JP2624414B2 - ピットマンアーム式電動パワーステアリング用可変舵角比操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は操向ハンドルの回転角
度に対する操向車輪の転舵角度の割合、すなわち舵角比
を変更可能なピットマンアーム式電動パワーステアリン
グ用可変舵角比操舵装置であって、特に、パワーステア
リングとして構成され、操舵系の操舵トルクを検出し、
操舵トルクに基づき電動モータを制御して操舵の補助を
行う可変舵角比操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ピットマンアーム式の操舵装置は、周知
のように、操向ハンドルから操向車輪までの操舵系に操
向ハンドルと一体的に回転するセクタシャフトと、この
セクタシャフトの回転で揺動するピットマンアームとを
有し、ピットマンアームをリンケージによって操向車輪
に連結してピットマンアームの揺動で操向車輪を転舵す
る。

【０００３】このようなピットマンアーム式の操舵装置
は、一般に、操向ハンドルに作用する操舵トルクを検出
するトルクセンサを設け、また、セクタシャフトと操向
ハンドルとの間に介在するボールスクリュ機構等のステ
アリングギア機構に油圧アクチュエータを組み付けてパ
ワーステアリングに構成される（インテグラル式パワー
ステアリング）。そして、油圧アクチュエータに供給す
る油圧をトルクセンサで検出された操舵系の操舵トルク
等に基づき制御し、油圧アクチュエータにより操舵を補
助している。

【０００４】ところで、車両にあっては、舵角比が車両
の取り廻し性、直進安定性および操舵フィーリング等に
影響を与えることが知られ、本出願人は舵角比を変更で
きる舵角比可変機構が組み付けられた操舵装置を特願平
３−２５５５３号において提案している。そして、この
先願で提案された舵角比可変機構を操舵系に介設するこ
とで上述のピットマンアーム式の操舵装置も舵角比可変
式に構成できると考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た舵角比可変型のピットマンアーム式の操舵装置にあっ
ては、舵角比（出力舵角／入力舵角）を車両の低速走行
時あるいは駐車時に大きく設定し、車両の取り廻し性を
向上させようとしているが、この際、舵角比の増大に応
じて操舵トルクも増大するパワーステアリングの適用が
望まれる。そこで、従来からの油圧パワーステアリング
を適用しようとすると、舵角比が大きい分だけポンプ容
量を増大させなくてはならない。そして、このポンプ
は、一般的にエンジンによって常時回転駆動されている
ために、非操作時においても、作動油のシステム内の環
流ロスが大きいことは周知のとおりであり、これによる
パワーロスが大きいという問題があった。この発明は、
上記問題に鑑みてなされたもので、操向ハンドルの非操
作時のパワーロスをほとんどなくしたピットマンアーム
式電動パワーステアリング用可変舵角比操舵装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、操向ハンドルから操向車輪までの操舵
系に前記操向ハンドルと一体的に回転するセクタシャフ
トおよびセクタシャフトと連結してセクタシャフトの回
転で揺動するピットマンアームを備えるとともに、前記
操向ハンドルに作用する操舵トルクを検出するトルク検
出器と、操舵補助力を発生する電動モータとを設け、こ
の電動モータを前記トルク検出器の出力に基づき制御し
て操向車輪を転舵するピットマンアーム式電動パワース
テアリング用可変舵角比操舵装置において、前記電動モ
ータの出力軸を前記セクタシャフトに連結して電動モー
タの出力をセクタシャフトに付与するとともに、前記ト
ルク検出器をセクタシャフトより操向ハンドル側に位置
させ、前記セクタシャフトと前記トルク検出器との間に
前記操向ハンドルの回転角度に対する前記操向車輪の転
舵角の割合を変更可能な舵角比可変機構を配置したこと
が要旨である。

