JP2008201343A - Steering device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バックアップ機構を備えたステア・バイ・ワイヤ方式の車両用操舵装置の改良技術に関する。 The present invention relates to a technique for improving a steer-by-wire vehicle steering apparatus having a backup mechanism.
従来、一般的な車両用操舵装置としては、ステアリングホイールに転舵機構を連結し、ステアリングホイールの操舵力により転舵機構を介して車輪を転舵させる構成のものが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a general vehicle steering apparatus, a structure in which a steering mechanism is connected to a steering wheel and wheels are steered via the steering mechanism by a steering force of the steering wheel is known.
また、近年、ステアリングホイールから転舵機構を機械的に分離し、操舵量に応じて転舵用アクチュエータが転舵用動力を発生し、この転舵用動力を転舵機構へ伝えることで車輪を転舵させるステア・バイ・ワイヤ式(steer−by−wire、以下「SBW」と略称する)の車両用操舵装置が知られている。 Also, in recent years, the steering mechanism is mechanically separated from the steering wheel, and the steering actuator generates steering power according to the steering amount, and the wheel is transmitted by transmitting this steering power to the steering mechanism. A steer-by-wire (steer-by-wire, hereinafter abbreviated as “SBW”) vehicle steering apparatus is known.
このような車両用操舵装置では、ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとが機械的に接続されていないため、操舵モータが故障するとステアリングホイールを操作しても車輪が転舵されなくなる可能性がある。そこで、システム異常時にも操舵を可能にするためにバックアップシステムを備えたものがある。 In such a vehicle steering apparatus, since the steering wheel and the steering gear box are not mechanically connected, if the steering motor fails, the wheel may not be steered even if the steering wheel is operated. Therefore, there are some equipped with a backup system to enable steering even when the system is abnormal.
このバックアップシステムとして、ステアリングホイールの回転軸と転舵機構の入力軸とを遊星歯車機構(クラッチ)で接続し、この遊星歯車機構の1つの構成歯車をロック部材で回転不能にできるようにして構成したものがある(例えば、特許文献1参照)。 As this backup system, the rotating shaft of the steering wheel and the input shaft of the steering mechanism are connected by a planetary gear mechanism (clutch), and one constituent gear of this planetary gear mechanism can be made non-rotatable by a lock member. (For example, refer to Patent Document 1).
このバックアップシステムでは、通常は遊星歯車機構の各構成歯車を自由回転可能にすることでステアリングホイールと転舵機構の入力軸とを機械的に分離し、ステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置として機能させることができ、ロック部材をソレノイドで駆動して、遊星歯車機構の1つの構成歯車(ロック歯車)をロックして回転不能にすることによりステアリングホイールと転舵機構の入力軸とを機械的に連結し、ステアリングホイールで転舵輪を直接転舵動作させる操舵装置(非ステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置)として機能させることができる。また、このバックアップシステムでは、システム停止時もロック部材をロック動作させる。
しかしながら、従来のロック機構では、図5に示すように、外周部に歯部を設けたロック歯車に対して、ロック部材がロック歯車の外周部から移動して嵌合するような構造になっていたため、例えば、ロック歯車が高速で回転している場合には、図6に示すように、ロック歯車の回転により生ずる慣性力の半径方向分力によって、ロック部材を押し戻す力が作用するために、ロック部材がロック歯車によって弾かれ、ロックが掛かるまでに相当に時間を要するという問題があった。また、上記の問題を解決するために、例えば、ロック歯車やロック部材の角の部分をシャープな形状等にするような対策も考えられるが、このような対策を講じても、シャープな形状等にしたロック歯車やロック部材の角の部分に欠けが生じたり、シャープな形状等にするために加工コストがかかるといった問題があった。 However, in the conventional lock mechanism, as shown in FIG. 5, the lock member moves from the outer peripheral portion of the lock gear and is engaged with the lock gear having the tooth portion on the outer peripheral portion. Therefore, for example, when the lock gear is rotating at a high speed, as shown in FIG. 6, a force that pushes back the lock member acts by a radial component of inertia force generated by the rotation of the lock gear. There is a problem that it takes a considerable amount of time for the lock member to be repelled by the lock gear and to be locked. Further, in order to solve the above-mentioned problem, for example, measures such as making the corners of the lock gear and the lock member have a sharp shape, etc. are conceivable. There is a problem that the corners of the lock gear and the lock member thus formed are chipped or that the processing cost is high for making the shape sharp.
