JP2009113609A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータや減速機構などで生じる作動振動がコントロールユニットに伝播されても、該作動振動によるコントロールユニットの共振を十分に抑制することができる制振構造を備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【解決手段】ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトに対して操舵補助力を付与する電動モータと、該電動モータの駆動を制御するコントロールユニットとを備えた電動パワーステアリング装置において、コントロールユニットの筐体が、電動モータの駆動を制御する回路基板を実装したベース部材と、該ベース部材の開口を被覆するように取り付けられたカバー部材とからなり、カバー部材が、該カバー部材の振動を吸収する動吸振部を備え、かつ、動吸振部が、吸振時に重りとして機能する質量体と、該質量体とカバー部材との間に介在された弾性体とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵補助トルクの発生源として電動モータを用いた電動パワーステアリング装置に関し、より詳細には、電動モータの駆動を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）に施される制振対策構造に関する。

近年の車両の多くには、電動モータの駆動力を減速機構を介してステアリングシャフトに伝達することにより、運転者による操舵を補助する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が装備されている。この電動パワーステアリング装置では、トルクセンサによって検出された操舵トルク信号がコントロールユニット（ＥＣＵ）に入力され、該コントロールユニットが操舵トルク信号に基づいて電動モータに供給される駆動電流を制御することにより、電動モータの駆動を制御している。

一般的に、この電動モータとコントロールユニットは、車両のエンジンルーム内に搭載され、ハーネスなどを介してそれぞれ接続されている。図７は、従来のコントロールユニットの外観を示す斜視図である。同図において、コントロールユニット１００は、電動モータの駆動を制御する回路基板などを箱体状のベース部材１０１内に収容し、該ベース部材１０１の上部開口は、該ベース部材１０１に着脱可能に取り付けられたカバー部材１０２によって被覆されている。また、ベース部材１０１の側面には、バッテリなどの電源にハーネスなどを介して接続される電源コネクタ１０３と、ハーネス等を介して電動モータ、トルクセンサ、車速センサ、イグニションスイッチなどに接続されるモータ電流・各種信号コネクタ１０４とが配設されている。

従来より、このようなコントロールユニット１００を備えた電動パワーステアリング装置では、電動モータや減速機構などで発生した作動振動および作動音がコントロールユニット１００に伝播され、その振動数が金属薄板等により形成されたカバー部材１０２の固有振動数と合致した場合に、カバー部材１０２が共振して大きな異音を生じてしまう、という問題があった。

そこで、かかる課題を解決するものとして、例えば特許文献１には、コントロールユニットのカバー部材（本体カバーおよびサイドカバー）に防振部材を取り付けることにより、コントロールユニットの共振を抑え、異音の低減化を図ったものが開示されている。

特開２００２−３３１９４５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されるように、カバー部材１０２に単に防振部材を取り付けただけでは、カバー部材１０２の固有振動に対して音圧レベルで数ｄＢ程度の低減しか期待できず、作動振動や異音などに対して十分な減衰効果を得ることはできない、という課題があった。

また、このようなカバー部材１０２の共振を防ぐ別の方法として、カバー部材１０２を肉厚の素材から形成することが考えられるが、これは材料のコストおよび加工性を考慮すると、あまり得策ではなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電動モータや減速機構などで生じる作動振動がコントロールユニットに伝播されても、該作動振動によるコントロールユニットの共振を十分に抑制することができる制振構造を備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトに対して操舵補助力を付与する電動モータと、該電動モータの駆動を制御するコントロールユニットとを備えた電動パワーステアリング装置において、前記コントロールユニットの筐体が、前記電動モータの駆動を制御する回路基板を実装したベース部材と、該ベース部材の開口を被覆するように取り付けられたカバー部材とからなり、前記カバー部材が、該カバー部材の振動を吸収する動吸振部を備え、かつ、前記動吸振部が、吸振時に重りとして機能する質量体と、該質量体と前記カバー部材との間に介在された弾性体とを有することにより、達成される。

