JP2023154817A - Rotation transmission device, and steer-by-wire type steering device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転駆動される入力側部材から出力側部材への回転トルクの伝達と遮断の切り換えを電磁石への通電制御によって行う回転伝達装置と、それを用いたステアバイワイヤ式操舵装置に関する。 The present invention relates to a rotation transmission device that switches between transmitting and cutting off rotational torque from a rotationally driven input-side member to an output-side member by controlling energization of an electromagnet, and a steer-by-wire steering system using the same.
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(一般には前輪)、船舶の舵等の転舵部の向きを変化させる操舵装置として、ステアバイワイヤ式のものが知られている。 2. Description of the Related Art A steer-by-wire type steering device is known as a steering device that changes the direction of a steering section such as a steering wheel (generally a front wheel) of a vehicle or a rudder of a ship in response to a rotational operation of a steering wheel by a driver.
ステアバイワイヤ式操舵装置は、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する。その転舵アクチュエータは、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、転舵部の向きを変化させる。 A steer-by-wire 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. The steering actuator operates according to the amount of operation of the steering wheel detected by the steering sensor, and changes the direction of the steering section.
この種のステアバイワイヤ式操舵装置は、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ことができる。このため、例えば、ステアリングホイールを操作したときの転舵部の向きの変化量を車両、船舶等の移動速度に応じて調整するといったように、車両、船舶等の運転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適切化することが可能である。 This type of steer-by-wire steering device can once convert the amount of operation of a steering wheel by a driver into an electrical signal, and can control the operation of a steering actuator based on the electrical signal. For this reason, for example, the amount of change in the direction of the steering section when the steering wheel is operated is adjusted according to the moving speed of the vehicle, ship, etc. It is possible to optimize the correspondence between the operation amount and the operation amount of the steering actuator.
その反面、ステアバイワイヤ式操舵装置は、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、転舵部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ので、転舵部の向きがその移動限界(ストロークエンド)に到達したときであっても、運転者がさらにステアリングホイールを回転操作し得る。そのため、転舵部の向きがストロークエンドに到達したとき、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車両用ステアバイワイヤ式操舵装置が提案されている(特許文献1参照。)。 On the other hand, in a steer-by-wire steering system, the steering wheel, which is rotated by the driver, and the steering actuator, which changes the direction of the steering section, are mechanically separated, so the direction of the steering section is fixed. Even when the travel limit (stroke end) is reached, the driver may further rotate the steering wheel. Therefore, a steer-by-wire steering system for a vehicle has been proposed that allows the driver to sense the situation through the steering wheel when the direction of the steering section reaches the stroke end (see Patent Document 1). .
特許文献1に開示された車両用ステアバイワイヤ式操舵装置は、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できる。
The steer-by-wire steering system for a vehicle disclosed in
しかし、このような制御を行なった場合、反力モータの制御が複雑になり、また、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って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。 However, when such control is performed, the control of the reaction force motor becomes complicated, and since the steering reaction force of the steering wheel only increases and does not prevent the rotation of the steering wheel, Some drivers may not notice that the direction of the steered wheels has reached the stroke end and may continue to rotate the steering wheel.
これに対しては、転舵部の向きがストロークエンドに到達していないときは、ステアリングホイールを回転可能(ステアリング操作可能)とし、転舵部の向きがストロークエンドに到達したときには、ステアリングホイールを物理的に回転不能とする(ステアリングロックを行う)機構を組み込めばよい。 In contrast, when the direction of the steering section has not reached the stroke end, the steering wheel can be rotated (steering operation is possible), and when the direction of the steering section has reached the stroke end, the steering wheel can be rotated. It is sufficient to incorporate a mechanism that physically prevents rotation (steering lock).
