JP4593318B2 - 電動ステアリング装置 - Google Patents
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Description
ところで、前記転舵機構にラックアンドピニオン式を採用している場合、一般に、ラック軸に設けたラックエンドプレートがストロークエンドにおいてラックハウジングの係止部に突き当たることで、転舵輪の最大転舵を規制している。
特許文献1には、ラックエンドプレートを皿バネで形成し、皿バネ状のラックエンドプレートが係止部に突き当たった際に生じるラックエンドプレートの弾性変形により、ラックエンドプレートと係止部が突き当たる際の衝撃を吸収し緩和する技術が開示されている。
そこで、この発明は、ラック軸の長手方向およびこれに交差する方向の荷重を緩和することができ、且つ、ラック軸の揺動を抑制することができる電動ステアリング装置を提供するものである。
このように構成することにより、ラック軸のストロークエンドにおいてラックエンドプレートの凸部がラックハウジングの係止部に突き当たると、凸部が弾性変形してラック軸の長手方向に撓むとともに、ラック軸が軸受を支点としてラック軸の長手方向と交差する方向に撓む。このラックエンドプレートの凸部の撓みとラック軸の撓みが、ラックエンドプレートが係止部に衝突する際の衝撃力を吸収し、衝撃を緩和する。また、ラックガイドの付勢力はラック軸が長手方向と交差する方向に動揺するのを抑制する。
このように構成することにより、ラックエンドプレートの構成を簡単にすることができる。
このように構成することにより、容易に凸部を形成することができる。
請求項2に係る発明によれば、ラックエンドプレートの構成を簡単にすることができる。
請求項3に係る発明によれば、容易に凸部を形成することができる。
図1に示すように、車両用操舵装置としての電動ステアリング装置100はステアリングホイール(操舵手段)2に連結されたステアリングシャフト1を備えている。
ステアリングシャフト1は、ステアリングホイール2に一体結合されたメインステアリングシャフト3と、ラック&ピニオン機構のピニオン7が設けられたピニオン軸5とが、ユニバーサルジョイント4によって連結されて構成されている。
ピニオン軸5はその下部、中間部、上部を軸受6a,6b,6cによって支持されており、ピニオン7はピニオン軸5の下端部に設けられている。ピニオン7は車幅方向に往復動し得るラック軸8のラック歯8aに噛合している。
モータ11は、回転角を検出するためのレゾルバ(図示略)を備えており、レゾルバはモータ11の回転角に対応する電気信号をステアリング電子制御装置(以下、ECUと略す)50に出力する。
ラック軸8の各端部にはラック軸8よりも外径が大きいラックエンドプレート40が取り付けられている。詳述すると、図2に示すように、ラックエンドプレート40は中央に孔41を有する略円板状をなし、外周部の一部がピニオン7に接近する方向に角度θだけ折り曲げられて凸部42が形成されている。この凸部42以外の外周部は平坦部44となっている。
また、ラックエンドプレート40の内周部であって凸部42から周方向に90度離間する部位には、平坦部44に対して直角に起立する一対の爪部43,43が形成されている。
ラックエンドプレート40は、各爪部43,43をラック軸8の凹部8dに係合することによりラック軸8に対して回動不能に位置決めされ、この位置決めされた状態において、ラックエンドプレート40の凸部42の周方向位置がラック軸8のラック歯8aと同方向になるように設定されている。そして、ラックエンドプレート40は、ラック軸8に対して位置決めされた後に、ラック軸8の端面に設けられたねじ孔(図示略)に、ラックエンドヘッド50のねじ部51を孔41に挿通させて螺合することにより、ラック軸8の端部8bとラックエンドヘッド50に挟まれて固定される。また、図3に示すように、ラックエンドプレート40においてラック軸8から露出している平坦部44のラック軸8側の面には、3つのブッシュ45が周方向等間隔に取り付けられている。
この構成により、ステアリングホイール2の操舵時に通常のラック&ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪10,10を転舵させて車両の向きを変えることができる。なお、ラック軸8およびタイロッド9は転舵機構を構成する。
ラックハウジング21の端部には、ラック軸8の端部8b、ラックエンドプレート40、タイロッド9等を覆う伸縮可能な蛇腹状のラックエンドカバー23が取り付けられており、タイロッド9はラックエンドカバー23を貫通して外方に突出している。
操舵トルクセンサ30は、ピニオン軸5の外周面に設けられた2つの磁歪膜31,32と、各磁歪膜31,32に対向配置された2つの検出コイル33,34と、各検出コイル33,34にそれぞれ接続された検出回路35,36を備え、検出回路35,36は、磁歪に起因して生じる各検出コイル33,34のインダクタンスの変化を電圧変化に変換してECU50に出力する。ECU50は各検出回路35,36の出力に基づいてステアリングシャフト1に作用する操舵トルクを算出する。
