JP2016002972A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者が快適に操舵することのできる車両用操舵装置を提供すること。【解決手段】車両のステアリングホイール２１から車輪２９，２９に至る車両用転舵機構２０と、この車両用転舵機構２０に補助トルクを加える補助トルク機構６０とからなる車両用操舵装置１０において、補助トルク機構６０は、ステアリングホイール２１に加わった操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ６１と、この操舵トルクセンサ６１が検知した操舵トルクに応じて補助トルクをラック軸２６に伝える補助トルク伝達部と、からなる。ピニオン軸５０は、車幅中央において前後に向かって延びる。操舵トルクセンサ６１は、コラムシャフト２２に発生するトルクを検出し、補助トルク伝達部は、ピニオン軸５０又はラック軸２６に補助トルクを付加する。【選択図】図１

Description

本発明は、改良された車両用操舵装置に関する。

車両には、ステアリングホイールを操舵することにより車輪を転舵する、車両用操舵装置が搭載されている。多くの車両用操舵装置には、運転者のステアリング操作を補助するために、補助トルクを発生する補助トルク機構が搭載されている。このような車両用操舵装置として、特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に示される車両用操舵装置は、ステアリングホイールから延びるコラムシャフトに補助トルクを付加する、補助トルク機構を有している。補助トルク機構は、コラムシャフトに発生しているトルクをトルクセンサが検出し、このトルクに応じて電動モータが補助トルクを発生し、この補助トルクをコラムシャフトに付加する。操舵トルク及び補助トルクは、自在継手を介して、ピニオン軸を回転させ、結果、ラック軸の往復運動により車輪が転舵される。

コラムシャフトに補助トルクを付加する場合には、自在継手が有している遊び等により、発生させた補助トルクが車輪に伝わるまでに不可避的に時間差が生ずる。この時間差は、運転者の操舵感覚に違和感を与える。

一方、ピニオン軸に補助トルク機構が設けられている車両用操舵装置も、一般に知られている。この場合、ピニオン軸に生じているトルクを検出して、ピニオン軸に補助トルクが付加される。

この場合、ステアリングホイールを操舵して発生したトルクは、自在継手を介する分、遅れてピニオン軸に達する。ピニオン軸に生じているトルクを検出する場合には、運転者の操舵に遅れてトルクを検出することとなる。このため、ピニオン軸に発生しているトルクに応じて補助トルクを付加した場合にも、運転者の操舵感覚に違和感を与える。

特開２０１３−２３３８７９号公報

本発明は、運転者が快適に操舵することのできる車両用操舵装置の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、
運転者によって操舵されるステアリングホイールと、
このステアリングホイールに一端が連結されているコラムシャフトと、
このコラムシャフトに自在継手を介して連結される連結シャフトと、
この連結シャフトに連結され、一部にピニオンが形成されているピニオン軸と、
このピニオン軸のピニオンに噛み合うラックが形成され、車輪を転舵するラック軸と、
前記運転者による操舵を補助するための補助トルクを発生させる補助トルク機構と、からなる車両用操舵装置において、
前記補助トルク機構は、前記ステアリングホイールに加わった操舵トルクを検出する回転トルク検出手段と、この回転トルク検出手段が検知した操舵トルクに応じて補助トルクを前記ラック軸に伝える補助トルク伝達部と、からなり、
前記ピニオン軸は、車幅中央において前後に向かって延び、
前記回転トルク検出手段は、前記コラムシャフトに発生するトルクを検出し、
前記補助トルク伝達部は、前記ピニオン軸又は前記ラック軸に補助トルクを付加することを特徴とする車両用操舵装置が提供される。

請求項１に係る発明において、回転トルク検出手段は、コラムシャフトに発生するトルクを検出する。仮に、回転トルク検出手段がピニオン軸又はラック軸に設けられると、ステアリングホイールを操舵して発生した操舵トルクは、自在継手を介する分、運転者の操舵よりも遅れて検出されてしまう。一方、コラムシャフトに生じるトルクであれば、自在継手を介する前であるため、操舵トルクをより正確に検出することができる。

また、補助トルク機構は、ピニオン軸又はラック軸に補助トルクを付加する。仮に、コラムシャフトに補助トルクを付加すると、補助トルクは、自在継手が有している遊び等により、運転者の操舵より遅れてピニオン軸に伝わる。しかし、ラック軸又はピニオン軸に直接、補助トルクが付加されれば、自在継手を介することにより生ずる遅れはなくなる。

