JPS61235270A - 電動式動力舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は舵取ハンドルの操作力（操舵力）を軽減するた
めに用いられる動力舵取装置に関し、特にその操舵補助
力発生手段として電動モータを用いてなる電動式動力舵
取装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

動力舵取装置は一般にパワーステアリング装置として称
され、近年では小型車を始めとして各種の車輌等に広く
搭載され、運転者の操舵力を軽減して簡単でしかも軽快
な操舵操作を可能とするとともに、運転者の疲労等を軽
減するうえでもその効果を発揮し得るものである。そし
て、この種の動力舵取装置として従来一般には油圧式の
ものが用いられているが、近年この油圧式に代え電動モ
ータ等を利用した電動式のものも種々提案されるように
なっている。

すなわち、前者の油圧式動力舵取装置は、その操舵補助
力を発生させるための油圧シリンダを始め、油圧ポンプ
、流路切換えバルブ、およびこれら各部を接続する油圧
配管系等というように、その構成部品点数が多く、しか
も各部の構成が複雑で、製造、組立て作業が面倒かつ煩
雑であるばかりでなく、装置全体が大型化し、重量も増
大する等といった問題を生じるものであった。

このため、簡単な電気配線により車載バッテリおよびコ
ントローラと結線して使用し得る電動モータを、操舵補
助力の発生手段として用いてなる電動式のものが、近年
種々提案されるようになっており、このような構成とす
れば、装置各部の構成の簡素化が図れるとともに、装置
全体の小型かつコンパクト化等を達成することが可能と
なるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した電動モータを操舵補助力発生手
段として動力舵取装置に使用するには、モータ制御を始
め、応答性等の面で種々の問題が生じるものであり、ま
だまだ実用化には至っていないものである。

すなわち、上述した電動式の動力舵取装置を構成するう
えで問題とされることは、運転者の操舵操作に応じた操
舵力や操舵角度、さらには車輌の走行速度等を始めとす
る各種走行条件を簡単かつ適切に検出し、この検出値に
応じて電動モータを適切に制御して駆動し、必要に応じ
た操舵補助力が得られるような構成とすることである。

特に、この種の動力舵取装置を搭載した車輌等にあって
は、車輌停車中における操舵操作いわゆる据切りや低速
走行時の操舵操作を行なう際には、きわめて軽い操舵操
作力が得られるように大きな操舵補助力を出力し得る構
成とすることが必要とされるものであり、このような場
合に用いてその効果を発揮させ得るものである。しかし
、その一方において、車輌が高速走行を行なっていると
きに、上述した低速走行時等のような大きな操舵補助力
を生じさせると、舵取ハンドルの操作力が軽くなりすぎ
て、運転者の不安感を促進する等といった問題を招くも
ので、運転感覚の適正化を図るうえで実用上好ましくな
く、逆に操舵補助力を小さくさせて舵取ハンドルをある
程度の重さ、つまり操舵力を増大させるような構成が必
要とされるものである。

そして、このような要請に応えるためには、と述した各
種の動力舵取装置を、車輌の走行条件。

走行速度、操舵力の大きさ、さらには操舵角度の大、小
等に応じて制御した状態で駆動することが必要であり、
このためには各種の検出装置を付設しなければならない
ものである。

さらに、この種の電動式の動力舵取装置においては、電
動モータを用いた場合に舵取ハンドルの操舵操作に追随
した作動特性を得ることがモータの慣性等により困難で
、しかもステアリングシャフトとモータとの間の減速機
構などの存在により操舵された舵取ハンドルを元の中立
位置に復帰させる場合にも、その運転者の操舵条件を検
出してモータを逆転させることが必要とされる等も問題
とされている。すなわち、動力舵取装置を付設した舵取
装置において、操舵輪が旋回状態から直進状態へと復帰
する場合に、一般には、操舵輪での接地面からの反力に
て生じるセルファライニングトルク（車輌の走行中に直
進状態となるように作用する力）が利用されているが、
上述したモータではブラシ等において摩擦があり、これ
がロータを逆転させるには力不足で、この不足分を補う
ことが必要とされるむのであった。

