(57)【要約】【課題】操舵フィーリングを維持しつつ自励振動を抑制する。【解決手段】入力軸１１４と、入力軸１１４に一端部が連結されるトーションバー１１６と、他端部に連結される出力軸１１５と、入力軸１１４との連結部１１８と少なくとも一部が重なるように入力軸１１４に取り付けられるマスダンパ１７０と、マスダンパ１７０に対し操舵部材２００の反対側に設けられ、トーションバー１１６の捻れ角を検出するトルクセンサ１４１と、トルクセンサ１４１からの信号に対応したアシスト力を出力軸１１５に付与するアシスト装置１３０とを備えるパワーステアリング装置１００。【選択図】図２
2020132003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材が連結される入力軸と、
前記入力軸に一端部が連結されるトーションバーと、
前記トーションバーの他端部に連結される出力軸と、
前記トーションバーの軸方向において、前記トーションバーと前記入力軸との連結部と少なくとも一部が重なるように前記入力軸に取り付けられるマスダンパと、
前記トーションバーの軸方向において、前記マスダンパに対し前記操舵部材の反対側に設けられ、前記トーションバーの捻れ角を検出するトルクセンサと、
前記トルクセンサからの信号に対応したアシスト力を前記出力軸に付与するアシスト装置と
を備えるパワーステアリング装置。
【請求項２】
前記マスダンパを収容するダンパハウジングと、
前記トルクセンサを収容するセンサハウジングとを備え、
戦記ダンパハウジングと前記センサハウジングとは一体に形成される
請求項１に記載のパワーステアリング装置。
【請求項３】
前記アシスト装置は、減速機を備え、
前記ダンパハウジング、および前記センサハウジングは、前記減速機を収容する減速機ハウジングの一部と一体に形成される
請求項２に記載のパワーステアリング装置。
【請求項４】
前記入力軸が刺し通され、前記ダンパハウジングと連結される筒部材を備える
請求項２または３に記載のパワーステアリング装置。
【請求項５】
前記筒部材の端部は前記ダンパハウジングに嵌め合わされる
請求項４に記載のパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に備えられるパワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーステアリング装置は、車両の走行中に運転者が操舵部材を操作して発生させた操舵トルクなどに応じたアシストトルクを発生させ、操舵トルクとアシストトルクにより転舵輪を転舵させる。ところが、車両停止中に操舵部材に瞬間的な操舵トルクが発生した場合、その操舵トルクをアシストするためにアシスト力が発生し、ステアリング系全体の振動特性により操舵部材の回転振動が持続するいわゆる自励振動が発生する場合がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アシストトルクをステアリングシャフトに付与するウォーム減速機のウォームホイールの近傍に円板と磁石とからなる磁気ダンパを組み込み、自励振動を抑制する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５８３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが磁気ダンパにより自励振動を抑制する場合、通常の操舵時においても自励振動を抑制する抗力が磁気により発生し、操舵感への影響が懸念される。また、磁気ダンパを減速機のハウジング内に組み込むため、ウォームホイールやこれを備える減速機の構造が複雑になり、組立も煩雑化するという課題がある。さらに、磁気ダンパに発生する渦電流による発熱対策も必要となり、さらに構造が複雑化する。