JP2023117695A - Rotation transmission device and vehicle steering device of steer-by-wire type - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転伝達装置及びその回転伝達装置を用いた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 rotation transmission device and a steer-by-wire vehicle steering system using the rotation transmission device.
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の転舵輪(一般には前輪)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。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。 A steer-by-wire system is known as a vehicle steering system that changes the direction of steered wheels (generally, front wheels) of a vehicle in accordance with a driver's turning operation of a steering wheel. A steer-by-wire vehicle steering system includes 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. It operates according to the amount of operation of the steering wheel detected by a sensor, and changes the direction of a pair of left and right steered wheels.
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. Optimizing 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, such as adjusting the amount of change in the direction of the steered wheels according to the running speed of the vehicle. It is expected that it will be possible to improve the running stability and dynamic performance of the vehicle.
ところで、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置においては、運転者によって回転操作されるステアリングホイールと、左右一対の転舵輪の向きを変化させる転舵アクチュエータとが機械的に切り離されている。そのため、運転者が、車両停車中にステアリングホイールを操作して転舵輪の向きがその移動限界(ストロークエンド)に到達したときにも、運転者は、さらにステアリングホイールを回転操作することが可能である。そのため、転舵輪の向きがストロークエンドに到達しているにもかかわらず、運転者は、転舵輪の向きがストロークエンドに到達していることに気付かないという問題が生じる。 In a steer-by-wire vehicle steering system, a steering wheel that is rotatably operated by a driver is mechanically separated from a steering actuator that changes the direction of a pair of left and right steered wheels. Therefore, even when the driver operates the steering wheel while the vehicle is stopped and the direction of the steered wheels reaches its travel limit (stroke end), the driver can further rotate the steering wheel. be. Therefore, although the direction of the steered wheels has reached the stroke end, the driver does not notice that the direction of the steered wheels has reached the stroke end.
そこで、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したときに、その状況を、運転者がステアリングホイールを通じて感知することを可能としたステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置として、特許文献1のものが提案されている。
Therefore,
特許文献1の車両用操舵装置は、車速やステアリングホイールの操作量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反力モータと、反力モータを制御する反力コントローラとを有する。そして、反力コントローラは、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したときに、反力モータで発生する操舵反力の大きさを補正して増大させる制御を行なう。これにより、運転者は、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したことをステアリングホイールを通じて感知することが可能となる。
The vehicle steering system disclosed in
特許文献1のように、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したときに、反力モータで発生する操舵反力の大きさを補正して増大させる制御を行なった場合、あくまでステアリングホイールの操舵反力が大きくなるだけであり、ステアリングホイールの回転が阻止されるのではないため、運転者によっては、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したことに気付かず、そのままステアリングホイールの回転操作を継続してしまうおそれがある。
As in
そのような事態を防止するため、特許文献1の車両用操舵装置の反力モータを大型化する方法が考えられる。反力モータを大型化すれば、反力モータで発生可能な操舵反力の大きさも大きくなるので、転舵輪の向きがストロークエンドに到達したときに、どのような運転者でも確実に気づく程度に大きな操舵反力を発生させることが可能となる。しかしながら、反力モータを大型化すると、周辺のスペースが狭くなり、またコスト高である。また、転舵輪の向きがストロークエンドに到達して反力が付加された後、急激な反対方向への回転の入力に対して、反力の解放が即時にできないという問題もある。
In order to prevent such a situation, a method of increasing the size of the reaction force motor of the vehicle steering system disclosed in
この発明が解決しようとする課題は、回転の入力に対して所定の位置でその回転を規制できるようにするとともに、その規制状態での急激な反対方向への入力に対しても対応できるようにすることである。 The problem to be solved by the present invention is to make it possible to regulate the rotation at a predetermined position with respect to the input of rotation, and to cope with the sudden input in the opposite direction in the regulation state. It is to be.
上記の課題を解決するため、この発明は、内輪及び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を備え前記係合子を介して前記内輪と前記外輪とを係合させる係合状態と前記内輪と前記外輪との係合を解除する係合解除状態との間で切り替える電磁クラッチユニットを備え、前記内輪は入力側のシャフトに連結され、前記外輪は固定であり、前記内輪は別体の部品で構成され互いに相対回転するように支持されたカムリング及び中間軸を備え、前記カムリングと前記中間軸が所定の角度だけ相対回転すると前記カムリングと前記中間軸は一体となって回転する回転伝達装置を採用した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes an inner ring, an outer ring, and an engaging element incorporated between the outer circumference of the inner ring and the inner circumference of the outer ring. An electromagnetic clutch unit is provided for switching between an engaged state for engagement and an disengaged state for disengaging the inner ring and the outer ring, wherein the inner ring is connected to an input-side shaft and the outer ring is fixed. wherein the inner ring comprises a cam ring and an intermediate shaft which are constructed of separate parts and supported so as to rotate relative to each other, and when the cam ring and the intermediate shaft rotate relative to each other by a predetermined angle, the cam ring and the intermediate shaft are united. A rotation transmission device that rotates as
ここで、前記電磁クラッチユニットは、前記係合子を保持し、前記内輪と前記外輪とを係合状態とする前記係合子の係合位置と、前記内輪と前記外輪とを係合解除状態とする前記係合子の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備えている構成を採用できる。 Here, the electromagnetic clutch unit holds the engaging element, engages the engaging element at an engaging position where the inner ring and the outer ring are engaged, and disengages the inner ring and the outer ring. an engager retainer supported so as to be circumferentially movable between the disengagement position of the engager; an armature supported so as to be axially movable; and 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. can.
