JP2007253828A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵部材に伝達される振動を抑制することにより、操舵感の向上を図ることができる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３０の操作を、ステアリング軸３を介して舵取機構に伝え、該舵取機構の動作により舵取りを行わせるステアリング装置において、ステアリング軸３に増減可能な減衰力を付加することにより、例えば、悪路走行時においては、路面反力を減衰させずにステアリングホイール３０に伝達し、運転者が路面情報を敏感に検知できるようにする一方、高速走行中である等、操舵感を重視しないような状況においては、ステアリングホイール３０に伝達される振動を抑制することにより、快適性の向上を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵部材に伝達される振動を抑制することにより、快適性の向上を図るステアリング装置に関する。

車両の舵取りを行うステアリング装置は、運転者によるステアリングホイール等の操舵部材の操作を、ステアリング軸を介して舵取機構に伝え、この舵取機構を動作させるよう構成されている。

また近年においては、ステアリングホイールを操作する運転者の負担を軽減すべく、ステアリングホイールの回転操作に応じて舵取機構に補助力を加えるようにしたパワーステアリング装置が実用化されている。パワーステアリング装置の一例である電動パワーステアリング装置は、舵取機構に補助力を加えるモータをステアリングホイールの回転操作に応じて駆動し、該モータの回転を、一般的には減速機により減速してステアリング軸又は舵取機構に伝達するよう構成してある。また前記モータをステアリング軸に同軸をなして取付け、該モータの回転力をステアリング軸に、減速機を用いずに直接的に伝動するよう構成されたダイレクトドライブ式の電動パワーステアリング装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許２５３９６３１号公報

このような車両の操舵においては、走行中に路面から車輪に伝わる反力（以下、路面反力という）がステアリング軸を介してステアリングホイールにフィードバックされ、ステアリングホイールを操作する運転者に体感される。

この路面反力は、マニュアル式のステアリング装置においては、例えば、悪路走行時には、路面の状態を運転者に伝えて操舵感を良好に保ち、運転者が適切な操舵を行うために有用である一方、高速走行中には、路面反力が高周波数の微振動としてステアリングホイールに加わり、乗り心地の悪化を招来するという問題がある。

減速機付きの電動パワーステアリング装置においては、モータの慣性が、減速機の存在により倍力されてステアリング軸に加えられるため、ステアリングホイールを操作する運転者への路面反力の体感程度が緩和されて、高速走行中には、高周波数の微振動がステアリングホイールに加わりにくく、乗り心地の悪化を抑制し、快適性を向上することができる一方、悪路走行時には、路面の状態が運転者に伝わりにくく、操舵感が悪いという問題がある。

ダイレクトドライブ式の電動パワーステアリング装置においては、操舵感が悪いという減速機付きの電動パワーステアリング装置の問題点を緩和することができるが、マニュアル式のステアリング装置と同様、路面反力がダイレクトに伝わりすぎて高速走行時の乗り心地の悪化を招来するという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ステアリング軸に増減可能な減衰力を付加することにより、走行状態の如何に拘わらず、良好な操舵感と快適性の向上とを両立させ得るステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係るステアリング装置は、車両の操舵部材の操作を、ステアリング軸を介して舵取機構に伝え、該舵取機構の動作により舵取りを行わせるステアリング装置において、前記ステアリング軸に減衰力を付加する減衰手段と、該減衰手段の減衰力を増減する増減手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係るステアリング装置は、第１発明において前記車両の走行状態を示す情報を検出する検出手段と、該検出手段により検出された走行状態に応じた減衰力を付加すべく前記増減手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

第３発明に係るステアリング装置は、第１発明又は第２発明において前記減衰手段が、粘性流体の粘性抵抗により前記ステアリング軸に減衰力を付加する構成としてあることを特徴とする。

第４発明に係るステアリング装置は、第３発明において前記粘性流体が、磁気粘性流体であり、前記増減手段は、前記磁気粘性流体に印加する磁場を発生する磁場発生手段であることを特徴とする。

