JP6515371B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、操舵トルクに応じた補助トルクをステアリング系に付加する電動パワーステアリング装置の改良された技術に関する。 The present invention relates to an improved technique of an electric power steering apparatus that applies an assist torque corresponding to a steering torque to a steering system.
電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに生じる操舵トルクをトルクセンサによって検出し、該操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータが発生し、該操舵トルクに補助トルクを付加することによって、運転者の負担を軽減するものである。 In the electric power steering apparatus, the steering torque generated on the steering wheel is detected by a torque sensor, the electric motor generates an auxiliary torque corresponding to the steering torque, and the driver's burden is caused by adding the auxiliary torque to the steering torque. To reduce
一般的な電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに連結されるコラムシャフトと、該コラムシャフトに2つの自在継手及び中間軸を介して連結されるピニオン軸と、該ピニオン軸にラックアンドピニオン機構を介して連結されるラック軸と、該ステアリングホイールに生じた操舵トルクに補助トルクを付加する補助トルク機構とから成る。 A general electric power steering apparatus comprises a column shaft connected to a steering wheel, a pinion shaft connected to the column shaft via two universal joints and an intermediate shaft, and a rack and pinion mechanism on the pinion shaft. And an auxiliary torque mechanism for adding an auxiliary torque to a steering torque generated in the steering wheel.
このように、車体に対する電動パワーステアリング装置の配置の自由度を高めるために、該コラムシャフトに対し、2つの自在継手と中間軸とを介して、該ピニオン軸が連結される。このような2つの自在継手と中間軸とを有しているステアリング装置は、特許文献1などが知られている。
Thus, the pinion shaft is connected to the column shaft via the two universal joints and the intermediate shaft in order to increase the degree of freedom of the arrangement of the electric power steering apparatus with respect to the vehicle body. A steering apparatus having such two universal joints and an intermediate shaft is known, for example, in
特許文献1で知られているステアリング装置は、コラムシャフトに対し、第1自在継手と中間軸と第2自在継手とピニオン軸が、この順に連結されている。該中間軸は、該コラムシャフトに対し交差角をなして交差している。該ピニオン軸は、該中間軸に対し交差角をなして交差している。
In a steering apparatus known in
該各自在継手は、不等速形自在軸継手の一種であるカルダン形自在軸継手によって構成されている。不等速形自在軸継手は、比較的安価なので多用されている。しかし、各不等速形自在軸継手は、入力側の角速度が等速であっても、出力側の角速度は不等速である。このため、2つの自在継手と中間軸とを組み合わせている。該第1自在継手の位相に対して、該第2自在継手の位相を90°ずらすことによって、該ピニオン軸の角速度を概ね等速とすることができる。 Each of the universal joints is constituted by a Cardan-type universal shaft joint which is a kind of unequal-speed universal joint. The variable speed universal joint is widely used because it is relatively inexpensive. However, even if the angular velocity on the input side is uniform, the angular velocity on the output side is unequal in speed. For this reason, two universal joints and an intermediate shaft are combined. By shifting the phase of the second universal joint by 90 ° with respect to the phase of the first universal joint, the angular velocity of the pinion shaft can be made approximately constant.
一般に、電動パワーステアリング装置の補助トルク付加形式は、次の2つが知られている。 In general, the following two types of assist torque application types of the electric power steering apparatus are known.
第1の付加形式は、コラムシャフトの操舵トルクをトルクセンサによって検出するとともに、該操舵トルクに基づいて電動モータが発生した補助トルクを該コラムシャフトに付加するものである。該第1の付加形式では、該操舵トルクに該補助トルクを付加した、いわゆる複合トルクがコラムシャフトからピニオン軸に伝わったときに、不等速形自在軸継手の不等速(うねり)現象の影響がある。このため、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを高めるには、互いに位相が異なる2つの不等速形自在軸継手を備えることによって、該ピニオン軸の角速度を概ね等速とする必要がある。 In the first addition type, the steering torque of the column shaft is detected by a torque sensor, and the assist torque generated by the electric motor is added to the column shaft based on the steering torque. In the first addition type, when so-called combined torque in which the assist torque is added to the steering torque is transmitted from the column shaft to the pinion shaft, the unequal velocity (unevenness) phenomenon of the unequal-speed universal joint is generated. There is an impact. For this reason, in order to enhance the steering feeling of the electric power steering apparatus, it is necessary to make the angular velocity of the pinion shaft approximately equal by providing two unequal-speed universal shaft joints having different phases.
