JP2836906B2 - ステアリングホイール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばトラック等の車両のステアリングホ
イールの操舵力を検出し、パワーステアリングの制御等
に利用できる操舵力センサを有するステアリングホイー
ルに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、車両のパワーステアリング装置においては、操
舵力センサや操舵量センサをステアリングシャフトに取
付けて、操舵力や操舵量を検出し、この操舵力や操舵量
に基づいて操舵の際の切遅れ補正を図ったものが提案さ
れていた。

ところが、前記操舵力センサや操舵量センサは、ステ
アリングシャフトの歪みや変位を検出するので、ステア
リングホイール自体の慣性に影響され、正確な操舵力や
操舵量を速やかに検出するのが困難であるという問題点
があった。

そのため、特開昭62−105770号公報に記載されている
ように、ステアリングホイール自体に操舵力センサを配
置することが提案された。この公報に記載のステアリン
グホイールは、ボスから突設された一対のスポークに連
結固定された内部リングと、ボス側に基端が固定された
ベンディングビームと、回転方向においてスポークに相
対移動可能に支持され、かつ前記ベンディングビームの
先端が固定されたスポークカバーと、同スポークカバー
に連結されて前記内部リングに対してリング部回転方向
に相対移動可能に支持された外部リングと、前記ベンデ
ィングビームに取付けられたストレーンゲージとから構
成され、操舵の際外部リングが内部リングに対して相対
的に移動されるに伴ってスポークカバーがスポークに対
して相対的に移動され、ベンディングビームがスポーク
カバーの相対移動方向に弾性的に曲げられて歪み、スト
レーンゲージがベンディングビームの曲げ歪みを検出
し、操舵力及びその方向を感知するようになっている。

この構成によれば、ステアリングシャフト自体に各種
センサを配置させる場合より、正確に操舵力を感知する
ことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記特開昭62−105770号公報に記載の技術において
は、操舵力の検出がベンディングビームの曲げ歪みの検
出により行われ、曲げ歪みの検出にはベンディングビー
ムに貼付されたストレーンゲージが使用されていた。

しかし、ベンディングビームの歪量はその長手方向の
位置により異なるため、貼付位置による誤差を防止する
ためにはストレーンゲージを所定位置に正確に貼付して
おく必要がある。このストレーンゲージは薄いテープ状
であるため、貼付作業が手作業で熟練を要し、従って組
付けのばらつきが発生しやすく、しかも貼付作業の自動
化が難しく、量産に適さないという問題点がある。

また、ベンディングビームの歪みと同時にストレーン
ゲージ自身に直接応力が加わるため、繰り返し応力によ
るストレーンゲージの劣化により耐久性が悪くなるとと
もに、湿気等によってストレーンゲージがベンディング
ビームから剥離し易くなり、信頼性が低くなるという問
題点がある。

本発明の目的は、組付けのばらつきがなく、量産に適
するとともに、耐久性及び信頼性を有する操舵力センサ
付きのステアリングホイールを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明ではステアリン
グシャフトに取付けられるボスと、同ボスから放射状に
突設されたスポークと、同スポークに連結された内部リ
ングと、同内部リングを覆い内部リングに対して回転方
向に相対移動可能な外部リングとからなるステアリング
ホイールにおいて、前記スポークには、同スポークに基
端側が支持され先端側が前記外部リングに当接又は接続
された変形部材を設け、同変形部材の先端側に磁束変化
部材を取付けるとともに、前記スポークには基端側が前
記変形部材の基端側に一体的に支持された支持体を設
け、同支持体の先端側に前記磁束変化部材の近傍に位置
して前記磁束変化部材の変化に伴って変化する磁束を検
出するための検出器を取付けるという手段を採用してい
る。

〔作用〕

上記手段を採用したことにより、ステアリングホイー
ルのリング部を回転操作することによって外部リングが
回動し、同外部リングに当接又は接続された変形部材が
回転操作力に応じて変形し、同変形部材の先端側に取着
された磁束変化部材が変位する。そのため、変形部材の
基端側に同変形部材と一体的に支持された支持体の先端
側に取着された検出器への磁束が変化し、この磁束の変
化に基づいて操舵力が検出される。

