JP2021075228A - 車両用ステアリング操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 実用的な車両用ステアリング操作装置を提供する。【解決手段】 運転者によるステアリング操作を受け付ける車両用ステアリング操作装置１０に、ステアリングホイール１２を回転可能に保持するステアリングコラム１４の特定の軌道に沿った移動を許容する移動許容機構（例えば、リンク機構２６）と、ステアリングコラムを特定の軌道に沿って移動させるとともに特定の軌道上の特定の位置に維持させる維持機能を有するアクチュエータ２８とを設け、さらに、ステアリングホイールに衝撃が加わった際に、アクチュエータの維持機能を無効化する維持機能無効化機構を設ける。車両の衝突に起因する運転者のステアリングホイールへの二次衝突の際に、そのステアリングホイールを効果的に退避させることが可能となる。【選択図】 図１

Description

本発明は、運転者によるステアリング操作を受け付ける車両用ステアリング操作装置に関する。

ステアリング操作部材としてのステアリングホイールを備え、そのステアリングホイールの位置を変更可能な車両用ステアリング操作装置として、例えば、下記特許文献に記載されているようなステアリング操作装置が検討されている。そのステアリング操作装置は、ステアリングホイールを保持する基体の一定の軌道に沿った移動を許容する移動許容機構としてのリンク機構と、そのリンク機構が有するリンクを動かすアクチュエータとを備え、特定の２つの位置である収納位置と突出位置との間でステアリングホイールを移動させるように構成されている。

特開２００９−６２００２号公報

上記特許文献に記載されているような車両用ステアリング操作装置は、未だ開発途上にあり、改良の余地を多分に残すものとなっており、何等かの改良を施すことにより、そのようなステアリング操作装置の実用性を向上させることが可能となる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高い車両用ステアリング操作装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両用ステアリング操作装置は、運転者によるステアリング操作を受け付ける車両用ステアリング操作装置であって、
運転者によって操作されるステアリング操作部材と、
そのステアリング操作部材を回転可能に保持するとともに、自信が車体に支持される基体と、
前記ステアリング操作部材を移動可能とすべく、特定の軌道に沿った前記基体の移動を許容する移動許容機構と、
一端部が車体に、他端部が前記基体に、それぞれ連結され、前記基体を前記軌道に沿って移動させるとともに、前記基体を前記軌道上の特定の位置に維持させる維持機能を有するアクチュエータと、
前記ステアリング操作部材に衝撃が加わった際に前記アクチュエータの前記維持機能を無効化する維持機能無効化機構と
を備えるように構成される。

本発明の車両用ステアリング操作装置によれば、上記維持機能無効化機構を備えるため、例えば、車両の衝突に起因する運転者のステアリング操作部材への二次衝突の際に、ステアリング操作部材を効果的に退避させることが可能となる。

実施例の車両用ステアリング操作装置およびそれが車両に取り付けられる車体の部分を示す図である。 実施例の車両用ステアリング操作装置が備えるアクチュエータを示す断面図である。 実施例の車両用ステアリング操作装置において、移動許容機構によってステアリング操作部材および基体の移動が許容されていることを説明するための図である。 従来の車両用ステアリング操作装置を示す図である。 移動許容機構を構成するリンク機構に関する変形例としての車両用ステアリング操作装置を示す図である。 アクチュエータの力の作用する箇所に関する変形例としての車両用ステアリング操作装置を示す図である。 維持機能無効化機構に関する変形例としての車両用ステアリング操作装置を説明するための図である。 移動許容機構に関する変形例としての車両用ステアリング操作装置を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例である車両用ステアリング操作装置、および、それの変形例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例，変形例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。

図１（ａ）に模式的に示す実施例の車両用ステアリング操作装置（以下、単に「操作装置」という場合がある）１０は、いわゆるステアバイワイヤ式の車両用ステアリングシステム、つまり、運転者がステアリング操作部材に加える操作力に依存せずに、電動モータ等の駆動源を有する転舵アクチュエータによって、ステアリング操作部材の操作に応じた転舵量（例えば、転舵角）だけ車輪を転舵するステアリングシステムを、構成するものとされている。

