JP2007290417A - 車輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪操舵装置において、故障発生時の舵角のロックと舵角の中立位置への復帰とを両立させる。
【解決手段】直動アクチュエータ１０は、サーボモータ１４の回転運動を出力軸３２の直線運動に変換する。タイロッド５０は、直動アクチュエータの出力軸３２に接続され車輪を転舵させる。舵角制限機構は、直動アクチュエータの回転部分に取り付けられた被係合ドラム５６と、被係合ドラムの回転面に対面して配置され、故障発生時に被係合ドラムと係合するストッパを有するロック装置５４とで構成される。被係合ドラム５６の回転面にはストッパと係合するための凹部が列状に連続して配置されている。この凹部は、車輪の中立位置に対応する範囲内では、係合したロック部材の移動を妨げる形状を有し、車輪の中立位置に対応する範囲外では、中立位置方向に向けてのロック部材の移動を許容する形状を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は車輪操舵装置に関し、より詳細には故障の発生時に舵角を制限するロック機構を有する車輪操舵装置に関する。

従来、車両の走行安定性を向上するために、運転者によるステアリングホイールの操作にしたがった前輪操舵に加えて後輪の操舵装置を備える四輪操舵車（４ＷＳ）が知られている。このような四輪操舵車では、サーボモータ等を駆動することによって、車両の走行状態に応じた操舵角を後輪に与える。

後輪を転舵するためのサーボモータや制御装置などに故障が発生すると、後輪の操舵角が意図された角度に定まらず、車両の走行安定性を低下させてしまうおそれがある。そこで、四輪操舵車には、後輪の操舵角を適当な範囲に規制する規制装置が設けられる。例えば、特許文献１には、後輪用タイロッドを移動することによって操舵角を制御する後輪操舵車において、後輪用タイロッドの可動範囲をストッパ機構によって制限するものが開示されている。これによると、後輪用タイロッドには小舵角制限溝と大舵角制限溝の二つが設けられており、小舵角制限溝にストッパをかけるか否かで操舵角の制限範囲を使い分けることができる。
特開平６−１２７４１９号公報 特開平９−３１５３３３号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術を使用して、故障が発生したときに小舵角制限溝にストッパをかけるように構成したとしても、制限溝の範囲では車輪の舵角が自由に動くことになる。また、小舵角制限溝のない範囲で故障が発生した場合には、ストッパが小舵角制限溝に係合するまでの間は、車輪は転舵することになる。
これを避けるためには、舵角がいずれの角度にある場合でもストッパで舵角を固定してしまえばよいが、そうすると、車輪が大きな舵角で固定されてしまった場合、車両の走行に影響を及ぼすおそれがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、故障の発生時に舵角を制限するロック機構を有する車輪操舵装置において、舵角を規制しつつ中立位置への復帰も可能にする技術を提供することにある。

本発明のある態様は、車輪操舵装置に関する。この装置は、電動モータの回転運動を出力軸の直線運動に変換する直動アクチュエータと、前記直動アクチュエータの出力軸に接続され車輪を転舵させる転舵部材と、異常発生時に前記出力軸の移動をロックすることによって車輪の舵角を固定する舵角制限手段と、を備える。前記舵角制限手段は、舵角の固定がなされたときに前記車輪が所定位置以外にある場合、所定位置に接近する方向への車輪の舵角変化を許容するよう構成されている。

この態様によると、故障が発生して舵角制限手段により車輪がロックされた場合であっても、車輪に与えられる外力や電動モータの駆動によって、舵角を中立位置に戻すことができる。したがって、舵角を中立位置に復帰させるための手段を別途設ける必要がなく、車両の走行中に通常発生する制動力や駆動力を利用して、車輪の舵角を中立位置にまで復帰させることができる。

前記舵角制限手段は、前記電動モータまたは前記直動アクチュエータの回転部分に取り付けられた被係合部材と、該被係合部材の回転面に対面して配置され、異常発生時に該被係合部材と係合するストッパを有するロック部材と、を備えてもよい。前記被係合部材の回転面には前記ストッパと係合するための凹部が列状に連続して配置されており、前記凹部は、車輪の所定位置に対応する範囲内では、係合した前記ロック部材の移動を妨げる形状を有し、車輪の所定位置に対応する範囲外では、所定位置方向に向けての前記ロック部材の移動を許容する形状を有してもよい。

このように、被係合部材に形成する凹部の形状を二種類とすることで、ロック部材が中立位置で被係合部材に係合した場合と、それ以外の位置で係合した場合とで、車輪に働いた外力によって異なる作用を生じさせることができる。
なお、「凹部」とは、被係合部材の面に形成された穴のことを指してもよいし、被係合部材の面上に複数のブロックを配置し、それらのブロックの間に形成される凹みを凹部と呼んでもよい。

前記ロック部材は前記直動アクチュエータの直動部分に取り付けられ、該直動部分とともに移動し、前記被係合部材は前記出力軸を中心軸とする円筒部材であり、前記電動モータの回転量と前記直動アクチュエータにより回転から変換された直線運動の移動量とで決定される前記ストッパの変位に対応するように、前記円筒部材の側面に前記凹部がらせん状に配置されていてもよい。

