JP4178219B2 - Electric power steering device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アシストモータにより操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ラックアシスト式電動パワーステアリング装置では、アシストモータの出力軸の回転をプーリ・ベルト機構からなる減速機構を介して減速した後、ラック軸を包囲する例えばボールねじ機構を介してラック軸の軸方向移動に変換するようにしている。
この種の電動パワーステアリング装置を含め、一般に、電動パワーステアリング装置では、操舵補助力を得るための電動モータの出力軸の回転を減速機構により減速しているが、通例、減速機構の減速比は、アシストモータの最大軸力（トルク）発生時を考慮した高減速比に固定されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平４−２８５８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この場合、最大軸力が不要な運転状況において、アシストモータの慣性やロストルクがステアリングシャフト上で増大し、結果として、操舵部材が中立位置へ戻り難くなり（いわゆるハンドル戻りが悪くなり）、操舵フィーリングが悪くなるという問題がある。
そこで、本発明の課題は、いわゆるハンドル戻りが良く、アシストモータの小型化を達成できる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するため、第１発明は、操舵補助力を発生するためのアシストモータと、このアシストモータの出力軸の回転を減速するための減速機構と、この減速機構の出力回転を車両の車幅方向に延びる転舵軸の軸方向移動に変換するための変換機構とを備え、上記減速機構は減速比を変更するための減速比可変機構としてのベルト式無段変速機を含み、操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、トルク検出手段により検出された操舵トルクおよび車速検出手段により検出された車速に応じて上記減速比可変機構としてのベルト式無段変速機の動作を制御する制御手段とをさらに備え、操舵トルクを横軸とし減速比を縦軸としたときの減速比の特性曲線は、操舵トルクの増大に応じて第１領域、第２領域および第３領域を順次に含み、第１領域は、操舵トルクに拘らず減速比が一定の下限値をとる領域であり、第２領域は、操舵トルクの増大に伴って減速比が増加する領域であり、第３領域は、操舵トルクに拘らず減速比が一定の上限値をとる領域であり、第１領域と第２領域との境界となる操舵トルクの値は、車速が大きいほど大きい値とされており、上記第２領域は、操舵トルクの増大に伴って減速比が比例的に増加する領域であり、第２領域における減速比の増加割合は、車速が増大するほど小さくされていることを特徴とするものである。本発明では、負荷や運転状況に応じた減速比を達成でき、いわゆるハンドル戻りを良好にして操舵フィーリングを向上することができる。アシストモータを常に最大効率で使用することも可能となり、アシストモータの小型化が可能となる。
【０００６】
また、上記減速比可変機構はベルト式無段変速機を含むので、下記の利点がある。すなわち、減速比を無段階に可変することで、減速比をきめ細かに設定することが可能となり、操舵フィーリングをより向上することができる。
さらに、上記減速機構の出力回転を車両の車幅方向に延びる転舵軸の軸方向移動に変換するための変換機構を備えるので、下記の利点がある。すなわち、いわゆるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置（Ｒ−ＥＰＳ）において、操舵フィーリングの向上とアシストモータの小型化を達成することができる。
【０００７】
また、操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、トルク検出手段により検出された操舵トルクおよび車速検出手段により検出された車速に応じて上記減速比可変機構としてのベルト式無段変速機の動作を制御する制御手段とを備え、操舵トルクを横軸とし減速比を縦軸としたときの減速比の特性曲線は、操舵トルクの増大に応じて第１領域、第２領域および第３領域を順次に含み、第１領域は、操舵トルクに拘らず減速比が一定の下限値をとる領域であり、第２領域は、操舵トルクの増大に伴って減速比が増加する領域であり、第３領域は、操舵トルクに拘らず減速比が一定の上限値をとる領域であり、第１領域と第２領域との境界となる操舵トルクの値は、車速が大きいほど大きい値とされているので下記の利点がある。
一般に、電動パワーステアリング装置においては、検出トルクが小さいときには、操舵補助力が相対的に小さくされているため、アシストモータの最大効率点よりもかなり低い回転領域が使用されており、その結果、アシストモータのフリクション等がハンドル軸上で増幅される傾向にあり、これがハンドル戻りを悪くしている。これに対して、本発明では、検出トルクを考慮して減速機構の減速比を変更することができ、検出トルクが小さいときの減速比を相対的に低くすることで、検出トルクが小さいときにもアシストモータを最大効率点近傍で使用できるので、ハンドル戻りを良くすることができる。
【０００８】
また、一般に、電動パワーステアリング装置においては、高速走行時には、操舵補助力が相対的に小さくされているため、アシストモータの最大効率点よりもかなり低い回転領域が使用されており、その結果、アシストモータのフリクション等がハンドル軸上で増幅される傾向にあり、これがハンドル戻りを悪くしている。これに対して、本発明では、車速を考慮して減速機構の減速比を変更することができ、高速走行時の減速比を相対的に低くすることで、高速走行時にもアシストモータを最大効率点近傍で使用できるので、ハンドル戻りを良くすることができる。
また、本発明では、上記第２領域は、操舵トルクの増大に伴って減速比が比例的に増加する領域であり、第２領域における減速比の増加割合は、車速が増大するほど小さくされている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３の先端部に設けられたピニオン４と、このピニオン４に噛み合うラック５を有して車両の車幅方向に延びる転舵軸としてのラック軸６（転舵軸）とを有している。
