JP2020131958A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールの移動ストロークを大きく設定することが可能なステアバイワイヤ式のステアリング装置を提供する。【解決手段】自身の軸線ＡＸに沿って移動可能なステアリングシャフト３３と、ステアリングシャフト３３の回転に伴って回転する操舵アクチュエータ２４と、操舵輪２６Ｌ、２６Ｒの操舵角を変更可能に構成され且つステアリングシャフト３３と機械的に連結されていない操舵角変更装置２０と、操舵輪２６Ｌ、２６Ｒが路面から受ける反力に相当する回転力を発生可能であり且つ軸線ＡＸの延長線上に位置しないように車体に固定された操舵反力アクチュエータ４０と、ステアリングシャフト３３が軸線ＡＸに沿って移動するのを許容しながら操舵反力アクチュエータ４０とステアリングシャフト３３とを接続し、且つ、操舵反力アクチュエータ４０の回転力をステアリングシャフト３３に付与する動力伝達機構５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電動式アクチュエータの動力を利用して操舵アシストを行うステアバイワイヤ式のステアリング装置に関する。

特許文献１は、ステアバイワイヤ式のステアリング装置（以下、単にステアリング装置と称することがある）を開示している。このステアリング装置は、コラムユニット及びラックピニオンギア機構を備えている。コラムユニットは、ステアリングホイールと一緒に回転するステアリングシャフトと、車輪が路面から受ける反力に相当する回転力をステアリングシャフトに付与する操舵反力アクチュエータと、を備えている。操舵反力アクチュエータはステアリングシャフトの前端の直前に位置するように車体に固定されている。即ち、操舵反力アクチュエータはステアリングシャフトの軸線上に位置する。

ラックピニオンギア機構は、操舵アクチュエータと、操舵アクチュエータに接続されたピニオン軸と、ピニオン軸と噛合し且つピニオン軸が回転したときに車両の幅方向にスライドすることにより操舵輪の操舵角を変化させるラック軸と、を備えている。

このステアリング装置では、ステアリングホイール（ステアリングシャフト）のトルクがトルク検出手段によって検出され、検出されたトルクの大きさに対応する信号が操舵アクチュエータに送信される。従って、運転者がステアリングホールを回転操作すると、操舵アクチュエータからピニオン軸を介してラック軸にラック軸をスライドさせるためのアシスト力が付与される。

特開２０１０−１６７９１４号公報 米国特許第９８４９９０４号公報

特許文献２のステアリング装置は、コラムユニットをインストルメントパネルに対してステアリングシャフトの軸線方向に移動可能に支持するスライド支持機構を備えている。即ち、このステアリング装置のコラムユニットは、運転者がステアリングホイールを操舵可能な使用位置と、使用位置よりも前方に位置し且つコラムユニットの大部分がインストルメントパネルの内側空間（前方空間）に位置する格納位置と、の間を上記軸線方向に沿って移動可能である。

従って、特許文献２の技術思想を特許文献１に適用すれば、コラムユニットが使用位置と格納位置との間で移動可能なステアバイワイヤ式のステアリング装置が得られる。

しかし特許文献１のステアリング装置では、上述のように操舵反力アクチュエータがステアリングシャフトの直前に位置するように車体に固定されている。従って、特許文献１及び特許文献２を組み合わせて構成されたステアリング装置では、コラムユニットの格納位置は、ステアリングシャフトの前端部が操舵反力アクチュエータに接触しない位置に設定される。即ち、格納位置を使用位置から前方に大きく離れた位置に設定できない。換言すると、コラムユニットの移動ストロークを大きくできない。

本発明は上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、ステアリングホイールの移動ストロークを大きく設定することが可能なステアバイワイヤ式のステアリング装置を提供することにある。

