(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータを用いた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、操舵ハンドルに結合されたピニオンと噛合するラックバーに結合されたシャフトスクリューと、このシャフトスクリューとボールを介して螺合しボールねじ機構を構成するナットスクリューと、このナットスクリューを内包するロータと、このロータの軸方向の一部に外包されたコイルを有するステータから構成された電動モータとを備えた電気式パワーステアリング装置において、上記ナットスクリューをロータに対して所定量の回転と軸方向移動を生起させる拘束カム機構と、上記ナットスクリューを上記ロータ内の中立位置より弾性力に抗して軸動可能に支持かつ所定量軸動後のナットスクリューの移動量を制限する支持制限手段を設け、前記拘束カム機構を、ナットスクリュー軸線に対して傾斜する傾斜溝と、この傾斜溝に係合する倣いピンで構成したことを特徴とする電気式パワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１において、前記支持制限手段を、ナットスクリューをロータに対して中立位置に復元させる弾性体と、所定量軸動後にナットスクリューの軸方向移動を拘束するストッパより構成したことを特徴とする電気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】
この発明は、電動モータによってパワーアシストしながら操舵する電気式パワーステアリング装置、特に低入力トルク域での手ごたえ感が得られかつ高入力トルク時の操舵安定性を可能にした電気式パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気式パワーステアリング装置は、図８に示すようにハンドルを操舵するとその回転はラックピニオン機構２に伝達されるとともにその操舵力に応じて電動モータ６が駆動され、その電動モータ６の回転を軸方向運動に変換するボールねじ機構５、周知の操縦リンク機構を介して車輪に伝達されるようになっている。
【０００３】
さらに前記電動モータ６には、制御装置７が接続されている。この制御装置７はトルクセンサなどのセンサからの検出信号を入力するとともに制御プログラムに基いて演算し、その演算結果を電流指令値として周知のサーボ系からなるモータ駆動回路８に出力し、その結果所定の駆動電流を電動モータ６に印加させるようにようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６は、前記サーボ系からなるモータ駆動回路８の入力トルクに対するゲインの変化を示すもので、例えばゲイン特性Ｑの傾きによって操舵を軽くしたりあるいは重くしたりするなど電動モータのアシスト特性を最適に調整することができる。かかる上記電気パワーステアリング装置において、従来ではそのハンドル中立時に手ごたえ感を持たせるため、図６の特性Ｘに示すように低入力トルク状態で前記サーボ系のゲインが小さくなるようチューニングするが、かかるチューニングによってハンドル中立時は手ごたえ感がえられる反面、高入力トルク時において図６の特性Ｙで示すようにその傾きが大きくなりすぎ、それだけサーボ系が不安定となり、振動などを引き起こす可能性があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために発明されたもので、請求項１に記載の発明は、電動モータを用いた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、操舵ハンドルに結合されたピニオンと噛合するラックバーに結合されたシャフトスクリューと、このシャフトスクリューとボールを介して螺合しボールねじ機構を構成するナットスクリューと、このナットスクリューを内包するロータと、このロータの軸方向の一部に外包されたコイルを有するステータから構成された電動モータとを備えた電気式パワーステアリング装置において、上記ナットスクリューをロータに対して所定量の回転と軸方向移動を生起させる拘束カム機構と、上記ナットスクリューを上記ロータ内の中立位置より弾性力に抗して軸動可能に支持かつ所定量軸動後のナットスクリューの移動量を制限する支持制限手段を設け、前記拘束カム機構を、ナットスクリュー軸線に対して傾斜する傾斜溝と、この傾斜溝に係合する倣いピンで構成したものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記支持制限手段を、ナットスクリューをロータに対して中立位置に復元させる弾性体と、所定量軸動後にナットスクリューの軸方向移動を拘束するストッパで構成したものである。
