(57)【要約】【課題】ステアリングホイールの操作感が良く、不快音が発生せず、自然な戻り動作が得られる車両用ステアリングモジュールを提供する。【解決手段】負荷機構１９及び戻し機構２０を、それぞれステアリングシャフト１０に対して非接触で任意の反力を付与自在な手段により構成した。【選択図】　　　　図４
2004130861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操作力により回転するステアリングシャフトの操舵角を検出して、車輪の舵角を変化させる電動機への通電を制御すると共に、
該ステアリングシャフトの回転に対して負荷を発生させる負荷機構と、ステアリングシャフトを反操作方向へ回転させて中立位置へ復帰させる戻し機構が設けられている車両用ステアリングモジュールであって、
前記負荷機構及び戻し機構が、それぞれステアリングシャフトに対して非接触で任意の反力を付与自在な手段により構成されていることを特徴とする車両用ステアリングモジュール。
【請求項２】
請求項１記載の車両用ステアリングモジュールであって、
負荷機構が、ステアリングシャフトに固定した回転リングを、ステアリングシャフトを収納するケース側に固定されたアウタヨークとインナヨークとの間で回転させるヒステリシスブレーキであることを特徴とする車両用ステアリングモジュール。
【請求項３】
請求項１記載の車両用ステアリングモジュールであって、
負荷機構が、ステアリングシャフトに固定したコイルを、ステアリングシャフトを収納するケース側に固定されたマグネットの間で回転させる回生モータであることを特徴とする車両用ステアリングモジュール。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の車両用ステアリングモジュールであって、
戻し機構が、ステアリングシャフトに固定したコイルを、ステアリングシャフトを収納するケース側に固定されたマグネットの間で反操作方向へ回転させる電動モータであることを特徴とする車両用ステアリングモジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用ステアリングモジュールであって、
ステアリングシャフトの途中に増速機構を設けて、該増速機構よりも反ステアリングホイール側を増速回転シャフト部とし、該増速回転シャフト部に負荷機構及び戻し機構を設けたことを特徴とする車両用ステアリングモジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用ステアリングモジュールであって、
車速が所定値よりも低い場合に、ステアリングホイールの操舵角に対する舵角の比率を、操舵角が所定値を越えた範囲では、それ以前よりも大きくすることを特徴とする車両用ステアリングモジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両用ステアリングモジュールであって、
負荷機構により発生する負荷を、車速に応じて増加させることを特徴とする車両用ステアリングモジュール。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用ステアリングモジュールであって、
負荷機構により発生する負荷の増加率を、操舵角変化率が所定値を越えた範囲では、それ以前よりも大きくすることを特徴とする車両用ステアリングモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用ステアリングモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車体側に設けられたステアリング操作用のステアリングモジュールと、車輪側に設けられた舵角制御用の電動機とを機械的に連結すると、電動機の振動がステアリングホイールに伝わって、ステアリングホイールの操作感が低下する。そこで、このような振動伝達を遮断するために、ステアリングモジュールと電動機とを機械的に連結せず、電気的に連結しただけの構造のステアリング装置がある。
電気的に連結しただけのステアリング装置では、ステアリングホイールの操作力で回転するステアリングシャフトの操舵角を検出し、その操舵角情報に基づいて、車輪の舵角変化を行う電動機への通電を制御している。
【０００３】
また、このようにステアリングモジュールを、舵角制御のための電動機から機械的に切り離してしまうと、ステアリングホイールに、操作上必要な負荷が車輪から加わらず、またステアリングホイールを元の中立位置に戻す反力も車輪から加わらない。そのため、このようなタイプのステアリングモジュールでは、ステアリングシャフトに対して負荷を発生させる負荷機構と、ステアリングシャフトを反操作方向へ回転させて中立位置へ復帰させる戻し機構とが、別途設けられている。具体的には、負荷機構として、ステアリングシャフトに対して摩擦を付与する摩擦機構が用いられ、戻し機構として、バネの復元力を利用した弾性機構が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４４１１７号公報（図３、図５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、負荷機構としてステアリングシャフトに摩擦を付与する機構を用いているため、せっかく電動機からの振動伝達を遮断しても、ステアリングシャフトとの摩擦による感触がステアリングホイールに伝わり、ステアリングホイールの操作感を悪化させてしまう場合があり、摩擦による不快音が発生するおそれもある。