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、通常の操舵時における操舵感に与える影響を抑制しつつ、効果的に自励振動を抑制するパワーステアリング装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の１つであるパワーステアリング装置は、操舵部材が連結される入力軸と、前記入力軸に一端部が連結されるトーションバーと、前記トーションバーの他端部に連結される出力軸と、前記トーションバーの軸方向において、前記トーションバーと前記入力軸との連結部と少なくとも一部が重なるように前記入力軸に取り付けられるマスダンパと、前記トーションバーの軸方向において、前記マスダンパに対し前記操舵部材の反対側に設けられ、前記トーションバーの捻れ角を検出するトルクセンサと、前記トルクセンサからの信号に対応したアシスト力を前記出力軸に付与するアシスト装置とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、通常の操舵時における操舵感への影響を抑制しつつ、自励振動の発生を抑制するコンパクトなパワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係るパワーステアリング装置を示す図である。
【図２】図２は、パワーステアリング装置のトルクセンサ近傍を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１１】
また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。
【００１２】
図１は、実施形態に係るパワーステアリング装置を示す図である。図２は、パワーステアリング装置のトルクセンサ近傍を示す断面図である。これらの図に示すように、パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイールなどと称される操舵部材２００に接続され、操舵部材２００による運転者の操舵に基づき、転舵輪２１０を転舵させる装置である。パワーステアリング装置１００は、ステアリングシャフト１１０と、転舵機構１２０と、アシスト装置１３０と、検出ユニット１４０と、マスダンパ１７０とを備えている。また、本実施の形態の場合、パワーステアリング装置１００は、筒部材１６０と、ダンパハウジング１７９とを備えている。
【００１３】
ステアリングシャフト１１０は、運転者が操舵部材２００を回転させることにより発生する操舵トルクを転舵機構１２０に伝達する機構である。本実施の形態の場合、ステアリングシャフト１１０は、操舵トルクの伝達方向における上流側から順にコラムシャフト１１１、インターミディエイトシャフト１１２、およびピニオンシャフト１１３を備えており、それぞれのシャフトは自在継手を介して連結されている。コラムシャフト１１１の先端には操舵部材２００が取り付けられており、コラムシャフト１１１の中間部にはアシスト装置１３０、検出ユニット１４０、およびマスダンパ１７０が取り付けられている。コラムシャフト１１１は、図２に示すように、操舵トルクを検出するため、上流側の入力軸１１４と出力軸１１５に分割され、入力軸１１４と出力軸１１５とは、トーションバー１１６により連結されている。なお、分割されるシャフトはコラムシャフト１１１に限定されるものではなく、コラムシャフト１１１の他、インターミディエイトシャフト１１２、またはピニオンシャフト１１３も入力軸と出力軸に分割されてトーションバーに連結されても構わない。
【００１４】
ステアリングシャフト１１０を構成するコラムシャフト１１１、インターミディエイトシャフト１１２、およびピニオンシャフト１１３などの材種は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、鉄を主として含む合金によって形成されている。
【００１５】
さらに本実施の形態の場合、コラムシャフト１１１の入力軸１１４は、トーションバー１１６の入力側を保持し、トルクセンサ１４１（後述）の一部が取り付けられる第一シャフト１５１と、第一シャフト１５１と固定的に連結される第二シャフト１５２と、第二シャフト１５２に対して軸方向に移動可能、かつ操舵トルクを伝達可能に第二シャフト１５２に連結される第三シャフト１５３とを備えている。この構成により、通常の使用態様においては、第三シャフト１５３に連結される操舵部材２００の位置をテレスコピック動作により変更することが可能である。また二次衝突が発生した際には、第三シャフト１５３が第二シャフト１５２の方向に移動することで、衝撃吸収機構を動作させることが可能となる。
【００１６】
