(57)【要約】【課題】摩擦を利用して良好な操舵感を発生させることが可能な操舵反力付加装置を提供する。【解決手段】車両のステアリングホイールと一体回転可能に連結されたドラム１１と、ドラム１１の外周１１ｂに巻き掛けられる摩擦部１２ａ、及び摩擦部１２ａの両側に連なりかつドラム１１の外周１１ｂから引き出される一対の引き出し部１２ｂを有する帯状部材１２と、一対の引き出し部１２ｂのそれぞれを張力が作用している状態で保持する帯状部材保持手段としての保持具１３とを操舵反力付加装置１０に設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステアリングホイールと一体回転可能に連結された回転体と、
前記回転体の外周に巻き掛けられる摩擦部、及び該摩擦部の両側に連なりかつ前記回転体の外周から引き出される一対の引き出し部を有する帯状部材と、
前記一対の引き出し部のそれぞれを張力が作用している状態で保持する帯状部材保持手段と、
を備えたことを特徴とする操舵反力付加装置。
【請求項２】
前記回転体の外周に対する前記摩擦部の押し付け力を高める方向に前記一対の引き出し部のそれぞれを押さえ込む引き出し部支持手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の操舵反力付加装置。
【請求項３】
前記回転体の外周に対する前記摩擦部の押し付け力を高める方向に前記一対の引き出し部のそれぞれと接触する一対の接触子と、前記一対の接触子のそれぞれを前記一対の引き出し部の振れに追従して変位可能な状態で支持しつつ、前記押し付け力を高める方向への力を前記一対の接触子のそれぞれに付加する接触子支持手段とを有する張力調整機構をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の操舵反力付加装置。
【請求項４】
前記回転体が、直径の異なる複数種類の回転体群から選択されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の操舵反力付加装置。
【請求項５】
前記ステアリングホイールと一体に回転する軸部材に前記回転体が設けられ、かつ前記回転体が前記軸部材よりも大径であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の操舵反力付加装置。
【請求項６】
前記軸部材が、前記ステアリングホイールを回転可能に支持するためのステアリングシャフトであることを特徴とする請求項５に記載の操舵反力付加装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のステアリングホイールに操舵反力を付加する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵入力軸に反力発生用のモータを接続し、そのモータの出力トルクを制御してステアリングホイールに所望の操舵反力を付加する操舵反力付加装置が知られている（例えば特許文献１参照）。ステアリングシャフトの外周に弾性体リングを装着し、その弾性体リングをパワーステアリングのアシスト油圧によって締め付けることにより、ステアリングホイールに操舵反力を付加する装置も知られている（例えば特許文献２参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３７１２４号公報
【特許文献２】特開平４−３６８２８６号公報
