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JP2014234102A - ステアリング装置 - Google Patents

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JP2014234102A JP2013117869A JP2013117869A JP2014234102A JP 2014234102 A JP2014234102 A JP 2014234102A JP 2013117869 A JP2013117869 A JP 2013117869A JP 2013117869 A JP2013117869 A JP 2013117869A JP 2014234102 A JP2014234102 A JP 2014234102A
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shaft
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直人 荒牧
Naoto Aramaki
直人 荒牧
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Abstract

【課題】ハウジング内への水の進入に起因する動力伝達機構の動作の悪化を未然に回避することが可能なステアリング装置を提供する。【解決手段】電動パワーステアリング装置1は、モータ21の出力軸21aの回転力をラックシャフト16の軸方向の力に変換してラックシャフト16に伝達する動力伝達機構22と、ラックシャフト16及び動力伝達機構22の外周を覆うハウジング30とを備える。この電動パワーステアリング装置1は、ハウジング30内の鉛直方向下側に貯留する水を検出する水検出装置70を備える。電動パワーステアリング装置1は、水検出装置70を通じてハウジング30内の水の貯留を検出したとき、車両に搭載された警告灯及びスピーカから警報を発する。【選択図】図2

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。
この種のステアリング装置として、車両のラックシャフトの中心軸に対してモータの出力軸が平行に配置された、いわゆるラックパラレル型の電動パワーステアリング装置が知られている(例えば特許文献1参照)。この電動パワーステアリング装置は、モータの出力軸の回転力をラックシャフトの軸方向の力に変換してラックシャフトに付与する動力伝達機構を備えている。動力伝達機構は、ラックシャフトの周囲に取り付けられたボールねじ機構、及びモータの出力軸の回転を減速してボールねじ機構に伝達する減速機構からなる。ボールねじ機構は、ラックシャフトの外周に形成されたねじ溝に複数のボールを介して螺合されたナットを備えている。ボールねじ機構は、ナットの回転によりラックシャフトに軸方向の力を付与する。減速機構は、モータの出力軸と一体的に回転する駆動プーリ、ボールねじ機構のナットと一体的に回転する従動プーリ、及び各プーリに巻き掛けられたベルトを備えている。減速機構は、モータの出力軸の回転を各プーリ及びベルトを介して減速してボールねじ機構のナットに伝達し、ナットを回転させる。このような構成によれば、モータの出力軸が回転すると、減速機構を介してボールねじ機構のナットが回転するため、ラックシャフトに軸方向の力が付与される。このラックシャフトに付与される軸方向の力がアシスト力となって運転者のステアリング操作が補助される。
特開2008−105604号公報
ところで、このような電動パワーステアリング装置では、ラックシャフト及び動力伝達機構の外周を覆うハウジング内に水が進入すると、操舵感の悪化を招くおそれがある。すなわちハウジング内に進入した水は、ハウジング内の鉛直方向下側に溜まる。このハウジング内に貯留した水に各プーリやベルトが浸かると、各プーリやベルトの動作の際に水が抵抗となって、動力伝達機構の動作を阻害するおそれがある。特に冬季になってハウジング内の水により各プーリやベルトが凍り付くと、動力伝達機構の動作が一層阻害される。そして動力伝達機構の動作が阻害されると、動力伝達機構とボールねじ機構を介して連結されたラックシャフトの動作も阻害される。そのためステアリング操作が重くなるなど、操舵感の悪化を招くおそれがある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハウジング内への水の進入に起因する動力伝達機構の動作の悪化を未然に回避することが可能なステアリング装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、モータの出力軸の回転力を転舵軸の軸方向の力に変換して前記転舵軸に伝達する動力伝達機構と、前記転舵軸及び前記動力伝達機構の外周を覆うハウジングと、を備えるステアリング装置において、前記ハウジング内の鉛直方向下側に貯留する水を検出する水検出部と、前記水検出部により前記ハウジング内の水の貯留を検出したとき、警報を発する警報部と、を備えることとした。
