JP2023161369A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングの操舵角が小さい際に操舵反力の下限値を小さくすると共に、ステアリングの操舵角が大きい際に操舵反力の上限値を大きくする。【解決手段】ステアリング装置では、モータ２６が駆動されて、入力ギヤ３４及び出力ギヤ３６を介して、ステアリングに操舵反力が作用される。ここで、入力ギヤ３４から出力ギヤ３６への減速比が、ステアリングの操舵角が小さい際に小さくされると共に、ステアリングの操舵角が大きい際に大きくされる。このため、ステアリングの操舵角が小さい際に操舵反力の下限値を小さくできると共に、ステアリングの操舵角が大きい際に操舵反力の上限値を大きくできる。【選択図】図３

Description

本発明は、反力機構がステアリングに操舵反力を作用させるステアリング装置に関する。

下記特許文献１に記載の操舵反力生成制御装置では、第１反力生成モータ又は第２反力生成モータがギヤ機構を介してステアリングホイールに操舵に対する反力を作用させる。また、当該反力は、例えば、ステアリングホイールの操舵角度に比例して大きくされる。

ここで、このような操舵反力生成制御装置では、ステアリングホイールの操舵角度が小さい際に当該反力の下限値を小さくできると共に、ステアリングホイールの操舵角度が大きい際に当該反力の上限値を大きくできるのが好ましい。

特開２００９－１８４４８４号公報

本発明は、上記事実を考慮し、ステアリングの操舵角が小さい際に操舵反力の下限値を小さくできると共に、ステアリングの操舵角が大きい際に操舵反力の上限値を大きくできるステアリング装置を得ることが目的である。

本発明の第１態様のステアリング装置は、操舵されて車両の転舵輪が転舵されるステアリングと、前記ステアリングに操舵に対する反力である操舵反力を作用させる反力機構と、前記反力機構に設けられて前記ステアリングに操舵反力を伝達し、前記ステアリングの操舵角が小さい際に減速比が小さくされると共に、前記ステアリングの操舵角が大きい際に減速比が大きくされる一対の変更ギヤと、を備える。

本発明の第２態様のステアリング装置は、本発明の第１態様のステアリング装置において、一対の前記変更ギヤがそれぞれ楕円ギヤにされる。

本発明の第１態様のステアリング装置では、ステアリングが操舵されて、車両の転舵輪が転舵される。さらに、反力機構がステアリングに操舵反力（操舵に対する反力）を作用させる。また、反力機構の一対の変更ギヤがステアリングに操舵反力を伝達する。

ここで、ステアリングの操舵角が小さい際に一対の変更ギヤの減速比が小さくされると共に、ステアリングの操舵角が大きい際に一対の変更ギヤの減速比が大きくされる。このため、ステアリングの操舵角が小さい際に操舵反力の下限値を小さくできると共に、ステアリングの操舵角が大きい際に操舵反力の上限値を大きくできる。

本発明の第２態様のステアリング装置では、一対の変更ギヤがそれぞれ楕円ギヤにされる。このため、ステアリングの操舵角が小さい際に一対の変更ギヤの減速比を小さくできると共に、ステアリングの操舵角が大きい際に一対の変更ギヤの減速比を大きくできる。

本発明の実施形態に係るステアリング装置を示す車両後側から見た正面図である。 本発明の実施形態に係るステアリング装置を示す車両左側から見た側面図である。 本発明の実施形態に係るステアリング装置の反力機構を示す上側から見た上面図である。 本発明の実施形態に係るステアリング装置の入力ギヤ及び出力ギヤ（ピッチ円形状）を示す車両後側から見た正面図である。 本発明の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の操舵角（横軸）とステアリングへの操舵反力（縦軸）との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態の変形例に係るステアリング装置の入力ギヤ及び出力ギヤ（ピッチ円形状）を示す車両後側から見た正面図である。 本発明の実施形態の変形例に係るステアリング装置におけるステアリングの操舵角（横軸）と入力ギヤから出力ギヤへの減速比（縦軸）との関係を示すグラフである。

