JP3543041B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータが発生する操舵補助トルクをステアリングシャフトにギアを介して伝達する電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
操舵補助トルクをステアリングシャフトにギアを介して伝達する電動パワーステアリング装置においては、そのステアリングシャフトとギアとにキーやピン等を嵌め合わせることで、そのステアリングシャフトとギアとの相対回転を規制している。
【0003】
また、過大なトルクがステアリングシャフトに作用した場合、そのキーやピン等を破壊してステアリングシャフトとギアとの相対回転を許容することで、モータロック時のフェイルセーフのためにマニュアル操舵を可能としたり、操舵限界まで操舵した時のモータイナーシャによるギアの破損を防止している。すなわち、そのキーやピン等をメカニカルヒューズとして機能させている(特開平7‐117690号)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記キーやピン等は、ステアリングシャフトとギアとに組み付け上の必要性から隙間を介して嵌め合わされる。そのため、操舵補助トルクをギアからステアリングシャフトに伝達する際、その隙間分だけステアリングシャフトとギアとが相対回転し、操舵フィーリングが低下するという問題がある。
【0005】
本発明は、上記課題を解決することのできる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。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトと、このステアリングシャフトの外周に嵌め合わされたギアと、そのギアを介してステアリングシャフトに回転力を伝達する操舵補助用モータと、そのステアリングシャフトの外周とギアの内周とに挟まれることで径方向に変形している第1回転規制部材と、そのステアリングシャフトとギアとに、両者の相対回転を規制可能に隙間を介して嵌め合わされる第2回転規制部材とを備え、その第1回転規制部材は、径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフトとギアとに作用させることで、両者の相対回転の規制トルクを摩擦に基づき発生し、その第1回転規制部材が発生する規制トルクは、その第2回転規制部材の破壊トルクよりも小さくされていることを特徴とする。
【0007】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、第1回転規制部材の径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフトとギアとに作用させることで、その第1回転規制部材とステアリングシャフトとの間の摩擦抵抗および第1回転規制部材とギアとの間の摩擦抵抗により、ステアリングシャフトとギアとの相対回転の規制トルクを発生することができる。
その規制トルクをモータが発生する操舵補助トルクよりも大きくすることで、操舵補助トルクをギアからステアリングシャフトに伝達する際にステアリングシャフトとギアとが相対回転するのを規制し、操舵フィーリングの低下を防止できる。
【0008】
また、その第1回転規制部材が発生する規制トルクを超えて、過大なトルクがステアリングシャフトに作用した場合、第2回転規制部材を破壊してステアリングシャフトとギアとの相対回転を許容することで、モータロック時のフェイルセーフのためにマニュアル操舵を可能としたり、操舵限界まで操舵した時のモータイナーシャによるギアの破損を防止したりできる。すなわち、その第2回転規制部材をメカニカルヒューズとして機能させることができる。
【0009】
また、その第1回転規制部材が発生する規制トルクは、その第2回転規制部材の破壊トルクよりも小さいので、第1回転規制部材をコンパクトにできる。これにより、電動パワーステアリング装置が大型化することはない。
【0010】
その第1回転規制部材は、径方向変形量が一定値以下では径方向変形量に比例する径方向力を発生可能であり、その一定値を超える領域において、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が一定値未満の領域における増加割合よりも小さくなる領域を有し、その一定値を超える領域内の値に前記径方向変形量が設定されているのが好ましい。
【0011】
これにより、ステアリングシャフトの外径寸法やギアの内径寸法の加工公差により第1回転規制部材の径方向変形量が変動しても、その径方向変形量に対する径方向力の変動を小さくできる。よって、その径方向力に対応して定まる規制トルクを正確に所望の範囲内に設定することができる。
【0012】
