JP2013193565A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus.
近年、大型車両におけるステアリングホイールの操舵力を軽減するために、2個の電動モータを用いる装置が提案されている。
例えば、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置は、2個の電動モータを備え、第1電動モータの補助トルクを第1ベルト式伝動機構並びにボールねじを介してラック軸に伝達する第1補助トルク機構と、第2電動モータの補助トルクを第2ベルト式伝動機構並びにボールねじを介してラック軸に伝達する第2補助トルク機構とを備える。
In recent years, an apparatus using two electric motors has been proposed in order to reduce the steering force of a steering wheel in a large vehicle.
For example, the electric power steering device described in Patent Document 1 includes two electric motors, and transmits the auxiliary torque of the first electric motor to the rack shaft via the first belt-type transmission mechanism and the ball screw. A torque mechanism; and a second auxiliary torque mechanism that transmits auxiliary torque of the second electric motor to the rack shaft via the second belt-type transmission mechanism and a ball screw.
電動パワーステアリング装置の構造は簡易である方が、部品点数の削減、省スペース化の観点、製造容易化の観点からは好ましい。
本発明は、部品点数を削減することができるとともに、省スペース化および製造容易化を図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。
A simple structure of the electric power steering apparatus is preferable from the viewpoint of reducing the number of parts, saving space, and facilitating manufacturing.
It is an object of the present invention to provide an electric power steering apparatus that can reduce the number of parts and can save space and facilitate manufacture.
かかる目的のもと、本発明は、ラック軸と、複数の電動モータと、前記複数の電動モータそれぞれの出力軸と連動して回転駆動する複数の駆動部材と、前記ラック軸に形成されたボールねじと、当該ボールねじを移動する複数のボールと、当該ボールねじとの間に当該ボールを介在させるボールナットと有し、当該ラック軸の軸中心回りの回転運動を当該ラック軸の軸方向の直線運動に変換するボールナット機構と、前記ボールナット機構の前記ボールナットに連結され、当該ボールナットとともに回転する回転部材と、前記複数の駆動部材と、前記回転部材とに掛け渡されたベルトと、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。 For this purpose, the present invention provides a rack shaft, a plurality of electric motors, a plurality of drive members that rotate in conjunction with output shafts of the plurality of electric motors, and balls formed on the rack shaft. A screw, a plurality of balls that move the ball screw, and a ball nut that interposes the ball between the ball screws, and rotational movement about the axis of the rack shaft in the axial direction of the rack shaft. A ball nut mechanism for converting into linear motion, a rotating member connected to the ball nut of the ball nut mechanism and rotating together with the ball nut, the plurality of driving members, and a belt stretched around the rotating member; And an electric power steering device.
ここで、前記複数の電動モータの軸方向は、前記ラック軸の軸方向と略同じであり、当該複数の電動モータは、前記ベルトに対して同じ側に配置されているとよい。
あるいは、前記複数の電動モータの軸方向は、前記ラック軸の軸方向と略同じであり、当該複数の電動モータのいくつかの電動モータは、前記ベルトに対して他の電動モータと反対側に配置されているとよい。
また、前記複数の電動モータとして2つの電動モータを備え、当該2つの電動モータそれぞれの回転中心と前記ラック軸の回転中心とを結んだ線同士が鋭角をなすとよい。
Here, the axial direction of the plurality of electric motors is substantially the same as the axial direction of the rack shaft, and the plurality of electric motors may be disposed on the same side with respect to the belt.
Alternatively, the axial direction of the plurality of electric motors is substantially the same as the axial direction of the rack shaft, and some of the electric motors of the plurality of electric motors are opposite to the other electric motors with respect to the belt. It is good to be arranged.
Further, two electric motors may be provided as the plurality of electric motors, and lines connecting the rotation centers of the two electric motors and the rotation center of the rack shaft may form an acute angle.
