JP4191643B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドライバーが左右の手で握って操作する左右の操作部材と、車輪を転舵するアクチュエータと、前記操作部材の操作に応じて前記アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置に関する。

ステアリングシャフトに取り付けた円形のステアリングハンドルの一部を切除し、その切除部分にステアリングシャフトと平行な回転軸まわりに回転自在なノブを支持することで、ステアリングハンドルを握り変えることなく、片手でノブを握ってステアリングハンドル回転させるものが、下記特許文献１により公知である。
特開平１１−２２７６１４号公報

ところで、車両用として従来から一般的に使用されている円形のステアリングハンドルは、車体前方側が低くなるように傾斜したステアリングシャフトの後端に取り付けられているため、車両のシートに着座したドライバーの上体からステアリングハンドルの各部までの距離は一定にならず、ステアリングハンドルの上部で前記距離が大きくなり、ステアリングハンドルの下部で前記距離が小さくなる。従って、車両のシートに着座したドライバーがステアリングハンドルを握って回転させるときに腕を伸ばしたり縮めたりする必要があり、これがドライバーにとって不自然な動きとなってステアリング操作の負担を増加させていた。しかも従来のステアリングハンドルでは、それを回転させる際にドライバーの手首が不自然に捩じれるため、これもドライバーのステアリング操作の負担を増加させる原因となっていた。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ステアリング操作時にドライバーの腕や手首に負担が掛からない車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ドライバーが左右の手で握って操作する左右の操作部材と、車輪を転舵するアクチュエータと、前記操作部材の操作に応じて前記アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置において、左右の操作部材は公転軸まわりに公転しながら左右の自転軸まわりに自転可能であり、前記左右の操作部材を連動連結手段を介して車体に連結し、前記左右の操作部材の前記公転軸まわりに公転に伴って、前記連動連結手段が前記左右の操作部材を前記左右の自転軸まわりに自転させることで、前記操作部材の移動軌跡は、ドライバーの肘の位置を中心とする球面上に在ることを特徴とする車両用操舵装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、ドライバーが左右の手で握って操作する左右の操作部材と、車輪を転舵するアクチュエータと、前記操作部材の操作に応じて前記アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置において、左右の操作部材は公転軸まわりに公転しながら左右の自転軸まわりに自転可能であり、前記左右の操作部材を連動連結手段を介して車体に連結し、前記左右の操作部材の前記公転軸まわりに公転に伴って、前記連動連結手段が前記左右の操作部材を前記左右の自転軸まわりに自転させることで、前記操作部材は、中立位置から上方に移動するときにドライバーに近づく方向に移動するとともに、中立位置から下方に移動するときにドライバーから遠ざかる方向に移動することを特徴とする車両用操舵装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、ドライバーが左右の手で握って操作する左右の操作部材と、車輪を転舵するアクチュエータと、前記操作部材の操作に応じて前記アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置において、左右の操作部材は公転軸まわりに公転しながら左右の自転軸まわりに自転可能であり、前記左右の自転軸はドライバーに向かってＶ字状に開くように傾斜していることを特徴とする車両用操舵装置が提案される。

尚、実施例の第１、第２ステアリングアクチュエータ１４，１７は本発明のアクチュエータに対応し、実施例の左右のグリップ２４Ｌ，２４Ｒは本発明の操作部材に対応し、実施例の固定ベベルギヤ２９Ｃおよびベベルギヤ２９Ｌ，２９Ｒは本発明の連動連結手段に対応し、実施例の第１、第２ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵａ，Ｕｂは本発明の制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、車輪を転舵すべくドライバーが左右の手で左右の操作部材を握って操作すると、左右の操作部材は公転軸のまわりに公転しながら連動連結手段で自動的に自転軸まわりに自転する。これにより、操作部材がドライバーの肘の位置を中心とする球面上を移動するので、ドライバーは肘の位置を動かすことなくステアリング操作を行うことが可能になって操作負担が軽減される。

請求項２の構成によれば、車輪を転舵すべくドライバーが左右の手で左右の操作部材を握って操作すると、左右の操作部材は公転軸のまわりに公転しながら連動連結手段で自動的に自転軸まわりに自転する。これにより、操作部材が中立位置から上方に移動するに伴ってドライバーに近づく方向に移動し、かつ操作部材が中立位置から下方に移動するに伴ってドライバーから遠ざかる方向に移動するので、ドライバーは肘の位置を動かすことなくステアリング操作を行うことが可能になって操作負担が軽減される。

