特許 6960295 ステアリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6960295

(24)【登録日】2021年10月13日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】ステアリング装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 5/04 20060101AFI20211025BHJP

【ＦＩ】

   B62D5/04

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-190791(P2017-190791)

(22)【出願日】2017年9月29日

(65)【公開番号】特開2019-64398(P2019-64398A)

(43)【公開日】2019年4月25日

【審査請求日】2020年8月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】特許業務法人 エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】塚崎 裕一郎

【審査官】 鈴木 貴晴

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−００８０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９５３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０１８６６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｄ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステアリングバイワイヤシステムを備えた車両に設けられるステアリング装置において、
車室内に配置されるステアリングホイールの回転に合わせて回転可能なシャフト部と、
前記シャフト部の周囲に配置される弾性部材と、を備え、
前記シャフト部の少なくとも一部は、前記シャフト部の軸線に略直交する断面において、長軸を有する長径部と短軸を有する短径部とを有し、
前記弾性部材は、アーチ形状に設けられ、アーチの頂部が前記シャフト部の外面で前記短径部に圧接されている、
ステアリング装置。

【請求項2】

前記弾性部材は、前記シャフト部を挟み込むように複数配置される、
請求項１に記載のステアリング装置。

【請求項3】

前記弾性部材は、前記シャフト部から離れるに従って剛性が高くなる、
請求項１または２に記載のステアリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステアリング装置に関し、特にステアリングバイワイヤシステムが採用されている車両において乗員に適切な操舵感を伴わせるステアリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来においては、例えば特許文献１に記載された発明のように、ラックシャフト３に当接させるサポートヨーク５１の外周面に対して、第１ねじ部材５５１及び第２ねじ部材５５２を突き当てることで、サポートヨーク５１の傾きを規制して、操舵感を向上させるものがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２１８５１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来において上記特許文献１に記載の発明のように操舵感の向上を図る技術が多く創出されてきたが、ステアリングバイワイヤシステムが受け入れられ始めた昨今では、ラック及びピニオンを用いた場合に似せた操舵感が求められている。

【0005】

したがって、本発明が解決しようとする課題は、ステアリングバイワイヤシステムが採用されている車両において乗員に適切な操舵感を伴わせるステアリング装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するための手段として、ステアリング装置は、ステアリングバイワイヤシステムを備えた車両に設けられるステアリング装置において、車室内に配置されるステアリングホイールの回転に合わせて回転可能なシャフト部と、前記シャフト部の周囲に配置される弾性部材と、を備え、前記シャフト部の少なくとも一部は、前記シャフト部の軸線に略直交する断面において、長軸を有する長径部と短軸を有する短径部とを有し、前記弾性部材は、アーチ形状に設けられ、アーチの頂部が前記シャフト部の外面で前記短径部に圧接されている。

【0007】

ステアリング装置において、前記弾性部材は、前記シャフト部を挟み込むように複数配置されることが好ましい。

【0009】

ステアリング装置において、前記弾性部材は、前記シャフト部から離れるにしたがって剛性が高くなることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によると、ステアリングホイールを回転させて操舵を行うと、シャフト部も同様に回転するので、弾性部材をシャフト部が弾性変形させる。弾性部材の復元しようとする弾性力及び弾性部材とシャフト部との摩擦力がシャフト部に作用することで、操舵に対する反力が生じる。モータなどを用いてシャフト部に対して人為的に反力を生じさせる形態に比べて、シャフト部の回転により弾性部材との間で生じる反力の立ち上がりが乗員にとっては自然なものとなるので、ステアリングバイワイヤシステムが採用されている車両において乗員に適切な操舵感を伴わせるステアリング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明に係るステアリング装置の一実施形態を示す斜視図である。

【図2】図２は、ステアリング装置においてシャフト部の軸線に略直交する方向から見た概略図であり、図２（ａ）は各部材の輪郭を示し、図２（ｂ）はシャフト部の回転前の断面を示し、図２（ｃ）はシャフト部の回転時の断面を示す。

【図3】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、ステアリング装置においてシャフト部の軸線に略直交する方向から見た場合の各部材の輪郭を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明に係るステアリング装置は、ピニオン及びラックを設けずに、操舵角及び操舵角速度などを電気的に検知可能なステアリングバイワイヤシステムを備えて成る適宜の車両に適用することができる。本発明に係るステアリング装置の一実施形態について、図面を参照しつつ以下に説明する。

