特開 2022-100720 操舵装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022100720

(43)【公開日】2022-07-06

(54)【発明の名称】操舵装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 5/04 20060101AFI20220629BHJP

   B62D 1/185 20060101ALI20220629BHJP

【ＦＩ】

B62D5/04

B62D1/185

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020214864

(22)【出願日】2020-12-24

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】野沢 康行

【テーマコード（参考）】

3D030

3D333

【Ｆターム（参考）】

3D030DD65

3D333CB02

3D333CB29

3D333CB42

3D333CB46

3D333CC30

3D333CD23

3D333CE05

3D333CE40

3D333CE55

(57)【要約】

【課題】操舵装置１００の全体の長さの短縮化を図る。
【解決手段】操作部材２４０の操作に基づき電気的に転舵輪２１０を転舵させるステアバイワイヤ方式の操舵装置１００であって、操作部材２４０を保持するコラムシャフト１１０と、コラムシャフト１１０とは軸心が異なる位置関係で配置されるトーションバー１５０と、コラムシャフト１１０とトーションバー１５０とをトルクの伝達を可能に接続する伝達装置１４０と、トーションバー１５０、および伝達装置１４０を介してコラムシャフトにトルクを与える駆動装置１３０と、トーションバー１５０の捩れ量に基づきトルクを検出するトルクセンサ１６０と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作部材の操作に基づき電気的に転舵輪を転舵させるステアバイワイヤ方式の操舵装置であって、
前記操作部材を保持するコラムシャフトと、
前記コラムシャフトとは軸心が異なる位置関係で配置されるトーションバーと、
前記コラムシャフトと前記トーションバーとをトルクの伝達を可能に接続する伝達装置と、
前記トーションバー、および前記伝達装置を介して前記コラムシャフトにトルクを与える駆動装置と、
前記トーションバーの捩れ量に基づきトルクを検出するトルクセンサと、
を備える操舵装置。

【請求項2】

前記コラムシャフトは、
前記操作部材が進出し後退できるように伸縮する伸縮構造を備える
請求項１に記載の操舵装置。

【請求項3】

前記伝達装置は、
前記駆動装置が発生させるトルクを増大させて前記コラムシャフトに伝達する減速機能を備える
請求項１または２に記載の操舵装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステアリングホイール等の操作部材の操作を電気的な操作情報に変換し、当該操作情報に基づき転舵輪を転舵させる操舵装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、トーションバーを、ステアリングシャフトと同軸に配置せず、トーションバーが配置されていた位置に遊星歯車装置をトーションバーと同軸に配置し、トーションバーは遊星歯車装置内に配置する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－３３１４８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

車両の自動運転においてシステムが全責任をもつ自動運転レベル４以上の状態では、ステアリングホイールを大きく移動させて運転者の前方の空間を広く確保すると、運転者の快適性を高めることが出来る。ステアリングホイールを大きく移動させるためにはステアリングホイールを保持するコラムシャフトはシャフトの軸方向に対して短い方が好ましい。

【0005】

ところが、自動運転を可能とするコラムシャフトには、ステアリングホイールに反力を与えるモーターや、マニュアル運転中のステアリングホイールの操作状態を取得するためのトーションバーなどがシャフトと同軸上に連結され、コラムシャフト全体としてシャフトの軸方向に長さを短くすることが困難であった。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ステアリングホイール等の操作部材を保持するコラムシャフトをシャフトの軸方向に対して短くすることができる操舵装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の１つである操舵装置は、操作部材の操作に基づき電気的に転舵輪を転舵させるステアバイワイヤ方式の操舵装置であって、前記操作部材を保持するコラムシャフトと、前記コラムシャフトとは軸心が異なる位置関係で配置されるトーションバーと、前記コラムシャフトと前記トーションバーとをトルクの伝達を可能に接続する伝達装置と、前記トーションバー、および前記伝達装置を介して前記コラムシャフトにトルクを与える駆動装置と、前記トーションバーの捩れ量に基づきトルクを検出するトルクセンサと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、操舵装置をシャフトの軸方向に対して短くすることができ、コラムシャフトが保持する操作部材を大きく移動させることができる。また、運転者が操作部材を操作するトルクと駆動装置が発生させるトルクの差分、または合計トルクを正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ステアバイワイヤ方式の操舵装置と転舵輪とを示す斜視図である。

