JP5040474B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
この発明は、操舵軸の回転角を検出するアングルセンサを装着した電動パワーステアリング装置に関し、特に、アングルセンサを電動パワーステアリング装置に装着する取付構造に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus equipped with an angle sensor for detecting a rotation angle of a steering shaft, and more particularly to an attachment structure for attaching an angle sensor to an electric power steering apparatus.
現在広く使用されている車両用の電動パワーステアリング装置は、運転者によりステアリングホイールが操作されたときステアリングシャフトに発生する操舵トルクを検出し、その検出信号に基づいて電動モータを制御し、減速機構を介してステアリングシャフトを回転させ、操舵力を補助するように構成されたものがある。 An electric power steering device for a vehicle that is currently widely used detects a steering torque generated in a steering shaft when a steering wheel is operated by a driver, controls an electric motor based on the detection signal, and reduces a speed reduction mechanism. Some are configured to assist the steering force by rotating the steering shaft.
上記した電動モータの制御は、CPUで構成された電子制御回路において実行されるもので、操舵トルク信号、車速信号その他の信号に基づいて、電動モータの出力を決定する電流指令値を演算し、演算された電流指令値には各種の補正値が加算され、電流制御値として出力される。そして、電流制御値に基づいて決定されたデューティ比Dによりモータ電流をON/OFF制御して電動モータを制御し、電動モータに流れるモータ電流を検出して上記電流制御との差が零になるようにフィードバック制御が行われる。 The above-described control of the electric motor is executed by an electronic control circuit constituted by a CPU. Based on a steering torque signal, a vehicle speed signal, and other signals, a current command value that determines the output of the electric motor is calculated. Various correction values are added to the calculated current command value and output as a current control value. Then, the motor current is controlled to ON / OFF by the duty ratio D determined based on the current control value to control the electric motor, the motor current flowing through the electric motor is detected, and the difference from the current control becomes zero. Thus, feedback control is performed.
上記した電子制御回路では、車両の多様な走行状態に対応して最適な操舵特性が得られるように、ステアリングシャフトの操舵角を知る必要がある。操舵角を知る手段としては各種の手段が提案されているが、一定角度で多数のスリットを設けたスリット円板をステアリングシャフトに装着し、スリット円板上のスリットを光学的に検出して計数するアングルセンサが知られている(特許文献1参照)。 In the electronic control circuit described above, it is necessary to know the steering angle of the steering shaft so that optimum steering characteristics can be obtained corresponding to various driving conditions of the vehicle. Various means have been proposed as means for knowing the steering angle, but a slit disk provided with a number of slits at a fixed angle is attached to the steering shaft, and the slits on the slit disk are optically detected and counted. An angle sensor is known (see Patent Document 1).
図7は上記したアングルセンサ100の構成の一例を説明する斜視図である。図7において、101はステアリングシャフトであって、図示されていないが、その一端にはステアリングホイールが取付けられ、他端には操舵機構のピニオンが取付けられている。102はステアリングシャフト101に取付けられたスリット円板であって、所定の角度(例えば0.2度或いは1.0度など)で多数のスリット103が設けられているほか、操舵中立位置を示すスリット112が設けられている。
FIG. 7 is a perspective view illustrating an example of the configuration of the
