JP2009119894A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールへの反力伝達経路からセンタ部を除外してセンタ部を非回転化することが可能な車両の操舵装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイール２の回転操作を検出し、その検出結果に基づいて車輪の舵角を制御する車両の操舵装置１Ａは、ステアリングホイール２の内周に配置されたセンタ部３と、センタ部３に対して背面側から相対回転不能に接続されてセンタ部３と車体とを相対回転不能に連結する連結シャフト４と、連結シャフト４外周に相対回転可能に配置され、かつステアリングホイール２と一体回転可能に接続される外筒５と、連結シャフト４と外筒５との間に設けられた反力モータ７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵部材の回転操作を検出してその検出結果に基づき車輪の舵角を制御する車両の操舵装置に関する。

操舵部材と車輪との間の機械的な連結を解除したいわゆるバイワイヤ式の操舵装置においては、車輪を操舵する際の反力を操舵部材に付加することができない。そのため、反力付与手段としての電動モータを操舵部材に接続し、その電動モータのトルクを制御して擬似的な操舵反力を操舵部材に付与している（例えば特許文献１参照）。その他に、本願発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。

特開２００５−８０７３号公報 実開平４−５５４３８号公報 実開昭６２−１５０９４号公報 特表２００４−５０８５１０号公報

従来のバイワイヤ式操舵装置では、操舵部材とその内周に配置されるセンタ部とが一体回転可能であり、そのセンタ部の背後からシャフトを延ばしてそのシャフトと反力付与手段のモータの出力軸とを連結している。よって、センタ部が反力伝達経路の一部に取り込まれ、センタ部と操舵部材とが不可避的に一体回転する。

そこで、本発明は、反力付与手段から操舵部材への反力伝達経路からセンタ部を除外してセンタ部を非回転化することが可能な車両の操舵装置を提供することを目的とする。

本発明は、操舵部材の回転操作を検出し、その検出結果に基づいて車輪の舵角を制御する車両の操舵装置において、前記操舵部材とは別部品として構成され、前記操舵部材の内周に配置されたセンタ部と、前記センタ部に対して背面側から相対回転不能に接続される軸状部を有し、該軸状部を介して前記センタ部と車体とを相対回転不能に連結する固定手段と、前記固定手段の前記軸状部の外周に相対回転可能に配置され、かつ前記操舵部材と一体回転可能に接続される筒状部材と、前記固定手段の前記軸状部と前記筒状部材との間に設けられ、前記筒状部材の回転に対して反力トルクを付与する反力付与手段と、を備えるものである（請求項１）。

本発明の操舵装置によれば、固定手段の軸状部の外周に相対回転可能に配置された筒状部材と操舵部材とを一体回転可能に接続し、かつ固定手段の軸状部と筒状部材との間の反力付与手段にて筒状部材に反力トルクを付与しているので、固定手段の軸状部とセンタ部とを相対回転不能に接続することにより、センタ部を操舵部材に対する反力伝達経路から除外して非回転化することができる。

本発明の操舵装置の一形態においては、前記反力付与手段として、前記軸状部に設けられたステータと、前記筒状部材に設けられたロータとの間でトルクを発生する反力モータが設けられてもよい（請求項２）。これによれば、反力モータにて発生したトルクが筒状部材に加えられることにより、操舵部材に操舵反力が付与される。

さらに、反力付与手段として反力モータを設けた形態においては、前記筒状部材の回転に対して摩擦に基づく反力を付加する摩擦付加手段をさらに備えてもよい（請求項３）。この場合、反力モータが発生させたトルクに加えて、筒状部材に作用する摩擦力によっても操舵部材に操舵反力を付加することができる。よって、反力トルクが発生させるべき操舵反力を低減し、それにより、反力モータの負荷を軽減してモータの小型化、ひいては操舵装置の小型化を図ることができる。

また、前記ステータとして電磁コイルが、前記ロータとして永久磁石がそれぞれ設けられ、前記固定手段の前記軸状部が中空であり、前記電磁コイルに対する配線が前記軸状部の内部を経由していてもよい（請求項４）。この形態によれば、電磁コイルを固定手段の軸状部に設けることにより、電磁コイル及びそれに対する配線も非回転化される。よって、電磁コイルに対する配線処理が容易に行える。

