JP2022090245A - Automatic steering system of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、車両の自動操舵装置に関する。 The present invention relates to an automatic steering device for a vehicle.
車両の外部状況に応じて車両の車輪を自動的に操舵する自動操舵装置として、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。特許文献1の自動操舵装置は、図11に示すように、車両の左右方向に移動可能に支持されたステアリングラック61と、ステアリングラック61に噛み合うステアリングピニオン62と、運転者が回転操作するステアリングホイール63と、ステアリングホイール63とステアリングピニオン62との間で回転を伝達する回転伝達経路64と、回転伝達経路64に駆動力を入力して一対の車輪65を操舵する操舵モータ66とを有する。ステアリングラック61の左右両端は、ステアリングラック61の移動に応じて左右一対の車輪65の向きが変化するように、タイロッド67を介して左右一対の車輪65に連結されている。
As an automatic steering device that automatically steers the wheels of a vehicle according to an external condition of the vehicle, for example, the one described in
図11に示す操舵モータ66は、図示しない制御部で制御される。この制御部は、手動操舵モードと自動操舵モードとを有する。手動操舵モードは、運転者によるステアリングホイール63の回転操作に基づいて一対の車輪65の向きを変化させるモードである。この手動操舵モードのとき、操舵モータ66の制御部は、操舵トルクセンサ68で検出した操舵トルクに応じて操舵モータ66を作動させる制御を行なう。
The
ここで、ステアリングホイール63とステアリングピニオン62の間は、回転伝達経路64を介して、常に機械的に連結されている。そのため、手動操舵モードのときは、運転者によるステアリングホイール63の回転操作力が、回転伝達経路64を介してステアリングピニオン62に伝わり、その運転者による回転操作力を操舵モータ66の駆動力で補うことで、快適な操舵性が得られるようになっている。
Here, the
一方、自動操舵モードは、運転者がステアリングホイール63を回転操作しない状態で自動的に一対の車輪65の向きを変化させるモードである。この自動操舵モードのとき、操舵モータ66の制御部は、図示しない外部状況センサ(カメラ、レーザレーダ、GPS装置等)で検知される車両の外部状況に応じて操舵モータ66を作動させる。
On the other hand, the automatic steering mode is a mode in which the direction of the pair of
特許文献2にも、同様の自動操舵装置が示されている。特許文献2の自動操舵装置では、一対の車輪を操舵する操舵モータを、特許文献1のようにステアリングホイールとステアリングピニオンの間の回転伝達経路の途中に取り付けるのではなく、ステアリングラックに取り付けている点で特許文献1と異なるが、それ以外の構成は、特許文献1と同様である。
ところで、図11に示す従来の自動操舵装置は、ステアリングホイール63とステアリングピニオン62の間が、回転伝達経路64を介して、常に機械的に連結されている。
By the way, in the conventional automatic steering device shown in FIG. 11, the
したがって、自動操舵モードのときに、外部状況センサ(カメラ等)で検知される車両の外部状況に応じて操舵モータ66が作動し、一対の車輪65の向きが自動的に変化すると、その車輪65の向きに連動してステアリングホイール63も回転する。
Therefore, in the automatic steering mode, when the
そのため、自動操舵モードのときに、例えば、車両の進行方向の前方に障害物が検知されると、その障害物を回避するために、操舵モータ66が作動して車輪65の向きが大きく変化し、その車輪65の向きに連動してステアリングホイール63が大きく回転する可能性がある。このとき、運転者が不意にステアリングホイール63に触れると怪我をするおそれがあるという問題に、本願の発明者は着眼した。
Therefore, in the automatic steering mode, for example, when an obstacle is detected in front of the vehicle in the traveling direction, the
この発明が解決しようとする課題は、運転者の安全性に優れる自動操舵装置を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide an automatic steering device having excellent driver safety.
上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成の自動操舵装置を提供する。
車両の左右方向に移動可能に支持され、その移動に応じて左右一対の車輪の向きが変化するように前記一対の車輪に左右両端が連結されるステアリングラックと、
前記ステアリングラックに噛み合うステアリングピニオンと、
運転者が回転操作するステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールと前記ステアリングピニオンとの間で回転を伝達する回転伝達経路と、
車両の外部状況を検知する外部状況センサと、
前記回転伝達経路または前記ステアリングラックに駆動力を入力して前記一対の車輪を操舵する操舵モータと、
運転者による前記ステアリングホイールの回転操作に基づいて前記一対の車輪の向きを変化させる手動操舵モードと、運転者が前記ステアリングホイールを回転操作しない状態で自動的に前記一対の車輪の向きを変化させる自動操舵モードとを有し、前記自動操舵モードのときは、前記外部状況センサで検知した車両の外部状況に応じて前記操舵モータを作動させる制御を行なう制御部と、を有する車両の自動操舵装置において、
前記回転伝達経路に、前記ステアリングホイールと前記ステアリングピニオンとの間で回転を伝達する連結状態と、前記ステアリングホイールと前記ステアリングピニオンとの間で回転の伝達を遮断する遮断状態とを切り替え可能なクラッチ機構を設け、
前記クラッチ機構は、前記クラッチ機構が前記遮断状態のときに、前記操舵モータの駆動力が前記ステアリングホイールに伝達するのを遮断する位置に配置され、
前記制御部は、前記自動操舵モードのときに、前記クラッチ機構を前記遮断状態に保持する制御を行なう、
ことを特徴とする車両の自動操舵装置。
In order to solve the above problems, the present invention provides an automatic steering device having the following configuration.
A steering rack that is movably supported in the left-right direction of the vehicle and whose left and right ends are connected to the pair of wheels so that the orientation of the pair of left and right wheels changes according to the movement.
A steering pinion that meshes with the steering rack,
The steering wheel that the driver rotates and operates,
A rotation transmission path for transmitting rotation between the steering wheel and the steering pinion,
An external condition sensor that detects the external condition of the vehicle and
A steering motor that inputs a driving force to the rotation transmission path or the steering rack to steer the pair of wheels.
