JP2023044603A - Steer-by-wire type steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ステアリングホイールと操舵対象との間が機械的に切り離された状態で操舵対象の転舵を行なうステアバイワイヤ方式の操舵装置に関する。
BACKGROUND OF THE
運転者によるステアリングホイールの回転操作に応じて車両の転舵輪の向きを変化させる車両用操舵装置として、ステアバイワイヤ方式のものが知られている。ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、ステアリングホイールの操作量を検知する操舵センサと、ステアリングホイールに対して機械的に切り離して設けられた転舵アクチュエータとを有し、その転舵アクチュエータが、操舵センサで検知されるステアリングホイールの操作量に応じて作動し、左右一対の転舵輪の向きを変化させる。 BACKGROUND ART A steer-by-wire system is known as a vehicle steering system that changes the direction of steered wheels of a vehicle in accordance with a driver's turning operation of a steering wheel. A steer-by-wire vehicle steering system includes a steering sensor that detects the amount of operation of a steering wheel, and a steering actuator that is mechanically separated from the steering wheel. It operates according to the amount of operation of the steering wheel detected by a sensor, and changes the direction of a pair of left and right steered wheels.
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作量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の動作を制御するので、例えば、ステアリングホイールを操作したときの転舵輪の向きの変化量を車両の走行速度に応じて調整するといったように、車両の走行状態に応じてステアリングホイールの操作量と転舵アクチュエータの動作量の対応関係を最適化す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。 This steer-by-wire type vehicle steering system temporarily converts the operation amount of the steering wheel by the driver into an electric signal, and controls the operation of the steering actuator based on the electric signal. Optimizing the correspondence relationship between the operation amount of the steering wheel and the operation amount of the steering actuator according to the running state of the vehicle, such as adjusting the amount of change in the direction of the steered wheels according to the running speed of the vehicle. It is expected that it will be possible to improve the running stability and dynamic performance of the vehicle.
ところで、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置においては、運転者によって回転操作されるステアリングホイールと、左右一対の転舵輪の向きを変化させる転舵アクチュエータとが機械的に切り離されている。そのため、運転者が、車両停車中にステアリングホイールを操作して転舵輪の向きがその移動限界(ストロークエンド)に到達したときにも、運転者は、さらにステアリングホイールを回転操作することが可能である。そのため、転舵輪の向きがストロークエンドに到達しているにもかかわらず、運転者は、転舵輪の向きがストロークエンドに到達していることに気付かないという問題が生じる。 In a steer-by-wire vehicle steering system, a steering wheel that is rotatably operated by a driver is mechanically separated from a steering actuator that changes the direction of a pair of left and right steered wheels. Therefore, even when the driver operates the steering wheel while the vehicle is stopped and the direction of the steered wheels reaches its travel limit (stroke end), the driver can further rotate the steering wheel. be. Therefore, although the direction of the steered wheels has reached the stroke end, the driver does not notice that the direction of the steered wheels has reached the stroke end.
そこで、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したときに、その状況を、運転者がステアリングホイールを通じて感知することを可能としたステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置として、特許文献1のものが提案されている。
Therefore,
特許文献1の車両用操舵装置は、車速やステアリングホイールの操作量等に基づいて演算される操舵反力をステアリングホイールに与える反力モータと、反力モータを制御する反力コントローラとを有する。そして、反力コントローラは、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したときに、反力モータで発生する操舵反力の大きさを補正して増大させる制御を行なう。これにより、運転者は、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したことをステアリングホイールを通じて感知することが可能となる。
The vehicle steering system of
特許文献1のように、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したときに、反力モータで発生する操舵反力の大きさを補正して増大させる制御を行なった場合、あくまでステアリングホイールの操舵反力が大きくなるだけであり、ステアリングホイールの回転が阻止されるのではないため、運転者によっては、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したことに気付かず、そのままステアリングホイールの回転操作を継続してしまうおそれがある。
As in
そのような事態を防止するため、特許文献1の車両用操舵装置の反力モータを大型化する方法が考えられる。反力モータを大型化すれば、反力モータで発生可能な操舵反力の大きさも大きくなるので、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したときに、どのような運転者でも確実に気づく程度に大きな操舵反力を発生させることが可能となる。しかしながら、反力モータを大型化すると、周辺のスペースが狭くなり、またコスト高である。
In order to prevent such a situation, a method of increasing the size of the reaction force motor of the vehicle steering system disclosed in
上述した問題は、車両の転舵輪を操舵対象とするステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置以外にも、ステアバイワイヤ方式の操舵装置であれば、例えば、船舶の船尾に設けられる舵(船外機等)を操舵対象とするステアバイワイヤ方式の船舶用操舵装置などにも存在する。 In addition to the steer-by-wire type vehicle steering system that steers the steerable wheels of the vehicle, the above-mentioned problem also occurs when a steer-by-wire type steering system is used, for example, when a rudder (such as an outboard motor) is provided at the stern of a ship. ) is also present in a steer-by-wire type ship steering system.
この発明が解決しようとする課題は、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したときに、運転者がステアリングホイールを通じてその状況を確実に感知することができるステアバイワイヤ方式の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 steer-by-wire steering system that allows the driver to reliably perceive the situation through the steering wheel when the direction of the object to be steered reaches the stroke end. be.
上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成のステアバイワイヤ方式の操舵装置を提供する。
ステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールの操作量を検知する操舵センサと、
前記ステアリングホイールに対して機械的に切り離して設けられ、前記操舵センサで検知される前記ステアリングホイールの操作量に応じて操舵対象の向きを変化させる転舵アクチュエータと、を有するステアバイワイヤ方式の操舵装置において、
前記ステアリングホイールと一体に回転するように前記ステアリングホイールに連結されたシャフトと、
回転しないように固定して設けられた固定部材と、
前記シャフトと前記固定部材のうちの一方に連結して設けられた内輪と、
前記シャフトと前記固定部材のうちの他方に連結された外輪と、
前記内輪の外周と前記外輪の内周との間に組み込まれた係合子と、
前記係合子を保持し、前記内輪と前記外輪の間に前記係合子を係合させる係合位置と、前記内輪と前記外輪の間への前記係合子の係合を解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器と、
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吸引して軸方向に移動させる電磁石と、
前記アーマチュアの動作に応じて、前記係合子保持器を前記係合位置と前記係合解除位置のうち一方から他方に周方向移動させる動作変換機構と、を設けたことを特徴とするステアバイワイヤ方式の操舵装置。
In order to solve the above problems, the present invention provides a steer-by-wire steering system having the following configuration.
a steering wheel;
a steering sensor that detects the amount of operation of the steering wheel;
A steer-by-wire steering system having a steering actuator that is mechanically separated from the steering wheel and that changes the direction of a steered object according to the amount of operation of the steering wheel detected by the steering sensor. in
a shaft coupled to the steering wheel so as to rotate together with the steering wheel;
a fixed member fixedly provided so as not to rotate;
an inner ring connected to one of the shaft and the fixed member;
an outer ring connected to the other of the shaft and the fixed member;
an engaging element incorporated between the outer circumference of the inner ring and the inner circumference of the outer ring;
an engaging position for holding the engaging element and engaging the engaging element between the inner ring and the outer ring; and an engagement releasing position for disengaging the engaging element between the inner ring and the outer ring. an engaging element retainer supported movably in the circumferential direction between
an armature supported for axial movement;
an electromagnet that attracts and moves the armature in the axial direction when energized;
A steer-by-wire system, comprising: a movement conversion mechanism for circumferentially moving the engaging element retainer from one of the engaging position and the disengaging position to the other in accordance with the movement of the armature. steering gear.
このようにすると、電磁石の通電と非通電の切り替えにより、内輪と外輪との間への係合子の係合を解除する係合解除位置から、内輪と外輪との間に係合子を係合させる係合位置に係合子保持器を移動させ、これにより、ステアリングホイールの回転を許容するステアリングロック解除状態から、ステアリングホイールの回転を阻止するステアリングロック状態に切り替えることが可能となる。ここで、係合子保持器が係合位置に移動したとき、内輪と外輪との間に係合子が物理的に係合することによって内輪の回転が阻止されるので、内輪にシャフトを介して連結されたステアリングホイールの回転が確実に阻止される。そのため、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したときに電磁石の通電と非通電を切り替えることにより、ステアリングホイールがそれ以上に回転するのを確実に阻止し、そのステアリングホイールを通じて運転者に、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したことを確実に感知させることができる。 With this configuration, by switching between energization and non-energization of the electromagnet, the engaging element is engaged between the inner ring and the outer ring from the disengagement position where the engagement of the engaging element between the inner ring and the outer ring is released. By moving the engaging element retainer to the engaging position, it is possible to switch from a steering unlocked state in which rotation of the steering wheel is permitted to a steering locked state in which rotation of the steering wheel is prevented. Here, when the engaging element retainer is moved to the engaging position, the engaging element physically engages between the inner ring and the outer ring, thereby preventing rotation of the inner ring. Rotation of the steering wheel that is engaged is reliably prevented. Therefore, by switching between energization and non-energization of the electromagnet when the direction of the object to be steered reaches the end of the stroke, the steering wheel is reliably prevented from rotating further, and the driver can tell the object to be steered through the steering wheel. direction reaches the stroke end.
前記内輪は、前記シャフトに連結され、
前記外輪は、前記固定部材に連結されている構成を採用することができる。
The inner ring is connected to the shaft,
A configuration in which the outer ring is connected to the fixing member can be adopted.
この場合、前記内輪と前記シャフトは、前記内輪に対する前記シャフトの所定の角度範囲内での相対回転を許容し、前記内輪に対する前記シャフトの前記所定の角度範囲を超える相対回転は阻止するように、前記所定の角度範囲の遊びをもって連結され、
前記内輪と前記シャフトとの間には、前記内輪と前記シャフトが前記所定の角度範囲の中央位置にある状態から相対回転したときに前記内輪と前記シャフトを前記所定の角度範囲の中央位置に向けて付勢する弾性部材が設けられている構成を採用すると好ましい。
In this case, the inner ring and the shaft allow relative rotation of the shaft with respect to the inner ring within a predetermined angular range, and prevent relative rotation of the shaft with respect to the inner ring beyond the predetermined angular range. connected with play in the predetermined angular range;
Between the inner ring and the shaft, when the inner ring and the shaft rotate relative to each other from the central position of the predetermined angular range, the inner ring and the shaft are oriented to the central position of the predetermined angular range. It is preferable to employ a configuration in which an elastic member is provided to apply a force.
このようにすると、操舵対象の向きがストロークエンドに到達し、運転者がステアリングホイールを通じてその状況を感知し、急にステアリングホイールを逆向き(操舵対象の向きがストロークエンドから戻る方向)に回転させようとした場合に、ステアリングホイールがロックして動かない事態を防止することが可能となる。 In this way, when the direction of the object to be steered reaches the end of the stroke, the driver senses the situation through the steering wheel and suddenly turns the steering wheel in the opposite direction (the direction in which the object to be steered returns from the end of the stroke). In such a case, it is possible to prevent the steering wheel from locking and not moving.
