JPH0752780Y2 - 車輌用操舵装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本考案は、操舵ハンドルの操作に対応してアクチュエー
タにより車輪を転舵する車輌用操舵装置に関し、特にば
ね手段によって後輪を中立位置に復帰させまたは保持す
るフェイルセーフ機構を備えた車輌用操舵装置に関す
る。

〈従来の技術〉 一般に、アクチュエータを用いて後輪を転舵する操舵装
置は、アクチュエータの不作動に備えてばね手段により
車輪を中立位置に復帰させまたは保持するためのフェイ
ルセーフ機構を採用している。このばね手段は、例えば
実開昭63-1164082号公報に於て後輪を転舵するピストン
ロッド上の油圧シリンダと反対側に配置された中立ばね
のように、軸線方向に沿ってアクチュエータに対して直
列に配置されるのが一般的である。しかも、ロッドの外
周に直接装着されるコイルばねはコイル径が小さいの
で、十分な付勢力を発揮させるためには全長を長くして
ばね常数を高くする必要がある。このため、装置全体が
軸線方向に長大化し、スペース効率の向上を図れないと
いう問題があった。

また、ばね手段は、その付勢力を操舵ロッドに対して軸
線方向に沿って両方向に作用させるために、例えば実願
昭63-77139号明細書に記載されるように、車体に固定さ
れるハウジング側と駆動される操舵ロッド側とにそれぞ
れ中立ばねを係止するためのストッパを設ける必要があ
る。しかし、ばねの取付精度の点から見てストッパを直
接操舵ロッド上に配設することは製作・加工上困難であ
り、このために別個の調節機構を設ける必要があった。

〈考案が解決しようとする課題〉 そこで、本考案の目的は、装置全体を軸線方向に短寸化
してスペース効率の向上を図ることができ、かつ別個の
調節機構を要することなくばねの取付精度を維持し得る
フェイルセーフ機構を備えた車輌用操舵装置を提供する
ことにある。

［考案の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 上述の目的は、本考案によれば、軸線方向に移動して車
輪を転舵する操舵ロッドと、前記操舵ロッドを軸線方向
に駆動するべく前記操舵ロッド上に同軸的に配設された
アクチュエータと、前記車輪を中立位置に復帰させまた
は保持するべく前記操舵ロッドを軸線方向に付勢するば
ね手段とを備える車輌用操舵装置であって、前記ばね手
段が、前記操舵ロッドの一端部にその中心が一体的に結
合された円板部および前記アクチュエータの少なくとも
一部を外囲可能な円筒部を有する支持部材と、その両端
を前記支持部材の円筒部の各端にて支持された状態で前
記円筒部に外装されたコイルばねとを有することを特徴
とする車輌用操舵装置を提供することにより達成され
る。

特に、前記アクチュエータを、前記操舵ロッドと同軸的
に回動自在なロータを有する電動モータと、前記ロータ
に連結されたボールナットと、前記電動モータにより駆
動されるボールナットの回転を直線運動に変換して前記
操舵ロッドに伝達するべく前記ボールナットに螺合した
ボールスクリューとからなるものとし、前記ボールナッ
ト部分とオーバラップする位置に前記円筒部を配設する
ようにすると良い。

〈作用〉 このようにすれば、中立位置復帰／保持用コイルばね
を、操作ロッドを外囲するのみならず、アクチュエータ
をも外囲して設けることができるので、装置全体の軸線
方向寸法を短寸化することができる。しかも装置全体の
径方向寸法を過大にすることなくコイルばねを大径化し
得るので、長寸化を招くことなく所望の付勢力を発揮し
得るばね定数をコイルばねに付与し得る。これに加え
て、加工性が高い単純な円筒面でコイルばねの支持部材
を構成し得るので、比較的容易に好適なばねの取付精度
を得ることができる。

〈実施例〉 以下に添付の図面を参照して本考案を特定の実施例につ
いて詳細に説明する。

第１図には、本考案を適用した車輌の前後輪操舵機構の
全体が概略的に示されている。ステアリングホイール１
を一端に固着したステアリングシャフト２は、従来技術
により前輪操舵装置３の操舵ロッド４と機械的に連結さ
れている。車幅方向に延在する操舵ロッド４の両端は、
左右前輪５を支持する各ナックルアーム６にそれぞれタ
イロッド７を介して連結されている。車輌の後部に配置
された後輪操舵装置８は、車幅方向に延在する操舵ロッ
ド９が電動モータ10によって駆動される。操舵ロッド９
の両端は、前輪用の操舵ロッド４と同様に、後輪11を支
持するナックルアーム12にそれぞれタイロッド13を介し
て連結されている。

