JP2016043796A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストダウン及び軽量化を図りつつ、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングをより高める。
【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。該自在継手は、１つだけであり、不等速形自在軸継手からなる。該トルクセンサは、該コラムシャフトを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。
【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２つの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。

このように、車体に対する電動パワーステアリング装置の配置の自由度を高めるために、該コラムシャフトに対し、２つの自在継手と中間軸とを介して、該ピニオン軸が連結される。このような２つの自在継手と中間軸とを有している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で知られているステアリング装置は、コラムシャフトに対し、第１自在継手と中間軸と第２自在継手とピニオン軸が、この順に連結されている。該中間軸は、該コラムシャフトに対し交差角をなして交差している。該ピニオン軸は、該中間軸に対し交差角をなして交差している。

該各自在継手は、不等速形自在軸継手の一種であるカルダン形自在軸継手によって構成されている。不等速形自在軸継手は、比較的安価なので多用されている。しかし、各不等速形自在軸継手は、入力側の角速度が等速であっても、出力側の角速度は不等速である。このため、２つの自在継手と中間軸とを組み合わせている。該第１自在継手の位相に対して、該第２自在継手の位相を９０°ずらすことによって、該ピニオン軸の角速度を概ね等速とすることができる。

一般に、電動パワーステアリング装置の補助トルク付加形式は、次の２つが知られている。

第１の付加形式は、コラムシャフトの操舵トルクをトルクセンサによって検出するとともに、該操舵トルクに基づいて電動モータが発生した補助トルクを該コラムシャフトに付加するものである。該第１の付加形式では、該操舵トルクに該補助トルクを付加した、いわゆる複合トルクがコラムシャフトからピニオン軸に伝わったときに、不等速形自在軸継手の不等速（うねり）現象の影響がある。このため、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを高めるには、互いに位相が異なる２つの不等速形自在軸継手を備えることによって、該ピニオン軸の角速度を概ね等速とする必要がある。

第２の付加形式は、ピニオン軸の操舵トルクをトルクセンサによって検出するとともに、該操舵トルクに基づいて電動モータが発生した補助トルクを該ピニオン軸又はラック軸に付加するものである。該第２の付加形式では、該操舵トルクがコラムシャフトからピニオン軸に伝わったときに、不等速形自在軸継手の不等速（うねり）現象の影響がある。検出された該操舵トルクが、不等速（うねり）現象の影響によって変動するので、該操舵トルクに基づいて電動モータが発生した補助トルクも変動する。このため、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを高めるには、互いに位相が異なる２つの不等速形自在軸継手を備えることによって、該ピニオン軸の角速度を概ね等速とする必要がある。

従って、例えば、車体に対する電動パワーステアリング装置の配置上の観点からは、自在継手が１つですむ場合であっても、該ピニオン軸の角速度を概ね等速とするためには、２つの自在継手及び中間軸を必要とする。これでは、電動パワーステアリング装置のコストダウン及び軽量化を図る上で、不利である。

特許第４２７１１７６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及び軽量化を図りつつ、該電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを、より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、前記コラムシャフトと前記ピニオン軸との連結構成は、単一の自在継手のみによる連結であり、前記単一の自在継手は、不等速形自在軸継手によって構成され、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２に記載のごとく、好ましくは、前記ステアリングホイールが中立位置にあるときのステアリングレシオが、他の操舵角の位置にあるときのステアリングレシオよりも小さい設定となるように、前記コラムシャフトに対する前記不等速形自在軸継手の位相が設定されている。

請求項１に係る発明では、ステアリングコラムに回転可能に支持されたコラムシャフトに対し、ピニオン軸は単一の自在継手によってのみ連結されている。該自在継手は、不等速形自在軸継手によって構成されている。このため、該コラムシャフトの角速度が等速であっても、該ピニオン軸の角速度は不等速である。

これに対し、請求項１に係る発明では、トルクセンサは該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、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、該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、例えば該自在継手の不等速（うねり）現象の影響を受けない。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。

