JP2014054916A - Steering gear - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用の操舵装置に関し、特にステアバイワイヤ方式の操舵装置に関する。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus, and more particularly to a steer-by-wire steering apparatus.
近年、いわゆるステアバイワイヤシステムと称される自動車の操舵に関するシステムが実用化へ向けて種々開発されている。従来の車両は、ステアリングホイールと転舵輪がラックアンドピニオンのような機構を通じて機械的に結合されているものが一般的である。しかし、ステアバイワイヤシステムにおいては、これらの機械的接続はなく、運転者からの入力、例えばトルクや操舵角をセンサで検出し、また他の車両センサからの情報とあわせて、車両の走行状態に適した舵角を求め、その舵角指令値を操舵用アクチュエータに送り、実際に車輪の転舵を行うものである。 In recent years, various systems relating to steering of automobiles, so-called steer-by-wire systems, have been developed for practical use. Conventional vehicles generally have a steering wheel and steered wheels mechanically coupled through a mechanism such as a rack and pinion. However, in the steer-by-wire system, there is no such mechanical connection, and the input from the driver, for example, the torque and the steering angle are detected by a sensor, and in addition to the information from other vehicle sensors, A suitable steering angle is obtained, the steering angle command value is sent to the steering actuator, and the wheels are actually steered.
ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置は、通常、ステアリングホイールと転舵輪との間にバックアップクラッチを備えており、システムが失陥した場合であってもステアリングホイールと転舵装置を機械的に接続して操舵性能を確保できるようになっている。 Steering devices that employ a steer-by-wire system usually have a backup clutch between the steering wheel and the steered wheel, and even if the system fails, the steering wheel and the steerer are mechanically connected. Steering performance can be secured.
また、ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置は、通常、ステアリングホイールと転舵装置とが機械的に接続されていないことから、ステアリング操作の便宜上、ステアリングホイールを設定された操作範囲に規制する機能(以下、適宜「エンド規制機能」と呼ぶ)を実現するためのエンド規制機構を備えている。 In addition, a steering device that employs a steer-by-wire system usually has a function of restricting the steering wheel to a set operation range for the convenience of steering operation because the steering wheel and the steering device are not mechanically connected. Hereinafter, an end restriction mechanism for realizing an “end restriction function” as appropriate is provided.
さらに、このようなエンド規制機構に加えて、車両が使用されていない状態、すなわち、イグニッションスイッチがOFFとされている状態における盗難防止の観点から、ステアリングホイールの操作を禁止する機能(以下、適宜「ステアリングロック機能」と呼ぶ)を実現するステアリングロック機構が操舵装置を備えた操舵装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Further, in addition to such an end regulating mechanism, a function for prohibiting the operation of the steering wheel (hereinafter referred to as appropriate) from the viewpoint of preventing theft when the vehicle is not being used, that is, when the ignition switch is turned off. A steering device is known in which a steering lock mechanism that realizes a “steering lock function” includes a steering device (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1に記載されたステアリングシステムでは、エンド規制機能とステアリングロック機能の両方を実現するために、エンド規制機構とステアリングロック機構とが個別に設けられている。従って、そのような構造の操舵装置は、構造の簡素性の観点から改善の余地を有する。 In the steering system described in Patent Document 1, an end restriction mechanism and a steering lock mechanism are separately provided in order to realize both an end restriction function and a steering lock function. Therefore, the steering device having such a structure has room for improvement from the viewpoint of the simplicity of the structure.
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、簡素な構成で盗難防止性を向上できる操舵装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a steering apparatus that can improve theft prevention with a simple configuration.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の操舵装置は、車両を操舵する操舵部材と、車輪を転舵する転舵機構と、前記操舵部材と前記転舵機構とを機械的に接続可能に構成されたクラッチと、前記操舵部材の操作範囲を規制可能に構成されたエンド規制機構と、を備える。車両のイグニッションスイッチがOFF状態のとき、前記クラッチは、前記操舵部材と前記転舵機構とを機械的に接続するよう設定され、前記エンド規制機構は、前記操舵部材の操作範囲を所定範囲に規制するよう設定される。 In order to solve the above problems, a steering apparatus according to an aspect of the present invention mechanically connects a steering member that steers a vehicle, a steering mechanism that steers wheels, and the steering member and the steering mechanism. A clutch configured to be capable of being controlled; and an end regulating mechanism configured to be able to regulate the operation range of the steering member. When the vehicle ignition switch is in the OFF state, the clutch is set to mechanically connect the steering member and the steering mechanism, and the end regulating mechanism regulates the operation range of the steering member to a predetermined range. Set to do.
この態様によると、イグニッションスイッチがOFF状態のときは、車両を移動させるために操舵部材を操作しようとしても、操舵部材の操作範囲がエンド規制機構により制限される。その結果、車両を移動させるための十分な転舵角が得られなくなるので、ステアリングロック機能を果たすことができ、車両の盗難防止性を向上できる。 According to this aspect, when the ignition switch is in the OFF state, even if an attempt is made to operate the steering member to move the vehicle, the operation range of the steering member is limited by the end regulating mechanism. As a result, a sufficient turning angle for moving the vehicle cannot be obtained, so that a steering lock function can be achieved and the antitheft property of the vehicle can be improved.