そして、上記のような機構の一つとして、回転駆動される入力側部材から出力側部材への回転トルクの伝達が可能な係合状態と、回転トルクの伝達が遮断される係合解除状態との切り換えを電磁石への通電制御によって行う回転伝達装置を用いることが考えられる。すなわち、その回転伝達装置を、ステアリングホイールと一体回転する軸が入力側部材となり、入力側部材に対して静止する静止部材が出力側部材となるように組み込んで、転舵部の向きがストロークエンドに到達していないときは、電磁石への通電の停止により軸と静止部材とを係合解除状態として、軸及びステアリングホイールを回転可能とし、転舵部の向きがストロークエンドに到達したときには、電磁石への通電により軸と静止部材とを係合状態として、軸及びステアリングホイールを回転不能とする機構を構成することができる。 As one of the mechanisms described above, there is an engaged state in which the rotational torque can be transmitted from the rotationally driven input side member to the output side member, and a disengaged state in which the transmission of the rotational torque is interrupted. It is conceivable to use a rotation transmission device that performs the switching by controlling the energization of the electromagnet. That is, the rotation transmission device is installed so that the shaft that rotates integrally with the steering wheel becomes the input side member, and the stationary member that is stationary with respect to the input side member becomes the output side member, so that the direction of the steering part is at the end of the stroke. When the direction of the steering section reaches the stroke end, the shaft and the stationary member are disengaged by stopping the power supply to the electromagnet, and the shaft and steering wheel are allowed to rotate. When the direction of the steering section reaches the stroke end, the electromagnet A mechanism can be constructed in which the shaft and the stationary member are brought into engagement by energization, thereby rendering the shaft and the steering wheel unrotatable.
しかしながら、上記のような回転伝達装置を組み込んだステアバイワイヤ式操舵装置では、回転伝達装置に搭載されている電磁石のソレノイドコイルに電気的欠陥が発生した場合、転舵部の向きがストロークエンドに到達していても電磁石への通電が停止して、ステアリングホイールが回転可能(ステアリングフリー状態)となり、運転者が操舵限界以上にステアリングホイールを回転させてしまうという問題がある。 However, in a steer-by-wire steering system that incorporates the rotation transmission device as described above, if an electrical defect occurs in the solenoid coil of the electromagnet installed in the rotation transmission device, the direction of the steering section may reach the stroke end. Even if the steering wheel is turned on, the electromagnet is de-energized and the steering wheel becomes rotatable (steering free state), causing the driver to rotate the steering wheel beyond the steering limit.
この電磁石のソレノイドコイルの電気的欠陥による不具合の発生という問題は、ステアバイワイヤ式操舵装置に限らず、上記のような回転伝達装置を組み込んだ機械装置に共通するものである。 This problem of malfunctions due to electrical defects in the solenoid coils of the electromagnets is not limited to steer-by-wire steering devices, but is common to mechanical devices incorporating rotation transmission devices such as those described above.
そこで、この発明は、電磁石を搭載した回転伝達装置に電気的冗長性を持たせることを第1の課題とし、その電気的冗長性を有する回転伝達装置を組み込んだステアバイワイヤ式操舵装置を提供することを第2の課題とする。 Therefore, the first object of the present invention is to provide electrical redundancy to a rotation transmission device equipped with an electromagnet, and provides a steer-by-wire steering system incorporating a rotation transmission device having electrical redundancy. This is the second issue.
上記の第1の課題を解決するために、この発明は、回転駆動される入力側部材と出力側部材とを有し、前記入力側部材から前記出力側部材への回転トルクの伝達が可能な係合状態と、前記回転トルクの伝達が遮断される係合解除状態との切り換えを電磁石への通電制御によって行う回転伝達装置において、前記電磁石への通電を行う電源系統が複数設けられ、そのうちの第1の電源系統が通常時に使用され、前記第1の電源系統から前記電磁石への通電中に第1の電源系統で電気的失陥が発生した場合には、他の電源系統から前記電磁石への通電が行われるようになっている構成を採用した。 In order to solve the above first problem, the present invention includes an input side member and an output side member that are rotationally driven, and is capable of transmitting rotational torque from the input side member to the output side member. In a rotation transmission device that switches between an engaged state and a disengaged state in which transmission of the rotational torque is cut off by controlling energization to an electromagnet, a plurality of power supply systems for energizing the electromagnet are provided, one of which is When the first power system is used in normal times and an electrical failure occurs in the first power system while power is being supplied from the first power system to the electromagnet, the electromagnet is connected to the electromagnet from another power system. A configuration was adopted in which energization is carried out.
