JP4115286B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、緊急時に、ハンドル側と操舵輪側とを機械的に連結するフェールセーフ機能を備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
緊急時にハンドル側と操舵輪側とを機械的に連結するフェールセーフ機能を備えた電動パワーステアリング装置として、例えば特許文献1に記載されたものが従来から知られている。
この従来の電動パワーステアリング装置は、図3に示すように、ハウジング2によって駆動軸3を回転自在に支持するとともに、この駆動軸3の一端にハンドル4を固定している。また、上記ハウジング2には、トルクセンサ24とロータリエンコーダ25とを設け、上記トルクセンサ24によって入力トルクを検出し、ロータリエンコーダ25によってハンドル4の操作角を検出するようにしている。そして、上記トルクセンサ24及びロータリエンコーダ25は、インターフェース回路71を介して制御部7に接続している。
【0003】
上記駆動軸3の他端には、入力側伝動輪26を固定するとともに、この伝動輪26に、伝動ケーブル8を介して出力側伝動輪21を連係させている。図4は、これら入力側伝動輪26と出力側伝動輪21との連係構造を具体的に示したものであり、両伝動輪26,21間にかけ渡した伝動ケーブル8は、案内筒8a,8bによってガイドされている。そして、いずれか一方の伝動輪が回転すると、それに応じて伝動ケーブル8が引っ張られて、他方の伝動輪が回転するようにしている。
【0004】
上記出力側伝動輪21は、図3に示すように、反力用モータ6の出力軸に連係した伝動軸20の上側部分20aに固定している。
上記反力用モータ6は、ハンドル4に適度な反力を付与するものであり、駆動回路61からの制御電流に応じて作動する。また、上記駆動回路61は、制御部7によって制御するようにしている。
【0005】
上記伝動軸20の上側部分20aは、クラッチ9を介して下側部分20bに連結可能にしている。ただし、上記クラッチ9は、通常、非連結状態を保っていて、非常時にのみ、伝動軸20の上側部分20aと下側部分20bとを連結させる。
なお、上記伝動軸20の下側部分20bは、舵取機構1のハウジング13に設けた筒部14によって回転自在に支持されている。
【0006】
一方、上記舵取機構1は、そのハウジング13内に電動モータ5とこの電動モータ5の作動に応じて軸線方向に移動する舵取軸11とを組み込んでいる。また、上記電動モータ5は、制御部7によって制御される駆動回路51からの通電によって作動するようにしている。
また、上記舵取軸11には、図示していないラックを形成するとともに、このラックに上記下側部分20bに設けた図示していないピニオンを噛みあわせている。また、この舵取軸11の両端を、ハウジング13から突出させるとともに、この突出させた部分にナックルアーム12,12を介して操舵輪A,Aを連係させている。
【0007】
図中符号22は、伝動軸20の回転量及び回転方向を検出するロータリエンコーダであり、符号23,23は、舵取軸11の軸線方向の移動量を検出するストロークセンサである。そして、これらロータリエンコーダ22およびストロークセンサ23,23も、インターフェース回路71を介して制御部7に接続されている。
【0008】
上記のようにした従来の装置は、ドライバーがハンドル4を操作すると、そのときの入力トルクや操舵角等の操舵情報が、トルクセンサ24及びロータリエンコーダ25によって検出されて、この操舵情報がインターフィエース回路71を介して制御部7に入力される。制御部7は、入力された操舵情報に基づいて、所定の信号を駆動回路51に出力し、駆動回路51からの制御電流によって電動モータ5が作動する。そして、この電動モータ5が作動することによって、所定の方向に操舵輪A,Aが転舵することになる。
【0009】
また、制御部7は、上記操舵情報に基づいて、所定の信号を駆動回路61にも出力する。そして、駆動回路61からの制御電流によって、反力用モータ6が作動する。このように反力用モータ6が作動すれば、出力側伝動輪21が回転して、この出力側伝動輪21の回転が、伝動ケーブル8を介して入力側伝動輪26に伝達されて、操舵反力としてハンドル4に作用することになる。つまり、ハンドル4が、車輪A,A側と機械的に連係されていなくても、ハンドル4を握るドライバーに適度な操舵反力が伝わるようにしている。
【0010】
