JP2007131058A - Steering device - Google Patents
Steering device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007131058A JP2007131058A JP2005323918A JP2005323918A JP2007131058A JP 2007131058 A JP2007131058 A JP 2007131058A JP 2005323918 A JP2005323918 A JP 2005323918A JP 2005323918 A JP2005323918 A JP 2005323918A JP 2007131058 A JP2007131058 A JP 2007131058A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steering
- cam
- steering wheel
- curved surface
- cam follower
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ステアリングホイールと操舵輪との間に機械的な連結が無いステアバイワイヤ方式の操舵装置に係り、ステアリングホイール操作時の運転者の違和感を解消し得る操舵装置に関する。 The present invention relates to a steer-by-wire type steering apparatus in which there is no mechanical connection between a steering wheel and a steered wheel, and relates to a steering apparatus that can eliminate a driver's uncomfortable feeling when operating the steering wheel.
従来、車輌に搭載されている操舵装置の多くはステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている。例えば、この種の操舵装置においては、ステアリングホイールを保持するステアリングシャフトがラック&ピニオン機構を介して転舵軸に連結され、この転舵軸の両端に連結された各々のタイロッドに操舵輪を連結する構成を採っている。これが為、この従来の操舵装置においては、運転者がステアリングホイールを操舵した際の操舵トルクがステアリングシャフトやラック&ピニオン機構等を介して操舵輪へと直接的に伝達され、これにより、この操舵輪の転舵が行われる。 2. Description of the Related Art Conventionally, in many steering devices mounted on a vehicle, a steering wheel and a steering wheel are mechanically connected. For example, in this type of steering device, a steering shaft that holds a steering wheel is connected to a steered shaft via a rack and pinion mechanism, and a steered wheel is connected to each tie rod that is connected to both ends of the steered shaft. It adopts a configuration to do. For this reason, in this conventional steering device, the steering torque when the driver steers the steering wheel is directly transmitted to the steered wheels via the steering shaft, the rack and pinion mechanism, and the like. Wheel steering is performed.
ここで、かかる操舵装置においては、ラック&ピニオン機構等の操舵トルクの伝達部位や操舵輪における摩擦力,更には転舵時の操舵輪におけるセルフアライニングトルク等によって、運転者の操舵方向とは逆方向の反力(以下、「操舵反力」という。)が発生し、これがステアリングホイールに伝達される。一方、この操舵装置においては、運転者の操舵に伴って上記の操舵トルクの伝達部位,操舵輪やステアリングホイール自体等にその操舵方向に準じた慣性が発生し、その夫々の慣性が操舵方向と同一方向の慣性力としてステアリングホイールに伝えられる。これが為、運転者は、一旦ステアリングホイールを操舵し始めれば、その慣性力により操舵反力が低下させられるので、過度の操舵トルクをステアリングホイールに与えずとも操舵輪を転舵させることができる。しかしながら、操舵開始時には慣性力が皆無に等しいので、運転者は、大きな操舵トルクでステアリングホイールを操舵しなければならない。 Here, in such a steering device, the steering direction of the driver is determined by the transmission part of the steering torque such as the rack and pinion mechanism, the frictional force in the steering wheel, and the self-aligning torque in the steering wheel at the time of turning. A reverse reaction force (hereinafter referred to as “steering reaction force”) is generated and transmitted to the steering wheel. On the other hand, in this steering device, an inertia according to the steering direction is generated in the steering torque transmission part, the steering wheel, the steering wheel itself, and the like with the steering of the driver, and each of the inertias corresponds to the steering direction. The inertial force in the same direction is transmitted to the steering wheel. For this reason, once the driver starts to steer the steering wheel, the steering reaction force is reduced by the inertial force, so that the steering wheel can be steered without applying excessive steering torque to the steering wheel. However, since there is no inertial force at the start of steering, the driver must steer the steering wheel with a large steering torque.
そこで、この操舵装置には、かかる運転者の負担を軽減する為に、運転者による操舵トルクの補助を行う操舵トルク補助手段が設けられている。例えば、その操舵トルク補助手段としては、内燃機関のクランクシャフトの回転に連動して駆動するポンプの油圧を利用したものがある(所謂油圧式パワーステアリング)。この種の操舵トルク補助手段は、そのポンプが発生させた油圧を利用してステアリングシャフトやラック&ピニオン機構等を作動させ、これにより運転者の操舵トルクを軽減させる。 Therefore, this steering device is provided with a steering torque assisting means for assisting the steering torque by the driver in order to reduce the burden on the driver. For example, as the steering torque assisting means, there is one utilizing a hydraulic pressure of a pump that is driven in conjunction with rotation of a crankshaft of an internal combustion engine (so-called hydraulic power steering). This type of steering torque assisting means operates the steering shaft, the rack and pinion mechanism, etc. using the hydraulic pressure generated by the pump, thereby reducing the steering torque of the driver.
しかしながら、この種の操舵トルク補助手段においては、そのポンプを常に駆動させているので、内燃機関に常時ポンピングロスが発生してしまい燃費を悪化させていた。 However, in this type of steering torque assisting means, since the pump is always driven, a pumping loss is always generated in the internal combustion engine, and the fuel consumption is deteriorated.
このことから、その油圧の替わりに電動モータの駆動力でステアリングシャフト等を作動させ、これにより、内燃機関のポンピングロスを低減させて燃費の向上を図る操舵トルク補助手段が開発された。例えば、かかる操舵トルク補助手段を備えた操舵装置としては、ステアリングホイールに連結されているステアリングシャフト又はその先に連結されているラック等をステアリングホイールの操舵角に応じて電動モータで駆動する所謂電動パワーステアリングがある。 Therefore, a steering torque assisting means has been developed that operates the steering shaft or the like with the driving force of the electric motor instead of the hydraulic pressure, thereby reducing the pumping loss of the internal combustion engine and improving the fuel consumption. For example, as a steering apparatus provided with such steering torque assisting means, a so-called electric motor that drives a steering shaft connected to a steering wheel or a rack connected to the tip of the steering shaft by an electric motor according to the steering angle of the steering wheel. There is power steering.
また、この電動パワーステアリングを更に発展させたものとして、ステアリングホイールと操舵輪との機械的な連結を切り離し、電動モータ及びその駆動力を伝達する駆動力伝達機構を具備する転舵角付与手段によってステアリングホイールの操舵角に応じた転舵角に操舵輪を転舵させる所謂ステアバイワイヤ方式の操舵装置が存在する。 Further, as a further development of this electric power steering, by turning the mechanical connection between the steering wheel and the steered wheels, the turning angle imparting means provided with the electric motor and the driving force transmission mechanism for transmitting the driving force thereof. There is a so-called steer-by-wire type steering device that steers a steered wheel to a steered angle corresponding to the steered angle of the steering wheel.
ここで、後者に例示したステアバイワイヤ方式の操舵装置においては、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されていないので、上述したステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている従来の操舵装置と同等に得られるであろうと運転者が期待している操舵反力がステアリングホイールに伝わらない。厳密に言えば、このステアバイワイヤ方式の操舵装置では、ステアリングホイール側の摩擦力(ステアリングシャフトの摺動に伴う摩擦力等)に起因する操舵反力はステアリングホイールへと伝えられるが、操舵輪側の摩擦力(転舵角付与手段における摩擦力等)や操舵輪におけるセルフアライニングトルクに起因する操舵反力はステアリングホイール側に伝わらない。これが為、従前のステアリングホイールと操舵輪との機械的な連結がある操舵装置(油圧式パワーステアリングや電動パワーステアリング)よりも操舵反力が大幅に低下してしまい、運転者は、この従来の操舵装置を具備する車輌からステアバイワイヤ方式の操舵装置を搭載した車輌へと乗り換えた際に、ステアリングホイール操舵時の操舵反力が小さいことに違和感を覚える。即ち、このステアバイワイヤ方式の操舵装置においては、従来の操舵装置と同等のステアリングホイール操舵時の実情に沿った大きさの操舵反力を運転者に伝えることができず、この従来の操舵装置と比して操舵感が悪化してしまう。 Here, in the steer-by-wire type steering apparatus exemplified as the latter, since the steering wheel and the steering wheel are not mechanically connected, the conventional steering wheel and the steering wheel are mechanically connected. The steering reaction force expected by the driver to be obtained in the same manner as the steering device is not transmitted to the steering wheel. Strictly speaking, in this steer-by-wire type steering device, the steering reaction force caused by the friction force on the steering wheel side (frictional force accompanying the sliding of the steering shaft, etc.) is transmitted to the steering wheel. The steering reaction force due to the frictional force (frictional force in the turning angle applying means, etc.) and the self-aligning torque in the steering wheel is not transmitted to the steering wheel side. For this reason, the steering reaction force is greatly reduced as compared with the conventional steering device (hydraulic power steering or electric power steering) in which the steering wheel and the steering wheel are mechanically connected. When changing from a vehicle equipped with a steering device to a vehicle equipped with a steer-by-wire type steering device, it feels strange that the steering reaction force during steering wheel steering is small. That is, in this steer-by-wire type steering device, it is impossible to transmit a steering reaction force having a magnitude in line with the actual situation at the time of steering wheel equivalent to the conventional steering device to the driver. Compared to this, the steering feeling is worsened.
