JP6716987B2 - ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

従来、ステアリングホイールの操舵に伴うステアリングシャフトの回転をラックアンドピニオン機構に伝達することで転舵輪の角度を変更するステアリング装置がある。ラックアンドピニオン機構は、ステアリングシャフトの回転運動をラックシャフトの直線運動に変換する。ラックシャフトの両端部には、それぞれラックエンドを介してタイロッドが回動可能に連結されている。

ところで、ラックアンドピニオン機構を備えたステアリング装置では、ラックシャフトを収容するラックハウジングにラックエンドが当接することで、ラックシャフトの移動（ストローク）、ひいては転舵輪の転舵範囲が機械的に規制される。ラックエンドがラックハウジングに当接する際、ステアリング装置に強い衝撃荷重が加わるおそれがある。このため、たとえば特許文献１のステアリング装置では、ラックエンドとラックハウジングとの間に、それらが当接する、いわゆるエンド当て時の衝撃荷重を吸収するためのエンドダンパが配置されている。

独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０５１ ７１５号明細書

特許文献１のステアリング装置によれば、確かにエンド当て時の衝撃荷重は緩和される。しかし、エンド当て時には、ラックエンドとラックハウジングとはそれらの間に設けられた弾性部材を介して当接する。そのため、エンド当て時の弾性部材による弾性感によって、ステアリングホイールの操舵に違和感を覚える運転者もいる。すなわち、弾性部材によって衝撃吸収性を確保しようとすると操舵時のストロークの限界位置（ストロークエンド）を定めることが困難であった。

本発明は、こうした課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、操舵時のストロークエンドを明確に定めることのできる衝撃吸収部材を備えたステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成しうるステアリング装置は、軸方向への移動によって転舵輪を転舵させる転舵シャフトと、前記転舵シャフトの軸方向への移動に対応して回転する操舵シャフトと、を含む操舵機構と、前記操舵機構に対して前記転舵輪を転舵させる転舵補助力を付与するモータと、前記転舵シャフトを収容するハウジングと、前記転舵シャフトの端部に装着されて、前記転舵輪に連結されるエンド部材と、前記転舵シャフトの軸方向において、前記ハウジングの端面と前記エンド部材の端面との間に設けられて、圧縮されることにより衝撃を吸収する衝撃吸収部材と、前記衝撃吸収部材が圧縮代を残した状態で前記衝撃吸収部材と前記エンド部材とが接触するときに、さらに前記衝撃吸収部材を圧縮する方向への前記転舵補助力の発生を停止または低減するように前記モータを制御する制御装置と、を備えている。

この構成によれば、衝撃吸収部材が圧縮代を残した状態で衝撃吸収部材とエンド部材の端面とが当接するときの転舵シャフトの位置で、転舵補助力の発生を停止または低減することにより、その位置においてストロークエンドを明確に定めることができる。これは、たとえば運転者がステアリング操作するのに必要とされる力が増大することにより、運転者に行き止まり感を感じさせることができるからである。また、転舵シャフトがストロークエンドを超えて、さらに衝撃吸収部材を圧縮する方向へ移動する場合、衝撃吸収部材が圧縮代だけ圧縮されることによって衝撃が吸収される。

上記のステアリング装置において、前記衝撃吸収部材が前記圧縮代を残した状態で前記衝撃吸収部材と前記エンド部材とが接触するときの前記転舵シャフトの位置が、前記転舵シャフトの操舵時の移動限界であり、前記移動限界は、前記転舵シャフトの軸方向において、前記エンド部材の端面と前記衝撃吸収部材とが当接する位置から前記衝撃吸収部材が圧縮されきるまでの位置との間に設定されることが好ましい。

この構成によれば、転舵シャフトが操舵時の移動限界（ストロークエンド）を超えて、さらに衝撃吸収部材を圧縮する方向へ移動する場合、衝撃吸収部材が操舵時の移動限界まで圧縮される位置から衝撃吸収部材が圧縮されきる位置までの間の圧縮代だけ衝撃吸収部材が圧縮されることによって衝撃が吸収される。

上記のステアリング装置において、前記衝撃吸収部材が前記圧縮代を残した状態で前記衝撃吸収部材と前記エンド部材とが接触するときの前記転舵シャフトの位置が、前記転舵シャフトの操舵時の移動限界であり、前記移動限界は、前記エンド部材の端面および前記衝撃吸収部材が当接する位置との間の距離が、前記ハウジングの端面との間の距離よりも短くなる位置に設定されることが好ましい。

この構成によれば、衝撃吸収部材におけるエンド部材により近接した位置に移動限界が設けられる分、車両の最小回転半径の増大を抑制しながら、衝撃吸収部材の耐用回数（寿命）が低減することが抑制される。

上記のステアリング装置において、前記制御装置は、前記モータを制御することにより、前記転舵シャフトが前記移動限界を超えてさらに前記衝撃吸収部材を圧縮する方向に移動することを規制する規制力を、前記操舵機構に対して付与することで、前記転舵補助力の発生を停止または低減してもよい。

この構成によれば、移動限界を超えて転舵シャフトが衝撃吸収部材を圧縮する方向へ移動しようとするとき、転舵シャフトが衝撃吸収部材を圧縮する方向へ移動することを規制する規制力が操舵機構に付与されることにより、移動限界においてストロークエンドをより明確に定めることができる。

上記のステアリング装置において、前記転舵シャフトの軸方向における位置を検出するセンサが設けられ、前記制御装置は、前記位置に基づいて、前記転舵補助力の発生を停止または低減することが好ましい。

この構成によれば、制御装置はセンサを通じて、転舵シャフトの軸方向における位置が、衝撃吸収部材が圧縮代を残した状態で衝撃吸収部材とエンド部材とが接触するときの位置に達したことを検出できる。

上記のステアリング装置において、前記衝撃吸収部材の圧縮量と前記衝撃吸収部材を一定量圧縮することを繰り返したときの耐用回数とは、前記衝撃吸収部材の圧縮量が増加するにつれて、前記衝撃吸収部材の耐用回数が減少する関係を有しており、前記衝撃吸収部材が前記圧縮代を残した状態で前記衝撃吸収部材と前記エンド部材とが接触するときの前記転舵シャフトの位置は、設計上要求される耐用回数に対応した前記衝撃吸収部材の圧縮量に基づいて決定されることが好ましい。

