JP2005239131A

JP2005239131A - Electric power steering device

Info

Publication number: JP2005239131A
Application number: JP2005017714A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Sadakata; 清定方; Hiromichi Komori; 宏道小森
Original assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Current assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2005-09-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device having excellent steering property at a low cost by making torque fluctuation be located in a phase region on a side for reducing steering torque in the vicinity of a maximum steering angle requiring steering torque most when performing a steering wheel operation by utilizing torque fluctuation generated in a steering system by improving a joint structure of an intermediate shaft, etc. constituting a steering system, without the necessity of using a motor of large capacity. <P>SOLUTION: In this steering device, the steering system from a steering shaft to a steering gear part via the intermediate shaft are connected by a joint, and torque fluctuation is caused by the joint. The position of the maximum steering angle of the steering wheel is set in a region where a transmission torque ratio (steering torque on the steering shaft side/transmission torque on the steering gear part side) of the torque fluctuation becomes ≤1.0. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の改良に関し、インタミシャフト周辺に配されるジョイントなどに起因して必然的に発生するトルク変動を利用し、ＥＰＳの出力不足を補うようにしたものに関する。 The present invention relates to an improvement in an electric power steering apparatus, and relates to an apparatus that compensates for an insufficient output of an EPS by utilizing a torque fluctuation that is inevitably generated due to a joint arranged around an intermediate shaft.

車両の舵取り装置は、例えば非特許文献１などに開示されている。同文献１の図１１では、ハンドル５１の操作をステアリングシャフト５２からステアリングギア部５３に伝え、ピップマンアーム５４を介してタイロッド５５を往復動させることにより、キングピン５６の回りでステアリングアーム５７を回転させて、車輪５８の方向を変化させるようになっている。 A vehicle steering device is disclosed in Non-Patent Document 1, for example. In FIG. 11 of the document 1, the operation of the handle 51 is transmitted from the steering shaft 52 to the steering gear portion 53, and the tie rod 55 is reciprocated through the Pipman arm 54, whereby the steering arm 57 is rotated around the king pin 56. Thus, the direction of the wheel 58 is changed.

また、この舵取り装置を電動パワーステアリング装置に搭載する場合、ステアリングシャフト５２とステアリングギア部５３のピニオン軸は、レイアウト上の観点から異なる位置に配され、インタミシャフトを介して連結される。その場合、両軸の軸長や取付角度も異なるため、インタミシャフトの両端には、ユニバーサルジョイント（カルダンジョイント）が取り付けられ、ステアリングシャフト５２からステアリングギア部５３に至るステアリング系を機械的に連結させるようになっている。 When this steering device is mounted on an electric power steering device, the steering shaft 52 and the pinion shaft of the steering gear portion 53 are arranged at different positions from the viewpoint of layout and are connected via an intermediate shaft. In this case, since the shaft lengths and mounting angles of both shafts are different, universal joints (cardan joints) are attached to both ends of the intermediate shaft, and the steering system from the steering shaft 52 to the steering gear portion 53 is mechanically coupled. It is like that.

この場合、ハンドル５１の操作によって、タイロッド５５の往復動により、ステアリングアーム５７をキングピン５６の回りで回転させて車輪５８の方向を変化させる。そのため、ハンドル５１の切れ角が最大付近になると、どうしても車輪５８の方向変化に要する力が大きくなる。すなわち、この付近では、タイロッド５５からの出力をステアリングアーム５７の回転軌跡の接線方向に効率よく働かせることができないため、操舵に要する力が大きくなってしまう。 In this case, by operating the handle 51, the steering arm 57 is rotated around the king pin 56 by the reciprocation of the tie rod 55 to change the direction of the wheel 58. Therefore, when the turning angle of the handle 51 is near the maximum, the force required for changing the direction of the wheel 58 inevitably increases. That is, in this vicinity, the output from the tie rod 55 cannot be efficiently applied in the tangential direction of the rotation trajectory of the steering arm 57, so that the force required for steering is increased.

ところで、ＥＰＳ、例えばコラム型ＥＰＳでは、ステアリングシャフトのアシストトルクは、インタミシャフトを介してステアリングギア部に伝達される。その際、インタミシャフトとして、カルダンジョイントなどのユニバーサルジョイントを採用することが多い。このユニバーサルジョイントは、駆動軸に接続されたヨークと、従動軸に接続されたヨークを十字軸によって回転自在に接続し、駆動軸の回転を従動軸に等しく伝達するように構成される。 By the way, in EPS, for example, column type EPS, the assist torque of a steering shaft is transmitted to a steering gear part via an intermediate shaft. At that time, a universal joint such as a cardan joint is often used as the intermediate shaft. The universal joint is configured to rotatably connect a yoke connected to the drive shaft and a yoke connected to the driven shaft by a cross shaft and transmit the rotation of the drive shaft equally to the driven shaft.

