JP2007106358A - Power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、モータにより、モータシャフト、及びナットを介して、ラック軸に補助トルクを付加する電動式のパワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering device that applies an auxiliary torque to a rack shaft via a motor shaft and a nut, for example, by a motor.
自動車の舵取装置としては種々の形式のものが実用化されており、その一つにラック・アンド・ピニオン式の舵取装置がある。これは、軸線方向に所定の長さに亘ってラック歯が形成されているラック軸を車体の左右方向に延設すると共に、このラック軸の両端部にタイロッドを介して操向用の車輪（前輪）に連結された構成とされている。また、ラック軸に噛合するピニオンシャフトは、コラムシャフトを介してステアリングホイールに連結されている。そして、同装置は、ステアリング操作に応じたピニオンシャフトの回動がラック軸に伝えられ、同ラック軸がラック歯の形成長さの範囲内にて軸線方向に移動することにより操舵用車輪の向きを変え、これにより操舵を行わせるよう構成されている。 Various types of steering devices for automobiles have been put into practical use, and one of them is a rack and pinion type steering device. This is because a rack shaft, in which rack teeth are formed over a predetermined length in the axial direction, extends in the left-right direction of the vehicle body, and steering wheels (at both ends of the rack shaft via tie rods) The front wheel is connected to the front wheel. The pinion shaft that meshes with the rack shaft is connected to the steering wheel via the column shaft. In the apparatus, the rotation of the pinion shaft according to the steering operation is transmitted to the rack shaft, and the rack shaft moves in the axial direction within the range of the formation length of the rack teeth, whereby the direction of the steering wheel And is configured to perform steering by this.
このようなラック・アンド・ピニオン式の舵取装置を電動パワーステアリング装置として構成する場合、操舵補助用のモータの回転をラック軸に直接的に伝え、同ラック軸を軸線方向に移動させる構成とするのが合理的である。このためには、ラック軸を移動させるための直線運動にモータの回転を変換する機構が必要であり、この運動変換機構においては、モータの出力を運動変換の過程で所定の減速を伴うことが望ましい。このような要求に応え得る運動変換機構として、例えば、ボールねじ機構を利用した電動パワーステアリング装置が従来から提案されている（特許文献１参照）。 When such a rack and pinion type steering device is configured as an electric power steering device, the rotation of the steering assist motor is directly transmitted to the rack shaft, and the rack shaft is moved in the axial direction. It is reasonable to do. For this purpose, a mechanism for converting the rotation of the motor into a linear motion for moving the rack shaft is necessary. In this motion conversion mechanism, the motor output may be accompanied by a predetermined deceleration during the motion conversion process. desirable. As a motion conversion mechanism that can meet such a demand, for example, an electric power steering device using a ball screw mechanism has been conventionally proposed (see Patent Document 1).
この電動パワーステアリング装置は、ラック軸の外周の一部（ラック歯の形成範囲と異なる部分）に螺旋状のボールねじ溝を形成する一方、ラック軸を支持する中空円筒状のハウジングの内部に、同ラック軸と同軸上での回動自在にボールねじナットを支持している。そして、このボールねじナットと前記ボールねじ溝との間に多数のボールを介在させてボールねじ構造を構成している。 In this electric power steering device, a spiral ball screw groove is formed in a part of the outer periphery of the rack shaft (a part different from the rack tooth formation range), while the hollow cylindrical housing that supports the rack shaft A ball screw nut is supported so as to be rotatable coaxially with the rack shaft. A ball screw structure is configured by interposing a large number of balls between the ball screw nut and the ball screw groove.
また、この電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータの駆動力をボールねじナットにモータシャフトを介して回転駆動し、この回転をボールねじ溝に沿って転動する多数のボールによりラック軸に伝え、同ラック軸を軸長方向に移動付勢することによりステアリング操作に応じて操舵を補助（アシスト）する構成となっている。ボールねじナットの端面とモータシャフトとの間には、板バネが介装されている。
ところで、上記構成とされた電動パワーステアリング装置を搭載した車両が悪路走行を行った場合、車輪の振動がラック軸を介してボールねじ機構に伝達される。従来、上記板バネにより、ボールねじナットとラック軸とのバックラッシュガタに起因する振動を吸収している。しかしながら、板バネによるバネ定数等は、初期に設定された状態となるため一定である。この為、路面状態に応じて振動が変化した場合、十分に振動を吸収できるとはいい難い。したがって、ボールねじ機構のボールねじナットとラック軸との係合部分等に生じる異音を十分に抑制できない虞がある。 By the way, when a vehicle equipped with the electric power steering device having the above-described configuration travels on a rough road, the vibrations of the wheels are transmitted to the ball screw mechanism via the rack shaft. Conventionally, the leaf spring absorbs vibration caused by backlash play between the ball screw nut and the rack shaft. However, the spring constant or the like due to the leaf spring is constant because it is in an initially set state. For this reason, when the vibration changes according to the road surface condition, it is difficult to say that the vibration can be sufficiently absorbed. Therefore, there is a possibility that abnormal noise generated at the engagement portion between the ball screw nut of the ball screw mechanism and the rack shaft cannot be sufficiently suppressed.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、悪路走行中における異音の発生をより確実に抑制できるパワーステアリング装置を提供することを主たる目的とする。 The present invention is intended to solve such problems, and a main object of the present invention is to provide a power steering device that can more reliably suppress the generation of abnormal noise during traveling on rough roads.
