JP2018083504A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者に操舵部材が操舵限界位置近傍であることをより明確に認識させることができる操舵装置を提供すること。
【解決手段】係合部材２１のベアリング２１ｂは、ステアリングホイールの回転角度が操舵限界位置近傍（回転角度θｔｈ）に至った場合、第２の溝部３０ｂにおける偏曲部３０ｆ，３０ｇに進入する。ベアリング２１ｂは、均曲部３０ｅに沿って移動しているときにおけるステアリングシャフト１１の軸心ｍに対して近接または離間する量よりも、さらに大きくステアリングシャフト１１の回転中心に近接または離間するようになる。そのため、係合部材２１の第１の端部から、均曲部３０ｅの内側面にかかる荷重よりも、偏曲部３０ｆ，３０ｇの内側面にかかる荷重の方が大きくなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、操舵装置に関する。

従来、特許文献１に記載されるような、操作機構および転舵機構の機械的な連結が解除されているステアバイワイヤ式の操舵装置が知られている。
上記の操舵装置は、操舵部品の回転操作量を制限する回転制限機構を有している。回転制限機構は、回転可能部材としての第１プレートと、回転不能部材としての第２プレートと、第１プレートおよび第２プレートの軸方向における間に設けられている係合部材とを有している。第１プレートおよび第２プレートは軸方向において対向している。第１プレートはステアリングシャフトと一体回転可能に設けられている。第１プレートは、その径方向に延びる直線形状の第１の溝を有している。第２プレートには、ステアリングシャフトが挿通されている。第２プレートはステアリングシャフトに対して相対的に回転する。第２プレートは、ステアリングシャフトの回りを巻きまわされるように設けられた渦巻き形状の第２の溝を有している。第１の溝と第２の溝とは、ステアリングシャフトの軸方向において対向している。係合部材の第２の端部には、第１の溝に係合して案内されるガイド部、第１の端部には第２の溝に係合して案内される２つの摺動部材が設けられている。操舵部品の回転操作に伴い、第１プレートが回転することで、係合部材は、第２の溝に沿って移動するとともに第１の溝に沿ってステアリングシャフトの径方向に移動する。

特開２０１６−７４３３４号公報

係合部材を第１の溝および第２の溝に対して摺動させることで摩擦力を発生させ、その摩擦力によって第１プレートに摩擦トルクが付与される。その摩擦トルクにより、運転者には、操舵部品から手応え感が付与される。

しかし、上記構成では、係合部材が第２プレートの外周側端部および内周側端部に接触するまでの間は、運転者は、操舵部品の回転限界近傍、すなわち操舵部品が操舵限界位置近傍にあることに気がつかないおそれがある。

本発明の目的は、運転者に操舵部材が操舵限界位置近傍であることをより明確に認識させることができる操舵装置を提供することである。

上記目的を達成し得る操舵装置は、操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結が断たれており、前記操舵部材の回転操作量に応じて前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを有する操舵装置において、前記操舵部材の回転操作に応じて回転する回転軸と、前記操舵部材の回転操作量を制限する回転制限機構と、前記回転制限機構を収容するハウジングと、を備えることを前提としている。前記回転制限機構は、前記回転軸と一体回転可能な回転可能部材と、前記回転軸の軸方向において前記回転可能部材と対向するとともに前記ハウジングに固定された回転不能部材と、前記回転軸の軸方向において前記回転可能部材と前記回転不能部材とにそれぞれ連結される係合部材と、を有し、前記回転可能部材および前記回転不能部材のいずれか一方は、前記回転軸の径方向に延び、前記係合部材の第１の端部を案内する第１の溝部を有し、前記回転可能部材および前記回転不能部材のいずれか他方には、前記回転軸の軸方向からみて、前記第１の溝部と交差するように周方向に沿って延び、且つ前記係合部材の第２の端部を案内する第２の溝部を有し、前記第２の溝部は、前記回転軸を中心とする曲率半径が一定、または前記曲率半径の変化量が一定である均曲部と、前記均曲部の両端に設けられ、前記曲率半径の変化量が前記均曲部よりも大きい偏曲部と、を有し、前記係合部材の第２の端部は、前記第２の溝部において、前記操舵部材が中立位置を基準として操舵限界位置の近傍位置まで回転操作されるとき、前記偏曲部に進入する。

上記構成によれば、操舵部材の回転操作に伴い、回転軸が回転する。回転軸の回転に伴い、回転可能部材が回転する。回転可能部材の回転に伴い、係合部材は、回転可能部材および回転不能部材の一方に設けられた第１の溝部の内部を回転軸の径方向に沿って移動しつつ、回転可能部材および回転不能部材の他方に設けられた第２の溝部の内部を移動する。操舵部材の回転操作が操舵限界位置まで余裕がある場合、係合部材の第２の端部は、第２の溝部における均曲部を移動する。係合部材の第２の端部は、操舵部材の回転操作が操舵限界位置近傍になった場合、第２の溝部における偏曲部に進入する。そのため、係合部材の第２の端部は、均曲部の内面にかかる荷重よりも、偏曲部の内面にかかる荷重の方が大きくなる。その荷重の変化が回転可能部材、回転軸を介して操舵部材に伝達される。したがって、運転者に操舵部材が操舵限界位置近傍であることをより明確に認識させることができる。

前記第２の溝部は、前記回転軸を中心とする渦巻き形状を有しており、前記均曲部の曲率半径は、前記回転軸の回転中心に近接するほど小さくなるように、前記回転軸から離れるほど大きくなるように設定されて、前記均曲部における前記回転軸に近接している端部に設けられている前記偏曲部の曲率半径は、前記回転軸に近接するにつれてより小さくなるように変化し、前記均曲部における前記回転軸から離れている端部に設けられている前記偏曲部の曲率半径は、前記回転軸から離れるにつれてより大きくなるように設けられていることが好ましい。

