JP4664927B2

JP4664927B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4664927B2
Application number: JP2007004259A
Authority: JP
Inventors: 茂山脇; 康夫清水; 和重菅俣; 高大青木; 吉裕大庭
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2027-01-12
Also published as: JP2008168798A

Description

本発明は、ステアリングホイールから車輪に至る操舵トルク伝達経路に磁歪式トルクセンサを配置し、前記磁歪式トルクセンサで検出した操舵トルクに応じてステアリングアクチュエータを駆動して運転者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。

ステアリングホイールに入力される操舵トルクを磁歪式トルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに基づいて電動パワーステアリング装置のモータに発生させる目標トルクを算出するものが下記特許文献１により公知である。前記磁歪式トルクセンサは、ピニオンシャフトの外周に磁気異方性を有するように形成された磁歪膜と、磁歪膜の外周を囲むコイルとを備え、シャフトの捩じれ歪に応じて変化する磁歪膜の透磁率の変化を前記コイルのインダクタンスの変化として検出することで、ピニオンシャフトに伝達される操舵トルクを検出するようになっている。

また入力シャフトおよび出力シャフトをトーションバーで連結し、操舵トルクによりトーションバーが捩じれることで発生する入力シャフトおよび出力シャフトの相対回転を可動部材を軸方向の変位に変換し、可動部材に設けたコアの位置をコイルで検出することで操舵トルクを検出するトーションバー式の操舵トルクセンサが、下記特許文献２により公知である。
特開２００６−７９３１号公報特開２００６−２３２２１４号公報

ところで、ステアリングホイールと車輪とを接続する操舵トルクの伝達経路の捩じれ剛性が高いと、運転者やステアリングアクチュエータから入力される操舵トルクがダイレクトに車輪に伝達されるために車両のヨー応答性が高くなり、逆に操舵トルクの伝達経路の捩じれ剛性が低いとヨー応答性が低くなる傾向がある。しかしながら、トーションバー式の操舵トルクセンサを採用すると、操舵トルクの伝達経路のうちでトーションバーの捩じれ剛性が最も低くなるため、トーションバーの捩じれによって車両のヨー応答性の上限値が制限されてしまい、ヨー応答性を高く設定できなくなる問題がある。

それに対して、トーションバーのようなばね定数の小さい部材を持たない磁歪式トルクセンサを採用すると、操舵トルクの伝達経路の捩じれ剛性が高くなり、車両のヨー応答性が高い値に固定されてしまう問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、電動パワーステアリング装置のヨー応答性の設定範囲を拡大す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、ステアリングホイールから車輪に至る操舵トルク伝達経路に磁歪式トルクセンサを配置し、前記磁歪式トルクセンサで検出した操舵トルクに応じてステアリングアクチュエータを駆動して運転者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、前記操舵トルク伝達経路に前記磁歪式トルクセンサと直列に該磁歪式トルクセンサよりもばね定数が小さい弾性体を配置し、前記弾性体を介して前記ステアリングホイールから前記車輪に操舵トルクを伝達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。

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、前記弾性体は二つの軸を弾性的に接続する弾性カップリング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。

また請求項３に記載された発明によれば、ステアリングホイールから車輪に至る操舵トルク伝達経路に磁歪式トルクセンサを配置し、前記磁歪式トルクセンサで検出した操舵トルクに応じてステアリングアクチュエータを駆動して運転者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、前記ステアリングホイールおよび前記車輪間に配置されるステアリングギヤボックスを前記磁歪式トルクセンサよりもばね定数が小さい弾性体を介して車体に支持し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４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記弾性体は、外筒と、内筒と、それら外筒および内筒を接続するゴムブッシュとで構成され、前記外筒が前記ステアリングギヤボックスのハウジングの取付孔に圧入され、前記内筒が前記車体にボルトで固定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。

