JP4574407B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両等の操舵装置に関するものである。

従来、車両等の操舵装置における操作子としては回転ハンドル型が一般的であった。しかしながら、操作子への入力をセンサで検出し、該センサの検出値に基づいてステアリングモータを電気的に制御して、転舵輪を転舵させる、いわゆるステア・バイ・ワイヤ式のステアリング装置が開発されるに至って、一端を支点にして揺動可能なスティック型の操作子も注目されている。
そして、回転ハンドル型の操作子とスティック型の操作子を両方備えた操舵装置も考えられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−３４３５３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された操舵装置では、回転ハンドル型の操作子とスティック型の操作子が離れて設置されているので、操作性が悪かった。
そこで、この発明は、複数の操作子を備えながら、操作性に優れた操舵装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、回転操作によって車両を操舵する第１操作子（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂ）と、車両前後方向の操作によって車両を操舵する第２操作子（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂ）とを一体化し、前記第１操作子と前記第２操作子は両者に共有の２つの円弧部（例えば、後述する実施例における円弧部３２）を備え、前記第１操作子は前記円弧部を回転操作し、前記第２操作子は前記円弧部を前後方向に操作することを特徴とする操舵装置（例えば、後述する実施例における電動ステアリング装置１）である。
このように構成することにより、第１操作子と第２操作子のいずれの操作子を操作しても車両を操舵することができ、しかも、第１操作子と第２操作子を一体化しているので、これら操作子を接近して配置することができる。

そして、操作子を持ち替えずに操作することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１操作子の回転軸（例えば、後述する実施例におけるステアリングシャフト２）は車両前方に進むにしたがって車両下方に下がるように傾斜していることを特徴とする。
このように構成することにより、第２操作子を前後方向に操作することによって第１操作子を回転させることができるので、第２操作子の操作から第１操作子の操作へスムーズに移行することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第１操作子と車輪との間の機械的な連結・解放を行うクラッチ（例えば、後述する実施例におけるクラッチ２５）を備え、前記第２操作子での操作を行っているときには前記クラッチを解放することを特徴とする。
このように構成することにより、第２操作子を操作しているときには第１操作子の操作を無効にすることができる。

請求項１に係る発明によれば、第１操作子と第２操作子のいずれの操作子を操作しても車両を操舵することができる。しかも、第１操作子と第２操作子を接近して配置することができるので、運転者が操作子を持ち替える際の手の移動量を少なくすることができ、操作性がよい。特に、操作子を持ち替えずに操作することができるので、極めて操作性がよい。
請求項２に係る発明によれば、第２操作子の操作から第１操作子の操作へスムーズに移行することができるので、極めて操作性がよい。
請求項３に係る発明によれば、第２操作子を操作しているときには第１操作子の操作を無効にすることができるので、操作の干渉を防止することができる。

以下、この発明に係る操舵装置の実施例１を図１から図４の図面を参照して説明する。なお、以下の実施例１においては、この発明を車両の電動ステアリング装置に適用した態様で説明する。
図１に示すように、電動ステアリング装置（操舵装置）１は、運転者が操作して操作入力を入力する入力装置３０Ａを備えており、この入力装置３０Ａがステアリングシャフト２の上端に連結されている。

詳述すると、図２および図３に示すように、ステアリングシャフト２はステアリングコラムチューブ１７に軸受１８を介して回動可能に支持されており、ステアリングシャフト２の上端から一対のガイドロッド３Ａ，３Ｂがステアリングシャフト２の軸線延長方向に延びている。このガイドロッド３Ａ，３Ｂに、それぞれ入力装置３０Ａを構成するステアリングホイール（第１操作子、第２操作子）３１Ａ，３１Ｂが取り付けられている。
ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂは互いに対称な形状をなしており、略半円弧状をなす円弧部３２と、ガイドロッド３Ａ，３Ｂに軸線方向へ摺動可能に取り付けられた支持筒部３３と、円弧部３２の中央と支持筒部３３とを連結するアーム３４から構成されている。両ガイドロッド３Ａ，３Ｂの先端は連結プレート４によって連結されており、連結プレート４はステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂがガイドロッド３Ａ，３Ｂから離脱するのを阻止している。

この入力装置３０Ａでは、各ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂはそれぞれ独立にガイドロッド３Ａ，３Ｂを軸線方向へ摺動可能であり、両ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂが同一面上に位置したときに２つの円弧部３２，３２が１つの仮想円をなすように配置されている。そして、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂを両方あるいはいずれか一方を持って回転操作することにより、ステアリングシャフト２を回転することができる。このとき、ステアリングシャフト２はステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂの回転軸となる。

