(57)【要約】【課題】耐久性や信頼性が高く、操舵感覚に優れた車両用操舵装置を提供する。【解決手段】ラック軸１４の両端部にラックブッシュ２１、２２を設け、ラックハウジング２０と左右のラックブッシュ２１、２２との間にそれぞれ一対の圧力センサを介装する。圧力センサ３１、３３は車両の後方向に向かって作用するラックハウジング２０の抗力を検出し、圧力センサ３２、３４は車両の前方向に向かって作用するラックハウジング２０の抗力を検出する。ハンドル１１を右に回転させると、圧力センサ３１、３４の出力は小さくなり、圧力センサ３２、３３の出力は大きくなる。ハンドル１１を左に回転させると、その逆になる。圧力センサ３１〜３４の出力に基づき、運転者がハンドル１１に与えた操舵トルクＴを検知できる。【選択図】図１
2008143230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用の操舵装置であって、
運転者によって操作される操舵部材と、
前記操舵部材に対する操作に応じて軸方向に移動する転舵軸と、
前記転舵軸の動きを車輪に伝える連結部材と、
前記転舵軸を収容するハウジングと、
前記転舵軸の両端部に配置され、前記転舵軸を前記ハウジングに支持する一対のブッシュと、
前記ハウジングと前記各ブッシュとの間に介装された一対の圧力検出手段とを備えた、車両用操舵装置。
【請求項２】
前記一対の圧力検出手段のうち、一方は車両の後方向に向かって作用する前記ハウジングの抗力を検出し、他方は車両の前方向に向かって作用する前記ハウジングの抗力を検出することを特徴とする、請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記一対の圧力検出手段は、前記転舵軸を挟んで対称な位置に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の操舵装置に関し、特に、操舵トルクを検出する手段を備えた車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の多くの車両では、操舵を補助するために、操舵装置にパワーステアリング装置が設けられている。例えば、電動パワーステアリング装置は、車速センサで検知した車速や運転者がハンドルに与えた操舵トルクなどに基づき、好適な操舵補助力が得られるように操舵補助用モータの回転を制御する。このようにパワーステアリング装置では、トルクセンサなどを用いて操舵トルクを検知し、運転者の操舵状況を知ることが必要とされる。
【０００３】
図６および図７は、従来の操舵装置の構成例を示す図である。図６に示す操舵装置では、ハンドル８１と共に回転するステアリングシャフト８２にトルクセンサ８３が設けられており、トルク算出部８４はトルクセンサ８３の出力に基づき操舵トルクＴを算出する。従来の操舵装置では、操舵トルクを検知するために、トーションバーを備えた機構が主に採用されている。
【０００４】
特許文献１には、トーションバー方式以外の方式として図７に示すように、ハンドル９１の回転に伴い軸方向に移動するラック軸９２の両端に圧力センサ９３、９４を設け、圧力センサ９３、９４の出力に基づきトルク算出部９５で操舵トルクを算出することが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３２１６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、トーションバー方式の操舵装置では、トーションバーの両端でトルクに時間遅れが生じるので、操舵系の剛性が低下し、運転者の操舵感覚が悪くなる。また、ラック軸の両端に圧力センサを設けた操舵装置では、ラック軸が移動するとセンサハーネスも移動するので、耐久性や信頼性の点で問題がある。
【０００６】
それ故に、本発明は、操舵トルクを検出する手段を有し、耐久性や信頼性が高く操舵感覚に優れた操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、車両用の操舵装置であって、
運転者によって操作される操舵部材と、
前記操舵部材に対する操作に応じて軸方向に移動する転舵軸と、
