(57)【要約】【課題】ハウジングを含むステアリングコラム装置の一部交換時に車両からの給電のための配線作業が煩雑になるのを抑制できるステアリングコラム装置を提供する。【解決手段】バッテリ１８は、ケースに直流電源が収容された状態でステアリングホイールハウジング２４の側面に取り付けられ、コネクタによりＥＣＵ２１に接続される。ステアリングホイールハウジング２４内には充電回路３２がＥＣＵ２１に接続されて収容される。送電装置３７および受電装置３８は、それぞれコラムシャフト７およびステアリングホイールシャフト５の外周に同軸上に対向して一体的に配置され、送電装置３７がコラムシャフト７上端側のブラケット２９に取り付けられ、受電装置３８がステアリングホイールハウジング２４の内側に取り付けられる。送電装置３７は車両バッテリ３０に接続され、受電装置３８は充電回路３２に接続される。【選択図】図２
2018030536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトの回転駆動を車輪に伝達して転舵するステアリング機構を備えた車両に取り付けられるステアリングコラム装置であって、
ステアリングホイールと、
前記ステアリング機構に回転伝達されるコラムシャフトと、
一方の端に前記ステアリングホイールを連結し、他方の端に前記コラムシャフトと着脱自在な連結部を設けたステアリングホイールシャフトと、
前記ステアリングホイールシャフトに操舵補助力を与える電動モータと、
前記ステアリングホイールシャフトに取り付けられ、前記電動モータの回転を減速して伝達する減速機構部と、
前記ステアリングホイールシャフトに付与される操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操舵トルクに基づいて前記操舵補助力を演算し、前記電動モータを駆動制御する制御部と、
前記車両の直流電源に接続され、前記車両に取り付けられた送電装置と、
前記送電装置から無線給電により電力が供給される受電装置と、
前記受電装置から供給される電力を制御する充電回路部と、
前記充電回路部から電力が供給されることにより充電し、前記制御部に電力を供給する外部電源と、
前記ステアリングホイールシャフト、前記減速機構部、前記電動モータ、前記トルクセンサ、前記制御部、前記受電装置および前記充電回路部を収容するとともに、前記車両に着脱可能に取り付けられるハウジングと、を備え、
前記受電装置を前記ハウジングの前記送電装置に対向する位置に取り付けたことを特徴とするステアリングコラム装置。
【請求項２】
請求項１に記載のステアリングコラム装置において、
前記送電装置は、前記コラムシャフトの外周側に同軸に配置され、前記受電装置は、前記ステアリングホイールシャフトの外周側に同軸に配置されることを特徴とするステアリングコラム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に対してステアリングホイールごと着脱できるステアリングコラム装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のステアリングシャフトの先端部にステアリングホイールユニットを着脱可能に連結し、このステアリングホイールユニットにアシスト手段の操舵補助力を与えるものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなステアリングホイールユニットは、操舵力検出手段等の部品交換や部品修理を行いやすく、メンテナンスを容易に行うことができる。また、信号取出手段によってステアリングホイールユニットに組み込んだ操舵力検出手段の検出信号をステアリングホイールユニットの外部に取り出すことができるように考慮されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１５９８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなステアリングホイールユニットでは、アシスト手段が組み込まれていないので、アシスト手段である電動モータのメンテナンスが容易でない。ステアリングホイールユニット内に電動モータと電動モータの制御手段とを収容した場合、制御手段に電源を供給する必要があり、ステアリングホイールユニットに着脱可能にバッテリを取り付け、専用の電源配線がない車両に対応する場合がある。例えば、シガーソケットから車両の直流電源の電力を取り出し、充電回路を介してバッテリを充電すると、外部の配線が煩わしく配線作業が煩雑となる。このため、ステアリングホイールユニットを交換する際に、コネクタの着脱作業が必要となり、作業時間が長くなる可能性がある。また、ステアリングホイールユニットおよび外部配線の防水性が確保されないおそれがある。
【０００５】
