JP2013056581A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両への搭載性が良好で、減速機を廃止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、ステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に連結されたステアリングホイール２とを含む。ステアリングホイール２は、ステアリングシャフト３に連結されたロータ１３、および車体に連結されるステータ１４を含む電動モータ１１と、運転者によって操舵トルクが入力されるグリップ１０と、ロータ１３とグリップ１０とを相対移動可能に連結する弾性部材１２とを含む。電動パワーステアリング装置１は、さらに、ロータ１３とグリップ１０との相対移動量に基づいてグリップ１０に入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ２３と、トルクセンサ２３の出力に基づいて電動モータ１１を制御するＥＣＵ２４とを含む。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

車両用操舵装置として、電動モータによって操舵を補助する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１参照）。
例えばピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置は、ラックアンドピニオン式のステアリング機構と、ピニオン軸の周囲に配置された電動モータと、電動モータの出力をピニオン軸に伝達する減速機とを備えている。

また、コラムアシスト式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周囲に配置された電動モータと、電動モータの出力をステアリングシャフトに伝達する減速機とを備えている。

特開２０１０−１３２２２０号公報

ピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置では、電動モータおよび減速機が、車両のエンジンルームに配置される。当然、エンジンルームには、電動モータおよび減速機以外の装置も配置されるから、ピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置では、電動モータ等とエンジンルームに配置される他の装置との関係を考慮してレイアウトを設定する必要がある。

また、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置では、電動モータおよび減速機が、ダッシュボード（インストルメントパネルに相当）の内部に配置される。しかしながら、ダッシュボードの内部には、電動モータおよび減速機以外の装置も配置されるから、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置では、電動モータ等とダッシュボードの内部に配置される他の装置との関係を考慮してレイアウトを設定する必要がある。

このように、いずれの形式の電動パワーステアリング装置においても、電動モータおよび減速機が、ステアリングシャフトまたはピニオン軸から突出しているから、車両に対する電動パワーステアリング装置の搭載性を十分に考慮する必要がある。さらに、これらの形式の電動パワーステアリング装置では、減速機が設けられているので、操舵フィーリングが低下したり、騒音が増加したりするおそれがある。減速機を廃止することが考えられるが、減速機を廃止すると、より出力の大きい電動モータを用いる必要があるので、電動モータが大型化してしまう。そのため、車両への搭載性が悪化してしまう。

そこで、この発明の目的は、車両への搭載性が良好で、減速機を廃止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。

本発明の一実施形態は、転舵輪（Ｗ１）に向けて操舵トルクを伝達するステアリングシャフト（３）と、前記ステアリングシャフトに連結されたロータ（１３）、および車体（Ｂ１）に連結されるステータ（１４）を含む電動モータ（１１）と、運転者によって操舵トルクが入力されるグリップ（１０）と、前記ロータと前記グリップとを相対移動可能に連結する弾性部材（１２）とを含むステアリングホイール（２）と、前記ロータと前記グリップとの相対移動量に基づいて前記グリップに入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ（２３）と、前記トルクセンサの出力に基づいて前記電動モータを制御する制御装置（２４）とを含む、電動パワーステアリング装置（１）を提供する。

この構成によれば、操舵補助用の電動モータが、ステアリングホイールに設けられている。電動モータは、ステアリングシャフトに連結されたロータと、車体に連結されるステータと含む。ロータは、弾性部材によって、相対移動可能にグリップに連結されている。運転者によってグリップが操作されると、グリップに入力された操舵トルクが、ロータとグリップとの相対移動量に基づいてトルクセンサによって検出される。制御装置は、トルクセンサの出力に基づいて電動モータを制御し、ロータを回転させる。これにより、操舵補助力（電動モータの出力）がロータからステアリングシャフトに伝達され、ステアリングシャフトに伝達された操舵補助力が転舵輪に向けて伝達される。これにより、操舵が補助される。

ステアリングホイールは、運転者が乗車する乗員空間（車室におけるダッシュボードの外側の空間）に配置される。電動モータが、ステアリングホイールに設けられているから、電動モータも、乗員空間に配置される。乗員空間は、エンジンルームや、ダッシュボードの内部よりも制限が少ない。したがって、電動モータが、エンジンルームやダッシュボードの内部に配置される場合よりも、電動パワーステアリング装置の搭載性が良い。さらに、乗員空間は、比較的制限が少ないから、電動モータを大型化することができる。したがって、電動モータだけで十分な操舵補助力を発生させることができる。これにより、減速機を廃止することができる。そのため、操舵フィーリングの悪化や、騒音の増加を防止できる。さらに、減速機を設けなくてもよいので、電動パワーステアリング装置を小型化できると共に、電動パワーステアリング装置のコストを低減できる。