尚、実施の形態の上半体１４ａおよび下半体１４ｂは本発明の軸に対応し、実施の形態の弾性カップリング３５およびゴムブッシュジョイント３８は本発明の弾性体に対応する。

請求項１の構成によれば、ステアリングホイールから車輪に至る操舵トルク伝達経路に磁歪式トルクセンサおよび該磁歪式トルクセンサよりもばね定数が小さい弾性体を直列に配置したので、操舵トルク伝達経路の捩じれ剛性を、弾性体のばね定数を変化させることで、磁歪式トルクセンサのばね定数により決まる高い値から下の広い範囲で任意に設定することが可能になり、ステアリング装置のヨー応答性の設定範囲を拡大することができる。しかも操舵トルク伝達経路に弾性体が介在することで、車輪からステアリングホイールに伝達される振動を吸収して操舵フィーリングを向上させることができる。

また請求項２の構成によれば、二つの軸を弾性的に接続する弾性カップリングで弾性体を構成したので、操舵トルク伝達経路に弾性体をコンパクトに配置することができる。

また請求項３の構成によれば、ステアリングホイールから車輪に至る操舵トルク伝達経路に磁歪式トルクセンサおよびステアリングギヤボックスを配置し、ステアリングギヤボックスを前記磁歪式トルクセンサよりもばね定数が小さい弾性体を介して車体に支持したので、操舵トルク伝達経路の捩じれ剛性を、弾性体のばね定数を変化させることで、磁歪式トルクセンサのばね定数により決まる高い値から下の広い範囲で任意に設定することが可能になり、ステアリング装置のヨー応答性の設定範囲を拡大することができる。しかもステアリングギヤボックスを弾性体を介して車体に支持したことで、車輪からステアリングホイールに伝達される振動を吸収して操舵フィーリングを向上させることができる。

また請求項４の構成によれば、弾性体は、外筒と、内筒と、ゴムブッシュとで構成され、外筒がステアリングギヤボックスのハウジングの取付孔に圧入され、内筒が車体にボルトで固定されるので、操舵トルクが作用したときにゴムブッシュが弾性変形してステアリングギヤボックスを車体に対して相対移動させ、操舵トルクの伝達経路の捩じれ剛性を低下させてヨー応答性を鈍感にすることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は電動パワーステアリング装置の全体構造を示す図、図２は図１の２部拡大図、図３は図１の３部拡大図、図４は操舵トルクに対するトルク検出信号の変化特性を示す図である。

図１に示すように、自動車の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１１と一体に回転する上部ステアリングシャフト１２と、上部ステアリングシャフト１２に上部自在継ぎ手１３を介して接続された下部ステアリングシャフト１４と、下部ステアリングシャフト１４に下部自在継ぎ手１５を介して接続されたラックアンドピニオン式のステアリングギヤボックス１６と、上部ステアリングシャフト１２に設けられたステアリングアクチュエータ１７とを備える。

ステアリングギヤボックス１６は、ラック１８が形成されたラックバー１９と、このラック１８に噛合するピニオン２０を有して前記下部自在継ぎ手１５に接続されるピニオンシャフト２１と、ラックバー１９を左右摺動自在に支持するとともに、ピニオン２０を挟む位置でピニオンシャフト２１を一対のボールベアリング２２，２３を介して支持するハウジング２４とを備える。ラックバー１９の左右両端は、左右のボールジョイント２５，２５および左右のタイロッド２６，２６を介して左右の車輪Ｗ，Ｗに接続される。

上部ステアリングシャフト１２はハウジング２７の内部に３個のボールベアリング２８，２９，３０を介して回転自在に支持される。ステアリングアクチュエータ１７は、上部ステアリングシャフト１２に固定したウオームホイール３１と、このウオームホイール３１に噛合するウオーム３２と、このウオーム３２を回転駆動するモータ３３とで構成される。

更に、ステアリングアクチュエータ１７の上方の上部ステアリングシャフト１２に、ステアリングホイール１１に入力される操舵トルクを検出する磁歪式トルクセンサ３４が設けられる。また下部ステアリングシャフト１４の中間部に弾性カップリング３５が設けられる。

