特許第6051804号(P6051804)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6051804
(24)【登録日】2016年12月9日
(45)【発行日】2016年12月27日
(54)【発明の名称】ステアリング装置
(51)【国際特許分類】
   B62D 3/12 20060101AFI20161219BHJP
   B62D 5/04 20060101ALI20161219BHJP
【FI】
   B62D3/12 503B
   B62D5/04
   B62D3/12 511
【請求項の数】5
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2012-252332(P2012-252332)
(22)【出願日】2012年11月16日
(65)【公開番号】特開2014-100935(P2014-100935A)
(43)【公開日】2014年6月5日
【審査請求日】2015年10月21日
(73)【特許権者】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(72)【発明者】
【氏名】大橋 達也
【審査官】 粟倉 裕二
(56)【参考文献】
【文献】 特開平08−133102(JP,A)
【文献】 特開平08−169350(JP,A)
【文献】 実開昭57−142679(JP,U)
【文献】 米国特許出願公開第2012/0111132(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B62D 3/00−5/32
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸方向に往復移動可能な転舵シャフトと、
前記転舵シャフトを収容可能なハウジングと、
前記転舵シャフトの軸端部に当該転舵シャフトを転舵輪と駆動連結するように装着されたジョイントと、
前記ハウジング内に設けられた規制面と前記ジョイントの端面との間に設けられ、前記規制面と前記端面とが当接しようとする際の衝撃を吸収する衝撃吸収部材と、を備え、
前記衝撃吸収部材は、弾性を有する弾性部と、前記弾性部よりも弾性率が高く且つ前記弾性部よりも前記軸方向における長さ寸法が短い規制部と、前記弾性部よりも弾性率が高い押圧部とを有し、
前記押圧部は、前記弾性部および前記規制部に固定され、前記弾性部および前記規制部よりも前記端面側に位置し、
前記軸方向における前記弾性部と前記規制部の長さの差である圧縮代は、操舵入力によって前記規制面と前記端面とが前記衝撃吸収部材を介して当接する際に、零となることを特徴とするステアリング装置。
【請求項2】
前記圧縮代は、転舵輪を介して前記ジョイントに入力される逆入力によって、前記規制面と前記端面が前記規制部を介して当接する際に、前記転舵シャフトに作用する衝突加速度を設定加速度以下に低減するように設定されていることを特徴とする請求項1に記載のステアリング装置。
【請求項3】
前記圧縮代を零とするために必要となる圧縮荷重は、前記操舵入力によって前記ジョイントに作用し得る最大軸力の半分以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のステアリング装置。
【請求項4】
前記衝撃吸収部材は、前記弾性部に形成された第1係止部と凹凸嵌合可能に形成された第2係止部に嵌合させることで、前記ハウジングに固定され
前記第2係止部は、前記ハウジングの拡径部に設けられた溝であることを特徴とする請求項1〜請求項3のうち何れか一項に記載のステアリング装置。
【請求項5】
前記衝撃吸収部材は、前記ハウジングに前記軸方向へ挿嵌されることで固定され、
前記第1係止部には、前記ハウジングに対する前記衝撃吸収部材の挿嵌方向に向かって先細となる挿嵌ガイド部が設けられていることを特徴とする請求項4に記載のステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ステアリング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、車両用のステアリング装置では、ステアリングホイールの操舵に伴うステアリングシャフトの回転を、ラックアンドピニオン機構などの転舵機構へと伝達することにより、転舵輪の角度を変更している。すなわち、このようなラックアンドピニオン機構を構成するラックシャフトの軸端部には、該ラックシャフトに対してタイロッドを回動可能に連結するラックエンドが設けられている。そして、ステアリングホイールの操舵によってラックシャフトに作用する操舵入力が、ラックエンド及びタイロッドを介して転舵輪に伝達される。
【0003】