スリット円板102の回転方向及び回転数を計数するため、スリット円板102のスリット103を間に挟んで2個のフォトカプラ104及び105が配置されており、フォトカプラ105はフォトカプラ104に対して1/4ピッチずらした位置に配置されている。フォトカプラ104及び105は、それぞれフォトトランジスタと発光ダイオードから構成され、発光ダイオードから投射された光がスリット円板102のスリット103を通過し、反対側に配置されたフォトトランジスタに入射してパルス信号が出力される。
In order to count the rotation direction and the number of rotations of the
フォトカプラ104から出力されたパルス信号とフォトカプラ105から出力されたパルス信号との位相のずれから、スリット円板102の回転方向が検出され、フォトカプラ104(又は105)から出力されたパルス信号の個数を計数し、操舵角の角度位置を検出することができる。
The rotation direction of the
また、操舵中立位置を示すスリット円板102のスリット112を検出するため、スリット円板102のスリット112を挟んでフォトカプラ113が配置されており、操舵角零の位置に形成されているスリット112をフォトカプラ113で検出し、操舵中立位置を検出することができる。
Further, in order to detect the
上記したアングルセンサ100は、ステアリングシャフトに直接スリット円板を装着しているが、この構成ではステアリングシャフトの構成を複雑にして望ましくない。そこで、上記したアングルセンサを、スリット円板の回転軸にセンサ歯車を設け、フォトカプラでスリット円板の回転を検出する独立した構成とする。
In the
一方、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトに連結される操舵機構のウォームホイールに前記センサ歯車を駆動するセンサ駆動歯車を設け、センサ駆動歯車と前記したセンサ歯車を噛合させ、ウォームホイールの回転、即ちステアリングシャフトの回転を検出するようにした構成が提案されている(特許文献2参照)。 On the other hand, a sensor drive gear for driving the sensor gear is provided on a worm wheel of a steering mechanism coupled to a steering shaft of an electric power steering apparatus, and the sensor drive gear and the sensor gear are engaged with each other to rotate the worm wheel, that is, steering. A configuration has been proposed in which the rotation of the shaft is detected (see Patent Document 2).
図8は、電動パワーステアリング装置の減速機構を構成するウォームホイールの断面形状と上記した独立した構成のアングルセンサのセンサ歯車付近の構成を説明する図であって、図8(a)はウォームホイールの断面とセンサ歯車及びセンサ駆動歯車(内歯歯車)付近の構成を示す側面断面図、図8(b)はウォームホイールのセンサ駆動歯車装着部付近の部分断面図である。 FIG. 8 is a view for explaining the cross-sectional shape of the worm wheel constituting the speed reduction mechanism of the electric power steering apparatus and the configuration in the vicinity of the sensor gear of the angle sensor having the independent configuration described above. FIG. And FIG. 8B is a partial cross-sectional view of the vicinity of the sensor drive gear mounting portion of the worm wheel.
ウォームホイール121は、金属製の芯金122の外周面にクロスルーレット加工等を行い、その加工面に合成樹脂で一体成形した円筒形の樹脂部123を設け、その外周面に図示しないウォーム歯車減速機構のウォームに噛合するウォームホイール歯124を形成する。更に、ウォームホイール121には、芯金122の内側周面に前記センサ歯車に噛合する合成樹脂で成形したセンサ駆動歯車(内歯歯車)126を装着する。
The
アングルセンサ131は、図示されていないスリット円板が装着された回転軸132の一端にセンサ歯車133が装着され、前記センサ駆動歯車(内歯歯車)126に噛合させてある。
The
以上の構成により、ステアリングシャフトに連結されるウォームホイール121の回転は、センサ駆動歯車(内歯歯車)126を介してセンサ歯車133を回転させ、ステアリングシャフトの回転角がアングルセンサ131により検出される。
しかしながら、上記した構成では、センサ駆動歯車126とセンサ歯車133とが噛合するとき、それぞれの歯車の精度誤差や、組み付けの際のばらつきによって、噛合する歯車間のバックラッシュが大きくなり、そのため運転者がステアリングホイールを操作するとき、センサ駆動歯車126とセンサ歯車133との噛合部に歯打ち音が発生し、運転者に対して不快感を与える可能性があった。この発明は、上記課題を解決することを目的とするものである。
However, in the above-described configuration, when the