【特許文献３】特開平１０−３５５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両の操舵機構には、サスペンションボール、ギア機構等に起因する摩擦が存在し、その摩擦はステアリングホイールの操舵反力に影響を与える。パワーステアリング搭載車の場合、摩擦による操舵反力は１Ｎｍ程度の小さい値であるが、ステアリングホイールを操作し始めた回転初期の段階ではこれを比較的明瞭に感じ取ることができる。これに対して、モータによる操舵反力の制御では応答遅れが存在し、ハンチング防止の観点から操舵反力の立ち上がり特性もある程度は緩やかに設定せざるを得ない。よって、上述した摩擦に起因する操舵反力をモータで実現して回転初期段階で自然な操舵感を与えることは難しい。ステアリングシャフト等の回転体に摩擦部材を密着させ、その摩擦部材を背後から回転体に向かって押し込む構造では、押し付け力の偏りで摩擦部材が傾いて接触面間にくさび効果が生じるおそれがある。くさび効果が生じると摩擦力が顕著に増加し、その一方、回転方向が反転したときにはくさび効果が失われて摩擦力が急激に低下する。このため、摩擦力の目標値に対する変動が大きく、その影響が操舵反力にも現れて操舵感が悪化することがある。摩擦を利用して反力を付加する手段としては、他にも、流体クラッチ、パウダーブレーキといった制御機器を利用することが考えられるが、これらの制御機構を用いた場合もモータと同様に応答遅れ等の問題が生じ得る。
【０００５】
そこで、本発明は、摩擦を利用して良好な操舵感を発生させることが可能な操舵反力付加装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の操舵反力付加装置は、車両のステアリングホイールと一体回転可能に連結された回転体と、前記回転体の外周に巻き掛けられる摩擦部、及び該摩擦部の両側に連なりかつ前記回転体の外周から引き出される一対の引き出し部を有する帯状部材と、前記一対の引き出し部のそれぞれを張力が作用している状態で保持する帯状部材保持手段とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の操舵反力付加装置によれば、帯状部材の摩擦部を回転体の外周に巻き掛けつつ、帯状部材の一対の引き出し部を適度に張った状態で帯状部材保持手段にて保持することにより、引き出し部に張力が作用し、その張力で摩擦部が回転体の外周に押し付けられて摩擦部と回転体との間に摩擦力が発生する。ステアリングホイールが操作されると、回転体と摩擦部との間の摩擦力に応じてステアリングホイールに操舵反力が付加される。電子制御に依存することなく、機械的に発生する摩擦力を利用して操舵反力を付加しているので、ステアリング操作に対して遅滞なく操舵反力を立ち上げることができる。しかも、摩擦部の両側に連なる引き出し部を張力が作用している状態で保持し、その張力で摩擦部を回転体に押し付けているので、摩擦部を回転体の外周に対して満遍なく押し付けることが可能であり、くさび効果のような局部的かつ不安定な現象が生じ難い。従って、摩擦力の意図しない変動が抑えられる。これにより良好な操舵感を発生させることができる。
【０００８】
本発明の操舵反力付加装置においては、前記回転体の外周に対する前記摩擦部の押し付け力を高める方向に前記一対の引き出し部のそれぞれを押さえ込む引き出し部支持手段を備えてもよい（請求項２）。引き出し部支持手段にて一対の引き出し部を押さえ込むことにより、回転体の外周からの摩擦部の巻き解きを規制して回転体と帯状部材との接触面積の減少を抑え、あるいは帯状部材と回転体との接触面積を増加させることができる。
【０００９】
本発明の操舵反力付加装置においては、前記回転体の外周に対する前記摩擦部の押し付け力を高める方向に前記一対の引き出し部のそれぞれと接触する一対の接触子と、前記一対の接触子のそれぞれを前記一対の引き出し部の振れに追従して変位可能な状態で支持しつつ、前記押し付け力を高める方向への力を前記一対の接触子のそれぞれに付加する接触子支持手段とを有する張力調整機構をさらに備えてもよい（請求項３）。回転体が摩擦部に対して回転したときに、その回転方向の前方側に引き出されている一方の引き出し部には緩みが生じることがある。しかしながら、本形態によれば、緩み側となる引き出し部の振れに追従して接触子が変位しつつ、接触子支持手段から付加される力でその接触子が引き出し部を押さえ込む。このため、緩みに起因する張力の低下が緩和又は防止される。これにより、摩擦力の意図しない変動をさらに抑えることができる。
【００１０】