第2の付加形式は、ピニオン軸の操舵トルクをトルクセンサによって検出するとともに、該操舵トルクに基づいて電動モータが発生した補助トルクを該ピニオン軸又はラック軸に付加するものである。該第2の付加形式では、該操舵トルクがコラムシャフトからピニオン軸に伝わったときに、不等速形自在軸継手の不等速(うねり)現象の影響がある。検出された該操舵トルクが、不等速(うねり)現象の影響によって変動するので、該操舵トルクに基づいて電動モータが発生した補助トルクも変動する。このため、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを高めるには、互いに位相が異なる2つの不等速形自在軸継手を備えることによって、該ピニオン軸の角速度を概ね等速とする必要がある。 In the second addition type, the steering torque of the pinion shaft is detected by a torque sensor, and the assist torque generated by the electric motor based on the steering torque is added to the pinion shaft or the rack shaft. In the second addition type, when the steering torque is transmitted from the column shaft to the pinion shaft, there is an influence of the unequal speed (unevenness) phenomenon of the unequal-speed universal joint. Since the detected steering torque fluctuates due to the influence of the unequal speed (waviness) phenomenon, the assist torque generated by the electric motor also fluctuates based on the steering torque. For this reason, in order to enhance the steering feeling of the electric power steering apparatus, it is necessary to make the angular velocity of the pinion shaft approximately equal by providing two unequal-speed universal shaft joints having different phases.
従って、例えば、車体に対する電動パワーステアリング装置の配置上の観点からは、自在継手が1つですむ場合であっても、該ピニオン軸の角速度を概ね等速とするためには、2つの自在継手及び中間軸を必要とする。これでは、電動パワーステアリング装置のコストダウン及び軽量化を図る上で、不利である。 Therefore, for example, in view of the arrangement of the electric power steering apparatus with respect to the vehicle body, two universal joints may be used to make the angular velocity of the pinion shaft substantially constant even if only one universal joint is required. And an intermediate shaft. This is disadvantageous in reducing the cost and weight of the electric power steering apparatus.
本発明は、電動パワーステアリング装置のコストダウン及び軽量化を図りつつ、該電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを、より高めることができる技術を、提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a technology capable of further enhancing the steering feeling of the electric power steering apparatus while achieving cost reduction and weight reduction of the electric power steering apparatus.
請求項1に係る発明によれば、ステアリングホイールに連結されるコラムシャフトと、該コラムシャフトに連結されるピニオン軸と、該ピニオン軸にラックアンドピニオン機構を介して連結されるラック軸と、前記ステアリングホイールに生じた操舵トルクに補助トルクを付加する補助トルク機構とを含む、電動パワーステアリング装置において、
前記補助トルク機構は、前記ステアリングホイールに生じた前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、該トルクセンサにより検出された前記操舵トルクに基づき前記補助トルクを発生する電動モータと、該電動モータが発生した前記補助トルクを前記ラック軸と前記ピニオン軸のいずれか一方に伝達する補助トルク伝達機構とを含み、前記コラムシャフトと前記ピニオン軸との連結構成は、単一の自在継手のみによる連結であり、前記単一の自在継手は、不等速形自在軸継手によって構成され、前記トルクセンサは、前記コラムシャフトを回転可能に支持するためのステアリングコラムに配置され、前記ステアリングホイールが中立位置にあるときのステアリングレシオが、他の操舵角の位置にあるときのステアリングレシオよりも小さい設定となるように、前記コラムシャフトに対する前記不等速形自在軸継手の位相が設定されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置が提供される。
According to the invention of
The auxiliary torque mechanism includes a torque sensor that detects the steering torque generated in the steering wheel, an electric motor that generates the auxiliary torque based on the steering torque detected by the torque sensor, and the electric motor. And an auxiliary torque transmission mechanism for transmitting the auxiliary torque to any one of the rack shaft and the pinion shaft, wherein the connection configuration between the column shaft and the pinion shaft is a connection by only a single universal joint, The single universal joint is constituted by an unequal-speed universal joint, the torque sensor is disposed on a steering column for rotatably supporting the column shaft, and the steering wheel is in a neutral position. Steering ratio is smaller than the steering ratio at the other steering angle position As will be constant, an electric power steering apparatus characterized by phase is set in the non-uniform speed form universal joint with respect to the column shaft is provided.
請求項1に係る発明では、ステアリングコラムに回転可能に支持されたコラムシャフトに対し、ピニオン軸は単一の自在継手によってのみ連結されている。該自在継手は、不等速形自在軸継手によって構成されている。このため、該コラムシャフトの角速度が等速であっても、該ピニオン軸の角速度は不等速である。
In the invention according to
これに対し、請求項1に係る発明では、トルクセンサは該ステアリングコラムに配置されている。つまり、該トルクセンサは、ステアリングホイールから操舵車輪に至るステアリング系のなかの、該自在継手よりも操舵トルク上流(ステアリングホイール寄り)に配置されている。このため、該トルクセンサは、該自在継手の固有の特性の影響、例えば該自在継手の不等速(うねり)現象の影響を受けない。この結果、該トルクセンサによって該操舵トルクを検出する検出精度を、高めることができる。
On the other hand, in the invention according to
さらに、請求項1に係る発明では、電動モータは、該トルクセンサにより検出された高精度の該操舵トルクに基づいて、補助トルクを発生する。該補助トルクの値は、該自在継手の固有の特性の影響、例えば該自在継手の不等速(うねり)現象を受けることなく、より正確な値となる。さらに、該補助トルクは、補助トルク伝達機構によってラック軸とピニオン軸のいずれか一方に伝達される。つまり、該補助トルクは、該ステアリング系のなかの、該自在継手よりも操舵トルク下流に付加される。このため、該補助トルクを該ステアリング系へ伝達するのに、該自在継手の固有の特性の影響、例えば該自在継手の不等速(うねり)現象の影響を受けない。
Furthermore, in the invention according to
ところで、該コラムシャフトから該自在継手を介してピニオン軸へ伝わる「操舵トルク」自体は、該自在継手の固有の特性の影響、例えば該自在継手の不等速(うねり)現象の影響を受ける。しかし、ラック軸とピニオン軸のいずれか一方に伝達される補助トルクは、一般に操舵トルクに比べて比較的大きい。このため、該操舵トルクに該補助トルクを付加した、複合トルクの変動、いわゆる複合トルクのうねり現象を、極力抑制することができる。 By the way, the "steering torque" itself transmitted from the column shaft to the pinion shaft through the universal joint is affected by the inherent characteristics of the universal joint, for example, the unequal velocity (waviness) phenomenon of the universal joint. However, the assist torque transmitted to either the rack shaft or the pinion shaft is generally relatively larger than the steering torque. Therefore, it is possible to suppress, as much as possible, the fluctuation of the combined torque in which the assist torque is added to the steering torque, that is, the wave phenomenon of the so-called combined torque.
