JP2006224726A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は内部にモータシャフトを有したモータが配設された電動パワーステアリング装置に関し、悪路走行中における異音発生を抑制と操舵におけるパワーアシスト力の増大を両立することを課題とする。
【解決手段】 両端に車輪が接続されると共にピニオンの回動により直線移動するラック軸１５と、モータシャフト３２及びボールねじナット３８を介してラック軸１５にアシストトルクを付与する電動モータ３０とを具備する電動パワーステアリング装置において、モータシャフト３２とボールねじナット３８とを相互に独立して回転可能な構成とする。また、車両が走行している走行路の状態を検出し、悪路走行中であると判断された際には電磁クラッチにより構成される動力伝達機構４０Ａを用いて、慣性質量が大きいモータシャフト３２と、ボールねじナット３８との間の動力の伝達を切断する。
【選択図】 図２

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に係り、特に内部にモータシャフトを有したモータが配設された電動パワーステアリング装置に関する。

自動車の舵取装置としては種々の形式のものが実用化されており、その一つにラック・アンド・ピニオン式の舵取装置がある。これは、軸線方向に所定の長さに亘ってラック歯が形成されているラック軸を車体の左右方向に延設すると共に、このラック軸の両端部にタイロッドを介して操向用の車輪（前輪）に連結された構成とされている。また、ラック軸に噛合するピニオンシャフトは、コラムシャフトを介してステアリングホイールに連結されている。そして、同装置は、ステアリング操作に応じたピニオンシャフトの回動がラック軸に伝えられ、同ラック軸がラック歯の形成長さの範囲内にて軸線方向に移動することにより操舵用車輪の向きを変え、これにより操舵を行わせるよう構成されている。

このようなラック・アンド・ピニオン式の舵取装置を電動パワーステアリング装置として構成する場合、操舵補助用のモータの回転をラック軸に直接的に伝え、同ラック軸を軸線方向に移動させる構成とするのが合理的である。このためには、ラック軸を移動させるための直線運動にモータの回転を変換する機構が必要であり、この運動変換機構においては、モータの出力を運動変換の過程で所定の減速を伴うことが望ましい。このような要求に応え得る運動変換機構として、例えば、ボールねじ機構を利用した電動パワーステアリング装置が従来から提案されている（特許文献１参照）。

この電動パワーステアリング装置は、ラック軸の外周の一部（ラック歯の形成範囲と異なる部分）に螺旋状のボールねじ溝を形成する一方、ラック軸を支持する中空円筒状のハウジングの内部に、同ラック軸と同軸上での回動自在にボールねじナットを支持している。そして、このボールねじナットと前記ボールねじ溝との間に多数のボールを介在させてボールねじ構造を構成している。

そして、この電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータの駆動力を前記ボールねじナットにモータシャフトを介して回転駆動し、この回転をボールねじ溝に沿って転動する多数のボールによりラック軸に伝え、同ラック軸を軸長方向に移動付勢することによりステアリング操作に応じて操舵を補助（アシスト）する構成となっている。このとき、操舵補助用のモータの回転は、ボールねじ溝のリード角に応じて大きく減速されてラック軸の移動に変換される。
特開２００２−１９３１１９号公報

ところで、上記構成とされた電動パワーステアリング装置を搭載した車両が悪路走行を行った場合、車輪の振動がラック軸を介してボールねじ機構に伝達される。ボールねじ機構を構成するボールねじナットは、従来ではモータのモータシャフトと一体的に固定された構成とされており、またこのモータシャフトはラック軸に沿って長く延設されており、よって慣性質量が大きかった。

このため、車輪の振動によりラック軸が直線移動した場合、慣性質量の大きなモータシャフトに固定されたボールねじナットはラック軸の移動に追従して移動することができず、よってボールねじ機構のボールねじナットとラック軸との係合部分において異音が発生するという問題点があった。

この問題点を解決するためには、ボールねじナットに固定されたモータシャフトの慣性質量を低減することが考えられるが、モータシャフトの慣性質量を低減することはモータの大きさを小さくすることを意味し、モータが小さくなった場合には当然にその出力は低下してしまい操舵補助力（パワーアシスト力）が小さくなってしまう。

