JP2013193565A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を削減することができるとともに、省スペース化および製造容易化を図ることができる装置を提供する。
【解決手段】ラック軸１０５と、第１モータ１０および第２モータと、第１モータ１０および第２モータそれぞれの出力軸（１０ａなど）と連動して回転駆動する第１駆動プーリ１１および第２駆動プーリと、ラック軸１０５に形成されたボールねじ１０５ｂと、ボールねじ１０５ｂを移動する複数のボール１１１と、ボールねじ１０５ｂとの間にボール１１１を介在させるボールナット１１２と有し、ラック軸１０５の軸中心回りの回転運動をラック軸１０５の軸方向の直線運動に変換するボールナット機構１１０と、ボールナット機構１１０のボールナット１１２に連結され、ボールナット１１２とともに回転する従動プーリ１１３と、第１駆動プーリ１１および第２駆動プーリと、従動プーリ１１３とに掛け渡されたベルト３０と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

近年、大型車両におけるステアリングホイールの操舵力を軽減するために、２個の電動モータを用いる装置が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置は、２個の電動モータを備え、第１電動モータの補助トルクを第１ベルト式伝動機構並びにボールねじを介してラック軸に伝達する第１補助トルク機構と、第２電動モータの補助トルクを第２ベルト式伝動機構並びにボールねじを介してラック軸に伝達する第２補助トルク機構とを備える。

特開２００４−７４８３１号公報

電動パワーステアリング装置の構造は簡易である方が、部品点数の削減、省スペース化の観点、製造容易化の観点からは好ましい。
本発明は、部品点数を削減することができるとともに、省スペース化および製造容易化を図ることができる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。

かかる目的のもと、本発明は、ラック軸と、複数の電動モータと、前記複数の電動モータそれぞれの出力軸と連動して回転駆動する複数の駆動部材と、前記ラック軸に形成されたボールねじと、当該ボールねじを移動する複数のボールと、当該ボールねじとの間に当該ボールを介在させるボールナットと有し、当該ラック軸の軸中心回りの回転運動を当該ラック軸の軸方向の直線運動に変換するボールナット機構と、前記ボールナット機構の前記ボールナットに連結され、当該ボールナットとともに回転する回転部材と、前記複数の駆動部材と、前記回転部材とに掛け渡されたベルトと、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

ここで、前記複数の電動モータの軸方向は、前記ラック軸の軸方向と略同じであり、当該複数の電動モータは、前記ベルトに対して同じ側に配置されているとよい。
あるいは、前記複数の電動モータの軸方向は、前記ラック軸の軸方向と略同じであり、当該複数の電動モータのいくつかの電動モータは、前記ベルトに対して他の電動モータと反対側に配置されているとよい。
また、前記複数の電動モータとして２つの電動モータを備え、当該２つの電動モータそれぞれの回転中心と前記ラック軸の回転中心とを結んだ線同士が鋭角をなすとよい。

本発明によれば、部品点数を削減することができるとともに、省スペース化および製造容易化を図ることができる。

本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 第１モータおよび第２モータとラック軸との関係を示す外観図である。 ラックハウジング内の内部をラック軸の軸方向に見た図である。 図３のIV−IV部の断面図である。 他の形態に係るステアリング装置を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の概略構成を示す図である。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施形態においては自動車に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、ドライバが操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ステアリングシャフト１０２と自在継手１０３ａを介して連結された上部連結シャフト１０３と、この上部連結シャフト１０３と自在継手１０３ｂを介して連結された下部連結シャフト１０８とを備えている。下部連結シャフト１０８は、ステアリングホイール１０１の回転に連動して回転する。

また、ステアリング装置１００は、転動輪としての左右の前輪２５０のそれぞれに連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されたラック軸１０５とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン１０６ａを備えている。ピニオン１０６ａは、ピニオンシャフト１０６の下端部に形成されている。

また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６を収納するステアリングギアボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギアボックス１０７内部にて、不図示のトーションバーを介して上述した下部連結シャフト１０８と同軸的に連結されている。これらピニオンシャフト１０６および下部連結シャフト１０８は、ステアリングギアボックス１０７内部にて回転可能に支持されている。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギアボックス１０７の内部に、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対回転角度に基づいて、言い換えればトーションバーの捩れ量に基づいてステアリングホイール１０１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０９が設けられている。

また、ステアリング装置１００は、複数の電動モータを備えている。本実施の形態に係るステアリング装置１００は、図１に示すように２つの電動モータである、第１モータ１０と、第２モータ２０とを備えている。そして、ステアリング装置１００は、第１モータ１０および第２モータ２０それぞれの出力軸の回転と連動して回転する第１駆動プーリ１１および第２駆動プーリ２１を備えている。

