JP3856636B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵輪等の操舵手段に連結される操舵軸が車両の左右方向へ移動可能な舵取軸を有する舵取機構に機械的に連結されていない車両用操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用操舵装置は、操舵輪等の操舵手段に連結される操舵軸が舵取機構に機械的に連結されているリンク式と、前記操舵軸が前記舵取機構に機械的に連結されていないステアバイワイヤ式とに大別される。
【0003】
後者のステアバイワイヤ式は、例えば、特開平1−153379号公報に記載されているように、操舵軸を車両の左右方向へ移動可能な舵取軸を有する舵取機構から切り離して配し、舵取軸の中途に操舵アクチュエータとしての舵取モータを設け、操舵用の車輪の実舵角と目標舵角との偏差に応じてマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部が前記舵取モータを駆動制御することにより、操舵用の車輪を目標舵角に調整する構成となっている。
【0004】
また、ステアバイワイヤ式として、操舵輪の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する前記舵取制御部等の駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段を備えた車両用操舵装置が知られている。
【0005】
この車両用操舵装置は、操舵軸を上端が操舵輪に繋がる上側軸と、下端がジョイントを介して伝動軸に繋がる下側軸とに2分割し、この分割部に電磁クラッチ、又は、摩擦板円板形の摩擦クラッチが設けられている。電磁クラッチは、前記駆動手段が正常である場合に電磁石が励磁されず、トルクの伝達が遮断されており、前記駆動手段が故障した場合に通電されてトルクを操舵軸から舵取機構へ伝達する構成となっている。また、摩擦クラッチは、駆動手段が故障した場合にばねの力で摩擦面を接触させ、前記駆動手段が正常である場合に電磁石が励磁され、摩擦面を離脱させる構成となっている。
【0006】
また、操舵軸の下側軸が繋がる伝動軸は該伝動軸に設けられたピニオンが前記舵取軸に設けられたラック歯と噛合しており、前記駆動手段が正常である場合は舵取軸の移動に連動してフリーで回転し、前記駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき、操舵輪の回転を上側軸、電磁クラッチ又は摩擦クラッチ、下側軸、ジョイント及び伝動軸を介して舵取機構に伝達することができるようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、操舵軸に連結手段が設けられた車両用操舵装置にあっては、前記駆動手段の正常/異常に関係なく伝動軸のピニオンが舵取軸のラック歯と噛合しており、舵取軸の移動に連動して伝動軸が回転することになるため、舵取軸の移動抵抗が増加し、舵取軸のスムーズな移動が阻害されることになるという問題があった。
【0008】
また、前記電磁クラッチ、摩擦クラッチは比較的大形であるが、この電磁クラッチ、摩擦クラッチが車両の室内に配置される前記操舵軸に設けられているため、該電磁クラッチ、摩擦クラッチが車室内に配置されることになり、車室内で配置スペースを確保し難いという問題があった。
【0009】
さらに前記連結手段は駆動手段の故障によって舵取機構を駆動することができなくなった緊急時に操舵軸を舵取機構に機械的に連結し、車両を路側に誘導させるために必要なもので、この緊急時の短時間にだけ必要な前記連結手段として比較的大形で、比較的高価な電磁クラッチ又は摩擦クラッチが用いられているため、改善策が要望されていた。
【0010】
本発明は上記問題点を解決することができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
第1発明に係る車両用操舵装置は、車両の左右方向へ移動可能な舵取軸を有する舵取機構に機械的に連結されることなく静止側部材に支持される操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵手段と、該操舵手段の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段と、該駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段とを備えた車両用操舵装置において、前記連結手段は、前記舵取軸に設けられた第1ギヤと、前記操舵軸に繋がる伝動軸と、該伝動軸に前記第1ギヤと噛合する噛合位置及び非噛合位置への切換えが可能に保持され、前記故障が発生したとき前記噛合位置へ切換えられる第2ギヤとを備えていることを特徴とする。