本発明のステアリング装置（１０）は、
ステアリングホイール（３４）と一緒に回転し且つ自身の軸線（ＡＸ）に沿って移動可能なステアリングシャフト（３３）と、
前記ステアリングシャフトの回転に伴って回転する操舵アクチュエータ（２４）と、
前記操舵アクチュエータが発生する力により操舵輪（２６Ｌ、２６Ｒ）の操舵角を変更可能に構成され且つ前記ステアリングシャフトと機械的に連結されていない操舵角変更装置（２０）と、
前記操舵輪が路面から受ける反力に相当する回転力を発生可能であり且つ前記軸線の延長線上に位置しないように車体に固定された操舵反力アクチュエータ（４０）と、
前記ステアリングシャフトが前記軸線に沿って移動するのを許容しながら前記操舵反力アクチュエータと前記ステアリングシャフトとを接続し、且つ、前記操舵反力アクチュエータの前記回転力を前記ステアリングシャフトに付与する動力伝達機構（５０）と、
を備える。

本発明のステアバイワイヤ式のステアリング装置は、操舵反力アクチュエータが、ステアリングシャフトの軸線の延長線上に位置しないように車体に固定される。そのため、ステアリングホイールの移動ストロークを大きく設定することが可能である。

上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係るステアリング装置を備える車両の模式的な平面図である。 本発明の第１実施形態に係る車両のインストルメンタルパネル、使用位置に位置するコラムユニット、及び動力伝達機構の縦断側面図である。 本発明の第１実施形態に係る車両のインストルメンタルパネル、格納位置に位置するコラムユニット、及び動力伝達機構の縦断側面図である。 本発明の第２実施形態に係る車両のインストルメンタルパネル、使用位置に位置するコラムユニット、及び動力伝達機構の縦断側面図である。 本発明の第２実施形態に係る車両のインストルメンタルパネル、格納位置に位置するコラムユニット、及び動力伝達機構の縦断側面図である。 本発明の第３実施形態に係る車両のインストルメンタルパネル、使用位置に位置するコラムユニット、及び動力伝達機構の縦断側面図である。 本発明の第３実施形態に係る車両のインストルメンタルパネル、格納位置に位置するコラムユニット、及び動力伝達機構の縦断側面図である。

以下、図１乃至図３を参照しながら本発明の第１実施形態に係るステアバイワイヤ式のステアリング装置１０について説明する。本実施形態の車両に適用されたステアリング装置１０は、図１に示すように、主要な構成要素として、ラックアンドピニオン機構２０、コラムユニット３０、操舵反力アクチュエータ４０、及び動力伝達機構５０を備えている。

図１に示すラックアンドピニオン機構２０は、ラック軸２１、ピニオンシャフト２２、ピニオンギア２３及び操舵アクチュエータ２４を有している。ラック軸２１は車両の幅方向に延びており、車体に対して当該幅方向にスライド可能且つ自身の軸線まわりに回転不能である。ラック軸２１の外周面の一部にはラック歯部（図示略）が形成されている。自身の軸線まわりに回転可能且つスライド不能なピニオンシャフト２２の下端部にはピニオンギア２３が固定されており、ピニオンギア２３がラック軸２１のラック歯部と噛合している。ピニオンシャフト２２の近傍には電動式の操舵アクチュエータ２４（モータ）が配設されている。操舵アクチュエータ２４の出力軸は減速機構を介してピニオンシャフト２２に連係されている。

ラック軸２１の左右両端部は、左右のタイロッド２５Ｌ、２５Ｒを介して図示を省略した左右のキャリアにそれぞれ接続されている。さらに左右のキャリアは左右の前輪２６Ｌ、２６Ｒをそれぞれ水平な回転軸まわりに回転可能に支持している。

図１乃至図３に示すようにコラムユニット３０は、主要な構成要素として、ハウジング３１、筒状部材３２、ステアリングシャフト３３、ステアリングホイール３４、及び被支持部材３５を備えている。

前後両端が開口した筒状のハウジング３１はその内部に挿入された筒状部材３２と略同軸であり、且つ、筒状部材３２の外周部に固定されている。さらに筒状部材３２の内部には筒状部材３２と同軸をなし且つ筒状部材３２より全長が長いステアリングシャフト３３が挿入されている。ステアリングシャフト３３は筒状部材３２に対して、自身の軸線まわりに相対回転可能且つ軸線方向に相対スライド不能である。図１に示すように平面視においてステアリングシャフト３３（ハウジング３１、筒状部材３２）の軸線ＡＸは前後方向に延びており、且つ、図２及び図３に示すように側面視において軸線ＡＸは水平方向に対して傾斜している。さらにステアリングシャフト３３の後端部にはステアリングホイール３４が固定されている。図２及び図３に示すように、筒状部材３２の外周面の上部には被支持部材３５が固定されている。被支持部材３５には左右両面が共に開口した長孔３６が形成されている。この長孔３６の軸線ＡＸｈ１の方向（長手方向）は軸線ＡＸと平行である。

