(57)【要約】      （修正有）【課題】容易にステアバイワイヤ式のものに設計変更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】ステアリングホイール２６と一緒に回転する入力側アッパーシャフト、入力側アッパーシャフトの回転に伴って回転する出力軸を有する操舵アクチュエータ３２、反力を入力側アッパーシャフトに付与する操舵反力付与機構、及び入力側アッパーシャフトの回転力を受けずに出力軸の回転力によって回転する出力側アッパーシャフトを有するコラムユニット２０と、出力側アッパーシャフトに一端部が接続され且つ出力側アッパーシャフトと一緒に回転するインターメディエイトシャフト５０と、インターメディエイトシャフトの他端部に接続され且つインターメディエイトシャフトと一緒に回転するピニオンシャフト６０と、ピニオンシャフトが回転したときに車両の幅方向にスライドすることにより操舵輪の操舵角を変化させるラック軸７０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールと一緒に回転する入力側アッパーシャフト、前記入力側アッパーシャフトの回転に伴って回転する出力軸を有する操舵アクチュエータ、車輪が路面から受ける反力に相当する回転力を前記入力側アッパーシャフトに付与する操舵反力付与機構、及び前記入力側アッパーシャフトの回転力を受けずに前記出力軸の回転力によって回転する出力側アッパーシャフトを有するコラムユニットと、
前記出力側アッパーシャフトに一端部が接続され且つ前記出力側アッパーシャフトと一緒に回転するインターメディエイトシャフトと、
前記インターメディエイトシャフトの他端部に接続され且つ前記インターメディエイトシャフトと一緒に回転するピニオンシャフトと、
前記ピニオンシャフトと一緒に回転するピニオンギアと噛合し且つ前記ピニオンシャフトが回転したときに車両の幅方向にスライドすることにより操舵輪の操舵角を変化させるラック軸と、
を備える、
電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータの動力を利用して操舵アシストを行う電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと称する場合がある）の一例としてステアバイワイヤ式ＥＰＳが知られている。特許文献１はステアバイワイヤ式ＥＰＳを開示している。
【０００３】
特許文献１のステアバイワイヤ式ＥＰＳは、コラムユニット及びラックピニオンギア機構を備えている。コラムユニットは、ステアリングホイールと一緒に回転するステアリングシャフトと、車輪が路面から受ける反力に相当する回転力をステアリングシャフトに付与する操舵反力付与機構と、を備えている。ラックピニオンギア機構は、操舵モータと、操舵モータに接続されたピニオン軸と、ピニオン軸と噛合し且つピニオン軸が回転したときに車両の幅方向にスライドすることにより操舵輪の操舵角を変化させるラック軸と、を備えている。
【０００４】
このステアバイワイヤ式ＥＰＳでは、ステアリングホイール（ステアリングシャフト）のトルクがトルク検出手段によって検出され、検出されたトルクの大きさに対応する信号が操舵モータに送信される。従って、運転者がステアリングホールを回転操作すると、操舵モータからピニオン軸を介してラック軸にラック軸をスライドさせるためのアシスト力が付与される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６０９４６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４８６０７号公報
【発明の概要】
【０００６】
ステアバイワイヤ式ではないＥＰＳの一例として、ステアリングシャフトに操舵モータを連係させたコラムＥＰＳが知られている（例えば、特許文献２）。このコラムＥＰＳでは、ステアリングシャフトの上端にステアリングホイールが固定され、ステアリングシャフトの下端にインターメディエイトシャフトを介してピニオン軸が接続され、さらにピニオン軸がラック軸と噛合する。
【０００７】
ところで、上記コラムＥＰＳをステアバイワイヤ式ＥＰＳに設計変更したい場合がある。しかしこの場合は、ステアリングシャフトに操舵反力付与機構を連係させる必要がある。さらにこの場合は、ステアリングシャフトに連係している操舵モータを除去し且つ操舵モータをピニオン軸に連係させる必要がある。
