JP2006123857A - 車両用ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用ステアリング装置の構造を簡素化するとともに、当該装置の小型・軽量化を図ること。
【解決手段】車両用ステアリング装置は、ステアリングホイール１４からの回転操作力によって回転駆動される第１入力軸１１と、電気モータ１５のモータ出力軸１５ａからの回転駆動力によって回転駆動される第２入力軸１２と、ステアリングギヤ２１に連結されて第１入力軸１１または第２入力軸１２からの回転駆動力によって回転駆動される出力軸１３と、電気モータ１５の作動時には第１入力軸１１と出力軸１３を動力伝達不能としかつ第２入力軸１２と出力軸１３を動力伝達可能とし電気モータ１５の非作動時には第１入力軸１１と出力軸１３を動力伝達可能とするクラッチ機構３０を備えている。クラッチ機構３０は、電気モータ１５の出力に応じて第１入力軸１１と出力軸１３の動力伝達を機械的に断続する断続機構を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用ステアリング装置、特に、電気モータの作動によって舵角比を変化させることが可能な車両用ステアリング装置に関する。

この種の車両用ステアリング装置の一つとして、システムが正常であって、電気モータが正常に制御されるとき（正常制御時）には、電気モータの作動によって舵角比を可変とし、また、システムに異常が発生して、電気モータが正常に制御されないとき（異常制御時）には、電気モータを非作動としかつステアリングホイールの回転操作によってダイレクトに操舵可能としたものがあり、例えば、下記特許文献１に示されている。
特開２００３−１８２６２２号公報（第２の実施形態）

上記した特許文献１に記載されている車両用ステアリング装置においては、ステアリングホイールに連結されて同ステアリングホイールからの回転操作力によって回転駆動される入力軸（ステアリングシャフト）と、ステアリングギヤに連結され電気モータの作動（回転）によって減速機を介して回転駆動される出力軸（ピニオンシャフト）と、正常制御時に前記入力軸と前記出力軸を機械的に独立させるとともに異常制御時に前記入力軸と前記出力軸を機械的に結合させる異常時結合機構を備えている。

ところで、上記した特許文献１に記載されている車両用ステアリング装置においては、前記異常時結合機構が前記減速機とは別個に構成されていて、前記異常時結合機構を作動させるためのアクチュエータが別個に必要である。このため、当該装置の構造が複雑となるとともに、当該装置の小型化を阻害している。

本発明は、当該装置の構造を簡素化するとともに、当該装置の小型・軽量化を図ることを目的としてなされたものである。また、本発明による車両用ステアリング装置は、ステアリングホイールに連結されて同ステアリングホイールからの回転操作力によって回転駆動される第１入力軸と、電気モータのモータ出力軸に連結されて同モータ出力軸からの回転駆動力によって回転駆動される第２入力軸と、ステアリングギヤに連結されて前記第１入力軸または前記第２入力軸からの回転駆動力によって回転駆動される出力軸と、前記電気モータの作動時には前記第１入力軸と前記出力軸を動力伝達不能としかつ前記第２入力軸と前記出力軸を動力伝達可能とし前記電気モータの非作動時には前記第１入力軸と前記出力軸を動力伝達可能とするクラッチ機構を備えていて、前記クラッチ機構は前記電気モータの出力に応じて前記第１入力軸と前記出力軸の動力伝達を機械的に断続する断続機構を有していることに特徴がある。

この車両用ステアリング装置では、電気モータの作動時にクラッチ機構が第１入力軸と出力軸を動力伝達不能としかつ第２入力軸と出力軸を動力伝達可能とする。このため、このときには、電気モータの作動によって回転駆動される第２入力軸からの回転駆動力によって出力軸が回転駆動されて操舵される。したがって、このときには、ステアリングホイールの回転操作量等に応じて電気モータの作動を制御することにより、舵角比を変化させることが可能である。

また、この車両用ステアリング装置では、電気モータの非作動時にクラッチ機構が第１入力軸と出力軸を動力伝達可能とする。このため、このときには、ステアリングホイールの回転操作によって出力軸がダイレクトに回転駆動されて操舵される。したがって、このときには、舵角比が設定値に維持されて変化することがない。