前記ロック部材は前記直動アクチュエータの非回転部分に取り付けられ、前記被係合部材は前記出力軸を中心軸とする円筒部材であり、該円筒部材の側面に、前記直動アクチュエータの直線運動の可動範囲に対応する長さのらせん状の溝が形成されており、前記凹部はらせん状溝の底に配置されてもよい。正常時に、前記ロック部材のストッパはらせん状溝内の前記凹部と係合しない位置に収容され、前記被係合部材の回転に合わせてストッパが移動するように、該ロック部材がスライド可能に支持されていてもよい。

前記ロック部材は前記直動アクチュエータの非回転部分に取り付けられ、前記被係合部材は前記出力軸を中心軸とする円盤部材であり、該円盤部材の円盤面に、前記直動アクチュエータの直線運動の可動範囲に対応する長さの渦巻き状の溝が形成されており、前記凹部はらせん状溝の底に配置されてもよい。正常時に、前記ロック部材のストッパはらせん状溝内の前記凹部と係合しない位置に収容され、前記被係合部材の回転に合わせてストッパが移動するように、該ロック部材がスライド可能に支持されていてもよい。

前記凹部は、車輪の所定位置に対応する範囲内では、列の前後方向に略直角に形成された壁面を有し、車輪の所定位置に対応する範囲外では、所定位置から遠い側に略直角に形成された壁面を有するとともに所定位置に近い側に所定位置方向に向けて傾斜させた斜面を有してもよい。

本発明によれば、故障の発生時に舵角を制限するロック機構を有する車輪操舵装置において、舵角を規制しつつ中立位置へ復帰することも可能になる。

本発明の一実施形態は、前輪の操舵に加えて後輪も操舵させることで車両の操縦性能を向上させた、いわゆる四輪操舵車の後輪操舵装置に関するものである。このような車両では、比較的低車速では後輪を前輪の操舵角とは逆方向に操舵することで、車両の旋回半径を小さくできる。高車速では、後輪を前輪の操舵角と同方向に操舵して走行安定性を向上する。以下、本実施形態による後輪操舵用の車輪操舵装置について説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る車輪操舵装置１００の構成を示す軸方向断面図である。車輪操舵装置１００は、図示しない車両の後輪を操舵するために設置される。車輪操舵装置１００は、直動アクチュエータ１０と、直動アクチュエータ１０の出力軸３２に接続されるタイロッド５０と、直動アクチュエータ１０を図示しないサスペンションに固定するためのブッシュ４８とから構成される。

直動アクチュエータ１０は、駆動源であるサーボモータ１４の回転運動を出力軸３２の軸方向の直線運動に変換することで、出力軸長を可変とするアクチュエータである。直動アクチュエータ１０の出力軸３２には、左右いずれかの後輪のタイロッド５０の一端に接続される。タイロッド５０の他端は、左後輪または右後輪を支持するナックルアーム（図示せず）に連結される。ナックルアームは、それぞれキングピンを支点として回転する。

直動アクチュエータ１０は、サーキュラスプライン２８、フレクスプライン２６、およびフレクスプライン２６を楕円形に撓めてサーキュラスプライン２８に部分的に噛み合わせる波動発生器２０を含む。サーキュラスプライン２８、フレクスプライン２６および波動発生器２０により波動歯車装置が構成される。波動歯車装置はハウジング３０で覆われている。

サーボモータ１４は、回転軸１２、ロータおよびステータを含む。回転軸１２は、サーボモータ１４の部分で直径が大きくなり、回転軸の外周に永久磁石１６を所定個数貼り付けることで、ロータを構成している。ロータの周囲には、積層された電磁鋼板で形成される鉄心１８ａと、鉄心１８ａに形成された各ティース部に巻回配置される３相のコイルスロットに巻回されたコイル１８ｂとで構成されるステータ１８が配置される。サーボモータ１４は、ブッシュ４８と結合されているハウジング４６によりその周囲を覆われている。回転軸１２は、ハウジング４６に取り付けられた軸受４２、４４によって軸支される。

コイル１８ｂにバッテリ等の電源（図示せず）から電力を供給すると、ロータとステータとの間における磁気作用によりロータが回転し、回転軸１２を回転させる。回転角センサ５２は、ロータの絶対回転角を検出して図示しない電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）に出力するセンサである。

図２は、波動歯車装置の拡大断面図である。波動発生器２０は、楕円形状のウェーブコア２２の外周に可撓性の軸受２４を嵌合したものである。サーボモータ１４の回転軸１２はウェーブコア２２と同軸上で連結されており、波動発生器２０は回転軸１２とともに回転する。ウェーブコア２２は、剛性の低いフレクスプライン２６を軸受２４を介して楕円形状に撓める。

フレクスプライン２６の外周面の一部にはねじ山３８が形成されており、サーキュラスプライン２８の内周面の一部には、ねじ山３８と噛み合うねじ溝４０が形成されている。ここで、ねじ山３８とねじ溝４０とはねじれ角が異なっている。楕円形状に変形されたフレクスプライン２６のねじ山３８は、その楕円の長軸上の２点でねじ溝４０と噛み合う。波動発生器２０が回転するとその噛合の位置が周方向に移動する。具体的には、例えば波動発生器２０がサーボモータ１４の側から見て反時計方向に回転すると、噛合の位置は時計方向に移動する。回転軸１２の回転に起因して噛合の位置が移動すると、フレクスプライン２６とサーキュラスプライン２８とは相対回転し、ねじれ角の異なるねじ山３８およびねじ溝４０の作用によって、サーキュラスプライン２８は軸方向に移動する。なお、サーキュラスプライン２８は軸周りの回転が規制されており、また、フレクスプライン２６は軸方向に移動しないよう固定されている。

