JP2023102525A - Steer-by-wire system vehicle steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ステアリングホイールと操舵対象との間が機械的に切り離された状態で操舵対象の転舵を行なうステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置に関する。
BACKGROUND OF THE
運転者によるステアリングホイールの回転操作に応じて車両（乗り物）の転舵輪（操舵対象）の向きを変化させる車両用操舵装置として、ステアバイワイヤ方式のものが知られている（例えば、特許文献１）。ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、ステアリングホイールの操作量を検知する操舵センサと、ステアリングホイールに対して機械的に切り離して設けられた転舵アクチュエータとを有し、その転舵アクチュエータが、操舵センサで検知されるステアリングホイールの操作量に応じて作動し、左右一対の転舵輪の向きを変化させる。 BACKGROUND ART A steer-by-wire system is known as a vehicle steering apparatus that changes the direction of steered wheels (steering target) of a vehicle (vehicle) in accordance with a steering wheel turning operation by a driver (for example, Patent Document 1). A steer-by-wire vehicle steering system has a steering sensor that detects the amount of operation of a steering wheel, and a steering actuator that is mechanically separated from the steering wheel.
このステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、運転者によるステアリングホイールの操作量をいったん電気信号に変換し、その電気信号に基づいて転舵アクチュエータの動作を制御するので、例えば、ステアリングホイールを回転操作したときの転舵輪の向きの変化量を車両の走行速度に応じて調整するといったように、車両の走行状態に応じてステアリングホイールの操作量と転舵アクチュエータの動作量の対応関係を最適化することが可能であり、車両の走行安定性や運動性能の向上を可能とするものとして期待されている。 This steer-by-wire type vehicle steering system temporarily converts the operation amount of the steering wheel by the driver into an electric signal, and controls the operation of the steering actuator based on the electric signal. Therefore, it is possible to optimize the correspondence relationship between the operation amount of the steering wheel and the operation amount of the steering actuator according to the running state of the vehicle, for example, by adjusting the amount of change in the direction of the steered wheels when the steering wheel is rotated according to the running speed of the vehicle, thereby improving the running stability and dynamic performance of the vehicle. expected as something.
特許文献１の車両用操舵装置は、ステアリングホイールの操作量や車速等に基づいて演算される操舵反力をステアリングホイールに与える電動モータを有する。この電動モータのモータ軸は、ステアリングシャフトの回転軸線と食い違う軸線まわりに回転可能に支持され、そのモータ軸とステアリングシャフトとがウォームギヤ機構で連結されている。
The vehicle steering system disclosed in
また、特許文献１の車両用操舵装置は、ステアリングホイールが、予め設定された角度範囲を超えて回転操作されるのを防止するため、ステアリングシャフトの外周の周方向の１箇所に外周突起（第１係止部）を設けるとともに、ステアリングシャフトを回転可能に収容する筒状のステアリングコラムの内周の周方向の１箇所に内周突起（第２係止部）を設け、ステアリングシャフトの外周突起（第１係止部）をステアリングコラムの内周の内周突起（第２係止部）で周方向に受け止めることで、ステアリングシャフトのステアリングコラムに対する回転角度を予め設定された範囲内に規制するようにしている。
Further, in the vehicle steering system of
ところで、特許文献１の車両用操舵装置は、ステアリングシャフトの外周に設けた外周突起（第１係止部）を、ステアリングコラムの内周に設けた内周突起（第２係止部）で周方向に受け止めることで、ステアリングホイールの回転角度を規制しているので、予め設定された特定の角度位置でしか、ステアリングホイールの回転を規制することができない。
By the way, in the vehicle steering system of
そのため、例えば、車両の転舵輪の側面が路上の縁石に接触するなどして、転舵輪の向きをそれ以上変化させることができない状況となったときにも、運転者は、ステアリングホイールをさらに回転させることが可能であり、その結果、運転者は、転舵輪の向きがそれ以上変化することができない状況になっていることに気付かないおそれがある。 Therefore, even when the side surfaces of the steered wheels of the vehicle come into contact with a curb on the road and the direction of the steered wheels cannot be changed any more, the driver can rotate the steering wheel further, and as a result, the driver may not notice that the direction of the steered wheels cannot be changed any more.
また、特許文献１の車両用操舵装置は、ステアリングホイールを速く回転させたときに、ステアリングシャフトの外周の外周突起（第１係止部）が、ステアリングコラムの内周の内周突起（第２係止部）に衝突して受け止められるため、その衝突音が発生する問題もあった。
Further, in the vehicle steering system of
この発明が解決しようとする課題は、ステアリングホイールの回転を任意の角度位置で規制することが可能なステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a steer-by-wire vehicle steering system capable of restricting the rotation of the steering wheel at any angular position.
