(57)【要約】【課題】  悪路走行中における異音の発生をより確実に抑制すること。【解決手段】  パワーステアリング装置１は、車両に固定されたハウジングに、車両幅方向へ移動可能に支持されたラック軸１５と、ラック軸１５に複数のボール３９を介して係合するナット３８と、ナット３８をラック軸方向へ移動可能に支持するモータシャフト３２と、モータシャフト３２及びナット３８を介して、ラック軸１５に対して操舵を補助するための補助トルクを付与するモータ３０と、モータシャフト３２とナット３８の端面との間に、介装される弾性部材４０と、弾性部材４０の剛性を可変させる剛性可変手段と、を備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に固定されたハウジングに、車両幅方向へ移動可能に支持されたラック軸と、
該ラック軸に複数のボールを介して係合するナットと、
該ナットを前記ラック軸方向へ移動可能に支持するモータシャフトと、
該モータシャフト及び前記ナットを介して、前記ラック軸に対して操舵を補助するための補助トルクを付与するモータと、を備えるパワーステアリング装置であって、
前記モータシャフトと前記ナットの端面との間に、介装される弾性部材と、
前記弾性部材の剛性を可変させる剛性可変手段と、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】
請求項１記載のパワーステアリング装置であって、
前記車両が走行している走行路の状態を検出する走行路状態検出手段を更に備え、
前記走行路状態検出手段により検出された走行路の状態に応じて、前記剛性可変手段は前記弾性部材の剛性を可変させることを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項３】
請求項１記載のパワーステアリング装置であって、
前記車両の操作環境を設定する操作環境設定手段を更に備え、
前記操作環境設定手段により設定された前記操作環境に応じて、前記剛性可変手段は前記弾性部材の剛性を可変させることを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項１記載のパワーステアリング装置であって、
前記弾性部材は流動体を有し、前記剛性可変手段は前記流動体に対する磁界又は電界を可変させることにより、前記弾性部材の剛性を可変させることを特徴とする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、例えば、モータにより、モータシャフト、及びナットを介して、ラック軸に補助トルクを付加する電動式のパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の舵取装置としては種々の形式のものが実用化されており、その一つにラック・アンド・ピニオン式の舵取装置がある。これは、軸線方向に所定の長さに亘ってラック歯が形成されているラック軸を車体の左右方向に延設すると共に、このラック軸の両端部にタイロッドを介して操向用の車輪（前輪）に連結された構成とされている。また、ラック軸に噛合するピニオンシャフトは、コラムシャフトを介してステアリングホイールに連結されている。そして、同装置は、ステアリング操作に応じたピニオンシャフトの回動がラック軸に伝えられ、同ラック軸がラック歯の形成長さの範囲内にて軸線方向に移動することにより操舵用車輪の向きを変え、これにより操舵を行わせるよう構成されている。
【０００３】
このようなラック・アンド・ピニオン式の舵取装置を電動パワーステアリング装置として構成する場合、操舵補助用のモータの回転をラック軸に直接的に伝え、同ラック軸を軸線方向に移動させる構成とするのが合理的である。このためには、ラック軸を移動させるための直線運動にモータの回転を変換する機構が必要であり、この運動変換機構においては、モータの出力を運動変換の過程で所定の減速を伴うことが望ましい。このような要求に応え得る運動変換機構として、例えば、ボールねじ機構を利用した電動パワーステアリング装置が従来から提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
この電動パワーステアリング装置は、ラック軸の外周の一部（ラック歯の形成範囲と異なる部分）に螺旋状のボールねじ溝を形成する一方、ラック軸を支持する中空円筒状のハウジングの内部に、同ラック軸と同軸上での回動自在にボールねじナットを支持している。そして、このボールねじナットと前記ボールねじ溝との間に多数のボールを介在させてボールねじ構造を構成している。
【０００５】
また、この電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータの駆動力をボールねじナットにモータシャフトを介して回転駆動し、この回転をボールねじ溝に沿って転動する多数のボールによりラック軸に伝え、同ラック軸を軸長方向に移動付勢することによりステアリング操作に応じて操舵を補助（アシスト）する構成となっている。ボールねじナットの端面とモータシャフトとの間には、板バネが介装されている。
