JP3933383B2 - 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、操舵手段が車輪の向きを変え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が操舵軸等の伝動部材を介して舵取機構に機械的に連結されているリンク式と、前記操舵手段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、操舵軸を舵取機構から機械的に切り離して配し、舵取機構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、前記舵取機構と機械的に連結されたピニオン軸等の伝動軸を備え、該伝動軸と前記操舵軸との間に前記連結手段が設けられている。
【0006】
この連結手段は、電磁クラッチ、又は、摩擦板円板形の摩擦クラッチが用いられている。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。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。
【0007】
また、ステアバイワイヤ式として、舵取機構の中途に操舵アクチュエータとしての舵取モータ及び油圧シリンダを設け、操舵輪の操舵に応じて前記舵取モータを駆動させる電気式駆動手段と、前記舵取制御部の故障によって前記舵取モータを駆動することができなくなったとき前記油圧シリンダを駆動させる油圧式駆動手段とを備えた車両用操舵装置も知られている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、連結手段の前記電磁クラッチ、摩擦クラッチは比較的構造が複雑であるため、比較的コスト高となり、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ため重量増加になるという問題があった。
【0009】
また、舵取モータ及び油圧シリンダが舵取機構に設けられた車両用操舵装置にあっては、前記舵取制御部が正常である場合に駆動される舵取モータ及び電気式駆動手段とは別個に、前記舵取制御部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駆動される油圧シリンダ及び油圧式駆動手段が必要であるため、舵取機構の構造が複雑で、コスト高となり、舵取機構が大形化するという問題があった。
【0010】
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手段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、また、油圧シリンダが用いられているため、改善策が要望されていた。
【0011】
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。
【0012】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明に係る車両用操舵装置は、作動油が給排されるアクチュエータを有し、車輪の向きを変える舵取機構と、作動油の前記アクチュエータへの供給/排出を制御する第1弁と、該第1弁を操舵手段の操舵に応じて駆動させる駆動手段と、前記操舵手段の操舵により駆動されて作動する第2弁と、前記アクチュエータ及び第1弁に連通する一対の第1通路と、一対の第1通路及び前記第2弁に連通する一対の第2通路と、該第2通路の前記第1通路との連通部に設けられ、前記駆動手段による第1弁の駆動に異常が発生したとき前記アクチュエータと第1通路、前記アクチュエータと第2通路を開放/遮断する切換弁とを備えた車両用操舵装置において、前記切換弁は、内側の収容室からその一側面及び他側面を貫通し、一対の前記第1通路に連通する一対の第1連通路と、前記収容室から前記一側面及び他側面の間の上面を貫通し、一対の前記第2通路に連通する一対の第2連通路とを有する弁箱、並びに該弁箱の収容室内に前記開放/遮断する位置へ移動を可能に収容されている弁体を備え、前記弁箱は前記弁体の移動方向に直交する断面において矩形の収容室を有するように形成してあり、前記弁体は前記収容室に収容される断面矩形に形成され、一対の前記第1通路は前記弁箱及び弁体を介してその弁体の長辺間を直線状に最短距離で貫通していることを特徴とする。
【0013】