前記転舵軸の動きを車輪に伝える連結部材と、
前記転舵軸を収容するハウジングと、
前記転舵軸の両端部に配置され、前記転舵軸を前記ハウジングに支持する一対のブッシュと、
前記ハウジングと前記各ブッシュとの間に介装された一対の圧力検出手段とを備える。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記一対の圧力検出手段のうち、一方は車両の後方向に向かって作用する前記ハウジングの抗力を検出し、他方は車両の前方向に向かって作用する前記ハウジングの抗力を検出することを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、
前記一対の圧力検出手段は、前記転舵軸を挟んで対称な位置に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記第１の発明によれば、圧力検出手段で検出したハウジングの抗力に基づき、運転者が操舵部材に与えた操舵トルクを検知することができる。このようにトーションバーを用いることなく操舵トルクを検知することにより、操舵系の剛性を高めて、運転者の操舵感覚を向上させることができる。また、圧力検出手段は操舵部材に対する操作が行われても移動しないハウジングに固定的に取り付けられるので、装置の構造が単純になり、耐久性や信頼性が向上する。また、圧力検出手段の出力に基づき左右の車輪からの反力を別々に求め、左右の車輪が接する路面の状況を別々に推定することもできる。
【００１１】
上記第２の発明によれば、一対の圧力検出手段を用いて車両の前方向および後方向に向かって作用するハウジングの抗力を検出することにより、運転者が操舵部材に与えた操舵トルクを検知することができる。
【００１２】
上記第３の発明によれば、車両の前方向および後方向に向かって作用するハウジングの抗力を容易に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る操舵装置の構成を示す図である。図１に示す操舵装置１０は、ハンドル１１、ステアリングシャフト１２、ラックピニオン機構１３、ラック軸１４、タイロッド１５、１６、ナックルアーム１７、１８を備え、車輪１、２の向きを制御する。以下の説明では、車両および運転者を基準として前後左右を定める。図１では、図面の上は車両の前方向、図面の下は車両の後方向、図面の左は車両の左方向、図面の右は車両の右方向に当たる。
【００１４】
図１に示すように、ステアリングシャフト１２の一端にはハンドル１１が固着されており、ステアリングシャフト１２の他端はラックピニオン機構１３を介してラック軸１４に連結されている。ラック軸１４の左端はタイロッド１５とナックルアーム１７を介して左側の車輪１に連結されており、ラック軸１４の右端はタイロッド１６とナックルアーム１８を介して右側の車輪２に連結されている。
【００１５】
運転者がハンドル１１を回転させると、ステアリングシャフト１２は回転し、これに伴いラック軸１４は軸方向に移動する。ラック軸１４の軸方向の移動に伴い、タイロッド１５、１６には引張方向または圧縮方向の力が作用し、これにより車輪１、２の向きが変わる。操舵装置１０では、ハンドル１１は運転者によって操作される操舵部材であり、ラック軸１４は操舵部材に対する操作に応じて軸方向に移動する転舵軸であり、タイロッド１５、１６およびナックルアーム１７、１８は、転舵軸の動きを車輪に伝える連結部材である。
【００１６】
ラック軸１４は、ラックピニオン機構１３と共に、ラックハウジング２０に収容される。ラック軸１４の両端部にはラックブッシュ２１、２２が配置され、ラック軸１４はラックブッシュ２１、２２によってラックハウジング２０に支持される。また、ラックハウジング２０とラックブッシュ２１、２２との間には、それぞれ、一対の圧力検出手段が介装される。具体的には、ラックハウジング２０と左側のラックブッシュ２１との間には圧力センサ３１、３２が介装され、ラックハウジング２０と右側のラックブッシュ２２との間には圧力センサ３３、３４が介装される。
【００１７】
