JP4658345B2 - Electric power steering device - Google Patents
Electric power steering device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4658345B2 JP4658345B2 JP2001017599A JP2001017599A JP4658345B2 JP 4658345 B2 JP4658345 B2 JP 4658345B2 JP 2001017599 A JP2001017599 A JP 2001017599A JP 2001017599 A JP2001017599 A JP 2001017599A JP 4658345 B2 JP4658345 B2 JP 4658345B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- shaft
- steering
- rack
- output shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Power Steering Mechanism (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ステアリングホイールの操舵力を軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステアリング装置が多用されてきた。この種の電動パワーステアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系のラック軸に伝達するものであって、例えば特開平7−165089号「ステアリング装置」(以下、「従来の技術」と言う。)が知られている。
【0003】
上記従来の技術は同公報の図1、図2及び図4に示される通り、ステアリングホイール3(番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。)に加えた操舵トルクをステアリングシャフト4、トーションバー、出力軸5、ラック・ピニオン機構の経路でラック軸2に伝達するとともに、操舵トルクに応じて電動機20が発生した補助トルクをボールナット機構33を介してラック軸2に伝達し、ラック軸2によって図示せぬ操舵車輪を操舵するというものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術において、車両を走行させると路面の状況、例えば路面の凹凸に応じて操舵車輪が車幅方向へ微小に変位する。この車幅方向の微小変位はラック軸2の軸方向への微小な変位に変換される。このラック軸2の軸方向への微小変位は、ラック・ピニオン機構→出力軸5→ステアリングシャフト4の経路でステアリングホイール3に伝わるとともに、ラック軸2→ボールナット機構33の経路で電動機20のロータ22にも伝わる。ボールナット機構33がロータ22に直接連結されているからである。
【0005】
ところで運転者は、操舵車輪からラック軸2を通じてステアリングホイール3へ伝わる、微小な変位量の変化を手で感じとることにより、ステアリングホイール3を通じて路面状況(路面情報)をある程度知ることができる。このように、ある程度路面状況を知ることは操舵上に好ましい場合が多い。
しかし上記従来の技術においては、ラック軸2の軸方向への微小変位が、質量体であるロータ22の慣性によって減衰されてしまう。このため、微小変位がラック軸2からステアリングホイール3へ伝わり難い。
【0006】
そこで本発明の目的は、簡単な構成によって、操舵車輪からステアリングホイールへ微小変位を伝え易くすることにより、ステアリングホイールを通じて路面状況を確実に把握することができる技術を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1は、ステアリングホイールに加えた操舵トルクをラックアンドピニオン機構を介してラック軸に伝達するとともに、操舵トルクに応じて電動機が発生した補助トルクを電動機の出力軸からボールねじを介してラック軸に付加し、このラック軸によって操舵車輪を操舵するようにした電動パワーステアリング装置において、電動機の出力軸は、ラック軸に相対的に回転可能に嵌合した管状の軸であり、ボールねじは、ラック軸に形成したねじ部と、ねじ部にボールを介して取付けた外筒部分のナットとからなり、出力軸の外周面とナットの内周面との間に筒状の弾性体を介在させ、出力軸の外周面と弾性体の内周面との間で弾性体の径内方向にトルクリミッタを付加することで、補助トルクを、出力軸からトルクリミッタと弾性体とナットとボールとを介してねじ部へ伝達するように構成するとともに、出力軸からナットに一定以上のトルクが伝わらぬようにしたことを特徴とする。
【0008】
弾性体は、ラック軸が軸方向へ微小変位することを許容する。従って、操舵車輪からラック軸へ伝わった微小変位は、電動機で減衰されることなく、ほとんどがステアリングホイールに伝わる。運転者は、操舵車輪からステアリングホイールへ伝わる微小な変位量の変化を手で感じとることにより、ステアリングホイールを通じて路面状況(路面情報)を確実に把握することができる。
【0009】
さらには、電動機の出力軸とボールねじとの間にトルクリミッタを付加し、一定以上のトルクが伝わらぬようにしたので、電動機に過大なトルクが作用することはない。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。
電動パワーステアリング装置10は、車両のステアリングホイール21から操舵車輪29,29に至るステアリング系20と、このステアリング系20に補助トルクを加える補助トルク機構40とからなる。この電動パワーステアリング装置10は、ラック軸26の両端から操舵トルクを取り出すようにしたエンドテイクオフ型操舵装置である。
【0011】
ステアリング系20は、ステアリングホイール21にステアリングシャフト22及び自在軸継手23,23を介してピニオン軸24を連結し、ピニオン軸24にラックアンドピニオン機構25を介してラック軸26を連結し、ラック軸26の両端に左右のタイロッド27,27及びナックル28,28を介して左右の操舵車輪29,29を連結したものである。