【０００８】
このようにこの場合は、ステアリングシャフトに操舵反力付与機構を連係させるだけでなく、操舵モータの接続対象をステアリングシャフトからピニオン軸に変更する必要がある。従って、この設計変更は容易ではない。
【０００９】
本発明は上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、ステアバイワイヤ式ではないコラム式電動パワーステアリング装置を容易にステアバイワイヤ式のものに設計変更可能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の電動パワーステアリング装置（１０）は、
ステアリングホイール（２６）と一緒に回転する入力側アッパーシャフト（２３、２４）、前記入力側アッパーシャフトの回転に伴って回転する出力軸（３２ａ）を有する操舵アクチュエータ（３２）、車輪が路面から受ける反力に相当する回転力を前記入力側アッパーシャフトに付与する操舵反力付与機構（２８、２９、２１ａ、２３ａ１、３５Ａ、３５Ｂ）、及び前記入力側アッパーシャフトの回転力を受けずに前記出力軸の回転力によって回転する出力側アッパーシャフト（３１）を有するコラムユニット（２０、２０Ａ）と、
前記出力側アッパーシャフトに一端部が接続され且つ前記出力側アッパーシャフトと一緒に回転するインターメディエイトシャフト（５０）と、
前記インターメディエイトシャフトの他端部に接続され且つ前記インターメディエイトシャフトと一緒に回転するピニオンシャフト（６０）と、
前記ピニオンシャフトと一緒に回転するピニオンギアと噛合し且つ前記ピニオンシャフトが回転したときに車両の幅方向にスライドすることにより操舵輪の操舵角を変化させるラック軸（７０）と、
を備える。
【００１１】
本発明のステアバイワイヤ式の電動パワーステアリング装置は、入力側アッパーシャフトの回転に伴って回転する出力軸を有する操舵アクチュエータ、及び、車輪が路面から受ける反力に相当する回転力を入力側アッパーシャフトに付与する操舵反力付与機構、を有する。従って、ステアバイワイヤ式ではないコラム式電動パワーステアリング装置に、本発明のコラムユニットを適用することにより、コラム式電動パワーステアリング装置をステアバイワイヤ式電動パワーステアリング装置に容易に設計変更できる。
【００１２】
上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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斜視図である。
【図２】コラムユニットの縦断側面図である。
【図３】本発明の第１の変形例のステアリングホイール及び操舵トルクセンサを省略して示すコラムユニットの縦断側面図である。
【図４】本発明の第１の変形例の第１アッパーシャフト（大径部）、本体ケースのバネ係止部材、第１捩じりコイルバネ、及び第２捩じりコイルバネの模試的な斜視図である。
【図５】本発明の第１の変形例のステアリングホイールが中立位置（初期位置）に位置するときの第１アッパーシャフト（大径部）、本体ケースのバネ係止部材、第１捩じりコイルバネ、及び第２捩じりコイルバネの模試的な断面図である。
【図６】本発明の第１の変形例のステアリングホイールが中立位置から反時計方向に回転したときの図５と同様の断面図である。
【図７】本発明の第１の変形例のステアリングホイールが中立位置から時計方向に回転したときの図５と同様の断面図である。
【図８】本発明の第２の変形例の図３に相当する縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態に係るステアバイワイヤ式の電動パワーステアリング装置１０（以下、ＥＰＳ１０と称する）について説明する。本実施形態の車両に適用されたＥＰＳ１０は、以下に説明するように、主要な構成要素として、コラムユニット２０、ＥＣＵ４０、インターメディエイトシャフト５０、ピニオンシャフト６０、及びラック軸７０を備えている。
【００１５】
図２に示すようにコラムユニット２０は、主な構成要素として、本体ケース２１、第１アッパーシャフト２３、第２アッパーシャフト２４、ステアリングホイール２６、操舵トルクセンサ２７、操舵反力アクチュエータ２８、ウォームホイール２９、第３アッパーシャフト３１、操舵アクチュエータ３２、及びウォームホイール３３を備えている。