この発明は上記課題を解決するもので、少なくとも電動モータに結合された第1の歯車と、前記第1の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第2の歯車とから構成される歯車減速機構を備え、電動モータによる補助動力をステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、この電動パワーステアリング装置は、更に、上記歯車減速機構のためのハウンジングと上記ステアリングシャフトの回転角を検出するセンサ歯車を備えたアングルセンサとを備えており、上記第2の歯車は、金属製の芯金の外周面に固定された合成樹脂部材に樹脂歯を形成したウォームホイールであって、前記合成樹脂部材には、前記ウォームホイールと同軸に上記センサ歯車に噛合するセンサ駆動歯車が形成されたものであり、上記アングルセンサの外箱には、外側が円筒形に形成された上記センサ歯車の軸受部であるとともに、上記ハウンジングに設けられたガイド孔に、上記センサ歯車と上記センサ駆動歯車とが深く噛合する方向に偏心した環状部材をなす弾性部材を介在させて上記ハウンジングへの装着部として嵌合する軸受部が設けられており、上記センサ歯車は、上記弾性部材によって上記第2の歯車に設けられたセンサ駆動歯車に対し噛合方向に向けて弾性的に与圧されて噛合していることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
The present invention solves the above-described problem, and is a gear reduction gear including at least a first gear coupled to an electric motor and a second gear meshed with the first gear and coupled to a steering shaft. In the electric power steering apparatus that includes a mechanism and transmits auxiliary power from the electric motor to the steering shaft, the electric power steering apparatus further includes a housing for detecting the rotation angle of the steering shaft and the rotation angle of the steering shaft. the have a angle sensor provided, the second gear is a worm wheel to form a resin teeth a synthetic resin member fixed to the outer peripheral surface of the metallic core metal, the synthetic resin member Is formed with a sensor drive gear that meshes with the sensor gear coaxially with the worm wheel. The outer casing of the angle sensor is a bearing portion of the sensor gear formed in a cylindrical shape on the outer side, and the sensor gear and the sensor drive gear are deeply engaged with a guide hole provided in the housing. A bearing portion that is fitted as an attachment portion to the housing is provided through an elastic member that forms an annular member that is eccentric in the direction, and the sensor gear is provided on the second gear by the elastic member . to sensor drive gear is pressurized elastically towards the engagement direction is an electric power steering apparatus characterized by meshes.
この発明に係る電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトの回転角を検出するセンサ歯車を備えたアングルセンサを、そのセンサ歯車を歯車減速機構のステアリングシャフトに結合された第2の歯車に設けられたセンサ駆動歯車に対して噛合方向に向け弾性的に与圧して噛合させたものであるから、センサ歯車やセンサ駆動歯車の精度誤差や、組み付けの際のばらつきは、前記した弾性的に与圧された歯車の噛合により吸収され、歯車間のバックラッシュを低減して噛合部に発生する歯打ち音を抑制することができ、運転者に対して不快感を与えることがない。 In the electric power steering apparatus according to the present invention, an angle sensor having a sensor gear for detecting the rotation angle of the steering shaft is provided, and the sensor gear is provided on a second gear coupled to the steering shaft of the gear reduction mechanism. Since the drive gear is elastically pressurized and meshed in the meshing direction, the accuracy error of the sensor gear and the sensor drive gear and the variation during assembly are elastically pressurized as described above. It is absorbed by the meshing of the gears, backlash between the gears can be reduced, and the rattling noise generated at the meshing portion can be suppressed, and the driver is not uncomfortable.
