(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング操作部の操舵による入力をギヤを有する伝動装置を介して車輪側に出力する操舵装置であって、上記伝動装置における上記ギヤの噛み合い圧を変更可能な変位機構と、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、同運転状態検出手段の検出結果に応じて上記変位機構に上記噛み合い圧の変更指令を行なう制御手段とを有することを特徴とする操舵装置。
【請求項２】
請求項１記載の操舵装置において、上記伝動装置は、上記ステアリング操作部の操舵に伴い回動する入力軸と、同入力軸の回動に連動して同入力軸の軸方向に沿って移動し外周面にラックギヤが形成される中間部材と、上記ラックギヤに上記ステアリング操作部の中立位置近傍で最大噛み合い圧を発生し得るように噛み合うテーパギヤが形成される出力軸とを有し、上記変位機構は上記出力軸を軸方向に変位させることを特徴とする操舵装置。
【請求項３】
請求項１乃至２記載の操舵装置において、上記運転状態検出手段としての車速検出手段を備え、上記制御手段は、車速が大きいほど上記噛み合い圧が大きくなるように、上記変位機構に上記変更指令を行なうことを特徴とする操舵装置。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の操舵装置において、車室内に設けられて乗員が操作可能な調整機構をさらに備え、同調整機構の上記操作により上記噛み合い圧を変更可能としたことを特徴とする操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は操舵装置、特に運転状態に応じて操舵力を可変とする操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、操舵力を可変とする操舵装置として、ステアリング操作部の操舵をアシストする油圧を変化させる、油圧可変式パワーステアリング装置が提案されている。
【０００３】
この油圧可変式パワーステアリング装置は、ステアリングギヤボックス内等に配設されて操舵をアシストするピストンに油圧を導く油路を乗員の操舵に応じて切換制御するコントロールバルブと、油圧を発生するオイルポンプと、該コントロールバルブとオイルポンプとを連結する油路の途中に設けられる可変油圧レギュレータとを備え、該可変油圧レギュレータを制御することによりコントロールバルブに送出する油圧を調整し、操舵力を可変としている。そしてこの可変油圧レギュレータを車速に応じて制御し、低速時にはオイルポンプが発生する油圧を全てコントロールバルブに送出するとともに、高速時には油圧の一部をリターン通路を介してリザーバに戻している。コントロールバルブは乗員の操舵力に応じた開度で開弁し、ピストンに油圧を送出しているが、上記したように車速に応じて可変油圧レギュレータを制御することにより、図６のグラフに示す操舵力に対するアシスト油圧の特性は、実線で示す低速時のアシスト油圧に比べて一点鎖線で示す高速時のアシスト油圧が低くなり、高速時には低速時に比べて操舵に要する力が大きくなるのである。油圧可変式パワーステアリング装置では、このようにして、低速時に操舵力を小さくして乗員の負担を軽減するとともに、高速時に操舵力を大きくして直進安定性を向上させている。
【０００４】
一方、一般的な周知のボールナット式ステアリング装置では、ステアリング操作に伴って摺動し外面にラックギヤが形成されるピストンと、該ラックギヤに噛み合うテーパギヤとして形成されたセクタギヤを有するセクタシャフトと、該セクタシャフトの端部に当接しかつステアリングギヤハウジングに螺合されるアジャストスクリューとを備えており、該アジャストスクリューを締め込む、または緩めることにより、セクタシャフトを軸方向に変位させ、ラックギヤとセクタギヤとの噛み合い圧を調整するようにしている。この噛み合い圧を変化させると、フリクションにより操舵力が変化することが知られており、メーカ出荷時の操舵力チューニングや、点検整備時における再調整がこのアジャストスクリューにより行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した油圧可変式パワーステアリング装置では、アシスト油圧を可変制御することにより、操舵力を変化させているが、これには以下のような問題点がある。すなわち、可変油圧レギュレータでコントロールバルブに送出する油圧を制御することにより、図６に実線および一点鎖線で示すように操舵力に対するアシスト油圧が変化するが、元来タイヤの揺動に対して大きな操舵力を必要としない領域では、図６に示すようにアシスト油圧の変化も小さくなる。このため、この元来タイヤの揺動に対して大きな操舵力を必要としない領域では、操舵力の変化が小さくなり、十分な効果を上げられない場合があった。例えば、タイヤをほとんど揺動させない微操舵域では、進行方向とタイヤ回転方向の差が微小となり、タイヤの揺動に対する必要な操舵力が小さいが、ここで操舵力を大きくして直進安定性を向上させるためアシスト油圧を減じたとしても、アシスト油圧の絶対値が小さいためそのアシスト油圧を減らすのには限界があり、十分に操舵力を大きくする効果が得られない場合があった。
