JP2005199827A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 悪路走行時における歯打ち音および高速走行時におけるフラッタなどのステアリング振動を好適に抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 電動パワーステアリング装置Ｍは、減速機１を備えており、減速機１には、電動モータ３に接続されたウォームシャフト１０およびステアリングシャフト２に接続されたウォームホイール２０が設けられている。ウォームシャフト１０は、シャフト１１の軸方向に沿って移動可能であり、ストッパ３０，３１によってその移動距離が規制されている。左ストッパ３０の一部がピエゾ素子４０で構成されており、ピエゾ素子４０の体積を変化させることにより、ウォームシャフト１０の可動距離が調整される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の電動パワーステアリング装置に係り、特に、ウォームホイールとウォームシャフトとの間に生じる歯打ち音およびステアリング振動を抑制する電動パワーステアリング装置に関する。

近年、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置が設けられた車両がある。電動パワーステアリング装置では、直接的なエンジンの駆動損傷を生じることなく走行燃費の低下を抑制する効果がある。このような電動パワーステアリング装置として、従来、特開２００２−４６６３３号公報に開示されたものがある。

この電動パワーステアリング装置は、図３に示すように、電動モータの出力シャフトに連結されたウォームシャフト５０と、このウォームシャフト５０のシャフト５１に設けられたウォームピニオン５２と噛み合い、ステアリングシャフト５３に連結されたウォームホイール５４とを備えている。ウォームシャフト５０は、弾性部材５５によってストッパとの間で軸方向に移動可能に支持されている。ウォームシャフト５０が弾性部材で支持されていることによりウォームシャフトが弾性部材をたわみ変形させながら軸方向に移動して、バックラッシュに起因する騒音を抑制している。
特開２００２−４６６３３号公報

しかし、上記特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置では、単にウォームシャフトが弾性部材に支持されているのみである。このため、たとえば車両が悪路を走行する場合におけるウォームピニオンとウォームホイールとの間の歯打ち音を抑制しきれないという問題があった。また、車両の高速走行時には、モータの慣性モーメントの影響が小さくなることから、タイヤから入力されるフラッタなどのステアリング振動を抑制しきれないという問題もあった。

そこで、本発明の課題は、悪路走行時における歯打ち音および高速走行時におけるフラッタなどのステアリング振動を好適に抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る電動パワーステアリング装置は、ウォームピニオンが設けられ、電動モータの出力シャフトに接続されたウォームシャフトと、ステアリングシャフトに接続され、ウォームピニオンに噛み合うウォームホイールと、を備え、電動モータの回転をステアリングシャフトに伝達する伝達機構を有する電動パワーステアリング装置において、ウォームシャフトが、ウォームホイールに対して、ウォームシャフトの軸方向に移動可能とされる一方、ウォームシャフトと離間して、ウォームシャフトの移動方向への移動を抑制するストッパが設けられ、ウォームシャフトはストッパが設けられた位置までの可動距離内で移動自在とされており、ウォームシャフトとストッパとの間に弾性部材が介在されているとともに、ストッパとウォームシャフトとの間に、可動距離調整手段が設けられているものである。

ストッパとウォームシャフトとの間を弾性部材で支持すると、ウォームシャフトが軸方向に移動可能となるため歯打ち音の低減に寄与することができる。ところが、ウォームシャフトの可動距離が短すぎると、歯打ち音の抑制効果が低くなってしまう。逆に、ウォームシャフトの可動距離が長すぎると、モータ慣性が働かなくなり、フラッタなどのステアリング振動を大きくしてしまう。

これに対して、本発明に係る電動パワーステアリング装置では、ストッパとウォームシャフトとの間におけるウォームシャフトの可動距離を調整する可動距離調整手段が設けられている。この可動距離調整手段が設けられていることにより、悪路走行時にはウォームシャフトの可動距離を広げ、高速走行時にはウォームシャフトの可動距離を縮めることができる。こうして、悪路走行時における歯打ち音および高速走行時におけるフラッタなどのステアリング振動を好適に抑制することができる。

ここで、可動距離調整手段が、ピエゾ素子である態様とすることができる。

可動距離調整手段としてピエゾ素子を用いることにより、ストッパとウォームシャフトとの間の距離を容易に調整することができる。

本発明によれば、悪路走行時における歯打ち音および高速走行時におけるフラッタなどのステアリング振動を好適に抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の要部構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置Ｍは、本発明の伝達機構である減速機１を備えている。減速機１は、ウォームシャフト１０およびウォームシャフト１０に噛み合うウォームホイール２０を有している。さらに、減速機１は、ストッパ３０，３１を備えており、そのうちの左ストッパ３０の一部は、本発明の可動距離調整手段であるピエゾ素子４０で形成されている。

