JP2012183987A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】システムを大型化することなく、すえ切り時において操舵補助力が不足しないコンパクトな構造の電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵系に連結され、前記操舵系に減速機を介して操舵補助トルクを発生するモータ１８を備え、操舵系の操舵トルクや車速に基づき前記モータを制御し、操舵アシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置において、前記減速機を減速比の異なる第１減速機１８ｂ、２０と第２変速機１８ｃ、２１で構成し、この第1、第２減速機１８ｂ、２０、１８ｃ、２１を切替える切替手段１３を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

自動車等の車両用の電動パワーステアリング装置において、自動車の操舵のすえ切り時に必要な操舵力は一般的に通常走行中よりも大きくなる。従って、一般的な電動パワーステアリングでは、操舵力補助の電動モータの要求スペックをすえ切り時において操舵補助力が不足しないように設計している。特に、大型車では大型の高出力の電動モータが必要となり電動パワーステアリング装置の大型化が避けられない。このような電動モータの大型化を避けるために、特許文献１に示すような小型の電動モータを２個用いて操舵補助力が不足しないようにした電動パワーステアリング装置がある。

特開平５−１５５３４３号公報

しかしながら、電動モータを２個用いた場合、個々の電動モータは小型化できるが、この電動パワーステアリング装置を車両に搭載する際、これら２個の電動モータと他の部品とが干渉しないようにする必要があり、車両搭載の自由度が低いという問題があった。そこで、システムを大型化することなく、すえ切り時において操舵補助力が不足しない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。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、前記操舵系に減速機を介して操舵補助トルクを発生するモータを備え、操舵系の操舵トルクや車速に基づき前記モータを制御し、操舵補助トルクを発生する電動パワーステアリング装置において、前記減速機を減速比の異なる第１減速機と第２減速機で構成し、この第１、第２減速機を切替える切替手段を備えたことを要旨としている。

本発明によれば、減速機の切替えにより操舵補助力の大きさの切替えをすることで、実用上、十分な操舵力を得ることができる。即ち、車両の道路走行時には、減速比の小さい第１減速機にして、操舵補助力を小さく、すえ切り時は減速比の大きい第２減速機にして、操舵補助力を大きくする。したがって、操舵補助力を増大するための大型モータが不要であり、すえ切り時において操舵補助力が不足しない電動パワーステアリング装置ができる。

また、請求項２に記載の発明は、前記第１減速機は第１駆動歯車と第１従動歯車で構成し、前記第２減速機は第２駆動歯車と第２従動歯車で構成し、前記切替手段は、前記第１駆動歯車と前記第１従動歯車又は、前記第２駆動歯車と前記第２従動歯車を噛合させ減速比を変更することを要旨としている。即ち、本発明において、前記操舵補助の減速比は、第１、第２の操舵補助減速比を実現するために、第１、第２の駆動歯車と従動歯車とを直結させるという簡易な構成で達成できる。また。したがって、部品点数も少なくてよくシステムを小型化した電動パワーステアリング装置ができる。

さらに請求項３に記載の発明は、前記第１駆動歯車と前記第２駆動歯車は前記モータのモータ軸に直列に設けられ、前記第１従動歯車と前記第２従動歯車は前記操舵系に係合させたことを要旨としている。即ち、駆動歯車が１つのモータ軸に直列に構成されており、同軸になるため、１つのモータで駆動できる。一方従動歯車は操舵系に直接もうけられているため、簡単な構造で確実に操舵力の補助ができる。また、簡単な構造の減速機となり、軸方向の長さの増大を最小限に留めて、システムを小型化できる。

さらに、車速を検出する速度検出手段を備え、前記切替手段は前記車速に基づき切替えることを要旨としている。即ち、本発明は、前記車速からすえ切り状態の検出装置を有し、前記減速比切替機構を操作するための操作部をさらに備えており、すえ切り状態を判断したときに運転者が動力補助伝達経路を簡単な構造で容易に２段階に変更できるため、すえ切りの操舵補助を確実に操作ができ、操舵補助力を確保できる。