各操舵装置３、８には、それぞれ操舵ロッド４、９の位
置を検知して車輪５、11の転舵量を測定するために、差
動トランスを用いた舵角センサ14、15が装着されてい
る。また、ステアリングシャフト２にはステアリングホ
イール１の操作量を検知するためのエンコーダからなる
舵角センサ16が、及び後輪操舵装置８には電動モータ10
の回転量及び方向を検出するためのエンコーダからなる
舵角センサ17がそれぞれ取り付けられている。更に、各
車輪５、11にはそれぞれ車速センサ18が配置されてい
る。これらセンサ14〜18は、電動モータ10を駆動制御す
るコンピュータユニット19に電気的に接続されている。

運転者がステアリングホイール１を操作すると、操舵ロ
ッド４が機械的に駆動されて前輪５が転舵され、かつ同
時にステアリングホイール１の操作量及び操舵ロッド４
の移動量がそれぞれ舵角センサ16、14を介してコンピュ
ータユニット19に入力される。これら前輪５の転舵に関
する情報及び車速センサ18から入力する車速に基づい
て、コンピュータユニット19は後輪11の転舵量を適当に
決定し、電動モータ10を駆動して後輪11を転舵する。電
動モータ10の回転量・回転方向及び操舵ロッド９の移動
量即ち後輪11の実際の転舵量は、それぞれ舵角センサ1
5、17を介してコンピュータユニット19に入力され、こ
れら入力に基づいてコンピュータユニット19は更に後輪
11の舵角を最適にフィードバック制御する。

第２図には、本考案を適用した後輪操舵装置８が詳細に
示されている。後輪操舵装置８は、操舵ロッド９が車体
側に固定されるケーシング21を車幅方向即ち図中左右方
向に貫通し、かつその左右両端にそれぞれボールジョイ
ント22a、22bを介して各タイロッド13が連結されてい
る。電動モータ10は、ロータ軸23が操舵ロッド９上に同
軸に相対回動自在に軸支され、かつロータ軸23上にコイ
ルを巻回してなるロータ24と、ケーシング21の中央部内
周面に固着された永久磁石からなるステータ25とを備え
る。

ロータ軸23は、その一端23aが軸受としてのブッシュ26
を介して操舵ロッド９上に、及び玉軸受27を介してケー
シング21にそれぞれ回動自在に支持されている。ロータ
軸23の他端23bは後述するボールスクリュー機構に連結
されている。ブッシュ26は、アルミニウム等の金属で形
成された薄肉円筒からなり、その内周面に合成樹脂層が
貼着されている。従って、ロータ軸23の回転時に操舵ロ
ッド９との間に生じる滑り摩擦、及びそれによる摺動音
の発生を大幅に低減できる。

このようにロータ軸23が、従来のように全長に亘って操
舵ロッド９上に支持されるのではなく、その一端に於て
ブッシュ26を介して支持されることによって、ロータ軸
23の支持剛性を高くでき、かつロータ軸23内周面と操舵
ロッド９との摺接面積を少なくしてロータ軸23の回動抵
抗を大幅に低減できるので、電動モータの円滑な回転動
作及びそれによる転舵性能の向上が達成される。更に、
ブッシュ26はロータ軸23内部を外気から遮断するシール
効果を発揮するので、ロータ軸他端23bに装着される前
記ボールスクリュー機構の耐久性が向上する。また、操
舵ロッド９がブッシュ26、ロータ軸23及び玉軸受27を介
してケーシング21に支持されるので、操舵ロッド９の支
持構造を別個に設ける必要がなく、装置全体を車幅方向
即ち操舵ロッド９の軸線方向に短寸化することができ
る。

ロータ軸他端23bには、筒状のボールナット30がボルト3
1によりロータ軸23と一体回動するように連結されてい
る。ボールナット30は、その中央部内周面に一条の螺旋
溝からなる環状溝32が凹設され、かつ該中央部を挾んで
ロータ軸23と反対側には縮径部33が形成され、該縮径部
に装着された玉軸受34によりケーシング21の内筒部28に
回動自在に支持されている。そして、操舵ロッド９の右
半分の外周に刻設されたねじ溝35と環状溝32との間に多
数の鋼球36を配置した所謂ボールスクリュー機構を介し
て操舵ロッド９に接続されている。従って、コンピュー
タユニット19により電動モータ10を駆動してロータ軸23
を回転させると、その回転がボールナット30を介して減
速されかつ直線運動に変換して操舵ロッド９に伝達され
る。これにより、操舵ロッド９が左右方向に駆動されて
後輪11が転舵される。

