(57)【要約】【課題】  車輪側から入力された逆入力に伴って発生し得る異音を低減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】  本発明の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール１２に加えられた操舵力を車両の左右方向に延びるラック軸３に伝達してラック軸３により車輪８Ｒ、８Ｌを操舵するとともに、ステアリングホイールから車輪８Ｒ、８Ｌまでの操舵力の伝達経路内に設けられた電動モータ４により操舵を補助する。そして、ラック軸３に接続され、かつラック軸３に負荷を与える負荷装置２０を備えるとともに、車輪８Ｒ、８Ｌ側から入力される逆入力に応じて、負荷装置２０がラック軸３に与える負荷を制御する。【選択図】      図１
2006213226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部材に加えられた操舵力を車両の左右方向に延びるロッド部材に伝達して前記ロッド部材により車輪を操舵するとともに、前記操作部材から前記車輪までの操舵力の伝達経路内に設けられた電動モータにより操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、
前記ロッド部材に接続され、かつ前記ロッド部材に負荷を与える負荷装置と、前記車輪側から入力される逆入力に応じて、前記負荷装置が前記ロッド部材に与える負荷を制御する負荷制御手段と、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。
【請求項２】
前記負荷装置は、負荷作用軸と、前記ロッド部材の軸線方向の運動を回転運動に変換して前記負荷作用軸に伝達する負荷伝達機構と、前記負荷作用軸に連結された負荷発生手段と、を備え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。
【請求項３】
前記負荷発生手段として、正端子及び負端子が可変抵抗を介在させて互いに接続された直流モータを備え、前記負荷制御手段が、前記可変抵抗の抵抗値を変化させて前記負荷を制御することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記操作部材と連動して回転し、かつピニオンが設けられたピニオン軸を備え、
前記ロッド部材として、前記ピニオンを介して操舵力が伝達されるラック軸が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の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、電動モータで操舵を補助する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として、悪路走行時におけるキックバックの発生を判定し、キックバックの発生が判定された場合、キックバックを打ち消す方向に電動モータの出力を増大補正する装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２８２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、油圧を利用したパワーステアリング装置は、車輪側からの荷重、振動等の逆入力が入力された場合、パワーシリンダがダンピング効果を発揮して逆入力が緩和される。これに対して、従来の電動パワーステアリング装置には、パワーシリンダに相当するものが存在しない。このため、車輪側から入力された逆入力によって、操舵力の伝達経路内に設けられた各種機構にて機械的衝突が発生し、カタカタと言った異音が発生する場合がある。特許文献１に記載された装置では、キックバックを打ち消して操舵フィーリングの悪化を防止できるものの、伝達経路内における機械的衝突に伴う異音の発生を低減することはできない。
【０００５】