すなわち、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したときに、ステアリングロック解除状態からステアリングロック状態に切り替えると、ステアリングホイールはそれ以上回転させることができなくなり、運転者は、そのステアリングホイールを通じて、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したことを感知する。ここで、運転者が、急にステアリングホイールを逆向きに回転させようとした場合、ステアリングホイールの回転を許容するために、即座にステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替える必要があるが、ステアリングホイールに連結されたシャフトが、内輪に対してまったく相対回転しないように遊びなく内輪に連結されていると、ステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替える動作が間に合わず、運転者がステアリングホイールを逆向きに回転させることができないおそれがある。この問題に対し、上記構成を採用すると、シャフトが、内輪に対して所定の角度範囲で相対回転を許容するように遊びをもって内輪に連結されているので、ステアリングホイールの正逆両方向のうちの一方向の回転が阻止されたときに、ステアリングホイールは、正逆両方向のうちの他方向に、シャフトと内輪の間に設けられた遊びに相当する角度の分、回転させることが可能である。そのため、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したことを運転者がステアリングホイールを通じて感知し、急にステアリングホイールを逆向きに回転させようとした場合に、そのステアリングホイールの回転を許容するためにステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替える動作を行なう時間を確保することが可能となり、ステアリングホイールがロックして動かない事態を防止することが可能となる。 That is, when the direction of the object to be steered reaches the end of the stroke, if the steering lock release state is switched to the steering lock state, the steering wheel cannot be rotated further, and the driver can turn the steering object through the steering wheel. senses that the direction of has reached the stroke end. Here, when the driver suddenly tries to turn the steering wheel in the opposite direction, it is necessary to immediately switch from the steering lock state to the steering lock release state in order to allow the rotation of the steering wheel. If the shaft that is connected to the wheel is connected to the inner ring without play so that it does not rotate relative to the inner ring at all, the operation to switch from the steering locked state to the steering unlocked state will not be done in time, and the driver will turn the steering wheel in reverse. You may not be able to rotate it. To solve this problem, when the above-described structure is adopted, the shaft is connected to the inner ring with play so as to allow relative rotation with respect to the inner ring within a predetermined angular range. When directional rotation is blocked, the steering wheel can be turned in the other of the forward and reverse directions by an angle corresponding to the play provided between the shaft and the inner ring. Therefore, when the driver senses through the steering wheel that the direction of the object to be steered has reached the end of the stroke and suddenly tries to turn the steering wheel in the opposite direction, the steering wheel is turned to allow the turning of the steering wheel. It is possible to secure time for switching from the locked state to the steering unlocked state, thereby preventing a situation in which the steering wheel is locked and does not move.
前記シャフトは、非円形の断面をもつ非円形軸部を有し、
前記内輪は、前記非円形軸部に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部を有し、
前記弾性部材は、前記非円形軸部と前記非円形穴部の間に周方向に挟み込んで設けられた板ばねである構成を採用することができる。
the shaft has a non-circular shank with a non-circular cross-section;
The inner ring has a non-circular hole portion that fits into the non-circular shaft portion with a circumferential gap,
A configuration can be adopted in which the elastic member is a plate spring that is circumferentially sandwiched between the non-circular shaft portion and the non-circular hole portion.
また、前記シャフトは、非円形の断面をもつ非円形軸部を有し、
前記内輪は、前記非円形軸部に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部を有し、
前記弾性部材は、前記非円形軸部と前記非円形穴部の間に圧縮して組み込まれた圧縮コイルばねである構成を採用することもできる。
Also, the shaft has a non-circular shaft portion with a non-circular cross-section,
The inner ring has a non-circular hole portion that fits into the non-circular shaft portion with a circumferential gap,
The elastic member may be a compression coil spring that is compressed and incorporated between the non-circular shaft portion and the non-circular hole portion.
また、前記シャフトは、非円形の断面をもつ非円形軸部を有し、
前記内輪は、前記非円形軸部に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部を有し、
前記弾性部材は、一端が前記シャフトの中心に形成された嵌合穴に嵌合して回り止めされ、他端が前記内輪に回り止めされたトーションバーである構成を採用することもできる。
Also, the shaft has a non-circular shaft portion with a non-circular cross-section,
The inner ring has a non-circular hole portion that fits into the non-circular shaft portion with a circumferential gap,
The elastic member may be a torsion bar, one end of which is fitted into a fitting hole formed in the center of the shaft to prevent rotation, and the other end of which is prevented from rotating by the inner ring.
前記固定部材は、前記電磁石と前記アーマチュアとを収容する筒状のクラッチケースであり、
前記外輪は、前記クラッチケースに一体に形成されている構成を採用することができる。
the fixing member is a tubular clutch case that houses the electromagnet and the armature;
A structure in which the outer ring is integrally formed with the clutch case can be adopted.
このようにすると、部品点数が少なくなり、製造コストを低減することが可能となる。 By doing so, the number of parts can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.
また、前記固定部材は、前記電磁石と前記アーマチュアとを収容する筒状のクラッチケースであり、
前記クラッチケースは、非磁性体で形成され、
前記外輪は、前記クラッチケースとは別体に形成され、前記クラッチケースに回り止めされている構成を採用することができる。
The fixed member is a cylindrical clutch case that houses the electromagnet and the armature,
The clutch case is made of a non-magnetic material,
The outer ring may be formed separately from the clutch case and may be prevented from rotating by the clutch case.
このようにすると、クラッチケースが非磁性体で形成されているので、電磁石に通電したときに、電磁石から発生する磁束がクラッチケースに漏洩するのを防止することができ、アーマチュアを効率的に吸引することが可能となる。そのため、電磁石およびアーマチュアのサイズを小さく抑え、省スペース化を図ることができる。 In this way, since the clutch case is made of a non-magnetic material, when the electromagnet is energized, the magnetic flux generated by the electromagnet can be prevented from leaking into the clutch case, effectively attracting the armature. It becomes possible to Therefore, the size of the electromagnet and armature can be kept small, and space can be saved.
また、前記固定部材は、前記電磁石と前記アーマチュアとを収容する筒状のクラッチケースであり、
前記外輪は、前記クラッチケースとは別体に形成され、前記クラッチケースに回り止めされ、
前記電磁石は、前記クラッチケース内に前記外輪と軸方向に対向して配置され、
前記クラッチケースには、前記電磁石の軸方向一方への移動を規制する電磁石移動規制部と、前記外輪の軸方向他方の移動範囲を規制する外輪移動規制部とが設けられ、
前記外輪と前記電磁石との間に、両者を軸方向に遠ざける方向に付勢する弾性スペーサが組み込まれている構成を採用することができる。
The fixed member is a cylindrical clutch case that houses the electromagnet and the armature,
the outer ring is formed separately from the clutch case and is prevented from rotating by the clutch case;
The electromagnet is arranged in the clutch case to face the outer ring in the axial direction,
The clutch case is provided with an electromagnet movement restricting portion that restricts movement of the electromagnet in one axial direction, and an outer ring movement restricting portion that restricts a movement range of the outer ring in the other axial direction,
A configuration may be employed in which an elastic spacer is incorporated between the outer ring and the electromagnet for urging them in the axial direction to move them away from each other.
このようにすると、クラッチケースの加工コストを低く抑えることが可能となる。すなわち、クラッチケース内に外輪と電磁石とを軸方向に対向して配置する場合、外輪および電磁石を軸方向に固定するために、外輪に近づく方向の電磁石の軸方向移動を規制する止め輪と、電磁石に近づく方向の外輪の軸方向移動を規制する止め輪とをそれぞれ設け、その各止め輪を装着するための止め輪溝をクラッチケースの内周に形成する構成を採用することが考えられるが、この構成を採用すると、クラッチケースの内周に溝加工をするコストが必要となる。これに対し、上記のように、外輪と電磁石との間に、両者を軸方向に遠ざける方向に付勢する弾性スペーサを組み込み、その弾性スペーサの付勢力によって、外輪に近づく方向の電磁石の軸方向移動と、電磁石に近づく方向の外輪の軸方向移動とを規制するように構成すると、クラッチケースの内周に止め輪を装着するための溝加工をする必要がないので、クラッチケースの加工コストを低く抑えることが可能となる。 By doing so, it is possible to keep the processing cost of the clutch case low. That is, when the outer ring and the electromagnet are arranged in the clutch case to face each other in the axial direction, a retaining ring for restricting the axial movement of the electromagnet in the direction toward the outer ring in order to fix the outer ring and the electromagnet in the axial direction; It is conceivable to employ a configuration in which snap rings are provided for restricting the axial movement of the outer ring in the direction toward the electromagnet, and snap ring grooves for mounting the respective snap rings are formed on the inner circumference of the clutch case. However, if this configuration is adopted, the cost of grooving the inner circumference of the clutch case is required. On the other hand, as described above, an elastic spacer is incorporated between the outer ring and the electromagnet to urge them in the axial direction away from each other. If the movement and the axial movement of the outer ring in the direction approaching the electromagnet are restricted, there is no need to form a groove for mounting the retaining ring on the inner circumference of the clutch case, which reduces the processing cost of the clutch case. It is possible to keep it low.
前記弾性スペーサとしては、皿ばね、ウェーブスプリング、圧縮コイルばねのいずれかを採用することができる。 Any one of disc springs, wave springs, and compression coil springs can be employed as the elastic spacer.
前記弾性スペーサは、非磁性体で形成すると好ましい。 Preferably, the elastic spacer is made of a non-magnetic material.
このようにすると、弾性スペーサが非磁性体で形成されているので、電磁石に通電したときに、電磁石から発生する磁束が弾性スペーサを通って漏洩するのを防止することができ、アーマチュアを効率的に吸引することが可能となる。そのため、電磁石およびアーマチュアのサイズを小さく抑え、省スペース化を図ることができる。 With this configuration, since the elastic spacer is made of a non-magnetic material, it is possible to prevent the magnetic flux generated from the electromagnet from leaking through the elastic spacer when the electromagnet is energized. It becomes possible to aspirate to Therefore, the size of the electromagnet and armature can be kept small, and space can be saved.
前記外輪は、前記シャフトに連結され、
前記内輪は、前記固定部材に連結されている構成を採用することができる。
The outer ring is connected to the shaft,
A configuration may be adopted in which the inner ring is connected to the fixing member.
この場合、前記内輪と前記固定部材は、前記固定部材に対する前記内輪の所定の角度範囲内での相対回転を許容し、前記固定部材に対する前記内輪の前記所定の角度範囲を超える相対回転は阻止するように、前記所定の角度範囲の遊びをもって連結され、
前記内輪と前記固定部材との間には、前記内輪と前記固定部材が前記所定の角度範囲の中央位置にある状態から相対回転したときに前記内輪と前記固定部材を前記所定の角度範囲の中央位置に向けて付勢する弾性部材が設けられている構成を採用すると好ましい。
In this case, the inner ring and the fixed member allow relative rotation of the inner ring with respect to the fixed member within a predetermined angular range, and prevent relative rotation of the inner ring with respect to the fixed member beyond the predetermined angular range. are connected with play in the predetermined angular range,
Between the inner ring and the fixed member, when the inner ring and the fixed member rotate relative to each other from the central position of the predetermined angular range, the inner ring and the fixed member are positioned at the center of the predetermined angular range. It is preferable to employ a configuration in which an elastic member that biases toward the position is provided.
このようにすると、操舵対象の向きがストロークエンドに到達し、運転者がステアリングホイールを通じてその状況を感知し、急にステアリングホイールを逆向き(操舵対象の向きがストロークエンドから戻る方向)に回転させようとした場合に、ステアリングホイールがロックして動かない事態を防止することが可能となる。 In this way, when the direction of the object to be steered reaches the end of the stroke, the driver senses the situation through the steering wheel and suddenly turns the steering wheel in the opposite direction (the direction in which the object to be steered returns from the end of the stroke). In such a case, it is possible to prevent the steering wheel from locking and not moving.
