操舵角検出装置
【課題】簡素な構成にて全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出できる操舵角検出装置を提供する。
【解決手段】ラック軸１の軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝１２がラック軸１に設けられ、サポートヨーク３に設けられた可動子４１の一部を該溝１２の底面に当接させ、ラック軸１の移動に応じて生じる可動子４１の変位を検出して、車両の操舵角を算出する構成になっており、このように連続的に深さが変化する溝１２を設けているため、ラック軸１の移動に応じて可動子４１は当接部の深さに追随して変位することとなり、この変位により一義的にラック軸１の移動量を知ることができ、簡素な構成にて全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出できる。
【解決手段】ラック軸１の軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝１２がラック軸１に設けられ、サポートヨーク３に設けられた可動子４１の一部を該溝１２の底面に当接させ、ラック軸１の移動に応じて生じる可動子４１の変位を検出して、車両の操舵角を算出する構成になっており、このように連続的に深さが変化する溝１２を設けているため、ラック軸１の移動に応じて可動子４１は当接部の深さに追随して変位することとなり、この変位により一義的にラック軸１の移動量を知ることができ、簡素な構成にて全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操舵角を簡素な構成により検出することができる操舵角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵角は、車両の各種の制御に必要な情報であり、一般的には操舵部材であるステアリングホイールと操舵機構とを連結する操舵軸の回転角度により検出される。ステアリングホイールは、操舵角の最大位置まで転舵するために、通常１回転以上回転操作するように構成されている。このため操舵軸の回転角度によって全操舵角範囲に亘る操舵角を検出しようとすると、例えば多回転を１回転に変換するために減速機構を設ける必要があり、部品点数の増加により検出精度が低下し、また回転角検出装置が大型化する等の問題がある。
【０００３】
ところで車両の操舵機構として広く採用されているラックピニオン式の操舵機構においては、ステアリングホイールの回転操作が操舵軸を介してピニオン軸に伝達され、該ピニオン軸の回転がラック軸の軸長方向の移動に変換され、左右の前輪が押し引きされて操舵がなされる構成となっており、ラック軸の移動位置と操舵角とが１対１に対応している。この点に着目して、ラック軸の移動量を検出することにより全操舵角範囲に亘る操舵角を求めることができる操舵角検出装置が従来から提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２，特許文献３参照）。
【０００４】
特許文献１の発明においては、ラック軸の基準位置を検出するセンサとピニオンを駆動するモータの回転角を検出するセンサとを設けて、これらのセンサの検出値により基準位置からのラック軸の移動量を検出している。また特許文献２の発明においては、ラック軸に凹凸の磁気ストライプを等間隔に刻設して、ラック軸の移動に応じて磁気ストライプを横切る磁束の変化を磁気センサにより検出し、ラック軸の移動量を検出している。特許文献３の発明においては、ラック軸を支持するラックハウジングに固定された抵抗体と、ラック軸に固定された摺動片とを備えるポテンショメータを設け、ラック軸の移動に応じて摺動片が抵抗体の上をスライドすることにより変化する電気抵抗を測定してラック軸の移動量を検出している。
【特許文献１】特開２００４−２０５３３２号公報
【特許文献２】特開平７−３５５７３号公報
【特許文献３】特開２００１−１９１９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の発明においては、二つのセンサによる検出値を組み合わせてラック軸の移動量を検出する構成になっているため構成が複雑になる。特許文献２の発明においては、磁気ストライプの凹凸のピッチが一定になるように高い加工精度が求められるため加工コストが増大し、また上述のセンサのみではラック軸の相対移動量のみが検出されるにすぎず、ラック軸の絶対移動量を検出するためには更なるセンサが必要であり構成が複雑になる。特許文献３の発明においては、一つのセンサ（ポテンショメータ）により全操舵角範囲に亘る操舵角の検出が可能であるが、車輪からの作用力、ピニオンからの作用力等の外力によりラック軸に生じる撓み又は振動がセンサの検出値に影響を与え、高精度の検出結果が得られない場合がある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成にて全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出できる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】
【０００７】
第１発明に係る操舵角検出装置は、ラックピニオン式の操舵機構のラック軸にピニオン軸との噛合部の逆側から弾接し、該ラック軸を前記噛合部に押し付けるサポートヨークを備える車両の操舵角を、前記ラック軸の移動量に基づいて検出する操舵角検出装置において、前記ラック軸には、前記サポートヨークの弾接部位に、軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝が延設されており、該溝の底面に一部を当接させて前記サポートヨークに設けられ、前記ラック軸の移動に応じて該ラック軸から接離する方向に変位する可動子と、該可動子の変位を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記操舵角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係る操舵角検出装置は、前記可動子は、前記溝の底面に転接し、前記ラック軸の移動に応じて転動する転動体を備えることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係る操舵角検出装置は、前記可動子に直接的又は間接的に接触し、前記変位により前記可動子から受ける圧力を検出する圧力検出素子であることを特徴とする。
【００１０】
第４発明に係る操舵角検出装置は、前記可動子と前記検出手段との間に弾性体が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
第５発明に係る操舵角検出装置は、ラックピニオン式の操舵機構のラック軸にピニオン軸との噛合部の逆側から弾接し、該ラック軸を前記噛合部に押し付けるサポートヨークを備える車両の操舵角を、前記ラック軸の移動量に基づいて検出する操舵角検出装置において、前記ラック軸には、前記サポートヨークの弾接部位に、軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝が延設されており、該溝の底面に対向して前記サポートヨークに設けられ、前記ラック軸の移動に応じて変化する前記溝の底面との距離を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記操舵角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明によれば、ラック軸の軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝がラック軸に設けられ、サポートヨークに設けられた可動子の一部を該溝の底面に当接させてあるから、ラック軸の移動に応じて可動子は、当接部の深さに追随して変位することとなり、この変位により一義的にラック軸の移動量を知ることができ、簡素な構成にて全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出できる。
【００１３】
第２発明によれば、可動子がラック軸の移動に応じて転動するボール等の転動体を備えているから、可動子の転接部の抵抗によりラック軸の移動が阻害されることがなく、また、この転接下での可動子の変位も安定して生じ、高精度の操舵角検出が可能となる。
【００１４】
第３発明によれば、可動子の変位により可動子から受ける圧力を検出しているため、ラック軸の移動に応じて生じる可動子の変位が小さくても精度良く検出でき、簡素な構成にて全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出できる。
【００１５】
第４発明によれば、可動子と検出手段との間に弾性体を設けているから、車両が走行中に受ける路面からの作用力によるラック軸の振動成分が、この弾性体により吸収され、検出手段に伝達されるのを防ぐことができるため、ラック軸の移動に応じて生じる可動子の変位をより精度良く検出することが可能となる。
