JP2013203211A

JP2013203211A - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2013203211A
Application number: JP2012073927A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Nomura; 敏昭野村; Yoshiyuki Tsukada; 欣行塚田; Shuhei Chiba; 修平千葉
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: JP5828559B2

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置の構造を簡素化し、かつ他の部品のレイアウトの自由度を向上させること。
【解決手段】ステアリングホイール８が連結されるステアリングシャフト１と、ステアリングシャフト１を回転自在に支持するステアリングコラム２と、車体に固定され支持軸３５を介してステアリングコラム２を支持する固定ブラケット３４と、ステアリングホイール８が上下方向に移動するようにステアリングコラム２を支持軸３５を中心に揺動可能とするチルト機構５０と、ステアリングコラムの揺動の規制とその規制の解除とを切り換え可能な解除機構と、支持軸３５の外周に設けられ、解除機構にてステアリングコラム２の揺動の規制が解除された際に、電動パワーステアリング装置１００の重量に抗して付勢力を付与するスプリングと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来の電動パワーステアリング装置として、特許文献１の図１には、ステアリング装置本体を車体に対して支持するためのコイルスプリングが固定ブラケットに取り付けられるものが開示されている。

特開２００２−２５５０４４号公報

特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、固定ブラケットにコイルスプリングを取り付けるための取付座が必要になるため、構造が複雑になる。

また、コイルスプリングは固定ブラケットとステアリング装置本体に亘って設けられるため、他の部品と干渉するおそれがあり、他の部品のレイアウトが制限されてしまう。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電動パワーステアリング装置の構造を簡素化し、かつ他の部品のレイアウトの自由度を向上させることを目的とする。

本発明は、ドライバーがステアリングホイールに加える操舵力を電動モータの回転トルクにて補助する電動パワーステアリング装置であって、前記ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムと、車体に固定され、支持軸を介して前記ステアリングコラムを支持する固定ブラケットと、前記ステアリングホイールが上下方向に移動するように前記ステアリングコラムを前記支持軸を中心に揺動可能とするチルト機構と、前記ステアリングコラムの揺動の規制とその規制の解除とを切り換え可能な解除機構と、前記支持軸の外周に設けられ、前記解除機構にて前記ステアリングコラムの揺動の規制が解除された際に、電動パワーステアリング装置の重量に抗して付勢力を付与するスプリングと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、スプリングはステアリングホイールのチルト調整時のステアリングコラムの揺動中心である支持軸の外周に設けられるため、他の部品と干渉することがなく、かつスプリングを取り付けるための取付座が不要となる。したがって、電動パワーステアリング装置の構造を簡素化することができ、かつ他の部品のレイアウトの自由度を向上させることができる。

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平面図である。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断面図である。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ギヤケース周辺の斜視図であり、出力シャフトの図示を省略している。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ギヤケース周辺の斜視図であり、出力シャフトの図示を省略している。トーションスプリングの斜視図である。

図面を参照して、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００について説明する。

まず、図１〜図３を参照して、電動パワーステアリング装置１００の全体構成について説明する。

電動パワーステアリング装置１００は、ドライバーがステアリングホイール８に加える操舵力を電動モータ１３の回転トルクにて補助する装置である。

電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール８が連結されるステアリングシャフト１と、内部を挿通するステアリングシャフト１を回転自在に支持するステアリングコラム２と、トーションバー３を介してステアリングシャフト１と連結される出力シャフト４と、を備える。

出力シャフト４は、ユニバーサルジョイント５，６、中間軸７、ピニオン、ラック等を介して車輪に連結される。ドライバーがステアリングホイール８を操舵することによって、ラックが軸方向に移動して車輪の向きが変化する。なお、以下では、ステアリングホイール８側を上方、車輪側を下方として説明する。

電動パワーステアリング装置１００は、ドライバーがステアリングホイール８に加える操舵力を補助するアシスト機構を備える。アシスト機構は、出力シャフト４に連結されるウォームホイール９と、ウォームホイール９と噛合するウォームシャフト１０と、ウォームシャフト１０を回転駆動する電動モータ１３と、トーションバー３に作用する操舵トルクを検出するトルクセンサ１４と、トルクセンサ１４の検出結果を基に電動モータ１３の駆動を制御するコントローラと、を備える。電動モータ１３が出力する回転トルクは、ウォームシャフト１０からウォームホイール９に伝達されて出力シャフト４に補助トルクとして付与される。電動モータ１３が出力する回転トルクは、トルクセンサ１４にて検出された操舵トルクに基づいて演算される。

トルクセンサ１４はセンサケース３１に収容され、ウォームホイール９及びウォームシャフト１０はギヤケース３２に収容される。センサケース３１とギヤケース３２はボルト３９によって締結される。