逆に操舵補助力（パワーアシスト力）を大きくしようとすると、必然的に操舵補助用のモータを大型する必用が生じ、この場合には前記したようにボールねじナットと一体化したモータシャフトの慣性質量が大きくなり、異音の発生が増大してしまう。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、悪路走行中における異音発生を抑制と操舵におけるパワーアシスト力の増大を両立しう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。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、
車両に固定されたハウジングに移動可能に支持されると共に両端に車輪が接続されており、ステアリングホイールに接続されたピニオンと噛合し該ピニオンの回動により直線移動するラック軸と、
前記ハウジング内のラック軸回りに配設されており、モータシャフト及びボールねじナットを介して前記ラック軸にアシストトルクを付与する電動モータとを具備する電動パワーステアリング装置において、
前記モータシャフトとボールねじナットとを相互に独立して回転可能な構成とすると共に、
前記車両が走行している走行路の状態を検出する走行路状態検出手段と、
かつ、該走行路状態検出手段により悪路走行中であると判断された際に、前記モータシャフトと前記ボールねじナットとの間の動力の伝達を切断或は低減する動力伝達機構とを設けたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、相互に独立して回転可能な構成とされたモータシャフトとボールねじナットは、走行路状態検出手段により悪路走行中であると判断された際に動力伝達機構により両者間の動力の伝達は切断或は低減される。これにより、悪路走行中に車輪及びラック軸を介して路面振動がボールねじナットに伝達されても、これが慣性質量の大きいモータシャフトに伝達されることを規制できる。よって、ラック軸が悪路走行により変位しても、これに伴い慣性質量の小さいボールねじナットも変位するため、ボールねじナットとラック軸との噛合部分で悪路走行異音が発生することを防止できる。

また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、
前記動力伝達機構は、電磁クラッチであることを特徴とするものである。

上記発明によれば、動力伝達機構を電磁クラッチとしたことにより、モータシャフトとボールねじナット間の動力伝達の切断及び接続を容易かつ確実に行うことができる。

また、請求項３記載の発明は、
請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、
前記動力伝達機構は、伝達される動力の値を連続的に可変しうる減速機構を設けてなることを特徴とするものである。

上記発明によれば、伝達される動力の値を連続的に可変しうる減速機構を動力伝達機構に設けたことにより、モータシャフトとボールねじナットとの間における動力伝達の程度を路面状態に対応して設定することができる。これにより、電動モータによりラック軸に対してアシストトルクを付与しつつ、悪路走行異音が発生することを防止できる。

また、請求項４記載の発明は、
請求項３記載の電動パワーステアリング装置において、
悪路走行時間が長くなるに従い前記伝達される動力の値を低減し、良好な路面の走行時間が長くなるに従い前記伝達される動力の値を増大させる減速機構制御手段を設けたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、減速機構制御手段により悪路走行時間が長くなるに従い伝達される動力の値は低減され、良好な路面の走行時間が長くなるに従い伝達される動力の値が増大するため、モータシャフトとボールねじナットとの間における動力伝達状態を変化させるに際し、急激なアシストトルクの変動が発生することを防止できる。よって、悪路走行異音が発生することを防止しつつ、操舵フィーリングの低下を抑制することができる。

また、請求項５記載の発明は、
請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、
前記動力伝達機構は、前記ボールねじナットの回転速度に応じて前記動力の伝達の切断或は低減を行う摩擦クラッチ機構であることを特徴とするものである。

上記発明によれば、摩擦クラッチ機構はボールねじナットの回転速度に応じて動力の伝達の切断或は低減を行うため、路面から大きな振動が印加されてラック軸が大きく変位すると、ラック軸と噛合しているボールねじナットも大きく回転し、モータシャフトとボールねじナットとの間における動力伝達を切断或は低減する。よって、悪路走行により自動的にモータシャフトとボールねじナットとの間における動力伝達を切断或は低減されるため、簡単な構成で悪路走行異音の発生を防止できる。

上述の如く本発明によれば、悪路走行中に車輪及びラック軸を介して路面振動がボールねじナットに伝達されても、これが慣性質量の大きいモータシャフトに伝達されることを規制できるため、ボールねじナットとラック軸との噛合部分で悪路走行異音が発生することを防止できる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

図１乃至図３は、本発明の第１実施例である電動パワーステアリング装置１０Ａを示している。図１は電動パワーステアリング装置１０Ａの全体構成を示す断面図であり、図２及び図３は電動パワーステアリング装置１０Ａの動作を説明するための要部構成である。

電動パワーステアリング装置１０Ａは、大略するとギヤハウジング１１，ラック軸１５，電動モータ３０，及びモータシャフト３２，ボールねじ装置３７，及び動力伝達機構４０Ａ等を有した構成とされている。ギヤハウジング１１は、中空円筒状の第１ラックハウジング１２および第２ラックハウジング１３と、これらラックハウジング１２、１３の間に設けられたヨークハウジング１４からなり、各ハウジング１２、１３、１４は図示しないボルトによって同軸的に結合されている。

ギヤハウジング１１には、ラック軸１５が軸線方向（図中矢印Ｘ１，Ｘ２で示す方向）に移動可能に貫通され、第１および第２ラックハウジング１２、１３より突出されたラック軸１５の両端は、図示しないタイロッド１８，１９を介して左右の前輪に連結される。前記第１および第２ラックハウジング１２、１３の端部とタイロッド１９、１９の各間には、伸縮かつ屈曲可能なブーツ２０、２１が装着され、これらブーツ２０、２１によってギヤハウジング１１内を外部より遮蔽している。

