(57)【要約】【課題】パワーステアリング装置の信頼性を向上させるとともに、装置を小型化し車両搭載性を向上させる。【解決手段】一端側に開口部を有するハウジング３４内に、第１ラックバー２２と噛合する第１ピニオンシャフト１９と、該第１ピニオンシャフト１９に設けられたウォームホイール６２と、該ウォームホイール６２を回転させる第１電動モータ１５と、該第１電動モータ１５の回転量を制御する制御基板５６をそれぞれ収容する。また、前記第１ピニオンシャフト１９を第３，４軸受６３，６４にて回転自在に軸支した上で第１ピニオン回転角センサ３０を取り付ける。【選択図】図４
2006151073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵入力手段からの電気信号を受信することによってラックバーを介して車両の左右前輪の操舵方向を制御するパワーステアリング装置において、
一端側に開口部を有するハウジングと、
該ハウジングに回転自在に収容され、前記ラックバーと噛合するピニオンシャフトと、
該ピニオンシャフトに設けられたウォームホイールと、
前記ハウジングに保持され、前記開口部の近傍となる位置と前記開口部と反対となる位置にて前記ピニオンシャフトを回転自在に軸支する一対の軸受と、
前記ハウジングの開口部側に保持された前記一方の軸受よりも外側に設けられ、前記ピニオンシャフトの回転量を検出する回転角検出器と、
前記ハウジングに収容され、前記操舵入力手段の操舵量および前記回転角検出器の出力信号に基づき、前記ウォームホイールに回転トルクを付与するモータを備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項２】
前記モータの回転量を制御する制御基板を前記一方の軸受よりも外側で、かつ前記ウォームホイールと平行に設けたことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
【請求項３】
前記回転角検出器を前記制御基板の近傍に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の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、ステアリングホイールと左右前輪との間の機械的リンクを廃したステアバイワイヤ式のパワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパワーステアリング装置としては、例えば以下の特許文献１に記載のものが提案されている。
【０００３】
この装置は、ステアリングホイールと操舵機構部とを機械的に連結せずに分離し、電気的なケーブルにて連結しており、車両衝突時に操舵機構部と共にステアリングホイールが後退することにより運転手に損傷を与えるのを防止している。このように、ステアリングホイールと操舵機構部が機械的に連結されていないためパワーステアリング装置はより一層の信頼性が求められていると共に、車両搭載性の面から小型化が望まれている。
【特許文献１】特開２００３−１５４９５１号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の装置は、前記操舵機構部の構造が明確に記されておらず、装置の信頼性が不明確であると共に、組み立て構造によっては大型化してしまい車両搭載性が悪化するおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、操舵機構部の信頼性を向上させると共に、より一層小型化したパワーステアリング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、一端側に開口部を有するハウジングと、該ハウジングに回転自在に収容され、前記ラックバーと噛合するピニオンシャフトと、該ピニオンシャフトに設けられたウォームホイールと、前記ハウジングに保持され、前記開口部の近傍となる位置と前記開口部と反対となる位置にて前記ピニオンシャフトを回転自在に軸支する一対の軸受と、前記ハウジングの開口部側に保持された前記一方の軸受よりも外側に設けられ、前記ピニオンシャフトの回転量を検出する回転角検出器と、前記ハウジングに収容され、前記操舵入力手段の操舵量および前記回転角検出器の出力信号に基づき、前記ウォームホイールに回転トルクを付与するモータを備えることを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、前記ピニオンシャフトが先にハウジング内に収容され、前記ピニオンシャフトが一対の軸受によってハウジングに支持される構造となっている。その結果、ハウジングの開口部側から回転角検出器を組み付ける際には、ピニオンシャフトが安定した状態で前記回転角検出器を取り付けることが可能となり、回転角検出器によるピニオンシャフトの回転量の検出の信頼性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記モータの回転量を制御する制御基板を前記一方の軸受よりも外側で、かつ前記ウォームホイールと平行に設けたことを特徴としている。
