(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドル（１）に接続されて回転する駆動プーリ（１１ｄｒ）と、車輪（ＷL ，ＷR ）を転舵するステアリングギヤボックス（３）に接続されて回転する従動プーリ（１１ｄｎ）と、駆動プーリ（１１ｄｒ）および従動プーリ（１１ｄｎ）を接続して操舵トルクを伝達する一対のケーブル（５，６）とを備えてなり、前記一対のケーブル（５，６）はそれぞれアウターチューブ（５ｏ，６ｏ）およびインナーケーブル（５ｉ，６ｉ）から構成され、アウターチューブ（５ｏ，６ｏ）の端部は駆動プーリ（１１ｄｒ）を収納する駆動プーリハウジング（２）に支持されるとともにインナーケーブル（５ｉ，６ｉ）は駆動プーリ（１１ｄｒ）に巻き付けられるケーブル式ステアリング装置において、
駆動プーリハウジング（２）に対して固定した一対のコイル（３８）の内部にそれぞれ環状に形成された磁歪材（４１）を配置し、前記磁歪材（４１）の内部を貫通するインナーケーブル（５ｉ，６ｉ）の張力に応じてアウターチューブ（５ｏ，６ｏ）に作用する軸方向圧縮力を前記磁歪材（４１）に作用させ、該磁歪材（４１）の透磁率の変化に伴う前記コイル（３８）のインダクタンスの変化に基づいてハンドル（１）に入力される操舵トルクを検出することを特徴とする、ケーブル式ステアリング装置における操舵トルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンドルとステアリングギヤボックスとをボーデンケーブル等のケーブルで接続したケーブル式ステアリング装置に関し、特にその操舵トルクの検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハンドルとステアリングギヤボックスとを接続するステアリングシャフトに代えて、ボーデンケーブル等のフレキシブルな伝達手段を採用したケーブル式ステアリング装置が提案されている（特開平８−２４３１号公報参照）。かかるケーブル式ステアリング装置を採用すれば、ステアリングギヤボックスの位置に対するハンドルの相対位置を自由に選択することが可能となるだけでなく、ステアリングギヤボックスの振動がハンドルに伝達され難くなる。
【０００３】
かかるケーブル式ステアリング装置に電動パワーステアリング装置を組み合わせる場合、アシスト用モータの作動を制御するためにハンドルに入力される操舵トルクを検出する必要がある。従来の操舵トルク検出装置は、駆動プーリから延びる一対のケーブル間にポテンショメータを配置し、そのポテンショメータの検出軸に固定したＶ字状の検出アームの両端に設けたローラを前記一対のケーブルにそれぞれ弾発的に当接させた構造を有していた。ハンドルに操舵トルクが加えられて駆動プーリが回転すると、一方のケーブルの張力が増加して他方のケーブルの張力が減少するため、張力が増加した側のケーブルにローラを押圧された検出アームが検出軸と共に回転することにより、ポテンショメータの出力が変化して操舵トルクが検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の操舵トルク検出装置は、部品点数および可動部分が多い複雑な構造のために充分な耐久性を確保することが難しく、また金属の縒線よりなるインナーケーブルがローラに沿って転動する際に検出アームが微振動するため、その微振動がポテンショメータの検出軸に伝達されて検出精度が低下する問題があった。しかもインナーケーブルがローラに当接する部分が張力の増減に応じて「く」字状に折れ曲がるため、ハンドルの剛性感が低下して操舵フィーリングが悪化する問題があった。