JPH0262927A - 操舵力及び操舵角検出装置 - 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、車両用パワーステアリング装置や車両走行試
験用計測器などに用いられる操舵力及び隙舵角の検出装
置に関する。

〔従来の技術〕

操舵力及び操舵角検出装置は、パワーステアリング装置
に適用することにより、操舵角や走行条件に応じた操舵
力（操舵トルク）の制御が可能となるので、非常に存益
である。また、車両走行試験用各種計測器と組合せて用
いることにより、より正確かつ精密な試験データを得る
ことが可能となる。

この操舵力及び操舵角検出装置は、車両の操舵力、操舵
角をできる限り正確に検出するため、ステアリングホイ
ールに極力近い位置に、すなわちステアリングホイール
スポーク部とステアリングメインシャフトとの結合部に
取付けられ、しかも極力小型であることが望まれる。

従来の操舵力及び操舵角検出装置として、たとえば第３
図および第４図に示すものが知られている。図において
、１はステアリングメインシャフト、２はステアリング
ホイールをそれぞれ示している。ステアリングメインシ
ャフト１には、連結部材３の一方のフランジ部４が取付
ナツト５によって固定されており、他方のフランジ部６
がフレーム部材７、取付ボルト８を介してステアリング
ホイール２のスポーク部９へと連結されている。

連結部材３の両フランジ部間は、剛性が弱められたトル
ク感度部１０に形成され、ステアリングホイール２から
ステアリングメインシャフトｌへと伝達される操舵トル
クをトルク感度部１０に貼り付けた歪ゲージ１１により
検出できるようになっている。

歪みゲージ１１からの信号は、リング１２、ブラシ１３
からなるスリップリング装置１４を介して外部に取り出
される。ブラシ１３の支持部材１５はハウジング１６側
に固定され、ハウジング１６は固定用穴部１７、適当な
ブラケフト１８を介してボデー側に固定されている。連
結部材３は、両端側のベアリング１９．２０を介して、
ハウジング１６に対し回転自在となっている。操舵角は
、連結部材３の回転を多段ギヤ２１を介して角度検出器
２２に伝達し、検出できるようになっている。

しかしながら、上記構成を有する従来装置には以下のよ
うな問題点がある。

まず、操舵力検出性能についてであるが、連結部材３、
多段ギヤ２１を介して角度を検出する機構となっている
関係上、構造的に連結部材３がステアリングホイール２
側においてもヘアリング２０を介して支持されるように
なっているので、ベアリング２０の摩擦トルクが操舵ト
ルク検出上のノイズとなり、その分操舵トルク検出精度
が低下する。

また、連結部材３のフランジ部４側には、ステアリング
メインシャフト１との連結強度を確保するため高い剛性
をもつことが要求され、それに対応できる肉厚が要求さ
れる。連結部材３はトルク検知用部材も兼ねているが、
上記フランジ部４における剛性確保との関係上、トルク
感度部１０をあまり薄くすることは困難であり、その分
トルク検出感度を上げることにも限度がある。さらに、
第３図示の構造では、歪ゲージ１１からリング１２を介
してブラシ１３へと伝送される信号は微小信号であるの
で、Ｓ／Ｎ比を上げるためにはスリップリング装置１４
の接点押圧荷重を相当高くせざるを得す、この接点押圧
荷重による摩擦トルクがステアリングホイール２の回動
トルクに付加されるとともに、トルク感度部１０におけ
るトルク検出に対してノイズにもなり得るという問題も
ある。

操舵角検出性能については、連結部材３のフランジ部６
から多段ギヤ２１を介して操舵角を検出するようになっ
ているが、連結部材３はトルク感度部１０で微小なねじ
れ変形を生じるよう構成されているので、上記検出され
た操舵角とステアリングメインシャフト１の操舵角とは
精密には少しずれてしまい、その分精度が低下する。ま
た、上記ずれはステアリングホイール２の操作に伴って
発生するものであるが、ステアリングホイール２の操作
方向変更時等においては、ステアリングホイール２の角
度変位は角度検出器２２で検出されるものの、ステアリ
ングメインシャフト１は実際には回転変位しないという
、ステアリングメインシャフト１操舵角検出上の一種の
不惑帯あるいは誤検出帯を生じるおそれがあるという問
題もある。

