JPH0563347B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は舵取ハンドルの操作力（操舵力）を軽
減するために用いられる動力舵取装置に関し、特
にその操舵補助力発生手段として電動モータを用
いてなる電動式動力舵取装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

動力舵取装置は一般にパワーステアリング装置
として称され、近年では小型車を始めとして各種
の車輌等に広く搭載され、運転者の操舵力を軽減
して簡単でしかも軽快な操舵操作を可能とすると
ともに、運転者の疲労等を軽減するうえでもその
効果を発揮し得るものである。そして、この種の
動力舵取装置として従来一般には油圧式のものが
用いられているが、近年この油圧式に代え電動モ
ータ等を利用した電動式のものも種々提案される
ようになつている。

すなわち、前者の油圧式動力舵取装置は、その
操舵補助力を発生させるための油圧シリンダを始
め、油圧ポンプ、流路切換えバルブ、およびこれ
ら各部を接続する油圧配管系等というように、そ
の構成部品点数が多く、しかも各部の構成が複雑
で、製造、組立て作業が面倒かつ煩雑であるばか
りでなく、装置全体が大型化し、重量も増大する
等といつた問題を生じるものであつた。

このため、簡単な電気配線により車載バツテリ
およびコントローラと結線して使用し得る電動モ
ータを、操舵補助力の発生手段として用いてなる
電動式のものが、近年種々提案されるようになつ
ており、このような構成とすれば、装置各部の構
成の簡素化が図れるとともに、装置全体の小型か
つコンパクト化等を達成することが可能となるも
のである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した電動モータを操舵補助
力発生手段として動力舵取装置に使用するには、
モータ制御を始め、応答性等の面で種々の問題が
生じるものであり、まだまだ実用化には至つてい
ないものである。

すなわち、上述した電動式の動力舵取装置を構
成するうえで問題とされることは、運転者の操舵
操作に応じた操舵力や操舵角度、さらには車輌の
走行速度等を始めとする各種走行条件を簡単かつ
適切に検出し、この検出値に応じて電動モータを
適切に制御して駆動し、必要に応じた操舵補助力
が得られるような構成とすることである。

特に、この種の動力舵取装置を搭載した車輌等
にあつては、車輌停車中における操舵操作いわゆ
る据切りや低速走行時の操舵操作を行なう際に
は、きなめて軽い操舵操作力が得られるように大
きな操舵補助力を出力し得る構成とすることが必
要とされるものであり、このような場合に用いて
その効果を発揮させ得るものである。しかし、そ
の一方において、車輌が高速走行を行なつている
ときに、上述した低速走行時等のような大きな操
舵補助力を生じさせると、舵取ハンドルの操作力
が軽くなるすぎて、運転者の不安感を促進する等
といつた問題を招くもので、運転感覚の適正化を
図るうえで実用上好ましくなく、逆に操舵補助力
を小さくさせて舵取ハンドルをある程度の重さ、
つまり操舵力を増大させるような構成が必要とさ
れるものである。

そして、このような要請に応えるためには、上
述した各種の動力舵取装置を、車輌の走行条件、
走行速度、操舵力の大きさ、さらには操舵角度の
大、小等に応じて制御した状態で駆動することが
必要であり、このためには各種の検出装置を付設
しなければならないものである。

さらに、この種の電動式の動力舵取装置におい
ては、電動モータを用いた場合に舵取ハンドルの
操舵操作に追随した作動特性を得ることがモータ
の慣性等により困難で、しかもステアリングシヤ
フトとモータとの間の減速機構などの存在により
操舵された舵取ハンドルを元の中立位置に復帰さ
せる場合にも、その運転者の操舵条件を検出して
モータを逆転させることが必要とされる等も問題
とされている。すなわち、動力舵取装置を付設し
た舵取装置において、操舵輪が専攻状態から直進
状態へと復帰する場合に、一般には、操舵輪での
接地面からの反力にて生じるセルフアライニング
トルク（車輌の走行中に直進状態となるように作
用する力）が利用されているが、上述したモータ
ではブラシ等において摩擦があり、これがロータ
を逆転させるには力不足で、この不足分を補うこ
とが必要とされるものであつた。

そして、上述した各種検出機構として、従来か
ら種々構成のものが知られているが、いずれも構
造上や動作性能の面で欠点をもつものであり、こ
れは、たとえば舵取ハンドルに対する運転者の操
舵要求を検出する操舵力検出機構においても大き
いもので、特にその検出方法、機構配設位置、検
出性能等の面で種々の問題を生じている。

