JP2007269280A - Vehicular steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなく、操舵部材の操舵に応じて舵取機構を駆動することができる、いわゆるステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置に関する。 The present invention relates to a so-called steer-by-wire vehicle steering apparatus that can drive a steering mechanism in response to steering of a steering member without being mechanically coupled to a steering mechanism that changes the direction of a wheel.
車両の操舵は、車室の内部において運転者によりなされる操舵部材の操作(一般的にはステアリングホイールの回転操作)を、舵取り用の車輪(一般的には前輪)の操向のために車室の外部に配した舵取機構に伝達して行われる。 Steering of a vehicle is performed by operating a steering member (generally a rotating operation of a steering wheel) performed by a driver inside a passenger compartment to steer a steering wheel (generally a front wheel). It is transmitted to the steering mechanism arranged outside the room.
このような車両用操舵装置として、近年、車室内部の操舵部材を含む操舵機構を車室外部の舵取機構から機械的に分離して配置し、舵取機構の一部に操舵アクチュエータを付設し、該操舵アクチュエータを、操舵部材の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、舵取機構に操舵力を加えて操舵部材の操作に応じた操舵を行わせる構成とした分離式操舵装置、いわゆるステアバイワイヤ方式の操舵装置が提案されている。 As such a vehicle steering device, in recent years, a steering mechanism including a steering member inside a vehicle compartment is mechanically separated from a steering mechanism outside the vehicle compartment, and a steering actuator is attached to a part of the steering mechanism. The steering actuator is operated based on the detection result of the operation direction and the operation amount of the steering member, and the steering mechanism is configured to apply the steering force to the steering mechanism to perform the steering according to the operation of the steering member. Devices, so-called steer-by-wire steering devices have been proposed.
ステアバイワイヤ方式の操舵装置は、操舵部材の操作量と、操舵アクチュエータの動作による舵取機構の動作量との対応関係を機械的な制約を受けずに自在に変更することができ、車速の高低、旋回程度、加減速の有無等、走行状態に応じた操舵特性の変更制御に柔軟に対応し得るという利点を有している。なお、操舵アクチュエータとしては、操舵特性の変更制御の容易性を考慮して、一般的に電動モータが用いられている。 The steer-by-wire steering device can freely change the correspondence between the operation amount of the steering member and the operation amount of the steering mechanism by the operation of the steering actuator without being subjected to mechanical restrictions, and the vehicle speed can be increased or decreased. In addition, there is an advantage that it is possible to flexibly cope with the change control of the steering characteristics in accordance with the traveling state, such as the degree of turning and the presence or absence of acceleration / deceleration. In general, an electric motor is used as the steering actuator in consideration of the ease of changing the steering characteristics.
一方、ステアバイワイヤ方式の操舵装置においては、操舵アクチュエータ、操舵部材の操作方向及び操作量を含めて車両の走行状態を検出する各種のセンサ、並びに、これらのセンサの検出結果に基づいて操舵アクチュエータを制御する操舵制御部に対するフェイルセーフ対策が安全の観点から重要となる。フェイルセーフ対策として、操舵アクチュエータ、センサ及び操舵制御部を二重系とすることが良く行われている。 On the other hand, in a steer-by-wire steering device, a steering actuator, various sensors for detecting the traveling state of the vehicle including the operation direction and operation amount of the steering member, and the steering actuator based on the detection results of these sensors are provided. A fail-safe measure for the steering control unit to be controlled is important from the viewpoint of safety. As a fail-safe measure, a steering system, a sensor, and a steering control unit are often used as a double system.
一方、操舵部材の操作に応じて回転する入力側部材と舵取機構の動作に伴って回転する出力側部材との間に電磁クラッチを介装し、フェイル発生時に電磁クラッチにより入力側部材と出力側部材とを係合させ、操舵部材の操作力を舵取機構に機械的に伝達可能として、マニュアル操舵が行えるようにしている(特許文献1、2参照)。また、特許文献3では、電磁クラッチを用いることなく、手動により入力側部材と出力側部材とを係合させ、操舵部材の操作力を舵取機構に機械的に伝達可能としている車両用操舵装置が開示されている。
しかし、特許文献1及び2のように電磁クラッチを用いる場合、入力側部材と出力側部材とを連結し、又は離脱するよう動作回路及び制御部を構成する必要があり、入力側部材と出力側部材とを大きく離すことが困難となっている。したがって、操舵装置設計における空間の物理的な制約はマニュアルステアリングより緩和されているものの、十分な自由度を確保することが困難であるという問題点があった。
However, when using an electromagnetic clutch as in
また、特許文献3では、操舵部材の操舵角度と舵取装置側の回転角度が相違しており、予め決められた角度でしか連結することができないことから、走行中にフェイル発生した場合に対応できないという問題点があった。
Further, in
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、いわゆるステアバイワイヤ方式の操舵装置において、各種のフェイルが発生した場合、操舵部材の操作に応じて回転する入力側部材と舵取機構の動作に連動回転する出力側部材とを直接連結することが可能な車両用操舵装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in a so-called steer-by-wire type steering apparatus, when various types of failures occur, the operation of the input side member and the steering mechanism that rotate according to the operation of the steering member An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus capable of directly connecting an output side member that rotates in conjunction with the vehicle.