サーキュラスプライン２８は円筒形状をなし、片側（図２では右側）が天板で塞がれている。出力軸３２は、そのサーキュラスプライン２８の天板に結合され、サーキュラスプライン２８と同軸上に軸方向に滑動可能に保持される。これにより、出力軸３２は、サーキュラスプライン２８とともに軸方向に移動する。なお、サーキュラスプライン２８および出力軸３２は、高い剛性を有するような厚み、太さをもって形成される。

サーキュラスプライン２８の外周は、ブッシュ３４で支持され、出力軸３２の外周も図示しないブッシュで支持される。これらブッシュの間には、出力軸３２を安定して滑動させるための十分な出力支持スパンが確保されている。

ブッシュ３４は、サーキュラスプライン２８の軸方向の移動は許容しつつ、周方向の回転を規制する。つまり、ねじ山３８とねじ溝４０の噛合の位置が周方向に移動すると、サーキュラスプライン２８には上述した軸方向の力とともに周方向に回転する力も働くが、ブッシュ３４によってその回転が規制されるので、サーキュラスプライン２８が回転することはない。

後輪の操舵角は、図示しないＥＣＵからの指令に基づいて制御される。なお、ＥＣＵは、プログラムにしたがって各種処理を実行するＣＰＵと、一時的にデータやプログラムを記憶するＲＡＭと、所定のアルゴリズムにしたがって後輪操舵角の制御やその他の制御を実現するソフトウェアプログラムを格納するＲＯＭとを少なくとも含む。

運転者によりステアリングホイール（図示せず）が操作されると、それに応じて車両の前輪が操舵されるとともに、操舵角や車速等が所定のセンサにより取得されてＥＣＵに送られる。ＥＣＵは、所定のアルゴリズムにしたがって左右後輪の最適な操舵角を計算し、操舵角に応じた出力信号をサーボモータ１４を駆動する電力変換装置に伝達する。電力変換装置は、出力信号に応じた電流制御または電圧制御により、サーボモータ１４を駆動する。サーボモータ１４は操舵角に対応する回転数だけ回転し、波動歯車装置によってこの回転数に相当するストロークの出力軸３２の直線運動に変換される。この直線運動は、タイロッド５０を介してナックルアームのキングピン周りの回動に変換され、後輪を左右に操舵させる。

以上説明したような車輪操舵装置１００を左右の後輪にそれぞれ設けることによって、左右の後輪を単独で転舵させ、車両の走行状態等に応じて操舵角をきめ細かく制御することが可能になる。

ところで、このような車輪操舵装置を備える車両においては、直動アクチュエータのサーボモータの故障や、ＥＣＵとサーボモータの信号経路の断線、回転角センサの故障などが発生した場合、後輪の操舵制御ができなくなるという問題がある。このようなとき、直動アクチュエータをフリーにしておくと、運転者がステアリング操作をしていないにもかかわらず、走行中の車両の制動、駆動や路面からの入力によって操舵角が随時変化することになる。これは、走行安定性の観点から好ましくない。

そこで、車輪操舵装置１００には、故障が発生したときに、その時点で直動アクチュエータ１０の回転軸１２をロックして車輪の舵角を制限する舵角制限機構が設けられている。図１および図２を参照して、本実施形態の舵角制限機構５５は、サーキュラスプライン２８の内側に設けられる。舵角制限機構５５は、ＥＣＵからの指令に応じて棒状のストッパ５８が突出するロック装置５４と、ロック装置５４をサーキュラスプライン２８の天板に固定する支柱２７と、ストッパ５８が係合する被係合ドラム５６とを含む。舵角制限機構５５は、サーボモータ１４や回転角センサ５２などに故障が発生したとき、直動アクチュエータ１０に接続されている車輪の舵角を所定の範囲内に制限する。

図３は、舵角制限機構５５の拡大図である。被係合ドラム５６は、回転軸１２の先端に同軸に取り付けられ、全体として略円筒形状である。ロック装置５４は、被係合ドラム５６の円筒側面に対面して位置するよう、支柱２７により支えられている。ロック装置５４は、内部にソレノイドコイルを備えており、コイルの内側に磁性体で作成された棒状のストッパ５８が収容される。ストッパ５８は、非通電時にはソレノイドコイルから下方に突出するように、図示しないスプリングによって下向きに付勢されている。ＥＣＵからの指令に応じてソレノイドコイルが通電されると、ストッパが磁気によって吸引されて、スプリングの力に抗してソレノイドコイル内部に引き込まれる。通電を止めると、スプリングによる付勢力によってストッパ５８がソレノイドコイルから突出する。このように、ソレノイドコイルへの通電および遮断により、ストッパ５８を図３の上下方向に移動する。