【００１０】
ラック軸６の両端部にはそれぞれタイロッド７が結合されており、各タイロッド７は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する車輪８に連結されている。操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン４およびラック５によって、車両の左右方向に沿ってのラック軸６の直線運動に変換される。これにより、車輪８の転舵が達成される。
ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸９と、ピニオン４に連なる出力軸１０とに分割されており、これら入、出力軸９，１０はトーションバー１１を介して同一の軸線上で互いに連結されている。
【００１１】
トーションバー１１を介する入、出力軸９，１０間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルク検出手段としてのトルクセンサ１２が設けられており、このトルクセンサ１２によるトルク検出結果は、制御手段としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）等の制御部１３に与えられる。車速を検出する車速検出手段としての車速センサ１４による車速検出結果も制御部１３に与えられる。制御部１３では、検出トルクや検出車速等に基づいて、ドライバ１５を介してアシストモータ１６への印加電流（アシスト電流）を制御する。
【００１２】
アシストモータ１６の出力軸１７（図２参照）の回転が、減速比可変機構としてのベルト式の無段変速機（ＣＶＴ）からなる減速機構１８を介して減速される。減速機構１８の出力回転は変換機構１９を介してラック軸６の軸方向移動に変換され、操舵が補助される。本電動パワーステアリング装置１は、いわゆるラックアシストタイプである。
また、図１を参照して、制御部１３は、減速機構１８の減速比を可変するための例えばステップモータからなる変速比変更用モータ２０の動作を、検出トルクおよび検出車速に基づいてドライバ２１を介して制御する。
【００１３】
図２は電動パワーステアリング装置１の要部の模式的断面図であり、図２を参照して、減速機構１８は、アシストモータ１６の出力軸１７に例えばスプラインを用いる継手２２を介して同軸上に一体回転可能に連結される入力軸２３と、入力軸２３に一体回転可能に設けられる可変径プーリからなる小径の入力プーリ２４と、転舵軸としてのラック軸６の周囲を取り囲んで配置される大径の出力プーリ２５と、両プーリ２４，２５間に巻き回される無端状のベルト２６とを備える。
【００１４】
入力プーリ２５は、入力軸２３に例えば一体に形成されて入力軸２３に対する軸方向移動が規制された第１のシーブ２７と、入力軸２３に一体回転可能で且つ軸方向移動可能に係合された第２のシーブ２８とを備える。
第１および第２のシーブ２７，２８は、相対向する伝動面２９，３０を有し、伝動面２９，３０間にベルト２６が挟持されている。伝動面２９，３０は、互いに逆向きに傾斜するテーパ状をなし、互いの間に、いわゆるＶ形溝を区画している。ベルト２６は、いわゆるＶ形ベルトからなり、対応するシーブ２７，２８の伝動面２９，３０にそれぞれ係合する伝動面３１，３２を有している。
【００１５】
第２のシーブ２８は、上記伝動面３０を形成する環状の主体部３３と、主体部３３の中心から第１のシーブ２７と反対側へ延びるスリーブ３４とを備える。スリーブ３４の内周は、入力軸２３の外周の軸方向中間部のスプライン部２３ａに例えばスプライン嵌合している。
入力軸２３の先端部外周には、環状部材３５が一体回転可能に嵌合され、この環状部材３５は、軸受３６を介して減速機ハウジング３７に回転自在に支持されている。具体的には、減速機ハウジング３７の固定孔３８に、筒状の固定部材３９が固定されており、この固定部材３９の内周の軸受保持孔４０に、軸受３６の外輪４１が保持されている。軸受３６の内輪４２は環状部材３５に一体回転可能に嵌合している。
【００１６】
上記の筒状の固定部材３９は、上記固定孔３８に固定される大径部４３と、第２のシーブ２８のスリーブ３４の先端部外周に相対回転自在に嵌合する小径部４４と、大径部４３と小径部４４との間に形成され軸受３６の外輪４１の端面を位置決めする位置決め段部４５とを備える。
また、小径部４４の外周にはねじ部４６が形成され、このねじ部４６に、第２のシーブ２８を第１のシーブ２７側へ駆動するための環状の駆動部材４７がねじ嵌合している。具体的には、駆動部材４７は、外周に歯４８を形成する環状板からなるギヤ部４９と、ギヤ部４９から固定部材３９側へ延びるナット部５０と、ギヤ部４９から第２のシーブ２８の主体部３３側へ延びる筒状の軸受係合部５１とを備える。
【００１７】
駆動部材４７はスリーブ３４を同心的に取り囲んでおり、駆動部材４７の軸受係合部５１がスリーブ３４の外周に軸受５２を介してスリーブ３４の回りに相対回転可能に支持されている。
軸受５２の内輪５３はスリーブ３４の外周の段部５４とスリーブ３４の外周溝に係止する止め輪５５との間に挟持されて、スリーブ３４に対する軸方向移動が規制されている。一方、軸受５２の外輪５６は、駆動部材４７の位置決め段部５７に当接することで軸方向の一方への移動が規制され、駆動部材４７が軸受５２を介して第２のシーブ２８を第１のシーブ２７側へ付勢して駆動することができるようになっている。
【００１８】
ギヤ部４９の外周の歯４８には、上記の減速比変更用モータ２０により回転駆動される小径の駆動ギヤ５８が噛み合っており、この駆動ギヤ５８の支軸５９は減速機ハウジング３７の軸受保持孔６０に保持される軸受６１を介して減速機ハウジング３７に回転自在に支持されている。駆動部材４７のギヤ部４９は駆動ギヤ５８に対する軸方向移動が許容されている。
減速比変更用モータ２０により駆動ギヤ５８を介して駆動部材４７が所定方向へ回転変位されると、この回転が、ナット部５０と固定部材３９のねじ部４６との相対回転により、駆動部材４７の軸方向移動に変換され、軸受５２を介して第２のシーブ２８を第１のシーブ２７側へ移動させるので、入力プーリ２４の有効径が増大し、減速比を低くすることができる。
