JP5217300B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングシャフトに操舵補助力を伝達する電動モータと、この電動モータを駆動制御する制御コントローラとを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置として、操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、ステアリングコラムに連結した減速ギヤボックスと、減速ギヤボックスに連結し、この減速ギヤボックス内の減速機構を介してステアリングシャフトに操舵補助力を伝達する電動モータと、電動モータを駆動制御する制御コントローラとを備え、電動モータ及び制御コントローラがそれぞれ別個のユニットで構成されているコラム式電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１）。

この特許文献１の装置の電動モータは、モータ出力軸がステアリングコラムのコラム軸に交差する車両上下方向に延在して減速機構に係合するように減速ギヤボックスの上部に連結されている。また、制御コントローラは、電動モータに対して車両前後方向の位置が一致するように減速ギヤボックスの外周に連結され、電動モータよりさらに車幅方向の外方に迫り出すように配置されている。
特開２００７−９９０１１号公報（図１、図２）

しかし、特許文献１の装置は、車両の一次衝突時、車両後方に移動するダッシュパネルなどが、電動モータとともに車両前後方向の位置が一致して配置されている制御コントローラに衝突し、その衝撃力によって制御コントローラが損傷するおそれがある。
また、制御コントローラは、電動モータよりさらに車幅方向の外方に迫り出すように配置されているのでコラム軸に対する左右方向（車幅方向の一方及び他方）の重量バランスが悪くなり、チルト機構を備えた装置の場合にはチルト操作に影響を与えるおそれがある。さらに、電動パワーステアリング装置の下方空間が狭くなり、運転者の膝が干渉しやすいので運転性が低下するおそれもある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、車両の一次衝突時における制御コントローラの損傷を防止することができるとともに、コラム軸に対する左右（車幅方向の一方及び他方）の重量バランスを良好とし、装置の下方空間を広くして運転性を向上させることができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、このステアリングコラムに連結した減速ギヤボックスと、この減速ギヤボックスに連結し、該減速ギヤボックス内の減速機構を介して前記ステアリングシャフトにアシストトルクを伝達する電動モータと、この電動モータを駆動制御する制御コントローラとを備え、前記電動モータ及び前記制御コントローラがそれぞれ別個のユニットで構成されている電動パワーステアリング装置において、前記電動モータは、そのモータ出力軸の軸心が、車両前後方向から見ると前記ステアリングコラムのコラム軸に交差する車両上下方向に延在する鉛直線に対して車両上方に向かうに従い車幅方向の一方側に傾き、車幅方向から見ると車両上方に向かうに従い車両前方側に傾いて延在して前記減速機構に係合するように前記減速ギヤボックスの上部に連結されているとともに、前記制御コントローラは、前記モータ出力軸の軸心に沿うように前記減速ギヤボックスの外周に連結されながら、前記モータ出力軸の軸心に対して車両後方側の位置で前記減速ギヤボックスの外周に連結されている。

さらに、請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、前記ステアリングコラムを傾動させるチルト機構を備えている。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、電動モータ及び制御コントローラは別箇に減速ギヤボックスに連結され、電動モータは減速ギヤボックスの上部に連結されているが、制御コントローラは、前記電動モータに対して車両後方の位置で前記減速ギヤボックスの外周に連結されているので、一次衝突時にダッシュパネル等が車両後方に移動しても、ダッシュパネルは制御コントローラより先に電動モータに衝突し、制御コントローラへの衝突を防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１から図４は、本発明を説明する図であり、図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を右ハンドル車に適用した場合の平面視、図２は本実施形態を車両前方から示した図、図３は本実施形態を左方向から示した側面図である。

図１の符号１は、コラム型の電動パワーステアリング装置である。この電動パワーステアリング装置１は、コラム軸Ｐ１が車両後方に向かうに従い上り傾斜を付けて延在するように配置されており、ステアリングホイール（不図示）に連結されたステアリングシャフト２を回転自在に内装するステアリングコラム３に減速ギヤボックス４が連結され、この減速ギヤボックス４に電動モータ５及び制御コントローラ１３が連結されている。

