JP2006076339A - 車両用ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便な構造で緊急時にＳＢＷ（ステア・バイ・ワイヤ）式の操舵装置の利点を活かすことが可能な車両用ステアリング装置を提供する。
【解決手段】 通常時にはドグクラッチ４６を締結してステアリングホイールと車輪とを連結し、ドライバーがステアリングホイールに入力する操舵トルクで車輪を転舵するので、高精度なステア・バイ・ワイヤ機構を不要にしてコストダウンを図ることができる。また緊急時にはドグクラッチ４６をソレノイド４３で締結解除し、電子制御ユニットからの指令でステアリングアクチュエータを作動させて車輪を転舵するので、ドライバーの技量に依存せずに車両挙動を安定させて緊急事態を回避することができる。緊急時にステアリングホイールおよび車輪間の連結を解除すると、一対のフリクションプレート３８，３９が当接してステアリングホイールに操舵反力を付与するので、高価な操舵反力モータが不要になる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ドライバーによるステアリング操作子の操作あるいは電気信号によるステアリングアクチュエータの作動で車輪を転舵する車両用ステアリング装置に関する。

ドライバーによるステアリングホイールの操作を電気信号に変換し、その電気信号でステアリングアクチュエータを作動させることで車輪を転舵するＳＢＷ（ステア・バイ・ワイヤ）式の操舵装置において、ステアリングアクチュエータが作動不能になったときにステアリングホイールと車輪との間に配置したクラッチを締結し、ドライバーがステアリングホイールに入力する操舵トルクで車輪を転舵するものが、下記特許文献１により公知である。
特開２００１−２６０９０８号公報

ところで上記従来のものは、クラッチでステアリングホイールを車輪から切り離してステアリングアクチュエータにより車輪を転舵する際に、ステアリングホイールの操作に応じて車輪を精度良く転舵するために、ステアリングホイールの操舵角センサやステアリングギヤボックスのラックバー位置センサに高精度のものが要求されるだけでなく、車輪から切り離されたステアリングハンドルに操舵反力を付与するために高価な操舵反力モータが必要となり、それがコストアップの要因となる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡便な構造で緊急時にＳＢＷ（ステア・バイ・ワイヤ）式の操舵装置の利点を活かすことが可能な車両用ステアリング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ドライバーにより操作されて車輪を転舵するステアリング操作子と、電気信号により作動して車輪を転舵するステアリングアクチュエータと、ステアリング操作子および車輪間を連結および連結解除するクラッチ手段と、ドライバーのステアリング操作と関連せずに車両状態に応じてステアリングアクチュエータを作動させるときに、クラッチ手段を作動させてステアリング操作子および車輪間の連結を解除する制御手段とを備えたことを特徴とする車両用ステアリング装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、クラッチ手段がステアリング操作子および車輪間の連結を解除したとき、ステアリング操作子に摩擦力による操舵反力を付与する操舵反力付与手段を備えたことを特徴とする車両用ステアリング装置が提案される。

尚、実施例の電子制御ユニットＵは本発明の制御手段に対応し、実施例のステアリングホイール１１は本発明のステアリング操作子に対応し、実施例の可動フリクションプレート３８および固定フリクションプレート３９は本発明の操舵反力付与手段に対応し、実施例のドグクラッチ４６は本発明のクラッチ手段に対応する。

請求項１の構成によれば、通常時にはクラッチを締結してステアリング操作子と車輪とを連結し、ドライバーがステアリング操作子に入力する操舵トルクで車輪を転舵するので、高精度なステア・バイ・ワイヤ機構を不要にしてコストダウンを図ることができる。また緊急時にはクラッチを締結解除し、制御手段からの指令でステアリングアクチュエータを作動させて車輪を転舵するので、ドライバーの技量に依存せずに車両挙動を安定させて緊急事態を回避することができる。

請求項２の構成によれば、緊急時にステアリング操作子および車輪間の連結を解除すると、操舵反力付与手段が摩擦力による操舵反力をステアリング操作子に付与するので、高価な操舵反力モータを必要とせずに操舵反力を発生させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図８は本発明の一実施例を示すもので、図１は車両用ステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３部拡大図、図４は図３の４−４線拡大矢視図、図５は図３の５−５線拡大矢視図、図６は図２の６−６線断面図、図７は図２の７−７線断面図、図８は図３に対応する作用説明図である。