本発明にあっては、駆動手段が正常である場合、第2通路のアクチュエータとの連通部が切換弁によって閉鎖されており、第1弁及び第1通路からアクチュエータへ作動油が供給されるため、操舵手段の操舵に応じて駆動手段が第1弁を駆動し、該第1弁が作動油のアクチュエータへの供給/排出を制御しつつ舵取機構を駆動する。また、駆動手段の故障等によって第1弁の駆動に異常が発生し、舵取機構を駆動することができなくなったとき、第2通路のアクチュエータとの連通部が切換弁によって開放され、第2弁及び第2通路からアクチュエータへ作動油が供給され、舵取機構を駆動する。このように、第1弁の駆動に異常が発生したとき、作動油の通路を切換弁が切換えるため、切換弁の構造が簡単であり、車両用操舵装置を小形化することができる。また、第2通路がアクチュエータと連通するとき、第1通路のアクチュエータとの連通を閉鎖し、第2通路をアクチュエータに連通させることができるため、切換弁の構造をより一層簡素化でき、より一層の小形化及びコスト低減化を図ることができる。
【0018】
【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。
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図である。
【0019】
この車両用操舵装置は、作動油が給排されるアクチュエータ11を有し、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等の円筒形の静止側部材に回転自在に支持される操舵軸3と、該操舵軸3の上端に連結され操舵手段である操舵輪4と、該操舵輪4に操舵方向と逆向きの反力を付与する反力用のモータ5と、作動油の前記アクチュエータ11への供給/排出を制御する第1弁6と、該第1弁6を操舵輪4の操舵に応じて駆動させる駆動手段7と、前記操舵輪4の操舵により駆動されて作動する第2弁8と、前記駆動手段7による第1弁6の駆動に異常が発生したとき前記第2弁8から前記アクチュエータ11へ作動油を供給する油供給手段9とを備えた構成となっている。
【0020】
図2は操舵手段側の構成を示す拡大断面図である。
操舵軸3は上端が前記操舵輪4に繋がる上側軸31と、該上側軸31にトーションバー32を介して同軸的に連結された下側軸33とを備え、該下側軸33の回転が前記反力用のモータ5によって規制されている。
【0021】
操舵軸3を支持する軸ハウジング2には、操舵輪4に操舵方向と逆向きの反力を付与する反力用の前記モータ5が設けられている。このモータ5は、前記駆動手段7が備える後記する舵取制御部71から与えられる動作指令信号に応じた駆動回路50からの通電により正逆両方向に駆動され、操舵輪4の操舵方向と逆方向の力(反力)を前記下側軸33に付与する動作をなす。従って、操舵輪4の操舵には反力用のモータ5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4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21を介して舵取制御部71に与えられている。尚、ロータリエンコーダ20に代えてポテンショメータまたはレゾルバを用いてもよい。
【0022】
舵取機構1は、公知のように、車体の左右方向に延設されて軸長方向へ移動する舵取軸12と、該舵取軸12の中途部に同軸的に構成された油圧シリンダを用いてなる前記アクチュエータ11とを備え、舵取軸12の両端部と、車輪A,Aを支持するナックルアーム13,13とを連結し、舵取軸12の両方向への移動によりナックルアーム13,13を押し引きし、車輪A,Aを左右に操向させるものであり、この操向は前記アクチュエータ11のピストンロッドを兼ねる舵取軸12の移動によって行われる。
【0023】
アクチュエータ11は、ピストンロッド14の中間部に設けられたピストン15の両側にて油密に封止された一対の油室11a,11bをシリンダケース16の内側に形成してなり、これらの油室11a,11bへの外部からの油圧送給に応じてピストン15の両側に発生する圧力差により前記ピストンロッド14を軸長方向に押し引きし、該ピストンロッド14が兼ねる舵取軸12に軸長方向の移動力を加える構成となっている。尚、前記シリンダケース16が前記舵取軸12の軸ハウジングを兼ねており、該軸ハウジングが車体等の静止側部材に取付けられる。
【0024】
ピストン15両側の油室11a,11bは、一対の送油管23,23を介して前記第1弁6に接続されている。
【0025】
図3は駆動手段及び第1弁部分の構成を示す拡大断面図、図4は第1弁部分の拡大断面図、図5は第2弁部分の拡大断面図である。
この第1弁6及び前記第2弁8は基本的に同様の構造であるため、同様の部分については同じ符号を付す。第1弁6及び前記第2弁8は、バルブスプール6aと、該バルブスプール6aの周りに同軸上での相対回転を可能として挿嵌されたバルブボディ6bとを備える。円筒形をなすバルブボディ6bの内周面には、夫々等しい幅を有する8個の第1の油溝60…が周方向に等配をなして並設され、また、バルブボディ6bの内径と略等しい外径を有する厚肉円筒形のバルブスプール6aの外周面には、同様に、夫々等しい幅を有する8個の第2の油溝61…が周方向に等配をなして並設されている。