この構成によれば、ハウジング内に水が貯留すると、水検出部によりハウジング内の水が検出されて、警報部から警報が発せられる。この警報により運転者に注意を喚起することができるため、運転者は、例えば自動車整備業者にハウジング内の水を抜いて貰うなど、ハウジング内に貯留した水に対する適宜の対策を施すことができる。これにより、ハウジング内の水に起因する動力伝達機構の動作の悪化を未然に回避することができる。
そして上記ステアリング装置について、前記水検出部は、前記ハウジングの鉛直方向下側の底壁に固定された本体部と、前記本体部から前記ハウジングの内部に向けて鉛直方向上側に突出する一対の電極と、を有し、前記一対の電極のうちの一方の電極を通電したとき、他方の電極が通電することに基づいて前記ハウジング内の水の貯留を検出することが好ましい。
この構成によれば、簡素な構成でハウジング内の水の貯留を検出することが可能となる。
また上記ステアリング装置について、前記一対の電極における前記本体部により支持された基端部から途中までの部分は、絶縁部材により被覆されていることが好ましい。
この構成によれば、ハウジング内に貯留した水の水位が、一対の電極における絶縁部材により被覆された部分よりも高くなると、水検出部がハウジング内の水を検出することが可能となる。したがって、一対の電極における絶縁部材により被覆された部分の長さを適宜調整することにより、水検出部が検出可能な水の水位を調整することができる。これにより、ハウジング内に極僅かな水しか存在しないにもかかわらず警報部から誤って警報が発せられるような状況を回避することができる。
そして、上記のようなステアリング装置は、前記動力伝達機構として、前記転舵軸の外周面に形成されたねじ溝に複数のボールを介して螺合されたナットを有し、前記ナットの回転に基づいて前記転舵軸に軸方向の力を付与するボールねじ機構と、前記モータの出力軸と一体的に回転する駆動プーリ、前記ナットと一体的に回転する従動プーリ、並びに前記駆動プーリ及び前記従動プーリに巻き掛けられたベルトを有し、前記モータの出力軸の回転を前記駆動プーリ、前記ベルト、及び前記従動プーリを介して減速して前記ナットに伝達する減速機構と、を備えるステアリング装置に適用することが有効である。このような構成からなるステアリング装置は、ハウジング内に水が貯留したとき、各プーリ及びベルトが凍り付きやすく、ステアリング装置の動作が悪化し易い。そのため、上記のような構成を備えることは特に有効である。
一方、上記ステアリング装置について、前記警報部は、車両のインストルメントパネルに設けられ、点灯により警報を発する警告灯からなることが好ましい。
また上記ステアリング装置について、前記警報部は、車両に設けられ、警告音により警報を発するスピーカからなることが好ましい。
これらの構成によれば、警告灯の点灯あるいはスピーカからの警告音により運転者に的確に注意を喚起することができる。
このステアリング装置によれば、ハウジング内への水の進入に起因する動力伝達機構の動作の悪化を未然に回避することができる。
電動パワーステアリング装置の一実施形態についてその部分断面構造を示す断面図。 実施形態の電動パワーステアリング装置についてそのアシスト装置及び水検出装置周辺の断面構造を示す断面図。 実施形態の電動パワーステアリング装置について水検出装置周辺の断面構造を示す断面図。 実施形態の電動パワーステアリング装置についてその概略構成を示すブロック図。 電動パワーステアリング装置の他の実施形態についてそのアシスト装置及び水検出装置周辺の断面構造を示す断面図。
以下、図1〜図4を参照して、電動パワーステアリング装置の一実施形態について説明する。
図1に示すように、この電動パワーステアリング装置1は、運転者のステアリングホイール2の操作に基づき転舵輪3を転舵させる操舵機構10、及び運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構20を備えている。
