JP2008114726A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ギヤボックス部を車体に組み付ける際の作業性および搭載性を良好にすると共に、操作子の操作フィーリングが良好な電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、ハンドル３からの入力に応じたモータ駆動力によって車両の転舵を行う。ハンドル３とコラム部４と中間伝達部７２とギヤボックス部５とは、この順に連結されている。コラム部４およびギヤボックス部５には、モータ駆動力を発生するための第１および第２電動モータ１１，２１と、この第１および第２電動モータ１１，２１の回転を減速して倍力または推力に交換するための第１および第２減速機構１３，２３と、ステアリングシャフト７に加わるトルクを検出するための第１および第２トルクセンサ１２，２２と、がそれぞれ設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に関する。

一般に、自動車に装備される電動パワーステアリング装置は、運転者のハンドル操作によってステアリングシャフトに加えられるトルクをトルクセンサによって検出している（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されているように、電動パワーステアリング装置には、いわゆる磁歪式のトルクセンサが使用されているものもある。電動パワーステアリング装置は、このトルクセンサからの検出信号に応じて、運転者のハンドル操作に対して動力補助する（補助操舵力を付与する）ためのモータを駆動制御し、運転者の操舵力を軽減して快適な操舵フィーリングを与えるようになっている。

従来、車体の重量が重く、かつ、積載量の大きいトラックやミニバン等の大型の自動車に搭載されている電動パワーステアリング装置は、軽自動車や小型自動車に搭載される電動パワーステアリング装置と比較して、タイヤにかかる荷重が大きいので、ステアリングギヤボックス（以下、単に「ギヤボックス」という）に負荷される軸重が大きくなっている。

このような電動パワーステアリング装置では、モータの出力を大きくして、減速機構をそれに耐え得るだけの強度を持たせてアシストを満足させなくてはならない。
したがって、大型車両用の電動パワーステアリング装置は、モータや減速機構が大型で重量があってパワーのあるものを使用したり、または、特許文献２や特許文献３に開示されているように２つの電動モータを設置したりして、アシスト量を確保している。

特許文献２の電動パワーステアリング装置は、第１電動モータを備えた第１補助トルク機構と、第２電動モータを備えた第２補助トルク機構と、を車輪に連結したラック軸に設置して、ハウジングに収納している。

特許文献３の電動パワーステアリング装置は、コラム部に操舵補助用の大モータを配設し、ラック部に操舵補助用の小モータを配設して、例えば、高速走行中の低トルク時には小モータを使用し、低速走行中の大トルク時には、大モータを使用するものである。小モータおよび大モータは、ステアリングシャフトに取り付けられた１つのトルクセンサからの信号に基づいて制御する制御手段（ＥＣＵ）によって駆動するようになっている。
特開２００４−２３９６５２号公報（段落００２４〜００３４、図１） 特開２００４−２４３９９５号公報（特許請求の範囲、図１、図２） 特開２００５−２４７２１４号公報（段落００３４、００２５〜００２８、００３５、図１、図５、図１２〜図１７）

しかしながら、大型のモータおよび減速機構からなる前記電動パワーステアリング装置や、前記特許文献１のような２つのモータをラック軸に備えた電動パワーステアリング装置では、大重量化および大型化してギヤボックスを車両に組み付ける際に、作業員一人では重過ぎて組み付けることができないという問題点がある。

このようなギヤボックスは、自動車の組み立てラインでの車体への組み付け作業や、修理工場でのギヤボックスの調整作業や補修時の取り付け取り外し作業や、交換作業等を行う際に、重くて作業性が悪いという問題点がある。

また、特許文献３に記載の電動パワーステアリング装置は、ユニバーサルジョイントを介在してコラム部側とギヤボックス部側とにそれぞれ設けた電動モータが、ステアリングシャフトに取り付けた１つのトルクセンサに基づいて駆動するようになっている。ユニバーサルジョイントを介在したコラム部側とギヤボックス部側とは、厳密には等速に回転せず、コラム部側とギヤボックス部側との間に位相差があると共に、ステアリングシャフトやユニバーサルジョイントやピニオン軸にそれぞれ捩れによる伝達遅れも生じる。例えば、路面からの過大な外力が瞬時にアシスト機構に負荷された場合には、ギヤボックス部側の電動モータの方に大きな負荷がかかる。

このような場合には、特許文献３の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトのトルクセンサでトルクを検出して位相差をもつ２つの電動モータを駆動させているため、操作子の操作フィーリングが悪いという問題点があった。

そこで、本発明は、前記課題を解消すべく発明されたものであり、ギヤボックス部を車体に組み付ける際の作業性および搭載性を良好にすると共に、操作子（ハンドル）の操作フィーリングが良好な電動パワーステアリング装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の発明は、操作子からの入力に応じたモータ駆動力によって車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置であって、前記操作子と、コラム部と、中間伝達部と、ギヤボックス部とが、この順に連結され、前記コラム部および前記ギヤボックス部には、前記モータ駆動力を発生するためのモータと、このモータの回転を減速して倍力または推力に交換するための減速機構と、ステアリングシャフトに加わるトルクを検出するためのトルクセンサと、がそれぞれ設けられていることを特徴とする。
ここで、ステアリングシャフトとは、操作子とラック軸との間に設置される軸棒であって、いわゆるステアリングメインシャフトや、ステアリングインターミディエイトシャフトや、ピニオン軸や、アッパーシャフトや、ロアシャフトや、トーションバー等である。

