(57)【要約】【課題】ステア・バイ・ワイヤを採用した車両用操舵装置において、ステアリングホイールに簡単な構造で適切な操舵反力を付与できるようにする。【解決手段】ステア・バイ・ワイヤ式操舵装置は、ステアリングホイールの操作により発生する電気信号に基づいてステアリングギヤボックスに設けたステアリングアクチュエータを駆動して車輪を転舵するとともに、ステアリングホイールの操作に応じて操舵反力発生手段２５を作動させて該ステアリングホイールに操舵反力を付与する。操舵反力発生手段２５の液圧ダンパ４４は、ステアリングシャフト２４の回転に応じて往復動するピストン３８と、ピストン３８を摺動自在に収納するシリンダ３７と、シリンダ３７の両端にピストン３８を挟むように形成された二つの液室４０，４１と、二つの液室４０，４１を接続する連通路４２に設けられた可変絞り弁４３とを含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイール（２３）とステアリングギヤボックス（１１）との機械的接続を絶ち、ステアリングホイール（２３）の操作により発生する電気信号に基づいてステアリングギヤボックス（１１）に設けたステアリングアクチュエータ（１４，１７）を駆動して車輪（Ｗ）を転舵するとともに、ステアリングホイール（２３）の操作に応じて操舵反力発生手段（２５）を作動させて該ステアリングホイール（２３）に操舵反力を付与するステア・バイ・ワイヤ式操舵装置において、
前記操舵反力発生手段（２５）は液圧ダンパ（４４）により操舵反力を発生することを特徴とするステア・バイ・ワイヤ式操舵装置。
【請求項２】
前記液圧ダンパ（４４）は、ステアリングホイール（２３）の回転に応じて往復動するピストン（３８）と、ピストン（３８）を摺動自在に収納するシリンダ（３７）と、シリンダ（３７）の両端にピストン（３８）を挟むように形成された二つの液室（４０，４１）と、二つの液室（４０，４１）を接続する連通路（４２）に設けられた絞り（４３）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のステア・バイ・ワイヤ式操舵装置。
【請求項３】
前記絞り（４３）は可変開度であることを特徴とする、請求項２に記載のステア・バイ・ワイヤ式操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的接続を絶ち、ステアリングホイールの操作により発生する電気信号に基づいてステアリングギヤボックスに設けたステアリングアクチュエータを駆動して車輪を転舵するとともに、ステアリングホイールの操作に応じて操舵反力発生手段を作動させて該ステアリングホイールに操舵反力を付与するステア・バイ・ワイヤ式操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のステア・バイ・ワイヤ式操舵装置は、例えば下記特許文献１により公知である。このステア・バイ・ワイヤ式操舵装置は、ステアリングホイールにより回転するステアリングシャフトで油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプの吐出ポートおよび吸入ポートを接続する閉回路に流量制御弁を配置することで、油圧ポンプに回転負荷を発生させてステアリングホイールに操舵反力を与えるようになっている。
【０００３】
また下記特許文献２に記載されたステア・バイ・ワイヤ式操舵装置は、前後方向および左右方向に揺動可能な運転操作子（ジョイスティック）を備えており、運転操作子の前後方向の操作量に応じてスロットルアクチュエータおよびブレーキアクチュエータを制御し、運転操作子の左右方向の操作量に応じてステアリングチュエータを制御するようになっている。そして運転操作子の操作反力は電気モータよりなる反力モータによって与えられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３５１３７８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１６０６６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記特許文献１および特許文献２に記載されたものは、ステアリングホイールや運転操作子に操舵反力（操作反力）を与えるために油圧ポンプや電気モータを必要とするため、構造の複雑化および部品点数の増加によりコストアップを招く問題がある。また油圧ポンプや電気モータは慣性モーメントが大きいため、ステアリングホイールの操作時に遅れ感が発生して操舵フィーリングが低下する問題がある。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ステア・バイ・ワイヤを採用した車両用操舵装置において、ステアリングホイールに簡単な構造で適切な操舵反力を付与できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的接続を絶ち、ステアリングホイールの操作により発生する電気信号に基づいてステアリングギヤボックスに設けたステアリングアクチュエータを駆動して車輪を転舵するとともに、ステアリングホイールの操作に応じて操舵反力発生手段を作動させて該ステアリングホイールに操舵反力を付与するステア・バイ・ワイヤ式操舵装置において、前記操舵反力発生手段は液圧ダンパにより操舵反力を発生することを特徴とするステア・バイ・ワイヤ式操舵装置が提案される。
