JPH0218778Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は車両のハンドル操舵力を軽減するため
に、動力源として電動機を用いる車両用の電気式
動力舵取装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electric power steering system for a vehicle that uses an electric motor as a power source in order to reduce the steering force of the vehicle's steering wheel.

舵取装置には手動式のものと動力式のものがあ
り、後者は特に据切時など大きな操舵力が必要と
される時にも動力でこれをカバーして操舵力を軽
減するものである。この後者の動力舵取装置に
は、更に、電気式のものと油圧式のものがある。 There are two types of steering devices: manual type and power type.The latter uses power to reduce the steering force even when a large amount of steering force is required, especially when the vehicle is stationary. The latter type of power steering device further includes an electric type and a hydraulic type.

電気式動力舵取装置は油圧式動力舵取装置と比
較して、常時エンジン直結で駆動する動力源とし
ての油ポンプの如きものが必要ないので、エンジ
ン馬力の損失がないこと、作動原理上当然に油圧
作動油を使用しないから作動油の洩れ、汚れ、劣
化等の心配がなくメンテナンスがやりやすいこ
と、油圧配管の必要がなく代わつて電気配線です
むから組付けが容易であること、油圧制御弁のよ
うな高精度でデリケートな装置が必要でないので
安価なシステムが期待できること等のメリツトが
考えられるが、次のような理由で実用化を困難に
している。 Compared to hydraulic power steering devices, electric power steering devices do not require something like an oil pump as a power source that is constantly connected directly to the engine, so there is no loss of engine horsepower, which is natural due to the operating principle. Since no hydraulic fluid is used in the system, there is no need to worry about hydraulic fluid leakage, dirt, deterioration, etc., making maintenance easy; there is no need for hydraulic piping, and only electrical wiring is required, making assembly easy; and hydraulic control. Although there are conceivable merits such as a low-cost system because a highly precise and delicate device such as a valve is not required, the following reasons make it difficult to put it into practical use.

(1) ハンドル操舵力軽減用動力源として一般に使
用されるに充分な機能を有する電動機、電動の
クラツチ、減速機等は舵取装置部品としては寸
法的にかなり大きなものとなり、特にスペース
に余り余裕のない最近のFF乗用車には取付困
難である。(1) Electric motors, electric clutches, speed reducers, etc., which have sufficient functions to be generally used as a power source for reducing steering force, are quite large as steering device components, and especially if there is not enough space. It is difficult to install on recent front-wheel drive passenger cars that do not have one.

(2) 電動機の出力は操舵系に対して高速、低トル
クの特性を持つており、従つて低速、高トルク
の動力を得るために一般に減速機を介して操舵
系に動力の伝達が行なわれるが、その為の摩擦
等による損失の少ない高効率、大減速比、構造
簡単な減速機を得ることが困難である。(2) The output of the electric motor has the characteristics of high speed and low torque relative to the steering system. Therefore, in order to obtain low speed and high torque power, power is generally transmitted to the steering system via a reduction gear. However, it is difficult to obtain a reduction gear with high efficiency, a large reduction ratio, and a simple structure that has little loss due to friction and the like.

従つて本発明は、これらの寸法、効率等の問題
を解決した現実的な電気式動力舵取装置を提供す
る事を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a practical electric power steering device that solves these problems such as size and efficiency.

第１図は、本発明に基づく電気式動力舵取装置
の実施例のシステムを示す図、第２図は本実施例
の主要部分の部分断面図を示す。 FIG. 1 is a diagram showing a system of an embodiment of an electric power steering device based on the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional view of the main parts of this embodiment.

