WO2017043537A1 - 車両用操舵装置 - Google Patents

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WO2017043537A1
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清水 茂夫
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NTN Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear

Definitions

  • the present invention relates to a steer-by-wire vehicle steering device that can freely switch between a steering shaft and a steered shaft in either a directly connected state or a disconnected state.
  • the steer-by-wire vehicle steering device is not mechanically connected to a steering shaft that rotates around a shaft by a steering operation and a steering shaft that drives a steering device that steers wheels left and right.
  • the steering device is driven by the driving force of the motor to steer the wheels.
  • the steering shaft is provided with a steering angle sensor that detects the rotation angle of the steering shaft.
  • the detection result by the steering angle sensor is sent to the vehicle control device, and the steering motor is driven in accordance with the rotation angle of the steering shaft.
  • the reaction force accompanying the wheel steering is not transmitted to the steered shaft.
  • a reaction force motor provided on the steering shaft, a steering reaction force corresponding to the steering amount is applied to the steering shaft, which is the same as that of a general turning device in which the steering shaft and the turning shaft are connected. A feeling of operation is given to the driver.
  • the vehicle steering device shown in Patent Document 3 below employs a steer-by-wire system in which there is no mechanical connection between the steering wheel and the steered wheel.
  • the steering wheel is connected to the vehicle body by a shaft having a rigid member and a friction member in series, and a reaction force by the rigid member and the friction member is transmitted to the steering wheel.
  • JP 2005-262969 A Japanese Patent No. 3869981 JP 2007-186014 A
  • the vehicle steering device according to Patent Document 2 has a problem that the driver feels uncomfortable with the steering operation because the rotation of the steering wheel is suddenly blocked when the rotation restricting mechanism is activated (when the stopper is in contact). is there.
  • the vehicle steering device has a configuration in which a steering shaft connected to a steering wheel is fixed to the vehicle body, and when a problem occurs in the system between the steering shaft and the steering shaft, It cannot be applied to a configuration in which both shafts are mechanically connected.
  • the elastic member is configured by connecting a plurality of elastic pieces having different elastic forces in series in the axial direction of the steering shaft, and the relative phase difference around the axis between the adjacent elastic pieces is determined. It is preferable to further include a restricting member for restricting within a predetermined angle range.
  • a reaction force applying unit that applies a steering reaction force to the steering shaft in cooperation with the elastic force of the elastic member.
  • the clutch 10 includes a steering shaft 11, a turning shaft 12, an elastic member 20, and a clutch connecting portion 30 as main components.
  • the steering shaft 11 can be rotated around the shaft in accordance with the steering operation.
  • the steering shaft 11 is provided with a steering angle sensor 13 that detects the magnitude of the steering angle, and a reaction force applying unit 14 that applies a steering reaction force to the steering shaft 11.
  • the steered shaft 12 is connected to the steered device 3.
  • the steered device 3 is provided with a steered motor (not shown) that steers the wheel 2 left and right.
  • the steering angle detected by the steering angle sensor 13 is transmitted to a control device (not shown) mounted on the vehicle, and the reaction force applying unit 14 and the steering device 3 are based on the calculation result of the control device. Driven.
  • a pair of second restricting protrusions 22b are formed on the inner diameter surface of the upper end portion of the second cylindrical body 21b. Further, the outer surface of the lower end portion of the first cylindrical body 21a faces the second restricting protrusion 22b in the same manner as the first restricting protrusions 22a and 22a and the first contact surfaces 23a and 23a shown in FIG. In addition, a pair of flat second contact surfaces 23b, 23b are formed.
  • the lower end portion of the third elastic piece 20c is a diameter-expanded portion that is expanded radially outward, and the diameter-increased portion of the input shaft 25 is formed in a bottomed cylindrical shape on both sides of the upper end portion and the lower end portion. It is inserted in the upper end part side.