また、上述した転舵機構を備えたステアリング装置では、ラックシャフトを収容するラックハウジングにラックエンドが当接することで、ラックシャフトの移動を機械的に規制している。すなわち、ラックハウジングにラックエンドが当接する、いわゆるエンド当てが起こることで、ラックシャフトの可動範囲及び転舵輪の可動範囲が定められている。
【0004】
その一方、例えば転舵輪が縁石を乗り上げるなどして、転舵輪が回転すると、その転舵輪の回転にともなう入力(逆入力)がラックエンドに作用する。さらに、この逆入力が、運転者の操舵時に生じる操舵入力よりも大きな場合には、当該逆入力によって、移動するラックエンドがラックハウジングに衝突して、操舵系に強い衝撃が加わる虞がある。
【0005】
そこで、近年、ラックハウジングとラックエンドとの間に、衝突時における衝撃荷重を吸収するための弾性体からなる衝撃吸収部材が配置されたステアリング装置が開発されている(例えば特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第4696483号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、上述した転舵機構を採用するステアリング装置では、運転者がステアリングホイールを許容される最大舵角まで操舵することによってもエンド当てが起こる。
すなわち、上記ステアリング装置では、運転者の操舵入力によってエンド当てが起こる際にも、ラックエンドとラックハウジングの間に設けられた衝撃吸収部材が弾性変形する。すると、運転者はステアリングホイールを許容舵角付近まで操舵した際に、衝撃吸収部材の変形にともなう弾性感(違和感)を感じることとなる。
【0008】
そして、こうした状況下で操舵入力が変化すると、衝撃吸収部材の変形量が変化するため、ラックエンドとラックハウジングとの間の距離が変化する。すなわち、僅かに操舵入力が変化しただけでも、転舵輪の角度変化を招くことになる。このため、運転者は、例えばステアリングホイールを許容舵角一杯まで操舵した状態を維持して車両を旋回させる際に、その操舵入力を一定に維持しなければならず、ドライバビリティが低下するという課題がある。
【0009】
本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンド当て時に生じる衝撃荷重を吸収可能であるとともに、ドライバビリティの低下を抑制することができるステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するステアリング装置は、軸方向に往復移動可能な転舵シャフトと、前記転舵シャフトを収容可能なハウジングと、前記転舵シャフトの軸端部に当該転舵シャフトを転舵輪と駆動連結するように装着されたジョイントと、前記ハウジング内に設けられた規制面と前記ジョイントの端面との間に設けられ、前記規制面と前記端面とが当接しようとする際の衝撃を吸収する衝撃吸収部材と、を備え、前記衝撃吸収部材は、弾性を有する弾性部と、前記弾性部よりも弾性率が高く且つ前記弾性部よりも前記軸方向における長さ寸法が短い規制部と、前記弾性部よりも弾性率が高い押圧部とを有し、前記押圧部は、前記弾性部および前記規制部に固定され、前記弾性部および前記規制部よりも前記端面側に位置し、前記軸方向における前記弾性部と前記規制部の長さの差である圧縮代は、操舵入力によって前記規制面と前記端面とが前記衝撃吸収部材を介して当接する際に、零となる。
【0011】
上記構成によれば、ジョイントがハウジングに当接(衝突)する、いわゆるエンド当ては、ジョイントとハウジングの間に設けられた衝撃吸収部材を介して起こる。まず、転舵輪を介してジョイントに入力される逆入力が作用してエンド当てが起こる際には、ジョイントとハウジングとの間に設けられた衝撃吸収部材が衝撃を吸収する。このため、衝撃吸収部材を設けない場合に比べ、操舵系に作用する衝撃を小さくすることができる。その一方、操舵入力によってエンド当てが起こる際には、圧縮代が完全に圧縮されて零になるため、ジョイントの規制面とハウジングの端面とは、弾性部よりも弾性率の高い規制部を介して当接する。このため、規制部を設けない場合に比べ、車両の運転者は、操舵入力時にエンド当てが起きた際に弾性部の圧縮変形にともなう弾性感(違和感)を感じ難くなり、ドライバビリティの低下が抑制される。従って、エンド当て時に生じる衝撃荷重を吸収可能であるとともに、ドライバビリティの低下を抑制することができる。
【0012】
上記ステアリング装置において、前記圧縮代は、転舵輪を介して前記ジョイントに入力される逆入力によって、前記規制面と前記端面が前記規制部を介して当接する際に、前記転舵シャフトに作用する衝突加速度を設定加速度以下に低減するように設定されていることが望ましい。
【0013】
