JP2016142519A - パワーステアリング機構の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 結合ピンの圧入によるトーションバーとシャフトとの結合において、結合ピンの圧入精度を簡易かつ低コストに検査する。【解決手段】ステアリングホイールの回転を受けるロアーシャフト１０と、ロアーシャフト１０に挿入されたトーションバー１３とを有し、ロアーシャフト１０とトーションバー１３とが結合ピン１９の圧入により結合されているステアリングコラム１としてのパワーステアリング機構の検査方法であって、トーションバー１３のねじれを検出するトルクセンサ２６の動作を検査する工程を備え、トルクセンサ２６の動作の検査結果に基づき、結合ピン１９の圧入の精度を判定する、パワーステアリング機構の検査方法。【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば自動車に用いられるパワーステアリング機構の検査方法に関する。

図６は、自動車のステアリング機構の構成を模式的に示す斜視図である。図に示すように、ステアリング機構においては、運転者が操作するステアリングホイール１００の回転はインターミディエイトシャフト２００を介してステアリングギア３００に伝達され、タイロッド４００を軸方向に並進させることにより、タイロッド４００に接続された図示しないナックルアームが回動し、ナックルアームに回転自在に接続されたハブ及びタイヤ５００の向きが変化する。

ステアリング機構においては、ステアリングホイール１００の回転を外力により補助してインターミディエイトシャフト２００に伝達するパワーステアリングが汎用されており、図６に示す例においては、電動パワーステアリング機構として、ＥＰＳモータ２０を補助動力とするステアリングコラム１が組み込まれている。

このような電動パワーステアリング機構においては、ステアリングホイール１００側とインターミディエイトシャフト２００との間に位置するトーションバーのねじれをステアリングホイール１００の操舵トルクとして磁気的に検出し、ＥＰＳモータ２０の動作にフィードバックさせる制御が行われている（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１２−１５９４５２号公報

上記従来の電動パワーステアリング機構には、以下のような課題があった。

すなわち、電動パワーステアリング機構におけるトーションバーとシャフトとの結合は結合ピンが各部材に跨って圧入することにより行われるが、結合ピンの圧入状態は操舵性能に大きな影響を与えるため、圧入は高精度であることが求められる。

しかしながら、圧入の精度検査は、圧入の荷重を測定するロードセル、距離センサ、及びコンピュータ等の専用の機器を利用して行われ（例えば、特開平４−６２４１１号公報）、検査の工程やコストを増大させ、ひいては自動車の生産性の低下、高コスト化を招くこととなってしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、結合ピンの圧入によるトーションバーとシャフトとの結合において、結合ピンの圧入精度を簡易かつ低コストに検査することが可能なパワーステアリング機構の検査方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、ステアリングホイールの回転を受けるシャフトと、前記シャフトに挿入されたトーションバーとを有し、前記シャフトと前記トーションバーとが結合ピンの圧入により結合されているパワーステアリング機構の検査方法であって、前記トーションバーのねじれを検出するトルクセンサの動作を検査する工程を備え、前記トルクセンサの動作の検査結果に基づき、前記結合ピンの圧入の精度を判定する、パワーステアリング機構の検査方法である。

なお、本発明は、他の側面として、前記トルクセンサの動作の検査は、前記シャフトに生ずるトルクとトルクセンサの電圧との関係に基づくものであって、前記結合ピンの圧入の精度は、前記トルクとトルクセンサの電圧との関係の変化に基づくものであるものであってもよい。

以上のような本発明は、結合ピンの圧入によるトーションバーとシャフトとの結合において、結合ピンの圧入精度を簡易かつ低コストに検査することが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの構成を示す側面図 本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの検査装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの検査方法を説明するための図 本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの要部の構成を示す拡大図 （ａ）本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの検査方法を説明するための図（ｂ）本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの検査方法を説明するための図（ｃ）本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの検査方法を説明するための図 電動パワーステアリング機構の構成を示す斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの構成を示す側面図である。なお、図１において後述する一部の構成は断面図として示す。

