JPH07156809A - ラックピニオン式電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ハンドル２に連結される入力軸４の回転によ
り回転するピニオン５に、電動アクチュエータ６３によ
り操舵補助力を作用させる。そのピニオン５に噛み合う
ラック６の移動により操舵がなされる。その入力軸４と
ピニオン５との間に設けられるギヤ機構Ｇが、入力軸４
の回転を増速してピニオン５に伝達する。その入力軸４
の軸心とピニオン５の軸心とは平行とされている。 【効果】 ピニオンの軸心とラックの軸線との車両の前
後方向に沿う距離を小さくし、配置スペースを小さくで
き、油圧パワーステアリング装置を搭載する車体との部
品の共通化を図ることができ、迅速な操舵を行なうこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動アクチュエータに
より操舵補助力を付与するラックピニオン式電動パワー
ステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ラックピニオン式パワーステアリング装
置として、油圧アクチュエータにより操舵補助力を付与
するものと電動アクチュエータにより操舵補助力を付与
するものとがある。

【０００３】図４に示すラックピニオン式油圧パワース
テアリング装置１０１は、操舵用ハンドルに連結される
入力軸１０２と、この入力軸１０２にトーションバー１
０８を介し連結される出力軸１０３に設けられたピニオ
ン１０３ａと、このピニオン１０３ａに噛み合う歯１０
４ａを有するラック１０４と、そのラック１０４を覆う
ハウジング１０５とを備える。そのハウジング１０５か
ら突出するラック１０４の各端に図外ボールジョイン
ト、タイロッド、ナックルアーム等を介し操舵用車輪が
連結される。これにより、入力軸１０２の回転がピニオ
ン１０３ａに伝達され、このピニオン１０３ａの回転に
よるラック１０４の軸線方向移動により操舵がなされ
る。そのラック１０４の外周にピストン１０７が設けら
れ、このピストン１０７により仕切られる一対の油室１
０９ａ、１０９ｂがハウジング１０５の内部に形成され
ることで油圧シリンダ１１１が構成されている。各油室
１０９ａ、１９９ｂは入力軸１０２の外周囲に設けられ
たロータリー式油圧コントロールバルブ１１２に接続さ
れている。そのコントロールバルブ１１２は、操舵抵抗
の大きさと方向に応じたトーションバー１０８の捩れに
よる入力軸１０２と出力軸１０３との相対回転角度に基
づき、オイルタンク１１４から油圧ポンプ１１３により
供給される高圧油を一対の油室１０９ａ、１０９ｂの一
方に供給し、また、他方から油をオイルタンク１０４に
還流させるものである。これにより、そのピストン１０
７に作用する油圧に基づいて、油圧シリンダ１１１はラ
ック１０４に操舵補助力を作用させる。

【０００４】図５に示すラックピニオン式電動パワース
テアリング装置２０１は、操舵用ハンドルに連結される
入力軸２０２と、この入力軸２０２にトーションバー２
０３を介し連結される出力軸２０４と、その入力軸２０
２と出力軸２０４とをベアリングを介し支持するハウジ
ング２０５とを備える。その出力軸２０４は図外ピニオ
ンに連結され、このピニオンに噛み合う歯を有するラッ
クの各端にボールジョイント、タイロッド、ナックルア
ーム等を介し操舵用車輪が連結される。これにより、入
力軸２０２の回転がピニオンに伝達され、このピニオン
の回転によるラックの軸線方向移動により操舵がなされ
る。その出力軸２０４の外周にギヤ２１０が嵌合され、
このギヤ２１０は、操舵補助用電動モータの出力軸に嵌
合されたウォームギヤ２１１に噛み合わされている。そ
の入力軸２０２と出力軸２０４の外周にトルクセンサ２
２０が設けられている。このトルクセンサ２２０は、操
舵抵抗の大きさと方向に応じたトーションバー２０３の
捩れによる入力軸２０２と出力軸２０４との相対回転角
度に基づき入力トルクを検知する。この検知した入力ト
ルクに対応した電気信号に応じて前記操舵補助用電動モ
ータが駆動され、前記ギヤ２１１、２１０、出力軸２０
４を介してピニオンに操舵補助力を作用させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記油圧パワーステア
リング装置１０１と電動パワーステアリング装置２０１
とを比較した場合、油圧パワーステアリング装置１０１
ではラック１０４に操舵補助力が作用するのに対し、電
動パワーステアリング装置２０１ではピニオンに操舵補
助力が作用するので、ラックの歯とピニオンとの噛み合
い部に作用する負荷は電動パワーステアリング装置２０
１の方が油圧パワーステアリング装置１０１よりも大き
くなる。そのため、電動パワーステアリング装置２０１
ではラックの歯とピニオンのギヤモジュールを大きくし
て強度を向上する必要がある。しかし、ラックの歯とピ
ニオンのギヤモジュールを大きくすると、ピニオンの軸
心とラックの軸線との車両の前後方向に沿う距離が大き
くなり、制限されたスペースに配置するのが困難になる
という問題がある。また、油圧パワーステアリング装置
を搭載する車体と電動パワーステアリング装置を搭載す
る車体とを共通の諸元として部品の共通化を図ることが
望まれているが、油圧パワーステアリング装置と電動パ
ワーステアリング装置とでピニオンの軸心とラックの軸
線との車両の前後方向に沿う距離が異なると、入力軸に
対するハンドルシャフトやハンドルコラムの傾斜角度も
異なってくるため、部品の共通化を図ることができな
い。