通常、操舵入力よりも大きな逆入力によって、エンド当てが起こる場合には、転舵シャフトの速度が急に0(零)となることで、転舵シャフトには大きな衝突加速度が作用する。上記構成によれば、その衝突加速度を、予め設定した設定加速度以下になるように圧縮代の長さ寸法が設定されているため、転舵シャフトの衝突加速度を低く抑えることができる。
【0014】
上記ステアリング装置において、前記圧縮代を零とするために必要となる圧縮荷重は、前記操舵入力によって前記ジョイントに作用し得る最大軸力の半分以下であることが望ましい。
【0015】
上記構成によれば、例えば、圧縮荷重を最大軸力の半分より大きくした場合に比べ、運転者がステアリングホイールを許容舵角まで操舵する際の、規制部を介したジョイントとハウジングの当接が早く起こる。換言すれば、より小さな操舵入力によって、ジョイントはハウジングに規制部を介して当接する。従って、運転者がステアリングホイールを許容舵角まで操舵する際における、弾性感を感じる時間を短くすることができる。
【0016】
上記ステアリング装置において、前記衝撃吸収部材は、前記弾性部に形成された第1係止部と凹凸嵌合可能に形成された第2係止部に嵌合させることで、前記ハウジングに固定され、前記第2係止部は、前記ハウジングの拡径部に設けられた溝であることが望ましい。
【0017】
上記構成によれば、弾性部の第1係止部を弾性変形させてハウジングの第2係止部に嵌合させることで、衝撃吸収部材をジョイントの規制面とハウジングの端面との間に固定することが可能となる。すなわち、衝撃吸収部材をハウジングに固定するための固定部材を新たに設ける必要がない。
【0018】
上記ステアリング装置において、前記衝撃吸収部材は、前記ハウジングに前記軸方向へ挿嵌されることで固定され、前記第1係止部には、前記ハウジングに対する前記衝撃吸収部材の挿嵌方向に向かって先細となる挿嵌ガイド部が設けられていることが望ましい。
【0019】
上記構成によれば、挿嵌方向に向かって先細となる挿嵌ガイド部を設けたことで、衝撃吸収部材をハウジングに対して挿入する際に生じる抵抗を小さくすることができる。このため、ハウジングに対して衝撃吸収部材を容易に取り付けることができる。
【発明の効果】
【0020】
本ステアリング装置によれば、エンド当て時に生じる衝撃荷重を吸収可能であるとともに、ドライバビリティの低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1】ステアリング装置の概略図。
図2】ステアリング装置におけるラックエンド付近の概略構成を示す断面図。
図3】衝撃吸収部材の斜視断面図。
図4】(a)〜(c)は、エンド当て時のステアリング装置の作用を示す模式図。
図5】エンド当て時の時間とラックシャフトの移動速度の関係を示すグラフ。
図6】エンド当て時の操舵入力と転舵輪の転舵角の関係を示すグラフ。
図7】変形例の衝撃吸収部材を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、ステアリング装置を電動パワーステアリング装置に具体化した一実施形態について、図を参照して説明する。
図1に示すように、電動パワーステアリング装置10(以下、「ステアリング装置10」ともいう)は、ステアリングホイール11の回転を転舵輪12に伝達する転舵機構13と、ステアリングホイール11の操舵を補助するアシスト装置14とを備えている。また、ステアリング装置10は、車両の幅方向に延びるハウジングの一例としてのラックハウジング15と、該ラックハウジング15内で車両の幅方向に延びる転舵シャフトの一例としてのラックシャフト16とを備えている。なお、以下では、車両の幅方向を軸方向とするラックシャフト16に倣って、車両の幅方向を軸方向Xともいう。
【0023】
転舵機構13は、ステアリングホイール11とともに回転するステアリングシャフト17と、該ステアリングシャフト17の回転をラックシャフト16の直線運動に変換するラックアンドピニオン機構18とを備えている。すなわち、運転者によってステアリングホイール11が操舵されると、ラックシャフト16を軸方向Xに移動させる操舵伝達力が転舵機構13を介してラックシャフト16に入力される。
【0024】
アシスト装置14は、ラックハウジング15の外側に配置されたモータ19と、該モータ19からベルト20を通じて駆動力が伝達されるボール螺子機構21とを備えている。アシスト装置14は、運転者によるステアリングホイール11の操舵に連動して、ラックシャフト16を軸方向Xに移動させるアシスト力を出力することを可能としている。
【0025】
また、ラックシャフト16の両端には、その軸端部に設けられたジョイントの一例としてのラックエンド22を介してタイロッド23が回動自在に連結されている。このタイロッド23の先端は、転舵輪12が組付けられた図示しないナックルに連結されている。
【0026】
