JP2015044479A - Vehicular steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置に関する。具体的には、正常時はステアリングホイールと転舵輪とを機械的に切り離した状態で転舵アクチュエータの駆動力によって転舵輪を転舵し、異常時はステアリングホイールと転舵輪とを機械的に連結した状態でステアリングホイールの操舵力によって転舵輪を転舵する車両用操舵装置に関する。 The present invention relates to a steer-by-wire vehicle steering apparatus. Specifically, the steering wheel is steered by the driving force of the steering actuator while the steering wheel and the steered wheel are mechanically separated during normal operation, and the steering wheel and steered wheel are mechanically connected when abnormal. The present invention relates to a vehicle steering apparatus that steers a steered wheel by a steering force of a steering wheel in a state where the steering wheel is turned.
運転者によるステアリングホイールの操舵に応じて車両の転舵輪(一般には前輪)を転舵する車両用操舵装置として、運転者によるステアリングホイールの操舵角を電気信号に変換し、その電気信号に基づいて転舵アクチュエータを駆動することによって転舵輪を転舵するステアバイワイヤ方式のものが知られている。 As a vehicle steering device that steers a steered wheel (generally, the front wheel) of a vehicle in response to steering of the steering wheel by the driver, the steering angle of the steering wheel by the driver is converted into an electrical signal, and based on the electrical signal A steer-by-wire system that steers steered wheels by driving a steer actuator is known.
また、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、通常、車両の挙動に応じてステアリングホイールに操舵反力を与える反力アクチュエータを有する。反力アクチュエータは、車両の挙動に応じて回転トルクを発生する反力モータと、その反力モータの回転トルクをステアリングホイールに増幅して伝達する減速機とからなる。 A steer-by-wire vehicle steering apparatus usually includes a reaction force actuator that applies a steering reaction force to the steering wheel in accordance with the behavior of the vehicle. The reaction force actuator includes a reaction force motor that generates rotational torque in accordance with the behavior of the vehicle, and a speed reducer that amplifies and transmits the rotational torque of the reaction force motor to the steering wheel.
このステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵角をいったん電気信号に変換し、その電気信号に基づいて転舵アクチュエータを制御するので、例えば、車両の走行速度に応じて転舵アクチュエータの動作を変えることが可能であり、車両の走行安定性や運動性能の向上を可能とするものとして期待されている。 In this steer-by-wire vehicle steering device, the steering angle of the steering wheel by the driver is once converted into an electrical signal, and the steering actuator is controlled based on the electrical signal. For example, according to the traveling speed of the vehicle It is possible to change the operation of the steering actuator, which is expected to improve the running stability and motion performance of the vehicle.
一方、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、万一、転舵アクチュエータや反力アクチュエータに不具合が発生したときにも、転舵輪の転舵が不能とならないように対策を講じることが重要である。 On the other hand, in steer-by-wire vehicle steering devices, it is important to take measures to prevent turning of the steered wheels in the event of a malfunction in the steered actuator or reaction force actuator. .
そのような対策を講じたステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置として、正常時はステアリングホイールと転舵アクチュエータの間を機械的に切り離した状態とし、異常時はステアリングホイールと転舵アクチュエータの間を機械的に接続するバックアップクラッチを設けたものが知られている(特許文献1〜3)。 As a steer-by-wire vehicle steering system with such countermeasures, the steering wheel and the steering actuator are mechanically disconnected when normal, and the machine between the steering wheel and steering actuator is abnormal when abnormal. The thing which provided the backup clutch which connects automatically is known (patent documents 1-3).
この車両用操舵装置を使用すると、正常時は、バックアップクラッチによってステアリングホイールと転舵アクチュエータの間が機械的に切り離されているので、ステアリングホイールから転舵アクチュエータへの回転の伝達が遮断され、転舵アクチュエータの駆動力によって転舵輪を転舵することができる。また、異常時は、バックアップクラッチによってステアリングホイールと転舵アクチュエータの間が機械的に接続されるので、ステアリングホイールから転舵アクチュエータに回転が伝達され、ステアリングホイールの操舵力によって転舵輪を転舵することができる。 When this vehicle steering device is used, since the steering wheel and the steering actuator are mechanically disconnected by the backup clutch under normal conditions, the transmission of rotation from the steering wheel to the steering actuator is cut off and The steered wheels can be steered by the driving force of the rudder actuator. Further, in the event of an abnormality, the steering wheel and the steering actuator are mechanically connected by the backup clutch, so that rotation is transmitted from the steering wheel to the steering actuator, and the steered wheels are steered by the steering force of the steering wheel. be able to.