さらに、請求項１に係る発明では、電動モータは、該トルクセンサにより検出された高精度の該操舵トルクに基づいて、補助トルクを発生する。該補助トルクの値は、該自在継手の固有の特性の影響、例えば該自在継手の不等速（うねり）現象を受けることなく、より正確な値となる。さらに、該補助トルクは、補助トルク伝達機構によって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、該補助トルクは、該ステアリング系のなかの、該自在継手よりも操舵トルク下流に付加される。このため、該補助トルクを該ステアリング系へ伝達するのに、該自在継手の固有の特性の影響、例えば該自在継手の不等速（うねり）現象の影響を受けない。

ところで、該コラムシャフトから該自在継手を介してピニオン軸へ伝わる「操舵トルク」自体は、該自在継手の固有の特性の影響、例えば該自在継手の不等速（うねり）現象の影響を受ける。しかし、ラック軸とピニオン軸のいずれか一方に伝達される補助トルクは、一般に操舵トルクに比べて比較的大きい。このため、該操舵トルクに該補助トルクを付加した、複合トルクの変動、いわゆる複合トルクのうねり現象を、極力抑制することができる。

このように、該コラムシャフトと該ピニオン軸との連結箇所を１箇所だけにする、いわゆるシングルジョイント化としたにもかかわらず、該トルクセンサによる操舵トルクの検出精度が高まる。しかも、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の該操舵トルク下流へ、迅速に付加することができる。運転者による該操舵トルクを、該補助トルクによって、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操舵フィーリングを、より高めることができる。

しかも、コラムシャフトとピニオン軸とを、単一の自在継手によってのみ連結するので、連結部材の部品数が少なくてすむ。さらには、該単一の自在継手を、比較的安価な不等速形自在軸継手によって構成することができる。従って、電動パワーステアリング装置のコストダウン及び軽量化を図ることができる。

請求項２に係る発明では、ステアリングホイールが中立位置にあるときのステアリングレシオが、他の操舵角の位置にあるときのステアリングレシオよりも小さい設定となるように、コラムシャフトに対する不等速形自在軸継手（単一の自在継手）の位相が設定されている。

コラムシャフトとピニオン軸とは、単一の不等速形自在軸継手によって連結されている。このため、該コラムシャフトの操舵角の変化量に対して、ピニオン軸の操舵角の変化量は、該不等速形自在軸継手の固有の特性である、不等速（うねり）現象の影響を受ける。つまり、ステアリングホイールの操舵角の変化に従って、ピニオン軸の操舵角は、大きく変化するときと小さく変化するときとに波打つ、いわゆる該ピニオン軸の操舵角に「うねり現象」を発生する。このため、該ピニオン軸に駆動されるラック軸のストロークの変化も、大きく変化するときと小さく変化するときとに波打つ「うねり現象」が発生する。

該不等速形自在軸継手の「うねり現象」の特性を、一般的な乗用車等の車両のサスペンションジオメトリによる、操舵角に対するステアリングレシオの特性に組み合わせることができる。つまり、該ステアリングホイールの操舵角が小さいときには、ステアリングレシオが小さいので、転舵車輪は緩やかに転舵、いわゆる「スロー転舵」する。該ステアリングホイールの操舵角が大きくなるにつれて、該ステアリングレシオが大きくなるので、該転舵車輪は比較的急速に転舵、いわゆる「クイック転舵」する。このように、ラックアンドピニオン機構において、ピニオンに対するラックのギヤ比を、バリアブルレシオ形式にしたと同様の作用をなすことができる。

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に示されるコラムシャフトと単一の自在継手とピニオン軸との連結関係を説明する説明図である。 図２に示されるコラムシャフトの操舵角に対する自在継手の角速度比の変化を示す特性図である。 図１に示されるステアリングホイールの操舵角に対するステアリングレシオの特性を表した特性図である。 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によっ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によっ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と単一の自在継手２３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、自在継手２３を介して第１ピニオン軸２６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。

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。

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。

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。

ここで、該コラムシャフト２２と該自在継手２３と該第１ピニオン軸２６との連結関係について、詳しく説明する。上述のように、該コラムシャフト２２と該第１ピニオン軸２６との連結構成は、単一の自在継手２３のみによる直接の連結である。つまり、該自在継手２３は単独で使用されている。