第１図において、１はハンドル、２はハンドル
軸、３は舵取装置の本体、４はハンドル軸トルク
検出器、５はピニオン軸、６はハンドル軸２とピ
ニオン軸５を連結するためのユニバーサルジヨイ
ント、７はラツク軸、８は電動機、９はマサツ板
式のクラツチ、１０は減速機部、１１は電気式動
力舵取装置の制御回路、１２は電源、１３は車速
検出器である。本体３はブラケツト１４、支持部
１５により車輛に固定され、車輛中央部に位置す
るラツク軸７の一端部から、一対のタイロツド３
０，３１、ナツクルアーム３２等を介してラツク
軸７の動きが夫々左右の操向車輪３３，３４に伝
達される。すなわち、本実施例はいわゆるセンタ
ーテイクオフタイプの構造を有する。 In FIG. 1, 1 is a handle, 2 is a handle shaft, 3 is a main body of the steering device, 4 is a handle shaft torque detector, 5 is a pinion shaft, and 6 is a universal for connecting the handle shaft 2 and pinion shaft 5. 7 is a rack shaft, 8 is an electric motor, 9 is a mass plate type clutch, 10 is a reduction gear section, 11 is a control circuit for an electric power steering device, 12 is a power source, and 13 is a vehicle speed detector. The main body 3 is fixed to the vehicle by a bracket 14 and a support part 15, and a pair of tie rods 3 are connected from one end of a rack shaft 7 located in the center of the vehicle.
The movement of the rack shaft 7 is transmitted to the left and right steering wheels 33 and 34, respectively, through the knuckle arms 32 and 0, 31, and the like. That is, this embodiment has a so-called center take-off type structure.

第２図において、１６はピニオン軸５に加工さ
れたピニオンギヤ、１７はラツク軸７の外面に加
工されたラツクギヤ、１８はラツク軸７のラジア
ル方向の荷重を受けるプレツシヤーパツド、１９
はピニオンギヤ１６とラツクギヤ１７にパツド１
８を介して噛合予圧を与えるバネ、２０はこの噛
合予圧を調整可能とする蓋部材、２１は蓋部材２
０を調節するためのロツクナツト、２２はハウジ
ング部材である。 In FIG. 2, 16 is a pinion gear machined on the pinion shaft 5, 17 is a rack gear machined on the outer surface of the rack shaft 7, 18 is a pressure pad that receives the load in the radial direction of the rack shaft 7, and 19 is a rack gear machined on the outer surface of the rack shaft 7.
is pad 1 on pinion gear 16 and rack gear 17.
8 is a spring that applies meshing preload; 20 is a lid member that allows adjustment of this meshing preload; 21 is a lid member 2;
22 is a housing member.

更に、２３は電動機８の出力をクラツチ９を介
して取出すピニオンギヤ、２４はピニオンギヤ２
３と噛合う減速ギヤ、２５はアイドラとしてのこ
の減速ギヤ２４と噛合うギヤ部、２６と２７はギ
ヤ部２５を回転自在にハウジング部材２２に軸受
する軸受、２９は上記ギヤ部２５と一体的に回転
する長く伸びたボールスクリユーのウオーム、３
０はラツク軸７の中空部３１側に形成されたボー
ルスクリユーのボールナツトで、ボール３２を介
して上記ウオーム２９と組合わされている。 Furthermore, 23 is a pinion gear that takes out the output of the electric motor 8 via the clutch 9, and 24 is a pinion gear 2.
3, 25 is a gear portion that meshes with this reduction gear 24 as an idler, 26 and 27 are bearings that rotatably support gear portion 25 on housing member 22, and 29 is integral with gear portion 25. A long ball screw worm that rotates, 3
0 is a ball nut of a ball screw formed on the hollow portion 31 side of the rack shaft 7, and is combined with the worm 29 via a ball 32.

以上の構成において、減速機部１０は正面から
見ると第３図に示すように各ギヤが配設されてい
る。 In the above configuration, when the reducer section 10 is viewed from the front, each gear is arranged as shown in FIG.

また、ラツクギヤ１７とピニオンギヤ１６との
噛合い部は第４図に拡大して示すようになつてい
て、ピニオン軸５の回転に連動してラツク軸７は
軸方向に動くのであるが、この際ラツク軸７の凸
状部７ａとプレツシヤーパツド１８の凹状部１８
ａとの間ではすべり摩擦が生じると共に、ピニオ
ンギヤ１６とラツクギヤ１７の噛合い及び上記凸
状部７ａと凹状部１８ａの係合によりラツク軸７
がその軸方向中心軸を中心として回転する事が防
止されている。 Furthermore, the meshing portion between the rack gear 17 and the pinion gear 16 is shown in an enlarged view in FIG. 4, and the rack shaft 7 moves in the axial direction in conjunction with the rotation of the pinion shaft 5. Convex portion 7a of rack shaft 7 and concave portion 18 of pressure pad 18
Sliding friction occurs between the rack shaft 7a and the rack shaft 7 due to the meshing between the pinion gear 16 and the rack gear 17 and the engagement between the convex portion 7a and the concave portion 18a.
is prevented from rotating about its axial center axis.