〔実施例〕

以下に本発明を具体化した一実施例を第１〜10図に基
づいて説明する。

第９図に示すように、ステアリングホイール１はステ
アリングシャフト２に取付けられるボス３から２本の金
属製のスポーク４が放射状に突設されている。第１図に
示すように、これらのスポーク４の先端には、リング部
５を構成する金属製でリング状の内部リング６が溶接に
より固着されている。これらのボス３、スポーク４及び
内部リング６は、各々鋼材から構成して溶接によって連
結させる他、アルミダイカストとして一体的に鋳造して
形成してもよい。

上記内部リング６の周囲には、一定間隔をおいてアル
ミニウム等の軽量金属材料からなる外部リング７が被覆
されている。同外部リング７は上下二分割された上部材
8aと下部材8bとから構成されている。同外部リング７
は、上部材8a及び下部材8bを後述する上部ホルダー９及
び下部ホルダー10のねじ孔11にねじ12で締付け固定する
ことにより、一体的に内部リング６の周囲に配設されて
いる。上記外部リング７の外周部には、皮革製の表皮39
が被覆され外観等を向上させている。

上記上下ホルダー9,10は両スポーク４のリング部５近
傍位置に隙間をあけてスポーク４の周囲を覆うように、
リング部５側の一対の挿通孔13にビス14を挿通すること
により、互いに連結配置されている。両ホルダー9,10は
ABS樹脂、ポリプロピレン（PP）等の硬質の合成樹脂か
ら形成され、第８図に示すように、上記外部リング７の
上下部材8a,8bにねじ12で固定するための一対のねじ孔1
1を備えている。また、下部ホルダー10のボス側には一
対の挟持部10aが突設され、両挟持部10a間には後述する
変形部材としてのベンディングビーム15の先端部が当接
し挟持され、外部リング７が回動されるとその力が挟持
部10aを通じベンディングビーム15の先端部に伝達され
るようになっている。

また、第2,3図に示すように、上部ホルダー９は下部
ホルダー10とほぼ同様の形状を有しているが、ボス３側
の両側部が下方へ折り曲げ形成され、両折曲げ部9aの内
面とスポーク４との間の間隙Ｓが1mmとなるように形成
されている。

第４図に示すように、ベンディングビーム15はアルミ
ニウム合金製で平面Ｉ字状の形状を有し、その基端側に
は一対のねじ孔16が透設され、ねじ17でスポーク４に固
定されるようになっている。同ねじ孔16間の下面（第４
図上面）には、後述するカバー18を取付けるためのねじ
孔19が穿設されている。ベンディングビーム15の先端側
は、前記のように下部ホルダー10の挟持部10aに挟持さ
れ、ベンディングビーム15が基端部を中心にして撓むよ
うになっている。

そして、外部リング７の回動操作により、外部リング
７の内部リング６に対する相対移動量が操舵力と比例す
るようになっているとともに、操舵力がベンディングビ
ーム15を介してスポーク４からボス３を経てステアリン
グシャフト２に伝達されるようになっている。ベンディ
ングビーム15は外部リング７に5kgの操舵力が加わった
ときにその先端部の撓み量が1mmとなるようになってい
る。そして、ベンディングビーム15が1mm撓んだとき、
前記上部ホルダー９の折曲げ部9aの内面がスポーク４の
側面に当接するようになっている。

このベンディングビーム15の先端部は上方（第４図下
方）へ折曲げ形成され、その折曲げ形成された取付け部
15aの内面には、スポーク４の幅方向に延びる磁束変化
部材としての磁石20が接着剤によって固着されている。
なお、第１図に示すように、ベンディングビーム15の下
方には、アルミニウム製のカバー18がベンディングビー
ム15を覆うように基端側においてねじ21を前記ベンディ
ングビーム15のねじ孔19に螺入することによって固定さ
れている。

第2,第８図に示すように、前記上下ホルダー9,10に
は、各々スポーク４の上方及び下方位置にスポークの幅
方向に延びる支持壁22が架設されている。両支持壁22に
は、各々一対の支軸23がスポーク４の長手方向に延びる
ように支持壁22の透孔24に挿通され、そのボス３側にお
いてナット25で固定され、両支軸32の先端にはベアリン
グ26が各スポーク４の上下両面に当接した状態で回転可
能に支持されている。

上記支持壁22よりボス３側の中央位置には、第1,2図
に示すように、別のベアリング27を支持する軸28がスポ
ーク４の支持孔29に遊嵌され、上部のフランジ30と下部
のＣリング31によって同スポーク４に対して上下方向に
移動しないようになっている。同軸28に外嵌されたベア
リング27は上記支持壁22に回転可能に当接している。同
ベアリング27よりボス３側の位置には、スポーク４に設
けられた透孔32に嵌入され上部のフランジ33と下部のＣ
リング34によってスポーク４に固定された固定軸35が立
設されている。同固定軸35と上記軸28との間にはほぼＵ
字状に形成された圧縮バネ36が介在され、軸28を前記支
持壁22側へ押圧することにより、ベアリング27と支持壁
22との間のがたをなくすようになっている。