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ケーブル式ステアリング装置において簡単な構造でハンドルの操舵トルクを確実に検出するとともに、ハンドルの剛性感を確保して操舵フィーリングの悪化を防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、ハンドルに接続されて回転する駆動プーリと、車輪を転舵するステアリングギヤボックスに接続されて回転する従動プーリと、駆動プーリおよび従動プーリを接続して操舵トルクを伝達する一対のケーブルとを備えてなり、前記一対のケーブルはそれぞれアウターチューブおよびインナーケーブルから構成され、アウターチューブの端部は駆動プーリを収納する駆動プーリハウジングに支持されるとともにインナーケーブルは駆動プーリに巻き付けられるケーブル式ステアリング装置において、駆動プーリハウジングに対して固定した一対のコイルの内部にそれぞれ環状に形成された磁歪材を配置し、前記磁歪材の内部を貫通するインナーケーブルの張力に応じてアウターチューブに作用する軸方向圧縮力を前記磁歪材に作用させ、該磁歪材の透磁率の変化に伴う前記コイルのインダクタンスの変化に基づいてハンドルに入力される操舵トルクを検出することを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、ハンドルに操舵トルクが入力されて駆動プーリが回転すると、一方のインナーケーブルの張力が増加して他方のインナーケーブルの張力が減少し、張力が増加した側のインナーケーブルを収納するアウターチューブが該インナーケーブルと同方向に引っ張られて軸方向圧縮力が発生する。駆動プーリハウジングに対して固定したコイルの内部に配置した磁歪材に前記アウターチューブの軸方向圧縮力が作用すると、磁歪材の透磁率が変化してコイルのインダクタンスが変化するため、そのインダクタンスの変化に基づいて操舵トルクを検出することができる。可動部分が全く存在せず、かつ部品点数の少ない簡単な構造であるため、高い信頼性で操舵トルクを確実に検出できるだけでなく、ケーブルに撓みを発生させないのでハンドルの剛性感を確保して操舵フィーリングの悪化を防止することができる。特に、環状に形成された磁歪材の内部をインナーケーブルが貫通するので、インナーケーブルを収納するアウターチューブの軸方向圧縮力を磁歪材に効果的に伝達することができるだけでなく、磁歪材をケーブルに対してコンパクトに配置することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【０００９】
図１〜図８は本発明の一実施例を示すもので、図１はケーブル式ステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図３の４−４線拡大断面図、図５は図１の５−５線拡大断面図、図６は操舵トルク検出回路を示す図、図７は操舵トルク検出回路の入力波形および出力波形を示す図、図８は操舵トルクセンサの出力に基づいて操舵トルクを算出する過程の説明図である。
【００１０】
図１に示すように、自動車のハンドル１の前方に設けた駆動プーリハウジング２と、ステアリングギヤボックス３の上方に設けた従動プーリハウジング４とが、２本のボーデンケーブル５，６によって接続される。ステアリングギヤボックス３の両端部から車体左右方向に延びるタイロッド７L ，７R が、左右の車輪ＷL ，ＷR を支持するナックル（図示せず）に接続される。
【００１１】
図２および図３に示すように、ハンドル１のボス部８にナット９で固定された回転軸１０ｄｒが駆動プーリハウジング２に回転自在に支持されており、この回転軸１０ｄｒに駆動プーリ１１ｄｒが固定される。２本のボーデンケーブル５，６はアウターチューブ５ｏ，６ｏと、その内部に摺動自在に収納されるインナーケーブル５ｉ，６ｉとから構成される。駆動プーリ１１ｄｒの外周には１本のプーリ溝１１1 が螺旋状に形成され、また両側面にはプーリ溝１１1 の両端に連なる固定溝１１2 ，１１2 と、この固定溝１１2 ，１１2 の両端に連なるピン孔１１3 ，１１3 とが形成される。各ボーデンケーブル５，６のインナーケーブル５ｉ，６ｉは、それらの一端に固定したピン１２，１２を駆動プーリ１１ｄｒのピン孔１１3 ，１１3 に圧入した後に、固定溝１１2 ，１１2 からプーリ溝１１1 に巻き付けられて駆動プーリ１１ｄｒの直径方向両端部から略同方向に引き出される。