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、その目的は、ハウジングを含むステアリングコラム装置の一部交換時に車両からの給電のための配線作業が煩雑になるのを抑制できるステアリングコラム装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリングシャフトの回転駆動を車輪に伝達して転舵するステアリング機構を備えた車両に取り付けられるステアリングコラム装置であって、ステアリングホイールと、前記ステアリング機構に回転伝達されるコラムシャフトと、一方の端に前記ステアリングホイールを連結し、他方の端に前記コラムシャフトと着脱自在な連結部を設けたステアリングホイールシャフトと、前記ステアリングホイールシャフトに操舵補助力を与える電動モータと、前記ステアリングホイールシャフトに取り付けられ、前記電動モータの回転を減速して伝達する減速機構部と、前記ステアリングホイールシャフトに付与される操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵トルクに基づいて前記操舵補助力を演算し、前記電動モータを駆動制御する制御部と、前記車両の直流電源に接続され、前記車両に取り付けられた送電装置と、前記送電装置から無線給電により電力が供給される受電装置と、前記受電装置から供給される電力を制御する充電回路部と、前記充電回路部から電力が供給されることにより充電し、前記制御部に電力を供給する外部電源と、前記ステアリングホイールシャフト、前記減速機構部、前記電動モータ、前記トルクセンサ、前記制御部、前記受電装置および前記充電回路部を収容するとともに、前記車両に着脱可能に取り付けられるハウジングと、を備え、前記受電装置を前記ハウジングの前記送電装置に対向する位置に取り付けたことを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、ステアリングホイールシャフト、減速機構部、電動モータ、トルクセンサ、制御部、受電装置、および充電回路部を収容するハウジングを車両に取り付けることで、送電装置に受電装置が対向し、送電装置から受電装置に無線給電によって電力が供給されるので、外部電源への給電のための外部のワイヤーハーネスの配線が不要になる。これにより、ステアリングホイールおよび外部電源を含み着脱可能なハウジングを交換する際にコネクタ等の配線作業を行う必要がなく、時間短縮による作業性の向上および防水性能の確保を図ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステアリングコラム装置において、前記送電装置は、前記コラムシャフトの外周側に同軸に配置され、前記受電装置は、前記ステアリングホイールシャフトの外周側に同軸に配置されることを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、送電装置と受電装置とは、あらかじめ位置合わせされた状態でコラムシャフトおよびステアリングホイールシャフトの外周に同軸上に対向して配置されるので、コラムシャフトとステアリングホイールシャフトとの連結時に位置合わせをする必要がなくなる。これにより、ステアリングコラム装置のハウジングを交換する際の作業時間を短縮できるとともに、車両電源の外部配線がないためステアリングコラム装置の防水性能の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ハウジングを含むステアリングコラム装置の一部交換時に車両からの給電のための配線作業が煩雑になるのを抑制できるステアリングコラム装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。
【図２】図１のステアリングコラム装置の概略構造を示す図。
【図３】ステアリングコラム装置に含まれる外部電源、送電装置および受電装置周辺の概略構成を示す図。
【図４】送電装置および受電装置の概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係るステアリングコラム装置について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、車両の転舵輪１１に操舵を与えるためのものであり、ステアリング機構１６とステアリングコラム装置３１とを備える。ステアリング機構１６は、インターミディエイトシャフト８、ラックアンドピニオン機構１４、および２つのタイロッド１０を有する。ステアリングコラム装置３１は、ステアリングホイールユニット４、送電装置３７およびコラムシャフト（ステアリングシャフト）７を有する。ステアリングホイールユニット４は、ステアリングホイール２、ステアリングホイールシャフト５、操舵補助機構部を構成するアシスト制御機構３、減速機構（減速機構部）１９、トルクセンサ１７、および受電装置３８を有する。アシスト制御機構３は、電動モータ２０、ＥＣＵ（制御部）２１、バッテリ（外部電源）１８、および充電回路（充電回路部）３２を有する。そして、コラムシャフト７の上端がステアリングホイールシャフト５に連結部３３を介して連結され、コラムシャフト７はステアリングホイール２の回転にともないステアリングホイールシャフト５を介して一体的に回転する。