たとえばコラムシヤフト下方に対しオン・オフ
式の操舵力検出機構を付設したものが提案されて
いるが、このような構成では配設スペース的に余
裕のないシヤフト下端が大型化し、その構造の複
雑さと組立作業の煩雑さとを生じるばかりでな
く、接触タイプの検出手段を用いていることから
その繰り返し使用にて頻繁な調整作業が必要とさ
れるとともに、耐久性の面でも問題を生じるもの
であつた。また、舵取ハンドルのシヤフトとの連
結部分に接点片によるスイツチ手段を設けた構成
のものも知られているが、このような構成でもス
イツチが接触型であることから繰り返し使用によ
り耐久性や動作上の信頼性の面で問題を生じるも
のであり、実用化するにあたつての問題は大きい
ものである。さらに、従来からよく知られている
トルクセンサとしては、ストレインゲージタイプ
が一般的であり、このような検出手段では、温
度、湿度などの環境変化に対する信頼性や長期間
にわたつての使用に対する信頼性に難点があり、
このような構成も実用的ではなく、実際に使用す
るには問題が多いものである。

したがつて、この種の電動式動力舵取装置にお
いては、上述したような操舵トルクを簡単な構成
により適切に検出し、モータを確実に制御するこ
とが望まれており、さらにこれに加えて装置全体
の構造が簡単で、しかも小型化、コンパクト化、
および低コスト化等を達成することができ、また
この種装置を車輌のエンジンルーム内に組込むに
あたつての搭載性の面からも優れてなること等も
望まれており、何らかの対策を講じることが必要
とされている。

〔問題点を解決するための手段〕

このような要請に応えるために本発明に係る電
動式動力舵取装置によれば、トーシヨンバーによ
り相対的に回動変位可能に連結された舵取ハンド
ル側の入力軸と操舵輪側の出力軸との間に設けら
れトーシヨンバーのねじりによる相対的な回動変
位を検出することで操舵輪に至る出力軸系に操舵
補助力を与える電動モータを駆動制御するための
非接触型センサを、入力軸または出力軸の一方に
設けたホール素子とこれに対向して他方軸に設け
たマグネツトとによつて構成し、かつこれらホー
ル素子とマグネツトとの回転方向での遠近によつ
てのみ両軸間での回動変位を信号出力として取出
すように構成したものである。

〔作用〕

本発明によれば、トーシヨンバーにより連結さ
れた入、出力軸間の相対的な回動変位を、非接触
型センサとして一方の軸に設けたホール素子と他
方の軸に設けたマグネツトとの回転方向での遠近
によつて信号出力として取出して検出することが
でき、これにより電動モータを所要の状態で制御
して駆動させ、必要とされる操舵補助力を得るこ
とが可能である。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第１図ないし第３図は本発明に係る電動式動力
舵取装置の一実施例を示し、これらの図におい
て、まず、全体を符号１で示す電動式の動力舵取
装置の概略構成を簡単に説明すると、２は図示せ
ぬ舵取ハンドル側に連結される入力軸としてのス
タブ軸、３は図示せぬ操舵論側に連結されるピニ
オン３ａを有する出力軸としてのピニオン軸、４
はこれら両軸２，３を所定角度範囲内で相対的に
回動変位可能に連設するトーシヨンバーで、これ
らの部材によつてステアリングシヤフトが構成さ
れている。そして、これらステアリングシヤフト
を構成する軸２，３等は、前記ピニオン３ａと噛
合するラツク歯５ａを有するラツク５と共に、ス
テアリングギヤボデイ６内に貫通して配設されて
いる。なお、７は前記ステアリングギヤボデイ６
の開口端を閉塞するボデイ蓋体、８ａ，８ｂ，８
ｃは上述したボデイ６内で軸２，３を回転自在に
支持するベアリング、７ａは前記蓋体７の軸孔部
分を閉塞するダストシールで、また上述したラツ
ク５は、図示せぬピツトマンアーム、タイロツド
等と共に操舵輪間を連結する舵取リンク機構を構
成している。ここで、第１図中９ａ，９ｂ，９ｃ
は上述したラツク歯５ａとピニオン３ａとの噛合
い部分でラツク５下部を支持するラツクパツド、
スプリングおよびキヤツプ体である。