【００１２】
ボーデンケーブル５，６のアウターチューブ５ｏ，６ｏを駆動プーリハウジング２に取り付ける部分に一対の操舵トルクセンサ３１L ，３１R が設けられる。一対の操舵トルクセンサ３１L ，３１R は同一の構造を備えているため、その代表としてボーデンケーブル５側の操舵トルクセンサ３１L の構造を図４を参照して説明する。
【００１３】
操舵トルクセンサ３１L は第１ケーシング３２および第２ケーシング３３を備えており、第１ケーシング３２の一端部は第２ケーシング３３の一端部に嵌合してネジ結合３４される。第１ケーシング３２の他端部は、駆動プーリハウジング２に固定した取付部材３５にネジ結合３６されてロックナット３７で回転不能にロックされる。外周にコイル３８を巻き付けたボビン３９が第１ケーシング３２および第２ケーシング３３の結合部に配置され、ワッシャ４０によって軸方向に位置決めされる。円筒状に形成された磁歪材４１が前記コイル３８の半径方向内側に対応するボビン３９の内周面に嵌合する。磁歪材４１は、それに作用する荷重に応じて透磁率が変化する物質から構成される。
【００１４】
大径部４２1 および小径部４２2 を有する段付き円筒状に形成されたスライダ４２は、その大径部４２1 の外周に設けた合成樹脂製のベアリング４３を介して第２ケーシング３３の内周面に軸方向摺動自在に支持される。スライダ４２の小径部４２2 の端部はボビン３９と一体に形成された円筒状のガイド部３９1 に摺動自在に嵌合し、円筒状のスペーサ４４を介して磁歪材４１に当接する。ボーデンケーブル５のアウターチューブ５ｏの端部が第２ケーシング３３の他端部を貫通してスライダ４２の大径部４２1 に嵌合する。ボーデンケーブル５の急激な折れ曲がりを防止すべく、アウターチューブ５ｏの内周に螺旋状の金属帯材４５と、軸方向に延びる多数の細い樹脂材４６…とが配置されており、それら樹脂材４６…の内側にインナーケーブル５ｉが摺動自在に嵌合する。アウターチューブ５ｏから外部に延びるインナーケーブル５ｉは、スライダ４２、スペーサ４４、磁歪材４１および第１ケーシング３２の内部に保持したガイド部材４７の内部を貫通し、駆動プーリハウジング２の内部に導かれる。
【００１５】
ボビン３９に巻き付けたコイル３８から延びるリード線４８は、第１ケーシング３２を貫通して図示せぬ制御装置に接続される。
【００１６】
図１および図５に示すように、従動プーリハウジング４に回転自在に支持された回転軸１０ｄｎに従動プーリ１１ｄｎが固定されており、両インナーケーブル５ｉ，６ｉの他端が従動プーリ１１ｄｎの外周に形成した螺旋状のプーリ溝１１1 に複数回巻き付けられて固定され、また両ボーデンケーブル５，６のアウターチューブ５ｏ，６ｏの他端が従動プーリハウジング４に固定される。従動プーリハウジング４からステアリングギヤボックス３の内部に突出する回転軸１０ｄｎの先端にピニオン２１が設けられており、このピニオン２１がステアリングギヤボックス３の内部に左右摺動自在に支持されたステアリングロッド２２に形成したラック２３に噛み合っている。
【００１７】
従動プーリハウジング４にパワーアシスト手段としてのパワーステアリング用モータ２４が支持されており、従動プーリハウジング４の内部で出力軸２５に設けたウオーム２６が回転軸１０ｄｎに設けたウオームホイール２７に噛み合っている。従って、パワーステアリング用モータ２４のトルクはウオーム２６およびウオームホイール２７を介して回転軸１０ｄｎに伝達される。
【００１８】
図６は操舵トルクを検出するための回路を示すもので、５ボルトの電源ライン５１とパルス信号発生手段５２との間に抵抗５３および前記コイル３８が直列に接続されており、抵抗５３およびコイル３８間からセンサ出力Ｖ（ｔ）が取り出される。
【００１９】
