JPH0762639B2 - 操舵力及び操舵角検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両用の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操舵角の検出
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、非常に有益
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
付ナット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１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
ブラケット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
においてもベアリング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1
4の接点押圧荷重を相当高くせざるを得ず、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感帯
を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10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
インシャフト１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
61−54419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59−9520
9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
組合せは取付け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剤に加え
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
ホイール側はベアリング支持されてなくてもよくなり、
ベアリングの摩擦トルク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感帯をも
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感帯もなく、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て並列的に配置される
こになり、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
リングホイール32側先端部には、テーパ部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、
取付ナット36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の反ステ
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38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49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52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57により連結部材38のブランジ部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35のフラン
ジ部37の外周と、スリップリングカバー61との間には、
ベアリング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54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。スリップリングカバー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67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ッチで磁気目
盛を設けたものからなり、角度検出ヘッド68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。
したがってこの面からも、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に内臓
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の接点押出荷重が小さくても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
ラシ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
せてあるので、車両の直進時付近の操舵角時等ステアリ
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０付近についてそのスリプリング
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、微小角度変位の測定が可能な操舵
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、本操舵力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。ブラシ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極めて高精度に
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、装置全体
の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図、 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……取付ナット 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……トルク感度部 47……歪ゲージ 49……プリアンプ 51……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……ベアリング 63……ボデー側 67……回転スケール 68……角度検出ヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−82331（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−137036（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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剤に加え
   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。