JP2017001648A - ステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステアリング装置1は、操舵部材が連結された操舵軸10と、操舵軸10に一体回転可能に取り付けられたウォームホイール14と、ウォームホイール14を収容するハウジングHと、操舵軸10に同軸かつ相対回転可能に設けられ、転舵機構に連結された出力軸16と、操舵軸10と出力軸16との間の動力伝達を断続するクラッチ機構15とを含む。クラッチ機構15は、ハウジングHの内部空間Sに収容配置されている。
【選択図】図2
Description
一方、ステアバイワイヤシステムを搭載する場合には、転舵用アクチュエータ等に不具合が発生した場合であっても転舵輪の転舵を実行できるように、対策を講じる必要がある。
しかしながら、この場合、クラッチ機構が周辺部材と干渉するおそれがある。
そこで、本発明の目的は、クラッチ機構を周辺部材と干渉することなく搭載できるステアリング装置を提供することである。
請求項2に記載の発明は、前記操舵軸へ少なくとも回転やトルクを伝達する、あるいは前記操舵軸受から少なくとも回転やトルクを伝達される伝達機構(12)を含み、前記ハウジングは前記伝達機構を前記内部空間に収容する、請求項1に記載のステアリング装置である。
請求項4に記載の発明は、当該内部空間において、前記駆動力発生部は、前記機構部に対し、周方向外方に配置されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のステアリング装置である。
請求項9に記載の発明は、前記伝達機構が減速機であり、かつ前記操舵軸に一体回転可能に取り付けられた歯車をさらに有し、前記内輪が前記出力軸に連結されており、かつ前記外輪が前記操舵軸に連結されており、前記外輪は、前記歯車に固定されている、請求項5〜7のいずれか一項に記載のステアリング装置である。
請求項11に記載の発明は、前記機構部は、噛み合いクラッチ(603)を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のステアリング装置である。
請求項12に記載の発明は、前記駆動力発生部は、コイル(56a,256a,356a)への通電により生じる電磁力を利用して前記機構部を駆動する、請求項1〜11のいずれか一項に記載のステアリング装置である。
請求項14は、前記機構部の内部を封止するシール部材(80)を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載のステアリング装置である。
請求項2によれば、クラッチ機構がハウジングの内部空間に収容配置されている。ハウジングの内部にクラッチ機構を収容配置するので、クラッチ機構が周辺部材と干渉することを回避できる。ゆえに、周辺部材と干渉することなくクラッチ機構を設けることができるステアリング装置を提供できる。
請求項4によれば、内部空間において、駆動力発生部は、機構部に対し、周方向外方に配置されている。すなわち、駆動力発生部および機構部が、操舵軸の軸方向に関し並列に配置されている。そのため、駆動力発生部および機構部を、操舵軸の軸方向に関し直列に配置する場合と比較して、クラッチ機構を、操舵軸の軸方向に大型化させることなく、ハウジング内に収容できる。これにより、ステアリング装置の大型化を抑制できる。
請求項7によれば、第1および第2の摺接面は、所定の軸方向に向かうに従って周方向の両側に互いに離れるように設けられている。そのため、作動部材を、操舵軸の所定の軸方向とは反対側へ移動させることにより、第1および第2の押圧部材を互いに反対向きの所定の方向に移動させることができる。
請求項9によれば、外輪が歯車に固定されている。これにより、外輪の操舵軸への連結を実現できる。
請求項10によれば、機構部が摩擦クラッチを含むので、操舵軸と出力軸との間で動力伝達を断続する構成を、簡単な構成で実現できる。
請求項12によれば、駆動力発生部は、コイルへの通電により生じる電磁力を利用して機構部を駆動する。これにより、駆動力発生部を簡単な構成で実現できる。
請求項13によれば、駆動力発生部は、油圧を用いて前記機構部を駆動する。そのため、ハウジング内の周辺部材に対する電磁場の影響を回避しながら、機構部を駆動することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るステアリング装置1の概略構成を示す図である。
ステアリング装置1は、転舵輪2を転舵するための転舵機構Aに対する、ステアリングホイール等の操舵部材3の機械的な連結が解除された、いわゆるステアバイワイヤシステムを採用している。