ここで、前記電磁石が、環状のフィールドコアと、前記フィールドコアに巻回されたソレノイドコイルとからなるものである場合、前記ソレノイドコイルを形成し、前記各電源系統にそれぞれ接続される複数のワイヤーが同時巻きされている(巻回方向に沿って交互に重ねてらせん状に巻回されている)構成を採用することができる。 Here, when the electromagnet is composed of an annular field core and a solenoid coil wound around the field core, a plurality of wires forming the solenoid coil and connected to each of the power supply systems respectively It is possible to adopt a configuration in which the wires are wound at the same time (they are wound in a spiral shape alternately along the winding direction).
そして、上記のように複数のワイヤーを同時巻きする場合、前記複数のワイヤーの巻き数を同数とすれば、第1の電源系統での電気的失陥の発生の前後で、電磁石が同等の吸着力を確保でき、回転伝達装置の機能に変化が生じないようにすることができる。 When winding multiple wires at the same time as described above, if the number of turns of the multiple wires is the same, the electromagnet will be able to attract the same amount of energy before and after the occurrence of an electrical failure in the first power supply system. The power can be secured and the function of the rotation transmission device can be prevented from changing.
一方、前記第1の電源系統以外の電源系統に接続されるワイヤーの巻き数を、前記第1の電源系統に接続されるワイヤーの巻き数よりも少なくして、電磁石の小型化を図ることもできる。その場合には、第1の電源系統での電気的失陥発生後に電磁石が必要最低限の吸着力を確保できる仕様とする。 On the other hand, the number of turns of the wire connected to a power supply system other than the first power supply system may be smaller than the number of turns of the wire connected to the first power supply system, thereby reducing the size of the electromagnet. can. In that case, the electromagnet should be designed to have the minimum necessary adsorption force after an electrical failure occurs in the first power supply system.
また、この発明は、第2の課題を解決するために、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転舵部の向きを変化させる転舵アクチュエータと、前記ステアリングホイールと一体に回転するように当該ステアリングホイールに連結された軸と、を備えたステアバイワイヤ式操舵装置において、上記構成の回転伝達装置が、前記軸を前記入力側部材とし、前記入力側部材に対して静止する静止部材を前記出力側部材として組み込まれており、前記転舵部の向きがその移動限界に到達していないときは、前記第1の電源系統または他の電源系統から前記電磁石への通電の停止により、前記軸と前記静止部材とを係合解除状態として、前記軸及び前記ステアリングホイールを回転可能とし、前記転舵部の向きがその移動限界に到達したときには、前記電磁石への通電により、前記軸と前記静止部材とを係合状態として、前記軸及び前記ステアリングホイールを回転不能とする構成を採用した。 Further, in order to solve the second problem, the present invention includes a steering wheel, a steering sensor that detects the amount of operation of the steering wheel, and a steering wheel that rotates according to the amount of operation of the steering wheel detected by the steering sensor. In a steer-by-wire steering device comprising a steering actuator that changes the direction of a rudder, and a shaft connected to the steering wheel so as to rotate together with the steering wheel, the rotation transmission device configured as described above, The shaft is the input side member, and a stationary member that is stationary with respect to the input side member is incorporated as the output side member, and when the direction of the steering section has not reached its movement limit, the By stopping the power supply to the electromagnet from the first power supply system or another power supply system, the shaft and the stationary member are disengaged, and the shaft and the steering wheel can be rotated, and the steering unit is rotated. When the direction reaches its movement limit, the shaft and the stationary member are brought into engagement by energizing the electromagnet, so that the shaft and the steering wheel cannot rotate.
この発明の回転伝達装置は、上述したように、電磁石への通電を行う電源系統を複数設けて電気的冗長性を持たせたものであるから、電気的失陥が発生しても、電磁石への通電制御によって入力側部材から出力側部材への回転トルクの伝達と遮断の切り換えを行う機能を保持することができる。 As mentioned above, the rotation transmission device of the present invention has electrical redundancy by providing multiple power supply systems for energizing the electromagnets, so even if an electrical failure occurs, the electromagnets will not be damaged. The function of switching between transmission and cutoff of rotational torque from the input side member to the output side member can be maintained by controlling the current flow.