ところが、インタミシャフトに、１つのユニバーサルジョイントを用いた場合、駆動軸の回転運動と従動軸の回転運動の間で構造的な相対変位、すなわち回転運動の非同一性が生じる。その結果、ハンドルの操作角度と車輪の操舵角度が異なってしまい、車輪の正確な操舵が困難になるという問題があった。 However, when one universal joint is used for the intermediate shaft, a structural relative displacement, that is, non-identity of the rotational motion occurs between the rotational motion of the drive shaft and the rotational motion of the driven shaft. As a result, there has been a problem that the steering angle of the steering wheel and the steering angle of the wheel are different, and accurate steering of the wheel becomes difficult.

そのため、インタミシャフトの両端に、一対のユニバーサルジョイントを用いた場合、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｗ字状或いはＺ字状に配置すれば、駆動軸側のジョイント角α１と、従動軸側のジョイント角α２とが等しくなり、駆動軸の回転運動と被駆動軸の回転運動が実質的に同一となるため、正確な操舵精度を得ることができる。 Therefore, when a pair of universal joints are used at both ends of the intermediate shaft, as shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), the joint angle α1 on the drive shaft side can be obtained by arranging in a W shape or a Z shape. Since the joint angle α2 on the driven shaft side becomes equal and the rotational motion of the drive shaft and the rotational motion of the driven shaft are substantially the same, accurate steering accuracy can be obtained.

ここで、駆動軸側（この場合、ステアリングシャフト側）のジョイント角α１は、駆動軸の中心軸とインタミシャフトの中心軸との間の角度であり、被駆動軸側（この場合、ステアリングギア部側）のジョイント角α２は、インタミシャフトの中心軸と従動軸の中心軸との間の角度である。
理論自動車工学入門（日刊工業新聞社編）、第１章自動車の構造と機能特許第２１３３９７７号公報 Here, the joint angle α1 on the drive shaft side (in this case, the steering shaft side) is an angle between the central axis of the drive shaft and the central axis of the intermediate shaft, and the driven shaft side (in this case, the steering gear portion) The side joint angle α2 is an angle between the central axis of the intermediate shaft and the central axis of the driven shaft.
Introduction to theoretical automotive engineering (edited by Nikkan Kogyo Shimbun), Chapter 1 Structure and function of automobiles Japanese Patent No. 2133777

ところが、ハンドルの操作角に対し角速度比（伝達トルク比の逆数）を一定にすることは、理論的には可能であり、極力伝達トルク比の変動を小さくするようにジョイントの位相配置を選択することになるが、現実のステアリング装置では、伝達トルク比の変動をゼロにすることは困難であった。 However, it is theoretically possible to make the angular velocity ratio (reciprocal of the transmission torque ratio) constant with respect to the operation angle of the steering wheel, and the phase arrangement of the joints is selected so as to minimize the fluctuation of the transmission torque ratio. However, in an actual steering device, it is difficult to make the fluctuation of the transmission torque ratio zero.

つまり、ステアリングシャフトとステアリングギア部との配置関係は、通常、レイアウト上などの車体構造的な理由から、ステアリングシャフト側のジョイント角α１とステアリングギア部側のジョイント角α２とが異なった状態で配置される。 That is, the arrangement relationship between the steering shaft and the steering gear portion is usually arranged in a state where the joint angle α1 on the steering shaft side and the joint angle α2 on the steering gear portion side are different from each other for reasons of vehicle structure such as layout. Is done.

なお、ユニバーサルジョイントは、回り対偶の軸心が一点を通る球面運動連鎖であり、各ユニバーサルジョイントでは、ステアリングシャフト側の回転角速度ω１とステアリングギア部側の回転角速度ω２との角速度比（ω１／ω２）は、ｃｏｓα／（１−ｓｉｎ^２θ・ｓｉｎ^２α）である。 The universal joint is a spherical motion chain in which the axis of the turning pair passes through one point. In each universal joint, the angular velocity ratio (ω1 / ω2) between the rotational angular velocity ω1 on the steering shaft side and the rotational angular velocity ω2 on the steering gear portion side. ) Is cos α / (1-sin ² θ · sin ² α).