図１に示すように、ドライバーにより操作されるステアリングホイール１１と、左右の車輪Ｗ，Ｗをタイロッド１２，１２を介して転舵するステアリングギヤボックス１３とが、上部ステアリングシャフト１４、上部ユニバーサルジョイント１５、下部ステアリングシャフト１６および下部ユニバーサルジョイント１７を介して接続される。ステアリングギヤボックス１３には、ドライバーによるステアリングホイール１１の操作をアシストするとともに、ドライバーによるステアリング操作から独立して車輪Ｗ，Ｗを転舵するステアリングアクチュエータ１８が設けられる。

図２および図３に示すように、ステアリングギヤボックス１３の中間部の上面にギヤボックスカバー２１がボルト２２…で固定され、ギヤボックスカバー２１の上面に操舵トルクセンサケース２３がボルト２４…で固定される。ステアリングギヤボックス１３に左右摺動自在に支持されたラックバー２５にラック２５ａが一体に形成されており、このラック２５ａに噛合するピニオン２６ａが一体に形成されたピニオンシャフト２６が、ニードルベアリング２７およびボールベアリング２８でステアリングギヤボックス１３に回転自在に支持される。ピニオンシャフト２６の回転角を検出するピニオンシャフト回転角センサ２９がステアリングギヤボックス１３の下面に設けられ、ラックバー２５の位置を検出するラックバー位置センサ３０がステアリングギヤボックス１３の側面に設けられる。

クラッチシャフト３１の下端外周がピニオンシャフト２６の上端内周に嵌合してニードルベアリング３２で相対回転自在に支持され、クラッチシャフト３１の上端がギヤボックスカバー２１にボールベアリング３３で支持される。クラッチシャフト３１の下端に第１クラッチディスク３４が上下摺動自在にスプライン結合され、ピニオンシャフト２６の上端に第２クラッチディスク３５が一体に形成される。

図３〜図７から明らかなように、第１クラッチディスク３４の下面に１２個の台形状の凹部３４ａ…が３０°間隔で形成され、第２クラッチディスク３５の上面に前記１２個の凹部３４ａ…のうちの４個に係合可能な４個の台形状の突起３５ａ…が９０°間隔で形成される。第１クラッチディスク３４の下面に１本のストッパピン３６が下向きに植設されており、このストッパピン３６が当接可能なストッパ壁３５ｂが第２クラッチディスク３５の上面に上向きに突設される。ストッパピン３６およびストッパ壁３５ｂの位相は１８０°ずれている。

第１クラッチディスク３４の上端にフランジ状の可動フリクションプレート３８が一体に形成されており、この可動フリクションプレート３８が当接可能な固定フリクションプレート３９がギヤボックスカバー２１の下面に固定される。ギヤボックスカバー２１にスライドシャフト４０の上端が上下摺動自在に支持されており、その中間部に固定したフォーク４１の二股部が第１クラッチディスク３４に係合する。ステアリングギヤボックス１３に固定したソレノイドケース４２の内部に収納されたソレノイド４３が、ギヤボックスカバー２１との間に配置したリターンスプリング４４で下向きに付勢されたスライドシャフト４０を上向きに駆動する。フォーク４１の上下位置が、それに設けられた突起４１ａに当接するリミットスイッチ４５により検出される。

上記第１クラッチディスク３４、第２クラッチディスク３５、スライドシャフト４０、フォーク４１およびソレノイド４３はドグクラッチ４６を構成する。

図２に示すように、操舵トルクセンサケース２３の内部に、ステアリングホイール１１に入力される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ４７が収納される。操舵トルクセンサケース２３から上方に突出するインプットシャフト４８がトーションバー４９を介してクラッチシャフト３１の上端に接続されており、操舵トルクセンサ４７はトーションバー４９の捩じれ量に応じて操舵トルクを検出する。

図１に示すように、ステアリングホイール１１の回転を検出するステアリングホイール回転角センサ５０と、ピニオンシャフト回転角センサ２９と、ラックバー位置センサ３０と、リミットスイッチ４５とが接続された電子制御ユニットＵは、ステアリングアクチュエータ１８およびソレノイド４３の作動を制御する。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。

