JP5839194B2 - 車両のステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両のステアリング装置に関し、特に、車体に対しステアリングコラムを揺動可能に支持し所望のチルト位置に調整するステアリング装置に係る。
ステアリングホイールの操作位置を所望のチルト位置に調整する機構として、電動のチルト機構が知られており、例えば下記の特許文献1には、「チルト作動に影響を及ぼすことなく、上下方向のがたつきを好適に抑制し得るステアリング装置を提供すること」を目的とし(特許文献1の段落〔0004〕に記載)、「ステアリングホイールに連結されるステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトを回転自在に収容支持する筒状のコラムハウジングを有し、固定ブラケットにより車体に固定されるステアリングコラムと、チルトモータの作動に基づいて前記固定ブラケットに対する前記ステアリングコラムの傾動量を調整するチルト機構とを備えたステアリング装置において、前記チルト機構は、前記チルトモータにより回転駆動されるシャフトと、前記シャフトの回転に基づいて該シャフト上をスライドするスライド部材と、前記スライド部材および前記固定ブラケットに対して前記コラムハウジングを連結し、前記スライド部材のスライドに基づいて、前記ステアリングコラムを前記固定ブラケットに対して傾動作動させるリンク機構とを備え、前記リンク機構を、前記コラムハウジングの径方向外側において該コラムハウジングの左右両側に配置」することが提案されている(同段落〔0005〕に記載)。
また、下記の特許文献2には、「チルト・テレスコピック機構の駆動方式に関係なく、ステアリングコラムを共通使用することができるステアリング装置を提供すること」を目的とし(特許文献2の段落〔0005〕に記載)、「ステアリングホイールが取着されるステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトを回転可能に収容支持するステアリングコラムと、前記ステアリングコラムにステアリング位置調整機構を取り付けるためのブラケットを備えるステアリング装置において、前記ステアリングコラムは、前記ブラケットが着脱自在に構成」された装置が提案されている(同段落〔0006〕に記載)。更に、「前記ブラケットは、手動式チルト・テレスコピック機構を取り付けるためのサポートブラケット又は電動式チルト・テレスコピック機構を取り付けるためのベースブラケットである」と記載され(同段落〔0007〕)、「前記サポートブラケットの取付部と、前記ベースブラケットの取付部を共通化」することが記載されている(同段落〔0009〕)。
特開2006−327374号公報 特開2006−264547号公報
上記特許文献1に記載のステアリング装置は、チルトモータ(電動モータ)の出力をスクリューシャフト(台形螺子等)を用いたスライド機構により直線運動に変換し、ベルクランクを用いたリンク機構によりステアリングホイールの上下変位(チルト作動)に変換するように構成されたものであり、電動チルト機構は、駆動ユニットを構成する電動モータ、リンク機構等の構成部品が多く、大型であり、車両への搭載が困難である。
一方、上記特許文献2に記載のステアリング装置においては、手動チルト機構と電動チルト機構のブラケット取付部を共通化することが提案されているが、電動チルト機構は従前同様大型であり、車両への搭載が困難である。
そこで、本発明は、ステアリングコラムを所望のチルト位置に調整する車両のステアリング装置において、駆動ユニットに対する負荷を極力低減して小型化を図り、車両への搭載が容易な小型の電動チルト機構を構成し得るステアリング装置を提供することを課題とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、車体に固定される固定ブラケットと、前記車体に対し揺動可能に支持されるステアリングコラムを備え、該ステアリングコラムを前記固定ブラケットに対し所望の傾斜角度のチルト位置に調整する車両のステアリング装置において、前記ステアリングコラムを保持し、前記固定ブラケットに対し相対移動可能に支持されるチルトブラケットと、前記車体の横方向に延在し、前記固定ブラケットに対し前記ステアリングコラムの軸方向に相対移動可能に支持されるチルトシャフトと、該チルトシャフトに一端が固定されるクランク部材と、前記チルトブラケットに固定される電動モータと、該電動モータの出力を減速して前記クランク部材の他端を回転駆動する減速機とを備え、前記電動モータの回転に応じて、前記チルトシャフトの軸を中心に前記チルトブラケットを回転駆動し前記固定ブラケットに対する前記ステアリングコラムの相対位置を調整する駆動ユニットと、前記固定ブラケットに一端を支持し前記駆動ユニットの非駆動時に前記ステアリングコラムを所定の中立位置に保持する付勢部材とを備えることとしたものである。
