JPS61191468A - 電気式動力舵取装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は電気式動力舵取装置に関し、よシ詳細にはラッ
クピニオン舵取装置を動力補助するため電動機、入力ト
ルク検出装置及び電動機制御装置等を組み入れた動力舵
取装置に関する。

（従来の技術） ラックピニオン式動力舵取装置の補助動力を電動機によ
って与え、ハンドルからの入力トルクを検出しトルクに
対応して電動機の出力を制御して人力操舵力を低減させ
る形式の電気式動力舵取装置は、例えば米国特許第３．
９８３，９５３号および特開昭５９−５０８６４号公報
などに開示されているが、米国特許第３．９８３，９５
３号に開示された発明は電動機によって入力軸が駆動さ
れるタイプであシ、さらにトルク検出装置も又入力軸側
に装着されているので車種および舵取装置の形式（例え
ばエネルギー吸収式舵取装置など）によっては両者の取
付スペースが得られないという問題点があり、さらにト
ルク検出装置の構造が複雑で特に入力軸側に装着した歪
ゲージなどにより電気信号を取出すためにスリップリン
グ等を使用しているため、構造が複雑になシやすく、組
立上困難な上に性能的にも耐久性の面でも信頼性にかけ
るという問題点を有している。

又特開昭５９−５０８６４号公程に開示されたトルク検
出装置は前述の米国特許第３．９８３，９５３号と同様
な問題点をもつ上に、電動機が出力軸と同軸に配置され
ているため電動機部の直径が大きくなシ、この部分にス
ペースのない車種には取付けられず、さらにボールねじ
部や電動機部が特殊構造になるので組立上多くの問題点
があシ各車種に対応する品種が増大し、少量生産になる
ので原価高になシやすい傾向がある。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は前述した従来技術の大きな問題点である従来
品の取付けられない車種にも設計の自由度が大きく取付
けが可能で、その上トルク検出装置および電動機が入力
軸側に設けられたための前述のごとき問題点を解消し、
信頼性や耐久性が高く、組立も比較的容易で各車種に対
応する部品の共通化が可能であり、かつ安価な電気式動
力舵取装置の提供を目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）　　“本発明は以下の
構成により前記目的を達する。即ち、操舵ハンドルから
の回転トルクが入力されるビニオンを有する入力軸と、
前記ピニオンと噛合うラック部を有し直動して車輪を転
舵する出力軸と、入力軸の回転トルクを入力軸の変位に
かえ磁場の変化を介して電気信号に変換して出力する入
力軸トルク検出装置とが第１ハウジング内に保持された
ラックピニオンユニットと； 前記出力軸のラック部とは別の部分に設けられたボール
ねじ部と、該ボールねじ部に係合して回転するボールナ
ツトに伝達手段を介して回転動力を伝達する電動機と、
少くとも前記ボールナットおよびボールねじ部の一部を
内包する第２ハウジングとよりなる電動ニー・・Ｉｌ、
、ト　・曲卯ら・ソｈｓ−＝オ゛ノ１ニットシ鎗記電動
ユニットとを連結する連結手段と；前記入力軸トルク検
出装置の電気信号によシミ動機の回転を制御する制御装
置と；より成る電気式動力舵取装置であって、特に舵取
装置の本体を２ユニツトに分割し電動機を出力軸とは別
に配設して各車種に対応し得るスペースの自由度を確保
し、又トルク検出装置に入力軸の回転トルクを入力軸の
変位にかえ磁場の変化を介して電気信号に変換して出力
するトルク検出手段を採用し、これをハウジング内に内
包せしめて従来の問題点の解消を狙った点を特徴とする
ものである。

（実施例） 以下に添付の図面に従い本発明の実施例について説明す
る。

第１図は本発明の一実施例である電気式動力ラックピニ
オン舵取装置の全体を示す図である。この第１図におい
て、ハンドル１はハンドル軸２に固定され、ハンドル軸
２はユニバーサルジヨイント６を介してピニオン軸５罠
連結されてこれらは回動自在に車両に支持されている。

ピニオン軸５はハウジング９内に延び入って、同じくハ
ウジング２２内でピニオン軸５に交差して延在するラッ
ク軸７とラックピニオン噛合している。従って、運転者
がハンドル１を回動操作すると、その回転入力トルクは
ハンドル軸２、ユニバーサルジヨイント６を介してピニ
オン軸５へと伝達され、更に、ラック軸７へと伝えられ
てラック軸７が第１図上、左右に直線運動するようにな
る。