図１に示すように、ステアリングコラム１は、図示しないステアリングギア３００及びインターミディエイトシャフト２００側に位置するロアーシャフト１０、図示しないステアリングホイール１００側に位置するアッパーシャフト１２、及びロアーシャフト１０及びアッパーシャフト１２に嵌合接続されるジョイント１１を主な構成として備える。

ロアーシャフト１０は鋼製の中空の部材であって、インターミディエイトシャフト２００とはユニバーサルジョイント２４を介して連結されており、内部にトーションバー１３を同軸配置している。更に、ロアーシャフト１０は外周上にウォームホイール２１を同軸配置しており、ウォームホイール２１はハウジング１５を介して位置決め固定されたＥＰＳモータ２０のウォームギアと噛合することにより、ＥＰＳモータ２０からの動力を受けて回転する。更にロアーシャフト１０はベアリング２３を介して軸周りに回転自在に位置決め固定されている。

また、トーションバー１３とロアーシャフト１０とは、同軸の半径方向に沿った貫通孔が設けられており、貫通孔に結合ピン１９が圧入されることにより結合されている。

ロアーシャフト１０の外周上にはハウジング１５に隣接してスペーサ１４が配置されている。スペーサ１４の内部は中空となっていて、ロアーシャフト１０の表面に配置されたトルクセンサ２６を収容している。トルクセンサ２６は、ロアーシャフト１０に設けられたマグネット及びジョイント１１に設けられた磁気ヨークの相対運動により生ずる誘導起電力をトルクとして検出する。

次に、アッパーシャフト１２は鋼製の筒状又は柱状の部材であって、ロアーシャフト１０及びジョイント１１と同軸に接続され、ステアリングホイール１００の回転をこれらに直接伝達する。なお、図中には例示としてアッパーシャフト１２は中空の筒状の態様を有するものとして示したが、上記のように中実の態様を有するとしてもよい。アッパーシャフト１２の周囲には、鋼製の筒状のアッパースリーブ１６が設けられている。アッパースリーブ１６の端部がアングル１７を介してボルト１８によりスペーサ１４に締結されるとともに、アッパースリーブ１６の内周面に固定されたベアリング２２に回転自在に固定されることにより、アッパーシャフト１２はハウジング１５並びにロアーシャフト１０及びジョイント１１に対して位置決め固定され、アッパーシャフト１２、ロアーシャフト１０及びジョイント１１は一体として回転し、ステアリングホイール１００の回転をステアリングギア３００側へ伝達する。

なお、ハウジング１５にはステアリングコラム１を車体内部に固定するためのブラケット２５も併せて装着されている。

以上の構成において、ステアリングコラム１は本発明のパワーステアリング機構に相当し、ロアーシャフト１０は本発明のシャフトに相当する。また、トーションバー１３は本発明のトーションバーに相当し、結合ピン１９は本発明の結合ピンに相当し、トルクセンサ２６は本発明のトルクセンサに相当する。

このような構成を有する本実施の形態によるステアリングコラム１としてのパワーステアリング機構の検査方法は、トーションバー１３とロアーシャフト１０とを結合する結合ピン１９の圧入の精度を、トルクセンサ２６の検査に基づき判定することを特徴とする。

図２は、本発明のパワーステアリング機構の検査方法を実施するための、ステアリングコラム１の検査装置２を示すブロック図である。図２に示すように、検査装置は、アッパーシャフト１２の端部に接続された検査用モータ３０、ユニバーサルジョイント２４の端部に接続された検査用ブレーキ３１、ＥＰＳモータ２０及びトルクセンサ２６の動作を制御するＥＣＵ３２、ＥＣＵ３２から信号を取得する測定装置３３、並びにＥＣＵ３２及びステアリングコラム１を動作させる電源３４から構成される。