また、前記カムリングと前記中間軸は、前記カムリングに対する前記中間軸の所定の角度範囲内での相対回転を許容し、前記カムリングに対する前記中間軸の前記所定の角度範囲を超える相対回転は阻止するように前記所定の角度範囲の遊びをもって連結され、前記カムリングと前記中間軸との間には、前記カムリングと前記中間軸が前記所定の角度範囲の中央位置にある状態から相対回転したときに前記カムリングと前記中間軸を前記所定の角度範囲の中央位置に向けて付勢する弾性部材が設けられている構成を採用できる。 Further, the cam ring and the intermediate shaft allow relative rotation of the intermediate shaft with respect to the cam ring within a predetermined angular range, and prevent relative rotation of the intermediate shaft with respect to the cam ring beyond the predetermined angular range. with play in the predetermined angular range, and between the cam ring and the intermediate shaft, when the cam ring and the intermediate shaft are relatively rotated from the central position in the predetermined angular range, the cam ring and an elastic member that biases the intermediate shaft toward the central position of the predetermined angular range.
ここで、前記中間軸は、非円形の断面をもつ非円形軸部を有し、前記カムリングは、前記非円形軸部に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部を有し、前記弾性部材は、一端が前記中間軸の中心に形成された嵌合穴に嵌合して回り止めされ、他端が前記カムリングに回り止めされたトーションバーである構成を採用できる。 Here, the intermediate shaft has a non-circular shaft portion having a non-circular cross section, the cam ring has a non-circular hole portion that fits into the non-circular shaft portion with a gap in the circumferential direction, and the elastic The member may be a torsion bar, one end of which is fitted into a fitting hole formed in the center of the intermediate shaft to prevent rotation, and the other end of which is prevented from rotating by the cam ring.
また、前記中間軸は、非円形の断面をもつ非円形軸部を有し、前記カムリングは、前記非円形軸部に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部を有し、前記弾性部材は、前記非円形軸部と前記非円形穴部の間に周方向に挟み込んで設けられた板ばねである構成を採用できる。 The intermediate shaft has a non-circular shaft portion having a non-circular cross section, the cam ring has a non-circular hole portion that fits into the non-circular shaft portion with a circumferential gap, and the elastic member is a plate spring that is sandwiched between the non-circular shaft portion and the non-circular hole portion in the circumferential direction.
また、前記中間軸は、非円形の断面をもつ非円形軸部を有し、前記カムリングは、前記非円形軸部に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部を有し、前記弾性部材は、前記非円形軸部と前記非円形穴部の間に圧縮して組み込まれた圧縮コイルばねである構成を採用できる。 The intermediate shaft has a non-circular shaft portion having a non-circular cross section, the cam ring has a non-circular hole portion that fits into the non-circular shaft portion with a circumferential gap, and the elastic member is a compression coil spring that is compressed and incorporated between the non-circular shaft portion and the non-circular hole portion.
これらの各態様において、前記動作変換機構は、前記電磁石の通電時に、前記係合子保持器を前記係合解除位置から前記係合位置に周方向移動させ、前記電磁石の非通電時に、前記係合子保持器を前記係合位置から前記係合解除位置に周方向移動させる構成を採用できる。 In each of these aspects, the motion converting mechanism moves the engaging element retainer from the disengaged position to the engaging position in the circumferential direction when the electromagnet is energized, and moves the engaging element when the electromagnet is not energized. A configuration can be adopted in which the retainer is circumferentially moved from the engagement position to the disengagement position.
これらの各態様において、前記電磁石と前記アーマチュアとを収容する筒状のクラッチケースを更に有し、前記外輪は、前記クラッチケースに一体に形成されている構成を採用できる。 In each of these aspects, it is possible to employ a configuration in which a tubular clutch case is further provided to accommodate the electromagnet and the armature, and the outer ring is formed integrally with the clutch case.