すなわち、上記の構成により、正確に操舵トルクが検出され、かつ、このトルクに応じた補助トルクが運転者の操舵に遅れずに付加される。そのため、運転者は、快適に車両用操舵装置を操舵することができる。

加えて、ピニオン軸は、車幅中央において前後に向かって延びるように配置されている。ピニオン軸からラック軸までのトルクの伝達構造を左ハンドル車及び右ハンドル車において共用する場合、ステアリングホイール、コラムシャフト、自在継手及び連結シャフトからなるトルクの伝達構造は、左右対称となる。

仮に、ピニオン軸が車幅中央でなく、左又は右に偏って配置された場合、左ハンドル車と右ハンドル車とでは、ステアリングホイールからピニオン軸までのトルクの伝達構造は左右対称でなくなる。この場合、コラムシャフトとピニオン軸を連結させる連結シャフトの長さは左右で異なってしまう。

一方、本発明のように、ピニオン軸が中央に配置されれば、連結シャフトの長さは左右ともに同じとなるため、左ハンドル及び右ハンドル車で、連結シャフトを共用できる。連結シャフトの製造コストが削減され、その管理も容易となる。

本発明の実施例１による車両用操舵装置の模式図である。 図１に示された車両用操舵装置の作用を説明する図である。 本発明の実施例２による車両用操舵装置の模式図である。 本発明の実施例３による車両用操舵装置の模式図である。 本発明の実施例４による車両用操舵装置の模式図である。 本発明の実施例５による車両用操舵装置の模式図である。 本発明の実施例６による車両用操舵装置の模式図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、説明中、左右とは車両の運転者を基準として左右、前後とは車両の進行方向を基準として前後を指す。また、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｌは運転者から見て左、Ｒは運転者から見て右を示している。
＜実施例１＞

図１及び図２には、本発明による車両用操舵装置１０が示されている。車両用操舵装置１０は、車両のステアリングホイール２１から車輪２９，２９（例えば前輪）に至る車両用転舵機構２０と、この車両用転舵機構２０に補助トルクを加える補助トルク機構６０とからなる。

車両用転舵機構２０は、運転者が操舵するステアリングホイール２１にコラムシャフト２２の一端２２ａが連結され、このコラムシャフト２２に連結機構３０が連結され、この連結機構３０にギヤ機構４０を介してピニオン軸５０が連結され、ピニオン軸５０にラックアンドピニオン機構２５を介してラック軸２６が連結され、ラック軸２６の両端に左右のラックエンド２７，２７及びナックル２８，２８を介して左右の車輪２９，２９が連結されたものである。

車両用転舵機構２０によれば、運転者がステアリングホイール２１を操舵することで、この操舵トルクによりラックアンドピニオン機構２５及び左右のラックエンド２７，２７を介して、左右の車輪２９，２９を転舵することができる。

補助トルク機構６０は、ステアリングホイール２１に加えた車両用転舵機構２０の操舵トルクを操舵トルクセンサ６１（回転トルク検出手段６１）で検出し、この操舵トルクセンサ６１のトルク検出信号に基づき制御部６２で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータ６３（補助トルク伝達部６３）で発生し、この補助トルクをウォームギヤ機構６４を介してピニオン軸５０に伝達し、さらに、補助トルクをピニオン軸５０から車両用転舵機構２０のラックアンドピニオン機構２５に伝達するようにした機構である。

車両用操舵装置１０によれば、運転者がステアリングホイール２１を操舵すると、ステアリングホイール２１と共にコラムシャフト２２が回転する。回転することにより、コラムシャフト２２には、操舵トルクが発生する。この操舵トルクを操舵トルクセンサ６１によって検出する。検出された操舵トルクに基づいて、制御部６２は、電動モータ６３を作動させる。電動モータ６３が作動することにより、ウォームギヤ機構６４を介してラック軸２６に補助トルクが伝達される。補助トルクが付加されるため、運転者は、ステアリングホイール２１を少ない操作力によって操舵することができる。

コラムシャフト２２は、丸パイプ状のコラムパイプ７１に収納され且つ支持されている。より詳しくは、コラムシャフト２２は、ステアリングホイール２１を連結する部位と、第１の自在継手３１を連結する部位とを残し、つまり軸方向の両端部２２ａ，２２ｂを残し、全範囲にわたってコラムパイプ７１に囲まれている。コラムパイプ７１は、鋼鉄製パイプによって構成されている。