そこで、本発明は、車輪側から入力された逆入力に伴って発生し得る異音を低減可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電動パワーステアリング装置は、操作部材に加えられた操舵力を車両の左右方向に延びるロッド部材に伝達して前記ロッド部材により車輪を操舵するとともに、前記操作部材から前記車輪までの操舵力の伝達経路内に設けられた電動モータにより操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、前記ロッド部材に接続され、かつ前記ロッド部材に負荷を与える負荷装置と、前記車輪側から入力される逆入力に応じて、前記負荷装置が前記ロッド部材に与える負荷を制御する負荷制御手段と、を備えることにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この発明によれば、車輪側からロッド部材に入力される荷重や振動等の逆入力の一部がロッド部材に接続された負荷装置で負担される。このため、操舵力の伝達経路のうちロッド部材よりも上流側への逆入力が緩和されるので、伝達経路内に設けられた各種機構で発生し得る機械的衝突を緩和できる。従って、このような機械的衝突に伴って発生し得る異音を低減できる。しかも、ロッド部材に与えられる負荷が車輪側から入力される逆入力に応じて制御されるので、適正な負荷をロッド部材に付与できる。
【０００８】
本発明の電動パワーステアリング装置においては、負荷装置の態様に関して特に制限はないが、例えば、前記負荷装置は、負荷作用軸と、前記ロッド部材の軸線方向の運動を回転運動に変換して前記負荷作用軸に伝達する負荷伝達機構と、前記負荷作用軸に連結された負荷発生手段と、を備えてもよい（請求項２）。この態様においては、更に、前記負荷発生手段として、正端子及び負端子が可変抵抗を介在させて互いに接続された直流モータを備え、前記負荷制御手段が、前記可変抵抗の抵抗値を変化させて前記負荷を制御してもよい（請求項３）。直流モータの可変抵抗の抵抗値を小さくすることにより負荷作用軸のトルクが増大し、逆に、可変抵抗の抵抗値を大きくすることにより負荷作用軸のトルクが減少する。この態様では、こうした直流モータの発電制動を利用して負荷作用軸のトルクを可変にできる。
【０００９】
本発明の電動パワーステアリング装置において、前記操作部材と連動して回転し、かつピニオンが設けられたピニオン軸を備え、前記ロッド部材として、前記ピニオンを介して操舵力が伝達されるラック軸が設けられてもよい（請求項４）。この態様によれば、ピニオンとラック軸との間に存在するバックラッシで発生し得る機械的衝突が緩和される。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、ロッド部材に接続され、かつロッド部材に負荷を与える負荷装置によって、車輪側からロッド部材に入力される逆入力の一部が負担されるので、操舵力の伝達経路内に設けられた各種機構で発生し得る異音を低減でき、更に、ロッド部材に与えられる負荷が逆入力に応じて制御されるので、適正な負荷をロッド部材に付与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の電動パワーステアリング装置の実施形態を模式的に示し、図２は、図１のＡ部を拡大した断面を示している。これらの図に示したように、電動パワーステアリング装置１は、図示しない車両に取り付けられ、電動モータ４にて回転駆動される中空円筒状のモータ軸２と、モータ軸２と同軸に挿入され、回転不能かつ軸線方向に移動可能なロッド部材としてのラック軸３と、を有している。電動モータ４は、モータ軸２の外周に沿ってハウジング５に設けられたステータ６と、モータ軸２の外周に設けられた永久磁石７と、を備える。
【００１２】
図１に示したように、ラック軸３は車両の左右方向に延び、その両端には、左右の車輪８Ｒ，８Ｌが図示しないナックルアーム等の各種部材を介して連結される。また、ラック軸３には、ラック（不図示）が形成され、そのラックとピニオン軸９の一端に設けられたピニオン１１とが噛み合わされて、ラックアンドピニオン機構１０が構成される。ピニオン軸９の他端には、ステアリングホイール（操作部材）１２が設けられたステアリング軸１３が連結されている。ステアリングホイール１２の操作に連動してピニオン軸９が回転し、その回転がラックアンドピニオン機構１０を介してラック軸３に伝達される。これにより、ステアリングホイール１２に加えられた操舵力がラック軸３に伝達されてラック軸３によって左右の車輪８Ｒ、８Ｌがそれぞれ操舵される。この形態では、本発明の操舵力の伝達経路が、ステアリングホイール１２→ステアリング軸１３→ピニオン軸９→ラックアンドピニオン機構１０→ラック軸３→左右の車輪８Ｒ、８Ｌの経路で構成される。