また、ボールナット30には、一体的に結合された円筒部
材37の外周に複数の永久磁石38が円周方向に一定間隔で
固着されている。これに対応してケーシング21には舵角
センサ17を構成するエンコーダ本体39が取り付けられ、
かつ磁気感応部40がケーシング21内に突入して磁石38に
近接する位置に配置されている。これにより、電動モー
タ10が駆動されてボールナット30が回転すると、磁気感
応部40が永久磁石38の回転による磁界変化を検出して信
号を出力し、この信号に基づいてコンピュータユニット
19が電動モータ10の回転量及び回転方向即ち後輪11の転
舵方向及び転舵角を判断する。

操舵ロッド９の前記ボールスクリュー構造と反対側の端
部9aにはボールジョイント22aが取り付けられており、
回り止め部材41をボールジョイト22aで挾持している。
また、回り止め部材41は止めねじ42により回り止めかつ
抜け止めして一体的に結合している。尚、第２図は、回
り止め部材41及び舵角センサ15の取付構造をより理解し
易くするために、第３図のII-II線で示すように一部方
向を変えて後輪転舵装置８の断面を示している。

第３図に併せて示されるように、回り止め部材41は、操
舵ロッド９から放射方向に延出するアーム43と、その先
端から操舵ロッド９と平行に延長する回り止めシャフト
44とを有する。回り止めシャフト44は、ケーシング21に
形成されたやや大径のガイド孔45内に挿入されている。
ガイド孔45の拡径された入口部45aには合成樹脂製のス
リーブ46が装着され、スライド軸受として操舵ロッド９
と一体的に軸線方向に移動する回り止めシャフト44を案
内する。従って、回り止めシャフト44との間のがたを解
消し、操舵ロッド９を駆動する際に回り止めシャフト44
のより円滑な動作を確保しかつ音の発生することができ
る。また、スリーブ46としては、金属円筒の内外周面に
それぞれ合成樹脂槽を貼着したものを使用することがで
きる。

スリーブ46には、その中央部を横方向に貫通する２個の
孔47、48が対称位置に穿設されている。一方、ケーシン
グ21には一方の貫通孔47と同径の横孔49が、ガイド孔入
口部45aに開口するようにアーム43と直交する操舵ロッ
ド９の接線方向に沿って内設されている。スリーブ46
は、貫通孔47がケーシング21の横孔49と一致するように
配置される。

横孔49内には、回り止めシャフト44の外周面に適合する
湾曲形状の端面を有する押圧部材50が摺動自在に配置さ
れている。押圧部材50は、横孔49内に配置されたコイル
ばね51によって常時図中右向きに付勢され、前記端面を
回り止めシャフト44外周面に当接させて回り止めシャフ
ト44を前記接線方向に付勢している。押圧部材50は回り
止めシャフト44との滑り摩擦を少なくするように周知の
様々な材料によりまたは前記端面に合成樹脂層等を貼着
させて形成される。

コイルばね51の付勢力は、ケーシング21に螺着されたセ
ットボルト52によって調節される。また、図示されるよ
うに、押圧部材50が横孔49から貫通孔47を貫通して回り
止めシャフト44外周面に当接しているので、別個の手段
を用いることなくスリーブ46を抜け止めしてガイド孔入
口部45aの所定位置に保持することができる。

更に、ケーシング21には、回り止めシャフト44を挾んで
反対側に舵角センサ15が取り付けられている。上述した
ように差動トランスからなる舵角センサ15は、内部にコ
イルと可動コアとを有する。舵角センサ15の先端部から
出入自在に突出するセンサシャフト53は、内蔵するスプ
リングによって常時外向きに付勢されており、その先端
がスリーブ46の他方の貫通孔48を通って、回り止めシャ
フト44外周面に凹設された軸線方向の溝54の底面55に当
接している。

