JP2010163121A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量且つ低コストで構成できて、操舵時に発生する不快な振動や異音を低減乃至消滅できる構造を実現する。
【解決手段】ステアリングコラム１の内周面部分、或いはステアリングシャフト２の中空部分に、吸音材２２又は内部損失の大きな振動吸収材を設置する。電動モータ１０やウォーム式の減速機部分等で発生した振動や騒音を減衰して、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車用操舵装置のうち、電動モータを補助動力源として、ステアリングホイールを操作する為に要する力（操舵力）を軽減する電動式パワーステアリング装置の改良に関する。具体的には、上記ステアリングホイールを操作する際（操舵時）に発生する不快な振動や異音を低減乃至消滅できる、軽量且つ低コストで構成できる構造を実現するものである。

自動車の舵輪（一般的には前輪）に舵角を付与する為のステアリング装置で、電動モータを動力源として操舵力の軽減を図る為の電動式パワーステアリング装置が広く知られている。この様な電動式パワーステアリング装置には、電動モータをステアリングコラム部分に設置するものと、ステアリングギヤユニット部分に設けるものとがある。そして、このうちの、例えば特許文献１に記載されている様な、ステアリングコラム部分に設置するコラムタイプのものが、小型自動車を中心として、広く実施されている。

図５〜７は、この様なコラムタイプの電動式パワーステアリング装置の従来構造の１例を示している。図５に示す様に、ダッシュボードの下側部分等で車体に対し支持された円筒状のステアリングコラム１の内側にステアリングシャフト２を、回転自在に支持している。このステアリングシャフト２の後端部で上記ステアリングコラム１の後端開口部から突出した部分に、ステアリングホイール３を固定している。又、上記ステアリングシャフト２の前端部で上記ステアリングコラム１の前端開口部から突出した部分を、自在継手４ａを介して、中間シャフト５の後端部に接続している。更に、この中間シャフト５の前端部を、別の自在継手４ｂにより、ステアリングギヤユニット６の入力軸（ピニオン軸）７に結合している。上記ステアリングホイール３を回転させると、この回転が、上記各部材２、４ａ、５、４ｂを介して上記入力軸７に伝わる。すると、上記ステアリングギヤユニット６を構成するラック８が軸方向に変位して左右１対のタイロッド９、９を押し引きし、左右１対の舵輪に、上記ステアリングホイール３の操作量（操舵角）に応じた舵角を付与する。

電動式パワーステアリング装置は、上記ステアリングコラム１に支持した電動モータ１０により上記ステアリングシャフト２に補助力を付与する事で、上記ステアリングホイール３を回転させる為に要する力の軽減を図る様にしている。この為に、上記ステアリングコラム１の前端部に固定したケース１１内に回転自在に支承した円管状の伝達軸１２の前端部と上記ステアリングシャフト２の前端部とを、トーションバー１３を介して、トルクの伝達を可能に接続している。又、上記伝達軸１２の中間部外周面に固定したウォームホイール１４と、上記電動モータ１０の出力軸１５に固定したウォーム１６とを噛合させて、上記伝達軸１２に上記補助力を付与可能としている。上記中間シャフト５の後端部は、この伝達軸１２の前端部に、上記自在継手４ａを介して結合している。又、この伝達軸１２の周囲に設けたトルクセンサ１７により上記ステアリングシャフト２に加えられたトルクを測定可能としている。そして、このトルクの方向及び大きさに応じて、上記電動モータ１０への通電方向及び通電量を制御し、上記ステアリングホイール３を回転させる為に要する力を、適切に軽減できる様にしている。

尚、上記ステアリングシャフト２は、円杆状のインナシャフト１８と円管状のアウタシャフト１９とをトルク伝達を可能に、且つ、軸方向に大きな衝撃荷重が加わった場合に収縮可能に、組み合わせている。又、上記ステアリングコラム１は、それぞれが円筒状であるインナコラム２０とアウタコラム２１とを、軸方向に大きな衝撃荷重が加わった場合に収縮可能に、テレスコピック状に組み合わせている。この様な構成を採用するのは、衝突事故に伴って運転者の身体が上記ステアリングホイール３に衝突する、所謂二次衝突時に、このステアリングホイール３を前方に変位させて、運転者を保護する為である。