上記目的を達成するために、第1発明に係る車両用操舵装置は、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなくハウジングに支持されている操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵部材の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段とを備える車両用操舵装置において、前記操舵軸と前記舵取機構との間に、軸長方向に伸縮可能であり、回転を伝達可能な伸縮軸を備え、前記駆動手段が非作動であるとき、前記伸縮軸が伸張して前記操舵軸と前記舵取機構とが機械的に連結されるようにしてあることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a vehicle steering apparatus according to a first aspect of the present invention includes a steering shaft that is supported by a housing without being mechanically connected to a steering mechanism that changes the direction of wheels, and the steering shaft. In a vehicle steering apparatus including a driving unit that drives the steering mechanism in accordance with steering of a connected steering member, the vehicle can extend and contract in the axial direction between the steering shaft and the steering mechanism. A telescopic shaft capable of transmitting rotation, and when the driving means is inactive, the telescopic shaft is extended to mechanically connect the steering shaft and the steering mechanism. Features.
また、第2発明に係る車両用操舵装置は、第1発明において、前記伸縮軸は、一端が前記舵取機構に連結され、他端に前記操舵軸と継断可能なクラッチ機構を有し、伸縮自在で内側を密閉してある伸縮部、及び該伸縮部の内側であって、他端にある前記クラッチ機構の前記操舵軸との係合面を前記操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部を、前記係合面と前記舵取機構との間に備えることを特徴とする。 The vehicle steering apparatus according to a second aspect of the present invention is the vehicle steering apparatus according to the first aspect, wherein the telescopic shaft has a clutch mechanism that has one end connected to the steering mechanism and the other end connected to the steering shaft. An internal pressure that generates an internal pressure that pushes an engagement surface with the steering shaft of the clutch mechanism at the other end inside the expansion / contraction portion, and is capable of expanding and contracting and sealing the inside. The generator is provided between the engagement surface and the steering mechanism.
また、第3発明に係る車両用操舵装置は、第1発明において、前記伸縮軸は、一端が前記舵取機構に連結され、他端に前記操舵軸と継断可能なクラッチ機構と、他端にある前記クラッチ機構の前記操舵軸との係合面を前記操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部とを備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the vehicle steering apparatus according to the first aspect, wherein the telescopic shaft has one end connected to the steering mechanism and the other end connected to the steering shaft, and the other end. And an internal pressure generating section that generates an internal pressure that pushes up an engagement surface of the clutch mechanism with the steering shaft in the steering shaft direction.
また、第4発明に係る車両用操舵装置は、第2又は第3発明において、前記クラッチ機構は、前記係合面がテーパを有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the vehicle steering apparatus according to the second or third aspect, the clutch mechanism has a taper on the engagement surface.
また、第5発明に係る車両用操舵装置は、第2乃至第4発明のいずれか1つにおいて、前記係合面にスプライン歯を形成してあることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the vehicle steering apparatus according to any one of the second to fourth aspects, wherein spline teeth are formed on the engagement surface.
第1発明では、舵取機構と操舵部材とが機械的に連結されていない、いわゆるステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置において、操舵軸と舵取機構との間に、軸長方向に伸縮可能であり、回転を伝達可能な伸縮軸を備えている。舵取機構を駆動する駆動手段が正常に作動しない場合、伸縮軸が伸張して操舵軸と舵取機構とが機械的に連結される。伸縮軸を介して操舵軸と舵取機構とが機械的に連結されることにより、操舵部材の操作を直接舵取機構へ伝達することができ、駆動手段が動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。 In the first invention, in a so-called steer-by-wire vehicle steering apparatus in which the steering mechanism and the steering member are not mechanically connected, the steering mechanism can be extended and contracted in the axial length direction between the steering shaft and the steering mechanism. Yes, it has a telescopic shaft that can transmit rotation. When the driving means for driving the steering mechanism does not operate normally, the telescopic shaft extends and the steering shaft and the steering mechanism are mechanically connected. By mechanically connecting the steering shaft and the steering mechanism via the telescopic shaft, the operation of the steering member can be directly transmitted to the steering mechanism, and even if the drive means does not operate, it is safe It is possible to steer the vehicle.
第2発明では、伸縮軸は、一端が舵取機構に連結され、他端に操舵軸と継断可能なクラッチ機構を有している。また、伸縮自在で内側を密閉してある伸縮部、及び該伸縮部の内側であって、他端にあるクラッチ機構の操舵軸との係合面を操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部を、係合面と舵取機構との間に備えている。これにより、内圧が発生することにより、伸縮部で囲まれている内側に充填されている気体が膨張し、クラッチ機構の操舵軸との係合面が上方へ押し上げられ、操舵軸と舵取機構とが機械的に連結される。したがって、操舵部材の操作を直接舵取機構へ伝達することができ、駆動手段が動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。 In the second invention, one end of the telescopic shaft is connected to the steering mechanism, and the other end has a clutch mechanism that can be connected to and disconnected from the steering shaft. Also, an expansion / contraction part that is extendable and sealed inside, and an internal pressure generation that generates an internal pressure that pushes the engagement surface with the steering shaft of the clutch mechanism at the other end inside the expansion / contraction part toward the steering axis. Is provided between the engagement surface and the steering mechanism. As a result, when the internal pressure is generated, the gas filled inside the expansion / contraction part expands, the engagement surface with the steering shaft of the clutch mechanism is pushed upward, and the steering shaft and the steering mechanism And are mechanically connected. Therefore, the operation of the steering member can be directly transmitted to the steering mechanism, and the vehicle can be safely steered even when the driving means does not operate.
