JP3728348B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力トルクを検出するポテンショメータを備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例の電動パワーステアリング装置としては、例えば、図９〜１２に示すものがある。
図９、１０に示すように、ギヤボックス１には、両端に図示しない車輪が連係する操舵ロッド２を摺動自在に組み込んでいる。また、このギヤボックス１には、図示しないハンドルが連係する入力軸３を挿入し、この入力軸３を軸受４、５で支持している。
そして、入力軸３に形成したピニオン６を、上記操舵ロッド２に形成したラック７にかみ合わせている。したがって、図示しないハンドルを切って入力軸３が回転すると、その回転力が、これらピニオン６とラック７とからなる連係機構を介して、操舵ロッド２に伝えられる。
【０００３】
上記入力軸３は、その先端がピン８によって支持され、このピン８を中心として回動自在となっている。また、図示しないが、上記軸受４、５が収容されるギヤボックス１内の空間は、操舵ロッド２と平行な長軸を有する長孔形状となっている。
このようにした入力軸３には揺動レバー９を設けるとともに、その支点部１０をギヤボックス１内に設けたカラー１１で支持し、また、先端の作用部１２を、ギヤボックス１に固定したケース１３内に突出させている。
いま、ハンドルを切ると、車輪側の負荷などによって入力軸３の回転が妨げられ、そのときの入力トルクＴに応じて、軸受４、５及び入力軸３が長孔の長軸方向に移動する。そして、入力軸３が長孔の長軸方向に移動すれば、それにともなって、揺動レバー９が支点部１０を中心として揺動することになる。
【０００４】
ケース１３には、摺動自在にプランジャ１４を組み込んで、その軸線を入力軸３の軸線とほぼ９０度だけずらしている。そして、このプランジャ１４に形成した孔３０に、上記揺動レバー９の作用点部１２をはめ込んでいる。
このプランジャ１４の一端を縮径部１５として、ケース１３内のスプリング室１６に配置するとともに、この縮径部１５の外周面には、樹脂からなる一対のスプリングシート１７、１８を相対移動自在にはめ込んでいる。
そして、これら一対のスプリングシート１７、１８の間にセンタリングスプリング１９を介在させると、スプリングシート１７が、ケース１３内の段部２０とプランジャ１４の段部２１とに、また、スプリングシート１８が、閉塞部材２３の端部３１と縮径部１５にはめ込んだワッシャ２２とにそれぞれ当接し、プランジャ１４は、図１０に示す中立位置を保つことになる。
【０００５】
さらに、ケース１３にはポテンショメータ２４を設けるとともに、このポテンショメータ２４から突出させたロッド２５を、上記プランジャ１４の他端に当接させている。
図１１に示すポテンショメータ２４の概略図からもわかるが、所定の抵抗値Ｒを有する抵抗素子２６上に、上記ロッド２５に連係させたワイパ２７を摺動自在に設けている。ただし、この抵抗素子２６は、図１１(ｂ)に示すように、すべての幅・厚さなどが等しく、その全域にわたって単位当たりの抵抗値が均一となっている。
このようにした抵抗素子２６の両端には一定の電圧が印加され、ワイパ２７が移動すると、その変位に応じて電圧を分圧して、電圧信号Ｖを出力する。
【０００６】
ここで、入力トルクＴと電圧信号Ｖとの特性線を、図１２の実線に示す。
例えば、ハンドルを、その中立位置から一方の方向に切ったとする。
ハンドルを切り始めたときは、ハンドルの遊びによって、揺動レバー９は揺動しない。このとき、プランジャ１４が図１０の中立位置を保つとともに、ワイパ２７も中立点にあるので、電圧信号Ｖは変化しない。
そして、ハンドルをさらに切ると、入力トルクＴが大きくなるので、揺動レバー９は支点部１０を中心として一方の側に揺動し、プランジャ１４がセンタリングスプリング１９に抗してケース１３内を摺動する。したがって、プランジャ１４に当接するロッド２５も移動し、ワイパ２７が抵抗素子２６上を矢印２８方向に摺動して、電圧信号Ｖは大きくなる。
