JP7495893B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵装置に関する。

特許文献１には、運転者が操作するステアリングホイールの回転量を所定回転以内に規制する回転規制手段を備えるステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置が開示されている。

特開２０１９－１５１１５２号公報

しかしながら、特許文献１の回転規制手段にあっては、ステアリングホイールに連結するステアリング軸の回転により、送りナットが回転しながら軸方向に移動し、送りナットが規制部材の軸方向の壁に突き当たることにより、ステアリング軸の回転を規制しているため、ステアリング軸の大きな回転トルクにより、規制部材の軸方向の壁に突き当たると、送りナットの雄ねじが締めこまれてしまい、その状態でステアリング軸を反転方向に切り戻すと、送りナットと規制部材が貼りついていて、引っ掛かりが発生してしまうおそれがある。
本発明の目的の一つは、規制部材に送りナットが突き当たった状態で、ステアリング軸を反転方向に切り戻すときの貼りつきを抑制した操舵装置を提供することにある。

本発明の一実施形態における操舵装置は、運転者が操作するステアリングホイールと一体で回転するステアリング軸と、ステアリング軸を中心として配置された突起を備える環状部材と、ステアリング軸及び環状部材を周方向において一体で回転させると共に、ステアリング軸に対して環状部材を軸方向にスライド可能とする回転－スライド機構と、環状部材を囲むように配置されると共に非回転状態である筒状部材と、筒状部材に対する環状部材の回転運動によって、ステアリング軸に対して環状部材を軸方向に送る送り機構と、軸方向において環状部材の両側にそれぞれ配置され、環状部材の突起が回転方向に当接することで、環状部材の軸方向のスライド移動を規制する規制部材と、を備え、送り機構は、環状部材の外周面に形成された雄ねじと、筒状部材の内周面に形成された雄ねじと螺合する雌ねじとにより構成され、雌ねじの両端位置の歯溝の幅は、中間位置の歯溝の幅より小さく形成している。

よって、本発明の好ましい態様によれば、規制部材に送りナットが突き当たった状態で、ステアリング軸を反転方向に切り戻すときの貼りつきを抑制することができるとともに、環状部材がステアリングホイールの左右２回転位置に近づいた位置にて、運転者による操作トルクを大きくすることができるので、運転者に対してステアリングホイールの左右２回転位置に近づいたことを知らせることができる。

実施形態１の操舵装置のシステム構成図である。 実施形態１の操舵入力機構の要部を示す断面図である。 実施形態１のストッパ機構の分解斜視図である。 実施形態１のストッパ機構の作動説明図である。 実施形態１のストッパ機構の作動時の第1規制部材側から見た要部分解斜視図である。 実施形態２のストッパ機構の要部を示す図である。 実施形態３のストッパ機構の筒状部材の雌ねじを示す部分断面図である。 実施形態４のストッパ機構を示す図である。 実施形態５の操舵入力機構を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
[実施形態１]
（操舵装置の全体構成）
図1は、実施形態１の操舵装置のシステム構成図である。