検査装置２の動作は以下の工程により行われる。すなわち、検査用モータ３０及びＥＰＳモータ２０を動作させ、アッパーシャフト１２、ロアーシャフト１０及びジョイント１１を一体的に回転させると、ロアーシャフト１０に接続されたユニバーサルジョイント２４が検査用ブレーキ３１による制動をうけるため、アッパーシャフト１２とロアーシャフト１０及びジョイント１１との間に回転のずれが生じ、ロアーシャフト１０に挿入されたトーションバー１３はねじられる。

一方で、トルクセンサ２６はトーションバー１３のねじれを検出すると、これを軸トルクとしてＥＣＵ３２へ出力する。

トルクセンサ２６が検査用モータ３０の回転量に応じてトルクの変化を検出するとともに、測定装置３３はＥＣＵ３２からトルクセンサ２６の出力電圧を取得し、図３のグラフに示される相関を導き出す。これにより、トルクセンサ２６の出力電圧と検査用モータ３０による軸トルクとの関係に基づき、トルクセンサ２６の出力電圧からステアリングホイール１００組込み時の操舵トルクを得ることができるとともに、トルクセンサ２６の出力異常等を判断するようにしている。

本発明者は、以上の工程の実行に用いられる検査装置２を利用することにより、図３に示す軸トルク−出力電圧の相関において、トーションバー１３とロアーシャフト１０とを結合する結合ピン１９の圧入の精度に依存して変化する箇所があることを見いだした。すなわち、図４の、図１の領域Ｒの拡大図に示すように、結合ピン１９の圧入精度は、ロアーシャフト１０及びトーションバー１３に形成された貫通孔１３ａの内径Ｗ１と、結合ピン１９の外径Ｗ２との関係により定まり、Ｗ１＜Ｗ２の場合は締め代が生じ、精度の高い圧入が実現されることになるが、Ｗ１＞Ｗ２の場合はクリアランスが生じ、圧入の精度が低下していることとなる。

ここで、Ｗ１＜Ｗ２の場合は、図３に示すように軸トルク−トルクセンサ２６の出力電圧において、軸トルクの原点近傍、すなわちアッパーシャフト１２の回転位置が中央位置にある場合における波形は略線形になるのに対し、Ｗ１＞Ｗ２の場合は、図５（ａ）に示すように、波形は原点近傍にて変曲点を有するように変化する。また、軸トルクの変化に対する出力電圧の変動も抑制される。

本発明は、上記の発見に基づき、検査装置２によるトルクセンサ２６の検査工程において、軸トルクの原点近傍におけるトルクセンサ２６の出力電圧の変化率を観測し、変化率に変化が生じた場合は、結合ピン１９の圧入の精度が不良であると判定するようにしている。

具体的には、結合ピン１９の圧入の精度が不良である場合は、軸トルクの原点近傍における電圧の変化率は他の領域よりも大きくなるため、図５（ｂ）の、図５（ａ）の領域Ｚの拡大図に示すように、軸トルクの原点近傍におけるトルクセンサ２６の出力電圧の変化幅Ｔ、あるいはトルクセンサ２６の出力電圧の微分値の最大値が、予め定めた通常時の値以上であれば、圧入精度が不良であると判定するようにする。更に、ロアーシャフト１０の一方向への回転時と逆方向の回転時のそれぞれにおけるトルクセンサ２６の出力電圧が、図５(ｃ)の拡大図に示すようにヒステリシスを示す場合は、それぞれのトルクセンサ２６の出力電圧の差分Ｔ´の最大値、あるいは差分Ｔ´の微分値の最大値を求め、これら最大値が予め定めた通常時の値以上であれば、圧入精度が不良であると判定するようにしてもよい。

ここで変化幅Ｔ又は差分Ｔ´の測定は、上述した検査装置２の工程に組み込むことができ、圧入精度の判定は、測定装置３３の動作における一フローとして実行させることができる。すなわち、結合ピン１９の圧入精度の検査は、従来から行われていたトルクセンサ２６の検査工程の一部として実行される。

これにより、圧入の荷重を測定するロードセル等の専用の機器を用いることなく、簡易かつ低コストな構成により、結合ピン１９の圧入精度を検査することが可能となる。

以上のように、本発明の実施の形態のステアリングコラム１の検査方法によれば、トーションバー１３とロアーシャフト１０とを結合する結合ピン１９の圧入の精度を、トルクセンサ２６の検査に基づき判定することにより、簡易かつ低コストな構成により精度を検査することが可能になる。