【図2】操舵装置全体を示す斜視図である。

【図3】ジャケット、ハウジングを省略して操舵装置を示す斜視図である。

【図4】操舵装置の断面図である。

【図5】トーションバー近傍を示す断面図である。

【図6】第一シャフト、第二シャフトの係合関係を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明に係る操舵装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を説明するために一例を挙示するものであり、本発明を限定する主旨ではない。例えば、以下の実施の形態において示される形状、構造、材料、構成要素、相対的位置関係、接続状態、数値、数式、方法における各段階の内容、各段階の順序などは、一例であり、以下に記載されていない内容を含む場合がある。また、平行、直交などの幾何学的な表現を用いる場合があるが、これらの表現は、数学的な厳密さを示すものではなく、実質的に許容される誤差、ずれなどが含まれる。また、同時、同一などの表現も、実質的に許容される範囲を含んでいる。

【0011】

また、図面は、本発明を説明するために適宜強調、省略、または比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状、位置関係、および比率とは異なる。

【0012】

また、以下では複数の発明を一つの実施の形態として包括的に説明する場合がある。また、以下に記載する内容の一部は、本発明に関する任意の構成要素として説明している。

【0013】

図１は、操舵装置と転舵輪とを示す斜視図である。図２は、操舵装置全体を示す斜視図である。図３は、ジャケット、ハウジングを省略して操舵装置を示す斜視図である。図４は、操舵装置の断面図である。操舵装置１００は、運転者が車両を操向するために操作する操作部材２４０が取り付けられ、操作部材２４０と二つの転舵輪２１０とは機械的に接続されていない。操舵装置１００は、操作部材２４０が操作された際の操作量が情報としてコントローラ２３０に処理され、操作量に基づき二つの転舵輪２１０の転舵角がそれぞれ制御されるいわゆるＳＢＷ（Ｓｔｅｅｒ Ｂｙ Ｗｉｒｅ）システムが採用されている。操舵装置１００は、コラムシャフト１１０と、駆動装置１３０と、伝達装置１４０と、トーションバー１５０と、トルクセンサ１６０と、を備えている。本実施の形態の場合、操舵装置１００は、ジャケット１７０と、伸縮装置１８０と、を備えている。操舵装置１００は、手動運転と自動運転とを切り替えることができる自動車、バス、トラック、建機、農機などの車両に取り付けられている。

【0014】

操作部材２４０は、手動運転時において運転者に操作され転舵輪２１０の角度（転舵角）を指示するための部材である。操作部材２４０の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、操作部材２４０は、円環状の部材であり、コラムシャフト１１０と接続するためのスポーク部を備えている。

【0015】

コラムシャフト１１０は、操作部材２４０を保持する部材である。本実施の形態の場合、コラムシャフト１１０は、トーションバー１５０の位置を基準として操作部材２４０が運転者に向かって進出しダッシュボード（車両の前方）に向かって後退できるように伸縮する伸縮構造を備えている。具体的にコラムシャフト１１０は、操作部材２４０に連結されるトップシャフト１１１と、ミドルシャフト１１２と、ベースシャフト１１３とを備えている。トップシャフト１１１とミドルシャフト１１２、およびミドルシャフト１１２とベースシャフト１１３は、スプライン嵌合、セレーション嵌合など軸（図中Ｙ軸）周りの回転に対しトルクを伝達でき、かつ軸方向には伸縮可能ないわゆるテレスコピック構造を備えている。

【0016】

本実施の形態の場合、コラムシャフト１１０は、筒状のジャケット１７０の内側に刺し通された状態で配置され、軸受１７９を介してジャケット１７０に回転可能に保持されている。ジャケット１７０は、トップジャケット１７１、ミドルジャケット１７２、ベースジャケット１７３を備え、コラムシャフト１１０と同様に伸縮可能である。

【0017】

伸縮装置１８０は、コラムシャフト１１０を伸縮させる装置である。伸縮装置１８０の構造は特に限定されるものではないが、例えばボールねじ、送りねじ、または滑りねじなどを複数段に組み合わせ、シャフト、またはナットを回転させる事により伸縮装置１８０全体の長さを変化させることができる構造を例示することができる。本実施の形態の場合、伸縮装置１８０は、ジャケット１７０、および軸受１７９を介してトップシャフト１１１に接続されており、伸縮装置１８０が伸縮することに伴ってコラムシャフト１１０、およびジャケット１７０が伸縮する。

【0018】

トーションバー１５０は、棒状の部材であり、トーションバー１５０が捩られる方向に力を受けると反発力を発生させて元に戻ろうとするばねの一種であり、いわゆるねじりばねである。トーションバー１５０は、コラムシャフト１１０とは軸心が異なる位置関係で配置され、運転者が操作部材２４０に加えるトルクと駆動装置１３０が発生させるトルクとの関係に基づきねじれが発生する。