第５発明に係るステアリング装置は、車両の操舵部材の操作を、ステアリング軸を介して舵取機構に伝え、該舵取機構の動作により舵取りを行わせるステアリング装置において、前記ステアリング軸又は該ステアリング軸に連結された回転軸に固定されたプロペラと、該プロペラを囲繞するハウジングに充填され、前記プロペラに粘性抵抗による減衰力を付加する磁気粘性流体と、前記減衰力を増減すべく前記磁気粘性流体に印加する磁場を発生するコイルとを備えることを特徴とする。

第１発明によれば、ステアリング軸に減衰力を付加する減衰手段を設けてあるから、速度に応じて増大する減衰力がステアリング軸に付加されることになるので、路面反力の伝達を阻害することなく操舵感を良好に保ちつつ、高周波数の振動を抑制して快適性を向上することができ、また減衰手段の減衰力を増減する増減手段を設けてあるから、効果的に高周波数の振動を抑制して快適性の向上を図ることができる。

第２発明によれば、車速の高低、路面の状態等、車両の走行状態に応じた減衰力を付加すべく増減手段を制御するよう構成してあるから、例えば車速の高低に応じて減衰力を増減させることにより、高速走行中は、ステアリングホイールに伝達される振動を十分に抑制して、快適性を向上することができ、低速走行中は、路面反力をほとんど減衰せずにステアリングホイールに伝達するため、操舵感を良好に保つことができる。

第３発明によれば、粘性流体の粘性抵抗によりステアリング軸に減衰力を付加する減衰手段を用いており、高粘性流体の使用により小容積で大きい減衰力をステアリング軸に付加することができる。

第４発明によれば、減衰手段の粘性流体として磁気粘性流体を用い、この磁気粘性流体に磁場発生手段により磁場を印加する構成としてあるから、磁場の強さの変化に応じて磁気粘性流体の粘性が変化するので、印加する磁場の強弱を変更することにより、容易に減衰力を増減することができる。

第５発明によれば、ステアリング軸又はステアリング軸に連結された回転軸にプロペラが固定され、プロペラを囲繞するハウジングに磁気粘性流体が充填されており、磁気粘性流体の粘性抵抗により速度に応じて増大する減衰力が、プロペラを介してステアリング軸に付加されることになるので、路面反力の伝達を阻害することなく操舵感を良好に保ちつつ、高周波数の振動を抑制して快適性を向上することができる。また磁気粘性流体に印加する磁場を発生するコイルを設け、コイルに電流を供給し、磁気粘性流体に磁場を印加する。印加された磁場の強さの変化に応じて磁気粘性流体の粘性が変化するので、印加する磁場の強弱を変更することにより、容易に減衰力を増減することができ、効果的に高周波数の振動を抑制して快適性の向上を図ることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。

図示の電動パワーステアリング装置はラックピニオン式の舵取機構を備える。ラックピニオン式の舵取機構は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング１０の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１と、ラックハウジング１０の中途に交叉するピニオンハウジング２０の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備える公知の構成を有している。

ラックハウジング１０の両側から外部に突出するラック軸１の両端は、各別のタイロッド１１，１１を介して操舵輪としての左右の前輪１２，１２に連結され、またピニオンハウジング２０の一側から外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール３０に連結されている。またピニオンハウジング２０の内部に延びるピニオン軸２の中途には、図示しないピニオンが形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング１０との交叉部において、ラック軸１の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。

ステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング３１の内部に回転自在に支持され、該コラムハウジング３１を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って取付けてあり、コラムハウジング３１の下方へのステアリング軸３の突出端にピニオン軸２が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール３０が固設されている。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール３０が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオンとラック歯との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸１の移動により、左右の前輪１２，１２が各別のタイロッド１１，１１を介して押し引きされて舵取りがなされる。

ステアリング軸３を支持するコラムハウジング３１の中途には、以上のような舵取りを補助する操舵補助用のモータ５が設けてあり、また、このモータ５の上位置には、ステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ４が設けてある。

操舵補助用のモータ５は、コラムハウジング３１の中途を大径化してなるモータハウジングと、このモータハウジングに内嵌されているステータと、このステータの内面に対向し、ステアリング軸３に、これと同軸をなして固定されたロータとを備えている。操舵補助用のモータ５のステータに電流を供給することによりロータが回転力を受けて、ステアリング軸３と一体に回転する。

