JP2006036077A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 センサー回路基板の軸方向の幅の短縮化を図り、二次衝突時のコラプスストロークを増大すること。
【解決手段】 トルクセンサーTSのセンサー回路基板10は、両面実装により構成してあることから、センサー回路基板10の軸方向の幅(Yb)を短縮化することができ(例えば、約半分)、トルク検出機構部の軸方向の幅(X)より短くして、二次衝突時のコラプスストローク(Lb)を増大することができる。また、衝撃吸収用ワイヤー20を選択的に装着することができる選択的装着部を具備していることから、同じ車両でありながら、簡単に衝撃吸収性能を変更して、全世界に共通なステアリングコラムで、簡単に各国の法規を満足することができ、しかも、製造コストの低減を図ることができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生し、減速機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に関し、その衝撃吸収構造を改良した電動パワーステアリング装置に関する。
自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい(最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度)ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。
そこで、これらの問題を解決するものとして、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(Electric Power Steering、以下EPSと記す)が近年注目されている。EPSには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。
EPSでは、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、動力伝達機構(減速機)により減速して操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。
図6は、従来例に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
コラムアシスト式電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラムのロアーコラム2に、アッパーコラム1がテレスコピック摺動自在に嵌合してある。
これら両コラム1,2内に、互いにスプライン嵌合したアッパーシャフト(図示略)とロアーシャフト4(入力軸)とが回転自在に支持してある。ロアーシャフト4に対して、アッパーコラム1とアッパーシャフト(図示略)は、スプライン嵌合等により、テレスコピック摺動自在になっている。また、これらステアリングコラム等は、後述する電動パワーステアリング装置の前方側ハウジング14に形成したチルト中心TCの回りにチルト揺動できるようになっている。なお、ここでは、詳細に説明しないが、ステアリングコラムの中間部には、チルト・テレスコピック締付ロック機構TTLが設けてある。
ロアーシャフト4(入力軸)の車両前方側には、出力軸5が連結してある。この出力軸5の車両前方側には、自在継手UJを介して中間シャフト(図示略)が連結してある。
ロアーシャフト4(入力軸)の車両前方側には、トーションバー6の基端が圧入固定してあり、このトーションバー6は、中空に形成した出力軸5の内部を延在して、その先端が出力軸5の端部に固定ピン(図示略)により固定してある。
出力軸5の車両後方側には、トルクセンサーTSが設けてある。即ち、出力軸5の車両後方側には、トルクセンサーTSの検出用溝7が形成してあり、これらの溝7の径方向外方には、トルクセンサーTSのスリーブ8が配置してある。このスリーブ8は、その車両後方側端部がロアーシャフト4(入力軸)の車両前方側端部に加締め等により固定してある。スリーブ8の径方向外方には、コイル9やセンサー回路基板10等が設けてある。
出力軸5には、電動モータ(図示略)の駆動軸に連結したウォーム(図示略)に噛合したウォームホイール12が取付けてある。
これらウォーム及びウォームホイール12、トルクセンサーTS等は、ロアーコラム2に嵌合した後方側ハウジング13と、前方側ハウジング14とに収納してある。
従って、運転者がステアリングホイール(図示略)を操舵することにより発生した操舵力は、入力軸4、トーションバー6、出力軸5、及びラックアンドピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達される。
また、電動モータの回転力は、そのウォーム及びウォームホイール12を介して出力軸5に伝達されるようになっており、電動モータの回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸5に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。