【００１６】
第５発明によれば、ラック軸の軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝がラック軸に設けられ、該溝の底面に対向するよう検出手段をサポートヨークに設けて、ラック軸の移動に応じて変化する溝の底面との距離を検出しているから、検出手段が溝の底面と接触しないため、摩耗等の損傷がなく、経年劣化の影響を受けにくく、長期間に亘り、簡素な構成にて全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る第１の実施の形態を示す操舵角検出装置を備えるラックピニオン式の操舵機構の要部の構成を示す縦断面図である。
【００１８】
図１において、２３はピニオンハウジングであり、該ピニオンハウジング２３の内部にはピニオン軸２が配してある。ピニオン軸２は、下半部を拡径して一体形成されたピニオン２０を備えており、ピニオン２０の上下両側に位置する一対のベアリング２１，２２により、ピニオンハウジング２３の内部に同軸上での回転自在に支持されている。また、ピニオンハウジング２３の外部に突出するピニオン軸２の上端部は、図中に模式的に示すステアリングホイール２４に連結されている。
【００１９】
ピニオンハウジング２３の下半部の一側には、円筒形をなすラックハウジング１１が、軸心を交叉させて連設されており、該ラックハウジング１１の内部には、軸長方向への摺動自在にラック軸１が支持されている。ラック軸１の周面には、ピニオンハウジング２３との連通部を臨む側に適長に亘ってラック歯１０が形成されており、このラック歯１０はピニオン２０に噛合させてある。また、ラックハウジング１１の両側に突出するラック軸１の両端は、図示しない左右の前輪に連結されている。
【００２０】
ラックハウジング１１は、ピニオンハウジング２３との交叉部の逆位置に、両ハウジング１１，２３の夫々と略直交する向きに一体的に突設された保持ハウジング３５を備えている。該保持ハウジング３５は、軸心部を貫通する円形断面の保持孔３０を備えており、該保持孔３０には、円筒形をなすサポートヨーク３が、軸長方向への摺動自在に内嵌保持されている。
【００２１】
ラックハウジング１１の内側に臨むサポートヨーク３の一端は、ラック軸１の外形に対応するアーチ形状を有し、ラック軸１のピニオン２０との噛合部の逆側の外周面に滑り板３１を介して摺接させてある。また、サポートヨーク３の他端は、保持孔３０の開口部にねじ込まれ、ロックナット３３により位置決め固定された支持キャップ３２の底面に臨ませてあり、該底面との間に介装された押しばね３４により、ラック軸１に向けて付勢されている。
【００２２】
このように取付けられたサポートヨーク３は、押しばね３４のばね力によりラック軸１のピニオン２０との噛合部の逆側に弾接しており、該ラック軸１をピニオン軸２に押し付けてラック歯１０とピニオン２０との噛合部に与圧を付与して、両者をバックラッシなしに良好に噛合させる作用をなす。前記与圧は、支持キャップ３２のねじ込み量の増減により適正に調整される。
【００２３】
以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール２４が回転操作された場合には、ステアリングホイール２４に連結されたピニオン軸２が回転し、この回転がピニオン２０とラック歯１０との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸１の移動が両端に連結された左右の前輪に伝達され、これにより左右の前輪の操舵がなされる。
【００２４】
以上のように構成された操舵機構には、本発明に係る操舵角検出装置４が設けられている。この操舵角検出装置４は、サポートヨーク３の軸心部を貫通する円形断面の孔に内嵌固定されたハウジング４６と、このハウジング４６内部に設けられた圧力検出素子である圧電体４３と、ハウジング４６の先端に設けられた可動子である検出ボール４１と、算出手段である算出部４８とを備えている。図２は、図１のII−II線による矢視図であり、本発明に係る第１の実施の形態を示す操舵角検出装置４を略示する断面図である。
【００２５】
図２に示すようにハウジング４６は、薄肉円筒形の部材であり、先端側に端部に向けてテーパ状に縮径された円錐部を備えている。この円錐部には、軸心を貫通する孔が形成されており、検出ボール４１は、この孔内に回転自在に嵌め込まれ、ハウジング４６の内部に向けて変位可能に保持されている。
【００２６】
またハウジング４６は、軸長方向の中途部に中空のスペーサ４４を備えており、圧電体４３は、スペーサ４４のハウジング４６先端側に支持され、ダンパ４２を介して検出ボール４１に間接的に当接させてある。
【００２７】
このスペーサ４４は、組立て時の検出ボール４１とラック軸１との接触圧力の微調整と、操舵角検出装置４全体の高さ調整とを併せて可能とするために設けてある。この調整は、例えば、車両エンジンルーム内及び車両運転室内等における熱膨張及び熱収縮を考慮して行われる。
【００２８】
ダンパ４２は、スペーサ４４の熱収縮に伴い、検出ボール４１を過剰にラック軸１に押圧することを防ぐために、弾性変形し自己潤滑性を備えた樹脂材料製とし、また検出に必要な押圧力を得るために適度の硬度を有し、更に車両振動による圧電体４３のラック軸１側から入力側へ周り込んでくるクロストーク・ノイズが極力発生しないノイズキラーとしての機能とを備えることが望ましい。
【００２９】
このようなダンパ４２は、例えば、ガラス繊維を混入したＦＲＰ樹脂、又は銅メッシュに樹脂若しくは固体潤滑材等を混入した材料を用いて形成される。図３は、ダンパ４２の配設部位周辺を略示する断面図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ガラス繊維が混入された樹脂層（あるいは銅メッシュ層）を備えることにより、検出に必要な押圧力を付与できると同時に、ラック軸１と検出ボール４１との転がり摩擦、すべり摩擦等による摩耗を軽減でき、操舵角検出装置４の長寿命化を実現できる。
【００３０】
図３（ａ）に示すダンパ４２は、Ｔ字型のダンパ芯４２０を基礎として、固体潤滑材４２１をＴ字型のダンパ芯４２０の周りに配設して構成されている。このダンパ芯４２０には、例えば、ポリフェニレン・オキサイド（Polyphenylene Oxide）系樹脂又はポリカーボネイト（Polycarbonate）系樹脂等にガラス繊維を混入したＦＲＰ樹脂を用いることができる。これらのＦＲＰ樹脂は、高誘電体のため、ダンパ４２を小さくでき、クロストーク・ノイズをすばやく除去することができる。固体潤滑材４２１と検出ボール４１との周辺に潤滑溜り部４２２を設けることにより、潤滑不良をなくすことができ、また、ダンパ芯４２０のガラス繊維量を適宜調整することで前述した望ましいダンパ４２とすることができる。
【００３１】
図３（ｂ）に示すダンパ４２は、検出ボール４１に接する先端が円錐形に成形された円筒状の第１ダンパ芯４２３と中実円柱状の第２ダンパ芯４２４とを備え、両ダンパ芯４２３，４２４間に潤滑材を含浸した圧粉体４２５を配設して構成されている。この構成によりラック軸１の移動に伴って微細に振動する検出ボール４１と、この検出ボール４１に接するダンパ４２の先端との間に潤滑作用を与えることができる。このような圧粉体４２５を利用することにより、切削加工又はプレス加工が可能となり、ダンパ４２の寸法精度を向上させ、組立て時の寸法精度の管理が容易になる。また、圧電体４３からの出力ノイズの元となる車両振動は潤滑作用に利用されるため除去されやすくなり、長寿命化、低ノイズ化、対外乱ノイズ性の向上を図ることができる。
【００３２】
図３（ａ）、図３（ｂ）に示す構成を適宜組み合わせても良いことは言うまでもなく、これらは後述する実施の形態にも適用でき、その形態、構造及び効果は同様なため説明を省略する。
【００３３】
圧電体４３は、図２に示すように、出力ケーブル４５により、ハウジング４６の基端に設けられた出力端子４７に接続されており、圧電体４３の出力は、出力ケーブル４５を経て出力端子４７に取り出され、この出力端子４７を介して算出部４８に与えられるようになしてある。
【００３４】
このように構成された操舵角検出装置４の主要部は、前述したように、サポートヨーク３の軸心部を貫通する孔に内嵌固定されている。この固定は、ハウジング４６の中途に設けたスペーサ４４を支えとし、ハウジング４６の先端に保持された検出ボール４１を、サポートヨーク３が摺接するラック軸１の外面に設けた溝１２の底面に当接させて実現されている。
【００３５】
この溝１２は、図２に示すように、軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化し、ラック軸１の移動ストロークの全長に亘って軸長方向に延設されている。図２には、溝１２の深さが最大となる側のストローク端に検出ボール４１が当接している状態が示されており、ハウジング４６は、図２に示す状態においても溝１２から検出ボール４１に所定の押し付け力が付加され、ダンパ４２を介して圧電体４３に圧力が加わるように位置決めして固定されている。
