(57)【要約】【課題】  複数のモータを備えた電動ステアリング装置において、操舵トルクの伝達に寄与していないラックおよびピニオンの歯合による操舵フィーリングの低下を最小限に抑える。【解決手段】  サブモータＭＡおよびメインモータＭＢにそれぞれ設けた第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂをラックバー２９に設けた第１、第２ラック３０Ａ，３０Ｂに歯合させて車輪を転舵する際に、ラックバー２９の第２ラック３０Ｂに、そのギヤ歯の歯厚を減少させた空転部３０ａを設け、第２ラック３０Ｂおよび第２ピニオン２８Ｂが噛合しないようにメインモータＭＢの回転角を制御することで、メインモータＭＢおよび第２ピニオン２８Ｂをラックバー２９から切り離し、その慣性力や摩擦力の影響を排除することができる。これによりラックバー２９がラックエンドに達して瞬間的に停止させられたときの衝撃や騒音を減少させ、操舵フィーリングの低下を防止することができる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラックバー（２９）に設けたラック（３０Ａ，３０Ｂ）に複数のピニオン（２８Ａ，２８Ｂ）を歯合させ、それら複数のピニオン（２８Ａ，２８Ｂ）を各々対応するモータ（ＭＡ，ＭＢ）で駆動して車輪（ＷＬ，ＷＲ）を転舵する電動ステアリング装置において、
前記ラックバー（２９）のラック（３０Ｂ）の少なくとも一部に歯厚を減少させた空転部（３０ａ）を形成し、何れかのモータ（ＭＢ）に接続されたピニオン（２８Ｂ）が前記空転部（３０ａ）に対向するとき、そのピニオン（２８Ｂ）が前記空転部（３０ａ）のギヤ歯に接触しないように、前記何れかのモータ（ＭＢ）の回転角を制御することを特徴とする電動ステアリング装置。
【請求項２】
２個のモータ（ＭＡ，ＭＢ）を備え、一方のモータ（ＭＡ）が操舵トルクを発生しているときに、他方のモータ（ＭＢ）のピニオン（２８Ｂ）を前記空転部（３０ａ）に対向させ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。
【請求項３】
前記空転部（３０ａ）をラック（３０Ｂ）のエンド位置に設けたことを特徴とする、請求項１に記載の電動ステアリング装置。
【請求項４】
前記空転部（３０ａ）をラック（３０Ｂ）のセンター位置に設けたことを特徴とする、請求項１に記載の電動ステアリング装置。
【請求項５】
前記ラックバー（２９）のストローク位置に基づいて、前記他方のモータ（ＭＢ）の回転角を制御することを特徴とする、請求項２に記載の電動ステアリング装置。
【請求項６】
前記一方のモータ（ＭＡ）は前記他方のモータ（ＭＢ）に比べて駆動時間が短く設定されているか、あるいは出力が小さく設定されていることを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の電動ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラックバーに設けたラックに複数のピニオンを歯合させ、それら複数のピニオンを各々対応するモータで駆動して車輪を転舵する電動ステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メインモータおよびサブモータにそれぞれ設けた２個のピニオンをラックバーに設けたラックに歯合させ、通常はメインモータが発生する操作トルクで車輪を転舵し、メインモータだけでは出力が不足するときにサブモータを駆動して不足分の操舵トルクを補う電動ステアリング装置が、下記特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−７４８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような２モータ型の電動ステアリング装置では、メインモータを起動してラックバーが移動を開始したときに、メインモータの操舵トルクで停止中のサブモータが外部から駆動されるため、サブモータの慣性力や摩擦力でラックバーのスムーズな移動が妨げられて操舵フィーリングや応答性が低下する問題がある。
【０００４】