これらの各態様において、前記電磁石と前記アーマチュアとを収容する筒状のクラッチケースを更に有し、前記クラッチケースは、非磁性体で形成され、前記外輪は、前記クラッチケースとは別体に形成され、前記クラッチケースに回り止めされている構成を採用できる。 Each of these aspects further includes a cylindrical clutch case that houses the electromagnet and the armature, the clutch case is formed of a non-magnetic material, and the outer ring is formed separately from the clutch case. and is detented by the clutch case.
これらの各態様からなる回転伝達装置を用い、ステアリングホイールと、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、前記ステアリングホイール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左右一対の転舵輪の向きを変化させる転舵アクチュエータと、を有し、前記シャフトは、前記ステアリングホイールと一体に回転するステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置を採用することができる。 Using the rotation transmission device having each of these aspects, a steering wheel, a steering sensor for detecting an operation amount of the steering wheel, and a steering sensor are provided mechanically separated from the steering wheel and detected by the steering sensor. a steering actuator that changes the direction of a pair of left and right steered wheels according to the amount of operation of the steering wheel, and the shaft adopts a steer-by-wire type vehicle steering device that rotates together with the steering wheel. can do.
この発明は、回転の入力に対して所定の位置でその回転を規制するとともに、その規制状態での急激な反対方向への入力に対しても対応できるようになる。 According to the present invention, rotation input is restricted at a predetermined position, and it is possible to cope with sudden input in the opposite direction in the restricted state.
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車両用操舵装置を示す。こ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、左右一対の転舵輪3の向きを変化させるステアバイワイヤ方式のものである。
FIG. 1 shows a steer-by-wire vehicle steering system according to a first embodiment of the present invention. This vehicle steering system converts the amount of operation of a
車両用操舵装置は、運転者により操舵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に連結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の操作量を検知する操舵センサ5と、ステアリングホイール1に操舵反力を与える反力モータ6と、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の回転を阻止するステアリングロック状態とステアリングホイール1の回転を許容するステアリングロック解除状態とを切り替える電磁クラッチユニット7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8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を操舵したときに、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に連結されている。操舵センサ5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5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
ステアリングシャフト4には反力モータ6が取り付けられている。反力モータ6は、通電により回転トルクを発生する電動モータである。反力モータ6は、ステアリングシャフト4の端部に連結されている。反力モータ6は、回転トルクをステアリングシャフト4に入力することで、そのステアリングシャフト4を介してステアリングホイール1に操舵反力を付与する。
A
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に示すように、反力モータ6は、モータケース15と、モータケース15からステアリングホイール1(図1参照)の側とは反対側に突出するモータシャフト16とを有する。以下、ステアリングホイール1の側を軸方向一端、その反対側を軸方向他端と称する。モータシャフト16は、モータケース15の内部に組み込まれた図示しない転がり軸受で回転可能に支持されている。また、モータシャフト16は、ステアリングホイール1およびステアリングシャフト4(図1参照)と一体に回転するように、ステアリングシャフト4に連結されている。モータケース15は、回転しないように車体(図示せず)に固定されている。
As shown in FIG. 2, the
電磁クラッチユニット7は、モータシャフト16に連結して設けられた内輪20と、モータケース15に対して固定して設けられた外輪21と、内輪20の外周に形成された複数のカム面22と、外輪21の内周に形成された円筒面23と、各カム面22と円筒面23との間に組み込まれたローラからなる係合子24(以下、ローラ24と称する)とを有する2方向クラッチを備えている。また、電磁クラッチユニット7は、それらのローラ24を保持する係合子保持器25と、軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア26と、通電によりアーマチュア26を吸引して軸方向に移動させる電磁石27と、アーマチュア26の移動に応じて係合子保持器25を周方向移動させる動作変換機構28を備えている。