【００３６】
圧電体４３は、圧縮力を加えてひずみを生じさせたときに、これに比例した等量のプラス又はマイナスの電荷が両端面に反作用的に夫々発生する圧電効果を利用した公知の圧力検出素子であり、前述の如く配された圧電体４３は、検出ボール４１からダンパ４２を介して加えられる圧力に比例する電圧出力を発生する。
【００３７】
ラック軸１は、図２に示すストローク端から白抜矢符により示す向きに移動する。この移動に応じて検出ボール４１の当接位置は、溝１２の深さが浅くなる側に変化するから、溝１２から検出ボール４１に加わる押し付け力、及びダンパ４２を介して圧電体４３に加わる圧力も大となり、圧電体４３の電圧出力は、白抜矢符により示す向きのラック軸１の移動に比例して増大し、逆向きの移動に比例して減少する。なお、ラック軸１の両ストローク端間での溝１２の深さの変化はわずかであり、ダンパ４２の変形を伴って図２中に矢符にて示す向きに生じる検出ボール４１の変位により吸収される。このように変化する圧電体４３の電圧出力は、出力ケーブル４５及び出力端子４７を介して算出部４８に与えられており、算出部４８は、このように与えられる圧電体４３の電圧出力を用いて操舵角を算出する。
【００３８】
図４は、上述のような本発明に係る操舵角検出装置４の圧電体４３の電圧出力とラック軸１の移動量との関係を示す図である。図４（ａ）の横軸はラック軸１移動量を、縦軸は圧電体４３の電圧出力を夫々示しており、横軸のプラス側はラック軸１の右方向への移動量を、マイナス側はラック軸１の左方向への移動量を夫々示している。図４（ｂ）において、ラック軸１が右に移動したときは、ラック軸１の溝１２の底面と圧電体４３との距離が縮まり、検出ボール４１はハウジング４６内部へ押し込まれるので、図４（ａ）に示すように圧電体４３の電圧出力は増大する。ラック軸１が左に移動したときは、逆に圧電体４３の電圧出力は減少する。このように、ラック軸１が左右に移動するのに応じて、圧電体４３の電圧出力が直線的に増減する。なお、車両の左右の前輪が進行方向と同方向になる操舵中点とラック軸１の溝１２の中点とが一致するように予め設定しておき、圧電体４３の電圧出力とラック軸１移動量との関係を算出部４８に予め記憶させておく。これにより圧電体４３の電圧出力に基づいてラック軸１の操舵中点からの移動量を求めることができるので、一義的に全操舵角範囲に亘る操舵角が算出できる。
【００３９】
以上のような第１の実施の形態によれば、ラック軸１の移動量に応じて圧電体４３の電圧出力が直線的に変化し、このように変化する圧電体４３の電圧出力によりラック軸１の移動量を一義的に求めることができる。この実施の形態においては、可動子に検出ボール４１を用いているので、ラック軸１の移動が阻害されることがなく、また、可動子の変位も安定して生じ滑らかに転動するため可動子の変位を精度良く検出でき、簡素な構成により全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出することが可能となる。
【００４０】
また、車輪からの作用力、ピニオン２０からの作用力等の外力によりラック軸１に軸長方向と直交する方向に撓み又は振動が生じるときに、サポートヨーク３もラック軸１と同時に移動するため、圧電体４３とラック軸１に設けた溝１２との距離はこれら撓み又は振動の影響を受けない。このようにサポートヨーク３に操舵角検出装置４の主要部を設置することにより、ラック軸１の移動に応じて検出ボール４１に生じる圧力を簡素な構成にて精度良く検出することができる。なお、車両が走行中に受ける路面からの作用力によって生じるラック軸１の振動成分がダンパ４２により吸収され、検出手段に伝達されるのを防ぐことができる。
【００４１】
なお、第１の実施の形態では、ラック軸１の移動に応じて生じる検出ボール４１の変位を検出する検出手段として圧電体４３を用いているが、検出手段はこれに限定されず、ラック軸１の移動に応じて生じる検出ボール４１の変位を検出可能な検出手段であればよい。可動子として検出ボール４１を用いているが、これに限定されず、ラック軸１の移動に応じて該ラック軸１から接離する方向に変位する可動子であればよい。
【００４２】
図５（ａ）は、本発明に係る第２の実施の形態を示す操舵角検出装置５を略示する断面図である。図５（ａ）に示すように、ハウジング５６は、操舵角検出装置４のハウジング４６と同様に、薄肉円筒形の部材であり、先端側に端部に向けてテーパ状に縮径された円錐部を備えている。ハウジング５６の円錐部の軸心を貫通する孔内に、円柱形をなす磁性体５３の周りに巻回された検出コイル５２が固定されており、この孔はシール材５１により覆われている。
【００４３】
またハウジング５６は、軸長方向の中途部に中空のスペーサ５４を備えている。このスペーサ５４は、組立て時の検出コイル５２とラック軸１とのエアギャップを、検出コイル５２の取付け位置だけでは目標とする公差を含めたエアギャップ設計値にどうしても到達しえないと判断した時に、適宜微調整することができるエアギャップ微調整機能と、操舵角検出装置５全体の高さ調整機能とを兼ねており、また操舵角検出装置５の出力信号ノイズ除去にも利用できる。
【００４４】
これによりエアギャップの微調整のためだけに検出コイル５２を再設計する必要がなくなり、例えば、車両エンジンルーム内及び車両運転室内等の熱膨張及び熱収縮をスペーサ５４の設計諸元に落ち着かせることができ、検出コイル５２によりエアギャップの微調整をする場合と比較してエアギャップの管理が極めて容易にできる。
【００４５】
検出コイル５２は、出力ケーブル５５により、ハウジング５６の基端に設けられた出力端子５７に接続されており、検出コイル５２の出力は、出力ケーブル５５を経て出力端子５７に取り出され、この出力端子５７を介して算出部５８に与えられるようになしてある。
【００４６】
このように構成された操舵角検出装置５の主要部は、第１の実施の形態と同様に、サポートヨーク３の軸心部を貫通する孔に、ハウジング５６の中途に設けたスペーサ５４を支えとして内嵌固定されている。そして、ハウジング５６の先端に固定された検出コイル５２は、サポートヨーク３が摺接するラック軸１の外面に設けた溝１２の底面に対向しており、シール材５１に覆われたハウジング５６の先端はラック軸１に近接している。
【００４７】
検出コイル５２は、該検出コイル５２への通電により生じた磁界中に、金属体が接近したときに、電磁誘導により金属体に誘導電流が流れ、この誘導電流により金属体に磁界が生じ、これら２つの磁界が重なり合って、この結果生じる検出コイル５２のインピーダンスの変化を検出する公知の磁気センサである。
【００４８】
このような構成により、ラック軸１が移動すると、ラック軸１の溝１２の底面と検出コイル５２との距離が変化し、この変化に応じて検出コイル５２のインピーダンスが変化する。このインピーダンスの変化が検出コイル５２により検出され、この検出結果が検出コイル５２に接続された出力ケーブル５５により出力端子５７を介して算出部５８へ伝達される。算出部５８は、検出コイル５２の出力として与えられるインピーダンスの変化に基づき溝１２の底面と検出コイル５２との距離を算出し、操舵角を算出する。
【００４９】
以上のような第２の実施の形態によれば、操舵角検出装置５にラック軸１との接触部がなく、摩耗等の損傷を受けないので、経年劣化の影響を受けにくく、長期間に亘り、簡素な構成により全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出することが可能となる。
【００５０】
図５（ｂ）は、本発明に係る第３の実施の形態を示す操舵角検出装置６を略示する断面図である。図５（ｂ）に示すように、ハウジング６６は、操舵角検出装置４のハウジング４６と同様に、薄肉円筒形の部材であり、先端側に端部に向けてテーパ状に縮径された円錐部を備えている。ハウジング６６の円錐部の軸心を貫通する孔内に、音響センサ６２が固定されており、この孔はシール材６１により覆われている。
【００５１】
またハウジング６６は、軸長方向の中途部に中空のスペーサ６４を備えている。音響センサ６２は、出力ケーブル６５により、ハウジング６６の基端に設けられた出力端子６７に接続されており、音響センサ６２の出力は、出力ケーブル６５を経て出力端子６７に取り出され、この出力端子６７を介して算出部６８に与えられるようになしてある。
【００５２】
このように構成された操舵角検出装置６の主要部は、第１の実施の形態と同様に、サポートヨーク３の軸心部を貫通する孔に、ハウジング６６の中途に設けたスペーサ６４を支えとして内嵌固定されている。このように固定されたスペーサ６４により操舵角検出装置６全体の剛性を上げることができる。スペーサ６４がエアギャップ微調整機能を有することは、前述の記載から自明なため以降の説明を省略する。
【００５３】
そして、ハウジング６６の先端に固定された音響センサ６２は、サポートヨーク３が摺接するラック軸１の外面に設けた溝１２の底面に対向しており、シール材６１に覆われたハウジング６６の先端はラック軸１に近接している。
【００５４】
