JP2005199937A - ステアリング操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操作部材と、その操作部材に対して操作反力を付与する反力付与装置を備え、ステアバイワイヤ型ステアリングシステムに用いられるステアリング操作装置のコンパクト化を図る。
【解決手段】 操作反力付与装置２２の動力源としてプリントモータのような扁平なモータ１３０を採用する。さらに、モータ１３０の回転軸１３２と操作部材１４に連結される主軸１１０との間にサイクロイド減速機構のような扁平な減速機構１５０を採用する。このような構造とすることで、操作反力付与装置２２は扁平なものとなり、操作反力付与装置２２自体のコンパクト化が実現する。そして、操作反力付与装置２２を操作部材１４に近接させてあるいは内蔵させて配置することにより、ステアリング操作装置２０のコンパクト化が実現する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両用ステアリングシステムに用いられる操作装置、詳しくは、ステアバイワイヤ型ステアリングシステムに好適な操作装置に関する。

カーエレクトロニクスの進歩により、最近では、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムが検討されている。ステアバイワイヤ型のステアリングシステムは、操作部に設けられたステアリングホイール等の操作部材に加えられる操作力によらず、電気的な制御下、システムが転舵部において備える動力源の動力によって、操作部材の操作に応じた車輪の転舵が行われるようにされたシステムである。このシステムでは、操作部と転舵部とが機械的に分離されていることから、運転者に適切な操作フィーリングを感じさせるため、操作部が有するステアリング操作装置に、操作部材の操作に対する反力である操作反力を付与する装置を設けることが考えられている。操作反力付与装置を備えたステアリング操作装置として、例えば、下記特許文献に記載のものが存在する。
特開２００３−２２６２５１号公報 特開２００３−２３７６１２号公報 特開２００３−１２７８７８号公報

上記特許文献に記載のステアリング操作装置は、例えば、操作反力付与装置が比較的大型でであったり、あるいは、操作反力付与装置を構成するモータが操作部材から離れて設けられたりしていることから、操作装置の小型化という観点からは充分なものとはいえない。そこで本発明は、そのような実情に鑑み、ステアバイワイヤ型ステアリングシステムに用いられるステアリング操作装置のコンパクト化を課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のステアリング操作装置は、運転者によって回転操作される操作部材に入力される操作力によらず、自身が備える動力源の動力によって操作部材の操作に応じた車輪の転舵を行うステアリングシステムに用いられるステアリング操作装置であって、（Ａ）操作部材と、（Ｂ）(a)その操作部材にそれの運転者とは反対側において隣接する状態で、あるいは、自身の少なくとも一部が操作部材に内蔵される状態で配置されたハウジングと、(b)そのハウジング内に設けられた扁平なモータと、(c)そのハウジングに回転可能に保持されるとともにモータの回転軸線と同軸的に配置されてそのモータの回転によって回転する出力軸とを備え、前記モータの回転力によって前記操作部材に対して操作反力を付与する操作反力付与装置とを備えたことを特徴とする。

上記本発明のステアリング操作装置は、簡単に言えば、ステアリングホイール等の操作部材に近接したあるいは内蔵された状態で操作反力付与装置を設け、その操作反力付与装置の動力源となるモータに扁平モータを採用するともに、そのモータと操作部材とを同軸的に配置するように構成されている。このような構成とすることで、ステアバイワイヤ型ステアリングシステムにおけるステアリング操作装置のコンパクト化が実現される。なお、本発明の作用および効果については、以下の〔発明の態様〕の項において、さらに詳しく説明する。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

なお、以下の各項において、（１）項と（２）項と（１０）項とを合わせたものが請求項１に相当し、請求項１に（１１）項の限定を加えたものが請求項２に、請求項１または２に（６）項の限定を加えたものが請求項３に，（７）項の限定を加えたものが請求項４に、請求項４に（８）項および（９）項の限定を加えたものが請求項５に、それぞれ相当する。また、請求項１ないし５のいずれかに（１５）項の限定を加えたものが請求項６に、請求項６に（１９）項の限定を加えたものが請求項７に、請求項１ないし７のいずれかに（１３）項および（１４）項の限定を加えたものが請求項８に、それぞれ相当する。

（１）運転者によって回転操作される操作部材に入力される操作力によらず、自身が備える動力源の動力によって前記操作部材の操作に応じた車輪の転舵を行うステアリングシステムに用いられるステアリング操作装置であって、
前記操作部材と、
ハウジングと、そのハウジング内に設けられたモータと、そのハウジングに回転可能に保持されるとともに前記モータの回転軸線と同軸的に配置されてそのモータの回転によって回転する出力軸とを備え、前記モータの回転力によって前記操作部材に対して操作反力を付与する操作反力付与装置と
を備えたステアリング操作装置。

本項に記載の態様は、操作反力付与装置自体がコンパクトなものとされた態様である。モータを動力源とする操作反力付与装置の場合、例えば、減速機構を介して出力軸を回転させるように構成することができるが、そのような場合において、本項の態様のように、モータと出力軸とを同軸的に配置すれば、操作反力付与装置の小型化が可能である。なお、本項に記載の態様は、モータの回転軸と出力軸との間に減速機構が介在するような態様のみならず、モータの回転軸と出力軸とが一体化したような態様、平たく言えば、モータが操作部材に直結したような態様も含まれる。

（２）前記操作反力付与装置が、前記ハウジングが前記操作部材にそれの運転者とは反対側において隣接する状態で、あるいは、前記ハウジングの少なくとも一部が前記操作部材に内蔵される状態で配置された(1)項に記載のステアリング操作装置。