図１には、本発明の実施形態に係るステアリング装置１０が車両後側から見た正面図にて示されており、図２には、ステアリング装置１０が車両左側から見た側面図にて示されている。なお、図面では、車両前方を矢印ＦＲで示し、車両左方を矢印ＬＨで示し、上方を矢印ＵＰで示している。

図１及び図２に示す如く、本実施形態に係るステアリング装置１０には、ステアリング１２が設けられている。ステアリング１２の内周側には、正面視Ｔ字状の内側部１２Ａが設けられると共に、ステアリング１２の外周側には、把持部としての正面視Ｕ字状のリム部１２Ｂが設けられており、リム部１２Ｂは、内側部１２Ａの車両左側端、車両右側端及び下端と一体にされている。ステアリング１２は、車両後側における車両の運転席に向けられており、ステアリング１２は、運転席に着座する乗員（運転者）の車両前側に配置される。このため、乗員がリム部１２Ｂを把持してステアリング１２を操舵（回転操作）可能にされており、ステアリング１２は、操舵中央位置（操舵角０°の位置）から左回し方向及び右回し方向に最大操舵角（本実施形態では９０°）まで操舵可能にされている。

ステアリング１２の内側部１２Ａには、上側かつ車両左右方向中央の部分において、回転部材としての略円柱状のステアリングシャフト１４の車両後側端部が固定されており、ステアリングシャフト１４は、ステアリング１２を支持すると共に、ステアリング１２の操舵と一体回転される。

ステアリングシャフト１４の車両前側には、反力機構１６（図３参照）が設けられており、反力機構１６は、ステアリングシャフト１４を回転可能に支持している。反力機構１６は、車体側に固定されており、これにより、ステアリング装置１０が車両に設置されている。

反力機構１６には、検出部としての角度センサ１８が設けられており、角度センサ１８は、ステアリングシャフト１４の回転方向及び回転角度を検出して、ステアリング１２の操舵方向及び操舵角を検出する。角度センサ１８は、車両の制御装置２０に電気的に接続されており、制御装置２０には、車両の転舵装置２２が電気的に接続されている。転舵装置２２は、車両の転舵輪２４（例えば前輪）に機械的に接続されており、ステアリング１２が操舵されて、角度センサ１８がステアリング１２の操舵方向及び操舵角を検出した際には、制御装置２０の制御により、転舵装置２２が転舵輪２４をステアリング１２の操舵方向及び操舵角に対応する転舵方向及び転舵角に転舵させる。これにより、ステアリング装置１０は、ステアバイワイヤシステムを構成しており、ステアリング１２は、転舵輪２４に、電気的に接続されて、機械的には接続されない構成にされている。

反力機構１６には、駆動装置としてのモータ２６が設けられており、モータ２６は、ブラシ付きモータにされると共に、制御装置２０に電気的に接続されている。モータ２６の出力軸には、第１ギヤ２８が同軸上に固定されると共に、第１ギヤ２８には、第２ギヤ３０が噛合されており、第２ギヤ３０には、減速ギヤ機構３２が機械的に接続されている。減速ギヤ機構３２には、変更ギヤとしての入力ギヤ３４が機械的に接続されており、入力ギヤ３４には、変更ギヤとしての出力ギヤ３６が噛合されている。出力ギヤ３６は、ステアリングシャフト１４に同軸上に固定されており、出力ギヤ３６は、ステアリングシャフト１４及びステアリング１２と一体回転される。モータ２６が駆動された際には、モータ２６の出力（トルク）が、第１ギヤ２８から第２ギヤ３０を介して減速ギヤ機構３２に伝達されて、減速ギヤ機構３２によって減速されつつ入力ギヤ３４を介して出力ギヤ３６ひいてはステアリングシャフト１４及びステアリング１２に伝達される。