請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の発明によれば、コラム部とギヤボックス部は、モータと減速機構とトルクセンサと、がそれぞれ設けられている。このため、電動パワーステアリング装置は、コラム部とギヤボックス部とにそれぞれに負荷されるトルクを検出して、コラム部のトルクの大きさと、ギヤボックス部のトルクの大きさとに応じてそれぞれに適したアシストを行うことができる。即ちそれぞれ位相の異なる２つの電動モータをそれぞれのトルクセンサにて制御できる、その結果、操作子の操作フィーリングが良好になる。
また、モータと減速機構とトルクセンサとから主に構成されたアシスト機構を、コラム部とギヤボックス部とにそれぞれ設置したことにより、電動パワーステアリング装置全体のパワーを強力にしたとしても、各アシスト機構を小型化および軽量化できる。このため、ギヤボックス部の全体の荷重を小さくすることができる。その結果、ギヤボックスの重量を作業員一人で持ち運び可能な重さに軽量化できるので、ギヤボックスを車体に組み付ける作業性および搭載性が向上される。

請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記コラム部に設けられた前記トルクセンサの出力値と、前記ギヤボックス部に設けられた前記トルクセンサの出力値に基づいて、電流を算出し、前記コラム部のモータと前記ギヤボックス部のモータの両方を駆動させる制御装置を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の発明によれば、制御装置は、コラム部のトルクセンサの出力値と、ギヤボックス部のトルクセンサの出力値に基づいて、電流を算出して、コラム部のモータとギヤボックス部のモータの両方を駆動させる。このため、電動パワーステアリング装置は、コラム部のモータとギヤボックス部のモータとによって、コラム部とギヤボックス部とにかかるトルクに基づいてそれぞれに適したアシストを行うことができるので、操作子の操作フィーリングが良好になる。
また、万が一どちらかのトルクセンサが故障しても、故障していないトルクセンサによってコラム部のモータとギヤボックス部のモータの両方を駆動してアシスト制御を継続できる。
さらに、万が一どちらか一方のアシスト機構が故障した場合であっても、どちらか他方を作動させて操作子の操作をアシストすることができる。このため、電動パワーステアリング装置は、コラム部のアシスト機構、または、ギヤボックス部のアシスト機構が故障しても、コラム部の電動モータ、または、コラム部の電動モータのどちらか一方が駆動するため、操作子の操作が重くなることを軽減することができる。

請求項３に記載の電動パワーステアリング装置の発明は、請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記コラム部および前記ギヤボックス部にそれぞれ設けられたトルクセンサは、少なくともどちらか一方が磁歪式トルクセンサからなることを特徴とする。

請求項３に記載の電動パワーステアリング装置の発明によれば、コラム部およびギヤボックス部の少なくともどちらか一方に磁歪式トルクセンサを設けたことによって、ステアリング全体での捩じり剛性を大きくでき事実上捩れをなくすことができる。その結果、トルクセンサを２つ用いても運転者による操作子の操作力によってステアリングシャフトが過度に捩れることを抑制して、操作フィーリングを向上させることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の発明によれば、ギヤボックス部を車体に組み付ける際の作業性および搭載性を良好にすると共に、操作子の操作フィーリングが良好な電動パワーステアリング装置を提供することができる。

次に、図１〜図３に基づき本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の一例を説明する。
なお、電動パワーステアリング装置は、設置する方向によって上下左右の方向が変化するものであり、図面の上側を上方向として説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を示す模式図である。図２は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のコラム部を示す模式図である。図３は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のギヤボックス部を示す模式図である。

≪電動パワーステアリング装置の構成≫
図１に示すように、電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、運転者がハンドル（操作子）３を回転操作した際に、ハンドル３からの入力に応じた第１電動モータ１１および第２電動モータ２１のそれぞれのモータ駆動力によってハンドル３に連結されたステアリングシャフト７に補助トルクを付加して運転者の操舵力を軽減させる転舵のアシストを行うステアリング装置である。
この電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、運転者が操作するハンドル３と、このハンドル３に連結されたステアリングシャフト７と、コラム部４に設置されて第１電動モータ１１を有する第１アシスト機構１と、ギヤボックス部５に設置されて第２電動モータ２１を有する第２アシスト機構２と、第１アシスト機構１と第２アシスト機構２とを接続するための継手（自在継手７２）と、第１アシスト機構１の第１トルクセンサ１２と第２アシスト機構２の第２トルクセンサ２２とからトルクセンサ信号に基づいて第１電動モータ１１と第２電動モータ２１とを制御する制御装置６と、から主に構成されている。
このように電動パワーステアリング装置ＥＰＳには、いわゆるコラム型電動パワーステアリング装置を形成する第１アシスト機構１と、いわゆるラック型電動パワーステアリング装置を形成する第２アシスト機構２との２つの装置が備えられている。

第１アシスト機構１と第２アシスト機構２との２つの装置を備えた電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、運転者がハンドル３を回転操作した際に、ステアリングメインシャフト７１に作用する操舵トルクの大きさおよび方向を第１トルクセンサ１２で検出し、その検出結果と車速センサＳからの車速信号とに応じた補助トルクを第１電動モータ１１で発生させる。そして、第１電動モータ１１で発生した補助トルクを第１減速機構１３で倍力してステアリングメインシャフト７１に伝達して、自在継手７２を介してピニオン軸７３に伝える。さらに、そのピニオン軸７３に作用する操舵トルクの大きさおよび方向を第２トルクセンサ２２で検出し、その検出結果と車速センサＳからの車速信号とに応じた補助トルクを第２電動モータ２１で発生させる。そして、第２電動モータ２１で発生した補助トルクを第２減速機構２３で倍力してピニオン軸７３に伝達することにより、第１アシスト機構１と第２アシスト機構２との位相差を解消して、ステアリングシャフト７の２箇所で補助トルクを付加し、運転者の操舵力を軽減するようになっている。

≪ハンドル（操作子）の構成≫
ハンドル３は、車両を操舵するための操作部材である。このハンドル３と、コラム部４と、自在継手（中間伝達部）７２と、ギヤボックス部５と、タイロッドＴと、ナックル（図示せず）と、車輪Ｗとが、この順に連結されている。