第3発明では、伸縮軸は、一端が前記舵取機構に連結され、他端に前記操舵軸と継断可能なクラッチ機構と、他端にあるクラッチ機構の操舵軸との係合面を操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部とを備えている。これにより、内圧が発生することによりクラッチ機構の操舵軸との係合面が上方へ押し上げられ、操舵軸と舵取機構とが機械的に連結される。したがって、操舵部材の操作を直接舵取機構へ伝達することができ、駆動手段が動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。 In the third invention, one end of the telescopic shaft is connected to the steering mechanism, and the other end is steered on the engagement surface between the other end of the clutch mechanism that can be connected to the steering shaft and the other end of the clutch mechanism. And an internal pressure generating section that generates an internal pressure that is pushed up in the axial direction. As a result, when the internal pressure is generated, the engagement surface of the clutch mechanism with the steering shaft is pushed upward, and the steering shaft and the steering mechanism are mechanically connected. Therefore, the operation of the steering member can be directly transmitted to the steering mechanism, and the vehicle can be safely steered even when the driving means does not operate.
第4発明では、クラッチ機構は、係合面がテーパを有している。これにより、クラッチ機構においてより強固な係合を得ることができ、駆動手段が動作しない場合であっても、より安全に車両を操舵することが可能となる。 In the fourth invention, the clutch mechanism has a tapered engagement surface. As a result, a stronger engagement can be obtained in the clutch mechanism, and the vehicle can be steered more safely even when the drive means does not operate.
第5発明では、係合面にはスプライン歯を形成してある。これにより、スプライン歯の噛合によって、クラッチ機構においてより強固な係合を得ることができ、駆動手段が動作しない場合であっても、より安全に車両を操舵することが可能となる。 In the fifth invention, spline teeth are formed on the engagement surface. Thereby, the engagement of the spline teeth makes it possible to obtain a stronger engagement in the clutch mechanism, and the vehicle can be steered more safely even when the drive means does not operate.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る車両用操舵装置の要部構成を示す模式図である。実施の形態1に係る車両用操舵装置は、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る操舵軸3と、該操舵軸3の上端に連結された操舵部材である操舵輪4と、該操舵輪4の操舵に応じて舵取機構1を駆動する駆動手段5と、駆動手段5の故障によって舵取機構1を駆動することができなくなった場合に操舵軸3の下端を舵取機構1に連結する連結手段6とを備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of a vehicle steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. A vehicle steering apparatus according to Embodiment 1 includes a steering mechanism 1 for causing a pair of steering wheels A, A arranged on the left and right of a vehicle body (not shown) to perform a steering operation, and a machine from the steering mechanism 1. A
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アクチュエータ7が設けられている。反力アクチュエータ7は、駆動手段5から与えられる動作指令信号に応じた駆動回路70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)を付与する動作をなす。
The
このため、操舵輪4の操舵には反力アクチュエータ7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8と、操舵輪4の操舵量及び操舵方向を検出するセンサ、例えばロータリエンコーダ9が軸ハウジング2に付設されており、トルクセンサ8及びロータリエンコーダ9が検出した結果はインタフェース回路10を介して駆動手段5に与えられている。
Therefore, it is necessary to apply a steering torque against the reaction force generated by the reaction force actuator 7 to steer the steered wheels 4. The torque sensor 8 that detects the steering torque, the steering amount of the steered wheels 4, and the steering direction For example, a
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51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。
As is well known, the steering mechanism 1 connects both ends of a steering shaft 11 that extends in the left-right direction of the vehicle body and moves in the axial length direction, and knuckle
舵取軸11は、軸長方向一端側に螺旋溝を、他端側にラック歯をそれぞれ備えており、軸ハウジング13内に回転不能であり、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、ラック歯に噛合するピニオンを下端に有し、上端にジョイント14を介して伝動軸15が連結されたピニオン軸16が回転可能に支持され、駆動手段5が故障した場合、ピニオン軸16を回転させることにより舵取軸11を移動させる構成となっている。また、軸ハウジング13にはピニオン軸16の回転量及び回転方向を検出するセンサ、例えばロータリエンコーダ20が設けられ、該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10を介して駆動手段5の舵取制御部52に与えられている。