一方、前記ステアリングシヤフトを構成するピ
ニオン軸３上でラツク５を介して舵取ハンドルと
反対側の端部には、電動モータ１０からの回転駆
動力を減速して伝達する減速歯車機構１１を構成
する大歯車１２が設けられている。すなわち、本
実施例では、操舵補助力を生じさせる電動モータ
１０を、前記ステアリングギヤボデイ６内に配設
されたステアリングシヤフト２，３，４と略平行
するようにボデイ６の周囲に配設しており、かつ
モータ出力軸１０ａと前記ステアリングシヤフト
を構成するピニオン軸３とを大、中、小三枚の歯
車１２，１３，１４で連結し、これによりモータ
１０の回転を所定の回転数に減速して操舵輪側へ
の出力軸系を構成するピニオン軸３に伝達するよ
うな構成とされている。

ここで、図中１５は前記ステアリングギヤボデ
イ６に一体的に連結され他端側に前記モータ１０
を固定するギヤボツクス本体、１６はその開口端
に付設されるギヤボツクスカバーで、第３図はこ
のカバー１６を取外した状態を示している。ま
た、図中１７は前記ピニオン軸３を支持するベア
リング８ｃを固定するための固定リング、１８は
ステアリングギヤボテイ６に対しボツクス本体１
５を連結して固定するねじ、１９はボツクス本体
１５に対しモータ１０を固定するねじである。さ
らに、上述した中歯車１３は、前記カバー１６側
に軸支されるとともに、大、小歯車部を有する段
付歯車として形成した場合を示している。また、
図中１２ａはピニオン軸３の先端部に大歯車１２
をねじ止めするナツトで、このナツト１２ａは前
記ピニオン軸３支持用のベアリング８ｃを大歯車
１２を介して締付け固定する役割をも果たしてい
る。

そして、このような各構成部材の配設状態によ
れば、上述したステアリングシヤフトおよびステ
アリングギヤ部等を有するステアリングギヤボデ
イ６、電動モータ１０および減速歯車機構１１を
内設したギヤボツクス１５などを効率よく連結
し、その結果として動力舵取装置１全体を小型か
つコンパクトな構成とすることができるもので、
その実用上の効果は大きい。特に、近年実用化が
著しいFFタイプの小型自動車等においては、ス
テアリングギヤ部前方での余裕がない一方、ステ
アリングギアボデイ６の上方にスペース的余裕が
ある場合が多く、この部分にモータ１０を付設す
ることによつて、実車にあたつての搭載性の面で
優れている等の利点を奏することが可能となる。

さて、本発明によれば、上述した構成による電
動式動力舵取装置１において、トーシヨンバー４
により相対的に回動変位可能に連結された舵取ハ
ンドル側のスタブ軸２と操舵輪側のピニオン軸３
との間でトーシヨンバー４のねじりによつて生じ
る相対的な回動変位を検出するための非接触型セ
ンサとして、ホール素子２０およびこれに対向し
てマグネツト２１をそれぞれの軸２，３に設け、
かつホール素子２０による変位計からの信号出力
により前記操舵輪に至る出力軸系の一部（ピニオ
ン軸３）に操舵補助力を与える電動モータ１０を
駆動するようにしたところを特徴としている。

すなわち、本発明では、ステアリングギヤボデ
イ６内でトーシヨンバー４とで連結された入、出
力側の軸２，３と端部に、第４図ａに示すよう
に、それぞれフランジ部材２２，２３を設け、入
力側の軸２のフランジ部材２２にホール素子２０
を設けるとともに、これに軸線方向から対向する
ように出力側のフランジ部材２３にマグネツト２
１を設け、これらのホール素子２０とマグネツト
２１とが回転方向において接近、離間することに
よつて、両軸２，３間での回動変位を検出するよ
うな構成とされている。なお、この回動変位は、
前記両軸２，３間に設けられたフエールセイフ機
構による所定角度範囲内での相対的な変位による
ものであることは周知の通りである。

そして、このような構成によれば、舵取ハンド
ルに与えられる所定の方向への操舵トルクを簡単
かつ適切に検出できるもので、しかもこの変位検
出部としての変位計をステアリングギヤボデイ６
内に効率よく組込むことができるため、装置全体
の小型化等を達成するうえでもその効果は大きい
ものである。勿論、操舵操作によるハンドルの戻
りは、操舵輪からのセルフアライニングトルクに
よつて変位する出力側のピニオン軸３と入力側の
スタブ軸２との相対的な回動変位で制御されるモ
ータ１０で行なえるものである。

