JPH01301462A - 自動車の舵角センサ取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車の操舵輪の操舵角を検出する舵角セン
サ、特に左右の操舵輪を連結する操舵軸の変位量に基づ
いて操舵角を検出する舵角センサの取付構造に関する。

（従来の技術） 自動車には、前輪を操舵する２輪操舵（２ＷＳ）車や前
輪と共に後輪をも操舵する４輪操舵（４ＷＳ）車がある
。

この様に前輪や後輪を操舵する場合、種々の理由により
操舵されるべき車輪である操舵輪の操舵角をセンサによ
り検出したいという要請が存在する。

例えば、実開昭６２−２５２７７号公報には後輪操舵機
構に電動モータを連係させて該電動モータの駆動力によ
り前輪の操舵１ζ応じて後輪を操舵するようにしたＪＷ
Ｓ車が開示されているが、この様なタイプの４ＷＳ車に
おいては例えば後輪が目標操舵角へり操舵されているか
否かをチエツクするため後輪の実際の操舵角を検出した
いという要請や後輪の操舵制御を行なうため前輪の実際
の操舵角を検出したいという要請等が存在する。

この様な操舵輪の実際の操舵角を検出したいという要請
に対し、従来は左右操舵輪を連結する操舵軸の動きをス
トロークのまま検出するストロークタイプの舵角センサ
が用いられていた。

かかるストロークタイプの舵角センサは、可変抵抗器と
同様の原理に基づくものであり、車体側に連結された抵
抗部材と操舵軸側に連結され抵抗部材と摺動しながらス
トローク変位可能なブラシ部材とから成り、操舵軸のス
トローク変位に伴ないブラシ部材が抵抗部材に対して摺
動しながらストローク変位し、その変位による抵抗値の
変化に基づいて操舵軸のストローク変位量、即ち操舵角
を検出するものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のように構成部材がストローク変位
するストロークタイプの舵角センサを用いた場合には、
該センサは構成部材がストローク変位するものであるの
でセンサ自体が大型化し、そのため大きなスペースを必
要としレイアウトに苦慮するという問題や、該センサを
操舵軸に取り付けるにあたって操舵軸長を長くしなけれ
ばならずそれによってベースシャシのジオメトリ自由度
が低下するという問題や、該センサは一般に操舵軸を囲
むハウジングの外に配設されるいわゆる外付はタイプも
のとされているがその様な外付はタイプの場合飛び石等
による損傷等が生じやすいという問題が生じる。

本発明の目的は、上記事情に鑑み、レイアウト性の向上
、ベースシャシのジオメトリ自由度の増大および外付け
に起因する問題の解決を図ることのできる自動車の舵角
センサ取付構造を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る自動車の舵角センサ取付構造は、上記目的
を達成するために、 左右の操舵輪を連結する操舵軸にラック歯を形成し、該
ラック歯に上記操舵軸を取り囲むハウジング内に配設さ
れたピニオンを噛合させ、該ピニオンのシャフトに該シ
ャフトの回転量を検出する舵角センサを取り付けたこと
を特徴とする。

上記操舵軸が例えば４ＷＳ車の後輪操舵軸であって該操
舵軸を軸線方向にストローク変位させるためのボールス
クリュ手段およびフェイルセーフのための操舵軸中立位
置復帰用センタリングバネ手段が付設されている場合に
は、上記ラック歯は操舵軸の上記ボールスクリュ手段と
センタリングバネ手段との間の位置に形成するのが良い
。

本発明は４ＷＳ車であるか２ＷＳ車であるかまた操舵輪
が前輪であるか後輪であるかを問わず適用可能である。

（作　　用） 上記舵角センサの取付構造によれば、舵角センサはビニ
オンおよびビニオンシャフトを介して操舵軸に取り付け
られ、舵角センサ自体は勿論のことビニオンおよびピニ
オンシャフトもそれ自体は回転するが何ら変位はしない
ものであり、よって舵角センサおよびその取付機構の簡
素化および小型化が図られ、取付機構のハウジング内へ
の配設が容易となり、舵角センサ取付のために操舵軸を
長くする必要もない。

