JP2010006310A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コントロールユニットが電動モータやギヤボックスの近傍に配置された場合に、コントロールユニットが振動することにより生じる作動音の悪化を効果的に防止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。
【解決手段】ステアリングシャフトに対して電動モータによる操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置において、ステアリングシャフトの入力軸に生じる操舵トルクに基づいて電動モータの駆動を制御するコントロールユニットと、電動モータの回転をステアリングシャフトの出力軸に伝達する減速機構と、入力軸および出力軸を回転自在に支持するとともに、減速機構を収容するギヤボックスとを備え、コントロールユニットが、一面が開放された箱形状の筐体と、該筐体内に実装された回路基板とを有し、筐体の開放面をギヤボックスの外表面の一部に接触させた状態で固定される。
【選択図】図６

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）に施される防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など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、適切な操舵補助力を操舵機構に付与している。

一般に、この種の電動パワーステアリング装置に具備される電動モータとコントロールユニットは、それぞれ、エンジンルーム内とエンジンルーム外という離れた位置関係で別々に車両に搭載されることが多く、互いを長いハーネスによって電気的に接続する構成が一般的であった。ところが、このハーネスを用いた接続構成では、車両のエンジンルームのレイアウトによってはハーネスの取り回しが困難な場合があり、また、ハーネスの配線抵抗により電力が損失する、ラジオノイズが増大する、あるいは部品点数が増大するなど、様々な問題が懸念されていた。

かかる課題を解決するものとして、例えば特許文献１に、電動モータとコントロールユニットとを近接に配置したものが開示されている。この特許文献１に開示されている電動パワーステアリング装置では、コントロールユニット内に実装されたパワーモジュールの発生熱をギヤボックス（電動モータの回転を操舵機構に伝達する減速機構が収容された筐体）に逃がすために、ギヤボックスの外表面形状に沿うようにＬ字型のコントロールユニットがギヤボックスに密着した状態で取り付けられる構造になっている。

国際公開第２００７／００７８８０号パンフレット

図９に示すように、従来の一般的なコントロールユニットの筐体１００は、一面が開放された箱形状を成し、内面に回路基板１０１などが実装される本体部１０２と、該本体部１０２の開放面を被覆するようにカシメ１０３などを介して取り付けられる蓋部１０４とから構成され、本体部１０２の両側面の底面側（反蓋部側）に設けられた取付部１０５でねじ締結されることによりギヤボックスなどに取り付けられている。

上記特許文献１に開示される電動パワーステアリング装置のように、コントロールユニットが電動モータまたはギヤボックスの近傍に配置された場合、加振源である電動モータやギヤボックスの振動がコントロールユニットに伝わるのを避けることはできない。この際、コントロールユニット１００の筐体本体部１０２は、ヒートシンク機能を考慮して比較的厚い金属素材で形成されているので、加振力に対する耐性を有しているが、コントロールユニット１００の筐体蓋部１０４は、防塵および基板保護などが主目的であることから、材料コストを考慮して比較的薄い金属素材で形成されているため、加振力に対する耐性を有していない。したがって、上述したような従来の電動パワーステアリング装置では、電動モータやギヤボックスの振動により、コントロールユニット１００の筐体蓋部１０４が振動して騒音を生じてしまう、という問題があった。

この問題を回避するために、コントロールユニット１００の筐体蓋部１０４を比較的厚い金属素材から形成することが考えられるが、軽量化および低コスト化が求められている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１００の筐体蓋部１０４を形成する素材として厚い金属材を採用することは困難であった。

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、コントロールユニットが電動モータやギヤボックスの近傍に配置された場合に、コントロールユニットが振動することにより生じる作動音の悪化を効果的に防止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にある。

本発明の上記目的は、ステアリングシャフトに対して電動モータによる操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置において、前記ステアリングシャフトの入力軸に生じる操舵トルクに基づいて前記電動モータの駆動を制御するコントロールユニットと、前記電動モータの回転を前記ステアリングシャフトの出力軸に伝達する減速機構と、前記入力軸および前記出力軸を回転自在に支持するとともに、前記減速機構を収容するギヤボックスとを備え、前記コントロールユニットが、一面が開放された箱形状の筐体と、該筐体内に実装された回路基板とを有し、前記筐体の開放面を前記ギヤボックスの外表面の一部に接触させた状態で固定されることにより、達成される。

また、上記目的は、前記ギヤボックスが、前記コントロールユニットの筐体が取り付けられる前記外表面の一部に、前記筐体の開放面の周縁形状に合わせて形成された凹溝を有し、かつ、前記コントロールユニットは、前記筐体の開放面の周縁を前記凹溝に係合させた状態で前記ギヤボックスに固定されることにより、効果的に達成される。

