JP4198803B2 - ステアリング入力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵感を自在に制御できるステアリング入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第４，７７１，８４６号は、ハンドルを持つ車輛を制御するためのステアリングシステムで操舵感を発生する操舵装置を示す。操舵感は、ハンドル位置センサ及び操舵済位置センサに応じて電子式制御装置によって制御される電磁式摩擦ブレーキによって提供される。摩擦力の量は、電磁石の強さで決まり、電磁石の強さによって制限される。ハンドルシャフトの回転は、一対の端部ストップを含む歯車機構によって、中央位置から両方向に３／２回転に機械的に制限されている。更に、米国特許第４，７７１，８４６号の設計では、ハンドル位置センサは、ハンドルシャフトの検出可能な位置範囲を制限する線型ポテンショメータ型センサである。
【０００３】
米国特許第３，０１１，５７９号は、ハンドルを持つ車輛を制御するためのステアリングシステムで操舵感を発生するステアリング装置を示す。米国特許第３，０１１，５７９号のシステムは、歯車装置を介してステアリング入力シャフトに駆動自在に連結された液圧モータを含む操舵感サーボシステムを有する。
【０００４】
操舵感が電磁石の性能によって直接的に制限されることがなく、操舵感機構が液圧モータ−歯車装置を必要としない、ステアリング入力装置を提供するのが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、操舵感が電磁石の性能によって直接的に制限されることがないステアリング入力装置を提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、操舵感機構が液圧モータ−歯車装置を必要としない、ステアリング入力装置を提供することである。
【０００７】
本発明の更に別の目的は、ステアリングシャフトの回転が制限されないステアリング入力装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、ステアリングシャフトの位置の検出できる範囲が制限されていないステアリング入力装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これらの目的及び他の目的は、本発明によって達成される。本発明によれば、車輛用ステアリング入力装置は、固定ハウジングと、車輛のオペレータがハウジングに対して回転させることができるステアリング入力シャフトと、この入力シャフトに非回転的に取り付けられたハブと、ハブと摩擦係合した摩擦部材と、摩擦部材をハブ部材と係合した状態に維持するように押圧された弾性部材と、摩擦部材に噛み合い連結した移動自在の係止リングと、電磁石とを有する。電磁石を賦勢すると、電磁石は、係止リングを移動してハウジングと噛み合い係合させ、かくして、摩擦部材の回転を制限する。摩擦部材と回転しているハブとの摩擦係合により摩擦力が発生し、これによって、ハブ及び入力シャフトの回転が更に困難になる。この摩擦力の大きさは、弾性部材の押圧力で決まり、電磁石の強さによって制限されない。
【００１０】
上記弾性部材は、上記シャフトの周りに取り付けられた円筒形部材を含み、一部が上記摩擦部材と係合してもよい。
【００１１】
上記シャフトに回転自在に取り付けられたベアリング部材を更に有し、上記弾性部材は、上記ベアリング部材と係合する半径方向内部品及び上記摩擦部材と係合する外周部品を含んでもよい。
【００１２】
上記弾性部材は、上記シャフトの周りに取り付けられており且つ外部分が上記摩擦部材と係合した環状ベルビルばねを含んでもよい。
【００１３】
上記カップリング部材を押圧して上記ハウジングと係合した状態から外す方向に力を加えるばね部材を更に有してもよい。
【００１４】
上記カップリング部材は、上記摩擦部材に軸線方向に摺動自在に連結されており、上記摩擦部材に関する回転が制限されるように上記摩擦部材に連結されていてもよい。
【００１５】
上記摩擦部材は、半径方向内方に突出し且つ軸線方向に延びる複数のタブが内面に形成された中空円筒形本体を有し、上記カップリング部材は、上記摩擦部材の上記タブと噛み合ってこれらのタブを摺動自在に受け入れる軸線方向に延びる複数のスロットが外面に形成された中空円筒形本体を有してもよい。
【００１６】
上記ハウジングは、半径方向に延びており且つカップリング部材に向かって軸線方向に突出した複数の突出部を形成し、上記カップリング部材は、半径方向に延びており且つ軸線方向に開放した複数の凹所を形成する中空円筒形本体を有し、上記カップリング部材は、上記凹所が上記突出部と噛み合ってこれらの突出部を受け入れる係止位置まで、及び上記凹所が上記突出部から外れた非係止位置まで軸線方向に移動自在であってもよい。