前記スポーク４とベンディングビーム15との間には、
ベンディングビーム15がスポーク４に支持されている位
置と同位置において板状の支持体37の基端側（ボス３
側）が一対の透孔38にボルト17を挿通することにより固
定されるようになっている。また、同支持体37のリング
部５側には位置決め孔40が透設され、ビス41を挿通する
ことによりスポーク４に対して位置決めできるようにな
っている。また、ボス３側の一側部には、後述するプリ
ント基板43を取付けるための位置決め用爪44が突設され
ている。この支持体37はABS樹脂製で絶縁機能をも有し
ている。同支持体37の先端部には、前記ベンディングビ
ーム15に取着された磁石20と近接する位置にスポーク４
の幅方向に延びる一対の検出器としてのコイルL₁,L₂が
取付けられるようになっている。そして、磁石20の移動
によりコイルL₁,L₂中の磁束が変化し、この磁束を検出
することにより、操舵力を検出できるようになってい
る。

また、上記支持体37の下面には、コイルL₁,L₂中の磁
束を検出し電圧変化に変換するための回路を組み込んだ
プリント基板43が取付けられている。第6,7図に示すよ
うに、プリント基板43の内部リング６側には、前記支持
体37の位置決め孔40に対応する位置に支持孔45が透設さ
れ、ボス３側の一側部には位置決め孔46が透設され、前
記支持体37の位置決め用爪44が挿通されることによって
位置決めされるようになっている。また、リング部５側
の端部には、前記一対のコイルL₁,L₂が装着されてい
る。第10図に示すように、同プリント基板43に組み込ま
れている検出回路は、磁束の変化による同コイルL₁,L₂
のインダクタンス変化を検出するための高周波発信回路
48及び一対のコイルL₁,L₂を含むブリッジ回路47と、上
記ブリッジ回路47のコイルL₁,L₂のインダクタンス変化
を電圧変化に変換する変換回路49と、同変換回路49の両
出力の差を増幅する増幅回路50とから構成されている。

上記のように構成された操舵力センサ付きのステアリ
ングホイールについて作用及び効果を説明する。

第1,2,9図に示すように、リング部５を手で握って、
時計回り又は反時計回りに回転させる操舵力をリング部
５に作用させると、操舵力はまず外部リング７に作用
し、外部リング７を支持している上下両ホルダー9,10に
伝達される。そして、ボス３側の一対の挟持部10aから
両挟持部10aに挟持されているベンディングビーム15の
先端部に操舵力が伝達され、ベンディングビーム15がそ
の弾性力に抗して基端部を中心にして変形しながらさら
にスポーク４に操舵力を伝達する。従って、外部リング
７は操舵力に対応した量だけ内部リング６に対して所定
方向に相対移動される。

このとき、ベンディングビーム15の先端部に取着され
ている磁石20はその近傍に位置する支持体37先端部に取
着された一対のコイルL₁,L₂に対して変位する。一方、
第10図に示すように、両コイルL₁,L₂には高周波発信回
路48から高周波が印加されており、コイルL₁,L₂中の磁
束はコイルL₁,L₂に対する磁石20の位置関係によって変
化する。従って、上記磁石20の移動によってコイルL₁,L
₂のそれぞれの磁束が増減してインダクタンスが増減す
る。このインダクタンスの増減を変換回路49で電圧に変
換し、両電圧出力の差を増幅回路50で増幅することによ
り、磁石20の小さな変位量、ひいては外部リング７とス
ポーク４との相対的な変位量を検出することができる。

上記一対のコイルL₁,L₂は磁石20の移動に伴って一方
のインダクタンスが増大し、他方のインダクタンスがそ
れに対応して減少するいわゆる逆位相タイプのセンサで
ある。また、センサの作動中に検出方向即ちリング部５
の回転方向以外のノイズとなる振動、例えばスポーク４
の延びる方向の振動やスポーク４と直交する上下方向の
振動に対してはコイルL₁,L₂のインダクタンス変化は互
いに打ち消し合うようになっている。

