JP3646201B2

JP3646201B2 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP3646201B2
Application number: JP22212698A
Authority: JP
Inventors: 欣智徳本; 裕川口
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2018-08-05
Also published as: JP2000053005A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵輪に連結される操舵軸を、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に切り離してある車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用操舵装置は、操舵輪に連結される操舵軸を舵取機構に機械的に連結してあるリンク式と、前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に切り離してあるリンクレス式とに大別される。
【０００３】
後者のリンクレス式は、例えば、特開平１−１５３３７９号公報に記載されているように、操舵軸を舵取機構から切り離して配し、舵取機構の中途に操舵用のアクチュエータとしての舵取モータを設け、制御ユニットが、操舵用の車輪の実舵角と目標舵角との偏差に応じて前記アクチュエータを駆動制御することにより、操舵用の車輪を、目標舵角に調整する構成となっている。また、前記操舵軸には、軸長方向へ離隔して配置されて操舵輪を操舵中立点へ付勢する一対の圧縮コイルばねと、該圧縮コイルばねによる操舵輪の振動を流体の粘性抵抗で減衰するダンパとが設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上の如く構成された従来のリンクレスの操舵装置は、操舵輪を操舵中立点に位置させる弾性体が、操舵角に対し弾性復元力が直線的に漸増するようにしてあるため（図６の破線）、操舵輪に中立剛性感がなくて、高速での走行中に直進安定性が損なわれるという問題があった。
【０００５】
また、操舵軸の軸芯周りに一対の圧縮コイルばねが軸長方向へ離隔して配置されているため、操舵軸の軸長が長くなり、装置全体が大形化することになるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、リンクレスの車両用操舵装置において、操舵輪を操舵中立点に復帰させるべく付勢するための弾性体に所定の弾性復元力を予圧することにより、操舵輪の中立剛性感を高めることができて、高速で走行中の直進安定性を良好にすることができ、また、操舵軸と連動する小径ギヤと噛合して減速回転される大径ギヤに突起を設けるとともに、該突起を両側から挾むための一対のコイルばねを用いて、これに弾性復元力を予圧することにより、操舵輪が３６０度以上に回転される場合においても、一対のコイルばねを小形にすることができる車両用操舵装置を構成することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る車両用操舵装置は、静止側部材に回転自在に支持される操舵軸と連結されている操舵輪を操舵中立点に復帰させるべく前記操舵軸を回転方向へ付勢するための弾性体を備えた車両用操舵装置において、前記操舵軸と連動する小径ギヤと、該小径ギヤと噛合する歯をその外周部に有する大径ギヤと、該大径ギヤ又は該大径ギヤと連動する部材から径方向外方へ延びる突起と、該突起を前記大径ギヤ又は前記部材の回転方向両側から挾むための一対のコイルばねを用いてなる前記弾性体とを備え、操舵輪が操舵中立点にあるとき前記一対のコイルばねに所定の弾性復元力が予圧されていることを特徴とする。
【０００８】
第１発明にあっては、操舵中立点から操舵角が増大するとき、操舵トルクがコイルばねの予圧された弾性復元力に達するまでの間、コイルばねの撓みが拘束され、中立剛性感を向上することができる。また、操舵トルクが予圧された弾性復元力を超えたとき、コイルばねが撓み始めることになるため、操舵輪に所定の操舵反力を付与することができる。しかも、操舵輪が３６０度以上に回転する場合においても、突起の回転角を小さくすることができるから、一対のコイルばねを小形にできるとともに、これらコイルばねが設けられる部材を小形化できる。また、一対のコイルばねは大径ギヤの径方向外方に配置することができるから、操舵軸の軸芯周りに一対の圧縮コイルばねが軸長方向へ離隔して配置されている従来例に比べて操舵軸の軸長を短くすることができ、全体として従来例に比べて小形化できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る車両用操舵装置の操舵軸部分の断面図、図３は同操舵装置の模式図である。