ラックアンドピニオン機構25は、ピニオン軸24に形成したピニオン31に、ラック軸26に形成したラック32を噛み合わせたものである。
運転者がステアリングホイール21を操舵することで、この操舵トルクによりラックアンドピニオン機構25及び左右のタイロッド27,27を介して、左右の操舵車輪29,29を操舵することができる。
【0012】
補助トルク機構40は、ステアリングホイール21に加えたステアリング系20の操舵トルクを操舵トルクセンサ41で検出し、この検出信号に基づき制御手段47で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動機50で発生し、補助トルクをトルク伝達部材としてのボールねじ70を介してラック軸26に伝達するようにしたものである。
【0013】
以上を要約すれば、電動パワーステアリング装置10は、車両のステアリングホイール21に加えた操舵トルクをラックアンドピニオン機構25を介してラック軸26に伝達するとともに、操舵トルクに応じて電動機50が発生した補助トルクを電動機50の出力軸からボールねじ70を介してラック軸26に付加し、このラック軸26によって操舵車輪29,29を操舵するようにしたものである。従って、ステアリング系20の操舵トルクに電動機50の補助トルクを付加した複合トルクによって、操舵車輪29,29を操舵することができる。
【0014】
図2は本発明に係る操舵トルクセンサの原理図である。
操舵トルクセンサ41は、鉄鋼材のように磁歪特性を有するピニオン軸24にトルクが作用したときに、このトルクに応じて生じる磁歪効果を電気コイルにて電気磁気的に検出する、磁歪式トルクセンサである。このような磁歪式トルクセンサは、特開平6−221940号公報「磁歪式トルクセンサ」に示されるように、公知のセンサである。以下、操舵トルクセンサ41の概要について説明する。
【0015】
操舵トルクセンサ41は、概ね8の字状に形成した励磁コイル42と、励磁コイル42とほぼ同様の大きさで概ね8の字状に形成した検出コイル43とを、ほぼ同心上に互いに略直交させて重ね、これらの励磁・検出コイル42,43を1組の磁気ヘッド44として、ピニオン軸24の外周面の近傍に配置したものである。すなわち、ピニオン軸24の外周面に対向して、概ね8の字状の励磁コイル42を配置し、この励磁コイル42に概ね8の字状の検出コイル43を90゜位相を変えた状態で重ね合わせた。この場合、励磁コイル42をなす8の字状の直線部分を、ピニオン軸24の外周にほぼ平行又は軸長手方向にほぼ平行にして配置する。
【0016】
励磁電圧供給源45から励磁コイル42に20〜100kHz程度の高周波数の交流電圧(励磁電圧)を供給すれば、トルクに基づくピニオン軸24の磁歪効果に対応して、検出コイル43で励磁電圧と同じ周波数の交流電圧(出力電圧)を得ることができる。
出力電圧は、ピニオン軸24に作用するトルクの方向によって、励磁電圧と同相又は逆相になる。このときの出力電圧の振幅は、トルクの大きさに比例する。従って、励磁電圧の位相を基準として、出力電圧を同期整流すれば、トルクの大きさと方向を検出することができる。
出力電圧は出力電圧増幅器46にて増幅され、操舵トルクセンサ41の検出信号として、制御手段47に発することになる。
【0017】
図3は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、要部を断面して表したものである。
電動パワーステアリング装置10は、ラックアンドピニオン機構25(図1参照)、電動機50及びボールねじ70を車幅方向(図左右方向)へ延びるハウジング101に収納したものである。
ハウジング101は、概ね管状の第1ハウジング102並びに第2ハウジング103の一端面同士をボルト結合することで、1つの細長いギヤボックスに組立てたものである。第1ハウジング102は、図示せぬ車体に取付けるためのブラケット104を備える。第2ハウジング103は、電動機50における電動機ケースの役割を兼ねる。
【0018】
車幅方向に延びたラック軸26は、車幅方向へスライドするようにハウジング101を貫通した軸である。このようなラック軸26は、図右の一端側をラックアンドピニオン機構25に連結し、ほぼ長手中央位置をボールねじ70に連結し、図左の他端側(ボールねじ70よりも端寄り位置)に電動機50を配置したものである。
図中、105,105はボールジョイント、106,106はダストシール用ブーツである。
【0019】
図4は図3の4−4線断面図であり、電動パワーステアリング装置10の縦断面構造を示す。
電動パワーステアリング装置10は、ラックアンドピニオン機構25、操舵トルクセンサ41を第1ハウジング102に収納し、この第1ハウジング102の上部開口をリッド107で塞いだものである。操舵トルクセンサ41は、第1ハウジング102又はリッド107に取付けたものである。
【0020】
第1ハウジング102は、ピニオン軸24の下端部及び長手中央部を、上下2個の軸受108,109を介して回転可能に支承することで、縦置きにセットしたものであり、ラックガイド120を備える。
【0021】
ピニオン軸24は下部にピニオン31を一体に形成し、さらに下端部にねじ部111を形成するとともに、上端部をリッド107から外方へ突出したものである。ねじ部111にナット112をねじ込むことで、ピニオン軸24の軸長手方向(軸方向)の移動を規制することができる。
113は袋ナット、114はスペーサ、115は止め輪、116はオイルシール、117はOリングである。
【0022】
ラックガイド120は、ラック32と反対側からラック軸26に当てるガイド部121と、このガイド部121を圧縮ばね122を介して押す調整ボルト123とからなる。このようなラックガイド120によれば、第1ハウジング102にねじ込んだ調整ボルト123にて、圧縮ばね122を介してガイド部121を適切な押圧力で押すことで、ガイド部121でラック32に予圧を与えて、ラック32をピニオン31に押し付けることができる。124はラック軸26の背面を滑らせる当て部材、125はロックナットである。