【００１９】
逆に、減速比変更用モータ２０によって駆動部材４７が上記所定方向と反対方向に回転変位されると、駆動部材４７が第２のシーブ２８を第１のシーブ２７から遠ざけるので、入力プーリ２４の有効径が減少し、減速比を高くすることができる。
変換機構１９としては、例えばボールねじ機構又はベアリングねじ機構（例えば特開２０００−４６１３６号公報参照）を用いて回転運動を直線運動に変換することができる。本実施の形態では、ボールねじ機構が用いられる例に則して説明する。変換機構１９はラック軸６の周囲を取り囲む入力部（回転体）としてのボールナット６２を備える。
【００２０】
ボールナット６２は、ラック軸６の途中部に形成されたボールねじ溝６３にボール６４を介して螺合しており、これにより変換機構１９が構成されている。ボールナット６２はラックハウジング６５に軸受６６，６７を介して回転自在に支持されている。また、ボールナット６２の外周部６８には上記の出力プーリ２５が一体回転可能に嵌め合わされている。
次いで、図３は制御部１３によるアシストモータ１６および減速比変更用モータ２０の制御のための処理を説明するためのフローチャートである。
【００２１】
制御部１３は、まず、トルクセンサ１２および車速センサ１４の出力信号を取り込んで、操舵トルクＴおよび車速Ｖについてのデータを収集する（ステップＳ１，Ｓ２）。
次いで、車速Ｖに基づいて、減速比Ｒに関連する車速係数Ｃｖ、およびアシスト電流Ｉに関連する車速係数Ｄｖをを求める（ステップＳ３）。
これらの車速係数Ｃｖ，Ｄｖは、予め車速Ｖに応じて定められている。アシスト電流Ｉに関連する車速係数Ｄｖは、車速Ｖが大きくなるほど小さい値となるようにされている。一方、減速比Ｒに関連する車速係数Ｃｖは、車速Ｖが大きくなるほど大きい値となるようにされている。
【００２２】
実際には、例えば、車速Ｖ＝Ｖ１（例えば５ｋｍ／ｈ），Ｖ２（例えば３０ｋｍ／ｈ），Ｖ３（例えば８０ｋｍ／ｈ）に対する各車速係数Ｃｖ、Ｄｖの値がそれぞれ制御部１３内のメモリ１３Ｍ（図１参照）に記憶されていて、これらの値以外の車速Ｖに対する車速係数Ｃｖ，Ｄｖは、直線補間処理等の演算によって求められる。
次いで、減速機構１８の減速比Ｒが算出される。減速比Ｒは、減速比Ｒ＝車速係数Ｃｖ×操舵トルクＴとして計算され（ステップＳ４）、図４に示すように、操舵トルクＴが大きいほど、減速比Ｒが高くなる一方、車速ＶがＶ１からＶ２、Ｖ３へと大きくなるほど、減速比Ｒが小さくなるようにされる。
【００２３】
ただし、減速比Ｒは機構上、下限値Ｒ１と上限値Ｒ２との間に制限される関係上、操舵トルクＴが比較的小さい領域では下限値Ｒ１を採用するようにしている。下限値Ｒ１を採用するトルク領域は車速Ｖが大きいほど広くしてある。
例えば、低速である車速Ｖ１ではトルク領域０〜Ｔ１において下限値Ｒ１を採用するが、高速である車速Ｖ３では上記のトルク領域０〜Ｔ１よりも広いトルク領域０〜〜Ｔ３において下限値Ｒ１を採用する。また中速である車速Ｖ２では車速Ｖ３の場合よりも狭く車速Ｖ１である場合よりも広いトルク領域０〜Ｔ２において下限値Ｒ１を採用する。
【００２４】
これは、下記の理由による。すなわち、車速Ｖが上昇する程に電動パワーステアリング装置１に必要とされるラック軸力が小さくなり、減速比Ｒを小さく設定することが可能である。また、手応え感を得るため、入力トルクに対するアシスト力も小さくされる。従来は、以下に示すアシスト電流特性のみでアシスト量を調整していたが、減速比Ｒを小さく設定することで同様の効果が得られ、更にモータ慣性を低減する効果も得られるためである。
【００２５】
また、アシスト電流Ｌが、アシスト電流Ｌ＝車速係数Ｄｖ×操舵トルクＴとして計算され（ステップＳ５）、図５に示すように、操舵トルクＴが大きいほど、アシスト電流Ｌが大きくなるようにされ、また、車速Ｖが大きいほど、アシスト電流Ｌが小さく設定されるようになっている。ただし、アシスト電流Ｌの上限値Ｌ１を超えないようにされている。
そして、求められた減速比Ｒになるように、ステップモータからなる減速比変更用モータ２０を所要の回転位置まで駆動制御した後（ステップＳ６）、求められたアシスト電流Ｌがドライバ１５に与えられて、所要の操舵補助力を得るようにアシストモータ１６が駆動制御される（ステップＳ７）。
【００２６】
本実施の形態によれば、アシストモータ１６を常に最大効率点近くで使用することのできるような減速比Ｒを達成できるので、いわゆるハンドル戻りを良好にして操舵フィーリングを向上することができると共に、アシストモータ１６の小型化が可能となる。特に、減速比可変の減速機構１８として、無段変速機を採用することで、減速比Ｒをきめ細かに設定することが可能となり、操舵フィーリングをより向上することができる。
【００２７】
上記の実施の形態では、操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて減速比Ｒを設定した。一方、参考形態としての図６に示すように、操舵トルクＴとは無関係に車速Ｖに基づいて、車速Ｖが大きくなるほど減速比Ｒが小さくなるように設定するようにしても良い。また、操舵トルクＴと車速Ｖを組み合わせた制御としても良いし、その他の制御ファクター（操舵角、エンジン回転数等）を加えても良い。
また、上記の実施の形態では、減速機構１８としてベルト式の無段変速機を用いた。一方、参考形態としての図７に示す電動パワーステアリング装置１では、アシストモータ１６の出力軸１７の回転が第１の減速機構としてのトロイダル型無段変速機６９（減速比可変機構）および第２の減速機構としての傘歯車機構７０を介して変換機構１９に伝達されるようになっている。
【００２８】
トロイダル型無段変速機６９は、アシストモータ１６の出力軸１７に連動回転する入力軸７１と、入力軸７１と一体回転可能な入力ディスク７２と、この入力ディスク７２に対向する出力ディスク７３と、入、出力ディスク７２，７３間に区画されるトロイダル状のキャビティ７４に配置される位置可変の複数の摩擦ローラ７５と、出力ディスク７３と一体回転可能な出力軸７６とを備える。