また、例えば電動モータ駆動式４ＷＳ車の上記センタリ
ングバネ手段とボールスクリュ手段とを備えた後輪操舵
軸の場合、該両手段の間にラック歯を形成するようにす
れば、以下に説明する上記両手段を操舵軸の端部に配置
したいという要求を満たすことができると共に、ピニオ
ンを操舵軸の略中央位置に配置することとなるのでボー
ルスクリュ手段による操舵軸の軸線回りの回転阻止機能
がこのピニオンによって効率的に発揮される。

（実　施　例） 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細
に説明する。

以下に説明する実施例は、電動モータにより前輪操舵に
応じて後輪を操舵する電動モータ駆動タイプの４ＷＳ機
構における後輪操舵角を検出する舵角センサの取付に本
発明を適用したものである。

第１図は本発明の一実施例を備えた４ＷＳ機構の全体概
要を示す図、第２図は第１図に示す後輪操舵機構部分の
詳細断面図である。

図示の４ＷＳ機構は、左右の前輪２Ｌ、２Ｒを操舵する
前輪操舵機構４と左右の後輪６Ｌ、　６Ｒを操舵する後
輪操舵機構８とを備えて成る。

前輪操舵機構４は、車幅方向に延設され、両端部が左右
１対のタイロッドＬＯＬ、ＩＯＲおよびナックルアーム
１２Ｌ、　１２Ｒを介して左右１対の前輪２Ｌ、２Ｈに
連結された前輪操舵軸１４と、該操舵軸１４上に形成さ
れたラック歯（図示せず）に噛合するピニオン１６が一
端部に設けられると共に他端部にステアリングホイール
１８が設けられたステアリングシャフト２０とから成り
、ステアリングホイール１８のハンドル操作により、前
輪操舵軸１４を車幅方向に変位させて前輪２Ｌ、２Ｒを
操舵するように構成されている。

後輪操舵機構８は、左右の後輪６Ｌ、６Ｒを連結する後
輪操舵軸３０と、電動式のサーボモータ３２と、該サー
ボモータ３２によって回転せしめられて上記後輪操舵軸
３０を変位させるボールスクリュ手段３４と、上記後輪
操舵軸３０を中立位置に復帰させるべく付勢するセンタ
リングバネ手段３Ｂと、上記サーボモータ３２を駆動制
御するコントロールユニット３８とを備え、上記後輪操
舵軸３０、ボールスクリュ手段３４、センタリングバネ
手段３６等は第２図に示す様に車体（図示せず）に固設
されたハウジング４０内に収容されている。

上記後輪操舵軸３０は、車幅方向に延設され、両端部が
左右１対のタイロッド４２Ｌ、　４２Ｒおよびナックル
アーム４４Ｌ、　４４Ｒを介して左右１対の後輪６Ｌ、
６Ｒに連結され、該後輪操舵軸３０の車幅方向（軸線方
向）のストローク変位により後輪６Ｌ。

６Ｒが操舵される。

上記後輪操舵軸３０の軸線方向のストローク変位は上記
サーボモータ３２によって行なわれる。即ち、上記サー
ボモータ３２は、ステップモータから成り、上記コント
ロールユニット３８によって駆動制御され、ブレーキ４
６、クラッチ４８および減速歯車５０から成る回転伝達
系を介して上記ボールスクリュ手段３４に回転を伝達し
、該ボールスクリュ手段３４を介して上記センタリング
バネ手段３Ｂの付勢力に抗して後輪操舵軸３０を中立位
置からストローク変位させるように構成されている。

上記ブレーキ４Ｂは、上記サーボモータ３２と後輪操舵
軸３０との間の回転伝達系をロックして後輪操舵軸３０
を所定の変位状態に保持するものである。

即ち、定常操舵時（目標操舵角が変化しないとき）には
後輪操舵軸３０を所定の変位状態に保持する必要がある
が、それをサーボモータ３？によるサーボロックではな
くこのブレーキ４Ｂによって行なうことにより消費電力
の節約を図ろうとするものである。

上記クラッチ４８は、所定の異常発生時サーボモータ３
２と後輪操舵軸３０との間の回転伝達系を切断して後輪
操舵軸３０をフリーとし、もって該操舵軸３０を上記セ
ンタリングバネ手段３６により中立位置に復帰させて２
ＷＳ状態とし、いわゆるフェイルセーフを図ろうとする
ものである。

