JP3856636B2

JP3856636B2 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP3856636B2
Application number: JP2000311157A
Authority: JP
Inventors: 良平葉山; 史郎中野; 勝利西崎; 孝修高松; 雅也瀬川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2020-10-11
Also published as: JP2002120737A

Description

【０００１】
【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

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。