前記固定部材は、前記電磁石と前記アーマチュアとを収容する筒状のクラッチケースであり、
前記クラッチケースは、非磁性体で形成されている構成を採用することができる。
the fixing member is a tubular clutch case that houses the electromagnet and the armature;
The clutch case may employ a configuration formed of a non-magnetic material.
このようにすると、クラッチケースが非磁性体で形成されているので、電磁石に通電したときに、電磁石から発生する磁束がクラッチケースに漏洩するのを防止することができ、アーマチュアを効率的に吸引することが可能となる。そのため、電磁石およびアーマチュアのサイズを小さく抑え、省スペース化を図ることができる。 In this way, since the clutch case is made of a non-magnetic material, when the electromagnet is energized, the magnetic flux generated by the electromagnet can be prevented from leaking into the clutch case, effectively attracting the armature. It becomes possible to Therefore, the size of the electromagnet and armature can be kept small, and space can be saved.
前記ステアリングホイールに操舵反力を与える反力モータを更に有し、
前記固定部材は、前記電磁石と前記アーマチュアとを収容する筒状のクラッチケースであり、
前記クラッチケースが、前記反力モータのモータケースと一体に形成されている構成を採用することができる。
further comprising a reaction force motor that applies a steering reaction force to the steering wheel;
the fixing member is a tubular clutch case that houses the electromagnet and the armature;
A configuration in which the clutch case is integrally formed with the motor case of the reaction motor can be adopted.
前記動作変換機構は、前記電磁石の通電時に、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周方向移動させ、前記電磁石の非通電時に、前記係合子保持器を前記係合位置から前記係合解除位置に周方向移動させる構成のものを採用すると好ましい。 The motion conversion mechanism circumferentially moves the engaging element retainer from the disengaged position to the engaging position when the electromagnet is energized, and moves the engaging element retainer to the engaged position when the electromagnet is not energized. It is preferable to employ a configuration in which it is moved in the circumferential direction from the position to the disengagement position.
このようにすると、電磁石に通電したときに、ステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替わり、電磁石を非通電としたときに、ステアリングロック解除状態からステアリングロック状態に切り替わる。そのため、例えば、車両駐車時など、車両の電源がOFFとなって電磁石が非通電となったときに、ステアリングホイールの回転が阻止されるステアリングロック状態となるので、車両の盗難防止のためのハンドルロック機能を付加することが可能となる。 In this way, when the electromagnet is energized, the steering locked state is switched to the steering unlocked state, and when the electromagnet is de-energized, the steering unlocked state is switched to the steering locked state. Therefore, for example, when the power of the vehicle is turned off and the electromagnet is not energized, such as when the vehicle is parked, the steering lock state is entered in which the rotation of the steering wheel is prevented. A lock function can be added.
この発明のステアバイワイヤ方式の操舵装置は、電磁石の通電と非通電の切り替えにより、内輪と外輪との間への係合子の係合を解除する係合解除位置から、内輪と外輪との間に係合子を係合させる係合位置に係合子保持器を移動させ、これにより、ステアリングホイールの回転を許容するステアリングロック解除状態から、ステアリングホイールの回転を阻止するステアリングロック状態に切り替えることが可能である。ここで、係合子保持器が係合位置に移動したとき、内輪と外輪との間に係合子が物理的に係合することによって内輪の回転が阻止されるので、内輪にシャフトを介して連結されたステアリングホイールの回転が確実に阻止される。そのため、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したときに電磁石の通電と非通電を切り替えることにより、ステアリングホイールがそれ以上に回転するのを確実に阻止し、そのステアリングホイールを通じて運転者に、操舵対象の向きがストロークエンドに到達したことを確実に感知させることができる。 In the steer-by-wire steering system of the present invention, by switching between electrification and de-energization of the electromagnet, the engagement between the inner ring and the outer ring is changed from the disengagement position where the engagement of the engaging member between the inner ring and the outer ring is disengaged. It is possible to switch from a steering unlocked state in which rotation of the steering wheel is permitted to a steering locked state in which rotation of the steering wheel is prevented by moving the engaging element retainer to an engaging position where the engaging element is engaged. be. Here, when the engaging element retainer is moved to the engaging position, the engaging element physically engages between the inner ring and the outer ring, thereby preventing rotation of the inner ring. Rotation of the steering wheel that is engaged is reliably prevented. Therefore, by switching between energization and non-energization of the electromagnet when the direction of the object to be steered reaches the end of the stroke, the steering wheel is reliably prevented from rotating further, and the driver can tell the object to be steered through the steering wheel. direction reaches the stroke end.
図1に、この発明の第1実施形態にかかるステアバイワイヤ方式の操舵装置を示す。この操舵装置は、運転者によるステアリングホイール1の操作量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2を制御することで、左右一対の転舵輪3の向きを変化させるステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置である。
FIG. 1 shows a steer-by-wire steering system according to a first embodiment of the present invention. This steering system converts the amount of operation of a
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、ステアリングホイール1に連結されたステアリングシャフト4と、ステアリングホイール1の操作量を検知する操舵センサ5と、ステアリングホイール1に操舵反力を与える反力モータ6と、通電と非通電の切り替えによりステアリングホイール1の回転を阻止するステアリングロック状態とステアリングホイール1の回転を許容するステアリングロック解除状態とを切り替える電磁式クラッチユニット7と、ステアリングホイール1に対して機械的に切り離して設けられた転舵アクチュエータ2と、制御部8とを有する。
The steering system includes a
ステアリングシャフト4は、ステアリングホイール1を操舵したときに、ステアリングホイール1と一体に回転するようにステアリングホイール1に連結されている。操舵センサ5は、ステアリングシャフト4に取り付けられている。操舵センサ5としては、例えば、ステアリングホイール1の操舵角を検知する操舵角センサ、運転者によってステアリングホイール1に入力される操舵トルクを検知する操舵トルクセンサなどが挙げられる。
The steering
反力モータ6は、通電により回転トルクを発生する電動モータである。反力モータ6は、ステアリングシャフト4の端部に連結されている。反力モータ6は、回転トルクをステアリングシャフト4に入力することで、そのステアリングシャフト4を介してステアリングホイール1に操舵反力を付与する。
The
転舵アクチュエータ2は、転舵軸10と、転舵軸ハウジング11と、転舵軸10を車両の左右方向に移動させる転舵モータ12と、転舵軸10の位置を検知する転舵センサ13とを有する。転舵軸10は、車両の左右方向に移動可能に転舵軸ハウジング11で支持されている。転舵軸ハウジング11は、転舵軸10の左右両端が転舵軸ハウジング11から突出した状態となるように転舵軸10の中央部を収容している。
The
転舵モータ12および転舵センサ13は、転舵軸ハウジング11に取り付けられている。転舵モータ12と転舵軸10の間には、転舵モータ12が出力する回転を転舵軸10の直線運動に変換する運動変換機構(図示せず)が組み込まれている。転舵軸10の左右両端は、タイロッド14を介して左右一対の転舵輪3に連結され、転舵軸10が軸方向に移動するとこれに連動して左右一対の転舵輪3の向きが変化するようになっている。
The
図2に示すように、反力モータ6は、モータケース15と、モータケース15からステアリングホイール1(図1参照)の側とは反対側(図では下側)に突出するモータシャフト16とを有する。モータシャフト16は、モータケース15の内部に組み込まれた図示しない転がり軸受で回転可能に支持されている。また、モータシャフト16は、ステアリングホイール1およびステアリングシャフト4(図1参照)と一体に回転するように、ステアリングシャフト4(図1参照)に連結されている。モータケース15は、回転しないように車体(図示せず)に固定されている。
As shown in FIG. 2, the
電磁式クラッチユニット7は、モータシャフト16に連結して設けられた内輪20と、モータケース15に対して固定して設けられた外輪21と、内輪20の外周に形成された複数のカム面22(図4参照)と、外輪21の内周に形成された円筒面23と、各カム面22と円筒面23との間に組み込まれた係合子24と、それらの係合子24を保持する係合子保持器25と、軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア26と、通電によりアーマチュア26を吸引して軸方向に移動させる電磁石27と、アーマチュア26の移動に応じて係合子保持器25を周方向移動させる動作変換機構28とを有する。
The electromagnetic