また、第１ラックハウジング１２には、ステアリングホイールに接続された入力軸２６と連結したピニオン２２が配設されており、このピニオン２２はラック軸１５に形成されたラック歯（図に現れず）に噛合している。よって、運転者がステアリングホイールを操作すると、この操作力により入力軸２６を介してピニオン２２が回転し、ピニオン２２とラック歯の噛合によりピニオン２２の回転はラック軸１５の直線移動に変換され、これによりタイロッド１８，１９を介して前輪の操舵が行なわれる。

電動モータ３０は、ギヤハウジング１１を構成するヨークハウジング１４内のラック軸１５の回りに配設されており、後述するようにモータシャフト３２を介してラック軸１５に操舵補助力（アシストトルク）を付与する機能を奏する。この電動モータ３０はブラシレスＤＣモータであり、固定子となる駆動ステータ３１と、回転子となるモータシャフト３２とを有した構成とされている。駆動ステータ３１はコイルが巻回されており、ヨークハウジング１４の内壁に配設されている。

モータシャフト３２は中空円筒状をなし、ラック軸１５の周りに同軸的に遊嵌されている。また、モータシャフト３２の図中Ｘ１方向端部には、シャフト部分よりも大径とされたシャフトフランジ３２Ａが一体的に形成されている。

このモータシャフト３２の図中矢印Ｘ２方向側の所定位置はスラストベアリング３３により第１ラックハウジング１２に回動可能に支持されている。また、モータシャフト３２の図中矢印Ｘ１方向側の所定位置、即ちシャフトフランジ３２Ａの形成位置よりも若干Ｘ２方向寄りの位置は、ラジアルベアリング３４によりヨークハウジング１４に回動可能に支持されている。

スラストベアリング３３はモータシャフト３２に対しスラスト方向（図中、矢印Ｘ１，Ｘ２方向）に印加されるスラスト荷重を支持するものであり、本実施例ではボールがスラスト方向に複数個配置された複列ベアリングを用いている。これに対し、ラジアルベアリング３４は、モータシャフト３２に対しラジアル方向に印加される荷重を支持する。

ボールねじ装置３７は、モータシャフト３２の図中矢印Ｘ１方向の端部近傍に設けられている。このボールねじ装置３７は、ねじ溝１５Ｂ，ボールねじナット３８，ねじ溝３８Ａ，及びボール３９等により構成されている。

ボールねじナット３８は筒状の部材であり、モータシャフト３２の図中矢印Ｘ２方向端部の内周位置に装着されている。このボールねじナット３８は、モータシャフト３２の内部に、モータシャフト３２と同軸的に配設されている。また、ボールねじナット３８とモータシャフト３２は、互いに独立して回転可能な構成とされている。

更に、ボールねじナット３８の図中矢印Ｘ１方向の端部には、ナット部分よりも大径とされたナットフランジ３８Ａが一体的に形成されている。よって、モータシャフト３２とボールねじナット３８とを組み合わせた状態において、シャフトフランジ３２Ａとナットフランジ３８Ａは並設された状態となっている。また、シャフトフランジ３２Ａの直径とナットフランジ３８Ａとの直径は同一径とされており、よって各フランジ開周面は面一となった構成とされている。

図２及び図３に示すように、ナットフランジ３８Ａと対向する位置には隔壁２３が配設されている。この隔壁２３はヨークハウジング１４に固定されており、その中央にはラック軸１５を挿通する穴が形成されている。また、隔壁２３とナットフランジ３８Ａとの間には、ボール２４が配設されている。このボール２４は、スラストベアリングを構成するこものであり、ナットフランジ３８ＡのＸ１方向への変位を規制している。

モータシャフト３２との関係において上記構成とされたボールねじナット３８は、その内周にねじ溝が形成されると共に、このねじ溝に対応するラック軸１５の外周にもねじ溝が形成されている。また、この両ねじ溝間には、ボール３９が介装されている。よって、ボールねじナット３８が回転すると、この回転はボール３９を介してラック軸１５に伝達され、ラック軸１５に回転力が付与される。

ここで、モータシャフト３２に形成されているシャフトフランジ３２Ａと、ボールねじナット３８に形成されているナットフランジ３８Ａに注目する。前記したように、シャフトフランジ３２Ａとナットフランジ３８Ａは同一径とされているため、外周面は面一となっている。このシャフトフランジ３２Ａ及びナットフランジ３８Ａの各外周面と対向する位置には、動力伝達機構４０Ａが設けられている。

