JP3640485B2 - ケーブル式ステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンドルとギヤボックスとをボーデンケーブル等の撓み易いケーブルで接続したケーブル式ステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用ステアリング装置は、上端にハンドルを有するステアリングシャフトの下端をギヤボックスに接続し、ハンドルに入力される操舵トルクをステアリングシャフトを介してギヤボックス内に設けたラックアンドピニオン機構に伝達するようになっていた。 しかしながら、ステアリングシャフトを用いてハンドルとギヤボックスとを接続すると、ギヤボックスの位置に対するハンドルの相対位置を自由に選択することが難しいため、設計自由度が大幅に制限されるばかりか、右ハンドル車と左ハンドル車とでギヤボックスを共用することができないという問題がある。しかも、路面からタイヤに入力される振動やエンジンの振動がステアリングシャフトを介してハンドルに入力されるため、その振動によって室内の静粛性や乗り心地が阻害されるという問題がある。
【０００３】
そこで、従来のステアリングシャフトに代えて、ボーデンケーブル等のフレキシブルな伝達手段を採用したケーブル式ステアリング装置が提案されている（特開平８−２４３１号公報参照）。
【０００４】
このようにすれば、ギヤボックスの位置に対するハンドルの相対位置を自由に選択することが可能になり、しかもギヤボックスの振動がハンドルに伝達され難くなるため、上述した各問題を解消することができる。
【０００５】
また従来周知の電動パワーステアリング装置は、ハンドルの操舵トルクを検出し、この操舵トルクに応じた出力をパワーステアリング用モータに発生させてドライバーのハンドル操作をアシストするようになっている。前記操舵トルクの検出は、操舵トルクの伝達経路にトーションバーを介在させ、操舵トルクによるトーションバーの捩じれ量を差動トランス等により検出するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の操舵トルク検出手段はトーションバーの捩じれ量に基づいて操舵トルクを検出するため、構造が複雑でコストが嵩むだけでなく、トーションバーの捩じれがステアリング剛性を低下させて操舵フィーリングに悪影響を与える問題がある。
【０００７】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で操舵トルクを検出することが可能であり、しかもステアリング剛性を低下させる虞のないケーブル式ステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、ハンドルに連結されて回転する駆動プーリと、車輪を操舵するギヤボックスに連結されて回転する従動プーリとをケーブルで接続し、ハンドルに入力される操舵トルクをケーブルを介してギヤボックスに伝達するとともに、前記操舵トルクを操舵トルク検出手段で検出し、検出した操舵トルクに基づいてパワーアシスト手段を作動させるケーブル式ステアリング装置であって、前記操舵トルクの大小に応じてケーブルの伸び量が変化するものにおいて、前記操舵トルク検出手段が、駆動プーリの回転角を検出する駆動プーリ回転角検出手段と、従動プーリの回転角を検出する従動プーリ回転角検出手段と、ケーブルの伸び量に対応した両プーリの回転角の偏差に基づいて操舵トルクを算出する操舵トルク算出手段とから構成されたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、ドライバーによるハンドルの操作は駆動プーリ、ケーブル、従動プーリ及びステアリングギヤボックスを介して車輪に伝達される一方、操舵トルク検出手段で検出したハンドルの操舵トルクに基づいてパワーアシスト手段が作動し、ドライバーによるハンドル操作がアシストされる。ハンドルに入力される操舵トルクの大小に応じてケーブルの伸び量が変化するため、駆動プーリの回転角及び従動プーリの回転角の偏差が操舵トルクの大小に応じて変化する。操舵トルク検出手段により駆動プーリの回転角及び従動プーリの回転角の偏差から操舵トルクが算出され、その操舵トルクに応じてパワーアシスト手段の作動が制御される。２個の回転角検出手段の出力を比較するだけの簡単な構造でパワーアシスト手段を作動を的確に制御することができ、しかも操舵トルクの伝達経路にトーションバーを設ける必要がないため、トーションバーの捩じれによるステアリング剛性の低下を回避することができる。
