CN102529889B - 锁定装置以及电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供锁定装置以及电动助力转向装置。限制移动体的移动的锁定装置具备：锁定部件，该锁定部件与设置于上述移动体的卡合部卡合；施力部件，该施力部件朝与上述卡合部侧相反的方向对上述锁定部件施力；以及致动器，该致动器使上述锁定部件克服上述施力部件的作用力朝上述卡合部侧移动，使上述锁定部件与上述卡合部成为卡合状态。

Description

锁定装置以及电动助力转向装置

技术领域

本发明涉及锁定装置以及电动助力转向装置。

背景技术

作为以往的锁定装置，例如存在日本特开2001-219816号公报、日本特开2002-308049号公报中所记载的锁定装置。

日本特开2001-219816号公报中所记载的锁定装置，在柱式的电动助力转向装置设置有转向锁定装置。在将电动机的旋转传递至减速器的蜗杆轴侧(输入侧)形成有卡合部，或者在电动机的输出轴侧形成有卡合部。形成为能够通过使锁定部件朝该卡合部前进或从该卡合部后退而形成锁定状态、解锁状态的结构。

该锁定部件的进退利用对该锁定部件朝卡合部侧施力(前进)的弹性部件、和对锁定部件进行吸引而使锁定部件从卡合部脱离(后退)的致动器来进行。对于该锁定部件的后退，当点火钥匙接通时，对固定在壳体侧的作为致动器的螺线管的通电被控制。由此，使之产生克服基于上述弹性部件的弹力的吸引力，使设置有可动铁心的锁定部件从卡合部脱离而后退，从而成为解锁状态。当点火钥匙断开时，停止基于螺线管的对可动铁心的吸引，锁定部件借助基于弹性部件的弹力前进，锁定部件与卡合部卡合，成为锁定状态。

这样，能够在电动机的输出轴侧或者减速器的输入侧亦即蜗杆轴侧(即输出基于对方向盘赋予的转矩的辅助转矩的前侧)形成锁定状态、解锁状态。由此，在锁定部件与卡合部卡合的锁定状态，基于对方向盘赋予的转矩的大的力不会直接作用于锁定部件，能够使锁定部件小型化。

然而，由于是当点火钥匙接通时朝线圈通电而使锁定部件后退并从卡合部脱离的方式，因此，例如当发生线束断线、连接器脱落或者电池电压的瞬间降低等时，对线圈的通电消失，锁定部件借助基于弹性部件的作用而前进并与卡合部卡合，因此，有时方向盘可能会在行驶中锁定。

在以上点中，尚存改进的余地。

日本特开2002-308049号公报中所记载的锁定装置是钥匙与转向轴的锁定机构部分机械联动的结构，且被一体地单元化。对于该构造，在锁芯与转向轴的锁定机构部分之间，与锁芯一体旋转的凸轮部件以与该锁芯同轴的状态伸出至锁定机构部分。并且，夹装有与钥匙的插入/拔出联动的锁定杆，当钥匙被从“ACC”位置转动至“LOCK”位置时，凸轮部件动作。基于凸轮部件的动作，设置于转向轴侧的锁定机构的锁定部件动作，从而成为能够与转向轴锁定的状态。

进而，当钥匙被从“LOCK”位置拔出时，锁定杆动作，锁定部件基于此而动作，与转向轴的槽嵌合而实现锁定。

在日本特开2002-308049号公报所记载的结构中，钥匙部分和转向轴的锁定机构部分是以机械联动的方式单元化了的结构，因此，若钥匙部分设置于驾驶席的仪表板，则锁定机构部分位于驾驶者的膝部前方，会对锁定机构部分的强度、设置位置造成制约。

作为其对策能够想到：将钥匙装置等的操作部与锁定机构等的致动器部分离，借助弹簧部件使锁定机构中的锁定部件移动至锁定位置，当钥匙被插入并被向“ACC”位置转动操作的情况下(欲解除锁定的情况下)，利用例如检测单元等检测到该情况，并基于该检测信号对电动机等驱动单元进行驱动而使锁定部件朝锁定解除位置移动。