（３）前記操作反力付与装置が、前記ハウジングが前記操作部材にそれの運転者とは反対側において隣接する状態で配置された(2)項に記載のステアリング操作装置。

（４）前記操作反力付与装置が、前記ハウジングの少なくとも一部が前記操作部材に内蔵される状態で配置された(2)項に記載のステアリング操作装置。

上記３つの項に記載の態様は、操作部材と操作反力付与装置との配置に関する限定を加えた態様であり、いずれの態様も、ステアリング操作装置をコンパクトにすることが可能である。上記態様における「ハウジングが操作部材にそれの運転者とは反対側において隣接する状態」とは、例えば、ステアリングホイールの背面側（車両前方側）に、操作反力付与装置（厳密には、ハウジングから突出する出力軸を除く部分）を近接させた態様が含まれる。コンパクトという目的に鑑みれば、操作部材の回転軸線方向において、操作部材と操作反力付与装置との間隔が３０ｍｍ以下であることが望ましく、さらには、１０ｍｍ以下であることが望ましい。また、「ハウジングの少なくとも一部が操作部材に内蔵される状態」とは、例えば、操作部材の輪郭によって区画される空間内に操作反力付与装置の少なくとも一部が内在するといった態様が含まれる。例えば、操作部材としてのステアリングホイールは、操作輪部とそれを支持する支持部（例えば、ホーンスイッチ，エアバッグ等が組み込まれている中央の部分）とを含んで構成されるものが一般的であり、その支持部に操作反力付与装置が組み込まれるような態様である。操作部材に内蔵させる場合、操作部材の回転軸線方向における背面側の端部よりもハウジングが突出しないように操作反力付与装置を配置すれば、よりコンパクトな、ステアリング操作装置が実現する。

（５）前記ハウジングと前記出力軸との一方が、前記操作部材と相対回転不能に連結され、前記ハウジングと前記出力軸との他方が、車体に固定的に保持される(1)項ないし(4)項のいずれかに記載のステアリング操作装置。

（６）前記ハウジングが前記操作部材と相対回転不能に連結されかつ前記出力軸が車体に固定的に保持される(5)項に記載のステアリング操作装置。

（７）前記出力軸が前記操作部材と相対回転不能に連結されかつ前記ハウジングが車体に固定的に保持される(5)項に記載のステアリング操作装置。

上記３つの項は、操作反力付与装置の操作部材との連結および車体への固定に関する限定を加えた態様である。車体に固定的に保持される場合、例えば、インストゥルメントパネルに直接取り付けられる態様であってもよく、また、インストゥルメントパネルからあるいは車体の他の部分からブラケット等の保持部材を延び出させ、そのブラケットに固定されるものであってもよい。なお、ハウジングを操作部材に固定する態様は、前述したところの操作反力付与装置を操作部材に内蔵させる態様において、特に有効である。

（８）前記出力軸が、自身の回転をステアリングシステムを構成する転舵装置に出力するための回転出力部を有する(7)項に記載のステアリング操作装置。

（９）前記操作反力付与装置が、前記モータの回転軸が中空軸とされるとともに前記出力軸がその回転軸に挿通する状態で配置され、
前記出力軸が、前記モータの前記操作部材とは反対側において、前記回転出力部を有する(8)項に記載のステアリング操作装置。

ステアバイワイヤ型のステアリングシステムでは、原則的には、操作部材への操作力を転舵部に備わる転舵装置に伝達する必要はない。しかし、フェールセーフの観点から、制御システムの失陥等の場合には、上記操作力により転舵可能なシステムとすることが望ましい。上記２つの項に記載の態様は、操作部材の操作力を転舵装置に伝達可能なステアリング操作装置に関するものである。回転出力部を備える場合、上記２つの項における後者の態様を採用すれば、ステアリング操作装置をよりコンパクトにしつつ、回転出力部を設けることが可能である。なお、操作力の伝達は、例えば、クラッチ機構等を介することによって選択的に行い得る態様とすることができる。また、伝達手段は、シャフト，ケーブル，ベルト等、種々の手段を採用することが可能であり、それら手段のうちの採用するものに応じた適当な回転出力部を設ければよい。

（１０）前記モータが扁平な(1)項ないし(9)項のいずれかに記載のステアリング操作装置。

（１１）前記モータがプリントモータである(10)項に記載のステアリング操作装置。

（１２）前記ハウジングが扁平なものとされた(10)項または(11)項に記載のステアリング操作装置。

上記３つの項に記載の態様は、操作反力付与装置自体のコンパクト化が図れる態様である。操作反力付与装置の動力源であるモータに扁平モータを採用すれば、出力軸の軸線方向，操作部材の回転軸線方向におけるステアリング操作装置の寸法を小さくできる。具体的には、回転軸線方向の寸法が、径方向の寸法の１／３以下，さらには、１／５以下であるような扁平モータを採用することが望ましい。扁平モータの具体的な種類に関して言えば、プリントモータを採用すれば、かなりコンパクトな操作反力付与装置が実現する。プリントモータは、ディスク状の電機子をロータとするモータであり、そのロータは、例えば、コイル線を形成するように打ち抜かれた銅薄板が絶縁板を介して積層され、形成されたコイル線のいくつかのものどうしが電気な導通を確保されることで、平板に形成されたコイルを有する構造とされている。このような構造のロータの少なくとも一方の面に永久磁石等から構成されるステータを近接させて対向させることで、プリントモータは、扁平なモータとされている。扁平モータを採用することで、操作反力付与装置をも扁平なものとすることが可能なのである。操作反力付与装置を扁平なものとする場合、そのハウジングの軸線方向の寸法が、径方向の寸法の１／２以下、さらには、１／３以下であることが望ましい。

