JP3769136B2

JP3769136B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3769136B2
Application number: JP36607098A
Authority: JP
Inventors: 哲也村上; 達裕山元
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2018-12-07
Also published as: JP2000168584A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵補助力発生用モータの出力を、ギアを介してステアリングシャフトに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】
操舵補助力発生用モータにより回転駆動される駆動ギアと、その駆動ギヤに噛み合う従動ギアに連結されるステアリングシャフトとを備える電動パワーステアリング装置においては、路面の凹凸等に基づき、その駆動ギヤと従動ギアの噛み合い部に車輪を介して路面から断続的に反力が作用する。直進操舵時においては、その反力により、駆動ギアと従動ギアが噛み合い部におけるバックラッシ分だけ相対回転し、連続的な歯打ち音が発生するという問題がある。
【０００３】
そのバックラッシを小さくすることで歯打ち音を低減することはできるが、ギアを非常に高精度に加工する必要があるため加工コストが増大し、また、連続的な歯打ち音の発生を完全には防止できない。
【０００４】
そこで、その駆動ギヤの歯面と従動ギアの歯面とが常時接触するように、単一のバネが発生する弾力を、その駆動ギヤと従動ギアとに噛み合う複数のギアからなるギア機構を介して作用させることが提案されている（特開平９‐１６４９６４号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのような専用のギア機構を設けると、装置の大型化、重量、部品点数、製造コストの増大という問題が生じる。また、従来の構成では、操舵後におけるステアリングホイールの直進操舵位置への復帰は、ホイールアラインメントに基づき路面から車輪を介して作用する力のみである。そのため、高出力でロストルクが大きな操舵補助力発生用モータを使用した場合、ステアリングホイールが円滑に直進操舵位置に復帰しないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問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。
【０００７】
【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、操舵補助力発生用モータと、そのモータにより回転駆動される駆動ギアと、その駆動ギアに噛み合う従動ギアと、その従動ギアに連結されるステアリングシャフトと、直進操舵時に駆動ギアから従動ギヤに伝達される捩じりトルクを発生するように設けられる第１弾性部材と、直進操舵時に従動ギアから駆動ギヤに伝達される捩じりトルクを発生するように設けられる第２弾性部材とを備える。その第１弾性部材の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフトに作用するトルクと第２弾性部材の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフトに作用するトルクとは、直進操舵時において方向が互いに逆で大きさが互いに等しくなるように設定されている。
本発明の構成によれば、直進操舵時において、第１弾性部材の発生捩じりトルクは駆動ギアから従動ギアに伝達され、第２弾性部材の発生捩じりトルクは従動ギアから駆動ギアに伝達され、その第１弾性部材の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフトに作用するトルクと第２弾性部材の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフトに作用するトルクとは方向が互いに逆である。よって、両弾性部材の弾力により駆動ギアの歯面と従動ギアの歯面とは互いに押し付けられるので、車輪を介して路面から作用する反力により両ギアの噛み合い部において連続的な歯打ち音が発生するのを防止できる。この際、その第１弾性部材の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフトに作用するトルクと第２弾性部材の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフトに作用するトルクとは大きさが互いに等しくされているので、両バネの弾力により左右に操舵されることはない。
【０００８】
その第１弾性部材は、発生捩じりトルクの大きさが左右一方への操舵時は増加し左右他方への操舵時は減少するように設けられ、その第２弾性部材は、発生捩じりトルクの大きさが左右一方への操舵時は減少し左右他方への操舵時は増加するように設けられ、左右操舵時における両弾性部材の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフトに作用するトルクの方向は、ステアリングホイールを直進操舵位置に復帰させるように設定されているのが好ましい。
これにより、左右一方への操舵時は第１弾性部材の発生捩じりトルクにより、左右他方への操舵時は第２弾性部材の発生捩じりトルクにより、ステアリングホイールを直進操舵位置に復帰させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
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６の舵角を変化させる。
【００１０】
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力発生用モータ８と、そのモータ８により回転駆動されるウォーム（駆動ギア）９と、このウォーム９に噛み合うウォームホイール（従動ギア）１０とが設けられている。そのウォーム９とウォームホイール１０はモータ８の回転を減速してステアリングシャフト３に伝達する減速機構を構成する。