前記付勢部材は、前記固定ブラケットに一端を係止し前記チルトブラケット及び前記ステアリングコラムの少なくとも一方に他端を係止するコイルばねで構成することができ、例えば、車体の左右両側に配置される一対の引張コイルばね、あるいは一つのダブルトーション型ねじりコイルばねを用いることができる。
上記のステアリング装置において、前記固定ブラケットには、前記ステアリングコラムの軸方向に長尺側の寸法を有する長穴が形成されており、該長穴に前記チルトシャフトが相対移動可能に支持されるように構成するとよい。
前記減速機は、前記電動モータの出力軸に固定する第1のウォームギヤと、該第1のウォームギヤに噛合する第1のウォームホイールと、該第1のウォームホイールと一体的に回転する第2のウォームギヤと、該第2のウォームギヤに噛合する第2のウォームホイールを備え、該第2のウォームホイールの回転軸を前記クランク部材の他端に固定するように構成するとよい。
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明のステアリング装置においては、固定ブラケットに対するステアリングコラムの相対位置を調整する駆動ユニットと、固定ブラケットに一端を支持し駆動ユニットの非駆動時にステアリングコラムを所定の中立位置に保持する付勢部材を備えているので、この付勢部材によって駆動ユニットに対する負荷を大幅に低減することができる。即ち、駆動ユニットの非駆動時には、付勢部材によってステアリングコラムが所定の中立位置に保持されており、駆動ユニットは、当該中立位置からチルトアップ側又はチルトダウン側に作動させるときに必要な駆動力を出力できればよいので、駆動ユニットに対する負荷を大幅に低減することができる。このため、駆動ユニットの小型化が可能となり、車両への搭載が容易な小型の電動チルト機構を構成することができる。特に、駆動ユニットは、前述のクランク部材、電動モータ及び減速機を備え、電動モータの出力を減速してクランク部材を回転駆動するように構成されているので、従前のスライド機構やリンク機構を必要とすることなく、少ない部品点数で簡単且つ組み付け容易な小型の電動チルト機構を構成することができる。例えば、ステアリングコラムに固定された上記と同様の固定ブラケット及びチルトブラケットに対し、手動チルト機構の構成部品を装着すれば、簡単且つ容易に手動チルト機構を備えたステアリング装置を提供することができる。
しかも、前述のように、駆動ユニットの非駆動時には、付勢部材によってステアリングコラムが所定の中立位置に保持されており、駆動ユニットは、当該中立位置からチルトアップ側又はチルトダウン側に作動させるときに必要な駆動力を出力できればよいので、駆動ユニットに対する負荷を大幅に低減することができる。このため、駆動ユニットの小型化が可能となり、車両への搭載が容易な小型の電動チルト機構を備えた安価な装置を提供することができる。尚、この場合の付勢部材は、固定ブラケットに一端を係止しチルトブラケット及びステアリングコラムの少なくとも一方に他端を係止するコイルばねによって構成することができ、例えば一つのダブルトーション型ねじりコイルばねのみによって構成することができる。
更に、固定ブラケットに上記の長穴を形成し、この長穴にチルトシャフトを相対移動可能に支持する構成とすれば、装置全体として簡単且つ安価に形成することができる。