（１３）前記モータが、回転軸を共通とする複数のモータが複合化されたものである(1)項ないし(12)項のいずれかに記載のステアリング操作装置。

（１４）前記複数のモータが、互いに別系統とされたことで、冗長化された(13)項に記載のステアリング操作装置。

上記２つの項に記載の態様は、モータの複合化に対する限定を加えた態様である。複数のモータを複合化させれば、大きな操作反力を付与可能な装置が実現する。扁平モータを採用する場合、それらを軸線方向に並べて配置すれば、操作反力付与装置のハウジングは比較的小さなものとなるため、複数のモータが配備された態様であっても、コンパクトな反力付与装置となる。プリントモータを採用するような場合、ディスク状のロータを１つの回転軸に並べて固定することにより、容易に複合化できる。上記２つの態様における後者には、例えば、複数のモータ（複数のロータ）の各々に対して、別の電源から、あるいは、同じ電源であっても別配線によって給電するような態様が含まれる。例えば、１つの電源あるいは１つのモータが失陥したような場合においても、他のモータの駆動力は維持されるため、維持されている駆動力によって操作反力を付与することが可能である。このようにモータを冗長化させれば、フェールセーフの点において優れた操作反力付与装置が実現する。

（１５）前記操作反力付与装置が、前記モータの回転軸の回転を減速して前記出力軸に伝達する減速機構を有する(1)項ないし(14)項のいずれかに記載のステアリング操作装置。

（１６）前記回転軸が中空軸とされ、前記出力軸がその回転軸に挿通する状態で配置された(15)項に記載のステアリング操作装置。

上記２つの項に記載された態様のように、減速機構を介してモータの回転軸と出力軸とを連結させれば、小さな出力のモータでも大きな操作反力が付与可能であるため、モータの小型化によって操作反力付与装置のコンパクト化が可能である。その場合、モータの回転軸を出力軸が挿通する状態で両者を同軸的に配置すれば、操作反力付与装置の軸線方向における寸法をより小さくでき、よりコンパクトな操作反力付与装置が実現する。なお、モータの小型化に鑑みれば、減速機構の減速比は大きくすることが望ましく、具体的には、３０：１以上、さらには、５０：１以上とすることが望ましい。

（１７）前記減速機構がストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構である(15)項または(16)項に記載のステアリング操作装置。

（１８）前記ストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構が、
前記出力軸と同軸的に前記ハウジングに対して固定的に設けられた第１リングギヤと、 その第１リングギヤと同軸的に前記出力軸に固定して設けられ、第１リングギヤとは歯数の異なる第２リングギヤと、
前記第１リングギヤと前記第２リングギヤとの両者に噛合するフレキシブルギヤと、
外周部が楕円状をなすカムとして構成され、その外周部に前記フレキシブルギヤが装着されるとともに、前記モータの回転軸に相対回転不能に連結された波動発生器と
を含んで構成された(17)項に記載のステアリング操作装置。

上記２つの項に記載の態様は、減速機構をストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構に限定した態様である。ストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構は、いわゆるハーモニックドライブ機構とも呼ばれる減速機構である。２つの項のうちの後者は、構造をさらに具体的に限定した態様に関するものである。ストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構は、比較的大きな減速比が得られるわりにはコンパクトな減速機構である。特に、軸線方向の寸法を小さくすることが可能である。この減速機構を採用すれば、操作反力付与装置をよりコンパクトにすることが可能である。

（１９）前記減速機構がサイクロイド減速機構である(15)項または(16)項に記載のステアリング操作装置。

（２０）前記サイクロイド減速機構が、
前記ハウジングに対して固定的に設けられたリングギヤと、
外周部にそのリングギヤより少ない歯数の歯が形成されてそのリングギヤに噛合する遊星ギヤと、
前記モータの回転軸に相対回転不能に連結され、その回転軸に対して偏心する外周部に相対回転可能に前記遊星ギヤを保持してその遊星ギヤに遊星運動をさせる偏心軸と、
前記出力軸に相対回転不能に固定されるとともに前記遊星ギヤと係合させられ、前記出力軸を前記遊星ギヤの自転に応じて回転させる係合体と
を含んで構成された(19)項に記載のステアリング操作装置。

上記２つの項に記載の態様は、減速機構をサイクロイド減速機構に限定した態様である。２つの項のうちの後者は、具体的な構造をさらに限定した態様に関するものである。サイクロイド減速機構は、上記ストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構と同様に、比較的大きな減速比が得られるわりにはコンパクトな構造の減速機構であり、同様に、軸線方向の寸法を小さくすることが可能である。この減速機構を採用すれば、操作反力付与装置をよりコンパクトにすることが可能である。なお、サイクロイド減速機構は、ストレイン・ウェーブ・ギヤリンク機構と比較して、安価であるという利点をも有する。

以下、本発明のいくつかの実施例およびその変形例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

＜第１実施例＞
図１に、本発明の第１実施例のステアリング操作装置が配備されたステアバイワイヤ型ステアリングシステムを模式的に示す。本システムは、操作部１０と、転舵部１２とが機械的に分離され、操作部材としてのステアリングホイール１４に加えられる操作力によらずに、転舵部１２に設けられた動力源の動力によって転舵車輪１６（以下、単に「車輪１６」という場合がある）を転舵するステアリングシステムである。なお、本システムでは、フェール時等に操作部材１４に加えられる操作力による車輪１６の転舵を可能とすべく、その操作力を伝達する機構を含んで操作部１０と転舵部１２とを連結する連結部１８をも備えている。

操作部１０は、本発明の第１実施例であるステアリング操作装置２０（以下、単に「操作装置２０」という場合がある）を主体として構成されている。操作装置２０は、運転者によって回転操作されるステアリングホイール１４と、ステアリングホイール１４に対して操作反力を付与する操作反力付与装置２２とを備え、インストゥルメントパネルから延び出す保持ブラケット２４に保持されることにより、車体に対して固定的に設けられている。なお、後に詳しく説明するが、操作装置２０は、ステアリングホイール１４の操作量（操作角）を検出するためのセンサとしての機能を有している。