前記ステアリングホイールは、前記グリップに取り付けられており、運転者が前記グリップを握っているか否かを検出するグリップ検出センサ（２７）をさらに含んでいてもよい。前記制御装置は、前記グリップ検出センサからの出力に基づいて前記電動モータを制御してもよい。
また、前記ステアリングホイールは、前記ステアリングホイールにおいて運転者が視認可能な位置に設けられており、車両の状態情報を表示するディスプレー（２８）をさらに含んでいてもよい。

なお、前記において、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。

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が車両に搭載されている状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るステアリングホイールおよびこれに関連する構成の模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係るステアリングホイールの正面図である。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
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が車両Ｃ１に搭載されている状態を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、運転者によって操作されるステアリングホイール２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と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪Ｗ１を転舵するステアリング機構４とを備えている。

ステアリングシャフト３は、前後に傾いた状態で上下方向に延びている。ステアリングシャフト３は、運転席ＤＳの前方から、車室Ｒ１を仕切るダッシュボードＤ１の内部、および車室Ｒ１とエンジンルームＲ２とを仕切る隔壁Ｐ１を通って、エンジンルームＲ２まで延びている。ステアリングシャフト３の下端部は、第１自在継手５を介して中間軸６に連結されている。中間軸６は、第２自在継手７を介してステアリング機構４に連結されている。したがって、ステアリングホイール２は、ステアリングシャフト３、第１自在継手５、中間軸６、および第２自在継手７を介して、ステアリング機構４に機械的に連結されている。そのため、ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト３等を介してステアリング機構４に伝達される。

ステアリング機構４は、例えば、ラックアンドピニオン機構である。ステアリング機構４は、ラック軸８およびピニオン軸９を備えている。ラック軸８は、車両Ｃ１の左右方向（図１では、紙面に垂直な方向）に延びている。ピニオン軸９は、ラック軸８に設けられたラックに噛み合うピニオンを有している。ピニオン軸９は、第２自在継手７を介して中間軸６に連結されている。ピニオン軸９の回転は、ラックおよびピニオンによって、ラック軸８の軸方向Ｘ１への移動に変換される。転舵輪Ｗ１は、図示しないタイロッドおよびナックルアーム等を介して、ラック軸８の端部に連結されている。転舵輪Ｗ１は、軸方向Ｘ１へのラック軸８の移動に連動して転舵される。

図２は、ステアリングホイール２およびこれに関連する構成の模式的な断面図である。図３は、ステアリングホイール２の正面図である。以下では、図１〜図３を参照する。
図２に示すように、ステアリングホイール２は、運転者によって操舵トルクが入力されるグリップ１０と、操舵補助力を発生する電動モータ１１と、グリップ１０と電動モータ１１とを相対移動可能に連結する弾性部材１２とを含む。電動モータ１１は、例えばアウターロータ型のモータである。電動モータ１１は、ステアリングシャフト３に連結された筒状のロータ１３と、車体Ｂ１（図１参照）に連結される筒状のステータ１４とを含む。

図３に示すように、グリップ１０は、例えば、リング状である。グリップ１０は、ロータ１３の周囲を取り囲んでいる。グリップ１０は、リング状に限らず、ロータ１３の周囲に配置された左右一対の分割体を備えていてもよい。ロータ１３とグリップ１０とは、弾性部材１２によって、相対移動可能に連結されている。弾性部材１２は、ゴムまたは樹脂を含む部材であってもよいし、ばねを含む部材であってもよい。さらに、弾性部材１２は、複数の分割体を備えていてもよいし、ロータ１３の周囲を取り囲むリング状の部材であってもよい。本実施形態では、弾性部材１２は、３つの分割体１２ａを備えており、これらの分割体１２ａは、ロータ１３の周方向に間隔を空けて配置されている。ロータ１３とグリップ１０とは、弾性部材１２の弾性変形によって、グリップ１０に入力された操舵トルクの大きさに比例する移動量で相対回転する。