【００１２】
この車両用操舵装置は、図示しない車体の左右に配された一対の操舵用の車輪Ａ，Ａに操舵動作を行わせるための舵取機構１と、舵取機構１から機械的に切り離して配された回転自在の操舵軸２と、該操舵軸２の上端部に連結される操舵輪３と、該操舵輪３を操舵中立点に付勢する弾性体４と、操舵輪３の操舵中立点に対する左右への操舵限界角を設定する操舵限界角設定手段５と、マイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部６と、前記舵取機構１の中途に配した舵取モータ７とを備え、操舵輪３の操舵に応じた舵取制御部６の動作により、舵取モータ７を駆動し、舵取機構１を作動させる構成となっている。
【００１３】
舵取機構１は、公知のように、車体の左右方向に延設されて軸長方向へ摺動する舵取軸１１の両端部と、車輪Ａ，Ａを支持するナックルアーム１２，１２とを各別のタイロッド１３，１３により連結し、舵取軸１１の両方向への摺動によりタイロッド１３，１３を介してナックルアーム１２，１２を押し引きし、車輪Ａ，Ａを左右に操向させるものであり、この操向は舵取軸１１の中途部に同軸的に構成された舵取モータ７の回転を、適宜の運動変換機構により舵取軸１１の摺動に変換して行われる。
【００１４】
舵取軸１１は、舵取軸ハウジング１４との間に介装された図示しない回転拘束手段により軸回りの回転を拘束されており、舵取モータ７は、舵取制御部６から与えられる駆動回路からの通電により回転し、その舵取モータ７の回転は、舵取軸１１の軸長方向の摺動に変換され、舵取モータ７の回転に応じた操舵（操舵用の車輪Ａ，Ａの操向）が行われる。また、舵取軸ハウジング１４には前記舵取モータ７の回転角を検出するための回転角センサ１５を設けて、舵取モータ７の出力軸の回転位置を示す信号として前記舵取制御部６に与えられている。
【００１５】
舵取モータ７には、前記舵取制御部６からの動作指令が、図示しない駆動回路を介して与えられており、この動作指令に従って舵取モータ７が駆動されるようになしてある。この駆動に応じた舵取機構１の動作量は、舵取軸１１と一側のタイロッド１３との連結部の変位を検出するタイロッド変位センサ１６により検出され、舵取用の車輪Ａ，Ａの舵取角を示す信号として、舵取制御部６に与えられている。
【００１６】
また、両側のタイロッド１３，１３には、これらの軸方向に作用する軸力（引張力又は圧縮力）を検出するタイロッド軸力センサ１７，１７が付設されており、これらの検出結果は、舵取に伴って舵取用の車輪Ａ，Ａに加わる路面反力を示す信号として、舵取制御部６に与えられている。
【００１７】
操舵軸２及び該操舵軸２が支持される操舵軸ハウジング８間には、前記操舵軸２の回転角を検出する舵角センサ（図示せず）を設けて、操舵輪３の操舵角を示す信号として前記舵取制御部６に与えられている。
【００１８】
また、操舵軸ハウジング８の外側には、図１のように操舵軸２と軸心を直交させた態様に反力モータ（ＤＣモータ）９が取付けてある。
【００１９】
該反力モータ９は、操舵軸ハウジング８の内部において、その出力端に連結されたウォーム３０を操舵軸２の中間部外周に嵌着されたウォームホイール３１に噛合させ、これらウォーム３０及びウォームホイール３１を介して操舵軸２に回転力を加え、操舵軸２の一端部に固定された操舵輪３に、その操作方向と逆向きの反力を付与するようになしてある。
【００２０】
反力モータ９による操舵輪３への反力付与は、舵取に伴って舵取用の車輪Ａ，Ａに実際に加わる路面反力を操舵輪３に模擬的に加え、運転者に体感せしめるべく行われるものであり、反力モータ９には、前記舵取制御部６からの動作指令が、図示しない駆動回路を介して与えられており、この動作指令に従って駆動される。
【００２１】
従って、操舵輪３の回転操作には、反力モータ９が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要があり、このようにして操舵輪３に加えられる操舵トルクは、操舵軸２の中間部と操舵軸ハウジング８の内周との間に設けられたトルクセンサ３２により検出され、また操舵輪３の回転位置は、前記舵角センサにより、操作方向を含めて検出される。
【００２２】
以上の如く舵取制御部６には、舵取機構１の側にて実際に生じている舵取の状態が、回転角センサ１５、タイロッド変位センサ１６及びタイロッド軸力センサ１７，１７からの入力として与えられ、また操舵輪３の操作の状態が、トルクセンサ３２及び舵角センサからの入力として与えられており、これらに加えて舵取制御部６の入力側には、車両の走行速度を検出する車速センサ３３の出力、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ３４の出力、車両の横加速度を検出する横加速度センサ３５の出力、及び車両の前後加速度を検出する前後加速度センサ３６の出力が夫々与えられている。