＜コラム部の構成＞
図２に示すコラム部４は、略筒状のステアリングコラム（図示せず）であって、ステアリングメインシャフト７１と、第１アシスト機構１とを有している。すなわち、このコラム部４には、モータ駆動力を発生するための第１電動モータ（モータ）１１と、この第１電動モータ１１の回転を減速して倍力または推力に交換するための第１減速機構（減速機構）１３と、ステアリングメインシャフト７１に加わるトルクを検出するための第１トルクセンサ１２と、が設けられている。

≪第１アシスト機構の構成≫
図２に示すように、第１アシスト機構１は、ハンドル３に連結されたステアリングメインシャフト７１の周辺部位に設置された第１電動モータ１１によってハンドル３の操舵のアシストを行う装置である。この第１アシスト機構１は、運転者がハンドル操作した際に、ステアリングメインシャフト７１（ステアリングシャフト７）に作用する操舵トルクの大きさおよび方向を検出する第１トルクセンサ１２と、運転者の操舵に対して補助操舵力を付与する第１電動モータ１１と、この第１電動モータ１１の回転トルクを増大させる第１減速機構１３と、第１トルクセンサ１２および車速センサＳ等からの検出信号に応じて第１電動モータ１１を駆動制御する第１ＥＣＵ（Electrical Control Unit）１４と、から主に構成されている。その他に、この第１アシスト機構１には、ステアリングメインシャフト７１を軸支する軸受１５，１６，１７や、第１アシスト機構１の各部材を覆う第１ハウジング１８とが備えられている。

＜第１電動モータ（モータ）の構成＞
図２に示す第１電動モータ１１は、第１トルクセンサ１２からの操舵信号に基づく制御装置６からの入力信号によって第１減速機構１３を介してステアリングメインシャフト７１を回転させるものである。第１電動モータ１１は、第１減速機構１３の第１ウォームギヤ１３ａを設けたロータ軸１１ａを備え、電気的に第１ＥＣＵ１４に接続されている。この第１電動モータ１１および後記する第２電動モータ２１は、例えば、ブラシレスモータからなる。

＜第１トルクセンサの構成＞
図２に示す第１トルクセンサ１２は、ステアリングメインシャフト７１に直接的に磁歪膜１２ａ，１２ｂが設けられ、互いに異なる異方性が付与されている。ハンドル３からの操舵トルクが作用したときに、ステアリングメインシャフト７１に生じる捩れに応じた磁歪膜１２ａ，１２ｂの逆磁歪効果による磁気特性の変化を、検出コイル１２ｃ，１２ｄ等を用いて電気的に検出することによって２つの磁歪特性曲線が得られ、これらの２つの磁歪特性曲線の差を算出することにより、ステアリングメインシャフト７１に加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出する磁歪式トルクセンサである。この第１トルクセンサ１２は、ステアリングメインシャフト７１に設けられた磁歪膜（磁気特性変化部）１２ａ，１２ｂに対向して設けられた複数の検出コイル１２ｃ，１２ｄと、この検出コイル１２ｃ，１２ｄの外周に設けられたヨーク１２ｅ，１２ｆと、から主に構成されている。

このように、第１トルクセンサ１２は、例えば、１つのトルクセンサを構成する第１コイルユニット１２Ａと、この第１コイルユニット１２Ａと同じ構造の第２コイルユニット１２Ｂと、を備えてなる。

＜第１トルクセンサ磁歪膜の構成＞
図２に示す第１トルクセンサ１２の磁歪膜１２ａ，１２ｂは、ステアリングメインシャフト７１に操舵トルクが印加されることによって発生する歪により磁気特性（透磁率）を変化させるものである。この磁歪膜１２ａ，１２ｂは、ステアリングメインシャフト７１の外周面に、軸方向に所定間隔を介して上下に複数配置されて構成されている。この磁歪膜１２ａ，１２ｂは、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系や、Ｆｅ−Ｃｒ系の合金膜等からなる磁歪材をメッキや蒸着によってステアリングメインシャフト７１に一体的に固定されている。この磁歪膜１２ａ，１２ｂは、互いに逆方向の異方性が付与されている。この異方性付与により操舵トルクの方向を感知する。

＜第１トルクセンサの第１コイルユニットおよび第２コイルユニットの構成＞
図２に示す第１コイルユニット１２Ａと第２コイルユニット１２Ｂは、磁歪膜１２ａ，１２ｂと所定距離をおいて対向して第１ハウジング１８の内面に配置され、磁歪膜１２ａ，１２ｂの磁気特性変化を検出することによって、ステアリングメインシャフト７１に印加されたトルクを検出する検出部である。第１コイルユニット１２Ａと第２コイルユニット１２Ｂは、例えば、スペーサ等によって第１コイルユニット１２Ａと第２コイルユニット１２Ｂと各部材間を一定に保った状態で、樹脂によってモールド成形された第１ハウジング１８に収納されて一体化されている。この第１コイルユニット１２Ａと第２コイルユニット１２Ｂは、磁歪特性の変化に合わせて検出コイル１２ｃ，１２ｄが交番通電されて発信されるトルク検出電圧を検出する検出回路を備えた第１ＥＣＵ１４に電気的に接続されている。

第１コイルユニット１２Ａは、磁歪膜１２ａに対向して配置されて、リング状に束ねて巻回された検出コイル１２ｃと、この検出コイル１２ｃの外側および上下側を覆うように設けられ保持する断面コ字状のヨーク１２ｅと、からなる。
第２コイルユニット１２Ｂは、磁歪膜１２ｂに対向して設置される検出コイル１２ｄと、この検出コイル１２ｄを覆うヨーク１２ｆと、からなる。

