JPH01247273A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は車両のステアリングホイールの操舵力を軽減す
るために、動力源として電動モータを用いる車両用の電
動パワーステアリングに関し、更に詳しくは電動モータ
の故障等の異常時のフェールセイフと如何なる操舵状況
の下でも電動モータのアシストを確保するためのクラッ
チ装置を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

（従来の技術） 従来の装置としては、例えば特開昭６１−３７５８１号
に示されるものがある。

この装置は、入力軸及び出力軸間に生じる操舵トルクを
検出するトルク検出器からの信号もしくは車速検出器か
らの信号に応じて制御回路により電動モータを駆動させ
、該電動モータの駆動力をクラッチ及び減速機を介して
出力軸に伝達し、入力軸に連結されているステアリング
ホイールの操舵力を軽減している。

この装置では電動モータと減速機の間に介装されるクラ
ッチとして、１つに制御回路により制御される電磁クラ
ッチを採用しており、同電磁クラッチを車速及び操舵状
態に応じて制御回路によって０Ｎ−ＯＦＦ制御すること
により、操舵フィーリングの向上を図ると共に、異常発
生時にＯＦＦすることにより手動操舵を可能としフェー
ルセイフを確保している。また、この装置が採用する他
のクラッチの例として電動モータと減速機の間に円筒軸
と六角断面軸の嵌合間隙にボールを介在させて、電動モ
ータからの駆動力は出力軸に伝わるが、逆に出力軸から
の駆動力を電動モータ側に伝えないようにしたメカニカ
ルクラッチが挙げている。このメカニカルクラッチを採
用することにより、電動モータの異常時、例えばロック
状態になっても手動操舵に支障がなく、フェールセイフ
を確保している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記した従来の装置における電動モータ
と減速機の間に介装されるクラッチのうち、制御回路に
よりＯ’Ｎ−０ＦＦ制御される電磁クラッチの場合には
、制御回路の誤動作等によるクラッチ自体以外の要因に
より、電磁クラッチが作動不能をきたし、操舵フィーリ
ングが著しく悪化する恐れがある。つまり、例えば電動
モータが異常をきたし回転不能となった時において、上
記したような電磁クラッチ自体以外の要因により電磁ク
ラッチがＯＦＦされずに、操舵が不能となってしまった
り、また上記した要因により電動モータが入力軸に入力
された回転方向とは逆方向に回転され、しかもクラッチ
がＯＦＦされないままに操舵が不能となってしまうこと
が起こり得る。また、この装置においては、電動モータ
が異物の噛み込み等により回転不能となった時において
、電磁クラッチがＯＦＦされずに操舵が不能となってし
まい、それが操舵の終了を意味するのか或は電動モータ
の異常を意味するのか即座に判明できず、車両の走行を
不安定なものにする場合がある。

一方、他側として挙げられているメカニカルクラッチの
場合にも、例えば制御回路に異常が発生し、電動モータ
が操舵方向と逆の回転をしたとき、電動モータの負荷が
かかり、操舵が不能になることが起こり得るもので、こ
のとき上記電磁クラッチと同様にその異常が即座に検出
できないため、走行の安定性を失い、事故の発生にもつ
ながり兼ねない。更に、このメカニカルクラッチは自由
回転するボールを単に介在させた構成であるため、電動
モータと減速機間の断続が不安定であり、特に高負荷で
急激な操舵が行われた時、電動モータも高速で回転を始
めるため、ボールは六角軸と円筒軸に挟まれたテーバ状
の狭い空間に高速で一旦移動し、その衝撃ではね返り広
い空間へと戻される場合があり、瞬時にクラッチが外れ
アシスト力を失う結果、急に操舵力が重くなるという問
題も発生する。

これは、上記装置のクラッチが、電動モータと出力軸の
断続を電気的信号により行い或は電動モータからの駆動
を一方的に出力軸に伝達するものであって、入力軸の回
転と連動して機械的に断続を行うものではないためであ
る。