本実施例では、動力伝達機構４０Ａはソレノイド４１と摩擦部材４２とにより構成されている。ソレノイド４１は、通電されることにより摩擦部材４２を各フランジ３２Ａ，３８Ａの外周面に押圧し（この状態をクラッチＯＮ状態という）、また通電解除されることにより摩擦部材４２を各フランジ３２Ａ，３８Ａの外周面から離間（この状態をクラッチＯＦＦ状態という）させる機能を奏するものである。

図２はクラッチＯＮ状態である動力伝達機構４０Ａを示しており、図３はクラッチＯＦＦ状態の動力伝達機構４０Ａを示している。図２に示すクラッチＯＮ状態においては、摩擦部材４２がシャフトフランジ３２Ａ（モータシャフト３２）と、ナットフランジ３８Ａ（ボールねじナット３８）に共に押圧した状態となっている。また、摩擦部材４２は高摩擦係数を有した材料により構成されており、よってシャフトフランジ３２Ａとナットフランジ３８Ａの各外周面に摩擦部材４２が同時に押圧されることにより、シャフトフランジ３２Ａ（モータシャフト３２）と、ナットフランジ３８Ａ（ボールねじナット３８）は実質的に一体的な構成となる。

よって、このクラッチＯＮ状態において電動モータ３０が駆動しモータシャフト３２が回動すると、この回動力はボール３９を介してラック軸１５に接続されたボールねじナット３８に伝達され、ボールねじナット３８で上記の電動モータ３０の回動力は減速された上でラック軸１５の直線運動に変換される。

これに対して図３に示すクラッチＯＦＦ状態においては、摩擦部材４２はシャフトフランジ３２Ａ及びナットフランジ３８Ａから離間した状態となっている。このクラッチＯＦＦ状態では、電動モータ３０が駆動しモータシャフト３２が回動しても、モータシャフト３２とボールねじナット３８は独立した状態であるため、回動力はボールねじナット３８に伝達されない。

上記した電動モータ３０及び動力伝達機構４０Ａは、パワーステアリング用の制御装置（ＰＳＥＣＵ）５５に接続されている。また、ＰＳＥＣＵ５５は、車速センサ５６から車速信号が、また加速度センサ５７からは加速度信号が供給される構成とされている。また、ＰＳＥＣＵ５５には、図略のトルクセンサからトルク信号も供給される構成とされている。

ＰＳＥＣＵ５５は、車速センサ５６、加速度センサ５７、トルクセンサ等の種々のセンサから供給される信号に基づき、電動モータ３０への供給電力を制御する。また、車速センサ５６及び加速度センサ５７からの出力に基づき、動力伝達機構４０Ａのソレノイド４１の駆動を制御する。

よって、ＰＳＥＣＵ５５の制御動作に基づき電動モータ３０が駆動され、また動力伝達機構４０ＡがクラッチＯＮ状態になると、電動モータ３０の駆動力は動力伝達機構４０Ａを介してモータシャフト３２からボールねじ装置３７に伝達され、このボールねじ装置３７によりラック軸１５は矢印Ｘ１，Ｘ２方向に移動され、これにより操舵力がアシストされる。

次に、図４を用いて、ＰＳＥＣＵ５５で実施される動力伝達機構４０Ａの駆動制御について説明する。この動力伝達機構４０Ａの駆動制御処理は、車速センサ５６から供給される車速信号及びトルクセンサから供給されるトルク信号等に基づき実施されるパワーアシスト制御と別ルーチンで実施されるものである。

図４に示す動力伝達機構４０Ａの駆動制御処理が起動すると、先ずステップ１０（図では、ステップをＳと略称している）において、車速センサ５６から供給される車速情報から車速Ｖを演算する。続くステップ１２では、ステップ１０で演算された車速Ｖが、所定の車速値よりも遅いか否かが判断される。このステップ１２において肯定判断（ＹＥＳの判断）がされると、処理はステップ１４に進む。

ステップ１４では、加速度センサ５７から供給される加速度情報から車両の上下加速度Ｇを演算する。続くステップ１６では、ステップ１４で演算された上下加速度Ｇが、所定の加速度値よりも大きいか否かが判断される。このステップ１６において肯定判断（ＹＥＳの判断）がされると、処理はステップ１８に進む。

このステップ１０〜１６で実施される処理は、車両が走行している走行路の状態を検出する処理である。即ち、運転者は悪路走行時においては車速を低減し、また車両は上下方向に対して大きく変動する。このため、車両速度Ｖは実験的に求められた運転者が悪路走行時における走行速度に基づき設定されており、また上下加速度Ｇも実験的に求められた車両の悪路走行時に発生する上下加速度に基づき設定されている。

従って、ステップ１２で否定判断がされた場合（即ち、現在の車速Ｖが所定車速以上の場合）、またはステップ１６で否定判断がされた場合（即ち、現在の車両の上下加速度Ｇが所定加速度以下の場合）は、ＰＳＥＣＵ５５は車両が悪路ではない良好な路面を走行中であると判断する。