【０００６】
また、上記した一般的なボールナット式ステアリング装置では、操舵力の調整作業が煩わしいという問題がある。すなわち、この調整作業を行なうためには、エンジンルーム等に配されるステアリングギヤボックスのアジャストスクリューを直接レンチ等で締め付け調整する必要があり、乗員の好みに応じた操舵力に調整しようとしても、その作業は大変煩わしいものとなってしまう。その上、このようなボールナット式ステアリング装置では、車速やその他の運転状態に応じて操舵力を制御することができない。しかも、操舵力が大きくなるように調整すると低速時に乗員の負担が増加するため、操舵力が小さくなるようにラックギヤとセクタギヤとの噛み合い圧を低く調整するのが一般的だが、噛み合い圧を低くするとそれに伴って噛み合いのガタが大きくなり、ステアリング操作部の遊びが大きくなってしまう。このため、特に高速直進時に修正操舵が難しくなり、操舵力が小さいことも重なって直進安定性が低下するという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点に鑑み創案されたものであり、請求項１に示す操舵装置では、伝動装置におけるギヤの噛み合い圧を運転状態検出手段の検出結果に応じて変更可能としている。
【０００８】
このため、ギヤの噛み合い圧の運転状態に応じた制御によって操舵力を変化させているので、操舵力を確実に可変とすることができる。特に、従来の油圧可変式パワーステアリング装置で十分な効果を得られなかったステアリング操作部の微操舵域においても、操舵力を確実に可変とすることができる。
【０００９】
また、請求項２に示す操舵装置では、請求項１に示す操舵装置において、ラックギヤにステアリング操作部の中立位置近傍で最大噛み合い圧を発生し得るように噛み合うテーパギヤを設け、上記ラックギヤと上記テーパギヤとの噛み合い圧を、出力軸を軸方向に変位させることで変更可能としている。
【００１０】
このため、ラックギヤとテーパギヤとは、ステアリング操作部の中立位置近傍で最大噛み合い圧を発生し得るように噛み合うので、微操舵域における操舵力の変化をより大きなものとすることができる。この場合において、好ましくは変位機構を出力軸端部に当接しかつ出力軸が収容されるハウジングに螺合するねじ部材と、該ねじを回動させるアクチュエータとから構成すれば、さらに従来構造の適用が可能となるため、好適である。
【００１１】
また、請求項３に示す操舵装置では、請求項１乃至２に示す操舵装置において、運転状態検出手段としての車速検出手段を備え、車速が大きいほど上記噛み合い圧が大きくなるよう制御している。
【００１２】
このため、低速時には操舵力を小さくして乗員の負担を軽減するとともに、フリクションを減らしてステアリング操作部の中立位置への戻り性能を向上させ、高速時には操舵力を大きくして適度な操舵感を与えると同時にステアリング操作部の遊びを小さくし直進安定性を向上させることができる。
【００１３】
また、請求項４に示す操舵装置では、請求項１乃至３に示す操舵装置において、乗員が操作可能な調整機構を車室内に設け、該調整機構により上記噛み合い圧を変更可能としている。
【００１４】
このため、乗員が好みに応じて、しかも極めて容易に操舵力を調整することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る実施例を、図１乃至図５を用いて説明する。図１および図２は伝動装置としてのボールナット式パワーステアリング装置を示しており、図２は図１におけるＡ−Ａ断面を示したものである。ステアリングギヤハウジング１内には、該ステアリングギヤハウジング１に対し回動不能かつ摺動可能に中間部材としてのピストン３が挿入される。また、運転席に配置されて乗員が操作する図示しないステアリング操作部としてのステアリングホイールに連結され、該ステアリングホイールの操作に伴って回動する入力軸としてのウォームシャフト２が、ピストン３に回動可能に挿入されている。なお、ピストン３と一体に形成されるボールナット４を介してウォームシャフト２とピストン３とが連結されている。ボールナット４は従来一般的に用いられるものと同様の構造であり、この場合、ウォームシャフト２およびピストン３にそれぞれ形成されたらせん状溝の間にボールが介在している。
【００１６】
