JP4458881B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングギヤボックス内に、長さ方向に切れ目なく連続し且つ左右両端が車輪に接続された単一のラックバーを左右移動可能に支持し、そのラックバーに設けたラックの左右方向に離間した二つの位置にそれぞれ第１ピニオンおよび第２ピニオンを噛合させ、第１ピニオンおよび第２ピニオンをそれぞれ第１アシストモータおよび第２アシストモータで駆動して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。

ステアリングハンドルの回転をピニオンおよびラックを介してラックバーに伝達するとともに、ラックバーをボールねじ機構を介して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アシストする電動パワーステアリング装置が、下記特許文献１により公知である。

この電動パワーステアリング装置は、ピニオンおよびラックの噛合部と、ボールねじ機構と、それらの中間位置に設けられた平軸受との３点でラックバーを支持することにより、操舵時におけるラックバーの振動を防止している。
特許第２９６６８１８号公報

ところで、電動パワーステアリング装置に２個のアシストモータを設ければ、その一方が故障しても機能を維持することが可能となって信頼性が高められる。この場合、ラックバーに設けたラックに第１、第２ピニオンを噛合させ、第１、第２ピニオンをそれぞれ第１、第２アシストモータで駆動すると、本明細書の発明の実施の形態の欄で詳述する独特の原因により、ラックバーに振動が発生して操舵フィーリングを低下させる問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ラックバーに設けたラックの左右方向に離間した位置を第１、第２ピニオンで駆動する電動パワーステアリング装置において、ラックバーの振動を防止して操舵フィーリングを高めることを目的とする。

上記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、ステアリングギヤボックス内に、長さ方向に切れ目なく連続し且つ左右両端が車輪に接続された単一のラックバーを左右移動可能に支持し、そのラックバーに設けたラックの左右方向に離間した二つの位置にそれぞれ第１ピニオンおよび第２ピニオンを噛合させ、第１ピニオンおよび第２ピニオンをそれぞれ第１アシストモータおよび第２アシストモータで駆動してドライバーのステアリング操作をアシストし、その第１，第２アシストモータの駆動を制御する電子制御ユニットが、その両アシストモータの何れか一方を優先的に駆動される主モータとして、またその何れか他方を補助的に駆動される副モータとしてそれぞれ駆動すると共にその駆動中に主モータ及び副モータの関係を入れ替える制御と、主モータ及び副モータを相互に同方向に駆動する状態と相互に逆方向に駆動する状態とを切り替える制御とを実行可能である電動パワーステアリング装置であって、ラックバーの、第１ピニオンおよび第２ピニオンに挟まれた中間部と、ステアリングギヤボックスとの間に、何れかの前記制御の際の両アシストモータの駆動に因るラックバーの前記中間部の撓みを抑制するように該中間部を支持する支持部を設けた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に記載された発明の前記構成に加えて、前記支持部が、前記ラックバーの前記中間部に対し左右方向の摺動のみを許容して他の方向への撓みを規制するよう係合す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、実施例のプレーンベアリング３９は本発明の支持部に対応する。

本発明によれば、ラックバーに設けたラックの左右方向に離間した二つの位置に噛合する第１ピニオンおよび第２ピニオンをそれぞれ第１アシストモータおよび第２アシストモータで駆動すると、第１、第２アシストモータの駆動力の大きさや方向によってラックバーに振動が発生するが、ラックバーの、第１ピニオンおよび第２ピニオンに挟まれた中間部と、ステアリングギヤボックスとの間に、両アシストモータの駆動に因るラックバーの前記中間部の撓みを抑制するように該中間部を支持する支持部を設けたので、前記振動の発生を防止して操舵フィーリング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８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、図５は図１の５−５線拡大断面図、図６の図５の６−６線断面図、図７および図８はラックバーが振動を起こす理由の説明図である。

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に設けられらラック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アシストされる。

図５および図６に示すように、第１減速機１６Ａおよび第２減速機１６Ｂの中間に位置するステアリングギヤボックス１８の内周面に環状のプレーンベアリング３９が装着されており、このプレーンベアリング３９の内周面にラックバー２９の外周面が摺動自在に案内される。従って、ラックバー２９は第１ピニオン２８Ａおよびラック３０の噛合部と、第２ピニオン２８Ｂおよびラック３０の噛合部と、プレーンベアリング３９との３点でステアリングギヤボックス１８に支持される。

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１、第２アシストモータＭＡ，ＭＢの一方が主モータとして優先的に駆動され、主モータ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、第２アシストモータＭＡ，ＭＢの他方が副モータとして同方向に駆動される。

このように、第１、第２アシストモータＭＡ，ＭＢを、優先的に駆動される主モータと、補助的に駆動される副モータとに使い分けると、駆動される頻度の高い主モータと駆動される頻度の低い副モータとの劣化の度合いがアンバランスになる問題がある。そこで、主モータおよび副モータの関係を逐次入れ替えることで、第１、第２アシストモータＭＡ，ＭＢの耐久性を均一化する制御が行われる。

