JP6538951B1 - 反力発生装置、及び操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の入力に対抗できる反力を確保しつつ、小型化を図ることのできる反力発生装置を実現する。【解決手段】反力発生装置（１００）は、運転者が操舵操作する操舵部材（２００）に接続されたステアリングシャフト（１０４）と、前記ステアリングシャフトに接続されたダイレクトドライブモータ（１１０）と、前記ステアリングシャフトに接続された電磁ブレーキ（１２０）とを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、反力発生装置及び反力発生装置を用いた操舵装置に関する。

自動車車両を運転する運転者の負担軽減のため、多様な操舵システムが開発されている。

近年、運転者による操舵操作を受け付ける操作部と、車輪を転舵させる転舵部とを機械的に分離し、操作部の操舵量に応じて転舵部を電気的に制御するステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Steer-By-Wire）方式の操舵システムの開発が進められている。

ステアバイワイヤ方式には、路面からのキックバックを除去することができるという利点がある一方で、運転者に自然な操作感を提供するため、操舵操作に対する反力を発生させる反力発生装置が必要となる。

例えば、特許文献１には、車両の舵取機構から分離して配された操舵部材に、操舵のための操作の方向と逆向きの反力を加える反力モータを付設した車両用操舵装置において、前記反力モータとして、誘導モータを用いた車両用操舵装置が開示されている。

特開２００５−１７８５４０号公報（２００５年７月７日公開）

ところで、反力発生装置では、運転者の入力に対抗できる反力を確保しつつ、小型化を図ることが好ましい。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転者の入力に対抗できる反力を確保しつつ、小型化を図ることのできる反力発生装置及び反力発生装置を用いた操舵装置を実現することにある。

前記の課題を解決するために、本発明に係る反力発生装置は、操舵装置に用いられる反力発生装置であって、運転者が操舵操作する操舵部材に接続されたステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトに接続されたダイレクトドライブモータと、前記ステアリングシャフトに接続された電磁ブレーキとを備えている。

本発明に係る反力発生装置及び操舵装置によれば、運転者の入力に対抗できる反力を確保しつつ、小型化を図ることができる。

本発明の実施形態１に係る操舵装置の要部構成を模式的に示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る電磁ブレーキ未動作時の反力発生装置の断面図である。 本発明の実施形態１に係る電磁ブレーキ動作時の反力発生装置の断面図である。 本発明の実施形態１に係る反力発生装置において生じる反力トルクを示すグラフである。 本発明の実施形態２に係る反力発生装置の断面図である。 本発明の実施形態２に係る舵角規制機構の上面斜視図である。 本発明の実施形態２に係る舵角規制機構の一構成例を示す図面である。 本発明の実施形態２に係る反力発生装置において生じる反力トルクを示すグラフである。 本発明の実施形態３に係る反力発生装置の断面図である。 本発明の実施形態３に係る舵角規制機構の一構成例を示す図面である。 本発明の実施形態３に係る反力発生装置において生じる反力トルクを示すグラフである。

〔実施形態１〕
実施形態１に係る操舵装置１について図１〜図４を参照して説明する。

図１は、操舵装置１の要部構成を模式的に示す模式図である。図１に示すように、操舵装置１は、操舵部１０、転舵部２０、操舵部材２００、及び制御部３００を備えており、運転者による操舵部材２００を介した操舵操作に応じて車輪４００を転舵するために用いられる。

操舵装置１は、図１に示すように、操舵部材２００と転舵部２０との間の機械的なトルク伝達経路を有しない一方で、操舵部材２００を介した操舵操作に応じて車輪４００の転舵角を電気的に制御可能であるステアバイワイヤ方式の操舵装置である。

なお、操舵部材２００として、図１に示すように、ホイール形状を有するステアリングホイールを例に挙げるが、これは本実施形態を限定するものではなく、運転者による操舵操作を受け付けることができるものであれば他の形状や機構を有するものであってもよい。

（操舵部１０）
操舵部１０は、運転者による操舵部材２００を介した操舵操作を受け付ける機能と、操舵操作に対する反力を発生させ、当該反力を操舵部材２００に伝達する機能とを併せ持っている。図１に示すように、操舵部１０は、反力発生装置１００、ステアリングシャフト１０１、及び、トルクセンサ１０２を備えている。

以下の説明において、「上端」とは、操舵部材２００に近い側の端部のことを指し、「下端」とは、操舵部材２００から遠い側の端部のことを指す。

ステアリングシャフト１０１の上端は、操舵部材２００に対してトルク伝達可能に接続されている。ここで、「トルク伝達可能に接続」とは、一方の部材の回転に伴い他方の部材の回転が生じるように接続されていることを指し、例えば、一方の部材と他方の部材とが一体的に成形されている場合、一方の部材に対して他方の部材が直接的又は間接的に固定されている場合、及び、一方の部材と他方の部材とが継手部材等を介して連動するよう接続されている場合を少なくとも含む。

