JP2008247106A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃吸収ストロークを十分に確保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。
【解決手段】電動パワーステアリング装置１は、軸方向Ｘ１に収縮可能なステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３を回転可能に支持する筒状のジャケット４と、ステアリングシャフト３に同軸的に連結された電動モータ５とを備える。ジャケット４は、筒状のアッパージャケット１３と、このアッパージャケット１３に嵌合するロアージャケット１４とを含む。ジャケット４は、アッパージャケット１３がロアージャケット１４に対して下側に移動することにより、収縮する。電動モータ５は、ロアージャケット１４内に収容されている。衝撃吸収のときには、ステアリングシャフト３およびジャケット４が収縮する。このとき、ロアージャケット１４の外周１４ｂに対してアッパージャケット１３の内周１３ａが摺動することにより、衝撃が吸収される。
【選択図】図３

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置は、電動モータを備えている。具体的には、ステアリングシャフトと直交するように電動モータを配置するコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。
一方、ステアリングシャフトと同軸に電動モータを配置するコラムアシスト型の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２を参照）。
特開２００１−１３０４２１号公報 特開２００３−３２７１３５号公報

特許文献１の電動パワーステアリング装置では、センサハウジングの内周にロアージャケットの下部を嵌合し、ロアージャケットの上部の外周にアッパージャケットを嵌合している。衝撃吸収のときに、アッパージャケットがセンサハウジングの上端面に当接するまで下降するストロークが、衝撃吸収ストローク全体の大部分を占めている。
しかし、センサハウジングの下方にギヤハウジングが連結され、このギヤハウジングの側方に突出するように、電動モータのモータハウジングが配置されている。すなわち、アッパージャケットよりも大径のセンサハウジングおよびギヤハウジングが、ステアリングコラムの下部において、ステアリングコラムの軸方向スペースを大きく占有している。このため、上記の衝撃吸収ストロークを大きくできない。

特許文献２では、ジャケットのロアージャケットの下部に、ロアージャケットよりも大径のセンサハウジングおよび減速機ハウジングおよびモータハウジングが順次連結されており、衝撃吸収のときには、ジャケット、センサハウジング、減速機ハウジングおよびモータハウジングを含むステアリングコラム全体を下方に移動させている。
このように衝撃吸収のときにステアリングコラム全体を移動させるため、この移動を許容するための大きな空きスペースがステアリングコラムの下方に必要である。このため、車両でのレイアウト上の制限等により、衝撃吸収ストロークを大きくできない。

この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、衝撃吸収ストロークを十分に確保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を目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、衝撃吸収のときに収縮可能なステアリングシャフト（３）と、このステアリングシャフトを回動可能に支持するジャケット（４）と、ステアリングシャフトに関連して操舵トルクを検出するためのトルクセンサ（１２）と、操舵補助用の電動モータ（５）と、を備え、上記ジャケットは、筒状のロアージャケット（１４）と、ロアージャケットの外周（１４ｂ）に直接または介在部材（２７）を介して嵌合された筒状のアッパージャケット（１３）と、を含み、トルクセンサ、ロータ（２０）およびステータ（２１）はロアージャケット内に収容され、ステータはロアージャケットに固定され、衝撃吸収のときに、アッパージャケットおよびロアージャケットが軸方向（Ｘ１）に相対移動するように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（１，１ａ）である。

本発明によれば、ステアリングシャフトをその軸方向に収縮させつつ、ロアージャケットに対してアッパージャケットを軸方向に移動させることにより、運転者から操舵部材に加えられた衝撃を吸収することができる。
このとき、従来、アッパージャケットの移動経路上に配置されていた電動モータおよびトルクセンサが、上記移動経路外であるロアージャケット内に配置されているので、アッパージャケットが電動モータ等に衝突することはない。したがって、衝撃吸収ストロークを十分に確保することができる。

