JP4524880B2 - 自動車の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】
本発明は、電動モータによってハンドル操舵を補助する自動車の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の電動パワーステアリング装置として、ステアリングシャフトのピニオンが歯合するラックシャフトに対して、電動モータの駆動トルクをラックシャフトの推力に変換するボールねじ機構を設けたものが知られている（例えば、特開平９−１３６６５５号公報参照）。このものでは、ステアリングシャフトのピニオンが歯合するラック部を、小ハンドル舵角では該ハンドル舵角に対する車輪の転舵量が小さく、大ハンドル舵角では該ハンドル舵角に対する車輪の転舵量が大きくなるような、ハンドル舵角に応じてギヤレシオが変化するバリアブルギヤレシオに構成している。このようにラック部をバリアブルギヤレシオに構成することによって、ハンドル舵角が小さい直進領域では車両応答が遅くなる一方、ハンドル舵角が大きい旋回領域では車両応答が早くなって、上記直進領域と旋回領域とにおける操作性の向上が図られるという利点が得られる。また、大ハンドル舵角においては、ギヤレシオの変更によりハンドルの操舵力が低減するため、必要な補助操舵力の低減化が図られて、該電動モータの小型化が図られるという利点も得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の自動車の電動パワーステアリング装置のように、ステアリングシャフトのラック部をバリアブルギヤレシオとした場合には、ハンドルを切り込むにつれてギヤレシオが変化してハンドル舵角に対する車輪の転舵量が変化するため、運転者は操舵の違和感を感じてしまうという不都合がある。
【０００４】
また、ステアリングシャフトのラック部をバリアブルギヤレシオとすることによって、コンスタントギヤレシオとした場合に比べて、所望のオーバオールステアリングギヤレシオとするにはハンドルのロック・トゥ・ロックを大きくせざるを得ないという不都合もある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電動モータによってハンドル操舵を補助する自動車の電動パワーステアリング装置において、操舵の違和感を防止すると共に、ハンドルのロック・トゥ・ロックを小さくすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ステアリングシャフトのピニオンが歯合する第１ラック部をコンスタントギヤレシオにする一方、電動モータのピニオンが歯合する第２ラック部をバリアブルギヤレシオにした。
【０００７】
具体的に、請求項１記載の発明は、電動モータによってハンドル操舵を補助する自動車の電動パワーステアリング装置を対象とし、ラックシャフトと、上記ラックシャフトに設けられた第１及び第２ラック部と、上記第１ラック部に歯合するステアリングシャフトのピニオンと、上記電動モータの回転力が上記ラックシャフトの推力となるように、上記第２ラック部に歯合する電動モータギヤとを備えたものとする。
【０００８】
そして、上記第１ラック部を、コンスタントギヤレシオに構成する一方、上記第２ラック部を、ハンドル舵角に対する車輪の転舵量が大ハンドル舵角のときの方が小ハンドル舵角のときに比べて小さくなると共に、上記電動モータの駆動トルクがハンドル舵角に拘わらず略一定となるようなバリアブルギヤレシオに構成することを特定事項とするものである。
【０００９】
請求項１記載の発明によると、ステアリングシャフトのピニオンが歯合する第１ラック部がコンスタントギヤレシオに構成されているため、該第１ラック部をバリアブルギヤレシオに構成した場合に比べて、ハンドルのロック・トゥ・ロックを小さくしても、所望のオーバオールステアリングギヤレシオとすることが可能になる。すなわち、ハンドルのロック・トゥ・ロックを小さくすることが可能となる。また、ハンドルを切り込んでいっても、第１ラック部がコンスタントギヤレシオであるため、操舵に伴い車輪の転舵量が変化することがなく、一定の操舵感覚での操舵が可能となって、運転者の違和感が防止される。
【００１０】
また、第２ラック部を、ハンドル舵角に対する車輪の転舵量が大ハンドル舵角のときの方が小ハンドル舵角のときに比べて小さくなるように構成している。
【００１１】