図１に示すように、各ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂの支持筒部３３はそれぞれ独立に反力装置（反力発生手段）３５，３５によって中立位置（例えば、ガイドロッド３Ａ，３Ｂの軸線方向中央）に戻る方向に付勢されている。換言すると、反力装置３５は、支持筒部３３が中立位置に位置しているときには反力を発生させないが、支持筒部３３が中立位置から変位すると中立位置に戻す方向に反力を発生させ、中立位置からの変位量が大きくなるにしたがって大きな反力を発生させる。

この実施例における反力装置３５は電磁力によって反力を発生させており、ソレノイド（図示略）への電流制御により反力を制御する。
また、入力装置３０Ａは、各支持筒部３３，３３の中立位置からの変位量を検出する変位センサ（状態量検出手段）３６，３６を備えており、各変位センサ３６，３６は検出した変位量に応じた電気信号をステアリング制御装置２０に出力する。ステアリング制御装置２０は、各変位センサ３６，３６から入力した電気信号に基づいて各反力装置３５，３５のソレノイドに対する電流制御を実行する。
なお、図１では、図示の都合上、ステアリングホイール３１Ｂの側に反力装置３５を記載し、ステアリングホイール３１Ａの側に変位センサ３６を記載しているが、反力装置３５と変位センサ３６は各ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ１つずつ備えている。

ステアリングシャフト２は、クラッチ２５によって連結・解放可能なアッパーシャフト２Ａとロアシャフト２Ｂで構成されており、クラッチ２５の連結・解放はステアリング制御装置２０によって制御される。クラッチ２５を連結させるとアッパーシャフト２Ａとロアシャフト２Ｂは連結されてトルク伝達が可能な状態になり、クラッチ２５を解放するとアッパーシャフト２Ａとロアシャフト２Ｂは遮断され、トルク伝達が不能な状態になる。
また、電動ステアリング装置１は、ロック動作によってアッパーシャフト２Ａを回転不能にし、アンロック動作によってアッパーシャフト２Ａを回転可能にするロック装置２６を備えている。ロック装置２６のロック動作、アンロック動作はステアリング制御装置２０によって制御される。

ステアリングシャフト２のロアシャフト２Ｂはユニバーサルジョイントを有する連結軸５を介してラック＆ピニオン機構のピニオン６に連結されている。ピニオン６は、車幅方向に往復動し得るラック軸７のラック歯７ａに噛合し、ラック軸７の両端には、タイロッド８，８を介して転舵輪としての左右の前輪９，９が連係されている。
したがって、ロック装置２６をアンロック動作させるとともに、クラッチ２５を連結状態にしたときには、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂを回転操作したときのトルクをピニオン６に伝達することができ、これにより通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能になり、前輪９，９を転舵させて車両の向きを変えることができる。ラック軸７とタイロッド８，８は転舵機構を構成する。

前記ラック＆ピニオン機構（６，７ａ）を収容するステアリングギアボックス（図示略）内には、ピニオン６に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）１６が設けられている。操舵トルクセンサ１６は検出した操舵トルクに対応する電気信号をステアリング制御装置２０に出力する。
また、ラック軸７と同軸上にステアリングモータ１０が配設されている。このステアリングモータ１０の出力トルクは、ラック軸７に対してほぼ平行に設けられたボールねじ機構１２を介して推力に変換され、ラック軸７に作用せしめられる。そのために、ラック軸７を挿通させたステアリングモータ１０のロータに駆動側ヘリカルギヤ１１を一体的設け、この駆動側ヘリカルギヤ１１に噛合する従動側ヘリカルギヤ１３を、ボールねじ機構１２のスクリューシャフト１２ａの一端に設け、ボールねじ機構１２のナット１４をラック７に固定している。

この電動ステアリング装置１は、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂを回転操作することによって前輪９を転舵することができるだけでなく、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂを前後方向に押し引き操作することによっても前輪９を転舵することができるようになっている。

初めに、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂを回転操作して前輪９を転舵する場合について説明する。ステアリング制御装置２０は、各変位センサ３６，３６の出力信号に基づいて、支持筒部３３の中立位置からの変位量が前後方向所定範囲（以下、不感範囲という）内であると判定したときには、クラッチ２５を連結動作させ、ロック装置２６をアンロック動作させる。
この状態でステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂを回転すると、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂに入力されたトルクがステアリングシャフト２からピニオン６に伝達されるので、通常のラック＆ピニオン式の転舵操作と同様にラック軸７を介して前輪９を転舵することができる。また、これと同時に、ステアリング制御装置２０は、操舵トルクセンサ１６で検出した操舵トルクに応じて補助操舵力を決定し、ステアリングモータ１０が前記補助操舵力に応じたトルクを出力するように、駆動回路２１を介してステアリングモータ１０に対する電流制御を行う。これにより、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂを回転操作して操舵するときの運転者の負担を軽減する。

