一体成形されたものである。
【００１６】
なお、このステアリングコラム５はチルト機構を有している。即ち、ステアリングコラム５のセンサハウジング１６付近に固定されたチルトブラケット３６はチルト回動を許容し且つ案内する円弧状の長孔３７を有しており、この長孔３７において車体Ｐ側に取り付けられたアッパ固定ブラケット３８にねじ止めされている。一方、ステアリングコラム５の下部ハウジング１７は、一部収容する第一ジョイント１１の両側近傍において、車体Ｐに取り付けられたロア固定ブラケット３５とチルト軸ｚにて回動自在に軸着されている。なお、図示を省略するが、チルト機構の固定及び固定解除は、チルトブラケット３６とアッパ固定ブラケット３８とのねじ止め及びねじ止め解除が可能なチルトレバーによりなされる。
【００１７】
ステアリングホイールｈ側から数えて第三番目の第三シャフト３には、操舵補助力を発生する電動モーター７と、この電動モーター７の回転を減速しつつ第三シャフト３に伝達する伝達機構８が設置されている。図３は、図１のうち電動モーター７及び伝達機構８付近の拡大図である。伝達機構８は、電動モーター７の回転軸と一体回転可能に連結されたウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合うウォームホイール２１を備えている。ウォームホイール２１は第三シャフト３に一体回転可能に固定されており、電動モーター７が回転すると、この回転がウォーム軸２０を介してウォームホイール２１に伝達される。よって、第三シャフト３に操舵補助力が発生する。この伝達機構８は、これを覆うウォームハウジング３２を介してボルトｂで車体Ｐ（インパネ等）に取り付けられている。
【００１８】
第一シャフト１はステアリングコラム５の内部に挿通されつつ複数の軸受２５，２６により支持されている。この第一シャフト１は、主体部１５に収容される上部２２と、この上部２２と連結し上部２２のロア側に位置する下部２３とを有する。下部２３は、ステアリングホイールｈ側に位置する入力軸２７と、第二シャフト２側に位置しその一端に第一ジョイント１１を有する出力軸２８とが、トーションバー９を介して連結した構造である。トーションバー９のステアリングホイールｈ側端部近傍において、トーションバー９と上部２２及び入力軸２７とは第一ピン３０で一体回転可能に連結されている。また、トーションバー９の第一ジョイント１１側端部近傍において、トーションバー９と出力軸２８とは第二ピン３１により一体回転可能に連結されている。出力軸２８の第二シャフト２側端には第一ジョイント１１が設けられ、出力軸２８の回転が第二シャフト２に伝達される。
【００１９】
トーションバー９は、トルクを受けるとねじり変形し、これにより入力軸２７と出力軸２８との間に位相差が生じる。トルクセンサ６はこの位相差の角度即ちトーションバー９のねじれ角度を磁気特性の変化として検知する。このトルクセンサ６からの信号に応じて電動モーター７が回転し、この回転力が伝達機構８を通じて第三シャフト３に伝達される。このように、電動モーター７及び伝達機構８は、運転者の操舵トルクに対応した操舵補助力を発生する。
【００２０】
以上に記載の実施形態に係る電動パワーステアリング装置では、伝達機構８及びこれに付随する電動モーター７がステアリングコラム５から分離しているので、ステアリングコラム５を小型化できる。したがって、車の車内空間（居住空間）においてステアリングコラム５が占有する空間が小さくなるので、車内空間広くすることが可能となり、また、ステアリングコラム５の設計自由度が高くなる。
【００２１】
更に、ステアリングコラム５は車種ごとにその仕様が異なるが、電動モーター７及び伝達機構８がステアリングコラム５に設置されている場合は、車種ごとに異なるステアリングコラム５に対応して電動モーター７及び伝達機構８も車種ごとに設計する必要が生じる。しかし、本実施形態では、電動モーター７及び伝達機構８をステアリングコラム５から分離したため、電動モーター７及び伝達機構８の汎用性が高くなり、大幅なコスト低減に寄与する。
【００２２】