筒部材１６０は、入力軸１１４が内側に刺し通され、ダンパハウジング１７９と連結される部材である。本実施の形態の場合、筒部材１６０は、下流側に配置される円筒形状の第一筒部材１６１と、第一筒部材１６１の上流端部に嵌め合わされる円筒形状の第二筒部材１６２とを備えている。第一筒部材１６１の下流側端部は、マスダンパ１７０を収容するダンパハウジング１７９に嵌め合わされた状態でダンパハウジング１７９に固定されている。ダンパハウジング１７９は、第一筒部材１６１の本体部分よりも径が大きい円筒形状であるため、第一筒部材１６１の下流側端部は下流に向かって徐々に拡径するテーパ部１６３、ダンパハウジング１７９の内側に嵌め合わされる嵌合部１６４とが設けられている。
【００１７】
第一筒部材１６１は、軸受（図示せず）を介して第三シャフト１５３と接続されており、第三シャフト１５３の軸周りの回転を許容しつつ、第三シャフト１５３の軸方向の移動に追随する。また、第一筒部材１６１は、第二筒部材１６２と重なる部分において締付手段（不図示）により外側から締め付けられることにより、軸方向における第二筒部材１６２に対する第一筒部材１６１の位置が固定される。一方、締付手段による締付が解除された場合には、第二筒部材１６２は第一筒部材１６１に対し軸方向に移動することができる。この構成により、通常の使用態様においては、操舵部材２００の位置を変更する場合には、締付手段を解除し、第三シャフト１５３と共に第二筒部材１６２を軸方向に移動させる。また任意の位置で締め付けることにより、第一筒部材１６１に対する第二筒部材１６２の位置、つまり第二シャフト１５２に対する第三シャフト１５３の位置を固定することができる。また二次衝突が発生した際には、締付手段による締付力が垂直抗力となって第一筒部材１６１と第二筒部材１６２との間に動摩擦力が発生して衝撃を吸収する。つまり、第一筒部材１６１と第二筒部材１６２とは、衝撃吸収機構を構成している。
【００１８】
転舵機構１２０は、ステアリングシャフト１１０により伝達されたトルクを転舵輪２１０の転舵に変換する機構であり、ラックシャフト１２１、および一対のタイロッド１２２を備えている。ラックシャフト１２１は、ピニオンシャフト１１３の先端部に設けられているピニオン１２３に噛み合わされ、ピニオンの回転をラックシャフト１２１の往復動に変換する。ラックシャフト１２１の端部にそれぞれ連結されるタイロッド１２２は、ナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪２１０に連結されている。
【００１９】
アシスト装置１３０は、検出ユニット１４０から取得した操舵トルクを示す信号に基づきアシストトルクを発生させてステアリングシャフト１１０、または転舵機構１２０に付与する装置である。本実施の形態の場合、アシスト装置１３０は、トルクセンサ１４１からの信号に対応したアシスト力を出力軸１１５に付与する。アシスト装置１３０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１３１と、電動モータ１３２と、減速機１３３とを備えている。
【００２０】
ＥＣＵ１３１は、電動モータ１３２を備えるインバータ、インバータを制御する制御手段などを備えた装置であり、検出ユニット１４０から取得した操舵トルクを示す信号を処理し、車速などを考慮してアシストトルクを算出する。また、ＥＣＵ１３１は、算出したアシストトルクがステアリングシャフト１１０などに付与できるように電動モータ１３２を制御する。
【００２１】
減速機１３３は、電動モータ１３２の回転速度を減速してトルクを増幅させ、ステアリングシャフト１１０等にトルクを付与する機構である。減速機１３３の具体的な種類は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、図２に示すように、ウォームシャフト１３４と、ウォームシャフト１３４と噛み合うウォームホイール１３５とを備えるウォーム減速機が採用されている。ウォームシャフト１３４は、電動モータ１３２の回転軸と継手を介して同軸状に連結されている。ウォームホイール１３５は、出力軸１１５に一体回転可能に連結されている。減速機ハウジング１３６は、ブラケットなどを介して車体に固定されている。
【００２２】
検出ユニット１４０は、操舵部材２００が操作されることにより発生する操舵トルクを検出するための装置であり、トルクセンサ１４１と、センサハウジング１４２とを備えている。