そこで、かかるステアバイワイヤ方式の操舵装置においては、ステアリングホイールに対して仮想的に操舵反力を付与して上述した低下分を補填する操舵反力発生手段が具備されている。例えば、この操舵反力発生手段としては、ステアリングホイールの動き(操舵角や操舵トルク等)に基づいて電動モータを駆動し、ギアを介してステアリングホイールの操舵方向とは反対方向のトルクをステアリングシャフトに伝えることによって操舵反力を発生させるものがある。 In view of this, the steer-by-wire steering device includes a steering reaction force generating means that virtually applies a steering reaction force to the steering wheel to compensate for the above-described decrease. For example, as this steering reaction force generating means, an electric motor is driven based on the movement of the steering wheel (steering angle, steering torque, etc.), and the torque in the direction opposite to the steering direction of the steering wheel is applied via the gear to the steering shaft. Some of them generate steering reaction force by transmitting to
下記の特許文献1には、ステアリングホイールの回転に連動するカムと、車輌直進時にそのカムの原点に当接し、ステアリングホイールの回転に伴って変化するカムのカム曲面の形状変化に応じて直動するカムフォロアと、このカムフォロアの直動に伴って弾性変形する弾性部材(圧縮コイルバネ)と、この弾性部材の弾発力を変更すべくカムフォロアをその直動方向へと移動させる電動モータとを備えた操舵反力発生手段が開示されている。この操舵反力発生手段は、その弾性部材の弾発力によって押圧されたカムを介してステアリングホイールに操舵反力を付与し、この操舵反力の大きさを電動モータでカムフォロアの位置を変えて変化させるものである。 In Patent Document 1 below, a cam that interlocks with the rotation of the steering wheel and a cam that is in contact with the origin of the cam when the vehicle goes straight, and changes linearly according to the cam surface shape change that changes with the rotation of the steering wheel. A cam follower, an elastic member (compression coil spring) that is elastically deformed as the cam follower linearly moves, and an electric motor that moves the cam follower in the linear motion direction to change the elastic force of the elastic member. A steering reaction force generating means is disclosed. The steering reaction force generating means applies a steering reaction force to the steering wheel via a cam pressed by the elastic force of the elastic member, and changes the position of the cam follower with an electric motor. It is something to change.
しかしながら、上記特許文献1に開示されたステアバイワイヤ方式の操舵装置においては、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている従来の操舵装置と同様の操舵反力を発生させて良好な操舵感を得る為に、ステアリングホイールの操舵に応じて常時電動モータを駆動させているので、ステアリングホイールを操舵する度に蓄電池の放電量が増加してしまう、という不都合があった。 However, in the steer-by-wire type steering device disclosed in Patent Document 1, the steering reaction force similar to that of the conventional steering device in which the steering wheel and the steering wheel are mechanically connected is generated, and good steering is achieved. In order to obtain a feeling, the electric motor is always driven in accordance with the steering of the steering wheel, so that the discharge amount of the storage battery increases every time the steering wheel is steered.
また、その特許文献1に開示された操舵装置においては、ハート形のカムを用いているのでカムフォロアがカム曲面上を移動し続けることができ、操舵輪が最大の転舵角度(転舵限界)に達したときのステアリングホイールの回転終端(以下、「ステアリングエンド」という。)を運転者に感じ取らせることができなかった。これが為、かかる操舵装置においては、運転者が違和感を覚え、運転者に良好な操舵感を与えることができない。 In the steering device disclosed in Patent Document 1, since the heart-shaped cam is used, the cam follower can continue to move on the cam curved surface, and the steering wheel has the maximum turning angle (steering limit). The steering wheel rotation end (hereinafter referred to as the “steering end”) at the time of reaching the position could not be felt by the driver. For this reason, in such a steering apparatus, the driver feels uncomfortable and cannot give the driver a good steering feeling.
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、電動モータ等の電気の力を利用せずとも、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている従来の操舵装置と同様の操舵感を運転者に与えることが可能な操舵装置を提供することを、その目的とする。 Therefore, the present invention improves the inconvenience of the conventional example, and is similar to the conventional steering device in which the steering wheel and the steering wheel are mechanically connected without using the electric force of the electric motor or the like. It is an object of the present invention to provide a steering device that can give a feeling of steering to a driver.
上記目的を達成する為、請求項1記載の発明では、周壁面にカム曲面が形成され、且つ、ステアリングホイールの回転に伴って周方向に回転するカムと、このカムのカム曲面に当接し、且つ、このカムの回転に追従して直動するカムフォロアと、このカムフォロアを前記カム曲面に押し付ける弾性部材とを備えた操舵装置において、カム曲面を、ステアリングホイールのステアリングセンタからの操舵角度を左右夫々に大きくするに従ってカムの回転軸の軸線とカムフォロアとの当接面との間の距離が長くなるよう周方向へと左右夫々に湾曲させ、且つ、この左右夫々の湾曲形状の周方向における各部の勾配を同一の前記操舵角度におけるカムの軸線方向の各部にて緩急を付けて形成し、ステアリングホイールの切り込みに応じてカムフォロアをカム曲面の急勾配部位へとカムの軸線方向に向けて移動させる一方、ステアリングホイールの切り戻しに応じてカムフォロアをカム曲面の緩勾配部位へとカムの軸線方向に向けて移動させるカムフォロア位置調節手段を設けている。 In order to achieve the above object, in the invention of claim 1, a cam curved surface is formed on the peripheral wall surface, and the cam rotates in the circumferential direction as the steering wheel rotates, and a cam curved surface of the cam abuts. In addition, in a steering apparatus including a cam follower that linearly follows the rotation of the cam and an elastic member that presses the cam follower against the cam curved surface, the steering angle of the steering wheel from the steering center of the steering wheel is adjusted to the left and right respectively. As the distance increases, the distance between the axis of the rotation axis of the cam and the contact surface of the cam follower becomes longer in the circumferential direction, and each of the left and right curved shapes in the circumferential direction is curved. Gradients are formed in each part of the cam in the axial direction at the same steering angle, and the cam follower is adjusted according to the incision of the steering wheel. The cam follower position is adjusted to move the cam follower toward the steep slope part of the cam curved surface in the axial direction of the cam, while moving the cam follower toward the gentle slope part of the cam curved surface toward the cam slope in response to switching back of the steering wheel. Means are provided.
この請求項1記載の操舵装置においては、ステアリングホイールの切り込み時には当該ステアリングホイールの回転に応じてカムフォロアがカム曲面の急勾配部位へと移動し、ステアリングホイールの切り戻し時には当該ステアリングホイールの回転に応じてカム曲面の緩勾配部位へと移動する。これにより、ステアリングホイールの切り込み時には切り戻し時よりも弾性部材の弾発力が大きくなって大きな操舵反力の発生が可能になり、その切り込み時と切り戻し時とで操舵反力の特性を変化させることができる。これが為、この請求項1記載の操舵装置によれば、ステアリングホイールを切り込むか切り戻すかに応じて、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている従来の操舵装置と同様の実情に沿った操舵反力のヒステリシス特性を電動モータ等の電気の力を利用せずとも持たせることができる。 In this steering apparatus, the cam follower moves to a steep portion of the cam curved surface according to the rotation of the steering wheel when the steering wheel is cut, and according to the rotation of the steering wheel when the steering wheel is turned back. Move to the gentle slope part of the cam surface. As a result, when the steering wheel is turned, the elastic force of the elastic member becomes larger than when the steering wheel is turned back, and a large steering reaction force can be generated, and the characteristics of the steering reaction force change between the turning time and the turning back time. Can be made. For this reason, according to the steering device of the first aspect, the situation is similar to that of the conventional steering device in which the steering wheel and the steering wheel are mechanically connected depending on whether the steering wheel is cut or turned back. The hysteresis characteristic of the steering reaction force can be provided without using an electric force such as an electric motor.
また、上記目的を達成する為、請求項2記載の発明では、周壁面にカム曲面が形成され、且つ、ステアリングホイールの回転に伴って周方向に回転するカムと、このカムのカム曲面に当接し、且つ、このカムの回転に追従して直動するカムフォロアと、このカムフォロアを前記カム曲面に押し付ける弾性部材とを備えた操舵装置において、カム曲面を、ステアリングホイールのステアリングセンタからの操舵角度を左右夫々に大きくするに従ってカムの回転軸の軸線とカムフォロアとの当接面との間の距離が長くなるよう周方向へと左右夫々に湾曲させて形成し、カムフォロアとカム曲面との間の摩擦係数が高くなるよう構成している。 In order to achieve the above object, according to the second aspect of the present invention, a cam curved surface is formed on the peripheral wall surface, and the cam rotates in the circumferential direction with the rotation of the steering wheel, and the cam curved surface of the cam. In a steering apparatus comprising a cam follower that is in direct contact with and follows the rotation of the cam and an elastic member that presses the cam follower against the cam curved surface, the cam curved surface is adjusted to obtain a steering angle from the steering center of the steering wheel. The friction between the cam follower and the cam curved surface is formed by curving the left and right in the circumferential direction so that the distance between the axis of the rotating shaft of the cam and the contact surface of the cam follower becomes longer as the left and right are increased. The coefficient is configured to be high.
