JP2006076353A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵補助の非動作時に減速機構での騒音の発生を防止もしくは抑制する。
【解決手段】操舵部材１の操作に応じて電動モータ５，６を駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、第１と第２の各電動モータ５，６の回転軸５ａ，６ａにそれぞれ連結された第１と第２の駆動ギヤ７１，７２と、操舵軸２に嵌着され上記第１と第２の駆動ギヤ７１，７２に噛み合う従動ギヤ７３と、操舵補助の非動作時に第１と第２の駆動ギヤ７１，７２から従動ギヤ７３に互いに逆方向の回転力が加わるよう第１と第２の電動モータ５，６の駆動を制御する制動制御手段２６１Ｂ（ＥＣＵ８に含まれるマイクロコンピュータ２６のＣＰＵ）とを備え、駆動ギヤ７１，７２と従動ギヤ７３との歯部が圧接した状態で従動ギヤ７３がいずれの方向にも回転しないようにロックされるようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転者により行われるステアリングホイール（ハンドル）等の操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して運転者の操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関し、特には、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

上記電動パワーステアリング装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の電動モータと、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構と、トルクセンサ等のセンサ信号に基づいて電動モータを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

減速機構は、例えば、電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤとしてのウォーム軸と、操舵軸に嵌着された従動ギヤとしてのウォームホイールとからなり、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いにより、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達することで、運転者のステアリングホイールの操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータが発生する操舵補助トルクとの和を、出力トルクとしてステアリング機構に与える。

ところで、上記電動パワーステアリング装置では、操舵補助が行われているときには、ウォーム軸とウォームホイールとの歯部は、電動モータが発生する操舵補助トルクにより圧接した状態にあるので、歯打ち音の発生は抑制されるが、直進走行時のように、ハンドルがほとんど操作されない時には、電動モータの回転が停止していて、ウォーム軸に電動モータによる回転トルクが加わっていないから、ウォーム軸とウォームホイールの歯部は圧接した状態にはない。そのため、車輪側から振動が伝わると、その振動に応じて、ウォーム軸とウォームホイールとの歯部間で歯打ちにより騒音が発生し、この騒音は操舵軸や、この操舵軸を回転可能に支持するハウジング、コラム等を介して車室内に伝播する、という問題がある。
特開２００３−１８２６０１号公報

本発明は、電動モータによる操舵補助が行われない場合に、減速機構での騒音の発生を防止もしくは抑制することを課題とする。

本発明による電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、第１電動モータの回転軸に連結された第１駆動ギヤと、第２電動モータの回転軸に連結された第２駆動ギヤと、操舵軸に嵌着され上記第１と第２の駆動ギヤに噛み合う従動ギヤと、操舵補助の非動作時に第１と第２の駆動ギヤから従動ギヤに互いに逆方向の回転力が加わるよう第１と第２の電動モータの駆動を制御する制動制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

上記構成の電動パワーステアリング装置において、電動モータによる操舵補助が行われない場合、例えば、車両が直進走行中で、操舵部材がほとんど操作されない場合には、操舵補助が非動作であることに応答して、制動制御手段が第１と第２の電動モータを駆動して、第１と第２の駆動ギヤから従動ギヤに互いに逆方向の回転力を作用させる。従動ギヤは、互いに逆方向に回転駆動されることで、いずれの方向にも回転しないようにロックされる。この場合、両駆動ギヤと従動ギヤとの歯部は圧接した状態に保たれる。そのため、車輪側から振動が伝わっても、歯打ちによる騒音の発生が防止もしくは抑制される。

なお、上記構成では、単一の従動ギヤに２つの駆動ギヤが噛み合う構造なので、噛合部を分散して各噛合部の応力を低下させることができ、耐久性を向上させることができる。

本発明によれば、直進走行時のような、操舵補助の非動作時に騒音の発生を防止もしくは抑制することができ、車室内を静音化することができる。

以下、図１ないし図３を参照して、本発明による最良の形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。図１は、同電動パワーステアリング装置の減速機構の断面図で、関連する構成を併せて図示している。図２は、図１の装置のＥＣＵのブロック構成図、図３は、図１の装置の動作を示すフローチャートである。

本形態の電動パワーステアリング装置は、２台の電動モータにより操舵補助を行うもので、ステアリングホイールのような操舵部材１に一端が固着された操舵軸２と、その操舵軸２の他端に連結されたラックピニオン機構等からなるステアリング機構３と、運転者による操舵部材１の操作によって操舵軸２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、操舵部材１の操舵操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助トルクを発生させる第１と第２の電動モータ５，６と、第１と第２の電動モータ５，６が発生する操舵補助トルクを操舵軸２に伝達する減速機構７と、トルクセンサ４等からのセンサ信号に基づき第１と第２の電動モータ５，６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）８と、イグニッションスイッチ９を介してＥＣＵ８に電源を供給する車載バッテリ１０とを備える。