また、この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、上記の電気的冗長性を有する回転伝達装置を組み込み、その電磁石への通電の停止によりステアリングホイールが回転可能な状態(ステアリングフリー状態)となり、通電によりステアリングホイールが回転不能な状態(ステアリングロック状態)となるようにしたものであるから、電磁石への通電中に電気的失陥が発生しても、ステアリングロック状態を保持することができる。 Further, the steer-by-wire steering system of the present invention incorporates the rotation transmission device having electrical redundancy as described above, and when the electromagnet is de-energized, the steering wheel becomes rotatable (steering-free state); Since the steering wheel is in a non-rotatable state (steering locked state), even if an electrical failure occurs while the electromagnet is energized, the steering locked state can be maintained.
以下、図1~図8に基づき、この発明の実施形態を説明する。図1は、この発明の実施形態にかかる回転伝達装置をブレーキユニット7として組み込んだステアバイワイヤ式操舵装置(以下、単に「操舵装置」という。)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、転舵部としての左右一対の転舵輪3の向きを変化させることができるものである。
Embodiments of the present invention will be described below based on FIGS. 1 to 8. FIG. 1 shows a steer-by-wire steering system (hereinafter simply referred to as "steering system") in which a rotation transmission device according to an embodiment of the present invention is incorporated as a
この操舵装置は、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に連結された軸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、ステアリングホイール1の回転を許容する状態(ステアリングフリー状態)とステアリングホイール1の回転を阻止する状態(ステアリングロック状態)との切り替えを行うブレーキユニット(回転伝達装置)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。
This steering device includes a
軸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、軸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
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、軸4の端部に連結されている。反力モータ6は、回転トルクを軸4に入力することで、その軸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及び転舵センサ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、軸4の構成要素になっており、ステアリングホイール1と一体に回転するように、軸4のステアリングコラム側のシャフト部に連結されている。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
ブレーキユニット7は、回転駆動される入力側部材と出力側部材とを有し、入力側部材から出力側部材への回転トルクの伝達が可能な係合状態と、回転トルクの伝達が遮断される係合解除状態との切り換えを電磁石への通電制御によって行う構成の回転伝達装置を用い、ステアリングホイール1に連結された軸4を入力側部材とし、軸4に対して静止する静止部材を出力側部材として組み込むことによりブレーキとしての機能を有するようにしたものである。
The
具体的には、ブレーキユニット7は、軸4の構成要素であるモータシャフト16に連結された内輪20と、内輪20の周囲に配置された内周を有する外輪21と、内輪20の外周に形成された複数のカム面22(図3参照)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との間に配置された係合子24と、それら係合子24を保持する保持器25と、内輪20及び保持器25に回り止めされたセンタリングばね26と、保持器25を制動する励磁作動形電磁ブレーキ(以下、単に「電磁ブレーキ」という。)27と、モータケース15に連結され、軸4に対して静止する静止部材であるブレーキケース28とを有する。
Specifically, the
図2及び図3に示す内輪20は、軸4の構成要素であり、モータシャフト16の外周にスプライン嵌合されている。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。
The
なお、内輪20の全体は、鍛造で一体に形成されている。内輪20とモータシャフト16を別体にしたのは、複数のカム面22を鍛造で高精度に形成することが容易になるためである。軸4は、図1及び図2に示すように内輪20、モータシャフト16、ステアリングホイール1に直結されたステアリングシャフト等の複数の部材を連結して構成してもよいし、モータシャフトとステアリングシャフトを一体に形成する又はモータシャフトと内輪を一体に形成する等、適宜に単一又は複数の部材で構成すればよい。
Note that the entire
図2に示す外輪21とブレーキケース28とは互いに別体に形成されている。ブレーキケース28は、ブレーキユニット7の構成部材(内輪20、係合子24、保持器25、電磁ブレーキ27等)を一括して収容する筒状の部材になっている。ブレーキケース28は、非磁性体(アルミ合金、銅等)で形成されている。ブレーキケース28の軸方向一端には、径方向外方に延びるフランジ部が形成され、そのフランジ部がモータケース15の軸方向端面に図示しないボルトで固定されている。
The
一方、外輪21は鋼材で形成されている。外輪21は、筒状のブレーキケース28に嵌め込まれ、ブレーキケース28の内周に装着した止め輪29でブレーキケース28に対して抜け止めされている。外輪21の内周と内輪20の外周との間には、内輪20を回転可能に支持する軸受30が配置されている。
On the other hand, the
図2及び図3に示すように、ブレーキケース28の内周に形成されたキー溝31と、外輪21の外周に形成されたキー溝32に、共通のキー部材33が嵌め込まれ、このキー部材33によって外輪21がブレーキケース28に回り止めされている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
図3に示す内輪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。
A
図3及び図4に示すように、保持器25は、径方向に貫通するポケット34が周方向に間隔をおいて複数形成された環状部材になっている。その各ポケット34に係合子24が収容されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図2に示すように、保持器25は、内向きのフランジ部35を有する。そのフランジ部35は、内輪20の外周に取り付けられた止め輪36と、内輪20の外周に形成された肩部37との間に位置する。フランジ部35、止め輪36及び肩部37により、保持器25の軸方向移動が規制されている。
As shown in FIG. 2, the
係合子24は、係合子中心軸回りに一周する円形の転動面をもったローラからなる。 The engager 24 is composed of a roller having a circular rolling surface that rotates around the center axis of the engager.
