JP4082199B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者により行われるステアリングホイール等の操舵部材の操作に応じて車両を操舵せしめるための車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵は、車室の内部において運転者によりなされる操舵部材の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を、舵取り用の車輪（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配した舵取機構に伝えて行われる。
【０００３】
このような車両用操舵装置として、近年、車室内部の操舵部材を車室外部の舵取機構から機械的に分離して配すると共に、舵取機構の一部に操舵アクチュエータを付設し、該操舵アクチュエータを、前記操舵部材の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、舵取機構に操舵力を加えて前記操舵部材の操作に応じた操舵を行わせる構成とした分離式の操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置が提案されている。
【０００４】
この種の操舵装置は、操舵部材の操作量と、操舵アクチュエータの動作による舵取機構の動作量との対応関係を機械的な制約を受けずに自在に変更することができ、車速の高低、旋回程度、加減速の有無等、走行状態に応じた操舵特性の変更制御に柔軟に対応し得るという利点を有している。なお、前記操舵アクチュエータとしては、操舵特性の変更制御の容易性を考慮して、一般的に電動モータが用いられている。
【０００５】
またこの種の操舵装置においては、舵取機構の制約を受けない操舵部材が舵取機構側での機械的な動作限界を超えて操作されることがないように、操舵部材の操作量を前記動作限界に対応する操作範囲内に規制するための規制手段が備えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１９４１５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて、特許文献１に開示された規制手段は、操舵部材としてステアリングホイールを備える分離式の操舵装置において、ステアリングホイールと舵取機構とが機械的に連結された一般的な操舵装置と同様の操舵感を得るべく、前記ステアリングホイールの回転操作量を中立位置の左右に夫々２〜３回転程度の操作範囲内に規制するように構成されている。
【０００８】
この規制手段は、ステアリングホイールの回転軸の中途に形成された送りねじ部と、この送りねじ部に螺合され、軸回りの回転を拘束された移動ナットとを備え、ステアリングホイールの回転操作に伴う送りねじ部の螺進に応じた移動ナットの軸長方向の移動を、該移動ナットの両側に面して配された当接面との当接により規制する構成となっている。
【０００９】
しかしながら、移動ナットの当接下にてステアリングホイールに回転操作力が加えられた場合、送りねじ部と移動ナットとが密に螺合したロック状態となり、続いて行われる逆方向の回転操作時に、前記ロック状態を解除するための余分な操作力を要し、引っ掛かりを伴う操舵感の悪化を招来するという問題があり、更に、前記ロック状態の繰り返しにより、送りねじ部と移動ナットとの螺合部が損傷し、一層の操舵感の悪化を招くという問題がある。
【００１０】
このような問題は、送りねじ部及び移動ナットを、両者間に介装された多数のボールを介して螺合するボールねじとすることにより緩和し得るが、精密なねじ溝加工を要し、また前記ボールの循環機構を含めて複雑な構成を有するボールねじの採用は望ましくない。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ステアリングホイール等の操舵部材の回転量を所定角度以内に規制する回転規制手段を、前記操舵部材の回転軸の中途に簡素に構成してある車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明に係る車両用操舵装置は、車体に支持されたコラムハウジングの内部に回転自在に支持され、操舵のために回転操作される操舵部材の回転軸の一部に、前記操舵部材の回転量を所定角度以内に規制する回転規制手段を備える車両用操舵装置において、前記回転規制手段は、前記回転軸に同軸に設けられた第１ギヤと、該第１ギヤよりも大径であり、前記第１ギヤに噛合されて前記回転軸と異なる軸回りに回転する第２ギヤと、該第２ギヤと一体回転する回転体の回転周上に突設され、扇形の平面形状を有する回転ストッパと、該回転ストッパの回転周上に固定配置され、前記回転ストッパとの当接により前記第２ギヤの回転を制限する扇形の平面形状を有する固定ストッパとを備え、該固定ストッパは、前記第１ギヤ、第２ギヤ及び回転体を収容し、前記コラムハウジングに連設されたハウジングの内壁面に突設してあることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、操舵部材が回転操作された場合、該操舵部材の回転軸に同軸に設けた第１ギヤに噛合する第２ギヤが回転する。第１ギヤよりも大径の第２ギヤは、第１ギヤが複数回転する間に１回転し、該第２ギヤと一体回転する回転体に突設された回転ストッパが、コラムハウジングに連設されたハウジングの内壁面に突設された固定ストッパと当接して第２ギヤの回転を止めることにより、第１ギヤ及び操舵部材の回転量を、複数回転に亘る所定角度以内に規制する。前記回転体は、第２ギヤの回転軸に同軸的に設けられた円板、前記回転軸に基部を固定された回転アーム等であればよく、また第２ギヤ自体を回転体として兼用することもできる。
【００１４】
本発明の第２発明に係る車両用操舵装置は、第１発明における第２ギヤが、前記第１ギヤの複数回転を一回転以下に減じる減速ギヤであることを特徴とする。
【００１５】
この発明においては、第１ギヤを小径ギヤとし、第２ギヤを大径ギヤとして、ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じた第１ギヤの複数回転を一回転以下に減速して第２ギヤに伝え、回転ストッパと固定ストッパとの当接による回転規制を操舵部材の複数回の回転操作に対応する角度にて生ぜしめ、操舵部材と舵取機構とが機械的に連結された一般的な操舵装置と同等の操舵感を実現する。
【００１６】
本発明の第３発明に係る車両用操舵装置は、第１又は第２発明における回転ストッパ及び固定ストッパの一方又は両方が、他方との当接面に緩衝手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
この発明においては、回転ストッパ及び固定ストッパの一方又は両方に設けた緩衝手段の作用により両ストッパの当接に伴うショックを緩和し、操舵部材を操作する運転者の体感程度を減じて操舵感の悪化を防止する。緩衝手段は、回転ストッパ又は固定ストッパの他方との当接面に、ばね、ゴム等の弾性材を介装することにより実現し得る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【００１９】
図示の車両用操舵装置は、車体の左右に配された一対の舵取用の車輪10，10に舵取動作を行わせるための舵取機構１と、該舵取機構１から機械的に分離して配され、操舵のために回転操作されるステアリングホイール（操舵部材）２とを備える分離式の操舵装置として構成されており、ステアリングホイール２の操作に応じた操舵を実現すべく舵取機構１に付設された操舵モータＭ1 を制御し、またステアリングホイール２に適正な操舵反力を加えるべく反力モータＭ2 を制御する操舵制御部３を備え、更に、舵取機構１から分離されたステアリングホイール２の回転量を舵取機構１の動作限界に対応する所定角度以内に規制する回転規制手段４を備えている。
【００２０】
舵取機構１は、図示しない車体の左右方向に延設された筒形をなすハウジングＨ1 の内部に支持され、軸長方向に移動する操舵軸11の両端部を、舵取用の車輪10，10のナックルアーム12，12に各別のタイロッド13，13を介して連結し、操舵軸11の両方向への移動によりタイロッド13，13を介してナックルアーム12，12を押し引きし、前記車輪10，10を左右に操舵する構成となっている。
【００２１】
この操舵を行わせるための操舵モータＭ1 は、操舵軸11のハウジングＨ1 の一側半部の外位置に取り付けられ、前記ハウジングＨ1 の内部において、ボールねじ機構等の運動変換機構（図示せず）を介して操舵軸11の中途に伝動構成されている。
【００２２】
操舵モータＭ1 は、操舵制御部３から図示しない駆動回路に与えられる制御指令に従って回転駆動される。操舵制御部３は、前記ステアリングホイール２の回転操作に応じた操舵を行わせるべく前記制御指令を発し、操舵モータＭ1 を駆動せしめる操舵制御動作を行う。
【００２３】
このように駆動される操舵モータＭ1 の回転は、前記運動変換機構により操舵軸11の軸長方向の移動に変換されて前述した操舵がなされる。この操舵により変化する舵取用の車輪10，10の実舵角は、操舵軸11と一側のタイロッド13との連結部の変位を検出すべく構成された実舵角センサ17により検出され、操舵制御部３に与えられている。また、一側のタイロッド13には、軸方向に作用する軸力を検出するタイロッド軸力センサ18が付設されており、この検出結果は、操舵に伴って舵取機構１に実際に加わる操舵反力を示す信号として、操舵制御部３に与えられている。
【００２４】
このような舵取機構１から分離して配されたステアリングホイール２は、その回転軸となるコラム軸20を回転自在に支持するコラムハウジングＨ2 を介して、図示しない車体の適宜部位に支持されている。コラムハウジングＨ2 の中途部には、前記ステアリングホイール２に操舵反力を加えるべく回転駆動される反力モータＭ2 が取付けてある。該反力モータＭ2 の出力軸は、コラムハウジングＨ2 の内部に延設され、ウォームギヤ機構等の減速機構（図示せず）を介してコラム軸20の中途部に伝動構成されており、反力モータＭ2 が回転駆動された場合、この回転力が前記減速機構による減速下にてコラム軸20に付加され、該コラム軸20の上端に固定されたステアリングホイール２に操舵反力が付与されるようになしてある。
【００２５】
反力モータＭ2 は、操舵制御部３から図示しない駆動回路に与えられる制御指令に従って駆動される。操舵制御部３は、舵取機構１に実際に加わる操舵反力に対応する反力をステアリングホイール２に付与すべく前記制御指令を発し、反力モータＭ2 を駆動せしめる反力制御動作を行う。
【００２６】
この操舵反力に抗して回転操作されるステアリングホイール２の操作角は、コラムハウジングＨ2 の中途部に付設された操舵角センサ21により検出され、操舵制御部３に与えられている。更に、操舵制御部３には、車速、ヨーレート、横加速度、前後加速度等、操舵に影響を与える走行状態の検出結果が、車両の各部に設置された走行状態センサ22から与えられている。
【００２７】
操舵モータＭ1 を対象とする操舵制御部３の操舵制御動作は、例えば、前記操舵角センサ21により検出されるステアリングホイール２の操作角度に所定の制御ゲインを乗じて目標舵角を求め、この目標舵角と、前記実舵角センサ17により検出される左右の前輪10，10の実舵角との偏差に基づくフィードバック制御により行われる。
【００２８】
このとき走行状態センサ22により検出される走行状態は、前記制御ゲインの選定に用いられる。この制御ゲインは、例えば、車速の増大に伴って減少し、またヨーレート、横加速度により定まる車両の旋回程度の増大に伴って減少する値として設定されている。これにより、前記目標舵角は、高速走行中に小、低速走行中に大となり、また旋回走行中には、急旋回となるに従って小さくなり、このような目標舵角に基づく操舵モータＭ1 の制御により、走行状態に応じた操舵特性が得られる。
【００２９】
また反力モータＭ2 を対象とする操舵制御部３の反力制御動作は、例えば、前記タイロッド軸力センサ18からの入力に基づいて舵取機構１に加わる実反力を求め、求められた実反力に所定の制御ゲインを乗じてステアリングホイール２に加えるべき目標反力を算出し、この目標反力に対応する駆動電流を反力モータＭ2 に給電せしめて行われる。
【００３０】
このとき走行状態センサ22により検出される走行状態は、前記制御ゲインの補正に用いられる。この補正は、例えば、車速及び旋回程度が大きくなるに従って制御ゲインを大とし、また、前後加速度により求められる減速程度が大きくなるに従って制御ゲインを大とするように行われる。また、操舵角センサ21により検出されるステアリングホイール２の操作角度を前記目標反力の補正に用い、反力モータＭ2 の駆動電流の増加特性を変更することも可能である。
【００３１】
以上の反力制御動作によりステアリングホイール２には、コラム軸20に加わる反力モータＭ2 の回転力が操舵反力として付加される。この操舵反力は、舵取機構１に加わる実反力を走行状態に応じて補正したものであり、操舵のためにステアリングホイール２を回転操作する運転者に良好な操舵感を体感させることができる。
【００３２】
以上の如く回転操作されるステアリングホイール２の回転量を規制する本発明の特徴たる回転規制手段４は、コラム軸20を支持するコラムハウジングＨ2 の下部に付設されている。
【００３３】
図２は、回転規制手段４の概略構成を示す側断面図である。本図に示す如く回転規制手段４は、コラムハウジングＨ2 の下部に連設されたハウジング40の内部に、第１ギヤ41、第２ギヤ42、回転体43、回転ストッパ44及び固定ストッパ45を備えて構成されている。
【００３４】
第１ギヤ41は、ハウジング40の内部に突出するコラム軸20の軸端部に同軸をなして嵌着固定された小径の平歯車である。第２ギヤ42は、ハウジング40の内部にコラム軸20と平行をなして支持された回転軸46の一側半部に同軸をなして嵌着固定された大径の平歯車であり、第１ギヤ41に噛合させてある。回転体43は、回転軸46の他側半部に同軸をなして嵌着固定された円板であり、その一面は、ハウジング40の同側の内壁面に対向させてある。
【００３５】
以上の構成により第１ギヤ41は、操舵部材としてのステアリングホイール２の回転操作に応じてコラム軸20と共に回転し、この回転は、第１ギヤ41に噛合する第２ギヤ42を介して回転軸46及び回転体43に伝達され、該回転体43は回転軸46の軸回りに回転する。ここで、前述の如く、第２ギヤ42は第１ギヤ41よりも大径としてあるから、第１ギヤ41の回転は減速されて第２ギヤ42に伝達され、該第２ギヤ42及び前記回転体43は、ステアリングホイール２、コラム軸20及び第１ギヤ41の複数回転の間に一回転することとなる。
【００３６】
回転ストッパ44及び固定ストッパ45は、以上の如く回転する回転体43の一面、及び該一面に対向するハウジング40の内壁面に夫々突設されている。図３は、図２に示す回転規制手段４の動作説明図であり、回転ストッパ44及び固定ストッパ45の平面的な位置関係が示されている。
【００３７】
本図に示す如く回転体43の一面に突設された回転ストッパ44は、回転軸46を中心とする扇形の平面形状を有している。また、ハウジング40内面に突設された固定ストッパ45は、回転ストッパ44と同様の扇形の平面形状を有し、回転体43の回転に伴う回転ストッパ44の回転円周上に配設されている。これらの回転ストッパ44と固定ストッパ45とは、ステアリングホイール２が中立位置にあるとき、図３中に実線により示す如く、前記回転円周上にて相対向する周方向位置となり、また図２に示す如く、軸方向にオーバラップするように位置決めされている。
【００３８】
このような中立状態から回転体43が左右両側に回転した場合、該回転体43に突設された回転ストッパ44は、図３中に２点鎖線により示す位置に変位し、固定ストッパ45の同側の側面に夫々当接する。ここで固定ストッパ45は、固定部であるハウジング40の内壁面に突設されているから、回転ストッパ44の回転変位は、固定ストッパ45との当接により阻止され、該回転ストッパ44が設けられた回転体43の回転量は、図中にθとして示す如く、一回転に略相当する角度以内に規制される。
【００３９】
ここで、第１ギヤ41及び第２ギヤ42の前述した構成により、回転体43の一回転は、ステアリングホイール２の回転軸であるコラム軸20の複数回転に対応させることができる。従って、回転規制手段４の動作により、ステアリングホイール２の回転量を中立位置を基準として左右に各複数回転以内に規制して、ステアリングホイール２が舵取機構１に機械的に連結された一般的な操舵装置と全く同様の回転規制を実現することができる。
【００４０】
以上の動作をなす回転規制手段４は、第１ギヤ41、第２ギヤ42、回転体43、回転ストッパ44及び固定ストッパ45を備えるのみであり、簡素な構成にて実現することができる。また、回転体43の回転は、前述した如く、扇形の平面形状を有する回転ストッパ44及び固定ストッパ45の側面が面接触することにより阻止されるから、確実な回転規制が可能となり、更には、この回転規制状態の解除に支障を来すことがない。
【００４１】
なお、回転ストッパ44及び固定ストッパ45は、以上の実施の形態に示す構成に限らず、一方又は両方が円形等の適宜の断面を有するピン形状であってもよい。また回転ストッパ44が設けられる回転体43は、実施の形態に示す円板に限らず、回転軸46への嵌着部及び回転ストッパ44の突設部のみを残した回転アームであってもよい。
【００４２】
図４は、回転規制手段４の他の実施の形態の概略構成を示す側断面図である。本図に示す回転規制手段４は、小径の第１ギヤ41及び大径の第２ギヤ42が傘歯車としてあり、第１ギヤ41は、ハウジング40の内部へのコラム軸20の突出端部に嵌着固定され、第２ギヤ42は、ハウジング40の内部にコラム軸20と直交するように支持された回転軸46の軸端部に嵌着固定されて第１ギヤ41に噛合させてある。
【００４３】
この第２ギヤ42は、回転体を兼用しており、第２ギヤ42の一面に回転ストッパ44が突設され、前記一面に対向するハウジング40の内壁面に固定ストッパ45が突設されており、これらの当接によりステアリングホイール２の回転量を規制する構成としてある。この構成によれば、コラムハウジングＨ2 の径方向への回転規制手段４の張り出しを減じてコンパクト化を図ることができる。
【００４４】
図５は、回転規制手段４の第３の実施の形態を示す横断面図である。本図に示す回転規制手段４は、ハウジング40の内壁面に突設された扇形をなす固定ストッパ45の両側面、即ち、回転ストッパ44との当接面の夫々に、緩衝ばね47，47により周方向に付勢して取り付けられた緩衝板48を備えている。
【００４５】
この構成によれば、回転板43と共に回転する回転ストッパ44が図中に２点鎖線により示す位置に変位したとき、まず前記緩衝板48に当接し、該緩衝板48を支持する緩衝ばね47の縮短を伴って固定ストッパ45に当接することとなり、ステアリングホイール２を操作する運転者に与える衝撃を緩和することができ、また当接に伴う音の発生を軽減することができる。
【００４６】
なお、緩衝ばね47及び緩衝板48は、回転ストッパ44に設けてもよく、また、固定ストッパ45及び回転ストッパ44の両方に設けてもよい。更に、緩衝ばね47及び緩衝板48に代えて、ゴム等の弾性材料製の緩衝板を用い、該緩衝板を固定ストッパ45及び回転ストッパ44の一方又は両方の他方との当接面に被着することによっても同様の効果が得られる。
【００４７】
以上の実施の形態においては、操舵部材としてのステアリングホイール２が舵取機構１から機械的に分離されたステアバイワイヤ式の操舵装置への適用例について述べたが、ステアリングホイール２が舵取機構１に機械的に連結された一般的な操舵装置であっても、ステアリングホイール２の回転軸であるコラム軸20の一部に回転規制手段を備える場合に適用可能であることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る車両用操舵装置においては、操舵部材の回転軸に同軸に設けた第１ギヤの複数回転を、この第１ギヤに噛合する大径の第２ギヤの１回転内の回転に変換し、第２ギヤの回転を回転ストッパと固定ストッパとの当接により阻止する構成としたから、操舵部材の回転量を簡素な構成により複数回転を含めて確実に規制することができ、特に、このような回転規制が必要なステアバイワイヤ式の操舵装置に有用である等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】回転規制手段の概略構成を示す側断面図である。
【図３】図２に示す回転規制手段の動作説明図である。
【図４】回転規制手段の他の実施の形態の概略構成を示す側断面図である。
【図５】回転規制手段の第３の実施の形態を示す横断面図である。
【符号の説明】
１ 舵取機構
２ ステアリングホイール（操舵部材）
４ 回転規制手段
20 コラム軸（回転軸）
41 第１ギヤ
42 第２ギヤ
43 回転体
44 回転ストッパ
45 固定ストッパ
47 緩衝ばね（緩衝手段）
48 緩衝板（緩衝手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者により行われるステアリングホイール等の操舵部材の操作に応じて車両を操舵せしめるための車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵は、車室の内部において運転者によりなされる操舵部材の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を、舵取り用の車輪（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配した舵取機構に伝えて行われる。
【０００３】
このような車両用操舵装置として、近年、車室内部の操舵部材を車室外部の舵取機構から機械的に分離して配すると共に、舵取機構の一部に操舵アクチュエータを付設し、該操舵アクチュエータを、前記操舵部材の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、舵取機構に操舵力を加えて前記操舵部材の操作に応じた操舵を行わせる構成とした分離式の操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置が提案されている。
【０００４】
この種の操舵装置は、操舵部材の操作量と、操舵アクチュエータの動作による舵取機構の動作量との対応関係を機械的な制約を受けずに自在に変更することができ、車速の高低、旋回程度、加減速の有無等、走行状態に応じた操舵特性の変更制御に柔軟に対応し得るという利点を有している。なお、前記操舵アクチュエータとしては、操舵特性の変更制御の容易性を考慮して、一般的に電動モータが用いられている。
【０００５】
またこの種の操舵装置においては、舵取機構の制約を受けない操舵部材が舵取機構側での機械的な動作限界を超えて操作されることがないように、操舵部材の操作量を前記動作限界に対応する操作範囲内に規制するための規制手段が備えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１９４１５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて、特許文献１に開示された規制手段は、操舵部材としてステアリングホイールを備える分離式の操舵装置において、ステアリングホイールと舵取機構とが機械的に連結された一般的な操舵装置と同様の操舵感を得るべく、前記ステアリングホイールの回転操作量を中立位置の左右に夫々２〜３回転程度の操作範囲内に規制するように構成されている。
【０００８】
この規制手段は、ステアリングホイールの回転軸の中途に形成された送りねじ部と、この送りねじ部に螺合され、軸回りの回転を拘束された移動ナットとを備え、ステアリングホイールの回転操作に伴う送りねじ部の螺進に応じた移動ナットの軸長方向の移動を、該移動ナットの両側に面して配された当接面との当接により規制する構成となっている。
【０００９】
しかしながら、移動ナットの当接下にてステアリングホイールに回転操作力が加えられた場合、送りねじ部と移動ナットとが密に螺合したロック状態となり、続いて行われる逆方向の回転操作時に、前記ロック状態を解除するための余分な操作力を要し、引っ掛かりを伴う操舵感の悪化を招来するという問題があり、更に、前記ロック状態の繰り返しにより、送りねじ部と移動ナットとの螺合部が損傷し、一層の操舵感の悪化を招くという問題がある。
【００１０】
このような問題は、送りねじ部及び移動ナットを、両者間に介装された多数のボールを介して螺合するボールねじとすることにより緩和し得るが、精密なねじ溝加工を要し、また前記ボールの循環機構を含めて複雑な構成を有するボールねじの採用は望ましくない。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ステアリングホイール等の操舵部材の回転量を所定角度以内に規制する回転規制手段を、前記操舵部材の回転軸の中途に簡素に構成してある車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明に係る車両用操舵装置は、車体に支持されたコラムハウジングの内部に回転自在に支持され、操舵のために回転操作される操舵部材の回転軸の一部に、前記操舵部材の回転量を所定角度以内に規制する回転規制手段を備える車両用操舵装置において、前記回転規制手段は、前記回転軸に同軸に設けられた第１ギヤと、該第１ギヤよりも大径であり、前記第１ギヤに噛合されて前記回転軸と異なる軸回りに回転する第２ギヤと、該第２ギヤと一体回転する回転体の回転周上に突設され、扇形の平面形状を有する回転ストッパと、該回転ストッパの回転周上に固定配置され、前記回転ストッパとの当接により前記第２ギヤの回転を制限する扇形の平面形状を有する固定ストッパとを備え、該固定ストッパは、前記第１ギヤ、第２ギヤ及び回転体を収容し、前記コラムハウジングに連設されたハウジングの内壁面に突設してあることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、操舵部材が回転操作された場合、該操舵部材の回転軸に同軸に設けた第１ギヤに噛合する第２ギヤが回転する。第１ギヤよりも大径の第２ギヤは、第１ギヤが複数回転する間に１回転し、該第２ギヤと一体回転する回転体に突設された回転ストッパが、コラムハウジングに連設されたハウジングの内壁面に突設された固定ストッパと当接して第２ギヤの回転を止めることにより、第１ギヤ及び操舵部材の回転量を、複数回転に亘る所定角度以内に規制する。前記回転体は、第２ギヤの回転軸に同軸的に設けられた円板、前記回転軸に基部を固定された回転アーム等であればよく、また第２ギヤ自体を回転体として兼用することもできる。
【００１４】
本発明の第２発明に係る車両用操舵装置は、第１発明における第２ギヤが、前記第１ギヤの複数回転を一回転以下に減じる減速ギヤであることを特徴とする。
【００１５】
この発明においては、第１ギヤを小径ギヤとし、第２ギヤを大径ギヤとして、ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じた第１ギヤの複数回転を一回転以下に減速して第２ギヤに伝え、回転ストッパと固定ストッパとの当接による回転規制を操舵部材の複数回の回転操作に対応する角度にて生ぜしめ、操舵部材と舵取機構とが機械的に連結された一般的な操舵装置と同等の操舵感を実現する。
【００１６】
本発明の第３発明に係る車両用操舵装置は、第１又は第２発明における回転ストッパ及び固定ストッパの一方又は両方が、他方との当接面に緩衝手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
この発明においては、回転ストッパ及び固定ストッパの一方又は両方に設けた緩衝手段の作用により両ストッパの当接に伴うショックを緩和し、操舵部材を操作する運転者の体感程度を減じて操舵感の悪化を防止する。緩衝手段は、回転ストッパ又は固定ストッパの他方との当接面に、ばね、ゴム等の弾性材を介装することにより実現し得る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【００１９】
図示の車両用操舵装置は、車体の左右に配された一対の舵取用の車輪10，10に舵取動作を行わせるための舵取機構１と、該舵取機構１から機械的に分離して配され、操舵のために回転操作されるステアリングホイール（操舵部材）２とを備える分離式の操舵装置として構成されており、ステアリングホイール２の操作に応じた操舵を実現すべく舵取機構１に付設された操舵モータＭ1 を制御し、またステアリングホイール２に適正な操舵反力を加えるべく反力モータＭ2 を制御する操舵制御部３を備え、更に、舵取機構１から分離されたステアリングホイール２の回転量を舵取機構１の動作限界に対応する所定角度以内に規制する回転規制手段４を備えている。
【００２０】
舵取機構１は、図示しない車体の左右方向に延設された筒形をなすハウジングＨ1 の内部に支持され、軸長方向に移動する操舵軸11の両端部を、舵取用の車輪10，10のナックルアーム12，12に各別のタイロッド13，13を介して連結し、操舵軸11の両方向への移動によりタイロッド13，13を介してナックルアーム12，12を押し引きし、前記車輪10，10を左右に操舵する構成となっている。
【００２１】
この操舵を行わせるための操舵モータＭ1 は、操舵軸11のハウジングＨ1 の一側半部の外位置に取り付けられ、前記ハウジングＨ1 の内部において、ボールねじ機構等の運動変換機構（図示せず）を介して操舵軸11の中途に伝動構成されている。
【００２２】
操舵モータＭ1 は、操舵制御部３から図示しない駆動回路に与えられる制御指令に従って回転駆動される。操舵制御部３は、前記ステアリングホイール２の回転操作に応じた操舵を行わせるべく前記制御指令を発し、操舵モータＭ1 を駆動せしめる操舵制御動作を行う。
【００２３】
このように駆動される操舵モータＭ1 の回転は、前記運動変換機構により操舵軸11の軸長方向の移動に変換されて前述した操舵がなされる。この操舵により変化する舵取用の車輪10，10の実舵角は、操舵軸11と一側のタイロッド13との連結部の変位を検出すべく構成された実舵角センサ17により検出され、操舵制御部３に与えられている。また、一側のタイロッド13には、軸方向に作用する軸力を検出するタイロッド軸力センサ18が付設されており、この検出結果は、操舵に伴って舵取機構１に実際に加わる操舵反力を示す信号として、操舵制御部３に与えられている。
【００２４】
このような舵取機構１から分離して配されたステアリングホイール２は、その回転軸となるコラム軸20を回転自在に支持するコラムハウジングＨ2 を介して、図示しない車体の適宜部位に支持されている。コラムハウジングＨ2 の中途部には、前記ステアリングホイール２に操舵反力を加えるべく回転駆動される反力モータＭ2 が取付けてある。該反力モータＭ2 の出力軸は、コラムハウジングＨ2 の内部に延設され、ウォームギヤ機構等の減速機構（図示せず）を介してコラム軸20の中途部に伝動構成されており、反力モータＭ2 が回転駆動された場合、この回転力が前記減速機構による減速下にてコラム軸20に付加され、該コラム軸20の上端に固定されたステアリングホイール２に操舵反力が付与されるようになしてある。
【００２５】
反力モータＭ2 は、操舵制御部３から図示しない駆動回路に与えられる制御指令に従って駆動される。操舵制御部３は、舵取機構１に実際に加わる操舵反力に対応する反力をステアリングホイール２に付与すべく前記制御指令を発し、反力モータＭ2 を駆動せしめる反力制御動作を行う。
【００２６】
この操舵反力に抗して回転操作されるステアリングホイール２の操作角は、コラムハウジングＨ2 の中途部に付設された操舵角センサ21により検出され、操舵制御部３に与えられている。更に、操舵制御部３には、車速、ヨーレート、横加速度、前後加速度等、操舵に影響を与える走行状態の検出結果が、車両の各部に設置された走行状態センサ22から与えられている。
【００２７】
操舵モータＭ1 を対象とする操舵制御部３の操舵制御動作は、例えば、前記操舵角センサ21により検出されるステアリングホイール２の操作角度に所定の制御ゲインを乗じて目標舵角を求め、この目標舵角と、前記実舵角センサ17により検出される左右の前輪10，10の実舵角との偏差に基づくフィードバック制御により行われる。
【００２８】
このとき走行状態センサ22により検出される走行状態は、前記制御ゲインの選定に用いられる。この制御ゲインは、例えば、車速の増大に伴って減少し、またヨーレート、横加速度により定まる車両の旋回程度の増大に伴って減少する値として設定されている。これにより、前記目標舵角は、高速走行中に小、低速走行中に大となり、また旋回走行中には、急旋回となるに従って小さくなり、このような目標舵角に基づく操舵モータＭ1 の制御により、走行状態に応じた操舵特性が得られる。
【００２９】
また反力モータＭ2 を対象とする操舵制御部３の反力制御動作は、例えば、前記タイロッド軸力センサ18からの入力に基づいて舵取機構１に加わる実反力を求め、求められた実反力に所定の制御ゲインを乗じてステアリングホイール２に加えるべき目標反力を算出し、この目標反力に対応する駆動電流を反力モータＭ2 に給電せしめて行われる。
【００３０】
このとき走行状態センサ22により検出される走行状態は、前記制御ゲインの補正に用いられる。この補正は、例えば、車速及び旋回程度が大きくなるに従って制御ゲインを大とし、また、前後加速度により求められる減速程度が大きくなるに従って制御ゲインを大とするように行われる。また、操舵角センサ21により検出されるステアリングホイール２の操作角度を前記目標反力の補正に用い、反力モータＭ2 の駆動電流の増加特性を変更することも可能である。
【００３１】
以上の反力制御動作によりステアリングホイール２には、コラム軸20に加わる反力モータＭ2 の回転力が操舵反力として付加される。この操舵反力は、舵取機構１に加わる実反力を走行状態に応じて補正したものであり、操舵のためにステアリングホイール２を回転操作する運転者に良好な操舵感を体感させることができる。
【００３２】
以上の如く回転操作されるステアリングホイール２の回転量を規制する本発明の特徴たる回転規制手段４は、コラム軸20を支持するコラムハウジングＨ2 の下部に付設されている。
【００３３】
図２は、回転規制手段４の概略構成を示す側断面図である。本図に示す如く回転規制手段４は、コラムハウジングＨ2 の下部に連設されたハウジング40の内部に、第１ギヤ41、第２ギヤ42、回転体43、回転ストッパ44及び固定ストッパ45を備えて構成されている。
【００３４】
第１ギヤ41は、ハウジング40の内部に突出するコラム軸20の軸端部に同軸をなして嵌着固定された小径の平歯車である。第２ギヤ42は、ハウジング40の内部にコラム軸20と平行をなして支持された回転軸46の一側半部に同軸をなして嵌着固定された大径の平歯車であり、第１ギヤ41に噛合させてある。回転体43は、回転軸46の他側半部に同軸をなして嵌着固定された円板であり、その一面は、ハウジング40の同側の内壁面に対向させてある。
【００３５】
以上の構成により第１ギヤ41は、操舵部材としてのステアリングホイール２の回転操作に応じてコラム軸20と共に回転し、この回転は、第１ギヤ41に噛合する第２ギヤ42を介して回転軸46及び回転体43に伝達され、該回転体43は回転軸46の軸回りに回転する。ここで、前述の如く、第２ギヤ42は第１ギヤ41よりも大径としてあるから、第１ギヤ41の回転は減速されて第２ギヤ42に伝達され、該第２ギヤ42及び前記回転体43は、ステアリングホイール２、コラム軸20及び第１ギヤ41の複数回転の間に一回転することとなる。
【００３６】
回転ストッパ44及び固定ストッパ45は、以上の如く回転する回転体43の一面、及び該一面に対向するハウジング40の内壁面に夫々突設されている。図３は、図２に示す回転規制手段４の動作説明図であり、回転ストッパ44及び固定ストッパ45の平面的な位置関係が示されている。
【００３７】
本図に示す如く回転体43の一面に突設された回転ストッパ44は、回転軸46を中心とする扇形の平面形状を有している。また、ハウジング40内面に突設された固定ストッパ45は、回転ストッパ44と同様の扇形の平面形状を有し、回転体43の回転に伴う回転ストッパ44の回転円周上に配設されている。これらの回転ストッパ44と固定ストッパ45とは、ステアリングホイール２が中立位置にあるとき、図３中に実線により示す如く、前記回転円周上にて相対向する周方向位置となり、また図２に示す如く、軸方向にオーバラップするように位置決めされている。
【００３８】
このような中立状態から回転体43が左右両側に回転した場合、該回転体43に突設された回転ストッパ44は、図３中に２点鎖線により示す位置に変位し、固定ストッパ45の同側の側面に夫々当接する。ここで固定ストッパ45は、固定部であるハウジング40の内壁面に突設されているから、回転ストッパ44の回転変位は、固定ストッパ45との当接により阻止され、該回転ストッパ44が設けられた回転体43の回転量は、図中にθとして示す如く、一回転に略相当する角度以内に規制される。
【００３９】
ここで、第１ギヤ41及び第２ギヤ42の前述した構成により、回転体43の一回転は、ステアリングホイール２の回転軸であるコラム軸20の複数回転に対応させることができる。従って、回転規制手段４の動作により、ステアリングホイール２の回転量を中立位置を基準として左右に各複数回転以内に規制して、ステアリングホイール２が舵取機構１に機械的に連結された一般的な操舵装置と全く同様の回転規制を実現することができる。
【００４０】
以上の動作をなす回転規制手段４は、第１ギヤ41、第２ギヤ42、回転体43、回転ストッパ44及び固定ストッパ45を備えるのみであり、簡素な構成にて実現することができる。また、回転体43の回転は、前述した如く、扇形の平面形状を有する回転ストッパ44及び固定ストッパ45の側面が面接触することにより阻止されるから、確実な回転規制が可能となり、更には、この回転規制状態の解除に支障を来すことがない。
【００４１】
なお、回転ストッパ44及び固定ストッパ45は、以上の実施の形態に示す構成に限らず、一方又は両方が円形等の適宜の断面を有するピン形状であってもよい。また回転ストッパ44が設けられる回転体43は、実施の形態に示す円板に限らず、回転軸46への嵌着部及び回転ストッパ44の突設部のみを残した回転アームであってもよい。
【００４２】
図４は、回転規制手段４の他の実施の形態の概略構成を示す側断面図である。本図に示す回転規制手段４は、小径の第１ギヤ41及び大径の第２ギヤ42が傘歯車としてあり、第１ギヤ41は、ハウジング40の内部へのコラム軸20の突出端部に嵌着固定され、第２ギヤ42は、ハウジング40の内部にコラム軸20と直交するように支持された回転軸46の軸端部に嵌着固定されて第１ギヤ41に噛合させてある。
【００４３】
この第２ギヤ42は、回転体を兼用しており、第２ギヤ42の一面に回転ストッパ44が突設され、前記一面に対向するハウジング40の内壁面に固定ストッパ45が突設されており、これらの当接によりステアリングホイール２の回転量を規制する構成としてある。この構成によれば、コラムハウジングＨ2 の径方向への回転規制手段４の張り出しを減じてコンパクト化を図ることができる。
【００４４】
図５は、回転規制手段４の第３の実施の形態を示す横断面図である。本図に示す回転規制手段４は、ハウジング40の内壁面に突設された扇形をなす固定ストッパ45の両側面、即ち、回転ストッパ44との当接面の夫々に、緩衝ばね47，47により周方向に付勢して取り付けられた緩衝板48を備えている。
【００４５】
この構成によれば、回転板43と共に回転する回転ストッパ44が図中に２点鎖線により示す位置に変位したとき、まず前記緩衝板48に当接し、該緩衝板48を支持する緩衝ばね47の縮短を伴って固定ストッパ45に当接することとなり、ステアリングホイール２を操作する運転者に与える衝撃を緩和することができ、また当接に伴う音の発生を軽減することができる。
【００４６】
なお、緩衝ばね47及び緩衝板48は、回転ストッパ44に設けてもよく、また、固定ストッパ45及び回転ストッパ44の両方に設けてもよい。更に、緩衝ばね47及び緩衝板48に代えて、ゴム等の弾性材料製の緩衝板を用い、該緩衝板を固定ストッパ45及び回転ストッパ44の一方又は両方の他方との当接面に被着することによっても同様の効果が得られる。
【００４７】
以上の実施の形態においては、操舵部材としてのステアリングホイール２が舵取機構１から機械的に分離されたステアバイワイヤ式の操舵装置への適用例について述べたが、ステアリングホイール２が舵取機構１に機械的に連結された一般的な操舵装置であっても、ステアリングホイール２の回転軸であるコラム軸20の一部に回転規制手段を備える場合に適用可能であることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る車両用操舵装置においては、操舵部材の回転軸に同軸に設けた第１ギヤの複数回転を、この第１ギヤに噛合する大径の第２ギヤの１回転内の回転に変換し、第２ギヤの回転を回転ストッパと固定ストッパとの当接により阻止する構成としたから、操舵部材の回転量を簡素な構成により複数回転を含めて確実に規制することができ、特に、このような回転規制が必要なステアバイワイヤ式の操舵装置に有用である等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】回転規制手段の概略構成を示す側断面図である。
【図３】図２に示す回転規制手段の動作説明図である。
【図４】回転規制手段の他の実施の形態の概略構成を示す側断面図である。
【図５】回転規制手段の第３の実施の形態を示す横断面図である。
【符号の説明】
１ 舵取機構
２ ステアリングホイール（操舵部材）
４ 回転規制手段
20 コラム軸（回転軸）
41 第１ギヤ
42 第２ギヤ
43 回転体
44 回転ストッパ
45 固定ストッパ
47 緩衝ばね（緩衝手段）
48 緩衝板（緩衝手段）
Claims (3)
- 車体に支持されたコラムハウジングの内部に回転自在に支持され、操舵のために回転操作される操舵部材の回転軸の一部に、前記操舵部材の回転量を所定角度以内に規制する回転規制手段を備える車両用操舵装置において、
前記回転規制手段は、前記回転軸に同軸に設けられた第１ギヤと、
該第１ギヤよりも大径であり、前記第１ギヤに噛合されて前記回転軸と異なる軸回りに回転する第２ギヤと、
該第２ギヤと一体回転する回転体の回転周上に突設され、扇形の平面形状を有する回転ストッパと、
該回転ストッパの回転周上に固定配置され、前記回転ストッパとの当接により前記第２ギヤの回転を制限する扇形の平面形状を有する固定ストッパとを備え、
該固定ストッパは、前記第１ギヤ、第２ギヤ及び回転体を収容し、前記コラムハウジングに連設されたハウジングの内壁面に突設してあることを特徴とする車両用操舵装置。 - 前記第２ギヤは、前記第１ギヤの複数回転を一回転以下に減じる減速ギヤである請求項１記載の車両用操舵装置。
- 前記回転ストッパ及び固定ストッパの一方又は両方は、他方との当接面に緩衝手段を備える請求項１又は請求項２記載の車両用操舵装置。
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