【００１３】
図２に示したように、モータ軸２の回転は、ボールねじ機構１４によってラック軸３の軸線方向への運動に変換されてラック軸３に伝達される。ボールねじ機構１４は、螺旋状の第１ボール転走溝１７が形成され、かつモータ軸２の内周面に固定ナット１６及びかしめにより取り付けられたナット１５と、第１ボール転走溝１７を転走可能な複数のボール１８，．．．，１８と、ラック軸３に形成され、第１ボール転走溝１７と対向する螺旋状の第２ボール転走溝１９と、を有している。ナット１５はモータ軸２と一体に設けられてもよい。こうして、ステアリングホイール１２の操作に応じて電動モータ４が駆動されることにより操舵が補助される。
【００１４】
図１に示したように、電動パワーステアリング装置１は、ラック軸３に負荷を与え、かつラック軸３に接続された負荷装置２０を有している。図３及び図４は、負荷装置２０の詳細を示した説明図である。これらの図において、負荷装置２０は、負荷作用軸２１と、ラック軸３の軸線方向の運動を負荷作用軸２０に伝達する負荷伝達機構２２と、負荷作用軸２１に連結された負荷発生手段としての直流モータ２３と、を有している。負荷伝達機構２２は、ラック軸３に形成された負荷伝達用ラック２４と、負荷伝達用ラック２４と噛み合わされて負荷作用軸２１に取付られた負荷伝達用ギア２５と、を備えている。これにより、ラック軸３の軸線方向の運動は、図３の矢印Ｄ方向の回転運動に変換されて負荷作用軸２１に伝達される。負荷伝達用ラック２４と負荷伝達用ギア２５とは、これらの間で生じ得る歯打ち音、噛合い音等の異音を低減するため、バックラッシが常時ゼロとなるように組み合わされている。バックラッシを常時ゼロとするためには、公知の機構を利用すればよく、例えば、ラックアンドピニオン機構に一般的に用いられるラックガイドのような機構を利用してもよいし、負荷伝達用ギア２５をシザーズギアで構成してもよい。
【００１５】
直流モータ２３は、図４に詳しく示したように、正端子２６及び負端子２７が可変抵抗２８を介在させて互いに接続されている。可変抵抗２８の抵抗値Ｒは制御装置４０にて制御される。制御装置４０は、ＣＰＵ、及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を備えたコンピュータである。制御装置４０は、車両に搭載された内燃機関の運転状態を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と兼用させてもよいし、ＥＣＵと別に設けてもよい。
【００１６】
ここで、直流モータ２３の内部抵抗をＲｍ、可変抵抗２８の抵抗値をＲ、逆起定数をＫ、電流をＡ、直流モータ１４の回転数をＮとすると、負荷作用軸２１の駆動により発生する逆起電圧Ｅは、式（１）で示される。
【００１７】
Ｅ＝Ａ×（Ｒｍ＋Ｒ）＝（Ｎ×Ｋ）              （１）
【００１８】
また、直流モータ２３の仕事Ｗは、式（２）で示される。
【００１９】
Ｗ＝Ａ×Ｅ＝（Ｎ２×Ｋ２）／（Ｒｍ＋Ｒ）        （２）
【００２０】
ラック軸３を介して負荷作用軸２１に入力される回転速度は車両の走行状態で一意に決まる。従って、直流モータ２３の回転数Ｎを一定と考え、抵抗値Ｒを増加させればモータ負荷（トルク）は減少する。逆に、抵抗値Ｒを減少させればモータ負荷は増加する。そこで、制御装置４０は、電流センサ４１（図４）から電流Ａを検出し、検出された電流Ａが車両の走行状態に応じて設定される目標値になるように、可変抵抗２８の抵抗値Ｒを制御する。
【００２１】
車両の走行状態は、例えば、図５に示した走行状態判定ルーチンにより判定される。このルーチンのプログラムは、制御装置４０のＲＯＭに格納され、所定間隔で繰り返し実行される。この図の処理において、制御装置４０は、ステップＳ１において、車両の速度（車速）Ｖを図示しない車速センサの出力信号を参照して取り込む。次に、ステップＳ２において、車速Ｖが所定の閾値（所定車速）以下か否かを判定する。所定車速は、良路走行状態と判定すべき車速の範囲の下限値に設定される。従って、ステップＳ２で車速Ｖが所定車速を超えていると判定した場合（ＮＯ）には、ステップＳ３に進み、車両の走行状態を良路走行状態と判定する。このとき、制御装置４０は、ＲＡＭの所定領域に割り当てられた管理フラグに良路走行状態を示す識別情報を記憶させる。その後、今回のルーチンを終了する。一方、車速Ｖが所定車速以下である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ４に進み車両の上下方向の加速度Ｇを図示しない加速度センサの出力信号を参照して取り込む。