摩擦ローラ７５はキャリッジ７７により支持されており、付勢手段としての例えば油圧シリンダ７８がキャリッジ７７を介して摩擦ローラ７５を入、出力ディスク７２，７３の軌道面に付勢する。本参考形態では、図４に示すように検出される操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて（又は図６に示すように車速Ｖのみに基づいて）、制御部１３が油圧制御弁７９を介して油圧シリンダ７８の油圧を制御することで、摩擦ローラ７５の入、出力ディスク７２，７３の軌道面への付勢力を調整し、入力ディスク７２のトルクに対する出力ディスク７３のトルクが釣り合うように摩擦ローラ７５の傾倒角度が変化し、適切な減速比が達成されるようになっている。
【００２９】
トロイダル型無段変速機としては、例えば、特開平１０−１４１４６０号公報、その他公知の構成の無段変速機を採用することができる。
傘歯車機構７０は、トロイダル型無段変速機６９の出力軸７６と一体回転可能な第１の傘歯車８０と、変換機構１９のボールナット６２に一体回転可能な第２の傘歯車８１とを備える。
本参考形態においても、アシストモータ１６を常に最大効率点近くで使用することのできるような減速比Ｒを達成できるので、いわゆるハンドル戻りを良好にして操舵フィーリングを向上することができると共に、アシストモータ１６の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の要部の模式的断面図である。
【図３】制御部による舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】操舵トルクＴと減速比Ｒの関係を示すグラフ図である。
【図５】操舵トルクＴとアシスト電流Ｌの関係を示すグラフ図である。
【図６】 本発明の参考実施の形態において、車速Ｖと減速比Ｒとの関係を示すグラフ図である。
【図７】 本発明のさらに別の参考形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
２ 操舵部材
６ ラック軸（操舵軸）
６ａ ボールねじ溝
１２ トルクセンサ（トルク検出手段）
１３ 制御部（制御手段）
１４ 車速センサ（車速検出手段）
１６ アシストモータ
１７ 出力軸
１８ 減速機構（減速比可変機構。ベルト式無段変速機）
１９ 変換機構
２０ 減速比変更用モータ
２３ 入力軸
２４ 入力プーリ（可変径プーリ）
２５ 出力プーリ
２６ ベルト
２７ 第１のシーブ
２８ 第２のシーブ
３９ 固定部材
４６ ねじ部
４７ 駆動部材
４８ 歯
４９ ギヤ部
５８ 小径ギヤ
６２ ボールナット
６３ ボールねじ溝
６４ ボール
６９ トロイダル型無段変速機（第１の減速機構。減速比可変機構）
７０ 傘歯車機構（第２の減速機構）
７２ 入力ディスク
７３ 出力ディスク
７５ 摩擦ローラ
７７ キャリッジ
７８ 油圧シリンダ
７９ 油圧制御部
８０ 第１の傘歯車
８１ 第２の傘歯車[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus that generates a steering assist force by an assist motor.
[0002]
[Prior art]
In the rack assist type electric power steering apparatus, the rotation of the output shaft of the assist motor is decelerated through a speed reduction mechanism including a pulley / belt mechanism, and then the rack shaft is moved in the axial direction via, for example, a ball screw mechanism. I am trying to convert it.
In general, in this type of electric power steering apparatus, including the electric power steering apparatus of this type, the rotation of the output shaft of the electric motor for obtaining the steering assist force is reduced by the reduction mechanism. The high reduction ratio is fixed in consideration of when the maximum axial force (torque) of the assist motor is generated.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Examined Patent Publication No. 4-28583
[Problems to be solved by the invention]
However, in this case, in the driving situation where the maximum axial force is not required, the inertia and loss torque of the assist motor increase on the steering shaft, and as a result, the steering member becomes difficult to return to the neutral position (so-called steering wheel return becomes worse) There is a problem that steering feeling becomes worse.
Therefore, an object of the present invention is to provide an electric power steering device that can be easily returned from a steering wheel and can achieve downsizing of an assist motor.