The steering shaft 11 includes a spiral groove on one end side in the axial length direction and a rack tooth on the other end side. The steering shaft 11 is not rotatable in the
舵取モータ51は、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、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51の回転が舵取軸11に伝達され、該舵取軸11が軸長方向へ移動する構成となっている。
The
駆動手段5は、舵取モータ51とマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部52とを備えている。舵取モータ51は、舵取制御部52から与えられる駆動回路50からの通電により回転し、舵取モータ51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51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52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。
The drive means 5 includes a
図2は、本発明の実施の形態1に係る車両用操舵装置の連結手段6の操舵軸3の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。図2(a)に示すように、連結手段6は、操舵軸3の下端部及び伝動軸15の上端部に夫々設けられた第1及び第2のクラッチ板61、62を備え、第2のクラッチ板62に軸長方向に移動可能であり、しかも回転可能に保持することが可能な伸縮軸63を備えている。
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the connecting
伸縮軸63は、伝動軸15に固着された支持板64に固定された内筒631と、内筒631に外嵌されている外筒632とで構成されている。内筒631と外筒632との間には内周側に複数の突出部分を有するOリング633を挿入してあり、内筒631の外周には、Oリング633と係合可能な軸長方向の案内溝634が形成されている。これにより、伸縮軸63は軸長方向に摺動可能であるとともに、周方向には一体として回転可能となっている。なお、Oリングを有するものに限定されるものではなく、内筒631の外周にセレーション、スプライン等が軸長方向に形成されている構成であっても良い。
The
第2のクラッチ板62と支持板64との間には、合成樹脂製のベローズ(伸縮部)65が設けてある。ベローズ65で覆われている内部の空間66は、気密性を有していることが好ましい。ベローズ65で覆われている内部の空間66の支持板64の表面には、発火装置(内圧発生部)67が設けられている。発火装置67は、発火回路671及び炸薬672で構成されており、発火回路671で火花が発生することにより炸薬672が爆発し、ベローズ65で覆われている内部の空間66の気体が急激に膨張する。
Between the second
なお、ベローズ65を蛇腹状に設けることにより、第1のクラッチ板61と第2のクラッチ板62とが連結した状態で操舵軸3が回転した場合に加わるねじれ力を吸収することができる。またベローズ65を複合合成樹脂製とすることにより、ねじれ張力に対して高い耐性を有することができ、例えば第1のクラッチ板61と第2のクラッチ板62とが連結した状態でベローズ65が延びきる場合であっても、操舵時の剛性を確保することが可能となる。したがって、修理可能な施設までより安全に移動することが可能となる。
In addition, by providing the
図3は、発火装置67を作動させる発火回路671の構成の一例を示す図である。図3の例では、発火装置67を作動させる発火回路671はチャージポンプ回路であり、発振回路673を起動することによりバッテリ674の電圧V1を昇圧して、高電圧V2を発火部675へ供給する。発火部675は、例えば対向している電極であり、両電極間の電位差が大きくなることにより放電が発生して火花が発生する。なお、発火回路671はチャージポンプ回路に限定されるものではなく、例えばDC−DCコンバータを用いても良い。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
上述のような構成の車両用操舵装置は、舵取制御部52及び舵取モータ51等の駆動手段5が正常である場合、操舵輪4の操舵に応じて舵取制御部52が舵取モータ51を駆動制御し、舵取モータ51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。
In the vehicle steering apparatus having the above-described configuration, when the driving means 5 such as the
操舵輪4の操舵には反力アクチュエータ7が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。操舵トルクはトルクセンサ8により検出され、操舵輪4の操舵量がロータリエンコーダ9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52に与えられる。
Steering torque against the reaction force generated by the reaction force actuator 7 is applied to the steering wheel 4. The steering torque is detected by the torque sensor 8, the steering amount of the steering wheel 4 is detected including the steering direction by the
舵取制御部52及び舵取モータ51等の駆動手段5に異常が発生し、舵取機構1を駆動することができなくなった場合、発火装置67は、発振回路673を起動して発火部675に火花を発生させる。火花の発生により、ベローズ65で覆われている内部の空間66に配置されている炸薬672が爆発し、ベローズ65で覆われている内部の空間66の気体が急激に膨張する。
When an abnormality occurs in the driving means 5 such as the
膨張した気体により、内筒631に外嵌されている外筒632が上方へ押し上げられ、図2(b)に示すように伝動軸15の上端部に設けられた第2のクラッチ板62が、操舵軸3の下端部に設けられた第1のクラッチ板62に接触して連結される。第1及び第2のクラッチ板が連結することにより、操舵軸3と伝動軸15とが機械的に連結され、操舵軸3の回転を舵取機構1へ機械的に伝達することができる。
The
以上のように本実施の形態1によれば、炸薬672の爆発による押圧により、伸縮軸63が伸長して操舵軸3と舵取機構1への伝動軸15とが機械的に連結され、操舵輪4の操作を直接舵取機構1へ伝達することができる。したがって、駆動手段5がフェイル等により動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2に係る車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態2に係る車両用操舵装置の構成は、実施の形態1と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。本実施の形態2では、発火装置(内圧発生部)67が、伸縮軸63の内部に設けられている点に特徴を有する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a vehicle steering apparatus according to
図4は、本発明の実施の形態2に係る車両用操舵装置の連結手段6の操舵軸3の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。図4(a)に示すように、連結手段6は、操舵軸3の下端部及び伝動軸15の上端部に夫々設けられた第1及び第2のクラッチ板61、62を備え、第2のクラッチ板62に軸長方向に移動可能であり、しかも回転可能に保持することが可能な伸縮軸63を備えている。
FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of the connecting
伸縮軸63は、伝動軸15に固着された支持板64に固定された内筒631と、内筒631に外嵌されている外筒632とで構成されている。内筒631と外筒632との間には内周側に複数の突出部分を有する第1のOリング635及び第2のOリング636を、それぞれ軸長方向に離隔して挿入してあり、内筒631の外周には、第1のOリング635及び第2のOリング636と係合可能な軸長方向の案内溝634が形成されている。これにより、伸縮軸63は軸長方向に摺動可能であるとともに、周方向には一体として回転可能となっている。なお、Oリングを有するものに限定されるものではなく、内筒631の外周にセレーション、スプライン等が軸長方向に形成されている構成であっても良い。
The
本実施の形態2では、第1のOリング635により、後述する発火装置67の炸薬672による爆圧が上部空間へ抜けるのを防止し、伸縮軸63の伸縮速度を減ずることなく第1のクラッチ板61と第2のクラッチ板62とを連結することができる。また、第2のOリング636により、炸薬672の爆発による内圧の上昇が飽和し、内圧が低下するのを防止することができる。
In the second embodiment, the first O-
外筒632の先端部分には、内筒631側へ突出した複数のガイド部分637が設けられている。図5は、伸縮軸63のV−V断面図である。図5に示すように、ガイド部分637は内筒631の案内溝634に係合するように形成されている。これにより、第1のクラッチ板61と第2のクラッチ板62とが連結された状態で操舵軸3が回転した場合に加わるねじれ力に対する剛性を確保することができ、修理可能な施設までより安全に移動することが可能となる。
A plurality of
伸縮軸63の内筒631の内側には、支持板64の表面に発火装置(内圧発生部)67が設けられている。発火装置67は、発火回路671及び炸薬672で構成されており、発火回路671で火花が発生することにより炸薬672が爆発し、伸縮軸63の内部の空間68の気体が急激に膨張する。なお、発火装置67を作動させる発火回路671の構成は、実施の形態1と同様であるので、同一の符号を付することにより、詳細な説明を省略する。
An ignition device (internal pressure generator) 67 is provided on the surface of the
上述のような構成の車両用操舵装置は、舵取制御部52及び舵取モータ51等の駆動手段5が正常である場合、操舵輪4の操舵に応じて舵取制御部52が舵取モータ51を駆動制御し、舵取モータ51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。
In the vehicle steering apparatus having the above-described configuration, when the driving means 5 such as the
操舵輪4の操舵には反力アクチュエータ7が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。操舵トルクはトルクセンサ8により検出され、操舵輪4の操舵量がロータリエンコーダ9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52に与えられる。
Steering torque against the reaction force generated by the reaction force actuator 7 is applied to the steering wheel 4. The steering torque is detected by the torque sensor 8, the steering amount of the steering wheel 4 is detected including the steering direction by the
舵取制御部52及び舵取モータ51等の駆動手段5に異常が発生し、舵取機構1を駆動することができなくなった場合、発振回路673を起動して発火部675に火花を発生させる。火花の発生により、伸縮軸63の内部の空間68に配置されている炸薬672が爆発し、伸縮軸63の内部の空間68の気体が急激に膨張する。
When an abnormality occurs in the driving means 5 such as the
膨張した気体により、内筒631に外嵌されている外筒632が上方へ押し上げられ、図4(b)に示すように、伝動軸15の上端部に設けられた第2のクラッチ板62が、操舵軸3の下端部に設けられた第1のクラッチ板62に接触して連結される。第1及び第2のクラッチ板が連結することにより、操舵軸3と伝動軸15とが機械的に連結され、操舵軸3の回転を舵取機構1へ機械的に伝達することができる。
Due to the expanded gas, the
以上のように本実施の形態2によれば、炸薬672の爆発による押圧により、伸縮軸63が伸長して操舵軸3と舵取機構1への伝動軸15とが機械的に連結され、操舵輪4の操作を直接舵取機構1へ伝達することができる。したがって、駆動手段5がフェイル等により動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, the
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3に係る車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態3に係る車両用操舵装置の構成は、実施の形態1と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。本実施の形態3では、発火装置(内圧発生部)67により伸長する伸縮軸63の代わりに、操舵軸3の軸長方向へ伸縮可能なリンク機構を備えている点に特徴を有する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, a vehicle steering apparatus according to
図6は、本発明の実施の形態3に係る車両用操舵装置の連結手段6の操舵軸3の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。図6(a)に示すように、連結手段6は、操舵軸3の下端部及び伝動軸15の上端部に夫々設けられた第1及び第2のクラッチ板61、62を備え、第2のクラッチ板62と伝動軸15の支持板64との間に、操舵軸3の軸長方向に伸縮可能なリンク機構70を備えている。
FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of the connecting
リンク機構70は、伝動軸15に固着された支持板64に固定された支持部材701と、第2のクラッチ板62の裏面に固定された支持部材702とを備えている。支持部材701、702には、それぞれ回転可能なリンク部材703、704が2基ずつ連結されており、支持部材701に連結されているリンク部材703と、支持部材702に連結されているリンク部材704とが支持部材701、702で回転可能な方向と略同一方向に回転可能に連結されている。
The
第2のクラッチ板62と支持板64との間には、合成樹脂製のベローズ(伸縮部)65が設けてある。ベローズ65で覆われている内部の空間66は、気密性を有していることが好ましい。ベローズ65で覆われている内部の空間66の支持板64の表面には、発火装置(内圧発生部)67が設けられている。発火装置67は、発火回路671及び炸薬672で構成されており、発火回路671で火花が発生することにより炸薬672が爆発し、ベローズ65で覆われている内部の空間66の気体が急激に膨張する。なお、発火装置67を作動させる発火回路671の構成は、実施の形態1と同様であるので、同一の符号を付することにより、詳細な説明を省略する。
Between the second
上述のような構成の車両用操舵装置は、舵取制御部52及び舵取モータ51等の駆動手段5が正常である場合、操舵輪4の操舵に応じて舵取制御部52が舵取モータ51を駆動制御し、舵取モータ51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。
In the vehicle steering apparatus having the above-described configuration, when the driving means 5 such as the