この場合には、処理はステップ２２に進み、ＰＳＥＣＵ５５は動力伝達機構４０ＡをラッチＯＮ状態とする。具体的には、摩擦部材４２がシャフトフランジ３２Ａとナットフランジ３８Ａの双方を押圧した状態とする。従って、車両が良好な路面を走行している場合には、電動モータ３０の駆動力はモータシャフト３２及びボールねじナット３８を介してラック軸１５に伝達され、操舵力がアシストされる。

一方、ステップ１２で肯定判断がされた場合（即ち、現在の車速Ｖが所定車速以下の場合）で、かつステップ１６で肯定判断がされた場合（即ち、現在の車両の上下加速度Ｇが所定加速度以上の場合）である場合には、ＰＳＥＣＵ５５は車両が悪路走行中であると判断する。この場合には、処理はステップ１８に進み、カウンタ値Ｎが所定回数以下であるか否かが判断される。

このカウンタ値Ｎは、図４に示す駆動制御処理が起動する際にゼロリセットされるものであり、上記のようにステップ１０〜ステップ１６の処理により悪路走行中であると判断された場合にステップ２０においてインクリメントされるものである。このステップ１８及びステップ２０は、車両が悪路を所定時間以上走行しているか否かを判断するものである。そして、ＰＳＥＣＵ５５が車両の悪路走行時間が所定時間以上であると判断すると、即ちステップ１８で否定判断がされると処理はステップ２４に進む。

ステップ２４では、ＰＳＥＣＵ５５は動力伝達機構４０ＡをラッチＯＦＦ状態とする。具体的には、ソレノイド４１の動作により摩擦部材４２はシャフトフランジ３２Ａ及びナットフランジ３８Ａから離間する。これにより、モータシャフト３２とボールねじナット３８はそれぞれ独立した状態となり、互いに自在に回転しうる構成となる。従って、電動モータ３０の駆動力はボールねじ装置３７に伝達されず、ラック軸１５に対する操舵力のアシストも行われない。

上記の駆動制御処理を実施することにより、前記のようにモータシャフト３２とボールねじナット３８は相互に独立して回転可能な構成とされているため、ステップ１０〜ステップ２０の処理により車両が悪路走行中であると判断された場合は、動力伝達機構４０Ａによりモータシャフト３２とボールねじナット３８との間の動力伝達は切断される。これにより、悪路走行中に車輪及びラック軸１５を介して路面振動がボールねじナット３８に伝達されても、これが慣性質量の大きいモータシャフト３２に伝達されることを規制できる。よって、ラック軸１５が悪路走行により変位しても、これに伴い慣性質量の小さいボールねじナット３８もこれに追随した変位するため、ボールねじナット３８とラック軸１５との噛合部分で悪路走行異音が発生することを防止できる。

また、本実施例においては、ステップ１８及びステップ２０を設けることにより、ステップ１０〜ステップ１６の処理において共に肯定判断がされた場合には直ちにステップ２４に進むのではなく、所定時間悪路走行状態が継続されたと判断された場合にステップ２４に進む構成としている。このため、瞬間的な路面の凹凸によりステップ２４が実施され、操舵のパワーアシストが切断されることを回避できる。更に、本実施例では、モータシャフト３２とボールねじナット３８との動力伝達のＯＮ／ＯＦＦを行う動力伝達機構４０Ａとしてソレノイド４１と摩擦部材４２とよりなる電磁クラッチを用いてるため、両者３２，３８間の動力伝達の切断及び接続を容易かつ確実に行うことができる。

次に、本発明の第２実施例である電動パワーステアリング装置について説明する。図５乃至図７は、第２実施例である電動パワーステアリング装置の要部を拡大して示す図であり、図６は本実施例で用いる動力伝達機構４０Ｂ（減速機）の減速比マップの一例を示す図であり、更に図７は第２実施例においてＰＳＥＣＵ５５が実施する駆動制御を示すフローチャートである。

尚、図５乃至図７において、図１乃至図４に示した第１実施例に係る電動パワーステアリング装置の構成と対応する構成及び処理については、同一符号或は同一のステップ番号を付してその説明を省略するものとする。また、図８以降の図面を用いた説明についても同様とする。

前記した第１実施例に係る電動パターステアリング装置１０Ａは、図２及び図３に示すように、動力伝達機構４０Ａとしてソレノイド４１と摩擦部材４２とよりなる電磁クラッチを用いた構成とした。これに対して本実施例に係る電動パターステアリング装置１０Ｂは、モータシャフト３２とボールねじナット３８との間で動力を伝達する動力伝達機構４０Ｂとして、両者３２，３８間で伝達される動力の値を連続的に可変しうる減速機構を用いたことを特徴とする。

