JP2013208929A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置において、電動モータの連結部が損傷しないように保護すること。
【解決手段】ギヤハウジング５０に対して電動モータ２０を片持ち支持して電動モータ２０の作動を制御するＥＣＵ（制御部）４１が収容されるコントローラハウジング４０と、を備え、ラックハウジング６０の下方にコントローラハウジング４０が配設され、コントローラハウジング４０はコントローラハウジング４０または電動モータ２０が下方からの荷重を受けた場合にラックハウジング６０に当接してコントローラハウジング４０の変位を規制する変位規制部４５を有する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に関するものである。

ドライバーが行うハンドル操作をアシストするパワーステアリング装置として、電動モータの回転力によってハンドル操作をアシストする電動パワーステアリング装置が普及している。

特許文献１には、制御基板やパワー素子用基板が電動モータに収容される電動パワーステアリング装置が開示されている。

特許文献２には、操舵機構の下方に電動モータが配置される電動パワーステアリング装置が開示されている。

特許文献３には、車体フレームに下向き斜面を持つブラケットが取付けられ、このブラケットにより走行時の障害物等からステアリングギアケースが保護され、ステアリングギアケースと地上面の間に設けられるアンダーカバー等を廃止するようにした車両前部構造が開示されている。

特開２０１１−３１７５５号公報 特開２００９−１２００９４号公報 特開平１１−９１６３２号公報

特許文献２に開示された電動パワーステアリング装置は、操舵機構の下方に電動モータが配置されているため、走行時の障害物等から電動モータが大きな荷重を受ける場合に、電動モータの連結部が損傷しないように保護する必要がある。

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において、電動モータの連結部が損傷しないように保護することを目的とする。

本発明は、車輪を操舵するアシスト力を電動モータにて操舵機構に付与する電動パワーステアリング装置であって、車体に支持され操舵機構のラックシャフトを収容するラックハウジングと、ラックハウジングに連結され電動モータの回転をラックシャフトに伝達するギヤ機構を収容するギヤハウジングと、ギヤハウジングに対して電動モータを片持ち支持して電動モータの作動を制御する制御部を収容するコントローラハウジングと、を備え、ラックハウジングの下方にコントローラハウジングが配設され、コントローラハウジングは、電動モータまたはコントローラハウジングが下方からの荷重を受けた場合にラックハウジングに当接してコントローラハウジングの変位を規制する変位規制部を有する構成とする。

本発明では、車両の走行時にて、障害物等から荷重を電動モータまたはコントローラハウジングが受けた場合に、電動モータ及びコントローラハウジングがラックハウジングに近づく方向に変位するが、コントローラハウジングの変位規制部がラックハウジングに当接することにより、電動モータ及びコントローラハウジングがそれ以上に変位することが規制され、電動モータの連結部が損傷しないように保護される。

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正面図である。 図１における平面図である。 図２におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る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、車体に固定されるラックハウジング６０を備え、このラックハウジング６０にラックシャフト３が収容される。操舵機構として設けられるラックシャフト３は、図示しない左右のタイロッドを介して車輪のナックルアームに連携される。運転者のハンドル操作によって後述するギヤ機構を介してラックシャフト３がその軸方向（車両の左右方向）に移動し、左右車輪が操舵されるようになっている。

電動パワーステアリング装置１００は車体に固定されるラックハウジング６０を備え、このラックハウジング６０にラックシャフト３と出力シャフト（図示省略）が収容される。

電動パワーステアリング装置１００は、ドライバのハンドル操作によるトルクが入力される入力シャフト１と、トーションバー（図示省略）を介して入力シャフト１と同軸に連結され車輪に連係する上記の出力シャフトと、トーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサ２と、トルクセンサ２の出力に応じたアシスト力を出力シャフトに付与するアシストユニット１０とを備える。

入力シャフト１は、一端が運転席のステアリングホイール（図示省略）に連結される筒状のシャフトである。入力シャフト１における他端の内周には、トルクを検出するためのトーションバーが嵌挿される。

トーションバーは、一端が入力シャフト１に固定され、入力シャフト１と同期回転する。トーションバーの他端は、出力シャフトの一端に圧入される。これにより、出力シャフトは、トーションバーを介して入力シャフト１と連結され、入力シャフト１と出力シャフトとは、トーションバーのねじれ分だけ相対回転することとなる。

ドライバのハンドル操作によるトルクは、入力シャフト１に入力されると、トーションバーを介して出力シャフトに伝達される。このとき、トルクセンサ２は、トーションバーのねじり量によって、トーションバーに作用しているトルクを検出する。