ステアリングシャフト１は、上端部１１ａにステアリングホイール８が連結される略円筒状のアッパシャフト１１と、アッパシャフト１１と同軸的に接続され、下端部にトーションバー３が連結される略円筒状のロアシャフト１２と、からなる。ロアシャフト１２の上部側はアッパシャフト１１の中空部に挿入され、両者はセレーション結合される。アッパシャフト１１とロアシャフト１２は、セレーション結合によって、一体回転可能でかつ軸方向に相対移動可能である。ロアシャフト１２の下部側とセンサケース３１の内周面との間には、軸受２４が介装される。

ステアリングコラム２は、アッパシャフト１１を軸受２３を介して回転自在に支持する略円筒状のアッパコラムチューブ２１と、アッパコラムチューブ２１と同軸的に配置され、下端部がセンサケース３１に固定される略円筒状のロアコラムチューブ２２と、からなる。アッパコラムチューブ２１の下部側にはロアコラムチューブ２２の上部側が挿入され、両者は軸方向に相対移動可能である。アッパシャフト１１とアッパコラムチューブ２１は、軸受２３によって軸方向の相対移動が規制されている。センサケース３１の上端部には、他の部位よりも小径な筒状の小径部３１ａが形成され、小径部３１ａの外周面にロアコラムチューブ２２の下端部の内周面が圧入される。

出力シャフト４は、センサケース３１及びギヤケース３２にそれぞれ軸受１５，１６を介して回転自在に支持される。出力シャフト４は円筒状であり、中空部にトーションバー３が挿入される。

トーションバー３の上端部は、出力シャフト４の上端開口部より突出しており、ロアシャフト１２の下端部に圧入されて連結される。トーションバー３の下端部は、ピン２８を介して出力シャフト４の下端部に連結される。ロアシャフト１２と出力シャフト４は、トーションバー３を介して同軸状に連結される。トーションバー３は、ステアリングホイール８を介してステアリングシャフト１に入力される操舵トルクを出力シャフト４に伝達し、その操舵トルクに応じて軸中心にねじれ変形する。

トルクセンサ１４は、トーションバー３のねじれ変形の大きさに伴って変化する磁束密度を検出する磁気センサ４１を有し、磁気センサ４１の出力に基づいてトーションバー３に作用する操舵トルクを検出する。

電動パワーステアリング装置１００は、車体に固定されたアッパ固定ブラケット３３及びロア固定ブラケット３４を介して車体に取り付けられる。ロア固定ブラケット３４は、図１及び図２では、電動パワーステアリング装置１００の構成部材として図示されているが、車体に固定されたロア固定ブラケット３４に対して電動パワーステアリング装置１００を取り付けるようにしてもよい。

次に、主に図４及び図５を参照して、ロア固定ブラケット３４の周辺について説明する。図４及び図５は、電動パワーステアリング装置１００のギヤケース３２周辺の斜視図であり、出力シャフト４の図示を省略している。また、図４と図５は電動パワーステアリング装置１００を別の方向から見た図である。

ロア固定ブラケット３４は、箱状部材であり、取付座３４ａを介して車体に固定される。ロア固定ブラケット３４には、両側壁３４ｂを貫通するピボットピン３５が設けられる。ピボットピン３５は、その頭部３５ａと先端に螺合するナット３６とによってロア固定ブラケット３４の両側壁３４ｂを挟むことによって、ロア固定ブラケット３４に固定される。ピボットピン３５は、両側壁３４ｂの間に配置される筒状のスリーブ３７を挿通している。ピボットピン３５が、請求項１の「支持軸」に該当する。

ギヤケース３２には一対のアーム３８ａ，３８ｂが立設して結合されている。一対のアーム３８ａ，３８ｂはスリーブ３７に回動自在に支持される。このように、ロア固定ブラケット３４は、ピボットピン３５を介してステアリングコラム２を支持している。

図１及び図２に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール８がドライバーから見て上下方向（図２に示す矢印の方向）に移動するようにステアリングコラム２をピボットピン３５を中心に揺動可能とするチルト機構５０と、ステアリングコラム２の揺動の規制とその規制の解除とを切り換え可能な解除機構６０と、を備える。以下では、チルト機構５０及び解除機構６０について説明する。

チルト機構５０は、アッパコラムチューブ２１の外周を囲むようにアッパコラムチューブ２１に固定された断面矩形のコラムブラケット５１と、アッパ固定ブラケット３３に固定されコラムブラケット５１を支持する支持ブラケット５２と、支持ブラケット５２に対してコラムブラケット５１が移動可能なように両者を連結するガイドピン５３と、を備える。