この構成によれば、設計上要求される衝撃吸収部材の耐用回数に対応した衝撃吸収部材の圧縮量に基づいて、衝撃吸収部材が圧縮代を残した状態でエンド部材と接触するときの転舵シャフトの位置を決定することにより、衝撃吸収部材の耐用回数を確保できる。

上記のステアリング装置において、前記制御装置は、前記衝撃吸収部材が前記圧縮代を残した状態で前記衝撃吸収部材と前記エンド部材とが接触するときの前記転舵シャフトの位置に近付くにつれて、前記転舵補助力がより低減するよう前記モータを制御してもよい。

この構成によれば、衝撃吸収部材が圧縮代を残した状態で衝撃吸収部材とエンド部材とが接触するときの転舵シャフトの位置に近付くにつれて、転舵補助力を低減することにより、衝撃吸収部材とエンド部材とが接触する際の打音を抑制できる。

上記のステアリング装置において、前記モータの回転軸に取り付けられる駆動プーリと、前記モータにより発生される転舵補助力を前記転舵シャフトに伝達する従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられるベルトと、を有する減速機を備えるステアリング装置に好適である。

この構成によれば、本来ならば減速機に直接作用する衝撃荷重を、衝撃吸収部材および制御装置によるアシスト力の発生の停止または低減によって低減できる。このため、たとえば減速機のベルトの磨耗が抑制されるので、減速機の耐久性が高められる。

本発明のステアリング装置によれば、その衝撃吸収部材によって、操舵時のストロークエンドを明確に定めることができる。

一実施形態のステアリング装置の概略構成を示す構成図。 一実施形態のステアリング装置について、アシスト機構の概略構造を示す断面図。 一実施形態のステアリング装置について、ラックエンド付近の概略構造を示す断面図。 ラックシャフトの移動量と荷重との関係を示すグラフ。 ラックシャフトの移動量と衝撃吸収部材の状態との関係を示す模式図。 （ａ）〜（ｄ）は、荷重作用時のラックエンド付近の概略構造を示す断面図。 衝撃吸収部材の圧縮量と衝撃吸収部材の耐用回数との関係を示すグラフ。 衝撃吸収部材の圧縮量と車両の最小回転半径との関係を示すグラフ。

以下、ステアリング装置の一実施形態にかかるＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）について説明する。
図１に示すように、ＥＰＳ１は運転者のステアリングホイール１０の操作に基づいて転舵輪１６を転舵させる操舵機構２、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構３、およびアシスト機構３を制御する制御装置としてのＥＣＵ４（電子制御ユニット）を備えている。

操舵機構２は、ステアリングホイール１０およびステアリングホイール１０と一体回転するステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０と連結されたコラムシャフト１１ａと、コラムシャフト１１ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト１１ｂと、インターミディエイトシャフト１１ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト１１ｃとを有している。ピニオンシャフト１１ｃの下端部はラックアンドピニオン機構１３を介して転舵シャフトであるラックシャフト１２に連結されている。ピニオンシャフト１１ｃの下端部（ピニオン歯）は、ラックシャフト１２（ラック歯１２ｂ）に噛み合わされている。したがって、ステアリングシャフト１１の回転運動は、ピニオンシャフト１１ｃの先端に設けられたピニオン歯とラックシャフト１２に設けられたラック歯１２ｂからなるラックアンドピニオン機構１３を介して、ラックシャフト１２の軸方向Ｘ（図１の左右方向）の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動は、ラックシャフト１２の両端にそれぞれ連結されたラックエンド１４（エンド部材）を介してタイロッド１５に伝達される。これらタイロッド１５の運動が左右の転舵輪１６にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪１６の転舵角が変更される。

ラックシャフト１２はラックハウジング１７に収容されている。ラックハウジング１７の両端とタイロッド１５との間には、蛇腹筒状体のラックブーツ１８がそれぞれ配置されている。また、ラックシャフト１２は、ラックハウジング１７に設けられたラックガイド２０により、ピニオンシャフト１１ｃ側へ向けて付勢された状態で、その軸方向Ｘに沿って往復移動できるようにラックハウジング１７の内部に支持されている。

アシスト機構３は、ラックシャフト１２の周囲に設けられている。アシスト機構３は、アシスト力の発生源であるモータ３０と、ラックシャフト１２の周囲に一体的に取り付けられたボールねじ機構４０と、モータ３０の回転軸３１の回転力をボールねじ機構４０に伝達する減速機５０からなる。アシスト機構３は、モータ３０の回転軸３１の回転力を、減速機５０およびボールねじ機構４０を介してラックシャフト１２の軸方向Ｘの力に変換することにより、運転者のステアリング操作を補助する。

ボールねじ機構４０、減速機５０、ピニオンシャフト１１ｃ、およびラックシャフト１２は、ラックハウジング１７により覆われている。ラックハウジング１７には、ラックシャフト１２が挿通される挿通部１７ａが軸方向Ｘにおいて貫通して設けられている。また、ラックハウジング１７はラックシャフト１２の延びる方向に対して交わる方向（図１中の下方）へ突出する部分である減速機ハウジング１７ｂを有している。減速機ハウジング１７ｂの内部には、減速機５０の一部が収容される。減速機ハウジング１７ｂの壁面（図２中の減速機ハウジング１７ｂの右側壁）には、貫通孔３３が設けられている。モータ３０の回転軸３１は、減速機ハウジング１７ｂに設けられた貫通孔３３を通じて減速機ハウジング１７ｂの内部に延びている。回転軸３１はラックシャフト１２に対して平行となるように、モータ３０はラックシャフト１２に対して平行となるように、モータ３０はボルト３２により減速機ハウジング１７ｂに固定されている。挿通部１７ａとラックシャフト１２との径方向における間には、わずかに隙間が設けられている。