【0019】

本実施の形態の場合、トーションバー１５０は、コラムシャフト１１０の軸心と平行になるように配置されている。トーションバー１５０の操作部材２４０側の端部は、第一シャフト１５１、および伝達装置１４０を介してコラムシャフト１１０のベースシャフト１１３と接続され、駆動装置１３０側の端部は、駆動装置１３０の出力軸１３１と第二シャフト１５２を介して接続されている。トーションバー１５０の両端部は、軸周りにおいていずれも同方向、または逆方向に回転可能である。つまり、トーションバー１５０の両端部は、いずれもトルクが入力される場合がある。

【0020】

伝達装置１４０は、減速機能を備え（詳細は後述）、コラムシャフト１１０に発生したトルクを減少させてトーションバー１５０に伝達するため、トーションバー１５０は、コラムシャフト１１０の途中において介在状態で直接接続されるトーションバーよりもばね定数（ねじり剛性）が低く設定されている。

【0021】

伝達装置１４０は、コラムシャフト１１０とトーションバー１５０とをトルクの伝達を可能に接続する装置である。伝達装置１４０の具体的な構造は、特に限定されるものではなく、歯車を組み合わせた構造、リンクを利用した構造などを例示することができる。伝達装置１４０は、トルクの入力側、およびトルクの出力側が頻繁に入れ替わり、順回転、逆回転のどちらの回転も伝達するものであるため、順効率、および逆効率が同等のものが望ましい。本実施の形態の場合、伝達装置１４０は、ベルトドライブ方式が採用されており、第一プーリー１４１、第二プーリー１４２、無端ベルト１４３、ハウジング１４４を備えている。伝達装置１４０は、駆動装置１３０が発生させるトルクを増大させてコラムシャフト１１０に伝達する減速機能を備えており、第一プーリー１４１の径が第二プーリー１４２の径よりも大きく設定されている。ベルトドライブ方式は、ウォーム減速機などに比べて、伝達装置１４０によるトルクの減衰を抑制でき、駆動装置１３０側にトーションバー１５０を配置してもトルクセンサ１６０により正確なトルクを検知することが可能となる。

【0022】

ハウジング１４４は、第一プーリー１４１、第二プーリー１４２、および無端ベルト１４３を収容する筐体であり、第一プーリー１４１、および第二プーリー１４２を回転可能に保持している。本実施の形態の場合、ハウジング１４４は、ベースジャケット１７３に固定されている。

【0023】

駆動装置１３０は、トーションバー１５０、および伝達装置１４０を介してコラムシャフト１１０に与えるトルクを発生させる装置である。駆動装置１３０の種類は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、駆動装置１３０は、サーボモーターなどの電動モーターが採用されている。電動モーターの出力軸１３１は、トーションバー１５０と同軸上で連結されており、トーションバー１５０の一端部に同軸上でトルクを付与している。駆動装置１３０は、例えばベースジャケット１７３、伝達装置１４０のハウジング１４４等と共に車体に固定される。

【0024】

駆動装置１３０は、操作部材２４０を運転者が回して操舵する際に、運転者の力に反するトルクを操作部材２４０に付与する。この駆動装置１３０は、タイヤと操作部材２４０とが機械的に接続されていた従来の車両において運転者が操舵に必要な力の感覚などを再現するいわゆる反力モーターである。

【0025】

トルクセンサ１６０は、トーションバー１５０の捩れ量に基づきトルクを検出するセンサである。トルクセンサ１６０の種類は、特に限定されるものではないが、トーションバー１５０は、操作部材２４０の操作に伴って一端部が回転し、駆動装置１３０によって他端部が回転し、両端部の回転が逆方向の場合、同方向の場合が存在するため、トルクセンサ１６０は、トーションバー１５０の両端部の位相ズレを電気的、または磁気的に検知することができるセンサを備えている。

【0026】

具体的には、図５に示すように、第一シャフト１５１の駆動装置１３０側の端部は、第二シャフト１５２の操作部材２４０側の端部に相対回転可能に挿入されている。第二シャフト１５２、および第一シャフト１５１は、トーションバー１５０の両端部に圧入などによりそれぞれ固定されている。すなわち、トーションバー１５０は、有底円筒状の第二シャフト１５２、および第一シャフト１５１内に収容されている。