前述したギヤ機構として、出力シャフトには、ラックシャフト３のラック（図示省略）と噛合するピニオン（図示省略）が設けられる。これにより、出力シャフトが回転すると、ラックシャフト３が軸方向に移動し、ラックシャフト３にタイロッド（図示省略）を介して連結された車輪が操舵される。

出力シャフトの下端部には、後述するウォーム減速機３０のウォームホイール３２が固定される。これにより、出力シャフトは、ウォームホイール３２と一体に回転することとなる。

アシストユニット１０は、トルクセンサ２の出力に応じて作動する電動モータ２０と、電動モータ２０の回転力を減速して出力シャフトに伝達する伝達機構としてのウォーム減速機３０と、電動モータ２０に内蔵されるＥＣＵ４１からの配線を外部に引き出すコネクタ２５〜２７とを備える。アシストユニット１０は、ウォーム減速機３０を介して伝達される電動モータ２０の回転力によって車輪の操舵をアシストする。

電動モータ２０は、車両の電源装置（図示省略）から供給される電気によって駆動され、ドライバのハンドル操作をアシストする回転力を発生する。電動モータ２０の回転力は、その出力軸からウォーム減速機３０に伝達される。

電動モータ２０には、その回転作動を制御する制御部としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御装置）４１が内蔵される。ＥＣＵ４１は、トルクセンサ２にて検出されたトルクに応じて、電動モータ２０の出力を制御する。

コネクタ２５〜２７は、ＥＣＵ４１からの配線を外部に引き出すための端子である。コネクタ２５には電源装置と電気的に接続される動力線（図示省略）が接続され、コネクタ２６、２７にはトルクセンサ２のコネクタ２７と電気的に接続される信号線（図示省略）とが接続される。これにより、ＥＣＵ４１には、電力が供給されるとともに、トルクセンサ２からの信号が入力される。

ウォーム減速機３０は、電動モータ２０の回転を出力シャフトを介して操舵軸に伝達するものである。ウォーム減速機３０は、電動モータ２０の出力軸と一体に回転するウォーム３１と、ウォーム３１と噛合し、回転方向を変換して出力するウォームホイール３２とを備える。

ウォーム３１は、電動モータ２０の出力軸と同軸に配設されるねじ歯車である。ウォーム３１の基端は、電動モータ２０の出力軸に連結される。ウォーム３１の自由端は、ベアリング（図示省略）を介してギヤハウジング５０に支持される。

ウォームホイール３２は、ウォーム３１と中心軸が交差するように設けられるはす歯歯車である。ウォーム３１に伝達された駆動力は、ウォームホイール３２にて回転方向が変換されて出力される。ウォームホイール３２は、内周に出力シャフトが連結されて一体に回転する。これにより、電動モータ２０の回転力がウォーム減速機３０を介して出力シャフトに伝達され、ドライバのハンドル操作をアシストするようになっている。

以下、電動パワーステアリング装置１００のハウジング構造について説明する。

ラックハウジング６０は、ラックシャフト３を収容するラックシャフト収容部６１と、出力シャフトを収容する出力シャフト収容部６２とを有する。

ラックシャフト収容部６１は、軸方向両端が開口した略円筒状に形成される。ラックシャフト３はラックシャフト収容部６１を貫通し、その両端部３Ａ、３Ｂがラックシャフト収容部６１の軸方向両端から突出している。

ラックシャフト収容部６１の軸方向両端部には、車体に対する取付部６３〜６６が形成される。取付部６３〜６６は図示しない車体の取付座にボルトを介して締結され、ラックハウジング６０は車体に両持ち支持される。

出力シャフト収容部６２は、軸方向両端が開口した略円筒状に形成され、ラックシャフト収容部６１に対して傾斜している。

出力シャフト収容部６２の上端部には、トルクセンサハウジング７０が接合され、このトルクセンサハウジング７０が複数のボルト７１を介して締結される。

出力シャフト収容部６２の下端部には、ギヤハウジング５０が接合され、このギヤハウジング５０が複数のボルト５５を介して締結される。

ギヤハウジング５０は、ウォーム減速機３０のウォームホイール３２を収容するウォームホイール収容部５１と、ウォーム３１を収容するウォーム収容部５２とを有する。

ウォームホイール収容部５１は、軸方向両端が開口した略円筒状に形成される。ウォームホイール収容部５１の上端部は、上述したように複数のボルト５５を介してラックハウジング６０に締結される。ウォームホイール収容部５１の下端部は、カバー５６が接合され、このカバー５６が複数のボルト５７を介して締結される。

