JP2005254980A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵途中に操舵補助力が低減された場合に自動的にステアリングホイールとドライバーの間隔を最適化し、操舵限界まで容易に操舵を行うことができるパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイール移動機構４０は、ステアリングホイール２とドライバーとの間隔が変化するようにステアリングホイール２を移動させる。操舵補助力制御手段２０は、操舵抑制条件の充足により操舵補助力を低減させる。間隔制御手段２０は、操舵抑制条件の充足による操舵補助力の低減時に、ステアリングホイール２がドライバーに近接するようにステアリングホイール２移動機構４０を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明はステアリングホイールとドライバーとの間隔を変化させることのできるパワーステアリング装置に関する。

ステアリング装置においては、ドライバーの好みに応じてステアリングホイールとドライバーとの間隔を変化させるためのステアリングホイール移動機構が種々提案されている（特許文献１）。
特許第２５３５１８３号公報

従来のステアリングホイール移動機構は、車両が停車中に、ドライバーの操舵以外の移動機構作動専用スイッチへの入力操作によりステアリングホイールを移動させるものであり、通常は車両の運転開始前にステアリングホイールとドライバーとの間隔が調節される。ところが、パワーステアリング装置においては、操舵補助力が操舵中に低減されることがある。例えば、車庫入れ等のために停車状態や低車速で操舵を行う場合は大きな操舵補助力が付与されるが、このような大きな操舵角度を要求される状況において操舵限界における衝撃や部品破損等が生じるのを防止するため、操舵限界に達する前に操舵補助力を操舵中に低減することが行われている。そのような操舵中における操舵補助力の低下により、当初設定していたステアリングホイールとドライバーとの間隔では、ドライバーの負担する操舵力が増すことになり操舵が行い難くなるという問題がある。本発明は、従来であればステアリングホイール操作中にはドライバーがステアリングホイールとドライバーとの間隔を調節できなかったことに起因する操舵力増加による問題を、ステアリングホイール操舵中に、自動的にステアリングホイールとドライバーとの間隔を調節することで操舵力増大に伴うドライバーの負担を解決することのできるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明のパワーステアリング装置は、ステアリングホイールとドライバーとの間隔が変化するように前記ステアリングホイールを移動させるステアリングホイール移動機構と、操舵抑制条件の充足により操舵補助力を低減させる操舵補助力制御手段と、前記操舵抑制条件の充足による操舵補助力の低減時に、前記ステアリングホイールがドライバーに近接するように前記ステアリングホイール移動機構を制御する間隔制御手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、操舵中に操舵抑制条件が充足されることで操舵補助力が低減された場合、ステアリングホイール移動機構を制御することで操舵中に自動的にステアリングホイールをドライバーに近接させることができる。これにより、ステアリングホイールとドライバーとの間隔を、操舵補助力に応じて操舵中に自動的に適正化することができる。

前記操舵抑制条件は、車速が設定値以下であって操舵角の大きさが設定値以上であることを含むのが好ましい。
これにより、停車状態や低車速の操舵途中の大きな操舵角速度が要求される状況下で操舵補助力が低減されても、ドライバーは操舵限界まで容易に操舵を行うことができる。

