JP2005008073A - バイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構およびバイワイヤステアリングシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】湿式多板クラッチに比べて空転トルクが軽く正常運行時のエネルギーロスを軽減することができ、またコンパクトなバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構の提供
【解決手段】バイワイヤステアリングシステム１に用いられているフェールセーフ機構２は、電磁石１１と、電磁石１１により操作される機械式クラッチ部１２を備えたクラッチ３を備えている。機械式クラッチ部１２は、電磁石１１の磁力が作用すると、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が近づき、係合子２３が係合子収容空間３２の中央部の解除部位３４に保持されるようになっており、電磁石１１の通電が遮断されると、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が離れて、係合子２３が係合子収容空間３２の両側の係合部位３３に保持されるようになっている。湿式多板クラッチに比べて空転トルクが軽くなり、またコンパクト化を図ることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】バイワイヤステアリングシステム１に用いられているフェールセーフ機構２は、電磁石１１と、電磁石１１により操作される機械式クラッチ部１２を備えたクラッチ３を備えている。機械式クラッチ部１２は、電磁石１１の磁力が作用すると、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が近づき、係合子２３が係合子収容空間３２の中央部の解除部位３４に保持されるようになっており、電磁石１１の通電が遮断されると、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が離れて、係合子２３が係合子収容空間３２の両側の係合部位３３に保持されるようになっている。湿式多板クラッチに比べて空転トルクが軽くなり、またコンパクト化を図ることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バイワイヤステアリングシステムに不具合が生じたときに、ステアリングホイールに連結されたシャフトとステアリングギアに連結されたシャフトを連結し、ステアリングホイールにより直接操舵可能にするバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バイワイヤステアリングシステムは、自動車ハンドルであるステアリングホイールと操舵車輪であるステアリングギアが機械的に連結せずに、車速検知による車輪舵角の自動制御を可能にするシステムである。
【０００３】
以下、バイワイヤステアリングシステムの一例を説明する。バイワイヤステアリングシステム１００は、図１１に示すように、自動車ハンドルであるステアリングホイール１０１と、ステアリングホイール１０１に連結されたシャフト１０２と、このシャフト１０２に装着され、ステアリングホイールに操舵反力を付与する反力シミュレータとしてのモータ１０３と、シャフト１０２に取り付けられ、ステアリングホイール１０１の操舵角を検出する操舵角検出器１０４と、操舵車輪に連結されたステアリングギア１０５と、ステアリングギア１０５に連結されたシャフト１０６と、前記シャフト１０６に装着され、ステアリングギアに操舵力を付与する操舵アクチュエータとしてのモータ１０７と、前記シャフト１０２とシャフト１０６との間に装着されたクラッチ１０８と、モータ１０３、１０７及びクラッチ１０８を制御するコントローラ１０９とを備えている。
【０００４】
このバイワイヤステアリングシステム１００は、適時にクラッチ１０８によるステアリングホイール１０１とステアリングギア１０５の連結を解除して、ステアリングホイール１０１の舵角によらず、コントローラ１０９により、モータ１０７を介してステアリングギア１０５の操舵角を操作するとともに、モータ１０３で操舵反力を制御可能な状態にすることができるようになっている。このバイワイヤステアリングシステム１００によれば、運転者の意思を阻害することなく熟練者と同様のステアリング制御を実現することができるようになる。
【０００５】
また、バイワイヤステアリングシステムには、安全装置としてクラッチ１０８を備えたフェールセーフ機構が装備されており、バッテリーが上がったり、事故や故障でバイワイヤステアリングシステムの駆動装置（モータ）が正常に動かなかったりするときは、例えば、上記モータ１０３やモータ１０７に設置された異常検知センサ（図示省略）の異常検知信号に基づいて、コントローラ１０９がクラッチ３に制御信号を出力して、クラッチ１０８を連結状態にする。これによりステアリングホイール１０１とステアリングギア１０５が直結されて、運転者は直接操舵角をステアリングにより制御できるようになる。このようなフェールセーフ機構のクラッチ１０８には、湿式多板クラッチを用いることが知られている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特許０２９９２３５７ 図２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のバイワイヤステアリングシステムのクラッチに用いられている湿式多板クラッチは、空転トルクが重く、正常運行時のクラッチＯＦＦ時（非連結時）にモータ１０３、１０６に負荷が掛かり、エネルギーロスが生じる。また、湿式多板クラッチは、コンパクト化が難しく、バイワイヤステアリングシステムのコンパクト化が困難になっている。
【０００８】
そこで、本発明は、空転トルクが軽く正常運行時のエネルギーロスを軽減することができ、またコンパクトな構成にすることができるバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構は、ステアリングホイールに連結された第１シャフトと、第１シャフトへ操舵反力を伝える第１モータと、ステアリングギアに連結された第２シャフトと、第２シャフトへ操舵力を伝える第２モータと、第１シャフトと第２シャフトとの間に装着されて第１シャフトと第２シャフトとを連結または非連結状態に切替えるクラッチとを備え、常時はクラッチを非連結状態にして、第１モータから第１シャフトに操舵反力を与えるとともに、第２モータから第２シャフトに操舵力を与えて操舵するバイワイヤステアリングシステムに装備され、バイワイヤステアリングシステムに不具合が生じたときに、クラッチを連結状態にして、バイワイヤステアリングシステムによらずにステアリングによる操舵を可能にするバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構において、クラッチが、電磁石と、内外輪に係合子が噛み合って連結状態になる機械式クラッチ部を備え、電磁石に通電されたときに、機械式クラッチが非連結状態になり、電磁石に通電されていないときに、機械式クラッチが連結状態になることを特徴としている。
【００１０】
このクラッチによれば、エンジンを始動させて、バイワイヤステアリングシステムに電力が供給されると自動的に電磁石に通電され、フェールセーフ機構がＯＦＦになるように構成することができる。そして、電磁石への通電を制御することにより、フェールセーフ機構のＯＮ・ＯＦＦを制御することができるので、電気的なコントローラによりフェールセーフ機構のＯＮ・ＯＦＦを制御することができるので、フェールセーフ機構の制御が容易である。またバッテリー上がりなどの故障や、バイワイヤステアリングシステムの電気系統に不具合により、バイワイヤステアリングシステムに電力が供給されないような場合には、クラッチが連結状態になり、フェールセーフ機構が機能するようになっているので、安全性が高い。
【００１１】
