JP2008179188A - パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁歪膜を介して操舵入力トルクを精度良く検出できるパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリングハンドルに連係して回転するトルクシャフト30と、このトルクシャフト30の運動方向を変換して操舵系に伝達するステアリングギヤ機構4と、トルクシャフト30の表面に設けられる磁歪膜55と、この磁歪膜55のまわりに設けられる電磁コイル51とを備え、電磁コイル51のインダクタンス変化に基づいてトルクシャフト30に入力される操舵入力トルクを検出するパワーステアリング装置1であって、トルクシャフト30を軸方向について分割した第一、第二シャフト31,41と、第一、第二シャフト31,41を互いに係合してトルクシャフト30の曲げ応力を吸収する曲げ応力吸収継ぎ手35とを備え、第二シャフト41の表面に磁歪膜55を設けるものとした。
【選択図】図1
【解決手段】ステアリングハンドルに連係して回転するトルクシャフト30と、このトルクシャフト30の運動方向を変換して操舵系に伝達するステアリングギヤ機構4と、トルクシャフト30の表面に設けられる磁歪膜55と、この磁歪膜55のまわりに設けられる電磁コイル51とを備え、電磁コイル51のインダクタンス変化に基づいてトルクシャフト30に入力される操舵入力トルクを検出するパワーステアリング装置1であって、トルクシャフト30を軸方向について分割した第一、第二シャフト31,41と、第一、第二シャフト31,41を互いに係合してトルクシャフト30の曲げ応力を吸収する曲げ応力吸収継ぎ手35とを備え、第二シャフト41の表面に磁歪膜55を設けるものとした。
【選択図】図1
Description
本発明は、車両のパワーステアリング装置の改良に関するものである。
一般に、車両のパワーステアリング装置は、ステアリングハンドルに連係して回転するトルクシャフトと、このトルクシャフトの運動方向を変換して操舵系に伝達するステアリングギヤ機構と、トルクシャフトに入力される操舵入力トルクを検出するトルクセンサとを備え、トルクセンサの検出信号に応じて操舵補助トルクを操舵系に付与するようになっている。
従来例えば特許文献1に開示されたトルクセンサは、トルクシャフトの表面に設けられる磁歪膜と、この磁歪膜のまわりに設けられる電磁コイルとを備える。
この場合、トルクシャフトに操舵入力トルクが与えられることによってトルクシャフトと磁歪膜にねじれ歪みが生じると、磁歪膜の透磁率が変化するのに伴って電磁コイルのインダクタンスが変化し、この電磁コイルのインダクタンス変化に基づいてトルクシャフトに入力される操舵入力トルクが検出される。
また、特許文献2に開示されたトルクセンサは、磁歪膜を形成した樹脂製の磁歪フィルムを備え、トルクシャフトの表面に磁歪フィルムを接着している。
特開2003−291830号公報
特開平5−5660号公報
しかしながら、このような従来のパワーステアリング装置において、ステアリングギヤ機構のギヤ等に加工誤差やトルクシャフトの延び等がある場合、トルクセンサのトルクシャフトと磁歪膜には、操舵入力トルクによって生じるねじれ歪みだけでなく、ステアリングギヤ機構からの反力によって曲げ歪みが生じる可能性がある。この曲げ歪みは操舵入力トルクによって生じるねじれ歪みとの相対関係が一定ではないため、電磁コイルのインダクタンス変化が乱れる原因になり、トルクセンサの検出精度が低下するという問題点があった。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、磁歪膜を介して操舵入力トルクを精度良く検出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する。
本発明は、ステアリングハンドルに連係して回転するトルクシャフトと、このトルクシャフトの運動方向を変換して操舵系に伝達するステアリングギヤ機構と、トルクシャフトの表面に設けられる磁歪膜と、この磁歪膜のまわりに設けられる電磁コイルとを備え、この電磁コイルのインダクタンス変化に基づいてトルクシャフトに入力される操舵入力トルクを検出するパワーステアリング装置であって、トルクシャフトを軸方向について分割した第一、第二シャフトと、第一、第二シャフトを互いに係合してトルクシャフトの曲げ応力を吸収する曲げ応力吸収継ぎ手とを備え、第一、第二シャフトの少なくとも一方の表面に磁歪膜を設けたことを特徴とするものとした。