ステアリングシャフト２は、上端がステアリングホイールに連結される入力軸２ａと、この入力軸２ａの下端にトーションバー（不図示）を介して連結された出力軸２ｂとで構成されている。
ステアリングコラム３は内管３ａ及び外管３ｂの２重管構造となっており、アッパ取付ブラケット６及び枢軸７を介して車体側に取付けられている。

枢軸７は、減速ギヤボックス４の車両上部において車幅方向に突出するように一体に形成されており、この枢軸７を介してステアリングコラム３が回転自在となるように連結されている。
アッパ取付ブラケット６は、車体側部材（不図示）に取付けられる取付板部６ａと、この取付板部６ａの下端に固定されて左右方向（車幅方向）に互いに離間している１対の支持板部６ｂと、これら一対の支持板部６ｂに形成されたステアリングコラム３の外管３ｂを支持するチルト機構６ｃとを備えている。そして、チルト機構６ｃのチルトレバー６ｇを回動させ、外管３ｂの支持状態を解除することにより、ステアリングコラム３が、枢軸７を中心として車両上下方向にチルト位置調整可能とされている。なお、符１２で示す部材はコイル状のチルトバネであり、このチルトバネ１２は、アッパ取付ブラケット６とチルト機構６ｃの間で連結してステアリングコラム３の外管３ｂを押し上げるバネ力を作用する。

減速ギヤボックス４は、図２に示すように、出力軸２ｂに同軸に固定したウォームホイール（不図示）を収納しているウォームホイール収納部８と、このウォームホイール収納部８の車幅方向の一方側に突出して一体形成され、ウォームホイールに噛合するウォーム（不図示）を収納しているウォーム収納部９と、このウォーム収納部９の上部で開口しているモータ取付フランジ１０と、ウォーム収納部９の車幅方向の一方側を向いて開口している制御コントローラ装着フランジ１１とを備えている。

電動モータ５は、図２に示すように、モータ取付フランジ１０からウォーム収納部９内に挿入されてウォームに連接する出力軸５ａを備えており、出力軸５ａの基端側の周囲に形成されている取付フランジ５ｂがモータ取付フランジ１０に当接し、固定ボルトを介して装着されている。
電動モータ５の出力軸５ａの軸心Ｐ２は、図２に示すように車両前後方向から見ると、コラム軸Ｐ１に交差する鉛直線Ｐ３に対して車両上方に向かうに従い車幅方向の一方側に傾いているとともに、図３に示すように車幅方向から見ると、車両上方に向かうに従い車両前方側に傾いて延在している。

そして、制御コントローラ装着フランジ１１は、図３に示すように、出力軸５ａの軸心Ｐ２に対して車両後方側に位置するウォーム収納部９の車幅方向の一方側を向く面で開口している。
制御コントローラ１３は、図示しないパワー基板、制御基板、これらを囲繞するカバー１３ａを備えている。パワー基板は、電動モータ５を駆動制御するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のパワースイッチング素子で構成されるＨブリッジ回路やこのＨブリッジ回路のパワースイッチング素子を駆動するパルス幅変調回路等のディスクリート部品が実装されている。制御基板は、車両に搭載した各種センサからの検出値に基づいて操舵補助電流指令値を算出し、この操舵補助電流指令値と電動モータ５に出力するモータ電流の検出値とに基づいて電流フィードバック制御を行ってパワー基板のパルス幅変調回路への電圧指令値を算出することにより、電動モータ５で発生させる操舵補助力を制御するマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）やその周辺機器等のディスクリート部品が実装されている。なお、カバー１３ａの端部から突出している部品は、電源コネクタ１３ｂである。