内輪20は、モータシャフト16の外周にスプライン嵌合している。このスプライン嵌合によって、モータシャフト16は、内輪20に対してまったく相対回転しないように遊びなく内輪20に連結されている。外輪21は、クラッチケース29と一体に形成されている。クラッチケース29は、電磁式クラッチユニット7の構成部材(内輪20、係合子24、係合子保持器25、アーマチュア26、電磁石27等)を一括して収容する筒状の部材である。クラッチケース29の軸方向一端には、径方向外方に延びるフランジ部30が形成され、そのフランジ部30がモータケース15の軸方向端面に図示しないボルトで固定されている。外輪21には、内輪20を回転可能に支持する軸受31が組み込まれている。
The
ここで、クラッチケース29は、モータケース15に固定することで、ステアリングホイール1(図1参照)の操舵時にも回転しないように固定した状態に設けられている。また、そのクラッチケース29と一体に外輪21を形成することで、外輪21がクラッチケース29に連結されている。
Here, the
図4に示すように、内輪20の外周のカム面22は、外輪21の内周の円筒面23と半径方向に対向している。カム面22と円筒面23の間には、周方向中央から周方向両端に向かって次第に狭小となるくさび空間が形成されている。
As shown in FIG. 4 , the
係合子保持器25には、径方向に貫通するポケット32(図2参照)が周方向に間隔をおいて複数形成され、その各ポケット32に係合子24が収容されている。係合子保持器25は、係合子24をカム面22(図4参照)の周方向中央から周方向に移動させることでカム面22と円筒面23の間に係合子24を係合させる係合位置と、係合子24をカム面22の周方向中央に移動させることでカム面22と円筒面23の間への係合子24の係合を解除する係合解除位置との間で、内輪20に対して周方向に移動可能に支持されている。
A plurality of radially penetrating pockets 32 (see FIG. 2) are formed in the
図2に示すように、アーマチュア26は、内輪20と一体に設けられた内輪軸部33の外周で軸方向に移動可能に支持されている。アーマチュア26は、磁性材料(鉄、珪素鋼など)で形成された円盤状の部材である。電磁石27は、アーマチュア26と軸方向に対向して配置されている。電磁石27は、軸方向と周方向のいずれにも移動しないようにクラッチケース29に固定されている。アーマチュア26と電磁石27の間には、アーマチュア26を電磁石27から離反する方向に付勢する離反ばね34が組み込まれている。
As shown in FIG. 2 , the
電磁石27は、アーマチュア26に向かって軸方向に開放するC形断面をもつ環状のフィールドコア35と、フィールドコア35に巻回されたソレノイドコイル36とを有する。ソレノイドコイル36に通電すると、フィールドコア35とアーマチュア26とを通る磁気回路が形成され、アーマチュア26はフィールドコア35に吸引される。クラッチケース29には、ソレノイドコイル36に電力を供給するリード線37が通る貫通孔38が形成されている。貫通孔38には、貫通孔38の内周とリード線37の外周の間の隙間を埋めるゴム製のグロメット39が装着されている。
The
図3に示すように、動作変換機構28は、アーマチュア26に対して軸方向に相対移動可能な状態でアーマチュア26に回り止めされかつ係合子保持器25に回り止めされた中間プレート40と、係合子保持器25を係合解除位置に弾性的に保持するセンタリングばね41とを有する。
As shown in FIG. 3, the
中間プレート40の外周には、係合子保持器25に形成された係合凹部42に係合する係合凸部43が形成されている。中間プレート40は、この係合凸部43と係合凹部42の係合によって、係合子保持器25と一体に周方向移動するように係合子保持器25に回り止めされている。また、中間プレート40には、アーマチュア26に向かって軸方向に延びる軸方向突起44が形成されている。アーマチュア26には、中間プレート40の軸方向突起44が軸方向にスライド可能に挿入される軸方向孔45が形成されている。中間プレート40は、この軸方向突起44と軸方向孔45の係合によって、アーマチュア26に対して軸方向移動可能な状態で、アーマチュア26と一体に周方向移動するようにアーマチュア26に回り止めされている。
An engagement projection 43 that engages with an
図4に示すように、センタリングばね41は、鋼線をC形に巻いたC形環状部46と、C形環状部46の両端からそれぞれ径方向外方に延出する一対の延出部47とからなる。C形環状部46は、内輪20の軸方向端面に形成された円形のばね収容凹部48に嵌め込まれている。一対の延出部47は、ばね収容凹部48から径方向外方に貫通するように内輪20の軸方向端面に形成された径方向溝49に挿入されている。
As shown in FIG. 4, the centering
センタリングばね41の延出部47は、径方向溝49の径方向外端から突出しており、その延出部47の径方向溝49からの突出部分が、係合子保持器25に形成された保持器溝50に挿入されている。径方向溝49と保持器溝50は同じ周方向幅をもつように形成されている。センタリングばね41の延出部47は、径方向溝49の内面と、保持器溝50の内面にそれぞれ接触しており、その接触部分に作用する周方向の力によって係合子保持器25を係合解除位置に弾性保持している。
The extending
図2に示す電磁式クラッチユニット7は、電磁石27が非通電の状態では、内輪20が外輪21に対して自由に回転することができる空転状態となる。すなわち、電磁石27が非通電のとき、アーマチュア26が離反ばね34の付勢力によって電磁石27から離反し、アーマチュア26は、電磁石27に対して自由に回転可能な状態となる。このとき、係合子保持器25は、センタリングばね41の弾性復元力によって係合解除位置に保持されるので、内輪20を回転させても、内輪20の外周のカム面22と外輪21の内周の円筒面23との間に係合子24は係合せず、内輪20およびモータシャフト16は正逆両方向に自由に回転することが可能である。
The electromagnetic
一方、電磁石27に通電した状態では、内輪20の回転が阻止されたロック状態となる。すなわち、電磁石27に通電したとき、アーマチュア26は電磁石27に吸着され、アーマチュア26が電磁石27に摩擦接触した状態となる。このとき、内輪20を回転させると、電磁石27に摩擦接触するアーマチュア26が、中間プレート40を介して係合子保持器25に回り止めされているので、係合子保持器25は回転が制限され、その係合子保持器25に対して内輪20が相対回転する。その結果、係合子保持器25が、センタリングばね41の弾性力に抗し係合解除位置から係合位置に移動し、内輪20の外周のカム面22と外輪21の内周の円筒面23との間に係合子24が係合するので、内輪20の回転が阻止され、内輪20に連結されたモータシャフト16の回転が阻止される。
On the other hand, when the
図1に示す反力モータ6、電磁式クラッチユニット7、転舵モータ12は、制御部8で制御される。制御部8の入力側には、外部センサ51、操舵センサ5、転舵センサ13が電気的に接続されている。外部センサ51は、車両の走行速度を検知する車速センサ等である。制御部8の出力側には、反力モータ6、電磁式クラッチユニット7、転舵アクチュエータ2が電気的に接続されている。
The
制御部8は、操舵センサ5で検知されるステアリングホイール1の操作量と、外部センサ51で検知される車両の走行状況(車速等)とに応じて転舵モータ12を作動させ、左右一対の転舵輪3の向きを変化させる制御を行なう。また、このとき、制御部8は、ステアリングホイール1の操作量と車両の走行状況とに応じた大きさの操舵反力が発生するように反力モータ6を作動させる制御を行なう。
The
さらに、制御部8は、転舵センサ13で検知される転舵軸10の位置に基づいて、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したか否かを判定する。そして、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達していないと判定したときは、電磁式クラッチユニット7の電磁石27(図2参照)を非通電とすることで、係合子保持器25を係合解除位置に保持する。一方、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したと判定したときは、電磁式クラッチユニット7の電磁石27(図2参照)に通電することで、係合子保持器25を係合解除位置から係合位置に移動させる。
Furthermore, based on the position of the steered
このステアバイワイヤ方式の操舵装置は、図2に示す電磁石27の通電と非通電の切り替えにより、内輪20と外輪21との間への係合子24の係合を解除する係合解除位置から、内輪20と外輪21との間に係合子24を係合させる係合位置に係合子保持器25を移動させ、これにより、ステアリングホイール1の回転を許容するステアリングロック解除状態から、ステアリングホイール1の回転を阻止するステアリングロック状態に切り替えることが可能である。ここで、係合子保持器25が係合位置に移動したとき、内輪20と外輪21との間に係合子24が物理的に係合することによって内輪20の回転が阻止されるので、内輪20に、図1に示すモータシャフト16およびステアリングシャフト4を介して連結されたステアリングホイール1の回転が確実に阻止される。そのため、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したときに電磁石27の通電と非通電を切り替えることにより、ステアリングホイール1がそれ以上に回転するのを確実に阻止し、そのステアリングホイール1を通じて運転者に、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したことを確実に感知させることができる。
In this steer-by-wire steering system, by switching between energization and non-energization of the
また、このステアバイワイヤ方式の操舵装置は、図2に示すように、外輪21をクラッチケース29と一体に形成しているので、部品点数が少なく、製造コストを低減することが可能である。
Further, in this steer-by-wire steering system, as shown in FIG. 2, the
図5、図6に、この発明の第2実施形態を示す。第2実施形態は、第1実施形態と比べて、外輪21とクラッチケース29の構成のみが異なり、他の構成は同一である。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。
5 and 6 show a second embodiment of the invention. The second embodiment differs from the first embodiment only in the configurations of the
図5に示すように、外輪21は、クラッチケース29とは別体に形成されている。クラッチケース29は、非磁性体(アルミ合金、銅合金等)で形成されている。一方、外輪21は鋼材で形成されている。外輪21は、筒状のクラッチケース29に嵌め込まれ、クラッチケース29の内周に装着した止め輪52でクラッチケース29から抜け止めされている。図6に示すように、クラッチケース29の内周に形成されたキー溝53と、外輪21の外周に形成されたキー溝54に、共通のキー部材55が嵌め込まれ、このキー部材55によって外輪21がクラッチケース29に回り止めされている。ここで、外輪21は、キー部材55で回り止めすることでクラッチケース29に連結されている。
As shown in FIG. 5 , the
この第2実施形態の構成を採用すると、クラッチケース29が非磁性体で形成されているので、電磁石27に通電したときに、電磁石27から発生する磁束がクラッチケース29に漏洩するのを防止することができ、アーマチュア26を効率的に吸引することが可能となる。そのため、電磁石27およびアーマチュア26のサイズを小さく抑え、省スペース化を図ることができる。
When the configuration of the second embodiment is adopted, the
図7、図8に、この発明の第3実施形態を示す。第3実施形態は、第2実施形態と比べると、第2実施形態では電磁式クラッチユニット7が、反力モータ6のステアリングホイール1の側とは反対側(図では下側)に取り付けられているのに対し、第3実施形態では、電磁式クラッチユニット7が、反力モータ6のステアリングホイール1の側(図では上側)に上下を反転した構成で取り付けられている点で異なるが、それ以外の構成は基本的に同一である。そのため、第2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。
7 and 8 show a third embodiment of the invention. In the third embodiment, in comparison with the second embodiment, the electromagnetic
図8に示すように、反力モータ6は、モータケース15と、モータケース15からステアリングホイール1(図7参照)の側(図では上側)に突出するモータシャフト16とを有する。
As shown in FIG. 8, the
電磁式クラッチユニット7は、ステアリングシャフト4に連結して設けられた内輪20と、モータケース15に対して固定して設けられた外輪21と、内輪20の外周に形成された複数のカム面22と、外輪21の内周に形成された円筒面23と、各カム面22と円筒面23との間に組み込まれた係合子24と、それらの係合子24を保持する係合子保持器25と、軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア26と、通電によりアーマチュア26を吸引して軸方向に移動させる電磁石27と、アーマチュア26の移動に応じて係合子保持器25を周方向移動させる動作変換機構28とを有する。