尚、上記の減速機は、第1及び第2のウォームギヤ並びに第1及び第2のウォームホイールを備えたものとし、第2のウォームホイールの回転軸をクランク部材の他端に固定するように構成すれば、逆効率を極力小さくし得る好適な装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るステアリング装置を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るステアリング装置を示す正面図である。 本発明の一実施形態に供する駆動ユニットを示すもので、図2のA−A線断面図である。 本発明の一実施形態に供する駆動ユニットを示すもので、図2のB−B線断面図である。 本発明の一実施形態に係るステアリング装置のチルトダウン位置の状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るステアリング装置のチルトアップ位置の状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態における引張コイルばねの付勢力を設定する際に考慮すべきファクターを説明するためのステアリング装置の側面図である。 本発明の他の実施形態に係るステアリング装置を示す側面図である。 本発明の他の実施形態に係るステアリング装置を示す底面図である。 本発明の更に他の実施形態に係るステアリング装置を示す側面図である。
以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図1乃至図4は本発明の一実施形態に係るステアリング装置の構成を示すもので、車体(図示せず)に対しステアリングコラム10が揺動可能に支持されており、ステアリングコラム10を固定ブラケット1に対し所望の傾斜角度のチルト位置に調整し得るように構成されている。ステアリングコラム10の車体への支持構造は、車体に固定された固定ブラケット1に対し、チルトブラケット2が相対移動可能に支持されており、このチルトブラケット2にステアリングコラム10の中間部が保持され、車体の前方に配置された揺動中心(C)回りに揺動し得るように支持されている。
ステアリングコラム10は、ステアリングシャフト11と、これを囲繞するように同軸上に配置されるメインチューブ12を有し、ステアリングシャフト11の後端にステアリングホイール(図示せず)が支持され、その前端が転舵機構(図示せず)に連結される。ステアリングシャフト11は、後端部にステアリングホイール(図示せず)が接続される筒状のアッパシャフト11aと、このアッパシャフト11aの前端部と連結されるロアシャフト11bから成る。即ち、アッパシャフト11aとロアシャフト11bが軸方向に相対移動可能に連結されており、ロアシャフト11bの前端部が転舵機構(図示せず)に接続されている。この転舵機構はステアリングホイールの操作に応じて駆動されて車輪操舵機構(図示せず)を介して操舵輪(図示せず)を転舵するように構成されている。
固定ブラケット1は、図2に示すように車体締結部を有するアッパブラケット1aとU字形状のロアブラケット1bが(例えば溶接により)結合されたものである。また、チルトブラケット2はU字形状に形成され、その両端部がステアリングコラム10の中間部に(例えば溶接にて)固定されている。チルトブラケット2には、車体の横方向に延在するようにチルトシャフト3が支持されている。固定ブラケット1には、ロアブラケット1bの両側壁に夫々、ステアリングコラム10の軸方向に長尺側の寸法(長手方向寸法)を有する長穴(図1に一方を1sで示す)が形成されており、これらの長穴1sを介してチルトシャフト3が車体の横方向に貫通するように配置され、固定ブラケット1に対しチルトシャフト3がステアリングコラム10の軸方向に相対移動可能に支持されている。尚、長穴1sとチルトシャフト3との間にクリアランスがあると、ステアリングホイール(図示せず)のガタにつながるため、クリアランスは極力小さくするか、あるいは締め代をもった寸法関係にするとよい。
そして、本実施形態の駆動ユニット4がチルトブラケット2のU字形状の内側に配置され、螺子等でチルトブラケット2に固定されている。この駆動ユニット4は、チルトシャフト3の軸を中心にチルトブラケット2を回転駆動し固定ブラケット1に対するチルトブラケット2の相対位置を調整するもので、チルトシャフト3に一端が固定されるクランク部材41と、チルトブラケット2に固定される電動モータ42と、この電動モータ42の出力を減速してクランク部材41の他端を回転駆動する減速機50を備えている。
