JPH0231978A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軽自動車におけるワンボックスカー等の運転
席及び車体前端間のスペースが少ない自動車に好適なパ
ワーステアリング装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、軽自動車におけるワンボックスカー等において
は、運転席と車体前端部間のスペースが少ないため、普
通乗用車に使用するパワーステアリング装置をそのまま
適用することはレイアウト上困難である。

このため、従来、軽自動車に採用するパワーステアリン
グ装置としては、例えば実開昭６３−４３８７４号公報
（以下、第１従来例と称す）に記載されているように、
ステアリングシャフトとステアリングギヤ機構との間に
操舵力の伝達方向を変換するトランスファギヤ機構を設
け、その入力軸又は出力軸に補助操舵力を発生する電動
機を接続し、この電動機をステアリングシャフトに設け
たトルク検出器の検出信号に基づいて制御する構成が知
られている。

また、トルク検出器としては、特開昭６１−４１６７２
号公報（以下、第２従来例と称す）に記載されているよ
うに、ラックアンドピニオン式パワーステアリング装置
のピニオン軸を支承するベアリング部にトルク検出器を
設けた構成が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記第１従来例にあっては、ステアリン
グシャフトにトルク検出器を設けるようにしているので
、ステアリングシャフトの重量が増加し、高速走行時等
にステアリングホイールが振動して操舵感覚が低下する
という未解決の課題があった。

また、第２従来例にあっては、ステアリングギヤ機構に
トルク検出器を設けているので、ヒステリシスが大きく
なると共に、ステアリングギヤ機構の入力軸の長さが長
くなり、スペースを確保することができないという未解
決の課題があった。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に鑑みて
なされたもので、ステアリングギヤ機構の入力軸の長さ
を短くし、且つステアリングシャフトの高速走行時等の
振動を抑制し、さらにステアリングシャフト及びステア
リングギヤ間の操舵系のレイアウトの自由度を大きくし
、しかもヒステリシスの少ないトルク検出特性を得るこ
とができるパワーステアリング装置を提供することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のパワーステアリング装置は、ステアリングホイ
ールの操舵力を伝達するステアリングシャフトと、該ス
テアリングシャフトの回転変位を直線変位に変換するス
テアリングギヤ機構と、該ステアリングギヤ機構に操舵
補助力を伝達する操舵補助機構とを備えたパワーステア
リング装置において、前記ステアリングシャフトと前記
ステアリングギヤ機構との間に操舵力の伝達方向を変換
するトランスファギヤ機構を設け、該トランスファギヤ
機構の入力軸及び出力軸の何れか一方にトルク検出器を
設けたことを特徴としている。

ここで、トルク検出器としては、トランスファギヤ機構
の入力軸又は出力軸を支承するベアリング部に設けた圧
電素子、抵抗線歪ゲージ等の感圧素子で構成することが
小型化するために好ましい。

〔作用〕

本発明では、ステアリングシャフト及びステアリングギ
ヤ機構間に設けたトランスファギヤ機構の入力軸又は出
力軸にトルク検出器を設けるようにしているので、トル
ク検出器でステアリングシャフトに伝達される操舵力を
少ないヒステリシスで正確に検出することができると共
に、ステアリングギヤ機構の入力軸の長さを短くするこ
とができる。さらに、トランスファギヤ機構にトルク検
出器を設けることにより、このトランスファギヤ機構の
基本的形状をマニュアルステアリングと略同じものとし
得るので、当該機構の取付位置の制約がパワーステアリ
ングであるがために生じることはなく、パワーステアリ
ング装置のレイアウトの自由度を大きくすることができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面について説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例を示す概要図であり、
ステアリングホイール１がステアリングコラム２内に回
動自在に支承されたステアリングシャフト３、トランス
ファギヤ機構４を介してラックピニオン式ステアリング
ギヤ５のピニオン軸５ａに連結されている。