また、ステアリングシャフトおよびジャケットを収縮させて衝撃を吸収するので、衝撃吸収ストロークの大きさが車両のレイアウトによって制限を受けることはない。
また、本発明において、上記ロアージャケットは、上下に配置されて互いに連結された第１および第２の部分（１５，１６）を含み、第１の部分に、トルクセンサと、電動モータの回転位置を検出する回転位置センサ（２２）とが収容され、第２の部分に、ロータおよびステータが収容されている場合がある。

この場合、ロアージャケットが、その軸方向の上下に分割された第１および第２の部分により構成されているので、トルクセンサ、電動モータおよび回転位置センサを容易にロアージャケット内に配置することができる。すなわち、ロアージャケットを上下に分割することにより、ロアージャケットに対するトルクセンサ、電動モータおよび回転位置センサの組付性を向上させることができる。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。また、図２は、上記電動パワーステアリング装置１の一部の模式的な拡大断面図である。
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に連結されたステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３を回転可能に支持する筒状のジャケット４と、ステアリングシャフト３に同軸的に連結された操舵補助用の電動モータ５とを備えている。

ステアリングシャフト３は、直線状に延びる複数のシャフトによって構成されている。すなわち、ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連結された筒状のアッパーシャフト６と、例えばラックアンドピニオン機構からなるステアリング機構１０に連結された筒状のロアーシャフト７と、このアッパーシャフト６およびロアーシャフト７の間に配置された筒状の入力シャフト８および出力シャフト９とを含む。これらのシャフト６〜９は同軸的に配置されており、操舵部材２からステアリング機構１０にかけて、アッパーシャフト６、入力シャフト８、出力シャフト９、ロアーシャフト７の順番で配置されている（以下では、ステアリングシャフト３の軸方向Ｘ１に沿う操舵部材２側を上側、ステアリング機構１０側を下側とする）。

入力シャフト８は、アッパーシャフト６に嵌合している。アッパーシャフト６と入力シャフト８とは、軸方向Ｘ１に相対移動可能に、且つ、同行回転可能に連結されている。また、入力シャフト８は、出力シャフト９内に隙間を有した状態で嵌合している。入力シャフト８と出力シャフト９とは、トーションバー１１を介して相対回転可能に連結されている。また、出力シャフト９は、ロアーシャフト７に嵌合している。出力シャフト９とロアーシャフト７とは、軸方向Ｘ１に相対移動不能に、且つ、同行回転可能に連結されている。

アッパーシャフト６が入力シャフト８に対して下側に移動することにより、ステアリングシャフト３が収縮するようになっている。入力シャフト８および出力シャフト９の重なり部の周囲に設けられたトルクセンサ１２は、トーションバー１１を介する入力シャフト８、出力シャフト９間の相対回転変位量に基づいて、運転者から操舵部材２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１２のトルク検出結果は、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に入力されるようになっている。

操舵部材２が操作（回動）されると、入力シャフト８および出力シャフト９が相対回転しつつ、各シャフト６〜９が同一方向に回動する。そして、この回動は、ステアリング機構１０によってラック軸（図示せず）の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪（図示せず）の転舵が達成される。
ジャケット４は、直線状に延びる筒状のアッパージャケット１３およびロアージャケット１４を含む。ステアリングシャフト３は、アッパージャケット１３およびロアージャケット１４を挿通しており、これらのジャケット１３,１４内で回転可能に支持されている。

ロアージャケット１４は、アッパージャケット１３に直接嵌合している。アッパージャケット１３とロアージャケット１４とは、軸方向Ｘ１に相対移動可能に連結されている。アッパージャケット１３がロアージャケット１４に対して下側に移動することにより、ジャケット４が収縮するようになっている。
また、ロアージャケット１４の上側には、アッパージャケット１３の内周１３ａとステアリングシャフト３の外周によって区画された筒状の中空の空間１０１が形成されている。二次衝突による衝撃吸収のときに、アッパージャケット１３がロアージャケット１４に対して下側に移動すると、ロアージャケット１４がこの中空の空間１０１に入り込むようになっている。