また、このようなホール素子２０等の非接触型
センサによる変位計によれば、従来の油圧式の動
力舵取装置に比べ、トーシヨンバー４のねじれ量
を小さくしても、その変位検出を適切かつ確実に
行なえるものである。

ここで、本実施例では、上述したオール素子２
０による変位計に近接してステアリングギヤボデ
イ６内でスタブ軸２の周囲に筒状体２４を設け、
その一部から突設されたリング状フランジを各種
電子部品が実装され上述したホール素子２０から
の信号を処理するアンプ用プリント回路基板２５
としており、さらにその筒状体２４の外周部に設
けたスリツプリング２６ａ，２６ｂ，２６ｃに摺
動して接触する摺動子２７ａ，２７ｂ，２７ｃ、
およびリード線２８ａ，２８ｂ，２８ｃにより外
部に引出して図示せぬコントローラに接続する構
成としている。そして、このような構成によれ
ば、操舵操作に連動して回転されるステアリング
シヤフト２側からの検出信号の取出しを、スリツ
プリング２６および摺動子２７等を用いて簡単か
つ適切に行なえるもので、さらに上述したホール
素子２０等による変位計、その検出信号を処理す
るランプ、および信号を出力する摺動子２７等に
よる信号取出し部等を、ステアリングギヤボデイ
６内に組込み、その開口部をダストシール７ａ等
を有する蓋体７で閉塞しているため、上述した部
材を密閉空間内に外部と遮断して配設し、塵埃等
による接触不良等といつた問題を防止できるとい
つた利点がある。また、上述した構成では、ステ
アリングギヤボデイ６内に形成した空間内に蓋体
７で閉塞される開口部から必要とされる各構成部
材を組込む構成であるため、組立性の面で有利で
ある等の利点もある。

なお、上述した実施例では、トーシヨンバー４
を介して連結された軸２，３間の変位を検出する
非接触型センサとしてホール素子２０およびマグ
ネツト２１を軸線方向において対設させた場合を
示しているが、たとえば第４図ｂに示すように周
方向において対向する配設状態としてもよく、要
は非接触型センサとしてのホール素子２０とマグ
ネツト２１とを、それぞれの軸２，３を設け、そ
の回転方向での遠近によつて得られる信号出力
を、回動変位として取出して検出し得る構成であ
ればよい。

ここで、上述した非接触型センサとしてのホー
ル素子２０による検出信号は、舵取ハンドルの中
立位置を所定の値で設定すると、左、右方向への
操舵操作にしたがつて、電流値が増加または減少
する逆の特性となるもので、これにより左、右操
舵状態を検出し得るものである。

そして、このような構成によれば、操舵操作に
伴なうステアリングシヤフトのトーシヨンバー４
で連結された部分での回動変位を、非接触型セン
サとしてのホール素子２０等で検出して操舵トル
クを把握できるため、その構成が簡単でしかも非
接触な構造であることから、この種の舵取ハンド
ルのように長期間にわたつて頻繁に繰り返し使用
されるものの検出手段として用いてその効果を発
揮させ得るものである。また、上述したホール素
子２０等の非接触型センサは、温度、湿度等の環
境変化に対する信頼性も大きく、さらい従来のよ
うな頻繁なバランス調整なども不要で、メンテナ
ンスも簡単である等といつた利点がある。

第５図は本発明の別の実施例を示すものであ
り、この実施例では、摺動子２７による検出信号
の取出しを、基板２５の側面で周方向に形成した
スリツプリング２６ａ，２６ｂ，２６ｃとこれに
対向して設けられた摺動子２７ａ，２７ｂ，２７
ｃで行なうようにした場合を示しており、また非
接触型センサとしてのホール素子２０を相手側の
フランジ部材２３の一部に形成した切欠き部２３
ａ内に望ませた場合を示し、前述した実施例と同
等の作用効果を奏することは明らかであろう。