【０００８】
上記のように構成した請求項１にかかる発明では、ハンドル操舵に伴ない、電動モータによるパワーアシストが開始されてロータが回転されても、その中立近傍では拘束カム機構の作用によってその回転がナットスクリューの軸方向運動として吸収され、所定量軸動後にナットスクリューならびにストッパがロータ底壁に当接後に初めてロータとナットスクリューが一体となって回転するようになる。
すなわち高入力トルク領域での振動防止を優先してモータ駆動回路のサーボゲインを緩やかなカーブに設定すると、低入力トルク領域でのゲインが高くなってしまうが、請求項１にかかる発明では前記拘束カム機構ならびにストッパの作用によって、低入力トルク領域でモータ駆動回路のサーボゲインを相殺するように働くため、その結果操舵中立時近傍ではモータアシスト力がナットスクリューに作用しなくなり、それだけ近傍ではハンドルが重くなり、しかも中立時でもしっかりとした操舵感が得られる効果がある。
【０００９】
加えて、ロータとナットスクリュー間を拘束する拘束カム機構を、倣いピンと傾斜溝から構成したので、ロータの回転を確実にナットスクリューの軸方向運動に変換できるとともに、倣いピンと傾斜溝間のがたつきや磨耗も少なく、長期に亘って確実な運動伝達が可能となる効果を有する。
【００１０】
上記請求項２にかかる発明では、請求項１の効果に加えて、弾性体とストッパを追加するだけの構成で、ナットスクリューを所定の軸方向位置に支持させたり、またナットスクリューとロータ間を一体化したりすることができ、また構造が極めて簡単であるため、作動が確実で、故障等も少ないという効果を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の電気式パワーステアリング装置の全体構成を示すもので、周知のラックアンドピニオン機構Ｒと、アシスト力を付与する電動モータＭと、電動モータＭの回転をシャフトスクリュー１０の直線運動に変換するボールねじ機構Ｓと、このシャフトスクリュー１０の運動を車輪に伝える操舵リンク（図示省略）を備えている。
ラックアンドピニオン機構Ｒは図示省略した操舵ハンドルに結合されている入力軸９０と、この入力軸の先端に設けたピニオン（図示省略）と噛合するラックバー９１を備え、操舵ハンドルの回転を直線運動に変換してラックバー９１ならびにこれと一体のシャフトスクリュー１０に伝えるようになっている。
【００１２】
電動モータＭは、前記シャフトスクリュー１０を内包しかつ外周にアーマチャとしてのマグネット６６を有する筒状のロータ１５と、このロータ１５の外側に設けられたステータ１７を備え、このステータ１７の両側に設けられたコイル７７に通電することでロータ１５に回転力を付与するようになっている。なお、１８はハウジングで、このハウジング１８に前記ロータ１５が軸受８１、８２を介して回転可能に支持されている。
【００１３】
ボールねじ機構Ｓは、雄ねじとしてのシャフトスクリュー１０と、このシャフトスクリュー１０にボール１２を介して螺合する雌ねじとしてのナットスクリュー１３を備え、前記電動モータＭにてこのナットスクリュー１３を回転することで、シャフトスクリュー１０がその軸線方向に移動し、これに連なる操舵リンク（図示省略）ならびに車輪に操舵力を付与するようになっている。
なお、３０は電動モータＭに制御信号を出力する制御装置で、この制御装置３０からの制御信号に基いて、サーボ系よりなるモータ駆動回路３１より所定の駆動電流が電動モータＭに印加され、電動モータＭを駆動するようになっている。
【００１４】
次に本発明の主要部であるボールねじ機構Ｓの詳細を図２に基いて説明する。図２に示すように、ナットスクリュー１３とロータ１５の間には、拘束カム機構Ｃと、支持制限手段Ｄが設けられている。拘束カム機構Ｃは、その詳細を図３、４に示すようにロータ１５に半径方向に固着された円柱形状の倣いピン３６と、ナットスクリュー１３の外周に周方向に捩れて設けた傾斜溝３７からなり、ロータ１５が回転をはじめると倣いピン３６が傾斜溝３７に案内されながら傾斜溝３７内を移動し、その結果ナットスクリュー１３はロータ１５に拘束されながら小ストロークだけ軸方向移動されるようになっている。
【００１５】
またロータ１５の両端には、支持制限手段Ｄとしてのゴム製の弾性体２５Ａ、２５Ｂと、金属製のストッパ２６Ａ、２６Ｂが装着されている。この弾性体２５Ａ、２５Ｂとストッパ２６Ａ、２６Ｂは、図５に示すように相互に嵌合するリング形状をなしかつ弾性体２５Ａ、２５Ｂの方がストッパ２６Ａ、２６Ｂよりもその軸方向長さが長くなっており、通常状態ではナットスクリュー１３に対して弾性体２５Ａ、２５Ｂにより中立位置に常時復帰する力が付与されるが、ナットスクリュー１３が一定ストローク以上移動した場合には、ストッパ２６Ａ、２６Ｂによってその軸方向の移動を制限するようになっている。