さらに装置小型化についてであるが、上記構造では、第
５図に部分的に示すように、連結部材３のステアリング
メインシャフト１との結合部であるテーパ部２３、スプ
ライン部２４、およびトルク感度部ＩＯが、ステアリン
グメインシャフト１の先端部からステアリングホイール
側に向けて直列に配置されることになるので、ステアリ
ングメインシャツ）ｌ軸方向についての小型化が難しい
。また既存のステアリング装置に取付けた場合、ステア
リングホイール２の位置を車両後方側に大きくずらさざ
るを得ない。さらに径方向についても、多段ギヤ２１、
角度検出器２２等のために比較的小型化が難しい。

上記以外の構造として、ステアリングホイールリムに直
接検出装置を取付けるタイプのものも知られているが、
このタイプでは別のステアリングホイールリムが必要と
なり、それが通常のステアリングホイールリムよりも操
舵者（運転者）の手前に位置することになるため、ステ
アリングホイールの操作性の悪化を招く。

また、操舵力のみを検出するセンサ構造として、特開昭
６Ｌ５４４１９号公報に開示された装置が知られている
。しかしこの装置では、スプリング部材を介して操舵力
を変位に変換するため、回動板、支持プレート等の部材
が必要となってやはり軸方向の長さの短縮には限界が生
じる。操舵角のみを検出する構造として、実開昭５９−
９５２０９号公報開示の構造が知られているが、この装
置に操舵力検出機構を組み合せるのは困難である。さら
に、上記特開昭６１−５４４１９号公報開示の構造に、
実開昭６０−１３４０９号公報に示されるような操舵角
検出装置を組合せ、操舵力、操舵角の両方を検出するこ
とも考えられるが、この組合せは取付はスペース上困難
であるとともに、上述の軸方向の長さの問題はやはり解
消されない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上述した従来技術における各種問題点に着目
し、操舵力、操舵角の検出精度をともに向上でき、しか
も小型化、とくに軸方向長さの短縮が可能な操舵力及び
操舵角検出装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的に沿う本発明の操舵力及び操舵角検出装置は、
ステアリングメインシャフトの外周に固定され、ステア
リングメインシャフトと一体に回動する支持部材と、 該支持部材の外周側に遊嵌され、一端部がステアリング
ホイールへと連結され、他端部が前記支持部材のステア
リングホイールと反対側の端部に固定され、両端部間が
ステアリングホイールからの操舵力によりねじれ変形可
能に剛性が弱められたトルク感度部に形成された連結部
材と、該連結部材のトルク感度部に架設され、前記トル
ク感度部のねじれ変形による歪を検出する歪検出手段と
、 該歪検出手段により検出された歪を前記連結部材に加え
られたトルクの信号として出力する信号出力手段と、 ステアリングメインシャフト周囲にステアリングメイン
シャフトと一体回動可能に設けられ、円周方向にスケー
ルが構成された回転スケールと、ポデー側に前記回転ス
ケールに対向させて設けられ、前記回転スケールの回転
方向変位を検出することによりステアリングメインシャ
フトの操舵角を検出可能な角度検出手段と、 を備えたものから成る。

〔作用〕

このような検出装置においては、ステアリングメインシ
ャフトに連結固定される支持部材と、トルク感度部を有
しステアリングホイールへと連結される連結部材とが別
部材に構成されるので、支持部材側にステアリングメイ
ンシャフトとの連結のために大きな剛性をもたせても、
その剛性は連結部材のトルク感度部には悪影響を及ぼさ
ず、かつ連結部材はステアリングホイール側との連結に
必要な強度さえもてばよいのでトルク感度部を従来構造
に比べ薄肉化でき、トルク検出感度の向上が可能となる
。また、連結部材と操舵角検出機構とは別位置に設けら
れ機能的に分離されるので、連結部材のステアリングホ
イール側はヘアリング支持されなくてもよくなり、ベア
リングの摩擦トル欠に起因する操舵力検出上のノイズは
発生しなくなる。

