JP2012025199A

JP2012025199A - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP2012025199A
Application number: JP2010162983A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Murakami; 哲也村上
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-02-09
Also published as: CN102336214A; US20120018991A1; US8454039B2; EP2409894A1

Abstract

【課題】急激な逆入力を受けた非常時において、要部の破損を防止しつつ、ユーザに異常発生を認知させることができる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】ラックハウジング１６に設けられた取付ブラケット２６をボルト２９により、車体のクロスメンバ２５に固定する。ボルト２９が取付ブラケット２６の第１のボルト挿通孔としての長孔２７を挿通して、クロスメンバ２５に固定される。転舵輪が縁石等と強く衝突して、ラックハウジング１６に衝撃的な逆入力が負荷されたときに、長孔２７及びボルト２９が、左右方向Ｘ１に相対移動する。クロスメンバ２５に対して、取付ブラケット２６及びラックハウジング１６が、左右方向Ｘ１に移動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。

車両が前方の障害物に衝突してエンジンが後方に移動するときに、ステアリングラックを車両後方へ移動させて、衝突エネルギを吸収する潰れスペースの拡大を図るステアリングラック取付構造が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
近年のラックアンドピニオン式のステアリングギヤにおいて、操舵フィーリングを向上するために、ステアリングギヤが車体にリジッドに取り付けられる場合が多くなっている。

特開２００６−１３７２０４号公報

ところで、転舵輪が縁石等に乗り上げる等して、路面から加わる急激な逆入力（いわゆる端当てエネルギ）によって、ラック軸とラックストッパとの当接音による異音が発生するという問題がある。また、急激な逆入力時に、ラックストッパが破損したり、ラックと噛み合うピニオンの歯が破損したり、中間軸の両端の自在継手等が破損したりするという問題がある。

特に、電動モータの出力をステアリングシャフトに付与するコラム式電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラムに、操舵部材（ハンドル）、電動モータおよび減速機構等の回転慣性の大きい部品が配置されているため、これらの部品が回転しているときに、急激な逆入力を受けると、これらの部品が破損し易い傾向にある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、急激な逆入力を受けた非常時において、要部の破損を防止しつつ、ユーザに異常発生を認知させることができる車両用操舵装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵部材（２）の操作に応じて車両の左右方向（Ｘ１）に沿う軸方向に移動することにより転舵輪（３）を転舵する転舵軸（１４）と、上記転舵軸を上記軸方向に移動可能に支持するハウジング（１６）と、上記ハウジングに設けられ、第１のボルト挿通孔（２７；２７Ａ）を有する取付ブラケット（２６）と、上記取付ブラケットの上記第１のボルト挿通孔および車体側部材（２５；２５Ａ）の第２のボルト挿通孔（２８；２８Ａ）に挿通され、上記取付ブラケットを車体側部材に締結するボルト（２９）と、を備え、上記第１のボルト挿通孔および上記第２のボルト挿通孔の何れか一方は、上記左右方向に延びる長孔であり、上記転舵輪が路面から所定以上の逆入力を受けた非常時に、ボルトおよび長孔が上記左右方向に相対変位することにより、上記取付ブラケットが上記車体側部材に対して上記左右方向に変位するようにしてある車両用操舵装置（１）を提供する。

本発明では、転舵輪が縁石等と強く衝突して、比較的大きな逆入力を受けたときに、ボルトおよび長孔が車両の左右方向に相対移動する。これにより、車体側部材に対して取付ブラケットを、車両の左右方向に変位させることができる。したがって、転舵輪自体のアライメントが狂うことなく、転舵輪に対する操舵部材の位置関係のみがずれた状態を達成することができる。その結果、異常が発生したことを運転者に認知させることができる。異常発生を認知した運転者は修理工場等まで、運転することが可能となる。

また、操舵部材から転舵輪に至る操舵経路において、転舵輪に比較的近い箇所を変位させて、衝撃を吸収するので、操舵経路の上流側に配置される大部分の部品に、影響を与えることがない。特に、車両用操舵装置としてのコラム式電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラムに、操舵部材（ハンドル）、電動モータおよび減速機構等の回転慣性の大きい部品が配置されているが、これらの部品に衝撃力が負荷されないので、上記のような比較的大きな逆入力に対し、車両用操舵装置の要部を保護することができる。

