JP2016002793A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストダウンを図りつつ、該電動パワーステアリング装置の補助トルク伝達応答性を高めること。【解決手段】コラムシャフト２２と、該コラムシャフトに自在継手２３，２４及び中間軸２５を介して連結されるピニオン軸２６と、該ピニオン軸にラックアンドピニオン機構２７を介して連結されるラック軸２８と、ステアリングホイール２１に生じた操舵トルクに補助トルクを付加する補助トルク機構６０とを含む、電動パワーステアリング装置１０である。該補助トルク機構は、該ステアリングホイールに生じた操舵トルクを検出するトルクセンサ６１と、該操舵トルクに基づき補助トルクを発生する電動モータ６３と、該電動モータが発生した該補助トルクを該ラック軸と該ピニオン軸のいずれか一方に伝達する補助トルク伝達機構６４とを含む。該トルクセンサは、ステアリングコラム４１に配置されている。該電動モータは、ブラシモータから成る。【選択図】図１

Description

本発明は、操舵トルクに応じた補助トルクをステアリング系に付加する電動パワーステアリング装置の改良された技術に関する。

電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに生じる操舵トルクをトルクセンサによって検出し、該操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータが発生し、該操舵トルクに補助トルクを付加することによって、運転者の負担を軽減するものである。

一般的な電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに連結されるコラムシャフトと、該コラムシャフトに自在継手及び中間軸を介して連結されるピニオン軸と、該ピニオン軸にラックアンドピニオン機構を介して連結されるラック軸と、該ステアリングホイールに生じた操舵トルクに補助トルクを付加する補助トルク機構とから成る。このような電動パワーステアリング装置は、特許文献１などが知られている。

特許文献１で知られている電動パワーステアリング装置の補助トルク機構は、トルクセンサと電動モータと補助トルク伝達機構と制御部とから成り、ハウジングに収納されて左右の操舵車輪の近くに配置される。該トルクセンサは、ピニオン軸に生じた操舵トルクを検出する。該電動モータは、ブラシモータ（ブラシ付きモータ）によって構成され、該操舵トルクに応じた補助トルクを発生する。該補助トルク伝達機構は、ボールねじ（ボールナット機構）によって構成され、該補助トルクをラック軸に伝える。該制御部は、該トルクセンサの信号等の各種信号に基づいて、該電動モータを制御する。

しかし、該ブラシモータのロータは、コイルを巻かれているので比較的重い。このため、該ロータの慣性が大きい。該補助トルク機構にブラシモータを採用した場合において、操舵フィーリングを、より高めるためには、該ブラシモータの固有の特性の影響、つまりロータの高慣性の影響やブラシの摩擦抵抗の影響を、考慮する必要がある。

例えば、トルクセンサの検出信号の変化に応答して、該ブラシモータが所定の補助トルクを発生するときの、該ブラシモータの応答性を高める必要がある。特に、該補助トルク伝達機構に減速機構を採用した場合には、該ブラシモータの慣性の影響が、該減速機構の減速比の逆数分だけ高まるので、より配慮が必要となる。しかも、ステアリングホイールを切り返し操舵したときにおいて、該ブラシモータが発生する補助トルクのトルク変動が大きいので、該トルク変動を低減する配慮が必要である。

これに対し、該電動モータにブラシレスモータを採用することが考えられる。しかし、一般にブラシレスモータは高価である。単に、ブラシモータをブラシレスモータに変更するだけでは、電動パワーステアリング装置のコストダウンを図る上で、不利である。

実開平７−１９０６０号公報

本発明は、電動パワーステアリング装置のコストダウンを図りつつ、該電動パワーステアリング装置の補助トルク伝達応答性を高めることができる技術を、提供することを課題とする。

