JP2014159276A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータや減速機構で生じる作動振動による影響を構造的に受け易いコントロールユニットのカバー部材を、その剛性を高めた状態でベース部材に装着することにより、カバー部材を防振して異音発生の低減化を図った電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵機構に対して操舵補助力を付与する電動モータと、電動モータの駆動を制御するコントロールユニット１１とを備えた電動パワーステアリング装置において、上面に開口を有する箱形状であり、電動モータの駆動を制御する回路基板２２が実装されたベース部材１６と、開口を被覆するようにベース部材に装着されたカバー部材１７とからコントロールユニットの筐体１５を構成し、ベース部材に底面から開口に向かって垂直方向に突出する補助支持部２９を設け、カバー部材をベース部材に装着した際に、補助支持部の上部がカバー部材の内面に当接するようにした。
【選択図】図２

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ている。

この種の電動パワーステアリング装置では、電動モータや減速機構などで発生した作動振動および作動音がコントロールユニットに伝播され、その振動数が金属薄板等で形成されたＥＣＵ筐体のカバー部材の固有振動数と合致した場合に、このカバー部材が共振して大きな異音を生じてしまう、という問題があった。

そこで、かかる課題を解決するものとして、例えば特許文献１には、コントロールユニットのカバー部材（本体カバーおよびサイドカバー）に防振部材を取り付けることにより、コントロールユニットの共振を抑え、異音の低減化を図ったものが開示されている。

特開２００２−３３１９４５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されるように、ＥＣＵ筐体のカバー部材の表面にただ単に防振部材を取り付けただけでは、カバー部材の固有振動に対して音圧レベルで数ｄＢ程度の低減しか期待できず、作動振動や異音などに対して十分な減衰効果を得ることはできない、という課題があった。

この特許文献１に開示されているＥＣＵでは、カバー部材表面の全面にわたって防振部材を取り付けることにより、防振効果の向上を図ることができるが、この防振部材の厚さの増加に伴って、ＥＣＵ内部に実装された電子部品の放熱性が悪化してしまう、という問題があった。

また、別の防振対策として、カバー部材の板厚を厚くする、またはカバー部材にビード加工を施すことにより、カバー部材の剛性を高め、共振する固有振動数を上げる方法などが用いられているが、これらの防振対策では、カバー部材の板厚増大による装置重量および材料コストの増加、あるいは工程追加による生産性の低下などが問題となっていた。したがって、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は、このような方法は得策ではなかった。

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、電動モータや減速機構などで生じる作動振動による影響を構造的に受け易いコントロールユニットのカバー部材を、その剛性を高めた状態でベース部材に装着することにより、カバー部材を防振して異音発生の低減化を図った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、操舵機構に対して操舵補助力を付与する電動モータと、該電動モータの駆動を制御するコントロールユニットとを備えた電動パワーステアリング装置において、上面に開口を有する箱形状であり、前記電動モータの駆動を制御する回路基板が実装されたベース部材と、前記開口を被覆するように前記ベース部材に装着されたカバー部材とから前記コントロールユニットの筐体が構成され、前記ベース部材が、底面から前記開口に向かって垂直方向に突出する補助支持部を備え、かつ、前記カバー部材が前記ベース部材に装着された際に、前記補助支持部の上部が、前記カバー部材の内面に当接することにより、達成される。

また、上記目的は、前記補助支持部が、前記ベース部材の底面から前記開口に向かって垂直に立設された支柱と、該支柱の上面に取り付けられた弾性体とを有し、かつ、前記カバー部材が、前記ベース部材に装着された際に、前記弾性体に当接することにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記補助支持部が、前記ベース部材の底面の中央部に形成されていることにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記カバー部材が、ねじを介して前記補助支持部に締結されていることにより、効果的に達成される。

さらに、上記目的は、前記カバー部材が、前記補助支持部によって付勢されるように前記ベース部材に装着されることにより、効果的に達成される。

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を構成するベース部材の底面に垂直方向に突出する補助支持部を立設し、ベース部材にカバー部材を装着した際に、補助支持部の上部がカバー部材の内面に当接するようになっている。これにより、カバー部材の剛性が高められ、カバー部材の共振周波数を本来の固有振動数よりも上昇させることができる。この結果、板厚の薄い金属素材で形成されたカバー部材がベース部材に装着された場合でも、カバー部材の振幅を抑制し、異音の発生を低減することができる。

