JPS61241269A - 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
搭載されるようになっており、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、上述した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、コスト高を招くばかりでなく、装置全体が大型
化し、重量も増大する等といった問題をもつものであっ
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、上述した油圧式に比べ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、上述した各
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ものであった。

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能
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
機構において著しいもので、特にその検出方法、検出個
所、さらにその検出機構の配設位置や検出性能等の面で
、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・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、これをコントローラに適切かつ確実に導いてモー
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が望まれてお
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回動変位可能
に連結された舵取ハンドル側入力軸および操舵輪側出力
軸等を内股する収容空間を有するステアリングギヤボデ
ィと、操舵輪に至る出力軸系に操舵補助力を与える電動
モータを備え、前記ボディの入力軸側で軸回りに形成さ
れた収容空間内に１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しその検出信号で電動モー
タを駆動する非接触型センナと、これに近接して入力軸
上に設けられた信号処理回路を有するプリント配線回路
基板と、この回路基板側に設けられた出力信号取出し用
スリップリングと、ボディ側に設けられスリップリング
に摺接する摺動子を有する信号取出部と、収容空間を閉
塞する蓋体を貫通して外部に引出されたリード線を配設
するようにしたものである。

〔作用〕

本発明によれば、ステアリングギヤボディの入力軸側端
部で軸回りに形成された収容空間内に、トーションバー
により連結された入、出力軸間の相対的な回動変位を検
出するホール素子等といった非接触型センサ、その信号
処理回路を有するプリント配線回路基板、スリップリン
グと摺動子、さらにリード線による信号取出部を、簡単
かつ適切に組込んで配設させることが可能で、確実で信
頼性の高い操舵トルク検出を行ない、電動モータを適切
に制御して駆動し得るとともに、全体の構成が簡素化さ
れ、小型かつ低コスト化等を達成し得るものである。

〔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ｌ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
されるビニオン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の収容空間開口端を閉塞するボディ蓋体、８ａ。

８ｂ、８Ｇ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９ａ、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下部を支持するラッ
クパッド、スプ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ピニオン軸
３上でラック５を介して舵取／＼ンドルと反対側の端部
には、電動モータ１０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１本実施例では、操舵補助力を生じさ
せる電動モータ１０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フト（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ｌＯ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、このナラ）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す。

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ｌＯ
および減速歯車機構１１を内設したギヤボックス（１５
）などを効率よく連結し、その結果として動力舵取装置
１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、ステアリングギヤボディ６の入力
軸側端部から形成されたスタブ軸２およびトーションバ
ー４を介して連結されたピニオン軸３端部に至る軸回り
の収容空間内に、両輪２．３間でトーションバー４のね
じりによる相対的な回動変位を検出しその検出信号で前
記電動モータ１０ｔ−駆動する非接触型センサとしての
ホール素子２０およびこれに対向するマグネット２１と
、ホール素子２０に近接してスタブ軸２上に設けられた
センサ信号処理回路を有するプリント配線回路基板２５
と、その回転側に設けられた出力信号取出し用のスリッ
プリング２６ａ　、２６ｂ　、２６ｃと、前記ボディ６
側に設けられ前記スリップリング（２６）に摺接する摺
動子２７ａ。

２７　ｂ　、２７ｃを有する信号取出部と、前記収容空
間を閉塞する蓋体７を貫通して外部に引出されたリード
線２８ａ　、２８　ｂ　、２８ｃとを組込んで配設する
ようにしたところに特徴を有している。

すなわち、本発明によれば、ステアリングギヤボディ６
の収容空間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している。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／＼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内に効率よく組込んでいる
ため、非接触型センサとしてのホール素子２０による確
実で信頼性や耐久性の面で優れた変位測定を行なえると
ともに。

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どの相
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。

そして、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、その利点
は大きい。

また、本発明によれば、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の収容空間
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
用プリント配線回路基板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、２６
ｂ、２６ｃに摺動して接触する摺動子２７ａ。

２７ｂ、２７ｃ、およびリード線２８ａ、２８ｂ　、２
８ｃ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、その収容空間をダストシール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
た収容空間内に蓋体７で閉塞される収容空間から必要と
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、さらにギャップセンサ等の非
接触型センサ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。

また、上述した非接触型センサとしてのホール素子２０
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ことは容易に理解
されよう。

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りを把握できるため、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／＼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２
０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
触型センナ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
ばかりでなく、ステアリングギヤボディ６の軸線方向長
さを短くし得るといった利点がある。

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。たとえば、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１
０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ｌ：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、上述した実施例では、ステアリングギヤとしてラ
ックビ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、ステアリングギヤボディの入力軸側端部に形
成された軸回りの収容空間内に、入、出力軸間でトーシ
ョンバーのねじりによる相対的な回動変位を検出しその
検出信号で操舵補助力を得るための電動モータを駆動す
る非接触型センサ、これに近接して入力軸上に設けられ
た信号処理回路を有するプリント配線回路基板、その回
転側に設けられた出力信号取出し用スリップリング、固
定側に設けられスリップリングに摺接する摺動子を有す
る信号取出部、ボディ収容空間を閉塞する蓋体を貫通し
て外部に引出されたリード線を組込んで配設するように
したので、簡単か−っ安価な構成にもかかわらず、舵取
トルクを検出するための各構成部品をステアリングギヤ
ボディ内に形成される密閉空間に簡単かつ適切に組込む
ことができ、これにより従来一般に用いられているオン
・オフ型のトルクセンナ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全て解消され、しかも
適正かつ確実で信頼性の高い操舵トルク検出を行ない、
その結果として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
た全体の構成が簡素化され、装置全体の小型かつコンパ
クト化、さらには低コスト化等を達成し得るとともに実
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。 ｌ・・・・電動式動力舵取装置、２・・・・スタブ軸（
入力軸）、３・・ｅ・ビニオン軸（出力軸）、４．。０
．トーションバー、５　ｅ　ｓ　ＩＩ　６ラツク、６・
・・・ステアリングギヤボディ。 ７・・・・蓋体、１ｏ・・・・電動モータ、１１・・・
・減速歯車機構、１５・・・・ギヤボックス本体、１６
・・・・カバー、ｚｏ１１１１１１φ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＊スリツプリング、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ・・・
・摺動子、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ＊＊・＊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） Ｚ （ｂ）

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、この出力軸の回転を操舵輪側に伝達するステアリン
   グギヤを内設してなるステアリングギヤボディと、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、前記ステアリングギヤボディの入力軸側の端
   部には、この入力軸およびこれにトーションバーを介し
   て連結された出力軸端部に至る軸回りの収容空間が形成
   され、かつこの収容空間内には、前記両軸間でトーショ
   ンバーのねじりによる相対的な回動変位を検出しその検
   出信号で前記電動モータを駆動する非接触型センサと、
   この非接触型センサに近接して前記入力軸上に設けられ
   非接触型センサからの信号処理回路を有するプリント配
   線回路基板と、このプリント配線回路基板側の回転側に
   設けられた出力信号取出し用のスリップリングと、前記
   ステアリングギヤボディ側に設けられかつ前記スリップ
   リングに摺接する摺動子を有する信号取出部と、前記収
   容空間を閉塞する蓋体を貫通して外部に引出されたリー
   ド線とが設けられてい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。