前記ステアリングホイールの回転を舵角が変化するように車輪に伝達するステアリングシャフトを備え、前記ステアリングシャフトは、前記ステアリングホイール側のアッパーシャフトと、前記車輪側のロアシャフトと、前記アッパーシャフトを前記ロアシャフトに同軸中心に同行回転すると共に軸方向相対移動可能に連結する連結機構とを有し、前記ステアリングホイール移動機構は、前記アッパーシャフトと前記ロアシャフトとに同軸状にねじ合わされるスクリューシャフトと、前記スクリューシャフトの回転力発生用のモータとを有し、前記アッパーシャフトと前記スクリューシャフトとのねじ合わせ部位のつる巻き方向と、前記ロアシャフトと前記スクリューシャフトとのねじ合わせ部位のつる巻き方向とは互いに逆とされ、前記操舵抑制条件の充足時に前記モータが一方向に設定量だけ回転し、前記操舵抑制条件の充足解除時に前記モータが他方向に設定量だけ回転するように、前記間隔制御手段により前記モータが制御されるのが好ましい。
これにより、スクリューシャフトの一回転で、スクリューシャフトのリードの２倍だけステアリングホイールとドライバーとの間隔を変更でき、モータ回転数を大きくすることなく応答性を向上でき、また、省エネルギー性に優れた小型のモータを使用できる。さらに、スクリューシャフトはアッパーシャフトとロアシャフトとに同心に配置されるので、コンパクトな構成でステアリングホイールを移動させることができ、小型軽量化を図ることができる。そのスクリューシャフトを筒状とすれば、ステアリングシャフトの強度低下を抑えつつ要求性能を満たすことができる。
この場合、前記モータの回転を前記スクリューシャフトに減速して伝達する回転減速機構と、前記スクリューシャフトの回転に伴う前記ロアシャフトの連れ回りを阻止する摩擦力を前記ロアシャフトに作用させる摩擦発生機構とを備え、前記回転減速機構は、原動側ギヤと、前記原動側ギヤに噛み合うと共に前記スクリューシャフトに同軸心に連結される第１従動側ギヤとを有し、前記摩擦発生機構は、前記原動側ギヤに前記第１従動側ギヤと逆方向に回転するように噛み合う第２従動側ギヤと、前記第２従動側ギヤと同方向に回転すると共に前記ロアシャフトに接する摩擦部とを有し、前記摩擦部と前記ロアシャフトとの間の摩擦力により、前記スクリューシャフトの回転に伴う前記ロアシャフトの連れ回りが阻止されるのが好ましい。
これにより、簡単な構造で、ステアリングホイール移動機構のモータの出力を利用して、スクリューシャフトの回転に伴うロアシャフトの連れ回りを確実に阻止でき、ハンドル操舵中に、前記ステアリングホイール移動機構を制御する間隔制御手段として利用可能になる。

本発明のパワーステアリング装置によれば、操舵途中に操舵補助力が低減された場合に自動的かつ迅速にステアリングホイールとドライバーの間隔をコンパクトな構造により最適化し、操舵限界まで容易に操舵を行うことができる。

図１に示すパワーステアリング装置１は、操舵によるステアリングホイール２の回転を舵角が変化するように車輪３に伝達する機構を備える。本実施形態では、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト４を介してピニオン５に伝達されることで、ピニオン５に噛み合うラック６が移動し、そのラック６の動きがタイロッド７やナックルアーム８を介して車輪３に伝達されることで舵角が変化する。

ステアリングホイール２の回転を車輪３に伝達する経路に作用する操舵補助力を発生するモータ１０が設けられている。本実施形態では、モータ１０の出力シャフトの回転を減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト４に伝達することで操舵補助力が付与される。

モータ１０は操舵補助力制御手段である制御装置２０に接続される。制御装置２０に、ステアリングシャフト４により伝達される操舵トルクＴを検出するトルクセンサ２２、操舵角θｈを検出する舵角センサ２３、車速Ｖを検出する車速センサ２４が接続される。制御装置２０は、操舵トルクＴと車速Ｖに応じた操舵補助力が付与されるようにモータ１０を制御する。例えば、操舵トルクＴの大きさが大きくなる程に、また、車速Ｖが低速になる程に操舵補助力が大きくなるものとされる。さらに、制御装置２０は操舵抑制条件の充足により操舵補助力を低減させる。本実施形態では、車速Ｖが設定値以下であって操舵角θｈの大きさが設定値以上である時に前記操舵抑制条件が充足される。その車速Ｖの設定値は、例えば零あるいは数ｋｍ／時とされる。その操舵角θｈの大きさの設定値は、本実施形態では車輪３の舵角変化がストッパーにより阻止される操舵限界時の角度の７０％程度とされる。これにより、車速Ｖが零の時の操舵角θｈと操舵トルクＴとの関係は例えば図２に示すものとなり、操舵角θｈの大きさが操舵限界の約６００度の約７０％になった時、操舵補助力が低減されることで操舵トルクＴが増大して操舵抑制がなされる。

図３に示すように、ステアリングホイール２の回転を舵角が変化するように車輪３に伝達するステアリングシャフト４は、ステアリングホイール２側のアッパーシャフト３１と、車輪３側のロアシャフト３２と、アッパーシャフト３１をロアシャフト３２に同軸中心に同行回転すると共に軸方向相対移動可能に連結する連結機構３３とを有する。ロアシャフト３２にユニバーサルジョイントを介して連結される中間軸３４がユニバーサルジョイントを介してピニオン５に連結される。アッパーシャフト３１はベアリング３６を介してアッパーコラム３７により支持される。ロアシャフト３２はベアリング３８を介してロアコラム３９により支持される。アッパーコラム３７は、車体側部材により例えばガイドレール等を介して軸方向移動可能に支持されると共に、ロアコラム３９に軸方向移動可能に嵌め合わされる。ロアコラム３９は車体側部材に固定される。