本実施形態では、ステアリングシャフト１０１の上端は、操舵部材２００に対して固定されており、操舵部材２００とステアリングシャフト１０１とは一体的に回転する。

ステアリングシャフト１０１と反力発生装置１００とはトルク伝達可能に接続されており、ステアリングシャフト１０１において生じる捩れをトルクセンサ１０２によって検出する。

より具体的には、運転者が操舵部材２００を介した操舵操作を行うと、ステアリングシャフト１０１内に設けられたトーションバーにおいて、操舵操作のトルクＴの大きさに応じた捩れ角θ_Tが生じる。トルクセンサ１０２は、この捩れ角θ_Tを検出し、検出結果を示すトルクセンサ信号を制御部３００に供給する。なお、操舵部１０は、操舵部材２００の操舵角を検出するための操舵角センサを更に備え、検出した操舵角又は操舵角速度を示す信号を制御部３００に供給する構成としてもよい。また、操舵部１０は、トルクセンサ１０２に替えて上記操舵角センサを備え、検出した操舵角又は操舵角速度を示す信号を制御部３００に供給する構成としてもよい。

反力発生装置１００は、制御部３００から供給されるトルク制御信号に従い、トルクを発生する。反力発生装置１００の具体的な構成については後述する。

（制御部３００）
制御部３００は、運転者による操舵操作に応じて、転舵力発生部２２０が発生させる転舵力及び反力発生装置１００が発生させるトルクを制御する。

より具体的には、制御部３００は、トルクセンサ１０２から供給されるトルクセンサ信号を参照して、反力発生装置１００が発生させるトルクを制御するためのトルク制御信号と、転舵力発生部２２０が発生させる転舵力を制御するための転舵力制御信号とを生成し、それぞれ、反力発生装置１００と転舵力発生部２２０とに供給する。

制御部３００は、操舵部材２００の操舵角を示す信号、及び車速センサからの車速信号などを更に参照して、トルク制御信号及び転舵力制御信号を生成する構成としてもよい。

制御部３００は、操舵部材２００を介して入力された運転者の操舵トルクとは逆向きの反力トルクがステアリングシャフト１０１に伝達されるように反力発生装置１００を制御する。これにより、運転者は、操舵操作に対する操作感を得ることができる。

（転舵部２０）
転舵部２０は、操舵部１０が受け付けた運転者の操舵操作に応じて、車輪４００を転舵させるための構成である。

図１に示すように、転舵部２０は、ラック軸２１１、タイロッド２１２、ナックルアーム２１３、及び、転舵力発生部２２０を備えている。

転舵力発生部２２０は、制御部３００からの転舵力制御信号に従って転舵力を発生させ、ラック軸２１１を軸方向に変位させる。

ラック軸２１１が軸方向に変位することにより、ラック軸２１１の両端に設けられたタイロッド２１２、及び、タイロッド２１２に連結されたナックルアーム２１３を介して、車輪４００が転舵される。

なお、転舵力発生部２２０の具体的構成は本実施形態を限定するものではないが、例えば、以下の構成例が挙げられる。

［構成例１］
転舵力発生部２２０は、モータと、当該モータの出力軸の回転運動をラック軸２１１の軸方向の直線運動に変換する変換機構とを備える。ここで、変換機構として、例えば、螺旋溝が形成された内周面を有するナットであって、モータによって回転駆動されるナットと、ラック軸の外周面に形成され、ナットの螺旋溝と同じピッチを有する螺旋溝と、ナットの螺旋溝及びラック軸の螺旋溝によって挟持された複数の転動用ボールとによって構成される所謂ボールねじ機構を用いることができる。

更に言えば、転舵力発生部２２０は、ラック軸２１１に沿って配置されたモータの出力軸に対してトルク伝達可能に接続された駆動プーリと、ナットに対してトルク伝達可能に接続された従動プーリと、駆動プーリと従動プーリとに懸架され、駆動プーリから従動プーリにトルクを伝達する懸架部材を備える構成とすることができる。

［構成例２］
転舵力発生部２２０は、ラック軸２１１と同軸に配置された中空モータを備え、当該中空モータによって構成例１におけるナットを回転駆動する構成としてもよい。このような構成とすれば、構成例１における駆動プーリと従動プーリとが不要になるため、省スペース化を図ることができる。

［構成例３］
転舵力発生部２２０は、ボールねじ機構に替えて、モータによって回転駆動される第２のピニオンシャフトと、第２のピニオンシャフトに対してトルク伝達可能に接続されたピニオンギヤであって、ラック軸２１１に形成された第２のラックに噛み合うピニオンギヤとを備える構成としてもよい。

［構成例４］
転舵力発生部２２０は、左右前後の車輪４００のそれぞれについて備えられる構成であってもよい。このような構成とすれば、車輪４００を、それぞれ独立して転舵することができる。

