JP4458880B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングハンドルにステアリングシャフトを介して機械的に連動、連結されたピニオンシャフトに設けたピニオンと、左右両端が車輪に接続されたラックバーに設けたラックとを噛合させ、ステアリングハンドルから車輪への操舵トルク伝達経路上に第１、第２アシストモータを配置し、第１、第２アシストモータの少なくとも一方のアシストトルクでドライバーのステアリング操作をアシストする電動パワーステアリング装置に関する。

左右両端が左右の車輪に接続されたリレーロッドの中間部にボールねじ機構を設け、このボールねじ機構を差動機構を介して二つの転舵モータに接続した車両用操舵装置が、下記特許文献１により公知である。この車両用操舵装置によれば、二つの転舵モータの何れか一方を駆動することで、差動機構およびボールねじ機構を介してリレーロッドを左右に移動させて左右の車輪を転舵することができる。また二つの転舵モータとボールねじ機構との間に差動機構を設けたことで、一方の転舵モータが故障した場合でも他方の転舵モータで転舵を支障なく継続することができる。
特開２００３−１１８５９７号公報

ＲＶ車両のような高軸荷重の車両に電動パワーステアリング装置を搭載する場合、大きなアシストトルクを得るために２個のアシストモータを設けることがある。例えば、ラックバーに形成したラックに、ステアリングハンドルに接続された第１ピニオンと、ステアリングハンドルに接続されない第２ピニオンとを噛合させ、第１、第２ピニオンをそれぞれ対応する第１、第２アシストモータで駆動することで、ドライバーのステアリング操作を効果的にアシストすることができる。

ところで、ステアリングハンドルにステアリングシャフトを介して機械的に連動、連結されたピニオンシャフトを駆動するようにアシストモータを設けると、車両の衝突時に後退するエンジンに押されたアシストモータと共にピニオンシャフトおよびステアリングシャフトが後退するため、ステアリングハンドルが車室内に突出してエアバッグによる衝撃吸収効果が充分に発揮されない可能性がある。またステアリングハンドルに接続されたピニオンシャフトをアシストモータで駆動すると、ピニオンおよびラックの噛合部にドライバーがステアリングハンドルに入力する操舵トルクと、アシストモータが発生するアシストトルクと、路面反力トルクとの合力が作用するため、前記アシストトルクの分だけ負荷が増加してピニオンおよびラックの耐久性が低下する問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、二つのアシストモータを備えた電動パワーステアリング装置において、車両の衝突時にステアリングハンドルの車室内への突出を最小限に抑えることを第１の目的とし、更にピニオンおよびラックの耐久性低下を最小限に抑えることを第２の目的とする。

上記第１の目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ステアリングハンドルにステアリングシャフトを介して機械的に連動、連結されたピニオンシャフトに設けたピニオンと、ステアリングギヤボックス内に左右移動可能に支持されて左右両端が車輪に接続されたラックバーの中間部に設けたラックとを噛合させ、ステアリングハンドルから車輪への操舵トルク伝達経路上に第１、第２アシストモータを配置し、第１、第２アシストモータの少なくとも一方のアシストトルクでドライバーのステアリング操作をアシストする電動パワーステアリング装置において、第１アシストモータは、ピニオンシャフトの周辺に設けた第１減速機を介してピニオンシャフトにアシストトルクを入力するように、該第１減速機の一側に配置されていて、第２アシストモータよりも小型であり、且つその第２アシストモータよりもステアリングシャフトから近い位置に在り、第２アシストモータは、第１減速機から離間してラックバーの周辺に設けた第２減速機を介してラックバーにアシストトルクを入力するように、該第２減速機の一側に配置されていて、ピニオンシャフトより左右方向に離間し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案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、第１、第２アシストモータのうち第２アシストモータを優先的に作動させ、第２アシストモータだけではアシストトルクが不足するときに第１アシストモータを作動させることを特徴とする電動パワーステアリング装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１又は２の構成に加えて、第１、第２アシストモータが、ステアリングギヤボックスよりも車両前方側に張り出して配置されることを特徴とする電動パワーステアリング装置が提案される。

また上記第２の目的を達成するために、請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜３の何れかの発明のの構成に加えて、第１アシストモータが、第２アシストモータよりも小出力であることを特徴とする電動パワーステアリング装置が提案される。