このような操舵補助用のモータ５を備える電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクをトルクセンサ４により検出し、この検出トルクに基づいて駆動制御される操舵補助用のモータ５の回転力を、これと一体回転をするステアリング軸３を介して、ステアリング軸３の下端に連設されたピニオン軸２に伝え、前述の如く行われる舵取りを補助する構成となっている。

このように構成された本発明に係る電動パワーステアリング装置は、ピニオンハウジング２０の下端に連設された減衰手段６と磁場発生手段７とを備えている。図２は、減衰手段６及び磁場発生手段７を略示する断面図である。減衰手段６は、ハウジング６０内に充填された磁気粘性流体６１と、磁気粘性流体６１中に設けられたプロペラ６２とを備えている。

ハウジング６０は、扁平な円筒形の非磁性体からなる部材である。ハウジング６０内に充填された磁気粘性流体６１は、強磁性金属の粒子を媒体となる液体中に高濃度で分散させたスラリーであり、磁場内にないときには低い粘性を示すが、磁場内に置かれると、磁化された粒子同士が強く引きつけ合い相互間に連結力が発生し、磁場の強弱に応じて粘性が増減する特性を有している。

このような磁気粘性流体６１が充填されたハウジング６０内には、ピニオンハウジング２０の下方に突出するピニオン軸２の下端が、ベアリング６３により回転自在に支持されて延設されている。このピニオン軸２の延設端には、プロペラ６２が固定されている。プロペラ６２は、円筒形のボス部と、このボス部の径方向に延びる複数の羽根とを備えており、磁性体から構成されている。

磁場発生手段７は、ハウジング７０と、ハウジング７０内に固定されたコア７１及びコイル７２，７２とを備えている。

ハウジング７０は、扁平な円筒形の部材であり、ハウジング６０の下端に固定されている。ハウジング７０内には、コの字形をしたコア７１が、両端部を上にして固定されており、コア７１のこれらの端部には夫々コイル７２，７２が設けられている。コア７１の両端部がハウジング６０の下端とピニオン軸２の軸長方向に僅かなエアギャップを隔てて対向するように、コア７１はハウジング７０内に固定されている。

以上のように構成された減衰手段６において、プロペラ６２が回転すると、磁気粘性流体６１の粘性により、プロペラ６２の回転速度に比例した減衰力がプロペラ６２に付与されることになる。磁場を印加しない状態では、ハウジング６０内の磁気粘性流体６１は磁化されないため、磁気粘性流体６１は低い粘性を示す。このため、プロペラ６２の回転はほとんど減衰されず、プロペラ６２が連設されているピニオン軸２に加わる減衰力は小さい。

一方、コイル７２，７２に夫々電流が供給されると、図中に破線で示したように磁場が形成されるため、ハウジング６０内の磁気粘性流体６１が磁化され、磁気粘性流体６１は、磁場の強さに応じた高い粘性を示す。この状態において、プロペラ６２が回転すると、磁場の強さ及び回転速度に応じた大きい減衰力がプロペラ６２に付加されるので、プロペラ６２の回転は大幅に減衰され、ピニオン軸２に大きい減衰力が加わる。

そしてコイル７２，７２に供給する電流を増減すると、磁気粘性流体６１の粘性が増減され、この結果、プロペラ６２に付加される減衰力が増減されるため、コイル７２，７２への供給電流を変更することにより、ピニオン軸２の回転方向の振動に対する減衰の程度を変更することが可能となる。

このような減衰手段６及び磁場発生手段７が設けられた電動パワーステアリング装置は、車両が路面反力を受け、この力がラック軸１を介してピニオン軸２に伝達され、これによりピニオン軸２が回転したときに、前述したように磁気粘性流体６１に対する磁場の強弱に応じて大小となる減衰力がピニオン軸２に付加される。

磁場発生手段７のコイル７２，７２への供給電流は、図１に示す制御部８により増減制御されており、この制御部８には、車両の適宜部位に配された車速センサ等の走行状態センサ９による車速等の走行状態の検出値が与えられている。ここでは走行状態として車速を例に説明する。