一方、故障などによって、電動モータ5が作動しなくなった場合には、クラッチ9が作動して、伝動軸20の上側部分20aと下側部分20bとを連結する。このようにすれば、ハンドル4と車輪A,Aとが機械的に連係するので、ハンドル4を操作することによって、操舵輪A,Aを転舵することができる。つまり、クラッチ9によって、緊急時にのみハンドル4側と操舵輪A,A側とを連結するようにしている。
【0011】
【特許文献1】
特開2002−225733号公報(第4頁、図1,図2)
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置は、ハンドル4側と操舵輪A,A側とを機械的に連結するために、入力側伝動輪26と出力側伝動輪21と伝動ケーブル8とからなる伝達機構を用いているが、車体に組み付けるときに、この伝達機構が他の機器に干渉することがあった。すなわち、上記伝達機構は、伝動ケーブル8をかけ渡すための出力側伝動輪21と入力側伝動輪26とを必要とし、しかも、これら両伝動輪21,26間には、伝動ケーブル8をガイドする2本の案内筒8a,8bを有しているために、機構全体が大型化しやすくなっている。そのため、車体に組み付けるときに、伝達機構が他の機器に干渉することがあり、車種によっては設計変更しないと組み付けることができないという不便さがあった。
【0013】
また、上記伝達機構は、車体に組み付けるときに調整することが難しいため、一つのユニットとして車体に取り付けるようにしているが、両伝動輪21,26を通すための開口等を車体側に形成しなければならないので、その分、加工コストが高くなるという問題もあった。
この発明の目的は、他の機器に干渉しにくく、しかも、車体側に大きな開口等を形成する必要のない電動パワーステアリング装置を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、ハンドルに操舵反力を付与する疑似反力機構と、操舵輪を転舵する転舵力発生機構とを備えてなり、上記疑似反力機構は、反力用モータと、この反力用モータの出力軸をハンドルに固定した入力軸に連係する入力側減速機構とからなる一方、上記転舵力発生機構は、転舵用モータと、この転舵用モータの出力軸を、当該出力軸の回転運動を操舵ロッドの軸線方向の運動に変換する出力シャフトに連係した出力側減速機構とからなり、上記入力側減速機構中および出力側減速機構中において高回転・低トルク側の反力用モータの出力軸及び転舵用モータの出力軸を、電磁クラッチを介してフレキシブルシャフトにそれぞれ連係させたことを特徴とする。
【0016】
第2の発明は、上記第1の発明において、電磁クラッチは、フェールセーフ時及び電源OFF時に無励磁状態になって連結する構成にしたことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1,図2にこの発明の一実施形態を示す。
図1に示すように、一端にハンドル30を固定した入力軸31の他端には、ウォームホィール32を固定するとともに、このウォームホィール32を、ウォーム33にかみ合わせている。このウォーム33は、反力用モータ34の出力軸35に固定したものであって、反力用モータ34が作動すると、それによってハンドル30に疑似反力が作用するようにしている。
なお、上記反力用モータ34の出力は、図示していないコントローラによって制御するようにしている。
また、上記ウォームホィール32とウォーム33とによって入力側減速機構Bを構成し、この入力側減速機構Bと反力用モータ34とによって疑似反力機構を構成している。
【0018】
一方、両端に操舵輪A,Aを連係した操舵ロッド36に、ラック37を形成するとともに、このラック37にピニオン38をかみ合わせている。このピニオン38は、他端にウォームホィール39を固定した出力シャフト40の一端に固定されたものであり、出力シャフト40とともにこのピニオン38が回転すると、その回転運動が操舵ロッド36の軸線方向の運動に変換されて、操舵輪A,Aが所定の方向に転舵されることになる。
【0019】
上記ウォームホィール39は、転舵用モータ41の出力軸42に固定したウォーム43にかみ合わせている。したがって、転舵用モータ41の作動によってウォーム43を回転させれば、出力シャフト40がウォームホィール39とともに回転して、操舵ロッド36が軸線方向に移動することになる。
なお、転舵用モータ41の出力は、図示していないコントローラによって制御するようにしている。
また、上記ウォームホィール39とウォーム43とによって出力側減速機構Cを構成し、この出力側減速機構Cと転舵モータ41とによって転舵力発生機構を構成している。
【0020】