この請求項2記載の操舵装置においては、ステアリングホイールの切り込み時に、弾性部材の弾発力に伴うトルク成分により発生する操舵反力に加えて、カムフォロアとカム曲面との間の摩擦力に伴うトルク成分によっても操舵反力が発生するので、ステアリングホイールにはこれらを合わせた大きな操舵反力が伝わる。一方、ステアリングホイールの切り戻し時にも弾性部材の弾発力及びカムフォロアとカム曲面との間の摩擦力による操舵反力が発生するが、かかる切り戻し時には、カムフォロアがカム曲面の谷側へと移動するので摩擦力が低下し、これにより、切り込み時よりも操舵反力が小さくなる。これが為、この請求項2記載の操舵装置によれば、カムフォロアとカム曲面との間の摩擦係数によってステアリングホイールの切り込み時と切り戻し時とで操舵反力の特性を変化させることができ、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている従来の操舵装置と同様の実情に沿った操舵反力のヒステリシス特性を電動モータ等の電気の力を利用せずとも持たせることができる。 In the steering apparatus according to claim 2, in addition to the steering reaction force generated by the torque component accompanying the elastic force of the elastic member when the steering wheel is cut, the torque caused by the frictional force between the cam follower and the cam curved surface Since the steering reaction force is generated depending on the components, a large steering reaction force is transmitted to the steering wheel. On the other hand, the elastic force of the elastic member and the steering reaction force due to the frictional force between the cam follower and the cam curved surface are generated even when the steering wheel is switched back. At the time of switching back, the cam follower moves to the valley side of the cam curved surface. As a result, the frictional force decreases, and the steering reaction force becomes smaller than that at the time of cutting. For this reason, according to the steering device of the second aspect, the characteristics of the steering reaction force can be changed between when the steering wheel is turned and when the steering wheel is turned back by the coefficient of friction between the cam follower and the cam curved surface. It is possible to provide a hysteresis characteristic of a steering reaction force in accordance with the same situation as a conventional steering device in which a wheel and a steering wheel are mechanically connected without using an electric force such as an electric motor.
また、上記目的を達成する為、請求項3記載の発明では、上記請求項1又は2に記載の操舵装置において、カム曲面の左右夫々における周方向の各端部に突出部を設けている。 In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, in the steering apparatus according to the first or second aspect, a protruding portion is provided at each end portion in the circumferential direction on each of the left and right sides of the cam curved surface.
この請求項3記載の操舵装置によれば、ステアリングホイールの切り込み時の操舵方向に応じてカムフォロアが各突出部の何れか一方に当接し、これによりカムを係止するので、このカムの回転が止まり、これに伴ってステアリングホイールを同一方向へと切り込むことができなくなる。これが為、運転者は、そのような機械的な構成のみを以て操舵輪が転舵限界に達した際のステアリングエンドを感じ取ることができ、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている従来の操舵装置と同様の操舵感を得ることができる。 According to the steering device of the third aspect, the cam follower comes into contact with any one of the projecting portions according to the steering direction when the steering wheel is cut, thereby locking the cam. As a result, the steering wheel cannot be cut in the same direction. For this reason, the driver can feel the steering end when the steering wheel reaches the turning limit only with such a mechanical configuration, and the steering wheel and the steering wheel are mechanically connected to each other. A steering feeling similar to that of the steering device can be obtained.
本発明に係る操舵装置は、上述した機械的な構成のみを以て、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている従来の操舵装置と同様の違和感のない良好な操舵感を運転者に与えることができる。また、この操舵装置は、電動モータ等の電気の力を利用しない簡潔な構成で良好な操舵感を作り出しているので、電力消費量の低下や信頼性の向上にも寄与している。 The steering apparatus according to the present invention provides the driver with a good steering feeling without any discomfort similar to the conventional steering apparatus in which the steering wheel and the steering wheel are mechanically coupled only by the mechanical configuration described above. be able to. In addition, since this steering device creates a good steering feeling with a simple configuration that does not use electric power such as an electric motor, it also contributes to a reduction in power consumption and an improvement in reliability.
以下に、本発明に係る操舵装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a steering apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
本発明に係る操舵装置の実施例1を図1から図6に基づいて説明する。 A steering apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1の符号10は本実施例1の操舵装置の全体構成を示しており、本実施例1にあっては、ステアリングホイール20と車輌の左右の操舵輪100L,100Rとの間に機械的な接続が無い所謂ステアバイワイヤ方式のものを表している。
この本実施例1におけるステアバイワイヤ方式の操舵装置10は、図1に示す如く、ステアリングホイール20と、このステアリングホイール20に連結された回転軸(以下、「ステアリングシャフト」という。)21と、そのステアリングホイール20の操舵角を検出するステアリング舵角センサ22と、このステアリング舵角センサ22の検出信号が入力される制御手段30と、各操舵輪100L,100Rに対する転舵力を発生させて当該各操舵輪100L,100Rに制御手段30からの指令に応じた転舵角を与える転舵角付与手段40と、この転舵角付与手段40の転舵力が伝達されて両端に連結された操舵輪100L,100Rを転舵させるシャフト50とを備えている。
The steer-by-
先ず、そのステアリング舵角センサ22としては、例えば、ステアリングシャフト21上又はステアリングシャフト21の外周面近傍等に配置され、そのステアリングシャフト21の回転移動量又は回転角度の検出を行うものを用いる。このステアリング舵角センサ22の検出信号は制御手段30に送信され、この制御手段30によってステアリングホイール20の操舵角が算出される。
First, as the
また、制御手段30は、そのステアリング舵角センサ22の検出信号の他に車速センサ61の車速信号やヨーレートセンサ62のヨー角信号や横加速度センサ63の横加速度信号等を併せて利用し、夫々の操舵輪100L,100Rの最適な転舵角を求めて転舵角付与手段40に送信する。この制御手段30は、操舵装置10専用のものであってもよく、車輌の統合制御や内燃機関の燃焼制御を行う電子制御装置(ECU)の一機能として設けたものであってもよい。本実施例1にあっては後者の場合について例示する。
In addition to the detection signal from the
また、本実施例1の転舵角付与手段40としては、制御手段30からの転舵角の指令値に基づき電動モータ41を駆動し、その駆動力によりシャフト50を車輌の左右方向に直動させて操舵輪100L,100Rを転舵させるものを用いる。即ち、この転舵角付与手段40においては、その電動モータ41が夫々の操舵輪100L,100Rに対しての転舵力を発生させる転舵力発生手段として利用される。例えば、本実施例1の電動モータ41は管状のロータ41aや当該ロータ41aの外周側に覆設されたステータ41b等を備えており、そのロータ41aの内部にシャフト50が挿通されている。
Further, as the turning angle imparting means 40 of the first embodiment, the