図２から明らかなように、磁歪式トルクセンサ３４は、上部ステアリングシャフト１２の表面を所定幅で覆うように形成された、例えばＮｉ−Ｆｅメッキよりなる第１、第２磁歪膜５１Ａ，５１Ｂと、第１磁歪膜５１Ａを囲む第１コイル５２Ａと、第２磁歪膜５１Ｂを囲む第２コイル５２Ｂと、第１コイル５２Ａを囲む第１ヨーク５３Ａと、第２コイル５２Ｂを囲む第２ヨーク５３Ｂとを備える。第１コイル５２Ａおよび第２コイル５２Ｂには、第１、第２出力選択回路５４Ａ，５４Ｂおよび差動増幅回路５５が接続される。

図３から明らかなように、下部ステアリングシャフト１４は上半体１４ａおよび下半体１４ｂに２分割されており、上半体１４ａの下端に固定した円筒状のカラー３６の内周面と、下半体１４ｂの外周面との間に、円筒状のラバー３７の外周面および内周面がそれぞれ焼き付けにより固定される。

次に、上記構成を備えた本発明の第１の実施の形態の作用を説明する。

運転者がステアリングホイール１１を操作すると、ステアリングホイール１１の回転が上部ステアリングシャフト１２、上部自在継ぎ手１３、下部ステアリングシャフト１４、下部自在継ぎ手１５，ピニオンシャフト２１、ピニオン２０、ラック１８、ラックバー１９およびボールジョイント２５，２５を介してタイロッド２６，２６に伝達され、左右の車輪Ｗ，Ｗが転舵される。

その際に、運転者がステアリングホイール１１に入力した操舵トルクが上部ステアリングシャフト１２の周囲に設けた磁歪式トルクセンサ３４により検出されると、図示せぬ電子制御ユニットが前記操舵トルクに応じてステアリングアクチュエータ１７のモータ３３を駆動することで、モータ３３のトルクがウオーム３２およびウオームホイール３１を介して上部ステアリングシャフト１２に伝達され、運転者のステアリング操作がステアリングアクチュエータ１７によりアシストされる。

磁歪式トルクセンサ３４による操舵トルクの検出は、次のようにして行われる。

第１、第２コイル５２Ａ，５２Ｂに交流電流を供給すると、上部ステアリングシャフト１２に操舵トルクが入力されたときに、第１磁歪膜５１ＡのインダクタンスがＬからＬ＋ΔＬに変化し、第２磁歪膜５１ＢのインダクタンスがＬからＬ−ΔＬに変化し、しかも前記変化量ΔＬが加えられた操舵トルクに比例するので、この変化量ΔＬを第１、第２コイル５２Ａ，５２Ｂで検出する。

即ち、図４において、第１コイル５２Ａが出力する第１電圧信号ＶＴ１および第２コイル５２Ｂが出力する第２電圧信号ＶＴ２は整流回路の役目をする第１、第２出力選択回路５４Ａ，５４Ｂにそれぞれ入力される。第１、第２出力選択回路５４Ａ，５４Ｂは、前記第１、第２電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２に対応する第１、第２電圧信号ＶＴ１^*，ＶＴ２^*を出力し、その第１、第２電圧信号ＶＴ１^*，ＶＴ２^*は差動増幅回路５５に入力され、そこで操舵トルクの大きさに対応する第３電圧信号（トルク検出信号）が算出されて出力される。

具体的には、差動増幅回路５５は第１信号電圧ＶＴ１^*から第２信号電圧ＶＴ２^*を減算したＶＴ１^*−ＶＴ２^*にゲインｋを乗算して第３電圧信号（トルク検出信号）を算出する。第１信号電圧ＶＴ１^*は操舵トルクの増加に応じて増加し、第２信号電圧ＶＴ２^*は操舵トルクの増加に応じて減少するため、第３電圧信号は操舵トルクの増加に応じて増加する。操舵トルクが０のとき、第３電圧信号が所定のバイアス電圧Ｖｂ（例えば、２．５Ｖ）となるようにバイアスされる。

ＶＴ３＝ｋ（ＶＴ１^*−ＶＴ２^*）＋Ｖｂ
このようにして、ステアリングホイール１１に入力される操舵トルクにより上部ステアリングシャフト１２が第１、第２磁歪膜５１Ａ，５１Ｂと共に捩じれ変形すると、第１、第２磁歪膜５１Ａ，５１Ｂおよび第１、第２ヨーク５３Ａ，５３Ｂで構成される二つの磁路に沿う磁束密度が変化することで、その磁束密度の変化に基づいて操舵トルクを検出することができる。