前記回転制限機構は、前記係合部材の第１の端部の前記第１の溝部に沿った移動に抗する反力を付与する弾性体を有していることが好ましい。
上記構成によれば、操舵部材の操舵限界位置近傍において、係合部材の第２の端部が第２の溝部の均曲部から偏曲部に進入した以降、係合部材の第１の端部は、均曲部を移動しているときよりも偏曲部を移動しているときの方が、回転軸により大きく近接または離間する。すなわち、係合部材の第１の端部が回転軸の径方向に大きく近接または離間するため、係合部材の第１の端部が弾性体から受けるその移動に抗する反力が急激に大きくなる。このため、係合部材の第２の端部が均曲部から偏曲部に進入したことによる係合部材の第２の端部に生じる荷重の変化に加えて、係合部材の第１の端部が弾性体から受ける反力が急激に大きくなるため、運転者は、操舵部材が操舵限界位置近傍に達していることをさらに明確に認識することができる。

前記係合部材の第２の端部には、低摩擦部材が装着されていることが好ましい。
係合部材の第１の端部が、低摩擦部材で構成されることで、係合部材の第２の端部は、第２の溝部の内部において摩擦力が小さい状態で移動することができる。そのため、係合部材の第２の端部と第２の溝部の内部との間に必要以上に摩擦力が生じにくくなる。摩擦力が生じにくくなることにより、操舵部材の操舵限界位置近傍よりも手前の領域において、運転者に対する必要以上の手応え感が抑制される。

本発明の操舵装置によれば、運転者に操舵部品が操舵限界位置近傍であることをより明確に認識させることができる。

操舵装置の第１の実施形態における概略図。 （ａ）は、第１の実施形態における回転制限機構の構成を示した断面図、（ｂ）は、第１の実施形態におけるベアリングの構成を示した断面図。 第１の実施形態における回転制限機構を軸方向からみた概略図。 第１の実施の形態における付勢部材の反力特性を示したグラフ。 操舵装置の第２の実施形態における概略図。 第２の実施形態における回転制限機構の構成を示した断面図。 第２の実施形態における回転制限機構を軸方向からみた概略図。

＜第１の実施形態＞
以下、操舵装置を車両に搭載した場合に具体化した第１の実施形態を説明する。
図１に示すように、操舵装置１は、操作機構１０と、転舵機構５０と、制御装置８０とを有している。操作機構１０と転舵機構５０との間は、機械的に分離されている。

操作機構１０は、回転軸としてのステアリングシャフト１１、反力アクチュエータ１２、舵角センサ１３、トルクセンサ１４、および回転制限機構２０を有している。
ステアリングシャフト１１の端部には、ステアリングホイール２が連結されている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール２と一体回転する。ステアリングシャフト１１は車体に対して回転可能に支持されている。

反力アクチュエータ１２は、ステアリングシャフト１１におけるステアリングホイール２と反対側の端部に接続されている。反力アクチュエータ１２は、操舵反力を発生させ、この操舵反力をステアリングシャフト１１を介してステアリングホイール２に付与する。反力アクチュエータ１２は、反力モータを有している。反力アクチュエータ１２は、反力モータの出力軸の回転トルクをステアリングシャフト１１に付与する。

舵角センサ１３は、ステアリングシャフト１１に設けられている。舵角センサ１３は、ステアリングシャフト１１の回転角度を、ステアリングホイール２の操舵角θｓとして検出する。

トルクセンサ１４は、ステアリングシャフト１１における舵角センサ１３と反力アクチュエータ１２との間に設けられている。トルクセンサ１４は、ステアリングホイール２の操作を通じてステアリングシャフト１１に加えられる操舵トルクＴｈを検出する。

回転制限機構２０は、ステアリングシャフト１１におけるトルクセンサ１４と反力アクチュエータ１２との間に設けられている。回転制限機構２０は、ステアリングホイール２の回転操作を、定められた角度範囲に機械的に制限する。

転舵機構５０は、ステアリングホイール２の回転操作に基づいて転舵輪３，３を転舵させる機構である。転舵機構５０は、車速センサ１５、ラックシャフト５１、ラックシャフト５１の両端に連結されるタイロッド５２、転舵アクチュエータ５３、転舵角センサ５４、を有している。

タイロッド５２のラックシャフト５１と反対側の端部は、転舵輪３，３に連結されている。
転舵アクチュエータ５３は、ラックシャフト５１に取り付けられている。転舵アクチュエータ５３は、転舵モータを有している。転舵アクチュエータ５３は、転舵モータを駆動させてボールねじ機構のガイド軸ナットを回転させることによりラックシャフト５１をその軸方向に往復直線運動させる。このラックシャフト５１の往復直線運動が、タイロッド５２を介して転舵輪３，３に伝達されることにより、転舵輪３，３の転舵角θｔが変更される。

転舵角センサ５４は、転舵アクチュエータ５３の近傍に設けられている。転舵角センサ５４は、転舵輪３，３の転舵角θｔを検出する。
車速センサ１５は、車両の車速Ｖを検出する。

制御装置８０は、各種センサ（舵角センサ１３、トルクセンサ１４、転舵角センサ５４、車速センサ１５）を通じて取得される操舵角θｓ、操舵トルクＴｈ、転舵角θｔ、および車速Ｖに基づいて反力アクチュエータ１２および転舵アクチュエータ５３を制御する。制御装置８０は、操舵トルクＴｈおよび車速Ｖに基づきステアリングホイール２の目標操舵角を演算する。制御装置８０は、演算した目標操舵角と、実際の操舵角θｓとの偏差に基づいて反力アクチュエータ１２（反力モータ）の駆動をフィードバック制御する。

また、制御装置８０は、目標操舵角に基づき演算される目標転舵角と、実際の転舵角θｔとの偏差に基づいて転舵アクチュエータ５３（転舵モータ）の駆動をフィードバック制御する。

次に、回転制限機構２０の構成を詳細に説明する。
図２（ａ）に示すように、回転制限機構２０は、ハウジング９０に収容されている。回転制限機構２０は、回転可能部材としてのプレート３０と、回転不能部材としての直方体状のボックス４０と、係合部材２１とを有している。

係合部材２１は、カムフォロアである。係合部材２１は、棒２１ａと、低摩擦部材としての円筒状のベアリング２１ｂと、を有している。棒２１ａの第２の端部は、円柱状をなしている。棒２１ａの第１の端部は、直方体状をなしている。棒２１ａの第２の端部にはベアリング２１ｂが設けられている。