[0005]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In order to solve the above problems, the first invention provides an assist motor for generating a steering assist force, a speed reduction mechanism for reducing the rotation of the output shaft of the assist motor, and the output rotation of the speed reduction mechanism. and a conversion mechanism for converting the axial movement of the steered shaft extending in the vehicle width direction, the reduction mechanism seen including a belt type continuously variable transmission as speed reduction ratio variable mechanism for changing the speed reduction ratio, Torque detection means for detecting a steering torque applied to the steering member, vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed, and the reduction ratio variable mechanism according to the steering torque detected by the torque detection means and the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means Control means for controlling the operation of the belt type continuously variable transmission as described above, and the characteristic curve of the reduction ratio when the steering torque is on the horizontal axis and the reduction ratio is on the vertical axis corresponds to the increase of the steering torque. The first region, the second region, and the third region are sequentially included. The first region is a region where the reduction ratio takes a certain lower limit regardless of the steering torque, and the second region is accompanied by an increase in the steering torque. The third region is a region where the reduction ratio takes a constant upper limit regardless of the steering torque, and the value of the steering torque that becomes the boundary between the first region and the second region is The higher the vehicle speed is, the larger the value is. The second region is a region in which the reduction ratio increases proportionally with the increase of the steering torque, and the increase rate of the reduction ratio in the second region is the vehicle speed. It is characterized by being made smaller as it increases . In the present invention, it is possible to achieve a reduction ratio according to the load and driving conditions, and to improve the steering feeling by improving the so-called steering wheel return. The assist motor can always be used at the maximum efficiency, and the assist motor can be downsized.
[0006]
Further, since the variable reduction ratio mechanism includes a belt-type continuously variable transmission, it has the following advantages. That is , by changing the reduction ratio steplessly, the reduction ratio can be set finely, and the steering feeling can be further improved.
Furthermore, since obtain Bei a conversion mechanism for converting the output rotation of the speed reduction mechanism in the axial movement of the steered shaft extending in the vehicle width direction of the vehicle, there are the following advantages. That is , in a so-called rack assist type electric power steering device (R-EPS), an improvement in steering feeling and a reduction in size of the assist motor can be achieved.
[0007]
Further , the reduction ratio according to the torque detection means for detecting the steering torque applied to the steering member, the vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed, the steering torque detected by the torque detection means and the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means. And a control means for controlling the operation of the belt-type continuously variable transmission as a variable mechanism, and the characteristic curve of the reduction ratio when the steering torque is on the horizontal axis and the reduction ratio is on the vertical axis corresponds to the increase of the steering torque. The first region, the second region, and the third region are sequentially included. The first region is a region where the reduction ratio takes a certain lower limit regardless of the steering torque, and the second region is accompanied by an increase in the steering torque. The third region is a region where the reduction ratio takes a constant upper limit regardless of the steering torque, and the value of the steering torque that becomes the boundary between the first region and the second region is , The higher the vehicle speed, the larger the value Because it is it has the advantage of following.
Generally, in the electric power steering apparatus, when the detected torque is small, the steering assist force is relatively small, and therefore, a rotational region that is considerably lower than the maximum efficiency point of the assist motor is used. Motor friction or the like tends to be amplified on the handle shaft, which makes the handle return worse. On the other hand, in the present invention, the reduction ratio of the reduction mechanism can be changed in consideration of the detected torque, and when the detected torque is small by relatively reducing the reduction ratio when the detected torque is small. Since the assist motor can be used near the maximum efficiency point, it is possible to improve the handle return.
[0008]
Further, in general, in the electric power steering apparatus, since the steering assist force is relatively small during high-speed traveling, a rotation region that is considerably lower than the maximum efficiency point of the assist motor is used. Motor friction or the like tends to be amplified on the handle shaft, which makes the handle return worse. In contrast, in the present invention, the speed reduction ratio of the speed reduction mechanism can be changed in consideration of the vehicle speed, and the assist motor can be operated at high efficiency even at high speeds by relatively reducing the speed reduction ratio at high speeds. Since it can be used in the vicinity of the point, the handle return can be improved.
In the present invention , the second region is a region in which the reduction ratio is proportionally increased as the steering torque increases, and the increase ratio of the reduction ratio in the second region is reduced as the vehicle speed increases. Yes .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an electric power steering device (EPS) 1 includes a steering shaft 3 connected to a steering member 2 such as a steering wheel, a pinion 4 provided at a tip portion of the steering shaft 3, and the pinion 4 and a rack shaft 6 (steering shaft) as a steered shaft extending in the vehicle width direction of the vehicle.
[0010]
Tie rods 7 are coupled to both ends of the rack shaft 6, and each tie rod 7 is connected to a corresponding wheel 8 via a corresponding knuckle arm (not shown). When the steering member 2 is operated and the steering shaft 3 is rotated, this rotation is converted by the pinion 4 and the rack 5 into a linear motion of the rack shaft 6 along the left-right direction of the vehicle. Thereby, steering of the wheel 8 is achieved.
The steering shaft 3 is divided into an input shaft 9 connected to the steering member 2 and an output shaft 10 connected to the pinion 4. These input and output shafts 9 and 10 are mutually connected on the same axis line via a torsion bar 11. It is connected.
[0011]
A torque sensor 12 is provided as torque detecting means for detecting a steering torque based on a relative rotational displacement amount between the input and output shafts 9 and 10 via the torsion bar 11, and the torque detection result by the torque sensor 12 is obtained as a control means. As a control unit 13 such as an ECU (electronic control unit). A vehicle speed detection result by a vehicle speed sensor 14 as vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed is also given to the control unit 13. The control unit 13 controls an applied current (assist current) to the assist motor 16 via the driver 15 based on the detected torque, the detected vehicle speed, and the like.