【０００８】
上記構成によれば、ステア・バイ・ワイヤ式操舵装置のステアリングホイールに操舵反力を付与する操舵反力発生手段を液圧ダンパで構成したので、構造が複雑で部品点数が多い油圧ポンプや電気モータで操舵反力を付与する場合に比べてコストダウンが可能である。しかも慣性モーメントが大きい油圧ポンプや電気モータを使用しないので、操舵時に遅れ感が発生するのを防止して操舵フィーリングを高めることができる。
【０００９】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記液圧ダンパは、ステアリングホイールの回転に応じて往復動するピストンと、ピストンを摺動自在に収納するシリンダと、シリンダの両端にピストンを挟むように形成された二つの液室と、二つの液室を接続する連通路に設けられた絞りとを含むことを特徴とするステア・バイ・ワイヤ式操舵装置が提案される。
【００１０】
上記構成によれば、ステアリングホイールを操作するとピストンがシリンダ内で往復動し、ピストンを挟むようにシリンダの両端に形成した二つの液室を接続する連通路に設けた絞りを液体が通過することで減衰力を発生するので、簡単な構造でステアリングホイールに操舵反力を付与することができる。
【００１１】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記絞りは可変開度であることを特徴とするステア・バイ・ワイヤ式操舵装置。
【００１２】
上記構成によれば、液圧ダンパの絞りの開度を変化させることで、液圧ダンパが発生する減衰力を変化させてステアリングホイールの操舵反力を任意に制御することができる。
【００１３】
尚、実施例の第１、第２ステアリングアクチュエータ１４，１７は本発明のステアリングアクチュエータに対応し、実施例の上部液室４０および下部液室４１は本発明の液室に対応し、実施例の可変絞り弁４３は本発明の絞りに対応し、実施例の前輪Ｗは本発明の車輪に対応する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１５】
図１〜図３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は図１の２部拡大断面図、図３は図２に対応する作用説明図である。
【００１６】
図１に示すように、自動車の前輪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を介して左右の前輪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を介して左右の前輪Ｗ，Ｗが転舵される。
【００１７】
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前輪Ｗ，Ｗが転舵される。
【００１８】
図２を併せて参照すると明らかなように、ステアリングホイール２３と一体のステアリングシャフト２４の下端に操舵反力発生手段２５が設けられる。操舵反力発生手段２５は概略円筒状のケーシング２６を備えており、その上端の開口部を閉塞するカバー２７がボルト２８…で固定される。カバー２７にはステアリングシャフト２４がボールベアリング２９で回転自在に支持されており、ケーシング２６の内部に延びるステアリングシャフト２４の下端に円筒状の雌ねじ部材３０が一体に設けられる。
【００１９】
ケーシング２６の内部においてステアリングシャフト２４と同軸上に雄ねじ部材３１が配置されており、雄ねじ部材３１の上端が前記雌ねじ部材３０にボールねじ機構３２を介して噛み合うとともに、雄ねじ部材３１の下端に一体に設けた連結部材３３の両端が、ケーシング２６の内面に設けた一対のガイド部材３４，３４に摺動自在に係合する。従って、連結部材３３および雄ねじ部材３１は、ケーシング２６に対する相対回転を規制された状態で上下方向に移動することができる。
【００２０】
ケーシング２６の底壁と連結部材３３とがコイルスプリングよりなるニュートラル保持スプリング３６で接続される。またケーシング２６の底壁にシリンダ３７の下端が固定されており、このシリンダ３７に摺動自在に嵌合するピストン３８から上方に延びるロッド３９が、シリンダ３７の上壁を液密に貫通して連結部材３３に接続される。シリンダ３７の内部にはピストン３８を挟んで上部液室４０および下部液室４１が区画されており、両液室４０，４１を結ぶ連通路４２にソレノイド弁よりなる可変絞り弁４３が配置される。
