JP2016016779A - ステアバイワイヤ方式のステアリング装置および走行車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングエンドに達したことを知った運転者がハンドルを戻すときに引っ掛かりを感じないステアリング装置、および該装置を備えた走行車両を提供する。【解決手段】ステアバイワイヤ方式のステアリング装置１Ａは、ハンドル１０に接続されたステアリング軸２と、ステアリング軸２に連結された回転入力軸３と、回転入力軸３の回転に作用する電磁ブレーキ４と、回転入力軸３の回転に関する信号Ｓ１を出力する第１回転信号出力部５と、ステアリング軸２の回転に関する信号Ｓ２を出力する第２回転信号出力部６と、信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて電磁ブレーキ４を制御する制御部７とを備え、ステアリング軸２と回転入力軸３との連結部に予め定められた角度のあそびが設けられ、あそびが残っている場合は、ステアリング軸２の回転が回転入力軸３に伝達されず、あそびが残っていない場合は、ステアリング軸２の回転が回転入力軸３に伝達される。【選択図】図１

Description

本発明は、ステアバイワイヤ方式のステアリング装置および該装置を備えた走行車両に関する。

各種走行車両に搭載されるステアリング装置は、運転者のハンドル操作を操舵輪の操舵角を変化させる操舵機構に機械的に伝達する方式と、ハンドル操作を機械的にではなく電気的に伝達するステアバイワイヤ方式とに大別される。ハンドルの回転を操舵機構に機械的に伝達するための部材が不要なステアバイワイヤ方式は、前者の方式に比べ、車両を軽量化することができる、車両におけるハンドルと操舵機構のレイアウトの自由度が増す、といった利点がある。

ステアバイワイヤ方式の従来のステアリング装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。このステアリング装置は、操舵輪の操舵角を変化させる操舵モータに流れる電流が所定値を超えた場合、言い換えると、運転者によるハンドル操作の量（回転角度）が所定の限界角度を超えた場合に、ステアリング軸の回転に作用する電磁ブレーキを作動させ、これにより、ステアリングエンドに達したことを運転者に知らせるよう構成されている。電磁ブレーキは、例えば、運転者がハンドルを中立位置に戻る方向に回転させたときに解除される。

特開２００８−２８５０３３号公報

一般に、電磁ブレーキは、励磁電流の供給が開始されるとブレーキを作動させ、励磁電流の供給が停止されるとブレーキを解除する。また、励磁電流の供給が開始されてからブレーキが作動するまで、および励磁電流の供給が停止されてからブレーキが解除されるまでには、少なくないタイムラグが発生する。

このため、上記特許文献１のステアリング装置では、ステアリングエンドに達したことを知った運転者がハンドルを中立位置に戻る方向に回転させたときに、ステアリング軸に作用しているブレーキの解除が間に合わず、運転者がハンドル操作に引っ掛かりを感じるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、ステアリングエンドに達したことを知った運転者がハンドルを戻すときに引っ掛かりを感じないステアリング装置、および該装置を備えた走行車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る第１のステアリング装置は、
操舵輪の操舵角を変化させる操舵機構に運転者によるハンドルの回転操作を電気的に伝達し、操舵角を該回転操作に応じて変化させるステアバイワイヤ方式のステアリング装置であって、
（１）ハンドルに接続されたステアリング軸と、ステアリング軸に連結された回転入力軸と、回転入力軸の回転に作用する電磁ブレーキと、回転入力軸の回転に関する第１回転信号を出力する第１回転信号出力部と、ステアリング軸の回転に関する第２回転信号を出力する第２回転信号出力部と、第１回転信号に基づいて操舵機構を制御するとともに、第１および第２回転信号に基づいて電磁ブレーキを制御する制御部とを備えていること、
（２）ステアリング軸と回転入力軸との連結部に予め定められた角度のあそびが設けられ、あそびが残っている場合は、ステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達されず、あそびが残っていない場合は、ステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達されること、
（３）制御部が、回転入力軸の回転角度が予め定められた限界角度を超えたことを第１回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを作動させ、電磁ブレーキの作動中にステアリング軸が中立位置に戻る方向に予め設定された微小角度以上回転したことを第２回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを解除させること、および、
（４）微小角度が、あそびの角度よりも小さい角度に設定されていること
を特徴とする。

上記第１のステアリング装置の制御部は、さらに、回転入力軸の回転角度が限界角度を超え、かつ電磁ブレーキが解除されているときに、ステアリング軸が中立位置から離れる方向に微小角度以上回転したことを第２回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを作動させることが好ましい。

上記第１のステアリング装置の第２回転信号出力部は、例えば、ステアリング軸が所定角度回転する度にパルス状に変化するパルス信号を第２回転信号として出力するベアリングセンサとすることができる。この場合、制御部は、ベアリングセンサから出力されたパルスの数を数えることによりステアリング軸が微小角度以上回転したか否かを判定することができる。