また、上記長孔は、通常時に上記ボルトが嵌合する中央部（３０）と、上記中央部の両側に配置され、非常時に相対変位したボルトの位置を保持する一対の非常時位置保持部（３１，３２）と、を有している場合がある（請求項２）。この場合、長孔の非常時位置保持部によって、非常時に相対変位したボルトの位置を保持することができる。非常時に、転舵輪に対する操舵部材の位置関係のみがずれた状態を確実に達成して、異常発生を、運転者に確実に認知させることができる。

また、上記非常時位置保持部は塑性変形可能であり、上記非常時位置保持部の幅（Ｗ１）は、上記ボルトの外径（Ｄ１）よりも小さくされている場合がある（請求項３）。この場合、非常時に、ボルトが非常時位置保持部を塑性変形させながら変位することにより、衝撃エネルギを吸収することができる。また、変位後のボルトが塑性変形した非常時位置保持部に食い込むので、変位後のボルトの位置を確実に保持することができる。

また、上記長孔の上記中央部の縁部は、ボルトを遊嵌可能な凹湾曲形状をなしている場合がある（請求項４）。この場合、組立時において、ボルトを長孔に挿通するときに、ボルトを長孔の中央部に容易に案内して挿通することができる。したがって、容易に組み立てることができる。
また、上記操舵部材および上記転舵輪の位置関係を検出する位置関係検出手段（３３，３４，１２）と、上記位置関係検出手段による上記位置関係のずれの検出に基づいて、上記位置関係のずれの発生を運転者に報知する報知手段（３５）と、を備える場合がある（請求項５）。この場合、非常時における、操舵部材および転舵輪の位置関係のずれの発生を運転車に確実に認知させることができる。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施の形態の車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。ラック軸を支持するハウジングの支持構造の概略図である。図２の支持構造の一部破断平面図である。（ａ）は通常時の状態を示し、（ｂ）は転舵輪が縁石等に乗り上げて衝撃的な逆入力が負荷された非常時の状態を示している。図２の支持構造の要部の断面図である。本発明の別に実施の形態に係る、ラック軸を支持するハウジングの支持構造の要部の断面図である。本発明のさらに別の実施の形態に係る車両用操舵装置の電気的構成を示すブロック図である。

以下には、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

本実施の形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト６にアシスト力（操舵補助力）を与える例に則して説明する。しかしながら、本発明を、操舵補助機構５が後述するピニオン軸にアシスト力を与える構造や、操舵補助機構５が後述するラック軸にアシスト力を与える構造に適用することも可能である。また、本発明をマニュアルステアリング装置に適用することも可能である。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、操舵補助のためのモータ制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１２に入力される。また、車速センサ９０からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と転舵機構４とを連結している。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１５が設けられている。
ラック軸１４は、車体に固定される筒状のラックハウジング１６内に、滑り軸受であるラックブッシュ１７を介して、車両の左右方向Ｘ１に沿う軸方向に沿って直線往復動可能に支持されている。ラック軸１４の両端部はラックハウジング１６の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１８が結合されている。各タイロッド１８は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪３に連結されている。

ラック軸１４の軸方向の途中部には、上記ピニオン１５に噛み合うラック１９が形成されている。このピニオン１５およびラック１９によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。
ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１５およびラック１９によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。

操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ２０と、電動モータ２０の出力トルクを転舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構２１とを含む。減速機構２１は、駆動ギヤとしてのウォーム軸２２と、このウォーム軸２２と噛み合う被動ギヤとしてのウォームホイール２３とを含む。ウォーム軸２２およびウォームホイール２３は、ギヤハウジング２４内に収容されている。

図２は、転舵軸としてのラック軸１４を収容するラックハウジング１６を車体側部材としてのクロスメンバ２５に取り付ける構造を示している。
ラックハウジング１６の外周には、左右一対の取付ブラケット２６が、例えば車両後方に向けて延設されている。各取付ブラケット２６は、金属板からなり、ラックハウジング１６の外周に、例えば溶接により固定されている。各取付ブラケット２６には、車両の左右方向Ｘ１に沿って長い第１のボルト挿通孔としての長孔２７が形成されている。