上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成のステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置を提供する。
運転者により回転操作されるステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、
前記ステアリングシャフトの回転軸線と食い違う軸線まわりにまたは前記ステアリングシャフトの回転軸線と平行な軸線まわりに回転可能に支持されるモータ軸と、
前記モータ軸に回転トルクを付与するモータ本体と、
前記モータ軸と前記ステアリングシャフトをトルク伝達可能に連結する動力伝達機構と、
前記ステアリングホイールの操作量を検知する操舵センサと、
前記ステアリングシャフトに対して機械的に切り離して設けられ、前記操舵センサで検知される前記ステアリングホイールの操作量に応じて操舵対象の向きを変化させる転舵アクチュエータと、を有するステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置において、
通電と非通電の切り替えにより前記モータ軸の回転を許容する回転許容状態と前記モータ軸の回転を阻止する回転制動状態とを切り替える電磁ブレーキを前記モータ軸と同軸上に設けたことを特徴とするステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置。
In order to solve the above problems, the present invention provides a steer-by-wire vehicle steering system having the following configuration.
a steering wheel rotatably operated by a driver;
a steering shaft connected to the steering wheel;
a motor shaft rotatably supported about an axis offset from the rotation axis of the steering shaft or about an axis parallel to the rotation axis of the steering shaft;
a motor body that imparts rotational torque to the motor shaft;
a power transmission mechanism that couples the motor shaft and the steering shaft so that torque can be transmitted;
a steering sensor that detects the amount of operation of the steering wheel;
A steer-by-wire vehicle steering apparatus comprising a steering actuator that is mechanically separated from the steering shaft and that changes the direction of a steered object according to the amount of operation of the steering wheel detected by the steering sensor,
A steer-by-wire type steering system for a vehicle, characterized in that an electromagnetic brake is provided coaxially with the motor shaft for switching between a rotation permitting state that permits rotation of the motor shaft and a rotation braking state that prevents rotation of the motor shaft by switching between energization and non-energization.
このようにすると、電磁ブレーキの通電と非通電の切り替えにより、モータ軸の回転を許容する回転許容状態から、モータ軸の回転を阻止する回転制動状態に切り替え、これにより、モータ軸に動力伝達機構を介して連結されたステアリングシャフトの回転を阻止することが可能となる。そのため、ステアリングホイールの回転を任意の角度位置で規制することが可能であり、例えば、車両（乗り物）の転舵輪の側面が路上の縁石に接触するなどして、転舵輪（操舵対象）の向きをそれ以上変化させることができない状況となったときに、電磁ブレーキの通電と非通電の切り替えにより、ステアリングホイールの回転操作を規制することが可能となる。 In this way, by switching between energization and non-energization of the electromagnetic brake, the rotation permitting state that permits the rotation of the motor shaft is switched to the rotation braking state that prevents the rotation of the motor shaft, thereby preventing the rotation of the steering shaft coupled to the motor shaft via the power transmission mechanism. Therefore, it is possible to restrict the rotation of the steering wheel at an arbitrary angular position. For example, when the side surface of the steered wheel of the vehicle (vehicle) contacts a curb on the road and the direction of the steered wheel (steering target) cannot be changed any more, it is possible to restrict the rotation of the steering wheel by switching between energization and non-energization of the electromagnetic brake.
前記モータ軸は、前記モータ本体からの軸方向の一方側への突出部分と、前記モータ本体からの軸方向の他方側への突出部分とを有し、
前記モータ軸の前記モータ本体からの軸方向の一方側への突出部分に前記動力伝達機構が連結され、
前記モータ軸の前記モータ本体からの軸方向の他方側への突出部分に前記電磁ブレーキが連結されている構成を採用することができる。
the motor shaft has a portion protruding from the motor main body to one side in the axial direction and a portion protruding from the motor main body to the other side in the axial direction,
The power transmission mechanism is connected to a portion of the motor shaft that protrudes from the motor main body to one side in the axial direction,
A configuration may be adopted in which the electromagnetic brake is connected to a portion of the motor shaft that protrudes from the motor body toward the other side in the axial direction.
また、前記モータ軸は、前記モータ本体から軸方向の一方側への突出部分を有し、
前記モータ軸の前記モータ本体からの軸方向の一方側への突出部分に前記電磁ブレーキが連結され、
前記動力伝達機構は、前記電磁ブレーキを介して前記モータ軸に連結されている構成を採用することができる。
Further, the motor shaft has a projecting portion from the motor main body to one side in the axial direction,
The electromagnetic brake is connected to a portion of the motor shaft that protrudes from the motor main body to one side in the axial direction,
The power transmission mechanism may be connected to the motor shaft via the electromagnetic brake.
また、前記モータ軸は、前記モータ本体から軸方向の一方側への突出部分を有し、
前記モータ軸の前記モータ本体からの軸方向の一方側への突出部分に前記動力伝達機構が連結され、
前記電磁ブレーキは、前記動力伝達機構を介して前記モータ軸に連結されている構成を採用することができる。
Further, the motor shaft has a projecting portion from the motor main body to one side in the axial direction,
The power transmission mechanism is connected to a portion of the motor shaft that protrudes from the motor main body to one side in the axial direction,
A configuration in which the electromagnetic brake is connected to the motor shaft via the power transmission mechanism can be adopted.