（反力発生装置１００）
続いて、図２及び図３を参照して、反力発生装置１００の構成例についてより具体的に説明する。図２は、反力発生装置１００の一構成例を示す断面図である。

図２は、後述する電磁ブレーキ１２０が動作していない状態での反力発生装置１００の断面を示しており、図３は、電磁ブレーキ１２０が動作している状態での反力発生装置１００の断面を示している。

図２に示すように、反力発生装置１００は、ダイレクトドライブモータ１１０、電磁ブレーキ１２０、ハウジング１３０、回転角センサ１５０及び第２のスプリング１７２を備えている。

ダイレクトドライブモータ１１０は、モータロータ１１１と、モータコア１１２と、によって構成されている。モータロータ１１１は、ステアリングシャフト１０１に固定的に接続されており、モータロータ１１１とステアリングシャフト１０１とが一体的に回転する。モータロータ１１１は、一例として複数の永久磁石を備えた構成とすることができるがこれは本実施形態を限定するものではない。モータコア１１２は、ハウジング１３０に固定的に接続されており、モータロータ１１１に対して反力トルクを与えるための電磁的構成要素である。モータコア１１２は、一例として、制御部３００から供給されるトルク制御信号によって電場の極性及び大きさが制御される複数の電磁石を備えた構成とすることができるがこれは本実施形態を限定するものではない。

以上のように構成されたダイレクトドライブモータ１１０は、制御部３００から供給されるトルク制御信号に従い、モータロータ１１１を回転させ、モータロータ１１１とステアリングシャフト１０１とを一体的に回転させる。これにより、ダイレクトドライブモータ１１０は、運転者による操舵操作に応じて、反力トルクを発生する。

回転角センサ１５０は、ステアリングシャフト１０１の回転角を検出し、検出した結果を示す回転角信号を、制御部３００に供給する。なお、当該回転角信号は、電磁ブレーキ１２０に直接供給される構成としてもよい。

電磁ブレーキ１２０は、電磁部１２１と、第１の摩擦部１２３と、第２の摩擦部１２２と、支持ピン１２４とによって構成されている。第１の摩擦部１２３は、第１の摩擦プレート支持部１２３ａと第１の摩擦プレート１２３ｂとを備えている。第１の摩擦プレート支持部１２３ａは、ステアリングシャフト１０１に固定的に接続されており、第１の摩擦プレート支持部１２３ａとステアリングシャフト１０１とは一体的に回転する。また、第１の摩擦プレート支持部１２３ａの第２の摩擦部１２２に対向する側には、第１の摩擦プレート支持部１２３ａに対して固定的に第１の摩擦プレート１２３ｂが設けられている。

一方、第２の摩擦部１２２は、第２の摩擦プレート支持部１２２ａと第２の摩擦プレート１２２ｂとを備えている。第２の摩擦プレート支持部１２２ａは、ステアリングシャフト１０１の軸方向に関する軸周り回転不能に、かつ、当該軸方向にスライド可能に、支持ピン１２４によって支持されている。より具体的には、第２の摩擦プレート支持部１２２ａには貫通孔が形成されており、当該貫通孔には、一端がハウジング１３０に対して固定的に接続され、ステアリングシャフト１０１の軸方向に沿って延伸する支持ピン１２４が貫通している。第２の摩擦プレート支持部１２２ａの第１の摩擦プレート１２３ｂに対向する側には、第２の摩擦プレート支持部１２２ａに対して固定的に第２の摩擦プレート１２２ｂが設けられている。

電磁部１２１は、ハウジング１３０にステアリングシャフト１０１の軸方向に関する軸周り回転不能、かつ、当該軸方向にスライド不能に固定されている。より具体的には、電磁部１２１には貫通孔が形成されており、当該貫通孔には、支持ピン１２４が貫通している。

電磁部１２１は、回転角センサ１５０が検出した回転角信号に応じて、第２の摩擦部１２２をステアリングシャフト１０１の軸方向にスライドさせる。電磁部１２１は、第１の摩擦部１２３側に第２の摩擦部１２２をスライドさせることによって、第２の摩擦プレート１２２ｂを第１の摩擦プレート１２３ｂに押し付ける。これにより、第１の摩擦プレート１２３ｂと第２の摩擦プレート１２２ｂとが当接し、摩擦トルクを発生させる。これにより、電磁ブレーキ１２０に起因した反力トルクがステアリングシャフト１０１に対して印加されることになる。

なお、電磁部１２１は、回転角信号に換えて、操舵部材２００の舵角センサ（不図示）の舵角信号に応じて動作する構成であってもよい。また、第１の摩擦プレート１２３ｂ及び第２の摩擦プレート１２２ｂに用いられる部材は、電磁ブレーキ１２０の動作時の動作音が静かであり、電磁ブレーキ１２０の解除性に優れ、かつ、電磁ブレーキ１２０の動作時における弾かれ等の現象を抑制するものであることが好ましいが、これは本実施形態を限定するものではない。