以上のように、従来の装置では電動パワーステアリング
装置としての安全性及び信頼性が充分に確保されていな
いといった課題が残されていた。

そこで本発明は、これらの課題を解決することを目的と
してなされたものであり、電動モータの異常発生時等に
おいても入力軸と出力軸の相対変位に関連して機械的に
クラッチの断続を行い、電動パワーステアリング装置の
安全性及び信頼性を更に向上させると共に、電動パワー
ステアリング装置の操舵フィーリングを向上させようと
するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記した技術的課題を解決するために講じた手段は、車
両のステアリングホイールに接続される入力軸とステア
リングギヤに接続される出力軸との間に加わる操舵トル
クを検出する操舵トルク検出器と、該操舵トルク検出器
からの検出信号に応じた制御手段からの制御信号により
回転制御され、出力軸にその回転が伝達される電動モー
タと、該電動モータと出力軸の間に介装され電動モータ
の回転の出力軸への伝達を断続制御するクラッチとを備
えた電動パワーステアリング装置において、前記電動モ
ータの回転を減速する円筒状外輪を出力軸と同心にかつ
両者間に隙間を残して配置すると共に、同隙間内で入力
軸に連動し前記入力軸と出力軸の相対変位の大きさに応
じて前記円筒状外輪と出力軸間の係合力を高める保合部
材を配設することにある。

（作用） 上記した構成によれば、制御手段の誤動作等により、例
えば電動モータが操舵トルク検出器により検出された操
舵トルクに応じた回転とは逆方向に回転されたとしても
、外輪の内面で係合部材を入力軸の回転と逆方向に押戻
すため、クラッチが切られる一方、入力軸と出力軸は弾
性体を介して連結されているため手動操舵を可能にする
。

こうして、電動モータの回転方向、入力軸の回転方向及
び弾性体の弾性変形の方向が一致した時のみ電動モータ
の回転を出力軸に伝達するように係合して電動モータか
ら出力軸への力伝達を行い、電動モータがロックした場
合も含め、３者が一致しない時には常にクラッチは離脱
して電動モータと出力軸との間の力伝達を行わないため
、手動操舵が可能となり操舵作動が不能となることはな
い。

また、本発明では入力軸と出力軸の相対変位の大きさに
応じて外輪と出力軸の係合力を高めるべく保合部材が作
用するため、例えば高負荷で急激な操舵が行われた場合
にも、保合部材は確実に外輪と出力軸を係合させ、電動
モータからのアシストを確保する。

（実施例） 以下、本発明に従った電動パワーステアリング装置の一
実施例を図面に基づき説明する。

第１図、第２図において、一端をステアリングホイール
１０に連結された入力軸１１は、中空の段付筒状を呈し
、その他端がピン１５ｂにより出力軸１２に連結された
トーションバー１３の一端に、ピン１５ａにより連結さ
れている。これにより入力軸１１は車両の図示せぬステ
アリングギヤに連結されている出力軸１２とトーション
バー１３を介して連結されると共に、出力軸１２の一端
が入力軸１１の大径部１１ｂ内に遊嵌されており、入力
軸１１に加わる操舵力はトーションバー１３を介して出
力軸１２に伝達されるようになっている。

入力軸１１は、ステアリングホイール１０側をアッパー
ハウジング１４ａに圧入固定された軸受１６で回転可能
に支持されており、また、出力軸１２はロワーハウジン
グ１４ｂに圧入固定された軸受１７により回転可能に支
持されている。

入力軸１１の小径部１１ａの外周には、アッパーハウジ
ング１４ａの外側にダストカバー３６が嵌着されている
と共に、アッパーハウジング１４ａ内に円筒状のスライ
ダ１８が遊嵌されており、該スライダ１８の一部は出力
軸１２にも遊嵌され、その出力軸１２側には出力軸１２
の外周面に形成された螺旋状の溝１２ａに係合されるボ
ール１９が嵌入される径方向の孔１８ａが設けられてい
る。

スライダ１８の外周には、両端にフランジ部を有し該両
フランジ部間に環状溝２０ａを形成するリング２０が固
設されている。また、スライダ１８の一部外周には入力
軸１１の大径部に固設されたピン２１が嵌入される軸方
向の長孔１８ｃが形成されており、これによりスライダ
１８は入力軸１１と一体となり回転可能とされると共に
軸方向へは自在に移動可能となっている。