図２（ａ）に示されるように、該単一の自在継手２３は、不等速形自在軸継手の一種であるカルダン形自在軸継手（カルダンジョイント）によって、構成されている。該カルダン形自在軸継手は、フックジョイント、クロスジョイント、ユニバーサユジョイントとも言われている。より詳しく述べると、該自在継手２３（カルダン形自在軸継手２３）は、該コラムシャフト２２に連結される略Ｕ字状の第１ヨーク９１と、該第１ピニオン軸２６に連結される略Ｕ字状の第２ヨーク９２と、該一対のヨーク９１，９２同士を連結する十字形部材９３とから成る。

該コラムシャフト２２の中心線Ｓ１に対し、該第１ピニオン軸２６の中心線Ｓ２は交差角αをなして交差している。この場合、該２軸２２，２６のなす該交差角αは、０°ではない（α≠０）。

今、図２（ａ）に示される状態から、該コラムシャフト２２が９０°回転すると、十字形部材９３も回転する。該十字形部材９３は、該第１ピニオン軸２６によって拘束されている。このため、該十字形部材９３の傾きは変化して、図２（ｂ）の状態に変化する。該コラムシャフト２２が更に回転を続けると、該十字形部材９３は９０°毎に図２（ａ）の状態と図２（ｂ）の状態とを繰り返す。このときに、該コラムシャフト２２が等速で回転しても、該第１ピニオン軸２６の回転速度（角速度）は等速には、ならない。

該コラムシャフト２２の回転角θ（操舵角θ）とし、該交差角をαとした場合に、該コラムシャフト２２が一定の角速度ω１で回転するときに、該角速度ω１と該第１ピニオン軸２６の角速度ω２との間には、次式（１）によって表される角速度比ｒωの関係があることが、一般に知られている。
ｒω＝ω２／ω１＝cosα／（１−sin^２θ・sin^２α） ・・・ （１）

上式（１）の特性は、図３によって表される。図３は、横軸を該コラムシャフト２２の操舵角θとし、縦軸を角速度比ｒωとして、操舵角θに対する角速度比ｒωの変化を示す特性図である。図３によれば、次のことが判る。つまり、交差角α＝０の場合には、操舵角θに関わらず角速度比ｒωは常に一定である。交差角α≠０の場合には、操舵角θ＝０〜９０°で角速度比ｒωが増大し、θ＝９０〜１８０°でｒωが減少する。このことは、操舵角θが１８０°毎に繰り返す。角速度比ｒωの振れ幅は、交差角αが大きいほど顕著である。

以上の点を踏まえて、実施例１では、図１に示されるステアリングホイール２１が中立位置にあるときのステアリングレシオＲｓ（図示せず）が、他の操舵角の位置にあるときのステアリングレシオＲｓよりも小さい設定となるように、コラムシャフト２２に対するカルダン形自在軸継手２３の位相が設定されている。

ここで、「ステアリングレシオＲｓ」とは、ステアリングホイール２１の操舵角θ（図示せず）、つまりコラムシャフト２２の操舵角θを転舵車輪３３，３３の切れ角β（図示せず）、つまり転舵角βによって除算した値のことであり、舵角比Ｒｓとも言う。

該ステアリングホイール２１の操舵角θが小さいときには、ステアリングレシオＲｓが小さいので、転舵車輪３３，３３は緩やかに転舵、いわゆる「スロー転舵」する。該ステアリングホイール２１の操舵角θが大きくなるにつれて、ステアリングレシオＲｓが大きくなるので、転舵車輪３３，３３は比較的急速に転舵、いわゆる「クイック転舵」する。

図４（ａ）は、横軸を該ステアリングホイール２１の操舵角θとし、縦軸をステアリングレシオＲｓとして、「ステアリングホイール２１の角速度比ｒωの変化による」操舵角θに対するステアリングレシオＲｓの特性を表した特性図であり、上記図３に示される特性に基づいて表されている。

詳しく述べると、上記図３に示されるように、ステアリングホイール２１が中立位置、つまり操舵角θが０°のときには（θ＝０°）、角速度比ｒωは最低値となる。そして、操舵角θが１８０°変化する毎に、角速度比ｒωの値は増減する、つまり波形状に「うねる」。この結果、図４（ａ）に示されるように、ステアリングレシオＲｓの値も増減する、つまり波形状に「うねる」。そして、角速度比ｒωが最低値となれば、ステアリングレシオＲｓは最低値Ｒｍｉとなる。

