JPH01247274A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は車両のステアリングホイールの操舵力を軽減す
るために、動力源として電動モータを用いる車両用の電
動パワーステアリングに関し、更に詳しくは電動モータ
の故障等の異常時のフエールセイフを確保すると共に、
装置の小型化と操作フィーリングの向上とを図った電動
パワーステアリング装置に関する。

（従来の技術） 従来の装置としては、例えば特開昭６１−３７５８０号
に示されるものがあった。

この装置は、入力軸及び出力軸間に生じる操舵トルクを
検出するトルク検出器からの信号もしくは車速検出器か
らの信号に応じて制御回路により電動モータを駆動させ
、該電動モータの回転をクラッチを介してウオームとウ
オームホイールからなる減速機構を経て出力軸に伝達し
、入力軸に連結されているステアリングホイールの操舵
力を軽減している。

ウオームとウオームホイールからなる減速機構は、他の
例えば遊星歯車からなる減速機構に較べ小型化できる点
で有利であり、上記装置ではこれに加えてウオームの傾
き角をウオームホイールの摩擦角より大きくしてウオー
ムホイールの回転力によってもウオームを回転駆動でき
るように設定し、いわゆる伝達方向に可逆性をもたせて
いる。このため、クラッチが離脱しており、操舵角の小
さい場合には、手動操作によってもウオームホイールか
らウオームを増速回転させて操舵を可能にしている。

また、この装置では上記クラッチとして電磁クラッチ或
はメカニカルフランチが使われている。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、上記装置ではウオームの傾き角をウオームホ
イールの摩擦角より大きくして可逆性をもたせてはいる
ものの、相変わらず連動率は低く、更に減速比が大きい
ため電動モータの摩擦トルクの影響を受けてステアリン
グシャフト上の摩擦トルクが大きくなり、操舵フィーリ
ングとハンドル戻りを悪化させると共に、手動操舵が重
くなるという不具合がある。

また、大きな減速比で電動モータとステアリングシャフ
トを機械的に連結しているため、電動モータの慣性力を
ステアリングシャフトの慣性力に換算したときその値が
極めて大きく　（モータ慣性力×減速比２）、その影響
を受けて車両の直進性を阻むようなことがある。

更に上記装置に使われる電磁クラッチ、或はメカニカル
フランチは電気信号により或は機械的に電動モータの駆
動力を直接出力軸に伝達するようにしているため、上記
制御装置が正常に働いている場合は兎も角、外乱信号等
により電動モータが操舵方向と逆回転し或は異物の噛込
み等により電動モータの回転がロック状態になったとき
、手動による操舵が思うに任せず操舵が不能となり兼ね
ない。

本発明はこれらの問題点を一挙に解決することを目的と
してなされたものであり、減速機としてウオーム及びウ
オームホイールを採用して装置の小型化を図ると共に如
何なる状況下にあっても円滑な操舵を可能にする電動パ
ワーステアリング装置を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） このため、本発明は車両のステアリングホイールに接続
される入力軸とステアリングギヤに接続される出力軸と
の間の相対変位により操舵トルクを検出する操舵トルク
検出器と、該操舵トルク検出器からの検出信号に応じた
制御手段からの制御信号により回転制御され、前記出力
軸にその回転が伝達される電動モータと、該電動モータ
の回転を前記出力軸に減速して伝達する減速機構と、前
記電動モータの回転の前記出力軸への伝達を断続制御す
るクラッチとを備えた電動パワーステアリング装置にお
いて、前記減速機構としてウオーム及びウオームホイー
ルを採用し、該ウオームホイールと連結される内筒状外
輪を前記出力軸と同心に、かつ両者間に所定の隙間を残
して配置すると共に、前記電動モータの回転方向が操舵
方向に合致し、しかも前記入力軸と出力軸の相対変位が
所定の値を超えたとき、前記隙間内にあって前記入力軸
に連動して前記外輪と出力軸を係合させる係合部材を設
けることを構成とし、これを上記課題の解決手段とする
ものである。

（作用） 上記した構成によれば、制御手段の誤動作等により、例
えば電動モータが操舵トルク検出器により検出された操
舵トルクに応じた回転とは逆方向に回転されたとしても
、外輪の内面で保合部材を入力軸の回転と逆方向に押戻
すため、クラッチが切られる一方、入力軸と出力軸は弾
性体を介して連結されているため手動操舵を可能にする
。