その結果、ステアリングシャフト側の回転運動と、ステアリングギア部側の回転運動との間に、相対的な変位、すなわち回転運動に非同一性が生じ、ハンドルの操作角と車輪の操舵角とが異なってしまい、インタミシャフト回りのトルク伝達に非同一性が発生して操舵トルクに変動が生じ（図１３参照）、正確な操舵を行うことが困難であった。 As a result, there is a relative displacement between the rotational motion on the steering shaft side and the rotational motion on the steering gear side, that is, non-identity in the rotational motion, and the steering wheel angle and the wheel steering angle are different. As a result, non-identity occurs in torque transmission around the intermediate shaft and fluctuations occur in the steering torque (see FIG. 13), making it difficult to perform accurate steering.

また、操舵トルクは、ハンドルの最大切れ角付近で最も大きくなるが、操舵トルクの変動が、最大切れ角付近で正側領域（図１３のＢ領域）の位相、すなわち必要な操舵トルクを増加させなければならないような位相にあると、アシスト力がより一層不足するという弊害を生じ、ハンドル操作が重すぎる感覚を与えることになる。特にコラム型ＥＰＳの場合、寸法的制約のためにモータでのアシスト力が大きくできず、操舵力不足という弊害がより顕著になる。ここで、最大切れ角とは、ハンドルを回転させて転舵した時に、ラック軸がストッパーに当接し回転しなくなる最大の操舵角をいい、通常、片側に１．５回転で約５４０度程度である。 Further, the steering torque becomes the maximum near the maximum steering angle of the steering wheel, but the fluctuation of the steering torque increases the phase of the positive side region (B region in FIG. 13), that is, the necessary steering torque near the maximum steering angle. If it is in a phase where it must be, an adverse effect that the assist force is further insufficient is caused, giving a sense that the steering wheel operation is too heavy. In particular, in the case of a column type EPS, the assist force at the motor cannot be increased due to dimensional constraints, and the adverse effect of insufficient steering force becomes more prominent. Here, the maximum turning angle refers to the maximum steering angle at which the rack shaft abuts against the stopper and does not rotate when the steering wheel is turned, and is normally about 540 degrees with 1.5 rotations on one side. is there.

また、アシスト力不足を回避するため、予備のアシスト用モータを備え、最大切れ角付近のためにだけ、予備のモータを使用するのも、コスト的に無駄で、モータの慣性による操舵応答性も低下し、本質的な解決策ではない。 In order to avoid shortage of assist force, a spare assist motor is provided, and the spare motor is used only for the vicinity of the maximum turning angle, which is wasteful in cost and steering response due to the inertia of the motor. It ’s not an essential solution.

ちなみに、ハンドルの最大切れ角付近で、アシスト力の不足を補うために、例えば特許文献２では、図１４に示すように、特殊なＶＧＲ（ＶａｒｉａｂｌｅＧｅａｒＲａｔｉｏ）ギアを用いた構成、すなわちステアリングギア部のピニオン歯７１とラック歯７２の噛合部に、ラック歯７２の中央Ｃから端部に向かって圧力角を減少させるような構成（圧力角α１から圧力角α２に減少する構成）になっている。これにより、最大切れ角付近の操舵力を緩和し、ハンドルの操作範囲の全域に亘って一定の操舵力が得られるようにしたものが開示されている。 Incidentally, in order to compensate for the lack of assist force near the maximum turning angle of the steering wheel, for example, in Patent Document 2, as shown in FIG. 14, a configuration using a special VGR (Variable Gear Ratio) gear, that is, a steering gear portion. The pinion teeth 71 and the rack teeth 72 mesh with each other so that the pressure angle decreases from the center C to the end of the rack teeth 72 (configuration that decreases from the pressure angle α1 to the pressure angle α2). . Thus, there is disclosed a technique in which the steering force in the vicinity of the maximum turning angle is relaxed and a constant steering force can be obtained over the entire operation range of the steering wheel.

ところが、上記ＶＧＲを使用したものでは、ラック歯７２の圧力角が一定でないため、ピニオン歯７１との噛合部における強度上の問題や、歯同士の衝突に起因する騒音などの新たな問題を発生する恐れがあった。 However, in the case where the VGR is used, the pressure angle of the rack teeth 72 is not constant, so that new problems such as a problem in strength at the meshing portion with the pinion teeth 71 and noise due to the collision between the teeth occur. There was a fear.

そこで、本発明の目的は、ステアリング系を構成するインタミシャフトなどのジョイント構造を改良することにより、ステアリング系に発生するトルク変動を利用して、ハンドル操作時に最も操舵力を必要とする最大切れ角付近で、トルク変動を操舵トルクを減らす側の位相領域になるようにし、大きな容量のモータを用いる必要性をなくし、低コストで、操舵性に優れた装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the joint structure such as an intermediate shaft that constitutes the steering system, and to utilize the torque fluctuation generated in the steering system, thereby making the maximum turning angle that requires the most steering force during steering operation. An object of the present invention is to provide a device that is low in cost and excellent in steering performance, by making the torque fluctuation close to the phase region on the side where the steering torque is reduced, eliminating the need to use a motor with a large capacity.

