JP3934925B2 - ケーブル式ステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリング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する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用ステアリング装置は、上端にステアリングハンドルを有するステアリングシャフトの下端をステアリングギヤボックスに接続し、ステアリングハンドルに入力される操舵トルクをステアリングシャフトを介してステアリングギヤボックス内に設けたラックアンドピニオン機構に伝達するようになっていた。
【０００３】
しかしながら、ステアリングシャフトを用いてステアリングハンドルとステアリングギヤボックスとを接続すると、ステアリングギヤボックスの位置に対するステアリングハンドルの相対位置を自由に選択することが難しいため、設計自由度が大幅に制限されるばかりか、右ハンドル車と左ハンドル車とでステアリングギヤボックスを共用できないという問題がある。しかも、路面からタイヤに入力される振動やエンジンの振動がステアリングシャフトを介してステアリングハンドルに入力されるため、その振動によって車室内の静粛性や乗り心地が阻害されるという問題がある。
【０００４】
そこで、従来の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ステアリングハンドルの相対位置を自由に選択することが可能になり、しかもステアリングギヤボックスの振動ががステアリングハンドルに伝達され難くなるため、上述した各問題を解消することができる。
【０００５】
またドライバーによりステアリングハンドルに入力される操舵トルクを検出し、この操舵トルクに基づいてアシストモータを駆動することでドライバーのステアリング操作をアシストする電動パワーステアリング装置も公知である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかるケーブル式ステアリング装置は、操舵トルクの伝達時にケーブルが伸び縮みするため、ステアリングシャフトでステアリングハンドルとステアリングギヤボックスとを接続したシャフト式ステアリング装置に比べて操舵トルクの伝達剛性が低くなることが避けられない。そのために、ステアリングハンドルを操作してから操舵輪が転舵されるまでに時間遅れが発生し、操舵応答性が低下してドライバーが違和感を感じる可能性がある。
【０００７】
この問題を解決するために、パワーステアリング装置による操舵のアシスト力を通常よりも大きくすれば、ドライバーがステアリングハンドルに入力する操舵トルクが小さくて済むため、ボーデンケーブルの伸び縮みを少なくして操舵の時間遅れを減少させることができる。しかしながら、この手法を採用すると、ドライバーに要求される操舵トルクが小さくなり過ぎるため、操舵フィーリングが低下する問題がある。
【０００８】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、アシスト手段を備えたケーブル式ステアリング装置において、操舵応答性を高めながら操舵フィーリングの低下を防止することを目的とする。
【０００９】
【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に記載された発明によれば、ステアリングハンドルに連結された駆動プーリからステアリングギヤボックスに連結された従動プーリに操舵トルクを伝達する２本のケーブルと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ケーブルおよび車輪間に配置されてドライバーによるステアリング操作をアシストするアシスト手段と、操舵トルクに基づいてアシスト手段の作動を制御する第１の制御手段とを備えたケーブル式ステアリング装置において、ステアリングハンドルおよびケーブル間に配置されて該ステアリングハンドルに操舵反力トルクを付加する操舵反力付加手段と、この操舵反力付加手段の作動を制御する第２の制御手段とを備えたことを特徴とするケーブル式ステアリング装置が提案される。
【００１０】
