JP2004182062A

JP2004182062A - Vehicular steering device

Info

Publication number: JP2004182062A
Application number: JP2002350695A
Authority: JP
Inventors: Tadatsugu Tamamasa; 忠嗣玉正
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2004-07-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vehicular steering device capable of keeping a steering angle position with a steering reaction force of zero by an elastic element, even when a deflection-reaction force characteristic of the elastic element changes with time. <P>SOLUTION: In the vehicular steering device, a steering wheel 20 handled by a driver and a steering mechanism changing an angle of a wheel can independently operates, and mechanical coil springs 9, 10 are used for generating the steering reaction force added on the steering wheel 20. A steering reaction force adjusting mechanism A is provided in the vehicular steering device, which can vary a steering angle position with which the steering reaction force due to the coil springs 9, 10 becomes 0. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操作する操舵入力手段（ステアリングホイール等）と、車輪の角度を変える転舵機構（ラック＆ピニオン式ステアリング機構等）が互いに独立して動作できる構成であり、操舵入力手段に加える操舵反力の生成に機械的な弾性要素を用いる車両用操舵装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のばねによる反力発生機構とモータによる反力発生機構をともに備えた操舵装置は、ばねによる反力とモータによる反力により、車両の速度や計測されたタイロッド軸力などに応じて所定の理想的な反力を生成することができ、かつ、反力モータや操舵反力コントローラが失陥して、反力モータのクラッチを切った状態では、ばねによる機械的な反力によりステアリングホイールを中立位置に戻す方向に力を作用させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１３０４２６号公報（図６〜図９）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用操舵装置にあっては、ステアリングホイールの回転にともなって伸縮するばねによる機械的反力機構と、モータによる電気的反力で操舵反力を生成する構成となっているが、一般的に弾性体は経時的に「たわみ−反力」の関係が変化するものであるため、弾性体による反力が０になるステアリングホイールの角度位置は経時的に変化してしまう。
【０００５】
しかし、ステアリングホイールとしては、平坦路直進の際には操舵角は０であるべきであるため、弾性体による反力が０になる角度位置がずれたものでは、操舵角を０に維持するために電力を消費してしまい、ひいては燃費が悪化してしまうという問題がある。
【０００６】
また、この構成では、イグニッションスイッチがＯＦＦとなった時にモータへの通電がなくなるものであれば、モータによる反力が無くなる。例えば、坂道でのずり落ちを防止するため縁石に車輪をあてて駐車する場合など、ステアリングホイールが中立位置でない状態で駐車された時などは、モータによる反力がなくなると、ばねによる機械的反力のためステアリングホイールが中立位置に戻ってしまい、転舵された車輪とステアリングホイールとの角度の関係がずれてしまう。
【０００７】
このような角度関係がずれることを避けるために、ステアリングホイールの状態にあわせて車輪の角度を変えると、縁石にあてて停めるという運転者の意図と異なることとになる。また、ステアリングホイールの角度を維持しようとすると常にモータに電力を供給する必要があり、長時間駐車した場合には車載バッテリの電力を消耗し、次回の走行に支障をきたすおそれがある。
【０００８】
また、ロック機構を設け、ステアリングホイールの角度を維持するようにすれば、弾性体が伸張あるいは圧縮された状態で維持され続けることになり、前述の「たわみ−反力」関係の経時変化を助長してしまうことになる。
【０００９】
よって、車輪とステアリングホイールの角度のずれは、次回の走行開始時に修正することになるが、運転者が触れていないのに勝手にステアリングホイールが回ると違和感があったり、修正が終了するまで待つことは運転者にとっては都合の良いことではない、という問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、経時的に弾性要素の「たわみ−反力」特性が変化したとしても、弾性要素による操舵反力０の操舵角位置を保つことができる車両用操舵装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、運転者の操作する操舵入力手段と、車輪の角度を変える転舵機構が互いに独立して動作できる構成であり、前記操舵入力手段に加える操舵反力の生成に機械的な弾性要素を用いる車両用操舵装置において、
前記弾性要素による操舵反力が０になる操舵角度位置を可変にできる操舵反力調整手段を設けた。
【００１２】
ここで、「操舵入力手段」とは、旋回やレーンチェンジ等を意図する運転者が操舵力を入力する手段をいい、例えば、ステアリングホイール等をいう。
【００１３】
「転舵機構」とは、車輪の転舵角度を油圧力やモータ力等により変える機構をいい、例えば、ラック＆ピニオン式ステアリング機構等をいう。
【００１４】
「弾性要素」とは、操舵反力に変換される弾性力を発生する要素で、例えば、伸縮によりばね力を発生するコイルスプリング等をいう。
【００１５】
【発明の効果】