【特許文献１】特開２００３−１８２５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記構成とされた電動パワーステアリング装置を搭載した車両が悪路走行を行った場合、車輪の振動がラック軸を介してボールねじ機構に伝達される。従来、上記板バネにより、ボールねじナットとラック軸とのバックラッシュガタに起因する振動を吸収している。しかしながら、板バネによるバネ定数等は、初期に設定された状態となるため一定である。この為、路面状態に応じて振動が変化した場合、十分に振動を吸収できるとはいい難い。したがって、ボールねじ機構のボールねじナットとラック軸との係合部分等に生じる異音を十分に抑制できない虞がある。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、悪路走行中における異音の発生をより確実に抑制できるパワーステアリング装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
車両に固定されたハウジングに、車両幅方向へ移動可能に支持されたラック軸と、
該ラック軸に複数のボールを介して係合するナットと、
該ナットを前記ラック軸方向へ移動可能に支持するモータシャフトと、
該モータシャフト及び前記ナットを介して、前記ラック軸に対して操舵を補助するための補助トルクを付与するモータと、を備えるパワーステアリング装置であって、
前記モータシャフトと前記ナットの端面との間に、介装される弾性部材と、
前記弾性部材の剛性を可変させる剛性可変手段と、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置である。
【０００９】
この一態様によれば、モータシャフトとナットの端面との間には、弾性部材が介装され、剛性可変手段は弾性部材の剛性を可変させる。これにより、例えば車両の走行状態に応じて、弾性部材の剛性を可変させることで、悪路走行中等における異音の発生をより確実に抑制できる。
【００１０】
また、この一態様において、前記車両が走行している走行路の状態を検出する走行路状態検出手段を更に備え、前記走行路状態検出手段により検出された走行路の状態に応じて、前記剛性可変手段は前記弾性部材の剛性を可変させるのが好ましい。
【００１１】
さらに、この一態様において、前記車両の操作環境を設定する操作環境設定手段を更に備え、前記操作環境設定手段により設定された前記操作環境に応じて、前記剛性可変手段は前記弾性部材の剛性を可変させるのが好ましい。
【００１２】
なお、この一態様において、例えば前記弾性部材は流動体を有し、前記剛性可変手段は前記流動体に対する磁界又は電界を可変させることにより、前記弾性部材の剛性を可変させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、悪路走行中における異音の発生をより確実に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、車両用のパワーステアリング装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。
【００１５】
図１及び図２は、本発明の一実施例に係るパワーステアリング装置１を示している。図１はパワーステアリング装置１の全体構成を示す断面図であり、図２はパワーステアリング装置１の動作を説明するための要部構成である。
【００１６】
パワーステアリング装置１は、概略するとギヤハウジング１１，ラック軸１５，電動モータ３０，及びモータシャフト３２，ボールねじ装置３７，駆動回路４４及び電磁石４２等を備えた構成とされている。ギヤハウジング１１は、中空円筒状の第１ラックハウジング１２および第２ラックハウジング１３と、これらラックハウジング１２、１３の間に設けられたヨークハウジング１４からなり、各ハウジング１２、１３、１４は図示しないボルトによって同軸的に結合されている。
【００１７】
ギヤハウジング１１には、ラック軸１５が軸線方向（図中矢印Ｘ１，Ｘ２で示す方向）に移動可能に貫通され、第１および第２ラックハウジング１２、１３より突出されたラック軸１５の両端は、タイロッド（図示しない）１８，１９を介して左右の前輪に連結される。第１および第２ラックハウジング１２、１３の端部とタイロッド１８、１９の各間には、伸縮かつ屈曲可能なブーツ２０、２１が装着され、これらブーツ２０、２１によってギヤハウジング１１内を外部より遮蔽している。
【００１８】
また、第１ラックハウジング１２には、ステアリングホイールに接続された入力軸２６と連結したピニオン２２が配設されており、このピニオン２２はラック軸１５に形成されたラック歯（図示しない）に噛合している。よって、運転者がステアリングホイールを操作すると、この操作力により入力軸２６を介してピニオン２２が回転し、ピニオン２２とラック歯の噛合によりピニオン２２の回転はラック軸１５の直線移動に変換され、これによりタイロッド１８，１９を介して前輪の操舵が行なわれる。
