JP2007050844A - Power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動モータにより操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering apparatus that generates a steering assist force by an electric motor.
車両用の電動パワーステアリング装置(EPS:Electric Power Steering System) には、減速機が用いられている。例えば、電動モータの出力軸の回転をウォーム軸およびウォームホイールを介して減速することで、電動モータの出力を増幅して舵取り機構に伝達し、ステアリング操作をトルクアシストする電動パワーステアリング装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。 A reduction gear is used in an electric power steering system (EPS) for a vehicle. For example, an electric power steering device that amplifies the output of the electric motor and transmits it to the steering mechanism by decelerating the rotation of the output shaft of the electric motor via a worm shaft and worm wheel, and torque assists the steering operation has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
上記のウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いには適度なバックラッシが必要であるが、経時変化による歯部の摩耗等によりバックラッシが増大し、異音を発生するおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ウォーム軸とウォームホイールとの間のバックラッシの変化に伴う騒音発生を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である。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an electric power steering apparatus capable of suppressing the generation of noise accompanying a change in backlash between a worm shaft and a worm wheel.
上記目的を達成するため、本発明は、出力軸を有する操舵補助用の電動モータと、この電動モータの出力軸の回転を舵取り機構に伝達するための伝達機構とを備え、この伝達機構は、複リード式のウォーム軸と、このウォーム軸に噛み合うウォームホイールとを含み、ウォーム軸を軸方向に移動させるための駆動機構を備え、この駆動機構は電磁アクチュエータを含むことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention includes a steering assisting electric motor having an output shaft, and a transmission mechanism for transmitting the rotation of the output shaft of the electric motor to a steering mechanism. A multi-lead type worm shaft and a worm wheel meshing with the worm shaft are provided, and a drive mechanism for moving the worm shaft in the axial direction is provided, and the drive mechanism includes an electromagnetic actuator. .
複リード式のウォームは、一の軸方向に進むにつれて歯厚が減少し、他の軸方向に進むにつれて歯厚が増大するようになっている。したがって、電磁アクチュエータを含む駆動機構によってウォーム軸を上記一の軸方向に移動させれば、ウォーム軸とウォームホイールとの間のバックラッシが減少し、逆に、駆動機構によってウォーム軸を上記他の軸方向に移動させれば、上記バックラッシが増大する。このように、バックラッシを調整することにより、バックラッシ変化に伴う騒音発生を抑制することができる。電磁アクチュエータとしては、ロータリーソレノイド、ステップモータ等を例示することができる。 In the multi-lead type worm, the tooth thickness decreases as it advances in one axial direction, and the tooth thickness increases as it advances in the other axial direction. Therefore, if the worm shaft is moved in the one axial direction by the drive mechanism including the electromagnetic actuator, the backlash between the worm shaft and the worm wheel is reduced, and conversely, the worm shaft is moved to the other axis by the drive mechanism. If it is moved in the direction, the backlash increases. As described above, by adjusting the backlash, it is possible to suppress the generation of noise accompanying the backlash change. As an electromagnetic actuator, a rotary solenoid, a step motor, etc. can be illustrated.
また、上記電磁アクチュエータは、固定部および回転する可動部を含み、上記駆動機構は、上記電磁アクチュエータの可動部による回転運動を直線運動に変換してウォーム軸に伝達するための運動変換機構を含む場合がある(請求項2)。この場合、電磁アクチュエータの可動部の回転を軸方向移動に変換して、ウォーム軸を軸方向に移動させる。運動変換機構としては、例えば、ねじ連結機構を用いる場合があり、その場合、構造が簡単で動作が確実である。 The electromagnetic actuator includes a fixed portion and a rotating movable portion, and the drive mechanism includes a motion conversion mechanism for converting a rotational motion by the movable portion of the electromagnetic actuator into a linear motion and transmitting the linear motion to the worm shaft. There is a case (Claim 2). In this case, the rotation of the movable part of the electromagnetic actuator is converted into axial movement, and the worm shaft is moved in the axial direction. As the motion conversion mechanism, for example, a screw coupling mechanism may be used. In that case, the structure is simple and the operation is reliable.