更に、固定ブラケット1を構成するアッパブラケット1aの両端部に、一対の引張コイルばね(代表して5で表す)の一端が係止され、それらの他端がチルトブラケット2に係止されている。即ち、図2にロアブラケット1bの下端部を切除して示しているように、チルトブラケット2の両側壁に係止突起2a、2bが設けられており、これらに引張コイルばね5の他端が係止されている。尚、係止突起2a、2bは、切起し等によってチルトブラケット2と一体に形成することとし、あるいは、チルトブラケット2とは別体で形成して溶接等で固定することとしてもよい。また、引張コイルばね5の他端は、ステアリングコラム10(例えばメインチューブ12の両側壁)に直接係止することとしてもよい。而して、本実施形態では、上記一対の引張コイルばね5によって付勢部材が構成され、駆動ユニット4の非駆動時にステアリングコラム10を所定の中立位置(チルトニュートラル位置)に保持するように付勢されている。
本実施形態の減速機50は、ステアリングホイール(図示せず)への荷重入力により運転者が意図しないチルト位置変化が生ずるのを防ぐため、ステアリングホイール入力に対しチルト位置を保持し得るよう、逆効率を極力小さくする構成とされている。即ち、図3に示すように、電動モータ42の出力軸に固定する第1のウォームギヤ51と、この第1のウォームギヤ51に噛合する第1のウォームホイール52によって第1段の減速機構が構成され、第1のウォームホイール52と一体的に回転する第2のウォームギヤ53と、この第2のウォームギヤ53に噛合する第2のウォームホイール54によって第2段の減速機構が構成されている。尚、第1のウォームホイール52と第2のウォームギヤ53は例えばスプライン結合されており、一体となって回転する。本実施形態においては、電動モータ42の回転出力が2段の減速機構によって減速されるように構成されているが、1段のみとしてもよく、3段以上としてもよい。
そして、図4に示すように、第2のウォームホイール54の軸部には、クランク回転軸43の一端がスプライン結合されており、クランク回転軸43の他端はクランク部材41の他端側に結合されている。従って、電動モータ42が駆動されるとクランク部材41は第2のウォームホイール54の回転軸を中心に揺動する。尚、クランク部材41の両端部の結合手段としては、一端がチルトシャフト3に固定され、他端がクランク回転軸43に固定されるのであれば、溶接、圧入、螺合等何れでもよい。
本実施形態の駆動ユニット4は上記のように構成されているので、電動モータ42が駆動されると、その回転が減速機50によって適切に減速されてクランク部材41に伝達され、クランク部材41が回転(揺動)するが、チルトシャフト3は固定ブラケット1を介して車体(図示せず)に結合されているので、駆動ユニット4全体がチルトシャフト3の軸を中心に回転(揺動)することとなる。そして、駆動ユニット4はチルトブラケット2に固定されているため、チルトブラケット2もチルトシャフト3の軸を中心に回転することになり、チルトブラケット2と一体のステアリングコラム10が揺動中心(C)回りに揺動し、図5又は図6に示すようにチルト作動する。而して、ステアリングコラム10が所望のチルト位置となるように、固定ブラケット1に対するチルトブラケット2の相対位置が調整される。尚、図5及び図6のNTは中立位置(チルトニュートラル位置)、TDはチルトダウン位置、TUはチルトアップ位置を示す。
上記のチルト作動において、クランク部材41(チルトシャフト3と一体)の揺動中心とステアリングコラム10の揺動中心(C)が異なるため、駆動ユニット4(チルトシャフト3に固定)とステアリングコラム10とではコラム軸方向の移動量に差異が生じる。この差異を吸収するため、固定ブラケット1に形成される長穴1sが、ステアリングコラム10の軸方向に長尺側の寸法(長手方向寸法)を有する形状に設定されており、クランク部材41の揺動に応じてチルトシャフト3が長穴1sに案内されて移動し、図5及び図6に示す位置で停止する。尚、固定ブラケット1に対しステアリングコラム10の軸方向に相対移動可能にチルトシャフト3を支持する手段として、上記の長穴1sに代えて、固定ブラケット1の両側壁間に上記の長穴1sと同形状の長溝(図示せず)を同位置に形成し、これらの長溝にチルトシャフト3の両端部を摺動可能に嵌合するように構成してもよい。
