JP2021172204A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールの操舵角を機械的に規制する規制機構を従動ギアとステアリングコラムとの間に設けることができるステアリング装置を提供する。【解決手段】操舵部３は、ステアリングシャフト１１と、ステアリングコラム１２と、操舵部アクチュエータ１３と、ステアリングホイール２の操舵角が閾値角度を超えないように機械的に規制する規制機構１４とを備えている。操舵部アクチュエータ１３が備えるウォームホイール２５は、ステアリングシャフト１１に嵌合されているスリーブ部と、スリーブ部の外周に設けられているギア部とを有している。規制機構１４は、スリーブ部の軸方向における端面に設けられている第１係止部１１０と、ステアリングコラム１２に設けられているとともにステアリングコラム１２内においてステアリングシャフト１１が回転したときに第１係止部１１０と係止する第２係止部１２０とを有している。【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

従来、操舵装置の一種として、ステアリングホイールが連結される操舵部と、操舵部に入力される操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵部との間の動力伝達系が分離されたステアバイワイヤ式のものがある。例えば、特許文献１に示すように、ステアリングホイールに連結されるステアリングシャフトの最下端部に規制機構としてメカストッパが設けられたステアリング装置がある。規制機構は、ステアリングホイールの操舵角が予め設定された閾値角度を超えることを機械的に規制する。

特開２００７−１５３１５８号公報

ステアリングホイールの操舵角を機械的に規制する規制機構について、上記特許文献１では、ステアリングシャフトの最下端部に設けることを開示するのみである。規制機構をどこに配置するかについて、特許文献１には、それ以上の開示はない。

上記課題を解決するステアリング装置は、操舵部と、前記操舵部に入力される操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵部との間の動力伝達系が分離した構造を備えるステアリング装置であって、前記操舵部は、ステアリングホイールに連結されているステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトを回転可能に収容するステアリングコラムと、操舵に抗する力である操舵反力を前記ステアリングホイールに付与する操舵部アクチュエータと、前記ステアリングホイールの操舵角が閾値角度を超えないように機械的に規制する規制機構とを備え、前記操舵部アクチュエータは、操舵部モータにより回転駆動される駆動ギアと、前記駆動ギアに噛合するとともに前記ステアリングシャフトと一体回転する従動ギアとを有する減速機構を有し、前記従動ギアは、前記ステアリングシャフトに嵌合されているスリーブ部と、前記スリーブ部の外周に設けられているとともに外周面に歯形成部が形成されているギア部とを有し、前記規制機構は、前記スリーブ部の軸方向における端面に設けられている第１係止部と、前記ステアリングコラムに設けられているとともに前記ステアリングコラム内において前記ステアリングシャフトが回転したときに前記第１係止部と係止する第２係止部とを有している。

上記構成によれば、第１係止部は、ステアリングシャフトと一体回転する従動ギアの回転に伴い、従動ギアと一体回転する。ステアリングコラムに設けられている第２係止部に第１係止部が係止されることで、ステアリングシャフト、すなわちステアリングホイールの回転は規制される。規制機構は、ステアリングシャフトの最下端部以外の部位に配置されるため、従来技術とは異なった規制機構の配置を提供することができる。

上記のステアリング装置において、前記ステアリングシャフトは、軸受を介して前記ステアリングコラム内に回転可能に支持され、前記第１係止部が形成されている前記従動ギアは、前記軸受に対して軸方向に隣り合うように設けられていることが好ましい。

規制機構によってステアリングホイールの回転を規制する際、従動ギアと一体回転するステアリングシャフトには、回転方向において第１係止部と第２係止部とが互いに係止したことに起因する負荷が加わる。上記構成では、軸受は、負荷の作用点である第１係止部及び第２係止部付近でステアリングシャフトを支持することになる。これにより、負荷によって軸受に作用する力のモーメントを小さくすることができる。

上記のステアリング装置において、前記操舵部と前記転舵部とが機械的に切り離されているとともに、前記操舵部と前記転舵部との間の動力伝達系が分離されているものとすることは好適である。

