JP2004351975A - ステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構およびステアバイワイヤシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】電気系統の故障による影響が小さく、またコンパクトな構成を可能にするステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構の提供
【解決手段】本発明に係るステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構は、自動車ハンドルであるステアリングホイール１に連結された第１シャフト２と、ステアリングギア３に連結された第２シャフト４の間に装備されるステアバイワイヤ機構のクラッチ５に、操作レバー６０を回動させる簡単な操作でテーパころ５３を楔係合させる機構を備えたものを採用し、ステアバイワイヤシステムの不具合を、異常検知センサ１１が検知し、クラッチ切替用アクチュエータ１３を介してクラッチ５を操作し、第１シャフト２と第２シャフト４とを連結させて、ステアリングギア３を直接操舵可能にするように構成したものである。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係るステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構は、自動車ハンドルであるステアリングホイール１に連結された第１シャフト２と、ステアリングギア３に連結された第２シャフト４の間に装備されるステアバイワイヤ機構のクラッチ５に、操作レバー６０を回動させる簡単な操作でテーパころ５３を楔係合させる機構を備えたものを採用し、ステアバイワイヤシステムの不具合を、異常検知センサ１１が検知し、クラッチ切替用アクチュエータ１３を介してクラッチ５を操作し、第１シャフト２と第２シャフト４とを連結させて、ステアリングギア３を直接操舵可能にするように構成したものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じたときに、ステアリングホイールに連結されたシャフトとステアリングギアに連結されたシャフトを連結し、ステアリングホイールにより直接操舵可能にするステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構及びこのフェールセーフ機構を備えたステアバイワイヤシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、未だ市販されていないが、各所で自動車ハンドルであるステアリングホイールと操舵車輪であるステアリングギアが機械的に連結していないステアバイワイヤの開発が進んでいる。これは、車速検知による車輪舵角の自動制御を可能にしたり、車内レイアウトの自由度を増大させたりする等のメリットがあり、また車両のより安定した走行や運転性向上を可能にするものとして期待されている。
【０００３】
斯かるステアバイワイヤの一例を図１０に基づいて説明する。ステアバイワイヤ１００は、図１０に示すように、自動車ハンドルであるステアリングホイール１１０と、ステアリングホイール１１０に連結されたシャフト１２０と、操舵車輪であるステアリングギア１３０と、ステアリングギア１３０に連結されたシャフト１４０と、前記シャフト１２０に装着された反力シミュレータ１５０と、前記シャフト１４０に装着された操舵アクチュエータ１６０と、前記シャフト１２０とシャフト１４０との間に装着されたバックアップ用のクラッチ１７０と、前記反力シミュレータ１５０、操舵アクチュエータ１６０及びクラッチ１７０を制御するコントローラ１８０とを備えている。
【０００４】
このステアバイワイヤ１００は、適時にクラッチ１７０によるステアリングホイール１１０とステアリングギア１３０の連結を解除して、ステアリングホイール１１０の舵角に応じて、コントローラ１８０により、操舵アクチュエータ１６０を介してステアリングギア１３０の舵角を操作するとともに、反力シミュレータ１５０で操舵反力を制御可能な状態にすることができるようになっている。
【０００５】
しかし、このようなステアバイワイヤは、万一、モータ等（例えば、上記の操舵アクチュエータ１６０や反力シミュレータ１５０など）に不具合が生じた場合に、ステアリングによる車両制御に不具合が生じる場合がある。これに対するフェールセーフ機構として、クラッチ１７０に電磁クラッチを用いることにより、ステアリングホイールとステアリングギアを連結し、ステアリングホイールにより直接操舵できるようにすることが提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
特許文献１に記載された電磁クラッチ式のステアバイワイヤ２００は、図１１に示すように、ステアリングホイール２１０と、ステアリングホイール２１０に連結されたシャフト２２０と、操舵車輪としてのステアリングギア２３０と、ステアリングギア２３０に連結されたシャフト２４０と、前記シャフト２２０に装着された電磁クラッチ２５０と、前記シャフト２４０に装着された電磁クラッチ２６０と、これらの電磁クラッチ２５０、２６０間を連結するシャフト２７０と、前記シャフト２７０に装着されたギア２８０と、ギア２８０を駆動するモータ２９０と、前記シャフト２４０に装着されたギア３００と、ギア３００を駆動するモータ３１０と、前記シャフト２２０に装着された操舵角センサ３２０と、前記モータ２９０、３１０及び操舵角センサ３２０の入力信号によって前記電磁クラッチ２５０、２６０及びモータ２９０、３１０を制御するコントローラ３３０と、車速を検知してこのコントローラ３３０に入力する車速センサ３４０とを備えている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３０１６３９号公報の図１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載されたステアバイワイヤ２００は、電磁クラッチ２５０、２６０を使用しているため、電気系統の故障等により電力の供給が遮断された場合、電磁クラッチ２５０、２６０の切替え動作を行なうことができず、ステアリングホイール２１０とステアリングギア２３０の直接連結が不可能になる。また、電磁クラッチを使用することによって、ある程度の電力供給能力の確保が必要になるほか、設置スペースの拡大化など不都合な点が多い。
【０００９】
そこで、本発明は、電気系統の故障による影響が小さく、またコンパクトな構成を可能にするステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構及びこのフェールセーフ機構を備えたステアバイワイヤシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構は、ステアリングホイールと、ステアリングホイールに連結された第１シャフトと、第１シャフトへ操舵反力を伝える第１モータと、ステアリングギアと、ステアリングギアに連結された第２シャフトと、第２シャフトへ操舵力を伝える第２モータと、第１シャフトと第２シャフトとの間に装着されて第１シャフトと第２シャフトとを連結または非連結状態に切替えるクラッチとを備えたステアバイワイヤ機構を有するステアバイワイヤシステムにおいて、クラッチが、第１シャフトの回転トルクが入力される入力部材と、第２シャフトに連結された被動部材と、入力部材と被動部材との間に形成した係合子収容空間と、係合子収容空間に配設され、入力部材と被動部材との間で周方向に楔係合可能な係合子と、前記係合子収容空間の軸方向の片側に設けられ、前記係合子が収容空間の軸方向片側へ移動した際、楔係合可能な位置と、係合子が軸方向反対側へ移動し、非係合状態になる位置とへ係合子を軸方向に移動させる操作手段を備えており、かつ、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じたときに、操作手段を介して係合子を係合子収容空間の楔係合可能な位置に移動させて、第１シャフトと第２シャフトを連結し、ステアバイワイヤ機構を介さずにステアリングによる操舵を可能にするようにしたことを特徴としている。
【００１１】
上記のクラッチは、操作手段により係合子を係合子収容空間の楔係合可能な位置に移動させれば被動部材が入力部材に対して従動回転し、第１シャフトと第２シャフトが連結されるようになっている。また、係合子を係合子収容空間の非係合状態になる位置に移動させれば被動部材が入力部材に対して従動回転しなくなり、第１シャフトと第２シャフトの連結が解除されるようになっている。このクラッチを用いれば、電磁クラッチに比べ小型軽量化及び低価格化が可能であり、また常時通電する必要がないので省力化の点でも有利であり、また電気系統に故障が生じた場合に手動でフェールセーフ機構を機能させるようにすることもできる。
【００１２】
具体的には、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じた場合には、自動操作又は手動操作により、クラッチを操作してステアリングホイールのシャフトとステアリングギアのシャフトを連結し、ステアリングホイールによってステアリングギアを操舵することができる状態になるようにするとよい。
【００１３】