【０００７】

【作用】この発明のピットマンアーム式電動パワーステ
アリング用可変舵角比操舵装置は、セクタシャフトに電
動モータから補助力を付与し、このセクタシャフトより
操向ハンドル側に舵角比可変機構を、さらに、この舵角
比可変機構より操向ハンドル側にトルク検出器を配置す
る。このため、操向ハンドルに加えられる操舵力を舵角
比の如何に関わらずトルク検出手段により検出でき、し
かも、このトルク検出手段からの検出信号によりモータ
パワーをセクタシャフトに作用させて操舵力の軽減を実
施することができる。したがって、操向ハンドルの非操
作時（操舵トルクが検出されない時）には電動モータを
駆動しないために、パワーロスがない。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１から図６はこの発明の一実施例に係るピッ
トマンアーム式電動パワーステアリング用可変舵角比操
舵装置を示し、図１が全体斜視図、図２が要部の断面
図、図３が図２の３−３矢視断面図、図４が図２の４−
４矢視断面図、図５が図２の５−５矢視断面図、図６が
図３の６−６矢視断面図である。

【０００９】図１において、１１は操向ハンドル、９９
は操向ハンドル１１が端部に固設されたステアリングシ
ャフトであり、ステアリングシャフト９９はギアケース
１３に回転自在に支持された入力軸１２と連結する。ギ
アケース１３には、上部に上述の入力軸１２が後方に向
かって突出し、下部にセクタシャフト１４が回転自在に
支持されて垂下する。後述するように、このギアケース
１３内には種々の機構が内包され、これら機構を介して
入力軸１２とセクタシャフト１４とが連結する。

【００１０】セクタシャフト１４には下端にピットマン
アーム１５が略直角に連結し、ピットマンアーム１５は
前後方向に延在してセクタシャフト１４の回動で揺動す
る。ピットマンアーム１５には、前端にタイロッド１６
Ｒが連結し、中間部にアイドラアーム１８との間でリレ
ーロッド１７が橋架される。アイドラアーム１８は、ピ
ットマンアーム１５と平行に支持され、前端にタイロッ
ド１６Ｌが連結する。タイロッド１６Ｌ，１６Ｒはそれ
ぞれ左右の操向車輪１９Ｌ，１９Ｒのナックルアーム等
に連結する。なお、図１中、２０はボールジョイントで
あるが、このボールジョイント２０については周知であ
るため説明を割愛する。

【００１１】図２から図６に示すように、上述した入力
軸１２は、ギアケース１３に軸受２１，２２によって回
転自在に支持され、ギアケース１３内に位置する中間部
分に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ部１２ａを有す
る。図３に詳示するように、軸受２１は入力軸１２に固
定された内輪が断面略コ字状を成して外輪と軸方向両側
および径方向内側でそれぞれニードルを介し係合し、入
力軸１２は軸受２１によって軸方向変位が禁止される。

【００１２】入力軸１２にはねじ部１２ａにボールナッ
ト２３が多数のボール２４を転動可能に介して螺合し、
これらねじ部１２ａ、ボールナット２３およびボール２
４が第１のボールスクリュ機構２５を構成する。ボール
ナット２３は変換ナット部材２６に軸受２７，２８によ
って回転自在に抱持され、また、ボール２４はボールナ
ット２３と入力軸１２との相対回転で転動してボールナ
ット２３に形成された循環孔を経て循環する。周知のよ
うに、ボールスクリュ機構２５はねじ部１２ａの回転と
ボールナット２３の軸方向変位とが対応する。

【００１３】また、ボールナット２３にはピン２９が径
方向外方に向けて突設され、図６にも示すように、この
ピン２９が変換ナット部材２６を貫通してスライダ３０
に球面ブッシュ３１を介し連結する。スライダ３０は、
検出ロッド３２内に入力軸１２と平行方向に摺動自在に
嵌入し、ボールナット２３と一体的に移動する。検出ロ
ッド３２は、入力軸１２と直角な方向に軸方向移動可能
に延在し、中央部に上述したスライダ３０が嵌合する。

【００１４】そして、図６に示すように、検出ロッド３
２には一側にスプリング３３が係合し、他側にコア部３
２ａが形成されてコア部３２ａの位置が差動トランス３
４で検出される。スプリング３３は、検出ロッド３２の
端部に固定されたリテーナ３５ａと検出ロッド３２の段
差部に軸方向摺動自在に係合したリテーナ３５ｂとの間
に縮装され、一方のリテーナ３５ａ，３５ｂをギアケー
ス１３の段部に係止させて検出ロッド３２を所定の中立
位置に付勢する。