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
車両に固定されたハウジングに、車両幅方向へ移動可能に支持されたラック軸と、
該ラック軸に複数のボールを介して係合するナットと、
該ナットを前記ラック軸方向へ移動可能に支持するモータシャフトと、
該モータシャフト及び前記ナットを介して、前記ラック軸に対して操舵を補助するための補助トルクを付与するモータと、を備えるパワーステアリング装置であって、
前記モータシャフトと前記ナットの端面との間に、介装される弾性部材と、
前記弾性部材の剛性を可変させる剛性可変手段と、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置である。
In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention provides:
A rack shaft supported by a housing fixed to the vehicle so as to be movable in the vehicle width direction;
A nut engaged with the rack shaft via a plurality of balls;
A motor shaft that supports the nut so as to be movable in the rack axis direction;
A motor for applying an assist torque for assisting steering with respect to the rack shaft via the motor shaft and the nut;
An elastic member interposed between the motor shaft and the end surface of the nut;
A power steering device comprising: a stiffness varying means that varies the stiffness of the elastic member.
この一態様によれば、モータシャフトとナットの端面との間には、弾性部材が介装され、剛性可変手段は弾性部材の剛性を可変させる。これにより、例えば車両の走行状態に応じて、弾性部材の剛性を可変させることで、悪路走行中等における異音の発生をより確実に抑制できる。 According to this aspect, the elastic member is interposed between the motor shaft and the end surface of the nut, and the stiffness varying means varies the stiffness of the elastic member. Accordingly, for example, by changing the rigidity of the elastic member according to the traveling state of the vehicle, it is possible to more reliably suppress the generation of abnormal noise during traveling on rough roads.
また、この一態様において、前記車両が走行している走行路の状態を検出する走行路状態検出手段を更に備え、前記走行路状態検出手段により検出された走行路の状態に応じて、前記剛性可変手段は前記弾性部材の剛性を可変させるのが好ましい。 Further, in this aspect, the vehicle further includes a traveling path state detection unit that detects a state of a traveling path on which the vehicle is traveling, and the rigidity is determined according to the traveling path state detected by the traveling path state detection unit. The variable means preferably varies the rigidity of the elastic member.
さらに、この一態様において、前記車両の操作環境を設定する操作環境設定手段を更に備え、前記操作環境設定手段により設定された前記操作環境に応じて、前記剛性可変手段は前記弾性部材の剛性を可変させるのが好ましい。 Furthermore, in this one aspect, the vehicle is further provided with an operation environment setting unit that sets an operation environment of the vehicle, and the rigidity varying unit determines the rigidity of the elastic member according to the operation environment set by the operation environment setting unit. It is preferable to make it variable.
なお、この一態様において、例えば前記弾性部材は流動体を有し、前記剛性可変手段は前記流動体に対する磁界又は電界を可変させることにより、前記弾性部材の剛性を可変させる。 In this aspect, for example, the elastic member includes a fluid, and the stiffness varying means varies the stiffness of the elastic member by varying a magnetic field or an electric field with respect to the fluid.
本発明によれば、悪路走行中における異音の発生をより確実に抑制できる。 According to the present invention, it is possible to more reliably suppress the generation of abnormal noise during traveling on rough roads.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、車両用のパワーステアリング装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the basic concept, main hardware configuration, operating principle, basic control method, and the like of the power steering apparatus for vehicles are known to those skilled in the art, and thus detailed description thereof is omitted.
図１及び図２は、本発明の一実施例に係るパワーステアリング装置１を示している。図１はパワーステアリング装置１の全体構成を示す断面図であり、図２はパワーステアリング装置１の動作を説明するための要部構成である。 1 and 2 show a power steering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the power steering apparatus 1, and FIG. 2 is a main configuration for explaining the operation of the power steering apparatus 1.
パワーステアリング装置１は、概略するとギヤハウジング１１，ラック軸１５，電動モータ３０，及びモータシャフト３２，ボールねじ装置３７，駆動回路４４及び電磁石４２等を備えた構成とされている。ギヤハウジング１１は、中空円筒状の第１ラックハウジング１２および第２ラックハウジング１３と、これらラックハウジング１２、１３の間に設けられたヨークハウジング１４からなり、各ハウジング１２、１３、１４は図示しないボルトによって同軸的に結合されている。 The power steering device 1 is generally configured to include a gear housing 11, a rack shaft 15, an electric motor 30, a motor shaft 32, a ball screw device 37, a drive circuit 44, an electromagnet 42, and the like. The gear housing 11 includes a hollow cylindrical first rack housing 12 and a second rack housing 13, and a yoke housing 14 provided between the rack housings 12 and 13. The housings 12, 13, and 14 are not shown. Coaxially connected by bolts.