また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたねじ溝からなるボールねじ１０５ｂと、多数のボール１１１と、ボールねじ１０５ｂにボール１１１を介して取り付けたボールナット１１２と、から構成されるボールナット機構１１０を備えている。
また、ステアリング装置１００は、ボールナット機構１１０のボールナット１１２とともに回転する従動プーリ１１３と、この従動プーリ１１３、第１駆動プーリ１１および第２駆動プーリ２１に掛け渡された１つの無端状のベルト３０と、を備えている。従動プーリ１１３は、ボールナット機構１１０のボールナット１１２の外周に、ロックナット５３（図４参照）にて固定されている。

また、ステアリング装置１００は、第１モータ１０および第２モータ２０の作動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２００を備えている。ＥＣＵ２００には、上述したトルクセンサ１０９の出力値が入力される。
ＥＣＵ２００は、各種演算処理を行うＣＰＵと、ＣＰＵにて実行されるプログラムや各種データ等が記憶されたＲＯＭと、ＣＰＵの作業用メモリ等として用いられるＲＡＭと、を用いて、トルクセンサ１０９からの出力値を基に下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対回転角度を演算する相対角度演算部を備えている。

以上のように構成されたステアリング装置１００においては、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクが下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対回転角度として現れることに鑑み、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対回転角度に基づいて操舵トルクを把握する。つまり、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対回転角度をトルクセンサ１０９にて検出し、トルクセンサ１０９からの出力値に基づいてＥＣＵ２００が操舵トルクを把握し、把握した操舵トルクに基づいて第１モータ１０および第２モータ２０の駆動を制御する。

そして、第１モータ１０および第２モータ２０の発生トルクを、第１駆動プーリ１１、第２駆動プーリ２１、ベルト３０、従動プーリ１１３、ボールナット機構１１０などを介してラック軸１０５に伝達し、ラック軸１０５を直線移動させる。これにより、第１モータ１０および第２モータ２０の発生トルクが、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。つまり、ラック軸１０５は、ステアリングホイール１０１の回転によって発生する操舵トルクと第１モータ１０および第２モータ２０から付与される補助トルクとで回転する。

以下に、第１モータ１０および第２モータ２０の駆動トルクをラック軸１０５に伝達する機構について詳述する。
図２は、第１モータ１０および第２モータ２０とラック軸１０５との関係を示す外観図である。
図３は、後述するラックハウジング４０内の内部をラック軸１０の軸方向に見た図である。言い換えれば、後述する第２ラックハウジング４２を第１ラックハウジング４１に締結する前のラックハウジング４０内を示す図である。
図４は、図３のIV−IV部の断面図である。

ステアリング装置１００は、ラック軸１０５の周囲を覆うラックハウジング４０を備えている。ラックハウジング４０は、ラック軸１０５の軸方向に分割される第１ラックハウジング４１と第２ラックハウジング４２とから構成される。ラック軸１０５の両端部は、それぞれ第１ラックハウジング４１および第２ラックハウジング４２から突出している。

第１ラックハウジング４１は、車幅方向（図１では横方向）に延びた略円筒状の円筒状部４１ａと、第２ラックハウジング４２側の端部に形成され、ボールナット機構１１０のボールナット１１２を収納する収納部４１ｂと、フランジ部４１ｃとを有している。また、第１ラックハウジング４１には、第１モータ１０、第２モータ２０それぞれの回転軸をラックハウジング４０内に導き入れるための２つのモータ孔４１ｄが形成されている。

フランジ部４１ｃには、図４に示すように、第２ラックハウジング４２と締結するための締結ボルト５０を通すためのボルト孔４１ｅや締結ボルト５０の雄ねじがねじ込まれる雌ねじ４１ｆが形成されている。図３に示すように、ボルト孔４１ｅおよび雌ねじ４１ｆはそれぞれ、フランジ部４１ｃに複数形成されている。
第１ラックハウジング４１の収納部４１ｂには、ボールナット機構１１０のボールナット１１２を回転可能に支持する軸受け５１が取り付けられている。軸受け５１は、軸受け５１を固定するための固定ナット５２にて固定されている。

第２ラックハウジング４２は、ラック軸１０５の端部を通すとともに第１ラックハウジング４１の端部の開口部を覆うように構成されている。つまり、第２ラックハウジング４２は、ラック軸１０５の外周の周囲を覆う周囲部４２ａと、第１駆動プーリ１１、第２駆動プーリ２１、従動プーリ１１３、ベルト３０などを収納する収納部４２ｂと、第１ラックハウジング４１のフランジ部４１ｃと対向するフランジ部４２ｃとを有している。