操舵機構10は、ステアリングホイール2の回転軸となるステアリングシャフト11を備えている。ステアリングシャフト11は、ステアリングホイール2に連結されたコラムシャフト12、コラムシャフト12の下端部に連結されたインターミディエイトシャフト13、及びインターミディエイトシャフト13の下端部に連結されたピニオンシャフト14からなる。ピニオンシャフト14の下端部はラックアンドピニオン機構15を介してラックシャフト16の一方の端部16a寄りの部位に連結されている。ラックシャフト16は転舵軸の一例である。操舵機構10では、運転者のステアリングホイール2の操作に伴いコラムシャフト12、インターミディエイトシャフト13、及びピニオンシャフト14が一体的に回転する。そしてピニオンシャフト14の回転運動がラックアンドピニオン機構15を介してラックシャフト16の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト16の往復直線運動がその両端部16a,16bに連結されたボールジョイント17を介してタイロッド18に伝達され、タイロッド18が動作する。このタイロッド18の動作に基づいて転舵輪3の転舵角が変化する。
アシスト機構20は、ラックシャフト16の他方の端部16b寄りの部位に設けられている。アシスト機構20はモータ21及び動力伝達機構22を備えている。モータ21の出力軸21aはラックシャフト16の中心軸に平行に配置されている。すなわち本実施形態の電動パワーステアリング装置1はラックパラレル型の電動パワーステアリング装置である。動力伝達機構22は、モータ21の出力軸21aの回転力をラックシャフト16の軸方向の力に変換してラックシャフト16に付与する。このモータ21から動力伝達機構22を介してラックシャフト16に付与される力がアシスト力となってステアリング操作が補助される。
ラックシャフト16の外周は、金属材料からなるハウジング30により覆われている。ハウジング30は、第1ハウジング31及び第2ハウジング32からなり、それらが互いに連結されることで構成されている。ハウジング30は、その内部にピニオンシャフト14、ラックシャフト16、及び動力伝達機構22を収容する。ハウジング30における動力伝達機構22を収容する部分の底部には、鉛直方向下側に突出するように凹部33が形成されている。この凹部33の側壁33aの外周面にモータ21が固定されている。また凹部33の側壁33aには貫通孔34が形成されており、この貫通孔34を通じてモータ21の出力軸21aがハウジング30の内部に挿入され、動力伝達機構22に連結されている。
また、ラックシャフト16の軸方向におけるハウジング30の両端部は開口端30aとなっている。これらの開口端30aからラックシャフト16の両端部がそれぞれ突出している。ハウジング30の開口端30aには、弾性樹脂材料からなるベローズ19のそれぞれの一方の端部が取り付けられている。ベローズ19のそれぞれの他方の端部はタイロッド18に取り付けられている。ベローズ19は、ラックシャフト16におけるハウジング30の開口端30aから突出した両端部、ボールジョイント17、及びタイロッド18の外周を覆う。このベローズ19により、ハウジング30の外部からハウジング30の内部への異物の進入が抑制されている。
次に動力伝達機構22の構成について詳述する。
図2に示すように、動力伝達機構22は、ラックシャフト16の周囲に取り付けられたボールねじ機構40、ボールねじ機構40を支持する支持機構50、及びモータ21の出力軸21aの回転を減速してボールねじ機構40に伝達する減速機構60を備えている。
ボールねじ機構40は、ラックシャフト16の外周面に形成されたねじ溝16cに複数のボール42を介して螺合されたナット41を有している。ナット41の内周面には、ねじ溝41aが形成されている。このナット41のねじ溝41aとラックシャフト16のねじ溝16cとにより囲まれる空間により転動路Lが形成されている。またナット41には、ねじ溝41a内の二箇所を短絡する、換言すれば転動路Lの二箇所を短絡する環流路(図示略)が形成されている。このボールねじ機構40では、ナット41がラックシャフト16に対して相対回転すると、各ボール42が転動路Lを転動する。また転動路L内のボール42はナット41の環流路を介して無限循環する。こうしたボール42の移動を通じてラックシャフト16に軸方向の力が作用する。
