JP2018016184A - ステアリングホイールユニット - Google Patents

Abstract

【課題】車両側の電源配線を後から追加することなく、電動モータを駆動する電力を供給可能なステアリングホイールユニットを提供する。【解決手段】車両のダッシュボード２８の前面に開口する凹部３４に取り付けられた金属製のブラケット２９にステアリングホイールユニット４を固定する。ブラケット２９の後面に、ステアリングホイールシャフト５に連結されるコラムシャフト７と、ＥＣＵ２１の相手側の配線ケーブル３５およびコネクタ３６が接続される。ステアリングホイールハウジング２４の側面に、バッテリ１８が着脱自在に取り付けられる。バッテリ１８は、樹脂製のケースに直流電源が収容されフランジ部がステアリングホイールハウジング２４側面にねじ締結され、コネクタによってＥＣＵ２１に接続される。ステアリングホイールユニット４が取り付けられた後にバッテリ１８の取り外し、取り付けが可能で、バッテリ１８は別の場所で充電される。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に対してステアリングホイールごと着脱できるステアリングホイールユニットに関するものである。

従来、車両のステアリングシャフトの先端部にステアリングホイールユニットを着脱可能に連結し、このステアリングホイールユニットに操舵補助力を与えるアシスト手段と操舵力検出手段とを組み込むようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなステアリングホイールユニットは、操舵力検出手段等の部品交換や部品修理を行いやすく、メンテナンスを容易に行うことができる。また、信号取出手段によってステアリングホイールユニットに組み込んだ操舵力検出手段の検出信号をステアリングホイールユニットの外部へ取り出すことができるように考慮されている。

特開平３−１５９８７２号公報

上記のようなステアリングホイールユニットでは、ステアリングホイールユニット内に収容される電動モータの制御手段に電源を供給する必要がある。しかしながら、従来の車両において、ステアリングホイールを取り外し、アシスト制御機構を一体化したステアリングホイールユニットを後から取り付ける場合、通常、車両側にステアリングホイールユニット用の電源配線が用意されていない。このため、交換の際に車両側のバッテリを使用してステアリングホイールユニットに電源を供給する配線の追加等、車両の改造作業が必要となる。その結果、整備工場等での交換時の費用が発生するとともに、運転者等が容易に後から車両にステアリングホイールユニットを追加し取り付けを行って、ステアリング機構のアシスト特性の変更や追加を行うことができない可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両側の電源配線を後から追加することなく、電動モータを駆動する電力を供給可能なステアリングホイールユニットを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリングシャフトの回転駆動を車輪に伝達して転舵するステアリング機構を備えた車両に取り付けられるステアリングホイールユニットであって、ステアリングホイールと、一方の端に前記ステアリングホイールを連結し、他方の端に前記ステアリングシャフトと着脱自在な連結部を設けたステアリングホイールシャフトと、前記ステアリングホイールシャフトに操舵補助力を与える電動モータと、前記ステアリングホイールシャフトに取り付けられ、前記電動モータの回転を減速して伝達する減速機構部と、前記ステアリングホイールシャフトに付与される操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵トルクに基づいて前記操舵補助力を演算し、前記電動モータを駆動制御する制御部と、前記ステアリングホイールシャフト、前記減速機構部、前記電動モータ、前記トルクセンサおよび前記制御部を収容するハウジングと、前記ハウジングの外側に配置され、前記制御部に電力を供給する外部電源と、を備えることを要旨とする。

上記構成によれば、ステアリングホイールユニットは、ステアリングホイール、ステアリングホイールシャフト、ハウジングおよび外部電源を有する。ハウジングは、内部に電動モータおよび制御部が固定され、ステアリングホイールシャフトに取り付けられた減速機構部およびトルクセンサが収容される。さらにハウジングには、制御部に電力を供給する外部電源が外付けされる。従って、従来の車両からステアリングホイールを取り外し、ステアリングホイールユニットを後から取り付ける場合、専用の外部電源によってステアリングホイールユニットを作動させることができるので、車両側から電源の配線を追加する必要がない。これにより、運転者等が容易に後から車両にステアリングホイールユニットの取り付けを行って、ステアリング機構のアシスト特性の変更や追加を行うことが可能になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステアリングホイールユニットにおいて、前記外部電源は、前記ハウジングに着脱自在に取り付けられることを要旨とする。