  • a pair of third regulating protrusions 22c and 22c are formed on the inner diameter surface of the lower end portion of the second cylindrical body 21b toward the inner diameter side.
  • a pair of flat third contact surfaces 23c, 23c are formed on the outer diameter surface of the upper end portion of the input shaft 25 so as to face the third restricting protrusion 22c.
  • the steered shaft 12 is inserted on the lower end side of the input shaft 25.
  • the input shaft 25 and the steered shaft 12 are supported by bearings 26 so as to be rotatable around the shaft.
  • the steered shaft 12 is provided with a rotor 36 via a rolling bearing 35, and the steered shaft 12 and the rotor 36 are relatively rotatable around the shaft.
  • An armature 37 and a switching plate 38 are interposed between the rotor 36 and the outer ring 31.
  • the armature 37 is movable relative to the cage 33 only in the axial direction.
  • An electromagnetic coil 39 is accommodated in the recess formed in the rotor 36.
  • the magnitude and ratio of both steering reaction forces can be changed as appropriate.
  • the reaction force applying unit 14 normally generates a steering reaction force of 8 Nm
  • the elastic member 20 can generate half of the reaction force of 4 Nm.
  • a relatively large steering reaction force (20 Nm) that can stop the steering operation of the driver. The above is generated by the cooperation of the elastic member 20 and the reaction force applying unit 14.
  • the elastic member 20 and the reaction force application unit 14 cooperate to generate a steering reaction force, so that the reaction force application unit 14 alone generates a steering reaction force.
  • a force motor (not shown) can be reduced in size, and weight reduction and power saving can be achieved.

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Abstract