上記のクラッチは、具体的には、係合子がテーパころであり、テーパころを保持するとともに、入力部材と被動部材との間に軸方向に移動可能に配設した保持器を備え、係合子収容空間が、入力部材と被動部材との間で軸方向の片側が狭く、反対側に向けて漸次広くなるように形成されており、係合子収容空間の狭い側にテーパころが周方向に係合可能な係合位置を設け、広い側にテーパころの楔係合を解除する解除位置を設けており、かつ、テーパころの小径端を係合子収容空間の狭い側に向けて、テーパころを配設するとともに、操作手段が保持器と共にテーパころを軸方向に前後に移動させることを特徴としている。
【００１４】
この場合、保持器の一端に、保持器の周方向の弾性変形を許容する切欠きを形成するとよい。これにより、入力された回転トルクを伝達するときや保持器を軸方向に相対移動させたときにおいて、保持器に生じる内部応力を緩和することができ、保持器の破損を防止することができる。
【００１５】
また、入力部材と被動部材の何れか一方に周方向に係合したクラッチ部材を設け、クラッチ部材にテーパころが周方向に楔係合するカム面を形成するとよい。このように、テーパころが楔係合する異形カム面を備えたクラッチ部材を、別部材として設けることにより、カム面の成形など製造が容易になり、低コスト化を図ることができる。
【００１６】
また、クラッチ部材に保持器を軸方向にガイドするガイド部を設けるとよい。これにより保持器を軸方向に真っ直ぐに移動させることができ、テーパころのスキューなどを抑止することができ、これにより保持器に想定外の負荷が掛かるのを防止できる。
【００１７】
また、操作手段は、テーパころを保持器と共に係合子収容空間の狭い側に付勢する弾性付勢手段と、弾性付勢手段に抗してテーパころを保持器と共に係合子収容空間の広い側に移動させ、テーパころの楔係合状態を解除する係合状態解除手段とで構成することができる。
【００１８】
この場合、弾性付勢手段は、係合子収容空間の広い側において、入力部材又は被動部材と、保持器の一端との間に組み込んだばね部材とすることができる。ばね部材としては、例えば、波形断面を有する波形ばねを組み込むことにより、確実な押圧付勢機能を得ることができ、またコンパクト化を図ることができる。
【００１９】
係合状態解除手段は、保持器のテーパころ小端側の周縁部に軸方向に対向するように配設した押圧部を有する作動部材と、係合子収容空間に対して軸方向に相対的に静止した静止部材と、作動部材を静止部材に対して相対的に所定方向に回動させたときに、作動部材を軸方向に移動させ、押圧部で保持器と共にテーパころを押圧移動させるカム機構と、作動部材を回動操作する操作部とで構成することができる。
【００２０】
静止部材には、軸受を介して入力部材及び被動部材を回転自在に外装するハウジングを適用することができる。
【００２１】
また、作動部材を静止部材に対して相対的に回動させたときに弾性力を蓄積し、作動部材を静止部材に対して逆方向に相対的に回動させたときに、作動部材の押圧部を保持器のテーパころ小径端側の周縁部から離隔させる弾性復帰部材を備えているとよい。
【００２２】
弾性復帰部材は、一端を作動部材に繋止し、他端を静止部材に繋止したコイルばねで構成することができる。このようなコイルばねは、例えば、静止部材としてのハウジングに装着し、一端を作動部材のレバー部に繋止し、他端をハウジングに繋止するとよい。
【００２３】
フェールセーフ機構は、システムの異常を検知する異常検知センサと、クラッチを操作するクラッチ切替用アクチュエータと、異常検知センサによる異常検知信号に基づいてクラッチ切替用アクチュエータを操作するコントローラとを備え、異常検知センサから異常検知信号を受信した時に、コントローラがクラッチ切替用アクチュエータを介して、第１シャフトと第２シャフトを連結するようにクラッチを操作するとよい。この場合、運転者が異常を感知してからクラッチを手動で操作する場合に比較して、例えば、運転者が異常によりパニック状態に陥ってクラッチの切替え操作が遅れるといった事態が生じることがなく、自動的に短時間で、かつ的確に、フェールセーフ機構が機能するので、ステアバイワイヤシステムの安全性を向上させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るフェールセーフ機構を備えたステアバイワイヤシステムを図面に基づいて説明する。
【００２５】
フェールセーフ機構を備えたステアバイワイヤシステムは、図１に示すように、自動車ハンドルであるステアリングホイール１と、このステアリングホイール１に連結された第１シャフト２と、ステアリングギア３と、このステアリングギア３に連結された第２シャフト４と、前記第１シャフト２と第２シャフト４との間に装着された機械式のクラッチ５とを備えている。
【００２６】
ステアリングホイール１側の第１シャフト２には、ギア６を介して操舵反力を伝える第１モータ７が装着されており、ステアリングギア３側の第２シャフト４には、ギア８を介してステアリングギア３への操舵力を伝える第２モータ９が装着されている。また、クラッチ５には、システムの状態に応じて適時に、第１シャフト２と第２シャフト４を連結または非連結状態に切替える機構（例えば、クラッチ切替用アクチュエータ１３）が取り付けられている。
【００２７】
このステアバイワイヤシステムを制御する制御機構として、ステアリングホイール１の操舵角を検知する操舵角センサ１０などの各種センサと、システムの異常を検知する異常検知センサ１１と、コントローラ（制御装置）１２とを備えている。操舵角センサ１０は、例えば、第１シャフト２に設置されており、異常検知センサ１１は、例えば、前記第１モータ７及び／又は第２モータ９に設置されている。コントローラ１２は、操舵角センサ１０の検知舵角に関する信号、及び、異常検知センサ１１の異常検知信号に基づいて、第１モータ７、第２モータ９、クラッチ切替用アクチュエータ１３に制御信号を出力する。そして、クラッチ切替用アクチュエータ１３を介して、適時に、クラッチ５が操作され、ステアリングホイール１側の第１シャフト２とステアリングギア３側の第２シャフト４が連結され又は切り離されるようになっており、また、第１モータ７を介してステアリングホイール１の操舵角に応じた反力が第１シャフト２に与えられ、第２モータ９を介して第２シャフト４を介してステアリングギア３がアシスト操舵されるようになっている。また、異常検知センサ１１がステアバイワイヤシステムの不具合を検知した時は、コントローラ１２は、異常検知センサ１１の異常検知信号に基づいて、クラッチ切替用アクチュエータ１３に制御信号を出力する。そして、クラッチ切替用アクチュエータ１３を介して、第１シャフト２と第２シャフト４とを連結するように、前記クラッチ５が切替え操作されるようになっている。
【００２８】
以下、このステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構に用いられているクラッチ５の構成と動作について説明する。
【００２９】
クラッチ５は、図２に示すように、ケーシングを兼ね前記第１シャフト２に連結されてその回転トルクを入力する入力軸５１と、入力軸５１の円筒状部５１ａの内周面に装着したクラッチ部材５２と、係合子としてのテーパころ５３と、テーパころ５３を保持する保持器５４と、この保持器５４を軸方向に押圧する弾性付勢手段としての波形ばね５５と、前記第２シャフト４に連結された被動部材としての出力軸５６と、クラッチ部材５２と出力軸５６との間に形成される係合子収容空間５８と、操作レバー６０を備えた操作手段としての作動部材５９を備えている。なお、図２は出力軸５６が入力軸５１に従動して回転し、第１シャフト２と第２シャフト４が連結された状態を示している。
【００３０】
クラッチ部材５２は、図３に示すように、入力軸５１の円筒状部５１ａの内周面に装着可能な外径を備えた略円筒形状の部材である。クラッチ部材５２の軸方向片側の周縁部（図中上側の周縁部）には、軸方向に延在した複数の係合片５２ａを周方向に所定の間隔で設けている。また、クラッチ部材５２の内周面には、図４に示すように、後述するテーパころ５３が係合する複数のカム面５２ｂを、保持器５４のポケット５４ａに対応させて周方向に所定の間隔で形成している。このカム面５２ｂは、テーパころ５３が正逆何れの回転方向にも係合するように、中央が深く、中央から回転方向の両側へ徐々に浅くなった形状を備えている。
【００３１】
保持器５４は、図３に示すように、クラッチ部材５２の内周面に装着可能な外径を備えた略円筒形状の部材であり、テーパころ５３を収容する複数のポケット５４ａを周方向に所定の間隔で形成している。この保持器５４は、図５に示すように、例えば、１２個のポケット５４ａを周方向等間隔に形成している。保持器５４の各ポケット５４ａは、周方向に０．１ｍｍ以下の隙間若しくは軽い締めしろでもって、また軸方向に０．２ｍｍ以下の隙間をもって、テーパころ５３を収納することができるようになっている。なお、保持器５４のポケット５４ａは外径側および内径側の少なくとも一方に、ポケット５４ａの内側に向けて突出した突起を設けて、テーパころ５３がポケット５４ａから脱落しないようにすることもできる。
【００３２】
また、保持器５４は、図３に示すように、軸方向片側の端部（図中上側の端部）に、外径方向に突出した複数の係合凸部５４ｂを周方向に所定間隔に備えている。この係合凸部５４ｂは、クラッチ部材５２の係合片５２ａ，５２ａ間に組み込むことができるようになっており、この係合凸部５４ｂとクラッチ部材５２の係合片５２ａとを周方向に交互に係合させて、保持器５４をクラッチ部材５２の内周に組み込む。また、この係合凸部５４ｂの周方向の中央部分には、半径方向に切欠き５４ｃを形成している。
【００３３】