本発明の操舵反力付加装置においては、前記回転体が、直径の異なる複数種類の回転体群から選択されてもよい（請求項４）。回転体の直径を変化させた場合、これに巻き掛けられた摩擦部と回転体との間に作用する摩擦力を変化させて操舵反力を増減することができる。よって、複数種類の回転体群を予め用意してそれらの中から回転体を選択することにより、適切な操舵反力を付加することが可能となる。
【００１１】
本発明の操舵反力付加装置においては、前記ステアリングホイールと一体に回転する軸部材に前記回転体が設けられ、かつ前記回転体が前記軸部材よりも大径であってもよい（請求項５）。この形態によれば、ステアリングホイールと連結された軸部材を必要以上に大径化することなく、回転体の直径を十分に確保して摩擦力を増加させることが可能となる。
【００１２】
さらに、前記軸部材が、前記ステアリングホイールを回転可能に支持するためのステアリングシャフトであってもよい（請求項６）。ステアリングシャフト上に回転体を設けることにより、回転体からステアリングホイールまでに介在する中間部品の点数を減らし、それらの中間部品が操舵感に与える影響を抑えて、さらに良好な操舵感を発生させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上に説明したように、本発明の操舵反力付加装置によれば、帯状部材の摩擦部を回転体の外周に巻き掛けつつ、帯状部材の一対の引き出し部を張力が作用している状態で帯状部材保持手段にて保持することにより帯状部材の摩擦部を回転体の外周に押し付けてそれらの間に摩擦力を発生させ、その摩擦力によりステアリングホイールに操舵反力を付加するようにしたので、ステアリング操作に対して遅滞なく操舵反力を立ち上げることができる。しかも、摩擦部を回転体の外周に対して満遍なく押し付けてくさび効果のような局部的かつ不安定な現象の発生を抑え、これにより、摩擦力の意図しない変動も抑えることができる。よって、良好な操舵感を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の一形態に係る操舵反力付加装置の要部を示す図、図２は図１のII−II線に沿った断面図である。操舵反力付加装置１０は、ステアリングホイール１と不図示の車輪との間の機械的な連結をなくし、ステアリングホイール１の操作を電気信号に置き換えて車輪の操舵を制御するいわゆるステアバイワイヤ方式の操舵機構に適用される。操舵機構それ自体の構成は公知の機構と同様でよく、その詳細は省略する。
【００１５】
操舵反力付加装置１０は、ステアリングシャフト２上に設けられた回転体としてのドラム１１と、そのドラム１１の外周に巻き掛けられる帯状部材１２と、その帯状部材１２を保持する帯状部材保持手段としての保持具１３と、帯状部材１２の張力を調整するための張力調整機構１４と、ステアリングシャフト２の先端に連結された反力発生用のモータ１５とを備えている。ステアリングシャフト２はステアリングホイール１と一体回転可能であり、不図示の軸受機構によりその軸線の周りに回転自在に支持される。ステアリングシャフト２はステアリングホイール１を回転自在に支持する軸部材として機能する。モータ１５はステアリングシャフト２を介してステアリングホイール１に擬似的な操舵反力を付加するために設けられている。モータ１５による反力制御は本発明の要旨ではないので詳細な説明は省略する。
【００１６】
ドラム１１は厚さ一定の円盤状であり、その中心にはステアリングシャフト２を通すための貫通孔１１ａが設けられている。ドラム１１はキー１６を介してステアリングシャフト２と周方向に噛み合わされることにより、ステアリングシャフト２と一体回転可能に連結されている。ドラム１１の外周１１ｂは貫通孔１１ａの軸線を中心とする円筒面状に形成されている。ドラム１１の外周１１ｂの摩擦係数は一定である。貫通孔１１ａからステアリングシャフト２を抜き取ることにより、ドラム１１はステアリングシャフト２から取り外し可能である。なお、直径が異なる複数種類のドラム１１が予め用意され、それらのドラム群から適当な直径のドラム１１がステアリングシャフト２に取り付けられる。