あるいは、前記ステータとして永久磁石が、前記ロータとして電磁コイルがそれぞれ設けられてもよい（請求項５）。この形態によれば、電磁コイルの設置スペースを周方向に大きく確保することができる。

本発明の操舵装置の一形態においては、前記筒状部材が前記軸状部に軸受手段を介して回転可能に取り付けられてもよい（請求項６）。これによれば、軸状部と筒状部材との間に反力付与手段及び軸受手段を集約して、操舵装置のさらなる小型化を図ることができる。

以上に説明したように、本発明の操舵装置においては、固定手段の軸状部とその外周に相対回転可能に配置された筒状部材との間に反力付与手段を設けて筒状部材から操舵部材へと操舵反力を付与しているので、センタ部を固定手段の軸状部を介して車体と回転不能に連結することにより、センタ部を操舵部材に対する反力伝達経路から除外して非回転化することができる。これにより、センタ部に配置される各種の装備品も回転せず、それらの操作、あるいは視認が容易になる利点がある。エアバックの展開形状を乗員保護のための最適形状に設定することもできる。

［第１の形態］
図１は本発明の第１の形態に係る操舵装置１Ａの軸線方向断面図、図２は操舵装置１Ａを軸線方向の正面側（図１の矢印印II方向）から見た状態を示す図である。なお、図２は半周側（左側）のみの構成を示している。図１は図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。本形態の操舵装置１Ａは、自動車の車輪を操舵するためのものであって、車室に配置される操舵部材としてのステアリングホイール２の回転角を検出し、その回転角に基づいて車輪の操舵角を制御するいわゆるバイワイヤ式の操舵装置として構成されている。ステアリングホイール２の内周にはセンタ部３が配置されている。

センタ部３には、ホーンボタン、エアバックモジュール、空調あるいはオーディオ類のコントローラ、ディスプレイ装置（例えばＬＣＤ）といった各種の装備品が取り付けられる。センタ部３は、ステアリングホイール２から物理的に切り離された別部品として構成されており、ステアリングホイール２と一体には回転しない。すなわち、操舵装置１Ａにおいては、ステアリングホイール２がセンタ部３に対して相対回転する。センタ部３の背面側（図１において左側）には連結シャフト４の一端部が接続されている。連結シャフト４は中空であり、その他端部は不図示の車体構造部材（一例として、インストルメントパネルリインフォースメント）に接続されている。これにより、センタ部３は車体に対して回転不能に連結されている。

連結シャフト４の外周には、筒状部材としての外筒５が軸受手段としてのベアリング６を介して回転自在に取り付けられている。外筒５は、車輪を操舵させるためのギアボックスに対して機械的に切り離されている。但し、外筒５とギアボックスとの間にフェールセーフ機構が介在され、緊急時には外筒５とギアボックスとの間が機械的に連結されてもよい。

外筒５の一端部の外周には、ステアリングホイール２のスポーク２ａが固定され、それによりステアリングホイール２は外筒５に一体回転可能に取り付けられている。従って、ステアリングホイール２は連結シャフト４の軸線の回りに回転可能である。連結シャフト４と外筒５との間には、反力付与手段としての電動の反力モータ７が設けられている。反力モータ７は、連結シャフト４の外周にステータとして電磁コイル８が固定され、外筒５の内周にロータとして永久磁石９が埋め込まれた構成を備えている。電磁コイル８に供給される電流の向きを交互に切り替えることにより、電磁コイル８と永久磁石９との間でトルクが発生する。その反力モータ７にて生じたトルクが外筒５を介してステアリングホイール２に作用することにより、ステアリングホイール２の回転操作に対して操舵反力が付与される。

さらに、連結シャフト４と外筒５との間にはステアリングホイール２の回転角を検出する角度センサ１０が設けられている。角度センサ１０は、外筒５の内周に一体回転可能に取り付けられた回転板１１と、連結シャフト４の外周に固定された検出部１２とを有する非接触式の磁気センサである。回転板１１には永久磁石１１ａが取り付けられている。検出部１２は、ステアリングホイール２と一体に回転板１１が回転するときの磁界の変化を利用して回転板１１の回転角を検出し、その検出結果に対応した信号を出力する。角度センサ１０が検出した回転角は車載の制御ユニット（不図示）に与えられる。制御ユニットは、その角度センサ１０が検出した回転角に基づいて車輪の操舵角を制御する。なお、磁気センサに代えて、フォトインタラプタ等の光学センサを角度センサ１０として利用してもよい。