【００１１】
そのトルクセンサ７は、前記ステアリングシャフト３を覆うハウジング２１を有する。そのハウジング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にピン２２により連結される筒状の第２シャフト３ｂと、この第２シャフト３ｂ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３シャフト３ｃとに分割されている。各シャフト３ａ、３ｂ、３ｃの中心に沿って弾性部材としてトーションバー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と第２シャフト３ｂとに前記ピン２２により連結され、他端はピン２４により第３シャフト３ｃに連結されている。これにより、その第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとは操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能とされている。その第２シャフト３ｂは、そのハウジング２１に圧入されたステアリングコラム３０に、ブッシュ３１を介して支持される。その第３シャフト３ｃは、ハウジング２１に取り付けられる２個のボールベアリング２６、２７により支持される。そのハウジング２１は、ブラケット２８を介して車体に取り付けられる。
【００１２】
図２に示すように、その第２シャフト３ｂの外周の一部と第３シャフト３ｃの内周の一部とは互いに対向する非円形部３ｂ′、３ｃ′とされ、その第２シャフト３ｂの非円形部３ｂ′と第３シャフト３ｃの非円形部３ｃ′とが当接することで、両シャフト３ｂ、３ｃ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。
【００１３】
上記ウォームホイール１０は、その第３シャフト３ｃに圧入されることでステアリングシャフト３に同行回転するように連結されている。そのウォームホイール１０は、外周側の合成樹脂製歯部１０ａと、内周側の金属製スリーブ１０ｂとを一体化することで構成されている。そのウォームホイール１０に噛み合う上記ウォーム９は、駆動シャフト５０の外周に一体的に形成されている。その駆動シャフト５０が上記モータ８により駆動可能とされている。
【００１４】
そのトルクセンサ７は、そのハウジング２１により保持される第１、第２検出コイル３３、３４と、その第２シャフト３ｂの外周に嵌め合わされてピン３５により固定される磁性材製の第１検出リング３６と、その第３シャフト３ｃの外周に圧入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に配線によって接続される。
【００１５】
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。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前記モータ８が駆動され、前記ウォーム９、ウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３に操舵補助力が付与される。
【００１６】
図４に示すように、上記ハウジング２１に取り付けられるモータ８の出力軸８ａは電磁クラッチ５１に接続されている。すなわち、その出力軸８ａは電磁クラッチ５１の駆動側部材５２に一体化されると共にボールベアリング５３を介して従動側部材５４に相対回転可能に支持される。その従動側部材５４と上記駆動シャフト５０とが、その従動側部材５４の内周と駆動シャフト５０の外周とに形成されたセレーションを介して回転伝達可能かつ軸方向相対移動可能に連結されている。その駆動側部材５２に取り付けられた摩擦板５５と従動側部材５４に取り付けられた摩擦板５６とが、ソレノイド５７の励磁により接続され、消磁により接続解除される。
【００１７】
その駆動シャフト５０は、上記ハウジング２１に設けられた駆動シャフト配置孔２１″内で玉軸受６２、６３により支持されている。一方の軸受６２の外輪６２ａはハウジング２１の壁２１ｃに当接し、内輪６２ｂは駆動シャフト５０の外周の第１フランジ５０ａに接する。他方の軸受６３の外輪６３ａは環状の予圧付与部材６５に接し、内輪６３ｂは駆動シャフト５０の外周の第２フランジ５０ｂに接する。その予圧付与部材６５はハウジング２１にねじ合わされ、また、その外周にロックナット６６がねじ合わされる。その予圧付与部材６５をハウジング２１にねじ込むことで、両軸受６２、６３に予圧が付与される。
【００１８】
図４、図５に示すように、直進操舵時にウォーム９からウォームホイール１０に伝達される捩じりトルクを発生するように捩じりうず巻きバネ（第１弾性部材）８１が設けられている。すなわち、そのうず巻きバネ８１は上記駆動シャフト５０の外周に配置され、その一端は駆動シャフト５０にセレーションを介して同行回転可能に嵌め合わされたスリーブ８２に連結され、他端はハウジング２１に連結される。そのうず巻きバネ８１の発生捩じりトルクの大きさは、左右一方への操舵時は増加し左右他方への操舵時は減少するものとされている。
【００１９】
図１に示すように、直進操舵時にウォームホイール１０からウォーム９に伝達される捩じりトルクを発生するように捩じりコイルバネ（第２弾性部材）８３が設けられている。すなわち、そのコイルバネ８３はステアリングシャフト３の第３シャフト３ｃを覆うように配置され、一端がブラケット２８を介してハウジング２１に連結され、他端がステアリングシャフト３に連結される。そのコイルバネ８３の発生捩じりトルクの大きさは、左右一方への操舵時は減少し左右他方への操舵時は増加するものとされている。
【００２０】
