JP2013132950A - 操舵装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】操舵角センサの異常時においても操舵を継続できる構成を、部品点数増加やコスト上昇を回避しつつ実現できるステアバイワイヤ式の操舵装置を提供する。
【解決手段】操舵装置では、操作部材2を含む操作機構3は、操作部材2の操舵角度θを検出する操舵角センサと、操作部材2の操舵方向を検出する操舵方向検出ユニット11とを含む。操舵方向検出ユニット11は、操作部材2の操舵方向に回転可能なねじシャフト40と、ねじシャフト40に螺合するナット41と、ねじシャフト40の回転に伴ってナット41を移動させるナットガイド42と、ナット41が所定位置以上移動することを規制するストッパ43と、ストッパ43にナット41が近接したことを検出する近接検出センサ92と、操舵角センサに異常が発生したことに応答してナット41およびストッパ43の間隔Yを狭める軸長可変機構90とを含む。
【選択図】図3

Description

この発明は、ステアバイワイヤ式の操舵装置に関する。
ステアバイワイヤ式の操舵装置として特許文献1で開示された車両用操舵装置では、回転操作部材と車輪とが機械的に連結されておらず、回転操作部材の回転操作量に応じて制御される操舵用アクチュエータが車輪を転舵させる。
このようなステアバイワイヤ式の操舵装置では、回転操作部材の回転を検出する構成が重要であり、この構成に異常が生じてしまうと、操舵用アクチュエータが正常であっても、操舵不能になってしまう。回転操作部材の回転を検出する構成として、特許文献1では角度センサが1つしか設けられていないのだが、特許文献2の舵取装置では、当該構成の冗長化を図るために、メインの操舵角センサとバックアップ用の操舵角センサとが設けられている。そのため、特許文献2の舵取装置では、メインの操舵角センサの異常時においても、バックアップ用の操舵角センサによって操舵を継続できる。
特開2001−114123号公報 特開平10−278826号公報
特許文献2の舵取装置では、操舵角センサの異常時においても操舵を継続できるようにするために同じ操舵角センサを2つ設けているので、不必要な部品点数増加やコスト上昇が不可避となる。
この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、操舵角センサの異常時においても操舵を継続できる構成を、部品点数増加やコスト上昇を回避しつつ実現できるステアバイワイヤ式の操舵装置を提供することを目的とする。
請求項1記載の発明は、操舵するための操作部材(2)を含む操作機構(3)と、前記操作機構とは機械的に非連結であって、前記操作部材の操舵に基づいて車輪(4)を転舵させる転舵機構(5)とを有する操舵装置(1)であって、前記操作機構は、前記操作部材の操舵角度(θ)を検出する操舵角センサ(8)と、前記操作部材の操舵方向を検出する操舵方向検出手段(11)とを含み、前記操舵方向検出手段は、前記操作部材の操舵方向に回転可能なねじシャフト(40)と、前記ねじシャフトに螺合するナット(41)と、前記ねじシャフトと平行に配置され、前記ねじシャフトの回転に伴って前記ナットをねじシャフトの軸方向(J)に沿って移動させるナットガイド(42)と、前記ナットガイドの長手方向の少なくとも一端側に設けられ、前記ナットが前記軸方向に所定位置以上移動することを規制するストッパ(43)と、前記ストッパに設けられ、前記ストッパに前記ナットが近接したことを検出する近接検出手段(92)と、前記操舵角センサに異常が発生したことに応答して、前記軸方向における前記ナットおよびストッパの間隔(Y)を狭める軸長可変機構(90)とを含むことを特徴とする、操舵装置である。
請求項2記載の発明は、前記軸長可変機構は、前記ナットに設けられ、主部(80)、前記主部に内蔵される2つの副部(81)、前記各副部を前記主部から前記軸方向において前記ストッパ側へ離間するように付勢する付勢部材(82)、前記付勢部材の付勢力に抗して前記各副部を前記主部に拘束する拘束手段(83)、および、前記操舵角センサに異常が発生したことに応じて前記拘束手段による前記各副部の拘束を解除する解除手段(83)を含むことを特徴とする、請求項1記載の操舵装置である。
請求項3記載の発明は、前記軸長可変機構は、前記ストッパに設けられ、主部(98)、前記主部に内蔵される副部(99)、前記副部を前記主部から前記軸方向において前記ナット側へ離間するように付勢する付勢部材(100)、前記付勢部材の付勢力に抗して前記副部を前記主部に拘束する拘束手段(105)、および、前記操舵角センサに異常が発生したことに応じて前記拘束手段による前記副部の拘束を解除する解除手段(105)を含むことを特徴とする、請求項1記載の操舵装置である。
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
請求項1記載の発明によれば、操作機構と転舵機構とが機械的に非連結なステアバイワイヤ式の操舵装置では、操舵角センサによって操作部材の操舵角度を検出するだけでなく、操舵方向検出手段によって操作部材の操舵方向を検出することもできる。よって、操舵角センサに異常が発生しても、転舵機構は、操舵方向検出手段が検出した操舵方向に基づいて車輪を転舵させることができる。つまり、操舵装置は、操舵角センサの異常時においても操舵を維持できる。
ここで、操舵方向を検出する操舵方向検出手段は、操作部材の操舵角度(操舵方向および操舵量の両方)を検出する操舵角センサに比べて簡素な構成である。具体的に、操舵方向検出手段は、ねじシャフト、ナット、ナットガイド、ストッパおよび近接検出手段を含む安価かつ簡素な構成であり、操作部材の操舵(ねじシャフトの回転)に伴ってナットがねじシャフトの軸方向に沿って移動してストッパに近接したことに基づいて、操作部材の操舵方向を検出できる。このような操舵方向検出手段を用いれば、操舵方向検出手段の代わりに操舵角センサを別途設ける場合に比べて、部品点数増加やコスト上昇を回避できる。
つまり、操舵角センサの異常時においても操舵を継続できる構成を、部品点数増加やコスト上昇を回避しつつ実現できる。
