JP5233948B2

JP5233948B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP5233948B2
Application number: JP2009235169A
Authority: JP
Inventors: 広司川上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: JP2011079486A

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に係り、特に、転舵輪に連結されるステアリングメインシャフトと、このステアリングメインシャフトを回転可能に支持するコラムチューブとを備えたステアリングコラムが支持機構を介して車体の一部に対して組付けられていて、前記転舵輪から前記ステアリングメインシャフトに至る転舵機構の移動量がステアリングストッパにて規定されているとともに、前記コラムチューブに組付けた電気モータの回転駆動力が前記ステアリングメインシャフトに伝達可能に構成されている電動パワーステアリング装置（コラムアシスト形式の電動パワーステアリング装置）に関する。

この種の電動パワーステアリング装置は、例えば、下記特許文献１に記載されていて、電気モータとステアリングメインシャフト間に介装される減速機（電気モータの出力軸と一体的に回転するウォームシャフトと、ステアリングメインシャフトに一体回転可能に組付けたウォームホイールとを備えたウォームギヤ機構によって構成されている）のウォームシャフトを軸方向にて弾性的に支持する構造が採用されている。このため、ステアリングメインシャフトに過荷重が付加されて、ウォームホイールに過大なトルクが付加された場合であっても、ウォームシャフトの軸方向移動によってウォームギヤでの衝突が緩和されて衝突による異音を低減することが可能である。

特開２００４−２４３９４７号公報（特許第４１３６７００号）

ところで、上記特許文献１に記載されている電動パワーステアリング装置においては、ステアリングメインシャフトに付加される荷重の程度に拘わらず、上記した作用が得られるように構成（如何なる場合においても、ウォームシャフトが軸方向にて弾性的に支持されるように構成）されている。このため、ステアリングメインシャフトに付加される過荷重が所定値以上（ステアリングメインシャフト等の機能部品に、保守・点検を必要とするような悪影響を与えるような場合）であっても同様に作動して、かかる状況を運転者に的確に知らせることができない。

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、ステアリングメインシャフトに所定値以上の過荷重が付加されたことを運転者に知らせることが可能な電動パワーステアリング装置を提供するものであり、転舵輪に連結されるステアリングメインシャフトと、このステアリングメインシャフトを回転可能に支持するコラムチューブとを備えたステアリングコラムが支持機構を介して車体の一部に対して組付けられていて、前記転舵輪から前記ステアリングメインシャフトに至る転舵機構の移動量がステアリングストッパにて規定されているとともに、前記コラムチューブに組付けた電気モータの回転駆動力が前記ステアリングメインシャフトに伝達可能に構成されている電動パワーステアリング装置において、前記ステアリングメインシャフトに所定値以上の過荷重が付加されたときに変形して所定量のガタ（隙間）を生じさせる変形可能部材を備えたガタ発生部を設定したことに特徴がある。

この場合において、前記変形可能部材は、反転変形によって所定量のガタを生じさせる皿ばねであることも可能であり、この皿ばねは一対であって互いに対向して同軸的に配置されている（例えば、各皿ばねの大径部を互いに接合してもよく、各皿ばねの小径部を互いに接合してもよい）ことも可能である。

また、本発明の実施に際して、前記ステアリングメインシャフトがトルク伝達可能に連結されてコラム軸方向にて伸縮可能な前方シャフトと後方シャフトとを備える構成とされるとともに、前記コラムチューブがコラム軸方向にて伸縮可能に連結されて前記前方シャフトを回転可能かつコラム軸方向には一体的に支持する前方コラムと前記後方シャフトを回転可能かつコラム軸方向には一体的に支持する後方コラムとを備える構成とされて、前記ステアリングコラムがコラム軸方向にて伸縮可能な構成とされ、前記支持機構が前記前方コラムを車体の一部に対して上下方向にて傾動可能かつ車両前方に向けて離脱不能に支持する前方支持機構と前記後方コラムを車体の一部に対して上下方向およびコラム軸方向に位置調整可能かつ車両前方に向けて所定の離脱荷重で離脱可能に支持する後方支持機構とを備える構成とされていて、前記電気モータが前記前方コラムに組付けられて前記前方シャフトに動力伝達可能に構成され、前記ガタ発生部が、前記前方支持機構に設けられて前記前方コラムを車体の一部に対して車両左右方向に移動可能に支持する弾性支持部に設定されていることも可能である。