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、コストを維持したまま、システムの異常時に、ロックを掛ける時間を短縮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。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can reduce the time for locking when the system is abnormal while maintaining the cost. To do.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
(1)本発明は、ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的接続を絶った状態で、ステアリングホイールの操作量を電気信号に変換し、その電気信号に基づいてステアリングギヤボックスに設けた操舵モータを駆動して車輪を転舵するとともに、前記操作量に応じてステアリングホイールに接続した操舵反力モータを駆動して該ステアリングホイールに操舵反力を付与する車両用操舵装置において、ロックホイール(例えば、図3のロックホイール81に相当)にロック爪(例えば、図3のロック爪84に相当)を嵌合させて前記ステアリングホイールと前記ステアリングギヤボックスとを機械的に接続するクラッチ機構(例えば、図2の太陽歯車71、遊星歯車72、内歯車73、ロックホイール81に相当)を備え、前記ロックホイールが前記ロック爪の先端部と対向する面に円周状に複数の歯部を備え、前記ロック爪が前記ロックホイールの半径方向に中心側から移動して、前記歯部に嵌合することを特徴とする車両用操舵装置を提案している。
The present invention proposes the following matters in order to solve the above problems.
(1) The present invention converts a steering wheel operation amount into an electrical signal in a state in which the mechanical connection between the steering wheel and the steering gear box is cut off, and a steering motor provided in the steering gear box based on the electrical signal. In a vehicle steering apparatus that drives a steering reaction force motor connected to a steering wheel according to the operation amount and applies a steering reaction force to the steering wheel according to the operation amount, a lock wheel (for example, 3 (equivalent to the
この発明によれば、ロックホイールがロック爪の先端部と対向する面に円周状に複数の歯部を備え、ロック爪がロックホイールの半径方向に中心側から移動して、歯部に嵌合する。したがって、図4に示すように、ロックホイールの回転に伴う慣性力の半径方向分力により、ロック爪に対して、ロックホールの歯部に引き込む方向に力が作用する。そのため、例えば、ロックホイールが高速に回転している場合であっても、ロック爪がロックホイールの歯部により弾かれにくくなる。 According to this invention, the lock wheel is provided with a plurality of circumferential teeth on the surface facing the tip of the lock claw, and the lock claw moves from the center side in the radial direction of the lock wheel and fits into the tooth. Match. Therefore, as shown in FIG. 4, a force acts in a direction in which the lock claw is pulled into the tooth portion of the lock hole by the radial component of the inertial force accompanying the rotation of the lock wheel. Therefore, for example, even when the lock wheel is rotating at high speed, the lock claw is less likely to be repelled by the teeth of the lock wheel.
本発明によれば、ロック爪に対して、ロックホールの歯部に引き込む方向に力が作用することから、ロックホイールが高速に回転している場合であっても、ロック爪がロックホイールの歯部により弾かれにくくなり、ロックが掛かるまでの時間が短縮されるという効果がある。また、これに伴い安全性が向上するという効果がある。さらに、本発明によれば、ロック爪に特殊な加工を施さなくても、ロックが掛かるまでの時間が短縮されるため、不要なコストを削減できるという効果がある。 According to the present invention, since a force acts on the lock claw in the direction in which the lock claw is pulled into the tooth portion of the lock hole, even if the lock wheel rotates at a high speed, the lock claw does not move to the teeth of the lock wheel. There is an effect that the time until the lock is applied is shortened. This also has the effect of improving safety. Furthermore, according to the present invention, even if no special processing is applied to the lock claw, the time until the lock is applied is shortened, so that an unnecessary cost can be reduced.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements and the like, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims.