また、電動パワーステアリング装置Ｍは、ウォームホイール２０が接続されたステアリングシャフト２を備えており、さらに、ウォームシャフト１０に接続された電動モータ３を備えている。ウォームシャフト１０と電動モータ３との間には、摺動部材４が設けられている。減速機１は、電動モータ３の回転を減速して、ステアリングシャフト２に伝達する。

ウォームシャフト１０は、シャフト１１を有しており、シャフト１１には、このシャフト１１と同軸状に配置されたウォームピニオン１２が取り付けられている。シャフト１１が回転することにより、ウォームピニオン１２が同時に回転する。シャフト１１には、摺動部材４が接続されており、シャフト１１は、摺動部材４に対して摺動可能とされている。こうして、ウォームシャフト１０は、シャフト１１の軸方向に沿って移動可能とされている。

ウォームホイール２０は、ステアリングシャフト２と同軸状に配置されており、ウォームホイール２０の回転がステアリングシャフト２に伝達される。また、ウォームホイール２０は、ウォームシャフト１０におけるウォームピニオン１２と噛み合っており、ウォームシャフト１０のシャフト１１およびウォームピニオン１２が回転することにより、ウォームピニオン１２の回転がウォームホイール２０に伝達されて、ウォームホイール２０が回転する。

２つのストッパ３０，３１は、ウォームシャフト１０のウォームピニオン１２を挟んだ両側位置にそれぞれウォームシャフト１０と離間して取り付けられている。このストッパ３０，３１と当接することにより、ウォームシャフト１０に移動が抑制される。ウォームシャフト１０は、このストッパ３０，３１の間で移動自在とされている。

また、ストッパ３０，３１とウォームピニオン１２との間には、それぞれ本発明の弾性部材であり、たとえば皿バネからなるスプリング３２，３３が介在して設けられている。このスプリング３２，３３により、ウォームピニオン１２がシャフト１１の軸方向に沿ってストッパ３０，３１との間で移動可能となるように、ウォームシャフト１０が支持されている。

ピエゾ素子（圧電素子）４０は、電流を供給することにより、体積が変化する素子であり、ピエゾ素子４０が体積変化をすることにより、ウォームシャフト１０の可動距離を調整可能としている。

また、ステアリングシャフト２は、図示しない、ステアリングに接続されており、ドライバがステアリングを操作することにより、車輪を転舵させる。電動モータ３は、図示しない出力軸を有しており、出力軸には、摺動部材４を介してウォームシャフト１０のシャフト１１が接続されている。

電動モータ３は、ドライバの車輪操舵の負担を軽減するためのパワーアシストを行うものである。電動モータ３から供給されるパワーは、摺動部材４および減速機１を介してステアリングシャフト２に伝達される。

さらに、ピエゾ素子４０には、ＥＣＵ５が電気的に接続されており、ＥＣＵ５には、車速センサ６および車両の速度を検出する車速センサ６およびトルクセンサ７が接続されている。車速センサ６は、電動パワーステアリング装置Ｍが設けられている車両の車速を計測しており、計測した車速を車速信号としてＥＣＵ５に出力する。トルクセンサ７は、ステアリングシャフト２に設けられており、ステアリングシャフト２にかかるトルクを検出し、トルク信号としてＥＣＵ５に出力している。

ＥＣＵ５では、車速センサ６から出力された車速信号およびトルクセンサ７から出力されたトルク信号に基づいて、ウォームシャフト１０の可動距離を決定し、決定された可動距離に対応する電流をピエゾ素子４０に供給している。

以上の構成を有する本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の動作について説明する。

電動パワーステアリング装置ＭのＥＣＵ５では、車速センサ６から出力される車速信号およびトルクセンサ７から出力されるトルク信号に基づいて、ウォームシャフト１０の可動距離を決定している。ウォームシャフト１０の可動距離を決定する際の基本的な考え方としては、車両が悪路を走行中には可動距離を長く、車両が高速走行を行っている際には可動距離を短くするというものである。

車両が悪路を走行しているか否かは、トルクセンサ７から出力されるトルク信号の高周波成分を取り出し、この高周波成分を参照することにより判断することができる。また、高速走行を行っているか否かは、車速信号を参照することにより判断することができる。そして、トルク信号の高周波成分および車速信号に所定の閾値を設定し、この閾値を超えたときに、ウォームシャフト１０の可動距離を調整する。

ウォームシャフト１０の可動距離は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ピエゾ素子４０とウォームピニオン１２との間の距離Ｌ１、およびウォームピニオン１２と右ストッパ３１との間の距離Ｌ２の加算した距離となる。通常時にはピエゾ素子４０には所定の電流を供給して、ピエゾ素子４０の体積を少し大きくしておき、ウォームシャフト１０の可動距離は、たとえば０．４ｍｍ程度に調整しておく。