ここで、本実施例1の転舵角付与手段40には、その電動モータ41の転舵力をシャフト50に伝達する転舵力伝達機構42が設けられている。この転舵力伝達機構42としては、図2に示す如く、電動モータ41におけるロータ41aの内周面に形成された又は当該ロータ41aに取り付けられたボールネジナット42a,シャフト50の外周面に形成された螺旋状のボールネジ部42b,及びこれらボールネジナット42aとボールネジ部42bとの間に配設された複数のボール42cで構成されたボールネジ機構を用いている。この種の転舵力伝達機構42は、電動モータ41の駆動(即ち、ロータ41aの回転)に伴ってボールネジナット42aが周方向に回転し、その回転方向に応じてシャフト50を車輌の左方向又は右方向に直動させ、これにより、そのシャフト50の両端に連結された操舵輪100L,100Rを転舵させる。
Here, the turning angle imparting means 40 of the first embodiment is provided with a turning
更に、この転舵角付与手段40には、操舵輪100L,100Rの転舵角を検出する転舵角センサ43が設けられている。例えば、この転舵角センサ43としては、図2に示す如くシャフト50の外周面近傍に配置され、このシャフト50の回転角又は軸線方向(車輌の左右方向)への移動量を検出するものを用いる。この種の転舵角センサ43の場合には、その検出信号を受信した制御手段30がその回転角又は移動量に基づいて転舵角を算出する。
Further, the turning
ところで、このようなステアバイワイヤ方式の操舵装置10においては、その操舵輪100L,100Rとステアリングホイール20とが機械的に連結されていないので、そのステアリングホイール20に伝わる操舵反力がステアリングホイールと操舵輪とを機械的に連結している従来の操舵装置に対して小さくなってしまう。そして、これが為、その従来の操舵装置に慣れ親しんだ運転者がステアバイワイヤ方式の操舵装置10を使用する際には、その小さな操舵反力に違和感を覚え、操舵感の悪化を感じてしまう。
By the way, in such a steer-by-wire
そこで、本実施例1にあっては、そのステアリングホイール20に対して仮想的に操舵反力を付与する操舵反力発生手段70が設けられている。この操舵反力発生手段70は、ステアリングシャフト21上に配備されており、運転者がステアリングホイール20に与えた操舵トルクに抗するトルクを強制的に発生させ、これを操舵反力として運転者にステアリングホイール20を介して伝えるものである。以下に、この操舵反力発生手段70について詳述する。
Therefore, in the first embodiment, the steering reaction force generating means 70 that virtually applies the steering reaction force to the
本実施例1の操舵反力発生手段70は、一端にステアリングホイール20が連結されているステアリングシャフト21の他端に配設する。
The steering reaction force generating means 70 of the first embodiment is disposed at the other end of the steering
先ず、この操舵反力発生手段70には、図3から図5に示す如く、ステアリングシャフト21の他端側に回転中心が固定された第1平歯車71Aと、この第1平歯車71Aに噛合する第2及び第3の平歯車71B,71Cとが備えられている。
First, as shown in FIGS. 3 to 5, the steering reaction force generating means 70 is meshed with a
その第2及び第3の平歯車71B,71Cは、各々の回転中心に嵌合した回転軸72A,72Bの軸線が第1平歯車71Aの回転軸(ステアリングシャフト21)の軸線と共に同一平面内に位置するよう配置し、その夫々の回転軸72A,72Bを介して図4及び図5に示す筐体73に対し回転自在となるよう固定する。
In the second and third spur gears 71B and 71C, the axes of the
また、本実施例1の第2及び第3の平歯車71B,71Cは、夫々に第1平歯車71Aよりも歯数の多い大歯車として形成する。これが為、第1平歯車71Aが回転したとき(例えば、運転者がステアリングホイール20を操舵した際)には、その回転速度に対して第2平歯車71Bと第3平歯車71Cとが減速して回転させられる。例えば、その第1平歯車71Aと第2平歯車71Bとの間及び第1平歯車71Aと第3平歯車71Cとの間のギア比は、夫々にステアリングホイール20の操舵角度に対する下記のカム74の回転角度,ステアリングホイール20の操舵角度に対する下記のカムフォロア75におけるカム74の軸線方向への移動量等を勘案して実験やシミュレーションの結果に基づき適宜車輌等に応じた最適なものを設定する。
In addition, the second and third spur gears 71B and 71C of the first embodiment are each formed as a large gear having more teeth than the
ここで、その第2平歯車71Bの一方の端面には周壁面をカム曲面74aとした図3に示すカム74が一体的に配設されており、本実施例1の操舵反力発生手段70は、このカム74と、このカム74のカム曲面74aに当接し、このカム74が回転した際のカム曲面74aの形状変化に応じた作動量で棒状のカムフォロア主体75aの軸線方向へと直動するカムフォロア75と、このカムフォロア75の先端のローラ75bをカム74のカム曲面74aに押し付けると共に当該カムフォロア75の直動に伴って伸縮する弦巻バネ等の弾性部材76とを用いて、ステアリングホイール20に伝える操舵反力を発生させ、更にその大きさを調節する。尚、図3から図5においては、ステアリングホイール20が中立位置(以下、「ステアリングセンタ」という。)にあるときのカム74等の状態を示している。
Here, a
この操舵反力発生手段70においては、カム74がカム輪郭内に軸心としての第2平歯車71Bの回転軸72Aを有しており、このカム74が第2平歯車71Bと一体になって回転することによりカム曲面74aの形状変化に応じた作動方向及び作動量でカムフォロア75をカムフォロア主体75aの軸線方向へと直動させる。その際、上記の弾性部材76の弾発力は、カムフォロア75が弾性部材76を圧縮させる方向へと作動するのであればその作動量に応じて大きくなり、カムフォロア75が弾性部材76を伸長させる方向へと作動するのであればその作動量に応じて小さくなる。
In the steering reaction force generating means 70, the
そして、この操舵反力発生手段70においては、その弾性部材76の弾発力に応じた押圧力でカムフォロア75のローラ75bがカム曲面74aに押し付けられ、その押圧力に伴ったカム74の回転方向とは反対方向のトルクがカム74に働く。これが為、この操舵反力発生手段70は、そのトルクを第1平歯車71A及びステアリングシャフト21に第2平歯車71Bを介して伝達し、そのステアリングシャフト21へと掛かるトルク(以下、「操舵反力トルク」という。)に相当する力を操舵反力としてステアリングホイール20に伝える。
In the steering reaction force generating means 70, the
一方、その弾性部材76の弾発力の大きさはカム74が回転する際のカム曲面74aの形状変化に応じて変化するので、その変化に対応したカムフォロア75の押圧力がカム74に働いて、その押圧力に応じた操舵反力トルクがステアリングシャフト21に掛かる。これが為、この操舵反力発生手段70においては、カム74の回転角に応じた(即ち、ステアリングホイール20の操舵角度に応じた)操舵反力がステアリングシャフト21を介してステアリングホイール20に伝達される。
On the other hand, since the magnitude of the elastic force of the
ここで、この操舵反力発生手段70が発生させる操舵反力は、ステアリングホイール20をステアリングセンタから左右何れの方向へと操舵しても、そのステアリングセンタからの操舵角度が同じであれば同一の大きさのものを発生させることが良好な操舵感の観点から好ましい。また、同様の観点からみると、この操舵反力は、ステアリングセンタからのステアリングホイール20の操舵角度が所定の角度に達するまでは操舵角度が大きくなればなるほど大きくなることが好ましい。
Here, the steering reaction force generated by the steering reaction force generating means 70 is the same as long as the steering angle from the steering center is the same regardless of whether the
一方、車輌を旋回させる際、運転者は、ステアリングホイール20をコーナー入口で切り込み、コーナー出口で切り戻すが、仮にその切り込み時と切り戻し時におけるステアリングセンタからの操舵角度が同じときに操舵反力発生手段70が同じ大きさの操舵反力を発生させると、切り込み時の操舵感と切り戻し時の操舵感とに違いが生じるので違和感を覚えてしまう。何故ならば、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている従来の操舵装置においては、ステアリングホイールの切り込み時にセルフアライニングトルク等により操舵反力が大きく、その一方で、ステアリングホイールの切り戻し時に操舵輪等の慣性により操舵反力が小さくなるからであり、かかる実情に照らし合わせると、ステアリングホイール20の切り込み時と切り戻し時とで異なる大きさの操舵反力を発生させる必要がある。
On the other hand, when turning the vehicle, the driver cuts the
そこで、本実施例1のカム74は、その周壁面にステアリングホイール20の切り込み時と切り戻し時とで異なる図6に示す操舵反力のヒステリシス特性を作り出すことが可能な3次元曲面を形成し、この3次元曲面をカムフォロア75のローラ75bが転動するカム曲面74aとして利用する。この図6においては、ステアリングホイール20を右に操舵した際のステアリングセンタからの操舵角度を正とし、その際、ステアリングシャフト21に掛かっている操舵反力トルクを正として表す。
Therefore, the
具体的に、そのカム曲面74aを成す3次元曲面は、図3に示す如く、回転軸72Aの軸線からカムフォロア75のローラ75bとの当接面までの距離が、ステアリングホイール20がステアリングセンタに位置しているときに最も短く、そのステアリングセンタからの左右夫々へのステアリングホイール20の操舵角度が大きくなるに従って徐々に左右均等に長くなるよう周方向へと左右夫々に湾曲させて形成する。即ち、本実施例1のカム曲面74aは、図3から図5に示す2つの湾曲凸面(以下、「第1及び第2の湾曲凸面」という。)74b,74cにより構成されている。本実施例1にあっては、ステアリングホイール20がステアリングセンタにあるときにローラ75bを第1及び第2の湾曲凸面74b,74cの境界点74dに位置させる一方、そのステアリングホイール20を左へと操舵した際にローラ75bが第1湾曲凸面74b上を転動し、右へと操舵した際にローラ75bが第2湾曲凸面74c上を転動する。
Specifically, as shown in FIG. 3, the three-dimensional curved surface that forms the cam curved