【００１６】
略筒状の本体ケース２１の内部には３つの軸受２２が設けられ、各軸受２２によって第１アッパーシャフト２３が回転可能且つスライド不能に支持されている。第１アッパーシャフト２３は、軸受２２によって支持された大径部２３ａと、大径部２３ａから後方に延び且つ大径部２３ａより小径の小径部２３ｂと、を備えている。小径部２３ｂの後端部には第１アッパーシャフト２３と同軸をなす第２アッパーシャフト２４の前端部が固定され、且つ、第２アッパーシャフト２４の後端部は本体ケース２１の後端部から後方に突出している。さらに本体ケース２１の内部の後端部には第２アッパーシャフト２４を回転可能且つスライド不能に支持する軸受２５が設けられている。第２アッパーシャフト２４の後端部にはステアリングホイール２６が固定されている。
【００１７】
本体ケース２１の内部には第１アッパーシャフト２３（大径部２３ａ）の操舵トルク（回転トルク）を検出するための操舵トルクセンサ２７が設けられている。さらに本体ケース２１の内部には、第１アッパーシャフト２３の回転角度である操舵角を検出するための操舵角センサ（図示略）が設けられている。さらに車両は４つの車輪の車輪速を求める車輪速センサ（図示略）を備えている。
【００１８】
さらに本体ケース２１の外周部には操舵反力アクチュエータ２８が支持されている。操舵反力アクチュエータ２８の出力軸２８ａは本体ケース２１の内部に進入しており、且つ、出力軸２８ａの外周部にはウォーム２８ｂが一体的に形成されている。さらに大径部２３ａの外周部にはウォームホイール２９が固定され、且つ、ウォームホイール２９とウォーム２８ｂとが互いに噛合している。
【００１９】
さらに本体ケース２１の内部の前端部に設けられた一対の軸受３０によって、第１アッパーシャフト２３及び第２アッパーシャフト２４と同軸をなし且つ第１アッパーシャフト２３から前方に離間する第３アッパーシャフト３１が、回転可能且つスライド不能に支持されている。さらに本体ケース２１の外周部の前端部には操舵アクチュエータ３２が支持されている。操舵アクチュエータ３２の出力軸３２ａは本体ケース２１の内部に進入しており、且つ、出力軸３２ａの外周部にはウォーム３２ｂが一体的に形成されている。さらに第３アッパーシャフト３１の外周部にはウォームホイール３３が固定され、且つ、ウォームホイール３３とウォーム３２ｂとが互いに噛合している。
【００２０】
さらに操舵トルクセンサ２７、操舵反力アクチュエータ２８、操舵角センサ、車輪速センサ、及び操舵アクチュエータ３２はＥＣＵ４０に接続されている。ＥＣＵはエレクトリックコントロールユニットの略称であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。ＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン、プログラム）を実行することにより後述する各種機能を実現する。
【００２１】
図１に示すように、第３アッパーシャフト３１の下端部にはユニバーサルジョイント５１を介してインターメディエイトシャフト５０の上端部が接続されている。さらにインターメディエイトシャフト５０の下端部にはユニバーサルジョイント５２を介してピニオンシャフト６０の上端部が接続されている。図示は省略してあるが、ピニオンシャフト６０の下端部にはハウジング６１の内部に配設されたピニオンギア（図示略）が連結されている。
【００２２】
車両には、ラック軸７０が左右方向（車両の幅方向）にスライド可能に設けられている。そしてピニオンシャフト６０に連結された上記ピニオンギアがラック軸７０の外周面の一部に形成されたラック歯部（図示略）と噛合している。図示は省略してあるが、ラック軸７０の左右両端部は、左右の前輪（操舵輪）にタイロッドを介してそれぞれ連結されている。さらにハウジング６１には筒状をなし且つピニオンシャフト６０の周囲を覆うカバー６２の下端部が固定されている。
【００２３】
続いてＥＰＳ１０の動作について説明する。
【００２４】