ギヤハウジング１１には、ラック軸１５が軸線方向（図中矢印Ｘ１，Ｘ２で示す方向）に移動可能に貫通され、第１および第２ラックハウジング１２、１３より突出されたラック軸１５の両端は、タイロッド（図示しない）１８，１９を介して左右の前輪に連結される。第１および第２ラックハウジング１２、１３の端部とタイロッド１８、１９の各間には、伸縮かつ屈曲可能なブーツ２０、２１が装着され、これらブーツ２０、２１によってギヤハウジング１１内を外部より遮蔽している。 A rack shaft 15 is pierced through the gear housing 11 so as to be movable in the axial direction (directions indicated by arrows X1 and X2 in the figure), and both ends of the rack shaft 15 protruding from the first and second rack housings 12 and 13 are These are connected to the left and right front wheels via tie rods (not shown) 18 and 19. Between the ends of the first and second rack housings 12 and 13 and the tie rods 18 and 19, boots 20 and 21 that can be expanded and contracted are mounted, and the inside of the gear housing 11 is externally provided by these boots 20 and 21. Shielded.
また、第１ラックハウジング１２には、ステアリングホイールに接続された入力軸２６と連結したピニオン２２が配設されており、このピニオン２２はラック軸１５に形成されたラック歯（図示しない）に噛合している。よって、運転者がステアリングホイールを操作すると、この操作力により入力軸２６を介してピニオン２２が回転し、ピニオン２２とラック歯の噛合によりピニオン２２の回転はラック軸１５の直線移動に変換され、これによりタイロッド１８，１９を介して前輪の操舵が行なわれる。 The first rack housing 12 is provided with a pinion 22 connected to an input shaft 26 connected to the steering wheel. The pinion 22 meshes with rack teeth (not shown) formed on the rack shaft 15. is doing. Therefore, when the driver operates the steering wheel, the pinion 22 is rotated through the input shaft 26 by this operating force, and the rotation of the pinion 22 is converted into a linear movement of the rack shaft 15 by meshing the pinion 22 with the rack teeth. As a result, the front wheels are steered through the tie rods 18 and 19.
電動モータ３０は、ギヤハウジング１１を構成するヨークハウジング１４内のラック軸１５の回りに配設されており、後述するようにモータシャフト３２を介してラック軸１５に操舵補助力（補助トルク）を付与する機能を奏する。この電動モータ３０はブラシレスＤＣモータであり、固定子となる駆動ステータ３１と、回転子となるモータシャフト３２とを有した構成とされている。駆動ステータ３１はコイルが巻回されており、ヨークハウジング１４の内壁に配設されている。 The electric motor 30 is disposed around the rack shaft 15 in the yoke housing 14 constituting the gear housing 11, and applies steering assist force (auxiliary torque) to the rack shaft 15 via a motor shaft 32 as will be described later. Plays the function to be given. The electric motor 30 is a brushless DC motor and has a drive stator 31 as a stator and a motor shaft 32 as a rotor. The drive stator 31 is wound with a coil and is disposed on the inner wall of the yoke housing 14.
モータシャフト３２は中空円筒状をなし、ラック軸１５の周りに同軸的に遊嵌されている。このモータシャフト３２は、所定位置において、ベアリング３３を介して、第１ラックハウジング１２及びヨークハウジング１４に回動可能に支持されている。 The motor shaft 32 has a hollow cylindrical shape and is loosely fitted coaxially around the rack shaft 15. The motor shaft 32 is rotatably supported by the first rack housing 12 and the yoke housing 14 via a bearing 33 at a predetermined position.
ボールねじ装置３７は、モータシャフト３２の図中矢印Ｘ１方向の端部近傍に設けられている。このボールねじ装置３７は、ねじ溝１５ａ，ボールねじナット３８，ねじ溝３８ａ，弾性部材４０、及びボール３９等により構成されている。 The ball screw device 37 is provided near the end of the motor shaft 32 in the direction of the arrow X1 in the drawing. The ball screw device 37 includes a screw groove 15a, a ball screw nut 38, a screw groove 38a, an elastic member 40, a ball 39, and the like.