<車両用操舵装置の構成>
図1を用いて、本実施形態に係る車両用操舵装置の構成について説明する。
車両用操舵装置10は、操舵部材としてのステアリングホイール21から転舵機構30を機械的に分離し、ステアリングホイール21の操舵量に応じて転舵用アクチュエータ38から転舵用動力を発生させ、この転舵用動力を転舵機構30へ伝えることで、転舵機構30にて左右の転舵車輪35,35を転舵させる、いわゆるステア・バイ・ワイヤ(SBW)方式の車両用操舵装置である。
<Configuration of vehicle steering device>
The configuration of the vehicle steering apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The
この車両用操舵装置10の操舵機構20は、運転者が握るステアリングホイール21と、ステアリングホイール21に連結した操舵軸22と、ステアリングホイール21の操舵角を検出する舵角センサ23と、ステアリングホイール21に対する操舵反力(反力トルク)を発生する反力モータ24と、反力モータ24の回転角を検出するモータ回転角センサ25と、操舵反力を操舵軸22に伝達する反力伝達機構26と、操舵軸22のトルクを検出するトルクセンサ32とから構成されている。
The
ここで、反力モータ24は電動モータであり、反力伝達機構26は、反力モータ24のモータ軸に設けたウォーム27と、操舵軸22に結合するとともに、ウォーム27に噛み合わせたウォームホイール28とから構成される、ウォームギヤ機構、すなわち倍力機構である。また、操舵反力は、ステアリングホイール21に対して回転方向に付加する操作抵抗である。
Here, the
転舵機構30は、操舵軸22の操舵力を入力する入力軸31と、入力軸31にラックアンドピニオン機構33を介して連結したラック軸34と、ラック軸34の両端に左右の転舵車輪35,35(例えば前輪)を連結するタイロッド36,36及びナックル37,37と、入力軸31に転舵用動力を付加する転舵用アクチュエータ38と、入力軸31の回転角を検出する入力軸回転角センサ41と、ラック軸34の位置を検出するラック軸位置センサ42とから構成されている。
The
ラックアンドピニオン機構33は、入力軸31に形成したピニオン43とラック軸34に形成したラック44とからなる。また、転舵用アクチュエータ38は、転舵用動力を発生する転舵動力モータ45と、転舵用動力を入力軸31に伝達する転舵動力伝達機構46とからなる。ここで、転舵動力モータ45は電動モータである。転舵動力伝達機構46は、転舵動力モータ45のモータ軸に設けたウォーム47と、入力軸31に結合するとともにウォーム47に噛み合わせたウォームホイール48とからなる、ウォームギヤ機構、すなわち倍力機構である。
The rack and
このように車両用操舵装置10は、ラック軸34の両端から転舵トルクを取り出すようにしたエンドテイクオフ型操舵装置である。さらに、車両用操舵装置10は、ステアリングホイール21に設けた操舵軸22と転舵機構30に設けた入力軸31との間を、遊星歯車機構51にて連結したものである。具体的には、操舵軸22にクラッチ機構51、第1連結軸52、第1自在軸継手53、第2連結軸54及び第2自在軸継手55を介して入力軸31を連結するようにしたものである。
As described above, the
また、制御部61は舵角センサ23、モータ回転角センサ25、転舵トルクセンサ32、ピニオンセンサ41、ラック軸位置センサ42、クラッチ機構51内に設けられたブラシレスモータからそれぞれ検出信号を受けるとともに、車両の走行速度を検出する車速センサ62、ヨー角速度(ヨー運動の角速度)を検出するヨーレートセンサ63、車両の加速度を検出する加速度センサ64、その他の各種センサ65からそれぞれ検出信号を受けて、反力モータ24、転舵動力モータ45及び遊星歯車機構51に制御信号を発するものである。
The
すなわち、制御部61は、反力モータ24を制御することによって、ステアリングホイール21の操作に応じた操舵反力を自動的に設定し、操舵反力をステアリングホイール21に付加して、次の(1)〜(4)のように制御することができる。
That is, the
(1)反力モータ24によってウォームホイール28を、ステアリングホイール21の操舵方向とは逆方向へ回転させた場合には、ステアリングホイール21の操舵力を反力モータ24の操舵反力によって打ち消す作用が働く。このため、ステアリングホイール21を操舵するときに、操舵反力分だけ大きい操舵力が必要となる。
(1) When the
(2)反力モータ24によってウォームホイール28を、ステアリングホイール21の操舵方向と同方向へ回転させた場合には、ステアリングホイール21の操舵力に反力モータ24の操舵反力を加える作用が働く。このため、ステアリングホイール21を操舵するときに、操舵反力分だけ小さい操舵力ですむ。
(2) When the
(3)ステアリングホイール21を任意の角度で停止状態に保持させる場合には、それまでのステアリングホイール21の回転方向とは逆方向に、反力モータ24の操舵反力を調整しながらウォームホイール28を回転させることによって、保持力を発生させる。
(3) When the
(4)その後にステアリングホイール21を戻す場合には、ステアリングホイール21の中立位置までステアリングホイール21を自動的に戻す、いわゆるセルフアライニングトルクに相当する戻し力(操舵反力)が、反力モータ24からウォームホイール28に伝達する。
(4) When the
また、制御部61は、転舵動力モータ45を制御することによって、ステアリングホイール21の操舵角に対する転舵車輪35,35の転舵角の角度比の特性、すなわち、操舵特性を自動的に設定することができる。つまり、上述のようにステアリングホイール21から転舵機構30を機械的に分離したので、ステアリングホイール21の操舵角と転舵用アクチュエータ38の動作量との対応関係を機械的な制約を受けることなく設定することができる。この結果、操舵特性を車速、車両の旋回程度や加減速の有無等、車両の走行状態に応じて柔軟に設定することができる。従って、車両用操舵装置10の設計の自由度を高めることができる。