前記イグニッションスイッチがON状態のとき、前記クラッチは、前記操舵部材と前記転舵機構との接続を解除するよう設定され、前記エンド規制機構は、前記操舵部材の操作範囲を所定範囲に規制するよう設定されてもよい。 When the ignition switch is in the ON state, the clutch is set to release the connection between the steering member and the steering mechanism, and the end regulating mechanism regulates the operation range of the steering member to a predetermined range. It may be set.
当該操舵装置に失陥が発生したとき、前記クラッチは、前記操舵部材と前記転舵機構とを機械的に接続するよう設定され、前記エンド規制機構は、前記操舵部材の操作範囲の規制を解除するよう設定されてもよい。 When a failure occurs in the steering device, the clutch is set to mechanically connect the steering member and the steering mechanism, and the end restriction mechanism releases the restriction of the operation range of the steering member. It may be set to do.
前記操舵部材と前記転舵機構とが機械的に接続された非ステアバイワイヤ操舵時のステアリングギヤ比が、前記操舵部材と前記転舵機構との接続が解除されたステアバイワイヤ操舵時のステアリングギヤ比よりも大きく設定されてもよい。 The steering gear ratio at the time of non-steer-by-wire steering in which the steering member and the steering mechanism are mechanically connected is the steering gear ratio at the time of steer-by-wire steering in which the connection between the steering member and the steering mechanism is released It may be set larger than.
本発明の別の態様もまた、操舵装置である。この装置は、車両を操舵する操舵部材と、車輪を転舵する転舵機構と、前記操舵部材と前記転舵機構とを機械的に接続可能に構成されたクラッチと、前記操舵部材の操作範囲を規制可能に構成されたエンド規制機構と、を備える。前記クラッチは、車両のイグニッションスイッチがONとなったときに前記操舵部材と前記転舵機構との接続を解除し、当該操舵装置に失陥が発生したときおよび前記イグニッションスイッチがOFFなったときに前記操舵部材と前記転舵機構とを接続するよう設定され、前記エンド規制機構は、当該操舵装置に失陥が発生したときに前記操舵部材の操作範囲の規制を解除し、その他のときは前記操舵部材の操作範囲を所定範囲に規制するよう設定される。 Another aspect of the present invention is also a steering device. The apparatus includes a steering member for steering a vehicle, a steering mechanism for steering wheels, a clutch configured to mechanically connect the steering member and the steering mechanism, and an operation range of the steering member. And an end regulating mechanism configured to be capable of regulating. The clutch releases the connection between the steering member and the steering mechanism when the ignition switch of the vehicle is turned on, and when a failure occurs in the steering device and when the ignition switch is turned off. The steering member and the steering mechanism are set to be connected, and the end regulating mechanism releases the regulation of the operation range of the steering member when a failure occurs in the steering device, and otherwise The operation range of the steering member is set to be restricted to a predetermined range.
この態様によると、イグニッションスイッチがOFF状態のときは、車両を移動させるために操舵部材を操作しようとしても、操舵部材の操作範囲がエンド規制機構により制限される。その結果、車両を移動させるための十分な転舵角が得られなくなるので、ステアリングロック機能を果たすことができ、車両の盗難防止性を向上できる。 According to this aspect, when the ignition switch is in the OFF state, even if an attempt is made to operate the steering member to move the vehicle, the operation range of the steering member is limited by the end regulating mechanism. As a result, a sufficient turning angle for moving the vehicle cannot be obtained, so that a steering lock function can be achieved and the antitheft property of the vehicle can be improved.
本発明によれば、簡素な構成で盗難防止性を向上できる操舵装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the steering device which can improve antitheft with a simple structure can be provided.