【００１９】
電動モータ３０は、ギヤハウジング１１を構成するヨークハウジング１４内のラック軸１５の回りに配設されており、後述するようにモータシャフト３２を介してラック軸１５に操舵補助力（補助トルク）を付与する機能を奏する。この電動モータ３０はブラシレスＤＣモータであり、固定子となる駆動ステータ３１と、回転子となるモータシャフト３２とを有した構成とされている。駆動ステータ３１はコイルが巻回されており、ヨークハウジング１４の内壁に配設されている。
【００２０】
モータシャフト３２は中空円筒状をなし、ラック軸１５の周りに同軸的に遊嵌されている。このモータシャフト３２は、所定位置において、ベアリング３３を介して、第１ラックハウジング１２及びヨークハウジング１４に回動可能に支持されている。
【００２１】
ボールねじ装置３７は、モータシャフト３２の図中矢印Ｘ１方向の端部近傍に設けられている。このボールねじ装置３７は、ねじ溝１５ａ，ボールねじナット３８，ねじ溝３８ａ，弾性部材４０、及びボール３９等により構成されている。
【００２２】
図２に示すように、ボールねじナット３８は筒状の部材であり、モータシャフト３２の図中矢印Ｘ２方向端部の内周位置において、双方に形成されたＸ１、Ｘ２方向の溝により、セレーション嵌合している。したがって、このボールねじナット３８は、モータシャフト３２に対して、Ｘ１、Ｘ２方向へ相対的に摺動可能であり、モータシャフト３２と一体となって回転する。また、ボールねじナット３８は、モータシャフト３２の内部に、モータシャフト３２と同軸的に配設されている。
【００２３】
モータシャフト３２との関係において、上記構成とされたボールねじナット３８は、その内周にねじ溝３８ａが形成されると共に、このねじ溝３８ａに対応するラック軸１５の外周にもねじ溝１５ａが形成されている。また、この両ねじ溝１５ａ、３８ａ間には、複数のボール３９が介装されている。よって、ボールねじナット３８が回転すると、この回転はボール３９を介してラック軸１５に伝達され、ラック軸１５に回転力が付与される。
【００２４】
ラック軸１５の外周面上において、ボールねじナット３８の両端面には、円環状に形成され、剛性を可変させる一対の弾性部材４０が配設されている。また、一方の弾性部材４０は、モータシャフト３２とボールねじナット３８の一方の端面とに挟み込まれるように配置されている。また、他方の弾性部材４０は、ボールねじナット３８の他方の端面とモータシャフト３２の内周面に螺合する固定ナット４１との間に挟み込まれるように配置されている。なお、ボールねじナット３８の両端面には、一対の弾性部材４０が配設されているが、一対の弾性部材４０のうち片方のみの弾性部材４０が配設される構成であってもよい。
【００２５】
また、弾性部材４０は、例えば、Ｘ１、Ｘ２方向へ変形可能な円環状の収容部材内に、磁性流体が封入されてなる。ここで、磁性流体とは、磁界の作用に応じて、粘度を変化させる流動体であり、例えば、炭化水素系オイル、フッ素系オイル等の媒体に強磁性超微粒子が均一に分散した複合材料である。この磁性流体は、作用する磁界強度に高くなると、粘度を上昇させる。
【００２６】
例えば、磁性流体に作用する磁界強度が高くなると、磁性流体の粘度が高くなり、弾性部材４０の剛性が高くなる。一方、磁性流体に作用する磁界強度が低くなる（又は無くなる）と、磁性流体の粘性が低くなり、弾性部材４０の剛性が低くなる。
【００２７】
なお、弾性部材４０は、収容部材内に、磁性粉体、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ）流体、ＥＲ（Ｅｌｅｃｔｏ−Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ）流体が封入される構成であってもよい。なお、ＥＲ流体が封入される場合は、磁界の代わりに電界を作用させる。
【００２８】
モータシャフト３２の外周上、かつ一対の弾性部材４０に対応する位置には、所定の距離で離間された一対の電磁石４２が配設されている。この電磁石４２は、例えば鉄芯４２ａにコイル４２ｂが巻付けられてなり、コイル４２ｂに供給される電流又は電圧に応じて、磁界強度を変化させる。
【００２９】
このコイル４２ｂ内の電流又は電圧を増加させれば磁界強度が高くなり、一方、コイル４２ｂ内の電流又は電圧を減少させれば磁界強度が低くなる。すなわち、電磁石４２から磁性流体へ作用する磁界強度を可変させることで、磁性流体の粘度を可変させ、弾性部材４０の剛性（バネ定数、減衰定数等）を任意に設定することができる。
【００３０】
コイル４２ｂには、コイル４２ｂに対して車両の電源から電流又は電圧を供給させ、磁界を発生させるリレースイッチ（例えば、ダイオード等の半導体素子）、可変抵抗等からなる駆動回路４４が接続されている。また、この駆動回路４４には、この駆動回路４４及び上述した電動モータ３０を制御するＥＰＳ−ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、電子式パワーステアリング電子制御装置）５５が接続されている。
