JP6183151B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、操舵軸回転角を検出する舵角センサを有する電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus having a steering angle sensor for detecting a steering shaft rotation angle.
従来の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて電動モータから補助操舵トルクを発生し、これを動力伝達機構(ウォーム減速機)により減速して操舵機構の出力軸に伝達している。ここで、電動パワーステアリング装置の構成を、図1を基に説明する。電動パワーステアリング装置は、所定軸周りに回転するステアリングシャフト2の回転角度を取得するアングルセンサユニット30を備えている。ステアリングシャフト2は、ウォーム減速機11、ユニバーサルジョイント4・6、ラックアンドピニオン機構6を介してタイロッド9に連結されている。ステアリングシャフト2には、ステアリングホイール1に印加された操舵トルクTを検出するトルクセンサユニット14が設けられており、操舵トルクTによって図示しないトーションバーが捩れると、トルクセンサユニット14は操舵トルクTに応じた電気信号を出力する。ステアリングシャフト2には、操舵トルクTを補助する電動モータ12がウォーム減速機11を介して連結されている。アングルセンサユニット30及びトルクセンサユニット14から出力された各信号は、図2に示すEPSコントロールユニット15に伝達され、前記各信号に基づき、EPSコントロールユニット15は電動モータ12の制御を行う。
このような電動パワーステアリング装置に搭載するアングルセンサユニット30として、例えば特許文献1に記載の技術が知られている。この技術は、ステアリングシャフトと一体に回転する環状駆動ギヤとマグネットが固定された従動ギヤが噛合し、従動ギヤに固定されたマグネットの磁束方向を磁気変化検出素子(センサ)で検知して、ステアリングシャフト2の回転角を検出するものである。このとき、従動ギヤはユニットハウジングの従動ギヤ収容孔に納められ、磁気変化検出素子が実装された基板が近接して配置される。
In the conventional electric power steering device, auxiliary steering torque is generated from the electric motor in accordance with the steering torque applied to the steering wheel, and this is decelerated by the power transmission mechanism (worm reducer) and transmitted to the output shaft of the steering mechanism. doing. Here, the configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. The electric power steering equipment is provided with an
As an
ここで、ステアリングシャフトの舵角情報は、操舵系の下流(タイヤに近い側)でセンシングするのが理想であり、例えば図1において、図示しないトーションバーによる捩れの影響を受けない、ウォーム減速機11から下流側にアングルセンサユニット30を配置することが望ましい。さらに、近年、電動パワーステアリング装置のコンパクト化が求められており、構成部品や配線を少なくするために、アングルセンサユニット30及びトルクセンサユニット14と、電動モータ12及びウォーム減速機11、EPSコントロールユニット15とを、近接させて配置する必要がある。特に、ウォーム減速機11のステアリングシャフト側の歯車にアングルセンサユニット30を近接させることが考えられる。
しかしながら、ウォーム減速機11を納めるハウジング内には潤滑の為にグリース等の潤滑剤が封入されており、ウォーム減速機11のハウジング内に特許文献1に記載の技術からなる舵角センサを配置した場合、潤滑剤や、潤滑剤から離油した油分が飛散し、舵角センサの磁気変化検出素子に接触して磁気変化検出素子の動作不良を誘引する虞がある。
Here, the steering angle information of the steering shaft is ideally sensed downstream of the steering system (on the side closer to the tire). For example, in FIG. 1, a worm speed reducer that is not affected by torsion by a torsion bar ( not shown) . It is desirable to arrange the
However, in the housing to pay
そこで、本発明は、ステアリングシャフトの回転角を伝達する歯車に近接したセンサ素子や基板にグリース等の潤滑剤及び潤滑剤の油分が飛散するのを防止した舵角検出部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。 Accordingly, the present invention provides an electric power steering apparatus including a steering angle detection unit that prevents a lubricant such as grease and oil components of the lubricant from being scattered on a sensor element and a substrate close to a gear that transmits a rotation angle of a steering shaft. It is an issue to provide.