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。
【００２０】
車両を旋回させるべくハンドル１を操作して回転軸１０ｄｒを図３のＡ方向に回転させると、駆動プーリ１１ｄｒに巻き付けられたボーデンケーブル５，６の一方のインナーケーブル６ｉが引かれ、他方のインナーケーブル５ｉが弛められることにより、駆動プーリ１１ｄｒの回転が従動プーリ１１ｄｎに伝達される。その結果、図５に示す従動プーリ１１ｄｎの回転軸１０ｄｎが回転し、ステアリングギヤボックス３内のピニオン２１、ラック２３およびスアリングロッド２２を介して車輪ＷL ，ＷR に操舵トルクが伝達される。逆に回転軸１０ｄｒを図３のＡ′方向に回転させると、ボーデンケーブル５，６の他方のインナーケーブル５ｉが引かれ、一方のインナーケーブル６ｉが弛められることにより、駆動プーリ１１ｄｒの回転が従動プーリ１１ｄｎに逆方向に伝達されるため、車輪ＷL ，ＷR に逆方向の操舵トルクが伝達される。
【００２１】
さて、回転軸１０ｄｒが図３のＡ′方向に回転してインナーケーブル５ｉが引かれたとき、そのインナーケーブル５ｉによってアウターチューブ５ｏに図４の矢印Ｂ方向の圧縮荷重が作用する。アウターチューブ５ｏの圧縮荷重はスライダ４２およびスペーサ４４を介して磁歪材４１に伝達され、この磁歪材４１は軸方向に荷重ｐで圧縮されて透磁率が変化する。
【００２２】
前記コイル３８のインダクタンスＬは次式で与えられる。
【００２３】
Ｌ＝ｋ×μ0 ×μT （ｐ）×πｒ2 ／（ａ×Ｎ2 ）
ここで、ｒはコイル３８の半径、ａはコイル３８の長さ、Ｎはコイル３８の巻き数、μ0 は空気の透磁率、μT （ｐ）は荷重ｐにより変化する磁歪材４１の透磁率、ｋは長岡係数である。長岡係数ｋは、２ｒ／ａをパラメータとして換算表から求められる。
【００２４】
上式から明らかなように、荷重ｐが作用すると磁歪材４１の透磁率μT （ｐ）が変化してコイル３８のインダクタンスＬが変化するため、そのインダクタンスＬの変化に基づいて磁歪材４１に作用する荷重ｐを検出することができる。そして前記荷重ｐはインナーケーブル５ｉに作用する張力、即ちハンドル１に加えられる操舵トルクに比例するため、コイル３８のインダクタンスＬの変化に基づいて操舵トルクを検出することができる。
【００２５】
これを更に説明すると、図６に示す回路のパルス信号発生手段５２が図７（Ａ）に示すような矩形波を出力すると、図７（Ｂ）に示すセンサ出力Ｖ（ｔ）の立ち下がり部分はＶ（ｔ）＝５×ｅｘｐ（−Ｒｔ／Ｌ）で与えられる。そしてセンサ出力Ｖ（ｔ）のボトム電圧はコイル３８のインダクタンスＬが大きいときに大きくなり、コイル３８のインダクタンスＬが小さいときに小さくなるため、このボトム電圧を出力電圧としてインナーケーブル５ｉ，６ｉの張力を検出することができる。
【００２６】
而して、図８（Ａ）に示すように、ハンドル１を右方向に操舵すると、操舵トルクセンサ３１R の出力電圧はリニアに増加して操舵トルクセンサ３１L の出力電圧はゼロに保持され、逆にハンドル１を左方向に操舵すると、操舵トルクセンサ３１L の出力電圧はリニアに増加して操舵トルクセンサ３１R の出力電圧はゼロに保持される。従って、図８（Ｂ）に示すように２つの操舵トルクセンサ３１L ，３１R の出力電圧の差を算出することにより、ハンドル１の操舵トルクＴ＝ＣR −ＣL を得ることができる。
【００２７】
このようにしてハンドル１の操舵トルクが検出されると、その操舵トルクを打ち消してボーデンケーブル５，６の張力を一定に保持するようにパワーステアリング用モータ２４にアシストトルクを発生させることにより、好適なパワーステアリングのアシスト特性を得ることができる。
【００２８】
