(57)【要約】【課題】運転者が操舵限界への到達を認識できる小型の操舵装置を提供する。【解決手段】運転者が操作するステアリングホイール１１と一体で回転するステアリング軸２１と、ステアリング軸２１を中心として配置された送りナット３１と、ステアリング軸２１及び送りナット３１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２１に対して送りナット３１を軸方向にスライド可能とする回転−スライド機構と、送りナット３１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４１と、筒状部材４１に対する送りナット３１の回転運動によって、ステアリング軸２１に対して送りナット３１を軸方向に送る送り機構と、軸方向において送りナット３１の両側にそれぞれ配置され、送りナット３１が当接することで、送りナット３１の軸方向のスライド移動を規制する上ストッパ４３Ａ及び下ストッパ４３Ｂと、を備える。【選択図】図２
2019151152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者が操作する操作部材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、前記環状部材が当接することで、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、
を備える
ことを特徴とする操舵装置。
【請求項２】
前記回転−スライド機構は、前記ステアリング軸及び前記環状部材がスプライン結合することで構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
【請求項３】
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が、前記筒状部材の内周面に形成された雌ねじに組み合わさることで構成された送りねじ機構である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＢＷ（Steer By Wire、ステアバイワイヤ）方式の操舵装置は、通常時、運転者が操作するステアリングホイールと操舵輪を操舵するラック軸とが機械的に連結されていない（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６４０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、ＳＢＷ式の操舵装置は、ステアリングホイールとラック軸とが連結されていないため、運転者はラック軸と一体であるラックエンドがストッパに当接し操舵限界に達していることを認識できない虞がある。この場合、運転者は、さらにステアリングホイールを回転させてしまう虞がある。
【０００５】
そこで、ステアリングホイールに反力を付与する反力モータ（反力アクチュエータ）の出力（トルク）を、操舵限界付近で大きくする構成が考えられる。しかしながら、このように構成すると、反力モータが大型化してしまい、車両に搭載し難くなる。
【０００６】
そこで、本発明は、運転者が操舵限界への到達を認識できる小型の操舵装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、運転者が操作する操作部材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、前記環状部材が当接することで、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、を備えることを特徴とする操舵装置である。
【０００８】
このような構成によれば、運転者が操作する操作部材とステアリング軸とが一体で回転すると、回転−スライド機構は、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。なお、回転−スライド機構は、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している。
【０００９】
そして、環状部材が非回転状態である筒状部材に対して回転すると、送り機構は、ステアリング軸に対して環状部材を軸方向に送る。次いで、環状部材が規制部材に当接すると、環状部材の軸方向のスライド移動が規制される。このように、環状部材が軸方向のスライド移動を規制されると、環状部材は回転不能となり、環状部材と一体であるステアリング軸及び操作部材も回転不能となる。このように操作部材が回転不能となると、運転者は操舵限界に到達したことを認識できる。