図２に示すように、ボールねじナット３８は筒状の部材であり、モータシャフト３２の図中矢印Ｘ２方向端部の内周位置において、双方に形成されたＸ１、Ｘ２方向の溝により、セレーション嵌合している。したがって、このボールねじナット３８は、モータシャフト３２に対して、Ｘ１、Ｘ２方向へ相対的に摺動可能であり、モータシャフト３２と一体となって回転する。また、ボールねじナット３８は、モータシャフト３２の内部に、モータシャフト３２と同軸的に配設されている。 As shown in FIG. 2, the ball screw nut 38 is a cylindrical member, and at the inner peripheral position of the end of the motor shaft 32 in the direction of the arrow X2 in the drawing, serrations are formed by grooves formed in both the X1 and X2 directions. It is mated. Therefore, the ball screw nut 38 can slide relative to the motor shaft 32 in the X1 and X2 directions, and rotates integrally with the motor shaft 32. Further, the ball screw nut 38 is disposed coaxially with the motor shaft 32 inside the motor shaft 32.
モータシャフト３２との関係において、上記構成とされたボールねじナット３８は、その内周にねじ溝３８ａが形成されると共に、このねじ溝３８ａに対応するラック軸１５の外周にもねじ溝１５ａが形成されている。また、この両ねじ溝１５ａ、３８ａ間には、複数のボール３９が介装されている。よって、ボールねじナット３８が回転すると、この回転はボール３９を介してラック軸１５に伝達され、ラック軸１５に回転力が付与される。 In relation to the motor shaft 32, the ball screw nut 38 configured as described above has a screw groove 38a formed on the inner periphery thereof, and the screw groove 15a is also formed on the outer periphery of the rack shaft 15 corresponding to the screw groove 38a. Is formed. A plurality of balls 39 are interposed between the screw grooves 15a and 38a. Therefore, when the ball screw nut 38 rotates, this rotation is transmitted to the rack shaft 15 via the balls 39, and a rotational force is applied to the rack shaft 15.
ラック軸１５の外周面上において、ボールねじナット３８の両端面には、円環状に形成され、剛性を可変させる一対の弾性部材４０が配設されている。また、一方の弾性部材４０は、モータシャフト３２とボールねじナット３８の一方の端面とに挟み込まれるように配置されている。また、他方の弾性部材４０は、ボールねじナット３８の他方の端面とモータシャフト３２の内周面に螺合する固定ナット４１との間に挟み込まれるように配置されている。なお、ボールねじナット３８の両端面には、一対の弾性部材４０が配設されているが、一対の弾性部材４０のうち片方のみの弾性部材４０が配設される構成であってもよい。 On the outer peripheral surface of the rack shaft 15, a pair of elastic members 40 that are formed in an annular shape and vary in rigidity are disposed on both end surfaces of the ball screw nut 38. One elastic member 40 is disposed so as to be sandwiched between the motor shaft 32 and one end face of the ball screw nut 38. The other elastic member 40 is disposed so as to be sandwiched between the other end surface of the ball screw nut 38 and the fixing nut 41 that is screwed into the inner peripheral surface of the motor shaft 32. In addition, although a pair of elastic member 40 is arrange | positioned at the both end surfaces of the ball screw nut 38, the structure by which only one elastic member 40 is arrange | positioned among a pair of elastic members 40 may be sufficient.
また、弾性部材４０は、例えば、Ｘ１、Ｘ２方向へ変形可能な円環状の収容部材内に、磁性流体が封入されてなる。ここで、磁性流体とは、磁界の作用に応じて、粘度を変化させる流動体であり、例えば、炭化水素系オイル、フッ素系オイル等の媒体に強磁性超微粒子が均一に分散した複合材料である。この磁性流体は、作用する磁界強度に高くなると、粘度を上昇させる。 The elastic member 40 is formed by enclosing a magnetic fluid in an annular housing member that can be deformed in the X1 and X2 directions, for example. Here, the magnetic fluid is a fluid that changes its viscosity according to the action of a magnetic field. For example, it is a composite material in which ferromagnetic ultrafine particles are uniformly dispersed in a medium such as hydrocarbon oil or fluorine oil. is there. This ferrofluid increases the viscosity as the applied magnetic field strength increases.
例えば、磁性流体に作用する磁界強度が高くなると、磁性流体の粘度が高くなり、弾性部材４０の剛性が高くなる。一方、磁性流体に作用する磁界強度が低くなる（又は無くなる）と、磁性流体の粘性が低くなり、弾性部材４０の剛性が低くなる。 For example, when the strength of the magnetic field acting on the magnetic fluid increases, the viscosity of the magnetic fluid increases and the rigidity of the elastic member 40 increases. On the other hand, when the strength of the magnetic field acting on the magnetic fluid decreases (or disappears), the viscosity of the magnetic fluid decreases and the rigidity of the elastic member 40 decreases.
なお、弾性部材４０は、収容部材内に、磁性粉体、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ）流体、ＥＲ（Ｅｌｅｃｔｏ−Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ）流体が封入される構成であってもよい。なお、ＥＲ流体が封入される場合は、磁界の代わりに電界を作用させる。 The elastic member 40 may be configured such that magnetic powder, MR (Magneto-Rheological) fluid, and ER (Electro-Rheological) fluid are enclosed in the housing member. When ER fluid is sealed, an electric field is applied instead of a magnetic field.