さらに、上記目的は、前記コントロールユニットが、前記出力軸側の前記ギヤボックスの外表面の一部に固定されることにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記ギヤボックスが、前記減速機構を収容できるように一面が開放されたギヤボックス本体部と、該ギヤボックス本体部の開放面を被覆するように取り付けられるギヤボックス蓋部とを有し、かつ、前記コントロールユニットが、前記筐体の開放面を前記ギヤボックス蓋部の外表面の一部に接触させた状態で、該ギヤボックス蓋部とともに前記ギヤボックス本体部に共締め固定されることにより、効率的に達成される。

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筐体は、一面が開放された箱形状に形成され、その開放面を比較的に剛性の高い素材で形成されたギヤボックスの外表面の一部に接触させた状態で固定されるようになっている。これにより、ギヤボックスの外表面の一部をコントロールユニットの蓋として機能させることができるので、比較的に剛性の低い素材で形成されていたために電動モータや減速機構の加振力による影響を受けて騒音の発生源となっていたコントロールユニットの蓋部材を排除することができる。この結果、電動パワーステアリング装置が実装される車室内で生じていた騒音の低減化を図ることができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置では、コントロールユニットの筐体が固定されるギヤボックスの外表面の一部をコントロールユニットの蓋部材として共用させる構造であることにより、部品点数および組付工数が削減され、製造コストの低減化を図ることができる。

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。

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主要構成部を概略的に示す正面図であり、図３は、その側面図である。

図２および図３において、電動モータ１０の回転をステアリングシャフト３に伝達する減速機構９を収容するギヤボックス２０は、大別すると、ステアリングホイール２に連結されたステアリングシャフト３の入力軸３ａを回転自在に支承する中空円筒状のステアリングコラム部２１と、該ステアリングコラム部２１と一体的に形成され、減速機構９のウォームおよびウォームホイールを収容するギヤボックス本体部２２と、減速機構９を収容するために形成されたギヤボックス本体部２２の開放面を被覆するギヤボックス蓋部２３とを備えている。

電動モータ１０は、ギヤボックス本体部２２に形成されたモータ取付用フランジ２２ａにボルト２４を介して締結固定され、電動モータ１０の回転軸は、ギヤボックス本体部２２のウォーム収容部２２ｂに収容された減速機構９のウォームに連結されている。また、このウォームは、ギヤボックス本体部２２のウォームホイール収容部２２ｃに収容されたウォームホイールに噛合され、該ウォームホイールは、ステアリングシャフト３の出力軸３ｂに嵌合固定されている。このような構成からなる伝達機構により、電動モータ１０による操舵補助力が減速機構９を介してステアリングシャフト３の出力軸３ｂに伝達されるようになっている。

ギヤボックス２０を構成するステアリングコラム部２１、ギヤボックス本体部２２、およびギヤボックス蓋部２３は、何れも比較的剛性の高い金属素材からなり、ギヤボックス蓋部２３は、ボルト２５ａ，２５ｂ，２５ｃを介してギヤボックス本体部２２に締結固定される。また、このギヤボックス蓋部２３の外表面の一部には、コントロールユニット１１の筐体１１ａが、開放面を接触させた状態でボルト２５ａ，２５ｂを介して固定されている。すなわち、このコントロールユニット１１は、ギヤボックス蓋部２３とともにギヤボックス本体部２２にボルト２５ａ，２５ｂを介して共締め固定されるようになっている。

図４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ントロールユニットを概略的に示す外観図である。

同図において、コントロールユニット１１の筐体１１ａは、一面が開放された箱形状（バスタブ形状）をなしており、該筐体１１ａ内には電動モータ１０の駆動電流などを制御する各種回路基板１１ｂが実装されている。この筐体１１ａでは、放熱性を考慮して、各種回路基板１１ｂのうちパワー基板が取り付けられる面（図４中の下面）が、他の面よりも厚く形成されている。また、筐体１１ａは、両側面（図４中の左右面）の開放面側に、その表面から突出するように形成された取付部１１ｃを有し、該取付部１１ｃの中央部には、ボルト２５ａ，２５ｂ用のボルト孔１１ｄが穿設されている。

なお、このコントロールユニット１１では、各種回路基板１１ｂが筐体１１ａに実装された後に、ギヤボックス２０に取り付けられる直前まで筐体１１ａの開放面が保護シール１１ｅによって被覆されている。これにより、コントロールユニット１１の組み付け前に筐体１１ａ内に粉塵などが侵入するのを防止し、各種回路基板１１ｂの安全性を確保している。

図５は、ギヤボックスからコントロールユニットを取り外した状態の主要構成部を概略的に示す正面図であり、図６は、その側面図である。

図５に示すように、ギヤボックス蓋部２３の表面の一部には、コントロールユニット１１の筐体１１ａの開放面の周縁形状に合わせて凹溝２６が形成されている。すなわち、この凹溝２６では、パワー基板が取り付けられる面に対応する箇所の幅が、その面の厚さに応じて広く形成されている。また、この凹溝２６の深さｄ１は、コントロールユニット１１の筐体１１ａの開放面から取付部１１ｃまでの距離ｄ２より深くなるように設計されている。そして、コントロールユニット１１は、この凹溝２６に筐体１１ａの端部（開放面）を接触させた状態で取り付けられるので、コントロールユニット１１で発生した熱は、ギヤボックス蓋部２３およびギヤボックス本体部２２を介してステアリングコラム部２１側に効果的に放熱される。なお、図５および図６において、符号２７ａ，２７ｂは、コントロールユニット１１をギヤボックス蓋部２３とともにギヤボックス本体部２２に共締め固定するボルト２５ａ，２５ｂ用に穿設されたボルト孔であり、符号２７ｃは、ギヤボックス蓋部２３のみをギヤボックス本体部２２に固定するボルト２５ｃ用のボルト孔である。