さらに、車両の二次衝突時、車両前方への衝撃エネルギーが作用すると、アッパーコラム1は、ロアーコラム2に対してコラプスして、車両前方へ移動しながら衝撃エネルギーを吸収するようになっている。
また、この図6の従来例に於けるコラプスストロークは、後方側ハウジング13の後方側と、チルト・テレスコピック締付ロック機構TTLの前方側との間の間隔(La)になっている。
さらに、トルクセンサーTSにおけるトルク検出機構部の軸方向の幅は、図6の従来例では、(X)になっている。
また、センサー回路基板10は、片面実装であることから、このセンサー回路基板10の軸方向の幅は、(Ya)になっている。
さらに、特許文献1には、センサー回路基板のレイアウトとして、入・出力軸の径方向に延在してあり、これにより、センサー回路基板の軸方向の幅の短縮化を図っている。
さらに、特許文献2及び3には、二次衝突時に移動する側と移動しない側との間に掛け渡して、コラプスストロークに対応する「しごき」・「延伸」により、衝撃を吸収する衝撃吸収用ワイヤーが開示してある。
特願2002−215074号 特開平9−272448号公報 特開2001−58573号公報
しかしながら、図6に示す従来例に於いては、センサー回路基板10の軸方向の幅(Ya)は、トルク検出機構部の軸方向の幅(X)より長くなっており、ステアリングホイール側(図中右方向)に張り出していることから、二次衝突時のコラプスストローク(La)は、比較的短くなってしまっているといったことがある。
特許文献1には、センサー回路基板のレイアウトとして、入・出力軸の径方向に延在してあり、センサー回路基板の軸方向の幅の短縮化を図っているが、反面、乗員の膝廻りの空間を小さくするといったこと等がある。
また、衝突に関する法規は、国によって異なっているが、車両は、ワールドワイドカーとして、全世界に共通したものを販売するような時代となっている。
国別の法規を満足する為に、それぞれの国向けに、衝撃吸収性能を変更したステアリングコラムを製造することは、コストアップの原因となってしまう。
特許文献2及び3には、衝撃吸収用ワイヤーが開示してあるが、その選択的装着については、何ら開示していない。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、センサー回路基板の軸方向の幅の短縮化を図り、二次衝突時のコラプスストロークを増大することができると共に、衝撃吸収部材の選択的装着によって、同じ車両でありながら、簡単に衝撃吸収性能を変更して、全世界に共通なステアリングコラムで、簡単に各国の法規を満足することができ、しかも、製造コストの低減を図ることができる、電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の請求項1に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生し、減速機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に於いて、
トルクセンサーのセンサー回路基板は、両面実装により構成してあることを特徴とする。
本発明の請求項2に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生し、減速機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に於いて、
衝撃吸収部材を選択的に装着することができる選択的装着部を具備することを特徴とする。
本発明によれば、トルクセンサーのセンサー回路基板は、両面実装により構成してあることから、センサー回路基板の軸方向の幅を短縮化することができ(例えば、約半分)、トルク検出機構部の軸方向の幅より短くして、二次衝突時のコラプスストロークを増大することができる。
また、衝撃吸収部材を選択的に装着することができる選択的装着部を具備することから、衝撃吸収部材の選択的装着によって、例えば2種類の異なった衝撃エネルギー吸収特性を提供することができ、同じ車両でありながら、簡単に衝撃吸収性能を変更して、全世界に共通なステアリングコラムで、簡単に各国の法規を満足することができ、しかも、製造コストの低減を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。
(第1実施の形態)
図1は、本発明の第1実施の形態に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
コラムアシスト式電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラムのロアーコラム2に、アッパーコラム1がテレスコピック摺動自在に嵌合してある。
これら両コラム1,2内に、互いにスプライン嵌合したアッパーシャフト(図示略)とロアーシャフト4(入力軸)とが回転自在に支持してある。ロアーシャフト4に対して、アッパーコラム1とアッパーシャフト(図示略)は、スプライン嵌合等により、テレスコピック摺動自在になっている。また、これらステアリングコラム等は、後述する電動パワーステアリング装置の前方側ハウジング14に形成したチルト中心TCの回りにチルト揺動できるようになっている。なお、ここでは、詳細に説明しないが、ステアリングコラムの中間部には、チルト・テレスコピック締付ロック機構TTLが設けてある。