操作装置１０は、運転者によって操作されるステアリング操作部材としてのステアリングホイール１２と、そのステアリングホイール１２を回転可能に保持する基体としてのステアリングコラム（以下、単に「コラム」という場合がある）１４とを含んで構成されている。コラム１４は、ハウジング１６と、そのハウジング１６に回転可能に保持されて先端部にステアリングホイール１２が取り付けられるステアリングシャフト（以下、単に「シャフト」という場合がある）１８とを含んで構成されている。詳しい説明は省略するが、ハウジング１６内には、ステアリングホイール１２に操作反力を付与するために、電動モータを駆動源としてシャフト１８に回転トルクを付与する反力アクチュエータが配設され、また、運転者がステアリングホイール１２に加えているステアリング操作力を検出するために、操作力センサが配設されている。

コラム１４は、ハウジング１６において、車体に支持されている。詳しく言えば、図１（ｂ）に示すように、車体は、インスツルメントパネル２０の補強部材としてのインパネリインフォースメント（以下、「インパネＲ／Ｆ」と略す場合がある）２２を有しており、そのインパネＲ／Ｆ２２は、左右に存在するパイプ部２２ａと、それらパイプ部２２ａの間に設けられた取付座部２２ｂとを有している。コラム１４は、車体の一部である取付座部２２ｂに、４つのリンク２４を介して支持されている。

各リンク２４は、基端部が、取付座部２２ｂに設けられたブラケット２２ｃに回動可能に支持され、先端部が、コラム１４のハウジング１６に回動可能に連結されている。前後方向に並ぶ２つのリンク２４は、１つのリンク対を構成し、コラム１４を左右に挟むように、２つのリンク対が配置されている。それらリンク２４を含んで構成されたリンク機構２６によって、コラム１４は、概して前後方向に、特定の軌道に沿った移動が許容される。つまり、リンク機構２６は、移動許容機構として機能し、リンク機構２６によって、ステアリングホイール１２の概して前後方向の移動が許容されるのである。なお、前後に並ぶ２つのリンク２４は、互いに平行であり、かつ、長さ（厳密には、基端部，先端部の各回動中心間の距離）が等しい。つまり、１対のリンク２４は、平行リンク機構を構成するものとなっている。そのため、コラム１４，ステアリングホイール１２は、姿勢を変化させることなく、概して一円弧状の軌道に沿った移動が許容される。

操作装置１０は、コラム１４を、リンク機構２６によって規定される上記特定の軌道に沿って移動させ、その特定の軌道上の特定の位置に維持させるための維持機能を有するアクチュエータ２８を有している。アクチュエータ２８は、シリンダ型のリニアアクチュエータであり、図２（ａ）をも参照しつつ説明すれば、円筒状のハウジング３０と、ハウジング３０に進退可能に保持されたロッド３２と、駆動源としての電動モータ３４と、ハウジング３０内に配設されて電動モータ３４の回転動作をロッド３２の進退動作に変換する動作変換機構３６とを有している。

ロッド３２は、後に詳しく説明するが、外筒３２ａと心棒３２ｂとによって構成される二重構造をなしており、外筒３２ａと心棒３２ｂとは結合ピン３２ｃによって結合されている。ハウジング３０内には、ナット３８が、ベアリング４０を介して軸線方向に移動不能かつ軸線まわりに回転可能に保持されている。ロッド３２の外筒３２ａの外周面にはナット３８の雌ねじと螺合する雄ねじ４２が形成されている。また、電動モータ３４の回転軸にはウォーム４４が付設され、ナット３８は、外周にそのウォーム４４と噛合する歯車４６が一体化されてウォームホイールとして機能する。つまり、雄ねじ４２が形成されたロッド３２の外筒３２ａ，ナット３８，ウォーム４４等によって動作変換機構３６が構成されているのである。

以上のような構造によって、アクチュエータ２８は、電流を供給して電動モータ３４を回転させることでハウジング３０に対してロッド３２が進退するようにされている。ちなみに、電動モータ３４に電流が供給されていない状態では、動作変換機構３６の逆効率が低いことを利用して、ロッド３２の進退は禁止される。

図１（ａ），図２における左側が車両の前方側であり、右側が車両の後方側である。ハウジング３０の前方側端部、すなわち、アクチュエータ２８の一端部が、車体の一部であるダッシュパネル４８に、回動可能に連結され、ロッド３２の後方側端部（詳しくは、心棒３２ｂの先端部である）がコラム１４のハウジング１６に回動可能に連結されている。すなわち、アクチュエータ２８の他端部が、コラム１４に、回動可能に連結されている。