第４図の上方部分は第５図に示すように変更し
てもよい。すなわち、プレツシヤーパツド４８に
は、軸４９を中心に回転自在な回転部材５０が取
付けられ、ラツク軸４７が軸方向に動くときこれ
の凹状部４７ａに外周凸状部５０ａの接触した回
転部材５０が回転するようになつている。すなわ
ち、第５図の変更例ではすべり接触ではなくてこ
ろがり接触が行われている。他の機構、機能は第
４図の例と実質的に同じである。 The upper part of FIG. 4 may be modified as shown in FIG. That is, a rotating member 50 that is rotatable about a shaft 49 is attached to the pressure pad 48, and when the rack shaft 47 moves in the axial direction, the outer circumferential convex portion 50a contacts the concave portion 47a of the rack shaft 47. The member 50 is adapted to rotate. That is, in the modified example shown in FIG. 5, rolling contact is performed instead of sliding contact. Other mechanisms and functions are substantially the same as the example shown in FIG.

制御回路１１はトルク検出器４及び車速検出器
１３からその時のハンドル軸トルク及び車速に
夫々対応する電気信号を入力し、これらの信号を
予め定められたように処理して制御信号を電動機
８とクラツチ９に出力する。こうしてクラツチ９
を適宜切つたり入れたりして手動操舵と動力操舵
の切替えを行つたり、動力操舵時に検出されたト
ルクや車速に応じて適当な出力が得られるように
電動機８を制御する。 The control circuit 11 inputs electric signals corresponding to the steering wheel shaft torque and vehicle speed at that time from the torque detector 4 and the vehicle speed detector 13, processes these signals in a predetermined manner, and sends the control signals to the electric motor 8. Output to clutch 9. In this way, clutch 9
The electric motor 8 is controlled to switch between manual steering and power steering by turning on and off as appropriate, and to obtain an appropriate output according to the torque and vehicle speed detected during power steering.

例えば、操舵力が最も重い据切時を含む低速走
行時にはクラツチ９を入れて検出されたトルクに
対応する出力が得られる様に電動機８を制御し、
これの出力分だけハンドル１に加える操舵力が軽
減されるようにしたり、また高速走行時の様に操
舵力が軽く、よりダイレクトな操舵感覚を必要と
する時にはクラツチ９を切つた手動操舵とした
り、更には動力操舵時には車速、操舵角などをも
加味して電動機８の出力を制御することもでき
る。 For example, when driving at low speeds, including when the steering force is at its heaviest, when the vehicle is stationary, the electric motor 8 is controlled so that the clutch 9 is engaged and an output corresponding to the detected torque is obtained.
The steering force applied to the steering wheel 1 is reduced by this output, or when the steering force is light and a more direct steering feeling is required, such as when driving at high speeds, manual steering is performed by disengaging the clutch 9. Furthermore, during power steering, the output of the electric motor 8 can also be controlled by taking into account vehicle speed, steering angle, and the like.

また、フエイルセイフを確保するためには、異
常発生時には常に手動操舵となる様にクラツチ９
を制御回路１１により切る必要がある。 In addition, in order to ensure fail-safety, clutch 9 must be activated so that manual steering is always performed in the event of an abnormality.
need to be turned off by the control circuit 11.

以下に作動の説明を行なう。 The operation will be explained below.