【００２１】
シリンダ３７、ピストン３８、連通路４２および可変絞り弁４３は本発明の液圧ダンパ４４を構成する。
【００２２】
ボールねじ機構３２は可逆性のもので、雌ねじ部材３０の回転を雄ねじ部材３１の上下動に変換するとともに、雄ねじ部材３１の上下動を雌ねじ部材３０の回転に変換することができる。従って、ステアリングホイール２３に操舵トルクが加わっていないとき、ニュートラル保持スプリング３６の長さは自由長であり、かつステアリングホイール２３はニュートラル位置にある。
【００２３】
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２５の可変絞り弁４３の開度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。
【００２４】
第１、第２ステアリングアクチュエータ１４，１７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。
【００２５】
次に、上記構成を備えた実施例の作用を説明する。
【００２６】
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が正常に機能する通常時に、ドライバーがステアリングホイール２３を操作すると、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、ステアリングホイール２３の操舵角δに比例した前輪Ｗ，Ｗの目標転舵角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を介して前輪Ｗ，Ｗを転舵する。
【００２７】
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、前輪Ｗ，Ｗの転舵角）が前記目標転舵角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が大きいときには前輪Ｗ，Ｗの目標転舵角を減少させ、前記車速Ｖが小さいときには前輪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。
【００２８】
ステア・バイ・ワイヤ式操舵装置ではステアリングホイール２３に前輪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２５を駆動し、ステアリングホイール２３に操舵反力を付与する必要がある。その際の目標操舵トルクは、例えば、操舵角δが大きくなるほど小さ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が前記目標操舵トルクに一致するように、操舵反力発生手段２５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２５でステアリングホイール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。
【００２９】
尚、車速センサＳｃで検出した車速Ｖが小さいときに操舵反力発生手段２５に小さな操舵反力を発生させ、車速センサＳｃで検出した車速Ｖが大きいときに操舵反力発生手段２５に大きな操舵反力を発生させることで、高速走行時の車両挙動を安定させるとともに、車庫入れ時等のドライバーの操舵を容易にすることができる。
【００３０】
次に、操舵反力発生手段２５の具体的な作用を説明する。ステアリングホイール２３を一方向に回転させると、ステアリングシャフト２４の回転がボールねじ機構３２によって連結部材３３に伝達され、連結部材３３はニュートラル保持スプリング３６を伸長させながら上方に移動する。その結果、図３に示すように、連結部材３３に連結されたピストン３８がシリンダ３７の内部を上方に移動し、上部液室４０の液体がピストン３８に押されて連通路４２を経て下部液室４１に流入する。このとき、連通路４２に配置した可変絞り弁４３を流体が通過する際の粘性抵抗によってステアリングホイール２３に操舵反力が付与され、かつ操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃからの指令で可変絞り弁４３の開度を変化させることで操舵反力の大きさ、つまり操舵トルクセンサＳｂで検出される操舵トルクＴの大きさを目標操舵トルクに制御することができる。
【００３１】