【００２３】
車速センサ３３は、例えば、車速に対応する前輪又は後輪の回転速度を検出する回転速度センサであればよい。また、ヨーレートセンサ３４及び横加速度センサ３５は、共に車両の旋回状態を知るためのものであり、これらは、一方の故障時に他方をフェイルセーフ用として用いるようにしてある。通常時には、ヨーレートセンサ３４の出力を旋回状態を示す信号として用いる。
【００２４】
一方、舵取制御部６の出力は、前述した如く、舵取機構１に舵取動作を行わせるための舵取モータ７及び操舵輪３に反力を付与する反力モータ９に各別の駆動回路を介して与えられており、舵取モータ７及び反力モータ９は、舵取制御部６からの動作指令に応じて各別に駆動されるようになしてある。
【００２５】
以上の如き舵取動作をなす舵取機構１と機械的に切り離して配された操舵軸２は、図３中に模式的に示す如く操舵軸ハウジング８を介して、図示しない車体の適宜部に支持されている。
【００２６】
操舵軸２は、一端部が操舵輪３に直結される第１操舵軸２１と、該第１操舵軸２１の他端部にダウエルピン２ａにより結合される中実の第２操舵軸２２（トーションバー）と、該第２操舵軸２２の一端部外周に嵌合され一端部が前記ダウエルピン２ａにより結合される筒状の第３操舵軸２３と、該第３操舵軸２３及び第２操舵軸２２の他端部外周に夫々挿入され第２操舵軸２２にダウエルピン２ｂにより結合される筒状の第４操舵軸２４とを用いてなり、第４操舵軸２４の一端部外周と中途部外周及び第３操舵軸２３の一端部外周と操舵軸ハウジング８との間に、夫々軸受を介して操舵軸２を操舵軸ハウジング８に対し回転自在としている。
【００２７】
第４操舵軸２４の他端部外周と操舵軸ハウジング８との間には、操舵輪３の操舵限界角を設定する前記操舵限界角設定手段５が設けられている。また、第４操舵軸２４の他端部にはウォーム（小径ギヤ）３７を有するウォーム軸３８が連結されている。
【００２８】
このウォーム軸３８は、前記操舵軸ハウジング８に一対の軸受を介して回転が可能に支持されており、また、前記ウォーム３７と噛合する歯をその外周部に有するウォームホイール（大径ギヤ）３９が軸受を介して前記操舵軸ハウジング８に回転が可能に支持されて、第４操舵軸２４の回転を減速してウォームホイール３９に伝達するようにしてある。
【００２９】
このウォームホイール３９の軸部の一端部には、これの径方向外方へ延びる板状の突起４０が設けられており、また、この突起４０と係合して前記操舵輪３を操舵中立点へ付勢する弾性体４，４が前記操舵軸ハウジング８に設けられている。尚、前記突起４０は、前記軸部に設ける他、ウォームホイール３９のホイール部又はウォームホイール３９と連動する部材に設けてもよい。
【００３０】
弾性体４，４は、前記突起４０をウォームホイール３９の回転方向両側から挾むための一対のコイルばねを用いてなり、これらコイルばね４１，４１の軸長方向への弾性復元力を前記突起４０の両側面に作用させて操舵輪３を操舵中立点へ復帰させるべく付勢する。
【００３１】
各コイルばね４１，４１は、その軸長方向への所定の弾性復元力が予圧されており、図６の実線に示す如く操舵輪３の操舵トルクが予圧された弾性復元力に達するまでの間、コイルばね４１，４１の撓みが拘束され、操舵トルクが予圧された弾性復元力を超えたとき、コイルばね４１，４１の一方が撓み始めるようにしてある。
【００３２】
コイルばね４１，４１は、その軸長方向一端部が受止められるばね受け４２，４２を介して前記突起４０を挾んでいる。また、コイルばね４１，４１を支持する前記操舵軸ハウジング８には前記コイルばね４１，４１の軸長方向他端部を押圧するねじ体４３，４３が螺着されており、該ねじ体４３，４３の回転操作により前記コイルばね４１，４１の予圧される弾性復元力を調節することができるようにしてある。尚、ねじ体４３，４３にはロックナット４４，４４を螺合して所定の弾性復元力に調節した位置でロックナット４４，４４を緊締することによりねじ体４３，４３を固定し、予圧された弾性復元力を保持することができるようにしてある。
【００３３】
操舵限界角設定手段５は、操舵輪３の操舵限界角を操舵中立点から１８０度を越えて設定できるようにしたもので、第４操舵軸２４に軸芯に対して偏倚して設けられる第１突起５１と、操舵軸ハウジング８に設けられて第４操舵軸２４の軸長方向へ突出する第２突起５２と、これら第１及び第２突起５１，５２間における第４操舵軸２４の周りに回転が可能に設けてあり、軸長方向一端から外方へ突出して前記第１突起５１と係合が可能な第３突起５３及び軸長方向他端から外方へ突出して前記第２突起５２と係合が可能な第４突起５４を有する回転環５５とを備えている。
【００３４】