本発明によると、操舵時にトルクシャフトと磁歪膜にはステアリングハンドルからの操舵入力トルクによってねじり応力が働くとともに、ステアリングギヤ機構からの反力によって曲げ応力が働く可能性があるが、曲げ応力吸収継ぎ手がトルクシャフトの曲げ応力を吸収する。これにより、ステアリングギヤ機構からの反力によってトルクシャフトと磁歪膜に曲げ歪みが生じることが抑えられ、操舵入力トルクによってトルクシャフトと磁歪膜にねじれ歪みのみが生じるため、パワーステアリング装置は電磁コイルのインダクタンス変化に基づいて操舵補助トルクを的確に検出できる。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、車両のパワーステアリング装置1は、運転者の操舵入力トルクを操舵系に伝達する動力伝達機構として、ステアリングハンドル(図示せず)に連係するトルクシャフト(操舵系)30と、車輪(図示せず)に連係するラック軸(出力系)3とを備え、トルクシャフト30の回転によってラック軸3が軸方向に移動することにより車輪が操舵されるようになっている。
トルクシャフト30はケーシング5,6に第一、第二ベアリング7,8を介して中心線Oを中心に回転可能に支持され、第一、第二ベアリング7,8によってトルクシャフト30のラジアル加重とスラスト加重が受けられる。第一、第二ベアリング7,8はインナレースとアウタレースの間に複数のボールが介装された、ボールベアリングである。
各ケーシング5,6は複数のボルト19を介して締結され、各ケーシング5,6の間に第二ベアリング8のアウタレースが挟持される。
トルクシャフト30の上端部にはセレーションを刻んだセレーション軸部32が形成され、このセレーション軸部32にステアリングハンドルに連係する継手(図示せず)が連結され、運転者がステアリングハンドルを操作する操舵入力トルクがセレーション軸部32に入力される。
ステアリングギヤ機構4はトルクシャフト30に刻まれるピニオン42と、ラック軸3に刻まれるラック3aとを備え、このピニオン42がラック3aに噛み合う。トルクシャフト30が回転すると、ピニオン42の回転によってラック軸3が軸方向に移動し、ラック軸3に連係するタイロッド(図示せず)等を介して左右の車輪が操舵される。
ラック軸3は車両の横方向に移動するようにケーシング6に対して摺動可能に支持される。ケーシング6にはラック軸3の外周面に摺接するガイド11と、このガイド11を付勢するバネ12が介装され、このバネ12の付勢力によってラック3aがピニオン42に押し付けられる。バネ12の付勢力はケーシング6に螺合した調整ボルト13によって調整される。
なお、ステアリングギヤ機構4はラック3aとピニオン42を備える機構に限らず、他の機構を用いてもよい。
トルクシャフト30の下端には下端軸部43が形成され、この下端軸部43がケーシング6にニードルベアリング9を介して回転可能に支持される。これによりトルクシャフト30のピニオン42が刻まれる部位に働くラジアル荷重がニードルベアリング9と第二ベアリング8を介して両持ち支持される。
パワーステアリング装置1は、操舵トルクを補助的に付与するアシスト機構として、トルクシャフト30に入力される操舵入力トルクを検出するトルクセンサ50と、ラック軸3を駆動する電動モータ(図示せず)とを備え、コントローラ(図示せず)がトルクセンサ50によって検出される操舵入力トルクに応じて電動モータがラック軸3に操舵補助トルクを付与するようになっている。
なお、電動モータがラック軸3を駆動する機構に限らず、他の機構を用いてもよい。
トルクセンサ50は、トルクシャフト30のねじり歪み量に応じて変化する磁歪特性を電気的に検出する磁歪式検出装置である。トルクセンサ50は、トルクシャフト30の表面に2つの磁歪膜55が軸長手方向に並べて設けられ、これら各磁歪膜55の周囲に各磁歪膜55に生じた磁歪特性の変化を電気的に検出する対の電磁コイル51がケーシング5の内側に設けられる。各磁歪膜55と各電磁コイル51はトルクシャフト30の回転中心線Oと同心円上に配置される。
磁歪膜55は例えばNi−Fe系、またはFe−B系の合金膜であり、トルクシャフト30にトルクが印加されてトルクシャフト30がねじれることにより歪みが生じ、応力磁気効果により透磁率が変化する薄膜である。磁歪膜55に歪みが生じて磁歪膜55の透磁率が変化すると、各電磁コイル51のインダクタンスが変化する。
なお、磁歪膜55はこれに限らず、Ni−Fe系の合金をメッキ層として形成しても良い。