保持器25は、図3に示す係合子24をカム面22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に対する係合子24の係合を解除する解放位置との間で、内輪20に対して周方向に移動可能に支持されている。
The
センタリングばね26は、保持器25を解放位置に弾性的に保持すると共に、軸4の回転力を保持器25に伝達するための弾性部材である。図3に示すように、センタリングばね26は、鋼線をC形に巻いたC形環状部38と、C形環状部38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39とからなる。
The centering
内輪20の軸方向端面には、センタリングばね26を保持するための凹部40及び径方向溝41が形成されている。凹部40は、周方向に沿って延びる円孤溝状になっている。径方向溝41は、凹部40から内輪20の外周まで径方向外方に貫通している。
A
センタリングばね26のC形環状部38は、凹部40に嵌め込まれている。一対の延出部39は、径方向溝41に挿入されている。また、延出部39は、径方向溝41の径方向外端から突出しており、その延出部39の径方向溝41からの突出部分が、保持器25に形成された保持器溝42に挿入されている。径方向溝41と保持器溝42は同じ周方向幅をもつように形成されている。延出部39は、径方向溝41の周方向両端の溝内面と、保持器溝42の周方向両端の溝内面にそれぞれ接触している。これにより、センタリングばね26は、内輪20と一体に回転するように内輪20に回り止めされ、また保持器25に回り止めされており、その延出部39と保持器溝42との接触部分に作用する周方向の力によって保持器25を解放位置に弾性的に保持することができる。
The C-shaped
センタリングばね26は、図5及び図6に示すように、内輪20の外周に嵌合されて後述するように電磁ブレーキ27を構成する環状の中間プレート43により、凹部40及び径方向溝41から抜け出さないように軸方向に規制されている。内輪20の外周に取り付けられた止め輪44と、内輪20の軸方向端面とにより、中間プレート43の軸方向移動が規制されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the centering
図2及び図6に示すように、電磁ブレーキ27は、前記中間プレート43と、ブレーキケース28に固定された電磁石52と、電磁石52に軸方向に対向するアーマチュア53と、アーマチュア53を電磁石52から離反する方向に付勢する離反ばね54とを有する。
As shown in FIGS. 2 and 6, the
図4~図6に示すように、中間プレート43は、その外周に形成された係合凸部49と保持器25に形成された係合凹部55との係合によって保持器25に回り止めされている。また、中間プレート43の外周部には、アーマチュア53に向かって軸方向に延びる軸方向突起50が形成されており、この軸方向突起50がアーマチュア53に形成された軸方向孔51に挿入されて係合することにより、中間プレート43がアーマチュア41に対して相対的に軸方向移動可能な状態で回り止めされている。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
図2及び図6に示すように、電磁石52は、アーマチュア53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57と、フィールドコア57に巻回されたソレノイドコイル58とを有する。電磁石52は、軸方向と周方向のいずれにも移動しないようにブレーキケース28の内側に取り付けられ、内輪20に対して静止する静止部となっている。ブレーキケース28の内周には、電磁石52の軸方向移動を規制するための止め輪59が取り付けられている。
As shown in FIGS. 2 and 6, the
また、電磁石52は、2つの電源系統から通電されるようになっている。すなわち、図2及び図7に示すように、ブレーキケース28の他端面に形成された貫通孔70には、電磁石52のソレノイドコイル58に電力を供給する2つの電源系統の電源線71a,71bが通されており、各電源線71a,71bと貫通孔70の内周の間の隙間を埋めるゴム製のグロメット72が装着されている。そのソレノイドコイル58は、図8に示すように、フィールドコア57に同じ巻き数で同時巻きされる2本のワイヤー73a,73bで形成されており、各ワイヤー73a,73bがそれぞれ電源系統の電源線71a,71bに接続されている。そして、その2つの電源系統のうちの第1の電源系統が通常時に使用され、第1の電源系統の電源線71aから電磁石52への通電中に第1の電源系統で電気的失陥が発生した場合には、第2の電源系統の電源線71bから電磁石52への通電が行われる。これにより、このブレーキユニット7は電気的冗長性を有するものとなっている。
Further, the
アーマチュア53は、内輪20と一体に設けられた内輪軸部60とブレーキケース28の内周との間かつ中間プレート43と電磁石52との間で、内輪軸部60の外周によって軸方向移動可能に支持されている。アーマチュア53は、磁性材料(鉄、珪素鋼など)で形成された円盤状の部材になっている。なお、内輪軸部60とブレーキケース28の内周間には、内輪20を回転可能に支持する軸受が配置されている。