連結シャフト４の外筒５から突出した部分には、反力モータ７のトルクを検出するトルクセンサ１３が設けられている。トルクセンサ１３は、反力モータ７から連結シャフト４に伝えられるトルクに応じて弾性的に捩れ変形し、その捩れからトルクを検出してその検出結果を出力する。トルクセンサ１３が検出したトルクは車載の制御ユニットに与えられる。制御ユニットは、角度センサ１０が検出した回転角とトルクセンサ１３が検出したトルクとを参照して、反力モータ７の電磁コイル８に供給する励磁電流を制御する。これにより、ステアリングホイール２の操作に対応した適切な操舵反力がステアリングホイール２に付加される。

連結シャフト４の内部にはワイヤハーネス１４が引き込まれている。ワイヤハーネス１４は、センタ部３に取り付けられる各種の電装品、反力モータ７の電磁コイル８、角度センサ１０の検出部１２、トルクセンサ１３といった各種の電気部品を車載の制御ユニットと結線するためのものである。そのワイヤハーネス１４の先端にはコネクタ１５が取り付けられ、そのコネクタ１５が車体側の不図示のコネクタと接続される。なお、ワイヤハーネス１４は銅線の束に限定されず、光ファイバーケーブルがワイヤハーネス１４内に含まれてもよい。

以上のように構成された操舵装置１Ａにおいては、ステアリングホイール２を外筒５と一体回転可能に接続し、その外筒５の内部に通される連結シャフト４を車体に固定してそれらの連結シャフト４と外筒５との間に反力モータ７を組み付けているので、連結シャフト４をステアリングホイール２に対する操舵反力の伝達経路から除外してセンタ部３を非回転化することができる。これにより、センタ部３に装着される各種の装備品も回転せず、それらの操作、あるいは視認が容易になる利点がある。エアバックの展開形状を乗員保護のための最適形状に設定することができる。さらに、本形態では、電磁コイル８、角度センサ１０の検出部１２、トルクセンサ１３といった配線が必要な部品をいずれも連結シャフト４上に設けているので、連結シャフト４の中空部に挿通したワイヤハーネス１４にてこれらの部品に対して結線をすればよく、回転部品である外筒５には特段の配線を必要としない。従って、配線処理も容易である。

［第２の形態］
図３は本発明の第２の形態に係る操舵装置１Ｂの軸線方向断面図である。但し、図１の操舵装置１Ａと共通する部分には同一符号を付し、説明を省略する。また、操舵装置１Ｂを軸線方向から見た状態は図２と共通である。図３に示すように、本形態の操舵装置１Ｂでは、反力モータ７の電磁コイル８が連結シャフト４の外周に固定され、永久磁石９が外筒５の内周に固定されている。これに伴って、電磁コイル８への配線は、連結シャフト４内に引き込まれるワイヤハーネス１４とは別のワイヤハーネス１６を介して行われる。ワイヤハーネス１６は外筒５に引き込まれ、そのワイヤハーネス１６の先端にはコネクタ１７が取り付けられ、そのコネクタ１７が車体側の不図示のコネクタと接続される。なお、外筒５が回転するため、ワイヤハーネス１６には適度な弛みを与えておく必要がある。本形態によれば、電磁コイル８を外筒５に設けたので、第１の形態と比較して電磁コイル８の設置スペースを周方向に拡大することができる。

［第３の形態］
図４は本発明の第３の形態に係る操舵装置１Ｃの軸線方向断面図である。但し、図１の操舵装置１Ａと共通する部分には同一符号を付し、説明を省略する。また、操舵装置１Ｃを軸線方向から見た状態は図２と共通である。図４に示すように、本形態の操舵装置１Ｃでは、外筒５の端面とセンタ部３との間に摩擦材２１が配置されている。摩擦材２１は外筒５又はセンタ部３のいずれか一方に接着剤等を用いて固定されている。ここでは外筒５に摩擦材２１が固定されているものとして説明を続ける。この場合、センタ部３と摩擦材２１とが摩擦付加手段として機能する。