すなわち、大ハンドル舵角のときは大きいハンドルの操舵力が必要であって、電動モータによる補助操舵力も大きくする必要があるが、前記の如く、大ハンドル舵角のときの方が小ハンドル舵角のときに比べて、上記ハンドル舵角に対する車輪の転舵量が小さくなるように第２ラック部を構成することによって、電動モータの駆動トルクが比較的小さくても、電動モータギヤと第２ラック部とのギヤ比によって所望の補助操舵力が得られる。従って、上記電動モータの小型化が図られる。
【００１２】
尚、大ハンドル舵角のときにハンドル舵角に対する車輪の転舵量が小さくなるように第２ラック部を構成すると電動モータの応答が遅くなってしまうが、大ハンドル舵角となるのは通常低速時（例えば車庫入れ時等）であるため、電動モータの応答が遅くなることによる不都合は生じない。また、高速時において大ハンドル舵角となる場合としてはカウンターステアの場合があるが、この場合はタイヤが滑っている状態であることからタイヤ反力は極めて小さい。従って、必要な補助操舵力は小さく、電動モータの応答が遅くても不都合は生じない。
【００１３】
さらに、第２ラック部のギヤレシオを、電動モータの駆動トルクがハンドル舵角に拘わらず略一定となるように構成している。
【００１４】
すなわち、例えば電動モータの駆動トルクがハンドル舵角に応じて変更されるように第２ラック部のギヤレシオを構成すると、ハンドルを切り込むにつれて電動モータの駆動トルクが変更されて操舵反力が変更してしまうことから、運転者は違和感を感じてしまうようになる。これに対し、前記の如く、ハンドル舵角に拘わらず電動モータの駆動トルクが略一定となるように第２ラック部のギヤレシオを構成することによって、上記の運転者の違和感が防止される。
【００１５】
また、上記第２ラック部としては、請求項２記載の如く、所定のハンドル舵角よりも小さいときはハンドル舵角に対する車輪の転舵量が該ハンドル舵角に拘わらず略一定となるように構成する一方、上記所定のハンドル舵角以上のときは該ハンドル舵角に対する車輪の転舵量がハンドル舵角の増大に応じて小さくなるように構成するのが好ましい。
【００１６】
請求項２記載の発明によると、所定のハンドル舵角よりも小さいような直進領域ではギヤレシオを略一定とすることにより、ハンドル操舵に対する補助操舵力の特性が略一定となる。このため、操舵反力が略一定となって運転者の違和感が防止される。
【００１７】
上記電動モータギヤは、第２ラック部と歯合するピニオンを有している、としてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における自動車の電動パワーステアリング装置によれば、ステアリングシャフトのピニオンが歯合する第１ラック部をコンスタントギヤレシオに構成する一方、電動モータのピニオンが歯合する第２ラック部を、バアブルギヤレシオに構成することによって、操舵の違和感を防止することができると共に、ハンドルのロック・トゥ・ロックを小さくすることができる。また、電動モータの小型化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００２０】
図１は、自動車の電動パワーステアリング装置のギヤボックスを示していて、１はケーシング１１内に内装されたラックシャフト、２，３は、それぞれ上記ラックシャフト１に対して連結されたステアリングギヤ及び電動モータギヤである。
【００２１】
上記ラックシャフト１は車幅方向に延びるように配設されていて、その両端部にはボールジョイント１３，１３を介してタイロッド１２，１２がそれぞれ連結されている。そして、この各タイロッド１２は、上記ケーシング１１から車幅方向の両側に突出して、図示省略の車輪に対して連結されている。また、上記ラックシャフト１には、図２〜図４に示すように、上記ステアリングギヤ２と歯合する第１ラック部１４と、電動モータギヤ３と歯合する第２ラック部１５とが直列に並んで設けられている。
【００２２】
上記ステアリングギヤ２は、図１に示すように、上記ラックシャフト１の中心位置に対して車幅方向にオフセットした位置に設けられていて、図３に示すように、上記ラックシャフト１の第１ラック部１４に対して歯合するピニオン２１を有している。このピニオン２１は、ベアリング２２，２２を介してケーシング２３に取り付けられている。このピニオン２１の回転中心軸（ピニオン軸２１ａ）は、ケーシング２３から突出するように上方に延びて配設されていて、このピニオン軸２１ａには、図示省略のステアリングシャフトの下端が連結されている。このような構成により、上記ステアリングシャフトの上端に連結されたハンドル（図示省略）の回転力（操舵力）が、ステアリングシャフト、ピニオン２１及び第１ラック部１４を介して、ラックシャフト１の推力となるようにされている。
【００２３】