図４に示すように、各取付ブラケット２６の第１のボルト挿通孔としての長孔２７およびクロスメンバ２５に設けられた円孔からなる第２のボルト挿通孔２８に挿通されたボルト２９が、ナット４０に嵌合している。ボルト２９およびナット４０によって、各取付ブラケット２６が、クロスメンバ２５に締結されている。
図３（ａ）を参照して、第１のボルト挿通孔としての各長孔２７は、車両の左右方向Ｘ１に長い長孔である。各長孔２７は、通常時に対応するボルト２９が嵌合する中央部３０と、中央部３０の両側に配置され、非常時に長孔２７に対して相対変位した対応するボルト２９の位置を保持するための塑性変形可能な一対の非常時位置保持部３１，３２とを有している。

長孔２７の非常時位置保持部３１，３２の幅Ｗ１は、ボルト２９の外径Ｄ１よりも小さくされている（Ｗ１＜Ｄ１）。したがって、通常時は、ボルト２９は中央部３０から両側へ移動できない。また、転舵輪３が縁石等に乗り上げて衝撃的な逆入力が負荷される非常時において、例えば図３（ｂ）に示すように、ボルト２９と第１のボルト挿通孔としての長孔２７が相対移動するときには、非常時位置保持部３１，３２の何れか一方〔図３（ｂ）の例では非常時位置保持部３１〕が、塑性変形により拡開されるようになっている。

長孔２７の中央部３０の縁部は、ボルト２９を遊嵌可能な凹湾曲形状をなしている。具体的には、ボルト２９の周面の曲率よりも若干大きい曲率の円周の一部（すなわち、円弧形状。Ｒ形状）をなしている。
本実施の形態によれば、転舵輪３が縁石等と強く衝突して、ラック軸１４を介してラックハウジング１６に比較的大きな逆入力が負荷されたときに、図３（ｂ）に示すように、ラックハウジング１６に固定された取付ブラケット２６の長孔２７および車両のクロスメンバ２５に固定されたボルト２９が、車両の左右方向Ｘ１に相対移動する。これにより、クロスメンバ２５に対して取付ブラケット２６およびラックハウジング１６を、車両の左右方向Ｘ１に変位させることができる。

したがって、転舵輪３自体のアライメントが狂うことなく、転舵輪３に対する操舵部材２の位置関係のみがずれた状態を達成することができる。その結果、異常が発生したことを運転者に認知させることができる。異常発生を認知した運転者は修理工場等まで、運転することが可能となる。
また、操舵部材２から転舵輪３に至る操舵経路において、転舵輪３に比較的近い箇所である、ラックハウジング１６の取付ブラケット２６をクロスメンバ２５に対して変位させて、衝撃を吸収するので、操舵経路の上流側に配置される大部分の部品に、影響を与えることがない。特に、本実施の形態のような、コラム式電動パワーステアリング装置１である場合、ステアリングシャフト６に関連して、操舵部材２、電動モータ２０および減速機構２１等の回転慣性の大きい部品が配置されているが、これらの部品に衝撃力が負荷されない。したがって、上記のような比較的大きな逆入力に対し、電動パワーステアリング装置１の要部を保護することができる。その結果、直進走行時に操舵部材２の位置がずれていることを除いて、電動パワーステアリング装置１の基本的な操舵性能を維持することができる。

さらに、長孔２７が、通常時にボルト２９が嵌合する中央部３０の両側に、一対の位置保持部３１，３２が設けられ、何れか一方の非常時位置保持部３１，３２によって、非常時に長孔２７に対して相対変位したボルト２９の位置を保持することができる。したがって、非常時に、転舵輪３に対する操舵部材２の位置関係のみがずれた状態を確実に達成して、異常発生を、運転者に確実に認知させることができる。

しかも、非常時位置保持部３１，３２の幅Ｗ１が、ボルト２９の外径Ｄ１よりも小さくされている。したがって、非常時に、ボルト２９が非常時位置保持部３１，３２の何れか一方を塑性変形させながら変位することにより、衝撃エネルギを吸収することができる。また、変位後のボルト２９が塑性変形した非常時位置保持部３１，３２に食い込むことになり、変位後のボルト２９の位置を確実に保持することができる。