第１ハウジング９内には入力軸としてのピニオン軸５の
ピニオン部と出力軸としてのラック軸７のラック部に加
えて後述するようにラックピニオンの噛み合いを支持す
る支持装置や入力トルクの大きさを検出するためのトル
ク検出装置が内包されて、ラックピニオンユニットを形
成している。

電動モータ部４がハウジング９とは別体の第２ハウジン
グ（第２図）に載置されてラック軸Ｔに補助動力を与え
ている。即ち、後述するようにラック軸７のラック部と
は別の部分に設けられたボールスクリュ一部に係合する
ボールナットを係合させ、これらをハウジング１０で被
って電動ユニットが形成されている。ハウジング９と１
０との間はこれも第２図に示す連結部材１６で連結され
、ラックピニオンユニットと電動ユニットとは一体的に
構成されている。これら一体的に構成された両ユニット
はブラケット１４及び１５によりそれぞれ車両上に固定
される。

ラック軸Ｔの両端は（図示なき）ボールジヨイントが取
り付けられナックルアーム等を介して操向車輪へと連結
されている。

電動モータ８は車両の一部に設置された制御回路１１に
接続されている。制御回路１１にはトルク検出装置や車
両に設置された車速センサー１３及び電源１２等も接続
されている。従って、制御回路１１はトルク検出器から
の入力トルクに関する情報と車速センサー１３からの車
速に関する情報とから電動モータ８を制御して、ハンド
ル１の操舵力を軽減するためラック軸７に補助動力を伝
達する。

第２図はラックピニオンユニットと電動機ユニットの一
部断面を含んだ拡大詳細図である。− 先ず、ラックピニオンユニットについて、第３図よシ第
５図を用いて詳述する。

ハウジング９内のピニオン軸５は、その一部外周回シに
ピニオンギヤ５ａを有しておシ、そのピニオンギヤ５ａ
の両側で玉軸受１８．１９によってハウジング９に回動
自在に支承されている。玉軸受１８．１９は第５図に示
すようにハウジング９内に設けられた長孔内で、左右に
隙Ｃをもって配置されている。従ってピニオン軸５は玉
軸受１８．１９と共に、ハウジング９の長孔内で左右に
変位できる構成と成っている。玉軸受１８の外側はシー
ル２Ｔで密封されている。一方、玉軸受１９の外側はピ
ニオン軸５先端に設けられた雄ねじ部に螺合されたナツ
ト５ｂによって固定保持されている。ピニオン軸５を被
ってカバー２５がハウジング９内に螺合されナツト２６
により位置固定されている。ピニオン軸５の先端に穿設
された開口内にはバランス部材２９が挿入され、圧力ば
ねによってピニオン軸５に一体的に固定されている。バ
ランス部材２９のピニオン軸５よシ延び出した部分、の
先端はカバー２５に設けられた受は部内に延び入ってピ
ボット支点を形成している。従って、バランス部材２９
はピニオン軸５の左右への変位時に両端を支点に中間部
がたわみ変形することになる。

一方、ピニオン軸５に交差して延びるラック軸７はピニ
オンギヤ５ａに噛み合うラックギヤ７ａを有している。

両ギヤの噛み合いは支持装置２０によシ支持され【いる
。支持装置２０は噛み合い部をラック軸７の背面より支
持−するプレッシャパッド２１と、プレッシャパッド２
１をラック軸７の背面へ押しつけるコイルばね２２と、
ハウジング９に螺合してコイルばね２２の外側端を保持
しばね力を調整可能にしている蓋２３と、蓋２３の位置
設定後に蓋２３の位置を固定するロックナツト２４より
成っている。支持装置２０は、蓋２３の位置を変えてコ
イルばね２２のばね力を調整できるので、ピニオンギヤ
５ａとラックギヤ７ａの噛み合いに対し、適当な噛み合
い予圧を与えることができる。

ピニオン軸５の玉軸受１８とピニオンギヤ５ａとの間に
は、ばね部材２８がスリーブ３０を介してピニオン軸５
上に嵌着されている。第３図及び第４図に示されるよう
に、ばね部材２８はピニオン軸５に同心に嵌着されてい
る環状の嵌着部と、この嵌着部よシピニオン軸５の左右
変位に対し直交する方向に延び出している２つの脚部よ
り成っている。両脚部の先端はピボット支点２８＆、２
８ｂを形成して、ハウジング９又はハウジング９にボル
ト４２で固定されるカバー１７に設けられた受は部９ａ
、１７ａ内に延び入り保持されている。両ピボット支点
２８ａ、２８ｂはハウジング９又はカバー１７上に保持
されているためピニオン軸１が左右へ変位する時、ばね
部材２８は側皮点間でたわみ変形する。