このように、該コラムシャフトと該ピニオン軸との連結箇所を1箇所だけにする、いわゆるシングルジョイント化としたにもかかわらず、該トルクセンサによる操舵トルクの検出精度が高まる。しかも、ステアリングホイールに生じた該操舵トルクの変化に追従した、正確な該補助トルクを、該補助トルク機構から該ステアリング系の該操舵トルク下流へ、迅速に付加することができる。運転者による該操舵トルクを、該補助トルクによって、きめ細かく補助することができる。従って、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを、より高めることができる。 As described above, although the connection point between the column shaft and the pinion shaft is only one so-called single joint, the detection accuracy of the steering torque by the torque sensor is enhanced. Moreover, the accurate assist torque that follows the change in the steering torque generated in the steering wheel can be quickly applied from the assist torque mechanism to the steering torque downstream of the steering system. The steering torque by the driver can be finely assisted by the assist torque. Therefore, the steering feeling of the electric power steering apparatus can be further enhanced.
しかも、コラムシャフトとピニオン軸とを、単一の自在継手によってのみ連結するので、連結部材の部品数が少なくてすむ。さらには、該単一の自在継手を、比較的安価な不等速形自在軸継手によって構成することができる。従って、電動パワーステアリング装置のコストダウン及び軽量化を図ることができる。 Moreover, since the column shaft and the pinion shaft are connected only by a single universal joint, the number of parts of the connecting member can be reduced. Furthermore, the single universal joint can be constituted by a relatively inexpensive unequal speed universal joint. Therefore, the cost and weight of the electric power steering apparatus can be reduced.
請求項1に係る発明では、ステアリングホイールが中立位置にあるときのステアリングレシオが、他の操舵角の位置にあるときのステアリングレシオよりも小さい設定となるように、コラムシャフトに対する不等速形自在軸継手(単一の自在継手)の位相が設定されている。
In the invention according to
コラムシャフトとピニオン軸とは、単一の不等速形自在軸継手によって連結されている。このため、該コラムシャフトの操舵角の変化量に対して、ピニオン軸の操舵角の変化量は、該不等速形自在軸継手の固有の特性である、不等速(うねり)現象の影響を受ける。つまり、ステアリングホイールの操舵角の変化に従って、ピニオン軸の操舵角は、大きく変化するときと小さく変化するときとに波打つ、いわゆる該ピニオン軸の操舵角に「うねり現象」を発生する。このため、該ピニオン軸に駆動されるラック軸のストロークの変化も、大きく変化するときと小さく変化するときとに波打つ「うねり現象」が発生する。 The column shaft and the pinion shaft are connected by a single unequal speed universal joint. For this reason, the amount of change in the steering angle of the pinion shaft with respect to the amount of change in the steering angle of the column shaft is influenced by the unequal speed (waviness) phenomenon, which is an inherent characteristic of the inconstant speed universal joint. Receive That is, according to the change of the steering angle of the steering wheel, the steering angle of the pinion shaft generates a "wave phenomenon" at the so-called steering angle of the pinion shaft when it greatly changes and when it changes small. For this reason, a change in the stroke of the rack shaft driven by the pinion shaft also generates a wave-like "wave phenomenon" when the change is large and when the change is small.
該不等速形自在軸継手の「うねり現象」の特性を、一般的な乗用車等の車両のサスペンションジオメトリによる、操舵角に対するステアリングレシオの特性に組み合わせることができる。つまり、該ステアリングホイールの操舵角が小さいときには、ステアリングレシオが小さいので、転舵車輪は緩やかに転舵、いわゆる「スロー転舵」する。該ステアリングホイールの操舵角が大きくなるにつれて、該ステアリングレシオが大きくなるので、該転舵車輪は比較的急速に転舵、いわゆる「クイック転舵」する。このように、ラックアンドピニオン機構において、ピニオンに対するラックのギヤ比を、バリアブルレシオ形式にしたと同様の作用をなすことができる。 The characteristics of the "wave phenomenon" of the unequal-speed universal joint can be combined with the characteristics of the steering ratio to the steering angle by the suspension geometry of a vehicle such as a general passenger car. That is, when the steering angle of the steering wheel is small, since the steering ratio is small, the steered wheels are steered gently, so-called "slow steering". As the steering ratio increases as the steering angle of the steering wheel increases, the steered wheels steer relatively quickly, so-called "quick steer". As described above, in the rack and pinion mechanism, the gear ratio of the rack to the pinion can function in the same manner as the variable ratio type.