A manual steering mode in which the direction of the pair of wheels is changed based on the rotation operation of the steering wheel by the driver, and the direction of the pair of wheels is automatically changed without the driver rotating the steering wheel. A vehicle automatic steering device having an automatic steering mode, and in the automatic steering mode, a control unit that controls to operate the steering motor according to the external condition of the vehicle detected by the external condition sensor. In
A clutch capable of switching between a connected state in which rotation is transmitted between the steering wheel and the steering pinion and a cutoff state in which rotation transmission is cut off between the steering wheel and the steering pinion in the rotation transmission path. With a mechanism,
The clutch mechanism is arranged at a position that cuts off the transmission of the driving force of the steering motor to the steering wheel when the clutch mechanism is in the disengaged state.
The control unit controls to hold the clutch mechanism in the disengaged state in the automatic steering mode.
An automatic steering device for vehicles characterized by this.
このようにすると、自動操舵モードのときに、ステアリングホイールとステアリングピニオンの間に設けたクラッチ機構が遮断状態に保持されるので、操舵モータが作動しても、その操舵モータの駆動力はステアリングホイールに伝達しない。すなわち、自動操舵モードのときに、外部状況センサで検知される車両の外部状況に応じて、自動的に車輪の向きが大きく変化しても、その車輪の向きに連動してステアリングホイールが大きく回転するのを防ぐことができる。そのため、自動操舵モードのときに、ステアリングホイールが大きく回転して運転者が怪我をするのを防止することができ、運転者の安全性に優れる。 In this way, in the automatic steering mode, the clutch mechanism provided between the steering wheel and the steering pinion is held in the disconnected state, so that even if the steering motor operates, the driving force of the steering motor is the steering wheel. Do not communicate to. That is, in the automatic steering mode, even if the direction of the wheel automatically changes greatly according to the external condition of the vehicle detected by the external condition sensor, the steering wheel rotates greatly in conjunction with the direction of the wheel. You can prevent it from happening. Therefore, in the automatic steering mode, it is possible to prevent the steering wheel from rotating greatly and injuring the driver, which is excellent in the safety of the driver.
運転者による前記ステアリングホイールの操舵トルクを検知する操舵トルクセンサを更に設け、
前記制御部は、前記手動操舵モードのときに、前記操舵トルクセンサで検出した前記操舵トルクに応じて前記操舵モータを作動させる制御を行なうように構成することができる。
A steering torque sensor that detects the steering torque of the steering wheel by the driver is further provided.
The control unit can be configured to control the steering motor to be operated according to the steering torque detected by the steering torque sensor in the manual steering mode.
この場合、前記制御部は、前記手動操舵モードのときに、車両走行中は、前記クラッチ機構を前記遮断状態に保持し、車両停車中は、前記クラッチ機構を前記連結状態に保持する制御を行なうように構成すると好ましい。 In this case, the control unit controls to hold the clutch mechanism in the disengaged state while the vehicle is running and to hold the clutch mechanism in the connected state while the vehicle is stopped in the manual steering mode. It is preferable to configure it as follows.
このようにすると、車両走行中は、クラッチ機構が遮断状態に保持されることで、ステアリングホイールとステアリングピニオンの間が機械的に切り離された状態となり、操舵モータの駆動力のみによって車輪の向きが変化するので、ステアリングホイールの操作量と車輪の向きの変化量の関係を、車両の走行状態等に応じて調整することができ、優れたステアリングフィールを実現することができる。一方、車両停車中は、クラッチ機構が連結状態に保持されることで、ステアリングホイールとステアリングピニオンの間が機械的に連結された状態となり、運転者によるステアリングホイールの回転操作力と操舵モータの駆動力とによって車輪の向きを変化させるので、大きなトルクで据え切り(車両停車中に車輪の向きを変えること)をすることが可能となる。また、据え切りによって車輪の向きが機械的な限界まで変化したときに、ステアリングホイールとステアリングピニオンの間が機械的に連結されていることで、ステアリングホイールがそれ以上は回転しなくなり、そのことを通じて、車輪の向きが機械的な限界まで変化したことを運転者に知らせることが可能となる。 In this way, while the vehicle is running, the clutch mechanism is held in the disconnected state, so that the steering wheel and the steering pinion are mechanically separated from each other, and the direction of the wheels is adjusted only by the driving force of the steering motor. Since it changes, the relationship between the amount of operation of the steering wheel and the amount of change in the direction of the wheel can be adjusted according to the running state of the vehicle and the like, and an excellent steering feel can be realized. On the other hand, while the vehicle is stopped, the clutch mechanism is held in the connected state, so that the steering wheel and the steering pinion are mechanically connected, and the driver can drive the steering wheel and the steering motor. Since the direction of the wheels is changed by the force, it is possible to perform stationary steering (changing the direction of the wheels while the vehicle is stopped) with a large torque. Also, when the wheel orientation changes to the mechanical limit due to stationary steering, the mechanical connection between the steering wheel and the steering pinion prevents the steering wheel from rotating any further, through which , It is possible to inform the driver that the direction of the wheel has changed to the mechanical limit.
前記クラッチ機構は、通電時に前記遮断状態となり、非通電時に前記連結状態となる無励磁作動型クラッチを採用すると好ましい。 As the clutch mechanism, it is preferable to adopt a non-excitation actuated clutch that is in the disengaged state when energized and in the connected state when not energized.
このようにすると、不測の事態により、万一、ステアリング関係の電源が喪失したときにも、クラッチ機構が連結状態となり、ステアリングホイールとステアリングピニオンの間が機械的に連結されるので、ステアリングホイールで車輪を操舵することが可能となる。 In this way, even if the power supply related to steering is lost due to an unexpected situation, the clutch mechanism will be in the connected state and the steering wheel and steering pinion will be mechanically connected. It is possible to steer the wheels.