ピストン３の外周面には、その摺動方向に並んでラックギヤ５が形成されており、このラックギヤ５は、出力軸としてのセクタシャフト６にテーパ歯として形成されたセクタギヤ７と噛み合っている。また、セクタシャフト６は、その軸方向に僅かに変位可能とされている。セクタシャフト６の軸方向他端部には図示しないピットマンアームが接続され、リンク機構を介して図示しないタイヤに接続されている。なお、ウォームシャフト２が挿通されている図２中の符号１８は、ステアリングホイールの操舵力に応じて内蔵するコントロールバルブの開度を調整し、ピストン３の摺動、すなわちウォームシャフト２の回動をアシストする油圧を制御するバルブボデーである。このバルブボデー１８の詳細構造については周知の一般的なものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００１７】
次に変位機構について説明する。セクタシャフト６の軸方向一端部に形成された凹部８の底面に、アジャストスクリュー９の先端部が当接している。このアジャストスクリュー９はステアリングギヤハウジング１に螺合しており、基端側には第一減速ギヤ１０が同軸に設けられている。さらに第一減速ギヤ１０にはステッパモータ１２に連結された第二減速ギヤ１１が歯合しており、アジャストスクリュー９はステッパモータ１２により回動可能とされている。なお、アジャストスクリュー９には鍔部１６が形成され、凹部８には円筒状のリテーナ１７が嵌合して、アジャストスクリュー９が凹部８から脱落するのを防止している。
【００１８】
制御手段としてのコントロールユニット（ＥＣＵ）１３にはステッパモータ１２が接続されており、ＥＣＵ１３からの駆動信号によってステッパモータ１２が制御される。また、ＥＣＵ１３にはさらに運転状態検出手段としての車速検出手段（本実施例では車速センサ１４を用いる）、アジャストスクリュー９の回転位相を検出する位相検出センサ１５、運転席に配置されて乗員により操作される調整機構としての調整ツマミ１９が接続されている。
【００１９】
続いて上記の構成にかかる本実施例の作用について説明する。上記の構成において、乗員がステアリングホイールを操舵すると、それに伴ってウォームシャフト２が回動する。これがボールナット４を介してピストン３に伝わり、ピストン３が図２における左右方向に摺動する。このとき、バルブボデー１８に内蔵されたコントロールバルブは、操舵力に応じた開度で開閉するとともに油圧路を切り換えて、ピストン３の摺動を図６に実線で示すのと同様にアシストする。このピストン３の摺動はラックギヤ５を介してセクタギヤ７に伝えられ、セクタシャフト６が回動する。これによってセクタシャフト６にとりつけられたピットマンアームが揺動し、それがリンク機構に伝えられてタイヤが操舵される。
【００２０】
アジャストスクリュー９は、その先端部とセクタシャフト６とが当接することで、セクタシャフト６を軸方向に位置決めしている。上述したように、セクタシャフト６を軸方向に変位させると、ラックギヤ５とセクタギヤ７との噛み合い圧が増加または減少する。ここで、本実施例では図２に示すようにセクタギヤ７を３ノッチ設け、図２に示される位置をステアリングホイールの中立位置として、左右に約３０°ずつセクタシャフト６が回動する。中立位置ではセクタギヤ７の中央のノッチがラックギヤ５と完全に噛み合っているが、セクタシャフト６の回動に伴ってこの噛み合いが外れ、次にセクタギヤ７の両端のノッチがラックギヤ５と完全に噛み合う以前にステアリングホイールが最大舵角に達するように設定されている。このため、セクタギヤ７の中央のノッチがラックギヤ５と完全に噛み合っている中立位置において、ラックギヤ５とセクタギヤ７との噛み合い圧は最大となり、これに伴い、噛み合い圧をかけた場合の操舵力は、図３に示すように中立位置近傍が他の部分に比べて大きくなる。即ち、セクタシャフト６のセクタギヤ７は、ラックギヤ５にステアリングホイールの中立位置近傍で最大噛み合い圧を発生させながら噛み合う。このようにラックギヤ５とセクタギヤ７との噛み合い圧は、セクタシャフト６の回動に伴って一定とはなっていないが、本実施例ではセクタシャフト６の軸方向位置を規定することにより、最大噛み合い圧を規定している。
【００２１】