そして、上記構成の制御コントローラ１３は、出力軸５ａの軸心Ｐ２に対して車両後方側に位置するウォーム収納部９の車幅方向の一方側を向く面に形成した制御コントローラ装着フランジ１１に装着され、電動モータ５と電気的に接続されている。
ここで、電動モータ５の出力軸５ａの軸心Ｐ２は、図２に示すように車両前後方向から見ると、コラム軸Ｐ１に交差する鉛直線Ｐ３に対して車両上方に向かうに従い車幅方向の一方側に傾き、図３に示すように車幅方向から見ると、車両上方に向かうに従い車両前方側に傾いて延在しているが、制御コントローラ装着フランジ１１に装着された制御コントローラ１３は、出力軸５ａの軸心Ｐ２に沿って配置されているとともに、出力軸５ａの軸心Ｐ２に対して車両後方側に位置するように配置されている。

なお、本発明の減速機構がウォーム及びウォームホイールに対応し、本発明のモータ出力軸が出力軸５ａに対応している。
次に、上記実施形態の電動パワーステアリング装置１の動作について説明する。
車両の図示しないイグニッションスイッチをオン状態として制御コントローラ１３のパワー基板及び制御基板にバッテリから電力を供給すると、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）によって操舵補助制御処理が実行され、車両に搭載した各種センサの検出値に基づいて操舵補助電流指令値が算出される。この操舵補助電流指令値とモータ電流検出部で検出したモータ電流とに基づいて電流フィードバック処理を実行して、電圧指令値を算出する。この電圧指令値をパワー基板のゲート駆動回路に供給してＨブリッジ回路を制御することにより、電動モータ５にモータ駆動電流が流れて電動モータ５を正転又は逆転方向に必要とする操舵補助力を発生するように駆動する。

このため、電動モータ５からステアリングホイールの操舵トルクに応じた操舵補助力が発生し、この操舵補助力が、減速ギヤボックス４に収納されているウォーム及びウォームホイールを介してステアリングシャフト２の出力に伝達されることにより、ステアリングホイールを軽い操舵力で操舵することができる。
次に、本実施形態の電動パワーステアリング装置１の作用効果について説明する。なお、本実施形態の作用効果を明確にするため、図１から図３に、従来装置のように制御コントローラ１３が、出力軸５ａの軸心Ｐ２に対して車両前後方向の位置が一致しながら車幅方向の一方に向けて突出している位置を破線で示している。

本実施形態は、電動モータ５の出力軸５ａの軸心Ｐ２が、図２に示すように車両前後方向から見ると、コラム軸Ｐ１に交差する鉛直線Ｐ３に対して車両上方に向かうに従い車幅方向の一方側に傾き、図３に示すように車幅方向から見ると、車両上方に向かうに従い車両前方側に傾いて延在しているが、制御コントローラ装着フランジ１１に装着された制御コントローラ１３は、出力軸５ａの軸心Ｐ２に沿って配置されているとともに、出力軸５ａの軸心Ｐ２に対して車両後方側に位置するように配置されていることから、車両の一次衝突時の制御コントローラ１３の損傷を防止することができるとともに、チルト機構６ｃの操作性を良好とし、運転性を良好とすることができる。

すなわち、図１の破線で示すように、従来装置の制御コントローラ１３は出力軸５ａの軸心Ｐ２に対して車両前後方向の位置が一致して配置されているので、一次衝突時に、ダッシュパネル（不図示）が車両後方に移動すると制御コントローラ１３に衝突してしまい、制御コントローラ１３が損傷するおそれがある。
しかし、本実施形態の制御コントローラ１３は、出力軸５ａの軸心Ｐ２に対して車両後方側に位置するように減速ギヤボックス４に連結されているので、一次衝突時にダッシュパネルが車両後方に移動すると、ダッシュパネルは制御コントローラ１３より先に電動モータ５に衝突し、制御コントローラ１３への衝突を防止することができる。このように制御コントローラ１３の損傷が防止されると、制御基板に記憶されているダイアグコードを読み取ることができ、衝突の事故原因の究明を容易に行うことができる。