フランジ部４２ｃには、図４に示すように、第１ラックハウジング４１と締結する締結ボルト５０を通すためのボルト孔４２ｅや締結ボルト５０の雄ねじがねじ込まれる雌ねじ４２ｆが形成されている。そして、第１ラックハウジング４１と第２ラックハウジング４２とを締結する複数の締結ボルト５０の内の一部の締結ボルト５０は、第１ラックハウジング４１のフランジ部４１ｃに形成されたボルト孔４１ｅを通って、第２ラックハウジング４２のフランジ部４２ｃに形成された雌ねじ４２ｆにねじ込まれる。他の締結ボルト５０は、第２ラックハウジング４２のフランジ部４２ｃに形成されたボルト孔４２ｅを通って、第１ラックハウジング４１のフランジ部４１ｃに形成された雌ねじ４１ｆにねじ込まれる。

なお、第１ラックハウジング４１のフランジ部４１ｃおよび第２ラックハウジング４２のフランジ部４２ｃそれぞれに、円筒状のノックピンを嵌合する嵌合孔を形成し、締結ボルト５０にて締結する前に、ノックピンの両端部をそれぞれの嵌合孔に嵌め込むことで、第１ラックハウジング４１および第２ラックハウジング４２を位置決めするとよい。

ステアリング装置１００は、第１駆動プーリ１１および第２駆動プーリ２１それぞれが固定された複数（本実施の形態においては２つ）の中心軸１２と、この中心軸１２を回転可能に支持する複数（本実施の形態においては２つ）のホルダ１３とを備えている。
中心軸１２は、ホルダ１３に装着された軸受け１４、１５にて、その両端が回転可能に支持される。軸受け１５は、外輪固定用止め輪１６にてホルダ１３から脱落しないように保持されている。
ホルダ１３は、第１ラックハウジング４１のモータ孔４１ｄから第１ラックハウジング４１の収納部４１ｂ内に挿入された状態でボルトにて第１ラックハウジング４１に固定される。

第１モータ１０および第２モータ２０は、それぞれホルダ１３にボルトにて固定される。その際、第１モータ１０の回転軸１０ａの軸端のジョイント１７と、中心軸１２の軸端のジョイント１８とを、それらの周方向複数位置に設けた歯の間にゴム等の中間ジョイント１９を挟む状態となるように装着する。図示はしていないが、第２モータ２０も同様である。

ホルダ１３と第１ラックハウジング４１のモータ孔４１ｄとの間には所定の隙間が生じるように、ホルダ１３の外形とモータ孔４１ｄの孔形とが形成されている。また、ホルダ１３に形成された、第１ラックハウジング４１に装着するためのボルトが通るボルト孔は、長孔に形成されている。これらにより、ホルダ１３を第１ラックハウジング４１に固定する際に、第１ラックハウジング４１に対するホルダ１３の位置が所定の範囲内となることが許容される。その結果、第１モータ１０および第２モータ２０それぞれの出力軸の回転と連動して回転する第１駆動プーリ１１および第２駆動プーリ２１に掛け渡されるベルト３０の張力が調整可能となる。

なお、本実施の形態に係るステアリング装置１００においては、図３に示すように、第１モータ１０および第２モータ２０それぞれの回転中心とラック軸１０５の回転中心とを結んだ線同士が鋭角αをなすように、ラック軸１０５に対して第１モータ１０および第２モータ２０が配置されている。これにより、ベルト３０の全長を短くすることが可能となる。

以上のように構成されたステアリング装置１００においては、第１モータ１０および第２モータ２０が正常に動作する場合には、第１モータ１０および第２モータ２０の発生トルクが、第１駆動プーリ１１、第２駆動プーリ２１、ベルト３０、従動プーリ１１３、ボールナット機構１１０などを介してラック軸１０５に伝達され、ラック軸１０５が直線移動する。このように、本実施の形態に係るステアリング装置１００においては、複数の電動モータが発生した駆動トルクが、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。

したがって、第１モータ１０あるいは第２モータ２０と同サイズの電動モータ１つのみを備えるステアリング装置１００と比較すると、アシストトルクを増大させることが可能となる。電動モータ１つのみで複数のモータ分のアシストトルクを発生させることも可能であるが、かかる場合には１つの電動モータのサイズを大きくするか、あるいは、電動モータの回転軸に装着する駆動プーリの半径を大きくし、減速比を大きくする必要がある。それゆえ、本実施の形態に係るステアリング装置１００によれば、１つの電動モータを備える構成よりも搭載スペースの効率を向上させることが可能となる。