次に、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂを前後方向に操作することによって前輪９を転舵する場合について説明する。ステアリング制御装置２０は、各変位センサ３６，３６の出力信号に基づいて、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂいずれかの支持筒部３３の中立位置からの変位量が前記不感範囲から外れたと判定したときには、クラッチ２５を解放動作させ、ロック装置２６をロック動作させる。クラッチ２５が解放されるとアッパーシャフト２Ａとロアシャフト２Ｂは遮断されてトルク伝達が不能になり、ロック装置２６がロック状態になるとステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂは回転不能になる。したがって、このときにはステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂを回転させて転舵操作することはできなくなり、換言すると、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂの回転操作は無効になる。これにより、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂを前後方向に移動させることによってのみ前輪９を転舵させることができるようになる。

そして、この場合、基本的には、車両を左旋回させたいときには右側のステアリングホイール３１Ａを前方に移動させるか、あるいは左側のステアリングホイール３１Ｂを後方に移動させる。また、車両を右旋回させたいときには左側のステアリングホイール３１Ｂを前方に移動させるか、あるいは右側のステアリングホイール３１Ａを後方に移動させる。ステアリング制御装置２０は、各変位センサ３６，３６からの出力信号に基づいて操舵方向と操舵力を決定し、決定した操舵方向および操舵力に応じたトルクをステアリングモータ１０が出力するように、駆動回路２１を介してステアリングモータ１０に対する電流制御を行う。これにより、電動ステアリング装置１は所謂ステア・バイ・ワイヤ式のステアリング装置として前輪９を転舵することができる。また、これと同時にステアリング制御装置２０は、各変位センサ３６，３６からの出力信号に基づいて各反力装置３５，３５のソレノイドに対する電流制御を実行して、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂに反力を付与する。

この電動ステアリング装置１では、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂが、回転操作するための操作子（第１操作子）と前後方向に操作する操作子（第２操作子）を兼ねており、換言すると操作子を共有しているので、持ち替えずに回転操作と前後方向の操作ができ、極めて操作性がよい。
また、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂを前後方向に操作しているときにはクラッチ２５を解放し、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂの回転操作を無効にしているので、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂに対する回転操作と前後方向操作が干渉するのを防止することができる。

なお、両方のステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂが同時に前後方向に操作されたときには、両ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂの変位量の偏差に基づいてステアリングモータ１０の電流制御を行うようにしたり、あるいは、いずれか変位量の大きい方を採用してステアリングモータ１０の電流制御を行うようにすることも可能である。

なお、前述した実施例１の電動ステアリング装置１はクラッチ２５とロック装置２６を備えているが、これら構成がなくてもこの発明は成立する。
特に、ロック機構２６を設けずに、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂの回転操作と前後方向の操作を同時に行うことを可能にし、図４に示すようにステアリングシャフト２の軸線を車両前方に進むにしたがって車両下方に下がるように傾斜させた場合には、ステアリングホイール３１Ａ（または３１Ｂ）に水平方向前方に力を加えて押し込むと、ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂに回転方向の分力が生じるので、前後方向操作から回転操作への移行をスムーズに行うことができるというメリットがある。

次に、この発明に係る操舵装置に関連する技術の参考例を図５の図面を参照して説明する。
この参考例の操舵装置が実施例１の操舵装置と相違する点は入力装置にある。実施例１における入力装置３０Ａは、回転操作用の第１操作子と前後方向操作用の第２操作子を共通の操作子（ステアリングホイール３１Ａ，３１Ｂ）で構成したが、参考例の入力装置では、回転操作専用の第１操作子と、前後方向操作専用の第２操作子を別々に設けている。

図５を参照して、参考例における電動ステアリング装置１の入力装置３０Ｂを説明する。なお、入力装置３０Ｂ以外の構成については実施例１と同じであるので、説明を省略する。
入力装置３０Ｂは、第１操作子としての回転ハンドル４１と、第２操作子としての一対のスティック４２Ａ，４２Ｂとを備えている。
回転ハンドル４１は、ステアリングシャフト２との連結部を形成するセンターコア部４５と、センターコア部４５の外側に配置されて運転者に近い側において略半円弧状をなしアーム部４６を介してセンターコア部４５に連結された第１円弧部４７と、センターコア部４５の外側に配置されて運転者から遠い側において略半円弧状をなしアーム部４８を介してセンターコア部４５に連結された第２円弧部４９と、を備えて構成されている。第１円弧部４７と第２円弧部４９は同一平面上に配置されており、第１円弧部４７の両端部と第２円弧部４９の両端部は所定寸法離間して対向配置されている。
回転ハンドル４１はステアリングシャフト２の上端に連結されており、ステアリングシャフト２と一体となって回転する。したがって、回転ハンドル４１を回転操作することにより前輪９を転舵することができる。