支持ブラケット５２は、コラムブラケット５１の両側壁５１ａを挟むように延びる一対の側壁５２ａを有する。ガイドピン５３は、支持ブラケット５２の両側壁５２ａとコラムブラケット５１の両側壁５１ａとを貫通して設けられる。支持ブラケット５２の両側壁５２ａには、ガイドピン５３の移動をガイドするガイド穴５２ｂが形成される。ガイド穴５２ｂはステアリングコラム２の軸方向に対して略直交する方向に形成される。ガイドピン５３がガイド穴５２ｂに沿って移動することによって、コラムブラケット５１が支持ブラケット５２の両側壁５２ａの内周面に沿って移動する。これにより、ステアリングコラム２がピボットピン３５を中心に揺動し、ステアリングホイール８は上下方向に移動する。

また、コラムブラケット５１の両側壁５１ａには、ガイドピン５３の移動をガイドするガイド穴５１ｂ（図３参照）がステアリングコラム２の軸方向に沿って形成されている。ガイドピン５３がガイド穴５１ｂに沿って移動することによって、コラムブラケット５１が支持ブラケット５２の両側壁５２ａの内周面に沿って移動する。これにより、アッパコラムチューブ２１がアッパシャフト１１と共に軸方向へ移動し、ステアリングホイール８はドライバーから見て前後方向に移動する。このように、電動パワーステアリング装置１００は、チルト機構５０と共に、ステアリングホイール８を前後方向に移動可能とする機構も備えている。

図２に示すように、解除機構６０は、ガイドピン５３に回転自在に取り付けられドライバーが運転席にて操作可能な操作レバー６１を有する。操作レバー６１を操作することによって、支持ブラケット５２の両側壁５２ａによるコラムブラケット５１の両側壁５１ａの締め付けとその解除が行われる。具体的には、操作レバー６１の操作に伴って回転するカムの作用によって締め付けとその解除が行われる。

操作レバー６１が締め付け位置にある場合には、コラムブラケット５１の両側壁５１ａが支持ブラケット５２の両側壁５２ａによって締め付けられた状態となり、支持ブラケット５２に対するコラムブラケット５１の移動が規制されるため、ステアリングコラム２の揺動が規制される。一方、操作レバー６１が開放位置にある場合には、支持ブラケット５２の両側壁５２ａによるコラムブラケット５１の両側壁５１ａの締め付けが解除された状態となり、支持ブラケット５２に対するコラムブラケット５１の移動が可能となるため、ステアリングコラム２の揺動の規制が解除され、ステアリングコラム２は揺動可能な状態となる。

ここで、操作レバー６１が締め付け位置から開放位置に操作されると、ステアリングホイール８は、電動パワーステアリング装置１００の自重によって、ガイドピン５３がガイド穴５２ｂの端部に当接するまで、つまりステアリングコラム２の揺動範囲の下端位置まで落下してしまい衝撃と打音が発生する。

これを防止するために、電動パワーステアリング装置１００の重量補償用に図６に示すトーションスプリング５６がピボットピン３５の外周に設けられる。

図４〜図６に示すように、トーションスプリング５６はピボットピン３５外周のスリーブ３７外周に巻き付けられたコイル部５６ａを有し、コイル部５６ａの一端部５６ｂはギヤケース３２に当接し、他端部５６ｃはロア固定ブラケット３４に当接している。トーションスプリング５６は、コイル部５６ａを２つ有し、互いの他端部５６ｃが連結されてロア固定ブラケット３４に当接している。

トーションスプリング５６は、コイル部５６ａの両端部５６ｂ，５６ｃがそれぞれギヤケース３２とロア固定ブラケット３４に当接して設けられるため、解除機構６０にてステアリングコラム２の揺動の規制が解除された際には、ギヤケース３２とロア固定ブラケット３４の間で圧縮されてねじり反力を発生する。これにより、トーションスプリング５６は、電動パワーステアリング装置１００の重量に抗して付勢力を付与して電動パワーステアリング装置１００の重量を支える。したがって、操作レバー６１を締め付け位置から開放位置に操作したとしても、衝撃の発生が防止される。

トーションスプリング５６は、コイル部５６ａを２つ有し、コイル部５６ａ間にロア固定ブラケット３４に当接する他端部５６ｃが形成されるため、ばね定数を大きくでき、付勢力をバランス良く電動パワーステアリング装置１００に付与させることができる。

トーションスプリング５６のねじり反力は、操作レバー６１が開放位置である場合に、電動パワーステアリング装置１００の重量と釣り合うように設定するのが望ましい。このように設定することによって、ドライバーは小さい力でステアリングホイール８を上方向及び下方向に動かすことができる。しかし、トーションスプリング５６のねじり反力は、このような設定に限定されるものではなく、車体の設計思想に応じて自由に設定される。