この減速機構としては種々の構成を有する減速機が適用可能であるが、本実施例ではハーモニックドライブ（波動歯車装置）を用いてる。このハーモニックドライブは、コンパクトなサイズで高い減速比を実現できる。このハーモニックドライブよりなる動力伝達機構４０Ｂは、減速機駆動モータ４３により減速比を調整可能な個性とされている。また、減速機駆動モータ４３はＰＳＥＣＵ５５に接続されており、よってＰＳＥＣＵ５５により動力伝達機構４０Ｂの減速比は制御可能な構成となっている．
図６は、ＰＳＥＣＵ５５の内部に予め取り込まれている減速比とカウント値Ｎとの関係を示している。カウント値Ｎは、第１実施例で説明したと同様に、悪路走行時間が長くなるのに従い値が大きくなるものである。よって、本実施例における動力伝達機構４０Ｂの減速比は、図６に示すように、悪路走行時間が長くなるのに従い低下する（減速比が１以下となる）構成とされている。また、同図から明らかなように，悪路走行時間の経過に伴い、動力伝達機構４０Ｂの減速比は徐々に低減するよう設定されている。

次に、図７を用いて、ＰＳＥＣＵ５５で実施される動力伝達機構４０Ｂの駆動制御について説明する。同図に示す駆動制御処理が起動すると、先ず初期化処理が実施される。具体的には、ステップ２でカウンタ値Ｎがゼロリセットされると共に、ステップ４で減速比が「１」に設定される。

続くステップ１０〜２０の処理は、図４に示した第１実施例における駆動制御処理と同一である。即ち、ステップ１０〜ステップ１６で悪路判定を行い、悪路であると判断された場合には、カウント値２０をインクリメントする。

しかしながら、ステップ１２或はステップ１６で否定判断がされた場合、即ち良好な路面を走行中であると判断された場合、第１実施例においてはステップ２２で直ちに動力伝達機構４０ＡをクラッチＯＮ状態とした。これに対して本実施例では、ステップ１２或はステップ１６で否定判断がされた場合に直ちに動力伝達機構４０ＡをクラッチＯＮ状態とするのではなく、先ずステップ２６においてカウント値Ｎがゼロ以下であるかを判断し、ゼロではない場合には、ステップ２８によりカウント値をデクリメントする。

これにより、悪路走行時間が長くなるとこれに従いカウント値Ｎはステップ２０の処理により増加し、逆に良好な路面の走行時間が長くなるとこれに従いカウント値Ｎはステップ２８の処理により減少する。即ち、カウント値Ｎの値は、悪路走行及び良好な路面走行の双方を反映した値なる。

ステップ３０では、このように悪路走行及び良好な路面走行の双方を反映したカウント値Ｎに基づき、動力伝達機構４０Ａの減速比の演算を行う。ＰＳＥＣＵ５５には、予め実験により求められた減速比とカウント値Ｎとの関係を示す２元マップが格納されている。従って、ステップ２０或はステップ２８で求められるカウント値Ｎに基づき、ＰＳＥＣＵ５５は現在の車両走行状態に適合した動力伝達機構４０Ａの減速比を演算する。

このように、ステップ３０において現在の車両走行状態に適合した動力伝達機構４０Ａの減速比が演算されると、続くステップ３２において動力伝達機構４０Ａはステップ３０で求められた減速比で駆動される。減速比が小さくなるということは、モータシャフト３２とボールねじナット３８との動力伝達率が小さくなることを意味する。即ち、所定時間におけるボールねじナット３８の回転数に対してモータシャフト３２の回転数を少なくすることができる。

これにより、減速比が小さくなった場合には、実質的にモータシャフト３２とボールねじナット３８とがそれぞれ独立したのと近い状態となるため、悪路走行中に車輪及びラック軸１５を介して路面振動がボールねじナット３８に伝達されても、これが慣性質量の大きいモータシャフト３２に伝達されることを規制することが可能となる。よって、ラック軸１５が悪路走行により変位しても、慣性質量の小さいボールねじナット３８のみが追随して変位し、このボールねじナット３８の回転はモータシャフト３２に伝達されないため、ボールねじナット３８とラック軸１５との噛合部分で悪路走行異音が発生することを防止できる。

このように本実施例では、伝達される動力の値を連続的に可変しうる動力伝達機構４０Ｂ（減速機構）を設けたことにより、モータシャフト３２とボールねじナット３８との間における動力伝達の程度を路面状態に対応して設定することができる。これにより、電動モータ３０によりラック軸１５に対してアシストトルクを付与しつつ、悪路走行に起因してボールねじナット３８で異音が発生することを防止できる。