上記第１のステアリング装置のあそびは、例えば、ステアリング軸および回転入力軸の一方に設けられた突起と、他方に設けられた切欠きとによって実現された機械的なあそびとすることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る第２のステアリング装置は、
操舵輪の操舵角を変化させる操舵機構に運転者によるハンドルの回転操作を電気的に伝達し、操舵角を該回転操作に応じて変化させるステアバイワイヤ方式のステアリング装置であって、
（１）ハンドルに接続されたステアリング軸と、ステアリング軸に連結された回転入力軸と、回転入力軸の回転に作用する電磁ブレーキと、回転入力軸の回転に関する第１回転信号を出力する第１回転信号出力部と、ステアリング軸の回転に関する第２回転信号を出力する第２回転信号出力部と、第１回転信号に基づいて操舵機構を制御するとともに、第１および第２回転信号に基づいて電磁ブレーキを制御する制御部とを備えていること、
（２）ステアリング軸と回転入力軸との連結部に予め定められた角度のあそびが設けられていること、
（３）連結部が、あそびが残った状態を維持するための弾性部材を有していること、
（４）電磁ブレーキが解除されている場合は、弾性部材を介してステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達され、電磁ブレーキが作動し、かつあそびが残っている場合は、弾性部材が弾性変形するためにステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達されず、電磁ブレーキが作動し、かつあそびが残っていない場合は、弾性部材を介してステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達されること、
（５）制御部が、回転入力軸の回転角度が予め定められた限界角度を超えたことを第１回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを作動させ、電磁ブレーキの作動中にステアリング軸が中立位置に戻る方向に予め設定された微小角度以上回転したことを第２回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを解除させること、
（６）微小角度が、あそびの角度よりも小さい角度に設定されていること、および、
（７）弾性部材を弾性変形させるのに必要な力が、電磁ブレーキの制動力よりも小さく設定されていること
を特徴とする。

上記第２のステアリング装置の制御部は、さらに、回転入力軸の回転角度が限界角度を超え、かつ電磁ブレーキが解除されているときに、ステアリング軸が中立位置から離れる方向に微小角度以上回転したことを第２回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを作動させることが好ましい。

上記第２のステアリング装置は、回転入力軸の回転角度が限界角度を超え、かつ電磁ブレーキが作動しているときに、運転者がハンドルを手放すと、弾性部材の復元力によりステアリング軸が中立位置に戻る方向に微小角度以上回転することが好ましい。

上記第２のステアリング装置の第２回転信号出力部は、例えば、ステアリング軸が所定角度回転する度にパルス状に変化するパルス信号を第２回転信号として出力するベアリングセンサとすることができる。この場合、制御部は、ベアリングセンサから出力されたパルスの数を数えることによりステアリング軸が微小角度以上回転したか否かを判定することができる。

上記第２のステアリング装置のあそびは、例えば、ステアリング軸および回転入力軸の一方に設けられた突起と、他方に設けられた切欠きとによって実現された機械的なあそびとすることができる。

上記第２のステアリング装置の弾性部材は、例えば、コイルばねとすることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る走行車両は、上記第１または第２のステアリング装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ステアリングエンドに達したことを知った運転者がハンドルを戻すときに引っ掛かりを感じないステアリング装置、および該装置を備えた走行車両を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るステアリング装置の模式図である。 第１実施形態に係るステアリング装置におけるステアリング軸と回転入力軸の関係を示す図である。 第１実施形態に係るステアリング装置の動作を示す模式的な波形図である。 本発明の第２実施形態に係るステアリング装置の模式図である。 第２実施形態に係るステアリング装置におけるステアリング軸と回転入力軸の、電磁ブレーキが解除されているときの関係を示す図である。 第２実施形態に係るステアリング装置におけるステアリング軸と回転入力軸の、電磁ブレーキが作動しているときの関係を示す図である。 第２実施形態に係るステアリング装置の動作を示す模式的な波形図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るステアリング装置および走行車両の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１に、本発明の第１実施形態に係るステアリング装置１Ａを示す。ステアリング装置１Ａは、操舵輪１１の操舵角を変化させる操舵モータ１２および変速ギヤ１３からなる操舵機構に運転者によるハンドル１０の回転操作を電気的に伝達し、操舵輪１１の操舵角を該回転操作に応じて変化させるステアバイワイヤ方式のステアリング装置であり、リーチ式のフォークリフトに備えられる。

図１に示すように、ステアリング装置１Ａは、ハンドル１０に接続されたステアリング軸２と、ステアリング軸２に同軸的に連結された回転入力軸３と、回転入力軸３の回転に作用する電磁ブレーキ４と、回転入力軸３の回転に関する第１回転信号Ｓ１を出力する第１回転信号出力部５と、ステアリング軸２の回転に関する第２回転信号Ｓ２を出力する第２回転信号出力部６と、制御部７とを備えている。制御部７は、第１回転信号Ｓ１に基づいて生成した制御信号Ｓ３によって操舵機構の操舵モータ１２を駆動することで操舵輪１１の操舵角を変化させるとともに、第１回転信号Ｓ１および第２回転信号Ｓ２に基づいて生成した制御信号Ｓ４によって電磁ブレーキ４を制御する。

ステアリング軸２の一端は、ハンドル１０の中心部に回転不能に接続されている。このため、運転者がハンドル１０を回転させると、ステアリング軸２も同じ方向に同じ角度だけ回転する。一方、ステアリング軸２と回転入力軸３との連結部には機械的なあそびが設けられている。このため、ステアリング軸２が回転したとき、回転入力軸３は必ずしもステアリング軸２と同じ様には回転しない。