アッパージャケット１３は、軸受３１を介してアッパーシャフト６を回転可能に支持している。アッパージャケット１３とアッパーシャフト６とは、軸方向Ｘ１に同行移動可能である。アッパージャケット１３は、アッパーシャフト６の一部、入力シャフト８および出力シャフト９の一部を取り囲んでいる。
一方、ロアージャケット１４は、複数の軸受３２〜３４を介して、入力シャフト８、出力シャフト９およびロアーシャフト７を回転可能に支持している。ロアージャケット１４は、入力シャフト８の一部、出力シャフト９およびロアーシャフト７の一部を取り囲んでいる。

本実施形態では、ロアージャケット１４がその軸方向に二分割されている。すなわち、ロアージャケット１４は、操舵部材２側に配置された第１のジャケット１５（第１の部分）と、ステアリング機構１０側に配置された第２のジャケット１６（第２の部分）とを含む。第１のジャケット１５と第２のジャケット１６とは、互いに固定されている。また、第１のジャケット１５と第２のジャケット１６とは、互いに等しい外径にされている。電動モータ５は、第２のジャケット１６内に収容されている。また、トルクセンサ１２は、第１のジャケット１５内に収容されている。具体的には、第１のジャケット１５の内周に保持された一対の軸受３２,３３の間にトルクセンサ１２が配置されている。

入力シャフト８は、軸受３２を介して第１のジャケット１５に回転可能に支持されている。また、出力シャフト９は、軸受３３を介して第１のジャケット１５に回転可能に支持されている。また、第２のジャケット１６の下端には、軸受３４を保持する環状の軸受保持部材１７が嵌合し、固定されている。
アッパージャケット１３は、第１のブラケット１８によって車体の一部１００に固定されている。第１のブラケット１８は、破断可能な合成樹脂製のピン（図示せず）を含んでいる。例えば車両の衝突のとき、所定値以上の衝撃が第１のブラケット１８に加わると、上記合成樹脂製のピンが破断して、アッパージャケット１３と車体の一部１００との固定が解除されるようになっている。アッパージャケット１３と車体の一部１００との固定が解除されると、操舵部材２、アッパーシャフト６およびアッパージャケット１３は、軸方向Ｘ１に同行移動可能となる。

一方、ロアージャケット１４は、第２のブラケット１９によって車体の一部１００に固定されている。第２のブラケット１９の一端は、第２のジャケット１６に固定された軸受保持部材１７の下面に固定さている。
電動モータ５は、ブラシレスモータであり、ロアーシャフト７に同軸的に固定された筒状のロータ２０と、ロータ２０の径方向に間隔を隔ててロータ２０を取り囲む環状のステータ２１とを含む。本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１では、ロアーシャフト７が電動モータ５の回転軸として機能している。

ロータ２０は、その外周に複数の永久磁石（図示せず）を保持している。ロータ２０の外周は、Ｎ極およびＳ極がロータ２０の周方向に交互に入れ替わる磁極となっている。ロータ２０の軸方向長さは、ロアーシャフト７の軸方向長さよりも短くされている。ロータ２０の回転位置は、第１のジャケット１５内に収容された回転位置センサとしてのレゾルバ２２によって検出されるようになっている。

レゾルバ２２は、出力シャフト９に同軸的に連結された筒状のレゾルバロータ２３と、このレゾルバロータ２３をレゾルバ２２の径方向に間隔を隔てて取り囲む環状のレゾルバステータ２４とを含む。レゾルバ２２は、トルクセンサ１２の下側に配置されている。レゾルバステータ２４は、第１のジャケット１５の内周に同軸的に固定されている。レゾルバ２２は、出力シャフト９の回転位置を検出することでロータ２０の回転位置を検出することができる。