【０００９】
この発明によれば、ピニオンシャフトの回転量を検出する回転角検出器と、前記モータの回転量を制御する制御基板がそれぞれハウジング内に収容されていると共に、前記制御基板をウォームホイールに平行に設けたことによってより一層装置の小型化を図ることができ、車両搭載性が向上する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記回転角検出器を前記制御基板の近傍に設けたことを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、回転角検出器と制御基板を電気的に接続するための例えばワイヤハーネスが短縮化もしくは不要となり、前記回転角検出器と制御基板との接続作業が極めて簡単となる。また、装置の小型化も図ることができ、車両搭載性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図４は本発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態を示しており、図１はパワーステアリング装置の全体的なシステムを簡略化した図を、図２は図１の第１操舵機構部の拡大平面図を、図３は図２の第１操舵機構部の拡大縦断面図を、図４は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図をそれぞれ示している。
【００１３】
パワーステアリング装置は、図１に示すように、操舵入力手段であるステアリングホイール１と、主に該ステアリングホイール１の操舵角度などを検出するバックアップ手段２と、前記ステアリングホイール１の操舵角度に応じて左右前輪ＦＬ，ＦＲの操舵方向を制御する第１，２操舵機構部３，４と、前記ステアリングホイール１の操舵角度に応じて主として前記第１，２操舵機構部３，４を制御するメインコントロールユニット５とを備えている。なお、図中の矢印は電気信号の経路をそれぞれ示している。
【００１４】
前記バックアップ手段２は、前記ステアリングホイール１の回転トルクを検出するトルクセンサ８と、前記ステアリングホイール２の操舵角度を検出する操舵角度センサ９と、車両の左右前輪ＦＬ，ＦＲからの反力をステアリングホイール１にフィードバックする操舵反力アクチュエータ１０と、該操舵反力アクチュエータ１０に設けられた電動モータ１１とを備えている。
【００１５】
前記第１，２操舵機構部３，４は、前記メインコントロールユニット５に電子信号を送受信する制御装置である第１，２コントロールユニット１３，１４と、該第１，第２コントロールユニット１３，１４からの電気信号により駆動する第１，２電動モータ１５，１６と、該第１，２電動モータ１５，１６から動力が伝えられることによって正逆回転する第１，２ピニオン機構１７，１８を備えており、該第１，２ピニオン機構１７，１８に備えられた磁性材料である第１，２ピニオンシャフト１９，２０は、左右前輪ＦＬ，ＦＲの車軸に連係された第１，２ラックバー２２，２３にそれぞれ噛合している。なお、この両ラックバー２２，２３の接続部には、第１，２ラックバー２２，２３を個別に制御するための左右独立機構２４が設けられている。
【００１６】
前記メインコントロールユニット５は、トルクセンサ８および操舵角度センサ９から検出された電気信号の他、車両の速度センサ、横Ｇセンサおよびヨー・レイトセンサ（全て図外）から検出された各種信号を受信することによって、その演算結果を第１，２コントロールユニット１３，１４に送信する。それによって第１，２コントロールユニット１３，１４が、第１，２ピニオンシャフト１９，２０の回転量をそれぞれ制御し、左右前輪ＦＬ，ＦＲの操舵方向を決定するようになっている。
【００１７】
前記第１，２電動モータ１５，１６および第１，２ピニオンシャフト１９，２０には、第１，２モータ回転角センサ２８，２９および回転角検出器である第１，２ピニオン回転角センサ３０，３１がそれぞれ設けられている。
【００１８】
該第１，２モータ回転角センサ２８，２９および第１，２ピニオン回転角センサ３０，３１から検出された操舵方向などの電気信号が第１，２コントロールユニット１３，１４およびメインコントロールユニット５を介して前記電動モータ１１に送信され、この電動モータ１１によって前記操舵反力アクチュエータ１０が左右前輪ＦＬ，ＦＲからの反力をステアリングホイール２にフィードバックする。
【００１９】
なお、左右前輪ＦＬ，ＦＲは、第１，２コントロールユニット１３，１４によってそれぞれ個別に制御されているため、例えば第１，２コントロールユニット１３，１４のいずれか一方が故障しても左右前輪ＦＬ，ＦＲの操舵方向を制御できるようになっている。