【００３１】
なお、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、マイクロコンピュータから構成されており、制御、演算プログラムに従って各種処理を実行するとともに、当該装置の各部を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵの実行プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、タイマ、カウンタ、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏ）２ｄ等を有している。
【００３２】
ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、駆動回路４４を制御することにより、電磁石４２のコイル４２ｂに供給させる電流又は電圧を制御し、電磁石４２の磁界強度を制御する。
【００３３】
ＥＰＳ−ＥＣＵ５５には、車速センサ５６から車速信号が、また加速度センサ５７からは加速度信号が供給される構成とされている。また、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５には、トルクセンサ（図示しない）からトルク信号も供給される構成とされている。
【００３４】
ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、車速センサ５６、加速度センサ５７、トルクセンサ等の種々のセンサから供給される信号に基づき、電動モータ３０への供給電力を制御する。また、車速センサ５６及び加速度センサ５７からの出力に基づき、駆動回路４４を制御して、電磁石４２の磁界強度を制御する。
【００３５】
ＥＰＳ−ＥＣＵ５５の制御動作に基づき電動モータ３０が駆動され、電動モータ３０の駆動力はモータシャフト３２からボールねじ装置３７に伝達される。このボールねじ装置３７により、ラック軸１５は矢印Ｘ１，Ｘ２方向に移動され、これにより操舵力がアシストされる。
【００３６】
次に、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５で実行される電磁石４２の磁界強度の制御処理について説明する。図３は、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５で実行される電磁石４２の磁界強度の制御処理のフローの一例を示すフローチャートである。
【００３７】
この電磁石４２の磁界強度の制御処理は、車速センサ５６から供給される車速信号及びトルクセンサから供給されるトルク信号等に基づき実施されるパワーアシスト制御と別ルーチンで実施されるものである。
【００３８】
図３に示す電磁石４２の磁界強度の制御処理が起動すると、先ずステップ１０（図では、ステップをＳと略称している）において、車速センサ５６から供給される車速情報から車速Ｖを演算する。続くステップ１２では、ステップ１０で演算された車速Ｖが、所定の車速値よりも遅いか否かが判断される。このステップ１２において肯定判断（ＹＥＳの判断）がされると、処理はステップ１４に進む。
【００３９】
ステップ１４では、加速度センサ５７から供給される加速度情報から車両の上下加速度Ｇを演算する。続くステップ１６では、ステップ１４で演算された上下加速度Ｇが、所定の加速度値よりも大きいか否かが判断される。このステップ１６において肯定判断（ＹＥＳの判断）がされると、処理はステップ１８に進む。
【００４０】
このステップ１０〜１６で実施される処理は、車両が走行している走行路の状態を検出する処理である。即ち、運転者は悪路走行時においては車速を低減し、また車両は上下方向に対して大きく変動する。このため、車両速度Ｖは実験的に求められた運転者が悪路走行時における走行速度に基づき設定されており、また上下加速度Ｇも実験的に求められた車両の悪路走行時に発生する上下加速度に基づき設定されている。
【００４１】
従って、ステップ１２で否定判断がされた場合（即ち、現在の車速Ｖが所定車速以上の場合）、またはステップ１６で否定判断がされた場合（即ち、現在の車両の上下加速度Ｇが所定加速度以下の場合）は、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は車両が悪路ではない良好な路面を走行中又は、停止状態であると判断する。
【００４２】
この場合には、処理はステップ２２に進み、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、駆動回路４４を制御して、電磁石４２の磁界強度が高くなるように制御する。具体的は、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、電磁石４２のコイル４２ｂに供給される電流又は電圧を増加させ、電磁石４２の磁界強度を高くする。この場合、磁性流体の粘度が高くなり、弾性部材４０の剛性（バネ定数）が高くなる。