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。

なお、上述した電動パワーステアリング装置１は、コラム部に電動モータ１０が配設されたコラムアシスト型であるが、本発明はこれに限定されず、例えばラック＆ピニオン機構のピニオン部に電動モータ１０が配設されたピニオンアシスト型、あるいはラック部に電動モータ１０が配設されたラックアシスト型であってもよい。

［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態に係るコントロールユニットの内部構成を示す概略断面図である。同図において、コントロールユニット１１の筐体１５は、上面が開口した箱形状のベース部材１６と、該ベース部材１６の開口を被覆するように取り付けられたカバー部材１７とから構成され、カバー部材１７は、カシメによる嵌合またはボルトによる締結などによって、ベース部材１６に着脱可能に取り付けられている。なお、ここでは図示されていないが、コントロールユニット１１は、電源コネクタおよび信号コネクタを備え、この各種コネクタを介してバッテリ１２、トルクセンサ８、車速センサ１４、イグニションキー１３などと電気的に接続されている。

また、コントロールユニット１１は、電動モータ１０に駆動電流を供給する駆動回路基板１８と、ワイヤーボンディングされた金属ワイヤー１９を介して駆動回路基板１８と電気的に接続されたインサート成形モジュール２０と、リード端子２１を介して駆動回路基板１８と電気的に接続された制御回路基板２２とを、ベース部材１６の内部に具備している。

駆動回路基板１８は、熱伝達性および熱伝導性に優れた金属素材などから形成され、その表面にはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２３などの発熱部品が実装されている。電動モータ１０に供給する駆動電流が駆動回路基板１８に流れた場合、ＦＥＴ２３の発熱に伴って駆動回路基板１８の温度が上昇する。そのため、駆動回路基板１８は、ヒートシンクとして機能するベース部材１６の底面に接するように装着されている。

インサート成形モジュール２０は、樹脂基材２４と一体にインサート成形された配線パターン２５と、該配線パターン２５と電気的に接続されたコイル２６と、樹脂基材２４から突出するように配線パターン２５の一端部に形成されたバスバー端子２７とを備え、該バスバー端子２７を介して電動モータ１０と電気的に接続される。また、このインサート成形モジュール２０にも、上述した駆動回路基板１８と同様に、コイル２６などの発熱部品が実装されている。そのため、インサート成形モジュール２０は、放熱性を考慮してベース部材１６の底面に接するように装着され、かつ、バスバー端子２７がベース部材１６の側壁の一部に形成された切欠きから突出するように配されている。

制御回路基板２２は、絶縁性を有する樹脂素材などから形成されされたプリント基板であり、その表面には通電による発熱が比較的小さいマイコンチップ２８などの制御素子が実装されている。この制御回路基板２２には、ＦＥＴ２３やコイル２６などの発熱部品が実装されていないため、通電時の制御回路基板２２の温度は、上述した駆動回路基板１８およびインサート成形モジュール２０よりも低温である。このような理由から、制御回路基板２２は、ベース部材１６の開口周縁部に形成された段差１６ａの支持により、駆動回路基板１８およびインサート成形モジュール２０の上方に配されている。

ベース部材１６は、上述したように、ヒートシンクとして機能することが要求されるため、熱導電性および耐久性に優れた肉厚の金属素材（例えばアルミ合金など）から形成されている。特に、高熱を生じる駆動回路基板１８が実装される箇所は、他の部分よりも肉厚になっている。一方、カバー部材１７は、ベース部材１６の上面開口を被覆してコントロールユニット１１の内部に粉塵等が侵入するのを防止することを構造的な目的としているため、材料のコストや加工性などを考慮して比較的薄い素材から形成されている。

このような構成からなる筐体１５を具備したコントロールユニット１１は、電動モータ１０や減速機構９の作動振動が伝播され易い位置、例えば、ステアリングシャフト３を回転自在に支持するステアリングコラムの一部などに取り付けられている。このような位置にコントロールユニット１１が配される場合、筐体１５を構成するカバー部材１７は、上述したように薄肉構造であるため、この作動振動により共振する可能性が高い。

そこで、本実施形態では、ベース部材１６の底面の中央部、すなわち駆動回路基板１８とインサート成形モジュール２０との間の位置に、底面から上面の開口に向かって垂直方向に突出する補助支持部２９を立設し、カバー部材１７をベース部材１６に装着した際に、補助支持部２９の上部とカバー部材１７の内面中央部とが当接するようにした。この補助支持部２９は、ベース部材１６の底面中央部から上方の開口に向かって垂直に立設された支柱３０と、該支柱３０の上面に接着剤等を介して取り付けられた弾性体３１とを有する。