以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate.
図1は、本発明の実施形態に係る車両操舵装置の概略構成を説明するための図である。本実施形態に係る車両操舵装置10は、ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. The
車両操舵装置10は、ステアリングホイール12と、エンド規制機構13と、操舵角センサ14と、操舵トルクセンサ16と、ステアリングシャフト17と、操舵反力アクチュエータ18と、バックアップクラッチ20と、ピニオンシャフト21と、転舵トルクセンサ22と、転舵アクチュエータ24と、転舵角センサ26と、操舵ECU30と、電源32と、副電源33とを備える。
The
ステアリングホイール12は、車室内の運転席側に配置され、運転者が操舵量を入力するために回転させる操舵部材として機能する。ステアリングホイール12には、操舵軸としてのステアリングシャフト17が接続されている。ステアリングシャフト17は、車体側に回転可能に支持されている。
The
ステアリングシャフト17上には、エンド規制機構13、操舵角センサ14、操舵トルクセンサ16、および操舵反力アクチュエータ18が設けられている。
An
エンド規制機構13は、ステアリングホイール12の操作範囲を設定された所定の範囲(以下、適宜「設定操作範囲」と呼ぶ)に規制可能に構成されている。エンド規制機構13は、ステアリングシャフト17の回転範囲を設定操作範囲に規制しているとも言える。このエンド規制機構13は、操舵ECU30からの指示に基づいて、ステアリングホイール12の操作範囲を規制および規制解除する。
The
操舵角センサ14は、ステアリングシャフト17の回転角、すなわち運転者から入力されたステアリングホイール12の操舵角を検出する。操舵角センサ14により検出されたステアリングホイール12の操舵角は、操舵ECU30に出力される。操舵トルクセンサ16は、ステアリングシャフト17の回転トルク、すなわち運転者により入力されたステアリングホイール12の操舵トルクを検出する。操舵トルクセンサ16により検出されたステアリングホイール12の操舵トルクは、操舵ECU30に出力される。
The
操舵ECU30は、例えばCPU、ROM、RAMおよびそれらを相互に接続するデータバスから構成され、ROMに格納されたプログラムに従い動作する。操舵ECU30は、入力された操舵角情報に基づいて、ステアリングホイール12に付与すべき操舵反力を算出する。操舵ECU30は、算出した操舵反力をステアリングホイール12に付与するよう操舵反力アクチュエータ18を制御する。
The
操舵反力アクチュエータ18は、例えば操舵反力モータおよび該モータの回転角を検出するレゾルバ等から構成される。操舵反力アクチュエータ18は、操舵ECU30からの指示に基づいて、ステアリングシャフト17を介して操舵反力をステアリングホイール12に付与する。
The steering
ステアリングシャフト17の車輪側端部には、バックアップクラッチ20が設けられている。このバックアップクラッチ20は、ステアリングシャフト17とピニオンシャフト21との間に配置され、操舵ECU30からの指示に基づいて、ステアリングシャフト17とピニオンシャフト21とを機械的に接続および分離可能に構成されている。
A
ピニオンシャフト21上には、転舵トルクセンサ22が設けられている。転舵トルクセンサ22は、ピニオンシャフト21の回転トルクを検出する。
A
ピニオンシャフト21の車輪側端部には、転舵機構としての転舵アクチュエータ24が接続されている。この転舵アクチュエータ24は、ラックアンドピニオン機構を備える。転舵アクチュエータ24は、ピニオンシャフト21を回転駆動可能に構成されており、ラックアンドピニオン機構を介して、操舵ECU30からの指示に応じてステアリングラック29を車幅方向に移動可能に構成されている。ステアリングラック29の両端にはタイロッド(図示せず)を介して転舵輪(図示せず)が接続されており、ステアリングラック29の移動に応じて転舵輪が転舵する。
A steering
転舵角センサ26は、転舵アクチュエータ24の変位量、すなわち転舵輪の転舵角を検出して、この検出値を操舵ECU30に対して出力する。
The steered
操舵ECU30は、ステアリングホイール12の操舵角に応じた転舵輪の転舵角を算出し、転舵輪に該転舵角を付与するよう転舵アクチュエータ24を制御する。
The steering
電源32は、運転者によりイグニッションスイッチがONされると、操舵ECU30に電力を供給する。電源32から供給された電力は、操舵ECU30を介して車両操舵装置10の各種センサおよび各アクチュエータに供給される。イグニッションスイッチがOFFされると、電源32から操舵ECU30への給電は停止される。一方、副電源33は、システム失陥により電源32が電力供給できない場合に操舵ECU30に電力を供給する。
The
上記のように構成された車両操舵装置10においては、システムが正常な場合、バックアップクラッチ20によりステアリングシャフト17とピニオンシャフト21とが機械的に分離されている(クラッチ接続解除状態)。ステアリングシャフト17はステアリングホイール12に連結されており、ピニオンシャフト21は転舵アクチュエータ24に連結されているので、ステアリングホイール12と転舵アクチュエータ24とが分離された状態である。ステアリングホイール12と転舵輪とが分離された状態ということもできる。この状態で運転者がステアリングホイール12を操作すると、操舵角センサ14がステアリングホイール12の操舵角を検出する。操舵ECU30は、該操舵角に応じた転舵角を算出し、算出した転舵角に基づいて転舵モータ23を制御する。これにより、転舵輪の転舵角をステアリングホイール12の操舵角に応じて変化させることができる。また、操舵ECU30は、検出されたステアリングホイール12の操舵角に応じた操舵反力を算出し、該操舵反力に基づいて操舵反力アクチュエータ18を制御する。これにより、ステアリングホイール12に操舵反力が与えられ、運転者に操舵反力を感じさせることができる。以下においては、上記のような通常時の操舵制御を「ステアバイワイヤ制御」と呼ぶ。
In the
一方、システムに失陥が発生した場合、バックアップクラッチ20によりステアリングシャフト17とピニオンシャフト21とが機械的に接続される(クラッチ接続状態)。すなわち、ステアリングホイール12と転舵アクチュエータ24とが接続された状態であり、ステアリングホイール12と転舵輪とが接続された状態ということもできる。この状態で運転者がステアリングホイール12を操作すると、ステアリングシャフト17の回転力がピニオンシャフト21に直接伝達され、ステアリングホイール12の操作により転舵輪を直接転舵することができる。以下においては、上記のような非常時の操舵制御を「非ステアバイワイヤ制御」と呼ぶ。
On the other hand, when a failure occurs in the system, the steering