具体的には、転舵アクチュエータ4は、たとえばモータを含む。このモータの駆動力は、転舵軸6に関連して設けられた運動変換機構(ボールねじ装置等)により、転舵軸6の軸方向の直線運動に変換される。この転舵軸6の直線運動は、転舵軸6の両端に連結されたタイロッド7に伝達され、ナックルアーム8の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム8に支持された転舵輪2の操向が達成される。転舵機構Aは、転舵軸6、タイロッド7およびナックルアーム8を含む。転舵軸6を支持する転舵軸ハウジング9は、車体Bに固定されている。
また、ステアリング装置1には、転舵輪2に関連して、転舵輪2の転舵角を検出するための転舵角センサ22、車速を検出する車速センサ23等が設けられている。センサ20〜23を含む種々のセンサ類の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成のECU(電子制御ユニット:Electronic Control Unit)から構成される制御装置24に入力されるようになっている。制御装置24は、操舵角センサ20によって検出された操舵角と、車速センサ23によって検出された車速とに基づいて目標転舵角を設定する。また、制御装置24は、この目標転舵角と、転舵角センサ22によって検出された転舵角との偏差に基づいて、転舵アクチュエータ4を駆動制御する。
また、反力発生機構が、第1のモータ11だけでなく、第1のモータ11の出力を増幅する第1の減速機12を有しているので、大きな回転トルクを反力として発生させることができる。これにより、所望の大きさの反力を操舵部材3に付与できる。
図2は、ハウジングHの断面図である。図2の断面図は、後述する図3の切断面線II−IIから見ている。
センサハウジング26は、減速機ハウジング25に固定されている。センサハウジング26は、減速機ハウジング25の上端に突き当てられた外筒38と、内周39aに第1の軸受50の外輪50aを支持する内筒39と、外筒38と内筒39との間を接続する環状壁40とを含む。
ウォームホイール14は、内軸29の軸方向下端部に一体回転可能で且つ軸方向移動不能に連結されている。ウォームホイール14は、内軸29に一体回転可能に結合される環状の芯金部31と、芯金部31の周囲を取り囲んで外周面部に歯32aを形成する合成樹脂部材32とを含む。芯金部31は、たとえば合成樹脂部材32の樹脂成形時に金型内にインサートされ、芯金部31と合成樹脂部材32とは一体回転可能に結合される。
ハウジングHの内部空間Sは、ウォームホイール14によって、ウォームホイール14に対し操舵軸10の軸方向の下方側(転舵機構A側)の第1の空間Saと、ウォームホイール14に対し操舵軸10の軸方向の上方側(操舵部材3側)の第2の空間Sbとに仕切られている。
第1の実施形態において、ハウジングHの内部空間Sのうち、上方の第2の空間Sbは狭空間である。そのため、第2の空間Sbにクラッチ機構15の一部(たとえばソレノイド54)を配置することはできない。
以下、図2〜図4を参照して、ツーウェイクラッチ106について説明する。
また、操舵軸10の回転半径方向を、径方向Zとする。内輪104の径方向、外輪105の径方向、およびウォームホイール14の径方向は、径方向Zと一致する。
第1の押圧部材131は、柱状の第1の押圧部135と、第1の押圧部135の一端部を一括して支持する環状の第1の支持部136(図2参照)とを含む。第1の支持部136は、たとえば複数の第1の押圧部135を、径方向Zの内方から支持する。第1の押圧部材131は、第1の支持部136が内輪104および外輪105と同軸をなすように、かつ内輪104および外輪105に相対回転可能に設けられている。第1の押圧部135は、ローラ対123と同数(この実施形態では3つ)で、軸方向Xに延びる柱状で、周方向Yに等間隔に配置されている。第1の押圧部135および第1の支持部136は、合成樹脂材料または金属材料を用いて一体に設けられていてもよい。第1の押圧部材131は、ローラ対123および弾性部材124を保持する保持器として機能していてもよい。
図3および図4に示すように、各第1の押圧部135と、当該第1の押圧部135が押圧可能な第1のローラ123aが含まれるローラ対123に対して周方向一方Y1側で隣接するローラ対123に含まれる第2のローラ123bに押圧可能な第2の押圧部140(以下、「隣ローラ対123の第2の押圧部140」という)との間には、対応する1つのくさび部材126が配置されている。各第1の押圧部135の周方向他方Y2側には、当該第1の押圧部135が押圧可能な第1のローラ123aと対をなす第2のローラ123bを押圧するための第2の押圧部140が、ローラ対123を介して配置されている。また、各第1の押圧部135の周方向一方Y1側には、隣ローラ対123の第2の押圧部140が、くさび部材126を介して配置されている。
図2、図5Aおよび図5Bを参照しながら、作動部材55について説明する。