また、上記ウォーム軸の端部を回転自在に支持し且つウォーム軸を軸方向に位置決めする軸受と、この軸受の外輪を軸方向に位置決めする位置決め部材とを備え、上記駆動機構は、上記位置決め部材および上記軸受を介してウォーム軸を軸方向に移動させる場合がある(請求項3)。この場合、位置決め部材を用いるので、運動変換機構をレイアウトし易いという利点がある。例えば、ウォーム軸を収容するためのハウジングの収容孔の内周面と位置決め部材の外周面とを、運動変換機構としてのねじ連結機構によって連結するようにしてもよい。また、ウォーム軸を収容するためのハウジングの収容孔に軸方向に移動自在に且つ回転不能に位置決め部材を支持し、電磁アクチュエータの可動部と位置決め部材とを運動変換機構としてのねじ連結機構によって連結するようにしてもよい。 A bearing that rotatably supports the end of the worm shaft and positions the worm shaft in the axial direction; and a positioning member that positions the outer ring of the bearing in the axial direction. The drive mechanism includes the positioning member In some cases, the worm shaft may be moved in the axial direction via the bearing. In this case, since the positioning member is used, there is an advantage that the motion conversion mechanism can be easily laid out. For example, the inner peripheral surface of the housing hole for housing the worm shaft and the outer peripheral surface of the positioning member may be coupled by a screw coupling mechanism as a motion conversion mechanism. Further, a positioning member is supported in the housing hole for housing the worm shaft so as to be axially movable and non-rotatable, and the movable part of the electromagnetic actuator and the positioning member are coupled by a screw coupling mechanism as a motion conversion mechanism You may make it do.
また、上記ウォーム軸とウォームホイールの噛み合いによる振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段からの信号に応じて電磁アクチュエータの動作を制御する制御手段とを備える場合がある(請求項4)。この場合、バックラッシの増大に伴う振動の発生が検出されることに応じて、ウォーム軸を軸方向に移動させてバックラッシを調整することにより、騒音発生を確実に抑制することができる。 Further, there may be provided vibration detection means for detecting vibration caused by meshing of the worm shaft and worm wheel, and control means for controlling the operation of the electromagnetic actuator in accordance with a signal from the vibration detection means. . In this case, the occurrence of noise can be reliably suppressed by adjusting the backlash by moving the worm shaft in the axial direction in response to the detection of the occurrence of vibration accompanying the increase in backlash.
ここで、駆動機構によってウォーム軸の軸方向へ移動させる量としては、ウォーム軸とウォームホイールとの間のバックラッシが適正なバックラッシよりも小さくならないように、設定されることが好ましく、例えば、上記制御手段は、振動検出手段による検出値が所定値を超えると、ウォーム軸を軸方向に所定量ずつ変位させるように電磁アクチュエータの動作を制御するようにしてもよい(請求項5)。 Here, the amount of movement in the axial direction of the worm shaft by the drive mechanism is preferably set so that the backlash between the worm shaft and the worm wheel is not smaller than the appropriate backlash. The means may control the operation of the electromagnetic actuator so that the worm shaft is displaced by a predetermined amount in the axial direction when the value detected by the vibration detecting means exceeds a predetermined value.