図２に、線Ｘ−Ｘ（図１参照）におけるステアリング軸２の断面図を示す。図２（Ａ）に示すように、本実施形態では、ステアリング軸２よりも径が大きい回転入力軸３の上面３ａに円筒状の突起３ｂが設けられている。また、ステアリング軸２には、中心に向かって窪んだ、突起３ｂよりも大きな切欠き２ａが設けられている。本実施形態では、切欠き２ａと突起３ｂの寸法の違いによりステアリング軸２と回転入力軸３とに機械的な±７．５°のあそびが設けられている。

図２（Ａ）の状態から運転者がハンドル１０を＋７．５°回転（右回転）させると、ステアリング軸２だけが＋７．５°回転し、切欠き２ａと突起３ｂとが接触した（Ｂ）の状態となる。この状態からさらに運転者がハンドル１０を＋２０°回転させると、今度はステアリング軸２と回転入力軸３とが一緒に＋２０°回転し、（Ｃ）の状態となる。回転入力軸３が回転するのは、切欠き２ａおよび突起３ｂを介して、ステアリング軸２の回転が回転入力軸３に伝達されるからである。

運転者がハンドル１０を左回転させた場合も同様である。すなわち、図２（Ａ）の状態から運転者がハンドル１０を−７．５°回転（左回転）させると、ステアリング軸２だけが−７．５°回転し、切欠き２ａと突起３ｂとが接触した（Ｄ）の状態となる。この状態からさらに運転者がハンドル１０を−２０°回転させると、今度はステアリング軸２と回転入力軸３とが一緒に−２０°回転し、（Ｅ）の状態となる。

このように、本実施形態に係るステアリング装置１Ａでは、あそびが残っている方向に運転者がハンドル１０を回転させてもその回転は回転入力軸３に伝達されない。一方、あそびが残っていない方向に運転者がハンドル１０を回転させるとその回転はそのまま回転入力軸３に伝達される。

第１回転信号出力部５は、回転入力軸３が回転すると該回転に応じた第１回転信号Ｓ１を出力する。制御部７は、第１回転信号出力部５から出力される第１回転信号Ｓ１に基づいて、回転入力軸３が中立位置から左右どちらの方向に何°回転したのかを特定する。言い換えると、制御部７は、第１回転信号Ｓ１に基づいて回転入力軸３の現在の回転角度θ３を特定する。

第２回転信号出力部６は、ステアリング軸２が回転すると該回転に応じた第２回転信号Ｓ２を出力する。本実施形態では、第２回転信号出力部６として、ステアリング軸２が所定角度（本実施形態では、±１．５°）回転する度にパルス状に変化するパルス信号Ａおよびパルス信号Ｂを出力するベアリングセンサを使用している。

制御部７は、第２回転信号出力部６から出力されるパルス信号Ａまたはパルス信号Ｂにおけるパルスの数を数えることにより、ステアリング軸２が何°回転したのかを特定する。例えば、制御部７は、パルス信号Ａがパルス状に２回変化した場合に、ステアリング軸２の回転角度変化Δθ２を１．５°×２＝３°と特定する。また、制御部７は、パルス信号Ａおよびパルス信号Ｂの位相差を利用してステアリング軸２の回転方向を特定することもできる。例えば、制御部７は、パルス信号Ｂの立ち上がり、パルス信号Ａの立ち上り、パルス信号Ｂの立ち下り、およびパルス信号Ａの立ち下りをこの順で検出した場合に、ステアリング軸２が右回転していると特定する。一方、制御部７は、パルス信号Ａの立ち上がり、パルス信号Ｂの立ち上り、パルス信号Ａの立ち下り、およびパルス信号Ｂの立ち下りをこの順で検出した場合に、ステアリング軸２が左回転していると特定する。

制御部７は、第１回転信号Ｓ１に基づいて回転入力軸３の現在の回転角度θ３を特定すると、操舵輪１１の操舵角を当該回転角度θ３に対応した角度とするための制御信号Ｓ３を生成し、制御信号Ｓ３によって操舵モータ１２を駆動する。この制御は、予め定められた微小時間が経過する度に繰り返し行われる。

また、制御部７は、第１回転信号Ｓ１および第２回転信号Ｓ２に基づいて制御信号Ｓ４を生成し、制御信号Ｓ４によって電磁ブレーキ４を制御する。

具体的には、制御部７は、（ａ）回転入力軸３の回転角度θ３が予め定められた限界角度θｔｈ（本実施形態では、±１０８０°）を超えると、電磁ブレーキ４を作動させる制御信号Ｓ４を出力する。これにより、電磁ブレーキ４に励磁電流が供給され、回転入力軸３にブレーキがかかる。ただし、ブレーキがかかった状態でも、運転者がハンドル１０を中立位置から離れる方向に力強く回転させると、回転入力軸３はブレーキに逆らって回転する。

また、制御部７は、（ｂ）電磁ブレーキ４が作動しているときに、運転者がハンドル１０を中立位置に戻る方向に回転させたことにより、ステアリング軸２の回転角度変化Δθ２が予め定められた微小角度（本実施形態では、３°）以上になったことを検出すると、電磁ブレーキ４を解除させる制御信号Ｓ４を出力する。これにより、電磁ブレーキ４への励磁電流の供給が停止される。本発明では、上記微小角度を、あそび角度（本実施形態では、７．５°）よりも小さく設定する必要がある。