【００１０】
また請求項２に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、駆動プーリ回転角検出手段及び／又は従動プーリ回転角検出手段が、駆動プーリ及び／又は従動プーリ或いはその回転軸にギヤを介して接続されて前記回転角を検出することを特徴とする。この構成によれば、駆動プーリ及び／又は従動プーリ或いはその回転軸が回転すると、その回転がギヤを介して駆動プーリ回転角検出手段及び／又は従動プーリ回転角検出手段に伝達されて回転角が検出される。ギヤを用いたことにより、駆動プーリ及び／又は従動プーリに対して駆動プーリ回転角検出手段及び／又は従動プーリ回転角検出手段を任意の位置に配置してレイアウトの自由度を増加させることが可能となる。
【００１１】
また請求項３に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、駆動プーリ回転角検出手段及び／又は従動プーリ回転角検出手段が、駆動プーリ及び／又は従動プーリ或いはその回転軸に直結されて前記回転角を検出することを特徴とする。上記構成によれば、駆動プーリ及び／又は従動プーリが回転すると、その回転が駆動プーリ回転角検出手段及び／又は従動プーリ回転角検出手段に直接伝達されて回転角が検出される。駆動プーリ回転角検出手段及び／又は従動プーリ回転角検出手段を直結したので、駆動プーリ及び／又は従動プーリ或いはその回転軸に駆動プーリ回転角検出手段及び／又は従動プーリ回転角検出手段を接続するための部品点数を削減することが可能となる。
【００１２】
また請求項４に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、両プーリの回転角の偏差が予め設定した基準値を越えた場合に警報を発する警報手段を備えたことを特徴とする。上記構成によれば、両プーリの回転角の偏差が予め設定した基準値を越えると警報手段が警報を発するので、ケーブルの伸びを検出してケーブルの張力調整や交換を促すことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 図１〜図４は本発明の第１実施例を示すもので、図１は車両用ステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図１の３−３線拡大断面図、図４は操舵トルク検出手段の説明図である。
【００１４】
図１に示すように、自動車のハンドル１の前方に設けた駆動プーリハウジング２と、ギヤボックス３に設けた従動プーリハウジング４とが、２本のボーデンケーブル５，６によって接続される。ギヤボックス３の両端部から車体左右方向に延びるタイロッド７_L ，７_R が、左右の車輪Ｗ_L ，Ｗ_R を支持するナックル（図示せず）に接続される。
【００１５】
図２に示すように、駆動プーリハウジング２に回転自在に支持されてハンドル１と共に回転する回転軸１０ｄｒに駆動プーリ１１ｄｒが固定され、また従動プーリハウジング４に回転自在に支された回転軸１０ｄｎに従動プーリ１１ｄｎが固定される。２本のボーデンケーブル５，６はアウターチューブ５ｏ，６ｏと、その内部にスライド自在に収納されるインナーケーブル５ｉ，６ｉとから構成されており、両インナーケーブル５ｉ，６ｉの両端は駆動プーリ１１ｄｒ及び従動プーリ１１ｄｎの外周に形成した螺旋状のプーリ溝に複数回巻き付けられて固定されるとともに、アウターチューブ５ｏ，６ｏの両端は駆動プーリハウジング２及び従動プーリハウジング４に支持される。
【００１６】
駆動プーリハウジング２及び従動プーリハウジング４には、それぞれ回転角検出手段としてのポテンショメータ１２ｄｒ，１２ｄｎが設けられる。駆動プーリ１１ｄｒ及び従動プーリ１１ｄｎの回転軸１０ｄｒ，１０ｄｎにそれぞれ固定した駆動ギヤ１４と、ポテンショメータ１２ｄｒ，１２ｄｎの回転軸１３に固定した従動ギヤ１５とが相互に噛み合っており、駆動プーリ１１ｄｒ及び従動プーリ１１ｄｎの回転角がそれぞれ対応するポテンショメータ１２ｄｒ，１２ｄｎによって検出される。
【００１７】