支持機構50は、ナット41の外周に固定された環状部材51、及び環状部材51を回転可能に支持するボールベアリング52を有している。ボールベアリング52の内輪は環状部材51に固定されている。ボールベアリング52の外輪の外周面は、弾性樹脂材料からなるラジアル支持部材53に接触している。ラジアル支持部材53は、ボールベアリング52の外輪とハウジング30との間に圧縮された状態で配置されることにより、ボールベアリング52の外輪をラジアル方向に支持する。またラックシャフト16の外輪におけるスラスト方向の両端面には、弾性樹脂材料からなるスラスト支持部材54が接触している。スラスト支持部材54は、ラックシャフト16の外輪とハウジング30との間に圧縮された状態で配置されることにより、ボールベアリング52の外輪をスラスト方向に支持する。このような構造からなる支持機構50によりナット41が回転可能に支持されている。
減速機構60は、モータ21の出力軸21aに固定された駆動プーリ61、環状部材51の外周に固定された従動プーリ62、並びに駆動プーリ61及び従動プーリ62に巻き掛けられたベルト63を有している。減速機構60では、駆動プーリ61の回転をベルト63及び従動プーリ62を介して減速して環状部材51に伝達する。
次にアシスト機構20の動作について説明する。
アシスト機構20では、モータ21への通電に基づきモータ21の出力軸21aが回転すると、モータ21の出力軸21aと一体的に駆動プーリ61が回転する。これにより駆動プーリ61は、ベルト63を介して従動プーリ62、環状部材51、及びナット41を一体的に回転させる。このナット41の回転により、ラックシャフト16に軸方向の力が付与される。
一方、本実施形態の電動パワーステアリング装置1は、ハウジング30の凹部33に貯留する水を検出する水検出装置70を備えている。水検出装置70は水検出部の一例である。次に水検出装置70の構成について説明する。
図2に示すように、水検出装置70は、凹部33の底壁33bに固定された本体部71、及び本体部71からハウジング30の内部に向けて鉛直方向上側に延びる一対の電極72,73を備えている。一対の電極72,73における本体部71により支持された基端部から途中までの部分は樹脂材料などの絶縁部材74により被覆されている。なお図3に示すように、一対の電極72,73の絶縁部材74により被覆された部分の長さは、それぞれ同一の長さHに設定されている。
また図4に示すように、水検出装置70の一対の電極72,73は制御装置80の端子81,82にそれぞれ電気的に接続されている。制御装置80は制御部の一例である。制御装置80は、マイクロコンピュータを中心に構成されており、主にモータ21の駆動を制御する部分である。制御装置80は、車両のイグニッションスイッチがオン状態であって車載バッテリから電動パワーステアリング装置1に電力が供給されているときに、すなわちパワーオン時に、端子81を介して一方の電極72に所定の電圧を常時あるいは一定の周期で印加する。また制御装置80は、一方の電極72に所定の電圧を印加した際に端子82を介して他方の電極73の印加電圧を監視する。そして制御装置80は、他方の電極73の印加電圧に基づいて、凹部33に水が貯留しているか否かを判断する。
具体的には、図3に示すように、水検出装置70では、凹部33に貯留した水の水位が一対の電極72,73の絶縁部材74により被覆された部分の長さHよりも高くなった場合、一対の電極72,73の両者が水に接触する。すなわち一対の電極72,73が水を介して電気的に接続される。したがって、この状態で制御装置80が一方の電極72に電圧を印加すると、一方の電極72と他方の電極73とが水を介して通電し、他方の電極73にも電圧が印加される。そこで制御装置80は、一方の電極72に電圧を印加した際に他方の電極73に電圧が印加されることに基づいて凹部33に水が貯留していると判断する。
そして図4に示すように、制御装置80は、水検出装置70を通じて凹部33内の水の貯留を検出したとき、車両のインストルメントパネルに設けられた警告灯90を点灯させるとともに、車両に搭載されたスピーカ91から警告音を発する。これら警告灯90及びスピーカ91は警報部の一例である。
次に、電動パワーステアリング装置1の作用を説明する。
図1に示される電動パワーステアリング装置1において、例えば車両の走行中にタイヤが跳ね飛ばした石がベローズ19に当たると、ベローズ19が破れる可能性がある。このような場合、図中に二点鎖線の矢印で示すように、ベローズ19の破れた部分からハウジング30の内部に水が流れ込むと、図2に示すように、その水がボールベアリング52を通過してハウジング30の凹部33に流れ込み、凹部33に水が貯留する。また、ベローズ19の破れた部分を介してハウジング30の内部に外気が進入した場合、温度低下に伴って外気に含まれる水蒸気が水になると、その水がハウジング30の凹部33に貯留する。このようにして凹部33に貯留した水の水位が、図3に示すように一対の電極72,73の絶縁部材74により被覆された部分の長さHよりも高くなると、制御装置80が水検出装置70を通じて凹部33内の水の貯留を検出して、警告灯90を点灯するとともに、スピーカ91から警告音を発する。こうした警報により運転者に注意を喚起することができる。これにより運転者が、例えば自動車整備業者に凹部33内の水を抜いて貰うなど、凹部33内に貯留した水に対する適宜の対策を施せば、従動プーリ62及びベルト63の動作の悪化を、換言すれば動力伝達機構22の動作の悪化を未然に回避することができる。