ハウジング１３０は、ダイレクトドライブモータ１１０と、電磁ブレーキ１２０とを収容するように構成されている。ハウジング１３０にダイレクトドライブモータ１１０と、電磁ブレーキ１２０とを収容するように構成することにより、反力発生装置１００の小型化を図ることができる。

第２のスプリング１７２は、第１の摩擦部１２３と、第２の摩擦部１２２との間に配置されている。より具体的には、第２のスプリング１７２の一方の端部は、第１の摩擦プレート支持部１２３ａのダイレクトドライブモータ１１０とは反対側の面に回転摺動可能な部材１７３を介して接続され、第２のスプリング１７２の他方の端部は、第２の摩擦プレート支持部１２２ａの電磁部１２１とは反対側の面に接続されている。

続いて、図４を参照して、反力発生装置１００において生じる反力トルクについて説明する。

図４に示す折れ線グラフは、操舵部材２００の操舵角と反力発生装置１００において生じる反力トルクとの対応関係を示している。図４の折れ線グラフにおいて、横軸は操舵部材２００の操舵角を表し、縦軸は反力発生装置１００において生じる反力トルクを表す。操舵角θ_０は、操舵部材２００の初期位置の角度を示し、操舵角θ_１〜θ_３は、操舵角θ_０を起点とし、操舵部材２００を時計回り、または反時計まわりに転舵させた際の角度を示す。ここで、本実施例において、操舵角θ_２は転舵部２０の最大転舵角に対応した操舵部材２００の操舵角である。また、本実施例において、操舵角θ_１を所定の舵角、操舵角θ_２を規定操舵角（請求の範囲における第１の操舵角）と呼んでもよい。操舵角θ_０からθ_２までの範囲は、操舵部材２００の操舵角に対応した転舵部２０の転舵が可能である通常転舵域を示し、操舵角θ_２からθ_３までの範囲は、操舵部材２００の操舵角に対応した転舵部２０の転舵が不可能な異常転舵領域である。反力トルクｆ_０からｆ_２までの範囲は、ダイレクトドライブモータ１１０によって生じる反力トルクである通常操舵反力の値を示し、反力トルクｆ_０からｆ_３までの範囲は、ダイレクトドライブモータ１１０によって生じる反力トルクと電磁ブレーキ１２０によって生じる摩擦トルクとを合わせた反力トルクである通常壁反力の値を示す。また、反力トルクｆ_４は、操舵部材２００に対して運転者が過大入力した際に、当該過大入力に対抗できる反力トルクの値を示す。

ここで、通常転舵域で生じる反力トルクはダイレクトドライブモータ１１０によって生じる反力トルクに基づくものであり、空転域で生じる反力トルクは、ダイレクトドライブモータ１１０によって生じる反力トルクと電磁ブレーキ１２０によって生じる摩擦トルクとに基づくものである。図４に示すように、ダイレクトドライブモータ１１０は、操舵角θ_０からθ_１までの範囲において反力トルクをｆ_０からｆ_１まで一定の増加率で反力トルクを増加させた後、操舵角θ_１からθ_２までの範囲において反力トルクの増加率を低減させた上で反力トルクをｆ_１からｆ_２まで増加させる。また、図４に示すように、電磁ブレーキ１２０は、摩擦トルクを生じさせることによって、反力トルクの値をｆ_３まで急激に増加させた後、当該反力トルクの値をｆ_３に維持する。

図４に示す積層グラフは、反力発生装置１００が備える機構毎の反力トルクを示すグラフであり、反力トルクＦ１は、ダイレクトドライブモータ１１０によって生じる反力トルクを示し、反力トルクＦ２は、電磁ブレーキ１２０によって生じる摩擦トルクを示す。なお、図４に示すように、反力トルクＦ１及びＦ２の反力の割合は、反力発生装置１００において用いられるダイレクトドライブモータ１１０及び電磁ブレーキ１２０のサイズ等の構成を変更することによって、反力トルクＦ１’及びＦ２’の反力の割合のように変化する。

このように、反力発生装置１００は、ダイレクトドライブモータ１１０によって生じる反力トルクに加えて、電磁ブレーキ１２０によって生じる摩擦トルクを用いることで、運転者の入力に対抗できる反力を確保することができる。
〔実施形態２〕
以下、実施形態２に係る反力発生装置１００ａについて、図５〜８を参照して説明する。

図５は、反力発生装置１００ａの一構成例を示す断面図である。本実施形態に係る反力発生装置１００ａは、実施形態１に係る反力発生装置１００において、舵角規制機構１６０を更に備える構成である。以下の説明では、すでに説明した部材と同様の部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