本発明によれば、部品点数を削減することができるとともに、省スペース化および製造容易化を図ることができる。 According to the present invention, the number of components can be reduced, and space saving and manufacturing can be facilitated.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の概略構成を示す図である。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施形態においては自動車に適用した構成を例示している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electric
An electric
ステアリング装置100は、ドライバが操作する車輪(ホイール)状のステアリングホイール(ハンドル)101と、ステアリングホイール101に一体的に設けられたステアリングシャフト102とを備えている。また、ステアリング装置100は、ステアリングシャフト102と自在継手103aを介して連結された上部連結シャフト103と、この上部連結シャフト103と自在継手103bを介して連結された下部連結シャフト108とを備えている。下部連結シャフト108は、ステアリングホイール101の回転に連動して回転する。
The
また、ステアリング装置100は、転動輪としての左右の前輪250のそれぞれに連結されたタイロッド104と、タイロッド104に連結されたラック軸105とを備えている。また、ステアリング装置100は、ラック軸105に形成されたラック歯105aとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン106aを備えている。ピニオン106aは、ピニオンシャフト106の下端部に形成されている。
The
また、ステアリング装置100は、ピニオンシャフト106を収納するステアリングギアボックス107を有している。ピニオンシャフト106は、ステアリングギアボックス107内部にて、不図示のトーションバーを介して上述した下部連結シャフト108と同軸的に連結されている。これらピニオンシャフト106および下部連結シャフト108は、ステアリングギアボックス107内部にて回転可能に支持されている。
The
また、ステアリング装置100は、ステアリングギアボックス107の内部に、下部連結シャフト108とピニオンシャフト106との相対回転角度に基づいて、言い換えればトーションバーの捩れ量に基づいてステアリングホイール101の操舵トルクを検出するトルクセンサ109が設けられている。
Further, the
また、ステアリング装置100は、複数の電動モータを備えている。本実施の形態に係るステアリング装置100は、図1に示すように2つの電動モータである、第1モータ10と、第2モータ20とを備えている。そして、ステアリング装置100は、第1モータ10および第2モータ20それぞれの出力軸の回転と連動して回転する第1駆動プーリ11および第2駆動プーリ21を備えている。
In addition, the
また、ステアリング装置100は、ラック軸105に形成されたねじ溝からなるボールねじ105bと、多数のボール111と、ボールねじ105bにボール111を介して取り付けたボールナット112と、から構成されるボールナット機構110を備えている。
また、ステアリング装置100は、ボールナット機構110のボールナット112とともに回転する従動プーリ113と、この従動プーリ113、第1駆動プーリ11および第2駆動プーリ21に掛け渡された1つの無端状のベルト30と、を備えている。従動プーリ113は、ボールナット機構110のボールナット112の外周に、ロックナット53(図4参照)にて固定されている。
Further, the
Further, the
また、ステアリング装置100は、第1モータ10および第2モータ20の作動を制御する電子制御ユニット(ECU)200を備えている。ECU200には、上述したトルクセンサ109の出力値が入力される。
ECU200は、各種演算処理を行うCPUと、CPUにて実行されるプログラムや各種データ等が記憶されたROMと、CPUの作業用メモリ等として用いられるRAMと、を用いて、トルクセンサ109からの出力値を基に下部連結シャフト108とピニオンシャフト106との相対回転角度を演算する相対角度演算部を備えている。
The
The ECU 200 uses a CPU that performs various arithmetic processes, a ROM that stores programs executed by the CPU, various data, and the like, and a RAM that is used as a work memory for the CPU, and the like from the
以上のように構成されたステアリング装置100においては、ステアリングホイール101に加えられた操舵トルクが下部連結シャフト108とピニオンシャフト106との相対回転角度として現れることに鑑み、下部連結シャフト108とピニオンシャフト106との相対回転角度に基づいて操舵トルクを把握する。つまり、下部連結シャフト108とピニオンシャフト106との相対回転角度をトルクセンサ109にて検出し、トルクセンサ109からの出力値に基づいてECU200が操舵トルクを把握し、把握した操舵トルクに基づいて第1モータ10および第2モータ20の駆動を制御する。
In the
そして、第1モータ10および第2モータ20の発生トルクを、第1駆動プーリ11、第2駆動プーリ21、ベルト30、従動プーリ113、ボールナット機構110などを介してラック軸105に伝達し、ラック軸105を直線移動させる。これにより、第1モータ10および第2モータ20の発生トルクが、ステアリングホイール101に加える運転者の操舵力をアシストする。つまり、ラック軸105は、ステアリングホイール101の回転によって発生する操舵トルクと第1モータ10および第2モータ20から付与される補助トルクとで回転する。
The torque generated by the
以下に、第1モータ10および第2モータ20の駆動トルクをラック軸105に伝達する機構について詳述する。
図2は、第1モータ10および第2モータ20とラック軸105との関係を示す外観図である。
図3は、後述するラックハウジング40内の内部をラック軸10の軸方向に見た図である。言い換えれば、後述する第2ラックハウジング42を第1ラックハウジング41に締結する前のラックハウジング40内を示す図である。
図4は、図3のIV−IV部の断面図である。
Hereinafter, a mechanism for transmitting the drive torque of the
FIG. 2 is an external view showing the relationship between the
FIG. 3 is a view of the inside of a
4 is a cross-sectional view taken along a line IV-IV in FIG.