ロアーシャフト4(入力軸)の車両前方側には、出力軸5が連結してある。この出力軸5の車両前方側には、自在継手UJを介して中間シャフト(図示略)が連結してある。
ロアーシャフト4(入力軸)の車両前方側には、トーションバー6の基端が圧入固定してあり、このトーションバー6は、中空に形成した出力軸5の内部を延在して、その先端が出力軸5の端部に固定ピン(図示略)により固定してある。
出力軸5の車両後方側には、トルクセンサーTSが設けてある。即ち、出力軸5の車両後方側には、トルクセンサーTSの検出用溝7が形成してあり、これらの溝7の径方向外方には、トルクセンサーTSのスリーブ8が配置してある。このスリーブ8は、その車両後方側端部がロアーシャフト4(入力軸)の車両前方側端部に加締め等により固定してある。スリーブ8の径方向外方には、コイル9やセンサー回路基板10等が設けてある。
出力軸5には、電動モータ(図示略)の駆動軸に連結したウォーム(図示略)に噛合したウォームホイール12が取付けてある。
これらウォーム及びウォームホイール12、トルクセンサーTS等は、ロアーコラム2に嵌合した後方側ハウジング13と、前方側ハウジング14とに収納してある。
従って、運転者がステアリングホイール(図示略)を操舵することにより発生した操舵力は、入力軸4、トーションバー6、出力軸5、及びラックアンドピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達される。
また、電動モータの回転力は、そのウォーム及びウォームホイール12を介して出力軸5に伝達されるようになっており、電動モータの回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸5に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。
さらに、車両の二次衝突時、車両前方への衝撃エネルギーが作用すると、アッパーコラム1は、ロアーコラム2に対してコラプスして、車両前方へ移動しながら衝撃エネルギーを吸収するようになっている。
さて、本実施の形態では、トルクセンサーTSのセンサー回路基板10は、両面実装により構成してあることから、センサー回路基板10の軸方向の幅(Yb)を短縮化することができ(例えば、約半分)、トルク検出機構部の軸方向の幅(X)より短くして、二次衝突時のコラプスストローク(Lb)を増大することができる。
即ち、本実施の形態では、センサー回路基板10の軸方向の幅を、(Yb)に短縮化していることから、本実施の形態に於けるコラプスストロークは、後方側ハウジング13の後方側と、チルト・テレスコピック締付ロック機構TTLの前方側との間の間隔(Lb)になっており、図6の従来例に於ける(La)に比べて、一段と増大している。
なお、後述する第3実施の形態で説明する衝撃吸収用ワイヤー20は、本実施の形態では、装着していない。
(第2実施の形態)
図2は、本発明の第2実施の形態に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
本第2実施の形態は、図面からも明らかなように、その基本的構造が上述した第1実施の形態と同様であり、相違する点についてのみ説明する。
本実施の形態では、センサー回路基板10は、両面実装により構成してあり、加えて、センサー回路基板10のレイアウトとして、入・出力軸の径方向に延在してあり、これにより、センサー回路基板10の軸方向の幅(Yc)の一層の短縮化を図っている。
即ち、本実施の形態では、センサー回路基板10の軸方向の幅を、(Yc)に短縮化していることから、本実施の形態に於けるコラプスストロークは、後方側ハウジング13の後方側と、チルト・テレスコピック締付ロック機構TTLの前方側との間の間隔(Lc)になっており、図1の第1実施の形態に於ける(Lb)に比べて、一段と増大している。
以下に、上記の第1実施の形態と本第2実施の形態とを比較する。
第1実施の形態のものは、第2実施の形態のものに比べて、衝突後に、センサー回路基板10が保護される。
衝突時、キーロックセットなどのアッパーコラム1側に取り付いているものがアッパーコラム1と共に、センサー回路基板10に向かって飛んでくるが、第2実施の形態に示すものでは、回路が破壊されやすい。
衝突後であっても、衝突原因が電動パワーステアリング装置にあるかどうかを調べる為に、センサー回路基板10は、破壊し難いようにする要望がある。
第1実施の形態は、第2実施の形態に比べ、衝突時の、回路破壊可能性が低くなっている。
また、第1実施の形態は、第2実施の形態に比べ、ステアリングコラム下方側への出っ張りが少なく、衝突時の乗員の膝当たり可能性が低くなっている。
(第3実施の形態)
図3は、本発明の第3実施の形態に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の底面図である。
図4は、図3に示した車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の側面図である。
図5(a)は、衝撃吸収用ワイヤーを装着していない時の、変位と荷重の関係を示すグラフであり、(b)は、衝撃吸収用ワイヤーを装着している時の、変位と荷重の関係を示すグラフである。