The electromagnetic
内輪20は、内輪20と一体に形成された内輪軸部33を介して、ステアリングシャフト4に連結されている。図では、内輪軸部33とステアリングシャフト4は、一体に形成されているが、内輪軸部33とステアリングシャフト4を別体に形成し、その両者を一体に回転するように接続してもよい。
The
この電磁式クラッチユニット7は、第1実施形態と同様に、電磁石27が非通電の状態では、係合子保持器25が係合解除位置に保持されるので、内輪20を回転させても、内輪20の外周のカム面22と外輪21の内周の円筒面23との間に係合子24が係合せず、内輪20およびステアリングシャフト4は正逆両方向に自由に回転することが可能である。
In this electromagnetic
一方、電磁石27に通電した状態では、係合子保持器25が、係合解除位置から係合位置に移動し、内輪20の外周のカム面22と外輪21の内周の円筒面23との間に係合子24が係合するので、内輪20の回転が阻止され、内輪20に連結されたステアリングシャフト4の回転も阻止される。
On the other hand, when the
この第3実施形態の車両用操舵装置も、第1実施形態と同様に、転舵輪3(図7参照)の向きがストロークエンドに到達したときに、電磁石27の通電と非通電を切り替えることにより、ステアリングホイール1(図7参照)がそれ以上に回転するのを確実に阻止し、そのステアリングホイール1を通じて運転者に、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したことを確実に感知させることができる。
Similarly to the first embodiment, the vehicle steering system of the third embodiment switches between energization and non-energization of the
図9、図10に、この発明の第4実施形態を示す。第4実施形態は、第1実施形態と比べて、内輪20とモータシャフト16の連結構造のみが異なり、他の構成は同一である。そのため、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。
9 and 10 show a fourth embodiment of the invention. The fourth embodiment differs from the first embodiment only in the connection structure between the
図10に示すように、モータシャフト16は、非円形の断面をもつ非円形軸部60を有する。内輪20には、モータシャフト16の非円形軸部60が周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部61が形成されている。非円形軸部60の外周には、回転ストッパ面62と弾性部材保持部63とが軸方向に並んで形成されている(図12参照)。
As shown in FIG. 10, the
回転ストッパ面62は、モータシャフト16が内輪20に対して相対回転したときに、非円形穴部61の内周に直接接触して受け止められる面である。この回転ストッパ面62は、非円形軸部60の周方向一方側と周方向他方側の両側に形成されている。すなわち、モータシャフト16が内輪20に対して周方向の一方に相対回転したときは、周方向一方側の回転ストッパ面62が非円形穴部61の内周に直接接触して受け止められ、また、モータシャフト16が内輪20に対して周方向の他方に相対回転したときは、周方向他方側の回転ストッパ面62が非円形穴部61の内周に直接接触して受け止められるようになっている。
The
弾性部材保持部63は、弾性部材64を保持する部分である。弾性部材64は、この実施形態では板ばねである。弾性部材64は、弾性部材保持部63の周方向の一方を向く面65aとその面65aと周方向に対向する非円形穴部61の内面66aとの間で周方向に挟み込まれる第1の板ばね部分67aと、弾性部材保持部63の周方向の他方を向く面65bとその面65bと周方向に対向する非円形穴部61の内面66bとの間で周方向に挟み込まれる第2の板ばね部分67bとを有する。この弾性部材64は、第2の板ばね部分67bで非円形軸部60を周方向の一方に付勢すると同時に、第1の板ばね部分67aで非円形軸部60を周方向の他方に付勢し、その両方の付勢力がつり合うことでモータシャフト16を弾性保持している。
The elastic
図11に示すように、弾性部材保持部63は、回転ストッパ面62が非円形穴部61の内周に受け止められる位置までモータシャフト16が内輪20に対して相対回転したときに、弾性部材64が過度に圧縮されて永久変形しないように、回転ストッパ面62よりも周方向に後退した位置に面65a、65bをもつように形成されている。
As shown in FIG. 11 , the elastic
ここで、非円形軸部60と非円形穴部61は、内輪20に対するモータシャフト16の所定の角度範囲(角度範囲の中央位置から正逆両方向に向かって5°以上15°以下で設定される所定角度(図では約10°)までの角度範囲)内での相対回転を許容し、内輪20に対するモータシャフト16の所定の角度範囲を超える相対回転は阻止するように、所定の角度範囲の遊びをもって内輪20とモータシャフト16を連結している。また、弾性部材64(第1の板ばね部分67aおよび第2の板ばね部分67b)は、図11に示すように、内輪20とモータシャフト16が所定の角度範囲の中央位置にある状態から相対回転したときに弾性変形し、その弾性復元力によって、内輪20とモータシャフト16を所定の角度範囲の中央位置(図10の位置)に向けて付勢する。
Here, the
この第4実施形態の車両用操舵装置は、転舵輪3(図1参照)の向きがストロークエンドに到達し、運転者がステアリングホイール1を通じてその状況を感知し、急にステアリングホイール1を逆向き(転舵輪3の向きがストロークエンドから戻る方向)に回転させようとした場合に、ステアリングホイール1がロックして動かない事態を防止することが可能である。
In the vehicle steering system of the fourth embodiment, when the direction of the steered wheels 3 (see FIG. 1) reaches the stroke end, the driver senses the situation through the
すなわち、図1に示す転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したときに、ステアリングロック解除状態からステアリングロック状態に切り替えると、ステアリングホイール1はそれ以上回転させることができなくなり、運転者は、そのステアリングホイール1を通じて、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したことを感知する。ここで、運転者が、急にステアリングホイール1を逆向きに回転させようとした場合、ステアリングホイール1の回転を許容するために、即座に電磁石27の通電と非通電を切り替えて、ステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替える必要があるが、このとき、図9に示すモータシャフト16が、内輪20に対してまったく相対回転しないように遊びなく内輪20に連結されていると、ステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替える動作が間に合わず、運転者がステアリングホイール1を逆向きに回転させることができないおそれがある。この問題に対し、この第4実施形態では、モータシャフト16が、内輪20に対して所定の角度範囲で相対回転を許容するように遊びをもって内輪20に連結されているので、図1に示すステアリングホイール1の正逆両方向のうちの一方向の回転が阻止されたときに、ステアリングホイール1は、正逆両方向のうちの他方向に、モータシャフト16と内輪20の間に設けられた遊びに相当する角度の分、回転させることが可能である。そのため、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したことを運転者がステアリングホイール1を通じて感知し、急にステアリングホイール1を逆向きに回転させようとした場合に、そのステアリングホイール1の回転を許容するためにステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替える動作を行なう時間を確保することが可能であり、ステアリングホイール1がロックして動かない事態を防止することが可能である。
That is, when the direction of the steered
図13に、この発明の第5実施形態を示す。第5実施形態は、第4実施形態と比べて、弾性部材64の構成のみが異なり、他の構成は同一である。そのため、第4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. 13 shows a fifth embodiment of the invention. 5th Embodiment differs only in the structure of the
弾性部材64は、この実施形態では圧縮コイルばねである。弾性部材64は、非円形軸部60に周方向の一方を向いて開口するように形成されたばね収容穴68aに収容され、ばね収容穴68aから突出する部分が非円形穴部61の内面で支持された第1のコイルばね69aと、非円形軸部60に周方向の他方を向いて開口するように形成されたばね収容穴68bに収容され、ばね収容穴68bから突出する部分が非円形穴部61の内面で支持された第2のコイルばね69bとを有する。第1のコイルばね69aと第2のコイルばね69bは、いずれも非円形軸部60と非円形穴部61の間で周方向に圧縮された状態となっている。この第1のコイルばね69aおよび第2のコイルばね69bは、内輪20とモータシャフト16が所定の角度範囲の中央位置にある状態から相対回転したときに弾性変形し、その弾性復元力によって、内輪20とモータシャフト16を所定の角度範囲の中央位置に向けて付勢する。
The
この第5実施形態の車両用操舵装置は、第4実施形態と同様の作用効果を有する。 The vehicle steering system of the fifth embodiment has the same effects as those of the fourth embodiment.
図14、図15に、この発明の第6実施形態を示す。第6実施形態は、第4実施形態と比べて、弾性部材64の構成が異なり、他の構成は基本的に同一である。そのため、第4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。
14 and 15 show a sixth embodiment of the invention. 6th Embodiment differs in the structure of the
図14に示すように、電磁式クラッチユニット7は、モータシャフト16に連結された中間シャフト70と、中間シャフト70を介してモータシャフト16に連結された内輪20と、モータケース15に対して固定して設けられた外輪21と、内輪20の外周に形成された複数のカム面22と、外輪21の内周に形成された円筒面23と、各カム面22と円筒面23との間に組み込まれた係合子24と、それらの係合子24を保持する係合子保持器25と、軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア26と、通電によりアーマチュア26を吸引して軸方向に移動させる電磁石27と、アーマチュア26の移動に応じて係合子保持器25を周方向移動させる動作変換機構28とを有する。
As shown in FIG. 14 , the electromagnetic
中間シャフト70は、モータシャフト16にスプライン嵌合している。このスプライン嵌合によって、中間シャフト70は、モータシャフト16に対してまったく相対回転しないように遊びなくモータシャフト16に連結されている。
The
図15に示すように、中間シャフト70は、非円形の断面をもつ非円形軸部60を有する。内輪20には、中間シャフト70の非円形軸部60が周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部61が形成されている。非円形軸部60の外周には、回転ストッパ面62が形成されている。
As shown in FIG. 15,
回転ストッパ面62は、中間シャフト70が内輪20に対して相対回転したときに、非円形穴部61の内周に直接接触して受け止められる面である。この回転ストッパ面62は、非円形軸部60の周方向一方側と周方向他方側の両側に形成されている。
The
非円形軸部60と非円形穴部61は、内輪20に対する中間シャフト70の所定の角度範囲内での相対回転を許容し、内輪20に対する中間シャフト70の所定の角度範囲を超える相対回転は阻止するように、所定の角度範囲の遊びをもって内輪20と中間シャフト70を連結している。
The
図14に示すように、弾性部材64は、この実施形態ではトーションバーである。弾性部材64は、一端が中間シャフト70の中心に形成された嵌合穴71にスプライン嵌合して回り止めされ、他端も内輪20に形成された嵌合穴72にスプライン嵌合して回り止めされている。この弾性部材64は、内輪20と中間シャフト70が所定の角度範囲の中央位置にある状態から相対回転したときに、内輪20と中間シャフト70を所定の角度範囲の中央位置に向けて付勢する。
As shown in FIG. 14, the
この第6実施形態の車両用操舵装置は、第4実施形態と同様の作用効果を有する。 The vehicle steering system of the sixth embodiment has the same effects as those of the fourth embodiment.