The electromagnetic
外輪21は、モータケース15に固定されたクラッチケース29と一体に形成されている。すなわち、外輪21はモータケース15に対して固定(不動)である。クラッチケース29は、電磁クラッチユニット7の構成部材(内輪20、ローラ24、係合子保持器25、アーマチュア26、電磁石27等)を一括して収容する筒状の部材である。クラッチケース29の軸方向一端には、径方向外方に延びるフランジ部30が形成され、そのフランジ部30がモータケース15の軸方向端面に図示しないボルトで固定されている。外輪21(クラッチケース29)には、内輪20を回転可能に支持する軸受31が組み込まれている。なお、この実施形態では、外輪21をクラッチケース29と一体に形成しているので、部品点数が少なく製造コストを低減することが可能であるが、これを別部材で構成してそれを一体に固定することも可能である。なお、クラッチケース29と外輪21を別部材とした場合、クラッチケース29の素材を非磁性体とすることが、磁界の漏出を抑える上で有効である。
The
内輪20は、互いに別体の部品で構成されたカムリング71及び中間軸72を備えている。内輪20のカム面22は、カムリング71の外周に形成されている。カムリング71と中間軸72は、互いに相対回転するように軸受17で支持されている。中間軸72は、モータシャフト16の外周にスプライン嵌合している。このスプライン嵌合によって、モータシャフト16は、中間軸72に対して全く相対回転しないように遊びなくその中間軸72に連結されている。また、中間軸72は、クラッチケース29に対して軸受18を介して相対回転可能に支持されている。軸受18は、中間軸72とモータシャフト16とがスプライン嵌合した部分を、その外径側から支持している。
The
中間軸72は、非円形の断面をもつ非円形軸部60を有する。また、カムリング71には、中間軸72の非円形軸部60が周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部61が形成されている(図5参照)。非円形軸部60と非円形穴部61との間に設定された軸回り方向の隙間(ガタ)により、カムリング71と中間軸72は、互いに所定の角度だけ相対回転すると、その後はカムリング71と中間軸72は一体となって回転するようになっている。
The
回転ストッパ面62は、中間軸72がカムリング71に対して相対回転したときに、非円形穴部61の内周に直接接触して受け止められる面である。この回転ストッパ面62は、非円形軸部60の周方向一方側と周方向他方側の両側に形成されている。すなわち、中間軸72がカムリング71に対して周方向の一方に相対回転したときは、周方向一方側の回転ストッパ面62が非円形穴部61の内周に直接接触して受け止められ、また、中間軸72がカムリング71に対して周方向の他方に相対回転したときは、周方向他方側の回転ストッパ面62が非円形穴部61の内周に直接接触して受け止められるようになっている。
The
非円形軸部60と非円形穴部61は、カムリング71に対する中間軸72の所定の角度範囲内での相対回転を許容し、カムリング71に対する中間軸72の所定の角度範囲を超える相対回転は阻止するように、所定の角度範囲の遊びをもってカムリング71と中間軸72を連結している。
The
電磁クラッチユニット7は、ローラ24を介して内輪20のカムリング71と外輪21とを係合させる係合状態と、内輪20のカムリング71と外輪21との係合を解除する係合解除状態との間で切り替える機能を備えている。係合子保持器25は、ローラ24を周方向に沿って保持する。図4に示すように、内輪20の外周のカム面22は、外輪21の内周の円筒面23と半径方向に対向している。カム面22と円筒面23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。係合子保持器25には、径方向に貫通するポケット32が周方向に間隔をおいて複数形成され、その各ポケット32にローラ24が収容されている。係合子保持器25は、ローラ24をカム面22(図4参照)の周方向中央から周方向に移動させることでカム面22と円筒面23の間にローラ24を係合させる係合位置と、ローラ24をカム面22の周方向中央に移動させることでカム面22と円筒面23の間へのローラ24の係合を解除する係合解除位置との間で、内輪20に対して周方向に移動可能に支持されている。
The electromagnetic
アーマチュア26は、内輪20の中間軸72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26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27は、アーマチュア26と軸方向に対向して配置されている。電磁石27は、軸方向と周方向のいずれにも移動しないようにクラッチケース29に固定されている。アーマチュア26と電磁石27の間には、アーマチュア26を電磁石27から離反する方向に付勢する離反ばね34が組み込まれている。電磁石27は、アーマチュア26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35と、フィールドコア35に巻回されたソレノイドコイル36とを有する。ソレノイドコイル36に通電すると、フィールドコア35とアーマチュア26とを通る磁気回路が形成され、アーマチュア26はフィールドコア35に吸引される。クラッチケース29には、ソレノイドコイル36に電力を供給するリード線37が通る貫通孔38が形成されている。貫通孔38には、貫通孔38の内周とリード線37の外周の間の隙間を埋めるゴム製のグロメット39が装着されている。
The
動作変換機構28は、図3に示すように、アーマチュア26に対して軸方向に相対移動可能な状態でアーマチュア26に回り止めされ、且つ、係合子保持器25に回り止めされた中間プレート40と、係合子保持器25を係合解除位置に弾性的に保持するセンタリングばね41とを備えている。動作変換機構28は、電磁石27への通電によりアーマチュア26が軸方向へ移動すると、そのアーマチュア26の移動に応じて、係合子保持器25を係合位置と係合解除位置のうち一方から他方に周方向移動させる機能を発揮する。
As shown in FIG. 3 , the
中間プレート40の外周には、係合子保持器25に形成された係合凹部42に係合する係合凸部43が形成されている。中間プレート40は、この係合凸部43と係合凹部42の係合によって、係合子保持器25と一体に周方向移動するように係合子保持器25に回り止めされている。また、中間プレート40には、アーマチュア26に向かって軸方向に延びる軸方向突起44が形成されている。アーマチュア26には、中間プレート40の軸方向突起44が軸方向にスライド可能に挿入される軸方向孔45が形成されている。中間プレート40は、この軸方向突起44と軸方向孔45の係合によって、アーマチュア26に対して軸方向移動可能な状態で、アーマチュア26と一体に周方向移動するようにアーマチュア26に回り止めされている。