保持器５４は、図３に示すように、クラッチ部材５２の係合片５２ａと保持器５４の係合凸部５４ｂを係合させた状態でクラッチ部材５２の内周に組み込む。保持器５４とクラッチ部材５２は、図２に示すように、アッセンブリ状態で、クラッチ部材５２の係合片５２ａを入力軸５１の円筒状部５１ａの内側面に組み込んで、入力軸５１の内周面に装着する。これにより、保持器５４及びクラッチ部材５２を入力軸５１に取り付けることができる。
【００３４】
このように入力軸５１に組み込まれたクラッチ部材５２は、係合片５２ａが入力軸５１の周方向に係合しているので、入力軸５１と一体的に回転する。また、保持器５４は係合凸部５４ｂがクラッチ部材５２の係合片５２ａに周方向に係合しているので、クラッチ部材５２及び入力軸５１と一体的に回転するとともに、クラッチ部材５２の係合片５２ａにガイドされて軸方向に摺動することができるようになっている。このように、クラッチ部材５２の係合片５２ａは、保持器５４を軸方向にガイドするガイド部としての機能を備えている。
【００３５】
なお、図示を省略しているが、取り付け治具を用いて、保持器５４にテーパころ５３を取り付けた状態で、保持器５４を入力軸５１に組み込む。また、入力軸５１、クラッチ部材５２、保持器５４、テーパころ５３のアッセンブリを組み立てるときには、図２に示すように、入力軸５１と保持器５４の係合凸部５４ａとの間に波形ばね５５を組み入れる。
【００３６】
出力軸５６は、図２に示すように、中間部位の外周面に軸方向に拡径したテーパ部５６ａを備えている。テーパ部５６ａの縮径側（図中上側）は３段の段差を設けており、径を段階的に小さくしている。
【００３７】
図２に示す入力軸５１、クラッチ部材５２、保持器５４、テーパころ５３のアッセンブリは、テーパ部５６ａの縮径側の端部から出力軸５６に装着する。出力軸５６の１段目の段差部には、波形ばね５５を組み込み、２段目の段差部はフリ−とし、３段目の段差部は軸受５７を介して入力軸５１に対して回転自在に装着する。
【００３８】
この状態において、出力軸５６のテーパ部５６ａとクラッチ部材５２の内周面との間には、軸方向に片側（図中下側）が徐々に狭くなった係合子収容空間５８が形成されており、保持器５４のポケット５４ａに収容したテーパころ５３を、この係合子収容空間５８に配設している。この係合子収容空間５８の狭い側５８ａは、テーパころ５３がクラッチ部材５２のカム面５２ｂに周方向に楔係合可能な係合位置になっており、係合子収容空間５８の広い側５８ｂは、出力軸５６のテーパ５６ａとクラッチ部材５２の内周面との間隔がテーパころ５３の外径よりも広いために、テーパころ５３の周方向の楔係合状態が解除される解除位置になっている。
【００３９】
作動部材５９は、中央部に出力軸５６に遊装可能な穴５９ａを備えている。作動部材５９は、テーパ部５６ａの拡径側の端部から出力軸５６に装着する。作動部材５９の穴５９ａの内径端部およびその近傍は保持器５４を押圧する押圧部５９ｂとして機能する。作動部材５９の反対側の面（保持器５４に対向しない面）には、図６に示すように、周方向（図中、出力軸５６の下端側から作動部材５９を見た場合に左回方向）に徐々に突出した複数の楔突起５９ｃが形成されている。
【００４０】
ハウジングカバー６１は、クラッチ部分を外装するハウジング（入力軸）５１の開口端部を封口する蓋部材であり、入力軸５１とともにハウジングを形成している。入力軸５１の下部とハウジングカバー６１の上部との間には周方向に開口した開口６２を形成しており、この開口６２から作動部材５９の操作レバー６０をハウジング（入力軸）５１、ハウジングカバー６１の外側に延在しており、操作レバー６０を回動操作することができるようになっている。
【００４１】
ハウジングカバー６１は、その内側面６１ａを作動部材５９に対向させて、出力軸５６のテーパ部５６ａの拡径側から装着している。ハウジングカバー６１の内側面６１ａには、図６に示すように、作動部材５９の楔突起５９ｃとは逆方向（図２中、出力軸５６の下側からハウジングカバー６１を見た場合に右回方向）に徐々に突出した楔突起６１ｂを、作動部材５９の楔突起５９ｃに噛み合うように形成している。ハウジングカバー６１に形成した楔突起６１ｂと作動部材５９に形成した楔突起５９ｃは、作動部材５９を軸方向（図上側）に移動させるための一対のカム機構６３を構成している。
【００４２】
ハウジング（入力軸）５１は、前述のとおり、前記出力軸５６の３段目の段差部に介装した軸受５７により出力軸５６に対して回転自在に取り付け、ハウジングカバー６１は、図２に示すように、出力軸５６ととの間に介装した軸受６４を介して出力軸５６に対して回転自在に取り付け、バーリングで加締めるなどの締結手段で締結する。
【００４３】
上記入力軸５１、クラッチ部材５２、作動部材５９、ハウジングカバー６１は、例えば、冷間プレス加工によって安価に製造することができる。
【００４４】
次に、このクラッチ５の動作を説明する。このクラッチ５は、図７に示すように、作動部材５９の操作レバー６０を左側（実線位置）に回動操作することにより、テーパころ５３の楔係合を解除すると、入力軸５１と出力軸５６が非連結状態になり、第１シャフト２と第２シャフト４の連結状態が切り離される。
【００４５】
詳しくは、操作レバー６０を、図７の左側の実線位置に示すように、作動部材５９の楔突起５９ｃとハウジングカバー６１の楔突起６１ｂが噛み合う位置まで反時計方向に回動させる。これにより、作動部材５９は、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、作動部材５９の楔突起５９ｃがハウジングカバー６１の楔突起６１ｂに乗り上がって軸方向上側に移動する。保持器５４は、作動部材５９の押圧部５９ｂにより波形ばね５５の弾性力に抗して係合子収容空間５８の広い側５８ｂに押し出され、テーパころ５３は保持器５４と一緒に係合子収容空間５８の広い側５８ｂに移動する。保持器５４が係合子収容空間５８の広い側５８ｂに位置するときは、出力軸５６とクラッチ部材５２との隙間が広くなっているので、クラッチ部材５２に設けたカム５２ｂに対するテーパころ５３の周方向の楔係合が解除される。
【００４６】
このとき、ステアリングホイール１に連結された第１シャフト２から入力軸５１に回転トルクが入力されると、テーパころ５３は、保持器５４、クラッチ部材５２及び入力軸５１と一緒に回転するが、出力軸５６とクラッチ部材５２との隙間が広いので、クラッチ部材５２のカム面５２ｂには楔係合せず、出力軸５６には回転トルクは伝達されない。これにより、第１シャフト２から第２シャフト４に回転トルクが伝達されず、ステアリングギア３をステアリングホイール１で直接操舵することが出来ない状態になる。また、この状態では、ステアリングギア３から出力軸５６に回転トルクが逆入力された場合には、同様に、入力軸５１には回転トルクが伝達されず、ステアリングギア３の操舵抵抗がステアリングホイール１に直接伝達されないようになる。
【００４７】
一方、作動部材５９の操作レバー６０が、図７の右方向（２点鎖線で示す位置）に回動されると、保持器５４は、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、波形ばね５５により係合子収容空間５８の狭い側５８ａに弾性的に付勢され、テーパころ５３は保持器５４と一緒に係合子収容空５８の狭い側５８ａに押し込まれる。このときテーパころ５３は出力軸５６とクラッチ部材５２の係合面に対し、波形ばね５５によって安定した付勢力が与えられている。保持器５４が係合子収容空間５８の狭い側５８ａにあるときは、出力軸５６とクラッチ部材５２との径方向の隙間が狭くなっているので、入力軸５１に回転トルクが入力されたときに、テーパころ５３がクラッチ部材５２に設けたカム面５２ｂに周方向に楔係合する。これにより、ステアリングホイール１に連結された第１シャフト２から入力軸５１に回転トルクが入力されると、出力軸５６に回転トルクが伝達され、出力軸５６が入力軸５１に対して正逆両方向に従動回転するようになり、ステアリングホイール１でステアリングギア３を直接操舵することができるようになる。また、この場合、ステアリングギア３に連結された第２シャフトから出力軸５６に回転トルクが逆入力された場合にも、テーパころ５３がクラッチ部材５２に設けたカム面５２ｂに周方向に楔係合しているので、出力軸５６から入力軸５１に回転トルクが逆入力される。このためステアリングギア３の操舵抵抗がステアリングホイール１に直接伝達されるようになる。
【００４８】
このように、ステアリングホイール１に連結された第１シャフト２と、ステアリングギア３に連結された第２シャフトを非連結状態から連結状態に切替える場合には、操作レバー６０を右側に回動させるとよい。このクラッチ５は、ハウジング（入力軸）５１と操作レバー６０との間に戻りばねとしてコイルばね６５を設けているので、操作レバー６０を右側に回動させ、作動部材５９の楔突起５９ｃとハウジングカバー６１の楔突起６１ｂの係合が外れると、コイルばね６５によって、操作レバー６０が自動的に左側に回動し元の位置に戻るようになっている。
【００４９】
このとき、保持器５４には、テーパころ５３を介して周方向に大きな力が掛かるが、保持器５４の係合凸部５４ｂに形成した切欠き５４ｃ（図３参照）によって、保持器５４の周方向の弾性変形を許容しているので、保持器５４が破損するのを防止することができる。
【００５０】
再び、図１に戻って、ステアバイワイヤシステム、及び、そのフェールセーフ機構の動作を説明する。
【００５１】