よって、本発明の車両用操舵装置にあっては、操舵入力手段に加える操舵反力の生成に機械的な弾性要素を用いる車両用操舵装置において、弾性要素による操舵反力が０になる操舵角度位置を可変にできる操舵反力調整手段を設けたため、経時的に弾性要素の「たわみ−反力」特性が変化したとしても、弾性要素による操舵反力０の操舵角位置を保つことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用操舵装置を実現する実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１７】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例の車両用操舵装置を示す断面図である。図１において、Ａは操舵反力調整機構（操舵反力調整手段）、１は回転軸、２は雄ねじ部、３はナット、４は中間ギア、５はウォームギア、６は調整モータ（操舵反力調整アクチュエータ）、７はスラストベアリング、８，８’はスプリングホルダ、９，１０はコイルスプリング（弾性要素）、１１は反力モータ、１２はスライド台、１３は変位計、１４は反力ユニットケース、１５，１６はラジアルボールベアリング、１７は操舵反力コントローラ、１８はステアリングホイール回転角度センサ（操舵角検出手段、操舵入力中立位置検出手段）、１９は転舵角センサ、２０はステアリングホイール（操舵入力手段）である。
【００１８】
前記回転軸１の両端部は、反力ユニットケース１４に対しラジアルボールベアリング１５，１６を介して回転可能に支持されている。そして、回転軸１の一端（図１の右側）には、ステアリングホイール２０が相対回転できないように取り付けられる。
【００１９】
前記回転軸１には、ボールネジの雄ねじ部２が設定されており、雄ねじ部２にはナット３が螺合されている。ナット３の外周部には中間ギア４が設けてあり、中間ギア４を介してウォームギア５を軸に備えた調整モータ６とつながっている。ナット３は、両側のスラストベアリング７，７、スプリングホルダ８，８を介してコイルスプリング９，１０につながっている。
【００２０】
前記ナット３のギアとウォームギア５のギア比は、大きく逆効率が悪いように設定してあり、モータ６への電力供給がなくてもナット３は回転しないようにしてある。また、操舵反力を発生させるコイルスプリング９，１０は、それぞれスプリングホルダ８，８’に介装されていて、このうち、スプリングホルダ８は調整モータ６により位置移動可能な可動ホルダであり、スプリングホルダ８’は反力ユニットケース１４に接触する位置を保つ固定ホルダである。
【００２１】
前記コイルスプリング９，１０による反力０位置を調整する調整モータ６は、スライド台１２に対し回転軸方向にスライド可能に載置される。
【００２２】
また、操舵反力を発生させるもうひとつの手段である反力モータ１１は、反力ユニットケース１４に固定され、そのモータ軸は、回転軸１の他端に結合されている。
【００２３】
前記調整モータ６と反力モータ１１に対し操舵反力０位置調整制御と操舵反力制御とを行う電子制御手段として、操舵反力コントローラ１７が設けられている。この操舵反力コントローラ１７は、変位計１３からのナット位置情報やステアリングホイール回転角度センサ１８からの操舵角・操舵中立位置情報や転舵角センサ１９からの車輪転舵角情報等を入力し、調整モータ６や反力モータ１１に対し所定の制御指令を出力する。
【００２４】
次に、作用を説明する。
【００２５】
［操舵反力発生作用］
ステアリングホイール２０から回転入力がはいると、回転軸１および雄ねじ２が回転する。ナット３は回転しないから、雄ねじ２の回転に伴って、軸方向（図１では右または左方向）に移動し、ナット３の移動する方向によってコイルスプリング９またはコイルスプリング１０の一方が圧縮され、他方が伸張することによりナット３が受ける力が変化し、ボールネジを介して回転軸１からステアリングホイール２０へと操舵反力として伝わる。
【００２６】
この機械的な操舵反力を、さらに理想的な反力が出るようにした方が良い場合には、反力モータ１１を、操舵反力コントローラ１７からの指令でコントロールすることにより、操舵反力を理想的な反力に近づける。
【００２７】
［操舵反力０位置調整作用］
弾性要素であるコイルスプリング９，１０による操舵反力が０になる位置を変更する場合は、回転軸１を回らないようにした状態でモータ６を回転させる。モータ６が回転するとウォームギア５と中間ギア４とが回転し、ナット３の外周に設けたギアを回転させることによりナット３が回転する。回転軸１が回らない状態でナット３が回転すると、ナット３は軸方向に移動するため、コイルスプリング９およびコイルスプリング１０の伸縮状態が変わり、コイルスプリング９，１０による操舵反力が０になる位置を変更することができる。
【００２８】
ここで、回転軸１が回転しないようにするには、例えば、反力モータ１１をステアリングホイール２０の回転角度が変わらないように制御することで可能となる。また、ナット３の位置は、ナット３とともに移動するモータ６の載ったスライド台１２の位置を変位計１３で計測するようにしている。
【００２９】
理想状態でのステアリングホイール角度、ナット位置とナット３にかかるばね力の関係を図２に示す。ステアリングホイール２０が操舵角０である状態では、ナット３の位置はナット３の両側にあるコイルスプリング９，１０の長さが等しくなる中央に位置し、ナット３にかかる２つのコイルスプリング９，１０からの力Ｆ１，Ｆ２は等しい（Ｆ１＝Ｆ２）。
【００３０】
経時的に２つのコイルスプリング９，１０の「たわみ−反力」特性に違いが発生した場合の様子を図３に示す。ナット３が中央にある状態では、ナット３にかかる２つのコイルスプリング９，１０の力Ｆ１，Ｆ２にアンバランスが生じている（図３上図においてＦ１＞Ｆ２）。このままではコイルスプリング９，１０による反力がバランスのとれる位置とステアリングホイール２０の中立位置がずれてしまうため、モータ６を回転させ、２つのコイルスプリング９，１０の反力のバランスがとれる（Ｆ１＝Ｆ２）ようにナット３を、δだけ図３の右方向に移動させておくことにより、経時的にコイルスプリング９，１０の「たわみ−反力」特性が変わってしまった場合でも、ステアリングホイール２０が中立位置にあるときに、２つのコイルスプリング９，１０による操舵反力を０とすることができる。
【００３１】
ここで、Ｆ１＝Ｆ２となる位置δは、ステアリングホイール２０の回転角度を０に維持するように反力モータ１１を制御しながら、モータ６によりナット３の位置を変えていったとき、反力モータ１１に供給する電力が０または最小となることで検知することができる。
【００３２】
［駐車時操舵反力調整作用］
ステアリングホイール２０の角度を中立位置（角度０）でない状態で駐車した場合の動作を図４で説明する。ステアリングホイール２０の角度が０でない位置であるときには、２つのコイルスプリング９，１０によるナット３への反力の大きさが異なり、このままでは反力モータ１１への電力供給を断った時点で、ナットはＦ１＝Ｆ２となる位置に戻り、ステアリングホイール２０の回転角度も０となってしまう。
【００３３】