【０００６】
また、戻し機構として、バネの復元力を利用した弾性機構を用いているため、本来ゆっくりしたステアリングホイールの戻りとなる大きなカーブの旋回後も、また素早い戻りとなる小さなカーブの旋回後も、車輪とは関係なく（車輪と切り離されているため）、ステアリングホイールだけがバネの復元力により同じ速度で元の中立位置へ戻ろうとする。そのため、ステアリングホイールの戻り動作が不自然で、ぎごちないものとなる。
【０００７】
この発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、ステアリングホイールの操作感が良く、不快音が発生せず、自然な戻り動作が得られる車両用ステアリングモジュールを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ステアリングホイールの操作力により回転するステアリングシャフトの操舵角を検出して、車輪の舵角を変化させる電動機への通電を制御すると共に、該ステアリングシャフトの回転に対して負荷を発生させる負荷機構と、ステアリングシャフトを反操作方向へ回転させて中立位置へ復帰させる戻し機構が設けられている車両用ステアリングモジュールであって、前記負荷機構及び戻し機構が、それぞれステアリングシャフトに対して非接触で任意の反力を付与自在な手段により構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、負荷機構及び戻し機構がステアリングシャフトに対して非接触構造のため、ステアリングホイールの操作感が悪化せず、不快音が発生しない。また、戻し機構による反力を、旋回するカーブに応じて調整することにより、ステアリングホイールの自然な戻り動作を得ることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、負荷機構が、ステアリングシャフトに固定した回転リングを、ステアリングシャフトを収納するケース側に固定されたアウタヨークとインナヨークとの間で回転させるヒステリシスブレーキであることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、負荷機構がステアリングシャフトと同一回転軸のヒステリシスブレーキであるため、ステアリングモジュールのスリム化が図れる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、負荷機構が、ステアリングシャフトに固定したコイルを、ステアリングシャフトを収納するケース側に固定されたマグネットの間で回転させる回生モータであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、負荷機構がステアリングシャフトと同一回転軸の回生モータであるため、ステアリングモジュールのスリム化が図れる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、戻し機構が、ステアリングシャフトに固定したコイルを、ステアリングシャフトを収納するケース側に固定されたマグネットの間で反操作方向へ回転させる電動モータであることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、戻し機構がステアリングシャフトと同一回転軸の電導モータであるため、ステアリングモジュールのスリム化が図れる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、ステアリングシャフトの途中に増速機構を設けて、該増速機構よりも反ステアリングホイール側を増速回転シャフト部とし、該増速回転シャフト部に負荷機構及び戻し機構を設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、負荷機構による負荷トルクのエネルギーを回転数で稼げるため、負荷機構で発生する反力は小さくても良く、負荷機構の小型化が図れる。また、戻し機構の反力は減速されてステアリングホイールに伝わるため、戻し機構で発生する反力も小さくて良く、戻し機構の小型化が図れる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、車速が所定値よりも低い場合に、ステアリングホイールの操舵角に対する舵角の比率を、操舵角が所定値を越えた範囲では、それ以前よりも大きくすることを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、車速が低い場合において、ステアリングホイールを大きな操舵角で操作すると、車輪の舵角がそれまで以上に大きく変化するようにしたため、車庫入れや切り返しのように、低速状態で大きな車輪の舵角が必要な場合に好適である。
【００２０】
請求項７記載の発明は、負荷機構により発生する負荷を、車速に応じて増加させることを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、負荷機構による負荷を車速に応じて増加させるようにしたため、高速走行時においてステアリングホイールの操作が安定する。
【００２２】
