JP2016007984A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールに連結されていないピニオン軸の回転角度を精度よく検出する。【解決手段】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ていないピニオン軸２２の回転角度を検出する回転角度検出部３２を備える。ピニオン軸２２は、頭部２２ａの内周面に周方向に沿って複数形成され径方向外側に窪んだ溝部２２ｂを有する。回転角度検出部３２は、頭部２２ａに装着され外周に歯形４１ａを有するセンターギア４１と、センターギア４１と噛み合うアウターギア４２、４３と、アウターギア４２、４３の回転に基づいてピニオン軸２２の回転角度を演算する演算部４４と、を有する。センターギア４１は、頭部２２ａを覆うスリーブ部４１ｂと、スリーブ部４１ｂの内周側に形成され溝部２２ｂに嵌合することでスリーブ部４１ｂとの間に頭部２２ａを挟持してセンターギア４１を頭部２２ａに固定する固定部４５と、を有する。【選択図】図３

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。

特許文献１には、デュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置が開示されている。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの回転に応じて回転する第１ピニオン軸と、操舵アシスト用の電動モータの回転に応じて回転する第２ピニオン軸と、第１ピニオン軸及び第２ピニオン軸と噛み合うラック軸と、を備える。

第１ピニオン軸にはステアリングホイールに入力される操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられ、第２ピニオン軸には電動モータの回転角度を検出する回転角度センサが設けられる。電動モータは、トルクセンサ及び回転角度センサの検出値に基づいて所望の操舵トルクを第２ピニオン軸に入力する。

特開２０１３−２４４７９８号公報

上記従来の技術では、回転角度センサは第２ピニオン軸に連結される電動モータの回転角度を検出しているので、電動モータと第２ピニオン軸との間に介装される減速機構等のガタにより誤差を含んだ回転角度が検出される可能性がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、ステアリングホイールに連結されていないピニオン軸の回転角度を精度よく検出可能な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。

本発明は、ステアリングホイールに連結されていないピニオン軸に電動モータによって転舵力が入力され、ピニオン軸と噛み合うラック軸をラック軸の軸方向に移動させて車輪を転舵させる電動パワーステアリング装置であって、ピニオン軸の回転角度を検出する回転角度検出部を備え、ピニオン軸は、ラック軸との噛み合い部とは反対側の端部に円筒状に形成される頭部と、頭部の内周面に周方向に沿って複数形成され径方向外側に窪んだ溝部と、を有し、回転角度検出部は、頭部に装着され外周に歯形を有するセンターギアと、センターギアと噛み合うアウターギアと、アウターギアの回転に基づいてピニオン軸の回転角度を演算する演算部と、を有し、センターギアは、頭部の外周面及び端面を覆うスリーブ部と、スリーブ部の内周側に形成され溝部に嵌合することでセンターギアを頭部に固定する固定部と、を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、回転角度検出部のセンターギアがピニオン軸の頭部に設けられるので、減速機構等のガタの影響を受けることなくピニオン軸の回転角度を精度よく検出することができる。さらに、センターギアの固定部がピニオン軸の頭部の内周面に形成される溝部に嵌合するので、センターギアとピニオン軸との周方向の相対回転及び径方向の位置ずれを防止でき、より精度よくピニオン軸の回転角度を検出することができる。

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構成図である。 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部分断面図である。 ピニオン軸及び回転角度センサを分解して示す斜視図である。 固定部と溝部との係合状態を示す図である。 固定部と溝部との係合状態を示す図である。

図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における電動パワーステアリング装置１００の構成図である。

電動パワーステアリング装置１００は、ドライバによる操舵力と電動モータ２１によるアシスト駆動力とをそれぞれ独立してラック軸１２に入力するデュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置である。

電動パワーステアリング装置１００は、ドライバによって操舵力が入力されるステアリングホイール１の回転に応じて車両の車輪としての転舵輪２を転舵させる転舵機構１０と、ドライバの操舵力をアシストするアシスト機構２０と、操舵力のアシスト量を制御する制御機構３０と、を備える。

転舵機構１０は、ステアリングホイール１に連結されステアリングホイール１の回転に応じて回転するステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１の回転に応じて車両の転舵輪２を転舵させるラック軸１２と、を有する。

ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１に連結される入力シャフト１３と、入力シャフト１３にトーションバー１４を介して連結された中間シャフト１５と、中間シャフト１５のトーションバー１４とは反対側の端部に連結された出力シャフト１６と、出力シャフト１６の中間シャフト１５とは反対側の端部に設けられラック軸１２と噛み合う第１ピニオン１７と、を有する。

アシスト機構２０は、アシスト力の発生源である電動モータ２１と、電動モータ２１の出力軸に連結され電動モータ２１の駆動力をラック軸１２に伝達するピニオン軸２２と、ピニオン軸２２の電動モータ２１とは反対側の端部に設けられラック軸１２と噛み合う第２ピニオン２３と、を有する。

制御機構３０は、入力シャフト１３と出力シャフト１６との相対回転に基づいてトーションバー１４に付与される操舵トルクを検出するトルクセンサ３１と、ピニオン軸２２の回転角度を検出する回転角度検出部としての回転角度センサ３２と、ステアリングホイール１の回転角度である操舵角度を検出する操舵角度センサ３４と、レゾルバによって構成され電動モータ２１の回転角度を検出するモータ回転角度センサ３５と、電動モータ２１の作動を制御するコントローラ３３と、を備える。

コントローラ３３は、トルクセンサ３１によって検出される操舵トルクと、モータ回転角度センサ３５によって検出される回転角度と、に基づいて電動モータ２１を制御する。なお、コントローラ３３は、操舵トルク及び電動モータ２１の回転角度に加えて、操舵角度センサ３４によって検出される操舵角度や回転角度センサ３２によって検出されるピニオン軸２２の回転角度を考慮して電動モータ２１を制御してもよい。操舵角度センサ３４によって検出される操舵角度及び回転角度センサ３２によって検出されるピニオン軸２２の回転角度は、電動モータ２１の制御の他、車両の横滑り等を抑制するＶＤＣ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）等の制御において用いられる。また、本実施形態では操舵角度センサ３４を設けているが、操舵角度センサ３４は設けていなくてもよい。

図２は、電動パワーステアリング装置１００のピニオン軸２２を主に示す部分断面図である。図３は、ピニオン軸２２及び回転角度センサ３２を分解して示す斜視図である。

電動パワーステアリング装置１００はさらに、ラック軸１２及びピニオン軸２２のラック軸１２側の一部を収納するとともにピニオン軸２２を回転可能に軸支するベアリング２４が設けられる下部ハウジング２５と、ピニオン軸２２の外周にセレーション結合され電動モータ２１の駆動力が減速機構２９（図１）を介して伝達されるウォームギア２６を収容する上部ハウジング２７と、上部ハウジング２７の開口部に固定されピニオン軸２２の頭部２２ａを覆うカバー２８と、を備える。カバー２８内には、ピニオン軸２２の回転角度を検出する回転角度センサ３２が設けられる。

ピニオン軸２２は、出力シャフト１６と同一の部材であり、第２ピニオン２３が設けられる部分とは反対側の端部に円筒状に形成される頭部２２ａと、頭部２２ａの内周面に周方向に沿って３つ形成され径方向外側に窪んだ溝部２２ｂと、を有する。

回転角度センサ３２は、ピニオン軸２２の頭部２２ａに装着され外周に歯形４１ａを有するセンターギア４１と、センターギア４１と噛み合う２つのアウターギア４２、４３と、各アウターギア４２、４３の回転角度を検出して信号をコントローラ３３へ送信する演算部としての基板部４４と、を有する。

センターギア４１は、ピニオン軸２２の頭部２２ａの外周面及び端面を覆う円筒状のスリーブ部としてのスリーブ４１ｂと、スリーブ４１ｂの内周側に延設されピニオン軸２２の溝部２２ｂに嵌合することでセンターギア４１を頭部２２ａに固定する３つの固定部４５と、を有する。

固定部４５は、固定部４５の周方向両側に形成され溝部２２ｂに圧縮状態で嵌合する圧縮部４８と、固定部４５から径方向外側に屈曲して延び頭部２２ａの内周面である溝部２２ｂの底面に弾性接触するバネ部４７と、を有する。圧縮部４８は、固定部４５の周方向両側から頭部２２ａの端面方向に突出して先端がピニオン軸２２の溝部２２ｂに圧接するかえし部４６として形成される。