The
離反ばね54は、ウェーブワッシャ等の環状のばねからなり、図6に示すように、アーマチュア53の反中間プレート43側の端面と電磁石52のフィールドコア57の端面との間に配置されている。電磁石52に通電しない無励磁状態のとき、離反ばね54は、その付勢力によってアーマチュア53を電磁石52から軸方向に離れた位置に支持する。これにより、アーマチュア53は電磁石52に対して回転可能となり、中間プレート43を介してアーマチュア41に回り止めされている保持器25も回転可能な状態になる。電磁石52に通電すると、電磁石52は、フィールドコア57とアーマチュア53とを通る磁気回路を生成する励磁状態となり、離反ばね54の付勢力に抗してアーマチュア53をフィールドコア57まで軸方向に吸引する。このとき、アーマチュア53が離反ばね54を軸方向に圧縮してフィールドコア57の端面に押し付けられるため、アーマチュア53、中間プレート43および保持器25は回転不能な状態になる。
The
なお、離反ばねを圧縮コイルばね等の他の非環状ばねに変更し、周方向の複数個所に分散配置することも可能である。 Note that it is also possible to change the separation spring to another non-annular spring such as a compression coil spring, and to distribute the spring at a plurality of locations in the circumferential direction.
ブレーキユニット7は、電磁ブレーキ27の電磁石52に通電していない無励磁状態のとき、内輪20が外輪21に対して正逆いずれの回転方向にも自由に回転し得る空転状態となる。すなわち、アーマチュア53が離反ばね54により電磁石52から離反させられた状態にあり、保持器25を制動することができない状態にある。このとき、内輪20が正逆いずれに回転しても、保持器25が、内輪20と一体に回転するセンタリングばね26に連れ回され、センタリングばね26の弾性復元力によって解放位置に保持されるので、保持器25に保持された係合子24が内輪20の外周のカム面22と外輪21の内周の円筒面23に係合せず、内輪20及びモータシャフト16は正逆両方向に自由に回転することが可能である。
When the
一方、電磁ブレーキ27の電磁石52に通電して励磁状態としたときは、外輪21に対する内輪20の正逆いずれの回転をも阻止することが可能なロック状態となる。すなわち、電磁石52を励磁状態に切り替えると、アーマチュア53が離反ばね54に抗して電磁石52に吸着され、フィールドコア57の端面に押し付けられた摩擦接触状態となる。このとき、内輪20が正逆いずれかの方向に回転すると、これと一体に回転するセンタリングばね26から保持器25に軸4の回転力が伝わる。しかし、保持器25に中間プレート43を介して回り止めされたアーマチュア53と、静止系に属する電磁石52のフィールドコア57との間の摩擦接触による制動力が保持器25に作用するので、保持器25に対して内輪20が相対回転する。その結果、内輪20に対して周方向に移動する保持器25は、保持器溝42の溝内面でセンタリングばね26の一対の延出部39の一方を周方向に押して弾性的に撓ませるため、センタリングばね26に抗して解放位置から係合位置に向かって周方向に移動する。この周方向移動が所定の角度量になると、保持器25が係合位置に達し、保持器25に保持された係合子24が内輪20の外周のカム面22と外輪21の内周の円筒面23に係合するので、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
すなわち、ブレーキユニット7は、軸4からブレーキケース28への回転トルクの伝達が可能な係合状態(軸4の回転が阻止される状態)と、その回転トルクの伝達が遮断される係合解除状態(軸4が回転可能な状態)との切り換えを電磁石52への通電制御によって行うことができるものである。
That is, the
図1に示す制御部8は、反力モータ6、ブレーキユニット7、転舵モータ12を制御する。制御部8の入力側には、外部センサ61、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61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、ブレーキユニット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61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。ここで、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、ブレーキユニット7の電磁石52に非通電にすることで電磁ブレーキ27を無励磁状態とし、ブレーキユニット7を前述の空転状態に保つ。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、電磁石52に通電することで電磁ブレーキ27を励磁状態とし、ブレーキユニット7を前述のロック状態に保つ。
Further, the
