JP4940839B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラックピニオン式の舵取機構を備え、操舵部材に加えられる操舵トルクを検出する検出手段を有する操舵装置に関する。

車両の操舵を行う操舵装置は、運転者によるステアリングホイール等の操舵部材の操作を舵取機構に伝え、この舵取機構を動作させるよう構成されている。このような舵取機構として、操舵部材の回転操作に応じたピニオンの回転を、該ピニオンに噛合するラックを有するラック軸の軸長方向の移動に変換し、ラック軸の両端に連結された左右の前輪を押し引きする動作を行うラックピニオン式の舵取機構が広く採用されている。多くのラックピニオン式の舵取機構において、ピニオン及びラックは、大容量の負荷伝達を可能とすべく、かみあい率が大きいはす歯に夫々形成してある。

また近年においては、操舵部材を操作する運転者の負担を軽減すべく、操舵部材に加えられる操舵トルクをトルクセンサにより検出して、検出された操舵トルクに基づいて操舵補助用のモータを駆動して舵取機構に補助力を加える電動パワーステアリング装置として構成された操舵装置が普及している。

前記トルクセンサは、操舵部材の操作を舵取機構に伝えるステアリング軸の中途に配してあり、操舵トルクの作用によりステアリング軸に生じる捩れを検出対象として構成されている。このトルクセンサは、一般的に、前記捩れを大きくして操舵トルクの検出精度を高めることを目的として、ステアリング軸の中途に、操舵部材側の入力軸と舵取機構側の出力軸とを低剛性のトーションバーにより連結してなる連結部を設け、この連結部において前記トーションバーの捩れを適宜の手段により検出するようにしてある。

このようなトルクセンサを備える操舵装置においては、トーションバーが一種のダンパーの働きをし、路面状態が操舵部材に伝わりにくいという状況が生じたり、操舵部材を操作するときに若干の時間遅れを伴って舵取機構が反応したりというような状況が生じ、操舵感が悪化するという問題があった。

そこで、ラックピニオン式の舵取機構を備える操舵装置においては、ラック軸の軸長方向に作用する力（以下、ラック軸力という）を検出して、このラック軸力から操舵部材に加えられた操舵トルクを求めることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３２１６８５号公報

特許文献１においては、ラック軸を支持するラックハウジングから突出するラック軸の中途にラック軸力を検出する力センサを設けて、この力センサによりラック軸力を直接検出する構成と、前輪のナックルアームに荷重を検出する荷重センサを設けて、検出された荷重に基づいてラック軸力を検出する構成とが開示してある。ところが、このような構成においては、前記力センサ又は荷重センサが外部環境に曝されるため、水、泥、塵埃等の異物の影響により検出精度の低下、故障等の不具合を引き起こす虞がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、低剛性のトーションバーを用いずに操舵部材に加えられる操舵トルクを求めることにより、操舵感を向上することができ、また検出手段の検出精度の低下、故障等の不具合を未然に防止することができる操舵装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る操舵装置は、操舵部材の操作に応じたピニオンの回転を、該ピニオンに噛合するラックを有するラック軸の軸長方向の移動に変換して操舵を行わせる操舵装置において、前記ピニオン及びラックは、はす歯に形成され、前記ピニオンは、ピニオンハウジングの内部に軸受を介して支持されたピニオン軸に一体形成されており、前記ピニオンハウジングの一側開口部を塞ぐ下蓋と、前記ピニオンハウジングの一部と前記ピニオン軸の一部とに当接させてあり、前記ピニオン及びラックの噛合部における作用力の反作用により前記ピニオンに軸長方向に加わる力を検出する力センサと、該力センサにより検出された力に基づいて前記操舵部材に加えられる操舵トルクを演算する演算手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る操舵装置は、前記力センサが、所定の予圧を加えて前記ピニオンハウジング及びピニオン軸に当接させてあり、前記演算手段が、前記力センサにより検出される力と前記予圧との差を求め、求めた差から前記操舵トルクを演算するように構成してあることを特徴とする。

第３発明に係る操舵装置は、前記ピニオン軸に固定された支持板を備え、前記力センサが、前記支持板に前記ピニオンの軸長方向の両側から夫々当接させてあり、前記演算手段は、前記力センサの一方による検出値と他方による検出値との差を求め、求めた差から前記操舵トルクを演算するように構成してあることを特徴とする。