ステアリング操作によって軸周りに回転可能な操舵軸(11)と、軸周りに回転して、車輪(2)を左右に転舵する転舵装置(3)を駆動する転舵軸(12)と、操舵軸(11)と転舵軸(12)との間に介在して設けられ、両軸(11、12)の軸周りの相対回転に伴って操舵軸(11)に操舵反力を与える弾性部材(20)と、ステアリング操作時における操舵軸(11)と転舵軸(12)との間の軸周りの相対回転を不能とする直結状態、又は、前記相対回転を許容する切り離し状態のいずれかの状態に切り替え自在とするクラッチ(10)と、を備えた車両用操舵装置を構成する。

Description

車両用操舵装置
 この発明は、操舵軸と転舵軸との間を直結状態又は切り離し状態のいずれかの状態に切り替え自在としたステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置に関する。
 ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、ステアリング操作によって軸周りに回転する操舵軸と、車輪を左右に転舵する転舵装置を駆動する転舵軸が機械的に連結されておらず、転舵モータの駆動力によって転舵装置を駆動して、車輪を転舵するようにしたものである。
 操舵軸には、この操舵軸の回転角度を検出する操舵角センサが設けられている。この操舵角センサによる検出結果は車両の制御装置に送られ、操舵軸の回転角度に対応して転舵モータを駆動する。このステアバイワイヤ方式においては、操舵軸が転舵軸と機械的に連結されていないため、車輪の転舵に伴う反力が操舵軸に伝達されない。このため、操舵軸に設けた反力モータを駆動することによって、操舵量に対応した操舵反力を操舵軸に与え、操舵軸と転舵軸が連結された一般的な転舵装置と同様の操作感を運転者に与えている。
 例えば、下記特許文献1に示すステアバイワイヤシステムにおいては、ステアリング操作によって軸周りに回転する第一シャフトと、転舵輪を転舵するステアリングギアに接続された第二シャフトとの間に機械式クラッチ部を介在させた構成を採用している(本文献の図1参照)。通常時は、クラッチを非連結状態となっており、第一シャフトに設けられた第一モータを駆動してこの第一シャフトに操舵反力を与えるとともに、第二シャフトに設けられた第二モータを駆動して転舵輪を転舵する。その一方で、システムに不具合が生じたときは、機械式クラッチ部を連結状態とし、ステアリング操作によって、車輪を直接転舵することができるようになっている。
 また、下記特許文献2に示す車両用転舵装置は、ステアリングホイールに接続された入力シャフトと、車輪に接続された出力シャフトの間に機械的連結部(クラッチ)を介在して設け、このクラッチに、車速やステアリングの操作量により、ステアリングの回転量を規制する回転規制機構を設けた構成を採用している(本文献の図3等参照)。この回転規制機構によって、運転者の操舵意志に反した舵角変化を防止するフェールセーフ機能が発揮される。
 さらに、下記特許文献3に示す車両用転舵装置は、ステアリングホイールから転舵輪までの間に機械的な連結がないステアバイワイヤ方式を採用している。この構成においては、ステアリングホイールを、剛性部材と摩擦部材を直列に備えたシャフトで車体に接続し、この剛性部材及び摩擦部材による反力をステアリングホイールに伝達している。車速や車輪への反力を検出し、ばね定数可変手段によってばね定数を変化させることによって、適切に操舵反力を発揮させることができる。
特開2005-262969号公報 特許第3869981号公報 特開2007-186014号公報
 特許文献1に係るステアバイワイヤシステムにおいては、機械式クラッチ部が非連結の状態において、転舵輪が転舵できない異常時や、転舵軸をエンドリミットまで転舵した時に、転舵輪の動きに合わせステアリングホイールを停止させるには過大な操舵反力が必要となる。また、操舵反力が不足した場合、運転者が過剰にステアリング操作を行うことによって不具合が発生する虞がある。
 また、特許文献2に係る車両用転舵装置は、回転規制機構の作動時(ストッパの接触時)にステアリングホイールの回転が急に阻止されるため、運転者がステアリング操作に違和感をもつ問題がある。