本発明による電動パワーステアリング装置においては、ステアリングメインシャフトに所定値以上の過荷重が付加されたとき（例えば、ステアリングホイールから手を放した状態で転舵輪が縁石等に衝突することにより、転舵輪からステアリングメインシャフトに至る転舵機構が速い速度で作動してステアリングストッパにて作動を停止される場合であり、この場合には、電気モータ等の慣性（回転）がステアリングメインシャフトに衝撃入力（所定値以上の過荷重）として付加される）、ガタ発生部の変形可能部材が変形して所定量のガタを生じさせる。

このため、その後の操舵時、或いは、悪路走行時には、上記した所定量のガタに起因した異音や振動等が発生する。したがって、上記した所定量のガタに起因した異音や振動等によって、ステアリングメインシャフトに所定値以上の過荷重が付加されたことを運転者に的確に知らせること（すなわち、警告すること）が可能であり、運転者にディーラーでの保守・点検の必要性を促すことが可能である。

本発明による電動パワーステアリング装置の一実施形態を示した全体構成図である。図１に示した電動パワーステアリング装置における前方支持機構の縦断正面図である。図２に示した前方支持機構における図示右方の皿ばねの一つが反転変形したときの作動説明図である。本発明による電動パワーステアリング装置の他の実施形態（ステアリングメインシャフトと電気モータ間に介装した減速装置にガタ発生部を設定した実施形態）を示した要部断面図である。本発明による電動パワーステアリング装置のその他の実施形態（図２に示したガタ発生部の皿ばねを１個とした実施形態）を示した要部断面図である。

以下に、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は、本発明による電動パワーステアリング装置の一実施形態を示していて、この電動パワーステアリング装置は、図１に示したように、運転者によって回動操作されるステアリングホイール１０と、ステアリングホイール１０を一体的に支持するステアリングメインシャフト２０と、このステアリングメインシャフト２０を内部に収容するコラムチューブ３０と、このコラムチューブ３０を車体の一部９０に対して支持するための後方支持機構４０および前方支持機構５０と、ステアリングホイール１０の回動操作に対して所定の補助力を付与するＥＰＳ（電動パワーステアリング）アクチュエータ６０を備えている。

ステアリングホイール１０は、ステアリングメインシャフト２０におけるアッパーシャフト２１の運転者側端部にトルク伝達可能に連結されるものである。ステアリングメインシャフト２０は、アッパーシャフト２１とロアシャフト（図示省略）を備えるとともに、ロアシャフト（図示省略）にトーションバー（図示省略）を介してトルク伝達可能かつコラム軸方向に移動不能に連結されているアウトプットシャフト２２を備えている。なお、アッパーシャフト２１は本発明の後方シャフトであり、ロアシャフト、トーションバーおよびアウトプットシャフト２２は本発明の前方シャフトである。

アッパーシャフト２１は、下端部がロアシャフト（図示省略）の上端部に対してコラム軸方向に摺動可能（伸縮可能）かつトルク伝達可能に挿通されている。アウトプットシャフト２２は、インターミディエイトシャフト７１、ピニオンシャフト７２、ラックバー７２を介して各タイロッド７４Ｒ、７４Ｌに連結されていて、各転舵輪７５Ｒ、７５Ｌを操舵可能である。なお、各転舵輪７５Ｒ、７５Ｌには、各タイロッド７４Ｒ、７４Ｌに連結されるステアリングナックル（図示省略）が設けられている。