したがって、電動モータ３４に電流を供給して、アクチュエータ２８を、ハウジング３０からロッド３２を延び出させるように動作させれば（その動作を、以下、「伸長動作」という場合がある）、コラム１４およびステアリングホイール１２は、上述の軌道に沿って概して車両後方に移動し、アクチュエータ２８を、ハウジング３０にロッド３２が引き込まれるように動作させれば（その動作を、以下、「収縮動作」という場合がある）、コラム１４およびステアリングホイール１２は、上述の軌道に沿って概して車両前方に移動する。

電動モータ３４に電流が供給されていない場合には、先に説明したように、動作変換機構３６の逆効率の低さによって、ロッド３２の進退が禁止されるため、コラム１４およびステアリングホイール１２はその時点の位置が維持される。つまり、そのようにして、アクチュエータ２８は、上述の維持機能を実現させているのである。なお、電動モータ３４への通電制御は、コンピュータ，電動モータ３４のドライバ等を含んで構成されるコントローラによって行われる。

上記維持機能によってコラム１４およびステアリングホイール１２の位置が維持される特定の位置として、本操作装置１０では、２つの位置が設定されている。その１つは、図１（ａ）に示す位置であり、その位置は、イグニッションスイッチがＯＮ状態とされたときの位置、すなわち、運転者が車両を運転しているときの位置としての運転時位置である。もう１つは、図３（ａ）に示す位置であり、当該車両のイグニッションスイッチがＯＦＦとされたときの位置、つまり、コラム１４がインスツルメントパネル２０内に収容されてステアリングホイール１２が比較的大きく引き込まれた位置としての収容位置である。

図３（ａ）では、運転時位置にあるステアリングホイール１２が二点鎖線で示されており、その図３（ａ）から解るように、運転時位置，収容位置のそれぞれにおけるステアリングホイール１２の位置の間の距離（詳しくは、コラム１４の軸線方向における距離）、すなわち、収容ストロークＳＳは、比較的大きい。

図４（ａ）に運転時位置を、図４（ｂ）に収容位置を、それぞれ示す従来の操作装置１０’は、コラム１４’自体が収縮する形式の操作装置であり、図３（ａ）との比較で明らかなように、収縮代の関係で、コラム１４’は軸線方向に比較的長く、また、収容ストロークＳＳを大きくとることが困難である。それに対して、実施例の操作装置１０は、移動許容機構としてのリンク機構２６の採用により、コラム１４自体がコンパクトであり、また、収容ストロークＳＳは比較的大きい。収容ストロークＳＳが大きくとれることで、実施例の操作装置１０を搭載した車両は、運転者の当該車両への乗り降りが十分に楽なものとなる。

なお、上述の運転時位置は、自信の体格等を考慮して、運転者自らが、任意に設定することが可能とされている。また、上述の収容位置は、イグニッションスイッチがＯＦＦとされたときだけでなく、当該車両が自動運転を行っているとき等においてもとるようにしてもよい。

ここで、車両が障害物等に衝突した場合について考える。車両の衝突により、運転者が、ステアリングホイール１２に二次衝突することも予測される。運転者の二次衝突による衝撃の緩和等を考慮して、本実施例の操作装置１０では、ステアリングホイール１２に車両前方側への衝撃が加わった際に、上記維持機能を無効化する維持機能無効化機構が設けられている。

詳しく説明すれば、上述のように、アクチュエータ２８のロッド３２は、外筒３２ａと心棒３２ｂとの二重構造となっており、それら外筒３２ａと心棒３２ｂとが、結合ピン３２ｃによって結合されている。ステアリングホイール１２に衝撃が加わった際、図２（ｂ）に示すように結合ピン３２ｃが破断し、外筒３２ａに対する心棒３２ｂの前方への移動が許容される。つまり、ロッド３２が収縮することで、アクチュエータ２８自体が収縮する。このアクチュエータ２８の収縮により、コラム１４およびステアリングホイール１２の運転時位置における維持が解除されて、すなわち、運転時位置における維持が無効化されて、コラム１４およびステアリングホイール１２が、その運転時位置から、図３（ｂ）に示す退避位置に退避させられる。つまり、ロッド３２が二重構造とされていること、結合ピン３２ｃの破断によってロッド３２が収縮させられる構造等によって、上記維持機能無効化機構が構成されているのである。