ここで、操舵装置は、軸長可変機構も含んでいる。これにより、操舵角センサに異常が発生すると、軸長可変機構によってナットおよびストッパの間隔が狭められることによって、操作部材の操舵を開始してからナットがストッパに近接するまでのタイミングが短くなるので、その分、操作部材の操舵に対する車輪の転舵の応答性を向上させることができる。
請求項2記載の発明によれば、操舵角センサに異常が発生すると、ナットに設けられた軸長可変機構では、副部が、主部への拘束が解除されることによって、付勢部材の付勢力により主部からストッパ側へ離間するので、ナットおよびストッパの間隔を確実に狭めることができる。
請求項3記載の発明によれば、操舵角センサに異常が発生すると、ストッパに設けられた軸長可変機構では、副部が、主部への拘束が解除されることによって、付勢部材の付勢力により主部からナット側へ離間するので、ナットおよびストッパの間隔を確実に狭めることができる。
図1は、本発明の一実施形態における操舵装置1の概略構成を示す模式図である。 図2は、操舵装置1から操作機構3を抜き出して示した模式的な断面図であって、ナット41に設けられた軸長可変機構90の副部81が拘束位置にある様子を示している。 図3は、図2において副部81が解除位置にある様子を示している。 図4は、図2の変形例を示していて、ストッパ43に設けられた軸長可変機構90の副部99が拘束位置にある様子を示している。 図5は、図4において副部99が解除位置にある様子を示している。
本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の一実施形態における操舵装置1の概略構成を示す模式図である。図1を参照して、操舵装置1は、車両に適用される。操舵装置1は、ステアリングホイール等の回転可能な操作部材2を含む操作機構3と、操作部材2の操舵に基づいて車輪4を転舵させる転舵機構5とを有している。操舵装置1は、いわゆるステアバイワイヤ式の操舵装置であって、操作機構3と転舵機構5とが機械的に非連結となっている。
操作機構3は、操作部材2の他に、操作部材2の回転中心から延びる回転軸6と、回転軸6を回転可能に支持するハウジング7と、操舵角センサ8と、反力発生ユニット10と、操舵方向検出手段としての操舵方向検出ユニット11とを主に含んでいる。
回転軸6は、操作部材2に固定されている。これにより、操作部材2および回転軸6は、回転軸6の軸中心周りに一体回転可能である。そのため、操作部材2を回転操作したときの角度(「操舵角度」ということにする)は、回転軸6の回転角度と等しい。
ハウジング7は、車体12に固定された中空円筒体であって、ハウジング7の中空部分に、回転軸6の一部(操作部材2側とは反対側の部分)が収容されている。
操舵角センサ8は、たとえばレゾルバやロータリーエンコーダー等であって、回転軸6の回転角度(つまり、操作部材2の操舵角度θ)を検出する。ここでの回転角度(操舵角度)は、回転軸6および操作部材2の回転量(操作部材2の操舵量)と、回転方向(操作部材2の操舵方向)とを含むベクトルである。操舵角センサ8は、ハウジング7に収容されている。
反力発生ユニット10は、回転軸6に摺擦することによって回転軸6の回転に抵抗を与える。この抵抗が、操舵反力として操作部材2に与えられる。操作部材2を操作するユーザは、操作部材2に与えられた操舵反力によって、車輪4が路面から受ける反力を擬似的に体感できる。反力発生ユニット10は、ハウジング7に収容されている。
操舵方向検出ユニット11は、操作部材2の操舵方向を検出するものであり、以降で詳説する。
転舵機構5は、転舵軸13と、ハウジング14と、タイロッド15と、ナックルアーム16と、転舵アクチュエータ17とを主に含んでいる。
転舵軸13は、車体12の幅方向(車幅方向であり、図1では左右方向)に延びる軸状体である。
ハウジング14は、車幅方向に延びる中空体であり、その中空部分に転舵軸13が挿通されている。この状態で、転舵軸13の軸方向(車幅方向と同じ)における両端部は、ハウジング14からはみ出している。そして、転舵軸13は、車幅方向にスライド可能である。
タイロッド15は、転舵軸13の軸方向両端部に対して1本ずつ連結されている。
ナックルアーム16は、各タイロッド15において転舵軸13に連結された側とは反対側の端部に連結されている。ナックルアーム16に対して車輪4が連結されている。
転舵アクチュエータ17は、一例として、電動モータ(図示せず)と、この電動モータの駆動力(電動モータの出力軸の回転力)を転舵軸13の軸方向のスライドに変換するボールねじ装置(図示せず)とを含む。転舵アクチュエータ17の電動モータ(図示せず)が駆動力を発生すると、転舵軸13が車幅方向にスライドし、このスライドが転舵軸13の軸方向両端部のタイロッド15に伝達されることで、ナックルアーム16が回動し、車輪4の転舵が達成される。
なお、図1では、各車輪4が右側へ少し転舵した状態を示しているが、車両が直進しているときの車輪4の位置に対応する操作部材2の位置(回転方向における位置)が、操舵中立位置である。
また、操舵装置1は、車速Vを検出する車速センサ18と、操舵角センサ8や操舵方向検出ユニット11や車速センサ18の検出信号が入力される制御装置19とをさらに含んでいる。制御装置19は、ECU(Electronic Control Unit)とも呼ばれ、マイクロコンピュータで構成されている。
車両の通常発進時や通常走行時において、制御装置19は、操舵角センサ8によって検出された操舵角度θや、車速センサ18によって検出された車速Vに基づいて目標転舵角を設定し、この目標転舵角まで車輪4が転舵するように、転舵アクチュエータ17を駆動制御する。
図2は、操舵装置1から操作機構3を抜き出して示した模式的な断面図であって、ナット41に設けられた軸長可変機構90の副部81が拘束位置にある様子を示している。図3は、図2において副部81が解除位置にある様子を示している。
次に、図2および図3を参照して操作機構3、特に、操舵方向検出ユニット11について詳しく説明する。なお、図2では、操舵角センサ8の図示を省略している。また、図2に図示された操作部材2を時計回り(時計方向)に回転させると車輪4(図1参照)が右向きに転舵し、操作部材2を反時計回り(反時計方向)に回転させると車輪4が左向きに転舵するものとする。