An
図4に示すように、センタリングばね41は、鋼線をC形に巻いたC形環状部46と、C形環状部46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47とからなる。C形環状部46は、内輪20の軸方向端面に形成された円形のばね収容凹部48に嵌め込まれている。一対の延出部47は、ばね収容凹部48から径方向外方に貫通するように内輪20の軸方向端面に形成された径方向溝49に挿入されている。センタリングばね41の延出部47は、径方向溝49の径方向外端から突出しており、その延出部47の径方向溝49からの突出部分が、係合子保持器25に形成された保持器溝50に挿入されている。径方向溝49と保持器溝50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41の延出部47は、径方向溝49の内面と、保持器溝50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25を係合解除位置に弾性保持している。
As shown in FIG. 4, the centering
電磁クラッチユニット7は、電磁石27が非通電の状態では、内輪20のカムリング71が外輪21に対して自由に回転することができる空転状態となる。すなわち、電磁石27が非通電のとき、アーマチュア26が離反ばね34の付勢力によって電磁石27から離反し、アーマチュア26は、電磁石27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25は、センタリングばね41の弾性復元力によって係合解除位置に保持されるので、カムリング71を回転させても、カムリング71の外周のカム面22と外輪21の内周の円筒面23との間にローラ24は係合せず、カムリング71に連結された中間軸72及びモータシャフト16は正逆両方向に自由に回転することが可能である。
The electromagnetic
一方、電磁石27に通電した状態では、カムリング71の回転が阻止されたロック状態となる。すなわち、電磁石27に通電したとき、アーマチュア26は電磁石27に吸着され、アーマチュア26が電磁石27に摩擦接触した状態となる。このとき、内輪20を回転させると、電磁石27に摩擦接触するアーマチュア26が、中間プレート40を介して係合子保持器25に回り止めされているので、係合子保持器25は回転が制限され、その係合子保持器25に対して内輪20が相対回転する。その結果、係合子保持器25が、センタリングばね41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20の外周のカム面22と外輪21の内周の円筒面23との間にローラ24が係合するので、カムリング71の回転が阻止され、カムリング71に連結された中間軸72及びモータシャフト16の回転が阻止される。
On the other hand, when the
図1に示すように、反力モータ6、電磁クラッチユニット7、転舵モータ12は、制御部8で制御される。制御部8の入力側には、外部センサ51、操舵センサ5、転舵センサ13が電気的に接続されている。外部センサ51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8の出力側には、反力モータ6、電磁クラッチユニット7、転舵アクチュエータ2が電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1 , the
制御部8は、操舵センサ5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51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8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反力モータ6を作動させる制御を行なう。さらに、制御部8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、電磁クラッチユニット7の電磁石27を非通電とすることで、係合子保持器25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、電磁クラッチユニット7の電磁石27に通電することで、係合子保持器25を係合解除位置から係合位置に移動させる。
The
このステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置によれば、電磁石27の通電と非通電の切り替えにより、係合子保持器25を係合解除位置から係合位置に移動させ、これにより、ステアリングホイール1の回転を許容するステアリングロック解除状態から、ステアリングホイール1の回転を阻止するステアリングロック状態に切り替えることが可能である。すなわち、励磁タイプのブレーキ型電磁式係合子クラッチを用いることで、ステアリングホイール1がストロークエンドに達した時に電源ONすることで、確実に又瞬時にステアリングホイール1の回転を止めることが可能となる。ここで、係合子保持器25が係合位置に移動したとき、内輪20(カムリング71及び中間軸72)と外輪21との間にローラ24が物理的に係合することによって、内輪20の回転が阻止される。このため、内輪20に対してモータシャフト16及びステアリングシャフト4を介して連結されたステアリングホイール1の回転が確実に阻止される。したがって、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したときに電磁石27の通電と非通電を切り替えることにより、ステアリングホイール1がそれ以上に回転するのを確実に阻止し、そのステアリングホイール1を通じて運転者に、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したことを確実に感知させることができる。
According to this steer-by-wire vehicle steering system, by switching between energization and non-energization of the
ここで、仮に、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達し、運転者がステアリングホイール1を通じてその状況を感知し、急にステアリングホイール1を逆向き(転舵輪3の向きがストロークエンドから戻る方向)に回転させようとした場合に、ステアリングホイール1がロックして動かない事態を防止することが可能である。