なお、図３（ｂ）でも、運転時位置にあるステアリングホイール１２が二点鎖線で示されており、その図３（ｂ）から解るように、運転時位置，退避位置のそれぞれにおけるステアリングホイール１２の位置の間の距離（詳しくは、コラム１４の軸線方向における距離）が、退避ストロークＳＥとなる。この退避ストロークＳＥは、外筒３２ａと心棒３２ｂとの相対移動が許容されている距離に基づいて定まる。また、結合ピン３２ｃを破断させるのに必要な荷重が、二次衝突の衝撃を吸収するための荷重となる。

変形例

図５に示す操作装置５０は、実施例の操作装置１０におけるリンク機構２６を変形したものである。つまり、移動許容機構に関する変形例である。先に説明したリンク機構２６は、平行リンク機構であるのに対して、本変形例の操作装置５０のリンク機構５２は、各リンク２４自体の形状は変更されていないが、車両前方側のブラケット２２ｄの形状をブラケット２２ｃと異ならせることで、平行リンク機構とはされていない。図５（ａ）に示す運転時位置から、図５（ｂ）に示す収容位置に、コラム１４およびステアリングホイール１２を移動させた場合、その移動は、それらコラム１４およびステアリングホイール１２の姿勢変化を伴った特定の曲線軌道に沿ったものとなる。ちなみに、図５（ｂ）から解るように、収容位置において、ステアリングホイール１２は、実施例の操作装置１０よりも、運転者から車両前方側に位置することになる。なお、ステアリングホイール１２の後端の中心の移動距離、詳しく言えば、運転時位置におけるコラム１４の軸線方向における距離を、収容ストロークＳＳとすれば、本変形例の操作装置５０の収容ストロークＳＳは、実施例の操作装置１０と同程度の大きさとなる。

図６に示す操作装置６０は、実施例の操作装置１０に対して、アクチュエータ２８の他端部の連結箇所が変更されている。つまり、アクチュエータ２８のコラム１４への連結箇所に関する変形例である。実施例の操作装置１０においては、アクチュエータ２８の他端部は、直接、コラム１４に連結されているが、変形例の操作装置６０では、前方側のリンク２４が、長手方向における中間部に連結部を有するリンク６２に変更されており、その連結部に、アクチュエータ２８の他端部が連結されている。換言すれば、操作装置６０では、アクチュエータ２８の他端部は、リンク６２を介して、間接的にコラム１４に連結されているのである。図６（ａ）に示す運転時位置，図６（ｂ）に示す収容位置は、いずれも殆ど変更されておらず、また、収容ストロークＳＳも殆ど同じとされている。それにも拘わらず、収容ストロークＳＳに対応するアクチュエータ２８のストローク、すなわち、収縮代は、実施例の操作装置１０よりも小さくなっている。具体的には、約半分となっている。このことから解るように、アクチュエータ２８の連結箇所を変更することで、アクチュエータ２８を小型化することが可能である。

運転時位置における維持が解除された状態を図７（ａ）に示す操作装置７０は、実施例の操作装置１０に対して、維持機能無効化機構に関する変更が施されている。詳しく言えば、実施例の操作装置１０が、アクチュエータ２８の収縮が許容されることで維持機能を無効化するのに対して、操作装置７０では、アクチュエータ２８の他端部がコラム１４から外れることで、維持機能を無効化している。図７（ｂ）を参照しつつ説明すれば、具体的には、コラム１４の前端部に、左右方向に貫通する貫通穴７２が穿設された連結部７４が設けられ、その一方で、アクチュエータ２８のロッド３２は、二重構造とはされず、後方側端部に、クレビス７６が設けられている。クレビス７６は連結部７４を挟むように配置され、連結ピン７８によって、アクチュエータ２８とコラム１４とが連結されている。運転者の二次衝突によってステアリングホイール１２に衝撃が加わった際に、図７（ｃ）に示すように、この連結ピン７８は破断することで、コラム１４とアクチュエータ２８との連結が解除され、図７（ａ）に示すように、コラム１４は、車両前方側へ退避させられる。維持機能無効化機構による作用効果については、実施例の操作装置１０と同様である。