なお、ロータ２０の回転位置を検出する装置としては、上記レゾルバ２２に限らず、ロータリエンコーダ等の他の装置を用いてもよい。
ステータ２１は、ロータ２０の径方向に間隔を隔ててロータ２０を取り囲む環状のステータコア２５と、このステータコア２５に巻回されたコイル２６とを含む。ステータコア２５は、第２のジャケット１６の内周に同軸的に保持されている。

ステータコア２５は、例えば軟磁性材料等で形成されており、ロータ２０とほぼ同じ軸方向長さを有している。具体的には、ステータコア２５は、環状のヨーク（図示せず）と、このヨークの内周面からその径方向内方に延設された複数のティース（図示せず）とを含む。上記コイル２６は、各ティースに巻回されている。ステータコア２５は、その内周面が、ロータ２０の外周面に対向するように配置されている。

電動モータ５は、ＥＣＵによって制御される。すなわち、ＥＣＵは、トルクセンサ１２のトルク検出結果や図示しない車速センサの車速検出結果等に基づいて電動モータ５を制御する。ＥＣＵが電動モータ５を制御することにより、電動モータ５からステアリングシャフト３に操舵補助力としての出力トルクが直接伝達される。これにより、運転者の操舵が補助される。

図３は、衝撃吸収後の電動パワーステアリング装置１の状態を示す図である。この図３において、二点鎖線で示された操舵部材２は、衝撃吸収前における操舵部材２の位置を示している。
図１および図３を参照して、車両が衝突を起こしていない通常時では、操舵部材２が、定位置（図１に示す位置、または、図３において二点鎖線で示す位置）に保持されている。この状態から、車両が衝突（１次衝突）して運転者が操舵部材２に衝突（２次衝突）すると、運転者から操舵部材２に衝撃が加えられる。そして、この操舵部材２に加えられた衝撃は、アッパーシャフト６およびアッパージャケット１３等を介して、第１のブラケット１８に伝達される。

第１のブラケット１８に加えられた衝撃が所定値を超えると、上述のように第１のブラケット１８によるアッパージャケット１３と車体の一部１００との固定が解除される。そして、操舵部材２、アッパーシャフト６およびアッパージャケット１３等は下側に移動する。
このとき、ロアージャケット１４は、その上側に形成された中空の空間１０１に入り込む。すなわち、中空の空間１０１は、衝撃吸収のときに、ロアージャケット１４の進入を許容する空き空間となっている。また、アッパージャケット１３等が下側に移動すると、アッパージャケット１３の内周１３ａは、ロアージャケット１４の外周１４ｂに対して摺動する。これにより、アッパージャケット１３に、その移動方向と逆方向の摩擦抵抗（衝撃吸収荷重）が加えられる。この衝撃吸収荷重によって上記２次衝突による衝撃が吸収される。

操舵部材２、アッパーシャフト６およびアッパージャケット１３等は、アッパーシャフト６の下端６ａが、入力シャフト８に形成された環状段部８ａに当接する位置まで、下方に移動できるようになっている。すなわち、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の衝撃吸収ストロークＬ１は、車両が衝突を起こしていない状態におけるアッパーシャフト６の下端６ａの位置（図１に示す位置）から、車両が衝突を起こしてアッパーシャフト６の下端６ａが入力シャフト８の環状段部８ａに当接する位置（図３に示す位置）までの軸方向Ｘ１に沿う長さに相当する。

以上のように本実施形態では、ステアリングシャフト３およびステアリングコラム（ジャケット４）の軸方向スペースの一部を占有している電動モータ５、トルクセンサ１２およびレゾルバ２２が、ロアージャケット１４内に配置されている。すなわち、アッパージャケット１３の移動経路上に配置されていた電動モータ５、トルクセンサ１２およびレゾルバ２２が、上記移動経路外であるロアージャケット１４内に配置されている。したがって、衝撃吸収のときに、アッパージャケット１３が電動モータ５等に衝突することはない。これにより、衝撃吸収ストロークを十分に確保することができる。

