JP3636780B2 - パワーステアリングの入力トルク検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、電動機によって補助トルクを発生する電動パワーステアリングに関し、特に、ステアリングホイールから入力されるトルクを検出するための入力トルク検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の入力トルク検出装置としては、例えば特開平３−２５３４６４号公報に示すものがある。そして、この入力トルク検出装置を図８〜１０で説明する。
図８に示す入力トルク検出装置１０１は、出力軸（ピニオンシャフト）１０３の上端に入力軸１０２の下端を相対回転自在に臨ませ、これら両軸１０２、１０３をトーションバー１０４によって連結している。また、両軸１０２、１０３の外周にはスライド自在にスライダー１０６を設けている。そして、両軸１０２、１０３とスライダー１０６とに次に述べるような変換機構１０５を設け、この変換機構１０５によって、両軸１０２、１０３の相対回転を軸線方向変位に変換し、上記スライダー１０６を軸方向にスライドさせる。
【０００３】
この変換機構１０５は、図９、１０に示すように、入力軸１０２に植設されたピンである入力軸突起１０７をスライダー１０６の螺旋溝１０８に係合させ、また、出力軸１０３に植設されたピンである出力軸突起１０９をスライダー１０６の軸線方向溝１１０に係合させて構成している。
図９、１０に示すように、これら入力軸突起１０７と出力軸突起１０９とは、両軸１０２、１０３の端部が重なった部分で、ほぼ同一円周上にそれぞれ１つずつ設けられている。しかも、これら入力軸１０２と出力軸１０３とは、両軸の間に相対回転変位がない状態で、互いに９０°未満の角度で配置されている。
そして、それに合わせてスライダー１０６に形成した螺旋溝１０８と軸線方向溝１１０も、互いに９０°未満の角度で配置されている。
【０００４】
いま、入力トルクによりトーションバー１０４が捩じれると、入力軸１０２と出力軸１０３の間に捩じれ変位が生じ、この捩じれ変位により入力軸突起１０７と螺旋溝１０８との間に斜め方向の力Ｆが作用する。ただし、突起１０９と軸線方向溝１１０とによってスライダー１０６は回転が規制されるので、結局スライダー１０６が軸線方向の力Ｆｓによって軸線方向にスライドすることになる。そして、このスライド量を、スライダー１０６の検出溝１０６ａに係合させた検出レバー１１１ａを介して、トルクセンサー１１１で検出することになる。
【０００５】
なお、図１０に示すように、入力軸１０２の端部と出力軸１０３の端部とが重なる位置において、入力軸１０２端部の外周面には軸方向に延在させた４つの凸部１１２を等間隔に設けている。
また、出力軸１０３端部の内周面には、上記凸部１１２に対応する凹部１１３を設けている。この凹部１１３は凸部１１２よりも円周方向に大きな幅を有しており、この隙間分だけ入力軸１０２と出力軸１０３とが相対回転できる。
このように、凸部１１２と凹部１１３とによって、過大入力トルクによるトーションバー１０４の破損を防止するためのメカストッパ機構を構成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の従来技術には、以下の問題点があった。
１、 入力軸突起１０７と出力軸突起１０９とはそれぞれ１つずつ設けられ、且つ入力軸１０２と出力軸１０３の相対回転変位がない状態で互いに９０°未満の角度で配置されている。したがって、スライダー１０６に作用する力がアンバランスとなってしまう。つまり、図９に示すように、出力軸突起１０９における軸方向の力ＦｓによるモーメントＦｓ×ｌが矢印ｋ方向に発生してしまい、スライダー１０６がこじり等の作動不良を生じてしまう恐れがある。
