JP4788215B2

JP4788215B2 - Vehicle steering system

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Publication number: JP4788215B2
Application number: JP2005210593A
Authority: JP
Inventors: 忠雄伊藤; 明長内; 賢司東
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2025-07-20
Also published as: JP2007022462A

Description

本発明は、操作部材であるステアリングホイールと操舵機構との機械的連結を切り離した状態で、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操舵機構を駆動して車輪を転舵する、いわゆるステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式を採用した車両用操舵装置に関する。 The present invention converts an operation amount of the steering wheel into an electric signal in a state where the mechanical connection between the steering wheel as an operation member and the steering mechanism is disconnected, and drives the steering mechanism based on the electric signal to change the wheel. The present invention relates to a vehicle steering apparatus that employs a steer-by-wire (SBW) system for turning.

ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式を採用した従来の車両用操舵装置として、特許文献１に開示されたものがある。この車両用操舵装置１００は、図７に示すように、ドライバにより操作されるステアリングホイール１０１と、このステアリングホイール１０１の操作量を電気信号として検出する舵角センサ１０２と、車輪の舵角を変換できる車輪角度変換機構１０３と、舵角センサ１０２の検出電気信号に基づいて車輪角度変換機構１０３の操舵モータ１０３ａを制御するステアバイワイヤ制御部１０４と、ステアリングホイール１０１と車輪角度変換機構１０３との間を機械的に連結できる電磁クラッチ機構１０５とを備えている。 As a conventional vehicle steering apparatus adopting a steer-by-wire (SBW) system, there is one disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 7, the vehicle steering apparatus 100 includes a steering wheel 101 operated by a driver, a steering angle sensor 102 that detects an operation amount of the steering wheel 101 as an electric signal, and a wheel steering angle. Between the steering wheel 101 and the wheel angle conversion mechanism 103, the steer-by-wire control unit 104 that controls the steering motor 103a of the wheel angle conversion mechanism 103 based on the electric signal detected by the steering angle sensor 102 And an electromagnetic clutch mechanism 105 that can be mechanically connected to each other.

電磁クラッチ機構１０５は、図８に示すように、ステアリングホイール１０１の操作力に連動して回転される第１クラッチ板１０６と、前記車輪角度変換機構１０３の入力軸に連結され、第１クラッチ板１０６に対向配置される第２クラッチ板１０７と、第１クラッチ板１０６をクラッチ切断方向に付勢する電磁力を出力する電磁クラッチ部１０８と、前記第１クラッチ板１０６をクラッチ連結方向に付勢するバネ１０９とを備えている。第１クラッチ板１０６と第２クラッチ板１０７の互いに対向する面には、放射状にクラッチ溝１０６ａ，１０７ａが形成されている。 As shown in FIG. 8, the electromagnetic clutch mechanism 105 is connected to a first clutch plate 106 that rotates in response to the operating force of the steering wheel 101 and an input shaft of the wheel angle conversion mechanism 103, and the first clutch plate A second clutch plate 107 disposed opposite to 106, an electromagnetic clutch portion 108 for outputting an electromagnetic force for urging the first clutch plate 106 in the clutch disengagement direction, and urging the first clutch plate 106 in the clutch engagement direction. And a spring 109. On the surfaces of the first clutch plate 106 and the second clutch plate 107 facing each other, clutch grooves 106a and 107a are formed radially.

上記構成において、通常時には、ステアバイワイヤ制御部１０４は、電磁コイル１０８ａに通電して電磁クラッチ機構１０５を切断状態とし、ステアリングホイール１０１と車輪角度変換機構１０３との機械的連結を絶った状態とする。そして、ステアバイワイヤ制御部１０４は、ステアリングホイール１０１が操作されると、舵角センサ１０２が検出した電気量に応じて車輪角度変換機構１０３を駆動して車輪（図示せず）が転舵される。 In the above configuration, normally, the steer-by-wire control unit 104 energizes the electromagnetic coil 108 a to disconnect the electromagnetic clutch mechanism 105, and disconnects the mechanical connection between the steering wheel 101 and the wheel angle conversion mechanism 103. . When the steering wheel 101 is operated, the steer-by-wire control unit 104 drives the wheel angle conversion mechanism 103 according to the amount of electricity detected by the rudder angle sensor 102 to steer a wheel (not shown). .