請求項８記載の発明は、負荷機構により発生する負荷の増加率を、操舵角変化率が所定値を越えた範囲では、それ以前よりも大きくすることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の発明によれば、操舵角変化率が大きい場合に負荷の増加率も大きくなるため、急なステアリングホイールの操作を行っても、操作が安定する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１〜図７は、この発明の第１実施形態を示す図である。図１に示すように、ステアリングホイール１を有するステアリングモジュール２は、車輪３の角度を変化させるための動力を発生させる電動機４と、機械的に連結されておらず、制御アンプ５を介したハーネス（電線）６のみでもって電気的に連結されている。
【００２６】
図２に示すように、電動機４によりステアリングギア７が正逆方向へ回転し、そのステアリングギア７と噛合しているラックギア８を左右に移動させることにより、車輪３の角度（舵角）を変化させることができる。電動機４には舵角センサー９が設けられ、ステアリングギア７の回転から、車輪３の舵角Ｂを検出することができる。舵角センサー９は、回転抵抗やエンコーダーなど既知の構造を使用することができる。この舵角センサー９による検出信号は制御アンプ５にフィードバックされる。
【００２７】
ステアリングモジュール２は、ステアリングホイール１に連結されたステアリングシャフト１０を中心に有し、外側が円筒状のケース１１にて覆われている。
ステアリングシャフト１０は、途中に設けられた増速機構１２により分断され、増速機構１２よりも反ステアリングホイール１側が増速回転シャフト部１０ａになっている。増速回転シャフト部１０ａは分断されているとはいえ、ステアリングシャフト１０と同一回転軸で、ステアリングシャフト１０の一部を形成する。
そして、ステアリングシャフト１０及び増速回転シャフト部１０ａは、ぞれぞれケース１１の両端の軸受１３にて回転自在に支持されている。
【００２８】
増速回転シャフト部１０ａは、ステアリングシャフト１０の端部に固定されたアウタギア１４と、増速回転シャフト部１０ａの端部に固定されたインナギア１５と、アウタギア１４とインナギア１５との間に配される３つの遊星ギア１６から構成される。遊星ギア１６は、アウタギア１４の内面のギアと、インナギア１５の側面のギアに対して違いに噛み合い、アウタギア１４の回転数よりも、インナギア１５の回転数が大きくなるように設定されている。従って、ステアリングホイール１が連結されたステアリングシャフト１０を１回転させると、増速回転シャフト部１０ａはそれ以上の回転数で回転するようになる。
【００２９】
ステアリングホイール１が連結されたステアリングシャフト１０には、円板１７が固定され、ケース１１の内面には円板１７に接近した状態で操舵角センサー１８が取付けられている。そして、この操舵角センサー１８に対する円板１７の相対回転により、ステアリングシャフト１０の回転角度（操舵角）Ａを検出できる。この操舵角センサー１８の構造は、前述の舵角センサー９と同様である。この操舵角センサー１８による検出信号は制御アンプ５にフィードバックされる。
【００３０】
そして、増速回転シャフト部１０ａには、負荷機構１９と戻し機構２０が順に設けられている。負荷機構１９は、増速回転シャフト部１０ａに固定した回転リング２１を、ケース１１側に固定されたアウタヨーク２２とインナヨーク２３との間で回転させるヒステリシスブレーキとして構成されている。アウタヨーク２２とインナヨーク２３は、制御アンプ５から通電制御されるコイルで出来ており、制御アンプ５のからの通電により、回転リング２１を任意の方向へ且つ任意の反力で回転させることができる。この実施形態では、負荷機構１９として用いているため、ステアリングシャフト１０の操作方向とは逆側へ回転し、ステアリングシャフト１０に対して所定の負荷を与えるように作用する。
【００３１】
戻し機構２０は、増速回転シャフト部１０ａに固定したコイル２４を、ケース１１側に固定されたマグネット２５の間で反操作方向へ回転させる電動モータとして構成されている。コイル２４に対する制御アンプ５の通電制御により、反操作方向への任意の反力を発生させることができる。尚、制御アンプ５は車速センサー２６からの検出信号も入力される（図２参照）。
【００３２】
このステアリングモジュール２は、ケース１１内に増速機構１２，負荷機構１９並びに戻し機構２０を収容し且つ負荷機構１９及び戻し機構２０がステアリングシャフト１０と同一回転軸で回転する構造のため、全体構造をスリム化できる。すなわち、ウォームギア等のように回転軸がオフセットするものでないため、ケース１１の径が大きくならず、全体サイズをスリムにすることができる。従って、ステアリングモジュール２の車体への組み込みが容易になる。
【００３３】
以上のような構造のステアリングモジュール２では、ステアリングホイール１を旋回したい方へ回転操作すると、その操作方向及び操舵角Ａが操舵角センサー１８にて検出され、制御アンプ５に検出信号が送られる。制御アンプ５は、その検出信号に応じて電動機４を通電制御し、車輪３の舵角Ｂを必要なだけ変化させる。
【００３４】
この舵角Ｂの変化は、図５に示すように、２０ｋｍ／ｈ以上の車速では、ステアリングシャフト１０の操舵角Ａに比例して増加するようになっているが、車庫入れや切り返しの場合のように、２０ｋｍ／ｈ未満の低速では、ステアリングホイール１を所定値ａ以上の大きな操舵角Ａで操作すると、操舵角Ａに対する舵角Ｂの比率が高まる。従って、小さな操舵角Ａでも、大きな舵角Ｂが得られ、車庫入れや切り返しが行い易くなる。
【００３５】