図７は、ギヤボックス本体部からギヤボックス蓋部を取り外した状態の主要構成部を概略的に示す正面図であり、図８は、その側面図である。

図７および図８に示すように、ギヤボックス本体部２２の開放面、すなわちギヤボックス蓋部２３が取り付けられる面には、ボルト２５ａ，２５ｂ，２５ｃが螺合されるボルト穴２８ａ，２８ｂ，２８ｃが形成されている。このギヤボックス本体部２２の開放面は、ウォームホイール収容部２２ｃにウォームホイールが収容されるとギヤボックス蓋部２３によって被覆され、その後、上述したようにギヤボックス蓋部２３およびコントロールユニット１１の筐体１１ａがボルト２５ａ，２５ｂによってギヤボックス本体部２２に共締め固定される。

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、コントロールユニット１１の筐体１１ａは、一面が開放された箱形状に形成され、その開放面をギヤボックス蓋部２３の外表面に接触させた状態で、ギヤボックス蓋部２３とともにギヤボックス本体部２２に共締め固定されるようになっている。これにより、コントロールユニット１１の機械的最弱部であった筐体蓋部が不要になり、コントロールユニット１１の露出部分は、ヒートシンク機能などを考慮して比較的厚い素材で形成された筐体１１ａのみとなる。この結果、作動音を悪化させることなく、加震源となる電動モータ１０や減速機構９の近傍にコントロールユニット１１を設置することができる。

また、本実施形態のコントロールユニット取付構造では、コントロールユニット１１とギヤボックス蓋部２３とが、ボルト２５ａ，２５ｂによってギヤボックス本体部２２に共締め固定されるので、ボルトなどの取付部品の点数を削減することができ、装置の軽量化および低コスト化を図ることができる。

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。 本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の主要構成部を概略的に示す正面図である。 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主要構成部を概略的に示す側面図である。 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ントロールユニットを概略的に示す斜視図である。 ギヤボックスからコントロールユニットを取り外した状態の主要構成部を概略的に示す正面図である。 ギヤボックスからコントロールユニットを取り外した状態の主要構成部を概略的に示す側面図である。 ギヤボックス本体部からギヤボックス蓋部を取り外した状態の主要構成部を概略的に示す正面図である。 ギヤボックス本体部からギヤボックス蓋部を取り外した状態の主要構成部を概略的に示す側面図である。 従来の電動パワーステアリング装置のコントロールユニットを概略的に示す斜視図である。

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
３ａ・・・入力軸
３ｂ・・・出力軸
１０・・・電動モータ
１１・・・コントロールユニット（ＥＣＵ）
１１ａ・・・筐体
２０・・・ギヤボックス
２２・・・ギヤボックス本体部
２３・・・ギヤボックス蓋部
２５ａ，２５ｂ・・・ボルト（ＥＣＵ筐体およびギヤボックス蓋部の共締め用）
２６・・・凹溝

Claims (4)

1. ステアリングシャフトに対して電動モータによる操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置であって、
   前記ステアリングシャフトの入力軸に生じる操舵トルクに基づいて前記電動モータの駆動を制御するコントロールユニットと、
   前記電動モータの回転を前記ステアリングシャフトの出力軸に伝達する減速機構と、
   前記入力軸および前記出力軸を回転自在に支持するとともに、前記減速機構を収容するギヤボックスとを備え、
   前記コントロールユニットは、一面が開放された箱形状の筐体と、該筐体内に実装された回路基板とを有し、前記筐体の開放面を前記ギヤボックスの外表面の一部に接触させた状態で固定されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ギヤボックスは、前記減速機構を収容できるように一面が開放されたギヤボックス本体部と、該ギヤボックス本体部の開放面を被覆するように取り付けられるギヤボックス蓋部とを有し、かつ、
   前記コントロールユニットは、前記筐体の開放面を前記ギヤボックス蓋部の外表面の一部に接触させた状態で、該ギヤボックス蓋部とともに前記ギヤボックス本体部に共締め固定される請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ギヤボックスは、前記コントロールユニットの筐体が取り付けられる前記外表面の一部に、前記筐体の開放面の周縁形状に合わせて形成された凹溝を有し、かつ、
   前記コントロールユニットは、前記筐体の開放面の周縁を前記凹溝に係合させた状態で前記ギヤボックスに固定される請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記コントロールユニットは、前記出力軸側の前記ギヤボックスの外表面の一部に固定される請求項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。

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