各転舵輪７５Ｒ、７５Ｌからステアリングメインシャフト２０（詳細には、アウトプットシャフト２２）に至る転舵機構は、その移動量（操舵量）がステアリングストッパ７６Ｒ、７６Ｌにて規定されている。各ステアリングストッパ７６Ｒ、７６Ｌは、ラックバー７３をラック軸方向へ移動可能に支持するラックハウジング（図示省略）に設けられていて、ラックバー７２のラック軸方向移動量を所定量に規定する。

コラムチューブ３０は、ステアリングメインシャフト２０を回転自在に支持するためのものであり、アッパーチューブ３１と、このアッパーチューブ３１より車両前方に配置されているロアチューブ３２と、このロアチューブ３２より車両前方に配置されているロアブラケット３３（ＥＰＳアクチュエータ６０のハウジングでもある）を備えている。なお、アッパーチューブ３１は本発明の後方コラムであり、ロアチューブ３２およびロアブラケット３３は本発明の前方コラムである。

アッパーチューブ３１は、ロアチューブ３２に対してコラム軸方向に摺動可能（伸縮可能）に組付けられている。このアッパーチューブ３１は、後方支持機構４０を介して、車体の一部９０に対して上下方向およびコラム軸方向に位置調整可能かつ車両前方に向けて所定の離脱荷重で離脱可能に支持されている。また、アッパーチューブ３１は、上端部（車両後端部）の内周に設けられているベアリング（図示省略）を介してアッパーシャフト２１を回転可能かつコラム軸方向には一体的に支持している。

ロアチューブ３２は、ロアブラケット３３に一体的に連結されている。ロアブラケット３３は、前方支持機構５０を介して、車体の一部９０に対して上下方向にて傾動可能かつ車両前方に向けて離脱不能に支持されている。また、ロアブラケット３３は、その内部に組付けられているベアリング（図示省略）を介してアウトプットシャフト２２を回転可能かつコラム軸方向には一体的に支持している。

後方支持機構４０は、ブレークアウエイブラケット４１と、コラム側ブラケット４２と、ロック操作レバー４３を備えるとともに、チルトアップバランススプリング４４を備えている。ブレークアウエイブラケット４１は、車体の一部９０に組付けられていて、車両衝突における二次衝突時に所定以上の荷重が車両前方に向けて作用したとき、車体の一部９０に対して車両前方に移動離脱するように構成されている。

コラム側ブラケット４２は、アッパーチューブ３１に一体的に固着されていて、ロック操作レバー４３によってブレークアウエイブラケット４１に対してロック・アンロック可能に構成されている。ロック操作レバー４３は、ブレークアウエイブラケット４１に対してコラム側ブラケット４２をロック・アンロック可能であり、ロック操作レバー４３がアンロック位置にあれば、ブレークアウエイブラケット４１に対してコラム側ブラケット４２が移動可能であって、ステアリングホイール１０をチルト・テレスコピック調整可能であり、ロック操作レバー４３がロック位置にあれば、ブレークアウエイブラケット４１に対してコラム側ブラケット４２が移動不能であって、ステアリングホイール１０をチルト・テレスコピック調整不能である。

前方支持機構５０は、図１および図２に示したように、車体側ブラケット５１とボルト５２、ナット５３およびワッシャ５４を備えるとともに、スリーブ５５と、左右一対のブッシュ５６と、左右一対のスペーサ５７と、左右二対の皿ばね５８を備えていて、ロアブラケット３３の筒状部３３ａをボルト軸周りに回転可能かつボルト軸方向に所定量移動可能に支持している。車体側ブラケット５１は、車体の一部９０に対して一体的に固着されている。

ボルト５２は、六角穴付きボルトであり、ナット５３およびワッシャ５４とともに、車体側ブラケット５１に組付けられていて、スリーブ５５と、左右一対のブッシュ５６と、左右一対のスペーサ５７と、左右二対の皿ばね５８を貫通するとともに、ロアブラケット３３の筒状部３３ａを貫通している。スリーブ５５は、ボルト５２の軸部外周に同軸的に組付けられていて、車体側ブラケット５１のボルト軸方向長さを設定値に規定している。各ブッシュ５６は、樹脂製であって、スリーブ５５の外周に回転可能に組付けられていて、筒状部３３ａの左右各端部に嵌合されている。