出力軸１２の外周面には、前述した螺旋状の溝１２ａが
刻設されていると共に、第３図に示す如く一部に平面部
１２ｂが形成され、入力軸１１の大径部１１ｂは出力軸
１２の平面部１２ｂまで延在されている。

入力軸１１の大径部１１ｂには前記出力軸１２の平面部
１２ｂに対応する位置に窓１１ｄが設けられている。同
窓ｌｉｄ内には一対の円柱状のコロ２２ａ。

２２ｂがその軸芯を入・出力軸１１．１２の軸方向と一
致するように嵌入してあり、各一対のコロ２２ａ。

２２ｂの間には圧縮コイルスプリング３３が介装されて
いる。これにより各コロ２２ａ　、　２２ｂは窓ｌｉｄ
の円周方向端面に押圧されると共に平面部１２ｂの一端
面に当接される。

また入力軸１１の大径部１１ｂの外方には、アウタース
リーブ２３がコロ２２ａ、２２ｂとの間に所定の間隙を
形成して、了ソバーハウジング１４ａに圧入固定された
軸受３５及び出力軸１２上に固設された軸受３２により
回転可能に支持されている。アウタースリーブ２３の外
周面には電動モータ２４の出力軸２４ａに固設されたウ
オーム２５に噛合するウオームホイール２３ａが形成さ
れており、該ウオーム２５どウオームホイール２３ａと
は本発明の減速機を構成し、窓ｌｉｄ、平面部１２ｂ、
コロ２２ａ。

２２ｂ及びアウタースリーブ２３で本発明におけるクラ
ッチを構成している。

なお、第２図において３０．３１は夫々入力軸１１の大
径部１１ｂ及びアウタースリーブ２３を支持する軸受で
ある。

また、アッパーハウジング１４ａには、ケース２６が取
付けられており、該ケース２６内には一端にボール２７
が保持された板バネ状の金属プレートから成るレバー２
８の他端が固定されている。

レバー２８の一端に保持されたボール２７はリング２０
の環状溝２０ａ内に嵌入されており、またレバー２８の
側面には抵抗ブリッジを構成した図示せぬ歪ゲージが絶
縁層をコーティングされた表面に貼付けられている。な
お、歪ゲージはブリッジ回路から成る周知の歪検出回路
を構成していて、該歪ゲージからの電気信号は制御回路
２９に入力され、制御回路２９は該電気信号に応じて電
動モータ２４への供給電流を制御する。

以上の構成から成る本実施例の作用を説明する。

ステアリングホイール１０が回転されると、入力軸１１
が回転し路面反力等の負荷が作用しているステアリング
ギヤに連結されている出力軸１２に対して、トーション
バー１３が涙じられ、出力軸１２と入力軸１１間に相対
回転が生じる。

これにより、この入力軸１１の相対回転即ち、出力軸１
２との回転差分だけ、螺旋状の溝１２ａに対しスライダ
１８の回転を伴い、この回転により、ボール１９を介し
てスライダ１８に入力軸１１の軸方向の推力を与え、ス
ライダ１８を入力軸１１の回転方向及び、入力軸１１の
相対回転に応じて軸方向に変位させる。スライダ１８の
軸方向変位はリング２０の環状溝２０ａに係合するボー
ル２７を介して、これを保持するレバー２８を撓ませて
、歪ゲージに人力軸１１と出力軸１２の相対向転量に応
じた電気信号を発生させる。この電気信号は制御回路２
９に入力されて、制御回路２９はこの電気信号に応じた
供給電流を電動モータ２４に送り、電動モータ２４を入
力軸１１の回転方向に応じた方向に回転させ、電動モー
タ２４の回転はウオーム２５及びウオームホイール２３
ａにより減速され、アウタースリーブ２３に伝達される
。