上記課題を解決する為に、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、ステアリングホイールから伝達される操舵トルクを検出するトルク検出部と、前記トルク検出部で検出した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、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と、前記ウォーム減速機を収容するギヤボックスハウジングに組付可能に構成され、操舵軸の回転角を検出する舵角検出部と、を備え、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フェースギヤが形成されており、前記舵角検出部は、前記フェースギヤと噛み合う中間歯車と、径方向に着磁された磁石が固着され、前記中間歯車と噛み合う回転検出用歯車と、前記中間歯車及び前記回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部と、前記回転検出用歯車の磁石と対向する位置に磁気検出素子を配置した角度検出用基板と、少なくとも前記中間歯車、前記回転検出用歯車及び前記歯車支持部を収容すると共に、これらを収容した状態で前記中間歯車の一部が露出する開口部を有するセンサハウジングと、を備え、前記センサハウジングは、前記回転検出用歯車の収容空間と、前記角度検出用基板の収容空間との間を空間的に隔離していることを特徴とする。
また、この発明の電動パワーステアリングにおいて、前記センサハウジングは、樹脂で形成されていることが好ましい。
また、上記電動パワーステアリング装置において、前記フェースギヤおよび、前記中間歯車、前記回転検出用歯車の各歯面がグリース潤滑されていることが好ましい。
また、上記電動パワーステアリング装置において、前記回転検出用歯車に使用されるグリースは、前記ウォーム減速機に使用されるグリースと同じものであることが好ましい。
In order to solve the above-described problem, an aspect of the electric power steering apparatus according to the present invention includes a torque detection unit that detects a steering torque transmitted from a steering wheel, and steering in accordance with the steering torque detected by the torque detection unit. An electric motor that generates auxiliary torque, a worm reducer that decelerates and transmits the steering auxiliary torque generated by the electric motor to the output shaft of the steering mechanism of the vehicle, and a gear box housing that houses the worm reducer A steering angle detector configured to detect a rotation angle of the steering shaft, and a face gear is formed on an axial end surface of the worm wheel that constitutes the worm speed reducer. an intermediate gear meshing with the face gear, is fixed is magnetized magnets in a radial direction and the intermediate gear and intermesh bypass rolling detection gear Wherein the intermediate gear及beauty before Symbol rotation detection gear supporting portion for rotatably supporting the gears, an angle detection substrate disposing the magnetic sensing element magnet and pair direction position of the rotation detection gear, at least the An intermediate gear, a rotation detecting gear, and a gear support, and a sensor housing having an opening through which a part of the intermediate gear is exposed in a state in which the intermediate gear is accommodated. The space for accommodating the rotation detecting gear and the space for accommodating the angle detecting substrate are spatially separated from each other.
In the electric power steering according to the present invention, it is preferable that the sensor housing is made of resin.
In the electric power steering apparatus, it is preferable that the tooth gears of the face gear, the intermediate gear, and the rotation detecting gear are grease-lubricated.
In the electric power steering apparatus, the grease used for the rotation detecting gear is preferably the same as the grease used for the worm reducer.
このように、回転検出用歯車の収容空間と、角度検出用基板の収容部との間に隔壁を設けることで、回転検出用歯車等に塗布されたグリース等の潤滑剤及び、潤滑剤から離油した油分が飛散しても磁気検出素子や角度検出用基板に付着するのを防止することができる。 In this way, by providing a partition wall between the rotation detection gear housing space and the angle detection board housing portion, lubricant such as grease applied to the rotation detection gear and the lubricant can be separated from the lubricant. Even if the oiled oil is scattered, it can be prevented from adhering to the magnetic detection element and the angle detection substrate.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric power steering apparatus (EPS) in the present embodiment.
In the figure, symbol SM is a steering mechanism. The steering mechanism SM includes a steering wheel 1, and a steering force applied to the steering wheel 1 from a driver is transmitted to the