そのギアのステアリングシャフトに対する軸方向移動と径方向移動とを規制する手段が設けられているのが好ましい。これにより、そのギアの噛み合い率やバックラッシが変動するのを防止でき、操舵フィーリングの変動を防止できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図7を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0014】
図1に示す電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール2の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト3によりピニオン4に伝達することで、そのピニオン4に噛み合うラック5を移動させ、そのラック5にタイロッドやナックルアーム等(図示省略)を介し連結される車輪の舵角を変化させる。
【0015】
そのステアリングシャフト3により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサ7と、その検出された操舵トルクに応じ駆動される操舵補助用モータ8と、そのモータ8の出力軸8aに取り付けられた駆動ベベルギア9と、この駆動ベベルギア9に噛み合う従動ベベルギア10とが設けられている。
【0016】
そのトルクセンサ7のハウジング21は、ラック5を覆うラックハウジング6に一体化される。そのラックハウジング6に上記モータ8が取り付けられている。
【0017】
そのトルクセンサ7のハウジング21内においてステアリングシャフト3は、ステアリングホイール2に連結される第1シャフト3aと、この第1シャフト3aの外周にブッシュ25を介して相対回転可能に嵌め合わされる筒状の第2シャフト3bとに分割されている。その第1シャフト3aは、そのハウジング21に軸受31を介して支持される。その第2シャフト3bは、トルクセンサ7のハウジング21とラックハウジング6に軸受26、27、19を介して支持され、その外周に上記ピニオン4が一体的に設けられている。
【0018】
各シャフト3a、3bの中心に沿ってトーションバー23が挿入されている。そのトーションバー23の一端は第1シャフト3aにピン22により連結され、他端はピン24により第2シャフト3bに連結されている。これにより、その第1シャフト3aと第2シャフト3bとは操舵トルクに応じて弾性的に相対回転する。
【0019】
図2に示すように、その第1シャフト3aの外周の一部と第2シャフト3bの内周の一部とは互いに対向する非円形部3a′、3b′とされ、その第1シャフト3aの非円形部3a′と第2シャフト3bの非円形部3b′とが当接することで、両シャフト3a、3bの相対回転は一定範囲に規制される。その規制により、過大なトルクがステアリングシャフト3に作用した場合のトーションバー23の破損を防止している。
【0020】
そのトルクセンサ7は、ハウジング21により保持される第1、第2検出コイル33、34と、その第1シャフト3aの外周に固定される磁性材製の第1検出リング36と、その第2シャフト3bの外周に固定される磁性材製の第2検出リング37とを有する。
その第1検出リング36の一端面と第2検出リング37の一端面とは互いに対向するように配置され、各検出リング36、37の対向端面に、それぞれ歯36a、37aが周方向に沿って複数設けられている。
その第1検出リング36の他端側は一端側よりも外径の小さな小径部36bとされている。
その第1検出リング36の他端側内径は、対向するシャフト3aの外径より大きくされており、両者間に隙間が設けられている。これにより、第1検出リング36の他端側からのシャフト3aへの磁束の漏れを防止できる。
その第1検出コイル33は第1検出リング36と第2検出リング37の対向間を覆うように配置され、第2検出コイル34は第1検出リング36を覆うように配置され、各検出コイル33、34は、ハウジング21に取り付けられるプリント基板41に接続される。
【0021】
そのプリント基板41に、図3に示す信号処理回路が形成されている。
すなわち、第1検出コイル33は抵抗45を介して発振器46に接続され、第2検出コイル34は抵抗47を介して発振器46に接続され、各検出コイル33、34は差動増幅回路48に接続される。
これにより、トルク伝達によりトーションバー23が捩れ、第1検出リング36と第2検出リング37とが相対的に回転すると、各検出リング36、37の歯36a、37aの対向面積が変化する。その面積変化により、その歯36a、37aの対向間における第1検出コイル33の発生磁束に対する磁気抵抗が変化することから、その変化に応じ第1検出コイル33の出力が変化し、その出力に対応した伝達トルクが検出される。