【0023】
図5は本発明に係るラック軸、電動機、ボールねじ回りの要部断面図である。
電動機50は、第2ハウジング103内に嵌合した筒状の強磁性材製ヨーク51と、ヨーク51内に配置した複数個の永久磁石製ステータ52・・・(・・・は複数を示す。以下同じ。)と、これらのステータ52・・・を整列した状態で第2ハウジング103内に取付ける外部ステータホルダ53並びに内部ステータホルダ54と、ステータ52・・・の内部(すなわち内部ステータホルダ54の内部)に配置したロータ55と、からなる。
【0024】
ロータ55は、ラック軸26に相対的に回転可能に嵌合した管状の出力軸56と、出力軸56の外周面に嵌合にて取付けたコア57と、コア57の外周面に巻いたコイル58と、コイル58に接続した整流子59と、からなる。整流子59は、コイル58の側部で出力軸56の外周部分に取付けたものであり、ラック軸26の左端側(図左側)に向く平坦な面がブラシ接触面である。
整流子59のブラシ接触面に接触するブラシ61は、ブラシホルダ62を介して第2ハウジング103内に収納されたものである。63はブラシ弾発用の圧縮ばね、64はブラシ用コードである。
【0025】
出力軸56は、出力端56aをボールねじ70のナット73に臨ませたものである。第1ハウジング102は、ボールねじ70のナット73及び第1軸受131を介して出力軸56の出力端56a側を回転可能に支持したものである。第2ハウジング103は、第2軸受132及びブッシュ133を介して出力軸56の反出力端側を回転可能に支持したものである。第1・第2軸受131,132はころがり軸受である。
【0026】
ボールねじ70は、ラック軸26に形成したねじ部(ねじ溝)71と、多数のボール72・・・(・・・は複数を示す。以下同じ。)と、ねじ部71にボール72・・・を介して取付けた外筒部分のナット73と、からなるボールナット機構である。このボールねじ70は、電動機50の補助トルクを、ナット73からボール72・・・を介してねじ部71へ伝達するものであって、ナット73のねじ溝の端部に到達したボール72・・・が図示せぬチューブ内を通って循環する、いわゆる内部循環形式又は外部循環形式の一般的な構成である。
【0027】
第1軸受131は、第1ハウジング102に対する軸方向移動がロックスクリュー134によって規制されるとともに、ナット73の中心又はその近傍位置を回転可能に支持した、軸受である。
ナット73は、第1軸受131に嵌合する支承部74と支承部74の一端に連なり支承部74よりも大径の大径部75とからなる。支承部74に嵌合した第1軸受131を、大径部75とロックスクリュー135とによって挟み込むことで、第1ハウジング102に対するナット73の軸方向移動を規制することができる。この結果、ナット73は回転可能であり且つ軸方向移動不能である。
ブッシュ133は、第2ハウジング103の内周面と、第2軸受132における外輪の外周面との間に介在した部材である。
【0028】
この図は、第1ハウジング102の一端のフランジ102aに、第2ハウジング103の一端のフランジ103aを、ボルト136にて結合したことを示す。
図中、137はスペーサ、138はOリングである。
【0029】
図6は本発明に係る電動機とボールねじとの連結構造を示す断面図である。
本発明は、電動機50の出力軸56とボールねじ70との間に弾性体83を介在させることで、ラック軸26がその軸方向へ微小変位しようとしたときに、弾性体83が弾性変形することによって、ラック軸26の微小変位を許容するようにしたことを特徴とする。
具体的に説明すると、連結構造は、出力軸56における出力端56aの外周面に筒状の弾性連結部材80を回転可能に嵌合し、また、弾性連結部材80の外周面にナット73における大径部75の内周面を回転不能に取付けたたものである。
【0030】
弾性連結部材80は、金属製の内輪81と金属製の外輪82との間に筒状の弾性体83を一体的に組込んだものである。より詳しくは弾性連結部材80は、内輪81や外輪82に弾性体83を、焼き付け処理や接着処理等の一体化処理を施して互いを固定することによって、一体化したものである。
【0031】
弾性体83は、外力を加えて変形させた後に外力を取り去ったときに直ちに原形に戻る性質、すなわち弾性変形可能な性質を有する部材である。
弾性体83については、特に次の(1)及び(2)について十分に考慮し、ばね定数や耐久性を検討した上で、材質、形状、寸法を決定することになる。弾性体83の材質としては例えばゴムや軟質樹脂である。
(1)弾性体83による補助トルクの伝達性能。
(2)ラック軸26がその軸方向へ微小変位することを許容する性能。
上記(1),(2)について十分な配慮をすることにより、ステアリングホイール21(図1参照)を切り始めたときの応答遅れに影響を及ぼすことはない。
【0032】
さらに本発明は、電動機50の出力軸56とボールねじ70との間にトルクリミッタ90を付加し、一定以上のトルクが伝わらぬようにしたことを特徴とする。
具体的に説明すると、出力軸56における出力端56aの外周面に一定幅の溝56bを全周にわたって形成し、溝56bにトルクリミッタ90を嵌め込むことで、電動機50の出力軸56と弾性連結部材80の内輪81との間にトルクリミッタ90を介在させたものである。
【0033】
図7(a),(b)は本発明に係る電動機、ボールねじ及びトルクリミッタの連結構造を示す分解図である。(a)は電動機50の出力軸56、ボールねじ70のナット73、弾性連結部材80及びトルクリミッタ90を分解した状態を示す。(b)は上記(a)のb部を拡大して示す。
トルクリミッタ90は、幅が一定で板厚が極めて小さい(例えば板厚0.3mm)環状の金属製バンド91をベースとし、このバンド91の周囲1箇所だけ切断したものである。バンド91は外周面に全周にわたり、円周方向に一定ピッチ(例えばピッチ6〜7mm)で、軸方向に細長い複数の係合凸条92・・・を一体に形成したものである。これらの係合凸条92・・・は、例えばバンド91をプレス加工することで、バンド91から径外方へ突出させた高さ並びに長さが一定の突起部(例えば高さ0.7mm、長さ9mm)であり、その突起先端を円弧状断面としたものである。