また、図１及び図２の破線で示すように、従来の制御コントローラ１３の車幅方向の一方の端部（電源コネクタ１３ｂ）はコラム軸Ｐ１から車幅方向の一方にＴ２の突出量で迫り出しているが、本実施形態の制御コントローラ１３の車幅方向の一方の端部（電源コネクタ１３ｂ）は、出力軸５ａの軸心Ｐ２に対して車両後方側に位置するように減速ギヤボックス４に連結しているので、Ｔ２より小さな距離Ｔ１で車幅方向の一方に突出している。したがって、本実施形態は、従来装置と比較してコラム軸Ｐ１に対する左右方向（車幅方向の一方及び他方）の重量バランスが良くなり、チルト機構６ｃによるチルト操作を良好とすることができる。

さらに、従来の制御コントローラ１３は、車両前後方向から見てコラム軸Ｐ１に交差する鉛直線Ｐ３に対して車両上方に向かうに従い車幅方向の一方側に傾きながら、出力軸５ａの軸心Ｐ２に対して車両前後方向の位置が一致して配置されると、図３の破線で示すように、その下端部が車両下方に位置する。しかし、本実施形態の制御コントローラ１３は、車両前後方向から見てコラム軸Ｐ１に交差する鉛直線Ｐ３に対して車両上方に向かうに従い車幅方向の一方側に傾き、車幅方向から見て車両上方に向かうに従い車両前方側に傾いて延在している出力軸５ａの軸心Ｐ２に沿い、且つ、出力軸５ａの軸心Ｐ２に対して車両後方側に位置するように配置されているので、図３で示すように、従来装置の制御コントローラ１３の下端部と比較して車両上方に位置する。したがって、電動パワーステアリング装置１の下方空間が広くなるので、運転者の膝が干渉せず、運転性を向上させることができる。

なお、本実施形態は右ハンドル車に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、左ハンドル車に適用する場合には、減速ギヤボックス４、電動モータ５及び制御コントローラ１３の配置をステアリングコラム３の中心軸を通る垂直面を挟んで面対称に即ち制御コントローラ１３の右側に電動モータ５を配置し、制御コントローラ１３の電源コネクタ１３ｂを左側に配置すればよい。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を右ハンドル車に適用した場合の平面視を示すものである。 一実施形態を車両前方から示した図である。 一実施形態を左方向から示した側面図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングシャフト、２ａ…入力軸、２ｂ…出力軸、３…ステアリングコラム、３ａ…内管、３ｂ…外管、４…減速ギヤボックス、５…電動モータ、５ａ…出力軸、５ｂ…取付フランジ、６…アッパ取付ブラケット、６ａ…取付板部、６ｂ…支持板部、６ｃ…チルト機構、６ｇ…チルトレバー、７…枢軸、８…ウォームホイール収納部、９…ウォーム収納部、１０…モータ取付フランジ、１１…制御コントローラ装着フランジ、１２…チルトバネ、１３…制御コントローラ、１３ａ…カバー、１３ｂ…電源コネクタ、Ｐ１…コラム軸、Ｐ２…出力軸の軸心、Ｐ３…コラム軸に交差する鉛直線

Claims (2)

1. 操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、このステアリングコラムに連結した減速ギヤボックスと、この減速ギヤボックスに連結し、該減速ギヤボックス内の減速機構を介して前記ステアリングシャフトにアシストトルクを伝達する電動モータと、この電動モータを駆動制御する制御コントローラとを備え、前記電動モータ及び前記制御コントローラがそれぞれ別個のユニットで構成されている電動パワーステアリング装置において、
   前記電動モータは、そのモータ出力軸の軸心が、車両前後方向から見ると前記ステアリングコラムのコラム軸に交差する車両上下方向に延在する鉛直線に対して車両上方に向かうに従い車幅方向の一方側に傾き、車幅方向から見ると車両上方に向かうに従い車両前方側に傾いて延在して前記減速機構に係合するように前記減速ギヤボックスの上部に連結されているとともに、
   前記制御コントローラは、前記モータ出力軸の軸心に沿うように前記減速ギヤボックスの外周に連結されながら、前記モータ出力軸の軸心に対して車両後方側の位置で前記減速ギヤボックスの外周に連結されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ステアリングコラムを傾動させるチルト機構を備えていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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