有限会社 レンテック
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NM-1
Neutral Maker for Electric Power Steering
仕組

仕組

1.はじめに
2.構造
3.制御
4.動作
5.ご参考





1.はじめに

 まず、「既存の電動パワーステアリングを運転が楽な操舵フィーリングにします」と言っても、
NM−1が、積極的に、そのように機能する訳ではありません。
元々、正しい状態の全ての車両は、摩擦抵抗が大きな電動パワーステアリングが取り付けられて
いなければ、先人の知恵と工夫により、運転が楽な操舵フィーリングになるように作られています。

 そこで、NM−1は、直進時など、電動パワーステアリングが操舵アシストをしないときに
電動パワーステアリングが操舵機構の動きの抵抗にならないようにして、
あたかも電動パワーステアリングが取り付けられていない状態(いわゆる重ステの状態)にします。

 下図(左)は、車両の操舵機構と、そのコラム部に取り付けられた、ウォーム減速機とアシストモーター
を使った電動パワーステアリングの基本構成とトルク記号の位置を説明した図です。
 また、下図(右)は、パワーステアリング装置における操舵トルクTSと操舵アシストトルクTAの
一般的な関係を示した図です。

 NM−1は、下図(右)で、操舵トルクTSが小さく、操舵アシストトルクTAがゼロとなる、
操舵アシストしない
範囲Fのときに、操舵アシスト機構が操舵機構の抵抗にならないように働きます。





2.構造


 上図は、操舵アシスト機構にNM−1を取り付けた状態の断面図です。

・ NM−1は、操舵アシスト機構のウォーム減速機とアシストモーターの間に挟むように取り付けます。
    取付方法については、「取付」のページをご覧ください。

・ ウォームに軸方向のプリロードを加える押さえネジは、ウォームが軸方向に約1mmの
  ストロークで移動できるように、再調整されています。

・ アシストモーター軸の回転がウォームに伝わるように、カップリング(A)、(B)で接続
  されています。
  カップリング(A)とカップリング(B)は、回転方向には遊びはありませんが、
  軸方向には多少移動できるようになっていて、バネで互いに離れるようになっています。
  そのため、カップリング(A)はアシストモーター側に常に押しつけられて軸方向に動きませんが、
  カップリング(B)はバネでウォームに押しつけられているため、常にウォームと一体となって
  軸方向に移動します。

・ ウォームの軸方向の位置は、カップリング(B)の外周に取り付けられたセンサーリングの
  軸方向の位置変化になって、センサー(フォトインタラプタ)で検出されます。

・ 制御モーターは、シンクロベルトを介してカップリング(A)、(B)を回転させることによって、
  アシストモーター軸とウォームとを回転させます。
  プーリーとシンクロベルトによる減速比は 1:3 です。



3.制御


 上図は、ウォームの軸方向位置の制御を説明するために、要部のみを表示したものです。

 まず、上図のように、ウォームの軸方向位置が「隙間L≒ 隙間R」の状態から、ウォームを回転させずに、
ステアリング軸でウォームホイールを回すと、
ウォームホイールがウォームホイールの歯部とウォームの歯部とを摺動させてウォームをウォームの軸を
中心に回転 させるよりも、ウォームを支持しているベアリング外周部とハウジングとを摺動させてウォーム
を軸方向に移動させる方が、摩擦力の大きさと、その構造的な理由による摩擦力が作用する方向 との
関係により、先ず、ウォームが軸方向に動いて、隙間Lまたは隙間Rが0(ゼロ)になり、
さらにステアリング軸を回すと、次に、ウォームホイールがウォームをウォームの軸を中心として回転させる
ようになります。
 この時のステアリング軸を回すトルクは、ステアリング軸の回転角度としては非常に小さいですが、
隙間Lまたは隙間Rが0(ゼロ)になるまでは小さく、
さらに、ウォームをウォームの軸を中心として回転させるようになると、ウォームとウォームホイールが
噛み合う部分にプリロード(予圧)Pが加えられているので、強い摩擦力が作用することと、
同時に ウォームがアシストモーターを回転させるため、アシストモーター内の摩擦トルクがウォーム減速機の
減速比で倍力されるので、ステアリング軸を回すトルクは非常に大きなものになります。