【0026】
バルブスプール6aはバルブボディ6bの内側に同軸上での相対回転を可能として嵌合してある。第1の油溝60…と第2の油溝61…とは、前記操舵輪4の操舵が中立状態において、図示の如く周方向に千鳥配置され、夫々の両側に相隣するものと連通するように位置決めされている。
【0027】
以上の構成により、バルブボディ6bの第1の油溝60…の夫々は、バルブスプール6aの第2の油溝61…間のランドに対向し、また、バルブスプール6aの第2の油溝61…の夫々は、バルブボディ6bの第1の油溝60…間のランドに対向して、バルブボディ6bとバルブスプール6aとの嵌合周上には、第1の油溝60…の内側(幅方向両側の溝縁間)の8つの油室と、第2の油溝61…の外側(幅方向両側の溝縁間)の8つの油室とが、夫々の間に連通部を有して交互に並んだ状態となる。
【0028】
バルブボディ6bとバルブスプール6aとは相対角変位が可能であり、前記各油室間の連通部、即ち、油溝60…,61…の幅方向両側の溝縁間は、前記相対角変位に応じて夫々の連通面積(絞り面積)を増減する絞り部aとして作用する。
【0029】
バルブスプール6aの第2の油溝61…により形成された8つの油室の内、1つおきに位置する4つは、バルブボディ6bの周壁を貫通し、夫々の油溝61…の外側に開口を有する各別の給油孔62…及び該給油孔62…に接続された送油管22を介して油圧ポンプPに接続され、該油圧ポンプPから圧油の供給がなされる給油室を構成している。これに対し、残りの4つの油室は、バルブスプール6aを半径方向に貫通し、夫々の油溝61…の底部に開口を有する各別の排油孔63…及びバルブスプール6a内側の中空部を介して排油先となる油タンクTに接続され、該油タンクTへの排出油の通路となる第2中間圧室(以下排油室という)を構成している。
【0030】
一方、第1の油溝60…の内側に形成された8つの油室の内、前記給油室に周方向の同側にて相隣する4つの油室は、バルブボディ6bの周壁を貫通し、夫々の油溝60…の底部に開口を有する各別の送油孔64…及び該送油孔64…に接続された第1通路23又は第2通路24と前記油供給手段9とを介して圧油の送給先であるアクチュエータ11の一方の油室11aに接続され、この油室11aへの第1の送油室を構成しており、残りの4つは、同様の送油孔64…及び該送油孔64…に接続された第1通路23又は第2通路24と前記油供給手段9とを介して前記アクチュエータ11の他方の油室11bに接続され、該油室11bへの第2の送油室を構成している。従って、給油室の両側には、第1の送油室又は第2の送油室を経て排油室に至る油路が夫々形成され、給油室と送油室及び排油室と送油室とが絞り部aを介して連通される。
【0031】
以上の如く構成された第1弁6は、そのバルブスプール6aが前記駆動手段7を構成するモータ72の出力軸73に連結され、バルブボディ6bが前記アクチュエータ11に装着されたハウジング40等の装置静止側部材に取付けられる。
【0032】
駆動手段7は、前記モータ72とマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部71とを備えている。モータ72は舵取制御部71から与えられる駆動回路73からの通電により正逆両方向に回転し、そのモータ72の回転は前記第1弁6のバルブスプール6aに伝達され、モータ72の回転に応じた流量制御が行われる。舵取制御部71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。
【0033】
また、モータ72は、前記ハウジング40に取付けられた有底筒形のモータハウジング74に固定される円筒形の固定子75、及び該固定子75の内側に配置された円筒形の回転子76とを備え、該回転子76の内側に嵌合された円筒形の出力軸73が前記第1弁6のバルブスプール6aと一体に形成されている。
【0034】
また、第2弁8はそのバルブスプール6aが前記操舵軸3の上側軸31と一体的に形成され、バルブボディ6bが前記下側軸33に連結ピンを介して一体回転が可能に連結されており、前記トーションバー32の捩れの範囲内での相対角変位が可能としてある。第2弁8の送油孔64…に接続された第2通路24,24は、第1弁6の送油孔64…に接続された第1通路23,23の中間部に連通しており、該連通部に前記油供給手段9が設けられている。
【0035】
図6はマニホールドの断面図、図7は図6のVII −VII 線の断面図、図8は図7のVIII−VIII線の断面図、図9はマニホールドの弁体を切換えた状態の断面図である。