機械式クラッチ部が、第１シャフトと第２シャフトの一方のシャフトに連結された内輪部材と、第１シャフトと第２シャフトの他方のシャフトに連結された外輪部材と、内輪部材と外輪部材との間に収容された係合子と、内輪部材と外輪部材との間において、係合子を収容し、かつ、係合子が内輪部材と外輪部材に係合する係合部位と係合子の係合が解除される解除部位を備えた係合子収容空間とを備えており、電磁石に通電されたときに、係合子が係合子収容空間の解除部位に操作され、電磁石に通電されていないときに、係合子が係合子収容空間の係合部位に操作されるようにするとよい。
【００１２】
このクラッチを用いれば、湿式多板クラッチに比べて、クラッチ空転時のエネルギーロスが小さくなる。また、湿式多板クラッチに比べて、構造が簡素化でき、バイワイヤステアリングシステムへの組み付けが容易になる。また、安価に製造でき、またコンパクト化が可能である。また、湿式多板クラッチに比べて、トルク容量を大きくすることができる。
【００１３】
また、機械式クラッチ部は、内輪部材と外輪部材との間に、周方向の中央部に係合子の係合を解除する解除部位を備え、かつ、周方向の両側に係合部位を備えた係合子収容空間と、係合子収容空間に配設された２つの係合子と、係合子収容空間の周方向の両側に位置する係合部位に向けて、２つの係合子を離すように付勢する弾性部材と、係合子収容空間の周方向の一方に位置する第１保持部材と、係合子収容空間の周方向の他方に位置する第２保持部材と、電磁石に通電されたときに、第１保持部材と第２保持部材が周方向に近づけて、弾性部材に抗して２つの係合子を係合子収容空間の周方向の中央部に位置する解除部位に保持し、電磁石に通電されていないときに、第１保持部材と第２保持部材が開放され、弾性部材によって２つの係合子が係合子収容空間の周方向の両側に位置する係合部位に移動するようにするとよい。
【００１４】
第１保持部材と第２保持部材は、係合子収容空間に対して、相対的に軸方向に移動可能に装着されており、かつ、内輪部材又は外輪部材に対する第１保持部材と第２保持部材の軸方向の移動に応じて、第１保持部材と第２保持部材が周方向に近づいたり、離れたりする機構を備えており、電磁石に通電されたときに、第１保持部材と第２保持部材が係合子収容空間に対して軸方向に相対移動するとともに、周方向に移動操作するようにすると良い。
【００１５】
係合子収容空間は、内輪の外周面又は外輪の内周面を異形形状にし、係合子が係合し得ないように周方向の中央部を広くして解除部位を形成し、係合子が内輪部材と外輪部材との間に係合し得るように周方向の両側に幅を狭くして係合部位を形成するとよい。
【００１６】
前記機械式クラッチ部において、弾性部材は、係合子の間に圧縮された状態で配設されたばね部材を採用するとよい。また係合子は円筒ころを採用するとよい。
【００１７】
また、フェールセーフ機構は、バイワイヤステアリングシステムの異常を検知する異常検知センサと、前記異常検知センサによる異常検知信号に基づいて前記電磁石への電力を遮断するコントローラとを備え、異常検知時にフェールセーフ機構が自動的に機能するようにすると良い。この場合、コントローラにより、自動的に短時間でかつ的確に、フェールセーフ機構が機能するので、バイワイヤステアリングシステムの安全性を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るバイワイヤステアリングシステムを図面に基づいて説明する。なお、上述したバイワイヤステアリングシステム１００と同じ部材又は部位には同じ符号を付している。
【００１９】
このバイワイヤステアリングシステム１に用いられているフェールセーフ機構２は、図１に示すように、電磁石１１と、電磁石１１により操作される機械式クラッチ部１２を備えたクラッチ３を備えている。このクラッチ３は、図２に示すように、ステアリングギア１０５に連結されたシャフト１０６に取り付けられた操舵アクチュエータとしてのモータ１０７のケース１０７ａに取り付けられている。
【００２０】
電磁石１１は、図１に示すように、モータ１０７のケース１０７ａに固定したコイル１６と、コイル１６にベアリング１７を介して取り付けた円板部材１８とを備えている。円板部材１８は、軸方向においてコイル１６と機械式クラッチ部１２の間に配設されている。電磁石１１の中央（コイル１６及び円板部材１８の中央）には、後述する機械式クラッチ部１２の内輪部材２１の軸部２６が挿通する挿通孔１９が形成されている。
【００２１】
機械式クラッチ部１２は、図１及び図３に示すように、電磁石１１の円板部材１８側に設けられており、ステアリングギア１０５側に連結された内輪部材２１と、ステアリングホイール１０１側に取り付けられた外輪部材２２と、係合子２３と、弾性部材２４と、保持器２５を備えている。
【００２２】
内輪部材２１は、軸部２６と、軸部２６の先端に形成されたクラッチ内輪部２７とを備えている。内輪部材２１の軸部２６は、上述したように、電磁石１１の中央に形成された挿通孔１９に挿通しており、ステアリングギア１０５に操舵力を伝えるモータ１０７に連結されている。外輪部材２２は、ステアリングホイール１０１に操舵反力を伝えるモータ１０３に連結された軸部２８と、軸部２８の先端に形成されたクラッチ外輪部２９とを備えている。
【００２３】
内輪部材２１のクラッチ内輪部２７の外周には、図３に示すように、複数（図示例では、４つ）のカム面３１を周方向に等間隔で形成している。各カム面３１は、内輪部材２１の軸心を中心とする円に対して弦をなす平坦な面で形成されている。これに対して、外輪部材２２のクラッチ外輪部２９は、円筒形状に形成されており、内輪部材２１のクラッチ内輪部２７の外周を覆っている。クラッチ外輪部２９の内周面２９ａは円形に形成されており、クラッチ内輪部２７とクラッチ外輪部２９の間には、クラッチ内輪部２７のカム面３１が形成された位置に、周方向の中央部が広く、周方向の両側が狭くなった係合子収容空間３２が形成されている。この係合子収容空間３２の両側は係合子２３がクラッチ内輪部２７とクラッチ外輪部２９に係合する係合部位３３であり、中央部は係合子２３の係合が解除される解除部位３４である。この係合部位３３は、係合子収容空間３２の周方向の外側に向けて幅が徐々に狭くなった楔隙間に形成している。
【００２４】
また、内輪部材２１の外周には、後述する保持器２５の第１保持部材３６と第２保持部材３７のカム溝４３、４４にそれぞれ係合するスイッチピン３５が植設されている。
【００２５】
係合子２３は円筒ローラであり、係合子収容空間３２の周方向両側の係合部位では内輪部材２１と外輪部材２２に係合し、係合子収容空間３２の周方向中央部の解除部位では内輪部材２１と外輪部材２２に係合し得ないように、所定の直径で形成されている。各係合子収容空間３２には、２つの係合子２３が配設されている。
【００２６】
弾性部材２４は、図３に示すように、断面が波型のばね部材であり、係合子収容空間３２に収容された２つの係合子２３間に圧縮された状態で配設されており、その弾性力により各係合子２３をそれぞれ係合子収容空間３２の周方向両側の係合部位３３に付勢している。
【００２７】
保持器２５は、係合子収容空間３２の片側から係合子２３を保持する第１保持部材３６と、第１保持部材３６の反対側から係合子２３を保持する第２保持部材３７とを備えている。第１保持部材３６は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、円板形状の基部３８と、基部３８から軸方向に延在した複数（図示例では４つ）の保持片３９を周方向に等間隔に備えている。第２保持部材３７は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、第１保持部材３６の４つの保持片３９の内側に装着可能な円板形状の基部４０と、基部４０から軸方向に延在した複数（図示例では４つ）の保持片４１を周方向に等間隔に備えている。第１保持部材３６、３７の基部３８、４０は、それぞれ中央に内輪部材２１の軸部２６が挿通する挿通孔３８ａ、４０ａが形成されている。第２保持部材３７の各保持片４１は、図５（ａ）（ｂ）及び図８に示すように、第２保持部材３７を第１保持部材３６の内側に組み入れたときに、第１保持部材３６の保持片３９と同じ半径の円周上に配設されるように、基部４０から半径方向外側に突出した肩部４２の先端から軸方向に延在している。
【００２８】