図２及び図３に示すように、車両の車体１００に固定されたインストルメンタルパネル１０１の後端部には開口部１０２が形成されている。コラムユニット３０の前部は開口部１０２を通ってインストルメンタルパネル１０１の内部空間に位置している。

さらに図２及び図３に示すように、車両は両端部が車体１００に固定され且つインストルメンタルパネル１０１の内部空間に位置するインパネリンフォース１０３を有している。インパネリンフォース１０３の軸線は左右方向に延びている。インパネリンフォース１０３の下面には固定部材１０４が固定されている。さらに固定部材１０４の側面には前後一対の支持部材１０５が固定されている。各支持部材１０５は、その軸線が左右方向に延び且つ互いに同径の円柱である。さらに前後の支持部材１０５の並び方向は軸線ＡＸｈ１及び軸線ＡＸと平行である。

図２及び図３に示すように、前後の支持部材１０５は、被支持部材３５の長孔３６の開口部を通して長孔３６の内部に挿入されている。前後の支持部材１０５の外径は、長孔３６の幅（上下寸法）より僅かに小さい。従って、コラムユニット３０が被支持部材３５及び支持部材１０５を介して固定部材１０４に軸線ＡＸ方向（軸線ＡＸｈ１方向）にスライド可能に支持されている。従って、インストルメンタルパネル１０１に設けたスライドロック機構（図示略）がＯＦＦ状態にあるとき、コラムユニット３０はインストルメンタルパネル１０１に対して、図１及び図２並びに図３の仮想線で示す使用位置と、図３の実線で示す格納位置と、の間をスライド可能である。一方、スライドロック機構がＯＮ状態にあるとき、コラムユニット３０はインストルメンタルパネル１０１に対してスライド不能になる。

さらにコラムユニット３０は、ステアリングシャフト３３が発生するトルクを検出する操舵トルクセンサ（図示略）及びステアリングシャフト３３（ステアリングホイール３４）の回転角度である操舵角を検出するための操舵角センサ（図示略）を備えている。

車体１００にはインストルメンタルパネル１０１の内部空間に位置する電動式の操舵反力アクチュエータ４０（モータ）が固定されている。操舵反力アクチュエータ４０は、自身の軸線まわりに回転可能な出力軸４１を備えている。図１に示すように、平面視で操舵反力アクチュエータ４０は軸線ＡＸより右側に位置する。即ち、操舵反力アクチュエータ４０は軸線ＡＸ（の延長線）上に位置しない。

図１乃至図３に示すように、コラムユニット３０と操舵反力アクチュエータ４０は、インストルメンタルパネル１０１の内部空間に配設された動力伝達機構５０によって接続されている。動力伝達機構５０は、第１ユニバーサルジョイント５１、第２ユニバーサルジョイント５２、インナーシャフト５３、及びアウターケース５４を備えている。

インナーシャフト５３の後端部に第１ユニバーサルジョイント５１が接続されており、且つ、アウターケース５４の前端部に第２ユニバーサルジョイント５２が接続されている。インナーシャフト５３とアウターケース５４は互いに同軸をなしている。アウターケース５４は両端のうち後端のみが開口している。インナーシャフト５３の前部はアウターケース５４の後端開口を通してアウターケース５４の内部空間に挿入されている。インナーシャフト５３はアウターケース５４に対して両者の軸線方向に相対スライド可能且つ軸線まわりに相対回転不能である。さらに第１ユニバーサルジョイント５１はステアリングシャフト３３の前端部に接続（固定）されており、且つ、第２ユニバーサルジョイント５２は出力軸４１の先端部に接続（固定）されている。

図１及び図２に示すようにコラムユニット３０が使用位置に位置するとき、動力伝達機構５０は、その軸線ＡＸｍ方向の全長Ｌ（図１参照）が最も長くなる最長状態になる。一方、図１の仮想線及び図３の実線に示すようにコラムユニット３０が格納位置に位置するとき、動力伝達機構５０は全長Ｌが最も短くなる最短状態になる。