連結機構３３は、アッパーシャフト３１の中心孔３１ａとロアシャフト３２の中心孔３２ａに同軸心に挿入されている連結ロッド３３ａを有する。アッパーシャフト３１は連結ロッド３３ａに平行キー３３ｂを介して同行回転すると共に軸方向相対移動可能に連結されている。ロアシャフト３２は連結ロッド３３ａに適宜手段、例えばセレーションを介する圧入等を介して同行回転するように連結されている。これにより、アッパーシャフト３１はロアシャフト３２に対して同軸中心に同行回転すると共に軸方向相対移動可能である。なお、連結機構３３の構成は特に限定されず、例えば連結ロッド３３ａがアッパーシャフト３１にスプライン等を介して同行回転すると共に軸方向相対移動可能に連結されてもよいし、アッパーシャフト３１とロアシャフト３２とが直接にスプラインスプライン等を介して同行回転すると共に軸方向相対移動可能に連結されてもよい。

ステアリングホイール２とドライバーとの間隔が変化するようにステアリングホイール２を移動させるステアリングホイール移動機構４０が設けられている。ステアリングホイール移動機構４０は、アッパーシャフト３１とロアシャフト３２とに同軸状にねじ合わされるスクリューシャフト４１と、スクリューシャフト４１の回転力の発生用モータ４２とを有する。そのモータ４２の回転は回転減速機構４３によりスクリューシャフト４１に減速して伝達される。なお、本実施形態のモータ４２はクラッチ４２ａが設けられ、回転力を発生しない時は回転減速機構４３との接続は切断され、モータ４２のイナーシャが操舵トルクに影響しないものとされている。

スクリューシャフト４１は筒状であって、その中心孔４１ａに連結ロッド３３ａが挿入され、アッパーシャフト３１の中心孔３１ａとロアシャフト３２の中心孔３２ａに同軸心に挿入され、アッパーシャフト３１の内周に形成された雌ねじ部３１′にねじ合わされる外周雄ねじ部４１′と、ロアシャフト３２の内周に形成された雌ねじ部３２′にねじ合わされる外周雄ねじ部４１″とを有する。アッパーシャフト３１とスクリューシャフト４１とのねじ合わせ部位のつる巻き方向と、ロアシャフト３２とスクリューシャフト４１とのねじ合わせ部位のつる巻き方向とは互いに逆とされている。例えば、雌ねじ部３１′と雄ねじ部４１′は右ねじとされ、雌ねじ部３２′と雄ねじ部４１″は左ねじとされる。なお、各ねじ部３１′、４１′、３２′、４１″は本実施形態では台形ねじにより構成しているが、摩擦低減のためにボールスクリューにより構成してもよい。また、スクリューシャフト４１の内周とアッパーシャフト３１とロアシャフト３２の外周とがねじ合わされるようにしてもよい。

回転減速機構４３は、原動側ギヤ４３ａと、原動側ギヤ４３ａに軸方向相対移動可能に噛み合うと共にスクリューシャフト４１に同行回転するように同軸心に連結された第１従動側ギヤ４３ｂとを有する。本実施形態では、原動側ギヤ４３ａと第１従動側ギヤ４３ｂとは平歯車とされている。原動側ギヤ４３ａはベアリング４３ｃ、４３ｄを介してアッパーコラム３７により支持され、モータ４２により駆動されることで回転する。

スクリューシャフト４１の回転に伴うロアシャフト３２の連れ回りを阻止する摩擦力をロアシャフト３２に作用させる摩擦発生機構４４が設けられている。摩擦発生機構４４は、筒体４４ｂと、筒体４４ｂの内歯ギヤである第２従動側ギヤ４４ａと、筒体４４ｂの内方張出部４４ｂ′の内周とロアシャフト３２の外周との間に挟み込まれることで、第２従動側ギヤ４４ａと同方向に回転する摩擦部４４ｃとを有する。第２従動側ギヤ４４ａは、原動側ギヤ４３ａに第１従動側ギヤ４３ｂと逆方向に回転するように噛み合う。筒体４４ｂはロアシャフト３２と同心にロアコラム３９によりベアリング４５を介して支持される。摩擦部４４ｃは、張出部４４ｂ′の内周とロアシャフト３２の外周との間で弾性変形するリング状弾性部材により構成され、ロアシャフト３２の外周に接する。