操舵モータ１０３ａが故障したと判断した場合には、ステアバイワイヤ制御部１０４は、電磁コイル１０８ａへの通電を止めて電磁クラッチ機構１０５を切断状態から連結状態とし、舵角センサ１０２が検出した電気量による車輪角度変換機構１０３の制御を止める。そして、ステアリングホイール１０１の操作力が電磁クラッチ機構１０５を介して車輪角度変換機構１０３に伝達され、車輪角度変換機構１０３によって車輪（図示せず）が転舵される。 When it is determined that the steering motor 103a has failed, the steer-by-wire control unit 104 stops energizing the electromagnetic coil 108a to change the electromagnetic clutch mechanism 105 from the disconnected state to the connected state, and the electric quantity detected by the steering angle sensor 102 The control of the wheel angle conversion mechanism 103 is stopped. The operating force of the steering wheel 101 is transmitted to the wheel angle conversion mechanism 103 via the electromagnetic clutch mechanism 105, and the wheel (not shown) is steered by the wheel angle conversion mechanism 103.

このように前記従来例のステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式の車両用操舵装置では、システム故障時にも、電磁クラッチ機構１０５を利用して車輪の転舵ができるようになっている。そして、第１クラッチ板１０６と第２クラッチ板１０７の互いの対向面にはクラッチ溝１０６ａ，１０７ａが形成してあるため、大きな伝達トルクを発生させることができる。
特開２００４−２３７７８５号公報 As described above, the steer-by-wire (SBW) vehicle steering apparatus of the conventional example can steer the wheels using the electromagnetic clutch mechanism 105 even when the system fails. And since the clutch grooves 106a and 107a are formed in the mutually opposing surface of the 1st clutch board 106 and the 2nd clutch board 107, a big transmission torque can be generated.
JP 2004-237785 A

しかしながら、前記従来の車両用操舵装置１００では、電磁クラッチ機構１０５が切断状態から連結状態に切り換えられる際には、第２クラッチ板１０７は停止状態であるが、第１クラッチ板１０６はステアリングホイール１０１の操作に連動しているために回転している場合がある。このように、第１クラッチ板１０６と第２クラッチ板１０７に相対的回転差があると、双方のクラッチ溝１０６ａ，１０７ａが直ちに噛み合わない恐れがある。従って、瞬時に電磁クラッチ機構１０５を連結状態にできないという問題がある。ここで、第１及び第２クラッチ板１０６，１０７のクラッチ溝１０６ａ，１０７ａを無くすと瞬時に電磁クラッチ機構１０５を連結状態にできるが、大きな伝達トルクを発生させることができなくなる。 However, in the conventional vehicle steering apparatus 100, when the electromagnetic clutch mechanism 105 is switched from the disconnected state to the connected state, the second clutch plate 107 is in a stopped state, but the first clutch plate 106 is in the steering wheel 101. It may be rotating because it is linked to the operation. Thus, if there is a relative rotational difference between the first clutch plate 106 and the second clutch plate 107, there is a possibility that both the clutch grooves 106a and 107a will not immediately mesh. Therefore, there is a problem that the electromagnetic clutch mechanism 105 cannot be instantaneously connected. Here, if the clutch grooves 106a and 107a of the first and second clutch plates 106 and 107 are eliminated, the electromagnetic clutch mechanism 105 can be instantaneously connected, but a large transmission torque cannot be generated.

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、ステアバイワイヤモードを正常に実行できないと判断した場合には、瞬時に電磁クラッチ機構を連結状態にでき、しかも、大きな伝達トルクを発生させ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 to solve the above-described problems, and when it is determined that the steer-by-wire mode cannot be normally executed, the electromagnetic clutch mechanism can be instantaneously connected, and a large transmission torque can be obtained. An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus capable of generating the above.

請求項１の発明は、操作部材の操作に応じて操舵アクチュエータを駆動して、該操作部材と機械的連結を切り離して設けられた操舵機構に連結する車輪を転舵する車両用操舵装置において、前記操作部材と操舵機構を機械的に連結するクラッチ機構を設け、該クラッチ機構は、円柱形状を有しつつ、全円周上に沿って歯車部を具備し、前記操作部材の操作力によって円周方向に回転する第１シャフトと、円筒形状を有し、該第１シャフトを内挿しつつ、該第１シャフトの同軸上に回転自在に支持され、前記操舵機構に回転を伝達する第２シャフトと、該第１シャフトの該歯車部に対向する該第２シャフトの円周上の複数箇所に配置され、該歯車部の歯部間に係合し、該第１シャフトと該第２シャフトとを連結する連結位置と、該歯車部の歯部間から退避し、該第１シャフトと該第２シャフトとを切断する切断位置との間を移動可能に設けられたロック体と、該第２シャフトの円周上に配置され、該ロック体を連結位置、または切断位置に変位させるロック変位手段とを備えたことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a vehicle steering apparatus for driving a steering actuator in accordance with an operation of an operation member and turning a wheel connected to a steering mechanism provided by disconnecting the operation member from a mechanical connection. A clutch mechanism for mechanically connecting the operation member and the steering mechanism is provided, and the clutch mechanism has a cylindrical shape and includes a gear portion along the entire circumference, and the circular force is generated by the operation force of the operation member. A first shaft that rotates in the circumferential direction, and a second shaft that has a cylindrical shape, is rotatably supported on the same axis as the first shaft while interpolating the first shaft, and transmits the rotation to the steering mechanism And arranged at a plurality of locations on the circumference of the second shaft opposite to the gear portion of the first shaft, engaged between the tooth portions of the gear portion, and the first shaft and the second shaft, The coupling position for coupling the gear portion and the gear portion of the gear portion Retracted from the lock member being movable between a cutting position for cutting the first shaft and the second shaft, it is arranged on the circumference of the second shaft, coupling the lock member And a lock displacing means for displacing to a position or a cutting position.