【０００６】また、電動アクチュエータは油圧アクチュ
エータと同じ出力を得ようとすると現状では非常に大型
で重量の大きなものになるため、従来の電動パワーステ
アリング装置の電動アクチュエータの出力は油圧パワー
ステアリング装置の油圧アクチュエータの出力よりも小
さなものが用いられている。その出力不足を補うため、
電動パワーステアリング装置と油圧パワーステアリング
装置とでピニオンとラックの歯とのギヤ比が異なるもの
とされ、ハンドル１回転あたりのラック移動量は電動パ
ワーステアリング装置の方が油圧パワーステアリング装
置よりも少なくされ、ラックに作用する軸力を確保して
いる。しかし、ハンドル１回転あたりのラック移動量が
少ないと、迅速な操舵を行なうことができないという問
題がある。

【０００７】本発明は、上記課題を解決することのでき
るラックピニオン式電動パワーステアリング装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本件第１発明は、ハンド
ルに連結される入力軸と、この入力軸の回転により回転
するピニオンと、このピニオンに噛み合うラックと、そ
のピニオンに操舵補助力を作用させる電動アクチュエー
タとを備え、その入力軸とピニオンとの間にギヤ機構が
設けられ、その入力軸の軸心とピニオンの軸心とは平行
とされていることを特徴とする。

【０００９】本件第２発明は、ハンドルに連結される入
力軸と、この入力軸の回転により回転するピニオンと、
このピニオンに噛み合うラックと、そのピニオンに操舵
補助力を作用させる電動アクチュエータとを備え、その
入力軸とピニオンとの間に変速ギヤ機構が設けられ、そ
の変速ギヤ機構は入力軸の回転を増速してピニオンに伝
達することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本件第１発明の構成によれば、入力軸とピニオ
ンとの間にギヤ機構が設けられ、その入力軸の軸心とピ
ニオンの軸心とは平行とされているので、入力軸の軸心
の位置をピニオンの軸心を中心とする円の軌跡上に設定
することができる。よって、ピニオンの軸心とラックの
軸線との車両の前後方向に沿う距離を任意に設定でき
る。

【００１１】本件第２発明の構成によれば、入力軸とピ
ニオンとの間に変速ギヤ機構が設けられ、その変速ギヤ
機構は入力軸の回転を増速してピニオンに伝達するの
で、ハンドル１回転あたりの入力軸の回転は、その変速
ギヤ機構により増速されてピニオンに伝達される。ま
た、電動アクチュエータはピニオンに操舵補助力を作用
させるので、ピニオン１回転あたりのラック移動量を少
なくして電動アクチュエータの出力不足を補うことがで
きる。よって、ハンドル１回転あたりのラック移動量を
少なくすることなく電動アクチュエータの出力不足を補
うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１３】図１に示すラックピニオン式電動パワース
テアリング装置１は、操舵用ハンドル２に自在継手３を
介し連結される入力軸４と、この入力軸４にトルクセン
サＴおよび変速ギヤ機構Ｇを介し連結されるピニオン５
と、このピニオン５に噛み合う歯６ａを有するラック６
とを備える。そのラック６の各端に図外ボールジョイン
ト、タイロッド、ナックルアーム等を介し操舵用車輪が
連結される。その入力軸４の回転はトルクセンサＴおよ
び変速ギヤ機構Ｇを介しピニオン５に伝達され、このピ
ニオン５の回転によるラック６の軸線方向移動により操
舵がなされる。そのラック６は、図１においてハウジン
グ１０内で左右方向に移動可能なサポートヨーク４０
と、ハウジング１０に取り付けられた図外ブッシュのラ
ック６よりも僅かに大径の内周孔とを介し２点支持さ
れ、そのサポートヨーク４０はラック６にバネ４１によ
り押し付けられ、そのサポートヨーク４０の移動により
ラック６の曲がり等を吸収してラック６の歯６ａとピニ
オン５との噛み合いの円滑化を図っている。