【００１５】詳細な説明は割愛するが、差動トランス３
４は、一次コイル、二次コイルおよび補償用の三次コイ
ル等を有し、これらが後述するコントローラ９０に結線
される。周知のように、この差動トランス３４は、一次
コイルに交番電流を供給され、コア部３２ａの位置に応
じて二次コイルに誘起される電流を出力する。これら検
出ロッド３２のコア部３２ａおよび差動トランス３４は
操舵トルクを検出するトルクセンサ（トルク検出器）３
６を構成する。

【００１６】変換ナット部材２６は、図３に明示される
ように、入力軸１２が遊挿する中空状を成し、ギアケー
ス１３内に軸方向運動自在かつ回動可能に収容されてい
る。変換ナット部材２６は、一側の内周部に上述のボー
ルナット２３を抱持し、他側の外周に溝２６ａが形成さ
れ、中間部外周にアーム部２６ｂが一体に突設されてい
る。この変換ナット部材２６は、溝２６ａに複数のボー
ル３７が転動自在に嵌入しボール３７を介しウォームホ
イール３８と一体回動かつ軸方向相対変位可能に結合
し、また、アーム部２６ｂがレバー部材５５と係合して
いる。

【００１７】ウォームホイール３８は、図３に示される
ように、中空筒状を成し、軸受３９，４０でギアケース
１３に回転自在に支持される。このウォームホイール３
８には、内周部に上述のボール３７が転動自在に嵌入す
る転動溝３８ａが形成され、また、外周部に被動ギア４
１とセンサ用ギア４２とが設けられる。このウォームホ
イール２５は、上述のように転動溝３８ａに嵌入したボ
ール３７で変換ナット部材２６と連結し、また、被動ギ
ア４１がウォーム４３と噛合し、センサ用ギア４２がア
イドラギア４４を介し舵角比センサ４９の検知ギア４５
に噛合する。

【００１８】ウォーム４３は、図２に明示されるよう
に、ギアケース１３に軸受４６，４７で回転自在に支持
され、舵角比調節用のモータ４８に連結される。このウ
ォーム４３は、モータ４８によって駆動されて回転し、
ウォームホイール３８、すなわち変換ナット部材２６を
回転させる。

【００１９】舵角比センサ４９は、図３に詳示されるよ
うに、固設されたナット部材５０にコア部５１ａを有す
るコア部材５１が入力軸１２と平行に軸方向変位可能に
螺合し、このコア部材５１の軸方向変位を差動トランス
５２で検出する。コア部材５１は、上述の検知ギア４５
が固設され、検知ギア４５の回転で軸方向に変位し、そ
の位置がウォームホイール３８の回転角、すなわち舵角
比を表す。差動トランス５２は、上述の差動トランス３
４と同様に各コイルがコントローラ９０に結線され、コ
ントローラ９０に舵角比を表す検知信号を出力する。

【００２０】一方、前述したレバー部材５５は、図４に
詳示されるように、２つの係合孔５５ａ，５５ｂが入力
軸１２と直角な方向に形成され、また、入力軸１２と直
角な方向の両側にそれぞれ支軸５６と前述のセクタシャ
フト１４とが一体に形成される。このレバー部材５５
は、支軸５６およびセクタシャフト１４が軸受５７，５
８でギアケース１３に回動自在に支持され（回動中心
Ｃ、図３および図４参照）、前述したように、セクタシ
ャフト１４は垂下してピットマンアーム１５と連結す
る。