また、カウント値Ｎの値に基づき、悪路走行時間が長くなるに従い動力伝達機構４０Ｂの減速比を低減し、良好な路面の走行時間が長くなるに従い減速比を増大させるため、モータシャフト３２とボールねじナット３８との間における動力伝達状態を変化させるに際し、急激なアシストトルクの変動が発生することを防止できる。よって、悪路走行異音が発生することを防止しつつ、操舵フィーリングの低下を抑制することができる。

次に、本発明の第３実施例である電動パワーステアリング装置について説明する。図８及び図９は第３実施例である電動パワーステアリング装置１０Ｃの要部を拡大して示しており、図８はクラッチＯＮ状態を、図９はクラッチＯＦＦ状態を示している。

前記した第１実施例に係る電動パターステアリング装置１０Ａは、動力伝達機構４０Ａとしてソレノイド４１と摩擦部材４２とよりなる電磁クラッチを用い、クラッチＯＮ状態でモータシャフト３２を押圧することによりシャフトフランジ３２Ａとナットフランジ３８Ａと実質的に一体的とすることにより動力を伝達する構成とされていた。

これに対して本実施例に係る電動パワーステアリング装置１０Ｃに設けられた動力伝達機構４０Ｃは、ナットフランジ３８Ａの外周に配設された弾性材４４と、この弾性材４４の外周に設けられた摩擦部材４２とにより構成されることを特徴とする。この弾性材４４は、摩擦部材４２をラック軸１５の中心位置に向け弾性付勢する構成とされている。また、シャフトフランジ３２Ａの摩擦部材４２と対向する位置は鍔状とされており、摩擦部材４２との接触面積を広くとれるよう構成されている。従って、動力伝達機構４０Ｃを構成する摩擦部材４２及び弾性材４４は、摩擦クラッチを構成する。

上記構成において、ラック軸１５が悪路により発生する急激な回転速度（以下、悪路時走行回転速度という）以下の場合には、弾性材４４の弾性力により摩擦部材４２はシャフトフランジ３２Ａに押圧した状態（クラッチＯＮ状態）となっている。よって、このクラッチＯＮ状態の状態では、電動モータ３０の駆動力はモータシャフト３２及び摩擦部材４２を介してボールねじナット３８及びラック軸１５に伝達され、これにより操舵力がアシストされる。

これに対し、車両が悪路を走行し、これによりラック軸１５に悪路時走行回転速度の回転が発生した場合には、ラック軸１５の瞬間的な回転によりボールねじナット３８も急激な回転を行い、これにより摩擦部材４２には遠心力が作用する。この遠心力は、弾性材４４が摩擦部材４２をシャフトフランジ３２Ａに向け押圧する力と反対方向に作用する。そして、悪路時走行回転速度による遠心力が、摩擦部材４２をシャフトフランジ３２Ａに向け押圧する弾性力よりも大きくなると、図９に示されるように摩擦部材４２はシャフトフランジ３２Ａから離間したクラッチＯＦＦ状態となる。

よって、本実施例に係る電動パワーステアリング装置１０Ｃによれば、車両が悪路を走行することにより、悪路の状態に応じて摩擦部材４２はシャフトフランジ３２Ａとの押圧及び押圧解除を自動的に行うこととなる。クラッチＯＦＦ状態では、摩擦部材４２がモータシャフト３２から離間することにより、悪路走行に伴いラック軸１５が変位しても、これがモータシャフト３２に伝達されることはなく、よって悪路走行異音の発生を防止できる。また、簡単な構成で悪路走行異音の発生を防止できるため、部品点数の削減、ＰＳＥＣＵ５５のプログラムの簡単化、及び低コスト化を図ることができる。

次に、本発明の第４実施例である電動パワーステアリング装置について説明する。図１０及び図１１は第４実施例である電動パワーステアリング装置１０Ｄを示している。図１０は電動パワーステアリング装置１０Ｄの全体構成を示しており、図１１は電動パワーステアリング装置１０Ｄの要部を拡大して示している。

前記した各実施例では、操舵アシスト用の電動モータ３０をギヤハウジング１１に設けた構成を示した。これに対して本実施例に係る電動パワーステアリング装置１０Ｄは、インタミシャフト４５にコラムアシスト用電動モータ４７を設けた、いわゆるコラムパワーステアリング（以下、コラムＥＰＳという）に本願発明を適用した例を示している。

同図に示すように、ステアリングホイール５１はインタミシャフト４５，入力軸２６を介してギヤハウジング１１に接続される。このギヤハウジング１１の内部には、前記したと同様のラック軸１５が設けられており（電動モータ３０等の操舵アシスト用の構成は設けられていない）、その両側には車輪と接続されるタイロッド１８，１９が延出している。