そこで、反力モータ１１をステアリングホイール２０の回転角度が変わらないように制御しながら、モータ６を駆動し、ナット３にかかるスプリング力Ｆ１，Ｆ２がつりあう位置にナット３を移動させる。ナット３を移動させるべき位置は、ナット３としての中立位置であるから、変位計１３の出力にしたがってナット３の中立位置に移動させても良いし、前述のように回転角度を保持すべく働いている反力モータ１１への供給電力が０となる位置としてもよい。このようにすることにより、駐車時に反力モータ１１への電力の供給を断っても、ステアリングホイール２０の角度を維持しつづけることができる。
【００３４】
また、このようにしておけば、駐車時にステアリングホイール２０に操作力が働いた（例えば、子供などがステアリングホイール２０に触れて遊んだ）としても、操作入力が無くなればあるべき位置に自然に復帰する。
【００３５】
次回の走行開始時には、反力モータ１１をステアリングホイール２０の角度を維持するように制御しながら、ナット３を元の位置まで戻せばよい。ナット３を戻すべき位置は、例えば、前回の走行終了時点での位置を記憶しておくことや、走行開始時の車輪の転舵角度をもとにステアリングホイール２０の角度を算出し、その操舵角度に応じたナット位置とすることにより求めされる。
【００３６】
次に、効果を説明する。
第１実施例の車両用操舵装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３７】
（１）運転者の操作するステアリングホイール２０と、車輪の角度を変える転舵機構が互いに独立して動作できる構成であり、前記ステアリングホイール２０に加える操舵反力の生成に機械的なコイルスプリング９，１０を用いる車両用操舵装置において、前記コイルスプリング９，１０による操舵反力が０になる操舵角度位置を可変にできる操舵反力調整機構Ａを設けたため、経時的にコイルスプリング９，１０の「たわみ−反力」特性が変化したとしても、コイルスプリング９，１０による操舵反力０の操舵角位置を保つことができる。
【００３８】
（２）ステアリングホイール２０の中立位置を検出するステアリングホイール回転角度センサ１８を設け、前記ステアリングホイール２０が中立位置にあるとき、コイルスプリング９，１０による操舵反力が０になるように調整する指令を調整モータ６に出力する制御（操舵中立位置操舵反力制御手段）を行うようにしたため、ステアリングホイール２０の中立位置においてコイルスプリング９，１０による操舵反力を０にすることができる。
【００３９】
（３）ステアリングホイール２０に加える操舵反力を生成する手段として反力モータ１１を加え、操舵中立位置操舵反力制御は、ステアリングホイール２０が中立位置を維持するように反力モータ１１を制御しながら、調整モータ６によりコイルスプリング９，１０による操舵反力を調整していったとき、反力モータ１１に供給する電力が０または最小となる調整位置に制御するようにしたため、コイルスプリング９，１０による操舵反力を検出する手段を要さず、簡単にステアリングホイール２０の中立位置においてコイルスプリング９，１０による操舵反力０調整を行うことができる。
このステアリングホイール２０の中立位置でのコイルスプリング９，１０による操舵反力０調整の結果、平坦路直進の際に操舵角を０に維持するための反力モータ１１の電力消費が無くなり、燃費を向上させることができる。
【００４０】
（４）ステアリングホイール２０の操舵角度を検出するステアリングホイール回転角度センサ１８を設け、イグニッションスイッチＯＦＦ等による運転終了後、操舵角度が中立位置でない状態で駐停車した場合、操舵角度を維持した状態で、コイルスプリング９，１０による操舵反力を調整し、コイルスプリング９，１０による反力でステアリングホイール２０が回転しない状態にする駐停車時操舵反力制御（駐停車時操舵反力制御手段）を行うようにしたため、例えば、坂道でのずり落ちを防止するため縁石に車輪をあてて駐車する場合等において、転舵された車輪とステアリングホイール２０との角度の関係を維持することができる。
【００４１】
（５）ステアリングホイール２０に加える操舵反力を生成する手段として反力モータ１１を加え、駐停車時操舵反力制御は、ステアリングホイール２０が操舵角度を維持するように反力モータ１１を制御しながら、調整モータ６によりコイルスプリング９，１０による操舵反力を調整していったとき、反力モータ１１に供給する電力が０または最小となる調整位置に制御するようにしたため、コイルスプリング９，１０による操舵反力を検出する手段を要さず、簡単にステアリングホイール２０が所定の操舵角位置においてコイルスプリング９，１０による操舵反力０調整を行うことができる。
このステアリングホイール２０が所定の操舵角位置でのコイルスプリング９，１０による操舵反力０調整の結果、ステアリングホイール２０の操舵角を維持するため常に供給していた反力モータ１１への電力消費が無くなり、燃費を向上させることができる。
【００４２】
（６）駐停車後の走行開始時に、調整モータ６により駐停車前の操舵反力が発生する位置にコイルスプリング９，１０を戻す操舵反力復帰制御（操舵反力復帰制御手段）を行うようにしたため、走行開始後は、直ちにステアリングホイール２０の中立位置においてコイルスプリング９，１０による操舵反力が０とされ、通常の操舵反力制御に復帰することができる。
【００４３】
以上、本発明の車両用操舵装置を第１実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第１実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００４４】
例えば、第１実施例ではスラストベアリング７を用い、スプリング９，１０を圧縮方向に２つ使用する例を示しているが、ベアリングを玉軸受け等、引張り側にも使用できるものとし、スプリングを引張と圧縮の両方向に使用することにより、スプリングを１つとすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の車両用操舵装置を示す全体システム図である。
【図２】第１実施例の車両用操舵装置においてステアリングホイールが中立位置にある場合の理想的なナットの位置やスプリングの反力を示す図である。
【図３】第１実施例の車両用操舵装置においてステアリングホイールが中立位置にあるにもかかわらずコイルスプリングのたわみ−反力特性が変化したときの状態と操舵反力０調整後の状態とを示す図である。
【図４】第１実施例の車両用操舵装置においてステアリングホイールが所定の操舵角度位置にあるときの状態と操舵反力０調整後の状態とを示す図である。
【符号の説明】
Ａ操舵反力調整機構（操舵反力調整手段）
１回転軸
２雄ねじ部
３ナット
４中間ギア
５ウォームギア
６調整モータ（操舵反力調整アクチュエータ）
７スラストベアリング
８，８’ スプリングホルダ
９，１０コイルスプリング（弾性要素）
１１反力モータ
１２スライド台
１３変位計
１４反力ユニットケース
１５，１６ラジアルボールベアリング
１７操舵反力コントローラ
１８ステアリングホイール回転角度センサ
（操舵角検出手段、操舵入力中立位置検出手段）
１９転舵角センサ