【００２２】
次に、制御装置４０は、ステップＳ５で加速度Ｇが所定の閾値（所定加速度）以上であるか否かを判定する。所定加速度は、車両の走行状態が停車状態であると判定すべき加速度の範囲の上限値に設定される。従って、ステップＳ５で加速度Ｇが所定加速度未満であると判定した場合（ＮＯ）には、ステップＳ６に進み、車両の走行状態を停車状態と判定し、上述した管理フラグに停車状態を示す識別情報を記憶させて今回のルーチンを終了する。一方、加速度Ｇが所定加速度以上であるとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ７で、変数Ｎの値が所定回数以下であるか否かを判定する。変数Ｎは、加速度Ｇが所定加速度以上となった回数を管理する変数である。所定回数としては、悪路走行状態と判定すべき回数が予め設定される。変数Ｎが所定回数を超えた場合（ＮＯ）には、ステップＳ８で車両の走行状態を悪路走行状態と判定し、上述した管理フラグに悪路走行状態を示す識別情報を記憶させて今回のルーチンを終了する。なお、このとき変数Ｎが初期化（Ｎ＝０）される。一方、ステップＳ７で変数Ｎが所定回数以下と判定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ９で変数Ｎが１インクリメントされて処理がステップＳ１に戻される。
【００２３】
図５の処理によって車両の走行状態が判定される。次に、車両の走行状態の判定結果に応じて制御装置４０が実行する負荷制御ルーチンを説明する。
【００２４】
図６は負荷制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンのプログラムは制御装置４０のＲＯＭに格納され、図５の処理と並行して所定間隔で繰り返し実行される。この処理を実行することにより、制御装置４０が本発明の負荷制御手段として機能する。図６の処理において、制御装置４０は、まず、ステップＳ１１で車両の走行状態が良路走行状態か否かを判定する。この判定は図５の処理で説明した管理フラグを参照して行う。ステップＳ１で良路走行状態と判定した場合には、制御装置４０はステップＳ１２で抵抗値Ｒが大きくなるように、可変抵抗２８を制御して今回のルーチンを終了する。一方、良路走行状態でないと判定した場合は、ステップＳ１３に進み、管理フラグを参照して悪路走行状態か否かを判定する。ステップＳ１３で悪路走行状態と判定した場合には、制御装置４０はステップＳ１４に進み、抵抗値Ｒが良路走行状態の場合よりも小さくなるように可変抵抗２８を制御して今回のルーチンを終了する。
【００２５】
ステップＳ１１及びステップＳ１３でいずれも否定判定した場合には、車両の走行状態が停車状態となるので、制御装置４０は処理をステップＳ１５に進め、抵抗値Ｒが大きくなるように可変抵抗２８を制御して今回のルーチンを終了する。停車状態における抵抗値Ｒの大きさは良路走行状態の場合と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００２６】
以上、図５及び図６の処理により、負荷装置２０がラック軸３に付与する負荷を車両の走行状態に応じて制御できる。例えば、図３に示したように、車輪８Ｒ、８Ｌ（図１）のいずれか一方を介してラック軸３に荷重（逆入力）Ｆが入力された場合、その荷重Ｆのうち、一部の荷重Ｆ１が負荷装置２０によって負担され、残りの荷重Ｆ２がラックアンドピニオン機構１０及びボールねじ機構１４（図１）にて負担される。よって、負荷装置２０を設けない形態と比べ、ラックアンドピニオン機構１０やボールねじ機構１４に対する荷重の伝達が緩和されるので、これらの機構１０、１４で発生する機械的衝突が緩和され異音を低減できる。しかも、悪路走行状態の場合には、良路走行状態の場合よりも負荷作用軸２１に生じる負荷が大きくなるように負荷装置２０が制御されるので、良路走行状態の場合において負荷装置２０が操舵の妨げとなることを回避できる。