第４発明に係る操舵装置は、前記力センサが、前記ピニオンの両側で前記ピニオン軸を支持する軸受に夫々当接させてあり、前記演算手段が、前記力センサの一方による検出値と他方による検出値との差を求め、求めた差から前記操舵トルクを演算するように構成してあることを特徴とする。

第１発明によれば、ピニオン軸と、該ピニオン軸を軸受を介して支持するピニオンハウジングとの間に力センサを介装し、操舵部材の操作に伴いピニオン及びラックの噛合部に作用する力の反作用によりピニオンに軸長方向に加わる力を前記力センサにより検出して、この検出結果から、例えば、ラック及びピニオン間に働く力の作用反作用の関係式と、ピニオン軸に加えられるトルク及びラック軸力の関係式とを用いて、ピニオン軸に加えられるトルクを演算して、このトルクから操舵トルクを求めているから、従来のトルクセンサのように低剛性のトーションバーを設ける必要が無く、ステアリング軸を剛性の高い中空材又は中実材により構成することにより操舵感を向上することができる。また、前記力センサは、下蓋により塞がれたピニオンハウジングの内部に外部環境に曝さずに設けてあり、水、泥、塵埃等の異物の影響による検出精度の低下、故障等の不具合を未然に防止することができる。

第２発明によれば、力センサに、所定の予圧、具体的には操舵時に想定されるピニオンの軸長方向への作用力の最大値よりも大きい予圧が加えてあるから、前記力センサにより検出値と前記予圧との差を求め、求めた差により操舵部材に加えられる操舵トルクを向きを含めて求めることができる。

第３発明によれば、ピニオン軸に固定した支持板に軸長方向の両側から夫々当接するように力センサを設け、これらの力センサにより、ピニオンに軸長方向の両向きに加わる力を検出し、一方による検出値と他方による検出値との差、即ち一方の力センサによる検出値を基準として他方による検出値との差を求めるようにしてあるから、求めた差により操舵部材に加えられる操舵トルクを向きを含めて求めることができる。

第４発明によれば、ピニオンの両側でピニオン軸を支持する軸受に夫々当接するように力センサを設け、これらの力センサにより、ピニオンに軸長方向の両向きに加わる力を検出し、一方による検出値と他方による検出値との差、即ち一方の力センサによる検出値を基準として他方による検出値との差を求めるようにしてあるから、求めた差により操舵部材に加えられる操舵トルクを向きを含めて求めることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る操舵装置の構成を示す模式図である。本図に示す操舵装置は、ラックピニオン式の舵取機構を備えており、ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成されている。

ラックピニオン式の舵取機構１は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング１１の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１０と、ラックハウジング１１の中途に交叉するピニオンハウジング２０の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備える公知の構成を有している。

ラックハウジング１１の両側から外部に突出するラック軸１０の両端は、各別のタイロッド１２，１２を介して操舵用車輪としての左右の前輪１３，１３に連結されている。またピニオンハウジング２０の一側から外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール３０に連結されている。

ステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング３１の内部に回転自在に支持され、該コラムハウジング３１を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って取付けてあり、コラムハウジング３１の下方へのステアリング軸３の突出端にピニオン軸２が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール３０が固設されている。

図２は、ピニオンハウジング２０及びラックハウジング１１の交叉部周辺を略示する縦断面図である。ピニオン軸２は、図示のように、下半部を拡径して一体形成されたピニオン２１を備えており、このピニオン２１の上下両側に位置する一対のベアリング２２，２３により、ピニオンハウジング２０の内部に回転自在に支持されている。ピニオン２１の上側の軸受２２はアンギュラ玉軸受であり、ピニオン２１の下側の軸受２３は深溝玉軸受である。

ピニオンハウジング２０の下半部の一側には、前述したように、円筒形をなすラックハウジング１１が、軸心を交叉させて連設されている。このラックハウジング１１の内部に支持されているラック軸１０は、ピニオンハウジング２０との連通部を臨む側に、軸長方向の適長に亘って一体形成されたラック１４を備えており、このラック１４はピニオン２１に噛合させてある。