２、 しかも、入力軸１０２の一端（図８の下端）を、出力軸１０３の一端（図８の上端）に臨ませているだけなので、入力軸１０２はその内径がトーションバー１０４の外径のみで支持されていることになる。したがって、これら両軸１０２、１０３の端部に曲げが入り易くなってしまう。そして、上記同様に出力軸突起１０９における軸方向の力ＦｓによるモーメントＦｓ×ｌが発生すると、入力軸１０２と出力軸１０３とが曲がってしまいスライダー１０６が円滑にスライドできなくなってしまう。
【０００７】
３、 また、入力軸突起１０７と出力軸突起１０９をそれぞれ１つしか設けていないので、入力軸突起１０７、出力軸突起１０９、或いはスライダー１０６に形成した溝１０８、１１０の作用する力が集中し、これらの磨耗が著しくなってしまう。
４、 更に、突起１０７、１０９と溝１０８、１１０との間にわずかでも隙間があった場合、振動が加わるとスライダー１０６ががたついてしまう。そして、スライダー１０６ががたつくと、トルクセンサー１１１の検出レバー１１１ａが変位してしまい、入力トルクの検出値が安定しないという問題点があった。
５、 更に、凸部１１２と凹部１１３とが相まって、トーションバー１０４の破損防止のためのメカストッパ機構を構成しているが、もし、大きな入力トルクによって凸部１１２が強く凹部１１３に当接すると、入力軸１０２あるいは出力軸１０３が変形してしまう恐れがある。そして、これら軸１０２、１０３が変形してしまうと、スライダー１０６が軸１０２、１０３の変形部分に係止してしまい、スライドできなくなってしまう。
この発明は、上記の問題点を解決できるパワーステアリングの入力トルク検出装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の問題点を解決するために、この発明は、ステアリングホイールからのトルクを伝える入力軸が、トーションバーを介して出力軸に連結される一方、入力軸および出力軸の外周に可動体を軸方向にスライド可能に設け、これら入出力両軸および可動体に設けた螺旋溝と軸線方向溝とこれら溝に係合する突起とで回転を軸方向の動きに変換する変換機構を構成し、トルクによりトーションバーが捩じれると、入力軸と出力軸との間に捩じれ変位が生じ、この捩じれ変位により前記変換機構の働きで前記可動体が軸方向にスライドし、このスライド量をセンサーで検出し補助トルクを発生させるパワーステアリングの入力トルク検出装置を前提とする。
【０００９】
第１の発明は、上記の装置を前提にしつつ、変換機構が、入力軸の円周上で互いに１８０度ずれた位置に設けた一対の入力軸突起と、出力軸に円周上で互いに１８０度ずれた位置に設けた一対の出力軸突起と、可動体に形成するとともに、これら突起のうち一方の突起が係合する螺旋溝と、可動体に形成するとともに、他方の突起が係合する軸線方向溝とから構成される一方、この可動体にセンサーの検出レバーを係合させる検出溝を形成し、この検出溝を挟んで上記入力軸突起と出力軸突起と配置し、しかも、これら突起をほぼ直角だけずらした点に特徴を有する。
第２の発明は、第１の発明において、出力軸の一端に入力軸の一端を臨ませ、しかも両軸を相対回転自在に保ってこれら端部を密着嵌合させた点に特徴を有する。
第３の発明は、第１あるいは第２の発明において、可動体を常に軸線方向に付勢する弾性体を設けた点に特徴を有する。
第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれか一の発明において、可動体は円管形状とするとともに、その内径と内径に位置する軸の外径との間に隙間を持たせた点に特徴を有する。
【００１０】
【作用】
第１の発明では、入力軸の円周上で互いに１８０度ずれた位置に一対の入力軸突起を設け、出力軸に円周上で互いに１８０度ずれた位置に一対の出力軸突起を設けている。そして、これら入力軸突起と出力軸突起とを検出溝を挟んで配置し、しかも、これら突起をほぼ直角だけずらしている。したがって、可動体の全長を短くできるとともに、一対の入力軸突起が各螺旋溝に及ぼす力Ｆのうち、軸方向の成分Ｆｓによる軸線方向溝に係合させる突起におけるモーメントは互いに打ち消されることになる。