コラムパイプ７１は、ステアリングコラムとも言われており、例えば取付部を介して、車体のステアリングハンガに吊下げられ且つ支持されている。ステアリングハンガは、車体の前部において車幅方向に延びて両端が車体に取り付けられている。

連結機構３０は、コラムシャフト２２の他端２２ｂに第１の自在継手３１（自在継手３１）を介して連結されている第１の連結シャフト３２（連結シャフト３２）と、この第１の連結シャフト３２に第２の自在継手３３（自在継手３３）を介して連結される第２の連結シャフト３４（連結シャフト３４）とからなる。第１の自在継手３１には、等速ジョイントが採用され、第２の自在継手３３には、カルダンジョイントが採用されている。

ギヤ機構４０は、第２の連結シャフト３４の端部に一体的に設けられている第１のベベルギヤ４１と、この第１のベベルギヤ４１に噛み合うと共にピニオン軸５０の端部に一体的に設けられている第２のベベルギア４２と、これらのベベルギヤ４１，４２を収納するケース４３とからなる。

ピニオン軸５０は、車両の車幅中央線ＣＬ上に延び、端部に第２のベベルギヤ４２が設けられている第１の軸部材５１と、この第１の軸部材５１に第１のピニオン側自在継手５２を介して連結されている第２の軸部材５３と、この第２の軸部材５３に第２のピニオン側自在継手５４を介して連結されている第３の軸部材５５とからなる。

第１の軸部材〜第３の軸部材５１，５３，５５は、それぞれ真円状断面の丸棒によって構成されている。第１の軸部材〜第３の軸部材５１，５３，５５は、ピニオン側自在継手５２，５４において、上下方向の傾き角がそれぞれ変えられている。即ち、第１の軸部材〜第３の軸部材５１，５３，５５は、それぞれ車幅中央線ＣＬ上に延びつつ、上下方向の傾き角は異なっている。

ラックアンドピニオン機構２５は、ピニオン軸５０（第３の軸部材５５）に形成されたピニオン２５ａと、ラック軸２６に形成されたラック２５ｂとからなる。ラック２５ｂは、はす歯状に形成されている。ラック軸２６は、車幅方向に延びた真円状断面の丸棒からなる。ラック軸２６及びピニオン軸５０は、例えば機械構造用炭素鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４０５１）やクロムモリブデン鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４１０５）等の鉄鋼製品である。

ピニオン軸５０とラックアンドピニオン機構２５とラック軸２６とは、少なくとも要部がハウジング７２に収納されている。このハウジング７２は、車幅方向に貫通した細長い筒状の部材であって、長手中央の上端から上方に開口している。ラック軸２６の両端は、ハウジング７２の両端よりも車幅方向の外方へ延びている。

操舵トルクセンサ６１には、コラムシャフト２２に生じるトルクに応じて磁気が変化し、この変化した磁気を検出する磁歪式トルクセンサを採用することができる。

ウォームギヤ機構６４は、電動モータ６３のモータ軸６３ａに連結されたウォーム６４ａと、ピニオン軸５０に連結されたウォームホイール６４ｂとからなる、トルク伝達機構である。

本発明では、操舵トルクセンサ６１は、コラムシャフト２２に生ずるトルクを検出する。仮に、操舵トルクセンサ６１が、連結機構３０を境にして下流側、例えば、ピニオン軸５０又はラック軸２６に設けられると、ステアリングホイール２１を操舵して発生した操舵トルクは、第１及び第２の自在継手３１，３３を介する分、運転者の操舵よりも遅れて検出されてしまう。一方、コラムシャフト２２に生じるトルクであれば、第１及び第２の自在継手３１，３３を介する前であるため、操舵トルクをより正確に検出することができる。

また、電動モータ６３は、連結機構３０を境にして下流側（車輪２９，２９側）にあるピニオン軸５０に、補助トルクを付加する。仮に、上流側となるコラムシャフト２２に補助トルクが付加されると、補助トルクは、第１及び第２の自在継手３１，３３が有している遊び等により、運転者の操舵より遅れてピニオン軸５０に伝わる。しかし、ピニオン軸５０に直接、補助トルクが付加されれば、第１及び第２の自在継手３１，３３を介することにより生ずる遅れはなくなる。

すなわち、連結機構３０を境にして上流側に操舵トルクセンサ６１が配置されることにより、正確に操舵トルクが検出され、かつ、連結機構３０を境にして下流側に電動モータ６３が配置されることにより、操舵トルクに応じた補助トルクが運転者の操舵に遅れずに付加される。そのため、運転者は、快適に車両用操舵装置１０を操舵することができる。