【００１３】
ラックアンドピニオン機構１４は、ピニオン（ピニオンギヤ）１３と、ピニオン１３に噛み合うラック（ラックギヤ）１２とを有して、ピニオンシャフト９の回転を回転不能かつ車両の左右方向に移動可能に延びるラック軸１５の往復動作に変換する。ラック軸１５の両端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されており、各タイロッド１０は図示しないナックルアームを介して転舵輪１１に連結される。
【００１４】
ステアリングホイールユニット４において、ステアリングホイール２は、車両に対して回転可能に支持されたステアリングホイールシャフト５に連結される。減速機構１９と電動モータ２０とからなるアクチュエータは、ステアリングホイールシャフト５に対して付設され、ステアリングホイールシャフト５に操舵補助力（動力）を付与する。アクチュエータである電動モータ２０は、後述の入力プーリ２５、出力プーリ２６およびベルト２７（ともに図２参照）からなる減速機構１９を介してステアリングホイールシャフト５に連結される。電動モータ２０の回転は減速機構１９によって減速されて、この減速された回転力がアシストトルクとしてコラムシャフト７に伝達される。
【００１５】
電動モータ２０は、ＣＰＵ（マイコン）を備えた電子制御装置を構成するＥＣＵ２１によって制御され、例えば３相のブラシレスモータが使用される。また、電動モータ２０の回転軸の回転速度は、電動モータ２０に内蔵されたレゾレルバ等の回転角センサ２２が検出する回転角度θｍに基づいてＥＣＵ２１によって演算される。ＥＣＵ２１は、ＣＰＵを含む制御回路と、制御回路によって制御され電動モータ２０に電力を供給する駆動回路（インバータ）とを有する。また、車両バッテリ（直流電源）３０に接続された送電装置３７から無線給電によって電力を供給される受電装置３８および受電装置３８に接続される充電回路３２（図中、（Ａ）に示す）を介して外付けのバッテリ１８が充電され、ＥＣＵ２１には、バッテリ１８から電動モータ２０を駆動するための電力が供給される。
【００１６】
さらに、ステアリングホイールユニット４は、図示しないトーションバーを介してステアリングホイールシャフト５の上端側の入力軸および下端側の出力軸間の相対回転変位量によって操舵トルクτを検出するトルクセンサ１７を有する。上記回転角センサ２２を含むこれらのトルクセンサ１７および車両速度である車速Ｖを検出する外部の車速センサ２３が検出した値は、ＥＣＵ２１に入力されて演算処理される。
【００１７】
以上により、ステアリングホイール２の回転操作にともないステアリングホイールシャフト５を介してコラムシャフト７が回転すると、ラックアンドピニオン機構１４のラック軸１５が軸方向に往復動作する。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。
【００１８】
図２は、図１のステアリングコラム装置３１の概略構造を示す図である。
図２に示すように、ステアリングコラム装置３１は、ステアリングホイールユニット４、送電装置３７およびコラムシャフト７を備える。ステアリングホイールユニット４は、ステアリングホイール２、ステアリングホイールシャフト５、ステアリングホイールハウジング２４、受電装置３８、およびバッテリ１８を有する。ステアリングホイールシャフト５は、ステアリングホイールハウジング２４に回転可能に支持され、その上端においてステアリングホイール２に軸線回りに一体回転するように接続される。ステアリングホイールシャフト５の下端にはコラムシャフト７が連結部３３を介して嵌め合わされる。連結部３３は、ステアリングホイールシャフト５の下端に形成された二面幅の突起部と、突起部を嵌合する二面幅の嵌合孔とである。ステアリングホイールシャフト５およびコラムシャフト７は、一体回転するように軸中心を一致させ連結される。コラムシャフト７は、軸受４４を介して車両に取り付けられたコラムハウジング４３に回転可能に支持され、インターミディエイトシャフト８に着脱可能に回転連結される。
【００１９】
ステアリングホイールハウジング２４は、ステアリングホイールシャフト５を覆い、略直方体形状に形成され、ステアリングホイールシャフト５に取り付けられた減速機構１９およびトルクセンサ１７が収容され、内部に電動モータ２０およびＥＣＵ２１が固定される。トルクセンサ１７は、ステアリングホイールシャフト５の周囲に配置される。電動モータ２０は、回転軸および回転角センサ２２を有して、回転軸がステアリングホイールシャフト５にほぼ平行になるように配置される。
【００２０】