然而，为了避免从基于锁定部件的锁定解除状态不经意地进行锁定动作，需要保持锁定解除状态的单元。以往，由于是钥匙部分与转向轴的锁定机构部分机械联动的结构，因此，只要锁芯位于规定的旋转位置，则利用凸轮部件来保持锁定部件的锁定解除状态。

在该情况下，在上述的钥匙装置等的操作部与锁定机构等的致动器部分离的结构中，由于没有凸轮部件，因此需要在致动器部新设置保持锁定解除状态的单元。作为其对策能够想到：在作为电气驱动单元的螺线管的插棒式铁心安装锁定解除保持部件，基于操作部的操作产生电信号，利用该电信号驱动该螺线管，由此利用锁定解除保持部件来保持锁定部件的锁定解除状态。但是，在像这样的利用螺线管等电气驱动单元使锁定解除保持部件动作的结构的情况下，存在发生基于电气故障(例如线束断线、连接器脱落、或者电池电压的瞬间降低等)的误动作的危险性。

在以上点尚存改进的余地。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种利用电气驱动单元使锁定解除保持部件动作，且能够不受电气故障影响地以少量的耗电量可靠地进行锁定保持的锁定装置。

本发明的一个方式的、限制移动体移动的锁定装置的结构特征的主旨在于，具备：锁定部件，该锁定部件与设置于上述移动体的卡合部卡合；施力部件，该施力部件对上述锁定部件朝与上述卡合部侧相反的方向施力；以及致动器，该致动器使上述锁定部件克服上述施力部件的作用力朝上述卡合部侧移动，使上述锁定部件与上述卡合部成为卡合状态。

根据上述结构，即便在因线束断线、连接器脱落或者电池电压的瞬间降低等电气故障而导致对线圈的通电、对致动器的通电消失的情况下，也能够利用施力部件使锁定部件移动而维持非卡合状态。

结果，即便是在通电中止的情况下也能够继续维持锁定部件的非卡合状态。

通过以下的参照附图对实施例的说明，能够更加清楚本发明的上述特征、优点和进一步的特征、优点，图中，相同的标号表示相同的部件。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的电动助力转向装置的整体图。

图2是沿着图1的2-2线的从箭头方向观察的省略了方向盘以及万向联轴器的局部剖视图。

图3是沿着图2的3-3线的剖视图。

图4是转向锁定装置结构图。

图5是转向锁定装置的电气回路图。

图6是示出转向锁定装置的未通电时的锁定销的行程与作用于锁定销的力的关系的图。

图7是示出转向锁定装置的锁定通电时的锁定销的行程与作用于锁定销的力的关系的图。

图8是示出转向锁定装置的解锁通电时的锁定销的行程与作用于锁定销的力的关系的图。

图9是示出转向锁定装置的锁定销欲从解锁末端前进的状态的图。

图10是锁定销从图9的状态前进而锁定检测开关被接通后的状态图。

图11是示出锁定销进一步前进而前进到锁定末端附近的状态的图。

图12是示出锁定销欲从锁定末端后退的状态的图。

图13是锁定销从图12的状态后退而锁定检测开关断开后的状态图。

图14是示出锁定销进一步后退而后退到解锁末端附近的状态的图。

图15是转向锁定装置动作流程图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的实施方式进行说明。在图1、2中，1为电动助力转向装置的输入轴，该输入轴以能够旋转的方式被支承于转向柱2。输入轴1由上部轴4和下部轴6构成。上述上部轴4安装有方向盘3。上述下部轴6以限制相对旋转、且当作用有规定值以上的轴向力时能够在轴向相对变位的方式与设置在上部轴4的下端部的筒状部5嵌合。因而，若发生碰撞时驾驶者与方向盘3猛烈撞击而在输入轴1作用有规定值以上的轴向的力，则上部轴4能够相对于下部轴6朝轴向前方变位而吸收撞击能量。

转向柱2由筒状的上部柱8和筒状的下部柱9构成。上述上部柱8利用轴承7将上部轴4支承为能够旋转。上述下部柱9的上端部与上部柱8的下端部内周面嵌合。上部支架10是将上部柱8安装于车身的上部支架，当发生碰撞时上部柱8因撞击而朝前方移动时，该上部支架10从车身脱落而允许上部柱8以及上部轴4朝前方移动。