上述の様な電動式パワーステアリング装置の運転時（電動モータ１０による補助力付与時）には、しばしば運転者にとって不快な振動や異音が発生する場合がある。この様な振動や騒音は、上記電動モータ１０の回転に伴って発生するもの、上記ウォームホイール１４と上記ウォーム１６との噛合部で発生するもの等、各種の原因のものがある。この様な振動や騒音は、上記電動モータ１０のロータの回転バランスを向上させたり上記ウォームホイール１４及び上記ウォーム１６の形状精度及び寸法精度を向上させる事で、或る程度は低減できる。但し、多くの原因で発生する上記振動や騒音を十分に低減する為には、多くの対策を施す必要があり、コストが嵩む等の不利益が発生する事が避けられない。

例えば、特許文献２に記載されている様に、電動モータをステアリングギヤユニット部分に設けるラックタイプの電動式パワーステアリング装置で、このステアリングギヤユニットを構成するハウジングの内面にレジンコンクリートを貼付する構造が記載されている。この様な構造によれば、或る程度振動や騒音を抑えられるにしても、重量が嵩む事が避けられない。特に、図５〜７に示した様なコラムタイプの電動式パワーステアリング装置の場合、二次衝突時に前記ステアリングコラム１や前記ステアリングシャフト２の全長を縮める必要性が高い。この為、例えばステアリングコラム１の内面に、硬いレジンコンクリートを貼付する事は好ましくない。

又、特許文献３には、ステアリングシャフトを構成するアウタシャフトの後端部でステアリングホイールを固定する部分に、金属材料製の芯金を埋設する構造が記載されている。この様な構造によれば、上記アウタシャフトの強度及び剛性を高められて、特定の周波数の振動を抑える効果を、或る程度は期待できる。但し、上記芯金自体振動するものであるから、各種原因により発生する、各種周波数の振動や騒音を十分に低減する事は難しい。又、重量が嵩む事も避けられない。

特開２００２−１７３０３５号公報 特開２００６−２４８４６５号公報 特開２００８−１８９２２３号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、軽量且つ低コストで構成できて、操舵時に発生する不快な振動や異音を低減乃至消滅できる電動式パワーステアリング装置を実現すべく発明したものである。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、前述した従来から知られている電動式パワーステアリング装置と同様に、ステアリングコラムと、ステアリングシャフトと、電動モータとを備える。
このうちのステアリングコラムは、筒状で、車体に対し支持される。
又、上記ステアリングシャフトは、上記ステアリングコラムの内側に回転自在に支持され、後端部に固定されたステアリングホイールにより回転される。
又、上記電動モータは、通電に基づいて上記ステアリングシャフト又はこのステアリングシャフトの回転に伴って変位する部材に対し、上記ステアリングホイールから付与される力と同方向の補助力を付与する。
特に、本発明の電動式パワーステアリング装置に於いては、上記ステアリングコラムの内周面部分と上記ステアリングシャフトの中空部分との少なくとも一方の部分に、吸音材と内部損失の大きな振動吸収材とのうちの少なくとも一方を設置している。

上述の様に構成する本発明の電動式パワーステアリング装置によれば、軽量且つ低コストに構成できて、操舵時に発生する不快な振動や異音を低減乃至は消滅できる。
即ち、吸音材又は振動吸収材が、ステアリングコラム又はステアリングシャフト部分で発生した騒音を吸収したり、発生した振動を抑える。この為、運転者が操作するステアリングホイール部分に振動が伝わる事がないだけでなく、このステアリングホイールに近い部分に存在する、上記ステアリングコラム又はステアリングシャフトが振動したり、騒音を生じる事を抑えられる。
上記吸音材にしても上記振動吸収材にしても軽量であり、上記ステアリングコラムの内周面部分や上記ステアリングシャフトの中空部分に設置する作業も容易に行える為、重量及びコストの増大を抑えられる。

本発明の実施の形態の第１例を示す縦断側面図。 同第２例を示す縦断側面図。 この第２例の効果を示す線図。 本発明の実施の形態の第３例を示す縦断側面図。 電動式パワーステアリング装置の全体構成を示す部分切断斜視図。 従来構造の１例を示す縦断側面図。 図６のＡ−Ａ断面図。