さらに、制御部７は、（ｃ）回転入力軸３の回転角度θ３が限界角度θｔｈを超えており、かつ運転者がハンドル１０を中立位置から離れる方向に回転させたことにより、ステアリング軸２の回転角度変化Δθ２が予め定められた微小角度（本実施形態では、３°）以上になったことを検出すると、電磁ブレーキ４を作動させる制御信号Ｓ４を出力する。これにより、電磁ブレーキ４に励磁電流が供給され、回転入力軸３にブレーキがかかる。

続いて、図３を用いて、本実施形態に係るステアリング装置１Ａの動作の一例について説明する。なお、図３の上の波形は回転入力軸３の回転角度θ３の模式的な波形であり、下の波形はステアリング軸２の回転角度変化量Δθ２の模式的な波形である。また、「解除」および「作動」は、電磁ブレーキ４の状態を示す。なお、本実施形態では、回転角度θ３が限界角度θｔｈを超えたことをきっかけとして、制御部７が第２回転信号Ｓ２におけるパルスの数を数え始めるものとする。

ハンドル１０、ステアリング軸２および回転入力軸３が中立位置にある図２（Ａ）の状態から運転者がハンドル１０を右回転させると、ステアリング軸２だけが回転する。そして、ハンドル１０が＋７．５°回転した時間Ｔ１において、回転入力軸３も右回転し始める。時間Ｔ１において、ステアリング軸２および回転入力軸３は、図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すような、右回転に対してあそびがない状態となっている。

時間Ｔ２において回転入力軸３の回転角度θ３が限界角度θｔｈに達すると、制御部７は、電磁ブレーキ４を作動させる制御信号Ｓ４を出力する。これにより、時間Ｔ２からやや遅れて電磁ブレーキ４が作動し、ステアリングエンドに達したことが運転者に知らされる。

運転者がハンドル１０を電磁ブレーキ４に逆らってさらに右回転させ、時間Ｔ３において回転方向を反転させると、ステアリング軸２の回転角度変化Δθ２は直ちに低下し始める。一方、回転入力軸３の回転角度θ３は、反転後しばらくの間は変動しない。これは、左回転に対してあそびがあるからである。

時間Ｔ４において、ステアリング軸２の回転角度変化Δθ２が予め設定された微小角度である３°を超えると、制御部７は、電磁ブレーキ４を解除させる制御信号Ｓ４を出力する。これにより、時間Ｔ４からやや遅れて電磁ブレーキ４は解除される。

運転者がハンドル１０をさらに左回転させ、時間Ｔ５においてステアリング軸２の回転角度変化Δθ２が１５°（＝７．５°×２）になると、ステアリング軸２および回転入力軸３は、図２（Ｄ）および（Ｅ）に示すような、左回転に対してあそびがない状態となる。このため、運転者がハンドル１０をさらに左回転させると、ステアリング軸２の回転角度変化Δθ２が低下するとともに、回転入力軸３の回転角度θ３も低下する。

図３に示すように、回転入力軸３が左回転し始める時間Ｔ５において、電磁ブレーキ４は既に解除されている。このため、運転者は、ハンドル１０の回転操作中に引っ掛かりを感じることはない。

運転者がハンドル１０をさらに左回転させ、時間Ｔ６において回転方向を反転させると、ステアリング軸２の回転角度変化Δθ２は直ちに増加し始める。一方、回転入力軸３の回転角度θ３は、時間Ｔ３における反転の場合と同様、反転後しばらくの間は変動しない。これは、右回転に対してあそびがあるからである。

時間Ｔ７において、ステアリング軸２の回転角度変化Δθ２が３°を超えると、制御部７は、電磁ブレーキ４を作動させる制御信号Ｓ４を出力する。これにより、時間Ｔ７からやや遅れて電磁ブレーキ４が作動し、ステアリングエンドに達していることが運転者に知らされる。

運転者がハンドル１０を電磁ブレーキ４に逆らってさらに右回転させ、時間Ｔ８においてステアリング軸２の回転角度変化Δθ２が１５°（＝７．５°×２）になると、ステアリング軸２および回転入力軸３は、図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すような、右回転に対してあそびがない状態となる。このため、運転者がハンドル１０をさらに右回転させると、ステアリング軸２の回転角度変化Δθ２が増加するとともに、回転入力軸３の回転角度θ３も増加する。

時間Ｔ９〜Ｔ１１では、時間Ｔ３〜Ｔ５と同様の制御が行われる。

［第２実施形態］
図４に、本発明の第２実施形態に係るステアリング装置１Ｂを示す。ステアリング装置１Ａと同様、ステアリング装置１Ｂは、操舵輪１１の操舵角を変化させる操舵モータ１２および変速ギヤ１３からなる操舵機構に運転者によるハンドル１０の回転操作を電気的に伝達し、操舵輪１１の操舵角を該回転操作に応じて変化させるステアバイワイヤ方式のステアリング装置であり、リーチ式のフォークリフトに備えられる。

