JP2006290291A - パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステアリング剛性を状況に応じて変化させることが可能で、しかも、がたつきの発生を防止することが可能なパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】本パワーステアリング装置1では、同軸上に配置された入力軸3および出力軸4の相対回動変位に応じて操舵補助力を発生する。入力軸3および出力軸4を相対回動可能且つトルク伝達可能に連結する第1および第2の連結部材24,25が備えられる。第1の連結部材24は操舵トルクに応じて弾性的に曲げ変形し、入力軸3と出力軸4が相対回動する。油圧アクチュエータ26により第2の連結部材25の支持孔33bを軸方向Sについて変位させて、曲げの支点を変位調節し、所定量の操舵トルクに対する第1の連結部材24の曲げ変形量を調整でき、ステアリング剛性を変化させることができる。トーションバーだけを用いる従来の場合に比べて耐久性が向上する。
【選択図】 図1
【解決手段】本パワーステアリング装置1では、同軸上に配置された入力軸3および出力軸4の相対回動変位に応じて操舵補助力を発生する。入力軸3および出力軸4を相対回動可能且つトルク伝達可能に連結する第1および第2の連結部材24,25が備えられる。第1の連結部材24は操舵トルクに応じて弾性的に曲げ変形し、入力軸3と出力軸4が相対回動する。油圧アクチュエータ26により第2の連結部材25の支持孔33bを軸方向Sについて変位させて、曲げの支点を変位調節し、所定量の操舵トルクに対する第1の連結部材24の曲げ変形量を調整でき、ステアリング剛性を変化させることができる。トーションバーだけを用いる従来の場合に比べて耐久性が向上する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、自動車等に用いられるパワーステアリング装置に関する。
パワーステアリング装置には、例えばステアリングホイールと一体回動する入力軸と、入力軸に連結されたトーションバーと、トーションバーに連結されて操舵装置に回動を伝達する出力軸とを有するものがある。ステアリングホイールが回動操作されると、トーションバーが捩れながら、回動が出力軸に伝達されるとともに、入力軸と出力軸との間の相対回動変位量(トーションバーの捩れ量に相当する。)に応じて操舵補助力が得られるようになっている。上述のトーションバーの捩じり剛性は、通例、一定とされている。
ところで、高速での直進安定性を確保するためには、ステアリング剛性が高いことが好ましく、そのためには、トーションバーの捩じり剛性を高くする必要がある。
しかし、トーションバーの捩じり剛性を高くすると、据え切り時等でトーションバーの捩れ量が不足する結果、所望の大きさの操舵補助力が得られなくなる。このため、運転者にとってステアリングホイールの操作力が重くなるという問題がある。
しかし、トーションバーの捩じり剛性を高くすると、据え切り時等でトーションバーの捩れ量が不足する結果、所望の大きさの操舵補助力が得られなくなる。このため、運転者にとってステアリングホイールの操作力が重くなるという問題がある。
そこで、トーションバーの捩じりの有効長を変化させることにより、捩じり剛性を変化させるようにしているパワーステアリング装置もある(例えば、特許文献1参照。)。
具体的には、特許文献1では、入力軸と出力軸との間に、互いに連結されたトーションバーおよび筒部材を介在させている。トーションバーの一端が出力軸に固定され、トーションバーの他端側部分が筒部材の内周にセレーション嵌合され、筒部材の外周が入力軸の嵌合孔にセレーション嵌合されている。筒部材は、トーションバーに対して、捩じり方向の相対移動を規制し、且つ軸方向に相対移動可能とされ、これとともに、筒部材は、入力軸に対して、捩じり方向の相対移動を規制し、且つ軸方向に相対移動可能とされている。筒部材を軸方向に移動させることにより、トーションバーの有効長を変化させ、ひいては捩じり剛性を変化させるようにしている。
実開平5−49568号公報
具体的には、特許文献1では、入力軸と出力軸との間に、互いに連結されたトーションバーおよび筒部材を介在させている。トーションバーの一端が出力軸に固定され、トーションバーの他端側部分が筒部材の内周にセレーション嵌合され、筒部材の外周が入力軸の嵌合孔にセレーション嵌合されている。筒部材は、トーションバーに対して、捩じり方向の相対移動を規制し、且つ軸方向に相対移動可能とされ、これとともに、筒部材は、入力軸に対して、捩じり方向の相対移動を規制し、且つ軸方向に相対移動可能とされている。筒部材を軸方向に移動させることにより、トーションバーの有効長を変化させ、ひいては捩じり剛性を変化させるようにしている。
しかし、トーションバーを用いる場合、耐久性に限界があるので、パワーステアリング装置の耐久性も制限を受けている。
また、特許文献1のように筒部材を用いてトーションバーの捩じり剛性を変化させる場合、筒部材は、トーションバーおよび入力軸にそれぞれ軸方向に相対移動可能なようにセレーション嵌合されているので、各セレーション嵌合部分に所定量の回動方向の遊びが必要であり、その結果、ステアリング装置の切り返し時等にがたつきが生じる。
また、特許文献1のように筒部材を用いてトーションバーの捩じり剛性を変化させる場合、筒部材は、トーションバーおよび入力軸にそれぞれ軸方向に相対移動可能なようにセレーション嵌合されているので、各セレーション嵌合部分に所定量の回動方向の遊びが必要であり、その結果、ステアリング装置の切り返し時等にがたつきが生じる。
そこで、この発明の目的は、耐久性を高くでき、容易にステアリング剛性を変化可能なパワーステアリング装置を提供することである。