この油供給手段9は、前記一対の第1通路23,23に連通する一対の第1連通路91,91及び前記一対の第2通路24,24に連通する一対の第2連通路92,92を有する弁箱9aと該弁箱9aに対して第1位置及び第2位置への移動が可能な弁体9bとを有するマニホールド9Aと、前記弁体9bを移動させるソレノイド9Bとによって構成されている。
【0036】
弁箱9aは内部に四角の収容室を有する四角形に形成してあり、その一側面及び他側面に前記第1連通路91,91が設けてあり、また、上面に前記第2連通路92,92が設けてある。さらに、前記収容室に前記弁体9b及び該弁体9bを第2位置へ向けて付勢するコイルバネ93とが収容されており、また、背面に前記ソレノイド9Bの可動鉄心が挿通される貫通孔94が設けてある。
【0037】
弁体9bは、前記第1位置で前記第1通路23,23と連通し、前記第2通路24,24との連通が遮断された一対の第3連通路95,95と、前記第2位置で前記第2通路24,24及び前記アクチュエータ11側の第1通路91,91と連通し、第1弁6側の第1通路91,91との連通が遮断された一対の第4連通路96,96とが設けてある。
【0038】
また、弁体9bには前記貫通孔94に挿通された可動鉄心の先端が結合されている。
【0039】
ソレノイド9Bは前記舵取制御部71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後退移動し、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前進移動する可動鉄心を備えている。
【0040】
以上の如く構成された車両用操舵装置は、舵取制御部71及びモータ72等の駆動手段7が正常である場合、油供給手段9のソレノイド9Bは舵取制御部71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、後退移動した可動鉄心によってマニホールド9Aの弁体9bが第1位置で停止し、一対の第1連通路91,91及び一対の第3連通路95,95が図6に示すように直線状に連通しており、この第1連通路91,91及び第3連通路95,95の連通により一対の第1通路23,23は図6に示すように弁箱9a及び弁体9bを介してその弁体9bの長辺間を直線状に最短距離で貫通している。操舵輪4の操舵に応じて舵取制御部71がモータ72を駆動制御し、該モータ72が第1弁6のバルブスプール6aを一方向又は他方向へと駆動することにより、油圧モータMにより駆動される油圧ポンプPから第1弁6に供給された作動油が一方の第1通路23から一方の第1連通路92及び一方の第3連通路95を介してアクチュエータ11の一方の油室11a又は11bへ供給され、アクチュエータ11の他方の油室11b又は11aは他方の第1通路23、他方の第1連通路91、他方の第3連通路95を介してタンクTへ連通し、他方の油室11b又は11aの作動油はタンクTへ排出される。
【0041】
このとき、油圧ポンプPから第2弁8及び該第2弁8に接続された第2通路24,24には油圧ポンプPから作動油が供給されているが、第2通路24,24の第1通路23,23との連通はマニホールド9Aによって遮断されているため、第2弁8に供給された作動油は油タンクTへ排出される。
【0042】
このようにアクチュエータ11の油室11a,11bへの送給に応じて発生する油圧力がピストンロッド14(舵取軸12)に加えられ、ナックルアーム13,13を押し引きし、車輪A,Aに操舵動作を行わせることができる。
【0043】
また、駆動手段7が正常である場合、操舵輪4の操舵には反力用のモータ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4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71に与えられている。
【0044】
また、前記駆動手段7の例えば舵取制御部71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9Bの電磁コイルへの通電が禁止され、可動鉄心がコイルバネ等によって進出移動し、弁体9bが第2位置へ切換えられる(図9)。この弁体9bの切換えにより、前記第2通路24,24が第2連通路92,92及び第4連通路96,96を介してアクチュエータ11側の第1通路23,23と連通し、油圧ポンプPから第2弁8に供給された作動油が一方の第2通路24から一方の第2連通路92、一方の第4連通路96及びアクチュエータ11側の第1通路23を介してアクチュエータ11の一方の油室11a又は11bへ供給され、アクチュエータ11の他方の油室11b又は11aは他方の第1通路23、他方の第4連通路96、他方の第2連通路92及び他方の第2通路24を介してタンクTへ連通し、他方の油室11b又は11a室の作動油はタンクTへ排出される。
【0045】