車両に乗車している運転者が例えばステアリングホイール２６を時計方向に回転操作すると、操舵トルクセンサ２７が第１アッパーシャフト２３の操舵トルクを検出し且つ検出値をＥＣＵ４０へ送信する。さらに、操舵角センサが第１アッパーシャフト２３の操舵角を検出し且つ検出値をＥＣＵ４０へ送信する。さらに、車輪速センサが４つの車輪の車輪速をＥＣＵ４０へ送信する。するとＥＣＵ４０は、４つの車輪速度のうち最高の車輪速度及び最低の車輪速度の両方を除いた２つの車輪速度の平均値を車速として演算する。そしてＥＣＵ４０が、操舵トルク、操舵角、及び車速に応じた目標操舵アシストトルクを演算し、さらに目標操舵アシストトルクが得られるように操舵アクチュエータ３２を回転制御する。即ち、図示を省略したバッテリから操舵アクチュエータ３２へ所定の大きさの駆動電流が供給される。
【００２５】
すると出力軸３２ａが回転し、この回転力がウォーム３２ｂ及びウォームホイール３３を介して第３アッパーシャフト３１に伝わる。するとこの回転力が第３アッパーシャフト３１からユニバーサルジョイント５１、インターメディエイトシャフト５０、ユニバーサルジョイント５２、ピニオンシャフト６０、及びピニオンギアを介してラック軸７０に伝達され、ラック軸７０が右側へスライドする。従って、運転者は大きな力をステアリングホイール２６に付与することなく且つ左右の前輪が所望の操舵角となるようにラック軸７０をスライドさせることが可能である。
【００２６】
さらに、バッテリから操舵アクチュエータ３２へ供給された駆動電流の大きさに基づいてＥＣＵ４０が左右の前輪が路面から受ける路面反力を推定し、且つ、ＥＣＵ４０がこの路面反力に相当する力である操舵反力トルクを算出する。そしてＥＣＵ４０が演算された操舵反力トルクに相当する回転力が得られるように操舵反力アクチュエータ２８を回転制御する。即ち、バッテリから操舵反力アクチュエータ２８へ所定の大きさの駆動電流が供給される。すると出力軸２８ａが回転し、この回転力がウォーム２８ｂ及びウォームホイール２９を介して大径部２３ａに伝わる。するとこの回転力が第１アッパーシャフト２３及び第２アッパーシャフト２４を介してステアリングホイール２６に伝わるので、ステアリングホイール２６を手で握っている運転者は路面反力を認識する。
【００２７】
そして本実施形態のステアバイワイヤ式のＥＰＳ１０のコラムユニット２０は、第１アッパーシャフト２３の操舵トルク等に基づいて回転制御される操舵アクチュエータ３２及び左右の前輪が路面から受ける路面反力に相当する回転力を第１アッパーシャフト２３に付与する操舵反力アクチュエータ２８を有している。従って、ステアバイワイヤ式ではないコラムＥＰＳのインターメディエイトシャフトにユニバーサルジョイントを介してコラムユニット２０の第３アッパーシャフト３１を接続することにより、このコラムＥＰＳをステアバイワイヤ式のＥＰＳ１０に容易に設計変更できる。
【００２８】
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００２９】
図３乃至図７は本発明の第１変形例のコラムユニット２０Ａを示している。なお、以下の第１変形例の説明において上記実施形態と同一の構成には上記実施形態と同一の符号を付し且つその詳細な説明は省略する。
【００３０】
第１変形例のコラムユニット２０Ａは操舵反力アクチュエータ２８を具備しておらず、代わりに本体ケース２１内に収納され且つ互いの前後方向位置が異なる第１捩じりコイルバネ３５Ａ及び第２捩じりコイルバネ３５Ｂを備えている。第１捩じりコイルバネ３５Ａの一端３５Ａ１は第１アッパーシャフト２３の大径部２３ａの外周部に固定されたバネ係止部材２３ａ１の左側面に係合しており、第１捩じりコイルバネ３５Ａの他端３５Ａ２は本体ケース２１の内周面に固定されたバネ係止部材２１ａの右側面に係合している。一方、第２捩じりコイルバネ３５Ｂの一端３５Ｂ１はバネ係止部材２３ａ１の右側面に係合しており、第２捩じりコイルバネ３５Ｂの他端３５Ｂ２はバネ係止部材２１ａの左側面に係合している。図４及び図５に示すようにステアリングホイール２６（図３乃至図７では図示略）が中立位置（初期位置）に位置するとき第１捩じりコイルバネ３５Ａ及び第２捩じりコイルバネ３５Ｂは自由状態となる。
【００３１】
図６に示すように運転者が中立位置に位置するステアリングホイール２６を運転者から見て反時計方向に回転操作すると、バネ係止部材２３ａ１が第１捩じりコイルバネ３５Ａの一端３５Ａ１を反時計方向に押圧し且つ他端３５Ａ２がバネ係止部材２１ａに係合したままとなるので、第１捩じりコイルバネ３５Ａが自由状態から捩れる。その結果、第１捩じりコイルバネ３５Ａが第１アッパーシャフト２３を時計方向に回転させる付勢力を発生する。そのため第１捩じりコイルバネ３５Ａが発生したこの付勢力が第１アッパーシャフト２３及び第２アッパーシャフト２４からステアリングホイール２６に伝わるので、ステアリングホイール２６を手で握っている運転者はステアリングホイール２６に伝わった付勢力を左右の前輪が受けた路面反力に相当する力として認識する。なお、このとき第２捩じりコイルバネ３５Ｂの一端３５Ｂ１及び他端３５Ｂ２は図５の位置に止まるので、第２捩じりコイルバネ３５Ｂは自由状態のままになる。