舵角規制機構１６０は、ステアリングシャフト１０１に固定的に接続された回転基板であって、ステアリングシャフト１０１と一体的に回転する回転基板１６１と、少なくとも１つのガイド球１６２とを備えている。舵角規制機構１６０は、操舵部材２００の操舵角が規定操舵角に達した場合に操舵部材２００の操舵を規制する。舵角規制機構１６０による操舵部材２００の操舵の規制方法については後述する。

ここで、本実施形態に係るハウジング１３０は、ダイレクトドライブモータ１１０と、電磁ブレーキ１２０とに加えて、舵角規制機構１６０を収容するように構成されている。ハウジング１３０にダイレクトドライブモータ１１０と、電磁ブレーキ１２０と、舵角規制機構１６０とを収容するように構成することにより、反力発生装置１００の小型化を図ることができる。

なお、電磁ブレーキ１２０の電磁部１２１は、ハウジング１３０にステアリングシャフト１０１の軸方向に関する軸周り回転不能、かつ、当該軸方向にスライド不能に固定されている。より具体的には、電磁部１２１には貫通孔が形成されており、当該貫通孔には、支持ピン１２４が貫通している。また、電磁部１２１は、ステアリングシャフト１０１の半径方向と交わる面において、ハウジング１３０に対して固定されている。

電磁部１２１は、実施形態１と同様に、回転角センサ１５０が検出した回転角信号に応じて、第２の摩擦部１２２をステアリングシャフト１０１の軸方向にスライドさせる。電磁部１２１は、第１の摩擦部１２３側に第２の摩擦部１２２をスライドさせることによって、第２の摩擦プレート１２２ｂを第１の摩擦プレート１２３ｂに押し付ける。これにより、第１の摩擦プレート１２３ｂと第２の摩擦プレート１２２ｂとが当接し、摩擦トルクを発生させる。これにより、電磁ブレーキ１２０に起因した反力トルクがステアリングシャフト１０１に対して印加されることになる。
（舵角規制機構１６０）
続いて、図６及び７を参照して、舵角規制機構１６０の構成例についてより具体的に説明する。図６は、舵角規制機構１６０の上面斜視図である。

図６に示すように、舵角規制機構１６０が備える回転基板１６１は、電磁部１２１の第２の摩擦部１２２とは反対側の面に対向する面１７０において、両端部１６４、１６５を有するらせん状の溝１６３が形成されている。また、図６に示すように、回転基板１６１には、らせん状の溝１６３上に少なくとも１つ以上のガイド球１６２が配置されている。ガイド球１６２は、操舵部材２００の操舵に応じて、らせん状の溝１６３上を移動する。

続いて、図７を参照して、舵角規制機構１６０におけるガイド球１６２の動きを説明する。図７は、操舵部材２００を反時計回り（左転舵）に規定操舵角θ_２まで転舵した場合と、操舵部材２００を転舵しない場合と、操舵部材２００を時計回り（右転舵）に規定操舵角θ_２まで転舵した場合とにおける、らせん状の溝１６３上のガイド球１６２の配置を示している。

図７に示すように、θ_０からθ_２未満までの中立の位置にガイド球１６２が配置される場合では、ガイド球１６２がらせん状の溝１６３の両端部１６４、１６５に当接することがなく、操舵部材２００の操舵を規制することはない。また、操舵部材２００を反時計回りに規定操舵角θ_２まで転舵すると、図７の「左転舵後」の示す位置にガイド球１６２が配置され、ガイド球１６２がらせん状の溝１６３の端部１６５に当接する。また、操舵部材２００を時計回りに規定操舵角θ_２まで転舵すると、図７の「右転舵後」の示す位置にガイド球１６２が配置され、ガイド球１６２がらせん状の溝１６３の端部１６４に当接する。このように、操舵部材２００の操舵角が上記規定操舵角θ_２に達した場合には、ガイド球１６２は、らせん状の溝１６３の端部１６４、１６５に当接する。これにより操舵部材２００の操舵を規制することができる。なお、図７において、らせん状の溝１６３が平らな形状を用いて説明したが、これは本実施形態を限定するものではなく、例えば、らせん状の溝１６３の両端部１６４、１６５における溝の深さが、当該両端部１６４、１６５以外の箇所よりも深い構成であってもよい。

より具体的には、らせん状の溝１６３の両端部１６４、１６５において、溝の深さが相対的に深くなる深溝部１６４ａ、１６５ａが形成されている。深溝部１６４ａ、１６５ａは、らせん状の溝１６３の各端部１６４、１６５から所定の長さに亘って設けられている。ガイド球１６２は、操舵部材２００の操舵角が予め定められた操舵角θ_４（請求の範囲における第２の操舵角）以上になった場合、深溝部１６４ａ、１６５ａに配置され、電磁部１２１から離れる方向に移動する。ここで操舵角θ_４は、規定操舵角θ_２未満である。