作動部材55は、円筒状のアーマチュア58と、アーマチュア58に支持され、アーマチュア58の内周58aからアーマチュア58の径方向(すなわち径方向Z)内方に向けて張り出す側壁部59と、側壁部59に支持された、ローラ対123の数と同数のくさび部材126とを含む。すなわち、アーマチュア58、側壁部59およびくさび部材126は一体移動可能に設けられている。
くさび部材126は、軸方向Xに沿って延びている。図5Bに示すように、くさび部材126は、周方向Yに等間隔に配置されている。くさび部材126は、磁性材料を用いて形成されていてもよいし、その他の材料(たとえば合成樹脂材料)を用いて形成されていてもよい。
図6Aおよび図6Bは、作動部材55のくさび部材126の構成を示す斜視図である。図6Aおよび図6Bでは、互いに異なる二方向から、くさび部材126を見ている。
各くさび部材126は、軸部151と、軸部151の先端部(軸部151の軸方向一方X1の端部)において、周方向Yの双方に広がるくさび部152とを含む。くさび部152は、周方向他方Y2側の面に設けられた第1の摺接面153と、周方向一方Y1側の面に設けられた第2の摺接面154とを含む。くさび部152が第1および第2の押圧部材131,132(図3等参照)に、軸方向一方X1側から摺接している。第1の摺接面153および第2の摺接面154の形状は前述の通りである。
クラッチ機構15を接続状態とする際には、ソレノイド54への電力供給がオフとされる。この状態で、ソレノイド54は作動部材55のアーマチュア58を軸方向他方X2側に吸引せず、そのため、作動部材55のくさび部材126は、第1の位置(図7に示す位置)に配置されている。くさび部材126が第1の位置に配置されている状態では、ツーウェイクラッチ106が締結状態にある。この締結状態では、図3に示すように、弾性部材124によって、各第1のローラ123aが、くさび空間129の周方向一方Y1側の端部の第1の係合位置129aに向けて弾性押圧されている。そのため、第1のローラ123aが内輪104の外周および外輪105の内周に係合している。また、この状態では、図3に示すように、弾性部材124によって、各第2のローラ123bが、くさび空間129の周方向他方Y2側の端部の第2の係合位置129bに向けて弾性押圧されている。そのため、第2のローラ123bが内輪104の外周および外輪105の内周に係合している。締結状態のツーウェイクラッチ106により内軸29と出力軸16とが連結され、これにより、操舵部材3(図1参照)と転舵機構A(図1参照)とが機械的に連結される。
第2の実施形態に係るステアリング装置201に含まれるクラッチ機構215は、ハウジングHの内部空間Sに収容配置される点、および、駆動力発生部253が操舵軸10の軸方向に関し、ウォームホイール14に対し機構部51と同じ側に配置される点において、第1の実施形態に係るクラッチ機構15と共通している。クラッチ機構215がクラッチ機構15と相違する点は、駆動力発生部253を、軸方向Xに関し、機構部51に対し並列ではなく、機構部51と直列に配置した点である。
駆動部252は、駆動力発生部253の一例としての環状のソレノイド254と、駆動力発生部253からの電磁力(駆動力)を受けて機構部251を作動させるための作動部材255とを含む。
ソレノイド254は、ハウジングHの内部空間Sのうち下方の第1の空間Saにおいて、ツーウェイクラッチ106(機構部51)に対し、軸方向他方X2側に配置されている。より具体的には、ソレノイド254は、外輪105および内輪104に対し、軸方向他方X2側に配置されている。すなわち、軸方向他方X2側から軸方向一方X1に向かうに従って、駆動力発生部253および機構部51の順に並んでいる。
作動部材255は、ローラ対123(図3等参照)と同数のアーマチュア226を備えている。第2の実施形態に係る各アーマチュア226は、材質を除いて、第1の実施形態に係る各くさび部材126と、同等の構成を有している。各アーマチュア226は、磁性材料を用いて形成されている。
クラッチ機構215を接続状態とする際には、ソレノイド254への電力供給がオフとされる。この状態で、ソレノイド254はアーマチュア226を軸方向他方X2側に吸引せず、そのため、アーマチュア226は、第1の位置(図10に実線で示す位置)に配置されている。アーマチュア226が第1の位置に配置されている状態では、ツーウェイクラッチ106が締結状態(図3参照)にある。
第3の実施形態に係るステアリング装置301に含まれるクラッチ機構315は、第2の実施形態に係るクラッチ機構215と同様、駆動力発生部353を機構部351と直列に配置している。第3の実施形態に係るクラッチ機構315は、第2の実施形態に係るクラッチ機構215と、軸方向Xに関する配置順序において相違している。
機構部351は、ツーウェイクラッチ306を含む。