【００２０】
以下に前記第１，２操舵機構部３，４の具体的な構造について説明する。但し、両操舵機構部３，４は同じ構造であるから、便宜上、第１操舵機構部３のみを説明する。
【００２１】
前記第１操舵機構部３は、図２〜図４に示すように、前記第１電動モータ１５、第１コントロールユニット１３、および第１ピニオン機構１７とを備えており、それぞれがハウジング３４内に収容されている。
【００２２】
前記ハウジング３４は、主に第１電動モータ１５を内部に備える第１ハウジング３５と、主に第１ピニオン機構１７を内部に備える第２ハウジング３６とに分割形成されており、第２ハウジング３６と第１ハウジング３５の端面同士が固着されている。
【００２３】
前記第１電動モータ１５は、図３に示すように、前記第１ハウジング３５側と第２ハウジング３６側にそれぞれ固定された円環状の第１，２軸受３８，３９によって両端部を回転自在に軸支されている出力軸４０と、第１軸受３８側における該出力軸４０の外周部に固定された円筒状のロータ４２と、該ロータ４２と非接触で外周側となる位置に配置され、コイル部４３を有する円筒状のステータ４４とを備えており、モータ駆動回路１２から出力された制御電流によって駆動されるようになっている。
【００２４】
このモータ駆動回路１２は、前記第１ハウジングの外壁部に設けられた制御信号ハーネス用コネクタ４６と、前記第１ハウジング３５に収容されたパワーＭＯＳＦＥＴ４７と、リレー４８と、コンデンサ４９とを備えている。
【００２５】
前記出力軸４０は、前記第１軸受３８に端部を軸支されている軸部４０ａと前記第２軸受３９に端部を軸支されている歯車部４０ｂが一体に形成されているものである。また、前記ロータ４２は外周側がマグネットロータ５０になっており、ステータ４４から励磁されることによって回転するようになっている。
【００２６】
また、前記軸部４０ａの外周部には出力軸４０の回転角を検出するＶ・Ｒ型レゾルバのモータ回転角センサ２８が設けられている。前記モータ回転角センサ２８は、出力軸４０の軸部４０ａの外周に固定され、該軸部４０ａと共に回転する円環状で、かつ金属の積層状となる被検出部５３と、該被検出部５３を包囲するようにして前記ステータ４４側に固定され、前記被検出部５３の回転角を検出する円環状のセンサコイル部５４から構成されている。
【００２７】
なお、前記被検出部５３は、例えば外周部が凹凸状に形成された磁性部材や巻線状のコイルであってもよい。
【００２８】
前記第１コントロールユニット１３は、図４に示すように、前記モータ駆動回路１２と、前記第１ピニオン回転角センサ３０の外周部となる位置に配置され、前記第１モータ回転角センサ２８および第１ピニオン回転角センサ３０から受信した電気信号を演算し、前記コイル部４３の通電を制御する制御回路を備えたドーナツ状の制御基板５６とを備えている。
【００２９】
前記制御基板５６は、第２ハウジング３６の内部に設けられたドーナツ状の保持部材である遮蔽板５７によって保持されており、カバー５９を第２ハウジング３６の開口部６０にねじ締め固定することによって保護されている。
【００３０】
なお、第１ハウジング３５の外壁部には、制御信号ハーネス用コネクタ４６に並列するようにして電源ハーネス用コネクタ５１が設けられている。
【００３１】
前記第１ピニオン機構１７は、図３および図４に示すように、前記出力軸４０の歯車部４０ｂと噛合するウォームホイール６２と、該ウォームホイール６２の中心に設けられ、第１ラックバー２２と噛合する第１ピニオンシャフト１９と、前記開口部６０の近傍位置に前記第１ピニオンシャフト１９を回転自在に軸支している一対の軸受である円環状の第３軸受６３と、前記開口部６０と反対となる位置にて前記第１ピニオンシャフト１９を回転自在に軸支している同じく一対の軸受である円環状の第４軸受６４と、前記第２ハウジング３６に固定され、前記第３軸受６３および前記制御基板５６を保持する前記遮蔽板５７と、一方の軸受である第３軸受６３よりも外側、すなわち開口部６０側に設けられ、第１ピニオンシャフト１９の回転角を検出する円環状の第１ピニオン回転角センサ３０とを備えている。
【００３２】
詳しくは、前記第１ピニオン回転角センサ３０は、前記第１ピニオンシャフト１９の外周部に固定され、第１ピニオンシャフト１９と共に回転する円環状で、かつ金属の積層状となる被検出部６７と、該被検出部６７を包囲するようにして設けられ、前記被検出部６７の回転角を検出する円環状のセンサコイル部６８から構成されている。なお、前記被検出部６７は、前記モータ回転角センサ２８の被検出部５３と同様に、例えば外周部が凹凸状に形成された磁性部材や巻線状のコイルであってもよい。
【００３３】
該センサコイル部６８の外周部には前記カバー５９の形状に沿った段付き円筒状のコイル保持部材７０が固定されており、該コイル保持部材７０は、その下端部が前記遮蔽板５７に例えば図外のボルト・ナットにて固定されている。