かえし部４６は、図４に示すように、固定部４５の下端における周方向両側から周方向外側かつ軸方向上方に向けて斜めに延設される。かえし部４６の先端は溝部２２ｂの側面に圧接され、先端の一部が溝部２２ｂの側面に食い込む。

これにより、固定部４５の周方向の移動が規制されるので、センターギア４１とピニオン軸２２との周方向の相対移動が規制される。また、かえし部４６の先端の食い込みによって固定部４５の軸方向上方への移動が係止されるので、センターギア４１の軸方向上方への移動が規制される。

バネ部４７は、図５に示すように、固定部４５の中央に形成されて固定部４５の下端から上方へ延びるとともに径方向外側に屈曲して延び、先端が頭部２２ａの内周面である溝部２２ｂの底面に弾性接触する。これにより、固定部４５は常に径方向内側に付勢され、固定部４５は周方向に沿って３つ設けられるので、センターギア４１のピニオン軸２２に対する径方向の移動が規制される。

図２、図３に示すように、２つのアウターギア４２、４３は、互いに歯数が異なり、センターギア４１の回転に応じて増速回転する。また、各アウターギア４２、４３には、アウターギア４２、４３とともに回転する磁石（図示せず）が固定される。

基板部４４は、２つのアウターギア４２、４３に近接して配置され、アウターギア４２、４３の磁石に対して非接触で対向する２つのセンサＩＣ（図示せず）を有する。基板部４４は、２つのアウターギア４２、４３の回転に伴う磁束の変化に基づいてセンターギア４１の回転角度、すなわちピニオン軸２２の回転角度を演算し、演算結果をコントローラ３３に送信する。

センターギア４１は、２つのアウターギア４２、４３と噛み合い、センターギア４１の回転に応じてアウターギア４２、４３が回転することでセンターギア４１の回転角度が検出される。センターギア４１とピニオン軸２２とは周方向の相対移動が完全に規制されるので、この部分のガタによる検出精度の低下を抑制することができる。

さらに、センターギア４１は径方向の移動が規制されているが、バネ部４７のバネ性により僅かな移動は許容されるので、センターギア４１とアウターギア４２、４３との間のバックラッシュによるガタを吸収することができる。これにより、センターギア４１及びアウターギア４２、４３の摩耗を防止しながらセンターギア４１の径方向の位置ずれを防止でき、センターギア４１の回転を精度よくアウターギア４２、４３に伝達することができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

回転角度センサ３２のセンターギア４１がピニオン軸２２の頭部２２ａに設けられるので、減速機構２９等のガタの影響を受けることなくピニオン軸２２の回転角度を精度よく検出することができる。さらに、センターギア４１の固定部４５がピニオン軸２２の頭部２２ａの内周面に形成される溝部２２ｂに嵌合するので、センターギア４１とピニオン軸２２との周方向の相対回転及び径方向の位置ずれを防止でき、より精度よくピニオン軸２２の回転角度を検出することができる。

さらに、固定部４５は溝部２２ｂに圧縮状態で嵌合する圧縮部４８を周方向両側に有するので、センターギア４１とピニオン軸２２との周方向の相対回転をより確実に防止することができる。

さらに、固定部４５は、固定部４５の下端における周方向両側から周方向外側かつ軸方向上方に向けて斜めに延設されるかえし部４６を有するので、かえし部４６の先端が溝部２２ｂの側面に圧接され、先端の一部が溝部２２ｂの側面に食い込む。これにより、センターギア４１とピニオン軸２２との周方向の相対移動をより確実に規制でき、より精度よくピニオン軸２２の回転角度を検出することができる。

さらに、固定部４５は、固定部４５の中央に形成されて固定部４５の下端から上方へ延びるとともに径方向外側に屈曲して延び、先端が頭部２２ａの内周面に弾性接触するバネ部４７を有するので、センターギア４１のピニオン軸２２に対する径方向の移動が規制されるとともに、バネ部４７のバネ性により僅かな移動を許容することができる。これにより、センターギア４１が必要に応じて径方向に微小移動することで、センターギア４１とアウターギア４２、４３との間のバックラッシュによるガタを吸収することができる。よって、センターギア４１及びアウターギア４２、４３の摩耗を防止しながらセンターギア４１の径方向の位置ずれを防止でき、センターギア４１の回転を精度よくアウターギア４２、４３に伝達して、より精度よくピニオン軸２２の回転角度を検出することができる。