Further, the
さらに、この車両用操舵装置10では、操舵機構20のステアリングシャフト22と転舵機構30の入力軸31とが、遊星歯車機構51、第1連結軸52、第1自在軸継手53、第2連結軸54および第2自在軸継手55を介して連結されている。
Further, in the
次に、遊星歯車機構51について図2の模式図を参照して説明する。
遊星歯車機構51は、中心のサンギヤ71に複数個、例えば3個のプラネタリギヤ72・・・を噛合させ、これらのプラネタリギヤ72・・・に内歯のリングギヤ73を噛合させ、プラネタリギヤ72・・・をキャリア74にそれぞれ回転可能に取付けて構成されている。
Next, the
The
サンギヤ71、リングギヤ73およびキャリア74は、第1連結軸52を中心として同心上に配列されている。リングギヤ73はステアリングシャフト22に連結され、キャリア74は第1連結軸52に連結され、サンギヤ71は第1連結軸52に相対回転可能に支持されており、プラネタリギヤ72・・・は、サンギヤ71に対して等ピッチで放射状に配列されている。なお、図2において、符号92はステアリングシャフト22を支持する第1軸受、符号93,93は第1連結軸52を支持する第2軸受、符号94はリングギヤ73を支持する第3軸受を示す。
The
さらに、この遊星歯車機構51はサンギヤ71を回転不能にするロック機構80を備えている。ロック機構80は、サンギヤ71に一体的に設けられたロックホイール81と、ロックホイール81の歯に係合可能なスイングアーム(ロック部材)82と、スイングアーム82をロック状態あるいはアンロック状態に駆動するソレノイド(ロック駆動手段)83とからなる。
Further, the
ロックホイール81は、第1連結軸52と同心上に配置され、第1連結軸52に対して相対回転可能に設けられている。また、ロックホイール81は、スイングアーム82の先端部(ロック爪84)と対向する面に円周状に複数の歯部を備えた構造となっている。スイングアーム82は支軸85を中心にして回転可能に設けられており、一端にロックホイール81の歯溝部に係合するロック爪84を有している。スイングアーム82は、図示しないリターンスプリングによってロック爪84をロックホイール81の歯部に接近させる回転方向に付勢されており、スイングアーム82の他端にソレノイド83のプッシュロッド88の先端が突き当てられている。
The
次に、遊星歯車機構51の作用を説明する。
図示しないイグニッションスイッチがONのときには、通常、ロック機構80はアンロック状態になる。このときには、ロックホイール81が回転可能になり、ロックホイール81と一体のサンギヤ71も回転可能になる。その結果、プラネタリギヤ72・・・とリングギヤ73は相互に規制されることなく回転可能になり、ステアリングシャフト22から入力軸31へ操舵力が伝わることはない。
Next, the operation of the
When an ignition switch (not shown) is ON, the
つまり、ロック機構80をアンロック状態にすると、遊星歯車機構51において操舵トルクが遮断され、ステアリングホイール21と転舵輪35を実質的に分離することができる。このとき、反力モータ24とステアリングモータ45は後述するように制御部61によってそれぞれ独立に制御され、車両用操舵装置10はステア・バイ・ワイヤ式の車両用操舵装置になる。
That is, when the
一方、何らかの要因によって操舵機構20と転舵機構30との間での電気的な接続が解除されたとき、または前記イグニッションスイッチをOFFにしたときには、ロック機構80はロック状態になる。このときには、ロックホイール81は回転不能にされ、ロックホイール81と一体のサンギヤ71も回転不能になる。この状態でステアリングホイール21を回転操作してリングギヤ73を回転すると、その回転力がプラネタリギヤ72・・・を介してキャリア74に伝わり、キャリア74が回転し、プラネタリギヤ72・・・は自転しつつ公転する。
On the other hand, when the electrical connection between the
つまり、ロック機構80をロック状態にすると、遊星歯車機構51を介してステアリングシャフト22から第1連結軸52に操舵トルクを伝達可能になり、操舵機構20と転舵機構30がプラネタリーギヤ72・・・とリングギヤ73を介して機械的に接続され、ステアリングホイール21と転舵輪35とを機械的に連結することができる。その結果、ステアリングホイール21の回転運動を機械的にラック軸9の軸方向運動に変換することができ、転舵輪35を転舵することができる。
In other words, when the
すなわち、このときには車両用操舵装置10はステア・バイ・ワイヤではなくなり、手動で転舵輪35を転舵することが可能な操舵装置となる。なお、このときには反力モータ24は制御部61によって操舵反力を発生しないように制御される。この場合、転舵輪35,35が受ける路面反力は、転舵機構30および遊星歯車機構51を介してステアリングシャフト22に作用することとなる。
That is, at this time, the
つまり、ロック機構80をロック状態にするとステアリングホイール21と転舵輪35とを機械的に連結することができ、ロック機構80をアンロック状態にするとステアリングホイール21と転舵輪35を実質的に分離することができる。
That is, the
すなわち、この車両用操舵装置10において遊星歯車機構51はクラッチを構成し、ロック機構80は該クラッチの断続を切り替えるクラッチ切り替え手段を構成する。そして、ロック機構80のアンロック状態はクラッチ切断状態に対応し、ロック機構80のロック状態はクラッチ接続状態に対応する。