本発明によれば、２段階の減速機の切替えにより操舵補助力の大きさの切替えができるため、大型車においても、システムを大型化することなく、すえ切り時において操舵補助力が不足しないコンパクトな構造の電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 動力補助伝達機構の概略構成を示す一部断面図であり、第１減速機位置にある状態を示している。 動力補助伝達機構の概略構成を示す一部断面図であり、第２減速機位置にある状態を示している。

本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結されたステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結された中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有する転舵軸としてのラック軸８と、を備えている。ラック軸８は、自動車等の車両の左右方向に延びている。ピニオン軸７およびラック軸８により、ラックアンドピニオン機構からなる転舵機構９が構成されている。

ラック軸８は、車体に固定されるハウジング（図示せず）内に、複数の軸受（図示せず）を介して、ラック軸８の軸方向に沿って直線往復動可能に支持されている。ラック軸８の各端部には、それぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１１に連結されている。操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、ラック軸８の軸方向の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。

電動パワーステアリング装置１は、転舵機構９に操舵補助力を付与するための操舵補助機構１２と、操舵部材２の前記操舵補助力を変更することのできる減速比切替機構１３と、を備えている。ステアリングシャフト３は、操舵部材２と減速比切替機構１３との間に配置され操舵部材２の操舵に応じて回転する入力軸１４と、減速比切替機構１３と中間軸５との間に配置され転舵機構９の動作に連動して回転する出力軸１５とを含む。

操舵補助機構１２は、ブラシレスモータ等の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力回転が入力される減速機構１９と、を含む。減速機構１９は、例えば、ハイポイドギヤ減速機構であり、電動モータ１８のモータ軸１８ａに一体回転可能に連結された第１従動歯車２０と、出力軸１５に一体回転可能に連結された第１従動歯車２０に噛み合うハイポイドギヤからなる第２従動歯車２１とモータ軸１８ａに設けられた第１、２駆動歯車１８ｂ、１８ｃを含む。このように減速機構１９は第１減速機としての第１駆動歯車１８ｂと第１従動歯車２０、第２減速機としての第２駆動歯車１８ｃと第２従動歯車２１で構成される。第１、第２従動歯車２０および２１は一体回転可能に入力軸１４及び出力軸１５にスプライン嵌合で取り付けられ、減速比切替機構１３により、軸方向Ｘ１０に移動可能になっている。

電動モータ１８は、減速機構１９、出力軸１５および中間軸５を介して転舵機構９に動力伝達可能に連結されている。電動モータ１８の出力（操舵補助力）は、減速機構１９を介して出力軸１５に伝達され、運転者の操舵を補助するようになっている。
また、電動パワーステアリング装置１は、電動モータ１８を制御するためのトルクセンサ２２および車速センサ２３を備えている。トルクセンサ２２は、入力軸１４の周囲に設けられている。トルクセンサ２２は、例えば、入力軸１４に作用するトルクに応じた出力軸１５のねじれを検出するセンサである。出力軸１５のねじれを検出することにより、出力軸１５に作用しているトルクを検出するようになっている。車速センサ２３は、車両の転舵輪１１等の車輪に設けられており、車速を検出するようになっている。

電動パワーステアリング装置１は、ＣＰＵ，ＲＡＭおよびＲＯＭを含む制御部２４を備えている。制御部２４は、電動モータ１８の動作を制御するために設けられている。制御部２４には、トルクセンサ２２および車速センサ２３がそれぞれ接続されている。これらのセンサ２２，２３からの検出信号が、制御部２４に入力されるようになっている。制御部２４は、ドライバ２５を介して電動モータ１８に接続されている。

制御部２４は、トルクセンサ２２および車速センサ２３からの入力信号等に基づいて、電動モータ１８の目標駆動量を設定し、電動モータ１８の実駆動量と目標駆動量との偏差がゼロとなるように、電動モータ１８を制御する。これにより、電動モータ１８に所定の力を発生させる。この力は、減速機構１９を介して出力軸１５に伝達され、さらに、転舵機構９に付与される。その結果、運転者による操舵部材２の操舵が補助され、運転者は、少ない力で容易に操舵部材２を回転操作することができる。