【0012】
第1発明にあっては、駆動手段が正常である場合、伝動軸に保持された第2ギヤと舵取軸の第1ギヤとが非噛合であるため、舵取軸の移動抵抗を低減でき、舵取軸をスムーズに移動させることができる。また、操舵軸に繋がる伝動軸から舵取軸への動力伝達部に連結手段が設けてあるため、車室外に配置される舵取軸とともに前記連結手段を車室外に配置することができ、車室内での連結手段用スペースをなくすることができる。また、前記第1ギヤは既存の舵取軸に設けられたラック歯を利用することができ、さらに、第2ギヤは前記ラック歯と噛合する歯を有し、操舵軸に繋がる伝動軸に対し移動又は揺動可能な構造とすることができるため、従来のように電磁クラッチ又は摩擦クラッチを用いるものに比較して連結手段及び車両用操舵装置の全体を小形にできるとともにコストの低減を図ることができる。
【0013】
第2発明に係る車両用操舵装置は、前記第2ギヤは前記伝動軸の軸長方向へ移動可能であり、該第2ギヤを噛合位置及び非噛合位置の一方へ付勢する付勢手段及び該付勢手段による第2ギヤの移動を阻止/解除する阻止解除手段を備えていることを特徴とする。
【0014】
第3発明に係る車両用操舵装置は、前記第2ギヤは前記伝動軸に枢着してあり、該第2ギヤを噛合位置及び非噛合位置の一方へ揺動させるべく付勢する付勢手段及び該付勢手段による第2ギヤの揺動を阻止/解除する阻止解除手段を備えていることを特徴とする。
【0015】
この第2発明及び第3発明にあっては、駆動手段が正常である場合、第2ギヤは付勢手段又は阻止解除手段によって非噛合位置に切換えられており、駆動手段の故障によって舵取機構を駆動することができなくなったとき、第2ギヤは阻止解除手段又は付勢手段によって移動又は揺動し、噛合位置へ切換えられ、舵取軸の第1ギヤと噛合する。しかも、第2ギヤは既存のピニオン部分を移動又は揺動可能とすることにより構成することができるため、従来のように電磁クラッチ又は摩擦クラッチを用いるものに比較して連結手段及び車両用操舵装置の全体をより一層小形にできるとともにより一層コストの低減を図ることができる。
【0016】
第4発明に係る車両用操舵装置は、前記第2ギヤは前記第1ギヤと噛合う歯部と、該歯部の背面に突設された軸部及び該軸部に突設された突起とを備え、前記阻止解除手段は前記突起と離脱が可能に係合する可動鉄心を有するソレノイドを用いてなることを特徴とする。
【0017】
第5発明に係る車両用操舵装置は、前記第2ギヤはその一端が前記伝動軸に枢着された軸体の他端側周面に設けられた歯部を有しており、前記阻止解除手段は前記軸体の周面に当接する可動鉄心を有するソレノイドを用いてなることを特徴とする。
【0018】
この第4発明及び第5発明にあっては、駆動手段の故障によって舵取機構を駆動することができなくなったとき、ソレノイドが自動的に動作し、第2ギヤを噛合位置へ自動的に切換えることができ、操舵軸を舵取軸に迅速に連結することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態1
図1は本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式的斜視図、図2は車両用操舵装置の実施の形態1の要部構成を示す拡大断面図である。
【0020】
この車両用操舵装置は、図示しない車体の左右に配された一対の操舵用の車輪A,Aに操舵動作を行わせるための舵取機構1と、舵取機構1から機械的に切り離して軸ハウジング2等の静止側部材に回転自在に支持された操舵軸3と、該操舵軸3の下端にジョイントを介して連結された第1及び第2の伝動軸4,5と、前記操舵軸3の上端に連結され操舵手段である操舵輪6と、該操舵輪6の操舵に応じて前記舵取機構1を駆動する駆動手段7と、駆動手段7の故障によって前記舵取機構1を駆動することができなくなったとき第2の伝動軸5を前記舵取機構1に連結する連結手段8とを備えた構成となっている。
【0021】