ところで、この車両用ステアリング装置においては、第１入力軸と出力軸を動力伝達可能または動力伝達不能とするクラッチ機構が、第２入力軸を回転駆動する電気モータの出力に応じて第１入力軸と出力軸の動力伝達を機械的に断続する断続機構を有していて、第２入力軸を回転駆動する電気モータがクラッチ機構を作動させるアクチュエータを兼ねるため、当該装置の構造を簡素化することが可能であるとともに、当該装置の小型・軽量化を図ることが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記クラッチ機構が前記第１入力軸と前記出力軸を動力伝達不能としているときに前記ステアリングホイールに操舵反力を与える操舵反力創出手段が設けられていることも可能である。この場合には、電気モータの作動によって、第１入力軸と出力軸が動力伝達不能とされるとともに、第２入力軸からの回転駆動力により出力軸が回転駆動されて操舵されるときに、操舵反力創出手段によりステアリングホイールに操舵反力を与えることができて、操舵フィーリングを向上させることが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記電気モータへの通電を制御する通電制御装置には通電異常が検出されたときに前記電気モータへの通電を遮断する通電遮断手段が設けられていることも可能である。この場合には、通電異常の状態での電気モータの作動を回避することが可能であるとともに、通電異常のとき電気モータを非作動とすることができて、第１入力軸と出力軸をクラッチ機構を介して動力伝達可能とすることができ、ステアリングホイールの回転操作によって出力軸をダイレクトに回転駆動することができる。

以下に、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本発明による車両用ステアリング装置の一実施形態を概略的に示していて、この実施形態においては、第１入力軸１１と第２入力軸１２と出力軸１３がハウジング１０内にて同軸的に配置されている。ハウジング１０は、車体ＢＹに組付けられていて、第１入力軸１１、第２入力軸１２、出力軸１３等を回転可能に支持している。

第１入力軸１１は、ステアリングホイール１４に連結されていて、ステアリングホイール１４からの回転操作力によって回転駆動されるように構成されている。第２入力軸１２は、電気モータ１５のモータ出力軸１５ａに２個の遊星歯車式減速装置１６，１７を介して連結されていて、モータ出力軸１５ａからの回転駆動力によって回転駆動されるように構成されている。出力軸１３は、ステアリングギヤ２１に連結されていて、クラッチ機構３０を介して伝達される第１入力軸１１または第２入力軸１２からの回転駆動力によって回転駆動されるように構成されている。

電気モータ１５は、通電によって第２入力軸１２を正方向または逆方向に回転駆動し、非通電によって第２入力軸１２を回転フリーとするものであり、ハウジング１０内に組付けられている。また、電気モータ１５は、通電制御装置ＥＣＵによって通電を制御されている。

各遊星歯車式減速装置１６，１７は、モータ出力軸１５ａの回転を減速して第２入力軸１２に伝達するものであり、入力要素としてのサンギヤ１６ａ，１７ａと、出力要素としてのキャリア１６ｂ，１７ｂと、固定要素としてのリングギヤ１６ｃ，１７ｃを備えるとともに、キャリア１６ｂ，１７ｂに回転可能に組付けられてサンギヤ１６ａ，１７ａとリングギヤ１６ｃ，１７ｃに噛合するピニオン１６ｄ、１７ｄを備えている。

遊星歯車式減速装置１６において、サンギヤ１６ａはモータ出力軸１５ａに動力伝達可能に連結され、キャリア１６ｂは遊星歯車式減速装置１７のサンギヤ１７ａに動力伝達可能に連結されている。また、遊星歯車式減速装置１７において、キャリア１７ｂは第２入力軸１２に動力伝達可能に連結されている。

ステアリングギヤ２１は、出力軸１３の回転に応じて移動する公知のもの（例えば、出力軸１３の先端に設けられるピニオン（図示省略）の回転に応じて車両の左右方向に移動するラックバー）であり、左右一対の各タイロッド２２Ｌ，２２Ｒと各ナックルアーム２３Ｌ，２３Ｒを介して各操舵車輪２４Ｌ，２４Ｒに連結されている。

クラッチ機構３０は、電気モータ１５の作動時に、図３に示したように、第１入力軸１１と出力軸１３を動力伝達不能としかつ第２入力軸１２と出力軸１３を動力伝達可能とし、電気モータ１５の非作動時に、図１および図２に示したように、第１入力軸１１と出力軸１３を動力伝達可能とするものであって、特開２０００−１９９５３２号公報に記載されている逆入力遮断機構と同様の構成、すなわち、第１カム部材３１と第２カム部材３２とコイルスプリング３３を備えている。