＜第１トルクセンサの検出コイルの構成＞
図２に示すように、検出コイル１２ｃ，１２ｄは、磁歪膜１２ａ，１２ｂに通電して、操舵トルク入力時に、磁歪膜１２ａ，１２ｂの磁歪特性である透磁率の変化を検出する検出用の励磁コイルからなる。この検出コイル１２ｃ，１２ｄは、第１ハウジング１８の内周側に、ヨーク１２ｅ，１２ｆを介在し、かつ、上下に離間して配設されている。検出コイル１２ｃ，１２ｄは、例えば、ボビン（図示せず）に巻回されて各ヨーク１２ｅ，１２ｆ内に配設されている。

＜第１トルクセンサのヨークの構成＞
図２に示すように、ヨーク１２ｅ，１２ｆは、検出コイル１２ｃ，１２ｄの外枠を構成する部材であり、例えば、断面が略コ字状の軟磁性の鋼板製の環状部材からなる。

＜第１減速機構の構成＞
第１減速機構１３は、第１電動モータ１１の回転を減速回転させてステアリングメインシャフト７１に伝達するための歯車伝達機構である。この第１減速機構１３は、例えば、ロータ軸１１ａに設けられた第１ウォームギヤ１３ａと、この第１ウォームギヤ１３ａに噛合されステアリングメインシャフト７１に設けられた第１ウォームホイールギヤ１３ｂと、から構成されている。

＜第１ＥＣＵの構成＞
図２に示す第１ＥＣＵ１４は、第１トルクセンサ１２および車速センサＳ等からの検出信号に応じて第１電動モータ１１を駆動制御する電子制御ユニットである。この第１ＥＣＵ１４は、磁歪膜１２ａ，１２ｂに交流電圧を印加して磁歪膜１２ａ，１２ｂを励磁する励磁回路と、磁歪膜１２ａ，１２ｂの透磁率の変化を電気的に検出するトルク検出回路と、車速センサＳからの車速信号を検出する車速検出回路と、この車速検出回路とトルク検出回路からの信号に基づいて第１電動モータ１１を駆動制御する駆動回路と、を備えている。第１ＥＣＵ１４は、検出コイル１２ｃ，１２ｄと、車速センサＳ（図１参照）とにそれぞれ電気的に接続されている。

≪ステアリングシャフトの構成≫
ステアリングシャフト７は、ハンドル３の回転をギヤボックス部５のラック軸８に伝達するための操舵伝達軸であり、ステアリングメインシャフト７１と、自在継手７２と、ピニオン軸７３とを連設して構成されている。

＜ステアリングメインシャフトの構成＞
図２に示すように、ステアリングメインシャフト７１は、上端にハンドル３が設置されてハンドル３と共に回動する操舵軸であり、コラム部４内に回転自在に配置されている。このステアリングメインシャフト７１は、例えば、クロムモリブデン鋼材（例えば、ＳＣＭ８２２）から形成されて、磁歪膜１２ａ，１２ｂをスパッタリングやイオンプレーティング等のＰＶＤ法、メッキ法、プラズマ溶射法等を用いて被着している。このステアリングメインシャフト７１には、上端のハンドル３から順に、磁歪膜１２ａ，１２ｂ、第１ウォームホイールギヤ１３ｂが固定されて、その下端に自在継手７２が設けられている。また、このステアリングメインシャフト７１には、上側から順に、軸受１５、第１コイルユニット１２Ａ、第２コイルユニット１２Ｂ、軸受１６、軸受１７が挿設されている。

＜自在継手（中間伝達部）の構成＞
図２に示す自在継手７２は、直線状のステアリングメインシャフト７１に対して直線状のピニオン軸７３を傾けた状態に連結することが可能な継手部材であり、第１アシスト機構１のステアリングメインシャフト７１の回転を第２アシスト機構２のピニオン軸７３に等速に伝達するための部材である。自在継手７２は、ステアリングメインシャフト７１の下端部に設けられた上部継手部７２ａと、ピニオン軸７３の上端部に設けられた下部継手部７２ｂと、上部継手部７２ａと下部継手部７２ｂとの間に設けられた継手軸７２ｃと、から主に構成されている。
なお、自在継手７２は、ステアリングメインシャフト７１の軸線とピニオン軸７３の軸線とが一致している場合、単なる継手部材であってもよい。

上部継手部７２ａは、例えば、ステアリングメインシャフト７１の下端に設けられたヨーク部材（図示せず）と、継手軸７２ｃの上端に設けられたヨーク部材（図示せず）と、を十字状の軸支ピン（図示せず）によって傾倒自在に連結した継手要素である。
下部継手部７２ｂは、継手軸７２ｃの下端に設けられたヨーク部材（図示せず）と、ピニオン軸７３の上端に設けられたヨーク部材（図示せず）と、を十字状の軸支ピン（図示せず）によって傾倒自在に連結した継手要素である。
継手軸７２ｃは、いわゆるインターメディエイトシャフトと呼ばれている軸棒である。

＜軸受の構成＞
図２に示す軸受１５，１６，１７は、ステアリングメインシャフト７１を回転自在に軸支するためのものであって、例えば、ボールベアリングからなり、ステアリングメインシャフト７１に装着されると共に第１ハウジング１８に内設されている。

＜第１ハウジングの構成＞
第１ハウジング１８は、第１トルクセンサ１２および第１減速機構１３等を収納するためのケースであり、この第１ハウジング１８において、少なくとも上側半分の第１トルクセンサ１２を収納するアッパケース部分は樹脂によって形成されている。この第１ハウジング１８は、コラム部４のステアリングコラムカバー（図示せず）内に設置されている。
なお、第１ハウジング１８の下側半分のロアケース部側は、例えば、樹脂によって形成されるが、金属で形成しても構わない。