次に、バックアップクラッチ20の構造について詳述する。図2は、バックアップクラッチ20の軸に垂直な断面図である。
Next, the structure of the backup clutch 20 will be described in detail. FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the axis of the
バックアップクラッチ20は、環状のステアリングホイール側ハウジング35と、環状の車輪側ハウジング36と、車輪側ハウジング36の径方向に移動できるように車輪側ハウジング36に設けられている係合部としての複数のロックバー37とを備える。
The backup clutch 20 includes an annular steering
ステアリングホイール側ハウジング35は、内周面に複数のロック溝38が互いに間隔をもって周方向の形成されている。車輪側ハウジング36は、ステアリングホイール側ハウジング35と同軸となるように設けられており、バックアップクラッチ20の側方から見て少なくとも一部がステアリングホイール側ハウジング35と重なるように配置されている。
In the steering
ステアリングホイール側ハウジング35は、ステアリングシャフト17(図1参照)と連結されており、ステアリングホイール12の回転に連動して回転する。また、車輪側ハウジング36は、ピニオンシャフト21(図1参照)と連結されており、転舵輪の転舵に連動して回転する。バックアップクラッチ20は、ロックバー37をロック溝38に向かう方向へ進退させる進退機構40を更に備える。進退機構40の詳細については後述する。
The steering
本実施形態に係るバックアップクラッチ20においては、6つのロックバー37が放射状に配置されている。各ロックバー37は、環状の車輪側ハウジング36の周面に形成された開口部36aに摺動可能に支持されている。
In the backup clutch 20 according to the present embodiment, six
車輪側ハウジング36には、バネ受け部材41が固定されている。バネ受け部材41は、その外周面上に、各ロックバー37に対応するように複数の凸部が放射状に配置されている。該凸部は、付勢部材であるバネ42がずれないようにその一端を支持する。また、バネ42の他端は、ロックバー37のバネ受け部材41と対向する部分に形成されている凹部により支持されている。そして、バネ42は、図2に示す状態では圧縮されている。
A
進退機構40は、電気によって駆動するアクチュエータとしての回転型ソレノイドと、ロックバー37をロック溝38に向かって付勢するバネ42と、ロックバー37に作用することでロックバー37の進退を制御するピン43と、ピン43が固定されている回転盤44とを有している。
The advance /
回転型ソレノイドは、通電時(クラッチ解除時)には軸45が図2に示す矢印R3方向に回転し、非通電時(クラッチ接続時)には内部にある戻りバネの作用で図2に示す矢印R4方向に軸45が回転するように構成されている。
In the rotary solenoid, the
ピン43は、ロックバー37の中央部から側面に向かって設けられた切り欠き溝37aに浸入した状態でロックバー37と係合している。また、ピン43は、図2に示すクラッチ解除状態でロックバー37の切り欠き溝37aと当接し、後述するクラッチ接続状態でロックバー37の切り欠き溝37aから退避する。
The
回転盤44は、回転型ソレノイドの軸45に固定されており、回転型ソレノイドへの通電状態に応じて時計回りまたは反時計回りに回転する。その際、ピン43も時計回りまたは反時計回りに回転し、位置が変化する。
The
次に、バックアップクラッチ20の動作を説明する。図2に示すように、バックアップクラッチ20が解除状態、すなわち回転型ソレノイドに通電されている状態では、ロックバー37とロック溝38とが一切係合しない。そのため、ステアリングシャフト17とピニオンシャフト21とは切り離された状態であり、互いの間で回転力は伝達されない。
Next, the operation of the backup clutch 20 will be described. As shown in FIG. 2, when the backup clutch 20 is released, that is, when the rotary solenoid is energized, the
より詳細には、回転型ソレノイドに通電されると、回転型ソレノイドの軸45とともに回転盤44が図2に示す矢印R3方向に回転する。その際、ピン43が切り欠き溝37aの側壁37a1に当接しながら切り欠き溝37aの奥側に浸入することで、ロックバー37が徐々に車輪側ハウジング36の内側に引き込まれ、最終的にバックアップクラッチ20が解除の状態となる位置にロックバー37が規制される。
More specifically, when the rotary solenoid is energized, the
図3は、バックアップクラッチ20(クラッチ接続状態)の軸に垂直な断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the axis of the backup clutch 20 (clutch connected state).
バックアップクラッチ20は、システムの故障などで通電が行われない状態となると、回転型ソレノイドの戻りバネの働きで、それまでロックバー37を規制していた回転盤44が図3に示す矢印R4方向へ回転する。その結果、ロックバー37の切り欠き溝37aの内部でのピン43の位置が変化し、ピン43が切り欠き溝37aの内部から退避することになる。その結果、ピン43により位置が規制されていたロックバー37は、ステアリングホイール側ハウジング35のロック溝38に向かって移動できるようになる。
When the backup clutch 20 is not energized due to a system failure or the like, the
このように、各ロックバー37は、バネ42の付勢力によってステアリングホイール側ハウジング35のロック溝38に向かって車輪側ハウジング36の径方向に移動する力が働くが、図3に示すように、バックアップクラッチ20では、すべてのロックバー37がそのままロック溝38に入るようには構成されていない。
As described above, each of the lock bars 37 is subjected to a force that moves in the radial direction of the
つまり、各ロックバー37(以下、適宜ロックバー37_1〜37_6と称する場合がある。)と各ロック溝38との位置関係、つまりステアリングホイール側ハウジング35と車輪側ハウジング36との位置関係によっては、ロック溝38に入り込むロックバーの組合せは種々変わりうる。図3に示すバックアップクラッチ20では、ロック溝38に入り込むロックバー37_1〜37_3と、ロック溝38に入り込まずにロック溝38同士の間の突起部46の上面と当接しているロックバー37_4〜37_6とが存在することになる。