ステアリング装置100は、ラック軸105の周囲を覆うラックハウジング40を備えている。ラックハウジング40は、ラック軸105の軸方向に分割される第1ラックハウジング41と第2ラックハウジング42とから構成される。ラック軸105の両端部は、それぞれ第1ラックハウジング41および第2ラックハウジング42から突出している。
The
第1ラックハウジング41は、車幅方向(図1では横方向)に延びた略円筒状の円筒状部41aと、第2ラックハウジング42側の端部に形成され、ボールナット機構110のボールナット112を収納する収納部41bと、フランジ部41cとを有している。また、第1ラックハウジング41には、第1モータ10、第2モータ20それぞれの回転軸をラックハウジング40内に導き入れるための2つのモータ孔41dが形成されている。
The
フランジ部41cには、図4に示すように、第2ラックハウジング42と締結するための締結ボルト50を通すためのボルト孔41eや締結ボルト50の雄ねじがねじ込まれる雌ねじ41fが形成されている。図3に示すように、ボルト孔41eおよび雌ねじ41fはそれぞれ、フランジ部41cに複数形成されている。
第1ラックハウジング41の収納部41bには、ボールナット機構110のボールナット112を回転可能に支持する軸受け51が取り付けられている。軸受け51は、軸受け51を固定するための固定ナット52にて固定されている。
As shown in FIG. 4, a bolt hole 41 e for passing a
A bearing 51 that rotatably supports the
第2ラックハウジング42は、ラック軸105の端部を通すとともに第1ラックハウジング41の端部の開口部を覆うように構成されている。つまり、第2ラックハウジング42は、ラック軸105の外周の周囲を覆う周囲部42aと、第1駆動プーリ11、第2駆動プーリ21、従動プーリ113、ベルト30などを収納する収納部42bと、第1ラックハウジング41のフランジ部41cと対向するフランジ部42cとを有している。
The
フランジ部42cには、図4に示すように、第1ラックハウジング41と締結する締結ボルト50を通すためのボルト孔42eや締結ボルト50の雄ねじがねじ込まれる雌ねじ42fが形成されている。そして、第1ラックハウジング41と第2ラックハウジング42とを締結する複数の締結ボルト50の内の一部の締結ボルト50は、第1ラックハウジング41のフランジ部41cに形成されたボルト孔41eを通って、第2ラックハウジング42のフランジ部42cに形成された雌ねじ42fにねじ込まれる。他の締結ボルト50は、第2ラックハウジング42のフランジ部42cに形成されたボルト孔42eを通って、第1ラックハウジング41のフランジ部41cに形成された雌ねじ41fにねじ込まれる。
As shown in FIG. 4, a
なお、第1ラックハウジング41のフランジ部41cおよび第2ラックハウジング42のフランジ部42cそれぞれに、円筒状のノックピンを嵌合する嵌合孔を形成し、締結ボルト50にて締結する前に、ノックピンの両端部をそれぞれの嵌合孔に嵌め込むことで、第1ラックハウジング41および第2ラックハウジング42を位置決めするとよい。
Note that a fitting hole for fitting a cylindrical knock pin is formed in each of the
ステアリング装置100は、第1駆動プーリ11および第2駆動プーリ21それぞれが固定された複数(本実施の形態においては2つ)の中心軸12と、この中心軸12を回転可能に支持する複数(本実施の形態においては2つ)のホルダ13とを備えている。
中心軸12は、ホルダ13に装着された軸受け14、15にて、その両端が回転可能に支持される。軸受け15は、外輪固定用止め輪16にてホルダ13から脱落しないように保持されている。
ホルダ13は、第1ラックハウジング41のモータ孔41dから第1ラックハウジング41の収納部41b内に挿入された状態でボルトにて第1ラックハウジング41に固定される。
The
The
The
第1モータ10および第2モータ20は、それぞれホルダ13にボルトにて固定される。その際、第1モータ10の回転軸10aの軸端のジョイント17と、中心軸12の軸端のジョイント18とを、それらの周方向複数位置に設けた歯の間にゴム等の中間ジョイント19を挟む状態となるように装着する。図示はしていないが、第2モータ20も同様である。
The
ホルダ13と第1ラックハウジング41のモータ孔41dとの間には所定の隙間が生じるように、ホルダ13の外形とモータ孔41dの孔形とが形成されている。また、ホルダ13に形成された、第1ラックハウジング41に装着するためのボルトが通るボルト孔は、長孔に形成されている。これらにより、ホルダ13を第1ラックハウジング41に固定する際に、第1ラックハウジング41に対するホルダ13の位置が所定の範囲内となることが許容される。その結果、第1モータ10および第2モータ20それぞれの出力軸の回転と連動して回転する第1駆動プーリ11および第2駆動プーリ21に掛け渡されるベルト30の張力が調整可能となる。
The outer shape of the
なお、本実施の形態に係るステアリング装置100においては、図3に示すように、第1モータ10および第2モータ20それぞれの回転中心とラック軸105の回転中心とを結んだ線同士が鋭角αをなすように、ラック軸105に対して第1モータ10および第2モータ20が配置されている。これにより、ベルト30の全長を短くすることが可能となる。