図２は、圧力センサ３１、３２の配置例を示す断面図である。図２では、図面の左は車両の前方向、図面の右は車両の後方向に当たる。圧力センサ３１、３２をラックハウジング２０と左側のラックブッシュ２１との間に介装するときには、圧力センサ３１は車両の前方側に、圧力センサ３２は車両の後方側に配置される。圧力センサ３１は、ラックハウジング２０の左端部において、車両の後方向に向かって作用するラックハウジング２０の抗力を検出する。圧力センサ３２は、ラックハウジング２０の左端部において、車両の前方向に向かって作用するラックハウジング２０の抗力を検出する。
【００１８】
同様に、圧力センサ３３、３４をラックハウジング２０と右側のラックブッシュ２２との間に介装するときには、圧力センサ３３は車両の前方側に、圧力センサ３４は車両の後方側に配置される。圧力センサ３３は、ラックハウジング２０の右端部において、車両の後方向に向かって作用するラックハウジング２０の抗力を検出する。圧力センサ３４は、ラックハウジング２０の右端部において、車両の前方向に向かって作用するラックハウジング２０の抗力を検出する。
【００１９】
圧力センサ３１〜３４には、圧力検出機能を有する任意の種類のセンサを用いることができる。例えば、圧力センサ３１〜３４には、圧電素子を用いることができる。また、ラックハウジング２０とラックブッシュ２１、２２との間に介装できる限り、圧力センサ３１〜３４の形状は任意でよい。圧力センサ３１〜３４が厚みや高さを有する場合には、ラックハウジング２０またはラックブッシュ２１、２２に圧力センサ３１〜３４を配置するための凹みなどを設ければよい。
【００２０】
また、車両の前方向および後方向に向かって作用するラックハウジング２０の抗力を検出できる限り、圧力センサ３１〜３４の配置位置は任意でよい。例えば、図２に示すように、ラック軸１４を挟んで対称な位置に圧力センサ３１、３２を配置すれば、車両の前方向および後方向に向かって作用するラックハウジング２０の抗力を容易に検出することができる。この場合、圧力センサ３１、３２を同じ高さに設けてもよく（図２を参照）、車両の構成によっては圧力センサ３１、３２を異なる高さに設けてもよい（図３を参照）。圧力センサ３３、３４についても、これと同様である。
【００２１】
圧力センサ３１〜３４の出力は、例えば、操舵トルクの算出に用いられ、算出された操舵トルクは操舵装置１０に設けられたパワーステアリング装置の制御に用いられる。図１に示す操舵装置１０は、パワーステアリング装置として、操舵補助用のモータ４１と、モータ４１を制御する制御部４２とを備えている。制御部４２はトルク算出部４３とモータ制御部４４を含み、圧力センサ３１〜３４の出力はトルク算出部４３に入力される。トルク算出部４３は、圧力センサ３１〜３４で検知された４つの抗力に基づき、運転者がハンドル１１に与えた操舵トルクＴを算出する（詳細は後述）。モータ制御部４４は、トルク算出部４３で算出された操舵トルクＴや、車速センサ（図示せず）で検出された車速Ｓなどに基づき、好適な操舵補助力が得られるようにモータ４１の回転を制御する。
【００２２】
モータ４１は、制御部４２からの制御に従って操舵補助力を発生させる。モータ４１で発生した操舵補助力は、ステアリングシャフト１２を回転させるように作用する。ステアリングシャフト１２は、運転者がハンドル１１に与えた操舵トルクと、モータ４１で発生した操舵補助力の両方によって回転する。なお、操舵装置１０にはコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置が設けられているが、パワーステアリング装置の種類はピニオンアシスト型やラックアシスト型でもよく、あるいは油圧式でもよい。
【００２３】
以下、操舵装置１０において操舵トルクＴを検知する方法を説明する。図４は、操舵装置１０に作用する力を示す図である。図４（ａ）はハンドル１１が中央位置にある場合の図、図４（ｂ）はハンドル１１を右に回転させた場合の図、図４（ｃ）はハンドル１１を左に回転させた場合の図である。以下、圧力センサ３１〜３４を配置場所に対応させて、左前センサ３１、左後センサ３２、右前センサ３３、右後センサ３４ともいう。
【００２４】
