(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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。【選択図】        図１
2004182062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【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）
【図１】
2004182062.tif 000003
【図２】
2004182062.tif 000004
【図３】
2004182062.tif 000005
【図４】
2004182062.tif 000006