≪ギヤボックス部の構成≫
図１に示すギヤボックス部５は、後記する第２減速機構２３とピニオンギヤ７４とラックギヤ８１等のいわゆるステアリングギヤが配設される部位であって、第２ハウジング２８によって覆われている。このギヤボックス部５には、前記コラム部４と同様に、モータ駆動力を発生するための第２電動モータ（モータ）２１と、この第２電動モータ２１の回転を減速するための第２減速機構（減速機構）２３と、ピニオン軸（ステアリングシャフト７）７３に加わるトルクを検出するための第２トルクセンサ（トルクセンサ）２２と、が設けられている。

≪第２アシスト機構の構成≫
第２アシスト機構２は、運転者のハンドル３の操作によって回転したステアリングメインシャフト７１に連動するピニオン軸７３に作用する操舵トルクの大きさおよび方向を検出する第２トルクセンサ２２と、運転者の操舵に対して補助操舵力を付与する第２電動モータ２１と、この第２電動モータ２１の回転トルクを増大させる第２減速機構２３と、第２トルクセンサ２２および車速センサＳ等からの検出信号に応じて第２電動モータ２１を駆動制御する第２ＥＣＵ（Electrical Control Unit）２４と、から主に構成されている。

その他に、この第２アシスト機構２には、ピニオン軸７３を軸支する軸受２５，２６，２７と、第２アシスト機構２の各部材等を覆う第２ハウジング２８と、ピニオン軸７３に設けられたピニオンギヤ７４と、このピニオンギヤ７４に噛合して伝達方向を直交する車幅方向に変換するラックギヤ８１と、ラックギヤ８１を有して車幅方向に移動自在に設置されたラック軸８と、ラック軸８の動きをナックル（図示せず）を介在して車輪Ｗに伝えてタイヤの向きを変えるタイロッドＴとが備えられている。

＜ピニオン軸（ステアリングシャフト）の構成＞
図１に示すように、ピニオン軸７３は、上端を自在継手７２を介在してステアリングメインシャフト７１に連結してハンドル３に連動回転するようにした操舵軸である。このピニオン軸７３は、下端部にピニオンギヤ７４が一体的に設けられ、軸受２５，２６，２７を介在して第２ハウジング２８に、軸心を略上下方向に向けて回転自在に収納されている。後記する検出コイル２２ｃ，２２ｄに対向するピニオン軸７３の外周面には、磁歪膜２２ａ，２２ｂが２箇所に配設されている。ピニオン軸７３は、上端部が第２ハウジング２８に穿設された軸孔から突出した状態に設けられ、下端部のピニオンギヤ７４がラック軸８に直交した状態に重なるように配置され、略中央部に第２減速機構２３の第２ウォームホイールギヤ２３ｂが設けられている。

＜第２電動モータ（モータ）の構成＞
図１に示す第２電動モータ２１は、第２トルクセンサ２２からのトルク信号に基づく第２ＥＣＵ２４（制御装置６）からの入力信号によって第２減速機構２３を介在してピニオン軸７３を回転させるアシストを行うものである。第２電動モータ２１は、第２減速機構２３の第２ウォームギヤ２３ａを設けたロータ軸２１ａを備え、電気的に第２ＥＣＵ２４に接続されている。

＜第２トルクセンサの構成＞
図３に示す第２トルクセンサ２２は、前記第１トルクセンサ１２（図２参照）と略同じ構造のセンサをピニオン軸７３の周部に設置したものである。すなわち、第２トルクセンサ２２は、ハンドル３からステアリングメインシャフト７１を介在して伝達された操舵トルクがピニオン軸７３に作用したときに、ピニオン軸７３に生じる捩れに応じた磁歪膜２２ａ，２２ｂの逆磁歪効果による磁気特性の変化を、検出コイル２２ｃ，２２ｄ等を用いて電気的に検出することによって２つの磁歪特性曲線が得られ、これらの２つの磁歪特性曲線の差を算出することにより、ピニオン軸７３に加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出する磁歪式トルクセンサである。
この第２トルクセンサ２２は、ピニオン軸７３に設けられた磁歪膜２２ａ，２２ｂに対向して設置された複数の検出コイル２２ｃ，２２ｄと、この検出コイル２２ｃ，２２ｄの外周に設置されたヨーク２２ｅ，２２ｆと、から主に構成されている。

このように、第２トルクセンサ２２は、例えば、１つのトルクセンサを構成する第１コイルユニット２２Ａと、この第１コイルユニット２２Ａと同じ構造の第２コイルユニット２２Ｂと、から主に構成されている。その他に、この第２トルクセンサ２２には、第２トルクセンサ２２を収納する第２ハウジング２８と、この第２ハウジング２８に内設されて支持する軸受２５，２６，２７とが備えられている。

＜第２トルクセンサの磁歪膜の構成＞
図３に示す第２トルクセンサ２２の磁歪膜２２ａ，２２ｂは、前記第１トルクセンサ１２の磁歪膜１２ａ，１２ｂ（図２参照）と同一または同様のものから形成されている。すなわち、第２トルクセンサ２２は、ピニオン軸７３にトルクが印加されることによって発生する歪により磁気特性（透磁率）を変化させるものである。この磁歪膜２２ａ，２２ｂは、ピニオン軸７３の外周面（外方面）に、軸方向に所定間隔を介して上下に複数配置されたＦｅ−Ｎｉ系の合金膜の磁歪材をメッキして一体的に固定されている。