図３に示すように、ギヤボックス３は左側のモータ収納室２０と右側のラックアンドピニオン収納室２１とに分割されており、そのラックアンドピニオン収納室２１に前記従動プーリハウジング４が支持される。従動プーリハウジング４内に設けた従動プーリ１１ｄｎと一体の回転軸１０ｄｎがラックアンドピニオン収納室２１内に延びており、そこにピニオン２２が固定される。ギヤボックス３の内部には、両端が前記タイロッド７_L ，７_R に接続されたステアリングロッド２３が左右スライド自在に支持されており、このステアリングロッド２３に形成したラック２４に前記ピニオン２２が噛み合っている。
【００１８】
ギヤボックス３のモータ収納室２０に収納されたパワーステアリング用モータ２５は、モータ収納室２０の内周面に固定されたステータ２６と、モータ収納室２０の内周面に３個のボールベアリング２７，２８，２９を介して回転自在に支持されてステアリングロッド２３の外周に嵌まるモータ出力軸３０と、モータ出力軸３０に固着されて前記ステータ２６に対向するロータ３１とを備える。モータ出力軸３０の内周面とステアリングロッド２３の外周面との間にボールネジ機構３２が設けられており、パワーステアリング用モータ２５を駆動してモータ出力軸３０を正逆転させることにより、ステアリングロッド２３を左右方向に往復移動させる操舵アシスト力を発生させることができる。
【００１９】
図４は操舵トルク検出手段１６の構成を示すもので、ポテンショメータ１２ｄｒで検出した駆動プーリ１１ｄｒの回転角θｄｒと、ポテンショメータ１２ｄｎで検出した従動プーリ１１ｄｎの回転角θｄｎとが操舵トルク算出手段としての電子制御ユニットＵに入力され、これら回転角θｄｒ，θｄｎに基づいて電子制御ユニットＵはパワーステアリング用モータ２５の駆動を制御する。電子制御ユニットＵには、ドライバーに警報を発するランプ、ブザー、チャイム等の警報手段１７が接続される。
【００２０】
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。
【００２１】
車両を旋回させるべくハンドル１を操作すると、図４において回転軸１０ｄｒが駆動プーリ１１ｄｒと共に回転する。その結果、ボーデンケーブル５，６の一方のインナーケーブル５ｉ，６ｉが引かれ、他方のインナーケーブル５ｉ，６ｉが弛められることにより、駆動プーリ１１ｄｒの回転が従動プーリ１１ｄｎに伝達されて回転軸１０ｄｎが回転し、図３に示すギヤボックス３内のピニオン２２及びラック２４を介して車輪Ｗ_L ，Ｗ_R に操舵トルクが伝達される。
【００２２】
このとき、駆動プーリ１１ｄｒの回転角θｄｒ及び従動プーリ１１ｄｎの回転角θｄｎは、それぞれポテンショメータ１２ｄｒ，１２ｄｎにより検出されて電子制御ユニットＵに入力される。ハンドル１に入力される操舵トルクが小さいときにはボーデンケーブル５，６に作用する張力も小さいため、その張力によるボーデンケーブル５，６の伸びは小さくなり、逆にハンドル１に入力される操舵トルクが大きいときにはボーデンケーブル５，６の伸びは大きくなる。
【００２３】
ボーデンケーブル５，６の伸びがゼロであると仮定すると、駆動プーリ１１ｄｒの回転角θｄｒ及び従動プーリ１１ｄｎの回転角θｄｎは等しくなるが、ボーデンケーブル５，６の伸びが増加するに伴って、駆動プーリ１１ｄｒの回転角θｄｒに対して従動プーリ１１ｄｎの回転角θｄｎは小さくなる。つまり、駆動プーリ１１ｄｒの回転角θｄｒと従動プーリ１１ｄｎの回転角θｄｎとの偏差Δθ＝θｄｒ−θｄｎを算出すれば、その偏差Δθはハンドル１に入力される操舵トルクに比例することになる。
【００２４】
而して、電子制御ユニットＵが前記偏差Δθに基づいてパワーステアリング用モータ２５の作動を制御することにより、ステアリングロッド２３が左右方向に駆動されて車輪Ｗ_L ，Ｗ_R が操舵され、ドライバーによるハンドル１の操作がアシストされる。電子制御ユニットＵは前記偏差Δθを監視しており、その偏差Δθが予め設定した基準値を越えた場合に、ボーデンケーブル５，６の伸び量が増加したと判断して警報手段１７を作動させる。これにより、ドライバーにボーデンケーブル５，６の張力調整や交換を促し、確実な操舵を長期に亘って確保することができる。
【００２５】
万一ボーデンケーブル５，６が破断した場合にも、前記偏差Δθが予め設定した基準値を越えるために警報手段１７が作動し、ドライバーに修理を促すことができる。この場合、駆動プーリ１１ｄｒの回転角θｄｒをポテンショメータ１２ｄｒが検出している限り、その回転角θｄｒに基づいてパワーステアリング用モータ２５の駆動を制御することにより操舵機能を確保することができる。尚、ボーデンケーブル５，６の破断時にパワーステアリング用モータ２５の駆動により操舵を行う場合に、その操舵フィーリングを通常時と異ならせることにより、ドライバーにボーデンケーブル５，６が破断したことを確実に認識させることができる。