第１保持部材３６の保持片３９の少なくとも一つ、及び、第２保持部材３７の保持片４１の少なくとも一つには、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、それぞれ斜めのカム溝４３、４４が形成されている。カム溝４３、４４は、内輪部材２１のスイッチピン３５との係合により、第１保持部材３６と第２保持部材３７が内輪部材２１に対して軸方向電磁石側（ステアリングギア側）に移動したときに、第１保持部材３６と第２保持部材３７がそれぞれ周方向に回動して、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が近づき、かつ、第１保持部材３６と第２保持部材３７が軸方向外輪部材側（ステアリング側）に移動したときに、第１保持部材３６と第２保持部材３７がそれぞれ逆方向に回動して第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が離れるように形成されている。
【００２９】
この実施形態では、詳しくは、第１保持部材３６は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、カム溝４３と内輪部材２１のスイッチピン３５の係合により、軸方向電磁石側（ステアリングギア側）に移動したときに、反時計方向（図６（ａ）及び図３参照）に回動し、軸方向外輪部材側（ステアリング側）に移動したときに、時計方向（図６（ｂ）及び図３参照）に回動するように、カム溝４３が設けられている。また、第２保持部材３７は、図７（ａ）（ｂ）に示すように、カム溝４４と内輪部材２１のスイッチピン３５の係合により、軸方向電磁石側（ステアリングギア側）に移動したときに、時計方向（図７（ａ）及び図３参照）に回動し、軸方向外輪部材側（ステアリング側）に移動したときに、反時計方向（図７（ｂ）及び図３参照）に回動するように、カム溝４４が設けられている。
【００３０】
このクラッチ３は、第１保持部材３６と第２保持部材３７は、図８に示すように組み合わせて、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１の間に係合子２３を装着し、第１保持部材３６と第２保持部材３７と係合子２３のアッセンブリを、図１に示すように、内輪部材２１の軸部２６側からクラッチ内輪部２７に装着する。このとき、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１のカム溝４３、４４に、それぞれ内輪部材２１の外周に植設されたスイッチピン３５を装着する。そして、内輪部材２１のクラッチ内輪部２７に外輪部材２２のクラッチ外輪部２９を装着し、内輪部材２１の軸部２６をモータ１０７のケース１０７ａに取り付けた電磁石１６の挿通孔１９に挿入する。
【００３１】
次に、このクラッチ３の動作を説明する。
【００３２】
このクラッチ３は、電磁石１１に通電され、磁力が作用すると、第１保持部材３６と第２保持部材３７は、それぞれ軸方向電磁石１１側に移動して、基部３８、４０が電磁石１１の円板部材１８に磁着するようになっている。
【００３３】
このとき、機械式クラッチ部１２では、図９に示すように、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が近づき、係合子２３が係合子収容空間３２の中央部の解除部位３４に保持される。このとき、係合子２３は、クラッチ内輪部２７とクラッチ外輪部２９との間で空転するので、内輪部材２１と外輪部材２２は互いに係りなく回動できる状態になる。このように、電磁石１１に通電されると、、クラッチ３が非連結状態になり、ステアリングホイール１０１からの操舵力はクラッチ３で遮断され、直接ステアリングギア１０５にステアリングホイール１０１からの操舵力が及ばないようになる。バイワイヤステアリングシステム１は、電磁石１１に通電してクラッチを非連結状態にした状態で、バイワイヤステアリングシステム１の操舵アクチュエータとしてのモータ１０７により、ステアリングギア１０５に操舵力が与えるようになっている。
【００３４】
また、電磁石１１に通電され、磁力が作用している状態では、各係合子収容空間３２の２つの係合子２３の間隔が狭くなるので、２つの係合子２３の間に挟まれた弾性部材２４が圧縮され、弾性部材２４に弾性力が蓄積される。
【００３５】
次に、電磁石１１への通電が切られ、磁力の作用がなくなると、電磁石１１の円板部材１８に磁着していた第１保持部材３６と第２保持部材３７が円板部材１８から開放される。このとき、図１０に示すように、弾性部材２４の弾性復元力により、２つの係合子２３が係合子収容空間３２の両側に押戻され、それに応じて、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が離れ、かつ、第１保持部材３６と第２保持部材３７の回動に応じて、カム溝４３、４４とスイッチピン３５の係合により、第１保持部材３６と第２保持部材３７は軸方向外輪部材側（ステアリングホイール１０１側）に移動する。
【００３６】
この状態では、係合子２３が係合子収容空間３２の両側の係合部位３３で、クラッチ内輪部２７のカム面３１とクラッチ外輪部２９の内周面との楔隙間に噛み合い、内輪部材２１と外輪部材２２は、係合子２３を介して係合した状態になり、互いに係り合って回動する。このため、ステアリングホイール１０１から外輪部材２２に入力されたトルクを、係合子２３、内輪部材２１を介して、そのままステアリングギア１０５に出力することができる。このように、電磁石１１の磁力が作用していない状態では、クラッチ３が連結状態になっており、バイワイヤステアリングシステム１によらずに、ステアリングホイール１０１による操舵が可能になる。
【００３７】
このバイワイヤステアリングシステム１のフェールセーフ機構２は、常時は、電磁石１１に通電されてクラッチ３が非連結状態になっている。このため、常時はバイワイヤステアリングシステム１によって操舵されるようになっている。
【００３８】
そして、バイワイヤステアリングシステム１のモータ１０３、１０７などに設置された異常検知センサ（図示省略）により、バイワイヤステアリングシステム１の不具合を検知したとき、異常検知センサの異常検知信号に基づいて、コントローラ１０９がクラッチ３に制御信号を出力して、電磁石１１への通電を切るようになっている。これによりクラッチ３を連結状態にして、バイワイヤステアリングシステム１によらずに、ステアリングホイール１０１による操舵が可能な状態にする。
【００３９】
また、このフェールセーフ機構２は、異常検知センサからの異常検知信号がない場合でも、バイワイヤステアリングシステム１の電気系統に不具合が生じた場合には、電磁石１１への通電が遮断されるとすぐに、クラッチ３が連結状態になって、バイワイヤステアリングシステム１によらずに、ステアリングホイール１０１による操舵が可能な状態になる。このため、電気系統の不具合により、異常検知センサが機能しない場合やコントローラ１０９での制御ができない状態でも確実にフェールセーフ機構２が機能するので安全性が高い。すなわち、このクラッチ３は、電磁石への通電が遮断されたときに、フェールセーフ機構が機能するように構成されているので、通常の電磁クラッチを用いる場合に比べても安全性が高い。
【００４０】
また、このクラッチ３は、クラッチ空転時（非連結時）の空転トルクが、湿式多板クラッチに比べて軽いので、クラッチの空転時のモータ１０７のエネルギーロスが小さくなる。また、例えば、クラッチ３を反力シミュレータとしてのモータ１０３のケースに取り付けてもよいが、この場合は、操舵アクチュエータとしてのモータ１０７と一緒に回動する部分が多くなり、バイワイヤステアリングシステムでのエネルギーロスが大きくなる。これに対して、この実施形態では、クラッチ３を操舵アクチュエータ側のモータ１０７のケースに取り付けているので、バイワイヤステアリングシステム１が機能している状態において、操舵アクチュエータ側のモータ１０７によって回転する部材が小さく、この点でもクラッチ３を空転させるときのエネルギーロスが小さくなる。
【００４１】