またメインモータおよびサブモータの両方あるいは一方を駆動することで移動したラックバーがラックエンドに達して停止するときに、二つのモータがその慣性力に抗して瞬間的に停止させられるので、１モータ型の電動ステアリング装置に比べて、ラックエンドにおける衝撃や騒音が大きくなって操舵フィーリングが低下する問題がある。
【０００５】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、複数のモータを備えた電動ステアリング装置において、操舵トルクの伝達に寄与していないラックおよびピニオンの歯合による操舵フィーリングの低下を最小限に抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ラックバーに設けたラックに複数のピニオンを歯合させ、それら複数のピニオンを各々対応するモータで駆動して車輪を転舵する電動ステアリング装置において、前記ラックバーのラックの少なくとも一部に歯厚を減少させた空転部を形成し、何れかのモータに接続されたピニオンが前記空転部に対向するとき、そのピニオンが前記空転部のギヤ歯に接触しないように、前記何れかのモータの回転角を制御することを特徴とする電動ステアリング装置が提案される。      
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、２個のモータを備え、一方のモータが操舵トルクを発生しているときに、他方のモータのピニオンを前記空転部に対向させることを特徴とする電動ステアリング装置が提案される。
【０００８】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記空転部をラックのエンド位置に設けたことを特徴とする電動ステアリング装置が提案される。
【０００９】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記空転部をラックのセンター位置に設けたことを特徴とする電動ステアリング装置が提案される。
【００１０】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記ラックバーのストローク位置に基づいて、前記他方のモータの回転角を制御することを特徴とする電動ステアリング装置が提案される。
【００１１】
また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記一方のモータは前記他方のモータに比べて駆動時間が短く設定されているか、あるいは出力が小さく設定されていることを特徴とする電動ステアリング装置が提案される。
【００１２】
尚、実施例の第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂは本発明のピニオンに対応し、実施例の第１、第２ラック３０Ａ，３０Ｂは本発明のラックに対応し、実施例のサブモータＭＡおよびメインモータＭＢは本発明のモータに対応する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の構成によれば、複数のモータにそれぞれ設けたピニオンをラックバーに設けたラックに歯合させて車輪を転舵する際に、ラックバーのラックに歯厚を減少させた空転部を設けて少なくとも一方のモータおよびピニオンとラックバーとの連結を解除し、その慣性力や摩擦力の影響を排除して操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００１４】
請求項２の構成によれば、２個のモータのうちの一方のモータが操舵トルクを発生しているときに、他方のモータのピニオンをラックの空転部に対向させるので、他方のモータが操舵トルクを発生していないときに、その慣性力や摩擦力の影響を排除して操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００１５】
請求項３の構成によれば、ラックの空転部をラックのエンド位置に設けたことで、ステアリングハンドルを限界位置まで切ってラックバーがラックエンドに達したときに，他方のモータおよびピニオンとラックバーとの連結が解除されるので、ラックバーに作用する慣性力を減少させて衝撃や騒音の発生を最小限に抑え、操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００１６】