本発明のパワーステアリング装置は、所定の回動軸線の同軸上に配置された入力軸および出力軸の相対回動変位に応じて操舵補助力を発生するパワーステアリング装置において、上記入力軸および出力軸をトルク伝達可能に連結する連結部材を備え、上記連結部材は、入力軸と出力軸の相対回動に伴って弾性的に曲げられる部分を含むことを特徴とする。本発明によれば、操舵トルクがかかると、連結部材が弾性的に曲げられることにより、入力軸と出力軸との間に相対回動変位量が生じて、操舵補助力が発生する。また、入力軸と出力軸との間に相対回動変位量を生じさせるために、連結部材が弾性的に曲げられる部分を含むようにしているので、耐久性に限界がある従来のトーションバーを廃止することや、トーションバーを用いる場合であってもトーションバーに負荷されるトルクを軽減することが可能となる。その結果、耐久性を高めることができる。また、上記弾性的に曲げられる部分の曲げの支点を変化させることにより、ステアリング剛性を容易に変化させることができる。
具体的には、本発明において、上記弾性的に曲げられる部分の曲げの支点は、上記所定の回動軸線と平行な方向に離隔する第1および第2の曲げの支点を含み、少なくとも一方の曲げの支点は、上記所定の回動軸線と平行な方向に変位調整可能である場合がある。この場合、例えば、弾性的に曲げられる部分において、操舵トルクを受けたときに弾性曲げ変形している部分の長さ(所定の回動軸線に沿った長さ)を変化させることができるので、所定量の操舵トルクに対する弾性的に曲げられる部分の曲げ変形量を調整することができる。その結果、ステアリング剛性を変化させることも可能となる。
本発明において、上記少なくとも一方の曲げの支点を上記所定の回動軸線と平行な方向に変位調整する調整手段を備える場合がある。この場合、所定量の操舵トルクに対する弾性的に曲げられる部分の曲げ変形量、ひいてはステアリング剛性を容易に調整できる。
本発明において、上記調整手段は、油圧アクチュエータを含む場合がある。この場合、所定量の操舵トルクに対する弾性的に曲げられる部分の曲げ変形量、ひいてはステアリング剛性を、軽い力で容易に調整することができる。
本発明において、上記調整手段は、油圧アクチュエータを含む場合がある。この場合、所定量の操舵トルクに対する弾性的に曲げられる部分の曲げ変形量、ひいてはステアリング剛性を、軽い力で容易に調整することができる。
また、本発明において、上記弾性的に曲げられる部分は、上記所定の回動軸線と平行な方向に延びる断面円形の棒を含み、上記第1の曲げの支点は、入力軸および出力軸の何れか一方に一体回動可能で且つ軸方向移動不能な固定支点からなり、上記第2の曲げの支点は、入力軸および出力軸の何れか他方に一体回動可能で且つ軸方向相対移動可能な可動部材に形成された支持孔からなり、上記支持孔は、上記棒を上記所定の回動軸線から離れた位置で相対回動可能で且つ軸方向相対移動可能に支持する場合がある。この場合、支持孔に対して棒を軸方向に移動することにより、第2の曲げの支点の位置を上記所定の回動軸線と平行な方向に調整でき、弾性的に曲げられる部分における曲げ変形量を調整することができる。棒を支持孔で支持することにより、棒と支持孔との間をトルク伝達でき且つ棒と支持孔とを軸方向に互いに相対変位できるので、セレーション嵌合を利用せずに済み、その結果、セレーション嵌合に起因したがたつきの発生を防止することができる。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、パワーステアリング装置が、操舵補助用に油圧アクチュエータを用いる油圧式パワーステアリング装置である場合に則して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態のパワーステアリング装置の一部断面図である。図1を参照する。
図1は、本発明の第1実施形態のパワーステアリング装置の一部断面図である。図1を参照する。
パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール2に一体回動可能に連結される入力軸3と、この入力軸3と相対回動可能に連結される出力軸4と、入力軸3と出力軸4とを相対回動可能に且つトルク伝達可能に連結する連結機構5と、入力軸3および出力軸4を軸受6,7,8を介して回動自在に支持するハウジング9と、出力軸4に連結されるラックアンドピニオン機構等の操舵機構10とを有している。
操舵機構10は、出力軸4に一体回動するピニオン11と、このピニオン11と噛み合うラック12aが設けられて車両の左右方向に延びるラック軸12とを有している。ラック軸12の端部に操向用車輪(図示せず)が連結されている。
ハウジング9は、入力軸3および出力軸4を、所定の回動軸線13の周りに回動自在に支持し、両軸3,4を所定の回動軸線13の同軸上に配置している。所定の回動軸線13に沿う方向(軸方向Sともいう。)について、ハウジング9の一方の端部から入力軸3が突出し、ハウジング9の他方の端部に操舵機構10が配置されている。なお、以下では、軸方向Sについて、ハウジング9の一方の端部から入力軸3が突出する方向を、軸方向一方といい、この向きとは逆向きを軸方向他方という。
ハウジング9は、入力軸3および出力軸4を、所定の回動軸線13の周りに回動自在に支持し、両軸3,4を所定の回動軸線13の同軸上に配置している。所定の回動軸線13に沿う方向(軸方向Sともいう。)について、ハウジング9の一方の端部から入力軸3が突出し、ハウジング9の他方の端部に操舵機構10が配置されている。なお、以下では、軸方向Sについて、ハウジング9の一方の端部から入力軸3が突出する方向を、軸方向一方といい、この向きとは逆向きを軸方向他方という。
入力軸3は、筒状の外軸14と、外軸14内に嵌め合わされた内軸15とを有している。外軸14と内軸15とは同心に配置されていて、一体回動できるように互いに連結されている。内軸15は、外軸14よりも軸方向他方へ延びている。
出力軸4は、有底円筒形状をなす筒部分16を有している。この筒部分16は、断面形状が円形の内周を有し、軸方向一方に開放されている。また、出力軸4はピニオン11と一体に形成されている。出力軸4の筒部分16は、軸受17を介して入力軸3の内軸15の先端を回動自在に受けるとともに、連結機構5を収容している。
出力軸4は、有底円筒形状をなす筒部分16を有している。この筒部分16は、断面形状が円形の内周を有し、軸方向一方に開放されている。また、出力軸4はピニオン11と一体に形成されている。出力軸4の筒部分16は、軸受17を介して入力軸3の内軸15の先端を回動自在に受けるとともに、連結機構5を収容している。