上記電動パワーステアリング装置を搭載した車両においては、運転者が操舵部材１を操作すると、その操作による操舵トルクはトルクセンサ４により検出される。ＥＣＵ８は、その検出された操舵トルク等の情報に基づいて、第１と第２の電動モータ５，６を駆動制御する。これにより、電動モータ５，６は操舵補助トルクを発生し、これらの操舵補助トルクが減速機構７を介して操舵軸２に伝達されることで、運転者の操舵部材１の操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータ５，６が発生する操舵補助トルクとの和が、出力トルクとしてステアリング機構３に与えられる。

ステアリング機構３では、入力軸の回転が出力軸であるラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアーム等からなる連結部材１１を介して操向用の車輪１２に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１２の向きが変わる。

上記の電動パワーステアリング装置において、操舵軸２の中途部は、筒状の入力軸１３と、トーションバー１４と、筒状の出力軸１５とから構成されている。入力軸１３は、その筒状内部に挿入したトーションバー１４と径方向に貫通するピン１６により連結され、この入力軸１３およびトーションバー１４の上端部は、操舵軸２の上部を構成する軸（図示省略）の下端部に連結されている。トーションバー１４は、その中間部に長尺で細径のねじり領域を有するもので、大径の上端部が前記したように入力軸１３に連結されるとともに、同じく大径の下端部が出力軸１５の筒状内部に挿入されて、径方向に貫通するピン１７により出力軸１５に連結されている。このトーションバー１４の外周で、入力軸１３と出力軸１５とは、トーションバー１４の中間部の側に延出して互いに軸方向に対向している。トルクセンサ４は、入力軸１３と出力軸１５との軸方向対向部の外周に配置されている。

減速機構７は、従動ギヤとしての単一のウォームホイール７３に対して、駆動ギヤとして第１と第２の２つのウォーム軸７１，７２を設けたものである。第１ウォーム軸７１は第１電動モータ５の回転軸５ａに連結され、第２ウォーム軸７２は第２電動モータ６の回転軸６ａに連結されている。ウォームホイール７３は出力軸１５の外周に嵌着されている。ウォームホイール７３と、第１と第２のウォーム軸７１，７２とは互いに噛み合う状態で、ギヤハウジング１８の内部に収容されている。第１ウォーム軸７１と第２ウォーム軸７２とは、ウォームホイール７３を間にしてその直径方向両側に配置されている。

ギヤハウジング１８は、内部に第１ウォーム軸７１を収容する第１ウォーム軸収容部１８１と、第２ウォーム軸７２を収容する第２ウォーム軸収容部１８２と、ウォームホイール収容部１８３とを有し、第１と第２のウォーム軸収容部１８１，１８２の開放端部に、それぞれ第１電動モータ５と第２電動モータ６とがその回転軸５ａ，６ａを内向きにして装着されるようになっている。第１と第２のウォーム軸収容部１８１，１８２は、両ウォーム軸７１，７２とウォームホイール７３との配置関係に対応して、ウォームホイール収容部１８３の直径方向両側に平行に設けられている。

ギヤハウジング１８の第１ウォーム軸収容部１８１内において、第１ウォーム軸７１は、軸方向の中間に歯部７１ａを、その両端に軸部７１ｂ，７１ｃを有するもので、両端の軸部７１ｂ，７１ｃにそれぞれ設けた軸受１９，２０を介して第１ウォーム軸収容部１８１内に回転可能に支持され、その一方の軸部７１ｂは第１電動モータ５の回転軸５ａに同軸に結合される。上記の両軸受１９，２０のうち、第１電動モータ５側の軸受１９の軸方向外側には、第１ウォーム軸７１に軸方向の予圧を付与するための押え環２１が設けられている。

第２ウォーム軸７２は、上記第１ウォーム軸７１と同様に、軸方向の中間に歯部７２ａを、その両端に軸部７２ｂ，７２ｃを有し、両端にそれぞれ設けた軸受２２，２３を介して第２ウォーム軸収容部１８２内に回転可能に支持され、その一方の軸部７２ｂに第２電動モータ６の回転軸６ａが同軸に結合されている。第２電動モータ６側の軸受２２の軸方向外側には、第２ウォーム軸７２に軸方向の予圧を付与するための押え環２４が設けられている。

次いで、図２を参照してＥＣＵ８の構成を説明すると、ＥＣＵ８は、トルクセンサ４のセンサ信号を処理する入力インタフェース２５と、電動パワーステアリング制御の中心を司るマイクロコンピュータ２６と、マイクロコンピュータ２６からの駆動制御信号ｓａ_１，ｓｂ_１に応答して第１電動モータ５を駆動する第１モータ駆動回路２７と、同じくマイクロコンピュータ２６からの駆動制御信号ｓａ_２，ｓｂ_２により第２電動モータ６を駆動する第２モータ駆動回路２８とを備えている。

