JPS6229469A - ラツクアンドピニオン型パワ−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、電気駆動力又は油圧駆動力等をパワーアシス
トとして利用するラックアンドピニオン型パワーステア
リング装置に関する。

〔従来の技術〕

一般にパワーステアリング装置においては、ハンドル操
舵トルクを何らかの検出手段により信号として取り出し
、パワーステアリングバルブ又はコントローラ等の制御
手段によってハンドル操舵トルクに対してのパワーアシ
ストを生じさせる。

例えば油圧式パワーステアリング装置においては、操舵
トルクをトーションバー等を用いて機械的に位相差等と
して検出し、これを直接制御手段たるスプールバルブや
ロータリバルブに伝えてバルブの変位を制御し、必要な
圧力と流量をパワーシリングに分配してパワーアシスト
を生じさせるようになっている。

一方、電気式又は電気油圧式パワーステアリング装置に
おいては、操舵トルクを何らかの電気信号として検出し
、この信号を所定のコントロール装装置に送り電気モー
タの回転又はパワーシリンダの移動を操作する電磁切換
バルブの変位量を夫々電気的に制御することによって所
望のパワーアシストを生じさせるようになっている。

この後者における操舵トルク検出手段として、従来、代
表的なものとして、つぎの二つの例が示される。

その一つは、操舵トルクがステアリングシャフトととも
に回転するトーションバーのねじれ角に比例することか
ら、このねじれ角を磁気センサ、光センサ等の非接触型
の素子を用いて直接検出するものである。また他の一つ
は、トーションバーのねじれ角の変位量を遊星ギヤ機構
を介して直線変位量に変換し、この変位量を操舵トルク
検出の電気信号としてポテンショメータ、差動変圧器等
の検出装置によって取り呂すものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

（１）しかしながら、上記磁気センサ（光センサ）を使
用した操舵トルク検出手段では、磁気センサが半導体の
ため、温度特性が良好でない。またトーションバーのね
じれ角と操舵トルク変換量として検出されるべき電気量
とは必ずしも比例せず、それを比例関係にするには電子
回路ユニットが必要で、それだけ部品点数も多く複雑と
なり、また故障も生じ易くなるという欠点があった。さ
らに半導体である磁気センサは、はこりやごみの影響を
受は易く、これ等の外乱対策が必要となる欠点もあった
。

また上記遊星歯車機構を使用した操舵トルク検出手段で
は、実績はあるものの、構造が著しく複雑となり、コス
ト高になるという欠点があった６（２）次に１以上のよ
うな操舵トルク検出装置をパワーステアリング装置に用
いる際に問題となることの一つは、温度によるゼロ点の
ドリフトであり、ゼロ点がドリフトすると、ハンドルの
左右の操舵力がアンバランスになったり、また極端な場
合にはハンドルに操舵力を加えないのに車輪が動くとい
った現象を生じることになる。

このような現象を防止するのに、ゼロ点のドリフトを統
計的に補正する方法がある（特開昭６Ｏ−１８４５１）
。この方法はハンドルに加わる操舵力が左右ランダムで
あり、相当の時間をおいてみれば、その平均値は操舵ト
ルクのゼロ点と一致するという考え方を基礎としている
。しかし、例えば、周回路を一方向１こ運転する場合を
想定すれば、この左右ランダムという考え方には無理が
あり、実用上問題となる。

また、このような検出装置に温度補償回路を組み込んだ
としても、経年変化によるゼロ点トリプトは補償できず
、そのための調整部が必要となり、信頼性やコストの点
で問題がある。