そして、上述した各種検出機構として、従来から種々構
成のものが知られているが、いずれも構造上や動作性溌
の面で欠点をもつものであり、これは、たとえば舵取ハ
ンドルに対する運転者の操舵要求を検出する操舵力検出
機構においても大きいもので、特にその検出方法、機構
配設位置、検出性能等の面で種々の問題を生じている。

たとえばコラムシャフト下方に対しオンＱオフ式の操舵
力検出機構を付設したものが提案されているが、このよ
うな構成では配設スペース的に余裕のないシャフト下端
が大型化し、その構造の複雑さと組立作業の煩雑さとを
生じるばかりでなく、接触タイプの検出手段を用いてい
ることからその繰り返し使用にて頻繁な調整作業が必要
とされるとともに、耐久性の面でも問題を生じるもので
あった。また、舵取ハンドルのシャフトとの連結部分に
接点片によるスイッチ手段を設けた構成のものも知られ
ているが、このような構成でもスイッチが接触型である
ことから繰り返し使用による耐久性や動作上の信頼性の
面で問題を生じるものであり、実用化するにあたっての
問題は大きいものである。さらに、従来からよく知られ
ているトルクセンサとしては、ストレインゲージタイプ
が一般的であり、このような検出手段では、温度、湿度
などの環境変化に対する信頼性や長期間にわたっての使
用に対する信頼性に難点があり、このような構成も実用
的ではなく、実際に使用するには問題が多いものである
。

したがって、この種の電動式動力舵取装置においては、
上述したような操舵トルクを簡単な構成により適切に検
出し、モータを確実に制御することが望まれており、さ
らにこれに加えて装置全体の構造が簡単で、しかも小型
化、コンパクト化、および低コスト化等を達成すること
ができ、またこの種装置を車輌のエンジンルーム内に組
込むにあたっての搭載性の面からも優れてなること等も
望まれており、何らかの対策を講じることが必要とされ
ている。

〔問題点を解決するための手段〕

このような要請に応えるために本発明に係る電動式動力
舵取装置によれば、トーションバーにより相対的に回動
変位可能に連結された舵取ハンドル側の入力軸と操舵輪
側の出力軸との間に、トーションバーのねじりによる相
対的な回動変位を検出する非接触型センサを設け、かつ
この非接触型センサからの信号により駆動され前記操舵
輪に至る出力軸系に操舵補助力を与える電動モータを設
けるようにしたものである。

〔作用〕

本発明によれば、トーションバーにより連結された人、
出力軸間の相対的な回動変位をホール素子等といった非
接触型センサで簡単かつ適切に検出し、電動モータを適
切に制御して駆動し得るとともに、全体の構成を簡素化
し、小型かつ低コスト化等を達成することが可能となる
ものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に説明
する。

第１図ないし第３図は本発明に係る電動式動力舵取装置
の一実施例を示し、これらの図において、まず、全体を
符号１で示す電動式の動力舵取装置の概略構成を簡単に
説明すると、２は図示せぬ舵取ハンドル側に連結される
入力軸としてのスタブ軸、３は図示せぬ操舵輪側に連結
されるピニオン３ａを有する出力軸としてのピニオン軸
、４はこれら両軸２，３を所定角度範囲内で相対的に回
動変位可能に連設するトーションバーで、これらの部材
によってステアリングシャフトが構成されている。そし
て、これらステアリングシャフトを構成する軸２．３等
は、前記ピニオン３ａと噛合するラック歯５ａを有する
ラック５と共に、ステアリングギヤボディ６内に貫通し
て配設されている。なお、７は前記ステアリングギヤボ
ディ６の開口端を閉塞するボディ蓋体、８ａ、８ｂ、８
Ｃは上述したボディ６内で軸２，３を回転自在に支持す
るベアリング、７ａは前記蓋体７の軸孔部分を閉塞する
ダストシールで、また上述したラック５は、図示せぬピ
ットマンアーム、タイロッド等と共に操舵輪間を連結す
る舵取リンク機構を構成している。ここで、第１図中９
ａ、９ｂ、９ｃは上述したラック歯５ａとピニオン３ａ
との噛合い部分でラック５下部を支持するチー２クパツ
ド、３ブリングおよびキャップ体である。