[0012]
The rotation of the output shaft 17 (see FIG. 2) of the assist motor 16 is decelerated via a speed reduction mechanism 18 including a belt type continuously variable transmission (CVT) as a speed reduction ratio variable mechanism. The output rotation of the speed reduction mechanism 18 is converted into the axial movement of the rack shaft 6 via the conversion mechanism 19 to assist the steering. The electric power steering apparatus 1 is a so-called rack assist type.
Referring to FIG. 1, the control unit 13 determines the operation of the speed ratio changing motor 20, which is a step motor for changing the speed reduction ratio of the speed reduction mechanism 18, based on the detected torque and the detected vehicle speed. Control through.
[0013]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the main part of the electric power steering apparatus 1. Referring to FIG. 2, the speed reduction mechanism 18 is coaxially connected to the output shaft 17 of the assist motor 16 via a joint 22 using, for example, a spline. An input shaft 23 that is coupled to the input shaft 23 so as to be integrally rotatable, a small-diameter input pulley 24 that is a variable-diameter pulley that is provided so as to be rotatable integrally with the input shaft 23, and a rack shaft 6 that is a steered shaft. A large-diameter output pulley 25 and an endless belt 26 wound between the pulleys 24 and 25.
[0014]
The input pulley 25 is engaged with the first sheave 27, which is formed integrally with the input shaft 23, for example, and is restricted from axial movement with respect to the input shaft 23, and is integrally rotatable with the input shaft 23 and movable in the axial direction. And a second sheave 28.
The first and second sheaves 27, 28 have opposing transmission surfaces 29, 30, and the belt 26 is sandwiched between the transmission surfaces 29, 30. The transmission surfaces 29 and 30 are tapered so as to incline in opposite directions, and a so-called V-shaped groove is defined between them. The belt 26 is a so-called V-shaped belt, and has transmission surfaces 31 and 32 that engage with transmission surfaces 29 and 30 of the corresponding sheaves 27 and 28, respectively.
[0015]
The second sheave 28 includes an annular main body 33 that forms the transmission surface 30, and a sleeve 34 that extends from the center of the main body 33 to the opposite side of the first sheave 27. The inner periphery of the sleeve 34 is, for example, spline-fitted to a spline portion 23 a in the axial direction intermediate portion of the outer periphery of the input shaft 23.
An annular member 35 is fitted to the outer periphery of the distal end portion of the input shaft 23 so as to be integrally rotatable. The annular member 35 is rotatably supported by a reduction gear housing 37 via a bearing 36. Specifically, a cylindrical fixing member 39 is fixed to the fixing hole 38 of the reduction gear housing 37, and the outer ring 41 of the bearing 36 is held in the bearing holding hole 40 on the inner periphery of the fixing member 39. Yes. The inner ring 42 of the bearing 36 is fitted to the annular member 35 so as to be integrally rotatable.
[0016]
The cylindrical fixing member 39 includes a large-diameter portion 43 that is fixed to the fixing hole 38, a small-diameter portion 44 that is relatively rotatably fitted to the outer periphery of the distal end portion of the sleeve 34 of the second sheave 28, and a large-diameter portion 44. A positioning step 45 is provided between the diameter portion 43 and the small diameter portion 44 and positions the end face of the outer ring 41 of the bearing 36.
In addition, a screw portion 46 is formed on the outer periphery of the small diameter portion 44, and an annular drive member 47 for driving the second sheave 28 toward the first sheave 27 is screwed into the screw portion 46. Yes. Specifically, the drive member 47 includes a gear portion 49 formed of an annular plate that forms teeth 48 on the outer periphery, a nut portion 50 extending from the gear portion 49 toward the fixing member 39, and the second sheave 28 from the gear portion 49. And a cylindrical bearing engaging portion 51 extending toward the main body portion 33 side.
[0017]
The drive member 47 concentrically surrounds the sleeve 34, and a bearing engaging portion 51 of the drive member 47 is supported on the outer periphery of the sleeve 34 via a bearing 52 so as to be relatively rotatable around the sleeve 34.
The inner ring 53 of the bearing 52 is sandwiched between a stepped portion 54 on the outer periphery of the sleeve 34 and a retaining ring 55 that engages with the outer peripheral groove of the sleeve 34, and the axial movement with respect to the sleeve 34 is restricted. On the other hand, the outer ring 56 of the bearing 52 abuts against the positioning step portion 57 of the drive member 47 to restrict movement in one axial direction, and the drive member 47 moves the second sheave 28 through the bearing 52 to the first sheave 28. The sheave 27 can be energized and driven.
[0018]
The tooth 48 on the outer periphery of the gear portion 49 meshes with a small-diameter drive gear 58 that is rotationally driven by the reduction ratio changing motor 20, and the support shaft 59 of the drive gear 58 is supported by the reduction gear housing 37. It is rotatably supported by the reduction gear housing 37 via a bearing 61 held in the hole 60. The gear portion 49 of the drive member 47 is allowed to move in the axial direction with respect to the drive gear 58.
When the drive member 47 is rotationally displaced in a predetermined direction by the reduction ratio changing motor 20 via the drive gear 58, this rotation is caused by the relative rotation between the nut portion 50 and the screw portion 46 of the fixing member 39. Since the second sheave 28 is moved to the first sheave 27 side via the bearing 52, the effective diameter of the input pulley 24 can be increased and the reduction ratio can be lowered.
[0019]
Conversely, when the drive member 47 is rotationally displaced in the direction opposite to the predetermined direction by the reduction ratio changing motor 20, the drive member 47 moves the second sheave 28 away from the first sheave 27. The effective diameter is reduced and the reduction ratio can be increased.