ハンドル１１が中央位置にある場合には（図４（ａ））、ラック軸１４は中央位置にあり、左側タイロッド角度θ１と右側タイロッド角度θ２は等しくなる。このため、左側の車輪１からタイロッド１５に作用する反力と、右側の車輪２からタイロッド１６に作用する反力は等しくなり、ラック軸１４の左端部と右端部では前後方向に同じ大きさの力が作用する。したがって、圧力センサ３１〜３４に作用する応力Ｆ１〜Ｆ４はすべて等しく、圧力センサ３１〜３４の出力はすべて等しくなる。
【００２５】
ハンドル１１を右に回転させた場合には（図４（ｂ））、ラック軸１４は中央位置から左に移動するので、左側タイロッド角度θ１は大きくなり、右側タイロッド角度θ２は小さくなる。このとき、左側の車輪１からタイロッド１５には圧縮方向の反力が作用し、右側の車輪２からタイロッド１６には引張方向の反力が作用するので、ラック軸１４の左端部はタイロッド１５から車両の後方向に向かう力を受け、ラック軸１４の右端部はタイロッド１６から車両の前方向に向かう力を受ける。したがって、左前センサ３１に作用する応力Ｆ１と右後センサ３４に作用する応力Ｆ４は小さくなり、左後センサ３２に作用する応力Ｆ２と右前センサ３３に作用する応力Ｆ３は大きくなり、左前センサ３１と右後センサ３４の出力は小さくなり、左後センサ３２と右前センサ３３の出力は大きくなる。
【００２６】
ハンドル１１を左に回転させた場合には（図４（ｃ））、ラック軸１４は中央位置から右に移動するので、左側タイロッド角度θ１は小さくなり、右側タイロッド角度θ２は大きくなる。このとき、左側の車輪１からタイロッド１５には引張方向の反力が作用し、右側の車輪２からタイロッド１６には圧縮方向の反力が作用するので、ラック軸１４の左端部はタイロッド１５から車両の前方向に向かう力を受け、ラック軸１４の右端部はタイロッド１６から車両の後方向に向かう力を受ける。したがって、左前センサ３１に作用する応力Ｆ１と右後センサ３４に作用する応力Ｆ４は大きくなり、左後センサ３２に作用する応力Ｆ２と右前センサ３３に作用する応力Ｆ３は小さくなり、左前センサ３１と右後センサ３４の出力は大きくなり、左後センサ３２と右前センサ３３の出力は小さくなる。
【００２７】
このようにハンドル１１の回転方向に応じて、左前センサ３１および右後センサ３４の出力が小さくなり、左後センサ３２および右前センサ３３の出力が大きくなる場合と、その逆になる場合とがある。また、圧力センサ３１〜３４の出力が変化する程度は、運転者がハンドル１１に与えた操舵トルクが大きいときほど大きくなる。したがって、例えば、図５に示すトルク算出処理を行うことにより、圧力センサ３１〜３４の出力に基づき操舵トルクＴの方向と大きさを求めることができる。
【００２８】
図５は、トルク算出部４３におけるトルク算出処理の一例を示すフローチャートである。トルク算出部４３は、圧力センサ３１〜３４の出力を受け取ると（ステップＳ１０）、圧力センサ３１〜３４の出力に基づき場合分けを行い（ステップＳ１１〜Ｓ１３）、各場合に応じて操舵トルクの方向と大きさを求める（ステップＳ２１〜Ｓ２３）。
【００２９】
より詳細には、トルク算出部４３は、ステップＳ１１では圧力センサ３１〜３４の出力がほぼ等しいか否かを判断し、ステップＳ１２では左前センサ３１および右後センサ３４の出力が所定値ｆ１よりも小さく、かつ、左後センサ３２および右前センサ３３の出力が所定値ｆ２よりも大きいか否かを判断し、ステップＳ１３では左前センサ３１および右後センサ３４の出力が所定値ｆ２よりも大きく、かつ、左後センサ３２および右前センサ３３の出力が所定値ｆ１よりも小さいか否かを判断する。
【００３０】
ステップＳ１１でＹｅｓの場合、トルク算出部４３はステップＳ２１へ進む。この場合、トルク算出部４３は、操舵トルクＴは中立と判断し、操舵トルクＴの大きさをゼロとする（ステップＳ２１）。ステップＳ１２でＹｅｓの場合、トルク算出部４３はステップＳ２２へ進む。この場合、トルク算出部４３は、操舵トルクＴは右方向と判断し、左前センサ３１および右後センサ３４の出力と左後センサ３２および右前センサ３３の出力との差に基づき、操舵トルクＴの大きさを計算する（ステップＳ２２）。ステップＳ１３でＹｅｓの場合、トルク算出部４３はステップＳ２３へ進む。この場合、操舵トルク算出部４３は、操舵トルクＴは左方向と判断し、左前センサ３１および右後センサ３４の出力と左後センサ３２および右前センサ３３の出力との差に基づき、操舵トルクＴの大きさを計算する（ステップＳ２３）。ステップＳ１１〜Ｓ１３のすべてでＮｏの場合、トルク算出部４３はステップＳ２４へ進む。この場合、トルク算出部４３は、操舵トルクＴを算出できないことをモータ制御部４４に通知する（ステップＳ２４）。