［実施の形態の第１例］
図１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例を含めて本発明の電動式パワーステアリング装置の特徴は、ステアリングコラム１の内周面部分やステアリングシャフト２の中空部分に吸音材や振動吸収材を設置する事により、運転者等の乗員にとって不快な振動や騒音を低減乃至は消滅する為の構造にある。その他の部分の構造及び作用に就いては、前述の図５〜７に示した従来構造と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する図示並びに説明を、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合、上記ステアリングコラム１を、インナコラム２０とアウタコラム２１とを、二次衝突に伴う衝撃荷重により収縮可能に、テレスコープ状に組み合わせている。このうちのインナコラム２０の内周面に吸音材２２（図１に斜格子で示す部分）を設置して、電動式パワーステアリング装置の運転時に、電動モータ１０の内部や、ウォームホイール１４とウォーム１６との噛合部等で発生した振動や騒音を減衰する様にしている。上記吸音材２２として好ましくは、発泡ウレタン、発泡ゴム、発泡樹脂、ＥＰＤＭの如きスポンジ状樹脂、２液エポキシ樹脂、ＰＯＭ、ＰＰ、ＰＡ等合成樹脂を発泡しつつ硬化したもの等、高分子材料を発泡させて内部に多数の小空隙を設けたものを使用する。この様な発泡高分子材料製の吸音材２２を円筒状に形成したものを上記インナコラム２０の内周面に、接着剤により貼付したり、リブ又は係止具で係止する等により支持する。上記吸音材２２の内径は上記ステアリングシャフト２の外径よりも大きくして、この吸音材２２がこのステアリングシャフト２の回転の妨げとならない様にする事が好ましい。

上記電動式パワーステアリング装置の運転時に、電動モータ１０の内部や上記噛合部等で発生した振動や騒音は、この電動モータ１０を支持固定すると共に上記ウォームホイール１４及び上記ウォーム１６を収納したケース１１から、上記インナコラム２０や上記ステアリングシャフト２を構成するインナシャフト１８に伝わる。この段階で上記振動や騒音は、上記吸音材２２により減衰されて、更に後方に設けられたアウタコラム２１やアウタシャフト１９に迄は伝わらないか、仮に伝わった場合でも減衰された状態で伝わる。この為、このアウタシャフト１９の後端部に支持固定したステアリングホイール３（図５参照）に振動が伝わって運転者に不快感を与える事はない。又、振動し易い、比較的薄肉の金属板により造られた、上記ステアリングコラム１が、騒音に結び付く程に振動する事がないので、運転者を含む乗員に不快感を与える事もない。

尚、上記吸音材２２の容積を適正にする事により、上記電動式パワーステアリング装置の運転時に発生する振動や騒音の周波数と上記ステアリングコラム１の共振周波数とを大きく異ならせれば、上記効果がより顕著になる。
又、発泡高分子材料製の上記吸音材２２は変形し易いので、二次衝突に伴って上記ステアリングシャフト３の全長が縮まる際に、上記インナシャフト１８の前端縁により容易に押し潰される。この為、上記ステアリングコラム１及び上記ステアリングシャフト２の全長が縮まる事を確実に許容できて、衝突事故の際の運転者の保護を確実に図れる。

更に、上記インナコラム２０の内周面に上記吸音材２２を設置する作業は、このインナコラム２０内で吸音材２２を成形したり、或いはこのインナコラム２０の内径に合わせた外径を有する円筒状に形成した吸音材２２をこのインナコラム２０に内嵌する事により、容易に行える。即ち、この吸音材２２をこのインナコラム２０内に設置する作業は、このインナコラム２０の外面に吸音材を巻回するのに比べ作業を容易に行えて、コストを抑える面から有利である。又、設置後の吸音材２２の位置ずれ防止の面からも、外面に設置する場合に比べて有利である。

［実施の形態の第２例］
図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、中空円管状のアウタシャフト１９の内部に、吸音材又は振動吸収材２３（図２に斜格子で示す部分）を充填している。この吸音材又は振動吸収材２３としては、振動や騒音を吸収又は減衰する性能が優れているもので、且つ、二次衝突時にステアリングシャフト２の全長が縮まる際に、インナシャフト１８により押し潰され易い材料を使用する。従って、上記吸音材又は振動吸収材２３として好ましくは、上述した実施の形態の第１例の吸音材２２と同様の発泡高分子材料が、好ましく使用できる。上述の様な吸音材又は振動吸収材２３は、上記アウタシャフト１９内に材料を送り込んで発泡させる事により、このアウタシャフト１９内に充填する。

この様な本例の構造の場合、電動式パワーステアリング装置の運転時に、電動モータ１０の内部や噛合部等で発生し上記アウタシャフト１９に迄伝わった振動や騒音は、上記吸音材又は振動吸収材２３により減衰される。この為、上記アウタシャフト１９の後端部に支持固定したステアリングホイール３（図５参照）に振動が伝わって運転者に不快感を与える事はない。又、上記吸音材又は振動吸収材２３の硬度や容積を適切に調整する事により、上記電動モータ１０の内部や上記噛合部等で発生する振動や騒音の周波数と、上記アウタシャフト１９の固有振動数とを大きく異ならせれば、この発生した振動や騒音の成長を抑えて、上記効果をより一層顕著にできる。