図６における実線Ａは、上記うず巻きバネ８１の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフト３に作用するトルクとステアリングホイール２の操舵角との関係を示し、実線Ｂは、上記コイルバネ８３の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフト３に作用するトルクとステアリングホイール２の操舵角との関係示する。操舵角が零の時、うず巻きバネ８１の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフト３に作用するトルクは＋Ｔとされ、コイルバネ８３の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフト３に作用するトルクは−Ｔとされている。すなわち、うず巻きバネ８１の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフト３に作用するトルクとコイルバネ８３の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフト３に作用するトルクとは、直進操舵時において方向が互いに逆で大きさが互いに等しくなるように設定されている。ウォーム９とウォームホイール１０は減速機構を構成することから、うず巻きバネ８１の発生捩じりトルクの大きさは、コイルバネ８３の発生捩じりトルクの大きさに、その減速機構の減速比を乗じた値に等しくされている。また、左右操舵時におけるうず巻きバネ８１とコイルバネ８３の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフト３に作用するトルクの方向は、ステアリングホイール２を直進操舵位置に復帰させるように設定されている。
【００２１】
本発明の構成によれば、直進操舵時において、うず巻きバネ８１の発生捩じりトルクはウォーム９からウォームホイール１０に伝達され、コイルバネ８３の発生捩じりトルクはウォームホイール１０からウォーム９に伝達され、そのうず巻きバネ８１の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフト３に作用するトルクとコイルバネ８３の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフト３に作用するトルクとは方向が互いに逆である。よって、そのうず巻きバネ８１とコイルバネ８３の弾力によりウォーム９の歯面とウォームホイール１０の歯面とは互いに押し付けられるので、車輪６を介して路面から作用する反力により両ギア９、１０の噛み合い部において連続的な歯打ち音が発生するのを防止できる。この際、そのうず巻きバネ８１の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフト３に作用するトルクとコイルバネ８３の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフト３に作用するトルクとは大きさが互いに等しくされているので、両バネの弾力により左右に操舵されることはない。また、左右一方への操舵時はうず巻きバネ８１の発生捩じりトルクにより、左右他方への操舵時はコイルバネ８３の発生捩じりトルクにより、ステアリングホイール２を直進操舵位置に復帰させることができる。
【００２２】
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、駆動ギアと従動ギアとしてベベルギヤや他のギヤを用いてもよい。また、第１弾性部材としてうず巻きバネ以外の例えばコイルバネやトーションバーを用い、第２弾性部材としてコイルバネ以外の例えばうず巻きバネやトーションバーを用いてもよい。また、各弾性部材の取り付け位置は、直進操舵時に第１弾性部材が駆動ギアから従動ギヤに伝達される捩じりトルクを発生し、第２弾性部材が従動ギアから駆動ギヤに伝達される捩じりトルクを発生するように設けられていれば特に限定されない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成で歯打ち音の発生を防止でき、しかも、その構成を利用してステアリングホイールを操舵後に円滑に直進操舵位置へ復帰させることができる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【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】図１のＩＶ‐ＩＶ線断面図
【図５】図４のＶ‐Ｖ線断面図
【図６】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるステアリングホイールの操舵角と弾性部材の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフトに作用するトルクとの関係を示す図
【符号の説明】
３ステアリングシャフト
８操舵補助力発生用モータ
９ウォーム（駆動ギア）
１０ウォームホイール（従動ギア）
８１うず巻きバネ（第１弾性部材）
８３コイルバネ（第２弾性部材）

Claims

操舵補助力発生用モータと、
そのモータにより回転駆動される駆動ギアと、
その駆動ギアに噛み合う従動ギアと、
その従動ギアに連結されるステアリングシャフトと、
直進操舵時に駆動ギアから従動ギヤに伝達される捩じりトルクを発生するように設けられる第１弾性部材と、
直進操舵時に従動ギアから駆動ギヤに伝達される捩じりトルクを発生するように設けられる第２弾性部材とを備え、
その第１弾性部材の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフトに作用するトルクと第２弾性部材の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフトに作用するトルクとは、直進操舵時において方向が互いに逆で大きさが互いに等しくなるように設定されている電動パワーステアリング装置。
その第１弾性部材は、発生捩じりトルクの大きさが左右一方への操舵時は増加し左右他方への操舵時は減少するように設けられ、
その第２弾性部材は、発生捩じりトルクの大きさが左右一方への操舵時は減少し左右他方への操舵時は増加するように設けられ、
左右操舵時における両弾性部材の発生捩じりトルクに基づきステアリングシャフトに作用するトルクの方向は、ステアリングホイールを直進操舵位置に復帰させるように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。