JP2016094066A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のモータのうちの一部のモータが失陥した場合に、回転要素の回転を規制することなくラック軸に転舵力を伝達することが可能な電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ラック軸１を軸方向に移動させて車輪を転舵させる電動パワーステアリング装置１００は、転舵力を発生する第１モータ５及び第２モータ６と、回転することでラック軸１を軸方向に駆動するラック駆動部７と、第１モータ５及び第２モータ６の少なくとも一方の駆動力をラック駆動部７に伝達する遊星歯車機構８と、を備える。遊星歯車機構８は、第１モータに連結されるサンギア１４と、第２モータ６に連結されラック駆動部７を回転駆動するリングギア１５と、サンギア１４の外歯１４ａとリングギア１５の内歯１５ａとに噛み合うプラネタリギア１６と、プラネタリギア１６を公転不能に支持するキャリア１７と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に関する。

特許文献１には、２つの電動モータによって転舵力をラック軸に伝達する電動パワーステアリング装置が記載されている。この電動パワーステアリング装置では、一方の電動モータが故障しても他方の電動モータによって転舵力を発生させることができる。

２つの電動モータの回転トルクは、遊星歯車機構を介してラック軸に入力される。第１モータはサンギアに接続され、第２モータはリングギアの外歯に噛み合うリングギア駆動ギアに接続される。３つのプラネタリギアの回転軸を支持するキャリアは、ラック軸に連結される転舵入力軸に一体固定される。

特開２００６−１５８６５号公報

上記従来の技術では、第１モータが故障した場合、第２モータの回転はリングギア及びプラネタリギアを介してサンギアに伝達されてしまうので、転舵入力軸に十分な転舵力を伝達するためには、サンギアの回転を規制する必要がある。また、第２モータが故障した場合、第１モータの回転はプラネタリギア及びリングギアを介してリングギア駆動ギアに伝達されてしまうので、転舵入力軸に十分な転舵力を伝達するためには、リングギア駆動ギアの回転を規制する必要がある。すなわち、モータ故障時を想定したフェールセーフのためにギアの回転を規制する機構を別途設ける必要がある。

また、いずれかのモータが故障してからサンギア又はリングギア駆動ギアの回転が規制されるまでの間、転舵入力軸に十分な転舵力を伝達することができないので、フェール時の作動性が低下する可能性がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、複数のモータのうちの一部のモータが失陥した場合に、回転要素の回転を規制することなくラック軸に転舵力を伝達することが可能な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。

本発明は、ラック軸を軸方向に移動させて車輪を転舵させる電動パワーステアリング装置であって、転舵力を発生する第１モータ及び第２モータと、回転することでラック軸を軸方向に駆動するラック駆動部と、第１モータ及び第２モータの少なくとも一方の駆動力をラック駆動部に伝達する遊星歯車機構と、を備え、遊星歯車機構は、第１モータに連結されるサンギアと、第２モータに連結されラック駆動部を回転駆動するリングギアと、サンギアの外歯とリングギアの内歯とに噛み合うプラネタリギアと、プラネタリギアを公転不能に支持するキャリアと、を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、第１モータはサンギアに連結され、第２モータはリングギアに連結され、リングギアがラック駆動部を回転駆動する。これにより、第１モータの失陥時には第２モータの回転が直接ラック駆動部に伝達され、第２モータの失陥時にはサンギアからプラネタリギア及びリングギアを介して第１モータの回転がラック駆動部に伝達される。よって、複数のモータのうちの一部のモータが失陥しても回転要素の回転を規制することなくラック軸に転舵力を伝達することができるので、フェール時の作動性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の平面図である。 図１の電動パワーステアリング装置をラック軸に平行に切断した断面を示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における電動パワーステアリング装置１００の平面図である。

電動パワーステアリング装置１００は、ドライバによる操舵力と電動モータによるアシスト駆動力とをそれぞれ独立してラック軸１に入力するラックアシスト式の電動パワーステアリング装置１００である。

