JPH06503B2 - 電動式パワ−ステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電動モータによりラックに操舵補助力を付与す
る電動式パワーステアリング装置に関する。

（従来の技術） パワーステアリング装置としては従来、たとえば油圧式
パワーステアリング装置があったが、油洩れ、油圧ポン
プのエンジン駆動による燃費の悪化、配管等による所要
スペースの増大等の問題点を有しているために近年電動
式パワーステアリング装置が使用される場合がある。電
動式パワーステアリング装置としては従来、例えば実開
昭５９−１７２０７２号公報に掲載されたものがある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この従来の電動式パワーステアリング装
置にあっては、ハンドルにより回転するピニオンが噛合
するラック軸にボールねじを直接形成してウオーム軸を
一体的に構成しており、ラック軸は、ピニオンとの噛み
合い位置で、ラックサポートに支持されると共に、前記
ボールねじがボールを介してねじ結合するボールナット
に支持されるという構成を採っているが、既存のマニュ
アルステアリング装置のラック軸に用いられて曲げ荷重
を支えていたガイドブッシュを設けることが構造上でき
なかった。このため、車輪側からの曲げ入力はラック軸
の前記各支持部のみで受けることとなってしまう。しか
し、この車輪からの曲げ入力が前記支持部を支点として
ラック軸にかかった場合、前記支持部に形成したラック
およびねじは、このラック軸を曲がり易い構造にしてい
るといえる。したがって、ラック軸が車輪からの曲げ入
力を受けて、曲がったままハンドルが回転してラック軸
が操舵のために軸方向に移動すると言うことが考えら
れ、この場合には、ラック部への影響は少ないが、ねじ
部がボールによって、かじられてしまうという虞が出て
くる。この対策として、ラック軸そのものの軸径を太く
するという対策が考えられるが、ラック軸の軸径を太く
すると、今度は、所定容量のトルク出力を有するモータ
を用いる場合には、軸径を小さくしたものに比して、伝
達効率を低下させてしまうこととなる。

また、ラック軸にウオーム軸を一体的に形成されている
結果、既存のマニュアルステアリング装置のラック軸を
容易に転用することができない。

また、ラック軸は長い部材であることと焼き入れの際に
曲がる虞がある等から、ボールねじ精度を確保すること
が難しいという、種々の問題点を有している。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記問題点を解決するために、電動モータに
よりラック軸に操舵補助力を付与する電動式パワーステ
アリング装置において、前記ラック軸と平行に電動モー
タで駆動されるウオーム軸を配し、該ウオーム軸に複数
のボールを介してボールナットを係合させると共に、該
ボールナットを前記ラック軸に固定して、前記電動モー
タの回転運動をラック軸の直線運動に変換する変換機構
を構成したものである。

（作用） このような電動式パワーステアリング装置によれば、回
転運動を直線運動に変換する変換機構をラック軸とは別
に設けたためにラック軸に従来のようにボールねじを形
成する必要がないため、既存のマニュアルステアリング
装置のラック軸を容易に転用することができる。また、
路面反力等によりラック軸に作用する曲げ荷重が変換機
構そのものに直接作用することがないため、変換機構そ
のものの機能を円滑に行なうことができる。また、変換
機構そのものはラック軸よりもはるかに短かいため、ボ
ールねじ等の精度を容易に確保することができる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
第１〜４図は本発明による電動式パワーステアリング装
置の第１実施例を示す図である。