ところで、特許文献1、2では、バックアップクラッチでステアリングホイールと転舵アクチュエータの間が機械的に接続されたときに、ステアリングホイールの回転が変速されずにそのまま転舵アクチュエータに入力される。このとき、最大操舵角(一般には左右にそれぞれ1.5回転程度)の範囲内でステアリングホイールを操舵することによって、最大の転舵角(一般には30°程度)で転舵輪を転舵可能とするには、ラックアンドピニオン方式の転舵アクチュエータ(例えば、特許文献3の図1)を採用する必要がある。
By the way, in
ラックアンドピニオン方式の転舵アクチュエータは、ステアリングホイールの操舵角に応じて回転する転舵用モータと、その転舵用モータの回転が入力されるピニオンと、そのピニオンに噛み合うラックが一体に設けられたステアリングロッドとを有する。ピニオンは、バックアップクラッチを介してステアリングホイールに連結されている。ステアリングロッドは、その両端がナックルアームを介して転舵輪に連結されており、ステアリングロッドが長手方向に移動すると、これに連動して左右一対の転舵輪の向きが変化する。 The rack-and-pinion type steering actuator is integrally provided with a steering motor that rotates according to the steering angle of the steering wheel, a pinion that receives rotation of the steering motor, and a rack that meshes with the pinion. And a steering rod. The pinion is connected to the steering wheel via a backup clutch. Both ends of the steering rod are connected to the steered wheels via knuckle arms, and when the steering rod moves in the longitudinal direction, the direction of the pair of left and right steered wheels changes in conjunction with this.
本願の発明者は、上述のようなラックアンドピニオン方式の転舵アクチュエータにかえて、ボールねじ方式の転舵アクチュエータを採用することができないか検討した。ボールねじ方式の転舵アクチュエータは、ステアリングホイールの操舵角に応じて回転する転舵用モータと、その転舵用モータの回転が入力されるボールナットと、そのボールナットにボールを介してねじ係合するねじ軸が一体に設けられたステアリングロッドとを有する。ステアリングロッドは、その両端がナックルアームを介して転舵輪に連結されており、ステアリングロッドが長手方向に移動すると、これに連動して左右一対の転舵輪の向きが変化する。 The inventor of the present application examined whether a ball screw type steering actuator could be adopted instead of the rack and pinion type steering actuator as described above. A ball screw type steering actuator includes a steering motor that rotates in accordance with a steering angle of a steering wheel, a ball nut that receives rotation of the steering motor, and a screw that engages the ball nut via a ball. And a steering rod provided integrally with a screw shaft. Both ends of the steering rod are connected to the steered wheels via knuckle arms, and when the steering rod moves in the longitudinal direction, the direction of the pair of left and right steered wheels changes in conjunction with this.
このボールねじ方式の転舵アクチュエータを採用すれば、ラックアンドピニオン方式よりも滑らかな転舵が可能となり、また、ラックアンドピニオン方式よりも大きい負荷能力をもってステアリングロッドを動かすことが可能となる。しかし、その一方で、異常時において、バックアップクラッチでステアリングホイールと転舵アクチュエータの間が機械的に接続された状態で、ステアリングホイールの操舵力によって転舵輪を転舵するときに、転舵角が不足する問題が生じることが分かった。 By adopting this ball screw type steering actuator, it becomes possible to perform steering more smoothly than the rack and pinion method, and it is possible to move the steering rod with a larger load capacity than the rack and pinion method. However, on the other hand, when the steering wheel is steered by the steering force of the steering wheel in a state where the steering wheel and the steering actuator are mechanically connected by the backup clutch in the event of an abnormality, the turning angle is It turns out that there is a shortage of problems.
すなわち、ボールねじ機構のボールナットに回転を入力したときのねじ軸の軸方向の移動量は、通常、ラックアンドピニオン機構のピニオンに回転を入力したときのラックの軸方向の移動量よりも小さい。一方、従来のステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置においては、ステアリングホイールからバックアップクラッチに回転を伝達する経路が、反力モータのトルク増幅用の減速機を通過しない経路とされており、ステアリングホイールの回転が変速されずにそのままバックアップクラッチに伝達されるようになっている。 That is, the amount of axial movement of the screw shaft when rotation is input to the ball nut of the ball screw mechanism is normally smaller than the amount of axial movement of the rack when rotation is input to the pinion of the rack and pinion mechanism. . On the other hand, in a conventional steer-by-wire vehicle steering system, the path for transmitting rotation from the steering wheel to the backup clutch is a path that does not pass through the reduction gear for amplifying the torque of the reaction force motor. The rotation is transmitted to the backup clutch without being shifted.
そのため、従来のラックアンドピニオン方式の転舵アクチュエータにかえて、ボールねじ方式の転舵アクチュエータを採用すると、ステアリングホイールと転舵アクチュエータの間がバックアップクラッチで機械的に接続されたときに、ステアリングホイールを最大操舵角まで操舵したときのステアリングロッドの移動量が小さくなり、転舵輪の転舵角が不足する問題が生じる。 For this reason, when a ball screw type steering actuator is adopted in place of the conventional rack and pinion type steering actuator, the steering wheel is mechanically connected by a backup clutch between the steering wheel and the steering actuator. When the vehicle is steered to the maximum steering angle, the amount of movement of the steering rod becomes small, and there arises a problem that the turning angle of the steered wheels is insufficient.
この発明が解決しようとする課題は、ステアリングホイールと転舵アクチュエータの間をバックアップクラッチで機械的に接続したときに十分な転舵角を確保できる車両用操舵装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can secure a sufficient turning angle when the steering wheel and the turning actuator are mechanically connected by a backup clutch.