操舵軸3を支持する軸ハウジング2には、操舵輪6に操舵方向と逆向きの反力を付与する反力アクチュエータ9が設けられている。この反力アクチュエータ9は、前記駆動手段7が備える後記する舵取制御部72から与えられる動作指令信号に応じた駆動回路73からの通電により正逆両方向に駆動され、操舵輪6の操舵方向と逆方向の力(反力)を付与する動作をなす。
【0022】
従って、操舵輪6の操舵には反力アクチュエータ9が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要があり、この操舵トルクを検出するトルクセンサ10と、操舵輪6の操舵量及び操舵方向を検出する例えばロータリエンコーダ20とが軸ハウジング2に付設されており、これらトルクセンサ10及びロータリエンコーダ20が検出した結果はインタフェース回路74を介して舵取制御部72に与えられている。
【0023】
第2の伝動軸5は有底の筒部5aと該筒部5aの底側端面に突設された軸部5bとを備え、該軸部5bがジョイント21及びジョイント40の軸部40aを介して第1の伝動軸4に連結されている。
【0024】
舵取機構1は、公知のように、車両の左右方向へ移動可能な舵取軸11の両端部と、車輪A,Aを支持するナックルアーム12,12とを連結し、舵取軸11の両方向への移動によりナックルアーム12,12を押し引きし、車輪A,Aを左右に操向させるものであり、この操向は舵取軸11の中途部に同軸的に構成されたブラシレス形の舵取モータ71の回転を、適宜の運動変換機構により舵取軸11の移動に変換して行われる。
【0025】
この舵取軸11は、軸長方向一端側に螺旋溝を、また、他端側にラック歯11aを夫々備え、軸ハウジング13内に回転不能であり、車両の左右方向(軸長方向)への移動を可能に支持されている。軸ハウジング13内には前記伝動軸5が回転可能に支持されており、また、軸ハウジング13には前記伝動軸5の回転量及び回転方向を検出するロータリエンコーダ(図示せず)が設けられ、該ロータリエンコーダが検出した結果は前記インタフェース回路74を介して舵取制御部72に与えられている。
【0026】
舵取モータ71は、前記舵取軸11を支持する軸ハウジング13内に固定される円筒状のステータ、及び該ステータの内周面及び舵取軸11の外周面間に回転が可能に支持されており、その外周面に複数個の永久磁石が周方向に離隔して設けられている円筒状のロータを備えている。このロータに、前記舵取軸11に設けられる螺旋溝と係合する伝動環が連結されており、該伝動環を介して舵取モータ71の回転が舵取軸11に伝達され、該舵取軸11が車両の左右方向へ移動する構成となっている。
【0027】
駆動手段7は、前記舵取モータ71とマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部72とを備えている。舵取モータ71は、舵取制御部72から与えられる駆動回路70からの通電により回転し、その舵取モータ71の回転は、舵取軸11の軸長方向の摺動に変換され、舵取モータ71の回転に応じた操舵(操舵用の車輪A,Aの操向)が行われる。舵取制御部72はエンジン起動のためのキースイッチのオン操作に応じて動作を開始する。
【0028】
図3は図2のIII −III 線の断面図、図4は第2ギヤを噛合位置へ切換えた状態の拡大断面図である。
連結手段8は、前記舵取軸11のラック歯11aを用いてなる第1ギヤ80と、前記伝動軸5と、該伝動軸5の筒部5a内に軸長方向への移動を可能に収容され、前記第1ギヤ80と噛合する噛合位置及び非噛合位置への切換えが可能な第2ギヤ81と、該第2ギヤ81を噛合位置へ付勢する付勢手段82と、該付勢手段82による第2ギヤ81の軸長方向への移動を阻止/解除する阻止解除手段83とを備え、第2ギヤ81と、付勢手段82及び阻止解除手段83とが前記伝動軸5に保持されている。
【0029】
第1ギヤ80は軸ハウジング13内に支持された前記舵取軸11の斜め上側面に設けられている。
【0030】
第2ギヤ81は傘歯車形の歯部81aと、該歯部81aの背面に突設された軸部81bと、該軸部81bの周面に突設されたピンを用いてなる一対の突起81c,81cとを備えている。
【0031】
伝動軸5は前記第2ギヤ81の軸部81bが移動可能に挿入された有底の案内孔51と、該案内孔51の内面に軸長方向に沿って凹設され、前記突起81c,81cが挿入された一対の案内溝52,52と(図3参照)、ソレノイド83aを用いてなる前記阻止解除手段83を収容した凹部53と、該凹部53及び前記案内溝52を連通する連通孔54とを備えている。
【0032】