入力ギヤ３４及び出力ギヤ３６は、それぞれ楕円ギアにされており（図４の（Ａ）及び（Ｂ）参照）、入力ギヤ３４の回転中心Ｏ１及び出力ギヤ３６の回転中心Ｏ２は、それぞれ入力ギヤ３４の中心及び出力ギヤ３６の中心と一致されている。ステアリング１２の操舵角が０°にされる際には、入力ギヤ３４から出力ギヤ３６への減速比が最小にされる（図４（Ａ）参照）と共に、ステアリング１２の操舵角が最大操舵角（９０°）にされる際には、入力ギヤ３４から出力ギヤ３６への減速比が最大にされる（図４（Ｂ）参照）。このため、入力ギヤ３４から出力ギヤ３６への減速比は、ステアリング１２の操舵角が小さくなるに従い比例して小さくされると共に、ステアリング１２の操舵角が大きくなるに従い比例して大きくされる。

次に、本実施形態の作用を説明する。

以上の構成のステアリング装置１０では、ステアリング１２が操舵されて、角度センサ１８がステアリング１２の操舵方向及び操舵角を検出した際に、反力機構１６において、制御装置２０の制御により、モータ２６が駆動されて、ステアリング１２の操舵に対する反力である操舵反力（トルク）がステアリング１２に作用される。このため、ステアリング１２が転舵輪２４に機械的に接続されていなくても、ステアリング１２が転舵輪２４に機械的に接続される場合と同様に、ステアリング１２に操舵反力が作用される。

制御装置２０の制御では、ステアリング１２への操舵反力が、基本的には、ステアリング１２の操舵角が０°から大きくなるに従い、０Ｎｍから大きくされる。さらに、ステアリング１２への操舵反力は、ステアリング１２の操舵角速度、車両の速度、ステアリング１２の操舵角の増減及び乗員の好みに対応して増減される。例えば、ステアリング１２の操舵角速度が大きくなるに従い、また、車両の速度が大きくなるに従い、操舵反力が増加されると共に、ステアリング１２の操舵角速度が小さくなるに従い、また、車両の速度が小さくなるに従い、操舵反力が減少される。さらに、ステアリング１２の操舵角が増加される際（ステアリング１２が操舵中央位置とは反対側に操舵される際）に対し、ステアリング１２の操舵角が減少される際（ステアリング１２が操舵中央位置側に操舵される際）に、操舵反力が小さくされる。

このため、ステアリング１２に作用させる必要がある操舵反力（以下「必要操舵反力」という）は、図５に示すステアリング１２の操舵角に応じた最小値ＲＡから最大値ＲＢまでの範囲にされている。必要操舵反力の最小値ＲＡは、ステアリング１２の操舵角が小さくなるに従い小さくされて、ステアリング１２の操舵角が０°近傍では、０Ｎｍにされている。必要操舵反力の最大値ＲＢは、ステアリング１２の操舵角が０°近傍から大きくなるに従い大きくされる。

ところで、モータ２６の駆動力が極めて小さい際には、モータ２６の出力のステアリング１２への伝達経路における摩擦及びモータ２６のトルクリップルにより、モータ２６が出力不能になる。このため、モータ２６の出力には下限値が存在し、これにより、ステアリング１２への操舵反力にも下限値が存在する。一方、モータ２６の駆動力が極めて大きい際には、モータ２６内の温度が耐熱温度に達することで、コイル被覆が溶けてショートする。このため、モータ２６の出力には上限値が存在し、これにより、ステアリング１２への操舵反力にも上限値が存在する。

ここで、反力機構１６では、入力ギヤ３４から出力ギヤ３６への減速比が、ステアリング１２の操舵角が小さくなるに従い小さくされると共に、ステアリング１２の操舵角が大きくなるに従い大きくされる。このため、ステアリング１２の操舵角が小さくなるに従いステアリング１２への操舵反力の下限値ＴＡを小さくできると共に、ステアリング１２の操舵角が大きくなるに従いステアリング１２への操舵反力の上限値ＴＢを大きくできる（図５参照）。これにより、例えば、モータ２６によりステアリング１２に必要操舵反力の範囲（ステアリング１２の操舵角に応じた最小値ＲＡから最大値ＲＢまでの範囲）を作用させることができる。しかも、ステアリング１２の操舵角が０°近傍である際に操舵反力の下限値ＴＡを効果的に小さくでき（略０°にでき）、ステアリング１２の操舵角が０°から増加されて（ステアリング１２が操舵中央位置から操舵されて）モータ２６が出力を開始する際におけるステアリング１２への操舵反力（下限値ＴＡ）を効果的に小さくできて、乗員がステアリング１２を操舵中央位置から操舵する際に違和感を感じることを抑制できる。さらに、モータ２６がブラシ付きモータであってもステアリング１２に必要操舵反力の範囲を作用させることができ、モータ２６を例えばブラシレスモータにする必要をなくすことができて、コストを低減できる。

また、入力ギヤ３４及び出力ギヤ３６がそれぞれ楕円ギアにされている。このため、ステアリング１２の操舵角が小さくなるに従い入力ギヤ３４から出力ギヤ３６への減速比を小さくできると共に、ステアリング１２の操舵角が大きくなるに従い入力ギヤ３４から出力ギヤ３６への減速比を大きくできる。

（変形例）
図６には、上記実施形態の変形例に係るステアリング装置５０の入力ギヤ３４及び出力ギヤ３６が車両後側から見た正面図にて示されている。

本変形例に係るステアリング装置５０では、ステアリング１２の最大操舵角が１２０°にされている。

反力機構１６では、入力ギヤ３４及び出力ギヤ３６の形状がそれぞれ図６の入力ギヤ３４Ａ及び出力ギヤ３６Ａの形状又は入力ギヤ３４Ｂ及び出力ギヤ３６Ｂの形状にされている。このため、図７に示す如く、入力ギヤ３４から出力ギヤ３６への減速比は、ステアリング１２の操舵角が小さくなるに従い２次曲線で小さくされると共に、ステアリング１２の操舵角が大きくなるに従い２次曲線で大きくされる。

これにより、ステアリング１２の操舵角が小さくなるに従いステアリング１２への操舵反力の下限値ＴＡを小さくできると共に、ステアリング１２の操舵角が大きくなるに従いステアリング１２への操舵反力の上限値ＴＢを大きくできる。

したがって、本変形例でも、上記実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。

なお、上記実施形態（変形例を含む）において、入力ギヤ３４及び出力ギヤ３６の形状はどのような形状でもよく、ステアリング１２の操舵角が小さい際に入力ギヤ３４から出力ギヤ３６への減速比が小さくされると共に、ステアリング１２の操舵角が大きい際に入力ギヤ３４から出力ギヤ３６への減速比が大きくされればよい。

また、上記実施形態（変形例を含む）では、モータ２６がブラシ付きモータにされる。しかしながら、モータ２６がブラシレスモータにされてもよい。

１０・・・ステアリング装置、１２・・・ステアリング、１６・・・反力機構、２４・・・転舵輪、３４・・・入力ギヤ（変更ギヤ）、３４Ａ・・・入力ギヤ（変更ギヤ）、３４Ｂ・・・入力ギヤ（変更ギヤ）、３６・・・出力ギヤ（変更ギヤ）、３６Ａ・・・出力ギヤ（変更ギヤ）、３６Ｂ・・・出力ギヤ（変更ギヤ）、５０・・・ステアリング装置

Claims (2)

1. 操舵されて車両の転舵輪が転舵されるステアリングと、
   前記ステアリングに操舵に対する反力である操舵反力を作用させる反力機構と、
   前記反力機構に設けられて前記ステアリングに操舵反力を伝達し、前記ステアリングの操舵角が小さい際に減速比が小さくされると共に、前記ステアリングの操舵角が大きい際に減速比が大きくされる一対の変更ギヤと、
   を備えるステアリング装置。
2. 一対の前記変更ギヤがそれぞれ楕円ギヤにされる請求項１記載のステアリング装置。