ラックハウジング１１及びピニオンハウジング２０の交叉部には、これら夫々と略直交する向きに円筒形のヨークハウジング４０が突設されている。ヨークハウジング４０の内部には、円形断面を有するサポートヨーク４が嵌合され、軸長方向への摺動自在に保持されている。

ラックハウジング１１の内側に臨むサポートヨーク４の一端は、ラック軸１０の外形に対応するアーチ形状を有し、ラック１４及びピニオン２１の噛合部の逆側からラック軸１０の外周面に滑り板４１を介して摺接させてある。また、サポートヨーク４の他端は、ヨークハウジング４０の開口部にねじ込まれ、ロックナット４３により位置決め固定された支持キャップ４２の底面に臨ませてある。サポートヨーク４と支持キャップ４２との対向面間には、押しばね４４が介装されており、サポートヨーク４は、押しばね４４のバネ力によりラック軸１０に向けて付勢され、該ラック軸１０に弾接させてある。

このように取付けられたサポートヨーク４は、ラック軸１０をピニオン軸２に押し付けてラック１４とピニオン２１とをバックラッシなしに良好に噛合させる作用をなす。ラック軸１０への押し付け力の大きさは、支持キャップ４２のねじ込み量の増減により適正に調整される。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール３０が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオン２１とラック１４との噛合部においてラック軸１０の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸１０の移動により、左右の前輪１３，１３が各別のタイロッド１２，１２を介して押し引きされて舵取りがなされる。

ラックハウジング１１の中途部外側には、操舵補助用のモータ５が取付けてある。このモータ５の出力軸は、ラックハウジング１１の内部に延設され、ボールねじ機構等の運動変換機構を介してラック軸１０の中途に伝動構成されている。モータ５は、後述するように求められる操舵トルクに基づいて駆動され、この駆動により発生した回転を、前記運動変換機構を介してラック軸１０に伝えることにより、前述の如く行われる舵取りを補助している。

図２に示すように、ピニオンハウジング２０の下端には開口部が設けてあり、この開口部は、ねじ込み式の下蓋２４により閉止してある。この下蓋２４の上面にはロードセル６が配してあり、このロードセル６の上面の検出部には板状の荷重受座２５が当接させてある。この荷重受座２５の上面とピニオン軸２の下端面の夫々には凹部が設けてあり、設けられた凹部間には、ボール２６が回転自在に挟持されている。

ロードセル６は、例えば、歪みゲージを弾性体に設け、付加された力による弾性体の変形を歪みゲージの電気抵抗の変化として検出して、この変化に基づいて付加された力を求める公知の力センサである。このロードセル６には、ピニオンハウジング２０への下蓋２４のねじ込みに応じてロードセル６の下面に力が作用し、ロードセル６の検出部には、荷重受座２５及びボール２６を介してピニオン軸２の下端面からの反力が作用して、予圧が与えられることになる。該予圧の大きさは、操舵時に想定されるピニオン２の軸長方向への作用力の最大値よりも大きい値になるように、下蓋２４のねじ込み量の増減により適正に調整されている。前述したボール２６は、ピニオン２１の回転に伴い生じる軸回りのモーメントを伝達せずに、軸長方向の力のみをロードセル６に伝えるために設けてある。また荷重受座２５は、このボール２６により受ける軸長方向の力をロードセル６に安定して作用させるために設けてある。

以上の構成により、ステアリングホイール３０に操舵トルクが加えられ、該操舵トルクに応じて生じるピニオン２１からラック１４への作用力の反作用によりピニオン２１の軸長方向に力が下向き又は上向きに作用すると、ロードセル６により検出される力は増加又は減少することになる。

本発明に係る操舵装置においては、以上のように設けられたロードセル６を用いてピニオン２１に作用する力を検出し、検出された力からピニオン軸２に加えられるトルク、即ち操舵トルクを求めている。まず、ピニオン２１に作用する力とピニオン軸２に加えられるトルクとの関係について、舵取機構１に作用する力の説明図である図３を参照して、以下に説明する。