【0034】
このようなトルクリミッタ90は、一定以上のトルクの伝達を遮断する部材であり、一般にトレランス・リング(tolerance ring)とも言われている。
出力軸56における溝56bの底面にバンド91の内面を嵌合させるとともに、複数の係合凸条92・・・の各突起先端面に弾性連結部材80における内輪81の内面を嵌合させることで、これらの各部材間の摩擦力によってトルクを伝達することができる。
さらに複数の係合凸条92・・・は、一定以上のトルクに応じて、バンド91の径内方への弾性変形が可能である。係合凸条92・・・が変形することで、上記各部材56,81,90間の摩擦力は低下することになる。
【0035】
ところで、トルクリミッタ90として、上記トレランス・リングのように表面に凹凸を有する部材を採用する場合には、弾性体83とトルクリミッタ90との間で一様な面圧を確保することが好ましい。一様な面圧を確保するために本発明は、弾性体83とトルクリミッタ90との間に内輪81(高剛性の金属製リング)を介在させたものである。
【0036】
ここで一旦図6に戻って、出力軸56、ナット73、弾性連結部材80及びトルクリミッタ90の作用を説明する。
電動機50が発生した補助トルクは、出力軸56→トルクリミッタ90→弾性連結部材80の内輪81→弾性体83→外輪82→ボールねじ70のナット73→ボール72・・・→ねじ部71の経路でラック軸26に伝わる。この結果、補助トルクをスラスト(ラック軸26への軸力)に変換してラック軸26に付加することができる。
【0037】
一方、トルクリミッタ90に一定以上のトルクが作用すると、係合凸条92・・・がバンド91の径内方へ若干弾性変形することにより、上記各部材56,81,90間の摩擦力は低下する。この結果、出力軸56とナット73との間には、一定以上のトルクが伝わらない。従って、電動機50に過大なトルクが作用することはない。
【0038】
次に、上記構成の電動パワーステアリング装置10の作用を図8に基づき説明する。
図8(a)〜(c)は電動パワーステアリング装置の作用説明図である。(a)及び(b)は本発明の電動パワーステアリング装置10を示し、(c)は比較例の電動パワーステアリング装置200を示す。
【0039】
(c)に示す比較例の電動パワーステアリング装置200は、電動機50の出力軸56にボールねじ70のナット73を直接連結したものである。
車両を走行させると路面の状況、例えば路面の凹凸に応じて操舵車輪が車幅方向へ微小に変位する。この車幅方向の微小変位はラック軸26の軸方向への微小な変位に変換される。このラック軸26の軸方向への微小変位は、ラック・ピニオン機構25を介してピニオン軸24に伝わるほかに、ボールねじ70にも伝わる。ボールねじ70に伝わった微小変位は、ナット73から電動機50の出力軸56にも伝わる。この結果、ラック軸26に伝わった微小変位が電動機50で減衰され得る。
【0040】
詳しくは、ボールねじ70に伝わった微小変位は、ナット73を回転させることで電動機50のロータ55を回そうとする。これに対して、質量体であるロータ22は、慣性により常に現状維持し続けようとする。この結果、ラック軸26の軸方向への微小変位を電動機50が打ち消して減衰させることになる。このようにして、ラック軸26に伝わった微小変位が電動機50で減衰される。従って、ラック軸26に伝わった微小変位は、電動機50で減衰される分だけ、ステアリングホイール21に伝わりにくくなる。
【0041】
これに対して、(a)に示すように本発明の電動パワーステアリング装置10は、電動機50の出力軸56とボールねじ70との間の補助トルク伝達経路Liに、弾性体83を介在させたものである。このため、▲1▼ステアリングホイール21からラック軸26に加えた操舵トルクT1と、▲2▼電動機50から補助トルク伝達経路Li並びに弾性体83を介してラック軸26に加えた補助トルクT2とによって、操舵車輪を操舵することができる。
【0042】
このような電動パワーステアリング装置10であるから、(b)に示すように、ラック軸26がその軸方向へ微小変位しようとしたときに、弾性体83は弾性変形することによって、ラック軸26が微小変位することを許容する。ここで「微小変位」とは、ラック軸26の軸方向への変位のうち、弾性体83が弾性変形可能な範囲内の微小な変位のことである。
従って、操舵車輪からラック軸26へ伝わった微小変位は、電動機50で減衰されることなく、ほとんどがピニオン軸24を介してステアリングホイール21に伝わる。このため、運転者は操舵車輪からステアリングホイール21に伝わる微小な変位量の変化を手で感じとることによって、ステアリングホイール21を通じて路面状況(路面情報)を常に確実に把握することができる。
【0043】
ここで、説明を図1に示す本発明の電動パワーステアリング装置10に戻す。本発明は、操舵トルクセンサ41として磁歪式トルクセンサを採用したものである。磁歪式トルクセンサは、磁歪特性を有するピニオン軸24に作用した操舵トルクに応じて生じる磁歪効果を電気コイルにて電気磁気的に検出するものである。従って、従来のように、操舵トルクを検出するためにピニオン軸24を長手方向に二分割して、これら分割軸間をトーションバーにて連結する必要がない。
さらには、弾性体83を用いた場合に、磁歪式トルクセンサはトーションバー形式の操舵トルクセンサと比較して、より正確な微小変位をステアリングホイール21に伝えることができる。
【0044】
なお、トーションバー形式の操舵トルクセンサを用いた場合であっても、弾性体83の変形による微小変位量と比較して、トーションバーにおける相対変位量はごく僅かであるので、十分に微小変位をステアリングホイール21に伝えることができる。
従って、本発明の操舵トルクセンサ41として、トーションバー形式の操舵トルクセンサを採用することができる。トーションバー形式の操舵トルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置10としては、例えば次の図9に示すような構成がある。
【0045】