ＥＣＵ４は、車両に設けられるセンサ５を含む各種のセンサの検出結果に基づいてモータ３０を制御する。ＥＣＵ４は、モータ３０と一体的に設けられている。センサ５は、たとえばピニオンシャフト１１ｃに設けられ、ピニオンシャフト１１ｃの回転角を検出する回転角センサである。なお、センサ５は回転角センサに限らず、ピニオンシャフト１１ｃのトルクを検出するトルクセンサであってもよい。

つぎに、アシスト機構３について詳細に説明する。
図２に示すように、ボールねじ機構４０は、ラックシャフト１２に複数のボール４２を介して螺合する円筒状のナット４１を備えている。ナット４１は、軸受４４を介してラックハウジング１７の内周面に対して回転可能に支持されている。ラックシャフト１２の外周面には、螺旋状のねじ溝１２ａが設けられている。ナット４１の内周面には、ラックシャフト１２のねじ溝１２ａに対応する螺旋状のねじ溝４３が設けられている。ナット４１のねじ溝４３とラックシャフト１２のねじ溝１２ａとにより囲まれる螺旋状の空間は、ボール４２が転動する転動路Ｒとして機能する。また、図示しないが、ナット４１には、転動路Ｒの２箇所に開口して、当該２箇所の開口を短絡する循環路が設けられている。したがって、ボール４２はナット４１内の循環路を介して転動路Ｒ内を無限循環することができる。

なお、軸受４４はラックハウジング１７に対して軸方向に揺動可能に支持されている。軸受４４の外輪４４ａの軸方向両側には、断面Ｌ字の環状のプレート４５が設けられ、そのプレート４５と外輪４４ａとの間には皿ばね４６が設けられている。外輪４４ａの軸方向における両側面部は、皿ばね４６を介してプレート４５に弾性的に当接している。また、軸受４４の内輪４４ｂの軸方向両側は、従動プーリ５２と固定部材４７とにより挟みこまれている。固定部材４７は、ナット４１に取り付けられた固定部材４８により、ナット４１から離れることが規制されている。また、ナット４１の端部（図２中の右端部）は、軸受４９によってラックハウジング１７の内周面に対して回転可能に支持されている。

このような構成からなるアシスト機構３では、モータ３０の回転軸３１が回転すると、回転軸３１と一体となって駆動プーリ５１が回転する。駆動プーリ５１の回転は、ベルト５３を介して従動プーリ５２に伝達されて、これにより従動プーリ５２は回転する。このため、従動プーリ５２と一体的に取り付けられたナット４１も一体回転する。ナット４１はラックシャフト１２に対して相対回転するため、ナット４１とラックシャフト１２との間に介在される複数のボール４２は双方から負荷を受けて転動路Ｒ内を無限循環する。ボール４２が転動路Ｒ内を転動することにより、ナット４１に付与された回転トルクがラックシャフト１２の軸方向Ｘに付与されるアシスト力（操舵補助力）に変換される。このため、ラックシャフト１２はナット４１に対して軸方向Ｘに移動する。すなわち、ＥＣＵ４は、運転者のステアリング操作に基づいてモータ３０を制御することにより、ラックシャフト１２に軸方向Ｘに移動させるアシスト力を付与する（図１参照）。

図３に示すように、ラックエンド１４はいわゆるボールジョイントであり、先端にボール部６１ａが設けられたボールスタッド６１と、そのボール部６１ａを回動、屈曲自在に収容するソケット６２とを有している。ソケット６２の内部には、ボール部６１ａの球面形状に対応した球面座６２ａが装着されている。ボールスタッド６１は、そのボール部６１ａが球面座６２ａに嵌合されることで、ソケット６２に対して屈曲自在に連結されている。このボールスタッド６１におけるボール部６１ａに、タイロッド１５が接続固定されることにより、タイロッド１５がラックシャフト１２に対して屈曲自在に連結される。

ラックエンド１４は、ソケット６２がラックシャフト１２の端部に螺合されることにより、ラックシャフト１２に固定されている。ソケット６２におけるラックシャフト１２側の端面６３には、ラックシャフト１２側に突出する円柱部６４が設けられている。円柱部６４の外周面には、雄ねじ部６５が設けられている。一方、ラックシャフト１２の端部には、ラックシャフト１２と同心の円形孔６６が設けられている。円形孔６６の内周面には、雄ねじ部６５と対応する雌ねじ部６７が設けられている。雄ねじ部６５が雌ねじ部６７に螺合されることにより、ソケット６２はラックシャフト１２の端部に固定されている。なお、ソケット６２の端面６３は、ラックシャフト１２の端面に当接している。

ラックハウジング１７の端部には、ソケット６２が挿入される拡径部１７ｃが設けられている。拡径部１７ｃの内径は、挿通部１７ａの内径よりも大きく設定されている。挿通部１７ａと拡径部１７ｃとの境界部分には、軸方向Ｘと直交する規制面１７ｄが設けられている。ソケット６２の外径は、ラックハウジング１７の挿通部１７ａの内径より大きく、拡径部１７ｃの内径より小さく設定されている。このため、ラックシャフト１２の移動に伴い端面６３が規制面１７ｄに当接する（正確には、本実施形態では衝撃吸収部材７０を介して端面６３が規制面１７ｄに当接する）、いわゆるエンド当てが発生する。そこで、エンド当て時の衝撃荷重を緩和するために、ラックハウジング１７の規制面１７ｄとラックエンド１４の端面６３との間には、衝撃吸収部材７０が設けられている。

衝撃吸収部材７０は、円筒状の弾性部７１と、弾性部７１の軸方向両側の側面にそれぞれ設けられる円環状のエンドプレート７２，７３とを有している。
弾性部７１は、ゴム、合成樹脂などを含むエラストマーにより構成されている。弾性部７１における規制面１７ｄ側の端部（図３中の左端部）には、その外周にフランジ部７１ａが設けられている。フランジ部７１ａが拡径部１７ｃに設けられた凹部１７ｅに嵌合することにより、弾性部７１はラックハウジング１７に取り付けられている。また、弾性部７１の内径は、ラックシャフト１２の外径よりも大きく設定されている。