図２（ｂ）に示すように、ベアリング２１ｂは、内輪２１ｃ、複数のボール２１ｄ、および外輪２１ｅを有している。内輪２１ｃと外輪２１ｅとの間には、複数のボール２１ｄが介在されている。内輪２１ｃは、棒２１ａの第２の端部に嵌合固定されている。外輪２１ｅは、内輪２１ｃに対して相対的に回転可能に設けられている。

図２（ａ）に示すように、ボックス４０は、ハウジング９０の内部の溝部９０ａに固定されている。ボックス４０は、その長手方向がプレート３０の半径方向に沿う向きに設けられている。ステアリングシャフト１１の軸方向において、プレート３０およびボックス４０は互いに対向している。本実施形態では、ボックス４０は、ステアリングシャフト１１の軸方向からみて、ハウジング９０のステアリングシャフト１１が貫通する部分を除いた領域に設けられている。

ボックス４０において、プレート３０と対向する側の壁には、第１の溝部４０ｃが設けられている。第１の溝部４０ｃは、プレート３０の回転中心を通り半径方向に延びる直線に沿って延びている。第１の溝部４０ｃには、棒２１ａの第１の端部が挿入されている（相対回転不能）。ボックス４０の内部には、弾性体としての付勢部材４０ａおよび付勢部材４０ｂが収容されている。付勢部材４０ａ，４０ｂは、圧縮コイルばねである。付勢部材４０ａと付勢部材４０ｂとの間には棒２１ａの第１の端部が介在されている。付勢部材４０ａは、その一方の端部が、ボックス４０の長手方向におけるステアリングシャフト１１側の内壁面に、他方の端部が棒２１ａの第１の端部の平面部分に接触して受けられている。付勢部材４０ｂは、その一方の端部が、ボックス４０の長手方向におけるステアリングシャフト１１と反対側の内壁面に、他方の端部は棒２１ａの第１の端部の平面部分に接触して受けられている。付勢部材４０ａ，４０ｂは、ボックス４０の内部において、自然長よりも若干圧縮された状態で収容されている。付勢部材４０ａ，４０ｂは、互いに同じばね特性を有している。尚、付勢部材４０ａ，４０ｂとしては、線形ばねまたは非線形ばねが採用されてもよい。係合部材２１の棒２１ａは、付勢部材４０ａまたは付勢部材４０ｂの弾性力に抗して、第１の溝部４０ｃの一方の端部から他方の端部までの間を移動する。

プレート３０は、ステアリングシャフト１１が一体回転可能に挿通されている貫通孔３０ａと、第２の溝部３０ｂを有している。貫通孔３０ａは、プレート３０の中央部分に設けられている。したがって、プレート３０の回転中心とステアリングシャフト１１の軸心ｍは一致している。第２の溝部３０ｂは、プレート３０の厚み方向に貫通している。第２の溝部３０ｂの溝幅は、ベアリング２１ｂの外径より若干大きく設定されている。第２の溝部３０ｂには、係合部材２１のベアリング２１ｂが挿入されている。

図３に示すように、プレート３０は、円板状をなしている。第２の溝部３０ｂは、内周側端部３０ｃと外周側端部３０ｄとを有し、内周側端部３０ｃから旋回するにつれて貫通孔３０ａから遠ざかる渦巻き形状を有している。第２の溝部３０ｂは、ステアリングシャフト１１の軸方向（図３中の軸心ｍの方向）からみて、ボックス４０の第１の溝部４０ｃに交わるように設けられている。つまり、第２の溝部３０ｂは、ステアリングシャフト１１の軸方向からみて、プレート３０上に第１の溝部４０ｃのステアリングシャフト１１から最も遠い端部と軸心ｍとの距離を半径とする仮想的な円を描いたとして、その円内に収まるように設けられている。

そして、第１の溝部４０ｃと第２の溝部３０ｂの交差部分に係合部材２１が位置する。具体的には、交差部分の第２の溝部３０ｂに係合部材２１のベアリング２１ｂが位置し、交差部分の第１の溝部４０ｃに係合部材２１の棒２１ａが位置する。ステアリングホイール２とステアリングシャフト１１とプレート３０は一体回転するように構成されているので、ステアリングホイール２とプレート３０の回転角は同一である。ステアリングホイール２の回転に伴って、プレート３０が回転し、そのとき係合部材２１は、第１の溝部４０ｃ内と第２の溝部３０ｂ内とを移動する。図３の右旋回方向にプレート３０（ステアリングホイール２）が回転すると、係合部材２１は、第１の溝部４０ｃと第２の溝部３０ｂを軸心ｍとの距離が大きくなる方向に移動する。左旋回方向の場合は、係合部材２１は、逆に軸心ｍとの距離が小さくなる方向に移動する。係合部材２１が第１の溝部４０ｃ、あるいは第２の溝部３０ｂのそれぞれの端部に当接したときにプレート３０の回転が止められ、ステアリングホイール２がそれ以上回転しないようになっている。本実施形態では、係合部材２１が第２の溝部３０ｂの内周側端部３０ｃあるいは外周側端部３０ｄの端部に当接したときにプレート３０の回転が止められるようになっており、第２の溝部３０ｂの内周側端部３０ｃから外周側端部３０ｄまでの巻数はステアリングホイール２の最大操舵角に相当する。

ここで、第２の溝部３０ｂの巻数は、第２の溝部３０ｂの溝幅の中心を結ぶ曲線の内周側端部３０ｃでの端部と、軸心ｍとを結ぶ仮想的な直線を基準線として、第２の溝部３０ｂの溝幅の中心を結ぶ曲線上を仮想点が内周側端部３０ｃから外周側端部３０ｄの端部まで移動したときの点と軸心ｍとを結ぶ仮想的な直線と、基準線とのなす角度αの０からの積算値を３６０で除算した数と定義する。第２の溝部３０ｂの巻数は４．５回転に設定されている。これは、ステアリングホイール２におけるロックツーロック（右操舵端から左操舵端）で１６２０度（４．５回転）、ステアリングホイール２の操舵中立位置から右ロック位置、左ロック位置まで各８１０度（２．２５回転）に対応する。