また、上記の如くねじれ変位が許容された連結部材と操
舵角検出機構とが分離され、加わる操舵力にかかわらず
、ステアリングメインシャフトと一体回動する回転スケ
ールの回転変位が角度検出手段により検出されるので、
ステアリングメインシャフトの操舵角が不惑帯をもつこ
となく直接的に精度よく検出される。またギヤ等を介さ
ないので機械的な不惑帯もなく、検出の分解能が大幅に
高められる。

さらに、トルク感度部を有する連結部材が、支持部材の
外周側に間隙をもって位置するので、両部材がステアリ
ングメインシャフト軸方向に対し並列的に配置されるこ
とになり、第３図に示した従来構造に比べ軸方向の装置
の長さが大幅に短縮される。また径方向についても、多
段ギヤ等を設ける必要がなくなるので、スペース的に有
利になり、小型化が可能になる。

〔実施例〕

以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。

第１図および第２図は、本発明の一実施例に係る操舵力
及び操舵角検出装置を示している。図において、３１は
ステアリングメインシャフト、３２はステアリングホイ
ールを示している。ステアリングメインシャフト３１の
ステアリングホィール３２側先端部には、テーバ部３３
とスプライン部３４が形成されており、該部分外周に支
持部材３５が、取付ナツト３Ｇにより、ステアリングメ
インシャフト３１と一体に回動可能に固定されている。

支持部材３５の環ステアリングホイール側は、径方向外
方に延びるフランジ部３７に形成されている。

支持部材３５の外周側には、連結部材３８が遊嵌され、
該連結部材３８の反ステアリングホイール側フランジ部
３９が、固定ボルト４０を介して支持部材３５のフラン
ジ部３７に固定されている。連結部材３８のステアリン
グホイール側もフランジ部４１に形成されており、該フ
ランジ部４１は、ボルト４２、ワッシャ４３を介してス
テアリングホイールフレーム部４４に締結されている。

ステアリングホイールフレーム部４４はステアリングホ
イールスポーク部４５へと接続されている。連結部材３
８の両フランジ部３９．４１間は、肉厚の比較的薄い、
ねじれ変形可能に剛性が弱められたトルク感度部４６に
形成されている。

トルク感度部４６の外周面上には、トルク感度部のねじ
れ変形による歪を検出する歪検出手段としての歪ゲージ
４７が架設されている。この歪ゲージ４７により検出さ
れた歪の信号は、連結部材３８に加えられたトルクに対
応する信号として、リード線４８を介して、ステアリン
グホイールスポーク部４５に取付けられたプリアンプ４
９に送られる。プリアンプ４９で増幅された信号は、リ
ード線５０を介してスリップリング装置５１のブラシ５
２へと送られ、リング５３を介し、コード５４により適
当な信号処理装置５５へと出力される。ブラシ５２はサ
ポート部材５６に支持され、サポート部材５６はビス５
７により連結部材３８のフランジ部３９に固定されてい
る。リング５３は、支持板５８上にステアリングメイン
シャフト径方向に配列、固着されており、支持板５８は
、ビス５９によりカバーフレーム６０に固定されたスリ
ップリングカバー６１によって押圧固定されている。

連結部材３８のフランジ部３９の外周および支持部材３
５のフランジ部３７の外周と１．スリップリングカバ６
１との間には、ヘアリング６２が介装されており、支持
部材３５、連結部材３８側に対し、スリップリングカバ
ー６１、カバーフレーム６０側は回転できるようになっ
ている。ただし、支持板５８から取り出されたコード５
４が、適当なたわみ代をもたせてボデー側６３に固定さ
れているので、カバーフレーム６０は、ボデー側６３に
対しある一定範囲の角度内で回動できるようになってい
る。スリ・ノブリングカバー６１には、ベアリング押え
６４がビス６５により取付けられている。なお、ブラシ
５２は１個しか図示していないが、信号取り出しに必要
な個数だけ設けられ、リング５３円周方向に位置をずら
して配設されている。