【００１４】そのトルクセンサＴは、ハウジング１０の
内部にベアリング１１を介して回転可能に支持される入
力軸４と同心の出力軸１２を備え、その出力軸１２はハ
ウジング１０にベアリング１３を介し回転可能に支持さ
れる。その入力軸４と出力軸１２の軸心にトーションバ
ー１５が挿入され、そのトーションバー１５はピン１６
を介して入力軸４に連結され、また、ピン１７を介して
出力軸１２に連結される。その入力軸４の外周に非磁性
体製のスリーブ１８が同行回転するよう嵌合され、この
スリーブ１８の外周に磁性体製の第１検出リング１９が
同行回転するよう嵌合されている。その出力軸１２の外
周に、第１検出リング１９に対向するよう且つ出力軸１
２と同行回転するよう磁性体製の第２検出リング２０が
嵌合されている。各検出リング１９、２０の対向端面
に、それぞれ歯１９ａ、２０ａが周方向に沿って複数設
けられている。また、入力軸４の外周に磁性体製の第３
検出リング２１が同行回転するよう嵌合され、この第３
検出リング２１と前記第２検出リング２０との間に第１
検出リング１９が配置されている。この第３検出リング
２１の第１検出リング１９との対向端面に、複数の歯２
１ａが周方向に沿って設けられている。なお、第１検出
リング１９の第３検出リング２１との対向端面には歯は
設けられていない。そのハウジング１０の内部に磁性体
製の第１筒状ホルダー２５が取り付けられ、この第１筒
状ホルダー２５の内部に第１検出コイル２６が取り付け
られている。その第１検出コイル２６は、第１検出コイ
ル２６と第２検出リング２０との対向端部を覆うように
配置されている。また、そのハウジング１０に磁性体製
の第２筒状ホルダー２７が挿入され、この第２筒状ホル
ダー２７の内部に第２検出コイル２８が取り付けられて
いる。その第２検出コイル２８は、第１検出リング１９
と第３検出リング２１との対向端部を覆うように配置さ
れている。

【００１５】図３に示すように、第１検出コイル２６は
抵抗３１を介して発振器３２に接続されると共に演算増
幅器３３の反転入力端子に接続され、第２検出コイル２
８は抵抗３４を介して発振器３２に接続されると共に演
算増幅器３３の非反転入力端子に接続されている。その
発振器３２の出力により、第１検出コイル２６は第１検
出リング１９と第２検出リング２０を通過する磁束を発
生し、第２検出コイル２８は第１検出リング１９と第３
検出リング２１を通過する磁束を発生する。その入力軸
４から出力軸１２へのトルク伝達により第１検出リング
１９と第２検出リング２０とが軸中心に相対回転する
と、両リング１９、２０の各対向端面に形成された歯１
９ａ、２０ａの軸方向に関して重合する部分の面積が変
化することから、第１検出コイル２６のインピーダンス
が変化し、その変化に応じて第１検出コイル２６の出力
電圧が変化する。この出力電圧の変化が演算増幅器によ
り増幅され、伝達トルクに対応した電気信号が得られ
る。また、温度変化により第１検出コイル２６のインピ
ーダンスが変化しても、第２検出コイル２８も温度変化
によりインピーダンスが変化し、各検出コイル２６、２
８の温度変化による出力変動は演算増幅器により打ち消
される。これにより、トルクセンサＴの出力は温度の影
響を受けないよう補償されている。

【００１６】その変速ギヤ機構Ｇは、トルクセンサＴの
出力軸１２の外周に同行回転するよう嵌合された第１ギ
ヤ５１と、この第１ギヤ５１に噛み合う第２ギヤ５２と
を有する。その第２ギヤ５２は、ハウジング１０にベア
リング５３、５４を介し支持されたピニオンシャフト５
５の外周に同行回転するよう嵌合されている。そのピニ
オンシャフト５５はピニオン５と一体成形され、その軸
心はピニオン５と同軸心かつ入力軸４と平行とされてい
る。その第１ギヤ５１の歯数は第２ギヤ５２の歯数より
も多くされ、これにより、変速ギヤ機構Ｇは入力軸４の
回転を増速してピニオン５に伝達する。