また、このクラッチ３は、係合子２３の噛み込みを利用しているので、従来の湿式多板クラッチより小型のクラッチを用いても、湿式多板クラッチに比べてトルク容量を大きくすることができる。従って、クラッチの小型化、軽量化及びトルク容量の大容量化を同時に実現することができる。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態に係るバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構、及び、バイワイヤステアリングシステムを説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、クラッチ３には、係合子２３及び係合子収容空間３２を周方向４箇所に備えたものを例示したが、これには限定されない。また、上記実施形態では、係合子収容空間３２は内輪部材２１のクラッチ内輪部２７の外周にカム面３１を形成して形成してあるが、係合子収容空間は外輪部材のクラッチ外輪部２９の内周面を加工して形成してもよい。すなわち、係合子収容空間は、内輪部材の外周面、外輪部材の内周面の何れか一方又は両方を異形形状にして形成すればよく、上記の実施形態に限定されるものではない。また、係合子収容空間の形状についても上記実施形態に限定されるものではない。
【００４４】
また、上記の実施形態では、内輪部材又は外輪部材に対する第１保持部材と第２保持部材の軸方向の移動に応じて、第１保持部材と第２保持部材が周方向に近づいたり、離れたりする機構は、内輪部材２１のクラッチ内輪部２７の外周に植設したスイッチピン３５と、各保持部材３６、３７に形成したカム溝４３、４４を係合させた機構を例示したが、斯かる機構に限定されない。例えば、スイッチピン３５は外輪部材２２の内周に植設して、各保持部材３６、３７のカム溝４３、４４に係合させてもよし、その他の種々の機構を採用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係るバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構は、クラッチが、電磁石と、内外輪に係合子が噛み合う機械式クラッチ部を備え、電磁石に通電されたときに、機械式クラッチが非連結状態になり、電磁石に通電されていないときに、機械式クラッチが連結状態になることを特徴としている。このクラッチによれば、電磁石への通電を制御することにより、フェールセーフ機構のＯＮ・ＯＦＦを制御することができるので、電気的なコントローラによりフェールセーフ機構のＯＮ・ＯＦＦを制御することができるので、フェールセーフ機構の制御が容易である。またバッテリー上がりなどの故障や、バイワイヤステアリングシステムの電気系統に不具合により、バイワイヤステアリングシステムに電力が供給されないような場合には、確実にクラッチが連結状態になり、フェールセーフ機構が機能するようになっているのでバイワイヤステアリングシステムの安全性を向上させることができる。
【００４６】
また、機械式クラッチ部が、第１シャフトと第２シャフトの一方のシャフトに連結された内輪部材と、前記第１シャフトと第２シャフトの他方のシャフトに連結された外輪部材と、前記内輪部材と外輪部材との間に収容された係合子と、内輪部材と外輪部材との間において、前記係合子を収容し、かつ、係合子が内輪部材と外輪部材に係合する係合部位と係合子の係合が解除される解除部位を備えた係合子収容空間とを備えており、前記電磁石に通電されたときに、係合子が係合子収容空間の解除部位に操作され、電磁石に通電されていないときに、係合子が係合子収容空間の係合部位に操作されるようになっているので、湿式多板クラッチと異なり、湿式多板クラッチに比べて、クラッチ空転時のエネルギーロスが小さい。また、湿式多板クラッチに比べて、構造が簡素化でき、バイワイヤステアリングシステムへの組み付けが容易になる。また、安価に製造でき、またコンパクト化が可能である。また、湿式多板クラッチに比べて、トルク容量を大きくすることができる。
【００４７】
また、本発明のバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構は、バイワイヤステアリングシステムの異常を検知する異常検知センサと、異常検知センサによる異常検知信号に基づいて電磁石への電力を遮断するコントローラとを備え、異常検知時にフェールセーフ機構が自動的に機能するようになっているので、コントローラにより、自動的に短時間でかつ的確に、フェールセーフ機構を機能させることができ、バイワイヤステアリングシステムの安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構に用いられているクラッチの縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るバイワイヤステアリングシステムの概構成図である。
【図３】図１のクラッチにおけるＡ−Ａ断面矢視図である。
【図４】（ａ）は第１保持部材の正面図、（ｂ）は第１保持部材の右側面図である。
【図５】（ａ）は第２保持部材の正面図、（ｂ）は第２保持部材の右側面図である。
【図６】（ａ）は第１保持部材が軸方向電磁石側に移動した状態を示す図、（ｂ）は第１保持部材が軸方向外輪部材側に移動した状態を示す図である。
【図７】（ａ）は第２保持部材が軸方向電磁石側に移動した状態を示す図、（ｂ）は第２保持部材が軸方向外輪部材側に移動した状態を示す図である。
【図８】第１保持部材と第２保持部材を組み合わせた状態を示す図。
【図９】電磁石への通電時における係合子収容空間を示す断面図。
【図１０】電磁石への通電が遮断された状態における係合子収容空間を示す断面図。
【図１１】従来のバイワイヤステアリングシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
１ バイワイヤステアリングシステム
２ フェールセーフ機構
３ クラッチ
１１ 電磁石
１２ 機械式クラッチ部
１６ コイル
１７ ベアリング
１８ 円板部材
１９ 挿通孔
２１ 内輪部材
２２ 外輪部材
２３ 係合子
２４ 弾性部材
２５ 保持器
２６ 軸部
２７ クラッチ内輪部
２８ 軸部
２９ クラッチ外輪部
２９ａ クラッチ外輪部の内周面
３１ カム面
３２ 係合子収容空間
３３ 係合部位
３４ 解除部位
３５ スイッチピン
３６ 第１保持部材
３７ 第２保持部材
３８ 第１保持部材の基部
３８ａ、４０ａ 挿通孔
３９ 第１保持部材の保持片
４０ 第２保持部材の基部
４１ 第２保持部材の保持片
４２ 肩部
４３ カム溝
１００ バイワイヤステアリングシステム
１０１ ステアリングホイール
１０２ ステアリングホイールに連結されたシャフト（第１シャフト）
１０４ 反力シミュレータとしてのモータ（第１モータ）
１０５ ステアリングギア
１０６ ステアリングギアに連結されたシャフト（第２シャフト）
１０７ 操舵アクチュエータとしてのモータ（第２モータ）
１０８ クラッチ
１０９ コントローラ
【発明の属する技術分野】
この発明は、バイワイヤステアリングシステムに不具合が生じたときに、ステアリングホイールに連結されたシャフトとステアリングギアに連結されたシャフトを連結し、ステアリングホイールにより直接操舵可能にするバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バイワイヤステアリングシステムは、自動車ハンドルであるステアリングホイールと操舵車輪であるステアリングギアが機械的に連結せずに、車速検知による車輪舵角の自動制御を可能にするシステムである。
【０００３】
以下、バイワイヤステアリングシステムの一例を説明する。バイワイヤステアリングシステム１００は、図１１に示すように、自動車ハンドルであるステアリングホイール１０１と、ステアリングホイール１０１に連結されたシャフト１０２と、このシャフト１０２に装着され、ステアリングホイールに操舵反力を付与する反力シミュレータとしてのモータ１０３と、シャフト１０２に取り付けられ、ステアリングホイール１０１の操舵角を検出する操舵角検出器１０４と、操舵車輪に連結されたステアリングギア１０５と、ステアリングギア１０５に連結されたシャフト１０６と、前記シャフト１０６に装着され、ステアリングギアに操舵力を付与する操舵アクチュエータとしてのモータ１０７と、前記シャフト１０２とシャフト１０６との間に装着されたクラッチ１０８と、モータ１０３、１０７及びクラッチ１０８を制御するコントローラ１０９とを備えている。