エンドプレート７２，７３は、弾性部７１に比べて高い弾性率を有している。エンドプレート７２の外径は、ラックハウジング１７における拡径部１７ｃの内径よりもわずかに小さく設定されている。エンドプレート７３の外径は、拡径部１７ｃの凹部１７ｅの内径よりもわずかに小さく設定されている。エンドプレート７２は、弾性部７１における規制面１７ｄと反対側の端面である第１の端面（図３中の右端面）に接触した状態で配置される。また、弾性部７１における規制面１７ｄ側の端面である第２の端面（図３中の左端面）には、エンドプレート７３が接触した状態に維持されている。弾性部７１の第２の端面は、エンドプレート７３を介して、規制面１７ｄに接触した状態に維持される。エンドプレート７２，７３が設けられることにより、衝撃吸収部材７０を介して端面６３が規制面１７ｄに当接する際の衝撃荷重は分散された状態で弾性部７１に作用する。なお、エンドプレート７２のラックエンド１４側の端面は、エンド当て時にラックエンド１４の端面６３と当接する当接面７２ａとして機能する。

なお、衝撃吸収部材７０を介して端面６３が規制面１７ｄに当接するエンド当てには、運転者のステアリング操作に伴ってラックシャフト１２が軸方向に移動する正入力と、転舵輪１６の縁石乗り上げ等による衝撃荷重に伴ってラックシャフト１２が軸方向に移動する逆入力とがある。ここでの逆入力（逆入力荷重）は、正入力（正入力荷重）よりも大きい荷重を想定している。

ラックガイド２０は、ラックハウジング１７の外周面に設けられた筒状のガイド取付部１７ｆの開口部に取り付けられたプラグ２１と、弾性力を有する付勢部材２２と、プラグ２１に対して進退移動可能に設けられ、付勢部材２２の弾性力によりラックシャフト１２におけるラック歯１２ｂと反対側の背面１２ｃに押し付けられるサポートヨーク２３とを有している。サポートヨーク２３は、ラックシャフト１２の背面１２ｃの半円筒形状（断面半円弧形状）に対応するガイド面２３ａを有している。付勢部材２２によりサポートヨーク２３がラックシャフト１２に押し付けられることにより、ラックシャフト１２のラック歯１２ｂとピニオンシャフト１１ｃのピニオン歯１１ｄとの噛み合いが確保される。

また、ラックシャフト１２は、ラックハウジング１７の挿通部１７ａ内において、ラックガイド２０により、ピニオンシャフト１１ｃに噛み合うように押し付けられた状態で支持される。

ところで、図１に示すように、ＥＣＵ４はセンサ５の検出結果に基づいて、ラックシャフト１２の軸方向Ｘにおける位置を検出する（ラックエンド１４などの位置であってもよい）。具体的には、ＥＣＵ４は、センサ５により検出されるピニオンシャフト１１ｃの回転角に基づき、ラックシャフト１２の中立位置からのラックシャフト１２の軸方向Ｘの移動量（ストローク量）を検出することにより、ラックシャフト１２の軸方向Ｘにおける位置を検出する。すなわち、ピニオンシャフト１１ｃの回転角とラックシャフト１２の軸方向Ｘにおける移動量との間には一定の関係があり、ピニオンシャフト１１ｃが回転できる範囲はラックシャフト１２の移動できる範囲に対応している。

ＥＣＵ４は、ラックシャフト１２の軸方向Ｘにおける位置に基づいて、モータ３０の制御態様を変更する。すなわち、ＥＣＵ４は、ラックシャフト１２の軸方向Ｘにおける移動位置が操舵時のストロークエンド近傍の所定位置に達したとき（ラックエンド１４が衝撃吸収部材７０に近付いたとき）、当該ストロークエンドに近づく方向へ向けたラックシャフト１２の移動を抑制すべく、モータ３０からラックシャフト１２へと付与されるアシスト力を低減または停止させる電子ストッパ制御を実行する。なお、ＥＣＵ４は、電子ストッパ制御を実行することにより、電子的（電気的）に、操舵時のストロークエンドである正入力エンドを生成する。

図４は、ラックシャフト１２の軸方向Ｘにおける移動量（ストローク量）と、弾性部７１へ作用する荷重（応力）との間の関係を模式的に図示したものである。なお、座標のスケールについては便宜上、完全には統一していない。

図４に一点鎖線で示されるように、正入力エンドが生成されていない場合、ラックシャフト１２の移動量の増加に伴って荷重はゆるやかに増加する。これは、ラックエンド１４とラックハウジング１７との間では、弾性部７１を介して荷重が伝達されるためである。すなわち、弾性部７１が衝撃荷重を吸収することにより、荷重の急激な増加が抑制される。なお、弾性部７１がある一定の荷重を超えると、ラックシャフト１２の移動量に対する荷重の立ち上がり（傾き）がより増加する。

図４に実線で示されるように、正入力エンド（電子制御エンド）が生成される場合、ある一定のラックシャフト１２の移動量までは、正入力エンドが生成されていない場合と同様に、弾性部７１が荷重を吸収するため、ラックシャフト１２の移動量に対応して荷重が緩やかに増加する。そして、ラックシャフト１２（正確にはラックエンド１４の端面６３）が正入力エンドに達した時、ラックシャフト１２の軸方向Ｘにおける移動が抑制あるいは規制されるため、正入力荷重（運転者が操舵したときの最大荷重）よりも大きな逆入力荷重が作用するまで、ラックシャフト１２の移動量は変化しない。そして、逆入力荷重が作用すると、弾性部７１がさらに圧縮されることにより、正入力エンドを超えて、ラックシャフト１２の移動量は増加する。なお、弾性部７１は、電子ストッパ制御で受ける荷重の分だけオフセットする形で、より大きな衝撃荷重を吸収する。

以上のことから、正入力エンド（行き止まり感）を明確にするためには、ＥＣＵ４によって電子ストッパ制御を行うことが好ましい。これに対して、電子ストッパ制御を行っていない場合、運転者は弾性部７１の弾性感によってラックシャフト１２のストロークの限界位置（正入力エンド）を把握することが困難である。