上記構成によれば、操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて第１の制御手段がケーブルおよび車輪間に配置したアシスト手段の作動を制御し、第２の制御手段がステアリングハンドルに操舵反力トルクを付加する操舵反力付加手段の作動を制御するので、アシスト手段にアシストトルクを発生させて操舵トルクを変化させることで、ステアリングハンドルに連結された駆動プーリからステアリングギヤボックスに連結された従動プーリに操舵トルクを伝達する２本のケーブルの伸び縮みによる操舵応答性の変化を調整しながら、操舵反力付加手段に操舵反力トルクを発生させて操舵トルクの変化分を補うことで操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００１１】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、車両が停止状態にあるとき、操舵反力付加手段はアシスト手段と協働してドライバーのステアリング操作をアシストすることを特徴とするケーブル式ステアリング装置が提案される。
【００１２】
上記構成によれば、ステアリングハンドルを据え切りするときに、操舵反力付加手段がアシスト手段と協働してドライバーのステアリング操作をアシストするので、ステアリングハンドルを軽くしてドライバーの負担を軽減することができる。
【００１３】
尚、実施例のボーデンケーブル５，６は本発明のケーブルに対応し、実施例の操舵反力付加用モータ１７は本発明の操舵反力付加手段に対応し、実施例のパワーステアリング用モータ２４は本発明のアシスト手段に対応する。
【００１４】
【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。 図１〜図６は本発明の第１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線拡大断面図、図４は図２の４−４線断面図、図５は図１の５−５線拡大断面図、図６は車速に応じたパワーステアリング用モータおよび操舵反力付加用モータの制御を説明するグラフである。
【００１５】
図１に示すように、自動車のステアリングハンドル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。
【００１６】
図２〜図４に示すように、ステアリングハンドル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の外周面には１本のプーリ溝１１ａが螺旋状に形成され、また両端面にはプーリ溝１１ａの両端に連なる渦巻き状のケーブル案内溝１１ｂ，１１ｂと、このケーブル案内溝１１ｂ，１１ｂに連なるピン孔１１ｃ，１１ｃとが形成される。
【００１７】
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１１ｃ，１１ｃに圧入した後に、ケーブル案内溝１１ｂ，１１ｂからプーリ溝１１ａ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。
【００１８】
駆動プーリ１１ｄｒの回転軸１０ｄｒにウオームホイール１３が固定されており、駆動プーリハウジング２に一対のボールベアリング１４，１４で支持した駆動軸１５に一体に形成したウオーム１６がウオームホイール１３に噛合する。駆動プーリハウジング２に設けたモータ支持部２ａに操舵反力付加用モータ１７がボルト１８…で固定されており、操舵反力付加用モータ１７用の出力軸１９と駆動軸１５とがトルクリミッタ２０を介して結合される。ステアリングハンドル１とウオームホイール１３とに挟まれた位置において、回転軸１０ｄｒの外周に操舵トルク検出手段Ｓａが設けられる。
【００１９】
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が固定される。従動プーリ１１ｄｎに対する両インナーケーブル５ｉ，６ｉの巻き付き構造および固定構造は、図２および図３で説明した駆動プーリ１１ｄｒのそれと同一であり、両インナーケーブル５ｉ，６ｉの他端に固定したピン１２，１２は従動プーリ１１ｄｎのピン孔１１ｃ，１１ｃに圧入され、そのピン１２，１２に連なるインナーケーブル５ｉ，６ｉは従動プーリ１１ｄｎの端面に形成した渦巻き状のケーブル案内溝１１ｂ，１１ｂと、従動プーリ１１ｄｎの外周面に形成した螺旋状のプーリ溝１１ａとに巻き付けられる。
【００２０】
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。従動プーリハウジング４に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。
【００２１】