本発明の上記目的は、ステアリングシャフトからインタミシャフトを介してステアリングギア部に至るステアリング系をジョイントによって連結し、前記ジョイントに起因してトルク変動が生じるステアリング装置において、トルク変動の伝達トルク比（ステアリングシャフト側の操舵トルク／ステアリングギア部側の伝達トルク）が１．０以下となる領域に、ハンドルの最大切れ角位置を設定したことにより、達成される。 An object of the present invention is to provide a torque fluctuation transmission torque ratio (steering) in a steering device in which a steering system from a steering shaft to an steering shaft via an intermediate shaft is connected by a joint and torque fluctuation occurs due to the joint. This is achieved by setting the maximum turning angle position of the steering wheel in a region where the steering torque on the shaft side / transmission torque on the steering gear portion side is 1.0 or less.

また、前記目的は、前記最大切れ角の位置を、前記トルク変動でステアリングシャフト側の操舵トルクよりステアリングギア部側の伝達トルクを増やす側の位相領域に設定し、前記最大切れ角付近で、操舵角に対して、前記伝達トルク比の変動が減少する過程の領域になるようにしたことにより、効果的に達成される。 Further, the object is to set the position of the maximum turning angle in a phase region on the side where the transmission torque on the steering gear side is increased from the steering torque on the steering shaft side by the torque fluctuation, and the steering is performed near the maximum turning angle. This is effectively achieved by making it an area of a process in which the fluctuation of the transmission torque ratio decreases with respect to the angle.

以上のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、インタミシャフトの両端に配されたカルダンジョイントなどのユニバーサルジョイントの取り付け構造を改良し、トルク変動の伝達トルク比（ステアリングシャフト側の操舵トルク／ステアリングギア部側の伝達トルク）が１．０以下となる領域に、ハンドルの最大切れ角位置を設定した。これにより、ユニバーサルジョイントに起因して生ずるトルク変動を操舵トルクの低減に利用できる。さらに、ハンドル操作時に最も操舵トルクを必要とする最大切れ角付近の位置をユニバーサルジョイントに起因するトルク変動で操舵トルクを減らす側の位相領域にあるようにし、さらに操舵角に対して、前記伝達トルク比の変動が減少する過程の領域になるようにすることにより、アシストモータの出力が限界であっても操舵トルクの変化は減る方向であるため、ハンドル操作に違和感がなくなる。その結果、複数のジョイントで連結されたコラムに必然的に発生するトルク変動を有効に利用し、最大切れ角付近で、ＥＰＳによるアシスト力の不足状態を緩和することができ、操舵性、特に操舵応答性も良好に維持することができる。また、最大切れ角付近で、出力不足を緩和するために、別途ＶＧＲギアなど、付加的な部材を用いる必要がなく、装置全体のコストダウン化を図ることができる。 As described above, according to the electric power steering apparatus according to the present invention, the mounting structure of the universal joint such as the cardan joint disposed at both ends of the intermediate shaft is improved, and the torque variation transmission torque ratio (the steering torque on the steering shaft side) is improved. The steering wheel maximum turning angle position is set in a region where the transmission torque on the steering gear portion side is 1.0 or less. Thereby, the torque fluctuation caused by the universal joint can be used to reduce the steering torque. Further, the position near the maximum turning angle that requires the most steering torque when operating the steering wheel is in a phase region on the side where the steering torque is reduced by torque fluctuation caused by the universal joint, and further, the transmission torque with respect to the steering angle. By making the ratio change range, the steering torque changes in a direction that decreases even when the output of the assist motor is at the limit. As a result, torque fluctuations inevitably generated in columns connected by a plurality of joints can be effectively used, and an insufficient assist force due to EPS can be alleviated near the maximum turning angle. Responsiveness can also be maintained well. Further, in order to alleviate the shortage of output near the maximum turning angle, there is no need to use an additional member such as a separate VGR gear, and the cost of the entire apparatus can be reduced.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示し、同図において、ハンドル１から、ステアリングコラム２、ユニバーサルジョイント３、インタミシャフト４、ユニバーサルジョイント５、およびステアリングギア部６に連結されている。このステアリングギア部６は、ピニオン軸７とラック軸８とから構成され、ピニオン軸７の回転をラック軸８の水平運動に変換させるようになっている。 FIG. 1 shows a schematic configuration of an electric power steering device according to the present invention. In FIG. 1, a steering column 1 is connected to a steering column 2, a universal joint 3, an intermediate shaft 4, a universal joint 5, and a steering gear portion 6. ing. The steering gear unit 6 includes a pinion shaft 7 and a rack shaft 8, and converts the rotation of the pinion shaft 7 into a horizontal motion of the rack shaft 8.