前記クラッチ機構としては、
前記ステアリングホイールの回転が入力される内輪と、
前記内輪に対して相対回転可能に支持された外輪と、
前記外輪の内周と前記内輪の外周との間に組み込まれた係合子と、
前記係合子が前記外輪と前記内輪の間に係合する係合位置と、前記係合子の係合を解除する係合解除位置との間で移動可能に支持された係合子保持器と、
前記係合子保持器を前記係合解除位置から前記係合位置に向けて付勢するスプリングと、
軸方向に移動可能に支持されたアーマチュアと、
通電により前記アーマチュアを軸方向に吸引する電磁石と、
前記電磁石の通電による前記アーマチュアの軸方向の移動を、前記係合子保持器が前記係合位置から前記係合解除位置に移動する動作に変換する動作変換機構と、を有する係合子型クラッチを採用すると好ましい。
As the clutch mechanism,
The inner ring to which the rotation of the steering wheel is input and
An outer ring that is rotatably supported relative to the inner ring,
An engaging element incorporated between the inner circumference of the outer ring and the outer circumference of the inner ring,
An engager cage movably supported between an engagement position in which the engager engages between the outer ring and the inner ring, and an disengagement position in which the engager is disengaged.
A spring that urges the engager cage from the disengagement position toward the engagement position,
Armatures that are supported so that they can move in the axial direction,
An electromagnet that attracts the armature in the axial direction by energizing,
Adopting an engager type clutch having an motion conversion mechanism that converts the axial movement of the armature due to the energization of the electromagnet into the motion of the engager cage moving from the engagement position to the disengagement position. Then, it is preferable.
このようにすると、係合子型クラッチは、遮断状態のときの空転トルクがきわめて低いので、制御部がクラッチ機構を遮断状態に保持しているときに、操舵モータの駆動力がステアリングホイールに伝達するのを効果的に遮断することが可能となる。 In this way, the engaging element type clutch has an extremely low idling torque in the disengaged state, so that the driving force of the steering motor is transmitted to the steering wheel when the control unit holds the clutch mechanism in the disengaged state. Can be effectively blocked.
前記操舵モータは、前記回転伝達経路に駆動力を入力するように取り付けることができる。この場合、前記クラッチ機構は、前記ステアリングホイールと、前記回転伝達経路の前記操舵モータの駆動力が入力される位置との間に配置することができる。 The steering motor can be attached so as to input a driving force to the rotation transmission path. In this case, the clutch mechanism can be arranged between the steering wheel and a position where the driving force of the steering motor in the rotation transmission path is input.
また、前記操舵モータは、前記ステアリングラックに駆動力を入力するように取り付けることができる。この場合、前記クラッチ機構は、前記回転伝達経路の前記ステアリングピニオンの側の端部に配置することができる。 Further, the steering motor can be attached so as to input a driving force to the steering rack. In this case, the clutch mechanism can be arranged at the end of the rotation transmission path on the side of the steering pinion.
この発明の自動操舵装置は、自動操舵モードのときに、ステアリングホイールとステアリングピニオンの間に設けたクラッチ機構が遮断状態に保持されるので、操舵モータが作動しても、その操舵モータの駆動力はステアリングホイールに伝達しない。すなわち、自動操舵モードのときに、外部状況センサで検知される車両の外部状況に応じて、自動的に車輪の向きが大きく変化しても、その車輪の向きに連動してステアリングホイールが大きく回転するのを防ぐことができる。そのため、自動操舵モードのときに、ステアリングホイールが大きく回転して運転者が怪我をするのを防止することができ、運転者の安全性に優れる。 In the automatic steering device of the present invention, the clutch mechanism provided between the steering wheel and the steering pinion is held in the disconnected state in the automatic steering mode, so that even if the steering motor operates, the driving force of the steering motor is maintained. Does not transmit to the steering wheel. That is, in the automatic steering mode, even if the direction of the wheel automatically changes greatly according to the external condition of the vehicle detected by the external condition sensor, the steering wheel rotates greatly in conjunction with the direction of the wheel. You can prevent it from happening. Therefore, in the automatic steering mode, it is possible to prevent the steering wheel from rotating greatly and injuring the driver, which is excellent in the safety of the driver.