図9は本発明に係る電動パワーステアリング装置の変形例図であり、上記図4に対応した断面図である。
変形例の電動パワーステアリング装置10は、ピニオン軸24を上部軸24Aと下部軸24Bとに長手方向に二分割し、これら上部・下部軸24A,24B間をトーションバー141にて連結することで、上部・下部軸24A,24Bの相対ねじれ角を操舵トルクセンサ140で検出するようにしたものである。すなわち、上部・下部軸24A,24Bの相対変位量に応じた操舵トルクを、操舵トルクセンサ140で検出するようにした。
【0046】
詳しくは、トーションバー形式の操舵トルクセンサ140は、トーションバー141とスライダ142と可変インダクタンス式センサ部147とからなる。より具体的には、上部・下部軸24A,24Bに円筒状のスライダ142をスライド可能に嵌合し、スライダ142に備えた傾斜溝143並びに縦長のストレート溝144を、上部軸24Aのピン145と下部軸24Bのピン146との間に掛け渡したものである。
【0047】
スライダ142は、上部・下部軸24A,24Bの相対ねじり変位に応じて上下にスライド可能である。このときのスライダ142のスライド量はトルクに比例する。可変インダクタンス式センサ部147はスライド量を電気信号に変換することで、操舵トルク検出信号として上記制御手段47(図1参照)に発する。
図中、151はリッド、152,153は軸受、154はオイルシールである。
【0048】
図10は本発明に係る電動パワーステアリング装置の変形例図であり、上記図5に対応した要部断面図である。
変形例の電動パワーステアリング装置10は、電動機50の出力軸56に弾性連結部材80を直接に連結し、弾性連結部材80とボールねじ70のナット73との間にトルクリミッタ90を介在させたことを特徴とする。その他の構成・作用については、上記図1〜図9に示すものと同じなので同一符号を付し、その説明を省略する。
【0049】
なお、上記本発明の実施の形態において、出力軸56に弾性体83を介してナット73を連結する構造は、少なくとも出力軸56と弾性体83とナット73との間でトルク伝達が可能な連結構造であればよい。従って弾性連結部材80は、内輪81や外輪82を設けることなく、弾性体83だけの構成であってもよい。また、弾性体83の固定構造は焼き付けや接着に限定されず、例えば、セレーション結合であってもよい。
また、トルクリミッタ90は、一定以上のトルクの伝達を遮断する部材であればよい。
請求項1の発明においては、トルクリミッタ90の有無は任意である。
【0050】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項1は、電動機の出力軸とボールねじとの間に弾性体を介在させたので、ラック軸が軸方向へ微小変位することを、弾性体によって許容することができる。従って、操舵車輪からラック軸へ伝わった微小変位は、電動機で減衰されることなく、ほとんどがステアリングホイールに伝わる。このため運転者は、操舵車輪からステアリングホイールへ伝わる微小な変位量の変化を手で感じとることにより、ステアリングホイールを通じて路面状況(路面情報)を確実に把握することができる。
さらには、電動機の出力軸とボールねじとの間に弾性体を介在させただけなので、1つの弾性体ですむ。少ない部品でしかも安価で簡単な構成によって、ラック軸が軸方向へ微小変位することを許容することができる。
【0051】
さらには、電動機の出力軸とボールねじとの間にトルクリミッタを付加し、一定以上のトルクが伝わらぬようにしたので、電動機に過大なトルクが作用することはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図
【図2】本発明に係る操舵トルクセンサの原理図
【図3】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図4】図3の4−4線断面図
【図5】本発明に係るラック軸、電動機、ボールねじ回りの要部断面図
【図6】本発明に係る電動機とボールねじとの連結構造を示す断面図
【図7】本発明に係る電動機、ボールねじ及びトルクリミッタの連結構造を示す分解図
【図8】電動パワーステアリング装置の作用説明図
【図9】本発明に係る電動パワーステアリング装置の変形例図
【図10】本発明に係る電動パワーステアリング装置の変形例図
【符号の説明】
10…電動パワーステアリング装置、21…ステアリングホイール、24…ピニオン軸、25…ラックアンドピニオン機構、26…ラック軸、29…操舵車輪、41…操舵トルクセンサ、50…電動機、56…電動機の出力軸、70…ボールねじ、83…弾性体、90…トルクリミッタ、Li…補助トルク伝達経路、T1…操舵トルク、T2…補助トルク。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in an electric power steering apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, electric power steering devices have been frequently used in order to reduce the steering force of the steering wheel to give a comfortable steering feeling. This type of electric power steering device generates an auxiliary torque corresponding to the steering torque with an electric motor, and transmits this auxiliary torque to the rack shaft of the steering system. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-165089 “Steering Device” (Hereinafter referred to as “conventional technology”) is known.