各スペーサ５７は、一対の皿ばね５８とともにスリーブ５５の外周にボルト軸方向に移動可能に組付けられていて、ブッシュ５６と車体側ブラケット５１間に設けられている。各一対の皿ばね５８は、ステアリングメインシャフト２０に所定値以上の過荷重が付加されたときに図３に示したように反転変形してボルト軸方向に所定量Ｓのガタ（隙間）を生じさせる円環状の変形可能部材であり、所定の予荷重を付与した状態にて大径部を互いに接合するようにして互いに対向して同軸的に配置されている。かかる構成によって、前方支持機構５０の弾性支持部（前方支持機構５０に設けられてロアブラケット３３を車体の一部９０に対して車両左右方向に移動可能に支持する部位）に左右一対のガタ発生部ＸＲ，ＸＬが設定されている。

ＥＰＳアクチュエータ６０は、ロアブラケット３３に組付けた電気モータ６１と、ロアブラケット３３内に組付けた減速装置（図示省略）を備えている。減速装置は、電気モータ６１の出力回転軸に一体回転可能に連結したウォームシャフト（図４の符号１６２ａ参照）と、アウトプットシャフト２２に一体回転可能に連結されてウォームシャフトのウォームに噛合するウォームホイール（図４の符号１６２ｂ参照）を備えていて、電気モータ６１の回転駆動力がステアリングメインシャフト２０のアウトプットシャフト２２に伝達可能に構成されている。なお、電気モータ６１は、操舵トルクセンサや車速センサからの信号に基づいて電気制御装置（図示省略）によって作動を制御されるように構成されていて、操舵時に操舵をアシストする。

上記のように構成したこの実施形態においては、ステアリングメインシャフト２０に所定値以上の過荷重が付加されないときには、各皿ばね５８がボルト軸方向にて弾性変形することがあっても反転変形することはない。このため、前方支持機構５０の各ガタ発生部ＸＲ，ＸＬにてボルト軸方向のガタは生じず、コラムチューブ３０のロアブラケット３３は、前方支持機構５０によって的確に支持され、ボルト軸方向では各ガタ発生部ＸＲ，ＸＬによって弾性支持される。したがって、各ガタ発生部ＸＲ，ＸＬにて異音や振動等が発生することはない。

ところで、例えば、ステアリングホイール１０から手を放した状態で転舵輪７５Ｒまたは７５Ｌが縁石等に衝突することにより、転舵輪７５Ｒ、７５Ｌからステアリングメインシャフト２０に至る転舵機構が速い速度で作動してステアリングストッパ７６Ｒまたは７６Ｌにて作動を停止される場合のように、電気モータ６１の慣性（出力回転軸の回転）が減速装置を介してステアリングメインシャフト２０のアウトプットシャフト２２に衝撃入力（所定値以上の過荷重）として付加されるときには、ロアブラケット３３の筒状部３３ａに過大なボルト軸方向の力が作用して、筒状部３３ａが各皿ばね５８の付勢力に抗してボルト軸方向に移動する。これにより、ロアブラケット３３の筒状部３３ａに過大なボルト軸方向の力が図３の右方に向けて作用する場合を図３に例示したように、ガタ発生部ＸＬにて一つの皿ばね５８が反転変形してボルト軸方向の所定量Ｓのガタを生じさせる。

このため、その後の操舵時、或いは、悪路走行時には、上記した所定量Ｓのガタに起因した異音や振動等が発生する。したがって、上記した所定量Ｓのガタに起因した異音や振動等によって、ステアリングメインシャフト２０に所定値以上の過荷重が付加されたことを運転者に的確に知らせること（すなわち、警告すること）が可能であり、運転者にディーラーでの保守・点検の必要性を促すことが可能である。