【０００７】
このようにしてハンドルを一方の方向に切って、遊びの範囲を超えると、入力トルクＴに比例して、電圧信号Ｖが大きくなることになる。
ハンドルを最大限まで切ったら、今度は他方の方向に切ったとする。このとき、ハンドルに入力されるトルクＴは徐々に小さくなるので、ワイパ２７も中立点に復帰しようとし、電圧信号Ｖは比例的に小さくなっていく。
そして、遊びの範囲を超えて、ハンドルをさらに他方の方向に切ると、上記一方の方向に切ったときと同様に、揺動レバー９は支点部１０を中心として他方の側に揺動し、プランジャ１４がセンタリングスプリング１９に抗してケース１３内を摺動する。したがって、ロッド２５も移動し、ワイパ２７が抵抗素子２６上を矢印２９方向に摺動して、電圧信号Ｖはさらに小さくなる。
【０００８】
ハンドルを最大限まで切ったら、再び一方の方向に切るものとする。このとき、ハンドルに入力されるトルクＴは徐々に小さくなるので、ワイパ２７も中立点に復帰しようとし、電圧信号Ｖは比例的に大きくなっていく。
このようにしてハンドルを周期的に変化させると、入力トルクＴと電圧信号Ｖとの特性線は、図１２に示すように、同一線上を往復しないで、メカ的なフリクションや部材の変形などが原因となって、一つのヒステリシスループを描くことになる。
【０００９】
以上述べたように、入力トルクＴに応じて、電圧信号Ｖが図示しないコントローラーに出力される。
そして、図示しないコントローラーは、この電圧信号Ｖに見合ったモータ電流Ｉを、上記操舵ロッド２に連係させた電動モータに出力する。したがって、電動モータは上記モータ電流Ｉに応じて駆動し、前輪の転舵にアシスト力を付与することになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例の電動パワーステアリング装置では、長年使用すると、樹脂製のスプリングシート１７、１８がへたったり、カラー１１やその他の部材の接触部が磨耗したりして、プランジャ１４が図８の中立位置からずれてしまうことがある。そして、プランジャ１４が中立位置からずれると、このプランジャ１４に当接するロッド２５の位置もずれ、ワイパ２７が中立点からずれてしまう。
そのため、例えば、図１２の点線に示すように、入力トルクＴと電圧信号Ｖとの特性線が、ワイパ２７のずれ分だけずれてしまう。
そして、入力トルクＴと電圧信号Ｖとの特性線がずれると、ハンドルを同じ入力トルクＴで切ったとしても、ハンドルの切る方向によって電圧信号Ｖが異なってしまい、アシスト力にばらつきが生じることがあった。
また、スプリングシート１７、１８のへたりや、接触部の磨耗を避けるために、スプリングシート１７、１８を金属製にしたり、接触部を転がり接触にしたりすると、コストが嵩んで、装置も大型化してしまう。
この発明は、コストが嵩んだり、装置が大型化したりすることなく、入力トルクと電圧信号との関係のずれをできるだけ防止して、長年使用してもアシスト力にばらつきが生じることのない電動パワーステアリング装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、両端に前輪を連係させた操舵ロッドと、ハンドルを操舵ロッドに連係する連係機構と、操舵ロッドにアシスト力を付与する電動モータと、電動モータを制御するコントローラーと、ハンドルからの入力トルクに応じてワイパが抵抗素子上を摺動して、電圧信号を出力する構成にしたポテンショメータとを備え、上記コントローラーが、電圧信号に見合ったモータ電流を電動モータに出力する構成にした電動パワーステアリング装置を前提とする。
そして、第１の発明は、ポテンショメータの抵抗素子が、ワイパが位置する中立点付近の所定の範囲における単位当たりの抵抗値が、それ以外の範囲における単位当たりの抵抗値よりも小さくなっている点に特徴を有する。