案内孔51の底部にはコイルバネ82aを用いてなる前記付勢手段82を挿入し、また、前記連通孔54には前記ソレノイド83aの可動鉄心83bを挿入し、該可動鉄心83bが前記突起81cと係合することにより前記第2ギヤ81を非噛合位置に停止させている。
【0033】
ソレノイド83aは前記舵取制御部72からの動作指令信号に応じて図示しないリレーを介して電源から電磁コイルへの通電がなされることによって前進移動し、車両電源系の故障又はキースイッチのオフ操作等によって前記電磁コイルへの通電が禁止されたときコイルバネ等の力で後退移動する可動鉄心83bを備えている。
【0034】
以上の如く構成された車両用操舵装置は、舵取制御部72及び舵取モータ71等の駆動手段7が正常である場合、操舵輪6の操舵に応じて舵取制御部72が舵取モータ71を駆動制御し、該舵取モータ71が舵取機構1を駆動することにより、操舵用の車輪A,Aに操舵動作を行わせる。このとき、操舵軸6に機械的に繋がる第2ギヤ81と舵取軸11の第1ギヤ80とは非噛合であり、この非噛合の状態で舵取軸11を移動させることができるため、舵取軸11の移動抵抗を低減でき、舵取軸11をスムーズに移動させることができる。
【0035】
また、駆動手段7が正常である場合、操舵輪6の操舵には反力アクチュエータ9が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。この操舵トルクはトルクセンサ10により検出され、また、操舵輪6の操舵量がロータリエンコーダ20により操舵方向を含めて検出され、これらの検出結果は舵取制御部72に与えられている。
【0036】
さらに、連結手段8のソレノイド83aは舵取制御部72によって前記リレーを介して電磁コイルに通電されており、進出移動した可動鉄心83bが突起81cと係合し、第2ギヤ81を非噛合位置で停止させている。
【0037】
また、前記駆動手段7の例えば舵取制御部72が故障し、舵取機構1を駆動することができなくなった緊急時には、前記リレーが遮断され、ソレノイド83aの電磁コイルへの通電が禁止され、可動鉄心83bがコイルバネ等によって後退移動し、該可動鉄心83bの突起81cとの係合が離脱し、コイルバネ82aの弾性復元力によって第2ギヤ81が噛合位置へ切換えられ、該第2ギヤ81が第1ギヤ80と噛合する。この噛合により舵取軸11と操舵軸3とを、第1ギヤ80、第2ギヤ81、伝動軸5、伝動軸4を介して機械的に連結させることができる。これに伴い操舵輪6の操舵に応じて舵取軸11を車両の左右方向へ移動させ、車両を路側に誘導させることができる。
【0038】
実施の形態2
図5は実施の形態2の要部構成を示す拡大断面図である。
実施の形態2の車両用操舵装置は、前記第2ギヤ81を軸長方向へ移動可能とする代わりに前記伝動軸5の下端に枢着し、この枢着部を支点とする揺動により噛合位置及び非噛合位置へ切換えるようにしたものであり、第2ギヤ81を噛合位置へ付勢する付勢手段82と、該付勢手段82による第2ギヤ81の揺動を阻止/解除する阻止解除手段83とを備えている。
【0039】
第1ギヤ80は、前記舵取軸11のラック歯11aを用いてなり、該舵取軸11の正面に設けてある。第2ギヤ81はその一端が+字形ピンを有するジョイント22によって前記伝動軸5の下端に枢着された軸体の他端側周面に設けられた歯部81aを有している。付勢手段82はコイルバネ82aを用いてなり、前記軸ハウジング13内に保持されており、該コイルバネ82aの一端が前記軸体の一側面に当接している。阻止解除手段83は前記軸体の他側面に当接する可動鉄心83bを有するソレノイド83aを用いてなり、前記軸ハウジング13に設けられた凹部13aに収容されている。
【0040】
ソレノイド83aは前記舵取制御部72からの動作指令信号に応じて図示しないリレーを介して電源から電磁コイルへの通電がなされることによって進出移動する可動鉄心83bと、車両電源系の故障又はキースイッチのオフ操作等によって前記電磁コイルへの通電が禁止されたとき前記可動鉄心83bを後退移動させるばね体とを備えている。
【0041】
図6は第2ギヤを噛合位置へ切換えた状態の拡大断面図である。
実施の形態2において、舵取制御部72及び舵取モータ71等の駆動手段7が正常である場合、操舵軸3に伝動軸4、5を介して機械的に繋がる第2ギヤ81と舵取軸11の第1ギヤ80とは非噛合であり、この非噛合の状態で舵取軸11を移動させることができるため、舵取軸11の移動抵抗を低減でき、舵取軸11をスムーズに移動させることができる。また、連結手段8のソレノイド83aは舵取制御部72によって前記リレーを介して電磁コイルに通電されており、進出移動した可動鉄心83bが第2ギヤ81の軸体周面に当接し、第2ギヤ81を非噛合位置で停止させている。