【００１７】
帯状部材１２は一例としてばね鋼にて構成されている。帯状部材１２は、ドラム１１の外周１１ｂに巻き掛けられる摩擦部１２ａと、その摩擦部１２ａの両側に連なりかつドラム１１の外周から略同一方向（図２において上方向）に引き出される一対の引き出し部１２ｂとを備えている。帯状部材１２の幅及び厚さは全長に亘って一定である。
【００１８】
保持具１３は、帯状部材１２の一対の引き出し部１２ｂのそれぞれの端部が固定される固定プレート１３ａと、その固定プレート１３ａの中心に取り付けられてドラム１１とは反対側に突出するねじ軸１３ｂとを備えている。ねじ軸１３ｂが車体の固定部３に通され、そのねじ軸１３ｂ上の一対のナット１７ａ、１７ｂが固定部３に締め付けられることにより、引き出し部１２ｂが幾らか張った状態で保持具１３が車体の定位置に固定される。つまり、保持具１３は、引き出し部１２ｂのそれぞれを張力が作用している状態で定位置に保持する帯状部材保持手段として機能する。帯状部材１２の引き出し部１２ｂに作用する張力は、ねじ軸１３ｂの固定部３に対する取り付け位置をねじ軸１３ｂの軸線方向に変化させることにより適宜に調整することができる。なお、ナット１７ｂに代えて固定部３にねじ穴が設けられてもよい。あるいは、ねじ軸１３ｂに代えて固定部３にねじ軸を取り付け、そのねじ軸を固定プレート１３ａにねじ込んでもよい。保持具１３を車体に取り付けるための手段は、ステアリングシャフト２の回転中心線から保持具１３までの距離を変化させて帯状部材１２の張力を調整できるものであればよく、上記の他にも適宜の構成を用いてよい。なお、帯状部材１２に与えるべき張力が決まっていれば、保持具１３を車体に対して位置調整可能に取り付けることなく、保持具１３を定位置で固定してもよい。
【００１９】
張力調整機構１４は、一対の引き出し部１２ｂのそれぞれに対して外側から接触する一対の接触子１４ａと、それらの接触子１４ａの背面側とばね支持部１８との間に介装されたコイルばね１４ｂとを備えている。コイルばね１４ｂは適度に圧縮された状態で取り付けられている。これにより、各接触１４ａは引き出し部１２ｂの左右方向の振れに追従して変位できるように支持されつつ、コイルばね１４ｂの反発力で引き出し部１２ｂに向かって押圧される。接触子１４ａにて引き出し部１２ｂが押し込まれることにより、それらの引き出し部１２ｂの張力が高められて摩擦部１２ａをドラム１１の外周１１ｂに押し付ける力が増加する。ばね支持部１８はコイルばね１４ｂをその反発力に抗して保持できるものであればよい。ばね支持部１８の位置を図中の左右方向に調整可能としてもよい。
【００２０】
以上のように構成された操舵反力付加装置１０においては、帯状部材１２の張力によって摩擦部１２ａがドラム１１の外周１１ｂに押し付けられることにより、これらの摩擦部１２ａとドラム１１との間に摩擦力が作用する。ドライバがステアリングホイール１を左右いずれか一方向に回転操作すると、その摩擦力に抗してドラム１１がステアリングシャフト２と一体的に回転し、ステアリングシャフト２の回転に対して抵抗が生じる。これにより、ドラム１１と摩擦部１２ａとの間の摩擦力に応じた操舵反力がステアリングホイール１に付加される。この操舵反力は、電子制御に依存することなく機械的な構成によって与えられる。従って、モータ１５の制御では実現が困難な比較的小さい操舵反力をステアリングホイール１の回転操作に対して遅滞なく立ち上げて回転初期段階から適切な操舵反力を付加することが可能となる。
【００２１】
しかも、本形態の操舵反力付加装置１０においては、帯状部材１２の摩擦部１２ａをその背後（外側）からばね等によってドラム１１に押し込むのではなく、保持具１３にて引き出し部１２ｂを張った状態で保持することにより、帯状部材１２に張力を与えて摩擦部１２ａをドラム１１の外周に押し付けている。このため、摩擦部１２ａをドラム１１の外周に満遍なく押し付けることができ、くさび効果のような局部的かつ不安定な現象も生じ難い。このため、摩擦力の意図しない変動も抑えられる。
【００２２】