ストッパ５８は、被係合ドラム５６の回転面に多数形成された凹部にその先端が収容されることによって、被係合ドラム５６と係合する。これによって、直動アクチュエータの作動がロックされ、車輪の舵角が制限される。この凹部は、被係合ドラム５６の円筒表面に列上に配置されている。

図４は、図３中で点線で囲った領域「Ａ」の詳細を示す。図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。図示するように、被係合ドラム５６の面５６ａには、面５６ａから突出するように、多数のブロックが配置される。ブロックは、略立方体形状の四角ブロック５６ｂと、略三角柱形状の三角ブロック５６ｃの二種類がある。これらの違いについては後述する。ブロック５６ｂ、ブロック５６ｃのそれぞれの間に形成される凹部に、ストッパ５８の先端が収容される。

ロック装置５４は、支柱２７により直動アクチュエータ１０のサーキュラスプライン２８に固定されているため、出力軸３２の直線方向の移動とともに移動する。そのため、回転軸１２の回転量と、それに伴うサーキュラスプライン２８およびロック装置５４の直線方向の移動量とで決まる、ロック装置のストッパ５８の先端の変位に対応した位置にブロックが配置される必要がある。したがって、被係合ドラム５６の円筒表面のブロックの配列は、図３に示すようにらせん状になる。
なお、図３では、わかりやすさのためにらせんの巻き数は３回未満であるが、実際の直動アクチュエータでは、直線方向のストローク量を細かく調整するためにモータを多数回回転させる必要があり、被係合ドラムのらせんの巻き数はこの回転数に合わせた数になることに注意されたい。

サーボモータ等に故障が生じたとき、ＥＣＵは、ロック装置５４のソレノイドコイルへの通電を遮断する。すると、ストッパ５８がスプリングに付勢されてロック装置５４から突出し、被係合ドラム５６に形成された凹部と係合する。ソレノイドコイルに通電すると、コイルの吸引力によりストッパ５８が被係合ドラム５６の凹部から引き抜かれ、非係合状態になる。なお、ストッパ５８が突出したとき、凹部に落ち込むのではなく四角ブロック５６ｂや三角ブロック５６ｃの上面に当たった場合でも、外力によって車輪が左右に若干量動いたときに、ブロックの上面をストッパが滑っていずれかの方向に落ち込んで、凹部と係合することになる。

本実施形態における舵角制限機構５５では、ストッパ５８と被係合ドラム５６の係合により舵角の固定がなされたときに車輪が中立位置以外にある場合、車輪に加えられる外力により中立位置に接近する方向への車輪の舵角変化を許容するように構成されている。

再び図４を参照すると、被係合ドラム５６の表面に形成された凹部は、車輪の中立位置に対応する範囲内では係合したストッパ５８およびロック装置５４の相対移動を妨げる形状を有し、車輪の中立位置に対応する範囲外では、中立位置方向に向けてのロック装置５４の相対移動を許容する形状を有している。ここで、「車輪の中立位置」とは、車輪に与えられている舵角が初期に設定されるトー角と等しい状態にある位置のことをいう。「車輪の中立位置に対応する範囲」とは、舵角を予め設定されているトー角にしたときに、ロック装置５４のストッパ５８の先端の位置に対応する、被係合ドラム５６の円筒面上の位置のことをいう。言い換えると、舵角がトー角である場合にロック装置５４と被係合ドラム５６とを係合させたときに、ストッパ５８の先端が係合するブロックの位置のことである。なお、この中立位置に対応する範囲（以下、単に「中立範囲」という）は、厳密にはただ一点であるが、実際には、図４に示すように若干の余裕を持って定められる。

中立範囲のブロックは、四角ブロック５６ｂであり、中立範囲外のブロックは、三角ブロック５６ｃとなる。但し、三角ブロック５６ｃの斜面は、被係合ドラム５６の面上で中立範囲に向けて鋭角の斜面を有するように配置される。したがって、中立範囲の両側では、三角ブロック５６ｃの斜面の向きは逆向きになる。

したがって、中立範囲において両側のブロックにより形成される凹部は、列の前後方向ともに略直角に形成された壁面を有することになる。また、中立範囲外において両側のブロックにより形成される凹部は、中立範囲から遠い側には略直角に形成された壁面を有し、中立範囲に近い側には中立範囲方向に向けて傾斜させた斜面を有することになる。

被係合ドラム５６を以上のように形成することによって、以下のような効果が得られる。車輪が中立位置にあるとき、すなわち、図４（ｂ）に破線アで囲むように、ストッパ５８の先端が両側の四角ブロック５６ｂで挟まれる凹部にあるとき、車輪に外力が加わって、タイロッド５０、出力軸３２、波動発生器２０を経由して、回転軸１２を回転させる力が働いたときでも、ストッパ５８は両側の四角ブロック５６ｂにより移動が妨げられる。したがって、中立範囲でロック装置５４と被係合ドラム５６とが係合しているとき、外力に対して舵角を規制するロックが働く。

これに対し、図４（ｂ）に破線イで囲むように、ストッパ５８の先端が両側の三角ブロック５６ｃで挟まれる凹部にある場合を考える。車輪が中立位置から離れる方向、すなわち車輪の舵角の絶対値を大きくする方向の外力が車輪に加わると、タイロッド５０、出力軸３２、波動発生器２０を経由して、回転軸１２を回転させる力が働いて、ストッパ５８は三角ブロック５６ｃの垂直に立つ壁面に接触する。したがって、この場合、ストッパ５８のその方向への移動は規制され、外力に対して舵角を規制するロックが働く。