本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。 A mode for carrying out the present invention will be described below based on the attached drawings.
実施例1に係る電動パワーステアリング装置について図面に基づき説明する。 An electric power steering apparatus according to a first embodiment will be described based on the drawings.
図1に示されるように、実施例1の電動パワーステアリング装置10は、自動車等の車両に搭載され、電動モータ63が発生した補助トルクを操舵トルクに付加することによって、運転者の負担を軽減するものである。以下、該電動パワーステアリング装置10のことを「ステアリング装置10」と略称する。
As shown in FIG. 1, the electric
該ステアリング装置10は、ステアリングホイール21に連結されるコラムシャフト22と、該コラムシャフト22に自在継手23によって連結されるピニオン軸26と、該ピニオン軸26にラックアンドピニオン機構27によって連結されるラック軸28と、ステアリングホイール21に生じた操舵トルクに補助トルクを付加する補助トルク機構60とを含む。
The
以下、該ステアリング装置10について、より詳しく説明する。該ステアリング装置10は、ステアリング系20と補助トルク機構60とから成る。以下、該ピニオン軸26のことを「第1ピニオン軸26」と言い換え、該ラックアンドピニオン機構27のことを「第1ラックアンドピニオン機構27」と言い換える。
Hereinafter, the
該ステアリング系20は、運転者によって操舵されるステアリングホイール21から操舵車輪33,33(例えば前輪)に至る系統である。詳しく述べると、該ステアリング系20は、該ステアリングホイール21にコラムシャフト22と単一の自在継手23を介して、第1ピニオン軸26を連結し、該第1ピニオン軸26に第1ラックアンドピニオン機構27を介してラック軸28を連結し、該ラック軸28の両端に左右のタイロッド31,31及び左右のナックル32,32を介して左右の操舵車輪33,33を連結したものである。
The
該コラムシャフト22は、ステアリングシャフトとも言われており、該ステアリングホイール21に連結されるとともに、ステアリングコラム41に収納され且つ回転可能に支持されている。該ステアリングコラム41は、車体42にステアリングハンガ43によって取り付けられている。該ステアリングハンガ43は、車体42の前部において車幅方向に延び、両端が該車体42に取り付けられている。この結果、該ステアリングコラム41は、車体42に固定される。
The
該コラムシャフト22は、第1軸22aとトーションバー22bと第2軸22cとから成る。該第1軸22aの一端部は、該ステアリングホイール21に連結されている。該第1軸22aの他端部は、該トーションバー22bを介して第2軸22cの一端部に連結されている。該第2軸22cの他端部は、自在継手23を介して第1ピニオン軸26に連結されている。なお、該コラムシャフト22は、該第1軸22aと該トーションバー22bと該第2軸22cとの組み合わせ構造に限定されるものではなく、1軸によって構成してもよい。
The
該第1ラックアンドピニオン機構27は、該第1ピニオン軸26に設けられた第1ピニオン27aと、該ラック軸28に設けられた第1ラック27bとから成る。該ステアリング系20のなかの、少なくとも該第1ピニオン軸26と該第1ラックアンドピニオン機構27と該ラック軸28とは、車幅方向に細長いハウジング51に収納されている。該ラック軸28は、該ハウジング51内にスライド可能に支持されている。
The first rack and
該ステアリング系20によれば、運転者が該ステアリングホイール21を操舵することにより、該操舵トルクにより該第1ラックアンドピニオン機構27及び該左右のタイロッド31,31を介して、該左右の操舵車輪33,33を操舵することができる。
According to the
該補助トルク機構60は、該トルクセンサ61により検出された操舵トルクに基づき補助トルクを発生して、該ラック軸28に付加する。該補助トルク機構60は、トルクセンサ61と、制御部62と、該電動モータ63と、補助トルク伝達機構64とを含む。つまり、該補助トルク機構60は、該電動モータ63が発生した補助トルクを、該ラック軸28に直接に伝達する方式を採用している。
The
詳しく述べると、該補助トルク機構60は、該トルクセンサ61のトルク検出信号に基づき制御部62で制御信号を発生し、該制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータ63によって発生し、該電動モータ63が発生した補助トルクを、該補助トルク伝達機構64を介して第2ピニオン軸65に伝達し、さらに該第2ピニオン軸65から第2ラックアンドピニオン機構66を介してラック軸28に伝達するようにした機構である。
More specifically, the
該第2ラックアンドピニオン機構66は、第2ピニオン軸65に設けられた第2ピニオン66aと、ラック軸28に設けられた第2ラック66bとから成る。
The second rack and
該トルクセンサ61は、ステアリングコラム41に配置されており、該ステアリングホイール21に生じた該操舵トルクを検出する。つまり、該トルクセンサ61は、該コラムシャフト22に加えられた該操舵トルクを検出し、トルク検出信号として出力する。より具体的には、上述のように、該第1軸22aと該第2軸22cとは、該トーションバー22bを介して互いに連結されている。該第1軸22aと該第2軸22cとの間には、該操舵トルクの大きさに従って、相対的な捩れ変位が発生する。該トルクセンサ61は、該第1軸22aと該第2軸22cとの相対的な捩れ変位量を検出することによって、該捩れ変位量に応じた該操舵トルクを検出することができる。
The
なお、該トルクセンサ61は、該コラムシャフト22に生じるトルクに応じて変化した磁気の変化を検出する、磁歪式トルクセンサの構成であってもよい。
The
該電動モータ63は、該トルクセンサ61により検出された操舵トルクに基づき補助トルクを発生する。
The