また、このようなステアリングホイール１の操作に伴って、ステアリングシャフト１０には負荷機構１９からの反力が加わり、ステアリングホイール１を操作する場合の一定の負荷が与えられる。従って、ステアリングホイール１の操作が安定する。負荷機構１９によるステアリングシャフト１０に対する反力は、車速センサー２６からの検出信号や、操舵角センサー１８からの検出信号により決定される。
【００３６】
車速との関係では、図６に示すように、負荷機構１９による負荷が車速に応じて増加するようになっているため、高速走行時においてステアリングホイール１の操作が安定する。
【００３７】
また、操舵角変化率△Ａとの関係においては、図７に示すように、操舵角変化率△Ａが所定値△ａを越えるまでは、負荷が低い増加率で比例増加するが、操舵角変化率△Ａが所定値△ａを越えるような、急なステアリングホイール１の操作（いわゆる急ハンドル）を行うと、負荷が高い増加率で比例増加する。従って、急ハンドルの場合に、大きな負荷を与えて、ステアリングホイール１の操作を安定させることができる。
【００３８】
特に、この負荷機構１９は、ステアリングホイール１の回転数よりも高回転する増速回転シャフト部１０ａに設けられているため、負荷トルクのエネルギーを回転数で稼げるため、負荷機構１９で発生する反力は小さくても良い。そのため、負荷機構１９の小型化して、ステアリングモジュール２全体のスリム化に寄与することができる。
【００３９】
そして、この負荷機構１９は、増速回転シャフト部１０ａに対して非接触で反力を与えることができるため、ステアリングホイール１の操作感が悪化せず、不快音も発生しない。
【００４０】
ステアリングホイール１の操作による車輪３の舵角変化が終了すると、次に戻し機構２０から増速回転シャフト部１０ａに対して操作方向とは逆側への反力が付与される。この反力は、増速回転シャフト部１０ａをちょうど元の中立位置に戻す大きさである。しかも、舵角センサー９からの検出信号により、舵角Ｂがゆっくり変更される大きなカーブの場合には、戻し機構２０による増速回転シャフト部１０ａの戻しもゆっくりで、舵角Ｂが急に変更される小さなカーブの場合には、戻し機構２０による増速回転シャフト部１０ａの戻しも素早くなるように、制御アンプ５にて制御される。従って、ステアリングホイール１の自然な戻り動作を得ることができる。この戻し機構２０の戻り動作の速度制御は、負荷機構１９で発生した負荷を、戻し機構２０による戻し動作に作用させることにより行うこともできる。
【００４１】
また、この戻し機構２０の場合も、増速機構１２を経た増速回転シャフト部１０ａに設けられているため、戻し機構２０の反力は減速されてステアリングホイール１に伝わる。従って、戻し機構２０で発生する反力は小さくても良く、戻し機構２０も小型化して、ステアリングモジュール２全体のスリム化に寄与することができる。
【００４２】
図８は、この発明の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態のステアリングモジュール２７では、負荷機構２８が、ステアリングシャフト１０に固定したコイル２９を、ケース側に固定されたマグネット３０の間で回転させる回生モータとして構成されている。コイル２９に対する制御アンプの通電制御により、反操作方向への任意の負荷を発生させることができる。
【００４３】
負荷機構１９は回生モータのため、両方向にブレーキをかけることができ、ステアリングホイール１の操作方向とは逆側に作用させれば、操作力に負荷を与えることができ、戻し機構２０による戻り動作に負荷を与えれば、戻し動作の速度制御が行える（ゆっくりとした戻しを行う場合に好適である）。この第２実施形態のステアリングシャフト１０には増速機構が設けられていない。その他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様である。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によれば、負荷機構及び戻し機構がステアリングシャフトに対して非接触構造のため、ステアリングホイールの操作感が悪化せず、不快音も発生しない。また、戻し機構による反力を、旋回するカーブに応じて調整することにより、ステアリングホイールの自然な戻り動作を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係るステアリング装置を示す概略図。
【図２】図１のステアリング装置の信号の流れを示す模式図。
【図３】図１のステアリングモジュールの内部構造を示す断面図。
【図４】図３のステアリングモジュールの内部構造を示す分解斜視図。
【図５】操舵角と舵角との関係を示すグラフ。
【図６】負荷と車速との関係を示すグラフ。
【図７】負荷と操舵角変化率との関係を示すグラフ。
【図８】この発明の第２実施形態に係るステアリングモジュールを示す分解斜視図。
【符号の説明】
１　ステアリングホイール
２、２７　ステアリングモジュール
３　車輪
４　電動機
５　制御アンプ
１０　ステアリングシャフト
１０ａ　増速回転シャフト部
１１　ケース
１２　増速機構
１９、２８　負荷機構
２０　戻し機構
Ａ　操舵角
Ｂ　舵角
【図１】
2004130861.tif 000003
【図２】
2004130861.tif 000004
【図３】
2004130861.tif 000005
【図４】
2004130861.tif 000006
【図５】
2004130861.tif 000007
【図６】
2004130861.tif 000008
【図７】
2004130861.tif 000009
【図８】
2004130861.tif 000010