請求項４の構成によれば、ラックの空転部をハンドルセンター位置に設けたことで、ステアリングハンドルの切り始めに一方のモータが起動したときに他方のモータおよびピニオンとラックバーとの連結が解除されるので、ラックバーに作用する慣性力や摩擦力を減少させて操舵フィーリングの低下を防止するとともに、操舵応答性を高めることができる。
【００１７】
請求項５の構成によれば、ラックバーのストローク位置に基づいて他方のモータの回転角を制御するので、他方のモータおよびピニオンとラックバーとの連結を精度良く解除することができる。
【００１８】
請求項６の構成によれば、一方のモータは他方のモータに比べて駆動時間が短く設定されているか、あるいは出力が小さく設定されているので、他方のモータが発生する操舵トルクで一方のモータが外部から駆動される場合に、その一方のモータの慣性力や摩擦力が操舵フィーリングに及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００２０】
図１〜図８は本発明の第１実施例を示すものであり、図１は電動パワーステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図１の４−４線拡大断面図、図５は図１の５−５線断面図、図６はラックエンド付き当て時の作用説明図、図７は図６の７−７線拡大断面図、図８は図６の８−８線拡大断面図である。
【００２１】
図１に示すように、ステアリングハンドル１１と一体に回転する上部ステアリングシャフト１２は、上部ユニバーサルジョイント１３、下部ステアリングシャフト１４および下部ユニバーサルジョイント１５を介して、第１減速機１６Ａから上方に突出する第１ピニオンシャフト１７Ａに接続される。第１減速機１６Ａの下端に接続されたステアリングギヤボックス１８の左右両端から突出するタイロッド１９，１９が、左右の車輪ＷＬ，ＷＲの図示せぬナックルに接続される。第１減速機１６ＡにはサブモータＭＡが支持されており、このサブモータＭＡの作動が電子制御ユニットＵにより制御される。またステアリングギヤボックス１８に第２減速機１６Ｂが設けられており、この第２減速機１６Ｂに支持されたメインモータＭＢも電子制御ユニットＵにより制御される。電子制御ユニットＵには、第１減速機１６Ａの内部に収納した操舵トルクセンサＳｔからの信号と、ラックバー２９のストローク位置を検出するラックバー位置センサＳｐからの信号とが入力される。      
【００２２】
図２および図３に示すように、第１減速機１６Ａはステアリングギヤボックス１８と一体の下部ケース２１と、その上面にボルト２２…で結合された中間ケース２３と、その上面にボルト２４…で結合された上部ケース２５とを備えており、ステアリングギヤボックス１８および上部ケース２５にボールベアリング２６，２７で前記第１ピニオンシャフト１７Ａが回転自在に支持される。第１ピニオンシャフト１７Ａの下端に設けられた第１ピニオン２８Ａが、ステアリングギヤボックス１８の内部に左右移動自在に支持したラックバー２９に設けられた第１ラック３０Ａに噛合する。ステアリングギヤボックス１８に形成した貫通孔１８ａに押圧部材３１が摺動自在に収納されており、貫通孔１８ａを閉塞するナット部材３２との間に配置したスプリング３３で押圧部材３１をラックバー２９の背面に向けて付勢することで、ラックバー２９の撓みを抑制して第１ラック３０Ａを第１ピニオン２８Ａに正しく噛合させることができる。
【００２３】
第１減速機１６Ａの内部に延びるサブモータＭＡの回転軸３４は、一対のボールベアリング３５，３６で下部ケース２１に回転自在に支持される。サブモータＭＡの回転軸３４に設けられたウオーム３７は、第１ピニオンシャフト１７Ａに固定されたウオームホイール３８に噛合する。
【００２４】
図４に示すように、第２減速機１６Ｂの構造は第１減速機１６Ａの構造と類似しているが、第２減速機１６Ｂは上部ケース２５を備えておらず、ステアリングギヤボックス１８および中間ケース２３にボールベアリング２６，２７を介して第２ピニオンシャフト１７Ｂが支持される。そして第２ピニオンシャフト１７Ｂの下端に設けた第２ピニオン２８Ｂが、ラックバー２９の第２ラック３０Ｂに噛合する。