【００２１】そして、このレバー部材５５は、一方の係
合孔５５ａに入力軸１２が挿通し、他方の係合孔５５ｂ
に補助入力軸５９とボールナット６４とが挿通する。図
２に明示されるように、レバー部材５５の係合孔５５ａ
には内周面に変換ナット部材２６の軸方向両側でボール
を２列に配置した軸受６０が設けられ、この軸受６０の
内輪に球面軸受６１が枢動自在に取り付けられ、また同
様に、係合孔５５ｂには球面軸受６２が設けられる。そ
して、係合孔５５ａに球面軸受６１および軸受６０を介
し変換ナット部材２６のアーム部２６ｂの先端が係合
し、係合孔５５ｂには球面軸受６２を介しボールナット
６４に形成されたアーム部６４ａが係合する。なお、図
５に示すように、ボールナット６４はナット部材６４ｂ
と抱持部材６４ｃとを一体に組み付けてなるが、その詳
細な説明は割愛する。

【００２２】上述した変換ナット部材２６、ウォームホ
イール３８、ウォーム４３、モータ４８およびレバー部
材５５が舵角比可変機構７０を構成する。この舵角比可
変機構７０は、モータ４８により駆動されて変換ナット
部材２６が回動し、この変換ナット部材２６のアーム部
２６ｂとレバー部材５５との係合位置がレバー部材５５
の回動中心Ｃに対し変化し、舵角比を変える。すなわ
ち、図４に示すように、変換ナット部材２６のアーム部
２６ｂが実線位置であればレバー部材５５の回動中心Ｃ
からレバー部材５５の係合孔５５ａとアーム部２６ｂと
の係合部までの距離（腕の長さ）が大きく舵角比は小さ
くなるが、アーム部２６ｂが鎖線位置であれば腕の長さ
が小さく舵角比は大きくなる。

【００２３】ボールナット６４は、図５に詳示されるよ
うに、ギアケース１３内に回転を禁止かつ軸方向移動可
能に収容され、前述の補助入力軸５９に形成されたねじ
部５９ａに多数のボール６５を介し螺合する。補助入力
軸５９は、軸受６３で回転自在かつ軸方向移動を禁止さ
れてギアケース１３に支持され、一端部が補助力発生用
の電動モータ６７と連結される。これら補助入力軸５９
のねじ部５９ａおよびボールナット６４は、第２のボー
ルスクリュ機構６６を構成し、前述した第１のボールス
クリュ機構２５と同様に補助入力軸５９の回転角とボー
ルナット６４の軸方向変位とが対応する。

【００２４】電動モータ６７は、コントローラ９０に結
線され、コントローラ９０から給電されて補助入力軸５
９を回転駆動する。この電動モータ６７は、その出力ト
ルクが第２のボールスクリュ機構６６を経てレバー部材
５５に付与され、このレバー部材５５からセクタシャフ
ト１４に作用する。

【００２５】コントローラ９０は、マイクロコンピュー
タ等を有し、前述したトルクセンサ３６および舵角比セ
ンサ４９が接続し、また、図３に示すように車速センサ
８０が接続する。このコントローラ９０は、各センサ３
６，４９，８０の検知信号に基づき電動モータ４８，６
７への給電を制御し、舵角比を高車速時に小さく、ま
た、電動モータ６７の出力トルクを高車速時に小さくす
る。

【００２６】この実施例にあっては、モータ４８により
駆動して変換ナット部材２６を軸方向に移動させ、レバ
ー部材５５の揺動中心Ｃから変換ナット部材２６のアー
ム部２６ｂとの係合部までの距離（腕の長さ）を変え、
舵角比を変える。そして、モータ４８への通電を車速セ
ンサの８０の検知信号、すなわち車速に基づき制御し、
舵角比を高車速時に小さく、低車速時に大きくする。こ
のため、低車速時の取り廻し性と高車速時の操縦安定性
とをともに向上させることができる。

【００２７】また、この実施例は、電動モータ６７の出
力を第２のボールスクリュ機構６６およびレバー部材５
５を介しセクタシャフト１４に付与し、操舵を補助す
る。そして、電動モータ６７への給電をトルクセンサ３
６および車速センサ８０の出力信号、すなわち操舵トル
クと車速とに基づき制御し、電動モータ６７の出力トル
クを高車速時に小さく、低車速時に大きくする。このた
め、良好な操舵フィーリングが得られる。