特に、図1においてラック軸8の左方を軸受14により片持ち支持され、ラック軸8の右方でラック歯8aにピニオン7が噛合し、その背面側からラックガイド15によりラック軸8をピニオン7側に付勢しているので、ラック軸8の右端部では以下のような作用がある。
図4(B)は、ラックエンドプレート40が係止部22に突き当たった瞬間を示している。このとき、ラックエンドプレート40の凸部42だけが係止部22に突き当たり、ラックエンドプレート40の平坦部44と係止部22との間には隙間ができ、この隙間が凸部42の弾性変形を可能にする。
ラック軸8に撓みが生じるのは、ラックエンドプレート40が係止部22に係合してラック軸8の長手方向の移動が規制されると、ピニオン7とラック歯8aの圧力角によりラック軸8をラックガイド15方向に変位させる力が作用するからであり、これによりラック軸8は軸受14を支点にして角度αだけ回転し(図4(C)参照)、その結果、ラック軸8が長手方向と交差する方向(すなわち、車両前後方向)に撓むのである。
今、モータ11による運動エネルギEは、モータ11の慣性モーメントをI、モータ11の回転角速度をωとすると、式(1)で表される。
E=I・ω2/2 ・・・ 式(1)
一方、モータ11からタイロッド9までの剛性(バネ定数)をk1、ラックエンドプレート40が係止部22に突き当たったときに発生する荷重をPとすると、式(2)が成立する。
E=(1/k1)・P2/2 ・・・ 式(2)
式(1),(2)から、荷重Pは式(3)で表される。
P=(I・k1・ω2)1/2 ・・・ 式(3)
つまり、もし凸部42を有しない平板状のラックエンドプレートが係止部22に衝突した場合には、式(3)で表される荷重Pが衝撃荷重として発生する。
K=k2・k1/(k2+k1) ・・・ 式(4)
したがって、荷重Pを小さくすることができ、その結果、例えば、ステアリングホイール2を右回転いっぱいまで回転させたときに、ラック軸8の終端に設けたラックエンドプレート40とラックハウジング21の係止部22が係合した際には、モータ11には慣性モーメントによる慣性トルクが発生するが、モータ11とタイロッド9までの例えばウォームギヤ12、ウォームホイールギヤ13、ピニオン7、ラック歯8aに作用する荷重を小さくすることができるので、これらの強度を高く設定する必要がなくなり、電動ステアリング装置100の軽量化が可能になる。
なお、ラックエンドプレート40のブッシュ45は、凸部42がある程度弾性変形したときに係止部22に突き当たり、凸部42がそれ以上、過度に変形するのを防止する。
前述した実施例では、凸部42をラックガイド15と反対側にだけ配置したが、この参考例ではこれに加えてラックガイド15と同じ側にも凸部42を設けている。その際は、図5(B)に示すように、凸部42の折り曲げる方向を揃えることが好ましい。そのようにしても前述した実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、この発明に係る電動ステアリング装置は、ステア・バイ・ワイヤ・システムのステアリング装置にも適用可能である。なお、ステア・バイ・ワイヤ・システムとは、ステアリングホイールなどの操作子と転舵機構とが機械的に分離されていて、操作子に反力を作用させる反力モータと、転舵機構に設けられて転舵輪を転舵させる力を発生させるステアリングモータとを備えた操舵システムである。
7 ピニオン
8 ラック軸
8a ラック歯
10 前輪(転舵輪)
11 ステアリングモータ
14 軸受
15 ラックガイド
21 ラックハウジング
22 係止部
40 ラックエンドプレート
42 凸部
100 電動ステアリング装置
Claims (3)
- ラック軸およびピニオン軸が収容された筒状のラックハウジングと、
前記ラック軸を前記ピニオン軸に接近する方向に付勢するラックガイドと、
前記ラック軸のストロークエンドでラックハウジングの係止部と干渉するラックエンドプレートと、
を備え、モータの駆動力を前記ラック軸またはピニオン軸に伝達して転舵輪を転舵する電動ステアリング装置において、
前記ラック軸は長手方向のいずれか一方側で軸受により支持されるとともに、長手方向の他方側で前記ピニオン軸のピニオンと噛合し、該ピニオンとの噛合部の背面側を前記ラックガイドが付勢しており、前記ラックエンドプレートの外周部の一部には、ラック軸を挟んだ反対側を含む他の部分よりも前記係止部に接近する方向に突出し、ラック軸の長手方向に弾性変形することによりラック軸の長手方向に撓むとともに、ラック軸に長手方向と交差する方向の撓みを生じさせる凸部が設けられていることを特徴とする電動ステアリング装置。 - 前記凸部は前記ラックガイドと反対側のラック歯側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電動ステアリング装置。
- 前記ラックエンドプレートは略円板状をなし、ラックエンドプレートの外周部の一部が折り曲げることにより前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動ステアリング装置。
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