図1に、この発明の第1実施形態にかかる自動操舵装置を示す。この自動操舵装置は、車両の左右方向に移動可能に支持されたステアリングラック1と、ステアリングラック1に噛み合うステアリングピニオン2と、運転者が回転操作するステアリングホイール3と、ステアリングホイール3とステアリングピニオン2との間で回転を伝達する回転伝達経路4と、回転伝達経路4に駆動力を入力して一対の車輪5を操舵する操舵モータ6と、クラッチ機構7とを有する。
FIG. 1 shows an automatic steering device according to a first embodiment of the present invention. This automatic steering device includes a
ステアリングラック1は、左右両端が露出した状態で中央部がラックハウジング8に収容されている。ラックハウジング8は、ステアリングラック1を車両の左右方向に移動可能に支持している。ステアリングラック1の左右両端は、ステアリングラック1の移動に応じて左右一対の車輪5の向きが変化するように、タイロッド9を介して左右一対の車輪5に連結されている。ステアリングピニオン2は、ラックハウジング8で回転可能に支持されている。
The central portion of the
回転伝達経路4は、軸継手10を介して接続された複数の軸11a,11b,11c,11dを有する。軸継手10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。回転伝達経路4の途中には、ステアリングホイール3の側からステアリングピニオン2の側に向かって順に、反力モータ12、クラッチ機構7、操舵モータ6が設けられている。
The
反力モータ12は、運転者の操舵によるステアリングホイール3の回転方向とは反対方向の操舵反力をステアリングホイール3に付与する電動モータである。反力モータ12には、運転者によるステアリングホイール3の操舵トルクを検知する操舵トルクセンサ13(図9参照)と、ステアリングホイール3の操舵角を検知する操舵角センサ14(図9参照)とが組み付けられている。操舵角センサ14で検出される操舵角は、手動操舵モードのときの操舵モータ6のフィードバック制御に用いられる。
The
クラッチ機構7は、通電と非通電とを切り替えることにより、回転の連結状態と遮断状態とを切り替え可能なクラッチである。クラッチ機構7は、通電時に、ステアリングホイール3とステアリングピニオン2との間で回転の伝達を遮断する遮断状態となり、非通電時に、ステアリングホイール3とステアリングピニオン2との間で回転を伝達する連結状態となる。つまり、クラッチ機構7は、無励磁作動型クラッチである。
The
操舵モータ6は、減速ギヤ15を介して回転伝達経路4に駆動力を入力するように取り付けられた電動モータである。ここで、回転伝達経路4への操舵モータ6による駆動力の入力位置は、クラッチ機構7とステアリングピニオン2との間の位置である。また、クラッチ機構7は、ステアリングホイール3と、回転伝達経路4の操舵モータ6の駆動力が入力される位置との間に配置されている。これにより、クラッチ機構7を遮断状態としたときに、操舵モータ6の駆動力がステアリングホイール3に伝達するのを遮断することが可能となっている。
The
図2に示すように、クラッチ機構7は、両端が開放した筒状のケース20と、内輪21と、内輪21に対して相対回転可能に支持された外輪22と、外輪22の内周と内輪21の外周との間に組み込まれた複数のローラ23a,23bと、これらのローラ23a,23bを保持するローラ保持器24とを有する。
As shown in FIG. 2, the
内輪21には、入力軸25が一体に接続して設けられている。入力軸25は、軸11a(図1参照)を介してステアリングホイール3(図1参照)に接続され、運転者がステアリングホイール3を回転操作したときに、そのステアリングホイール3の回転が、入力軸25を介して内輪21に入力されるようになっている。
The
外輪22には、出力軸26が一体に接続して設けられている。出力軸26は、ステアリングピニオン2(図1参照)と一体に回転するように軸11b(図1参照)を介してステアリングピニオン2に接続され、クラッチ機構7が連結状態にあるときに、内輪21から外輪22に伝達する回転が、出力軸26を介してステアリングピニオン2の側に出力されるようになっている。
The
図3、図4に示すように、内輪21の外周には、周方向に等間隔に複数のカム面27が設けられている。カム面27は、前方カム面27aと、前方カム面27aに対して内輪21の正転方向後方に配置された後方カム面27bとからなる。外輪22の内周には、カム面27と半径方向に対向する円筒面28が設けられている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of cam surfaces 27 are provided on the outer periphery of the
カム面27と円筒面28の間には、スプリング29を間に挟んで周方向に対向する一対のローラ23a,23bが組み込まれている。この一対のローラ23a,23bのうち正転方向の前側のローラ23aは前方カム面27aと円筒面28の間に組み込まれ、正転方向の後側のローラ23bは後方カム面27bと円筒面28の間に組み込まれている。スプリング29は、一対のローラ23a,23bの間隔を広げる方向に各ローラ23a,23bを押圧している。
A pair of
前方カム面27aは、円筒面28との間の径方向の距離が、ローラ23aの位置から正転方向前方に向かって次第に小さくなるように形成されている。後方カム面27bは、円筒面28との間の径方向の距離が、ローラ23bの位置から正転方向後方に向かって次第に小さくなるように形成されている。
The
図2~図4に示すように、ローラ保持器24は、スプリング29を間にして周方向に対向する一対のローラ23a,23bのうち一方のローラ23aを支持する第1の分割保持器24Aと、他方のローラ23bを支持する第2の分割保持器24Bとからなる。第1の分割保持器24Aと第2の分割保持器24Bは相対回転可能に支持されており、その相対回転に応じて一対のローラ23a,23bの間隔が変化するように一対のローラ23a,23bを個別に支持している。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
第1の分割保持器24Aは、周方向に間隔をおいて配置された複数の柱部30aと、これらの柱部30aの端部同士を連結する環状のフランジ部31aとを有する。同様に、第2の分割保持器24Bも、周方向に間隔をおいて配置された複数の柱部30bと、これらの柱部30bの端部同士を連結する環状のフランジ部31bとを有する。
The
第1の分割保持器24Aの柱部30aと第2の分割保持器24Bの柱部30bは、スプリング29を間にして周方向に対向する一対のローラ23a,23bを周方向の両側から挟み込むように、外輪22の内周と内輪21の外周の間に挿入されている。
The
第1の分割保持器24Aのフランジ部31aの内周と第2の分割保持器24Bのフランジ部31bの内周は、入力軸25の外周に設けられた円筒面32でそれぞれ回転可能に支持されている。これにより、第1の分割保持器24Aと第2の分割保持器24Bは、一対のローラ23a,23bの間隔が広がることにより円筒面28とカム面27との間に各ローラ23a,23bが係合する係合位置(図4参照)と、一対のローラ23a,23bの間隔が狭まることにより円筒面28とカム面27との間への各ローラ23a,23bの係合が解除する係合解除位置(図3参照)との間で移動可能となっている。