モータシャフト３２の外周上、かつ一対の弾性部材４０に対応する位置には、所定の距離で離間された一対の電磁石４２が配設されている。この電磁石４２は、例えば鉄芯４２ａにコイル４２ｂが巻付けられてなり、コイル４２ｂに供給される電流又は電圧に応じて、磁界強度を変化させる。 A pair of electromagnets 42 separated by a predetermined distance is disposed on the outer periphery of the motor shaft 32 and at a position corresponding to the pair of elastic members 40. The electromagnet 42 is formed, for example, by winding a coil 42b around an iron core 42a, and changes the magnetic field strength according to the current or voltage supplied to the coil 42b.
このコイル４２ｂ内の電流又は電圧を増加させれば磁界強度が高くなり、一方、コイル４２ｂ内の電流又は電圧を減少させれば磁界強度が低くなる。すなわち、電磁石４２から磁性流体へ作用する磁界強度を可変させることで、磁性流体の粘度を可変させ、弾性部材４０の剛性（バネ定数、減衰定数等）を任意に設定することができる。 Increasing the current or voltage in the coil 42b increases the magnetic field strength, while decreasing the current or voltage in the coil 42b decreases the magnetic field strength. That is, by varying the magnetic field strength acting on the magnetic fluid from the electromagnet 42, the viscosity of the magnetic fluid can be varied, and the rigidity (spring constant, damping constant, etc.) of the elastic member 40 can be arbitrarily set.
コイル４２ｂには、コイル４２ｂに対して車両の電源から電流又は電圧を供給させ、磁界を発生させるリレースイッチ（例えば、ダイオード等の半導体素子）、可変抵抗等からなる駆動回路４４が接続されている。また、この駆動回路４４には、この駆動回路４４及び上述した電動モータ３０を制御するＥＰＳ−ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、電子式パワーステアリング電子制御装置）５５が接続されている。 Connected to the coil 42b is a relay circuit (for example, a semiconductor element such as a diode) for supplying a current or voltage from a vehicle power source to the coil 42b to generate a magnetic field, and a drive circuit 44 including a variable resistor. . The drive circuit 44 is connected to an EPS-ECU (Electronic Control Unit) 55 that controls the drive circuit 44 and the electric motor 30 described above.
なお、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、マイクロコンピュータから構成されており、制御、演算プログラムに従って各種処理を実行するとともに、当該装置の各部を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵの実行プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、タイマ、カウンタ、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏ）２ｄ等を有している。 The EPS-ECU 55 is composed of a microcomputer, executes various processes according to control and arithmetic programs, and controls a CPU (Central Processing Unit) for controlling each part of the apparatus, and a ROM (CPU for storing an execution program for the CPU). It has a read only memory (RAM), a readable / writable RAM (Random Access Memory) for storing calculation results, a timer, a counter, an input / output interface (I / O) 2d and the like.
ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、駆動回路４４を制御することにより、電磁石４２のコイル４２ｂに供給させる電流又は電圧を制御し、電磁石４２の磁界強度を制御する。 The EPS-ECU 55 controls the current or voltage supplied to the coil 42 b of the electromagnet 42 by controlling the drive circuit 44, and controls the magnetic field strength of the electromagnet 42.
ＥＰＳ−ＥＣＵ５５には、車速センサ５６から車速信号が、また加速度センサ５７からは加速度信号が供給される構成とされている。また、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５には、トルクセンサ（図示しない）からトルク信号も供給される構成とされている。 The EPS-ECU 55 is configured to be supplied with a vehicle speed signal from the vehicle speed sensor 56 and an acceleration signal from the acceleration sensor 57. The EPS-ECU 55 is also configured to be supplied with a torque signal from a torque sensor (not shown).
ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、車速センサ５６、加速度センサ５７、トルクセンサ等の種々のセンサから供給される信号に基づき、電動モータ３０への供給電力を制御する。また、車速センサ５６及び加速度センサ５７からの出力に基づき、駆動回路４４を制御して、電磁石４２の磁界強度を制御する。 The EPS-ECU 55 controls the power supplied to the electric motor 30 based on signals supplied from various sensors such as a vehicle speed sensor 56, an acceleration sensor 57, and a torque sensor. Further, based on outputs from the vehicle speed sensor 56 and the acceleration sensor 57, the drive circuit 44 is controlled to control the magnetic field strength of the electromagnet 42.
ＥＰＳ−ＥＣＵ５５の制御動作に基づき電動モータ３０が駆動され、電動モータ３０の駆動力はモータシャフト３２からボールねじ装置３７に伝達される。このボールねじ装置３７により、ラック軸１５は矢印Ｘ１，Ｘ２方向に移動され、これにより操舵力がアシストされる。 The electric motor 30 is driven based on the control operation of the EPS-ECU 55, and the driving force of the electric motor 30 is transmitted from the motor shaft 32 to the ball screw device 37. By this ball screw device 37, the rack shaft 15 is moved in the directions of arrows X1 and X2, thereby assisting the steering force.
