(57)【要約】【課題】外乱の周波数成分を直接的に検出することができる外乱検出センサを備えたパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】電動パワーステアリング装置１の外乱検出センサ２７は、ラック軸８に磁石２５を固着させるとともに、そのラック軸８を覆うラックハウジング（図示せず）の外周部の磁石２５に対応する位置にコイル２６を配置して構成されている。これにより、ステアリング系の外乱によってラック軸８が軸方向に振動して変位したときは、磁石２５とコイル２６が相対的に軸方向に振動して変位するので、コイル２６には外乱による振動周波数に相当する誘起起電力が発生する。したがって、コイル２６に発生した誘起起電力を検出し、その誘起起電力をフィードバック信号としてラックガイド１９の押し付け力を制御してステアリング系が受ける外乱の影響を抑制する。【選択図】図２
2008265648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに入力される操舵力に応じて操舵補助力を加えるラック・アンド・ピニオン式のパワーステアリング装置であって、
ラック軸の一部に設けられた磁化部およびその磁化部に対応する位置の外周に設けられたコイルからなり、前記ラック軸が変位すると前記磁化部と前記コイルとが相対移動し当該コイルに誘起起電力を発生する外乱検出センサと、
前記外乱検出センサで発生する前記誘起起電力に基づいて、ステアリング系が受ける外乱の影響を抑制する外乱抑制手段と、
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】
前記外乱抑制手段は、前記外乱検出センサで発生する前記誘起起電力が大きいほど、前記ラック軸を押圧する押圧力を大きくし、当該ラック軸に作用するフリクションを調節する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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操向車輪の転舵を補助するパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーステアリング装置として、電動パワーステアリング装置や油圧パワーステアリング装置などが広く知られている。例えば、電動パワーステアリング装置は、電動機が操舵トルクの大きさに応じた補助トルクを発生させ、この補助トルクをステアリング系に伝達して、運転者が操舵する操舵力を軽減させるものである。ところが、車両が走行する路面状態によっては、路面から外乱を受けて、ステアリングホイールに不快な振動が伝達されることがある。
そこで、このような不具合を解消するために、車両の振動周波数成分を抽出して除去することによってステアリング系の振動および外乱を抑制し、ステアリングホイールへ不快な振動が伝達されないようにした電動パワーステアリング装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、ローパスフィルタによって外乱の周波数帯域成分を抽出して除去し、快適な操舵性能が得られるようにした電動パワーステアリング装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−３３５２２８号公報（段落［００１７］〜［００１９］、図１）
【特許文献２】特開２００６−１９９２１９号公報（段落［００１９］、［００３０］、図１、図２）
【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、従来の電動パワーステアリング装置の外乱検出センサでは、車両操舵系で検出されるクラッチなどの回転数信号を波形整形した後に、一定の周期でサンプリングしたパルス周期を計測して周波数を演算し、その周波数の大小によって外乱であるか否かを判断していた。そのため、外乱検出センサの検出信号を波形整形および周波数演算するための回路やシステムが複雑になり、結果的に、外乱抑制システムを備えた電動パワーステアリング装置が複雑かつ高価なものになってしまう問題点があった。