車輪が中立位置に向かう方向、すなわち車輪の舵角の絶対値を小さくする方向の外力が車輪に加わると、ストッパ５８の先端は、三角ブロック５６ｃの斜面と接触する。すると、外力の斜面方向の成分により、ストッパ５８は三角形の斜面に沿って図４の斜め上方に動こうとする。ストッパ５８は、ロック装置５４からスプリングにより付勢されて突出しているので、所定以上の外力が加われば、ストッパ５８はスプリングによる付勢力に打ち勝ってロック装置５４のソレノイドコイル内部に押し込まれる。この状態でストッパ５８が三角ブロック５６ｃの斜面を登り切ると、スプリングの付勢力によって、ストッパ５８は隣接する三角ブロック５６ｃとの間で形成される別の凹部に押し込まれる。さらに外力が働けば、ストッパ５８は別の三角ブロック５６ｃとの間で同様の動作を繰り返し、最終的に、中立位置の最も外側にある四角ブロック５６ｂとその隣の三角ブロック５６ｃとで形成される凹部にまで押し込まれる。それ以降は、両側の壁が略垂直であることから、ストッパ５８の移動が妨げられ、外力が加わってもその位置に舵角をロックし続けることになる。

このように、被係合ドラム５６の表面に形成するブロックとして四角ブロックと三角ブロックの二種類を用いることで、ロック装置５４のストッパ５８と被係合ドラム５６とが係合した際、中立位置で係合した場合と、それ以外の位置で係合した場合とで、車輪に働いた外力によって異なる作用を生じさせることができる。

以上説明したように、実施の形態１では、直動アクチュエータを備え車輪の舵角を制御する車輪操舵装置において、故障の発生時に操舵角を規制する舵角制限機構を設け、車輪の中立位置に対応する部分とそれ以外の部分とでロック装置のストッパを収容する凹部の形状をそれぞれ異なるものとした。すなわち、一方は、一旦ストッパが係合したらそれ以上の舵角の変化を規制するものであり、他方は、中立位置方向のみの舵角変化を許容するものである。こうすることによって、故障が発生して舵角制限機構により車輪がロックされた場合であっても、車輪に与えられる外力によって、舵角を中立位置に戻すことができる。したがって、舵角を中立位置に復帰させるための手段を別途設ける必要がなく、車両の走行中に通常発生する制動力や駆動力を利用して、車輪の舵角を中立位置にまで復帰させることができる。中立位置と逆方向にはロックがかかった状態であるから、逆方向の外力が車輪に加わった場合には舵角は変化しない。このように、車輪の舵角を無理なく徐々に中立位置にまで戻していくことができる。これによって、直動アクチュエータのサーボモータなどに故障が発生し、舵角制限機構によって舵角のついた状態でロックがかかってしまった場合でも、車輪の舵角を中立位置にまで戻すことで車両の走行に与える影響を最小限にすることができ、車両の走行安定性の向上に寄与する。

なお、本実施の形態の車輪操舵装置ではサーボモータの故障時に舵角をロックしてしまうことから、上述したように四輪操舵車の後輪に使用されることが好ましい。しかしながら、車両の前輪に使用することが妨げられるものではなく、他の適切な手段とともに適用可能である。

本実施の形態では、車輪に与えられる外力によって舵角を中立位置に戻すことを述べたが、舵角制限機構により車輪がロックされても直動アクチュエータのサーボモータが駆動可能であるとき、例えば回転角センサの故障により車輪がロックされた場合には、外力に頼らずこのサーボモータを駆動させて車輪の舵角を中立位置に戻すようにしてもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明の別の実施形態である車輪操舵装置１１０の構成を示す軸方向断面図である。直動アクチュエータ１０、ブッシュ４８およびタイロッド５０の構成は実施の形態１と同様であるが、舵角制限機構がハウジング４６の内側にある点が異なる。図５中、図１と同様の符号を付された要素は、同様の構造および機能を有する。

舵角制限機構８２は、ロック装置８６と、支柱８４と、ロック装置８６を軸方向すなわち図５の左右方向に滑動可能に支持するスライダ８５と、回転軸１２に同軸に取り付けられ、ロック装置８６と対面して配置される被係合ドラム８０とから構成される。

本実施形態のロック装置８６は、実施の形態１のようにサーキュラスプライン２８とともに軸方向に移動するのではなく、直動アクチュエータ１０の非回転部分に取り付けられる。ロック装置８６は、後述するように、被係合ドラム８０により軸方向にスライドされる。

図６は、被係合ドラム８０の詳細な構造を示す。被係合部材は、回転軸１２と同軸の円筒の表面にらせん溝８０ａを画成する壁８０ｄが形成されている。この壁８０ｄは、直動アクチュエータ１０の直線運動の可動範囲に対応する長さを有している。そして、この溝８０ａの底面に、ロック装置８６のストッパと係合する凹部を形成するブロックが設置されている。このブロックは、図４と同様に四角ブロック８０ｂと三角ブロック８０ｃとからなる。