In the
以上のように構成されたステアリング装置100においては、第1モータ10および第2モータ20が正常に動作する場合には、第1モータ10および第2モータ20の発生トルクが、第1駆動プーリ11、第2駆動プーリ21、ベルト30、従動プーリ113、ボールナット機構110などを介してラック軸105に伝達され、ラック軸105が直線移動する。このように、本実施の形態に係るステアリング装置100においては、複数の電動モータが発生した駆動トルクが、ステアリングホイール101に加える運転者の操舵力をアシストする。
In the
したがって、第1モータ10あるいは第2モータ20と同サイズの電動モータ1つのみを備えるステアリング装置100と比較すると、アシストトルクを増大させることが可能となる。電動モータ1つのみで複数のモータ分のアシストトルクを発生させることも可能であるが、かかる場合には1つの電動モータのサイズを大きくするか、あるいは、電動モータの回転軸に装着する駆動プーリの半径を大きくし、減速比を大きくする必要がある。それゆえ、本実施の形態に係るステアリング装置100によれば、1つの電動モータを備える構成よりも搭載スペースの効率を向上させることが可能となる。
Therefore, the assist torque can be increased as compared with the
また、電動モータが1つであると、その電動モータが故障した場合にはアシスト機能が失われてしまうとともに、運転者によるステアリングホイール101の操作(自助でのハンドル操作)負荷も大きくなってしまう。これに対して、複数の電動モータの内の1つの電動モータが故障したとしても他の電動モータのアシストトルクを利用できる。また、複数の電動モータの内の1つの電動モータあるいは全ての電動モータが故障した場合、モータ起電力に応じた電磁ブレーキ力(負荷抵抗)が生じるが、複数の電動モータを備える構成では、電磁ブレーキ力が分散する場合もある。そのため、1つの高出力の電動モータを備える構成と比較すると、故障態様に応じて、ステアリングホイール101の自助動作を許容できる設定条件を増やすことができる。
また、複数の電動モータを使用することにより、複数の電動モータそれぞれに備えられたレゾルバからの信号を利用して、ステアリングホイール101の回転角度(舵角)を演算することが可能となる。
In addition, if there is only one electric motor, the assist function is lost when the electric motor fails, and the load on the steering wheel 101 (self-help steering operation) by the driver increases. . On the other hand, even if one of the plurality of electric motors fails, the assist torque of the other electric motor can be used. Further, when one or all of the plurality of electric motors fail, an electromagnetic brake force (load resistance) corresponding to the motor electromotive force is generated. However, in a configuration including a plurality of electric motors, The braking force may be dispersed. Therefore, compared with a configuration including one high-output electric motor, it is possible to increase the setting conditions that allow the self-help operation of the
In addition, by using a plurality of electric motors, the rotation angle (steering angle) of the
また、本実施の形態に係るステアリング装置100においては、複数の電動モータが発生する駆動トルクを、一つのベルト30にて、ラック軸105に伝達する構成であるので、例えば、複数の電動モータそれぞれが発生する駆動トルクを複数のベルトにてラック軸105に伝達する構成と比べると構成を簡略化することができるとともに部品点数を減らすことが可能となる。また、複数の電動モータの駆動トルクを伝達するベルトが1つであると、複数の電動モータの内の1つの電動モータの軸間調整でベルト張力を設定することができるので、組み立て易くできる。
In the
図5は、他の形態に係るステアリング装置100を示す図である。図3のV−V部の断面図である。
他の形態に係るステアリング装置100は、上述した実施の形態に係るステアリング装置100に対して電動モータの取り付け方向が異なる。
