JP2004182063A - 車輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後輪が軸方向外力を受けても、モータロータに外乱トルクを伝えずに安定した車両操舵性を持つことができ、かつ騒音の発生を防止できる車輪操舵装置を提供する。
【解決手段】車輪１を操舵自在に支持する支持部材２に連結される進退自在なロッド３と、モータ４の回転によりロッド３を進退させるボールねじ５とを備える。モータ４からボールねじ５のナット５ｂに回転を伝達する回転伝達系に、車輪１に働く外力によりモータ４のロータ１０が回転することを防止する電磁クラッチ６を設ける。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車のＡＲＳシステム等に応用される車輪操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
前輪で操舵する自動車において、両側の前輪の車輪速を監視し、車体が常に目標車体スリップ角となるように、後輪角度の操舵を電子制御するシステム（ＡＲＳシステム（Ａｃｔｉｖｅ Ｒｅａｒ Ｓｔｅａｒ ）と呼ばれる）が用いられている。このシステムに用いられる後輪操舵装置は、車輪の支持部材に連結されて進退動作によって操舵するロッドを、電子制御されるモータの回転駆動により、ねじ機構を介して直線運動に変換して進退させるように構成される。上記ねじ機構は、台形ねじのナットと、上記ロッドの一部からなる台形ねじ軸から構成され、モータにより台形ねじのナットを回転させ、ねじ軸を軸方向に進退させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
台形ねじは、モータから与えられるナット回転トルクを軸方向推力に変換する（これを正作動と言う）が、台形ねじの正作動効率は一般に５０％以下であるため、損失が大きい。そのためモータを大型にする等の対策を必要とする。
この課題を解決する手段として、台形ねじのねじ機構を、作動方向に関係なく高い作動効率を得ることのできるボールねじに置き換えることが挙げられる。
しかし、ボールねじを後輪操舵装置に使用した場合、逆作動時の効率が良好なため、車両が横風を受けるなどして後輪操舵装置が外力を受けたとき、モータのロータに発生するトルクが大きくなり、車両の操舵性が悪化することが懸念される。
【０００４】
そこで、本出願人は、車輪が軸方向外力を受けても、モータロータに外乱トルクを伝えずに安定した車両操舵性を持つことのできる後輪操舵装置として、モータからボールねじのナットに回転を伝達する回転伝達系に、車輪に働く外力によりモータロータが回転することを防止する逆入力制限手段を設けたものを提案した（特願２００２−１６８６８１号）。上記逆入力制限手段には機械式クラッチが用いられる。この後輪操舵装置では、ボールねじのナットがモータの駆動により回転し、ボールねじのねじ軸が軸方向に移動して後輪角度を操舵する。また、後輪から外力として軸方向入力をねじ軸が受ける場合は、これを機械式クラッチがロックし、ボールねじのナットは回転しない。
【０００５】
しかし、上記した機械式クラッチを設ける構成では、その構造部品に見られるロックローラピンのために、クラッチのロックオン・ロックオフ時に騒音が発生するという問題点を有する。
【０００６】
この発明の目的は、車輪が軸方向外力を受けても、モータロータに外乱トルクを伝えずに安定した車両操舵性を持つことができ、かつ騒音の発生を防止できる後輪操舵装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の車輪操舵装置は、車輪を操舵自在に支持する支持部材に連結される進退自在なロッドと、このロッドの外周に設けられたねじ溝および上記ロッドに遊嵌するナットの内周に設けられたねじ溝の間にボールを介在させたボールねじとを備え、上記ナットをモータで回転させて上記ロッドを進退させることで車輪を操舵するものであって、上記モータからナットに回転を伝達する回転伝達系に、ナットの回転を阻止する電磁クラッチを設けたことを特徴とする。