ステアバイワイヤは、正常に機能している状態では、操舵角センサ１０などのセンサから入力される入力信号に基づいて、コントローラ１２によりクラッチ切替用アクチュエータ１３を介してクラッチ５が操作され、ステアリングホイール１に連結された第１シャフト２とステアリングギア３に連結された第２シャフト４が適時に連結され又は切り離されるようになっている。そして、クラッチ５により第１シャフト２と第２シャフト４の連結が切り離されているときは、操舵角センサ１０で第１シャフト２の操舵角を検知して、コントローラ１２により第１モータ７を駆動して、第１シャフト２を介してステアリングホイール１に適当な操舵反力を与え、第２モータ９を駆動して、第１シャフト２の操舵角に応じた操舵角を第２シャフト４に与え、ステアリングギア３の操舵を補助するようになっている。
【００５２】
ステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構は、モータ不具合等、ステアバイワイヤシステムに不具合が発生したときに、例えば、異常検知センサ１１の異常検知信号に基づいて異常を検知し、自動または手動にて、クラッチ５の操作レバー６０をロック位置へ外力にて操作して、ステアリングホイール１に連結された第１シャフト２とステアリングギア３に連結された第２シャフト４を連結し、ステアリングホイール１によりステアリングギア３を直接操舵できる状態にする。
【００５３】
フェールセーフ機構を自動的に機能させる場合は、異常検知センサ１１の異常検知信号に基づいて、コントローラ１２からクラッチ切替用アクチュエータ１３に制御信号を送り、クラッチ切替用アクチュエータ１３を介して、クラッチ５を操作するようにすればよい。クラッチ切替用アクチュエータ１３は、例えば、ソレノイドを使用して構成する。異常を検知したときに、ソレノイドへの電力の供給を遮断し、ばね等の弾性部材によって、クラッチ５の操作レバー６０をロック位置へ操作するようにするとよい。
【００５４】
以上、本発明の一実施形態に係るステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構、及び、ステアバイワイヤシステムを説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【００５５】
特に、クラッチ５は、上記実施形態で示したものに限定されず、同様の動作が可能なものであれば、他の構成のものを用いることができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係るステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構は、ステアバイワイヤ機構のクラッチが、第１シャフトの回転トルクが入力される入力部材と、第２シャフトに連結された被動部材と、入力部材と被動部材との間に形成した係合子収容空間と、係合子収容空間に配設され、入力部材と被動部材との間で周方向に楔係合可能な係合子と、前記係合子収容空間の軸方向の片側に設けられ、前記係合子が収容空間の軸方向片側へ移動した際、楔係合可能な位置と、係合子が軸方向反対側へ移動し、非係合状態になる位置とへ係合子を軸方向に移動させる操作手段を備えており、かつ、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じたときに、操作手段を介して係合子を係合子収容空間の楔係合可能な位置に移動させて、第１シャフトと第２シャフトを連結し、ステアバイワイヤ機構を介さずにステアリングによる操舵を可能にするようにしたので、モータ不具合等により、操舵不能になった場合や、電力の供給が遮断された場合でも、ステアリングホイールとステアリングギアとをクラッチにより連結させることができ、フェールセーフ機構を機能させることができる。このクラッチは、ドグクラッチと異なり、入出力の位相差を問わず連結させることが可能である。しかも、電磁クラッチに比べ小型軽量化及び低価格化が可能であり、また常時通電する必要がないので省力化の点でも有利である。
【００５７】
また、クラッチの保持器の一端に、保持器の周方向の弾性変形を許容する切欠きを形成することにより、入力された回転トルクを伝達するときや保持器を軸方向に相対移動させたときにおいて、保持器に生じる内部応力を緩和することができ、保持器の破損を防止することができる。
【００５８】
また、入力部材と被動部材の何れか一方に周方向に係合したクラッチ部材を設け、クラッチ部材にテーパころが周方向に楔係合するカム面を形成したので、カム面の成形など製造が容易になり、低コスト化を図ることができる。
【００５９】
また、クラッチ部材に保持器を軸方向にガイドするガイド部を設けたので、保持器を軸方向に真っ直ぐに移動させることができ、テーパころのスキューなどを抑止することができ、これにより保持器に想定外の負荷が掛かるのを防止できる。
【００６０】
また、本発明のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構は、システムの異常を検知する異常検知センサと、クラッチを操作するクラッチ切替用アクチュエータと、異常検知センサによる異常検知信号に基づいてクラッチ切替用アクチュエータを操作するコントローラとを備え、異常検知センサから異常検知信号を受信した時に、コントローラがクラッチ切替用アクチュエータを介して、第１シャフトと第２シャフトを連結するようにクラッチを操作する構成にすることにより、運転者が異常を感知してからクラッチを手動で操作する場合に比較して、例えば、運転者が異常によりパニック状態に陥ってクラッチの切替え操作が遅れるといった事態が生じることがなく、自動的に短時間で、かつ的確に、フェールセーフ機構が機能することができ、ステアバイワイヤシステムの安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るステアバイワイヤシステムの概略構成図である。
【図２】本発明のステアバイワイヤシステムに用いる実施形態のクラッチの縦断側面図である。
【図３】図２のクラッチにおけるクラッチ部材及び保持器の分解斜視図である。
【図４】クラッチ部材に形成したカム面を示す要部拡大横断面図である。
【図５】テーパころの配設状態を示す横断面図である。
【図６】作動部材とハウジングとの間のカム機構を示す拡大正面図である。
【図７】非連結状態での操作レバーの位置を示す下面図である。
【図８】（ａ）は非連結状態での作動部材とハウジングカバーとの位置を示す要部拡大縦断面図、
（ｂ）は連結状態での作動部材とハウジングカバーとの位置を示す要部拡大縦断面図である。
【図９】（ａ）は非連結状態での作動部材とハウジングカバーとのカム機構が係合していない状態を示す要部拡大正面図、
（ｂ）は連結状態での作動部材とハウジングカバーとのカム機構が係合している状態を示す要部拡大正面図である。
【図１０】従来のクラッチを用いたステアバイワイヤシステムの概略構成図である。
【図１１】従来の電磁クラッチを用いたステアバイワイヤシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ 第１シャフト
３ ステアリングギア
４ 第２シャフト
５ クラッチ
６，８ ギア
７ 第１モータ
９ 第２モータ
１０ 操舵角センサ
１１ 異常検知センサ
１２ コントローラ
１３ クラッチ切替用アクチュエータ
５１ 入力軸（入力部材）
５２ クラッチ部材
５２ｂ カム面
５３ テーパころ（係合子）
５４ 保持器
５４ｃ 切欠き
５５ 波形ばね（ばね部材、弾性付勢手段）
５６ 出力軸（被動部材）
５８ 係合子収容空間
５８ａ 係合子収容空間の狭い側
５８ｂ 係合子収容空間の広い側
５９ 作動部材（操作手段）
５９ｂ 押圧部
６０ 操作レバー（操作部）
６１ ハウジングカバー（静止部材）
６３ カム機構
６５ コイルばね（弾性復帰部材）
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じたときに、ステアリングホイールに連結されたシャフトとステアリングギアに連結されたシャフトを連結し、ステアリングホイールにより直接操舵可能にするステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構及びこのフェールセーフ機構を備えたステアバイワイヤシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、未だ市販されていないが、各所で自動車ハンドルであるステアリングホイールと操舵車輪であるステアリングギアが機械的に連結していないステアバイワイヤの開発が進んでいる。これは、車速検知による車輪舵角の自動制御を可能にしたり、車内レイアウトの自由度を増大させたりする等のメリットがあり、また車両のより安定した走行や運転性向上を可能にするものとして期待されている。
【０００３】
斯かるステアバイワイヤの一例を図１０に基づいて説明する。ステアバイワイヤ１００は、図１０に示すように、自動車ハンドルであるステアリングホイール１１０と、ステアリングホイール１１０に連結されたシャフト１２０と、操舵車輪であるステアリングギア１３０と、ステアリングギア１３０に連結されたシャフト１４０と、前記シャフト１２０に装着された反力シミュレータ１５０と、前記シャフト１４０に装着された操舵アクチュエータ１６０と、前記シャフト１２０とシャフト１４０との間に装着されたバックアップ用のクラッチ１７０と、前記反力シミュレータ１５０、操舵アクチュエータ１６０及びクラッチ１７０を制御するコントローラ１８０とを備えている。
【０００４】
このステアバイワイヤ１００は、適時にクラッチ１７０によるステアリングホイール１１０とステアリングギア１３０の連結を解除して、ステアリングホイール１１０の舵角に応じて、コントローラ１８０により、操舵アクチュエータ１６０を介してステアリングギア１３０の舵角を操作するとともに、反力シミュレータ１５０で操舵反力を制御可能な状態にすることができるようになっている。