加えて、ピニオン軸５０は、車幅中央線ＣＬ上において前後に向かって延びるように配置されている。ピニオン軸５０からラック軸２６までのトルクの伝達機構を左ハンドル車及び右ハンドル車において共用する場合、ステアリングホイール２１から連結機構３０までのトルクの伝達機構は、左右対称（図２、Ｌ１参照）となる。

仮に、ピニオン軸５０が車幅中央でなく、左又は右に偏って配置された場合、左ハンドル車と右ハンドル車とでは、ステアリングホイール２１から連結機構３０までのトルクの伝達構造は左右対称でなくなる。この場合において、ピニオン軸５０から車輪２９，２９までの部品を左ハンドル車と右ハンドル車とで共用する場合、連結機構３０は、左ハンドル車と右ハンドル車とで異なるものを準備する必要がある。

一方、本発明のように、ピニオン軸５０が車幅中央に配置されれば、連結機構３０の長さは左右ともに同じとなるため、左ハンドル車及び右ハンドル車で、連結機構３０を共用できる。連結機構３０の製造コストが削減され、その管理も容易となる。

ここで、ギヤ機構４０は、ステアリングホイール２１側の第１のベベルギヤ４１と、ピニオン軸５０側の第２のベベルギア４２とからなる。そのため、第２のベベルギア４２の軸を中心にケース４３を回転させれば、第１のベベルギア４１の位置を簡単に変えることができ、結果、ステアリングホイール２１の位置も簡単に変えることができる。

さらに、ピニオン軸５０の各軸部材５１，５３，５５は、ピニオン側自在継手５２，５４を介して連結されている。そのため、ピニオン軸５０及びピニオン軸５０の周囲に配置される部品について配置の自由度が高まる。

さらに、操舵トルクセンサ６１は、外周部を鋼鉄製のコラムパイプ７１によって囲まれている。つまり、コラムパイプ７１は、コラムシャフト２２を支持する役割を果たすだけではなく、磁性材料から成る磁気シールドの役割をも果たす。このため、外部から操舵トルクセンサ６１へ与える磁気ノイズを、コラムパイプ７１によって遮断することができる。従って、操舵トルクセンサ６１が外部からの磁気ノイズの影響を受けないように、極力抑制することができる。操舵トルクセンサ６１の検出精度を高め且つ安定させることができる。

以下、連結機構３０を境にして下流側（車輪２９，２９側）において、補助トルクが付加される別の例を、実施例２及び実施例３により説明する。
＜実施例２＞

実施例２による車両用操舵装置１０Ａは、図１に示される補助トルク機構６０を、図３に示される補助トルク機構６０Ａに変更したことを特徴とする。変更に際し、ピニオン軸５０を「第１ピニオン軸５０」とし、ラックアンドピニオン機構２５を「第１ラックアンドピニオン機構２５」とする。他の構成については実施例１と同じ構成のため、同一符号を付し、その説明を省略する。

補助トルク機構６０Ａは、モータ６３が発生した補助トルクを、ウォームギヤ機構６４を介して第２ピニオン軸５０Ａに付加し、さらにこの第２ピニオン軸５０Ａから第２ラックアンドピニオン機構２５Ａに伝達するようにした機構である。第２ラックアンドピニオン機構２５Ａは、第２ピニオン軸５０Ａに形成された第２ピニオン２５Ａａと、ラック軸２６に形成された第２ラック２５Ａｂとからなる。第１ラックアンドピニオン機構２５のラック軸２６は、第２ラックアンドピニオン機構２５Ａのラック軸を兼ねる。

実施例２の車両用操舵装置１０Ａは、２つのピニオン軸５０，５０Ａによりラック軸２６を往復運動させるため、デュアルピニオンアシスト式の車両用操舵装置と言われる。

実施例２による車両用操舵装置１０Ａは、実施例１による車両用操舵装置（図１、符号１０）と同様の作用、効果を発揮する。
＜実施例３＞

実施例３による車両用操舵装置１０Ｂにおいて、補助トルク機構６０Ｂは、図１に示されるモータ６３を図４に示されるモータ１０１に変更するとともに、図１に示されるウォームギヤ機構６４を図４に示されるボールねじ機構１０２に変更したことを特徴とする。他の構成については、実施例１と同じ構成のため、同一符号を付し、その説明を省略する。