上記の課題を解決するため、この発明においては、以下の構成を車両用操舵装置に採用したのである。
ステアリングホイールと、
そのステアリングホイールに操舵反力を与える反力アクチュエータと、
前記ステアリングホイールの操舵角に応じて左右一対の転舵輪の向きが変わるように前記一対の転舵輪を動かす転舵アクチュエータと、
正常時は前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータの間を機械的に切り離し、異常時は前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータの間を機械的に接続するバックアップクラッチとを有する車両用操舵装置において、
前記反力アクチュエータは、前記操舵反力の元になる回転トルクを発生する反力モータと、その反力モータの回転トルクを前記ステアリングホイールに増幅して伝達する減速機と、前記バックアップクラッチに接続された操舵側連結軸とを有し、その操舵側連結軸は、前記ステアリングホイールの操舵時に、前記ステアリングホイールから前記減速機を介して回転が伝達することで前記ステアリングホイールよりも速く回転するように設けられ、
前記転舵アクチュエータは、前記ステアリングホイールの操舵角に応じて回転する転舵用モータと、その転舵用モータの回転が入力されるナットと、そのナットにねじ係合し、前記ナットの回転により軸方向移動するねじ軸と、そのねじ軸と一体に軸方向移動して左右一対の転舵輪の向きを変化させるように両端が転舵輪に連結されたステアリングロッドと、前記バックアップクラッチに接続された転舵側連結軸と、前記バックアップクラッチから前記転舵側連結軸に入力された回転を前記ナットに伝達する回転伝達経路とを有する、
ことを特徴とする車両用操舵装置。
In order to solve the above-described problems, in the present invention, the following configuration is employed in the vehicle steering apparatus.
A steering wheel,
A reaction force actuator that applies a steering reaction force to the steering wheel;
A steering actuator that moves the pair of steered wheels so that the directions of the pair of left and right steered wheels change according to the steering angle of the steering wheel;
In a vehicle steering apparatus having a backup clutch that mechanically disconnects between the steering wheel and the steering actuator when normal, and mechanically connects between the steering wheel and the steering actuator when abnormal,
The reaction force actuator is connected to a reaction force motor that generates a rotational torque that is a source of the steering reaction force, a reduction gear that amplifies and transmits the rotation torque of the reaction force motor to the steering wheel, and the backup clutch A steering-side connecting shaft, and the steering-side connecting shaft rotates faster than the steering wheel by transmitting rotation from the steering wheel via the speed reducer when the steering wheel is steered. Provided in
The steering actuator includes a steering motor that rotates according to a steering angle of the steering wheel, a nut to which rotation of the steering motor is input, a screw engagement with the nut, and rotation of the nut. A screw shaft that moves in the axial direction, a steering rod that is axially moved integrally with the screw shaft to change the direction of the pair of left and right steered wheels, and a steering rod that is coupled to the steered wheels at both ends, and is connected to the backup clutch A steering side connecting shaft, and a rotation transmission path for transmitting rotation input from the backup clutch to the steering side connecting shaft to the nut.
A vehicle steering apparatus characterized by the above.
このようにすると、ステアリングホイールからバックアップクラッチに回転を伝達する経路が、反力モータのトルク増幅用の減速機を介して回転を増速する経路となる。すなわち、正常時に反力モータの回転トルクをステアリングホイールに増幅して伝達する減速機が、異常時には、ステアリングホイールの回転を転舵アクチュエータに増速して伝達する増速機として機能する。そのため、ステアリングホイールと転舵アクチュエータの間がバックアップクラッチで機械的に接続されているときに、ステアリングホイールの操舵によって、ステアリングロッドを大きく移動させることができ、十分な転舵角を確保することが可能となる。 If it does in this way, the path which transmits rotation to a backup clutch from a steering wheel serves as a path which accelerates rotation via the reduction gear for torque amplification of a reaction force motor. That is, the speed reducer that amplifies and transmits the rotational torque of the reaction force motor to the steering wheel during normal operation functions as a speed increaser that accelerates and transmits the rotation of the steering wheel to the steering actuator when abnormal. Therefore, when the steering wheel and the steering actuator are mechanically connected by a backup clutch, the steering rod can be moved greatly by steering the steering wheel, and a sufficient turning angle can be secured. It becomes possible.
異常時に前記反力モータの駆動回路を遮断する遮断器を設けることができる。このようにすると、遮断器で反力モータの駆動回路を遮断することにより、反力モータが発電機として機能するのを防止することができるので、異常時において、運転者がステアリングホイールを操舵するのに必要な力を低減することが可能となる。 A circuit breaker for interrupting the reaction motor drive circuit in the event of an abnormality can be provided. In this case, the reaction motor is prevented from functioning as a generator by shutting off the reaction motor drive circuit with the circuit breaker, so that the driver steers the steering wheel during an abnormality. Therefore, it is possible to reduce the force required for this.
前記ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサを設け、異常時は前記トルクセンサで検出された操舵トルクに応じた操舵補助トルクを前記反力モータで発生するようにしてもよい。このようにすると、反力モータがパワーステアリングの倍力装置として機能するので、ステアリングホイールの操舵に必要な力を著しく低減することが可能となる。 A torque sensor for detecting the steering torque of the steering wheel may be provided, and a steering assist torque corresponding to the steering torque detected by the torque sensor may be generated by the reaction force motor when an abnormality occurs. In this case, the reaction motor functions as a power steering booster, so that the force required for steering the steering wheel can be remarkably reduced.