【００２６】
また制御系のフェイルによりパワーステアリング用モータ２５の駆動が不能になっても、ドライバーがハンドル１に加える操舵トルクは駆動プーリ１１ｄｒ、ボーデンケーブル５，６、従動プーリ１１ｄｎ及びギヤボックス３を経て車輪Ｗ_L ，Ｗ_R に伝達されるため、マニュアルによる操舵機能を確保することができる。
【００２７】
以上のように本実施例によれば、２個のポテンショメータ１２ｄｒ，１２ｄｎを設けるだけの簡単な構造で、ハンドル１の操舵トルクを容易かつ確実に検出することができる。しかも操舵トルクを検出するために操舵トルクの伝達経路にトーションバーを設ける必要がないため、トーションバーの捩じれによるステアリング剛性の低下を回避して操舵フィーリングを向上させることができる。
【００２８】
次に、本発明の第２〜第４実施例を図５〜図７に基づいて説明する。
【００２９】
図５に示す第２実施例は、回転軸１０ｄｒの軸端に一体に形成したベベルギヤよりなる駆動ギヤ１４が、ポテンショメータ１２ｄｒに設けたベベルギヤよりなる従動ギヤ１５に噛み合っている。図６に示す第３実施例は、回転軸１０ｄｒを囲むように駆動プーリ１１ｄｒの側面に一体に形成したベベルギヤよりなる駆動ギヤ１４が、ポテンショメータ１２ｄｒに設けたベベルギヤよりなる従動ギヤ１５に噛み合っている。図７に示す第４実施例は、駆動プーリ１１ｄｒの側面に形成したリングギヤよりなる駆動ギヤ１４が、ポテンショメータ１２ｄｒに設けた従動ギヤ１５に噛み合っている。尚、従動プーリ１１ｄｎ側のポテンショメータ１２ｄｎにも、上述と同じ構造で従動プーリ１１ｄｎの回転が伝達される。
【００３０】
第１〜第５実施例の如く、駆動プーリ１１ｄｒ又は従動プーリ１１ｄｎの回転をギヤ１４，１５を介してポテンショメータ１２ｄｒ，１２ｄｎに伝達することにより、ポテンショメータ１２ｄｒ，１２ｄｎを任意の位置に配置してレイアウトの自由度を増加させることができる。
【００３１】
図８に示す第６実施例は、駆動プーリ１１ｄｒの回転軸１０ｄｒの軸端にポテンショメータ１２ｄｒを直結したものであり、従動プーリ１１ｄｎ側にも同じ構造を採用することができる。この第６実施例によれば、駆動プーリ１１ｄｒ又は従動プーリ１１ｄｎに対してポテンショメータ１２ｄｒ，１２ｄｎ接続するための部品点数を削減することが可能となる。
【００３２】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３３】
例えば、実施例では回転角検出手段としてポテンショメータ１２ｄｒ，１２ｄｎを使用しているが、それに代えてロータリエンコーダを使用することも可能である。また駆動プーリ１１ｄｒ側のポテンショメータ１２ｄｒの取付構造と従動プーリ１１ｄｎ側のポテンショメータ１２ｄｎとの取付構造とは必ずしも同じである必要はない。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載された発明によれば、ハンドルに連結される駆動プーリと、車輪を操舵するギヤボックスに連結される従動プーリとをケーブルで接続し、ハンドルに入力される操舵トルクをケーブルを介してギヤボックスに伝達するとともに、該操舵トルクを操舵トルク検出手段で検出し、検出した操舵トルクに基づいてパワーアシスト手段を作動させるケーブル式ステアリング装置であって、前記操舵トルクの大小に応じてケーブルの伸び量が変化するものにおいて、操舵トルク検出手段が、駆動プーリの回転角を検出する駆動プーリ回転角検出手段と、従動プーリの回転角を検出する従動プーリ回転角検出手段と、ケーブルの伸び量に対応した両プーリの回転角の偏差に基づいて操舵トルクを算出する操舵トルク算出手段とから構成されることにより、２個の回転角検出手段の出力を比較するだけの簡単な構造でハンドルの操舵トルクを確実に検出し、この操舵トルクに基づいてパワーアシスト手段の作動を的確に制御することができる。しかもケーブルの伸び量に対応した両プーリの回転角の偏差に基づいて操舵トルクを算出しており、操舵トルクの伝達経路にトーションバーを設ける必要がないため、トーションバーの捩じれによるステアリング剛性の低下を回避して操舵フィーリングを向上させることができる。