こうして、運転者がステアリングホイール11を操舵することでラックシャフト16に入力される操舵伝達力と、当該操舵に連動してアシスト装置14が出力するアシスト力によって、ラックシャフト16は車両の幅方向(軸方向X)に直線移動する。そして、ラックシャフト16の直線移動が、同ラックシャフト16の両端に連結されたタイロッド23を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪12の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。従って、本実施形態のステアリング装置10では、ラックシャフト16を軸方向Xに移動させる操舵入力は、操舵伝達力とアシスト力の和で表される。
【0027】
次に、ラックシャフト16の軸端部に係る構成について詳述する。
図2に示すように、ラックエンド22は、先端にボール部31aが設けられたボールスタッド31と、そのボール部31aを回動自在に収容する略有底筒状のソケット32とを備えたボールジョイントとして構成されている。このソケット32の内部には、ボールスタッド31のボール部31aの凸球面形状に対応した凹球面形状の樹脂材料からなる球面座32aが装着されている。こうして、ボールスタッド31は、そのボール部31aが球面座32aに嵌合されることにより、ソケット32に対して回動自在に連結されている。なお、このボールスタッド31にタイロッド23の一端が固定されることにより、同タイロッド23がラックシャフト16に対して回動自在に連結されている。
【0028】
また、ラックエンド22は、ソケット32が、ラックシャフト16の軸端部に螺着されることにより、同ラックシャフト16に固定されている。具体的には、ソケット32の端面33にはラックシャフト16側に突出する円柱部34が形成され、その円柱部34の外周面には雄ねじ部35が形成されている。一方、ラックシャフト16の軸端部の端面にはラックシャフト16と同心の円形穴36が軸方向Xに穿孔され、その円形穴36の内周面には、雄ねじ部35に対応する雌ねじ部37が形成されている。そして、ラックエンド22は、この雌ねじ部37に上記雄ねじ部35が螺合することにより、ラックシャフト16の軸端部に固定されている。
【0029】
一方、ラックハウジング15の軸方向Xにおける両端内部には、ラックシャフト16が挿通される挿通部15aと、挿通部15aよりも内径が拡径されてソケット32が挿通される拡径部15bと、挿通部15aと拡径部15bとの境界で軸方向Xと直交する面となる規制面15cとが形成されている。そして、拡径部15bにおける規制面15c側の端部には、フランジ状の空隙を形成する第2係止部15dが径方向に向かって切り欠き形成されている。
【0030】
また、図2に示すように、ソケット32の外径は、ラックハウジング15の挿通部15aの内径より大きく、拡径部15bの内径より小さくなっている。このため、ソケット32のラックシャフト16側の端面33とラックハウジング15の規制面15cとを、軸方向Xに投影すると、その一部が重なるようになっている。また、ソケット32の端面33は、ラックエンド22の端面33でもある。そして、ラックハウジング15の規制面15cとラックエンド22の端面33との間には、ラックハウジング15にラックエンド22が衝突(当接)する、いわゆるエンド当て時の衝撃を吸収する衝撃吸収部材40が設けられている。
【0031】
図2及び図3に示すように、本実施形態の衝撃吸収部材40は、略筒状をなす弾性部41と、弾性部41の内周側に配置される円管状の規制部42と、弾性部41及び規制部42におけるラックエンド22側の端面に当接する円環板状の押圧部43とを有している。なお、衝撃吸収部材40は、ラックシャフト16を挿通可能に構成され、ラックハウジング15内において規制面15cに当接した状態で配置されている。
【0032】
弾性部41は、ゴムや樹脂といった弾性を有するエラストマーなどからなり、その軸方向Xにおける一端(図2では右端、図3では上端)にはフランジ状の第1係止部41aが形成されている。第1係止部41aは、上述したラックハウジング15に形成された第2係止部15dに凹凸嵌合可能とされ、両係止部41a,15dが凹凸嵌合することで、衝撃吸収部材40はラックハウジング15に固定可能とされている。また、第1係止部41aには、ラックハウジング15に対する衝撃吸収部材40の挿嵌方向(図2では右方向)に向かって先細となる挿嵌ガイド部41bが形成されている。
【0033】
具体的には、挿嵌ガイド部41bは、弾性部41をその中心軸線を含む平面で切断した場合の断面形状において、軸方向Xに対して角度(例えば、45度)を有する斜面を形成するように、第1係止部41aに面取り形成されている。この挿嵌ガイド部41bは、衝撃吸収部材40をラックハウジング15に挿嵌する際に、拡径部15bと弾性部41との摺動抵抗を低減するために設けられている。こうして、衝撃吸収部材40がラックハウジング15に装着された状態において、弾性部41はエンド当て時の衝撃を吸収・緩和することを可能としている。