本発明のステアリング装置によれば、ステアリングホイールの操舵角を機械的に規制する規制機構を従動ギアとステアリングコラムとの間に設けることができる。

ステアリング装置の概略構成図。 操舵部の軸方向に沿った断面図。 操舵部のウォームホイールを通る位置での軸方向と直交する断面図。 規制機構周辺の拡大断面図。

ステアリング装置の一実施形態について図面に従って説明する。
図１に示すように、ステアバイワイヤ式のステアリング装置１は、ステアリングホイール２が連結される操舵部３と、運転者による操舵部３の操舵に応じて転舵輪４を転舵させる転舵部５とを備えている。ステアリング装置１において、操舵部３と転舵部５とは機械的に切り離されており、操舵部３と転舵部５との間の動力伝達系が分離されている。このようなリンクレスの構造も、本実施形態における動力伝達系を分離した構造の一態様である。

操舵部３は、ステアリングホイール２が固定されるステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１を回転可能に収容するステアリングコラム１２と、ステアリングシャフト１１を介してステアリングホイール２に操舵に抗する力である操舵反力を付与する操舵部アクチュエータ１３とを備えている。

操舵部アクチュエータ１３は、駆動源となる操舵部モータ２１と、操舵部モータ２１の回転を減速する減速機構２２と、減速機構２２を収容するハウジング２３とを備えている。減速機構２２は、操舵部モータ２１によって回転駆動される駆動ギアとしてのウォーム軸２４と、ウォーム軸２４と噛合する従動ギアとしてのウォームホイール２５とを備えている。なお、ハウジング２３は、後述するようにステアリングコラム１２の一部を構成する。操舵部アクチュエータ１３は、操舵部モータ２１の回転を減速してステアリングシャフト１１に伝達することで、ステアリングホイール２に操舵反力を付与する。

操舵部アクチュエータ１３には、ステアリングホイール２の操舵角が閾値角度を超えることを機械的に規制する規制機構１４が設けられている。なお、閾値角度は、操舵角と転舵輪の転舵角との比であるステアリングレシオ等に基づいて予め設定されており、ステアリングホイール２の一回転以上の回転を抑制できるような角度である±１８０度未満の角度に設定することができる。

転舵部５は、ピニオンシャフト３１と、ピニオンシャフト３１に連結されたラックシャフト３２と、ラックシャフト３２を往復動可能に収容するラックハウジング３３と、ピニオンシャフト３１及びラックシャフト３２からなるラックアンドピニオン機構３４とを備えている。ピニオンシャフト３１とラックシャフト３２とは、所定の交差角をもって配置されている。ラックアンドピニオン機構３４は、ピニオンシャフト３１に形成されたピニオン歯３１ａと、ラックシャフト３２に形成されたラック歯３２ａとを噛合することにより構成されている。ラックシャフト３２の両端には、ボールジョイントからなるラックエンド３５を介してタイロッド３６が連結されている。タイロッド３６の先端は、転舵輪４が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。ピニオンシャフト３１には、図示しない回転角センサが取り付けられている。当該回転角センサは、ラックシャフト３２の往復動に対して回転するピニオンシャフト３１の回転角を転舵角として検出する。

転舵部５は、ラックシャフト３２に転舵輪４を転舵させる転舵力を付与する転舵部アクチュエータ４１を備えている。転舵部アクチュエータ４１は、駆動源となる転舵部モータ４２と、伝達機構４３と、変換機構４４とを備えている。転舵部アクチュエータ４１は、転舵部モータ４２の回転を伝達機構４３を介して変換機構４４に伝達し、変換機構４４にてラックシャフト３２に転舵力が付与されることで、転舵輪４の転舵角が変更される。このとき、操舵部アクチュエータ１３からは、運転者の操舵に抗する操舵反力がステアリングホイール２に付与される。

操舵部３の構成について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、ステアリングホイール２が位置する側を上端側とし、ステアリングホイール２と反対側を下端側とする。
図２に示すように、ステアリングシャフト１１は、中空状のアッパシャフト５１と、中実状のロアシャフト５２と、ロアシャフト５２の軸方向下端部に連結された駆動シャフト５３とを備えている。アッパシャフト５１の上端部には、ステアリングホイール２が連結されている。アッパシャフト５１は、ロアシャフト５２にスプライン嵌合されている。駆動シャフト５３は、ロアシャフト５２の下端部に連結されている。駆動シャフト５３は、中空状の入力軸５４と、中空状の出力軸５５と、入力軸５４及び出力軸５５を互いに連結するトーションバー５６とを備えている。なお、入力軸５４は、ロアシャフト５２に連結されている。また、出力軸５５には、ウォームホイール２５が連結されている。