こうして、電動モータの回転方向、入力軸の回転方向及
び弾性体の弾性変形の方向が一致した時のみ電動モータ
の回転を出力軸に伝達するように係合して電動モータか
ら出力軸への力伝達を行い、電動モータがロックした場
合も含め、３者が一致しない時には常にクラッチは離脱
して電動モータと出力軸との間の力伝達を行わないため
、手動操舵が可能となり操舵作動が不能となることはな
い。

更に、上記した構成によれば電動モータの回転方向と弾
性体の弾性変形の方向が一致し、入力軸と出力軸の相対
変位が所定の値に達し、クラッチが予め係合した後に、
はじめて電動モータが回転を開始し、電動モータの回転
がクラッチを介して出力軸に伝達されるため、入力軸を
介してステアリングホイールに衝撃等が伝達されること
なく滑らかな操舵フィーリングが得られる。

（実施例） 以下、本発明に従った電動パワーステアリング装置の一
実施例を図面に基づき説明する。

第１図、第２図において、一端をステアリングホイール
１０に連結された入力軸１１は、中空の段付筒状を呈し
、その他端がピン１５ｂにより出力軸１２に連結された
トーションバー１３の一端に、ピン１５ａにより連結さ
れている。これにより入力軸１１は車両の図示せぬステ
アリングギヤに連結されている出力軸１２とトーション
バー１３を介して連結されると共に、出力軸１２の一端
が入力軸１１の大径部１１ｂ内に遊嵌されており、入力
軸１１に加わる操舵力はトーションバ−１３を介して出
力軸１２に伝達されるようになっている。

入力軸１１は、ステアリングホイール１０側をアッパー
ハウジング１４ａに圧入固定された軸受１６で回転可能
に支持されており、また、出力軸１２はロワーハウジン
グ１４ｂに圧入固定された軸受１７により回転可能に支
持されている。

入力軸１１の小径部１１ａの外周には、アッパーハウジ
ング１４ａの外側にダストカバー３６が嵌着されている
と共に、アッパーハウジング１４ａ内に円筒状のスライ
ダ１８が遊嵌されており、該スライダ１８の一部は出力
軸１２にも遊嵌され、その出力軸１２側には出力軸１２
の外周面に形成された螺旋状の′ａ１２ａに係合される
ボール１９が嵌入される径方向の孔１８ａが設けられて
いる。

スライダ１８の外周には、両端にフランジ部を有し該両
フランジ部間に環状溝２０ａを形成するリング２０が固
設されている。また、スライダ１８の一部外周には入力
軸１１の大径部に固設されたピン２１が嵌入される軸方
向の長孔１８ｃが形成されており、これによりスライダ
１８は入力軸１１と一体となり回転可能とされると共に
軸方向へは自在に移動可能となっている。

出力軸１２の外周面には、前述した螺旋状の溝１２ａが
刻設されていると共に、第３図に示す如（一部に平面部
１２ｂが形成され、人力軸１１の大径部１１ｂは出力軸
１２の平面部１２ｂまで延在されている。

入力軸１１の大径部１１ｂには前記出力軸１２の平面部
１２ｂに対応する位置に窓ｌｉｄが設けられている。同
窓ｌｉｄ内には一対の円柱状のコロ２２ａ。

２２ｂがその軸芯を入・出力軸１１．１２の軸方向と一
致するように嵌入してあり、各一対のコロ２２ａ。

２２ｂの間には圧縮コイルスプリング３３が介装されて
いる。これにより各コロ２２ａ　、　２２ｂは窓ｌｉｄ
の円周方向端面に押圧されると共に平面部１２ｂの一端
面に当接される。

また入力軸１１の大径部１１ｂの外方には、アウタース
リーブ２３がコロ２′２ａ、２２ｂとの間に所定の間隙
を形成して、アッパーハウジング１４ａに圧入固定され
た軸受３５及び出力軸１２上に固設された軸受３２によ
り回転可能に支持されている。アウタースリーブ２３の
外周面には電動モータ２４の出力軸２４ａに固設された
ウオーム２５に噛合するウオームホイール２３ａが形成
されており、該ウオーム２５とウオームホイール２３ａ
とは本発明の減速機を構成し、窓ｌｉｄ、平面部１２ｂ
、コロ２２ａ。

２２ｂ及びアウタースリーブ２３で本発明におけるクラ
ッチを構成している。

なお、第２図において３０．３１は夫々入力軸１１の大
径部１１ｂ及びアウタースリーブ２３を支持する軸受で
ある。

また、アッパーハウジング１４ａには、ケース２６が取
付けられており、該ケース２６内には一端にボール２７
が保持された板バネ状の金属プレートから成るレバー２
８の他端が固定されている。