また、ステアリングコラム２には、モータ９の駆動力を減速するための減速ギア１０が設けられ、モータ９の回転力を減速してステアリングコラム２内のステアリングシャフトに伝達させるようになっている。また、減速ギア１０のハンドル１側には、トルクセンサ１１が配されていて、該トルクセンサ１１からのトルク信号は、車速センサ１２からの車速信号とともに、コントロールユニット（ＥＣＵ）１３に送られるようになっている。また、コントロールユニット１３には、供給電源としてのバッテリー１４にイグニッションスイッチ１５を介して接続されている。なお、１６はヒューズである。 The steering column 2 is provided with a reduction gear 10 for reducing the driving force of the motor 9 so that the rotational force of the motor 9 is reduced and transmitted to the steering shaft in the steering column 2. A torque sensor 11 is disposed on the handle 1 side of the reduction gear 10, and a torque signal from the torque sensor 11 is sent to a control unit (ECU) 13 together with a vehicle speed signal from the vehicle speed sensor 12. It has become. Further, the control unit 13 is connected to a battery 14 as a power supply via an ignition switch 15. Reference numeral 16 denotes a fuse.

また、ラック軸８の両端には、それぞれボールジョイント１７を介してタイロッド１８が配され、該タイロッド１８の往復動に応じて、キングピン１９を軸としてステアリングアーム２０が回転自在に設けられていて、車輪２１の方向変化を行うようになっている。よって、ハンドル１を図１矢印方向に操作すると、車輪２１は同図矢印方向に回動する。 In addition, tie rods 18 are disposed at both ends of the rack shaft 8 via ball joints 17, and a steering arm 20 is rotatably provided around the king pin 19 in accordance with the reciprocation of the tie rod 18. The direction of the wheel 21 is changed. Therefore, when the handle 1 is operated in the arrow direction in FIG. 1, the wheel 21 rotates in the arrow direction in the figure.

そして、ハンドル１を操作すると、図２に示すように、タイロッド１８は、同図矢印方向に移動し（実線位置から二点鎖線位置まで）、キングピン１９を軸としてステアリングアーム２０が回転し、車輪２１が同図のθ１だけ傾斜する。よって、車輪２１が図２の実線位置にある場合、車輪２１には、タイロッド１８からの操舵力Ｔが有効に作用するのに対し、ステアリングアーム２０の回転によって車輪２１が図２の二点鎖線位置になると、車輪２１には、タイロッド１８からの操舵力Ｔのうち傾斜角θ１に比例する分力だけが作用することになる。一方、図３に示すように、ハンドル１を逆方向に操作すると、タイロッド１８は、同図矢印方向に移動し（実線位置から二点鎖線位置まで）、キングピン１９を軸としてステアリングアーム２０が回転し、車輪２１が同図のθ２だけ傾斜する。よって、車輪２１が図３の実線位置にある場合、車輪２１には、タイロッド１８からの操舵力Ｔが有効に作用するのに対し、ステアリングアーム２０の回転によって車輪２１が図３の二点鎖線位置になると、車輪２１には、タイロッド１８からの操舵力Ｔのうち、傾斜角θ２に比例する分力だけが作用することになる。以上のように、ハンドル１の切れ角が最大になる場合に、操舵に要する力が最も大きくなる。 When the handle 1 is operated, as shown in FIG. 2, the tie rod 18 moves in the arrow direction (from the solid line position to the two-dot chain line position), and the steering arm 20 rotates about the kingpin 19 as an axis. 21 is inclined by θ1 in FIG. Therefore, when the wheel 21 is in the position of the solid line in FIG. 2, the steering force T from the tie rod 18 effectively acts on the wheel 21, whereas the wheel 21 is rotated by the rotation of the steering arm 20. At the position, only a component force proportional to the inclination angle θ1 of the steering force T from the tie rod 18 acts on the wheel 21. On the other hand, as shown in FIG. 3, when the handle 1 is operated in the reverse direction, the tie rod 18 moves in the arrow direction (from the solid line position to the two-dot chain line position), and the steering arm 20 rotates about the king pin 19 as an axis. Then, the wheel 21 is inclined by θ2 in FIG. Therefore, when the wheel 21 is at the solid line position in FIG. 3, the steering force T from the tie rod 18 effectively acts on the wheel 21, whereas the wheel 21 is rotated by the rotation of the steering arm 20. At the position, only the component force proportional to the inclination angle θ2 of the steering force T from the tie rod 18 acts on the wheel 21. As described above, when the turning angle of the steering wheel 1 is maximized, the force required for steering is maximized.