さらに、引き出し部１２ｂのそれぞれを張力調整機構１４によって押し込んでいるため、引き出し部１２ｂの緩みに起因する摩擦力の低下を抑えることができる。例えば、図３に示すようにドラム１１が時計方向に回転する場合には、その回転方向に対して後方に引き出されている右側の引き出し部１２ｂは張力が増加して外側に張り出し、回転方向に対して前方に引き出されている左側の引き出し部１２ｂは張力が減少して内側に緩む。図３では振れが生じる前の引き出し部１２ｂを破線で、振れが生じたときの引き出し部１２ｂを実線でそれぞれ示している。しかしながら、緩み側となる左側の引き出し部１２ｂでは、コイルばね１４ｂの力で接触子１４ａが引き出し部１２ｂに追従しつつその引き出し部１２ｂを内側に押し込む。このため、緩みに伴う張力の低下が抑えられる。この結果、摩擦部１２ａとドラム１１の外周１１ｂとの間の摩擦力の変動が抑えられる。なお、張り側では、コイルばね１４ｂが接触子１４ａを内側に押し返すことにより、引き出し部１２ｂの外側への振れが抑制される。これにより、ドラム１１の外周１１ｂからの摩擦部１２ａの巻き解きが規制され、摩擦部１２ａとドラム１１との接触面積の減少が防がれる。
【００２３】
ドラム１１の回転開始時においては、摩擦部１２ａとドラム１１の外周１１ｂとの間の摩擦が静止摩擦から動摩擦へと変化して引き出し部１２ｂの張力が上記の通りに変化し易いが、本形態の操舵反力付加装置１０では、張力調整機構１４が上記の通り作用することにより、回転開始時における摩擦力の変動が抑えられる。また、ドラム１１の回転中にスティックスリップ現象が発生した場合にも上記のような張力変化が生じ得るが、これに対しても張力調整機構１４が上記のように作用して摩擦力の変動を抑えることができる。さらに、摩耗等の経時劣化で摩擦部１２ａとドラム１１の外周１１ｂとの間の摩擦が変化しても、その変化を補償するように張力調整機構１４が引き出し部１２ｂの張力を増減させることより、摩擦力の変動が抑えられる。
【００２４】
図４は本形態の操舵反力付加装置１０によって実現される操舵角（ステアリングホイール１の中立位置からの回転角）及び操舵反力（操舵トルク）との関係の一例を示す。図４において縦軸の右側はステアリングホイール１を右回転させる場合、左側はステアリングホイール１を左回転させる場合にそれぞれ対応する。また、横軸の上方はステアリングホイール１をその中立位置から回転させる場合の操舵反力を、横軸の下方はステアリングホイール１を中立位置に向かって戻す場合の操舵反力をそれぞれ示す。図４から明らかなように、本形態の操舵反力付加装置１０によれば、ステアリングホイールの操作開始と同時に操舵反力を立ち上げて操舵角の発生時点で目標とする操舵反力（目標反力）を実現し、以降はステアリングホイールの操作に対して操舵反力を目標反力に維持することができる。
【００２５】
本形態の操舵反力付加装置１０においては、ドラム１１の直径、保持具１３の位置、張力調整機構１４の押圧力又は位置を調整して帯状部材１２の張力を変化させることにより、摩擦力を増減させて操舵反力を適宜に調整することができる。例えば、ドラム１１の直径が比較的小さいときの目標反力が図４の破線で示す通りであるとすれば、ドラム１１の直径を拡大することにより同図に実線で示すように目標反力を増加させることができる。また、上記の手法以外にも、ドラム１１の外周１１ｂの摩擦係数、ドラム１１に対する摩擦部１２ａの接触面の摩擦係数を変化させることによっても、操舵反力を調整することができる。
【００２６】
本発明は上述した形態に限ることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、回転体としてのドラム１１はステアリングシャフト２に限らず、ステアリングホイール１と一体に回転可能に連結される限りにおいて適宜の位置に設けてよい。但し、中間部品の介在による遊び、ガタつき、摩擦等の影響を排除するためには、ステアリングホイール１と回転体との間に介在する部品数が少ないほど好ましい。この観点からは、ステアリングシャフト２に回転体を設けることが有利である。