前記電磁ブレーキは、
前記モータ軸と一体回転する内輪と、
回転しないように固定された外輪と、
前記内輪の外周と前記外輪の内周との間に組み込まれた係合子と、
前記係合子を保持し、前記内輪と前記外輪の間に前記係合子を噛み込ませる係合位置と、前記内輪と前記外輪の間への前記係合子の噛み込みを解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器と、
軸方向に移動可能に支持されたアーマチュアと、
通電により前記アーマチュアを吸引して軸方向に移動させる電磁石と、
前記アーマチュアの移動に応じて、前記係合子保持器を前記係合位置と前記係合解除位置のうち一方から他方に周方向移動させる動作変換機構とを有する係合子型のものを採用すると好ましい。
The electromagnetic brake is
an inner ring that rotates integrally with the motor shaft;
an outer ring fixed against rotation;
an engaging element incorporated between the outer circumference of the inner ring and the inner circumference of the outer ring;
an engaging element retainer supported so as to be circumferentially movable between an engaging position that holds the engaging element and engages the engaging element between the inner ring and the outer ring and an engagement release position that releases the engaging element between the inner ring and the outer ring;
an armature supported for axial movement;
an electromagnet that attracts and moves the armature in the axial direction when energized;
It is preferable to adopt an engaging element type one having a movement converting mechanism for circumferentially moving the engaging element retainer from one of the engaging position and the disengaging position to the other in accordance with the movement of the armature.
このようにすると、係合子が内輪と外輪の間に噛み込むことで回転を阻止するので、ステアリングホイールを速く回転させ、その回転を電磁ブレーキで阻止するときに、衝突音の発生を防止することができる。 In this way, the engaging element is caught between the inner ring and the outer ring to prevent rotation, so that when the steering wheel is rotated rapidly and the rotation is stopped by the electromagnetic brake, it is possible to prevent the occurrence of collision noise.
前記動力伝達機構としては、前記モータ軸に固定されたモータ側ギヤと、前記ステアリングシャフトに固定され、前記モータ側ギヤに噛み合うステアリング側ギヤとで構成されているものを採用することができる。 As the power transmission mechanism, it is possible to adopt a mechanism composed of a motor-side gear fixed to the motor shaft and a steering-side gear fixed to the steering shaft and meshing with the motor-side gear.
この発明のステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置は、電磁ブレーキの通電と非通電の切り替えにより、モータ軸の回転を許容する回転許容状態から、モータ軸の回転を阻止する回転制動状態に切り替え、これにより、モータ軸に動力伝達機構を介して連結されたステアリングシャフトの回転を阻止することが可能である。そのため、ステアリングホイールの回転を任意の角度位置で規制することが可能であり、例えば、車両（乗り物）の転舵輪（操舵対象）の側面が路上の縁石に接触するなどして、転舵輪の向きをそれ以上変化させることができない状況となったときに、電磁ブレーキの通電と非通電の切り替えにより、ステアリングホイールの回転操作を規制することが可能である。 The steer-by-wire vehicle steering system of the present invention can switch from a rotation permitting state that permits rotation of the motor shaft to a rotation braking state that prevents rotation of the motor shaft by switching between energization and non-energization of the electromagnetic brake, thereby preventing rotation of the steering shaft coupled to the motor shaft via the power transmission mechanism. Therefore, it is possible to restrict the rotation of the steering wheel at an arbitrary angular position. For example, when the side surface of the steered wheels (to be steered) of the vehicle (vehicle) contacts a curb on the road and the direction of the steered wheels cannot be changed any more, it is possible to restrict the rotation of the steering wheel by switching between energization and non-energization of the electromagnetic brake.