本実施形態では、連結機構5により、後述するように、操舵トルクに応じて入力軸3と出力軸4とが互いに相対回動できるようにされている。入力軸3および出力軸4の相対回動変位量に応じて操舵補助力が発生するように、パワーステアリング装置1は、作動油を供給されて操舵補助力を発生させるためのアクチュエータとしての油圧アクチュエータ18と、入力軸3と出力軸4との相対角度変位に応じて油圧アクチュエータ18への作動油の給排を制御する制御部としてのコントロールバルブ19とを備えている。
コントロールバルブ19は、ロータリー型のバルブ機構であり、油圧アクチュエータ18と、油圧ポンプ20および油タンク21との間に介装されている。コントロールバルブ19は、ハウジング9内に相対回動自在に保持されている筒状のバルブスリーブ22と、このバルブスリーブ22の内側に同心に相対回動可能に嵌め合わされているバルブロータ23とを含んでいる。バルブスリーブ22は出力軸4に一体回動するように連結されている。バルブロータ23は、入力軸3に一体回動するように連結されていて、具体的には、入力軸3の外軸14の外周に形成されている。
油圧アクチュエータ18は、パワーシリンダからなる。このパワーシリンダは、ラック軸12を取り囲む筒形状のラックハウジング(図示せず)の一部により構成されるシリンダチューブ18aと、シリンダチューブ18a内に摺動自在に嵌合されてラック軸12に一体的に移動できるように設けられたピストン18bとを有している。シリンダチューブ18aには、ピストン18bを挟んだ両側に液密的に封止された一対の油室18c,18dが区画されている。
具体的には、ステアリングホイール2の操作がなされると、入力軸3が回動し、この回動が連結機構5、出力軸4を介してピニオン11に伝達される。ピニオン11が回動すると、ラック軸12が車両幅方向に移動し、操舵用車輪が操舵される。
操舵トルクを受けると、入力軸3および出力軸4は相対回動し、その相対変位量(回動角度量)に応じてコントロールバルブ19のバルブスリーブ22とバルブロータ23とが相対角変位を生じ、コントロールバルブ19内の流路が制御されて、油圧ポンプ20からの圧油が油圧アクチュエータ18の所要の一方の油室18cまたは油室18dに供給されるようになっている。両軸3,4の相対変位量に応じて、操舵補助力が発生する。
操舵トルクを受けると、入力軸3および出力軸4は相対回動し、その相対変位量(回動角度量)に応じてコントロールバルブ19のバルブスリーブ22とバルブロータ23とが相対角変位を生じ、コントロールバルブ19内の流路が制御されて、油圧ポンプ20からの圧油が油圧アクチュエータ18の所要の一方の油室18cまたは油室18dに供給されるようになっている。両軸3,4の相対変位量に応じて、操舵補助力が発生する。
本実施形態では、連結機構5は、所定量の操舵トルクを受けたときに入力軸3と出力軸4との間に生じる相対変位量を調節でき、これにより、ステアリング剛性を状況に応じて変化させることができるようにされている。
連結機構5は、入力軸3の内軸15に固定状態で連結された第1の連結部材24と、第1の連結部材24に対して軸方向Sに変位可能に且つトルク伝達できるように連結される第2の連結部材25とを有している。第2の連結部材25は、可動部材として機能し、出力軸4に一体回動できるように、且つ軸方向Sについて出力軸4に相対移動できるように連結されている。
連結機構5は、入力軸3の内軸15に固定状態で連結された第1の連結部材24と、第1の連結部材24に対して軸方向Sに変位可能に且つトルク伝達できるように連結される第2の連結部材25とを有している。第2の連結部材25は、可動部材として機能し、出力軸4に一体回動できるように、且つ軸方向Sについて出力軸4に相対移動できるように連結されている。
操舵トルクが負荷されるときに、入力軸3と出力軸4との間に相対回動変位が生じることができるように、第1の連結部材24が弾性曲げ変形できるようにされている。その一方で、第2の連結部材25はほとんど弾性変形しないようにされ、入力軸3と出力軸4との間の相対回動変位には寄与しない。
また、パワーステアリング装置1は、所要のタイミングで連結機構5を調整してパワーステアリング装置1に所要の剛性感を付与するために、作動油を供給されて第1および第2の連結部材24,25を軸方向Sに相対移動させるアクチュエータとしての油圧アクチュエータ26と、油圧アクチュエータ26に圧油を供給するための油圧源としての調整用の油圧ポンプ(図示せず)とを有している。調整用の油圧ポンプは、本実施形態では操舵補助用の油圧ポンプ20が兼用されているが、専用の油圧ポンプであってもよい。
また、パワーステアリング装置1は、所要のタイミングで連結機構5を調整してパワーステアリング装置1に所要の剛性感を付与するために、作動油を供給されて第1および第2の連結部材24,25を軸方向Sに相対移動させるアクチュエータとしての油圧アクチュエータ26と、油圧アクチュエータ26に圧油を供給するための油圧源としての調整用の油圧ポンプ(図示せず)とを有している。調整用の油圧ポンプは、本実施形態では操舵補助用の油圧ポンプ20が兼用されているが、専用の油圧ポンプであってもよい。
また、パワーステアリング装置1は、油圧アクチュエータ26の動作を制御するための制御手段として、車両の速度を検出する車速センサ27と、調整用の油圧ポンプと油圧アクチュエータ26との間に介装されて油圧アクチュエータ26に対しての圧油の給排を制御する制御弁28と、車速センサ27に接続されて所要時に制御弁28の動作を制御する制御回路29とを有している。
図2は、連結機構5の一部断面斜視図である。図2を参照する。
第1の連結部材24は、入力軸3の内軸15の軸方向Sの中間部に固定される環状の固定部45と、固定部45から所定の回動軸線13と直角に交差する方向(径方向ともいう。)に径方向外方へ延びる断面円形の棒からなる一対の第1の部分30と、一対の第1の部分30の径方向外方側の端部から所定の回動軸線13と平行な方向としての軸方向Sに沿って軸方向他方へ向けてそれぞれ延びる断面円形の棒からなる一対の第2の部分31とを有している。