【0013】

図１は、本発明に係るステアリング装置の一実施形態であるステアリング装置１の一部を示す斜視図である。

【0014】

図１に示すように、ステアリング装置１は、ステアリングホイールＷと、シャフト部２と、外筒部３と、弾性部材４とを備える。

【0015】

ステアリングホイールＷは、乗員が把持して操舵を行うものであり、基本的に円形部材として車室内に配置される。ステアリングホイールＷは、その略円形状の中心軸を中心として回転可能となっている。

【0016】

シャフト部２は、ステアリングホイールＷから車両前方に延在し、ステアリングホイールＷの回転に合わせて回転可能である。シャフト部２は、車体構成部材などに対して、回転可能にかつ固定的に取付けられる。ステアリングホイールＷの回転軸と、シャフト部２の回転軸とは、略一致するように配置される。
ステアリングバイワイヤシステムが採用された車両では、ステアリングホイールＷと車輪とをピニオン及びラックなどの機械的構造体によって接続する必要が無いので、シャフト部２の長さは、ステアリングホイールＷの操舵角及び操舵角速度を検知するセンサが取付け可能な限り、特に制限されない。
また、シャフト部２に取付けられるセンサの位置は、後述の外筒部３及び弾性部材４に対して車両前方及び後方のいずれであっても良い。

【0017】

外筒部３は、シャフト部２の一部が挿通される筒体である。外筒部３は、回転などが生じないように固定されて、配置される。
また、弾性部材４は、シャフト部２の周囲に配置され、弾性を有する。
シャフト部２、外筒部３及び弾性部材４については、図２を参照しつつ詳述する。

【0018】

図２は、ステアリング装置１においてシャフト部２の軸線に略直交する方向から見た概略図であり、図２（ａ）は各部材の輪郭を示し、図２（ｂ）はシャフト部２の回転前の断面を示し、図２（ｃ）はシャフト部２の回転時の断面を示す。

【0019】

図２（ａ）には、各部材の元来の形状を示すために、シャフト部２、外筒部３及び弾性部材４の輪郭を模式的に示している。図２（ａ）に示すように、シャフト部２は、外筒部３の内側に、それぞれの軸線が略一致するように配置されている。弾性部材４は、シャフト部２の外面と外筒部３の内面との間に配置され、外筒部３に固定的に取付けられている。弾性部材４は、シャフト部２に臨む部位がシャフト部２の外面に近接して、本実施形態では接触して配置されるが、固定はされていない。

【0020】

シャフト部２は、図２に示すように、シャフト部２の軸線に略直交する断面において、長軸Ｌを有する長径部２１と短軸Ｓを有する短径部２２とを有する楕円形状を成している。シャフト部２は、少なくとも一部、特に弾性部材４が配置される領域において、図２に示すような楕円形状を有する。すなわち、シャフト部２は、少なくとも一部の断面形状が楕円に形成されて成る筒体である。
なお、本発明においてシャフト部は、その軸線に略直交する断面の形状を、上記シャフト部２のような楕円形状に代えて単純な円形状としても良く、弾性部材を弾性変形させ易い突出部を外面に有する形態であっても良い。

【0021】

弾性部材４は、図２（ａ）に示す初期形状ではアーチ形状に設けられ、シャフト部２に最も近接する部位であるアーチの頂部４１と、外筒部３に固定される部位であるアーチの脚部４２とを有する。弾性部材４は、板状の弾性体を湾曲させて外筒部３の内面に固定されたものである。

【0022】

図２（ｂ）には、シャフト部２、外筒部３及び弾性部材４を実際に配置した場合の断面を概略的に示している。弾性部材４は、図２（ｂ）に示すように、頂部４１がシャフト部２の外面における短径部２２に対して、圧力を以て接触して配置される。これにより、弾性部材４の頂部４１が弾性変形した状態で配置されることになる。本実施形態では弾性部材４は２箇所に設けられ、シャフト部２の短径部２２を頂部４１により挟み込むように配置されている。