また、前記インタミシャフト４は、ステアリングコラム２とピニオン軸７との間に配され、その両端のユニバーサルジョイント３，５を介してハンドル１側の回転をピニオン軸７側の回転に伝達させるようになっている。 The intermediate shaft 4 is disposed between the steering column 2 and the pinion shaft 7 and transmits the rotation on the handle 1 side to the rotation on the pinion shaft 7 side through the universal joints 3 and 5 at both ends thereof. It has become.

ここで、ユニバーサルジョイント３，５は、それぞれ球面運動連鎖になり、駆動軸側の回転角をθとし、駆動軸と従動軸のなす角をαとすれば、角速度比は、ｃｏｓα／（１−ｓｉｎ^２θｓｉｎ^２α）になる。 Here, the universal joints 3 and 5 each have a spherical motion chain, and if the rotation angle on the drive shaft side is θ and the angle between the drive shaft and the driven shaft is α, the angular velocity ratio is cos α / (1− sin ² θsin ² α).

また、ユニバーサルジョイント３，５は、インタミシャフト４の両端に配され、ハンドル１の中立（直進）時に、図４のように配置される場合、ハンドル１の操作角に対して、操舵力は、中立（直進）時を基準として直線的に増大し、トルクは、図５に示すように、周期的に変動する。 Further, when the universal joints 3 and 5 are arranged at both ends of the intermediate shaft 4 and are arranged as shown in FIG. 4 when the handle 1 is neutral (straight), the steering force with respect to the operation angle of the handle 1 is As shown in FIG. 5, the torque increases linearly with reference to neutral (straight) time, and the torque fluctuates periodically.

また、任意のジョイント角で連結されたステアリング装置では、ジョイント部での入力軸と出力軸との角速度比が、操舵角（ハンドル１の回転角）に対して変動する。その際、入力軸と出力軸の角速度比（ωａ／ωｄ）と、伝達トルク比（Ｔａ／Ｔｄ）とは、Ｔａ・ωａ＝Ｔｄ・ωｄ、すなわちＴａ／Ｔｄ＝ωｄ／ωａの関係にある。よって、図６に示すように、角速度比がハンドル１の回転角に対して変動するとき、伝達トルク比は、ハンドル１の回転角に対して逆比例の関係で変動する。 Further, in the steering device connected at an arbitrary joint angle, the angular velocity ratio between the input shaft and the output shaft at the joint portion varies with respect to the steering angle (the rotation angle of the steering wheel 1). At this time, the angular velocity ratio (ωa / ωd) between the input shaft and the output shaft and the transmission torque ratio (Ta / Td) are in a relationship of Ta · ωa = Td · ωd, that is, Ta / Td = ωd / ωa. Therefore, as shown in FIG. 6, when the angular velocity ratio varies with the rotation angle of the handle 1, the transmission torque ratio varies in an inversely proportional relationship with the rotation angle of the handle 1.

また、例えばラック＆ピニオンなどのステアリングギア部を備えたステアリングシステムでは、図７に示すように、操舵角が大きくなるに従って、ステアリングギア部での出力が大きくなる。 Further, in a steering system including a steering gear section such as a rack and pinion, for example, as shown in FIG. 7, the output at the steering gear section increases as the steering angle increases.

そして、操舵力（操舵トルク）は、操舵角に応じて、ラックを作動するのに要するトルク変動値と、ジョイント部でのトルク変動値とを重ね合わせた値になり、操舵角が最大切れ角付近になると、必要な操舵力が最も大きくなる。そのため、本実施例では、トルク変動の伝達トルク比、すなわちステアリングシャフト側の操舵トルク（Ｔａ）／ステアリングギア部側の伝達トルク（Ｔｄ）を、図８に示すように、１．０以下となる領域にハンドルの最大切れ角を設定するようになっている。すなわち、トルク変動において、最大切れ角付近は、出力トルク（伝達トルク）を増やす側のトルク変動領域に設定される。その結果、操舵力は、トルク変動において最大切れ角付近で出力トルクを増大する側に変動し、その分アシスト力を補償することになる。 The steering force (steering torque) is a value obtained by superimposing the torque fluctuation value required to operate the rack in accordance with the steering angle and the torque fluctuation value at the joint portion. When it is near, the required steering force is the largest. Therefore, in this embodiment, the torque fluctuation transmission torque ratio, that is, the steering torque (Ta) on the steering shaft side / the transmission torque (Td) on the steering gear portion side is 1.0 or less as shown in FIG. The maximum cutting angle of the handle is set in the area. That is, in the torque fluctuation, the vicinity of the maximum turning angle is set to the torque fluctuation area on the side where the output torque (transmission torque) is increased. As a result, the steering force fluctuates to increase the output torque near the maximum turning angle in the torque fluctuation, and the assist force is compensated accordingly.