操作機構3において、前述したハウジング7は、図2では、横方向に延びており、ハウジング7において、横方向一端面(図2における右端面)には、丸い一端開口20が形成されていて、横方向他端面(図2における左端面)には、丸い他端開口21が形成されている。ハウジング7の中空部分は、一端開口20および他端開口21を介して外部に連通している。
ハウジング7において、一端開口20を縁取る部分は、やや厚い環状板をなすフランジ22になっている。フランジ22の内周面において、ハウジング7の外部から最も遠い側(図2における左側)の端部には、径方向内側へ突出する位置決め凸部23が一体的に設けられている。また、フランジ22の内周面において、ハウジング7の外部から最も近い側(図2における右側)の端部には、周方向全域に亘って径方向外側へ窪む環状溝24が形成されている。環状溝24には、環状またはC字形状の位置決めリング25が径方向内側から嵌め込まれている。一端開口20には、環状の軸受26が同軸状で嵌め込まれている。軸受26は、位置決め凸部23と位置決めリング25とによって両側から挟持されることによって、ハウジング7に位置決めされている。
ハウジング7の中空部分においてフランジ22側とは反対側の領域には、ホルダ27が収容されている。ホルダ27は、ハウジング7と同軸状をなす中空円筒状であり、軸方向一端が塞がれていて、軸方向他端が開放されている。ホルダ27は、ハウジング7においてフランジ22以外の部分の内径とほぼ同じ外径を有する円周壁28と、円周壁28の軸方向一端に連結される円板状の端壁29とを一体的に備えている。
ホルダ27は、ハウジング7に対して他端開口21から嵌め込まれている。ホルダ27では、端壁29が、他の部分よりもハウジング7の一端開口20側(図2における右側)に位置している。円周壁28の外周面がハウジング7の内周面に接続されることによって、ホルダ27は、ハウジング7に対して一体化されており、ハウジング7の一部になっている。円周壁28において、端壁29が連結された側とは反対側の軸方向他端縁によって区画された部分は、開口30となっている。開口30は、ハウジング7の他端開口21と軸方向J(ハウジング7およびホルダ27の軸方向)において同じ位置にある。開口30および他端開口21を介してホルダ27の中空部分がハウジング7の外部に連通している。円周壁28の内周面において開口30の周囲の領域には、ねじ部31が形成されている。
端壁29の円中心位置には、端壁29を厚さ方向(軸方向J)に貫通する丸い軸挿通孔32が形成されている。端壁29では、軸挿通孔32を縁取る部分が、端壁29の内周面となっている。端壁29の内周面において開口30側の端部(図2における左端部)には、径方向内側へ突出する位置決め凸部33が一体的に設けられている。軸挿通孔32には、環状の軸受34が同軸状で嵌め込まれている。軸受34は、位置決め凸部33によって開口30側(図2における左側)から当接されることによって、ハウジング7に位置決めされている。
操舵方向検出ユニット11は、ねじシャフト40と、ナット41と、ナットガイド42と、ストッパ43と、近接検出手段としての近接検出センサ92とを含んでいる。
ねじシャフト40は、軸状体であって、回転軸6に対して同軸状で連結されている。ねじシャフト40と回転軸6とは一体形成されていてもよいし、分離可能であってもよい。ねじシャフト40は、回転軸6に近い側から順に、第1ねじ形成部45、第1支持部46、第2ねじ形成部47および第2支持部48を一体的に有している。
第1ねじ形成部45の外周面には、ねじ部49が形成されている。
第1支持部46の外周面は、凹凸のない円周面である。第1支持部46は、第1ねじ形成部45とほぼ同径である。
第2ねじ形成部47は、第1支持部46よりも少し大径である。そのため、第2ねじ形成部47において第1支持部46に隣接する端部には、段付き51が形成されている。第2ねじ形成部47の外周面には、ねじ部52が形成されている。なお、ねじ部52は、第2ねじ形成部47の外周面の全域に形成されていなくてもよい。図2では、第2ねじ形成部47の外周面において段付き51周辺の領域には、ねじ部52が形成されていない。
第2支持部48の外周面は、凹凸のない円周面である。第2支持部48は、第2ねじ形成部47よりも少し小径である。そのため、第2ねじ形成部47において第2支持部48に隣接する端部には、段付き53が形成されている。
ねじシャフト40は、ハウジング7の一端開口20および他端開口21に挿通された状態でハウジング7に部分的に収容されている。また、ねじシャフト40は、ハウジング7内のホルダ27の開口30および軸挿通孔32に挿通された状態でホルダ27に部分的に収容されている。このとき、ねじシャフト40は、ハウジング7およびホルダ27のそれぞれに対して同軸状になっている。そのため、ねじシャフト40(回転軸6)の軸方向は、前述した軸方向Jと同じである。
ねじシャフト40では、第1ねじ形成部45における大部分(第1支持部46側の端部を除く部分)が、一端開口20からハウジング7の外にはみ出しており、回転軸6につながっている。第1支持部46は、前述した軸受26に対して内嵌されている。
ここで、第1ねじ形成部45のねじ部49に対して、環状の位置決めナット54が径方向外側から螺合しており、位置決めナット54は、軸受26に対してハウジング7の外側から当接している。位置決めナット54は、ねじシャフト40の一部とみなすことができる。軸受26は、位置決めナット54および段付き51によって軸方向Jにおける両側から挟持されることで、ねじシャフト40に対して位置決めされている。
また、ねじシャフト40では、第2ねじ形成部47が、ハウジング7の中空部分においてフランジ22とホルダ27の端壁29とに挟まれた領域(「検出領域」ということにする)Xに配置されている。