而して、ハンドル１の操作に伴ってアウターチューブ５ｏ，６ｏに作用する圧縮荷重で磁歪材４１の透磁率を変化させて操舵トルクを検出するので、部品点数が少なく可動部分が存在しない簡単な構造で操舵トルクセンサ３１L ，３１R を構成することができ、高い信頼性で操舵トルクを確実に検出することが可能となる。しかもボーデンケーブル５，６のインナーケーブル５ｉ，６ｉが屈曲したり、アウターチューブ５ｏ，６ｏが軸方向に移動したりしないため、ハンドル１の剛性感を確保して操舵フィーリングを高めることができる。更に、インナーケーブル５ｉ，６ｉの外周を囲むように磁歪材４１およびコイル３８を同軸に配置したので、操舵トルクセンサ３１L ，３１R をコンパクトに構成できるだけでなく、アウターチューブ５ｏ，６ｏの圧縮荷重を磁歪材４１に効果的に伝達することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３０】
例えば、実施例ではパワーステアリング用モータ２４でドライバーの操舵力をアシストするステアリング装置を説明したが、本発明は、パワーステアリング用モータ２４を使用せずに、ボーデンケーブル５，６を介して伝達される荷重だけでマニュアル操舵を行うステアリング装置に対しても適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、ハンドルに操舵トルクが入力されて駆動プーリが回転すると、一方のインナーケーブルの張力が増加して他方のインナーケーブルの張力が減少し、張力が増加した側のインナーケーブルを収納するアウターチューブが該インナーケーブルと同方向に引っ張られて軸方向圧縮力が発生する。駆動プーリハウジングに対して固定したコイルの内部に配置した磁歪材に前記アウターチューブの軸方向圧縮力が作用すると、磁歪材の透磁率が変化してコイルのインダクタンスが変化するため、そのインダクタンスの変化に基づいて操舵トルクを検出することができる。可動部分が全く存在せず、かつ部品点数の少ない簡単な構造であるため、高い信頼性で操舵トルクを確実に検出できるだけでなく、ケーブルに撓みを発生させないのでハンドルの剛性感を確保して操舵フィーリングの悪化を防止することができる。特に、環状に形成された磁歪材の内部をインナーケーブルが貫通するので、インナーケーブルを収納するアウターチューブの軸方向圧縮力を磁歪材に効果的に伝達することができるだけでなく、磁歪材をケーブルに対してコンパクトに配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ケーブル式ステアリング装置の全体斜視図
【図２】  図１の２−２線拡大断面図
【図３】  図２の３−３線断面図
【図４】  図３の４−４線拡大断面図
【図５】  図１の５−５線拡大断面図
【図６】  操舵トルク検出回路を示す図
【図７】  操舵トルク検出回路の入力波形および出力波形を示す図
【図８】  操舵トルクセンサの出力に基づいて操舵トルクを算出する過程の説明図
【符号の説明】
１            ハンドル
２            駆動プーリハウジング
３            ステアリングギヤボックス
５            ボーデンケーブル（ケーブル）
５ｉ          インナーケーブル
５ｏ          アウターチューブ
６            ボーデンケーブル（ケーブル）
６ｉ          インナーケーブル
６ｏ          アウターチューブ
１１ｄｒ      駆動プーリ
１１ｄｎ      従動プーリ
３８          コイル
４１          磁歪材
ＷL           車輪
ＷR           車輪
【図１】
0003908861.tif 000002
【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】
0003908861.tif 000007
【図７】
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【図８】
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