第２の発明は、第１の発明において、コントローラーには、ポテンショメータから設定電圧信号が入力されるまで、電動モータにモータ電流を出力しない不感帯を設定するとともに、単位当たりの抵抗値を小さくした所定の範囲を、この不感帯内で設定した点に特徴を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜６にしたがって、この発明の第１実施例の電動パワーステアリング装置について説明する。ただし、この第１実施例では、ポテンショメータ２４の抵抗素子２６を変更しただけであり、それ以外の構成要素については上記従来例とまったく同じなので、同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図１のポテンショメータ２４の概略図に示すように、この第１実施例の抵抗素子２６では、ワイパ２７が位置する中立点付近の所定の範囲Ｈにおける単位当たりの抵抗値をｒ／２とし、それ以外の範囲ｈにおける単位当たりの抵抗値をｒとしている。
【００１３】
ただし、抵抗素子２６としての全抵抗値、すなわちｒ×ｈ＋(ｒ／２)×Ｈ＋ｒ×ｈは、従来例と同じくＲとなっているものとする。
そして、所定の範囲Ｈにおける単位当たりの抵抗値を小さくするために、抵抗素子２６の中央部分の幅を、それ以外の部分の幅の２倍にしている。
なお、この第１実施例では、抵抗素子２６がその幅を徐々に広げる形状となっている。したがって、実際にはその徐々に広がる部分の抵抗値が必ずしもｒ／２とはならないが、簡単に説明するため、ここでは、その部分の単位当たりの抵抗値もｒ／２として扱うことにする。
【００１４】
このようにしたポテンショメータ２４では、ロッド２５すなわちワイパ２７が摺動すると、その変位Ｘに応じて、電圧信号Ｖが図２に示すように変化する。
つまり、ワイパ２７が、中立点からいずれかの方向にＨ／２だけ摺動するまでは、単位当たりの抵抗値ｒ／２によって電圧信号Ｖの変化率は小さくなる。そして、ワイパ２７がＨ／２を超えて摺動すると、そこからは単位当たり抵抗値ｒによって電圧信号Ｖの変化率も大きくなる。
なお、図２に示す鎖線は、上記従来例の電動パワーステアリング装置におけるワイパ２７の変位Ｘと電圧信号Ｖとの特性線を示したものである。
【００１５】
また、この第１実施例では、抵抗素子２６の長さ(２ｈ＋Ｈ)を、従来例の抵抗素子の長さＬと同じにしているが、この(２ｈ＋Ｈ)は、必ずしもＬと一致させなくてもよい。
例えば、抵抗素子２６の長さ(２ｈ＋Ｈ)を、従来例の長さＬよりも長くすれば、図３に示すような特性線を得ることができる。
逆に、抵抗素子２６の長さ(２ｈ＋Ｈ)を、従来例の長さＬよりも短くすれば、図４に示すような特性線を得ることもできる。
【００１６】
このようにした第１実施例では、単位当たりの抵抗値を小さくする範囲Ｈを、以下のようにして決めている。
図５に示すように、入力トルクＴが遊びの範囲を超えると、この入力トルクＴに応じて、プランジャ１４がセンタリングスプリング１９に抗して移動する。したがって、ワイパ２７の変位Ｘは、入力トルクＴに比例して変化する。
また、すでに説明したように、ワイパ２７の変位Ｘに対して、電圧信号Ｖは、変化率の緩やかな直線(０≦Ｘ≦Ｈ／２)と、それに連続する変化率の大きな直線(Ｈ／２＜Ｘ)とで変化する。
ここで、図示しないコントローラーには、電圧信号Ｖが設定電圧信号Ｖ₂に達するまで、つまり、入力トルクＴがＴ₂に達するまで、モータ電流Ｉを電動モータに流さない不感帯を設定している。
【００１７】
不感帯、つまり、入力トルクＴがＴ₂以下というのは、車両が高速走行していたり、低速走行時にほとんどハンドルを切っていなかったりする状況である。そして、この範囲では、アシスト力を付与する必要はないので、コントローラーはモータ電流を電動モータに出力しない。
それに対して、入力トルクＴがＴ₂に達するというのは、低速走行でハンドルを大きく切ったような状況である。そして、この範囲では、アシスト力を付与しなければならないので、コントローラーは電圧信号Ｖに見合ったモータ電流Ｉを電動モータに出力している。