 さらに、特許文献3に係る車両用転舵装置は、ステアリングホイールに接続された操舵軸が車体に固定された構成となっており、操舵軸と転舵軸をシステムに不具合が生じたときに、両軸を機械的に連結する構成には適用できない。
 そこで、この発明は、ステアバイワイヤ方式において転舵操作を行う際に、良好な操舵感触を確保しつつ、操舵軸に運転状況に対応した適切な操舵反力を与え、また、モータにより発生させる操舵反力トルクを低減させることを課題とする。
 この課題を解決するために、この発明においては、ステアリング操作によって軸周りに回転可能な操舵軸と、軸周りに回転して、車輪を左右に転舵する転舵装置を駆動する転舵軸と、前記操舵軸と前記転舵軸との間に介在して設けられ、両軸の軸周りの相対回転に伴って前記操舵軸に操舵反力を与える弾性部材と、ステアリング操作時における前記操舵軸と前記転舵軸との間の軸周りの相対回転を不能とする直結状態、又は、前記相対回転を許容する切り離し状態のいずれかの状態に切り替え自在とするクラッチと、を備えた車両用操舵装置を構成した。
 このように、操舵軸と転舵軸の間に弾性部材を介在させるとともに、両軸をクラッチによって連結又は切り離し自在とすることによって、通常時(ステアバイワイヤ方式として機能している時)において良好な操舵反力特性を備えるとともに、システムの不具合時にステアリング操作によって直接転舵が可能なフェールセーフ機能を備えた車両用操舵装置を構成することができる。
 すなわち、通常時の、転舵装置がスムーズに駆動して車輪を転舵できる場合は、操舵軸と転舵軸の相対回転に伴う位相差が小さく、弾性部材による操舵反力は小さい。その一方で、車両の低速走行時や異常時等において操舵軸の回転に転舵装置が追従できず前記位相差が大きくなったときは、前記弾性部材が軸周りに大きく捩れて、操舵軸に前記位相差に対応した大きさの操舵反力を付与することができる。
 その一方で、異常時(システムの不具合時)においては、操舵軸と転舵軸をクラッチで連結することにより、ステアリング操作によって直接転舵することを可能としている。また、異常時において、クラッチを連結することができない状況になったとしても、操舵軸と転舵軸が弾性部材によって連結されているため、車両を路肩に寄せる等の転舵操作は行うことができる。
 前記構成においては、前記弾性部材が、弾性力の異なる複数の弾性片を前記操舵軸の軸方向に直列接続して構成されており、隣り合う前記弾性片の間の軸周りの相対位相差を所定の角度範囲内に規制する規制部材をさらに備えた構成とするのが好ましい。
 このように、弾性力の異なる複数の弾性片を直列接続することにより、操舵軸と転舵軸の位相差が小さい領域においては、弾性力の小さな弾性片を軸周りに捩り回転させる一方で、前記位相差が大きい領域においては、弾性力の小さな弾性片に加えて弾性力の大きな弾性片を軸周りに捩り回転させることができる。これにより、弾性部材(複数の弾性片)によって位相差の大きさに対応した適切な大きさの操舵反力を生じさせることができる。
 しかも、規制部材を設けて、各弾性片の捩り角度をそれぞれの許容範囲内に規制することによって、弾性片の破損を防止するとともに、位相差の大きさに対応した適切な大きさの操舵反力を生じさせることができる。なお、弾性片同士は直接接続されていなくてもよく、例えば、各弾性片の間に、他部材が介在する態様としてもよい。
 前記各構成においては、前記弾性部材の弾性力と協働して、前記操舵軸に操舵反力を与える反力付与部をさらに備えた構成とするのが好ましい。
 このように、反力付与部を設け、弾性部材によって生じた操舵反力をアシストする構成とすることによって、反力付与部のみで操舵反力を生じさせる構成とした場合と比較して、反力付与部に設けられる反力モータ(図示せず)を小型化することができ、軽量化及び省電力化を図ることができる。さらに、反力付与部の出力制御によって、例えば、位相差の変化に対する操舵反力の変化を滑らかにすることができ、運転者が自然な操作感触を得ることができる。
 この発明においては、ステアリング操作によって軸周りに回転可能な操舵軸と、軸周りに回転して、車輪を左右に転舵する転舵装置を駆動する転舵軸と、前記操舵軸と前記転舵軸との間に介在して設けられ、両軸の軸周りの相対回転に伴って前記操舵軸に操舵反力を与える弾性部材と、ステアリング操作時における前記操舵軸と前記転舵軸との間の軸周りの相対回転を不能とする直結状態、又は、前記相対回転を許容する切り離し状態のいずれかの状態に切り替え自在とするクラッチと、を備えた車両用操舵装置を構成した。