【００３１】
なお、図５に示すトルク算出処理は一例に過ぎず、トルク算出部４３は上記以外の手順で圧力センサ３１〜３４の出力に基づき操舵トルクＴの方向と大きさを求めてもよい。
【００３２】
以下、本実施形態に係る操舵装置１０の効果を説明する。操舵装置１０では、ラックハウジング２０とラックブッシュ２１、２２との間に、車両の前方向および後方向に向かって作用するラックハウジング２０の抗力を検知する圧力センサ３１〜３４が介装されているので、圧力センサ３１〜３４の出力に基づき操舵トルクＴを検知することができる。このようにステアリングシャフト１２にトーションバーを設けることなく操舵トルクＴを検知できるので、トーションバーの両端でトルクに時間遅れが生じることがない。したがって、操舵系の剛性を高めて、運転者の操舵感覚を向上させることができる。
【００３３】
また、圧力センサ３１〜３４は、ハンドル１１の回転に伴い軸方向に移動するラック軸１４ではなく、ハンドル１１を回転させても移動しないラックハウジング２０に固定的に取り付けられるので、ラック軸１４が移動してもセンサハーネスは移動しない。したがって、装置の構造が単純になり、耐久性や信頼性が向上する。
【００３４】
また、操舵装置１０によれば、圧力センサ３１〜３４の出力に基づき左側の車輪１からの反力と右側の車輪２からの反力を別々に求め、左側の車輪１が接する路面の状況と右側の車輪２が接する路面の状況を別々に推定することもできる。これにより、例えば、車両がμスプリット路を走行しているときに、左側と右側で路面の状況が異なることを検知して、車両を安全に走行させるための制御（例えば、ブレーキ制御）を行うことができる。従来のトーションバー方式の操舵装置（図６）によれば、操舵トルクを検知できるが、左右の車輪が接する路面の状況を別々に推定することはできない。
【００３５】
なお、操舵装置１０ではラックハウジングと各ラックブッシュとの間に一対の圧力センサを介装することとしたが、検知される操舵トルクの信頼性が低くてもよい場合には、ラックハウジングと各ラックブッシュとの間に１個の圧力センサを介装してもよい。
【００３６】
以上に示すように、本実施形態に係る操舵装置によれば、操舵トルクを検出する手段を有し、耐久性や信頼性が高く操舵感覚に優れた操舵装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る操舵装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す操舵装置における圧力センサの配置例を示す断面図である。
【図３】図１に示す操舵装置における圧力センサの他の配置例を示す断面図である。
【図４】図１に示す操舵装置に作用する力を示す図である。
【図５】図１に示す操舵装置におけるトルク算出処理を示すフローチャートである。
【図６】従来の操舵装置の構成例を示す図である。
【図７】従来の操舵装置の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、２…車輪、１０…操舵装置、１１…ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１３…ラックピニオン機構、１４…ラック軸、１５、１６…タイロッド、１７、１８…ナックルアーム、２０…ラックハウジング、２１、２２…ラックブッシュ、３１〜３４…圧力センサ、４１…モータ、４２…制御部、４３…トルク算出部、４４…モータ制御部
【図１】
2008143230.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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