一方、前記ステアリングシャフトを構成するビニオン軸
３上でラック５を介して舵取ハンドルと反対側の端部に
は、電動モータｌＯからの回転駆動力を減速して伝達す
る減速歯車機構１１を構成する大歯車１２が設けられて
いる。すなわち、本実施例では、操舵補助力を生じさせ
る電動モータｌＯを、前記ステアリングギヤボディ６内
に配設されたステアリングシャツ）（２，３，４）と略
平行するようにボディ６の周囲に配設しており、かつモ
ータ出力軸１０ａと前記ステアリングシャフトを構成す
るピニオン軸３とを大、中、小三枚の歯車１２，１３．
１４で連結し、これによりモータ１０の回転を所定の回
転数に減速して操舵輪側への出力軸系を構成するピニオ
ン軸３に伝達するような構成とされている。

ここで、図中１５は前記ステアリングギヤボディ６に一
体的に連結され他端側に前記モータ１０を固定するギヤ
ボックス本体、１６はその開口端に付設されるギヤボッ
クスカバーで、第３図はこのカバー１６を取外した状態
を示している。また、図中１７は前記ピニオン軸３を支
持するベアリング８ｃを固定するための固定リング、１
８はステアリングギヤボディ６に対しボックス本体１５
を連結して固定するねじ、１９はボックス本体１５に対
しモータ１０を固定するねじである。さらに、上述した
中歯車１３は、前記カバー１６側に軸支されるとともに
、大、小歯車部を有する段付歯車として形成した場合を
示している。また、図中１２ａはピニオン軸３の先端部
に大歯車１２をねじ止めするナツトで、このナツト１２
ａは前゛記ピニオン軸３支持用のベアリング８ｃを大歯
車１２を介して締付は固定する役割をも果たしている。

そして、このような各構成部材の配設状態によれば、上
述したステアリングシャフトおよびステアリングギヤ部
等を有するステアリングギヤボディ６、電動モータ１０
および減速歯車機構１１を内設したギヤポー２クス（１
５）などを効率よく連結し、その結果として動力舵取装
置ｌ全体を小型かつコンパクトな構成とすることができ
るもので、その実用上の効果は大きい、特に、近年実用
化が著しいＦＦタイプの小型自動車等においては、ステ
アリングギヤ部前方での余裕がない一方、ステアリング
ギヤボディ６の上方にスペース的余裕がある場合が多く
、この部分にモータ１０を付設することによって、実車
にあたっての搭載性の面で優れている等の利点を奏する
ことが可能となる。

さて、本発明によれば、上述した構成による電動式動力
舵取装置１において、トーションバー４により相対的に
回動変位可能に連結された舵取ハンドル側のスタブ軸２
と操舵輪側のピニオン軸３との間に、トーションバー４
のねじりによる相対的な回動変位を検出する非接触型セ
ンサとしてホール素子２０およびこれに対向してマグネ
ット２１を設け、かつこのホール素子２０による変位計
からの信号により前記操舵輪に至る出力軸系の一部（ピ
ニオン軸３）に操舵補助力を与える電動モータ１０を駆
動するようにしたところに特徴を有している。

すなわち、本発明では、ステアリングギヤボディ６内で
トーションバー４とで連結された人、出力側の軸２，３
と端部に、第４図（ａ）に示すように、それぞれフラン
ジ部材２２．２３を設け、入力側の軸２のフランジ部材
２２にホール素子２０を設けるとともに、これに軸線方
向から対向するように出力側のフランジ部材２３にマグ
ネット２１を設け、これにより両輪２．３間での回動変
位を検出するような構成とされている。なお、この回動
変位は、前記両軸２．３間に設けられたフェールセイフ
機構による所定角度範囲内での相対的な変位によるもの
であることは周知の通りである。