電動パワーステアリング装置１００は、車両の転舵輪（図示せず）に連結されるラック軸１と、ラック軸１を内部に有する円筒状のラックハウジング２と、ドライバの操舵操作に応じて回転するピニオン軸（図示せず）を軸支するピニオンハウジング３と、電動モータによるアシスト駆動力をラック軸１に伝達する操舵アシスト機構４と、を備える。

ラック軸１は、両端がタイロッド（図示せず）を介して転舵輪に連結され、軸方向に移動することで転舵輪を転舵させる。ラック軸１にはピニオン軸のピニオンギア（図示せず）と噛み合うラック歯（図示せず）が形成される。

ラックハウジング２は、ラック軸１を直動可能に収容し、一端側にピニオンハウジング３が形成されるとともに他端側に操舵アシスト機構４が設けられる。

ピニオンハウジング３は、ステアリングホイール（図示せず）に連結されるピニオン軸を軸支し、ピニオン軸のピニオンギアとラック軸１に刻まれたラック歯とを噛合させる。

図２は、図１の電動パワーステアリング装置１００をラック軸１に平行に切断した断面を示す断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。

操舵アシスト機構４は、アシスト駆動力を発生する電動モータとしての第１モータ５及び第２モータ６と、回転することでラック軸１を軸方向に駆動するラック駆動部７と、第１モータ５及び第２モータ６の少なくとも一方の駆動力をラック駆動部７に伝達する遊星歯車機構８と、を有する。

第１モータ５及び第２モータ６は、それぞれ定格容量が同一のモータであり、遊星歯車機構８を挟んで両側に対向配置される。第１モータ５は遊星歯車機構８の一方側（図２の左側）に配置され、第２モータ６は遊星歯車機構８の他方側（図２の右側）に配置される。第１モータ５及び第２モータ６は、回転軸が一致するように同一直線上に配置される。

第１モータ５及び第２モータ６は、それぞれ、第１モータハウジング９及び第２モータハウジング１０に収装される。第１モータハウジング９及び第２モータハウジング１０は、それぞれラックハウジング２に固定される。

第１モータ５及び第２モータ６の出力は、コントローラ（図示せず）がトルクセンサ（図示せず）によって検出したドライバの操舵力に応じて所定のアシスト駆動力を発生するように制御される。

ラック駆動部７は、ラック軸１にボールねじ機構によって連結されるボールナット１１と、ボールナット１１の外周に一体固定されるプーリ１２と、遊星歯車機構８からプーリ１２に回転を伝達するベルト１３と、を有する。

ボールナット１１は、ラック軸１の外周に形成されるねじ溝１ａにボール（図示せず）を介して螺合される。ボールナット１１は、ラックハウジング２によって軸方向への移動が規制される。ボールナット１１が回転すると回転トルクがボールを介してラック軸１に伝達され、ラック軸１が軸方向に移動する。

プーリ１２は、外周面にベルト１３が巻き掛けられ、遊星歯車機構８からベルト１３を介して伝達される回転トルクによってボールナット１１とともに回転する。

遊星歯車機構８は、中心に配置されるサンギア１４と、サンギア１４と同軸状に配置されサンギア１４より大径の円環状のリングギア１５と、サンギア１４の外歯１４ａとリングギア１５の内歯１５ａとに噛み合う３つのプラネタリギア１６（図３）と、３つのプラネタリギア１６のそれぞれの回転軸を一体的に結合してプラネタリギア１６を公転不能に支持するキャリア１７と、を有する。

サンギア１４は、第１モータ５の回転軸１９に連結される。リングギア１５は、第１モータ５側に開口する有底筒状に形成され、底部１５ｂが第２モータ６の回転軸２０に連結される。リングギア１５は、内部にサンギア１４及びプラネタリギア１６を収容し、開口端がラックハウジング２に軸受１８を介して支持される。また、リングギア１５の外径はプーリ１２の外径より小さくなるように形成され、リングギア１５の回転は減速してプーリ１２に伝達される（図３）。