なお、本発明は、上述した実施例構造に限定さ
れず、各部の形状、構造等に必要に応じて適宜変
形、変更することは自由である。また、上述した
実施例では、非接触型センサによる変位検出部
を、ホール素子２０とマグネツト２１による一組
の変位計で行なう場合を説明したが、本発明はこ
れに限定されず、二組の変位計を並設し、安全回
路として機能し得るように構成してもよいことは
勿論である。さらに、上述した実施例では、モー
タ１０を操舵トルクにて制御する場合を説明した
が、この操舵トルクと共に、車速センサ等からの
各種走行条件をコントローラに入力し、これによ
り得られ出力信号にてモータを適宜制御駆動する
ようにしてもよいことは勿論である。

また、上述した実施例では、減速歯車機構１１
を、三枚の歯車で構成した場合を説明したが、こ
れに限定されず、低電流で駆動できしかもそのト
ルクの大きな電動モータで１：１で駆動してもよ
いもので、さらにこのような伝達手段としては、
歯車機構に限らず、たとえばベルト、チエーン等
を用いてもよいものである。

また、上述した実施例では、ステアリングギヤ
としてラツクピニオン型のものを用いた場合を説
明したが、本発明はこれに限定されず、たとえば
ボールねじ型等にも適用してその効果を発揮し得
ることは容易に理解されよう。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る電動式動力舵
取装置によれば、トーシヨンバーにより相対的に
回動変位可能に連結された舵取ハンドル側の入力
軸と操舵輪側の出力軸との間に設けられトーシヨ
ンバーのねじりによる相対的な回動変位を検出す
ることで操舵輪に至る出力軸系に操舵補助力を与
える電動モータを駆動制御するための非接触型セ
ンサを、入力軸または出力軸の一方に設けたホー
ル素子とこれに対向して他方軸に設けたマグネツ
トとによつて構成し、かつこれらホール素子とマ
グネツトとの回転方向での遠近によつてのみ両軸
間での回動変位を信号出力として取出すように構
成したので、簡単かつ安価な構成にもかかわら
ず、従来一般に用いられているオン・オフ型のト
ルクセンサやストレインゲージタイプ等のような
長期使用や環境変化に対する信頼性や、その調整
作業の煩雑さなどといつた問題は解消され、しか
も適正かつ確実な操舵力の検出を行ない、これに
より車輌の走行条件に応じた適切で円滑な操舵補
助力を得て装置性能を発揮させることが可能で、
またその構成が簡単で全体の小型化および低コス
ト化を図れるとともに実車搭載性の面で優れてな
る等といつた種々優れた効果がある。

特に、本発明によれば、入、出力軸の一方にホ
ール素子を、他方にマグネツトを対向させて設
け、その回転方向での遠近によつて、入、出力軸
間での回動変位を取出すように構成しているの
で、構造が簡単で、組立性に優れ、しかも精度の
よい変位検出が行なえるという利点を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係る電動式動力
舵取装置の一実施例を示す概略側断面図、その要
部平面図および要部正面図、第４図ａ，ｂは非接
触型センサとしてのホール素子およびこれに対向
するマグネツトとの間での配設状態を例示する概
略斜視図、第５図は本発明の別の実施例を示す概
略側断面図である。 １……電動式動力舵取装置、２……スタブ軸
（入力軸）、３……ピニオン軸（出力軸）、４……
トーシヨンバー、５……ラツク、６……ステアリ
ングギヤボデイ、７……蓋体、１０……電動モー
タ、１１……減速歯車機構、１５……ギヤボツク
ス本体、１６……カバー、２０……ホール素子
（非接触型センサ）、２１……マグネツト、２５…
…アンプ用プリント回路基板、２６ａ，２６ｂ，
２６ｃ……スリツプリング、２７ａ，２７ｂ，２
７ｃ……摺動子、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……リ
ード線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トーシヨンバーにより相対的に回動変位可能
   に連結された舵取ハンドル側の入力軸および操舵
   輪側の出力軸と、これら両軸間でトーシヨンバー
   のねじりによる相対的な回動変位を検出する非接
   触型センサと、この非接触型センサからの信号に
   より駆動され前記操舵輪に至る出力軸系に操舵補
   助力を与える電動モータとを備え、 前記非接触型センサは、前記入、出力軸の一方
   に設けられたホール素子とこれに対向して他方軸
   に設けられたマグネツトとによつて構成され、か
   つこれらのホール素子とマグネツトとの回転方向
   での遠近によつて、入、出力軸間での回動変位を
   信号出力として取出すように構成されていること
   を特徴とする電動式動力舵取装置。