音響センサ６２は、圧電セラミックス等の超音波振動子により超音波を検出対象物に向けて発信し、検出対象物からの反射波を超音波振動子により受信する公知の超音波センサである。
【００５５】
このような構成により、ラック軸１が移動すると、ラック軸１の溝１２の底面と音響センサ６２との距離が変化し、この変化に応じて超音波の発信から受信までに要する時間は増減するので、この所要時間分だけ遅れた反射波が音響センサ６２により受信される。この検出結果が音響センサ６２に接続された出力ケーブル６５により出力端子６７を介して算出部６８へ伝達される。算出部６８は、音響センサ６２の出力結果に基づき超音波の発信から受信までに要した時間を求め、この所要時間と音速とを用いて溝１２の底面と音響センサ６２との距離を算出し、操舵角を算出する。
【００５６】
以上のような第３の実施の形態によれば、操舵角検出装置６の主要部にラック軸１との接触部がなく、摩耗等の損傷を受けないので、経年劣化の影響を受けにくく、長期間に亘り、簡素な構成により全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出することが可能となる。
【００５７】
なお、第２及び第３の実施の形態では、非接触型の検出手段として、電磁誘導作用を利用した磁気センサ及び超音波を用いた音響センサを用いてあるが、これに限定されず、例えば磁気抵抗効果、ホール効果等を利用した磁気センサ、ドップラー効果を利用したマイクロ波センサ等、ラック軸１に設けられた溝１２の底面との距離を検出可能な適宜の検出手段を用いることができる。
【００５８】
図６は、本発明に係る第４の実施の形態を示す操舵角検出装置４の配設部位周辺を略示する断面図である。図６において、検出手段として圧電体４３を用いているが、磁気センサ及び音響センサ６２を用いることができるのは言うまでもない。第１乃至第３の実施の形態において、ケーブル４５をツイストペア（Twisted Pair Cable）とし、ケーブル４５の周り、すなわち図６に示すようにスペーサ４４を含めた操舵角検出体内部に樹脂７を加硫接着させることが望ましい。ツイストペアとすることにより、適宜要求される出力ポート数に応じて複列化しても不要輻射及び外乱ノイズの影響を受け難くすることができ、また樹脂７で固着されているため走行時の車両振動に起因するケーブル４５断線等の不具合を容易に回避することができ、更に高い防水、防油及び防塵効果をもたらすこともできる。
【００５９】
また、ツイストペア周辺の樹脂７に、低誘電率であり、抵抗値が十数オーム〜百数十オーム程度の樹脂、例えば、シリコン系樹脂を採用することにより、操舵角検出体自身による不要輻射を効果的に低減できる。これにより、極低温（例えば−４０℃）から高温（例えば１３０℃）までの温度環境下においても、操舵角検出体による出力信号を低ノイズで不要輻射のない信頼性のあるものとすることができる。
【００６０】
さらに、加硫接着を利用でき、樹脂を操舵角検出体に流し込むことができるから、適宜ポリエチレン、発泡ポリエチレン（ＰＥＦ）若しくはポリブチレン・テレフタレート（Polybutylene Terephtalate）の樹脂単体、又はこれらを混合させた混合樹脂を樹脂７に利用することができるようになる。従って、低誘電率であり、低インピーダンスとなるだけでなく、粘度、樹脂自体の硬度、弾性、靭性（toughness）等の特性を容易に制御できるようになる。操舵角検出装置４の出力端子４７をポリブチレン・テレフタレート系樹脂の端子にすると尚良い。
【００６１】
また、前述の各スペーサ４４，５４，６４を、例えば、アルミ製又は銅製の中空円筒体として、操舵角検出装置４，５，６自身の出力信号ノイズ及び外乱ノイズを絶縁可能な支柱とし、ツイストペア周辺を前述したような低誘電体にて囲むことにより出力部を低インピーダンスにでき、出力信号を低ノイズなものにすることができる。なお、円筒体は、適宜必要な体積としてもよいのは自明である。
【００６２】
第１乃至第３の実施の形態において、図６に示すように出力端子４７部と支持キャップ３２との形状に合わせたシール材９を配設することにより、車両走行時の路面からの雨水、油及び各種溶剤等の異物から操舵角検出装置４の樹脂７、圧電体４３及びコイル等の各種部品を保護することができる。
【００６３】
これにより車両走行時に操舵角検出装置４に付与される車両振動を操舵角検出装置４に極力伝達させることなく、量産時の製品ばらつき、すなわち操舵角検出体の出力ノイズ管理値を均一にすることができ、製品品質を所定の範囲内にて一定に保つことができるようになる。さらに常温で低粘度のシール材９を利用することにより、操舵角検出体の組立て時の公差に、加硫接着時の熱膨張等の影響を与えることなく操舵角検出装置４を組立てることができる。
【００６４】
図７は、本発明に係る第５の実施の形態を示す操舵角検出装置４の配設部位周辺を略示する断面図である。図７において、検出手段として圧電体４３を用いているが、磁気センサ及び音響センサ６２を用いることができるのは言うまでもない。操舵角検出装置４は、前述したような簡易な構成であるため、図７に示すように、操舵中点の設定や保守を容易に行うことができる操舵装置保守部品（車両整備部品）として同時に機能するようになる。すなわち、車両整備又は操舵装置のチューニング作業において場所を選ぶことなく、テスター又はオシロスコープ等の測定装置８を利用することにより、操舵角検出体の出力ポート信号を図３のような特性として極めて簡易に読み取れることは自明である。
【００６５】
従って、迅速な不良チェックと共に操舵中点の再設定を、例えば、ステアリングホイール２４自体を取付け直す等の極めて簡易な組立て修正により、又は極めて簡易なプログラム修正により行うことができ、高品質で速効性の高い保守サービスを提供できるようになる。プログラム修正は、制御パラメータ等の変数、又は操舵トルクに対するモータ電流の関係を示すマップ等の定数マトリクスに対して補正値として与えることにより行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態を示す操舵角検出装置を備えるラックピニオン式の操舵機構の要部の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のII−II線による断面図である。
【図３】ダンパの配設部位周辺を略示する断面図である。
【図４】本発明に係る操舵角検出装置の圧電体の電圧出力とラック軸の移動量との関係を示す図である。
【図５】本発明に係る第２及び第３の実施の形態を示す操舵角検出装置を略示する断面図である。
【図６】本発明に係る第４の実施の形態を示す操舵角検出装置の配設部位周辺を略示する断面図である。
【図７】本発明に係る第５の実施の形態を示す操舵角検出装置の配設部位周辺を略示する断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ ラック軸、２ ピニオン軸、３ サポートヨーク、４ 操舵角検出装置、４１ 検出ボール（可動子、転動体）、４２ ダンパ（弾性体）、４３ 圧電体（検出手段、圧力検出素子）、４８ 算出部（算出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操舵角を簡素な構成により検出することができる操舵角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵角は、車両の各種の制御に必要な情報であり、一般的には操舵部材であるステアリングホイールと操舵機構とを連結する操舵軸の回転角度により検出される。ステアリングホイールは、操舵角の最大位置まで転舵するために、通常１回転以上回転操作するように構成されている。このため操舵軸の回転角度によって全操舵角範囲に亘る操舵角を検出しようとすると、例えば多回転を１回転に変換するために減速機構を設ける必要があり、部品点数の増加により検出精度が低下し、また回転角検出装置が大型化する等の問題がある。
【０００３】
ところで車両の操舵機構として広く採用されているラックピニオン式の操舵機構においては、ステアリングホイールの回転操作が操舵軸を介してピニオン軸に伝達され、該ピニオン軸の回転がラック軸の軸長方向の移動に変換され、左右の前輪が押し引きされて操舵がなされる構成となっており、ラック軸の移動位置と操舵角とが１対１に対応している。この点に着目して、ラック軸の移動量を検出することにより全操舵角範囲に亘る操舵角を求めることができる操舵角検出装置が従来から提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２，特許文献３参照）。
【０００４】
特許文献１の発明においては、ラック軸の基準位置を検出するセンサとピニオンを駆動するモータの回転角を検出するセンサとを設けて、これらのセンサの検出値により基準位置からのラック軸の移動量を検出している。また特許文献２の発明においては、ラック軸に凹凸の磁気ストライプを等間隔に刻設して、ラック軸の移動に応じて磁気ストライプを横切る磁束の変化を磁気センサにより検出し、ラック軸の移動量を検出している。特許文献３の発明においては、ラック軸を支持するラックハウジングに固定された抵抗体と、ラック軸に固定された摺動片とを備えるポテンショメータを設け、ラック軸の移動に応じて摺動片が抵抗体の上をスライドすることにより変化する電気抵抗を測定してラック軸の移動量を検出している。