次に、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５で実行される電磁石４２の磁界強度の制御処理について説明する。図３は、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５で実行される電磁石４２の磁界強度の制御処理のフローの一例を示すフローチャートである。 Next, the control process of the magnetic field strength of the electromagnet 42 executed by the EPS-ECU 55 will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an example of a flow of control processing of the magnetic field strength of the electromagnet 42 executed by the EPS-ECU 55.
この電磁石４２の磁界強度の制御処理は、車速センサ５６から供給される車速信号及びトルクセンサから供給されるトルク信号等に基づき実施されるパワーアシスト制御と別ルーチンで実施されるものである。 The control process of the magnetic field intensity of the electromagnet 42 is executed in a separate routine from the power assist control executed based on the vehicle speed signal supplied from the vehicle speed sensor 56 and the torque signal supplied from the torque sensor.
図３に示す電磁石４２の磁界強度の制御処理が起動すると、先ずステップ１０（図では、ステップをＳと略称している）において、車速センサ５６から供給される車速情報から車速Ｖを演算する。続くステップ１２では、ステップ１０で演算された車速Ｖが、所定の車速値よりも遅いか否かが判断される。このステップ１２において肯定判断（ＹＥＳの判断）がされると、処理はステップ１４に進む。 When the control process for the magnetic field strength of the electromagnet 42 shown in FIG. 3 is started, first, in step 10 (step is abbreviated as S in the figure), the vehicle speed V is calculated from the vehicle speed information supplied from the vehicle speed sensor 56. In the following step 12, it is determined whether or not the vehicle speed V calculated in step 10 is slower than a predetermined vehicle speed value. If an affirmative determination (YES determination) is made in step 12, the process proceeds to step 14.
ステップ１４では、加速度センサ５７から供給される加速度情報から車両の上下加速度Ｇを演算する。続くステップ１６では、ステップ１４で演算された上下加速度Ｇが、所定の加速度値よりも大きいか否かが判断される。このステップ１６において肯定判断（ＹＥＳの判断）がされると、処理はステップ１８に進む。 In step 14, the vertical acceleration G of the vehicle is calculated from the acceleration information supplied from the acceleration sensor 57. In subsequent step 16, it is determined whether or not the vertical acceleration G calculated in step 14 is larger than a predetermined acceleration value. If an affirmative determination (YES determination) is made in step 16, the process proceeds to step 18.
このステップ１０〜１６で実施される処理は、車両が走行している走行路の状態を検出する処理である。即ち、運転者は悪路走行時においては車速を低減し、また車両は上下方向に対して大きく変動する。このため、車両速度Ｖは実験的に求められた運転者が悪路走行時における走行速度に基づき設定されており、また上下加速度Ｇも実験的に求められた車両の悪路走行時に発生する上下加速度に基づき設定されている。 The processing carried out in steps 10 to 16 is processing for detecting the state of the traveling road on which the vehicle is traveling. That is, the driver reduces the vehicle speed when traveling on a rough road, and the vehicle greatly fluctuates in the vertical direction. For this reason, the vehicle speed V is set based on the driving speed when the driver is experimentally determined when traveling on a rough road, and the vertical acceleration G is the vertical speed generated when the vehicle is experimentally determined when traveling on a rough road. It is set based on acceleration.
従って、ステップ１２で否定判断がされた場合（即ち、現在の車速Ｖが所定車速以上の場合）、またはステップ１６で否定判断がされた場合（即ち、現在の車両の上下加速度Ｇが所定加速度以下の場合）は、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は車両が悪路ではない良好な路面を走行中又は、停止状態であると判断する。 Accordingly, when a negative determination is made in step 12 (that is, when the current vehicle speed V is equal to or higher than the predetermined vehicle speed), or when a negative determination is made in step 16 (that is, the vertical acceleration G of the current vehicle is equal to or lower than the predetermined acceleration). In this case, the EPS-ECU 55 determines that the vehicle is traveling on a good road surface that is not a bad road or is in a stopped state.
この場合には、処理はステップ２２に進み、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、駆動回路４４を制御して、電磁石４２の磁界強度が高くなるように制御する。具体的は、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、電磁石４２のコイル４２ｂに供給される電流又は電圧を増加させ、電磁石４２の磁界強度を高くする。この場合、磁性流体の粘度が高くなり、弾性部材４０の剛性（バネ定数）が高くなる。 In this case, the process proceeds to step 22, and the EPS-ECU 55 controls the drive circuit 44 so that the magnetic field strength of the electromagnet 42 is increased. Specifically, the EPS-ECU 55 increases the magnetic field strength of the electromagnet 42 by increasing the current or voltage supplied to the coil 42 b of the electromagnet 42. In this case, the viscosity of the magnetic fluid increases and the rigidity (spring constant) of the elastic member 40 increases.
