JP6164037B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
一つ目の要因は、各部の寸法バラツキによる、付勢された第一の角度検出用歯車の組付け位置ずれである。二つ目の要因は、操舵軸の歯車の振れや精度による、操舵時の角度検出用歯車の位置ずれである。三つ目の要因は、熱膨張による、操舵軸の歯車と第一の角度検出用歯車との芯間距離ずれである。四つ目の要因は、各歯車や歯車支持部の磨耗による、角度検出用歯車の位置ずれである。
そこで、本発明は、操舵角を精度良く検出することができる舵角センサを備える電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。
また、上記において、前記舵角検出部は、前記被付勢歯車を回転可能に支持するセンサハウジングと、前記センサハウジングに一体成形された弾性部からなり、前記弾性部が弾性変形したときの復元力により前記被付勢歯車を前記付勢方向に付勢する歯車付勢支持部と、前記センサハウジングに一体成形され、前記被付勢歯車の変位を、前記第一の回転検出用歯車の回転軸を中心とした円周方向に案内する円弧状の案内溝と、を備えることが好ましい。
さらに、上記において、前記センサハウジングに一体成形され、前記第一及び第二の回転検出用歯車間の芯間距離を一定として、前記第一及び第二の回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部を備えることが好ましい。
また、上記において、前記電動モータが発生した操舵補助トルクを減速して車両のステアリング機構の出力軸に伝達するウォーム減速機を備え、前記歯車は、前記ウォーム減速機を構成するウォームホイールの軸方向端面に形成されたフェースギヤであることが好ましい。
さらにまた、上記において、前記歯車は、前記操舵軸に固定され、前記操舵軸と同一軸上に回転軸を有する平歯車としてもよい。このように、操舵軸に固定した平歯車を用いることで、上記のフェースギヤを用いる場合と比較して、被付勢歯車と噛合するための操舵軸と一体に回転する歯車の設置が容易となる。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態における電動パワーステアリング装置(EPS)の概略構成図である。
図中、符号SMはステアリング機構である。ステアリング機構SMは、ステアリングホイール1を備え、ステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力はステアリングシャフト2に伝達される。ステアリングシャフト2は、ステアリングコラム3に回転自在に内装されている。また、このステアリングシャフト2は、入力軸2aと出力軸2bとを有する。入力軸2aの一端はステアリングホイール1に連結され、入力軸2aの他端は図示しないトーションバーを介して出力軸2bの一端に連結されている。
このピニオンシャフト7に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ8を介して左右のタイロッド9に伝達され、これらタイロッド9によって転舵輪WR及びWLが転舵する。ここで、ステアリングギヤ8は、ハウジング8a内に、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8bとこのピニオン8bに噛合するラック軸8cとを有するラックアンドピニオン形式に構成されている。すなわち、ステアリングギヤ8は、ピニオン8bに伝達された回転運動をラック軸8cで直進運動に変換している。
さらに、ウォーム減速機11を収容するギヤボックスハウジング13には、アングルセンサユニット20が配設されている。このアングルセンサユニット20は、運転者がステアリングホイール1を操舵したときの操舵軸の回転角を検出するものである。このアングルセンサユニット20の具体的構成については後述する。
図2は、操舵補助機構10周辺の主要部を示す図である。
ウォーム減速機11はウォーム及びウォームホイールを備え、これらはギヤボックスハウジング13に収容されている。また、トルクセンサユニット14及びアングルセンサユニット20は、ギヤボックスハウジング13の側面(ギヤボックスカバー13a)に取り付けられている。これらトルクセンサユニット14及びアングルセンサユニット20は、それぞれEPSコントロールユニット(ECU)15に図示しないハーネスで接続されている。
図3に示すように、ウォームホイール11aには、その軸方向端面にフェースギヤ11bが形成されている。このウォームホイール11aは、鋼製の芯金の外周に樹脂部をインサート成形した構成を有し、当該樹脂部にフェースギヤ11bが形成されている。これにより、ウォームホイール11aの軽量化と良好な加工性とを実現することができる。なお、フェースギヤ11bは芯金に成形されていてもよく、熱膨張や吸水膨張による芯間距離の変化という点では、芯金に成形される方が好ましい。