ツーウェイクラッチ306は、内輪104に代えて、内軸29(図2参照)に同軸に連結された内輪304を設け、かつ、外輪105に代えて、出力軸16(図2参照)に同軸に連結された外輪305を設けている。これらの点において、第3の実施形態に係るツーウェイクラッチ306は、第1の実施形態に係るツーウェイクラッチ106と相違している。
なお、この第3の実施形態に係るツーウェイクラッチ306は、第1の押圧部材131(図3等参照)および第2の押圧部材132(図3等参照)を備えている。しかし、第1の押圧部材131の第1の押圧部の第1の被摺接面(第1の実施形態に係る第1の被摺接面138に相当。図3等参照)は、第1の実施形態に係る第1の被摺接面138と、軸方向Xに関し逆向きである。また、第2の押圧部材132の第2の押圧部の第2の被摺接面(第2の実施形態に係る第2の被摺接面143に相当。図3等参照)は、第1の実施形態に係る第2の被摺接面143と、軸方向Xに関し逆向きである。
ソレノイド354は、ハウジングHの内部空間Sのうち下方の第1の空間Saにおいて、ツーウェイクラッチ306(機構部351)に対し、軸方向一方X1側に配置されている。より具体的には、ソレノイド354は、外輪305および内輪304に対し、軸方向一方X1側に配置されている。すなわち、軸方向一方X1側から軸方向他方X2に向かうに従って、駆動力発生部353および機構部351の順に並んでいる。
作動部材355は、ローラ対123(図3等参照)と同数のアーマチュア326を備えている。第3の実施形態に係る各アーマチュア326は、材質を除いて、第1の実施形態に係る各くさび部材126と、同等の構成を有している。各アーマチュア326は、磁性材料を用いて形成されている。アーマチュア326は、各第1の押圧部135と、隣ローラ対123の第2の押圧部140との間に挿入されている。
クラッチ機構315を接続状態とする際には、ソレノイド354への電力供給がオフとされる。この状態で、ソレノイド354はアーマチュア326を軸方向一方X1側に吸引せず、そのため、アーマチュア326は、第1の位置(図11に実線で示す位置)に配置されている。アーマチュア326が第1の位置に配置されている状態では、第1のローラ123a(図3参照)および第2のローラ123b(図3参照)が内輪304の外周および外輪305の内周にそれぞれ係合しており、そのため、ツーウェイクラッチ306が締結状態にある。
たとえば、前述の実施形態では、駆動力発生部53,253,353が、コイル56a,256a,356aへの通電により生じる電磁力を利用して機構部51,351を駆動するものとして説明したが、図12に示すように、駆動力発生部53Aが油圧を用いて駆動力を発生するものであってもよい。
油圧制御回路403の制御により油室402から作動部材55Aに油圧力が与えられ、この油圧力を受けて、作動部材55Aが軸方向Xに移動する。作動部材55Aの軸方向Xの移動により、クラッチ機構15,215,315が締結状態と解除状態との間で切り換えられる。
また、図13に示すように、駆動力発生部53Bがモータの出力を用いて駆動力を発生するものであってもよい。
第2のモータ502の回転駆動により、作動部材55Bが軸方向Xに移動する。作動部材55Bの軸方向Xの移動により、クラッチ機構15,215,315が締結状態と解除状態との間で切り換えられる。
また、第2のモータ502への給電停止時には、出力軸502aが回転しないので、エネルギー(電力)を用いることなく、クラッチ機構15,215,315を締結状態または解除状態に維持しておくことができる。
また、機構部51は、図15に示すような噛み合いクラッチ603を含む構成であってもよい。
また、第1の実施形態において、図16に示すように、ツーウェイクラッチ106の外輪105の下側の面と、内輪104の下側の面との間を封止する環状のシール部材80が設けられていてもよい。シール部材80は、接触シールにより構成されている。
また、図17に示すように、ソレノイド454の少なくとも一部と、ウォームホイール14とが、操舵軸10の軸方向に対して重なるように配置されていてもよい。第1〜第3の実施形態では、ウォームホイール14とウォーム軸13とで減速機構が構成されており、しかもソレノイド54は操舵軸10と同軸に配置された円環状であるため、このようなソレノイド54の配置にするとウォーム軸13とソレノイド54とが干渉してしまう。本変形例では、たとえば円筒状のソレノイド454を、その底面または上面をアーマチュア58の円筒面(外周面)の外周に所定の距離を空けて対向させて、ウォーム軸13を避けた位置に並べる。アーマチュア58も、例えばウォーム軸13と干渉する部分を、操舵軸10に平行な平面で切り取り、ウォーム軸13と干渉しないような形状とする。このようにすることで、ソレノイド454をアーマチュア58の所定範囲の外周領域に並べることが可能となり、作動部材55を引っ張りツーウェイクラッチ106を締結開放するために必要な力を確保しつつソレノイド454をウォームホイール14の外周部へ配置することができ、軸方向の寸法を短縮することができる。
