JP4926407B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用操舵装置に関するものである。

車両用操舵装置として電動パワーステアリング装置が知られている。電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに結合されたステアリングシャフトと転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に連結されるとともに、操舵力を補助するためのステアリングモータが前記転舵機構に連係されて構成されており、一般に、ステアリングホイールに加えられる運転者の操舵入力（例えば、操舵トルク）が大きいほど操舵補助力が大きくなるようにステアリングモータの駆動電流を制御する。

この種の電動パワーステアリング装置では、ステアリングモータをステアリングコラムまたはステアリングギヤボックスのハウジングにボルトで固定する場合がある。このように構成するときには、ステアリングモータの出力軸のトルク変動が振動となってステアリングギヤボックスやステアリングコラムに伝達されると、操舵フィーリングが低下してしまうので、振動伝達を抑制する対策が必要となる。
この振動抑制対策として、特許文献１に開示されているように、ステアリングモータとステアリングコラムまたはステアリングギヤボックスとの締結部にゴムブッシュ等の弾性体を装着する技術がある。

しかしながら、このように締結部に弾性体を装着すると、ステアリングコラムの支持剛性が低くなってしまう。また、荷重が加わったときに前記弾性体が変形するため、ステアリングモータが運転中に揺動し、ステアリングモータの出力軸に連結されている減速機構の噛み合いに悪影響を及ぼして異音を発生させる虞もある。
そこで、この発明は、ステアリングモータの支持剛性を確保しつつ、ステアリングモータからステアリングギヤボックス等に伝達される振動を減衰させることができる車両用操舵装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、操舵入力に応じてステアリング用のブラシレスモータ（例えば、後述する実施例におけるステアリングモータ１１）をステータコイルに通電することによって駆動し、発生した駆動力によって車両の転舵を行う車両用操舵装置（例えば、後述する実施例における車両用操舵装置１００）において、前記ステアリング用のブラシレスモータのハウジング（例えば、後述する実施例におけるモータハウジング１１ａ）と、ステアリングコラムまたはステアリングギヤボックスのハウジング（例えば、後述する実施例におけるギヤボックスハウジング１４）とを、その間に振動減衰用の球状黒鉛が形成された球状黒鉛鋳鉄の金属プレート（例えば、後述する実施例における金属プレート１６）を挟んで固定することを特徴とする。
このように構成することにより、金属プレートは剛性が高いので、ステアリングモータの支持剛性を高くすることができる。また、ステアリングモータのトルク変動等に起因してステアリングモータからステアリングコラムやステアリングギヤボックスに伝達される振動を、金属プレートによって十分に減衰することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記ステアリングモータの出力軸は弾性継手（例えば、後述する実施例における弾性継手４０）を介して減速機構（例えば、後述する実施例におけるウォームギヤ１２、ウォームホイールギヤ１３）に連結されることを特徴とする。
このように構成することにより、ステアリングモータの出力軸から減速機構に伝達される振動を、弾性継手によって減衰することができる。

請求項１に係る発明によれば、ステアリングモータの支持剛性を高く保持することができる。また、ステアリングモータのトルク変動等に起因してステアリングモータからステアリングコラムやステアリングギヤボックスに伝達される振動を、金属プレートによって十分に減衰することができるので、操舵フィーリングが向上する。

請求項２に係る発明によれば、ステアリングモータの出力軸から減速機構に伝達される振動を、弾性継手によって減衰することができるので、さらに操舵フィーリングが向上する。

以下、この発明に係る車両用操舵装置の実施例を図１〜図４の図面を参照して説明する。
図１に示すように、車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置１００はステアリングホイール（操舵手段）２に連結されたステアリングシャフト１を備えている。
ステアリングシャフト１は、ステアリングホイール２に一体結合されたメインステアリングシャフト３と、ラック＆ピニオン機構のピニオン７が設けられたピニオン軸５とが、ユニバーサルジョイント４によって連結されて構成されている。
ピニオン軸５はその下部、中間部、上部を軸受６ａ，６ｂ，６ｃによって支持されており、ピニオン７はピニオン軸５の下端部に設けられている。ピニオン７は車幅方向に往復動し得るラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端に設けられたラックエンド８ｂにそれぞれタイロッド９が連結され、タイロッド９に転舵輪としての前輪１０が連係されている。この構成により、ステアリングホイール２の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪１０，１０を転舵させて車両の向きを変えることができる。ここで、ラック軸８、タイロッド９は転舵機構を構成する。