次に、ラックシャフト１２の移動量と衝撃吸収部材７０の状態との関係の概略を説明する。
図５に示すように、ラックエンド１４と衝撃吸収部材７０（エンドプレート７２）とが接触していない非接触状態（図６（ａ））から、ラックシャフト１２が軸方向Ｘへさらに移動することにより、ラックエンド１４とエンドプレート７２とが接触する（図６（ｂ））。ラックシャフト１２が軸方向Ｘへさらに移動すると、ラックシャフト１２の操舵時のストロークエンドとして、電子ストッパ制御を通じて生成される正入力エンドにより、ラックシャフト１２の軸方向Ｘの移動は規制される（図６（ｃ））。正入力荷重よりも大きな逆入力荷重がラックシャフト１２に作用すると、ラックシャフト１２は正入力エンドを超えて衝撃吸収部材７０の弾性部７１が潰れきる位置（物理的なストロークエンド）である逆入力エンドまで移動する（図６（ｄ））。

つぎに、ラックシャフト１２の移動量と衝撃吸収部材７０の状態との関係について、詳細に説明しつつ、電子ストッパ制御による正入力エンドについて説明する。
図６（ａ）は、非エンド当て時の状態を示している。この場合、ラックエンド１４（ソケット６２）の端面６３とエンドプレート７２の当接面７２ａとは互いに離れた状態にある。この非エンド当て時の状態から、ラックシャフト１２に対して操舵に伴う正入力や転舵輪１６側からの逆入力が加わると、正入力および逆入力の方向に応じて、ラックエンド１４の端面６３がラックハウジング１７の規制面１７ｄに近接または離間する方向（軸方向Ｘ）にラックシャフト１２が移動する。

図６（ｂ）に示すように、ラックシャフト１２が正入力エンド（ストロークエンド）にさらに近付くと（ステアリングホイール１０が操作限界へ向けて操舵されると）、ラックエンド１４の端面６３がエンドプレート７２の当接面７２ａに当接する。この状態では、衝撃吸収部材７０の弾性部７１に大きな荷重が作用していないため、弾性部７１の軸方向Ｘにおける長さは、図６（ａ）に示される非エンド当て時における弾性部７１と同様である。なお、このときの軸方向Ｘにおける衝撃吸収部材７０のラックエンド１４側の当接面７２ａの位置を位置Ｌ１とする。そして、ラックエンド１４の端面６３がラックハウジング１７の規制面１７ｄに接近するようにラックシャフト１２がさらに移動すると、当該移動に伴い弾性部７１が圧縮され始める。すなわち、端面６３が位置Ｌ１を超えて規制面１７ｄに接近すると、衝撃吸収部材７０の弾性部７１は端面６３と規制面１７ｄとにより挟みこまれて圧縮される。

図６（ｃ）に示すように、ラックシャフト１２が位置Ｌ１を超えて正入力エンドにさらに近付くと（ステアリングホイール１０が操作限界まで操舵されると）、弾性部７１がさらに圧縮されることにより、衝撃吸収部材７０（弾性部７１）の軸方向Ｘにおける長さがより小さくなる。そして、ラックシャフト１２が位置Ｌ２に達するタイミングで、電子ストッパ制御を通じて正入力エンドが生成されることにより、端面６３が規制面１７ｄに近接する方向へのラックシャフト１２の移動が規制される。この場合、正入力エンドは、弾性部７１が位置Ｌ１と位置Ｌ２との距離の差である圧縮量（たわみ）Ｄ１（＝Ｌ１−Ｌ２）だけ圧縮される程度の位置に設定される。なお、圧縮量Ｄ１、すなわち正入力エンドの位置は、弾性部７１の耐用回数（寿命）、正入力エンド時の車両の最小回転半径と逆入力エンド時の最小回転半径との差、操舵フィーリング（弾性部７１による弾性感）、および衝撃吸収部材７０（弾性部７１）の衝撃吸収性能を始めとする様々な要因に基づいて設定される。

なお、図７に示すように、圧縮量（荷重）と弾性部７１の耐用回数（寿命）とはトレードオフの関係を有している。すなわち、圧縮量が大きくなるほど、耐用回数は小さくなる。この耐用回数は、弾性部７１がある圧縮量で圧縮された場合でも、弾性をほとんど失わない程度の回数である。耐用回数はＥＰＳ１のエンド当て回数に対応しており、耐用回数が多いほど衝撃吸収部材７０を使用できる期間（耐用回数）も長くなる。

正入力エンドの位置、すなわち圧縮量Ｄ１は、設計時に想定される衝撃吸収部材７０（弾性部７１）の耐用回数に基づいて決定される。言い換えれば、衝撃吸収部材７０に要求される使用期間を考慮して、衝撃吸収部材７０の耐用回数が推定される。そして、弾性部７１の耐用回数を満たせる程度の圧縮量Ｄ１が決定される。また、弾性部７１の耐用回数を満たしつつも、衝撃を吸収する性能を確保するために圧縮量Ｄ１もできる限り確保することが好ましい。

たとえば、正入力エンド（圧縮量Ｄ１）は、弾性部７１が弾性限界に達するときの圧縮量Ｄ３を超えない程度の圧縮量（圧縮量Ｄａ、圧縮量Ｄａよりも大きい圧縮量Ｄｂ）だけ圧縮されるとき、設計時に要求される耐用回数を超える圧縮量であればどのように設定されてもよい。また、圧縮量Ｄ１を圧縮量Ｄａに設定したときの耐用回数も、圧縮量Ｄ１を圧縮量Ｄｂに設定したときの耐用回数もほとんど変わらない程度であれば、より衝撃を吸収できる性能を確保できる圧縮量Ｄｂに圧縮量Ｄ１を設定することが好ましい。なお、正入力エンド（圧縮量Ｄ１）を、弾性部７１が弾性限界に達するときの圧縮量Ｄ３を超える程度の圧縮量Ｄｃに設定する場合には、設計時の耐用回数を満たさないことが想定される。弾性部７１が弾性限界を超えると、塑性変形して完全には圧縮前の状態に戻れなくなるためである。このため、弾性部７１の衝撃を吸収できる性能、ひいては耐用回数が急激に減少してしまう。したがって、圧縮量Ｄｂよりも大きな圧縮量Ｄｃを確保できるとしても、耐用回数が大幅に減少してしまうため、より少ない耐用回数で十分だと判断されない限り、正入力エンドを圧縮量Ｄｃ程度に設定することは好ましくない。なお、正入力エンドを圧縮量Ｄｃ程度に設定した場合でも、想定しうる設計時の耐用回数を満たせる場合には、正入力エンドを圧縮量Ｄｃに設定してもよい。