【０００５】
しかし、このようなステアバイワイヤは、万一、モータ等（例えば、上記の操舵アクチュエータ１６０や反力シミュレータ１５０など）に不具合が生じた場合に、ステアリングによる車両制御に不具合が生じる場合がある。これに対するフェールセーフ機構として、クラッチ１７０に電磁クラッチを用いることにより、ステアリングホイールとステアリングギアを連結し、ステアリングホイールにより直接操舵できるようにすることが提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
特許文献１に記載された電磁クラッチ式のステアバイワイヤ２００は、図１１に示すように、ステアリングホイール２１０と、ステアリングホイール２１０に連結されたシャフト２２０と、操舵車輪としてのステアリングギア２３０と、ステアリングギア２３０に連結されたシャフト２４０と、前記シャフト２２０に装着された電磁クラッチ２５０と、前記シャフト２４０に装着された電磁クラッチ２６０と、これらの電磁クラッチ２５０、２６０間を連結するシャフト２７０と、前記シャフト２７０に装着されたギア２８０と、ギア２８０を駆動するモータ２９０と、前記シャフト２４０に装着されたギア３００と、ギア３００を駆動するモータ３１０と、前記シャフト２２０に装着された操舵角センサ３２０と、前記モータ２９０、３１０及び操舵角センサ３２０の入力信号によって前記電磁クラッチ２５０、２６０及びモータ２９０、３１０を制御するコントローラ３３０と、車速を検知してこのコントローラ３３０に入力する車速センサ３４０とを備えている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３０１６３９号公報の図１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載されたステアバイワイヤ２００は、電磁クラッチ２５０、２６０を使用しているため、電気系統の故障等により電力の供給が遮断された場合、電磁クラッチ２５０、２６０の切替え動作を行なうことができず、ステアリングホイール２１０とステアリングギア２３０の直接連結が不可能になる。また、電磁クラッチを使用することによって、ある程度の電力供給能力の確保が必要になるほか、設置スペースの拡大化など不都合な点が多い。
【０００９】
そこで、本発明は、電気系統の故障による影響が小さく、またコンパクトな構成を可能にするステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構及びこのフェールセーフ機構を備えたステアバイワイヤシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構は、ステアリングホイールと、ステアリングホイールに連結された第１シャフトと、第１シャフトへ操舵反力を伝える第１モータと、ステアリングギアと、ステアリングギアに連結された第２シャフトと、第２シャフトへ操舵力を伝える第２モータと、第１シャフトと第２シャフトとの間に装着されて第１シャフトと第２シャフトとを連結または非連結状態に切替えるクラッチとを備えたステアバイワイヤ機構を有するステアバイワイヤシステムにおいて、クラッチが、第１シャフトの回転トルクが入力される入力部材と、第２シャフトに連結された被動部材と、入力部材と被動部材との間に形成した係合子収容空間と、係合子収容空間に配設され、入力部材と被動部材との間で周方向に楔係合可能な係合子と、前記係合子収容空間の軸方向の片側に設けられ、前記係合子が収容空間の軸方向片側へ移動した際、楔係合可能な位置と、係合子が軸方向反対側へ移動し、非係合状態になる位置とへ係合子を軸方向に移動させる操作手段を備えており、かつ、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じたときに、操作手段を介して係合子を係合子収容空間の楔係合可能な位置に移動させて、第１シャフトと第２シャフトを連結し、ステアバイワイヤ機構を介さずにステアリングによる操舵を可能にするようにしたことを特徴としている。
【００１１】
上記のクラッチは、操作手段により係合子を係合子収容空間の楔係合可能な位置に移動させれば被動部材が入力部材に対して従動回転し、第１シャフトと第２シャフトが連結されるようになっている。また、係合子を係合子収容空間の非係合状態になる位置に移動させれば被動部材が入力部材に対して従動回転しなくなり、第１シャフトと第２シャフトの連結が解除されるようになっている。このクラッチを用いれば、電磁クラッチに比べ小型軽量化及び低価格化が可能であり、また常時通電する必要がないので省力化の点でも有利であり、また電気系統に故障が生じた場合に手動でフェールセーフ機構を機能させるようにすることもできる。
【００１２】
具体的には、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じた場合には、自動操作又は手動操作により、クラッチを操作してステアリングホイールのシャフトとステアリングギアのシャフトを連結し、ステアリングホイールによってステアリングギアを操舵することができる状態になるようにするとよい。
【００１３】
上記のクラッチは、具体的には、係合子がテーパころであり、テーパころを保持するとともに、入力部材と被動部材との間に軸方向に移動可能に配設した保持器を備え、係合子収容空間が、入力部材と被動部材との間で軸方向の片側が狭く、反対側に向けて漸次広くなるように形成されており、係合子収容空間の狭い側にテーパころが周方向に係合可能な係合位置を設け、広い側にテーパころの楔係合を解除する解除位置を設けており、かつ、テーパころの小径端を係合子収容空間の狭い側に向けて、テーパころを配設するとともに、操作手段が保持器と共にテーパころを軸方向に前後に移動させることを特徴としている。
【００１４】
この場合、保持器の一端に、保持器の周方向の弾性変形を許容する切欠きを形成するとよい。これにより、入力された回転トルクを伝達するときや保持器を軸方向に相対移動させたときにおいて、保持器に生じる内部応力を緩和することができ、保持器の破損を防止することができる。
【００１５】
また、入力部材と被動部材の何れか一方に周方向に係合したクラッチ部材を設け、クラッチ部材にテーパころが周方向に楔係合するカム面を形成するとよい。このように、テーパころが楔係合する異形カム面を備えたクラッチ部材を、別部材として設けることにより、カム面の成形など製造が容易になり、低コスト化を図ることができる。
【００１６】
また、クラッチ部材に保持器を軸方向にガイドするガイド部を設けるとよい。これにより保持器を軸方向に真っ直ぐに移動させることができ、テーパころのスキューなどを抑止することができ、これにより保持器に想定外の負荷が掛かるのを防止できる。
【００１７】
また、操作手段は、テーパころを保持器と共に係合子収容空間の狭い側に付勢する弾性付勢手段と、弾性付勢手段に抗してテーパころを保持器と共に係合子収容空間の広い側に移動させ、テーパころの楔係合状態を解除する係合状態解除手段とで構成することができる。
【００１８】
この場合、弾性付勢手段は、係合子収容空間の広い側において、入力部材又は被動部材と、保持器の一端との間に組み込んだばね部材とすることができる。ばね部材としては、例えば、波形断面を有する波形ばねを組み込むことにより、確実な押圧付勢機能を得ることができ、またコンパクト化を図ることができる。
【００１９】
係合状態解除手段は、保持器のテーパころ小端側の周縁部に軸方向に対向するように配設した押圧部を有する作動部材と、係合子収容空間に対して軸方向に相対的に静止した静止部材と、作動部材を静止部材に対して相対的に所定方向に回動させたときに、作動部材を軸方向に移動させ、押圧部で保持器と共にテーパころを押圧移動させるカム機構と、作動部材を回動操作する操作部とで構成することができる。
【００２０】
静止部材には、軸受を介して入力部材及び被動部材を回転自在に外装するハウジングを適用することができる。
【００２１】
また、作動部材を静止部材に対して相対的に回動させたときに弾性力を蓄積し、作動部材を静止部材に対して逆方向に相対的に回動させたときに、作動部材の押圧部を保持器のテーパころ小径端側の周縁部から離隔させる弾性復帰部材を備えているとよい。
【００２２】
弾性復帰部材は、一端を作動部材に繋止し、他端を静止部材に繋止したコイルばねで構成することができる。このようなコイルばねは、例えば、静止部材としてのハウジングに装着し、一端を作動部材のレバー部に繋止し、他端をハウジングに繋止するとよい。
【００２３】
フェールセーフ機構は、システムの異常を検知する異常検知センサと、クラッチを操作するクラッチ切替用アクチュエータと、異常検知センサによる異常検知信号に基づいてクラッチ切替用アクチュエータを操作するコントローラとを備え、異常検知センサから異常検知信号を受信した時に、コントローラがクラッチ切替用アクチュエータを介して、第１シャフトと第２シャフトを連結するようにクラッチを操作するとよい。この場合、運転者が異常を感知してからクラッチを手動で操作する場合に比較して、例えば、運転者が異常によりパニック状態に陥ってクラッチの切替え操作が遅れるといった事態が生じることがなく、自動的に短時間で、かつ的確に、フェールセーフ機構が機能するので、ステアバイワイヤシステムの安全性を向上させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るフェールセーフ機構を備えたステアバイワイヤシステムを図面に基づいて説明する。
【００２５】