 この構成によると、通常時(ステアバイワイヤ方式として機能している時)においては、操舵軸の回転に追従し、転舵装置がスムーズに駆動して車輪を転舵できているときは、操舵軸と転舵軸の相対回転に伴う位相差が小さく、弾性部材による操舵反力は小さい。その一方で、車両の低速走行時や異常時等において操舵軸の回転に転舵装置が追従できず前記位相差が大きくなったときは、前記弾性部材が軸周りに大きく捩れて、操舵軸に前記位相差に対応した大きさの操舵反力を付与することができる。その一方で、異常時(システムの不具合時)においては、操舵軸と転舵軸をクラッチで連結することにより、ステアリング操作によって直接転舵することができる。
この発明に係る車両用操舵装置を採用した車両の転舵機構を示す全体の模式図 この発明に係る車両用操舵装置を採用した車両の転舵機構を示す要部の模式図 この発明に係る車両用操舵装置を示す縦断面図 図2中のIII-III線に沿う断面図 図2中のIV-IV線に沿う断面図 クラッチの連結状態における要部の一部断面図 規制部材の作用を示す断面図であって、回転規制されていない状態を示す 規制部材の作用を示す断面図であって、回転規制された状態を示す 操舵位相差に対する操舵反力の大きさを示すグラフ図
 この発明に係る反力機構付クラッチ10(以下において、クラッチという。)を採用した車両の転舵機構を図1A、図1Bに示す。図1Aは全体の模式図、図1Bは要部の模式図である。この転舵機構は、ステアリングホイール1と、車輪2を左右に転舵する転舵装置3との間のトルク伝達を、クラッチ10によって機械的に連結又は非連結の各状態に切り替え可能としたステアバイワイヤ方式を採用している。
 このクラッチ10は、操舵軸11、転舵軸12、弾性部材20、及びクラッチ連結部30を主要な構成要素としている。
 操舵軸11は、ステアリング操作に伴って軸周りに回転可能となっている。この操舵軸11には、操舵角の大きさを検知する操舵角センサ13と、操舵軸11に操舵反力を与える反力付与部14が設けられている。転舵軸12は、転舵装置3に接続されている。この転舵装置3には、車輪2を左右に転舵する転舵モータ(図示せず)が設けられている。操舵角センサ13で検知された操舵角は、車両に搭載された制御装置(図示せず)に伝達され、この制御装置での演算結果に基づいて、反力付与部14及び転舵装置3が駆動される。
 図2に示すように、弾性部材20は、操舵軸11と転舵軸12との間に介在して設けられている。この弾性部材20は、弾性力の異なる三個の弾性片(第一弾性片20a、第二弾性片20b、第三弾性片20c)を軸方向に直列に連結することによって構成されている。この構成においては、操舵軸11側に配置された第一弾性片20aの弾性力が最も小さく、転舵軸12側に配置された第三弾性片20cの弾性力が最も大きく、両弾性片20a、20cの間に配置された第二弾性片20bの弾性力がその中間の大きさとなっている。この実施形態においては、弾性部材20(各弾性片20a、20b、20c)として、ばねが採用されているが、ばねの代わりに、所定の弾性力を備えた樹脂等の他の素材を採用することができる。
 操舵軸11の下端は、有底筒状に形成されており、第一弾性片20aの上端部はその底面に挿し込まれている。第一弾性片20aの下端部は、第二弾性片20bの上端部に挿し込まれている。この第二弾性片20bの上端部は径方向外向きに拡径した拡径部となっており、その拡径部が、筒状に形成された第一筒状体21aの内側に嵌め込まれている。この第一筒状体21aの上端部は、有底筒状の操舵軸11の下端部に挿し込まれている。
 有底筒状に形成された操舵軸11の下端部の内径面には、図3(図2中のIII-III線に沿う断面図)に示すように、内径側に向かう一対の第一規制突起22a、22aが形成されている。また、第一筒状体21aの上端部の外径面には、第一規制突起22aと向き合うように、平坦な一対の第一当接面23a、23aが形成されている(図3参照)。この第一規制突起22aと第一当接面23aによって、図2に示すように、隣り合う第一弾性片20aと第二弾性片20bとの間(すなわち、操舵軸11と第一筒状体21aとの間)の相対位相差を所定角度範囲内に規制する規制部材24(第一規制部材24a)が構成される。