ウォーム収容部５２は、ウォームホイール収容部５１の側部から延びる略円筒状に形成される。ギヤハウジング５０は、ウォーム収容部５２の一端がウォームホイール収容部５１に結合される。ギヤハウジング５０は、ウォーム収容部５２の他端にコントローラハウジング４０が接合するモータ取付座５３と、ウォーム収容部５２とモータ取付座５３の間に渡って延びる複数の補強リブ５４とを有する。

ギヤハウジング５０におけるウォーム収容部５２とウォームホイール収容部５１の結合部は、電動モータ２０を片持ち支持する連結部２８（図２参照）を構成する。すなわち、ウォーム収容部５２の付け根部分が連結部２８となる。

コントローラハウジング４０は、軸方向両端が開口した略円筒状に形成される。コントローラハウジング４０は、電動モータ２０が取り付けられるモータ側取付部４２と、ＥＣＵ４１及び基板（図示省略）を収容する略円筒状のコントローラ収容部４３と、ギヤハウジング５０に取り付けられるギヤハウジング側取付部４４とを有する。

電動モータ２０は、その構成部品がモータハウジング２１に収容される。モータハウジング２１は、コントローラハウジング４０のモータ側取付部４２に接合し、複数のボルト２４を介して締結される。ボルト２４は、ウォーム収容部５２のモータ取付座５３とコントローラハウジング４０を貫通し、モータハウジング２１及びコントローラハウジング４０をギヤハウジング５０に締結する。

モータハウジング２１は、コントローラハウジング４０とウォーム収容部５２とを介してウォームホイール収容部５１に片持ち支持される。

モータハウジング２１は、ラックハウジング６０に対して図中矢印で示すように下方に配置される。ウォーム収容部５２とコントローラハウジング４０とモータハウジング２１は、図２に示すように上方から見てラックシャフト収容部６１に対して交差して延びるように配置される。

このように電動パワーステアリング装置１００は、電動モータ２０が最下部に配置されるため、車両の走行時の障害物等から電動モータ２０を突き上げる荷重を受ける可能性がある。

これに対処して、コントローラハウジング４０は下方からの荷重を受けた場合にラックハウジング６０に当接する変位規制部４５を有する。コントローラハウジング４０は、変位規制部４５がラックハウジング６０に最も近接する部位となる。

変位規制部４５は、ラックハウジング６０に所定の間隙Ｃを持ってラックハウジング６０の下面に対峙する。間隙Ｃは、適度な強度バランスを有する寸法、具体的には、間隙Ｃは、０.５〜１５［ｍｍ］に設定されると良い。なお、そのような寸法に間隙Ｃを設定するため、コントローラハウジング４０及びラックハウジング６０の少なくともいずれか一方を加工しても良い。

図３にも示すように、コントローラハウジング４０はコントローラ収容部４３から外径方向に突出するボス部４６が形成され、ボス部４６にボルト２４が挿通される。ボス部４６は、コントローラハウジング４０をギヤハウジング５０に締結する部位として設けられ、その上部がラックハウジング６０に間隙Ｃを持って対峙する変位規制部４５を構成する。

なお、本実施の形態では、コントローラハウジング４０のコントローラ収容部４３は、モータハウジング２１の外径より大きい外径を有することとしたが、これに限らない。コントローラハウジング４０のコントローラ収容部４３は、モータハウジング２１と同径を有することとしてもよい。

車体には電動パワーステアリング装置１００の下方にアンダガード８０が取り付けられ、このアンダガード８０によって電動パワーステアリング装置１００や他の車両部品が保護される。アンダガード８０はコントローラハウジング４０に間隙Ｓを持って配置される。

車両の走行時に、障害物がアンダガード８０に当たり、アンダガード８０を介して障害物等から荷重をコントローラハウジング４０または電動モータ２０が受けた場合に、電動モータ２０を片持ち支持する支点となる連結部２８を撓ませてコントローラハウジング４０がラックハウジング６０に向かって上方向に変位する。このときに、コントローラハウジング４０の変位規制部４５がラックハウジング６０に当接することにより、コントローラハウジング４０及び電動モータ２０がそれ以上に変位することが規制される。これにより、電動モータ２０を片持ち支持する連結部２８の応力が高まることが回避され、連結部２８が損傷しないように保護される。

ラックハウジング６０は、左右の取付部６３、６４と取付部６５、６６を介して車体に両持ち支持されており、上記の変位規制部４５から受ける荷重に対して十分な支持剛性を有する。