請求項２の発明は、請求項１記載の車両用操舵装置であって、前記ロック変位手段は、前記ロック体を連結位置側に付勢するバネと、電磁コイルへの通電によって電磁力を発生し、この電磁力によって該ロック体を切断位置に付勢保持する電磁石とを備えたことを特徴とする。 A second aspect of the invention is the vehicle steering apparatus according to the first aspect, wherein the lock displacing means generates an electromagnetic force by energizing the spring and a spring that urges the lock body toward the coupling position. And an electromagnet that biases and holds the lock body in the cutting position by the electromagnetic force.

請求項３の発明は、請求項１記載の車両用操舵装置であって、前記ロック変位手段は、前記ロック体を磁力によって連結位置側に付勢する永久磁石と、電磁コイルへの通電によって電磁力を発生し、この電磁力によって該ロック体を切断位置に付勢保持する電磁石とを備えたことを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the vehicle steering apparatus according to the first aspect, wherein the lock displacing means includes a permanent magnet that urges the lock body toward the coupling position by a magnetic force, and an electromagnetic that is energized by an electromagnetic coil. And an electromagnet that generates a force and biases and holds the lock body in a cutting position by the electromagnetic force.

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用操舵装置であって、前記ロック変位手段のそれぞれが、前記歯車部の軸方向に対して、交互にオフセットした位置に配置されたことを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the vehicle steering apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein each of the lock displacing means is alternately arranged with respect to the axial direction of the gear portion. It is arranged at an offset position.

以上説明したように、請求項１の発明によれば、クラッチ機構が第１シャフトと第２シャフトを切断した状態では、操作部材の操作に連動して第１シャフトのみが回転し、第２シャフトは回転しない。しかし、操作部材の操作により操舵アクチュエータを駆動しての車輪の転舵が正常に実行できない場合には、ロック変位手段が各ロック体を連結位置側に変位する。そして、複数のロック体の内の一つでも歯車部の歯部間に嵌合する連結位置に変位すれば第１シャフトと一体となって第２シャフトが回転し、クラッチ機構が連結状態となる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, when the clutch mechanism cuts the first shaft and the second shaft, only the first shaft rotates in conjunction with the operation of the operation member, and the second shaft Does not rotate. However, when the steering of the wheel by driving the steering actuator by operating the operation member cannot be performed normally, the lock displacing means displaces each lock body to the connection position side. If one of the plurality of lock bodies is displaced to a coupling position that fits between the gear parts, the second shaft rotates together with the first shaft, and the clutch mechanism enters a coupled state. .

さらに、複数のロック体の一つでも連結位置に移動すると、歯車部と各ロック体の回転位置が一致するため、他のロック体も同時に連結位置に変位され、第１シャフトと第２シャフトは歯車部と複数のロック体との係合によって連結される。 Furthermore, when one of the plurality of lock bodies is moved to the coupling position, the rotation positions of the gear portion and the lock bodies coincide with each other, so that the other lock bodies are simultaneously displaced to the coupling position, and the first shaft and the second shaft are The gear portion and the plurality of lock bodies are connected by engagement.

以上より、操作部材の操作により操舵アクチュエータを駆動しての車輪の転舵を正常に実行できない場合には、瞬時にロック変位手段を連結状態にでき、しかも、歯車部と複数のロック体とが係合するため、大きな伝達トルクを発生させることができる。 As described above, when the steering of the wheel by driving the steering member cannot be normally performed by operating the operation member, the lock displacement means can be instantaneously connected, and the gear portion and the plurality of lock bodies are connected. Due to the engagement, a large transmission torque can be generated.