The inner circumference of the
ここで、第1の分割保持器24Aと第2の分割保持器24Bは、スプリング29の力によって、係合解除位置から係合位置に向けて付勢された状態となっている。すなわち、図3に示すスプリング29が一対のローラ23a,23bを押圧する力が、その一対のローラ23a,23bを介して第1の分割保持器24Aと第2の分割保持器24Bに伝達することで、第1の分割保持器24Aおよび第2の分割保持器24Bは、係合解除位置から係合位置に向けて付勢された状態となっている。
Here, the
図5に示すように、内輪21の側面には、ばねホルダ33が固定されている。ばねホルダ33は、一対のローラ23a,23bを間に挟んで周方向に対向する両柱部30a,30bの間に位置するストッパ片34を有する。このストッパ片34は、両柱部30a,30bが一対のローラ23a,23bの間隔を狭める方向に移動したときに、ストッパ片34の両側の縁が各柱部30a,30bを受け止める。これにより、一対のローラ23a,23bの間にあるスプリング29が過度に圧縮して破損するのを防止するとともに、一対のローラ23a,23bの間隔が狭まったときのカム面27に対する各ローラ23a,23bの位置を一定させることが可能となっている。
As shown in FIG. 5, a
図6に示すように、ばねホルダ33は、スプリング29を保持するばね保持片35を有する。ばね保持片35は、外輪22の内周と内輪21の外周の間を軸方向に延びるようにストッパ片34と一体に形成されている。
As shown in FIG. 6, the
図2に示すように、ケース20の内周と入力軸25の外周との間には、軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア36と、通電によりアーマチュア36を軸方向に吸引する電磁石37と、電磁石37とアーマチュア36の間に配置されたロータ38と、電磁石37の通電によるアーマチュア36の軸方向の移動を、第1の分割保持器24Aと第2の分割保持器24Bが、係合位置(図4参照)から係合解除位置(図3参照)に移動する動作に変換する動作変換機構39とが組み込まれている。
As shown in FIG. 2, between the inner circumference of the
アーマチュア36は、環状の円盤部40と、円盤部40の外周から軸方向に延びるように一体に形成された円筒部41とを有する。アーマチュア36の円筒部41には、第2の分割保持器24Bのフランジ部31bの外周から軸方向に延びるように一体に形成された円筒部42が圧入され、この圧入により、アーマチュア36は、第2の分割保持器24Bと軸方向に一体に移動するように第2の分割保持器24Bに連結されている。ロータ38は、入力軸25の外周に固定されている。ロータ38およびアーマチュア36は磁性材料(鉄、珪素鋼など)で形成されている。
The
電磁石37は、環状に形成された磁性材料からなるフィールドコア43と、フィールドコア43に巻回されたソレノイドコイル44とを有する。この電磁石37は、ソレノイドコイル44に通電することにより、フィールドコア43とロータ38とアーマチュア36を通る磁路を形成し、アーマチュア36をロータ38に吸着させる。
The
図7および図8(a)、(b)に示すように、動作変換機構39は、第1の分割保持器24Aのフランジ部31aの第2の分割保持器24Bのフランジ部31bに対する対向面に設けられた傾斜溝45aと、第2の分割保持器24Bのフランジ部31bの第1の分割保持器24Aのフランジ部31aに対する対向面に設けられた傾斜溝45bと、傾斜溝45aと傾斜溝45bの間に組み込まれたボール46とからなる。傾斜溝45aと傾斜溝45bは、それぞれ周方向に延びるように形成されている。また、傾斜溝45aは、軸方向の深さが最も深い最深部47aから周方向の一方向に向かって次第に浅くなるように傾斜した溝底をもつ形状とされ、傾斜溝45bも、軸方向の深さが最も深い最深部47bから周方向の他方向に向かって次第に浅くなるように傾斜した溝底をもつ形状とされている。
As shown in FIGS. 7 and 8 (a) and 8 (b), the
この動作変換機構39は、第2の分割保持器24Bのフランジ部31bが、第1の分割保持器24Aのフランジ部31aに向かって軸方向に移動したときに、ボール46が各傾斜溝45a,45bの最深部47a,47bに向けて転がることにより、第1の分割保持器24Aと第2の分割保持器24Bが相対回転し、その結果、第1の分割保持器24Aの柱部30aと第2の分割保持器24Bの柱部30bとが一対のローラ23a,23bの間隔を狭める方向に移動するように動作する。
In this
アーマチュア36は、スプリング29の力によって、ロータ38から離れる方向に付勢されている。すなわち、図3に示すスプリング29が一対のローラ23a,23bの間隔を広げる方向に各ローラ23a,23bを押圧する力が、第1の分割保持器24Aと第2の分割保持器24Bに伝達する。そして、第1の分割保持器24Aと第2の分割保持器24Bが受ける周方向の力は、図7および図8(a)、(b)に示す動作変換機構39によって、ロータ38から遠ざかる方向の軸方向の力に変換されて第2の分割保持器24Bに伝達する。ここで、図2に示すように、アーマチュア36は、第2の分割保持器24Bに固定されているので、結局、アーマチュア36は、スプリング29から動作変換機構39を介して伝達する力によって、ロータ38から離れる方向に付勢された状態となっている。
The
このクラッチ機構7は、図2に示すように、電磁石37に通電しているとき、入力軸25と出力軸26の間での回転の伝達が遮断される遮断状態(空転状態)となる。すなわち、電磁石37に通電すると、アーマチュア36はロータ38に吸着され、このアーマチュア36の動作に連動して、第2の分割保持器24Bのフランジ部31bが第1の分割保持器24Aのフランジ部31aに向かって軸方向に移動する。このとき、動作変換機構39のボール46が各傾斜溝45a,45bの最深部47a,47bに向けて転がることにより、第1の分割保持器24Aと第2の分割保持器24Bとが相対回転する。そして、この第1の分割保持器24Aと第2の分割保持器24Bの相対回転により、第1の分割保持器24Aの柱部30aと第2の分割保持器24Bの柱部30bとが、一対のローラ23a,23bの間隔が狭まる方向に各ローラ23a,23bを押圧し、その結果、正転方向の前側のローラ23aの係合待機状態(正転方向の前側のローラ23aと円筒面28の間に微小隙間があるが、入力軸25が逆転方向に回転するとローラ23aが直ちに円筒面28と前方カム面27aの間に係合する状態)が解除されるとともに、正転方向の後側のローラ23bの係合待機状態(正転方向の後側のローラ23bと円筒面28の間に微小隙間があるが、入力軸25が正転方向に回転するとローラ23bが直ちに円筒面28と後方カム面27bの間に係合する状態)も解除された状態となる。この状態で、入力軸25に回転が入力されても、その回転は入力軸25から外輪22に伝達せず、入力軸25は空転する。
As shown in FIG. 2, the