第２の溝部３０ｂは、渦巻き形状をなす均曲部３０ｅならびに内周側端部３０ｃおよび外周側端部３０ｄの近傍の２つの偏曲部３０ｆ，３０ｇを有している。偏曲部３０ｆは、第２の溝部３０ｂにおける内周側端部３０ｃの近傍に、偏曲部３０ｇは、第２の溝部３０ｂにおける外周側端部３０ｄの近傍に設けられている。すなわち、均曲部３０ｅおよび偏曲部３０ｆ，３０ｇの境界部分は、ステアリングホイール２が操舵限界位置の近傍の回転角度θｔｈまで回転操作されたときの係合部材２１の棒２１ａの中心の位置に対応する。ここで、具体的に、均曲部３０ｅおよび偏曲部３０ｆとの境界部分の位置は、ステアリングホイール２の操舵中立位置（図３中のベアリング２１ｂの位置）からステアリングホイール２を左方向に回転角度θｔｈだけ回転させたときの係合部材２１の棒２１ａの中心の位置Ｐ１である。また、均曲部３０ｅおよび偏曲部３０ｇとの境界部分の位置は、ステアリングホイール２の操舵中立位置からステアリングホイール２を右方向に回転角度θｔｈだけ回転させたときの係合部材２１の棒２１ａの中心の位置Ｐ２である。

均曲部３０ｅは、第２の溝部３０ｂのプレート３０の軸心ｍを曲率中心とする曲率半径の変化量が一定である。偏曲部３０ｆ，３０ｇのプレート３０の軸心ｍを中心とする曲率半径の変化量は、均曲部３０ｅの曲率半径の変化量よりも大きい。ここで、曲率半径とは、ステアリングシャフト１１の軸方向からみて、内周側端部３０ｃから外周側端部３０ｄまでの範囲における第２の溝部３０ｂの溝幅の中心を結ぶ前記仮想点の近傍を局所的に円弧とみなしたときの円の半径である。均曲部３０ｅは、第２の溝部３０ｂにおいて、内周側端部３０ｃ側から外周側端部３０ｄ側に向かうにつれて、前記角度αの増加に対して曲率半径が一定の割合で大きくなっている。また、均曲部３０ｅは、外周側端部３０ｄ側から内周側端部３０ｃ側に向かうにつれて、前記角度αの減少に対して曲率半径が一定の割合で小さくなっている。すなわち、均曲部３０ｅの曲率半径は、ステアリングホイール２の回転操作（プレート３０の回転）による前記角度αの変化に応じて、第２の溝部３０ｂに挿入されているベアリング２１ｂがプレート３０の径方向において、プレート３０の軸心ｍから一定の割合で離間、またはプレート３０の軸心ｍに一定の割合で近接するように設定されており、曲率半径の変化量が一定という。

偏曲部３０ｇの曲率半径は、外周側端部３０ｄに向かうにつれてより大きくなる。また、偏曲部３０ｆの曲率半径は、内周側端部３０ｃ側に向かうにつれてより小さくなる。すなわち、偏曲部３０ｇの曲率半径は、プレート３０の径方向において、ベアリング２１ｂが均曲部３０ｅの内部をプレート３０の軸心ｍから一定の割合で離間していくよりもさらに大きくプレート３０の軸心ｍから離間していくように設定されている。偏曲部３０ｆの曲率半径は、プレート３０の径方向において、ベアリング２１ｂが均曲部３０ｅの内部をプレート３０の軸心ｍから一定の割合で近接するよりもさらに大きくプレート３０の軸心ｍに近接するように設定されている。

次に、ステアリングホイール２を右旋回させた場合と、左旋回させた場合における回転制限機構２０の動作を説明する。
図３に示すように、ステアリングホイール２の操舵中立位置を基準として、ステアリングホイール２を右旋回した場合、係合部材２１のベアリング２１ｂの外輪２１ｅは、プレート３０の第２の溝部３０ｂの内側面に押し付けられながら、その内側面に沿って、外周側端部３０ｄに向けて転がる。係合部材２１の棒２１ａは、第１の溝部４０ｃに沿って、ステアリングシャフト１１の径方向外側に移動する。尚、ベアリング２１ｂが第２の溝部３０ｂにおける均曲部３０ｅの内側面に押し付けられながら移動しているとき、ベアリング２１ｂが内側面から受ける荷重は一定である。それは、均曲部３０ｅの曲率半径の変化量が一定であり、ベアリング２１ｂがプレート３０の径方向において、プレート３０の軸心ｍから一定の割合で離間するためである。

図２（ａ）に示すように、棒２１ａがプレート３０の径方向外側に移動するにつれて、ボックス４０の内部の付勢部材４０ｂは、棒２１ａによってステアリングシャフト１１の径方向外側に向けて押圧されることにより徐々に圧縮される。この圧縮される付勢部材４０ｂの弾性力が棒２１ａに対して、その移動に抗する向き（図２中のステアリングシャフト１１の径方向内側）の反力Ｆとして作用する。運転者は、ステアリングホイール２を介して反力Ｆをその回転操作に抗する向きの力として手応え感を感じることができる。

図４に示すように、ステアリングホイール２が右旋回されるほど、棒２１ａはプレート３０の径方向外側へ移動して付勢部材４０ｂがより圧縮されるため、付勢部材４０ｂから棒２１ａに付与される反力Ｆは徐々に大きくなる。運転者がステアリングホイール２から感じる手応えも徐々に大きくなる。

図３に示すように、反力Ｆが徐々に大きくなる理由は、均曲部３０ｅにおける曲率半径の変化量が一定であるためである。すなわち、ベアリング２１ｂがプレート３０の径方向外側に向けて、プレート３０の回転中心から一定の割合で離れていくためである。ベアリング２１ｂが、均曲部３０ｅの内部を外周側端部３０ｄに向けて渦巻き状に移動することにより、ベアリング２１ｂは、プレート３０の径方向外側に徐々に移動し、ひいては、棒２１ａもボックス４０の第１の溝部４０ｃの内部をステアリングシャフト１１の径方向外側に向けて徐々に移動するためである。