図１に、この発明の第１実施形態にかかるステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置を示す。この乗り物用操舵装置は、運転者によるステアリングホイール１の操作量を電気信号に変換し、その電気信号に基づいて転舵アクチュエータ２を制御することで、車両の左右一対の転舵輪３（操舵対象）の向きを変化させるステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置である。
FIG. 1 shows a steer-by-wire vehicle steering system according to a first embodiment of the present invention. This vehicle steering system is a steer-by-wire vehicle steering system that changes the direction of a pair of left and right steered wheels 3 (to be steered) of a vehicle by converting the amount of operation of a
乗り物用操舵装置は、運転者により回転操作されるステアリングホイール１と、ステアリングホイール１に接続されたステアリングシャフト４と、ステアリングホイール１に操舵反力を与える電動モータ５と、ステアリングホイール１と電動モータ５を機械的に連結する動力伝達機構６と、電動モータ５に取り付けられた電磁ブレーキ７と、ステアリングホイール１の操作量を検知する操舵センサ８と、ステアリングホイール１に対して機械的に切り離して設けられた転舵アクチュエータ２と、制御部９とを有する。
The vehicle steering system includes a
ステアリングシャフト４は、ステアリングホイール１を回転操作したときに、ステアリングホイール１と一体に回転するようにステアリングホイール１に接続されている。操舵センサ８は、ステアリングシャフト４に取り付けられている。操舵センサ８としては、例えば、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、運転者によってステアリングホイール１に入力される操舵トルクを検知する操舵トルクセンサなどが挙げられる。
The
転舵アクチュエータ２は、転舵軸１０と、転舵軸ハウジング１１と、転舵軸１０を車両の左右方向に移動させる転舵モータ１２と、転舵軸１０の位置を検知する転舵センサ１３とを有する。転舵軸１０は、車両の左右方向に移動可能に転舵軸ハウジング１１で支持されている。転舵軸ハウジング１１は、転舵軸１０の左右両端が転舵軸ハウジング１１から突出した状態となるように転舵軸１０の中央部を収容している。
The
転舵モータ１２および転舵センサ１３は、転舵軸ハウジング１１に取り付けられている。転舵モータ１２と転舵軸１０の間には、転舵モータ１２が出力する回転を転舵軸１０の直線運動に変換する運動変換機構（図示せず）が組み込まれている。転舵軸１０の左右両端は、タイロッド１４を介して左右一対の転舵輪３に連結され、転舵軸１０が軸方向に移動するとこれに連動して左右一対の転舵輪３の向きが変化するようになっている。
The
図２，図３に示すように、電動モータ５は、ステアリングシャフト４の回転軸線と食い違う軸線まわりに回転可能に支持されるモータ軸２０と、モータ軸２０に回転トルクを付与するモータ本体２１とを有する。モータ本体２１は、筒状のモータケース２２と、モータケース２２に収容された環状のステータ（図示せず）とで構成されている。ここで、モータ軸２０の軸線が、ステアリングシャフト４の回転軸線と食い違うとは、両軸線がねじれの位置関係にあることをいう。モータケース２２は、回転しないように車体（図示せず）に固定されている。モータケース２２の内部には、モータ軸２０を回転可能に支持する図示しない転がり軸受が組み込まれている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
動力伝達機構６は、モータ軸２０に固定されたモータ側ギヤ２３と、ステアリングシャフト４に固定されたステアリング側ギヤ２４とで構成されている。この動力伝達機構６は、モータ側ギヤ２３とステアリング側ギヤ２４とが噛み合うことで、モータ軸２０とステアリングシャフト４をトルク伝達可能に連結している。図では、モータ側ギヤ２３は、モータ軸２０と同軸上に配置されたウォーム（例えば多条ウォーム）であり、ステアリングギアは、ステアリングシャフト４と同軸上に配置されたウォームホイールである。
The
図２、図４に示すように、モータ軸２０は、モータ本体２１からの軸方向の一方側（図では左側）への突出部分と、モータ本体２１からの軸方向の他方側（図では右側）への突出部分とを有する。図２に示すように、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の一方側への突出部分には、動力伝達機構６のモータ側ギヤ２３が同軸に連結され、図２に示すように、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の他方側への突出部分には、電磁ブレーキ７が同軸に連結されている
As shown in FIGS. 2 and 4, the
図４に示すように、電磁ブレーキ７は、モータ軸２０と同軸上に設けられている。この電磁ブレーキ７は、モータ軸２０の外周に装着された内輪２５と、内輪２５の径方向外側に同軸に設けられた外輪２６と、内輪２５の外周に形成された複数のカム面２７（図６参照）と、外輪２６の内周に形成された円筒面２８と、各カム面２７と円筒面２８との間に組み込まれた係合子２９と、それらの係合子２９を保持する係合子保持器３０と、軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア３１と、通電によりアーマチュア３１を吸引して軸方向に移動させる電磁石３２と、アーマチュア３１の移動に応じて係合子保持器３０を周方向移動させる動作変換機構３３とを有する。
As shown in FIG. 4 , the
内輪２５は、モータ軸２０と一体回転するように、モータ軸２０の外周にスプライン嵌合している。モータ軸２０と内輪２５の間に周方向の遊び（例えば１０°以下の遊び）を設け、その周方向の遊びの範囲ではモータ軸２０と内輪２５の相対回転を許容し、周方向の遊びを超えるとモータ軸２０と内輪２５が一体回転するように構成することも可能である。
The
外輪２６は、ブレーキケース３４に嵌め込まれている。ブレーキケース３４は、電磁ブレーキ７の構成部材（内輪２５、係合子２９、係合子保持器３０、アーマチュア３１、電磁石３２等）を一括して収容する筒状の部材である。ブレーキケース３４の軸方向一端には、径方向外方に延びるフランジ部３５が形成され、そのフランジ部３５がモータケース２２の軸方向端面に図示しないボルトで固定されている。
The
外輪２６は、ブレーキケース３４の内周に装着した止め輪３６でブレーキケース３４から抜け止めされている。図６に示すように、ブレーキケース３４の内周に形成されたキー溝３７と、外輪２６の外周に形成されたキー溝３８に、共通のキー部材３９が嵌め込まれ、このキー部材３９によって、外輪２６は回転しないように固定された状態となっている。図４に示すように、外輪２６には、内輪２５を回転可能に支持する軸受４０が組み込まれている。
The
図６に示すように、内輪２５の外周のカム面２７は、外輪２６の内周の円筒面２８と半径方向に対向している。カム面２７と円筒面２８の間には、周方向中央から周方向両端に向かって次第に狭小となるくさび空間が形成されている。