請求項１に係る発明によれば、ステアリングホイールに連結されるコラムシャフトと、該コラムシャフトに自在継手及び中間軸を介して連結されるピニオン軸と、該ピニオン軸にラックアンドピニオン機構を介して連結されるラック軸と、前記ステアリングホイールに生じた操舵トルクに補助トルクを付加する補助トルク機構とを含む、電動パワーステアリング装置において、前記補助トルク機構は、前記ステアリングホイールに生じた前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、該トルクセンサにより検出された前記操舵トルクに基づき前記補助トルクを発生する電動モータと、該電動モータが発生した前記補助トルクを前記ラック軸と前記ピニオン軸のいずれか一方に伝達する補助トルク伝達機構とを含み、前記トルクセンサは、前記コラムシャフトを回転可能に支持するためのステアリングコラムに配置され、前記電動モータは、ブラシモータによって構成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置が提供される。

請求項１に係る発明では、操舵トルクに補助トルクを付加するための補助トルク機構の電動モータは、ブラシモータによって構成されている。該ブラシモータが発生した補助トルクは、ラック軸とピニオン軸のいずれか一方に伝達される。つまり、該ブラシモータが発生する補助トルクは、ステアリングホイールから操舵車輪に至るステアリング系のなかの、左右の操舵車輪の近くに付加される。

一方、トルクセンサは、コラムシャフトを回転可能に支持するためのステアリングコラムに配置されている。つまり、該トルクセンサは、該ステアリング系のなかの、自在継手よりも操舵トルク上流（ステアリングホイール寄り）に配置されている。このため、該トルクセンサは、該自在継手の固有の特性の影響、例えば、該ステアリングホイールからピニオン軸へ伝わる操舵トルクの伝達遅れ（トルク伝達の応答性）の影響を受けない。この結果、該トルクセンサによって該操舵トルクを検出する検出精度を、高めることができる。しかも、ステアリングホイールに生じた該操舵トルクを、該トルクセンサによって時間遅れなく検出する、つまり検出応答性を高めることができる。

このように、該トルクセンサによる操舵トルクの検出精度及び検出応答性が高まるとともに、該補助トルク機構からステアリング系への補助トルクの伝達応答性が高まる。この結果、ステアリングホイールに生じた該操舵トルクの変化に追従した、正確な該補助トルクを、該補助トルク機構から該ステアリング系へ迅速に付加して、運転者による操舵トルクをきめ細かく補助することができる。

従って、電動パワーステアリング装置の補助トルク伝達応答性を高めることができるので、操舵フィーリングを、より高めることができる。しかも、補助トルク機構の電動モータを、ブラシモータによって構成したので、電動パワーステアリング装置のコストダウンを図ることができる。

本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。 図１の２−２線に沿った断面図である。 本発明の実施例２に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。

本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。

実施例１に係る電動パワーステアリング装置について図面に基づき説明する。

図１に示されるように、実施例１の電動パワーステアリング装置１０は、自動車等の車両に搭載され、電動モータ６３が発生した補助トルクを操舵トルクに付加することによって、運転者の負担を軽減するものである。以下、該電動パワーステアリング装置１０のことを「ステアリング装置１０」と略称する。

該ステアリング装置１０は、ステアリングホイール２１に連結されるコラムシャフト２２と、該コラムシャフト２２に自在継手２３，２４及び中間軸２５を介して連結されるピニオン軸２６と、該ピニオン軸２６にラックアンドピニオン機構２７を介して連結されるラック軸２８と、ステアリングホイール２１に生じた操舵トルクに補助トルクを付加する補助トルク機構６０とを含む。

以下、該ステアリング装置１０について、より詳しく説明する。該ステアリング装置１０は、ステアリング系２０と補助トルク機構６０とから成る。以下、該ピニオン軸２６のことを「第１ピニオン軸２６」と言い換え、該ラックアンドピニオン機構２７のことを「第１ラックアンドピニオン機構２７」と言い換える。

該ステアリング系２０は、運転者によって操舵されるステアリングホイール２１から操舵車輪３３，３３（例えば前輪）に至る系統である。詳しく述べると、該ステアリング系２０は、該ステアリングホイール２１にコラムシャフト２２と２つの自在継手２３，２４と中間軸２５とを介して、第１ピニオン軸２６を連結し、該第１ピニオン軸２６に第１ラックアンドピニオン機構２７を介してラック軸２８を連結し、該ラック軸２８の両端に左右のタイロッド３１，３１及び左右のナックル３２，３２を介して左右の操舵車輪３３，３３を連結したものである。