一方、このクラッチ機構7は、電磁石37への通電を停止しているとき、入力軸25と出力軸26の間で回転が伝達する連結状態となる。すなわち、電磁石37への通電を停止すると、アーマチュア36は、スプリング29の力によってロータ38から離反する方向に軸方向移動する。また、このとき、一対のローラ23a,23bの間隔が広がる方向に各ローラ23a,23bを押圧するスプリング29の力によって、正転方向の前側のローラ23aは、外輪22の内周の円筒面28と内輪21の外周の前方カム面27aとの間に係合し、かつ、正転方向の後側のローラ23bは、外輪22の内周の円筒面28と内輪21の外周の後方カム面27bとの間に係合した状態となる。この状態で、入力軸25が正転方向に回転すると、その回転は、正転方向の後側のローラ23bを介して入力軸25から外輪22に伝達する。また、入力軸25が逆転方向に回転すると、その回転は、正転方向の前側のローラ23aを介して入力軸25から外輪22に伝達する。
On the other hand, when the energization of the
図1に示す反力モータ12、クラッチ機構7、操舵モータ6は、図9に示す制御部50で制御される。この制御部50の入力側には、運転者によるステアリングホイール3(図1参照)の操舵トルクを検知する操舵トルクセンサ13と、ステアリングホイール3の操舵角を検知する操舵角センサ14と、車両の走行速度を検知する車速センサ51と、車両の外部状況を検知する外部状況センサ52とが電気的に接続されている。外部状況センサ52は、車両に搭載されたカメラ、レーザレーダ、GPS装置等である。制御部50の出力側には、操舵モータ6、クラッチ機構7、反力モータ12が電気的に接続されている。
The
制御部50は、制御モードとして、手動操舵モードと自動操舵モードとを有する。手動操舵モードは、運転者によるステアリングホイール3の回転操作に基づいて一対の車輪5の向きを変化させるモードである。自動操舵モードは、運転者がステアリングホイール3を回転操作しない状態で自動的に一対の車輪5の向きを変化させるモードである。手動操舵モードと自動操舵モードの切り替えは、運転者が車内に設けられたスイッチを操作すること等によって行なう。
The
自動操舵モードのとき、制御部50は、外部状況センサ52(カメラ等)で検知した車両の外部状況に応じて操舵モータ6を作動させ、その操舵モータ6の駆動力によって一対の車輪5の向きを変化させる制御を行なう。またこれと並行して、制御部50は、クラッチ機構7に通電することで、クラッチ機構7を遮断状態に保持する制御を行なう。
In the automatic steering mode, the
この自動操舵モードのとき、図1に示すクラッチ機構7が遮断状態に保持されるので、操舵モータ6が作動し、一対の車輪5の向きが自動的に変化しても、その操舵モータ6の駆動力による回転はクラッチ機構7で遮断され、ステアリングホイール3に伝達しない。このとき、反力モータ12を作動させずにステアリングホイール3が停止した状態を保つようにしてもよく、また、操舵モータ6の作動に応じて反力モータ12を作動させ、ステアリングホイール3が小さく回転するようにしてもよい。
In this automatic steering mode, the
操舵モータ6の作動に応じて反力モータ12を作動させる場合、クラッチ機構7が連結状態にあるとしたときのステアリングホイール3の回転方向と同方向に、クラッチ機構7が連結状態にあるとしたときのステアリングホイール3の回転角の半分以下(好ましくは1/5以下)の回転角でステアリングホイール3が回転するように反力モータ12を制御することができる。自動操舵モードのときに、反力モータ12を作動させないステアリング非回転モードと、反力モータ12を作動させるステアリング回転モードとのうちのいずれかを、運転者がスイッチ等で任意に選択するように構成してもよい。
When the
一方、手動操舵モードのとき、制御部50は、車速センサ51で検出される車両の走行速度に基づいて車両走行中か車両停車中かを判定する。そして、車両走行中と判定されたときは、クラッチ機構7を遮断状態に保持し、その状態で、操舵トルクセンサ13で検出した操舵トルクに応じて操舵モータ6を作動させる制御を行なう。また、車両停車中と判定されたときは、クラッチ機構7を連結状態に保持し、その状態で、操舵トルクセンサ13で検出した操舵トルクに応じて操舵モータ6を作動させる制御を行なう。
On the other hand, in the manual steering mode, the
この手動操舵モードのとき、車両走行中であれば、クラッチ機構7が遮断状態となり、ステアリングホイール3とステアリングピニオン2の間が機械的に切り離された状態に保持される。そして、この状態で運転者がステアリングホイール3を回転操作すると、操舵トルクセンサ13で検出される操舵トルクに応じて操舵モータ6が作動し、その操舵モータ6の駆動力のみによって車輪5の向きが変化する(いわゆるステアバイワイヤ)。これにより、ステアリングホイール3の操作量と車輪5の向きの変化量の関係を、車両の走行状態等に応じて調整することができ、優れたステアリングフィールを実現することができる。
In this manual steering mode, when the vehicle is running, the
一方、この手動操舵モードのとき、車両停車中であれば、クラッチ機構7が連結状態となり、ステアリングホイール3とステアリングピニオン2の間が機械的に連結された状態に保持される。そして、この状態で運転者がステアリングホイール3を回転操作すると、操舵トルクセンサ13で検出される操舵トルクに応じて操舵モータ6が作動し、その操舵モータ6の駆動力と運転者によるステアリングホイール3の回転操作力とによって車輪5の向きが変化する(いわゆるパワーステアリング)。これにより、大きなトルクで据え切り(車両停車中に車輪5の向きを変えること)をすることが可能となる。また、据え切りによって車輪5の向きが機械的な限界まで変化し、それ以上は車輪5の向きが変化しなくなったときに、ステアリングホイール3とステアリングピニオン2の間が機械的に連結されていることで、ステアリングホイール3もそれ以上は回転しなくなり、そのことを通じて、車輪5の向きが機械的な限界まで変化したことを運転者に知らせることが可能となる。
On the other hand, in this manual steering mode, if the vehicle is stopped, the
この自動操舵装置は、自動操舵モードのときに、ステアリングホイール3とステアリングピニオン2の間に設けたクラッチ機構7が遮断状態に保持されるので、操舵モータ6が作動しても、その操舵モータ6の駆動力はステアリングホイール3に伝達しない。すなわち、自動操舵モードのときに、外部状況センサ52で検知される車両の外部状況に応じて、自動的に車輪5の向きが大きく変化しても、その車輪5の向きに連動してステアリングホイール3が大きく回転するのを防ぐことができる。そのため、自動操舵モードのときに、ステアリングホイール3が大きく回転して運転者が怪我をするのを防止することができ、運転者の安全性に優れる。
In this automatic steering device, the
例えば、自動操舵モードのときに、外部状況センサ52で車両の進行方向の前方に障害物が検知されると、その障害物を回避するために、操舵モータ6が作動し、車輪5の向きが大きく変化することがある。この場合、仮に、車輪5の向きに連動してステアリングホイール3が大きく回転するとすれば、運転者がステアリングホイール3に触れて怪我をするおそれがある。これに対し、この自動操舵装置では、クラッチ機構7が遮断状態に保持され、ステアリングホイール3が回転せずに停止しているか、回転するとしても、反力モータ12の駆動力によって小さくしか回転しないことから、運転者がステアリングホイール3に触れて怪我をするのを防止することができる。