図４〜図６に示すように、ステアリング装置１Ｂは、ステアリング軸２および回転入力軸３の連結部にコイルばね８がさらに備えられている点、ステアリング軸２の下面に円筒状の突起２ｂが設けられている点、および回転入力軸３の上面３ａに円筒状の突起３ｃが設けられている点において、ステアリング装置１Ａと相違している。コイルばね８は、本発明の弾性部材に相当する。

コイルばね８は、１本の金属線を変形させたもので、図５（Ａ）に示すように、１周以上巻かれたバネ部８ａと、バネ部８ａから外側に向かって略真っ直ぐに延びた一対の端部８ｂ，８ｃとを含む。ハンドル１０、ステアリング軸２および回転入力軸３が中立位置にある図５（Ａ）の状態において、３つの突起２ｂ，３ｂ，３ｃは、ステアリング軸２および回転入力軸３の中心を通る直線上にある。また、コイルばね８のバネ部８ａは回転入力軸３の上面３ａに同軸的に配置され、突起２ｂ，３ｃはコイルばね８の端部８ｂ，８ｃに挟み込まれている。

コイルばね８は、外部からの力が端部８ｂ，８ｃに加わることで弾性変形する。コイルばね８を弾性変形させるのに必要な力Ｆ８は、電磁ブレーキ４が回転入力軸３に与える制動力Ｆ３よりも小さく設定されている。力Ｆ８は、例えば、コイルばね８を構成する金属線の径および材質、並びにバネ部８ａの巻き数を変更することにより調整することができる。

図５は、電磁ブレーキ４が解除されているときの、ステアリング軸２と回転入力軸３の関係を示している。図５（Ａ）の状態から運転者がハンドル１０を＋７．５°回転（右回転）させると、ステアリング軸２の突起２ｂの動きがコイルばね８を介して回転入力軸３の突起３ｃに伝達され、その結果、ステアリング軸２と回転入力軸３が一緒に＋７．５°回転し、（Ｂ）の状態となる。この状態からさらに運転者がハンドル１０を＋２０°回転させると、ステアリング軸２と回転入力軸３とが一緒に＋２０°回転し、（Ｃ）の状態となる。運転者がハンドル１０を左回転させた場合も同様である。

このように、本実施形態では、電磁ブレーキ４が解除されているときに運転者がハンドル１０を回転させると、あそびを残したままステアリング軸２および回転入力軸３が同じ方向に同じ角度だけ回転する。つまり、本実施形態では、コイルばね８により左右いずれの回転方向に対しても均等にあそびが残った状態が維持される。

図６は、電磁ブレーキ４が作動しているときの、ステアリング軸２と回転入力軸３の関係を示している。図６（Ａ）の状態から運転者がハンドル１０を＋７．５°回転（右回転）させると、コイルばね８を弾性変形させながらステアリング軸２の突起２ｂが移動する。その結果、ステアリング軸２だけが＋７．５°回転し、切欠き２ａと突起３ｂとが接触した（Ｂ）の状態となる。この状態からさらに運転者がハンドル１０を＋２０°回転させると、今度はステアリング軸２と回転入力軸３が一緒に＋２０°回転し、（Ｃ）の状態となる。運転者がハンドル１０を左回転させた場合も同様である。

また、図６（Ｂ）の状態において運転者がハンドル１０を手放すと、コイルばね８の復元力によりステアリング軸２およびハンドル１０が左回転し、（Ａ）の状態となる。つまり、本実施形態では、電磁ブレーキ４が作動していても、運転者がハンドル１０を操作していなければ、コイルばね８により左右いずれの回転方向に対しても均等にあそびが残った状態が維持される。

続いて、図７を用いて、本実施形態に係るステアリング装置１Ｂの動作の一例について説明する。なお、図７の上の波形は回転入力軸３の回転角度θ３の模式的な波形であり、下の波形はステアリング軸２の回転角度変化量Δθ２の模式的な波形である。また、「解除」および「作動」は、電磁ブレーキ４の状態を示す。なお、本実施形態では、回転角度θ３が限界角度θｔｈを超えたことをきっかけとして、制御部７が第２回転信号Ｓ２におけるパルスの数を数え始めるものとする。

ハンドル１０、ステアリング軸２および回転入力軸３が中立位置にある時間Ｔ１の状態（図５（Ａ）参照）から、運転者がハンドル１０を右回転させると、コイルばね８を介してステアリング軸２の回転が回転入力軸３に伝達され、回転入力軸３の回転角度θ３が増加する。このとき、あそびは、左右いずれの回転方向に対しても均等に残っている。

時間Ｔ２において回転入力軸３の回転角度θ３が限界角度θｔｈに達すると、制御部７は、電磁ブレーキ４を作動させる制御信号Ｓ４を出力する。これにより、時間Ｔ２からやや遅れて電磁ブレーキ４が作動する。

運転者がハンドル１０を引き続き右回転させると、コイルばね８を弾性変形させながらステアリング軸２だけが回転する。そして、時間Ｔ３において、ステアリング軸２および回転入力軸３は、図６（Ｂ）および（Ｃ）に示すような、右回転に対してあそびがない状態となる。