アングルセンサユニット20は、図3に示すように、被付勢歯車21、第一検出用歯車(第一の回転検出用歯車)22、第二検出用歯車(第二の回転検出用歯車)23、及び角度検出用基板24を少なくとも備える。被付勢歯車21は、フェースギヤ11bに噛合しており、第一検出用歯車22は被付勢歯車21に噛合している。また、第一検出用歯車22には、第二検出用歯車23が噛合している。これにより、操舵軸(出力軸2b)の回転が被付勢歯車21を介して検出用歯車22及び23に伝達される。
また、検出用歯車22及び23には、径方向に着磁された回転角検出体としての磁石が埋設されており、これら検出用歯車22及び23に対向して配置された角度検出用基板24上のホールICや磁気抵抗素子といった磁気検出素子(角度検出素子)を用いて、各検出用歯車22,23の回転角を検出可能となっている。
次に、アングルセンサユニット20の具体的構成について詳細に説明する。
この図4に示すように、アングルセンサユニット20は、被付勢歯車21、第一検出用歯車22、第二検出用歯車23、及び角度検出用基板24の他に、アングルセンサハウジング25及びアングルセンサカバー26を備える。
アングルセンサハウジング25には、歯車支持部25aが一体成形されており、検出用歯車22,23はこの歯車支持部25aによって回転可能に支持される。この歯車支持部25aによって、第一検出用歯車22と第二検出用歯車23との間のバックラッシが、所定の範囲に管理される。
さらに、アングルセンサハウジング25には、被付勢歯車21をフェースギヤ11b側に付勢するための歯車付勢支持部25bが一体成形されている。この歯車付勢支持部25bは、図5に示すように、一部が開口した円環部材で構成されている。この開口部は、組付け時の第一検出用歯車22の回転軸を中心とした円周上において、フェースギヤ11bから離れた側に形成する。
なお、図5に示す歯車付勢支持部25bに代えて、図6に示す歯車付勢支持部25dを採用することもできる。この歯車付勢支持部25dは円環部材で構成されており、その一部に一対の湾曲した弾性部が形成されている。図6に示す符号25fはアングルセンサハウジングに形成された穴であり、符号25gで示す円環部材の内側は底があってもよい。つまり、アングルセンサユニット20の組付け状態において、被付勢歯車21をフェースギヤ11b側に付勢した状態で回転可能に支持する構造であれば、適宜設定可能である。
アングルセンサユニット20の組付け時には、先ず、アングルセンサハウジング25の歯車支持部25aに検出用歯車22,23を取付けると共に、歯車付勢支持部25bに被付勢歯車21を取付ける。次に、アングルセンサハウジング25の基板収容部に角度検出用基板24を取付ける。そして、被付勢歯車21及び検出用歯車22,23を配置した側からアングルセンサカバー26を取り付けることで、アングルセンサユニット20を構成する。
このアングルセンサユニット20は、電動パワーステアリング装置に着脱可能に構成されている。
ギヤボックスハウジング13には、フェースギヤ11bのピッチ円周上に対応する位置に、操舵軸2bの軸方向にセンサ取付用の嵌合穴(不図示)を設けている。そして、この嵌合穴に、アングルセンサユニット20を被付勢歯車21が露出している側から挿入固定することで、ウォームホイール11aのフェースギヤ11bと、アングルセンサユニット20の被付勢歯車21(アングルセンサハウジング25から露出した部分)とが噛合する構造となっている。
また、上述したように、フェースギヤ11bと被付勢歯車21との間のバックラッシは、歯車付勢支持部25bによって所定の範囲に管理され、被付勢歯車21と第一検出用歯車22との間のバックラッシは、案内溝26aによって所定の範囲に管理される。さらに、第一検出用歯車22と第二検出用歯車23との間のバックラッシは、歯車支持部25aによって所定の範囲に管理される。したがって、検出用歯車22,23の検出誤差を最低限に抑えることができる。
図7は、電動パワーステアリング装置の主要部を操舵軸上で切った断面図である。この図7に示すように、ウォームホイール11aにフェースギヤ11bを設けてアングルセンサユニット20の検出用歯車22,23に回転を伝達する場合、ウォームホイール11a、操舵軸支持軸受31、ギヤボックスハウジング13、ギヤボックスカバー13a、アングルセンサハウジング25、アングルセンサカバー26といった部品が、フェースギヤ11bから検出用歯車22,23に至るまでの構成部品であり、これらの構成部品のバラツキの積み上げにより芯間距離のバラツキが大きくなる。
また、フェースギヤ11bと被付勢歯車21との間の芯間距離の調整のために、検出用歯車22,23を移動させることも考えられるが、この場合、検出用歯車22,23と角度検出用基板24上に配置した角度検出素子24aとの相対位置が変化してしまい、検出誤差を生じるため好ましくない。
これに対して、本実施形態では、アングルセンサの検出精度を確保しつつ、電動パワーステアリング装置への搭載が可能とある。特に、被付勢歯車21に角度検出機能を持たせないことで、各部の精度による角度検出誤差を最小限に抑えることができる。