なお、電磁部１２１の第２の摩擦部１２２とは反対側の面に放射状の溝１２５を形成し、らせん状の溝１６３と放射状の溝１２５との交差位置にガイド球１６２を配置することによって、らせん状の溝１６３上におけるガイド球１６２の位置ズレを抑制することができる。

続いて、図８を参照して、反力発生装置１００ａにおいて生じる反力トルクについて説明する。

図８に示す積層グラフは反力発生装置１００ａが備える機構毎の反力トルクを示すグラフであり、反力トルクＦ５及び反力トルクＦ６は舵角規制機構１６０によって生じる反力トルクを示す。

より具体的には、反力発生装置１００ａは、操舵部材２００の操舵角が上記所定の舵角未満である場合、図８の（ａ）に示すように、ダイレクトドライブモータ１１０によって生じる反力トルクＦ１と、電磁ブレーキ１２０によって生じる反力トルクＦ２とを合わせた反力トルクを発生させる。

また、反力発生装置１００ａは、操舵部材２００の操舵角が規定操舵角に達した場合、図８の（ｂ）に示すように、上記反力トルクＦ１と上記反力トルクＦ２とに加えて、舵角規制機構１６０によって生じる反力トルクＦ５を合わせた反力トルクを発生させる。ここで、反力トルクＦ５は、ガイド球１６２が上記端部１６４、１６５に当接することによって生じる反力トルクを示す。ここで、上記反力トルクＦ１と上記反力トルクＦ２と上記反力トルクＦ５とを合わせた反力トルクは、操舵部材２００に対して上記過大入力に対抗できる反力トルクｆ_４に相当する。なお、図８の（ｂ）に示すように、ダイレクトドライブモータ１１０と電磁ブレーキ１２０とが動作していない場合であっても、上記過大入力に対抗できる反力トルクｆ_４に相当する反力トルクＦ６を舵角規制機構１６０において生じさせることができる。ここで反力トルクＦ６は、ガイド球１６２が上記端部１６４、１６５に当接することによって生じる反力トルクを示す。

このように、反力発生装置１００ａは、ダイレクトドライブモータ１１０によって生じる反力トルク及び電磁ブレーキ１２０によって生じる摩擦トルクに加えて、舵角規制機構１６０によって生じる反力トルクを用いることで、運転者の入力に対抗できる反力を確保することができる。
〔実施形態３〕
以下、実施形態３に係る反力発生装置１００ｂについて、図９〜１１を参照して説明する。

図９は、反力発生装置１００ｂの一構成例を示す断面図である。本実施形態に係る反力発生装置１００ｂは、実施形態２に係る反力発生装置１００ａにおいて、舵角規制機構１６０に替えて舵角規制機構１６０ｂを備え、第１のスプリング１７１を更に備える構成である。以下の説明では、すでに説明した部材と同様の部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

第１のスプリング１７１は、電磁部１２１と、第１の摩擦部１２３との間に配置されている。より具体的には、第１のスプリング１７１の一方の端部は、電磁部１２１の舵角規制機構１６０ｂとは反対側の面に接続され、第１のスプリング１７１の他方の端部は、第１の摩擦プレート支持部１２３ａのダイレクトドライブモータ１１０とは反対側の面に回転摺動可能な部材１７３を介して接続されている。

第１のスプリング１７１は、スプリングが縮む際の反発力によって、電磁部１２１を回転基板１６１へ押し付ける力を増加させ、ボール摺動抵抗を増加させることができる。

続いて、図１０を参照して、舵角規制機構１６０ｂにおけるガイド球１６２の動きを説明する。

本実施形態に係る舵角規制機構１６０ｂは、図１０に示すように、らせん状の溝１６３ａの両端部１６４、１６５において、溝の深さが相対的に浅くなる第１の浅溝部１６８、１６６と、溝の深さが第１の浅溝部１６８、１６６よりも浅い第２の浅溝部１６９、１６７が形成されている。第１の浅溝部１６８、１６６は、らせん状の溝１６３ａの各端部１６４、１６５から第１の所定の長さに亘って設けられている。また、第２の浅溝部１６９、１６７は、らせん状の溝１６３ａの各端部１６４、１６５から第２の所定の長さに亘って設けられている。ここで、第２の所定の長さは、らせん状の溝１６３ａにおいて、第１の所定の長さよりも短くなるように設けられている。