図３に示すように、ラック１４は、はす歯に形成された複数のラック歯１４ａ，１４ａ…を備えており、これらのラック歯１４ａ，１４ａ…は、ピニオン２１の外周に、はす歯に形成されたピニオン歯２１ａ，２１ａ…に噛合させてある。ピニオン軸２にトルクＴが加えられたときに、ピニオン２１とラック１４との噛合部においてラック１４には、ピニオン歯２１ａ，２１ａ…及びラック歯１４ａ，１４ａ…の歯面に直交する力Ｎが作用する。ピニオン２１には、作用反作用の関係により作用力Ｎの反力Ｎ’が作用する。なお、ピニオン２１に作用する反力Ｎ’とラック１４に作用する力Ｎは、作用反作用の関係により常に等しくなる。ピニオン２１のピニオン歯２１ａ，２１ａ…及びラック１４のラック歯１４ａ，１４ａ…が、夫々はす歯に形成されているため、ピニオン２１に作用する反力Ｎ’は、径方向の分力Ｐｖと軸長方向の分力Ｐａにより表され、ラック１４に作用する力Ｎは、軸長方向の分力Ｎａと該軸長方向及びサポートヨーク４の軸心の夫々に直交する方向（図において上下方向）の分力Ｎｖにより表される。

ピニオン軸２に加えられるトルクＴと、このトルクＴによりラック１４に作用する力Ｎの軸長方向の分力Ｎａとの関係は次式のように表される。
Ｔ＝Ｎａ・Ｓ／（２π） … （１）
ここで、Ｓはピニオン軸２が１回転する間にラック軸１０が移動する移動長さを表すラックストロークレシオである。ピニオン軸２に加えられるトルクＴは、ステアリングホイール３０の直進中立位置からの方向に応じて正負が定められており、例えば、直進中立位置から右方向を正、左方向を負としてある。

図３に示すように、はす歯として形成されたラック歯１４ａ，１４ａ…のねじれ角がθ°である場合、ラック１４に作用する力Ｎ及び軸長方向の分力Ｎａの関係は、次式により表される。
Ｎａ＝Ｎ・ｃｏｓθ … （２）
また、図３に示す面内において、ピニオン軸２がラック軸１０の軸長方向と直交する方向に対してなす角度がθｐ°である場合、作用反作用の関係からＮ’＝Ｎであるから、ラック１４に作用する力Ｎと分力Ｐａとの関係は、次式により表される。
Ｎ＝Ｐａ／ｓｉｎ（θ＋θｐ） … （３）

（２）式及び（３）式を（１）式に代入して、次式が得られる。
Ｔ＝Ｓ・Ｐａ・ｃｏｓθ／（２π・ｓｉｎ（θ＋θｐ）） … （４）
以上より、ピニオン２１に作用する反力Ｎ’の軸長方向の分力Ｐａを検出して、検出した分力Ｐａの値を（４）式に適用してピニオン軸２に加えられるトルクＴを求めることができる。なお、本実施の形態において、ラック１４に作用する力Ｎの軸長方向の分力Ｎａは、右方向を正、左方向を負とし、またピニオン２１に作用する反力Ｎ’の軸長方向の分力Ｐａは、上向きを正、下向きを負としてある。

ピニオン２１に作用する反力Ｎ’の軸長方向の分力Ｐａは、ピニオン２１の下側に設けられたロードセル６により検出される力がＳａであるとき、以下の式により表される。
Ｐａ＝２（Ｓｃ−Ｓａ） … （５）
なお、Ｓｃは、ステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクが０であるときにロードセル６により検出される値であり、前述した下蓋２４のねじ込み量の増減により適正に調整されている予圧である。このように構成された操舵装置において、ステアリングホイール３０が左又は右に回転操作されるとき、ピニオン２１に下向き又は上向きの力が作用するから、ロードセル６により検出される力Ｓａは増加又減少し、分力Ｐａの値は負又は正となる。

ロードセル６による検出結果は、図１に示すようにアシスト制御部７へ与えられている。アシスト制御部７は、ロードセル６により検出された力Ｓａを（５）式に適用してピニオン２１に作用する反力Ｎ’の軸長方向の分力Ｐａを求め、求めた分力Ｐａを（４）式に適用してピニオン軸２に加えられるトルクＴを演算する。演算により得られたピニオン軸２に加えられるトルクＴは、ステアリングホイール３０に加わる操舵トルクＴｈと等しくなる。