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、電磁コイルに電力が供給されない時には、バネの付勢力によってクラッチ機構が連結状態となるため、電源オフ状態にあっても操作部材によって車輪の転舵が可能である。 According to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, when no power is supplied to the electromagnetic coil, the clutch mechanism is connected by the biasing force of the spring. The wheel can be steered by the member.

請求項３の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、電磁コイルに電力が供給されない時には、永久磁石の付勢力によってクラッチ機構が連結状態となるため、電源オフ状態にあっても操作部材によって車輪の転舵が可能である。 According to the invention of claim 3, in addition to the effect of the invention of claim 1, when no power is supplied to the electromagnetic coil, the clutch mechanism is connected by the urging force of the permanent magnet. The wheel can be steered by the operating member.

請求項４の発明によれば、請求項１〜請求項３の発明の効果に加え、歯車部の円周方向に沿って複数のロック変位手段を近接配置できるため、径の小さい歯車部に対しても多くのロック変位手段を設置できる。従って、クラッチ機構の切断状態から連結状態への切り換え時間の短縮化や装置のコンパクト化に寄与する。 According to the invention of claim 4, in addition to the effects of the inventions of claims 1 to 3, a plurality of lock displacing means can be arranged close to each other along the circumferential direction of the gear part. However, many lock displacement means can be installed. Therefore, it contributes to shortening the time for switching the clutch mechanism from the disconnected state to the connected state and making the device compact.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１〜図５は本発明の一実施形態を示し、図１は車両用操舵装置の全体概略構成図、図２は電磁クラッチ機構の全体断面図、図３は電磁クラッチ機構の要部断面図、図４は電磁ソレノイド機構の断面図、図５は歯車部の歯部間に位相同期しないで変位されたロック体が歯部間の連結位置まで入り込む状態を説明する図である。 1 to 5 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a vehicle steering apparatus, FIG. 2 is an overall sectional view of an electromagnetic clutch mechanism, and FIG. 3 is a sectional view of essential parts of the electromagnetic clutch mechanism. 4 is a cross-sectional view of the electromagnetic solenoid mechanism, and FIG. 5 is a diagram for explaining a state in which the lock body displaced without phase synchronization between the teeth of the gear portion enters the connecting position between the teeth.

図１に示すように、車両用操舵装置１は、ドライバにより操作される操作部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の操作量を電気信号として検出するホイール操作量検出手段である舵角センサ３と、ステアリングホイール２のトルクを検出するトルクセンサ４と、ステアリングホイール２に反力を付与する操舵反力機構５と、車輪１０の舵角を変換できる操舵機構としての車輪角度変換機構６と、ステアリングホイール２と車輪角度変換機構６との間をケーブル７を介して機械的に連結するクラッチ機構としての電磁クラッチ機構８と、上記した操舵トルク信号、舵角信号の他に、車速（Ｖ）、ヨーレート（ω）、横加速度（Ｇ）信号等が車両ＬＡＮ信号として入力されるステアバイワイヤ制御部（ＳＢＷ制御部）９とを備えている。 As shown in FIG. 1, a vehicle steering apparatus 1 includes a steering wheel 2 as an operation member operated by a driver, and a steering angle that is a wheel operation amount detection unit that detects an operation amount of the steering wheel 2 as an electric signal. A sensor 3, a torque sensor 4 that detects the torque of the steering wheel 2, a steering reaction force mechanism 5 that applies a reaction force to the steering wheel 2, and a wheel angle conversion mechanism 6 as a steering mechanism that can convert the steering angle of the wheel 10. In addition to the electromagnetic clutch mechanism 8 serving as a clutch mechanism that mechanically connects the steering wheel 2 and the wheel angle conversion mechanism 6 via the cable 7, the above-described steering torque signal, steering angle signal, vehicle speed ( V), yaw rate (ω), lateral acceleration (G) signal, etc. are input as vehicle LAN signals, steer-by-wire control unit (SBW control) ) And a 9.

電磁クラッチ機構８は、その連結状態ではステアリングホイール２の操作量をケーブル７に伝達し、その機械的な入力量に基づいて車輪角度変換機構６が車輪１０の転舵を行う。電磁クラッチ機構８の詳しい構成は、下記する。 The electromagnetic clutch mechanism 8 transmits the operation amount of the steering wheel 2 to the cable 7 in the connected state, and the wheel angle conversion mechanism 6 steers the wheel 10 based on the mechanical input amount. The detailed configuration of the electromagnetic clutch mechanism 8 will be described below.