【0027】

第一シャフト１５１、および第二シャフト１５２の嵌合部の周囲には、トルクセンサ１６０が配置されている。トルクセンサ１６０は、第二シャフト１５２から操作部材２４０側に向かって突出するように第二シャフト１５２に取り付けられた磁気ヨーク１６１と、第一シャフト１５１の外周に取り付けられたマグネット１６２とを備え、第一シャフト１５１、および第二シャフト１５２の相対回転量に応じて変化する磁気抵抗に基づきトルクを検出する。

【0028】

また、図６に示すように、第二シャフト１５２の内周には外側に向かって窪み軸方向に延在する溝１５３が設けられ、第一シャフト１５１の外周には溝１５３に挿入されるストッパ１５４が突出状に設けられている。ストッパ１５４が溝の壁面に当接することにより一定角以上のトーションバー１５０のねじれを規制している。

【0029】

以上の実施の形態にかかる操舵装置１００によれば、操作部材２４０を保持するコラムシャフト１１０の軸方向の全体の長さを短くすることができ、操舵装置１００を車体に取り付ける位置に関する設計の自由度を向上させることが可能となる。

【0030】

また、トーションバー１５０の存在に影響されることなくコラムシャフト１１０を多段の伸縮構造としてストロークを十分に確保することができ、操作部材２４０を例えば運転者が操作する位置からダッシュボード内まで大きく移動させることができ、自動運転時における運転者の快適性を向上させることができる。また、自動運転時において、比較的大型の操作部材２４０を運転者から隔離することができるため、誤操作防止となり、安全が確保される。

【0031】

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

【0032】

例えば実施の形態において、コラムシャフト１１０、およびジャケット１７０の伸縮構造としてテレスコピック構造を示したが、コラムシャフト１１０などの伸縮構造は、複数のレールの組み合わせなど任意の構造を採用することができる。

【0033】

また、２段階で伸縮するコラムシャフト１１０を例示したが、コラムシャフト１１０の伸縮は１段であってもよく、第一ミドルシャフト、第二ミドルシャフトなどを備え、３段階以上で伸縮させてもかまわない。

【0034】

また、コラムシャフト１１０が伸縮する場合を説明したが、パンタグラフ機構などのリンク機構を採用し、コラムシャフト１１０が折れ曲がる等により操作部材２４０を出退させるものでもかまわない。

【0035】

また、トーションバー１５０よりも操作部材２４０側においてトーションバー１５０に負荷トルクを与える負荷手段を備えてもかまわない。具体的には、伝達装置１４０のハウジング１４４と、第二プーリー１４２、トーションバー１５０との間に摩擦トルクを発生させる摩擦部材を配置する場合などが例示できる。これにより、トーションバーの捻じれ量を増やすことができ、トルクセンサ１６０による測定精度を向上させることが可能となる。摩擦部材がトーションバー１５０に及ぼす摩擦トルクは、伝達装置１４０に大きな影響を与えることがないように、伝達装置１４０の最大発生トルクの１０％未満であることが望ましい。

【0036】

また、駆動装置１３０とトーションバー１５０との間、およびトーションバー１５０と伝達装置１４０との間の少なくとも一方を第二のシャフトを用いて接続してもかまわない。

【0037】

また、駆動装置１３０の出力軸１３１とトーションバー１５０とを同軸上に配置する場合を説明したが、出力軸１３１とトーションバー１５０との間に第二の伝達装置を介在接続し、出力軸１３１軸とトーションバー１５０軸とが交差、または捩れの位置に配置されてもかまわない。

【0038】

また、操作部材２４０は、円環状に限定されるわけではなく、楕円、長円、多角形等でもよく、これらを組み合わせたものでもかまわない。

【0039】

また、操舵装置１００は、車体に対して傾動するチルト機構を備えてもかまわない。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明は、手動運転が可能であり、かつ自動運転が可能な自動車、バス、トラック、農機、建機など車輪、または無限軌道などを備えた車両などに利用可能である。

【符号の説明】

【0041】

１００…操舵装置、１１０…コラムシャフト、１１１…トップシャフト、１１２…ミドルシャフト、１１３…ベースシャフト、１３０…駆動装置、１３１…出力軸、１４０…伝達装置、１４１…第一プーリー、１４２…第二プーリー、１４３…無端ベルト、１４４…ハウジング、１５０…トーションバー、１６０…トルクセンサ、１７０…ジャケット、１７１…トップジャケット、１７２…ミドルジャケット、１７３…ベースジャケット、１７９…軸受、１８０…伸縮装置、２１０…転舵輪、２３０…コントローラ、２４０…操作部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】