＜第２トルクセンサの第１コイルユニットおよび第２コイルユニットの構成＞
第２トルクセンサ２２の第１コイルユニット２２Ａと第２コイルユニット２２Ｂは、図２に示す前記第１トルクセンサ１２の第１コイルユニット１２Ａと第２コイルユニット１２Ｂと同様に構成されている。すなわち、図３に示すように、第１コイルユニット２２Ａと第２コイルユニット２２Ｂは、磁歪膜２２ａ，２２ｂと所定距離をおいて対向して配置され、磁歪膜２２ａ，２２ｂの磁気特性変化を検出することによって、ピニオン軸７３に印加されたトルクを検出する検出部である。第１コイルユニット２２Ａと第２コイルユニット２２Ｂは、共にピニオン軸７３の軸方向に配置されて略円筒状のものからなる。第１コイルユニット２２Ａと第２コイルユニット２２Ｂは、例えば、スペーサによって第１コイルユニット２２Ａと第２コイルユニット２２Ｂと各部材間を一定に保った状態で第２ハウジング２８収納されている。この第１コイルユニット２２Ａと第２コイルユニット２２Ｂは、磁歪特性の変化に合わせて検出コイル２２ｃ，２２ｄが交番通電されて発信されるトルク検出電圧を検出する検出回路を備えた第２ＥＣＵ２４に電気的に接続されている。

図３に示す第２トルクセンサ２２の第１コイルユニット２２Ａは、磁歪膜２２ａに対向して設置される検出コイル２２ｃと、この検出コイル２２ｃの周部に設けられ覆って保持するヨーク２２ｅと、を備えてなる。
第２トルクセンサ２２の第２コイルユニット２２Ｂは、磁歪膜２２ｂに対向して設置される検出コイル２２ｄと、この検出コイル２２ｄを覆うヨーク２２ｆと、を備えてなる。

＜第２トルクセンサの検出コイルの構成＞
図３に示すように、第２トルクセンサ２２の検出コイル２２ｃ，２２ｄは、磁歪膜２２ａ，２２ｂに通電して、操舵トルク入力時に、磁歪膜２２ａ，２２ｂの磁歪特性である透磁率の変化を検出する検出用の励磁コイルからなる。この検出コイル２２ｃ，２２ｄは、略円筒状の第２ハウジング２８の内周側に、上下方向に所定間隔に離間して配設されている。検出コイル２２ｃ，２２ｄは、ボビン（図示せず）に巻回されて各ヨーク２２ｅ，２２ｆ内に配設され、磁歪膜２２ａ，２２ｂに所定間隔を介してそれぞれ対向させて配置される。

＜第２トルクセンサのヨークの構成＞
図３に示すように、第２トルクセンサ２２のヨーク２２ｅ，２２ｆは、検出コイル２２ｃ，２２ｄの外枠を構成する部材であり、例えば、断面が略コ字状の軟磁性の鋼板製の環状部材からなる。ヨーク２２ｅ，２２ｆ間のピニオン軸７３の軸方向には、スペーサ等が介在されて、ヨーク２２ｅ，２２ｆ間の距離が一定に保たれている。

＜第２減速機構の構成＞
図１に示す第２減速機構２３は、前記第１減速機構１３と同じ構造をしている。すなわち、第２減速機構２３は、第２電動モータ２１の回転を減速回転させてピニオン軸７３に伝達するための歯車伝達機構である。この第２減速機構２３は、例えば、ロータ軸２１ａに設けられた第２ウォームギヤ２３ａと、この第２ウォームギヤ２３ａに噛合されピニオン軸７３に設けられた第２ウォームホイールギヤ２３ｂと、から構成されている。

＜ピニオン軸の構成＞
図３に示すピニオン軸７３は、自在継手７２とラック軸８との間に介在されるステアリングシャフト７の１つであり、ハンドル３（図１参照）の回転操作によって、自在継手７２を介してステアリングメインシャフト７１に連動する操舵軸である。このピニオン軸７３は、ステアリングメインシャフト７１と同様に、例えば、クロムモリブデン鋼材から形成されて、磁歪膜２２ａ，２２ｂを被着している。このピニオン軸７３には、上端の自在継手７２から順に、設定した間隔で磁歪膜２２ａ，２２ｂ、第２ウォームホイールギヤ２３ｂが固定されて、その下端にピニオンギヤ７４が形成されている。また、このピニオン軸７３には、上側から順に、軸受２５、第１コイルユニット２２Ａ、第２コイルユニット２２Ｂ、軸受２６、軸受２７が挿設されている。

＜第２ハウジングの構成＞
図１に示すように、第２ハウジング２８は、第２アシスト機構２の各部材と、ピニオンギヤ７４と、ラックギヤ８１とラック軸８等を覆うためのケースである。この第２ハウジング２８は、例えば、上側の第２トルクセンサ２２の設置部位が樹脂によって形成されて、この他の部位（下側）がアルミ合金等の金属によって軽量に形成されている。第２トルクセンサ２２やラック軸８等を車両に組み付ける際には、それらの部材をこの第２ハウジング２８内に収納した状態で、例えば、一人の作業員によって車体に取り付けられる。

図３に示すラックギヤ８１は、ピニオン軸７３の回転を、ラック軸８を車幅方向の直線移動に変換させるための歯車である。このラックギヤ８１は、ピニオンギヤ７４に略直交する向きに噛合して配置され、この噛合状態をスプリングＳＰに付勢されたラックガイド８２によって支持されて、第２ハウジング２８に収納されている。
図１に示すラック軸８の左右には、タイロッドＴ、ナックル（図示せず）、および車輪Ｗが連設されている。
タイロッドＴは、ラック軸８と車輪Ｗを軸支したナックル（図示せず）とを連結するための連結棒である。

≪制御装置の構成≫
図１に示す制御装置６は、コラム部４に設けられた第１トルクセンサ１２の出力値と、ギヤボックス部５に設けられた第２トルクセンサ２２の出力値に基づいて、電流を算出し、コラム部４の第１電動モータ１１とギヤボックス部５の第２電動モータ２１の両方を駆動させる装置である。制御装置６は、第１ＥＣＵ１４と第２ＥＣＵ２４を備えている。