このように回り止めシャフト44には、押圧部材50を介し
てコイルばね51の付勢力と、センサシャフト53を介して
舵角センサ15の前記内蔵スプリングの付勢力とが前記接
線方向に沿って互いに逆向きに作用する。しかもアーム
43によって付勢力の作用位置と操舵ロッド９の軸心位置
とが大きく離隔しているので、これら付勢力を小さく設
定しても操舵ロッド９の回転方向に比較的大きな力を作
用させることができる。これにより、押圧部材50と回り
止めシャフト44外周面との滑り摩擦を小さくしかつ確実
に操舵ロッド９を回り止めできる。また、別の実施例で
は、押圧部材50を用いた付勢手段または舵角センサ15の
一方のみによっても同様の回り止め効果が得られる。

第２図に示されるように、回り止めシャフト44に形成さ
れた軸線方向溝54は、その深さが軸線方向即ち操舵ロッ
ド９の移動方向に沿って一定の比率で変化するように底
面55が傾斜している。従って、底面55に常時当接するセ
ンサシャフト53のストロークは、操舵ロッド９即ち回り
止めシャフト44が軸線方向に移動すると溝54の深さに追
従して同じ比率で変化する。この変位に基づいて舵角セ
ンサ15は信号を出力し、かつこの信号を入力したコンピ
ュータユニット19が操舵ロッド９の軸線方向の変位を検
出して車輪11の実際の転舵量及び転舵方向を判断する。

第１図に示される前輪転舵装置３の舵角センサ14は、後
輪転舵装置８の舵角センサ15と同様の構成を有する。即
ち、操舵ロッド４の外周面には一定比率で傾斜した底面
を有する軸線方向の溝56が形設され、かつ該底面に舵角
センサ14の外向きに付勢されたセンサシャフトが当接し
ている。しかしながら、前輪５は通常後輪11と比較して
転舵範囲が非常に大きいので、両操舵ロッド４、10の移
動範囲に相当の差がある。このため、前輪用操舵ロッド
４の溝56と後輪用操舵ロッド９の溝54とは、その最大深
さを同じにしかつそれらの軸線方向長さをそれぞれ各操
舵ロッド４、10の最大ストロークに比例して設定するこ
とによって、各舵角センサ14、15に共通の差動トランス
型ストロークセンサを使用できる。

また、第２図に示されるように、後輪転舵装置８は操舵
ロッド９を中立位置に復帰させるためのフェイルセーフ
機構61を備える。フェイルセーフ機構61は、予め圧縮さ
れたリターンスプリング62がその両端に配置した１対の
シート部材63、64を介して有底円筒状をなす支持部材の
円筒部65の外周に装着されている。円筒部65は、有底円
筒状をなす支持部材の底部を形成する円板部66がボール
ジョイント22bにより抜け止めして、操舵ロッド９と一
体的に軸線方向に沿って移動するように結合されてい
る。

上述したようにボールナット30を支持する軸受33の外径
を小さくしたことによって、リターンスプリング62を装
着した円筒部65は、第２図の操舵ロッド９の中立位置に
於て、軸線方向に沿ってボールナット30を部分的に縮径
部32付近までオーバラップするように、ケーシング21の
内筒部28と外筒部29との間の環状空間内に配置される。
また、リターンスプリング62を比較的大径にしたことに
よって、その長さを比較的短くしても大きな付勢力を得
られる。これにより、後輪用操舵装置８の外径を拡大す
ることなく車幅方向に短寸化することができる。

シート部材63、64は、円筒部65外周面に摺動自在に嵌合
し、かつ円筒部65内端に突設されたストッパ67と円筒部
65外端に螺着された止め輪からなるストッパ68とによっ
て移動が制限されている。更に、シート部材63、64の移
動は、ケーシング21の外筒部29内周に設けられたストッ
パ69、70によってそれぞれ制限される。また、第２図の
中立位置に於ける両シート部材63、64の軸線方向の離隔
距離によってリターンスプリング62の収縮可能な限度が
決定される。

本考案によれば、円筒部65は加工性が高いので、操舵ロ
ッド９上に直接ストッパを設けてリターンスプリング62
を装着する場合と比較して、別個の調整機構を要するこ
となく十分な精度を容易に確保することができる。ま
た、シート部材63、64の両端面にはそれぞれシート状の
弾性部材71、72が貼着されており、シート部材64、65が
各ストッパ67〜70に衝突する際の衝撃を緩和しかつ打音
を防止することができる。