壳体11固定于下部柱9的下端，且通过下部支架12安装于车身。输出轴13是以能够旋转的方式支承于壳体11的输出部件，且经由扭力杆14与下部轴6连结。输出轴13借助万向联轴器15、中间轴16、齿条小齿轮机构17等与转向轮18连结。扭矩检测装置19检测经由方向盘3对输入轴1赋予的转向操纵转矩。通过电气地测定与扭力杆14基于转向操纵转矩的扭转成比例的输入轴1与输出轴13之间的相对微小旋转变位来检测转向操纵转矩。

如图3所示，在输出轴13固定有减速装置20的齿轮21。蜗杆轴(减速装置的输入部件)22是两端由轴承23以能够旋转的方式支承于壳体11的蜗杆轴(减速装置20的输入部件)，且与齿轮21啮合。电动机24被固定安装于壳体11。作为该电动机24的旋转输出部件的输出轴25与蜗杆轴22花键嵌合。在该输出轴25安装有在周围具有多个锁定孔(卡合部)29的环31。转向锁定装置(锁定装置)35被固定于壳体11，通过使锁定销(锁定部件)26相对于设置于输出轴25的锁定孔29前进/后退而使输出轴25成为锁定状态、解锁状态。

其次，基于图4对转向锁定装置35的结构进行说明。

转向锁定装置35由致动器30和环31构成。上述致动器30使锁定销26相对于锁定孔29前进/后退。环31嵌装于电动机24的输出轴25，且在周围具有多个锁定孔29。

致动器30具有与锁定销26一体的插棒式铁心51。插棒式铁心51由具有一对磁极的磁铁构成。例如，如图4所示，插棒式铁心51的左侧为S极，插棒式铁心51的右侧为N极。

为了产生用于使锁定销26前进/后退的电磁力，在与上述锁定销26呈一体的插棒式铁心51的周围卷绕有线圈54。线圈54由成为线圈54所生成的电磁力的磁路的磁轭53包围。

在与上述锁定销26呈一体的插棒式铁心51与线圈54之间设置有套筒55。与锁定销26呈一体的插棒式铁心51能够借助线圈54所产生的电磁力平滑地前进/后退。

致动器30的前部由前部罩56覆盖。在前部罩56与插棒式铁心51的左端之间设置有用于使锁定销26从嵌装于电动机的输出轴25的锁定孔29脱离的压缩弹簧(施力部件)28。

致动器30的后部由后部罩57覆盖，在后部罩57与磁轭53之间配设有能够根据插棒式铁心51的位置来检测锁定销26与锁定孔29的卡合状态的锁定检测开关(锁定检测单元)45。

其次，根据图5对转向锁定装置35的电气结构进行说明。

转向锁定装置35的控制部具备：作为控制主体的ECU40、电池46、点火开关44、锁定检测开关45以及致动器30。

ECU40具备进行控制处理的CPU41、输入侧I/F42、输出侧接口43。上述输入侧接口42是点火开关44以及锁定检测开关45的输入部。上述输出侧接口43对致动器30输出通电电流。

其次，基于图6、图7、图8对上述转向锁定装置35和该转向锁定装置35的ECU40的动作进行说明。

对于图6的纵轴，向上的力表示使锁定销26从锁定孔29后退(朝非卡合状态移动)的后退力Fr，向下的力表示使锁定销26朝锁定孔29前进的前进力Fa。

并且，横轴表示锁定销26的行程。锁定销26在图4的状态下行程为零，以解锁末端(后退端)P1表示该状态，表示右侧行程锁定末端(前进端)。

在此，L1表示压缩弹簧28的行程与使锁定销26从锁定孔29后退的后退力Fr的关系。进而，L2表示构成插棒式铁心51的具有一对磁极的磁铁与磁轭53之间的吸引力。另外，该吸引力作为使锁定销26朝锁定孔29前进的前进力Fa发挥作用。

其次，L3表示不对线圈54通电的未通电时的L1与L2的合力、即压缩弹簧28的后退力Fr、与作用在插棒式铁心51和磁轭53之间的吸引力(前进力)Fa的合力。P3表示压缩弹簧28的后退力Fr、与插棒式铁心51和磁轭53之间的前进力Fa抵消的均等点。P10表示压缩弹簧28的后退力Fr与插棒式铁心和磁轭的吸引力的合力的前进侧最大位置。但是，锁定销26构成为在锁定末端(前进端)P2机械停止，因此不会到达P10。