【０００４】
このバイワイヤステアリングシステム１００は、適時にクラッチ１０８によるステアリングホイール１０１とステアリングギア１０５の連結を解除して、ステアリングホイール１０１の舵角によらず、コントローラ１０９により、モータ１０７を介してステアリングギア１０５の操舵角を操作するとともに、モータ１０３で操舵反力を制御可能な状態にすることができるようになっている。このバイワイヤステアリングシステム１００によれば、運転者の意思を阻害することなく熟練者と同様のステアリング制御を実現することができるようになる。
【０００５】
また、バイワイヤステアリングシステムには、安全装置としてクラッチ１０８を備えたフェールセーフ機構が装備されており、バッテリーが上がったり、事故や故障でバイワイヤステアリングシステムの駆動装置（モータ）が正常に動かなかったりするときは、例えば、上記モータ１０３やモータ１０７に設置された異常検知センサ（図示省略）の異常検知信号に基づいて、コントローラ１０９がクラッチ３に制御信号を出力して、クラッチ１０８を連結状態にする。これによりステアリングホイール１０１とステアリングギア１０５が直結されて、運転者は直接操舵角をステアリングにより制御できるようになる。このようなフェールセーフ機構のクラッチ１０８には、湿式多板クラッチを用いることが知られている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特許０２９９２３５７ 図２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のバイワイヤステアリングシステムのクラッチに用いられている湿式多板クラッチは、空転トルクが重く、正常運行時のクラッチＯＦＦ時（非連結時）にモータ１０３、１０６に負荷が掛かり、エネルギーロスが生じる。また、湿式多板クラッチは、コンパクト化が難しく、バイワイヤステアリングシステムのコンパクト化が困難になっている。
【０００８】
そこで、本発明は、空転トルクが軽く正常運行時のエネルギーロスを軽減することができ、またコンパクトな構成にすることができるバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構は、ステアリングホイールに連結された第１シャフトと、第１シャフトへ操舵反力を伝える第１モータと、ステアリングギアに連結された第２シャフトと、第２シャフトへ操舵力を伝える第２モータと、第１シャフトと第２シャフトとの間に装着されて第１シャフトと第２シャフトとを連結または非連結状態に切替えるクラッチとを備え、常時はクラッチを非連結状態にして、第１モータから第１シャフトに操舵反力を与えるとともに、第２モータから第２シャフトに操舵力を与えて操舵するバイワイヤステアリングシステムに装備され、バイワイヤステアリングシステムに不具合が生じたときに、クラッチを連結状態にして、バイワイヤステアリングシステムによらずにステアリングによる操舵を可能にするバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構において、クラッチが、電磁石と、内外輪に係合子が噛み合って連結状態になる機械式クラッチ部を備え、電磁石に通電されたときに、機械式クラッチが非連結状態になり、電磁石に通電されていないときに、機械式クラッチが連結状態になることを特徴としている。
【００１０】
このクラッチによれば、エンジンを始動させて、バイワイヤステアリングシステムに電力が供給されると自動的に電磁石に通電され、フェールセーフ機構がＯＦＦになるように構成することができる。そして、電磁石への通電を制御することにより、フェールセーフ機構のＯＮ・ＯＦＦを制御することができるので、電気的なコントローラによりフェールセーフ機構のＯＮ・ＯＦＦを制御することができるので、フェールセーフ機構の制御が容易である。またバッテリー上がりなどの故障や、バイワイヤステアリングシステムの電気系統に不具合により、バイワイヤステアリングシステムに電力が供給されないような場合には、クラッチが連結状態になり、フェールセーフ機構が機能するようになっているので、安全性が高い。
【００１１】
機械式クラッチ部が、第１シャフトと第２シャフトの一方のシャフトに連結された内輪部材と、第１シャフトと第２シャフトの他方のシャフトに連結された外輪部材と、内輪部材と外輪部材との間に収容された係合子と、内輪部材と外輪部材との間において、係合子を収容し、かつ、係合子が内輪部材と外輪部材に係合する係合部位と係合子の係合が解除される解除部位を備えた係合子収容空間とを備えており、電磁石に通電されたときに、係合子が係合子収容空間の解除部位に操作され、電磁石に通電されていないときに、係合子が係合子収容空間の係合部位に操作されるようにするとよい。
【００１２】
このクラッチを用いれば、湿式多板クラッチに比べて、クラッチ空転時のエネルギーロスが小さくなる。また、湿式多板クラッチに比べて、構造が簡素化でき、バイワイヤステアリングシステムへの組み付けが容易になる。また、安価に製造でき、またコンパクト化が可能である。また、湿式多板クラッチに比べて、トルク容量を大きくすることができる。
【００１３】
また、機械式クラッチ部は、内輪部材と外輪部材との間に、周方向の中央部に係合子の係合を解除する解除部位を備え、かつ、周方向の両側に係合部位を備えた係合子収容空間と、係合子収容空間に配設された２つの係合子と、係合子収容空間の周方向の両側に位置する係合部位に向けて、２つの係合子を離すように付勢する弾性部材と、係合子収容空間の周方向の一方に位置する第１保持部材と、係合子収容空間の周方向の他方に位置する第２保持部材と、電磁石に通電されたときに、第１保持部材と第２保持部材が周方向に近づけて、弾性部材に抗して２つの係合子を係合子収容空間の周方向の中央部に位置する解除部位に保持し、電磁石に通電されていないときに、第１保持部材と第２保持部材が開放され、弾性部材によって２つの係合子が係合子収容空間の周方向の両側に位置する係合部位に移動するようにするとよい。
【００１４】
第１保持部材と第２保持部材は、係合子収容空間に対して、相対的に軸方向に移動可能に装着されており、かつ、内輪部材又は外輪部材に対する第１保持部材と第２保持部材の軸方向の移動に応じて、第１保持部材と第２保持部材が周方向に近づいたり、離れたりする機構を備えており、電磁石に通電されたときに、第１保持部材と第２保持部材が係合子収容空間に対して軸方向に相対移動するとともに、周方向に移動操作するようにすると良い。
【００１５】
係合子収容空間は、内輪の外周面又は外輪の内周面を異形形状にし、係合子が係合し得ないように周方向の中央部を広くして解除部位を形成し、係合子が内輪部材と外輪部材との間に係合し得るように周方向の両側に幅を狭くして係合部位を形成するとよい。
【００１６】
前記機械式クラッチ部において、弾性部材は、係合子の間に圧縮された状態で配設されたばね部材を採用するとよい。また係合子は円筒ころを採用するとよい。
【００１７】
また、フェールセーフ機構は、バイワイヤステアリングシステムの異常を検知する異常検知センサと、前記異常検知センサによる異常検知信号に基づいて前記電磁石への電力を遮断するコントローラとを備え、異常検知時にフェールセーフ機構が自動的に機能するようにすると良い。この場合、コントローラにより、自動的に短時間でかつ的確に、フェールセーフ機構が機能するので、バイワイヤステアリングシステムの安全性を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るバイワイヤステアリングシステムを図面に基づいて説明する。なお、上述したバイワイヤステアリングシステム１００と同じ部材又は部位には同じ符号を付している。
【００１９】
このバイワイヤステアリングシステム１に用いられているフェールセーフ機構２は、図１に示すように、電磁石１１と、電磁石１１により操作される機械式クラッチ部１２を備えたクラッチ３を備えている。このクラッチ３は、図２に示すように、ステアリングギア１０５に連結されたシャフト１０６に取り付けられた操舵アクチュエータとしてのモータ１０７のケース１０７ａに取り付けられている。