【００１７】
上記ハウジングは、上記カップリング部材に向かって開放した環状凹所を形成し、上記複数の突出部は、上記環状凹所の外縁部に亘って環状のアレイをなして配置されており、上記カップリング部材を移動するための上記手段は、上記環状凹所に取り付けられた電磁コイルを含んでもよい。
【００１８】
上記ハブ部材は、截頭円錐形内摩擦面を形成する中空円筒形本体を有し、上記カップリング部材は、上記ハブ部材の上記截頭円錐形内摩擦面と係合する截頭円錐形外摩擦面を形成する中空円筒形本体を有してもよい。
【００１９】
上記摩擦部材、上記弾性部材、及び上記カップリング部材は、上記ハブ部材によって受け入れられていてもよい。
【００２０】
上記入力シャフトは、上記摩擦部材、上記弾性部材、及び上記カップリング部材を貫通していてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、ステアリング入力装置１０は、従来のハンドル（図示せず）に連結された周知の従来のステアリング入力シャフト１２を含む。このシャフトは、車輛フレーム（図示せず）に固定されたステアリングコラム支持ハウジング２２内でベアリング２０によって回転自在に支持されている。ステアリング入力装置１０は、ステアリング入力シャフト１２のシャフト収容端部分３４にスプライン連結されたシャフト３２を含む。このシャフト３２は、端部分がステアリング入力シャフト１２にプレス嵌めされている。非磁性ハウジング３６がシャフト３２に取り付けられている。非磁性ハウジング３６が回転しないようにするため、ハウジング３６のタブ３８がハウジング２２に形成されたスロット４０に受け入れられている。ハウジング３６は、環状ディスク４４の外部分から軸線方向に延びる全体に円筒形の外リム４２を含む。間隔が隔てられた複数の取り付け用盲孔４６がリム４２内に軸線方向に延びている。かくして、ハウジング３６は、ステアリング入力シャフト１２から遠ざかる方向に開放した凹所４８を形成し、この凹所を通ってシャフト３２が延びている。
【００２２】
ハブ部材５０が凹所４８に回転自在に且つ摺動自在に受け入れられている。ハブ部材５０は、シャフト３２を固定的に受け入れる貫通ボア５３を持つ円筒形中空ハブ５２と、このハブ５２から半径方向外方に延びる環状ディスク５４と、このディスク５４の外部分から軸線方向に遠ざかる方向に延びる円筒形中空リム５６とを含む。リム５６の厚さは、ディスク５４と隣接した肉厚部分から肉薄の端部分までテーパしており、そのため、リム５６の内面５８は截頭円錐形の表面である。リム５６の半径方向外面及びディスク５４の外面には、潤滑オイルを適正に分配するための溝が設けられている。
【００２３】
次に、図１、図２、及び図３を参照すると、中空非磁性円錐体即ち摩擦部材６０がハブ部材５０内及び凹所４８内に受け入れられている。円錐形部材６０は截頭円錐形の外面６２を有する。この外面６２は、ハブ部材５０の内面５８と噛み合ってこれと係合し、入力シャフト１２に向かう方向で小径端までテーパしている。円錐形部材６０の内面は、小径の円筒形表面６４を形成し、この表面は、入力シャフト１２から遠ざかる方向に向いた環状壁６８によって大径の円筒形表面６６に連結されている。表面６６には複数の凹所７０が形成されており、これらの凹所により、壁６８から軸線方向に遠ざかるように延び且つ半径方向内方に突出した複数のタブ７２が形成される。
【００２４】
次に、図１、図２、及び図５を参照すると、中空強磁性係止リング即ちカップリング部材８０もまた円錐形部材６０内及び凹所４８内に受け入れられている。係止リング８０は、軸線方向に延びる複数のスロット８４が形成された円筒形の外面８２を有する。スロット８４は円錐形部材６０のタブ７２と噛み合ってこれらのタブを受け入れ、その結果、係止リング８０は円錐形部材６０と噛み合って摺動自在に連結されている。係止リング８０の内面は、小径の円筒形表面８６を形成し、この表面は、入力シャフト１２から遠ざかる方向に向いた環状壁９０によって大径の円筒形表面８８に連結されている。表面８８には複数の凹所９２が形成されている。これらの凹所は、半径方向内方及びステアリング入力シャフト１２から軸線方向に遠ざかる方向に開放している。
【００２５】
全体に円筒形のスラストベアリング１００がシャフト３２に回転自在に取り付けられている。スラストベアリング１００は、小径ベース部分１０２、及びハブ部材５０のハブ５２を部分的に取り囲むようにベース１０２から遠ざかる方向でハブに面した大径部分１０４を含む。複数の、例えば４個の突出部１０６が、部分１０４の端部からハブ部材５０に向かって軸線方向に大きく突出している。
【００２６】