レバー２８の一端に保持されたボール２７はリング２０
の環状溝２Ｏａ内に嵌入されており、またレバー２８の
側面には抵抗ブリッジを構成した図示せぬ歪ゲージが絶
縁層をコーティングされた表面に貼付けられている。な
お、歪ゲージはブリッジ回路から成る周知の歪検出回路
を構成していて、該歪ゲージからの電気信号は制御回路
２９に入力され、制御回路２９は該電気信号に応じて電
動モータ２４への供給電流を制御する。

以上の構成から成る本実施例の作用を説明する。

ステアリングホイール１０が回転されると、入力軸１１
が回転し路面反力等の負荷が作用しているステアリング
ギヤに連結されている出力軸１２に対して、トーション
バー１３が捩じられ、出力軸１２と入力軸１１間に相対
回転が生じる。

これにより、この入力軸１１の相対回転即ち、出力軸１
２との回転差分だけ、螺旋状の溝１２ａに対しスライダ
１８の回転を伴い、この回転により、ボール１９を介し
てスライダ１８に入力軸１１の軸方向の推力を与え、ス
ライダ１８を入力軸１１の回転方向及び、入力軸１１の
相対回転に応じて軸方向に変位させる。スライダ１８の
軸方向変位はリング２０の環状溝２０ａに係合するボー
ル２７を介して、これを保持するレバー２８を撓ませて
、歪ゲージに入力軸１１と出力軸１２の相対回転量に応
じた電気信号を発生させる。この電気信号は制御回路２
９に人力されて、制御回路２９はこの電気信号に応じた
供給電流を電動モータ２４に送り、電動モータ２４を入
力軸１１の回転方向に応じた方向に回転させ、電動モー
タ２４の回転はウオーム２５及びウオームホイール２３
ａにより減速され、アウタースリーブ２３に伝達される
。

この時、本発明においては、クラッチの断続が次のよう
にしてなされる。すなわち、第４図において（ａｌはト
ルクセンサ２６が中立にある時のクラッチ機構の状態を
示し、コロ２２ａ　、　２２ｂともアウタースリーブ２
３に対して隙間があり、入力軸１１、出力軸１２共にア
ウタースリーブ２３即ち電動モータ２４には結合されて
いない。（入力軸１１と出力軸１２の相対回転変位Δθ
＝Ｏ）同図（ｂｌは入力軸１１を図面で左回転させ左側
のコロ２２ｂがアウタースリーブ２３の内面と出力軸１
２の平面部１２ｂに当接し始めた時の状態を示し、クラ
ッチ係合開始点となる。（Δθ＝Δθ、）同図（Ｃ）は
入力軸１１を更に左回転させた状態を示し、左側のコロ
２２ｂは上記１ｂ）と同位置にあるが、入力軸１１の窓
ｌｉｄの右端面と当接しているコロ２２ａがスプリング
３３を撓ませて左回転方向に変位し、左側のコロ２２ｂ
は入力軸１１の窓ｌｉｄの左端面から離れる。この時に
モータ２４への電流の供給が開始されアウタースリーブ
２３を入力軸１１と同じ左回転方向に回転させ始める。

（Δθ＝Δθ２　） 同図（ｄ）は路面反力が大きく、モータ２４への供給電
流を大きくする為に、更に入力軸１１を左回転させた状
態を示し、左側のコロ２２ｂは上記（ｂｌと同位置にあ
るが右側のコロ２２ａが更にスプリング３３を撓ませて
左回転方向へ変位する。従って、路面反力が大きく入・
出力軸１１．１２の相対回転変位が大きくなり、モータ
の出力が大になる程、クラッチの伝達力を大きくすべく
、スプリング３３による左側のコロ２２ｂの押付力を大
きくし、クラッチを確実に係合する。

こうして、本実施例によれば回転方向側のコロ２２とア
ウタースリーブ２３との隙間が消滅し、クラッチが作動
状態となる時の入力軸１１と出力軸１２との相対回転変
位（Δθ＝θ、）が、スライダ１８の軸方向変位により
レバー２８が撓み、歪ゲージからの信号に応じて制御回
路２９によって制御される供給電流により電動モータ２
４が回転を開始する時の入力軸１１と出力軸１２との相
対回転変位（Δθ＝θ２）よりも小さくされているため
、入力軸１１の相対回転により回転方向側のコロ２２が
アウタ−スリーブ２３内周面と平面部１２ｂ端面に予め
圧着された状態になった後、はじめて電動モータ２４が
回転を開始し、その回転がアウタースリーブ２３に伝達
される。それにより、回転方向側のコロ２２がアウタ−
スリーブ２３内周面と平面部１２ｂ端面に圧着された状
態で、アウタースリーブ２３の回転が同コロ２２を介し
て出力軸１２に円滑に伝達され、ステアリングホイール
１０の印加される操舵力を助勢する。ここで、アウター
スリーブ２３の回転方向は、制御回路２９により入力軸
１１の相対回転に応じた回転数及び回転方向に電動モー
タ２４がその回転を制御されることにより、トーション
バー１３の弾性方向と一致した人力軸１１の相対回転の
方向と一致するようにされている。これにより、コロ２
２をその摩擦力により平面部１２ｂに強く圧着するよう
になり、確実に回転力の伝達を行う。