減速機構１９は、プーリ・ベルトからなる減速機構部であり、例えば電動モータ２０の回転軸に連結された歯付の入力プーリ２５と、ステアリングホイールシャフト５に連結された入力プーリ２５よりも大径の歯付の出力プーリ２６と、入力プーリ２５と出力プーリ２６との間に掛け渡された歯付のベルト２７とを有する。入力プーリ２５は、電動モータ２０の回転軸に一体回転可能に連結される。出力プーリ２６は、ステアリングホイールシャフト５の外周に一体回転可能に配置される。
【００２１】
電動モータ２０の回転軸が回転すると、これにともなって、入力プーリ２５が回転する。そして、入力プーリ２５の回転はベルト２７を介して出力プーリ２６に伝達され、出力プーリ２６が入力プーリ２５の回転よりも低速で回転する。
【００２２】
ＥＣＵ２１は、外部装置（例えば、車速センサ２３）から信号線の配線ケーブル３５がコネクタ３６にて接続される。ＥＣＵ２１は、例えばＣＡＮ信号によって他のＥＣＵ等と接続され、相互に通信して操舵指令値や各種センサの検出値、モータ制御に必要な他の情報等の交換を行う。
【００２３】
ステアリングホイールハウジング２４の側面には、ＥＣＵ２１に電力を供給するバッテリ１８が取り付けられる。バッテリ１８は、例えば樹脂製のケースに直流電源が収容された状態でステアリングホイールハウジング２４に、例えばねじ締結にて固定され、正負電極部がコネクタ（または中継ケーブル）によってＥＣＵ２１に接続される。バッテリ１８は、例えばＤＣ１２Ｖの直流電源が使用される。
【００２４】
また、ステアリングホイールハウジング２４内には、充電回路３２が取り付けられ、ＥＣＵ２１に接続される。充電回路３２には、車両バッテリ３０に接続された送電装置３７および送電装置３７から電磁誘導（無線給電）により電力を供給される受電装置３８を介して車両バッテリ３０の電圧が入力され、充電回路３２からは充電電圧がバッテリ１８に対して出力される。
【００２５】
送電装置３７および受電装置３８は、それぞれコラムシャフト７およびステアリングホイールシャフト５の外周に同軸上に対向して一体的に配置され、送電装置３７がコラムシャフト７上端側のブラケット２９に取り付けられ、受電装置３８がステアリングホイールハウジング２４の内側に取り付けられる。送電装置３７は車両バッテリに接続され、受電装置３８は充電回路３２に接続される。
【００２６】
次に、ステアリングホイールユニット４の取り付け構造について説明する。
図２に示すように、ステアリングホイールユニット４は、車両のダッシュボード２８の前面（正面側）に開口する凹部３４に取り付けられた金属製のブラケット２９に収容され固定される。ブラケット２９の後面（背面側）において、コラムシャフト７がステアリングホイールシャフト５に連結部３３を介して連結され、配線ケーブル３５がコネクタ３６を介してＥＣＵ２１に接続される。
【００２７】
これにより、ステアリングホイールユニット４がダッシュボード２８に取り付けられた状態で送電装置３７と受電装置３８とが対向し、充電用のワイヤーハーネスを設けなくても電磁誘導（無線給電）によってバッテリ１８を充電することができる。この結果、ステアリングホイールユニット４の交換時に煩雑な配線作業が不要になる。
【００２８】
次に、図３は、ステアリングコラム装置３１に含まれるバッテリ１８、送電装置３７および受電装置３８周辺の概略構成を示す図、図４は、送電装置３７および受電装置３８の概略構成を示す図である。
図３，４に示すように、本実施形態では、送電装置３７と受電装置３８との間の電磁誘導により送電装置３７から受電装置３８に電力が供給される構成を有する。送電装置３７は、車両バッテリ３０に接続され、発振回路４０および発振回路４０に接続された送電コイル３９から構成される。送電コイル３９は、コラムシャフト７の外周に配置され、例えば渦巻き状に形成された導電線からなり、この導電線に電力が供給されることにより周囲に磁場を形成し、交番磁束を発生する。発振回路４０は、送電コイル３９に供給される所定周波数の交流電力を形成する。
【００２９】
受電装置３８は、受電コイル４１および受電コイル４１に接続された電源回路４２から構成され、充電回路３２に接続される。受電コイル４１は、例えば渦巻き状に形成された導電線からなり、送電コイル３９と同軸上に対向する。受電コイル４１は、ステアリングホイールシャフト５の外周に配置され、送電コイル３９の交番磁束と鎖交することにより交流電力を発生する。電源回路４２は、例えばダイオード・ブリッジを使用した全波整流回路および全波整流回路を通過した電流を平滑するコンデンサを有する。電源回路４２は、受電コイル４１の交流電力を直流電力に変換する。
【００３０】
変換された直流電力は充電回路３２に供給され、バッテリ１８が充電される。充電回路３２はバッテリ１８が過充電にならないように上限の充電電圧を制御し、バッテリ１８に流れる電流を一定にする図示しない制御回路を有する。アシスト制御機構３において、電動モータ２０を駆動する動力はＥＣＵ２１を介してバッテリ１８から供給される。
【００３１】
次に、上記のように構成された本実施形態であるステアリングコラム装置３１の作用および効果について説明する。