第１カム部材３１は、第２入力軸１２に一体的に形成されていて、Ｖ字谷型の推力カム３１ａを有している。第２カム部材３２は、出力軸１３上にスプライン嵌合されていて、出力軸１３に対して一体回転可能かつ軸方向へ移動可能であり、第１カム部材３１のＶ字谷型の推力カム３１ａに対応したＶ字山型の推力カム３２ａを有している。また、第２カム部材３２は、Ｖ字山型の推力カム３２ａより外周部にクラッチ歯３２ｂを有している。

第２カム部材３２のクラッチ歯３２ｂは、軸方向（図示下方）に突出していて、ディスク３４に形成したクラッチ歯３４ａに係合・離脱可能である。コイルスプリング３３は、出力軸１３の上端に一体的に組付けたプレート１３ａと第２カム部材３２間に介装されていて、第２カム部材３２のクラッチ歯３２ｂがディスク３４のクラッチ歯３４ａに係合する方向（図示下方）に向けて第２カム部材３２を軸方向に付勢している。ディスク３４は、スリーブ３５を介して第１入力軸１１に一体回転可能に連結されている。

上記したクラッチ機構３０は、電気モータ１５の出力に応じて第１入力軸１１と出力軸１３の動力伝達を機械的に断続する断続機構（第１カム部材３１、第２カム部材３２、コイルスプリング３３およびディスク３４等からなるもの）を有している。このため、電気モータ１５の作動時に電気モータ１５の出力により第２入力軸１２が回転駆動されると、図３に示したように、第１カム部材３１が第２入力軸１２と一体的に回転して第２カム部材３２に対して相対回転し第２カム部材３２をコイルスプリング３３に抗して軸方向に移動させる。これにより、第２カム部材３２のクラッチ歯３２ｂがディスク３４のクラッチ歯３４ａから離脱し、第１入力軸１１と出力軸１３が動力伝達不能とされる。

また、電気モータ１５の非作動時には、図１および図２に示したように、第２入力軸１２が回転駆動されなくて、第１カム部材３１が第２カム部材３２に対して相対回転しないため、第２カム部材３２はコイルスプリング３３によって図示位置に保持される。これにより、第２カム部材３２のクラッチ歯３２ｂがディスク３４のクラッチ歯３４ａに係合した状態が維持されて、第１入力軸１１と出力軸１３が動力伝達可能とされる。

また、この実施形態においては、第１入力軸１１に対応して反力モータ４１が設けられている。反力モータ４１は、そのモータ出力軸４１ａにて遊星歯車式減速装置１８（上記した遊星歯車式減速装置１６と同様に構成されている）を介して第１入力軸１１に動力伝達可能に連結されている。また、反力モータ４１は、通電によって第１入力軸１１を正方向または逆方向に回転駆動し、非通電によって第１入力軸１１を回転フリーとするものであり、ハウジング１０内に組付けられている。

また、反力モータ４１は、クラッチ機構３０が第１入力軸１１と出力軸１３を動力伝達不能としているとき（すなわち、電気モータ１５が作動していて、第２カム部材３２のクラッチ歯３２ｂがディスク３４のクラッチ歯３４ａから離脱しているとき）にステアリングホイール１４に操舵反力を与えるものであり、通電制御装置ＥＣＵによって通電を制御されていて、通電制御装置ＥＣＵとにより操舵反力創出手段を構成している。

通電制御装置ＥＣＵは、図１にて示したように、第１入力軸１１に設けた操舵入力角検出センサ５１および操舵トルク検出センサ５２と、ステアリングギヤ２１に設けた操舵出力角検出センサ５３と、車速検出センサ５４と、電気モータ１５に設けた通電異常検出センサ５５にそれぞれ電気的に接続されていて、各センサ５１〜５５からの出力信号に応じて電気モータ１５と反力モータ４１への通電をそれぞれ制御するように構成されている。通電異常検出センサ５５は、電気モータ１５の過熱からシステムの通電異常を検出するセンサである。なお、システムの通電状態が正常であるか異常であるかは、例えば、予め設定した舵角比（操舵入力角と操舵出力角の比）と実際の舵角比を比較して舵角比の正常・異常を判定することによっても検出することが可能である。