該コラムシャフト２２は、ステアリングシャフトとも言われており、該ステアリングホイール２１に連結されるとともに、ステアリングコラム４１に収納され且つ回転可能に支持されている。該ステアリングコラム４１は、車体４２にステアリングハンガ４３によって取り付けられている。該ステアリングハンガ４３は、車体４２の前部において車幅方向に延び、両端が該車体４２に取り付けられている。この結果、該ステアリングコラム４１は、車体４２に固定される。

該コラムシャフト２２は、第１軸２２ａとトーションバー２２ｂと第２軸２２ｃとから成る。該第１軸２２ａの一端部は、該ステアリングホイール２１に連結されている。該第１軸２２ａの他端部は、該トーションバー２２ｂを介して第２軸２２ｃの一端部に連結されている。該第２軸２２ｃの他端部は、第１の自在継手２３を介して中間軸２５に連結されている。なお、該コラムシャフト２２は、該第１軸２２ａと該トーションバー２２ｂと該第２軸２２ｃとの組み合わせ構造に限定されるものではなく、１軸によって構成してもよい。

該中間軸２５は、コラムシャフト２２に該第１ピニオン軸２６を連結するものである。該中間軸２５の両端には、該自在継手２３，２４が連結されている。

該第１ラックアンドピニオン機構２７は、該第１ピニオン軸２６に設けられた第１ピニオン２７ａと、該ラック軸２８に設けられた第１ラック２７ｂとから成る。該ステアリング系２０のなかの、少なくとも該第１ピニオン軸２６と該第１ラックアンドピニオン機構２７と該ラック軸２８とは、車幅方向に細長いハウジング５１に収納されている。該ラック軸２８は、該ハウジング５１内にスライド可能に支持されている。

該ステアリング系２０によれば、運転者が該ステアリングホイール２１を操舵することにより、該操舵トルクにより該第１ラックアンドピニオン機構２７及び該左右のタイロッド３１，３１を介して、該左右の操舵車輪３３，３３を操舵することができる。

該補助トルク機構６０は、該トルクセンサ６１により検出された操舵トルクに基づき補助トルクを発生して、該ラック軸２８に付加する。該補助トルク機構６０は、トルクセンサ６１と、制御部６２と、該電動モータ６３と、補助トルク伝達機構６４とを含む。つまり、該補助トルク機構６０は、該電動モータ６３が発生した補助トルクを、該ラック軸２８に直接に伝達する方式を採用している。

詳しく述べると、該補助トルク機構６０は、該トルクセンサ６１のトルク検出信号に基づき制御部６２で制御信号を発生し、該制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータ６３によって発生し、該電動モータ６３が発生した補助トルクを、該補助トルク伝達機構６４を介して第２ピニオン軸６５に伝達し、さらに該第２ピニオン軸６５から第２ラックアンドピニオン機構６６を介してラック軸２８に伝達するようにした機構である。

該第２ラックアンドピニオン機構６６は、第２ピニオン軸６５に設けられた第２ピニオン６６ａと、ラック軸２８に設けられた第２ラック６６ｂとから成る。

該トルクセンサ６１は、ステアリングコラム４１に配置されており、該ステアリングホイール２１に生じた該操舵トルクを検出する。つまり、該トルクセンサ６１は、該コラムシャフト２２に加えられた該操舵トルクを検出し、トルク検出信号として出力する。より具体的には、上述のように、該第１軸２２ａと該第２軸２２ｃとは、該トーションバー２２ｂを介して互いに連結されている。該第１軸２２ａと該第２軸２２ｃとの間には、該操舵トルクの大きさに従って、相対的な捩れ変位が発生する。該トルクセンサ６１は、該第１軸２２ａと該第２軸２２ｃとの相対的な捩れ変位量を検出することによって、該捩れ変位量に応じた該操舵トルクを検出することができる。