また、電動モータが１つであると、その電動モータが故障した場合にはアシスト機能が失われてしまうとともに、運転者によるステアリングホイール１０１の操作（自助でのハンドル操作）負荷も大きくなってしまう。これに対して、複数の電動モータの内の１つの電動モータが故障したとしても他の電動モータのアシストトルクを利用できる。また、複数の電動モータの内の１つの電動モータあるいは全ての電動モータが故障した場合、モータ起電力に応じた電磁ブレーキ力（負荷抵抗）が生じるが、複数の電動モータを備える構成では、電磁ブレーキ力が分散する場合もある。そのため、１つの高出力の電動モータを備える構成と比較すると、故障態様に応じて、ステアリングホイール１０１の自助動作を許容できる設定条件を増やすことができる。
また、複数の電動モータを使用することにより、複数の電動モータそれぞれに備えられたレゾルバからの信号を利用して、ステアリングホイール１０１の回転角度（舵角）を演算することが可能となる。

また、本実施の形態に係るステアリング装置１００においては、複数の電動モータが発生する駆動トルクを、一つのベルト３０にて、ラック軸１０５に伝達する構成であるので、例えば、複数の電動モータそれぞれが発生する駆動トルクを複数のベルトにてラック軸１０５に伝達する構成と比べると構成を簡略化することができるとともに部品点数を減らすことが可能となる。また、複数の電動モータの駆動トルクを伝達するベルトが１つであると、複数の電動モータの内の１つの電動モータの軸間調整でベルト張力を設定することができるので、組み立て易くできる。

図５は、他の形態に係るステアリング装置１００を示す図である。図３のV−V部の断面図である。
他の形態に係るステアリング装置１００は、上述した実施の形態に係るステアリング装置１００に対して電動モータの取り付け方向が異なる。
つまり、上述した実施の形態に係るステアリング装置１００においては、複数の電動モータ全てが第１ラックハウジング４１に取り付けられているが、特にかかる態様に限定されない。図５に示すように、１つのベルト３０にて複数の電動モータの動力を伝達するのであれば、複数の電動モータの内のいくつかの電動モータが第１ラックハウジング４１に取り付けられ、他の電動モータが第２ラックハウジング４２に取り付けられていてもよい。すなわち、１つのベルト３０を基準にすると、複数の電動モータの内のいくつかの電動モータの取り付け方向は、他の電動モータの取り付け方向と、ベルト３０に対して反対方向であってもよい。

このように構成された他の形態に係るステアリング装置１００においても、複数の電動モータの発生トルクが、ベルト３０、従動プーリ１１３、ボールナット機構１１０などを介してラック軸１０５に伝達され、ラック軸１０５が直線移動し、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。それゆえ、上述した実施の形態に係るステアリング装置１００と同様の効果を奏する。また、ベルト３０に対する複数の電動モータの向きが拘束されないので、レイアウトの自由度が増す。

また、１つのベルト３０にて複数の電動モータの動力を伝達するのであれば、複数の電動モータ全てが第２ラックハウジング４２に取り付けられていてもよい。かかる構成のステアリング装置１００においても、複数の電動モータの発生トルクが、ベルト３０、従動プーリ１１３、ボールナット機構１１０などを介してラック軸１０５に伝達され、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストするため、上述した実施の形態に係るステアリング装置１００と同様の効果を奏する。また、ベルト３０に対する複数の電動モータの向きが拘束されないので、レイアウトの自由度が増す。

１０…第１モータ、１１…第１駆動プーリ、２０…第２モータ、２１…第２駆動プーリ、３０…ベルト、４０…ラックハウジング、４１…第１ラックハウジング、４２…第２ラックハウジング、１００…電動パワーステアリング装置、１０５…ラック軸、１０５ｂ…ボールねじ、１０６…ピニオンシャフト、１０８…下部連結シャフト、１０９…トーションバー、１１０…ボールナット機構、１１１…ボール、１１２…ボールナット、１１３…従動プーリ

Claims (4)

1. ラック軸と、
   複数の電動モータと、
   前記複数の電動モータそれぞれの出力軸と連動して回転駆動する複数の駆動部材と、
   前記ラック軸に形成されたボールねじと、当該ボールねじを移動する複数のボールと、当該ボールねじとの間に当該ボールを介在させるボールナットと有し、当該ラック軸の軸中心回りの回転運動を当該ラック軸の軸方向の直線運動に変換するボールナット機構と、
   前記ボールナット機構の前記ボールナットに連結され、当該ボールナットとともに回転する回転部材と、
   前記複数の駆動部材と、前記回転部材とに掛け渡されたベルトと、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記複数の電動モータの軸方向は、前記ラック軸の軸方向と略同じであり、当該複数の電動モータは、前記ベルトに対して同じ側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記複数の電動モータの軸方向は、前記ラック軸の軸方向と略同じであり、当該複数の電動モータのいくつかの電動モータは、前記ベルトに対して他の電動モータと反対側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記複数の電動モータとして２つの電動モータを備え、当該２つの電動モータそれぞれの回転中心と前記ラック軸の回転中心とを結んだ線同士が鋭角をなすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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