第2支持部48は、ホルダ27の中空部分に配置されている。第2支持部48において第2ねじ形成部47側の端部は、前述した軸受34に対して内嵌されている。ここで、軸受34は、第2ねじ形成部47において第2支持部48側の段付き53とホルダ27の端壁29における位置決め凸部33とによって軸方向Jにおける両側から挟持されることで、ねじシャフト40に対して位置決めされている。
ねじシャフト40は、軸受26および軸受34が位置決めされた軸方向Jにおける2箇所において、ハウジング7(ホルダ27も含む)によって回転可能に支持されている。ねじシャフト40は、回転軸6を介して操作部材2につながっているので、ねじシャフト40の回転方向(図2における1点鎖線の矢印を参照)は、操作部材2の操舵方向と同じである。つまり、ねじシャフト40は、操作部材2の操舵方向に回転可能である。また、操作部材2の操舵角度θ(図1参照)は、ねじシャフト40の回転角度と等しい。
ここで、ナット41、ナットガイド42、ストッパ43および近接検出センサ92よりも先に、前述した反力発生ユニット10について説明する。反力発生ユニット10は、ホルダ27に収容されている。反力発生ユニット10は、ねじシャフト40の第2支持部48を非接触で取り囲む環状のプラグ61と、プラグ61よりも端壁29側において第2支持部48に対して外嵌される環状の摺擦リング62と、摺擦リング62に対して外嵌される環状の押圧リング63と、プラグ61および押圧リング63間に圧縮状態で介装されるばね64とを含む。
プラグ61の外周面には、ねじ部65が形成されており、ねじ部65は、ホルダ27のねじ部31に対して径方向内側から螺合している。摺擦リング62の外周面62Aおよび押圧リング63の内周面63Aは、いずれも、プラグ61から離れる方向(図2における右側)に向かうに従って拡径する円錐面であり、互いに面接触している。押圧リング63は、ばね64によってプラグ61から離れる方向へ付勢されつつ、内周面63Aによって摺擦リング62を径方向内側へ押圧している。これにより、太線矢印で示すように、摺擦リング62が縮径され、摺擦リング62の内周面62Bがねじシャフト40の第2支持部48に対して圧接している。操作部材2の操舵に伴ってねじシャフト40を回転させると、第2支持部48と摺擦リング62の内周面62Bとの間の摩擦が、前述した操舵反力として操作部材2に与えられる。プラグ61を押圧リング63側へねじ込むと、ばね64の付勢力が強くなるので、その分、第2支持部48と摺擦リング62の内周面62Bとの間の摩擦が大きくなり、操舵反力も大きくなる。このように、プラグ61のねじ込み量によって、操舵反力を調整できる。
ナット41は、円管状である。図2では、説明の便宜上、ナット41の断面に相当する部分に、右上に延びるハッチングを付している。ナット41の内周面には、ねじ部55が形成されている。ナット41は、その基礎(大部分)をなす主部80と、主部80に対して軸方向に相対移動可能に設けられた副部81と、副部81を軸方向に付勢する付勢部材82と、拘束手段および解除手段としての電磁クラッチ83とを含んでいる。
主部80は、ナット41の内周面を区画する円管状の内周部84と、内周部84に対して同軸状で配置されて内周部84を非接触で取り囲む円管状の外周部85と、径方向に延びて内周部84および外周部85のそれぞれの軸方向略中央部分同士をつなぐ環状の連結部86とを一体的に有している。このような主部80では、ナット41の軸中心(1点鎖線参照)に対する片側部分の断面が、I形状になっており、主部80全体の断面形状は、アルファベット「E」を2つ背中合わせにつなげた形状になっている。
内周部84の内周面に、前述したねじ部55が形成されている。連結部86において軸方向における両端面のそれぞれには、環状凹部87が形成されている。各環状凹部87は、軸方向から見て環状であって、連結部86と内周部84との境界において内周部84を取り囲みつつ窪んでいる。連結部86の軸方向両側の環状凹部87同士は連通していない。
外周部85の内周面において軸方向における両端縁には、径方向内側へ張り出す抜止リブ88が一体的に設けられている。当該両端縁のそれぞれにおいて、抜止リブ88は、環状につながっていてもよいし、完全な環状でなく、周方向途中で途切れていてもよい。外周部85には、外周部85(つまり、ナット41)を軸方向(肉厚方向)に貫通する丸い挿通孔56が形成されている。挿通孔56は、単数または複数(この実施形態では2つ)形成されており、複数形成される場合には、周方向に等間隔で形成されている。
副部81は、環状であり、連結部86の軸方向両側に1つずつ(合計2つ)設けられている。各副部81は、内周部84に対して外嵌され、かつ、外周部85に対して内嵌されており、内周部84と外周部85との間において、内周部84および外周部85と同軸状で配置されている。つまり、各副部81は、主部80に内蔵されている。この状態で、各副部81は、内周部84と外周部85との間に対して遊嵌されており、軸方向で同じ側の抜止リブ88と連結部86との間の範囲において、軸方向にスライド可能である。詳しくは、各副部81は、連結部86に当接する拘束位置(図2参照)と、連結部86から離間して軸方向で同じ側の抜止リブ88に当接する解除位置(図3参照)との間でスライド可能である。
解除位置にある副部81は、抜止リブ88に当接することによって、内周部84と外周部85との間から外れ不能になっている(図3参照)。
また、各副部81において、軸方向で同じ側の環状凹部87と軸方向で対向する位置には、環状凹部89が形成されている。環状凹部89は、軸方向から見て副部81の内周縁に沿う環状であって、軸方向で同じ側の環状凹部87から離間する方向へ窪んでいる。
付勢部材82は、たとえば、コイルばねであって、連結部86の軸方向両側に1つずつ設けられている。各付勢部材82は、内周部84に対して外嵌されている。合計2つの付勢部材82のうち、一方の付勢部材82は、軸方向における連結部86の一方側(図2における左側)において、当該一方側の副部81の環状凹部89と環状凹部87との間において圧縮状態で配置されている。他方の付勢部材82は、軸方向における連結部86の他方側(図2における右側)において、当該他方側の副部81の環状凹部89と環状凹部87との間において圧縮状態で配置されている。各付勢部材82は、副部81を主部80の連結部86から離間するように付勢している。