上記ブレーキ４６およびクラッチ４８は、上記コントロ
ールユニット３８により適宜制御される。

上記ブレーキ４６およびクララッチ４８を、第２図を参
照しながら詳述すると以下の通りである。

ブレーキ４Ｂは、サーボモータ３２の出力軸３２ａに固
設され、両面に放射状に延びる複数の凹凸溝が形成され
たディスク５２と、該ディスク５２のサーボモータ３２
側の凹凸溝と噛合する凹凸溝を有するリングプレート５
４と、このリングプレート５４をハウジング４０に固設
された吸着板５６に吸着せｌ−めるソレノイド５８とか
らなり、ソレノイド５８に通電されていないＯＦＦ状態
では、リングプレート５４をディスク５２と共に自由に
回転させる一方、ソレノイド５８に通電されているＯＮ
状態では、リングプレート５４をディスク５２との噛合
状態を維持させたまま吸着板５６に吸着せしめて、ディ
スク５２の回転、すなわちサーボモータの出力軸３２ａ
の回転に制動を加え、該出力軸３２ａをロックするよう
になっている。

クラッチ４８は、直列に２つ設けられたツインクラッチ
であって、上流側のクラッチ４８Ａはノーマルオーブン
（無通電時連結解除）型、下流側のクラッチ４８Ｂはノ
ーマルクローズ（無通電時連結）型とされている。すな
わち、クラッチ４８Ａは、ディスク５２の下流側の凹凸
溝と噛合する凹凸溝を有するリングプレート６０と、こ
のリングプレート６゜を、出力軸３２ａと同軸の回転軸
６２に固設されたディスク６４に吸着せしめるソレノイ
ド６Ｇとからなり、ソレノイド６６に通電されていない
ＯＦＦ状態では、リングプレート６０とディスク６４と
の連結が解除される一方、ソレノイド６６に通電されて
いるＯＮ状態では、リングプレート６０とディスク６４
とが面接触により連結されるようになっている。なお、
リングプレート６０はディスク５２とはっねに噛合状態
を維持している。また、クラッチ４８Ｂは、回転軸６２
に固設されたハブ６８にスプライン結合されたリングプ
レート７０と、このリングプレート７ｏの下流側の面に
当接してスプリング７２のばね力によりリングプレート
７０を上流側に押圧するバッド７４と、このバッド７４
により押圧されたリングプレート７゜の上流側への所定
量以上の移動を規制するようにリングプレート７０の上
流側の面に当接する、回転軸６２と同軸の回転軸７６に
固設されたドラム７８と、バッド７４を下流側から吸引
してリングプレート７０のドラム７８への押圧を解除す
るソレノイド８０とからなり、ソレノイド８０に通電さ
れていないＯＦＦ状態では、リングプレート７０とドラ
ム７８とが面接触により連結され、ソレノイド７０に通
電されているＯＮ状態では、リングプレート７０とドラ
ム７８との連結が解除されるようになっている。

上記、サーボモータ３２の作動による出力軸３２ａの回
転は、ブレーキ４６およびクラッチ４８ＢがＯＦＦ状態
でかつクラッチ４８ＡがＯＮ状態のときにのみ、ボール
スクリュ手段３４に伝達されることとなるが、平常時に
おける後輪操舵はこの状態において行われるようになっ
ている。なお、クラッチ４８として、クラッチ４８Ａお
よび４８Ｂを２つ直列に設けてなるツインクラッチとし
たのは、いずれか−方が焼付等により作動不能に陥った
場合においても、他方をＯＮまたはＯＦＦ状態とするこ
とにより、サーボモータ３２とボールスクリュ手段３４
、ひいては後輪操舵軸３０との連結を解除することがで
きるようにするためであり、また、一方をノーマルオー
ブン型、他方をノーマルクローズ型としたのは、カブラ
の外れ等により両クラッチ４８Ａ、　４８Ｂへの給電が
停止したとき上記連結を解除するためにはノーマルオー
ブン型のクラッチが必要であるが、両方共ノーマルオー
ブン型とすることは平常時における動力伝達のために両
クラッチをＯＮ状態とすることが必要となり、消費電力
が余分に必要となるからである。