この時、本発明においては、クラッチの断続が次のよう
にしてなされる。すなわち、第４図において（ａ）はト
ルクセンサ２６が中立にある時のクラッチ機構の状態を
示し、コロ２２ａ　、　２２ｂともアウタースリーブ２
３に対して隙間があり、入力軸１１、出力軸１２共にア
ウタースリーブ２３即ち電動モータ２４には結合されて
いない。（入力軸１１と出力軸１２の相対回転変位Δθ
＝０）同図（ｂｌは入力軸１１を図面で左回転させ左側
のコロ２２ｂがアウタースリーブ２３の内面と出力軸１
２の平面部１２ｂに当接し始めた時の状態を示し、クラ
ッチ係合開始点となる。（Δθ＝Δθ１）同図（ｅ）は
入力軸１１を更に左回転させた状態を示し、左側のコロ
２２ｂは上記ｆｂｌと同位置にあるが、入力軸１１の窓
ｌｉｄの右端面と当接しているコロ２２ａがスプリング
３３を撓ませて左回転方向に変位し、左側のコロ２２ｂ
は人力軸１１の窓ｌｉｄの左端面から離れる。この時に
モータ２４への電流の供給が開始されアウタースリーブ
２３を入力軸１１と同じ左回転方向に回転させ始める。

（Δθ＝Δθ２　） 同図（ｄ）は路面反力が大きく、モータ２４への供給電
流を大きくする為に、更に入力軸１１を左回転させた状
態を示し、左側のコロ２２ｂは上記（ｂｌと同位置にあ
るが右側のコロ２２ａが更にスプリング３３を撓ませて
左回転方向へ変位する。従って、路面反力が大きく入・
出力軸１１．１２の相対回転変位が大きくなり、モータ
の出力が大になる程、クラッチの伝達力を大きくすべく
、スプリング３３による左側のコロ２２ｂの押付力を大
きくし、クラッチを確実に係合する。

これを電動モータ電流、入・出力軸１１．１２の相対回
転変位（Δθ）、コロ押付力の３者間の関係を示したも
のが第５図であり、同図ｆａ）　（ｂ）に示す如く回転
方向側のコロ２２とアウタースリーブ２３との隙間が消
滅し、クラッチが作動状態となる時の入力軸１１と出力
軸１２との相対回転変位（Δθ＝０１）が、スライダ１
８の軸方向変位によりレバー２８が撓み、歪ゲージから
の信号に応じて制御回路２９によって制御される供給電
流により電動モータ２４が回転を開始する時の入力軸１
１と出力軸１２との相対回転変位（Δθ−θ２）よりも
小さくされているため、同図（Ｃ）に示すように、入力
軸ＩＩの相対回転により回転方向側のコロ２２がアウタ
−スリーブ２３内周面と平面部１２ｂ端面に予め圧着さ
れた状態になった後、はじめて電動モータ２４が回転を
開始し、その回転がアウタースリーブ２３に伝達される
。それにより、回転方向側のコロ２２がアウタ−スリー
ブ２３内周面と平面部１２ｂ端面に圧着された状態で、
アウタースリーブ２３の回転が同コロ２２を介して出力
軸１２に円滑に伝達され、ステアリングホイール１０の
印加される操舵力を助勢する。ここで、アウタースリー
ブ２３の回転方向は、制御回路２９により入力軸１１の
相対回転に応した回転数及び回転方向に電動モータ２４
がその回転を制御されることにより、トーションバー１
３の弾性方向と一致した入力軸１１の相対回転の方向と
一致するようにされている。これにより、コロ２２をそ
の摩擦力により平面部１２ｂに強く圧着するようになり
、確実に回転力の伝達を行う。

ところで、入力軸１１の大径部１１ｂに形成された窓ｌ
ｉｄに単にコロ２２を入れ、或は１対のコロ２２ａ　、
　２２ｂに適切な押付は力が与えられていないと、例え
ば接地側の抵抗が大きいにも拘らず早い操舵がなされて
入力軸１１と出力軸１２の相対回転が大きくなるような
場合には、電動モータが高速で回転を開始し、回転方向
のコロ２２が急激に出力軸１２と係合される結果、その
反力ではね返ることがあり、クラッチが外れ急にアシス
トがなくなって操舵力が一瞬重くなることがある。

その点、本実施例では一対のコロ２２ａ　、　２２ｂの
間に圧縮コイルスプ□リング３３を介在させて上記相対
回転変位が大きくなる程、回転方向のコロ２２の押付力
を太き（しであるため、上記のような場合にもクラッチ
の係合が確保され、安定したアシストが得られる。