さらに、異常時に前記転舵用モータの駆動回路を遮断する遮断器を設けることができる。このようにすると、遮断器で転舵用モータの駆動回路を遮断することにより、転舵用モータが発電機として機能するのを防止することができるので、異常時において、運転者がステアリングホイールを操舵するのに必要な力を低減することが可能となる。 Further, it is possible to provide a circuit breaker that shuts off the drive circuit of the steering motor when an abnormality occurs. In this case, the driving circuit of the steering motor can be blocked by the circuit breaker, so that the steering motor can be prevented from functioning as a generator. It is possible to reduce the force required for steering.
さらに、前記ナットと前記ねじ軸は、両者がボールを介してねじ係合するボールねじ機構とすることにより、トルク損失を抑えて、伝達効率を上げることができる。その結果、転舵用モータを小型化して、車両用操舵装置全体をコンパクトにすることが可能となる。 Further, the nut and the screw shaft are both configured to be a ball screw mechanism in which the screw is engaged through a ball, so that torque loss can be suppressed and transmission efficiency can be increased. As a result, the steering motor can be reduced in size, and the entire vehicle steering apparatus can be made compact.
この発明の車両用操舵装置は、ステアリングホイールと転舵アクチュエータの間がバックアップクラッチで機械的に接続されているときに、反力モータのトルク増幅用の減速機が増速機として機能するので、ステアリングホイールの操舵によって、ステアリングロッドを大きく移動させることができ、十分な転舵角を確保することが可能である。 In the vehicle steering device of the present invention, when the steering wheel and the steering actuator are mechanically connected by a backup clutch, the torque reduction gear reducer of the reaction force motor functions as a speed increaser. By steering the steering wheel, the steering rod can be moved greatly, and a sufficient turning angle can be secured.
図1に、この発明の実施形態にかかる車両用操舵装置を示す。この車両用操舵装置は、運転者によるステアリングホイール1の操舵角を電気信号に変換し、その電気信号に基づいて転舵アクチュエータ4を駆動することによって、転舵輪5を転舵するステアバイワイヤ方式のものである。
FIG. 1 shows a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. This vehicle steering device converts the steering angle of the
車両用操舵装置は、運転者により操舵されるステアリングホイール1と、車両の挙動に応じてステアリングホイール1に操舵反力を与える反力アクチュエータ2と、ステアリングホイール1の操舵角に応じて左右一対の転舵輪5(図では左右一対の前輪)の向きが変わるように一対の転舵輪5を動かす転舵アクチュエータ4と、ステアリングホイール1と転舵アクチュエータ4の間で回転の伝達と遮断を切り替えるバックアップクラッチ3とを有する。
The vehicle steering apparatus includes a
バックアップクラッチ3は、正常時には転舵アクチュエータ4の駆動力によって転舵輪5を転舵するため、ステアリングホイール1と転舵アクチュエータ4の間を機械的に切り離した状態に保持し、転舵アクチュエータ4に不具合が発生したときなどの異常時には、ステアリングホイール1の操舵力による転舵輪5の転舵を可能とするため、ステアリングホイール1と転舵アクチュエータ4の間を機械的に接続するクラッチである。
Since the
図2に示すように、反力アクチュエータ2は、反力モータ6と、反力モータ6の回転トルクをステアリングホイール1に増幅して伝達する減速機7と、ステアリングホイール1の操舵角を所定の範囲に制限するリミッタ装置8と、バックアップクラッチ3に接続された操舵側連結軸9とを有する。
As shown in FIG. 2, the
リミッタ装置8は、ステアリングホイール1と一体に回転する操舵軸10に固定されたサンギヤ11aと、サンギヤ11aを囲むように同軸に設けられた環状の内歯車11bと、サンギヤ11aと内歯車11bの両者に噛み合う遊星歯車11cとを有する。遊星歯車11cは、周方向に間隔をおいて複数配置されている。各遊星歯車11cは、自転可能に支持されているが、公転しないように自転軸11dの位置が固定されている。