この操舵装置は、上記構成のものであり、ブレーキユニット7の電磁ブレーキ27を無励磁状態にして保持器25を制動しない状態にすると、軸4と一体に回転するように軸4に回り止めされたセンタリングばね26が保持器25に軸4の回転力を伝達し、保持器25を軸4に対して解放位置に保持するため、係合子24が軸4と外輪21の内周に係合せず、ステアリングホイール1の回転は許容される。一方、電磁ブレーキ27を励磁状態にして保持器25を制動する状態にすると、ステアリングホイール1が回転操作されても、センタリングばね26から軸4の回転力を伝達される保持器25が電磁ブレーキ27に制動されているので、保持器25に対して軸4が相対回転し、軸4に対して周方向に移動する保持器25がセンタリングばね26に抗して係合位置へ達すると、係合子24が軸4と外輪21の内周に係合して、それ以上の軸4の回転が確実に阻止される。そして、電磁ブレーキ27が励磁状態から無励磁状態に切り替わると、センタリングばね26の弾性復元力により保持器25が解放位置に戻される。
This steering device has the above-mentioned configuration, and when the
したがって、この操舵装置は、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きは、電磁ブレーキ27を無励磁状態としてステアリング操作可能状態(ステアリングフリー状態)とし、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したときは、電磁ブレーキ27を無励磁状態から励磁状態に切り替えることにより、保持器25の解放位置と係合位置間の周方向移動量以上にステアリングホイール1が回転することを阻止してステアリングロック状態とし、その状況をステアリングホイール1を通じて運転者に確実に感知させることができる。
Therefore, in this steering device, when the orientation of the steered
しかも、その電磁ブレーキ27の電磁石52への通電を行う電源系統を2系統設けて、ブレーキユニット7に電気的冗長性を持たせているので、第1の電源系統から電磁石52への通電中に(電磁ブレーキ27が励磁状態にあるときに)電気的失陥が発生しても、ステアリング操作不能状態(ステアリングロック状態)を保持することができる。
Moreover, since two power supply systems are provided to supply electricity to the
ここで、電磁石52のソレノイドコイル58を形成する2本のワイヤー73a,73bの巻き数は同数とされているので、電気的失陥の発生の前後で、電磁石52は同等の吸着力を確保でき、ブレーキユニット7の機能に変化は生じない。
Here, since the number of turns of the two
なお、電磁石52の小型化を図るために、第2の電源系統に接続されるワイヤー73bの巻き数を、第1の電源系統に接続されるワイヤー73aの巻き数よりも少なくしてもよい。その場合は、各ワイヤー73a,73bの巻き数を、電気的失陥発生後に電磁石52が必要最低限の吸着力を確保できる仕様とすればよい。
Note that in order to reduce the size of the
また、電磁石52への通電を行う電源系統の数は、実施形態では2系統としたが、3系統以上としてもよい。
Further, although the number of power supply systems that supply electricity to the
上述した実施形態はブレーキユニットに回転伝達装置を用いた操舵装置について説明したが、本発明の回転伝達装置は、操舵装置以外の機械装置にももちろん組み込むことができ、電気的失陥が発生しても、電磁石への通電制御によって入力側部材から出力側部材への回転トルクの伝達と遮断の切り換えを行う機能を保持することができる。 Although the above-mentioned embodiment describes a steering device using a rotation transmission device in a brake unit, the rotation transmission device of the present invention can of course be incorporated into a mechanical device other than a steering device, and electrical failure does not occur. Even if the electromagnet is energized, it is possible to maintain the function of switching between transmission and cutoff of rotational torque from the input side member to the output side member by controlling the energization of the electromagnet.