アシスト制御部７は、このようにして求められた操舵トルクＴｈに基づいて操舵補助用のモータ５に制御指令を発し、該モータ５の駆動電流を増減制御するアシスト制御動作を行う。またアシスト制御部７には、操舵補助用のモータ５の電流を検出するモータ電流センサ５０による検出結果も与えられている。モータ電流センサ５０により検出された電流は、操舵補助用のモータ５を駆動制御するためのフィードバック信号として用いられている。

このように構成された本発明に係る操舵装置においては、ロードセル６により検出された力Ｓａを（５）式に適用してピニオン２１に軸長方向に作用する力Ｐａを求め、求めたＰａから（４）式を用いてピニオン軸２に加えられるトルクＴ、即ちステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクＴｈを向きを含めて求めているから、従来のトルクセンサのように低剛性のトーションバーを設ける必要が無く、ステアリング軸３を剛性の高い中空材又は中実材により構成することにより操舵感を向上することができる。また、ロードセル６は、ピニオン２１を支持するピニオンハウジング２０の内部に設けてあるから、外部環境に曝されることなく、水、泥、塵埃等の異物の影響による検出精度の低下、故障等の不具合を未然に防止することができる。

また、ピニオン２１に軸長方向の一側から当接するロードセル６に、所定の予圧Ｓｃが加えてあり、この予圧Ｓｃは、操舵時に想定されるピニオン２１の軸長方向への作用力の最大値よりも大きくしてあるから、ロードセル６により検出された力Ｓａと前記予圧Ｓｃとの差を求めて、この求めた差によりステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクを向きを含めて求めることができる。

図４は、本発明の他の実施の形態に係る操舵装置の構成を示す模式図である。図４に示す操舵装置は、ステアリング軸３を支持するコラムハウジング３１の中途に、操舵補助用のモータ５１が取付けてあるコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成されている。

操舵補助用のモータ５１は、コラムハウジング３１の外側に軸心を略直交させて取付けてあり、コラムハウジング３１の内部に延びる出力端に固着されたウォーム（図示せず）をステアリング軸３に外嵌固定されたウォームホイール（図示せず）に噛合させ、モータ５１の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸３に伝え、前述の如く行われる舵取りを補助するように構成されている。その他の構成は、図１に示す実施の形態と同様であるため、対応する構成部材に図１と同一の参照符号を付して、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。なお、ロードセル６、荷重受座２５及びボール２６の構成並びにロードセル６により検出された力を用いてピニオン軸２に加えられるトルクを演算する手順は、前述した実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置においては、ピニオン軸２に加えられるトルクＴに操舵補助用のモータ５１によるアシストトルクが含まれるため、ステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクＴｈを求めるためには、このアシストトルク分をピニオン軸２に加えられるトルクＴから減算する必要がある。従って、ステアリングホイール３０に作用する操舵トルクＴｈは、（４）式により求まるピニオン軸２に加えられるトルクＴを用いて次式のように表される。
Ｔｈ＝Ｔ−Ｔｍ・α … （６）
ここで、Ｔｍはモータトルクであり、モータ電流Ｉｓとモータのトルク定数Ｋｔの積により表される。αは、操舵補助用のモータの出力軸の回転をピニオン軸２に減速伝達するウォーム及びウォームホイールの減速比である。

図５は、アシスト制御部７ａのアシスト制御の処理手順を示すフローチャートである。アシスト制御部７ａは、ロードセル６により検出される力Ｓａとモータ電流センサ５２により検出される操舵補助用のモータ５１のモータ電流Ｉｓとを所定のサンプリング周期にて夫々取り込む（ステップＳ１，２）。

次に、ステップＳ１において取り込まれた力Ｓａを（５）式に適用して分力Ｐａを求め、求めた分力Ｐａを（４）式に適用して、ピニオン軸２に加えられるトルクＴを演算する（ステップＳ３）。

一方、ステップＳ２において取り込まれたモータ電流Ｉｓを用いて、モータトルクＴｍを演算する（ステップＳ４）。モータトルクＴｍは、前述したようにモータ電流Ｉｓとモータのトルク定数Ｋｔの積として求めることができる。