次に図１及び図６を参照する。環状ベルビルばね１１０が凹所４８に取り付けられている。このばねの外端１１２は、円錐形部材６０の壁６８と係合し、内端１１４がスラストベアリング１００の部分１０４と係合している。内端１１４には、突出部１０６を受け入れる４つのスロット１１６が設けられている。ベルビルばね１１０は、ハブ部材５０に向かう方向で凹状になっている。ベルビルばね１１０は、かくして、円錐形部材６０をハブ部材５０と係合した状態に押圧する弾性部材を提供する。
【００２７】
次に、図１乃至図７を参照する。強磁性戻しばね１２０もまた凹所４８に取り付けられている。この戻しばね１２０は、スラストベアリング１００を回転自在に受け入れる中空環状ディスク１２２、及びこのディスク１２２の外端から軸線方向に延びる円筒形リム１２４を有する。間隔が隔てられた複数の、好ましくは３つの位置で材料を戻しばね１２０から除去し、三つのフィンガ１２６を形成する。これらのフィンガ１２６は、半径方向外方に突出しており、ハブ部材５０に向かう方向に傾斜している。フィンガ１２６の外端は、係止リング８０の環状壁９０と摺動自在に係合している。リム１２４は、フィンガ１２６を越えて延びる端部分１２８を含む。リム１２４は、係止リング８０の小径表面８６内に回転自在に且つ摺動自在に受け入れられている。
【００２８】
磁性カバー１３０は、例えば、ねじをボア４６にねじ込むことによってハウジング３６に取り付けられている。カバー１３０には、シャフト３２を回転自在に受け入れる中央貫通ボア１３２が設けられている。カバー１３０は、ハブ部材５０に向かって開放した環状凹所１３４を形成し、この凹所に電磁コイル１３６が取り付けられている。カバーには、更に、複数の突出部１３８が形成されている。これらの突出部は半径方向に延びており且つハブ部材５０に向かって軸線方向に突出しており、凹所１３４の外縁部に亘って環状のアレイをなして間隔が隔てられている。図８で最もよくわかるように、突出部１３８は、係止リング８０の凹所９２と噛み合い係合し、カバー１３０に関する係止リング８０の回転を制限する。最後に、カバー１３０は、ハブ部材５０に向かって軸線方向に突出した環状リップ１３９を更に形成する。このリップは、スラストベアリング１００の一部を受け入れ且つ戻しばね１２０の内部分と係合する。
【００２９】
トランスジューサユニット１４０が、ハンドル（図示せず）の位置の変化を表す信号を発生する。これは、電子制御装置（図示せず）と通信するためである。トランスジューサユニット１４０は、シャフト３２の端部に取り付けられたリングギヤ１４１を含む。リングギヤ１４１は、一対のギヤ１４２、１４４を駆動する。これらのギヤの各々は、対応する回転増分エンコーダ１４６、１４８を駆動する。これらのエンコーダは、商業的に入手可能なオークグリングスビー９００光学式エンコーダ又はグレイヒルシリーズ６１Ｈエンコーダ等である。ギヤ１４１乃至１４４、及びエンコーダ１４６及び１４８は、カバー１５０によって保護されている。
【００３０】
作動モード
作動において、ハブ部材５０は常にシャフト３２とともに回転する。コイル１３６が賦勢されていない場合には、係止リング８０がハウジング１３０の突出部１３８から外れているため、円錐形部材６０及び係止リング８０もまたシャフト３２とともに回転する。
【００３１】
コイル１３６を賦勢すると、係止リング８０がコイル１３６に向かって引っ張られ、ハウジング１３０の突出部１３８が係止リング８０の凹所９２によって受け入れられ、かくして係止リング８０の回転を制限する。係止リング８０のスロット８４と円錐形部材６０のタブ７２との噛み合い係合により、円錐形部材６０の回転もまた制限される。円錐形部材６０の外面６２がハブ部材５０の内面５８と摩擦係合しているため、シャフト３２及びステアリング入力シャフト１２を回転させるのに必要な力即ち労力が、これによって、大幅に増大する。この摩擦力の大きさは、ベルビルばね１１０の押圧力に応じて変化し、電磁石１３６の強さによる制限を受けない。係止リング８０は円錐形部材６０に対して自由に数度回転でき、コイル１３６の消勢時に容易に係合解除できる。シャフト３２は、ばねによって中心に寄せられているのでなく、コイル１３６の賦勢及び係止リング８０と突出部１３８との係合により発生する大きな摩擦力によってその回転が妨げられる場合でも、いずれの方向にも無制限に回転できるということに着目されたい。
【００３２】
本発明を特定の実施例と関連して説明したが、以上の説明を読むことによって、多くの変更、修正、変形が当業者に明らかになるということは理解されよう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内のこれらの変更、修正、変形の全てを支持しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステアリング入力装置の断面図である。
【図２】本発明の円錐形部材の断面図である。
【図３】本発明の円錐形部材の端面図である。
【図４】本発明の係止リングの断面図である。