 第二弾性片20bの下端部は、第三弾性片20cの上端部に挿し込まれている。この第三弾性片20cの上端部は径方向外向きに拡径した拡径部となっており、その拡径部が、筒状に形成された第二筒状体21bの内側に嵌め込まれている。第一筒状体21aの下端部は、第二筒状体21bの上端部に挿し込まれている。
 第二筒状体21bの上端部の内径面には、内径側に向かう一対の第二規制突起22bが形成されている。また、第一筒状体21aの下端部の外径面には、図3に示す第一規制突起22a、22aと第一当接面23a、23aと同様に、第二規制突起22bと向き合うように、平坦な一対の第二当接面23b、23bが形成されている。この第二規制突起22bと第二当接面23bによって、隣り合う第二弾性片20bと第三弾性片20cとの間(すなわち、第一筒状体21aと第二筒状体21bとの間)の相対位相差を所定角度範囲内に規制する規制部材24(第二規制部材24b)が構成される。
 第三弾性片20cの下端部は径方向外向きに拡径した拡径部となっており、その拡径部が、上端部及び下端部の両側が有底筒状に形成された入力軸25の上端部側に挿し込まれている。第二筒状体21bの下端部の内径面には、内径側に向かう一対の第三規制突起22c、22cが形成されている。また、入力軸25の上端部の外径面には、第三規制突起22cと向き合うように、平坦な一対の第三当接面23c、23cが形成されている。この第三規制突起22cと第三当接面23cによって、第三弾性片20cの捩り角度(すなわち、第二筒状体21bと入力軸25との間の相対位相差)を所定角度範囲内に規制する規制部材24(第三規制部材24c)が構成される。
 入力軸25の下端部側には、転舵軸12が挿し込まれている。入力軸25及び転舵軸12は、軸周りに回転自在に軸受26によって支持されている。
 クラッチ連結部30は、外輪31と入力軸25との間に形成される。外輪31は、各弾性部材20及び各規制部材24を内包する筒状の部材であって、操舵軸11の下端部に固定されている。図4に示すように、入力軸25の外径面はカム面25aとなっており、このカム面25aと外輪31の内径面31aとの間に、中央部においてカム面25aと内径面31aの径方向間隔が広く、その中央部から周方向に向かうほど前記径方向間隔が狭くなる楔状の空間が形成されている。この空間内の各カム面25aに対応する位置にローラ32が配置される。各ローラ32は、保持器33によって保持される。
 図4に示すように、保持器33は、スイッチばね34によって、周方向に弾性的に保持されている。このスイッチばね34は、一部に切れ目を有する円環部と、円環部の切れ目の両端から径方向外向きに起立する一対の係止端部とを有する。円環部は、入力軸に形成された固定溝に固定されている。係止端部は、保持器33に形成された係止孔に挿し込まれている。
 図2に示すように、転舵軸12には、転がり軸受35を介してロータ36が設けられており、転舵軸12とロータ36は、軸周りに相対回転自在となっている。ロータ36と外輪31の間には、アーマチュア37とスイッチングプレート38が介在して設けられている。アーマチュア37は、保持器33に対して軸方向にのみ相対移動可能となっている。ロータ36に形成された凹部には、電磁コイル39が収納されている。
 電磁コイル39を通電状態とすると、スイッチングプレート38がロータ36に吸引される。このとき、アーマチュア37は外輪31と非接触の状態となって、ローラ32はスイッチばね34の作用によって中立位置(入力軸25のカム面25aと外輪31の内径面31aの径方向間隔が最も大きい位置)に保持される(図4参照)。この中立状態においては、ローラ32と、入力軸25のカム面25a又は外輪31の内径面の少なくとも一方とが非接触の状態となって、操舵軸11と転舵軸12は非連結状態(ステアバイワイヤ状態)となる。