【００２０】
電磁石１１は、図１に示すように、モータ１０７のケース１０７ａに固定したコイル１６と、コイル１６にベアリング１７を介して取り付けた円板部材１８とを備えている。円板部材１８は、軸方向においてコイル１６と機械式クラッチ部１２の間に配設されている。電磁石１１の中央（コイル１６及び円板部材１８の中央）には、後述する機械式クラッチ部１２の内輪部材２１の軸部２６が挿通する挿通孔１９が形成されている。
【００２１】
機械式クラッチ部１２は、図１及び図３に示すように、電磁石１１の円板部材１８側に設けられており、ステアリングギア１０５側に連結された内輪部材２１と、ステアリングホイール１０１側に取り付けられた外輪部材２２と、係合子２３と、弾性部材２４と、保持器２５を備えている。
【００２２】
内輪部材２１は、軸部２６と、軸部２６の先端に形成されたクラッチ内輪部２７とを備えている。内輪部材２１の軸部２６は、上述したように、電磁石１１の中央に形成された挿通孔１９に挿通しており、ステアリングギア１０５に操舵力を伝えるモータ１０７に連結されている。外輪部材２２は、ステアリングホイール１０１に操舵反力を伝えるモータ１０３に連結された軸部２８と、軸部２８の先端に形成されたクラッチ外輪部２９とを備えている。
【００２３】
内輪部材２１のクラッチ内輪部２７の外周には、図３に示すように、複数（図示例では、４つ）のカム面３１を周方向に等間隔で形成している。各カム面３１は、内輪部材２１の軸心を中心とする円に対して弦をなす平坦な面で形成されている。これに対して、外輪部材２２のクラッチ外輪部２９は、円筒形状に形成されており、内輪部材２１のクラッチ内輪部２７の外周を覆っている。クラッチ外輪部２９の内周面２９ａは円形に形成されており、クラッチ内輪部２７とクラッチ外輪部２９の間には、クラッチ内輪部２７のカム面３１が形成された位置に、周方向の中央部が広く、周方向の両側が狭くなった係合子収容空間３２が形成されている。この係合子収容空間３２の両側は係合子２３がクラッチ内輪部２７とクラッチ外輪部２９に係合する係合部位３３であり、中央部は係合子２３の係合が解除される解除部位３４である。この係合部位３３は、係合子収容空間３２の周方向の外側に向けて幅が徐々に狭くなった楔隙間に形成している。
【００２４】
また、内輪部材２１の外周には、後述する保持器２５の第１保持部材３６と第２保持部材３７のカム溝４３、４４にそれぞれ係合するスイッチピン３５が植設されている。
【００２５】
係合子２３は円筒ローラであり、係合子収容空間３２の周方向両側の係合部位では内輪部材２１と外輪部材２２に係合し、係合子収容空間３２の周方向中央部の解除部位では内輪部材２１と外輪部材２２に係合し得ないように、所定の直径で形成されている。各係合子収容空間３２には、２つの係合子２３が配設されている。
【００２６】
弾性部材２４は、図３に示すように、断面が波型のばね部材であり、係合子収容空間３２に収容された２つの係合子２３間に圧縮された状態で配設されており、その弾性力により各係合子２３をそれぞれ係合子収容空間３２の周方向両側の係合部位３３に付勢している。
【００２７】
保持器２５は、係合子収容空間３２の片側から係合子２３を保持する第１保持部材３６と、第１保持部材３６の反対側から係合子２３を保持する第２保持部材３７とを備えている。第１保持部材３６は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、円板形状の基部３８と、基部３８から軸方向に延在した複数（図示例では４つ）の保持片３９を周方向に等間隔に備えている。第２保持部材３７は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、第１保持部材３６の４つの保持片３９の内側に装着可能な円板形状の基部４０と、基部４０から軸方向に延在した複数（図示例では４つ）の保持片４１を周方向に等間隔に備えている。第１保持部材３６、３７の基部３８、４０は、それぞれ中央に内輪部材２１の軸部２６が挿通する挿通孔３８ａ、４０ａが形成されている。第２保持部材３７の各保持片４１は、図５（ａ）（ｂ）及び図８に示すように、第２保持部材３７を第１保持部材３６の内側に組み入れたときに、第１保持部材３６の保持片３９と同じ半径の円周上に配設されるように、基部４０から半径方向外側に突出した肩部４２の先端から軸方向に延在している。
【００２８】
第１保持部材３６の保持片３９の少なくとも一つ、及び、第２保持部材３７の保持片４１の少なくとも一つには、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、それぞれ斜めのカム溝４３、４４が形成されている。カム溝４３、４４は、内輪部材２１のスイッチピン３５との係合により、第１保持部材３６と第２保持部材３７が内輪部材２１に対して軸方向電磁石側（ステアリングギア側）に移動したときに、第１保持部材３６と第２保持部材３７がそれぞれ周方向に回動して、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が近づき、かつ、第１保持部材３６と第２保持部材３７が軸方向外輪部材側（ステアリング側）に移動したときに、第１保持部材３６と第２保持部材３７がそれぞれ逆方向に回動して第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が離れるように形成されている。
【００２９】
この実施形態では、詳しくは、第１保持部材３６は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、カム溝４３と内輪部材２１のスイッチピン３５の係合により、軸方向電磁石側（ステアリングギア側）に移動したときに、反時計方向（図６（ａ）及び図３参照）に回動し、軸方向外輪部材側（ステアリング側）に移動したときに、時計方向（図６（ｂ）及び図３参照）に回動するように、カム溝４３が設けられている。また、第２保持部材３７は、図７（ａ）（ｂ）に示すように、カム溝４４と内輪部材２１のスイッチピン３５の係合により、軸方向電磁石側（ステアリングギア側）に移動したときに、時計方向（図７（ａ）及び図３参照）に回動し、軸方向外輪部材側（ステアリング側）に移動したときに、反時計方向（図７（ｂ）及び図３参照）に回動するように、カム溝４４が設けられている。
【００３０】
このクラッチ３は、第１保持部材３６と第２保持部材３７は、図８に示すように組み合わせて、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１の間に係合子２３を装着し、第１保持部材３６と第２保持部材３７と係合子２３のアッセンブリを、図１に示すように、内輪部材２１の軸部２６側からクラッチ内輪部２７に装着する。このとき、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１のカム溝４３、４４に、それぞれ内輪部材２１の外周に植設されたスイッチピン３５を装着する。そして、内輪部材２１のクラッチ内輪部２７に外輪部材２２のクラッチ外輪部２９を装着し、内輪部材２１の軸部２６をモータ１０７のケース１０７ａに取り付けた電磁石１６の挿通孔１９に挿入する。
【００３１】
次に、このクラッチ３の動作を説明する。
【００３２】
このクラッチ３は、電磁石１１に通電され、磁力が作用すると、第１保持部材３６と第２保持部材３７は、それぞれ軸方向電磁石１１側に移動して、基部３８、４０が電磁石１１の円板部材１８に磁着するようになっている。
【００３３】
このとき、機械式クラッチ部１２では、図９に示すように、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が近づき、係合子２３が係合子収容空間３２の中央部の解除部位３４に保持される。このとき、係合子２３は、クラッチ内輪部２７とクラッチ外輪部２９との間で空転するので、内輪部材２１と外輪部材２２は互いに係りなく回動できる状態になる。このように、電磁石１１に通電されると、、クラッチ３が非連結状態になり、ステアリングホイール１０１からの操舵力はクラッチ３で遮断され、直接ステアリングギア１０５にステアリングホイール１０１からの操舵力が及ばないようになる。バイワイヤステアリングシステム１は、電磁石１１に通電してクラッチを非連結状態にした状態で、バイワイヤステアリングシステム１の操舵アクチュエータとしてのモータ１０７により、ステアリングギア１０５に操舵力が与えるようになっている。