第1の連結部材24は、入力軸3の内軸15の軸方向Sの中間部に固定される環状の固定部45と、固定部45から所定の回動軸線13と直角に交差する方向(径方向ともいう。)に径方向外方へ延びる断面円形の棒からなる一対の第1の部分30と、一対の第1の部分30の径方向外方側の端部から所定の回動軸線13と平行な方向としての軸方向Sに沿って軸方向他方へ向けてそれぞれ延びる断面円形の棒からなる一対の第2の部分31とを有している。
互いに連結された第1および第2の部分30,31がなす屈曲状の部分は、複数が設けられていて、これら複数の屈曲状の部分は、所定の回動軸線13の周りに周方向に均等になるように、本実施形態では、互いに反対側に配置されている。一対の屈曲状の部分は、互いに同様に形成されている。以下では、一方の屈曲状の部分を中心に説明する。
第2の連結部材25は、所定の回動軸線13と垂直に交差する円板状の第1の部分32と、第1の部分32の外周縁部から軸方向Sに沿って真直に延びてその延設端で第1の連結部材24の第2の部分31を受ける逆L字形形状をなす第2の部分33とを有する。
第2の連結部材25は、所定の回動軸線13と垂直に交差する円板状の第1の部分32と、第1の部分32の外周縁部から軸方向Sに沿って真直に延びてその延設端で第1の連結部材24の第2の部分31を受ける逆L字形形状をなす第2の部分33とを有する。
第2の部分33は、第1の部分32に固定されていて、第1の連結部材24の一対の第2の部分31に対応して一対で周方向に所定間隔を開けて設けられている。第2の部分33は、第1の部分32から軸方向Sに沿って軸方向一方へ延びる部分と、この部分の延設端から径方向内方に延びる部分とを有している。径方向内方に延びる部分の先端部に、第1の連結部材24の第2の部分31を支持する支持孔33bが形成されている。
支持孔33bは、所定の回動軸線13から所定距離を離れた位置に形成され、第1の連結部材24の第2の部分31が延びる方向である軸方向Sに沿って延びていて、第2の部分33における径方向内方に延びる部分を貫通している。支持孔33bは、第1の連結部材24の第2の部分31を隙間のない嵌合状態でがたつきなく挿通させていて、第2の部分31を支持孔33bの軸線33cの周りに相対回動自在に支持し、且つ第2の部分31を軸方向Sに相対移動できるように支持し、且つ第2の部分31と所定の回動軸線13の周りの方向(周方向ともいう。)について一体的に変位できるように連結し、且つ径方向についての第2の部分31の相対移動を規制している。
第1および第2の連結部材24,25は、入力軸3と出力軸4との間を以下のようにトルク伝達可能に連結している。
入力軸3の内軸15の中間部に、第1の連結部材24の固定部45を介して、第1の連結部材24の第1の部分30の所定の回動軸線13寄りの基端が一体回動できるように固定状態で連結されている。第1の連結部材24の第2の部分31は、第2の連結部材25の第2の部分33の支持孔33bに挿通してトルク伝達できるように連結されている。
入力軸3の内軸15の中間部に、第1の連結部材24の固定部45を介して、第1の連結部材24の第1の部分30の所定の回動軸線13寄りの基端が一体回動できるように固定状態で連結されている。第1の連結部材24の第2の部分31は、第2の連結部材25の第2の部分33の支持孔33bに挿通してトルク伝達できるように連結されている。
第2の連結部材25と出力軸4とは、第1および第2の連結手段により周方向について一体的に変位できて且つ軸方向Sについて相対移動できるように連結されている。
第1の連結手段は、第2の部分33に設けられた係合部としての突起33dと、出力軸4の筒部分16の内周に設けられた係合部としての凹条16b(図5参照)とを有し、第2の連結部材25の第2の部分33と出力軸4とを連結している。突起33dは、径方向外方に突出している。突起33dに対向する位置に、凹条16b(図5参照)が軸方向Sに沿って延びて形成されている。一対の係合部としての突起33dと凹条16bとが互いに当接して係合することにより、第2の部分33と、筒部分16とが、相対回動変位を阻止しつつ、軸方向Sについての相対変位を許容する。なお、上述の係合部としては、図示しないが、第2の部分33に設けられた凹部と、筒部分16の内周に設けられた軸方向Sに延びる凸条としてもよく、互いに係合する一対の係合部であればよい。
第1の連結手段は、第2の部分33に設けられた係合部としての突起33dと、出力軸4の筒部分16の内周に設けられた係合部としての凹条16b(図5参照)とを有し、第2の連結部材25の第2の部分33と出力軸4とを連結している。突起33dは、径方向外方に突出している。突起33dに対向する位置に、凹条16b(図5参照)が軸方向Sに沿って延びて形成されている。一対の係合部としての突起33dと凹条16bとが互いに当接して係合することにより、第2の部分33と、筒部分16とが、相対回動変位を阻止しつつ、軸方向Sについての相対変位を許容する。なお、上述の係合部としては、図示しないが、第2の部分33に設けられた凹部と、筒部分16の内周に設けられた軸方向Sに延びる凸条としてもよく、互いに係合する一対の係合部であればよい。
第2の連結手段は、第2の連結部材25の第1の部分32と出力軸4とを連結し、一対の継手部材34A,34Bを有している。一方の継手部材34Aが、第2の連結部材25の第1の部分32に固定され、他方の継手部材34Bが、出力軸4に固定される。一対の継手部材34A,34Bは、互いに当接してトルク伝達可能な動力伝達面(図示せず)をそれぞれ有している。
本実施形態では、操舵トルクが負荷されるときに、第1の連結部材24の一対の第1および第2の部分30,31はともに弾性曲げ変形できるようにされている。具体的には、第1の連結部材24の第1および第2の部分30,31は、曲げの支点としての固定部45の受け部45aと、曲げの支点としての挿通孔33bの内面とにより受けられている。操舵トルクが負荷されるときに、上述の曲げの支点間において、第1の連結部材24の一対の第1および第2の部分30,31はともに弾性曲げ変形できるようにされている。