トランスファギヤ機構４は、第２図に示すように、中心
軸が交差するように形成された円筒部６ａ、５ｂを一体
に形成した全体としてく字状のハウジング６を有し、そ
の円筒部６ａ内にステアリングシャフト３にユニバーサ
ルジヨイント７を介して連結された入力軸８がボールベ
アリング９ａ及びニードルベアリング９ｂによって回動
自在に支承され、円筒部６ｂ内にユニバーサルジヨイン
ト１０及びインクミディ二一トシャフト１）を介してス
テアリングギヤ５に連結された出力軸１２が同様にボー
ルベアリング１３ａ及び二−ドルベアリング１３ｂによ
って回動自在に支承されている。入力軸８及び出力軸１
２は、両者の近接端部に形成された傘歯車１４及び１５
が噛合してこれらによって入力軸８に伝達される操舵力
が出力軸１２に伝達される。ここで、ボールベアリング
９ａは、その外輪が円筒部６ａの端部に螺合されロック
ナツト１６で固定されたスリーブ１７に保持され、この
スリーブ１７のボールベアリング９ａより外方側にオイ
ルシール１８が介挿されている。

また、ボールベアリング１３ａは、外輪が円筒部６ｂに
形成された段部に係合し、内輪が出力軸１２に螺合され
ロックナツト１９によって固定されたスリーブ２０に当
接され、このスリーブ２０と円筒部６ａとの間にオイル
シール２１が配設されている。なお、２２は先端に入力
軸８の傘歯車１４に当接するフリクションブロック２３
を形成したフリクション調整部材、２３．２４はダスト
カバーである。

そして、円筒部６ｂの出力軸１２を支承するニードルベ
アリング１３ｂに、その軸心を通り入力軸８と出力軸１
２とのなす平面に直交する平面上の左右対称位置にトル
ク検出器２５が配設されている。このトルク検出器２５
は、第３図に示すように、円筒部６ｂの内周面に形成さ
れた凹部２６ａ、Ｚｓｂ内にニードルベアリング１３ｂ
の外輪１３０に当接するように保持された感圧素子とし
ての一対の圧電素子２７ａ、２７ｂで構成されている。

一方、ラックピニオン式ステアリングギヤ５には、第１
図に示すように、操舵補助力を発生する電動モータ３０
が電磁クラッチ３１及び減速機３２を介して連結されて
いる。

電動モータ３０及び電磁クラッチ３１は、前記圧電素子
２７ａ、２７ｂのトルク検出信号及び車速検出器３３か
らの車速検出信号が入力されるコントローラ３４によっ
て駆動制御される。このコントローラ３４は、トルク検
出器２７ａ、２７ｂのトルク検出信号に基づいて所定の
演算処理を実行して電動モータ３０を駆動する駆動電流
を設定し、これを電動モータ３０に出力すると共に、車
速検出器３３からの車速検出信号に基づいて車速か所定
設定車速未満のときに電磁クラッチ３１を接続状態に、
所定設定車速以上のときに電磁クラッチ３１を切断状態
にそれぞれ制御Ｂする。

次に、上記実施例の動作を説明する。今、車両が停車状
態にあるときには、車速検出器３３の車速検出信号が零
であるので、電磁クラッチ３１がコントローラ３４によ
って接続状態に制御される。

この状態で、ステアリングホイール１に操舵力を作用さ
せていないときには、トランスファギヤ機構４に操舵力
が伝達されていないので、その出力軸１２を左右方向に
移動させる外力が作用することがな（、圧電素子２７ａ
、２７ｂのトルク検出信号は零又は零近傍の値となって
いる。このため、コントローラ３４から電動モータ３０
に対する駆動電流は出力されず、電動モータ３０は回転
停止状態を維持する。

この状態からステアリングホイール１を例えば右切りし
て所謂据え切り状態とすると、その回転力がステアリン
グシャフト３、トランスファギヤ機構４、インタミディ
エートシャフト１）を介してラックピニオン式ステアリ
ングギヤ５のピニオン軸５ａに伝達され、ここで直線駆
動力に変換されて転舵輪（図示せず）を右方向に転舵す
る。