[0003]
As shown in FIGS. 1, 2, and 4 of the above publication, the conventional technology described above applies steering torque applied to the steering wheel 3 (the numbers are those cited in the publication; the same applies hereinafter) to the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional technique, when the vehicle is driven, the steering wheel is slightly displaced in the vehicle width direction according to the road surface condition, for example, the unevenness of the road surface. This minute displacement in the vehicle width direction is converted into a minute displacement in the axial direction of the rack shaft 2. The minute displacement in the axial direction of the rack shaft 2 is transmitted to the steering wheel 3 through a path of the rack and pinion mechanism → the output shaft 5 → the
[0005]
By the way, the driver can know the road surface condition (road surface information) to some extent through the steering wheel 3 by manually sensing a small change in the amount of displacement transmitted from the steering wheel to the steering wheel 3 through the rack shaft 2. Thus, it is often preferable for steering to know the road surface condition to some extent.
However, in the above conventional technique, the minute displacement in the axial direction of the rack shaft 2 is attenuated by the inertia of the
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a technique capable of reliably grasping a road surface condition through a steering wheel by making it easy to transmit a minute displacement from a steering wheel to the steering wheel with a simple configuration.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, the steering torque applied to the steering wheel is transmitted to the rack shaft via the rack and pinion mechanism, and the auxiliary torque generated by the electric motor according to the steering torque is transmitted to the output shaft of the electric motor. In the electric power steering apparatus in which the steering wheel is steered by the rack shaft and is attached to the rack shaft via a ball screw, the output shaft of the electric motor is a tubular shape that is rotatably fitted to the rack shaft. The ball screw is composed of a threaded portion formed on the rack shaft and an outer cylindrical nut attached to the threaded portion via a ball. Between the outer peripheral surface of the output shaft and the inner peripheral surface of the nut By interposing a cylindrical elastic body and adding a torque limiter in the radially inward direction of the elastic body between the outer peripheral surface of the output shaft and the inner peripheral surface of the elastic body, auxiliary torque is transferred from the output shaft. Together configured to transmit to the threaded portion through the ball and the elastic member and the nut and Kurimitta, characterized in that the as not transmitted is above a certain torque from the output shaft to the nut.
[0008]
The elastic body allows the rack shaft to be slightly displaced in the axial direction. Therefore, most of the minute displacement transmitted from the steering wheel to the rack shaft is transmitted to the steering wheel without being attenuated by the electric motor. The driver can surely grasp the road surface condition (road surface information) through the steering wheel by feeling a slight change in the amount of displacement transmitted from the steering wheel to the steering wheel.
[0009]
Furthermore, by adding a torque limiter between the output shaft and the ball screw of the motor, since the as not transmitted is above a certain torque, it does not act excessive torque to the motor.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
FIG. 1 is a schematic diagram of an electric power steering apparatus according to the present invention.
The electric
[0011]
The
The rack and
When the driver steers the
[0012]
The
[0013]
In summary, the electric
[0014]
FIG. 2 is a principle diagram of a steering torque sensor according to the present invention.
The
[0015]
The
[0016]
If an AC voltage (excitation voltage) having a high frequency of about 20 to 100 kHz is supplied from the excitation
The output voltage is in phase with or opposite to the excitation voltage depending on the direction of the torque acting on the
The output voltage is amplified by the
[0017]
FIG. 3 is an overall configuration diagram of the electric power steering apparatus according to the present invention, and shows a cross section of the main part.
The electric
The
[0018]
The
In the figure, 105 and 105 are ball joints, and 106 and 106 are dust seal boots.
[0019]
4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 3, and shows a vertical cross-sectional structure of the electric
In the electric
[0020]
The
[0021]
The
113 is a cap nut, 114 is a spacer, 115 is a retaining ring, 116 is an oil seal, and 117 is an O-ring.