【００２３】
トルクセンサ１４１は、入力軸１１４に少なくとも一部が取り付けられ、操舵部材２００から入力軸１１４に伝達された操舵トルクを検出するセンサである。トルクセンサ１４１のセンシング方法は特に限定されるものではなく、磁歪式、ひずみゲージ式などを例示することができる。本実施の形態の場合、トルクセンサ１４１は、トーションバー１１６の上流側端部と下流側端部との相対的な捻れ角を磁気的に読み出すエンコーダである。トルクセンサ１４１の取り付け位置は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、トルクセンサ１４１は、トーションバー１１６の軸方向において、マスダンパ１７０に対し操舵部材２００の反対側、つまりマスダンパ１７０の下流側に配置されている。
【００２４】
センサハウジング１４２は、入力軸１１４が挿通される上流開口部１４３と、出力軸１１５が挿通される下流開口部１４４とを有し、トルクセンサ１４１、およびトルクセンサ１４１が取り付けられる部分を収容する筐体である。センサハウジング１４２の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、入力軸１１４の下流側端部と、出力軸１１５の上流側端部を覆う円筒形状であり、下流開口部１４４は、減速機ハウジング１３６に一体に接続されている。センサハウジング１４２は、出力軸１１５に対する入力軸１１４の傾動に対し、減速機ハウジング１３６を介して入力軸１１４を支えることができる剛性を備えている。
【００２５】
センサハウジング１４２の上流開口部１４３と挿通される入力軸１１４との間には、シール部材１４５が取り付けられている。シール部材１４５は、センサハウジング１４２に対し入力軸１１４の回転を可能とするとともにセンサハウジング１４２と入力軸１１４との隙間を封止する環状の部材である。シール部材１４５によりセンサハウジング１４２の内側は塵埃などの侵入が防がれ、トルクセンサ１４１の誤動作などを防止している。
【００２６】
本実施の形態の場合、同軸上に配置され、軸方向に連通する筒状のセンサハウジング１４２、筒状のダンパハウジング１７９、筒部材１６０の内側にトルクセンサ１４１が収容され、センサハウジング１４２の下流開口部１４４は、減速機ハウジング１３６に取り付けられた軸受が配置され、筒部材１６０の上流側の開口部は、第三シャフト１５３を軸支する軸受が配置されている。従って、センサハウジング１４２に塵埃が進入する確率は低いため、シール部材１４５は、センサハウジング１４２の上流開口部１４３に対する第一シャフト１５１の回転に影響を与えない程度に緩やかに封止している。
【００２７】
マスダンパ１７０は、所定の大きさの慣性モーメントを備える部材であり、入力軸１１４に取り付けることで自励振動を抑制することができる部材である。本実施の形態の場合、マスダンパ１７０は、質量体１７１と、固定筒１７２と、弾性体１７３とを備えている。
【００２８】
質量体１７１は、所定の質量の剛体の部材からなる円環状（円筒状）の部材である。質量体１７１の形状や大きさ、質量は、入力軸１１４、および操舵部材２００に発生する自励振動の状態により定められる。
【００２９】
固定筒１７２は、入力軸１１４の外周面に固定される円環状（円筒状）の部材である。固定筒１７２の形状や大きさ、材質は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、入力軸１１４の第二シャフト１５２が圧入固定される形状、材質が選定される。
【００３０】
弾性体１７３は、固定筒１７２と質量体１７１とを連結し、固定筒１７２に対して質量体１７１を所定の回転振動で振動させることができる部材である。弾性体１７３は、固定筒１７２と質量体１７１とを同軸上に配置し、質量体１７１よりも高弾性の部材からなる円環状（円筒状）の部材である。弾性体１７３の材質は、特に限定されるものではないが、ゴム、エラストマーなどを例示できる。
【００３１】
マスダンパ１７０は、トーションバー１１６の軸方向において、トーションバー１１６の捩れ部１１７よりも上流側（操舵部材２００側）、かつトーションバー１１６と入力軸１１４の第一シャフト１５１との連結部１１８と少なくとも一部が重なるように入力軸１１４に固定的に取り付けられる。
【００３２】