マイクロコンピュータ２６は、ＣＰＵ２６１と、プログラムメモリ２６２と、マップメモリ２６３と、バッファメモリ２６４とを含んでいる。

ＣＰＵ２６１は、本実施形態では、後にフローチャートを参照して詳述するように、トルクセンサ３等のセンサ信号に基づいて操舵補助のために第１と第２の電動モータ５，６の駆動を制御する操舵補助制御手段２６１Ａとして機能するほか、上記の操舵補助が行われない場合に、第１と第２の両ウォーム軸７１，７２からウォームホイール７３に互いに逆方向の回転力が加わるよう第１と第２の電動モータ５，６の駆動を制御する制動制御手段２６１Ｂとしても機能する。上記制動制御手段２６１Ｂは、操舵補助の非動作時、第１と第２の電動モータ５，６を駆動して、第１と第２のウォーム軸７１，７２からウォームホイール７３に互いに逆方向で同トルクの回転力を作用させ、これにより、ウォームホイール７３をいずれの方向にも回転しないようにロックする。

上記各メモリ２６２，２６３，２６４のうち、プログラムメモリ２６２は、ＣＰＵ２６１の動作の実行のための基本プログラムや、本形態の第１と第２の電動モータ５，６の駆動制御の実行に必要なプログラムを格納している。マップメモリ２６３は、操舵補助のために操舵トルクと各電動モータ５，６の駆動量との関係を示す制御マップを格納しており、この制御マップにより、各車速毎に、操舵トルクに対する第１と第２の各電動モータ５，６の駆動量が割り出せるようになっている。バッファメモリ２６４は、ＣＰＵ２６１の作業の実行時にデータの一時的な格納に使用される。

次に、図３のフローチャートを参照してＣＰＵ２６１の動作を説明する。ステップＳ１においては、トルクセンサ４で検出されている操舵トルクが所定レベル以上か否かを判断する。その判断がＹｅｓ、すなわち、操舵トルクが所定レベル以上であれば、ステップＳ２に進み、このステップＳ２と、続くステップＳ３とで、操舵補助の動作を行う。ステップＳ２では、トルクセンサ４から得られる操舵トルクの情報等に基づいて、マップメモリ２６３を参照して、各電動モータ５，６の駆動量を決定し、ステップＳ３では、その駆動量に対応する駆動制御信号ｓａ_１，ｓａ_２を各モータ駆動回路２７，２８に出力する。これにより、各電動モータ５，６は操舵補助トルクを発生し、その操舵補助トルクは、減速機構７を介して操舵軸２に伝達されて、運転者による操舵トルクに付加される。

この場合、両電動モータ５，６は、直結するウォーム軸７１，７２によりウォームホイール７３を同一方向に回転させるように、同位相で回転駆動されるが、ウォームホイール７３の回転の変動を少なくするために位相をずらせて回転駆動してもよい。

ステップＳ１において、その判断がＮｏ、すなわち、検出されている操舵トルクが所定レベル未満であれば、ステップＳ４に移る。ステップＳ４では、操舵補助が行われない場合に対応した処理として、第１と第２のウォーム軸７１，７２からウォームホイール７３に互いに逆方向で同トルクの回転力が加わるよう、第１と第２の各モータ駆動回路２７，２８に制動のための駆動制御信号ｓｂ_１，ｓｂ_２を出力して、第１と第２の各電動モータ５，６の駆動を制御する。図１に即して言えば、第１ウォーム軸７１がウォームホイール７３に時計方向（矢印イの方向）の回転力を加えるとすれば、第２ウォーム軸７２がウォームホイール７３に反時計方向（矢印ロの方向）の回転力を加えるように、第１と第２の各電動モータ５，６の駆動を制御する。

減速機構７では、上記のように、第１と第２のウォーム軸７１，７２からウォームホイール７３に互いに逆方向の回転力が作用することで、ウォームホイール７３は、いずれの方向にも回転しないようにロックされる。この場合、両ウォーム軸７１，７２とウォームホイール７３との歯部は圧接した状態に保たれるので、車輪側から振動が伝わっても、歯打ちによる騒音を発生しない。

上記形態において、減速機構７は、ウォーム軸７１，７２とウォームホイール７３とから構成されるものに限らず、ヘリカルギヤ等、他種のギヤで構成されるものであってもよい。

本発明の最良の形態に係る電動パワーステアリング装置の減速機構の断面図で、関連する構成を併せて図示している。 図１の装置のＥＣＵのブロック構成図 図１の装置の動作を示すフローチャート

符号の説明

１ 操舵部材
２ 操舵軸
３ ステアリング機構
５ 第１電動モータ
５ａ 第１電動モータの回転軸
６ 第２電動モータ
６ａ 第２電動モータの回転軸
７ 減速機構
７１ 第１ウォーム軸（第１駆動ギヤ）
７２ 第２ウォーム軸（第２駆動ギヤ）
７３ ウォームホイール（従動ギヤ）
８ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１５ 出力軸

Claims (1)

1. 操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   第１電動モータの回転軸に連結された第１駆動ギヤと、
   第２電動モータの回転軸に連結された第２駆動ギヤと、
   操舵軸に嵌着され上記第１と第２の駆動ギヤに噛み合う従動ギヤと、
   操舵補助の非動作時に、第１と第２の駆動ギヤから従動ギヤに互いに逆方向の回転力が加わるよう第１と第２の電動モータの駆動を制御する制動制御手段と、
   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。
   
   

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