【特許文献１】特開２００４−２０５３３２号公報
【特許文献２】特開平７−３５５７３号公報
【特許文献３】特開２００１−１９１９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の発明においては、二つのセンサによる検出値を組み合わせてラック軸の移動量を検出する構成になっているため構成が複雑になる。特許文献２の発明においては、磁気ストライプの凹凸のピッチが一定になるように高い加工精度が求められるため加工コストが増大し、また上述のセンサのみではラック軸の相対移動量のみが検出されるにすぎず、ラック軸の絶対移動量を検出するためには更なるセンサが必要であり構成が複雑になる。特許文献３の発明においては、一つのセンサ（ポテンショメータ）により全操舵角範囲に亘る操舵角の検出が可能であるが、車輪からの作用力、ピニオンからの作用力等の外力によりラック軸に生じる撓み又は振動がセンサの検出値に影響を与え、高精度の検出結果が得られない場合がある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成にて全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出できる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】
【０００７】
第１発明に係る操舵角検出装置は、ラックピニオン式の操舵機構のラック軸にピニオン軸との噛合部の逆側から弾接し、該ラック軸を前記噛合部に押し付けるサポートヨークを備える車両の操舵角を、前記ラック軸の移動量に基づいて検出する操舵角検出装置において、前記ラック軸には、前記サポートヨークの弾接部位に、軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝が延設されており、該溝の底面に一部を当接させて前記サポートヨークに設けられ、前記ラック軸の移動に応じて該ラック軸から接離する方向に変位する可動子と、該可動子の変位を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記操舵角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係る操舵角検出装置は、前記可動子は、前記溝の底面に転接し、前記ラック軸の移動に応じて転動する転動体を備えることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係る操舵角検出装置は、前記可動子に直接的又は間接的に接触し、前記変位により前記可動子から受ける圧力を検出する圧力検出素子であることを特徴とする。
【００１０】
第４発明に係る操舵角検出装置は、前記可動子と前記検出手段との間に弾性体が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
第５発明に係る操舵角検出装置は、ラックピニオン式の操舵機構のラック軸にピニオン軸との噛合部の逆側から弾接し、該ラック軸を前記噛合部に押し付けるサポートヨークを備える車両の操舵角を、前記ラック軸の移動量に基づいて検出する操舵角検出装置において、前記ラック軸には、前記サポートヨークの弾接部位に、軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝が延設されており、該溝の底面に対向して前記サポートヨークに設けられ、前記ラック軸の移動に応じて変化する前記溝の底面との距離を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記操舵角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明によれば、ラック軸の軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝がラック軸に設けられ、サポートヨークに設けられた可動子の一部を該溝の底面に当接させてあるから、ラック軸の移動に応じて可動子は、当接部の深さに追随して変位することとなり、この変位により一義的にラック軸の移動量を知ることができ、簡素な構成にて全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出できる。
【００１３】
第２発明によれば、可動子がラック軸の移動に応じて転動するボール等の転動体を備えているから、可動子の転接部の抵抗によりラック軸の移動が阻害されることがなく、また、この転接下での可動子の変位も安定して生じ、高精度の操舵角検出が可能となる。
【００１４】
第３発明によれば、可動子の変位により可動子から受ける圧力を検出しているため、ラック軸の移動に応じて生じる可動子の変位が小さくても精度良く検出でき、簡素な構成にて全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出できる。
【００１５】
第４発明によれば、可動子と検出手段との間に弾性体を設けているから、車両が走行中に受ける路面からの作用力によるラック軸の振動成分が、この弾性体により吸収され、検出手段に伝達されるのを防ぐことができるため、ラック軸の移動に応じて生じる可動子の変位をより精度良く検出することが可能となる。
【００１６】
第５発明によれば、ラック軸の軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝がラック軸に設けられ、該溝の底面に対向するよう検出手段をサポートヨークに設けて、ラック軸の移動に応じて変化する溝の底面との距離を検出しているから、検出手段が溝の底面と接触しないため、摩耗等の損傷がなく、経年劣化の影響を受けにくく、長期間に亘り、簡素な構成にて全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る第１の実施の形態を示す操舵角検出装置を備えるラックピニオン式の操舵機構の要部の構成を示す縦断面図である。
【００１８】
図１において、２３はピニオンハウジングであり、該ピニオンハウジング２３の内部にはピニオン軸２が配してある。ピニオン軸２は、下半部を拡径して一体形成されたピニオン２０を備えており、ピニオン２０の上下両側に位置する一対のベアリング２１，２２により、ピニオンハウジング２３の内部に同軸上での回転自在に支持されている。また、ピニオンハウジング２３の外部に突出するピニオン軸２の上端部は、図中に模式的に示すステアリングホイール２４に連結されている。
【００１９】
ピニオンハウジング２３の下半部の一側には、円筒形をなすラックハウジング１１が、軸心を交叉させて連設されており、該ラックハウジング１１の内部には、軸長方向への摺動自在にラック軸１が支持されている。ラック軸１の周面には、ピニオンハウジング２３との連通部を臨む側に適長に亘ってラック歯１０が形成されており、このラック歯１０はピニオン２０に噛合させてある。また、ラックハウジング１１の両側に突出するラック軸１の両端は、図示しない左右の前輪に連結されている。
【００２０】
ラックハウジング１１は、ピニオンハウジング２３との交叉部の逆位置に、両ハウジング１１，２３の夫々と略直交する向きに一体的に突設された保持ハウジング３５を備えている。該保持ハウジング３５は、軸心部を貫通する円形断面の保持孔３０を備えており、該保持孔３０には、円筒形をなすサポートヨーク３が、軸長方向への摺動自在に内嵌保持されている。
【００２１】
ラックハウジング１１の内側に臨むサポートヨーク３の一端は、ラック軸１の外形に対応するアーチ形状を有し、ラック軸１のピニオン２０との噛合部の逆側の外周面に滑り板３１を介して摺接させてある。また、サポートヨーク３の他端は、保持孔３０の開口部にねじ込まれ、ロックナット３３により位置決め固定された支持キャップ３２の底面に臨ませてあり、該底面との間に介装された押しばね３４により、ラック軸１に向けて付勢されている。
【００２２】
このように取付けられたサポートヨーク３は、押しばね３４のばね力によりラック軸１のピニオン２０との噛合部の逆側に弾接しており、該ラック軸１をピニオン軸２に押し付けてラック歯１０とピニオン２０との噛合部に与圧を付与して、両者をバックラッシなしに良好に噛合させる作用をなす。前記与圧は、支持キャップ３２のねじ込み量の増減により適正に調整される。
【００２３】
以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール２４が回転操作された場合には、ステアリングホイール２４に連結されたピニオン軸２が回転し、この回転がピニオン２０とラック歯１０との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸１の移動が両端に連結された左右の前輪に伝達され、これにより左右の前輪の操舵がなされる。