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図1を参照して、電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール等の操舵部材2に連結しているステアリングシャフト3と、ステアリングシャフト3に自在継手4を介して連結される中間軸5と、中間軸5に自在継手6を介して連結されるピニオン軸7と、ピニオン軸7の端部近傍に設けられたピニオン歯7aに噛み合うラック歯8aを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー8とを有している。ピニオン軸7およびラックバー8により舵取り機構Aとしてのラックアンドピニオン機構が構成されている。
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an electric
ラックバー8は車体に固定されるハウジング9内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー8の両端部はハウジング9の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド10が結合されている。各タイロッド10は対応するナックルアーム(図示せず)を介して対応する操向輪11に連結されている。
操舵部材2が操作されてステアリングシャフト3が回転されると、この回転がピニオン歯7aおよびラック歯8aによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー8の直線運動に変換される。これにより、操向輪11の転舵が達成される。
The rack bar 8 is supported in a housing 9 fixed to the vehicle body so as to be capable of linear reciprocation through a plurality of bearings (not shown). Both end portions of the rack bar 8 protrude to both sides of the housing 9, and
When the
ステアリングシャフト3は、操舵部材2に連なる入力軸3aと、ピニオン軸7に連なる出力軸3bとに分割されており、これら入、出力軸3a,3bはトーションバー12を介して同一の軸線上で相対回転可能に互いに連結されている。
トーションバー12を介する入、出力軸3a,3b間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ13が設けられており、このトルクセンサ13のトルク検出結果は、ECU(Electronic Control Unit :電子制御ユニット)14に与えられる。ECU14では、トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路15を介して操舵補助用の電動モータ16を駆動制御する。電動モータ16の出力回転が伝動装置としての減速機17を介して減速されてステアリングシャフト3の出力軸3bに伝達され、さらにピニオン軸7を介してラックバー8の直線運動に変換されて、操舵が補助される。
The steering shaft 3 is divided into an
A
減速機17は、電動モータ16により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸18と、このウォーム軸18に噛み合うと共にステアリングシャフト3の出力軸3bに一体回転可能に連結される従動ギヤとしてのウォームホイール19を備える。
図2を参照して、ウォーム軸18は、電動モータ16の出力軸20と同軸上に配置されている。ウォーム軸18は、その軸長方向に離隔する第1および第2の端部18a,18bを有し、第1および第2の端部18a,18b間の中間部18cに歯部を有する。
The
With reference to FIG. 2, the
ウォームホイール19は、ステアリングシャフト3の出力軸3bの軸方向中間部に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。ウォームホイール19は、出力軸3bに一体回転可能に結合される環状の芯金19aと、芯金19aの周囲を取り囲み外周に歯部19cを形成した合成樹脂部材19bとを備える。芯金19aは、例えば合成樹脂部材19bの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。
The
ウォーム軸18は、減速機17のハウジング21に形成された収容孔21a内に収容されている。ウォーム軸18およびウォームホイール19の歯の噛み合い部分を含む領域にはグリース等の潤滑剤が充填されている。ウォーム軸18の第1の端部18aと電動モータ16の出力軸20とは筒状の継手22を介して同軸上に動力伝達可能に連結されている。
The
ウォーム軸18の第1および第2の端部18a,18bは、対応する第1および第2の軸受23,24をそれぞれ介して減速機17のハウジング21に回転自在に支持されている。第1および第2の軸受23,24は例えば玉軸受からなる。
第1および第2の軸受23,24の内輪25,26が、ウォーム軸18の第1および第2の端部18a,18bにそれぞれ一体回転可能に嵌合されている。各内輪25,26は、それぞれウォーム軸18の外周面に形成された対応する第1および第2の段部27,28に対向している。第1および第2の段部27,28は、環状をなし、互いに逆向きである。
The first and