因而，由于在P1与P3之间后退力Fr大，因此在锁定销26作用有后退方向的力。并且，由于在P3与P10之间前进力Fa大，因此在锁定销26作用有前进方向的力。

结果，在比P3靠行程的左侧的位置，转向锁定装置35由压缩弹簧28的后退力Fr朝解锁末端(后退端)P1推压。即，成为解锁状态。

其次，如图7的L4所示，为了对致动器30的线圈54赋予超过由上述压缩弹簧28形成的后退力的前进力Fa，利用ECU40通以锁定销前进用电流Ia。于是，借助以L4所示的前进力Fa和以L3所示的后退力Fr的合力(参照L5)，锁定销26前进。

如L3所示，在不利用ECU40对致动器30的线圈54通电时，在使锁定销26前进的行程(例如P4)中将锁定销前进用电流Ia断开。于是，前进力Fa在P4地点从L5变成L3的前进力Fa，但还作用有前进力Fa，锁定销26被推压于机械停止的锁定末端(前进端)P2而被维持在该位置(卡合状态)。即成为锁定状态。在此，如后面即将叙述(参照图15)的那样，P4是由锁定检测开关45和锁定销前进确认用时钟Tr1决定的位置。

结果，由于锁定销前进用电流Ia在P4地点断开，因此能够以少量的耗电量继续电动助力转向装置中的转向锁定。

如图8的L6所示，为了赋予比继续上述转向锁定的、压缩弹簧力与构成插棒式铁心51的磁铁和磁轭53之间的吸引力的合力大的后退力Fr，利用ECU40对致动器30的线圈54通以锁定销后退用电流Ib。于是，借助L6所示的后退力Fr与L3所示的前进力Fa的合力(参照L7)，锁定销26后退。

如L3所示，在不借助ECU40对致动器30的线圈54通电时，在使锁定销26后退的行程(例如P5)中锁定销后退用电流Ib被断开。于是，后退力Fr在P5地点从L7变成L3的后退力Fr，但还作用有后退力Fr，锁定销26被推压于机械停止的解锁末端(后退端)P1而被维持在该位置。在此，如后面即将叙述(参照图15)的那样，P5是由锁定检测开关45和锁定销后退确认用时钟Tr2决定的位置。

其次，基于图9～图14对转向锁定装置35的从解锁状态朝锁定状态的过渡、从锁定状态朝解锁状态的过渡进行说明。

如图9所示，从与锁定销26呈一体的插棒式铁心51在解锁末端P1静止的状态开始，利用ECU40对致动器30的线圈54进行通电。以通电方向为在磁轭53的左侧产生N极、在磁轭53的右侧产生S极的方式对致动器30的线圈54通电(参照图5的Ia)。于是，插棒式铁心51的S极被在磁轭53产生的N极吸引，与锁定销26呈一体的插棒式铁心51朝锁定孔29的方向前进。

当与锁定销26呈一体的插棒式铁心51前进到规定位置(图7的P4)时，如图10所示，锁定检测开关45接通，因此，借助该信号和锁定销前进确认用时钟Tr1，停止利用ECU40对致动器30的线圈54通电。于是，虽然至此为止都是插棒式铁心51的S极被在磁轭53产生的N极吸引而前进，但此刻在磁轭53产生的N极消失。

但是，若锁定销26在规定位置(图7的P4)，即便不再利用ECU40对致动器30的线圈54通电，在由具有一对磁极的磁铁构成的插棒式铁心51与由磁性体构成的磁轭53之间作用有磁力，克服压缩弹簧28的弹力使锁定销26前进到锁定末端P2，然后锁定销26被保持在该位置(参照图11)。结果，由于锁定销前进用电流Ia在P4地点被断开，因此能够以少量的耗电量继续进行电动助力转向装置中的转向锁定。

其次，如图12所示，在与锁定销26呈一体的插棒式铁心51在锁定末端P2停止的时刻，若点火开关44接通，则利用ECU40对致动器30的线圈54通电。以通电方向为在磁轭53的左侧产生S极、并且在磁轭53的右侧产生N极的方式对致动器30的线圈54通电(参照图8的Ib)。于是，插棒式铁心51的S极与在磁轭53产生的S极相排斥，该排斥力加上压缩弹簧28的弹力使与锁定销26呈一体的插棒式铁心51从锁定孔29的方向后退。