しかも、円周方向の成分Ｆｒは、螺旋溝に係合させる一対の突起においてそれぞれ同一量で方向が逆に発生する。また、この円周方向の成分Ｆｒの反力Ｆｒ’が軸線方向溝に係合させた一対の突起において同一量で方向が逆に発生する。このように、可動体に作用する円周方向の力もバランスさせることができる。
【００１１】
第２の発明では、入力軸と出力軸とを回転自在にしたままこれら軸の端部同士を密着嵌合させたので、これら端部に曲げが入りにくくなる。
第３の発明では、可動体を弾性体によって常に軸線方向に付勢しているので、可動体ががたついてしまうことがない。
第４の発明では、入力軸と出力軸とが大きく相対回転し、これら軸が変形してしまったとしても、これら軸と可動体の内周面との間に隙間を持たせているので、可動体が軸の変形部分に係止してしまうのを防止できる。
【００１２】
【実施例】
この発明の一実施例に係る入力トルク検出装置を図１乃至図７に示す。
まず、この入力トルク検出装置を備えた電動パワーステアリングの全体図を図１に示す。
車輪１はナックルアーム２を介して操舵リンク３に連結されており、この操舵リンク３に連続するラック軸４にラックギヤ５が形成されている。このラックギヤ５は入力側のピニオンギヤ６と噛合っている。このピニオンギヤ６は、図２の出力軸であるピニオン軸９、トーションバー１０及び入力軸１１、中間シャフト１２を介してステアリングホイール１３に連結している。そして、これらラックギヤ５、ピニオンギヤ６、ピニオン軸９、トーションバー１０などはギヤボックス７に収納される。また、ギヤボックス７の側部にはトルクセンサー８が設けられており、ステアリングホイール１３によって入力されるトルクを検出する。
このトルク情報と車速センサー１４からの情報により、コントローラ１５から電気信号が電動機１６に送られ、操舵力を最適な力に低減する為の補助トルクが発生される。この補助トルクを伝える電動機１６の出力側のピニオンギヤ１７は出力側のラックギヤ１８に噛合っている。なお、この出力側のラックギヤ１８は前記入力側のラックギヤ５に直列に配置されている。
【００１３】
図２に前記入力側のギヤボックス７の断面図を示す。中空の入力軸１１は軸受２０を介してギヤボックス７に回転可能に取付けられ、中間ジョイント１２に連結されたステアリングホイール１３の回転操作に伴い回転される。入力軸１１の中空孔にはトーションバー１０が挿入され、トーションバー１０の一端（図中上端）は上記入力軸１１に密着嵌合し、ピン１９で固定されており、他端（図中下端）はピニオン軸９の一端（図中上端）に密着嵌合されて回転不能に固定されている。
ピニオン軸９は軸受２４及び２５によりギヤボックス７に回転可能に取付けられ、軸方向中間部にはピニオンギヤ６が形成されている。軸受２５はナット２６によりピニオン軸９に対して軸方向変位不能に固定され、プラグ２７によりギヤボックス７に対して軸方向変位不能に固定されている。
【００１４】
この実施例でも入力軸１１の下端部をピニオン軸９の上端部に臨ませるとともに、次にようにしてメカストッパ機構を構成している。
まず、図３、４に示すように、入力軸１１の下端部に縮径部１１ｃを形成している。そして、この縮径部１１ｃをピニオン軸９の上端部の円筒部９ｃに臨ませるが、この円筒部９ｃの内径を縮径部１１ｃの外径とほぼ同じにしている。したがって、両軸９、１１を相対回転自在に保ったこれら軸９、１１の端部を密着嵌合させている。
このように、入力軸１１とピニオン軸９とは相対回転自在のまま、その端部同士を互いに密着嵌合させている。つまり、これら両軸９、１１が互いに支持し合っていることになる。
【００１５】
そして、入力軸１１にはブロック部１１ａを設けるとともに、このブロック部１１ａの側面に二面幅加工を施している。また、ピニオン軸９の上端部には２つの壁部９ａを設け、上記ブロック部１１ａを挟みこませている。そして、ブロック部１１ａを挟みこむ側における壁部９ａの面にも二面幅加工を施している。