電磁クラッチ83は、連結部86における各副部81との対向面に設けられる第1クラッチ部83Aと、各副部81における連結部86との対向面に設けられる第2クラッチ部83Bとを含んでいる。電磁クラッチ83は、前述した制御装置19(図1参照)に対して電気的に接続されていて、制御装置19が電磁クラッチ83のON・OFFを制御する。
この実施形態では、電磁クラッチ83は、図2に示すように、ONされることによってつながっていて、連結部86(主部80)の第1クラッチ部83Aと各副部81の第2クラッチ部83Bとが密着している。そのため、ONされた状態にある電磁クラッチ83は、各付勢部材82の付勢力に抗して、各副部81を、前述した拘束位置に位置決めして、主部80に拘束している。一方、電磁クラッチ83は、OFFされることによって切れてしまい、第1クラッチ部83Aと各副部81の第2クラッチ部83Bとが密着しなくなる。そのため、電磁クラッチ83は、OFFされることによって、主部80に対する各副部81の拘束を解除する。これにより、各副部81は、付勢部材82の付勢力によって、解除位置まで移動する(図3参照)。
主部80、副部81、付勢部材82および電磁クラッチ83のまとまり、つまりナット41全体は、軸長可変機構90を構成している。軸長可変機構90の具体的な機能については、以降で説明する。
このようなナット41は、前述した検出領域Xに配置されていて、ねじシャフト40の第2ねじ形成部47に対して外嵌されている。このとき、ナット41のねじ部55が第2ねじ形成部47のねじ部52に対して螺合している。つまり、ナット41は、ねじシャフト40に螺合しているとともに、ねじシャフト40と同軸状になっている。そのため、ナット41の軸方向は、前述した軸方向Jと同じである。
ナットガイド42は、軸状体であり、ナット41の挿通孔56と同じ数(ここでは2つ)だけ設けられている。ナットガイド42は、検出領域Xにおいて、ねじシャフト40の第2ねじ形成部47と平行に配置されていて、ナット41の挿通孔56に対して1つずつ挿通されている。つまり、各ナットガイド42(詳しくは両端の間の部分)は、対応する挿通孔56においてナット41を貫通している。
ストッパ43は、軸方向Jに薄くハウジング7の径方向に沿って延びる板状体であって、検出領域Xにおけるハウジング7の内周面に固定されており、当該内周面からねじシャフト40の第2ねじ形成部47側へ延びている。ストッパ43は、ナット41の軸方向両側に設けられている。なお、図2では、説明の便宜上、ストッパ43の断面に相当する部分に、右下に延びるハッチングを付している。
図2において、軸方向Jにおける同じ位置に表れている2つのストッパ43(ナット41に対して軸方向Jの両側における上下2つのストッパ43)は、第2ねじ形成部47を非接触で取り囲む環状体の一部として一体化されている。そのため、ナット41の2つの挿通孔56に対して軸方向両側のそれぞれに、細長板状かつ環状をなすストッパ43が1つずつ(合計2つ)設けられている。各ストッパ43の内周部には、ナット41側へ突出する環状の突出部91が一体的に設けられている。突出部91は、ナット41の内周部84よりも大径かつ外周部85よりも小径である。
各ストッパ43の突出部91において、軸方向Jで同じ側の副部81を臨む位置には、前述した近接検出センサ92が設けられている。この実施形態における近接検出センサ92は、通常はOFFになっているが、外部の物(ここでは副部81)に当接されることによってONになるスイッチである。なお、近接検出センサ92は、外部の物がすぐ近くまで近接したときにONになってもよい。つまり、近接検出センサ92は、外部の物による当接や近接を検出するセンサである。各ストッパ43の近接検出センサ92は、軸方向Jで同じ側の副部81に対してナット41の外側から、軸方向Jに沿って対向している。そのため、各副部81は、付勢部材82によって、軸方向Jにおいて同じ側の近接検出センサ92(ストッパ43)側へ主部80(連結部86)から離間するように付勢されていることになる。
そして、ナット41の各挿通孔56に挿通されたナットガイド42は、軸方向Jにおける挿通孔56の両側に位置する各ストッパ43に固定されている。そのため、ストッパ43は、ナットガイド42の長手方向(軸方向Jと同じ)の両端に1つずつ設けられていて、ナットガイド42の長手方向における一端側および他端側を保持している。これにより、ナットガイド42がナット41の挿通孔56に挿通された状態が維持されている。
ここで、各ナットガイド42は、挿通孔56に対して、若干の遊びを持って挿通されていてもよい。
図2を参照して、ユーザが操作部材2を操舵することによって時計方向または反時計方向に回転させると、回転軸6およびねじシャフト40も操作部材2と共回りする。このとき、ねじシャフト40に螺合したナット41もねじシャフト40と共回りしようとする。しかし、ナット41の各挿通孔56に対してナットガイド42が挿通されていることによって、ナット41は回転できず、代わりに、ナットガイド42(換言すれば、ねじシャフト40の軸方向J)に沿ってスライドする。つまり、ナットガイド42は、ねじシャフト40の回転に伴ってナット41をねじシャフト40の軸方向Jに沿って移動させる。
たとえば、ユーザが操作部材2(換言すれば、ねじシャフト40)を図2における時計方向に回転させると、ナット41は、ナットガイド42に沿って操作部材2に近付く方向(図2における右側)へスライドする。そして、操作部材2を引き続き同じ方向へ回転させると、最終的に、操作部材2に最も近い側(図2における右側)のストッパ43の突出部91が、右側からナット41の内周部84と外周部85との間に入り込み、右側の副部81が当該突出部91の近接検出センサ92に当接(近接)し、この近接検出センサ92がONになる。これにより、ナット41は、これ以上スライドできなくなり、操作部材2は、これ以上同じ方向(時計方向)に回転させることができなくなる。つまり、図2におけるナット41の右側において、近接検出センサ92は、ストッパ43の突出部91にナット41の副部81が当接(近接)したことを検出し、ストッパ43は、ナット41がストッパ43に当接する所定位置以上、軸方向J(図2における右側)に移動することを規制する。