そして、出力軸2bに伝達された操舵力は、2つのヨーク4a,4bとこれらを連結する十字連結部4cとで構成されるユニバーサルジョイント4を介して中間シャフト5に伝達され、さらに、2つのヨーク6a,6bとこれらを連結する十字連結部6cとで構成されるユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。
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。
The steering force transmitted to the
The steering force transmitted to the pinion shaft 7 is transmitted to the left and right tie rods 9 via the steering gear 8, and the steered wheels WR and WL are steered by these tie rods 9. Here, the steering gear 8 is configured in a rack and pinion type having a
ステアリングシャフト2の出力軸2bには、操舵補助力を出力軸2bに伝達する操舵補助機構10が連結されている。この操舵補助機構10は、出力軸2bに連結したウォーム減速機11と、このウォーム減速機11に連結された電動モータ12とを備えている。ここで、電動モータ12は、操舵補助力を発生する電動機であり、例えばブラシレスモータで構成する。
A
また、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、トルクセンサユニット14が配設されている。このトルクセンサユニット14は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するものである。
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30が配設されている。このアングルセンサユニット30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30の具体的構成については後述する。
A
Further, an
なお、上記において、トルクセンサユニット14がトルク検出部に対応し、アングルセンサユニット30が舵角検出部に対応している。
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。ギヤボックスハウジング13の中にはウォーム及びウォームホイールの潤滑の為に図示しないグリースが封入されている。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30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。アングルセンサユニット30は、ギヤボックスハウジング13に取り付けたトルクセンサユニット14を覆うように重ねて配置する。
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30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。
In the above description, the
FIG. 2 is a diagram illustrating a main part around the
The
The
ECU15には、トルクセンサユニット14で検出した操舵トルクやアングルセンサユニット30で検出した舵角の他に、車速センサ等で検出した車速を入力する。そして、これらに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助制御(操舵アシスト)を行う。具体的には、上記操舵補助力を電動モータ12で発生するための操舵補助指令値(操舵補助トルク指令値)を公知の手順で算出し、算出した操舵補助指令値に基づいて電動モータ12の電流指令値を算出する。そして、算出した電流指令値とモータ電流検出値とにより、電動モータ12に供給する駆動電流をフィードバック制御する。
In addition to the steering torque detected by the
図3は、ウォームホイールとアングルセンサユニット30の関連部品とを示す図である。
図3に示すように、ウォームホイール11aには、その側面にフェースギヤ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。
FIG. 3 is a view showing the worm wheel and the related parts of the
As shown in FIG. 3, the
また、アングルセンサユニット30の搭載位置は、このウォームホイール11aに設けられたフェースギヤ11bのピッチ円周上であれば、任意に設定可能である。但し、周辺部品との関係や、配線取回し等を考慮してレイアウトすることが望ましい。
アングルセンサユニット30は、図3に示すように、中間歯車31、第一検出用歯車(第一の回転検出用歯車)32、第二検出用歯車(第二の回転検出用歯車)33、及び角度検出用基板34を少なくとも備える。中間歯車31は、角度検出機能を有しない回転伝達用歯車であり、フェースギヤ11bに噛合している。この中間歯車31には、第一検出用歯車32と第二検出用歯車33とが噛合している。これにより、操舵軸(出力軸2b)の回転が中間歯車31を介して検出用歯車32及び33に伝達される。
アングルセンサユニット30の、中間歯車31、第一検出用歯車32、第二検出用歯車の歯面にはグリースが塗布され、潤滑される。中間歯車31は直接フェースギヤ11bと直接噛合しており、ウォーム減速機11側のグリースがアングルセンサユニット30側に飛散、流動するため、使用するグリースはウォーム減速機11で使用されるグリースと同じものを使用することが好ましい。
The mounting position of the
As shown in FIG. 3, the
Grease is applied to the tooth surfaces of the
検出用歯車32及び33には径方向に着磁された磁石が埋設されており、これら検出用歯車32及び33に対向して配置された角度検出用基板34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32,33の回転角を検出可能となっている。
ここで、各検出用歯車32,33は平歯車であり、第一検出用歯車32の歯数と第二検出用歯車33の歯数とは、異なる枚数に設定されている。そして、この2つの検出用歯車32及び33によってそれぞれ検出した2つの検出角度の関係から、ウォームホイール11a(操舵軸)の360度以上の回転角(操舵軸の絶対角)を演算することができるようになっている。
Magnets magnetized in the radial direction are embedded in the detection gears 32 and 33, such as a Hall IC or a magnetoresistive element on the
Here, each of the detection gears 32 and 33 is a spur gear, and the number of teeth of the
また、EPSのアングルセンサとしては、ステアリングホイールの中立位置を0度として、±720度(計4回転)の範囲で絶対角検出が可能であることが条件となる。したがって、4回転の範囲で2つの検出用歯車32,33の、位相の組み合わせに重複が無いようにそれぞれの歯数を設定するものとする。
次に、アングルセンサユニット30の具体的構成について詳細に説明する。
In addition, the EPS angle sensor is required to be able to detect an absolute angle within a range of ± 720 degrees (4 rotations in total) with the neutral position of the steering wheel being 0 degrees. Accordingly, the number of teeth is set so that there is no overlap in the combination of phases of the two detection gears 32 and 33 within the range of four rotations.