That is, depending on the positional relationship between each lock bar 37 (hereinafter sometimes referred to as lock bars 37_1 to 37_6 as appropriate) and each
図3に示す状態は、バックアップクラッチ20が完全にクラッチ接続状態となった場合であるが、回転型ソレノイドへの通電が解除されたと同時に、常にこの状態に至る訳ではない。以下では、通常のステアリングホイール12の操作によってバックアップクラッチ20が完全にクラッチ接続状態となるまでの動作について更に詳述する。
The state shown in FIG. 3 is a case where the backup clutch 20 is completely engaged, but this state is not always reached at the same time as the energization of the rotary solenoid is released. In the following, the operation until the backup clutch 20 is completely engaged by the normal operation of the
例えば、図3に示す状態からステアリングホイール側ハウジング35が矢印R4方向へわずかに回転した位置にある場合(車輪側ハウジング36は図3に示す状態のまま)、ロックバー37_2,37_3は、ロック溝38に入り込むものの、ロックバー37_1,37_4〜37_6は、ステアリングホイール側ハウジング35の内周壁にある突起部46の上面に当接した状態である。また、この場合には、ロック溝38に入り込んだロックバー37_2,37_3は、いずれもロック溝38の側面38a,38bに当接していない。そのため、ステアリングホイール側ハウジング35と車輪側ハウジング36との間には、回転方向において遊びが存在している。
For example, when the steering
そして、この状態からステアリングホイール側ハウジング35を矢印R3方向へ回転すると、ロックバー37_3がロック溝38の一方の側面38aに当接し係合した際に、ロックバー37_1がロック溝38に入り、ロック溝38の他方の側面38bと係合する。その結果、図3に示すように、ロック溝38_1に入り込んで側面38bと係合するロックバー37_1と、ロック溝38_3に入り込んで側面38aと係合するロックバー37_3とにより、ステアリングホイール側ハウジング35と車輪側ハウジング36との間の回転方向の遊びがほぼなくなり(ロック状態)、ステアリングシャフト17の回転力をピニオンシャフト21へ確実に伝達することができる。
When the steering
このように、本実施形態に係るバックアップクラッチ20において、複数のロックバー37は、回転型ソレノイドを含む進退機構40によって複数のロック溝38に向かって移動した場合、ステアリングホイール側ハウジング35と車輪側ハウジング36との回転位相差にかかわらず、複数のロック溝38のうちいずれか一つのロック溝38_3に入るロックバー37_3と、ロックバー37_3がロック溝38_3に入った状態で左回りの回転方向(図3に示す矢印R4方向)へ移動し、ロック溝38_3の2つの側面38a,38bのうち一方の回転方向(矢印R4方向)側の側面38aに係合した際に、ロック溝38_3と異なるロック溝38_1に入るロックバー37_1とを有する。ロックバー37_1は、ロック溝38_1に入った際に、ロック溝38_1の2つの側面38a,38bのうち他方の回転方向(矢印R3方向)側の側面38bに係合するように構成されている。
Thus, in the backup clutch 20 according to the present embodiment, when the plurality of lock bars 37 are moved toward the plurality of
これにより、バックアップクラッチ20は、進退機構40により各ロックバー37をロック溝38から退避させることで、車両操舵装置10をステアリングシャフト17とピニオンシャフト21との間で回転力の伝達がない分離状態(クラッチ解除状態)にできる。一方、バックアップクラッチ20は、進退機構40によりステアリングホイール側ハウジング35と車輪側ハウジング36とが接続されている状態(ロック状態)では、ステアリングホイール側ハウジング35が一方の回転方向(例えば矢印R3方向)に回転した場合は、ロックバー37_3がロック溝38_3の2つの側面のうち他方の回転方向(矢印R4方向)側の側面38aに係合しているため、遊びがほとんどない状態で回転力を車輪側ハウジング36に伝達できる。また、ステアリングホイール側ハウジング35が他方の回転方向(例えば矢印R4方向)に回転した場合は、ロックバー37_1がロック溝38_1の2つの側面のうち一方の回転方向(矢印R3方向)側の側面38bに係合しているため、遊びがほとんどない状態で回転力を車輪側ハウジング36に伝達できる。
Thereby, the backup clutch 20 retracts each
また、バックアップクラッチ20は、回転型ソレノイドに通電した際の動作によりバネ42の付勢力より大きな力でロックバー37をロック溝38から退避させるとともに、回転型ソレノイドに通電されていない場合にはバネ42の付勢力によりロックバー37_2やロックバー37_3がロック溝38に入るように構成されている。これにより、回転型ソレノイドへの通電が行われなくなった非常時には、ロックバー37_2やロックバー37_3がロック溝38に入ることでステアリングホイール側ハウジング35と車輪側ハウジング36との接続が即座に行われる。
Further, the backup clutch 20 retracts the
ここで、バックアップクラッチ20の特性を表すパラメータとして「ズレ角度」を規定する。クラッチ接続状態を達成するために必要な最大回転角度である。ステアリングホイール側ハウジング35と車輪側ハウジング36との相対的な位相がどんな場合であっても、このズレ角度だけ一方を他方に対して回転させれば、クラッチ接続状態が達成される。ズレ角度は、ロック溝38の数、幅、およびピッチ、ロックバー37の数、幅およびピッチなどによって決まる。例えば図2および図3に示したバックアップクラッチ20では、ズレ角度=約5度である。ズレ角度を小さく設定すれば、システム失陥時においてもわずかなステアリングホイール12の操作でステアリングシャフト17とピニオンシャフト21とが機械的に連結されることとなり、車両操舵装置10のフェールセーフの応答性の向上が図られる。
Here, a “deviation angle” is defined as a parameter representing the characteristics of the
