JP5419564B2 - ステアバイワイヤ式操舵装置 - Google Patents
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また、前輪系統または後輪系統における左右輪を独立に転舵するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、異常時に前記左右輪のそれぞれをトーインあるいはトーアウト状態に制御して制動力を得る方法が提案されている(特許文献2)。
また、特許文献2に開示の技術は、各輪を独立に転舵する方法であるが、異常が生じた車輪は制御不能になるため、正常に転舵して危険回避する動作が取れないという問題がある。
この構成によると、切換機構により、転舵用モータが失陥したときに、転舵用モータを転舵動力伝達機構から切り離し、かつ転舵軸の回転を止め、転舵用モータに代えてトー角調整用モータの回転を転舵動力伝達機構に伝えて転舵可能とすることにより、転舵用モータ失陥時でも転舵可能なフェールセーフ機能を持たせることができる。また、切換機構により、トー角調整用モータが失陥したときに、転舵軸の回転を止めて転舵用モータによる転舵のみ行わせることにより、トー角調整用モータ失陥時にトー角調整機構を固定して安全に走行できる。これら転舵用モータ失陥時およびトー角調整用モータ失陥時における転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構の動力伝達系統を切り換える一連の動作は、直動アクチュエータで転舵用およびトー角調整用の各中間軸を軸方向に移動させることにより伝動係脱機構で行われる。
転舵用モータおよびトー角調整用モータのいずれか一方、または両方に、中空モータを用いることにより、ステアバイワイヤ式操舵装置の各構成部品を狭いスペースに無理なく配置することができ、全体の構成をコンパクトにできる。特に、転舵用中間軸とトー角調整用中間軸とを同軸心上にかつ軸方向移動自在に配置し、これら両中間軸を直動アクチュエータで一緒に軸方向に移動させることで、伝動係脱機構により一連の動作を行わせる構成としたことにより、切換機構をコンパクトにできる。
この構成によれば、直動アクチュエータで両中間軸を軸方向に移動させて、トー角調整用中間軸をトー角調整用モータから切り離した後、転舵用中間軸を転舵用モータから切り離してトー角調整用モータに結合する過程の中で、転舵用中間軸が転舵用モータから切り離されずに、トー角調整用中間軸のみがトー角調整用モータから切り離された状態を生じるため、直動アクチュエータの移動量を調節することで、トー角調整用モータが失陥したときに、転舵用モータと転舵動力伝達機構を切り離さずにトー角調整用モータとトー角調整動力伝達機構の切り離しを行うことができる。
このように伝動係脱機構が第1ないし第3の伝動係脱機構を有する構成であれば、転舵用モータ失陥時およびトー角調整用モータ失陥時に転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構の動力伝達系統を切り換える一連の動作を確実に行える。
この構成とすることにより、トー角調整用モータ失陥時における転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構の動力伝達系統の切換が確実なものとなる。
この構成とすれば、転舵用モータ、転舵用回転部材、および転舵用中間軸をコンパクトに配置できる。
直動アクチュエータがばね部材とばね係脱機構とでなっていれば、直動アクチュエータの動力源を不要にできる。
ばね係脱機構を障害物と障害物取り除き機構とで構成すれば、ばね係脱機構を簡素な構造にできる。
この構成とすれば、障害物取り除き機構を簡素な構造にできる。
ばね係脱機構が、直線・回転運動変換機構と回転規制機構とでなっている場合も、ばね係脱機構を簡素な構造にできる。
直線・回転運動変換機構をボールねじとすれば、ばね部材の直線運動を確実に回転運動に変換できる。
回転規制機構を突起物、レバー、および直動式のアクチュエータで構成すれば、直線・回転運動変換機構の回転運動を確実に規制できる。
転舵用中間軸とトー角調整用中間軸の軸端間にスラスト軸受を介在させれば、直動アクチュエータにより両中間軸を一緒に軸方向移動させることを可能としながら、両中間軸を互いに相対回転可能にできる。
互いに噛み合う内歯のスプラインと外歯のスプラインとによれば、転舵用動力伝達機構およびトー角調整用動力伝達機構と両中間軸との動力伝達の係脱を容易に行える。
また、前記スプラインを構成するスプライン歯の断面形状を、係脱側の軸方向先端部を除いて台形状とし、かつこのスプライン歯の係脱側の軸方向先端部の断面形状を三角形状としても良い。
いずれであっても、転舵用動力伝達機構およびトー角調整用動力伝達機構と両中間軸との動力伝達の係脱を円滑に行うことができる。