また、本実施例1にあっては、ステアリングホイール20の切り込み時の操舵反力に対して切り戻し時の操舵反力が小さくなるように上述した第1及び第2の湾曲凸面74b,74cを形成する。例えば、ステアリングセンタからの操舵角度(換言すれば、カム74の回転角度)が同じであれば、回転軸72Aの軸線からカム曲面74aにおけるローラ75bとの当接面までの距離はカム曲面74aの周方向における勾配が急であるほど長くなり、そこで発生する操舵反力が大きくなる。これが為、本実施例1の第1及び第2の湾曲凸面74b,74cは、その夫々の周方向における各部の勾配を同一の操舵角度におけるカム74の軸線方向の各部にて緩急を付ける。即ち、本実施例1の第1及び第2の湾曲凸面74b,74cは、周方向への勾配変化が異なる複数の曲線(以下、「操舵反力特性曲線」という。)をカム74の軸線方向に並べて3次元曲面を形成している。
Further, in the first embodiment, the first and second curved
これら第1及び第2の湾曲凸面74b,74cには図4及び図5に示す如く急勾配部位74b1,74c1と緩勾配部位74b2,74c2とを設けており、カムフォロア75のローラ75bを、ステアリングホイール20の切り込み時には急勾配部位74b1,74c1に移動させ、ステアリングホイール20の切り戻し時には緩勾配部位74b2,74c2に移動させる。その第1湾曲凸面74bの急勾配部位74b1及び緩勾配部位74b2並びに第2湾曲凸面74cの急勾配部位74c1及び緩勾配部位74c2は、夫々に図4及び図5に示す如く、徐々に,即ち滑らかにカム74の軸線方向へと変化させる。
These first and second curved
本実施例1のカム74においては、第2平歯車71B側(即ち、第2平歯車71Bとカム74の接合面側)に第1湾曲凸面74bの緩勾配部位74b2と第2湾曲凸面74cの急勾配部位74c1を配置する。これが為、カムフォロア75と弾性部材76は、ステアリングホイール20を左に切り込むときには第2平歯車71Bから離間する方向へと移動させ、そこから切り戻すときには第2平歯車71Bへと接近する方向に移動させなければならない。その反対に、ステアリングホイール20を右に切り込むときにはカムフォロア75と弾性部材76を第2平歯車71Bに接近する方向へと移動させ、そこから切り戻すときには第2平歯車71Bから離間する方向にカムフォロア75と弾性部材76を移動させなければならない。即ち、ステアリングホイール20の切り込み時と切り戻し時とにおいて同じ位置(ステアリングセンタからの操舵角度が同一の位置)で異なる大きさの操舵反力を発生させる為には、上述したカム曲面74aの形状のみならずカムフォロア75と弾性部材76をカム74の軸線方向へと適宜往復移動させる必要がある。
In the
そこで、本実施例1にあっては、そのカムフォロア75及び弾性部材76を以下の如く構成すると共に、これらをステアリングホイール20の切り込み又は切り戻しに伴ってカム74の軸線方向に向けて移動させ、その切り込み又は切り戻しに応じた大きさに操舵反力を調節して操舵反力の特性を変化させるカムフォロア位置調節手段77を設ける。
Therefore, in the first embodiment, the
本実施例1のカムフォロア75は、前述した棒状のカムフォロア主体75aと当該カムフォロア主体75aの一端側に軸支されたローラ75bとを備えており、そのカムフォロア主体75aの他端に、弾性部材(弦巻バネ)76の一端を保持するバネ受け75cを設けている。このカムフォロア75のカムフォロア主体75aは、その軸線がカム74の回転軸72Aの軸線と直交し、且つ、前述したステアリングシャフト21及び各回転軸72A,72Bの軸線を有する同一平面内に位置するよう配置する。
The
ここで、本実施例1にあっては、上述した3次元曲面からなるカム曲面74a上をカムフォロア75がカム74の周方向及び軸線方向に移動するので、その移動時にローラ75bが滑らかにカム曲面74a上を転動し得るよう構成する。例えば、本実施例1にあっては、カムフォロア主体75aとローラ75bとの間にキャスター機構75dを介在させ、そのキャスター軸75eを介してローラ75bがカムフォロア主体75aの軸線を中心にして回転するよう構成する。これにより、カムフォロア75がカム74の周方向及び軸線方向へと移動する際には、そのローラ75bをカム曲面74aの形状に応じて滑らかに転動させることができる。
Here, in the first embodiment, since the
また、本実施例1の操舵反力発生手段70には、弾性部材76の他端を保持すると共にカムフォロア75のバネ受け75cをカムフォロア主体75aの軸線方向に案内するカムフォロアガイド部75fが設けられている。このカムフォロアガイド部75fは、一端が閉塞された円筒状のものであり、その開口端からバネ受け75c及び弾性部材76を挿通して当該弾性部材76の一端を保持する一方、その閉塞端の内壁面にて弾性部材76の他端を保持する。
The steering reaction force generating means 70 of the first embodiment is provided with a cam
本実施例1にあっては、そのカムフォロアガイド部75fにカムフォロア位置調節手段77を配備し、このカムフォロアガイド部75fをカム74の軸線方向へと往復移動させることによって、カムフォロア75と弾性部材76をステアリングホイール20の切り込み又は切り戻しに応じたカム74の軸線方向へと往復移動させる。
In the first embodiment, the cam follower position adjusting means 77 is provided in the cam
例えば、本実施例1のカムフォロア位置調節手段77としては、図3から図5に示すラックギア77aとピニオンギア77bとで構成された所謂ラック&ピニオン機構を利用する。そのピニオンギア77bは、前述した第3平歯車71Cの回転軸72Bに取り付けられており、この回転軸72Bの回転に伴ってラックギア77aを当該回転軸72Bの軸線方向(即ち、カム74の軸線方向)へと往復移動させる。一方、ラックギア77aにはカムフォロアガイド部75fが一体的に取り付けられており、これが為、そのカムフォロアガイド部75fは、第3平歯車71Cの回転方向に応じてカム74の軸線方向へとカムフォロア位置調節手段77を介して移動する。
For example, as the cam follower position adjusting means 77 of the first embodiment, a so-called rack and pinion mechanism including a
ここで、このカムフォロア位置調節手段77には、上述したラックギア77aをカム74の軸線方向に案内するラックギアガイド部77cが設けられている。このラックギアガイド部77cは、両端が閉塞された筒状のものであり、その内方にラックギア77aを配備する。これが為、このラックギアガイド部77cの壁面には、そのラックギア77aに固定されたカムフォロアガイド部75fを外方に突出させる一方、このカムフォロアガイド部75fを壁面で係止させずに往復移動させる貫通孔77c1が形成されている。また、このラックギアガイド部77cの内方で且つラックギア77aにおける往復移動方向の両端には、弦巻バネ等の弾性部材77d,77eが配設されている。
Here, the cam follower position adjusting means 77 is provided with a rack
上述した操舵反力発生手段70においては、そのカムフォロア位置調節手段77によってカムフォロア75のローラ75b及び弾性部材76をカム74の軸線方向へと往復移動させ、ステアリングホイール20の切り込み時又は切り戻し時に応じた大きさの操舵反力を発生させる。その際、この操舵反力発生手段70においては、ローラ75bがカム曲面74a上をカム74の周方向に移動しつつ当該カム74の軸線方向へも移動し、ステアリングホイール20の切り込み時又は切り戻し時に応じたカム曲面74aにおける種々の操舵反力特性曲線上を遷移していく。これが為、ステアリングホイール20を切り込んでいくときには、ローラ75bがカム曲面74a上を斜め(カム74の周方向及び軸線方向)に移動しながら様々な操舵反力特性曲線上を遷移して徐々に操舵反力が大きくなる。
In the steering reaction force generating means 70 described above, the cam follower position adjusting means 77 causes the
しかしながら、そのままステアリングホイール20を切り込んでいき、ステアリングセンタからの操舵角度がある角度に達すると、大きくなった弾性部材76の弾発力によりピニオンギア77bの回転が止められてしまうので、それ以上ステアリングホイール20を切り込むことができなくなってしまう。
However, the
即ち、その弾性部材76の弾発力は、操舵反力を発生させる為のカム曲面74aに対する押圧力をカムフォロア75に発生させる一方、ラックギア77aを介して当該ラックギア77aとピニオンギア77bとの間の摺動抵抗や摩擦抵抗を増加させる。この弾性部材76は、カム曲面74aの形状変化に応じた圧縮量に依存して弾発力を増減させるものであり、その圧縮量が多くなれば操舵反力を増大させるが、その一方で、ラックギア77aとピニオンギア77bとの間の摺動抵抗や摩擦抵抗も圧縮量に応じて増大させるので、そのピニオンギア77bの回転を止めてしまう。そして、これによりラックギア77aの動作が止まり、ローラ75b及び弾性部材76のカム74の軸線方向への移動が停止させられるだけでなく、第1及び第2の平歯車71A,71Bの回転も停止させてしまうので、ステアリングホイール20をそれ以上切り込むことができなくなってしまう。
That is, the elastic force of the
そこで、本実施例1にあっては、第3平歯車71Cの回転軸72B上にトルクリミッター78を配備する。このトルクリミッター78は、回転軸72Bに対して当該回転軸72Bの回転方向とは逆回転方向の過大なトルクが掛かるまでは第3平歯車71Cとピニオンギア77bとを一体になって回転させ、そのような逆回転方向の過大なトルクが回転軸72Bに対して掛かったときに第3平歯車71Cとピニオンギア77bとの間の係合を解除して夫々を別個独立して回転させ得るものである。
Therefore, in the first embodiment, a
例えば、このトルクリミッター78を作動させる際(第3平歯車71Cとピニオンギア77bとの間の係合を解除する際)の回転軸72Bに掛かる逆回転方向の過大なトルクは、弾性部材76の弾発力によってピニオンギア77bの回転を停止させてしまったときの回転軸72Bに掛かる逆回転方向のトルクよりも小さい値(以下、「トルクリミッター作動トルク」という。)に設定しておく。これにより、回転軸72Bに当該回転軸72Bの回転方向とは逆回転方向のトルクリミッター作動トルクが掛かったときには、第3平歯車71Cはそのまま回転を続ける一方でピニオンギア77bが回転を止めるので、ステアリングホイール20を更に操舵させることができると共にカムフォロア75及び弾性部材76をかかる位置で停止させることができる。
For example, when the
ところで、トルクリミッター78の作動後も更にステアリングホイール20が切り込まれていくと、夫々の操舵輪100L,100Rが最大の転舵角度(即ち、転舵限界)まで達する。しかしながら、本実施例1の操舵装置10は、既述の如くステアリングホイール20と操舵輪100L,100Rとの間に機械的な連結がないので、操舵輪100L,100Rが転舵限界になってもステアリングホイール20が回り続けてしまい好ましくない。
By the way, when the
そこで、本実施例1の操舵反力発生手段70には、操舵輪100L,100Rが転舵限界に達したときのステアリングエンドを運転者に伝える機構を設ける。例えば、本実施例1にあっては、カム曲面74aの左右夫々における周方向の各端部に図3に示す突出部74e,74fを設け、左右夫々の転舵限界に達したときに夫々の突出部74e,74fをカムフォロア75のローラ75bで係止させる。これにより、カム74の回転が止められて第1及び第3の平歯車71A,71Cの回転が停止するので、ステアリングホイール20をそれ以上切り込むことができなくなり、運転者に左右夫々のステアリングエンドを認識させることができる。