実施例１では、図４（ａ）に示されるように、ステアリングホイール２１が中立位置、つまり操舵角が０°のときには（θ＝０°）、ステアリングレシオＲｓが最低値Ｒｍｉとなるように設定している。

言い換えると、ステアリングホイール２１が中立位置（θ＝０°）にあるときのステアリングレシオＲｓが、他の操舵角の位置（例えば、０°＜θ＜１８０°）にあるときのステアリングレシオＲｓよりも小さい設定（Ｒｓ＝Ｒｍｉ）となるように、コラムシャフト２２に対するカルダン形自在軸継手２３の位相が、設定されている。例えば、ステアリングホイール２１が中立位置のときに、該カルダン形自在軸継手２３の位相は図２（ａ）に示される位相に設定される。ここで、該カルダン形自在軸継手２３の位相とは、該第１ヨーク９１に対する該第２ヨーク９２の回転方向の向き、つまり十字形部材９３の位相のことである。

ところで、図４（ｂ）に示されるように、一般的な乗用車等の車両のサスペンションジオメトリ（サスペンションリンクの幾何学的な配置）による、操舵角θに対するステアリングレシオＲｓの特性を有することが知られている。図４（ｂ）は、横軸を該ステアリングホイール２１の操舵角θとし、縦軸をステアリングレシオＲｓとして、「サスペンションジオメトリによる」操舵角θに対するステアリングレシオＲｓの特性を表した特性図である。

図４（ｂ）によれば、ステアリングレシオＲｓの値は、ステアリングホイール２１が中立位置（θ＝０°）にあるときに最も小さく、しかも、該中立位置から右操舵又は左操舵をする操舵角θが大きくなるにつれて増大することが判る。

上記図４（ａ）に示される特性と上記図４（ｂ）に示される特性との、複合された特性は、図４（ｃ）に示される。図４（ｃ）は、横軸を該ステアリングホイール２１の操舵角θとし、縦軸をステアリングレシオＲｓとして、「車両全体としての」操舵角θに対するステアリングレシオＲｓの特性を表した特性図である。

図４（ｃ）によれば、ステアリングレシオＲｓの値は、ステアリングホイール２１が中立位置（θ＝０°）にあるときに最も小さく、しかも、該中立位置から右操舵又は左操舵をする操舵角θが大きくなるにつれて、概ね段階的に増大することが判る。

このように、図１に示される該コラムシャフト２２と該第１ピニオン軸２６との連結構成は、単一の自在継手２３のみによる連結としたことにより、該第１及び第２ラックアンドピニオン機構２７，６６において、ピニオン２７ａ，６６ａに対するラック２７ｂ，６６ｂのギヤ比を、バリアブルレシオ形式にしたと同様の作用をなすことが可能である。ここで、「バリアブルレシオ形式」とは、ピニオン２７ａ，６６ａに対するラック２７ｂ，６６ｂのギヤ比を、ステアリングホイール２１が中立位置にあるときに小さく、操舵角が大きくなるにつれて大きくなるようにすることである。

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５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５に基づき説明する。図５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〜図４に示される該補助トルク機構６０を、図５に示される補助トルク機構６０Ａに変更した他には、実施例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の該ウォームホイール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。ステアリングコラム４１に回転可能に支持されたコラムシャフト２２に対し、ピニオン軸２６は単一の自在継手２３によってのみ連結されている。該自在継手２３は、不等速形自在軸継手によって構成されている。このため、該コラムシャフト２２の角速度が等速であっても、該ピニオン軸２６の角速度は不等速である。

これに対し、実施例１及び２では、トルクセンサ６１は該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、ステアリング系２０のなかの、該自在継手２３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の固有の特性の影響、例えば該自在継手２３の不等速（うねり）現象の影響を受けない。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。