また、上記した実施形態の実施に際しては、皿ばね５８の疲労破壊強度を適宜に設定して、ステアリングメインシャフト２０に中程度の荷重（所定値以上の過荷重ほど大きくない過荷重）が所定回数繰り返し付加されたときに皿ばね５８が破損する（亀裂等の発生に拘わらず、皿ばね５８のばね機能が損なわれる場合も含む）ように構成することも可能である。この場合には、ステアリングメインシャフト２０に中程度の荷重が所定回数繰り返し付加されたことも、ガタ発生部ＸＬ（またはＸＲ）に生じるガタによって運転者に知らせることが可能であり、運転者にディーラーでの保守・点検の必要性を促すことが可能である。

上記した実施形態においては、前方支持機構５０の弾性支持部（ロアブラケット３３を車体の一部９０に対して車両左右方向に移動可能に支持する部位）に、一対の皿ばね５８を備える各ガタ発生部ＸＲ，ＸＬを設けて実施したが、図４に示した他の実施形態のように、ＥＰＳアクチュエータ１６０の減速装置１６２におけるウォームシャフト１６２ａの支持部に、一対の皿ばね１５８を備える各ガタ発生部ＸＡ，ＸＢを設けて実施することも可能である。

図４の実施形態において、減速装置１６２はウォームシャフト１６２ａとウォームホイール１６２ｂを備えている。ウォームシャフト１６２ａは、一対の軸受Ｂｒ１，Ｂｒ２を介してロアブラケット１３３に回転可能に支持されていて、電気モータ１６１の出力回転軸１６１ａにトルク伝達可能かつ軸方向に移動可能に連結されている。ウォームホイール１６２ｂは、ステアリングメインシャフト１２０のアウトプットシャフト１２２（軸心にはトーションバーが組付けられている）に一体的に組付けられていて、ウォームシャフト１６２ａのウォームに噛合している。

各ガタ発生部ＸＡ，ＸＢにおける一対の皿ばね１５８は、ステアリングメインシャフト１２０に所定値以上の過荷重が付加されたときに上記実施形態と同様に反転変形してシャフト軸方向に所定量のガタを生じさせる変形可能部材であり、ウォームシャフト１６２ａと軸受Ｂｒ１，Ｂｒ２間に所定の予荷重を付与した状態にて大径部を互いに接合するようにして互いに対向して同軸的に配置されている。

このため、各ガタ発生部ＸＡ，ＸＢでは、上記実施形態の各ガタ発生部ＸＲ，ＸＬと同様に、電気モータ１６１の慣性が減速装置１６２を介してステアリングメインシャフト１２０のアウトプットシャフト１２２に衝撃入力（所定値以上の過荷重）として付加されるときに、一つの皿ばね１５８が反転変形して所定量のガタを生じさせる。したがって、この実施形態においても、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

上記した各実施形態においては、各ガタ発生部ＸＲ，ＸＬまたはＸＡ，ＸＢが一対の皿ばね５８または１５８を備える構成とし、各皿ばねが、所定の予荷重を付与した状態にて大径部を互いに接合するようにして互いに対向して同軸的に配置されるようにして実施したが、各皿ばねが、所定の予荷重を付与した状態にて小径部を互いに接合するようにして互いに対向して同軸的に配置されるようにして実施することも可能である。

また、本発明の実施に際しては、皿ばねの個数を適宜増減して実施すること（例えば、図５に示した実施形態のように、皿ばねの個数を１個とすること）も可能である。図５の皿ばね２５８は、小径部にてスペーサ２５７に係合していて、このスペーサ２５７が車体側ブラケット２５１に設けた凹部２５１ａ内に侵入可能に構成されている。凹部２５１ａは、スペーサ２５７のボルト軸方向移動を所定量（皿ばね２５８を反転変形させるための移動量も含む）許容するとともに、反転変形後の皿ばね２５８の一部を収容可能である。