これら二面幅加工によって形成された面９ｂ、１１ｂは相対することになるが、傾斜を有しているのでその間に隙間が形成される。したがって、隙間の分だけピニオン軸９と入力軸１１とは相対回転移動可能になっている。そして、もし入力軸１１に過大な入力トルクが負荷された時は、面９ｂ、１１ｂがぶつかりあって相対回転を規制するので、トーションバー１０が破損するのを防止できる。
【００１６】
このようにした入力軸１１およびピニオン軸９の外周には、軸方向にスライド可能にスリーブ２１を設けている。
このスリーブ２１の詳細図を図５乃至図７に示す。スリーブ２１は円管形状をしており、その外周に、トルクセンサー８の検出レバー８ａが係合する検出溝２１ａを設けている。そして、検出溝２１ａを挟んで入力軸１１側に螺旋溝２１ｂを、また、ピニオン軸９側に軸線方向溝２１ｃをそれぞれ一対ずつ形成している。これら一対の螺旋溝２１ｂ、及び一対の軸線方向溝２１ｃはそれぞれ対称に位置している。つまり、２つの螺旋溝２１ｂを互いに対向させ、かつ、２つの軸線方向溝２１ｃを螺旋溝２１ｂとほぼ直角だけずらした位置で互いに対向させている。
この実施例ではトルクセンサー８として、内部に回転軸を有し、この回転軸の先端に該回転軸に対し半径方向に延在する検出レバー８ａを設けた回転式ポテンショメータを使用している。そして、検出レバー８ａの移動量を回転移動量に変換して検出を行ない、検出された移動量を電気信号に変換してコントローラ１５に送信する。
【００１７】
入力軸１１には入力軸突起である一対の駆動ピン２２を植設するとともに、この駆動ピン２２をスリーブ２１に形成した螺旋溝２１ｂに係合させている。また、出力軸であるピニオン軸９には、出力軸突起である一対の固定ピン２３を植設するとともに、この固定ピン２３を軸線方向溝２１ｃに係合させている。
したがって、これら駆動ピン２２及び固定ピン２３も、それぞれ対向した位置に設けられ、しかも、駆動ピン２２と固定ピン２３とはほぼ直角にずれた位置に設けられている。
なお、ピニオン軸９とスリーブ２１とは、半径方向に隙間を持たせている。これは、入力軸１１に過大な入力トルクが付加され、入力軸１１のブロック部１１ａがピニオン軸９の壁部９ａに強く当接し、これらブロック部１１ａや壁部９ａが半径方向に拡大変形したとしても、この拡大変形した部分によってスリーブ２１が係止されないようにするためである。
また、スリーブ２１の一端側にスプリング２８を設けている。そして、このスプリング２８はその一端をスリーブ２１の上端に、他端をプレート２９を介して軸受２０の下端にそれぞれ押圧している。
【００１８】
次に、この実施例の動作を説明する。
車輪１からの負荷がラックギヤ５に伝わった状態でステアリングホイール１３を操作すると、その回転が中間ジョイント１２を介して入力軸１１に伝えられる。しかし、ピニオン軸９は車輪１からの負荷によりその回転が妨げられているため、入力軸１１の回転によりトーションバー１０は捩じられる。よって、入力軸１１とピニオン軸９の間に捩れ変位が生じ、駆動ピン２２と固定ピン２３とは該捩れ変位に応じて円周方向に互いに相対回転する。
この相対回転により、駆動ピン２２は螺旋溝２１ｂを押しスリーブ２１に斜め方向の力Ｆをくわえる。したがって、スリーブ２１には、スリーブ２１の接線方向の力Ｆｒと、軸線方向の力Ｆｓが作用することになる。ただし、スリーブ２１は固定ピン２３によってその回転が規制されるので、結局は軸線方向の力Ｆｓによって軸線方向溝２１ｃに沿ってスライドすることになる。
このようにして、捩じれ変位によって生じた相対回転を軸線方向の変位に変換する変換機構が構成される。
【００１９】
そして、このスリーブ２１の軸線方向移動量がトルクセンサー８で検出されるとともに、この検出量に応じて、コントローラ１５を介して電動機１６に補助トルクが発生される。電動機１６に補助トルクが発生すると、電動機１６の出力側のピニオンギヤ１７とこれに噛合う出力側のラックギヤ１８を介してラック軸４が軸方向に移動して、操舵リンク３とナックルアーム２を介して車輪１の転舵を補助する様になっている。