また、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール２による操舵力を軽減するための操舵補助力を発生させるブラシレスモータからなるステアリングモータ（以下、モータと略す）１１を備えている。モータ１１は、モータハウジング１１ａをステアリングギヤボックスのハウジング（以下、ギヤボックスハウジングと略す）２０のモータ取付座２０ａに３本のボルト（図示略）で締結して固定されており、図２に示すように、モータハウジング１１ａのフランジ部１１ｂとギヤボックスハウジング２０のモータ取付座２０ａとの間には、振動減衰用の金属プレート１６が狭み込まれている。金属プレート１６は、フランジ部１１ｂの平面形状と同形状の平板状をなし、周方向ほぼ等間隔にボルト孔１６ａが形成されている。金属プレート１６は、球状黒鉛鋳鉄のように球状黒鉛が形成された鉄系材料、あるいは、アルミニウム合金やマグネシウム合金のように針状の空隙を有する金属材料で構成されており、球状黒鉛や針状空隙によって減衰効果が得られる。

図２に示すように、モータ１１の出力軸は、内周面にセレーションを有するカップリング１７を介して、ギヤボックスハウジング２０に軸支されたウォームギヤ１２（図１参照）に連結されており、このウォームギヤ１２は、ピニオン軸５に一体的に設けられたウォームホイールギヤ１３に噛合している。ウォームギヤ１２とウォームホイールギヤ１３は減速機構を構成し、モータ１１で発生したトルクは、ウォームギヤ１２とウォームホイールギヤ１３により倍力されてピニオン軸５に伝達される。
モータ１１は、回転角を検出するためのレゾルバ（図示略）を備えており、レゾルバはモータ１１の回転角に対応する電気信号をステアリング電子制御装置（以下、ＥＣＵと略す）５０に出力する。

また、ピニオン軸５において中間部の軸受６ｂと上部の軸受６ｃとの間には、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいて操舵トルク（操舵入力）を検出する磁歪式の操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段、操舵入力検出手段）３０が配置されている。
操舵トルクセンサ３０は、ピニオン軸５の外周面に設けられた２つの磁歪膜３１，３２と、各磁歪膜３１，３２に対向配置された２つの検出コイル３３，３４と、各検出コイル３３，３４にそれぞれ接続された検出回路３５，３６を備え、検出回路３５，３６は、磁歪に起因して生じる各検出コイル３３，３４のインダクタンスの変化を電圧変化に変換してＥＣＵ５０に出力する。ＥＣＵ５０は各検出回路３５，３６の出力に基づいてステアリングシャフト１に作用する操舵トルクを算出する。
なお、ピニオン軸５、ラック８、ウォームギヤ１２、ウォームホイールギヤ１３はギヤボックスハウジング２０に収容されている。

ＥＣＵ５０は、操舵トルクセンサ３０で検出される操舵トルク（操舵入力）の大きさに応じて、モータ１１に供給すべき目標電流を決定し、モータ１１に流れる電流が目標電流と一致するように制御（例えば、ＰＩＤ制御）を行うことにより、モータ１１の出力トルクを制御し、操舵補助力を制御する。これにより、操舵入力と同方向にモータ１１による操舵補助力が作用し、運転者がステアリングホイール３に入力する操舵トルクが比較的に小さくても、容易に前輪１０の転舵が可能になる。

ところで、モータ１１を構成するブラシレスモータは、ステータコイルに通電して回転トルクを発生させるとき、および、モータ１１の回転軸（出力軸）が回転する際に回転軸に固定された磁石がステータコアを乗り越えるときに、回転軸のトルク変動と回転軸に作用する荷重の変動が発生する。
しかしながら、この両用操舵装置１００においては、ギヤボックスハウジング２０とモータハウジング１１ａとの間に振動減衰用の金属プレート１６が挟み込まれているので、この金属プレート１６が、モータ１１のトルク変動等に起因してモータ１１からギヤボックスハウジング２０に伝達される振動を減衰することができる。その結果、操舵フィーリングが向上する。
また、金属プレート１６は剛性が高いので、モータ１１の支持剛性が高く保持することができる。したがって、モータ１１が、ピニオン軸５に対してほぼ直角な方向にギヤボックスハウジング２０から外方へ突出して固定されていても、モータ１１の振動が助長されることもない。しかも、モータ１１の支持剛性が高いので、モータ１１が運転中に揺動することがなく、ウォームギヤ１２とウォームホイールギヤ１３の噛み合いに悪影響を及ぼすことがない。したがって、異音が発生することがなくて静粛性が向上し、また、耐久性も向上する。