[0022]
The
[0023]
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part around the rack shaft, the electric motor, and the ball screw according to the present invention.
The
[0024]
The
The
[0025]
The
[0026]
The ball screw 70 includes a screw portion (thread groove) 71 formed on the
[0027]
The
The
The
[0028]
This figure shows that the
In the figure, 137 is a spacer, and 138 is an O-ring.
[0029]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a connection structure between an electric motor and a ball screw according to the present invention.
In the present invention, the
More specifically, in the connection structure, a cylindrical elastic connecting
[0030]
The elastic connecting
[0031]
The
Regarding the
(1) Auxiliary torque transmission performance by the
(2) Performance allowing the
By giving sufficient consideration to the above (1) and (2), the response delay when the steering wheel 21 (see FIG. 1) is started is not affected.
[0032]
Furthermore, the present invention is characterized in that a
More specifically, a
[0033]
FIGS. 7A and 7B are exploded views showing a connecting structure of the electric motor, the ball screw, and the torque limiter according to the present invention. (A) shows the state which decomposed | disassembled the
The
[0034]
Such a
The inner surface of the
Further, the plurality of engaging
[0035]
By the way, when a member having an uneven surface, such as the tolerance ring, is used as the
[0036]
Here, returning to FIG. 6, the operation of the
The auxiliary torque generated by the
[0037]
On the other hand, when a torque of a certain level or more is applied to the
[0038]
Next, the operation of the electric
FIGS. 8A to 8C are explanatory views of the operation of the electric power steering apparatus. (A) And (b) shows the electric
[0039]
The electric
When the vehicle is driven, the steering wheel is slightly displaced in the vehicle width direction according to the road surface condition, for example, the unevenness of the road surface. This minute displacement in the vehicle width direction is converted into a minute displacement in the axial direction of the
[0040]
Specifically, the minute displacement transmitted to the
[0041]
On the other hand, as shown in (a), in the electric
[0042]
Since the electric
Therefore, most of the minute displacement transmitted from the steering wheel to the
[0043]
Here, the description returns to the electric
Further, when the
[0044]
Even when a torsion bar type steering torque sensor is used, the relative displacement amount in the torsion bar is very small compared to the minute displacement amount due to the deformation of the
Therefore, a torsion bar type steering torque sensor can be employed as the
[0045]
FIG. 9 is a modification of the electric power steering apparatus according to the present invention, and is a cross-sectional view corresponding to FIG.
The electric
[0046]
Specifically, the torsion bar type steering
[0047]
The
In the figure, 151 is a lid, 152 and 153 are bearings, and 154 is an oil seal.
[0048]
FIG. 10 is a modification of the electric power steering apparatus according to the present invention, and is a cross-sectional view of the main part corresponding to FIG.
In the electric
[0049]
In the above-described embodiment of the present invention, the structure in which the
Further, the
In the invention of claim 1, the presence or absence of the
[0050]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following effects by the above configuration.
According to the first aspect, since the elastic body is interposed between the output shaft of the electric motor and the ball screw, the elastic body can allow the rack shaft to be slightly displaced in the axial direction. Therefore, most of the minute displacement transmitted from the steering wheel to the rack shaft is transmitted to the steering wheel without being attenuated by the electric motor. Therefore, the driver can surely grasp the road surface condition (road surface information) through the steering wheel by feeling a slight change in the amount of displacement transmitted from the steering wheel to the steering wheel.
Furthermore, since only an elastic body is interposed between the output shaft of the electric motor and the ball screw, only one elastic body is required. It is possible to allow the rack shaft to be slightly displaced in the axial direction with a small number of parts and an inexpensive and simple configuration.
[0051]
Furthermore, by adding a torque limiter between the output shaft and the ball screw of the motor, since the as not transmitted is above a certain torque, it does not act excessive torque to the motor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an electric power steering device according to the present invention. FIG. 2 is a principle diagram of a steering torque sensor according to the present invention. FIG. 3 is an overall configuration diagram of an electric power steering device according to the present invention. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 5. FIG. 5 is a cross-sectional view of the main parts around the rack shaft, the electric motor, and the ball screw according to the present invention. FIG. 7 is an exploded view showing a connection structure of an electric motor, a ball screw and a torque limiter according to the present invention. FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the electric power steering apparatus. FIG. 10 is a diagram showing a modification of the electric power steering apparatus according to the present invention.