The
内歯車11bの外周にはピン12が固定され、反力アクチュエータ2のケース13にはストッパ14が固定されている。内歯車11bを回転させるとピン12が内歯車11bと一体に移動し、ピン12がストッパ14に当接すると内歯車11bはそれ以上回転することができなくなる。内歯車11bを反対方向に回転させても同様である。このようにしてピン12とストッパ14は、内歯車11bの回転可能範囲を1回転未満に制限している。
A
ステアリングホイール1を操舵すると、ステアリングホイール1と一体に回転するサンギヤ11aの回転が、サンギヤ11aと内歯車11bの歯数に応じた減速比で減速されて内歯車11bに伝達し、内歯車11bがステアリングホイール1よりも遅い速度で回転する。この減速比は、ステアリングホイール1を最大操舵角(一般には左右にそれぞれ1.5回転程度。全体で3回転程度)の範囲で回転させたときに、内歯車11bの回転が1回転未満となるような減速比に設定される。そして、ステアリングホイール1を最大操舵角まで操舵したときに、ピン12がストッパ14に当接し、それ以上のステアリングホイール1の回転が制限される。
When the
リミッタ装置8は、内歯車11bの回転角を検出する回転センサ15を有する。回転センサ15は、ステアリングホイール1から伝達する減速後の回転角を検出することで、ステアリングホイール1の絶対位置(操舵角)を検出する。すなわち、ステアリングホイール1を複数回回転させたときにも、内歯車11bは1回転未満しか回転しないので、この内歯車11bの回転角を回転センサ15で検出することで、360°以上回転可能なステアリングホイール1の絶対位置を検出することが可能となっている。
The
回転センサ15としてはレゾルバを用いることができる。レゾルバは、内歯車11bと一体に回転するロータ15aと、ロータ15aを囲むように設けられた環状のステータ15bとからなる。ステータ15bは、ケース13に固定されている。ステータ15bは、外部から一定の交流電圧が印加される励磁コイルと、この励磁コイルの通電により交流の電圧が誘起される2組の出力コイルとを有し、この2組の出力コイルに誘起される交流電圧がロータ15aの回転角に応じて変化する性質を利用して、ロータ15aの回転角(内歯車11bの回転角)を検出することが可能となっている。レゾルバにかえて、内歯車11bの回転角に対応して電気抵抗値が変化する可変抵抗を内蔵したポテンショメータを使用してもよい。
A resolver can be used as the
反力モータ6は、操舵側連結軸9と一体に回転するように操舵側連結軸9に接続されたロータ6aと、ロータ6aに回転トルクを付与するステータ6bとを有する。ステータ6bはケース13に固定されている。ステータ6bには、ロータ6aを駆動するための電力をステータ6bに供給する駆動回路16が接続されている。駆動回路16は、ステータ6bに電力を供給する動力線を遮断することが可能な遮断器17を有する。
The
操舵側連結軸9には、反力モータ6の制御用の回転センサ18が取り付けられている。回転センサ18として、レゾルバを使用することができる。レゾルバは、操舵側連結軸9と一体に回転するロータ18aと、ロータ18aを囲むように設けられた環状のステータ18bとからなる。ステータ18bは、ケース13に固定されている。
A
減速機7は、操舵側連結軸9と一体に回転するように操舵側連結軸9に接続されたサンギヤ7aと、サンギヤ7aを囲むように同軸に設けられた環状の内歯車7bと、サンギヤ7aと内歯車7bの両者に噛み合う遊星歯車7cと、遊星歯車7cを自転可能かつ公転可能に保持する遊星キャリヤ7dとを有する。遊星歯車7cは、周方向に間隔をおいて複数配置されている。内歯車7bはケース13に固定されている。遊星キャリヤ7dは、操舵軸10と一体に回転するように操舵軸10に接続されている。
The
反力モータ6のロータ6aを回転させると、ロータ6aと一体にサンギヤ7aが回転し、遊星歯車7cが自転しながらサンギヤ7aの周りを公転し、この遊星歯車7cの公転に伴って遊星キャリヤ7dが回転し、遊星キャリヤ7dと一体に操舵軸10が回転する。この操舵軸10の回転速度(すなわちステアリングホイール1の回転速度)は、反力モータ6のロータ6aの回転速度を、サンギヤ7aと内歯車7bの歯数に応じた減速比で減速したものとなる。このとき、反力モータ6で発生する回転トルクは、減速機7で回転速度が減速することによって増幅され、この増幅後の回転トルクが操舵反力としてステアリングホイール1に伝達される。
When the
また、運転者がステアリングホイール1を操舵したとき、ステアリングホイール1の回転は、減速機7を介して操舵側連結軸9に伝達する。このとき、ステアリングホイール1の回転が減速機7で増速され、その増速後の回転が操舵側連結軸9に伝達するので、操舵側連結軸9はステアリングホイール1よりも速く回転する。すなわち、操舵側連結軸9は、反力モータ6から入力された回転を減速してステアリングホイール1に出力する減速機7の入力側に接続されているため、ステアリングホイール1が回転すると、そのステアリングホイール1の回転が減速機7で増速して操舵側連結軸9に伝達する。このときの増速比(すなわち減速機7がもつ減速比の逆数)は、ステアリングホイール1を最大操舵角(一般には左右にそれぞれ1.5回転程度。全体で3回転程度)の範囲で回転させたときに、後述のステアリングロッドが最大のストロークで移動する大きさに設定されている。
When the driver steers the
転舵アクチュエータ4は、転舵用モータ20と、転舵用モータ20の回転が入力されるボールナット21と、ボールナット21にボール22を介してねじ係合するねじ軸23と、ねじ軸23と一体に形成されたステアリングロッド24と、バックアップクラッチ3に接続された転舵側連結軸25とを有する。