【００２４】
以上のように構成された操舵機構には、本発明に係る操舵角検出装置４が設けられている。この操舵角検出装置４は、サポートヨーク３の軸心部を貫通する円形断面の孔に内嵌固定されたハウジング４６と、このハウジング４６内部に設けられた圧力検出素子である圧電体４３と、ハウジング４６の先端に設けられた可動子である検出ボール４１と、算出手段である算出部４８とを備えている。図２は、図１のII−II線による矢視図であり、本発明に係る第１の実施の形態を示す操舵角検出装置４を略示する断面図である。
【００２５】
図２に示すようにハウジング４６は、薄肉円筒形の部材であり、先端側に端部に向けてテーパ状に縮径された円錐部を備えている。この円錐部には、軸心を貫通する孔が形成されており、検出ボール４１は、この孔内に回転自在に嵌め込まれ、ハウジング４６の内部に向けて変位可能に保持されている。
【００２６】
またハウジング４６は、軸長方向の中途部に中空のスペーサ４４を備えており、圧電体４３は、スペーサ４４のハウジング４６先端側に支持され、ダンパ４２を介して検出ボール４１に間接的に当接させてある。
【００２７】
このスペーサ４４は、組立て時の検出ボール４１とラック軸１との接触圧力の微調整と、操舵角検出装置４全体の高さ調整とを併せて可能とするために設けてある。この調整は、例えば、車両エンジンルーム内及び車両運転室内等における熱膨張及び熱収縮を考慮して行われる。
【００２８】
ダンパ４２は、スペーサ４４の熱収縮に伴い、検出ボール４１を過剰にラック軸１に押圧することを防ぐために、弾性変形し自己潤滑性を備えた樹脂材料製とし、また検出に必要な押圧力を得るために適度の硬度を有し、更に車両振動による圧電体４３のラック軸１側から入力側へ周り込んでくるクロストーク・ノイズが極力発生しないノイズキラーとしての機能とを備えることが望ましい。
【００２９】
このようなダンパ４２は、例えば、ガラス繊維を混入したＦＲＰ樹脂、又は銅メッシュに樹脂若しくは固体潤滑材等を混入した材料を用いて形成される。図３は、ダンパ４２の配設部位周辺を略示する断面図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ガラス繊維が混入された樹脂層（あるいは銅メッシュ層）を備えることにより、検出に必要な押圧力を付与できると同時に、ラック軸１と検出ボール４１との転がり摩擦、すべり摩擦等による摩耗を軽減でき、操舵角検出装置４の長寿命化を実現できる。
【００３０】
図３（ａ）に示すダンパ４２は、Ｔ字型のダンパ芯４２０を基礎として、固体潤滑材４２１をＴ字型のダンパ芯４２０の周りに配設して構成されている。このダンパ芯４２０には、例えば、ポリフェニレン・オキサイド（Polyphenylene Oxide）系樹脂又はポリカーボネイト（Polycarbonate）系樹脂等にガラス繊維を混入したＦＲＰ樹脂を用いることができる。これらのＦＲＰ樹脂は、高誘電体のため、ダンパ４２を小さくでき、クロストーク・ノイズをすばやく除去することができる。固体潤滑材４２１と検出ボール４１との周辺に潤滑溜り部４２２を設けることにより、潤滑不良をなくすことができ、また、ダンパ芯４２０のガラス繊維量を適宜調整することで前述した望ましいダンパ４２とすることができる。
【００３１】
図３（ｂ）に示すダンパ４２は、検出ボール４１に接する先端が円錐形に成形された円筒状の第１ダンパ芯４２３と中実円柱状の第２ダンパ芯４２４とを備え、両ダンパ芯４２３，４２４間に潤滑材を含浸した圧粉体４２５を配設して構成されている。この構成によりラック軸１の移動に伴って微細に振動する検出ボール４１と、この検出ボール４１に接するダンパ４２の先端との間に潤滑作用を与えることができる。このような圧粉体４２５を利用することにより、切削加工又はプレス加工が可能となり、ダンパ４２の寸法精度を向上させ、組立て時の寸法精度の管理が容易になる。また、圧電体４３からの出力ノイズの元となる車両振動は潤滑作用に利用されるため除去されやすくなり、長寿命化、低ノイズ化、対外乱ノイズ性の向上を図ることができる。
【００３２】
図３（ａ）、図３（ｂ）に示す構成を適宜組み合わせても良いことは言うまでもなく、これらは後述する実施の形態にも適用でき、その形態、構造及び効果は同様なため説明を省略する。
【００３３】
圧電体４３は、図２に示すように、出力ケーブル４５により、ハウジング４６の基端に設けられた出力端子４７に接続されており、圧電体４３の出力は、出力ケーブル４５を経て出力端子４７に取り出され、この出力端子４７を介して算出部４８に与えられるようになしてある。
【００３４】
このように構成された操舵角検出装置４の主要部は、前述したように、サポートヨーク３の軸心部を貫通する孔に内嵌固定されている。この固定は、ハウジング４６の中途に設けたスペーサ４４を支えとし、ハウジング４６の先端に保持された検出ボール４１を、サポートヨーク３が摺接するラック軸１の外面に設けた溝１２の底面に当接させて実現されている。
【００３５】
この溝１２は、図２に示すように、軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化し、ラック軸１の移動ストロークの全長に亘って軸長方向に延設されている。図２には、溝１２の深さが最大となる側のストローク端に検出ボール４１が当接している状態が示されており、ハウジング４６は、図２に示す状態においても溝１２から検出ボール４１に所定の押し付け力が付加され、ダンパ４２を介して圧電体４３に圧力が加わるように位置決めして固定されている。
【００３６】
圧電体４３は、圧縮力を加えてひずみを生じさせたときに、これに比例した等量のプラス又はマイナスの電荷が両端面に反作用的に夫々発生する圧電効果を利用した公知の圧力検出素子であり、前述の如く配された圧電体４３は、検出ボール４１からダンパ４２を介して加えられる圧力に比例する電圧出力を発生する。
【００３７】
ラック軸１は、図２に示すストローク端から白抜矢符により示す向きに移動する。この移動に応じて検出ボール４１の当接位置は、溝１２の深さが浅くなる側に変化するから、溝１２から検出ボール４１に加わる押し付け力、及びダンパ４２を介して圧電体４３に加わる圧力も大となり、圧電体４３の電圧出力は、白抜矢符により示す向きのラック軸１の移動に比例して増大し、逆向きの移動に比例して減少する。なお、ラック軸１の両ストローク端間での溝１２の深さの変化はわずかであり、ダンパ４２の変形を伴って図２中に矢符にて示す向きに生じる検出ボール４１の変位により吸収される。このように変化する圧電体４３の電圧出力は、出力ケーブル４５及び出力端子４７を介して算出部４８に与えられており、算出部４８は、このように与えられる圧電体４３の電圧出力を用いて操舵角を算出する。
【００３８】
図４は、上述のような本発明に係る操舵角検出装置４の圧電体４３の電圧出力とラック軸１の移動量との関係を示す図である。図４（ａ）の横軸はラック軸１移動量を、縦軸は圧電体４３の電圧出力を夫々示しており、横軸のプラス側はラック軸１の右方向への移動量を、マイナス側はラック軸１の左方向への移動量を夫々示している。図４（ｂ）において、ラック軸１が右に移動したときは、ラック軸１の溝１２の底面と圧電体４３との距離が縮まり、検出ボール４１はハウジング４６内部へ押し込まれるので、図４（ａ）に示すように圧電体４３の電圧出力は増大する。ラック軸１が左に移動したときは、逆に圧電体４３の電圧出力は減少する。このように、ラック軸１が左右に移動するのに応じて、圧電体４３の電圧出力が直線的に増減する。なお、車両の左右の前輪が進行方向と同方向になる操舵中点とラック軸１の溝１２の中点とが一致するように予め設定しておき、圧電体４３の電圧出力とラック軸１移動量との関係を算出部４８に予め記憶させておく。これにより圧電体４３の電圧出力に基づいてラック軸１の操舵中点からの移動量を求めることができるので、一義的に全操舵角範囲に亘る操舵角が算出できる。
【００３９】
以上のような第１の実施の形態によれば、ラック軸１の移動量に応じて圧電体４３の電圧出力が直線的に変化し、このように変化する圧電体４３の電圧出力によりラック軸１の移動量を一義的に求めることができる。この実施の形態においては、可動子に検出ボール４１を用いているので、ラック軸１の移動が阻害されることがなく、また、可動子の変位も安定して生じ滑らかに転動するため可動子の変位を精度良く検出でき、簡素な構成により全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出することが可能となる。
【００４０】
また、車輪からの作用力、ピニオン２０からの作用力等の外力によりラック軸１に軸長方向と直交する方向に撓み又は振動が生じるときに、サポートヨーク３もラック軸１と同時に移動するため、圧電体４３とラック軸１に設けた溝１２との距離はこれら撓み又は振動の影響を受けない。このようにサポートヨーク３に操舵角検出装置４の主要部を設置することにより、ラック軸１の移動に応じて検出ボール４１に生じる圧力を簡素な構成にて精度良く検出することができる。なお、車両が走行中に受ける路面からの作用力によって生じるラック軸１の振動成分がダンパ４２により吸収され、検出手段に伝達されるのを防ぐことができる。