なお、図3及び図4には、電動パワーステアリング装置を図示していないが、図1及び図2に示したように、本実施の形態は、電動パワーステアリング装置を備えている。また、チルト時、ステアリングコラム等は、図1及び図2に示したチルト中心TCの廻りに揺動するようになっている。
ステアリングコラムのロアーコラム2に、アッパーコラム1がテレスコピック摺動自在に嵌合してある。
これら両コラム1,2内に、互いにスプライン嵌合したアッパーシャフト3とロアーシャフト(入力軸、図示略)とが回転自在に支持してある。
ロアーシャフト(図示略)に対して、アッパーコラム1とアッパーシャフト3は、スプライン嵌合等により、テレスコピック摺動自在になっている。また、これらステアリングコラム等は、電動パワーステアリング装置の前方側ハウジング14に形成したチルト中心TC(図1及び図2参照)の回りにチルト揺動できるようになっている。
ステアリングコラムの中間部には、チルト・テレスコピック締付ロック機構TTLが設けてある。
ロアーコラム1の後方部には、アッパー車体側ブラケット31が設けてあり、このアッパー車体側ブラケット31は、二次衝突時の離脱用カプセル32,32を介して車体に取付けるための一対の車体取付部33,33と、これら車体取付部33,33から略上下方向に延在され互いに対向した一対の対向平板部34,34とを有している。
アッパーコラム1には、ロアーコラム2を包持し縮径又は拡径して締付又は解除する一対の厚肉状のクランプ部40,40が設けてある。
一対のクランプ部40,40には、締付ボルト42が挿通してあり、この締付ボルト42の一側には、カム機構43を介して、操作レバー44が装着してある。
従って、操作レバー44を一方向に回動すると、カム機構43の作用により、対向平板部34,34等を締付ける一方、操作レバー44を他方向に回動すると、カム機構43の作用により、その軸方向の引張が解除され、対向平板部34,34等の締付を解除する。
また、多板式摩擦係合機構が用いてある。すなわち、対向平板部34,34の外側面には、それぞれ、チルト用の摩擦板46,46…が固着してある。これら摩擦板46,46…の間には、テレスコピック用の摩擦板49,49…が介装してある。
従って、チルト・テレスコピック調整する場合には、操作レバー44を一方向に回動すると、カム機構43の作用により、その軸方向の引張が解除され、対向平板部34,34、一対のクランプ部40,40、摩擦板46,49…、等の締付を解除する。
即ち、一対の対向平板部34,34の間隔が拡がり、一対のクランプ部40,40の締付が解除されて、その幅が拡がる。これにより、アッパーコラム1、アッパーシャフト3等は、チルト中心TCの廻りに回動して、チルト調整することができ、また、軸方向に摺動することにより、テレスコピック調整することができる。
一方、チルト・テレスコピック締付する場合には、操作レバー44を逆方向に回動すると、カム機構43の作用により、一対の対向平板部34,34等を締付ける。
その結果、一対の対向平板部34,34の間隔が狭まり、一対のクランプ部40,40が締付けられる。これにより、一対のクランプ部40,40は、ロアーコラム2を圧接して挟持し、チルト・テレスコピック締付することができる。
さて、本実施の形態では、衝撃吸収部材(衝撃吸収用ワイヤー20)を選択的に装着することができる選択的装着部を具備している。
これにより、後述するように、衝撃吸収部材(衝撃吸収用ワイヤー20)の選択的装着によって、例えば2種類の異なった衝撃エネルギー吸収特性を提供することができ、同じ車両でありながら、簡単に衝撃吸収性能を変更して、全世界に共通なステアリングコラムで、簡単に各国の法規を満足することができ、しかも、製造コストの低減を図ることができる。
具体的には、アッパー車体側ブラケット31の一対の車体取付部33,33は、車両前方に張り出して先端部を円弧形状に形成した張り出し部33a,33aを備えている。この張り出し部33a,33aには、それぞれ、衝撃吸収用ワイヤー20,20を挿通する挿通孔33b,33bが形成してある。
また、二次衝突時の離脱用カプセル32,32は、図示しないボルトにより、車体に取付けてあり、二次衝突時には、その剪断ピンが破断され、図示しないボルト等は、車体側に固着したまま残存する一方、張り出し部33a,33aを含む車体取付部33,33は、車体から離脱して車両前方に向けて移動する。
張り出し部33a,33aを含む車体取付部33,33には、それぞれ、一対の衝撃吸収用ワイヤー20,20が選択的に装着してある。
各衝撃吸収用ワイヤー20は、離脱用カプセル32の後方側に廻り込んだ中央部20aと、この中央部20aから車両前方に向けて延在した一対の直線部20b,20bと、この直線部20b,20bの先端部で湾曲して形成した一対の湾曲部20c,20cと、この湾曲部20c,20cから挿通孔33bを挿通して車両後方に向けて延在した一対の延在部20d,20dと、からなっている。
従って、二次衝突時、離脱用カプセル32,32の剪断ピンが破断され、図示しないボルト等が車体側に固着したまま残存する一方、張り出し部33a,33aを含む車体取付部33,33が車体から離脱して車両前方に向けて移動すると、衝撃吸収用ワイヤー20,20は、張り出し部33a,33aの車両前方への移動に追随して、その湾曲部20c,20cや延在部20d,20dがしごかれながら延伸し、これにより、衝撃エネルギーを吸収する。