この構成とすれば、転舵用モータの失陥時およびトー角調整用モータの失陥時に、失陥対応制御手段により切換機構を適正に動作させることができる。また、転舵用モータの失陥時に、補正動作制御手段により、トー角調整用中間軸を軸方向に押しながら、トー角調整用モータでトー角調整用中間軸を、ハウジングのスプライン歯に噛み合うトー角調整用中間軸のスプライン歯の1ピッチ分以上回転させることで、ハウジングのスプライン歯とトー角調整用中間軸のスプライン歯の位相を揃えられる。このような補正動作を行わせることで、トー角調整用中間軸のハウジングへの固定を誤動作無く円滑に行うことができる。
トー角調整用中間軸のトー角調整用モータからの切り離しよりも先に、トー角調整用中間軸の回転が固定されれば、転舵のための駆動源を転舵用モータからトー角調整用モータに切り換える動作が完了してから、トー角調整動力伝達機構を固定する動作が行なわれる。そのため、これらの動作を誤動作なく正確に行うことができる。
転舵用中間軸およびトー角調整用中間軸が基準位置にあるときは、トー角調整中間軸のスプライン歯とトー角調整用駆動側部材のスプライン歯とが噛み合い、トー角調整用モータとトー角調整用中間軸とが動力的に結合されている。転舵用中間軸およびトー角調整用中間軸が転舵用モータ失陥時位置にあるときは、トー角調整中間軸のスプライン歯がトー角調整用駆動側部材のスプライン歯から外れ、新たに転舵用中間軸のスプライン歯がトー角調整用駆動側部材のスプライン歯に噛み合い、トー角調整用モータと転舵用中間軸とが動力的に結合される。転舵用中間軸のトー角調整用中間軸に対向する側の先端に前記突出部が設けられていれば、転舵用中間軸およびトー角調整用中間軸が基準位置から転舵用モータ失陥時位置に位置切換するときに、突出部の軸方向長さ分だけ、先にトー角調整中間軸のスプライン歯がトー角調整用駆動側部材のスプライン歯から外れ、その後で転舵用中間軸のスプライン歯がトー角調整用駆動側部材のスプライン歯に噛み合う。つまり、トー角調整用モータとトー角調整用中間軸と動力的な結合が解除されてから、トー角調整用モータと転舵用中間軸とが動力的に結合されることとなり、この伝動系統の切換動作が円滑に行える。
第1伝動係脱機構71は、転舵用回転部材である転舵用モータ6の中空モータ軸20と、転舵用中間軸21と、トー角調整用駆動側部材である第1中間ギヤ33とでなる。両中間軸21,35が図2および図3に示す基準位置にあるとき、ならびに図4および図5に示すトー角調整用モータ失陥時位置にあるときは、中空モータ軸20のスプライン歯20aと転舵用中間軸21のスプライン歯21aが互いに噛み合ってスプライン嵌合部27を構成することにより、中空モータ軸20と転舵用中間軸21とが結合する。両中間軸21,35が図6および図7に示す転舵用モータ失陥時では、転舵用中間軸21のスプライン歯21aが中空モータ軸20のスプライン歯20aから外れ、転舵用中間軸21のスプライン歯21aが第1中間ギヤ33のスプライン歯33aと噛み合ってスプライン嵌合部74を構成することにより、転舵用中間軸21が第1中間ギヤ33と結合する。
2…操舵角センサ
5a…ステアリング制御手段
5b…失陥対応制御手段
5c…補正動作制御手段
6…転舵用モータ
7…トー角調整用モータ
10…転舵軸
17…切換機構
18…転舵動力伝達機構
19…ハウジング
20…中空モータ軸(転舵用回転部材)
20a,33a,37a,75a…内歯のスプライン歯
21…転舵用中間軸
21a,35a,35b…外歯のスプライン歯
30…トー角調整動力伝達機構
31…中空モータ軸
33…第1中間ギヤ(トー角調整用駆動側部材)
35…トー角調整用中間軸
37…第2中間ギヤ(トー角調整用従動側部材)
47…直動アクチュエータ
49…伝動係脱機構
51…ばね部材
52…ばね係脱機構
53…直線・回転運動変換機構
54…回転規制機構
58…ボールねじ軸
59…ボールナット
60…突起物
61…レバー(障害物)
62…回転規制駆動源(直動式のアクチュエータ)
71…第1伝動係脱機構
72…第2伝動係脱機構
73…第3伝動係脱機構
76…突出部
B…障害物取り除き機構
Claims (19)
- 軸方向移動により操舵輪を転舵させ、かつ回転によって操舵輪のトー角を変える転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータの回転により前記転舵軸を軸方向に移動させる転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータの回転により前記転舵軸を回転させるトー角調整動力伝達機構と、前記操舵角センサの検出する操舵角を基に転舵角の指令信号およびトー角の指令信号を生成し、これら指令信号を前記転舵用モータおよびトー角調整用モータにそれぞれ与えるステアリング制御手段とを備えるステアバイワイヤ式操舵装置において、
前記転舵用モータが失陥したときに、前記転舵用モータを前記転舵動力伝達機構から切り離し、かつ前記転舵軸の回転を止め、前記転舵用モータに代えて前記トー角調整用モータの回転を前記転舵動力伝達機構に伝えて転舵可能とし、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記転舵軸の回転を止めて前記転舵用モータによる転舵のみ行わせる切換機構を設け、
この切換機構は、