制御部８は、車速センサにより検出された車速の高低に応じて、磁場発生手段７のコイル７２，７２に夫々供給する電流を増減するように制御する。高速走行中には、強い磁場が形成されるので、減衰手段６により回転速度及び磁場の強さに応じた減衰力がピニオン軸２に付加され、路面反力によりピニオン軸２に生じた回転方向の振動は大幅に減衰される。これによりピニオン軸２からステアリング軸３を介してステアリングホイール３０に伝達される振動は大幅に抑制されることとなる。

逆に低速走行中には、弱い磁場が形成されるので、減衰手段６の減衰力は小さく、路面反力によりピニオン軸２に生じた回転は、ほとんど減衰されずに、ステアリング軸３を介してステアリングホイール３０に伝達されることとなる。

このような減衰手段６及び磁場発生手段７を備える電動パワーステアリング装置においては、高速走行中は、ステアリングホイール３０に伝達される振動が効果的に抑制されるため快適性を向上でき、低速走行中は、路面反力がステアリングホイール３０にほとんど減衰することなくダイレクトに伝達されるため、操舵感を良好に保つことができる。また磁場発生手段７のコイル７２，７２への供給電流を増減することにより、容易に減衰手段６の減衰力を増減することができるから、走行状態に応じて減衰力を増減することにより、良好な操舵感と快適性の向上とを両立させることができる。

なお、この実施の形態では、車速の高低に応じてコイル７２，７２に供給する電流を増減させるよう構成しているが、高速走行中は、磁場発生手段７のコイル７２，７２に電流を供給し、低速走行中は、磁場発生手段７のコイル７２，７２に電流を供給しない構成としてもよい。

また、この実施の形態では、走行状態の例として車速について述べたが、これに限定されず、路面の状態に応じて変化する走行状態を用いることができる。例えば、悪路走行時には、磁場発生手段７のコイル７２，７２への供給電流を減少させることにより、路面反力をほとんど減衰させずにダイレクトにステアリングホイール３０に伝えるため、運転者はステアリングホイール３０を通じて路面情報を敏感に検知することができる。逆に良路走行時には、磁場発生手段７のコイル７２，７２への供給電流を増大させることにより、路面反力によりステアリングホイール３０に伝達される振動が効果的に抑制されるため、運転者は快適に操舵することができる。更に、車速及び路面の状態の両方を組み合わせ、これに応じて、磁場発生手段７のコイル７２，７２への供給電流を増減させる構成としてもよい。また、例えば、スポーティ、コンフォタブル等の運転モードを設定して、運転者の嗜好に応じて運転モードを適宜切り換えるようにしてもよい。

また図２に示す減衰手段６では、磁気粘性流体６１を用いているが、電気粘性流体を用いて減衰手段を構成し、磁場発生手段の代わりに電場発生手段を用いて、減衰手段に電場を印加して、減衰手段の減衰力を変更する構成としてもよい。

図３は、他の実施の形態である減衰手段及び増減手段を略示する断面図である。図に示す減衰手段１５は、前述の減衰手段６と同じくピニオンハウジング２０の下端に連設されており、ハウジング１６内に充填された流体１７と、ハウジング１６内を２室に隔てる仕切り板１８とを備えている。

ハウジング１６は、円筒形の部材である。ハウジング１６内に充填された流体１７は、油等の適宜の粘性を有する流体である。ハウジング１６の内側の中心位置には、ピニオンハウジング２０の下方に突出するピニオン軸２の下端が延設されており、この延設端に仕切り板１８が固定されている。

仕切り板１８は、円筒形のボス部と、このボス部の径方向に延び、ハウジング１６内を２室に隔てる矩形の隔壁とを備えており、この隔壁には絞り面積が可変のオリフィス１９，１９が設けられている。

このような仕切り板１８が回転すると、オリフィス１９，１９を通って２室間に流体１７が流れ、流体１７の流速に比例した所定の流動抵抗が仕切り板１８に作用し、仕切り板１８は回転と逆向きの力を受ける。オリフィス１９，１９の絞り面積を小さくすると、これらのオリフィス１９，１９を流れる流体１７の流動抵抗が大きくなり、仕切り板１８に作用する力が増大し、仕切り板１８に連設されているピニオン軸２の回転方向の振動も大幅に減衰される。