As shown in FIG. 6, the
係合子保持器３０には、径方向に貫通するポケット４１が周方向に間隔をおいて複数形成され、その各ポケット４１に係合子２９が収容されている。係合子保持器３０は、係合子２９をカム面２７の周方向中央から周方向に移動させることでカム面２７と円筒面２８の間に係合子２９を噛み込ませる係合位置と、係合子２９をカム面２７の周方向中央に移動させることでカム面２７と円筒面２８の間への係合子２９の噛み込みを解除する係合解除位置との間で、内輪２５に対して周方向に移動可能に支持されている。
A plurality of
図５に示すように、アーマチュア３１は、内輪２５と一体に設けられた内輪軸部４２の外周で軸方向に移動可能に支持されている。アーマチュア３１は、磁性材料（鉄、珪素鋼など）で形成された円盤状の部材である。電磁石３２は、アーマチュア３１と軸方向に対向して配置されている。電磁石３２は、軸方向と周方向のいずれにも移動しないようにブレーキケース３４に固定されている。アーマチュア３１と電磁石３２の間には、アーマチュア３１を電磁石３２から離反する方向に付勢する離反ばね４３が組み込まれている。
As shown in FIG. 5 , the
図４に示すように、電磁石３２は、アーマチュア３１に向かって軸方向に開放するＣ形断面をもつ環状のフィールドコア４４と、フィールドコア４４に巻回されたソレノイドコイル４５とを有する。ソレノイドコイル４５に通電すると、フィールドコア４４とアーマチュア３１とを通る磁気回路が形成され、アーマチュア３１はフィールドコア４４に吸引される。ブレーキケース３４には、ソレノイドコイル４５に電力を供給するリード線４６が通る貫通孔４７が形成されている。貫通孔４７には、貫通孔４７の内周とリード線４６の外周の間の隙間を埋めるゴム製のグロメット４８が装着されている。
As shown in FIG. 4, the
図５に示すように、動作変換機構３３は、アーマチュア３１に対して軸方向に相対移動可能な状態でアーマチュア３１に回り止めされかつ係合子保持器３０に回り止めされた中間プレート４９と、係合子保持器３０を係合解除位置に弾性的に保持するセンタリングばね５０とを有する。
As shown in FIG. 5, the
中間プレート４９の外周には、係合子保持器３０に形成された係合凹部５１に係合する係合凸部５２が形成されている。中間プレート４９は、この係合凸部５２と係合凹部５１の係合によって、係合子保持器３０と一体に周方向移動するように係合子保持器３０に回り止めされている。また、中間プレート４９には、アーマチュア３１に向かって軸方向に延びる軸方向突起５３が形成されている。アーマチュア３１には、中間プレート４９の軸方向突起５３が軸方向にスライド可能に挿入される軸方向孔５４が形成されている。中間プレート４９は、この軸方向突起５３と軸方向孔５４の係合によって、アーマチュア３１に対して軸方向移動可能な状態で、アーマチュア３１と一体に周方向移動するようにアーマチュア３１に回り止めされている。
An
図６に示すように、センタリングばね５０は、鋼線をＣ形に巻いたＣ形環状部５５と、Ｃ形環状部５５の両端からそれぞれ径方向外方に延出する一対の延出部５６とからなる。Ｃ形環状部５５は、内輪２５の軸方向端面に形成された円形のばね収容凹部５７に嵌め込まれている。一対の延出部５６は、ばね収容凹部５７から径方向外方に貫通するように内輪２５の軸方向端面に形成された径方向溝５８に挿入されている。
As shown in FIG. 6, the centering
センタリングばね５０の延出部５６は、径方向溝５８の径方向外端から突出しており、その延出部５６の径方向溝５８からの突出部分が、係合子保持器３０に形成された保持器溝５９に挿入されている。径方向溝５８と保持器溝５９は同じ周方向幅をもつように形成されている。センタリングばね５０の延出部５６は、径方向溝５８の内面と、保持器溝５９の内面にそれぞれ接触しており、その接触部分に作用する周方向の力によって係合子保持器３０を係合解除位置に弾性保持している。
The extending
図４に示す電磁ブレーキ７は、電磁石３２が非通電の状態では、内輪２５およびモータ軸２０の回転を許容する回転許容状態となる。すなわち、電磁石３２が非通電のとき、アーマチュア３１が離反ばね４３の付勢力によって電磁石３２から離反し、アーマチュア３１は、電磁石３２に対して自由に回転可能な状態となる。このとき、係合子保持器３０は、センタリングばね５０の弾性復元力によって係合解除位置に保持されるので、内輪２５を回転させても、内輪２５の外周のカム面２７と外輪２６の内周の円筒面２８との間に係合子２９は噛み込まず、内輪２５およびモータ軸２０は外輪２６に対して正逆両方向に自由に回転することが可能である。
The
一方、電磁石３２に通電した状態では、内輪２５およびモータ軸２０の回転が阻止された回転制動状態となる。すなわち、電磁石３２に通電したとき、アーマチュア３１は電磁石３２に吸着され、アーマチュア３１が電磁石３２に摩擦接触した状態となる。このとき、内輪２５を回転させると、電磁石３２に摩擦接触するアーマチュア３１が、中間プレート４９（図５参照）を介して係合子保持器３０に回り止めされているので、係合子保持器３０は回転が制限され、その係合子保持器３０に対して内輪２５が相対回転する。その結果、係合子保持器３０が、センタリングばね５０の弾性力に抗し係合解除位置から係合位置に移動し、内輪２５の外周のカム面２７と外輪２６の内周の円筒面２８との間に係合子２９が噛み込むので、内輪２５の回転が阻止され、内輪２５に連結されたモータ軸２０の回転が阻止される。
On the other hand, when the
図１に示す電動モータ５、電磁ブレーキ７、転舵モータ１２は、制御部９で制御される。制御部９の入力側には、外部センサ６０、操舵センサ８、転舵センサ１３が電気的に接続されている。外部センサ６０は、車両の走行速度を検知する車速センサ等である。制御部９の出力側には、電動モータ５、電磁ブレーキ７、転舵アクチュエータ２が電気的に接続されている。
The
制御部９は、操舵センサ８で検知されるステアリングホイール１の操作量と、外部センサ６０で検知される車両の走行状況（車速等）とに応じて転舵モータ１２を作動させ、左右一対の転舵輪３の向きを変化させる制御を行なう。また、このとき、制御部９は、ステアリングホイール１の操作量と車両の走行状況とに応じた大きさの操舵反力が発生するように電動モータ５を作動させる制御を行なう。
The
さらに、制御部９は、転舵センサ１３で検知される転舵軸１０の位置に基づいて、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達したか否かを判定する。そして、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達していないと判定したときは、電磁ブレーキ７の電磁石３２（図４参照）を非通電とすることで、係合子保持器３０を係合解除位置に保持する。一方、転舵輪３の向きがストロークエンドに到達したと判定したときは、電磁ブレーキ７の電磁石３２（図４参照）に通電することで、係合子保持器３０を係合解除位置から係合位置に移動させる。
Further, based on the position of the steered
このステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置は、図４に示す電磁ブレーキ７の電磁石３２の通電と非通電の切り替えにより、内輪２５と外輪２６との間への係合子２９の噛み込みを解除する係合解除位置から、内輪２５と外輪２６との間に係合子２９を噛み込ませる係合位置に係合子保持器３０を移動させ、これにより、モータ軸２０の回転を許容する回転許容状態から、モータ軸２０の回転を阻止する回転制動状態に切り替え、図２、図３に示すように、モータ軸２０に動力伝達機構６を介して連結されたステアリングシャフト４の回転を阻止することが可能である。そのため、ステアリングホイール１の回転を任意の角度位置で規制することが可能であり、例えば、図１に示す転舵輪３の側面が路上の縁石に接触するなどして、転舵輪３の向きをそれ以上変化させることができない状況となったときに、電磁ブレーキ７の通電と非通電の切り替えにより、ステアリングホイール１の回転操作を規制することが可能である。
In this steer-by-wire vehicle steering system, the
また、このステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置は、図６に示す係合子２９が内輪２５と外輪２６の間に噛み込むことで回転を阻止するので、図１に示すステアリングホイール１を速く回転させ、その回転を電磁ブレーキ７で阻止するときに、衝突音の発生を防止することができる。
Further, in this steer-by-wire type vehicle steering system, the engaging
図７、図８に、この発明の第２実施形態を示す。第２実施形態を第１実施形態と比べると、第１実施形態では、図２、図４に示すように、動力伝達機構６を、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の一方側（図では左側）への突出部分に連結し、電磁ブレーキ７を、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の他方側（図では右側）への突出部分に連結したのに対し、第２実施形態では、図７、図８に示すように、電磁ブレーキ７を、モータ軸２０（図８参照）のモータ本体２１からの軸方向の一方側（図では左側）への突出部分に連結し、動力伝達機構６を、電磁ブレーキ７を介してモータ軸２０（図８参照）に連結した点で両者は異なり、他の構成は同一である。そのため、第１実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。
7 and 8 show a second embodiment of the invention. Comparing the second embodiment with the first embodiment, in the first embodiment, as shown in FIGS. 2 and 4, the
図８に示すように、ブレーキケース３４の軸方向一端と軸方向他端には、それぞれ径方向外方に延びるフランジ部６１，６２が形成されている。ブレーキケース３４の軸方向一端のフランジ部６１は、動力伝達機構６のケース６３に図示しないボルトで固定され、ブレーキケース３４の軸方向他端のフランジ部６２は、モータケース２２に図示しないボルトで固定されている。電磁ブレーキ７の内輪２５には、中間軸６４が回り止めして挿入され、その中間軸６４の軸端にモータ側ギヤ２３が同軸に連結されている。この第２実施形態を採用した場合も、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
As shown in FIG. 8,
図９、図１０に、この発明の第３実施形態を示す。第３実施形態を第１実施形態と比べると、第１実施形態では、図２、図４に示すように、動力伝達機構６を、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の一方側（図では左側）への突出部分に連結し、電磁ブレーキ７を、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の他方側（図では右側）への突出部分に連結したのに対し、第３実施形態では、図９、図１０に示すように、動力伝達機構６を、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の一方側（図では左側）への突出部分に連結し、電磁ブレーキ７を、動力伝達機構６を介してモータ軸２０に連結した点で両者は異なり、他の構成は同一である。そのため、第１実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。
9 and 10 show a third embodiment of the invention. Comparing the third embodiment with the first embodiment, in the first embodiment, as shown in FIGS. 2 and 4, the
図１０に示すように、電磁ブレーキ７の内輪２５は、モータ軸２０（図９参照）と同軸上に配置されたモータ側ギヤ２３の軸端の外周に装着されている。内輪２５は、モータ軸２０（図９参照）と一体回転するように、モータ側ギヤ２３の軸端の外周にスプライン嵌合している。ブレーキケース３４の軸方向一端には、径方向外方に延びるフランジ部６５が形成され、そのフランジ部６５が、動力伝達機構６のケース６３に図示しないボルトで固定されている。この第３実施形態を採用した場合も、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
As shown in FIG. 10, the
上記各実施形態では、外輪２６の内周と内輪２５の外周との間に組み込む係合子２９としてローラを用いたものを例に挙げて説明したが、係合子２９としてボールやスプラグを用いることも可能である。
In each of the above-described embodiments, a roller is used as the engaging
上記各実施形態では、電動モータ５のモータ軸２０が、ステアリングシャフト４の回転軸線と食い違う軸線まわりに回転可能に支持されるように配置したものを例に挙げて説明したが、図１１～図１４に示すように、電動モータ５のモータ軸２０が、ステアリングシャフト４の回転軸線と平行な軸線まわりに回転可能に支持されるように配置したものを採用することも可能である。
In each of the above-described embodiments, the
図１１～図１４の各実施形態において、電動モータ５は、ステアリングシャフト４の回転軸線と間隔をおいて平行な軸線まわりに回転可能に支持されるモータ軸２０と、モータ軸２０に回転トルクを付与するモータ本体２１とを有する。
11 to 14, the
動力伝達機構６は、モータ軸２０に固定されたモータ側ギヤ２３と、ステアリングシャフト４に固定されたステアリング側ギヤ２４とで構成されている。この動力伝達機構６は、モータ側ギヤ２３とステアリング側ギヤ２４とが噛み合うことで、モータ軸２０とステアリングシャフト４をトルク伝達可能に連結している。図では、モータ側ギヤ２３およびステアリングギアは、平行軸歯車対（平行軸平歯車対、平行軸はすば歯車対など）である。
The
図１１に示す実施形態では、動力伝達機構６が、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の一方側への突出部分に連結され、電磁ブレーキ７が、動力伝達機構６を介してモータ軸２０に連結されている。モータ本体２１は、動力伝達機構６に対してステアリングホイール１の側に配置され、電磁ブレーキ７は、動力伝達機構６に対してステアリングホイール１の側とは反対側に配置されている。