２０ステアリングホイール（操舵入力手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is configured such that a steering input means (a steering wheel or the like) operated by a driver and a steering mechanism (a rack & pinion type steering mechanism or the like) for changing a wheel angle can operate independently of each other. The present invention belongs to the technical field of a vehicle steering system using a mechanical elastic element for generating a steering reaction force applied to a vehicle.
[0002]
[Prior art]
A conventional steering device having both a reaction force generating mechanism using a spring and a reaction force generating mechanism using a motor has a predetermined response according to the vehicle speed, the measured tie rod axial force, etc., by the reaction force of the spring and the reaction force of the motor. The ideal reaction force can be generated, and when the reaction motor or steering reaction controller fails and the clutch of the reaction force motor is disengaged, the steering wheel is turned by the mechanical reaction force of the spring. A force can be applied in a direction to return to the neutral position (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-130426 A (FIGS. 6 to 9).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a conventional vehicle steering system, a steering reaction force is generated by a mechanical reaction force mechanism using a spring that expands and contracts with the rotation of a steering wheel, and an electric reaction force generated by a motor. In general, since the elastic body changes its relationship of "deflection-reaction force" with time, the angular position of the steering wheel at which the reaction force by the elastic body becomes zero changes with time.
[0005]
However, since the steering wheel should have a steering angle of 0 when traveling straight on a flat road, if the angular position where the reaction force by the elastic body becomes 0 is shifted, the steering angle is maintained at 0. However, there is a problem that power is consumed and fuel efficiency is deteriorated.
[0006]
Further, in this configuration, if the motor is not energized when the ignition switch is turned off, the reaction force by the motor is eliminated. For example, when the vehicle is parked with the steering wheel not in the neutral position, such as when parking with the wheel on a curb to prevent slippage on a slope, if the reaction force from the motor is eliminated, the mechanical Due to the force, the steering wheel returns to the neutral position, and the angle relationship between the steered wheel and the steering wheel is shifted.
[0007]
If the angle of the wheel is changed in accordance with the state of the steering wheel to avoid such a deviation of the angular relationship, the driver's intention to stop on the curb will be different. In addition, it is necessary to always supply power to the motor to maintain the angle of the steering wheel, and if the vehicle is parked for a long time, the power of the vehicle battery may be consumed, which may hinder the next running.