やがてステアリングホイール２の回転角度θｔｈに達するとき、ベアリング２１ｂは位置Ｐ２に位置する。ステアリングホイール２の操作を通じてプレート３０をさらに右回転させた場合、ベアリング２１ｂは、第２の溝部３０ｂにおける均曲部３０ｅから偏曲部３０ｇに進入する。その後、プレート３０の右回りするのに伴い、棒２１ａが外周側端部３０ｄに向けて移動する場合、ベアリング２１ｂは、均曲部３０ｅの内部を移動していたときよりもプレート３０の径方向外側により大きく移動する。ひいては、係合部材２１の棒２１ａも、第１の溝部４０ｃに沿って、ステアリングシャフト１１の径方向外側により大きく移動する。これは、偏曲部３０ｇの曲率半径の変化量が、均曲部３０ｅの曲率半径の変化量よりも大きくなるためである。すなわち、偏曲部３０ｇの曲率半径は、プレート３０の径方向において、ベアリング２１ｂが均曲部３０ｅの内部をプレート３０の軸心ｍから一定の割合で離間していくよりもさらに大きくプレート３０の軸心ｍから離間していくように設定されているためである。

このため、ステアリングホイール２の回転操作が回転角度θｔｈに達した以降、ステアリングホイール２の操作を通じてベアリング２１ｂが偏曲部３０ｇの内部を外周側端部３０ｄに向けて移動するにつれて、ベアリング２１ｂは第２の溝部３０ｂの内側面により強く押し付けられる。そのため、ベアリング２１ｂが第２の溝部３０ｂの内側面から受ける荷重がさらに大きくなる。また、棒２１ａが第１の溝部４０ｃに沿ってより大きく移動することに伴い、付勢部材４０ｂは、ステアリングシャフト１１の径方向外側に向けて急激に押圧される。

図４に示すように、ステアリングホイール２の回転操作が回転角度θｔｈに達した以降、付勢部材４０ｂから棒２１ａに付与される反力Ｆは急激に大きくなる。すなわち、運転者がステアリングホイール２から感じる手応え感が急激に大きくなる。

図３に示すように、ベアリング２１ｂが外周側端部３０ｄに当接したとき、プレート３０の右回転、すなわちステアリングホイール２の右旋回が規制される。運転者は、ステアリングホイール２を介して突き当たり感を感じ、操舵限界位置であることを認識する。

図２（ａ）に示すように、ベアリング２１ｂが外周側端部３０ｄに当接した状態において、係合部材２１の棒２１ａの付勢部材４０ｂに対する押圧が止まる。
次に、ステアリングホイール２を左旋回させた場合の回転制限機構２０の動作を説明する。

図３に示すように、ステアリングホイール２の操舵中立位置を基準として、ステアリングホイール２を左旋回した場合、係合部材２１のベアリング２１ｂの外輪２１ｅは、プレート３０の第２の溝部３０ｂの内側面に押し付けられながら、その内側面に沿って、内周側端部３０ｃに向けて転がる。係合部材２１の棒２１ａは、第１の溝部４０ｃに沿って、ステアリングシャフト１１の径方向内側に移動する。尚、ベアリング２１ｂが第２の溝部３０ｂにおける均曲部３０ｅの内側面に押し付けられながら移動しているとき、ベアリング２１ｂが内側面から受ける荷重は一定である。それは、均曲部３０ｅの曲率半径の変化量が一定であり、ベアリング２１ｂがプレート３０の軸心ｍに一定の割合で近接するためである。

図２に示すように、棒２１ａがプレート３０の径方向内側に移動するにつれて、ボックス４０の内部の付勢部材４０ａは、棒２１ａによってステアリングシャフト１１の径方向内側に向けて押圧されることにより徐々に圧縮される。この圧縮される付勢部材４０ａの弾性力が棒２１ａに対して、その移動に抗する向き（図２中のステアリングシャフト１１の径方向外側）の反力Ｆとして作用する。運転者は、ステアリングホイール２を介して反力Ｆをその回転操作に抗する向きの力として手応え感を感じることができる。

図４に示すように、ステアリングホイール２が左旋回されるほど、棒２１ａはプレート３０の径方向外側へ移動して付勢部材４０ａがより圧縮されるため、付勢部材４０ａから棒２１ａに付与される反力Ｆは徐々に大きくなる。運転者がステアリングホイール２から感じる手応えも徐々に大きくなる。

図３に示すように、反力Ｆが徐々に大きくなる理由は、均曲部３０ｅにおける曲率半径の変化量が一定であるためである。すなわち、ベアリング２１ｂがプレート３０の径方向内側に向けて、プレート３０の回転中心から一定の割合で近接していくためである。ベアリング２１ｂが、均曲部３０ｅの内部を内周側端部３０ｃに向けて渦巻き状に移動することにより、ベアリング２１ｂは、プレート３０の径方向内側に徐々に移動し、ひいては、棒２１ａもボックス４０の第１の溝部４０ｃの内部をステアリングシャフト１１の径方向内側に向けて徐々に移動するためである。

やがてステアリングホイール２の回転角度θｔｈに達する時、ベアリング２１ｂは位置Ｐ１に位置する。ステアリングホイール２の操作を通じてプレート３０をさらに左回転させた場合、ベアリング２１ｂは、第２の溝部３０ｂにおける均曲部３０ｅから偏曲部３０ｆに進入する。その後、プレート３０の左回りするのに伴い、棒２１ａが内周側端部３０ｃに向けて移動する場合、ベアリング２１ｂは、均曲部３０ｅの内部を移動していたときよりもプレート３０の径方向内側により大きく移動する。ひいては、係合部材２１の棒２１ａも、第１の溝部４０ｃに沿って、ステアリングシャフト１１の径方向内側により大きく移動する。これは、偏曲部３０ｆの曲率半径の変化量が、均曲部３０ｅの曲率半径の変化量よりも大きくなるためである。すなわち、偏曲部３０ｆの曲率半径は、プレート３０の径方向において、ベアリング２１ｂが均曲部３０ｅの内部をプレート３０の軸心ｍから一定の割合で近接するよりもさらに大きくプレート３０の軸心ｍに近接するように設定されているためである。