以上の事項を考慮して、衝撃吸収部材７０が圧縮量Ｄ１だけ圧縮される位置Ｌ２に正入力エンドが設定されている。本例では、正入力エンドの位置Ｌ２は、弾性部７１が弾性限界に達しない程度の位置に設定されている。なお、弾性部７１のエンドプレート７３側の端面と位置Ｌ２との間の距離は、弾性部７１のエンドプレート７２側の端面と位置Ｌ２との間の距離よりも短い。

図６（ｃ）のように弾性部７１が圧縮量Ｄ１だけ圧縮された状態から、運転者によってステアリングホイール１０が逆方向に操舵されると、端面６３が規制面１７ｄから離間する。端面６３と規制面１７ｄとが離間するにつれて、弾性部７１は軸方向Ｘに膨張し、図６（ｂ）に示される状態を経て、図６（ａ）に示される非エンド当て時の状態に戻る。

図６（ｄ）に示すように、正入力荷重より大きな逆入力荷重がラックシャフト１２に作用することで、ラックシャフト１２が正入力エンドの位置Ｌ２を超えて移動すると、弾性部７１がさらに圧縮される。そして、その逆入力荷重によって弾性部７１が圧縮されきると、弾性部７１は物理的にこれ以上圧縮できなくなり、位置Ｌ３において、端面６３が規制面１７ｄに接近する方向へのラックシャフト１２の移動が機械的に規制される。ラックハウジング１７の変形などが生じない限り、これ以上ラックシャフト１２は移動できなくなる。なお、位置Ｌ３は作用した逆入力荷重の大きさによって位置が変化する。

ところで、図６（ｃ）における正入力エンドの位置Ｌ２から、図６（ｄ）における弾性部７１が圧縮されきる位置Ｌ３まで、弾性部７１は圧縮代Ｄ２（＝Ｌ２−Ｌ３）を有している。圧縮代Ｄ２は、弾性部７１が圧縮することのできる圧縮量のことである。正入力エンドに達した場合であっても、弾性部７１が圧縮代Ｄ２だけ圧縮できる部分を残していることにより、逆入力荷重が作用した場合であっても、弾性部７１が圧縮することで逆入力による衝撃荷重を吸収することができる。なお、弾性部７１が逆入力エンドの位置Ｌ３まで圧縮されるのは、ごく稀である。このため、弾性部７１が逆入力エンドまで圧縮されることに対する弾性部７１の耐用回数は数回でもよいし、１回でもよい。

つぎに、圧縮量と車両の最小回転半径との関係について説明する。
図８に示すように、圧縮量と車両の最小回転半径とは、圧縮量が大きくなるにつれて車両の最小回転半径は小さくなる関係を有している。すなわち、圧縮量Ｄａ、圧縮量Ｄｂ、圧縮量Ｄｃの順に圧縮量が大きくなるにつれて、車両の最小回転半径は小さくなる。これは、弾性部７１の圧縮量が大きい程、ラックシャフト１２がより軸方向Ｘに移動できるようになり、転舵輪１６の転舵角（切れ角）を大きくすることができるためである。最小回転半径が小さいほど、車両の小回り性能が良くなるため、最小回転半径の観点からは弾性部７１の圧縮量がより大きい方が好ましい。しかし、前述のように弾性部７１の圧縮量を大きく取りすぎると、弾性部７１の耐用回数は小さくなる。

この点、本実施形態では、位置Ｌ２に正入力エンドを設定することにより、弾性部７１の耐用回数を確保した状態で、できる限り最小回転半径が小さくなるように圧縮量も確保している。また、衝撃吸収部材７０（弾性部７１）が圧縮される前に電子ストップ制御により正入力エンドを生成する場合と比べて、より最小回転半径を小さくすることができる。このため、正入力エンドでの最小回転半径（転舵角）を逆入力エンドでの最小回転半径（転舵角）に近付けることができる。すなわち、電子ストッパ制御での正入力エンドが、より逆入力エンドに近付く分、正入力エンドでの最小回転半径と逆入力エンドでの最小回転半径との差が小さくなる。このため、逆入力エンドのときの操舵性能が正入力エンドのときの操舵性能と比べて大きく変化することがない。したがって、運転者は通常時と同様の感覚で操舵を行うことができる。

本実施形態の効果を説明する。
（１）弾性部７１を有する衝撃吸収部材７０を用いた場合であっても、電子ストッパ制御を通じて、正入力エンドを明確に定めることができる。運転者がステアリング操作するのに必要とされる力（操舵トルク）が増大する分、衝撃吸収部材７０をさらに圧縮する方向へ向けてステアリングホイール１０を回転させることが困難になり、運転者は行き止り感を感じる。このため、運転者はステアリング操作した際に正入力エンドを明確に認識することができる。

（２）衝撃吸収部材７０（弾性部７１）の圧縮されきる位置Ｌ３に対して圧縮代Ｄ２を残した位置に正入力エンドを設定することにより、逆入力荷重が作用した場合であっても、衝撃吸収部材７０が圧縮することにより、逆入力荷重を吸収することができる。

（３）正入力エンドを、弾性部７１に設計上要求される耐用回数に対応した圧縮量に基づいて設定することにより、車両の最小回転半径の増大を抑制しながら、弾性部７１の耐用回数（寿命）を確保することができる。これは、たとえば、正入力エンドを弾性部７１が弾性限界に達しない程度の圧縮量だけ圧縮される位置に設定することにより、通常の操舵時に弾性部７１が塑性変形することが抑制されるからである。

（４）衝撃吸収部材７０がある程度圧縮された位置（位置Ｌ２）に正入力エンドが設定されることにより、ラックシャフト１２が正入力エンドに達するまでに衝撃吸収部材７０によって衝撃を吸収できる。すなわち、ラックシャフト１２が正入力エンドに達した時、その正入力荷重によるラックシャフト１２の移動は、電子ストッパ制御によって規制されるのみならず、衝撃吸収部材７０が圧縮量Ｄ１だけ圧縮されることによって抑制される。