【００１０】
また、このような操舵装置は、環状部材、回転スライド機構、送り機構、規制部材を備えることで構成できるから小型である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、運転者が操舵限界への到達を認識できる小型の操舵装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る操舵装置の構成図である。
【図２】本実施形態に係る操舵装置の要部の縦断面図であり、中立時を示している。
【図３】本実施形態に係る操舵装置の要部の縦断面図であり、左回転時を示している。
【図４】本実施形態に係る操舵装置の要部の縦断面図であり、右回転時を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
【００１４】
≪操舵装置の構成≫
本実施形態に係る操舵装置  １００は、運転者の操作に基づいて四輪車の左前輪３０２Ａ及び右前輪３０２Ｂ（操舵輪）を操舵する装置である。また、操舵装置１００は、ＳＢＷ方式であり、通常時、ステアリングホイール１１とラック軸１３１とは非連結状態である。
【００１５】
操舵装置１００は、ステアリングホイール１１と、ステアリング軸２１と、反力モータ２４と、ストッパ機構３０と、クラッチ１１０と、第１ピニオン軸１２１と、ラック軸１３１と、第２ピニオン軸１４１と、操舵モータ１４５と、角度センサ１５１等と、ＥＣＵ２００（Electronic Control Unit）と、を備えている。すなわち、操舵装置１００は、第１ピニオン軸１２１及び第２ピニオン軸１４１を備えるデュアルピニオン方式であり、操舵モータ１４５の操舵力が第２ピニオン軸１４１を介してラック軸１３１に入力される構成である。ただし、その他に例えば、第２ピニオン軸１４１を備えず、操舵モータ１４５の操舵力が第１ピニオン軸１２１に入力されるシングルピニオン方式や、操舵モータ１４５の操舵力がラック軸１３１に入力されるラックアシスト方式でもよい。
【００１６】
ステアリングホイール１１は、運転者が操作する操作部材である。
【００１７】
ステアリング軸２１は、細長の円筒状部材であり、軸受（図示しない）を介して車体に回転自在に支持されている。ステアリング軸２１の上端は、ステアリングホイール１１に連結されており、ステアリング軸２１とステアリングホイール１１は一体で回転する。ステアリング軸２１の下端は、クラッチ１１０に連結されている。ただし、ステアリング軸２１は、複数の軸部材が自在継手等を介して連結された構成でもよい。
【００１８】
反力モータ２４は、ＥＣＵ２００からの指令に従って、ステアリング軸２１に反力を付与するモータである。反力とは、運転者の操作により回転するステアリング軸２１の回転力と反対向きの力である。具体的には、ステアリング軸２１に固定されたウォームホイール２２に、反力モータ２４の出力軸に固定されたウォーム２３が噛合している。そして、反力モータ２４が駆動すると、ステアリング軸２１に反力が入力され、運転者は操舵感を得るようになっている。なお、ここでは反力モータ２４の回転力を減速してステアリング軸２１に入力する減速機構としてウォームホイール２２及びウォーム２３等で構成されるウォームギヤ機構を使用したが、その他公知の減速機構を使用することもできる。例えば、減速機構として、大小の２つのプーリと両プーリに掛け渡されたベルト等で構成されるベルト機構を使用できる。
【００１９】
クラッチ１１０は、ＥＣＵ２００からの指令に従って、ステアリング軸２１と第１ピニオン軸１２１との間において動力を切断／接続する断接装置である。クラッチ１１０は、例えば、特開２０１７−１８０６１５号公報または特開２０１７−１８０６１４号公報に記載されるクラッチ、特開２０１５−１６８２７号公報に記載されるロック構造体、その他遊星歯車機構を使用できる。
【００２０】
具体的には、通常時、クラッチ１１０は、ＥＣＵ２００によって切断状態に制御される。これにより、通常時、ステアリング軸２１と第１ピニオン軸１２１とは、相対回転自在となり、運転者の操作力は第１ピニオン軸１２１に入力されない。
【００２１】