クラツチ９が作動状態にないとき、電動機８の
出力軸と減速機のピニオンギヤ２３の軸は分離さ
れている。この状態ではハンドル１を操作すると
その回転はピニオンギヤ１６とラツクギヤ１７の
噛合によつて、ラツク軸７の軸方向の運動に変換
され、タイロツド６０，６１、ナツクルアーム６
２を介して操向車輪の方向を決める。この作動は
一般的な手動式のラツクアンドピニオン式舵取装
置と同じである。 When the clutch 9 is not activated, the output shaft of the electric motor 8 and the shaft of the pinion gear 23 of the reduction gear are separated. In this state, when the handle 1 is operated, its rotation is converted into an axial movement of the rack shaft 7 through the engagement of the pinion gear 16 and the rack gear 17, and the tie rods 60, 61 and the knuckle arm 6 are rotated.
2 to determine the direction of the steering wheels. This operation is the same as a typical manual rack-and-pinion steering system.

クラツチ９が作動状態にあるとき電動機８の出
力軸と減速機のピニオンギヤ２３の軸は結合され
る。この状態の時、ハンドル１を操作すると、ラ
ツク軸７が外部から受ける負荷に応じたハンドル
軸トルクがトルク検出器４により検出され、制御
回路１１に伝達される。また車速検出器１３から
は車速が制御回路１１に伝達される。そして前述
したようにこれらの信号に基づいて所定の特性で
電動機８の出力が制御され、この出力がピニオン
ギヤ２３、減速ギヤ２４、ボールスクリユーのウ
オーム２９、ボールナツト３０、ボール３２を介
してラツク軸７の往復運動に高効率且つ大減速比
で伝達される。このとき、回転するウオーム２９
はラツク軸７の中空部３１に出入する。 When the clutch 9 is in the operating state, the output shaft of the electric motor 8 and the shaft of the pinion gear 23 of the reducer are coupled. In this state, when the handle 1 is operated, the torque detector 4 detects a handle shaft torque corresponding to the load applied to the rack shaft 7 from the outside, and the detected torque is transmitted to the control circuit 11. Further, the vehicle speed is transmitted from the vehicle speed detector 13 to the control circuit 11 . As described above, the output of the electric motor 8 is controlled with predetermined characteristics based on these signals, and this output is transmitted to the rack shaft via the pinion gear 23, reduction gear 24, ball screw worm 29, ball nut 30, and ball 32. 7 reciprocating motion is transmitted with high efficiency and a large reduction ratio. At this time, the rotating worm 29
enters and exits the hollow part 31 of the rack shaft 7.

上記実施例において、ラツクアンドピニオン式
操舵装置にボールスクリユー式アクチユエータを
組合わせたので、ボールスクリユー式の直動形ア
クチユエータに不可欠のラツク軸７に形成された
ナツト３０の回転防止機構を別個に設ける必要を
なくしている。 In the above embodiment, since the ball screw type actuator is combined with the rack and pinion type steering device, the rotation prevention mechanism of the nut 30 formed on the rack shaft 7, which is essential for the ball screw type direct drive type actuator, is separately provided. This eliminates the need to provide a

また、ウオーム２９と一体的にギヤ部２５を構
成しこれと噛合うアイドラ２４、ピニオンギヤ２
３を介してクラツチ９、電動機８に接続したの
で、ボールスクリユーのみでも得られる大減速比
を更に大きくして、小型、軽量、高効率の電動機
８を使用できる様にすると共に、電動機８とクラ
ツチ９をラツク軸７に添つて平行に取付け得るよ
うにして、電動機８、クラツチ９を取付ける為の
スペースの上で極めて有利にしている。 Further, an idler 24 and a pinion gear 2 which integrally constitute a gear part 25 with the worm 29 and mesh with the gear part 25 are provided.
3 to the clutch 9 and the electric motor 8, the large reduction ratio that can be obtained with only a ball screw can be further increased, and a small, lightweight, and highly efficient electric motor 8 can be used. The clutch 9 can be mounted parallel to the rack shaft 7, making it extremely advantageous in terms of space for mounting the motor 8 and the clutch 9.