【００２８】ここで、この実施例にあっては、電動モー
タ６７の出力トルクを第２のボールスクリュ機構６６を
介しレバー部材５５、すなわちセクタシャフト１４に付
与し、また、トルクセンサ３６が第１のボールスクリュ
機構２５のボールナット２３の回動変位で操舵トルクを
検出し、トルクセンサ３６が操舵系で電動モータ６７お
よび舵角比可変機構７０より操向ハンドル１１側に位置
する。このため、トルクセンサ３６の検出値が舵角比の
変化によって大きな影響を受けることがなく、操舵フィ
ーリングを最適とする制御を行うことができる。

【００２９】そして、いわゆるセンターオープン型のコ
ントロールバルブで油圧シリンダに圧油を供給して補助
力を発生する従来の油圧式のパワーステアリング装置と
比較すると、油圧ポンプをエンジンにより常時駆動する
必要がなくなるため、省エネルギを図ることができる。
特に、このような油圧式のパワーステアリング装置は、
舵角比が大きな低車速時において大きな補助力を発生さ
せなければならず、そのために、ポンプ容量を大きくす
る必要がありパワーロスも大きなものとなるが、本実施
例では操向ハンドル１１の非操作時において電動モータ
６７を駆動しないためにパワーロスをなくすことができ
る。

【００３０】なお、上述した実施例では、トルクセンサ
３６を第１のボールスクリュ機構２５のボールナット２
３の変位でトルクを検出するように構成するが、入力軸
１２をトーションバーで連結する２部材から構成して２
部材の相対変位からトルクを検出するように構成するこ
とも可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るピ
ットマンアーム式電動パワーステアリング用可変舵角比
操舵装置によれば、電動モータが出力する補助力をセク
タシャフトに与えるとともに、セクタシャフトより操向
ハンドル側に操舵トルクを検出するトルクセンサを配置
し、このトルクセンサとセクタシャフトとの間に舵角比
可変機構を配置したため、舵角比の変化に影響されるこ
となく操舵トルクを検出でき、操舵フィーリングを最良
とする制御が可能になり、さらに、操向ハンドルの非操
作時のパワーロスをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るピットマンアーム式
電動パワーステアリング用可変舵角比操舵装置の全体模
式構成図

【図２】同可変舵角比操舵装置の要部断面図

【図３】図２の３−３矢視断面図

【図４】図２の４−４矢視断面図

【図５】図２の５−５矢視断面図

【図６】図３の６−６矢視断面図

【符号の説明】

１１ ・・・ 操向ハンドル、１４ ・・・ セクタシャフト、１
５・・・ ピットマンアーム、１９Ｌ，１９Ｒ ・・・ 操向車
輪、２５・・・ 第１のボールスクリュ機構、３６ ・・・ ト
ルクセンサ（トルク検出器）、４９ ・・・ 舵角比セン
サ、６６ ・・・ 第２のボールスクリュ機構、６７ ・・・ 電
動モータ、７０ ・・・ 舵角比可変機構、８０ ・・・ 車速セ
ンサ、９０ ・・・ コントローラ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操向ハンドルから操向車輪までの操舵系
   に前記操向ハンドルと一体的に回転するセクタシャフト
   およびセクタシャフトと連結してセクタシャフトの回転
   で揺動するピットマンアームを備えるとともに、前記操
   向ハンドルに作用する操舵トルクを検出するトルク検出
   器と、操舵補助力を発生する電動モータとを設け、この
   電動モータを前記トルク検出器の出力に基づき制御して
   操向車輪を転舵するピットマンアーム式電動パワーステ
   アリング用可変舵角比操舵装置において、 前記電動モータの出力軸を前記セクタシャフトに連結し
   て電動モータの出力をセクタシャフトに付与するととも
   に、前記トルク検出器をセクタシャフトより操向ハンド
   ル側に位置させ、前記セクタシャフトと前記トルク検出
   器との間に前記操向ハンドルの回転角度に対する前記操
   向車輪の転舵角の割合を変更可能な舵角比可変機構を配
   置したことを特徴とするピットマンアーム式電動パワー
   ステアリング用可変舵角比操舵装置。