図１０に示すように、操舵部材２００の操舵角が所定の舵角θ_１未満である場合、ガイド球１６２は、らせん状の溝１６３ａの両端部１６４、１６５以外の箇所に配置される。また、操舵部材２００の操舵角が規定操舵角θ_２未満の所定の舵角θ_１（請求の範囲における第３の操舵角）以上になった場合に、ガイド球１６２は、らせん状の溝１６３ａの第１の浅溝部１６８、１６６に配置される。ガイド球１６２が第１の浅溝部１６８、１６６に配置されることによって、ガイド球１６２は電磁部１２１を第２の摩擦部１２２に押し付けることができる。これにより、電磁ブレーキ１２０による摩擦トルクが増大する。また、操舵部材２００を反時計回りに規定操舵角θ_２まで転舵すると、図１０の「左転舵後」の示す位置にガイド球１６２が配置される。これにより、ガイド球１６２がらせん状の溝１６３ａの第２の浅溝部１６９に配置されると共に、らせん状の溝１６３ａの端部１６５に当接する。また、操舵部材２００を時計回りに規定操舵角θ_２まで転舵すると、図１０の「右転舵後」の示す位置にガイド球１６２が配置される。これにより、ガイド球１６２がらせん状の溝１６３ａの第２の浅溝部１６７に配置されると共に、らせん状の溝１６３ａの端部１６４に当接する。ガイド球１６２が第２の浅溝部１６９、１６７に配置されることによって、ガイド球１６２は第１の摩擦部１２３と第２の摩擦部１２２とが完全に密着するまで電磁部１２１を押し付けることができる。これにより、電磁ブレーキ１２０における摩擦トルクが更に増大する。また、ガイド球１６２がらせん状の溝１６３ａの端部１６４、１６５に当接することによって、操舵部材２００の操舵が規制される。

なお、ガイド球１６２が上記端部１６４、１６５に当接することによって上記過大入力に対抗できる反力トルクを生じさせる場合、第１の摩擦部１２３と第２の摩擦部１２２との接触荷重を下げる、または接触を解除するようにらせん状の溝１６３ａの第２の浅溝部１６９、１６７の深さを設定してもよい。

より具体的には、図１０に示すように、らせん状の溝１６３ｂは、第２の浅溝部１６９ａ、１６７ａの溝の深さを第１の浅溝部１６８、１６６の溝の深さよりも深くなるように設定してもよい。ガイド球１６２は、操舵部材２００の操舵角が予め定められた操舵角θ_５（請求の範囲における第４の操舵角）以上になった場合、第２の浅溝部１６９ａ、１６７ａに配置され、電磁部１２１から離れる方向に移動する。これにより、第１の摩擦部１２３と第２の摩擦部１２２のダメージを抑制することができる。ここで操舵角θ_５は、規定操舵角θ_２未満であり、かつ、所定の舵角θ_１以上である。

舵角規制機構１６０ｂは、らせん状の溝１６３ａの端部１６４と端部１６５の間の長さ、換言すれば、らせん状の溝の両端部１６４、１６５の位置を設定することによって、操舵部材の操舵角の規定操舵角を任意の角度に設定することができる。そのため、らせん状の溝１６３ａの両端部１６４、１６５は任意角ストッパーと言い換えることができる。

続いて、図１１を参照して、反力発生装置１００ｂにおいて生じる反力トルクについて説明する。

図１１に示す積層グラフは反力発生装置１００ｂが備える機構毎の反力トルクを示すグラフであり。図１１における反力トルクＦ３は、舵角規制機構１６０ｂによって生じる反力トルクを示し、図１１における反力トルクＦ４は第１のスプリング１７１によって生じる反力トルクを示す。

より具体的には、反力発生装置１００ｂは、操舵部材２００の操舵角が上記所定の舵角未満である場合、図１１の（ａ）に示すように、ダイレクトドライブモータ１１０によって生じる反力トルクＦ１と、電磁ブレーキ１２０によって生じる反力トルクＦ２と、第１のスプリング１７１によって生じる反力トルクＦ４とを合わせた反力トルクを発生させる。ここで、反力トルクＦ４は、第１のスプリング１７１のスプリングが縮む際の反発力により生じる反力トルクを示す。

また、反力発生装置１００ｂは、操舵部材２００の操舵角が上記規定操舵角未満かつ上記所定の舵角以上である場合、図１１の（ｂ）に示すように、上記反力トルクＦ１と上記反力トルクＦ２と、上記反力トルクＦ４とに加えて、舵角規制機構１６０ｂによって生じる反力トルクＦ３を合わせた反力トルクを発生させる。ここで、反力トルクＦ３は、舵角規制機構１６０ｂの電磁部１２１がスライドし、第２の摩擦プレート支持部１２２ａとのクリアランスが減少することによる電磁力の増加によって生じる反力トルクを示す。

また、反力発生装置１００ｂは、操舵部材２００の操舵角が規定操舵角に達した場合、図１１の（ｃ）に示すように、上記反力トルクＦ１と上記反力トルクＦ２とに加えて、舵角規制機構１６０ｂによって生じる反力トルクＦ５を合わせた反力トルクを発生させる。なお、図１１の（ｃ）に示すように、ダイレクトドライブモータ１１０と電磁ブレーキ１２０とが動作していない場合であっても、上記過大入力に対抗できる反力トルクｆ_４に相当する反力トルクＦ６を舵角規制機構１６０ｂにおいて生じさせることができる。