運転者がハンドル１０を電磁ブレーキ４に逆らってさらに右回転させ、時間Ｔ４においてハンドル１０を手放すと、コイルばね８の復元力によりステアリング軸２およびハンドル１０が左回転し始め、ステアリング軸２の回転角度変化Δθ２が低下し始める。そして、時間Ｔ５において回転角度変化Δθ２が予め設定された微小角度である３°を超えると、制御部７は、電磁ブレーキ４を解除させる制御信号Ｓ４を出力する。これにより、時間Ｔ５からやや遅れて電磁ブレーキ４は解除される。

コイルばね８の復元力により、ステアリング軸２およびハンドル１０は引き続き左回転する。そして、時間Ｔ６において、ステアリング軸２および回転入力軸３は、図６（Ａ）に示すような、左右いずれの回転方向に対しても均等にあそびが残った状態となる。

その後、時間Ｔ７において運転者がハンドル１０を左回転させると、ステアリング軸２が左回転し、ステアリング軸２の回転角度変化Δθ２が低下する。そして、時間Ｔ８において回転角度変化Δθ２が７．５°になると、ステアリング軸２および回転入力軸３は、左回転に対してあそびがない状態となる。

運転者がハンドル１０をさらに左回転させると、ステアリング軸２および回転入力軸３が一緒に左回転し、回転角度変化Δθ２および回転角度θ３が低下する。

時間Ｔ９以降は、第１実施形態の時間Ｔ６以降と同様の制御が行われる。

このように、本実施形態では、運転者にステアリングエンドに達したことを知らせる必要がないとき、すなわち、運転者がハンドル１０を手放したときに電磁ブレーキ４が解除される。したがって、本実施形態によれば、電磁ブレーキ４における無駄な電力消費を防ぐことができる。また、本実施形態によれば、第１実施形態と同様、運転者がハンドル１０の回転操作中に引っ掛かりを感じるのを防ぐこともできる。

以上、本発明の第１実施形態および第２実施形態について説明したが、本発明の構成はこれらの実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態における具体的な角度（限界角度θｔｈ：１０８０°、あそび角度：７．５°、微小角度：３°）は全て一例であり、適宜変更することができる。ただし、微小角度はあそび角度よりも小さく設定する必要がある。好ましい微小角度は、あそび角度の１／２以下である。

上記実施形態では、第２回転信号出力部６としてベアリングセンサを使用したが、制御部７にステアリング軸２の回転に関する信号を出力可能な他のセンサを使用してもよい。

上記実施形態では、弾性部材としてコイルばね８を使用したが、左右いずれの回転方向に対しても均等にあそびが残った状態となるように、ステアリング軸２および回転入力軸３を付勢する他の部材を使用してもよい。

上記実施形態では、回転入力軸３に設けた突起３ｂとステアリング軸２に設けた切欠き２ａとで機械的なあそびを設けたが、他の構成によりあそびを設けてもよい。例えば、ステアリング軸２側に設けた突起と回転入力軸３側に設けた切欠きまたは溝とであそびを設けてもよい。

また、本発明は、ハンドルと該ハンドルによって操舵される少なくとも１つの操舵輪を備えたあらゆる走行車両のステアリング装置に適用することができる。

１Ａ，１Ｂ ステアリング装置
２ ステアリング軸
３ 回転入力軸
４ 電磁ブレーキ
５ 第１回転信号出力部
６ 第２回転信号出力部
７ 制御部
８ コイルばね（弾性部材）
１０ ハンドル
１１ 操舵輪
１２ 操舵モータ
１３ 変速ギヤ