操舵輪4の操舵には反力アクチュエータ7が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。操舵トルクはトルクセンサ8により検出され、操舵輪4の操舵量がロータリエンコーダ9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52に与えられる。
Steering torque against the reaction force generated by the reaction force actuator 7 is applied to the steering wheel 4. The steering torque is detected by the torque sensor 8, the steering amount of the steering wheel 4 is detected including the steering direction by the
舵取制御部52及び舵取モータ51等の駆動手段5に異常が発生し、舵取機構1を駆動することができなくなった場合、発振回路673を起動して発火部675に火花を発生させる。火花の発生により、ベローズ65で覆われている内部の空間66に配置されている炸薬672が爆発し、ベローズ65で覆われている内部の空間66の気体が急激に膨張する。
When an abnormality occurs in the driving means 5 such as the
膨張した気体により、内筒631に外嵌されている外筒632が上方へ押し上げられ、図6(b)に示すようにリンク機構70が伸長し、伝動軸15の上端部に設けられた第2のクラッチ板62が、操舵軸3の下端部に設けられた第1のクラッチ板62に接触して連結される。第1及び第2のクラッチ板が連結することにより、操舵軸3と伝動軸15とが機械的に連結され、操舵軸3の回転を舵取機構1へ機械的に伝達することができる。
Due to the expanded gas, the
以上のように本実施の形態3によれば、炸薬672の爆発による押圧により、リンク機構70が伸長して操舵軸3と舵取機構1への伝動軸15とが機械的に連結され、操舵輪4の操作を直接舵取機構1へ伝達することができる。したがって、駆動手段5がフェイル等により動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。
As described above, according to the third embodiment, the
(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4に係る車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態4に係る車両用操舵装置の構成は、実施の形態1と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。本実施の形態4では、第1のクラッチ板61との係合面が、円柱状のクラッチ部材81の上面となっており、クラッチ部材81が発火装置(内圧発生部)67により操舵軸3方向へ移動可能な点に特徴を有する。
(Embodiment 4)
Hereinafter, a vehicle steering apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings. Since the configuration of the vehicle steering apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted by attaching the same reference numerals. In the fourth embodiment, the engagement surface with the first
図7は、本発明の実施の形態4に係る車両用操舵装置の連結手段6の操舵軸3の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。図7(a)に示すように、連結手段6は、操舵軸3の下端部及び伝動軸15の上端部に夫々設けられた第1のクラッチ板61及びクラッチ部材81を備え、クラッチ部材81は、円柱形状を組み合わせた剛体をなしており、伝動軸15に固着されている支持部82に嵌挿可能となっている。
FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view of the connecting
クラッチ部材81と支持部82の側面との間には、気密性を有するシールを備え、支持部82側へ複数の突出部を有するピストンリング(Oリング)80を設けてあり、支持部82の内周面には、ピストンリング80の突出部を軸長方向へ案内可能な第1の案内溝822を設けている。このようにすることで、クラッチ部材81の支持部82への嵌挿を容易にするとともに、構造が堅牢であり、膨張した気体の漏れがないことから確実に第1のクラッチ板61と連結させることができる。
Between the
本実施の形態4では、支持部82上端部分の内周面に、クラッチ部材81側へ突出した複数のガイド部分821が設けられている。ガイド部分821は、クラッチ部材81の外周面に設けられている第2の案内溝811に係合するように形成されている。これにより、第1のクラッチ板61とクラッチ部材81とが連結された状態で操舵軸3が回転した場合に加わるねじれ力に対する剛性を確保することができ、修理可能な施設までより安全に移動することが可能となる。
In the fourth embodiment, a plurality of
クラッチ部材81と支持部82の底面との間には、支持部82の底面に発火装置(内圧発生部)67が設けられている。発火装置67は、発火回路671及び炸薬672で構成されており、発火回路671で火花が発生することにより炸薬672が爆発し、クラッチ部材81と支持部82の底面との間の空間83の気体が急激に膨張する。なお、発火装置67を作動させる発火回路671の構成は、実施の形態1と同様であるので、同一の符号を付することにより、詳細な説明を省略する。
Between the
上述のような構成の車両用操舵装置は、舵取制御部52及び舵取モータ51等の駆動手段5が正常である場合、操舵輪4の操舵に応じて舵取制御部52が舵取モータ51を駆動制御し、舵取モータ51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。
In the vehicle steering apparatus having the above-described configuration, when the driving means 5 such as the
操舵輪4の操舵には反力アクチュエータ7が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。操舵トルクはトルクセンサ8により検出され、操舵輪4の操舵量がロータリエンコーダ9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52に与えられる。
Steering torque against the reaction force generated by the reaction force actuator 7 is applied to the steering wheel 4. The steering torque is detected by the torque sensor 8, the steering amount of the steering wheel 4 is detected including the steering direction by the
舵取制御部52及び舵取モータ51等の駆動手段5に異常が発生し、舵取機構1を駆動することができなくなった場合、発振回路673を起動して発火部675に火花を発生させる。火花の発生により、発火回路671で火花が発生することにより炸薬672が爆発し、クラッチ部材81と支持部82の底面との間の空間83の気体が急激に膨張する。
When an abnormality occurs in the driving means 5 such as the
膨張した空気により、クラッチ部材81が上方へ押し上げられ、図7(b)に示すように、伝動軸15の上端部に設けられたクラッチ部材81が、操舵軸3の下端部に設けられた第1のクラッチ板61に接触して連結される。両者が連結することにより、操舵軸3と伝動軸15とが機械的に連結され、操舵軸3の回転を舵取機構1へ機械的に伝達することができる。