以下、この発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図1は、この発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置10の構成の概略を説明する斜視図で、こ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1の操作がステアリングコラム2、中間シャフト4を介してギアボックス11の内部に配置されたステアリングギア5のピニオンに伝達され、ピニオンの回転はラックの往復運動に変換され、左右のタイロッド6を介して車輪を操舵する機構において、ステアリングホイール1の操作力を軽減するため、前記ステアリングギア5のピニオンと同軸にウォームホイールを設け、ウォームホイールの回転を電動モータ7で補助し、ステアリングホイール1の操舵力を補助するように構成されている。
FIG. 1 is a perspective view for explaining an outline of the configuration of an electric
図2は、ステアリングギア5を収納するギアボックス11の外観を説明する正面図で、内部にステアリングギア5が収納されると共に、ステアリングギア5のピニオンと同軸に装着されたウォームホイールを回転駆動する電動モータ7、電動モータを制御する制御装置(ECU)8、及びアングルセンサ20が組み付けられている。
FIG. 2 is a front view for explaining the external appearance of the
アングルセンサ20については後で詳細に説明するが、アングルセンサ20はウォームホイールが装着された入力軸14を収容するギアボックス11のウォームホイール装着部付近に、入力軸14(即ちウォームホイール)から離れる方向に移動可能に弾性部材を介して装着される。即ち、アングルセンサ20のセンサ歯車22(図3参照)は、ウォームホイールと同軸に形成されたセンサ駆動歯車19d(図3参照)との噛合が深くなる方向に、弾性的に与圧されて装着される。
Although the
上記した装着状態は、図2で説明すれば、ギアボックス11のウォームホイール装着部のハウンジング11aとアングルセンサ20の外箱と間には、アングルセンサ20の外箱がウォームホイール装着部のハウンジング11aから離れる方向に移動可能に、隙間Bが形成されるように装着されている。
The above-described mounting state will be described with reference to FIG. 2. Between the
図3は、図2に示すギアボックス11の構成を説明する断面図で、図3(a)は図2のA−A線に沿った断面図、図3(b)は図3(a)に示すボルト24及びボルト孔11e付近の拡大断面図である。
3 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
ギアボックス11は、ハウンジング11a及びハウンジング11bの2つの部材からなる分割構造に構成されており、ギアボックス11の内部に収納されるステアリングギア5は、入力軸14、出力軸15、出力軸15に固定されたウォームホイール19、ウォームホイール19と噛合するウォーム18などから構成される。
The
入力軸14の先は図示されていない中間シャフト4を介してステアリングホイールに連結され、出力軸15は玉軸受12及び13により支承されており、出力軸15の先は図示しないピニオンに連結され、ピニオンの回転がラックの往復運動に変換されて左右のタイロッド6(図1参照)を介して車輪を操舵するように構成されている。
The tip of the
入力軸14と出力軸15とはトーションバー16で結合され、入力軸14に加わる操舵トルクに応じて入力軸14と出力軸15とが相対的に捩じれ、その捩れ量がトルクセンサ17により検出されるように構成されている。
The
出力軸15には、ウォームホイール19がキー等の手段で固定結合されており、図示されていない電動モータの回転軸に結合されたウォーム18が、ウォームホイール19と噛合している。
A
さらに、ギアボックス11のハウンジング11aには、アングルセンサ20を取付けるためのガイド孔11dと、アングルセンサ20を固定するボルト孔11eが設けられている。
Furthermore, the
図4は、ウォームホイール19の構成を説明する平面図である。図4に示すように、ウォームホイール19は、金属製の芯金19aの外周面にクロスルーレット加工等を行い、その加工面に合成樹脂で一体成形した円筒形の樹脂部19bを設け、樹脂部19bの外周面にはウォーム18のウォーム歯に噛合するホイール歯19cが形成されている他、樹脂部19bの内側周面にはアングルセンサ20のセンサ歯車22に噛合するセンサ駆動歯車(内歯歯車)19dが形成されている。
FIG. 4 is a plan view for explaining the configuration of the
次に、アングルセンサ20について説明する。アングルセンサ20の基本構成は、先に背景技術において説明した構成と同様で、図示しないスリット円板が装着された回転軸21の一端にセンサ歯車22が装着され、センサ歯車22が前記ウォームホイール19のセンサ駆動歯車(内歯歯車)19dに噛合する構成を備えている(図3、図4参照)。
Next, the
ハウンジング11aにアングルセンサ20を取り付ける取付構造には、複数の実施例がある。以下、順次説明する。
There are a plurality of embodiments of the mounting structure for attaching the
図5は、アングルセンサ20の第1実施例の取付構造を説明する正面図である。アングルセンサ20の外箱には、外側が円筒形に形成されたセンサ歯車22の軸受部20aが設けられており、軸受部20aをハウンジング11aへの装着部として前記したハウンジング11aに設けられたガイド孔11d(図3参照)に嵌合するように構成されている。