ロアシャフト５２の下端部には、車両の始動スイッチのオフ時に、ステアリングシャフト１１の回転を規制するためのステアリングロック機構を構成するキーリング５７が嵌合されている。

ステアリングコラム１２は、アッパシャフト５１を回転可能に収容する円筒状のアッパチューブ６１と、操舵部アクチュエータ１３を構成する上記ハウジング２３とを備えている。アッパチューブ６１は、円筒状のインナチューブ６２及びアウタチューブ６３を備えている。インナチューブ６２は、軸受６４を介してアッパシャフト５１を回転可能に支持している。インナチューブ６２とアウタチューブ６３とは、通常時は軸方向への相対移動が規制された状態で嵌合しており、いわゆるテレスコ（登録商標）動作時にも一体的に動作する。一方、インナチューブ６２とアウタチューブ６３とは、車両衝突等による衝撃荷重が車両に作用した場合、軸方向に相対移動して収縮するように構成されている。

操舵部アクチュエータ１３の構成について説明する。
ハウジング２３は、アッパチューブ６１を軸方向に移動可能に収容するチューブハウジング７１と、チューブハウジング７１の下端部に連結されたセンサハウジング７２と、センサハウジング７２の下端側に固定されたウォームハウジング７３とを備えている。チューブハウジング７１、センサハウジング７２、及びウォームハウジング７３は、金属材料により構成されている。

チューブハウジング７１は、略円筒状に形成されている。チューブハウジング７１の下端部には、フランジ部が設けられている。また、センサハウジング７２は、略円筒状に形成されている。センサハウジング７２の上端部には、フランジ部が設けられている。チューブハウジング７１のフランジ部及びセンサハウジング７２のフランジ部をボルト７４によって締結することにより、チューブハウジング７１はセンサハウジング７２に固定されている。

センサハウジング７２には、軸方向に貫通した挿通孔７５が形成されている。挿通孔７５には、駆動シャフト５３が挿通されている。センサハウジング７２は、挿通孔７５における軸方向上端側の開口端に設けられた軸受７６を介して入力軸５４を回転可能に支持している。また、センサハウジング７２は、挿通孔７５における軸方向下端側の開口端に設けられた軸受７７を介して出力軸５５の上端部を回転可能に支持している。なお、挿通孔７５の内周には、トーションバー５６の捩れ量に基づいて操舵トルクを検出するセンサ部７８が設けられている。

ウォームハウジング７３は、ウォーム軸２４が収容されるウォーム軸収容部８１、及びウォーム軸収容部８１に連続して形成されるとともにウォームホイール２５が収容されるウォームホイール収容部８２を有している。ウォーム軸収容部８１は、ウォーム軸２４に対応した円柱状の空間を有している。ウォーム軸収容部８１は、操舵部モータ２１が固定されている取付開口部８６に連通している。なお、図２では、説明の便宜上、ウォーム軸２４の図示を省略している。

ウォームホイール収容部８２は、軸方向上端側が開口している。ウォームホイール収容部８２の軸方向上端側の開口は、センサハウジング７２によって覆われている。センサハウジング７２は、ボルト８３によってウォームハウジング７３に締結されている。ウォームホイール収容部８２の底面には、凹部８４が形成されている。ウォームホイール収容部８２は、凹部８４の内周面に設けられた軸受８５を介して出力軸５５の軸方向下端側の端部を回転可能に支持している。ウォームホイール２５は、出力軸５５の外周に圧入されることにより、出力軸５５と一体回転可能に連結されている。

図３に示すように、操舵部モータ２１は、その一部が取付開口部８６に嵌合する態様でウォームハウジング７３に固定されている。ウォーム軸２４は、継手部材９１を介して操舵部モータ２１に連結されるとともに、軸受９２，９３を介してウォーム軸収容部８１内に回転可能に収容されている。ウォーム軸２４の外周には、螺旋状に延びたウォーム歯９４が形成されている。