【0034】
規制部42は、上述した弾性部41に比べ弾性率の高い金属などからなり、その外径は弾性部41の内径と略同径とされている。一方、規制部42の内径はラックハウジング15の挿通部15aにおける内径よりも大きくなっている。このため、規制部42は、エンド当て時において、軸方向Xにおけるラックエンド22側とは反対側の端面がラックハウジング15の規制面15cと当接することを可能としている。
【0035】
押圧部43は、規制部42と同様に弾性部41に比べ弾性率の高い金属からなり、その外径はラックハウジング15における拡径部15bの内径よりも僅かに小さくなっている。また、押圧部43の内径はラックシャフト16の軸端部の外径よりも僅かに大きく、ラックシャフト16を挿通可能としている。また、押圧部43は、その軸方向Xにおける一端側(図2では左端側)に、エンド当て時において、ラックエンド22の端面33と当接する押圧面43aを有している。
【0036】
そして、図3に示すように、弾性部41、規制部42、及び押圧部43の中心軸線を一致させ、押圧部43に弾性部41及び規制部42を接着固定することで衝撃吸収部材40が構成されている。なお、弾性部41については、その軸方向Xにおいて第1係止部41aが形成される側とは反対側の端面が押圧部43と接着固定される。また、本実施形態では、ゴムからなる弾性部41を加硫する際に、弾性部41と押圧部43とが加硫接着される。
【0037】
また、本実施形態の衝撃吸収部材40は、軸方向Xに弾性部41が圧縮変形することによって、エンド当て時の衝撃を吸収することを可能としている。そして、この際の弾性部41が圧縮可能な変形量、すなわち圧縮代L1は、軸方向Xにおける規制部42の長さL2によって制限されている。すなわち、弾性部41の圧縮代L1は、軸方向Xにおける規制部42の長さL2と弾性部41の長さL3の差とによって規定され、弾性部41は、規制部42の長さL2より圧縮することが制限されている。
【0038】
また、本実施形態の衝撃吸収部材40は、ラックハウジング15の拡径部15bに対し、軸方向Xに挿嵌可能とされている。具体的には、衝撃吸収部材40をラックハウジング15に挿嵌する際には、衝撃吸収部材40をラックハウジング15の拡径部15bの開口から挿入する。そして、弾性部41の第1係止部41a(挿嵌ガイド部41b)を弾性変形させつつ、ラックハウジング15の拡径部15bの内周面に摺動させる。そして、挿嵌ガイド部41bの先端がラックハウジング15の規制面15cに当接すると、弾性変形していた第1係止部41aが、ラックハウジング15の第2係止部15dにより形成された空隙内で復元されて第2係止部15dに凹凸嵌合する。こうして、衝撃吸収部材40は、ラックハウジング15に固定配置される。
【0039】
次に、ステアリング装置10の作用について説明する。
さて、図4(a)に示すように、運転者がステアリングホイール11を許容される限界まで操舵していない場合などの非エンド当て時には、ラックエンド22の端面33と衝撃吸収部材40の押圧面43aとは離れた状態にある。
【0040】
そして、この状態から、エンド当てが起こる方向に、ラックシャフト16に対して操舵に伴う操舵入力や操舵輪側からの逆入力が入力されると、ラックエンド22の端面33がラックハウジング15の規制面15cに接近する方向にラックシャフト16が移動する。
【0041】
図4(b)に示すように、操舵入力や逆入力によって、ラックシャフト16が可動範囲の限界間近まで移動すると、ラックエンド22の端面33が、衝撃吸収部材40の押圧部43の押圧面43aと当接する。すなわち、ラックエンド22の端面33は、衝撃吸収部材40の弾性部41及び押圧部43を介してラックハウジング15の規制面15cと当接する。なお、この状態では、衝撃吸収部材40に圧縮荷重が作用していない。このため、軸方向Xにおいて、衝撃吸収部材40の弾性部41の長さは長さL3であり、規制部42とラックハウジング15の規制面15cとの間には隙間Sが存在している。そして、図4(b)に示した位置よりもさらにラックエンド22の端面33がラックハウジング15の規制面15cに接近する方向にラックシャフト16が移動すると、衝撃吸収部材40の弾性部41が圧縮され始める。
【0042】
図4(c)に示すように、ラックシャフト16が可動範囲の限界まで移動すると、ラックエンド22の端面33が、衝撃吸収部材40の弾性部41、規制部42、及び押圧部43を介してラックハウジング15の規制面15cに衝突(当接)して、ラックシャフト16の移動が停止する。一方、衝撃吸収部材40の弾性部41は、ラックエンド22の端面33とラックハウジング15の規制面15cとに挟圧されることによって限界まで圧縮変形される。このため、軸方向Xにおける弾性部41は規制部42と等しい長さL2となり、圧縮代L1は0(零)となる。また、図4(c)に示す状態において、弾性部41は、軸方向Xに圧縮変形した分、第2係止部15dが形成する空隙内において膨張する。つまり、非圧縮性を有するゴムからなる弾性部41は、軸方向Xに圧縮された体積を径方向に膨張させる。