＜第２ＥＣＵの構成＞
第２ＥＣＵ２４は、第２トルクセンサ２２および車速センサＳ等からの検出信号に応じて第２電動モータ２１を駆動制御する電子制御ユニットである。この第２ＥＣＵ２４は、磁歪膜２２ａ，２２ｂに交流電圧を印加して磁歪膜２２ａ，２２ｂを励磁する励磁回路と、磁歪膜２２ａ，２２ｂの透磁率の変化を電気的に検出するトルク検出回路と、車速センサＳからの車速信号を検出する車速検出回路と、この車速検出回路とトルク検出回路からの信号に基づいて第２電動モータ２１を駆動制御する駆動回路と、を備えている。第２ＥＣＵ２４は、検出コイル２２ｃ，２２ｄと、車速センサＳとにそれぞれ電気的に接続されている。

≪電動パワーステアリング装置の組み付けと動作≫
次に、図１〜図３を参照しながら本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置ＥＰＳの車体への組み付けと動作について説明する。

＜第２アシスト機構の組み付け＞
電動パワーステアリング装置ＥＰＳを車体に組み付ける場合には、まず、図１に示す第２アシスト機構２、即ちギヤボックス部５と第２電動モータ２１と第２ウォームギヤ２３ａとラック軸８とピニオン軸７３と第２トルクセンサ２２などが第２ハウジング２８内に収容され、ラック軸８の両端にタイロッドＴが取り付けられた状態で第２ハウジング２８との間に可撓性を有するブーツを取り付け気密性を保持した形態で車体のビームに組み付ける。

次に、第２アシスト機構２から突出するタイロッドＴの雄ねじ部が、図示されないナックルの雌ねじ部に螺合、連結され、このねじ部の長さを調整することによって、両前輪Ｗ，Ｗのトー角を正確に調整部してタイロッドＴに設けられたロックナットによりしっかり固定される。

このようにして第２アシスト機構２の各部材は、図１に示すようにユニット化された状態で自動車やトラックに組み付けられる。第１電動モータ１１と第２電動モータ２１の２個のモータを備えた大型車両用の電動パワーステアリング装置ＥＰＳにおいて、このように組み立てられた第２アシスト機構２は、重量物である第２電動モータ２１および第２減速機構２３等がそれぞれ１つからなり第２トルクセンサ２２を有することによって、独立したユニットとしてアシストできるので、この第２アシスト機構２に重量物を集中させずに、第１アシスト機構１に分けて配設することができる。

これにより、第２アシスト機構２は、軽自動車や小型自動車等に使用されモータを１つ備えた小型電動パワーステアリング装置と同等の重量および強度となり、全体の重量が大型自動車用電動パワーステアリング装置の重量の約半分程度と軽く、一人の作業員によって持ち上げることが可能な重量にすることができる。
このため、第２アシスト機構２は、一人作業員によって車体に取り付けることができるので、組み付け作業や交換作業や調整作業や補修作業等の作業性および搭載性が良く、それらの作業を容易に行うことができる。

＜第１アシスト機構の組み付け＞
次に、図１に示すコラム部４の第１アシスト機構１、即ちステアリングメインシャフト７１と第１トルクセンサ１２と第１電動モータ１１と第１ウォームギヤ１３ａと軸受け類を収容する第１ハウジング１８を車体のコラムハンガーに取り付ける。

これにより、第１アシスト機構１の各部材は、図２に示すようにユニット化された状態で組み付けられる。
電動パワーステアリング装置ＥＰＳにおいて、このように組み立てられた第１アシスト機構１は、第１電動モータ１１および第１減速機構１３等がそれぞれ１つからなり第１トルクセンサ２２を有すことによって独立してアシストできる。このため、第１アシスト機構１の全体の重量は、一般の大型車両用の電動パワーステアリング装置と比較して半減されて軽く、一人の作業員によって持ち上げて組み付け作業を行うことができるので、作業性および搭載性が良好である。

さらに、前記第２アシスト機構２のピニオン軸７３に、自在継手７２を介在させて、その自在継手７２に、第１アシスト機構１のステアリングメインシャフト７１を連結する。そのステアリングメインシャフト７１に、不図示のコンビネーションスイッチのベース、操舵角センサ、スパイラルケーブルを挿通してハンドル３を取り付けることによって組み付けが完了する。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、第１アシスト機構１と第２アシスト機構２とからなる２つのパワーステアリング装置が独立した状態に設置されて、自在継手７２で連結されている。このため、例えば、第２アシスト機構２を車体に組み付ける際には、第２アシスト機構２の取り付けと確認のみで作業が完了する。すなわち、第１アシスト機構１と第２アシスト機構２とは、それぞれを取り付けた段階で確認作業ができるため、第１アシスト機構１も組み付けて電動パワーステアリング装置ＥＰＳ全体の組み付けが完了するまで確認作業ができないということが解消されて、確認作業が容易となる。
さらに、電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、第１アシスト機構１と第２アシスト機構２とが独立した状態で、調整作業や故障診断や部品交換や補修作業等をそれぞれ行うことができるため、作業の効率化を図ることができる。

＜電動パワーステアリング装置の動作＞
次に、図１〜図３を参照して、電動パワーステアリング装置ＥＰＳの動作を説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置ＥＰＳでは、例えば、運転者がハンドル３を操作したときのステアリングメインシャフト７１の操舵トルクを、第１アシスト機構１の第１トルクセンサ１２を用いて検出すると共に、第１ＥＣＵ１４により第１トルクセンサ１２からのトルク検出信号、車速センサＳからの車速検出信号等に応じて第１ＥＣＵ１４が第１電動モータ１１を駆動制御し、このときの第１電動モータ１１のトルクを、第１減速機構１３により増大させると共にステアリングメインシャフト７１、自在継手７２を介在して第２アシスト機構２のピニオン軸７３に伝えている。