 その一方で、電磁コイル39を非通電状態とすると、スイッチングプレート38がロータ36から離れ、アーマチュア37とスイッチングプレート38が摩擦接触した状態となる。ここで、入力軸25と外輪31を軸周りに相対回転すると、スイッチばね34の弾性力に抗して、ローラ32が楔状の空間内を中立位置から周方向に移動し、入力軸25のカム面25aと外輪31の内径面31aとの間に噛み込んだ状態となる(図5参照)。このように、ローラ32が噛み込むことによって、入力軸25と外輪31が軸周りに相対回転不能の状態となって、操舵軸11と転舵軸12が連結状態となる。
 クラッチ連結部30が非連結の状態(ステアバイワイヤ状態)において、ステアリングホイール1を操作して操舵軸11を軸周りに回転すると、操舵軸11と転舵軸12との間の軸周りの相対位相差(操舵位相差)に対応して弾性部材20が捩れ、操舵軸11に操舵反力が生じる。図2に示すように、弾性部材20を弾性力の異なる複数の弾性片(第一弾性片20a、第二弾性片20b、第三弾性片20c)を直列に連結することによって構成した場合、相対位相差が小さい範囲(ステアリングホイール1の遊びに相当する15度程度以内の範囲)においては、主に、弾性力が最も小さい第一弾性片20aの捩れに伴う比較的小さな操舵反力(1Nm以下程度)が生じる。
 ステアリング操作を行っていないときは、図6Aに示すように、操舵軸11に形成された第一規制突起22aと、第一筒状体21aに形成された第一当接面23aは離間した状態となっている。ここで、ステアリング操作に伴って相対位相差が所定角度に達すると(この実施形態では20度)、図6Bに示すように、第一規制突起22aと第一当接面23aが当接して、操舵軸11と第一筒状体21aがこれ以上軸周りに相対回転するのを規制する。
 第一規制突起22aと第一当接面23a(第一規制部材24a)による回転規制の後にさらにステアリング操作を行うと、第一規制部材24aによる回転規制がなされた状態のまま、二番目に弾性力が小さい第二弾性片20bが捩れて、この捩れに伴う操舵反力がさらに加わる。ステアリング操作に伴って、第一筒状体21aと第二筒状体21bの相対位相差が所定角度に達すると、上記と同様に、第二筒状体21bに形成された第二規制突起22bと、第一筒状体21aに形成された第二当接面23bが当接して、第一筒状体21aと第二筒状体21bがこれ以上軸周りに相対回転するのを規制する。
 第二規制突起22bと第二当接面23b(第二規制部材24b)による回転規制の後にさらにステアリング操作を行うと、第一規制部材24a及び第二規制部材24bによる回転規制がなされた状態のまま、最も弾性力が大きい第三弾性片20cが捩れて、この捩れに伴う操舵反力がさらに加わる。ステアリング操作に伴って、第二筒状体21bと入力軸25の相対位相差が所定角度に達すると、上記と同様に、第二筒状体21bに形成された第三規制突起22cと、入力軸25に形成された第三当接面23cが当接して、第二筒状体21bと入力軸25がこれ以上軸周りに相対回転するのを規制する。この第三規制突起22cと第三当接面23c(第三規制部材24c)による回転規制がなされると、操舵軸11と転舵軸12が実質的に直結した状態となって、車輪2(転舵装置3)からの反力が直接操舵軸11に伝わる。
 図7に操舵位相差と操舵反力との関係を示す。操舵位相差θの絶対値が小さい領域(-θ~θの範囲)においては、主に第一弾性片20aの弾性力によって操舵反力が生じるが、その大きさは比較的小さい。さらにステアリング操作を行って、操舵位相差θの絶対値を大きくすると(-θ~-θ、又は、θ~θの範囲)、第一弾性片20aの弾性力に加えて、第二弾性片20bの弾性力が操舵反力として操舵軸11に伝わる。
 さらにステアリング操作を行って、操舵位相差θの絶対値を大きくすると(-θ~-θ、又は、θ~θの範囲)、第一弾性片20a及び第二弾性片20bの弾性力に加えて第三弾性片20cの弾性力が操舵軸11に操舵反力として伝わる。操舵位相差θが-θ又はθに達すると、第三規制部材24cの作用によって車輪2(転舵装置3)からの反力が直接操舵軸11に伝わる。
 図1A、図1Bに示した実施形態のように、複数の弾性片20a、20b、20cによる操舵反力を操舵軸11に作用させつつ、反力付与部14による操舵反力を操舵軸11に作用させることにより、ステアリング操作時における操舵反力の変化を滑らかにすることができ、運転者が受ける操舵感触を一層高めることができる。