この構成によると、モータの回転をボールねじで操舵用のロッドに伝達するため、作動効率が良くて損失が少なく、モータが小型のもので済む。ボールねじは逆作動時の効率も高いが、電磁クラッチを設けたため、車両が横風を受けるなどでして車輪が軸方向外力を受けたときに、電磁クラッチを動作させてナットの回転阻止状態とすることで、上記軸方向外力でモータのロータが回転することが防止される。したがって、車輪が軸方向外力を受けても、モータロータに外乱トルクを伝えずに安定した車両操舵性を持つことができる。また、逆入力の制限手段として電磁クラッチを用いるため、機械式クラッチの構造部品に見られるロック用のローラピンが存在せず、ロックオン，ロックオフの動作時に騒音が発生し難く、静かにオンオフが切り換わる。さらに、電磁クラッチを用いるため、電気制御により任意の状況でクラッチのオンオフが行える。
なお、上記電磁クラッチは、電磁石のオン状態でナット回転阻止状態とするものであっても、電磁石のオフ状態でナット回転阻止状態とするものであっても良い。
【０００８】
上記電磁クラッチの電気的制御には、例えば、上記ロッドが軸方向外力を受けたことを検出する検出手段と、この検出手段の検出値に応じて上記電磁クラッチをナットの回転阻止状態とする制御手段とを設ける。この制御手段は、例えば上記検出手段の検出値が設定値を超えるときに電磁クラッチをナット回転阻止状態とするものであっても良く、また上記検出手段の検出値と他の条件とを含めて判定し、その判定結果により電磁クラッチをナット回転阻止状態とするものであっても良い。上記他の条件は、自動車の走行や操舵を制御する機器から得られる信号等である。
【０００９】
この発明において、上記ボールねじのナットと、上記電磁クラッチの回転側部品とは一体構造としても良い。このように一体化した場合、軸方向にコンパクトな構成となり、また組立時に電磁クラッチとナットとを連結する必要がなく、組立工数を削減できる。さらに、電磁クラッチ構成部品とボールねじのナットとの間の連結部精度によるボールねじナットの振れ回りの発生が低減され、作動トルクを安定化できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この車輪操舵装置は、後輪１を操舵自在に支持する支持部材２に連結された進退自在なロッド３と、モータ４の回転によりロッド３を進退させるボールねじ５を備えたものであって、モータ４からボールねじ５のナット５ｂに回転を伝達する回転伝達系に、ナット５ｂの回転を阻止する電磁クラッチ６を設けたものである。モータ４と電磁クラッチ６とボールねじ５とは、この実施形態では同軸に並べて設けられている。モータ４と電磁クラッチ６との間には減速機１３が介在させてある。支持部材２はナックルアーム等からなる。
【００１１】
ボールねじ５は、図２に示すように、ロッド３の外周に設けられたねじ溝７およびロッド３に遊嵌するナット５ｂの内周に設けられたねじ溝８の間にボール９を介在させたものであり、ロッド３の一部または全体がねじ軸５ａとなる。ボールねじ５は、ねじ溝７，８間に介在させたボール９を循環させる循環路（図示せず）を有している。この循環路は、ねじ溝７，８間で形成される螺旋状のボール転走路を、その両端を連結して周回経路とするものであり、ナット５ｂに設けられた駒やリターンチューブ等の循環用部材（図示せず）により構成される。
【００１２】
モータ４は、ロータ１０とステータ１１とからなり、ステータ１１はモータハウジング１２に設置されている。ロータ１０は円筒状に形成されており、内部にロッド３が遊嵌状態に貫通している。上記減速機１３に隣接するロータ１０の一端部には、図３のように減速機１３に連結される中空のモータ出力軸１４が一体に形成されている。
【００１３】
電磁クラッチ６は、上記ロッド３に遊嵌する回転部材であるハブ輪１６と、このハブ輪１６の外周において固定部材であるハウジング１９に保持されたリング状の電磁石１７と、この電磁石１７の側面に対向して配置されたリング状のアーマチュア１８とで構成されている。アーマチュア１８は、ハブ輪１６により軸方向にのみ移動自在に取付けられ、スプリング（図示せず）により電磁石１７から離れる方向に付勢されている。アーマチュア１８は、詳しくは、ハブ輪１６の外周に形成されたフランジ１６ａに、ガイドピン（図示せず）を介して軸方向に進退自在に取付けられている。電磁石１７は、トルクアーム等の係止部材２０を介してハウジング１９に回転不能に係止されたヨーク１７ａと、このヨーク１７ａ内に収容されたコイル１７ｂとを有し、また側面にライニング１７ｃを有している。アーマチュア１８は、電磁石１７のオンにより上記スプリングの復元力に抗して電磁石１７に吸着され、電磁石１８のオフによりこの電磁石１８から切り離される。