【００４１】
なお、第１の実施の形態では、ラック軸１の移動に応じて生じる検出ボール４１の変位を検出する検出手段として圧電体４３を用いているが、検出手段はこれに限定されず、ラック軸１の移動に応じて生じる検出ボール４１の変位を検出可能な検出手段であればよい。可動子として検出ボール４１を用いているが、これに限定されず、ラック軸１の移動に応じて該ラック軸１から接離する方向に変位する可動子であればよい。
【００４２】
図５（ａ）は、本発明に係る第２の実施の形態を示す操舵角検出装置５を略示する断面図である。図５（ａ）に示すように、ハウジング５６は、操舵角検出装置４のハウジング４６と同様に、薄肉円筒形の部材であり、先端側に端部に向けてテーパ状に縮径された円錐部を備えている。ハウジング５６の円錐部の軸心を貫通する孔内に、円柱形をなす磁性体５３の周りに巻回された検出コイル５２が固定されており、この孔はシール材５１により覆われている。
【００４３】
またハウジング５６は、軸長方向の中途部に中空のスペーサ５４を備えている。このスペーサ５４は、組立て時の検出コイル５２とラック軸１とのエアギャップを、検出コイル５２の取付け位置だけでは目標とする公差を含めたエアギャップ設計値にどうしても到達しえないと判断した時に、適宜微調整することができるエアギャップ微調整機能と、操舵角検出装置５全体の高さ調整機能とを兼ねており、また操舵角検出装置５の出力信号ノイズ除去にも利用できる。
【００４４】
これによりエアギャップの微調整のためだけに検出コイル５２を再設計する必要がなくなり、例えば、車両エンジンルーム内及び車両運転室内等の熱膨張及び熱収縮をスペーサ５４の設計諸元に落ち着かせることができ、検出コイル５２によりエアギャップの微調整をする場合と比較してエアギャップの管理が極めて容易にできる。
【００４５】
検出コイル５２は、出力ケーブル５５により、ハウジング５６の基端に設けられた出力端子５７に接続されており、検出コイル５２の出力は、出力ケーブル５５を経て出力端子５７に取り出され、この出力端子５７を介して算出部５８に与えられるようになしてある。
【００４６】
このように構成された操舵角検出装置５の主要部は、第１の実施の形態と同様に、サポートヨーク３の軸心部を貫通する孔に、ハウジング５６の中途に設けたスペーサ５４を支えとして内嵌固定されている。そして、ハウジング５６の先端に固定された検出コイル５２は、サポートヨーク３が摺接するラック軸１の外面に設けた溝１２の底面に対向しており、シール材５１に覆われたハウジング５６の先端はラック軸１に近接している。
【００４７】
検出コイル５２は、該検出コイル５２への通電により生じた磁界中に、金属体が接近したときに、電磁誘導により金属体に誘導電流が流れ、この誘導電流により金属体に磁界が生じ、これら２つの磁界が重なり合って、この結果生じる検出コイル５２のインピーダンスの変化を検出する公知の磁気センサである。
【００４８】
このような構成により、ラック軸１が移動すると、ラック軸１の溝１２の底面と検出コイル５２との距離が変化し、この変化に応じて検出コイル５２のインピーダンスが変化する。このインピーダンスの変化が検出コイル５２により検出され、この検出結果が検出コイル５２に接続された出力ケーブル５５により出力端子５７を介して算出部５８へ伝達される。算出部５８は、検出コイル５２の出力として与えられるインピーダンスの変化に基づき溝１２の底面と検出コイル５２との距離を算出し、操舵角を算出する。
【００４９】
以上のような第２の実施の形態によれば、操舵角検出装置５にラック軸１との接触部がなく、摩耗等の損傷を受けないので、経年劣化の影響を受けにくく、長期間に亘り、簡素な構成により全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出することが可能となる。
【００５０】
図５（ｂ）は、本発明に係る第３の実施の形態を示す操舵角検出装置６を略示する断面図である。図５（ｂ）に示すように、ハウジング６６は、操舵角検出装置４のハウジング４６と同様に、薄肉円筒形の部材であり、先端側に端部に向けてテーパ状に縮径された円錐部を備えている。ハウジング６６の円錐部の軸心を貫通する孔内に、音響センサ６２が固定されており、この孔はシール材６１により覆われている。
【００５１】
またハウジング６６は、軸長方向の中途部に中空のスペーサ６４を備えている。音響センサ６２は、出力ケーブル６５により、ハウジング６６の基端に設けられた出力端子６７に接続されており、音響センサ６２の出力は、出力ケーブル６５を経て出力端子６７に取り出され、この出力端子６７を介して算出部６８に与えられるようになしてある。
【００５２】
このように構成された操舵角検出装置６の主要部は、第１の実施の形態と同様に、サポートヨーク３の軸心部を貫通する孔に、ハウジング６６の中途に設けたスペーサ６４を支えとして内嵌固定されている。このように固定されたスペーサ６４により操舵角検出装置６全体の剛性を上げることができる。スペーサ６４がエアギャップ微調整機能を有することは、前述の記載から自明なため以降の説明を省略する。
【００５３】
そして、ハウジング６６の先端に固定された音響センサ６２は、サポートヨーク３が摺接するラック軸１の外面に設けた溝１２の底面に対向しており、シール材６１に覆われたハウジング６６の先端はラック軸１に近接している。
【００５４】
音響センサ６２は、圧電セラミックス等の超音波振動子により超音波を検出対象物に向けて発信し、検出対象物からの反射波を超音波振動子により受信する公知の超音波センサである。
【００５５】
このような構成により、ラック軸１が移動すると、ラック軸１の溝１２の底面と音響センサ６２との距離が変化し、この変化に応じて超音波の発信から受信までに要する時間は増減するので、この所要時間分だけ遅れた反射波が音響センサ６２により受信される。この検出結果が音響センサ６２に接続された出力ケーブル６５により出力端子６７を介して算出部６８へ伝達される。算出部６８は、音響センサ６２の出力結果に基づき超音波の発信から受信までに要した時間を求め、この所要時間と音速とを用いて溝１２の底面と音響センサ６２との距離を算出し、操舵角を算出する。
【００５６】
以上のような第３の実施の形態によれば、操舵角検出装置６の主要部にラック軸１との接触部がなく、摩耗等の損傷を受けないので、経年劣化の影響を受けにくく、長期間に亘り、簡素な構成により全操舵角範囲に亘る操舵角を高精度に検出することが可能となる。
【００５７】
なお、第２及び第３の実施の形態では、非接触型の検出手段として、電磁誘導作用を利用した磁気センサ及び超音波を用いた音響センサを用いてあるが、これに限定されず、例えば磁気抵抗効果、ホール効果等を利用した磁気センサ、ドップラー効果を利用したマイクロ波センサ等、ラック軸１に設けられた溝１２の底面との距離を検出可能な適宜の検出手段を用いることができる。
【００５８】
図６は、本発明に係る第４の実施の形態を示す操舵角検出装置４の配設部位周辺を略示する断面図である。図６において、検出手段として圧電体４３を用いているが、磁気センサ及び音響センサ６２を用いることができるのは言うまでもない。第１乃至第３の実施の形態において、ケーブル４５をツイストペア（Twisted Pair Cable）とし、ケーブル４５の周り、すなわち図６に示すようにスペーサ４４を含めた操舵角検出体内部に樹脂７を加硫接着させることが望ましい。ツイストペアとすることにより、適宜要求される出力ポート数に応じて複列化しても不要輻射及び外乱ノイズの影響を受け難くすることができ、また樹脂７で固着されているため走行時の車両振動に起因するケーブル４５断線等の不具合を容易に回避することができ、更に高い防水、防油及び防塵効果をもたらすこともできる。
【００５９】
また、ツイストペア周辺の樹脂７に、低誘電率であり、抵抗値が十数オーム〜百数十オーム程度の樹脂、例えば、シリコン系樹脂を採用することにより、操舵角検出体自身による不要輻射を効果的に低減できる。これにより、極低温（例えば−４０℃）から高温（例えば１３０℃）までの温度環境下においても、操舵角検出体による出力信号を低ノイズで不要輻射のない信頼性のあるものとすることができる。
【００６０】
さらに、加硫接着を利用でき、樹脂を操舵角検出体に流し込むことができるから、適宜ポリエチレン、発泡ポリエチレン（ＰＥＦ）若しくはポリブチレン・テレフタレート（Polybutylene Terephtalate）の樹脂単体、又はこれらを混合させた混合樹脂を樹脂７に利用することができるようになる。従って、低誘電率であり、低インピーダンスとなるだけでなく、粘度、樹脂自体の硬度、弾性、靭性（toughness）等の特性を容易に制御できるようになる。操舵角検出装置４の出力端子４７をポリブチレン・テレフタレート系樹脂の端子にすると尚良い。
【００６１】