上記反力用モータ34の出力軸35の先端には、電磁クラッチ44を設けるとともに、この電磁クラッチ44を介して出力軸35とフレキシブルシャフトFの一端とを連結可能にしている。
上記電磁クラッチ44は、図示してないコントローラによって制御されているが、通常の走行状態にあるとき、出力軸35とフレキシブルシャフトFとの連係を切断し、故障等が発生した場合、すなわちフェールセーフ時と、電源OFF時に無励磁状態になり、出力軸35とフレキシブルシャフトFの一端とが連結するようにしている。
【0021】
上記フレキシブルシャフトFの他端にも、電磁クラッチ45を設けている。そして、この電磁クラッチ45を介してフレキシブルシャフトFの他端と出力軸42とを連結可能にしている。ただし、上記電磁クラッチ45も、コントローラによって制御されていて、通常の走行状態にあるとき、出力軸42とフレキシブルシャフトFとの連係を切断し、故障等が発生した場合、すなわちフェールセーフ時と、電源OFF時に無励磁状態になり、出力軸42とフレキシブルシャフトFとが連結するようにしている。
【0022】
上記フレキシブルシャフトFは、図2に示すように、芯線46と、この芯線46の外周にワイヤ47を螺旋状に巻き付けた第1層と、この第1層の外周にワイヤ48を螺旋状に巻き付けた第2層とからなり、上記第1層のワイヤ47の巻き付け方向と、第2層のワイヤ48の巻き付け方向とを逆の関係にしている。このようにしたフレキシブルシャフトFは、一端側を回転させるとその回転トルクが他端側に伝わるトルク伝達機能と、自在に折り曲げることができるだけの可撓性を備えている。
【0023】
したがって、転舵用モータ41の故障などによって操舵輪A,Aが転舵不能になった場合に、このフレキシブルシャフトFの一端が電磁クラッチ44を介して出力軸35に連結し、このフレキシブルシャフトFの他端が電磁クラッチ45を介して出力軸42に連結すれば、ハンドル30を操作することによって、操舵輪A,Aを転舵させることができる。つまり、ハンドル30から入力した回転トルクを、フレキシブルシャフトFを介して操舵輪A,A側に伝達することができる。
【0024】
また、ハンドル30側と操舵輪A,A側とを、トルク伝達機能と可撓性とを有する1本のフレキシブルシャフトFによって連結する構成にしたので、このフレキシブルシャフトFが他の機器に干渉することがほとんどない。
したがって、車体への組み付け作業がやりやすくなり、車種に応じて設計変更をしなければならないといった不便さも解消することができる。また、車体には、フレキシブルシャフトFを通すための孔が開いていればいいので、伝動輪を通す大きな開口等を形成しなければならなかった前記従来例に比べて、加工コストも安く抑えることができる。
【0025】
一方、電源がOFFになった場合にも、電磁クラッチ44,45が無励磁状態になるので、ハンドル30と操舵輪A,Aとが機械的に連係するが、このようにしたのは、ハンドル30の中立位置と操舵輪A,Aの中立位置とのずれを防止するためである。すなわち、電源がONになっている間は、ハンドル30の中立位置と操舵輪A,Aの中立位置との関係が、図示していないコントローラによって制御されているが、電源をOFFにすると、これら中立位置の関係は制御されなくなる。このような状況において、仮に、ハンドル30と操舵輪A,Aとの機械的な連係が遮断されていると、ハンドル30を操舵しても操舵輪A,Aが動かないために、これら両者の中立位置の関係にずれが生じる。このずれは、電源をONにしても解消されない。つまり、ハンドル30の中立位置と操舵輪A,Aの中立位置との関係はずれたままとなる。このようにハンドル30の中立位置と操舵輪A,Aとの中立位置がずれていると、運転しにくいという不都合が生じる。
そこで、この実施形態では、電源をOFFにしたときに、フレキシブルシャフトFを介してハンドル30と操舵輪A,Aとを機械的に連係することにより、上記不都合を防止するようにしている。
【0026】
なお、上記実施形態では、フレキシブルシャフトFの両端に電磁クラッチ44,45を設けているが、電磁クラッチはいずれか一方だけでもよい。ただし、電磁クラッチをいずれか一方にすると、通常の走行時においても、フレキシブルシャフトFが回転することになるので、それによって騒音の発生や、無負荷でありながらもフレキシブルシャフトFを回転するだけの作動抵抗が発生するおそれがある。
これに対して上記実施形態のように、フレキシブルシャフトFの両端に電磁クラッチ44,45を設ければ、通常の走行時に、フレキシブルシャフトFは回転しないので、騒音やフレキシブルシャフトFの回転による作動抵抗が発生することがない。
【0027】