（５）衝撃吸収部材７０がある程度圧縮したのちに、電子ストッパ制御による正入力エンドが設定されることにより、位置Ｌ２において電子ストッパ制御を行った場合であっても、衝撃吸収部材７０が圧縮されることによって衝撃が緩和される。このため、電子ストッパ制御によりアシスト力を低減または停止させるときの勢いを小さく（あるいは無くすことが）できる。また、ラックシャフト１２が正入力エンドにおいて移動が規制された状態から、衝撃吸収部材７０の圧縮を開放する方向へ向けて移動するときの勢いをより緩やかなものにすることも可能になる。

なお、本実施形態は次のように変更してもよい。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。
・本実施形態では、ＥＣＵ４はセンサ５の検出結果に基づいて、ラックシャフト１２の軸方向Ｘにおける位置を検出したが、これに限らない。たとえば、ＥＣＵ４はセンサ５の検出結果に基づいて、ラックシャフト１２の軸方向Ｘにおける移動速度を検出してもよい。この場合、ＥＣＵ４は、ラックシャフト１２の移動速度に基づいて、ラックエンド１４が衝撃吸収部材７０を介してラックハウジング１７に当接するか否か、すなわち衝撃吸収部材７０に衝撃荷重が加わるか否かを推測する。また、ＥＣＵ４が、ラックシャフト１２の移動速度に応じて、電子ストッパ制御の制御態様を変更するようにしてもよい。たとえば、ラックシャフト１２の移動速度が大きいほど、より急激に電子ストッパ制御によるラックシャフト１２の移動の抑制が行われるようにしてもよい。

・本実施形態では、ＥＣＵ４はモータ３０と一体的に設けられたが、ＥＣＵ４とモータ３０とを別個に設けてもよい。
・本実施形態では、弾性部７１のフランジ部７１ａが凹部１７ｅに嵌合することにより、衝撃吸収部材７０がラックハウジング１７に取り付けられたが、これに限らない。たとえば、衝撃吸収部材７０をラックエンド１４の端面６３に取り付けてもよい。

・本実施形態では、弾性部７１は、エンドプレート７２，７３により挟みこまれていたが、これに限らない。すなわち、エンドプレート７２および７３のうち一方を設けてもよいし、弾性部７１が直接端面６３と規制面１７ｄとに挟み込まれるようにしてもよい。

・本実施形態では、ＥＣＵ４はラックシャフト１２が操舵時のストロークエンド（正入力エンド）に達したとき、電子ストッパ制御を実行することによって運転者のステアリング操作と同方向へのアシスト力を低減または発生を停止して、ラックシャフト１２の軸方向Ｘの移動を規制したが、これに限らない。たとえば、ＥＣＵ４は、ラックシャフト１２が正入力エンドを超えてさらに衝撃吸収部材７０を圧縮させる方向に移動することを規制する規制力（運転者のステアリング操作と反対側へのアシスト力など）を発生させるようにモータ３０を制御してもよい。すなわち、ＥＣＵ４は、ラックシャフト１２が正入力エンド付近に達したとき、運転者のステアリング操作と同方向へのアシスト力を低減することにより、ラックシャフト１２が正入力エンドを超えて軸方向Ｘに移動することを規制（抑制）する。なお、通常時のアシスト力からアシスト力を低減または停止することは、見かけ上、衝撃吸収部材７０を圧縮させる方向へのラックシャフト１２の移動を規制する力である規制力を発生させることといえる。

・本実施形態において、ＥＣＵ４は、ラックシャフト１２が正入力エンドに近付くにつれて、徐々にアシスト力を低減するようにモータ３０を制御してもよい。これにより、ラックシャフト１２が正入力エンドに到達したときに、ラックシャフト１２が急激に止められることにより生じる衝撃荷重が緩和される。このため、ラックエンド１４が衝撃吸収部材７０に当接する際の打音が抑制される。なお、この場合でも正入力エンドのエンド感を加味して、徐々にアシスト力を低減することが好ましい。

・本実施形態では、ＥＣＵ４は、ラックシャフト１２の軸方向Ｘの移動量（位置）に基づいて、電子ストッパ制御を行ったが、これに限らない。たとえば、ＥＣＵ４は、ラックシャフト１２の軸方向Ｘの移動量に代わって、ラックシャフト１２の軸方向Ｘにおける移動量に換算可能な情報を用いて電子ストッパ制御を行ってもよい。なお、ラックシャフト１２の軸方向Ｘにおける移動量に換算可能な情報としては、ピニオンシャフト１１ｃの回転角などが挙げられる。

・本実施形態では、衝撃吸収部材７０が圧縮量Ｄ１だけ圧縮された位置に正入力エンドが設定されたが、これに限らない。たとえば、衝撃吸収部材７０の当接面７２ａにラックエンド１４の端面６３が当接する位置に正入力エンドを設定してもよい。この場合でも、衝撃吸収部材７０（弾性部７１）が圧縮されきる位置Ｌ３に対する圧縮代を残しているため、逆入力荷重が作用した場合であっても、弾性部７１が圧縮することで逆入力による衝撃荷重を吸収することができる。

・本実施形態では、ラックシャフト１２に対して平行に配置された回転軸３１を有するモータ３０によってラックシャフト１２にアシスト力を付与するＥＰＳ１に具体化して示したが、これに限らない。たとえば、モータ３０のアシスト力をステアリングシャフト１１に付与するＥＰＳ１に具体化してもよい。また、モータ３０のトルクを、ウォーム減速機を介してピニオンシャフト１１ｃに伝達するステアリング装置であってもよい。また、ステアリング操作に連動するラックシャフト１２の直線運動を、モータ３０の回転力を利用して補助する電動パワーステアリング装置を例に挙げたが、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）に適用してもよい。なお、ＳＢＷに具体化する場合には、前輪操舵装置としてだけでなく、後輪操舵装置あるいは４輪操舵装置（４ＷＳ）として具体化することもできる。