ＥＣＵ１３は、車速センサ１４、位相検出センサ１５、調整ツマミ１９から送られる各信号を基に、アジャストスクリュー９の回動すべき位相（駆動位相Ｉs）を図４に示すフローチャートに従って決定し、ステッパモータ１２に駆動信号を送出する。この駆動位相Ｉsの決定に関しては、図４のフローチャートに沿って詳細に説明すると、まずステップＳ１では車速センサから車速ｖ、位相検出センサ１５から現在のアジャストスクリュー９の回転位相Ｉｇ、調整ツマミ１９から乗員が調整した調整位相Ｔを読みとる。次にステップＳ２では車速ｖに応じたアジャストスクリュー９の目標回転位相Ｉｍを、図５のグラフに実線で示すように、車速の増加に応じて段階的に大きくなるよう導出する。駆動位相Ｉsは現在のアジャストスクリュー９の回転位相Ｉｇから目標回転位相Ｉｍに到達させるのに必要な位相であるから、ステップＳ３では目標回転位相Ｉｍから現在の回転位相Ｉｇを減じる。ここで、調整ツマミ１９はラックギヤ５とセクタギヤ７とが経時的に摩耗して噛み合い圧が低くなったときの対策として、かつ乗員が自分の好みに応じて操舵力を調整できるように設けてあるもので、目標回転位相Ｉｍに調整位相Ｔを加えることにより、駆動位相Ｉsが決定されて処理が終了する。この調整位相Ｔにより目標回転位相Ｉｍは実質図５のグラフに一点鎖線で示すように、調整位相Ｔを正とした場合には標準の目標回転位相（図５における実線）よりも大きく（噛み合い圧が高くなる方向）、調整位相Ｔを負とした場合には標準の目標回転位相よりも小さく（噛み合い圧が低くなる方向）変化する。
【００２２】
このように車速の上昇に応じて目標回転位相Ｉｍを大きくし、アジャストスクリュー９とセクタシャフト６との当接位置を変えることで、セクタシャフト６を軸方向に変位させ、ラックギヤ５とセクタギヤ７との噛み合い圧が大きくなるように制御すると、ステアリングホイールの操舵角に対する必要な操舵力は、図３に実線および一点鎖線で示すように、低速域では実線で示す低い操舵力、中速域では中間に一点鎖線で示す中操舵力、高速域では最上の一点鎖線で示す高い操舵力というように、中立位置近傍が車速に応じて大きくなるよう変化する。また、これに伴ってステアリングホイールの遊びが小さくなるように変化する。
【００２３】
以上説明したように、本実施例においては、アジャストスクリュー９の回転位相を車速に応じて調整することにより、セクタシャフト６を軸方向に変位させ、ラックギヤ５とセクタギヤ７との噛み合い圧を増加または減少させるようにしたので、微操舵域においても操舵力を十分に可変とし、低速時における乗員の負担を軽減しステアリングホイールの中立位置への戻り性能を向上させるとともに、高速時における適度な操舵力と遊びの少なさにより直進安定性を向上させることができる。特に中立位置近傍で最大噛み合い圧を発生するように構成しているため、高速時に主となる微操舵域での操舵において、必要操舵力をより大きなものとすることができる。
【００２４】
また、従来から用いられているボールナット式ステアリング装置の調整機構と同様のアジャストスクリュー９をステッパモータ１２により回動させるようにしたので、従来構造に対してステッパモータ１２によりアジャストスクリュー９を回動挿せるための機構を付加するのみで実施できる。
【００２５】
さらに、運転席に調整ツマミ１９を設けて噛み合い圧を変更できるようにしたので、ラックギヤ５とセクタギヤ７とが摩耗したときの調整が容易となるとともに、乗員の好みに応じた操舵力の調整を極めて容易に行なうことができる。このとき、例えば車速に応じた噛み合い圧制御を無効化するスイッチを調整ツマミ１９近傍に配し、調整ツマミ１９によって設定した噛み合い圧を、車速によらず常に発生するようにしてもよい。
【００２６】
なお、上述した実施例では、アジャストスクリュー９をステッパモータ１２を用いて回動させる構造を示したが、これに限らず、例えば図７および図７におけるＢ矢視を簡易的に示す図８のように、油圧ピストン２０によりアジャストスクリュー９を回動させてもよい。
【００２７】
具体的には、油圧ピストン２０は、ステアリングギヤハウジング１に取り付けられたブラケット２３に、ゴムマウント２４を介して取り付けられている。アジャストスクリュー９のねじピッチは粗いものとし、アジャストスクリュー９の頭部に連結ロッド２１の一端を取り付けて該連結ロッド２１の揺動によりアジャストスクリュー９を回動可能とする。そして連結ロッド２１の他端にピストンロッド２２の先端を取り付け、ピストンロッド２２の軸方向動により連結ロッド２１を揺動させる。
【００２８】
油圧ピストン２０内にはコントロールバルブが内蔵されており、ＥＣＵ１３からの駆動信号に基づいてピストンの変位、すなわちアジャストスクリュー９の回転位相を調整している。なお、油圧ピストン２０はさらに図示しないオイルポンプおよびリザーバに連結されている。ねじピッチを粗いものとしているので、連結ロッド２１の僅かな揺動でもアジャストスクリュー９の回動による軸方向変位を大きくできる。ゴムマウント２４は、連結ロッド２１の揺動により油圧ピストン２０が僅かに揺動する力を吸収するものである。その他の部分や制御法については上述した実施例と同様とすることにより、上述の実施例と同様の効果を奏することができる。
【００２９】