【００３４】
また、電磁石１１に通電され、磁力が作用している状態では、各係合子収容空間３２の２つの係合子２３の間隔が狭くなるので、２つの係合子２３の間に挟まれた弾性部材２４が圧縮され、弾性部材２４に弾性力が蓄積される。
【００３５】
次に、電磁石１１への通電が切られ、磁力の作用がなくなると、電磁石１１の円板部材１８に磁着していた第１保持部材３６と第２保持部材３７が円板部材１８から開放される。このとき、図１０に示すように、弾性部材２４の弾性復元力により、２つの係合子２３が係合子収容空間３２の両側に押戻され、それに応じて、第１保持部材３６の保持片３９と第２保持部材３７の保持片４１が離れ、かつ、第１保持部材３６と第２保持部材３７の回動に応じて、カム溝４３、４４とスイッチピン３５の係合により、第１保持部材３６と第２保持部材３７は軸方向外輪部材側（ステアリングホイール１０１側）に移動する。
【００３６】
この状態では、係合子２３が係合子収容空間３２の両側の係合部位３３で、クラッチ内輪部２７のカム面３１とクラッチ外輪部２９の内周面との楔隙間に噛み合い、内輪部材２１と外輪部材２２は、係合子２３を介して係合した状態になり、互いに係り合って回動する。このため、ステアリングホイール１０１から外輪部材２２に入力されたトルクを、係合子２３、内輪部材２１を介して、そのままステアリングギア１０５に出力することができる。このように、電磁石１１の磁力が作用していない状態では、クラッチ３が連結状態になっており、バイワイヤステアリングシステム１によらずに、ステアリングホイール１０１による操舵が可能になる。
【００３７】
このバイワイヤステアリングシステム１のフェールセーフ機構２は、常時は、電磁石１１に通電されてクラッチ３が非連結状態になっている。このため、常時はバイワイヤステアリングシステム１によって操舵されるようになっている。
【００３８】
そして、バイワイヤステアリングシステム１のモータ１０３、１０７などに設置された異常検知センサ（図示省略）により、バイワイヤステアリングシステム１の不具合を検知したとき、異常検知センサの異常検知信号に基づいて、コントローラ１０９がクラッチ３に制御信号を出力して、電磁石１１への通電を切るようになっている。これによりクラッチ３を連結状態にして、バイワイヤステアリングシステム１によらずに、ステアリングホイール１０１による操舵が可能な状態にする。
【００３９】
また、このフェールセーフ機構２は、異常検知センサからの異常検知信号がない場合でも、バイワイヤステアリングシステム１の電気系統に不具合が生じた場合には、電磁石１１への通電が遮断されるとすぐに、クラッチ３が連結状態になって、バイワイヤステアリングシステム１によらずに、ステアリングホイール１０１による操舵が可能な状態になる。このため、電気系統の不具合により、異常検知センサが機能しない場合やコントローラ１０９での制御ができない状態でも確実にフェールセーフ機構２が機能するので安全性が高い。すなわち、このクラッチ３は、電磁石への通電が遮断されたときに、フェールセーフ機構が機能するように構成されているので、通常の電磁クラッチを用いる場合に比べても安全性が高い。
【００４０】
また、このクラッチ３は、クラッチ空転時（非連結時）の空転トルクが、湿式多板クラッチに比べて軽いので、クラッチの空転時のモータ１０７のエネルギーロスが小さくなる。また、例えば、クラッチ３を反力シミュレータとしてのモータ１０３のケースに取り付けてもよいが、この場合は、操舵アクチュエータとしてのモータ１０７と一緒に回動する部分が多くなり、バイワイヤステアリングシステムでのエネルギーロスが大きくなる。これに対して、この実施形態では、クラッチ３を操舵アクチュエータ側のモータ１０７のケースに取り付けているので、バイワイヤステアリングシステム１が機能している状態において、操舵アクチュエータ側のモータ１０７によって回転する部材が小さく、この点でもクラッチ３を空転させるときのエネルギーロスが小さくなる。
【００４１】
また、このクラッチ３は、係合子２３の噛み込みを利用しているので、従来の湿式多板クラッチより小型のクラッチを用いても、湿式多板クラッチに比べてトルク容量を大きくすることができる。従って、クラッチの小型化、軽量化及びトルク容量の大容量化を同時に実現することができる。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態に係るバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構、及び、バイワイヤステアリングシステムを説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、クラッチ３には、係合子２３及び係合子収容空間３２を周方向４箇所に備えたものを例示したが、これには限定されない。また、上記実施形態では、係合子収容空間３２は内輪部材２１のクラッチ内輪部２７の外周にカム面３１を形成して形成してあるが、係合子収容空間は外輪部材のクラッチ外輪部２９の内周面を加工して形成してもよい。すなわち、係合子収容空間は、内輪部材の外周面、外輪部材の内周面の何れか一方又は両方を異形形状にして形成すればよく、上記の実施形態に限定されるものではない。また、係合子収容空間の形状についても上記実施形態に限定されるものではない。
【００４４】
また、上記の実施形態では、内輪部材又は外輪部材に対する第１保持部材と第２保持部材の軸方向の移動に応じて、第１保持部材と第２保持部材が周方向に近づいたり、離れたりする機構は、内輪部材２１のクラッチ内輪部２７の外周に植設したスイッチピン３５と、各保持部材３６、３７に形成したカム溝４３、４４を係合させた機構を例示したが、斯かる機構に限定されない。例えば、スイッチピン３５は外輪部材２２の内周に植設して、各保持部材３６、３７のカム溝４３、４４に係合させてもよし、その他の種々の機構を採用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係るバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構は、クラッチが、電磁石と、内外輪に係合子が噛み合う機械式クラッチ部を備え、電磁石に通電されたときに、機械式クラッチが非連結状態になり、電磁石に通電されていないときに、機械式クラッチが連結状態になることを特徴としている。このクラッチによれば、電磁石への通電を制御することにより、フェールセーフ機構のＯＮ・ＯＦＦを制御することができるので、電気的なコントローラによりフェールセーフ機構のＯＮ・ＯＦＦを制御することができるので、フェールセーフ機構の制御が容易である。またバッテリー上がりなどの故障や、バイワイヤステアリングシステムの電気系統に不具合により、バイワイヤステアリングシステムに電力が供給されないような場合には、確実にクラッチが連結状態になり、フェールセーフ機構が機能するようになっているのでバイワイヤステアリングシステムの安全性を向上させることができる。
【００４６】
また、機械式クラッチ部が、第１シャフトと第２シャフトの一方のシャフトに連結された内輪部材と、前記第１シャフトと第２シャフトの他方のシャフトに連結された外輪部材と、前記内輪部材と外輪部材との間に収容された係合子と、内輪部材と外輪部材との間において、前記係合子を収容し、かつ、係合子が内輪部材と外輪部材に係合する係合部位と係合子の係合が解除される解除部位を備えた係合子収容空間とを備えており、前記電磁石に通電されたときに、係合子が係合子収容空間の解除部位に操作され、電磁石に通電されていないときに、係合子が係合子収容空間の係合部位に操作されるようになっているので、湿式多板クラッチと異なり、湿式多板クラッチに比べて、クラッチ空転時のエネルギーロスが小さい。また、湿式多板クラッチに比べて、構造が簡素化でき、バイワイヤステアリングシステムへの組み付けが容易になる。また、安価に製造でき、またコンパクト化が可能である。また、湿式多板クラッチに比べて、トルク容量を大きくすることができる。
【００４７】