図２及び図３に示すように、ウォームホイール２５は、出力軸５５に嵌合するスリーブ部１０１と、スリーブ部１０１の外周に設けられているとともに外周面に歯形成部１０５が形成されているギア部１０２とを有している。スリーブ部１０１は、略円環状に形成されるとともに、その中央に軸方向に貫通した嵌合孔１０３を有している。また、スリーブ部１０１の軸方向下端側の端面には、凹部１０４が形成されている。凹部１０４は、軸方向から見たとき、環状をなしている。

図２に示すように、ウォームホイール２５は、出力軸５５が嵌合孔１０３に圧入されることにより、出力軸５５と一体回転可能に連結されている。上記のように出力軸５５は、軸受７７，８５によりハウジング２３内に回転可能に支持されている。ウォームホイール２５は、軸方向において軸受７７と軸受８５との間に位置している。

ギア部１０２は、略円環状に形成されている。ギア部１０２の内径は、スリーブ部１０１の外径と略等しく設定されている。ギア部１０２の外周面には、ウォーム軸２４のウォーム歯９４と噛み合う複数の歯形成部１０５が形成されている。歯形成部１０５は、外歯である。本実施形態の歯形成部１０５は、その歯筋が軸方向に対して傾斜した斜歯として構成されている。歯形成部１０５は、ギア部１０２の外周面に等間隔に形成されている。

図３及び図４に示すように、スリーブ部１０１の軸方向上端側の端面１０１ａには、閾値角度に応じた位置に第１係止部１１０が形成されている。第１係止部１１０は、スリーブ部１０１と一体形成されている。第１係止部１１０は、端面１０１ａからセンサハウジング７２の凹部７２ａへ向けて軸方向に突出している。第１係止部１１０は、端面１０１ａにおける周方向の一部領域に形成されている。第１係止部１１０は、スリーブ部１０１の凹部１０４の設けられている部分と設けられていない部分との間の境界部分１０６と軸方向において重なる位置に設けられている。第１係止部１１０は、略直方体状をなしている。第１係止部１１０は、スリーブ部１０１と一体回転する。

センサハウジング７２における軸方向下端側の側面には、凹部７２ａが形成されている。凹部７２ａは、軸方向から見たとき、環状をなしている。凹部７２ａには、ウォームホイール２５のスリーブ部１０１と軸方向に対向する位置に第２係止部１２０が形成されている。第２係止部１２０は、センサハウジング７２と一体形成されている。第２係止部１２０は、凹部７２ａからスリーブ部１０１へ向けて軸方向に突出している。第２係止部１２０は、凹部７２ａにおける周方向の一部領域に形成されている。第２係止部１２０は略直方状体をなしている。スリーブ部１０１は、軸受７７，８５に対して軸方向に隣り合うように設けられている。また、第１係止部１１０及び第２係止部１２０は、軸受７７の径方向外側に位置している。径方向から見たとき、第１係止部１１０の存在する軸方向範囲と、第２係止部１２０の存在する軸方向範囲とは、周方向において重なるように設定されている。また、スリーブ部１０１の中心軸Ｏ、すなわち駆動シャフト５３の中心軸Ｏから第１係止部１１０までの長さＬ１と、中心軸Ｏから第２係止部１２０までの長さＬ２とは、略等しく設定されている。第１係止部１１０及び第２係止部１２０により規制機構１４は構成されている。

本実施形態の作用を説明する。
ウォームホイール２５のスリーブ部１０１に設けられている第１係止部１１０は、ステアリングシャフト１１と一体回転するウォームホイール２５の回転に伴い、ウォームホイール２５と一体回転する。ステアリングコラム１２のセンサハウジング７２に設けられている第２係止部１２０に第１係止部１１０が係止されることで、ステアリングシャフト１１、すなわちステアリングホイール２の回転は規制される。規制機構１４は、ステアリングシャフト１１の最下端部以外の部位に配置されるため、従来技術とは異なった規制機構の配置を提供することができる。

本実施形態の効果を説明する。
（１）本実施形態によれば、第１係止部１１０及び第２係止部１２０からなる規制機構１４によって、ステアリングホイール２の操舵角が予め設定された閾値角度を超えることを規制することができる。このようにすることで、ステアリングホイール２の操舵角を機械的に規制する規制機構１４をウォームホイール２５とセンサハウジング７２との間に設けることができる。