Therefore, the steering reaction force generating means 70 of the first embodiment is provided with a mechanism for transmitting the steering end when the steered
以下に、上述したが如く構成した操舵装置10の動作について説明する。尚、以下においては、車輌を右旋回させる場合について例に挙げて説明する。
The operation of the
先ず、運転者がステアリングセンタからステアリングホイール20を右に切り込むと、ステアリングシャフト21を介して操舵反力発生手段70の第1平歯車71Aが右方向(図3の紙面上の反時計回り)に回転を始める。そして、これに伴い第2及び第3の平歯車71B,71Cが左方向(図3の紙面上の時計回り)に回転し、これらと係合しているカム74とピニオンギア77bも連動して同一方向に回転する。
First, when the driver cuts the
これに従って、カムフォロア75は、カム74に追従するように自身の軸線方向へと直動しつつ、ピニオンギア77bの回転に伴うラックギア77aの移動に連動して弾性部材76と共にカム74の軸線方向(図5の矢印Aに示す第2平歯車71Bとの接合面側)へと移動する。その際、このカムフォロア75は、そのローラ75bが第1及び第2の湾曲凸面74b,74cの境界点74dから当該第2湾曲凸面74cの急勾配部位74c1に向けてカム曲面74a上を転動し、この転動に伴って弾性部材76を徐々に圧縮して弾発力を増加させる。
Accordingly, the
これにより、この操舵反力発生手段70においては、弾性部材76の弾発力に応じた押圧力がカムフォロア75を介してカム曲面74aに掛かり、その押圧力によりカム74の回転トルクに抗するトルクがカム74に発生するので、その回転トルクに抗するトルクがステアリングシャフト21に操舵反力トルクとして伝達され、この操舵反力トルクに相当する操舵反力がステアリングホイール20に伝わる。
As a result, in this steering reaction force generating means 70, a pressing force corresponding to the elastic force of the
従って、この操舵反力発生手段70においては、ステアリングホイール20を切り込むにつれて弾性部材76の弾発力を増加させていき、ステアリングホイール20に伝達される操舵反力を徐々に大きくする。
Therefore, in this steering reaction force generating means 70, the elastic force of the
ここで、かかる切り込み後の位置から運転者がステアリングホイール20を切り戻す場合について説明する。
Here, a case where the driver turns back the
かかる場合、運転者はステアリングホイール20を左に操舵する。これに伴って第1平歯車71Aが左方向に回転し始めるので、第2及び第3の平歯車71B,71Cとこれらに係合しているカム74及びピニオンギア77bが右方向に回転する。
In such a case, the driver steers the
これにより、操舵反力発生手段70においては、カムフォロア75と弾性部材76がラックギア77aと共に上記とは逆の軸線方向(図5の矢印B)に移動し、そのカムフォロア75のローラ75bがかかる軸線方向の移動とカム74の回転に従ってカム曲面74aにおける第2湾曲凸面74cの緩勾配部位74c2に向けて転動する。これが為、この操舵反力発生手段70においては、ステアリングホイール20の切り戻しに伴って弾性部材76が伸長し、その弾発力が低下していくので、ステアリングホイール20に対して伝達する操舵反力が徐々に小さくなる。
As a result, in the steering reaction force generating means 70, the
ここで、この切り戻し時には、ラックギア77aはステアリングホイール20の切り込み時に圧縮したカムフォロア位置調節手段77の弾性部材77dの弾発力により矢印Bの方向に押し戻されるので、カムフォロア75のローラ75bが切り込み時とは異なる経路で緩勾配部位74c2に向けて種々の操舵反力特性曲線上を転舵していく。これが為、この操舵反力発生手段70においては、図6に示す如く、ステアリングセンタからの操舵角度が同じであっても、上記の切り込み時よりも小さな操舵反力を発生させる。
Here, at the time of turning back, the
尚、その後、ステアリングホイール20がステアリングセンタまで切り戻されたときには、カムフォロア75のローラ75bがカム曲面74aにおける第1及び第2の湾曲凸面74b,74cの境界点74dまで戻る。
After that, when the
一方、上述した切り込み位置から運転者が更にステアリングホイール20を右に切り込んだときには、更にカム74とピニオンギア77bが左方向に回転し、カムフォロア75のローラ75bが第2湾曲凸面74cの急勾配部位74c1における勾配のより急な面へと転動していく。これにより、操舵反力発生手段70は、更に大きな操舵反力を発生してステアリングホイール20に伝える。
On the other hand, when the driver further cuts the
そして、そのステアリングホイール20のステアリングセンタからの操舵角度が増していくと、弾性部材76の弾発力によってラックギア77aとピニオンギア77bとの間の摺動抵抗や摩擦抵抗が大きくなり、そのピニオンギア77bを保持する回転軸72Bに当該回転軸72Bの回転方向とは逆回転方向の大きなトルクが掛かる。この操舵反力発生手段70においては、その逆回転方向のトルクが前述したトルクリミッター作動トルクになったときにトルクリミッター78が作動し、第3平歯車71Cとピニオンギア77bとの間の係合を解除する。これが為、そのピニオンギア77bの回転が止まり、かかる位置でカムフォロア75と弾性部材76のカム74の軸線方向への移動が停止する。これにより、ステアリングホイール20が更に切り込まれたときには、そのカムフォロア75の停止位置における第2湾曲凸面74cの操舵反力特性曲線上をローラ75bが周方向に転動し、更に大きな操舵反力を発生させる。
As the steering angle of the
本実施例1の操舵反力発生手段70は、かかる位置からステアリングホイール20が切り戻された際にトルクリミッター78が第3平歯車71Cとピニオンギア77bとを係合させ、上述した切り戻し時と同様に動作して操舵反力を小さくしていく。
In the steering reaction force generating means 70 according to the first embodiment, when the
また、更にステアリングホイール20が右に切り込まれると、カム74の突出部74fがローラ75bで係止されて当該カム74や第1及び第3の平歯車71A,71Cの回転が停止するので、運転者は、ステアリングホイール20をそれ以上切り込むことができず、これを以てステアリングエンドを認識する。
Further, when the
以上示した如く、本実施例1のステアバイワイヤ方式の操舵装置10によれば、ステアリングセンタからのステアリングホイール20の操舵角度が同一であっても、操舵反力発生手段70によって、切り込み時には大きな操舵反力を発生させ、切り戻し時にはそれよりも小さな操舵反力を発生させることができる。即ち、本実施例1の操舵装置10は、ステアリングホイール20に伝える操舵反力に、そのようなステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている従来の操舵装置と同様の実情に沿うステアリングホイール20の切り込み時又は切り戻し時に応じたヒステリシス特性を持たせることができる。これが為、本実施例1の操舵装置10は、従来の操舵装置が搭載されている車輌から乗り換えた運転者に対して違和感を与えずに良好な操舵感を与えることができる。
As described above, according to the steer-by-wire
また、この操舵装置10においては、操舵輪100L,100Rの転舵限界を知る為のステアリングエンドを演出することができるので、より違和感のない良好な操舵感を得ることができる。
Further, in this
更に、本実施例1の操舵装置10においては、そのような種々の効果を電動モータ等の電気の力を用いずとも簡潔な機械的構成のみにより実現することができるので、電力消費量の低下が図れ、且つ、信頼性を向上させることができる。
Furthermore, in the
尚、本実施例1にあっては第1から第3の平歯車71A〜71Cの夫々にステアリングシャフト21,カム74及びカムフォロア位置調節手段77を配備しているが、第3平歯車71Cを設けずに、そのカムフォロア位置調節手段77の回転軸72Bをステアリングシャフト21と同軸上に配置して構成してもよい。かかる場合には、ステアリングホイール20の操舵角度に応じたカム74の回転角度やカムフォロア位置調節手段77におけるラックギア77aとピニオンギア77bの作動量を上記と同等の関係となるように設定する。
In the first embodiment, the steering
次に、本発明に係る操舵装置の実施例2を図7及び図8に基づいて説明する。 Next, a second embodiment of the steering apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施例2の操舵装置は、前述した実施例1の操舵装置10と同様の全体構成を有するものであり、その相違は実施例1の操舵反力発生手段70の構成を一部変更した点にある。
The steering device of the second embodiment has the same overall configuration as the
図7の符号170は、本実施例2の操舵反力発生手段を示す。この操舵反力発生手段170は、実施例1の操舵反力発生手段70と同様の第1及び第2の平歯車71A,71Bを備えており、その第1平歯車71Aにはステアリングシャフト21が連結され、その第2平歯車71Bには回転軸72Aを共有するカム174が一体的に設けられている。
本実施例2のカム174には、実施例1のカム74と同様の2つの突出部174e,174fが周壁面上に設けられており、これら各突出部174e,174fの間の周壁面をカム曲面174aとして利用する。
The
ここで、本実施例2のカム174に設けたカム曲面174aは、実施例1のカム曲面74aとは異なり、同一形状の操舵反力特性曲線をカム174の軸線方向に並べたが如き曲面として形成する。その操舵反力特性曲線としては、回転軸72Aの軸線からカムフォロア175のローラ175bとの当接面までの距離が、ステアリングホイール20がステアリングセンタに位置しているときに最も短く、そのステアリングセンタからの左右夫々へのステアリングホイール20の操舵角度が大きくなるに従って徐々に左右均等に長くなるよう周方向へと湾曲させたものを用いる。即ち、本実施例2のカム曲面174aは、カム174の軸線と平行な面からなり、且つ、図7に示すステアリングセンタ基準線Scを中心にして左右対称となる第1及び第2の湾曲凸面174b,174cで構成する。尚、本実施例2にあっても、ステアリングホイール20がステアリングセンタにあるときにローラ175bを第1及び第2の湾曲凸面174b,174cの境界点174dに位置させる一方、そのステアリングホイール20を左へと操舵した際にローラ175bを第1湾曲凸面174b上で転動させ、右へと操舵した際にローラ175bを第2湾曲凸面174c上で転動させるものとする。
Here, the cam curved