図５にも示したように、連結シャフト４の先端部には、段部４ａと雄ねじ部４ｂとが設けられている。段部４ａとセンタ部３の底板３ａとの間にはシム２２が装着され、雄ねじ部４ｂは底板３ａのシャフト取付孔３ｂに挿入される。その雄ねじ部４ｂの先端は取付孔３ｂを貫いて底板３ａの反対側に突出し、その突出部分にナット２３が締め付けられる。それにより、センタ部３と連結シャフト４とが軸線方向に相対移動不能に連結され、摩擦材２１がセンタ部３の底板３ａに押し付けられる。その押し付け力により、摩擦材２１とセンタ部３との間に摩擦力が作用する。摩擦力の大きさはシム２２の厚さとナット２３の締め付け力とによって調整可能である。図６に示したように、連結シャフト４と底板３ａとの間にはキー２４が設けられ、それにより連結シャフト４とセンタ部３とが周方向に相対回転不能に結合される。

本形態の操舵装置１Ｃによれば、反力モータ７が発生させるトルクと、摩擦材２１とセンタ部３の底板３ａとの間に作用する摩擦力とによってステアリングホイール２に操舵反力を付与することができる。このため、図７に示すように、ステアリングホイール２の中立位置からの回転角（舵角）とステアリングホイール２に付与すべき必要操舵反力Ｒ０の一部を、摩擦材２１とセンタ部３との間に作用する摩擦力に対応した反力Ｒ１にて充当することが可能であり、反力モータ７は必要操舵反力Ｒ０と摩擦力に対応する反力Ｒ１との差（Ｒ０−Ｒ１）に相当する反力Ｒ２を発生させるだけでよい。従って、反力モータ７の負荷を軽減することができる。これにより、反力モータ７を小型化し、ひいては、外筒５及びその周囲の構成の小型化を図ることができる。なお、摩擦材２１をセンタ部３に固定した場合には、摩擦材２１と外筒５との間で摩擦力が生じる点が異なるのみで、作用効果は同様である。本形態の操舵装置１Ｃにおいては、図３の操舵装置１Ｂと同様に、反力モータ７の電磁コイル８が外筒５に、永久磁石９が連結シャフト４にそれぞれ固定されてもよい。

［第４の形態］
図８は本発明の第４の形態に係る操舵装置１Ｄの軸線方向断面図である。但し、図１の操舵装置１Ａと共通する部分には同一符号を付し、説明を省略する。また、操舵装置１Ｄを軸線方向から見た状態は図２と共通である。図８に示すように、本形態の操舵装置１Ｄでは、連結シャフト４上に摩擦板３１が取り付けられ、その摩擦板３１と外筒５の端面との間に摩擦材３２が配置されている。摩擦材３２は、外筒５又は摩擦板３１のいずれか一方に接着剤等を用いて固定されている。ここでは外筒５に摩擦材３２が固定されているものとして説明を続ける。この場合、摩擦板３１と摩擦材３２とが摩擦付加手段として機能する。

図９にも示したように、連結シャフト４の摩擦板３１が取り付けられる位置には、段部４ｃと雄ねじ部４ｄとが設けられている。段部４ｃと摩擦板３１との間にはシム３３が装着され、雄ねじ部４ｄは摩擦板３１の中心孔３１ａに挿入される。その雄ねじ部４ｄは中心孔３１ａを貫いて摩擦板３１の反対側に突出し、その突出部分にナット３４が締め付けられる。それにより、連結シャフト４と摩擦板３１とが軸線方向に相対移動不能に連結され、摩擦材３２が摩擦板３１に押し付けられる。その押し付け力により、摩擦材３２と摩擦板３１との間に摩擦力が作用する。摩擦力の大きさはシム３３の厚さとナット３４の締め付け力とによって調整可能である。図１０に示したように、連結シャフト４と摩擦板３１との間にはキー３５が設けられ、それにより連結シャフト４と摩擦板３１とは周方向に相対回転不能に結合される。