FIG. 5 is a front view for explaining the mounting structure of the first embodiment of the
また、アングルセンサ20の外箱には取付けブラケット23が設けられており、取付けブラケット23には、前記したハウンジング11aに設けられたボルト孔11eに螺合するボルト24を差込むボルト差込孔23aが形成されている。
A mounting
軸受部20aには、センサ歯車22が噛合する前記ウォームホイール19側から見て反対側に厚く偏心した弾性体で構成された弾性部材のリング25が装着されている。或いは厚く偏心した弾性体で構成されたリング25に代えて、ウォームホイール19側から見て反対側のみに装着する円弧状部材26を装着してもよい。
The bearing
図6は、アングルセンサ20の第2実施例の取付構造を説明する正面図である。アングルセンサ20の外箱には、外側が円筒形に形成されたセンサ歯車22の軸受部20aが設けられており、軸受部20aをハウンジング11aへの装着部として前記したハウンジング11aに設けられたガイド孔11d(図3参照)に嵌合するように構成されている。
FIG. 6 is a front view for explaining the mounting structure of the second embodiment of the
また、アングルセンサ20の外箱には取付けブラケット23が設けられており、取付けブラケット23には、前記したハウンジング11aに設けられたボルト孔11eに螺合するボルト24を差込むボルト差込孔27が形成されている。
A mounting
ボルト差込孔27には、センサ歯車22が噛合する前記ウォームホイール19側から見て反対側に厚く偏心した弾性体で構成されたカラー28が装着されている。或いは厚く偏心した弾性体で構成されたカラー28に代えて、ウォームホイール19側から見て反対側のみに装着する円弧状部材で構成されたカラー29を装着してもよい。
The
次に、アングルセンサ20のギアボックス11のハウンジング11aへの取り付けについて説明する。
Next, attachment of the
第1実施例のアングルセンサ20では、まず、軸受部20aに弾性部材のリング25又は円弧状部材26を装着する。このとき、リング25の厚く偏心した弾性体部分又は円弧状部材26をウォームホイール19側から見て反対側(遠い側)に位置するように装着し、リング25又は円弧状部材26を装着した軸受部20aをハウンジング11aのガイド孔11dに挿入する。
In the
アングルセンサ20のセンサ歯車22をウォームホイール19のセンサ駆動歯車19dに噛合させ、噛合状態を調整した後、取付けブラケット23にボルト24を差込み、ハウンジング11aに固定する。
After the
この構成によれば、リング25の厚く偏心した弾性体部分又は又は弾性材からなる円弧状部材26によりアングルセンサ20全体が出力軸(コラム軸)の中心線から外側方向に寄り、センサ歯車22とセンサ駆動歯車19dとを深く噛合させ、バックラッシュを抑制することができる。
According to this configuration, the
また、リング25又は円弧状部材26は弾性変形するので、センサ歯車22とセンサ駆動歯車19dの精度誤差や組み付け時のばらつきは、リング25又は円弧状部材26の弾性変形で調整され、噛合部から歯打ち音が発生することがない。
Further, since the
第2実施例のアングルセンサ20では、まず、取付けブラケット23のボルト差込孔27に厚く偏心した弾性体で構成されたカラー28、又は弾性体で構成された円弧状部材のカラー29をウォームホイール19側から見て反対側(遠い側)に位置するように装着し、軸受部20aをハウンジング11aのガイド孔11dに挿入する。
In the
アングルセンサ20のセンサ歯車22をウォームホイール19のセンサ駆動歯車19dに噛合させ、噛合状態を調整した後、取付けブラケット23にボルト24を差込み、ハウンジング11aに固定する。
After the
この構成によれば、取付けブラケット23のボルト差込孔27に装着した厚く偏心した弾性体で構成されたカラー28、又は弾性体で構成された円弧状部材のカラー29により、アングルセンサ20全体が出力軸(コラム軸)の中心線から外側方向に寄り、センサ歯車22とセンサ駆動歯車19dとを深く噛合させ、バックラッシュを抑制することができる。
According to this configuration, the
また、上記したカラー28又はカラー29は弾性変形するので、センサ歯車22とセンサ駆動歯車19dの精度誤差や組み付け時のばらつきは、カラー28又はカラー29の弾性変形で調整され、噛合部から歯打ち音が発生することがない。
Further, since the
車両の多様な走行状態に対応して最適な操舵特性が得られるように制御する上で必要とされるステアリングホイールの操舵角を検出する電動パワーステアリング装置のアングルセンサの取付構造であって、アングルセンサのセンサ歯車とステアリングホイールに連結されるセンサ駆動歯車の精度誤差や組み付け時のばらつきによる噛合状態は弾性部材で調整され、噛合部から発生する歯打ち音を抑制することができる。 An angle sensor mounting structure for an electric power steering device for detecting a steering angle of a steering wheel, which is necessary for controlling so as to obtain an optimum steering characteristic corresponding to various driving conditions of a vehicle. The meshing state due to the accuracy error of the sensor drive gear connected to the sensor gear of the sensor and the steering wheel or the variation at the time of assembly is adjusted by the elastic member, and the rattling noise generated from the meshing portion can be suppressed.