補助トルク機構６０Ｂは、モータ１０１が発生した補助トルクを、ボールねじ１０２機構によってラック軸２６に直接に付加する方式を採用している。モータ１０１のモータ軸１０１ａは、ラック軸２６を囲う中空軸によって構成されている。ボールねじ機構１０２は、ラック軸２６のなかのラック２５ｂを除いた部分に形成されたねじ部１０３と、ねじ部１０３に組み付けられたナット１０４と、ねじ部１０３とナット１０４との間に介在した多数のボール１０５とからなる、トルク伝達機構である。ナット１０４には、モータ軸１０１ａが連結されている。

実施例３による車両用操舵装置１０Ｂは、モータ１０１が発生した補助トルクをラック軸２６に直接に付加するため、ラック軸アシスト式の車両用操舵装置と言われる。

実施例３による車両用操舵装置１０Ｂは、実施例１による車両用操舵装置（図１、符号１０）と同様の作用、効果を発揮する。

本実施例１，２及び３におけるトルク伝達機構の一部は簡略化することもできる。以下、詳細を実施例４，５及び６において示す。簡略化した構成以外の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
＜実施例４＞

図５に示されるように、実施例４による車両用操舵装置１０Ｃは、実施例１におけるピニオン軸（図１、符号５０）の一部を構成する自在継手（図１、符号５２，５４）を含まない。ピニオン軸５０Ｂは単一の丸棒のみからなる。また、連結機構３０Ａは、連結シャフト（図１、符号３４）を有さず、連結シャフト３２とこの連結シャフト両端に設けられる自在継手３１，３３とからなる。さらに、本実施例では、実施例１における連結機構（図１、符号３０）とピニオン軸（図１、符号５０）とを連結するギヤ機構（図１、符号４０）は用いられず、連結機構３０Ａとピニオン軸５０Ｂとは自在継手３３を介して連結される。

以上のようにトルク構造を簡略化することにより、車両用操舵装置１０Ｃを構成する部品点数を減らすことができ、コストの削減につながる。
＜実施例５＞

図６に示されるように、実施例５による車両用操舵装置１０Ｄは、実施例２によるデュアルピニオンアシスト式の車両用操舵装置（図３、１０Ａ）について、実施例４による車両用操舵装置（図５、符号１０Ｃ）と同様にトルク伝達機構の一部を簡略化したものであり、実施例４による車両用操舵装置（図５、符号１０Ｃ）と同様の作用、効果を発揮する。
＜実施例６＞

図７に示されるように、実施例６による車両用操舵装置１０Ｅは、実施例３によるラック軸アシスト式の車両用操舵装置（図４、符号１０Ｂ）について、実施例４による車両用操舵装置（図５、符号１０Ｃ）と同様にトルク伝達機構の一部を簡略化したものであり、実施例４による車両用操舵装置（図５、符号１０Ｃ）と同様の作用、効果を発揮する。

本発明の車両用操舵装置は、乗用車に好適である。

１０…車両用操舵装置
２０…車両用転舵機構
２１…ステアリングホイール
２２…コラムシャフト
２６…ラック軸
３０…連結機構
３１…第１の自在継手（自在継手）
３２…第１の連結シャフト（連結シャフト）
３３…第２の自在継手（自在継手）
３４…第２の連結シャフト（連結シャフト）
５０…ピニオン軸
６０…補助トルク機構
６１…操舵トルクセンサ（回転トルク検出手段）
６３…電動モータ（補助トルク伝達部）

Claims (1)

1. 運転者によって操舵されるステアリングホイールと、
   このステアリングホイールに一端が連結されているコラムシャフトと、
   このコラムシャフトに自在継手を介して連結される連結シャフトと、
   この連結シャフトに連結され、一部にピニオンが形成されているピニオン軸と、
   このピニオン軸のピニオンに噛み合うラックが形成され、車輪を転舵するラック軸と、
   前記運転者による操舵を補助するための補助トルクを発生させる補助トルク機構と、からなる車両用操舵装置において、
   前記補助トルク機構は、前記ステアリングホイールに加わった操舵トルクを検出する回転トルク検出手段と、この回転トルク検出手段が検知した操舵トルクに応じて補助トルクを前記ラック軸に伝える補助トルク伝達部と、からなり、
   前記ピニオン軸は、車幅中央において前後に向かって延び、
   前記回転トルク検出手段は、前記コラムシャフトに発生するトルクを検出し、
   前記補助トルク伝達部は、前記ピニオン軸又は前記ラック軸に補助トルクを付加することを特徴とする車両用操舵装置。

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