[0008]
Also, if a lock mechanism is provided to maintain the angle of the steering wheel, the elastic body will continue to be maintained in an expanded or compressed state, and the above-mentioned change in the "deflection-reaction" relationship with time will be promoted. Will be done.
[0009]
Therefore, the angle deviation between the wheel and the steering wheel will be corrected at the start of the next run, but if the steering wheel turns without permission by the driver, there is a sense of incongruity or wait until the correction is completed There was a problem that this was not convenient for the driver.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problem, and can maintain the steering angle position of zero steering reaction force by the elastic element even if the "flexure-reaction" characteristic of the elastic element changes over time. It is an object to provide a vehicle steering system.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, in the present invention, a steering input means operated by a driver and a turning mechanism for changing an angle of a wheel can be operated independently of each other, and a steering reaction force applied to the steering input means is reduced. In a vehicle steering system using a mechanical elastic element for generation,
There is provided a steering reaction force adjusting means capable of changing a steering angle position at which a steering reaction force by the elastic element becomes zero.
[0012]
Here, the "steering input means" refers to a means for inputting a steering force by a driver who intends to make a turn or a lane change, for example, a steering wheel.
[0013]
The "steering mechanism" refers to a mechanism that changes the steering angle of a wheel by hydraulic pressure, motor power, or the like, and includes, for example, a rack and pinion type steering mechanism.
[0014]
The “elastic element” is an element that generates an elastic force that is converted into a steering reaction force, and refers to, for example, a coil spring that generates a spring force by expansion and contraction.
[0015]
【The invention's effect】
Therefore, in the vehicle steering system according to the present invention, in a vehicle steering system using a mechanical elastic element to generate a steering reaction force applied to the steering input means, a steering angle at which the steering reaction force by the elastic element becomes zero. Since the steering reaction force adjusting means capable of changing the position is provided, even if the "flexure-reaction force" characteristic of the elastic element changes over time, the steering angle position of zero steering reaction force by the elastic element can be maintained.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment for realizing a vehicle steering system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
(First embodiment)
First, the configuration will be described.
FIG. 1 is a sectional view showing a vehicle steering system according to a first embodiment. In FIG. 1, A is a steering reaction force adjusting mechanism (steering reaction force adjusting means), 1 is a rotating shaft, 2 is a male screw portion, 3 is a nut, 4 is an intermediate gear, 5 is a worm gear, and 6 is an adjustment motor (steering reaction force). Adjustment actuator), 7 is a thrust bearing, 8 and 8 'are spring holders, 9 and 10 are coil springs (elastic elements), 11 is a reaction force motor, 12 is a slide table, 13 is a displacement gauge, and 14 is a reaction force unit case. , 15 and 16 are radial ball bearings, 17 is a steering reaction force controller, 18 is a steering wheel rotation angle sensor (steering angle detecting means, steering input neutral position detecting means), 19 is a turning angle sensor, and 20 is a steering wheel (steering wheel). Input means).
[0018]
Both ends of the rotating shaft 1 are rotatably supported by a reaction force unit case 14 via radial ball bearings 15 and 16. The steering wheel 20 is attached to one end (the right side in FIG. 1) of the rotating shaft 1 so as not to rotate relatively.
[0019]
A male screw portion 2 of a ball screw is set on the rotating shaft 1, and a nut 3 is screwed into the male screw portion 2. An intermediate gear 4 is provided on an outer peripheral portion of the nut 3, and is connected via the intermediate gear 4 to an adjustment motor 6 having a worm gear 5 on a shaft. The nut 3 is connected to coil springs 9 and 10 via thrust bearings 7 and 7 and spring holders 8 and 8 on both sides.
[0020]
The gear ratio of the nut 3 and the worm gear 5 is set so that the reverse efficiency is large and the reverse efficiency is poor, so that the nut 3 does not rotate even if power is not supplied to the motor 6. Further, coil springs 9 and 10 for generating a steering reaction force are interposed in spring holders 8 and 8 ', respectively. Of these, the spring holder 8 is a movable holder that can be moved by an adjustment motor 6, and is a spring. The holder 8 ′ is a fixed holder that maintains a position where the holder 8 ′ contacts the reaction force unit case 14.
[0021]
The adjustment motor 6 for adjusting the zero reaction force by the coil springs 9 and 10 is mounted on the slide table 12 so as to be slidable in the direction of the rotation axis.
[0022]
A reaction force motor 11, which is another means for generating a steering reaction force, is fixed to a reaction force unit case 14, and its motor shaft is connected to the other end of the rotating shaft 1.
[0023]
A steering reaction force controller 17 is provided as electronic control means for performing a steering reaction zero position adjustment control and a steering reaction force control for the adjustment motor 6 and the reaction force motor 11. The steering reaction force controller 17 inputs nut position information from the displacement meter 13, steering angle / steering neutral position information from the steering wheel rotation angle sensor 18, wheel turning angle information from the turning angle sensor 19, and the like. A predetermined control command is output to the adjustment motor 6 and the reaction motor 11.