制御装置２０は、上記操舵抑制条件の充足による操舵補助力の低減時に、ステアリングホイール２がドライバーに近接するようにステアリングホイール移動機構４０を制御する間隔制御手段としても機能する。すなわち、操舵抑制条件の充足時にモータ４２が一方向に設定量だけ回転し、操舵抑制条件の充足解除時にモータ４２が他方向に設定量だけ回転するように、モータ４２が制御される。そのモータ４３の回転設定量はステアリングホイール２とドライバーとの間隔が最適化されるように予め定められ、例えば、設定量だけモータ４２が回転することでその間隔が数ｃｍ変化するように定められる。モータ４２の回転は、原動側ギヤ４３ａ、第１従動側ギヤ４３ｂを介してスクリューシャフト４１に伝達される。スクリューシャフト４１の回転により、ロアシャフト３２は雌ねじ部３２′と雄ねじ部４１″との間の摩擦によりスクリューシャフト４１と連れ回りしようとする。その連れ回りは車輪３と路面との間の摩擦によりある程度は抑制されるが、摩擦部４４ｃとロアシャフト３２との間の摩擦力により確実に阻止される。すなわち、摩擦部４４ｃとロアシャフト３２との間の摩擦力の大きさは、雌ねじ部３２′と雄ねじ部４１″との間の摩擦力に釣り合うように設定される。本実施形態では、摩擦部４４ｃは環状部４４ｂの内周とロアシャフト３２の外周との間において弾性的に圧縮され、その弾性変形量の設定により摩擦力の設定が行われる。これにより、ロアシャフト３２とアッパーシャフト３１はスクリューシャフト４１の回転に伴う連れ回りを確実に防止し、スクリューシャフト４１の回転によりアッパーシャフト３１をアッパーコラム３７と共に軸方向移動させ、ステアリングホイール２とドライバーとの間隔を変化させることができる。なお、アッパーコラム３７の移動により原動側ギヤ４３ａも軸方向移動し、原動側ギヤ４３ａと第２従動側ギヤ４４ａとの噛み合い位置が変化する。また、スクリューシャフト４１はアッパーシャフト３１とロアシャフト３２に同軸心にねじ合わされているので、スクリューシャフト４１の回転中にステアリングホイール２の操舵が行われた場合、その操舵によるアッパーシャフト３１の回転を連結ロッド３３ａを介してロアシャフト３２に伝達できる。これにより、スクリューシャフト４１の回転によりステアリングホイール２とドライバーとの間隔を変化させている途中であっても、操舵により舵角を変化させることができる。

上記実施形態によれば、操舵中に操舵抑制条件が充足されることで操舵補助力が低減された場合、ステアリングホイール移動機構４０を制御することで操舵中に自動的にステアリングホイール２をドライバーに近接させることができる。操舵抑制条件が充足されなくなり操舵補助力の大きさが元通りになると、自動的にステアリングホイール２をドライバーから離隔させることができる。これにより、ステアリングホイール２とドライバーとの間隔を、操舵補助力に応じて操舵中に自動的に適正化することができる。また、停車状態や低車速の操舵途中で操舵補助力が低減されても、操舵限界まで容易に操舵を行うことができる。さらに、ステアリングホイール移動機構４０はアッパーシャフト３１とロアシャフト３２をスクリューシャフト４１を介して連結するので、スクリューシャフト４１一回転で、スクリューシャフト４１のリードの２倍だけステアリングホイール２とドライバーとの間隔を変更でき、モータ４２の回転数を大きくすることなく応答性を向上でき、また、モータ４２として省エネルギー性に優れた小型のモータを使用できる。スクリューシャフト４１はアッパーシャフト３１とロアシャフト３２とに同心に配置され、さらにスクリューシャフト４１は筒状となっており、アッパーシャフト３１とロアシャフト３２とを同行回転可能とするために設けられるキー３３ｂを中空部に収めているので、コンパクトな構成でステアリングホイール２を移動させることができ、小型軽量化を図ることができる。しかもスクリューシャフト４１を筒状とすることでステアリングシャフト４の強度低下を抑えつつ要求性能を満たすことができる。よって、コンパクトな構成でステアリングホイール２を移動させることができ、小型軽量化を図ることができ、ステアリングシャフト４の強度低下をきたすこともない。しかも、ステアリングホイール移動機構４０のモータ４２の出力を利用して、スクリューシャフト４１の回転に伴うロアシャフト３２の連れ回りを確実に阻止でき、ステアリングホイールの回転中にステアリングホイールとドライバーとの間隔を自動的に適正化できる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、操舵抑制条件は上記実施形態に限定されず、車速が設定値以下であって操舵角の大きさが設定値以上であること以外に、さらに操舵トルクが設定値以上である場合に操舵抑制条件が充足されるようにしてもよいし、あるいは、車速が設定値以下であって操舵トルクが設定値以上である場合に操舵抑制条件が充足されるようにしてもよい。ステアリングホイール移動機構を公知の構成としてもよく、例えば、上記実施形態におけるアッパーコラムを、車体に軸方向移動可能に取り付けられた移動部材に固定し、その移動部材をアクチュエータにより軸方向移動させれば、上記実施形態におけるスクリューシャフトを有するステアリングホイール移動機構を採用することなく、ステアリングホイール移動機構を構成できる。ステアリングホイールの回転を舵角が変化するように車輪に伝達する機構は特に限定されず、例えばステアリングホイールの回転をステアリングシャフトからリンク機構を介して車輪に伝達するものでもよい。さらに、操舵補助力発生用モータの出力の操舵系への伝達機構は操舵補助力を付与することができれば特に限定されず、例えばラックと一体のボールスクリューにねじ合わされるボールナットをモータの出力により駆動することで操舵補助力を付与してもよい。
さらに、油圧式のパワーステアリング装置にも本発明を適用できる。