図３は、本例の効果を確認する為に行った実験の結果を示している。実線ａは本例の構造で、破線ｂは図６に示した従来構造で、それぞれ電動式パワーステアリング装置の運転時に発生する騒音のレベル（音圧）を示している。この様な図３から明らかな通り、本例の構造によれば、任意の周波数帯の音圧レベル（パーシャルオーバーオール）が２．７ｄＢ程度低下する（改善される）。
尚、本例の場合には、二次衝突に伴ってステアリングシャフト２が縮まる際に、上記吸音材又は振動吸収材２３が、前記インナシャフト１８により押し潰される。この為、この吸音材又は振動吸収材２３の空隙率を調節する等により、この吸音材又は振動吸収材２３の強度を適切に規制すれば、二次衝突時に於ける振動吸収特性を適切にチューニングして、運転者の保護充実を図れる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第２例の場合と同様である。

［実施の形態の第３例］
図４は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、中空円管状のアウタシャフト１９の内部に、内部損失の大きな材料である合成樹脂製の振動吸収材２４（図４に斜格子で示す部分）を充填している。そして、このアウタシャフト１９に伝わった振動を減衰すると共に、このアウタシャフト１９を含む、電動式パワーステアリング装置の固有振動周波数帯と、電動モータ１０の内部や噛合部等で発生する振動や騒音の周波数帯をずらせて、この振動や騒音の成長を防止できる様にしている。

この様な本例の構造は、上記振動吸収材２４の強度及び剛性が或る程度大きいので、この振動吸収材２４を充実構造とすると、二次衝突時にステアリングシャフト２の全長が縮まりにくい。そこで、本例の構造を実施する場合には、上記振動吸収材２４を中空管状として、二次衝突時にインナシャフト１８がこの振動吸収材２４を内径側に変形させる構造としたり、或いは、中間シャフト５（図５参照）の収縮ストロークを（一次衝突時だけでなく二次衝突時にも縮まる様に）確保する事で、衝突事故の際の運転者保護を図る。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第２例の場合と同様である。

本発明を実施する場合に、アウタシャフトの内部に設置する吸音材又は振動吸収材としては、発泡高分子材料に限らず、ゲル、グリース、（発泡していない）ゴム、パテ等の高弾性或いは高粘性物質を利用する事もできる。これらの材料をアウタシャフトに封入してこのアウタシャフトの内部空間を無くし、このアウタシャフトに伝わった振動を減衰すると共に、電動式パワーステアリング装置内部の反響音を減衰させる事により、不快な振動や騒音を低減する事もできる。
又、本発明は、コラムタイプの電動式パワーステアリング装置で実施する事が、顕著な効果を得る面から有効である。この理由は、コラムタイプの電動式パワーステアリング装置の場合、振動や騒音の発生源である電動モータや減速機が運転者を含む乗員に近い位置に設置されており、低騒音化の要求値が高い為である。但し、本発明を、ステアリングギヤユニット部分に電動モータを設置するラックタイプ等、他の型式の電動式パワーステアリング装置で実施しても、或る程度の効果を得られる。
更に、ステアリングコラムの内周面部分とステアリングシャフトの中空部分との双方に、吸音材や振動吸収材を設置する事もできる。

１ ステアリングコラム
２ ステアリングシャフト
３ ステアリングホイール
４ａ、４ｂ 自在継手
５ 中間シャフト
６ ステアリングギヤユニット
７ 入力軸
８ ラック
９ タイロッド
１０ 電動モータ
１１ ケース
１２ 伝達軸
１３ トーションバー
１４ ウォームホイール
１５ 出力軸
１６ ウォーム
１７ トルクセンサ
１８ インナシャフト
１９ アウタシャフト
２０ インナコラム
２１ アウタコラム
２２ 吸音材
２３ 吸音材又は振動吸収材
２４ 振動吸収材

Claims (1)

1. 車体に対し支持される筒状のステアリングコラムと、このステアリングコラムの内側に回転自在に支持され、後端部に固定されたステアリングホイールにより回転されるステアリングシャフトと、通電に基づいてこのステアリングシャフト又はこのステアリングシャフトの回転に伴って変位する部材に対し、上記ステアリングホイールから付与される力と同方向の補助力を付与する電動モータとを備えた電動式パワーステアリング装置に於いて、上記ステアリングコラムの内周面部分と上記ステアリングシャフトの中空部分との少なくとも一方の部分に、吸音材と内部損失の大きな振動吸収材とのうちの少なくとも一方を設置した事を特徴とする電動式パワーステアリング装置。

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