以上のようにこの実施形態では、車輪を操舵するアシスト力を電動モータ２０にて操舵機構に付与する電動パワーステアリング装置１００であって、車体に支持され操舵機構のラックシャフト３を収容するラックハウジング６０と、ラックハウジング６０に連結され電動モータ２０の回転をラックシャフト３に伝達するギヤ機構を収容するギヤハウジング５０と、ギヤハウジング５０に対して電動モータ２０を片持ち支持して電動モータの作動を制御する制御部を収容するコントローラハウジング４０と、を備え、ラックハウジング６０の下方にコントローラハウジング４０が配設され、コントローラハウジング４０は、コントローラハウジング４０または電動モータ２０が下方からの荷重を受けた場合にラックハウジング６０に当接してコントローラハウジング４０の変位を規制する変位規制部４５を有する構成とした。

これにより、車両の走行時に、障害物等から荷重をコントローラハウジング４０または電動モータ２０が受けてコントローラハウジング４０がラックハウジング６０に近づく上方向に変位するときに、コントローラハウジング４０の変位規制部４５がラックハウジング６０に当接してコントローラハウジング４０及び電動モータ２０の変位が規制されるため、電動モータ２０を片持ち支持する電動モータ２０の連結部２８が損傷しないように保護される。

コントローラハウジング４０の外側にラックハウジング６０に近接する変位規制部４５が設けられることにより、上記のように電動モータ２０の連結部２８の強度が確保されることと、コントローラハウジング４０の内側に電動モータ２０の作動を制御する制御部としてＥＣＵ４１及び基板等が収容されるスペースが確保されることとを両立できる。

他の実施形態として、図１に２点鎖線で示すように、弾性部材４８を変位規制部４５とラックハウジング６０の間に介装してもよい。弾性部材４８は、例えばゴム材によってブロック状に形成され、コントローラハウジング４０に取り付けられる。

車両の走行時に、障害物等から荷重を電動モータ２０が受けた場合に、コントローラハウジング４０がラックハウジング６０に近づく上方向に変位するとき、変位規制部４５が弾性部材４８を介してラックハウジング６０に当接することによってコントローラハウジング４０の変位が規制され、電動モータ２０を片持ち支持する電動モータ２０の連結部２８が損傷しないように保護される。このとき、弾性部材４８が圧縮され、コントローラハウジング４０がラックハウジング６０に当接する際に生じる衝撃が緩和され、この当接部が損傷することを防止できる。

なお、ラックハウジング６０、ギヤハウジング５０、コントローラハウジング４０、モータハウジング２１は、別体で設けられる構成に限らず、任意の組み合わせで一体的に設けられる構成としてよい。例えば、ラックハウジング６０とギヤハウジング５０を一体的に設けてもよい。また、コントローラハウジング４０とモータハウジング２１を一体的に設けてもよい。

本実施の形態では、出力シャフト収容部６２はラックシャフト収容部６１に対して傾斜していることとした。そのため、ウォームホイール３２は、ウォーム３１と中心軸が交差するように設けられるはす歯歯車としていた。しかし、この構成に限らない。出力シャフト収容部６２はラックシャフト収容部に対して傾斜せず直交することとし、ウォームホイールは、ウォームと中心軸が平行となるように設けられたウォーム歯歯車としてもよい。

また、電動パワーステアリング装置は、１つのラックに対して１つのピニオンを有するものであってもよく、１つのラックに対して２つのピニオンを有するものであってもよい。

本発明は上記の実施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。

本発明は車両に搭載される電動パワーステアリング装置に適用できる。

３ ラックシャフト
２０ 電動モータ
２８ 電動モータの連結部
４０ コントローラハウジング
４１ ＥＣＵ（制御部）
４５ 変位規制部
４８ 弾性部材
５０ ギヤハウジング
６０ ラックハウジング
１００ 電動パワーステアリング装置

Claims (2)

1. 車輪を操舵するアシスト力を電動モータにて操舵機構に付与する電動パワーステアリング装置であって、
   車体に支持され前記操舵機構のラックシャフトを収容するラックハウジングと、
   前記ラックハウジングに連結され前記電動モータの回転を前記ラックシャフトに伝達するギヤ機構を収容するギヤハウジングと、
   前記ギヤハウジングに対して前記電動モータを片持ち支持して前記電動モータの作動を制御する制御部を収容するコントローラハウジングと、を備え、
   前記ラックハウジングの下方に前記コントローラハウジングが配設され、
   前記コントローラハウジングは、前記電動モータまたは当該コントローラハウジングが下方からの荷重を受けた場合に前記ラックハウジングに当接して当該コントローラハウジングの変位を規制する変位規制部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. 前記変位規制部と前記ラックハウジングの間に介装される弾性部材を備え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。

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