また、本実施形態においては、駆動ユニット4の非駆動時にステアリングコラム10が所定の中立位置に保持されるように、一対の引張コイルばね5によって付勢されているので、駆動ユニット4は、チルト作動時にステアリングコラム10等の自重分を持ち上げる荷重を負担する必要はない。従って、引張コイルばね5を備えていない装置に比し、出力すべき駆動力を低減することができ、例えば電動モータ42を小型化することが可能となる。具体的には、図5に示すように、ステアリングコラム10を中立位置よりもチルトダウン側に作動する場合には、引張コイルばね5が伸長する方向の作動のため、その付勢力が漸次増加する。従って、駆動ユニット4が出力すべき駆動力は、その引張コイルばね5の付勢力増加分のみとなる。一方、図6に示すように、ステアリングコラム10を中立位置よりもチルトアップ側に作動する場合には、引張コイルばね5が収縮する方向の作動のため、その付勢力が漸次減少する。従って、駆動ユニット4が出力すべき駆動力は、その引張コイルばね5の付勢力減少分のみとなる。
図7は、上記の引張コイルばね5の付勢力を設定する際に考慮すべきファクターを示すもので、ステアリングコラム10の構成部品、ステアリングホイール8、コンビネーションスイッチ9等の自重に対し、中立位置(チルトニュートラル位置)において、引張コイルばね5の付勢力が当該自重と釣り合うように設定される。例えば、ステアリングホイール8の質量をM1、コンビネーションスイッチ9の質量をM2、アッパブラケット1aを除くステアリングコラム10のアッセンブリの質量をM3、チルト中心(C)からステアリングホイール8の重心G1までの距離をL1、コンビネーションスイッチ9の重心G2までの距離をL2、ステアリングコラム10の重心G3までの距離をL3とし、引張コイルばね5の付勢力をF、その取付位置までの距離をL4とした場合に、(M1×L1+M2×L2+M3×L3)×g=F×L4(gは重力加速度)を満足するように付勢力Fが設定される。更に、例えば電子制御パワーステアリングシステム(EPS)の構成部品等が組み付けられる場合には、それらの影響も加味して付勢力Fが設定される。
上記のように付勢力Fが設定された引張コイルばね5が、固定ブラケット1とチルトブラケット2との間に張架されているので、ステアリングコラム10の中立位置において、その全自重と引張コイルばね5の付勢力が釣り合い、チルトシャフト3には荷重が入力されていない状態となる。従って、駆動ユニット4は、チルト作動時にステアリングコラム10等の自重分を持ち上げる荷重を負担する必要はなく、引張コイルばね5を備えていない装置に比し、電動モータ42や減速機50を小型化することが可能となる。
特に、引張コイルばね5の特性に関し、上記の中立位置の状態からチルトアップ側に作動させる場合は、チルト作動により引張コイルばね5のばね長が減少するため、(ばね定数×ばね長の変化量)だけ付勢力も減少する。そのため、チルトシャフト3には付勢力減少分だけの荷重が入力されるようになる。一方、チルトダウン側に作動させる場合には、チルト作動により引張コイルばね5のばね長が増加するため、(ばね定数×ばね長の変化量)の付勢力が必要となる。従って、中立位置から、チルトアップ側及びチルトダウン側の何れの側にチルト作動させる場合も〔ばね定数×ばね長の変化量〕の推力(駆動力)が必要となる。ここで、前述の自重との釣り合いが成立する範囲で、ばね定数を出来る限り小さくするように引張コイルばね5のばね諸元や取付寸法を設定することにより、チルト作動に必要な駆動力を極力小さくすることができ、電動モータ42や減速機50の更なる小型化、低コスト化が可能となる。
図8及び図9は、本発明の他の実施形態に係るステアリング装置を示すもので、付勢部材として前述の一対の引張コイルばね5に代えて、一つのダブルトーション型ねじりコイルばね5xが用いられている。即ち、固定ブラケット1を構成するアッパブラケット1aの両端部に夫々、ダブルトーション型ねじりコイルばね5xの両端部が係止され、その本体部がチルトブラケット2に係止されており、一つのダブルトーション型ねじりコイルばね5xによって付勢部材が構成され、駆動ユニット4の非駆動時にステアリングコラム10を所定の中立位置(チルトニュートラル位置)に保持するように付勢されている。このように、単一のダブルトーション型ねじりコイルばね5xによって付勢部材を構成することができるので、一層の小型化、低コスト化が可能となる。また、本実施形態のチルトブラケット2には前述の係止突起2a、2bを設ける必要はない。尚、その他の構成は図1乃至図4に示す実施形態と同様であるので、実質的に同一の部材については同一の符号を付して説明を省略する。