また、本実施例2の操舵反力発生手段170には、そのカム174のカム曲面174aに当接し、このカム174が回転した際のカム曲面174aの形状変化に応じた作動量で棒状のカムフォロア主体175aの軸線方向へと直動するカムフォロア175と、このカムフォロア175の先端のローラ175bをカム174のカム曲面174aに押し付けると共に当該カムフォロア175の直動に伴って伸縮する弦巻バネ等の弾性部材176とが設けられている。
Further, the steering reaction force generating means 170 of the second embodiment is in contact with the cam curved
本実施例2にあっては、そのカムフォロア175を、棒状のカムフォロア主体175aと、このカムフォロア主体175aの一端側に軸支されたローラ175bと、そのカムフォロア主体175aの他端に設けたバネ受け175cと、このバネ受け175cをカムフォロア主体175aの軸線方向に案内するカムフォロアガイド部175fとで構成する。そして、そのカムフォロアガイド部175fの開口端からバネ受け175c及び弾性部材176を挿通し、この弾性部材176の夫々の端部をバネ受け175cとカムフォロアガイド部175fの閉塞端の内壁面にて圧縮状態で保持する。
In the second embodiment, the cam follower 175 includes a rod-shaped cam follower
ここで、本実施例2のカムフォロアガイド部175fは、図7に示す如く筐体173に固定する。
Here, the cam
ところで、本実施例2の操舵反力発生手段170においても、実施例1の操舵反力発生手段70と同様の操舵反力のヒステリシス特性を作り出す。 By the way, the steering reaction force generation means 170 of the second embodiment also produces the same steering reaction force hysteresis characteristic as the steering reaction force generation means 70 of the first embodiment.
本実施例2にあっては、カムフォロア175のローラ175bとカム曲面174aとの間の摩擦係数を高くすることによって、ステアリングホイール20の切り込み時と切り戻し時とで異なる図8に示す操舵反力のヒステリシス特性を作り出す。その図8においては、ステアリングホイール20を右に操舵した際のステアリングセンタからの操舵角度を正とし、その際、ステアリングシャフト21に掛かっている操舵反力トルクを正として表す。また、この図8においては、ローラ175bとカム曲面174aとの間の摩擦係数を高くしていない場合の操舵反力の基本特性を2点鎖線で示している。
In the second embodiment, the steering reaction force shown in FIG. 8 differs depending on whether the
即ち、その間の摩擦係数が高ければ、カムフォロア175が弾性部材176を圧縮するステアリングホイール20の切り込み時には、ローラ175bとカム曲面174aとの間に発生する摩擦力がカム174に対して逆回転方向のトルクを付与するので、ステアリングシャフト21に掛かる操舵反力トルクを増加させることができる。一方、弾性部材176が伸長するステアリングホイール20の切り戻し時には、その弾性部材176の弾発力とローラ175bの転動方向によって当該ローラ175bとカム曲面174aとの間の摩擦力が軽減されるので、ステアリングセンタからの操舵角度が同一であっても切り込み時と比してステアリングシャフト21に掛かる操舵反力トルクを小さくすることができる。
That is, if the friction coefficient between them is high, the frictional force generated between the
ここで、ステアリングセンタからの切り込み開始時には右への操舵であるか左への操舵であるかに拘わらず原点(操舵反力トルクが「0」)から操舵反力トルクを増加させ、それ以降は原点を通ることなく上記の特性線上で操舵反力トルクを発生させる特性になっている。また、基本特性の操舵反力トルクに対する切り込み時の操舵反力トルクの増加量と切り戻し時の操舵反力トルクの減少量とについては、各々の操舵角度において略同等となるような特性にする。 Here, at the start of turning from the steering center, the steering reaction torque is increased from the origin (steering reaction torque is “0”) regardless of whether the steering is to the right or the steering to the left. The steering reaction torque is generated on the above characteristic line without passing through the origin. Further, the increase amount of the steering reaction force torque at the time of cutting and the decrease amount of the steering reaction force torque at the time of turning back with respect to the steering reaction force torque of the basic characteristics are set to be characteristics that are substantially equal at each steering angle. .
そこで、本実施例2にあっては、カムフォロア175のローラ175bにおけるカム曲面174aとの接触面の摩擦係数を高くする。例えば、その接触面に摩擦係数の高い部材を配設又はコーティング等してもよく、ローラ175bの材質自体を摩擦係数の高いものにしてもよい。
Therefore, in the second embodiment, the friction coefficient of the contact surface with the cam curved
ここで、その摩擦係数は、ステアリングシャフト21に発生させるべき所望の操舵反力トルクを設定し、弾性部材176の弾発力に伴うトルク成分と、ローラ175bとカム曲面174aとの間の摩擦力に伴うトルク成分とで所望の操舵反力トルクを発生させ得るように定める。従って、この摩擦係数は、弾性部材176のバネ定数と所望の操舵反力トルクに応じて適宜最適なものを設定する。
Here, the friction coefficient sets a desired steering reaction torque to be generated on the steering
尚、ここではローラ175bの摩擦係数を高くした場合について例示しているが、これに替えてカム曲面174aの摩擦係数を高くしてもよく、また、ローラ175bとカム曲面174aの双方の摩擦係数を高くしてもよい。
Although the case where the friction coefficient of the
このように操舵反力発生手段170を構成しても、ステアリングホイール20の操舵角度がステアリングセンタから同一の角度にある場合に、ステアリングホイール20の切り込み時には大きな操舵反力を発生させ、切り戻し時にはそれよりも小さな操舵反力を発生させることができる。即ち、本実施例2においても、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている従来の操舵装置と同様の実情に沿った操舵反力のヒステリシス特性を持たせることができる。これが為、本実施例2の操舵装置10においても、従来の操舵装置が搭載されている車輌から乗り換えた運転者に対して違和感を与えずに良好な操舵感を与えることができる。
Even when the steering reaction force generating means 170 is configured as described above, when the steering angle of the
また、本実施例2においても、操舵輪100L,100Rの転舵限界を知る為のステアリングエンドをカム174の突出部174e,174fによって演出することができるので、より違和感のない良好な操舵感を得ることができる。
Also in the second embodiment, since the steering end for knowing the turning limit of the steered
更に、本実施例2の操舵装置10においても、そのような種々の効果を電動モータ等の電気の力を用いずとも簡潔な機械的構成のみにより実現することができるので、電力消費量の低下が図れ、且つ、信頼性を向上させることができる。
Furthermore, also in the
ここで、上述した本実施例2におけるローラ175bとカム曲面174aとの間の構成は、前述した実施例1の操舵反力発生手段70に対しても適用することができる。
Here, the configuration between the
これによれば、例えば、ステアリングホイール20の操舵角度に応じた切り込み時の操舵反力を実施例1と同等の大きさに設定する場合には、カムフォロア175のローラ175bとカム曲面174aとの間の摩擦に伴うトルク成分がステアリングシャフト21に発生させるべき操舵反力トルクの一部を担うので、弾性部材76のバネ定数の低下を図ることができる。これが為、実施例1と比して弾性部材76を滑らかに伸縮させることができるので、実施例1と同様の効果に加えて、その作動時,特にステアリングホイール20の切り込みと切り戻しの切り替え時の音や振動を低減させることができる。
According to this, for example, when the steering reaction force at the time of cutting according to the steering angle of the
また例えば、弾性部材76の弾発力のみでは所望の操舵反力トルクをステアリングシャフト21に発生させることができない場合には、カムフォロア175のローラ175bとカム曲面174aとの間の摩擦に伴うトルク成分で不足分を補填することができるので、必要以上に弾性部材76のバネ定数を上げずとも所望の操舵反力トルクをステアリングシャフト21に発生させることができる。これが為、実施例1と同様の効果に加えて、弾性部材76の作動時の音や振動の増加を抑制することができる。
Further, for example, when a desired steering reaction torque cannot be generated on the steering
以上のように、本発明に係る操舵装置は、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に連結されている従来の操舵装置と同様の操舵感を与える技術として有用であり、特に、かかる操舵感を電動モータ等の電気の力を利用せずとも得ることのできる技術に適している。 As described above, the steering device according to the present invention is useful as a technique for providing a steering feeling similar to that of a conventional steering device in which a steering wheel and a steering wheel are mechanically coupled. It is suitable for a technique that can be obtained without using electric power such as an electric motor.