操舵ロッド９が図中右方へ移動すると、左側のシート部
材63は円筒部65のストッパ67により操舵ロッド９と共に
右方へ移動するが、右側のシート部材64はケーシング21
のストッパ70に係止される。このため、リターンスプリ
ング62は圧縮されて操舵ロッド９を左方へ戻す付勢力を
発生させる。逆に、操舵ロッド９が図中左方へ移動する
と、右側のシート部材64は円筒部65の外側のストッパ68
により操舵ロッド９と共に左方へ移動するが、左側のシ
ート部材63はケーシング21のストッパ69により係止され
る。従って、操舵ロッド９にはリターンスプリング62の
付勢力が右方へ作用する。このように、操舵ロッド９に
は左右いずれの方向に移動してもその中立位置へ向けて
リターンスプリング62による復帰力が作用する。

［考案の効果］ 上述したように本考案によれば、中立位置復帰／保持用
コイルばねを、操舵ロッドを外囲するのみならず、アク
チュエータをも外囲して設けることができるため、各々
を軸線方向について部分的にオーバーラップして配設し
得ることとなり、装置全体の軸線方向寸法の短寸化が可
能となる。しかも装置全体の径方向寸法を過大にするこ
となくコイルばねを大径化し得るので、長寸化を招くこ
となく所望の付勢力を発揮し得るばね定数をコイルばね
に付与し得る。従って、装置構成がコンパクト化され、
スペース効率を向上する上に多大な効果が得られる。こ
れに加えて、加工性が高い単純な円筒面でコイルばねの
支持部材を構成し得るので、比較的容易に好適なばねの
取付精度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案を適用した車輌の操舵機構全体を概略
的に示す構成図である。 第２図は、本考案を適用した後輪操舵装置を示す縦断面
図である。 第３図は、第２図のIII-III線に於ける断面図である。 １……ステアリングホイール ２……ステアリングシャフト ３……前輪操舵装置、４……操舵ロッド ５……前輪、６……ナックルアーム ７……タイロッド、８……後輪操舵装置 ９……操舵ロッド、9a、9b……端部 10……電動モータ、11……後輪 12……ナックルアーム、13……タイロッド 14〜17……舵角センサ 18……車速センサ 19……コンピュータユニット 21……ケーシング 22a、22b……ボールジョイント 23……ロータ軸、23a、23b……端部 24……ロータ、25……ステータ 26……ブッシュ、27……玉軸受 28……内筒部、29……外筒部 30……ボールナット、31……ボルト 32……環状溝、33……縮径部 34……玉軸受、35……ねじ溝 36……鋼球、37……支持部材 38……永久磁石、39……エンコーダ本体 40……磁気感知部、41……回り止め部材 42……止めねじ、43……アーム 44……回り止めシャフト 45……ガイド孔、46……スリーブ 47、48……貫通孔、49……横孔 50……押圧部材、51……コイルばね 52……セットボルト、53……センサシャフト 54……溝、55……底面 56……溝、61……フェイルセーフ機構 62……リターンスプリング 63、64……シート部材 65……円筒部、66……円板部 67〜70……ストッパ、71、72……弾性部材

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】軸線方向に移動して車輪を転舵する操舵ロ
   ッドと、前記操舵ロッドを軸線方向に駆動するべく前記
   操舵ロッド上に同軸的に配設されたアクチュエータと、
   前記車輪を中立位置に復帰させまたは保持するべく前記
   操舵ロッドを軸線方向に付勢するばね手段とを備える車
   輌用操舵装置であって、 前記ばね手段が、前記操舵ロッドの一端部にその中心が
   一体的に結合された底部および前記アクチュエータの少
   なくとも一部を外囲可能な円筒部を有する有底筒状の支
   持部材と、 その両端を前記支持部材の円筒部の各端にて支持された
   状態で前記円筒部に外装されたコイルばねとを有するこ
   とを特徴とする車輌用操舵装置。
2. 【請求項２】前記アクチュエータが、前記操舵ロッドと
   同軸的に回動自在なロータを有する電動モータと、前記
   ロータに連結されたボールナットと、前記電動モータに
   より駆動されるボールナットの回転を直線運動に変換し
   て前記操舵ロッドに伝達するべく前記ボールナットに螺
   合したボールスクリューとからなり、前記ボールナット
   部分とオーバラップする位置に前記円筒部を配設したこ
   とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項に記載の
   車輌用操舵装置。