第2の軸受24の内輪26とウォーム軸18の第2の段部28とは互いに当接している。第1の軸受23の内輪25とウォーム軸18の第1の段部27とは、所定の間隔を隔てて対向している。第1の軸受23の内輪25の端面とウォーム軸18の第1の段部27との間には、付勢部材としての弾性部材29が介在しており、弾性部材29は、ウォーム軸18を第1の軸方向X1に付勢する。弾性部材29としては、例えば図2に示すような皿ばねを用いることができるが、これに限らず、所要の弾性を有するものであれば、環状のゴム体、樹脂体の他、金属製の圧縮コイルばねを用いることもできる。
The
また、第1の軸受23の外輪30は、ハウジング21の収容孔21aに形成された軸受保持部31に回転不能に保持されている。この軸受保持部31に連なって形成されたねじ部32には、ねじ部材33が螺合されている。このねじ部材33が第1の軸受23の外輪30の端面に当接することにより、第1の軸受23がウォーム軸18の軸方向に位置決めされている。第1の軸受23を位置決めしたねじ部材33は、ロック部材34により止定されている。
Further, the
ウォーム軸18の第1の端部18aおよび電動モータ16の出力軸20が継手22の対応する端部からそれぞれ嵌め入れられて継手22に結合している。具体的には、ウォーム軸18の第1の端部18aに設けられたスプライン部18dが軸方向に移動可能に継手22にスプライン結合される一方、電動モータ16の出力軸20が例えば圧入により継手22に結合される。
The
第2の軸受24の外輪35は、ハウジング21の収容孔21aに形成された軸受保持部36に回転不能に保持されている。収容孔21aにおいて、軸受保持部36に連なる部分に、所要時にウォーム軸18を軸方向に移動させるための駆動機構37が収容されている。
駆動機構37は、回転型の電磁アクチュエータ38と、この電磁アクチュエータ38によって駆動されて第2の軸受24の外輪35を軸方向に位置決めする位置決め部材39と、電磁アクチュエータ38の出力する回転運動を直線運動に変換するための運動変換機構40とを備えている。運動変換機構40は、ハウジング21の収容孔21aの内周面に形成された雌ねじ部41と、位置決め部材39に設けられて上記雌ねじ部41に螺合する雄ねじ部42とを含むねじ連結機構により構成されている。
The
The
減速機17のハウジング21には、振動検出手段としての振動センサ43が取り付けられおり、振動センサ43からの信号はECU14に与えられるようになっている。ECU14は駆動回路44を介して電磁アクチュエータ38の動作を制御する。具体的には、ECU14は、振動センサ43からの入力値が所定値を超えると、ウォーム軸18を軸方向に所定量変位させるように、電磁アクチュエータ38を駆動制御する。振動センサとしては、例えば圧電型その他の加速度センサを用いることができる。
A
図3を参照して、ウォーム軸18は複リード式である。したがって、ウォーム軸18が第1の軸方向X1に進む(移動する)につれて、ウォームホイール19と噛み合うウォーム軸18の部分の歯厚が減少し、ウォーム軸18が第2の軸方向X2に進む(移動する)につれて、ウォームホイール19と噛み合うウォーム軸18の部分の歯厚が増大するようになっている。すなわち、ウォーム軸18のピッチP2が、ピッチP1よりも小さくなっている。
Referring to FIG. 3, the
次いで、拡大図である図4を参照して、電磁アクチュエータ38は、ハウジング21に固定された固定部45と、回転可能な筒状の可動部46とを含む。電磁アクチュエータ38としては、ロータリーソレノイド、ステップモータ等を用いることができる。電磁アクチュエータ38がロータリーソレノイドからなる場合には、例えばコイルを保持したヨークによって固定部45が構成され、その回転中心を中心とする円周上に複数個の永久磁石を配列したロータによって可動部46が構成されることになる。
Next, referring to FIG. 4 which is an enlarged view, the
ハウジング21の収容孔21aの内周面には、軸受保持部36に連なって上記雌ねじ部41が形成されている。位置決め部材39は、環状の主体部47と、主体部47の中心から軸方向に延び主体部47と一体回転可能な軸部48とを備えている。軸部48は電磁アクチュエータ38の筒状の可動部46と一体回転可能に嵌合されている。主体部47の外周には収容孔21aの雌ねじ部41と螺合する上記雄ねじ部42が形成されている。
On the inner peripheral surface of the
本実施の形態によれば、移動方向に応じてピッチP1,P2が相異なる複リード式のウォーム軸18を用いているので、例えば、ウォーム軸18を第1の軸方向X1に移動させれば、ウォーム軸18とウォームホイール19のバックラッシを増大させることができ、また、ウォーム軸18を第2の軸方向X2に移動させれば、上記のバックラッシを減少させることができる。このように、バックラッシを調整することにより、バックラッシ変化に伴う騒音発生を抑制することができる。
According to the present embodiment, since the multi-lead
より具体的には、振動センサ43によって、ウォーム軸18とウォームホイール19の噛み合いによる振動が検出され、常時、監視されている。経時変化によってバックラッシが増大し、その結果、振動センサ43によって検出される振動が増大すると、振動センサからECU14への入力値が所定値を超える。そうすると、ECU14が電磁アクチュエータ38の可動部46を所定の回転角だけ駆動させる。この可動部46の回転に伴って位置決め部材39が同じ回転角だけ駆動され、その結果、運動変換機構40としてのねじ連結機構の働きで、位置決め部材39が第2の軸方向X2に所定量だけ変位する。これにより、ウォーム軸18が第2の軸方向X2に所定量移動し、バックラッシが所定量だけ低減される。
More specifically, the