また、前述の各スペーサ４４，５４，６４を、例えば、アルミ製又は銅製の中空円筒体として、操舵角検出装置４，５，６自身の出力信号ノイズ及び外乱ノイズを絶縁可能な支柱とし、ツイストペア周辺を前述したような低誘電体にて囲むことにより出力部を低インピーダンスにでき、出力信号を低ノイズなものにすることができる。なお、円筒体は、適宜必要な体積としてもよいのは自明である。
【００６２】
第１乃至第３の実施の形態において、図６に示すように出力端子４７部と支持キャップ３２との形状に合わせたシール材９を配設することにより、車両走行時の路面からの雨水、油及び各種溶剤等の異物から操舵角検出装置４の樹脂７、圧電体４３及びコイル等の各種部品を保護することができる。
【００６３】
これにより車両走行時に操舵角検出装置４に付与される車両振動を操舵角検出装置４に極力伝達させることなく、量産時の製品ばらつき、すなわち操舵角検出体の出力ノイズ管理値を均一にすることができ、製品品質を所定の範囲内にて一定に保つことができるようになる。さらに常温で低粘度のシール材９を利用することにより、操舵角検出体の組立て時の公差に、加硫接着時の熱膨張等の影響を与えることなく操舵角検出装置４を組立てることができる。
【００６４】
図７は、本発明に係る第５の実施の形態を示す操舵角検出装置４の配設部位周辺を略示する断面図である。図７において、検出手段として圧電体４３を用いているが、磁気センサ及び音響センサ６２を用いることができるのは言うまでもない。操舵角検出装置４は、前述したような簡易な構成であるため、図７に示すように、操舵中点の設定や保守を容易に行うことができる操舵装置保守部品（車両整備部品）として同時に機能するようになる。すなわち、車両整備又は操舵装置のチューニング作業において場所を選ぶことなく、テスター又はオシロスコープ等の測定装置８を利用することにより、操舵角検出体の出力ポート信号を図３のような特性として極めて簡易に読み取れることは自明である。
【００６５】
従って、迅速な不良チェックと共に操舵中点の再設定を、例えば、ステアリングホイール２４自体を取付け直す等の極めて簡易な組立て修正により、又は極めて簡易なプログラム修正により行うことができ、高品質で速効性の高い保守サービスを提供できるようになる。プログラム修正は、制御パラメータ等の変数、又は操舵トルクに対するモータ電流の関係を示すマップ等の定数マトリクスに対して補正値として与えることにより行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態を示す操舵角検出装置を備えるラックピニオン式の操舵機構の要部の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のII−II線による断面図である。
【図３】ダンパの配設部位周辺を略示する断面図である。
【図４】本発明に係る操舵角検出装置の圧電体の電圧出力とラック軸の移動量との関係を示す図である。
【図５】本発明に係る第２及び第３の実施の形態を示す操舵角検出装置を略示する断面図である。
【図６】本発明に係る第４の実施の形態を示す操舵角検出装置の配設部位周辺を略示する断面図である。
【図７】本発明に係る第５の実施の形態を示す操舵角検出装置の配設部位周辺を略示する断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ ラック軸、２ ピニオン軸、３ サポートヨーク、４ 操舵角検出装置、４１ 検出ボール（可動子、転動体）、４２ ダンパ（弾性体）、４３ 圧電体（検出手段、圧力検出素子）、４８ 算出部（算出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラックピニオン式の操舵機構のラック軸にピニオン軸との噛合部の逆側から弾接し、該ラック軸を前記噛合部に押し付けるサポートヨークを備える車両の操舵角を、前記ラック軸の移動量に基づいて検出する操舵角検出装置において、前記ラック軸には、前記サポートヨークの弾接部位に、軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝が延設されており、該溝の底面に一部を当接させて前記サポートヨークに設けられ、前記ラック軸の移動に応じて該ラック軸から接離する方向に変位する可動子と、該可動子の変位を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記操舵角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする操舵角検出装置。
【請求項２】
前記可動子は、前記溝の底面に転接し、前記ラック軸の移動に応じて転動する転動体を備えることを特徴とする請求項１記載の操舵角検出装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記可動子に直接的又は間接的に接触し、前記変位により前記可動子から受ける圧力を検出する圧力検出素子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の操舵角検出装置。
【請求項４】
前記可動子と前記検出手段との間に弾性体が設けられていることを特徴とする請求項３記載の操舵角検出装置。
【請求項５】
ラックピニオン式の操舵機構のラック軸にピニオン軸との噛合部の逆側から弾接し、該ラック軸を前記噛合部に押し付けるサポートヨークを備える車両の操舵角を、前記ラック軸の移動量に基づいて検出する操舵角検出装置において、前記ラック軸には、前記サポートヨークの弾接部位に、軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝が延設されており、該溝の底面に対向して前記サポートヨークに設けられ、前記ラック軸の移動に応じて変化する前記溝の底面との距離を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記操舵角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする操舵角検出装置。
【請求項１】
ラックピニオン式の操舵機構のラック軸にピニオン軸との噛合部の逆側から弾接し、該ラック軸を前記噛合部に押し付けるサポートヨークを備える車両の操舵角を、前記ラック軸の移動量に基づいて検出する操舵角検出装置において、前記ラック軸には、前記サポートヨークの弾接部位に、軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝が延設されており、該溝の底面に一部を当接させて前記サポートヨークに設けられ、前記ラック軸の移動に応じて該ラック軸から接離する方向に変位する可動子と、該可動子の変位を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記操舵角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする操舵角検出装置。
【請求項２】
前記可動子は、前記溝の底面に転接し、前記ラック軸の移動に応じて転動する転動体を備えることを特徴とする請求項１記載の操舵角検出装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記可動子に直接的又は間接的に接触し、前記変位により前記可動子から受ける圧力を検出する圧力検出素子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の操舵角検出装置。
【請求項４】
前記可動子と前記検出手段との間に弾性体が設けられていることを特徴とする請求項３記載の操舵角検出装置。
【請求項５】
ラックピニオン式の操舵機構のラック軸にピニオン軸との噛合部の逆側から弾接し、該ラック軸を前記噛合部に押し付けるサポートヨークを備える車両の操舵角を、前記ラック軸の移動量に基づいて検出する操舵角検出装置において、前記ラック軸には、前記サポートヨークの弾接部位に、軸長方向の一側から他側に向けて連続的に深さが変化する溝が延設されており、該溝の底面に対向して前記サポートヨークに設けられ、前記ラック軸の移動に応じて変化する前記溝の底面との距離を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記操舵角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする操舵角検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２５５９２８（Ｐ２００７−２５５９２８Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７７２７９（Ｐ２００６−７７２７９）
【出願日】平成１８年３月２０日（２００６．３．２０）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２０日（２００６．３．２０）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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