本発明は、このような問題点を解決し、電子回路ユニッ
トを必要とせず、ゼロ点のドリフト防止を電子回路ユニ
ットを使用せずに簡単な機構で達成できる操舵トルク検
出手段をもったラックアンドビニオン型の電気式又は電
油式パワーステアリング装置を提供することを目的とす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる目的達成のため、本発明は、操舵トルクを介して
車輪のナックルアームに連結するラックに噛合しかつ操
向ハンドルとともに回転するビニオンを一体的に形成し
たピニオン軸と、該ピニオン軸を回動自在に支承しかつ
アウタレースを長穴に嵌挿した複数の軸受と、前記ピニ
オン軸に近接して摺動自在に配設されかつ中立保持スプ
リングによって中立保持されたプランジャと、前記ピニ
オン軸に嵌挿されかつ先端部を前記プランジャに連結し
前記ピニオン軸の回動変位に伴って揺動する揺動レバー
とを設け、かつ該揺動レバーと前記プランジャとの連結
部にハンドル操舵トルク検出手段である抵抗線歪ゲージ
又は圧電素子を設け、さらに揺動レバー先端の中立位置
を検出するため該先端に接触するリミットスイッチを設
け、該検出信号を受けるコントローラにより前輪操向駆
動用のモータ又はパワーシリンダを操作させるための電
磁制御バルブを制御するコントローラをもうけたもので
ある。

〔作用〕

（１）上述の構成によれば、車輪に負荷がかかっている
状態において、操向ハンドルを操作してピニオン軸をい
ずれかの方向に回転させると、車輪、ナックルアーム、
操舵リンクおよびラックは一つの固定状態にあり、ラッ
クの抵抗が大きいため、この回転方向にラックの軸方向
に沿ってピニオン軸は、長穴と軸受との間隙分だけいず
れかの方向に移動する。このとき揺動レバーも揺動する
が、揺動レバーはプランジャの中立保持スプリングから
の反力を受けて変形し、この変形量がハンドル操舵トル
ク検出手段に電圧として検出される。

（２）さらにリミットスイッチにより揺動レバーの中立
位置が検出できるので、温度変化や経年変化によりゼロ
点がドリフトしても、これをコントローラにより補償で
きる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図から第５図は、本発明の第１実施例に係り、第１
図において、車輪２はナックルアーム３を介して操舵リ
ンク４に連結されている。操舵リンク４に一体的に形成
されたラック５と、ハンドル６から入力軸８を介して連
結するピニオン１０とは、ギヤボックス１１内において
噛み合っている。

ラックアンドピニオン型ステアリング装置１は、ハンド
ル６の回転をピニオン１０とラック５とからなる歯車機
構を介して操舵リンク４に伝達し、左右の車輪２の方向
を変えるものである。

このラックアンドピニオン型ステアリング装置１の操舵
力を動力的に補助するためにモータ１２が装置され、モ
ータ１２の出力軸端に取りつけられたピニオン１３がラ
ック５と噛み合い、ラック５を摺動させることによりパ
ワーアシストを生しさせるようになっている。このモー
タ１２の正逆回転および出力制御は、ハンドル操舵トル
ク検出機構１５において検出した電気信号をコントロー
ラ１６で処理することにより行なわれる。

第２図は、ラック５とピニオン１０との噛み合い状態お
よび操舵トルク検出機構１５を示すギヤボックス１１部
分における縦断面図、第３図は、第２図の■−■矢視縦
断面図、第４図は、第２図のＩＶ−ＩＶ矢視縦断面図で
ある。

第２図において、ピニオン１０と一体的に形成されたピ
ニオン軸１８は、ピニオン１０の前後に配置された軸受
１９．２０を介してギヤボックス１１に回動自在に支承
されている。軸受１９．２０は、第３図に示すように、
軸受１９．２０のアウタレース］、９Ａ、２０Ａが、ギ
ヤボックス１１に形成された長穴１１ａに左右方向に間
隙寸法ａをもって嵌挿されており、軸受１９．２０のイ
ンナレース１９Ｂ、２０Ｂは、ピニオン軸１８に嵌挿さ
れている。

操舵トルク検出機構１５は、揺動レバー２６と、ハンド
ル操舵トルク検出手段の一例たる抵抗線歪ゲージ２７と
を備えており、揺動レバー２６は、リング部２８と、該
リング部２８の中心を通ってそれぞれ反対側に突出形成
された支持部２９および駆動部３０とからなっている。