【００１６】
【発明の作用】
ハンドル操作により入力軸９２を操舵すると、その動作を図示省略のセンサが検知してその検出信号に基き制御装置３０から制御指令が出力され、その制御指令に基づきモータ駆動回路３１は駆動電流を電動モータＭに付与する。その結果電動モータＭの回転によりロータ１５及びこれと拘束カム機構Ｃにより結合されたナットスクリュー１３が回転をはじめる。
【００１７】
このとき、本実施態様におけるモータ駆動回路３１のゲイン特性は、図６から明らかなように、高入力トルク領域における振動発生を防止するため、従来のゲイン特性Ｑに対してその傾きが緩やかな特性Ｐに設定してある。かかる設定によると、高入力トルク領域での振動は抑制できるが、その反面低入力トルク時すなわち従来のハンドル中立時における特性Ｘに対して大き過ぎとなり、操舵安定性が損なわれることになる。
【００１８】
しかるに本実施態様ではハンドル中立時からハンドルの切り始めたとき、すなわち低入力トルク時において電動モータＭがパワーアシストを開始してロータ１５が回転し始めても、ロータ１５のみがナットスクリュー１３に先行して回転し、その結果ナットスクリュー１３は拘束カム機構Ｃの作用により弾性体２５Ａを圧縮しながらストッパ２６Ａがロータ１５の壁面に当接するまで軸方向に微小ストローク移動する。このナットスクリュー１３の移動がストッパ２６Ａによって拘束されるまで、シャフトスクリュー１０に作用するトルクは操舵ハンドルからのトルクのみであり、従って図７に示す低入力トルク領域では、電動モータＭは回転されるが、そのアシスト力はシャフトスクリュー１側に伝わらない。よって中立近傍では操舵にしっかり感が生まれる。
【００１９】
一方ストッパーストッパ２６Ａがロータ１５６の壁面に当接した後は、拘束カム機構Ｃの作用によりナットスクリュー１３とロータ１５は一体となり、その結果、図７に示すような電動モータＭのアシスト力が１００％ナットスクリュー１３に作用するが、その際のサーボゲインの変化は緩やかであり、振動等を生じることなく、図７で示すようなカーブのアシスト力で軽快に操舵ができる。
【００２０】
本発明は、上記実施態様に何ら限定されるものではなく、当業者の知識に基いて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
例えば、第１実施態様では、倣いピン３６をロータ１５側に形成し、傾斜溝３７をナットスクリュー１３側に形成しているが、倣いピン３６をナットスクリュー１３側に形成し、傾斜溝３７をロータ１５側に形成してもよい。
また、第１実施態様では、拘束カム機構Ｃとして円柱形状の倣いピン３６と、断面矩形の傾斜溝３７を使用しているが、これに限定されるものではなく、倣いピン３６の代わりにボールを使用し、また断面円弧形状の傾斜溝を採用してもよい。
さらに、第１実施態様では、弾性部材２５Ａ、２５Ｂとしてゴムを使用しているが、合成樹脂など弾性力を有する弾性部材でもよく、またウエーブワッシャや皿ばねなど金属性のばね体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す電気式パワーステアリングの縦断面図である。
【図２】本発明の主要部であるボールねじ機構の詳細図である。
【図３】本発明の拘束カム機構の詳細を示す図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】本発明の拘束カム機構の詳細を示す図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図５】本発明の弾性体とストッパの詳細図である。
【図６】本発明と従来例における操舵入力トルクとサーボゲインの比較図である。
【図７】本発明における操舵入力トルクとパワーアシスト力の関係を示す図である。
【図８】従来の電気式パワーステアリングの図である。
【符号の説明】
Ｒ      ラックアンドピニオン機構
Ｍ      電動モータ
Ｓ      ボールねじ機構
Ｃ      拘束カム機構
Ｄ      支持制限手段
１０      シャフトスクリュー
１３      ナットスクリュー
１５      ロータ
１７      ステータ
２５Ａ    弾性部材
２５Ｂ    弾性部材
２６Ａ    ストッパ
２６Ｂ    ストッパ
３６      倣いピン
３７      傾斜溝
９１      ラックバー
【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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