なお、図７に示す構造とは別に、油圧ピストン２０でセクタシャフト６を直接軸方向に押してもよい。また、セクタシャフト６の一端部に油圧室を設けて、該油圧室に作動油を送りこむことにより、セクタシャフト６を直接変位させてもよい。このように油圧機構を用いる場合、油圧ピストン２０やセクタシャフト６にかける作動油の量を規定することにより、セクタシャフト６の軸方向位置を規定することができる。
【００３０】
また、運転状態検出手段として車速センサ１４を設けた例を示したが、他の運転状態、例えば車両のヨーレートや、乗員によるアクセルペダルの踏込み量または踏込み速度を検出するセンサを設け、該センサの検出結果応じて噛み合い圧を制御してもよい。ヨーレートの増加に伴って噛み合い圧を大きくする方向に制御すると、車両の高速旋回時において、適度な操舵感を与えると同時にステアリングホイールの遊びが減少するため、乗員の操舵に対する安定感が向上する。また、アクセルペダルの踏込み量や踏込み速度が大きくなるのに伴って噛み合い圧を大きくする方向に制御すると、車両の急加速時に操舵力を大きくして直進安定性を向上することができる。
【００３１】
さらに、本実施例ではボールナット式パワーステアリング装置を示したが、例えばウォームセクタ式のステアリング装置、あるいはパワーアシスト機能を有さないステアリング装置にも本発明を適用することができる。
【００３２】
その上、ラック＆ピニオン式ステアリング装置にも本発明を適用することができる。ラック＆ピニオン式ステアリング装置では、入力軸に連結された入力ギヤとしてのピニオンギヤが回動すると、それに伴ってピニオンギヤに噛み合う出力ギヤとしてのラックギヤが形成された出力軸がその軸方向に移動するが、このとき、例えば入力軸の軸方向および出力軸の摺動方向にともに直交する方向に出力軸を変位させる、上記したような変位機構を設けることにより、ピニオンギヤとラックギヤとの噛み合い圧を制御可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１記載の発明によれば、入力ギヤと出力ギヤとの噛み合い圧の制御によって、操舵力を確実に可変とすることができる。特に、従来の油圧可変式パワーステアリング装置で十分な効果を得られなかったステアリング操作部の微操舵域においても、操舵力を確実に可変とすることができる。
【００３４】
また、請求項２記載の発明によれば、ラックギヤとテーパギヤとは、ステアリング操作部の中立位置近傍で最大噛み合い圧を発生させながら噛み合うようにしたので、微操舵域における操舵力の変化をより大きなものとすることができる。また、出力軸を軸方向に変位させることで上記ラックギヤと上記テーパギヤとの噛み合い圧を変更可能としたので、例えば従来用いられているようなボールナット式ステアリング装置の噛み合い圧調整機構を利用して本発明を実施することができる。
【００３５】
また、請求項３記載の発明によれば、低速時には操舵力を小さくして乗員の負担を軽減するとともに、フリクションを減らしてステアリングホイールの中立位置への戻り性能を向上させ、高速時には操舵力を大きくして適度な操舵感を与えると同時にステアリングホイールの遊びを小さくし直進安定性を向上させることができる。
【００３６】
さらに、請求項４記載の発明によれば、乗員が車室内に設けられた調整機構を操作して、入力ギヤと出力ギヤとの噛み合い圧を変更可能としたので、乗員が好みに応じて、しかも極めて容易に操舵力を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図
【図３】ステアリングホイールの舵角に対する操舵力を示すグラフ
【図４】ＥＣＵ１３による駆動位相Ｉs導出のフローチャート
【図５】車速に対するアジャストスクリュー９の目標回転位相を示すグラフ
【図６】操舵力に対するパワーステアリング装置のアシスト油圧を示すグラフ
【図７】本発明の他の実施例を示す図
【図８】図７におけるＢ矢視を簡易的に示す図
【符号の説明】
１          ステアリングギヤハウジング
２          ウォームシャフト
３          ピストン
５          ラック歯
６          セクタシャフト
７          セクタギヤ
９          アジャストスクリュー
１２        ステッパモータ
１３        ＥＣＵ
１４        車速センサ
１５        位相検出センサ
【図１】
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【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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【図８】
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