一方、上記電動モータギヤ３は、図１に示すように、上記ラックシャフト１の中心位置を挟んで上記ステアリングギヤ２とは反対側の位置に設けられていて、図４に示すように、上記ラックシャフト１の第２ラック部１５に対して歯合するピニオン３１を有している。このピニオン３１は、ベアリング３２，３２を介してケーシング３３に取り付けられている。このピニオン３１は、減速ギア３５を介して電動モータ３４の出力軸３４ａに連結されている。このような構成により、上記電動モータ３４の回転力が、減速ギヤ３５、ピニオン３１及び第２ラック部１５を介して、ラックシャフト１の推力となるようにされている。
【００２４】
尚、上記ラックシャフト１は、図３及び図４に示すように、ステアリングギア２及び電動モータギア３の各位置において、付勢部材１６，１７によってそれぞれピニオン２１，３１側に付勢されている。
【００２５】
そして、図２に示すように、上記ラックシャフト１における第１ラック部１４はコンスタントギヤレシオ、すなわち、ラック歯のピッチが一定にされてハンドル舵角に対してギヤレシオが一定となるように構成されている。一方、第２ラック部１５はバリアブルギヤレシオ、すなわち、ラック歯のピッチが中央部と両側部とで互いに異なってハンドル舵角に対する車輪の転舵量が、大ハンドル舵角のときの方が小ハンドル舵角のときに比べて小さくなる（ギヤレシオが大になる）ように構成されている。また、上記第２ラック部１５は所定のハンドル舵角θよりも小さいときはハンドル舵角に対する車輪の転舵量がハンドル舵角に拘わらず略一定となるように構成されている一方、上記所定のハンドル舵角以上のときは該ハンドル舵角に対する車輪の転舵量がハンドル舵角の増大に応じて小さくなるように構成されている。さらに、第２ラック部１５のギヤレシオは、電動モータ３４の駆動トルクがハンドル舵角に拘わらず略一定となるように構成されている。
【００２６】
次に、上記電動パワーステアリング装置の制御について、図５を参照しながら説明する。
【００２７】
図５は、電動モータ３４のコントローラ５の構成を示していて、このコントローラ５には、ハンドル操舵トルクｕを検出するトルクセンサ４１、車速Ｖを検出する車速センサ４２、電動モータ３４の回転速度ωを検出するモータ回転速度センサ４３の各センサの検出値が入力される。尚、上記車速センサ４２は、例えば各車輪に設けられた車輪速センサとしてもよい。また、上記モータ回転速度センサ４３は、電動モータ３４の回転速度ωを直接的に検出するものとしてもよいし、上記電動モータ３４の電圧等から推定するものとしてもよい。
【００２８】
上記コントローラ５には、上記トルクセンサ４１の検出値が無くなるように第１制御量を決定する第１の制御部としてのアシスト制御部５１と、電動モータ３４に付与するブレーキ制御量を決定するダンピング制御部５２と、上記アシスト制御部５１及びダンピング制御部５２の各制御部における制御量を加減算することによって電動モータ３４の制御量を決定し、この制御量でもって電動モータ３４を制御するモータ制御部５３とを備えている。
【００２９】
上記アシスト制御部５１は、トルクセンサ４１の検出値であるハンドル操舵トルクｕに対してアシスト制御ゲインＫ_ａを掛けることによって第１制御量（Ｋ_ａ・ｕ）を決定するように構成されている。このアシスト制御ゲインＫ_ａは、車速Ｖ、ハンドル操舵トルクｕ及び操舵トルクｕの微分値によって決定される変数であって、非負（正又は０）の変数でありかつ車速Ｖに関して非増加の（車速が高いとき（Ｈ）の方が、車速が低いとき（Ｌ）に比べて小さい）変数とされている。このアシスト制御ゲインＫ_ａは、所定のアシスト特性となるように調整されている。
【００３０】
また、ダンピング制御部５２は、モータ回転速度ωに対してダンピング制御ゲインＫ_ｄを掛けることによって制御量（Ｋ_ｄ・ω）を決定するように構成されている。このダンピング制御ゲインＫ_ｄは、車速Ｖ、ハンドル操舵トルクｕ、モータ回転数によって決定される非負の変数であり、所定のダンピング特性、すなわち所定の収斂性が得られるように調整されている。
【００３１】
上記モータ制御部５３は、上記アシスト制御部５１における制御量（Ｋ_ａ・ｕ）から、ダンピング制御部５２における制御量（Ｋ_ｄ・ω）を減算した値（Ｋ_ａ・ｕ−Ｋ_ｄ・ω）を電動モータ３４の制御量とし、この制御量でもって電動モータ３４を制御する。尚、電動モータ３４のコントローラ５は、上記の構成のものには限らず、その他の構成のものとしてもよい。
【００３２】
この自動車の電動パワーステアリング装置においては、ステアリングシャフトのピニオン２１が歯合する第１ラック部１４がコンスタントギヤレシオに構成されているため、該第１ラック部１４をバリアブルギヤレシオに構成した場合に比べて、ハンドルのロック・トゥ・ロックを小さくしても、所望のオーバオールステアリングギヤレシオとすることが可能になる。このため、ハンドルのロック・トゥ・ロックは小さく設定することができる。