また、前記した特許文献１記載の電動パワーステアリング制御装置および特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置では、外乱の振動周波数成分を抽出する手段や、振動を除去するために処理する手段など、複雑な処理手段を備えているため、外乱抑制のための機構が複雑で高価なものになってしまう問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、外乱の周波数成分を直接的に検出することができる外乱検出センサを備えた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】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明によるパワーステアリング装置は、ステアリングホイールに入力される操舵力に応じて操舵補助力を加えるラック・アンド・ピニオン式のパワーステアリング装置であって、ラック軸の一部に設けられた磁化部およびその磁化部に対応する位置の外周に設けられたコイルからなり、前記ラック軸が変位すると前記磁化部と前記コイルとが相対移動し当該コイルに誘起起電力を発生する外乱検出センサと、前記外乱検出センサで発生する前記誘起起電力に基づいて、ステアリング系が受ける外乱の影響を抑制する外乱抑制手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、磁石などの磁化部とコイルからなる外乱検出センサは、外乱によるラック軸の変位によって生じた磁化部とコイルの相対移動によってコイルに発生した誘起起電力を、そのまま外乱信号として捉えることができる。したがって、外乱抑制手段は、外乱検出センサがら受信した外乱信号（つまり、誘起起電圧）を用いてステアリング系の外乱を抑制することができる。
【０００７】
また、好ましくは、本発明によるパワーステアリング装置は、さらに、前記外乱抑制手段は、前記外乱検出センサで発生する前記誘起起電力が大きいほど、前記ラック軸を押圧する押圧力を大きくし、当該ラック軸に作用するフリクションを調節することを特徴とする。これによって、ドライバが操作するステアリングホイールへ不快な信号が伝達されることが抑制される。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、コイルと磁石を利用した電磁誘導によって発生した誘起起電力を検出し、ステアリング系の変位速度やラック軸の軸方向移動回数に基づく周波数に応じた誘起起電力の電圧レベルを外乱として求めている。そして、この誘起起電力の電圧レベルに応じてステアリング系の外乱を抑制している。このため、波形整形回路やフィルタなどの付加回路を設けることなく、外乱の周波数成分を直接検出して外乱の抑制を行うことができる。したがって、安価で付加価値の高いパワーステアリング装置を実現することが可能となる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明によれば、ラックガイドなどの押し付け力を調整してステアリング系の外乱抑制制御を行っているので、電動パワーステアリング装置だけではなく油圧パワーステアリング装置においても外乱抑制を行うことができる。さらに、コイルと磁石からなる外乱検出センサ１個とラックガイドの押し付け用の調節電動機のみで外乱抑制制御を行うことができるので、シンプルで安価なパワーステアリング装置でステアリング系の外乱抑制を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、添付した各図を参照し、本発明による実施形態について詳細に説明する。
（電動パワーステアリング装置１）
まず、本発明による一実施形態の電動パワーステアリング装置１について説明する。
図１は、本発明による一実施形態の電動パワーステアリング装置１の動作概要を示す全体構成図である。
【００１１】
こ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２を有し、このステアリングホイール２は、ステアリング軸３を介してピニオン軸４に連結されている。ドライバがステアリングホイール２を操作して生じる操舵トルクは、ステアリング軸３を介してピニオン軸４に伝達される。ピニオン軸４にはステアリング系に作用する操舵トルクを検出する例えば磁歪式のトルクセンサ５およびトルク伝達手段６が取り付けられている。トルク伝達手段６は、ステアリング系に補助トルクを加えるためのブラシレスモータなどの電動機７に接続されている。
【００１２】
この電動パワーステアリング装置１は、いわゆるラック・アンド・ピニオン式の構成を有する。つまり、ピニオン軸４の下端に設けられたピニオン４Ａは、ラック軸８に形成されたラック歯８Ａと噛み合わされていて、ピニオン軸４が回転すると、この回転がラック軸８の軸方向の変位に変換され、車輪９，９が転舵される。また、トルクセンサ５は制御装置１０に接続され、操舵トルク信号Ｔを出力している。制御装置１０では、トルクセンサ５から出力された操舵トルク信号Ｔなどに基づいて補助トルクを算出し、電動機制御電圧Ｖｏを電動機７へ出力し電動機７を制御している。
【００１３】
図２は、電動パワーステアリング装置１を示す要部断面図である。
