(57)【要約】【課題】ラック・ピニオン式運動変換機構で、ラックのセット荷重を従来より大きく設定して、ラトル音を低減させるとともに、これに伴って増加した摩擦をＥＣＵの制御によって抑えることにある。【解決手段】ステアリング軸の操舵力を補助する電動モータと、ステアリング軸の回転運動を直線運動に変換するラック・ピニオン式運動変換機構とを備え、該ラックピニオン式運動変換機構で、ピニオン軸に対してラック軸を押し付けるラックのセット荷重を３００Ｎ以上の所定範囲に設定し、ラトル音の発生を低減させるとともに、ＥＣＵ制御によって前記ラックセット荷重に起因した摩擦を軽減するようにした。【選択図】　　図１
2004051062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング軸の操舵力を補助する電動モータと、ステアリング軸の回転運動を直線運動に変換するラック・ピニオン式運動変換機構とを備え、
該ラックピニオン式運動変換機構で、ピニオン軸に対してラック軸を押し付けるラックのセット荷重を３００Ｎ以上の所定範囲に設定し、ラトル音の発生を低減させるとともに、ＥＣＵ制御によって前記ラックセット荷重に起因した摩擦を軽減するようにしたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】
上記ラックのセット荷重は、３００Ｎから４００Ｎまでの範囲にある請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項３】
上記ＥＣＵ制御は、トルク信号に基づいて、オフセット値を設定して操舵補助力を加える摩擦補償制御と、電流若しくは電圧ディザ信号の印加により電動モータを微小振動させるディザ制御と、セルフアライニングトルクを推定して操舵補助力を加えるＳＡＴ制御とを含む請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラック・ピニオン式運動変換機構を備え、電動モータによってステアリング軸の操舵力を補助する電動式パワーステアリング装置の改良に関し、特にラトル音を低減させるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
操舵力を補助するために用いられる車両のパワーステアリング装置として、電動モータの回転力を利用して、運転者による舵輪の操舵力を補助するように構成した電動式パワーステアリング装置は知られている。
【０００３】
この種の電動式パワーステアリング装置の一例として、回転運動を直線運動に変換するラック・ピニオン式運動変換機構を採用したパワーステアリング装置が特公平７−２５３１１号公報に示されている。
【０００４】
図７は、従来のラック・ピニオン式運動変換機構の拡大断面図である。この機構においてピニオン軸５１は、その端部の外周面にピニオン歯５１ａが形成され、ラック軸５２には、その一端部近傍において、軸方向に偏平部が形成され、偏平部はその全長に亘ってラック歯５２ａが形成されている。ピニオン歯５１ａとラック歯５２ａとの噛合により、ピニオン軸５１の回転運動をラック軸５２の直線運動に変換するようになっている。ラック歯５２ａとピニオン歯５１ａは、ストローク比の設定により操舵力を軽くする工夫がなされている。
【０００５】
このラック・ピニオン式運動変換機構では、ほぼ筒形の部材内で押圧部材５３の一端に当接するコイルスプリング５４の付勢力によりラック軸５２を押圧し、ラック歯５２ａとピニオン歯５１ａとの噛合を維持している。この噛合により、押圧部材５３でラック軸５２の外周面を摺動しつつ、ピニオン軸５１の回動をラック軸５２の軸方向への直線運動に変換するという構造になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この構造では、ラック軸５２の摺動面における摩擦が大きく、コイルスプリング５４による押圧力（付勢力）は、通常、３００Ｎ以下に制限されていた。そのため、ピニオン軸５１に比較的大きなトルクが加わるピニオン・アシスト式の電動式パワーステアリング機構において、必要な押圧力が得られず、ピニオン歯５１ａとラック歯５２ａとの噛合部に隙間が生じてしまい、その周辺からラトル音などの異音が発生してしまうという欠点を有していた。
【０００７】
そのため、本願出願人は、先の出願（特開２０００−１５９１２８号公報）で、操舵力を補助するモータと、ラック・ピニオン式運動変換機構とを備えた電動式パワーステアリング装置において、ピニオン軸からモータの出力軸までの経路に、弾性体であるゴムを挿入することにより、ラック・ピニオン式運動変換機構に過大な荷重が発生するのを防止し、ラトル音の発生を抑えるようにしたものを提案した。
【０００８】