また、上記目的は、前記弾性体が、合成樹脂製の防振ゴムであることにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記弾性体が、圧電素子であることにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記弾性体が、粉状の誘電体が混入された接着剤を介して前記カバー部材に固定されたことにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記質量体が、粉状の誘電体が混入された接着剤を介して前記弾性体に固定されたことにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記動吸振部が、ねじ締結による固定手段によって、前記カバー部材に固定されたことにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記動吸振部が、ねじ締結による固定手段によって、前記カバー部材および前記回路基板に固定されたことにより、効果的に達成される。

さらに、上記目的は、前記動吸振部が、ねじ締結による固定手段によって、前記カバー部材および前記ベース部材に固定されたことにより、効果的に達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、コントロールユニットのカバー部材に、吸振時に重りとして機能する質量体と、該質量体とカバー部材との間に介在された弾性体とを有する動吸振部が設けられ、該動吸振部の制振機能によって、カバー部材の振動が効果的に制振されるようになっている。この制振構造により、電動モータや減速機構などで発生した作動音は、カバー部材の固有振動に対して音圧レベルで１０数ｄＢ程度に低減化され、コントロールユニットの共振を十分に抑制して異音の発生を防止することができる。

以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。

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の概略構成を示す機構図である。同図において、電動パワーステアリング装置１の操舵機構は、先端部に取り付けられたステアリングホイール２の操舵操作に応じて回転するステアリングシャフト３と、該ステアリングシャフト３の他端部側にユニバーサルジョイント４，５を介して連結され、ステアリングシャフト３の回転運動をラック軸の直線運動に変換するラック・ピニオン機構６と、該ラック・ピニオン機構６のラック軸の動きを操向車輪に伝達するタイロッド７とから構成されている。

また、電動パワーステアリング装置１のコラム部には、ステアリングホイール２を介してステアリングシャフト３に入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ８と、減速機構９を介してステアリングシャフト３に連結された操舵補助用の電動モータ１０とが設けられている。

電動モータ１０の駆動は、制御回路などを搭載したコントロールユニット（ＥＣＵ）１１によって制御される。このコントロールユニット１１には、バッテリ（電源）１２から電力が供給されるとともに、イグニションキー１３からイグニションキー信号が入力される。そして、コントロールユニット１１は、トルクセンサ８で検出された操舵トルク値Ｔと車速センサ１４で検出された車速Ｖとに基づいて、操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに応じて電動モータ１０に供給する駆動電流を制御する。

［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態に係るコントロールユニットの外観を示す斜視図であり、図３は、その内部概略構成を示す断面図である。

図２に示すように、コントロールユニット１１の筐体１５は、ベース部材１６と、該ベース部材１６の上部開口を被覆するように取り付けられたカバー部材１７とから構成され、ベース部材１６の側面には、コントロールユニット１１とバッテリ１２とをハーネス等を介して接続するための電源コネクタ１８と、ハーネス等を介してコントロールユニット１１を電動モータ１０、トルクセンサ８、車速センサ１４、イグニションキー１３のイグニションスイッチなどに接続するためのモータ電流・各種信号コネクタ１９が設けられている。カバー部材１７は、材料のコストや加工性などを考慮して比較的薄い金属素材から形成され、嵌合またはボルト締結などによってベース部材１６に着脱可能に取り付けられている。

ベース部材１６の内部には、図３に示すように、電動モータ１０の駆動を制御する素子（駆動素子や制御素子等）２０が実装された回路基板２１が収容されている。この回路基板２１に実装される素子２０の中には発熱性素子が含まれているため、回路基板２１が固定されるベース部材１６には、ヒートシンク（放熱板）としての機能が要求される。したがって、ベース部材１６は、カバー部材１７より肉厚の金属素材から形成されている。