上記増幅回路50からの出力は例えばパワーステアリン
グの油圧コントローラに入力され、パワーステアリング
装置が始動されてパワーステアリングが操舵力に対応し
た最適の力で作動される。

前記ベンディングビーム15はその基端部がスポーク４
に固定されているので、ベンディングビーム15が所定量
撓みながら、スポーク４が回転し、同スポーク４の回転
はボス３を介してステアリングシャフト２に伝達され、
ステアリングシャフト２が所定方向に回転する。また、
5kg以上の操舵力が加えられると、同ベンディングビー
ム15が1mm撓み上部ホルダー９の折曲げ部9aの内面がス
ポーク４に当接し、スポーク４を回転させ、ボス３を介
してステアリングシャフト２が所定方向に回転する。そ
して、外部リング７に操舵力が加わらなくなったときに
は、ベンディングビーム15の弾性力で外部リング７が内
部リング６に対して元の位置に戻る。

上記のように、本実施例の操舵力センサは、ベンディ
ングビーム15の先端部に磁束変化部材としての磁石20を
取着するとともに、基端部において同ベンディングビー
ム15と一体的に取付けられた支持体37の先端部にコイル
L₁,L₂を取着して全体を一体的なものとしたので、セン
サをステアリングホイール１に組付ける前にセンサ単体
で試験ができる。即ち、センサ単体で荷重の変化に合わ
せた調整ができ、各センサの評価ができる。また、予め
一体的に形成されたセンサをステアリングホイール１に
組付けるので、組付けのばらつきが発生しない。さら
に、従来のストレーンゲージを使用して操舵力を検出す
る装置と異なり、検出部に応力が直接作用することがな
いので、劣化がなく、耐久性及び信頼性が向上するとと
もに、ストレーンゲージの貼付を手作業で行う必要もな
いので、量産性にも優れている。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明
の趣旨を逸脱しない範囲で例えば以下のように構成する
こともできる。

（１）前記実施例において、ベンディングビーム15は１
本のスポーク４にのみ取付けることもでき、またスポー
ク４が３本以上の場合にはその本数に応じ取付けること
もできる。

（２）磁束変化部材としては、磁石20以外に金属やコイ
ルを使用することができる。

（３）検出器としては、コイルL₁,L₂以外に、磁器セン
サとしてのホール素子、磁器抵抗素子を使用することが
できる。

〔発明の効果〕

本発明の操舵力センサ付きのステアリングホイールは
組付け時のばらつきが発生せず、量産に適するととも
に、耐久性及び信頼性が向上するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１〜10図は本発明の実施例を示す図であって、第１図
はステアリングホイールの要部断面図、第２図はステア
リングホイールの一部破断底面図、第３図は第１図のII
I−III線断面図、第４図は磁石を取付けたベンディング
ビームを示す斜視図、第５図は支持体を示す斜視図、第
６図はプリント基板の平面図、第７図はプリント基板の
正面図、第８図は下部ホルダーを示す斜視図、第９図は
ステアリングホイールを示す概略平面図、第10図は操舵
力検出装置の回路図である。 ２……ステアリングシャフト、３……ボス、４……スポ
ーク、５……リング部、６……内部リング、７……外部
リング、15……変形部材としてのベンディングビーム、
20……磁束変化部材としての磁石、37……支持体、L₁,L
₂……検出器としてのコイル

フロントページの続き (72)発明者 籾山 冨士男 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日 野自動車工業株式会社内 (72)発明者 原田 浩二 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日 野自動車工業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 1/00 - 1/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングシャフト（２）に取付けられ
   るボス（３）と、同ボス（３）から放射状に突設された
   スポーク（４）と、同スポーク（４）に連結された内部
   リング（６）と、同内部リング（６）を覆い内部リング
   （６）に対して回転方向に相対移動可能な外部リング
   （７）とからなるステアリングホイールにおいて、 前記スポーク（４）には、同スポーク（４）に基端側が
   支持され先端側が前記外部リング（７）に当接又は接続
   された変形部材（15）を設け、同変形部材（15）の先端
   側に磁束変化部材（20）を取付けるとともに、前記スポ
   ーク（４）には基端側が前記変形部材（15）の基端側に
   一体的に支持された支持体（37）を設け、同支持体（3
   7）の先端側に前記磁束変化部材（20）の近傍に位置し
   て前記磁束変化部材（20）の変位に伴って変化する磁束
   を検出するための検出器（L₁,L₂）を取付けたことを特
   徴とする操舵力センサ付きのステアリングホイール。