フェールセーフ機構を備えたステアバイワイヤシステムは、図１に示すように、自動車ハンドルであるステアリングホイール１と、このステアリングホイール１に連結された第１シャフト２と、ステアリングギア３と、このステアリングギア３に連結された第２シャフト４と、前記第１シャフト２と第２シャフト４との間に装着された機械式のクラッチ５とを備えている。
【００２６】
ステアリングホイール１側の第１シャフト２には、ギア６を介して操舵反力を伝える第１モータ７が装着されており、ステアリングギア３側の第２シャフト４には、ギア８を介してステアリングギア３への操舵力を伝える第２モータ９が装着されている。また、クラッチ５には、システムの状態に応じて適時に、第１シャフト２と第２シャフト４を連結または非連結状態に切替える機構（例えば、クラッチ切替用アクチュエータ１３）が取り付けられている。
【００２７】
このステアバイワイヤシステムを制御する制御機構として、ステアリングホイール１の操舵角を検知する操舵角センサ１０などの各種センサと、システムの異常を検知する異常検知センサ１１と、コントローラ（制御装置）１２とを備えている。操舵角センサ１０は、例えば、第１シャフト２に設置されており、異常検知センサ１１は、例えば、前記第１モータ７及び／又は第２モータ９に設置されている。コントローラ１２は、操舵角センサ１０の検知舵角に関する信号、及び、異常検知センサ１１の異常検知信号に基づいて、第１モータ７、第２モータ９、クラッチ切替用アクチュエータ１３に制御信号を出力する。そして、クラッチ切替用アクチュエータ１３を介して、適時に、クラッチ５が操作され、ステアリングホイール１側の第１シャフト２とステアリングギア３側の第２シャフト４が連結され又は切り離されるようになっており、また、第１モータ７を介してステアリングホイール１の操舵角に応じた反力が第１シャフト２に与えられ、第２モータ９を介して第２シャフト４を介してステアリングギア３がアシスト操舵されるようになっている。また、異常検知センサ１１がステアバイワイヤシステムの不具合を検知した時は、コントローラ１２は、異常検知センサ１１の異常検知信号に基づいて、クラッチ切替用アクチュエータ１３に制御信号を出力する。そして、クラッチ切替用アクチュエータ１３を介して、第１シャフト２と第２シャフト４とを連結するように、前記クラッチ５が切替え操作されるようになっている。
【００２８】
以下、このステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構に用いられているクラッチ５の構成と動作について説明する。
【００２９】
クラッチ５は、図２に示すように、ケーシングを兼ね前記第１シャフト２に連結されてその回転トルクを入力する入力軸５１と、入力軸５１の円筒状部５１ａの内周面に装着したクラッチ部材５２と、係合子としてのテーパころ５３と、テーパころ５３を保持する保持器５４と、この保持器５４を軸方向に押圧する弾性付勢手段としての波形ばね５５と、前記第２シャフト４に連結された被動部材としての出力軸５６と、クラッチ部材５２と出力軸５６との間に形成される係合子収容空間５８と、操作レバー６０を備えた操作手段としての作動部材５９を備えている。なお、図２は出力軸５６が入力軸５１に従動して回転し、第１シャフト２と第２シャフト４が連結された状態を示している。
【００３０】
クラッチ部材５２は、図３に示すように、入力軸５１の円筒状部５１ａの内周面に装着可能な外径を備えた略円筒形状の部材である。クラッチ部材５２の軸方向片側の周縁部（図中上側の周縁部）には、軸方向に延在した複数の係合片５２ａを周方向に所定の間隔で設けている。また、クラッチ部材５２の内周面には、図４に示すように、後述するテーパころ５３が係合する複数のカム面５２ｂを、保持器５４のポケット５４ａに対応させて周方向に所定の間隔で形成している。このカム面５２ｂは、テーパころ５３が正逆何れの回転方向にも係合するように、中央が深く、中央から回転方向の両側へ徐々に浅くなった形状を備えている。
【００３１】
保持器５４は、図３に示すように、クラッチ部材５２の内周面に装着可能な外径を備えた略円筒形状の部材であり、テーパころ５３を収容する複数のポケット５４ａを周方向に所定の間隔で形成している。この保持器５４は、図５に示すように、例えば、１２個のポケット５４ａを周方向等間隔に形成している。保持器５４の各ポケット５４ａは、周方向に０．１ｍｍ以下の隙間若しくは軽い締めしろでもって、また軸方向に０．２ｍｍ以下の隙間をもって、テーパころ５３を収納することができるようになっている。なお、保持器５４のポケット５４ａは外径側および内径側の少なくとも一方に、ポケット５４ａの内側に向けて突出した突起を設けて、テーパころ５３がポケット５４ａから脱落しないようにすることもできる。
【００３２】
また、保持器５４は、図３に示すように、軸方向片側の端部（図中上側の端部）に、外径方向に突出した複数の係合凸部５４ｂを周方向に所定間隔に備えている。この係合凸部５４ｂは、クラッチ部材５２の係合片５２ａ，５２ａ間に組み込むことができるようになっており、この係合凸部５４ｂとクラッチ部材５２の係合片５２ａとを周方向に交互に係合させて、保持器５４をクラッチ部材５２の内周に組み込む。また、この係合凸部５４ｂの周方向の中央部分には、半径方向に切欠き５４ｃを形成している。
【００３３】
保持器５４は、図３に示すように、クラッチ部材５２の係合片５２ａと保持器５４の係合凸部５４ｂを係合させた状態でクラッチ部材５２の内周に組み込む。保持器５４とクラッチ部材５２は、図２に示すように、アッセンブリ状態で、クラッチ部材５２の係合片５２ａを入力軸５１の円筒状部５１ａの内側面に組み込んで、入力軸５１の内周面に装着する。これにより、保持器５４及びクラッチ部材５２を入力軸５１に取り付けることができる。
【００３４】
このように入力軸５１に組み込まれたクラッチ部材５２は、係合片５２ａが入力軸５１の周方向に係合しているので、入力軸５１と一体的に回転する。また、保持器５４は係合凸部５４ｂがクラッチ部材５２の係合片５２ａに周方向に係合しているので、クラッチ部材５２及び入力軸５１と一体的に回転するとともに、クラッチ部材５２の係合片５２ａにガイドされて軸方向に摺動することができるようになっている。このように、クラッチ部材５２の係合片５２ａは、保持器５４を軸方向にガイドするガイド部としての機能を備えている。
【００３５】
なお、図示を省略しているが、取り付け治具を用いて、保持器５４にテーパころ５３を取り付けた状態で、保持器５４を入力軸５１に組み込む。また、入力軸５１、クラッチ部材５２、保持器５４、テーパころ５３のアッセンブリを組み立てるときには、図２に示すように、入力軸５１と保持器５４の係合凸部５４ａとの間に波形ばね５５を組み入れる。
【００３６】
出力軸５６は、図２に示すように、中間部位の外周面に軸方向に拡径したテーパ部５６ａを備えている。テーパ部５６ａの縮径側（図中上側）は３段の段差を設けており、径を段階的に小さくしている。
【００３７】
図２に示す入力軸５１、クラッチ部材５２、保持器５４、テーパころ５３のアッセンブリは、テーパ部５６ａの縮径側の端部から出力軸５６に装着する。出力軸５６の１段目の段差部には、波形ばね５５を組み込み、２段目の段差部はフリ−とし、３段目の段差部は軸受５７を介して入力軸５１に対して回転自在に装着する。
【００３８】
この状態において、出力軸５６のテーパ部５６ａとクラッチ部材５２の内周面との間には、軸方向に片側（図中下側）が徐々に狭くなった係合子収容空間５８が形成されており、保持器５４のポケット５４ａに収容したテーパころ５３を、この係合子収容空間５８に配設している。この係合子収容空間５８の狭い側５８ａは、テーパころ５３がクラッチ部材５２のカム面５２ｂに周方向に楔係合可能な係合位置になっており、係合子収容空間５８の広い側５８ｂは、出力軸５６のテーパ５６ａとクラッチ部材５２の内周面との間隔がテーパころ５３の外径よりも広いために、テーパころ５３の周方向の楔係合状態が解除される解除位置になっている。
【００３９】
作動部材５９は、中央部に出力軸５６に遊装可能な穴５９ａを備えている。作動部材５９は、テーパ部５６ａの拡径側の端部から出力軸５６に装着する。作動部材５９の穴５９ａの内径端部およびその近傍は保持器５４を押圧する押圧部５９ｂとして機能する。作動部材５９の反対側の面（保持器５４に対向しない面）には、図６に示すように、周方向（図中、出力軸５６の下端側から作動部材５９を見た場合に左回方向）に徐々に突出した複数の楔突起５９ｃが形成されている。
【００４０】
ハウジングカバー６１は、クラッチ部分を外装するハウジング（入力軸）５１の開口端部を封口する蓋部材であり、入力軸５１とともにハウジングを形成している。入力軸５１の下部とハウジングカバー６１の上部との間には周方向に開口した開口６２を形成しており、この開口６２から作動部材５９の操作レバー６０をハウジング（入力軸）５１、ハウジングカバー６１の外側に延在しており、操作レバー６０を回動操作することができるようになっている。
【００４１】
ハウジングカバー６１は、その内側面６１ａを作動部材５９に対向させて、出力軸５６のテーパ部５６ａの拡径側から装着している。ハウジングカバー６１の内側面６１ａには、図６に示すように、作動部材５９の楔突起５９ｃとは逆方向（図２中、出力軸５６の下側からハウジングカバー６１を見た場合に右回方向）に徐々に突出した楔突起６１ｂを、作動部材５９の楔突起５９ｃに噛み合うように形成している。ハウジングカバー６１に形成した楔突起６１ｂと作動部材５９に形成した楔突起５９ｃは、作動部材５９を軸方向（図上側）に移動させるための一対のカム機構６３を構成している。
【００４２】