10 操舵装置
20 ステアリングホイール
21 ステアリングシャフト
70 操舵反力発生手段
71A 第1平歯車
71B 第2平歯車
71C 第3平歯車
72A,72B 回転軸
73 筐体
74 カム
74a カム曲面
74b 第1湾曲凸面
74b1 急勾配部位
74b2 緩勾配部位
74c 第2湾曲凸面
74c1 急勾配部位
74c2 緩勾配部位
74d 境界点
74e,74f 突出部
75 カムフォロア
75a カムフォロア主体
75b ローラ
75c バネ受け
75d キャスター機構
75e キャスター軸
75f カムフォロアガイド部
76 弾性部材
77 カムフォロア位置調節手段
77a ラックギア
77b ピニオンギア
77c ラックギアガイド部
77c1 貫通孔
77d,77e 弾性部材
78 トルクリミッター
170 操舵反力発生手段
173 筐体
174 カム
174a カム曲面
174b 第1湾曲凸面
174c 第2湾曲凸面
174d 境界点
174e,174f 突出部
175 カムフォロア
175a カムフォロア主体
175b ローラ
175c バネ受け
175f カムフォロアガイド部
176 弾性部材
Sc ステアリングセンタ基準線
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記カム曲面は、前記ステアリングホイールのステアリングセンタからの操舵角度を左右夫々に大きくするに従って前記カムの回転軸の軸線と前記カムフォロアとの当接面との間の距離が長くなるよう周方向へと左右夫々に湾曲させ、且つ、該左右夫々の湾曲形状の周方向における各部の勾配を同一の前記操舵角度における前記カムの軸線方向の各部にて緩急を付けて形成し、
前記ステアリングホイールの切り込みに応じて前記カムフォロアを前記カム曲面の急勾配部位へと前記カムの軸線方向に向けて移動させる一方、前記ステアリングホイールの切り戻しに応じて前記カムフォロアを前記カム曲面の緩勾配部位へと前記カムの軸線方向に向けて移動させるカムフォロア位置調節手段を設けたことを特徴とする操舵装置。 A cam curved surface is formed on the peripheral wall surface, the cam rotates in the circumferential direction as the steering wheel rotates, and the cam follower abuts the cam curved surface of the cam and linearly follows the cam rotation. A steering apparatus comprising: an elastic member that presses the cam follower against the cam curved surface;
The cam curved surface extends in the circumferential direction so that the distance between the axis of the rotating shaft of the cam and the contact surface of the cam follower increases as the steering angle of the steering wheel from the steering center increases to the left and right. Each of the left and right curves is curved, and the gradient of each part in the circumferential direction of each of the left and right curved shapes is formed with a gradual slope at each part in the axial direction of the cam at the same steering angle,
The cam follower is moved toward the steep slope portion of the cam curved surface in the axial direction of the cam curved surface in response to the turning of the steering wheel, while the cam follower is gently inclined in the cam curved surface in response to the turning back of the steering wheel. A steering apparatus comprising cam follower position adjusting means for moving the cam follower toward the site in the axial direction of the cam.
前記カム曲面は、前記ステアリングホイールのステアリングセンタからの操舵角度を左右夫々に大きくするに従って前記カムの回転軸の軸線と前記カムフォロアとの当接面との間の距離が長くなるよう周方向へと左右夫々に湾曲させて形成し、
前記カムフォロアと前記カム曲面との間の摩擦係数が高くなるよう構成したことを特徴とする操舵装置。 A cam curved surface is formed on the peripheral wall surface, the cam rotates in the circumferential direction as the steering wheel rotates, and the cam follower abuts the cam curved surface of the cam and linearly follows the cam rotation. A steering apparatus comprising: an elastic member that presses the cam follower against the cam curved surface;
The cam curved surface extends in the circumferential direction so that the distance between the axis of the rotating shaft of the cam and the contact surface of the cam follower increases as the steering angle of the steering wheel from the steering center increases to the left and right. It is formed by curving to the left and right,
A steering apparatus characterized in that a friction coefficient between the cam follower and the cam curved surface is increased.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005323918A JP2007131058A (en) | 2005-11-08 | 2005-11-08 | Steering device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005323918A JP2007131058A (en) | 2005-11-08 | 2005-11-08 | Steering device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007131058A true JP2007131058A (en) | 2007-05-31 |
Family
ID=38153087
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005323918A Pending JP2007131058A (en) | 2005-11-08 | 2005-11-08 | Steering device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007131058A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009029399A (en) * | 2007-06-26 | 2009-02-12 | Toyota Central R&D Labs Inc | Steering device, steering reaction force simulating device, and steering reaction force setting method |
KR101558711B1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-10-07 | 현대자동차주식회사 | Control method of Motor Drive Power System |
WO2021091193A1 (en) * | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 주식회사 만도 | Steer-by-wire steering apparatus |
WO2021091194A1 (en) * | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 주식회사 만도 | Steer-by-wire steering apparatus |
-
2005
- 2005-11-08 JP JP2005323918A patent/JP2007131058A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009029399A (en) * | 2007-06-26 | 2009-02-12 | Toyota Central R&D Labs Inc | Steering device, steering reaction force simulating device, and steering reaction force setting method |
KR101558711B1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-10-07 | 현대자동차주식회사 | Control method of Motor Drive Power System |
WO2021091193A1 (en) * | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 주식회사 만도 | Steer-by-wire steering apparatus |
WO2021091194A1 (en) * | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 주식회사 만도 | Steer-by-wire steering apparatus |
CN114641422A (en) * | 2019-11-06 | 2022-06-17 | 株式会社万都 | Steer-by-wire steering device |
CN114641423A (en) * | 2019-11-06 | 2022-06-17 | 株式会社万都 | Steer-by-wire steering device |
CN114641423B (en) * | 2019-11-06 | 2024-08-02 | 汉拿万都株式会社 | Steering-by-wire steering device |
CN114641422B (en) * | 2019-11-06 | 2024-09-17 | 汉拿万都株式会社 | Steering-by-wire steering device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107380252B (en) | Steering device | |
JP6051804B2 (en) | Steering device | |
JP2007270943A (en) | Worm reducer and electric power steering device inc0rporating the same | |
JP2004332921A (en) | Worm gear mechanism and electric power steering device with worm gear mechanism | |
JP6118750B2 (en) | Worm biasing structure | |
US9777826B2 (en) | Worm biasing structure | |
US20090260468A1 (en) | Steering device and movement converting device used therefor | |
KR20130048837A (en) | Rack assist type steering apparatus and rack assist type electric power steering apparatus having the same | |
JP2007290593A (en) | Electric power steering device | |
JP2009051441A (en) | Electric power steering device | |
JP5984010B2 (en) | Steering device | |
JP2007131058A (en) | Steering device | |
JP2011105075A (en) | Electric power steering device | |
JP2003220959A (en) | Power steering device | |
JP2005088820A (en) | Electric power steering device | |
JP2005219708A (en) | Electric power steering device | |
JP2009103279A (en) | Gear device | |
JP2014136437A (en) | Rack pinion type steering device | |
JP2013226898A (en) | Electric power steering device | |
JP2013184502A (en) | Electric power steering apparatus | |
JP5316144B2 (en) | Transmission ratio variable device | |
JP6256778B2 (en) | Electric power steering device | |
JP3856606B2 (en) | Electric power steering device | |
JP2001278075A (en) | Center take-off type power steering device | |
JP2009292433A (en) | Rear wheel steering apparatus for vehicle |