操舵アクチュエータ２４、操舵反力アクチュエータ４０、操舵トルクセンサ、及び操舵角センサは図１に示すＥＣＵ６０に接続されている。ＥＣＵはエレクトリックコントロールユニットの略称であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。ＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン、プログラム）を実行することにより後述する各種機能を実現する。

続いて車両及びステアリング装置１０の動作について説明する。

車両のＩＧ−ＳＷ（イグニッションスイッチ）がＯＮ状態にあるときに、ＯＮ状態にあるスライドロック機構によって使用位置に保持されたコラムユニット３０のステアリングホイール３４を運転者が回転操作すると、操舵角センサがステアリングシャフト３３の操舵角を検出し且つ検出値をＥＣＵ６０へ送信する。さらに操舵トルクセンサがステアリングシャフト３３の操舵トルクを検出し且つ検出値をＥＣＵ６０へ送信する。するとＥＣＵ６０が、これらの検出値に基づいて操舵アクチュエータ２４を回転制御する。即ち、図示を省略したバッテリの電力が操舵アクチュエータ２４に供給される。例えば、ステアリングホイール３４が運転者から見て反時計方向に回転操作された場合は、操舵アクチュエータ２４の出力軸が正転し、出力軸の回転力が減速機構、ピニオンシャフト２２及びピニオンギア２３を介してラック軸２１のラック歯部に伝わり、ラック軸２１が右側へスライドする。一方、ステアリングホイール３４が時計方向に回転操作された場合は、操舵アクチュエータ２４の出力軸が逆転しラック軸２１が左側へスライドする。

さらにバッテリから操舵アクチュエータ２４へ供給された電流の大きさに基づいてＥＣＵ６０が左右の前輪（操舵輪）が路面から受ける路面反力を推定し、且つ、ＥＣＵ６０がこの路面反力に相当する力である操舵反力トルクを算出する。そしてＥＣＵ６０が演算された操舵反力トルクに相当する回転力が得られるように操舵反力アクチュエータ４０を回転制御する。即ち、バッテリから操舵反力アクチュエータ４０へ所定の大きさの電流が供給される。すると出力軸４１が回転し、この回転力が第２ユニバーサルジョイント５２、アウターケース５４、インナーシャフト５３、及び第１ユニバーサルジョイント５１を介してステアリングシャフト３３に伝わる。するとこの回転力がステアリングホイール３４に伝わるので、ステアリングホイール３４を手で握っている運転者は路面反力を認識する。

車両を停止させ且つＩＧ−ＳＷをＯＦＦ状態にした上でスライドロック機構をＯＦＦ状態にすると、運転者は手でコラムユニット３０を格納位置側へ移動させることが可能になる。即ち、運転者が手でステアリングホイール３４を前方に押圧すると、コラムユニット３０が軸線ＡＸに沿って前方にスライドする。すると図１の仮想線及び図３の実線に示すように、インナーシャフト５３のアウターケース５４に対する挿入量が増大するので、動力伝達機構５０の全長Ｌが短くなる。さらに図１に示すように、動力伝達機構５０の軸線の平面視における軸線ＡＸに対する傾斜角が増大する。そしてコラムユニット３０が格納位置に到達すると、図１の仮想線で示すように、平面視で軸線ＡＸと動力伝達機構５０の軸線とが互いに略直交し且つ動力伝達機構５０が最短状態になる。そしてこの状態でスライドロック機構をＯＮ状態にすると、コラムユニット３０が格納位置に保持される。

上述のように操舵反力アクチュエータ４０は軸線ＡＸ（の延長線）上に位置しない。そのため、本実施形態ではコラムユニット３０の格納位置を、操舵反力アクチュエータ４０が軸線ＡＸ（の延長線）上に位置する場合と比べて、より前方に設定可能である。換言すると、本実施形態のコラムユニット３０の移動ストロークＳｔ（図３参照）は、操舵反力アクチュエータ４０が軸線ＡＸ（の延長線）上に位置する場合と比べて長い。