ステアバイワイヤ制御部９は、ステアバイワイヤモード時には、舵角センサ３の舵角検出信号に基づいて車輪角度変換機構６を制御し、ステアリングホイール２の操作量に応じて、車輪角度変換機構６に設けられている操舵アクチュエータ（図示せず）により、車輪１０の転舵を行うと共に、トルクセンサ４の操舵トルク検出信号等に基づいて操舵反力機構５を制御し、ステアリングホイール２を適切なトルクで操作できるようにする。又、ステアバイワイヤ制御部９は、車両電装系異常、ステアバイワイヤシステム異常等によってステアバイワイヤモードを正常に実行できないと判断した場合には電磁クラッチ機構８を切断状態から連結状態に切り換えるよう制御する。 The steer-by-wire control unit 9 controls the wheel angle conversion mechanism 6 based on the steering angle detection signal of the steering angle sensor 3 in the steer-by-wire mode, and is provided in the wheel angle conversion mechanism 6 according to the operation amount of the steering wheel 2. The wheel 10 is steered by a steering actuator (not shown), and the steering reaction force mechanism 5 is controlled on the basis of the steering torque detection signal of the torque sensor 4 to control the steering wheel 2 with an appropriate torque. Enable operation. The steer-by-wire control unit 9 controls the electromagnetic clutch mechanism 8 to be switched from the disconnected state to the connected state when it is determined that the steer-by-wire mode cannot be normally executed due to vehicle electrical system abnormality, steer-by-wire system abnormality, or the like.

次に、電磁クラッチ機構８の構成を詳しく説明する。電磁クラッチ機構８は、図２及び図３に示すように、ハウジング１１に軸受け部１２を介して回転自在に支持され、ステアリングホイール２側の出力軸２ａ（図１に示す）に連結された円柱状の第１シャフト１３と、円筒形状を有し、ハウジング１１に軸受け部１４を介して、第１シャフト１３の同軸上で回転自在に支持され、外周の出力プーリ面１５ａに車輪角度変換機構６側に連結されたケーブル７のインナーケーブル（図示せず）が巻き付けられるとともに、第１シャフト１３が内挿された第２シャフト１５とを備えている。 Next, the configuration of the electromagnetic clutch mechanism 8 will be described in detail. As shown in FIGS. 2 and 3, the electromagnetic clutch mechanism 8 is a circle that is rotatably supported by the housing 11 via a bearing portion 12 and is connected to an output shaft 2a (shown in FIG. 1) on the steering wheel 2 side. It has a columnar first shaft 13 and a cylindrical shape, and is supported rotatably on the housing 11 on the same axis as the first shaft 13 via a bearing portion 14. A wheel angle conversion mechanism 6 is provided on an outer output pulley surface 15 a. An inner cable (not shown) of the cable 7 connected to the side is wound, and a second shaft 15 having a first shaft 13 inserted therein is provided.

第１シャフト１３の外周には、全円周に亘って歯車部１６が設けられている。第２シャフト１５には、ロック変位手段として複数の電磁ソレノイド機構１７が設けられている。複数の電磁ソレノイド機構１７は、歯車部１６に対向する円周上に、且つ、歯車部１６の歯部ピッチ間隔ｐで配置されている。この実施形態では、歯車部１６の歯数は２５個であるため、２５個の電磁ソレノイド機構１７が配置されている。 A gear portion 16 is provided on the outer periphery of the first shaft 13 over the entire circumference. The second shaft 15 is provided with a plurality of electromagnetic solenoid mechanisms 17 as lock displacement means. The plurality of electromagnetic solenoid mechanisms 17 are arranged on the circumference facing the gear portion 16 and at the tooth portion pitch interval p of the gear portion 16. In this embodiment, since the gear portion 16 has 25 teeth, 25 electromagnetic solenoid mechanisms 17 are arranged.

各電磁ソレノイド機構１７は、図４に示すように、ケース１８外に突出する連結位置（図４の実線位置）とケース１８内に退避する切断位置（図４の仮想線位置）との間を移動自在に配置されたロック体１９と、このロック体１９を連結位置側に付勢する圧縮バネ２０と、電磁コイル２１への通電によって電磁力を発生させ、この電磁力によってロック体１９をバネ力に抗して切断位置側に付勢する電磁石２２とを備えている。図３に示すように、連結位置では、ロック体１９が歯車部１６の歯部１６ａ間に突出して係合し、切断位置では、歯車部１６の歯部１６ａ間から退避して係合しない。ロック体１９の先端側は、歯車部１６の歯部１６ａ間に進入し易いように半球形状に形成されている。 As shown in FIG. 4, each electromagnetic solenoid mechanism 17 has a gap between a connecting position that protrudes outside the case 18 (solid line position in FIG. 4) and a cutting position that retracts into the case 18 (virtual line position in FIG. 4). An electromagnetic force is generated by energizing the lock coil 19, which is movably disposed, a compression spring 20 that urges the lock body 19 toward the coupling position, and an electromagnetic coil 21. And an electromagnet 22 urged toward the cutting position against the force. As shown in FIG. 3, the locking body 19 protrudes and engages between the tooth portions 16 a of the gear portion 16 at the coupling position, and is retracted from the tooth portions 16 a of the gear portion 16 and does not engage at the cutting position. The front end side of the lock body 19 is formed in a hemispherical shape so that it can easily enter between the tooth portions 16 a of the gear portion 16.