尚、実施例の上部ステアリングシャフト１２および下部ステアリングシャフト１４は本発明のステアリングシャフトに対応し、実施例の第１ピニオンシャフト１７Ａは本発明のピニオンシャフトに対応し、実施例の第１ピニオン２８Ａは本発明のピニオンに対応する。

本発明によれば、ピニオンシャフト周辺に設けた第１減速機の一側に配置されて第１減速機を介してピニオンシャフトにアシストトルクを入力する第１アシストモータと、第１減速機から離間してラックバー周辺に設けた第２減速機の一側に配置されて第２減速機を介してラックバーにアシストトルクを入力する第２アシストモータとを備えていて、そのラックバー駆動用の第２アシストモータよりもピニオンシャフト駆動用の第１アシストモータを小型にし且つステアリングシャフトから近い位置に配置したので、車両の衝突時に前方から後退する部材と第１アシストモータとのクリアランスを大きく確保し、第１アシストモータに接続されたピニオンシャフトおよびステアリングシャフトの後退によるステアリングハンドルの車室内への突出を最小限に抑えることができる。

また特に請求項２の発明によれば、第２アシストモータを第１アシストモータに対して優先的に作動させ、第２アシストモータだけではアシストトルクが不足するときに第１アシストモータを作動させるので、停止している頻度が高い第１アシストモータを小型化したことで、その第１アシストモータのフリクションが操舵フィーリングに与える影響を最小限に抑えることができる。しかもドライバーがステアリングハンドルに入力する操舵トルクが余分に加わるピニオンおよびラックの噛合部に第１アシストモータのアシストトルクが作用する頻度が低くなるので、前記ピニオンおよびラックの噛合部の耐久性を効果的に高めることができる。

また第１アシストモータに接続されたピニオンとラックとの噛合部には、第２アシストモータからラックバーへのアシストトルクの入力部に比べて、ドライバーがステアリングハンドルに入力する操舵トルク分だけ大きな負荷が作用するが、特に請求項４の発明によれば、第１アシストモータを第２アシストモータよりも小出力にしたことで、前記ピニオンとラックとの噛合部に加わる負荷を減少させて耐久性を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の一実施例を示すものであり、図１は電動パワーステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図１の４−４線拡大断面図である。

図１に示すように、ステアリングハンドル１１と一体に回転する上部ステアリングシャフト１２は、上部ユニバーサルジョイント１３、下部ステアリングシャフト１４および下部ユニバーサルジョイント１５を介して、第１減速機１６Ａから上方に突出する第１ピニオンシャフト１７Ａに接続される。第１減速機１６Ａの下端に接続されたステアリングギヤボックス１８の左右両端から突出するタイロッド１９，１９が、左右の車輪ＷＬ，ＷＲの図示せぬナックルに接続される。第１減速機１６Ａには第１アシストモータＭＡが支持されており、この第１アシストモータＭＡの作動が、第１減速機１６Ａの内部に収納した操舵トルクセンサＳｔからの信号が入力される電子制御ユニットＵにより制御される。またステアリングギヤボックス１８に第２減速機１６Ｂが設けられており、この第２減速機１６Ｂに支持された第２アシストモータＭＢも電子制御ユニットＵにより制御される。

図２および図３に示すように、第１減速機１６Ａはステアリングギヤボックス１８と一体の下部ケース２１と、その上面にボルト２２…で結合された中間ケース２３と、その上面にボルト２４…で結合された上部ケース２５とを備えており、ステアリングギヤボックス１８および上部ケース２５にボールベアリング２６，２７で前記第１ピニオンシャフト１７Ａが回転自在に支持される。第１ピニオンシャフト１７Ａの下端に設けられた第１ピニオン２８Ａが、ステアリングギヤボックス１８の内部に左右移動自在に支持したラックバー２９に設けられたラック３０に噛合する。ステアリングギヤボックス１８に形成した貫通孔１８ａに押圧部材３１が摺動自在に収納されており、貫通孔１８ａを閉塞するナット部材３２との間に配置したスプリング３３で押圧部材３１をラックバー２９の背面に向けて付勢することで、ラックバー２９の撓みを抑制してラック３０を第１ピニオン２８Ａに正しく噛合させることができる。

第１減速機１６Ａの内部に延びる第１アシストモータＭＡの回転軸３４は、一対のボールベアリング３５，３６で下部ケース２１に回転自在に支持される。第１アシストモータＭＡの回転軸３４に設けられたウオーム３７は、第１ピニオンシャフト１７Ａに固定されたウオームホイール３８に噛合する。