このため、図５の実施形態においては、ステアリングメインシャフトに所定値以上の過荷重が付加されたとき、ロアブラケットの筒状部２３３ａに過大なボルト軸方向の力が作用して、スペーサ２５７が車体側ブラケット２５１の凹部２５１ａ内に向けてボルト軸方向に移動する。これにより、皿ばね２５８が反転変形するとともに、反転変形後の皿ばね２５８に一部が凹部２５１ａ内に収容されて、各ガタ発生部ＸＲ，ＸＬにボルト軸方向のガタが発生する。

また、上記した各実施形態においては、ステアリングメインシャフトに所定値以上の過荷重が付加されたときに変形して所定量のガタを生じさせる変形可能部材として皿ばね（５８、１５８、２５８）を採用したが、皿ばね以外の変形可能部材を採用して実施することも可能である。

１０…ステアリングホイール、２０…ステアリングメインシャフト、２１…アッパーシャフト、２２…アウトプットシャフト、３０…コラムチューブ、３１…アッパーチューブ、３２…ロアチューブ、３３…ロアブラケット、４０…後方支持機構、４１…ブレークアウエイブラケット、４２…コラム側ブラケット、４３…ロック操作レバー、４４…チルトアップバランススプリング、５０…前方支持機構、５１…車体側ブラケット、５２…ボルト、５３…ナット、５４…ワッシャ、５５…スリーブ、５６…ブッシュ、５７…スペーサ、５８…皿ばね、６０…ＥＰＳアクチュエータ、６１…電気モータ、７１…インターミディエイトシャフト、７２…ピニオンシャフト、７３…ラックバー、７４Ｒ，７４Ｌ…タイロッド、７５Ｒ，７５Ｌ…転舵輪、７６Ｒ，７６Ｌ…ステアリングストッパ、９０…車体の一部、ＸＲ，ＸＬ…ガタ発生部

Claims

転舵輪に連結されるステアリングメインシャフトと、このステアリングメインシャフトを回転可能に支持するコラムチューブとを備えたステアリングコラムが支持機構を介して車体の一部に対して組付けられていて、前記転舵輪から前記ステアリングメインシャフトに至る転舵機構の移動量がステアリングストッパにて規定されているとともに、前記コラムチューブに組付けた電気モータの回転駆動力が前記ステアリングメインシャフトに伝達可能に構成されている電動パワーステアリング装置において、
前記ステアリングメインシャフトに所定値以上の過荷重が付加されたときに変形して所定量のガタを生じさせる変形可能部材を備えたガタ発生部を設定したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記変形可能部材は、反転変形によって所定量のガタを生じさせる皿ばねであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記皿ばねは一対であって互いに対向して同軸的に配置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。
請求項１乃至３の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記ステアリングメインシャフトがトルク伝達可能に連結されてコラム軸方向にて伸縮可能な前方シャフトと後方シャフトとを備える構成とされるとともに、前記コラムチューブがコラム軸方向にて伸縮可能に連結されて前記前方シャフトを回転可能かつコラム軸方向には一体的に支持する前方コラムと前記後方シャフトを回転可能かつコラム軸方向には一体的に支持する後方コラムとを備える構成とされて、前記ステアリングコラムがコラム軸方向にて伸縮可能な構成とされ、前記支持機構が前記前方コラムを車体の一部に対して上下方向にて傾動可能かつ車両前方に向けて離脱不能に支持する前方支持機構と前記後方コラムを車体の一部に対して上下方向およびコラム軸方向に位置調整可能かつ車両前方に向けて所定の離脱荷重で離脱可能に支持する後方支持機構とを備える構成とされていて、前記電気モータが前記前方コラムに組付けられて前記前方シャフトに動力伝達可能に構成され、前記ガタ発生部が、前記前方支持機構に設けられて前記前方コラムを車体の一部に対して車両左右方向に移動可能に支持する弾性支持部に設定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。