これにより、良路走行中において、電動モータ３０からモータシャフト３２を介して付加される、Ｘ１、Ｘ２方向の補助トルクは、一対の弾性部材４０、ボールねじナット３８、及びボール３９を介して、安定的にラック軸１５に伝達される。したがって、車両の操舵性が向上する。 Thereby, during traveling on a good road, the auxiliary torque in the X1 and X2 directions applied from the electric motor 30 via the motor shaft 32 is transmitted via the pair of elastic members 40, the ball screw nut 38, and the ball 39. Stablely transmitted to the rack shaft 15. Therefore, the steering performance of the vehicle is improved.
一方、ステップ１２で肯定判断がされた場合（即ち、現在の車速Ｖが所定車速以下の場合）で、かつステップ１６で肯定判断がされた場合（即ち、現在の車両の上下加速度Ｇが所定加速度以上の場合）である場合には、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は車両が悪路走行中であると判断する。この場合には、処理はステップ１８に進み、カウンタ値Ｎが所定回数以下であるか否かが判断される。 On the other hand, when an affirmative determination is made in step 12 (that is, when the current vehicle speed V is equal to or lower than the predetermined vehicle speed) and an affirmative determination is made in step 16 (that is, the vertical acceleration G of the current vehicle is the predetermined acceleration). In the above case, the EPS-ECU 55 determines that the vehicle is traveling on a rough road. In this case, the process proceeds to step 18 and it is determined whether or not the counter value N is equal to or smaller than a predetermined number.
このカウンタ値Ｎは、図３に示す磁界強度の制御処理が起動する際にゼロリセットされるものであり、上記のようにステップ１０〜ステップ１６の処理により悪路走行中であると判断された場合にステップ２０においてインクリメントされるものである。このステップ１８及びステップ２０は、車両が悪路を所定時間以上走行しているか否かを判断するものである。そして、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５が車両の悪路走行時間が所定時間以上であると判断すると、即ちステップ１８で否定判断がされると処理はステップ２４に進む。 This counter value N is reset to zero when the magnetic field intensity control process shown in FIG. 3 is started, and it is determined that the vehicle is traveling on a rough road by the processes of steps 10 to 16 as described above. If so, it is incremented in step 20. Steps 18 and 20 are for determining whether or not the vehicle is traveling on a rough road for a predetermined time or more. When the EPS-ECU 55 determines that the rough road traveling time of the vehicle is equal to or longer than the predetermined time, that is, when a negative determination is made at step 18, the process proceeds to step 24.
ステップ２４では、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、駆動回路４４を制御して、電磁石４２の磁界強度が低くなるように制御する（又は０にする）。具体的は、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、電磁石４２のコイル４２ｂに供給される電流又は電圧を減少させ、電磁石４２の磁界強度を低くする。これにより、磁性流体の粘度が低くなり、弾性部材４０の剛性（バネ定数、減衰定数等）が低くなる。 In step 24, the EPS-ECU 55 controls the drive circuit 44 so that the magnetic field strength of the electromagnet 42 is reduced (or is set to 0). Specifically, the EPS-ECU 55 reduces the current or voltage supplied to the coil 42b of the electromagnet 42 and lowers the magnetic field strength of the electromagnet 42. Thereby, the viscosity of the magnetic fluid is lowered, and the rigidity (spring constant, damping constant, etc.) of the elastic member 40 is lowered.
上記の磁界強度の制御処理を実施することにより、上記ステップ１０〜ステップ２０の処理により車両が悪路走行中であると判断された場合は、磁性流体の粘度が低くなり、弾性部材４０の剛性（バネ定数）が低くなる。また、悪路走行時の振動の特性に応じて、弾性部材４０の剛性が設定されてもよい。 When it is determined that the vehicle is traveling on a rough road by performing the above-described control processing of the magnetic field strength, the viscosity of the magnetic fluid is decreased and the rigidity of the elastic member 40 is increased. (Spring constant) decreases. Further, the rigidity of the elastic member 40 may be set in accordance with the vibration characteristics when traveling on a rough road.
これにより、悪路走行中に車輪及びラック軸１５を介して、入力される路面振動がボールねじナット３８に伝達されても、ボールねじナット３８のＸ１、Ｘ２方向の振動は、ボールねじナット３８の両端に配置された、一対の弾性部材４０により十分に吸収されうる。したがって、悪路走行中における異音の発生を確実に抑制できる。 As a result, even when road surface vibrations inputted to the ball screw nut 38 are transmitted to the ball screw nut 38 through the wheels and the rack shaft 15 during traveling on a rough road, vibrations in the X1 and X2 directions of the ball screw nut 38 are not affected. Can be sufficiently absorbed by the pair of elastic members 40 disposed at both ends of the. Therefore, generation | occurrence | production of the noise during a rough road driving | running | working can be suppressed reliably.
以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 As mentioned above, although the best mode for carrying out the present invention has been described using one embodiment, the present invention is not limited to such one embodiment, and within the scope not departing from the gist of the present invention, Various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiment.