In the embodiment shown in FIG. 11, the
図１２に示す実施形態では、電磁ブレーキ７が、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の一方側（図では上側）への突出部分に連結され、動力伝達機構６が、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の他方側（図では下側）への突出部分に連結されている。
In the embodiment shown in FIG. 12 , the
図１３に示す実施形態では、動力伝達機構６が、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の一方側への突出部分に連結され、電磁ブレーキ７が、動力伝達機構６を介してモータ軸２０に連結されている。電磁ブレーキ７は、動力伝達機構６に対してステアリングホイール１の側に配置され、モータ本体２１は、動力伝達機構６に対してステアリングホイール１の側とは反対側に配置されている。
In the embodiment shown in FIG. 13, the
図１４に示す実施形態では、動力伝達機構６が、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の一方側（図では上側）への突出部分に連結され、電磁ブレーキ７が、モータ軸２０のモータ本体２１からの軸方向の他方側（図では下側）への突出部分に連結されている。
In the embodiment shown in FIG. 14 , the
図１１～図１４に示す実施形態を採用しても、電磁ブレーキ７の通電と非通電の切り替えにより、モータ軸２０の回転を許容する回転許容状態から、モータ軸２０の回転を阻止する回転制動状態に切り替え、これにより、モータ軸２０に動力伝達機構６を介して連結されたステアリングシャフト４の回転を阻止することが可能である。そのため、ステアリングホイール１の回転を任意の角度位置で規制することが可能であり、例えば、図１に示す転舵輪３の側面が路上の縁石に接触するなどして、転舵輪３の向きをそれ以上変化させることができない状況となったときに、電磁ブレーキ７の通電と非通電の切り替えにより、ステアリングホイール１の回転操作を規制することが可能である。
Even if the embodiment shown in FIGS. 11 to 14 is employed, by switching between energization and non-energization of the
上記各実施形態では、この発明にかかる乗り物用操舵装置の一例として、車両の左右一対の転舵輪３を操舵対象とする車両用操舵装置を例に挙げて説明したが、この発明は、車両（乗用車）に限らず、船舶、建設機械、農業機械、全地形対応車、多用途四輪車など、ステアリングホイール１の回転量に応じて転舵アクチュエータ２を作動させて操舵対象の向きを変化させる他の乗り物にも同様に適用することが可能である。
In each of the above-described embodiments, as an example of the steering apparatus for a vehicle according to the present invention, a steering apparatus for a vehicle having a pair of left and right steered
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the scope and meaning of equivalents of the scope of the claims.
１ ステアリングホイール
２ 転舵アクチュエータ
３ 転舵輪（操舵対象）
４ ステアリングシャフト
６ 動力伝達機構
７ 電磁ブレーキ
８ 操舵センサ
２０ モータ軸
２１ モータ本体
２３ モータ側ギヤ
２４ ステアリング側ギヤ
２５ 内輪
２６ 外輪
２９ 係合子
３０ 係合子保持器
３１ アーマチュア
３２ 電磁石
３３ 動作変換機構
1
4
Claims (6)
前記ステアリングホイール（１）に接続されたステアリングシャフト（４）と、
前記ステアリングシャフト（４）の回転軸線と食い違う軸線まわりにまたは前記ステアリングシャフト（４）の回転軸線と平行な軸線まわりに回転可能に支持されるモータ軸（２０）と、
前記モータ軸（２０）に回転トルクを付与するモータ本体（２１）と、
前記モータ軸（２０）と前記ステアリングシャフト（４）をトルク伝達可能に連結する動力伝達機構（６）と、
前記ステアリングホイール（１）の操作量を検知する操舵センサ（８）と、
前記ステアリングシャフト（４）に対して機械的に切り離して設けられ、前記操舵センサ（８）で検知される前記ステアリングホイール（１）の操作量に応じて操舵対象（３）の向きを変化させる転舵アクチュエータ（２）と、を有するステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置において、
通電と非通電の切り替えにより前記モータ軸（２０）の回転を許容する回転許容状態と前記モータ軸（２０）の回転を阻止する回転制動状態とを切り替える電磁ブレーキ（７）を前記モータ軸（２０）と同軸上に設けたことを特徴とするステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置。 a steering wheel (1) rotated by a driver;
a steering shaft (4) connected to the steering wheel (1);
a motor shaft (20) rotatably supported about an axis that is offset from the rotation axis of the steering shaft (4) or about an axis that is parallel to the rotation axis of the steering shaft (4);
a motor body (21) that imparts rotational torque to the motor shaft (20);
a power transmission mechanism (6) that couples the motor shaft (20) and the steering shaft (4) so that torque can be transmitted;
a steering sensor (8) for detecting the amount of operation of the steering wheel (1);
A steering actuator (2) mechanically separated from the steering shaft (4) and configured to change the direction of a steered object (3) according to the amount of operation of the steering wheel (1) detected by the steering sensor (8).