[0024]
Next, the operation will be described.
[0025]
[Steering reaction force generation effect]
When a rotation input is input from the steering wheel 20, the rotation shaft 1 and the male screw 2 rotate. Since the nut 3 does not rotate, the nut 3 moves in the axial direction (right or left in FIG. 1) with the rotation of the male screw 2, and depending on the direction in which the nut 3 moves, one of the coil spring 9 or the coil spring 10 is compressed. The force applied to the nut 3 changes when the other is extended, and is transmitted as a steering reaction force from the rotating shaft 1 to the steering wheel 20 via the ball screw.
[0026]
When it is better to make the mechanical steering reaction force more ideal, a reaction force motor 11 is controlled by a command from a steering reaction force controller 17 so that the steering reaction force is controlled. To the ideal reaction force.
[0027]
[Steering reaction force 0 position adjustment action]
When changing the position at which the steering reaction force of the coil springs 9 and 10 as elastic elements becomes zero, the motor 6 is rotated while the rotation shaft 1 is not rotated. When the motor 6 rotates, the worm gear 5 and the intermediate gear 4 rotate, and by rotating a gear provided on the outer periphery of the nut 3, the nut 3 rotates. If the nut 3 rotates in a state where the rotary shaft 1 does not rotate, the nut 3 moves in the axial direction, so that the expansion and contraction state of the coil springs 9 and 10 changes, and the steering reaction force by the coil springs 9 and 10 becomes zero. The position can be changed.
[0028]
Here, the rotation shaft 1 can be prevented from rotating, for example, by controlling the reaction force motor 11 so that the rotation angle of the steering wheel 20 does not change. The position of the nut 3 is determined by measuring the position of the slide table 12 on which the motor 6 that moves together with the nut 3 is mounted by the displacement meter 13.
[0029]
FIG. 2 shows the relationship between the steering wheel angle, the nut position and the spring force applied to the nut 3 in an ideal state. When the steering wheel 20 is at the steering angle 0, the position of the nut 3 is located at the center where the lengths of the coil springs 9 and 10 on both sides of the nut 3 are equal, and the two coil springs 9 and 10 applied to the nut 3 Are equal (F1 = F2).
[0030]
FIG. 3 shows a state in which the "flexure-reaction force" characteristics of the two coil springs 9 and 10 differ over time. When the nut 3 is in the center, the forces F1 and F2 of the two coil springs 9 and 10 applied to the nut 3 are unbalanced (F1> F2 in the upper diagram of FIG. 3). In this state, the position where the reaction force of the coil springs 9 and 10 can be balanced and the neutral position of the steering wheel 20 are shifted, so that the motor 6 is rotated to balance the reaction force of the two coil springs 9 and 10 (F1). By moving the nut 3 rightward in FIG. 3 by δ as shown in FIG. 3, the steering wheel can be operated even if the “flexure-reaction” characteristics of the coil springs 9 and 10 change over time. When the motor 20 is in the neutral position, the steering reaction force of the two coil springs 9 and 10 can be made zero.
[0031]
Here, the position δ where F1 = F2 is set when the position of the nut 3 is changed by the motor 6 while controlling the reaction force motor 11 so as to maintain the rotation angle of the steering wheel 20 at 0. The detection can be performed when the power supplied to the motor 11 becomes 0 or becomes minimum.
[0032]
[Parallel steering reaction force adjustment action]
The operation when the vehicle is parked in a state where the angle of the steering wheel 20 is not at the neutral position (angle 0) will be described with reference to FIG. When the angle of the steering wheel 20 is at a position other than 0, the magnitude of the reaction force to the nut 3 by the two coil springs 9 and 10 is different, and if the power supply to the reaction force motor 11 is cut off as it is, the nut Returns to the position where F1 = F2, and the rotation angle of the steering wheel 20 also becomes zero.
[0033]
Then, while controlling the reaction force motor 11 so that the rotation angle of the steering wheel 20 does not change, the motor 6 is driven to move the nut 3 to a position where the spring forces F1 and F2 applied to the nut 3 are balanced. Since the position at which the nut 3 should be moved is the neutral position as the nut 3, the nut 3 may be moved to the neutral position according to the output of the displacement gauge 13, or may act to maintain the rotation angle as described above. The position at which the supplied power to the reaction motor 11 becomes zero may be used. By doing so, the angle of the steering wheel 20 can be maintained even if the supply of power to the reaction motor 11 is stopped during parking.
[0034]
In addition, in this way, even if an operating force is applied to the steering wheel 20 during parking (for example, a child or the like touches the steering wheel 20 to play), if there is no operation input, the vehicle naturally returns to a desired position. I do.
[0035]
At the start of the next run, the nut 3 may be returned to the original position while controlling the reaction force motor 11 to maintain the angle of the steering wheel 20. As the position to which the nut 3 is to be returned, for example, the position at the end of the previous traveling is stored, or the angle of the steering wheel 20 is calculated based on the turning angle of the wheel at the start of traveling, and the steering is performed. It is determined by setting the nut position according to the angle.
[0036]
Next, effects will be described.