The turning
転舵用モータ20は、回転センサ15で検出したステアリングホイール1の絶対位置(操舵角)に応じて回転するように制御される。転舵用モータ20のモータ軸26には、転舵用モータ20の制御用の回転センサ27が取り付けられている。回転センサ27として、レゾルバを使用することができる。レゾルバは、モータ軸26と一体に回転するロータ27aと、ロータ27aを囲むように設けられた環状のステータ27bとからなる。
The
また、転舵用モータ20のモータ軸26には、減速機28を介してポテンショメータ29が接続されている。減速機28は、モータ軸26の回転をポテンショメータ29に減速して伝達する。減速機28の減速比は、転舵用モータ20の駆動によりステアリングロッド24を最大のストロークで移動させたときに、ポテンショメータ29に入力される回転が1回転未満となるような減速比に設定される。ポテンショメータ29は、転舵用モータ20から減速機28を介して伝達する減速後の回転角を検出することで、ステアリングロッド24の絶対位置(軸方向位置)を検出する。
A
転舵用モータ20には、転舵用モータ20を駆動するための電力を転舵用モータ20に供給する駆動回路30が接続されている。駆動回路30は、転舵用モータ20に電力を供給する動力線を遮断することが可能な遮断器31を有する。
A driving
転舵用モータ20のモータ軸26には駆動ギヤ32が固定され、この駆動ギヤ32に噛み合う従動ギヤ33がボールナット21に固定されている。ボールナット21は、軸方向に非可動の状態で回転可能に軸受34で支持されている。一方、ねじ軸23は、その回転を拘束した状態で軸方向に移動可能に支持されている。そのため、ボールナット21を回転させると、そのボールナット21の回転に応じてねじ軸23が軸方向に移動する。
A
転舵側連結軸25には第1傘歯車35が固定され、この第1傘歯車35に噛み合う第2傘歯車36がモータ軸26に固定されている。ここで、第1傘歯車35、第2傘歯車36、駆動ギヤ32、従動ギヤ33は、バックアップクラッチ3を締結したときに、バックアップクラッチ3から転舵側連結軸25に入力される回転をボールナット21に伝達する回転伝達経路37を構成している。
A
バックアップクラッチ3は、図示しないコイルに通電することによって、操舵側連結軸9と転舵側連結軸25の間で正逆両方向の回転の伝達をいずれも遮断する切り離し状態となり、コイルの通電を解除することによって、操舵側連結軸9と転舵側連結軸25の間で正逆両方向の回転をいずれも伝達する締結状態となる電磁クラッチである。
When the
図1に示すように、ステアリングロッド24は、その両端がナックルアーム38を介して転舵輪5に連結されている。ステアリングロッド24が軸方向(図2に示すねじ軸23の軸方向)に移動すると、これに連動して左右一対の転舵輪5の向きが変化するようになっている。
As shown in FIG. 1, both ends of the steering
上述した車両用操舵装置の動作例を説明する。 An operation example of the above-described vehicle steering apparatus will be described.
車両用操舵装置の正常時は、バックアップクラッチ3が通電により切り離し状態に保持され、ステアリングホイール1と転舵アクチュエータ4の間が機械的に切り離された状態となっている。そして、運転者がステアリングホイール1を操舵すると、ステアリングホイール1の回転角が回転センサ15で検出され、その回転センサ15で検出された回転角に応じて転舵用モータ20が回転し、その転舵用モータ20の回転が駆動ギヤ32、従動ギヤ33を順に介してボールナット21に伝達することで、ステアリングロッド24が軸方向に移動する。また、車両の挙動に応じて反力モータ6が回転トルクを発生し、その回転トルクが減速機7で増幅して操舵軸10に伝達することで、ステアリングホイール1に操舵反力が付与される。
When the vehicle steering device is normal, the
一方、車両用操舵装置の異常時(例えば、転舵アクチュエータ4や反力アクチュエータ2に不具合が発生したとき)は、バックアップクラッチ3が通電解除により締結状態となり、ステアリングホイール1と転舵アクチュエータ4の間が機械的に接続された状態となる。この状態で、運転者がステアリングホイール1を操舵すると、ステアリングホイール1の回転が減速機7、操舵側連結軸9、バックアップクラッチ3、転舵側連結軸25、回転伝達経路37(すなわち、第1傘歯車35、第2傘歯車36、駆動ギヤ32、従動ギヤ33)を順に介してボールナット21に伝達することで、ステアリングロッド24が軸方向に移動する。つまり、手動によって転舵輪5を転舵することが可能となる。
On the other hand, when the vehicle steering apparatus is abnormal (for example, when a malfunction occurs in the
このとき、ステアリングホイール1は、最大操舵角(一般には左右にそれぞれ1.5回転程度)の範囲内でしか回転させることができないが、減速機7が増速機として機能するため、操舵側連結軸9がステアリングホイール1よりも高い回転数をもって回転し、その結果、十分な大きさの転舵角をもって転舵輪5を転舵することが可能となっている。
At this time, the