図８に示す操作装置８０は、実施例の操作装置１０おける移動許容機構とは別の形式の移動許容機構が採用されている。つまり、操作装置８０は、移動許容機構に関する実施例の操作装置１０の変形例である。端的に言えば、実施例の操作装置１０は、リンク機構２６を採用するのに対して、操作装置８０では、移動許容機構として、スライド機構８２が採用されている。スライド機構８２は、コラム１４を左右に挟むようにしてそれぞれがインパネＲ／Ｆ２２の取付座部２２ｂに立設されて長穴であるガイド穴８４が設けられた左右１対の支持板８６と、コラム１４に突設された左右２対のフォロワ８８とを含んで構成されている。各フォロワ８８は、対応する支持板８６のガイド穴８４をスライドすることで、コラム１４がガイド穴８４に沿ってスライドするように移動する。図８（ａ）は、運転時位置を、図８（ｂ）は収容位置を、それぞれ示しており、このようなスライド機構８２によっても、比較的大きな収容ストロークＳＳを確保することが可能である。なお、操作装置８０では、直線的な軌道に沿ったコラム１４およびステアリングホイールの移動が許容されているが、例えば、ガイド穴８４の形状を変更することによって、任意に設定された特定の軌道に沿った移動を許容することが可能である。

以上説明した実施例の操作装置１０および各変形例の操作装置５０，６０，７０，８０（以下、「操作装置１０等」と略す場合がある）は、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムを構成するものであるが、ステアバイワイヤ型ではないステアリングシステム、つまり、シャフト１８がインターミディエイトシャフトを介して転舵装置に連結されて運転者のステアリング操作力に依存して車輪が転舵されるステアリングシステムにも、採用することが可能である。

上述の操作装置１０等では、リニアアクチュエータであるアクチュエータ２８を採用しているが、例えば、リンク２４を回動させるロータリアクチュエータを採用してもよい。また、上述の操作装置１０等では、電動モータ３４を駆動源とするアクチュエータ２８を採用しているが、例えば、油圧シリンダ等を主要構成要素として構成される油圧アクチュエータを採用してもよい。

１０：車両用ステアリング操作装置 １２：ステアリングホイール〔ステアリング操作部材〕 １４：ステアリングコラム〔基体〕 １６：ハウジング １８：ステアリングシャフト ２０：インスツルメントパネル ２２：インパネリインフォースメント〔車体の一部〕 ２４：リンク ２６：リンク機構〔移動許容機構〕 ２８：アクチュエータ ３０：ハウジング ３２：ロッド ３２ａ：外筒 ３２ｂ：心棒 ３２ｃ：結合ピン ３４：電動モータ ３６：動作変換機構 ４８：ダッシュパネル〔車体の一部〕 ５０：車両用ステアリング操作装置 ５２：リンク機構〔移動許容機構〕 ６０：車両用ステアリング操作装置 ６２：リンク ７０：車両用ステアリング操作装置 ７２：貫通穴 ７４：連結部 ７６：クレビス ７８：連結ピン ８０：車両用ステアリング操作装置 ８２：スライド機構〔移動許容機構〕 ８４：ガイド穴 ８６：支持板 ８８：フォロワ ＳＳ：収容ストローク ＳＥ：退避ストローク

Claims (2)

1. 運転者によるステアリング操作を受け付ける車両用ステアリング操作装置であって、
   運転者によって操作されるステアリング操作部材と、
   そのステアリング操作部材を回転可能に保持するとともに、自身が車体に支持される基体と、
   前記ステアリング操作部材を移動可能とすべく、特定の軌道に沿った前記基体の移動を許容する移動許容機構と、
   一端部が車体に、他端部が前記基体に、それぞれ連結され、前記基体を前記軌道に沿って移動させるとともに、前記基体を前記軌道上の特定の位置に維持させる維持機能を有するアクチュエータと、
   前記ステアリング操作部材に衝撃が加わった際に前記アクチュエータの前記維持機能を無効化する維持機能無効化機構と
   を備えた車両用ステアリング操作装置。
2. 前記移動許容機構が、
   それぞれの基端部が車体に回動可能に支持されそれぞれの先端部が前記基体に回動可能に連結された１対のリンクを含んで構成された請求項１に記載の車両用ステアリング操作装置。

Images