进而，若与锁定销26呈一体的插棒式铁心51后退到规定位置(图8的P5)，则如图13所示，锁定检测开关45断开，因此，借助该信号以及锁定销后退确认用时钟Tr2，停止利用ECU40对致动器30的线圈54通电。但是，在该时刻，借助压缩弹簧28的弹力、与作用在插棒式铁心51和磁轭53之间的磁力的合力，与锁定销26呈一体的插棒式铁心51后退到解锁末端P1(参照图14)。

其次，基于图15的流程图对上述转向锁定装置35和ECU40的动作进行详细叙述。

首先，判定点火开关44是否断开(步骤101)。进而，在步骤101中，在判断为点火开关44断开的情况下(步骤101：YES)，则将锁定销前进确认用时钟Tr1复位(步骤102：Tr1＝0)。

接着，对螺线管30的线圈54朝使锁定销前进的方向通电(步骤103：通以电流Ia)。此外，使锁定销前进确认用时钟Tr1增量(步骤104：Tr1＝Tr1+T1)。

接着，判定锁定销前进确认用时钟Tr1是否在规定值以上(步骤105：Tr1≥Tr01)。进而，当锁定销前进确认用时钟Tr1在规定值以上的情况下(步骤105：YES：Tr1≥Tr01)，判定锁定检测开关45是否接通(步骤106)。

然后，在锁定检测开关45接通的情况下(步骤106：YES)，停止对致动器30的线圈54的通电(步骤107：不通以电流Ia)，处理结束。由此，锁定销26与锁定孔29成为卡合状态，成为锁定状态。另外，在锁定销前进确认用时钟Tr1比规定值小的情况下(步骤105：NO：Tr1＜Tr01)、或者是锁定检测开关45断开的情况下(步骤106：NO)，返回步骤103，对致动器30的线圈54朝锁定销26前进的方向通电(步骤103：通以电流Ia)。

接着，在步骤101中，当判断为点火开关44接通的情况下(步骤101：NO)，将锁定销后退确认用时钟Tr2复位(步骤108：Tr2＝0)。

接着，对致动器30的线圈54朝锁定销26后退的方向通电(步骤109：通以电流Ib)。此外，使锁定销后退确认用时钟Tr2增量(步骤110：Tr2＝Tr2+T2)。

接着，判定锁定检测开关45是否断开(步骤111)。然后，在锁定检测开关45断开的情况下(步骤111：YES)，判定锁定销后退确认用时钟Tr2是否在规定值以上(步骤112：Tr2≥Tr02)。进而，当锁定销后退确认用时钟Tr2在规定值以上的情况下(步骤112：YES：Tr2≥Tr02)，停止对致动器30的线圈54通电(步骤113：不通以电流Ib)，处理结束。由此，锁定销26和锁定孔29成为非卡合状态，成为解锁状态。

另外，当锁定检测开关45接通的情况下(步骤111：NO)、或者是锁定销后退确认用时钟Tr2比规定值小的情况下(步骤112：NO：Tr2＜Tr02)，返回步骤109，对致动器30的线圈54朝锁定销26后退的方向通电(步骤109：通以电流Ib)。

以上，根据本实施方式，能够得到以下的作用/效果。

转向锁定装置35形成为如下的结构：当点火开关44接通的情况下，在致动器30的线圈54流过使与锁定销26呈一体的插棒式铁心51从环31脱离的方向的电流，上述环31嵌装于电动机24的输出轴25，且在周围具有多个锁定孔29。此外，还具备用于增加脱离力的施力部件。

即，形成为在点火开关44接通的状态、换言之为进行手柄操作的状态时能够借助施力部件的弹力维持解锁状态的结构。

根据上述结构，即便是在因电气故障(例如线束断线、连接器脱落或者电池电压的瞬间降低等)而对线圈的通电消失的情况下，也能够利用施力部件使锁定部件后退而维持非卡合状态。