該補助トルク伝達機構64は、該電動モータ63が発生した補助トルクを該ラック軸28に伝達する。該補助トルク伝達機構64は、例えばウォームギヤ機構によって構成されている。以下、該補助トルク伝達機構64のことを、適宜「ウォームギヤ機構64」と言い換える。
The auxiliary
該ウォームギヤ機構64は、電動モータ63のモータ軸63aに軸継手81によって連結されたウォーム軸82と、該ウォーム軸82に設けられたウォーム83と、該ウォーム83に噛み合うウォームホイール84とから成る。該ウォームホイール84は、第2ピニオン軸65に設けられている。
The
補助トルク機構60は、該ハウジング51に配置されている。つまり、該電動モータ63及び該ウォームギヤ機構64は、該ハウジング51に配置されている。より具体的には、補助トルク機構60のなかの、電動モータ63はハウジング51に組み付けられ、ウォームギヤ機構64はハウジング51に収納されている。
The
乗員がステアリングホイール21を操舵すると、ステアリングホイール21と共にコラムシャフト22が回転する。回転することにより、コラムシャフト22には、操舵トルクが発生する。この操舵トルクをトルクセンサ61によって検出する。検出された操舵トルクに基づいて、制御部62は電動モータ63を作動させる。電動モータ63が作動することにより、補助トルクがウォームギヤ機構64と第2ピニオン軸65と第2ラックアンドピニオン機構66とを介して、ラック軸28に伝達される。
When the occupant steers the
該ステアリング装置10によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ63の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸28によって操舵車輪33,33を操舵することができる。
According to the
ここで、該コラムシャフト22と該自在継手23と該第1ピニオン軸26との連結関係について、詳しく説明する。上述のように、該コラムシャフト22と該第1ピニオン軸26との連結構成は、単一の自在継手23のみによる直接の連結である。つまり、該自在継手23は単独で使用されている。
Here, the connection relationship between the
図2(a)に示されるように、該単一の自在継手23は、不等速形自在軸継手の一種であるカルダン形自在軸継手(カルダンジョイント)によって、構成されている。該カルダン形自在軸継手は、フックジョイント、クロスジョイント、ユニバーサユジョイントとも言われている。より詳しく述べると、該自在継手23(カルダン形自在軸継手23)は、該コラムシャフト22に連結される略U字状の第1ヨーク91と、該第1ピニオン軸26に連結される略U字状の第2ヨーク92と、該一対のヨーク91,92同士を連結する十字形部材93とから成る。
As shown in FIG. 2 (a), the single
該コラムシャフト22の中心線S1に対し、該第1ピニオン軸26の中心線S2は交差角αをなして交差している。この場合、該2軸22,26のなす該交差角αは、0°ではない(α≠0)。
The center line S2 of the
今、図2(a)に示される状態から、該コラムシャフト22が90°回転すると、十字形部材93も回転する。該十字形部材93は、該第1ピニオン軸26によって拘束されている。このため、該十字形部材93の傾きは変化して、図2(b)の状態に変化する。該コラムシャフト22が更に回転を続けると、該十字形部材93は90°毎に図2(a)の状態と図2(b)の状態とを繰り返す。このときに、該コラムシャフト22が等速で回転しても、該第1ピニオン軸26の回転速度(角速度)は等速には、ならない。
Now, when the
該コラムシャフト22の回転角θ(操舵角θ)とし、該交差角をαとした場合に、該コラムシャフト22が一定の角速度ω1で回転するときに、該角速度ω1と該第1ピニオン軸26の角速度ω2との間には、次式(1)によって表される角速度比rωの関係があることが、一般に知られている。
rω=ω2/ω1=cosα/(1−sin2θ・sin2α) ・・・ (1)
Assuming that the rotation angle θ (steering angle θ) of the
rω = ω2 / ω1 = cos α / (1−sin 2 θ · sin 2 α) (1)
上式(1)の特性は、図3によって表される。図3は、横軸を該コラムシャフト22の操舵角θとし、縦軸を角速度比rωとして、操舵角θに対する角速度比rωの変化を示す特性図である。図3によれば、次のことが判る。つまり、交差角α=0の場合には、操舵角θに関わらず角速度比rωは常に一定である。交差角α≠0の場合には、操舵角θ=0〜90°で角速度比rωが増大し、θ=90〜180°でrωが減少する。このことは、操舵角θが180°毎に繰り返す。角速度比rωの振れ幅は、交差角αが大きいほど顕著である。
The characteristic of the above equation (1) is represented by FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing changes in the angular velocity ratio rω with respect to the steering angle θ, where the horizontal axis is the steering angle θ of the
以上の点を踏まえて、実施例1では、図1に示されるステアリングホイール21が中立位置にあるときのステアリングレシオRs(図示せず)が、他の操舵角の位置にあるときのステアリングレシオRsよりも小さい設定となるように、コラムシャフト22に対するカルダン形自在軸継手23の位相が設定されている。
Based on the above points, in Example 1, the steering ratio Rs (not shown) when the
ここで、「ステアリングレシオRs」とは、ステアリングホイール21の操舵角θ(図示せず)、つまりコラムシャフト22の操舵角θを転舵車輪33,33の切れ角β(図示せず)、つまり転舵角βによって除算した値のことであり、舵角比Rsとも言う。
Here, “steering ratio Rs” means the steering angle θ (not shown) of the