Next, a specific configuration of the
図4は、アングルセンサユニット30の具体的構成を示す分解斜視図である。
アングルセンサユニット30は、中間歯車31、第一検出用歯車32、第二検出用歯車33、角度検出用基板34、アングルセンサハウジング38、及びアングルセンサカバー39を備える。
アングルセンサハウジング38には、歯車支持部38aと信号コネクタ38bとが一体成型されており、ここに中間歯車31及び検出用歯車32,33が組み込まれる。また、アングルセンサハウジング38の裏側(歯車支持部38aが成型された面とは反対側)には、角度検出用基板34が組み込まれる。このとき、中間歯車31と検出用歯車32,33とを、歯車支持部38aによって支持し、角度検出用基板34を信号コネクタ38bに接続する。そして、アングルセンサハウジング38に、中間歯車31及び検出用歯車32,33を配置した側からアングルセンサカバー39を取り付けることで、アングルセンサユニット30を構成する。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a specific configuration of the
The
A
検出用歯車32,33と、歯車支持部38a,38aとの係合部は、図5に示すような構成となっている。検出用歯車32,33の歯車支持部38a,38aとの係合部には、検出用歯車32,33にそれぞれに埋設された磁石32a,33aの周囲を取り囲む様に円環状の突起32b,33bが設けられている。この突起32b,33bにより検出用歯車32,33は、歯車支持部38a,38aと係合し、アングルセンサハウジング38に対して回転可能に支持される。
And the
歯車支持部38a,38aの内側は隔壁38c,38cによって、検出用歯車32,33及び磁石32a,33aと、角度検出用基板34上と磁気検出素子との間を所定の間隔で近接可能に隔離している。また、アングルセンサハウジング38は、検出用歯車32,33と、角度検出用基板34との間に貫通穴を形成せず、空間的に隔離する構造となっている。
アングルセンサユニット30のアングルセンサハウジング38の材質については、樹脂やアルミダイカストといった非磁性材料が適宜選択可能であるが、非磁性且つ非導電性の樹脂が好ましい。また、アングルセンサユニット30の中間歯車31及び検出用歯車32,33の各歯面の潤滑はグリース潤滑が好ましい。特に、ウォーム減速機11に使用されるグリースと同じものを使用することがより好ましい。
As a material of the
上記の様な構成により、検出用歯車32,33と、角度検出用基板34とが、隔てられているため、検出用歯車32,33が収容されている空間から飛散するグリース等の潤滑剤及び、潤滑剤から離油した油分が、角度検出用基板34が収容されている空間に入り込むことがなく、上記油分により角度検出用基板34及び角度検出用基板34上の磁気検出素子が動作不良や故障、等の悪影響を受けることを防止することが出来る。
With the above-described configuration, the detection gears 32 and 33 and the
SM…ステアリング機構
1…ステアリングホイール
2…ステアリングシャフト
3…ステアリングコラム
4,6…ユニバーサルジョイント
5…中間シャフト
8…ステアリングギヤ
10…操舵補助機構
11…ウォーム減速機
11a…ウォームホイール
11b…フェースギヤ
12…電動モータ
13…ギヤボックスハウジング
13a…ギヤボックスカバー
14…トルクセンサユニット
15…EPSコントロールユニット(ECU)
30…アングルセンサユニット
31…中間歯車
32…第一検出用歯車(第一の回転検出用歯車)
32a…磁石
32b…突起
33…第二検出用歯車(第二の回転検出用歯車)
33a…磁石
33b…突起
34…角度検出用基板
38…アングルセンサハウジング
38a…歯車支持部
38c…隔壁
39…アングルセンサカバー
SM ... steering mechanism 1 ...
30 ...
32a ...
33a ...
Claims (4)
前記トルク検出部で検出した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、
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と、
前記ウォーム減速機を収容するギヤボックスハウジングに組付可能に構成され、操舵軸の回転角を検出する舵角検出部と、を備え、
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フェースギヤが形成されており、
前記舵角検出部は、前記フェースギヤと噛み合う中間歯車と、径方向に着磁された磁石が固着され、前記中間歯車と噛み合う回転検出用歯車と、前記中間歯車及び前記回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部と、前記回転検出用歯車の磁石と対向する位置に磁気検出素子を配置した角度検出用基板と、少なくとも前記中間歯車、前記回転検出用歯車及び前記歯車支持部を収容すると共に、これらを収容した状態で前記中間歯車の一部が露出する開口部を有するセンサハウジングと、を備え、
前記センサハウジングは、前記回転検出用歯車の収容空間と、前記角度検出用基板の収容空間との間を隔離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 torque detector for detecting a steering torque transmitted from the steering wheel;
An electric motor that generates a steering assist torque according to the steering torque detected by the torque detector;
A worm reducer that decelerates the steering assist torque generated by the electric motor and transmits it to the output shaft of the steering mechanism of the vehicle;
A steering angle detector configured to be assembled to a gear box housing that houses the worm reducer, and detecting a rotation angle of a steering shaft;
A face gear is formed on the axial end surface of the worm wheel constituting the worm reducer,
The steering angle detecting section, and an intermediate gear that meshes with the face gear, magnetized magnet is fixed in the radial direction, and if bypass rolling detection gear meshing with the intermediate gear, the intermediate gear及beauty before Symbol Rotation a gear supporting portion for rotatably supporting the detection gear, the the angle detection substrate disposing the magnetic sensing element magnet and pair toward the position of the rotation detection gear, at least the intermediate gear, the rotation detection gear And a sensor housing having an opening through which a part of the intermediate gear is exposed in a state in which the gear support is accommodated and the gear support is accommodated.
The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the sensor housing separates a space for accommodating the rotation detecting gear and a space for accommodating the angle detecting substrate.
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