ハブ輪１６の一端部はボールねじ５のナット５ｂに結合され、ハブ輪１６の他端部は上記減速機１３を介してモータ出力軸１４に連結されている。上記ハウジング１９は、ボールねじ５のナット５ｂ、電磁クラッチ６、および減速機１３を収容する部材であって、ナット５ｂは軸受２１を介してハウジング１９の内周に回転自在に支持されている。
【００１４】
減速機１３は遊星歯車装置からなり、遊星ギヤ支持ヨークとなる減速機出力部材２２と、モータ出力軸１４の外周に形成されたサンギヤ部１４ａと、このサンギヤ部１４ａに噛み合う複数の遊星ギヤ２３とからなる。各遊星ギヤ２３は、減速機出力部材２２に軸２４を介してそれぞれ回転自在に支持されている。減速機出力部材２２は、電磁クラッチ６におけるハブ輪１６の他端部に連結されている。これにより、モータ出力軸１４の回転が、その出力軸１４の外周のサンギヤ部１４ａを自転しながら公転する遊星ギヤ２３を介し、遊星ギヤ２３の公転に等しい回転回転に減速されて減速機出力部材２２に伝達され、減速機出力部材２２と一体にナット５ｂが回転する。
【００１５】
この車輪操舵装置が適用される自動車には、図２に示すように、ロッド３が軸方向外力を受けたことを検出する検出手段２５が設けられる。検出手段２５は、結果としてロッド３が軸方向外力を受けたことを検出できる手段であれば良く、例えば後輪１が軸方向外力を受けたことを直接に検出する手段であっても良く、またナット５ｂに作用するトルクによってロッド３の軸方向外力を検出するものであっても良い。検出手段２５の検出信号は、電磁クラッチ６の電磁石１７をオンオフ制御する制御手段２６に入力される。制御手段２６は、所定の条件で電磁クラッチ６の電磁石１７をオン動作させる。この所定の条件は、例えば検出手段２５により検出される軸方向外力が設定を超えたこととされ、またはこの検出手段２５の検出信号とこの他の信号を組み合せた条件、例えば自動車の走行や操舵を制御する機器から得られる信号とを組み合せた条件とされる。制御手段２６は、自動車の全体の制御を担う制御装置に設けられたものであっても、電磁クラッチ６の制御専用の電子回路に設けられた手段であっても良い。
【００１６】
なお、この車輪操舵装置は、前輪で操舵する自動車であって、両側の前輪の車輪速を監視し、車体が常に目標車体スリップ角となるように、後輪角度の操舵を電子制御する制御システムを備えた自動車において、後輪の操舵部に設けられており、上記制御システムの出力が上記モータ４に与えられる。
【００１７】
上記構成の作用を説明する。図１，図２において、モータ４のロータ１０の回転は減速機１３で減速されてから、電磁クラッチ６のハブ輪１６を介してボールねじ５のナット５ｂに伝えられ、ナット５ｂの回転によって、ねじ軸５ａを成すロッド３が軸方向に移動する。この軸方向移動により、支持部材２を介して後輪１の方向が操舵される。モータ４の回転は、ボールねじ５を介してロッド３に伝えられるため、作動効率が良くて損失が少なく、モータ４が小型のもので済む。ボールねじ５は逆作動時の効率も高いが、逆入力制限手段となる電磁クラッチ６を設けたため、車両が横風を受けるなどして車輪操舵装置が外力を受けたときに、その外力でモータ４のロータ１０が回転することが防止される。したがって、後輪１が軸方向外力を受けても、モータロータ１０に外乱トルクを伝えずに安定した車両操舵性を持つことができる。
【００１８】
電磁クラッチ６は、次のようにして逆入力制限手段として機能する。通常の動作では、電磁クラッチ６において、電磁石１７がオフとなっており、回転部材であるハブ輪１６側のアーマチュア１８は固定部材である電磁石１７のライニング１７ｃから完全に切り離された状態、つまりロックオフの状態にある。したがって、モータ４の回転出力は減速機１３で減速されてから、電磁クラッチ６のハブ輪１６を介してボールねじ５のナット５ｂに伝えられる。
これに対して、後輪１からロッド３に軸方向の外力が外乱として入力されると、これを検出手段２５が検出し、この検出手段２５の検出信号に応答して制御装置２６が、電磁クラッチ６の電磁石１８をオン動作させる。これにより、電磁クラッチ６では、ハブ輪１６側のアーマチュア１９が電磁石１８のライニング１８ｃに吸着されて、ハブ輪１６が回転不能の状態、つまりロックオンの状態に切り替えられる。したがって、後輪１からの軸方向外力によりボールねじ５のナット５ｂが回転するのを、電磁クラッチ６が阻止する。すなわち、後輪１からの軸方向外力によりボールねじ５が逆作動して発生するモータ４への逆入力が防止される。