For example, in the automatic steering mode, when an obstacle is detected in front of the vehicle in the traveling direction by the
また、この自動操舵装置は、クラッチ機構7として、通電時に前記遮断状態となり、非通電時に前記連結状態となる無励磁作動型クラッチを採用している。そのため、不測の事態により、万一、ステアリング関係の電源が喪失したときにも、クラッチ機構7が連結状態となり、ステアリングホイール3とステアリングピニオン2の間が機械的に連結され、ステアリングホイール3で車輪5を操舵することが可能である。
Further, this automatic steering device employs a non-excitation actuated clutch as the
また、この自動操舵装置は、クラッチ機構7として、係合子型クラッチ(内輪21と外輪22の間に組み込まれた係合子(ここではローラ23a,23b)が、外輪22と内輪21の間に係合する係合位置と、その係合を解除する係合解除位置との間を移動することにより、回転の伝達と遮断を切り替えるクラッチ)を採用している。ここで、係合子型クラッチは、遮断状態のときの空転トルクがきわめて低い。そのため、この自動操舵装置は、制御部50がクラッチ機構7を遮断状態に保持しているときに、操舵モータ6の駆動力がステアリングホイール3に伝達するのを効果的に遮断することが可能となっている。これにより、例えば、自動操舵モードのときに、操舵モータ6が作動してもステアリングホイール3が回転せずに停止した状態を保つステアリング非回転モードを容易に実現することが可能となる。また例えば、手動操舵モードのときに、操舵モータ6の駆動力のみによって車輪5の向きが変化するいわゆるステアバイワイヤの制御を高い精度をもって実現することが可能となる。
Further, in this automatic steering device, as a
上記実施形態では、外輪22の内周と内輪21の外周との間に組み込む係合子としてローラ23a,23bを採用した係合子型クラッチを例に挙げて説明したが、係合子としてボールやスプラグを採用した係合子型クラッチを採用することも可能である。
In the above embodiment, an engager type clutch that employs
図10に、この発明の第2実施形態の自動操舵装置を示す。第2実施形態は、操舵モータ6およびクラッチ機構7の配置が第1実施形態と異なるが、それ以外の構成は第1実施形態と同様である。そのため、第1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. 10 shows an automatic steering device according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the arrangement of the
回転伝達経路4の途中には、ステアリングホイール3の側からステアリングピニオン2の側に向かって順に、反力モータ12、クラッチ機構7が設けられている。操舵モータ6は、減速ギヤ15を介してステアリングラック1に駆動力を入力するようにラックハウジング8に取り付けられている。ここで、クラッチ機構7は、回転伝達経路4のステアリングピニオン2の側の端部に配置されている。これにより、クラッチ機構7を遮断状態としたときに、操舵モータ6の駆動力がステアリングホイール3に伝達するのを遮断することが可能となっている。
A
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。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 ステアリングラック
2 ステアリングピニオン
3 ステアリングホイール
4 回転伝達経路
5 車輪
6 操舵モータ
7 クラッチ機構
13 操舵トルクセンサ
21 内輪
22 外輪
23a,23b ローラ(係合子)
24 ローラ保持器(係合子保持器)
29 スプリング
36 アーマチュア
37 電磁石
39 動作変換機構
50 制御部
52 外部状況センサ
24 Roller cage (engager cage)
29
Claims (7)
前記ステアリングラック(1)に噛み合うステアリングピニオン(2)と、
運転者が回転操作するステアリングホイール(3)と、
前記ステアリングホイール(3)と前記ステアリングピニオン(2)との間で回転を伝達する回転伝達経路(4)と、
車両の外部状況を検知する外部状況センサ(52)と、
前記回転伝達経路(4)または前記ステアリングラック(1)に駆動力を入力して前記一対の車輪(5)を操舵する操舵モータ(6)と、
運転者による前記ステアリングホイール(3)の回転操作に基づいて前記一対の車輪(5)の向きを変化させる手動操舵モードと、運転者が前記ステアリングホイール(3)を回転操作しない状態で自動的に前記一対の車輪(5)の向きを変化させる自動操舵モードとを有し、前記自動操舵モードのときは、前記外部状況センサ(52)で検知した車両の外部状況に応じて前記操舵モータ(6)を作動させる制御を行なう制御部(50)と、を有する車両の自動操舵装置において、
前記回転伝達経路(4)に、前記ステアリングホイール(3)と前記ステアリングピニオン(2)との間で回転を伝達する連結状態と、前記ステアリングホイール(3)と前記ステアリングピニオン(2)との間で回転の伝達を遮断する遮断状態とを切り替え可能なクラッチ機構(7)を設け、
前記クラッチ機構(7)は、前記クラッチ機構(7)が前記遮断状態のときに、前記操舵モータ(6)の駆動力が前記ステアリングホイール(3)に伝達するのを遮断する位置に配置され、
前記制御部(50)は、前記自動操舵モードのときに、前記クラッチ機構(7)を前記遮断状態に保持する制御を行なう、
ことを特徴とする車両の自動操舵装置。 With a steering rack (1) that is movably supported in the left-right direction of the vehicle and whose left and right ends are connected to the pair of wheels (5) so that the direction of the pair of left and right wheels (5) changes according to the movement. ,
A steering pinion (2) that meshes with the steering rack (1) and
The steering wheel (3) that the driver rotates and operates,
A rotation transmission path (4) for transmitting rotation between the steering wheel (3) and the steering pinion (2),
An external condition sensor (52) that detects the external condition of the vehicle, and
A steering motor (6) that inputs a driving force to the rotation transmission path (4) or the steering rack (1) to steer the pair of wheels (5).