なお、該トルクセンサ６１は、該コラムシャフト２２に生じるトルクに応じて変化した磁気の変化を検出する、磁歪式トルクセンサの構成であってもよい。

該電動モータ６３は、該トルクセンサ６１により検出された操舵トルクに基づき補助トルクを発生する。図２に示されるように、電動モータ６３は、ブラシモータ（ブラシ付きモータ）によって構成されている。以下、電動モータ６３のことを、適宜「ブラシモータ６３」と言い換える。

該ブラシモータ６３は、磁性材料から成る有底筒状のケース７１と、該ケース７１に収納された環状の永久磁石製のステータ７２と、該ステータ７２の内部に回転可能に設けられたロータ７３とを含む。該ロータ７３は、モータ軸６３ａの外周面に嵌合にて取り付けられたコア７４と、該コア７４の外周面に巻かれたコイル７５と、該コイル７５に接続された整流子７６とから成る。該整流子７６は、コイル７５の側部に位置してモータ軸６３ａに取り付けられている。該整流子７６のブラシ接触面に接触するブラシ７７は、ケース７１に収納されている。

図１に示されるように、該補助トルク伝達機構６４は、該電動モータ６３が発生した補助トルクを該ラック軸２８に伝達する。該補助トルク伝達機構６４は、例えばウォームギヤ機構によって構成されている。以下、該補助トルク伝達機構６４のことを、適宜「ウォームギヤ機構６４」と言い換える。

図２に示されるように、該ウォームギヤ機構６４は、電動モータ６３のモータ軸６３ａに軸継手８１によって連結されたウォーム軸８２と、該ウォーム軸８２に設けられたウォーム８３と、該ウォーム８３に噛み合うウォームホイール８４とから成る。該ウォームホイール８４は、第２ピニオン軸６５に設けられている。

補助トルク機構６０は、該ハウジング５１に配置されている。つまり、該電動モータ６３及び該ウォームギヤ機構６４は、該ハウジング５１に配置されている。より具体的には、補助トルク機構６０のなかの、電動モータ６３はハウジング５１に組み付けられ、ウォームギヤ機構６４はハウジング５１に収納されている。

図１に示されるように、乗員がステアリングホイール２１を操舵すると、ステアリングホイール２１と共にコラムシャフト２２が回転する。回転することにより、コラムシャフト２２には、操舵トルクが発生する。この操舵トルクをトルクセンサ６１によって検出する。検出された操舵トルクに基づいて、制御部６２は電動モータ６３を作動させる。電動モータ６３が作動することにより、補助トルクがウォームギヤ機構６４と第２ピニオン軸６５と第２ラックアンドピニオン機構６６とを介して、ラック軸２８に伝達される。

該ステアリング装置１０によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ６３の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸２８によって操舵車輪３３，３３を操舵することができる。

なお、本発明では、該補助トルク機構６０は、該電動モータ６３が発生した補助トルクを、ウォームギヤ機構６４から第２ピニオン軸６５を介して、該ラック軸２８に伝達する構成に限定されるものではない。つまり、該補助トルク機構６０は、該電動モータ６３が発生した補助トルクをラック軸２８とピニオン軸２６のいずれか一方に伝達するものであればよい。例えば、該補助トルク機構６０は、ウォームギヤ機構６４を「ボールねじ」に変更し、該ボールねじによって補助トルクをラック軸２８に直接に伝達する構成にすることが可能である。

また、該補助トルク機構６０は、図３に示される実施例２のように、該補助トルクをウォームギヤ機構６４によって第１ピニオン軸２６（ピニオン軸２６）に直接に伝達する構成にすることが可能である。

実施例２の電動パワーステアリング装置について、図３に基づき説明する。図３は、図１に対応して表されている。実施例２の電動パワーステアリング装置１０Ａは、図１及び図２に示される該補助トルク機構６０を、図３に示される補助トルク機構６０Ａに変更した他には、実施例１の電動パワーステアリング装置１０と同じ構成であり、同一符号を付し、説明を省略する。