このため、ステアリングホイール２の回転操作が回転角度θｔｈに達した以降、ステアリングホイール２の操作を通じてベアリング２１ｂが偏曲部３０ｆの内部を内周側端部３０ｃに向けて移動するにつれて、ベアリング２１ｂは第２の溝部３０ｂの内側面により強く押し付けられる。そのため、ベアリング２１ｂが第２の溝部３０ｂの内側面から受ける荷重がさらに大きくなる。また、棒２１ａが第１の溝部４０ｃに沿ってより大きく移動することに伴い、付勢部材４０ａは、ステアリングシャフト１１の径方向内側に向けて急激に押圧される。

図４に示すように、ステアリングホイール２の回転操作が回転角度θｔｈに達した以降、付勢部材４０ａから棒２１ａに付与される反力Ｆは急激に大きくなる。すなわち、運転者がステアリングホイール２から感じる手応え感が急激に大きくなる。

図３に示すように、ベアリング２１ｂが内周側端部３０ｃに当接したとき、プレート３０の左回転、すなわちステアリングホイール２の左旋回が規制される。運転者は、ステアリングホイール２を介して突き当たりを感じ、操舵限界位置であることを認識する。

図２（ａ）に示すように、ベアリング２１ｂが内周側端部３０ｃに当接した状態において、係合部材２１の棒２１ａの付勢部材４０ａに対する押圧が止まる。
以上詳述したように、本実施の形態にかかる操舵装置１によれば、次の作用および効果が得られる。

（１）ステアリングホイール２の回転角度が操舵限界位置近傍の角度（回転角度θｔｈ）に達した場合、係合部材２１のベアリング２１ｂは、第２の溝部３０ｂにおける偏曲部３０ｆ，３０ｇに進入する。ベアリング２１ｂが偏曲部３０ｆ，３０ｇに進入した以降、ベアリング２１ｂは、均曲部３０ｅに沿って移動しているときよりも、さらに大きくステアリングシャフト１１の軸心ｍに近接または離間するようになる。そのため、係合部材２１の第１の端部から、均曲部３０ｅの内面にかかる荷重よりも、偏曲部３０ｆ，３０ｇの内面にかかる荷重の方が大きくなる。その荷重の変化がプレート３０、ステアリングシャフト１１を介してステアリングホイール２に伝達される。

したがって、運転者が運転者にステアリングホイール２が操舵限界位置近傍であることをより明確に認識させることができる。
（２）ステアリングホイール２の操舵限界位置近傍において、ベアリング２１ｂが均曲部３０ｅから偏曲部３０ｆ，３０ｇに進入したとき、係合部材２１の棒２１ａが付勢部材４０ａまたは付勢部材４０ｂから受けるその移動に抗する反力Ｆが急激に大きくなる。このため、ベアリング２１ｂが均曲部３０ｅから偏曲部３０ｆ，３０ｇに進入したことによって、棒２１ａが付勢部材４０ａ，４０ｂから受ける反力が急激に大きくなるため、運転者は、ステアリングホイール２が操舵限界位置近傍に達していることをさらに明確に認識することができる。

（３）係合部材２１の棒２１ａの第２の端部には、ベアリング２１ｂが設けられている。このため、係合部材２１の第２の端部は、第２の溝部３０ｂに対して摺動することなく、ベアリング２１ｂを介して第２の溝部３０ｂに接触する。外輪２１ｅは、第２の溝部３０ｂの内面との接触に伴い、内輪２１ｃに対して回転しながら第２の溝部３０ｂに沿って移動する。そのため、係合部材２１の第２の端部と第２の溝部３０ｂの内部との間に必要以上に摩擦力が生じにくくなる。したがって、ステアリングホイール２の操舵限界位置近傍よりも手前の領域（第２の溝部３０ｂの均曲部３０ｅ）において、運転者に対して必要以上の手応えを感じさせることが抑制される。

＜第２の実施形態＞
以下、操舵装置の第２の実施形態を説明する。本実施の形態の操舵装置は、基本的には、先の図１〜４に示される第１の実施形態と同様の構成を備えている。ただし、第１の実施形態における回転制限機構２０を配置する位置が異なっている。このため、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は割愛する。

図５に示すように、操作機構１０は、ステアリングシャフト１１、反力アクチュエータ１２、舵角センサ１３、トルクセンサ１４、回転軸としての減速シャフト６０、減速機構９５、および回転制限機構２０を有している。反力アクチュエータ１２の反力モータの出力軸１２ａは、ステアリングシャフト１１と平行に設けられている。減速機構９５は、たとえば、互いに噛み合う２つの歯車９５ａ，９５ｂを有している。歯車９５ａは、ステアリングシャフト１１におけるステアリングホイール２と反対側の端部に固定されている。歯車９５ｂは、反力アクチュエータ１２（反力モータ）の出力軸１２ａに固定されている。反力アクチュエータ１２の出力軸１２ａの回転トルクは減速機構９５を介してステアリングシャフト１１に付与される。

回転制限機構２０および減速シャフト６０の一部分は車体に固定されるハウジング９０に収容されている。減速シャフト６０は、回転制限機構２０に挿入されている。減速シャフト６０は、ハウジング９０に対して回転可能に支持されている。減速シャフト６０におけるハウジング９０から外部に突出する端部には、歯車６０ａが固定されている。歯車６０ａは、減速機構９５の歯車９５ａと噛み合っている。すなわち、ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト１１、減速機構９５、および減速シャフト６０を介して回転制限機構２０に伝達される。減速機構９５の歯車９５ａの歯数と減速シャフト６０に設けられた歯車６０ａの歯数との比は、ステアリングホイール２が４．５回転したときに、減速シャフト６０が１回転するように設定されている。