逆に、オリフィス１９，１９の絞り面積を大きくすると、これらのオリフィス１９，１９を流れる流体１７の流動抵抗は小さくなるため、仕切り板１８に作用する力が減少し、ピニオン軸２の回転もほとんど減衰されない。

このようにオリフィス１９，１９の絞り面積を変更することにより、仕切り板１８に作用する力が増減するので、仕切り板１８に連設されたピニオン軸２の回転方向の振動に対する減衰の程度を変更することが可能となる。なおオリフィス１９，１９の絞り面積の変更は、車両の懸架装置に設けられている公知のショックアブソーバと同様の適宜の手段を用いて行う。

このような減衰手段１５が設けられた電動パワーステアリング装置は、車両が路面反力を受け、この力がラック軸１を介してピニオン軸２に伝達され、これによりピニオン軸２が回転したときに、仕切り板１８に設けられたオリフィス１９，１９の絞り面積が小のときは、大きい減衰力が仕切り板１８に付加されるので、仕切り板１８に連設されたピニオン軸２の回転方向の振動は大幅に減衰される。これによりピニオン軸２からステアリング軸３を介してステアリングホイール３０に伝達される振動は大幅に抑制されることとなり、快適性を向上できる。逆に、仕切り板１８に設けられたオリフィス１９，１９の絞り面積が大のときは、小さい減衰力が仕切り板１８に付加されるので、仕切り板１８に連設されたピニオン軸２に生じた回転は、ほとんど減衰されない。このため路面反力が、ピニオン軸２からステアリング軸３を介してステアリングホイール３０にほとんど減衰することなくダイレクトに伝達されることとなり、操舵感を良好に保つことができる。

なお減衰手段は、ステアリングホイールに伝達される振動を抑制すべく、ピニオン軸に生じる振動を減衰でき、増減手段は、減衰手段の減衰力を変更することができる手段であれば良く、前述した実施の形態に限定されるものではない。

また以上に述べた実施の形態では、ピニオンハウジング２０の下端に減衰手段を設ける構成としているが、これに限定されるものではなく、ステアリングホイール３０から舵取機構までの間の適宜の場所に設けることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。 減衰手段及び磁場発生手段を略示する断面図である。 他の実施の形態である減衰手段及び増減手段を略示する断面図である。

符号の説明

１ ラック軸（舵取機構）、２ ピニオン軸（舵取機構）、３ ステアリング軸、５ 操舵補助用のモータ→モータ（操舵補助用）、６ 減衰手段、７ 磁場発生手段（増減手段）、８ 制御部（制御手段）、９ 走行状態センサ（検出手段）、３０ ステアリングホイール（操舵部材）、６１ 磁気粘性流体、６２ プロペラ、７２ コイル

Claims (5)

1. 車両の操舵部材の操作を、ステアリング軸を介して舵取機構に伝え、該舵取機構の動作により舵取りを行わせるステアリング装置において、前記ステアリング軸に減衰力を付加する減衰手段と、該減衰手段の減衰力を増減する増減手段とを備えることを特徴とするステアリング装置。
2. 前記車両の走行状態を示す情報を検出する検出手段と、該検出手段により検出された走行状態に応じた減衰力を付加すべく前記増減手段を制御する制御手段とを備える請求項１記載のステアリング装置。
3. 前記減衰手段は、粘性流体の粘性抵抗により前記ステアリング軸に減衰力を付加する構成としてある請求項１又は請求項２記載のステアリング装置。
4. 前記粘性流体は、磁気粘性流体であり、前記増減手段は、前記磁気粘性流体に印加する磁場を発生する磁場発生手段である請求項３記載のステアリング装置。
5. 車両の操舵部材の操作を、ステアリング軸を介して舵取機構に伝え、該舵取機構の動作により舵取りを行わせるステアリング装置において、前記ステアリング軸又は該ステアリング軸に連結された回転軸に固定されたプロペラと、該プロペラを囲繞するハウジングに充填され、前記プロペラに粘性抵抗による減衰力を付加する磁気粘性流体と、前記減衰力を増減すべく前記磁気粘性流体に印加する磁場を発生するコイルとを備えることを特徴とするステアリング装置。

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