ところが、上記のものは、主として、ピニオン軸からモータまでの経路に、吸振性のあるゴムを挿入することで、ピニオン軸をモータに対して相対運動を許容し、ラック・ピニオン式運動変換機構に過大な荷重が発生するのを防止するものである。すなわち、この場合、ラトル音は、ラック軸とピニオン軸との噛合部で発生するため、直接的なラトル音の低減対策ではなかった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、ラック・ピニオン式運動変換機構で、ラックのセット荷重を従来より大きく設定して、ラトル音を低減させるとともに、これに伴って増加した摩擦をＥＣＵの制御によって抑えることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、ステアリング軸の操舵力を補助する電動モータと、ステアリング軸の回転運動を直線運動に変換するラック・ピニオン式運動変換機構とを備え、ラック・ピニオン式運動変換機構で、ピニオン軸に対してラック軸を押し付ける荷重、すなわちセット荷重を、３００Ｎ以上の所定範囲に設定して、ラトル音の発生を低減させるとともに、ＥＣＵ制御によってラックセット荷重に起因した摩擦を軽減することにより、効果的に達成される。
【００１１】
また、上記目的は、ラックセット荷重を、３００Ｎから４００Ｎまでの範囲に設定することにより、より効果的に達成される。
【００１２】
さらに、上記目的は、ＥＣＵ制御に、トルク信号に基づいて、オフセット値を設定して操舵補助力を加える摩擦補償制御と、電流若しくは電圧ディザ信号の印加により電動モータを微小振動させるディザ制御と、セルフアライニングトルクを推定して操舵補助力を加えるＳＡＴ制御とを含むことにより、より一層効果的に達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る電動式パワーステアリング装置を含む前輪転舵機構の主要部を示す図である。同図において、ステアリング軸１は、車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定され、円筒形のハウジング２内に、軸心回りに回動自在に支承されている。ハウジング２の上部から所定の長さ突出したステアリング軸１の上端部には、図示しないステアリングホイールが固着されている。
【００１５】
このステアリング軸１の下端部には、ラック・ピニオン式運動変換機構３が配されていて、ラック・ピニオン式運動変換機構３は、車両前部のエンジンルーム内で軸方向に移動自在に配されたラック軸４と、該ラック軸４の軸心に対して斜めに支承され、ラック軸４に係合するピニオン軸５とで構成される。
【００１６】
また、ラック・ピニオン式運動変換機構３の上部には、ステアリング軸１の回転を、ステアリング軸１側からユニバーサルジョイント６を介して伝えられる入力軸７が設けられ、該入力軸７の下部に、ピニオン軸５が同軸的に回転可能に装着されている。
【００１７】
また、ピニオン軸５は、図２に示すように、電動モータ８によって操舵補助されるようになっている。すなわち、電動モータ８を回転させることにより、両端を軸受９，９で支持されたウォーム１０を介して、ピニオン軸５に嵌合されたウォームホイール１１を回転させる。これにより、電動モータ８の回転は、ウォームホイール１１で減速され、トルクを拡大させて、ピニオン軸５の回転を補助するようになっている。
【００１８】
さらに、ピニオン軸５は、図３に示すように、ギアボックス内部の軸受１２，１３で軸承されている。ピニオン軸５の外周にはピニオン歯５ａが形成され、ピニオン歯５ａに操向機構であるラック軸４のラック歯４ａが噛合し、ラック軸４を軸方向に変位させて、タイロッドを介して最終的にステアリングホイールに所望の舵角を付与する構成になっている。これにより、ラック歯４ａとピニオン歯５ａが噛合して、ピニオン軸５の回転運動をラック軸４の直線運動に変換するようになっている。
【００１９】
ここで、上記ラック歯４ａとピニオン歯５ａは、図４に示すように、噛合関係を保つため、プレッシャーパッド部１４からの押圧力が、ラック軸４からピニオン軸５に対して、同図矢印方向に向けて付与されるようになっている。このプレッシャーパッド部１４は、ピニオン歯５ａとラック歯４ａとの噛合を維持するように、ピニオン軸５に対してラック軸４を押し付けるようになっている。なお、プレッシャーパッド部１４は、ハウジング１５内部に収容した状態では、ハウジング１５内をその軸方向に一体的に移動可能になっている。
【００２０】
また、プレッシャーパッド部１４のラック軸４と反対側には、弾性部材であるコイルスプリング１６が配置され、コイルスプリング１６は、その一端がプレッシャーパッド部１４に当接し、プレッシャーパッド部１４に押圧力を付与するようになっている。これにより、アジャストスクリューを調整すれば、コイルスプリング１６によるプレッシャーパッド部１４に与える押圧力を適宜調整することができるようになっている。