一方、異常時やフェール時、クラッチ１１０は、ＥＣＵ２００によって接続状態に制御される。異常時は、例えば、運転者から過大操作トルクが入力される過大操作トルク入力時である。フェール時は、例えば、反力モータ２４、操舵モータ１４５、角度センサ１５１の故障時や、反力モータ２４等の電源の喪失時である。これにより、異常時やフェール時、ステアリング軸２１と第１ピニオン軸１２１とは、相対回転不能となり、つまり、一体で回転し、運転者の操作力は第１ピニオン軸１２１に入力される。
【００２２】
第１ピニオン軸１２１は、細長の円筒状部材であり、軸受（図示しない）を介して車体に回転自在に支持されている。第１ピニオン軸１２１の下端には第１ピニオン１２２が形成されており、第１ピニオン１２２は後記する第１ラック１３２に噛合している。
【００２３】
ラック軸１３１は、車幅方向に延びる細長の棒状部材であり、ブッシュ（図示しない）を介して円筒状のハウジング１３４にスライド自在で収容されている。ラック軸１３１には、第１ラック１３２と、第２ラック１３３とが形成されている。
【００２４】
ラック軸１３１の左端には、左ラックエンド１３５Ａが固定されている。左ラックエンド１３５Ａは、左タイロッド３０１Ａを介して、左前輪３０２Ａに連結されている。ラック軸１３１の右端には、右ラックエンド１３５Ｂが固定されている。右ラックエンド１３５Ｂは、右タイロッド３０１Ｂを介して、右前輪３０２Ｂに連結されている。また、ハウジング１３４の左端にはリング状を呈するゴム製の左ストッパ１３６Ａが固定されている。同様に、右端には右ストッパ１３６Ｂが固定されている。
【００２５】
そして、左折時等において、運転者がステアリングホイール１１を左回転すると、ラック軸１３１が右方にスライドし、左前輪３０２Ａ及び右前輪３０２Ｂが操舵される。この場合おいて、左ラックエンド１３５Ａが左ストッパ１３６Ａに当接すると、左側の操舵限界に到達するようになっている。
【００２６】
一方、右折時等において、運転者がステアリングホイール１１を右回転すると、ラック軸１３１が左方にスライドし、左前輪３０２Ａ及び右前輪３０２Ｂが操舵される。この場合おいて、右ラックエンド１３５Ｂが右ストッパ１３６Ｂに当接すると、右側の操舵限界に到達するようになっている。
【００２７】
第２ピニオン軸１４１は、細長の円筒状部材であり、軸受（図示しない）を介してハウジング１３４に回転自在に支持されている。第２ピニオン軸１４１の下端には第２ピニオン１４２が形成されており、第２ピニオン１４２は第２ラック１３３に噛合している。
【００２８】
操舵モータ１４５は、ＥＣＵ２００からの指令に従って、ラック軸１３１に操舵力を付与するモータである。操舵力とは、左前輪３０２Ａ及び右前輪３０２Ｂを操舵する力である。具体的には、第２ピニオン軸１４１に固定されたウォームホイール１４３に、反力モータ２４の出力軸に固定されたウォーム１４４が噛合している。そして、操舵モータ１４５が駆動すると、ラック軸１３１に操舵力が入力されるようになっている。
【００２９】
角度センサ１５１は、ステアリング軸２１の操作角度を検出し、ＥＣＵ２００に出力するようになっている。トルクセンサ１５２は、運転者からステアリング軸２１に入力された操作トルクを検出し、ＥＣＵ２００に出力するようになっている。車速センサ１５３は、車速を検出し、ＥＣＵ２００に出力するようになっている。
【００３０】
ＥＣＵ２００は、操舵装置１００を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。
【００３１】
具体的には、ＥＣＵ２００は、操作角度、操作トルク及び車速に基づいて、反力モータ２４及び操舵モータ１４５を駆動させるようになっている。また、ＥＣＵ２００は、クラッチ１１０をＯＮ（接続）／ＯＦＦ（切断）制御する機能も備えている。
【００３２】
さらにまた、ＥＣＵ２００は、例えば、所定時間当たりの操作角度が所定操作角度以上である場合、過大操作トルク入力時であると判定し、クラッチ１１０をＯＮするように設定されている。これにより、ステアリング軸２１と第１ピニオン軸１２１とが接続状態となり、運転者の操作力に遅れずに左前輪３０２Ａ及び右前輪３０２Ｂが操舵されるようになっている。
【００３３】
＜ストッパ機構＞
ストッパ機構３０は、ステアリング軸２１の過剰回転を規制する機構である。ストッパ機構３０は、図１、図２に示すように、ステアリング軸２１の一部と、送りナット３１（環状部材）と、筒状部材４１と、上ストッパ４３Ａと、下ストッパ４３Ｂと、を備えている。
【００３４】
ステアリング軸２１の外周面には軸スプライン２５が形成されている。送りナット３１は、ステアリング軸２１を中心として配置された環状部材であり、その内周面には孔スプライン３２が形成されている。孔スプライン３２は軸スプライン２５と組み合わさっている。つまり、ステアリング軸２１と送りナット３１とはスプライン結合している。
