JP2015166223A - 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を有し、その反力モータで発生した回転トルクを操舵反力としてステアリングホイールに伝達する。 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 has a reaction force motor that generates a rotation torque in accordance with the behavior of the vehicle, and transmits the rotation torque generated by the reaction force motor to the steering wheel as a steering reaction force.
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、バックアップクラッチとラックアンドピニオン機構の間が、変速機などを介さずに直接連結されており、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の回転が変速されずにそのままラックアンドピニオン機構のピニオンに入力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 backup clutch and the rack and pinion mechanism are directly connected without a transmission or the like, and the steering wheel and the steering actuator are connected to the backup clutch. When mechanically connected, the rotation of the steering wheel is input to the pinion of the rack and pinion mechanism 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、前記ステアリングホイールと前記バックアップクラッチの間で同速で回転を伝達するように両者を連結する操舵側連結軸と、その操舵側連結軸に前記操舵反力を入力する反力モータとを有し、
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、その転舵側連結軸から入力される回転を前記ナットに伝達する回転伝達経路と、前記転舵側連結軸から前記回転伝達経路に入力された回転を増速して伝達するように前記回転伝達経路に組み込まれた増速機とを有する、
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 includes a steering side connection shaft that connects the steering wheel and the backup clutch so as to transmit rotation at the same speed, and a reaction force that inputs the steering reaction force to the steering side connection shaft. A motor,
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, a rotation transmission path that transmits rotation input from the steering side connection shaft to the nut, and a rotation input from the steering side connection shaft to the rotation transmission path; A speed increaser incorporated in the rotation transmission path to transmit,
A vehicle steering apparatus characterized by the above.
このようにすると、バックアップクラッチから転舵アクチュエータのナットに回転を伝達する経路が、増速機を介して回転を増速する経路となる。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。また、異常時に転舵側連結軸側からナット側に回転を増速して伝達する増速機が、正常時には、ナット側から転舵側連結軸側に回転を減速して伝達する減速機として機能する。そのため、正常時に転舵側連結軸が高速で回転するのを防止して、転舵側連結軸の振れ回りや回転音を抑制することが可能である。 If it does in this way, the path | route which transmits rotation to the nut of a steering actuator from a backup clutch turns into a path | route which speeds up rotation via a gearbox. 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. Also, as a speed reducer that speeds up and transmits rotation from the steered side connecting shaft side to the nut side in the event of an abnormality, it decelerates and transmits rotation from the nut side to the steered side connecting shaft side at normal times. Function. Therefore, it is possible to prevent the steered side connecting shaft from rotating at high speed during normal operation, and to suppress the whirling and rotating noise of the steered side connecting shaft.
この車両用操舵装置は、次の構成を加えると好ましい。
前記転舵アクチュエータは、前記ナットおよび前記ねじ軸を収容するケースを有し、
前記増速機は、前記転舵側連結軸から伝達する回転を増速して出力する出力軸を有し、その出力軸が前記ケース内に収容された状態で回転するように前記ケースに取り付けられている。
This vehicle steering apparatus is preferably added with the following configuration.
The steering actuator has a case that houses the nut and the screw shaft,
The speed increaser has an output shaft that accelerates and outputs rotation transmitted from the steered side connecting shaft, and is attached to the case so that the output shaft rotates in a state of being accommodated in the case. It has been.
このようにすると、増速機の出力軸の長さが短く抑えられると同時にケース内に収容された状態で回転するので、増速機の出力軸が高速で回転したときに、出力軸の振動やうねり音の発生を防止するとともに出力軸の回転音をケースの遮音作用で静音化することができる。 In this way, the length of the output shaft of the gearbox can be kept short, and at the same time, the gearbox rotates while being accommodated in the case. In addition to preventing the generation of undulation noise, the rotation sound of the output shaft can be silenced by the sound insulation effect of the case.
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.
また、前記ステアリングロッドの一端にトー角調整機構を設けることができる。 Also, a toe angle adjusting mechanism can be provided at one end of the steering rod.