【００２１】
また、上記入力軸７には、図示しないトルクセンサが設けられ、ステアリング系の負荷を検出して、ＥＣＵ（電気制御部）１７にトルク信号を伝達するようになっている。
【００２２】
そして、ラック・ピニオン式運動変換機構３では、上記プレッシャーパッド部１４は、ラック軸４の外周面からピニオン軸５に対して押圧するようになっている。その際、プレッシャーパッド部１４の押圧力を、３００Ｎ以上、好ましくは３００Ｎ〜４００Ｎ程度に設定することによって、ラック軸４とピニオン軸５の噛合部における隙間が小さくなって、両軸４，５の歯４ａ，５ａ同士の干渉によるラトル音の発生を低減させるようになっている。
【００２３】
一方、ラックのセット荷重増大に対して、ラック軸４の外周面における摩擦増大の影響を取り除くために、ＥＣＵ１７の摩擦補償制御が行われるようになっている。すなわち、ＥＣＵ１７の制御として、トルク信号や車速信号からの信号を受けて、電動モータ８の摩擦により入力軸７にねじれが増しても、そのねじれを吸収するため、予めオフセット値を設定して操舵補助力を加えるようにした摩擦補償制御や、電流若しくは電圧ディザ信号を加え、電動モータを微小振動させることによって、操舵開始時の操舵摩擦を軽減するようにしたディザ制御や、セルフアライニングトルクを推定して、その推定値に基づいて、適当な操舵補助力を加えるようにしたＳＡＴ制御が行われる。
【００２４】
その結果、図６に示すように、ＥＣＵ１７で摩擦補償制御を行うと、ラックのセット荷重を大きくした場合でも、摩擦補償制御がない場合に比べて、逆摺動時のラック荷重を小さくすることができる。なお、図６は、縦軸はラックの軸方向荷重で示され、横軸はラックの変位で示され、摩擦補償制御の有無によって摩擦を小さく抑えられることを実証している。
【００２５】
従って、上記実施例では、プレッシャーパッド部１４によるラック軸４の押圧力、すなわちラックのセット荷重を大きくして、ラトル音の発生を低減させた場合、セット荷重の増加に伴う摩擦増大を、ＥＣＵ１７の制御、すなわち摩擦補償制御，ディザ制御，およびＳＡＴ（Ｓｅｌｆ　Ａｌｉｇｎｉｎｇ　Ｔｏｒｑｕｅ）制御などの組み合わせによって小さく抑えることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、ステアリング軸の操舵力を補助する電動モータと、ステアリング軸の回転運動を直線運動に変換するラック・ピニオン式運動変換機構とを備え、ラックピニオン式運動変換機構で、ピニオン軸に対してラック軸を押し付けるラックセット荷重を３００Ｎ以上、好ましくは３００Ｎ〜４００Ｎの所定範囲に設定することで、ラック軸とピニオン軸との噛合部の隙間を小さくして、ラトル音の発生を低減させることができる。しかも、セット荷重の増大に伴う摩擦の増大は、ＥＣＵの制御によって軽減することができる。すなわち、ＥＣＵの制御、すなわち摩擦補償制御，ディザ制御，およびＳＡＴ制御などを組み合わせて、ラックのセット荷重を大きくした場合でも、ラック軸の外周面における摩擦上昇を抑えることができ、ラトル音の発生を直接的にかつ効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置を含む前輪操舵機構の主要部を示す図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の電動モータとその減速機構を示す図である。
【図３】電動パワーステアリング装置のラック・ピニオン式運動変換機構を示す断面図である。
【図４】ピニオン軸とラック軸の噛合部における配置関係を示す図である。
【図５】電動パワーステアリング装置のＥＣＵと電動モータの配置関係を示す概略図である。
【図６】摩擦補償制御の有無による逆摺動特性を示す図である。
【図７】従来の電動式パワーステアリング装置のラック・ピニオン式運動変換機構を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　ステアリング軸
３　　　　　ラック・ピニオン式運動変換機構
４　　　　　ラック軸
５　　　　　ピニオン軸
７　　　　　入力軸
８　　　　　電動モータ
１４　　　　　プレッシャーパッド部
１６　　　　　コイルスプリング
１７　　　　　ＥＣＵ
【図１】
2004051062.tif 000003
【図２】
2004051062.tif 000004
【図３】
2004051062.tif 000005
【図４】
2004051062.tif 000006
【図５】
2004051062.tif 000007
【図６】
2004051062.tif 000008
【図７】
2004051062.tif 000009