操舵装置1は、ステアリングホイール６と操舵輪１６を操舵する操舵機構３とが機械的に切り離された、いわゆるステア・バイ・ワイヤ方式の操舵装置である。
操舵装置1は、操舵入力機構２、操舵機構３、制御装置Ａ、Ｂを有する。
操舵入力機構２は、操舵軸（ステアリング軸）ａに接続するステアリングホイール６と、操舵軸ａを回転自在に支持するコラム４と、コラム４内で操舵軸ａに設けられた第１舵角センサ７、第２舵角センサ８と、コラム４内で操舵軸ａに設けられたストッパ機構５と、操舵軸ａに接続する第１電動モータ（電動モータ）９、電動モータ回転センサ１０、第1電動モータ９を制御する制御装置Ｂを有する。
ステアリングホイール６は、運転者の操舵操作に応じて回転する。第１舵角センサ７は、ステアリングホイール６に接続する操舵軸ａの回転量を検出し、検出した回転量に応じた第１操舵操作量信号を、制御装置Ｂへ出力する。
第２舵角センサ８は、ステアリングホイール６に接続する操舵軸ａの回転量を検出し、検出した回転量に応じた第２操舵操作量信号を、制御装置Ｂへ出力する。
第１電動モータ９は、運転者のステアリングホイール６の操舵操作に対し操舵負荷を増大させる力（操舵反力）を発生させる反力アクチュエータである。
電動モータ回転角センサ１０は、第１電動モータ９の回転位置を検出し、検出した回転位置に応じた第１電動モータ回転角信号を制御装置Ｂへ出力する。
制御装置Ｂは、第１操舵操作量信号または第２操舵操作量信号に基づいて第１電動モータ９を駆動制御する。
また、制御装置Ｂは、第１舵角センサ７および第２舵角センサ８の失陥時、第１電動モータ回転角信号に基づき、ステアリングホイール６の回転量に関する信号を生成し、生成した信号に基づいて第１電動モータ９を駆動制御する。
なお、ステアリングホイール６とストッパ機構５との間に、第１舵角センサ７、第２舵角センサ８を配置している。
これにより、舵角検出に対し、信頼性を向上することができる。

操舵機構３は、ラックバー１１、タイロッド１２、ラックバー位置センサ１３、および第２電動モータ１４、第２電動モータ１４を制御する制御装置Ａを有する。
ラックバー１１は、車幅方向に移動可能であり、移動量に応じてタイロッド１２を介して操舵輪１６を操舵する。
ラックバー位置センサ１３は、ラックバー１１の位置を検出し、検出した位置に応じた操舵量信号を、制御装置Ａへ出力する。
操舵輪１６の操舵角は、ラックバー１１の位置に応じて一意に決まるため、操舵量信号は、操舵輪１６の操舵角に関する信号である。
なお、制御装置Ａには、これ以外に外部センサ１５から種々の検出信号が入力されている。

また、制御装置Ａと制御装置Ｂは、第１操舵操作量信号または第２操舵操作量信号と、操舵量信号と外部センサ１５から種々の検出信号を双方に共有する。
制御装置Ａは、第１操舵操作量信号、第２操舵操作量信号および第1電動モータ回転角信号、操舵量信号に基づいて第２電動モータ１４を駆動制御する。
第２電動モータ１４は、制御装置Ａからの操舵アクチュエータ駆動信号に基づき、ラックバー１１を介して操舵輪１６を操舵させる力を発生させる操舵アクチュエータである。
なお、操舵機構３の制御装置Ａと操舵入力機構２の制御装置Ｂと、操舵装置１に対して二つの例を示したが、操舵入力機構２と操舵機構３を一つの制御装置で制御するようにしてもよい。

（ストッパ機構の全体構成）
図２は、実施形態１の操舵入力機構の要部を示す断面図であり、図３は、実施形態１のストッパ機構の分解斜視図である。

図２は、ステアリングホイール６の中立位置の状態を示している。
ストッパ機構５は、コラム４に回転自在に支持され、ステアリングホイール６に接続する操舵軸ａに同軸上で連結するモータ回転軸（ステアリング軸）９ａの外周面に形成されたスプライン（回転スライド機構）Ｓ２と、中央に設けられた穴の内周面に形成されたスプラインＳ２に嵌合するスプライン（回転スライド機構）Ｓ１と外周に設けられた雄ねじ（送り機構）２１と、モータ回転軸９ａの軸方向両側面の一部にそれぞれ設けられた第1突起（突起）２０ａと第２突起（突起）２０ｂを備える環状の送りナット（環状部材）２０と、雄ねじ２１と螺合する内周面に形成された雌ねじ（送り機構）３１を備え、コラム４に固定された筒状部材３０と、コラム４に固定され、筒状部材３０のモータ回転軸９ａの軸方向両側面に配置される第1突起（当接部位）４０ａを備える第1規制部材（規制部材）４０と第２突起（当接部位）５０ａを備える第２規制部材（規制部材）５０とから構成されている。
なお、操舵軸ａとモータ回転軸９ａと送りナット２０と筒状部材３０と第1規制部材４０と第２規制部材５０は、同軸上に配置されている。
これにより、径方向に対してストッパ機構５をコンパクトにすることができる。