In the vehicle steering system according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
[0037]
(1) The steering wheel 20 operated by the driver and the steering mechanism for changing the angle of the wheel can be operated independently of each other, and a mechanical coil spring 9 is used to generate a steering reaction force applied to the steering wheel 20. , 10 is provided with a steering reaction force adjusting mechanism A that can change the steering angle position at which the steering reaction force of the coil springs 9, 10 becomes zero. Even if the "deflection-reaction" characteristic changes, the steering angle position of zero steering reaction by the coil springs 9 and 10 can be maintained.
[0038]
(2) A steering wheel rotation angle sensor 18 for detecting a neutral position of the steering wheel 20 is provided, and when the steering wheel 20 is at the neutral position, a command for adjusting the steering reaction force by the coil springs 9 and 10 to zero is provided. Is output to the adjustment motor 6 (steering neutral position steering reaction force control means), so that the steering reaction force of the coil springs 9 and 10 at the neutral position of the steering wheel 20 can be reduced to zero.
[0039]
(3) The reaction motor 11 is added as a means for generating a steering reaction force applied to the steering wheel 20, and the steering neutral position steering reaction force control controls the reaction motor 11 so that the steering wheel 20 maintains the neutral position. However, when the adjustment reaction motor 6 adjusts the steering reaction force by the coil springs 9 and 10, the electric power supplied to the reaction motor 11 is controlled to an adjustment position where the electric power supplied to the reaction motor 11 becomes zero or minimum. No means for detecting the steering reaction force by the coil spring 10 is required, and the zero adjustment of the steering reaction force by the coil springs 9, 10 can be easily performed at the neutral position of the steering wheel 20.
As a result of the zero adjustment of the steering reaction force by the coil springs 9 and 10 at the neutral position of the steering wheel 20, the power consumption of the reaction force motor 11 for maintaining the steering angle at zero when traveling straight on a flat road is eliminated, and the fuel consumption is reduced. Can be improved.
[0040]
(4) A steering wheel rotation angle sensor 18 for detecting the steering angle of the steering wheel 20 is provided. If the vehicle is parked and stopped in a state where the steering angle is not in the neutral position after the driving is completed by turning off the ignition switch or the like, the steering angle is maintained. The parking reaction control control means adjusts the steering reaction force of the coil springs 9 and 10 so that the steering wheel 20 does not rotate by the reaction force of the coil springs 9 and 10 (steering reaction force control means for parking and stopping). Since this is performed, for example, in a case where the vehicle is parked with a wheel on a curb in order to prevent the vehicle from falling down on a slope, the relationship between the angle of the steered wheel and the steering wheel 20 can be maintained.
[0041]
(5) The reaction force motor 11 is added as a means for generating a steering reaction force applied to the steering wheel 20, and the steering reaction force control when the vehicle is parked or stopped controls the reaction force motor 11 so that the steering wheel 20 maintains the steering angle. However, when the adjustment reaction motor 6 adjusts the steering reaction force by the coil springs 9 and 10, the electric power supplied to the reaction motor 11 is controlled to an adjustment position where the electric power supplied to the reaction motor 11 becomes zero or minimum. The steering wheel 20 can easily perform zero adjustment of the steering reaction force by the coil springs 9 and 10 at a predetermined steering angle position without a means for detecting the steering reaction force by the steering wheel 10.
As a result of the steering wheel 20 adjusting the steering reaction force 0 by the coil springs 9 and 10 at a predetermined steering angle position, the power consumption to the reaction force motor 11 which is always supplied to maintain the steering angle of the steering wheel 20 is reduced. As a result, fuel efficiency can be improved.
[0042]
(6) At the start of running after parking and stopping, steering reaction force return control (steering reaction force return control means) for returning the coil springs 9 and 10 to a position where steering reaction force before parking and stopping is generated by the adjusting motor 6 is performed. Therefore, immediately after the start of traveling, the steering reaction force by the coil springs 9 and 10 is set to 0 immediately at the neutral position of the steering wheel 20, and it is possible to return to the normal steering reaction force control.
[0043]
As described above, the vehicle steering system according to the present invention has been described based on the first embodiment. However, the specific configuration is not limited to the first embodiment, and the present invention is not limited thereto. Changes and additions to the design are permitted without departing from the spirit of the invention.
[0044]
For example, in the first embodiment, an example is shown in which the thrust bearing 7 is used and two springs 9 and 10 are used in the compression direction. However, the bearing may be used on a tension side such as a ball bearing, and the spring may be tensioned. It is also possible to use one spring by using it in both directions of compression and compression.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall system diagram showing a vehicle steering system according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing ideal positions of nuts and reaction forces of springs when a steering wheel is at a neutral position in the vehicle steering system of the first embodiment.
FIG. 3 shows a state in which the deflection-reaction characteristic of the coil spring changes and a state after the steering reaction force is adjusted to 0 even though the steering wheel is in the neutral position in the vehicle steering system of the first embodiment. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a state when the steering wheel is at a predetermined steering angle position and a state after the steering reaction force is adjusted to zero in the vehicle steering system of the first embodiment.