【0043】
そして、運転者によってステアリングホイール11が逆方向に操舵されると、ラックエンド22の端面33がラックハウジング15の規制面15cから離間する。このため、弾性部41は軸方向Xに膨張し、図4(b)に示す形状になり、更に図4(a)に示す非エンド当ての状態に戻る。
【0044】
次に、上記ステアリング装置10の作用に基づいた逆入力によるエンド当て時のラックシャフト16の速度変化について図5を参照して説明する。なお、図5では、本実施形態のステアリング装置10の比較例として衝撃吸収部材40を備えないステアリング装置におけるラックシャフト16の移動速度を併記する。また、図5では、すでに逆入力が入力され、時刻0において、ラックシャフト16が速度v1で移動しているものとする。
【0045】
図5に示すように、本実施形態及び比較例のステアリング装置におけるラックシャフト16の移動速度は、時刻t1までは、ともに速度v1で推移する。
そして、比較例のステアリング装置におけるラックシャフト16は、時刻t2において、ラックハウジング15の規制面15cに衝突(当接)して停止する。すると、時刻t2における極めて短い時間の中でラックシャフト16の移動速度が速度v1から0(零)に変化する。
【0046】
一方、本実施形態のステアリング装置10におけるラックシャフト16は、時刻t1において、衝撃吸収部材40の押圧部43に当接する(図4(b)参照)。そして、時刻t1から時刻t3にかけて、衝撃吸収部材40の弾性部41を圧縮しながら、その速度v1を減速させていく。これは、弾性部41を圧縮することによる弾性力が、反力としてラックシャフト16に作用するためである。そして、時刻t3において、衝撃吸収部材40の規制部42がラックハウジング15の規制面15cに衝突して、ラックシャフト16は停止する。すなわち、本実施形態のステアリング装置10では、ラックシャフト16は、時刻t3における極めて短い時間の中で移動速度が速度v1よりも減速された速度v2から0(零)に変化する。
【0047】
以上より、本実施形態及び比較例におけるエンド当て時のラックシャフト16の瞬間的な速度変化(衝突加速度)をみると、本実施形態のステアリング装置10では速度v2であるのに対し、比較例では速度v2よりも大きい速度v1となっている。つまり、エンド当て時のラックシャフト16の衝突加速度は、比較例よりも本実施形態のほうが小さくなる。こうして、逆入力時にあっては、衝撃吸収部材40の弾性部41の圧縮変形によって、ラックシャフト16が減速するため、衝撃吸収部材40を設けない場合に比べ、ラックシャフト16やラックハウジング15に作用する衝突加速度が緩和される。
【0048】
なお、上述したように、本実施形態の衝撃吸収部材40の弾性部41は、図5において時刻t1から時刻t3にかけて圧縮変形する。このため、圧縮代L1を小さくすればエンド当て時のラックシャフト16の速度は速度v2よりも速くなり、逆に圧縮代L1を大きくすればエンド当て時のラックシャフト16の速度は速度v2よりも遅くなる。従って、圧縮代L1を小さくすればエンド当て時のラックシャフト16の衝突加速度は大きくなり、圧縮代L1を大きくすればエンド当て時のラックシャフト16の衝突加速度は小さくなる。この圧縮代L1と衝突加速度の関係から、本実施形態では、ラックシャフト16の衝突加速度を設定加速度以下に低減できるように、圧縮代L1の寸法が選択されている。なお、設定加速度とは、その設定加速度がラックシャフト16、ラックハウジング15、転舵機構13、及びアシスト装置14などの各構成に作用しても、当該各構成が問題なく動作する加速度である。
【0049】
さらに、本実施形態のように電動パワーステアリング装置10にあっては、エンド当て時の衝突加速度が大きい場合に、次のような問題が生じることがある。すなわち、エンド当てによって急停止したラックシャフト16と、慣性によって回転を継続しようとするモータ19によって、ラックシャフト16とモータ19を連結するベルト20に負荷が発生することがある。これに対し、本実施形態のステアリング装置10によれば、衝撃吸収部材40を設けることで衝突加速度を小さくできるため、上述した負荷を低減することができる。
【0050】
ところで、図5に示す時刻t1から時刻t3にかけてのラックシャフト16の速度変化は、その速度に比例するゴムからなる弾性部41の粘性力の影響を受け、実際には直線的な変化をすることはないが、ここでは説明の都合上、直線的に変化するものとした。
【0051】