図３は、この実施例の車両用操舵装置１００と金属プレート１６を有しない比較例の振動特性であり、図中、実線はこの実施例の振動特性を示し、破線は比較例の振動特性を示している。金属プレート１６を備えていない比較例の場合には、極数に応じてモータ１１の振動加速度（振動Ｇ）が急激に高くなる部分（以下、ピーク部という）があり、これに対応してギヤボックスハウジング２０の振動加速度（振動Ｇ）にもピーク部が生じる。これに対して、金属プレート１６を備えた実施例の場合には、モータ１１の振動加速度およびギヤボックスハウジング２０の振動加速度がそれぞれ、比較例のモータ１１の振動加速度およびギヤボックスハウジング２０の振動加速度よりも全体的に低くなり、いずれの振動加速度においてもピーク部が生じない。この振動特性の比較から、金属プレート１６に極めて高い振動減衰効果があることがわかる。

図４は、モータ１１の出力軸が弾性継手を介して減速機構（ウォームギヤ１２、ウォームホイールギヤ１３）に連結された実施例を示す。
弾性継手４０は所謂オルダム継手からなり、モータ１１の出力軸１１ｃに固定されるハブ４１と、ウォームギヤ１２のシャフト１２ａに固定されるハブ４２と、ハブ４１，４２間に設けられて回転を伝達するスペーサ４３からなり、スペーサ４３によって、モータ１１の出力軸１１ｃとウォームギヤ１２のシャフト１２ａの偏心・偏角、および軸方向変位を吸収することができるものである。このように弾性継手４０を介してモータ１１とウォームギヤ１２を連結した場合には、モータ１１の出力軸１１ｃからウォームギヤ１２への振動伝達も減衰することができる。また、弾性継手４０を用いた場合には、モータ１１の出力軸１１ｃが軸方向に変位し易く、そのためモータ１１が揺動し易い状況になるが、モータ１１のギヤボックスハウジング２０に対する支持剛性が高いので、弾性継手４０を用いた場合にも、モータ１１の揺動を確実に防止することができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、ステアリングモータを金属プレートを挟んでギヤボックスハウジングに固定したが、ステアリングモータを金属プレートを挟んでステアリングコラムに固定することも可能である。
また、操舵入力検出手段で検出する操舵入力は、操舵トルクに限るものではなく、操舵角度を採用することも可能である。
また、この発明に係る車両用操舵装置は、前述した実施例の電動パワーステアリング装置への適用に限るものではなく、ステア・バイ・ワイヤ・システムのステアリング装置にも適用可能である。なお、ステア・バイ・ワイヤ・システムとは、ステアリングホイールなどの操作子と転舵機構とが機械的に分離されていて、操作子に反力を作用させる反力モータと、転舵機構に設けられて転舵輪を転舵させる力を発生させるステアリングモータとを備えた操舵システムである。

この発明に係る車両用操舵装置の構成図である。 前記車両用操舵装置のステアリングモータおよび金属プレートの斜視図である。 この発明の車両用操舵装置と比較例の振動特性図である。 この発明の他の実施例におけるステアリングモータと減速機構の連結部を示す図である。

符号の説明

１１ ステアリングモータ
１１ａ モータハウジング（ステアリングモータのハウジング）
１１ｃ 出力軸
１２ ウォームギヤ（減速機構）
１３ ウォームホイールギヤ（減速機構）
１６ 金属プレート
２０ ギヤボックスハウジング（ステアリングギヤボックスのハウジング）
４０ 弾性継手
１００ 電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置）

Claims (2)

1. 操舵入力に応じてステアリング用のブラシレスモータをステータコイルに通電することによって駆動し、発生した駆動力によって車両の転舵を行う車両用操舵装置において、
   前記ステアリング用のブラシレスモータのハウジングと、ステアリングコラムまたはステアリングギヤボックスのハウジングとを、その間に振動減衰用の球状黒鉛が形成された球状黒鉛鋳鉄の金属プレートを挟んで固定することを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記ステアリングモータの出力軸は弾性継手を介して減速機構に連結されることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。

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