JP2004314735A - ハンドル反力発生装置及びステアバイワイヤシステム - Google Patents

Abstract

【課題】駆動源への負荷を低減させかつエネルギー効率を向上させることが可能なハンドル反力発生装置及びステアバイワイヤシステムを提供する。
【解決手段】本発明のハンドル反力発生装置１３では、ハンドル１１を操舵すると、そのハンドル１１に連動回転するカム４２に押されてカムフォロア４５が直動し、圧縮コイルバネ５２が弾性変形する。そして、圧縮コイルバネ５２の弾発力によってカムフォロア４５がカム４２に押し付けられて操舵反力が発生する。このように、本発明では、ハンドル１１の操舵によって圧縮コイルバネ５２に蓄えられたエネルギーを利用して操舵反力を発生させるので、従来よりエネルギー効率が向上する。しかも、圧縮コイルバネ５２の弾発力を変更するためにモータ５１を設けたので、ハンドル１１の操舵にモータ５１を連動回転しなくてもよくなり、モータ５１への負荷が低減される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンドル反力発生装置及びステアバイワイヤシステムに関する。
【０００２】
【関連技術】
一般に、ステアバイワイヤシステムでは、ハンドルと操舵輪とが機械的に切り離され、転舵力発生装置がハンドルの舵角に応じて操舵輪を転舵し、反力発生装置がハンドルに操舵反力を付与する構成になっている（例えば、特許文献１参照）。そして、運転状況に応じて操舵反力を変更するために、従来の反力発生装置では、モータがハンドルの回転軸にギヤ連結されて、ハンドルに連動する構成になっていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３７１１２号公報（［０００２］、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の反力発生装置では、ハンドルにモータが連動する構成であったので、ハンドルが操舵されている間は常に操舵反力としてモータからトルクを出力していなけれならず、モータに対する負荷を小さくすることが困難でありかつ、エネルギー効率も悪かった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より駆動源への負荷を低減しかつエネルギー効率を向上させることが可能なハンドル反力発生装置及びステアバイワイヤシステムの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るハンドル反力発生装置は、車両に搭載されかつハンドルの回転軸に結合されて、運転状況に応じてハンドルに反力を付与するハンドル反力発生装置であって、ハンドルに連動するカムと、車両直進時にカムの原点に当接し、カムの移動によりカムとの当接位置が変更されて直動するカムフォロアと、カムフォロアの直動に伴って弾性変形し、その弾発力によりカムフォロアをカムに押し付ける弾性部材と、カムフォロアとの間に弾性部材を保持してその弾発力を変更するように作動可能なベース部と、ベース部を作動させる駆動源とを備えたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のハンドル反力発生装置において、カムは、１対の湾曲部を横並びに配置して備え、それら１対の湾曲部の間の谷間を原点としたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のハンドル反力発生装置において、ベース部は、カムフォロアを挟んでカムと反対に配置されてカムフォロアと同軸方向に直動可能に設けられ、弾性部材は、ベース部とカムフォロアとの間に挟まれて伸縮される圧縮コイルバネであるところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のハンドル反力発生装置において、モータの回転軸とベース部とをギヤ結合するウォームギヤを備えたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項３又は４に記載のハンドル反力発生装置において、カムフォロアをベース部に直動可能に保持し、車両のイグニッションがオフしたときには、ベース部を後退させるようにモータを駆動してカムフォロアをカムから離反させるように構成したところに特徴を有する。
【００１１】
請求項６の発明に係るステアバイワイヤシステムは、ハンドルと操舵輪とが機械的に切り離され、上記請求項１乃至５の何れかに記載のハンドル反力発生装置をハンドルに連結して備えたところに特徴を有する。
【００１２】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１のハンドル反力発生装置では、ハンドルを操舵すると、そのハンドルに連動するカムに押されてカムフォロアが直動し、弾性部材が弾性変形する。そして、弾性部材の弾発力によってカムフォロアがカムに押し付けられてハンドルを原点に戻す操舵反力が発生する。このように、本発明では、ハンドルの操舵によって弾性部材に蓄えられたエネルギーを利用して、操舵反力を発生させるので、従来よりエネルギー効率が向上する。そして、弾性部材の弾発力を変更するために駆動源を設けたので、従来のように駆動源をハンドルに連動させなくてもよくなり、駆動源への負荷が低減される。
【００１３】
＜請求項２の発明＞
請求項２のハンドル反力発生装置では、車両直進状態からハンドルを操舵していくと、カムフォロアがカムの湾曲部に押されて弾発力が蓄えられ、カムと共にハンドルを原点に戻す反力が発生する。
【００１４】
＜請求項３及び４の発明＞
請求項３のハンドル反力発生装置では、ベース部を直動させることで、ベース部とカムフォロアとの間で圧縮コイルバネの弾発力を変更して、操舵反力を変更することができる。ここで、モータの回転軸とベース部とをウォームギヤでギヤ結合すれば、ベース部側からモータへの力の伝達を規制することができ、モータへの負荷がさらに軽減される（請求項４の発明）。
【００１５】
＜請求項５の発明＞
請求項５のハンドル反力発生装置では、車両のイグニッションがオフのときには、カムフォロアをカムから離反させるので、イグニッションオフ後に、ハンドルが勝手に原点に戻されることがなくなる。
【００１６】
＜請求項６の発明＞
請求項６のステアバイワイヤシステムは、上記請求項１乃至６に記載の何れかのハンドル反力発生装置をハンドルに連結して備えたので、従来より駆動源への負荷を低減可能になると共にエネルギー効率を向上させることが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１には、本発明に係るステアバイワイヤシステム１０の全体構成が示されている。このステアバイワイヤシステム１０では、ハンドル１１と操舵輪３０，３０とが機械的に切り離されており、ハンドル１１の中心から延びたステアリングシャフト１２（回転軸に相当する）の先端部分に反力発生装置１３が連結されている。また、ステアリングシャフト１２の中間部分には、ハンドル１１の舵角を検出するための舵角センサ１６と、ステアリングシャフト１２にかかる負荷トルク、即ち、ハンドル１１の操作に対する操舵反力を検出するためのトルクセンサ１７とが備えられている。