次に、上記ステアリング装置10の作用に基づいた操舵入力によるエンド当て時の転舵輪12の転舵角変動について図6を参照して説明する。なお、図6では、本実施形態のステアリング装置10の比較例として、ゴムなどの弾性体のみからなる衝撃吸収部材をラックハウジング15の規制面15cに配置したステアリング装置における転舵角変動を併記する。
【0052】
図6に示すように、本実施形態及び比較例のステアリング装置では、操舵入力が入力荷重F1を超えるまでは、操舵入力の増加とともに一定の割合で転舵輪12の転舵角が大きくなる。なお、入力荷重F1とは、本実施形態のステアリング装置10でいえば、図4(c)に示すように、ラックシャフト16を可動範囲の限界まで移動させる荷重である。
【0053】
そして、比較例のステアリング装置では、衝撃吸収部材が弾性体のみからなるため、操舵入力と衝撃吸収部材の圧縮変形量は比例関係にある。また、ラックシャフト16は、当該衝撃吸収部材と既に当接関係にあるため、衝撃吸収部材の圧縮変形量とラックシャフト16の移動量にも比例関係がある。このため、図6において破線で示されるように、操舵入力と転舵輪12の転舵角が比例関係で表される。すると、例えば、入力荷重F2に対する転舵角A1は、操舵入力が入力荷重F2から多少でも前後すると破線矢印に示されるように変動する。このため、転舵輪12の転舵角を一定に保つためには、運転者は転舵入力を一定に保つ必要があるため、ドライバビリティの低下を招くおそれがある。
【0054】
また、仮に運転者が転舵入力を一定に保つことができたとしても、転舵輪12と接地する路面状況の変化などによって、転舵輪12を介してラックシャフト16に作用する逆入力が変動すると、転舵輪12の転舵角が変化するため、転舵角を一定に保つことができない。このため、比較例のステアリング装置では、依然として運転者のドライバビリティが低下するおそれがある。さらに、運手者は、エンド当て時に弾性体のみからなる衝撃吸収部材の変形によって、弾性感(違和感)を感じ易くなる。
【0055】
これに対して、本実施形態のステアリング装置10では、操舵入力が入力荷重F1となった時点で、衝撃吸収部材40の弾性部41が限界まで圧縮され、ラックシャフト16が可動範囲の限界まで移動した状態となる(図4(c)参照)。従って、操舵入力を入力荷重F1以上としても、ラックシャフト16は移動が規制された状態にあるため、転舵輪12の転舵角は入力荷重F1に対応した転舵角A2に保たれる。すると、例えば、入力荷重F2に対する転舵角A2は、操舵入力が入力荷重F2から前後しても、実線矢印に示されるように変動しない。このため、運転者は、操舵入力が入力荷重F1よりも大きくなるようにステアリングホイール11を操舵しておくことで、転舵輪12の転舵角A2を一定に保つことが容易となる。
【0056】
同様に、転舵輪12と接地する路面状況の変化などによって、転舵輪12を介してラックシャフト16に作用する逆入力が変動しても、転舵輪12の転舵角が変動することが抑制される。また、本実施形態のステアリング装置10によれば、エンド当て時に、ラックシャフト16とラックハウジング15が規制部42を介して当接するため、運転者は弾性感(違和感)を覚え難くできる。
【0057】
また、図6に示すように、圧縮代L1を零とするために必要となる圧縮荷重、すなわち入力荷重F1は、操舵入力によってラックエンド22に作用し得る最大軸力F3の半分以下となっている。なお、最大軸力F3は、例えば、運転者による操舵とアシスト装置14による操舵入力によって、車両のラックシャフト16に発生し得る最大の軸力である。そして、入力荷重F1は最大軸力F3に比べ低くなっているため、運転者がステアリングホイール11を操舵する際における、弾性感を感じる時間を短くすることができる。
【0058】
上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)ラックエンド22がラックハウジング15に当接(衝突)する、いわゆるエンド当ては、ラックエンド22とラックハウジング15の間に設けられた衝撃吸収部材40を介して起こる。まず、転舵輪12を介してラックエンド22に入力される逆入力が作用してエンド当てが起こる際には、ラックエンド22とラックハウジング15との間に設けられた衝撃吸収部材40が衝撃を吸収する。このため、衝撃吸収部材40を設けない場合に比べ、操舵系に作用する衝撃を小さくすることができる。その一方、操舵入力によってエンド当てが起こる際には、圧縮代L1が完全に圧縮されて零になるため、ラックエンド22の規制面15cとラックハウジング15の端面33とは、少なくとも規制部42を介して当接する。このため、規制部42を設けない場合に比べ、車両の運転者は、操舵入力時にエンド当てが起きた際に弾性部41の圧縮変形にともなう弾性感(違和感)を感じ難くなり、ドライバビリティの低下が抑制される。従って、エンド当て時に生じる衝撃荷重を吸収可能であるとともに、ドライバビリティの低下を抑制することができる。