Here, if the direction of the steered
すなわち、図1に示す転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したときに、ステアリングロック解除状態からステアリングロック状態に切り替えると、ステアリングホイール1はそれ以上回転させることができなくなり、運転者は、そのステアリングホイール1を通じて、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したことを感知する。ここで、運転者が、急にステアリングホイール1を逆向きに回転させようとした場合、ステアリングホイール1の回転を許容するために、即座に電磁石27の通電と非通電を切り替えて、ステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替える必要があるが、このとき、従来のように、モータシャフト16が内輪20に対して全く相対回転しないように遊びなくその内輪20に連結されていると、ステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替える動作が間に合わず、運転者がステアリングホイール1を逆向きに回転させることができないおそれがある。
That is, when the direction of the steered
この問題に対し、この発明では、内輪20を、外輪21の円筒面23に対向するカム面22を備えたカムリング71と、モータシャフト16と一体に回転するように接続された中間軸72という2つの部材で構成するとともに、中間軸72が、カムリング71に対して所定の角度範囲で相対回転を許容するように遊びをもって、そのカムリング71に連結されるようにしたものである。これにより、ステアリングホイール1の正逆両方向のうちの一方向の回転が阻止されたときに、ステアリングホイール1は、正逆両方向のうちの他方向に、カムリング71と中間軸72の間に設けられた遊びに相当する角度の分、回転させることが可能である。そのため、転舵輪3の向きがストロークエンドに到達したことを運転者がステアリングホイール1を通じて感知し、急にステアリングホイール1を逆向きに回転させようとした場合に、そのステアリングホイール1の回転を許容するためにステアリングロック状態からステアリングロック解除状態に切り替える動作を行なう時間を確保することが可能であり、ステアリングホイール1がロックして動かない事態を防止することが可能である。
In order to address this problem, the present invention proposes to replace the
また、この実施形態では、カムリング71と中間軸72との間に、カムリング71と中間軸72が中立位置、すなわち、所定の角度範囲の中央位置にある状態から相対回転したときに、カムリング71と中間軸72を中立位置に向けて付勢する弾性部材64が設けられている。このため、外力が入力されていない状態で、カムリング71と中間軸72とを常に中立位置に保持することができる。
Further, in this embodiment, when the
ここで、この実施形態では、弾性部材64としてトーションバー73を採用している。トーションバー73は、図2に示すように、その一端が中間軸72の中心に形成された嵌合穴72aに嵌合して回り止めされている。また、その他端がカムリング71の中心に形成された嵌合孔71aに嵌合して回り止めされている。トーションバー73の両端の嵌合はスプライン結合とされているが、両者が回り止めされていればよく、それ以外にも例えば、キー及びキー溝を用いた嵌合構造、2面幅を用いた嵌合構造等、非円形断面を用いた各種の嵌合構造を用いてもよい。トーションバー73は、カムリング71と中間軸72が、軸回りに所定のガタ分だけ相対回転する間に回転抵抗を与える部材として機能する。
Here, in this embodiment, a
ここで、モータシャフト16が回転すると、中間軸72も同時に回転を開始する。電磁石27への通電が無ければクラッチはロックせず、カムリング71にはトルクが作用しない。このため、トーションバー73は捩れず、モータシャフト16及び中間軸72とともにカムリング71も同時に回転を始める。ここで、電磁石27へ通電を行うとクラッチがロックし、カムリング71が固定されその回転が停止する。カムリング71が固定されるとトーションバー73が軸回りに捩れはじめ、徐々にトルクが上昇する。非円形軸部60と非円形穴部61とが互いの間隔を詰めるように相対回転すると、すなわち、カムリング71に対して中間軸72が相対回転すると、やがて間隔が詰まりカムリング71と中間軸72が機械的に固定され、完全に中間軸72及びモータシャフト16の回転が停止する。このため、クラッチのロックが解除されれば、トーションバー73は、カムリング71と中間軸72を中立位置へ復帰させることができる。
Here, when the
上記の実施形態では、弾性部材64としてトーションバー73を採用したが、これに代えて、あるいはこれに加えて、弾性部材64として板ばね74を採用することもできる。弾性部材64として板ばね74を採用した構成を、図6及び図7A~図7Cに示す。
Although the
図6に示すように、非円形軸部60の外周には、回転ストッパ面62と弾性部材保持部63とが軸方向に並んで形成されている。弾性部材保持部63は、弾性部材64としての板ばね74を保持する部分である。弾性部材64は、弾性部材保持部63の周方向の一方を向く面65aとその面65aと周方向に対向する非円形穴部61の内面66aとの間で周方向に挟み込まれる第1の板ばね部分67aと、弾性部材保持部63の周方向の他方を向く面65bとその面65bと周方向に対向する非円形穴部61の内面66bとの間で周方向に挟み込まれる第2の板ばね部分67bとを有する。この弾性部材64は、第2の板ばね部分67bで非円形軸部60を周方向の一方に付勢すると同時に、第1の板ばね部分67aで非円形軸部60を周方向の他方に付勢し、その両方の付勢力がつり合うことで中間軸72を弾性保持している。
As shown in FIG. 6, on the outer periphery of the
図7Cに示すように、弾性部材保持部63は、回転ストッパ面62が非円形穴部61の内周に受け止められる位置まで中間軸72がカムリング71に対して相対回転したときに、弾性部材64が過度に圧縮されて永久変形しないように、回転ストッパ面62よりも周方向に後退した位置に面65a、65bをもつように形成されている。
As shown in FIG. 7C , the elastic
非円形軸部60と非円形穴部61は、カムリング71に対する中間軸72の所定の角度範囲内での相対回転を許容し、カムリング71に対する中間軸72の所定の角度範囲を超える相対回転は阻止するように、所定の角度範囲の遊びをもってカムリング71と中間軸72を連結している。また、弾性部材64(第1の板ばね部分67aおよび第2の板ばね部分67b)は、図7Bや図7Cに示すように、カムリング71と中間軸72が所定の角度範囲の中央位置(中立位置)にある状態から相対回転したときに弾性変形し、その弾性復元力によって、内輪20とモータシャフト16を所定の角度範囲の中央位置(図7Aの位置)に向けて付勢する。