ところで、入力軸１１の大径部１１ｂに形成された窓ｌ
ｉｄに単にコロ２２を入れ、或は１対のコロ２２ａ　、
　２２ｂに適切な押付は力が与えられていないと、例え
ば接地側の抵抗が大きいにも拘らず早い操舵がなされて
人力軸１１と出力軸１２の相対回転が大きくなるような
場合には、電動モータが高速で回転を開始し、回転方向
のコロ２２が急激に出力軸１２と係合される結果、その
反力ではね返ることがあり、クラッチが外れ急にアシス
トがなくなって操舵力が一瞬重くなることがある。

その点、本実施例では一対のコロ２２ａ　、　２２ｂの
間に圧縮コイルスプリング３３を介在させて上記相対回
転変位が大きくなる程、回転方向のコロ２２の押付力を
大きくしであるため、上記のような場合にもクラッチの
保合が確保され、安定したアシストが得られる。

なお、スプリング３３のスプリング力ばばね定数で決定
されるもので、クラッチの伝達力と電動モータ２４の出
力の大きさにより選択決定される。また、回転方向側の
コロ２２とアウタースリーブ２３との隙間が消滅し、ク
ラッチが作動可能な状態となる時の入力軸１１と出力軸
１２の相対回転変位（Δθ＝θ、）は、アウタースリー
ブ２３の内径寸法、コロ２２の外径、出力軸１２の平面
部１２ｂの寸法、入力軸１１の窓ｌｉｄ　、スプリング
３３のばね定数及び寸法等の種々の組み合わせにより、
任意に設定可能となっている。

このように、本実施例によるクラッチは、入力軸１１の
相対回転（Δθ）がある設定値（Δθ＝θ２）以上で且
つ、その相対回転方向とアウタースリーブ２３の回転方
向が一致した時のみアウタースリーブ２３からの回転を
出力軸１２に伝達するように作動する。したがって、制
御回路２９の誤作動等により電動モータ２４が入力軸Ｉ
Ｉの相対回転に応じた回転方向とは逆方向に回転された
としても、第４図（Ｃ１において左側のコロ２２ｂはア
ウタ−スリーブ２３内周面と出力軸１２の平面部１２ｂ
端面に当接した状態において、アウタースリーブ２３と
の摩擦力により窓ｌｉｄ内で振動及び自転し、アウター
スリーブ２３の回転が入力軸１１に伝達されることはな
く、一方人力軸１１の回転はトーションバー１３を介し
て出力軸１２に伝達され、゛手動操舵を可能にする。ま
た、電動モータ２４が異物等を噛み込んで回転が不能と
なり、それによりアウタースリーブ２３が回転不能とな
ったとしても、第４図（Ｃ）において左側のコロ２２ｂ
がアウタースリーブ２３との摩擦力によりスプリング３
３に抗して振動したり、もしくは自転する等して人力軸
１１の回転がコロ２２を介して出力軸１２に伝達され、
手動による操舵を可能にする。

また、本実施例装置によればステアリングホイール１０
が保持状態でアウタースリーブ２３がロック状態にある
時には、コロ２２がスプリング力によりステアリングホ
イール１０の保持状態を保つようにクラッチは作動し、
ステアリングホイール１０がフリー状態（切込んで手を
放した時）でアウタースリーブ２３が正回転及び逆回転
時には、ステアリングホイール１０の戻りが妨げられる
のを阻止するようにクラッチは作動する。また、更にス
テアリングホイール１０が切り込まれてアウタースリー
ブ２３が正回転している状態にて、制御回路２９の誤作
動等により電動モータ２４が急激にその回転トルクを増
大する時にも、入力軸１１側が抵抗となって、トーショ
ンバー１３の弾性変形が戻されることになり、クラッチ
はアウタースリーブ２３から入力軸１２への回転伝達を
断つように作動し、また車両が直進している時に制御回
路２９の誤作動等により電動モータ２４が回転したとし
ても、クラッチは路面反力により、入力軸１１と出力軸
１２との相対回転（Δθ）が設定値（Δθ＝０２）以上
とならない限り、アウタースリーブ２３と出力軸１２間
の力伝達を行わないため、急激にステアリングホイール
１ｏが切り込まれることはない。