（ストッパ機構の作動）
図４は、実施形態１のストッパ機構の作動説明図であり、図５は、実施形態１のストッパ機構の作動時の第1規制部材側から見た要部分解斜視図である。

図４、５は、運転者がステアリングホイール６を中立位置から左回転方向Ｌに２回転させたときの状態を示している。
すなわち、モータ回転軸９ａのスプラインＳ２に嵌合するスプラインＳ１と、筒状部材３０の雌ねじ３１と螺合する雄ねじ２１を備える送りナット２０は、モータ回転軸９ａと回転スライド機構としてのスプラインＳ１、Ｓ２により一体に回転し、かつ送り機構としての雌ねじ３１と雄ねじ２１が螺合しているため、中立位置からα方向（図示右方向）に移動する。
そして、ステアリングホイール６を左回転方向Ｌに２回転したときには、送りナット２０の第1突起２０ａが、第1規制部材４０の第1突起４０ａに回転方向で突き当たることにより、ステアリングホイール６の左回転方向Ｌの２回転以上の回転を規制することができる。
なお、運転者がステアリングホイール６を中立位置から左回転方向Ｌとは逆に右回転方向に回転させたときには、送りナット２０が中立位置からα方向とは逆の図示左方向に移動し、運転者がステアリングホイール６を中立位置から２回転させたときには、同様に送りナット２０の第２突起２０ｂが、第２規制部材５０の第1突起５０ａに回転方向で突き当たることにより、ステアリングホイール６の右回転方向の２回転以上の回転を規制することができる。
送りナット２０の第1突起２０ａ、第２突起２０ｂと第1規制部材４０の第1突起４０ａ、第２規制部材５０の第２突起５０ａのそれぞれを回転方向に突き当てることにより、ステアリングホイール６の左右それぞれ２回転以上の回転を規制している。
これにより、第1規制部材４０の第1突起４０ａ、第２規制部材５０の第２突起５０ａに送りナット２０の第1突起２０ａ、第２突起２０ｂが突き当たった状態で、ステアリング軸を反転方向に切り戻すときの貼りつきを抑制することができる。
また、送りナット２０の第1突起２０ａと第２突起２０ｂは、送りナット２０の径方向外側で筒状部材３０の内周面に近接する位置に設けられている。
これにより、送りナット２０の第1突起２０ａ、第２突起２０ｂと第1規制部材４０の第1突起４０ａ、第２規制部材５０の第２突起５０ａの突き当り時の運転者の操作によるステアリングホイール６のより大きな操作トルクを受けることができる。

次に、作用効果を説明する。
実施形態１の操舵装置にあっては、以下に列挙する作用効果を奏する。

（１）送りナット２０の第1突起２０ａ、第２突起２０ｂと第1規制部材４０の第1突起４０ａ、第２規制部材５０の第２突起５０ａのそれぞれを回転方向に突き当てることにより、ステアリングホイール６の左右それぞれ２回転以上の回転を規制するようにした。
よって、、第1規制部材４０の第1突起４０ａ、第２規制部材５０の第２突起５０ａに送りナット２０の第1突起２０ａ、第２突起２０ｂが突き当たった状態で、ステアリング軸を反転方向に切り戻すときの貼りつきを抑制することができる。

（２）送りナット２０の第1突起２０ａと第２突起２０ｂは、送りナット２０の径方向外側で筒状部材３０の内周面に近接する位置に設けるようにした。
よって、送りナット２０の第1突起２０ａ、第２突起２０ｂと第1規制部材４０の第1突起４０ａ、第２規制部材５０の第２突起５０ａの突き当り時の運転者の操作によるステアリングホイール６のより大きな操作トルクを受けることができる。