上記構成によれば、外部電源はハウジングに対して外部から取り付け、取り外し可能に配置されるため、取り外した外部電源を充電器等によって別の場所で充電することができる。これにより、ステアリングホイールユニットをダッシュボードに取り付けた状態で、別途外部電源の充電、交換を行うことが可能になる。

本発明によれば、車両側の電源配線を後から追加することなく、電動モータを駆動する電力を供給可能なステアリングホイールユニットを提供できる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。 図１のステアリングホイールユニットの概略構造を示す図。 ステアリングホイールユニットの制御部周辺の概略構成を示す図。

以下、本発明の実施の形態に係るステアリングホイールユニットについて、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る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に示すように、電動パワーステアリング装置１は、車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるためのものであり、ステアリング機構１６とステアリングホイールユニット４とを備える。ステアリング機構１６は、ステアリングシャフト６、ラックアンドピニオン機構１４、ラック軸１５、および２つのタイロッド１０を有する。ステアリングホイールユニット４は、ステアリングホイールハウジング２４、ステアリングホイール２、ステアリングホイールシャフト５、操舵補助機構部を構成するアシスト制御機構３、減速機構（減速機構部）１９、およびトルクセンサ１７を有する。アシスト制御機構３は、電動モータ２０、ＥＣＵ（制御部）２１およびバッテリ（外部電源）１８を有する。

ステアリング機構１６において、ステアリングシャフト６は、コラムシャフト７、インターミディエイトシャフト８、およびピニオンシャフト９からなり、ステアリングホイール２の回転にともないステアリングホイールシャフト５を介して一体的に回転する。ラックアンドピニオン機構１４は、ピニオン（ピニオンギヤ）１３と、ピニオン１３に噛み合うラック（ラックギヤ）１２を有して、ピニオンシャフト９の回転を回転不能かつ車両の左右方向に移動可能に延びるラック軸１５の往復動作に変換する。ラック軸１５の両端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されており、各タイロッド１０は図示しないナックルアームを介して転舵輪１１に連結される。

ステアリングホイールユニット４において、ステアリングホイール２は、ステアリングホイールハウジング２４に対して回転可能に支持されたステアリングホイールシャフト５に連結される。減速機構１９と電動モータ２０とからなるアクチュエータは、ステアリングホイールシャフト５に対して付設され、ステアリングホイールシャフト５に操舵補助力（動力）を付与する。アクチュエータの駆動源である電動モータ２０は、後述の入力プーリ２５、出力プーリ２６、およびベルト２７（共に図２参照）からなる減速機構１９を介してステアリングホイールシャフト５に連結される。電動モータ２０の回転力は減速機構１９によって減速されて、この減速された回転力がアシストトルクとしてステアリングシャフト６に伝達される。

電動モータ２０は、ＣＰＵ（マイコン）を備えた電子制御ユニットを構成するＥＣＵ２１によって制御され、例えば３相のブラシレスモータが使用される。また、電動モータ２０の回転軸の回転速度は、電動モータ２０に内蔵されたレゾレルバ等の回転角センサ２２が検出する回転角度θｍに基づいてＥＣＵ２１によって演算される。ＥＣＵ２１は、後述の制御回路３０および駆動回路（インバータ）３１を有する。また、ＥＣＵ２１には、電動モータ２０を駆動するための電力を供給する外付けのバッテリ１８が接続される。

さらに、ステアリングホイールユニット４は、図示しないトーションバーを介してステアリングホイールシャフト５の入力軸（上端側）および出力軸（下端側）間の相対回転変位量によって操舵トルクτを検出するトルクセンサ１７を有する。上記回転角センサ２２を含むこれらのトルクセンサ１７および車両速度である車速Ｖを検出する外部の車速センサ２３が検出した値は、ＥＣＵ２１に入力されて演算処理される。

以上により、ステアリングホイール２の回転操作にともないステアリングホイールシャフト５を介してステアリングシャフト６が回転すると、ラックアンドピニオン機構１４によってラック軸１５が軸方向に往復動作する。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。