そして、ステップＳ３において求められたピニオン軸２に加えられるトルクＴ及びステップＳ４において求められたモータトルクＴｍを（６）式に適用して、操舵トルクＴｈを演算する（ステップＳ５）。

次に、操舵トルクＴｈを用いて、目標操舵補助力を発生すべく操舵補助用のモータ５１に供給する目標駆動電流Ｉを決定する（ステップＳ６）。ステップＳ６において、目標駆動電流Ｉは、例えば、ステップＳ５で演算された操舵トルクＴｈの演算値をアシスト制御部７ａに記憶された制御マップに適用して決定される。

そして、ステップ６において求められた目標駆動電流ＩとステップＳ２において取り込まれた操舵補助用のモータ５１に流れるモータ電流Ｉｓとの偏差を求め、この偏差に対してＰＩＤ演算を行って、モータ電圧を求め、この演算結果に基づくＰＷＭ信号を図示しないモータ駆動回路に与え、モータ５１を駆動する（ステップＳ７）。

以上のように、コラムハウジング３１の外側に操舵補助用のモータ５１を取付け、ステアリング軸３に伝動構成してなるコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成された操舵装置においても、ピニオン軸２に加えられるトルクＴから操舵補助用のモータ５１によるアシストトルク分を減ずることによりステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクＴｈを求めることができるため、従来のトルクセンサのように低剛性のトーションバーを設ける必要が無く、ステアリング軸３を剛性の高い中空材又は中実材により構成することにより操舵感を向上することができる。

なお、本実施の形態においては、ピニオン２１の下側にロードセル６を設けているが、これに限定されず、ピニオン２１の上側にロードセルを設けてもよい。

図６は、本発明の他の実施の形態に係る操舵装置の要部の構成を略示する縦断面図であり、図２と同様に、ピニオンハウジング２０及びラックハウジング１１の交叉部周辺を示している。図示のように、ピニオン２１の上下両側に設けられた軸受２２ａ，２３ａは、深溝玉軸受であり、ピニオン軸２を軸長方向の移動を可能に支持している。ピニオン軸２は、軸受２３ａによる支持部から下方に延長してあり、この延長端には、スラスト荷重を支持するための円形の支持板８が設けてある。この支持板８は、ロックナット８０によりピニオン軸２に固定され、ピニオン軸２と一体的に回転する。

一方、ピニオンハウジング２０の下端に設けられた開口部には、円筒形をなすホルダ８１がねじ込み固定してある。ホルダ８１は、ピニオンハウジング２０の内部への延長端に、上位置から支持板８に対向する天板を有しており、この天板と支持板８との対向面間には、環状のロードセル６０ａが挟持されている。ロードセル６０ａは、ホルダ８１の天板に一側を固定され、滑り軸受８３ａを介して支持板８に他側を当接させてある。この滑り軸受８３ａは、ピニオン軸２と一体的に回転する支持板８と、ホルダ８１に固定保持されたロードセル６０ａとの間での相対回転を許容し、後述する検出された力に影響を及ぼさないように設けてあり、例えば、砲金等の耐摩耗性に優れた金属材料製のメタルプレートを用いることができる。また、滑り軸受８３ａの代わりに、例えば、スラスト玉軸受、スラストころ軸受等の転がり軸受を用いることができる。

また、ホルダ８１の下側開口部は、該開口部にねじ込み固定された下蓋８２により閉止してある。下蓋８２の上端面は、支持板８の下面に下位置から対向しており、これらの対向面間には、環状のロードセル６０ｂが挟持されている。ロードセル６０ｂは、下蓋８２に一側を固定され、滑り軸受８３ｂを介して支持板８に他側を当接させてある。滑り軸受８３ｂの構成及び作用は、上部の滑り軸受８３ａと同様であるので、説明を省略する。