更にまた、例えば路面負荷が大きいにも拘らず急激な操
舵がなされる場合−にも、入力軸１１と出力軸１２の相
対回転変位が大きい分コロ２２の押付力が増大し、アウ
タースリーブ２３の急激な回転始動に良く追随して出力
軸との保合を確保する。

以上のように本実施例によれば、入力軸１１の相対回転
を検出するためのトーションバー１３の弾性変形を利用
して電動モータ２４と減速機との間の回転伝達を断続す
るクラッチの作動を適確に制ＪＩＢすることにより、電
動パワーステアリングの安全性及び信頼性を向上させる
ことができると共に、装置の小型化ができる。また、同
時に電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを
向上することができる。

以上の実施例では入力軸の相対回転を電気信号として取
り出す検出器として、歪ゲージを用いたカンチレバー式
とスリップリング式を用いた例を説明したが、ポテンシ
ョメータ、光電式検出器、磁歪式検出器等を本発明に採
用することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、操舵トルク検出器を入力軸と前記出力
軸とを連結する弾性体の弾性変形に応じて操舵トルクを
検出させると共に、クラッチの断続作動を操舵トルク検
出器の検出した操舵トルクに応じた電動モータの回転と
入・出力軸間の相対変位量に基づくクラッチ係合部材の
押付力とにより制御される。

そのため、制御手段の誤作動等により、電動モータが操
舵トルク検出器により検出された操舵トルクに応じた回
転とは逆方向に回転されたとしても、クラッチの保合部
材の押付力が減少するため、クラッチは切られ電動モー
タの駆動力は出力軸に伝達されず、従って電動モータに
よる減速機の回転方向と操舵方向が一致した時のみ電動
モータの回転を出力軸に伝達するように係合し、両者が
一致しない時には常にクラッチは離脱し電動モータと出
力軸間の力伝達を行わないため、手動操舵が可能となり
操舵作動が不能となることはない。

また、本発明は小型で大きな減速比の得られるウオーム
とウオームホイールからなる減速機を採用すると共に、
操舵トルク検出器とクラッチは大きなスペースを必要と
する弾性体を共有しているため、電動パワーステアリン
グ装置をコンパクト化することができる。

更にまた、本発明によればクラ・７チが作動状態となる
弾性体の弾性変形が、操舵トルク検出器が操舵トルクを
検出しそれに応じて電動モータが回転を開始する時の弾
性体の弾性変形よりも小さくされている。そのため、ク
ラッチが予め作動状態となった後に電動モータの回転が
開始して、その回転がクラッチを介して出力軸に伝達さ
れるので、その伝達時においてステアリングホイール上
に衝撃等が伝わることがなく、滑らかな操舵フィーリン
グを得ることができ、それにより電動パワーステアリン
グ装置の操舵フィーリングを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った電気式パワーステアリング装置
の一実施例の概略構成を示すブロック図、第２図は同実
施例を詳細に示す縦断面図、第３図は第２図に示す実施
例におけるクラッチの拡大側断面図、第４図は同クラッ
チの作動説明図である。 図の主要部分の説明 １１−人力軸 １２−出力軸 １３−）−ションハ′− ２２−コロ ２３−　アウタースリーブ ２３ａ−−−ウオームホイール ２５−　ウオーム ２９−制御回路 特　許　出　願　人　アイシン精機株式会社第１図 第３図 羽 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 車両のステアリングホィールに接続される入力軸とステ
   アリングギヤに接続される出力軸との間の相対変位によ
   り操舵トルクを検出する操舵トルク検出器と、該操舵ト
   ルク検出器からの検出信号に応じた制御手段からの制御
   信号により回転制御され、前記出力軸にその回転が伝達
   される電動モータと、該電動モータの回転を前記出力軸
   に減速して伝達する減速機構と、前記電動モータの回転
   の前記出力軸への伝達を断続制御するクラッチとを備え
   た電動パワーステアリング装置において、前記減速機構
   としてウォーム及びウォームホィールを採用し、該ウォ
   ームホィールと連結される内筒状外輪を前記出力軸と同
   心に、かつ両者間に所定の隙間を残して配置すると共に
   、前記電動モータの回転方向が操舵方向に合致し、しか
   も前記入力軸と出力軸の相対変位が所定の値を超えたと
   き、前記隙間内にあって前記入力軸に連動して前記外輪
   と出力軸を係合させる係合部材を設けることを特徴とす
   る電動パワーステアリング装置。