リング部２８は、ピニオン軸１８に嵌挿されており、支
持部２９の先端に球面状に形成された支持ピン２９ａは
、バルブブロック本体２５に圧入されたカラー３２の穴
３２ａにより支持されている。また駆動部３０の先端に
球面状に形成された先端部３０ａは、ピニオン軸１８と
直交して形成されたピン穴２４ａに嵌入されている。

歪ゲージ２７は、第４図および第５図に示すように、揺
動レバー２６の駆動部３０の左右両側面に付着されてい
る。そして、揺動レバー２６先端の中立位置に対応し、
ピン穴２４ａの内面にリミットスイッチ６０が設けられ
ている。

つぎに本発明の第１実施例の作用を説明する。

車輪２に負荷がかかっている状態において、ハンドル６
を操作してピニオン軸１８をいずれかの方向に回転させ
ると、車輪２、ナックルアーム３、操舵リンク４および
ラック５は−っの固定状態にあり、ラック５の抵抗が大
きいため、この回転方向にラック５の軸方向に沿ってピ
ニオン軸１８は、ギヤボックス１１に設けられた軸受１
９．２０との間隙寸法ａだけいずれかの方向に移動する
。この移動に伴って揺動レバー２６が、支持ピン２９ａ
を支点にしてピニオン軸１８と同じ方向に移動し、プラ
ンジャ２４を中立保持スプリング３４のばね力に抗して
移動させる。このとき、揺動レバー２６は、プランジャ
２４を介し中立保持スプリング３４の反力を受けて変形
し、この変形量は揺動レバー２６の駆動部３０に付着さ
れた歪ゲージ２７の抵抗値変化として捉えられ、この変
化量が電圧として検出される。

ところで操舵トルクは、ピニオン１０がラック５から受
ける反力に比例するもので、この反力は揺動レバー２６
の変形量、すなわち、歪ゲージ２７の歪量に比例するも
のである。したがって、操舵トルクにほぼ比例した電圧
を操舵トルク検出手段である歪ゲージ２７によって得る
ことができる。

このようにして歪ゲージ２７によって電圧変化を検出し
てモータ１２の回転方向を決定し、いずれかの方向のパ
ワーアシストを生じさせるものである。

操舵トルクがＯのときは、揺動レバー２６はスプリング
ピン１０ａとスプリング３４とのつり合いから機械的に
定められた中立位置にある。このレバー２６の中立位置
をリミットスイッチ６０（近接スイッチ、光スィッチ等
でも可）で検出し、図６に示すフローチャートによりセ
ンサ電圧のゼロ点を補正する。ここで、タイマはハンド
ルを急に切り返したような場合に、瞬間的にリミット・
スイッチがＯＮになるが、このような場合に一々ゼロ点
を調整するとステアリングの挙動が不安定になる可能性
があるので、それを防くために、一定時間リミット・ス
イッチがＯＮになったときのみゼロ点調整をするように
したものである。また、ここでは省略しているメインル
ーチンは、修正セミサ電圧や車速信号等を取り入れて、
必要な出力制御信号を生成する。

このようにすれば、温度変化や経年変化によりゼロ点が
ドリフトしても、リミットスイッチがＯＮになるごとに
修正されるので、温度センサや複雑な電子回路を用いる
ことなしに、ゼロ点ドリフトを補償できる。

〔他の実施例〕

第７図は歪ゲージ２７の代わりに、揺動レバー２６の受
ける反力をプランジャ２４に埋め込まれた圧電素子６１
で直接捉える方式を示している。

第８図は第７図と同じ方式であるが、圧電素子６１を揺
動レバー２６に埋め込んでいるところが異なる。

第９図は、電気駆動力をパワーアシスト力とじて利用す
る第１実施例において、電気駆動力に代えて油圧駆動力
をパワーアシスト力としたラックアンドピニオン型パワ
ーステアリング装置１の概要図であり、パワーアシスト
の手段が異なる点で、第１実施例とは相違点を有する。