請求項３の構成によれば、車輪を転舵すべくドライバーが左右の手で左右の操作部材を握って操作すると、左右の操作部材は公転軸まわりに公転しながら、ドライバーに向かってＶ字状に開く左右の自転軸まわりに自転するので、ドライバーは肘の位置を動かすことなくステアリング操作を行うことが可能になって操作負担が軽減されるだけでなく、ドライバーの手首が不自然に捻られるのが防止されて操作負担が更に軽減される。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１は車両用操舵装置の全体図、図２は車両の前部側面図、図３は図２の要部拡大図、図４は図３に対応する斜視図、図５は図３の５−５線断面図、図６はハンドルを左旋回方向に操作したときの作用説明図である。

図１に示すように、自動車の車輪Ｗ，Ｗを転舵するステアリングギヤボックス１１は車体左右方向に摺動自在なラックバー１２を備えており、ラックバー１２の両端が左右のタイロッド１３，１３を介して左右の車輪Ｗ，Ｗに接続される。電気モータよりなる第１ステアリングアクチュエータ１４により回転するピニオン１５がラックバー１２に形成したラック１６に噛み合っており、第１ステアリングアクチュエータ１４を駆動するとピニオン１５およびラック１６を介してラックバー１２が車体左右方向に摺動し、タイロッド１３，１３を介して左右の車輪Ｗ，Ｗが転舵される。

電気モータよりなる第２ステアリングアクチュエータ１７と、それにより回転する環状のドライブギヤ１８とがラックバー１２の外周を囲むように配置される。ラックバー１２に固定したブラケット１９に支持した雌ねじ部材２０に雄ねじ部材２１が噛み合っており、この雄ねじ部材２１の一端に設けたドリブンギヤ２２が前記ドライブギヤ１８に噛み合っている。従って、第２ステアリングアクチュエータ１７を駆動すると、ドライブギヤ１８の回転がドリブンギヤ２２を介して雄ねじ部材２１に伝達され、回転する雄ねじ部材２１に噛み合う雌ねじ部材２０が車体左右方向に移動することで、ラックバー１２が車体左右方向に摺動して左右の車輪Ｗ，Ｗが転舵される。

図２〜図４に示すように、ステアリングハンドル２３は、ドライバーが左手で握る左グリップ２４Ｌと右手で握る右グリップ２４Ｒとを備えており、左右のグリップ２４Ｌ，２４Ｒはドライバーに向かってＶ字状に傾斜した左右の自転軸ＡＬ，ＡＲ上に配置された左右の回転軸２５，２５の後端に板状のアーム２６，２６を介して固定され、各々の回転軸２５，２５はボールベアリング２７，２７で円形のハウジング２８に自転自在に支持される。左右の回転軸２５，２５の対向する端部には左右のベベルギヤ２９Ｌ，２９Ｒがそれぞれ固定されており、左右のベベルギヤ２９Ｌ，２９Ｒは共通の固定ベベルギヤ２９Ｃに噛合する。

ハウジング２８に一体に固定された第１ステアリングシャフト３０は、前部コラムカバー３１の後端にボルト３２…固定された後部コラムカバー３３に一対のボールベアリング３４，３４を介して公転自在に支持される。後部コラムカバー３３の下面に固定したステー３５の後端に、前記固定ベベルギヤ２９Ｃと一体の支軸３６が固定される。従って、固定ベベルギヤ２９Ｃは後部コラムカバー３３に回転不能に支持される。そして左右のグリップ２４Ｌ，２４Ｒの自転軸ＡＬ，ＡＲは、第１ステアリングシャフト３０上にある公転軸Ａに対して鋭角（実施例では３５°）で交差している。つまり公転軸Ａを挟んで左右の自転軸ＡＬ，ＡＲは相互に７０°の角度で交差している。

第１ステアリングシャフト３０の前端にボルト３７…で結合された第２ステアリングシャフト３８が、前部コラムカバー３１にボールベアリング４２を介して回転自在に支持される。第２ステアリングシャフト３８の前端部には、ドライバーがステアリングハンドル２３に入力した操舵角δを検出する操舵角センサＳａが設けられ、第２ステアリングシャフト３８の中間部には、ドライバーがステアリングハンドル２３に入力した操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサＳｂが設けられる。また第２ステアリングシャフト３８の中間部には操舵反力発生手段３９が設けられる。操舵反力発生手段３９は電気モータあるいは油圧によりステアリングハンドル２３に擬似的な操舵反力を付与するもので、その出力軸に設けた駆動ギヤ４０が第２ステアリングシャフト３８に設けた従動ギヤ４１に噛合することで操舵反力の方向および大きさを任意に制御可能である。