そして、操舵輪３が操舵中立点から左右へ操舵されるとき、操舵中立点の操舵軸２は、第１突起５１が回転環５５の第３突起５３と係合するまでの間回転環５５に対し回転し、第１突起５１が回転環５５の第３突起５３と係合したとき、回転環５５が第４操舵軸２４と一体化して回転し、該回転環５５の第４突起５４が操舵軸ハウジング８の第２突起５２と係合し、それ以上の回転が阻止されるようにしてある。このように回転環５５を設けることにより、操舵限界角を１８０度以上であり、３６０度未満にすることができる。
【００３５】
以上の如く構成された車両用操舵装置は、操舵輪３を操舵中立点へ復帰させるべく付勢するための一対のコイルばね４１，４１が設けられているため、操舵中立点から左右への操舵角が増大するとき、操舵トルクがコイルばね４１，４１の予圧された弾性復元力（図６のａ）に達するまでの間、各コイルばね４１，４１の軸長方向への撓みが拘束され、中立剛性感を向上することができる。
【００３６】
そして、操舵トルクがコイルばね４１，４１の予圧された弾性復元力を超えたとき、図６のｂに示す如くコイルばね４１，４１の一方が撓み始めて、以後はコイルばね４１，４１の弾性復元力に抗して操舵することができるから、操舵輪３に所定の操舵反力を付与することができる。
【００３７】
前記突起４０は、第４操舵軸２４と連動して回転するウォーム３７と噛合して減速回転されるウォームホイール３９に設けてあるから、操舵輪３を３６０度以上に回転させることができて、しかも、このときの突起４０は１／１０回転程度に移動させることができるのであり、従って、各コイルばね４１，４１を小形にでき、これらコイルばね４１，４１が設けられる操舵軸ハウジング８を小形化できる。
【００３８】
また、第４操舵軸２４と連動して回転するウォームホイール（回転部材）３９から径方向外方へ延びる突起４０を設けて、該突起４０をウォームホイール３９の回転方向両側から挾むための一対のコイルばね４１，４１を操舵軸ハウジング８に設けてあるから、第４操舵軸２４等の操舵軸２の軸長を操舵軸の軸芯周りに一対の圧縮コイルばねが軸長方向へ離隔して配置されている従来例に比べて短縮できる。
【００３９】
尚、以上説明した実施の形態は、小径ギヤとしてウォーム３７を用い、大径ギヤとしてウォームホイール３９を用いたが、その他一対の平歯車を用いてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
第１発明に係る車両用操舵装置によれば、操舵中立点から操舵角が増大するとき、操舵トルクがコイルばねの予圧された弾性復元力に達するまでの間、コイルばねの撓みが拘束され、中立剛性感を向上することができる。また、操舵トルクが予圧された弾性復元力を超えたとき、コイルばねが撓み始めることになるため、操舵輪に所定の操舵反力を付与することができる。しかも、操舵輪が３６０度以上に回転する場合においても、突起の回転角を小さくすることができるから、一対のコイルばねを小形にできるとともに、これらコイルばねが設けられる部材を小形化できる。また、一対のコイルばねは大径ギヤの径方向外方に配置することができるから、操舵軸の軸芯周りに一対の圧縮コイルばねが軸長方向へ離隔して配置されている従来例に比べて操舵軸の軸長を短くすることができ、全体として従来例に比べて小形化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の操舵軸部分の縦断正面図である。
【図２】図１のII−II線の断面図である。
【図３】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態を示す模式図である。
【図４】本発明に係る車両用操舵装置の平面図である。
【図５】本発明に係る車両用操舵装置の側面図である。
【図６】本発明に係る車両用操舵装置の操舵角に対する操舵トルクの特性図である。
【図７】本発明に係る車両用操舵装置の操舵限界角設定手段の斜視図である。
【図８】本発明に係る車両用操舵装置の操舵限界角設定手段の動作を示す模式図である。
【符号の説明】
１舵取機構
２操舵軸
３操舵輪
４弾性体
８操舵軸ハウジング（静止側部材）
３７ウォーム（小径ギヤ）
３９ウォームホイール（大径ギヤ）
４０突起
４１コイルばね

Claims

静止側部材に回転自在に支持される操舵軸と連結されている操舵輪を操舵中立点に復帰させるべく前記操舵軸を回転方向へ付勢するための弾性体を備えた車両用操舵装置において、前記操舵軸と連動する小径ギヤと、該小径ギヤと噛合する歯をその外周部に有する大径ギヤと、該大径ギヤ又は該大径ギヤと連動する部材から径方向外方へ延びる突起と、該突起を前記大径ギヤ又は前記部材の回転方向両側から挾むための一対のコイルばねを用いてなる前記弾性体とを備え、操舵輪が操舵中立点にあるとき前記一対のコイルばねに所定の弾性復元力が予圧されていることを特徴とする車両用操舵装置。