ところで、ステアリングホイール１１から左右の車輪Ｗ，Ｗに至る操舵トルクの伝達経路の捩じれ剛性が高いと、運転者がステアリングホイール１１に入力する操舵トルク、あるいはステアリングアクチュエータ１７が上部ステアリングシャフト１２に入力する操舵トルクがダイレクトに車輪Ｗ，Ｗに伝達されるため、車両のヨー応答性（操舵に対する車両のヨーイングの応答性）が敏感になり、逆に操舵トルクの伝達経路の捩じれ剛性が低いとヨー応答性が鈍感になる傾向がある。

トーションバー式の操舵トルクセンサを採用すると、操舵トルクの伝達経路のうちでトーションバーの捩じり剛性が最も低くなるため、トーションバーの小さいばね定数によって車両のヨー応答性の上限値が制限されてしまい、ヨー応答性の高いセッティングができなくなる問題がある。

それに対して、本実施の形態の如く磁歪式トルクセンサ３４を採用した場合には、トーションバーのようなばね定数の小さい部材を持たないため、車両のヨー応答性の上限値を充分に高くセッティングすることができる。そして車両のヨー応答性を低くセッティングしたい場合には、下部ステアリングシャフト１４に設けた弾性カップリング３５のラバー３７のばね定数を下げることで任意に調整することができる。つまり、操舵トルクの伝達経路の任意の位置に磁歪式トルクセンサ３４よりもばね定数が小さい弾性体（例えば、弾性カップリング３５）を介在させ、そのばね定数を調整することで車両のヨー応答性を極めて広い領域で任意に設定することが可能になる。

しかも、前記弾性体を下部ステアリングシャフト１４の上半体１４ａおよび下半体１４ｂを接続する弾性カップリング３５で構成したので、操舵トルク伝達経路に弾性体をコンパクトに配置することができる。また車輪Ｗ，Ｗから操舵トルクの伝達経路を介してステアリングホイール１１に伝達される振動を弾性カップリング３５で吸収することができるので、ステアリングホイール１１の振動を低減して操舵フィーリングを高めることができる。

図５および図６は本発明の第２の実施の形態を示すもので、図５は電動パワーステアリング装置の全体構造を示す図、図６は図５の６−６線拡大断面図である。

第１の実施の形態では操舵トルクの伝達経路に弾性体を介在させているが、第２の実施の形態は操舵トルクの伝達経路に弾性体を備えておらず、その代わりにステアリングギヤボックス１６を弾性体を介して車体に支持している。即ち、ステアリングギヤボックスのハウジング２４が、２個のゴムブッシュジョイント３８を介して車体３９に弾性支持される。各ゴムブッシュジョイント３８は外筒４０、内筒４１およびゴムブッシュ４２で構成され、外筒４０が前記ハウジング２４の取付孔２４ａに圧入され、内筒４１が車体３９にボルト４３で固定される。そしてゴムブッシュジョイント３８，３８のばね定数は、磁歪式トルクセンサ３４のばね定数よりも小さく設定される。

この第２の実施の形態によれば、ゴムブッシュジョイント３８，３８のばね定数を小さく設定することで、操舵トルクが作用したときにゴムブッシュジョイント３８，３８が弾性変形してステアリングギヤボックス１６を車体３９に対して相対移動させ、操舵トルクの伝達経路の捩じれ剛性を低下させてヨー応答性を鈍感にすることができる。よって、磁歪式トルクセンサ３４を採用した結果高くなったヨー応答性を、ゴムブッシュジョイント３８，３８のばね定数を調整して低くすることで、車両のヨー応答性を極めて広い領域で任意に設定することが可能になる。

また車輪Ｗ，Ｗから操舵トルクの伝達経路を介してステアリングホイール１１に伝達される振動を、第１の実施の形態と同様にステアリングギヤボックス１６を支持するゴムブッシュジョイント３８，３８で吸収することができるので、ステアリングホイール１１の振動を低減して操舵フィーリングを高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では弾性カップリング３５を下部ステアリングシャフト１４に設けているが、それを操舵トルクの伝達経路の任意の部位に設けることができる。