具体的には、実施例２の補助トルク機構６０Ａのウォームホイール８４は、第１ピニオン軸２６に設けられている。このため、図１に示された第２ピニオン軸６５及び第２ラックアンドピニオン機構６６は不要である。実施例２は、実施例１と同様の効果を発揮する。

実施例１及び２の説明をまとめると、次の通りである。操舵トルクに補助トルクを付加するための補助トルク機構６０，６０Ａの電動モータ６３は、ブラシモータによって構成されている。該ブラシモータ６３が発生した補助トルクは、ラック軸２８と第１ピニオン軸２６（ピニオン軸２６）のいずれか一方に伝達される。つまり、該ブラシモータ６３が発生する補助トルクは、ステアリングホイール２１から操舵車輪３３，３３に至るステアリング系２０のなかの、左右の操舵車輪３３，３３の近くに付加される。

一方、トルクセンサ６１は、コラムシャフト２２を回転可能に支持するためのステアリングコラム４１に配置されている。つまり、該トルクセンサ６１は、該ステアリング系２０のなかの、自在継手２３，２４よりも操舵トルク上流（ステアリングホイール２１寄り）に配置されている。このため、該トルクセンサ６１は、該自在継手２３，２４の固有の特性の影響、例えば、該ステアリングホイール２１から該第１ピニオン軸２６（ピニオン軸２６）へ伝わる操舵トルクの伝達遅れ（トルク伝達の応答性）の影響を受けない。この結果、該トルクセンサ６１によって該操舵トルクを検出する検出精度を、高めることができる。しかも、ステアリングホイール２１に生じた該操舵トルクを、該トルクセンサ６１によって時間遅れなく検出する、つまり検出応答性を高めることができる。

このように、該トルクセンサ６１による操舵トルクの検出精度及び検出応答性が高まるとともに、該補助トルク機構６０，６０Ａから該ステアリング系２０への補助トルクの伝達応答性が高まる。この結果、ステアリングホイール２１に生じた該操舵トルクの変化に追従した、正確な該補助トルクを、該補助トルク機構６０，６０Ａから該ステアリング系２０へ迅速に付加して、運転者による操舵トルクをきめ細かく補助することができる。

従って、電動パワーステアリング装置１０，１０Ａの補助トルク伝達応答性を高めることができるので、操舵フィーリングを、より高めることができる。しかも、補助トルク機構６０，６０Ａの電動モータ６３を、ブラシモータによって構成したので、電動パワーステアリング装置１０，１０Ａのコストダウンを図ることができる。

本発明の電動パワーステアリング装置１０，１０Ａは、乗用車に採用するのに好適である。

１０ 電動パワーステアリング装置
１０Ａ 電動パワーステアリング装置
２０ ステアリング系
２１ ステアリングホイール
２２ コラムシャフト
２３ 自在継手
２４ 自在継手
２５ 中間軸
２６ ピニオン軸（第１ピニオン軸）
２７ ラックアンドピニオン機構（第１ラックアンドピニオン機構）
２８ ラック軸
４１ ステアリングコラム
６０ 補助トルク機構
６０Ａ 補助トルク機構
６１ トルクセンサ
６３ 電動モータ
６４ 補助トルク伝達機構

Claims (1)

1. ステアリングホイールに連結されるコラムシャフトと、該コラムシャフトに自在継手及び中間軸を介して連結されるピニオン軸と、該ピニオン軸にラックアンドピニオン機構を介して連結されるラック軸と、前記ステアリングホイールに生じた操舵トルクに補助トルクを付加する補助トルク機構とを含む、電動パワーステアリング装置において、
   前記補助トルク機構は、前記ステアリングホイールに生じた前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、該トルクセンサにより検出された前記操舵トルクに基づき前記補助トルクを発生する電動モータと、該電動モータが発生した前記補助トルクを前記ラック軸と前記ピニオン軸のいずれか一方に伝達する補助トルク伝達機構とを含み、
   前記トルクセンサは、前記コラムシャフトを回転可能に支持するためのステアリングコラムに配置され、
   前記電動モータは、ブラシモータによって構成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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