本発明の実施形態のパワーステアリング装置の構成説明図 本発明の実施形態のパワーステアリング装置において車速が零の時の操舵角と操舵トルクとの関係を示す図 本発明の実施形態のパワーステアリング装置の要部の断面図

符号の説明

２ ステアリングホイール
３ 車輪
４ ステアリングシャフト
２０ 制御装置（操舵補助力制御手段、間隔制御手段）
３１ アッパーシャフト
３２ ロアシャフト
３３ 連結機構
４０ ステアリングホイール移動機構
４１ スクリューシャフト
４２ モータ
４３ 回転減速機構
４３ａ 原動側ギヤ
４３ｂ 第１従動側ギヤ
４４ 摩擦発生機構
４４ａ 第２従動側ギヤ
４４ｃ 摩擦部

Claims (4)

1. ステアリングホイールとドライバーとの間隔が変化するように前記ステアリングホイールを移動させるステアリングホイール移動機構と、
   操舵抑制条件の充足により操舵補助力を低減させる操舵補助力制御手段と、
   前記操舵抑制条件の充足による操舵補助力の低減時に、前記ステアリングホイールがドライバーに近接するように前記ステアリングホイール移動機構を制御する間隔制御手段とを備えるパワーステアリング装置。
2. 前記操舵抑制条件は、車速が設定値以下であって操舵角の大きさが設定値以上であることを含む請求項１に記載のパワーステアリング装置。
3. 前記ステアリングホイールの回転を舵角が変化するように車輪に伝達するステアリングシャフトを備え、
   前記ステアリングシャフトは、前記ステアリングホイール側のアッパーシャフトと、前記車輪側のロアシャフトと、前記アッパーシャフトを前記ロアシャフトに同軸中心に同行回転すると共に軸方向相対移動可能に連結する連結機構とを有し、
   前記ステアリングホイール移動機構は、前記アッパーシャフトと前記ロアシャフトとに同軸状にねじ合わされるスクリューシャフトと、前記スクリューシャフトの回転力発生用のモータとを有し、
   前記アッパーシャフトと前記スクリューシャフトとのねじ合わせ部位のつる巻き方向と、前記ロアシャフトと前記スクリューシャフトとのねじ合わせ部位のつる巻き方向とは互いに逆とされ、
   前記操舵抑制条件の充足時に前記モータが一方向に設定量だけ回転し、前記操舵抑制条件の充足解除時に前記モータが他方向に設定量だけ回転するように、前記間隔制御手段により前記モータが制御される請求項１または２に記載のパワーステアリング装置。
4. 前記モータの回転を前記スクリューシャフトに減速して伝達する回転減速機構と、
   前記スクリューシャフトの回転に伴う前記ロアシャフトの連れ回りを阻止する摩擦力を前記ロアシャフトに作用させる摩擦発生機構とを備え、
   前記回転減速機構は、原動側ギヤと、前記原動側ギヤに噛み合うと共に前記スクリューシャフトに同軸心に連結される第１従動側ギヤとを有し、
   前記摩擦発生機構は、前記原動側ギヤに前記第１従動側ギヤと逆方向に回転するように噛み合う第２従動側ギヤと、前記第２従動側ギヤと同方向に回転すると共に前記ロアシャフトに接する摩擦部とを有し、
   前記摩擦部と前記ロアシャフトとの間の摩擦力により、前記スクリューシャフトの回転に伴う前記ロアシャフトの連れ回りが阻止される請求項３に記載のパワーステアリング装置。

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