図４に示すように、第２減速機１６Ｂの構造は第１減速機１６Ａの構造と類似しているが、第２減速機１６Ｂは上部ケース２５を備えておらず、ステアリングギヤボックス１８および中間ケース２３にボールベアリング２６，２７を介して第２ピニオンシャフト１７Ｂが支持される。そして第２ピニオンシャフト１７Ｂの下端に設けた第２ピニオン２８Ｂが、ラックバー２９のラック３０に噛合する。

尚、第２減速機１６Ｂの構成要素の符号には、第１、第２ピニオンシャフト１７Ａ，１７Ｂおよび第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂを除いて、対応する第１減速機１６Ａの構成要素の符号と同じものが使用されている。

しかして、第１アシストモータＭＡが駆動されると、その回転軸３４に設けたウオーム３７に噛合するウオームホイール３８を介して第１減速機１６Ａの第１ピニオンシャフト１７Ａが回転し、第１ピニオン２８Ａに噛合するラック３０が駆動されることで、ドライバーがステアリングハンドル１１に加える操舵トルクが第１アシストモータＭＡによってアシストされる。

また第２アシストモータＭＢが駆動されると、その回転軸３４に設けたウオーム３７に噛合するウオームホイール３８を介して第２減速機１６Ｂの第２ピニオンシャフト１７Ｂが回転し、第２ピニオン２８Ｂに噛合するラック３０が駆動されることで、ドライバーがステアリングハンドル１１に加える操舵トルクが第２アシストモータＭＢによってアシストされる。

図１から明らかなように、第１減速機１６Ａに設けられた第１アシストモータＭＡには、第２減速機１６Ｂに設けられた第２アシストモータＭＢよりも小型で小出力のものが用いられる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用を説明する。

ドライバーがステアリングハンドル１１に入力した操舵トルクを操舵トルクセンサＳｔが検出すると、電子制御ユニットＵは第１、第２アシストモータＭＡ，ＭＢに前記操舵トルクに応じたアシストトルクを発生させる。このとき第２アシストモータＭＢは優先的に駆動され、第２アシストモータＭＢが最大のアシストトルクを発生してもトルクが不足する場合に、そのトルクの不足分を補うように第１アシストモータＭＡが同時に駆動される。つまり第２アシストモータＭＢは常時駆動される主モータとして機能し、第１アシストモータＭＡは第２アシストモータＭＢのアシストトルクが不足したときに駆動される副モータとして機能する。

さて、車両が衝突して正面からバンパーに大きな荷重が加わり、その荷重によってエンジンルーム内のエンジンが後方に押されて後退すると、エンジンの後方に配置されたステアリングギヤボックス１８、第１減速機１６Ａ、第２減速機１６Ｂ等も後退する。このようにして第１減速機１６Ａが後退すると、第１減速機１６Ａに設けた第１ピニオンシャフト１７Ａに接続された下部ステアリングシャフト１４および上部ステアリングシャフト１２が後方に押され、ステアリングハンドル１１が車室内に突出する可能性がある。このステアリングハンドル１１の突出を抑制するには、エンジンと第１減速機１６Ａとのクリアランスをできるだけ大きくし、エンジンが後退しても第１減速機１６Ａと干渉し難くすることが望ましい。

本実施例では、アシストモータを第１、第２アシストモータＭＡ，ＭＢに分離し、かつ第１減速機１６Ａに設けられた第１アシストモータＭＡを第２減速機１６Ｂに設けられた第２アシストモータＭＢよりも小型にしたので、前記クリアランスの拡大により衝突時に第１減速機１６Ａを後退し難くしてステアリングハンドル１１の車室内への突出を最小限に抑えることができる。しかも第１アシストモータＭＡを小型化したことで、その第１アシストモータＭＡを含む第１減速機１６Ａの質量を小さくし、衝突の衝撃で後退する第１減速機１６Ａの慣性を減少させてステアリングハンドル１１の突出を更に小さく抑えることができる。