【００３５】
これにより、ステアリング軸２１及び送りナット３１は周方向おいて一体で回転すると共に、送りナット３１はステアリング軸２１に対して軸方向にスライド可能となっている。すなわち、ステアリング軸２１及び送りナット３１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２１に対して送りナット３１をスライド可能とする回転−スライド機構は、ステアリング軸２１及び送りナット３１がスプライン結合することで構成されている。
【００３６】
このように、ステアリング軸２１及び送りナット３１がスプライン結合する構成であるから、ステアリング軸２１に捩りトルクが作用しても、ステアリング軸２１に対する送りナット３１の摺動性が低下し難くなっている。これに対して、送りナット３１がステアリング軸２１にねじによって螺合した構成である場合、ステアリング軸２１に捩りトルクが作用したとき、ねじのピッチずれが発生し、送りナット３１の軸方向における摺動性（スライド性）が低下する虞がある。
【００３７】
送りナット３１の外周面には台形ねじである雄ねじ３３が形成されている。ただし、雄ねじ３３、後記する雌ねじ４２は、その他に例えば、角ねじ、丸ねじであってもよい。
【００３８】
筒状部材４１は、送りナット３１を囲むように配置された円筒状の部材であって、ステー（図示しない）を介して車体に固定された非回転状態の部材である。筒状部材４１の内周面には、台形ねじである雌ねじ４２が形成されている。そして、雌ねじ４２に雄ねじ３３が組み合わさることで送りねじ機構を構成している。
【００３９】
すなわち、送りねじ機構によって、筒状部材４１に対する送りナット３１の回転運動によって、送りナット３１を軸方向に送る送り機構が構成されている。本実施形態では、送りナット３１が左回転すると、軸方向において上方に送られるようになっている（図３参照）。一方、送りナット３１が右回転すると、軸方向において下方に送られるようになっている（図４参照）。
【００４０】
上ストッパ４３Ａ、下ストッパ４３Ｂは、軸方向において送りナット３１の両側にそれぞれ配置され、送りナット３１が当接することで、送りナット３１の軸方向のスライド移動を規制する規制部材である。
【００４１】
具体的には、上ストッパ４３Ａは、リング状であり、筒状部材４１の上端面にボルト等で固定されている。そして、送りナット３１が上ストッパ４３Ａに当接すると、送りナット３１の上方へのスライド移動が規制されるようになっている。これにより、ステアリング軸２１の左回転も規制され、運転者は左回転側の操舵限界を認識するようになっている。ただし、上ストッパ４３Ａの形状はこれに限定されず、その他に例えば、筒状部材４１の内周面から径方向内向きに突出する突起であってもよい。下ストッパ４３Ｂについても同様である。
【００４２】
送りナット３１が上ストッパ４３Ａに当接するタイミングは、左ラックエンド１３５Ａが左ストッパ１３６Ａに当接するタイミングと略同時に設定されている。ただし、その他に例えば、左ラックエンド１３５Ａが左ストッパ１３６Ａに当接するよりも前に、送りナット３１が上ストッパ４３Ａに当接する構成としてもよい。
【００４３】
同様に、下ストッパ４３Ｂは、リング状であり、筒状部材４１の下端面にボルト等で固定されている。そして、送りナット３１が下ストッパ４３Ｂに当接すると、送りナット３１の下方へのスライド移動が規制されるようになっている。これにより、そして、ステアリング軸２１の右回転も規制され、その結果、運転者は右回転側の操舵限界を認識するようになっている。
【００４４】
送りナット３１が下ストッパ４３Ｂに当接するタイミングは、右ラックエンド１３５Ｂが右ストッパ１３６Ｂに当接するタイミングと略同時に設定されている。ただし、その他に例えば、右ラックエンド１３５Ｂが右ストッパ１３６Ｂに当接するよりも前に、送りナット３１が下ストッパ４３Ｂに当接する構成としてもよい。
【００４５】
≪操舵装置の作用効果≫
操舵装置１００の作用効果を説明する。
運転者が大きく左折するためにステアリングホイール１１を大きく左回転させると、ステアリング軸２１及び送りナット３１は左回転し、送りナット３１は左回転しながらステアリング軸２１に対して上方にスライド移動する。そして、図３に示すように、送りナット３１が上ストッパ４３Ａに当接すると、運転者は左回転側の操舵限界を認識し、ステアリングホイール１１の左回転を停止する。