図１に示すように、第１ステアリングアクチュエータ１４の作動は第１ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵａにより制御され、第２ステアリングアクチュエータ１７の作動は第２ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵｂにより制御され、操舵反力発生手段３９の作動は操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃにより制御される。

第１、第２ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵａ，Ｕｂには操舵角センサＳａで検出した操舵角δと、車速センサＳｃで検出した車速Ｖと、ラック位置センサＳｄで検出したラック位置Ｐとが入力され、操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃには、操舵角センサＳａで検出した操舵角δと、操舵トルクセンサＳｂで検出した操舵トルクＴと、車速センサＳｃで検出した車速Ｖとが入力される。

次に、上記構成を備えた実施例の作用を説明する。

第１ステアリングアクチュエータ１４は通常時に使用され、第２ステアリングアクチュエータ１７は、第１ステアリングアクチュエータ１４の故障時のバックアップに使用される。第１ステアリングアクチュエータ１４が正常に機能している通常時に、ドライバーがステアリングハンドル２３を操作すると、第１ステアリングシャフト３０の回転が第２ステアリングシャフト３８に伝達され、第２ステアリングシャフト３８に接続された操舵角センサＳａおよび操舵トルクセンサＳｂによって操舵角δおよび操舵トルクＴが検出される。

操舵角センサＳａで検出した操舵角δと、車速センサＳｃで検出した車速Ｖと、ラック位置センサＳｄで検出したラック位置Ｐとが第１ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵａに入力される。第１ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵａは、例えば、ステアリングハンドル２３の操舵角δに比例した車輪Ｗ，Ｗの転舵角γが得られるように第１ステアリングアクチュエータ１４を駆動し、ステアリングギヤボックス１１を介して車輪Ｗ，Ｗを転舵する。

このとき、ラック位置センサＳｄで検出したラック位置Ｐ（つまり、車輪Ｗ，Ｗの転舵角γ）が目標位置に一致するようにフィードバック制御が行われる。また、例えば、車速センサＳｃで検出した車速Ｖが大きいときには車輪Ｗ，Ｗの目標転舵角を減少させ、前記車速Ｖが小さいときには車輪Ｗ，Ｗの目標転舵角を増加させることで、高速時に車両の直進安定性を高めるとともに、低速時に車両の取り回しを容易にすることができる。

ステア・バイ・ワイヤ式操舵装置ではステアリングハンドル２３に車輪Ｗ，Ｗからの操舵反力が作用しないため、操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃからの指令で操舵反力発生手段３９を駆動し、ステアリングハンドル２３に操舵反力を付与する必要がある。その際の目標操舵反力は、操舵角センサＳａで検出した操舵角δおよび車速センサＳｃで検出した車速Ｖをパラメータとしてマップ検索される。このマップは、操舵角δが大きくなるほど操舵反力が大きくなり、かつ車速Ｖが大きくなるほど操舵反力が大きくなるように設定される。そして操舵トルクセンサＳｂで検出した操舵トルクＴが前記目標操舵反力に一致するように、操舵反力発生手段３９の駆動がフィードバック制御される。このように、操舵反力発生手段３９でステアリングハンドル２３に擬似的な操舵反力を付与することで、ドライバーの違和感を解消することができる。

また第１ステアリングアクチュエータ１４の故障時には、第２ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵｂが第２ステアリングアクチュエータ１７を同様に制御することで、車輪Ｗ，Ｗの転舵を支障なく継続することができる。

さて、図６（Ａ）に示すニュートラル状態から、図６（Ｂ）に示すように、ステアリングハンドル２３を公転軸Ａまわりに左旋回方向に操作すると、左グリップ２４Ｌは自転軸ＡＬまわりに反時計方向に自転し、また右グリップ２４Ｒも自転軸ＡＲまわりに反時計方向に自転する。

このようにステアリングハンドル２３を公転軸Ａまわりに左旋回方向に公転させると、左右のグリップ２４Ｌ，２４Ｒが自転軸ＡＬ，ＡＲまわりに相互に連動して同方向に自転するため、ドライバーの左右の手首は自然に捻られて無理な角度にならず、ドライバーのステアリング操作が容易になる。そして図６（Ｃ）に示すように、ステアリングハンドル２３の公転軸Ａまわりに限界回転角は９０°に抑えられる。また左右のグリップ２４Ｌ，２４Ｒの連動機構を左右のベベルギヤ２９Ｌ，２９Ｒおよび固定ベベルギヤ２９Ｃで構成したので、簡単な構造で左右のグリップ２４Ｌ，２４Ｒを相互に連動して同方向に自転させることができる。