上記ボールスクリュ手段３４は、第２図に示す様に、ポ
ールナツト８２と、操舵軸３０に刻設されたポールネジ
８４と、両者８２．８４間に介在せしめられたポール８
６とから成り、上記ポールナツト８２は上記減速歯車５
０と噛合する歯車８８に固着されて該歯車８８と一体的
に回転すると共に操舵軸３０の軸線方向は変位不能とさ
れ、もって上記サーボモータ３２によりこのポールナツ
ト８２が回転せしめられるとそれに応じて操舵軸３０が
軸線方向にストローク変位せしめられる。

上記センタリングバネ手段３６は、第２図に示す様に、
操舵軸３０に所定間隔を置いて設けられた１対のストッ
パ９０．９２と、操舵軸３０に遊嵌されて両ストッパ９
０．９２内に配設され、該両ストッパ９０．９２によっ
て拡開方向の移動を規制された１対のバネ受け９４．９
６と、両バネ受け９４．９８間に圧縮状態で配設された
センタリングバネ９８と、上記両バネ受け９４．９８が
上記両ストッパ９０．９２に当接している状態において
ストッパ９０．９２と同様に両バネ受け９４．９６の拡
開方向の移動を規制すべく該両バネ受け９４．９（ｉに
当接するハウジング側ストッパ部１００、ＬＯ２とを備
えて成る。また、上記一方のストツバ９２は操舵軸３０
に螺合して設けられ、また上記−方のハウジング側スト
ッパ部１０２はハウジング４０に螺合されたネジ蓋部材
１０４に形成され、よって上記ストッパ９２およびネジ
蓋部材１０４のねじ込み量を調整することによってセン
タリングバネ９８の圧縮荷重（プリセット荷重）を適宜
に設定することができ、その設定されたプリセット荷重
により操舵軸３０は常に中立位置に向けて付勢されるこ
とになる。なお、このプリセット荷重は少なくともコー
ナリング時のサイドフォースに打ち勝つことのできる大
きさにすることが必要である。

上記サーボモータ３２による後輪操舵は、上述の如くコ
ントロールユニット３８によって制御される。

該コントロールユニット３８による後輪操舵制御は車速
感応で行われるようになっており、車速に応じた操舵比
（後輪舵角／前輪舵角）の変更の一例としては第３図に
示すような場合がある。同図に示す制御特性を付与した
ときには、前輪舵角に対する後輪舵角は、車速が大きく
なるに従って同位相方向へ変化することとなり、このよ
うすを第４図に示す。

このような後輪操舵制御をなすべく、コントロールユニ
ット３８には、ハンドル舵角センサ１ｌＯ１車速センサ
１■２、および上記サーボモータ３２の回転位置を検出
するロータリエンコーダ１１４からの信号が入力され、
コントロールユニット３８では、ハンドル舵角（理論的
に前輪舵角と等しい）と車速とに基づいて目標後輪舵角
を演算し、必要とする後輪操舵角に対応する制御信号が
サーボモータ３２に出力される。そして、サーボモータ
３２の作動が適正になされているか否かをロータリエン
コーダ１１４によって常時監視しつつ、つまりフィード
バック制御の下で後輪の６Ｌ、６Ｒの操舵がなされるよ
うになっている。

上記後輪操舵制御においては、フェイルセーフのために
、その制御系が２重構成とされている。

すなわち、上記ハンドル舵角センサ１１０に対して前輪
舵角センサ１１［１が付加され、車速センサ１１２に対
して第２の車速センサ１１Ｂが付加され、ロータリエン
コーダ１１４に対して、クラッチ４８よりも後輪操舵軸
３０側の部材の機械的変位を検出する後輪舵角センサ１
２０が付加されており、これら３組のセンサにおいて、
対応するセンサの両者が同一の値を検出したときにのみ
後輪操舵を行うようにされている。したがって、上記３
組のセンサにおいて、例えば第１の車速センサ１１２で
検出した車速と第２の車速センサ１１８で検出した車速
とが異なるときには、異常（故障）発生ということで、
フェイルモード時の制御によって後輪６Ｌ、　６Ｒを中
立位置に保持するようになっている。