さらに、ピニオン軸２２の溝部２２ｂと溝部２２ｂに嵌合するセンターギア４１の固定部４５とは、それぞれ周方向に沿って３つずつ形成されるので、ピニオン軸２２及びセンターギア４１への加工量を抑えながらセンターギア４１の径方向の移動をより確実に規制することができる。

さらに、ピニオン軸２２は出力シャフト１６と同一部材であるので、部品の共有化を図ることでコストを低減することができる。また、ピニオン軸２２にセンターギア４１を装着するための新たな加工を施すことなくセンターギア４１を装着することができるので、さらにコストを低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、デュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置１００を例に挙げたが、ステアリングホイール１に連結されていない回転軸に電動モータ２１によって転舵力が入力される構造であればよく、例えばステアバイワイヤ方式の電動パワーステアリング装置にも適用可能である。

さらに、上記実施形態では、固定部４５がかえし部４６を有しているが、固定部４５自体が溝部２２ｂの側面に圧接される構造であってもよい。

さらに、上記実施形態では、固定部４５がバネ部４７を有しているが、固定部４５にバネ性を持たせることなくセンターギア４１の径方向の移動を完全に規制してもよい。

さらに、上記実施形態では、ピニオン軸２２の溝部２２ｂと溝部２２ｂに嵌合するセンターギア４１の固定部４５とがそれぞれ周方向に沿って３つ形成される場合を例示したが、少なくとも１つ形成されていればよく、２つ以下又は４つ以上形成されていてもよい。

さらに、上記実施形態では、ピニオン軸２２は出力シャフト１６と同一部材であるが、別部材であってもよいし、頭部２２ａの構造だけが出力シャフト１６と同一形状であってもよい。

１ ステアリングホイール
２ 転蛇輪（車輪）
１２ ラック軸
２１ 電動モータ
２２ ピニオン軸
２２ａ 頭部
２２ｂ 溝部
３２ 回転角度センサ（回転角度検出部）
４１ センターギア
４１ａ 歯形
４１ｂ スリーブ（スリーブ部）
４２ アウターギア
４３ アウターギア
４４ 基板部（演算部）
４５ 固定部
４６ かえし部
４７ バネ部
４８ 圧縮部
１００ 電動パワーステアリング装置

Claims (6)

1. ステアリングホイールに連結されていないピニオン軸に電動モータによって転舵力が入力され、前記ピニオン軸と噛み合うラック軸を前記ラック軸の軸方向に移動させて車輪を転舵させる電動パワーステアリング装置であって、
   前記ピニオン軸の回転角度を検出する回転角度検出部を備え、
   前記ピニオン軸は、前記ラック軸との噛み合い部とは反対側の端部に円筒状に形成される頭部と、前記頭部の内周面に周方向に沿って複数形成され径方向外側に窪んだ溝部と、を有し、
   前記回転角度検出部は、前記頭部に装着され外周に歯形を有するセンターギアと、前記センターギアと噛み合うアウターギアと、前記アウターギアの回転に基づいて前記ピニオン軸の回転角度を演算する演算部と、を有し、
   前記センターギアは、前記頭部の外周面及び端面を覆うスリーブ部と、前記スリーブ部の内周側に形成され前記溝部に嵌合することで前記センターギアを前記頭部に固定する固定部と、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. 前記固定部は、前記溝部に圧縮状態で嵌合する圧縮部を周方向両側に有する、
   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。
3. 前記圧縮部は、前記固定部の周方向両側から前記頭部の端面方向に突出して先端が前記溝部に圧接するかえし部である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記固定部は、前記頭部の内周面である前記溝部の底面に弾性接触するバネ部をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記溝部及び前記固定部は、それぞれ周方向に沿って３つ形成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記ステアリングホイールに連結され前記ラック軸と噛み合う出力軸をさらに備え、
   前記ピニオン軸は前記出力軸と同一部材である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

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