支持部材３５のフランジ部の反ステアリングホイール側
側面には、ビス６６を介して、ステアリングメインシャ
フト３１と一体回動する回転スケール６７が設けられて
いる。回転スケール６７に対向させて、回転スケール６
７の回転方向変位を検出可能な角度検出手段としての角
度検出ヘッド６８がボデー側６３に固定されている。角
度検出ヘッド６８は、角度検出器本体あるいは適当な信
号処理装置６９へと接続されている。回転スケール６７
は、たとえば磁気スケールからなり、円周方向に適当に
細かいピンチで磁気目盛を設けたものからなり、角度検
出ヘッドロ８はたとえばその磁気目盛検出用のセンサー
からなる。

上記のように構成された実施例装置の作用について説明
する。

ステアリングホイール３２から加えられる操舵トルクは
、ステアリングホイールスポーク部４５、ステアリング
ホイールフレーム部４４を介して連結部材３８に伝達さ
れ、連結部材３８から支持部材３５を介してステアリン
グメインシャフト３１へと伝達される。支持部材３５は
ステアリングメインシャフト３１との連結強度を保証す
るため高い剛性が要求されるが、連結部材３８と支持部
材３５とは別部材であり、上記支持部材３５の高剛性構
造は連結部材３８のトルク感度部４６には直接的には何
ら影響を及ぼさないので、トルク感度部４６は、ステア
リングホイール３２の支持強度さえあれば薄肉化が可能
である。薄肉化によりトルク感度部４６のねじれ剛性が
弱められ、歪ゲージ４７による操舵トルク検出感度およ
び精度が向上される。また、連結部材３８はそのフラン
ジ部３９側のみが支持部材３５に固定支持され、ステア
リングホイール側は自由状態であるので、トルク感度部
４６におけるトルク検出について、ベアリングの摩擦抵
抗等による外乱ノイズの入る余地がなくなる。したがっ
てこの面がらも、操舵トルク検出の高精度化が達成され
る。

また、プリアンプ４９をステアリングホイール３２に内
蔵し、歪ゲージ４７からの検出信号をプリアンプ４９で
増幅してスリップリング装置５１に送るようにしたので
、該装置５１の接点押圧荷重が小さくてもＳ／Ｎ比を十
分に高くとれるようになる。接点押圧荷重を小に抑える
ことによりブラン５２とリング５３との間の摩擦抵抗を
小に抑えることができ、この摩擦抵抗の操舵トルクへの
影響を無視できる程度に小さくできるとともに、トルク
検出上のＳ／Ｎ比の向上をはかることができる。

また、スリップリング装置５１は、取出しコード５４を
介してボデー側６３に固定されるが、コード５４にたわ
みがもたせであるので、車両の直進時付近の操舵角特等
ステアリングホイール３２が大きくは回転されないとき
、コード５４のたわみ代の範囲内でブラシ５２とリング
５３とが互にスリップしないで一体的に回動する。その
結果、操舵角０付近あるいは操舵トルクＯ付近について
のスリップリング装置の回転方向摩擦力のトルク検出に
対する影響は全くなくなり、極めて高精度な低トルク検
出が可能になる。

また、操舵角検出に関して、回転スケール６７が連結部
材３８とは全く別部材でかつ全く別位置に設けられ、し
かも回転スケール６７は支持部材３５を介してステアリ
ングメインシャフト３１と完全に一体的に回動するので
、角度検出ヘッド６８を介しての検出により、不感帯の
全くない、高精度でかつ応答性のよい操舵角検出が可能
になる。とくに磁気スケールからなる回転スケール６７
の適用により、極めて分解能が高く、微小角度変位の群
１定が可能な操舵角検出機構が実現される。また磁気ス
ケール採用により、ノイズレスで劣化等のない、かつマ
イコン等での信号処理も極めて容易な信号処理装置が容
易に達成できる。