従って、本実施形態ではコラムユニット３０が格納位置に位置するときに、図３に示すように、コラムユニット３０の大部分がインストルメンタルパネル１０１の内部空間に位置する。そのため、図示を省略した運転席とステアリングホイール３４との間の空間が広くなる。従って、運転者は車内空間（運転席）から車外への移動及び車外から車内空間への移動を円滑に行うことが可能になる。

続いて、本発明の第２実施形態について図４及び図５を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付すに止めて、その詳細な説明は省略する。

本実施形態のステアリング装置１０の固定部材１０４には支持部材１０５は固定されておらず、且つ、筒状部材３２に被支持部材３５は固定されていない。代わりに、固定部材１０４の下面に支持部材１０６が固定されている。支持部材１０６には、その軸線が軸線ＡＸと一致し且つ前後両端が開口する支持孔１０７が形成されている。支持孔１０７には筒状部材３２が、軸線ＡＸ方向にスライド可能且つ軸線ＡＸまわりに相対回転不能に挿入されている。

図示は省略してあるが、本実施形態においても平面視で操舵反力アクチュエータ４０は軸線ＡＸより右側に位置する。

そのためスライドロック機構がＯＦＦ状態にあるとき、本実施形態の動力伝達機構５０は第１実施形態の動力伝達機構５０と同じ態様で変形可能である。従って、本実施形態のステアリング装置１０は第１実施形態のステアリング装置１０と同様の作用効果を発揮可能である。

続いて、本発明の第３実施形態について図６及び図７を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付すに止めて、その詳細な説明は省略する。

本実施形態のステアリング装置１０の固定部材１０４の側面にも前後一対の支持部材１０５が固定されている。但し、被支持部材３５の長孔３６の軸線ＡＸｈ２の方向（前後の支持部材１０５の並び方向）は側面視において軸線ＡＸと非平行である。そのため本実施形態ではスライドロック機構がＯＦＦ状態にあるとき、コラムユニット３０はインストルメンタルパネル１０１に対して使用位置（図６及び図７の仮想線参照）と、格納位置（図７の実線参照）と、の間を軸線ＡＸｈ２に沿ってスライド可能である。

図示は省略してあるが、本実施形態においても平面視で操舵反力アクチュエータ４０は軸線ＡＸより右側に位置する。

本実施形態の動力伝達機構５０も第１ユニバーサルジョイント５１、第２ユニバーサルジョイント５２、インナーシャフト５３、及びアウターケース５４を備えている。従って、図示は省略してあるがコラムユニット３０が使用位置と格納位置との間を移動するときの平面視における動力伝達機構５０の変形態様は、第１実施形態の動力伝達機構５０の変形態様と略同一になる。

従って、本実施形態のステアリング装置１０も第１実施形態のステアリング装置１０と同様の作用効果を発揮可能である。

以上、本発明を各実施形態に基づいて説明したが、本発明は各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、図示を省略した電動式のスライド用アクチュエータ（モータ）の駆動力を利用して、各実施形態のコラムユニット３０を使用位置と格納位置との間で移動させてもよい。

１０…ステアリング装置、２０…ラックアンドピニオン機構、２４…操舵アクチュエータ、３０…コラムユニット、４０…操舵反力アクチュエータ、５０…動力伝達機構、５１…第１ユニバーサルジョイント、５２…第２ユニバーサルジョイント、６０…ＥＣＵ、Ｓｔ・・・移動ストローク。

Claims (1)

1. ステアリングホイールと一緒に回転し且つ自身の軸線に沿って移動可能なステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトの回転に伴って回転する操舵アクチュエータと、
   前記操舵アクチュエータが発生する力により操舵輪の操舵角を変更可能に構成され且つ前記ステアリングシャフトと機械的に連結されていない操舵角変更装置と、
   前記操舵輪が路面から受ける反力に相当する回転力を発生可能であり且つ前記軸線の延長線上に位置しないように車体に固定された操舵反力アクチュエータと、
   前記ステアリングシャフトが前記軸線に沿って移動するのを許容しながら前記操舵反力アクチュエータと前記ステアリングシャフトとを接続し、且つ、前記操舵反力アクチュエータの前記回転力を前記ステアリングシャフトに付与する動力伝達機構と、
   を備える、
   ステアリング装置。

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