以上の構成において、ピニオン軸２に上向きの力が作用したときに、上部のロードセル６０ａがホルダ８１に押し付けられることになり、このロードセル６０ａにより検出された力Ｓｕは増加し、ロードセル６０ｂにより検出された力Ｓｌは減少する。一方、ピニオン軸２に下向きの力が作用したときに、下部のロードセル６０ｂが下蓋８２に押し付けられることになり、このロードセル６０ｂにより検出された力Ｓｌは増加し、ロードセル６０ａにより検出された力Ｓｕは減少する。なお、前述した滑り軸受８３ａ，８３ｂは夫々、ピニオン２１の回転に伴い生じる軸回りのモーメントを伝達せずに、軸長方向の力のみをロードセル６０ａ，６０ｂに伝える作用、即ちピニオン２１に軸長方向に加わる力の検出に影響を及ぼさないという作用をなす。その他の構成は、図２に示す実施の形態と同様であるため、対応する構成部材に図２と同一の参照符号を付して、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。

この実施の形態においては、ピニオン２１に夫々の向きに加わる力Ｓｕ，Ｓｌが、ロードセル６０ａ，６０ｂにより夫々検出されるから、一方のロードセル６０ｂにより検出された力Ｓｌを基準として、この検出された力Ｓｌと他方のロードセル６０ａにより検出された力Ｓｕとの差（＝Ｓｕ−Ｓｌ）を求め、求めた差をピニオン２１の軸長方向に作用する力Ｐａとして（４）式に適用することによりピニオン軸２に加えられるトルクＴを向きを含めて求めることができる。

ステアリングホイール３０に操舵トルクＴｈが加えられ、該操舵トルクＴｈに応じて生じるピニオン２１からラック１４への作用力の反作用によりピニオン２１の軸長方向に下向き又は上向きの力が作用すると、ロードセル６０ａ，６０ｂにより検出される力の差であるＰａは増加又は減少するから、前述した実施の形態と同様に、ステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクＴｈを向きを含めて求めることができ、従来のトルクセンサのように低剛性のトーションバーを設ける必要が無く、ステアリング軸３を剛性の高い中空材又は中実材により構成することにより操舵感を向上することができる。

図７は、本発明の他の実施の形態に係る操舵装置の要部の構成を略示する縦断面図であり、図２と同様に、ピニオンハウジング２０及びラックハウジング１１の交叉部周辺を示している。この実施の形態において、ピニオン軸２は、ピニオン２１の上下両端面に夫々当接するアンギュラ玉軸受２２ｂ，２３ｂにより支持してある。

アンギュラ玉軸受２３ｂの下面は、前述したようにピニオンハウジング２０の下端開口部にねじ込み固定された下蓋２４の上端面に対向しており、この上端面に荷重受座２５ａを介して環状のロードセル６１ｂが支持されている。このロードセル６１ｂは、アンギュラ玉軸受２３ｂを介してピニオン２１の下端面に当接させてある。

一方、ピニオンハウジング２０の上端には、ピニオン軸２を突出させるための開口部が設けてあり、この開口部には、ピニオン軸２の外周をシールするオイルシールのホルダを兼ねる上蓋２７がねじ込み固定されている。上蓋２７の下部は、ピニオンハウジング２０の内部に延長されており、この延長端は上側のアンギュラ玉軸受２２ｂの上面に対向しており、この対向面間に環状のロードセル６１ａが挟持されている。このロードセル６１ａは、アンギュラ玉軸受２２ｂを介してピニオン２１の上端面に当接させてある。

以上の構成において、ピニオン軸２に下向きの力が作用したときに、下部のロードセル６１ｂが、下蓋２４に押し付けられることになり、このロードセル６１ｂにより検出された力Ｓｌは増加し、ロードセル６１ａにより検出された力Ｓｕは減少する。なお、荷重受座２５ａは、軸長方向の力をロードセル６１ｂに安定して作用させるために設けてある。

一方、ピニオン軸２に上向きの力が作用したときに、上部のロードセル６１ａが、上蓋２７に押し付けられることになり、このロードセル６１ａにより検出された力Ｓｕは増加し、ロードセル６１ｂにより検出された力Ｓｌは減少する。その他の構成は、図２に示す実施の形態と同様であるため、対応する構成部材に図２と同一の参照符号を付して、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。