そして、このような構成によれば、舵取ハンドルに与え
られる所定の方向への操舵トルクを簡単かつ適切に検出
できるもので、しかもこの変位検出部としての変位計を
ステアリングギヤボディ６内に効率よく組込むことがで
きるため、装置全体の小型化等を達成するうえでもその
効果は大きいものである。勿論、操舵操作によるハンド
ルの戻りは、操舵輪からのセルファライニングトルクに
よって変位する出力側のピニオン軸３と入力側のスタブ
軸２との相対的な回動変位で制御されるモータ１０で行
なえるものである。

また、このようなホール素子２０等の非接触型センサに
よる変位計によれば、従来の油圧式の動力舵取装置に比
べ、トーションバー４のねじれ量を小さくしても、その
変位検出を適切かつ確実に行なえるものである。

ここで、本実施例では、上述したホール素子２０による
変位計に近接してステアリングギヤボディ６内でスタブ
軸２の周囲に筒状体２４を設け、その一部から突設され
たリング状フランジを各種電子部品が実装され上述した
ホール素子２０からの信号を処理するアンプ用プリント
回路基板２５としており、さらにその筒状体２４の外周
部に設けたスリップリング２６ａ、２６ｂ、２６ｃに摺
動して接触する摺動子２７ａ、２７ｂ、２７Ｃ１および
リード線２８ａ、２８ｂ、２８ｃにより外部に引出して
図示せぬコントローラに接続する構成としている。そし
て、このような構成によれば、操舵操作に連動して回転
されるステアリングシャフト（２）側からの検出信号の
取出しを、スリップリング（２６）および摺動子（２７
）等を用いて簡単かつ適切に行なえるもので、さらに上
述したホール素子２０等による変位計、その検出信号を
処理するアンプ、および信号を出力する摺動子２７等に
よる信号取出し部等を、ステアリングギヤボディ６内に
組込み、その開口部をダストシール７ａ等を有する蓋体
７で閉塞しているため、上述した部材を密閉空間内に外
部と遮断して配設し、塵埃等による接触不良等といった
問題を防止できるといった利点がある。また、上述した
構成では、ステアリングギヤボディ６内に形成した空間
内に蓋体７で閉塞される開口部から必要とされる各構成
部材を組込む構成であるため、組立性の面で有利である
等の利点もある。

なお、上述した実施例では、トーションバー４を介して
連結された軸２，３間の変位を検出する非接触型センサ
としてホール素子２０およびマグネッ）２１を軸線方向
において対設させた場合を示しているが、たとえば第４
図（ｂ）に示すように周方向において対向する配設状態
としてもよいものであり、またギャップセンサ等の非接
触型センナを用いても同様の作用効果を奏することは容
易に理解されよう。

ここで、上述した非接触型センサとしてのホール素子２
０による検出信号は、舵取ハンドルの中立位置を所定の
値で設定すると、左、右方向への操舵操作にしたがって
、電流値が増加または減少する逆の特性となるもので、
これにより左、右操舵状態を検出し得るものである。

そして、このような構成によれば、操舵操作に伴なうス
テアリングシャフトのトーションバー４で連結された部
分での回動変位を、非接触型センサとしてのホール素子
２０等で検出して操舵トルクを把握できるため、その構
成が簡単でしかも非接触な構造であることから、この種
の舵取ハンドルのように長期間にわたって頻繁に繰り返
し使用されるものの検出手段として用いてその効果を発
揮させ得るものである。また、上述したホール素子２０
等の非接触型センサは、温度、湿度等の環境変化に対す
る信頼性も大きく、さらに従来のような頻繁なバランス
調整なども不要で、メンテナンスも簡単である等といっ
た利点がある。

第５図は本発明の別の実施例を示すものであり、この実
施例では、摺動子（２７）による検出信号の取出しを、
基板２５の側面で周方向に形成したスリップリング２６
ａ、２６ｂ、２６ｃとこれに対向して設けられた摺動子
２７ａ、２７ｂ。

２７ｃで行なうようにした場合を示しており、また非接
触型センサとしてのホール素子２０を相手側のフランジ
部材２３の一部に形成した切欠き部２３ａ内に望ませた
場合を示し、前述した実施例と同等の作用効果を奏する
ことは明らかであろう。