また、ステアリングシャフトは、３つのユニバーサルジョイント１１，１２，１３で連結された４本のシャフト１〜４から成るとともに、伝達機構８は、ステアリングホイールｈ側から数えて第三番目の第三シャフト３に設置されている。よって、伝達機構８が設けられた第三番目のシャフトの両端にユニバーサルジョイント（第二ジョイント１２及び第三ジョイント１３）が存在することとなる。したがって、電動モーター７及び伝達機構８の車体Ｐに対する固定位置の自由度が高くなる。逆にいえば、伝達機構８が車体Ｐに固定された場合、第三シャフト３の変位は許容されないが、この第三シャフト３と連結する第二シャフト２及び第四シャフト４はユニバーサルジョイント１２，１３を介して連結されているので、当該ジョイント１２，１２を介して第三シャフト３と連結する第二シャフト２及び第四シャフト４は変位の自由度を有する。したがって、ステアリング装置の組み付け位置の許容範囲が広くなる。このように、伝達機構８が設けられた第三番目以降のシャフトの両端にユニバーサルジョイント（本実施形態では第二ジョイント１２及び第三ジョイント１３）が存在することにより、ステアリング装置の車体への組み付けが極めて容易となる。
【００２３】
更に、本実施形態では、従来中途にジョイントが無く一本であったインターミディエイトシャフトの中途に新たに第二ジョイント１２を設けて第二シャフト２と第三シャフト３とに分割したので、伝達機構８及び第三シャフト３を車体Ｐに固定しても第二シャフト２は変位の自由度を有することとなる。したがって、ステアリング装置の組み付け位置の自由度がさらに高くなると共に、チルト機構やテレスコピック機構による第二シャフト２の変位を許容することができる。このように、本発明は、チルト機構又は／及びテレスコピック機構を有する電動パワーステアリング装置においてより好適なものとなる。
【００２４】
また従来、ステアリングコラム５に電動モーター７及び伝達機構８が設けられていたため、当該電動モーター７及び伝達機構８が邪魔となって、ステアリングコラム５部分を組み立てにくくなっていた。特に、従来電動モーター７及び伝達機構８の設置位置の比較的近くに位置していた第二ピン３１（図２参照、トーションバー９と出力軸２８とを一体回転可能とするために打ち込まれる第二ピン３１）の打ち込み作業が行いにくくなっていた。この第二ピン３１を打ち込む際には、トーションバー９と出力軸２８のそれぞれに設けられたピン挿入孔の中心位置を合わせた後に第二ピン３１を当該ピン挿入孔に打ち込む作業が必要となる。ところが、従来のようにステアリングコラム５に電動モーター７や伝達機構８が設置されていると当該電動モーター７、伝達機構８が打ち込み作業の邪魔となっていた。しかし、本実施形態では、邪魔であったこれら電動モーター７及び伝達機構８がステアリングコラム５から分離されたことにより、第二ピン３１の打ち込み作業が容易となる。
【００２５】
本実施形態では、伝達機構８が第三シャフト３上に設置されており、電動モーター７、伝達機構８及び第三シャフト３は一つのユニットとしてユニット化している。よって、このユニットにおいてあらかじめバックラッシ調整を精密に行った上でステアリング装置を組み立てることができる。これに対して、伝達機構８をシャフト上でなく例えばジョイント（等速ジョイント等）部分に設ける場合には、ステアリング装置全体を車体に組み付けた状態でバックラッシ調整を行う必要が生じ、本発明のように電動モーター７、伝達機構８及びシャフトを一つのユニットとしてユニット化することができず、バックラッシ調整が極めて面倒となる。これに対して本発明ではバックラッシ調整が極めて容易かつ正確となる。
【００２６】
実施形態のステアリングコラム５においては、第一シャフト１を回転自在に支持しつつ車体Ｐに取り付けられる主体部１５と、前記トルクセンサ６を収容するセンサハウジング１６とが一体形成されている。かかる一体構造により、部品点数が減少するとともに、寸法精度が向上し、かつ接合部分が減少するのでステアリングコラム５の剛性が高まる。
【００２７】
ステアリングコラム５が小型化されてその長手方向長さが減少した結果、車体Ｐとステアリングコラム５との隙間Ｓ（図１参照）を大きくすることができる。そうすると、二次衝突時における衝撃吸収のためのストロークを大きくすることができる。ステアリングコラム５が二次衝突時に離脱可能とした場合、離脱したステアリングコラム５はこの隙間Ｓの範囲において車体Ｐとの間で相対移動できる。よって、かかる相対移動に伴い衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収機構を設けた場合には、エネルギー吸収ストロークを大きくすることが可能となる。
【００２８】