該ステアリングホイール21の操舵角θが小さいときには、ステアリングレシオRsが小さいので、転舵車輪33,33は緩やかに転舵、いわゆる「スロー転舵」する。該ステアリングホイール21の操舵角θが大きくなるにつれて、ステアリングレシオRsが大きくなるので、転舵車輪33,33は比較的急速に転舵、いわゆる「クイック転舵」する。
When the steering angle θ of the
図4(a)は、横軸を該ステアリングホイール21の操舵角θとし、縦軸をステアリングレシオRsとして、「ステアリングホイール21の角速度比rωの変化による」操舵角θに対するステアリングレシオRsの特性を表した特性図であり、上記図3に示される特性に基づいて表されている。
In FIG. 4A, the horizontal axis is the steering angle θ of the
詳しく述べると、上記図3に示されるように、ステアリングホイール21が中立位置、つまり操舵角θが0°のときには(θ=0°)、角速度比rωは最低値となる。そして、操舵角θが180°変化する毎に、角速度比rωの値は増減する、つまり波形状に「うねる」。この結果、図4(a)に示されるように、ステアリングレシオRsの値も増減する、つまり波形状に「うねる」。そして、角速度比rωが最低値となれば、ステアリングレシオRsは最低値Rmiとなる。
Specifically, as shown in FIG. 3, when the
実施例1では、図4(a)に示されるように、ステアリングホイール21が中立位置、つまり操舵角が0°のときには(θ=0°)、ステアリングレシオRsが最低値Rmiとなるように設定している。
In the first embodiment, as shown in FIG. 4A, the steering ratio Rs is set to the minimum value Rmi when the
言い換えると、ステアリングホイール21が中立位置(θ=0°)にあるときのステアリングレシオRsが、他の操舵角の位置(例えば、0°<θ<180°)にあるときのステアリングレシオRsよりも小さい設定(Rs=Rmi)となるように、コラムシャフト22に対するカルダン形自在軸継手23の位相が、設定されている。例えば、ステアリングホイール21が中立位置のときに、該カルダン形自在軸継手23の位相は図2(a)に示される位相に設定される。ここで、該カルダン形自在軸継手23の位相とは、該第1ヨーク91に対する該第2ヨーク92の回転方向の向き、つまり十字形部材93の位相のことである。
In other words, the steering ratio Rs when the
ところで、図4(b)に示されるように、一般的な乗用車等の車両のサスペンションジオメトリ(サスペンションリンクの幾何学的な配置)による、操舵角θに対するステアリングレシオRsの特性を有することが知られている。図4(b)は、横軸を該ステアリングホイール21の操舵角θとし、縦軸をステアリングレシオRsとして、「サスペンションジオメトリによる」操舵角θに対するステアリングレシオRsの特性を表した特性図である。
By the way, as shown in FIG. 4 (b), it is known that the characteristic of the steering ratio Rs with respect to the steering angle θ is obtained by the suspension geometry (geometrical arrangement of suspension links) of a vehicle such as a general passenger car. ing. FIG. 4B is a characteristic diagram showing the characteristics of the steering ratio Rs with respect to the steering angle θ by “suspension geometry”, where the horizontal axis is the steering angle θ of the
図4(b)によれば、ステアリングレシオRsの値は、ステアリングホイール21が中立位置(θ=0°)にあるときに最も小さく、しかも、該中立位置から右操舵又は左操舵をする操舵角θが大きくなるにつれて増大することが判る。
According to FIG. 4B, the value of the steering ratio Rs is the smallest when the
上記図4(a)に示される特性と上記図4(b)に示される特性との、複合された特性は、図4(c)に示される。図4(c)は、横軸を該ステアリングホイール21の操舵角θとし、縦軸をステアリングレシオRsとして、「車両全体としての」操舵角θに対するステアリングレシオRsの特性を表した特性図である。
A combined characteristic of the characteristic shown in FIG. 4 (a) and the characteristic shown in FIG. 4 (b) is shown in FIG. 4 (c). FIG. 4C is a characteristic diagram showing the characteristics of the steering ratio Rs with respect to the “as a whole vehicle” steering angle θ, where the horizontal axis is the steering angle θ of the
図4(c)によれば、ステアリングレシオRsの値は、ステアリングホイール21が中立位置(θ=0°)にあるときに最も小さく、しかも、該中立位置から右操舵又は左操舵をする操舵角θが大きくなるにつれて、概ね段階的に増大することが判る。
According to FIG. 4C, the value of the steering ratio Rs is the smallest when the
このように、図1に示される該コラムシャフト22と該第1ピニオン軸26との連結構成は、単一の自在継手23のみによる連結としたことにより、該第1及び第2ラックアンドピニオン機構27,66において、ピニオン27a,66aに対するラック27b,66bのギヤ比を、バリアブルレシオ形式にしたと同様の作用をなすことが可能である。ここで、「バリアブルレシオ形式」とは、ピニオン27a,66aに対するラック27b,66bのギヤ比を、ステアリングホイール21が中立位置にあるときに小さく、操舵角が大きくなるにつれて大きくなるようにすることである。