トルクシャフト30に操舵入力トルクが与えられることによってトルクシャフト30と各磁歪膜55にねじれ歪みが生じると、一方の磁歪膜55の透磁率が大きくなるのに伴ってこれに対峙した電磁コイル51のインダクタンスが小さくなり、他方の磁歪膜55の透磁率が小さくなるのに伴ってこれに対峙した電磁コイル51のインダクタンスが大きくなる。コントローラは各電磁コイル51のインダクタンス変化を検出回路(図示せず)を介して入力し、トルクシャフト30に与えられる操舵入力トルクの大きさと方向をそれぞれ検出する。
ところで、ステアリングギヤ機構4のピニオン42、ラック3aの加工誤差やトルクシャフト30の延び等がある場合、各磁歪膜55には、操舵入力トルクによって生じるねじれ歪みだけでなく、ステアリングギヤ機構4からの反力によって曲げ歪みが生じる可能性がある。この曲げ歪みは操舵入力トルクによって生じるねじれ歪みとの相対関係が一定ではないため、各電磁コイル51のインダクタンス変化が乱れる原因になり、操舵入力トルクの検出精度が低下する可能性がある。
これに対処して、本発明は、金属製のトルクシャフト30を軸方向について分割した第一、第二シャフト31,41を設け、第一、第二シャフト31,41を両者間に所定の間隙を持たせる曲げ応力吸収継ぎ手35によって連結し、ステアリングギヤ機構4からの反力によってトルクシャフト30に曲げ歪みが生じないようにする。
図2の(a),(b)に示すように、曲げ応力吸収継ぎ手35は、第一シャフト31に形成されるストッパ凸部36と、第二シャフト41に形成されるストッパ凹部44と、このストッパ凸部36とストッパ凹部44の間に形成される間隙47,48,49と、第一、第二シャフト31,41を連結する弾性体60とによって構成され、トルクシャフト30に働く曲げ応力を吸収するようになっている。
なお、曲げ応力吸収継ぎ手35は、第一シャフト31にストッパ凹部を形成し、第二シャフト41にストッパ凸部を形成し、両者の間に設けられる間隙を介してトルクシャフト30に働く曲げ応力を吸収するようにしても良い。
トルクシャフト30は第一、第二ベアリング7,8の間に位置する部位にて第一、第二シャフト31,41に分割され、第一シャフト31はケーシング5に第一ベアリング7を介して回転可能に支持され、第二シャフト41は各ケーシング5,6に第二ベアリング8を介して回転可能に支持される。
第一シャフト31は、その上端部に前記したセレーション軸部32が形成され、その下端部に曲げ応力吸収継ぎ手35のストッパ凸部36が形成され、セレーション軸部32とストッパ凸部36の間に第一ベアリング7のインナレースが嵌合する軸受部37が形成される。
第一シャフト31は、回転中心線Oを中心とした円筒状に形成された円筒部38と、この円筒部38の端面38aから軸方向に突出する対のストッパ凸部36とを有する。円筒部38はその内径、外径が後述するセンサ筒部46の内径、外径とそれぞれ同一となるように形成される。このストッパ凸部36は円筒部38と段差なく連続する円筒状に形成され、回転中心線Oと平行に延びる側端面36aと、回転中心線Oと直交して延びる頂面36bとを有する。各ストッパ凸部36の側端面36aは互いに平行に延びる平面状に形成される。各ストッパ凸部36の頂面36bと円筒部38の端面38aはそれぞれ回転中心線Oと直交して延びる平面状に形成される。
第二シャフト41は、その上端部にセンサ筒部46が形成され、その下端部にピニオン42と下端軸部43が形成され、センサ筒部46とピニオン42の間に第二ベアリング8のインナレースが嵌合する軸受部45が形成される。第二シャフト41のピニオン42が刻まれる部位に働くラジアル荷重がニードルベアリング9と第二ベアリング8を介して両持ち支持される。
第二シャフト41はセンサ筒部46の端面46aに対して凹状に窪む対のストッパ凹部44とを有し、このストッパ凹部44が第一シャフト31のストッパ凸部36に係合することにより、第一、第二シャフト31,41の相対回転が係止される。
各ストッパ凹部44は回転中心線Oと平行に延びる側端面44aと、回転中心線Oと直交して延びる底面44bとを有する。各ストッパ凹部44の側端面44aは互いに平行に延びる平面状に形成される。各ストッパ凹部44の底面44bは回転中心線Oと直交して延びる平面状に形成される。
軸方向の間隙49は円筒部38の端面38aとセンサ筒部46の端面46aの間に画成され、所定のスキマC1を持つ。
軸方向の間隙47は各ストッパ凸部36の頂面36bと各ストッパ凹部44の底面44bの間に画成され、所定のスキマC2を持つ。
回転方向の間隙48は各ストッパ凸部36の側端面36aと各ストッパ凹部44の側端面44aの間に画成され、所定のスキマC3を持つ。このスキマC3はステアリングギヤ機構4からの反力によってトルクシャフト30に曲げ歪みが生じないようにする範囲で最小限に設定し、第一、第二シャフト31,41の回転方向のガタツキを抑えるようになっている。