【００２５】
尚、第２減速機１６Ｂの構成要素の符号には、第１、第２ピニオンシャフト１７Ａ，１７Ｂおよび第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂを除いて、対応する第１減速機１６Ａの構成要素の符号と同じものが使用されている。
【００２６】
しかして、サブモータＭＡが駆動されると、その回転軸３４に設けたウオーム３７に噛合するウオームホイール３８を介して第１減速機１６Ａの第１ピニオンシャフト１７Ａが回転し、第１ピニオン２８Ａに噛合する第１ラック３０Ａが駆動されることで、ドライバーがステアリングハンドル１１に加える操舵トルクがサブモータＭＡによってアシストされる。
【００２７】
またメインモータＭＢが駆動されると、その回転軸３４に設けたウオーム３７に噛合するウオームホイール３８を介して第２減速機１６Ｂの第２ピニオンシャフト１７Ｂが回転し、第２ピニオン２８Ｂに噛合する第２ラック３０Ｂが駆動されることで、ドライバーがステアリングハンドル１１に加える操舵トルクがメインモータＭＢによってアシストされる。
【００２８】
図５に示すように、ラックバー２９に形成した第１ラック３０Ａおよび第２ラック３０Ｂのうち、第２ピニオン２８Ｂが歯合する第２ラック３０Ｂの両端部にはギヤ歯の歯厚を減少させた空転部３０ａ，３０ａが形成されており、第２ピニオン２８Ｂは空転部３０ａ，３０ａに臨むときに第２ラック３０Ｂに対して空転する。即ち、図７に示すように、空転部３０ａ以外の所では第１、第２ラック３０Ａ，３０Ｂと第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂとが実質的にバックラッシュ無しに噛合しているが、図８に示すように、空転部３０ａでは第２ラック３０Ｂのギヤ歯と第２ピニオン２８Ｂのギヤ歯との間にバックラッシュα，αが形成されている。
【００２９】
図１から明らかなように、第１減速機１６Ａに設けられたサブモータＭＡには、第２減速機１６Ｂに設けられたメインモータＭＢよりも小型で小出力のものが用いられる。
【００３０】
次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用を説明する。
【００３１】
ドライバーがステアリングハンドル１１に入力した操舵トルクを操舵トルクセンサＳｔが検出すると、電子制御ユニットＵはサブモータＭＡおよびメインモータＭＢに前記操舵トルクに応じたアシストトルクを発生させる。このときメインモータＭＢは優先的に駆動され、メインモータＭＢが最大のアシストトルクを発生してもトルクが不足する場合に、そのトルクの不足分を補うようにサブモータＭＡが同時に駆動される。つまりメインモータＭＢは常時駆動され、サブモータＭＡはメインモータＭＢのアシストトルクが不足したときに駆動される。
【００３２】
さて、車両が衝突して正面からバンパーに大きな荷重が加わり、その荷重によってエンジンルーム内のエンジンが後方に押されて後退すると、エンジンの後方に配置されたステアリングギヤボックス１８、第１減速機１６Ａ、第２減速機１６Ｂ等も後退する。このようにして第１減速機１６Ａが後退すると、第１減速機１６Ａに設けた第１ピニオンシャフト１７Ａに接続された下部ステアリングシャフト１４および上部ステアリングシャフト１２が後方に押され、ステアリングハンドル１１が車室内に突出する可能性がある。このステアリングハンドル１１の突出を抑制するには、エンジンと第１減速機１６Ａとのクリアランスをできるだけ大きくし、エンジンが後退しても第１減速機１６Ａと干渉し難くすることが望ましい。
【００３３】
本実施例では、アシストモータをサブモータＭＡおよびメインモータＭＢに分離し、かつ第１減速機１６Ａに設けられたサブモータＭＡを第２減速機１６Ｂに設けられたメインモータＭＢよりも小型にしたので、前記クリアランスの拡大により衝突時に第１減速機１６Ａを後退し難くしてステアリングハンドル１１の車室内への突出を最小限に抑えることができる。しかもサブモータＭＡを小型化したことで、そのサブモータＭＡを含む第１減速機１６Ａの質量を小さくし、衝突の衝撃で後退する第１減速機１６Ａの慣性を減少させてステアリングハンドル１１の突出を更に小さく抑えることができる。