As described above, the connection configuration between the
なお、本発明では、該補助トルク機構60は、該電動モータ63が発生した補助トルクを、ウォームギヤ機構64から第2ピニオン軸65を介して、該ラック軸28に伝達する構成に限定されるものではない。つまり、該補助トルク機構60は、該電動モータ63が発生した補助トルクをラック軸28とピニオン軸26のいずれか一方に伝達するものであればよい。例えば、該補助トルク機構60は、ウォームギヤ機構64を「ボールねじ」に変更し、該ボールねじによって補助トルクをラック軸28に直接に伝達する構成にすることが可能である。
In the present invention, the
また、該補助トルク機構60は、図5に示される実施例2のように、該補助トルクをウォームギヤ機構64によって第1ピニオン軸26(ピニオン軸26)に直接に伝達する構成にすることが可能である。
Further, as in the second embodiment shown in FIG. 5, the
実施例2の電動パワーステアリング装置について、図5に基づき説明する。図5は、図1に対応して表されている。実施例2の電動パワーステアリング装置10Aは、図1〜図4に示される該補助トルク機構60を、図5に示される補助トルク機構60Aに変更した他には、実施例の電動パワーステアリング装置10と同じ構成であり、同一符号を付し、説明を省略する。
An electric power steering apparatus according to a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is represented corresponding to FIG. The electric
具体的には、実施例2の補助トルク機構60Aの該ウォームホイール84は、第1ピニオン軸26に設けられている。このため、図1に示された第2ピニオン軸65及び第2ラックアンドピニオン機構66は不要である。実施例2は、実施例1と同様の効果を発揮する。
Specifically, the
実施例1及び2の説明をまとめると、次の通りである。ステアリングコラム41に回転可能に支持されたコラムシャフト22に対し、ピニオン軸26は単一の自在継手23によってのみ連結されている。該自在継手23は、不等速形自在軸継手によって構成されている。このため、該コラムシャフト22の角速度が等速であっても、該ピニオン軸26の角速度は不等速である。
It is as follows when the description of Example 1 and 2 is put together. The
これに対し、実施例1及び2では、トルクセンサ61は該ステアリングコラム41に配置されている。つまり、該トルクセンサ61は、ステアリング系20のなかの、該自在継手23よりも操舵トルク上流(ステアリングホイール21寄り)に配置されている。このため、該トルクセンサ61は、該自在継手23の固有の特性の影響、例えば該自在継手23の不等速(うねり)現象の影響を受けない。この結果、該トルクセンサ61によって該操舵トルクを検出する検出精度を、高めることができる。
On the other hand, in the first and second embodiments, the
さらには、電動モータ63は、該トルクセンサ61により検出された高精度の該操舵トルクに基づいて、補助トルクを発生する。該補助トルクの値は、該自在継手23の固有の特性の影響、例えば該自在継手23の不等速(うねり)現象を受けることなく、より正確な値となる。さらに、該補助トルクは、補助トルク伝達機構64によってラック軸28とピニオン軸26のいずれか一方に伝達される。つまり、該補助トルクは、該ステアリング系20のなかの、該自在継手23よりも操舵トルク下流に付加される。このため、該補助トルクを該ステアリング系20へ伝達するのに、該自在継手23の固有の特性の影響、例えば該自在継手23の不等速(うねり)現象の影響を受けない。
Furthermore, the
ところで、該コラムシャフト22から該自在継手23を介してピニオン軸26へ伝わる「操舵トルク」自体は、該自在継手23の固有の特性の影響、例えば該自在継手23の不等速(うねり)現象の影響を受ける。しかし、ラック軸28とピニオン軸26のいずれか一方に伝達される補助トルクは、一般に操舵トルクに比べて比較的大きい。このため、該操舵トルクに該補助トルクを付加した、複合トルクの変動、いわゆる複合トルクのうねり現象を、極力抑制することができる。
By the way, the "steering torque" itself transmitted from the
このように、該コラムシャフト22と該ピニオン軸26との連結箇所を1箇所だけにする、いわゆるシングルジョイント化としたにもかかわらず、該トルクセンサ61による操舵トルクの検出精度が高まる。しかも、ステアリングホイール21に生じた該操舵トルクの変化に追従した、正確な該補助トルクを、該補助トルク機構60から該ステアリング系20の該操舵トルク下流へ、迅速に付加することができる。運転者による該操舵トルクを、該補助トルクによって、きめ細かく補助することができる。従って、電動パワーステアリング装置10,10Aの操舵フィーリングを、より高めることができる。
As described above, although the connection point between the
しかも、コラムシャフト22とピニオン軸26とを、単一の自在継手23によってのみ連結するので、連結部材の部品数が少なくてすむ。さらには、該単一の自在継手23を、比較的安価な不等速形自在軸継手によって構成することができる。従って、電動パワーステアリング装置10,10Aのコストダウン及び軽量化を図ることができる。
In addition, since the
さらには、ステアリングホイール21が中立位置にあるときのステアリングレシオRsが、他の操舵角の位置にあるときのステアリングレシオRsよりも小さい設定となるように、コラムシャフト22に対する不等速形自在軸継手23(単一の自在継手23)の位相が設定されている。
Furthermore, the unequal-speed universal shaft with respect to the