通常時には、図８に示すように、電子制御ユニットＵからの指令でソレノイド４３が消磁されてスライドシャフト４０がリターンスプリング４４の弾発力で下向きに移動し、スライドシャフト４０に設けたフォーク４１が第１クラッチディスク３４を第２クラッチディスク３５に向けて下降させることで、第１クラッチディスク３４の凹部３４ａ…が第２クラッチディスク３５の突起３５ａ…に係合してドグクラッチ４６が係合する。その結果、ステアリングホイール１の回転が、ステアリングシャフト１４，１６、ユニバーサルジョイント１５，１７、インプットシャフト４８、ドグクラッチ４６、ピニオンシャフト２６、ピニオン２６ａ、ラック２５ａ、ラックバー２５およびタイロッド１２，１２を介して車輪Ｗ，Ｗに伝達され、ドライバーがステアリングホイール１１に入力する操舵トルクにより車輪Ｗ，Ｗが転舵される。

このとき、電子制御ユニットＵは操舵トルクセンサ４７で検出した操舵トルクに応じてステアリングアクチュエータ１８を駆動し、ステアリングアクチュエータ１８が発生するアシストトルクでドライバーのステアリング操作をアシストすることで、電動パワーステアリング機構の機能を発揮させることができる。

車両の旋回中に過大な操舵によりスピンが発生する可能性があると判断された場合や、車両が突然の強い横風等の外乱を受けたためにステアリングホイール１１をニュートラル状態に保持しているにも関わらず進路を逸脱する可能性があると判断された場合には、電子制御ユニットＵが緊急時であると判断してソレノイド４３を励磁する。すると、図３に示すように、ソレノイド４３がスライドシャフト４０をリターンスプリング４４の弾発力に抗して押し上げ、スライドシャフト４０に設けたフォーク４１が第１クラッチディスク３４を第２クラッチディスク３５から分離させる結果、ステアリングホイール１１がステアリングギヤボックス１３から切り離される。そしてフォーク４１に設けた突起４１ａにより作動するリミットスイッチ４５がドグクラッチ４６の分離を検出すると、電子制御ユニットＵはドライバーのステアリング操作とは関係なく、左右の車輪Ｗ，Ｗをステアリングアクチュエータ１８により転舵する。

即ち、電子制御ユニットＵは車両の挙動を安定させるのに必要な目標転舵角を算出、その目標転舵角が得られるようにステアリングアクチュエータ１８を駆動する。その際に、車輪Ｗ，Ｗの転舵角をラックバー位置センサ３０で検出して電子制御ユニットＵにフィードバックすることで、車輪Ｗ，Ｗの転舵角を精度良く制御することができる。

このとき、第１クラッチディスク３４の上面に一体に設けた可動フリクションプレート３８がギヤボックスカバー２１の下面に設けた固定フリクションプレート３９に当接することで、ステアリングギヤボックス１３から切り離されたステアリングホイール１１に可動フリクションプレート３８から操舵反力を付与し、ドライバーの違和感を解消することができる。しかも固定フリクションプレート３９および可動フリクションプレート３８で操舵反力を付与するので、反力付与モータを設けて操舵反力を付与する場合に比べて構造を簡素化することができる。

このように、緊急時にはドグクラッチ４６が分離するので、ステアリングアクチュエータ１８の駆動力がステアリングホイール１１に逆伝達されることはないが、第１、第２クラッチディスク３４，３５の位相差が略１８０°を越えると、第１クラッチディスク３４に植設したストッパピン３６が第２クラッチディスク３５に設けたストッパ壁３５ｂに当接することで、ステアリングアクチュエータ１８の駆動力がステアリングホイール１１に逆伝達されるようになり、ステアリングホイール１１の位置に対する車輪Ｗ，Ｗの転舵角のずれが所定値以上に増加するのを防止することができる。

またドグクラッチ４６が分離する緊急時に、ドライバーによるステアリングホイール１１の操作はドグクラッチ４６により遮断されて車輪Ｗ，Ｗには伝達されないが、ドライバーがステアリングホイール１１を大きく操作して第１、第２クラッチディスク３４，３５の位相差が略１８０°を越えると、第１クラッチディスク３４に植設したストッパピン３６が第２クラッチディスク３５に設けたストッパ壁３５ｂに当接することで、ドライバーがステアリングホイール１１に入力した操舵トルクを車輪Ｗ，Ｗに伝達することができる。これにより、ドグクラッチ４６が分離する緊急時であってもドライバーの意志による転舵を可能にすることができる。