そして、回転ハンドル４１の第１円弧部４７の端部にスティック４２Ａ，４２Ｂが設けられている。スティック４２Ａ，４２Ｂは、その先端を第２円弧部４９の端部へ接近する方向に延ばし、基部側を支点にして車両の前後方向（図１の紙面に垂直な方向）へ揺動可能に取り付けられている。
すなわち、回転ハンドル４１は、一部（すなわち、第１円弧部４７の端部と第２円弧部４９の端部との間）が欠けた略円弧状をなしており、スティック４２Ａ，４２Ｂは回転ハンドル４１の欠けた部分に揺動可能に取り付けられている。

スティック４２Ａ，４２Ｂはそれぞれ角度センサと反力装置（いずれも図示略）を備えており、角度センサはスティック４２Ａ，４２Ｂの中立位置からの揺動角度を検出し、検出した揺動角度に応じた電気信号をステアリング制御装置２０に出力する。参考例の反力装置の機能は実施例１における反力装置３５と同じであり、スティック４２Ａ，４２Ｂが中立位置に位置しているときには反力を発生させないが、スティック４２Ａ，４２Ｂが中立位置から前後方向に傾けると中立位置に戻す方向に反力を発生させ、中立位置からの変位量が大きくなるにしたがって大きな反力を発生させる。

この参考例の電動ステアリング装置１では、スティック４２Ａ，４２Ｂを前後方向に揺動することによっても前輪９を転舵することができる。
その場合、基本的には、車両を左旋回させたいときには右側のスティック４２Ａを車両前方に傾けるか、あるいは左側のスティック４２Ｂを車両後方に傾ける。また、車両を右旋回させたいときには左側のスティック４２Ｂを車両前方に傾けるか、あるいは右側のスティック４２Ａを車両後方に傾ける。ステアリング制御装置２０は、前記各角度センサからの出力信号に基づいて操舵方向と操舵力を決定し、決定した操舵方向および操舵力に応じたトルクをステアリングモータ１０が出力するように、駆動回路２１を介してステアリングモータ１０に対する電流制御を行う。これにより、電動ステアリング装置１は所謂ステア・バイ・ワイヤ式のステアリング装置として前輪９を転舵することができる。また、これと同時にステアリング制御装置２０は、前記各角度センサからの出力信号に基づいて前記各反力装置を制御して、スティック４２Ａ，４２Ｂに反力を付与する。

参考例の電動ステアリング装置１においては、回転操作専用の回転ハンドル４１と、前後方向操作専用のスティック４２Ａ，４２Ｂとを別々に設けてはいるが、回転ハンドル４１とスティック４２Ａ，４２Ｂが極めて極めて接近して配置しているので、運転者が回転ハンドル４１とスティック４２Ａ，４２Ｂとを持ち替える際の手の移動量が極めて少なくて済み、容易に持ち替えることができて操作性がよい。
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではなく、車両以外の移動体の操舵装置にも実施可能である。

この発明に係る操舵装置の実施例１における構成図である。 前記実施例１における入力装置の外観斜視図である。 図２のIII−III断面図である。 前記実施例１においてステアリングシャフトを傾斜して配置した場合の側面図である。 この発明に係る操舵装置に関連する技術の参考例における入力装置の正面図である。

符号の説明

１ 電動ステアリング装置（操舵装置）
２ ステアリングシャフト（回転軸）
２５ クラッチ
３１Ａ，３１Ｂ ステアリングホイール（第１操作子、第２操作子）
３２ 円弧部

Claims (3)

1. 回転操作によって車両を操舵する第１操作子と、車両前後方向の操作によって車両を操舵する第２操作子とを一体化し、前記第１操作子と前記第２操作子は両者に共有の２つの円弧部を備え、前記第１操作子は前記円弧部を回転操作し、前記第２操作子は前記円弧部を前後方向に操作することを特徴とする操舵装置。
2. 前記第１操作子の回転軸は車両前方に進むにしたがって車両下方に下がるように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記第１操作子と車輪との間の機械的な連結・解放を行うクラッチを備え、前記第２操作子での操作を行っているときには前記クラッチを解放することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の操舵装置。

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