逆に、ユーザが操作部材2を図2における反時計方向に回転させると、ナット41は、ナットガイド42に沿って操作部材2から離れる方向(図2における左側)へスライドする。そして、操作部材2を引き続き同じ方向へ回転させると、最終的に、操作部材2から最も遠い側(図2における左側)のストッパ43の突出部91が、左側からナット41の内周部84と外周部85との間に入り込み、左側の副部81が当該突出部91の近接検出センサ92に当接(近接)し、この近接検出センサ92がONになる。これにより、ナット41は、これ以上スライドできなくなり、操作部材2は、これ以上同じ方向(反時計方向)に回転させることができなくなる。つまり、図2におけるナット41の左側において、近接検出センサ92は、ストッパ43の突出部91にナット41の副部81が当接(近接)したことを検出し、ストッパ43は、ナット41がストッパ43に当接する所定位置以上、軸方向J(図2における左側)に移動することを規制する。
近接検出センサ92がONになったことは、制御装置19(図1参照)に入力される。制御装置19は、図2における右側の近接検出センサ92がONになれば、操作部材2の操舵方向が図2における時計方向であると判断し、図2における左側の近接検出センサ92がONになれば、操作部材2の操舵方向が図2における反時計方向であると判断する。このように、制御装置19には、操舵角センサ8が検出した操舵角度θ(図1参照)だけでなく、いずれかの近接検出センサ92がONになったという情報(操作部材2の操舵方向)も入力されるようになっている。
図1を参照して、たとえば、操舵角センサ8に異常が発生した場合には、制御装置19には、操舵角センサ8から検出結果(操舵角度θ)が入力されなくなる。この場合、制御装置19は、操舵方向検出ユニット11の近接検出センサ92から入力された情報(いずれかの近接検出センサ92がONになったという情報)によって、ユーザによる操作部材2の操舵方向を取得する。そして、図2における右側の近接検出センサ92がONになった場合(操作部材2の操舵方向が時計方向である場合)には、当該近接検出センサ92がONである期間または当該近接検出センサ92がONになってから所定の期間内において、車輪4が所定の速さで右向きに所定角度だけ転舵するように、制御装置19は、転舵アクチュエータ17を駆動制御する(図1参照)。一方、図2における左側の近接検出センサ92がONになった場合(操作部材2の操舵方向が反時計方向である場合)には、当該近接検出センサ92がONである期間または当該近接検出センサ92がONになってから所定の期間内において、車輪4が所定の速さで左向きに所定角度だけ転舵するように、制御装置19は、転舵アクチュエータ17を駆動制御する。
以上のように、図1に示すステアバイワイヤ式の操舵装置1では、操舵角センサ8によって操作部材2の操舵角度θを検出するだけでなく、操舵方向検出ユニット11によって操作部材2の操舵方向を検出することもできる。よって、操舵角センサ8に異常が発生しても、転舵機構5は、フェイルセーフ機構としての操舵方向検出ユニット11が検出した操舵方向に基づいて車輪4を転舵させることができる。つまり、操舵装置1は、操舵角センサ8が正常な場合より精度が落ちるものの、操舵角センサ8の異常時においても操舵を最低限維持できる。
ここで、操舵方向を検出する操舵方向検出ユニット11は、操作部材2の操舵角度θ(操舵方向および操舵量の両方)を検出する操舵角センサ8に比べて簡素な構成である。具体的に、操舵方向検出ユニット11は、図2に示すように、ねじシャフト40、ナット41、ナットガイド42、ストッパ43および近接検出センサ92を含む安価かつ簡素な構成である。操舵方向検出ユニット11は、操作部材2の操舵(ねじシャフト40の回転)に伴ってナット41がねじシャフト40の軸方向Jに沿って移動してストッパ43(厳密には近接検出センサ92)に近接したことに基づいて、操作部材2の操舵方向を検出できる。このような操舵方向検出ユニット11を用いれば、操舵方向検出ユニット11の代わりに操舵角センサ8を別途設ける場合に比べて、部品点数増加やコスト上昇を回避できる。
つまり、操舵角センサ8の異常時においても操舵を継続できる構成を、部品点数増加やコスト上昇を回避しつつ実現し、操舵装置1の冗長性を確保できる。特に、既存の操作機構3に、操舵方向検出ユニット11を追加する場合にも、操作機構3における大幅な設計変更が省略できるので、部品点数増加やコスト上昇の回避を確実に達成できる。
ただし、以上の場合には、操作部材2を時計方向および反時計方向のいずれかに回転させきってから転舵アクチュエータ17による車輪4の転舵駆動が開始されるので、操作部材2を回転させ始めてから車輪4の転舵が開始されるまでに、タイムラグが生じ得る。図2では、操作部材2が、前述した操舵中立位置にある状態を示しているが(図3〜図5も同様)、ナット41の各副部81が拘束位置にある場合、軸方向Jで同じ側の副部81と近接検出センサ92との間には、軸方向Jにおいて間隔Yが生じている。間隔Yは、操作部材2を操舵中立状態から一方向へ回転させたときのナット41の移動量(ストローク)に相当する。そのため、操作部材2を操舵中立状態から回転させた場合には、ナット41が間隔Yだけ移動するまで、車輪4の転舵が開始されない。ましてや、たとえば時計方向において目一杯操作部材2を回転させておいてから操作部材2を反時計方向に回転させるような切り返し時には、切り返しを開始してから、ナット41が間隔Yの2倍だけ移動するまで、車輪4の転舵が開始されないので、前述したタイムラグが長くなる。
そこで、前述した軸長可変機構90が機能する。