図６に示すように、プレート３０は、減速シャフト６０に一体回転可能に嵌合固定されている。
図７に示すように、プレート３０の第２の溝部３０ｂは、内周側端部３０ｃから旋回するにつれて貫通孔３０ａから遠ざかる渦巻き形状を有している。プレート３０の第２の溝部３０ｂの巻数は、第２の溝部３０ｂの溝幅の中心を結ぶ曲線の内周側端部３０ｃでの端部と、軸心ｍとを結ぶ仮想的な直線を基準線として、第２の溝部３０ｂの溝幅の中心を結ぶ曲線上を仮想点が内周側端部３０ｃから外周側端部３０ｄの端部まで移動したときの点と軸心ｍとを結ぶ仮想的な直線と、基準線とのなす角度αの０からの積算値を３６０で除算した数と定義する。第２の溝部３０ｂの巻数は１回転に設定されている。これは、ステアリングホイール２におけるロックツーロック（右操舵端から左操舵端）で１６２０度（４．５回転）、ステアリングホイール２の操舵中立位置から右ロック位置、左ロック位置まで各８１０度（２．２５回転）に対応しているが、減速機構９５の歯車９５ａの歯数と、減速シャフト６０に設けられた歯車６０ａの歯数の比により、ステアリングホイール２における１６２０度（４．５回転）の回転操作量が、プレート３０の３６０度（１回転）の回転操作に変換されているためである。

尚、ステアリングホイール２を右旋回させた場合、係合部材２１のベアリング２１ｂは、内周側端部３０ｃに向けて移動する。ステアリングホイール２を左旋回させた場合、係合部材２１のベアリング２１ｂは、外周側端部３０ｄに向けて移動するものとする。

本実施の形態によれば、ステアリングホイール２の回転が減速機構９５および減速シャフト６０を介して回転制限機構２０に伝達されることにより第１の実施形態の（１）〜（３）の効果を得られる。

尚、本実施の形態は、技術的に矛盾が生じない範囲で以下のように変更してもよい。
・第１および第２の実施形態において、係合部材２１の第２の端部には、ベアリング２１ｂを設けていたが、円筒状の樹脂部材を設けてもよい。このようにしても、係合部材２１が第２の溝部３０ｂの偏曲部３０ｆ，３０ｇに進入したとき、係合部材２１が第２の溝部３０ｂの内面から受ける荷重をステアリングホイール２に伝達することができる。また、係合部材２１を、上記の樹脂部材で構成してもよい。尚、係合部材２１の第２の端部または係合部材２１を樹脂部材で構成した場合、その外径は第２の溝部３０ｂの溝幅と略同一とすることが好ましい。

・第１および第２の実施形態において、付勢部材４０ａ，４０ｂには、圧縮コイルばねが採用されていたが、これに限らない。例えば、板ばね、またはエラストマー等の弾性力を有するものとしてもよい。

・第１および第２の実施形態において、付勢部材４０ａ，４０ｂは、ステアリングホイール２が操舵中立位置に保たれている場合、係合部材２１が第１の溝部４０ｃにおける中間位置に位置しているときに、係合部材２１の棒２１ａにその一端が固定されていたがこれに限らない。例えば、係合部材２１が第１の溝部４０ｃにおける中間位置に位置しているときに、付勢部材４０ａ，４０ｂは棒２１ａに固定せず、ステアリングホイール２が操舵限界位置近傍（回転角度θｔｈ）に至ったときに初めて棒２１ａが付勢部材４０ａ，４０ｂに接触するようにしてもよい。そのようにすることで、係合部材２１のベアリング２１ｂがプレート３０の第２の溝部３０ｂにおける均曲部３０ｅを移動しているとき、すなわち、ステアリングホイール２が操舵限界位置近傍に対して余裕があるときに、運転者に必要以上に手応え感を付与せず、係合部材２１が第２の溝部３０ｂにおける偏曲部３０ｆ，３０ｇに進入してから手応え感を急激に大きくすることができる。このため、ステアリングホイール２の操舵限界位置近傍においてのみ、運転者により明確な手応え感を付与することができる。

・第１および第２の実施形態において、ステアリングホイール２の機械的な操舵限界位置を、プレート３０の内周側端部３０ｃおよび外周側端部３０ｄにより規定していたが、これに限らない。例えば、係合部材２１の棒２１ａに対して付与する反力Ｆを急激に大きくするように付勢部材４０ａ，４０ｂのばね特性を変えることで、ステアリングホイール２の機械的な操舵限界位置を規定してもよい。

・第１および第２の実施形態において、ボックス４０はプレート３０の径方向（ステアリングシャフト１１の径方向、または減速シャフト６０の径方向）に沿って設けられていたがこれに限らない。例えば、ボックス４０は、プレート３０の径方向に対して傾きをもって設けてもよい。ただし、プレート３０の径方向と直交させないように配置することが好ましい。

・第１および第２の実施形態において、ボックス４０および付勢部材４０ａ，４０ｂを割愛してもよい。そのようにしても、係合部材２１の第２の端部が、プレート３０の第２の溝部３０ｂにおける偏曲部３０ｆ，３０ｇに進入することで、運転者にステアリングホイール２の操舵限界位置近傍であることを認識させることができる。

・また、第１および第２の実施形態において、第１の溝部４０ｃおよび第２の溝部３０ｂは、例えば、有底状の穴部としてもよい。この場合、第２の溝部３０ｂは、少なくとも係合部材２１のベアリング２１ｂを収容できるように溝幅等を設定し、第１の溝部４０ｃは、係合部材２１の棒２１ａの第２の端部を収容できるように溝幅等を設定する。ただし、第１の溝部４０ｃを有底状の穴部とする場合、付勢部材４０ａ，４０ｂが割愛される。また、この場合、係合部材２１の棒２１ａの端部と第１の溝部４０ｃとの間で摺動させる、すなわち、摩擦力が生じるようにすることが好ましい。係合部材２１のベアリング２１ｂが第２の溝部３０ｂにおける均曲部３０ｅから偏曲部３０ｆ，３０ｇに進入するとき、棒２１ａと第１の溝部４０ｃの内面との間に生じるこの摩擦力は、急激に大きくなる。急激に大きくなった摩擦力は、係合部材２１からプレート３０、ステアリングシャフト１１（または減速シャフト６０）を介してステアリングホイール２に伝達されるため、運転者にステアリングホイール２が操舵限界位置近傍にあることを明確に認識させることができる。

・第２の実施形態において、プレート３０の第２の溝部３０ｂは、プレート３０の回転中心（減速シャフト６０の回転中心）を中心とする渦巻き形状を有していたがこれに限らない。例えば、第２の溝部３０ｂの均曲部３０ｅにおける減速シャフト６０の回転中心（図６中の軸心ｍ）に近い側の内側面を可能な限り、プレート３０の貫通孔３０ａに近づけるように肉抜きをしてもよい。この場合、均曲部３０ｅにおける減速シャフト６０の回転中心から離間している方の内側面に沿って、係合部材２１のベアリング２１ｂが移動し、ひいては偏曲部３０ｆ，３０ｇに進入する。