その他、本発明は特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
請求項2に記載の発明は、前記操舵軸へ少なくとも回転やトルクを伝達する、あるいは前記操舵軸から少なくとも回転やトルクを伝達される伝達機構(12)を含み、前記ハウジングは前記伝達機構を前記内部空間に収容する、請求項1に記載のステアリング装置である。
Claims (14)
- 操舵部材の回転を伝達する操舵軸と、
前記転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記操舵軸の少なくとも一部を収容する内部空間を有するハウジングと、
前記操舵軸に相対回転可能に設けられ、前記転舵機構に連結された出力軸と、
前記操舵軸と前記出力軸とを連結/連結解除可能に設けられた機構部と、前記機構部が前記操舵軸と前記出力軸とを連結/連結解除するための駆動力を生じさせる駆動力発生部とを有し、前記操舵軸と前記出力軸との間の動力伝達を断続するクラッチ機構とを含み、
前記クラッチ機構は、前記ハウジングの内部空間に収容配置されている、ステアリング装置。 - 前記操舵軸へ少なくとも回転やトルクを伝達する、あるいは前記操舵軸受から少なくとも回転やトルクを伝達される伝達機構を含み、前記ハウジングは前記伝達機構を前記内部空間に収容する、請求項1に記載のステアリング装置。
- 前記操舵軸に一体回転可能に取り付けられた歯車を有し、前記ハウジングは少なくとも前記歯車を収容する、請求項1に記載のステアリング装置。
- 当該内部空間において、前記駆動力発生部は、前記機構部に対し、周方向外方に配置されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のステアリング装置。
- 前記機構部は、ツーウェイクラッチを含み、
前記ツーウェイクラッチは、
前記操舵軸および前記出力軸の一方に同軸に連結された内輪と、
前記操舵軸および前記出力軸の他方に同軸に連結され、前記内輪に相対回転可能に設けられた外輪と、
前記内輪の外周と前記外輪の内周とによって形成されるくさび空間に、前記内輪の周方向に並んで配置されるローラ対と、
前記操舵軸回りに相対回転可能に設けられ、互いに反対向きの所定の方向に移動されることにより、前記ローラ対を互いに接近する方向に押圧する一対の押圧部材とを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のステアリング装置。 - 前記クラッチ機構は、前記駆動力発生部からの駆動力を受けて前記機構部を作動させるための作動部材をさらに有し、
前記作動部材は、前記操舵軸の軸方向に沿って移動可能に設けられ、当該軸方向への移動により、前記一対の押圧部材を互いに反対方向に移動させる、請求項5に記載のステアリング装置。 - 前記一対の押圧部材は、第1および第2の押圧部材を含み、
前記作動部材は、前記第1の押圧部材に摺接する第1の摺接面と、前記第2の押圧部材に摺接する第2の摺接面とを含み、
前記第1および第2の摺接面は、前記操舵軸の所定の軸方向に向かうに従って周方向の両側に互いに離れる部分を含むように設けられている、請求項6に記載のステアリング装置。 - 前記伝達機構が減速機であり、前記回転部材が歯車であり、前記内輪が前記操舵軸に連結されており、前記外輪は、前記出力軸に連結されている、請求項5〜7のいずれか一項に記載のステアリング装置。
- 前記伝達機構が減速機であり、かつ前記操舵軸に一体回転可能に取り付けられた歯車をさらに有し、
前記内輪が前記出力軸に連結されており、かつ前記外輪が前記操舵軸に連結されており、
前記外輪は、前記歯車に固定されている、請求項5〜7のいずれか一項に記載のステアリング装置。 - 前記機構部は、摩擦クラッチを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のステアリング装置。
- 前記機構部は、噛み合いクラッチを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のステアリング装置。
- 前記駆動力発生部は、コイルへの通電により生じる電磁力を利用して前記機構部を駆動する、請求項1〜11のいずれか一項に記載のステアリング装置。
- 前記駆動力発生部は、油圧を用いて前記機構部を駆動する、請求項1〜12のいずれか一項に記載のステアリング装置。
- 前記機構部の内部を封止するシール部材を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載のステアリング装置。
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