（２）規制機構１４によってステアリングホイール２の回転を規制する際、ステアリングシャフト１１には、第１係止部１１０と第２係止部１２０とが当接したことに起因する負荷が加わる。本実施形態では、軸受７７，８５は、負荷の作用点である第１係止部１１０及び第２係止部１２０付近でステアリングシャフト１１を支持することになる。これにより、負荷によって軸受７７，８５に作用する力のモーメントを小さくすることができる。

（３）第１係止部１１０は、ステアリングコラム１２の内部において第２係止部１２０に係止されるため、係止される際の打音がステアリングコラム１２の外部に響くことを抑制できる。

（４）ステアリングシャフト１１の最下端部、すなわち出力軸５５に規制機構を設けないことから、出力軸５５の構成を簡略化することができる。このため、出力軸５５の下端部をハウジング２３から露出しないようにすることができるようになる。

上記実施形態は次のように変更してもよい。また、以下の他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・上記実施形態において、スリーブ部１０１を軸受７７，８５から軸方向に離間した位置に設けてもよい。すなわち、スリーブ部１０１と軸受７７，８５との位置関係は適宜変更可能である。

・上記実施形態において、第１係止部１１０及び第２係止部１２０を軸受７７の径方向外側に位置しないようにしてもよい。すなわち、第１係止部１１０及び第２係止部１２０と軸受７７との位置関係は適宜変更可能である。

・上記実施形態において、第１係止部１１０は、境界部分１０６と軸方向において重ならない位置に設けてもよい。すなわち、第１係止部１１０は、ステアリングホイール２が回転したときに互いに係止できるのであれば、スリーブ部１０１の端面１０１ａのどの位置に設けてもよい。

・上記実施形態において、ステアリングホイール２が回転したときに互いに係止できるのであれば、第１係止部１１０の形状も第２係止部１２０の形状も適宜変更可能である。例えば、第１係止部１１０及び第２係止部１２０は、略円柱形状をなしていてもよい。

・上記実施形態では、ステアリング装置１を、操舵部３と転舵部５との間の動力伝達系を分離したリンクレスの構造としたが、これに限らず、クラッチにより操舵部３と転舵部５との間の動力伝達系を分離した構造としてもよい。この場合、クラッチを接続すれば、操舵部アクチュエータ１３によって、運転者のステアリング操作をアシストすることも可能である。

１…ステアリング装置
２…ステアリングホイール
３…操舵部
４…転舵輪
５…転舵部
１１…ステアリングシャフト
１２…ステアリングコラム
１３…操舵部アクチュエータ
１４…規制機構
２４…ウォーム軸
７６，７７，８５，９２，９３…軸受
２５…ウォームホイール
１０１…スリーブ部
１０２…ギア部
１１０…第１係止部
１２０…第２係止部

Claims (3)

1. 操舵部と、前記操舵部に入力される操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵部との間の動力伝達系が分離した構造を備えるステアリング装置であって、
   前記操舵部は、
   ステアリングホイールに連結されているステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトを回転可能に収容するステアリングコラムと、
   操舵に抗する力である操舵反力を前記ステアリングホイールに付与する操舵部アクチュエータと、
   前記ステアリングホイールの操舵角が閾値角度を超えないように機械的に規制する規制機構とを備え、
   前記操舵部アクチュエータは、操舵部モータにより回転駆動される駆動ギアと、前記駆動ギアに噛合するとともに前記ステアリングシャフトと一体回転する従動ギアとを有する減速機構を有し、
   前記従動ギアは、前記ステアリングシャフトに嵌合されているスリーブ部と、前記スリーブ部の外周に設けられているとともに外周面に歯形成部が形成されているギア部とを有し、
   前記規制機構は、
   前記スリーブ部の軸方向における端面に設けられている第１係止部と、
   前記ステアリングコラムに設けられているとともに前記ステアリングコラム内において前記ステアリングシャフトが回転したときに前記第１係止部と係止する第２係止部とを有しているステアリング装置。
2. 前記ステアリングシャフトは、軸受を介して前記ステアリングコラム内に回転可能に支持され、
   前記第１係止部が形成されている前記従動ギアは、前記軸受に対して軸方向に隣り合うように設けられている請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記操舵部と前記転舵部とが機械的に切り離されているとともに、前記操舵部と前記転舵部との間の動力伝達系が分離されている請求項１または２に記載のステアリング装置。

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