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、ステアリングホイールから伝達する回転を増速機が増速するので、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 apparatus according to the present invention, when the speed-up gear increases the rotation transmitted from the steering wheel when the steering wheel and the steering actuator are mechanically connected by the backup clutch, By steering, 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、ステアリングホイール1とバックアップクラッチ3を連結する操舵側連結軸6と、操舵側連結軸6に操舵反力を入力する反力モータ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とを有する。操舵側連結軸6は、ステアリングホイール1に一端が接続された操舵軸6aと、反力モータ7から操舵反力が入力される反力入力軸6bと、反力入力軸6bとバックアップクラッチ3の間を連結する中間軸6cと、これらの軸6a,6b,6cを互いに接続する軸継手6d,6eとからなり、ステアリングホイール1とバックアップクラッチ3の間で同速で回転を伝達するようになっている。中間軸6cとバックアップクラッチ3の間は軸継手6fで接続されている。軸継手6d、6e、6fは、例えば、ユニバーサルジョイントや等速ジョイントである。
As shown in FIG. 2, the
リミッタ装置8は、操舵軸6a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とを有する機構(いわゆる遊星歯車減速機構)を採用している。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を一方向に回転させるとピン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の絶対角度(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の絶対角度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、反力アクチュエータ2のケース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7は、操舵側連結軸6と一体に回転するように操舵側連結軸6の反力入力軸6bの部分に接続されたロータ7aと、ロータ7aに回転トルクを付与するステータ7bとを有する。ステータ7bはケース13に固定されている。ステータ7bには、ロータ7aを駆動するための電力をステータ7b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7b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6には、反力モータ7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6(反力入力軸6b)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、反力アクチュエータ2のケース13に固定されている。
A
反力モータ7のロータ7aを回転させると、操舵側連結軸6が回転する。このとき、反力モータ7で発生する回転トルクは、操舵反力としてステアリングホイール1に伝達される。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、操舵側連結軸6を介してバックアップクラッチ3に同速で伝達する。
When the rotor 7a of 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、転舵側連結軸25から入力される回転を増速して伝達する増速機80とからなる。そして、転舵用モータ20と増速機80とナット21とねじ軸23を収容するケース81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の絶対角度(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は、バックアップクラッチ3と増速機80の間を同速で回転を伝達するように連結している。転舵側連結軸25とバックアップクラッチ3の間は軸継手25aで接続され、転舵側連結軸25と増速機80の間も軸継手25bで接続されている。軸継手25a、25bは、例えば、ユニバーサルジョイントや等速ジョイントである。
The steered
増速機80は、転舵側連結軸25から伝達する回転を増速して出力する出力軸80aを有する。この出力軸80a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、増速機80、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、転舵側連結軸25から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。
The step-up
増速機80は、出力軸80aに固定されたサンギヤ80bと、サンギヤ80bを囲むように同軸に設けられた環状の内歯車80cと、サンギヤ80bと内歯車80cの両者に噛み合う遊星歯車80dと、遊星歯車80dを自転可能かつ公転可能に保持する遊星キャリヤ80eとを有する機構(いわゆる遊星歯車増速機構)を採用している。遊星歯車80dは、周方向に間隔をおいて複数配置されている。内歯車80cは、転舵アクチュエータのケース81に固定されている。遊星キャリヤ80eは、転舵側連結軸25と一体に回転するように軸継手25bを介して転舵側連結軸25に接続されている。ここで、増速機80は、出力軸80aがケース81内に収容された状態で回転するようにケース81に取り付けられている。
The
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6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6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、図2に示すように、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7が回転トルクを発生し、その回転トルクを操舵軸6a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, as shown in FIG. 2, 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、操舵側連結軸6、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、増速機80、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、ステアリングホイール1から操舵側連結軸6、バックアップクラッチ3、転舵側連結軸25を順に介して伝達した回転が増速機80で増速されるため、ステアリングロッド24が正常時における最大のストロークで移動することが可能となり、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、増速機80の増速比が16のとき、増速機80の出力軸80a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, assuming that 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7と転舵用モータ20に入力されると、反力モータ7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7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7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7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、バックアップクラッチ3から転舵アクチュエータ4のボールナット21に回転を伝達する経路が、増速機80を介して回転を増速する経路となっている。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となる。