被係合ドラム８０のらせん溝８０ａは、実施の形態１の被係合ドラム５６のらせんとは異なる。すなわち、実施の形態１では、ロック装置５４が出力軸３２およびサーキュラスプライン２８とともに軸方向に移動することから、被係合ドラム５６のらせんのピッチは、サーボモータの回転量と直動アクチュエータの移動量とから一つに定まり、それ以外の値をとることはできない。これに対し、本実施形態のロック装置８６の軸方向移動量は任意である。つまり、直動アクチュエータの直線方向の可動範囲に対応する回転軸１２の回転量と同数の巻きがある限り、被係合ドラム８０のらせん溝のピッチは自由である。したがって、被係合ドラム８０の軸方向の長さはある程度選択することができる。

図７は、ロック機構と被係合ドラムとの係合状態を詳細に示す図であり、図６のＤ−Ｄ断面を矢印の方向から観察したときの断面図である。ロック装置８６は、ロック装置８６は、実施の形態１のロック装置５４と同様に内部にソレノイドコイルが収められており、コイルの内側に磁性体で作成された棒８８が収容される。この棒８８は、非通電時にはソレノイドコイルから突出するように、図示しないスプリングによって斜め上向きに付勢されている。ＥＣＵからの指令に応じてソレノイドコイルが通電されると、棒８８が磁気によって吸引されて、スプリングの力の抗してソレノイドコイル内部に収納される。ストッパ９０は、一端に被係合ドラム８０の凹部と係合する先端を有し、他端は棒８８の先端と連結されている。ストッパ９０の中程は、軸９２によって回転可能に支持されている。正常時、つまりコイル通電時には、棒８８がソレノイドコイル内部に収納され、これに伴ってストッパ９０の先端は、らせん溝８０ａ内の凹部と係合しない非係合位置にまで戻される。故障発生時、つまりコイル非通電時には、スプリングによる付勢力によって棒８８がソレノイドコイルから突出し、これに伴ってストッパ９０の先端がらせん溝８０ａ内の凹部に係合する。

ストッパ９０の先端は、コイル通電時つまり非係合位置にあるときでも、両側が壁８０ｄで挟まれる位置にあるように設定される。これによって、回転軸１２とともに被係合ドラム８０が回転されると、らせん状に形成された壁８０ｄがストッパ９０と接触する。回転によって壁８０ｄの相対位置が図５の軸方向に移動していくことによって、ストッパ９０の先端を押す力が発生する。この力がロック装置８６に伝達され、ロック装置８６はスライダ８５上で滑動する。したがって、サーボモータによる回転軸１２の回転量に合わせてロック装置８６を図５の軸方向に動かす別の駆動手段を設ける必要がない。

ストッパ９０の先端と被係合ドラム８０との係合のしかたは、実施の形態１と同様であり、ストッパ９０の先端が四角ブロック８０ｂの間に形成される凹部と係合するときは、その位置でロックされ、三角ブロック８０ｃの間に形成される凹部と係合するときは、中立位置に向かう方向のみの舵角の変化が許容される。中立位置の定め方は、実施の形態１と同様である。

以上説明したように、実施の形態２によれば、直動アクチュエータの非回転部分に舵角制限機構を設けた。こうすることで、被係合ドラム上のブロック配列のらせんのピッチを選択することができるため、被係合ドラムの軸方向長さを調整することが可能になる。また、実施の形態２による舵角制限機構であれば、アクチュエータの回転部分に取り付けられた円筒形状の被係合部材をロックするような構造を有する限り、波動発生器を利用した直動アクチュエータのみならず他の構造のアクチュエータであっても本発明を適用することができる。

実施の形態３．
図８は、本発明のさらに別の実施形態である車輪操舵装置１２０の構成を示す軸方向断面図である。直動アクチュエータ１０、ブッシュ４８およびタイロッド５０の構成は上記実施の形態と同様であるが、ロック装置のストッパの係合先が円筒形のドラムでなく円盤形状である点が異なる。図８中、図１と同様の符号を付された要素は、同様の構造および機能を有する。

図９は、実施の形態３における舵角制限機構６２を詳細に示す。本実施形態の舵角制限機構６２は、回転軸１２に同軸に取り付けられた円盤形状をなす被係合ディスク６０と、ロック装置６６と、ロック装置を滑動可能に支持するスライダ６５と、スライダ６５をハウジング４６に対して固定支持する支柱６４とから構成される。ロック装置６６の内部にソレノイドコイルとスプリングが設けられ、コイルへの通電の有無によりストッパ６８が出し入れされる点は、上述の実施形態と同様である。

本実施形態のロック装置６６は、直動アクチュエータ１０の非回転部分に取り付けられ、被係合ディスク６０の半径方向にスライドされる。被係合ディスク６０の表面には、渦巻き状の溝６０ａが形成されている。この渦巻き溝６０ａは、直動アクチュエータの直線運動の可動範囲に対応する長さを有している。そして、この溝６０ａの底面に、ロック装置６６のストッパ６８と係合する凹部を形成するブロックが設置されている。渦巻き溝６０ａは、直動アクチュエータの直線方向の可動範囲に対応する、回転軸１２の回転数と同数の巻きがあることになる。
なお、図９では、わかりやすさのために渦巻き溝の巻き数は３回未満であるが、直線方向のストローク量を細かく調整するためにモータを多数回回転させる必要があり、被係合ドラムのらせんの巻き数はこの回転数に合わせた数になることに注意されたい。