また、一対の電極72,73における絶縁部材74により被覆されている部分の長さHを適宜調整することにより、水検出装置70が検出可能な水の水位を調整することができる。これにより、凹部33内に極僅かな水しか存在しないにもかかわらず警告灯90及びスピーカ91から誤って警報が発せられるような状況を回避することができる。
以上説明したように、本実施形態の電動パワーステアリング装置1によれば以下の効果が得られる。
(1)電動パワーステアリング装置1には、ハウジング30の凹部33に貯留した水を、換言すればハウジング30内の鉛直方向下側に貯留した水を検出する水検出装置70を設けた。また電動パワーステアリング装置1には、水検出装置70によりハウジング30内の水の貯留を検出したときに警報を発する警告灯90及びスピーカ91を設けた。これにより警告灯90及びスピーカ91による警報により運転者に注意を喚起することができるため、運転者がハウジング30内の水を抜くなどの対策を施すことにより、動力伝達機構22の動作の悪化を未然に回避することができる。
(2)水検出装置70を、ハウジング30の鉛直方向下側の底壁33bに固定された本体部71、及び本体部71からハウジング30の内部に向けて鉛直方向上側に突出する一対の電極72,73により構成した。そして水検出装置70では、一方の電極72に通電したとき、他方の電極73が通電することに基づいてハウジング30内の水の貯留を検出することとした。これにより簡素な構成でハウジング30内の水の貯留を検出することが可能となる。
(3)一対の電極72,73における本体部71により支持された基端部から途中までの部分を、絶縁部材74により被覆することとした。これによりハウジング30内に極僅かな水しか存在しないにもかかわらず警告灯90及びスピーカ91から誤って警報が発せられるような状況を回避することができる。
(4)運転者に警報を発する警報部として、車両に搭載された警告灯90及びスピーカ91を用いることとした。これにより運転者に的確に注意を喚起することができる。
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・図2に示すように、ハウジング30の凹部33に貯留した水の水位が高くなると、側壁33aの貫通孔34を通じてモータ21の内部に水が進入する可能性がある。これに起因してモータ21が故障すると、モータ21が不適切な動作を行うおそれがある。そこで制御装置80は、水検出装置70を通じてハウジング30内の水の貯留を検出したとき、モータ21の駆動を停止してもよい。これによりハウジング30内の水に起因するモータ21の不適切な動作を未然に回避することができる。結果的に、操舵機構10への不適切なアシストトルクの付与を回避することができる。
・図5に示すように、電動パワーステアリング装置1は、モータ21がラックシャフト16に対して鉛直方向上側に位置する構造からなるものであってもよい。この場合、従動プーリ62の鉛直方向下側に位置するハウジング30の底壁に水検出装置70を設ける。これにより上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
・運転者に警報を発する警報部は、警告灯90及びスピーカ91に限らず、異常の発生をアイコンで表示するディスプレイなどを用いてもよい。
・減速機構60は、プーリ61,62及びベルト63からなるものに限らず、平歯車からなるものであってもよい。
・上記実施形態では、減速機構60から伝達される回転力をラックシャフト16の軸方向の力に変換する動力変換部としてボールねじ機構を用いたが、例えば遊星ローラねじ機構などを動力変換部として用いても良い。
・一対の電極72,73については、絶縁部材74により被覆することなく、本体部71により支持された基端部から先端部までの全てを外部に露出させてもよい。
・水検出装置70は、一対の電極72,73からなる装置に限らず、ハウジング30内の水の貯留を検出できる装置であればよい。