また、長孔２７の中央部３０の縁部が、ボルト２９を遊嵌可能な凹湾曲形状をなしているので、組立時において、ボルト２９を長孔２７に挿通するときに、ボルトを長孔２７の中央部３０に容易に案内して挿通することができる。したがって、電動パワーステアリング装置１を容易に組み立てることができる。
上記の実施の形態では、図４に示すように、取付ブラケット２６の第１のボルト挿通孔を長孔２７とし、クロスメンバ２５の第２の挿通孔２８を円孔としていたが、これに代えて、図５に示すように、取付ブラケット２６Ａの第１のボルト挿通孔２７Ａを円孔とし、クロスメンバ２５Ａの第２のボルト挿通孔２８Ａを、車両の左右方向Ｘ１に長い長孔としてもよい。

また、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図６に示す構成を採用して、非常時における操舵部材２と転舵輪３の位置関係のずれの発生を、運転者に積極的に警告を発して報知するようにしてもよい。すなわち、操舵部材２の操舵角θh を検出する操舵角センサ３３と、転舵輪３の転舵角θw を検出する転舵角センサ３４とが設けられており、これら操舵角センサ３３および転舵角センサ３４からの信号が、ＥＣＵ１２に入力されるようになっている。また、ＥＣＵ１２には、例えば警告ランプや警告ブザー等の報知部材３５が接続されている。

ＥＣＵ１２は、操舵角センサ３３により検出された操舵角θh と転舵角センサ３４により検出された転舵角θw との比較に基づいて、操舵部材２および転舵輪３の位置関係のずれを検出し、このずれの検出に応じて、報知部材３５に報知動作をさせる。
その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置）、２…操舵部材、３…転舵輪、４…転舵機構、５…操舵補助機構、６…ステアリングシャフト、７…中間軸、１２…ＥＣＵ（位置関係検出手段）、１３…ピニオン軸、１４…ラック軸（転舵軸）、１５…ピニオン、１６…ラックハウジング、１８…タイロッド、１９…ラック、２０…電動モータ、２１…減速機構、２５；２５Ａ…クロスメンバ（車体側部材）、２６；２６Ａ…取付ブラケット、２７；２７Ａ…長孔（第１のボルト挿通孔）、２８；２８Ａ…第２のボルト挿通孔、２９…ボルト、３０…中央部、３１，３２…非常時位置保持部、３３…操舵角センサ（位置関係検出手段）、３４…転舵角センサ（位置関係検出手段）、３５…報知部材、４０…ナット、Ｘ１…車両の左右方向

Claims

操舵部材の操作に応じて車両の左右方向に沿う軸方向に移動することにより転舵輪を転舵する転舵軸と、
上記転舵軸を上記軸方向に移動可能に支持するハウジングと、
上記ハウジングに設けられ、第１のボルト挿通孔を有する取付ブラケットと、
上記取付ブラケットの上記第１のボルト挿通孔および車体側部材の第２のボルト挿通孔に挿通され、上記取付ブラケットを車体側部材に締結するボルトと、を備え、
上記第１のボルト挿通孔および上記第２のボルト挿通孔の何れか一方は、上記左右方向に延びる長孔であり、
上記転舵輪が路面から所定以上の逆入力を受けた非常時に、ボルトおよび長孔が上記左右方向に相対変位することにより、上記取付ブラケットが上記車体側部材に対して上記左右方向に変位するようにしてある車両用操舵装置。
請求項１において、上記長孔は、通常時に上記ボルトが嵌合する中央部と、上記中央部の両側に配置され、非常時に相対変位したボルトの位置を保持する一対の非常時位置保持部と、を有している車両用操舵装置。
請求項２において、上記非常時位置保持部は塑性変形可能であり、
上記非常時位置保持部の幅は、上記ボルトの外径よりも小さくされている車両用操舵装置。
請求項３において、上記長孔の上記中央部の縁部は、ボルトを遊嵌可能な凹湾曲形状をなしている車両用操舵装置。
請求項１から４の何れか１項において、上記操舵部材および上記転舵輪の位置関係を検出する位置関係検出手段と、
上記位置関係検出手段による上記位置関係のずれの検出に基づいて、上記位置関係のずれの発生を運転者に報知する報知手段と、を備える車両用操舵装置。