【００３４】
またメインモータＭＢにより駆動される第２ピニオン２８Ｂと第２ラック３０Ｂとの噛合部には、メインモータＭＢが発生するアシストトルクと、路面反力との合力が作用するのに対し、サブモータＭＡにより駆動される第１ピニオン２８Ａと第１ラック３０Ａとの噛合部には、サブモータＭＡが発生するアシストトルクと、ドライバーがステアリングハンドル１１に入力する操舵トルクと、路面反力との合力が作用するため、前記アシストトルクの分だけ第１ピニオン２８Ａと第１ラック３０Ａとの噛合部の耐久性が低下する可能性がある。
【００３５】
しかしながら、メインモータＭＢを優先的に作動させることでサブモータＭＡが作動する頻度を減らし、かつサブモータＭＡをメインモータＭＢよりも小型にして発生するアシストトルクを小さくしたので、第１ピニオン２８Ａと第１ラック３０Ａとの噛合部の耐久性の低下を防止し、第１ピニオン２８Ａと第１ラック３０Ａとの噛合部の耐久性および第２ピニオン２８Ｂと第２ラック３０Ｂとの噛合部の耐久性を均一化することができる。
【００３６】
ところで、共通のラックバー２９をサブモータＭＡおよびメインモータＭＢで駆動するものでは、単一のモータで駆動するものに比べて、ラックバー２９の移動に伴う慣性力、つまりサブモータＭＡおよびメインモータＭＢのロータや第１、第２ピニオン２８Ａ，２８Ｂの慣性力の総和が大きくなる。従って、仮に空転部３０ａ，３０ａが存在しないとすると、サブモータＭＡおよびメインモータＭＢの両方を駆動して、あるいはメインモータＭＢのみを駆動して操舵を行い、ラックバー２９が左右方向のラックエンドに達して瞬間的に停止するときに、前記慣性力により大きな衝撃や騒音が発生する。
【００３７】
しかしながら本実施例によれば、ラックバー２９のストローク位置がラックエンドに接近すると、電子制御ユニットＵがラックバー位置センサＳｐで検出したラックバー２９のストローク位置に基づいてメインモータＭＢの回転角を制御することで、第２ラック３０Ｂの一方の空転部３０ａのギヤ歯と、それに対向する第２ピニオン２８Ｂのギヤ歯との間に常にバックラッシュα，α（図８参照）が維持される。その結果、メインモータＭＢのロータおよび第２ピニオン２８Ｂの慣性力がラックバー２９に作用しなくなり、ラックバー２９がラックエンドに達したときの衝撃や騒音が軽減される。これにより、操舵フィーリングの低下が抑制されるとともに、第２ラック３０Ｂおよび第２ピニオン２８Ｂのギヤ歯に加わる荷重をが軽減される。
【００３８】
更に、メインモータＭＢの第２ピニオン２８Ｂが第２ラック３０Ｂの空転部３０ａ，３０ａに対向していないとき、つまり第１ピニオン２８Ａが第１ラック３０Ａに噛合し、第２ピニオン２８Ｂが第２ラック３０Ｂに噛合しているとき、サブモータＭＡだけを駆動するとメインモータＭＢの摩擦力が負荷となり、またメインモータＭＢだけを駆動するとサブモータＭＡの摩擦力が負荷となる。しかしながら、本実施例では、作動する頻度の高いメインモータＭＢを大型にし、作動する頻度の低いサブモータＭＡを小型にしたので、停止しているサブモータＭＡをメインモータＭＢで駆動することによるエネルギーロスを最小限に抑えて操舵フィーリングを高めることができる。
【００３９】
尚、メインモータＭＢの第２ピニオン２８Ｂが第２ラック３０Ｂの空転部３０ａ，３０ａに対向しているときでも、メインモータＭＢの位相を進角あるいは遅角することで、第２ピニオン２８Ｂを第２ラック３０Ｂに噛合させて操舵トルクを支障なく伝達することができる。
【００４０】
次に、図９に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００４１】
第１実施例では、第２ラック３０Ｂの両端に二つの空転部３０ａ，３０ａを設けているが、第２実施例は第２ラック３０Ｂの中央に一つの空転部３０ａを設けたものであり、ステアリングハンドル１１が中立位置にあるときに第２ピニオン２８Ｂは空転部３０ａに対向している。ステアリングハンドル１１を中立位置から切り始めた瞬間は、サブモータＭＡだけが作動してメインモータＭＢは停止状態にある。従って、仮に空転部３０ａが存在しないとすると、サブモータＭＡが起動して第１ピニオン２８Ａおよび第１ラック３０Ａを介してラックバー２９が移動したとき、第２ラック３０Ｂおよび第２ピニオン２８Ｂを介してメインモータＭＢが外部から駆動されることで摩擦力が発生する。またメインモータＭＢのロータおよび第２ピニオン２８Ｂの慣性力がラックバー２９に作用するので、サブモータＭＡを起動してからラックバー２９が移動を開始するまでの応答時間が増加してしまう。