この場合の電磁クラッチ６には、機械式クラッチの構造部品に見られるロックローラピンが存在しないので、ロックオン，ロックオフの動作時に騒音が発生し難くなる。
【００１９】
なお、上記実施形態では、ボールねじ５のナット５ｂと、電磁クラッチ６の回転側部品であるハブ輪１６とをそれぞれ別体に形成して互いに結合させたが、図４に示すように、ボールねじ５のナット５ｂと電磁クラッチ６の回転側部品であるハブ輪１６とを、一体のクラッチ部品兼用ナット５Ａｂの各軸方向部分により構成しても良い。すなわち、クラッチ部品兼用ナット５Ａｂは、一つの素材から形成されている。
このようにナット５ｂと電磁クラッチ６の回転側部品とを一体構造とした場合は、軸方向にコンパクトな構成となり、また組立時に電磁クラッチ６とナット５ｂとを連結する必要がなく、組立工数を削減できる。さらに、電磁クラッチ６の構成部品とボールねじ５のナット５ｂとの間の連結部精度によるナット５ｂの振れ回りの発生が低減され、作動トルクを安定化できる。
【００２０】
図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、電磁クラッチ６におけるハブ輪１６のフランジ１６ａの両側面に対して電磁石１７が対向するように配置されている。また、フランジ１６ａの両側面でアーマチュア（図示せず）が軸方向に進退自在となるように設けられている。すなわち、フランジ１６ａの両側面で、電磁石１７へのロックオン，ロックオフが可能な構成とされている。ハブ輪１６は、電磁石１７に対して軸受２７を介して回転自在に支持されている。ボールねじ５のナット５ｂの外周には、リング部材２８が設けられている。リング部材２８は、外周にギヤ部２８ａを有し、ナット５ｂの回転検出に用いられる。その他の構成は図１〜図３に示した第１の実施形態と同じである。
【００２１】
【発明の効果】
この発明の車輪操舵装置は、車輪を操舵自在に支持する支持部材に連結される進退自在なロッドと、このロッドの外周に設けられたねじ溝および上記ロッドに遊嵌するナットの内周に設けられたねじ溝の間にボールを介在させたボールねじとを備え、上記ナットをモータで回転させて上記ロッドを進退させることで車輪を操舵する車輪操舵装置であって、上記モータからナットに回転を伝達する回転伝達系に、ナットの回転を阻止する電磁クラッチを設けたため、車輪が軸方向外力を受けても、モータロータに外乱トルクを伝えずに安定した車両操舵性を持つことができ、かつクラッチの切り替わりによる騒音の発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる車輪操舵装置の構成説明図である。
【図２】同車輪操舵装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】同車輪操舵装置における要部の拡大断面図である。
【図４】この発明の他の実施形態にかかる車輪操舵装置の断面図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪操舵装置の断面図である。
【符号の説明】
１…後輪
２…支持部材
３…ロッド
４…モータ
５…ボールねじ
５ａ…ねじ軸
５ｂ…ナット
６…電磁クラッチ
７，８…ねじ溝
９…ボール
１０…ロータ
２５…検出手段
２６…制御手段

Claims (3)

1. 車輪を操舵自在に支持する支持部材に連結される進退自在なロッドと、このロッドの外周に設けられたねじ溝および上記ロッドに遊嵌するナットの内周に設けられたねじ溝の間にボールを介在させたボールねじとを備え、上記ナットをモータで回転させて上記ロッドを進退させることで車輪を操舵する車輪操舵装置であって、
   上記モータからナットに回転を伝達する回転伝達系に、ナットの回転を阻止する電磁クラッチを設けたことを特徴とする車輪操舵装置。
2. 請求項１において、上記ロッドが軸方向外力が受けたことを検出する検出手段と、この検出手段の検出値に応じて上記電磁クラッチをナットの回転阻止状態とする制御手段とを設けた車輪操舵装置。
3. 請求項１または請求項２において、上記ボールねじのナットと、上記電磁クラッチの回転側部品とを一体構造とした車輪操舵装置。

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