 次に、上図のように、ウォームの軸方向位置が「隙間L≒ 隙間R」の状態から、ウォームホイールを
止めた状態で、ウォームをウォームの軸を中心として時計方向CWまたは反時計方向CCWに回すと、
ウォームの螺旋状の歯部がウォームホイールの歯部と噛み合っているので、ウォームは螺旋に沿って
軸方向のRまたはL方向に移動します。

 上述のように、回すトルクは別にして、ウォームホイールとウォームのどちらを回しても、ウォームの
軸方向位置が変化することと、ウォームが軸方向に動くときの摩擦抵抗が小さいことを利用して、
NM−1は、ウォームの軸方向位置をセンサーで検出し、その軸方向位置に応じて、コントローラーが
制御モーターを使ってウォームを回転させることによって、ステアリング軸の回転角度位置が変化しても、
常に、ウォームの軸方向位置が「隙間L≒ 隙間R」になるように制御します。




4.動作

 上述「3.制御」のようにNM−1を制御することによって、電動パワーステアリングは次のように動作します。

 まず、「1.はじめに」の右図で操舵アシストをしない操舵トルクが範囲Fのときには、アシストモーターに
電流は流れていませんから、アシストモーターによるウォームの回転を止めようとするトルクは、NM−1の
制御モーターがウォームを回そうとするトルクより小さいので、ウォームの軸方向位置は、NM−1の制御
モーターによる制御によって、常に、ステアリング軸を回すトルクが小さい、
「隙間L≒ 隙間R」の状態に
されるので、ステアリング軸の回転方向や回転角度の大きさに関わらず、ステアリングホイールによる操舵、
または、前輪タイヤからのセルフアライニングトルクの、いずれによっても、操舵アシスト機構から制限
されずに、操舵機構は自由に動ける状態になります。

 また、 操舵アシストをするときには、アシストモーターの電流が徐々に増加してくると、
アシストモーターがウォームを回そうとするトルクは、NM−1の制御モータ−がウォームを回そうとする
トルクより大きくなるので、NM−1の制御モーターによるウォームの軸方向位置の制御は不能になり、
隙間Lまたは隙間Rが0(ゼロ)になると共に、従来通り、操舵力が小さい快適な操舵が可能になります。

 そして、上記のウォームの軸方向の遊びを使った動力の断続は、
摩擦クラッチのように、断続部に回転速度の差が無いので、滑らかに切り替わります。

 但し、操舵アシストするときの操舵アシストトルクTAは、アシストモーターが出力している回転方向と
逆の方向に制御モータのトルクが常に作用しているため、NM−1が取り付けられていない時に比べて、
その分だけ若干小さくなります。



5.ご参考

 NM−1は、既存の電動パワーステアリング改造しないで後から取り付けをするため、
上記のように構造が複雑になっています。
 しかし、最初から電動パワーステアリングにNM−1の機能を持たせる場合は、
操舵アシストをしないときはアシストモータは使われていませんので、
特許第5704491号 電動パワーステアリング装置」のように、ウォームの軸方向位置の制御を
アシストモーターに兼用させれば、下図の特許実施例)のように非常に簡単な構造となり、
従来のものに若干のコストアップで同じ機能が実現できるようになります。
 また、NM−1のように、制御モーターによる操舵アシストトルクの損失もありません。



尚、弊社の「
特許第5704491号 電動パワーステアリング装置」は、これまでに類似ものが全く無い、基本特許であるため、
その特許請求の範囲は、特許実施例に示した具体的なものに限定されず、概念的な広いものであります。
そのため、減速機、不感帯(機械的遊び)、センサーなどの、方式や配置の変更、さらに新規構造であっても、
派生特許は取得できますが、多少の変更では弊社特許を回避することは困難であることをご承知ください。