図９の右側は、被係合ディスク６０のＥ−Ｅ断面の断面図である。正常時、つまりコイル通電時には、ストッパ６８はソレノイドコイル内部に収納され、これに伴ってストッパ６８の先端は渦巻き状溝６０ａ内の凹部と係合しない非係合位置にまで戻される。故障発生時、つまりコイルの非通電時には、スプリングの付勢力によりストッパ６８がソレノイドコイルから突出し、これに伴ってストッパ６８の先端が被係合ディスク６０に形成されている凹部に係合する。

ストッパ６８の先端は、コイル通電時つまり非係合位置にあるときでも、溝６０ａの内側に挟まれる位置にあるように設定される。これによって、回転軸１２とともに被係合ディスク６０が回転されると、渦巻き状に形成された壁がストッパ６８と接触する。回転によって壁８０ｄの相対位置が図９のディスクの中心側または外周側に移動していくことによって、ストッパ６８の先端を押す力が発生する。この力がロック装置６６に伝達され、ロック装置６６はスライダ６５上で滑動する。したがって、サーボモータによる回転軸１２の回転量に合わせてロック装置６６を被係合ディスク６０の半径方向に動かす別の駆動手段を設ける必要がない。

上述の実施形態と同様に、ストッパ６８は、被係合ディスク６０の回転面に多数形成された凹部にその先端が収容されることによって、被係合ディスク６０と係合する。これによって、直動アクチュエータの作動がロックされ、車輪の舵角が制限される。この凹部は、被係合ディスク６０の表面に形成された溝内に配置されている。

図１０は、図９中に点線で囲った領域「Ｆ」の詳細を示す。図１０（ａ）は平面図であり、図１０（ｂ）はＧ−Ｇ断面図である。図４と同様に、被係合ディスク６０の表面から突出するように、多数のブロックが配置される。ブロックは、略立方体形状の四角ブロック６０ｂと、略三角柱形状の三角ブロック６０ｃの二種類がある。ブロック６０ｂ、ブロック６０ｃのそれぞれの間に形成されル凹部に、ストッパ６８の先端が収容される。四角ブロック、三角ブロックの配置の組合せにより、ストッパ６８を中立範囲にまで復帰させたり、中立範囲にあるときはロックされることは、上述の実施形態と同様である。

以上説明したように、実施の形態３によれば、ディスク状の被係合部材を使用して、上述の実施形態と同様の効果が得られる舵角制限機構を構成することができる。ディスク上への四角ブロックおよび三角ブロックの形成は、ドラムの円筒面にブロックを形成するより容易である。

実施の形態４．
図１１は、本発明のさらに別の実施形態における舵角制限機構６３を示す。舵角制限機構６３の直動アクチュエータ１０内の設置場所は、実施の形態３と同様である。この実施の形態では、ディスク６１に渦巻き状溝６１ａが形成されているものの、その底面にブロックが配置されていない点が異なる。

舵角制限機構６３は、ロック装置６７と、ロック装置６７を滑動可能に支持するスライダ６５と、スライダ６５をハウジング４６に固定支持する支柱６４を含む。ロック装置６７のディスク６１に面する側からは、ピン６９が突出している。このピン６９は固定されており、ディスク６１の渦巻き溝６１ａと常に係合している。サーボモータによって回転軸１２が回転すると、渦巻き溝６１ａの壁面とピン６９とが接触することによってピン６９の相対位置がディスク６１の半径方向に移動し、これに伴ってロック装置６７を半径方向に移動させる。

ロック装置６７のディスク６１と反対側には、小型のソレノイドコイル７０が設けられており、この内部には、スプリングにより外方に突出するように付勢された磁性材のストッパ７２が配置されている。そして、このストッパ７２の相対する部分のハウジングに、被係合部材としてのブロックが形成されている。

ブロックは、上述の実施形態と同様に、四角ブロック７４ｂと三角ブロック７４ｃの二種類からなる。四角ブロックと三角ブロックとで画成される凹部の違いにより生じる作用の違いも上述したとおりであり、ストッパ７２が中立範囲にあるときはそのままロックされる。ストッパ７２が中立範囲以外にあるとき、車輪に加えられた外力は、タイロッド５０、出力軸３２、波動発生器２０、回転軸１２、ディスク６１と経由して、最終的にロック装置６７を図１１の上下方向にスライドさせる力となり、ストッパ７２の中立範囲方向への移動を許容する。

実施の形態４では、被係合部材としての四角ブロックと三角ブロックをハウジング上に形成すればよく、また直動アクチュエータの直線方向の移動量に対応する長さを、らせん溝や渦巻き状溝の場合よりも短くできるため、ブロックの形成が容易になるという利点がある。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態はあくまで例示であり、実施の形態どうしの任意の組合せ、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスの任意の組合せなどの変形例もまた、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本明細書において「凹部」とは、ドリルなどによって面に形成された穴であってもよいし、上述した実施形態のように、凸状のブロックを面上に連続して配置し、それらのブロックの間にできる凹みを凹部と呼んでもよい。また、実施の形態では正方形または三角柱のブロックを配列して角形の凹部を形成したが、凹部の壁面は曲面であってもよい。溝の底面に穴を彫ることによって凹部を形成する場合には、ドリルの形状に合わせて円柱状の穴とする方が製作が容易である。この場合、三角ブロックに対応する斜面は別の工程で形成すればよい。