上述した理由で第１アシストモータＭＡが大きなトルクを発生し、第２アシストモータＭＢが小さなトルクを発生すると、第１ピニオン２８Ａに噛合するラック３０を有するラックバー２９を車体前後方向に押圧する大きな荷重Ｆａが作用し、第２ピニオン２８Ｂに噛合するラック３０を有するラックバー２９を車体前後方向に押圧する小さな荷重Ｆｂが作用する（図７（Ａ）参照）。

逆に第１アシストモータＭＡが小さなトルクを発生し、第２アシストモータＭＢが大きなトルクを発生すると、第１ピニオン２８Ａの位置でラックバー２９を車体前後方向に押圧する小さな荷重Ｆａが作用し、第２ピニオン２８Ｂの位置でラックバー２９を車体前後方向に押圧する大きな荷重Ｆｂが作用する（図７（Ｂ）参照）。

従って、図７（Ａ）の状態と図７（Ｂ）の状態とが切り替わると、図７（Ｃ）に示すようにラックバー２９が振動を起こし、ラック３０および第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂ間の噛合精度が低下して操舵フィーリングが悪くなる場合がある。

また第１、第２アシストモータＭＡ，ＭＢが同方向に駆動されるとき（図８（Ａ）参照）、つまりアシストトルクが大きいとき、第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂとラック３０との噛合部に大きな操舵反力が作用するため、ラック３０がバックラッシュによりガタつくことはない。しかしながら、アシストトルクが小さいときはラック３０がバックラッシュによりガタつく可能性があるため、副モータおよび主モータを相互に逆方向に駆動してラック３０のバックラッシュを抑制する制御が行われる（図８（Ｂ）および図８（Ｃ）参照）。

従って、図８（Ａ）の状態と図８（Ｂ）の状態とが切り替わったり、図８（Ａ）の状態と図８（Ｃ）の状態とが切り替わったりすると、図８（Ｄ）に示すようにラックバー２９が振動を起こし、ラック３０および第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂ間の噛合精度が低下して操舵フィーリングが悪くなる場合がある。

このように、ラック３０を第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂで駆動する電動パワーステアリング装置では、それに特有の原因でラックバー２９が振動を起こしてラック３０および第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂ間の噛合精度が低下する問題があるが、本実施例では第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂに挟まれたラックバー２９の中間部をプレーンベアリング３９で支持することにより、ラックバー２９の左右方向の摺動のみを許容して他の方向への撓みを規制しているので、上述したラックバー２９の振動を確実に防止して操舵フィーリングの低下を回避することができる。

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、本発明の支持部は実施例のプレーンベアリング３９に限定されず、ラックバー２９の左右方向の摺動を許容しながら、それと直交する方向の変位を規制できるものであれば、任意の構造のもの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 図１の５−５線拡大断面図 図５の６−６線断面図 ラックバーが振動を起こす理由の説明図 ラックバーが振動を起こす理由の説明図

１８ ステアリングギヤボックス
２８Ａ 第１ピニオン
２８Ｂ 第２ピニオン
２９ ラックバー
３０ ラック
３９ プレーンベアリング（支持部）
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 (2)

1. ステアリングギヤボックス（１８）内に、長さ方向に切れ目なく連続し且つ左右両端が車輪（ＷＬ，ＷＲ）に接続された単一のラックバー（２９）を左右移動可能に支持し、そのラックバー（２９）に設けたラック（３０）の左右方向に離間した二つの位置にそれぞれ第１ピニオン（２８Ａ）および第２ピニオン（２８Ｂ）を噛合させ、第１ピニオン（２８Ａ）および第２ピニオン（２８Ｂ）をそれぞれ第１アシストモータ（ＭＡ）および第２アシストモータ（ＭＢ）で駆動してドライバーのステアリング操作をアシストし、その第１，第２アシストモータ（ＭＡ，ＭＢ）の駆動を制御する電子制御ユニット（Ｕ）が、その両アシストモータ（ＭＡ，ＭＢ）の何れか一方を優先的に駆動される主モータとして、またその何れか他方を補助的に駆動される副モータとしてそれぞれ駆動すると共にその駆動中に主モータ及び副モータの関係を入れ替える制御と、主モータ及び副モータを相互に同方向に駆動する状態と相互に逆方向に駆動する状態とを切り替える制御とを実行可能である電動パワーステアリング装置であって、
   ラックバー（２９）の、第１ピニオン（２８Ａ）および第２ピニオン（２８Ｂ）に挟まれた中間部と、ステアリングギヤボックス（１８）との間に、何れかの前記制御の際の両アシストモータ（ＭＢ）の駆動に因るラックバー（２９）の前記中間部の撓みを抑制するように該中間部を支持する支持部（３９）を設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記支持部（３９）は、前記ラックバー（２９）の前記中間部に対し左右方向の摺動のみを許容して他の方向への撓みを規制するよう係合す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。

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