この通電制御装置ＥＣＵは、予め設定した制御プログラムに基づいて、車速と操舵入力角に応じて舵角比を変えるべく電気モータ１５への通電を制御する舵角比可変手段と、電気モータ１５の作動に伴ってクラッチ機構３０が第１入力軸１１と出力軸１３を動力伝達不能としているときステアリングホイール１４に操舵反力を与えるべく反力モータ４１への通電を制御する反力可変手段と、通電異常検出センサ５５によって電気モータ１５への通電異常が検出されたときに電気モータ１５への通電を遮断する通電遮断手段が設けられている。

上記のように構成したこの実施形態においては、電気モータ１５の作動時に、図３に示したように、クラッチ機構３０が第１入力軸１１と出力軸１３を動力伝達不能としかつ第２入力軸１２と出力軸１３を動力伝達可能とする。このため、このときには、電気モータ１５の作動によって回転駆動される第２入力軸１２からの回転駆動力によって出力軸１３が回転駆動されて操舵される。したがって、このときには、車速とステアリングホイール１４の回転操作量に応じて、電気モータ１５の作動が通電制御装置ＥＣＵにより制御されて、舵角比が変化する。

また、この実施形態においては、電気モータ１５の非作動時に、図１および図２に示したように、クラッチ機構３０が第１入力軸１１と出力軸１３を動力伝達可能とする。このため、このときには、ステアリングホイール１４の回転操作によって出力軸１３がダイレクトに回転駆動されて操舵される。したがって、このときには、舵角比が設定値に維持されて変化することがない。

ところで、この実施形態においては、第１入力軸１１と出力軸１３を動力伝達可能または動力伝達不能とするクラッチ機構３０が、第２入力軸１２を回転駆動する電気モータ１５の出力に応じて第１入力軸１１と出力軸１３の動力伝達を機械的に断続する断続機構を有していて、第２入力軸１２を回転駆動する電気モータ１５がクラッチ機構３０を作動させるアクチュエータを兼ねるため、当該装置の構造を簡素化することが可能であるとともに、当該装置の小型・軽量化を図ることが可能である。

また、この実施形態においては、クラッチ機構３０が第１入力軸１１と出力軸１３を動力伝達不能としているときにステアリングホイール１４に操舵反力を与える反力モータ４１が第１入力軸１１に対応して設けられている。このため、電気モータ１５の作動によって、第１入力軸１１と出力軸１３が動力伝達不能とされるとともに、第２入力軸１２からの回転駆動力により出力軸１３が回転駆動されて操舵されるときに、反力モータ４１の作動によりステアリングホイール１４に操舵反力を与えることができて、操舵フィーリングを向上させることができる。

また、この実施形態においては、電気モータ１５への通電を制御する通電制御装置ＥＣＵに、通電異常が検出されたときに電気モータ１５への通電を遮断する通電遮断手段が設けられている。このため、通電異常の状態での電気モータ１５の作動を回避することが可能であるとともに、通電異常のとき電気モータ１５を非作動とすることができて、第１入力軸１１と出力軸１３をクラッチ機構３０を介して動力伝達可能とすることができ、ステアリングホイール１４の回転操作によって出力軸１３をダイレクトに回転駆動することができる。

上記実施形態においては、電気モータの作動時には第１入力軸と出力軸を動力伝達不能としかつ第２入力軸と出力軸を動力伝達可能とし電気モータの非作動時には第１入力軸と出力軸を動力伝達可能とするクラッチ機構として、図１〜図３に示したクラッチ機構３０を採用したが、このクラッチ機構として、図４〜図６に概略的に示したクラッチ機構１３０を採用して実施することも可能である。

図４〜図６に示したクラッチ機構１３０は、図１〜図３に示したクラッチ機構３０と同等に機能（作動）するものであり、特開２００３−３４３６０１号公報に記載されている逆入力遮断クラッチの固定外輪を第１入力軸１１に連結されたスリーブ１３５とし、同逆入力遮断クラッチの入力軸を中空状の第２入力軸１２とし、同逆入力遮断クラッチの出力軸を出力軸１３とし、これら各軸１１，１２，１３に対して、特開２００３−３４３６０１号公報の逆入力遮断クラッチと同様に、一対のローラ１３１ａ、１３１ｂや弾性部材１３２ａ、１３２ｂやピン１３３を組付けたものである。