また、図２は、減速比切替機構１３の概略構成を示す一部断面図である。図２に示すように、入力軸１４および出力軸１５は、互いの先端を相対向させて同軸上に配置されている。減速比切替機構１３は、入力軸１４に一体回転可能に連結された第１従動歯車２０と、出力軸１５に一体回転可能に連結された第２従動歯車２１とを含んでいる。

第１従動歯車２０の直径は、第２従動歯車２１の直径よりも小さく減速比を小さく構成している。第１、第２従動歯車２０，２１には、ステアリングシャフト３の軸方向に歯部２０ａ、２１ａが各々形成されている。

減速比切替機構１３は、入力軸１４を挿通する形成された円盤部３１ａを備えるハウジング３１、第1、第２従動歯車を付勢する付勢部材３２、ソレノイド３３で構成されている。なお、このハウジング３１は、図略のコラムブラケット側に固定され、前記入力軸１４とは一体的に回転しないように取付けられている。

前記円盤部３１ａの一端面３１ｂと第１従動歯車２０の間には、前記付勢部材３２が設けられている。付勢部材３２は、例えば、コイルばね等のばねである。付勢部材３２は、円盤部３１ａの周方向に等間隔に複数（本実施形態において２つ）配置されている。各付勢部材３２の一端は前記一端面３１ｂを付勢し、他端は第１従動歯車２０の一端面２０ｃを出力軸１５側に付勢するようになっている。

円盤部３１ａには、前記ソレノイド３３が設けられている。ソレノイド３３は、第１、第２従動歯車２０，２１を軸方向Ｘ１０に変位するために設けられている。ソレノイド３３は、円盤部３１ａの外周に固定されたソレノイドハウジング３３ａと、ソレノイドハウジング３３ａに軸方向Ｘ１０に進退可能に支持されたロッド３３ｂと、を含んでいる。
ロッド３３ｂの先端部には引っ掛け部３３ｃが形成され、第１従動歯車２０に形成された凹部２０ｄと係合している。これにより、ソレノイド３３によりロッド３３ｂを進退させることにより、第１、第２従動歯車２０，２１をステアリングシャフト３の軸方向Ｘ１０に移動させることが可能となる。

ソレノイド３３に電力を供給されることにより、ロッド３３ｂは、軸方向Ｘ１０の一方Ｘ１１側に変位するようになっている。これにより、第１第２従動歯車２０および２１は、付勢部材３２の付勢力に抗してステアリングシャフト３の軸方向Ｘ１０の一方Ｘ１１側に変位し、第２位置Ｐ２に位置するようになる。一方、ソレノイド３３に電力が供給されていないときには、第１、第２従動歯車２０および２１は、付勢部材３２の付勢力によって、軸方向Ｘ１０の他方Ｘ１２側に変位し、第１位置Ｐ１に位置するようになっている。したがって、付勢部材３２により、第１、第２従動歯車に常に付勢されており、第１、第２駆動歯車とのバックラッシがない状態になっている。

ソレノイド３３には、操作部材３４が接続されている。操作部材３４は、例えば、ボタン３４ａを含んでおり、運転者がこのボタン３４ａを操作することで、ソレノイド３３に図示しない電源から電力が供給されている状態と、電源からの電力供給が遮断されている状態とを切替えることが可能となっている。また、この電力供給は制御部２４に、それぞれ接続されているトルクセンサ２２および車速センサ２３からの検出信号が、車両が停車中及び走行していないと判断したときに電力供給される。

図２において、第１従動歯車２０は、第１位置Ｐ１に位置している。第１従動歯車２０が第１位置Ｐ１に位置しているとき、駆動歯車１８の歯部１８ｂは、第１従動歯車２０の歯部２０ａに噛み合っている。このとき、駆動歯車１８の歯部１８ｂと第1従動歯車とは直結（一体回転可能に連結）されており、第１の減速機の減速比で操舵補助力が作用する。

例えば、車両が道路を走行しているときに、入力部材２６が第１位置Ｐ１に位置されている。このとき、入力軸１４の操舵力に対して停車中に比較して操舵補助力が小さくなっている。その結果、車両が道路を車線変更するとき等に、自然な操舵感を得ることができる。