【0023】

シャフト部２及び外筒部３は、多数の操舵を行っても変形しにくい剛性を有している限り様々な材料を選択することができ、例えば金属、合成樹脂、又は炭素繊維などを用いて形成可能である。また、弾性部材４は、後述するシャフト部２への操舵反力を付与し得る程度のヤング率、又は復元性を有している限り様々な材料を選択することができ、例えばエラストマーなどを用いることができる。

【0024】

乗員が上記ステアリングホイールＷを回転させることで操舵を行った場合、シャフト部２も図２（ｃ）に示すように回転する。操舵の一例として、図２（ｃ）ではシャフト部２が右方向に略４５°程度回転した状態を示している。

【0025】

シャフト部２は上記ステアリングホイールＷと共に回転するのに対して、外筒部３、及び、外筒部３に取付けられている弾性部材４は回転しない。シャフト部２が回転すると、弾性部材４が接触するシャフト部２の部位が、短径部２２から長径部２１に移っていく。図２（ｃ）に示すシャフト部２の回転が生じると、弾性部材４はシャフト部２における短径部２２から長径部２１に亘る部位に圧接した状態となる。シャフト部２が回転すると、長径部２１及びその周辺部位が、弾性部材４における頂部４１を回転方向に引っ張るように弾性変形させる。本実施形態では弾性部材４の弾性変形は、頂部４１だけでなく脚部４２にまで及んでいる。乗員は、上記ステアリングホイールＷを回転させる際に、シャフト部２を介して弾性部材４の変形に必要な力を、操舵反力として感じることとなる。

【0026】

ステアリングバイワイヤシステムを採用していない既存の車両では、ステアリングホイール、ラック、ピニオン、複数のシャフト部材、及び車輪などの一連の操舵機構が機械的に連結している。このような機械的な操舵機構では、操舵を行うと操舵反力として操舵に抵抗力が生じ、更にステアリングホイールの回転と共に操舵反力が増大していくものである。増大する操舵反力と乗員の操舵のための力とがつりあうことで、操舵反力に関するリニア感を乗員が実感することができる。

【0027】

ここで、ステアリングバイワイヤシステムが採用される車両で、従来用いられてきた操舵反力の付与機構について説明する。
従来において操舵反力は、一般的にモータ反力機構又はフリクション反力機構などにより付与されてきた。

【0028】

モータ反力機構としては、操舵とは反対方向に回転させたモータからの回転力をシャフト部に作用させることで、乗員は操舵に抵抗が生じているように感じ、結果として操舵反力が生じる機構である。しかしながら、モータ反力機構を採用した場合、モータの回転速度などを乗員の操舵角及び操舵角速度などに応じて演算及び調整した上でシャフト部に作用させるという工程が必要となるので、操舵開始と同時には操舵反力が生じさせにくかった。つまり、モータ反力機構では、操舵反力の立ち上がりが操舵開始から若干遅れることとなり、操舵に対する操舵反力の発生に関して乗員はリニア感を得にくくなっていた。

【0029】

また、フリクション反力機構としては、操舵により回転するシャフト部に対して、摩擦材を押し当てることで、乗員は操舵に抵抗が生じているように感じ、結果として操舵反力が生じる機構である。しかしながら、フリクション反力機構を採用した場合、シャフト部に作用する摩擦力が押し当てた瞬間に大きくなるので、操舵開始したときに摩擦材を押し当てると急激に大きな操舵反力が生じてしまっていた。つまり、フリクション反力機構では、操舵反力の立ち上がりが操舵開始時に急に発生することとなり、操舵に対する操舵反力の発生に関して乗員はリニア感を得にくくなっていた。

【0030】

したがって、ステアリングバイワイヤシステムを採用した車両であっても、ラック及びピニオンが設けられていた車両と同様の適切な操舵反力、つまり操舵角などに応じてリニアに増大し得る操舵反力を付与可能なステアリング装置が求められていた。特に、上述したようなモータ反力機構及びフリクション反力機構などによるリニア感の低下を招き得る操舵反力の立ち上がりに関して、改善の余地があった。

【0031】

本実施形態に係るステアリング装置１は、シャフト部２の回転に伴って、シャフト部２によって弾性変形した弾性部材４の復元しようとする弾性力、及び、シャフト部２と弾性部材４との間の摩擦力などが操舵の抵抗力、つまり操舵反力となる。弾性部材４がシャフト部２に圧接されていることで、シャフト部２の回転初期段階から弾性部材４の弾性変形が始まるので、操舵開始と共に操舵反力も立ち上がることとなる。よって、上述した従来の操舵開始時における操舵反力の立ち上がりのリニア感の低下を、ステアリング装置１であれば低減又は解消することができる。これにより、乗員の操舵に対して、ラック及びピニオンが設けられていた車両と同様の適切な操舵反力を付与することができる。