なお、本発明は、上述した実施例構造に限定されず、各
部の形状、構造等を必要に応じて適宜変形、変更するこ
とは自由である。また、上述した実施例では、非接触型
センサによる変位検出部を、ホール素子２０とマグネッ
ト２１による一組の変位計で行なう場合を説明したが、
本発明はこれに限定されず、二組の変位計を並設し、安
全回路として機能し得るように構成してもよいことは勿
論である。さらに、上述した実施例では、モータ１０を
操舵トルクにて制御する場合を説明したが、この操舵ト
ルクと共に、車速センサ等からの各種走行条件をコント
ローラに入力し、これにより得られる出力信号にてモー
タを適宜制御駆動するようにしてもよいことは勿論であ
る。

また、上述した実施例では、減速歯車機構１１を、三枚
の歯車で構成した場合を説明したが、これに限定されず
、低電流で駆動できしかもそのトルクの大きな電動モー
タで１＝１で駆動してもよいもので、さらにこのような
伝達手段としては。

歯車機構に限らず、たとえばベルト、チェーン等を用い
てもよいものである。

また、ｈｔした実施例では、ステアリングギヤとしてラ
ックピニオン型のものを用いた場合を説明したが、本発
明はこれに限定されず、たとえばポールねじ型等にも適
用してその効果を発揮し得ることは容易に理解されよう
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る電動式動力舵取装置
によれば、トーションバーにより相対的に回動変位回部
に連結された舵取ハンドル側の入力軸と操舵輪側の出力
軸との間に、トーションバーのねじりによる相対的な回
動変位を検出する非接触型センサを設け、この非接触型
センナからの信号により駆動され操舵輪に至る出力軸系
に操舵補助力を与える電動モータを設けるようにしたの
で、簡単かつ安価な構成にもかかわらず、従来一般に用
いられているオン・オフ型のトルクセンサやストレイン
ゲージタイプ等のような長期使用や環境変化に対する信
頼性や、その調整作業の煩雑さなどといった問題は解消
され、しかも適正かつ確実な操舵力の検出を行ない、こ
れにより車輌の走行条件に応じた適切で円滑な操舵補助
力を得て装置性能を発揮させることが可能で、またその
構成が簡単で全体の小型化および低コスト化を図れると
ともに実車搭載性の面で優れてなる等といった種々優れ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係る電動式動力舵取装置
の一実施例を示す概略側断面図、その要部平面図および
要部正面図、第４図（ａ）、（ｂ）は非接触型センサお
よびその対向する部材間での配設状態を例示する概略斜
視図、第５図は本発明の別の実施例を示す概略側断面図
である。 １・・・・電動式動力舵取装置、２・・・・スタブ軸（
入力軸）、３・・φ・ビニオン軸（出力軸）、４・・・
ｅトーションバー、５１１・拳・ラック、６・ｍｅ・ス
テアリングギヤボディ、７・・・参蓋体、１０・・番・
電動モータ、１１−・・拳減速歯車機構、１５・争−・
ギヤボックス本体、１６・・・拳カバー、２０・・拳Φ
ホール素子（非接触型センサ）、２１・・・・マグネッ
ト、２５・・・・アンプ用プリント回路基板、２６ａ、
２６ｂ、２６ｃ＊ｅ・ａスリップリング、２７ａ、２７
ｂ、２７ｃ拳ａ＊ｅ摺動子、２８ａ、２８ｂ、２８ｃｅ
ａ＊ｓリード線。 特許出願人　自動車機器株式会社 代　　理　　人　　山川政綱（ほか２名）第４図（ａ）
　　　　　　第４図（ｂ）第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）トーションバーにより相対的に回動変位可能に連
   結された舵取ハンドル側の入力軸および操舵輪側の出力
   軸と、これら両軸間でトーションバーのねじりによる相
   対的な回動変位を検出する非接触型センサと、この非接
   触型センサからの信号により駆動され前記操舵輪に至る
   出力軸系に操舵補助力を与える電動モータとを備えてな
   ることを特徴とする電動式動力舵取装置。
2. （２）非接触型センサとしてホール素子を用いたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電動式動力舵取
   装置。