【００１７】そのピニオンシャフト５５にフェースギヤ
６１が同行回転するよう取り付けられ、このフェースギ
ヤ６１に軸心が直交するよう噛み合うモータピニオン６
２が、ハウジング１０に取り付けられた操舵補助用電動
モータ（電動アクチュエータ）６３の出力軸に同行回転
するよう取り付けられている。なお、そのフェースギヤ
６１は第１ギヤ５１、第２ギヤ５２の上方に配置され、
このフェースギヤ６１の上方にモータピニオン６２が配
置され、これにより、装置１のピニオン軸に沿う方向の
寸法の低減を図っている。その電動モータ６３はトルク
センサＴの出力に応じて駆動され、トルクセンサＴによ
る検出トルクに応じた操舵補助力をピニオン５に作用さ
せる。

【００１８】上記構成によれば、ハンドル２を回転さ
せ、この回転を入力軸４、トルクセンサＴ、変速ギヤ機
構Ｇを介しピニオン５に伝達し、このピニオン５の回転
によりラック６を軸線方向に移動させることで操舵を行
なうと、その操舵抵抗に対応する入力トルクがトルクセ
ンサＴにより検出され、その検出信号に応じ電動モータ
６３がピニオン５に操舵補助力を作用させる。その変速
ギヤ機構Ｇは入力軸４の回転を増速してピニオン５に伝
達するので、ハンドル２の１回転あたりの入力軸４の回
転は、その変速ギヤ機構Ｇにより増速されてピニオン５
に伝達される。また、電動モータ６３はピニオン５に操
舵補助力を作用させるので、ピニオン５の１回転あたり
のラック６の移動量を少なくして電動モータ６３の出力
不足を補うことができる。よって、ハンドル２の１回転
あたりのラック６の移動量を少なくすることなく電動モ
ータ６３の出力不足を補い、且つ、迅速な操舵を行なう
ことができる。また、その入力軸４の軸心とピニオン５
の軸心とは平行とされているので、図２に示すように、
入力軸４の軸心Ｏａの位置をピニオン５の軸心Ｏｂを中
心とする円の軌跡Ｅ上に設定することができる。よっ
て、ピニオン５の軸心Ｏｂとラック６の軸線との車両の
前後方向に沿う距離を任意に設定でき、その距離を小さ
くすることで配置スペースを小さくでき、また、入力軸
４に対するハンドルシャフトおよびハンドルコラムの傾
斜角度を任意に設定できるので油圧パワーステアリング
装置を搭載する車体との部品の共通化を図ることができ
る。

【００１９】なお、本発明は上記実施例に限定されな
い。例えば、上記実施例では変速ギヤ機構Ｇを構成する
ギヤ数やギヤの種類等は特に限定されない。また、トル
クセンサＴも操舵抵抗の大きさと方向に応じたトルクを
検出するものであれば構造は特に限定されない。

【００２０】

【発明の効果】本件第１発明のラックピニオン式電動パ
ワーステアリング装置によれば、ピニオンの軸心とラッ
クの軸線との車両の前後方向に沿う距離を小さくし、配
置スペースを小さくでき、また、油圧パワーステアリン
グ装置を搭載する車体との部品の共通化を図ることがで
きる。

【００２１】本件第２発明のラックピニオン式電動パワ
ーステアリング装置によれば、電動アクチュエータの出
力不足を補い、且つ、迅速な操舵を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のラックピニオン式電動パワー
ステアリング装置の断面図

【図２】本発明の実施例のラックとピニオンと入力軸と
の位置関係を示す平面図

【図３】本発明の実施例のトルクセンサの回路構成を示
す図

【図４】従来のラックピニオン式油圧パワーステアリン
グ装置の断面図

【図５】従来のラックピニオン式電動パワーステアリン
グ装置の断面図

【符号の説明】 ２ ハンドル ４ 入力軸 ５ ピニオン ６ ラック ６３ 電動モータ Ｇ 変速ギヤ機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハンドルに連結される入力軸と、この入
   力軸の回転により回転するピニオンと、このピニオンに
   噛み合うラックと、そのピニオンに操舵補助力を作用さ
   せる電動アクチュエータとを備え、その入力軸とピニオ
   ンとの間にギヤ機構が設けられ、その入力軸の軸心とピ
   ニオンの軸心とは平行とされていることを特徴とするラ
   ックピニオン式電動パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 ハンドルに連結される入力軸と、この入
   力軸の回転により回転するピニオンと、このピニオンに
   噛み合うラックと、そのピニオンに操舵補助力を作用さ
   せる電動アクチュエータとを備え、その入力軸とピニオ
   ンとの間に変速ギヤ機構が設けられ、その変速ギヤ機構
   は入力軸の回転を増速してピニオンに伝達することを特
   徴とするラックピニオン式電動パワーステアリング装
   置。