つまり、上述した実施の形態に係るステアリング装置100においては、複数の電動モータ全てが第1ラックハウジング41に取り付けられているが、特にかかる態様に限定されない。図5に示すように、1つのベルト30にて複数の電動モータの動力を伝達するのであれば、複数の電動モータの内のいくつかの電動モータが第1ラックハウジング41に取り付けられ、他の電動モータが第2ラックハウジング42に取り付けられていてもよい。すなわち、1つのベルト30を基準にすると、複数の電動モータの内のいくつかの電動モータの取り付け方向は、他の電動モータの取り付け方向と、ベルト30に対して反対方向であってもよい。
FIG. 5 is a view showing a
The
That is, in the
このように構成された他の形態に係るステアリング装置100においても、複数の電動モータの発生トルクが、ベルト30、従動プーリ113、ボールナット機構110などを介してラック軸105に伝達され、ラック軸105が直線移動し、ステアリングホイール101に加える運転者の操舵力をアシストする。それゆえ、上述した実施の形態に係るステアリング装置100と同様の効果を奏する。また、ベルト30に対する複数の電動モータの向きが拘束されないので、レイアウトの自由度が増す。
Also in the
また、1つのベルト30にて複数の電動モータの動力を伝達するのであれば、複数の電動モータ全てが第2ラックハウジング42に取り付けられていてもよい。かかる構成のステアリング装置100においても、複数の電動モータの発生トルクが、ベルト30、従動プーリ113、ボールナット機構110などを介してラック軸105に伝達され、ステアリングホイール101に加える運転者の操舵力をアシストするため、上述した実施の形態に係るステアリング装置100と同様の効果を奏する。また、ベルト30に対する複数の電動モータの向きが拘束されないので、レイアウトの自由度が増す。
Further, as long as the power of a plurality of electric motors is transmitted by one
10…第1モータ、11…第1駆動プーリ、20…第2モータ、21…第2駆動プーリ、30…ベルト、40…ラックハウジング、41…第1ラックハウジング、42…第2ラックハウジング、100…電動パワーステアリング装置、105…ラック軸、105b…ボールねじ、106…ピニオンシャフト、108…下部連結シャフト、109…トーションバー、110…ボールナット機構、111…ボール、112…ボールナット、113…従動プーリ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
複数の電動モータと、
前記複数の電動モータそれぞれの出力軸と連動して回転駆動する複数の駆動部材と、
前記ラック軸に形成されたボールねじと、当該ボールねじを移動する複数のボールと、当該ボールねじとの間に当該ボールを介在させるボールナットと有し、当該ラック軸の軸中心回りの回転運動を当該ラック軸の軸方向の直線運動に変換するボールナット機構と、
前記ボールナット機構の前記ボールナットに連結され、当該ボールナットとともに回転する回転部材と、
前記複数の駆動部材と、前記回転部材とに掛け渡されたベルトと、
を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 A rack shaft,
A plurality of electric motors;
A plurality of drive members that rotate in conjunction with output shafts of the plurality of electric motors;
The ball screw formed on the rack shaft, a plurality of balls that move the ball screw, and a ball nut that interposes the ball between the ball screws, and rotational movement about the axis of the rack shaft A ball nut mechanism that converts the linear motion of the rack shaft into the linear direction,
A rotating member connected to the ball nut of the ball nut mechanism and rotating together with the ball nut;
A belt stretched over the plurality of driving members and the rotating member;
An electric power steering apparatus comprising:
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CN112041216A (en) * | 2018-05-17 | 2020-12-04 | 株式会社昭和 | Electric power steering apparatus |
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