図２は、図１のステアリングホイールユニット４の概略構造を示す図、図３は、ステアリングホイールユニット４のＥＣＵ２１周辺の概略構成を示す図である。
図２に示すように、ステアリングホイールユニット４は、ステアリングホイール２、ステアリングホイールシャフト５、ステアリングホイールハウジング２４、およびバッテリ１８を有する。ステアリングホイールシャフト５は、ステアリングホイールハウジング２４に回転可能に固定され、その上端においてステアリングホイール２に軸線回りに一体回転するように接続される。ステアリングホイールシャフト５の下端の連結部にはコラムシャフト７が嵌め合わされる。ステアリングホイールシャフト５およびコラムシャフト７は、一体回転するように軸中心を一致させ連結される。

ステアリングホイールハウジング２４は、ステアリングホイールシャフト５の下方を覆い、略直方体形状に形成され、内部に電動モータ２０およびＥＣＵ２１が固定され、ステアリングホイールシャフト５に取り付けられた減速機構１９およびトルクセンサ１７が収容される。電動モータ２０は、回転軸および回転角センサ２２を有して、回転軸がステアリングホイールシャフト５にほぼ平行になるように配置される。トルクセンサ１７は、ステアリングホイールシャフト５の周囲に配置される。

ＥＣＵ２１は、外部装置（例えば、車速センサ２３）から信号線の配線ケーブル３５がコネクタ３６にて接続される。また、ステアリングホイールハウジング２４の側面にはＥＣＵ２１に電力を供給するバッテリ１８が着脱自在に外付けされており、正負電極部がコネクタ（または中継ケーブル）によってＥＣＵ２１に接続される。バッテリ１８は、例えばＤＣ１２Ｖの直流電源が使用される。

ここで、図３に示すように、アシスト制御機構３において、電動モータ２０を駆動する動力はＥＣＵ２１を介してバッテリ１８から供給される。ＥＣＵ２１は、ＣＰＵを含む制御回路３０と、制御回路３１によって制御され電動モータ２０に電力を供給する駆動回路３１とから構成される。なお、ＥＣＵ２１は、例えばＣＡＮ信号によって他のＥＣＵ等と接続され、相互に通信して操舵指令値や各種センサの検出値、モータ制御に必要な他の情報等の交換を行う。

減速機構１９は、プーリ・ベルトからなる減速機構部であり、例えば電動モータ２０の回転軸に連結された歯付の入力プーリ２５と、ステアリングホイールシャフト５に連結された入力プーリ２５よりも大径の歯付の出力プーリ２６と、入力プーリ２５と出力プーリ２６との間に掛け渡された歯付のベルト２７とを有する。入力プーリ２５は、電動モータ２０の回転軸に一体回転可能に連結される。出力プーリ２６は、ステアリングホイールシャフト５の外周に一体回転可能に配置される。

電動モータ２０の回転軸が回転すると、これにともなって、入力プーリ２５が回転する。そして、入力プーリ２５の回転はベルト２７を介して出力プーリ２６に伝達され、出力プーリ２６が入力プーリ２５の回転よりも低速で回転する。

次に、ステアリングホイールユニット４の取り付け構造について説明する。
図２に示すように、ステアリングホイールユニット４は、車両のダッシュボード２８の前面（正面側）に開口する凹部３４に取り付けられた金属製のブラケット２９に収容され固定される。ブラケット２９の後面（背面側側面）には、ステアリングホイールシャフト５に連結されるコラムシャフト７、ＥＣＵ２１の相手側の配線ケーブル３５およびコネクタ３６が接続される。

ステアリングホイールハウジング２４の側面には、バッテリ１８が着脱自在に取り付けられる。バッテリ１８は、例えば樹脂製のケースに直流電源が収容された状態でケースのフランジ部がステアリングホイールハウジング２４側面にねじで締結され、コネクタによってＥＣＵ２１に接続される。これにより、ステアリングホイールユニット４がダッシュボード２９に取り付けられた後にバッテリ１８の取り外し、取り付けが可能であり、別の場所で取り外したバッテリ１８を充電器等によって充電することができる。