曲げの支点は、所定の回動軸線13と平行な方向に離隔する第1および第2の曲げの支点を含んでいる。第1の曲げの支点としての上述の受け部45aは、支点形成部材としての固定部45に形成され、第1の部分30の基端を固定状態で受けていて、入力軸3の内軸15に一体回動可能で且つ軸方向移動不能な固定支点からなる。第2の曲げの支点としての挿通孔33bの内面は、支点形成部材としての第2の連結部材25の第2の部分33に形成され、第1の連結部材24の第2の部分31を受けている。
図3Aおよび図3Bは、第1の連結部材24の第1の部分30の変形を説明するための軸方向Sからみた説明図である。
図3Aに示すように、操舵トルクが負荷されていない無負荷状態では、第1の連結部材24の第1の部分30は、径方向に沿って真直に延びている。また、図3Bに示すように、操舵トルクが負荷されたときには、第1の部分30は、軸方向Sからみて湾曲するように周方向に弾性曲げ変形し、これとともに、第1の部分30の軸線30bの周りに弾性捩じり変形する。例えば入力軸3が時計周りに回動するようにして所定量の操舵トルクTが負荷されたときには、第1の部分30の径方向外方部分は、周方向の撓み量X1で弾性変形する。
図3Aに示すように、操舵トルクが負荷されていない無負荷状態では、第1の連結部材24の第1の部分30は、径方向に沿って真直に延びている。また、図3Bに示すように、操舵トルクが負荷されたときには、第1の部分30は、軸方向Sからみて湾曲するように周方向に弾性曲げ変形し、これとともに、第1の部分30の軸線30bの周りに弾性捩じり変形する。例えば入力軸3が時計周りに回動するようにして所定量の操舵トルクTが負荷されたときには、第1の部分30の径方向外方部分は、周方向の撓み量X1で弾性変形する。
図4A、図4Bおよび図4Cは、第1の連結部材24の第2の部分31の変形の説明図である。先ず、図2と図4Aを参照する。
第1の連結部材24の第2の部分31は、所定の回動軸線13から径方向に所定距離オフセットした位置に配置され、軸方向Sに沿って延びている。第2の部分31は、第1の連結部材24の第1の部分30の径方向外方部分に固定された一端35と、一端35から軸方向他方に所定長さで延びる他端36と、一端35および他端36の間の中間部37とを有している。
第1の連結部材24の第2の部分31は、所定の回動軸線13から径方向に所定距離オフセットした位置に配置され、軸方向Sに沿って延びている。第2の部分31は、第1の連結部材24の第1の部分30の径方向外方部分に固定された一端35と、一端35から軸方向他方に所定長さで延びる他端36と、一端35および他端36の間の中間部37とを有している。
また、本実施形態では、所定量の操舵トルクTを受けたときの、入力軸3と出力軸4との相対回動角度を調節できるようにされていて、そのために、図4Bおよび図4Cに示すように、第2の連結部材25、ひいては第2の曲げ支点としての支持孔33bが、軸方向Sに変位調整可能とされている。
第2の連結部材25の支持孔33bは、図4Aと図4Bに示す第1の位置および図4Cに示す第2の位置に変位できるようにされている。第1の位置では、第1の連結部材24の第2の部分31の他端36が支持孔33bの内部に位置する。第2の位置では、第1の連結部材24の第2の部分31の中間部37における軸方向Sの中央部が支持孔33bの内部に位置する。なお、第2の位置は、軸方向Sについて第1の位置よりも第1の曲げの支点に近接した位置であればよい。
第2の連結部材25の支持孔33bは、図4Aと図4Bに示す第1の位置および図4Cに示す第2の位置に変位できるようにされている。第1の位置では、第1の連結部材24の第2の部分31の他端36が支持孔33bの内部に位置する。第2の位置では、第1の連結部材24の第2の部分31の中間部37における軸方向Sの中央部が支持孔33bの内部に位置する。なお、第2の位置は、軸方向Sについて第1の位置よりも第1の曲げの支点に近接した位置であればよい。
図4Aに示すように、第2の部分31は、無負荷状態で所定の回動軸線13と平行に真直に延びている。なお、図4Aには、第2の連結部材25が第1の位置に位置する場合を示しているが、軸方向Sのどこに位置していても同様である。
一方で、図4Bおよび図4Cに示すように、操舵トルクがかかるときに、第2の部分31は、入力軸3と出力軸4の相対回動に伴って、径方向から見て湾曲し、周方向に弾性曲げ変形するようにされている。
一方で、図4Bおよび図4Cに示すように、操舵トルクがかかるときに、第2の部分31は、入力軸3と出力軸4の相対回動に伴って、径方向から見て湾曲し、周方向に弾性曲げ変形するようにされている。
図4Bに示すように、第2の連結部材25が第1の位置に位置する場合には、操舵トルクを受けると、第1の連結部材24の第2の部分31の全体が、弾性的に曲げられる。このときの曲げのスパンY2は長く、曲げによる周方向の撓み量X2は大きくなる。
図4Cに示すように、第2の連結部材25が第2の位置に位置する場合には、操舵トルクを受けると、第1の連結部材24の第2の部分31の一部の領域のみが弾性的に曲げられる。この領域は、一端35から、軸方向中央にあり支持孔33bにより受けられた被支持部までの領域である。一方、被支持部から他端36までの領域は曲げられない。このときの曲げのスパンY3は短く(Y3<Y2)、曲げによる周方向の撓み量X3は小さくなる(X3<X2)。
図4Cに示すように、第2の連結部材25が第2の位置に位置する場合には、操舵トルクを受けると、第1の連結部材24の第2の部分31の一部の領域のみが弾性的に曲げられる。この領域は、一端35から、軸方向中央にあり支持孔33bにより受けられた被支持部までの領域である。一方、被支持部から他端36までの領域は曲げられない。このときの曲げのスパンY3は短く(Y3<Y2)、曲げによる周方向の撓み量X3は小さくなる(X3<X2)。
また、支持孔33bは、第1の連結部材24の第2の部分31を軸線33c(図2参照)の周りに相対回動自在に受けているので、操舵トルクを受けたときに、第2の部分31が捩じり変形することを防止できる。
図5および図6は、連結機構5の模式的な断面図であり、ハッチングは省略されている。図5に、第2の連結部材25が第1の位置に位置する場合を示す。図6に、第2の連結部材25が第2の位置に位置する場合を示す。