【００３２】
一方、図７に示すように運転者がステアリングホイール２６を時計方向に回転操作すると、バネ係止部材２３ａ１が第２捩じりコイルバネ３５Ｂの一端３５Ｂ１を時計方向に押圧し且つ他端３５Ｂ２がバネ係止部材２１ａに係合したままとなるので、第２捩じりコイルバネ３５Ｂが自由状態から捩れる。その結果、第２捩じりコイルバネ３５Ｂが第１アッパーシャフト２３を反時計方向に回転させる付勢力を発生する。この場合も捩じりコイルバネ３５が発生したこの付勢力が第１アッパーシャフト２３及び第２アッパーシャフト２４からステアリングホイール２６に伝わるので、ステアリングホイール２６を手で握っている運転者はステアリングホイール２６に伝わった付勢力を左右の前輪が受けた路面反力に相当する力であると認識する。なお、このとき第１捩じりコイルバネ３５Ａの一端３５Ａ１及び他端３５Ａ２は図５の位置に止まるので、第１捩じりコイルバネ３５Ａは自由状態のままになる。
【００３３】
図８は本発明の第２変形例のコラムユニット２０Ｂを示している。なお、以下の第２変形例の説明において上記実施形態と同一の構成には上記実施形態と同一の符号を付し且つその詳細な説明は省略する。
【００３４】
第２変形例のコラムユニット２０Ｂの本体ケース２１内には、大径部２３ａと第３アッパーシャフト３１との間に位置するクラッチ３７と、クラッチ３７に接続され且つクラッチ３７を非接続状態と接続状態とに切り換える電動式のアクチュエータ（図示略）と、が設けられている。このアクチュエータはＥＣＵ４０に接続されている。
【００３５】
操舵反力アクチュエータ２８及び操舵アクチュエータ３２が正常に動作する通常時においてクラッチ３７は非接続状態になる。即ち、このときクラッチ３７は大径部２３ａと第３アッパーシャフト３１とを機械的に接続しない。
【００３６】
一方、操舵反力アクチュエータ２８及び／又は操舵アクチュエータ３２が故障しているとＥＣＵ４０が判定すると、ＥＣＵ４０の指示によってバッテリから上記アクチュエータに駆動電流が供給され、アクチュエータの動力によってクラッチ３７が非接続状態から接続状態に切り替えられる。するとクラッチ３７が大径部２３ａと第３アッパーシャフト３１とを互いに機械的に接続する。この場合は、運転者がステアリングホイール２６を回転操作したときにバッテリから操舵反力アクチュエータ２８及び操舵アクチュエータ３２に駆動電流が供給されない。しかし、この場合はステアリングホイール２６の回転力が第２アッパーシャフト２４、第１アッパーシャフト２３、クラッチ３７、第３アッパーシャフト３１、ユニバーサルジョイント５１、インターメディエイトシャフト５０、ユニバーサルジョイント５２、ピニオンシャフト６０、及びピニオンギアを介してラック軸７０に伝達される。従って、この場合も左右の前輪の操舵角が所望の大きさになる。さらに左右の前輪が路面から受ける反力が、ラック軸７０、ピニオンギア、ピニオンシャフト６０、ユニバーサルジョイント５２、インターメディエイトシャフト５０、ユニバーサルジョイント５１、第３アッパーシャフト３１、クラッチ３７、第１アッパーシャフト２３、及び第２アッパーシャフト２４を介してステアリングホイール２６に伝わる。従って、ステアリングホイール２６を手で握っている運転者はこの反力を認識できる。
【符号の説明】
【００３７】
１０・・・電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２０・・・コラムユニット、２３・・・第１アッパーシャフト、２３ａ・・・大径部、２６・・・ステアリングホイール、２７・・・操舵トルクセンサ、２８・・・操舵反力アクチュエータ、３２・・・操舵アクチュエータ、４０・・・ＥＣＵ、５０・・・インターメディエイトシャフト、６０・・・ピニオンシャフト、７０・・・ラック軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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