また第２アシストモータＭＢにより駆動される第２ピニオン２８Ｂとラック３０との噛合部には、第２アシストモータＭＢが発生するアシストトルクと、路面反力との合力が作用するのに対し、第１アシストモータＭＡにより駆動される第１ピニオン２８Ａとラック３０との噛合部には、第１アシストモータＭＡが発生するアシストトルクと、ドライバーがステアリングハンドル１１に入力する操舵トルクと、路面反力との合力が作用するため、前記アシストトルクの分だけ第１ピニオン２８Ａとラック３０との噛合部の耐久性が低下する可能性がある。

しかしながら、第２アシストモータＭＢを主モータとして優先的に作動させることで第１アシストモータＭＡが作動する頻度を減らし、かつ第１アシストモータＭＡを第２アシストモータＭＢよりも小型にして発生するアシストトルクを小さくしたので、第１ピニオン２８Ａとラック３０との噛合部の耐久性の低下を防止し、第１ピニオン２８Ａとラック３０との噛合部の耐久性および第２ピニオン２８Ｂとラック３０との噛合部の耐久性を均一化することができる。

更に、第１アシストモータＭＡだけを駆動すると第２アシストモータＭＢのフリクションが負荷となり、また第２アシストモータＭＢだけを駆動すると第１アシストモータＭＡのフリクションが負荷となるが、作動する頻度の高い主モータである第２アシストモータＭＢを大型にし、作動する頻度の低い副モータである第１アシストモータＭＡを小型にしたので、停止しているアシストモータの負荷を最小限に抑えて操舵フィーリングを高めることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では第２アシストモータＭＢが発生するアシストトルクを第２ピニオン２８Ｂおよびラック３０を介してラックバー２９に伝達しているが、ボールねじ機構のような他の伝達手段を採用することができる。

電動パワーステアリング装置の全体斜視図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３−３線断面図 図１の４−４線拡大断面図

１１ ステアリングハンドル
１２ 上部ステアリングシャフト（ステアリングシャフト）
１４ 下部ステアリングシャフト（ステアリングシャフト）
１６Ａ 第１減速機
１６Ｂ 第２減速機
１７Ａ 第１ピニオンシャフト（ピニオンシャフト）
１８ ステアリングギヤボックス
２８Ａ 第１ピニオン（ピニオン）
２９ ラックバー
３０ ラック
ＭＡ 第１アシストモータ
ＭＢ 第２アシストモータ
ＷＬ 車輪
ＷＲ 車輪

Claims (4)

1. ステアリングハンドル（１１）にステアリングシャフト（１２，１４）を介して機械的に連動、連結されたピニオンシャフト（１７Ａ）に設けたピニオン（２８Ａ）と、ステアリングギヤボックス（１８）内に左右移動可能に支持されて左右両端が車輪（ＷＬ，ＷＲ）に接続されたラックバー（２９）に設けたラック（３０）とを噛合させ、ステアリングハンドル（１１）から車輪（ＷＬ，ＷＲ）への操舵トルク伝達経路上に第１、第２アシストモータ（ＭＡ，ＭＢ）を配置し、第１、第２アシストモータ（ＭＡ，ＭＢ）の少なくとも一方のアシストトルクでドライバーのステアリング操作をアシストする電動パワーステアリング装置において、
   第１アシストモータ（ＭＡ）は、ピニオンシャフト（１７Ａ）の周辺に設けた第１減速機（１６Ａ）を介してピニオンシャフト（１７Ａ）にアシストトルクを入力するように、該第１減速機（１６Ａ）の一側に配置されていて、第２アシストモータ（ＭＢ）よりも小型であり、且つその第２アシストモータ（ＭＢ）よりもステアリングシャフト（１２，１４）から近い位置に在り、
   第２アシストモータ（ＭＢ）は、第１減速機（１６Ａ）から離間してラックバー（２９）の周辺に設けた第２減速機（１６Ｂ）を介してラックバー（２９）にアシストトルクを入力するように、該第２減速機（１６Ｂ）の一側に配置されていて、ピニオンシャフト（１７Ａ）より左右方向に離間し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. 第１、第２アシストモータ（ＭＡ，ＭＢ）のうち第２アシストモータ（ＭＢ）を優先的に作動させ、第２アシストモータ（ＭＢ）だけではアシストトルクが不足するときに第１アシストモータ（ＭＡ）を作動させ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. 第１、第２アシストモータ（ＭＡ，ＭＢ）は、ステアリングギヤボックス（１８）よりも車両前方側に張り出して配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 第１アシストモータ（ＭＡ）が第２アシストモータ（ＭＢ）よりも小出力であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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