トルク伝達手段６は、ピニオン軸４に対して同軸に固定されたウォームホイール１１を有している。電動機７にはウォーム軸１２が連結され、ウォーム軸１２に設けられたウォームギア１３はウォームホイール１１に噛み合わされている。電動機７を駆動してウォーム軸１２が回転すると、ウォームギア１３に噛み合わされたウォームホイール１１が回転し、ウォームホイール１１とともにピニオン軸４が回転する。このように電動機７からの補助トルクがピニオン軸４に伝達され、ピニオン軸４を介してラック軸８からステアリング系に伝達される。
【００１４】
一方、ラック軸８は、アルミニウム合金などの非磁性体材料で形成されたラックハウジング１４の内部に配設されている。ラックハウジング１４の両端部はブーツ１５，１５に覆われ、ラックハウジング１４内が保護されるとともに塵埃などの混入が防止される。ラック軸８の両端部には、それぞれタイロッド１６，１６が接続されている。タイロッド１６，１６は、図示しないナックルなどを介して、車輪９，９（図１参照）に連結されている。
【００１５】
また、ラックハウジング１４の外側には補強用のリブ１７が形成され、ラックハウジング１４の曲げ方向の剛性を高めている。さらに、ラックハウジング１４の下部であって、その中間部からやや一端側（図の左側）寄りの位置には、ラックハウジング１４を図示しない車台に取り付けるための取付部１８が形成されている。
【００１６】
ラックハウジング１４内には、ラック軸８を支持する第１支持手段２１、第２支持手段２２、第３支持手段２３が配設されている。
第１支持手段２１は、ラック軸８の一端側（図の左側）を支持するものであり、ピニオン軸４の下端に形成されたピニオン４Ａとラック軸８に形成されたラック歯８Ａの噛み合いによって構成されている。また、ラック歯８Ａの背面側には、ラック軸８を背後からピニオン４Ａに向けて押圧するラックガイド１９が設けられている。
【００１７】
第２支持手段２２は、ラック軸８の他端側（図の右側）に設けられた支持軸受けによって構成され、ラック軸８の他端側をラック軸８の軸方向に沿って（図の左右方向に沿って）摺動可能に支持している。
第３支持手段２３は、ラック軸８における一端側と他端側の間（中間部）に設けられた支持軸受けによって構成され、ラック軸８における一端側と他端側の中間部をラック軸８の軸方向に沿って（図の左右方向に沿って）摺動可能に支持している。
【００１８】
さらに、Ｂ部に示すように、ラック軸８の一部には凹部が設けられていて、その凹部に円筒状の磁石（磁化部）２５が嵌め込まれている。ラックハウジング１４に磁石（磁化部）２５が干渉しないように間隙を設け、単にラック軸８の表面に磁石２５を取り付けてもよい。この磁石２５は、例えば円筒形状であり、一端（図の左側）がＮ極、他端（図の右側）がＳ極に磁化されているが、一端（図の左側）がＳ極、他端（図の右側）がＮ極に磁化されていてもよい。
【００１９】
また、円筒状の磁石２５が嵌め込まれたラック軸８の部分に対応するラックハウジング１４の外周にはボビン（図示せず）に巻かれたコイル２６が嵌め込まれている。すなわち、磁石２５はラック軸８に固着され、コイル２６はラックハウジング１４に固着されているので、電動パワーステアリング装置１が静止状態のときは、磁石２５とコイル２６の相対位置関係は変わらない。このように、図２に示すＢ部に、磁石２５とコイル２６によって外乱検出センサ２７が形成されている。
【００２０】
なお、コイル２６は、磁石２５に対面して、ラックハウジング１４の内面に形成してもよい。さらに、外乱検出センサ２７は、磁石２５とコイル２６との組み合わせによるほか、物理的にラック軸８の変位を検出したり、電極および電圧印加回路を備え（いずれも図示せず）、静電容量の変化によってラック軸８の変位を検出したりするものも可能である。
【００２１】
（外乱検出センサ２７）
次に、外乱検出センサ２７について詳細に説明する。
図３は、外乱検出センサ２７を詳細に示す断面図であって、図３（ａ）は、図２に示すＢ部をラック軸８の軸方向に沿った面で切断した断面を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＣ−Ｃ断面を示す。また、図４は、図２に示すＢ部（外乱検出センサ２７）を拡大した斜視図である。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、磁石２５は、ラック軸８の凹部に収納されている。図３（ｂ）に示すように、磁石２５そのものは、円筒部分が２つに分割されるようになっている。したがって、図３（ａ）に示すように、２つに分割された半円筒の磁石２５の同極性同士を合わせてラック軸８の凹部に収納した後に、接着剤などで磁石２５として固着すると、凹部以外のラック軸８とほぼ同一の外径で磁石２５がラック軸８の一部に配置される。例えば、図４に示すように、左側がＮ極で右側がＳ極となるような磁石２５がラック軸８の一部に配置される。
【００２３】
