JP2006088872A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車を介さずに操舵補助トルクを伝達するようにして、歯打ちによる騒音の発生を皆無とする。
【解決手段】操舵部材１の操作に応じて電動モータ５を駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置で、電動モータ５の回転軸５ａには駆動回転体１５が連結され、操舵軸２には従動回転体１６が嵌着されており、これら駆動回転体１５および従動回転体１６には、ワイヤのような巻き掛け伝動部材１７，１８が、張力付与手段（引っ張りバネ２４，２５）により張力が付与された状態で、巻き取り巻き戻し自在に巻き掛けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転者により行われるステアリングホイール（ハンドル）等の操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して運転者の操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関する。

上記電動パワーステアリング装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の電動モータと、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構と、トルクセンサ等のセンサ信号に基づいて電動モータを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

減速機構は、例えば、電動モータの回転軸に連結されたウォーム軸のような駆動ギヤと、操舵軸に嵌着されたウォームホイールのような従動ギヤとからなり、駆動ギヤと従動ギヤとの噛み合いにより、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達することで、運転者のステアリングホイールの操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータが発生する操舵補助トルクとの和を、出力トルクとしてステアリング機構に与える。

上記の減速機構において、駆動ギヤと従動ギヤとの歯間のバックラッシュが大きいと、転舵時等に両者間で歯打ちにより騒音が発生し、この騒音は操舵軸や、この操舵軸を回転可能に支持するハウジング、コラム等を介して車室内に伝播する。

これに対して、バックラッシュがない状態で駆動ギヤと従動ギヤとを噛合させるようにすると、歯打ちによる騒音は減少するものの、減速機構の回転トルクが大きくなり、電動モータの負荷が過大になるという問題が生じる。
特開２００３−１８２６０１号公報

本発明は、電動モータに過大な負荷をかける等の不具合を生じることなく、歯打ちによる騒音をなくすことを課題とする。

本発明による電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、電動モータの回転軸に連結された駆動回転体と、操舵軸に嵌着された従動回転体と、上記駆動回転体および従動回転体に巻き取り巻き戻し自在に巻き掛けられた巻き掛け伝動部材と、上記巻き掛け伝動部材に張力を付与する張力付与手段とを備えたことを特徴とするものである。

上記の構成において、巻き掛け伝動部材としては、具体的にはワイヤもしくはロープ等の線状体を用いるが、その他、一定長さ毎に引っ掛かり凸部を有するタイミングワイヤや、ベルトのような帯状体を用いることも可能である。帯状体は、軸方向両側に鍔部を有するドラム状の回転体で巻き取るようにすればよい。

上記構成の電動パワーステアリング装置では、電動モータの回転駆動により駆動回転体が従動回転体から巻き掛け伝動部材を巻き取ることで、従動回転体が回転し、電動モータの操舵補助トルクが操舵軸に伝わる。このように、電動モータが発生する操舵補助トルクは、歯車を介さずに、巻き掛け伝動部材を介して操舵軸に伝わるから、歯打ちによる騒音は一切発生しない。その他、歯車伝動の機構で起こりうる不具合、例えば、歯車間のバックラッシュがほとんどない状態にすると電動モータへの負荷が過大になる、といった不具合も発生しない。

また、歯車を用いた機構では、駆動側と従動側の両軸間の寸法を正確に設定する必要があるが、本発明では、軸間寸法に合わせて巻き掛け伝動部材の長さや巻き数を調整すればよく、上記のような必要性がない。さらには、駆動回転体と従動回転体とは、互いに平行に設けるほか、軸方向が食い違い交差する状態で設けることも可能で、軸間寸法を容易に変更しうることと相俟って、設計の自由度が大きく、実装車両の構造に容易に対応させることができる。

本発明によれば、電動モータに過大な負荷がかかる等の不具合を生じることなく、歯打ちによる騒音の発生を皆無とすることが可能で、車室内を静音化することができる。

以下、図１および図２を参照して、本発明による最良の形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。図１は、電動パワーステアリング装置の減速機構部分の側面図で、関連する構成を併せて図示している。図２は、図１の減速機構の軸方向に沿って見た正面図で、一部破断して内部を示している。図３は減速機構の概略斜視図である。