図１に戻り、電子制御ユニットＵは第１の制御手段Ｕａと第２の制御手段Ｕｂとを備える。電子制御ユニットＵには操舵トルクセンサＳａで検出した操舵トルクＴｈと車速センサＳｂで検出した車速Ｖとが入力され、第１の制御手段Ｕａはパワーステアリング用モータ２４の作動を制御し、第２の制御手段Ｕｂは操舵反力付加用モータ１７の作動を制御する。
【００２２】
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。
【００２３】
車両を旋回させるべくステアリングハンドル１を操作し、例えば回転軸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。
【００２４】
このとき、パワーステアリング用モータ２４にトルクを発生させてドライバーのステアリング操作をアシストするとともに、操舵トルク付加用モータ１７を作動させてステアリングハンドル１に操舵反力を付加するようになっている。
【００２５】
次に、操舵反力付加用モータ１７およびパワーステアリング用モータ２４の全体的な制御について説明する。ここで、ドライバーがステアリングハンドル１に入力する操舵トルクをＴｈとし、パワーステアリング用モータ２４が発生するアシストトルクをＴａとし、操舵反力付加用モータ１７が発生する操舵反力トルクをＴｒとする。
【００２６】
ドライバーがステアリングハンドル１を操作して車輪ＷＬ，ＷＲを転舵すると、これを戻す方向の路面反力トルクＴｗがステアリングギヤボックス３のピニオン２１に加わる。この路面反力トルクＴｗに対抗して車輪ＷＬ，ＷＲを転舵するために、
Ｔｗ＝Ｔｈ＋Ｔａ−Ｔｒ …（１）
となるように各トルクが発生する。（１）式において、ＴｈおよびＴａの符号は転舵方向を正とし、Ｔｒの符号は反転舵方向を正とする。
【００２７】
先ず、アシストトルクＴａ＝０かつ操舵反力トルクＴｒ＝０のマニュアルステアリングの場合には、Ｔｗ＝Ｔｈとなるため、ボーデンケーブル５，６の捩じり剛性（厳密には、ボーデンケーブル５，６の延び剛性によるステアリングハンドル１の捩じり剛性）をＫｓとすると、ボーデンケーブル５，６の捩じれ角θ（厳密には、ボーデンケーブル５，６の延びによるステアリングハンドル１の捩じれ角）は、θ＝Ｔｗ／Ｋｓとなる。
【００２８】
次に、操舵反力付加用モータ１７による操舵反力トルクＴｒ＝０に保持したまま、パワーステアリング用モータ２４によるアシストトルクＴａが加わると、Ｔｗ＝Ｔｈ＋Ｔａとなる。このとき、例えばアシストトルクＴａをマニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈ（＝Ｔｗ）の２分の１になるように設定すると、つまりＴａ＝Ｔｈ／２＝Ｔｗ／２に設定すると、操舵トルクＴｈは、Ｔｈ＝Ｔｗ−Ｔａ＝Ｔｗ−Ｔｗ／２＝Ｔｗ／２となり、マニュアルステアリング時の２分の１に抑えられる。これにより、ボーデンケーブル５，６の捩じれ角θも、θ＝（Ｔｗ／２）／Ｋｓとなり、マニュアルステアリング時の２分の１に抑えられる。
【００２９】
このように、アシストトルクＴａを増加させると、それに伴って操舵トルクＴｈが減少するため、ボーデンケーブル５，６の捩じれ角θを減少させて操舵応答性を高めることができる。従って、ボーデンケーブル５，６の捩じれ角θを更に減少させるべく、アシストトルクＴａを更に増加させてＴａ＝（３／４）Ｔｈ＝（３／４）Ｔｗに設定すると、操舵トルクＴｈは、Ｔｈ＝Ｔｗ−Ｔａ＝Ｔｗ−（３／４）Ｔｗ＝Ｔｗ／４となり、マニュアルステアリング時の４分の１に抑えられる。これにより、ボーデンケーブル５，６の捩じれ角θも、θ＝（Ｔｗ／４）／Ｋｓとなり、マニュアルステアリング時の４分の１に抑えられる。
【００３０】
しかしながら、アシストトルクＴａを増加させて操舵トルクＴｈを減少させると、ステアリングハンドル１が軽くなり過ぎて操舵反力が不足し、操舵フィーリングが低下する問題がある。前述した例では、ボーデンケーブル５，６の捩じれ角θをマニュアルステアリング時の捩じれ角θの２分の１にすると操舵トルクＴｈは２分の１になり、４分の１にすると操舵トルクＴｈは４分の１になってしまう。そこで、操舵反力付加用モータ１７に操舵反力トルクＴｒを発生させてステアリングハンドル１を重くし、操舵フィーリングの低下を解消する。
【００３１】