【0042】
また、前記駆動手段7の例えば舵取制御部72が故障し、舵取機構1を駆動することができなくなった緊急時には、前記リレーが遮断され、ソレノイド83aの電磁コイルへの通電が禁止され、可動鉄心83bがコイルバネ等によって後退移動し、コイルバネ82aの弾性復元力によって第2ギヤ81が噛合位置へ切換えられ、該第2ギヤ81が第1ギヤ80と噛合する。この噛合により舵取軸11と操舵軸3とを、第1ギヤ80、第2ギヤ81、伝動軸5、伝動軸4を介して機械的に連結させることができる。これに伴い操舵輪6の操舵に応じて舵取軸11を車両の左右方向へ移動させ、車両を路側に誘導させることができる。
【0043】
その他の構成及び作用は実施の形態1と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用の説明を省略する。
【0044】
尚、以上説明した実施の形態では付勢手段82のコイルバネ82aが第2ギヤ81を噛合位置に向けて付勢し、阻止解除手段83のソレノイド83aが第2ギヤ81を非噛合位置で停止させるようにしたが、その他、付勢手段82のコイルバネ82aが第2ギヤ81を非噛合位置に向けて付勢し、阻止解除手段83のソレノイド83aが第2ギヤ81を噛合位置で停止させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式的斜視図である。
【図2】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態1の要部構成を示す拡大断面図である。
【図3】図2のIII −III 線の断面図である。
【図4】本発明に係る車両用操舵装置の第2ギヤを噛合位置へ切換えた状態の拡大断面図である。
【図5】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態2の要部構成を示す拡大断面図である。
【図6】本発明に係る車両用操舵装置の第2ギヤを噛合位置へ切換えた状態の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 舵取機構
2 静止側部材(軸ハウジング)
3 操舵軸
5 伝動軸
6 操舵手段(操舵輪)
7 駆動手段
8 連結手段
80 第1ギヤ
81 第2ギヤ
Claims (5)
- 車両の左右方向へ移動可能な舵取軸を有する舵取機構に機械的に連結されることなく静止側部材に支持される操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵手段と、該操舵手段の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段と、該駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段とを備えた車両用操舵装置において、前記連結手段は、前記舵取軸に設けられた第1ギヤと、前記操舵軸に繋がる伝動軸と、該伝動軸に前記第1ギヤと噛合する噛合位置及び非噛合位置への切換えが可能に保持され、前記故障が発生したとき前記噛合位置へ切換えられる第2ギヤとを備えていることを特徴とする車両用操舵装置。
- 前記第2ギヤは前記伝動軸の軸長方向へ移動可能であり、該第2ギヤを噛合位置及び非噛合位置の一方へ付勢する付勢手段及び該付勢手段による第2ギヤの移動を阻止/解除する阻止解除手段を備えている請求項1記載の車両用操舵装置。
- 前記第2ギヤは前記伝動軸に枢着してあり、該第2ギヤを噛合位置及び非噛合位置の一方へ揺動させるべく付勢する付勢手段及び該付勢手段による第2ギヤの揺動を阻止/解除する阻止解除手段を備えている請求項1記載の車両用操舵装置。
- 前記第2ギヤは前記第1ギヤと噛合う歯部と、該歯部の背面に突設された軸部及び該軸部に突設された突起とを備え、前記阻止解除手段は前記突起と離脱が可能に係合する可動鉄心を有するソレノイドを用いてなる請求項2記載の車両用操舵装置。
- 前記第2ギヤはその一端が前記伝動軸に枢着された軸体の他端側周面に設けられた歯部を有しており、前記阻止解除手段は前記軸体の周面に当接する可動鉄心を有するソレノイドを用いてなる請求項3記載の車両用操舵装置。
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