このように、不感帯を超えたとき、はじめて、モータ電流Ｉが電動モータに出力されることになる。
【００１８】
そして、抵抗素子２６の単位当たりの抵抗値を小さくした範囲Ｈを、この不感帯内で設定している。したがって、電圧信号Ｖの変化率が変わる点を超えてから、電動モータにモータ電流Ｉが流されることになり、抵抗素子２６の単位当たりの抵抗値を変えたことによって、アシスト力に影響を与えることはない。
なお、この第１実施例と上記従来例とを比較すると、図２〜４からもわかるように、ワイパ２７のある変位Ｘに対して電圧信号Ｖの値が異なることになるが、この違いはコントローラーのソフトで対応すればよい。
【００１９】
以上述べた第１実施例によれば、樹脂性のスプリングシート１７、１８がへたったり、カラー１１やその他の部材の接触部が磨耗したりして、ワイパ２７が中立点からずれたしても、ワイパ２７が位置する中立点付近の所定の範囲Ｈにおける単位当たりの抵抗値を小さくしているので、入力トルクＴと電圧信号Ｖとの特性線のずれ量を小さくすることができる。
例えば、図６に示すように、従来例の電動パワーステアリング装置と同じだけワイパ２７が中立点からずれたとき、入力トルクＴと電圧信号Ｖとの特性線がΔＶ₃だけずれるとすれば、このΔＶ₃を、従来例のずれ分ΔＶ₄よりも単位当たりの抵抗値の比分だけ小さくすることができる。
【００２０】
そして、入力トルクＴと電圧信号Ｖとの特性線のずれ量を小さくすることができれば、ハンドルの切る方向によってアシスト力にばらつきが生じるのを防止することができる。
なお、ワイパ２７の中立点がずれたとき、抵抗素子２６の単位当たりの抵抗値をｒ／２とした範囲Ｈがまだ不感帯内にあれば、つまり、ΔＶ₃＋Ｖ₁≦Ｖ₂を保っていれば、抵抗素子２６の単位当たりの抵抗値を変えたことによって、アシスト力に影響を与えることはない。
しかも、従来例の電動パワーステアリング装置に比べて、コストが嵩んだり、装置が大型化したりすることもない。
【００２１】
なお、この第１実施例では、抵抗素子２６の全抵抗値を従来例と同じＲとしているが、もちろん全抵抗値自体を変更してもかまわない。
例えば、ワイパが位置する中立点付近の所定の範囲Ｈにおける単位当たりの抵抗値だけを小さくして、それ以外の範囲における単位当たりの抵抗値を従来と同じにしたとする。
ただし、この場合は、抵抗素子２６の全抵抗値がＲよりも小さくなってしまうので、抵抗素子２６の両端に同じ一定の電圧を印加すると、オームの法則により抵抗素子２６を流れる電流値が大きくなってしまう。そして、抵抗素子２６を流れる電流が大きくなれば、コントローラーなどにもそれに対応できるだけの容量が要求され、ハード自体を変更しなければならないことがある。
それに対して、この第１実施例のように、抵抗素子２６の全抵抗値を従来例と同じＲにしておけば、コントローラーのソフトだけを変更するだけで対応することができ、コストが嵩んでしまうことはない。
【００２２】
図７、８に示す第２実施例は、抵抗素子２６の形状を変更しただけである。
図７に示すように、第１実施例と同じく、ワイパ２７が位置する中立点付近の所定の範囲Ｈにおける単位当たりの抵抗値をｒ／２とし、それ以外の範囲における単位当たりの抵抗値をｒとしている。そして、単位当たりの抵抗値を小さくするために、抵抗素子２６の中央部分の幅を直角的に広げ、その幅を、それ以外の部分の幅の２倍にしている。
このようにした第２実施例では、図８に示すように、変化率の緩やかな直線(０≦Ｘ≦Ｈ／２)と、それに連続する変化率の大きな直線(Ｈ／２＜Ｘ)とが、点で連続することになり、第１実施例のようになだらかには連続しない。
なお、その他の構成、及び作用・効果については、上記第１実施例と同じなので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００２３】
これら第１、２実施例以外にも、図示しないが、抵抗素子２６のワイパ２７が位置する中立点付近の所定の範囲Ｈに、導電性の高いメッキをするなどして、単位当たりの抵抗値を小さくしてもかまわない。