図10は、本発明の更に他の実施形態に係るもので、従前の電動チルト機構と同様の駆動ユニット6を備えたステアリング装置において、ステアリングコラム10を構成するメインチューブ12の左右に、ブラケット(代表して12xで表す)が一体的に形成されている。即ち、本実施形態においては、固定ブラケット1xの下方に第1のリンク61の一端部が揺動自在に支持され、その他端部が第2のリンク62の一端部に揺動自在に支持されると共に、第2のリンク62の中間部がブラケット12xの下方に揺動自在に支持され、第2のリンク62の他端部がナット63に揺動自在に支持されてリンク機構が構成されている。ナット63は螺子軸64に螺合されており、この螺子軸64が電動モータ65によって回転駆動されるとナット63が移動しスライダとして機能する。
そして、固定ブラケット1xに一対の引張コイルばね5の一端が係止され、それらの他端がブラケット12xに係止されており、これらの引張コイルばね5によって付勢部材が構成され、駆動ユニット6の非駆動時にステアリングコラム10を所定の中立位置(チルトニュートラル位置)に保持するように付勢されている。尚、引張コイルばね5の他端をステアリングコラム10(メインチューブ12)に直接係止することとしてもよいが、所謂跳上機構に供され、ステアリングコラムを車体上方側のみに付勢する跳上用の引張コイルばね(図示せず)に影響されないよう、これとは独立して設ける必要がある。
而して、本実施形態においては、上記の固定ブラケット1xとブラケット12xとの間に、引張コイルばね5の付勢力が設定されて張架されているので、ステアリングコラム10の中立位置において、全自重と引張コイルばね5の付勢力が釣り合い、チルトシャフト3には荷重が入力されていない状態となり、駆動ユニット6は、チルト作動時にステアリングコラム10等の自重分を持ち上げる荷重を負担する必要はなく、上記の引張コイルばね5を備えていない装置に比し、電動モータ65等を小型化することが可能となる。
1,1x 固定ブラケット
1s 長穴
2 チルトブラケット
3 チルトシャフト
4,6 駆動ユニット
5 引張コイルばね(付勢部材)
5x ねじりコイルばね(付勢部材)
10 ステアリングコラム
41 クランク部材
42 電動モータ
50 減速機
65 電動モータ

Claims (4)

  1. 車体に固定される固定ブラケットと、前記車体に対し揺動可能に支持されるステアリングコラムを備え、該ステアリングコラムを前記固定ブラケットに対し所望の傾斜角度のチルト位置に調整する車両のステアリング装置において、前記ステアリングコラムを保持し、前記固定ブラケットに対し相対移動可能に支持されるチルトブラケットと、前記車体の横方向に延在し、前記固定ブラケットに対し前記ステアリングコラムの軸方向に相対移動可能に支持されるチルトシャフトと、該チルトシャフトに一端が固定されるクランク部材と、前記チルトブラケットに固定される電動モータと、該電動モータの出力を減速して前記クランク部材の他端を回転駆動する減速機とを備え、前記電動モータの回転に応じて、前記チルトシャフトの軸を中心に前記チルトブラケットを回転駆動し前記固定ブラケットに対する前記チルトブラケットの相対位置を調整する駆動ユニットと、前記固定ブラケットに一端を支持し前記駆動ユニットの非駆動時に前記ステアリングコラムを所定の中立位置に保持する付勢部材とを備えたことを特徴とする車両のステアリング装置。
  2. 前記付勢部材は、前記固定ブラケットに一端を係止し前記チルトブラケット及び前記ステアリングコラムの少なくとも一方に他端を係止するコイルばねであることを特徴とする請求項記載の車両のステアリング装置。
  3. 前記固定ブラケットには、前記ステアリングコラムの軸方向に長尺側の寸法を有する長穴が形成されており、該長穴に前記チルトシャフトが相対移動可能に支持されることを特徴とする請求項又は記載の車両のステアリング装置。
  4. 前記減速機は、前記電動モータの出力軸に固定する第1のウォームギヤと、該第1のウォームギヤに噛合する第1のウォームホイールと、該第1のウォームホイールと一体的に回転する第2のウォームギヤと、該第2のウォームギヤに噛合する第2のウォームホイールを備え、該第2のウォームホイールの回転軸を前記クランク部材の他端に固定することを特徴とする請求項乃至の何れか一項に記載の車両のステアリング装置。
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