図5および図6は、連結機構5の模式的な断面図であり、ハッチングは省略されている。図5に、第2の連結部材25が第1の位置に位置する場合を示す。図6に、第2の連結部材25が第2の位置に位置する場合を示す。
本実施形態では、曲げの支点としての第2の連結部材25の支持孔33bを所定の回動軸線13と平行な方向に変位調整する調整手段として、上述の油圧アクチュエータ26が設けられている。
油圧アクチュエータ26は、パワーシリンダからなる。このパワーシリンダは、出力軸4の筒部分16の一部により構成されたシリンダチューブ26aと、このシリンダチューブ26a内に配置された軸方向Sに所定距離を摺動自在に第2の連結部材25の第1の部分32により構成されたピストンと、このピストンを挟んだ軸方向両側に配置されてシリンダチューブ26a内に区画された第1および第2の区画室39,40と、第2の連結部材25の第1の部分32を軸方向一方に付勢する付勢部材としてのばね部材41とを有している。ばね部材41は、例えば少なくとも一つの圧縮コイルばねからなる。
油圧アクチュエータ26は、パワーシリンダからなる。このパワーシリンダは、出力軸4の筒部分16の一部により構成されたシリンダチューブ26aと、このシリンダチューブ26a内に配置された軸方向Sに所定距離を摺動自在に第2の連結部材25の第1の部分32により構成されたピストンと、このピストンを挟んだ軸方向両側に配置されてシリンダチューブ26a内に区画された第1および第2の区画室39,40と、第2の連結部材25の第1の部分32を軸方向一方に付勢する付勢部材としてのばね部材41とを有している。ばね部材41は、例えば少なくとも一つの圧縮コイルばねからなる。
入力軸3の内軸15は、出力軸4の筒部分16の内部において第2の連結部材25の第1の部分32を貫通している。内軸15の外周と、出力軸4の筒部分16の内周との間には、この間を液密的に封止するためのシール部材42が介在している。また、内軸15の外周と、第2の連結部材25の第1の部分32に形成された孔の内周との間にも、この間を液密的に封止するシール部材43が介在している。出力軸4の筒部分16の内周と、第2の連結部材25の第1の部分32の外周との間にも、この間を液密的に封止するシール部材44が介在している。
第1の区画室39は、シール部材42と第2の連結部材25の第1の部分32との間に区画されている。第1の区画室39には、第1の連結部材24が収容されるとともに、第1の区画室39の内部に作動油を給排するための油路(図示せず)が形成されている。油路は、出力軸4の筒部分16に形成された孔と、出力軸4とハウジング9との間の隙間と、ハウジング9に形成された孔とを有している。
第2の区画室40は、第2の連結部材25の第1の部分32と、出力軸4の筒部分16の端壁16aとの間に区画されている。第2の区画室40には、ばね部材41が配置され、ばね部材41は、第1の部分32と端壁16aとの間に、軸方向Sについて弾性圧縮変形可能に介在している。
作動油が第1の区画室39の内部に導入されると、作動油の圧力が、ばね部材41の弾力に抗して、第2の連結部材25の第1の部分32を軸方向他方に変位させる。その結果、図5に示すように、第2の連結部材25の挿通孔33bが変位可能な範囲の一端にある第1の位置に位置する。このとき、所定量の操舵トルクTがかかると、図4Bに示すように、第1の連結部材24の第2の部分31は、弾性曲げ変形して周方向の撓み量X2を生じ、これとともに、図3Bに示すように、第1の部分30も、弾性変形して周方向の撓み量X1を生じる。その結果、入力軸3と出力軸4とは、第1および第2の部分30,31の周方向の撓み量の和(X1+X2)に見合う角度変位量で相対回動する。
作動油が第1の区画室39の内部に導入されると、作動油の圧力が、ばね部材41の弾力に抗して、第2の連結部材25の第1の部分32を軸方向他方に変位させる。その結果、図5に示すように、第2の連結部材25の挿通孔33bが変位可能な範囲の一端にある第1の位置に位置する。このとき、所定量の操舵トルクTがかかると、図4Bに示すように、第1の連結部材24の第2の部分31は、弾性曲げ変形して周方向の撓み量X2を生じ、これとともに、図3Bに示すように、第1の部分30も、弾性変形して周方向の撓み量X1を生じる。その結果、入力軸3と出力軸4とは、第1および第2の部分30,31の周方向の撓み量の和(X1+X2)に見合う角度変位量で相対回動する。
図5に示す状態は、例えば所定速度よりも低速時および停車時に達成される。これにより、ステアリングホイール2の操作力が小さくても、相対的に大きな操舵補助力を得られるので、運転者にとってステアリングホイール2の操作力を軽減することができる。
一方で、作動油が第1の区画室39の内部から排出されると、ばね部材41の弾力により、第2の連結部材25の第1の部分32を軸方向一方へ変位させる。その結果、図6に示すように、第2の連結部材25の挿通孔33bが変位可能な範囲の他端にある第2の位置に位置する。このとき、図4Cに示すように、所定量の操舵トルクTがかかると、第1の連結部材24の第2の部分31は、弾性曲げ変形して周方向の撓み量X3を生じ、これとともに、図3Bに示すように、第1の部分30も、弾性変形して周方向の撓み量X1を生じる。その結果、入力軸3と出力軸4とは、第1および第2の部分30,31の周方向の撓み量の和(X1+X3)に見合う角度変位量で相対回動する。この図6に示す場合の角度変位量は、図5に示す場合の角度変位量よりも小さくなる。
一方で、作動油が第1の区画室39の内部から排出されると、ばね部材41の弾力により、第2の連結部材25の第1の部分32を軸方向一方へ変位させる。その結果、図6に示すように、第2の連結部材25の挿通孔33bが変位可能な範囲の他端にある第2の位置に位置する。このとき、図4Cに示すように、所定量の操舵トルクTがかかると、第1の連結部材24の第2の部分31は、弾性曲げ変形して周方向の撓み量X3を生じ、これとともに、図3Bに示すように、第1の部分30も、弾性変形して周方向の撓み量X1を生じる。その結果、入力軸3と出力軸4とは、第1および第2の部分30,31の周方向の撓み量の和(X1+X3)に見合う角度変位量で相対回動する。この図6に示す場合の角度変位量は、図5に示す場合の角度変位量よりも小さくなる。