【００２７】
本形態では一対の引き出し部１２ｂをドラム１１の外周から略同一方向に引き出しているが、これに限らず、引き出し部１２ｂを互いに異なる方向に引き出してもよい。例えば、必要な摩擦力が得られる限りにおいて、摩擦部１２ａの周方向長さをドラム１１の外周１１ｂの１／４周程度に短縮して引き出し部１２ｂを互いに反対方向に引き出し、それらの引き出し部１２ｂを互いに異なる保持具で保持してもよい。帯状部材１２の材質はばね鋼に限らず適宜に変更してよい。摩擦部１２ａのドラム１１に対する接触面の摩擦係数を高める一方で、引き出し部１２ｂは摩擦部１２ａよりも弾性係数を小さく設定して引き出し部１２ｂを弾性変形し易くする等、摩擦部１２ａと引き出し部１２ｂとの間で物理特性に差を与えてもよい。
【００２８】
帯状部材保持手段も固定プレート１３ａとねじ軸１３ｂとを用いた例に限らず、フックその他各種の手段にて引き出し部１２ｂを保持することができる。張力調整機構１４は、ドラム１１の外周に対する摩擦部１２ａの押し付け力を高める方向に一対の引き出し部１２ｂのそれぞれと接触する一対の接触子１４ａと、一対の接触子１４ａのそれぞれを一対の引き出し部１２ｂの振れに追従して変位可能な状態で支持しつつ、摩擦部１２ａの押し付け力を高める方向への力を一対の接触子１４ａのそれぞれに付加する接触子支持手段とを有する限りにおいて適宜に変更可能である。例えば、接触子支持手段は、圧縮に対する反発力を利用して接触子１４ａを押し出す例に限らず、引張ばねを利用して接触子１４ａに力を付加するものでもよい。接触子１４ａの背後に油室を形成し、その油室の内部に油圧を作用させて接触子１４ａに所定方向の力を付加してもよい。各引き出し部１２ｂに対して２以上の接触子１４ａを接触させてもよい。
【００２９】
上記の形態では、張力調整機構１４が引き出し部支持手段として機能する。しかしながら、引き出し部支持手段は、接触子を引き出し部の触れに追従して変位可能に支持する構成に限らない。例えば、図２において一対の引き出し部１２ｂを内側に適度に押し込んだ位置で接触子を固定することにより、それらの接触子を引き出し部支持手段として機能させてもよい。引き出し部支持手段にて引き出し部を押し込むことにより、ドラム（回転体）に対する摩擦部の巻き解きを規制し、ドラムと帯状部材との間の接触面積の減少を抑えることができる。また、引き出し部支持手段を設けた場合には、これを省略した場合と比較して、帯状部材の回転体に対する接触範囲の周方向長さを拡大し、それにより帯状部材と回転体との接触面積を増加させることができる利点がある。
【００３０】
本発明の操舵反力付加装置は、ステアバイワイヤ式の操舵機構に限らず、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結された型式の操舵機構にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一形態に係る操舵反力付加装置の要部を示す図。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図。
【図３】ステアリングホイールを時計方向に回転操作したときの状態を示す図。
【図４】本形態の操舵反力付加装置によって実現される操舵角及び操舵反力との関係の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１  ステアリングホイール
２  ステアリングシャフト
１０  操舵反力付加装置
１１  ドラム（回転体）
１１ｂ  ドラムの外周
１２  帯状部材
１２ａ  摩擦部
１２ｂ  引き出し部
１３  保持具（帯状部材保持手段）
１４  張力調整機構（引き出し部支持手段）
１４ａ  接触子
１４ｂ  コイルばね（接触子支持手段）
【図１】
2009018659.tif 000003
【図２】
2009018659.tif 000004
【図３】
2009018659.tif 000005
【図４】
2009018659.tif 000006