本実施の形態では、図1に二点鎖線で囲んだ部位のように、衝撃吸収用ワイヤー20を装着しない場合と、図3及び図4に示したように、衝撃吸収用ワイヤー20を装着する場合とを選択して設定することができる。
これにより、図5(a)に示すように、衝撃吸収用ワイヤー20を装着しない場合には、衝撃エネルギー吸収荷重(EA荷重)は、ステアリングコラムでの荷重吸収分のみになり、比較的低く設定することができる。
一方、図5(b)に示すように、衝撃吸収用ワイヤー20を装着する場合には、衝撃エネルギー吸収荷重(EA荷重)は、ステアリングコラムでの荷重吸収分に加えて、衝撃吸収用ワイヤー20の吸収分が加算されるため、比較的高く設定することができる。
以上から、衝撃吸収部材(衝撃吸収用ワイヤー20)の選択的装着によって、例えば2種類の異なった衝撃エネルギー吸収特性を提供することができ、同じ車両でありながら、簡単に衝撃吸収性能を変更して、全世界に共通なステアリングコラムで、簡単に各国の法規を満足することができ、しかも、製造コストの低減を図ることができる。
また、衝撃吸収用ワイヤー20を装着している場合、衝撃吸収用ワイヤー20の線径、又は張り出し部33bの円弧形状のR寸法を変更することにより、衝撃エネルギー吸収特性を種々に調整することができる。
即ち、衝撃吸収用ワイヤー20の線径が太い場合には、衝撃エネルギー吸収荷重(EA荷重)は、比較的高く設定でき、その線径が細い場合には、比較的低く設定できる。また、張り出し部33bの円弧形状のR寸法が大きい場合には、衝撃エネルギー吸収荷重(EA荷重)は、比較的高く設定でき、そのR寸法が小さい場合には、比較的低く設定できる。
さらに、本実施の形態では、図3に示すように、各衝撃吸収用ワイヤー20に於いて、一対の湾曲部20c,20cは、互いに近付く方向に折り曲げてある。
これは、このように折り曲げていないと、衝撃吸収用ワイヤー20が張り出し部33a,33aから両脇に外れることを防止するため、張り出し部33a,33aの両側を、それぞれ、側方に延ばす(即ち、幅を拡げる)必要がある。
しかし、図3に示すように、一対の湾曲部20c,20cが互いに近付く方向に折り曲げてあると、張り出し部33a,33aの幅を拡げる必要がなく、コンパクトにしても、衝撃吸収用ワイヤー20が張り出し部33a,33aから両脇に外れることがない。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
本発明の第1実施の形態に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 本発明の第2実施の形態に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 本発明の第3実施の形態に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の底面図である。 図3に示した車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の側面図である。 (a)は、衝撃吸収用ワイヤーを装着していない時の、変位と荷重の関係を示すグラフであり、(b)は、衝撃吸収用ワイヤーを装着している時の、変位と荷重の関係を示すグラフである。 従来例に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
符号の説明
1 アッパーコラム
2 ロアーコラム
3 アッパーシャフト
4 ロアーシャフト(入力軸)
5 出力軸
6 トーションバー
7 検出用溝
8 スリーブ
9 コイル
10 センサー回路基板
TS トルクセンサー
12 ウォームホイール
13,14 ハウジング
UJ 自在継手
TC チルト中心
TTL チルト・テレスコピック締付ロック機構
20 衝撃吸収用ワイヤー
20a 中央部
20b 直線部
20c 湾曲部
20d 延在部
31 アッパー車体側ブラケット
32 離脱用カプセル
33 車体取付部
33a 張り出し部
33b 挿通孔
34 対向平板部
40 クランプ部
42 締付ボルト
43 カム機構
44 操作レバー
46 摩擦板
49 摩擦板

Claims (2)

  1. ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生し、減速機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に於いて、
    トルクセンサーのセンサー回路基板は、両面実装により構成してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生し、減速機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に於いて、
    衝撃吸収部材を選択的に装着することができる選択的装着部を具備す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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