例えば、ステアリングホイール1の最大操舵範囲を左右にそれぞれ1.5回転とすると、減速機7の減速比が1/16のとき、操舵側連結軸9は、最大で左右にそれぞれ24回転することになる。そして、第1傘歯車35に対する第2傘歯車36の歯数比を1/1、駆動ギヤ32に対する従動ギヤ33の歯数比を1/2とすると、ボールナット21は、ステアリングホイール1の操舵により最大で±12回転する。ねじ軸23のリードを5mmとすれば、転舵軸は±60mm移動することになる。このように、上記構成の車両用操舵装置を使用すると、ステアリングホイール1と転舵アクチュエータ4の間がバックアップクラッチ3で機械的に接続されたときにも、ステアリングホイール1の操舵によって、ステアリングロッド24を大きく移動させることができ、十分な転舵角を確保することが可能である。
For example, if the maximum steering range of the
ところで、車両用操舵装置の異常時に、ステアリングホイール1の回転が反力モータ6と転舵用モータ20に入力されると、反力モータ6と転舵用モータ20が発電機として機能し、このとき発電される電力の大きさに応じて反力モータ6と転舵用モータ20がそれぞれ回転負荷を生じるので、ステアリングホイール1の操舵が重くなるおそれがある。そこで、ステアリングホイール1の操舵が重くなるのを抑制するため、車両用操舵装置の異常時には、反力モータ6の駆動回路16を遮断器17で遮断するとともに、転舵用モータ20の駆動回路30も遮断器31で遮断することができる。このようにすると、反力モータ6と転舵用モータ20が発電機として機能するのを防止することができるので、車両用操舵装置の異常時に、ステアリングホイール1を操舵するのに必要な力を抑えることが可能となる。
By the way, when the rotation of the
この車両用操舵装置は、ステアリングホイール1からバックアップクラッチ3に回転を伝達する経路が、反力モータ6のトルク増幅用の減速機7を介して回転を増速する経路となっている。すなわち、正常時に反力モータ6の回転トルクをステアリングホイール1に増幅して伝達する減速機7が、異常時には、ステアリングホイール1の回転を転舵アクチュエータ4に増速して伝達する増速機として機能する。そのため、ステアリングホイール1と転舵アクチュエータ4の間がバックアップクラッチ3で機械的に接続されているときに、ステアリングホイール1の操舵によって、ステアリングロッド24を大きく移動させることができ、十分な転舵角を確保することが可能である。
In this vehicle steering apparatus, the path for transmitting the rotation from the
図3に、転舵アクチュエータ4の他の例を示す。この転舵アクチュエータ4は、上記実施形態にトー角調整機構40を付加したものである。上記実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 3 shows another example of the
トー角調整機構40は、トー角調整用モータ41と、トー角調整用モータ41の回転が入力されるスプラインナット42と、スプラインナット42に回り止めされかつスプラインナット42に対して軸方向に移動可能に支持されたスプライン軸43とを有する。スプラインナット42は、軸方向に非可動の状態で、軸受44で回転可能に支持されている。
The toe
スプライン軸43は、ねじ軸23と同軸上に配置されている。スプライン軸43の一端には雌ねじ45が形成されており、この雌ねじ45にねじ軸23の一端に形成された雄ねじ46がねじ係合している。スプライン軸43の外周には、軸方向に延びる複数の溝47が形成されている。スプラインナット42とスプライン軸43の間には、図示しない複数のボールが組み込まれ、このボールがスプライン軸43の外周の溝47を転がることで、スプライン軸43とスプラインナット42が軸方向に相対移動可能となっている。スプラインナット42には、ボールを循環させる循環機構(図示せず)が設けられている。スプラインナット42に回転が入力されると、ボールを介してスプラインナット42とスプライン軸43の間でトルク伝達がなされ、スプラインナット42とスプライン軸43が一体に回転する。
The
トー角調整用モータ41のモータ軸48には駆動ギヤ49が固定されている。スプラインナット42には、駆動ギヤ49に噛み合う従動ギヤ50が固定されている。トー角調整用モータ41のモータ軸48には、トー角調整用モータ41の制御用の回転センサ51が取り付けられている。回転センサ51として、モータ軸48と一体に回転するロータ51aと、ロータ51aを囲むように設けられた環状のステータ51bとからなるレゾルバを使用することができる。また、トー角調整用モータ41のモータ軸48には、減速機52を介してポテンショメータ53が接続されている。
A
上述したトー角調整機構40において、トー角調整用モータ41を回転させると、トー角調整用モータ41の回転が、駆動ギヤ49、従動ギヤ50を順に介してスプラインナット42に伝達する。スプラインナット42が回転すると、雄ねじ46と雌ねじ45が相対回転することによって、雄ねじ46と雌ねじ45のねじ込み深さが変化し、その結果、スプライン軸43が軸方向に移動し、転舵輪5のトー角が変化する。
When the toe
トー角調整用モータ41を回転させたとき、左右一対の転舵輪5(すなわちスプライン軸43側の転舵輪5とねじ軸23側の転舵輪5)のうち、スプライン軸43側のみの転舵輪5のトー角が変化する。反対側の転舵輪5のトー角も調整するには、転舵用モータ20とトー角調整用モータ41の両者のモータを回転させることで、スプライン軸43とねじ軸23との軸方向位置をそれぞれ変化させる。このようにしてトーインやトーアウトの調整を行なうことができる。
When the toe
図4に、上記実施形態の変形例の車両用操舵装置を示す。 FIG. 4 shows a vehicle steering apparatus according to a modification of the above embodiment.