また、第１、２実施例では、ワイパ２７が位置する中立点付近の所定の範囲Ｈにおける単位当たりの抵抗値(ｒ／２)が、それ以外の範囲における単位当たりの抵抗値(ｒ)の半分となっているが、その比については自由に設定すればよい。
さらにまた、ポテンショメータとしては、直線摺動型に限らず、その他のタイプ、例えば回転型のポテンショメータであってもかまわない。
【００２４】
【発明の効果】
第１の発明によれば、ワイパが中立点からずれたとしても、ワイパが位置する中立点付近の所定の範囲における単位当たりの抵抗値を小さくしているので、入力トルクと電圧信号との特性線のずれ量を小さくすることができる。そして、入力トルクと電圧信号との特性線のずれ量を小さくできれば、ハンドルの切る方向によってアシスト力にばらつきが生じるのを防止することができる。
しかも、コストが嵩んだり、装置が大型化したりすることもない。
第２の発明によれば、第１の発明において、単位当たりの抵抗値を小さくした所定の範囲を不感帯に設定したので、アシスト力になんら影響を与えることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のポテンショメータを示す図であり、(ａ)はポテンショメータの概略図であり、(ｂ)は抵抗素子２６の形状を具体的に示した図である。
【図２】第１実施例におけるワイパ２７の変位Ｘと電圧信号ｖとの特性線を示す図である。
【図３】抵抗素子２６の長さを従来例の長さよりも長くしたときのワイパ２７の変位Ｘと電圧信号ｖとの特性線を示す図である。
【図４】抵抗素子２６の長さを従来例の長さよりも短くしたときのワイパ２７の変位Ｘと電圧信号ｖとの特性線を示す図である。
【図５】第１実施のポテンショメータの特性線を示す図である。
【図６】第１実施例における入力トルクＴと電圧信号Ｖとの特性線を示す図である。
【図７】第２実施例のポテンショメータを示す図であり、(ａ)はポテンショメータの概略図であり、(ｂ)は抵抗素子２６の形状を具体的に示した図である。
【図８】第２実施例におけるワイパ２７の変位Ｘと電圧信号ｖとの特性線を示す図である。
【図９】電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図１０】図９のＸ-Ｘ線の断面図である。
【図１１】従来例のポテンショメータを示す図であり、(ａ)はポテンショメータの概略図であり、(ｂ)は抵抗素子２６の形状を具体的に示した図である。
【図１２】従来例におけるワイパ２７の変位Ｘと電圧信号ｖとの特性線を示す図である。
【符号の説明】
２ 操舵ロッド
３ 入力軸
６ ピニオン
７ ラック
２４ ポテンショメータ
２６ 抵抗素子
２７ ワイパ

Claims (2)

1. 両端に前輪を連係させた操舵ロッドと、ハンドルを操舵ロッドに連係する連係機構と、操舵ロッドにアシスト力を付与する電動モータと、電動モータを制御するコントローラーと、ハンドルからの入力トルクに応じてワイパが抵抗素子上を摺動して、電圧信号を出力する構成にしたポテンショメータとを備え、上記コントローラーが、電圧信号に見合ったモータ電流を電動モータに出力する構成にした電動パワーステアリング装置において、ポテンショメータの抵抗素子は、ワイパが位置する中立点付近の所定の範囲における単位当たりの抵抗値が、それ以外の範囲における単位当たりの抵抗値よりも小さくなっ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. コントローラーには、ポテンショメータから設定電圧信号が入力されるまで、電動モータにモータ電流を出力しない不感帯を設定するとともに、単位当たりの抵抗値を小さくした所定の範囲を、この不感帯内で設定した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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