【図５】本発明の係止リングの端面図である。
【図６】本発明のベルビルばねの端面図である。
【図７】本発明の戻しばねの端面図である。
【図８】図１の８−８矢印の方向で見た、明瞭化を図るために一部を除去した端面図である。
【符号の説明】
１０ ステアリング入力装置 １２ ステアリング入力シャフト
２０ ベアリング ２２ ステアリングコラム支持ハウジング
３２ シャフト ３６ 非磁性ハウジング
４４ 環状ディスク ４８ 凹所
５０ ハブ部材 ５２ 円筒形中空ハブ
５３ 貫通ボア ５４ 環状ディスク
５６ 円筒形中空リム ６０ 円錐形摩擦部材
７０ 凹所 ７２ タブ
８０ カップリング部材 ８４ スロット
８８ 表面 ９２ 凹所
１００ スラストベアリング １０６ 突出部
１１０ 環状ベルビルばね １２０ 強磁性戻しばね
１２２ 中空環状ディスク １２４ 円筒形リム
１２６ フィンガ １３０ 強磁性カバー
１３４ 環状凹所 １３６ 電磁コイル
１３８ 突出部

Claims (12)

1. 車輛用ステアリング入力装置において、
   固定ハウジングと、
   車輛のオペレータが前記固定ハウジングに対して回転させることができるステアリング入力シャフトと、
   前記シャフトに回転できない状態で取り付けられたハブ部材と、
   前記ハブ部材と摩擦係合し、通常は前記ハブ部材とともに回転する摩擦部材と、
   前記摩擦部材を前記ハブ部材と係合した状態に維持するように押圧された弾性部材と、
   前記摩擦部材に噛み合い連結し、前記摩擦部材を前記固定ハウジングに選択的に連結及び連結解除するように移動できる移動自在のカップリング部材と、
   前記カップリング部材を移動し、前記固定ハウジングと係合させ、これによって、前記カップリング部材及び前記摩擦部材の前記固定ハウジングに関する回転を制限するための手段とを有することを特徴とするステアリング入力装置。
2. 前記弾性部材は、前記シャフトの周りに取り付けられた円筒形部材を含み、一部が前記摩擦部材と係合する、請求項１に記載のステアリング入力装置。
3. 前記シャフトに回転自在に取り付けられたベアリング部材を更に有し、
   前記弾性部材は、前記ベアリング部材と係合する半径方向内部品及び前記摩擦部材と係合する外周部品を含む、請求項２に記載のステアリング入力装置。
4. 前記弾性部材は、前記シャフトの周りに取り付けられており且つ外部分が前記摩擦部材と係合した環状ベルビルばねを含む、請求項１に記載のステアリング入力装置。
5. 前記カップリング部材を押圧して前記固定ハウジングと係合した状態から外す方向に力を加えるばね部材を更に有する、請求項１に記載のステアリング入力装置。
6. 前記カップリング部材は、前記摩擦部材に軸線方向に摺動自在に連結されており、前記摩擦部材に関する回転が制限されるように前記摩擦部材に連結されている、請求項１に記載のステアリング入力装置。
7. 前記摩擦部材は、半径方向内方に突出し且つ軸線方向に延びる複数のタブが内面に形成された中空円筒形本体を有し、
   前記カップリング部材は、前記摩擦部材の前記タブと噛み合ってこれらのタブを摺動自在に受け入れる軸線方向に延びる複数のスロットが外面に形成された中空円筒形本体を有する、請求項１に記載のステアリング入力装置。
8. 前記固定ハウジングは、半径方向に延びており且つカップリング部材に向かって軸線方向に突出した複数の突出部を形成し、
   前記カップリング部材は、半径方向に延びており且つ軸線方向に開放した複数の凹所を形成する中空円筒形本体を有し、前記カップリング部材は、前記凹所が前記突出部と噛み合ってこれらの突出部を受け入れる係止位置まで、及び前記凹所が前記突出部から外れた非係止位置まで軸線方向に移動自在である、請求項１に記載のステアリング入力装置。
9. 前記固定ハウジングは、前記カップリング部材に向かって開放した環状凹所を形成し、前記複数の突出部は、前記環状凹所の外縁部に亘って環状のアレイをなして配置されており、
   前記カップリング部材を移動するための前記手段は、前記環状凹所に取り付けられた電磁コイルを含む、請求項８に記載のステアリング入力装置。
10. 前記ハブ部材は、截頭円錐形内摩擦面を形成する中空円筒形本体を有し、
    前記カップリング部材は、前記ハブ部材の前記截頭円錐形内摩擦面と係合する截頭円錐形外摩擦面を形成する中空円筒形本体を有する、請求項１に記載のステアリング入力装置。
11. 前記摩擦部材、前記弾性部材、及び前記カップリング部材は、前記ハブ部材によって受け入れられている、請求項１に記載のステアリング入力装置。
12. 前記入力シャフトは、前記摩擦部材、前記弾性部材、及び前記カップリング部材を貫通している、請求項１に記載のステアリング入力装置。

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