緊急時の制御から通常時の制御に復帰するには、電子制御ユニットＵがステアリングホイール回転角センサ５０の出力およびピニオンシャフト回転角センサ２９の出力を比較し、ドグクラッチ４６の第１クラッチディスク３４および第２クラッチディスク３５の位相が一致したときにソレノイド４３を消磁する。その結果、リターンスプリング４４の弾発力で第１クラッチディスク３４が第２クラッチディスク３５に向けて下降し、第１クラッチディスク３４の凹部３４ａ…が第２クラッチディスク３５の突起３５ａ…に係合することでドグクラッチ４６が係合する。

このとき、凹部３４ａ…および突起３５ａ…が台形状であるため、ソレノイド４３を消磁した瞬間のストッパピン３６およびストッパ壁３５ｂの位相が若干ずれていても、第１、第２クラッチディスク３４，３５を正しい位相（ストッパピン３６およびストッパ壁３５ｂが１８０°ずれる位相）に結合することができ、また突起凹部３４ａ…および突起３５ａ…が係合したときのガタの発生を防止することができる。万一、ステアリングホイール回転角センサ５０の出力およびピニオンシャフト回転角センサ２９の出力から、凹部３４ａ…および突起３５ａ…が不適切な位相で結合されたことが検出されると、電子制御ユニットＵの指令により再度ソレノイド４３を励磁してドグクラッチ４６を締結解除した後に、再度ソレノイド４３を消磁してドグクラッチ４６を結合することで、第１、第２クラッチディスク３４，３５を正しい位相で結合する。但し、電子制御ユニットＵが操舵系に異常があると判断した場合には、ドグクラッチ４６の締結のやり直しは行わない。

以上のように、通常時にはドグクラッチ４６を締結してステアリングホイール１１と車輪Ｗ，Ｗとを連結してドライバーのステアリング操作で直接車輪Ｗ，Ｗを転舵するので、高精度なステア・バイ・ワイヤ機構を不要にしてコストダウンを図ることができる。一方、車両挙動が不安定になる緊急時にはドグクラッチ４６を切り離し、電子制御ユニットＵからの指令でステアリングアクチュエータ１８を作動させて車輪Ｗ，Ｗを転舵するので、ドライバーの運転技量に依存せずに車両挙動を安定させて緊急事態を回避することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明のクラッチ手段は実施例のドグクラッチ４６に限定されず、他の任意の構造のものを採用することができる。

また左右の車輪Ｗ，Ｗに異なる大きさの制動力を加えてヨーモーメントを発生させることで車両挙動を安定させるシステムに本発明を組み合わせれば、車両挙動を一層効果的に安定させることができる。

車両用ステアリング装置の全体斜視図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３部拡大図 図３の４−４線拡大矢視図 図３の５−５線拡大矢視図 図２の６−６線断面図 図２の７−７線断面図 図３に対応する作用説明図

符号の説明

Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）
Ｗ 車輪
１１ ステアリングホイール（ステアリング操作子）
１８ ステアリングアクチュエータ
３８ 可動フリクションプレート（操舵反力付与手段）
３９ 固定フリクションプレート（操舵反力付与手段）
４６ ドグクラッチ（クラッチ手段）

Claims (2)

1. ドライバーにより操作されて車輪（Ｗ）を転舵するステアリング操作子（１１）と、
   電気信号により作動して車輪（Ｗ）を転舵するステアリングアクチュエータ（１８）と、
   ステアリング操作子（１１）および車輪（Ｗ）間を連結および連結解除するクラッチ手段（４６）と、
   ドライバーのステアリング操作と関連せずに車両状態に応じてステアリングアクチュエータ（１８）を作動させるときに、クラッチ手段（４６）を作動させてステアリング操作子（１１）および車輪（Ｗ）間の連結を解除する制御手段（Ｕ）と、
   を備えたことを特徴とする車両用ステアリング装置。
2. クラッチ手段（４６）がステアリング操作子（１１）および車輪（Ｗ）間の連結を解除したとき、ステアリング操作子（１１）に摩擦力による操舵反力を付与する操舵反力付与手段（３８，３９）を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の車両用ステアリング装置。
   

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