また、第2検出コイル34は第1検出リング36の小径部36bに対向する。その小径部36bの外径は、操舵抵抗の作用していない状態で、第2検出コイル34の発生磁束に対する磁気抵抗と第1検出コイル33の発生磁束に対する磁気抵抗とが等しくなるように設定されている。これにより、温度変動による第1検出コイル33の出力変動は、温度変動による第2検出コイル34の出力変動に等しくなるので差動増幅回路48により打ち消され、伝達トルクの検出値の温度による変動が補償される。
【0022】
その差動増幅回路48から出力される伝達トルクに対応した信号に応じて駆動される操舵補助用モータ8の回転が、その駆動ベベルギア9から従動ベベルギア10を介してステアリングシャフト3に伝達されることで、操舵補助力が付与される。
【0023】
上記従動ベベルギア10は、上記第2シャフト3bの外周に第1回転規制部材51と第2回転規制部材61とを介して嵌め合わされている。
【0024】
図4、図5に示すように、その第1回転規制部材51は、その第2シャフト3bの外周と従動ベベルギア10の内周とに挟まれることで径方向に変形している。その第1回転規制部材51として本実施形態では、図5、図6に示すように、割り溝51aを有する金属製リング本体51bに、周方向に沿って一定間隔で、径方向外方へ突出する複数の半円筒状突出部51cを一体的に形成したものを用い、各突出部51cの径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフト3と従動ベベルギア10とに作用させている。
【0025】
その第1回転規制部材51として、例えばトレランスリング(レンコルトレランスリングス社製、SV型)を用いることができる。図7は、その第1回転規制部材51の径方向変形量と径方向力との関係を示し、径方向変形量が一定値δa以下では径方向変形量に比例して径方向力が増加するものとされ、その一定値δaを超える領域において、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が一定値δa未満の領域における増加割合よりも小さくなる領域Aを有する。その一定値δaを超える領域A内の値δbに第1回転規制部材51の径方向変形量が設定されている。
【0026】
その第1回転規制部材51が、径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフト3と従動ベベルギア10とに作用させることで、その第1回転規制部材51とステアリングシャフト3との間の摩擦抵抗および第1回転規制部材51と従動ベベルギア10との間の摩擦抵抗により、ステアリングシャフト3と従動ベベルギア10との相対回転の規制トルクを発生する。その規制トルクはモータ8の発生する操舵補助トルクよりも大きくされている。これにより、操舵補助トルクを駆動ベベルギア9を経て従動ベベルギア10からステアリングシャフト3に伝達する際に、その従動ベベルギア10とステアリングシャフト3が相対回転するのを規制し、操舵フィーリングの低下を防止している。
【0027】
その第2回転規制部材61として本実施形態では、図4、図5に示すように、そのステアリングシャフト3と従動ベベルギア10とに、両者3、10の相対回転を規制可能に隙間を介して嵌め合わされる半月キーが用いられている。すなわち、その第2回転規制部材61は、上記第1回転規制部材51の割り溝51aの内部において、ステアリングシャフト3と従動ベベルギア10とに形成されたキー溝3s、10sに嵌め合わされている。
【0028】
第1回転規制部材51が発生するステアリングシャフト3と従動ベベルギア10との相対回転の規制トルクを超えて、過大な所定のトルクがステアリングシャフト3に作用した場合、その第2回転規制部材61は破壊されるように強度設定されている。その破壊により、ステアリングシャフト3と従動ベベルギア10との相対回転を許容し、モータロック時のフェイルセーフのためにマニュアル操舵を可能としたり、操舵限界まで操舵した時のモータイナーシャによる従動ベベルギア10の破損を防止できる。すなわち、その第2回転規制部材61をメカニカルヒューズとして機能させている。
【0029】
また、その第1回転規制部材51が発生する規制トルクは、その第2回転規制部材61の破壊トルクよりも小さいので、第1回転規制部材51をコンパクトにできる。これにより電動パワーステアリング装置1が大型化することはない。
【0030】
なお、その駆動ベベルギア9と従動ベベルギア10は、すぐば、まがりばの何れであってもよい。まがりばの場合、従動ベベルギア10は駆動ベベルギア9の回転をステアリングシャフト3に伝達する際に軸方向力を受ける。その軸方向力により従動ベベルギア10がステアリングシャフト3に対し軸方向移動するのを規制する規制部として、図4に示すように、その第2シャフト3bをトルクセンサ7のハウジング21により支持するための軸受26と、第2シャフト3bの外周の雄ねじ部3b′に雌ねじ部52″を介してねじ合わされるナット52とが、軸方向に間隔をおいて配置される。その軸受26とナット52との間に従動ベベルギア10が配置される。その従動ベベルギア10の軸方向寸法L1は、その軸受26とナット52との間の軸方向寸法L2よりも僅かに小さくされる。なお、ナット52は組み立て後にかしめられることでステアリングシャフト3に固定される。