図6に示す状態は、例えば、所定速度よりも高速での走行時に達成される。これにより、ステアリング剛性を高くできて、高速での直進安定性を確保することができる。
このように本発明の実施形態によれば、操舵トルクがかかると、第1の連結部材24の第1および第2の部分30,31が弾性的に曲げられることにより、また、第1の連結部材24の第1の部分30が弾性的に捩じられることにより、入力軸3と出力軸4との間に相対回動変位量が生じて、操舵補助力が発生する。
このように本発明の実施形態によれば、操舵トルクがかかると、第1の連結部材24の第1および第2の部分30,31が弾性的に曲げられることにより、また、第1の連結部材24の第1の部分30が弾性的に捩じられることにより、入力軸3と出力軸4との間に相対回動変位量が生じて、操舵補助力が発生する。
入力軸3と出力軸4との間に相対回動変位量を生じさせるために、第1の連結部材24が弾性的に曲げられる部分としての第1および第2の部分30,31を含むようにしているので、耐久性に限界がある従来のトーションバーを廃止することや、トーションバー等の弾性的に捩じられる部材を用いる場合であってもこれらの部材に負荷されるトルクを軽減することが可能となる結果、耐久性を高めることができる。なお、このためには、連結部材としての第1および第2の連結部材24,25の少なくとも一部が、両軸3,4が相対回動するときに弾性的に曲げられる部分であればよい。
また、第2の曲げの支点としての支持孔33bを所定の回動軸線13と平行な方向に変位調整できるようにしている。この場合、第1および第2の部分30,31において、操舵トルクを受けたときに弾性曲げ変形している部分の長さ(上述の曲げのスパンに相当する所定の回動軸線に沿った長さ)を変化させることができるので、所定量の操舵トルクに対する弾性的に曲げられる部分としての第2の部分31の曲げ変形量を調整できる。その結果、ステアリング剛性を変化させることができている。また、このためには、第1および第2の曲げの支点のうちの少なくとも一方、例えば両方の曲げの支点または第1の曲げの支点を、所定の回動軸線13と平行な方向に変位調整できるようにしてもよい。
また、上述の調整手段により、弾性的に曲げられる部分の曲げ変形量、ひいてはステアリング剛性を容易に調節することができる。この場合の調整手段としては、油圧アクチュエータ26の他、電動モータ等の電動アクチュエータを用いることも考えられる。
さらに、調整手段が油圧アクチュエータ26を含むことにより、弾性的に曲げられる部分の曲げ変形量、ひいてはステアリング剛性を軽い力で容易に且つすみやかに調整することができる。また、調整用の油圧ポンプ等を、油圧式パワーステアリング装置の操舵補助用の油圧ポンプ等と兼用できるので、構造を簡素化できる。この場合の調整手段としての油圧アクチュエータ26は、例えば、複動タイプのパワーシリンダであってもよい。
さらに、調整手段が油圧アクチュエータ26を含むことにより、弾性的に曲げられる部分の曲げ変形量、ひいてはステアリング剛性を軽い力で容易に且つすみやかに調整することができる。また、調整用の油圧ポンプ等を、油圧式パワーステアリング装置の操舵補助用の油圧ポンプ等と兼用できるので、構造を簡素化できる。この場合の調整手段としての油圧アクチュエータ26は、例えば、複動タイプのパワーシリンダであってもよい。
また、第1の曲げの支点としての受け部45aが固定支点からなり、第2の曲げの支点が支持孔33bであり、支持孔33bが第2の部分31を所定の回動軸線13から離れた位置で相対回動可能で且つ軸方向相対移動可能に支持するようにしている。これにより、支持孔33bに対して第2の部分31を軸方向Sに移動することにより、第2の曲げの支点の位置を所定の回動軸線13と平行な方向に調整することができ、第2の部分31における曲げ変形量を調整することができる。また、第1の連結部材24の第2の部分31を支持孔33bで支持することにより、第1および第2の連結部材24,25の間を互いにトルク伝達でき且つ第1および第2の連結部材24,25を軸方向Sに互いに相対変位できるので、セレーション嵌合を利用せずに済む。また、第1および第2の連結手段にも、セレーション嵌合を採用していない。その結果、セレーション嵌合に起因したがたつきの発生を防止することができる。
また、弾性的に曲げられる部分としての第1および第2の部分30,31が複数個で設けられることにより、負荷を分散することができ、単一のトーションバーのみで負荷を受ける場合に比べて、高い耐久性の実現に寄与する。
第1の連結部材24の第1および第2の部分30,31等の弾性的に曲げられる部分を断面円形とする場合には、捩れに対する耐久性を容易に高めることができる。
第1の連結部材24の第1および第2の部分30,31等の弾性的に曲げられる部分を断面円形とする場合には、捩れに対する耐久性を容易に高めることができる。
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図7は、第2の実施形態の第1の連結部材24Aの一部断面斜視図である。第2の実施形態では、第1の連結部材24Aの第1の部分30Aは、ほとんど弾性曲げ変形しないように剛的に形成されている。第1の連結部材24Aの第2の部分31Aは、薄板からなる板ばね形状をなしている。薄板は、軸方向Sに長く延びている。軸方向Sを切る断面における薄板の断面形状は、径方向に長く、周方向に短くされている。入力軸3の内軸15の端部は、出力軸4により受けられずに、第1の連結部材24Aの第1の部分30Aと接続されている。第2の連結部材25には、入力軸3を貫通させる孔が廃止されている。
図7は、第2の実施形態の第1の連結部材24Aの一部断面斜視図である。第2の実施形態では、第1の連結部材24Aの第1の部分30Aは、ほとんど弾性曲げ変形しないように剛的に形成されている。第1の連結部材24Aの第2の部分31Aは、薄板からなる板ばね形状をなしている。薄板は、軸方向Sに長く延びている。軸方向Sを切る断面における薄板の断面形状は、径方向に長く、周方向に短くされている。入力軸3の内軸15の端部は、出力軸4により受けられずに、第1の連結部材24Aの第1の部分30Aと接続されている。第2の連結部材25には、入力軸3を貫通させる孔が廃止されている。