次に、上記のように構成された本実施形態であるステアリングホイールユニット４の作用および効果について説明する。

上記構成によれば、ステアリングホイールユニット４は、ステアリングホイール２、ステアリングホイールシャフト５、ステアリングホイールハウジング２４およびバッテリ１８を有する。ステアリングホイールハウジング２４は、内部に電動モータ２０およびＥＣＵ２１が固定され、ステアリングホイールシャフト５に取り付けられた減速機構１９およびトルクセンサ１７が収容される。さらにステアリングホイールハウジング２４には、ＥＣＵ２１に電力を供給するバッテリ１８が外付けされる。従って、従来の車両からステアリングホイールを取り外し、ステアリングホイールユニット４を後から取り付ける場合、専用のバッテリ１８によってステアリングホイールユニット４を作動させることができるので、車両側から電源の配線を追加する必要がない。これにより、運転者等が容易に後から車両にステアリングホイールユニット４の取り付けを行って、ステアリング機構１６のアシスト特性の変更や追加を行うことが可能になる。

また、バッテリ１８はステアリングホイールハウジング２４に外部から取り付け、取り外し可能に配置されているため、取り外したバッテリ１８を充電器等によって別の場所で充電することができる。これにより、ステアリングホイールユニット４をダッシュボード２８に取り付けた状態で、バッテリ１８の交換を行うことが可能になる。

以上のように、本実施形態によれば、車両側の電源配線を後から追加することなく、電動モータを駆動する電力を供給可能なステアリングホイールユニットを提供できる。

以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。

上記実施形態では、バッテリ１８をステアリングホイールハウジング２４の側面に取り付け、コネクタによってＥＣＵ２１に接続する例を示したが、これに限定されるものでなく、バッテリ１８を別置きとして配線ケーブルにてＥＣＵ２１に接続するようにしてもよい。

上記実施形態において、ステアリングホイールユニット４を車両に固定する方法については、特に説明しないが、ステアリングホイールハウジング２４を運転席に対向するダッシュボード２８に開口する空間に適宜取り付け固定することによって可能である。例えば、
ステアリングホイールユニット４のステアリングホイールハウジング２４の側面に、複数の金属製の厚肉板状の爪を引っ張り、および押し出し可能に取り付け、ブラケット２９に爪を係合させて固定するようにしてもよい。

１：電動パワーステアリング装置、２：ステアリングホイール、３：アシスト制御機構、４：ステアリングホイールユニット、５：ステアリングホイールシャフト、
６：ステアリングシャフト、７：コラムシャフト、８：インターミディエイトシャフト、９：ピニオンシャフト、１０：タイロッド、１１：転舵輪、１２：ラック、
１３：ピニオン、１４：ラックアンドピニオン機構、１５：ラック軸、
１６：ステアリング機構、１７：トルクセンサ、１８：バッテリ（外部電源）、
１９：減速機構（減速機構部）、２０：電動モータ、２１：ＥＣＵ（制御部）、
２２：回転角センサ、２３：車速センサ、
２４：ステアリングホイールハウジング（ハウジング）、２５：入力プーリ、
２６：出力プーリ、２７：ベルト、２８：ダッシュボード、２９：ブラケット、
３０：制御回路、３１：駆動回路、３４：凹部、３５：配線ケーブル、３６：コネクタ、τ：操舵トルク、Ｖ：車速、θｍ：回転角度

Claims (2)

1. ステアリングシャフトの回転駆動を車輪に伝達して転舵するステアリング機構を備えた車両に取り付けられるステアリングホイールユニットであって、
   ステアリングホイールと、
   一方の端に前記ステアリングホイールを連結し、他方の端に前記ステアリングシャフトと着脱自在な連結部を設けたステアリングホイールシャフトと、
   前記ステアリングホイールシャフトに操舵補助力を与える電動モータと、
   前記ステアリングホイールシャフトに取り付けられ、前記電動モータの回転を減速して伝達する減速機構部と、
   前記ステアリングホイールシャフトに付与される操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記操舵トルクに基づいて前記操舵補助力を演算し、前記電動モータを駆動制御する制御部と、
   前記ステアリングホイールシャフト、前記減速機構部、前記電動モータ、前記トルクセンサおよび前記制御部を収容するハウジングと、
   前記ハウジングの外側に配置され、前記制御部に電力を供給する外部電源と、を備えることを特徴とするステアリングホイールユニット。
2. 請求項１に記載のステアリングホイールユニットにおいて、
   前記外部電源は、前記ハウジングに着脱自在に取り付けられることを特徴とするステアリングホイールユニット。

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