例えば、上記一実施例において、弾性部材４０には磁界強度に応じて、剛性を可変させる流動体が用いられているが、温度によって剛性を可変させる温度感応性部材が用いられてもよく、剛性を可変させる材料であれば、任意の部材が適用可能である。 For example, in the above-described embodiment, the elastic member 40 uses a fluid whose rigidity is varied according to the magnetic field strength. However, a temperature-sensitive member whose rigidity is varied depending on the temperature may be used. Any material can be used as long as the material is variable.
また、上記一実施例において、車両走行中の路面状態に応じて、弾性部材４０の剛性を可変させているが、車室内に配設され、車両の操作環境を設定するモードスイッチに応じて、弾性部材４０の剛性を可変させてもよい。例えば、モードスイッチは、ソフトモード（車両快適性を重視したモード）と、ハードモード（操舵性を重視したモード）とに切替える切り替えスイッチとして構成される。ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、このモードスイッチからのモード信号に基づいて、上述した電磁石４２の磁界強度の制御処理を実行してもよい。 Further, in the above embodiment, the rigidity of the elastic member 40 is varied according to the road surface state while the vehicle is running, but according to the mode switch that is disposed in the passenger compartment and sets the operating environment of the vehicle. The rigidity of the elastic member 40 may be varied. For example, the mode switch is configured as a changeover switch that switches between a soft mode (a mode in which vehicle comfort is emphasized) and a hard mode (a mode in which steering is important). The EPS-ECU 55 may execute the above-described control process of the magnetic field strength of the electromagnet 42 based on the mode signal from the mode switch.
本発明は、例えば、車両用の電動式パワーステアリング装置に利用できる。搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。 The present invention can be used for, for example, an electric power steering device for a vehicle. The appearance, weight, size, running performance, etc. of the vehicle to be mounted are not limited.
１ パワーステアリング装置
１５ ラック軸
３０ 電動モータ
３２ モータシャフト
３８ ボールねじナット
３９ ボール
４０ 弾性部材
４２ 電磁石
５５ ＥＰＳ−ＥＣＵ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power steering apparatus 15 Rack shaft 30 Electric motor 32 Motor shaft 38 Ball screw nut 39 Ball 40 Elastic member 42 Electromagnet 55 EPS-ECU
Claims (4)
該ラック軸に複数のボールを介して係合するナットと、
該ナットを前記ラック軸方向へ移動可能に支持するモータシャフトと、
該モータシャフト及び前記ナットを介して、前記ラック軸に対して操舵を補助するための補助トルクを付与するモータと、を備えるパワーステアリング装置であって、
前記モータシャフトと前記ナットの端面との間に、介装される弾性部材と、
前記弾性部材の剛性を可変させる剛性可変手段と、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。 A rack shaft supported by a housing fixed to the vehicle so as to be movable in the vehicle width direction;
A nut engaged with the rack shaft via a plurality of balls;
A motor shaft that supports the nut so as to be movable in the rack axis direction;
A motor for applying an assist torque for assisting steering with respect to the rack shaft via the motor shaft and the nut;
An elastic member interposed between the motor shaft and the end surface of the nut;
A power steering device comprising: a stiffness varying means that varies the stiffness of the elastic member.
前記車両が走行している走行路の状態を検出する走行路状態検出手段を更に備え、
前記走行路状態検出手段により検出された走行路の状態に応じて、前記剛性可変手段は前記弾性部材の剛性を可変させることを特徴とするパワーステアリング装置。 The power steering device according to claim 1,
The vehicle further comprises a road condition detection means for detecting the condition of the road where the vehicle is running,
The power steering apparatus according to claim 1, wherein the stiffness varying means varies the stiffness of the elastic member in accordance with the travel path state detected by the travel path state detecting means.
前記車両の操作環境を設定する操作環境設定手段を更に備え、
前記操作環境設定手段により設定された前記操作環境に応じて、前記剛性可変手段は前記弾性部材の剛性を可変させることを特徴とするパワーステアリング装置。 The power steering device according to claim 1,
An operation environment setting means for setting the operation environment of the vehicle;
The power steering apparatus according to claim 1, wherein the stiffness varying means varies the stiffness of the elastic member according to the operating environment set by the operating environment setting means.
前記弾性部材は流動体を有し、前記剛性可変手段は前記流動体に対する磁界又は電界を可変させることにより、前記弾性部材の剛性を可変させることを特徴とするパワーステアリング装置。 The power steering device according to claim 1,
The power steering apparatus according to claim 1, wherein the elastic member includes a fluid, and the stiffness varying unit varies the stiffness of the elastic member by varying a magnetic field or an electric field applied to the fluid.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009269601A (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-19 | Dr Ing Hcf Porsche Ag | Steering system of automobile |
| JP2014173697A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Kurimoto Ltd | Linear actuator |
| WO2022042793A1 (en) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Spindle drive and method for operating a spindle drive |
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2005
- 2005-10-17 JP JP2005301743A patent/JP2007106358A/en active Pending
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