次に、上記車両用操舵装置１の作用を説明する。ステアバイワイヤ制御部９は、通常時にはステアバイワイヤモードを選択し、電磁コイル２１に通電して電磁クラッチ機構８を切断状態とし、ステアリングホイール２と車輪角度変換機構６との機械的連結を切り離した状態とする。そして、ステアバイワイヤ制御部９は、ステアリングホイール２が操作されると、舵角センサ３が検出した電気量に応じて車輪角度変換機構６を駆動して車輪１０が転舵される。 Next, the operation of the vehicle steering apparatus 1 will be described. The steer-by-wire control unit 9 normally selects the steer-by-wire mode, energizes the electromagnetic coil 21 to disconnect the electromagnetic clutch mechanism 8, and disconnects the mechanical connection between the steering wheel 2 and the wheel angle conversion mechanism 6. And When the steering wheel 2 is operated, the steer-by-wire control unit 9 drives the wheel angle conversion mechanism 6 according to the amount of electricity detected by the rudder angle sensor 3 to steer the wheel 10.

ステアバイワイヤ制御部９は、車両電装系異常、ステアバイワイヤシステム異常等によってステアバイワイヤモードが正常に実行できないと判断した場合には、電磁コイル２１への通電を停止し、電磁クラッチ機構８を切断状態から連結状態とし、舵角センサ３が検出した電気量による車輪角度変換機構６の制御を止める。そして、電磁クラッチ機構８が切断状態から連結状態になると、ステアリングホイール２の操作力が電磁クラッチ機構８からケーブル７を介して車輪角度変換機構６に伝達され、車輪角度変換機構６によって車輪１０が転舵される。 When the steer-by-wire control unit 9 determines that the steer-by-wire mode cannot be normally executed due to vehicle electrical system abnormality, steer-by-wire system abnormality, etc., the energization to the electromagnetic coil 21 is stopped and the electromagnetic clutch mechanism 8 is disconnected. And the control of the wheel angle conversion mechanism 6 by the amount of electricity detected by the rudder angle sensor 3 is stopped. When the electromagnetic clutch mechanism 8 changes from the disconnected state to the connected state, the operating force of the steering wheel 2 is transmitted from the electromagnetic clutch mechanism 8 to the wheel angle conversion mechanism 6 via the cable 7, and the wheel angle conversion mechanism 6 causes the wheel 10 to move. Steered.

次に、電磁クラッチ機構８が切断状態から連結状態に切り換えられる過程の動作を詳しく説明する。電磁クラッチ機構８の切断状態は、各電磁コイル２１に通電されてその電磁力によって各ロック体１９が切断位置に位置する。従って、第１シャフト１３が回転しても第２シャフト１５は回転しない。 Next, the operation in the process of switching the electromagnetic clutch mechanism 8 from the disconnected state to the connected state will be described in detail. When the electromagnetic clutch mechanism 8 is in the disconnected state, each electromagnetic coil 21 is energized, and each lock body 19 is positioned at the disconnected position by the electromagnetic force. Therefore, even if the first shaft 13 rotates, the second shaft 15 does not rotate.