ハウジング（入力軸）５１は、前述のとおり、前記出力軸５６の３段目の段差部に介装した軸受５７により出力軸５６に対して回転自在に取り付け、ハウジングカバー６１は、図２に示すように、出力軸５６ととの間に介装した軸受６４を介して出力軸５６に対して回転自在に取り付け、バーリングで加締めるなどの締結手段で締結する。
【００４３】
上記入力軸５１、クラッチ部材５２、作動部材５９、ハウジングカバー６１は、例えば、冷間プレス加工によって安価に製造することができる。
【００４４】
次に、このクラッチ５の動作を説明する。このクラッチ５は、図７に示すように、作動部材５９の操作レバー６０を左側（実線位置）に回動操作することにより、テーパころ５３の楔係合を解除すると、入力軸５１と出力軸５６が非連結状態になり、第１シャフト２と第２シャフト４の連結状態が切り離される。
【００４５】
詳しくは、操作レバー６０を、図７の左側の実線位置に示すように、作動部材５９の楔突起５９ｃとハウジングカバー６１の楔突起６１ｂが噛み合う位置まで反時計方向に回動させる。これにより、作動部材５９は、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、作動部材５９の楔突起５９ｃがハウジングカバー６１の楔突起６１ｂに乗り上がって軸方向上側に移動する。保持器５４は、作動部材５９の押圧部５９ｂにより波形ばね５５の弾性力に抗して係合子収容空間５８の広い側５８ｂに押し出され、テーパころ５３は保持器５４と一緒に係合子収容空間５８の広い側５８ｂに移動する。保持器５４が係合子収容空間５８の広い側５８ｂに位置するときは、出力軸５６とクラッチ部材５２との隙間が広くなっているので、クラッチ部材５２に設けたカム５２ｂに対するテーパころ５３の周方向の楔係合が解除される。
【００４６】
このとき、ステアリングホイール１に連結された第１シャフト２から入力軸５１に回転トルクが入力されると、テーパころ５３は、保持器５４、クラッチ部材５２及び入力軸５１と一緒に回転するが、出力軸５６とクラッチ部材５２との隙間が広いので、クラッチ部材５２のカム面５２ｂには楔係合せず、出力軸５６には回転トルクは伝達されない。これにより、第１シャフト２から第２シャフト４に回転トルクが伝達されず、ステアリングギア３をステアリングホイール１で直接操舵することが出来ない状態になる。また、この状態では、ステアリングギア３から出力軸５６に回転トルクが逆入力された場合には、同様に、入力軸５１には回転トルクが伝達されず、ステアリングギア３の操舵抵抗がステアリングホイール１に直接伝達されないようになる。
【００４７】
一方、作動部材５９の操作レバー６０が、図７の右方向（２点鎖線で示す位置）に回動されると、保持器５４は、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、波形ばね５５により係合子収容空間５８の狭い側５８ａに弾性的に付勢され、テーパころ５３は保持器５４と一緒に係合子収容空５８の狭い側５８ａに押し込まれる。このときテーパころ５３は出力軸５６とクラッチ部材５２の係合面に対し、波形ばね５５によって安定した付勢力が与えられている。保持器５４が係合子収容空間５８の狭い側５８ａにあるときは、出力軸５６とクラッチ部材５２との径方向の隙間が狭くなっているので、入力軸５１に回転トルクが入力されたときに、テーパころ５３がクラッチ部材５２に設けたカム面５２ｂに周方向に楔係合する。これにより、ステアリングホイール１に連結された第１シャフト２から入力軸５１に回転トルクが入力されると、出力軸５６に回転トルクが伝達され、出力軸５６が入力軸５１に対して正逆両方向に従動回転するようになり、ステアリングホイール１でステアリングギア３を直接操舵することができるようになる。また、この場合、ステアリングギア３に連結された第２シャフトから出力軸５６に回転トルクが逆入力された場合にも、テーパころ５３がクラッチ部材５２に設けたカム面５２ｂに周方向に楔係合しているので、出力軸５６から入力軸５１に回転トルクが逆入力される。このためステアリングギア３の操舵抵抗がステアリングホイール１に直接伝達されるようになる。
【００４８】
このように、ステアリングホイール１に連結された第１シャフト２と、ステアリングギア３に連結された第２シャフトを非連結状態から連結状態に切替える場合には、操作レバー６０を右側に回動させるとよい。このクラッチ５は、ハウジング（入力軸）５１と操作レバー６０との間に戻りばねとしてコイルばね６５を設けているので、操作レバー６０を右側に回動させ、作動部材５９の楔突起５９ｃとハウジングカバー６１の楔突起６１ｂの係合が外れると、コイルばね６５によって、操作レバー６０が自動的に左側に回動し元の位置に戻るようになっている。
【００４９】
このとき、保持器５４には、テーパころ５３を介して周方向に大きな力が掛かるが、保持器５４の係合凸部５４ｂに形成した切欠き５４ｃ（図３参照）によって、保持器５４の周方向の弾性変形を許容しているので、保持器５４が破損するのを防止することができる。
【００５０】
再び、図１に戻って、ステアバイワイヤシステム、及び、そのフェールセーフ機構の動作を説明する。
【００５１】
ステアバイワイヤは、正常に機能している状態では、操舵角センサ１０などのセンサから入力される入力信号に基づいて、コントローラ１２によりクラッチ切替用アクチュエータ１３を介してクラッチ５が操作され、ステアリングホイール１に連結された第１シャフト２とステアリングギア３に連結された第２シャフト４が適時に連結され又は切り離されるようになっている。そして、クラッチ５により第１シャフト２と第２シャフト４の連結が切り離されているときは、操舵角センサ１０で第１シャフト２の操舵角を検知して、コントローラ１２により第１モータ７を駆動して、第１シャフト２を介してステアリングホイール１に適当な操舵反力を与え、第２モータ９を駆動して、第１シャフト２の操舵角に応じた操舵角を第２シャフト４に与え、ステアリングギア３の操舵を補助するようになっている。
【００５２】
ステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構は、モータ不具合等、ステアバイワイヤシステムに不具合が発生したときに、例えば、異常検知センサ１１の異常検知信号に基づいて異常を検知し、自動または手動にて、クラッチ５の操作レバー６０をロック位置へ外力にて操作して、ステアリングホイール１に連結された第１シャフト２とステアリングギア３に連結された第２シャフト４を連結し、ステアリングホイール１によりステアリングギア３を直接操舵できる状態にする。
【００５３】
フェールセーフ機構を自動的に機能させる場合は、異常検知センサ１１の異常検知信号に基づいて、コントローラ１２からクラッチ切替用アクチュエータ１３に制御信号を送り、クラッチ切替用アクチュエータ１３を介して、クラッチ５を操作するようにすればよい。クラッチ切替用アクチュエータ１３は、例えば、ソレノイドを使用して構成する。異常を検知したときに、ソレノイドへの電力の供給を遮断し、ばね等の弾性部材によって、クラッチ５の操作レバー６０をロック位置へ操作するようにするとよい。
【００５４】
以上、本発明の一実施形態に係るステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構、及び、ステアバイワイヤシステムを説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【００５５】
特に、クラッチ５は、上記実施形態で示したものに限定されず、同様の動作が可能なものであれば、他の構成のものを用いることができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係るステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構は、ステアバイワイヤ機構のクラッチが、第１シャフトの回転トルクが入力される入力部材と、第２シャフトに連結された被動部材と、入力部材と被動部材との間に形成した係合子収容空間と、係合子収容空間に配設され、入力部材と被動部材との間で周方向に楔係合可能な係合子と、前記係合子収容空間の軸方向の片側に設けられ、前記係合子が収容空間の軸方向片側へ移動した際、楔係合可能な位置と、係合子が軸方向反対側へ移動し、非係合状態になる位置とへ係合子を軸方向に移動させる操作手段を備えており、かつ、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じたときに、操作手段を介して係合子を係合子収容空間の楔係合可能な位置に移動させて、第１シャフトと第２シャフトを連結し、ステアバイワイヤ機構を介さずにステアリングによる操舵を可能にするようにしたので、モータ不具合等により、操舵不能になった場合や、電力の供給が遮断された場合でも、ステアリングホイールとステアリングギアとをクラッチにより連結させることができ、フェールセーフ機構を機能させることができる。このクラッチは、ドグクラッチと異なり、入出力の位相差を問わず連結させることが可能である。しかも、電磁クラッチに比べ小型軽量化及び低価格化が可能であり、また常時通電する必要がないので省力化の点でも有利である。
【００５７】
また、クラッチの保持器の一端に、保持器の周方向の弾性変形を許容する切欠きを形成することにより、入力された回転トルクを伝達するときや保持器を軸方向に相対移動させたときにおいて、保持器に生じる内部応力を緩和することができ、保持器の破損を防止することができる。
【００５８】
また、入力部材と被動部材の何れか一方に周方向に係合したクラッチ部材を設け、クラッチ部材にテーパころが周方向に楔係合するカム面を形成したので、カム面の成形など製造が容易になり、低コスト化を図ることができる。