本形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールのような操舵部材１に一端が固着された操舵軸２と、その操舵軸２の他端に連結されたラックピニオン機構等からなるステアリング機構３と、操舵部材１の操作によって操舵軸２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、操舵部材１の操舵操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助トルクを発生させる電動モータ５と、電動モータ５が発生する操舵補助トルクを操舵軸２に伝達する減速機構６と、トルクセンサ４等からのセンサ信号に基づき電動モータ５の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）７とを備える。

上記電動パワーステアリング装置を搭載した車両においては、運転者が操舵部材１を操作すると、その操作による操舵トルクはトルクセンサ４により検出される。ＥＣＵ７は、その検出された操舵トルク等の情報に基づいて、電動モータ５を駆動制御する。これにより、電動モータ５は操舵補助トルクを発生し、その操舵補助トルクが減速機構６を介して操舵軸２に伝達されることで、運転者の操舵部材１の操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータ５が発生する操舵補助トルクとの和が、出力トルクとしてステアリング機構３に与えられる。

ステアリング機構３では、入力軸の回転が出力軸であるラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアーム等からなる連結部材８を介して操向用の車輪９に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪９の向きが変わる。

上記の電動パワーステアリング装置において、操舵軸２の中途部は、筒状の入力軸１０と、トーションバー１１と、筒状の出力軸１２とから構成されている。入力軸１０は、その筒状内部に挿入したトーションバー１１と、圧入または径方向に貫通するピン１３により連結され、この入力軸１０およびトーションバー１１の上端部は、操舵軸２の上部を構成する軸（図示省略）の下端部に連結されている。トーションバー１１は、その中間部に長尺で細径のねじり領域を有するもので、大径の上端部が前記したように入力軸１０に連結されるとともに、同じく大径の下端部が出力軸１２の筒状内部に挿入されて、径方向に貫通するピン１４により出力軸１２に連結されている。このトーションバー１１の外周で、入力軸１０と出力軸１２とは、トーションバー１１の中間部の側に延出して互いに軸方向に対向している。トルクセンサ４は、入力軸１０と出力軸１２との軸方向対向部の外周に配置されている。

減速機構６は、本実施形態では巻き掛け伝動部材を用いた機構で、電動モータ５の回転軸５ａに連結された小径の駆動回転体１５と、出力軸１２の外周に嵌着された大径の従動回転体１６と、巻き掛け伝動部材として上記駆動回転体１５と従動回転体１６とにかけて設けられた第１と第２のワイヤ１７，１８とからなる。

駆動回転体１５は、ドラム状で軸方向両側に鍔部１５ａ，１５ａを有するとともに、支持軸１５ｂを一体に有しており、当該支持軸１５ｂに設けられた軸受１９を介してハウジング２０に出力軸１２と平行状態で回転可能に支持されている。駆動回転体１５の支持軸１５ｂは、電動モータ５の回転軸５ａに同軸に結合される。

従動回転体１６は、駆動回転体１５より大径のドラム状で、軸方向両側に鍔部１６ａ，１６ａを有し、上記した駆動回転体１５と同じ軸方向位置で出力軸１２の外周部に嵌着されており、その軸方向両側に設けた軸受２１により、出力軸１２とともにハウジング２０に回転可能に支持されている。

第１と第２の各ワイヤ１７，１８は、いずれもループを形成しない所要長さのワイヤであって、高張力の合成樹脂繊維もしくはカーボン繊維で構成されている。これらワイヤ１７，１８は、それぞれの中間部分を駆動、従動の両回転体１５，１６の間に張設した状態で、その両側部分が駆動回転体１５と従動回転体１６とに複数回、巻き付けられている。なお、第１と第２のワイヤ１７，１８は、両回転体１５，１６への巻き付け方向が互いに逆で、図２および図３に示すように、第１ワイヤ１７が駆動回転体１５と従動回転体１６との上側部間に張り渡されるよう両回転体１５，１６に巻き付けられているとすると、第２ワイヤ１８は、駆動回転体１５と従動回転体１６との下側部間に張り渡されるよう両回転体１５，１６に巻き付けられる。

第１と第２の各ワイヤ１７，１８の端部は、駆動回転体１５の側では、特に図示しないが、駆動回転体１５の外周部もしくは鍔部１５ａに固定されている。従動回転体１６の側では、図２に示すように、各ワイヤ１７，１８の端部は、従動回転体１６の外周部に形成された孔２２ａ，２２ｂから内部に引き込まれている。そして、各ワイヤ１７，１８の引き込み端１７ａ，１８ａと、従動回転体１６の内部に設けた係止部２３ａ，２３ｂとの間に、各ワイヤ１７，１８に張力を付与する張力付与手段として、引っ張りバネ２４，２５が介装されている。