The
上記の実施形態では、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置を例に、この発明の回転伝達装置の構成を説明したが、この実施形態には限定されず、この発明の回転伝達装置は、ステアバイワイヤ方式以外の各種の車両用操舵装置、あるいは、車両用操舵装置以外の各種の装置にも使用できる。また、上記の実施形態では、電磁クラッチユニット7が備える2方向クラッチの係合子24としてローラを採用したが、スプラグ等の他の係合子24を採用してもよい。
In the above-described embodiment, the configuration of the rotation transmission device of the present invention has been described by taking the steer-by-wire type vehicle steering system as an example, but the rotation transmission device of the present invention is not limited to this embodiment. It can also be used for various types of vehicle steering systems other than the system, or various types of devices other than vehicle steering systems. Further, in the above embodiment, rollers are used as the
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
5 操舵センサ
4 ステアリングシャフト
7 電磁クラッチユニット
16 モータシャフト
70 中間シャフト
20 内輪
21 外輪
24 係合子(ローラ)
25 係合子保持器
26 アーマチュア
27 電磁石
28 動作変換機構
29 クラッチケース
64 弾性部材
60 非円形軸部
61 非円形穴部
71 カムリング
72 中間軸
73 トーションバー
74 板ばね
1
25
Claims (10)
前記内輪(20)は入力側のシャフト(4,16)に連結され、前記外輪(21)は固定であり、前記内輪(20)は別体の部品で構成され互いに相対回転するように支持されたカムリング(71)及び中間軸(72)を備え、前記カムリング(71)と前記中間軸(72)が所定の角度だけ相対回転すると前記カムリング(71)と前記中間軸(72)は一体となって回転する回転伝達装置。 An inner ring (20) and an outer ring (21), and an engaging element (24) incorporated between the outer circumference of the inner ring (20) and the inner circumference of the outer ring (21) are provided through the engaging element (24). An electromagnetic clutch unit ( 7),
The inner ring (20) is connected to the input side shaft (4, 16), the outer ring (21) is fixed, and the inner ring (20) is composed of separate parts and supported so as to rotate relative to each other. When the cam ring (71) and the intermediate shaft (72) relatively rotate by a predetermined angle, the cam ring (71) and the intermediate shaft (72) are united. A rotation transmission device that rotates by
前記係合子(24)を保持し、前記内輪(20)と前記外輪(21)とを係合状態とする前記係合子(24)の係合位置と、前記内輪(20)と前記外輪(21)とを係合解除状態とする前記係合子(24)の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(25)と、
軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア(26)と、
通電により前記アーマチュア(26)を吸引して軸方向に移動させる電磁石(27)と、
前記アーマチュア(26)の移動に応じて、前記係合子保持器(25)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(28)と、を備えている請求項1に記載の回転伝達装置。 The electromagnetic clutch unit (7) is
an engaging position of the engaging element (24) that holds the engaging element (24) and brings the inner ring (20) and the outer ring (21) into an engaged state; ) and the disengagement position of the engager (24), the retainer (25) being circumferentially movably supported;
an armature (26) supported for axial movement;
an electromagnet (27) that attracts and moves the armature (26) in the axial direction when energized;
a motion converting mechanism (28) for circumferentially moving the engaging element retainer (25) from one of the engaging position and the disengaging position to the other in accordance with movement of the armature (26). The rotation transmission device according to claim 1.