図２に戻り、電動パワーステアリング装置１が中立位置のときに、磁石２５の位置に対応するラックハウジング１４の外周にコイル２６を配設する。コイル２６の配設方法は、ラックハウジング１４の右側のブーツ１５を嵌め込む前に、ラックハウジング１４の右方から円筒状のボビンに巻かれたコイル２６を収納し、磁石２５の位置に対応したところで接着剤などによってコイル２６をラックハウジング１４の外周に固着する。その後、ラックハウジング１４の右側のブーツ１５を嵌め込む。なお、磁石２５とコイル２６の相対位置は、あらかじめラックハウジング１４の外部にマーキングしておけば、容易にコイル２６を所定の位置に収納することができる。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、ラック軸８に固着された磁石２５に対応してコイル２６が配置されて外乱検出センサ２７が形成されると、ラック軸８の往復移動（変位）によって磁石２５がコイル２６の長手方向に移動（変位）する。
【００２５】
すなわち、図４に示すようにコイル２６に対して磁石２５は往復移動すると、コイル２６の内部で磁束φが変化してコイル２６に誘起起電力が発生する。ここで、コイル２６の巻数をＮとすると、コイル２６に発生する誘起起電力ｅは、ｅ＝Ｎ×（ｄφ／ｄｔ）で表せる。つまり、磁石２５が往復移動するとき、単位時間あたりの磁束の変化が大きいほど、コイル２６の誘起起電力ｅは大きくなる。
【００２６】
言い換えると、ラック軸８（図２参照）の変位速度が速いほどコイル２６の誘起起電力ｅは大きくなる。また、ラック軸８の変位速度が速いほど、電動パワーステアリング装置１（図１参照）においてステアリング軸３を経てステアリングホイール２に伝達される振動も大きくなる。このことから、ステアリング系からラック軸８に伝達される外乱の振動周波数が高くなると、ラック軸８の変位速度が速くなってコイル２６の誘起起電力ｅが大きくなるとともに、ステアリングホイール２（図１参照）に伝達される振動も大きくなる。したがって、コイル２６の誘起起電力ｅの大きさを外乱の大きさとして検出し、この誘起起電力ｅに応じてステアリング軸３のフリクションが増大するようにフィードバック制御をすれば、外乱によるステアリングホイール２の振動を抑制することが可能となる。
【００２７】
例えば、砂利を敷き詰めた路面を走行する場合において、路面から受ける外乱の周波数は１０〜２０Ｈｚ程度である。したがって、図２に戻り、この周波数（つまり、１０〜２０Ｈｚ）でラック軸８が変位するときのコイル２６の誘起起電力ｅを外乱と見なし、この誘起起電力ｅをフィードバック信号としてラックガイド１９の押し付け力を大きくするように制御すれば、ステアリング軸３のフリクションを増大させてステアリングホイール２の振動を抑制できる。
【００２８】
また、ドライバが車両の通常走行時に行う操舵では、ラック軸８の変位速度は前記した外乱による変位速度よりずっと遅く、磁石２５とコイル２６の相対移動による磁束φの変化周波数は３〜４Ｈｚ程度である。したがって、磁束の時間的変化を示す（ｄφ／ｄｔ）の値が極めて小さいのでコイル２６の誘起起電力ｅも極めて小さい。したがって、通常の操舵ではラック軸８の変位速度が遅いので、ステアリング軸３のフリクションも小さく、誘起起電力ｅによるフィードバック制御量が小さい。このため、ラックガイド１９の押し付け力が弱くても、ステアリングホイール２に伝達される振動は小さい。また、このとき、ステアリングホイール２の操舵力は軽いので、ドライバが行う操舵負担が小さくて済む。
【００２９】
すなわち、本実施形態の外乱検出センサ２７は、ラック軸８の一部に磁石２５を配置するとともに、ラック軸８を外装するラックハウジング１４の外周部分においてコイル２６を磁石２５と対向させて配設させた構成となっている。そして、ステアリング軸３の操舵変位に伴ってラック軸８が左右方向に変位すると、磁石２５がコイル２６内を移動（変位）する仕組みになっている。
【００３０】
このような仕組みにより、ラック軸８が変位するとコイル２６と磁石２５による電磁誘導によってコイル２６に誘起起電力ｅが発生する。この誘起起電力ｅはラック軸８の変位速度に応じて変化するため、コイル２６に発生する誘起起電力の大きさがラック軸８の変位速度（つまり、ステアリング系の外乱の大きさ）となる。したがって、この誘起起電力の値に基づいてラックガイド１９の押し付け力を制御することにより、ステアリング軸３のフリクションを調整してステアリングホイール２（図１参照）に伝達される外乱を抑制することができる。
【００３１】