The
以上のように本実施の形態4によれば、炸薬672の爆発による押圧により、クラッチ部材81が上方へ押し上げられ、操舵軸3と舵取機構1への伝動軸15とが機械的に連結され、操舵輪4の操作を直接舵取機構1へ伝達することができる。したがって、駆動手段5がフェイル等により動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。
As described above, according to the fourth embodiment, the
(実施の形態5)
以下、本発明の実施の形態5に係る車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態5に係る車両用操舵装置の構成は、実施の形態1と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。本実施の形態5では、実施の形態4において炸薬の配置を工夫することにより、クラッチ機構の連結までの時間を短縮する点に特徴を有する。
(Embodiment 5)
Hereinafter, a vehicle steering apparatus according to
図8は、本発明の実施の形態5に係る車両用操舵装置の連結手段6の操舵軸3の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。図8(a)に示すように、連結手段6は、操舵軸3の下端部及び伝動軸15の上端部に夫々設けられた第1のクラッチ板61及びクラッチ部材81を備え、クラッチ部材81は、円柱形状を組み合わせた剛体をなしており、伝動軸15に固着されている支持部82に嵌挿されている。
FIG. 8 is a partially enlarged cross-sectional view of the connecting
クラッチ部材81は、第1のクラッチ板61との連結状態を堅固に維持し、操舵軸3が回転した場合に加わるねじれ力に対する剛性を確保するために、下端に上方へ向かう筒状部85が設けられており、支持部82との摺動面に周状の溝811を設けてある。支持部82は、所定の位置までクラッチ部材81が押し上げられた場合、すなわち第1のクラッチ部材61と連結する位置まで押し上げられた場合に、支持部82の溝811へ嵌入される環上の板ばね84を設けてある。板ばね84が支持部82の溝へ嵌入されることにより、第1のクラッチ板61とクラッチ部材81とはより強固に連結され、操舵軸3が回転した場合に加わるねじれ力に対する剛性を確保することができ、修理可能な施設までより安全に移動することが可能となる。
The
また、クラッチ部材81と支持部82の側面との間には、気密性を有するシールを備え、支持部82側へ複数の突出部を有するピストンリング(Oリング)80を設けてあり、支持部82の内周面には、ピストンリング80の突出部を軸長方向へ案内可能な第1の案内溝822を設けている。このようにすることで、構造が堅牢であり、膨張した気体の漏れがないことから確実に第1のクラッチ板61と連結させることができる。
In addition, a piston ring (O-ring) 80 having a plurality of protrusions is provided on the
クラッチ部材81と支持部82の底面との間には、支持部82の底面に発火装置(内圧発生部)67が設けられている。発火装置67は、発火回路671及び炸薬672で構成されており、発火回路671で火花が発生することにより炸薬672が爆発し、クラッチ部材81と支持部82の底面との間の空間83の気体が急激に膨張する。なお、クラッチ部材81と支持部82の側面との間には、気密性を有するシールを備えたピストンリング80を設けてあり、クラッチ部材81の支持部82への嵌挿を容易にするとともに、構造が堅牢であり、膨張した気体の漏れがないことから確実に第1のクラッチ板61と連結させることができる。また、発火装置67を作動させる発火回路671の構成は、実施の形態1と同様であるので、同一の符号を付することにより、詳細な説明を省略する。
Between the
本実施の形態5に係る車両用操舵装置では、炸薬672が操舵軸3の中心軸上で少なく、周方向へ向かうほど多くなるよう、所定の角度をなすように配置されている。このように炸薬672が、円錐形の窪部を有するように配置されることにより、爆発時の衝撃波が中心軸方向へ集約される、いわゆるモンロー効果が生じ、同一量の炸薬672を用いる場合であっても、より大きな押圧をクラッチ部材81へ付与することができる。したがって、比較的重量物であるクラッチ部材81においても確実な連結動作を行うことが可能となる。
In the vehicle steering apparatus according to the fifth embodiment, the
上述のような構成の車両用操舵装置は、舵取制御部52及び舵取モータ51等の駆動手段5が正常である場合、操舵輪4の操舵に応じて舵取制御部52が舵取モータ51を駆動制御し、舵取モータ51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。
In the vehicle steering apparatus having the above-described configuration, when the driving means 5 such as the
操舵輪4の操舵には反力アクチュエータ7が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。操舵トルクはトルクセンサ8により検出され、操舵輪4の操舵量がロータリエンコーダ9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52に与えられる。
Steering torque against the reaction force generated by the reaction force actuator 7 is applied to the steering wheel 4. The steering torque is detected by the torque sensor 8, the steering amount of the steering wheel 4 is detected including the steering direction by the
舵取制御部52及び舵取モータ51等の駆動手段5に異常が発生し、舵取機構1を駆動することができなくなった場合、発振回路673を起動して発火部675に火花を発生させる。火花の発生により、発火回路671で火花が発生することにより炸薬672が爆発し、クラッチ部材81と支持部82の底面との間の空間83の気体が急激に膨張するとともに、モンロー効果によりクラッチ部材81の底面中心近傍に強大な押圧が作用する。
When an abnormality occurs in the driving means 5 such as the
斯かる押圧により、クラッチ部材81が上方へ押し上げられ、図8(b)に示すように、伝動軸15の上端部に設けられたクラッチ部材81が、操舵軸3の下端部に設けられた第1のクラッチ板61に接触して連結される。両者が連結した状態で、クラッチ部材81の筒状部85の溝へ、支持部82の板ばね84が嵌入され、第1のクラッチ板61とクラッチ部材81とがより強固に連結される。
Due to such pressing, the
以上のように本実施の形態5によれば、炸薬672の配置を工夫することにより、爆発による押圧をモンロー効果により増幅することで、クラッチ部材81と第1のクラッチ板61とをより短時間で強固に連結することができ、駆動手段5がフェイル等により動作しない場合であっても、安全に車両を操舵することが可能となる。特に図8に示すような比較的大型で重量物であるクラッチ部材81であっても、確実に連結動作を行うことが可能となる。
As described above, according to the fifth embodiment, by devising the arrangement of the
なお、上述した実施の形態1乃至5において、第1のクラッチ板61及び第2のクラッチ板62の互いに係合する係合面は、平板であることに限定されるものではない。図9は、実施の形態1における第1のクラッチ板61及び第2のクラッチ板62の互いに係合する係合面形状を例示する操舵軸3の中心軸に直交する面での部分拡大断面図である。なお、図9では実施の形態1を例に挙げて説明するが、実施の形態2乃至5においても同様であることは言うまでもない。