As the conversion mechanism 19, for example, a ball screw mechanism or a bearing screw mechanism (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-46136) can be used to convert rotational motion into linear motion. In the present embodiment, description will be made in accordance with an example in which a ball screw mechanism is used. The conversion mechanism 19 includes a ball nut 62 as an input unit (rotating body) surrounding the rack shaft 6.
[0020]
The ball nut 62 is screwed into a ball screw groove 63 formed in the middle portion of the rack shaft 6 via a ball 64, thereby constituting the conversion mechanism 19. The ball nut 62 is rotatably supported by the rack housing 65 via bearings 66 and 67. Further, the output pulley 25 is fitted to the outer peripheral portion 68 of the ball nut 62 so as to be integrally rotatable.
Next, FIG. 3 is a flowchart for explaining processing for controlling the assist motor 16 and the reduction ratio changing motor 20 by the control unit 13.
[0021]
First, the control unit 13 takes in the output signals of the torque sensor 12 and the vehicle speed sensor 14 and collects data about the steering torque T and the vehicle speed V (steps S1 and S2).
Next, a vehicle speed coefficient Cv related to the reduction ratio R and a vehicle speed coefficient Dv related to the assist current I are obtained based on the vehicle speed V (step S3).
These vehicle speed coefficients Cv and Dv are determined in advance according to the vehicle speed V. The vehicle speed coefficient Dv related to the assist current I is set to a smaller value as the vehicle speed V increases. On the other hand, the vehicle speed coefficient Cv related to the reduction ratio R is set to a larger value as the vehicle speed V increases.
[0022]
Actually, for example, the values of the vehicle speed coefficients Cv and Dv for the vehicle speed V = V1 (for example, 5 km / h), V2 (for example, 30 km / h), and V3 (for example, 80 km / h) are stored in the memory 13M in the control unit 13, respectively. The vehicle speed coefficients Cv and Dv with respect to the vehicle speed V other than these values are obtained by calculation such as linear interpolation processing.
Next, the reduction ratio R of the reduction mechanism 18 is calculated. The reduction ratio R is calculated as the reduction ratio R = vehicle speed coefficient Cv × steering torque T (step S4). As shown in FIG. 4, the higher the steering torque T, the higher the reduction ratio R, while the vehicle speed V is V1. As the speed increases from V2 to V3, the reduction ratio R is made smaller.
[0023]
However, since the reduction ratio R is limited between the lower limit value R1 and the upper limit value R2 due to the mechanism, the lower limit value R1 is adopted in a region where the steering torque T is relatively small. The torque range in which the lower limit value R1 is adopted is increased as the vehicle speed V increases.
For example, the lower limit value R1 is adopted in the torque region 0 to T1 at the low vehicle speed V1, but the lower limit value R1 is adopted in the torque region 0 to T3 wider than the torque region 0 to T1 at the high vehicle speed V3. To do. Further, at the vehicle speed V2, which is a medium speed, the lower limit value R1 is adopted in a torque region 0 to T2 that is narrower than the vehicle speed V3 and wider than the vehicle speed V1.
[0024]
This is due to the following reason. That is, as the vehicle speed V increases, the rack axial force required for the electric power steering device 1 decreases, and the reduction ratio R can be set small. Moreover, in order to obtain a feeling of response, the assist force with respect to the input torque is also reduced. Conventionally, the assist amount is adjusted only by the assist current characteristics shown below, but the same effect can be obtained by setting the reduction ratio R to be small, and further the effect of reducing the motor inertia can be obtained.
[0025]
The assist current L is calculated as assist current L = vehicle speed coefficient Dv × steering torque T (step S5). As shown in FIG. 5, as the steering torque T increases, the assist current L increases. Further, the assist current L is set smaller as the vehicle speed V increases. However, the upper limit L1 of the assist current L is not exceeded.
Then, after driving and controlling the reduction ratio changing motor 20 formed of a step motor to a required rotational position so as to obtain the obtained reduction ratio R (step S6), the obtained assist current L is given to the driver 15. Thus, the assist motor 16 is driven and controlled to obtain a required steering assist force (step S7).
[0026]
According to the present embodiment, the reduction ratio R that allows the assist motor 16 to be always used near the maximum efficiency point can be achieved, so that the steering feeling can be improved by improving the so-called steering wheel return. Thus, the assist motor 16 can be downsized. In particular, by employing a continuously variable transmission as the speed reduction mechanism 18 having a variable speed reduction ratio, the speed reduction ratio R can be set finely, and the steering feeling can be further improved.
[0027]
In the above embodiments, setting the reduction ratio R based on the steering torque T and the vehicle speed V. On the other hand, as shown in FIG. 6 as a reference form , the speed reduction ratio R may be set so as to decrease as the vehicle speed V increases based on the vehicle speed V regardless of the steering torque T. Further, the control may be a combination of the steering torque T and the vehicle speed V, or other control factors (steering angle, engine speed, etc.) may be added.
In the above embodiment, a belt type continuously variable transmission is used as the speed reduction mechanism 18 . On the other hand, in the electric power steering apparatus 1 shown in FIG. 7 as the reference form, the rotation of the output shaft 17 of the assist motor 16 is caused by the toroidal-type continuously variable transmission 69 (speed reduction ratio variable mechanism) and the second speed reduction mechanism. It is transmitted to the conversion mechanism 19 via a bevel gear mechanism 70 as a speed reduction mechanism.