【００２０】
以下、この実施例の効果を説明する。
スリーブ２１の螺旋溝２１ｂに係合させた入力軸突起である一対の駆動ピン２２は、同一円周上で１８０度ずらして配置されている。しかも、これら一対の駆動ピン２２から等距離の位置に軸線方向溝に係合させた出力軸突起である固定ピン２３を設けている。したがって、軸方向の力Ｆｓの固定ピン２３におけるモーメントを互いに打ち消すことができ、スリーブ２１がこじれることなくスムーズに作動できる。
【００２１】
さらに、出力軸突起である固定ピン２３も２個設けられ、同一円周上で１８０度ずらして配置されている。そして、これら駆動ピン２２と固定ピン２３とはほぼ直角ずらして配置されている。
このように、すべてのピン２２、２３の相互間隔は円周方向に等間隔を保つので、駆動ピン２２において回転方向に発生する力Ｆｒは同一量で方向が逆になっており、また、この回転方向の力Ｆｒの反力Ｆｒ’が出力軸突起である固定ピン２３に発生する。このように、スリーブ２１に作用する回転方向の力をバランスさせることができ、さらにスリーブのこじれを防止できる。
しかも、駆動ピン２２および固定ピン２３はそれぞれ２個が設けられるので、力を及ぼす螺旋溝２１ｂおよび軸線方向溝２１ｃの面圧を小さくでき、駆動ピン２２および固定ピン２３、螺旋溝２１ｂ、および軸線方向溝２１ｃの磨耗を抑えることができる。
【００２２】
さらに、入力軸１１の縮径部１１ｃとピニオン軸９の円筒部９ｃとを密着嵌合させているので、これら軸９、１１が互いに支持しあい曲げが入りにくくなる。したがって、スリーブ２１のこじり等の作動不良をさらに抑えることができ、しかも、入力軸１１の下端部と出力軸の上端部を同軸上に位置させることができ、駆動ピン２２および固定ピン２３の精度を出しやすくできる。
さらにまた、スリーブ２１をスプリング２８により常に軸線方向に付勢しているので、振動などの外力に対しスリーブ２１のがたつきを抑えられ、これら溝の加工精度を補正できるとともに、入力トルクの検出を安定させられる。
また、さらにピニオン軸９の壁部９ａが半径方向に拡大変形される様な過大な相対回転力が入力軸１１とピニオン軸９の間に発生したとしても、ピニオン軸９の外径とスリーブ２１の内径間に半径方向の隙間を持たせているので、変形部分によってスリーブ２１が係止されてしまうことを防止できる。
【００２３】
なお、以上の実施例では、螺旋溝２１ｂはスリーブ２１に設け、螺旋溝２１ｂに係合する突起は入力軸突起である駆動ピン２２であり、軸線方向溝２１ｃはスリーブ２１に設け、軸線方向溝２１ｃに係合する突起は出力軸突起である固定ピン２３であったが、他の実施例では、これらの溝と突起の組み合わせは多々考えられる。例えば、螺旋溝はスリーブに設け、螺旋溝に係合する突起は出力軸に設け、軸線方向溝はスリーブに設け、軸線方向溝に係合する突起は入力軸に設けることもできる。また、螺旋溝は入力軸に設けられ、螺旋溝に係合する突起はスリーブに設け、軸線方向溝はスリーブに設け、軸線方向溝に係合する突起は出力軸に設けることもできる。さらに、突起はピンではなく、回転自在に設けられた球であっても良い。
【００２４】
【発明の効果】
第１の発明では、軸線方向溝における成分Ｆｓによるモーメントを打ち消すことができ、さらに、可動体の回転方向の力をバランスさせることができる。したがって、可動体のこじり等の作動不良をさらに防止でき、より円滑に可動体をスライドさせることができる。
また、螺旋溝および軸線方向溝に係合させた突起を複数にしたので、これら突起が力を及ぼす螺旋溝および軸線方向溝の面圧を小さくでき、突起、螺旋溝、および軸線方向溝の摩耗を低減できる。
さらに、入力軸突起と出力軸突起とを、センサーの検出レバーを係合させる検出溝を挟んで配置したので、可動体の全長を短くできる。
【００２５】