第1の実施形態において、入力軸3が出力軸4により受けられることを廃止すること、第1の部分30Aを採用すること、および板ばね形状の第2の部分31Aを採用することのうちの1つまたは2つを採用することも考えられる。
また、第1の実施形態において、第2の部分31を剛的に形成することにより、操舵トルクを受けたときに第1の部分30のみが弾性曲げ捩じり変形するようにしてもよい。また、第1の部分30の基端を、軸線30bの周りに回動自在に入力軸3に連結して、操舵トルクを受けるときに第1の部分30が捩じられずに弾性曲げ変形するようにしてもよい。また、第1の連結部材24の第1の部分30の基端が入力軸3に一体に形成されたり、一体回動可能に入力軸3に直接に連結されてもよい。また、第1の連結部材24の第1の部分30が、径方向に対して斜めに延びることや、軸方向に対して斜めに延びることも考えられる。これと同様に、第2の部分31が斜めに延びることも考えられる。
また、第1の実施形態において、第2の部分31を剛的に形成することにより、操舵トルクを受けたときに第1の部分30のみが弾性曲げ捩じり変形するようにしてもよい。また、第1の部分30の基端を、軸線30bの周りに回動自在に入力軸3に連結して、操舵トルクを受けるときに第1の部分30が捩じられずに弾性曲げ変形するようにしてもよい。また、第1の連結部材24の第1の部分30の基端が入力軸3に一体に形成されたり、一体回動可能に入力軸3に直接に連結されてもよい。また、第1の連結部材24の第1の部分30が、径方向に対して斜めに延びることや、軸方向に対して斜めに延びることも考えられる。これと同様に、第2の部分31が斜めに延びることも考えられる。
また、出力軸4と同行回動する第2の連結部材25のみが弾性的に曲げられる連結部材として機能し、入力軸3と同行回動する第1の連結部材24が可動部材として機能するようにしてもよい。具体的には、第1および第2の連結部材24,25を互いに逆に構成すればよい。
また、第1の連結部材24,24Aの第2の部分31,31Aが単一で設けられることも考えられる。第1の連結部材24の第1の部分30が単一で設けられることも考えられる。弾性的に曲げられる部分は、少なくとも一つが設けられていればよい。
また、第1の連結部材24,24Aの第2の部分31,31Aが単一で設けられることも考えられる。第1の連結部材24の第1の部分30が単一で設けられることも考えられる。弾性的に曲げられる部分は、少なくとも一つが設けられていればよい。
また、第1および第2の連結手段の何れか一方を廃止することも考えられる。
また、第2の連結部材25等の上述の可動部材を3つ以上の位置に変位できるようにすることや、可動部材を必要に応じて手動操作にて位置調節可能に構成することも考えられる。逆に、第2の連結部材25を出力軸4に固定する構成も考えられ、この場合であっても、トーションバーのみを用いる場合よりも耐久性を高めることができる。
また、第2の連結部材25等の上述の可動部材を3つ以上の位置に変位できるようにすることや、可動部材を必要に応じて手動操作にて位置調節可能に構成することも考えられる。逆に、第2の連結部材25を出力軸4に固定する構成も考えられ、この場合であっても、トーションバーのみを用いる場合よりも耐久性を高めることができる。
また、パワーステアリング装置としては、油圧式の他、例えば、操舵補助用に電動アクチュエータを用いる電動式パワーステアリング装置であってもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
1…パワーステアリング装置、3…入力軸、4…出力軸、13…所定の回動軸線、24,24A…第1の連結部材(連結部材)、25…第2の連結部材(可動部材)、26…油圧アクチュエータ(調整手段)、30…第1の部分(弾性的に曲げられる部分)、31,31A…第2の部分(弾性的に曲げられる部分)、33b…支持孔(第2の曲げの支点、曲げ支点)、45a…受け部(第1の曲げの支点、曲げの支点)、S…軸方向(平行な方向)
Claims (5)
- 所定の回動軸線の同軸上に配置された入力軸および出力軸の相対回動変位に応じて操舵補助力を発生するパワーステアリング装置において、
上記入力軸および出力軸をトルク伝達可能に連結する連結部材を備え、
上記連結部材は、入力軸と出力軸の相対回動に伴って弾性的に曲げられる部分を含むことを特徴とするパワーステアリング装置。 - 請求項1に記載のパワーステアリング装置において、上記弾性的に曲げられる部分の曲げの支点は、上記所定の回動軸線と平行な方向に離隔する第1および第2の曲げの支点を含み、少なくとも一方の曲げの支点は、上記所定の回動軸線と平行な方向に変位調整可能であることを特徴とするパワーステアリング装置。
- 請求項2に記載のパワーステアリング装置において、上記少なくとも一方の曲げの支点を上記所定の回動軸線と平行な方向に変位調整する調整手段を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
- 請求項3に記載のパワーステアリング装置において、上記調整手段は、油圧アクチュエータを含むことを特徴とするパワーステアリング装置。
- 請求項2から4の何れかに記載のパワーステアリング装置において、
上記弾性的に曲げられる部分は、上記所定の回動軸線と平行な方向に延びる断面円形の棒を含み、
上記第1の曲げの支点は、入力軸および出力軸の何れか一方に一体回動可能で且つ軸方向移動不能な固定支点からなり、
上記第2の曲げの支点は、入力軸および出力軸の何れか他方に一体回動可能で且つ軸方向相対移動可能な可動部材に形成された支持孔からなり、
上記支持孔は、上記棒を上記所定の回動軸線から離れた位置で相対回動可能で且つ軸方向相対移動可能に支持することを特徴とするパワーステアリング装置。
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