このような構成からなるコントロールユニット１１は、電動モータ１０や減速機構９の作動振動が伝播され易い位置、例えば、ステアリングシャフト３を回転自在に支持するステアリングコラムの一部などに取り付けられている。そのため、本実施形態に係るコントロールユニット１１は、この作動振動により共振する可能性が特に高いカバー部材１７の上面中央部に、該カバー部材１７の固有振動を吸収する動吸振部２２を備えている。この動吸振部２２は、吸振時に重りとして機能する質量体２３と、該質量体２２とカバー部材１７との間に介在された弾性体２４とを有している。弾性体２４は、粉状の誘電体が混入された接着剤２５を介してカバー部材１７の上面に固定され、かつ、質量体２３は、同様の接着剤２６を介して弾性体２４の上面に固定されている。質量体は、カバー部材２２の固有振動数に対応させて質量を調整され、その素材としては、材料のコストや加工性を考慮すると、アルミ製の金属板などが望ましい。弾性体２４の素材としては、優れた吸振機能を有するものが好ましく、例えば合成樹脂製の防振ゴム、圧電素子などが望ましい。

なお、本実施形態では、カバー部材１７の上面中央部に１つの動吸振部２２が配設されているが、これに限定されず、様々な条件に応じて、カバー部材１７に複数の動吸振部２２を設けて、カバー部材１７の固有振動に対応するようにしてもよい。また、この動吸振部２２の形状は、矩形状以外の形状、すなわち円形状などでもよく、その大きさも使用目的などに応じて適宜変更され得るものである。

以上のように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１によれば、電動モータ１０や減速機構９などで生じる作動振動によって共振を発生し易いコントロールユニット１１のカバー部材１７に、吸振時に重りとして機能する質量体２３と、該質量体２３とカバー部材１７との間に介在された弾性体２４とを有する動吸振部２２を設けた。これにより、この動吸振部２２がカバー部材１７の固有振動を制振するので、カバー部材１７の振動を効果的に制振することができ、電動モータ１０や減速機構９などで発生した作動音は、カバー部材１７の固有振動に対して音圧レベルで１０数ｄＢ程度に低減化される。この結果、運転手等に伝播する異音を、簡単な制振構造で効果的に防止することができる。

また、弾性体２４として圧電素子を用いる、あるいは弾性体２４および質量体２３の接着手段である接着剤２５，２６中に誘電体を混入させることにより、カバー部材１７の固有振動の振動エネルギを、圧電素子や誘電体の歪電気変換作用によって電気エネルギに変換して消費することができる。これにより、カバー部材１７の振動を、より効果的に減衰および低減することができる。

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態に係るコントロールユニット１１Ａでは、動吸振部２２Ａがねじ締結による固定手段によってカバー部材１７に固定されているという点で、上述した第１実施形態とは異なる。この固定手段は、質量体２３および弾性体２３の中心部に穿設されたねじ挿通孔２７と、カバー部材１７の中心部に形成されたねじ穴２８と、ねじ挿通孔２７に挿通され、ねじ穴２８に螺合されるねじ２９Ａとを備えている。

以上のような構成を有する本実施形態に係るコントロールユニット１１Ａよれば、上述した第１実施形態と同様の効果を得られることはもとより、ねじ締結による固定手段で動吸振部２２Ａをカバー部材１７に固定することによって、より強固な動吸振部２２Ａの固定を実現することができる。これにより、例えばカバー部材１７の固有振動が大きい場合などでも、動吸振部２２Ａを脱落させることなく対応することができる。

［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態に係るコントロールユニット１１Ｂでは、動吸振部２２Ｂがねじ締結による固定手段によってカバー部材１７および回路基板２１Ｂに固定されているという点で、上述した第１実施形態とは異なる。この固定手段は、質量体２３および弾性体２３の中心部に穿設されたねじ挿通孔２７と、カバー部材１７の中心部に形成されたねじ穴２８と、回路基板２１Ｂの中心部から上方に突出するように形成された突出部２１Ｂａと、該突出部２１Ｂａの中心部に形成されたねじ穴３０と、ねじ挿通孔２７に挿通され、ねじ穴２８，３０に螺合されるねじ２９Ｂとを備えている。