転舵部１２は、車体に固定されて転舵ロッド３０を軸方向に往復移動させる転舵装置３２を主体として構成されている。内部の図示は省略するが、転舵装置３２は、動力源としての転舵モータを備えてており、転舵ロッド３０に形成されたボールねじに噛合するボールナットをその転舵モータによって回転駆動することにより、転舵ロッド３０が軸方向に移動させられる構造とされている。転舵ロッド３０の両端の各々は、ボールジョイント３４を介して、タイロッド３６の一端部に連結され、タイロッド３６の他端部は、もう一種のボールジョイント３８を介して、車輪１６を回転可能に保持するステアリングナックル４０の一部分であるナックルアーム４２に連結されている。このような連結構造により、転舵ロッド３０が軸方向に移動させられることで、車輪１６が転舵されるのである。なお、転舵装置３２は、転舵ロッド３０の移動量（転舵量の一種である）を検出するセンサとしての機能を有している。

本ステアリングシステムは、自身が備えるステアリング電子制御ユニット５０（ステアリングＥＣＵ、以下、単に「ＥＣＵ５０」という場合がある）によって制御される。ＥＣＵ５０は、コンピュータ、各種モータ，各種アクチュエータ等のドライバ等を含んで構成されている。ＥＣＵ５０は、操作装置２０によって検出されたステアリングホイール１４の操作量に関する信号θ、および、転舵装置３２によって検出された転舵ロッド３０の移動量に関する信号δを入手し、それらに基づいて、車輪１６の転舵量がステアリングホイール１４の操作量に応じた量となるように、転舵装置３２が備える転舵モータを制御駆動する。また、ＥＣＵ５０は、操作量に応じた操作反力をステアリングホイール１４に付与するように、後に説明する操作反力付与装置２２が備える反力付与モータを制御駆動する。これにより、運転者に適切な操作フィーリングが与えられることになる。

本ステアリングシステムは、車速感応式ステアリングシステムであり、車体速度が速い場合には、ステアリング操作を重くするために、車体速度に応じて操作反力を増加させる機能を有しており、ＥＣＵ５０は、そのための制御をも行う。車両には、転舵車輪１６を含む各車輪に対して、車輪回転速度を検出する車輪速センサ５２が設けられており（図では、１つの車輪に対するもののみを示しており、他の車輪に対するものは省略されている）、ＥＣＵ４０は、各車輪速センサ５２によって検出された各車輪の車輪回転速度に関する信号ｖを入手し、それらから車体速度を求めることができるようになっている。ＥＣＵ５０は、求められた車体速度に基づいて、反力付与モータを制御駆動する。それにより、ステアリングホイール１４には、車体速度に依拠した操作反力の増加分が付与されることになる。

連結部１８は、ステアリングホイール１４に加えられる操作力を転舵装置３２に伝達する操作力伝達装置６０を主体として構成されている。操作力伝達装置６０は、操作装置２０側および転舵装置３２側の２つの伝達機構を有し、それらが連結可能となるように構成されている。操作装置２０側の伝達機構は、後に説明するステアリングホイール１４への操作力を回転力として出力する出力プーリ，出力プーリの回転力が入力される入力プーリ６２，出力プーリと入力プーリ６２とに捲き掛けられて回転力を伝達する第１ケーブル６４等を含んで構成され、転舵装置３２側の伝達機構は、入力プーリ６２の回転力を転舵装置３２に出力するための出力ローラ６６，転舵装置３２に設けられて出力ローラ６６の回転力が入力される入力ローラ６８，出力ローラ６６と入力ローラ６８とに捲き掛けられて回転力を伝達する第２ケーブル７０等を含んで構成されている。なお、第１ケーブル６４，第２ケーブル７０は、真っ直ぐに延びる状態とはされないため、回転伝達を担保するために、それぞれ、ガイドチューブ７２，７４にガイドされている。入力プーリ６２と出力ローラ６６との間には、それらの連結状態と連結解除状態とを選択的に切り換える電磁クラッチ７６が設けられており、電磁クラッチ７６は、消磁状態において入力プーリ６２と出力ローラ６６とを連結し、励磁状態においてその連結を解除するものとされている。また、転舵ロッド３０にはラックが形成されるとともに、入力ローラ６８がラックに噛合するピニオンが設けられることによって、転舵装置３２は、ラックアンドピニオン機構を有するものとされており、入力ローラ６８が回転させられることによって、車輪１６が転舵させられるのである。通常状態においては、電磁クラッチ７６は励磁状態とされるが、電子制御ユニット５０が失陥したような場合には、電磁クラッチ７６が消磁状態とされ、ステアリングホイール１４に加えられる操作力によって車輪１６が転舵可能となる。

図２に、本実施例のステアリング操作装置２０の車両左側からの側面視を示す。また、図３に、操作装置２０の要部の回転軸線を含む鉛直面での断面を、図４に、操作装置２０を構成する操作反力付与装置２２の回転軸線に直角な面での断面を、それぞれ示す。なお、図４において、左半分には、図３におけるＡ−Ａ断面が、右半分には、Ａ'−Ａ'断面が、それぞれ表されている。これらの図を参照しつつ、ステアリング操作装置２０の構造を、以下に説明する。

ステアリング操作装置２０は、先に説明したように、主に、操作部材であるステアリングホイール１４と、操作反力付与装置２２とを含んで構成されている。操作反力付与装置２２は、外形が概ね短い円筒形状をなすハウジング９０を有している。ハウジング９０は、４つのピースに分割されている。４つのピースは、それぞれ、車両後方側（ステアリングホイール１４側）に位置させられる後方側本体９２，後方側本体９２の車両前方側に位置させられる前方側本体９４，後方側本体９２と前方側本体９４とに挟持されてそれらによって区画される室内をさらに２つに区画する区画壁９６，前方側本体９４の前方端の蓋として機能する前端蓋９８であり、それらが組み合わされて、１つのハウジング９０を構成している。なお、以下の説明において、各ピースを個別に扱う場合を除いて、それらをハウジング９０と総称するものとする。