また、その第1回転規制部材51は、第2シャフト3bの外周に形成された周溝3e内に配置される。その周溝3eの軸方向寸法L3は従動ベベルギア10の軸方向寸法L1よりも小さくされ、その周溝3eは従動ベベルギア10の軸方向両端間に配置される。これにより、その従動ベベルギア10の軸方向両端内周に対向する第2シャフト3bの外周は、その従動ベベルギア10が径方向移動するのを規制する規制部3b″となる。その規制部3b″の外周径D1は、その従動ベベルギア10の内径D2よりも僅かに小さくされる。
これにより、従動ベベルギア10はステアリングシャフト3に対する軸方向移動と径方向移動とが規制され、駆動ベベルギア9との噛み合い率やバックラッシが変動するのを防止でき、操舵フィーリングの変動を防止できる。
【0031】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではラックピニオン式の電動パワーステアリング装置に本発明を適用したが、電動パワーステアリング装置の型式は特に限定されず、例えばボールスクリュー式にも適用できる。また、ステアリングシャフトに嵌め合わされるギアはベベルギアに限定されず、例えばウォームホイールを嵌め合わせ、モータの出力軸にウォームを取り付けてもよい。また、第1回転規制部材はトレランスリングに限定されず、径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフトとギアとに作用させることができるものであればよい。また、第2回転規制部材も半月キーに限定されず、ステアリングシャフトとギアとに、両者の相対回転を規制可能に隙間を介して嵌め合わされる例えばピンであってもよい。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、電動パワーステアリング装置を大型化することなく、操舵フィーリングの低下を防止でき、且つ、モータロック時のフェイルセーフのためにマニュアル操舵を可能としたり、操舵限界まで操舵した時のモータイナーシャによるギアの破損を防止したりできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図
【図2】図1のII‐II線断面図
【図3】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置のトルクセンサの回路構成の説明図
【図4】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図5】図4のV‐V線断面図
【図6】本発明の実施形態における第1回転規制部材の断面図
【図7】本発明の実施形態における第1回転規制部材の径方向変形量と径方向力との関係を示す図
【符号の説明】
3 ステアリングシャフト
8 モータ
10 従動ベベルギア
51 第1回転規制部材
61 第2回転規制部材
Claims (3)
- ステアリングシャフトと、
このステアリングシャフトの外周に嵌め合わされたギアと、
そのギアを介してステアリングシャフトに回転力を伝達する操舵補助用モータと、
そのステアリングシャフトの外周とギアの内周とに挟まれることで径方向に変形している第1回転規制部材と、
そのステアリングシャフトとギアとに、両者の相対回転を規制可能に隙間を介して嵌め合わされる第2回転規制部材とを備え、
その第1回転規制部材は、径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフトとギアとに作用させることで、両者の相対回転の規制トルクを摩擦に基づき発生し、
その第1回転規制部材が発生する規制トルクは、その第2回転規制部材の破壊トルクよりも小さくされている電動パワーステアリング装置。 - その第1回転規制部材は、径方向変形量が一定値以下では径方向変形量に比例する径方向力を発生可能であり、その一定値を超える領域において、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が一定値未満の領域における増加割合よりも小さくなる領域を有し、その一定値を超える領域内の値に前記径方向変形量が設定されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- そのギアのステアリングシャフトに対する軸方向移動と径方向移動とを規制する手段が設けられている請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置。
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