In this vehicle steering apparatus, the path for transmitting the rotation from the
この車両用操舵装置は、異常時に転舵側連結軸25側からボールナット21側に回転を増速して伝達する増速機80が、正常時には、ボールナット21側から転舵側連結軸25側に回転を減速して伝達する減速機として機能する。すなわち、正常時に、ステアリングホイール1の操舵に応じて転舵用モータ20が回転したときに、その転舵用モータ20の回転が増速機80で減速されて伝達するので、増速機80の出力軸80aが高速で回転しても、転舵側連結軸25は低速で回転することになる。そのため、正常時に転舵側連結軸25が高速で回転するのを防止して、転舵側連結軸25の振れ回りや回転音を抑制することが可能である。またこのとき、操舵側連結軸6は、変速機等で変速されずにステアリングホイール1と同じ速度で低速回転するので、操舵側連結軸6からステアリングホイール1に作用する回転慣性力を低く抑えることができ、ステアリングホイール1を手で回したときの違和感を防止することができる。
In this vehicle steering apparatus, when the
また、異常時にバックアップクラッチ3が接続された状態でも、操舵側連結軸6と転舵側連結軸25は、ステアリングホイール1と同じ速度で低速回転するため、操舵側連結軸6と転舵側連結軸25の振れ回りや回転音などを抑制することができる。
Even when the
また、この車両用操舵装置は、増速機80の出力軸80aがケース81内に収容された状態で回転するように増速機80が取り付けられているので、増速機80の出力軸80aの長さが短く抑えられ、増速機80の出力軸80aが高速で回転したときにも、出力軸80aの振動やうねり音の発生を防止することができる。また、増速機80の出力軸80aがケース81内に収容されているので、出力軸80aの回転音をケース81の遮音作用で静音化することができる。
Further, in this vehicle steering apparatus, 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、スプライン軸43が回転して雄ねじ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
上記実施形態では、反力モータ7の回転トルクを増幅せずにそのまま操舵側連結軸6に付与するように構成したものを例に挙げて説明したが、反力モータ7と操舵側連結軸6の間に図示しない減速機を組み込み、その減速機で反力モータ7の回転トルクを増幅して操舵側連結軸6に付与するように構成してもよい。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-described embodiment, the structure in which the rotational torque of the
また、上記実施形態では、転舵側連結軸25から伝達する回転を増速する増速機80として、動力伝達効率に優れる遊星歯車機構を採用したものを例に挙げて説明したが、他の形式の歯車機構を用いた増速機80を採用することも可能である。また、反力アクチュエータ2とステアリングホイール1を連結する操舵軸6aの軸上に図示しないトルクセンサを配置し、故障モードに応じてEPSモード(電動パワーステアリング)に移行するように構成することも可能である。
Moreover, although the said embodiment demonstrated and demonstrated as an example what employ | adopted the planetary gear mechanism which is excellent in power transmission efficiency as 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 操舵側連結軸
7 反力モータ
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
37 回転伝達経路
40 トー角調整機構
80 増速機
80a 出力軸
81 ケース
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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、前記ステアリングホイール(1)と前記バックアップクラッチ(3)の間で同速で回転を伝達するように両者を連結する操舵側連結軸(6)と、その操舵側連結軸(6)に前記操舵反力を入力する反力モータ(7)とを有し、
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、その転舵側連結軸(25)から入力される回転を前記ナット(21)に伝達する回転伝達経路(37)と、前記転舵側連結軸(25)から前記回転伝達経路(37)に入力された回転を増速して伝達するように前記回転伝達経路(37)に組み込まれた増速機(80)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) includes a steering side connecting shaft (6) for connecting the steering wheel (1) and the backup clutch (3) so as to transmit rotation at the same speed, and a steering side thereof. A reaction force motor (7) for inputting the steering reaction force to the connecting shaft (6);
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 connected to the steered wheel (5) so as to change the direction of the steered wheel (5), a steered side connecting shaft (25) connected to the backup clutch (3), and A rotation transmission path (37) for transmitting rotation input from the steered side connecting shaft (25) to the nut (21) and an input from the steered side connecting shaft (25) to the rotation transmitting path (37). To increase the speed of transmission And a rotation transmission path (37) to the built-in up gear (80),
A vehicle steering apparatus characterized by the above.
前記増速機(80)は、前記転舵側連結軸(25)から伝達する回転を増速して出力する出力軸(80a)を有し、その出力軸(80a)が前記ケース(81)内に収容された状態で回転するように前記ケース(81)に取り付けられている請求項1に記載の車両用操舵装置。 The steered actuator (4) has a case (81) that houses the nut (21) and the screw shaft (23),
The speed increaser (80) has an output shaft (80a) that accelerates and outputs rotation transmitted from the steered side connecting shaft (25), and the output shaft (80a) is the case (81). The vehicle steering device according to claim 1, wherein the vehicle steering device is attached to the case (81) so as to rotate in a state of being accommodated in the vehicle.
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