ハウジング９０は、組み合わされた状態で保持ブラケット２４に取り付けられる。保持ブラケット２４は、中空とされているが、ハウジング９０の外形に応じた開口が設けられており、ハウジング９０は、その開口を塞ぐような状態で取り付けられる。上記４つのピースの締結およびハウジング９０の保持ブラケット２４への固定は、締結材である３つの締結ボルト１００によってなされている。詳しく説明すれば、後方側本体９２，前方側本体９４，前端蓋９８の各々の外周部に設けられた３つの締結部の締結穴の各々に締結ボルト１００を貫通させ、それら締結ボルト１００を保持ブラケット２４に設けられた取付座に形成された雌ねじ穴に螺合させることによって、４つのピースが締結されるとともに、ハウジング９０が保持ブラケット２４に締結されるのである。

操作反力付与装置２２は、自身の出力軸としての主軸１１０を有しており、その主軸１１０は、ハウジング９０に回転可能に保持されている。詳しく言えば、後方側本体９２，前方側本体９４の各々の中央には軸穴が設けられており、後方側本体９２の軸穴において、減速機構（後述する）を構成する出力ディスク１１４のボス部，トレランスリング１１６，軸受１１８を介して、また、前方側本体９４の軸穴において、軸受１２０を介して、それぞれ回転可能に保持されている。主軸１１０は、両端部がハウジング９０から延び出しており、後端部において、ステアリングホイール１４が相対回転不能に取り付けられる。詳しく説明すれば、ステアリングホイール１４は、操作輪部１２２と、スポーク１２４とボス１２６とが一体化された支持部１２８とから構成されており、ボス１２６に設けられた嵌合穴に主軸１１０の後端部がセレーション嵌合されているのである。

操作反力付与装置２２は、動力源としての扁平な反力付与モータ１３０（以下、単に「モータ１３０」と略す場合がある）を有している。モータ１３０は、プリントモータであり、中空の回転軸であるモータ軸１３２と、モータ軸１３２の外周においてそれと相対回転不能に設けられたロータとしての円板状のロータディスク１３４と、ステータとしてのドーナツ状の永久磁石１３６と、ロータディスク１３４に給電するためのブラシ１３８を含んで構成されている。モータ軸１３２は、主軸１１０を自身に挿通させる状態で、軸受１４０を介して主軸１１０に相対回転可能に支持されている。ロータディスク１３４は、一般的なプリントモータが備えるものと同様のものであるため説明は簡単なものに留めるが、コイル線を形成するように打ち抜かれた銅薄板が絶縁板を介して積層され、形成されたコイル線のいくつかのものどうしが電気な導通を確保されることで、平板に形成されたコイルを有する構造とされている。永久磁石１３６も、一般のプリントモータに採用されるものと同様に、周方向にＮ極，Ｓ極が交互に存在するように着磁されたものである。永久磁石１３６は、ハウジング９０の前方側本体９４に一方の側面において支持され、他方の側面をロータディスク１３４の一方の面に近接して対向させるように配置されている。ブラシ１３８は、周方向に２つ設けられており、それぞれが、ロータディスク１３４の表面に形成されたコイル線の一部分をコミュテータとして、ロータディスク１３４への通電を行うようにされている。

また、操作反力付与装置２２は、減速機構１５０を有している。この減速機構１５０は、サイクロイド減速機構であり、モータ軸１３２に相対回転不能に連結支持された偏心軸１５２と、偏心軸１５２の外周部に軸受１５４を介して相対回転可能に支持された遊星ギヤ１５６と、ハウジング９０の後方側本体９２に固定的に設けられて遊星ギヤ１５６と噛合する内歯が形成されたリングギヤ１５８と、先に説明したところの、ボス部において後方側本体９２に軸受１１８を介して回転可能に支持されるとともに遊星ギヤ１５６と係合する係合体としての出力ディスク１１４とを含んで構成されている。

より詳しく説明すれば、減速機構１５０は以下のようである。図４に示すように、偏心軸１５２は内周と外周とが偏心しており、モータ軸１３２が回転することにより、遊星ギヤ１５６がリングギヤ１５８と噛合する状態で公転させられることになる。遊星ギヤ１５６の歯数が６０とされ、リングギヤ１５８の歯数が６１とされていることから、遊星ギヤ１５６は、モータ軸１３２の１回転によって１公転させられた場合に（図４における白抜き矢印参照）、１歯分自転させられる（同黒塗矢印参照）。遊星ギヤ１５８には、１円周上に６つの係合穴１６２が穿設されており、一方、出力ディスク１１４には、それぞれがそれら係合穴１６２の各々に嵌るような状態で、６本の係合ピン１６４が１円周上に立設されている。係合穴１６２と係合ピン１６４とは、偏心軸１５２の偏心量に相当する遊隙を有して嵌合するようにされていることから、出力ディスク１１４は、遊星ギヤ１５６の自転に応じて回転させられることになる（同破線矢印参照）。つまり、減速機構１５０は、比較的大きな減速比の下、モータ１３０の回転力を出力ディスク１１４の回転力として伝達するように構成されているのである。

先に説明したように、出力ディスク１１４のボス部の内周側には、トレランスリング１１６を介して、主軸１１０が支持されていることから、出力ディスク１１４の回転力は、主軸１１０の回転力として、ひいては、ステアリングホイール１４の回転力として伝達される。主軸１１０は、ステアリングホイール１４の回転軸となっているため、ステアリングホイール１４の回転操作によって回転させられるが、モータ１３０および減速機構１５０により、その回転を阻止する方向の回転力が加えられることで、ステアリングホイール１４の操作に対する操作反力が付与されるのである。モータ１３０の回転力を制御することにより、つまり、モータ１３０への供給電流を制御することにより、任意の大きさの操作反力が付与されることになる。なお、操作力が異常に大きい場合等には、トレランスリング１１６の働きにより、主軸１１０と出力ディスクとは、相対回転が許容される。また、本操作装置２０では、左右の転舵に対して、概ね１８０゜ステアリングホイール１４が回転操作されるようにされているが、その操作ストロークのエンドにおいて、大きな操作反力を付与するようにモータ１３０の回転力が制御される。つまり、操作反力付与装置２２は、ストロークエンドのストッパとしての機能をも果たすものとなっている。このような機能を果たすことができるのも、減速機構１５０が大きな減速比を有する所以である。