まず構成について説明すると、第１図において、10は両
端部が図外の操舵車輪に連結されるとともに、一端側に
ラックギヤ10aが形成されたラック軸である。ラック軸1
0のラックギヤ10aにはピニオンギヤ12が噛み合ってお
り、このピニオンギヤ12はピニオン軸13を介してハンド
ル16により回転させられてラック軸10を軸線方向に移動
させ、最終的に車両を操舵する。ラック軸10の一端側の
ピニオンギヤ12と反対側にはリテーナ18が配置されて荷
重を支持しているとともに、ラック軸10の他端側はガイ
ドブシュ20に支持されている。ラック軸10の近傍には後
述する変換機構24を収納する室15aを有するハウジング1
5が設けられており、このハウジング15にはラック軸10
の軸線と離隔した平行な回転軸線を有する電動モータ22
が取り付けられている。電動モータ22にはその回転軸線
と同一軸線上で室15a内に延在するウォーム軸26が連結
されており、このウォーム軸26にはボールねじ26aが形
成されている。電動モータ22の回転子とウォーム軸26は
連結、あるいは減速機（図示せず）を介して回転力伝達
可能に連結されている。ウォーム軸26の両端部は軸受28
を介してハウジング15に回転自在に支持されており、ハ
ウジング15に対してウォーム軸26が軸方向に移動するこ
とは拘束されている。ウォーム軸26はボールねじ26a内
を転動するボール30を介してボールナット32とねじ結合
されており、ボールナット32はラック軸10にボルト33で
固定された連結部材34に固定されている。ウォーム軸2
6、ボール30およびボールナット32は、電動モータ22の
回転運動をラック軸10の直線運動に変換する変換機構24
を構成する。ボールナット32および連結部材34は車両操
舵時にラック軸10が移動するとき共にハウジング15内で
最大限移動できるように配慮されている。ピニオン軸13
の途中にはトルクセンサ36が設けられており、このトル
クセンサ36はピニオン軸13の回転方向（操舵方向）と回
転トルク値を検出してそれに対応する信号を制御回路37
へ出力する。制御回路37には車速センサ38からの車速信
号も入力され、制御回路37はトルクセンサ36と車速セン
サ38との両者からの信号にもとづいて電動モータ22に信
号を出力して制御する。このときの電源は図外のバッテ
リを用いる。

次に作用について説明する。車両操舵時に運転者がハン
ドル16を回転させるとトルクセンサ36は、操舵方向と路
面反力等に対する回転トルク値を検出してそれに応じた
信号を制御回路37へ出力する。これと同時に制御回路37
には車速センサ38からの信号が入力され、制御回路37は
それら２種類の信号にもとづいて電力モータ22が車速や
路面反力に応じた最適の出力を出力するよう電動モータ
22に信号を出力する。電動モータ22は制御回路37からの
信号により最適の出力でウォーム軸26を回転駆動し、さ
らにボール30、ボールナット32、連結部材34を介してラ
ック軸10を軸線方向に駆動する。このようにしてラック
軸10に操舵補助力が付与され、ハンドル16からピニオン
ギヤ12、ラックギヤ10aを介してラック軸10に直接入力
されるマニュアル操舵力とともに車両を操舵する。すな
わち、第３図に示すように、回転トルクがｔ_１のとき、
操舵補助力以外のマニュアル操舵力は破線で示すグラフ
のようにＦ_１であるが、これに操舵補助力が加わると実
線Ａで示すグラフのように操舵出力は全体としてＦ_２と
なる。したがって操舵補助力すなわち電動モータ22によ
る出力は（Ｆ_２−Ｆ_１）であることになる。このように
して操舵補助力は回転トルクにもとづいて制御回路37に
より一義的に演算されるが、さらに車速にもとづいて制
御回路37は操舵補助力を最終的に判断する。すなわち、
第４図に示すように、車速にもとづいてサーボ比、すな
わち（Ｆ_２−Ｆ_１）／ｔ_１を演算し、車速が低いＩ領域
においてサーボ比を最大にして最大の操舵補助力を発生
させる。これは前述のように制御回路37により一義的に
演算された操舵補助力をそのまま利用することを意味す
る。そして車速が高いIII領域においてはサーボ比を零
にし、操舵補助力を発生させない。すなわち電動モータ
22の出力は零となる。これは第３図における破線のグラ
フの場合を意味する。車速が中位のII領域においてはサ
ーボ比は最大値から零に徐々に変化する。すなわち車速
が例えば中位のｖ_１のときのサーボ比Ｓ_１から操舵補助
力を演算し、このときの操舵出力合計は第３図において
実線Ｂで示すグラフからＦ_３となり、前記一義的に求め
られたＦ_２よりも低いＦ_３に修正されるよう制御回路37
は電動モータ22の出力を信号により制御する。このよう
にして、車速が低く路面反力の大きいときは電動モータ
22は大きな出力をし、車速が高く路面反力が小さいとき
は電動モータ22は小さな出力をするよう制御回路37は電
動モータ22の出力を最適に制御する。