なお、図示した各スキマC1、C2、C3の寸法は、便宜上実際よりも誇張して大きくしてある。
各ストッパ凸部36は車両の左右方向に並ぶように配置され、各ストッパ凸部36の側端面36aはラック軸3と平行に形成される。これにより、ステアリングギヤ機構4からの反力によってトルクシャフト30に働く曲げ荷重を有効に吸収することができる。
第一、第二シャフト31,41の間には弾性体60が介装され、この弾性体60によって第一、第二シャフト31,41が軸方向に離れるように付勢される。
弾性体60は円柱状に形成した樹脂材からなり、トルクシャフト30の軸方向に所定量圧縮された状態で第二シャフト41のセンサ筒部46と第一シャフト31の円筒部38の間に介装される。弾性体60はセンサ筒部46と円筒部38によって包囲されている。弾性体60の外周面は円筒部38の内側に嵌合され、弾性体60とセンサ筒部46の間には環状の間隙が形成される。
磁歪膜55は磁歪フィルムに形成され、この磁歪フィルムが第二シャフト41のセンサ筒部46の外周面に接着される。
また、第一シャフト31に中空筒状のセンサ筒部を形成し、このセンサ筒部の外周面に磁歪膜を形成しても良い。
以上のように、運転者の操舵入力トルクはトルクシャフト30の第一シャフト31から曲げ応力吸収継ぎ手35を介して第二シャフト41に伝達され、第二シャフト41からステアリングギヤ機構4を介してラック軸3に伝達されるとともに、トルクセンサ50によって検出される操舵入力トルクに応じて電動モータが操舵補助トルクを発生し、ラック軸3は操舵入力トルクと操舵補助トルクを合わせ操舵複合トルクによって駆動され、ラック軸3が軸方向に移動することによって左右の車輪が操舵される。
上記した操舵時にて、ステアリングギヤ機構4からの反力によってトルクシャフト30に曲げ荷重が働くと、曲げ応力吸収継ぎ手35はストッパ凸部36とストッパ凹部44が間隙47,48,49を拡縮しながら弾性体60がわずかに曲折する弾性変形をしてトルクシャフト30の曲げ応力を吸収する。こうして曲げ応力吸収継ぎ手35がトルクシャフト30の曲げ応力を吸収することにより、第一、第二シャフト31、41自体がそれぞれ曲折することを回避し、第二シャフト41と各磁歪膜55に曲げ歪みが生じることが抑えられ、操舵入力トルクによってねじれ歪みのみが生じる。このため、各電磁コイル51のインダクタンスはトルクシャフト30に生じるねじれ歪みのみに応じて変化し、トルクセンサ50は各電磁コイル51のインダクタンスに基づいてトルクシャフト30に入力される操舵入力トルクを精度良く検出できる。この結果、パワーステアリング装置1は、トルクセンサ50の検出信号に基づいて操舵補助トルクを的確に制御できる。
曲げ応力吸収継ぎ手35は、第一シャフト31に形成されるストッパ凸部36と、第二シャフト41に形成されるストッパ凹部44と、このストッパ凸部36とストッパ凹部44の間に形成される間隙47,48,49とを備えたため、ステアリングギヤ機構4からの反力によってトルクシャフト30に曲げ荷重が働くと、曲げ応力吸収継ぎ手35はストッパ凸部36とストッパ凹部44が間隙47,48,49を拡縮しながらわずかに曲折してトルクシャフト30の曲げ応力を吸収し、トルクセンサ50がトルクシャフト30に生じるねじれ歪みに応じて操舵入力トルクを検出する精度を高められる。
曲げ応力吸収継ぎ手35は、第一、第二シャフト31,41の間に介装される弾性体60を備えたため、ステアリングギヤ機構4からの反力によってトルクシャフト30に曲げ荷重が働くと、弾性体60が弾性変形してトルクシャフト30の曲げ応力を吸収し、トルクセンサ50がトルクシャフト30に生じるねじれ歪みに応じて操舵入力トルクを検出する精度を高められる。
弾性体60はラック軸3から伝達される例えば電動モータのトルクリップル等の振動を吸収するため、この振動がステアリングハンドルに伝わることを抑えられる。
パワーステアリング装置1は、トルクシャフト30を回転可能に支持する第一、第二ベアリング7,8を備え、トルクシャフト30を第一、第二ベアリング7,8の間に位置する部位にて第一、第二シャフト31,41に分割し、曲げ応力吸収継ぎ手35を第一、第二ベアリング7,8の間に配置したため、トルクシャフト30の支持剛性が十分に確保され、操舵入力トルクを曲げ応力吸収継ぎ手35を介してステアリングギヤ機構4に伝達される機能が損なわれない。