【００３５】
また請求項２に記載された発明によれば、駆動プーリ回転角検出手段及び／又は従動プーリ回転角検出手段は、駆動プーリ及び／又は従動プーリ或いはその回転軸にギヤを介して接続されて前記回転角を検出するので、駆動プーリ及び／又は従動プーリに対して駆動プーリ回転角検出手段及び／又は従動プーリ回転角検出手段を任意の位置に配置してレイアウトの自由度を増加させることが可能となる。
【００３６】
また請求項３に記載された発明によれば、駆動プーリ回転角検出手段及び／又は従動プーリ回転角検出手段は、駆動プーリ及び／又は従動プーリ或いはその回転軸に直結されて前記回転角を検出するので、駆動プーリ及び／又は従動プーリに対して駆動プーリ回転角検出手段及び／又は従動プーリ回転角検出手段を接続するための部品点数を削減することが可能となる。
【００３７】
また請求項４に記載された発明によれば、両プーリの回転角の偏差が予め設定した基準値を越えた場合に警報を発する警報手段を備えたことにより、ケーブルの伸びを検出してケーブルの張力調整や交換を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車両用ステアリング装置の全体斜視図
【図２】 図１の２−２線拡大断面図
【図３】 図１の３−３線拡大断面図
【図４】 操舵トルク検出手段の説明図
【図５】 本発明の第２実施例に係るプーリの斜視図
【図６】 本発明の第３実施例に係るプーリの斜視図
【図７】 本発明の第４実施例に係るプーリの斜視図
【図８】 本発明の第５実施例に係るプーリの斜視図
【符号の説明】
１ ハンドル
３ ギヤボックス
５ ボーデンケーブル（ケーブル）
６ ボーデンケーブル（ケーブル）
１０ｄｒ 回転軸
１０ｄｎ 回転軸
１１ｄｒ 駆動プーリ
１１ｄｎ 従動プーリ
１２ｄｒ ポテンショメータ（駆動プーリ回転角検出手段）
１２ｄｎ ポテンショメータ（従動プーリ回転角検出手段）
１４ 駆動ギヤ（ギヤ）
１５ 従動ギヤ（ギヤ）
１６ 操舵トルク検出手段
１７ 警報手段
２５ パワーステアリング用モータ（パワーアシスト手段）
Ｗ_L 車輪
Ｗ_R 車輪
Ｕ 電子制御ユニット（操舵トルク算出手段）
θｄｒ 回転角
θｄｎ 回転角
Δθ 偏差

Claims (4)

1. ハンドル（１）に連結されて回転する駆動プーリ（１１ｄｒ）と、車輪（Ｗ_L ，Ｗ_R ）を操舵するギヤボックス（３）に連結されて回転する従動プーリ（１１ｄｎ）とをケーブル（５，６）で接続し、ハンドル（１）に入力される操舵トルクをケーブル（５，６）を介してギヤボックス（３）に伝達するとともに、前記操舵トルクを操舵トルク検出手段（１６）で検出し、検出した操舵トルクに基づいてパワーアシスト手段（２５）を作動させるケーブル式ステアリング装置であって、
   操舵トルクの大小に応じてケーブル（５，６）の伸び量が変化するものにおいて、
   前記操舵トルク検出手段（１６）は、駆動プーリ（１１ｄｒ）の回転角（θｄｒ）を検出する駆動プーリ回転角検出手段（１２ｄｒ）と、従動プーリ（１１ｄｎ）の回転角（θｄｎ）を検出する従動プーリ回転角検出手段（１２ｄｎ）と、ケーブル（５，６）の伸び量に対応した両プーリ（１１ｄｒ，１１ｄｎ）の回転角の偏差（Δθ）に基づいて操舵トルクを算出する操舵トルク算出手段（Ｕ）とから構成されたことを特徴とする、ケーブル式ステアリング装置。
2. 駆動プーリ回転角検出手段（１２ｄｒ）及び／又は従動プーリ回転角検出手段（１２ｄｎ）は、駆動プーリ（１１ｄｒ）及び／又は従動プーリ（１１ｄｎ）或いはその回転軸（１０ｄｒ，１０ｄｎ）にギヤ（１４，１５）を介して接続されて前記回転角（θｄｒ，θｄｎ）を検出することを特徴とする、請求項１記載のケーブル式ステアリング装置。
3. 駆動プーリ回転角検出手段（１２ｄｒ）及び／又は従動プーリ回転角検出手段（１２ｄｎ）は、駆動プーリ（１１ｄｒ）及び／又は従動プーリ（１１ｄｎ）或いはその回転軸（１０ｄｒ，１０ｄｎ）に直結されて前記回転角（θｄｒ，θｄｎ）を検出することを特徴とする、請求項１記載のケーブル式ステアリング装置。
4. 両プーリ（１１ｄｒ，１１ｄｎ）の回転角の偏差（Δθ）が予め設定した基準値を越えた場合に警報を発する警報手段（１７）を備えたことを特徴とする、請求項１記載のケーブル式ステアリング装置。

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