ばね部材２８上にはピニオンギヤ５ａの方向へと延び出
している磁石ホルダ３１がボルト３４により固定されて
いる。更に、この磁石ホルダ３１の縦壁上には２つの磁
石３２が固定保持されている。この磁石３２の背面上に
は温度補償用のホール効果素子部材２２が取り付けられ
ている。一方、磁石３２を保持する磁石ホルダ３１の縦
壁に対面して取付板３５がハウジング９にボルト３６に
よシ固定されている。取付板３５には４つのスペーサ３
７を介して回路基盤３８がボルト４１によって取シ付け
られている。回路基盤３８上には回路構成部品４０及び
磁石３２に対向するホール効果素子部材３９が固定され
ている。

このホール効果素子部材３９を含む回路は制御回路１１
に接続されている。

ばね部材２８がピニオン軸５の左右への変位に伴いたわ
み変形すると、磁石３２が移動するので、その磁場が変
動する。磁場が変動するとホール効果素子部材３９に負
荷されている電圧が変わるので、その電圧変動量によっ
て、ピニオン軸５の変位量即ち入力トルクの大きさを知
ることができる。

次に、第２図を参照して電動モータ部４について詳述す
る。電動モータ部４は、前述した通シ電動モータ８と、
電動モータ８の動力を伝えるギヤ機構６０と、ギヤ機構
６０を介して電動モータ８の動力をラック軸７に伝える
ボールスクリュー５０と、ハウジング１０より成って℃
・る。

ボールスクリュー５０は、ラック軸７の外周にらせん状
に設けられたウオーム７ｂと、このウオーム７ｂの一部
を被ってラック軸７と同心に嵌着されるナツト部材５１
と、ラッｈＪｍ＋フし−１，−＋＋ｌ　Ｌ　＆１７　Ｊ
４　Ｆ　４８７Ｂ　１＃　ｎ　！＞　、Ｌ−−Ｆ　七ａ
　へボール５５とより成っている。ナツト部材５１はウ
オーム７ｂに対応する溝を有してボール５５の転動用軌
道を形成するとともに、その外周にボール５５を循環さ
せる循環路を有している。ナツト部材５１は玉軸受５２
．５３によυハウジング１０上に回動自在に支持されて
いる。以上の構成のボールスクリュー５０は、ナツト部
材５１が回動するとボール５５が溝内を転がりながら循
環路を巡って力を伝達するとともにラック軸７を第２図
上左右に移動させる。

ギヤ機構６０は、ナツト部材５１の外周に嵌着されるギ
ヤ６１と、電動モータ８の回転軸７２に圧入されたピニ
オンギヤ６５と、両ギヤ６１．６５間のハウジング１０
上に玉軸受６３．６４を介して回転自在に支承され両ギ
ヤ６１．６５と噛み合うアイドラギヤ６２とより成って
いる。ギヤ６１はナツト部材５１に圧入され固定され、
ナツト部材５１と一体的に回動する。

電動モータ８は、カバー７０内に収められ、その回転軸
７２はハウジング１０内へ挿入され玉軸受７１によシ回
動自在に支承されている。電動モータ８のカバー７０と
ハウジング１０とはボルト７３によって互いに固定され
ている。

以上の構成の電動モータ部４は、電動モータ８が回転す
ると、ピニオンギヤ６５、アイドルギヤ６２、ギヤ６１
を介してナツト部材５１が回転し、ナツト部材５１０回
転によシラツク軸７が左右に変動する。

このようにクラッチ機構等を用いずギヤ機構６０を用い
て電動モータ８の動力を直接ボールスクリュー５０に伝
達するようにしているので、安価で簡単な構成とするこ
とができる。又、ガタの発生部位を減らすことができる
ので信頼性も高い。

又、上記実施例では、電動モータ８をラック軸７とは別
軸上に配置する構成としたが、電動モータをラック軸と
同一軸上に配置することも可能である。

以上に述べた本発明の一実施例を示す電気式動力舵取装
置の作動について以下に説明する。

運転者がハンドル１を任意の方向へ操舵すると、これに
連動してピニオン軸５も回動しラックピニオン噛合する
ラック軸７を直線変位させる。この時、操向車輪に負荷
がなげればピニオン軸５はハウジング９内の長孔の中心
部（即ち中立位置）で回動するのみで、ラック軸７に沿
って変位することはなく、トルク検出従って動力補助は
行なわれない。