【００４３】
これにより、良路走行中において、電動モータ３０からモータシャフト３２を介して付加される、Ｘ１、Ｘ２方向の補助トルクは、一対の弾性部材４０、ボールねじナット３８、及びボール３９を介して、安定的にラック軸１５に伝達される。したがって、車両の操舵性が向上する。
【００４４】
一方、ステップ１２で肯定判断がされた場合（即ち、現在の車速Ｖが所定車速以下の場合）で、かつステップ１６で肯定判断がされた場合（即ち、現在の車両の上下加速度Ｇが所定加速度以上の場合）である場合には、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は車両が悪路走行中であると判断する。この場合には、処理はステップ１８に進み、カウンタ値Ｎが所定回数以下であるか否かが判断される。
【００４５】
このカウンタ値Ｎは、図３に示す磁界強度の制御処理が起動する際にゼロリセットされるものであり、上記のようにステップ１０〜ステップ１６の処理により悪路走行中であると判断された場合にステップ２０においてインクリメントされるものである。このステップ１８及びステップ２０は、車両が悪路を所定時間以上走行しているか否かを判断するものである。そして、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５が車両の悪路走行時間が所定時間以上であると判断すると、即ちステップ１８で否定判断がされると処理はステップ２４に進む。
【００４６】
ステップ２４では、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、駆動回路４４を制御して、電磁石４２の磁界強度が低くなるように制御する（又は０にする）。具体的は、ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、電磁石４２のコイル４２ｂに供給される電流又は電圧を減少させ、電磁石４２の磁界強度を低くする。これにより、磁性流体の粘度が低くなり、弾性部材４０の剛性（バネ定数、減衰定数等）が低くなる。
【００４７】
上記の磁界強度の制御処理を実施することにより、上記ステップ１０〜ステップ２０の処理により車両が悪路走行中であると判断された場合は、磁性流体の粘度が低くなり、弾性部材４０の剛性（バネ定数）が低くなる。また、悪路走行時の振動の特性に応じて、弾性部材４０の剛性が設定されてもよい。
【００４８】
これにより、悪路走行中に車輪及びラック軸１５を介して、入力される路面振動がボールねじナット３８に伝達されても、ボールねじナット３８のＸ１、Ｘ２方向の振動は、ボールねじナット３８の両端に配置された、一対の弾性部材４０により十分に吸収されうる。したがって、悪路走行中における異音の発生を確実に抑制できる。
【００４９】
以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００５０】
例えば、上記一実施例において、弾性部材４０には磁界強度に応じて、剛性を可変させる流動体が用いられているが、温度によって剛性を可変させる温度感応性部材が用いられてもよく、剛性を可変させる材料であれば、任意の部材が適用可能である。
【００５１】
また、上記一実施例において、車両走行中の路面状態に応じて、弾性部材４０の剛性を可変させているが、車室内に配設され、車両の操作環境を設定するモードスイッチに応じて、弾性部材４０の剛性を可変させてもよい。例えば、モードスイッチは、ソフトモード（車両快適性を重視したモード）と、ハードモード（操舵性を重視したモード）とに切替える切り替えスイッチとして構成される。ＥＰＳ−ＥＣＵ５５は、このモードスイッチからのモード信号に基づいて、上述した電磁石４２の磁界強度の制御処理を実行してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、例えば、車両用の電動式パワーステアリング装置に利用できる。搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施例に係るパワーステアリング装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係るパワーステアリング装置の動作を説明するための要部構成である。
【図３】ＥＰＳ−ＥＣＵで実行される電磁石の磁界強度の制御処理のフローの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１    パワーステアリング装置
１５    ラック軸
３０    電動モータ
３２    モータシャフト
３８    ボールねじナット
３９    ボール
４０    弾性部材
４２    電磁石
５５    ＥＰＳ−ＥＣＵ
【図２】
2007106358.tif 000003
【図３】
2007106358.tif 000004
【図１】
2007106358.tif 000005