本実施の形態の場合、マスダンパ１７０は、ダンパハウジング１７９の内側に収容されている。ダンパハウジング１７９は、マスダンパ１７０と接触しないように配置される円筒状の部材であり、センサハウジング１４２と一体に形成されている。また、センサハウジング１４２は、減速機ハウジング１３６の一部と一体に形成されているため、ダンパハウジング１７９、センサハウジング１４２、および減速機ハウジング１３６の一部は一体に形成されている。また、ダンパハウジング１７９には、第二筒部材１６２がマスダンパ１７０と接触しないように挿入されている。これによりマスダンパ１７０は、閉塞された空間内に配置され、塵埃などの付着が抑制される。
【００３３】
以上のパワーステアリング装置１００によれば、マスダンパ１７０は、入力軸１１４以外とは非接触であるため、走行中の緩やかな通常の操舵に対してマスダンパ１７０はあまり影響を与えることなくスムーズな回転を実現することができる。一方、停止中の自励振動が発生するような状況下においては、マスダンパ１７０が、動吸振器（ＤＶＡ：ｄｙｎａｍｉｃ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ａｂｓｏｒｂｅｒ）として機能し、自励振動を抑制することが可能となる。
【００３４】
また、マスダンパ１７０が、トーションバー１１６と入力軸１１４とを連結する連結部１１８の位置に配置されているため、自励振動の発生に対しマスダンパ１７０が高い応答性で反応するため、効果的に自励振動を抑制することが可能となる。
【００３５】
また、トーションバー１１６と連結される第一シャフト１５１と第二シャフト１５２とを別体とし、マスダンパ１７０を第二シャフト１５２の下流側端部に固定した後、第一シャフト１５１と第一シャフト１５１とを一体に固定することで、マスダンパ１７０を容易に連結部１１８に重なるように配置することが可能となる。
【００３６】
また、トーションバー１１６の軸方向において、ウォームホイール１３５、トルクセンサ１４１、およびマスダンパ１７０の一部とがトーションバー１１６と重なる位置にコンパクトに配置されているため、マスダンパ１７０を収容するダンパハウジング１７９が、車体や他の部品と干渉することを回避できる。また、二次衝突による第二筒部材１６２の第一筒部材１６１に対する滑り代を長く確保することができ、十分な衝撃吸収機能を確保することが可能となる。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。
【００３８】
例えば、マスダンパ１７０は、弾性体１７３を備える場合を説明したが、マスダンパ１７０は、弾性体１７３を備えず質量体１７１と固定筒１７２とが一体になったものでも構わない。
【００３９】
また、減速機ハウジング１３６、センサハウジング１４２、およびダンパハウジング１７９のいずれか、または全部は、一体でなくても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、自動車、農業機械、建設機械などの車両に搭載されるパワーステアリング装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１００…パワーステアリング装置、１１０…ステアリングシャフト、１１１…コラムシャフト、１１２…インターミディエイトシャフト、１１３…ピニオンシャフト、１１４…入力軸、１１５…出力軸、１１６…トーションバー、１１７…捩れ部、１１８…連結部、１２０…転舵機構、１２１…ラックシャフト、１２２…タイロッド、１２３…ピニオン、１３０…アシスト装置、１３２…電動モータ、１３３…減速機、１３４…ウォームシャフト、１３５…ウォームホイール、１３６…減速機ハウジング、１４０…検出ユニット、１４１…トルクセンサ、１４２…センサハウジング、１４３…上流開口部、１４４…下流開口部、１４５…シール部材、１５１…第一シャフト、１５２…第二シャフト、１５３…第三シャフト、１６０…筒部材、１６１…第一筒部材、１６２…第二筒部材、１６３…テーパ部、１６４…嵌合部、１７０…マスダンパ、１７１…質量体、１７２…固定筒、１７３…弾性体、１７９…ダンパハウジング、２００…操舵部材、２１０…転舵輪
【図１】
2020132003.tif 000003
【図２】
2020132003.tif 000004