図16~図22に、この発明の第7実施形態を示す。第7実施形態は、第1実施形態と比べて、動作変換機構28の構成が異なる。すなわち、第1実施形態では、動作変換機構28として、電磁石27の通電時に係合子保持器25を係合解除位置から係合位置に周方向移動させ、電磁石27の非通電時に係合子保持器25を係合位置から係合解除位置に周方向移動させる構成のものを採用した(つまり、通電することにより係合する励磁作動型クラッチを電磁式クラッチユニット7とした)のに対し、第7実施形態では、動作変換機構28として、電磁石27の通電時に係合子保持器25を係合位置から係合解除位置に周方向移動させ、電磁石27の非通電時に係合子保持器25を係合解除位置から係合位置に周方向移動させる構成のものを採用した(つまり、通電を解除することにより係合する無励磁作動型クラッチを電磁式クラッチユニット7とした)点で異なる。以下、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。
16 to 22 show a seventh embodiment of the invention. 7th Embodiment differs in the structure of the
図16に示すように、電磁式クラッチユニット7は、モータシャフト16に連結して設けられた内輪20と、回転しないように固定して設けられた外輪21と、内輪20の外周に形成された複数のカム面22と、外輪21の内周に形成された円筒面23と、円筒面23とカム面22との間に組み込まれた複数の係合子24a,24bと、それらの係合子24a,24bを保持する係合子保持器25と、軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア26と、通電によりアーマチュア26を吸引して軸方向に移動させる電磁石27と、アーマチュア26の移動に応じて係合子保持器25を周方向移動させる動作変換機構28とを有する。
As shown in FIG. 16, the electromagnetic
内輪20は、モータシャフト16の外周にスプライン嵌合し、このスプライン嵌合によってモータシャフト16は内輪20に連結されている。第4実施形態~第6実施形態のように、内輪20とモータシャフト16を所定の角度範囲の遊びをもって連結し、その内輪20とモータシャフト16の間に弾性部材64を設けた構成を採用してもよい。
The
外輪21は、クラッチケース29とは別体に形成されている。クラッチケース29は、非磁性体(アルミ合金、銅合金等)で形成されている。一方、外輪21は鋼材で形成されている。図17に示すように、外輪21は、クラッチケース29の内周に形成されたキー溝53と外輪21の外周に形成されたキー溝54とに共通のキー部材55を嵌め込むことによって、クラッチケース29に回り止めされている。
The
図17に示すように、内輪20の外周には、周方向に等間隔に複数のカム面22が設けられている。カム面22は、前方カム面22aと、前方カム面22aに対して内輪20の正転方向後方に配置された後方カム面22bとからなる。外輪21の内周には、前方カム面22aおよび後方カム面22bと半径方向に対向する円筒面23が設けられている。
As shown in FIG. 17, a plurality of cam surfaces 22 are provided on the outer periphery of the
カム面22と円筒面23の間には、係合子離反ばね73を間に挟んで周方向に対向する一対の係合子24a,24bが組み込まれている。この一対の係合子24a,24bのうち正転方向の前側の係合子24aは前方カム面22aと円筒面23の間に組み込まれ、正転方向の後側の係合子24bは後方カム面22bと円筒面23の間に組み込まれている。係合子離反ばね73は、一対の係合子24a,24bの間隔を広げる方向に各係合子24a,24bを押圧している。
Between the
前方カム面22aは、円筒面23との間の径方向の距離が、係合子24a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22bは、円筒面23との間の径方向の距離が、係合子24b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16、図17に示すように、係合子保持器25は、係合子離反ばね73を間にして周方向に対向する一対の係合子24a,24bのうち一方の係合子24aを支持する第1の分割保持器25aと、他方の係合子24bを支持する第2の分割保持器25bとからなる。第1の分割保持器25aと第2の分割保持器25b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係合子24a,24bの間隔が変化するように一対の係合子24a,24bを個別に支持している。
As shown in FIGS. 16 and 17, the engaging
第1の分割保持器25aは、周方向に間隔をおいて配置された複数の柱部74aと、これらの柱部74aの端部同士を連結する環状のフランジ部75aとを有する。同様に、第2の分割保持器25bも、周方向に間隔をおいて配置された複数の柱部74bと、これらの柱部74bの端部同士を連結する環状のフランジ部75bとを有する。
The
第1の分割保持器25aの柱部74aと第2の分割保持器25bの柱部74bは、係合子離反ばね73を間にして周方向に対向する一対の係合子24a,24bを周方向の両側から挟み込むように、外輪21の内周と内輪20の外周の間に挿入されている。
A
第1の分割保持器25aのフランジ部75aの内周と第2の分割保持器25bのフランジ部75bの内周は、内輪20の外周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25aと第2の分割保持器25bは、一対の係合子24a,24bの間隔を広げることによりカム面22と円筒面23との間に各係合子24a,24bを係合させる係合位置と、一対の係合子24a,24bの間隔を狭めることによりカム面22と円筒面23との間への各係合子24a,24bの係合を解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能となっている。
The inner periphery of the
図18に示すように、内輪20の側面には、ばねホルダ76が固定されている。ばねホルダ76は、一対の係合子24a,24bを間に挟んで周方向に対向する両柱部74a,74bの間に位置するストッパ片77を有する。このストッパ片77は、両柱部74a,74bが一対の係合子24a,24bの間隔を狭める方向に移動したときに、各柱部74a,74bを受け止める。
As shown in FIG. 18, a
図19に示すように、ばねホルダ76は、係合子離反ばね73を保持するばね保持片78を有する。ばね保持片78は、外輪21の内周と内輪20の外周の間を軸方向に延びるようにストッパ片77と一体に形成されている。
As shown in FIG. 19, the
図16に示すように、電磁石27とアーマチュア26の間には、ロータ79が設けられている。ロータ79は、内輪20の外周に固定されている。ロータ79は磁性材料(鉄、珪素鋼など)で形成されている。
A
アーマチュア26は、第2の分割保持器25bの外周に締め代をもって嵌合する円筒部80を有し、その円筒部80の嵌合によって、アーマチュア26は、第2の分割保持器25bと軸方向に一体に移動するように第2の分割保持器25bに連結されている。
The
図20~図22に示すように、動作変換機構28は、第1の分割保持器25aのフランジ部75aの第2の分割保持器25bのフランジ部75bに対する対向面に設けられた傾斜溝81aと、第2の分割保持器25bのフランジ部75bの第1の分割保持器25aのフランジ部75aに対する対向面に設けられた傾斜溝81bと、傾斜溝81aと傾斜溝81bの間に組み込まれたボール82とからなる。傾斜溝81aと傾斜溝81b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81aは、軸方向の深さが最も深い最深部83a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81bも、軸方向の深さが最も深い最深部83b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. 20 to 22, the
この動作変換機構28は、アーマチュア26が電磁石27に吸引され、そのアーマチュア26と一緒に第2の分割保持器25bのフランジ部75bが、第1の分割保持器25aのフランジ部75aに向かって軸方向に移動したときに、ボール82が各傾斜溝81a,81bの最深部83a,83bに向けて転がることにより、各柱部74a,74bが一対の係合子24a,24bの間隔を狭める方向に第1の分割保持器25aと第2の分割保持器25bを相対回転させ、その相対回転により、係合子保持器25を係合位置から係合解除位置に移動させる。
In this
アーマチュア26は、係合子離反ばね73の力によって、ロータ79から離れる方向に付勢されている。すなわち、図17に示す係合子離反ばね73が一対の係合子24a,24bの間隔を広げる方向に各係合子24a,24bを押圧する力が、第1の分割保持器25aと第2の分割保持器25bに伝達する。そして、第1の分割保持器25aと第2の分割保持器25bが受ける周方向の力は、図20~図22に示す動作変換機構28によって、ロータ79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25bに伝達する。ここで、図16に示すように、アーマチュア26は、第2の分割保持器25bに固定されているので、結局、アーマチュア26は、係合子離反ばね73から動作変換機構28を介して伝達する力によって、ロータ79から離れる方向に付勢された状態となっている。
The
電磁式クラッチユニット7は、図16に示す電磁石27が非通電の状態では、内輪20の回転が阻止されたロック状態となる。すなわち、電磁石27が非通電のとき、アーマチュア26は、係合子離反ばね73の力によってロータ79から離反する方向に軸方向移動する。またこのとき、係合子離反ばね73の力によって、係合子保持器25が係合解除位置から係合位置に周方向移動し、正転方向の前側の係合子24aは、内輪20の外周の前方カム面22aと外輪21の内周の円筒面23との間に係合し、かつ、正転方向の後側の係合子24bは、内輪20の外周の後方カム面22bと外輪21の内周の円筒面23との間に係合した状態となる。そのため、内輪20の回転が阻止され、内輪20に連結されたモータシャフト16の回転も阻止される。
The electromagnetic
一方、電磁石27に通電した状態では、内輪20が外輪21に対して自由に回転することができる空転状態となる。すなわち、電磁石27に通電したとき、アーマチュア26はロータ79に吸着され、このアーマチュア26の動作に連動して、第2の分割保持器25bのフランジ部75bが第1の分割保持器25aのフランジ部75aに向かって軸方向に移動する。このとき、動作変換機構28のボール82が各傾斜溝81a,81bの最深部83a,83bに向けて転がることにより、係合子保持器25が係合位置から係合解除位置に周方向移動し、前方カム面22aと円筒面23との間への正転方向の前側の係合子24aの係合が解除されるとともに、後方カム面22bと円筒面23との間への正転方向の後側の係合子24bの係合が解除され、内輪20およびモータシャフト16は正逆両方向に自由に回転することが可能となる。
On the other hand, when the
この第7実施形態の車両用操舵装置は、第1実施形態と同様に、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したときに、電磁石27の通電と非通電を切り替えることにより、ステアリングホイール1がそれ以上に回転するのを確実に阻止し、そのステアリングホイール1を通じて運転者に、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したことを確実に感知させることができる。
In the vehicle steering system of the seventh embodiment, similarly to the first embodiment, when the direction of the steered
また、第7実施形態の車両用操舵装置は、電磁石27に通電したときに、ステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替わり、電磁石27を非通電としたときに、ステアリングロック解除状態からステアリングロック状態に切り替わる。そのため、車両駐車時など、車両の電源がOFFとなって電磁石27が非通電となったときに、ステアリングホイール1の回転が阻止されるステアリングロック状態となるので、別体のハンドルロック機構を設けずに、車両の盗難防止のためのハンドルロック機能を付加することが可能である。
In the vehicle steering system of the seventh embodiment, when the
第7実施形態では、外輪21をクラッチケース29とは別体に形成し、その外輪21をクラッチケース29に回り止めして設けたが、図23に示すように、外輪21は、クラッチケース29と一体に形成してもよい。
In the seventh embodiment, the
図24~図27に、この発明の第8実施形態を示す。第8実施形態は、第2実施形態と比べると、外輪21および電磁石27を軸方向に固定するための構成のみが異なり、それ以外の構成は基本的に同一である。そのため、第2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。
24 to 27 show an eighth embodiment of the invention. The eighth embodiment differs from the second embodiment only in the configuration for fixing the
図24に示すように、電磁石27は、クラッチケース29内に外輪21と軸方向に対向して配置されている。クラッチケース29は、電磁石27のフィールドコア35の外周と嵌合する円筒部29aと、電磁石27のフィールドコア35の軸方向端面を支持する端板部29bとを有する。端板部29bは、電磁石27の軸方向一方(図では下方)への移動を規制する電磁石移動規制部を構成している。また、円筒部29aの開口端の内周に装着した止め輪52は、外輪21の軸方向他方(図では上方)の移動範囲を規制する外輪移動規制部を構成している。
As shown in FIG. 24, the
端板部29bは、円筒部29aと一体に形成されている。端板部29bには、フィールドコア35の軸方向端面に形成された回り止め突起84が挿入される回り止め穴85が形成されている。この回り止め突起84と回り止め穴85の係合により、電磁石27はクラッチケース29に対して周方向に位置決めされている。また、端板部29bには、内輪20を回転可能に支持する転がり軸受86が装着されている。
The
外輪21と電磁石27との間には、環状の弾性スペーサ87が組み込まれている。弾性スペーサ87は、軸方向に圧縮した状態で組み込まれ、その弾性復元力によって外輪21と電磁石27とを軸方向に遠ざける方向に付勢している。弾性スペーサ87の軸方向の一端は、外輪21のフィールドコア35に対する軸方向の対向面を押圧し、弾性スペーサ87の軸方向の他端は、フィールドコア35の外輪21に対する軸方向の対向面を押圧している。弾性スペーサ87は、非磁性体(アルミ合金、銅合金等)で形成されている。
An annular
図25に示すように、弾性スペーサ87として皿ばね87aを使用することができる。皿ばね87aは、円錐筒状の金属ばねである。単一の皿ばね87aを弾性スペーサ87とすることも可能であるが、図に示すように、大径側と小径側の向きを互い違いにして軸方向に並べた複数の皿ばね87aを弾性スペーサ87とすると、弾性スペーサ87の軸方向長さを確保することができる。弾性スペーサ87として皿ばね87aを使用すると、皿ばね87aは狭い設置スペースで大きな力を発生することができるので、外輪21と電磁石27の軸方向移動を確実に規制することが可能となる。