このとき、車両が停車状態であるので、転舵輪を転舵さ
せる際に、ステアリングホイール１にある程度大きな操
舵力を必要とし、この操舵力がステアリングシャフト３
を介してトランスファギヤ機構４の入力軸８に伝達され
る。一方、トランスファギヤ機構４の出力軸１２は、イ
ンタミディエートシャフト１）を介して負荷としてのラ
ンクアンドビニオン式ステアリングギヤ５に連結されて
いるので、入力軸８に伝達された右回転方向の操舵力に
より、出力軸１２の傘歯車１５が第２図で紙面と直交す
る手前側即ち第３図で左方向に押圧されることになり、
これに伴ってニードルベアリング１３ｂの外輪も手前側
に押圧されて、これと当接する圧電素子２７ａから操舵
力に応じた操舵トルク検出信号がコントローラ３４に出
力される。

したがって、コントローラ３４から操舵トルク検出信号
の値に応じた駆動電流が電動モータ３０に出力され、こ
れが時計方向に回転駆動されて操舵補助力が発生され、
この操舵補助力が接続状態に制御されている電磁クラッ
チ３１及び減速機３２を介してラックアンドピニオンギ
ヤ５のランク軸５ｂに伝達され、これによってステアリ
ングホイール１の操舵を軽く行うことができる。

また、ステアリングホイール１を左切りした場合には、
その操舵力がトランスファギヤ機構４の入力軸８に伝達
されるので、これにより出力軸１２が第２図でみて紙面
と直交する後方側即ち第３図で右側に押圧され、圧電素
子２７ｂから操舵力に応じた値の操舵トルク検出信号が
コントローラ３４に出力され、このコントローラ３４に
よって電動モータ３０が反時計方向に回転駆動されて、
所定の操舵補助力がラックアンドビニオン式ステアリン
グギヤ５のラック軸５ｂに与えられる。

そして、車両を発進させて、所定設定車速に達するまで
の間は前記と同様にステアリングホイール１の操舵力に
応じた操舵補助力がラックアンドピニオン式ステアリン
グギヤ５に与えられて操舵を軽く行うことができ、車速
か所定設定車速以上となると、コントローラ３４によっ
て電磁クラッチ３１が切断状態に制御されるので、電動
モータ３０の操舵補助力が遮断され、ステアリングホイ
ール１の操舵力のみによってラックアンドピニオン式ス
テアリングギヤ５のラック軸５ｂが移動される。

このように、上記実施例によると、ステアリングシャフ
ト３及びランクアンドビニオン式ステアリングギヤ５間
に操舵力の伝達方向を変更するトランスファギヤ機構４
を設け、このトランスファギヤ機構４にトルク検出器と
しての圧電素子２７ａ、２７ｂを設けたので、圧電素子
２７ａ、２７ｂから操舵力に応じたヒステリシスの少な
い正確なトルク検出信号を得ることができる。また、ト
ランスファギヤ機構４の円筒部６ａ、６ｂの交差角度、
インタミディエートシャフト１）の長さ等は、任意に選
定することができるので、ステアリングシャフト３及び
ラックアンドビニオン式ステアリングギヤ５間の操舵系
の配置自由度（レイアウト）を向上させることができる
。さらに、トルク検出器が設けられたステアリングシャ
フト３の重量増加による高速走行時の振動の発生を低減
することができると共に、ラックアンドピニオン式ステ
アリングギヤ５のピニオン軸５ａにトルク検出器を設け
る場合に比較して、ピニオン軸５ａの長さを短くするこ
とができ、配置自由度をより向上させることができる。

なお、上記実施例では、トルク検出器を一対の圧電素子
２７ａ、２７ｂで構成した場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、何れか一方の圧電素子を
省略し、他方の圧電素子にプリロードを与えておくこと
により、一つの圧電素子で操舵方向に応じたトルク検出
値を得ることができる。