また、操作反力付与装置２２は、ハウジング９０内の前方側本体９４と前端蓋９８とによって区画された空間に、光学式のロータリエンコーダ１７０（以下、単に「エンコーダ１７０」と略す場合がある）が設けられている。エンコーダ１７０は、スリットが設けられて主軸１１０に相対回転不能に支持されたコード円板１７２と、コード円板１７２の一方の面と対向する状態で前端蓋９８に固定された発光器１７４と、コード円板１７２の他方の面と対向する状態で前方側本体９４に固定されてスリットからの透過光を検出する検出器１７６とを含んで構成されている。このエンコーダ１７０は、アブソリュート型のものであり、ステアリングホイール１４の操作量を検出するためのセンサとして機能する。

さらに、主軸１１０には、ハウジング９０から保持ブラケット２４の内部空間に延び出している部分に、前述の出力プーリ１８０が相対回転不能に取り付けられている。出力プーリ１８０には、前述した第１ケーブル６４が捲き掛けられており、ステアリングホイール１４の操作によって主軸１１０が回転させられることで、出力プーリ１８０が回転させられ、先に説明したように、ステアリングホイール１４の操作力が転舵装置３２に伝達されるようになっている。つまり、主軸１１０の出力プーリ１８０が設けられている部分が、主軸１１０の回転を転舵装置３２に出力する回転出力部として機能するものとされているのである。

上記構造であるが故、本ステアリング操作装置２０は、コンパクトなものとされている。詳しく言えば、例えば、操作反力付与装置２２は、扁平な形状とされている。図３を参照しつつ具体的に説明すれば、ハウジング９０の軸方向寸法Ｌは、径寸法Ｑ（最も大きな半径寸法の２倍）の１／３以下とされている。このことは、モータ１３０および減速機構１５０が扁平な構造とされたことによって実現されている。ちなみに、モータ１３０の寸法に関して言えば、操作反力付与装置２２におけるモータ１３０の部分の軸方向寸法Ｌｍ（前方側本体９４の軸穴の前端と区画壁９６の後端との距離）は、径寸法Ｑの１／５以下とされており、また、減速機構１５０の寸法に関して言えば、操作反力付与装置２２における減速機構１５０の部分の軸方向寸法Ｌｇ（区画壁９６の後端と後方側本体９２の後端との距離）は、径寸法Ｑの１／８以下とされている。さらに、ステアリングホイール１４とハウジング９０とが隣接していることも、ステアリング操作装置２０のコンパクト化に貢献している。ちなみに、ステアリングホイール１４とハウジングとの間隔Ｇは５ｍｍ以下とされており、両者はかなり近接する状態となっている。

＜第２実施例＞
図５に、第２実施例のステアリング操作装置２００（以下、単に「操作装置２００」と略す場合がある）の車両左側からの側面視を示す。また、図６に、操作装置２００の要部の回転軸線を含む鉛直面での断面を、図７に、操作装置２００の回転軸線に直角な面での断面を、それぞれ示す。なお、図７は、図６におけるＢ−Ｂ断面である。本操作装置２００が用いられるステアリングシステムは、図１に示すステアリングシステムと同様のものである。ただし、操作反力付与装置２０２は、回転出力部を有していないため、図１に示すシステムにおいて連結部１８を取り除いたシステムとなる。他の部分については、同様であるため、ステアリングシステムの構成に関する説明は省略する。以下に、ステアリング操作装置２００の構造についての説明を行うが、第１実施例のステアリング操作装置２０と同じあるいは同種の構成要素については、同じ符号を採用する場合があり、また、それらの説明は、省略するあるいは簡略に行う場合がある。

本実施例のステアリング操作装置２００は、操作部材であるステアリングホイール１４と、操作反力付与装置２０２とを含んで構成されている。ステアリングホイール１４は、主に、操作輪部１２２と支持部２０４とからなり、支持部２０４は、車両後方側に開口する有底円筒形状の容器体２０６と、容器体２０６の外周部と操作輪部１２２とを繋ぐ４本のスポーク２０８とが接合された構造となっている。この容器体２０６の内部に、操作反力付与装置２００が、詳しくは、それのハウジング２１０が固定されて収容されることで、ステアリングホイール１４は、操作反力付与装置２０２を内蔵するものとされている。

操作反力付与装置２０２のハウジング２１０は、外形が概ね短い円筒形状をなしており、分割可能な３つのピースが締結されて構成される。３つのピースは、それぞれ、車両後方側に位置させられる後方側体２１２，車両前方側に位置させられる前方側体２１４，後方側体２１２と前方側体２１４との間に位置させられる中間体２１６であり、ハウジング２１０は、それらが組み合わされた状態で、ステアリングホイール１４の容器体２０６の内部に、固定して取り付けられる。３つのピースの締結およびハウジング２１０の固定は、締結材である３つの締結ボルト１００によってなされている。

操作反力付与装置２０２は、自身の出力軸としての主軸２２０を有しており、その主軸２２０は、ハウジング２１０に回転可能に保持されている。詳しく言えば、後方側体２１２，前方側体２１４の各々の中央には、それぞれ軸穴，保持穴が設けられており、後方側体２１２の軸穴において、軸受２２２を介して、また、前方側体２１４の保持穴において減速機構（後述する）を構成するドリブンギヤ２２４，トレランスリング１１６，軸受２２６を介して、それぞれ回転可能に保持されている。主軸２２０は、前方側の端部がハウジング２１０から延び出しており、その前端部において、保持ブラケット２４に、相対回転不能に取り付けられる。詳しくは、前端部が保持ブラケット２４に設けられた取付穴にセレーション嵌合されるのである。上記のような構造により、本ステアリング操作装置２００では、第１実施例の操作装置２０とは逆に、操作反力付与装置２０２のハウジング２１０がステアリングホイール１４と相対回転不能に連結され、主軸２２０が車体に対して固定して設けられるものとなっている。