第５図（ｄ）は特にこうした点を考慮してなされた場合
で、スプリングにプレロードを与え窓ｌｉｄ内にセット
したときの入力軸１１と出力軸１２の相対回転に対する
コロ押付力の特性を示している。

なお１、第５図（ｂｌに示す傾きＡはスプリング３３の
ばね定数で決定されるもので、クラッチの伝達力と電動
モータ２４の出力の大きさにより選択決定される。また
、回転方向側のコロ２２とアウタースリーブ２３との隙
間が消滅し、クラッチが作動可能な状態となる時の人力
軸１１と出力軸１２の相対回転変位（Δθ＝θ、）は、
アウタースリーブ２３の内径寸法、コロ２２の外径、出
力軸１２の平面部１２ｂの寸法、人力軸１１の窓１１ｄ
、スプリング３３のばね定数及び寸法等の種々の組み合
わせにより、任意に設定可能となっている。

このように、本実施例によるクラ・７チは、入力軸１１
の相対回転（Δθ）がある設定値（Δθ−θ２）以上で
且つ、その相対回転方向とアウタースリーブ２３の回転
方向が一致した時のみアウタースリーブ２３からの回転
を出力軸１２に伝達するように作動する。したがって、
制御回路２９の誤作動等により電動モータ２４が人力軸
１１の相対回転に応じた回転方向とは逆方向に回転され
たとしても、第４図ＴＣＩにおいて左側のコロ２２ｂは
アウタ−スリーブ２３内周面と出力軸１２の平面部１２
ｂ端面に当接した状態において、アウタースリーブ２３
との摩擦力により窓ｌｉｄ内で振動及び自転し、アウタ
ースリーブ２３の回転が入力軸１１に伝達されることは
なく、一方入力軸１１の回転はトーションバー１３を介
して出力軸１２に伝達され、手動操舵を可能にする。ま
た、電動モータ２４が異物等を噛み込んで回転が不能と
なり、それによりアウタースリーブ２３が回転不能とな
ったとしても、第４図ＴＣ）において左側のコロ２２ｂ
がアウタースリーブ２３との摩擦力によりスプリング３
３に抗して振動したり、もしくは自転する等して入力軸
１１の回転がコロ２２を介して出力軸１２に伝達され、
手動による操舵を可能にする。

また、本実施例装置によればステアリングホイールＩＯ
が保持状態でアウタースリーブ２３がロック状態にある
時には、コロ２２がスプリング力によりステアリングホ
イール１０の保持状態を保つようにクラッチは作動し、
ステアリングホイール１０がフリー状Ｂ（切込んで手を
放した時）でアウタースリーブ２３が正回転及び逆回転
時には、ステアリングホイール１０の戻りが妨げられる
のを阻止するようにクラッチは作動する。また、更にス
テアリングホイール１０が切り込まれてアウタースリー
ブ２３が正回転している状態にて、制御回路２９の誤作
動等により電動モータ２４が急激にその回転トルクを増
大する時にも、入力軸１１側が抵抗となって、トーショ
ンバー１３の弾性変形が戻されることになり、クラッチ
はアウタースリーブ２３から入力軸１２への回転伝達を
断つように作動し、また車両が直進している時に制御回
路２９の誤作動等により電動モータ２４が回転したとし
ても、クラッチは路面反力により、入力軸１１と出力軸
１２との相対回転（Δθ）が設定値（Δθ＝θ２）以上
とならない限り、アウタースリーブ２３と出力軸１２間
の力伝達を行わないため、急激にステアリングホイール
１０が切り込まれることはない。

更にまた、例えば路面負荷が大きいにも拘らず急激な操
舵がなされる場合にも、入力軸１１と出力軸１２の相対
回転変位が大きい分コロ２２の押付力が増大し、アウタ
ースリーブ２３の急激な回転始動に良く追随して出力軸
との係合を確保する。

以上のように本実施例によれば、入力軸１１の相対回転
を検出するためのトーションバー１３の弾性変形を利用
して電動モータ２４と減速機との間の回転伝達を断続す
るクラッチの作動を適確に制御することにより、電動パ
ワーステアリングの安全性及び信頼性を向上させること
ができると共に、装置の小型化ができる。また、同時に
電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを向上
することができる。