このように、反力発生装置１００ａは、ダイレクトドライブモータ１１０によって生じる反力トルク、電磁ブレーキ１２０によって生じる摩擦トルク、及び舵角規制機構１６０ｂによって生じる反力トルクに加えて、第１のスプリング１７１及び第２のスプリング１７２によって生じる反力トルクを用いることで、運転者の入力に対抗できる反力を確保することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

また、操舵角θ_２は転舵部２０の最大転舵角に対応した操舵部材の操舵角である構成について例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、転舵部２０の最大転舵角が規制状態である場合、操舵角θ_２を最大転舵角に達する前の角度に設定することができる。また、本実施形態において、「最大転舵角」とは、必ずしも転舵部２０の機械的構造によって決定される最大転舵角だけでなく、制御部３００において設定される最大転舵角も含まれる。

１ 操舵装置
１００ 反力発生装置
１０１ ステアリングシャフト
１０２ トルクセンサ
１１０ ダイレクトドライブモータ
１２０ 電磁ブレーキ
１２１ 電磁部
１２２ 第２の摩擦プレート
１２３ 第１の摩擦プレート
１３０ ハウジング
１６０ 舵角規制機構
１６１ 回転基板
１６２ ガイド球
１７１ 第１のスプリング（スプリング）
１７２ 第２のスプリング（スプリング）
２００ 操舵部材
２２０ 転舵力発生部
３００ 制御部
４００ 車輪

Claims (9)

1. 操舵装置に用いられる反力発生装置であって、
   運転者が操舵操作する操舵部材に接続されたステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトに接続され、反力トルクを発生するダイレクトドライブモータと、
   前記ステアリングシャフトと一体的に回転する第１の摩擦部、前記第１の摩擦部に対向し、回転不能に設けられた第２の摩擦部、及び前記第２の摩擦部を前記第１の摩擦部に押し付ける電磁部を有し摩擦トルクを発生する電磁ブレーキと、
   を備え、
   前記反力発生装置は、
   前記操舵部材の操舵角が所定の範囲内である場合に、反力トルクを前記ダイレクトドライブモータによって生じさせ、
   前記操舵部材の操舵角が所定の範囲を超える場合に、反力トルクを前記ダイレクトドライブモータによって生じる前記反力トルクと前記電磁ブレーキによって生じる前記摩擦トルクを合わせることにより生じさせる
   ことを特徴とする反力発生装置。
2. 前記操舵部材の操舵角が第１の操舵角に達した場合に、前記操舵部材の操舵を規制する舵角規制機構を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の反力発生装置。
3. 前記舵角規制機構は、
   前記ステアリングシャフトと一体的に回転する回転基板であって、両端部を有するらせん状の溝が形成された回転基板と、
   前記溝に配置される少なくとも１つのガイド球と、
   を備え、
   前記第１の操舵角に達した際に、前記ガイド球が前記両端部に当接し、
   前記電磁部は、
   前記ステアリングシャフトの軸方向に関する軸回り回転不能であり、
   第２の摩擦部とは反対側の面に放射状の溝が形成されており、
   前記ガイド球は、前記らせん状の溝と前記放射状の溝との交差位置に配置される
   ことを特徴とする請求項２に記載の反力発生装置。
4. 前記回転基板において、前記電磁部の前記第２の摩擦部とは反対側の面に対向する面に前記らせん状の溝が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の反力発生装置。
5. 前記らせん状の溝は、溝の深さが相対的に浅くなる第１の浅溝部を有し、
   前記第１の浅溝部は、前記らせん状の溝の各端部から、第１の所定の長さに亘って設けられ、
   前記第１の浅溝部は、前記操舵部材の操舵角が、前記第１の操舵角未満である第３の操舵角以上となった場合に、前記ガイド球を前記電磁部に押し付ける方向に移動させる事を特徴とする請求項４に記載の反力発生装置。
6. 前記らせん状の溝は、らせん状の溝の深さが、前記第１の浅溝部よりも深くなる第２の浅溝部を有し、
   前記第２の浅溝部は、
   前記らせん状の溝の各端部から、前記第１の所定の長さよりも短い長さである第２の所定の長さに亘って設けられ、
   前記操舵部材の操舵角が、前記第１の操舵角未満であり、前記第３の操舵角以上である第４の操舵角以上となった場合に、前記ガイド球を前記電磁部から離れる方向に移動させる事を特徴とする請求項５に記載の反力発生装置。
7. 前記電磁部と前記第１の摩擦部との間に配置されたスプリングを更に備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の反力発生装置。
8. 前記ダイレクトドライブモータと、前記第１の摩擦部と、前記第２の摩擦部と、前記電磁部と、前記舵角規制機構とを収容するハウジングを備えている
   ことを特徴とする請求項２から７の何れか１項に記載の反力発生装置。
9. 請求項１から８の何れか１項に記載の反力発生装置を備えていることを特徴とするステアバイワイヤ方式の操舵装置。

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