プラネタリギア１６は、第１モータ５から延設される支持ピン２１に回転可能に軸支される。キャリア１７は、第１モータ５のハウジングに固定され、各プラネタリギア１６の支持ピン２１を周方向に沿って３つ有する。これにより、リングギア１５及びサンギア１４の回転にかかわらずプラネタリギア１６は自転のみが許容され公転しない。

次に、電動パワーステアリング装置１００の動作について説明する。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を第２モータ６側から見た状態を示す断面図である。なお、以下の説明において、第１モータ５及び第２モータ６の回転方向は、それぞれモータ軸側から見た場合の回転方向を指す。すなわち、第１モータ５の回転方向は第２モータ６側から見た場合の回転方向を指し、第２モータ６の回転方向は第１モータ５側から見た場合の回転方向を指す。

初めに、第１モータ５及び第２モータ６がともに正常に動作する場合について説明する。

図３に示すように、ボールナット１１を時計まわりに回転させてアシスト駆動力をラック軸１に伝達させる場合、第２モータ６を反時計まわり（図３に示す向きでは時計まわり）に回転させるとともに第１モータ５を反時計まわりに回転させる。これにより、第１モータ５及び第２モータ６のトルクがリングギア１５からベルト１３を介してプーリ１２及びボールナット１１に伝達される。ボールナット１１の回転はボールねじ機構を介してラック軸１に伝達され、ラック軸１が軸方向一方に移動する。

反対に、ボールナット１１を反時計まわりに回転させてアシスト駆動力をラック軸１に伝達させる場合、第２モータ６を時計まわり（図３に示す向きでは反時計まわり）に回転させるとともに第１モータ５を時計まわりに回転させる。これにより、第１モータ５及び第２モータ６のトルクがリングギア１５からベルト１３を介してプーリ１２及びボールナット１１に伝達される。ボールナット１１の回転はボールねじ機構を介してラック軸１に伝達され、ラック軸１が軸方向他方に移動する。

次に、第１モータ５が失陥して正常に動作しない場合について説明する。

この場合、第２モータ６のトルクによってリングギア１５が回転するので、リングギア１５からベルト１３を介してプーリ１２及びボールナット１１にトルクが伝達される。このとき、プラネタリギア１６及びサンギア１４を介して第１モータ５が連れ回ることでリングギア１５の回転に抵抗が生じる。

しかし、第２モータ６がリングギア１５に直結されているので、アシスト用のモータを一つだけ備える電動パワーステアリング装置１００とほぼ同等のアシスト駆動力をラック軸１に伝達することができる。

次に、第２モータ６が失陥して正常に動作しない場合について説明する。

この場合、第１モータ５のトルクによってサンギア１４が回転し、サンギア１４と噛み合うプラネタリギア１６を介してリングギア１５が回転する。これにより、リングギア１５からベルト１３を介してプーリ１２及びボールナット１１にトルクが伝達される。このとき、リングギア１５の回転に伴って第２モータ６が連れ回ることでリングギア１５の回転に抵抗が生じる。

しかし、第１モータ５の回転は遊星歯車機構８において減速してプーリ１２及びボールナット１１に伝達されるので、減速によるトルク増幅作用によって十分なアシスト駆動力をラック軸１に伝達することができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

第１モータ５はサンギア１４に連結され、第２モータ６はリングギア１５に連結され、リングギア１５がボールナット１１を回転駆動する。これにより、第１モータ５の失陥時には第２モータ６の回転が直接ボールナット１１に伝達され、第２モータ６の失陥時にはサンギア１４からプラネタリギア１６及びリングギア１５を介して第１モータ５の回転がボールナット１１に伝達される。よって、２つのモータ５、６のうちの一方のモータが失陥してもラック軸１にアシスト駆動力を伝達することができるので、フェール時の作動性及び安全性を向上させることができる。