しかしながら、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。上記の説明においては、ステアリングコラム１は、アッパーシャフト１２と、トーションバー１３を有するロアーシャフト１０とがジョイント１１を介して結合して一体として回転する構成であるとしたが、本発明は、ステアリングホイールの回転を受けるシャフトと、シャフトに挿入されたトーションバーとを有し、シャフトとトーションバーとが結合ピンの圧入により結合されているパワーステアリング機構において実施されるものであればよく、シャフトその他の具体的な構成によって限定されるものではない。したがって、例えば、アッパーシャフト１２とロアーシャフト１０とが直接結合した構成であってもよいし、図６のインターミディエイトシャフト２００がトーションバーを内蔵する構成において実施してもよい。

また、上記の説明においては、結合ピン１９の圧入の精度の判定は、軸トルクとトルクセンサ２６の出力電圧との相関に基づき行うものとしたが、トルクセンサ２６から取得する信号として、抵抗値、インダクタンス等の他の物理量を用いるものとしてもよい。要するに、本発明は、トルクセンサの動作の検査結果に基づき、前記結合ピンの圧入の精度を判定するものであって、トルクセンサの検査において取得されるパラメータの種類によって限定されるものではない。

更に、上記の説明においては、ステアリングコラム１は電動パワーステアリング機構であるとしたが、本発明は、油圧、電気油圧等により動作するパワーステアリング機構において適用してもよい。

更に、上記の説明においては自動車の電動パワーステアリング機構に用いられるものとしたが、本発明は、パワーステアリング機構により操舵されるものであれば、動力や用途、目的に依存せず、トラクター等の作業機械、電動車いす等の介護用品、船舶その他の任意の装置、機械に対して適用してもよい。

以上のように、本発明のパワーステアリング機構の検査方法は、ステアリングホイールの回転を受けるシャフトと、前記シャフトに挿入されたトーションバーとを有し、前記シャフトと前記トーションバーとが結合ピンの圧入により結合されているパワーステアリング機構の検査方法であって、前記トーションバーのねじれを検出するトルクセンサの動作を検査する工程を備え、前記トルクセンサの動作の検査結果に基づき、前記結合ピンの圧入の精度を判定するものであればよく、その他の具体的な目的、用途、構成によって限定されるものではない。

したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。

以上のような本発明は、結合ピンの圧入によるトーションバーとシャフトとの結合において、結合ピンの圧入精度を簡易かつ低コストに検査することが可能となる効果を有し、例えば自動車のパワーステアリング機構の検査において有用である。

１ ステアリングコラム
２ 検査装置
１０ ロアーシャフト
１１ ジョイント
１２ アッパーシャフト
１３ トーションバー
１３ａ 貫通孔
１４ スペーサ
１５ ハウジング
１６ アッパースリーブ
１７ アングル
１８ ボルト
１９ 結合ピン
２０ ＥＰＳモータ
２１ ウォームホイール
２２、２３ ベアリング
２４ ユニバーサルジョイント
２５ ブラケット
２６ トルクセンサ
３０ 検査用モータ
３１ 検査用ブレーキ
３２ ＥＣＵ
３３ 測定装置
３４ 電源
１００ ステアリングホイール
２００ インターミディエイトシャフト
３００ ステアリングギア
４００ タイロッド
５００ タイヤ

Claims (1)

1. ステアリングホイールの回転を受けるシャフトと、前記シャフトに挿入されたトーションバーとを有し、前記シャフトと前記トーションバーとが結合ピンの圧入により結合されているパワーステアリング機構の検査方法であって、
   前記トーションバーのねじれを検出するトルクセンサの動作を検査する工程を備え、
   前記トルクセンサの動作の検査結果に基づき、前記結合ピンの圧入の精度を判定する、
   パワーステアリング機構の検査方法。

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