また、この実施形態によれば、入力側減速機構Bと出力側減速機構Cとを設けるとともに、高回転・低トルク側であるモータ34,41の出力軸35,42にフレキシブルシャフトFを連結する構成にしているため、フレキシブルシャフトFに作用する回転トルクは小さい。フレキシブルシャフトFに作用する回転トルクが小さければ、このフレキシブルシャフトFの強度も低くすることができるので、その直径を小さくすることができる。そして、フレキシブルシャフトの直径を小さくすれば、可撓性も向上するので、他の機器との干渉を、より低減することができる。また、車体側に形成する孔もさらに小さくて足りるので、加工コストをより下げることができる。
【0028】
さらに、上記実施形態では、フレキシブルシャフトFの一端側を反力用モータ34の出力軸35に連結し、フレキシブルシャフトFの他端側を転舵用モータ41の出力軸42に連結するようにしているが、フレキシブルシャフトFの一端を入力軸31に連結し、フレキシブルシャフトFの他端を出力シャフト40に連結するようにしてもよい。つまり、フレキシブルシャフトFは、疑似反力機構の軸系統と転舵力発生機構の軸系統とを連結する構成であればよい。
ただし、この実施形態のように、高回転・低トルク側であるモータ34,41の出力軸35,42にフレキシブルシャフトFを連結する構成にすれば、上記したように減速機構B,CによってフレキシブルシャフトFに作用する回転トルクを小さくすることができるので、それによる上記効果を期待することができる。
【0029】
【発明の効果】
第1の発明によれば、疑似反力機構の軸系統と転舵力発生機構の軸系統とをフレキシブルシャフトによって連結する構成にしたので、装置自体が小型化できるとともに、車体への組み付け作業性が向上し、車種に応じて設計変更をしなければならないといった不便さも解消できる。また、車体には、フレキシブルシャフトFを通すための孔が開いていればいいので、大きな開口等を形成しなければならなかった前記従来例に比べて、加工コストも安く抑えることができる。
【0030】
また、両モータの出力軸を減速機構中において高回転・低トルク側にするとともに、高回転・低トルク側である反力用モータの出力軸にフレキシブルシャフトの一端を連結し、高回転・低トルク側である転舵用モータの出力軸にフレキシブルシャフトの他端を連結する構成にしたので、フレキシブルシャフトに作用する回転トルクが小さくなる。そのため、フレキシブルシャフトFの直径を小さくすることができ、その分、他の機器との干渉をより低減することができる。また、車体側に形成する孔もさらに小さくて足りるので、加工コストをより下げることができる。
【0031】
第2の発明によれば、電源OFF時にも、電磁クラッチを連結する構成にしたので、電源OFF時にハンドルを操作したとしても、このハンドルの中立位置と転舵力発生機構側の中立位置とのずれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の模式図である。
【図2】フレキシブルシャフトFの部分断面図である。
【図3】従来例の構造図である。
【図4】従来例の要部説明図である。
【符号の説明】
30 ハンドル
B 入力側減速機構
C 出力側減速機構
F フレキシブルシャフト
46 芯線
47 第1層を構成するワイヤ
48 第2層を構成するワイヤ
34 反力用モータ
35 出力軸
41 転舵用モータ
42 出力軸
44 電磁クラッチ
45 電磁クラッチ
Claims (2)
- ハンドルに操舵反力を付与する疑似反力機構と、操舵輪を転舵する転舵力発生機構とを備えてなり、上記疑似反力機構は、反力用モータと、この反力用モータの出力軸をハンドルに固定した入力軸に連係する入力側減速機構とからなる一方、上記転舵力発生機構は、転舵用モータと、この転舵用モータの出力軸を、当該出力軸の回転運動を操舵ロッドの軸線方向の運動に変換する出力シャフトに連係した出力側減速機構とからなり、上記入力側減速機構中および出力側減速機構中において高回転・低トルク側の反力用モータの出力軸および転舵用モータの出力軸を、電磁クラッチを介してフレキシブルシャフトにそれぞれ連係させたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 電磁クラッチは、フェールセーフ時及び電源OFF時に無励磁状態になって連結する構成にしたことを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
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