次に、エンド規制機構13の構造について詳述する。図4は、ステアリングホイール12の操作範囲が規制されている状態におけるエンド規制機構13の断面図(ステアリングシャフト17の回転軸線に垂直な断面図)である。ステアリングシャフト17には、径方向に突出する凸部48が形成されている。この凸部48の幅は、ステアリングホイール12の設定操作範囲を考慮して設定されている。
Next, the structure of the
エンド規制機構13は、機構本体49と、蓋50と、その機構本体49に回動可能に取り付けられたクランプ部材51とを有しており、ボルト52によって機構本体49とクランプ部材51とを締結することで、それらによって車両操舵装置10のハウジング53を掴むようにして固定される。また、エンド規制機構13は、機構本体49と蓋50とに囲まれた内部空間において、回動部材54と、それに連結されて概して円柱形状をなす第2係合ピン55とを有している。機構本体49には、ステアリングシャフト17の径方向に延びるガイド穴56が設けられており、また、ハウジング53には、穴57が設けられている。第2係合ピン55は、穴57を挿通してハウジング53内に入り込むことが可能な状態で、ステアリングシャフト17の径方向に移動可能となっている。したがって、第2係合ピン55の先端(ステアリングシャフト17に近い側の端部)部は、ハウジング53内において、凸部48の側面と係合可能とされている。
The
回動部材54は、第1アーム部58、第2アーム部59、バランスウェイト部60、軸受部61を含んで一体的に形成されており、軸受部61において、機構本体49に固定された軸62に、回動可能に取り付けられている。回動部材54について詳しく説明すれば、第2係合ピン55の一端部(ステアリングシャフト17から遠い側の端部)は、第1アーム部58の先端部に回動可能に連結されている。また、第2アーム部59の先端部は、機構本体49に取り付けられているソレノイド63の可動子であるソレノイドピン64に連結されている。ソレノイド63は自己保持型ソレノイドであり、プル側もしくはプッシュ側にそれぞれ通電することでソレノイドピン64が動作し、通電をやめるとその位置を保持する。
The rotating
このように構成されるエンド規制機構13において、操舵ECU30によりソレノイド63がプル側に通電されると、ソレノイド63はソレノイドピン64を引き込むため、回動部材54は回動させられる(ON状態)。それによって、第2係合ピン55は、ステアリングシャフト17の径方向において、ステアリングシャフト17に接近するように移動させられる。一方、操舵ECU30によりソレノイド63がプッシュ側に通電されると、ソレノイドピン64が押し出されるため、回動部材54は回動させられ、第2係合ピン55は、ステアリングシャフト17の径方向において、ステアリングシャフト17から離間する方向に移動させられる(OFF状態)。
In the
第2係合ピン55の動作に関して、それらがステアリングシャフト17に接近する場合を前進、離間する場合を後退と称すれば、図4に示す状態では、第2係合ピン55は前進端に位置する(ON状態)。この第2係合ピン55の位置を係合位置と呼べば、その係合位置において、凸部48の側面は、第2係合ピン55に当接することができる位置にある。つまり、ステアリングホイール12の操作によってステアリングシャフト17が回転させられると、凸部48の側面は、第2係合ピン55の先端部に当接する。したがって、この状態において、ステアリングホイール12の操作範囲が規制されている。
With regard to the operation of the
図5は、ステアリングホイール12の操作範囲が規制されていない状態におけるエンド規制機構13の断面図である。図5に示す状態では、第2係合ピン55は後退端に位置する。この第2係合ピン55の位置を非係合位置と呼べば、その非係合位置において、凸部48の側面は第2係合ピン55に当接することができない位置にある(OFF状態)。つまり、ステアリングホイール12の操作によってステアリングシャフト17が回転させられても、凸部48の側面は第2係合ピン55の先端部に当接することができない。したがって、この状態において、ステアリングホイール12の操作範囲の規制が解除されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the
図6は、本実施形態に係る車両操舵装置10の構成を説明するための機能ブロック図である。
FIG. 6 is a functional block diagram for explaining the configuration of the
図6に示すように、操舵ECU30には、イグニッションスイッチ72からのON/OFF信号、操舵角センサ14からの操舵角信号、操舵トルクセンサ16からの操舵トルク信号、転舵トルクセンサ22から転舵トルク信号、転舵角センサ26からの転舵角信号などが入力される。
As shown in FIG. 6, the steering
操舵ECU30は、操舵反力算出部66と、操舵反力アクチュエータ制御部67と、転舵角算出部68と、転舵アクチュエータ制御部69と、バックアップクラッチ制御部70と、エンド規制機構制御部71とを備える。
The steering
操舵反力算出部66は、操舵角センサ14からの操舵角信号に基づいて、ステアリングホイール12(図1参照)に付与すべき操舵反力を算出する。操舵反力アクチュエータ制御部67は、操舵反力算出部66で算出した操舵反力をステアリングホイール12に付与するよう操舵反力アクチュエータ18を制御する。
The steering reaction
転舵角算出部68は、ステアリングホイール12の操舵角に応じた転舵角を算出する。転舵アクチュエータ制御部69は、転舵角センサ26からの転舵角信号に基づいて、転舵角算出部68で算出された転舵角を転舵輪に付与するよう転舵アクチュエータ24を制御する。
The turning angle calculation unit 68 calculates a turning angle corresponding to the steering angle of the
バックアップクラッチ制御部70は、バックアップクラッチ20を制御する。上述したように、バックアップクラッチ制御部70からバックアップクラッチ20に通電すると、バックアップクラッチ20が接続解除状態となり、ステアリングホイール12と転舵アクチュエータ24とが機械的に分離される。一方、バックアップクラッチ制御部70からバックアップクラッチ20への通電がなくなると、バックアップクラッチ20が接続状態となり、ステアリングホイール12と転舵アクチュエータ24とが機械的に接続される、あるいは接続可能状態となる。本実施形態において、バックアップクラッチ制御部70は、イグニッションスイッチ72からオン信号が入力された後、バックアップクラッチ20に通電して該クラッチを接続解除状態とする。
The backup