また左右の自転軸ＡＬ，ＡＲがドライバー側に向かってＶ字状に広がるように傾斜しているため、左右のグリップ２４Ｌ，２４Ｒは中立位置から上方に移動するときにドライバーに近づく方向に移動し、図５に示すように、左右のグリップ２４Ｌ，２４Ｒはドライバーの肘の位置Ｏ，Ｏを中心とする球面Ｓ，Ｓ上を移動することになる。これにより、ドライバーは肘の位置を固定したまま、腕の肘から先の部分および手だけを動かしてステアリングハンドル２３を操作することが可能になり、ステアリング操作が一層容易になる。

ここまでステアリングハンドル２３を左旋回方向に操作する場合について説明したが、ステアリングハンドル２３を右旋回方向に操作する場合の作用も同じである。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では左右のグリップ２４Ｌ，２４Ｒの自転軸ＡＬ，ＡＲは相互に７０°をなしているが、その角度は７０°に限定されるものではない。

車両用操舵装置の全体図 車両の前部側面図 図２の要部拡大図 図３に対応する斜視図 図３の５−５線断面図 ハンドルを左旋回方向に操作したときの作用説明図

符号の説明

１４ 第１ステアリングアクチュエータ（アクチュエータ）
１７ 第２ステアリングアクチュエータ（アクチュエータ）
２４Ｌ 左グリップ（操作部材）
２４Ｒ 右グリップ（操作部材）
２９Ｃ 固定ベベルギヤ（連動連結手段）
２９Ｌ ベベルギヤ（連動連結手段）
２９Ｒ ベベルギヤ（連動連結手段）
Ａ 公転軸
ＡＬ 自転軸
ＡＲ 自転軸
Ｏ ドライバーの肘の位置
Ｓ 球面
Ｕａ 第１ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニット（制御手段）
Ｕｂ 第２ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニット（制御手段）
Ｗ 車輪

Claims (3)

1. ドライバーが左右の手で握って操作する左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）と、
   車輪（Ｗ）を転舵するアクチュエータ（１４，１７）と、
   前記操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）の操作に応じて前記アクチュエータ（１４，１７）の作動を制御する制御手段（Ｕａ，Ｕｂ）と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）は公転軸（Ａ）まわりに公転しながら左右の自転軸（ＡＬ，ＡＲ）まわりに自転可能であり、前記左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）を連動連結手段（２９Ｃ，２９Ｌ，２９Ｒ）を介して車体に連結し、前記左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）の前記公転軸（Ａ）まわりに公転に伴って、前記連動連結手段（２９Ｃ，２９Ｌ，２９Ｒ）が前記左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）を前記左右の自転軸（ＡＬ，ＡＲ）まわりに自転させることで、前記操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）の移動軌跡は、ドライバーの肘の位置（Ｏ）を中心とする球面（Ｓ）上に在ることを特徴とする車両用操舵装置。
2. ドライバーが左右の手で握って操作する左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）と、
   車輪（Ｗ）を転舵するアクチュエータ（１４，１７）と、
   前記操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）の操作に応じて前記アクチュエータ（１４，１７）の作動を制御する制御手段（Ｕａ，Ｕｂ）と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）は公転軸（Ａ）まわりに公転しながら左右の自転軸（ＡＬ，ＡＲ）まわりに自転可能であり、前記左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）を連動連結手段（２９Ｃ，２９Ｌ，２９Ｒ）を介して車体に連結し、前記左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）の前記公転軸（Ａ）まわりに公転に伴って、前記連動連結手段（２９Ｃ，２９Ｌ，２９Ｒ）が前記左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）を前記左右の自転軸（ＡＬ，ＡＲ）まわりに自転させることで、前記操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）は、中立位置から上方に移動するときにドライバーに近づく方向に移動するとともに、中立位置から下方に移動するときにドライバーから遠ざかる方向に移動することを特徴とする車両用操舵装置。
3. ドライバーが左右の手で握って操作する左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）と、
   車輪（Ｗ）を転舵するアクチュエータ（１４，１７）と、
   前記操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）の操作に応じて前記アクチュエータ（１４，１７）の作動を制御する制御手段（Ｕａ，Ｕｂ）と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   左右の操作部材（２４Ｌ，２４Ｒ）は公転軸（Ａ）まわりに公転しながら左右の自転軸（ＡＬ，ＡＲ）まわりに自転可能であり、前記左右の自転軸（ＡＬ，ＡＲ）はドライバーに向かってＶ字状に開くように傾斜していることを特徴とする車両用操舵装置。

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