操作反力付与装置２０２は、動力源としての扁平な反力付与モータ２３０（以下、単に「モータ２３０」と略す場合がある）を有している。このモータ２３０も、プリントモータであるが、第１実施例の操作装置２０におけるモータ１３０と異なり２つのロータを備えている。詳しく言えば、主軸２２０を挿通させてその主軸２２０に軸受２３２を介して相対回転可能に保持された中空の回転軸であるモータ軸１３２の外周に、２枚のロータディスク１３４が間隔を隔てて並設されており、ステータとしての永久磁石１３６が、外周部をハウジング２１０に保持される状態で、２枚のロータディスク１３４の間に配設された構造となっている。各ロータディスク１３４への通電は、それぞれ、２つのブラシ１３８によって行われる。２つのロータディスク１３４は、互いのトルクリップルが打ち消されるように位相をずらして設けられているため、円滑な回転が担保されている。また、２つのロータディスク１３４への給電は、別系統（電源も別電源とされている）とされているため、一方の失陥によっても、モータとしての機能を喪失することがなく、本モータ２３０は、信頼性が高いモータとされている。つまり、本モータ２３０は、冗長化されたモータとされているのである。

操作反力付与装置２０２の有する減速機構２４０は、第１実施例の操作装置２０おける減速機構１５０とは異なり、ストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構である。この減速機構２４０は、ハウジング２１０に固定された第１リングギヤであるステータギヤ２４２と、先に説明したところの主軸１１０にトレランスリング１１６を介して保持された第２リングギヤとしてのドリブンギヤ２２４と、ステータギヤと２４２とドリブンギヤ２２４との両者に噛合するフレキシブルギヤ２４６と、外周部にフレキシブルギヤ２４６が装着されてモータ軸１３２に連結支持された波動発生器２４８とを含んで構成されている。

より詳しく説明すれば、図７に示すように、波動発生器２４８は、概して楕円状のカムとして機能するものであり、概ね楕円板状をなす支持板２５０と、支持板２５０の外周に嵌められたベアリング２５２とを含んで構成されている。支持板２５０は、自身の中心に軸穴が設けられており、その軸穴にモータ軸１３２を嵌入させた状態で、モータ軸１３２に相対回転不能に連結されている。ベアリング２５２は、自身のインナレースに支持板２５２の外周を嵌入させた状態で、支持板２５０に装着されている。ベアリング２５２のアウタレースは、比較的薄いものとされることで、可撓性を有するものとされている。フレキシブルギヤ２４６は、ベアリング２５２のアウタレースと嵌め合わされている。フレキシブルギヤ２４６は、外歯が形成された比較的薄い環状のギヤとされていることから、波動発生器２４８によって楕円状に変形させられるものとなっている。ステータギヤ２４２およびドリブンギヤ２２４は互いに同軸的にかつ軸方向に隣接して配置されており、フレキシブルギヤ２４６の外歯は、それらの両者の内歯と噛合するが、楕円の長軸部分における２箇所でのみ噛合し、短軸部分においてはそれらと完全に離れた状態となる。

ステータギヤ２４２に形成された内歯の歯数は１０２であるが、ドリブンギヤ２２４に形成された内歯の歯数は１００とされており、また、フレキシブルギヤ２４６の外歯の歯数は、ドリブンギヤ２２４と同じ１００とされている。モータ軸１３２を回転させて波動発生器１８６を回転させれば、フレキシブルギヤ２４６は弾性変形し、噛合位置を移動させつつ周回する。ステータギヤ２４２とドリブンギヤ２２４との歯数が異なるため、ステータギヤ２４２とドリブンギヤ２２４との間には、その歯数の差分に応じた量の回転位相差が生じることになる。具体的には、波動発生器２４８の１回転あたり２歯分の回転位相差が生じる。より詳しく言えば、図７（ドリブンギヤ２２４はステータギヤ２４２の向こう側に隠れている）において、波動発生器２４８を時計回りに１回転させれば、ドリブンギヤ２２４は、ステータギヤ２４２に対して、２歯分反時計回りに回転することになる。つまり、本減速機構２４０は、比較的大きな減速比の下、モータ２３０の回転力をドリブンギヤ２２４の回転力として伝達するものとなっている。

先に説明したように、ドリブンギヤ２２４は、トレランスリング１１６を介して、主軸２２０に支持されていることから、ドリブンギヤ２２４の回転力は、主軸２２０とハウジング２１０の相対回転力として、ひいては、ステアリングホイール１４の回転力として伝達される。ステアリングホイール１４の回転操作によって、主軸２２０とハウジング２１０とは相対回転させられるが、モータ２３０および減速機構２４０により、その回転を阻止する方向の回転力が加えられることで、ステアリングホイール１４の操作に対する操作反力が付与されるのである。第１実施例の操作装置２０の場合と同様、モータ２３０への供給電流を制御することにより、任意の大きさの操作反力が付与されることになる。なお、トレランスリング１１６の機能、ステアリングホイール１４の操作ストロークのエンドにおけるストッパ機能等については、第１実施例における場合と同様であるため、ここでの説明は省略する。

また、操作反力付与装置２０２は、ハウジング２１０内の後方側体２１２と中間体２１６とによって区画された空間に、第１実施例におけるものと同様の、コード円板１７２，発光器１７４，検出器１７６とを含んで構成されるロータリエンコーダ１７０が設けられている。このエンコーダ１７０は、第１実施例における場合と同様、ステアリングホイール１４の操作量を検出するためのセンサとして機能する。