また実施の形態ではステアリングアクチュエータ１７を上部ステアリングシャフト１２に設けているが、それを操舵トルクの伝達経路の任意の部位に設けることができる。

また第１の実施の形態では弾性体として弾性カップリング３５を採用しているが、一対の金属製のハブ間に弾性を有する樹脂製のスライダを挟んだオルダムカップリングを採用することができる。

また第２の実施の形態では弾性体としてゴムブッシュジョイント３８を採用しているが、ステアリングギヤボックス１６と車体３９との間にゴム等の板状弾性体を焼き付けて結合しても良い。

また実施の形態では弾性カップリング３５あるいはゴムブッシュジョイント３８のばね定数を磁歪式トルクセンサ３４のばね定数よりも小さく設定しているが、そのばね定数の大小関係は任意である。なぜならば、弾性カップリング３５あるいはゴムブッシュジョイント３８のような弾性体を介在させれば、介在させない場合に比べて操舵トルクの伝達経路の捩じれ剛性が低下するからである。

また第２の実施の形態ではステアリングギヤボックス１６をゴムブッシュジョイント３８，３８を介して車体３９に支持しているが、車体に弾性体を介して支持したサブフレームを有する車両においては、そのサブフレームにステアリングギヤボックス１６を剛結しても良い。なぜならば、ステアリングギヤボックスはサブフレームと一体になって前記弾性体により車体に支持されることになり、第２の実施の形態と同様の作用効果を達成することができるからである。この場合、サブフレームにサスペンション装置を支持すれば、サスペンション装置の取付剛性を低下させて乗り心地を高めることができる。

第１の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構造を示す図図１の２部拡大図図１の３部拡大図操舵トルクに対するトルク検出信号の変化特性を示す図第２の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構造を示す図図５の６−６線拡大断面図

１１ステアリングホイール
１４ａ上半体（軸）
１４ｂ下半体（軸）
１６ステアリングギヤボックス
１７ステアリングアクチュエータ
２１ピニオンシャフト
２４ハウジング
２４ａ取付孔
３４磁歪式トルクセンサ
３５弾性カップリング（弾性体）
３８ゴムブッシュジョイント（弾性体）
３９車体
４０外筒
４１内筒
４２ゴムブッシュ
４３ボルト
Ｗ車輪

Claims

ステアリングホイール（１１）から車輪（Ｗ）に至る操舵トルク伝達経路に磁歪式トルクセンサ（３４）を配置し、前記磁歪式トルクセンサ（３４）で検出した操舵トルクに応じてステアリングアクチュエータ（１７）を駆動して運転者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、
前記操舵トルク伝達経路に前記磁歪式トルクセンサ（３４）と直列に該磁歪式トルクセンサ（３４）よりもばね定数が小さい弾性体（３５）を配置し、前記弾性体（３５）を介して前記ステアリングホイール（１１）から前記車輪（Ｗ）に操舵トルクを伝達することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記弾性体は二つの軸（１４ａ，１４ｂ）を弾性的に接続する弾性カップリング（３５）であ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。
ステアリングホイール（１１）から車輪（Ｗ）に至る操舵トルク伝達経路に磁歪式トルクセンサ（３４）を配置し、前記磁歪式トルクセンサ（３４）で検出した操舵トルクに応じてステアリングアクチュエータ（１７）を駆動して運転者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、
前記ステアリングホイール（１１）および前記車輪（Ｗ）間に配置されるステアリングギヤボックス（１６）を前記磁歪式トルクセンサ（３４）よりもばね定数が小さい弾性体（３８）を介して車体（３９）に支持したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記弾性体（３８）は、外筒（４０）と、内筒（４１）と、それら外筒（４０）および内筒（４１）を接続するゴムブッシュ（４２）とで構成され、前記外筒（４０）が前記ステアリングギヤボックス（１６）のハウジング（２４）の取付孔（２４ａ）に圧入され、前記内筒（４１）が車体（３９）にボルト（４３）で固定されることを特徴とする、請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。