さらに、トルク感度部４６を有する連結部材３８が支持
部材３５の外周側に支持部材３５と並列的に配設される
ので、連結部材３８へと連結されるステアリングホイー
ル３２のステアリングメインシャフト３１軸方向取付位
置を、実質的に、本操舵カ及び操舵角検出装置を取付け
ない場合と同じ位置にまでステアリングメインシャフト
３１側に寄せることが可能となる。ブラン５２、リング
５３の径方向配列も、ステアリングメインシャフト３１
軸方向の装置寸法縮小に寄与している。さらに多段ギヤ
等を設けない構造であるため、本装置のステアリングメ
インシャフト３１軸方向の寸法短縮のみならず、径方向
寸法についても十分に小型化される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の操舵力および操舵角検出
装置によるときは、次のような種々の効果が得られる。

トルク感度部を有する連結部材と支持部材との別体構造
により、トルク感度部の薄肉化が可能になるとともにベ
アリング等の摩擦抵抗ノイズを除去でき、操舵トルク検
出精度を向上することができる。

また、連結部材と操舵角検出機構を完全に分離し、回転
スケールを介してステアリングメインシャフトの回動角
度を直接的に検出できるようにしたので、不感帯を生じ
させることなく微小角度変位であっても橿めて高精度に
操舵角を検出することができる。

さらに、連結部材と支持部材の並列配置により、装置の
ステアリングメインシャフト軸方向寸法を大幅に短縮す
ることができ、径方向についても多段ギヤ等を配設する
必要がないので、小寸法に抑えることができ、Ｗ　ｉ？
全全体小型化できるとともに、ステアリングホイールの
取付位置をステアリングメインシャフト側に大きく寄せ
ることができる。その結果、本装置を内装したハンドル
は、その車両オリジナルのハンドルと比較して、同一外
観、同一重量、同一慣性モーメント、同一寸法、同一取
付位置が可能となる。言い換えれば、オリジナルハンド
ルの内部に本機構を内装可能となり、オリジナルハンド
ルと同一条件下での各種車両性能試験が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る操舵力及び操舵角検出
装置の縦断面図、 第２図は第１図の装・置の概略側面図、第３図は従来の
操舵力及び操舵角検出装置の縦断面図、 第４図は第３図の装置の概略側面口、 第５図は第３図の装置の部分断面図、 である。 ３１・・・・・・ステアリングメインシャフト３２・・
・・・・ステアリングホイール３５・・・・・・支持部
材 ３６・・・・・・取付ナツト ３７・・・・・・フランジ部 ３８・・・・・・連結部材 ３９．４１・・・・・・フランジ部 ４４・・・・・・ステアリングホイールフレーム部４５
・・・・・・ステアリングホイールスポーク部４６・・
・・・・トルク怒度部 ４７・・・・・・歪ゲージ ４９・・・・・・プリアンプ ５Ｉ・・・・・・スリップリング装置 ５２・・・・・・ブラシ ５３・・・・・・リング ５４・・・・・・コード ５５・・・・・・信号処理装置 ６０・・・・・・カバーフレーム ６２・・・・・・ヘアリング ６３・・・・・・ボデー側 ６７・・・・・・回転スケール ６８・・・・・・角度検出ヘッド 第２図 第４図 許　　出　　願　　人 同　　　　　　上 トヨタ自動車株式会社 總合計装株式会社 キ ４＼ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステアリングメインシャフトの外周に固定され、ス
   テアリングメインシャフトと一体に回動する支持部材と
   、 該支持部材の外周側に遊嵌され、一端部がステアリング
   ホイールへと連結され、他端部が前記支持部材のステア
   リングホイールと反対側の端部に固定され、両端部間が
   ステアリングホイールからの操舵力によりねじれ変形可
   能に剛性が弱められたトルク感度部に形成された連結部
   材と、 該連結部材のトルク感度部に架設され、前記トルク感度
   部のねじれ変形による歪を検出する歪検出手段と、 該歪検出手段により検出された歪を前記連結部材に加え
   られたトルクの信号として出力する信号出力手段と、 ステアリングメインシャフト周囲にステアリングメイン
   シャフトと一体回動可能に設けられ、円周方向にスケー
   ルが構成された回転スケールと、ボデー側に前記回転ス
   ケールに対向させて設けられ、前記回転スケールの回転
   方向変位を検出することによりステアリングメインシャ
   フトの操舵角を検出可能な角度検出手段と、 を備えたことを特徴とする操舵力及び操舵角検出装置。