さらに、第二シャフト２が、セレーション嵌合やスプライン嵌合等を有する収縮機構（コラプス機構）を備えてもよい。かかる収縮機構が無い場合、二次衝突時に離脱したステアリングコラム５は上方向（図１の白抜き矢印方向）に相対移動することとなり、上記のように大きくされたエネルギー吸収ストロークが有効に利用されにくい傾向となる。しかし、二次衝突時に第二シャフト２が収縮すると、ステアリングコラム５がその軸方向（図１の両矢印方向）に相対移動しやくすなり、前記エネルギー吸収ストロークを有効に活用できる。また第二シャフト２の収縮によっても衝撃エネルギーが吸収されるため、二次衝突時のエネルギー吸収が円滑かつ確実に成されると共に、吸収されるエネルギー量もより多くなる。
【００２９】
前述の従来技術以外の従来技術として、いわゆるピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置が公然実施されている。これは、ラックアンドピニオンタイプのステアリング装置において、ラックと噛み合うピニオンギアを有するシャフト、即ち最もラック側に位置するシャフト（前記の実施形態においては、第四シャフト４相当）に操舵補助力を与えるものである。このような従来のピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置では、ピニオンギアを有するシャフトに電動モーター７、伝達機構８及びトルクセンサ６が一つのユニットとして取り付けられており、トーションバー９もこのシャフト（ピニオンギアを有するシャフト）に設置されている。したがって、トーションバー９とシャフトとを一体可能に連結する第二ピン３１が打ち込みにくいという前記従来技術の欠点は解消されない。またこの場合、ラックとピニオンギアの近傍に電動モーター７や伝達機構８、さらにはトルクセンサ６が配置されるため、ラックとピニオンギアを噛み合わす等の組み立て作業が行いにくくなるという欠点を有する。本発明にはこれらの欠点が無い。
【００３０】
ステアリングコラム５の材質は特に限定しないが、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金等の軽金属が軽量化の点で好ましく、特にアルミニウム、アルミニウム合金によれば軽量でかつ安価な点でより好ましい。またステアリングコラム５の製法も特に限定しないが、比較的コストの低廉な鋳造製法が好ましい。よって、前述の実施形態のようにステアリングコラム５の主体部１５とセンサハウジング１６とを一体形成する場合、アルミニウム又はアルミニウム合金で鋳造により一体成形するのが好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の発明によれば、ステアリングコラムを小型化可能とし、かつ電動モーター及び伝達機構の汎用性を高めると共に、組み立ての容易な電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の電動パワーステアリング装置におけるステアリングコラム付近の拡大図である。
【図３】図１の電動パワーステアリング装置における第三シャフト付近の拡大図である。
【符号の説明】
ｈ ステアリングホイール
１ 第一シャフト
２ 第二シャフト
３ 第三シャフト
４ 第四シャフト
５ ステアリングコラム
６ トルクセンサ
７ 電動モーター
８ 伝達機構
１１ 第一ジョイント
１２ 第二ジョイント
１３ 第三ジョイント
１５ 主体部
１６ センサハウジング

Claims (2)

1. 操舵補助力を発生する電動モーターと、この電動モーターの回転を減速しつつステアリングシャフトに伝達する伝達機構と、前記ステアリングシャフトに作用するトルクを検出するトルクセンサと、を有するとともに、複数本のステアリングシャフトを介してステアリングホイールの回転をステアリングギアに伝達する電動パワーステアリング装置において、
   前記ステアリングシャフトは、３つ以上のユニバーサルジョイントで連結された４本以上のシャフトから成るとともに、
   前記電動モーターと連結する伝達機構は、前記ステアリングホイール側から数えて第三番目以降に位置するシャフトに設置されており、
   前記トルクセンサは、ステアリングコラムに設置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ステアリングコラムにおいて、前記ステアリングシャフトを回転自在に支持しつつ車体に取り付けられる主体部と前記トルクセンサを収容するセンサハウジングとが一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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