本操作反力付与装置２０２は、扁平な形状とされてコンパクトであり、それに依拠して、本実施例のステアリング操作装置２００も、コンパクトなものとされている。図６を参照しつつ具体的に説明すれば、ハウジング２１０の軸方向寸法Ｌは、径寸法Ｑ（最も大きな半径寸法の２倍）の１／２．５以下とされている。このことは、モータ２３０および減速機構２４０が扁平な構造とされたことによって実現されている。ちなみに、モータ２３０の寸法に関して言えば、操作反力付与装置２０２におけるモータ２３０の部分の軸方向長Ｌｍ（前方側体２１４および中間体２１６のブラシ１３８を保持する部分の外寸法）は、径寸法Ｑの１／５以下とされており、また、減速機構２４０の寸法に関して言えば、操作反力付与装置２０２における減速機構２４０の部分の軸方向長Ｌｇ（モータ２３０の前方側の寸法）は、径寸法Ｑの１／１０以下とされている。さらに、ハウジング２１０が、ステアリングホイール１４から車両前方側に飛び出すことなく内蔵されていることで、ステアリング操作装置２００の軸方向における全体寸法もかなり小さくなっている。

＜他の実施例＞
本発明のステアリング操作装置は、上記２つの実施例のものに限定されるものではない。上記２つの実施例は、〔発明の態様〕の項において記載されている各種の技術的特徴のうちのいくつかのものを選択的に組み合わせて採用したものであり、それらとは異なる組合せで採用することも可能である。具体的には、例えば、第１実施例の操作装置では、モータが冗長化されていないが、複数のロータを備えさせて冗長化させることもでき、逆に、第２実施例の操作装置において、１つのロータのみを備えるモータを採用することもできる。また、例えば、第１実施例の操作装置では、減速機構として、サイクロイド減速機構を採用しているが、これに代え、ストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構を採用することも可能であり、逆に、第２実施例の操作装置において、サイクロイド減速機構を採用することも可能である。なお、上記実施例において、操作部材であるステアリングホイールは、比較的簡単な構造のものとされているが、例えば、ホーンスイッチ，エアバッグ装置等を装備させることも可能である。

第１実施例のステアリング操作装置が配備されたステアバイワイヤ型ステアリングシステムを示す模式図である。 第１実施例のステアリング操作装置を示す車両左側からの側面図である。 第１実施例のステアリング操作装置の要部を示す回転軸線を含む鉛直面での断面図である。 第１実施例のステアリング操作装置を構成する反力付与装置の回転軸線に直角な面での断面図である。 第２実施例のステアリング操作装置を示す車両左側からの側面図である。 第２実施例のステアリング操作装置の要部を示す回転軸線を含む鉛直面での断面図である。 第２実施例のステアリング操作装置の回転軸線に直角な面での断面図である。

符号の説明

１０：操作部 １２：転舵部 １４：ステアリングホイール １６：転舵車輪 １８：連結部 ２０：ステアリング操作装置 ２２：操作反力付与装置 ２４：保持ブラケット ３２：転舵装置 ５０：電子制御ユニット（ＥＣＵ） ６０：操作力伝達装置 ９０：ハウジング １１０：主軸（出力軸） １１４：出力ディスク（係合体） １２２：操作輪部 １２８：支持部 １３０：反力付与モータ １３２：モータ軸（回転軸） １３６：永久磁石（ステータ） １３８：ブラシ １５０：減速機構（サイクロイド減速機構） １５２：偏心軸 １５６：遊星ギヤ １５８：リングギヤ １７０：ロータリエンコーダ １８０：出力プーリ ２００：ステアリング操作装置 ２０２：操作反力付与装置 ２０４：支持部 ２１０：ハウジング ２２０：主軸 ２２４：ドリブンギヤ（第１リングギヤ） ２３０：反力付与モータ ２４０：減速機構（ストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構） ２４２：ステータギヤ（第１リングギヤ） ２４６：フレキシブルギヤ ２４８：波動発生器

Claims (8)

1. 運転者によって回転操作される操作部材に入力される操作力によらず、自身が備える動力源の動力によって前記操作部材の操作に応じた車輪の転舵を行うステアリングシステムに用いられるステアリング操作装置であって、
   前記操作部材と、
   (a)その操作部材にそれの運転者とは反対側において隣接する状態で、あるいは、自身の少なくとも一部がその操作部材に内蔵される状態で配置されたハウジングと、(b)そのハウジング内に設けられた扁平なモータと、(c)そのハウジングに回転可能に保持されるとともに前記モータの回転軸線と同軸的に配置されてそのモータの回転によって回転する出力軸とを備え、前記モータの回転力によって前記操作部材に対して操作反力を付与する操作反力付与装置とを備えたステアリング操作装置。
2. 前記モータがプリントモータである請求項１に記載のステアリング操作装置。
3. 前記ハウジングが前記操作部材と相対回転不能に連結されかつ前記出力軸が車体に固定的に保持される請求項１または請求項２に記載のステアリング操作装置。
4. 前記出力軸が前記操作部材と相対回転不能に連結されかつ前記ハウジングが車体に固定的に保持される請求項１または請求項２に記載のステアリング操作装置。
5. 前記操作反力付与装置が、前記モータの回転軸が中空軸とされるとともに前記出力軸がその回転軸に挿通する状態で配置され、
   前記出力軸が、前記モータの前記操作部材とは反対側において、自身の回転をステアリングシステムを構成する転舵装置に出力するための回転出力部を有する請求項４に記載のステアリング操作装置。
6. 前記操作反力付与装置が、前記モータの回転軸の回転を減速して前記出力軸に伝達する減速機構を有する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のステアリング操作装置。
7. 前記減速機構がサイクロイド減速機構である請求項６に記載のステアリング操作装置。
8. 前記モータが、回転軸を共通とする複数のモータが複合化されたものであり、それら複数のモータが、互いに別系統とされたことで、冗長化された請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のステアリング操作装置。
   

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