第２の発明では、さらに、入力軸と出力軸とを回転自在に保ってその端面同士を密着嵌合させたので、入力軸と出力軸とは互いに支持しあっていることになる。したがって、これら端部に曲げが入りにくく、可動体のこじり等の作動不良を防止出来るとともに、入力軸の端部と出力軸の端部の同軸を出しやすく、これにより入力軸突起および出力軸突起の精度を出しやすくなる。
第３の発明では、さらに、可動体を弾性体により常に軸線方向に付勢させているので、可動体のがたつきを抑えることができる。したがって、溝等の加工誤差を吸収でき、また、正確な入力トルクを検出できる。
第４の発明では、隙間を持たせているので可動体の内周面が入力軸または／および出力軸の外周面の変形部分に係止してしまうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に係るパワーステアリングの全体概略図である。
【図２】図１のパワーステアリングに備えられる入力トルク検出装置の全体縦断面図である。
【図３】入力軸の端部とピニオン軸の端部とを密着嵌合させている図である。
【図４】図２のIV−IV線の水平断面図である。なお、便宜上、駆動ピン２３を二点鎖線で示している。
【図５】図２のスリーブの正面図である。
【図６】図５のVI−VI線の断面図である。なお、便宜上、駆動ピン２３を二点鎖線で示している。
【図７】スリーブの斜視図である。
【図８】従来の入力トルク検出装置の全体縦断面図である。
【図９】スライダーの正面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ水平断面図である。
【符号の説明】
４ ラック軸
５ ラックギヤ
６ ピニオンギヤ
８ トルクセンサー（センサー）
９ ピニオン軸（出力軸）
１０ トーションバー
１１ 入力軸
１３ ステアリングホイール
２１ スリーブ（可動体）
２１ｂ 螺旋溝
２１ｃ 軸線方向溝
２２ 駆動ピン（入力軸突起）
２３ 固定ピン（出力軸突起）

Claims (4)

1. ステアリングホイールからのトルクを伝える入力軸が、トーションバーを介して出力軸に連結される一方、入力軸および出力軸の外周に可動体を軸方向にスライド可能に設け、これら入出力両軸および可動体に設けた螺旋溝と軸線方向溝とこれら溝に係合する突起とで回転を軸方向の動きに変換する変換機構を構成し、トルクによりトーションバーが捩じれると、入力軸と出力軸との間に捩じれ変位が生じ、この捩じれ変位により前記変換機構の働きで前記可動体が軸方向にスライドし、このスライド量をセンサーで検出し補助トルクを発生させるパワーステアリングの入力トルク検出装置において、上記変換機構は、入力軸の円周上で互いに１８０度ずれた位置に設けた一対の入力軸突起と、出力軸に円周上で互いに１８０度ずれた位置に設けた一対の出力軸突起と、可動体に形成するとともに、これら突起のうち一方の突起が係合する螺旋溝と、可動体に形成するとともに、他方の突起が係合する軸線方向溝とから構成される一方、この可動体にセンサーの検出レバーを係合させる検出溝を形成し、この検出溝を挟んで上記入力軸突起と出力軸突起と配置し、しかも、これら突起をほぼ直角だけずらしたことを特徴とするパワーステアリングの入力トルク検出装置。
2. 出力軸の一端に入力軸の一端を臨ませ、しかも両軸を相対回転自在に保ってこれら端部を密着嵌合させたことを特徴とする請求項１記載のパワーステアリングの入力トルク検出装置。
3. 可動体を常に軸線方向に付勢する弾性体を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のパワーステアリングの入力トルク検出装置。
4. 可動体は円管形状とするとともに、その内径と内径に位置する軸の外径との間に隙間を持たせたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のパワーステアリングの入力トルク検出装置。

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