 弾性部材20による操舵反力と、反力付与部14による操舵反力とを併用する状況においては、両操舵反力の大きさ及び割合を適宜変更することができる。例えば、通常において反力付与部14で8Nmの操舵反力を生じさせる場合、その半分の4Nmの反力を弾性部材20によって生じさせることができる。また、駐車時や異常が生じた時等のようにステアリング操作に対して転舵装置が追従できない状態となったときは、運転者のステアリング操作を止めることができる比較的大きな操舵反力(20Nm以上)を弾性部材20と反力付与部14が協働することによって生じさせる。車輪2がロックするなど異常時に、更に過大なステアリング操作を行った場合にも、操舵軸11から車輪2(転舵装置3)が機械的に直接接続した状態と同じになり、ステアリングホイール1と車輪2の位置関係のズレが発生するなどの不具合の発生を防ぐことができる。
 また、操舵反力の調整自由度を高めるために、調整自由度が比較的小さい弾性部材20の弾性力を小さくする一方で、調整自由度が比較的大きい反力付与部14によって、操舵反力を調節する構成とすることもできる。
 このように、弾性部材20と反力付与部14を協働して操舵反力を生じさせることにより、反力付与部14のみで操舵反力を生じさせる構成とした場合と比較して、反力モータ(図示せず)を小型化することができ、軽量化及び省電力化を図ることができる。
 システムの異常等によってクラッチ連結部30を連結した状態においては、弾性部材20の影響を受けることなく、外輪31、ローラ32、及び入力軸25を介して、操舵軸11から転舵軸12までトルクが直接伝達される。
 上記実施形態に係るクラッチ10はあくまでも一例であって、ステアバイワイヤ方式において転舵操作を行う際に、良好な操舵感覚を確保しつつ、操舵軸11に運転状況に対応した適切な操舵反力を与える、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、このクラッチ10を構成する弾性部材20、クラッチ連結部30等の各部材の形状、個数、配置、素材等を適宜変更することができる。
1 ステアリングホイール
2 車輪
3 転舵装置
10 反力機構付クラッチ(クラッチ)
11 操舵軸
12 転舵軸
13 操舵角センサ
14 反力付与部
20 弾性部材
20a 第一弾性片
20b 第二弾性片
20c 第三弾性片
21a 第一筒状体
21b 第二筒状体
22a 第一規制突起
22b 第二規制突起
22c 第三規制突起
23a 第一当接面
23b 第二当接面
23c 第三当接面
24 規制部材
24a 第一規制部材
24b 第二規制部材
24c 第三規制部材
25 入力軸
25a カム面
26 軸受
30 クラッチ連結部
31 外輪
31a 内径面
32 ローラ
33 保持器
34 スイッチばね
35 転がり軸受
36 ロータ
37 アーマチュア
38 スイッチングプレート
39 電磁コイル

Claims (3)

  1.  ステアリング操作によって軸周りに回転可能な操舵軸(11)と、
     軸周りに回転して、車輪(2)を左右に転舵する転舵装置(3)を駆動する転舵軸(12)と、
     前記操舵軸(11)と前記転舵軸(12)との間に介在して設けられ、両軸(11、12)の軸周りの相対回転に伴って前記操舵軸(11)に操舵反力を与える弾性部材(20)と、
     ステアリング操作時における前記操舵軸(11)と前記転舵軸(12)との間の軸周りの相対回転を不能とする直結状態、又は、前記相対回転を許容する切り離し状態のいずれかの状態に切り替え自在とするクラッチ(10)と、
    を備えた車両用操舵装置。
  2.  前記弾性部材(20)が、弾性力の異なる複数の弾性片(20a、20b、20c)を前記操舵軸(11)の軸方向に直列接続して構成されており、隣り合う前記弾性片(20a、20b、20c)の間の軸周りの相対位相差を所定の角度範囲内に規制する規制部材(24)をさらに備えた請求項1に記載の車両用操舵装置。
  3.  前記弾性部材(20)の弾性力と協働して、前記操舵軸(11)に操舵反力を与える反力付与部(14)をさらに備えた請求項1又は2に記載の車両用操舵装置。
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