またステアリングホイール２３を他方向に回転させると、連結部材３３はニュートラル保持スプリング３６を圧縮しながら下方に移動するため、下部液室４１の液体がピストン３８に押されて連通路４２を経て上部液室４０に流入し、その際に連通路４２に配置した可変絞り弁４３を流体が通過することでステアリングホイール２３に操舵反力が付与される。この場合も、操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃからの指令で可変絞り弁４３の開度を変化させることで操舵反力の大きさ、つまり操舵トルクセンサＳｂで検出される操舵トルクＴの大きさを目標操舵トルクに制御することができる。
【００３２】
また操舵角センサＳａがステアリングホイール２３の限界回転角を検知すると、操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃからの指令で可変絞り弁４３を全閉にすることでピストン３８を移動不能にロックし、ステアリングホイール２３のそれ以上の回転を規制することができる。
【００３３】
更に、ステアリングホイール２３に加える操舵トルクを解除すると、ニュートラル保持スプリング３６が元の長さに復帰しようとする弾発力で連結部材３３が上下動し、その動きがボールねじ機構３２を介してステアリングシャフト２４に伝達されることで、ステアリングホイール２３がニュートラル位置に自動的に復帰する。
【００３４】
第１ステアリングアクチュエータ１４が故障した場合には、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によって第２ステアリングアクチュエータ１７を駆動することで、前輪Ｗ，Ｗを支障なく転舵することができる。その際の第２ステアリングアクチュエータ１７の制御は、上述した第１ステアリングアクチュエータ１４の制御と同じであり、操舵反力発生手段２５の制御も正常時の制御と同じである。
【００３５】
以上のように、操舵反力発生手段２５が液圧ダンパ４４によって操舵反力を発生するので、従来の油圧ポンプや電気モータで操舵反力を発生するものに比べて構造が簡素化されて部品点数が減少し、コストダウンを可能にすることができる。また慣性モーメントが大きい油圧ポンプや電気モータを使用しないので、操舵時に遅れ感が発生するのを防止して操舵フィーリングを高めることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
例えば、実施例では第１ステアリングアクチュエータ１４のバックアップ用として第２ステアリングアクチュエータ１７を設けているが、他のバックアップ手段を設ければ第２ステアリングアクチュエータ１７は省略することができる。
【００３８】
また操舵反力発生手段２５が発生する操舵反力を操舵角δの関数として変化させる以外に、操舵角速度ｄδ／ｄｔの関数として変化させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、ステア・バイ・ワイヤ式操舵装置のステアリングホイールに操舵反力を付与する操舵反力発生手段を液圧ダンパで構成したので、構造が複雑で部品点数が多い油圧ポンプや電気モータで操舵反力を付与する場合に比べてコストダウンが可能である。しかも慣性モーメントが大きい油圧ポンプや電気モータを使用しないので、操舵時に遅れ感が発生するのを防止して操舵フィーリングを高めることができる。
【００４０】
また請求項２に記載された発明によれば、ステアリングホイールを操作するとピストンがシリンダ内で往復動し、ピストンを挟むようにシリンダの両端に形成した二つの液室を接続する連通路に設けた絞りを液体が通過することで減衰力を発生するので、簡単な構造でステアリングホイールに操舵反力を付与することができる。
【００４１】
また請求項３に記載された発明によれば、液圧ダンパの絞りの開度を変化させることで、液圧ダンパが発生する減衰力を変化させてステアリングホイールの操舵反力を任意に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用操舵装置の全体図
【図２】図１の２部拡大断面図
【図３】図２に対応する作用説明図
【符号の説明】
１１        ステアリングギヤボックス
１４        第１ステアリングアクチュエータ（ステアリングアクチュエータ）
１７        第２ステアリングアクチュエータ（ステアリングアクチュエータ）
２３        ステアリングホイール
２５        操舵反力発生手段
３７        シリンダ
３８        ピストン
４０        上部液室（液室）
４１        下部液室（液室）
４２        連通路
４３        可変絞り弁（絞り）
４４        液圧ダンパ
Ｗ          前輪（車輪）
【図１】
2004231054.tif 000003
【図２】
2004231054.tif 000004
【図３】
2004231054.tif 000005