このようなコラムＥＰＳでは、図１１に示すように、コラムアシスト用電動モータ４７はコラム減速機４８を介してインタミシャフト４５に接続されている。即ち、コラム減速機４８は、コラムアシスト用電動モータ４７の回転軸にはねじ溝４９と、インタミシャフト４５に設けられた噛合部５０とにより構成されている。この噛合部５０はねじ溝４９に噛合しており、よってコラムアシスト用電動モータ４７が回動することにより、この回動力はコラム減速機４８を介してインタミシャフト４５に伝達され、これにより操舵アシストが行われる構成とされている。

ところで、コラムアシスト用電動モータ４７は慣性質量が大きく、よって悪路走行により車輪の振動がラック軸１５，ギヤハウジング１１を介してインタミシャフト４５に伝達されると、コラムアシスト用電動モータ４７の慣性質量が大きいために噛合部５０とねじ溝４９との間で悪路走行異音が発生する。

そこで本実施例では、コラムアシスト用電動モータ４７とコラム減速機４８との間に動力伝達機構４０Ｄを設けたことを特徴とするものである。この動力伝達機構４０Ｄは、図５を用いて説明した第２実施例で説明した動力伝達機構４０Ｂと略同一のものである。即ち、動力伝達機構４０Ｄは、ハーモニックドライブ（波動歯車装置）を用いおり、図示しないＰＳＥＣＵにより減速比を制御される構成とされている。

よって、本実施例においても、悪路走行時においては動力伝達機構４０Ｄの減速比を小さく設定することにより、悪路走行異音を有効に低減することができる。

図１は、本発明の第１実施例である電動パワーステアリング装置の断面図である。 図２は、本発明の第１実施例である電動パワーステアリング装置の要部を拡大して示す構成図であり、平滑路を走行している状態を示す図である。 図３は、本発明の第１実施例である電動パワーステアリング装置の要部を拡大して示す構成図であり、悪路を走行している状態を示す図である。 図４は、本発明の第１実施例である電動パワーステアリング装置の制御動作を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第２実施例である電動パワーステアリング装置の要部を拡大して示す構成図である。 図６は、本発明の第２実施例である電動パワーステアリング装置の制御動作において使用する減速機の減速比マップの一例を示す図である。 図７は、本発明の第２実施例である電動パワーステアリング装置の制御動作を示すフローチャートである。 図８は、本発明の第３実施例である電動パワーステアリング装置の要部を拡大して示す構成図であり、平滑路を走行している状態を示す図である。 図９は、本発明の第３実施例である電動パワーステアリング装置の要部を拡大して示す構成図であり、悪路を走行している状態を示す図である。 図１０は、本発明の第４実施例である電動パワーステアリング装置の斜視図である。 図１１は、本発明の第４実施例である電動パワーステアリング装置の要部を拡大して示す構成図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｄ 電動パワーステアリング装置
１１ ギヤハウジング
１２ 第１のラックハウジング
１３ 第２のラックハウジング
１４ ヨークハウジング
１５ ラック軸
２６ 入力軸
３０ 電動モータ
３１ 駆動ステータ
３２ モータシャフト
３２Ａ シャフトフランジ
３７ ボールねじ装置
３８ ボールねじナット
３８Ａ ナットフランジ
４０Ａ〜４０Ｄ 動力伝達機構
４１ ソレノイド
４２ 摩擦部材
４３，４６ 減速機駆動モータ
４４ 弾性材４４
４５ インタミシャフト
４７ コラムアシスト用電動モータ
４８ コラム減速機
５０ 噛合部

Claims (5)

1. 車両に固定されたハウジングに移動可能に支持されると共に両端に車輪が接続されており、ステアリングホイールに接続されたピニオンと噛合し該ピニオンの回動により直線移動するラック軸と、
   前記ハウジング内のラック軸回りに配設されており、モータシャフト及びボールねじナットを介して前記ラック軸にアシストトルクを付与する電動モータとを具備する電動パワーステアリング装置において、
   前記モータシャフトとボールねじナットとを相互に独立して回転可能な構成とすると共に、
   前記車両が走行している走行路の状態を検出する走行路状態検出手段と、
   該走行路状態検出手段により悪路走行中であると判断された際に、前記モータシャフトと前記ボールねじナットとの間の動力の伝達を切断或は低減する動力伝達機構とを設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記動力伝達機構は、電磁クラッチであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記動力伝達機構は、伝達される動力の値を連続的に可変しうる減速機構を設けてなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項３記載の電動パワーステアリング装置において、
   悪路走行時間が長くなるに従い前記伝達される動力の値を低減し、良好な路面の走行時間が長くなるに従い前記伝達される動力の値を増大させる減速機構制御手段を設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記動力伝達機構は、前記ボールねじナットの回転速度に応じて前記動力の伝達の切断或は低減を行う摩擦クラッチ機構であ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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