A manual steering mode that changes the direction of the pair of wheels (5) based on the rotation operation of the steering wheel (3) by the driver, and automatically in a state where the driver does not rotate the steering wheel (3). It has an automatic steering mode that changes the direction of the pair of wheels (5), and in the automatic steering mode, the steering motor (6) is according to the external condition of the vehicle detected by the external condition sensor (52). In the automatic steering device of the vehicle having a control unit (50) that controls to operate).
A connected state in which rotation is transmitted between the steering wheel (3) and the steering pinion (2) to the rotation transmission path (4), and between the steering wheel (3) and the steering pinion (2). A clutch mechanism (7) that can switch between the shut-off state and the cut-off state that cuts off the transmission of rotation is provided.
The clutch mechanism (7) is arranged at a position that cuts off the transmission of the driving force of the steering motor (6) to the steering wheel (3) when the clutch mechanism (7) is in the disengaged state.
The control unit (50) controls to hold the clutch mechanism (7) in the disengaged state in the automatic steering mode.
An automatic steering device for vehicles characterized by this.
前記制御部(50)は、前記手動操舵モードのときに、前記操舵トルクセンサ(13)で検出した前記操舵トルクに応じて前記操舵モータ(6)を作動させる制御を行なう、請求項1に記載の車両の自動操舵装置。 Further, it has a steering torque sensor (13) for detecting the steering torque of the steering wheel (3) by the driver.
The first aspect of the present invention, wherein the control unit (50) controls to operate the steering motor (6) according to the steering torque detected by the steering torque sensor (13) in the manual steering mode. Vehicle automatic steering system.
前記ステアリングホイール(3)の回転が入力される内輪(21)と、
前記内輪(21)に対して相対回転可能に支持された外輪(22)と、
前記外輪(22)の内周と前記内輪(21)の外周との間に組み込まれた係合子(23a,23b)と、
前記係合子(23a,23b)が前記外輪(22)と前記内輪(21)の間に係合する係合位置と、前記係合子(23a,23b)の係合を解除する係合解除位置との間で移動可能に支持された係合子保持器(24)と、
前記係合子保持器(24)を前記係合解除位置から前記係合位置に向けて付勢するスプリング(29)と、
軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア(36)と、
通電により前記アーマチュア(36)を軸方向に吸引する電磁石(37)と、
前記電磁石(37)の通電による前記アーマチュア(36)の軸方向の移動を、前記係合子保持器(24)が前記係合位置から前記係合解除位置に移動する動作に変換する動作変換機構(39)と、を有する請求項1から4のいずれかに記載の車両の自動操舵装置。 The clutch mechanism (7) is
The inner ring (21) to which the rotation of the steering wheel (3) is input, and
An outer ring (22) supported so as to be relatively rotatable with respect to the inner ring (21),
Engagement elements (23a, 23b) incorporated between the inner circumference of the outer ring (22) and the outer circumference of the inner ring (21), and
An engaging position in which the engaging element (23a, 23b) engages between the outer ring (22) and the inner ring (21), and an engaging disengagement position in which the engaging element (23a, 23b) is disengaged. With an engager cage (24) movably supported between,
A spring (29) that urges the engager cage (24) from the disengagement position toward the engagement position,
An armature (36) that is movably supported in the axial direction and
An electromagnet (37) that attracts the armature (36) in the axial direction by energization, and
An motion conversion mechanism that converts the axial movement of the armature (36) due to the energization of the electromagnet (37) into an motion of the engager cage (24) moving from the engagement position to the disengagement position. 39), and the automatic steering device for a vehicle according to any one of claims 1 to 4.
前記クラッチ機構(7)は、前記ステアリングホイール(3)と、前記回転伝達経路(4)の前記操舵モータ(6)の駆動力が入力される位置との間に配置されている、請求項1から5のいずれかに記載の車両の自動操舵装置。 The steering motor (6) is attached so as to input a driving force to the rotation transmission path (4).
The clutch mechanism (7) is arranged between the steering wheel (3) and a position where the driving force of the steering motor (6) of the rotation transmission path (4) is input. The vehicle automatic steering device according to any one of 5 to 5.
前記クラッチ機構(7)は、前記回転伝達経路(4)の前記ステアリングピニオン(2)の側の端部に配置されている、請求項1から5のいずれかに記載の車両の自動操舵装置。 The steering motor (6) is attached to the steering rack (1) so as to input a driving force.
The vehicle automatic steering device according to any one of claims 1 to 5, wherein the clutch mechanism (7) is arranged at an end of the rotation transmission path (4) on the side of the steering pinion (2).
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