【００３２】
上記構成によれば、ステアリングホイールユニット４を構成するステアリングホイールシャフト５、減速機構１９、電動モータ２０、トルクセンサ１７、ＥＣＵ２１、充電回路３２、および受電装置３８を収容するステアリングホイールハウジング２４を車両に取り付けることで、送電装置３７に受電装置３８が対向し、送電装置３７から受電装置３８に無線給電によって電力が供給されるので、バッテリ１８への給電のための外部のワイヤーハーネスの配線が不要になる。
【００３３】
また、コラムシャフト７の上端側のブラケット２９に取り付けられた送電装置３７とステアリングホイールハウジング２４の内側に取り付けられた受電装置３８とは、あらかじめ位置合わせされた状態でコラムシャフト７およびステアリングホイールシャフト５の外周に同軸上に対向して配置されるので、コラムシャフト７とステアリングホイールシャフト５との連結時に位置合わせをする必要がなくなる。
【００３４】
これにより、着脱可能なステアリングホイールユニット４の交換時にワイヤーハーネス、コネクタ等の配線作業を行う必要がなく、作業時間短縮による作業性の向上、およびステアリングホイールユニット４の防水性能の向上を図ることができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、ハウジングを含むステアリングコラム装置の一部交換時に車両からの給電のための配線作業が煩雑になるのを抑制できるステアリングコラム装置を提供できる。
【００３６】
以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
【００３７】
上記実施形態では、バッテリ１８をステアリングホイールハウジング２４の側面に外付け固定する例を示したが、これに限定されるものでなく、バッテリ１８をステアリングホイールハウジング２４内に収容するようにしてもよい。また、充電回路３２をバッテリ１８とともにステアリングホイールハウジング２４の外側に取り付けるようにしてもよい。
【００３８】
上記実施形態では、送電装置３７および受電装置３８が所定周波数の発振および所定の直流電力の供給を行う例を示したが、これに限定されるものでなく、送受電制御を行う専用のＣＰＵをそれぞれに設けてバッテリ１８を充電するようにしてもよい。また、走行中の車両の操舵状態に応じてＥＣＵ２１からの信号により充電回路３２の出力を切り換えて、バッテリ１８の充電をオン／オフするようにしてもよい。
【００３９】
上記実施形態では、送電装置３７の送電コイル３９と受電装置３８の受電コイル４１との間の電磁誘導により送電装置３７から受電装置３８に電力が供給される例を示したが、これに限定されるものでなく、その他の例えば送電コイル３９と受電コイル４１との磁気共鳴により送電装置３７から受電装置３８に電力が供給される構成を有してもよい。
【００４０】
上記実施形態において、ステアリングホイールユニット４を車両に取り付ける方法については、特に説明しないが、ステアリングホイールハウジング２４を運転席に対向するダッシュボード２８に開口する空間に適宜取り付け固定することにより可能である。例えば、
ステアリングホイールユニット４のステアリングホイールハウジング２４の側面に、複数の金属製の厚肉板状の爪を引っ張り、および押し出し可能に取り付け、ブラケット２９に爪を係合させて固定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１：電動パワーステアリング装置、２：ステアリングホイール、３：アシスト制御機構、４：ステアリングホイールユニット、５：ステアリングホイールシャフト、
７：コラムシャフト、８：インターミディエイトシャフト、９：ピニオンシャフト、
１０：タイロッド、１１：転舵輪、１２：ラック、１３：ピニオン、
１４：ラックアンドピニオン機構、１５：ラック軸、１６：ステアリング機構、
１７：トルクセンサ、１８：バッテリ（外部電源）、１９：減速機構（減速機構部）、
２０：電動モータ、２１：ＥＣＵ（制御部）、２２：回転角センサ、２３：車速センサ、２４：ステアリングホイールハウジング（ハウジング）、２５：入力プーリ、
２６：出力プーリ、２７：ベルト、２８：ダッシュボード、２９：ブラケット、
３０：車両バッテリ（直流電源）、３１：ステアリングコラム装置、
３２：充電回路（充電回路部）、３３：連結部、３４：凹部、３５：配線ケーブル、
３６：コネクタ、３７：送電装置、３８：受電装置、３９：送電コイル、
４０：発振回路、４１：受電コイル、４２：電源回路、４３：コラムハウジング、
４４：軸受、
τ：操舵トルク、Ｖ：車速、θｍ：回転角度
【図１】
2018030536.tif 000003
【図２】
2018030536.tif 000004
【図３】
2018030536.tif 000005
【図４】
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