つぎに、上記実施形態および別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記衝撃吸収部材は、エラストマーからなる弾性部と、前記弾性部の前記転舵シャフトの軸方向における両端面にそれぞれ取り付けられ、前記ハウジングまたは前記ラックエンドに当接する２つのエンドプレートと、を有し、前記衝撃吸収部材が前記圧縮代を残した状態で前記衝撃吸収部材と前記ラックエンドとが接触するときの前記転舵シャフトの位置は、前記弾性部の寿命を考慮して決定されることが好ましい。

この構成によれば、弾性部の寿命を考慮して衝撃吸収部材が圧縮代を残した状態で衝撃吸収部材とラックエンドとが接触するときの転舵シャフトの位置が決定されることにより、弾性部の寿命をさらに長くする設計が可能になる。

１…ＥＰＳ、２…操舵機構、３…アシスト機構、４…ＥＣＵ（制御装置）、５…センサ、１０…ステアリングホイール、１１…ステアリングシャフト、１１ａ…コラムシャフト、１１ｂ…インターミディエイトシャフト、１１ｃ…ピニオンシャフト、１１ｄ…ピニオン歯、１２…ラックシャフト（転舵シャフト）、１２ａ…ねじ溝、１２ｂ…ラック歯、１２ｃ…背面、１３…ラックアンドピニオン機構、１４…ラックエンド（エンド部材）、１５…タイロッド、１６…転舵輪、１７…ラックハウジング（ハウジング）、１７ａ…挿通部、１７ｂ…減速機ハウジング、１７ｃ…拡径部、１７ｄ…規制面、１７ｅ…凹部、１７ｆ…ガイド取付部、１８…ラックブーツ、２０…ラックガイド、２１…プラグ、２２…付勢部材、２３…サポートヨーク、２３ａ…ガイド面、３０…モータ、３１…回転軸、３２…ボルト、３３…貫通孔、４０…ボールねじ機構、４１…ナット、４２…ボール、４３…ねじ溝、４４…軸受、４４ａ…外輪、４４ｂ…内輪、４５…プレート、４６…皿ばね、４７…固定部材、４８…固定部材、５０…減速機、５１…駆動プーリ、５２…従動プーリ、５３…ベルト、６１…ボールスタッド、６１ａ…ボール部、６２…ソケット、６３…端面、６４…円柱部、６５…雄ねじ部、６６…円形孔、６７…雌ねじ部、７０…衝撃吸収部材、７１…弾性部、７１ａ…フランジ部、７２…エンドプレート、７２ａ…当接面、７３…エンドプレート、Ｒ…転動路、Ｘ…軸方向、Ｄ１…圧縮量、Ｄ２…圧縮代、Ｄ３，Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ…圧縮量、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…位置。

Claims (7)

1. 軸方向への移動によって転舵輪を転舵させる転舵シャフトと、前記転舵シャフトの軸方向への移動に対応して回転する操舵シャフトと、を含む操舵機構と、
   前記操舵機構に対して前記転舵輪を転舵させる転舵補助力を付与するモータと、
   前記転舵シャフトを収容するハウジングと、
   前記転舵シャフトの端部に装着されて、前記転舵輪に連結されるエンド部材と、
   前記転舵シャフトの軸方向において、前記ハウジングの端面と前記エンド部材の端面との間に設けられて、圧縮されることにより衝撃を吸収する衝撃吸収部材と、
   前記転舵シャフトの軸方向における位置を検出するセンサと、
   前記衝撃吸収部材が圧縮代を残した状態で前記衝撃吸収部材が所定量圧縮される位置に前記転舵シャフトが達したことを前記センサによって検出したときに、さらに前記衝撃吸収部材を圧縮する方向への前記転舵補助力の発生を停止または低減するように前記モータを制御する制御装置と、を備えるステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記衝撃吸収部材が前記圧縮代を残した状態で前記衝撃吸収部材が所定量圧縮されるときの前記転舵シャフトの位置が、前記転舵シャフトの操舵時の移動限界であり、
   前記移動限界は、前記転舵シャフトの軸方向において、前記エンド部材の端面と前記衝撃吸収部材とが当接する位置から前記衝撃吸収部材が圧縮されきるまでの位置との間に設定されるステアリング装置。
3. 請求項１または２に記載のステアリング装置において、
   前記衝撃吸収部材が前記圧縮代を残した状態で前記衝撃吸収部材が所定量圧縮されるときの前記転舵シャフトの位置が、前記転舵シャフトの操舵時の移動限界であり、
   前記移動限界は、前記エンド部材の端面および前記衝撃吸収部材が当接する位置との間の距離が、前記ハウジングの端面との間の距離よりも短くなる位置に設定されるステアリング装置。
4. 請求項２または３に記載のステアリング装置において、
   前記制御装置は、前記モータを制御することにより、前記転舵シャフトが前記移動限界を超えてさらに前記衝撃吸収部材を圧縮する方向に移動することを規制する規制力を、前記操舵機構に対して付与することで、前記転舵補助力の発生を停止または低減するステアリング装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のステアリング装置において、
   前記衝撃吸収部材の圧縮量と前記衝撃吸収部材を一定量圧縮することを繰り返したときの耐用回数とは、前記衝撃吸収部材の圧縮量が増加するにつれて、前記衝撃吸収部材の耐用回数が減少する関係を有しており、
   前記衝撃吸収部材が前記圧縮代を残した状態で前記衝撃吸収部材と前記エンド部材とが接触するときの前記転舵シャフトの位置は、設計上要求される耐用回数に対応した前記衝撃吸収部材の圧縮量に基づいて決定されるステアリング装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のステアリング装置において、
   前記制御装置は、前記衝撃吸収部材が前記圧縮代を残した状態で前記衝撃吸収部材が所定量圧縮されるときの前記転舵シャフトの位置に前記転舵シャフトが近付くにつれて、前記転舵補助力がより低減するよう前記モータを制御するステアリング装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のステアリング装置において、
   前記モータの回転軸に取り付けられる駆動プーリと、前記モータにより発生される転舵補助力を前記転舵シャフトに伝達する従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられるベルトと、を有する減速機を備えるステアリング装置。

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