詳しくは、操舵角センサ8に異常が発生していない通常時には、電磁クラッチ83がONになってつながっていて、ナット41の各副部81は、図2に示す拘束位置にある。しかし、前述したように操舵角センサ8に異常が発生すると、制御装置19は、操舵角センサ8から検出結果(操舵角度θ)が入力されなくなったことに応じて、電磁クラッチ83をOFFにして切る。すると、今まで拘束位置にあった各副部81は、電磁クラッチ83によって主部80への拘束が解除されることにより、図3に示すように、付勢部材82の付勢力によって、主部80から軸方向Jで同じ側のストッパ43側へ離間し、前述した解除位置まで到達する。これにより、各副部81が拘束位置にあった場合(図2参照)に比べて、軸方向Jで同じ側における副部81(ナット41)と近接検出センサ92(ストッパ43)との(軸方向Jにおける)間隔Yが狭くなる。つまり、軸長可変機構90は、操舵角センサ8に異常が発生したことに応答して、間隔Yを狭める。これによって、操作部材2の操舵を開始してからナット41がストッパ43に近接するまでのタイミング(換言すれば、操舵方向の検出時間)が短くなるので、その分、操作部材2の操舵に対する車輪4の転舵の応答性を向上させることができる。この結果、操作部材2の切り返し時等における操作部材2の操作性の向上を図ることができる。
ここで、ナット41には、副部81を解除位置に固定するためのロック機構93が副部81毎に設けられていてもよい。なお、ロック機構93は、図3だけに図示されている。ロック機構93は、副部81の外周面に凹設された内側窪み94と、主部80の外周部85の内周面に凹設された外側窪み95と、係合部96と、ばね部材97とを含んでいる。
外側窪み95は、副部81が解除位置あるときに内側窪み94に対して径方向外側から対向する位置に設けられている。係合部96は、ブロック状であって内側窪み94に収容されている。ばね部材97は、内側窪み94に収容されていて、内側窪み94の底と係合部96との間において圧縮されている。各副部81が解除位置まで移動すると、各副部81の内側窪み94と、主部80において対応する外側窪み95とが径方向において対向し、内側窪み94の係合部96が、ばね部材97の付勢力によって外側窪み95に嵌り込む。これにより、各副部81は軸方向Jにおいて動けなくなり、解除位置に固定された状態になる。
操舵角センサ8に異常が発生することで軸長可変機構90が動作して副部81が解除位置に配置された場合、操作部材2の操作(回転)ストロークが、副部81が拘束位置にある場合(図2参照)よりも小さくなる。この状態で、ユーザは、操作部材2を操舵しながら自走によって車両を修理工場等まで運ぶ。そして、修理工場での操舵角センサ8の修理時に、ロック機構93による副部81の固定が解除され、電磁クラッチ83がONされることで、各副部81が再び拘束位置で固定される(図2参照)。
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
図4は、図2の変形例を示していて、ストッパ43に設けられた軸長可変機構90の副部99が拘束位置にある様子を示している。図5は、図4において副部99が解除位置にある様子を示している。なお、図4および図5では、図1〜図3において説明した部材と同じ部材には、同じ符号を付して、その説明を省略する。
たとえば、軸長可変機構90は、ナット41でなく、図4および図5に示すように、各ストッパ43に設けられてもよい。
図4に示す変形例では、ナット41は、前述した実施形態の主部80(図2参照)とほぼ同じ形状であって、内周部84、外周部85および連結部86を有している。ただし、外周部85の内周面には、抜止リブ88(図2および図3参照)が設けられておらず、外周部85の内周面は、ほぼ全域に亘って一定の内径を有している。
変形例に係る各ストッパ43は、その基礎(大部分)をなす主部98と、主部98に対して軸方向Jに相対移動可能に設けられた副部99と、副部99を軸方向Jに付勢する付勢部材100と、拘束手段および解除手段としての電磁クラッチ105と、ヒンジレバー110と、前述した近接検出センサ92とを含んでいる。主部98、副部99、付勢部材100、ヒンジレバー110および電磁クラッチ105のまとまりが、軸長可変機構90を構成している。
主部98は、ストッパ43とほぼ同じ形状を有する細長板状かつ環状である。主部98においてナット41に対向する面には、第1凹部101および第2凹部102が連続して形成されている。軸方向Jから見て、第1凹部101は、主部98の内周縁に沿う環状であり、第2凹部102は、第1凹部101の外周に沿う環状であり、第1凹部101は、第2凹部102よりも深い。
副部99は、環状であり、外周部99Aと内周部99Bとを含んでいる。外周部99Aは、ナット41の外周部85の内周面よりも小径で、第2凹部102にちょうど嵌り込む大きさを有する環状であり、内周部99Bは、外周部99Aおよびナット41の外周部85よりも小径の環状であって外周部99Aの内周縁から軸方向Jへ突出している。副部99では、外周部99Aが第2凹部102に嵌め込まれることで主部98に部分的に内蔵されており、内周部99Bがナット41側へ突出している。副部99においてナット41側の端面には、近接検出センサ92が設けられている。副部99において第1凹部101に対して軸方向Jで対向する位置には、副部99の内周縁に沿いつつナット41側へ窪む環状凹部103が形成されている。
ヒンジレバー110は、棒状体であって、長さ方向における途中(略中央)を支点として自在に屈曲することができる。ヒンジレバー110は、各ストッパ43において1つ以上設けられていて、各ヒンジレバー110では、長手方向における一端が主部98に連結され、長手方向における他端が副部99に連結されている。主部98と副部99とは、ヒンジレバー110によって連結されている。副部99は、ヒンジレバー110が屈曲したり直線状に伸張したりする範囲において(図4および図5参照)、主部98に対して相対移動できる。
付勢部材100は、コイルばねを含む。付勢部材100は、各ストッパ43の第1凹部101および環状凹部103内に収容されていて、ねじシャフト40の第2ねじ形成部47を非接触で取り囲みつつ、主部98と副部99との間で圧縮されている。これにより、各ストッパ43では、付勢部材100は、副部99を主部98から軸方向Jにおいてナット41側へ離間するように付勢している。