さらに、２つのモータ５、６のうちの一方のモータが失陥した場合に、いずれかの回転要素の回転を規制したりすることなくラック軸１にアシスト駆動力を伝達することができるので、フェール時の作動応答性を向上させることができ、安全性をさらに向上させることができる。

さらに、第１モータ５及び第２モータ６は、遊星歯車機構８を挟んで両側に同軸上に配置されるので、電動パワーステアリング装置１００の特に操舵アシスト機構４をコンパクト化して車両への搭載性を向上させることができる。

さらに、ラック駆動部７がラック軸１を直接駆動するので、ピニオン軸を駆動する場合と比べて、アシスト駆動力を高出力化できるとともに操舵フィーリングを向上させることができる。

さらに、リングギア１５の回転は減速してプーリ１２に伝達されるので、第１モータ５及び第２モータ６を小型化しながら十分なアシスト駆動力を得ることができる。また、第１モータ５及び第２モータ６の小型化により電動パワーステアリング装置１００の車両への搭載性をさらに向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、第１モータ５及び第２モータ６が、遊星歯車機構８を挟んで両側に同軸上に配置される場合を例示したが、第１モータ５及び第２モータ６は同軸上に配置されていなくてもよいし、遊星歯車機構８の片側に第１モータ５及び第２モータ６が配置されていてもよい。

さらに、上記実施形態では、第１モータ５及び第２モータ６として定格容量が同一のモータを用いているので、異なる種類のモータを２つ備える場合と比べてコストを低減することができるが、定格容量が異なるモータを用いてもよい。特に、第１モータ５の回転は減速してリングギア１５に伝達されるので、第１モータ５の容量を第２モータ６より小さく設定することでアシスト駆動力を確保しながら操舵アシスト機構４をさらにコンパクト化することができる。

さらに、上記実施形態では、プラネタリギア１６が３つである場合を例示したが、３つ以外の個数であってもよい。

さらに、上記実施形態では、リングギア１５の回転は減速してラック駆動部７に伝達されているが、等速又は増速してラック駆動部７に伝達されるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、ドライバによる操舵力と電動モータによるアシスト駆動力とをそれぞれ独立してラック軸１に入力するラックアシスト式の電動パワーステアリング装置１００を例示したが、ラック駆動部７がピニオン軸を駆動するピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよいし、ピニオン軸がないステアバイワイヤ方式の電動パワーステアリング装置であってもよい。

さらに、上記実施形態では、リングギア１５の回転をベルト１３を介してボールナット１１に伝達しているが、歯車のようなベルト１３以外の伝達機構を用いてトルクの伝達を行ってもよい。

１ ラック軸
５ 第１モータ
６ 第２モータ
７ ラック駆動部
８ 遊星歯車機構
１４ サンギア
１４ａ サンギアの外歯
１５ リングギア
１５ａ リングギアの内歯
１６ プラネタリギア
１７ キャリア
１００ 電動パワーステアリング装置

Claims (4)

1. ラック軸を軸方向に移動させて車輪を転舵させる電動パワーステアリング装置であって、
   転舵力を発生する第１モータ及び第２モータと、
   回転することで前記ラック軸を軸方向に駆動するラック駆動部と、
   前記第１モータ及び前記第２モータの少なくとも一方の駆動力を前記ラック駆動部に伝達する遊星歯車機構と、
   を備え、
   前記遊星歯車機構は、前記第１モータに連結されるサンギアと、前記第２モータに連結され前記ラック駆動部を回転駆動するリングギアと、前記サンギアの外歯と前記リングギアの内歯とに噛み合うプラネタリギアと、前記プラネタリギアを公転不能に支持するキャリアと、を有する、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記第１モータ及び前記第２モータは、前記遊星歯車機構を挟んで両側に同軸上に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ラック駆動部は、前記ラック軸を直接駆動する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記リングギアの回転は、減速して前記ラック駆動部に伝達される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

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