さらには、電動モータ６３は、該トルクセンサ６１により検出された高精度の該操舵トルクに基づいて、補助トルクを発生する。該補助トルクの値は、該自在継手２３の固有の特性の影響、例えば該自在継手２３の不等速（うねり）現象を受けることなく、より正確な値となる。さらに、該補助トルクは、補助トルク伝達機構６４によってラック軸２８とピニオン軸２６のいずれか一方に伝達される。つまり、該補助トルクは、該ステアリング系２０のなかの、該自在継手２３よりも操舵トルク下流に付加される。このため、該補助トルクを該ステアリング系２０へ伝達するのに、該自在継手２３の固有の特性の影響、例えば該自在継手２３の不等速（うねり）現象の影響を受けない。

ところで、該コラムシャフト２２から該自在継手２３を介してピニオン軸２６へ伝わる「操舵トルク」自体は、該自在継手２３の固有の特性の影響、例えば該自在継手２３の不等速（うねり）現象の影響を受ける。しかし、ラック軸２８とピニオン軸２６のいずれか一方に伝達される補助トルクは、一般に操舵トルクに比べて比較的大きい。このため、該操舵トルクに該補助トルクを付加した、複合トルクの変動、いわゆる複合トルクのうねり現象を、極力抑制することができる。

このように、該コラムシャフト２２と該ピニオン軸２６との連結箇所を１箇所だけにする、いわゆるシングルジョイント化としたにもかかわらず、該トルクセンサ６１による操舵トルクの検出精度が高まる。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から該ステアリング系２０の該操舵トルク下流へ、迅速に付加することができる。運転者による該操舵トルクを、該補助トルクによって、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の操舵フィーリングを、より高めることができる。

しかも、コラムシャフト２２とピニオン軸２６とを、単一の自在継手２３によってのみ連結するので、連結部材の部品数が少なくてすむ。さらには、該単一の自在継手２３を、比較的安価な不等速形自在軸継手によって構成することができる。従って、電動パワーステアリング装置１０，１０Ａのコストダウン及び軽量化を図ることができる。

さらには、ステアリングホイール２１が中立位置にあるときのステアリングレシオＲｓが、他の操舵角の位置にあるときのステアリングレシオＲｓよりも小さい設定となるように、コラムシャフト２２に対する不等速形自在軸継手２３（単一の自在継手２３）の位相が設定されている。

コラムシャフト２２とピニオン軸２６とは、単一の不等速形自在軸継手２３によって連結されている。このため、該コラムシャフト２２の操舵角の変化量に対して、ピニオン軸２６の操舵角の変化量は、該不等速形自在軸継手２３の固有の特性である、不等速（うねり）現象の影響を受ける。つまり、ステアリングホイール２１の操舵角θの変化に従って、ピニオン軸２６の操舵角は、大きく変化するときと小さく変化するときとに波打つ、いわゆる該ピニオン軸２６の操舵角に「うねり現象」を発生する。このため、該ピニオン軸２６に駆動されるラック軸２８のストロークの変化も、大きく変化するときと小さく変化するときとに波打つ「うねり現象」が発生する。

該不等速形自在軸継手２３の「うねり現象」の特性を、一般的な乗用車等の車両のサスペンションジオメトリによる、操舵角θに対するステアリングレシオＲｓの特性に組み合わせることができる。つまり、該ステアリングホイール２１の操舵角θが小さいときには、ステアリングレシオＲｓが小さいので、転舵車輪３３，３３は緩やかに転舵、いわゆる「スロー転舵」する。該ステアリングホイール２１の操舵角θが大きくなるにつれて、該ステアリングレシオがＲｓ大きくなるので、該転舵車輪３３，３３は比較的急速に転舵、いわゆる「クイック転舵」する。このように、ラックアンドピニオン機構２７において、ピニオン２７ａに対するラック２７ｂのギヤ比を、バリアブルレシオ形式にしたと同様の作用をなすことができる。

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
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 (2)

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、
   前記コラムシャフトと前記ピニオン軸との連結構成は、単一の自在継手のみによる連結であり、
   前記単一の自在継手は、不等速形自在軸継手によって構成され、
   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ていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ステアリングホイールが中立位置にあるときのステアリングレシオが、他の操舵角の位置にあるときのステアリングレシオよりも小さい設定となるように、前記コラムシャフトに対する前記不等速形自在軸継手の位相が設定されていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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