【0032】

なお、断面楕円形状のシャフト部２に代えて、断面円形状のシャフト部を用いた場合であっても、上記長径部２１のように弾性部材４の脚部４２近傍までの大きな弾性変形は生じさせることは少ないが、シャフト部と弾性部材との間に作用する摩擦力によって、操舵開始時から確実に操舵反力が発生する。

【0033】

ここで、上述したステアリング装置１の変形例について、図３を参照しつつ説明する。図３に示す形態は、弾性部材がシャフト部から離れるにしたがって剛性が高くなるように形成されることで、図１及び２に示した形態より更に操舵反力の立ち上がりにリニア感を出す形態である。
なお、図３（ａ）及び（ｂ）は、ステアリング装置１００及び１０１においてシャフト部２の軸線に略直交する方向から見た場合の各部材の輪郭を示す概略図である。

【0034】

図３に示す実施形態において、図２に示した実施形態との相違点は、弾性部材の構成である。この相違点以外は上述した実施形態と同一部材を用いているので、同一部材については、同一の参照符号を付すと共に、詳細な説明を省略する。

【0035】

図３（ａ）に示すステアリング装置１００における弾性部材４００は、頂部４１０と脚部４２０とで厚みが異なるように形成されている。頂部４１０は相対的に薄肉に形成されると共に、脚部４２０は相対的に厚肉に形成される。
頂部４１０及び脚部４２０のそれぞれの厚みについては、シャフト部２に対して付与しようとしている操舵反力の大きさ及び立ち上がりの度合いなどに鑑みて適宜に設定することができる。

【0036】

図３（ｂ）に示すステアリング装置１０１における弾性部材４０１は、頂部４１１と脚部４２１とで剛性の異なる材料を用いた二色成型により形成されている。頂部４１１には相対的に剛性の低い材料を用いると共に、脚部４２１には相対的に剛性の高い材料を用いている。

【0037】

図３（ａ）及び（ｂ）に示す実施形態はいずれも、弾性部材４００及び４０１は、シャフト部２から離れるにしたがって、換言すると外筒部３に近付くにしたがって、頂部４１０及び４１１よりも脚部４２０及び４２１の剛性が高くなるように形成されている。

【0038】

操舵によってシャフト部２が回転すると、操舵反力は図２に示した実施形態と同様にリニアに立ち上がる。更に、シャフト部２の回転に伴って、先ず頂部４１０及び４１１が弾性変形し、次いで脚部４２０及び４２１まで弾性変形が生じるときに、脚部４２０及び４２１の剛性が高く形成されていることで、弾性部材４００及び４０１を弾性変形させつつシャフト部２の回転を維持するために必要な力、つまり操舵反力が徐々に大きくなる。

【0039】

ラック及びピニオンを用いた車両における操舵反力はステアリングホイールの回転と共に増大していくことに鑑みれば、図３に示した実施形態であればラック及びピニオンを用いた車両の操舵反力の変位特性に近付けることができ、乗員は操舵と操舵反力とのリニア感を、より一層得易くなるので好ましい。

【0040】

上述したように、操舵開始時の操舵反力の立ち上がりについては、上記シャフト部２と上記弾性部材４、４０及び４００とによってリニア感の向上を図ることができる。本発明に係るステアリング装置を採用する場合は、操舵開始時はシャフト部及び弾性部材によって操舵に対する操舵反力の立ち上がりのリニア感を確保しつつ、操舵反力の調整及び維持などについてはモータ反力機構などを併用して操舵反力を適宜付与する形態であっても良い。

【0041】

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により、本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

【符号の説明】

【0042】

１、１００及び１０１：ステアリング装置、２：シャフト部、２１：長径部、２２：短径部、３：外筒部、４、４００及び４０１：弾性部材、４１、４１０及び４１１：頂部、４２、４２０及び４２１：脚部、Ｌ：長軸、Ｓ：短軸

【図1】

【図2】

【図3】