従って、上記実施例では、いずれか一方の側にハンドル１を切ると、操舵力は、図８に示すように、操舵角に対して周期的なトルク変動曲線を呈する。その際、トルク変動曲線の位相は、ジョイント部の向きによって任意に調整できる。例えば、ユニバーサルジョイント３，５を図９のような配置にすると、図８の一点鎖線で示す変動曲線を描き、図１０のような配置にすると、図８のニ点鎖線で示す変動曲線を描く。つまり、ユニバーサルジョイント３，５を図９のような配置にすれば、ハンドル１の最大切れ角付近を、操舵トルクを増やす側の位相領域になるように設定することができる。特に、最大切れ角の位置を、図８の一点鎖線のうち負の傾きである太線部（Ｄ部）に設定すれば、アシスト力の補償が増大し、トルク変動をより効果的に利用することができる。その結果、アシスト力不足をより一層軽減することができ、モータ容量の増大を抑え、予備のモータを設けたり、ＶＧＲなどの付加的な部材を用いる必要がなく、低コストで、操舵性、特に操舵応答性を良好に維持することができる。 Therefore, in the above embodiment, when the handle 1 is turned to either side, the steering force exhibits a periodic torque fluctuation curve with respect to the steering angle as shown in FIG. At that time, the phase of the torque fluctuation curve can be arbitrarily adjusted by the direction of the joint portion. For example, when the universal joints 3 and 5 are arranged as shown in FIG. 9, a variation curve indicated by a one-dot chain line in FIG. 8 is drawn, and when arranged as shown in FIG. 10, a variation curve indicated by a two-dot chain line in FIG. . That is, if the universal joints 3 and 5 are arranged as shown in FIG. 9, the vicinity of the maximum turning angle of the steering wheel 1 can be set to be a phase region on the side where the steering torque is increased. In particular, if the position of the maximum turning angle is set to a thick line portion (D portion) that is a negative slope of the one-dot chain line in FIG. 8, compensation of assist force increases, and torque fluctuations can be used more effectively. Can do. As a result, the shortage of assist force can be further reduced, the increase in motor capacity is suppressed, there is no need to provide a spare motor, and no additional member such as VGR is required, and the steering performance, particularly at low cost. Steering response can be maintained well.

以上のように、上記実施例では、ハンドル１の最大切れ角付近で、トルク変動曲線が操舵トルクを減少させるような位相領域になるように、ユニバーサルジョイント３，５を組み付け、トルク変動の伝達トルク比が、１．０以下となる領域に、ハンドル１の最大切れ角を設定した。また、最大切れ角の位置は、トルク変動曲線で、図８に示すように、操舵トルクを減らす側の領域であって、伝達トルク比の変動が、減少する過程の領域になるように設定した。これにより、ハンドル１の操作に大きな操舵力を要する最大切れ角付近で、ユニバーサルジョイント３，５などに起因するステアリング系のトルク変動を有効に利用することができる。すなわち、最大切れ角付近で、トルク変動がＥＰＳの出力を増やす側の位相に設定したので、トルク変動のうちアシスト力の余裕側位相を有効に活用し、最大切れ角付近で、アシスト力の不足を補うようにした。よって、ＶＧＲなどの付加的な部材や大容量のモータなどを設ける必要がなく、装置のコストダウン化を図ることができ、また、モータの慣性を効率的に抑えることができ、操舵性や追従性を損なうことなく、操舵安定性が良好になる。 As described above, in the above embodiment, the universal joints 3 and 5 are assembled in the vicinity of the maximum turning angle of the handle 1 so that the torque fluctuation curve is in a phase region in which the steering torque is reduced, and the torque fluctuation transmission torque is assembled. The maximum turning angle of the handle 1 was set in an area where the ratio was 1.0 or less. Further, the position of the maximum turning angle is a torque fluctuation curve, and as shown in FIG. 8, it is set so that the steering torque is reduced and the transmission torque ratio fluctuation is in the process of decreasing. . Thereby, the torque fluctuation of the steering system caused by the universal joints 3 and 5 can be effectively used near the maximum turning angle that requires a large steering force for the operation of the steering wheel 1. In other words, since the torque fluctuation is set to the phase on the side where the EPS output increases near the maximum turning angle, the assist force margin side phase is effectively utilized among the torque fluctuations, and the assist force is insufficient near the maximum turning angle. To compensate. Therefore, there is no need to provide an additional member such as VGR or a large-capacity motor, and the cost of the apparatus can be reduced, and the inertia of the motor can be efficiently suppressed, and the steering performance and follow-up can be reduced. Steering stability is improved without impairing performance.