駆動回路基板１８およびインサート成形モジュール２０の上方に配される制御回路基板２２の中央部付近、すなわち補助支持部２９に該当する位置には、補助支持部２９が挿通される挿通孔２２ａが穿設されている。制御回路基板２２は、駆動制御回路１８およびインサート成形モジュール２０がベース部材１６の底面に装着された後に、この挿通孔２２ａから補助支持部２９の上部を突出させた状態でベース部材１６の段差１６ａにねじ締結などによって固定される。

また、カバー部材１７とベース部材１６との装着は、カバー部材１７の内面とベース部材１６の底面との距離が補助支持部２９の高さよりもマイナス公差になるように設定されている。すなわち、カバー部材１７は、内面中央部と補助支持部２９との当接により、撓んだ状態でベース部材に装着されるようになっている。これにより、ベース部材１６に装着されたカバー部材１７の中央部が補助支持部２９側に付勢され、この結果、カバー部材１７の剛性が高められる。

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１５を構成するベース部材１６に、底面の中央部から上面の開口に向かって垂直に突出する支柱２９を形成するとともに、該支柱２９の上面に弾性体３１を取り付け、ベース部材１６にカバー部材１７を装着した際に、弾性体３１がカバー部材１７の内面中央部に当接するようにした。これにより、カバー部材１７の振幅が抑制されるとともに、カバー部材１７の剛性が高められるので、カバー部材１７の共振により生じていた異音の発生を低減することができる。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係るコントロールユニットの内部構成を示す概略断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態に係るコントロールユニット１１Ａの筐体１５Ａでは、装着時に補助支持部２９Ａの弾性体３１Ａに当接するカバー部材１７Ａの中央部が、ねじ３２を介してベース部材１６Ａに締結固定されているという点で、上述した第１実施形態とは相違している。この締結固定に用いられるねじ３２は、カバー部材１７および弾性体３１Ａを貫通して、支柱３０Ａの上面に形成されたねじ穴に螺合しており、このねじ３２の締め付け度合いを調節することによって、カバー部材１７Ａの剛性を任意に調整できるようになっている。

以上のような構成を有する本実施形態に係るコントロールユニット１１Ａよれば、上述した第１実施形態と同様の効果を得られることはもとより、装着時に補助支持部２９Ａの弾性体３１Ａに当接するカバー部材１７Ａの中央部をねじ３２によって締結固定したことで、カバー部材１７Ａの振幅抑制効果および剛性向上効果をさらに高めることができる。

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。 本発明の第１実施形態に係るコントロールユニットの内部構成を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係るコントロールユニットの内部構成を示す概略断面図である。

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・・・電動モータ
１１，１１Ａ・・・コントロールユニット（ＥＣＵ）
１５，１５Ａ・・・筐体
１６，１６Ａ・・・ベース部材
１７，１７Ａ・・・カバー部材
２９，２９Ａ・・・補助支持部
３０，３０Ａ・・・支柱
３１，３１Ａ・・・弾性体
３２・・・ねじ

Claims (3)

1. 操舵機構に対して操舵補助力を付与する電動モータと、
   該電動モータの駆動を制御するコントロールユニットとを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記コントロールユニットは、上面に開口を有する箱形状であるベース部材と、前記ベース部材の開口部を被覆するカバー部材からなり、
   前記ベース部材の底面には、発熱部品が実装されている駆動回路基板とインサートモジュールを実装し、
   前記ベース部材の開口部周縁部に形成された段差には制御基板を実装し、
   前記ベース部材は、前記ベース部材の底面から開口に向かって垂直方向に立設された支柱と、該支柱の上面に取り付けられた弾性体を有する補助支持部を備え、
   前記補助支持部は前記制御基板の中央部に設けられた挿通孔を挿通するとともに、
   前記カバー部材が前記ベース部材に装着された際に、
   前記カバー部材の内面に当接し、
   前記カバー部材は、前記補助支持部によって付勢されるように前記ベース部材に装着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. 前記カバー部材を前記ベース部材に被覆したときに、前記カバー部材の中央部と前記補助支持部との当接によって撓むように、前記カバー部材の内面の高さよりも前記補助支持部の高さが高い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。
3. 前記カバー部材は、ねじを介して前記補助支持部に締結されている請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置。
   

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