上記課題を解決するために、本発明に係る第１のステアリング装置は、
操舵輪の操舵角を変化させる操舵機構に運転者によるハンドルの回転操作を電気的に伝達し、操舵角を該回転操作に応じて変化させるステアバイワイヤ方式のステアリング装置であって、
（１）ハンドルに接続されたステアリング軸と、ステアリング軸に連結された回転入力軸と、回転入力軸の回転に作用する電磁ブレーキと、回転入力軸の回転に関する第１回転信号を出力する第１回転信号出力部と、ステアリング軸の回転に関する第２回転信号を出力する第２回転信号出力部と、第１回転信号に基づいて操舵機構を制御するとともに、第１および第２回転信号に基づいて電磁ブレーキを制御する制御部とを備えていること、
（２）ステアリング軸と回転入力軸との連結部に予め定められた角度のあそびが設けられ、あそびが残っている場合は、ステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達されず、あそびが残っていない場合は、ステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達されること、
（３）制御部が、回転入力軸の回転角度が予め定められた限界角度を超えたことを第１回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを作動させ、電磁ブレーキの作動中にステアリング軸が中立位置に戻る方向に予め設定された微小角度以上回転したことを第２回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを解除させ、回転入力軸の回転角度が限界角度を超え、かつ電磁ブレーキが解除されているときに、ステアリング軸が中立位置から離れる方向に微小角度以上回転したことを第２回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを作動させること、および、
（４）微小角度が、あそびの角度よりも小さい角度に設定されていること
を特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る第２のステアリング装置は、
操舵輪の操舵角を変化させる操舵機構に運転者によるハンドルの回転操作を電気的に伝達し、操舵角を該回転操作に応じて変化させるステアバイワイヤ方式のステアリング装置であって、
（１）ハンドルに接続されたステアリング軸と、ステアリング軸に連結された回転入力軸と、回転入力軸の回転に作用する電磁ブレーキと、回転入力軸の回転に関する第１回転信号を出力する第１回転信号出力部と、ステアリング軸の回転に関する第２回転信号を出力する第２回転信号出力部と、第１回転信号に基づいて操舵機構を制御するとともに、第１および第２回転信号に基づいて電磁ブレーキを制御する制御部とを備えていること、
（２）ステアリング軸と回転入力軸との連結部に予め定められた角度のあそびが設けられていること、
（３）連結部が、あそびが残った状態を維持するための弾性部材を有していること、
（４）電磁ブレーキが解除されている場合は、弾性部材を介してステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達され、電磁ブレーキが作動し、かつあそびが残っている場合は、弾性部材が弾性変形するためにステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達されず、電磁ブレーキが作動し、かつあそびが残っていない場合は、弾性部材を介してステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達されること、
（５）制御部が、回転入力軸の回転角度が予め定められた限界角度を超えたことを第１回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを作動させ、電磁ブレーキの作動中にステアリング軸が中立位置に戻る方向に予め設定された微小角度以上回転したことを第２回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを解除させ、回転入力軸の回転角度が限界角度を超え、かつ電磁ブレーキが解除されているときに、ステアリング軸が中立位置から離れる方向に微小角度以上回転したことを第２回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを作動させること、
（６）微小角度が、あそびの角度よりも小さい角度に設定されていること、および、
（７）弾性部材を弾性変形させるのに必要な力が、電磁ブレーキの制動力よりも小さく設定されていること
を特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る第３のステアリング装置は、
操舵輪の操舵角を変化させる操舵機構に運転者によるハンドルの回転操作を電気的に伝達し、操舵角を該回転操作に応じて変化させるステアバイワイヤ方式のステアリング装置であって、
（１）ハンドルに接続されたステアリング軸と、ステアリング軸に連結された回転入力軸と、回転入力軸の回転に作用する電磁ブレーキと、回転入力軸の回転に関する第１回転信号を出力する第１回転信号出力部と、ステアリング軸の回転に関する第２回転信号を出力する第２回転信号出力部と、第１回転信号に基づいて操舵機構を制御するとともに、第１および第２回転信号に基づいて電磁ブレーキを制御する制御部とを備えていること、
（２）ステアリング軸と回転入力軸との連結部に予め定められた角度のあそびが設けられていること、
（３）連結部が、あそびが残った状態を維持するための弾性部材を有していること、
（４）電磁ブレーキが解除されている場合は、弾性部材を介してステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達され、電磁ブレーキが作動し、かつあそびが残っている場合は、弾性部材が弾性変形するためにステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達されず、電磁ブレーキが作動し、かつあそびが残っていない場合は、弾性部材を介してステアリング軸の回転が回転入力軸に伝達されること、
（５）制御部が、回転入力軸の回転角度が予め定められた限界角度を超えたことを第１回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを作動させ、電磁ブレーキの作動中にステアリング軸が中立位置に戻る方向に予め設定された微小角度以上回転したことを第２回転信号に基づいて検出すると電磁ブレーキを解除させること、
（６）微小角度が、あそびの角度よりも小さい角度に設定されていること、
（７）弾性部材を弾性変形させるのに必要な力が、電磁ブレーキの制動力よりも小さく設定されていること、および、
（８）回転入力軸の回転角度が限界角度を超え、かつ電磁ブレーキが作動しているときに、運転者がハンドルを手放すと、弾性部材の復元力によりステアリング軸が中立位置に戻る方向に微小角度以上回転すること
を特徴とする。

上記第２および第３のステアリング装置の第２回転信号出力部は、例えば、ステアリング軸が所定角度回転する度にパルス状に変化するパルス信号を第２回転信号として出力するベアリングセンサとすることができる。この場合、制御部は、ベアリングセンサから出力されたパルスの数を数えることによりステアリング軸が微小角度以上回転したか否かを判定することができる。

上記第２および第３のステアリング装置のあそびは、例えば、ステアリング軸および回転入力軸の一方に設けられた突起と、他方に設けられた切欠きとによって実現された機械的なあそびとすることができる。

上記第２および第３のステアリング装置の弾性部材は、例えば、コイルばねとすることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る走行車両は、上記第１〜第３のいずれかのステアリング装置を備えたことを特徴とする。

Claims (11)