図２に示すように、ロータ１３は、カップ状のロータコア１５と、ロータコア１５に保持されたマグネット１６とを含む。グリップ１０は、弾性部材１２によってロータコア１５に連結されている。ロータコア１５は、円板部１７と、円板部１７の外周から円板部１７に直交する方向に延びる円筒部１８とを含む。円筒部１８は、円板部１７の外周に沿って配置されており、円板部１７の外周から運転席ＤＳとは反対側（図２では、紙面の下側）に延びている。マグネット１６は、円筒部１８の内周面に取り付けられている。円筒部１８は、マグネット１６の外側でステアリングシャフト３の周囲を取り囲んでいる。ステアリングシャフト３の上端部は、円板部１７の中央部に形成された嵌合孔１９に嵌合されている。ロータ１３とステアリングシャフト３とは、同軸であり、一体回転可能に連結されている。

また、図２に示すように、ステータ１４は、マグネット１６の内側でステアリングシャフト３の周囲を取り囲んでいる。マグネット１６とステータ１４とは、ロータ１３の径方向に間隔を空けて対向している。ステータ１４は、ステアリングシャフト３の周囲を取り囲むジャケット２０に固定されている。ステアリングシャフト３は、複数の軸受２１を介してジャケット２０に回転可能に支持されている。ジャケット２０は、ダッシュボードＤ１の内部で車体側部材２２を介して車体Ｂ１に固定されている。したがって、ステータ１４は、ジャケット２０等を介して車体Ｂ１に固定されている。ステータ１４は、ステータコアと、ステータコアに巻き付けられたコイルとを含む。ステータ１４は、後述するＥＣＵ２４に接続されている。ＥＣＵ２４は、ステータ１４に電力を供給することにより、ロータ１３を回転させる。

図２および図３に示すように、電動パワーステアリング装置１は、グリップ１０に入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ２３（図３参照）と、トルクセンサ２３の出力に基づいて電動モータ１１を制御する制御装置としてのＥＣＵ２４（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット。図２参照）とをさらに含む。トルクセンサ２３は、ロータ１３とグリップ１０との相対移動量を検出することにより、運転者によってグリップ１０に入力された操舵トルクを検出する。図３に示すように、トルクセンサ２３は、グリップ１０に取り付けられた被検出体２５と、ロータ１３に取り付けられた検出体２６とを含む。被検出体２５と検出体２６とは、ロータ１３の径方向に対向している。トルクセンサ２３は、ホールＩＣ（Hall integrated circuit）などの磁界の変化に基づいて移動量を検出する磁気センサであってもよいし、その他の形式のセンサであってもよい。トルクセンサ２３は、ＥＣＵ２４に接続されている。ＥＣＵ２４は、トルクセンサ２３からの出力に基づいて電動モータ１１の出力を制御する。これにより、グリップ１０に入力された操舵トルクに基づく操舵補助力が、ステアリングシャフト３に入力される。そして、電動モータ１１によって生み出された操舵補助力は、運転者によってグリップ１０に入力された操舵トルクと共に、ステアリングシャフト３によって転舵輪Ｗ１に向けて伝達される。

図３に示すように、ステアリングホイール２は、運転者がグリップ１０を握っているか否かを検出する複数のグリップ検出センサ２７をさらに含む。グリップ検出センサ２７は、グリップ１０に取り付けられている。グリップ検出センサ２７は、グリップ１０が握られているか否かを検出する。グリップ検出センサ２７は、静電容量の変化に基づいてグリップ１０が握られているか否かを検出する静電容量式のセンサであってもよいし、グリップ１０が握られることにより切り替わるリミットセンサ（リミットスイッチ）であってもよいし、その他の形式のセンサであってもよい。グリップ検出センサ２７は、ＥＣＵ２４に接続されている。ＥＣＵ２４は、グリップ検出センサ２７からの出力に基づいてグリップ１０が握られているか否かを判定する。ＥＣＵ２４は、グリップ１０が握られていない場合には、電動モータ１１への通電を停止させる。したがって、グリップ１０が握られていないときに、電動モータ１１がノイズによって誤作動することを防止できる。