ところで、上記実施例において、トルク検出器
４はストレインゲージ、磁気歪によるものなど公
知のどの様なものでもよく、また設置場所もピニ
オン軸５のところに設置してもよい。また、上記
実施例は出力軸手段であるラツク軸７の内側一端
部からタイロツド、ナツクルアーム等を介して操
向車輪へ連結する形式をとつているが、出力軸手
段の両端から連結する形式のものにも本考案は適
用できる。 Incidentally, in the above embodiment, the torque detector 4 may be of any known type such as a strain gauge or a magnetostrictive one, and may also be installed at the pinion shaft 5. Further, in the above embodiment, one inner end of the rack shaft 7, which is the output shaft means, is connected to the steering wheel via a tie rod, a knuckle arm, etc., but in the embodiment, the rack shaft 7, which is the output shaft means, is connected to the steering wheels from both ends. The present invention can also be applied to

以上述べたように、本発明によれば、電動機の
出力を回転するボールスクリユーのウオーム及び
ラツク軸の中空部に形成されたボールナツトを介
して伝達しているので、構造が簡単であつてコン
パクト、高効率、更に大減速比の減速機を用いた
のと同様の効果が得られて、一般に高速、低トル
クの特性を持つ電動機を動力舵取装置に使用する
とをスペース面、効率面などにおいて現実的にし
ていると共に、ラツク軸にボールナツトとラツク
ギヤを同一断面に形成できて、その分装置の長さ
を短縮できる。 As described above, according to the present invention, the output of the electric motor is transmitted through the worm of the rotating ball screw and the ball nut formed in the hollow part of the rack shaft, so the structure is simple and compact. , high efficiency, and the same effect as using a reducer with a large reduction ratio can be obtained, and in general, using an electric motor with characteristics of high speed and low torque for the power steering system is advantageous in terms of space and efficiency. In addition to being practical, the ball nut and rack gear can be formed on the rack shaft in the same cross section, and the length of the device can be shortened accordingly.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本考案の実施例の全体図、第２図はこ
の実施例の主要部分の部分断面図、第３図はこの
実施例の減速ギヤ部の断面図、第４図はこの実施
例のピニオンラツク機構の部分の断面図である。
第５図は第４図と同様な部分の図で変形例を示す
断面図。 Fig. 1 is an overall view of the embodiment of the present invention, Fig. 2 is a partial sectional view of the main parts of this embodiment, Fig. 3 is a sectional view of the reduction gear part of this embodiment, and Fig. 4 is this embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion of the pinion rack mechanism of FIG.
FIG. 5 is a sectional view showing a modified example of the same portion as FIG. 4;

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 １ 操舵入力を受入れるピニオン軸と、これのピ
ニオン部と噛合うラツク部を外面に有すると共
に中空部を有し操向車輪と連動するラツク軸
と、このラツク軸の中空部側に設けられたボー
ルスクリユーのボールナツトと、このボールナ
ツトとボールを介して係合する回転自在に軸受
支持されたウオームと、このウオームに出力を
伝達する電動機と、制御信号によりこの電動機
を制御する制御手段とを有する電気式動力舵取
装置。 ２ 前記ラツク軸の動きを、車両の中央部に位置
するラツク軸の一端部から取り出して操向車輪
に伝えている実用新案登録請求の範囲第１項に
記載の舵取装置。 ３ 前記電動機の出力が、クラツチ及び減速手段
を介して前記ウオームに伝達され、前記制御手
段が別の制御信号により前記クラツチをも制御
する実用新案登録請求の範囲第１項に記載の舵
取装置。[Scope of Claim for Utility Model Registration] 1. A pinion shaft that receives steering input, a rack shaft that has a hollow part on its outer surface that engages with the pinion part and is interlocked with steering wheels, and a rack shaft that is interlocked with steering wheels. A ball nut of a ball screw provided in the hollow part, a rotatably supported worm that engages with the ball nut via a ball, an electric motor that transmits output to the worm, and a control signal that controls the electric motor. An electric power steering device having a control means for controlling. 2. The steering device according to claim 1, wherein the movement of the rack shaft is extracted from one end of the rack shaft located in the center of the vehicle and transmitted to the steering wheels. 3. The steering device according to claim 1, wherein the output of the electric motor is transmitted to the worm via a clutch and a deceleration means, and the control means also controls the clutch using another control signal. .