【００３３】
また、第１ラック部１４がコンスタントギヤレシオであるため、ハンドルを切り込んでいっても操舵に伴い車輪の転舵量が変化することがなく、一定の操舵感覚での操舵が可能となって、運転者の違和感を防止することができる。
【００３４】
一方、上記第２ラック部１５は、ハンドル舵角に対する車輪の転舵量が、大ハンドル舵角のときの方が小ハンドル舵角のときに比べて小さくなるように構成されているため、電動モータ３４の駆動トルクが比較的小さくても、この電動モータ３４のピニオン３１と第２ラック部１５とのギヤ比によって大きい補助操舵力が得られる。従って、上記電動モータ３４の小型化を図ることができる。
【００３５】
また、ハンドル舵角に対する車輪の転舵量が小さくなると電動モータ３４の応答が遅くなってしまうが、大ハンドル舵角となるのは例えば車庫入れ時等の低速時であるため、電動モータ３４の応答が遅くなることによる不都合は生じない。また、カウンターステアの場合は高速時において大ハンドル舵角となるが、この場合はタイヤが滑っている状態であることからタイヤ反力は極めて小さい。従って、必要な補助操舵力は小さく、電動モータ３４の応答が遅くても不都合は生じない。
【００３６】
また、上記第２ラック部１５は、所定のハンドル舵角θよりも小さい直進領域では、ハンドル舵角に対する車輪の転舵量が略一定となるように構成されていため、ハンドル操舵に対する補助操舵力の特性が略一定となる。このため、操舵反力が略一定となって運転者の違和感を防止することができる。
【００３７】
加えて、第２ラック部１５のギヤレシオを、電動モータ３４の駆動トルクがハンドル舵角に拘わらず略一定となるように構成することによって、ハンドルを切り込んだときでも電動モータ３４の駆動トルクが変更されない。これにより、電動モータ３４の駆動トルクが変更されることに伴う操舵反力の変更がなくなって運転者の違和感を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のギアボックスを示す正面図である。
【図２】 ラックシャフトにおける第１及び第２ラック部の構成を示す説明図である。
【図３】 図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図４】 図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。
【図５】 コントローラの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ラックシャフト
１４ 第１ラック部
１５ 第２ラック部
２１ ピニオン（ステアリングシャフト側）
３１ ピニオン（電動モータ側）
３４ 電動モータ

Claims (3)

1. 電動モータによってハンドル操舵を補助する自動車の電動パワーステアリング装置であって、
   ラックシャフトと、
   上記ラックシャフトに設けられた第１及び第２ラック部と、
   上記第１ラック部に歯合するステアリングシャフトのピニオンと、
   上記電動モータの回転力が上記ラックシャフトの推力となるように、上記第２ラック部に歯合する電動モータギヤとを備え、
   上記第１ラック部は、コンスタントギヤレシオに構成されている一方、
   上記第２ラック部は、ハンドル舵角に対する車輪の転舵量が大ハンドル舵角のときの方が小ハンドル舵角のときに比べて小さくなると共に、上記電動モータの駆動トルクがハンドル舵角に拘わらず略一定となるようなバリアブルギヤレシオに構成されている
   ことを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、
   第２ラック部は、所定のハンドル舵角よりも小さいときはハンドル舵角に対する車輪の転舵量が該ハンドル舵角に拘わらず略一定となるように構成されている一方、上記所定のハンドル舵角以上のときは該ハンドル舵角に対する車輪の転舵量がハンドル舵角の増大に応じて小さくなるように構成されている
   ことを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   電動モータギヤは、第２ラック部と歯合するピニオンを有している
   ことを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。

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