また、本発明のバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構は、バイワイヤステアリングシステムの異常を検知する異常検知センサと、異常検知センサによる異常検知信号に基づいて電磁石への電力を遮断するコントローラとを備え、異常検知時にフェールセーフ機構が自動的に機能するようになっているので、コントローラにより、自動的に短時間でかつ的確に、フェールセーフ機構を機能させることができ、バイワイヤステアリングシステムの安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構に用いられているクラッチの縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るバイワイヤステアリングシステムの概構成図である。
【図３】図１のクラッチにおけるＡ−Ａ断面矢視図である。
【図４】（ａ）は第１保持部材の正面図、（ｂ）は第１保持部材の右側面図である。
【図５】（ａ）は第２保持部材の正面図、（ｂ）は第２保持部材の右側面図である。
【図６】（ａ）は第１保持部材が軸方向電磁石側に移動した状態を示す図、（ｂ）は第１保持部材が軸方向外輪部材側に移動した状態を示す図である。
【図７】（ａ）は第２保持部材が軸方向電磁石側に移動した状態を示す図、（ｂ）は第２保持部材が軸方向外輪部材側に移動した状態を示す図である。
【図８】第１保持部材と第２保持部材を組み合わせた状態を示す図。
【図９】電磁石への通電時における係合子収容空間を示す断面図。
【図１０】電磁石への通電が遮断された状態における係合子収容空間を示す断面図。
【図１１】従来のバイワイヤステアリングシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
１ バイワイヤステアリングシステム
２ フェールセーフ機構
３ クラッチ
１１ 電磁石
１２ 機械式クラッチ部
１６ コイル
１７ ベアリング
１８ 円板部材
１９ 挿通孔
２１ 内輪部材
２２ 外輪部材
２３ 係合子
２４ 弾性部材
２５ 保持器
２６ 軸部
２７ クラッチ内輪部
２８ 軸部
２９ クラッチ外輪部
２９ａ クラッチ外輪部の内周面
３１ カム面
３２ 係合子収容空間
３３ 係合部位
３４ 解除部位
３５ スイッチピン
３６ 第１保持部材
３７ 第２保持部材
３８ 第１保持部材の基部
３８ａ、４０ａ 挿通孔
３９ 第１保持部材の保持片
４０ 第２保持部材の基部
４１ 第２保持部材の保持片
４２ 肩部
４３ カム溝
１００ バイワイヤステアリングシステム
１０１ ステアリングホイール
１０２ ステアリングホイールに連結されたシャフト（第１シャフト）
１０４ 反力シミュレータとしてのモータ（第１モータ）
１０５ ステアリングギア
１０６ ステアリングギアに連結されたシャフト（第２シャフト）
１０７ 操舵アクチュエータとしてのモータ（第２モータ）
１０８ クラッチ
１０９ コントローラ
Claims (9)
- ステアリングホイールに連結された第１シャフトと、第１シャフトへ操舵反力を伝える第１モータと、ステアリングギアに連結された第２シャフトと、第２シャフトへ操舵力を伝える第２モータと、前記第１シャフトと第２シャフトとの間に装着されて第１シャフトと第２シャフトとを連結または非連結状態に切替えるクラッチとを備え、常時はクラッチを非連結状態にして、第１モータから第１シャフトに操舵反力を与えるとともに、第２モータから第２シャフトに操舵力を与えて操舵するバイワイヤステアリングシステムに装備され、バイワイヤステアリングシステムに不具合が生じたときに、クラッチを連結状態にして、バイワイヤステアリングシステムによらずにステアリングによる操舵を可能にするバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構において、
前記クラッチが、電磁石と、内外輪に係合子が噛み合って連結状態になる機械式クラッチ部を備え、電磁石に通電されたときに、機械式クラッチが非連結状態になり、電磁石に通電されていないときに、機械式クラッチが連結状態になることを特徴とするバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構。 - 前記機械式クラッチ部が、第１シャフトと第２シャフトの一方のシャフトに連結された内輪部材と、前記第１シャフトと第２シャフトの他方のシャフトに連結された外輪部材と、前記内輪部材と外輪部材との間に収容された係合子と、内輪部材と外輪部材との間において、前記係合子を収容し、かつ、係合子が内輪部材と外輪部材に係合する係合部位と係合子の係合が解除される解除部位を備えた係合子収容空間とを備えており、前記電磁石に通電されたときに、係合子が係合子収容空間の解除部位に操作され、電磁石に通電されていないときに、係合子が係合子収容空間の係合部位に操作されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構。
- 前記機械式クラッチ部が、前記内輪部材と外輪部材との間に、周方向の中央部に係合子の係合を解除する解除部位を備え、かつ、周方向の両側に係合部位を備えた係合子収容空間と、前記係合子収容空間に配設された２つの係合子と、前記係合子収容空間の周方向の両側に位置する係合部位に向けて、前記２つの係合子を離すように付勢する弾性部材と、前記係合子収容空間の周方向の一方に位置する第１保持部材と、前記係合子収容空間の周方向の他方に位置する第２保持部材と、前記電磁石に通電されたときに、第１保持部材と第２保持部材が周方向に近づけて、前記弾性部材に抗して前記２つの係合子を係合子収容空間の周方向の中央部に位置する解除部位に保持し、前記電磁石に通電されていないときに、前記第１保持部材と第２保持部材が開放され、前記弾性部材によって前記２つの係合子が係合子収容空間の周方向の両側に位置する係合部位に移動するようになっていることを特徴とする請求項２に記載のバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構。
- 前記第１保持部材と第２保持部材は、係合子収容空間に対して、相対的に軸方向に移動可能に装着されており、かつ、前記内輪部材又は外輪部材に対する第１保持部材と第２保持部材の軸方向の移動に応じて、第１保持部材と第２保持部材が周方向に近づいたり、離れたりする機構を備えており、前記電磁石に通電されたときに、第１保持部材と第２保持部材が係合子収容空間に対して軸方向に相対移動するとともに、周方向に移動操作することを特徴とする請求項３に記載のバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構。
- 前記係合子収容空間は、内輪の外周面又は外輪の内周面を異形形状にし、係合子が係合し得ないように周方向の中央部を広くして解除部位を形成し、係合子が内輪部材と外輪部材との間に係合し得るように周方向の両側に幅を狭くして係合部位を形成したことを特徴とする請求項３又は４に記載のバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構。
- 前記弾性部材が係合子の間に圧縮された状態で配設されたばね部材であることを特徴とする請求項３から５の何れかに記載のバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構。
- 前記係合子が円筒ころであることを特徴とする請求項２から６の何れかに記載のバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構。
- 前記フェールセーフ機構は、バイワイヤステアリングシステムの異常を検知する異常検知センサと、前記異常検知センサによる異常検知信号に基づいて前記電磁石への電力を遮断するコントローラとを備えていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のバイワイヤステアリングシステムのフェールセーフ機構。
- 請求項１から８の何れかに記載されたフェールセーフ機構を備えたバイワイヤステアリングシステム。
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