この切断状態にあって、電磁クラッチ機構８を連結状態とするべく各電磁コイル２１への通電が停止されると、図２及び図３に示すように、各圧縮バネ２０の付勢力によって各ロック体１９が歯車部１６の歯部１６ａ間に突出して係合する。ここで、複数のロック体１９の１つでも、歯車部１６の歯部１６ａ間の位置に一致し、連結位置に保持されれば、第１シャフト１３と一体となって第２シャフト１５が回転し、電磁クラッチ機構８が連結状態となる。そして、複数のロック体１９の一つでも連結位置に位置すると、歯車部１６と各ロック体１９の回転位置が一致するため、他のロック体１９も同時に連結位置に変位され、第１シャフト１３と第２シャフト１５は歯車部１６と複数のロック体１９との係合によって結合される。又、図５に示すように、ロック体１９と歯車部１６との最大回転位相差は歯車部１６の歯部ピッチ間隔ｐの半分（２／ｐ）であるため、仮にステアリングホイール２が１Ｈｚ（６０ｒｐｍ）で転舵されていた場合、１秒／（２５歯×２）＝０．０２秒で回転位置が一致し、上述したようにロック体１９が連結位置に変位することになる。 When the energization of each electromagnetic coil 21 is stopped to bring the electromagnetic clutch mechanism 8 into the connected state in this disconnected state, each lock is caused by the urging force of each compression spring 20 as shown in FIGS. The body 19 protrudes and engages between the tooth portions 16 a of the gear portion 16. Here, even if one of the plurality of lock bodies 19 coincides with the position between the tooth portions 16a of the gear portion 16 and is held at the coupling position, the second shaft 15 rotates together with the first shaft 13. And the electromagnetic clutch mechanism 8 will be in a connection state. When even one of the plurality of lock bodies 19 is located at the coupling position, the rotation positions of the gear portion 16 and the lock bodies 19 coincide with each other, so that the other lock bodies 19 are simultaneously displaced to the coupling position, and the first shaft 13 The second shaft 15 is coupled by engagement of the gear portion 16 and the plurality of lock bodies 19. Further, as shown in FIG. 5, since the maximum rotational phase difference between the lock body 19 and the gear portion 16 is half (2 / p) of the tooth portion pitch interval p of the gear portion 16, the steering wheel 2 is assumed to be 1 Hz ( When the vehicle is steered at 60 rpm, the rotational position coincides at 1 second / (25 teeth × 2) = 0.02 seconds, and the lock body 19 is displaced to the coupling position as described above.

以上より、ステアバイワイヤモードを正常に実行できないと判断した場合には、瞬時に電磁クラッチ機構８を連結状態にでき、しかも、歯車部１６と複数のロック体１９とが係合するため、大きな伝達トルクを発生させることができる。又、歯車部１６は容易に歯数を増やすことができ、歯数の増加によってクラッチ連結時間は短縮されるため、クラッチ連結時間の短縮を容易に行うことができる。 As described above, when it is determined that the steer-by-wire mode cannot be normally executed, the electromagnetic clutch mechanism 8 can be instantaneously connected, and the gear portion 16 and the plurality of lock bodies 19 are engaged. Torque can be generated. Further, the gear portion 16 can easily increase the number of teeth, and the clutch engagement time is shortened by the increase in the number of teeth, so that the clutch engagement time can be easily reduced.

なお、この実施形態では、各電磁ソレノイド機構１７は、ロック体１９を連結位置側に付勢する圧縮バネ２０と、電磁コイル２１への通電によって電磁力を発生させ、この電磁力によってロック体１９を切断位置側に付勢する電磁石２２とを備えたので、電力が供給されない時には、電磁クラッチ機構８が連結状態となるため、電源オフ状態にあってもステアリングホイール２によって車輪１０の転舵が可能である。 In this embodiment, each electromagnetic solenoid mechanism 17 generates an electromagnetic force by energizing the compression coil 20 that biases the lock body 19 toward the coupling position and the electromagnetic coil 21, and the lock body 19 is generated by this electromagnetic force. Since the electromagnetic clutch mechanism 8 is in a connected state when power is not supplied, the steering wheel 2 can steer the wheel 10 even when the power is off. Is possible.

又、圧縮バネ２０の替わりに永久磁石を使用しても良い。つまり、各電磁ソレノイド機構を、ロック体１９を磁力によって連結位置側に付勢する永久磁石と、電磁コイル２１への通電によって電磁力を発生させ、この電磁力によってロック体１９を切断位置側に付勢する電磁石２２とから構成する。永久磁石の磁力は、反発力を利用しても良いし、吸着力を利用しても良い。このように構成しても、前記と同様に、電力が供給されない時には、電磁クラッチ機構８が連結状態となるため、電源オフ状態にあってもステアリングホイール２によって車輪１０の転舵が可能である。 A permanent magnet may be used instead of the compression spring 20. That is, each electromagnetic solenoid mechanism generates an electromagnetic force by energizing the electromagnetic coil 21 with a permanent magnet that urges the lock body 19 to the connection position side by a magnetic force, and the lock body 19 is moved to the cutting position side by this electromagnetic force. The electromagnet 22 is energized. As the magnetic force of the permanent magnet, a repulsive force or an attractive force may be used. Even in this configuration, the electromagnetic clutch mechanism 8 is in a connected state when power is not supplied, as described above, so that the steering wheel 2 can steer the wheel 10 even when the power is off. .