エンド規制機構制御部71は、エンド規制機構13を制御する。上述したように、エンド規制機構制御部71からエンド規制機構13にON側に通電すると、エンド規制機構13がON状態となり、ステアリングホイール12の操作範囲が設定操作範囲に規制される。一方、エンド規制機構制御部71からエンド規制機構13へOFF側に通電すると、エンド規制機構13がOFF状態となり、ステアリングホイール12に対する操作範囲の規制が解除される。
The end restriction
本実施形態では、上述したように、通常時は電源32から操舵ECU30に電力が供給され、システム失陥により電源32が電力供給できない場合は副電源33から操舵ECU30に電力が供給される。従って、エンド規制機構制御部71は、電源32が失陥により電力供給できない場合も、エンド規制機構13のON/OFFを制御できる、すなわちステアリングホイール12の操作範囲を規制/規制解除できる。本実施形態では、操舵ECU30のエンド規制機構制御部71から動作指示がない限り、ステアリングホイール12の操作範囲の規制/規制解除が切り替わらないように構成されている。なお、このような規制/規制解除の切替が行われるよう構成されていれば、エンド規制機構の構成は特に限定されない。例えば、副電源を用いずにこのような規制/規制解除の切替が行われるよう構成されてもよい。
In the present embodiment, as described above, electric power is supplied from the
図7は、車両状態に応じたエンド規制機構13およびバックアップクラッチ20の制御を説明するための表である。
FIG. 7 is a table for explaining the control of the
イグニッションスイッチ72がON状態のとき、図7に示すように、エンド規制機構13は、ステアリングホイール12の操作範囲を所定の設定操作範囲に規制するよう設定され(ON状態)、バックアップクラッチ20は、ステアリングホイール12と転舵アクチュエータ24との接続を解除するよう設定される。これにより、通常のステアバイワイヤ制御が行われる。
When the
車両操舵装置10のステアバイワイヤシステムに失陥が生じたとき、図7に示すように、エンド規制機構13は、ステアリングホイール12の操作範囲の規制を解除するよう設定され(OFF状態)、バックアップクラッチ20は、ステアリングホイール12と転舵アクチュエータ24とを機械的に接続するよう設定される。これにより、非常時の非ステアバイワイヤ制御が行われる。
When a failure occurs in the steer-by-wire system of the
イグニッションスイッチ72がOFF状態のとき、図7に示すように、エンド規制機構13は、ステアリングホイール12の操作範囲を所定の設定操作範囲に規制するよう設定され(ON状態)、バックアップクラッチ20は、ステアリングホイール12と転舵アクチュエータ24とを機械的に接続するよう設定される。これにより、車両を移動させるためにステアリングホイール12を操作しようとしても、ステアリングホイール12の操作範囲がエンド規制機構13により制限される。その結果、車両を移動させるための十分な転舵角が得られなくなるので、ステアリングロック機能を果たすことができ、車両の盗難防止性を向上できる。
When the
上記の制御をまとめると、バックアップクラッチ20は、イグニッションスイッチ72がONとなったときにステアリングホイール12と転舵アクチュエータ24との接続を解除し、車両操舵装置10に失陥が発生したときおよびイグニッションスイッチ72がOFFなったときにステアリングホイール12と転舵アクチュエータ24とを接続するよう構成される。また、エンド規制機構13は、車両操舵装置10に失陥が発生したときにステアリングホイール12の操作範囲の規制を解除し、その他のときはステアリングホイール12の操作範囲を所定の設定操作範囲に規制するよう構成される。
To summarize the above control, the backup clutch 20 releases the connection between the
本実施形態においては、転舵アクチュエータ24は、ステアリングホイール12と転舵アクチュエータ24とが機械的に接続された非ステアバイワイヤ操舵時のステアリングギヤ比が、ステアリングホイール12と転舵アクチュエータ24との接続が解除されたステアバイワイヤ操舵時のステアリングギヤ比よりも大きく設定される。言い換えると、転舵アクチュエータ24は、ステアバイワイヤ制御時にピニオンシャフト21の回転数がステアリングホイール12の回転数に対して所定量多くなるように比ストロークが設定される。
In the present embodiment, the steering
また、本実施形態においては、エンド規制機構13の設定操作範囲は、ON状態となった場合に操舵角が適正になるよう設定される。例えば、低車速の取り回しを重視した車両の場合、エンド規制機構13の設定操作範囲は、ステアリングホイール12が例えば片側0.5回転ずつしか回らないように設定される(すなわち、ロックトゥロックで1回転)。
Further, in the present embodiment, the setting operation range of the
本実施形態に係る車両操舵装置10では、イグニッションスイッチ72がOFF状態となると、エンド規制機構13がON状態(規制状態)となり、バックアップクラッチ20が接続状態になる。このとき、ステアリングホイール12の操舵角が、転舵アクチュエータ24におけるピニオンシャフト21の回転角になる。ここで、上記のように非ステアバイワイヤ操舵時のステアリングギヤ比が、ステアバイワイヤ操舵時のステアリングギヤ比よりも大きく設定されていると、エンド規制機構13によりステアリングホイール12の操作範囲が設定操作範囲(例えばロックトゥロックで1回転)に規制されているので、車両を移動させるのに十分な転舵角を得ることができない。
In the
例えば、ステアバイワイヤ制御時に片側にステアリングホイール12を片側に0.5回転させれば転舵輪を最大転舵角まで転舵できていたとすると、イグニッションスイッチOFF時にはステアリングホイール12を片側に0.5回転させても転舵輪を最大転舵角まで転舵させることができない。例えば、非ステアバイワイヤ操舵時のステアリングギヤ比が、ステアバイワイヤ操舵時のステアリングギヤ比の4倍であるとすると、イグニッションスイッチOFF時にステアリングホイール12を片側に0.5回転させても転舵輪を最大転舵角の1/4しか転舵することができない。これでは車両を移動させるのは難しく、ステアリングホイール12をロックしているのと実質的に同等の盗難防止効果が得られる。
For example, if the
転舵アクチュエータ24のステアリングギヤ比(比ストローク)およびエンド規制機構13の設定操作範囲は、エンド規制機構13がON且つバックアップクラッチ20が接続の状態で盗難防止効果が発揮されるのであれば、特に限定されない。例えば、エンド規制機構13の設定操作範囲をロックトゥロックで180°、転舵アクチュエータ24におけるピニオンシャフト21の可動範囲をロックトゥロックで720°に設定されてもよい。