このとき、油圧ポンプPから第1弁6及び該第1弁6に接続された第1弁6側の一方の第1通路23には油圧ポンプPから作動油が供給されているが、第1弁6側の第1通路23,23の第2通路24,24との連通はマニホールドによって遮断されているため、第2弁8に供給された作動油は油タンクTへ排出される。
【0046】
このようにアクチュエータ11の油室11a,11bへの送給に応じて発生する油圧力がピストンロッド14(舵取軸12)に加えられ、ナックルアーム13,13を押し引きし、車輪A,Aに操舵動作を行わせることができる。
【0047】
尚、以上説明した実施の形態では、第2弁8を第1弁6とは別個に油圧ポンプPに連通させたが、その他、第1弁6を油圧ポンプPに接続し、第2弁8は第2通路24、油供給手段9、第1通路23及び第1弁6を介して前記油圧ポンプPに連通させ、前記駆動手段7が正常である場合、第2通路24の第1通路23との連通部を油供給手段9が遮断し、駆動手段7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第2通路24の第1通路23との連通部を油供給手段9が開放し、第1弁6に供給された作動油を第1弁6側の第1通路23、マニホールド9A及び一方の第2通路24から第2弁8に供給し、該第2弁8から他方の第2通路24、マニホールド9A及びアクチュエータ11側の第1通路23からアクチュエータ11の油室11a又は11bへと供給し、アクチュエータ11の他方の油室11b又は11aの作動油をアクチュエータ側の第1通路23、マニホールド9A、第2弁8、他方側第2通路24、マニホールド9A、第1弁6側の第1通路23及び第1弁6を介して油圧タンクTへ排出する如く構成してもよい。
【0048】
また、以上説明した実施の形態では、油供給手段9としてマニホールド9A及びソレノイド9Bを備えた構成とし、駆動手段7が故障したとき、マニホールド9Aの弁体9bを自動的に切換えるようにしたが、その他、手動操作で前記弁体9bを切換えるようにしてもよい。
【0049】
また、第1弁6及び第2弁8は、操舵手段の操舵に応じて絞り量を制御することができるものであればその構造は特に制限されない。
【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図である。
【図2】本発明に係る車両用操舵装置の操舵手段側の構成を示す拡大断面図である。
【図3】本発明に係る車両用操舵装置の駆動手段及び第1弁部分の構成を示す拡大断面図である。
【図4】本発明に係る車両用操舵装置の第1弁部分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第2弁部分の拡大断面図である。
【図6】本発明に係る車両用操舵装置のマニホールドの断面図である。
【図7】図6のVII −VII 線の断面図である。
【図8】図7のVIII−VIII線の断面図である。
【図9】本発明に係る車両用操舵装置のマニホールドの弁体を切換えた状態の断面図である。
【符号の説明】
1 舵取機構
11 アクチュエータ
4 操舵手段(操舵輪)
6 第1弁
7 駆動手段
8 第2弁
9 油供給手段
9A マニホールド
9a 弁箱
9b 弁体
23 第1通路
24 第2通路
Claims (1)
- 作動油が給排されるアクチュエータを有し、車輪の向きを変える舵取機構と、作動油の前記アクチュエータへの供給/排出を制御する第1弁と、該第1弁を操舵手段の操舵に応じて駆動させる駆動手段と、前記操舵手段の操舵により駆動されて作動する第2弁と、前記アクチュエータ及び第1弁に連通する一対の第1通路と、一対の第1通路及び前記第2弁に連通する一対の第2通路と、該第2通路の前記第1通路との連通部に設けられ、前記駆動手段による第1弁の駆動に異常が発生したとき前記アクチュエータと第1通路、前記アクチュエータと第2通路を開放/遮断する切換弁とを備えた車両用操舵装置において、前記切換弁は、内側の収容室からその一側面及び他側面を貫通し、一対の前記第1通路に連通する一対の第1連通路と、前記収容室から前記一側面及び他側面の間の上面を貫通し、一対の前記第2通路に連通する一対の第2連通路とを有する弁箱、並びに該弁箱の収容室内に前記開放/遮断する位置へ移動を可能に収容されている弁体を備え、前記弁箱は前記弁体の移動方向に直交する断面において矩形の収容室を有するように形成してあり、前記弁体は前記収容室に収容される断面矩形に形成され、一対の前記第1通路は前記弁箱及び弁体を介してその弁体の長辺間を直線状に最短距離で貫通していることを特徴とする車両用操舵装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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