ボーデンケーブル５，６の捩じれ角θが充分に小さく、かつステアリングハンドル１の重さが適切な状態として、ボーデンケーブル５，６の捩じれ角θがマニュアルステアリング時の捩じれ角θの４分の１であり、操舵トルクＴｈがマニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈの２分の１である状態を考える。この状態を実現するために、アシストトルクＴａを（３／４）Ｔｗに設定すると、ボーデンケーブル５，６の捩じれ角θは目標どおり４分１になるが、操舵トルクＴｈも４分１になってしまい、目標の２分の１よりも軽くなってしまう。そこでＴｗ／２とＴｗ／４との差分であるＴｗ／４を操舵反力付加用モータ１７によってステアリングハンドル１に付加することにより、操舵トルクＴｈをＴｗ／４＋Ｔｗ／４＝Ｔｗ／２にし、ステアリングハンドル１の重さを適切な状態に調整することができる。
【００３２】
このとき、前記（１）式Ｔｗ＝Ｔｈ＋Ｔａ−Ｔｒにおいて、Ｔｈ＝Ｔｗ／２、Ｔａ＝（３／４）Ｔｗ、Ｔｒ＝Ｔｗ／４となり、等号が成立した状態となる。つまり、前記（１）式において、路面反力トルクＴｗが一定であるとき、アシストトルクＴａを大きくしてボーデンケーブル５，６の捩じれ角θを小さくしたときは、それに応じて操舵反力トルクＴｒを大きくすることで、ステアリングハンドル１の重さに相当する操舵トルクをＴｈが減少するのを防止することができ、逆にアシストトルクＴａを小さくしてボーデンケーブル５，６の捩じれ角θを大きくしたときは、それに応じて操舵反力トルクＴｒを小さくすることで、ステアリングハンドル１の重さに相当する操舵トルクをＴｈが増加するのを防止することができる。
【００３３】
次に、操舵反力付加用モータ１７およびパワーステアリング用モータ２４の車速Ｖに基づく制御について説明する。
【００３４】
車両の低速走行時にはボーデンケーブル５，６の捩じれ角θを小さくしてステアリングハンドル１の操舵角に対する車輪ＷＬ，ＷＲの転舵角のゲインを（ステアリングゲイン）を高くし、車両の取り回しを容易にすることが望ましい。一方、車両の高速走行時にはステアリングゲインを低くし、車両の走行安定性を高めることが望ましい。そこで、低速走行時にはアシストトルクＴａを増加させてボーデンケーブル５，６の捩じれ角θを小さくすることでステアリングゲインを高くし、高速走行時にはアシストトルクＴａを減少させてボーデンケーブル５，６の捩じれ角θを大きくすることでステアリングゲインを低くする。但し、このままでは低速走行時にステアリングホイール１が軽くなりすぎ、高速走行時にステアリングホイール１が重くなりすぎるため、操舵反力付加用モータ１７に操舵反力トルクＴｒを発生させて補正する。
【００３５】
これを図６に基づいて更に説明すると、上側のアシストトルクＴａのグラフにおいて、破線は最適の操舵フィーリングが得られる最適アシストトルクＴｉを示しており、この最適アシストトルクＴｉは車速Ｖの増加と共に減少している。低車速Ｖ１のときに、ステアリングゲインを高くして車両の取り回しを容易にすべく、実線で示すアシストトルクＴａを最適アシストトルクＴｉよりも大きく設定すると、ステアリングハンドル１が軽くなり過ぎるため、下側の操舵反力トルクＴｒのグラフにおいて、ステアリングハンドル１が重くなる方向の操舵反力トルクＴｒを発生させることで、ステアリングハンドル１の重さを最適アシストトルクＴｉ１に相当する重さに調整する。
【００３６】
中車速Ｖ２のときに、実線で示すアシストトルクＴａを大きさが最適アシストトルクＴｉ２に一致するため、操舵反力トルクＴｒは０で良い。高車速Ｖ３のときに、ステアリングゲインを低くして車両の走行安定性を高めるべく、実線で示すアシストトルクＴａを最適アシストトルクＴｉよりも小さく設定すると、ステアリングハンドル１が重くなり過ぎるため、下側の操舵反力トルクＴｒのグラフにおいて、ステアリングハンドル１が軽くなる方向の操舵反力トルクＴｒを発生させることで、ステアリングハンドル１の重さを最適アシストトルクＴｉ３に相当する重さに調整する。
【００３７】
尚、車両が停止した状態でステアリングハンドル１を据え切りするとき、操舵反力付加用モータ１７に上述と逆方向の操舵反力トルクＴｒを発生させることで、つまり操舵反力付加用モータ１７にパワーステアリング用モータ２４と同方向のトルクを発生させることで、ドライバーの負担を軽減することができる。
【００３８】
以上のように、ステアリングハンドル１およびボーデンケーブル５，６間に操舵反力付加用モータ１７を配置するとともに、ボーデンケーブル５，６および車輪ＷＬ，ＷＲ間にパワーステアリング用モータ２４を配置したので、パワーステアリング用モータ２４にアシストトルクＴａを発生させて操舵トルクＴｈを変化させることでボーデンケーブル５，６の伸び縮みによる操舵応答性の変化を調整しながら、操舵反力付加用モータ１７に操舵反力トルクＴｒを発生させて操舵トルクＴｈを変化分を補うことで操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００３９】