1. 操舵輪の操舵角を変化させる操舵機構に運転者によるハンドルの回転操作を電気的に伝達し、前記操舵角を前記回転操作に応じて変化させるステアバイワイヤ方式のステアリング装置であって、
   前記ハンドルに接続されたステアリング軸と、
   前記ステアリング軸に連結された回転入力軸と、
   前記回転入力軸の回転に作用する電磁ブレーキと、
   前記回転入力軸の回転に関する第１回転信号を出力する第１回転信号出力部と、
   前記ステアリング軸の回転に関する第２回転信号を出力する第２回転信号出力部と、
   前記第１回転信号に基づいて前記操舵機構を制御するとともに、前記第１および第２回転信号に基づいて前記電磁ブレーキを制御する制御部と、
   を備え、
   前記ステアリング軸と前記回転入力軸との連結部に予め定められた角度のあそびが設けられ、
   前記あそびが残っている場合は、前記ステアリング軸の回転が前記回転入力軸に伝達されず、前記あそびが残っていない場合は、前記ステアリング軸の回転が前記回転入力軸に伝達され、
   前記制御部は、前記回転入力軸の回転角度が予め定められた限界角度を超えたことを前記第１回転信号に基づいて検出すると前記電磁ブレーキを作動させ、前記電磁ブレーキの作動中に前記ステアリング軸が中立位置に戻る方向に予め設定された微小角度以上回転したことを前記第２回転信号に基づいて検出すると前記電磁ブレーキを解除させ、
   前記微小角度は、前記あそびの角度よりも小さい角度に設定されている
   ことを特徴とするステアリング装置。
2. 前記制御部は、前記回転入力軸の回転角度が前記限界角度を超え、かつ前記電磁ブレーキが解除されているときに、前記ステアリング軸が前記中立位置から離れる方向に前記微小角度以上回転したことを前記第２回転信号に基づいて検出すると前記電磁ブレーキを作動させ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。
3. 前記第２回転信号出力部は、前記ステアリング軸が所定角度回転する度にパルス状に変化するパルス信号を前記第２回転信号として出力するベアリングセンサであり、
   前記制御部は、前記ベアリングセンサから出力された前記パルスの数を数えることにより前記ステアリング軸が前記微小角度以上回転したか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステアリング装置。
4. 前記あそびは、前記ステアリング軸および前記回転入力軸の一方に設けられた突起と、他方に設けられた切欠きとによって実現された機械的なあそびであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のステアリング装置。
5. 操舵輪の操舵角を変化させる操舵機構に運転者によるハンドルの回転操作を電気的に伝達し、前記操舵角を前記回転操作に応じて変化させるステアバイワイヤ方式のステアリング装置であって、
   前記ハンドルに接続されたステアリング軸と、
   前記ステアリング軸に連結された回転入力軸と、
   前記回転入力軸の回転に作用する電磁ブレーキと、
   前記回転入力軸の回転に関する第１回転信号を出力する第１回転信号出力部と、
   前記ステアリング軸の回転に関する第２回転信号を出力する第２回転信号出力部と、
   前記第１回転信号に基づいて前記操舵機構を制御するとともに、前記第１および第２回転信号に基づいて前記電磁ブレーキを制御する制御部と、
   を備え、
   前記ステアリング軸と前記回転入力軸との連結部に予め定められた角度のあそびが設けられ、
   前記連結部は、前記あそびが残った状態を維持するための弾性部材を有し、
   前記電磁ブレーキが解除されている場合は、前記弾性部材を介して前記ステアリング軸の回転が前記回転入力軸に伝達され、前記電磁ブレーキが作動し、かつ前記あそびが残っている場合は、前記弾性部材が弾性変形するために前記ステアリング軸の回転が前記回転入力軸に伝達されず、前記電磁ブレーキが作動し、かつ前記あそびが残っていない場合は、前記弾性部材を介して前記ステアリング軸の回転が前記回転入力軸に伝達され、
   前記制御部は、前記回転入力軸の回転角度が予め定められた限界角度を超えたことを前記第１回転信号に基づいて検出すると前記電磁ブレーキを作動させ、前記電磁ブレーキの作動中に前記ステアリング軸が中立位置に戻る方向に予め設定された微小角度以上回転したことを前記第２回転信号に基づいて検出すると前記電磁ブレーキを解除させ、
   前記微小角度は、前記あそびの角度よりも小さい角度に設定されており、
   前記弾性部材を弾性変形させるのに必要な力は、前記電磁ブレーキの制動力よりも小さく設定されている
   ことを特徴とするステアリング装置。
6. 前記制御部は、前記回転入力軸の回転角度が前記限界角度を超え、かつ前記電磁ブレーキが解除されているときに、前記ステアリング軸が前記中立位置から離れる方向に前記微小角度以上回転したことを前記第２回転信号に基づいて検出すると前記電磁ブレーキを作動させることを特徴とする請求項５に記載のステアリング装置。
7. 前記回転入力軸の回転角度が前記限界角度を超え、かつ前記電磁ブレーキが作動しているときに、前記運転者がハンドルを手放すと、前記弾性部材の復元力により前記ステアリング軸が前記中立位置に戻る方向に前記微小角度以上回転することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のステアリング装置。
8. 前記第２回転信号出力部は、前記ステアリング軸が所定角度回転する度にパルス状に変化するパルス信号を前記第２回転信号として出力するベアリングセンサであり、
   前記制御部は、前記ベアリングセンサから出力された前記パルスの数を数えることにより前記ステアリング軸が前記微小角度以上回転したか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載のステアリング装置。
9. 前記あそびは、前記ステアリング軸および前記回転入力軸の一方に設けられた突起と、他方に設けられた切欠きとによって実現された機械的なあそびであることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載のステアリング装置。
10. 前記弾性部材は、コイルばねであることを特徴とする請求項５〜請求項９のいずれか一項に記載のステアリング装置。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のステアリング装置を備えたことを特徴とする走行車両。

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