さらに、電動パワーステアリング装置ＥＰＳでは、第１アシスト機構１でアシストされたピニオン軸７３の操舵トルクを、第２トルクセンサ２２を用いて検出すると共に、第２ＥＣＵ２４により第２トルクセンサ２２からのトルク検出信号、車速センサＳからの車速検出信号等に応じて第２ＥＣＵ２４が第２電動モータ２１を駆動制御し、このときの第２電動モータ２１のトルクを、第２減速機構２３により増大させると共にピニオンギヤ７４、ラック軸８を介在して車輪Ｗ，Ｗに伝えている。

一般の電動パワーステアリング装置では、ステアリングメインシャフトとピニオン軸との間に継手部材が介在されているため、厳密には等速でなく、コラム部とギヤボックス部との間に位相差が生じてハンドルの操作フィーリングに問題があった。
本発明の電動パワーステアリング装置ＥＰＳでは、第１アシスト機構１と第２アシスト機構２との間に自在継手７２が介在されているが、第１アシスト機構１の第１トルクセンサ１２と第１電動モータ１１により第２アシスト機構２に位相差が生じても位相差を解消するように制御することができる。

また、一般の電動パワーステアリング装置では、トルクセンサにステアリングメインシャフトやピニオン軸の約１／２の外径のトーションバーを用いて、このトーションバーの捩じり角を計測してこの捩れ角に比例したトルクに変換しているので、この捩れによる伝達遅れも生じている。
本発明の電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、ステアリングメインシャフト７１に磁歪膜１２ａ，１２ｂを有する磁歪式の第１トルクセンサ１２を設け、さらに、ピニオン軸７３に磁歪膜２２ａ，２２ｂを有する第２トルクセンサ２２を設置したことによって、センサ部分の占有スペースを小さくしてステアリングシャフト７を太くすることができる。その結果、ハンドル操作によるステアリングシャフト７の捩れを実際に使用する上でゼロといえるほど抑制することができる。したがって、第１トルクセンサ１２と第２トルクセンサ２２のうち少なくともどちらか一方が磁歪式であれば良い。

また、運転者がハンドル３の操作を行った際に、路面から過大な入力が急峻に生じたときには、ギヤボックス部５側の第２トルクセンサ２２の検出の方が早く、大きな検出値を検出する。この場合、電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、ギヤボックス部５側の第２アシスト機構２のアシスト力（抵抗力）を大きくして、過大な反力が運転者側に伝わらないようにすることが可能である。つまり、電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、適正なアシストを確保したまま、ハンドル３の操作フィーリングを向上させることができる。さらに、磁歪式の第２トルクセンサ２２を用いれば事実上捩れ角を伴わないでトルクを検出できるので、さらに、応答性を高め操作フィーリングを向上させることができる。したがって、第２トルクセンサ２２に磁歪式を用いれば高い操舵フィールを得ることができる。

また、ステアリング機構に対して補助操舵力を付与する電動パワーステアリング装置ＥＰＳにおいて、磁歪式の第１トルクセンサ１２をコラム部４に使用すると共に、磁歪式の第２トルクセンサ２２をギヤボックス部５に使用したことによって、ステアリングシャフト７全体における操舵トルクの検出精度を高めることができるため、電動パワーステアリング装置ＥＰＳの性能、信頼性等を高めることができる。

さらに、本発明の電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、第１トルクセンサ１２および第２トルクセンサ２２のそれぞれの磁歪膜１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ、ステアリングメインシャフト７１およびピニオン軸７３の外周面に直接設けて捩じり歪を検出しているので、従来のトーションバーと比べると、直径を大きくすることができ、約１６倍に捩じり剛性を大きくすることができる。このことによって、ステアリング装置の捩り剛性（ばね定数）が大きくなるため、ハンドル３による車両の操縦性を大幅に向上させることができる。

本発明の電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、第１アシスト機構１と第２アシスト機構２とがそれぞれ独立した状態で設けられているので、万が一どちらかのトルクセンサが故障しても、故障していないトルクセンサによってコラム部のモータとギヤボックス部のモータの両方を駆動してアシスト制御を継続できる。
さらに、万が一どちらか一方のアシスト機構が故障した場合であっても、どちらか他方を作動させてハンドル３の操作をアシストすることができる。このため、電動パワーステアリング装置ＥＰＳは、第１アシスト機構１、または、第２アシスト機構２が故障しても、第１電動モータ１１、または、第２電動モータ２１が駆動するため、ハンドル３の操作が重くなることを軽減することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のコラム部を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のギヤボックス部を示す模式図である。

符号の説明

１ 第１アシスト機構
２ 第２アシスト機構
３ ハンドル（操作子）
４ コラム部
５ ギヤボックス部
６ 制御装置
７ ステアリングシャフト
８ ラック軸
１１ 第１電動モータ（モータ）
１２ 第１トルクセンサ（トルクセンサ）
１３ 第１減速機構（減速機構）
２１ 第２電動モータ（モータ）
２２ 第２トルクセンサ（トルクセンサ）
２３ 第２減速機構（減速機構）
７１ ステアリングメインシャフト
７２ 自在継手（中間伝達部）
７３ ピニオン軸
ＥＰＳ 電動パワーステアリング装置

Claims (3)

1. 操作子からの入力に応じたモータ駆動力によって車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置であって、
   前記操作子と、コラム部と、中間伝達部と、ギヤボックス部とが、この順に連結され、
   前記コラム部および前記ギヤボックス部には、前記モータ駆動力を発生するためのモータと、このモータの回転を減速して倍力または推力に交換するための減速機構と、ステアリングシャフトに加わるトルクを検出するためのトルクセンサと、がそれぞれ設けられていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記コラム部に設けられた前記トルクセンサの出力値と、前記ギヤボックス部に設けられた前記トルクセンサの出力値に基づいて、電流を算出し、前記コラム部のモータと前記ギヤボックス部のモータの両方を駆動させる制御装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記コラム部および前記ギヤボックス部にそれぞれ設けられたトルクセンサは、少なくともどちらか一方が磁歪式トルクセンサからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

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