【0059】
(2)通常、操舵入力よりも大きな逆入力によって、エンド当てが起こる場合には、ラックシャフト16の速度が急に0(零)となることで、ラックシャフト16には大きな衝突加速度が作用する。本実施形態のステアリング装置10によれば、その衝突加速度を、予め設定した設定加速度以下になるように圧縮代L1の長さ寸法が設定されているため、ラックシャフト16に作用する衝突加速度を低く抑えることができる。
【0060】
(3)弾性部41の圧縮代L1を0(零)とするために必要な圧縮荷重を、例えば、最大軸力F3の半分より大きくした場合に比べ、運転者がステアリングホイール11を許容舵角まで操舵する際の、規制部42を介したラックエンド22とラックハウジング15の当接が早く起こる。換言すれば、より小さな操舵入力によって、ラックエンド22はラックハウジング15に規制部42を介して当接する。従って、運転者がステアリングホイール11を許容舵角まで操舵する際における、弾性感を感じる時間を短くすることができる。
【0061】
(4)弾性部41の第1係止部41aを弾性変形させてラックハウジング15の第2係止部に嵌合させることで、衝撃吸収部材40をラックエンド22の規制面15cとラックハウジング15の端面33との間に固定することが可能となる。すなわち、衝撃吸収部材40をラックハウジング15に固定するための固定部材を新たに設ける必要がない。
【0062】
(5)挿嵌方向に向かって先細となる挿嵌ガイド部41bを設けたことで、衝撃吸収部材40をラックハウジング15に対して挿入する際に生じる抵抗を小さくすることができる。このため、ラックハウジング15に対して衝撃吸収部材40を容易に取り付けることができる。
【0063】
なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。
・上記実施形態において、衝撃吸収部材40の弾性部41は、図7に示すように変更してもよい。すなわち、衝撃吸収部材40Aの半径方向と交差する周方向において、複数の弾性部41Aを所定間隔毎に設けてもよい。これによれば、弾性部41Aが軸方向Xに圧縮変形する際に、弾性部41Aは周方向に膨張変形することが可能となるため、圧縮代L1を大きく取ることができる。
【0064】
・上記実施形態において、弾性部41は、コイルスプリングなどの粘性を有さない弾性部材などで構成してもよい。
・上記実施形態において、ステアリング装置10は、油圧式のパワーステアリング装置であってもよいし、パワーステアリング機構を備えない単なるステアリング装置であってもよい。
【0065】
・上記実施形態において、第1係止部41a及び第2係止部15dは設けなくてもよい。この場合、弾性部41は、ラックハウジング15の規制面15cに接着されていることが望ましい。さらに、この場合には、図7に示す衝撃吸収部材40Aのように、弾性部41Aが軸方向Xに圧縮変形する際に、周方向に膨張変形できるようにすることが望ましい。
【0066】
・上記実施形態において、衝撃吸収部材40の押圧部43は省略してもよい。また、押圧部43と規制部42を一体の部材としてもよい。
・上記実施形態において、衝撃吸収部材40の弾性部41と規制部42の位置関係を、内径側に弾性部41を設け外径側に規制部42を設けるようにしてもよい。
【0067】
・上記実施形態において、衝撃吸収部材40は、ラックエンド22の端面33に固定配置してもよい。また、衝撃吸収部材40は、ラックハウジング15の規制面15c及びラックエンド22の端面33の何れにも固定配置せずに、ラックシャフト16との摺動が許容される程度にラックシャフト16に弱く嵌合させてもよい。
【0068】
・上記実施形態において、圧縮代L1を0(零)とするために必要となる圧縮荷重は、最大軸力F3よりも小さければ、最大軸力F3の半分よりも大きくてもよい。
・上記実施形態において、第1係止部41a及び第2係止部15dは、ラックハウジング15の規制面15cにおいて凹凸嵌合するように設けてもよい。また、第1係止部41aを凹状に、第2係止部15dを凸状に形成しても良い。
【0069】
・上記実施形態において、挿嵌ガイド部41bを設けなくてもよい。
【符号の説明】
【0070】
10…ステアリング装置、12…転舵輪、15…ハウジングの一例としてのラックハウジング、15c…規制面、15d…第2係止部、16…転舵シャフトの一例としてのラックシャフト、22…ジョイントの一例としてのラックエンド、33…端面、40…衝撃吸収部材、41…弾性部、41a…第1係止部、41b…挿嵌ガイド部、42…規制部、43…押圧部、43a…押圧面、L1…圧縮代、L2,L3…長さ、X…軸方向。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7