また、各種の異常検出のために、コントロールユニット
３８には、スイッチ１２２，１２４．１２６，１２８か
らのＯＮ・ＯＦＦ信号が入力され、またオルタネータの
し端子１３０からは発電の有無を表す信号が入力される
。ここで上記スイッチ１２２はニュートラルクラッチス
イッチ、スイッチ１２４はインヒビタースイッチ、スイ
ッチ１２Ｂはブレーキスイッチ、スイッチ１２８はエン
ジンスイッチである。なお、これらのスイッチは本発明
とは直接関係ないものであるので、その詳しい説明は省
略する。

なお第２図中１３２はフェイルモード時に点灯する警告
ランプである。

次に、上記後輪舵角センサ１２０について詳述する。

後輪舵角センサ１２０は、第２図、第２図のＶ−Ｖ線断
面図である第５図および第５図のｖｔ−ｖｔ線断面図で
ある第６図に示す様に、ラックアンドピニオン機構を介
して後輪操舵軸３０に連係されている。つまり、後輪操
舵軸３０のボールスクリュ手段３４とセンタリングバネ
手段３６との間の位置にラック歯１４０を形成し、該ラ
ック歯１４０にピニオン１４２を噛合させ、該ピニオン
１４２はハウジング４゜内に配設すると共に該ピニオン
のシャフト１４４を介してハウジング４０内に支持され
、該ピニオンシャフト１４４に該ピニオンシャフト１４
４の回転量を検出するポテンショメータの如き後輪舵角
センサ１２０が取り付けられている。上記ピニオンシャ
フト１４４は２つのベアリング１４８，１４８によって
ハウジング４０内に回転可能に支持され、一方のベアリ
ング１４６はスプリング１５０によってピニオン１４２
をラック歯１４０方向に押圧すべく付勢されている。

このスプリング１５０の付勢力はネジ蓋部材１５２のね
じ込み量を変化させることによって適宜調整可能に構成
されている。

上記後輪舵角センサ１２０の取付構造においては、舵角
センサ１２０として回転検出タイプのものを用い、後輪
操舵軸３０にラック歯１４０を形成し、該ラック歯１４
０にハウジング４０内に配設されたピニオン１４２を噛
合させ、このピニオンのシャフト１４４に該シャフト１
４４の回転を検出する上記舵角センサ１２０を取り付け
て成るので、舵角センサ１２０自体は勿論のことピニオ
ン１４２およびピニオンシャフト１４４もそれ自体は回
転するが変位はせず、よって従来のストローク検出タイ
プの舵角センサを用いた場合に比して舵角センサおよび
その取付機構の簡素化、小型化が図られ、省スペース化
およびレイアウト性の向上を図ることができる。

また、上記取付機構の簡素化および小型化により該取付
機構をハウジング４０内に位置させることが容易となり
、よってそうすることにより従来の外付けによる飛び石
等の問題を解決できると共に取付精度の向上も図れる。

さらに、舵角センサ１２０の取付けにあたっては後輪操
舵軸３０の適当な位置にラック歯１４０を形成しそれに
ピニオン１４２を噛合させるだけで良く、従って操舵軸
３０に特別な舵角センサ取付部を形成する必要がなく、
よって操舵軸３０を長くする必要がなく、操舵軸３０の
短縮化によるベースシャシのジオメトリ自由度の増大を
図ることができる。