上記構成において、電動モータ５の駆動により、駆動回転体１５が図２および図３において時計方向（矢印イの方向）に回転すると、第１ワイヤ１７が従動回転体１６から駆動回転体１５に巻き取られ、従動回転体１６が駆動回転体１５と同方向に回転する。これで、電動モータ５が発生する操舵補助トルクが出力軸１２に伝わり、操舵補助がなされる。なお、第１ワイヤ１７が従動回転体１６から巻き取られる長さと同じ長さ分、第２ワイヤ１８は、駆動回転体１５から引き出されて、従動回転体１６に巻き取られる。

これとは逆に、駆動回転体１５が反時計方向（矢印ロの方向）に回転すると、第２ワイヤ１８が従動回転体１６から駆動回転体１５に巻き取られ、従動回転体１６が駆動回転体１５と同方向に回転し、電動モータ５が発生する操舵補助トルクが出力軸１２に伝わる。

このようにして、電動モータ５が発生するいずれの回転方向の操舵補助トルクも、駆動回転体１５と、従動回転体１６と、第１と第２の両ワイヤ１７，１８とからなる減速機構６を介して出力軸１２に伝達される。当該減速機構６には歯車が含まれないから、歯打ちによる騒音は一切発生しない。また、歯車を含む減速機構で起こりうる不具合、例えば、バックラッシュがほとんどない状態で歯車どうしを噛合させた場合、電動モータへの負荷が過大になるといった不具合も発生しない。

このほか、各ワイヤ１７，１８は、駆動回転体１５と従動回転体１６とにそれぞれ複数回巻き付いているから、エンドレスベルト等、他のループ状の巻き掛け伝動部材を用いる場合に比べ、巻き付き量が大きいから、スリップが発生せず、確実にトルクの伝達を行うことができる。

なお、図示の実施形態では、第１と第２の２本のワイヤ１７，１８を用いたが、１本のワイヤを用い、その中間部分を一方の回転体、例えば駆動回転体１５に複数回巻き付けた後、その両側部分を他の回転体である従動回転体１６に巻き付けて、各端部を従動回転体１６の外周部もしくは鍔部１６ａに固定するようにしてもよい。さらには、１本のワイヤを駆動回転体１５と従動回転体１６とにそれぞれ複数回巻き付けた後、その端部どうしを互いに連結してループ状としてもよい。その場合、ループとなるワイヤの両端部間に、引っ張りバネ等の張力付与手段を設ける等して、ワイヤに所要の張力を付与する必要がある。また、駆動回転体１５と従動回転体１６とは、図示のように、互いに平行に設けるほか、軸方向が食い違い交差する状態で設けてもよい。

上記実施形態では、巻き掛け伝動部材であるワイヤ１７，１８に張力を付与する張力付与手段として、ワイヤ１７，１８の端部に引っ張りバネ２４，２５を設けたが、張力付与手段はこれに限らず、従動回転体１６に対して駆動回転体１５を遠ざかる方向に弾力的に付勢してワイヤ１７，１８に張力を付与するものでもよく、また、駆動回転体１５と従動回転体１６との間でテンションプーリによりワイヤ１７，１８に張力を付与するものであってもよい。

本発明の最良の形態に係る電動パワーステアリング装置の減速機構部分の側面図で、関連する構成を併せて図示している。 図１の減速機構の軸方向に沿って見た正面図で、一部破断して内部を示している。 図１の減速機構の概略斜視図

符号の説明

１ 操舵部材
２ 操舵軸
５ 電動モータ
５ａ 回転軸
６ 減速機構
１２ 出力軸
１５ 駆動回転体
１６ 従動回転体
１７ 第１ワイヤ（巻き掛け伝動部材）
１８ 第２ワイヤ（巻き掛け伝動部材）
２４ 引っ張りバネ（張力付与手段）
２５ 引っ張りバネ（張力付与手段）

Claims (1)

1. 操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   電動モータの回転軸に連結された駆動回転体と、
   操舵軸に嵌着された従動回転体と、
   上記駆動回転体および従動回転体に巻き取り巻き戻し自在に巻き掛けられた巻き掛け伝動部材と、
   上記巻き掛け伝動部材に張力を付与する張力付与手段と、
   を備えた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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