本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、ラック軸８に磁石２５を固着させるとともに、そのラック軸８を覆うラックハウジング１４の外周部の磁石２５に対応する位置にコイル２６を配置している。このため、ステアリング系が外乱を受けてラック軸８が軸方向に振動しているとき、磁石２５とコイル２６との相対位置は、ラック軸８の軸方向に振動し変位するので、コイル２６には外乱による振動周波数に相当する周波数の誘起起電力が発生する。そこで、コイル２６に発生した誘起起電力を検出し、その誘起起電力をフィードバックして、ラックガイド１９の押し付け力を振動の周波数や大きさに応じて制御し、外乱を抑制するように構成した。つまり、外乱に相当する周波数成分の誘起起電力が大きいほど、ラックガイド１９の押し付け力を大きくする制御が行われるので、ステアリング系が受けた外乱がステアリング軸３を経由してステアリングホイール２へ伝達されることを抑制できる。
【００３２】
（外乱抑制システム）
次に、前記の外乱検出センサ２７を用いた外乱抑制システムの具体的な実施形態について説明する。
図５は、図２に示す電動パワーステアリング装置１のＡ−Ａ断面図である。
なお、重複する説明は同一の符号を用いて省略する。
【００３３】
まず、ラック軸８のラック歯８Ａをピニオン４Ａに押圧して、ステアリング軸３にフリクションが生じないようにしてステアリングホイール２（図１参照）に不要な振動を伝達させない仕組みについて説明する。ラックガイド１９は、ラック軸８の背面に当てるためのガイド部６１の凹状先端６４と、この凹状先端６４を圧縮ばね６２を介してラック軸８側へ押圧する調節ボルト６３とを含んで構成されている。
【００３４】
この構成のラックガイド１９によれば、ラックハウジング１４にねじ込んだ調節ボルト６３によって、圧縮ばね６２を介してガイド部６１を適切な押圧力で押すことにより、凹状先端６４がラック軸８を押圧して、ラック歯８Ａをピニオン４Ａに押し付けることができる。これによって、ラック歯８Ａとピニオン４Ａの歯は緩みなく噛み合うので、外乱によるラック軸８の振動がステアリング軸３にフリクションを与えることがなくなる。その結果、ラック軸８に生じた外乱がステアリングホイール２（図１参照）に伝達することが抑制される。
【００３５】
そこで、本実施形態では、先に述べた磁石２５とコイル２６からなる外乱検出センサ２７の検出信号によって調節電動機６６を回転駆動させ、この調節電動機６６の回転トルクによって調節ボルト６３を回転させる。これによって、外乱の大きさに応じてガイド部６１内の圧縮バネ６２を適切の圧縮させ、ガイド部６１を介して凹状先端６４によってラック軸８を押圧して、ラック歯８Ａをピニオン４Ａに適切な力で押し付けることができる。したがって、ステアリング系の外乱によってラック軸８に生じた振動がステアリングホイール２に伝達することが抑制される。ここで、調節電動機６６、調節ボルト６３、圧縮バネ６２、ガイド部６１、及び凹状先端６４によって外乱抑制手段が実現される。
【００３６】
なお、前記した実施形態では、電動パワーステアリング装置１を例に挙げて説明したが、この方式に限定されることはなく、油圧パワーステアリング装置など、他の方式のパワーステアリング装置にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による一実施形態の電動パワーステアリング装置の動作概要を示す全体構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置を示す要部断面図である。
【図３】外乱検出センサを詳細に示す断面図であって、（ａ）は、図２に示すＢ部をラック軸８の軸方向に沿った面で切断した断面を示し、（ｂ）は、（ａ）に示すＣ−Ｃ断面を示す。
【図４】図２に示すＢ部（外乱検出センサ）を拡大した斜視図である。
【図５】図２に示す電動パワーステアリング装置のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      電動パワーステアリング装置
２      ステアリングホイール
３      ステアリング軸
４      ピニオン軸
４Ａ    ピニオン
５      トルクセンサ
６      トルク伝達手段
７      電動機
８      ラック軸
８Ａ    ラック歯
９      車輪
１０    制御装置
１１    ウォームホイール
１２    ウォーム軸
１３    ウォームギア
１４    ラックハウジング
１５    ブーツ
１６    タイロッド
１７    リブ
１８    取付部
１９    ラックガイド
２１    第１支持手段
２２    第２支持手段
２３    第３支持手段
２５    磁石
２６    コイル
２７    外乱検出センサ
６１    ガイド部
６２    圧縮バネ
６３    調節ボルト
６４    凹状先端
６６    調節電動機
【図１】
2008265648.tif 000003
【図２】
2008265648.tif 000004
【図３】
2008265648.tif 000005
【図４】
2008265648.tif 000006
【図５】
2008265648.tif 000007