A
図26に示すように、弾性スペーサ87としてウェーブスプリング87bを使用することも可能である。ウェーブスプリング87bは、周方向に沿って波形が繰り返されるように成形した円環状の金属ばねである。単一のウェーブスプリング87bを弾性スペーサ87とすることも可能であるが、図に示すように、ウェーブスプリング87bと円環状の平座金87cとを軸方向に交互に並べたものを弾性スペーサ87とすると、弾性スペーサ87の軸方向長さを確保することができる。
A
図27に示すように、弾性スペーサ87として圧縮コイルばね87dを使用することも可能である。圧縮コイルばね87dは、金属線材を螺旋状に巻いて形成したばねである。圧縮コイルばね87dを弾性スペーサ87とすると、径方向幅の小さいスペースに弾性スペーサ87を配置することが可能となる。
As shown in FIG. 27, it is also possible to use a
この第8実施形態の車両用操舵装置は、図24に示すクラッチケースの加工コストを低く抑えることが可能である。すなわち、クラッチケース29内に外輪21と電磁石27とを軸方向に対向して配置する場合、外輪21および電磁石27を軸方向に固定するために、外輪21に近づく方向の電磁石27の軸方向移動を規制する図示しない止め輪と、電磁石27に近づく方向の外輪21の軸方向移動を規制する図示しない止め輪とをそれぞれ設け、その各止め輪を装着するための止め輪溝をクラッチケース29の内周に形成する構成を採用することが考えられるが、この構成を採用すると、クラッチケース29の内周に溝加工をするコストが必要となる。これに対し、第8実施形態のように、外輪21と電磁石27との間に、両者を軸方向に遠ざける方向に付勢する弾性スペーサ87を組み込み、その弾性スペーサ87の付勢力によって、外輪21に近づく方向の電磁石27の軸方向移動と、電磁石27に近づく方向の外輪21の軸方向移動とを規制するように構成すると、クラッチケース29の内周に止め輪を装着するための溝加工をする必要がないので、クラッチケース29の加工コストを低く抑えることが可能となる。
The vehicle steering system of the eighth embodiment can keep the machining cost of the clutch case shown in FIG. 24 low. That is, when the
また、第8実施形態の車両用操舵装置は、図24に示す弾性スペーサ87を非磁性体で形成しているので、電磁石27に通電したときに、電磁石27から発生する磁束が弾性スペーサ87を通って漏洩するのを防止することができ、アーマチュア26を効率的に吸引することが可能である。そのため、電磁石27およびアーマチュア26のサイズを小さく抑え、省スペース化を図ることができる。
Further, in the vehicle steering system of the eighth embodiment, the
図28に、この発明の第9実施形態を示す。上記各実施形態では、図1または図7に示すように、車両の左右一対の転舵輪3を操舵対象とする車両用操舵装置を例に挙げて説明したが、第9実施形態の操舵装置は、図示しない船舶の船尾の舵(船外機等)を操舵対象とする船舶用操舵装置である。
FIG. 28 shows a ninth embodiment of the invention. In each of the above-described embodiments, as shown in FIG. 1 or FIG. 7, the steering apparatus for a vehicle that steers a pair of left and right steered
第9実施形態は、第8実施形態と比べると、第8実施形態では、内輪20が反力モータ6のモータシャフト16を介して間接的にステアリングシャフト4(図1参照)に連結されていたのに対し、第9実施形態では、反力モータ6が設けられておらず、内輪20がステアリングシャフト4に直接的に連結されている点で異なるが、それ以外の構成は基本的に同一である。そのため、第8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。
In the ninth embodiment, as compared with the eighth embodiment, the
ステアリングシャフト4は、船舶のダッシュボードパネル88に形成されたステアリング挿入孔89に挿入されている。ステアリングシャフト4のステアリング挿入孔89への挿入側の端部は、内輪20にスプライン嵌合している。クラッチケース29の軸方向一端には、径方向外方に延びるフランジ部30が形成され、そのフランジ部30が、船舶のダッシュボードパネル88に図示しないボルトで固定されている。クラッチケース29は、ダッシュボードパネル88に固定することで、ステアリングホイール1(図1参照)の操舵時にも回転しないように固定した状態に設けられている。
The steering
この第9実施形態の船舶用操舵装置も、上記各実施形態と同様、図示しない船舶の船尾の舵(船外機等)の向きがストロークエンドに到達したときに、電磁石27の通電と非通電を切り替えることにより、ステアリングホイール1がそれ以上に回転するのを確実に阻止し、そのステアリングホイール1を通じて運転者に、図示しない船舶の船尾の舵(船外機等)の向きがストロークエンドに到達したことを確実に感知させることができる。
In the marine steering apparatus of the ninth embodiment, similarly to the above-described embodiments, when the direction of the rudder (outboard motor or the like) at the stern of the marine vessel (not shown) reaches the stroke end, the
図29、図30に、この発明の第10実施形態を示す。第10実施形態は、第7実施形態におけるモータシャフト16およびクラッチケース29に対する内輪20と外輪21の関係を逆にしたものに相当する。具体的には、第10実施形態は、第7実施形態と比べると、第7実施形態では、内輪20と外輪21のうち、内輪20をモータシャフト16に連結し、外輪21をクラッチケース29に連結したのに対し、第10実施形態では、内輪20と外輪21のうち、外輪21をモータシャフト16に連結し、内輪20をクラッチケース29に連結した点で異なるが、それ以外の構成は基本的に同一である。そのため、第7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。
29 and 30 show a tenth embodiment of the invention. The tenth embodiment corresponds to the seventh embodiment in which the relationship between the
図29に示すように、電磁式クラッチユニット7は、モータシャフト16に連結して設けられた外輪21と、クラッチケース29に連結して設けられた外輪21と、内輪20の外周に形成された複数のカム面22と、外輪21の内周に形成された円筒面23と、円筒面23とカム面22との間に組み込まれた複数の係合子24a,24bと、それらの係合子24a,24bを保持する係合子保持器25と、軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア26と、通電によりアーマチュア26を吸引して軸方向に移動させる電磁石27と、アーマチュア26の移動に応じて係合子保持器25を周方向移動させる動作変換機構28とを有する。
As shown in FIG. 29, the electromagnetic
外輪21は、内輪20の軸端と軸方向に対向する外輪端板21aと、外輪端板21aから軸方向に延びる外輪軸部21bとを有する。外輪軸部21bは、モータシャフト16とスプライン嵌合している。このスプライン嵌合によって、外輪21はモータシャフト16に連結されている。
The
クラッチケース29は、電磁石27のフィールドコア35の外周と嵌合する円筒部29aと、電磁石27のフィールドコア35の軸方向端面を支持する端板部29bとを有する。端板部29bは、円筒部29aと一体に形成されている。端板部29bには、フィールドコア35の軸方向端面に形成された回り止め突起84が挿入される回り止め穴85が形成されている。この回り止め突起84と回り止め穴85の係合により、電磁石27はクラッチケース29に対して周方向に位置決めされている。
The
内輪20は、クラッチケース29の端板部29bに設けられた内輪連結軸29cに回り止めすることでクラッチケース29に連結されている。内輪20と内輪連結軸29cは、図2に示す内輪20とモータシャフト16のように、まったく相対回転しないように遊びなく連結することも可能であるが、ここでは、図9に示す内輪20とモータシャフト16のように、内輪連結軸29cに対する内輪20の所定の角度範囲内での相対回転を許容し、内輪連結軸29cに対する内輪20の所定の角度範囲を超える相対回転は阻止するように、所定の角度範囲の遊びをもって内輪20と内輪連結軸29cとが連結され、その内輪20と内輪連結軸29cとの間に、内輪20と内輪連結軸29cが所定の角度範囲の中央位置にある状態から相対回転したときに内輪20と内輪連結軸29cを所定の角度範囲の中央位置に向けて付勢する弾性部材64(図9参照)が設けられている。
The
図29に示すように、電磁石27とアーマチュア26の間には、ロータ79(図16参照)が設けられておらず、アーマチュア26が、電磁石27と直接対向して配置されている。
As shown in FIG. 29, no rotor 79 (see FIG. 16) is provided between the
アーマチュア26は、係合子離反ばね73(図30参照)の力によって、電磁石27から離れる方向に付勢されている。すなわち、図30に示す係合子離反ばね73が一対の係合子24a,24bの間隔を広げる方向に各係合子24a,24bを押圧する力が、第1の分割保持器25aと第2の分割保持器25bに伝達する。そして、第1の分割保持器25aと第2の分割保持器25bが受ける周方向の力は、動作変換機構28によって、電磁石27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25bに伝達する。ここで、第2の分割保持器25bは、アーマチュア26に固定されているので、結局、アーマチュア26は、係合子離反ばね73(図30参照)から動作変換機構28を介して伝達する力によって、電磁石27から離れる方向に付勢された状態となっている。
The
電磁式クラッチユニット7は、図29に示す電磁石27が非通電の状態では、外輪21の回転が阻止されたロック状態となる。すなわち、電磁石27が非通電のとき、アーマチュア26は、係合子離反ばね73(図30参照)の力によって電磁石27から離反する方向に軸方向移動する。またこのとき、係合子離反ばね73の力によって、係合子保持器25が係合解除位置から係合位置に周方向移動し、正転方向の前側の係合子24aは、内輪20の外周の前方カム面22aと外輪21の内周の円筒面23との間に係合し、かつ、正転方向の後側の係合子24bは、内輪20の外周の後方カム面22bと外輪21の内周の円筒面23との間に係合した状態となる。そのため、外輪21の回転が阻止され、外輪21に連結されたモータシャフト16の回転も阻止される。
When the
一方、電磁石27に通電した状態では、外輪21が内輪20に対して自由に回転することができる空転状態となる。すなわち、電磁石27に通電したとき、アーマチュア26は電磁石27に吸着され、このアーマチュア26の動作に連動して、第2の分割保持器25bのフランジ部75bが第1の分割保持器25aのフランジ部75aに向かって軸方向に移動する。このとき、第1の分割保持器25aと第2の分割保持器25bの相対的な軸方向移動が、動作変換機構28によって、第1の分割保持器25aと第2の分割保持器25bの相対的な周方向移動に変換され、前方カム面22aと円筒面23との間への正転方向の前側の係合子24aの係合が解除されるとともに、後方カム面22bと円筒面23との間への正転方向の後側の係合子24bの係合が解除され、外輪21およびモータシャフト16は正逆両方向に自由に回転することが可能となる。
On the other hand, when the
この第10実施形態の車両用操舵装置は、第7実施形態と同様に、電磁石27に通電したときに、ステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替わり、電磁石27を非通電としたときに、ステアリングロック解除状態からステアリングロック状態に切り替わる。そのため、車両駐車時など、車両の電源がOFFとなって電磁石27が非通電となったときに、ステアリングホイール1の回転が阻止されるステアリングロック状態となるので、別体のハンドルロック機構を設けずに、車両の盗難防止のためのハンドルロック機能を付加することが可能である。その他の作用効果も第7実施形態と同様である。
In the vehicle steering system of the tenth embodiment, similarly to the seventh embodiment, when the
図31に、この発明の第11実施形態を示す。第11実施形態は、第10実施形態と比べると、第10実施形態では、クラッチケース29が、反力モータ6のモータケース15とは別体に形成され、そのクラッチケース29がモータケース15に固定されていたのに対し、第11実施形態では、クラッチケース29が、反力モータ6のモータケース15と一体に形成されている点でのみ異なり、他の構成は同一である。そのため、第10実施形態に対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 31 shows an eleventh embodiment of the invention. In the eleventh embodiment, as compared with the tenth embodiment, the
上記各実施形態では、外輪21の内周と内輪20の外周との間に組み込む係合子24,24a,24bとしてローラを用いたもの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用いることも可能である。
In each of the above-described embodiments, rollers are used as the
第1実施形態~第11実施形態(第9実施形態を除く)では、この発明にかかるステアバイワイヤ方式の操舵装置の一例として、車両の左右一対の転舵輪3を操舵対象とする車両用操舵装置を例に挙げて説明するとともに、第9実施形態では、この発明にかかるステアバイワイヤ方式の操舵装置の一例として、船舶の船尾に設けられる舵(船外機等)を操舵対象とするステアバイワイヤ方式の船舶用操舵装置を例に挙げて説明したが、この発明は、ステアバイワイヤ方式の操舵装置であれば車両用操舵装置および船舶用操舵装置に限らず、建設機械、農業機械、全地形対応車、多用途四輪車などの操舵装置にも同様に適用することが可能である。
In the first to eleventh embodiments (excluding the ninth embodiment), a vehicle steering apparatus for steering a pair of left and right
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 illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and range of equivalents of the scope of the claims.