本形態の操舵装置１Ｄによれば、反力モータ７が発生させるトルクと、摩擦板３１と摩擦材３２との間に作用する摩擦力とによってステアリングホイール２に操舵反力を付与することができる。それにより、第３の形態と同様に、必要操舵反力の一部を摩擦力に対応する操舵反力で充当し、反力モータ７の小型化等が可能である。なお、摩擦材３２を摩擦板３１に固定した場合には、摩擦材３２と外筒５との間で摩擦力が生じる点が異なるのみで、作用効果は同様である。本形態の操舵装置１Ｄにおいては、図３の操舵装置１Ｂと同様に、反力モータ７の電磁コイル８が外筒５に、永久磁石９が連結シャフト４にそれぞれ固定されてもよい。

本発明は上述した形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。例えば、固定手段は、センタ部と接続されかつ筒状部材との間にて反力付与手段を収容できる範囲において軸状部が存在し、かつその軸状部を介してセンタ部と車体とを回転不能に連結できるものであれば足り、筒状部材からの突出部分は必ずしも軸状であることを要しない。例えば、軸状部以外の部分は板材の溶接構造物であってもよい。あるいは、固定手段の一部にテレスコピック構造やチルト機構といった各種の機構が介在してもよい。固定手段の軸状部とセンタ部とは一体に形成されてもよい。筒状部材と操舵部材に関しても一体に形成されてもよい。筒状部材は、固定手段の軸状部に軸受手段を介して回転可能に取り付けられる例に限らない。筒状部材をその外周側あるいは操舵部材に対する反対側の端部にて軸受手段により回転可能に支持してもよい。反力付与手段として、反力モータに代え、又は加えて摩擦に基づく反力発生機構等を設けてもよい。反力モータに追加して設けられる摩擦付加手段は、例えばベアリング６に予圧を加えてその内部摩擦抵抗を利用するといった変形が可能である。

本発明の第１の形態に係る操舵装置の軸線方向断面図。 操舵装置を軸線方向の正面側（図１の矢印印II方向）から見た状態を示す図。 本発明の第２の形態に係る操舵装置の軸線方向断面図。 本発明の第３の形態に係る操舵装置の軸線方向断面図。 図４のＶ部の拡大図。 図５のVI−VI線に沿った断面図。 第３の形態における舵角と操舵反力との関係を示す図。 本発明の第４の形態に係る操舵装置の軸線方向断面図。 図８のIX部の拡大図。 図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 操舵装置
２ ステアリングホイール（操舵部材）
３ センタ部
４ 連結シャフト（固定手段、軸状部）
５ 外筒（筒状部材）
６ ベアリング（軸受手段）
７ 反力モータ（反力付与手段）
８ 電磁コイル
９ 永久磁石
１４ ワイヤハーネス
２１ 摩擦材
３１ 摩擦板

Claims (6)

1. 操舵部材の回転操作を検出し、その検出結果に基づいて車輪の舵角を制御する車両の操舵装置において、
   前記操舵部材とは別部品として構成され、前記操舵部材の内周に配置されたセンタ部と、
   前記センタ部に対して背面側から相対回転不能に接続される軸状部を有し、該軸状部を介して前記センタ部と車体とを相対回転不能に連結する固定手段と、
   前記固定手段の前記軸状部の外周に相対回転可能に配置され、かつ前記操舵部材と一体回転可能に接続される筒状部材と、
   前記固定手段の前記軸状部と前記筒状部材との間に設けられ、前記筒状部材の回転に対して反力トルクを付与する反力付与手段と、
   を備えた車両の操舵装置。
2. 前記反力付与手段として、前記軸状部に設けられたステータと、前記筒状部材に設けられたロータとの間でトルクを発生する反力モータが設けられている請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記筒状部材の回転に対して摩擦に基づく反力を付加する摩擦付加手段をさらに備えた請求項２に記載の操舵装置。
4. 前記ステータとして電磁コイルが、前記ロータとして永久磁石がそれぞれ設けられ、前記固定手段の前記軸状部が中空であり、前記電磁コイルに対する配線が前記軸状部の内部を経由している請求項２又は３に記載の操舵装置。
5. 前記ステータとして永久磁石が、前記ロータとして電磁コイルがそれぞれ設けられている請求項２又は３に記載の操舵装置。
6. 前記筒状部材が前記軸状部に軸受手段を介して回転可能に取り付けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の操舵装置。

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