【００５９】
また、クラッチ部材に保持器を軸方向にガイドするガイド部を設けたので、保持器を軸方向に真っ直ぐに移動させることができ、テーパころのスキューなどを抑止することができ、これにより保持器に想定外の負荷が掛かるのを防止できる。
【００６０】
また、本発明のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構は、システムの異常を検知する異常検知センサと、クラッチを操作するクラッチ切替用アクチュエータと、異常検知センサによる異常検知信号に基づいてクラッチ切替用アクチュエータを操作するコントローラとを備え、異常検知センサから異常検知信号を受信した時に、コントローラがクラッチ切替用アクチュエータを介して、第１シャフトと第２シャフトを連結するようにクラッチを操作する構成にすることにより、運転者が異常を感知してからクラッチを手動で操作する場合に比較して、例えば、運転者が異常によりパニック状態に陥ってクラッチの切替え操作が遅れるといった事態が生じることがなく、自動的に短時間で、かつ的確に、フェールセーフ機構が機能することができ、ステアバイワイヤシステムの安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るステアバイワイヤシステムの概略構成図である。
【図２】本発明のステアバイワイヤシステムに用いる実施形態のクラッチの縦断側面図である。
【図３】図２のクラッチにおけるクラッチ部材及び保持器の分解斜視図である。
【図４】クラッチ部材に形成したカム面を示す要部拡大横断面図である。
【図５】テーパころの配設状態を示す横断面図である。
【図６】作動部材とハウジングとの間のカム機構を示す拡大正面図である。
【図７】非連結状態での操作レバーの位置を示す下面図である。
【図８】（ａ）は非連結状態での作動部材とハウジングカバーとの位置を示す要部拡大縦断面図、
（ｂ）は連結状態での作動部材とハウジングカバーとの位置を示す要部拡大縦断面図である。
【図９】（ａ）は非連結状態での作動部材とハウジングカバーとのカム機構が係合していない状態を示す要部拡大正面図、
（ｂ）は連結状態での作動部材とハウジングカバーとのカム機構が係合している状態を示す要部拡大正面図である。
【図１０】従来のクラッチを用いたステアバイワイヤシステムの概略構成図である。
【図１１】従来の電磁クラッチを用いたステアバイワイヤシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ 第１シャフト
３ ステアリングギア
４ 第２シャフト
５ クラッチ
６，８ ギア
７ 第１モータ
９ 第２モータ
１０ 操舵角センサ
１１ 異常検知センサ
１２ コントローラ
１３ クラッチ切替用アクチュエータ
５１ 入力軸（入力部材）
５２ クラッチ部材
５２ｂ カム面
５３ テーパころ（係合子）
５４ 保持器
５４ｃ 切欠き
５５ 波形ばね（ばね部材、弾性付勢手段）
５６ 出力軸（被動部材）
５８ 係合子収容空間
５８ａ 係合子収容空間の狭い側
５８ｂ 係合子収容空間の広い側
５９ 作動部材（操作手段）
５９ｂ 押圧部
６０ 操作レバー（操作部）
６１ ハウジングカバー（静止部材）
６３ カム機構
６５ コイルばね（弾性復帰部材）
Claims (13)
- ステアリングホイールと、ステアリングホイールに連結された第１シャフトと、第１シャフトへ操舵反力を伝える第１モータと、ステアリングギアと、ステアリングギアに連結された第２シャフトと、第２シャフトへ操舵力を伝える第２モータと、前記第１シャフトと第２シャフトとの間に装着されて第１シャフトと第２シャフトとを連結または非連結状態に切替えるクラッチとを備えたステアバイワイヤシステムにおいて、
前記クラッチが、前記第１シャフトの回転トルクが入力される入力部材と、前記第２シャフトに連結された被動部材と、前記入力部材と被動部材との間に形成した係合子収容空間と、前記係合子収容空間に配設され、前記入力部材と被動部材との間で周方向に楔係合可能な係合子と、前記係合子収容空間の軸方向の片側に設けられ、前記係合子が収容空間の軸方向片側へ移動した際、楔係合可能な位置と、係合子が軸方向反対側へ移動し、非係合状態になる位置とへ係合子を軸方向に移動させる操作手段を備えており、
かつ、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じたときに、前記操作手段を介して前記係合子を係合子収容空間の楔係合可能な位置に移動させて、前記第１シャフトと第２シャフトを連結し、ステアバイワイヤシステムよらずにステアリングによる操舵を可能にするようにしたことを特徴とするステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。 - 前記係合子がテーパころであり、前記テーパころを保持するとともに、前記入力部材と被動部材との間に軸方向に移動可能に配設した保持器を備え、
前記係合子収容空間が、前記入力部材と被動部材との間で軸方向の片側が狭く、反対側に向けて漸次広くなるように形成されており、係合子収容空間の狭い側にテーパころが周方向に係合可能な係合位置を設け、広い側に前記テーパころの楔係合を解除する解除位置を設けており、
かつ、テーパころの小径端を係合子収容空間の狭い側に向けて、前記テーパころを配設するとともに、前記操作手段が保持器と共にテーパころを軸方向に前後に移動させることを特徴とする請求項１に記載のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。 - 前記保持器が、一端に保持器の周方向の弾性変形を許容する切欠きを形成したものであることを特徴とする請求項２に記載のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。
- 前記入力部材と被動部材の何れか一方に、周方向に係合したクラッチ部材を設け、前記クラッチ部材にテーパころが周方向に楔係合するカム面を形成したことを特徴とする請求項２又は３に記載のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。
- 前記クラッチ部材に、保持器を軸方向にガイドするガイド部を設けたことを特徴とする請求項４に記載のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。
- 前記操作手段が、テーパころを保持器と共に係合子収容空間の狭い側に付勢する弾性付勢手段と、前記弾性付勢手段に抗して前記テーパころを保持器と共に係合子収容空間の広い側に移動させ、前記テーパころの楔係合状態を解除する係合状態解除手段とを備えていることを特徴とする請求項２から５の何れかに記載のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。
- 前記弾性付勢手段が、前記係合子収容空間の広い側において、前記入力部材又は被動部材と、保持器の一端との間に組み込んだばね部材からなることを特徴とする請求項６に記載のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。
- 前記係合状態解除手段が、前記保持器のテーパころ小径端側の周縁部に軸方向に対向するように配設した押圧部を有する作動部材と、
前記係合子収容空間に対して軸方向に相対的に静止した静止部材と、
前記作動部材を静止部材に対して相対的に所定方向に回動させたときに、作動部材を軸方向に移動させ、前記押圧部で保持器と共にテーパころを押圧移動させるカム機構と、
前記作動部材を回動操作する操作部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。 - 前記静止部材が軸受を介して入力部材及び被動部材を回転自在に外装するハウジングであることを特徴とする請求項８に記載のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。
- 前記作動部材を静止部材に対して相対的に回動させたときに弾性力を蓄積し、前記作動部材を静止部材に対して逆方向に相対的に回動させたときに、前記作動部材の押圧部を保持器のテーパころ小径端側の周縁部から離隔させる弾性復帰部材を備えていることを特徴とする請求項８又は９に記載のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。
- 前記弾性復帰部材が、一端を作動部材に繋止し、他端を静止部材に繋止したコイルばねからなることを特徴とする請求項１０に記載のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。
- 前記フェールセーフ機構は、システムの異常を検知する異常検知センサと、前記クラッチを操作するクラッチ切替用アクチュエータと、前記異常検知センサによる異常検知信号に基づいて前記クラッチ切替用アクチュエータを操作するコントローラとを備え、
異常検知センサから異常検知信号を受信した時に、前記コントローラが前記クラッチ切替用アクチュエータを介して、前記第１シャフトと第２シャフトを連結するように前記クラッチを操作することを特徴とする請求項１から１１の何れかに記載のステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構。 - 請求項１から１２の何れかに記載されたフェールセーフ機構を備えたステアバイワイヤシステム。
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