トーションスプリング５６は、その両端部がそれぞれギヤケース３２とロア固定ブラケット３４に当接して設けられるため、ギヤケース３２とロア固定ブラケット３４はトーションスプリング５６を介して電気的に導通する。これにより、車両のステアリングホイール８周りの電装系がステアリングシャフト１とトーションスプリング５６を通じて車体へ確実に導通することになる。このように、トーションスプリング５６は電装系のアース経路としても機能する。トーションスプリング５６が電装系のアース経路として機能することによって、電装系の作動の信頼性が向上する。電装系としては、ステアリングホイール８に設けられる操作用のスイッチやクラクション等である。

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

電動パワーステアリング装置１００の重量補償用のトーションスプリング５６は、ステアリングホイール８のチルト調整時のステアリングコラム２の揺動中心であるピボットピン３５の外周に設けられるため、他の部品と干渉することがない。したがって、他の部品のレイアウトの自由度が向上すると共に、電動パワーステアリング装置１００の車両への取付レイアウトも制限されることがなく、車両への取り付けの作業性が良好となる。

また、トーションスプリング５６は、電動パワーステアリング装置１００の基本構成部品であるピボットピン３５の外周に設けられるため、トーションスプリング５６を設けるにあたって、取付座等の追加が不要となる。したがって、電動パワーステアリング装置１００の構造を簡素化することができ、コスト低減が図られる。

また、トーションスプリング５６は、その両端部がそれぞれギヤケース３２とロア固定ブラケット３４に当接して設けられ、ステアリングホイール８周りの電装系のアース経路としても機能するため、電装系の作動の信頼性が向上する。

また、電動パワーステアリング装置１００は、車両衝突時にステアリングホイール８を通じてステアリングシャフト１に過大な荷重が作用した場合に、支持ブラケット５２がアッパ固定ブラケット３３に対して移動するように構成されており、支持ブラケット５２の移動に伴って車両衝突時の衝撃を吸収する衝撃吸収機構を備える。仮に、重量補償用のスプリングがアッパ固定ブラケット３３とギヤケース３２の間に亘って設けられる場合には、衝撃吸収機構の作動時に支持ブラケット５２がスプリングに接触して、衝撃吸収機構が所望の作動特性を発揮しないおそれがある。しかし、本実施形態では、重量補償用のトーションスプリング５６がピボットピン３５の外周に設けられるため、トーションスプリング５６が衝撃吸収機構の作動に悪影響を及ぼすことがなく、衝撃吸収機構の安定した作動を担保することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、上記実施形態では、トーションスプリング５６はその両端部がそれぞれギヤケース３２とロア固定ブラケット３４に当接して設けられると説明した。しかし、トーションスプリング５６の両端部がギヤケース３２とロア固定ブラケット３４に常に当接している必要はなく、操作レバー６１が締め付け位置から開放位置に操作されて電動パワーステアリング装置１００が自重によって落下する途中で、トーションスプリング５６の両端部がヤケース３２とロア固定ブラケット３４に当接するようにしてもよい。

１００電動パワーステアリング装置
１ステアリングシャフト
２ステアリングコラム
８ステアリングホイール
１１アッパシャフト
１２ロアシャフト
１３電動モータ
２１アッパコラムチューブ
２２ロアコラムチューブ
３２ギヤケース
３３アッパ固定ブラケット
３４ロア固定ブラケット
３５ピボットピン（支持軸）
３８ａ，３８ｂアーム
５０チルト機構
５１コラムブラケット
５２支持ブラケット
５２ｂガイド穴
５３ガイドピン
５６トーションスプリング
５６ａコイル部
５６ｂコイル部の一端部
５６ｃコイル部の他端部
６０解除機構
６１操作レバー

Claims

ドライバーがステアリングホイールに加える操舵力を電動モータの回転トルクにて補助する電動パワーステアリング装置であって、
前記ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトと、
前記ステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムと、
車体に固定され、支持軸を介して前記ステアリングコラムを支持する固定ブラケットと、
前記ステアリングホイールが上下方向に移動するように前記ステアリングコラムを前記支持軸を中心に揺動可能とするチルト機構と、
前記ステアリングコラムの揺動の規制とその規制の解除とを切り換え可能な解除機構と、
前記支持軸の外周に設けられ、前記解除機構にて前記ステアリングコラムの揺動の規制が解除された際に、電動パワーステアリング装置の重量に抗して付勢力を付与するスプリングと、
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。
前記電動モータの回転トルクが伝達されるウォームホイールが収容されるギヤケースをさらに備え、
前記スプリングは、両端部がそれぞれ前記固定ブラケットと前記ギヤケースに当接して設けられ、前記解除機構にて前記ステアリングコラムの揺動の規制が解除された際に、前記固定ブラケットと前記ギヤケースの間でねじり反力を発生するトーションスプリングであることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記スプリングは、前記ステアリングホイール周りの電装系のアース経路として機能することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。