【００４２】
しかしながら本実施例によれば、ステアリングハンドル１１を中立位置から操作してサブモータＭＡが起動した瞬間に、第２ラック３０Ｂの空転部３０ａに第２ピニオン２８Ｂが対向して空転するため、メインモータＭＢのロータおよび第２ピニオン２８Ｂが外力で駆動されることがなくなって摩擦力が軽減されるだけでなく、メインモータＭＢのロータおよび第２ピニオン２８Ｂの慣性力がラックバー２９に作用しないので応答姓が向上する。そしてラックバー２９が移動を開始して静摩擦が動摩擦に変化し、ラックバー２９が移動しやすくなってから第２ピニオン２８Ｂが第２ラック３０Ｂに歯合するため、ラックバー２９がスムーズに移動を開始する。
【００４３】
次に、図１０に基づいて本発明の第３実施例を説明する。
【００４４】
第３実施例は、第１ラック３０Ａの両端に二つの空転部３０ａ，３０ａを設け、かつ第２ラック３０Ｂの中央に一つの空転部３０ａを設けたものである。この第３実施例によれ、第１実施例と同様の理由で、ラックバー２９がラックエンドに達する直前にサブモータＭＡの第１ピニオン３０Ａと第１ラック３０Ａの一方の空転部３０ａとの歯合が解除されるため、サブモータＭＡのロータおよび第１ピニオン２８Ａの慣性力がラックバー２９に作用しなくなり、ラックバー２９がラックエンドに達したときの衝撃や騒音が軽減される。また第２実施例と同様に、ステアリングハンドル１１が中立位置にある状態でサブモータＭＡが起動すると、第２ラック３０Ｂの空転部３０ａに第２ピニオン２８Ｂが対向しているために摩擦力が軽減されるだけでなく、メインモータＭＢのロータおよび第２ピニオン２８Ｂの慣性力がラックバー２９に作用しないので応答姓が向上する。
【００４５】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４６】
例えば、実施例ではサブモータＭＡに小形のものを用い、メインモータＭＢに大型のものを用いているが、その大小関係は任意である。
【００４７】
また実施例ではラックバー２９のストローク位置をラックバー位置センサＳｐの出力から求めているが、それをサブモータＭＡの回転角を検出するサブモータ回転角センサＳｎ（図１参照）の出力から求めたり、ステアリングハンドル１１の操舵角から求めたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】電動パワーステアリング装置の全体斜視図
【図２】図１の２−２線拡大断面図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】図１の５−５線断面図
【図６】ラックエンド付き当て時の作用説明図
【図７】図６の７−７線拡大断面図
【図８】図６の８−８線拡大断面図
【図９】第２実施例に係る前記図５に対応する図
【図１０】第３実施例に係る前記図５に対応する図
【符号の説明】
【００４９】
２８Ａ      第１ピニオン（ピニオン）
２８Ｂ      第２ピニオン（ピニオン）
２９        ラックバー
３０Ａ      第１ラック（ラック）
３０Ｂ      第２ック（ラック）
３０ａ      空転部
ＭＡ        サブモータ（モータ）
ＭＢ        メインモータ（モータ）
ＷＬ        車輪
ＷＲ        車輪
【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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【図９】
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【図１０】
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