また、上記実施例においては、トランスファギヤ機構４
の出力軸１２を支承するニードルベアリング１３ｂに圧
電素子２７ａ、２７ｂを当接させる場合について説明し
たが、これに限らず出力軸１２を支承するボールベアリ
ング１３ａ、入力軸８を支承するニードルベアリング９
ｂ、ボールベアリング９ａに圧電素子を当接するように
してもよい。

さらに、トルク検出器２５としては、圧電素子２７ａ、
２７ｂに限らず、第４図に示すように、トランスファギ
ヤ機構４の出力軸１２にかかる操舵力による円筒部６ｂ
の歪を検出する抵抗線歪ゲージ４０ａ、４０ｂを適用す
るようにしてもよく、その他任意の感圧素子を適用し得
る。

またさらに、上記実施例においては、操舵補助力を発生
させる操舵補助機構として、電動モータ３０を適用する
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、流体圧シリンダを適用し、流体圧シリンダに供給す
る油圧又は流量をコントローラで制御するようにしても
よい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、ステアリングシャフト
とステアリングギヤ機構との間にトランスファギヤ機構
を設け、このトランスファギヤ機構の入力軸又は出力軸
にトルク検出器を設けた構成としたので、トルク検出器
でヒステリシスの少ない正確なトルク検出値を得ること
ができ、しかもステアリングシャフトの荷重増加がない
ので高速走行時の振動を低減させることができると共に
、ステアリングギヤ機構のピニオン軸の長さを短くする
ことができ、さらにステアリングシャフト及びステアリ
ングギヤ機構間の操舵系のレイアウトの自由度を向上さ
せることができる等の効果が得られる。

また、トルク検出器として感圧素子を使用することによ
り、検出器自体の構成を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す概要図、第２図は
トランスファギヤ機構の一例を示す縦断面図、第３図は
トルク検出器を示す第２図のＡＡ線断面図、第４図はト
ルク検出器の他の例を示す第３図と同様の断面図である
。 ■・・・・・・ステアリングホイール、３・・・・・・
ステアリングシャフト、４・・・・・・トランスファギ
ヤ機構、５・・・・・・ラックピニオン式ステアリング
ギヤ、５ａ・・・・・・ビニオシ軸、５ｂ・・・・・・
ラック軸、６・・・・・・ハウジング、８・・・・・・
入力軸、９ａ・・・・・・ボールベアリング、９ｂ・・
・・・・ニードルベアリング、１２・・・・・・出力軸
、１３ａ・・・・・・ボールベアリング、１３ｂ・・・
・・・ニードルベアリング、２５・・・・・・トルク検
出器、２７ａ。 ２７ｂ・・・・・・圧電素子、３０・・・・・・電動モ
ータ、３１・・・・・・電磁クラッチ、３２・・・・・
・減速機、３４・・・・・・コントローラ、４０ａ、４
０ｂ・・・・・・抵抗線歪ゲージ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステアリングホィールの操舵力を伝達するステア
   リングシャフトと、該ステアリングシャフトの回転変位
   を直線変位に変換するステアリングギヤ機構と、該ステ
   アリングギヤ機構に操舵補助力を伝達する操舵補助機構
   とを備えたパワーステアリング装置において、前記ステ
   アリングシャフトと前記ステアリングギヤ機構との間に
   操舵力の伝達方向を変換するトランスファギヤ機構を設
   け、該トランスファギヤ機構の入力軸及び出力軸の何れ
   か一方にトルク検出器を設けたことを特徴とするパワー
   ステアリング装置。
2. （２）前記トルク検出器は、入力軸又は出力軸を支承す
   るベアリング部に設けられた感圧素子で構成されている
   請求項（１）記載のパワーステアリング装置。
3. （３）前記感圧素子は、圧電素子である請求項（２）記
   載のパワーステアリング装置。
4. （４）前記感圧素子は、抵抗線歪ゲージである請求項（
   ２）記載のパワーステアリング装置。