この状態から、車速センサ６から出力される車速信号が車速下限閾値Ｖ１を下回り、トルクセンサ７から出力されるトルク信号の高周波成分がトルク上限閾値ＭＴ１を上回ったとき、車両は悪路を走行していると判断することができる。このような悪路走行時には、図２（ａ）に示すように、ピエゾ素子４０の体積を小さくするようにピエゾ素子４０に対する電流の供給を停止する。こうしてピエゾ素子４０の体積を減少させると、ピエゾ素子４０とウォームピニオン１２との間の距離Ｌ１が長くなる。このため、ウォームピニオン１２とストッパ３１との間の距離Ｌ２は不変であるが、全体としてウォームシャフト１０の可動距離が長くなる。

このように、ウォームシャフト１０の可動距離が長くなることにより、ウォームシャフト１０の可動範囲が広くなり、ウォームシャフト１０がウォームホイール２０に対して相対的に移動することができる範囲が広くなる。このため、ウォームシャフト１０とウォームホイール２０との間に生じる歯打ち音を低減することができる。

一方、車速センサ６から出力される車速信号が車速上限閾値Ｖ２を上回り、トルクセンサ７から出力されるトルク信号の高周波成分がトルク下限閾値ＭＴ２を下回ったときには、車両が高速走行をしていると判断することができる。

このような高速走行時には、図２（ｂ）に示すように、ピエゾ素子４０の体積を大きくするように、ピエゾ素子４０に電流を供給する。こうして、ピエゾ素子４０の体積を増加させると、ピエゾ素子４０とウォームピニオン１２との間の距離Ｌ２が短くなる。このため、ウォームピニオン１２とストッパ３１との間の距離Ｌ２は不変であるが、全体としてウォームシャフト１０の可動距離が短くなる。

このようにウォームシャフト１０の可動距離が短くなることにより、ウォームシャフト１０の可動範囲が狭くなり、ウォームシャフト１０がウォームホイール２０に対して相対的に移動することができる範囲が狭くなる。このため、ステアリングシャフト２に対する電動モータ３の影響力を大きくすることができるので、高速走行時におけるフラッタなどのステアリング振動を好適に防止することができる。

また、車速センサ６から出力される車速信号およびトルクセンサ７から出力されるトルク信号の高周波成分が上記以外の範囲にあるときには、悪路走行や高速走行による歯打ち音やフラッタなどのステアリング振動は少ない。この場合には、ピエゾ素子４０が通常の大きさとなる電流をピエゾ素子４０に供給して、ウォームシャフト１０の可動範囲を通常の広さとしておけばよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では可動距離調整手段としてピエゾ素子を用いているが、アクチュエータやピストン・シリンダ機構などを用いることもできる。また、悪路走行を判断するためにタイロッドの軸力を用いることができる。あるいは、操舵角を検出することにより、直進判定を行って、その結果から悪路判定をすることもできる。

また、上記実施形態では、ストッパ３０，３１のうち、左ストッパ３０のみにピエゾ素子４０を設けているが、両方のストッパにピエゾ素子（可動距離調整手段）を設ける態様とすることもできる。あるいは、ストッパはウォームシャフトの一方側にのみ設けて、このストッパに可動距離調整手段を設けることもできる。さらに、上記実施形態では、ピエゾ素子の体積を３段階に設定しているが、たとえば無段階的にピエゾ素子の体積を調整する態様とすることもできる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の要部構成図である。 電動パワーステアリングの作動状態を示す構成図であり、（ａ）はピエゾ素子の体積が減少した状態を示し、（ｂ）はピエゾ素子の体積が増加した状態を示す。 従来の電動パワーステアリング装置の要部構成図である。

符号の説明

１…減速機、２…ステアリングシャフト、３…電動モータ、４…摺動部材、５…ＥＣＵ、６…車速センサ、７…トルクセンサ、１０…ウォームシャフト、１１…シャフト、１２…ウォームピニオン、２０…ウォームホイール、３０，３１…ストッパ、３２，３３…スプリング、４０…ピエゾ素子、Ｍ…電動パワーステアリング装置。

Claims (2)

1. ウォームピニオンが設けられ、電動モータの出力シャフトに接続されたウォームシャフトと、ステアリングシャフトに接続され、前記ウォームピニオンに噛み合うウォームホイールと、を備え、前記電動モータの回転を前記ステアリングシャフトに伝達する伝達機構を有する電動パワーステアリング装置において、
   前記ウォームシャフトが、前記ウォームホイールに対して、前記ウォームシャフトの軸方向に移動可能とされる一方、前記ウォームシャフトと離間して、前記ウォームシャフトの前記移動方向への移動を抑制するストッパが設けられ、前記ウォームシャフトは前記ストッパが設けられた位置までの可動距離内で移動自在とされており、
   前記ウォームシャフトと前記ストッパとの間に弾性部材が介在されているとともに、前記ストッパと前記ウォームシャフトとの間に、可動距離調整手段が設けら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. 前記可動距離調整手段が、ピエゾ素子である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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