【００１８】
一方、左右の操舵輪３０，３０の間には、転舵力発生装置３３が備えられている。転舵力発生装置３３は、モータ３１を内蔵したボールネジ機構となっており、図示しないボールネジナットをモータ３１により回転させて、ボールネジシャフト３４を車両の左右方向に直動させる構成になっている。そして、このボールネジシャフト３４の両端部に、操舵輪３０，３０が連結され、転舵力発生装置３３の駆動によって操舵輪３０，３０が転舵される。また、転舵力発生装置３３には、操舵輪３０，３０の転舵角を検出するための転舵角センサ３２が備えられている。
【００１９】
さて、図２には、反力発生装置１３の詳細構造が示されている。本実施形態の反力発生装置１３には、ステアリングシャフト１２に固定された第１平歯車４０と、その第１平歯車４０に噛合した第２平歯車４１とが備えられ、ステアリングシャフト１２の回転を減速して第２平歯車４１に伝達する。第２平歯車４１の端面には、本発明に係るカム４２が一体的に設けられている。カム４２は、第２平歯車４１の端面から軸方向に突出し、カム４２の回転軸４２Ａに直交する線（図２のＬ１）に対して左右対称のハート形になっている。そして、第２平歯車４１から立ち上がった周面４２Ｓが、後述するカムフォロア４５との当接面になっている。また、カム４２のうち１対の湾曲部４３，４３の間の谷間はカム４２の原点４４となっており、車両が直進状態にあるときには、カムフォロア４５がこの原点４４に当接する（図２の状態）。
【００２０】
カムフォロア４５は、ベース部４８に直動可能に保持されており、カム４２の回転軸４２Ａに直交する線上でカム４２の周面４２Ｓに対して直動する。より詳細には、カムフォロア４５は、カム４２に突き合わされた軸状をなし、先端にローラー４６を回転可能に軸支して備える。ローラー４６は、カム４２の周面４２Ｓに当接されてカム４２の回転時に転がる。また、カムフォロア４５の基端部には、バネ受けフランジ４７が備えられ、このバネ受けフランジ４７とベース部４８との間に圧縮コイルバネ５２を挟んで備える。そして、カム４２の回転に伴ってカムフォロア４５がカム４２から後退すると、カムフォロア４５とベース部４８との間で圧縮コイルバネ５２が圧縮変形され、その弾発力によりカムフォロア４５がカム４２に押し付けられる。
【００２１】
ベース部４８は、図示しないガイドによりカムフォロア４５と同軸方向に直動可能に案内されている。また、ベース部４８の側面にはラックギヤ４９が形成されており、このラックギヤ４９にはモータ５１の回転軸に固定したウォームギヤ５０が噛合している。そして、モータ５１を正転又は反転させることで、ベース部４８が直動し、これによりカムフォロア４５とベース部４８との間の圧縮コイルバネ５２の伸縮状態を変更したり、カム４２からカムフォロア４５を離反させることができる。
【００２２】
図１において、符号２０はＥＣＵであって、舵角センサ１６が検出したハンドル１１の舵角に対応させて転舵力発生装置３３を駆動する。また、ＥＣＵ２０は、路面状況に応じた操舵輪３０の転舵抵抗をハンドル１１への操舵反力に反映させるように反力発生装置１３を駆動する。具体的には、転舵力発生装置３３（詳細には、モータ３１）への駆動電流が大きくなったときには、モータ５１によりベース部４８を前進させて操舵反力を増加させ、転舵力発生装置３３への駆動電流が小さくなったときには、モータ５１によりベース部４８後退させて操舵反力を減少させる。また、転舵抵抗とは別に、高速運転時には図３のグラフＡに示すように操舵反力を増加させる一方、低速運転時には同図のグラフＢに示すように操舵反力を減少させるようにモータ５１を駆動する。さらに、図４に示すように、操舵フィーリングを向上させるために、ハンドル１１を原点４４から切り込んでいくときには操舵反力を増加させ、ハンドル１１を原点４４に戻すときには操舵反力を減少させるようにベース部４８をモータ５１にて駆動する。また、本実施形態では、車両のイグニッションがオフしたときには、カムフォロア４５をカム４２から離反させるようにベース部４８を後退させる。また、車両の直進時には、モータ５１をオフして、エネルギーの節約を図っている。
【００２３】
次に、上記構成からなる本実施形態の反力発生装置１３及びステアバイワイヤシステム１０の作用効果を説明する。車両走行中にハンドル１１を操舵すると、ハンドル１１にカム４２が連動し、そのカム４２に追従するようにカムフォロア４５が直動する。これにより圧縮コイルバネ５２が伸縮されて、その弾発力によってカムフォロア４５がカム４２に押し付けられ、ハンドル１１を原点４４に戻す操舵反力が発生する。このように本実施形態の反力発生装置１３及びステアバイワイヤシステム１０では、ハンドル１１の操舵によって圧縮コイルバネ５２に蓄えられたエネルギーを利用して、操舵反力を発生させるので、従来よりエネルギー効率が向上する。しかも、圧縮コイルバネ５２の弾発力を変更するためにモータ５１を備えたので、従来のようにモータ５１をハンドル１１に連動させなくてもよくなり、モータ５１への負荷が低減される。
【００２４】
また、運転状況や路面状況等に応じて操舵反力を変更するときには、モータ５１によりベース部４８を進退させることで圧縮コイルバネ５２の弾発力を変更することができる。ここで、本実施形態では、モータ５１とベース部４８とはウォームギヤ５０とラックギヤ４９とでギヤ結合されているので、ベース部４８側からモータ５１への力の伝達を規制することができ、モータ５１への負荷がより一層軽減される。
【００２５】
さらに、イグニッションオフ後に、カムフォロア４５がカム４２から離反するので、イグニッションオフ後には操舵反力がなくなり、ハンドル１１が勝手に原点４４に戻されることも無くなる。
【００２６】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、上記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にステアバイワイヤの概念図
【図２】反力発生装置の側面図
【図３】ハンドルの舵角と反力トルクとの関係を示したグラフ
【図４】ハンドルの舵角と反力トルクとの関係を示したグラフ
【符号の説明】
１０…ステアバイワイヤシステム
１１…ハンドル
１２…ステアリングシャフト（回転軸）
１３…反力発生装置
３０…操舵輪
４２…カム
４３…湾曲部
４４…原点
４５…カムフォロア
４８…ベース部
４９…ラックギヤ
５０…ウォームギヤ
５１…モータ
５２…圧縮コイルバネ（弾性部材）