第５図は本発明の第２実施例について示す。この第２実
施例は、ハウジング15の両端部とラック軸10との間にラ
ックシール40を介装して室15a内を液密とし、この室15a
内に注入口41から潤滑液（例えばギヤオイル）を充填し
たものである。前記従来の電動式パワーステアリング装
置にあってはラック軸にボールねじが形成されているた
めにラック軸周面上での潤滑液のシールが難しく、その
ためにグリース等で潤滑を実施せざるをえず充分な潤滑
性、耐久性が得られなかった。これに対しこの第２実施
例によれば、ラック軸10にボールねじが形成されていな
いためにラック軸10上で容易に潤滑液のシールを行なう
ことができ、変換機構24を潤滑液中に浸漬して充分な潤
滑性、耐久性を得ることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ラック軸と平行
に電動モータで駆動されるウオーム軸を配し、該ウオー
ム軸に複数のボールを介してボールナットを係合させる
と共に、該ボールナットを前記ラック軸に固定して、前
記電動モータの回転運動をラック軸の直線運動に変換す
る変換機構を構成したため、この変換機構を構成するウ
オーム軸が、ラック軸とは別体で構成されることとな
り、車輪からの路面反力等によりラック軸が変形して
も、この変形をウオーム軸にまであまり影響させない。
また、ウオーム軸の変形は、ボールナット部でのラック
軸の変形入力が原因となるが、ウオーム軸は両端部で支
持されていることから、逆にラック軸の変位を小さくす
るように働き、これによって、上記のウオーム軸の別体
化による小変形と相俟って、相乗的に曲がりにくくして
いる。このことから、ウオーム軸を小径にすることがで
き、変換機構の伝達効率を向上させることができるとと
もに、モータの出力ロスや消費電力を減少でき、しか
も、ステアリング戻り操作特性が良好となり操舵フィー
リングを向上させることとなる。

またウオーム軸とラック軸とを別体で構成した結果、ラ
ック軸にボールねじを形成する必要が無い。このため、
既存のマニュアルステアリング装置のラック軸を容易に
転用することができる。また、既存のマニュアルステア
リング装置と同様ラック軸にその曲げ荷重を支えるガイ
ドブシュを設けることができるため、路面反力等による
ラック軸への曲げ荷重により変換機構のボールねじ本来
の機能が損なわれるということを防止できる。また、変
換機構のウォーム軸はラック軸よりもはるかに短かいた
めにボールねじ精度を容易に確保することができる。さ
らに、電動モータの回転軸線をラック軸の軸線からずら
して配置したため、従来のように装置そのものの外径が
円周方向全体にわたって大きくなることがなく、このこ
とによりラック軸の取付軸心位置が移動して既存のサス
ペンションジオメトリーに悪影響を与えることもない。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明による電動式パワーステアリング装
置の第１実施例を示す図であり、第１図はその全体概略
図、第２図は第１図におけるII−II矢視断面図、第３図
は合計の操舵出力とピニオン軸に入力される回転トルク
との関係を示すグラフ、第４図はサーボ比と車速との関
係図、第５図は本発明の第２実施例を示すその全体概略
図である。 10……ラック軸、 10a……ラックギヤ、 12……ピニオンギヤ、 13……ピニオン軸、 15……ハウジング、 15a……室、 16……ハンドル、 18……リテーナ、 20……ガイドブシュ、 22……電動モータ、 24……変換機構、 26……ウォーム軸、 26a……ボールねじ、 28……軸受、 30……ボール、 32……ボールナット、 33……ボルト、 34……連結部材、 36……トルクセンサ、 37……制御回路、 38……車速センサ、 40……ラックシール、 41……注入口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動モータによりラック軸に操舵補助力を
   付与する電動式パワーステアリング装置において、前記
   ラック軸と平行に電動モータで駆動されるウオーム軸を
   配し、該ウオーム軸に複数のボールを介してボールナッ
   トを係合させると共に、該ボールナットを前記ラック軸
   に固定して、前記電動モータの回転運動をラック軸の直
   線運動に変換する変換機構を構成したことを特徴とする
   電動式パワーステアリング装置。