操向車輪に負荷がある場合、ピニオン軸５はラック軸７
に沿って操舵方向に回動に従って変位する。ピニオン軸
５が変位すると、ばね部材２Ｂ及びバランス部材２９と
は、変位に対し抵抗力を付与しながらたわみ変形する。

この時、ばね部材２８のたわみ変位によって、磁石３２
も共に変位して、その磁場を変動させる。従って、磁石
３２に対向するボール効果素子部材２７に適当な電圧を
付与しておけば磁場の変位量に応じた、即ち人力トルク
に対応した出力電圧を得ることができる。

ばね部材２８及びバランス部材２９のたわみによってピ
ニオン軸５に付与される抵抗力はラック軸７に付与され
、この力がラック軸７に付与されている負荷に打ち勝つ
と、ラック軸７をピニオン軸５０転がり方向とは逆に移
動させる。各力のバランスが得られたところでピニオン
軸５の左右への変位並びにばね部材２８、バランス部材
２９のたわみ変形もそこで止まる。従ってばね部材２８
及びバランス部材２９のたわみ変位はラック軸Ｔ上の負
荷に対抗して付与されるピニオン軸５への入力トルクに
対応したものである。

こうして得られた入力トルクに応じた電気的信号は制御
装置１１へと出力される。制御装置１１は入力トルク及
び車速検出機１３からの車速に関する情報より、電動モ
ータ８を制御し、必要時に駆動入力を与える。電動モー
タ８は駆動入力を得ると回転軸Ｔ２が回転駆動され、そ
の結果前述した通りギヤ機構６０を介してボールスクリ
ュー５０に動力が出力される。ボールスクリュー５０に
伝達された動力はラック軸７へと伝えられ必要な動力が
補助されるように成る。

ピニオン軸５に過大な入力が付与されると、ピニオン軸
５はハウジング９の長孔端部に当接して、それ以上の変
位は阻けられるので、ばね部材２８やバランス部材２９
等の各部材に過大な負荷が付与されることはない。又、
ピニオンとラックの噛み合い部の両側にばね部材２８と
バランス部材２９を配置してピニオン軸５に付与される
抵抗力によりねじシモーメントの発生を防止しているの
で、正確なトルク検出が可能である。

上記実施例においては、磁石に対向してホール効果素子
部材を配置して電圧変位を得たが、同様の効果が得られ
る磁気抵抗素子部材等を対向して配置しても良い。

又、ピニオン軸のハウジングに対する直線変位を許容し
、過大入力を阻止するためハウジングに長孔を設けたが
、との長孔は、だ円、長円、矩形、その他任意の形状で
良い。

更に又、バランス部材は、ラックピニオンを挟んで、ば
ね部材によるモーメントをバランスできるものであれば
良く、ばね部材と同様の形状のものをピニオン軸に嵌着
させるようにしても良い。

第６図は、電動モータ８の回転トルクを電磁クラッチ８
０を介してギヤ機構６ｏへと伝達する第２実施例を示し
ている。電磁クラッチ８０を除く他の機構は第１実施例
と同様なので電磁クラッチ８０について以下に詳述する
。

電動モータ８は第２ハウジング１０内に設けられた凹所
内に出力軸８１を延入させてボルト７３により第２ハウ
ジング１０に固定されてい５る。。電動モータ８の出力
軸８１上にはクラッチ板８２がキー結合された後玉軸受
８３が挿入されて両端を止めリング８４及び８５によっ
て止められている。玉軸受８３の外周は、摩擦板８７を
保持する摩擦板保持部材８９とこの部材８９に一体的に
ボルト９２−によシ連結されるカップ部材９０の内周面
に保持されている。摩擦板保持部材８９と摩擦板８７０
間には皿ばね８８が介装され、摩擦板８７に付勢力を付
与している。クラッチ板８２の電動モータ８側には電磁
コイル８６が固定され、この電磁コイル８６と摩擦板８
７との間にクラッチ板８２が配置される構造となってい
る。

一方、カップ部材９０よシミ動モータ８の出力軸８１の
延長上に軸９１が延び出し、第２ハウジング１０及びボ
ルト９４により第２ハウジングに固定されるカバー９３
に配設される玉軸受７１によシ回動自在に支承されてい
る。玉軸受７１の間にはピニオンギヤ６５が嵌着され、
ピニオンギヤ６５はアイドラギヤ６２に噛み合い、アイ
ドラギヤ６２はナツト部材６１に噛み合っている。