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電動機の出力軸は、前記ラック軸に相対的に回転可能に嵌合した管状の軸であり、
前記ボールねじは、前記ラック軸に形成したねじ部と、前記ねじ部にボールを介して取付けた外筒部分のナットとからなり、
前記出力軸の外周面と前記ナットの内周面との間に筒状の弾性体を介在させ、
前記出力軸の外周面と前記弾性体の内周面との間で前記弾性体の径内方向にトルクリミッタを付加することで、前記補助トルクを、前記出力軸から前記トルクリミッタと前記弾性体と前記ナットと前記ボールとを介して前記ねじ部へ伝達するように構成するとともに、前記出力軸から前記ナットに一定以上のトルクが伝わらぬようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。The steering torque applied to the steering wheel is transmitted to the rack shaft via the rack and pinion mechanism, and the auxiliary torque generated by the electric motor according to the steering torque is applied to the rack shaft via the ball screw from the output shaft of the electric motor. In the electric power steering apparatus that steers the steering wheel by the rack shaft,
The output shaft of the electric motor is a tubular shaft that is rotatably fitted to the rack shaft,
The ball screw comprises a screw portion formed on the rack shaft, and a nut of an outer cylinder portion attached to the screw portion via a ball,
A cylindrical elastic body is interposed between the outer peripheral surface of the output shaft and the inner peripheral surface of the nut,
By adding a torque limiter between the outer peripheral surface of the output shaft and the inner peripheral surface of the elastic body in the radially inward direction of the elastic body, the auxiliary torque is transmitted from the output shaft to the torque limiter and the elastic body. The electric power steering apparatus is configured to transmit to the screw portion via the nut and the ball, and to prevent a torque exceeding a certain level from being transmitted from the output shaft to the nut .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001017599A JP4658345B2 (en) | 2001-01-25 | 2001-01-25 | Electric power steering device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001017599A JP4658345B2 (en) | 2001-01-25 | 2001-01-25 | Electric power steering device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002220063A JP2002220063A (en) | 2002-08-06 |
JP4658345B2 true JP4658345B2 (en) | 2011-03-23 |
Family
ID=18883770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001017599A Expired - Fee Related JP4658345B2 (en) | 2001-01-25 | 2001-01-25 | Electric power steering device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4658345B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014205442A (en) * | 2013-04-15 | 2014-10-30 | 本田技研工業株式会社 | Vehicular steering device |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62238165A (en) * | 1986-04-08 | 1987-10-19 | Honda Motor Co Ltd | Electric power steering device |
JPH0541932U (en) * | 1991-11-15 | 1993-06-08 | 株式会社ユニシアジエツクス | Vehicle Propeller Shaft |
JPH07165089A (en) * | 1993-12-17 | 1995-06-27 | Honda Motor Co Ltd | Steering device |
JPH09156515A (en) * | 1995-12-05 | 1997-06-17 | Nippon Seiko Kk | Motor-driven power steering device |
JP2000280923A (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-10 | Showa Corp | Electric power steering device |
JP2000280921A (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-10 | Showa Corp | Electric power steering device |
JP2000318629A (en) * | 1999-05-12 | 2000-11-21 | Koyo Seiko Co Ltd | Electric power steering device |
JP2001097232A (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-10 | Toyoda Mach Works Ltd | Motor-driven power steering device |
-
2001
- 2001-01-25 JP JP2001017599A patent/JP4658345B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62238165A (en) * | 1986-04-08 | 1987-10-19 | Honda Motor Co Ltd | Electric power steering device |
JPH0541932U (en) * | 1991-11-15 | 1993-06-08 | 株式会社ユニシアジエツクス | Vehicle Propeller Shaft |
JPH07165089A (en) * | 1993-12-17 | 1995-06-27 | Honda Motor Co Ltd | Steering device |
JPH09156515A (en) * | 1995-12-05 | 1997-06-17 | Nippon Seiko Kk | Motor-driven power steering device |
JP2000280923A (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-10 | Showa Corp | Electric power steering device |
JP2000280921A (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-10 | Showa Corp | Electric power steering device |
JP2000318629A (en) * | 1999-05-12 | 2000-11-21 | Koyo Seiko Co Ltd | Electric power steering device |
JP2001097232A (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-10 | Toyoda Mach Works Ltd | Motor-driven power steering device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002220063A (en) | 2002-08-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3623922B2 (en) | Electric power steering device | |
EP2258509B1 (en) | Drive unit for pressure device, with a piezoelectric load cell | |
JPH0620989Y2 (en) | Relative rotation detector | |
JPWO2004004992A1 (en) | Electric power steering device | |
JP2002249056A (en) | Electric power steering device | |
JP4658345B2 (en) | Electric power steering device | |
JP2003014055A (en) | Backlash adjusting device of worm reduction gear | |
JPH04290Y2 (en) | ||
JP2013001183A (en) | Vehicle steering device | |
JP2003299294A (en) | Attachment structure for brushless motor | |
JP4234867B2 (en) | Electric power steering device | |
JP2001158368A (en) | Motor-driven power steering device | |
JP5177007B2 (en) | Electric motor and electric power steering device | |
JP3736270B2 (en) | Steering torque detection device | |
JP2002267550A (en) | Torque detecting device and steering device | |
JPS61191468A (en) | Electric power steering gear | |
JP2000168581A (en) | Electric power steering device | |
JPH092297A (en) | Torque limiter and motor-driven power steering gear | |
JP2009213198A (en) | Electric motor and electric power steering apparatus using it | |
JP3818814B2 (en) | Electric power steering device | |
JP4620290B2 (en) | Electric power steering device | |
JP2003002216A (en) | Electric power steering device | |
JP3957185B2 (en) | Magnet cover press-fitting method and apparatus for electric motor | |
JP2000326854A (en) | Electric power steering device | |
JP2024044977A (en) | Torque sensor device and steering device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071126 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100224 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100615 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100810 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101221 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101224 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140107 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |