JP6117603B2 - 反力発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作部材の操作フィーリングとして操作部材に反力を発生する反力発生装置に関する。

従来、ステアリングホイールの回転量や回転力をセンサ等によって検出し、そのセンサ出力を基にタイヤの操舵角を制御するバイワイヤ式操舵装置が周知である（例えば、特許文献１等参照）。バイワイヤ式操舵装置の場合、ステアリングホイールはタイヤと機械的に直接連結されていないので、どのような操舵操作であっても、操作荷重は常に同じになる。

しかし、ステアリングホイールとタイヤとが機械的に連結された機械式操舵装置の場合、ステアリング操作時にはタイヤから反力を受けるので、タイヤに発生した反力に応じた操作荷重がステアリングホイールに付与される。このため、ステアリングホイールには走行状態に応じた操作荷重が発生することとなり、例えば低速走行時は反力が小さいのに対し、高速走行時は反力が大きくなる。よって、例えば高速走行時にステアリング操作したときには、ステアリング操作に大きな力が必要となるので、ステアリング操作がし難く、これが高速走行時におけるステアリングホイールの急操作防止になる。

特開２００４−２６８７５４号公報

ところで、バイワイヤ操舵装置においても、ステアリング操作時、その都度に応じた操作荷重をステアリングホイールに発生させたいニーズがある。その一例としては、例えばトーションばね等の付勢部材を取り付け、このばね荷重によってステアリングホイールに操作反力を与えることで実現することが想定される。しかし、付勢部材の付勢力を高めに設定し過ぎると、通常時、ステアリングホイールの操作が重くなり、ステアリング操作の操作性が悪くなる。逆に、付勢部材の付勢力を低めに設定し過ぎると、高速走行時における急操作防止を満足することができなくなる。

本発明の目的は、複数の反力を提示することができる反力発生装置を提供することにある。

前記問題点を解決する反力発生装置は、操作部材が操作されたとき、当該操作部材に反力を発生する構成において、前記操作部材の操作に応じて伸縮するばねの圧縮及びねじりを利用して、当該操作部材に操作量に応じた複数の反力を発生し、前記操作部材の操作時、まず前記ばねが圧縮されることにより、当該圧縮に基づく反力が発生され、続いて前記ばねがねじられることにより、当該ねじりに基づく反力が発生される。

本構成によれば、ばねの圧縮及びねじりを利用して、複数のパターンの反力を発生することが可能となる。よって、操作部材の操作状況に応じて、それぞれ適した反力を操作部材に付与することが可能となる。
また、操作部材の操作時、ばねに圧縮→ねじりを順に発生させることにより、発生反力をスムーズに切り替えることが可能となる。

前記反力発生装置において、前記操作部材と一体動作可能であり、斜面を有する突片が形成されたストッパと、前記操作部材とともに動作する前記ストッパの突片によって間接
的又は直接的に押されることにより、圧縮及びねじりが発生するトーションばねとを備えることが好ましい。この構成によれば、反力発生装置がストッパ及びトーションばねからなるので、反力発生装置を簡素な構成とすることが可能となる。
前記反力発生装置において、前記操作部材の操作時、前記ストッパの突片によってスライド又は回転の動きをとるホルダを備え、前記ホルダがスライド移動すると、当該ホルダによって前記ばねが圧縮され、前記ホルダが回転すると、当該ホルダによって前記ばねがねじられることが好ましい。この構成によれば、ストッパ及びトーションばねはホルダを介した構造となるので、トーションばねに圧縮及びねじりを発生させるにあたり、ストッパを複雑な形状とせずに済む。
前記問題点を解決する反力発生装置は、操作部材が操作されたとき、当該操作部材に反力を発生する構成において、前記操作部材の操作に応じて伸縮するばねの圧縮及びねじりを利用して、当該操作部材に操作量に応じた複数の反力を発生し、前記操作部材と一体動作可能であり、斜面を有する突片が形成されたストッパと、前記操作部材とともに動作する前記ストッパの突片によって間接的又は直接的に押されることにより、圧縮及びねじりが発生するトーションばねとを備え、前記操作部材の操作時、前記ストッパの突片によってスライド又は回転の動きをとるホルダを備え、前記ホルダがスライド移動すると、当該ホルダによって前記ばねが圧縮され、前記ホルダが回転すると、当該ホルダによって前記ばねがねじられる。
本構成によれば、ばねの圧縮及びねじりを利用して、複数のパターンの反力を発生することが可能となる。よって、操作部材の操作状況に応じて、それぞれ適した反力を操作部材に付与することが可能となる。
また、反力発生装置がストッパ及びトーションばねからなるので、反力発生装置を簡素な構成とすることが可能となる。
さらに、ストッパ及びトーションばねはホルダを介した構造となるので、トーションばねに圧縮及びねじりを発生させるにあたり、ストッパを複雑な形状とせずに済む。

前記反力発生装置において、前記操作部材は、回転操作される部材であって、回転操作時、前記ばねの圧縮及びねじりが利用されて、回転量に応じた複数の反力が発生することが好ましい。この構成によれば、回転操作式の操作部材において、複数の反力を発生させることが可能となる。

前記反力発生装置において、前記操作部材としてのステアリングホイールの操作を検出部によって検出し、当該検出部の検出信号を基にアクチュエータを制御してタイヤの切り角を設定するバイワイヤ式操舵装置に使用し、前記ステアリングホイールに回転操作時において反力を付与することが好ましい。この構成によれば、バイワイヤ式操舵装置において、ステアリング操作時、ステアリングホイールに複数の反力を発生させることが可能となる。よって、バイワイヤ式操舵装置であっても、ステアリング操作時、走行状態に応じた操作感をステアリングホイールに付与することが可能となる。

本発明によれば、反力発生装置において、複数の反力を提示することができる。

一実施形態のバイワイヤ式操舵装置の概略図。 反力発生装置の構成を示す分解斜視図。 中立位置のときの反力発生装置の平面図。 トーションばねの圧縮による反力を発生するときの反力発生装置の平面図。 トーションばねのねじりによる反力を発生するときの反力発生装置の平面図。 ステアリングホイールの操舵角度と発生反力の大きさとの関係を示すグラフ。 別例の反力発生装置の概略図。 他の別例の反力発生装置の概略図。

以下、反力発生装置の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１に示すように、バイワイヤ式操舵装置１は、ステアリングホイール２の操舵操作によって回転するステアリングシャフト３の回転量（回転力）を検出するセンサ４と、センサ４の検出信号を基にモータ５を回転制御することにより、ステアリング操作に応じた切れ角にタイヤ６を切り替えるコントローラ７とを備える。センサ４は、例えば回転角センサ等の種々のセンサが使用されている。なお、ステアリングホイール２が操作部材の一例であり、センサ４が検出部の一例であり、モータ５がアクチュエータの一例である。

図２に示すように、バイワイヤ式操舵装置１には、ステアリング操作時にステアリングシャフト３に反力を発生させる反力発生装置８が設けられている。反力発生装置８には、ステアリングシャフト３を相対回転可能に収納する無底略円筒状のケース９と、ステアリングシャフト３に巻回されたトーションばね１０と、ステアリングシャフト３の先端に取り付け固定されたストッパ１１と、ステアリングシャフト３の回転時にトーションばね１０を伸縮させるホルダ１２とが設けられている。ステアリングシャフト３は、ケース９の貫通孔９ａに挿通されている。

ケース９の内周面には、トーションばね１０をステアリングシャフト３の軸Ｌａ回り（図２の矢印Ａ方向）においてねじりの中立位置で位置決めするばね位置決め部１３が設けられている。ばね位置決め部１３は、トーションばね１０側に突出しつつ、ステアリングシャフト３の軸Ｌａ方向（図２のＸ軸方向）に一帯に延びる直方体状をなす。トーションばね１０の各端部には、ばね端を立ち上げるように曲げることによって一対の係止端１４，１５が設けられ、これらでばね位置決め部１３を挟み込むように、互い違いに交差する状態で係止されている。トーションばね１０は、縮みのばね荷重Ｋ１と、ねじりのばね荷重Ｋ２とが異なる値に設定されている。本例の場合、ばね荷重は、圧縮ばね荷重Ｋ１＜ねじりばね荷重Ｋ２に設定されている。

ストッパ１１は、略円板形状に形成され、ステアリングシャフト３（トーションばね１０のばね軸）に対して同一軸心上に配置されている。ストッパ１１の端縁には、ステアリングシャフト３の軸方向に延びる突片１６が形成されている。突片１６の先端には、テーパ状に形成されることによって一対の斜面１７，１８が形成されている。ホルダ１２は、無底略円筒形状に形成され、ステアリングシャフト３（トーションばね１０のばね軸）に対して同一軸心上に配置されている。ホルダ１２は、貫通孔１９にステアリングシャフト３が挿し込まれ、ステアリングシャフト３に対して、軸Ｌａ回り（図２の矢印Ａ方向）に回転可能、及び軸Ｌａ方向（図２の矢印Ｂ方向）にスライド移動となっている。

図３に示すように、ホルダ１２の周壁には、突片１６が配置される切欠溝２０が形成されている。切欠溝２０は、突片１６よりも大きい開口面積で形成され、ストッパ１１の斜面１７，１８が当接する一対の斜面２１，２２が形成されている。トーションばね１０は、軸Ｌａ方向の一端がホルダ１２の内壁面２３に当接され、他方がケース９の内部の座部２４に当接されている。ストッパ１１の回転時、斜面１７，１８が斜面２１，２２を押し込むことにより、ホルダ１２がステアリングシャフト３の軸Ｌａ方向において奥（図３の矢印Ｂ１方向）にスライド移動する。このとき、トーションばね１０が同図の矢印Ｂ１方向に圧縮されて縮む。

各斜面２１，２２の頂部には、ストッパ１１の回転時、突片１６の各側壁２５，２６が当接可能な当て面２７，２８が設けられている。ホルダ１２には、ホルダ１２の回転をトーションばね１０に伝達する腕部２９が突設されている。腕部２９は、ばね位置決め部１３に沿うように形成され、一対の係止端１４，１５に挟み込まれるように配置されている。ストッパ１１の回転時、斜面１７，１８が斜面２１，２２を上り切った後、側壁２５，２６が当て面２７，２８を押すことにより、ホルダ１２が軸Ｌａ回り（図３の矢印Ａ方向）に回転する。このとき、トーションばね１０が軸Ｌａ回りにねじられて縮む。

次に、図４〜図６を用いて、反力発生装置８の動作を説明する。
図４に示すように、ステアリングホイール２が中立位置から一方の回転方向（図４の矢印Ａ１方向）に回転操作されたとする。このとき、ストッパ１１が矢印Ａ１方向に回転すると、突片１６の斜面１７がホルダ１２の斜面２１を押すことにより、ホルダ１２が奥の矢印Ｂ１方向にスライド移動する。ホルダ１２が奥にスライド移動するとき、トーションばね１０が圧縮初期位置（図３の状態）から圧縮されて縮む。これにより、ステアリングホイール２には、トーションばね１０の圧縮（圧縮ばね荷重Ｋ１）に応じた反力Ｆ１、つまり弱めの操作荷重が付与される。

従って、ステアリングホイール２を小さく回転操作したときは、ステアリングホイール２に弱めの操作荷重が付与される。よって、ステアリングホイール２を小さく回転操作するときには、反力が発生するものの軽い力でステアリング操作を行うことが可能となるので、ステアリング操作の操作性が確保される。

図５に示すように、突片１６の斜面１７がホルダ１２の斜面２１を上り切った後、さらにステアリングホイール２が奥に回転操作されると、突片１６の側壁２５がホルダ１２の当て面２７を押すことにより、ホルダ１２がストッパ１１とともに奥の矢印Ａ１方向に回転する。ホルダ１２が奥に回転するとき、圧縮状態のトーションばね１０がねじり初期位置からねじられて縮む。これにより、ステアリングホイール２には、トーションばね１０のねじり（ねじりばね荷重Ｋ２）に応じた反力Ｆ２、つまり強めの操作荷重が付与される。

従って、ステアリングホイール２を大きく回転操作したときは、ステアリングホイール２に強めの操作荷重が付与される。このため、ステアリングホイール２を大きく回転操作するときには、ステアリング操作に操作力が必要となるので、急なステアリング操作が規制され、安全性が確保される。

図６に、ステアリングホイール２の操舵角度と、トーションばね１０により発生する反力（操作荷重）との関係を図示する。同図からも分かるように、ステアリングホイール２の中立位置からの操作開始時は、傾きが緩やかな反力Ｆ１が発生する。そして、ステアリングホイール２の操舵角度が、右回り操舵θ１以上や、左回り操舵θ２以上となってトーションばね１０にねじりが発生し始めると、傾きが急の反力Ｆ２が発生する。このように、ステアリングホイール２の操舵途中で反力が切り替わるので、１つの反力発生装置８で異なる２つの反力をステアリングホイール２に提示することが可能となる。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）ステアリングホイール２が中立位置から回転操作されると、まずは回転するストッパ１１の斜面１７，１８がホルダ１２の斜面２１，２２を押すことにより、ホルダ１２がスライド移動され、トーションばね１０が圧縮される。このため、ステアリングホイール２には、トーションばね１０が圧縮されることによる小さめの反力Ｆ１が発生する。ステアリングホイール２が更に回転操作されていき、斜面１７，１８が斜面２１，２２を上り切ると、続いてはストッパ１１の側壁２５，２６がホルダ１２の当て面２７，２８を押すことにより、ホルダ１２が回転し、トーションばね１０がねじられる。このため、ステアリングホイール２には、トーションばね１０がねじられることによる大きめの反力Ｆ２が発生する。以上のように、ステアリング操作時、ステアリング操作量に応じて、ステアリングホイール２に複数の反力を提示することができる。

（２）反力発生装置８は、少なくともストッパ１１及びトーションばね１０を備えた構造をとる。よって、反力発生装置８を簡素な構成とすることができる。
（３）反力発生装置８は、回転操作される部材（ステアリングホイール２）に設けられている。よって、回転操作式の部材において、複数の反力を発生させることができる。

（４）反力発生装置８は、ステアリングホイール２が回転操作されたとき、圧縮→ねじりの順に反力を発生する。よって、発生反力を途中でスムーズに切り替えながら、ステアリングホイール２に複数の反力を発生させることができる。

（５）反力発生装置８は、ストッパ１１及びトーションばね１０の間にホルダ１２を介した構造をとる。よって、トーションばね１０に圧縮及びねじりを発生させるにあたり、ストッパ１１を複雑な形状とせずに済む。

（６）反力発生装置８は、バイワイヤ式操舵装置１に搭載されている。このため、バイワイヤ式操舵装置１において、ステアリング操作時、ステアリングホイール２に複数の反力を発生させることができる。よって、バイワイヤ式操舵装置１であっても、ステアリング操作時、走行状態に応じた操作感をステアリングホイール２に付与することができる。

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・図７に示すように、反力発生装置８は、ホルダ１２が省略された構造でもよい。この場合、例えばストッパ１１の突片１６にスリット４１を設け、スリット４１の一方側の面に斜面１７及び側壁２５を設け、他方の面に斜面１８及び側壁２６を設ける。ストッパ１１が中立位置から回転をし始めたとき、斜面１７，１８がトーションばね１０の係止端１５を奥に押すことにより、トーションばね１０が圧縮され、ストッパ１１が更に回転したとき、側壁２５，２６がトーションばね１０の係止端１５を側方に押すことにより、トーションばね１０がねじられる。この構造にすれば、反力発生装置８に必要な部品点数を削減することができる。

・ばね位置決め部１３は、長細い突状の部材に限らず、例えばトーションばね１０の各係止端１４，１５を係止できる切り欠きなど、他の形状に変更可能である。
・ばね位置決め部１３は、ケース９に形成されることに限定されず、他の箇所に形成されてもよい。

・ストッパ１１は、円板の側部から突片１６が突出した形状に限定されない。例えば、突片１６を主として有する形状をとり、これがステアリングホイール２側に取り付いていればよい。

・ホルダ１２は、リング状の基部に腕部２９が突出した形状に限定されない。要は、突片１６と当接する箇所と、トーションばね１０を押し込む箇所とを有した形状であればよい。

・トーションばね１０にねじり→圧縮の順に発生させてもよい。
・トーションばね１０に圧縮及びねじりを同時に発生させてもよい。この場合、例えば最初はトーションばね１０に圧縮のみ発生させ、途中で圧縮及びねじりを同時発生させることにより、異なる反力を発生させてもよい。

・トーションばね１０の圧縮のばね荷重Ｋ１とねじりのばね荷重Ｋ２とを異なる値に設定したが、これら値を同じ値にして、ストッパ１１の斜面１７，１８及びホルダ１２の斜面２１，２２の斜面角度によって、反力Ｆ１，Ｆ２の値を調整してもよい。

・図８に示すように、反力発生装置８は、回転操作される部材に反力を発生するタイプに限定されず、例えば押圧操作（プッシュ操作）される部材に反力を発生するタイプでもよい。この場合、例えばホルダ１２を省略した構造とし、スライド操作可能なストッパ１１の突片１６の斜面１７により、まずトーションばね１０にねじり、続いてストッパ１１の裏面４４でトーションばね１０を押すことにより、トーションばね１０に圧縮させることにより、複数の反力を発生可能としてもよい。

・バイワイヤ式操舵装置１のアクチュエータは、モータに限らず、他の駆動源を使用可能である。
・操作部材は、ステアリングホイール２に限定されず、種々の部材に変更可能である。

・反力を発生するばねは、トーションばね１０に限らず、種々のばね材が使用可能である。
・反力発生装置８は、少なくともストッパ１１及びトーションばね１０を備えた構造に限定されず、種々の構造が採用可能である。

・反力発生装置８は、バイワイヤ式操舵装置１に適用されることに限らず、例えばスイッチ装置など、他の機器や装置に適用可能である。
・反力発生装置８は、車載用に限らず、車両以外の機器に適用可能である。

１…バイワイヤ式操舵装置、２…操作部材としてのステアリングホイール、５…アクチュエータとしてのモータ、６…タイヤ、８…反力発生装置、１０…トーションばね、１１…ストッパ、１２…ホルダ、１６…突片、１７，１８…斜面、Ｆ１，Ｆ２…反力。

Claims (6)

1. 操作部材が操作されたとき、当該操作部材に反力を発生する反力発生装置において、
   前記操作部材の操作に応じて伸縮するばねの圧縮及びねじりを利用して、当該操作部材に操作量に応じた複数の反力を発生し、
   前記操作部材の操作時、まず前記ばねが圧縮されることにより、当該圧縮に基づく反力が発生され、続いて前記ばねがねじられることにより、当該ねじりに基づく反力が発生される
   ことを特徴とする反力発生装置。
2. 前記操作部材と一体動作可能であり、斜面を有する突片が形成されたストッパと、
   前記操作部材とともに動作する前記ストッパの突片によって間接的又は直接的に押されることにより、圧縮及びねじりが発生するトーションばねとを備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の反力発生装置。
3. 前記操作部材の操作時、前記ストッパの突片によってスライド又は回転の動きをとるホルダを備え、
   前記ホルダがスライド移動すると、当該ホルダによって前記ばねが圧縮され、前記ホルダが回転すると、当該ホルダによって前記ばねがねじられる
   ことを特徴とする請求項２に記載の反力発生装置。
4. 操作部材が操作されたとき、当該操作部材に反力を発生する反力発生装置において、
   前記操作部材の操作に応じて伸縮するばねの圧縮及びねじりを利用して、当該操作部材に操作量に応じた複数の反力を発生し、
   前記操作部材と一体動作可能であり、斜面を有する突片が形成されたストッパと、
   前記操作部材とともに動作する前記ストッパの突片によって間接的又は直接的に押されることにより、圧縮及びねじりが発生するトーションばねとを備え、
   前記操作部材の操作時、前記ストッパの突片によってスライド又は回転の動きをとるホルダを備え、
   前記ホルダがスライド移動すると、当該ホルダによって前記ばねが圧縮され、前記ホルダが回転すると、当該ホルダによって前記ばねがねじられる
   ことを特徴とする反力発生装置。
5. 前記操作部材は、回転操作される部材であって、回転操作時、前記ばねの圧縮及びねじりが利用されて、回転量に応じた複数の反力が発生する
   ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の反力発生装置。
6. 前記操作部材としてのステアリングホイールの操作を検出部によって検出し、当該検出部の検出信号を基にアクチュエータを制御してタイヤの切り角を設定するバイワイヤ式操舵装置に使用し、前記ステアリングホイールに回転操作時において反力を付与する
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の反力発生装置。