【００４６】
これにより、運転者はステアリングホイール１１の左回転を停止するので、ステアリングホイール１１及びステアリング軸２１が過剰回転することはない。
【００４７】
同様に、運転者が大きく右折するためにステアリングホイール１１を大きく右回転させると、ステアリング軸２１及び送りナット３１は右回転し、送りナット３１は右回転しながらステアリング軸２１に対して下方にスライド移動する。そして、図４に示すように、送りナット３１が下ストッパ４３Ｂに当接すると、運転者は右回転側の操舵限界を認識し、ステアリングホイール１１の左回転を停止する。
【００４８】
また、従来、例えば、左ラックエンド１３５Ａが左ストッパ１３６Ａに当接していると判断される場合や、過大な操作トルクが入力された場合（過大操作トルク入力時）、その後のステアリングホイール１１等の過剰回転を防止するために、クラッチ１１０をＯＮ（接続）していたが、本実施形態によれば、クラッチ１１０をＯＮする必要はないので、クラッチ１１０の制御処理が簡易となる。さらに、クラッチ１１０に過大な操作トルクが入力されないので、クラッチ１１０を小型化できる。
【００４９】
また、ストッパ機構３０は、送りナット３１、筒状部材４１、上ストッパ４３Ａ、下ストッパ４３Ｂによって構成できるから、操舵装置１００は大型化しない。つまり、操舵限界を認識可能とするために、反力モータ２４を大型化する必要もない。さらに、軸スプライン２５は、テレスコピックを構成する軸スプラインを兼用し、簡易な構成とすることもできる。
【００５０】
≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。
【００５１】
前記した実施形態では、ストッパ機構３０が、反力モータ２４用のウォームホイール２２とクラッチ１１０との間に配された構成を例示したが、その他のレイアウトでもよい。例えば、ストッパ機構３０が、ステアリングホイール１１とウォームホイール２２（反力モータ２４）と間に配置された構成でもよい。
【００５２】
前記した実施形態では、回転−スライド機構が、ステアリング軸２１と送りナット３１とがスプライン結合した構成を例示したが、次のように構成してもよい。例えば、断面視においてステアリング軸２１の一部を切り欠いて切欠部を形成し、この切欠部に対応するように送りナット３１の内周面を形成すればよい。また、ステアリング軸２１の外周面に、軸方向の延びる１本又は複数のキーを突出形成し、このキーに対応するように、送りナット３１の内周面にキー溝を形成してもよい。
【００５３】
前記した実施形態では、送り機構が、送りナット３１の雄ねじ３３が筒状部材４１の雌ねじ４２に組み合わさることで構成された送りねじ機構である構成を例示したが、次のように構成してもよい。例えば、送りナット３１の外周面に短柱状である１つ又は複数のガイド部を突出形成し、筒状部材４１の内周面にガイド部を案内する螺旋状のガイド溝を形成してもよい。
【００５４】
前記した実施形態では、操舵装置１００が四輪車に搭載された構成を例示したが、その他に例えば、二輪車、三輪車、ＡＴＶ（All Terrain Vehicle、全地形対応車）等の車両に搭載された構成でもよい。例えば、ＡＴＶに搭載される場合、ラック軸１３１を備えず、ステアリング軸２１の下端にステアリング軸２１を中心として回動する操舵プレートが固定され、操舵プレートがタイロッドを介して操舵輪に連結された構成でもよい。
【００５５】
前記した実施形態では、操舵装置１００がＳＢＷ方式である構成を例示したが、その他に例えば、操舵装置１００が通常のＥＰＳ（Electronic Power Steering）である構成でもよい。このように構成すれば、例えば、左ラックエンド１３５Ａが左ストッパ１３６Ａに衝突した際における衝撃を低減できる。
【符号の説明】
【００５６】
１１    ステアリングホイール（操作部材）
２１    ステアリング軸
２５    軸スプライン（回転−スライド機構）
３０    ストッパ機構
３１    送りナット（環状部材）
３２    孔スプライン（回転−スライド機構）
３３    雄ねじ（送り機構）
４１    筒状部材
４２    雌ねじ（送り機構）
４３Ａ  上ストッパ（規制部材）
４３Ｂ  下ストッパ（規制部材）
１００  操舵装置
【図１】
2019151152.tif 000003
【図２】
2019151152.tif 000004
【図３】
2019151152.tif 000005
【図４】
2019151152.tif 000006