That is, in the
<ロック機構の構成>
本実施形態に係るロック機構は、図3に示すように、ロック爪84の先端部と対向する面に円周状に複数の歯部を備えたロックホイール81と、ロック爪84を有するスイングアーム82とから構成されている。そして、本実施形態では、ロック爪84がソレノイド83の非励磁状態においてプッシュロッド88が後退しているときに、ロックホイール81の円周方向に移動して、円周状に設けられた複数の歯部のうち1の歯部に嵌合する。
<Configuration of lock mechanism>
As shown in FIG. 3, the lock mechanism according to the present embodiment includes a
具体的には、ソレノイド83の非励磁状態ではプッシュロッド88は後退しており、このときにはスイングアーム82が、ロック爪84をロックホイール81の歯部に接近させる回転方向に付勢する図示しないリターンスプリングによって、ロックホイール81の円周方向に移動する。そして、スイングアーム82が、ロックホイール81の歯部に接近する方向に回転することにより、ロック爪84が円周状に設けられた複数の歯部のうち1の歯部に嵌合する。これにより、ロックホイール81の回転が阻止され、その結果、サンギヤ71は回転不能になる。なお、この車両用操舵装置10では、システム停止でソレノイド83は非励磁となり、ロック機構80はロック状態となるように構成されている。
Specifically, when the
一方、ソレノイド83を励磁するとプッシュロッド88が前進し、前記リターンスプリングの弾性に抗してスイングアーム82の他端を押動する。その結果、スイングアーム82が弾性に抗して回転し、ロック爪84がロックホイール81から離反し、ロックが解除される。
On the other hand, when the
本実施形態におけるロック機構においては、ロック爪84をロック爪84の先端部と対向する面に円周状に複数の歯部を備えたロックホイール81の半径方向に中心側から移動して、歯部に嵌合させる機構であるため、図4に示すように、ロックホイール81の回転に伴う慣性力の半径方向分力により、ロック爪84に対して、ロックホール81の歯部に引き込む方向に力が作用する。
In the lock mechanism according to the present embodiment, the
したがって、本実施形態によれば、ロック爪84に対して、ロックホール81の歯部に引き込む方向に力が作用することから、ロックホイール81が高速に回転している場合であっても、ロック爪84がロックホイール81の歯部により弾かれにくくなり、ロックが掛かるまでの時間が短縮され、これに伴い安全性が向上する。
Therefore, according to the present embodiment, a force is applied to the
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.
10・・・車両用操舵装置、21・・・ステアリングホイール、23・・・舵角センサ、24・・・反力モータ、38・・・操舵モータ、51・・・遊星歯車機構、80・・・ロック機構、81・・・ロックホイール、82・・・スイングアーム、83・・・ソレノイド、84・・・ロック爪
DESCRIPTION OF
Claims (1)
ロックホイールにロック爪を嵌合させて前記ステアリングホイールと前記ステアリングギヤボックスとを機械的に接続するクラッチ機構を備え、
前記ロックホイールが前記ロック爪の先端部と対向する面に円周状に複数の歯部を備え、前記ロック爪が前記ロックホイールの半径方向に中心側から移動して、前記歯部に嵌合することを特徴とする車両用操舵装置。 With the mechanical connection between the steering wheel and the steering gear box disconnected, the operation amount of the steering wheel is converted into an electrical signal, and the steering motor provided in the steering gear box is driven based on the electrical signal to rotate the wheel. In a steering apparatus for a vehicle that steers and applies a steering reaction force to the steering wheel by driving a steering reaction force motor connected to the steering wheel according to the operation amount.
A clutch mechanism for mechanically connecting the steering wheel and the steering gear box by fitting a lock claw to the lock wheel;
The lock wheel is provided with a plurality of circumferential teeth on a surface facing the tip of the lock claw, and the lock claw moves from the center side in the radial direction of the lock wheel and is fitted to the tooth. A vehicle steering apparatus.
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