電磁クラッチ105は、主部98における副部99との対向面(第2凹部102の底面)に設けられる第1クラッチ部105Aと、副部99における主部98との対向面(環状凹部103よりも径方向外側部分)に設けられる第2クラッチ部105Bとを含んでいる。電磁クラッチ105は、前述した電磁クラッチ83(図2および図3参照)と同様に、前述した制御装置19(図1参照)に対して電気的に接続されるとともに、制御装置19によってON・OFFされる。電磁クラッチ105は、電磁クラッチ83と同様に、ONされることによってつながり、OFFされることによって切れる。
各ストッパ43では、電磁クラッチ105がONされている場合、主部98の第1クラッチ部105Aと副部99の第2クラッチ部105Bとが密着している。そのため、ONされた状態にある電磁クラッチ105は、付勢部材100の付勢力に抗して、副部99を主部80に拘束している。このときの副部99の位置を拘束位置ということにする。このとき、ヒンジレバー110は、V字状に屈曲している(図4参照)。
一方、電磁クラッチ105がOFFされると、第1クラッチ部105Aと副部99の第2クラッチ部105Bとが密着しなくなる。そのため、電磁クラッチ105は、OFFされることによって、主部98に対する副部99の拘束を解除する。これにより、副部99は、付勢部材100の付勢力によって、ナット41側に移動し、ヒンジレバー110が直線状に伸張すると、移動を停止する(図5参照)。このときの副部99の位置を解除位置ということにする。なお、ヒンジレバー110を用いなくてもよく、その場合には、付勢部材100が自然長まで伸びきるまでナット41側に移動したときの副部99の位置が解除位置となる。
操舵角センサ8に異常が発生していない通常時には、電磁クラッチ105がONでつながっていて、各ストッパ43の副部99は、図4に示す拘束位置にあるのだが、操舵角センサ8に異常が発生すると、制御装置19が、電磁クラッチ105をOFFにして切る。すると、今まで拘束位置にあった副部99は、電磁クラッチ105によって主部98への拘束が解除されることにより、図5に示すように、付勢部材100の付勢力によって主部98からナット41側へ離間し、前述した解除位置まで到達する。これにより、副部99が拘束位置にあった場合(図4参照)に比べて、軸方向Jにおけるナット41(連結部86)と近接検出センサ92(ストッパ43)との間隔Yが狭くなる。つまり、変形例の場合も、操舵角センサ8に異常が発生すると、軸長可変機構90は、操舵角センサ8に異常が発生したことに応答して、間隔Yを狭める。
なお、この変形例の場合にも、前述したロック機構93(図3参照)が設けられてもよい(図示せず)。この場合、ロック機構93は、各ストッパ43に設けられ、副部99を解除位置に固定する。
また、前述の実施形態では、ストッパ43が、ナットガイド42の長手方向における両端側に設けられていたので、操舵方向検出ユニット11は、操作部材2の時計方向および反時計方向の両方向の操舵方向を検出できる(図2参照)。しかし、当該両方向のうちいずれか一方の操舵方向が検出できればよいのであれば、ストッパ43は、ナットガイド42の長手方向における一端側または他端側だけに設けられていればよい。
また、近接検出センサ92として、スイッチの代わりに、歪センサ(歪ゲージ)や、圧電素子などで構成された感圧センサや近接センサを用いることもできる。
また、前述した付勢部材82および100として、コイルばねの他に、ゴムブロック等を用いることができる。
また、電磁クラッチ83および105の代わりに、ON・OFFによって係合したり外れたりする係合部および被係合部を有する機械的構成のクラッチを用いることもできる。
1…操舵装置、2…操作部材、3…操作機構、4…車輪、5…転舵機構、8…操舵角センサ、11…操舵方向検出ユニット、40…ねじシャフト、41…ナット、42…ナットガイド、43…ストッパ、80…主部、81…副部、82…付勢部材、83…電磁クラッチ、90…軸長可変機構、92…近接検出センサ、98…主部、99…副部、100…付勢部材、105…電磁クラッチ、J…軸方向、Y…隙間、θ…操舵角度

Claims (3)

  1. 操舵するための操作部材を含む操作機構と、前記操作機構とは機械的に非連結であって、前記操作部材の操舵に基づいて車輪を転舵させる転舵機構とを有する操舵装置であって、
    前記操作機構は、前記操作部材の操舵角度を検出する操舵角センサと、前記操作部材の操舵方向を検出する操舵方向検出手段とを含み、
    前記操舵方向検出手段は、
    前記操作部材の操舵方向に回転可能なねじシャフトと、
    前記ねじシャフトに螺合するナットと、
    前記ねじシャフトと平行に配置され、前記ねじシャフトの回転に伴って前記ナットをねじシャフトの軸方向に沿って移動させるナットガイドと、
    前記ナットガイドの長手方向の少なくとも一端側に設けられ、前記ナットが前記軸方向に所定位置以上移動することを規制するストッパと、
    前記ストッパに設けられ、前記ストッパに前記ナットが近接したことを検出する近接検出手段と、
    前記操舵角センサに異常が発生したことに応答して、前記軸方向における前記ナットおよびストッパの間隔を狭める軸長可変機構とを含むことを特徴とする、操舵装置。
  2. 前記軸長可変機構は、前記ナットに設けられ、主部、前記主部に内蔵される2つの副部、前記各副部を前記主部から前記軸方向において前記ストッパ側へ離間するように付勢する付勢部材、前記付勢部材の付勢力に抗して前記各副部を前記主部に拘束する拘束手段、および、前記操舵角センサに異常が発生したことに応じて前記拘束手段による前記各副部の拘束を解除する解除手段を含むことを特徴とする、請求項1記載の操舵装置。
  3. 前記軸長可変機構は、前記ストッパに設けられ、主部、前記主部に内蔵される副部、前記副部を前記主部から前記軸方向において前記ナット側へ離間するように付勢する付勢部材、前記付勢部材の付勢力に抗して前記副部を前記主部に拘束する拘束手段、および、前記操舵角センサに異常が発生したことに応じて前記拘束手段による前記副部の拘束を解除する解除手段を含むことを特徴とする、請求項1記載の操舵装置。
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