一対のローラ１３１ａ、１３１ｂと弾性部材１３２ａ、１３２ｂは、特開２００３−３４３６０１号公報の逆入力遮断クラッチと同様に、第２入力軸１２と出力軸１３に設けた各カム面とにより、ロック手段を構成するものであり、このロック手段は、スリーブ１３５と出力軸１３の相対回転によりスリーブ１３５と出力軸１３を図５に示したようにロック（一体的に連結）し、第２入力軸１２からの入力トルク（回転駆動力）により図６に示したようにロック状態を解除するようになっている。

ピン１３３は、第２入力軸１２と出力軸１３との間にて第２入力軸１２と一体回転可能に設けられていて、ロック解除状態のときに、図６に示したように、第２入力軸１２からの入力トルクを出力軸１３に伝達するトルク伝達手段として機能する。また、このクラッチ機構１３０では、第２入力軸１２からのトルク伝達時に一方のローラ１３１ａに作用する弾性部材１３２ａの押圧力と他方のローラ１３１ｂに作用する弾性部材１３２ｂの押圧力とを独立させる仕切り板１３ａ（出力軸１３に一体的に形成されている）が一対のローラ１３１ａ、１３１ｂ間に配設されている。

なお、図４〜図６に示した実施形態のクラッチ機構１３０以外の構成は、図１〜図３に示した実施形態のクラッチ機構３０以外の構成と実質的に同じであるため、同一符号を付して説明は省略する。また、図４〜図６に示した実施形態によって得られる作用効果は、図１〜図３に示した実施形態によって得られる作用効果と実質的に同じであるため、その説明は省略する。

上記した各実施形態においては、電気モータ１５と反力モータ４１の二個のモータを使用して本発明を実施したが、これらに代えて、一個のスーパーモータ（一個のステータと二個のロータを備えた電気モータ）を採用して本発明を実施することも可能である。この場合には、当該装置を更にコンパクトに構成することが可能である。

本発明による車両用ステアリング装置の一実施形態を概略的に示す縦断側面図である。 図１に示した電気モータの非作動時におけるクラッチ機構の拡大図である。 図１に示した電気モータの作動時におけるクラッチ機構の拡大図である。 本発明による車両用ステアリング装置の他の実施形態を概略的に示す縦断側面図である。 図４に示した電気モータの非作動時におけるクラッチ機構の拡大図である。 図４に示した電気モータの作動時におけるクラッチ機構の拡大図である。

符号の説明

１１…第１入力軸、１２…第２入力軸、１３…出力軸、１４…ステアリングホイール、１５…電気モータ、１５ａ…モータ出力軸、２１…ステアリングギヤ、３０…クラッチ機構、３１…第１カム部材、３２…第２カム部材、３３…コイルスプリング、３４…ディスク、４１…反力モータ、５１…操舵入力角検出センサ、５２…操舵トルク検出センサ、５３…操舵出力角検出センサ、５４…車速検出センサ、５５…通電異常検出センサ、ＥＣＵ…通電制御装置

Claims (3)

1. ステアリングホイールに連結されて同ステアリングホイールからの回転操作力によって回転駆動される第１入力軸と、電気モータのモータ出力軸に連結されて同モータ出力軸からの回転駆動力によって回転駆動される第２入力軸と、ステアリングギヤに連結されて前記第１入力軸または前記第２入力軸からの回転駆動力によって回転駆動される出力軸と、前記電気モータの作動時には前記第１入力軸と前記出力軸を動力伝達不能としかつ前記第２入力軸と前記出力軸を動力伝達可能とし前記電気モータの非作動時には前記第１入力軸と前記出力軸を動力伝達可能とするクラッチ機構を備えていて、前記クラッチ機構は前記電気モータの出力に応じて前記第１入力軸と前記出力軸の動力伝達を機械的に断続する断続機構を有していることを特徴とする車両用ステアリング装置。
2. 請求項１に記載の車両用ステアリング装置において、前記クラッチ機構が前記第１入力軸と前記出力軸を動力伝達不能としているときに前記ステアリングホイールに操舵反力を与える操舵反力創出手段が設けられていることを特徴とする車両用ステアリング装置。
3. 請求項１に記載の車両用ステアリング装置において、前記電気モータへの通電を制御する通電制御装置には通電異常が検出されたときに前記電気モータへの通電を遮断する通電遮断手段が設けられていることを特徴とする車両用ステアリング装置。
   

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