Claims (6)

1. 車両に搭載されかつハンドルの回転軸に結合されて、運転状況に応じて前記ハンドルに反力を付与するハンドル反力発生装置であって、
   前記ハンドルに連動するカムと、
   車両直進時に前記カムの原点に当接し、前記カムの移動により前記カムとの当接位置が変更されて直動するカムフォロアと、
   前記カムフォロアの直動に伴って弾性変形し、その弾発力により前記カムフォロアを前記カムに押し付ける弾性部材と、
   前記カムフォロアとの間に前記弾性部材を保持してその弾発力を変更するように作動可能なベース部と、
   前記ベース部を作動させる駆動源とを備えたことを特徴とするハンドル反力発生装置。
2. 前記カムは、１対の湾曲部を横並びに配置して備え、それら１対の湾曲部の間の谷間を前記原点としたことを特徴とする請求項１に記載のハンドル反力発生装置。
3. 前記ベース部は、前記カムフォロアを挟んで前記カムと反対に配置されて前記カムフォロアと同軸方向に直動可能に設けられ、
   前記弾性部材は、前記ベース部と前記カムフォロアとの間に挟まれて伸縮される圧縮コイルバネであることを特徴とする請求項１又は２に記載のハンドル反力発生装置。
4. 前記モータの回転軸と前記ベース部とをギヤ結合するウォームギヤを備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のハンドル反力発生装置。
5. 前記カムフォロアを前記ベース部に直動可能に保持し、前記車両のイグニッションがオフしたときには、前記ベース部を後退させるように前記モータを駆動して前記カムフォロアを前記カムから離反させるように構成したことを特徴とする請求項３又は４に記載のハンドル反力発生装置。
6. ハンドルと操舵輪とが機械的に切り離され、上記請求項１乃至５の何れかに記載のハンドル反力発生装置を前記ハンドルに連結して備えたことを特徴とするステアバイワイヤシステム。

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