曲げ応力吸収継ぎ手35は、第二シャフト41に中空筒状のセンサ筒部46を形成し、このセンサ筒部46の外周面に各磁歪膜55が形成された磁歪フィルムを接着したため、センサ筒部46の外径を大きくすることにより、センサ筒部46に接着される磁歪フィルムがセンサ筒部46から剥離することを抑えられる。センサ筒部46の外径を大きくしてもセンサ筒部46を薄肉化することによりセンサ筒部46に生じるねじれ歪み量を確保し、トルクセンサ50がトルクシャフト30に生じるねじれ歪みに応じて操舵入力トルクを検出する精度を高められる。
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
1 パワーステアリング装置
3 ラック軸
4 ステアリングギヤ機構
7,8 第一、第二ベアリング
30 トルクシャフト
31 第一シャフト
35 曲げ応力吸収継ぎ手
36 ストッパ凸部
41 第二シャフト
42 ピニオン
44 ストッパ凹部
46 センサ筒部
47,48,49 間隙
50 トルクセンサ
51 電磁コイル
55 磁歪膜
60 弾性体
3 ラック軸
4 ステアリングギヤ機構
7,8 第一、第二ベアリング
30 トルクシャフト
31 第一シャフト
35 曲げ応力吸収継ぎ手
36 ストッパ凸部
41 第二シャフト
42 ピニオン
44 ストッパ凹部
46 センサ筒部
47,48,49 間隙
50 トルクセンサ
51 電磁コイル
55 磁歪膜
60 弾性体
Claims (5)
- ステアリングハンドルに連係して回転するトルクシャフトと、このトルクシャフトの運動方向を変換して操舵系に伝達するステアリングギヤ機構と、前記トルクシャフトの表面に設けられる磁歪膜と、この磁歪膜のまわりに設けられる電磁コイルとを備え、この電磁コイルのインダクタンス変化に基づいて前記トルクシャフトに入力される操舵入力トルクを検出するパワーステアリング装置であって、
前記トルクシャフトを軸方向について分割した第一、第二シャフトと、この第一、第二シャフトを互いに係合して前記トルクシャフトの曲げ応力を吸収する曲げ応力吸収継ぎ手とを備え、前記第一、第二シャフトの少なくとも一方の表面に前記磁歪膜を設けたことを特徴とするパワーステアリング装置。 - 前記曲げ応力吸収継ぎ手は、前記第一、第二シャフトの一方に形成されるストッパ凸部と、前記第一、第二シャフトの他方に形成されるストッパ凹部と、前記ストッパ凸部と前記ストッパ凹部の間に形成される間隙とを備えたことを特徴とする請求項1に記載のパワーステアリング装置。
- 前記曲げ応力吸収継ぎ手は、前記第一、第二シャフトの間に介装される弾性体を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のパワーステアリング装置。
- 前記トルクシャフトを回転可能に支持する前記第一、第二ベアリングを備え、前記トルクシャフトをこの第一、第二ベアリングの間に位置する部位にて前記第一、第二シャフトに分割し、前記曲げ応力吸収継ぎ手を前記第一、第二ベアリングの間に配置したことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のパワーステアリング装置。
- 前記曲げ応力吸収継ぎ手は、前記第一、第二シャフトの少なくとも一方に中空筒状のセンサ筒部を形成し、このセンサ筒部の外周面に前記磁歪膜を形成した磁歪フィルムを接着したことを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のパワーステアリング装置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012063361A1 (ja) * | 2010-11-12 | 2012-05-18 | 三菱電機株式会社 | 電動パワーステアリング用モータ |
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2007
- 2007-01-23 JP JP2007012387A patent/JP2008179188A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2012063361A1 (ja) * | 2010-11-12 | 2012-05-18 | 三菱電機株式会社 | 電動パワーステアリング用モータ |
JPWO2012063361A1 (ja) * | 2010-11-12 | 2014-05-12 | 三菱電機株式会社 | 電動パワーステアリング用モータ |
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