前記カムリング(71)と前記中間軸(72)との間には、前記カムリング(71)と前記中間軸(72)が前記所定の角度範囲の中央位置にある状態から相対回転したときに前記カムリング(71)と前記中間軸(72)を前記所定の角度範囲の中央位置に向けて付勢する弾性部材(64)が設けられている請求項1又は2に記載の回転伝達装置。 The cam ring (71) and the intermediate shaft (72) allow relative rotation of the intermediate shaft (72) with respect to the cam ring (71) within a predetermined angular range, and the intermediate shaft (72) with respect to the cam ring (71). 72) are connected with play in the predetermined angular range so as to prevent relative rotation exceeding the predetermined angular range;
Between the cam ring (71) and the intermediate shaft (72), there is a gap between the cam ring (71) and the intermediate shaft (72) when the cam ring (71) and the intermediate shaft (72) rotate relative to each other from the central position of the predetermined angle range. 3. The rotation transmission device according to claim 1, further comprising an elastic member (64) that biases the intermediate shaft (71) and the intermediate shaft (72) toward the central position of the predetermined angular range.
前記カムリング(71)は、前記非円形軸部(60)に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部(61)を有し、
前記弾性部材(64)は、一端が前記中間軸(72)の中心に形成された嵌合穴に嵌合して回り止めされ、他端が前記カムリング(71)に回り止めされたトーションバー(73)である請求項3に記載の回転伝達装置。 said intermediate shaft (72) having a non-circular shank (60) with a non-circular cross-section;
The cam ring (71) has a non-circular hole (61) fitted to the non-circular shaft (60) with a circumferential gap,
The elastic member (64) has one end fitted into a fitting hole formed in the center of the intermediate shaft (72) to prevent rotation, and the other end to the cam ring (71) to prevent rotation. 73).
前記カムリング(71)は、前記非円形軸部(60)に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部(61)を有し、
前記弾性部材(64)は、前記非円形軸部(60)と前記非円形穴部(61)の間に周方向に挟み込んで設けられた板ばね(74)である請求項3に記載の回転伝達装置。 said intermediate shaft (72) having a non-circular shank (60) with a non-circular cross-section;
The cam ring (71) has a non-circular hole (61) fitted to the non-circular shaft (60) with a circumferential gap,
4. The rotating shaft according to claim 3, wherein the elastic member (64) is a leaf spring (74) provided circumferentially sandwiched between the non-circular shaft portion (60) and the non-circular hole portion (61). transmission device.
前記カムリング(71)は、前記非円形軸部(60)に周方向の隙間をもって嵌合する非円形穴部(61)を有し、
前記弾性部材(64)は、前記非円形軸部(60)と前記非円形穴部(61)の間に圧縮して組み込まれた圧縮コイルばねである請求項3に記載の回転伝達装置。 said intermediate shaft (72) having a non-circular shank (60) with a non-circular cross-section;
The cam ring (71) has a non-circular hole (61) fitted to the non-circular shaft (60) with a circumferential gap,
The rotation transmission device according to claim 3, wherein the elastic member (64) is a compression coil spring that is compressed and incorporated between the non-circular shaft (60) and the non-circular hole (61).
前記外輪(21)は、前記クラッチケース(29)に一体に形成されている、
請求項1から7のいずれか一つに記載の回転伝達装置。 further comprising a cylindrical clutch case (29) that houses the electromagnet (27) and the armature (26);
The outer ring (21) is integrally formed with the clutch case (29),
The rotation transmission device according to any one of claims 1 to 7.
前記クラッチケース(29)は、非磁性体で形成され、
前記外輪(21)は、前記クラッチケース(29)とは別体に形成され、前記クラッチケース(29)に回り止めされている、
請求項1から7のいずれか一つに記載の回転伝達装置。 further comprising a cylindrical clutch case (29) that houses the electromagnet (27) and the armature (26);
The clutch case (29) is made of a non-magnetic material,
The outer ring (21) is formed separately from the clutch case (29) and is prevented from rotating by the clutch case (29).
The rotation transmission device according to any one of claims 1 to 7.
ステアリングホイール(1)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(5)と、
前記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、前記操舵センサ(5)で検知される前記ステアリングホイール(1)の操作量に応じて左右一対の転舵輪(3)の向きを変化させる転舵アクチュエータ(2)と、を有し、
前記シャフト(4,16)は、前記ステアリングホイール(1)と一体に回転するステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置。 Using the rotation transmission device according to any one of claims 1 to 9,
a steering wheel (1);
a steering sensor (5) for detecting the amount of operation of the steering wheel (1);
The direction of a pair of left and right steered wheels (3) is mechanically separated from the steering wheel (1) according to the amount of operation of the steering wheel (1) detected by the steering sensor (5). a changing steering actuator (2),
A steer-by-wire vehicle steering system in which the shaft (4, 16) rotates integrally with the steering wheel (1).
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