前記転舵動力伝達機構に設けられて前記転舵用モータの回転を伝達する転舵用中間軸と、前記トー角調整動力伝達機構に設けられて前記トー角調整用モータの回転を伝達するトー角調整用中間軸とを、同軸心上にかつ軸方向移動自在に配置し、前記両中間軸を一緒に軸方向に移動させる直動アクチュエータを設け、前記転舵用モータが失陥したときに、前記直動アクチュエータで両中間軸を軸方向に移動させることにより、前記トー角調整用中間軸を前記トー角調整用モータから切り離した後、前記転舵用中間軸を前記転舵用モータから切り離して前記トー角調整用モータに結合して、このトー角調整用モータで転舵可能とし、前記トー角調整動力伝達機構の回転を固定するという一連の動作を行う伝動係脱機構を有するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。 - 請求項1において、前記切換機構は、
前記直動アクチュエータで前記両中間軸を軸方向に移動させて、前記トー角調整用中間軸を前記トー角調整用モータから切り離した後、前記転舵用中間軸を前記転舵用モータから切り離して前記トー角調整用モータに結合する過程の中で、前記転舵用中間軸が前記転舵用モータから切り離されずに、前記トー角調整用中間軸のみが前記トー角調整用モータから切り離された状態が生じ、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記直動アクチュエータの移動量を調節することで、前記転舵用モータと前記転舵動力伝達機構を切り離さずに前記トー角調整用モータと前記トー角調整動力伝達機構の切り離しを行うものであるステアバイワイヤ式操舵装置。 - 請求項1または請求項2において、前記直動アクチュエータによって前記両中間軸を軸方向の基準位置および転舵用モータ失陥時位置の各位置に位置切換し、
前記切換機構は、
前記転舵用中間軸の外周に位置して前記転舵用モータで回転させられる転舵用回転部材と、前記トー角調整用中間軸の外周にそれぞれ位置して前記トー角調整用モータで回転させられるトー角調整用駆動側部材、およびトー角調整用中間軸の回転を下流側へ伝えるトー角調整用従動側部材とを設けたものであり、
前記伝動係脱機構として、
前記両中間軸が前記基準位置にあるときに、前記転舵用中間軸を前記転舵用回転部材に結合し、前記転舵用モータ失陥時位置では、前記転舵用中間軸を前記転舵用回転部材から外して前記トー角調整用駆動側部材に結合させる第1伝動係脱機構と、
前記両中間軸が前記基準位置にあるときに、前記トー角調整用中間軸を前記トー角調整用駆動側部材に結合し、前記転舵用モータ失陥時位置では、前記トー角調整用中間軸と前記トー角調整用駆動側部材との結合を外す第2伝動係脱機構と、
前記両中間軸が前記基準位置にあるときに、前記トー角調整用中間軸を前記トー角調整用従動側部材に結合し、かつ前記転舵軸を支持するハウジングに対しては非結合とし、前記転舵用モータ失陥時位置では、前記トー角調整用中間軸を前記ハウジングに結合させる第3伝動係脱機構とを有するものである、
ステアバイワイヤ式操舵装置。 - 請求項3において、前記直動アクチュエータによって前記両中間軸を、前記基準位置、前記転舵用モータ失陥時位置、およびこれら基準位置と転舵用モータ失陥時位置の中間に位置するトー角調整用モータ失陥時位置の各位置に位置切換し、前記両中間軸が前記トー角調整用モータ失陥時位置にある状態では、
前記第1伝動係脱機構は、前記転舵用回転部材に対する結合が外れず、
前記第2伝動係脱機構は、前記トー角調整用駆動側部材から外れ、
前記第3伝動係脱機構は、前記ハウジングに結合される、
ステアバイワイヤ式操舵装置。 - 請求項3または請求項4において、前記転舵用モータに中空モータを用い、その中空モータ軸を前記転舵用回転部材とし、この中空モータ軸に前記転舵用中間軸を挿通したステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、前記直動アクチュエータが、前記両中間軸を軸方向に付勢するばね部材と、このばね部材を圧縮状態に保持して中間軸に対する付勢を不能とする無付勢状態と、前記圧縮状態の保持を開放させてばね部材による付勢を可能にする状態とに切り換えるばね係脱機構とでなるステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項6において、前記ばね係脱機構が、ばね部材の直線運動範囲内またはばね部材と共に直線運動をする部材の運動範囲内に配されて直線運動を妨げる障害物と、その障害物を取り除くことで、ばね部材を圧縮状態から開放する障害物取り除き機構とでなるステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項7において、前記障害物取り除き機構が、ばね部材の直線運動範囲内またはばね部材と共に直線運動をする部材の運動範囲内に突出させた障害物を、直動式のアクチュエータにより取り去るものであるステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項6において、前記ばね係脱機構が、ばね部材の直線運動を回転運動に変換する直線・回転運動変換機構と、この直線・回転運