结果，即便是在通电中止的情况下也能够继续锁定部件的非卡合状态。

并且，转向锁定装置35形成为如下的结构：当点火开关44断开的情况下，利用ECU40对致动器30的线圈54通以使与锁定销26呈一体的插棒式铁心51与环31卡合的方向的电流，上述环31嵌装于电动机24的输出轴25，且在周围具有多个锁定孔29。

进而，对与锁定销26呈一体的插棒式铁心51的位置进行检测的锁定检测开关45接通时，借助该信号和锁定销前进确认用时钟Tr1，将通电转换为非通电，然后，借助致动器30的磁轭53与安装于插棒式铁心51的具有一对磁极的磁铁之间的磁力，锁定销26前进，能够与设置于电动机24的旋转输出部件的卡合部卡合。

根据上述结构，在锁定销26前进至比P4靠P2侧的位置的情况下，即便不对致动器30的线圈54通电，也能够利用由具有一对磁极的磁铁构成的插棒式铁心51和由磁性体构成的磁轭53之间的磁力来维持锁定销26与设置于电动机24的旋转输出部件的卡合部之间的卡合状态。

结果，能够以少量的耗电量继续电动助力转向装置中的转向锁定。

在本实施方式中将锁定装置35设置于电动机24的输出轴25。因而，锁定装置35的卡合力由减速装置20增大，因此能够以少量的耗电量进行锁定。

另外，本实施方式能够以下述方式变更。

在本实施方式中，将本发明具体化为柱式辅助EPS，但本发明也可以应用于齿条式辅助EPS、小齿轮式辅助EPS。

在本实施方式中，根据点火开关的接通、断开使转向锁定装置动作，但并不局限于此，也可以使用利用电波、红外线的遥控器。

在本实施方式中，采取了插棒式铁心51的左侧为S极、插棒式铁心51的右侧为N极的结构，但当然也可以使插棒式铁心51左右的极性相反。

在本实施方式中，插棒式铁心51使用具有一对磁极的磁铁，但也可以使用具有两对以上的磁极的磁铁。

若将本实施方式的转向锁定装置应用于具备大容量电池的混合动力车、插电式混合动力车、电动汽车等，则能够长期地维持转向锁定状态。

根据本发明，能够提供一种利用电气驱动单元使锁定解除保持部件动作，且能够不受电气故障影响地继续锁定部件的非卡合状态、且能够以少量的耗电量可靠地进行锁定保持的锁定装置。

Claims (2)

1.一种锁定装置，该锁定装置限制移动体的移动，其特征在于，

上述锁定装置具备：

锁定部件，该锁定部件与设置于上述移动体的卡合部卡合；

施力部件，该施力部件朝与上述卡合部侧相反的方向对上述锁定部件施加使上述锁定部件后退的后退力；以及

致动器，该致动器产生使上述锁定部件克服上述施力部件的作用力朝上述卡合部侧前进的前进力，使上述锁定部件与上述卡合部成为卡合状态，

上述致动器具备：

插棒式铁心，该插棒式铁心与上述锁定部件连结，且由具有一对磁极的磁铁构成；

线圈，该线圈产生磁场；

磁轭，该磁轭形成用于利用上述线圈所产生的磁场使上述插棒式铁心前进、后退的磁路；以及

通电单元，该通电单元对上述线圈通电，

上述致动器构成为：

具有在不对上述线圈通电的未通电时上述后退力与上述前进力抵消的均等点，

若上述插棒式铁心后退到位于上述均等点与解锁末端之间的第一规定位置，则停止对上述线圈的通电，借助上述施力部件的作用力与在上述插棒式铁心和上述磁轭之间的磁力的合力，上述锁定部件后退到上述解锁末端，和所述卡合部成为非卡合状态，

若上述插棒式铁心在位于上述均等点与锁定末端之间的第二规定位置，即使不对上述线圈通电，借助在上述插棒式铁心与上述磁轭之间作用的磁力，所述锁定部件克服所述施力部件的作用力前进到所述锁定末端，与所述卡合部成为卡合状态。

2.根据权利要求1所述的锁定装置，其特征在于，

上述锁定装置具有锁定检测单元，该锁定检测单元检测上述锁定部件与上述卡合部之间的卡合状态，

当上述锁定检测单元检测到上述卡合状态的情况下，中止上述通电单元对上述线圈的通电。