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。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of this invention is indicated by the claims rather than the above description, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.
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(転舵部)
4 軸(入力側部材)
5 操舵センサ
6 反力モータ
7 ブレーキユニット(回転伝達装置)
8 制御部
16 モータシャフト
20 内輪
21 外輪
24 係合子
25 保持器
26 センタリングばね
27 電磁ブレーキ
28 ブレーキケース(出力側部材、静止部材)
52 電磁石
53 アーマチュア
54 離反ばね
57 フィールドコア
58 ソレノイドコイル
71a,71b 電源線
73a,73b ワイヤー
1
4 axis (input side member)
5
8
52
Claims (5)
前記電磁石への通電を行う電源系統が複数設けられ、そのうちの第1の電源系統が通常時に使用され、前記第1の電源系統から前記電磁石への通電中に第1の電源系統で電気的失陥が発生した場合には、他の電源系統から前記電磁石への通電が行われるようになっていることを特徴とする回転伝達装置。 It has an input-side member and an output-side member that are rotationally driven, and includes an engaged state in which rotational torque can be transmitted from the input-side member to the output-side member, and an engagement state in which transmission of the rotational torque is interrupted. In a rotation transmission device that switches between a released state and a released state by controlling energization to an electromagnet,
A plurality of power supply systems are provided for supplying current to the electromagnet, and a first power supply system among them is used during normal times, and an electrical loss occurs in the first power supply system while supplying power to the electromagnet from the first power supply system. A rotation transmission device characterized in that, when a failure occurs, the electromagnet is energized from another power supply system.
前記ソレノイドコイルを形成し、前記各電源系統にそれぞれ接続される複数のワイヤーは同時巻きされている請求項1に記載の回転伝達装置。 The electromagnet includes an annular field core and a solenoid coil wound around the field core,
The rotation transmission device according to claim 1, wherein a plurality of wires forming the solenoid coil and connected to each of the power supply systems are wound simultaneously.
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転舵部の向きを変化させる転舵アクチュエータと、
前記ステアリングホイールと一体に回転するように当該ステアリングホイールに連結された軸と、を備えたステアバイワイヤ式操舵装置において、
請求項1乃至4のいずれかに記載の回転伝達装置が、前記軸を前記入力側部材とし、前記入力側部材に対して静止する静止部材を前記出力側部材として組み込まれており、
前記転舵部の向きがその移動限界に到達していないときは、前記第1の電源系統または他の電源系統から前記電磁石への通電の停止により、前記軸と前記静止部材とを係合解除状態として、前記軸及び前記ステアリングホイールを回転可能とし、
前記転舵部の向きがその移動限界に到達したときには、前記電磁石への通電により、前記軸と前記静止部材とを係合状態として、前記軸及び前記ステアリングホイールを回転不能とすることを特徴とするステアバイワイヤ式操舵装置。 steering wheel and
a steering sensor that detects the amount of operation of the steering wheel;
a steering actuator that changes the direction of a steering section according to the amount of operation of the steering wheel detected by the steering sensor;
A steer-by-wire steering device comprising: a shaft connected to the steering wheel so as to rotate together with the steering wheel;
The rotation transmission device according to any one of claims 1 to 4 includes the shaft as the input side member, and a stationary member that is stationary with respect to the input side member as the output side member,
When the direction of the steering section has not reached its movement limit, the engagement between the shaft and the stationary member is disengaged by stopping power supply to the electromagnet from the first power supply system or another power supply system. the shaft and the steering wheel are rotatable;
When the direction of the steering section reaches its movement limit, the shaft and the stationary member are brought into engagement by energizing the electromagnet, making the shaft and the steering wheel unrotatable. Steer-by-wire steering system.
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