以上のような構成を有する本実施形態に係るコントロールユニット１１Ｂによれば、上述した第１実施形態と同様の効果を得られることはもとより、ねじ締結による固定手段で動吸振部２２Ｂをカバー部材１７および回路基板２１Ｂの一部２１Ｂａに固定することによって、より強固な動吸振部２２Ｂの固定を実現することができる。これにより、例えばカバー部材１７の固有振動が大きい場合などでも、動吸振部２２Ｂを脱落させることなく対応することができる。

［第４実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態に係るコントロールユニット１１Ｃでは、動吸振部２２Ｃがねじ締結による固定手段によってカバー部材１７および筐体１５Ｃのベース部材１６Ｃに固定されているという点で、上述した第１実施形態とは異なる。この固定手段は、質量体２３および弾性体２３の中心部に穿設されたねじ挿通孔２７と、カバー部材１７の中心部に形成されたねじ穴２８と、ベース部材１６Ｃの中心部から上方に突出するように形成された突出部１６Ｃａと、該突出部１６Ｃａの中心部に形成されたねじ穴３１と、ねじ挿通孔２７に挿通され、ねじ穴２８，３１に螺合されるねじ２９Ｃとを備えている。

以上のような構成を有する本実施形態に係るコントロールユニット１１Ｃによれば、上述した第１実施形態と同様の効果を得られることはもとより、ねじ締結による固定手段で動吸振部２２Ｃをカバー部材１７およびベース部材１６Ｃの一部１６Ｃａに固定することによって、より強固な動吸振部２２Ｃの固定を実現することができる。これにより、例えばカバー部材１７の固有振動が大きい場合などでも、動吸振部２２Ｃを脱落させることなく対応することができる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

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概略構成を示す機構図である。 本発明の第１実施形態に係るコントロールユニットの外観を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。 従来のコントロールユニットの外観を示す斜視図である。

符号の説明

１・・・電動パワーステアリング装置
２・・・ステアリングホイール
３・・・ステアリングシャフト
１０・・・電動モータ
１１，１１Ａ〜１１Ｃ・・・コントロールユニット（ＥＣＵ）
１５，１５Ｃ・・・筐体
１６，１６Ｃ・・・ベース部材
１７・・・カバー部材
２１，２１Ｂ・・・回路基板
２２，２２Ａ〜２２Ｃ・・・動吸振部
２３・・・質量体
２４・・・弾性体
２５・・・接着剤
２６・・・接着剤
２７・・・ねじ挿通孔
２８・・・ねじ穴
２９Ａ〜２９Ｃ・・・ねじ
３０・・・ねじ穴
３１・・・ねじ穴

Claims (8)

1. ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトに対して操舵補助力を付与する電動モータと、該電動モータの駆動を制御するコントロールユニットとを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記コントロールユニットの筐体は、前記電動モータの駆動を制御する回路基板を実装したベース部材と、該ベース部材の開口を被覆するように取り付けられたカバー部材とからなり、
   前記カバー部材は、該カバー部材の振動を吸収する動吸振部を備え、かつ、
   前記動吸振部は、吸振時に重りとして機能する質量体と、該質量体と前記カバー部材との間に介在された弾性体とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記弾性体は、合成樹脂製の防振ゴムである請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記弾性体は、圧電素子である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記弾性体は、粉状の誘電体が混入された接着剤を介して前記カバー部材に固定された請求項１ないし３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記質量体は、粉状の誘電体が混入された接着剤を介して前記弾性体に固定された請求項１ないし４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記動吸振部は、ねじ締結による固定手段によって、前記カバー部材に固定された請求項１ないし５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記動吸振部は、ねじ締結による固定手段によって、前記カバー部材および前記回路基板に固定された請求項１ないし５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記動吸振部は、ねじ締結による固定手段によって、前記カバー部材および前記ベース部材に固定された請求項１ないし５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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