A steer-by-wire vehicular steering system, characterized in that an electromagnetic brake (7) is provided coaxially with the motor shaft (20) for switching between a rotation permitting state for permitting rotation of the motor shaft (20) and a rotation braking state for preventing rotation of the motor shaft (20) by switching between energization and de-energization.
前記モータ軸（２０）の前記モータ本体（２１）からの軸方向の一方側への突出部分に前記動力伝達機構（６）が連結され、
前記モータ軸（２０）の前記モータ本体（２１）からの軸方向の他方側への突出部分に前記電磁ブレーキ（７）が連結されている請求項１に記載のステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置。 The motor shaft (20) has a portion protruding from the motor body (21) to one side in the axial direction and a portion protruding from the motor body (21) to the other side in the axial direction,
The power transmission mechanism (6) is connected to a portion of the motor shaft (20) protruding from the motor main body (21) to one side in the axial direction,
A steer-by-wire vehicle steering system according to claim 1, wherein said electromagnetic brake (7) is connected to a portion of said motor shaft (20) protruding from said motor body (21) toward the other side in the axial direction.
前記モータ軸（２０）の前記モータ本体（２１）からの軸方向の一方側への突出部分に前記電磁ブレーキ（７）が連結され、
前記動力伝達機構（６）は、前記電磁ブレーキ（７）を介して前記モータ軸（２０）に連結されている請求項１に記載のステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置。 The motor shaft (20) has a projecting portion from the motor body (21) to one side in the axial direction,
The electromagnetic brake (7) is connected to a portion of the motor shaft (20) protruding from the motor main body (21) to one side in the axial direction,
A steer-by-wire vehicle steering system according to claim 1, wherein said power transmission mechanism (6) is connected to said motor shaft (20) via said electromagnetic brake (7).
前記モータ軸（２０）の前記モータ本体（２１）からの軸方向の一方側への突出部分に前記動力伝達機構（６）が連結され、
前記電磁ブレーキ（７）は、前記動力伝達機構（６）を介して前記モータ軸（２０）に連結されている請求項１に記載のステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置。 The motor shaft (20) has a projecting portion from the motor body (21) to one side in the axial direction,
The power transmission mechanism (6) is connected to a portion of the motor shaft (20) protruding from the motor main body (21) to one side in the axial direction,
A steer-by-wire vehicle steering system according to claim 1, wherein said electromagnetic brake (7) is connected to said motor shaft (20) through said power transmission mechanism (6).
前記モータ軸（２０）と一体回転する内輪（２５）と、
回転しないように固定された外輪（２６）と、
前記内輪（２５）の外周と前記外輪（２６）の内周との間に組み込まれた係合子（２９）と、
前記係合子（２９）を保持し、前記内輪（２５）と前記外輪（２６）の間に前記係合子（２９）を噛み込ませる係合位置と、前記内輪（２５）と前記外輪（２６）の間への前記係合子（２９）の噛み込みを解除する係合解除位置との間で周方向に移動可能に支持された係合子保持器（３０）と、
軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア（３１）と、
通電により前記アーマチュア（３１）を吸引して軸方向に移動させる電磁石（３２）と、
前記アーマチュア（３１）の移動に応じて、前記係合子保持器（３０）を前記係合位置と前記係合解除位置のうち一方から他方に周方向移動させる動作変換機構（３３）とを有する請求項１から４のいずれかに記載のステアバイワイヤ方式の乗り物用操舵装置。 The electromagnetic brake (7) is
an inner ring (25) that rotates integrally with the motor shaft (20);
an outer ring (26) fixed against rotation;
an engaging element (29) incorporated between the outer circumference of the inner ring (25) and the inner circumference of the outer ring (26);
an engaging element retainer (30) supported so as to be circumferentially movable between an engaging position that holds the engaging element (29) and engages the engaging element (29) between the inner ring (25) and the outer ring (26) and an engagement release position that releases the engaging element (29) between the inner ring (25) and the outer ring (26);
an armature (31) supported for axial movement;
an electromagnet (32) that attracts the armature (31) by energization and moves it in the axial direction;
A steer-by-wire vehicle steering system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a movement converting mechanism (33) for circumferentially moving the engaging element retainer (30) from one of the engaging position and the disengaging position to the other in accordance with movement of the armature (31).
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