なお、ＣＧＲ（ＣｏｎｓｔａｎｔＧｅａｒＲａｔｉｏ）の場合、最大切れ角の位置で、角速度が最小になるように設定すれば、操舵力と相殺されて、ＣＧＲでありながら、いわゆるＶＧＲと同様の効果を得ることも可能である。また、直進付近（ハンドルの中立付近）にもトルク変動が生じるが、操舵に要する力が小さく、アシストモータの容量に余裕のある領域であるため、ＥＰＳの制御によって滑らかな回転角−トルク曲線を得ることができる。 In the case of CGR (Constant Gear Ratio), if the angular velocity is set to be minimum at the position of the maximum turning angle, the same effect as so-called VGR can be obtained even though CGR is offset by the steering force. Is also possible. Also, torque fluctuations occur near the straight line (near the steering wheel neutral), but the force required for steering is small and the capacity of the assist motor is sufficient. Therefore, a smooth rotation angle-torque curve is obtained by controlling EPS. Can be obtained.

本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an electric power steering apparatus according to the present invention. タイロッドからの操舵力によって車輪が方向変化する様子を説明する図である。It is a figure explaining a mode that a wheel changes direction by the steering force from a tie rod. 図２に対応する図であって、車輪が図２とは逆方向に方向変化する様子を説明する図である。It is a figure corresponding to FIG. 2, Comprising: It is a figure explaining a mode that a wheel changes direction in the reverse direction to FIG. インタミシャフトの両端に配されたジョイントの取り付け角の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship of the attachment angle of the joint distribute | arranged to the both ends of an intermediate shaft. ハンドルの操作角に対するトルク変動と操舵トルクの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the torque fluctuation | variation with respect to the operating angle of a steering wheel, and a steering torque. 操舵角に対する伝達トルク比の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the transmission torque ratio with respect to a steering angle. 操舵角に対する操舵トルクの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the steering torque with respect to a steering angle. 操舵角に対する操舵トルクの関係でトルク変動曲線を説明する図である。It is a figure explaining a torque fluctuation curve by the relation of steering torque with respect to a steering angle. インタミシャフトの両端にユニバーサルジョイントが取り付けられた状態を示す。The universal joint is attached to both ends of the intermediate shaft. インタミシャフトの両端にユニバーサルジョイントが取り付けられた状態を示し、トルク変動曲線が図９の配置とは逆位相になるように取り付けた状態を示す。9 shows a state in which universal joints are attached to both ends of the intermediate shaft, and shows a state in which the torque fluctuation curve is attached in an opposite phase to the arrangement of FIG. 一般的な舵取り装置を説明する図である。It is a figure explaining a general steering device. （ａ）および（ｂ）は、インタミシャフトに連結される駆動側および従動側のシャフトの取り付け角が同一である状態を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the state from which the attachment angle of the shaft of the drive side and driven side which are connected with an intermediate shaft is the same. ハンドルの操作角に対するトルク変動を示す図であり、最大切れ角時に位相が負側（不足側）にある状態を説明する図である。It is a figure which shows the torque fluctuation | variation with respect to the operating angle of a steering wheel, and is a figure explaining the state which has a phase in the negative side (insufficient side) at the time of the maximum turning angle. 従来のＶＧＲギア構造を示し、ラック歯とピニオン歯との噛合状態を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the conventional VGR gear structure and shows the meshing state of a rack tooth and a pinion tooth.

Explanation of symbols

１ハンドル
３ユニバーサルジョイント
４インタミシャフト
５ユニバーサルジョイント
７ピニオンシャフト
８ラック軸
９モータ
１０減速ギア
１３コントロールユニット
１８タイロッド
２０ステアリングアーム
２１車輪 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Handle 3 Universal joint 4 Intermediate shaft 5 Universal joint 7 Pinion shaft 8 Rack shaft 9 Motor 10 Reduction gear 13 Control unit 18 Tie rod 20 Steering arm 21 Wheel

Claims

In a steering device in which a steering system from a steering shaft through an intermediate shaft to a steering gear portion is connected by a joint, and torque fluctuation occurs due to the joint.
Electric power steering characterized in that the maximum turning angle position of the steering wheel is set in a region where the transmission torque ratio (steering torque on the steering shaft side / transmission torque on the steering gear portion side) in the torque fluctuation is 1.0 or less. apparatus.

The position of the maximum turning angle is set in a phase region on the side where the transmission torque on the steering gear portion side is increased from the steering torque on the steering shaft side due to the torque fluctuation, and the steering angle near the maximum turning angle is 2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the electric power steering apparatus is in a region where the fluctuation of the transmission torque ratio decreases.