In the first to fifth embodiments described above, the engaging surfaces of the first
図9(a)に示すように、第1のクラッチ板61及び第2のクラッチ板62の互いに係合する係合面に、それぞれ突起部91、92を設けても良い。突起部91、92を設けることで、第1のクラッチ板61及び第2のクラッチ板62の摩擦力が増大し、より堅固に両者を連結することができる。
As shown in FIG. 9A,
また図9(b)に示すように、第1のクラッチ板61及び第2のクラッチ板62の互いに係合する係合面にテーパを設けても良い。テーパを設けることにより、第1のクラッチ板61及び第2のクラッチ板62が接触する表面積が増大し、より堅固に両者を連結することができる。
Further, as shown in FIG. 9B, the engagement surfaces of the first
さらに図9(c)に示すように、第1のクラッチ板61及び第2のクラッチ板62の互いに係合する係合面にテーパを設けるだけでなく、係合面にスプライン歯93を設け、互いに噛合うようにしても良い。スプライン歯93で互いに噛合うようにすることで、第1のクラッチ板61及び第2のクラッチ板62をより堅固に両者を連結することができる。
Further, as shown in FIG. 9 (c), not only are the engagement surfaces of the first
なお、スプライン歯93は、歯面に丸みを帯びた形状とすることによりスプライン歯の噛合いを甘くする。すなわち、連結直前の操舵軸3の回転位置と、転舵軸(伝動軸15)の回転位置とが一致していない場合であっても、爆圧による押圧で第2のクラッチ板62が押上げられたときにスプライン歯93を確実に噛合わせることができる。図9(d)は、第2のクラッチ板62の係合面形状を示す斜視図であり、図9(e)は、第2のクラッチ板62のe−e断面図を、図9(f)は、第1のクラッチ板61のf−f断面図を、それぞれ示している。図9(d)〜(f)に示すように、第2のクラッチ板62のスプライン歯93は、歯面に丸みを帯びており、操舵軸3の回転位置と、転舵軸(伝動軸15)の回転位置とが一致していない場合であっても両者が噛合うことが可能な位置まで歯面に沿って自律的に回転する。したがって、操舵軸3の回転位置に依存することなく転舵可能に確実に連結させることができ、障害発生時の信頼性をより高めることが可能となる。
Note that the
1 舵取機構、3 操舵軸、4 操舵輪(操舵部材)、5 駆動手段、6 連結手段、61 第1のクラッチ板、62 第2のクラッチ板、63 伸縮軸、65 ベローズ(伸縮部)、67 発火装置(内圧発生部)、93 スプライン歯 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering mechanism, 3 Steering shaft, 4 Steering wheel (steering member), 5 Drive means, 6 Connection means, 61 1st clutch board, 62 2nd clutch board, 63 Telescopic shaft, 65 Bellows (expandable part), 67 Ignition system (internal pressure generator), 93 spline teeth
Claims (5)
前記操舵軸と前記舵取機構との間に、軸長方向に伸縮可能であり、回転を伝達可能な伸縮軸を備え、
前記駆動手段が非作動であるとき、前記伸縮軸が伸張して前記操舵軸と前記舵取機構とが機械的に連結されるようにしてあることを特徴とする車両用操舵装置。 A steering shaft that is supported by the housing without being mechanically connected to a steering mechanism that changes the direction of the wheels, and a drive that drives the steering mechanism in response to steering of a steering member that is connected to the steering shaft A vehicle steering apparatus comprising:
Between the steering shaft and the steering mechanism, a telescopic shaft that can extend and contract in the axial direction and transmit rotation is provided.
The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein when the driving means is inactive, the telescopic shaft extends to mechanically connect the steering shaft and the steering mechanism.
一端が前記舵取機構に連結され、他端に前記操舵軸と継断可能なクラッチ機構を有し、
伸縮自在で内側を密閉してある伸縮部、及び
該伸縮部の内側であって、他端にある前記クラッチ機構の前記操舵軸との係合面を前記操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部を、
前記係合面と前記舵取機構との間に備えることを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置。 The telescopic shaft is
One end is connected to the steering mechanism, and the other end has a clutch mechanism that can be connected to and disconnected from the steering shaft.
An expansion / contraction portion that is extendable and sealed inside, and an internal pressure that generates an internal pressure that pushes the engagement surface of the clutch mechanism at the other end with the steering shaft toward the steering shaft. The generation part
The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the vehicle steering apparatus is provided between the engagement surface and the steering mechanism.
一端が前記舵取機構に連結され、他端に前記操舵軸と継断可能なクラッチ機構と、
他端にある前記クラッチ機構の前記操舵軸との係合面を前記操舵軸方向へ押し上げる内圧を発生する内圧発生部と
を備えることを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置。 The telescopic shaft is
One end is connected to the steering mechanism, and the other end is a clutch mechanism that can be connected to and disconnected from the steering shaft.
The vehicle steering apparatus according to claim 1, further comprising: an internal pressure generation unit that generates an internal pressure that pushes an engagement surface of the clutch mechanism at the other end with the steering shaft in the steering shaft direction.
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