【００２７】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態で実施してよい。負荷装置２０の構成は、図３及び図４に示したものに限定されず、例えば図７に示したように、負荷発生手段として回転式ダンパ３０を設けた形態でもよい。回転式ダンパ３０は、オイル等の流体が満たされたケーシング３１と、負荷作用軸２１に連結されてケーシング３１内に収容されるロータ３２と、ケーシング３１内の流体を循環させる循環路３３と、循環路３３内の流量を最大開度から最小開度の間で調整可能な調整バルブ３４と、を備えている。調整バルブ３４の開度を変化させることよりロータ３２の回転抵抗が変化する。即ち、調整バルブ３４の開度を小さくする（絞る）ことにより、ロータ３２の回転抵抗が大きくなり、これとは反対に、調整バルブ３４の開度を大きくすることにより、ロータ３２の回転抵抗が小さくなる。従って、調整バルブ３４の開度を調整することにより、負荷作用軸２１に生じる負荷を自在に変化させることができる。
【００２８】
制御装置４０は、循環路３３内の流量を検出する流量センサ４２から循環路３３内の流量を検出し、それに応じて調整バルブ３４の開度を制御することによりラック軸３に付与する目標の負荷を得ることができる。制御装置４０が調整バルブ３４に対して行う制御は、図６に準じたものでよい。即ち、制御装置４０は、良路走行状態の場合には、調整バルブ３４の開度を大きくして負荷が小さくなるように、悪路走行状態の場合には、調整バルブ３４の開度を良路走行状態の場合よりも小さくして負荷が大きくなるように、そして、停車状態の場合には、調整バルブ３４の開度を大きくして負荷が小さくなるように、それぞれ制御すればよい。
【００２９】
また、上述した実施形態では、いわゆるラックアンドピニオン式の操舵装置に対して操舵を補助する電動パワーステアリング装置を例示したが、本発明は操舵装置の形態に制限されない。従って、ステアリングホイールに加えられた操舵力を、ピットマンアームを揺動させる揺動機構を介して車両の左右方向に延びるタイロッドへ伝達し、タイロッドにて車輪を操舵する形態で本発明を実施してもよい。この形態においては、かかる揺動機構を、ステアリング軸に設けられたウォームギアにセクターギアを噛み合わせ、セクターギアにピットマンアームを連結したダイレクト式で構成してもよいし、ステアリング軸とセクターとの間にボールねじ機構を介在させ、セクターにピットマンアーム連結したボールナット式で構成してもよい。
【００３０】
また、電動モータの回転の伝達対象に制限はなく、電動モータの回転を所定の回転伝達機構を介在させてステアリング軸或いはピニオン軸に伝達させてもよい。更に、電動モータで駆動されるモータ軸が、ラック軸と同軸に設けられる形態に限定されず、モータ軸とラック軸との間に所定の回転伝達機構を介在させてモータ軸の回転をラック軸に伝達させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】電動パワーステアリング装置の実施形態を示した図。
【図２】図１のＡ部を拡大した断面を示した図。
【図３】負荷装置の詳細を示した説明図。
【図４】負荷装置の詳細を示し、負荷作用軸に連結された直流モータの構成を示した説明図。
【図５】走行状態判定ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図６】負荷制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図７】負荷装置の他の形態の詳細を示し、負荷作用軸に連結された回転式ダンパの構成を示した説明図。
【符号の説明】
【００３２】
１  電動パワーステアリング装置
３  ラック軸（ロッド部材）
４  電動モータ
８Ｒ、８Ｌ  車輪
９  ピニオン軸
１１  ピニオン
１２  ステアリングホイール（操作部材）
２０  負荷装置
２１  負荷作用軸
２２  負荷伝達機構
２３  直流モータ（負荷発生手段）
２６  正端子
２７  負端子
２８  可変抵抗
４０  制御装置（負荷制御手段）
【図１】
2006213226.tif 000003
【図２】
2006213226.tif 000004
【図３】
2006213226.tif 000005
【図４】
2006213226.tif 000006
【図５】
2006213226.tif 000007
【図６】
2006213226.tif 000008
【図７】
2006213226.tif 000009