コラムシャフト22とピニオン軸26とは、単一の不等速形自在軸継手23によって連結されている。このため、該コラムシャフト22の操舵角の変化量に対して、ピニオン軸26の操舵角の変化量は、該不等速形自在軸継手23の固有の特性である、不等速(うねり)現象の影響を受ける。つまり、ステアリングホイール21の操舵角θの変化に従って、ピニオン軸26の操舵角は、大きく変化するときと小さく変化するときとに波打つ、いわゆる該ピニオン軸26の操舵角に「うねり現象」を発生する。このため、該ピニオン軸26に駆動されるラック軸28のストロークの変化も、大きく変化するときと小さく変化するときとに波打つ「うねり現象」が発生する。
The
該不等速形自在軸継手23の「うねり現象」の特性を、一般的な乗用車等の車両のサスペンションジオメトリによる、操舵角θに対するステアリングレシオRsの特性に組み合わせることができる。つまり、該ステアリングホイール21の操舵角θが小さいときには、ステアリングレシオRsが小さいので、転舵車輪33,33は緩やかに転舵、いわゆる「スロー転舵」する。該ステアリングホイール21の操舵角θが大きくなるにつれて、該ステアリングレシオがRs大きくなるので、該転舵車輪33,33は比較的急速に転舵、いわゆる「クイック転舵」する。このように、ラックアンドピニオン機構27において、ピニオン27aに対するラック27bのギヤ比を、バリアブルレシオ形式にしたと同様の作用をなすことができる。
The characteristics of the “wave phenomenon” of the unequal-speed
本発明の電動パワーステアリング装置10,10Aは、乗用車に採用するのに好適である。
The electric
10 電動パワーステアリング装置
10A 電動パワーステアリング装置
20 ステアリング系
21 ステアリングホイール
22 コラムシャフト
23 自在継手
26 ピニオン軸(第1ピニオン軸)
27 ラックアンドピニオン機構(第1ラックアンドピニオン機構)
28 ラック軸
41 ステアリングコラム
60 補助トルク機構
60A 補助トルク機構
61 トルクセンサ
63 電動モータ
64 補助トルク伝達機構
10 electric
27 Rack and Pinion Mechanism (First Rack and Pinion Mechanism)
28
Claims (1)
前記補助トルク機構は、前記ステアリングホイールに生じた前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、該トルクセンサにより検出された前記操舵トルクに基づき前記補助トルクを発生する電動モータと、該電動モータが発生した前記補助トルクを前記ラック軸と前記ピニオン軸のいずれか一方に伝達する補助トルク伝達機構とを含み、
前記コラムシャフトと前記ピニオン軸との連結構成は、単一の自在継手のみによる連結であり、
前記単一の自在継手は、不等速形自在軸継手によって構成され、
前記トルクセンサは、前記コラムシャフトを回転可能に支持するためのステアリングコラムに配置され、
前記ステアリングホイールが中立位置にあるときのステアリングレシオが、他の操舵角の位置にあるときのステアリングレシオよりも小さい設定となるように、前記コラムシャフトに対する前記不等速形自在軸継手の位相が設定され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 column shaft connected to a steering wheel, a pinion shaft connected to the column shaft, a rack shaft connected to the pinion shaft via a rack and pinion mechanism, and an auxiliary torque to a steering torque generated in the steering wheel An electric power steering apparatus including an assist torque mechanism for adding
The auxiliary torque mechanism includes a torque sensor that detects the steering torque generated in the steering wheel, an electric motor that generates the auxiliary torque based on the steering torque detected by the torque sensor, and the electric motor. An auxiliary torque transmission mechanism for transmitting the auxiliary torque to any one of the rack shaft and the pinion shaft;
The connection configuration between the column shaft and the pinion shaft is connection by only a single universal joint,
The single universal joint is constituted by an unequal speed universal joint.
The torque sensor is disposed on a steering column for rotatably supporting the column shaft .
The phase of the unequal-speed universal joint with respect to the column shaft is set so that the steering ratio when the steering wheel is in the neutral position is smaller than the steering ratio when the steering wheel is at the other steering angle position. An electric power steering apparatus characterized by being set .
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