1 ステアリングホイール
2 転舵アクチュエータ
3 転舵輪(操舵対象)
4 ステアリングシャフト
5 操舵センサ
6 反力モータ
16 モータシャフト
20 内輪
21 外輪
24,24a,24b 係合子
25 係合子保持器
26 アーマチュア
27 電磁石
28 動作変換機構
29 クラッチケース(固定部材)
29b 端板部(電磁石移動規制部)
52 止め輪(外輪移動規制部)
60 非円形軸部
61 非円形穴部
64 弾性部材
70 中間シャフト
87 弾性スペーサ
87a 皿ばね
87b ウェーブスプリング
87d 圧縮コイルばね
1
4
29b end plate portion (electromagnet movement restricting portion)
52 Retaining ring (outer ring movement restricting portion)
60
Claims (16)
前記ステアリングホイール(1)の操作量を検知する操舵センサ(5)と、
前記ステアリングホイール(1)に対して機械的に切り離して設けられ、前記操舵センサ(5)で検知される前記ステアリングホイール(1)の操作量に応じて操舵対象(3)の向きを変化させる転舵アクチュエータ(2)と、を有するステアバイワイヤ方式の操舵装置において、
前記ステアリングホイール(1)と一体に回転するように前記ステアリングホイール(1)に連結されたシャフト(4,16,70)と、
回転しないように固定して設けられた固定部材(29)と、
前記シャフト(4,16,70)と前記固定部材(29)のうちの一方に連結して設けられた内輪(20)と、
前記シャフト(4,16,70)と前記固定部材(29)のうちの他方に連結された外輪(21)と、
前記内輪(20)の外周と前記外輪(21)の内周との間に組み込まれた係合子(24,24a,24b)と、
前記係合子(24,24a,24b)を保持し、前記内輪(20)と前記外輪(21)の間に前記係合子(24,24a,24b)を係合させる係合位置と、前記内輪(20)と前記外輪(21)の間への前記係合子(24,24a,24b)の係合を解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器(25)と、
軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア(26)と、
通電により前記アーマチュア(26)を吸引して軸方向に移動させる電磁石(27)と、
前記アーマチュア(26)の移動に応じて、前記係合子保持器(25)を前記係合位置と前記係合解除位置のうち一方から他方に周方向移動させる動作変換機構(28)と、を設けたことを特徴とするステアバイワイヤ方式の操舵装置。 a steering wheel (1);
a steering sensor (5) for detecting the amount of operation of the steering wheel (1);
The steering wheel (1) is mechanically separated from the steering wheel (1), and the steering wheel (1) changes the direction of the steered object (3) according to the amount of operation of the steering wheel (1) detected by the steering sensor (5). A steer-by-wire steering system comprising a rudder actuator (2),
a shaft (4, 16, 70) connected to the steering wheel (1) so as to rotate together with the steering wheel (1);
a fixed member (29) fixedly provided against rotation;
an inner ring (20) connected to one of the shaft (4, 16, 70) and the fixed member (29);
an outer ring (21) connected to the other of the shaft (4, 16, 70) and the fixed member (29);
engaging elements (24, 24a, 24b) incorporated between the outer circumference of the inner ring (20) and the inner circumference of the outer ring (21);
an engaging position for holding the engaging elements (24, 24a, 24b) and engaging the engaging elements (24, 24a, 24b) between the inner ring (20) and the outer ring (21); 20) and an engaging element retainer ( 25) and
an armature (26) supported for axial movement;
an electromagnet (27) that attracts and moves the armature (26) in the axial direction when energized;
a motion converting mechanism (28) for circumferentially moving the engaging element retainer (25) from one of the engaging position and the disengaging position to the other in accordance with the movement of the armature (26). A steer-by-wire steering system characterized by:
前記外輪(21)は、前記固定部材(29)に連結されている請求項1に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 The inner ring (20) is connected to the shaft (4, 16, 70),
The steer-by-wire steering system according to claim 1, wherein the outer ring (21) is connected to the fixed member (29).
前記内輪(20)と前記シャフト(4,16,70)との間には、前記内輪(20)と前記シャフト(4,16,70)が前記所定の角度範囲の中央位置にある状態から相対回転したときに前記内輪(20)と前記シャフト(4,16,70)を前記所定の角度範囲の中央位置に向けて付勢する弾性部材(64)が設けられている、
請求項2に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 The inner ring (20) and the shafts (4, 16, 70) allow relative rotation of the shafts (4, 16, 70) with respect to the inner ring (20) within a predetermined angular range. ) with play in the predetermined angular range so as to prevent relative rotation of the shaft (4, 16, 70) with respect to the shaft (4, 16, 70) beyond the predetermined angular range,
Between the inner ring (20) and the shaft (4, 16, 70), there is a relative An elastic member (64) is provided that biases the inner ring (20) and the shaft (4, 16, 70) toward the central position of the predetermined angular range when rotated.
The steer-by-wire steering system according to claim 2.
前記内輪(20)は、前記非円形軸部(60)に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部(61)を有し、
前記弾性部材(64)は、前記非円形軸部(60)と前記非円形穴部(61)の間に周方向に挟み込んで設けられた板ばねである、
請求項3に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 said shaft (4, 16, 70) has a non-circular shank (60) with a non-circular cross-section;
The inner ring (20) has a non-circular hole (61) that fits into the non-circular shaft (60) with a circumferential gap,
The elastic member (64) is a leaf spring sandwiched in the circumferential direction between the non-circular shaft (60) and the non-circular hole (61),
The steer-by-wire steering system according to claim 3.
前記内輪(20)は、前記非円形軸部(60)に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部(61)を有し、
前記弾性部材(64)は、前記非円形軸部(60)と前記非円形穴部(61)の間に圧縮して組み込まれた圧縮コイルばねである、
請求項3に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 said shaft (4, 16, 70) has a non-circular shank (60) with a non-circular cross-section;
The inner ring (20) has a non-circular hole (61) that fits into the non-circular shaft (60) with a circumferential gap,
The elastic member (64) is a compression coil spring that is compressed and incorporated between the non-circular shaft (60) and the non-circular hole (61).
The steer-by-wire steering system according to claim 3.
前記内輪(20)は、前記非円形軸部(60)に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部(61)を有し、
前記弾性部材(64)は、一端が前記シャフト(4,16,70)の中心に形成された嵌合穴に嵌合して回り止めされ、他端が前記内輪(20)に回り止めされたトーションバーである、
請求項3に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 said shaft (4, 16, 70) has a non-circular shank (60) with a non-circular cross-section;
The inner ring (20) has a non-circular hole (61) that fits into the non-circular shaft (60) with a circumferential gap,
One end of the elastic member (64) is fitted into a fitting hole formed in the center of the shaft (4, 16, 70) to prevent rotation, and the other end of the elastic member (64) is prevented from rotating by the inner ring (20). is a torsion bar,
The steer-by-wire steering system according to claim 3.
前記外輪(21)は、前記クラッチケース(29)に一体に形成されている、
請求項2から6のいずれかに記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 The fixing member (29) is a tubular clutch case that houses the electromagnet (27) and the armature (26),
The outer ring (21) is integrally formed with the clutch case (29),
A steer-by-wire steering system according to any one of claims 2 to 6.
前記クラッチケース(29)は、非磁性体で形成され、
前記外輪(21)は、前記クラッチケース(29)とは別体に形成され、前記クラッチケース(29)に回り止めされている、
請求項2から6のいずれかに記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 The fixing member (29) is a tubular clutch case (29) that houses the electromagnet (27) and the armature (26),
The clutch case (29) is made of a non-magnetic material,
The outer ring (21) is formed separately from the clutch case (29) and is prevented from rotating by the clutch case (29).
A steer-by-wire steering system according to any one of claims 2 to 6.
前記外輪(21)は、前記クラッチケース(29)とは別体に形成され、前記クラッチケース(29)に回り止めされ、
前記電磁石(27)は、前記クラッチケース(29)内に前記外輪(21)と軸方向に対向して配置され、
前記クラッチケース(29)には、前記電磁石(27)の軸方向一方への移動を規制する電磁石移動規制部(29b)と、前記外輪(21)の軸方向他方の移動範囲を規制する外輪移動規制部(52)とが設けられ、
前記外輪(21)と前記電磁石(27)との間に、両者を軸方向に遠ざける方向に付勢する弾性スペーサ(87)が組み込まれている、
請求項2から6のいずれかに記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 The fixing member (29) is a tubular clutch case (29) that houses the electromagnet (27) and the armature (26),
The outer ring (21) is formed separately from the clutch case (29) and is prevented from rotating by the clutch case (29),
The electromagnet (27) is disposed in the clutch case (29) axially facing the outer ring (21),
The clutch case (29) includes an electromagnet movement restricting portion (29b) for restricting the movement of the electromagnet (27) in one axial direction, and an outer ring movement restricting portion (29b) for restricting the movement range of the outer ring (21) in the other axial direction. A regulation part (52) is provided,
An elastic spacer (87) is incorporated between the outer ring (21) and the electromagnet (27) for urging them in a direction to move them apart in the axial direction.
A steer-by-wire steering system according to any one of claims 2 to 6.
前記内輪(20)は、前記固定部材(29)に連結されている請求項1に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 The outer ring (21) is connected to the shaft (4, 16, 70),
The steer-by-wire steering system according to claim 1, wherein the inner ring (20) is connected to the fixed member (29).
前記内輪(20)と前記固定部材(29)との間には、前記内輪(20)と前記固定部材(29)が前記所定の角度範囲の中央位置にある状態から相対回転したときに前記内輪(20)と前記固定部材(29)を前記所定の角度範囲の中央位置に向けて付勢する弾性部材(64)が設けられている、
請求項12に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 The inner ring (20) and the fixing member (29) allow relative rotation of the inner ring (20) with respect to the fixing member (29) within a predetermined angular range, and the inner ring (20) with respect to the fixing member (29). 20) are connected with play in the predetermined angular range so as to prevent relative rotation exceeding the predetermined angular range;
Between the inner ring (20) and the fixing member (29), there is a gap between the inner ring (20) and the fixing member (29) when the inner ring (20) and the fixing member (29) rotate relative to each other from the central position of the predetermined angular range. (20) and an elastic member (64) that biases the fixing member (29) toward the central position of the predetermined angle range;
The steer-by-wire steering system according to claim 12.
前記クラッチケース(29)は、非磁性体で形成されている、
請求項13に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 The fixing member (29) is a tubular clutch case (29) that houses the electromagnet (27) and the armature (26),
The clutch case (29) is made of a non-magnetic material,
The steer-by-wire steering system according to claim 13.
前記固定部材(29)は、前記電磁石(27)と前記アーマチュア(26)とを収容する筒状のクラッチケース(29)であり、
前記クラッチケース(29)は、前記反力モータ(6)のモータケース(15)と一体に形成されている、
請求項13に記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 further comprising a reaction force motor (6) that applies a steering reaction force to the steering wheel (1);
The fixing member (29) is a tubular clutch case (29) that houses the electromagnet (27) and the armature (26),
The clutch case (29) is formed integrally with a motor case (15) of the reaction motor (6),
The steer-by-wire steering system according to claim 13.
請求項1から15のいずれかに記載のステアバイワイヤ方式の操舵装置。 When the electromagnet (27) is energized, the motion converting mechanism (28) circumferentially moves the engaging element retainer (25) from the disengagement position to the engagement position to disengage the electromagnet (27). When energized, the engaging element retainer (25) is configured to move in the circumferential direction from the engaging position to the disengaging position.
A steer-by-wire steering system according to any one of claims 1 to 15.
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