[Explanation of symbols]
A steering reaction force adjustment mechanism (steering reaction force adjustment means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotation shaft 2 Male screw part 3 Nut 4 Intermediate gear 5 Worm gear 6 Adjustment motor (steering reaction force adjustment actuator)
7 Thrust bearing 8, 8 'Spring holder 9, 10 Coil spring (elastic element)
11 Reaction Force Motor 12 Slide Base 13 Displacement Meter 14 Reaction Force Unit Case 15, 16 Radial Ball Bearing 17 Steering Reaction Force Controller 18 Steering Wheel Rotation Angle Sensor (Steering Angle Detecting Means, Steering Input Neutral Position Detecting Means)
19 Steering angle sensor 20 Steering wheel (steering input means)

Claims

運転者の操作する操舵入力手段と、車輪の角度を変える転舵機構が互いに独立して動作できる構成であり、前記操舵入力手段に加える操舵反力の生成に機械的な弾性要素を用いる車両用操舵装置において、
前記弾性要素による操舵反力が０になる操舵角度位置を可変にできる操舵反力調整手段を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。A steering input means operated by a driver and a steering mechanism for changing an angle of a wheel are configured to be able to operate independently of each other, and for a vehicle using a mechanical elastic element for generating a steering reaction force applied to the steering input means. In the steering system,
A steering apparatus for a vehicle, comprising: a steering reaction force adjusting means capable of changing a steering angle position at which a steering reaction force by the elastic element becomes zero.

請求項１に記載された車両用操舵装置において、
前記操舵入力手段の中立位置を検出する操舵入力中立位置検出手段と、
前記操舵入力手段が中立位置にあるとき、前記弾性要素による操舵反力が０になるように調整する指令を操舵反力調整アクチュエータに出力する操舵中立位置操舵反力制御手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。The vehicle steering system according to claim 1,
Steering input neutral position detecting means for detecting a neutral position of the steering input means,
When the steering input unit is at the neutral position, a steering neutral position steering reaction force control unit that outputs a command to adjust the steering reaction force by the elastic element to be zero to a steering reaction force adjustment actuator,
A steering device for a vehicle, comprising:

請求項２に記載された車両用操舵装置において、
前記操舵入力手段に加える操舵反力を生成する手段として反力モータを加え、前記操舵中立位置操舵反力制御手段は、前記操舵入力手段が中立位置を維持するように反力モータを制御しながら、操舵反力調整アクチュエータにより弾性要素による操舵反力を調整していったとき、反力モータに供給する電力が０または最小となる調整位置に制御することを特徴とする車両用操舵装置。The vehicle steering system according to claim 2,
A reaction force motor is added as a means for generating a steering reaction force to be applied to the steering input means, and the steering neutral position steering reaction force control means controls the reaction force motor so that the steering input means maintains a neutral position. A vehicle steering apparatus characterized in that when the steering reaction force by an elastic element is adjusted by a steering reaction force adjustment actuator, the electric power supplied to the reaction force motor is controlled to an adjustment position at which the power becomes zero or minimum.

請求項１に記載された車両用操舵装置において、
前記操舵入力手段の操舵角度を検出する操舵角検出手段と、
運転終了後、操舵角度が中立位置でない状態で駐停車した場合、操舵角度を維持した状態で、弾性要素による操舵反力を調整し、弾性要素による反力で操舵入力手段が回転しない状態にする駐停車時操舵反力制御手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。The vehicle steering system according to claim 1,
Steering angle detection means for detecting a steering angle of the steering input means,
When the vehicle is parked and stopped with the steering angle not at the neutral position after the driving, the steering reaction force by the elastic element is adjusted while the steering angle is maintained, and the steering input means is not rotated by the reaction force by the elastic element. Means for controlling the steering reaction force when parking and stopping;
A steering device for a vehicle, comprising:

請求項４に記載された車両用操舵装置において、
前記操舵入力手段に加える操舵反力を生成する手段として反力モータを加え、前記駐停車時操舵反力制御手段は、前記操舵入力手段が操舵角度を維持するように反力モータを制御しながら、操舵反力調整アクチュエータにより弾性要素による操舵反力を調整していったとき、反力モータに供給する電力が０または最小となる調整位置に制御することを特徴とする車両用操舵装置。The vehicle steering system according to claim 4,
A reaction force motor is added as a means for generating a steering reaction force to be applied to the steering input means, and the parking / stopping steering reaction force control means controls the reaction force motor so that the steering input means maintains a steering angle. A vehicle steering apparatus characterized in that when the steering reaction force by an elastic element is adjusted by a steering reaction force adjustment actuator, the electric power supplied to the reaction force motor is controlled to an adjustment position at which the power becomes zero or minimum.

請求項４または請求項５に記載された車両用操舵装置において、
駐停車後の走行開始時に、操舵反力調整アクチュエータにより駐停車前の操舵反力が発生する位置に弾性要素を戻す操舵反力復帰制御手段を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。In the vehicle steering device according to claim 4 or 5,
A steering device for a vehicle, comprising: a steering reaction force return control unit that returns an elastic element to a position where a steering reaction force before parking and stopping is generated by a steering reaction force adjustment actuator when traveling after parking and stopping.