以上の構成電磁クラッチ８ｏを有する電気式動力舵取装
置は、制御装置１１が必要時電磁コイル８６を励磁する
と、摩擦板８７が吸引されクラッチ板８２と摩擦係合す
るようになる。これによって電動モータ８の回転トルク
は摩擦板８７、摩擦板保持部材８９、カップ部板９０、
軸９１を介してピニオンギヤ６５へと伝達される。その
後のトルク伝達は第１実施例と同様である。

（発明の効果） 以上述べたように本発明においては、動力舵取装置本体
を、回転トルクを入力するピニオンを有する入力軸とピ
ニオンと噛合うラック部を有する出力軸と、入力軸の回
転トルクを磁場の変化を介して電気信号として出力する
入力軸トルク検出装置とを保持するラックピニオンユニ
ットと、出力軸に設けられたボールねじ部に係合するボ
ールナットと、出力軸とは別軸に配設されボールナット
に伝達手段を介して回転を伝達する電動機とを有する電
動ユニットとに分割し、両者を連結する連結手段と、速
度およびトルクに対応して電動機を制御する制御装置と
よシ構成し、特に電動機を出力軸とは別軸に設け、さら
にラックピニオンユニットと、電動ユニットとを分割し
て連結手段で連結し、トルク検出装置をハウジング内に
内包して配設する構成としたので、従来品では車種によ
ってスペースがなく設置不可能であった場合でも、電動
機の取付位置に従来にない大巾な自由度が得られるので
設置が可能となる効果があシ、又ラックピニオンユニッ
トと電動ユニットとを連結手段によって連結しているの
で、同一排気量などの近似車種については各ユニットを
共通に設計して大量生産に結びつけ原価引下げを行う効
果があり、又組立が容易である等各種の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す電気式動力舵取装置
の全体概略図、第２図は第１図のラック軸に沿う一部断
面図、第３図はトルク検出器を含むラックピニオン部の
拡大断面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、
第５図は第３図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第６図は本発
明の第２実施例の一部分の断面図である。 （主要部分の符号の説明） １　・・・・・・ハンドル　　　　　　２８・・・・・
・ばね部材３・・・・・・ラックピニオン部　　２９・
・・・・・バランス部材４　・・・・・・電動モータ部
　　　　３１・・・・・・磁石ホルダ５・・・・・・ピ
ニオン軸　　　　　３２・・・・・・磁　石γ　・・・
・・・ラック軸　　　　　　３９・・・・・・ホール効
果素子部材８　・・・・・・電動モータ　　　　　５１
・・・・・・ナツト部材９　・・・・・・ハウジング　
　　　　５５・・・・・・ボール１０・・・・・・　　
〃　　　　　　　６１・・・・・・ギ　ヤ１１・・・・
・・制御回路　　　　　　６２・・・・・・アイドラギ
ヤ５０・・・・・・ボールスクリュー　　６５・・・・
・・ピニオンギヤ６０・・・・・・ギヤ機構　　　　　
　７２・＝・・・・電動モータ回転軸第１図 罠４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　操舵ハンドルからの回転トルクが入力されるピニオ
   ンを有する入力軸と、前記ピニオンと噛合うラツク部を
   有し直動して車輪を転舵する出力軸と、入力軸の回転ト
   ルクを入力軸の変位にかえ磁場の変化を介して電気信号
   に変換して出力する入力軸トルク検出装置とが第１ハウ
   ジング内に保持されたラツクピニオンユニットと； 前記出力軸のラツク部とは別の部分に設け られたボールねじ部と、該ボールねじ部に係合して回転
   するボールナットに伝達手段を介して回転動力を伝達す
   る電動機と、少くとも前記ボールナットおよびボールね
   じ部の一部を内包する第２ハウジングとよりなる電動ユ
   ニットと； 前記ラツクピニオンユニットと、前記電動 ユニットとを連結する連結手段と；前記入力軸トルク検
   出装置の電気信号により電動機の回転を制御する制御装
   置と；より成る電気式動力舵取装置。 ２　入力軸トルク検出装置が、入力軸の回転トルクを入
   力軸の変位にかえ、磁場をほぼ直線的に変化させる磁気
   手段と、該磁気手段に対向して第１ハウジング内に載置
   されたホール効果素子部材とより成る特許請求の範囲第
   １項記載の電気式動力舵取装置。 ３　伝達手段が、電動機の回転を伝達又は遮断する電磁
   クラッチとボールナットに固定された減速ギヤとアイド
   ルギヤとを有する特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の電気式動力舵取装置。