このように、バックラッシの増大に起因する振動の発生を検出して、バックラッシを低減するようにしているので、騒音発生を確実に抑制することができる。
また、運動変換機構40として、ねじ連結機構を用いるので、構造が簡単で動作が確実である。
また、第2の軸受24の外輪35を軸方向に位置決めする位置決め部材39を用いてウォーム軸18を軸方向に移動させるようにしたので、運動変換機構40をレイアウトし易いという利点がある。本実施の形態では、運動変換機構40としてのねじ連結機構を、ハウジング21の収容孔21aと位置決め部材39との間に設けた。具体的には、運動変換機構40としてのねじ連結機構は、ウォーム軸18を収容するためのハウジング21の収容孔21aの内周面の雌ねじ部41と、位置決め部材39の主体部47の外周面の雄ねじ部42とを有する。
In this way, since the occurrence of vibration due to the increase in backlash is detected and the backlash is reduced, the generation of noise can be reliably suppressed.
In addition, since a screw coupling mechanism is used as the
Further, since the
なお、振動センサ43からの入力値が所定値を超える度毎に、ウォーム軸18を軸方向に移動させる量(上記の所定量)としては、ウォーム軸18とウォームホイール19との間のバックラッシが適正なバックラッシよりも小さくならないように設定されることが好ましい。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図5に示すように、ハウジング21の収容孔21aに軸方向に移動自在に且つ回転不能に、例えばスプライン結合を用いて位置決め部材39Aを支持し、電磁アクチュエータの可動部46Aとしての回転軸と位置決め部材39Aとの間に運動変換機構40Aを設けるようにしてもよい。具体的には、可動部46Aの外周面に設けられた雄ねじ部49と、位置決め部材39Aに形成されたねじ孔の雌ねじ部50とにより、運動変換機構40Aが構成されている。
The amount of movement of the
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, as shown in FIG. 5, the
その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。 In addition, various modifications can be made within the scope of the claims of the present invention.
1…電動パワーステアリング装置、A…舵取り機構、14…ECU(制御部)、16…電動モータ、17…減速機(伝達機構)、18…ウォーム軸、18b…第2の端部(ウォーム軸の端部)、X1…第1の軸方向(ウォーム軸の軸方向)、X2…第2の軸方向(ウォーム軸の軸方向)、19…ウォームホイール、24…第2の軸受(軸受)、35…外輪(第2の軸受の外輪)、38…電磁アクチュエータ、39,39A…位置決め部材、40,40A…運動変換機構、41…雌ねじ部(運動変換機構)、42…雄ねじ部(運動変換機構)、43…振動センサ(振動検出手段)、45…固定部、46,46A…可動部、49…雄ねじ部(運動変換機構)、50…雌ねじ部(運動変換機構)。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
この電動モータの出力軸の回転を舵取り機構に伝達するための伝達機構とを備え、この伝達機構は、複リード式のウォーム軸と、このウォーム軸に噛み合うウォームホイールとを含み、
ウォーム軸を軸方向に移動させるための駆動機構を備え、この駆動機構は電磁アクチュエータを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 An electric motor for steering assistance having an output shaft;
A transmission mechanism for transmitting the rotation of the output shaft of the electric motor to the steering mechanism, the transmission mechanism including a multi-lead type worm shaft and a worm wheel meshing with the worm shaft,
An electric power steering apparatus comprising a drive mechanism for moving a worm shaft in the axial direction, the drive mechanism including an electromagnetic actuator.
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JP2013159334A (en) * | 2012-02-08 | 2013-08-19 | Tadashi Takahashi | Electric power steering device |
KR20160064818A (en) * | 2014-11-28 | 2016-06-08 | 현대모비스 주식회사 | Apparatus for controling axial load |
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