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。
【００４０】
例えば、第１実施例ではステアリングハンドル１および操舵反力付加用モータ１７間に操舵トルク検出手段Ｓａを設けているが、図７に示す第２実施例の如く、操舵反力付加用モータ１７を駆動プーリハウジング２を挟んで操舵トルク検出手段Ｓａの反対側に移動させても良い。
【００４１】
また図８に示す第３実施例の如く、ステアリングハンドル１および操舵トルク検出手段Ｓａ間に操舵反力付加用モータ１７を配置しても良い。この場合、操舵トルク検出手段Ｓａで検出される操舵トルクは、ドライバーがステアリングホイール１に入力する操舵トルクＴｈから操舵反力トルクＴｒを減算したものとなる。
【００４２】
【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、操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて第１の制御手段がケーブルおよび車輪間に配置したアシスト手段の作動を制御し、第２の制御手段がステアリングハンドルに操舵反力トルクを付加する操舵反力付加手段の作動を制御するので、アシスト手段にアシストトルクを発生させて操舵トルクを変化させることで、ステアリングハンドルに連結された駆動プーリからステアリングギヤボックスに連結された従動プーリに操舵トルクを伝達する２本のケーブルの伸び縮みによる操舵応答性の変化を調整しながら、操舵反力付加手段に操舵反力トルクを発生させて操舵トルクの変化分を補うことで操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００４３】
また請求項２に記載された発明によれば、ステアリングハンドルを据え切りするときに、操舵反力付加手段がアシスト手段と協働してドライバーのステアリング操作をアシストするので、ステアリングハンドルを軽くしてドライバーの負担を軽減することができる。
【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２の４−４線断面図
【図５】 図１の５−５線拡大断面図
【図６】 車速に応じたパワーステアリング用モータおよび操舵反力付加用モータの制御を説明するグラフ
【図７】 第２実施例に係るケーブル式ステアリング装置の全体斜視図
【図８】 第３実施例に係るケーブル式ステアリング装置の全体斜視図
【符号の説明】
１ ステアリングハンドル
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）
６ ボーデンケーブル（ケーブル）
１１ｄｒ 駆動プーリ
１１ｄｎ 従動プーリ
１７ 操舵反力付加用モータ（操舵反力付加手段）
２４ パワーステアリング用モータ（アシスト手段）
Ｓａ 操舵トルク検出手段
Ｔｈ 操舵トルク
Ｔｒ 操舵反力トルク
Ｕａ 第１の制御手段
Ｕｂ 第２の制御手段
ＷＬ 車輪
ＷＲ 車輪

Claims (2)

1. ステアリングハンドル（１）に連結された駆動プーリ（１１ｄｒ）からステアリングギヤボックス（３）に連結された従動プーリ（１１ｄｒ）に操舵トルク（Ｔｈ）を伝達する２本のケーブル（５，６）と、
   操舵トルク（Ｔｈ）を検出する操舵トルク検出手段（Ｓａ）と、
   ケーブル（５，６）および車輪（ＷＬ，ＷＲ）間に配置されてドライバーによるステアリング操作をアシストするアシスト手段（２４）と、
   操舵トルク（Ｔｈ）に基づいてアシスト手段（２４）の作動を制御する第１の制御手段（Ｕａ）と、
   を備えたケーブル式ステアリング装置において、
   ステアリングハンドル（１）およびケーブル（５，６）間に配置されて該ステアリングハンドル（１）に操舵反力トルク（Ｔｒ）を付加する操舵反力付加手段（１７）と、この操舵反力付加手段（１７）の作動を制御する第２の制御手段（Ｕｂ）とを備えたことを特徴とするケーブル式ステアリング装置。
2. 車両が停止状態にあるとき、操舵反力付加手段（１７）はアシスト手段（２４）と協働してドライバーのステアリング操作をアシストすることを特徴とする、請求項１に記載のケーブル式ステアリング装置。

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