1 ステアリングホイール
2 ステアリングコラム
4 中間シャフト
5 ステアリングギア
6 タイロッド
7 電動モータ
8 制御装置(ECU)
10 電動パワーステアリング装置
11 ギアボックス
11a ハウンジング
11b ハウンジング
11d ガイド孔(アングルセンサを取付けるためのガイド孔)
11e ボルト孔(アングルセンサを固定するボルト孔)
12 玉軸受
13 玉軸受
14 入力軸
15 出力軸
16 トーションバー
17 トルクセンサ
18 ウォーム
19 ウォームホイール
19a 芯金(ウォームホイールの芯金)
19b 樹脂部
19c ホイール歯(ウォームホイールのホイール歯)
19d センサ駆動歯車
20 アングルセンサ
20a 軸受部(センサ歯車の軸受部)
21 回転軸(スリット円板が装着された回転軸)
22 センサ歯車
23 取付けブラケット
23a ボルト差込孔
24 ボルト
25 弾性部材(リング)
26 円弧状部材
27 ボルト差込孔
28 カラー(弾性体で構成されたカラー)
29 カラー(弾性体で構成されたカラー)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering wheel 2 Steering column 4
DESCRIPTION OF
11e Bolt hole (Bolt hole for fixing the angle sensor)
12
19d
21 Rotating shaft (Rotating shaft with slit disk)
22
26 Arc-shaped
29 colors (colors made of elastic material)
Claims (1)
上記歯車減速機構のためのハウンジングと上記ステアリングシャフトの回転角を検出するセンサ歯車を備えたアングルセンサとを備えており、
上記第2の歯車は、金属製の芯金の外周面に固定された合成樹脂部材に樹脂歯を形成したウォームホイールであって、前記合成樹脂部材には、前記ウォームホイールと同軸に上記センサ歯車に噛合するセンサ駆動歯車が形成されたものであり、
上記アングルセンサの外箱には、外側が円筒形に形成された上記センサ歯車の軸受部であるとともに、上記ハウンジングに設けられたガイド孔に、上記センサ歯車と上記センサ駆動歯車とが深く噛合する方向に偏心した環状部材をなす弾性部材を介在させて上記ハウンジングへの装着部として嵌合する軸受部が設けられており、
上記センサ歯車は、上記弾性部材によって上記第2の歯車に設けられたセンサ駆動歯車に対し噛合方向に向けて弾性的に与圧されて噛合していること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。 A gear reduction mechanism comprising at least a first gear coupled to an electric motor and a second gear meshed with the first gear and coupled to a steering shaft is provided, and auxiliary power from the electric motor is steered. In the electric power steering device that transmits to the shaft, the electric power steering device further includes:
And a angle sensor having a sensor wheel which detects a rotational angle of Haunjingu and the steering shaft for the gear reduction mechanism,
The second gear is a worm wheel in which resin teeth are formed on a synthetic resin member fixed to the outer peripheral surface of a metal core, and the sensor gear is coaxial with the worm wheel. Is formed with a sensor drive gear that meshes with
The outer casing of the angle sensor is a bearing portion of the sensor gear formed in a cylindrical shape on the outer side, and the sensor gear and the sensor drive gear are deeply engaged with a guide hole provided in the housing. A bearing portion is provided that fits as an attachment portion to the housing by interposing an elastic member forming an annular member eccentric in the direction,
The electric power steering device according to claim 1, wherein the sensor gear is elastically pressurized and meshed with a sensor driving gear provided on the second gear by the elastic member in a meshing direction.
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