第９図において、歪ゲージ２７、圧電素子６１等を設け
た操舵トルク検出機構１５で検出した電気信号は、コン
トローラ１６に入力処理され、電気式コントロールバル
ブ４ｏを制御することにより、ラック５に付設されたパ
ワーシリンダ２３に管路４１を通じて油圧を供給し、操
舵リンク４にパワーアシストを生じさせるものである。

なお、第９図において、４３は油圧ポンプ、４５は油タ
ンクである。

〔発明の効果〕

上述のとおり、本発明によれば、従来の油圧式パワース
テアリングのコントロールバルブ切換操作用に設けられ
ていた既存の揺動レバーを利用し、かつ歪ゲージによっ
て操舵トルクが電気量として検出されるので、複雑な電
子回路が不要となり、装置全体が小形になるとともに装
置全体のコストを低減させることができる。

また、ハンドル操舵トルク検出手段としての歪ゲージ又
は圧電素子及び中立位置検出のためのリミットスイッチ
を設けるので、温度によるゼロ点のドリフト防止を複雑
な電子回路ユニットを使用せずに達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明の第１実施例に係り。 第１図は電気駆動力をパワーアシストとするラックアン
ドピニオン型パワーステアリング装置の概要図、第２図
はラックとピニオンとの噛み合い状態および操舵トルク
検出機構を示すギヤボックス部分における縦断面図、第
３図は第２図の■−■矢視縦断面図、第４図は第２図の
ＩＶ−ｒＶ矢視縦断面図、第５図は第４図に示すものの
部分拡大図、第６図は第一実施例の作用をあられすフロ
ーチャート、第７図及び第８図は他の実施例における第
５図に対応する図、第９図は他の実施例における＠１図
に対応する図である。第８図は油圧駆動力をパワーアシ
ストとするラックアンドピニオン型パワーステアリング
装置の概要図である。 １・・・ラックアンドピニオン型パワーステアリン装置
、 ２・・・車輪、　　　　　　　３・・・ナックルアーム
、４・・・操舵リンク、　　　　５・・・ラック、６・
・・操向ハンドル、　　１０・・・ピニオン、１１ａ・
・・長穴　　　　　］−２・・・モータ、１５・・・操
舵１−ルク検出機構、 １８・・・ピニオン軸、　　　１９．２０−・・軸受、
１９Ａ、２０Ａ・・アウタレース。 ２３・・・パワノシリンダ、 ２４・・プランジャ、　　２６・・・揺動し）＜　−１
２７，３８・・・ハンドル操舵トルク検出手段である歪
ゲージ、　　　　　　　６ｏ・・・リミットスイッチ、
６１・・圧電素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）操舵リンクを介して車輪のナックルアームに連結
   するラックに噛合しかつ操向ハンドルとともに回転する
   ピニオンを一体的に形成したピニオン軸と、該ピニオン
   軸を回動自在に支承しかつアウタレースを長穴に嵌挿し
   た複数の軸受と、前記ピニオン軸に近接して摺動自在に
   配置され、かつ中立保持スプリングによって中立保持さ
   れたプランジャと、前記ピニオン軸に嵌挿されかつ先端
   部を前記プランジャに連結し前記ピニオン軸の回動変移
   に伴って揺動する揺動レバーとを設け、かつ該揺動レバ
   ーと前記プランジャとの連結部にハンドル操舵トルク検
   出手段である抵抗線歪ゲージ又は圧電素子を設け、揺動
   レバー２６先端の中立位置において該先端に接触し中立
   位置を検出するリミットスイッチを設け、前記ラックに
   関与した前輪操向用のモータ又はパワーシリンダを操作
   させるための電磁制御バルブを前記ハンドル操舵トルク
   検出値及び中立位置に基づいて制御するコントローラを
   設けたことを特徴とするラックアンドピニオン型パワー
   ステアリング装置。