この実施の形態においては、ピニオン２１に夫々の向きに加わる力Ｓｕ，Ｓｌが、ロードセル６１ａ，６１ｂにより夫々検出されるから、一方のロードセル６１ｂにより検出された力Ｓｌを基準として、この検出された力Ｓｌと他方のロードセル６１ａにより検出された力Ｓｕとの差（＝Ｓｕ−Ｓｌ）を求め、求めた差をピニオン２１の軸長方向に作用する力Ｐａとして（４）式に適用することによりピニオン軸２に加えられるトルクＴを向きを含めて求めることができる。

ステアリングホイール３０に操舵トルクＴｈが加えられ、該操舵トルクＴｈに応じて生じるピニオン２１からラック１４への作用力の反作用によりピニオン２１の軸長方向に力が下向き又は上向きに作用すると、ロードセル６１ａ，６１ｂにより検出される力の差であるＰａは増加又は減少することになるから、前述した実施の形態と同様に、ステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクＴｈを向きを含めて求めることができ、従来のトルクセンサのように低剛性のトーションバーを設ける必要が無く、ステアリング軸３を剛性の高い中空材又は中実材により構成することにより操舵感を向上することができる。

また、ピニオン２１の両側を支持する支持部の弾性係数、具体的にはアンギュラ玉軸受２２ｂ，２３ｂ及びこれらアンギュラ玉軸受２２ｂ，２３ｂを支持するハウジング等の構造により決まる弾性係数を略等しくすることにより、より精度良く操舵トルクを求めることができる。

なお、以上の実施の形態においては、ピニオン２１の軸長方向に作用する力Ｐａを検出する検出手段としてロードセルを用いているが、これに限定されず、ピニオン２１の軸長方向に作用する力Ｐａを検出可能な検出手段であればよい。

なお、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において種々変更した形態にて実施することが可能である。

本発明に係る操舵装置の構成を示す模式図である。 ピニオンハウジング及びラックハウジングの交叉部周辺を略示する縦断面図である。 舵取機構に作用する力の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る操舵装置の構成を示す模式図である。 アシスト制御部のアシスト制御の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態に係る操舵装置の要部の構成を略示する縦断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る操舵装置の要部の構成を略示する縦断面図である。

符号の説明

１ 舵取機構、２ ピニオン軸、２１ ピニオン、３ ステアリング軸、４ サポートヨーク、６，６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ ロードセル（検出手段，力センサ）、７，７ａ アシスト制御部（演算手段）、８ 支持板、１０ ラック軸、１４ ラック、３０ ステアリングホイール（操舵部材）

Claims (4)

1. 操舵部材の操作に応じたピニオンの回転を、該ピニオンに噛合するラックを有するラック軸の軸長方向の移動に変換して操舵を行わせる操舵装置において、
   前記ピニオン及びラックは、はす歯に形成され、前記ピニオンは、ピニオンハウジングの内部に軸受を介して支持されたピニオン軸に一体形成されており、
   前記ピニオンハウジングの一側開口部を塞ぐ下蓋と、
   前記ピニオンハウジングの一部と前記ピニオン軸の一部とに当接させてあり、前記ピニオン及びラックの噛合部における作用力の反作用により前記ピニオンに軸長方向に加わる力を検出する力センサと、
   該力センサにより検出された力に基づいて前記操舵部材に加えられる操舵トルクを演算する演算手段とを備えることを特徴とする操舵装置。
2. 前記力センサは、所定の予圧を加えて前記ピニオンハウジング及びピニオン軸に当接させてあり、前記演算手段は、前記力センサにより検出される力と前記予圧との差を求め、求めた差から前記操舵トルクを演算するように構成してある請求項１記載の操舵装置。
3. 前記ピニオン軸に固定された支持板を備え、前記力センサは、前記支持板に前記ピニオンの軸長方向の両側から夫々当接させてあり、前記演算手段は、前記力センサの一方による検出値と他方による検出値との差を求め、求めた差から前記操舵トルクを演算するように構成してある請求項１記載の操舵装置。
4. 前記力センサは、前記ピニオンの両側で前記ピニオン軸を支持する軸受に夫々当接させてあり、前記演算手段は、前記力センサの一方による検出値と他方による検出値との差を求め、求めた差から前記操舵トルクを演算するように構成してある請求項１記載の操舵装置。

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