図１に示すように、ステアリングホイール２は、車両Ｃ１の状態情報を表示するディスプレー２８をさらに含む。ディスプレー２８は、運転席ＤＳの前方でロータ１３に取り付けられている。したがって、ディスプレー２８は、ステアリングホイール２において運転席ＤＳに座っている運転者が視認可能な位置に設けられている。ディスプレー２８は、液晶ディスプレーであってもよいし、その他の形式のディスプレーであってもよい。ディスプレー２８は、ＥＣＵ２４に接続されている。図２に示すように、ＥＣＵ２４は、たとえば、車両Ｃ１の速度Ｖ（車速）を検出する車速センサ２９や、エンジンの回転速度ｒｐｍを検出する回転速度センサ３０を含む車両状態検出センサに接続されている。ＥＣＵ２４は、車速Ｖやエンジンの回転速度ｒｐｍなどの車両Ｃ１の状態情報をディスプレー２８に送信する。図３に示すように、ディスプレー２８は、ＥＣＵ２４から送信された車両Ｃ１の状態情報を表示する。このように、車両Ｃ１の状態情報を表示するディスプレー２８がステアリングホイール２に設けられているから、例えばディスプレー２８がステアリングホイール２よりも前方に配置されている場合に比べて、ディスプレー２８の視認性が高い。よって、運転者は、車両Ｃ１の状態情報を容易に確認できる。

以上のように本実施形態では、操舵補助用の電動モータ１１が、ステアリングホイール２に設けられている。電動モータ１１は、ステアリングシャフト３に連結されたロータ１３と、車体Ｂ１に連結されるステータ１４と含む。ロータ１３は、弾性部材１２によって、相対移動可能にグリップ１０に連結されている。運転者によってグリップ１０が操作されると、グリップ１０に入力された操舵トルクが、ロータ１３とグリップ１０との相対移動量に基づいてトルクセンサ２３によって検出される。ＥＣＵ２４は、トルクセンサ２３の出力に基づいて電動モータ１１を制御し、ロータ１３を回転させる。これにより、操舵補助力（電動モータ１１の出力）がロータ１３からステアリングシャフト３に伝達され、ステアリングシャフト３に伝達された操舵補助力が転舵輪Ｗ１に向けて伝達される。これにより、操舵が補助される。

ステアリングホイール２は、運転者が乗車する乗員空間Ｓ１（車室Ｒ１におけるダッシュボードＤ１の外側の空間。図１参照）に配置される。電動モータ１１が、ステアリングホイール２に設けられているから、電動モータ１１も、乗員空間Ｓ１に配置される。乗員空間Ｓ１は、エンジンルームＲ２や、ダッシュボードＤ１の内部よりも制限が少ない。したがって、電動モータ１１が、エンジンルームＲ２やダッシュボードＤ１の内部に配置される場合よりも、電動パワーステアリング装置１の搭載性が良い。さらに、乗員空間Ｓ１は、比較的制限が少ないから、電動モータ１１を大型化することができる。したがって、電動モータ１１だけで十分な操舵補助力を発生させることができる。これにより、減速機を廃止することができる。そのため、操舵フィーリングの悪化や、騒音の増加を防止できる。さらに、減速機を設けなくてもよいので、電動パワーステアリング装置１を小型化できると共に、電動パワーステアリング装置１のコストを低減できる。

この発明の実施の形態の説明は以上であるが、この発明は、前述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。
例えば前述の実施形態では、電動モータ１１が、マグネット１６を備えている場合について説明した。しかし、電動モータ１１は、マグネット１６が備えられていないリラクタンスモータであってもよい。また、電動モータ１１は、アウターロータ型のモータに限らず、ロータの回転軸線に沿う方向に間隔を空けて対向するロータとステータとを備えるアキシャルギャップモータであってもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

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・・・グリップ、１１・・・電動モータ、１２・・・弾性部材、１３・・・ロータ、１４・・・ステータ、２３・・・トルクセンサ、２４・・・ＥＣＵ（制御装置）、２７・・・グリップ検出センサ、２８・・・ディスプレー、Ｂ１・・・車体、Ｗ１・・・転舵輪、

Claims (3)

1. 転舵輪に向けて操舵トルクを伝達するステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトに連結されたロータ、および車体に連結されるステータを含む電動モータと、運転者によって操舵トルクが入力されるグリップと、前記ロータと前記グリップとを相対移動可能に連結する弾性部材とを含むステアリングホイールと、
   前記ロータと前記グリップとの相対移動量に基づいて前記グリップに入力された操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記トルクセンサの出力に基づいて前記電動モータを制御する制御装置とを含む、電動パワーステアリング装置。
2. 前記ステアリングホイールは、前記グリップに取り付けられており、運転者が前記グリップを握っているか否かを検出するグリップ検出センサをさらに含み、
   前記制御装置は、前記グリップ検出センサからの出力に基づいて前記電動モータを制御する、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ステアリングホイールは、前記ステアリングホイールにおいて運転者が視認可能な位置に設けられており、車両の状態情報を表示するディスプレーをさらに含む、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。

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