（３）操舵軸ａとモータ回転軸９ａと送りナット２０と筒状部材３０と第1規制部材４０と第２規制部材５０は、同軸上に配置するようにした。
よって、径方向に対してストッパ機構５をコンパクトにすることができる。

（４）ステアリングホイール６とストッパ機構５との間に、第１舵角センサ７、第２舵角センサ８を配置するようにした。
よって、舵角検出に対し、信頼性を向上することができる。

[実施形態２]
図６は、実施形態２のストッパ機構の要部を示す図である。。

実施形態２では、実施形態１に加え、送りナット２０の第1突起２０ａ、第２突起２０ｂの外周に弾性部材（緩衝材）Ｅを設けるようにしている。
その他の構成は、実施形態１と同じ構成であるため、同じ構成には同一符号を付して、説明は省略する。
よって、実施形態２では、実施形態１の作用効果に加え、送りナット２０の第1突起２０ａ、第２突起２０ｂと第1規制部材４０の第1突起４０ａ、第２規制部材５０の第２突起５０ａの突き当り時の衝突の緩衝を行うことができる。
なお、弾性部材Ｅは、第1規制部材４０の第1突起４０ａ、第２規制部材５０の第２突起５０ａに設けてもよいし、送りナット２０の第1突起２０ａ、第２突起２０ｂと第1規制部材４０の第1突起４０ａ、第２規制部材５０の第２突起５０ａのそれぞれすべてに設けてもよい。

図7は、実施形態３のストッパ機構の筒状部材の雌ねじを示す部分断面図である。

実施形態３では、実施形態1に加え、筒状部材３０の内周に形成された雌ねじ３１の両端位置の歯溝の幅ｙは、中間位置の歯溝の幅ｘより小さく形成している。
その他の構成は、実施形態１と同じ構成であるため、同じ構成には同一符号を付して、説明は省略する。
よって、実施形態３では、実施形態１の作用効果に加え、送りナット２０がステアリングホイール６の左右２回転位置に近づいた位置にて、運転者による操作トルクを大きくすることができるので、運転者に対してステアリングホイール６の左右２回転位置に近づいたことを知らせることができる。

図８は、実施形態４のストッパ機構を示す図である。

実施形態1では、操舵軸ａとモータ回転軸９ａと送りナット２０と筒状部材３０と第1規制部材４０と第２規制部材５０は、同軸上に配置するようにしていたが、実施形態４では、操舵軸ａにウォームホイールＷＨを設け、モータ回転軸９ａには、ウォームシャフトＷＳを設け、ウォームホイールＷＨとウォームシャフトＷＳによる減速機構を介して、操舵軸ａと、ストッパ機構５、第1電動モータ９、制御装置Ｂを連結するようにしている。
その他の構成は、実施形態１と同じ構成であるため、同じ構成には同一符号を付して、説明は省略する。
よって、実施形態４では、実施形態１の作用効果（３）を除く作用効果に加え、第1電動モータ９のトルクを減速して、操舵軸ａに伝達できるので、第1電動モータ９をより小型化することができる。