The steering gear ratio (specific stroke) of the steered
以上説明したように、本実施形態に係る車両操舵装置10によれば、ステアバイワイヤシステムを構成する上で通常必要なエンド規制機構13およびバックアップクラッチ20の動作を制御することで、車両の盗難防止性を向上できる。別途ステアリングロック機構を設けずとも盗難防止を図ることができるので、装置構造を簡素化でき、またコストを低減できる。なお、本実施形態に係る車両操舵装置10にステアリングロック機構がさらに設けられてもよい。この場合、盗難防止性をより向上できる。
As described above, according to the
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も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。 The present invention has been described above based on the embodiment. It should be understood by those skilled in the art that these embodiments are exemplifications, and that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and such modifications are also within the scope of the present invention.
10 車両操舵装置、 12 ステアリングホイール、 13 エンド規制機構、 14 操舵角センサ、 16 操舵トルクセンサ、 17 ステアリングシャフト、 18 操舵反力アクチュエータ、 20 バックアップクラッチ、 21 ピニオンシャフト、 22 転舵トルクセンサ、 23 転舵モータ、 24 転舵アクチュエータ、 26 転舵角センサ、 29 ステアリングラック、 30 操舵ECU、 32 電源、 33 副電源、 66 操舵反力算出部、 67 操舵反力アクチュエータ制御部、 68 転舵角算出部、 69 転舵アクチュエータ制御部、 70 バックアップクラッチ制御部、 71 エンド規制機構制御部、 72 イグニッションスイッチ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
車輪を転舵する転舵機構と、
前記操舵部材と前記転舵機構とを機械的に接続可能に構成されたクラッチと、
前記操舵部材の操作範囲を規制可能に構成されたエンド規制機構と、
を備え、
車両のイグニッションスイッチがOFF状態のとき、前記クラッチは、前記操舵部材と前記転舵機構とを機械的に接続するよう設定され、前記エンド規制機構は、前記操舵部材の操作範囲を所定範囲に規制するよう設定されることを特徴とする操舵装置。 A steering member for steering the vehicle;
A steering mechanism that steers the wheels;
A clutch configured to be mechanically connectable to the steering member and the steering mechanism;
An end regulating mechanism configured to regulate the operation range of the steering member;
With
When the vehicle ignition switch is in the OFF state, the clutch is set to mechanically connect the steering member and the steering mechanism, and the end regulating mechanism regulates the operation range of the steering member to a predetermined range. A steering apparatus characterized by being set to perform.
車輪を転舵する転舵機構と、
前記操舵部材と前記転舵機構とを機械的に接続可能に構成されたクラッチと、
前記操舵部材の操作範囲を規制可能に構成されたエンド規制機構と、
を備え、
前記クラッチは、車両のイグニッションスイッチがONとなったときに前記操舵部材と前記転舵機構との接続を解除し、当該操舵装置に失陥が発生したときおよび前記イグニッションスイッチがOFFなったときに前記操舵部材と前記転舵機構とを接続するよう設定され、
前記エンド規制機構は、当該操舵装置に失陥が発生したときに前記操舵部材の操作範囲の規制を解除し、その他のときは前記操舵部材の操作範囲を所定範囲に規制するよう設定されることを特徴とする操舵装置。 A steering member for steering the vehicle;
A steering mechanism that steers the wheels;
A clutch configured to be mechanically connectable to the steering member and the steering mechanism;
An end regulating mechanism configured to regulate the operation range of the steering member;
With
The clutch releases the connection between the steering member and the steering mechanism when the ignition switch of the vehicle is turned on, and when a failure occurs in the steering device and when the ignition switch is turned off. Set to connect the steering member and the steering mechanism;
The end restricting mechanism is set to release the restriction of the operation range of the steering member when a failure occurs in the steering device, and to restrict the operation range of the steering member to a predetermined range at other times. A steering apparatus characterized by the above.
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