上述の実施形態では、四角ブロックを配置して両方向へのストッパの移動を規制する場所を中立範囲としたが、両方向へのストッパの移動を規制する範囲、すなわち舵角変化を許さない範囲は、必ずしも車輪の中立位置に対応する範囲に限られない。舵角の規制範囲は任意に設定することができる。

実施の形態１に係る車輪操舵装置の構成を示す軸方向断面図である。 図１の波動歯車装置の拡大断面図である。 図１の舵角制限機構の拡大図である。 図３中に点線で囲った領域「Ａ」の詳細を示す図である。 実施の形態２に係る車輪操舵装置の構成を示す軸方向断面図である。 図５の被係合ドラムの詳細な構造を示す図である。 ロック機構と係合ドラムとの係合状態を詳細に示す図である。 実施の形態３に係る車輪操舵装置の構成を示す軸方向断面図である。 図８の舵角制限機構を詳細に示す図である。 図９中に点線で囲った領域「Ｆ」の詳細を示す図である。 実施の形態４に係る舵角制限機構を示す図である。

符号の説明

１０ 直動アクチュエータ、 １２ 回転軸、 １４ サーボモータ、 ２０ 波動発生器、 ３２ 出力軸、 ５０ タイロッド、 ５２ 回転角センサ、 ５４、６６、８６ ロック装置、 ５６、８０ 被係合ドラム、 ５６ｂ、６０ｂ、７４ｂ、８０ｂ 四角ブロック、 ５６ｃ、６０ｃ、７４ｃ、８０ｃ 三角ブロック、 ５８、６８、９０ ストッパ、 ６０ 被係合ディスク、 ８０ａ 溝、 ６２、６３、８２ 舵角制限機構、 １００、１１０、１２０ 車輪操舵装置。

Claims (6)

1. 電動モータの回転運動を出力軸の直線運動に変換する直動アクチュエータと、
   前記直動アクチュエータの出力軸に接続され車輪を転舵させる転舵部材と、
   異常発生時に前記出力軸の移動をロックすることによって車輪の舵角を固定する舵角制限手段と、を備え、
   前記舵角制限手段は、舵角の固定がなされたときに前記車輪が所定位置以外にある場合、所定位置に接近する方向への車輪の舵角変化を許容するよう構成されていることを特徴とする車輪操舵装置。
2. 前記舵角制限手段は、前記電動モータまたは前記直動アクチュエータの回転部分に取り付けられた被係合部材と、該被係合部材の回転面に対面して配置され、異常発生時に該被係合部材と係合するストッパを有するロック部材と、を備え、
   前記被係合部材の回転面には前記ストッパと係合するための凹部が列状に連続して配置されており、
   前記凹部は、車輪の所定位置に対応する範囲内では、係合した前記ロック部材の移動を妨げる形状を有し、車輪の所定位置に対応する範囲外では、所定位置方向に向けての前記ロック部材の移動を許容する形状を有することを特徴とする請求項１に記載の車輪操舵装置。
3. 前記ロック部材は前記直動アクチュエータの直動部分に取り付けられ、該直動部分とともに移動し、
   前記被係合部材は前記出力軸を中心軸とする円筒部材であり、前記電動モータの回転量と前記直動アクチュエータにより回転から変換された直線運動の移動量とで決定される前記ストッパの変位に対応するように、前記円筒部材の側面に前記凹部がらせん状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の車輪操舵装置。
4. 前記ロック部材は前記直動アクチュエータの非回転部分に取り付けられ、
   前記被係合部材は前記出力軸を中心軸とする円筒部材であり、該円筒部材の側面に、前記直動アクチュエータの直線運動の可動範囲に対応する長さのらせん状の溝が形成されており、前記凹部はらせん状溝の底に配置され、
   正常時に、前記ロック部材のストッパはらせん状溝内の前記凹部と係合しない位置に収容され、前記被係合部材の回転に合わせてストッパが移動するように、該ロック部材がスライド可能に支持されていることを特徴とする請求項２に記載の車輪操舵装置。
5. 前記ロック部材は前記直動アクチュエータの非回転部分に取り付けられ、
   前記被係合部材は前記出力軸を中心軸とする円盤部材であり、該円盤部材の円盤面に、前記直動アクチュエータの直線運動の可動範囲に対応する長さの渦巻き状の溝が形成されており、前記凹部は渦巻き状溝の底に配置され、
   正常時に、前記ロック部材のストッパは渦巻き状溝内の前記凹部と係合しない位置に収容され、前記被係合部材の回転に合わせてストッパが移動するように、該ロック部材がスライド可能に支持されていることを特徴とする請求項２に記載の車輪操舵装置。
6. 前記凹部は、車輪の所定位置に対応する範囲内では、列の前後方向に略直角に形成された壁面を有し、車輪の所定位置に対応する範囲外では、所定位置から遠い側に略直角に形成された壁面を有するとともに所定位置に近い側に所定位置方向に向けて傾斜させた斜面を有することを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の車輪操舵装置。

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