上記実施形態では、車両用操舵装置の異常時に、反力モータ6の駆動回路16を遮断器17で遮断したが、図4に示す変形例では、車両用操舵装置の異常時に、反力モータ6を、電動パワーステアリングの駆動源として使用するため、操舵軸10に、ステアリングホイール1の操舵トルクを検出するトルクセンサ54を設けている。
In the above embodiment, the
車両用操舵装置の異常時には、上記実施形態と同様、バックアップクラッチ3を締結してステアリングホイール1と転舵アクチュエータ4の間を機械的に接続する。そして、この状態において、運転者がステアリングホイール1を操舵すると、トルクセンサ54で検出される操舵トルクに応じて、図2に示す反力モータ6が操舵補助トルクを発生する。このようにすると、反力モータ6がパワーステアリングの倍力装置として機能するので、ステアリングホイール1の操舵に必要な力を著しく低減することが可能となる。
When the vehicle steering apparatus is abnormal, the
上記実施形態では、反力モータ6からステアリングホイール1に伝達される回転トルクを増幅する減速機7として、1段の遊星歯車減速機構を例に挙げて説明したが、図5に示すように上記実施形態で示す遊星歯車機構を直列に接続した2段の遊星歯車減速機構を使用してもよく、他の種類の減速機(例えば、特公平2−28027公報に示されたローラ減速機)を使用してもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、ボールねじ機構を例に挙げて説明したが、ボール22を介さない滑りねじ機構を採用してもよい。
In the above embodiment, the ball screw mechanism has been described as an example, but a slide screw mechanism that does not involve the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 ステアリングホイール
2 反力アクチュエータ
3 バックアップクラッチ
4 転舵アクチュエータ
5 転舵輪
6 反力モータ
7 減速機
9 操舵側連結軸
16 駆動回路
17 遮断器
20 転舵用モータ
21 ボールナット
22 ボール
23 ねじ軸
24 ステアリングロッド
25 転舵側連結軸
30 駆動回路
31 遮断器
37 回転伝達経路
54 トルクセンサ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
そのステアリングホイール(1)に操舵反力を与える反力アクチュエータ(2)と、
前記ステアリングホイール(1)の操舵角に応じて左右一対の転舵輪(5)の向きが変わるように前記一対の転舵輪(5)を動かす転舵アクチュエータ(4)と、
正常時は前記ステアリングホイール(1)と前記転舵アクチュエータ(4)の間を機械的に切り離し、異常時は前記ステアリングホイール(1)と前記転舵アクチュエータ(4)の間を機械的に接続するバックアップクラッチ(3)とを有する車両用操舵装置において、
前記反力アクチュエータ(2)は、前記操舵反力の元になる回転トルクを発生する反力モータ(6)と、その反力モータ(6)の回転トルクを前記ステアリングホイール(1)に増幅して伝達する減速機(7)と、前記バックアップクラッチ(3)に接続された操舵側連結軸(9)とを有し、その操舵側連結軸(9)は、前記ステアリングホイール(1)の操舵時に、前記ステアリングホイール(1)から前記減速機(7)を介して回転が伝達することで前記ステアリングホイール(1)よりも速く回転するように設けられ、
前記転舵アクチュエータ(4)は、前記ステアリングホイール(1)の操舵角に応じて回転する転舵用モータ(20)と、その転舵用モータ(20)の回転が入力されるナット(21)と、そのナット(21)にねじ係合し、前記ナット(21)の回転により軸方向移動するねじ軸(23)と、そのねじ軸(23)と一体に軸方向移動して左右一対の転舵輪(5)の向きを変化させるように両端が転舵輪(5)に連結されたステアリングロッド(24)と、前記バックアップクラッチ(3)に接続された転舵側連結軸(25)と、前記バックアップクラッチ(3)から前記転舵側連結軸(25)に入力された回転を前記ナット(21)に伝達する回転伝達経路(37)とを有する、
ことを特徴とする車両用操舵装置。 Steering wheel (1),
A reaction force actuator (2) for applying a steering reaction force to the steering wheel (1);
A steering actuator (4) that moves the pair of steered wheels (5) so that the directions of the pair of left and right steered wheels (5) change according to the steering angle of the steering wheel (1);
When normal, the steering wheel (1) and the steering actuator (4) are mechanically disconnected, and when abnormal, the steering wheel (1) and the steering actuator (4) are mechanically connected. In a vehicle steering system having a backup clutch (3),
The reaction force actuator (2) amplifies the reaction torque motor (6) that generates the rotation torque that is the basis of the steering reaction force and the rotation torque of the reaction force motor (6) to the steering wheel (1). And a steering side connecting shaft (9) connected to the backup clutch (3). The steering side connecting shaft (9) is used for steering the steering wheel (1). Sometimes it is provided to rotate faster than the steering wheel (1) by transmitting rotation from the steering wheel (1) via the speed reducer (7),
The steering actuator (4) includes a steering motor (20) that rotates according to a steering angle of the steering wheel (1), and a nut (21) to which rotation of the steering motor (20) is input. And a screw shaft (23) that engages with the nut (21) and moves in the axial direction by the rotation of the nut (21), and moves axially integrally with the screw shaft (23) and moves to a pair of left and right rollers. A steering rod (24) having both ends coupled to the steered wheel (5) so as to change the direction of the steered wheel (5); a steered side coupling shaft (25) coupled to the backup clutch (3); A rotation transmission path (37) for transmitting rotation input from the backup clutch (3) to the steered side connecting shaft (25) to the nut (21);
A vehicle steering apparatus characterized by the above.
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