また、上記実施例の如く後輪操舵軸３ｏにボールスクリ
ュ手段とセンタリングバネ手段３６とを備えて成るもの
においては、それら両手段８４．３６は操舵軸３０の端
部に付設されるのが望ましい。なぜならば、第２図に示
す様に、クラッチ４８．ブレーキ４６、サーボモータ３
２およびエンコーダ１１４が一列に接続される場合、ボ
ールスクリュ手段３４を操舵軸３０の一端部に設けると
共に上記クラッチ４８等を図示の如く操舵軸３０に沿っ
てその他端部に向けて延びる様にレイアウトすれば、後
輪操舵軸３ｏと上記クラッチ４８等が丁度型なり合い、
よって後輪操舵機構の車幅方向の寸法の短縮化を図るこ
とができるからであり、また上記センタリングバネ手段
３６は操舵軸３０の端部に位置している方が、該センタ
リングバネ手段３６の操舵軸３０への組み付けが容易と
なり、またストッパ９２およびネジ蓋部材１０４による
センタリングバネ９８のプリセット荷重調整操作も容易
になるからである。従って、上述の如くラック歯１４０
をボールスクリュ手段３４とセンタリングバネ手段３６
との間に形成するようにすればそれら両者３４．３６を
端部に配置したいという要求を満たしつつピニオン配置
を合理的にレイアウトすることができる。

また、ボールスクリュ手段３４で操舵軸３ｏを軸線方向
にストローク変位させる際には該操舵軸３０には軸線回
りの回転力が作用するが、上記ピニオン１４２はこの操
舵軸３０の回転止めとしても機能し、かつ上記ラック歯
１４０を上記の如くボールスクリュ手段３４とセンタリ
ングバネ手段３Ｂとの間に形成した場合には該ラック歯
１４０に噛合するピニオン１４２は結局操舵軸３０の略
中夫に位置することとなるので例えば操舵軸３０の端部
に位置する場合よりもはるかに効率的に回転止めとして
の機能を発揮し得る。

（発明の効果） 本発明に係る自動車の舵角センサ取付構造においては、
舵角センサとして回転検出タイプのものを使用し、それ
をピニオンシャフト、ピニオンおよびラック歯を介して
操舵軸に取り付けて成り、よって上記の如く舵角センサ
およびその取付機構の簡素化、小型化が図られ、省スペ
ースおよびレイアウト性の向上が図られる。また、取付
機構の簡素化、小型化によりそれをハウジング内に容易
に配置することが可能となり、そうすることによって外
付けによる飛び石等の問題を解決できる。

さらに、操舵軸に特別な舵角センサ取付部を形成する必
要はなく、操舵軸の短縮化によるベースシャシのジオメ
トリ自由度の増大を図ることができる。

また、上記ラック歯をボールスクリュ手段とセンタリン
グバネ手段との間に形成することにより、両手段の操舵
軸端部に付設したいという要求を満たした合理的なレイ
アウトが可能になると共に、ピニオンが操舵軸の略中央
位置に位置することとなって該ピニオンによる操舵軸の
回転止め機能を充分に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を備えた４ＷＳ機構の一例を
示す概略図、 第２図は第１図における後輪操舵機構部分の詳細断面図
、 第３図および第４図は後輪操舵制御の一例を示す図、 第５図は第２図のＶ−Ｖ線断面図、 第６図は第５図の■−■線断面図である。 ６Ｌ、６Ｒ・・・操舵輪　　３０・・・操舵軸３４・・
・ボールスクリュ手段 ３Ｂ・・・センタリングバネ手段 ４０・・・ハウジング　　　　１２０・・・舵角センサ
１４０・・・ラック歯　　　　１４２・・・ピニオン１
４４・・・ピニオンシャフト 第１図 ＋２０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）自動車の操舵輪の操舵角を検出する舵角センサの
   取付構造であって、 左右の操舵輪を連結する操舵軸にラック歯を形成し、該
   ラック歯に上記操舵軸を取り囲むハウジング内に配設さ
   れたピニオンを噛合させ、該ピニオンのシャフトに該シ
   ャフトの回転量を検出する舵角センサを取り付けたこと
   を特徴とする自動車の舵角センサ取付構造。
2. （２）自動車の操舵輪の操舵角を検出する舵角センサの
   取付構造であって、 左右の操舵輪を連結する操舵軸の該操舵軸に付設される
   操舵軸中立位置復帰用センタリングバネ手段と操舵軸変
   位用ボールスクリュ手段との間の位置にラック歯を形成
   し、該ラック歯に上記操舵軸を取り囲むハウジング内に
   配設されたピニオンを噛合させ、該ピニオンのシャフト
   に該シャフトの回転量を検出する舵角センサを取り付け
   たことを特徴とする自動車の舵角センサ取付構造。