動変換機構の回転運動を規制する回転規制機構とでなるステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項9において、前記直線・回転運動変換機構がボールねじであるステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項9において、前記回転規制機構が、回転軸に設けた突起物、この突起物に引っ掛かることで回転を止める役割を果たすレバー、およびこのレバーを作動させる直動式のアクチュエータで構成されるステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項1ないし請求項11のいずれか1項において、前記転舵用中間軸と前記トー角調整用中間軸の軸端間にスラスト軸受を介在させたステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項3ないし請求項5のいずれか1項において、前記伝動係脱機構における前記転舵用動力伝達機構およびトー角調整用動力伝達機構と両中間軸との動力伝達の係脱が、互いに噛み合う内歯のスプラインと外歯のスプラインとによるものであるステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項13において、前記転舵用回転部材と、前記トー角調整用駆動側部材と、前記ハウジングのスプライン形成部とが、前記転舵用中間軸と前記トー角調整用中間軸の並び方向に並び、前記第1伝動係脱機構が、前記転舵用回転部材の内周に形成された内歯のスプラインと、前記トー角調整用駆動側部材の内周に形成された内歯のスプラインと、前記転舵用中間軸の外周に設けられ、前記転舵用中間軸が前記基準位置にあるときに前記転舵用回転部材の内歯のスプラインに噛み合い、かつ前記転舵用モータ失陥位置では前記転舵用回転部材の内歯のスプラインから外れて前記トー角調整用駆動側部材の内歯のスプラインに噛み合う外歯のスプラインとでなり、前記第2伝動係脱機構が、前記トー角調整用駆動側部材の内歯のスプラインと、前記トー角調整用中間軸の外周に設けられ、前記基準位置にあるときに前記トー角調整用駆動側部材の内歯のスプラインに噛み合い、かつ前記転舵用モータ失陥位置では前記トー角調整用駆動側部材の内歯のスプラインから外れる外歯のスプラインとでなり、前記第3伝動係脱機構が、前記トー角調整用従動側部材の内周に設けられた内歯のスプラインと、前記ハウジングに設けられた内歯のスプラインと、前記トー角調整用中間軸の外周に設けられ、前記基準位置にあるときに前記トー角調整用従動側部材の内歯のスプラインに噛み合い、かつ前記転舵用モータ失陥位置では前記トー角調整用従動側部材の内歯のスプラインおよび前記ハウジングの内歯のスプラインの両方に噛み合う外歯のスプラインとでなるステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項13または請求項14において、前記スプラインを構成するスプライン歯の係脱側の軸方向先端部の形状を、両側面間の開き角度が鋭角となる先狭まり形状としたステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項13または請求項14において、前記スプラインを構成するスプライン歯の断面形状を、係脱側の軸方向先端部を除いて台形状とし、かつこのスプライン歯の係脱側の軸方向先端部の断面形状を三角形状としたステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項13ないし請求項16のいずれか1項において、前記転舵用モータの失陥、および前記トー角調整用モータの失陥の検出に応答して前記切換機構を動作させる失陥対応制御手段を設け、かつ前記転舵用モータの失陥の検出に応答して切換機構の前記第3伝動係脱機構を動作させるときに、前記トー角調整用中間軸を軸方向に押しながら、前記トー角調整用モータで前記トー角調整用中間軸を、前記ハウジングのスプライン歯に噛み合うトー角調整用中間軸のスプライン歯の1ピッチ分以上回転させる補正動作制御手段を設けたステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項13ないし請求項16のいずれか1項において、前記第3伝動切換機構は、前記両中間軸が前記基準位置から前記転舵用モータ失陥時位置で軸方向移動する過程で、前記トー角調整用中間軸の前記トー角調整用モータからの切り離しよりも先に、前記トー角調整用中間軸の回転の固定が生じるように動作するステアバイワイヤ式操舵装置。
- 請求項13ないし請求項18のいずれか1項において、前記転舵用中間軸の前記トー角調整用中間軸に対向する側の先端に、前記転舵用モータ失陥時において前記トー角調整用駆動側部材のスプライン歯と噛み合う転舵用中間軸のスプライン歯よりも軸端側に突出させて、外径が前記転舵用中間軸のスプライン歯の歯底半径以下である突出部を設けたステアバイワイヤ式操舵装置。
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