上記実施形態においては、ウォームホイール11aの軸方向端面にフェースギヤ11bを設け、フェースギヤ11bとアングルセンサユニット20の被付勢歯車21とを噛合させる場合について説明したが、例えば図8に示す構成とすることもできる。すなわち、図8に示すように、平歯車11cを操舵軸2bと同一軸上に固定し、この平歯車11cにアングルセンサユニット20の被付勢歯車21を噛合させるようにすることもできる。この場合にも、上述した第1の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、被付勢歯車21の付勢方向は、図9の斜線範囲内(円周Aと円周Bとで囲まれた範囲内)で、且つフェースギヤ11bと被付勢歯車21との芯間距離L1の減少量が、被付勢歯車21と第一検出用歯車22との芯間距離L2の減少量よりも大きくなる範囲にあることが好ましい(符号D)。これにより、各噛合いに対し、バックラッシを小さくすることができ、バックラッシに起因する検出誤差を低減することができる。
また、上記各実施形態においては、回転角検出体(磁石)を埋設した2個の検出用歯車の歯数を異ならせる場合について説明したが、歯数を同じとして冗長性を持たせる仕様とすることもできる。この場合、2つの検出用歯車による検出角度は同じになるため、これらを相互監視することで異常を検出することが可能となる。これら2つの検出用歯車の歯数が同じでも、車輪速などの車両側からの情報や、電動モータ12のレゾルバ信号などを用いることで、絶対角を演算、推定することが可能である。
Claims (9)
- ステアリングホイールから伝達される操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生する電動モータと、操舵軸の回転角を検出する舵角検出部と、を備え、
前記舵角検出部は、
前記操舵軸と一体に回転する歯車と噛み合う被付勢歯車と、
回転角検出体が固着され、前記被付勢歯車と噛み合う第一の回転検出用歯車と、
回転角検出体が固着され、前記第一の回転検出用歯車と噛み合う少なくとも1つの第二の回転検出用歯車と、を備え、
前記被付勢歯車は、前記歯車に向かって付勢されると共に、その付勢方向が、前記歯車と前記被付勢歯車との噛合点を中心とし前記被付勢歯車の中心を通る第一の円周と、前記第一の回転検出用歯車の回転軸を中心とし前記被付勢歯車の中心を通る第二の円周の前記被付勢歯車の中心での接線とで囲まれた範囲内にあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記被付勢歯車の付勢方向は、前記第一の円周と前記第二の円周とで囲まれた範囲内で、且つ前記歯車と前記被付勢歯車との芯間距離の減少量が、前記被付勢歯車と前記第一の回転検出用歯車との芯間距離の減少量よりも大きくなる方向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。
- 前記被付勢歯車の付勢方向は、前記接線と前記第二の円周とで囲まれた範囲内に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。
- 前記被付勢歯車の付勢方向は、前記第一の回転検出用歯車の回転軸を中心とした円周方向であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記舵角検出部は、
前記被付勢歯車を回転可能に支持するセンサハウジングと、
前記センサハウジングに一体成形された弾性部からなり、前記弾性部が弾性変形したときの復元力により前記被付勢歯車を前記付勢方向に付勢する歯車付勢支持部と、
前記センサハウジングに一体成形され、前記被付勢歯車の変位を、前記第一の回転検出用歯車の回転軸を中心とした円周方向に案内する円弧状の案内溝と、を備えることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記センサハウジングに一体成形され、前記第一及び第二の回転検出用歯車間の芯間距離を一定として、前記第一及び第二の回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部を備えることを特徴とする請求項5に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記電動モータが発生した操舵補助トルクを減速して車両のステアリング機構の出力軸に伝達するウォーム減速機を備え、
前記歯車は、前記ウォーム減速機を構成するウォームホイールの軸方向端面に形成されたフェースギヤであることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記歯車は、前記操舵軸に固定され、前記操舵軸と同一軸上に回転軸を有する平歯車であることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記被付勢歯車は、回転角検出体を有さない中間歯車であることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
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