【００３４】
前記コイル保持部材７０には、センサコイル部６８から引き出された図外の例えばワイヤハーネスが埋設されており、制御基板５６と当接しているコイル保持部材７０の底面からは端子７６が突出している。該端子７６が、前記制御基板５６に形成された図外の端子接続孔に接続されることによって前記センサコイル部６８と制御基板５６が電気的に連結している。
【００３５】
前記遮蔽板５７は、その外周部が第２ハウジング３６の内壁面に沿って固着されており、前記制御基板５６側と第１ピニオンシャフト１９側を隙間なく遮蔽すると共に、内周部に形成された軸受保持部７１にて第３軸受６３を保持している。
【００３６】
また、前記第３軸受６３は、前記遮蔽板５７に保持されると共に、前記第１ピニオンシャフト１９の外周部に形成された溝部７２に施された円環状のかしめリング７４によって第１ピニオンシャフト１９の外周部に固定されている。
【００３７】
一方、前記第４軸受６４は、前記第２ハウジング３６の内壁面に固定されていると共に、前記第１ピニオンシャフト１９の縮径された端部に結合されている。
【００３８】
上記のような第１操舵機構部３の構造によれば、前記制御基板５６とウォームホイール６２との間に遮蔽板５７が設けられているため、ウォームホイール６２の表面に塗布されている図外の潤滑油が制御基板５６側に浸入するのを防止されており、前記遮蔽板５７はいわゆるオイルシールのような機能を果たしている。
【００３９】
また、前記制御基板５６が、第２ハウジング３６内にて前記ウォームホイール６２と平行に設けられているため、余分なスペースを形成することなく第１操舵機構部３が小型化されている。
【００４０】
前述したように、前記コイル保持部材７０が遮蔽板５７に固定され、この遮蔽板５７が第２ハウジングに３６に固定されているため、前記センサコイル部６８はセンサコイル保持部７０および遮蔽板５７を介して第２ハウジング３６に強固に固定されている。その結果、前記センサコイル部６８は振動などによる影響が防止され、第１ピニオンシャフト１９の回転角をより一層正確な検出が可能である。
【００４１】
そして、第１ピニオンシャフト１９が磁性材料で形成されていることから、前記被検出部６７と共に第１ピニオンシャフト１９が回転することによって前記被検出部６７が発生させる磁界を増幅し、センサコイル部６８が検出する第１ピニオンシャフト１９の回転角の精度を向上させることができる。
【００４２】
また、第１ピニオン回転角センサ３０を前記制御基板５６上に設けたことによって、前記コイル保持部材７０の底面から突出した端子７６が図外の端子接続孔に差し込むことが可能となり、例えばワイヤハーネスの取り回し作業などが不要もしくは短縮化され極めて簡単な接続作業となる。
【００４３】
次に、前記第１ピニオン機構１７の組立手順について説明する。
【００４４】
まず、ウォームホイール６２が設けられている第１ピニオンシャフト１９をラックバー２２に噛合させると共に、前記第１ピニオンシャフト１９の先端の縮径部を第２ハウジング３６の底部３６ａに固定されている第４軸受６４に嵌入することによって第２ハウジング３６に固定する。
【００４５】
続いて、前記遮蔽板５７を第２ハウジング３６の内周部に接着固定し、遮蔽板５７の内周部に形成された軸受保持部７１に第３軸受６３を嵌入する。そして、かしめ用リング７４を第１ピニオンシャフト１９の溝部７２に施すことによって第３軸受６３を第１ピニオンシャフト１９および遮蔽板５７に固定する。なお、前記ウォームホイール６２は第２ハウジング３６の内壁面および遮蔽板５７の底面には接触しないようになっている。
【００４６】
そして、第２ハウジング３６に固定された前記遮蔽板５７に制御基板５６を前記ウォームホイール６２と平行になるように配置し例えばねじ締め固定した後、第１ピニオン回転角センサ３０の被検出部６７を第１ピニオンシャフト１９の外周部に固定すると共に、コイル保持部材７０を前記遮蔽板５７に固定し、センサコイル部６８が前記被検出部６７を包囲するように取り付ける。
【００４７】
なお、前記コイル保持部材７０の底面から突出している端子７６も前記コイル保持部材７０を遮蔽板５７に固定する際に図外の端子接続孔に差し込まれる。
【００４８】
最後に前記カバー５９を第２ハウジング３６の開口部６０にねじ締め固定し、前記制御基板５６および第１ピニオン回転角センサ３０を保護する。
【００４９】
上記のような操舵機構部３の組立構造によれば、第１ピニオン回転角センサ３０を取り付ける際には、既に前記第１ピニオンシャフト１９が第３，４軸受６３，６４を介して第２ハウジング３６に固定された状態であるため、安定した状態で取り付けることができ、検出精度および組立作業効率を向上させることが可能となる。
【００５０】