以上の実施例では人力軸の相対回転を電気信号として取
り出す検出器として、歪ゲージを用いたカンチレバー式
とスリップリング式を用いた例を説明したが、ポテンシ
ョメータ、光電式検出器、磁歪式検出器等を本発明に採
用することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、操舵トルク検出器を入力軸と前記出力
軸とを連結する弾性体の弾性変形に応じて操舵トルクを
検出させると共に、クラッチの断続作動を操舵トルク検
出器の検出した操舵トルクに応じた電動モータの回転と
入・出力軸間の相対変位量に基づくクラッチ係合部材の
押付力とにより制御される。

そのため、制御手段の誤作動等により、電動モータが操
舵トルク検出器により検出された操舵トルクに応じた回
転とは逆方向に回転されたとしても、クラッチの保合部
材の押付力が減少するため、クラッチは切られ電動モー
タの駆動力は出力軸に伝達されず、従って電動モータに
よる減速機の回転方向と操舵方向が一致した時のみ電動
モータの回転を出力軸に伝達するように係合し、両者が
一致しない時には常にクラッチは離脱し電動モータと出
力軸間の力伝達を行わないため、手動操舵が可能となり
操舵作動が不能となることはない。

また、特に本発明では入・出力軸間の相対変位量に応じ
てクラッチの係合力を変化させるようにしているため、
高負荷で急激な操舵がなされる場合にも確実にクラッチ
を係合することができ、安定した操舵を可能にする。そ
れゆえ電動パワーステアリング装置の安全性及び信顛性
を向上させることができる。

また、本発明は小型で大きな減速比の得られるウオーム
とウオームホイールからなる減速機を採用すると共に、
操舵トルク検出器とクラッチは大きなスペースを必要と
する弾性体を共有しているため、電動パワーステアリン
グ装置をコンパクト化することができる。

更にまた、本発明によればクラッチが作動状態となる弾
性体の弾性変形が、操舵トルク検出器が操舵トルクを検
出しそれに応じて電動モータが回転を開始する時の弾性
体の弾性変形よりも小さくされている。そのため、クラ
ッチが予め作動状態となった後に電動モータの回転が開
始して、その回転がクラッチを介して出力軸に伝達され
るので、その伝達時においてステアリングホイール」二
に衝撃等が伝わることがなく、滑らかな操舵フィーリン
グを得ることができ、それにより電動パワーステアリン
グ装置の操舵フィーリングを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った電気式パワーステアリング装置
の一実施例の概略構成を示すブロック図、第２図は同実
施例を詳細に示す縦断面図、第３図は第２図に示す実施
例におけるクラッチの拡大側断面図、第４図は同クラッ
チの作動説明図、第５図は同クラッチにおけるモータ電
流、コロ押付力及び入・出力軸の相対変位の関係を示す
特性図である。 図の主要部分の説明 １１−人力軸 Ｌ２−出力軸 １３−）−ションハ′− ２２−コロ ２３−アウタースリーブ ２３ａ　−ウオームホイール ２５−・−ウオーム ２９・〜・制御回路 ３３−・−スプリング 第３図 第４図 （α） ｌ （Ｃ） 第５図 （ｂ） （ＣＩ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 車両のステアリングホィールに接続される入力軸とステ
   アリングギヤに接続される出力軸との間の相対変位によ
   り操舵トルクを検出する操舵トルク検出器と、該操舵ト
   ルク検出器からの検出信号に応じた制御手段からの制御
   信号により回転制御され、前記出力軸にその回転が伝達
   される電動モータと、該電動モータと前記出力軸の間に
   介装され前記電動モータの回転の前記出力軸への伝達を
   断続制御するクラッチとを備えた電動パワーステアリン
   グ装置において、前記電動モータの回転を減速する円筒
   状外輪を出力軸と同心にかつ両者間に隙間を残して配置
   すると共に、同隙間内で入力軸に連動し前記入力軸と出
   力軸の相対変位の大きさに応じて前記円筒状外輪と出力
   軸間の係合力を高める係合部材を配設することを特徴と
   する電動パワーステアリング装置。