図３において、第２従動歯車２１は、第２位置Ｐ２に位置している。第２従動歯車２１が第２位置Ｐ２に位置しているとき、駆動歯車１８の歯部１８ｂは、第１従動歯車２１の歯部２１aに噛み合っている。このとき、駆動歯車１８の歯部１８ｂと第２従動歯車とは直結（一体回転可能に連結）されており、第２の減速機の減速比で操舵補助力が作用する。

例えば、車両を駐車場に入れるときに、運転者が減速比切替機構１３のボタン３４ａを押操作することにより、変位部材２９が第２位置Ｐ２に変位される。このとき、第２減速比は、第１減速比より大きいので、操舵部材２の回転操作力が小さくてすむ。その結果、車両を駐車場に入れるとき等に、運転者が操舵部材２を回す力を少なくできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１減速機で入力軸１４と出力軸１５との間で動力を補助する場合と、第２減速機で入力軸１４と出力軸１５との間で動力を補助する場合の２段階で、減速比を変更することができる。例えば、車両の道路走行時と比べて、車両を駐車するときの減速比を大きくすることで、少ない労力で車両を駐車場の駐車枠に停めることができ、且つ、車両の道路走行時には、操舵部材２の減速比が小さくすることで慣性感が軽減されるため、また、操舵補助力が大きくなりすぎず、自然な操舵フィーリングを実現できる。このように、簡易で安価な構成である、２段階の減速比切り替えを達成することで、実用上、十分な操舵捕助力可変効果を得ることができる。

さらに、運転者が減速比切替機構１３を操作するという簡易な構成で、操舵補助減速比を容易に２段階に変更できる。また、第１減速比を実現するために、第１駆動歯車、第２減速比は、第２駆動歯車を直結させるという簡易な構成でよい。したがって、電動パワーステアリング装置１を、よりコスト安価にできる。

また、第１、第２駆動歯車１８ｂ、１８ｃと第１、第２従動歯車２０，２１を係合させるという簡易な構成で、しかもバックラッシのない歯車で第１および第２減速比を実現できる。そのため、組み付けや、寸法誤差および、使用時の摩耗で起こる歯車のバックラッシによる歯打ち音の発生がない静粛性に優れた減速機構となっている。また、減速比切替機構としては、各上記実施形態で説明したのとは異なる歯車機構を用いてもよい。すなわち、運転者の操作に応じて第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２とに変位する変位部材を備え、この変位部材の変位に応じて操舵補助伝達経路が変わるようにされた電動パワーステアリング装置に本発明を適用することができる。

さらに、各上記実施形態では、ステアリングシャフト３の出力軸１５から転舵機構９に操舵補助力を負荷するコラムアシストタイプの操舵補助機構１２を説明したが、これに限定されない。例えば、ピニオン軸７やラック軸８から転舵機構９に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置に適用することもできる。

１…電動パワーステアリング装置、２…操舵部材、９…転舵機構、１３…減速比切替機構、１４…入力軸、１５…出力軸、１８…電動モータ、１８a…モータ軸、１８ｂ…第１駆動歯車、１８ｃ…第２駆動歯車、１９…減速機構、２０…第１従動歯車、２１…第２従動歯車

Claims (4)

1. 操舵系に連結され、前記操舵系に減速機を介して操舵補助トルクを発生するモータを備え、操舵系の操舵トルクや車速に基づき前記モータを制御し、操舵補助トルクを発生する電動パワーステアリング装置において、前記減速機を減速比の異なる第１減速機と第２減速機で構成し、この第１、第２減速機を切替える切替手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、前記第１減速機は第１駆動歯車と第１従動歯車で構成し、前記第２減速機は第２駆動歯車と第２従動歯車で構成し、前記切替手段は、前記第１駆動歯車と前記第１従動歯車又は、前記第２駆動歯車と前記第２従動歯車を噛合させ減速比を変更することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１および２において、前記第１駆動歯車と前記第２駆動歯車は前記モータのモータ軸に直列に設けられ、前記第１従動歯車と前記第２従動歯車は前記操舵系に係合させたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１から３において、車速を検出する速度検出手段を備え、前記切替手段は前記車速に基づき切替えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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