図９は、実施形態５の操舵入力機構を示す図である。

実施形態５では、実施形態１の制御装置Ｂの詳細な構成を特定している。
すなわち、第1電動モータ９のモータ回転軸９ａの図示下方の端部にマグネット２０１が設けられ、その図示下方に隙間をあけて設けられる電動モータ回路基板２００には、マグネット２０１に対向して配置され、第１電動モータ９のモータ回転軸９ａの回転量を検出する回転センサ２０２を配置し、電動モータ回路基板２００のモータ回転軸９ａと対向しない側には、電動モータ回路基板２００と電気的に接続されるハーネス２０３が取り付けられている。
その他の構成は、実施形態１と同じ構成であるため、同じ構成には同一符号を付して、説明は省略する。
よって、実施形態５では、実施形態１の作用効果に加え、操舵軸ａ、第１電動モータ９のモータ回転軸９ａ、電動モータ回路基板２００の順に配置しているので、レイアウト性を向上することができるとともに、モータ回転軸９ａの端部に設けたマグネット２０１、マグネット２０１と対向して回転センサ２０２、電動モータ回路基板２００を配置しているので、回転センサ２０２と電動モータ回路基板２００との接続を容易にすることができ、さらに、電動モータ回路基板２００のモータ回転軸９ａと対向しない側には、電動モータ回路基板２００と電気的に接続されるハーネス２０３を取付けたので、ハーネス２０３が車内側（ステアリングホイール６側）へ延びないので、取り回しをよくすることができる。

〔他の実施形態〕
以上、本発明を実施するための実施形態を説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

１ 操舵装置
ａ 操舵軸（ステアリング軸）
５ ストッパ機構
６ ステアリングホイール
９ 第１電動モータ（電動モータ）
９ａ モータ回転軸（ステアリング軸）
２０ 送りナット（環状部材）
２０ａ 第1突起（突起）
２０ｂ 第２突起（突起）
２１ 雄ねじ（送り機構）
３０ 筒状部材
３１ 雌ねじ（送り機構）
４０ 第1規制部材（規制部材）
４０ａ 第1突起（当接部位）
５０ 第２規制部材（規制部材）
５０ａ 第２突起（当接部位）
Ｓ１ スプライン（回転スライド機構）
Ｓ２ スプライン（回転スライド機構）
Ｅ 弾性部材（緩衝材）
ｘ 雌ねじの中間位置の歯溝幅
ｙ 雌ねじの両端位置の歯溝幅

Claims (6)

1. 運転者が操作するステアリングホイールと一体で回転するステアリング軸と、
   前記ステアリング軸を中心として配置された突起を備える環状部材と、
   前記ステアリング軸及び前記環状部材を周方向において一体で回転させると共に、前記ステアリング軸に対して前記環状部材を軸方向にスライド可能とする回転－スライド機構と、
   前記環状部材を囲むように配置されると共に非回転状態である筒状部材と、
   前記筒状部材に対する前記環状部材の回転運動によって、前記ステアリング軸に対して前記環状部材を軸方向に送る送り機構と、
   軸方向において前記環状部材の両側にそれぞれ配置され、前記環状部材の突起が回転方向に当接することで、前記環状部材の軸方向のスライド移動を規制する規制部材と、
   を備え、
   前記送り機構は、前記環状部材の外周面に形成された雄ねじと、
   前記筒状部材の内周面に形成された前記雄ねじと螺合する雌ねじとにより構成され、
   前記雌ねじの両端位置の歯溝の幅は、中間位置の歯溝の幅より小さく形成している、
   ことを特徴とする操舵装置。
2. 請求項１に記載の操舵装置であって、
   前記環状部材の突起は、前記環状部材の径方向外側で前記筒状部材の内周面に近接する位置に設けられている、
   ことを特徴とする操舵装置。
3. 請求項２に記載の操舵装置であって、
   前記環状部材の突起は、前記ステアリング軸の軸方向の両側面にそれぞれ設けられている、
   ことを特徴とする操舵装置。
4. 請求項１に記載の操舵装置であって、
   前記環状部材の突起または前記規制部材の前記環状部材の突起の当接部位の少なくとも一方に緩衝材を設けた、
   ことを特徴とする操舵装置。
5. 請求項１に記載の操舵装置であって、
   前記ステアリング軸は、電動モータと連結している、
   ことを特徴とする操舵装置。
6. 請求項５に記載の操舵装置であって、
   前記ステアリング軸と前記環状部材と前記筒状部材と前記電動モータは、同軸上に配置されている、
   ことを特徴とする操舵装置。

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