・第２の実施形態において、例えば、偏曲部３０ｆを偏曲部３０ｇと同じように設定してもよい。このとき、減速シャフト６０の軸方向からみて、第２の溝部３０ｂは、馬蹄型をなす。このようにしても係合部材２１のベアリング２１ｂが第２の溝部３０ｂの均曲部３０ｅから偏曲部３０ｆ，３０ｇに進入したときに、運転者にステアリングホイール２が操舵限界位置近傍であることを明確に認識させることができる。尚、この場合、ボックス４０の内部に収容している付勢部材４０ａは割愛してもよい。

・第２の実施形態において、第２の溝部３０ｂの均曲部３０ｅは、減速シャフト６０の回転中心からの曲率半径の変化量が一定であったが、曲率半径の変化量が「０」、すなわち、曲率半径を一定としてもよい。

・第１および第２の実施形態において、プレート３０がステアリングシャフト１１または減速シャフト６０と一体回転し、ボックス４０はハウジング９０に固定された状態であったが、これに限らない。例えば、ボックス４０をステアリングシャフト１１または減速シャフト６０と一体回転させ、プレート３０をハウジング９０の内部に固定させてもよい。この場合、プレート３０の貫通孔３０ａをステアリングシャフト１１の外径または減速シャフト６０の外径よりも大きく設定し、プレート３０と、ステアリングシャフト１１および減速シャフト６０とが一体回転しないようにし、且つプレート３０をハウジング９０の内部の上面に固定させる。ボックス４０は、その長手方向の一端部をステアリングシャフト１１または減速シャフト６０に固定し、ステアリングシャフト１１または減速シャフト６０と一体回転可能に設ける。このようにしても第１および第２の実施形態と同様の効果が得られる。

・第１の実施形態において、回転制限機構２０は、反力アクチュエータ１２のステアリングホイール２側に設けられていたが、回転制限機構２０を反力アクチュエータ１２のステアリングホイール２と反対側に設けてもよい。また、ステアリングシャフト１１におけるステアリングホイール２と反対側の端部に回転制限機構２０を設け、回転制限機構２０とトルクセンサ１４との間に第２の実施形態における減速機構９５を設け、反力アクチュエータ１２を減速機構９５に連結させてもよい。

・第２の実施形態において、ステアリングシャフト１１には、ウォームホイールが設けられていてもよい。このとき、減速シャフト６０の端部には、ウォームが設けられる。ウォームホイールと減速シャフト６０に設けられたウォームとが互いにかみ合う。ステアリングホイール２の回転はウォームホイールおよび減速シャフト６０を介して回転制限機構２０に伝達される。

・第１および第２の実施形態において、回転制限機構２０は、ステアリングホイール２および転舵輪３，３の機械的な転結が解除されている状態のステアバイワイヤ式の操舵装置に適用していたが、これに限らない。例えば、ステアリングシャフト１１およびラックシャフト５１の連結を断続することができるクラッチを有するステアバイワイヤ式の操舵装置に適用してもよい。

１…操舵装置、２…ステアリングホイール、３…転舵輪、１１…ステアリングシャフト、２０…回転制限機構、２１…係合部材、２１ａ…棒部、２１ｂ…ベアリング、３０…プレート、３０ｂ…第２の溝部、３０ｅ…均曲部、３０ｆ，３０ｇ…偏曲部、４０…ボックス、４０ａ，４０ｂ…付勢部材、４０ｃ…第１の溝部、５３…転舵アクチュエータ、９０…ハウジング、Ｆ…反力。

Claims (4)

1. 操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結が断たれており、前記操舵部材の回転操作量に応じて前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを有する操舵装置において、
   前記操舵部材の回転操作に応じて回転する回転軸と、
   前記操舵部材の回転操作量を制限する回転制限機構と、
   前記回転制限機構を収容するハウジングと、を備え、
   前記回転制限機構は、前記回転軸と一体回転可能な回転可能部材と、前記回転軸の軸方向において前記回転可能部材と対向するとともに前記ハウジングに固定された回転不能部材と、前記回転軸の軸方向において前記回転可能部材と前記回転不能部材とにそれぞれ連結される係合部材と、を有し、
   前記回転可能部材および前記回転不能部材のいずれか一方は、前記回転軸の径方向に延び、前記係合部材の第１の端部を案内する第１の溝部を有し、
   前記回転可能部材および前記回転不能部材のいずれか他方には、前記回転軸の軸方向からみて、前記第１の溝部と交差するように周方向に沿って延び、且つ前記係合部材の第２の端部を案内する第２の溝部を有し、
   前記第２の溝部は、前記回転軸を中心とする曲率半径が一定、または前記曲率半径の変化量が一定である均曲部と、前記均曲部の両端に設けられ、前記曲率半径の変化量が前記均曲部よりも大きい偏曲部と、を有し、
   前記係合部材の第２の端部は、前記第２の溝部において、前記操舵部材が中立位置を基準として操舵限界位置の近傍位置まで回転操作されるとき、前記偏曲部に進入する操舵装置。
2. 前記第２の溝部は、前記回転軸を中心とする渦巻き形状を有しており、
   前記均曲部の曲率半径は、前記回転軸の回転中心に近接するほど小さくなるように、前記回転軸から離れるほど大きくなるように設定されて、
   前記均曲部における前記回転軸に近接している端部に設けられている前記偏曲部の曲率半径は、前記回転軸に近接するにつれてより小さくなるように変化し、
   前記均曲部における前記回転軸から離れている端部に設けられている前記偏曲部の曲率半径は、前記回転軸から離れるにつれてより大きくなるように設けられている請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記回転制限機構は、前記係合部材の第１の端部の前記第１の溝部に沿った移動に抗する反力を付与する弾性体を有している請求項１または請求項２に記載の操舵装置。
4. 前記係合部材の第２の端部には、低摩擦部材が装着されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の操舵装置。
   

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