また、ロアージャケット１４が、その軸方向に分割された２つの部材（第１のジャケット１５および第２のジャケット１６）によって構成されているので、ロアージャケット１４に対して電動モータ５、トルクセンサ１２およびレゾルバ２２を容易に組付けることができる。
図４は、本発明の別の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１ａの一部の模式的な拡大断面図である。この図４において、上述の図１および図２に示された各部と同等の構成部分については、図１および図２と同一の参照符号を付してその説明を省略する。

図４を参照して、この図４に示す実施形態が、上述の実施形態と主に相違するのは、アッパージャケット１３と、ロアージャケット１４との間に介在部材としての筒状の摩擦部材２７が介在していることにある。
摩擦部材２７は、ロアージャケット１４の外周１４ｂに沿うように当該ロアージャケット１４を取り囲んでいる。摩擦部材２７としては、例えば、合成樹脂部材や、その径方向外方に突出する弾性変形可能な突起がその周方向に沿って複数形成された金属製の筒状部材を用いることができる。この摩擦部材２７を、アッパージャケット１３とロアージャケット１４との間に介在させることにより、アッパージャケット１３がロアージャケット１４に対して下側に移動する際に、安定した大きさの摩擦抵抗をアッパージャケット１３に付与することができる。

この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、電動モータ５としてブラシレスモータを例示したが、これに限らず、その他の種類の電動モータ５を用いてもよい。
また、上述の実施形態では、ロアージャケット１４が、２つの部材（第１のジャケット１５および第２のジャケット１６）によって構成されている例について説明したが、単一の部材によって構成されていてもよい。すなわち、第１のジャケット１５および第２のジャケット１６が、単一の部材で一体に形成にされていてもよい。

また、上述の実施形態では、電動モータ５の出力トルクがステアリングシャフト３に直接伝達される場合について説明したが、これに限らず、電動モータ５の出力トルクが減速機構を介してステアリングシャフト３に伝達されるようにしてもよい。
また、ステアリングシャフトをその軸方向に伸縮させて操舵部材の位置を調節する、いわゆるテレスコ機構が備えられた電動パワーステアリング装置に、本発明を適用してもよい。

本発明の一実施形態に係る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。 上記電動パワーステアリング装置の一部の模式的な拡大断面図である。 衝撃吸収後の電動パワーステアリング装置の状態を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の一部の模式的な拡大断面図である。

符号の説明

１，１ａ・・・電動パワーステアリング装置、３・・・ステアリングシャフト、４・・・ジャケット、５・・・電動モータ、１２・・・トルクセンサ、１３・・・アッパージャケット、１４・・・ロアージャケット、１４ｂ・・・外周（ロアージャケットの外周）、１５・・・第１のジャケット（第１の部分）、１６・・・第２のジャケット（第２の部分）、２０・・・ロータ、２１・・・ステータ、２２・・・レゾルバ（回転位置センサ）、２７・・・摩擦部材（介在部材）、Ｘ１・・・軸方向

Claims (2)

1. 衝撃吸収のときに収縮可能なステアリングシャフトと、
   このステアリングシャフトを回動可能に支持するジャケットと、
   ステアリングシャフトに関連して操舵トルクを検出するためのトルクセンサと、
   操舵補助用の電動モータと、を備え、
   上記ジャケットは、筒状のロアージャケットと、ロアージャケットの外周に直接または介在部材を介して嵌合された筒状のアッパージャケットと、を含み、
   トルクセンサ、ロータおよびステータはロアージャケット内に収容され、
   ステータはロアージャケットに固定され、
   衝撃吸収のときに、アッパージャケットおよびロアージャケットが軸方向に相対移動するように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. 請求項１において、上記ロアージャケットは、上下に配置されて互いに連結された第１および第２の部分を含み、
   第１の部分に、トルクセンサと、電動モータの回転位置を検出する回転位置センサとが収容され、
   第２の部分に、ロータおよびステータが収容さ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。

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