加えて、前記遮蔽板５７が、第２ハウジング３６とは別部材にて構成されていることから、第１ピニオンシャフト１９およびウォームホイール６２を第２ハウジング３６に固定してから遮蔽板５７を取り付けることが可能となる。その結果、一端の開口部６０から第２ハウジング３６内に第１ピニオンシャフト１９や制御基板５６などの部材を収めることができるため、かかる組立作業効率を向上させることが可能となる。
【００５１】
なお、第４軸受６４は、第２ハウジング４０の底部３６ａではなく、第１ピニオンシャフト１９の先端に予め設けられた構造であってもよい。
【００５２】
以下、前記第１操舵機構部３の作用について簡単に説明すれば、まず、前記メインコントロールユニット５から前記制御信号ハーネス用コネクタ４６に送信された電気信号が、制御基板５６の制御回路、パワーＭＯＳＦＥＴ４７、リレー４８およびコンデンサ４９を介してステータ４４側に送信され、該ステータ４４はマグネットロータ５０を励磁することによってロータ４２を回転させる。
【００５３】
そして、このロータ４２と同一方向に出力軸４０が回転し、前記出力軸４０の歯車部４０ｂと噛合しているウォームホイール６２も回転する。このウォームホイール６２と共に、ウォームホイール６２に設けられている第１ピニオンシャフト１９が回転し、該第１ピニオンシャフト１９と噛合している第１ラックバー２２も回転する。
【００５４】
前記制御基板５６の制御回路は、前記モータ回転角センサ２８および第１ピニオン回転角センサ３０から送信された電気信号を演算し、前記コイル部４３への通電量すなわち出力軸４０の回転量を連続的に制御している。
【００５５】
なお、第２操舵機構部４も前記第１操舵機構部３と同様な構造になっており、第１，２ラックバー２２，２３が回転することにより左右前輪ＦＬ，ＦＲの操舵方向が決定するようになっている。
【００５６】
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
【００５７】
請求項（１）  前記ウォームホイールを収容するハウジングは、前記ウォームホイールよりも開口部側に設けられた保持部材を有し、前記一方の軸受は、前記保持部材に保持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパワーステアリング装置。
【００５８】
この発明によれば、ウォームホイールと制御基板との間に保持部材が設けられるため、保持部材がウォームホイール側と制御基板側を遮蔽するいわゆるオイルシールのような機能を果たしており、ウォームホイールおよびピニオンシャフトに塗布されている潤滑油が制御基板側に漏洩しないようになっている。
【００５９】
請求項（２）  前記保持部材部は、前記第２ハウジングとは別体に形成されていることを特徴とする請求項１〜（１）のいずれかに記載のパワーステアリング装置。
【００６０】
この発明によれば、第２ハウジングと保持部材を別体にすることによって、ピニオンシャフトおよびウォームホイールをハウジング内に収容してから保持部材をハウジングに固定することができ、一端側の開口部からの取り付けが可能になるため作業効率が向上する。
【００６１】
請求項（３）  前記ピニオンシャフトは磁性材料で形成され、前記回転角検出器は、前記ピニオンシャフトの外周部に設けられた被検出部と、該被検出部の回転位置を検出することによって前記ピニオンシャフトの回転位置を検出するセンサコイル部と、を有することを特徴とする請求項１〜（２）のいずれかに記載のパワーステアリング装置。
【００６２】
この発明によれば、磁性材料にて形成された前記ピニオンシャフトが、回転角検出器によって形成される磁界を増幅させることにより回転角検出器の検出精度をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】ブラシレスモータの制御装置の全体的なシステムを簡略化した図である。
【図２】図１の第１操舵機構部の拡大平面図である。
【図３】図２の縦断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…ステアリングホイール（操舵入力手段）
１５…第１電動モータ（モータ）
１６…第２電動モータ（モータ）
１９…第１ピニオンシャフト
２０…第２ピニオンシャフト
２２…第１ラックバー
２３…第２ラックバー
３０…第１ピニオン回転角センサ（回転角検出器）
３１…第２ピニオン回転角センサ（回転角検出器）
３４…ハウジング
３５…第１ハウジング
３６…第２ハウジング
５６…制御基盤
５７…遮蔽板（保持部材）
６０…開口部
６２…ウォームホイール
６３…第３軸受（一対の軸受，一方の軸受）
６４…第４軸受（一対の軸受）
６７…被検出部
６８…センサコイル部
ＦＬ，ＦＲ…左右前輪
【図１】
2006151073.tif 000003
【図２】
2006151073.tif 000004
【図３】
2006151073.tif 000005
【図４】
2006151073.tif 000006