[0028]
The toroidal type continuously variable transmission 69 includes an input shaft 71 that rotates in conjunction with the output shaft 17 of the assist motor 16, an input disk 72 that can rotate integrally with the input shaft 71, an output disk 73 that faces the input disk 72, A plurality of position-adjustable friction rollers 75 disposed in a toroidal cavity 74 defined between the input and output disks 72 and 73 and an output shaft 76 that can rotate integrally with the output disk 73 are provided.
The friction roller 75 is supported by a carriage 77, and for example, a hydraulic cylinder 78 as an urging unit enters the friction roller 75 via the carriage 77 and urges the raceway surfaces of the output disks 72 and 73. In this preferred embodiment, based on the steering torque T and the vehicle speed V is detected as shown in FIG. 4 (or based manner only on the vehicle speed V shown in FIG. 6), the control unit 13 via the hydraulic control valve 79 By controlling the hydraulic pressure of the hydraulic cylinder 78, the friction roller 75 enters and adjusts the biasing force to the raceway surface of the output disks 72, 73 so that the torque of the output disk 73 is balanced with the torque of the input disk 72. The tilt angle of 75 is changed so that an appropriate reduction ratio is achieved.
[0029]
As the toroidal-type continuously variable transmission, for example, a continuously variable transmission having a publicly known configuration, such as JP-A-10-141460, can be employed.
The bevel gear mechanism 70 includes a first bevel gear 80 that can rotate integrally with the output shaft 76 of the toroidal-type continuously variable transmission 69, and a second bevel gear 81 that can rotate integrally with the ball nut 62 of the conversion mechanism 19. Prepare.
In this reference embodiment, since the reduction ratio R as can be always used near the maximum efficiency point of the assist motor 16 can be achieved, it is possible to improve the well in to steering feeling called steering wheel return assist The motor 16 can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a main part of the electric power steering apparatus.
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of steering control by a control unit.
4 is a graph showing the relationship between steering torque T and reduction ratio R. FIG.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between steering torque T and assist current L;
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the vehicle speed V and the reduction ratio R in the reference embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus according to still another reference embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Electric power steering system (EPS)
2 Steering member 6 Rack shaft (steering shaft)
6a Ball screw groove 12 Torque sensor (torque detection means)
13 Control unit (control means)
14 Vehicle speed sensor (vehicle speed detection means)
16 Assist motor 17 Output shaft 18 Deceleration mechanism (variable reduction ratio mechanism. Belt type continuously variable transmission)
19 Conversion mechanism 20 Reduction ratio changing motor 23 Input shaft 24 Input pulley (variable diameter pulley)
25 output pulley 26 belt 27 first sheave 28 second sheave 39 fixing member 46 screw portion 47 drive member 48 tooth 49 gear portion 58 small diameter gear 62 ball nut 63 ball screw groove 64 ball 69 toroidal type continuously variable transmission (first 1. Reduction mechanism of 1. Reduction ratio variable mechanism)
70 Bevel gear mechanism (second reduction mechanism)
72 Input disk 73 Output disk 75 Friction roller 77 Carriage 78 Hydraulic cylinder 79 Hydraulic control unit 80 First bevel gear 81 Second bevel gear

Claims (1)

操舵補助力を発生するためのアシストモータと、
このアシストモータの出力軸の回転を減速するための減速機構と、
この減速機構の出力回転を車両の車幅方向に延びる転舵軸の軸方向移動に変換するための変換機構とを備え、
上記減速機構は減速比を変更するための減速比可変機構としてのベルト式無段変速機を含み、
操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
トルク検出手段により検出された操舵トルクおよび車速検出手段により検出された車速に応じて上記減速比可変機構としてのベルト式無段変速機の動作を制御する制御手段とをさらに備え、
操舵トルクを横軸とし減速比を縦軸としたときの減速比の特性曲線は、操舵トルクの増大に応じて第１領域、第２領域および第３領域を順次に含み、
第１領域は、操舵トルクに拘らず減速比が一定の下限値をとる領域であり、
第２領域は、操舵トルクの増大に伴って減速比が増加する領域であり、
第３領域は、操舵トルクに拘らず減速比が一定の上限値をとる領域であり、
第１領域と第２領域との境界となる操舵トルクの値は、車速が大きいほど大きい値とされており、
上記第２領域は、操舵トルクの増大に伴って減速比が比例的に増加する領域であり、第２領域における減速比の増加割合は、車速が増大するほど小さく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。An assist motor for generating steering assist force;
A deceleration mechanism for decelerating the rotation of the output shaft of the assist motor;
A conversion mechanism for converting the output rotation of the speed reduction mechanism into axial movement of a steered shaft extending in the vehicle width direction of the vehicle,
The decelerating mechanism seen including a belt type continuously variable transmission as speed reduction ratio variable mechanism for changing the speed reduction ratio,
Torque detecting means for detecting a steering torque applied to the steering member;
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
Control means for controlling the operation of the belt-type continuously variable transmission as the reduction ratio variable mechanism according to the steering torque detected by the torque detection means and the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means,
The characteristic curve of the speed reduction ratio when the steering torque is on the horizontal axis and the speed reduction ratio is on the vertical axis includes the first area, the second area, and the third area in accordance with the increase of the steering torque,
The first region is a region where the reduction ratio takes a certain lower limit regardless of the steering torque,
The second region is a region where the reduction ratio increases as the steering torque increases,
The third region is a region where the reduction ratio takes a constant upper limit regardless of the steering torque,
The value of the steering torque that becomes the boundary between the first region and the second region is set to a larger value as the vehicle speed increases .
The second region is a region in which the reduction ratio increases proportionally with an increase in steering torque, and the increasing ratio of the reduction ratio in the second region is reduced as the vehicle speed increases. Electric power steering device.

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