・上記実施形態では、ステアリング装置の一例として、ステアリングホイール2の操作に連動して直線運動するラックシャフト16の動作をモータ21の回転力を利用して補助する電動パワーステアリング装置を挙げたが、例えばステアバイワイヤ(SBW)式のステアリング装置を採用してもよい。ステアバイワイヤはステアリングホイールと転舵輪との機械的な結合を持たないステアリング装置であって、ステアリングホイールの操作を電気信号で転舵アクチュエータに伝える。転舵アクチュエータは、モータの出力軸の回転力を転舵軸の軸方向の力に変換して転舵軸に伝達する動力伝達機構を備える。動力伝達機構としては、上記実施形態と同様に、例えばボールねじ機構及び減速機構を採用することができる。なお、ステアバイワイヤ式のステアリング装置は、前輪操舵装置だけでなく、後輪操舵装置や4輪操舵装置(4WS)に具体化することも可能である。
<付記>
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
(イ)前記モータの駆動を制御する制御部は、前記水検出部を通じて前記ハウジング内の水の貯留を検出したとき、前記モータの駆動を停止することを特徴とするステアリング装置。ハウジング内に貯留した水がモータ内に進入すると、モータが故障し、モータが不適切な動作を行うおそれがある。この点、上記構成によれば、水検出部がハウジング内の水の貯留を検出すると、制御部がモータの駆動を停止する。そのためモータの不適切な動作を未然に回避することができる。結果的に、転舵軸への不適切なトルクの付与を回避することができる。
1…電動パワーステアリング装置、10…操舵機構、16…ラックシャフト、16c…ねじ溝、21…モータ、21a…出力軸、22…動力伝達機構、30…ハウジング、33b…底壁、40…ボールねじ機構、41…ナット、42…ボール、60…減速機構、61…駆動プーリ、62…従動プーリ、63…ベルト、70…水検出装置(水検出部)、71…本体部、72,73…電極、74…絶縁部材、80…制御装置(制御部)、90…警告灯(警報部)、91…スピーカ(警報部)。

Claims (6)

  1. モータの出力軸の回転力を転舵軸の軸方向の力に変換して前記転舵軸に伝達する動力伝達機構と、
    前記転舵軸及び前記動力伝達機構の外周を覆うハウジングと、を備えるステアリング装置において、
    前記ハウジング内の鉛直方向下側に貯留する水を検出する水検出部と、
    前記水検出部により前記ハウジング内の水の貯留を検出したとき、警報を発する警報部と、を備えることを特徴とするステアリング装置。
  2. 請求項1に記載のステアリング装置において、
    前記水検出部は、
    前記ハウジングの鉛直方向下側の底壁に固定された本体部と、
    前記本体部から前記ハウジングの内部に向けて鉛直方向上側に突出する一対の電極と、を有し、
    前記一対の電極のうちの一方の電極を通電したとき、他方の電極が通電することに基づいて前記ハウジング内の水の貯留を検出することを特徴とするステアリング装置。
  3. 請求項2に記載のステアリング装置において、
    前記一対の電極における前記本体部により支持された基端部から途中までの部分は、絶縁部材により被覆されていることを特徴とするステアリング装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のステアリング装置において、
    前記動力伝達機構は、
    前記転舵軸の外周面に形成されたねじ溝に複数のボールを介して螺合されたナットを有し、前記ナットの回転に基づいて前記転舵軸に軸方向の力を付与するボールねじ機構と、
    前記モータの出力軸と一体的に回転する駆動プーリ、前記ナットと一体的に回転する従動プーリ、並びに前記駆動プーリ及び前記従動プーリに巻き掛けられたベルトを有し、前記モータの出力軸の回転を前記駆動プーリ、前記ベルト、及び前記従動プーリを介して減速して前記ナットに伝達する減速機構と、を備えることを特徴とするステアリング装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のステアリング装置において、
    前記警報部は、
    車両のインストルメントパネルに設けられ、点灯により警報を発する警告灯からなることを特徴とするステアリング装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のステアリング装置において、
    前記警報部は、
    車両に設けられ、警告音により警報を発するスピーカからなることを特徴とするステアリング装置。
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