図６は複数の電磁ソレノイド機構１７の配置パターンの変形例を示す斜視図である。図６に示すように、この配置パターンの変形例では、複数の電磁ソレノイド機構１７は、歯車部１６の軸方向に対し、交互にオフセットした位置（千鳥パターン）に配置されている。このように配置すれば、歯車部１６の円周方向に沿って複数の電磁ソレノイド機構１７を近接配置できるため、径の小さい歯車部１６に対しても多くの電磁ソレノイド機構１７を設置できる。従って、電磁ソレノイド機構１７の切断状態から連結状態への切り換え時間の短縮化や装置のコンパクト化に寄与する。 FIG. 6 is a perspective view showing a modification of the arrangement pattern of the plurality of electromagnetic solenoid mechanisms 17. As shown in FIG. 6, in the modification of this arrangement pattern, the plurality of electromagnetic solenoid mechanisms 17 are arranged at positions (staggered pattern) that are alternately offset with respect to the axial direction of the gear portion 16. If arranged in this way, a plurality of electromagnetic solenoid mechanisms 17 can be arranged close to each other along the circumferential direction of the gear portion 16, so that a large number of electromagnetic solenoid mechanisms 17 can be installed even for the gear portion 16 having a small diameter. Therefore, it contributes to shortening the switching time of the electromagnetic solenoid mechanism 17 from the disconnected state to the connected state and making the device compact.

また、電磁石２２の電磁コイル２１を太いコイルと細いコイルから構成し、電磁コイル２１への通電開始当初は太いコイルに通電し、通電開始より所定時間経過後は細いコイルにも通電するようにする。このように構成すれば、電磁コイル２１への通電開始当初は大きな電磁力が作用するため、ロック体１９を確実に移動でき、ロック体１９の移動を終えた後は小さな電磁力が作用するため、電磁コイル２１を過剰に発熱させることなく低電力でロック体１９の切断位置を保持できる。 Further, the electromagnetic coil 21 of the electromagnet 22 is composed of a thick coil and a thin coil, and the thick coil is energized at the beginning of energization of the electromagnetic coil 21, and the thin coil is energized after a predetermined time has elapsed from the energization start. . With this configuration, since a large electromagnetic force acts at the beginning of energization of the electromagnetic coil 21, the lock body 19 can be moved reliably, and a small electromagnetic force acts after the movement of the lock body 19 is finished. The cutting position of the lock body 19 can be held with low power without causing the electromagnetic coil 21 to generate heat excessively.

さらに、電磁石２２の電磁コイル２１への通電を終えると、所定時間だけ電磁コイル２１に逆相の電流を通電するようにする。このように構成すれば、電磁コイル２１への通電を終えると、逆相の電流によってロック体１９の残留磁気が瞬時に消去されるため、ロック体１９を圧縮バネ２０のバネ力によって瞬時に、且つ、確実に移動できる。 Further, when energization of the electromagnet 22 to the electromagnetic coil 21 is finished, a current having a reverse phase is energized to the electromagnetic coil 21 for a predetermined time. With this configuration, when the energization of the electromagnetic coil 21 is finished, the residual magnetism of the lock body 19 is instantaneously erased by the reverse-phase current, so the lock body 19 is instantaneously caused by the spring force of the compression spring 20. And it can move reliably.

尚、電磁クラッチ機構８は、電磁コイル２１への通電時に切断状態とし、電磁コイル２１への非通電時に連結状態としたが、反対に、電磁コイル２１への通電時に連結状態とし、電磁コイル２１への非通電時に切断状態とするように構成しても良い。 The electromagnetic clutch mechanism 8 is disconnected when the electromagnetic coil 21 is energized and is connected when the electromagnetic coil 21 is not energized. Conversely, the electromagnetic clutch mechanism 8 is connected when the electromagnetic coil 21 is energized. You may comprise so that it may be in a cutting | disconnection state at the time of de-energizing to.

本発明の一実施形態を示し、車両用操舵装置の全体概略構成図である。1 is an overall schematic configuration diagram of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態を示し、クラッチ機構の全体断面図である。1 is an overall cross-sectional view of a clutch mechanism according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態を示し、クラッチ機構の要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the clutch mechanism according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態を示し、ロック変位手段の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the lock displacing means according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態を示し、歯車部の歯部間に位相同期しないで変位されたロック体が歯部間の連結位置まで入り込む状態を説明する図である。It is a figure which shows one Embodiment of this invention and demonstrates the state which the lock body displaced without phase-synchronizing between the tooth parts of a gear part enters into the connection position between tooth parts. 本発明の一実施形態を示し、複数のロック変位手段の配置パターンの変形例を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a modification of the arrangement pattern of the plurality of lock displacing means according to the embodiment of the present invention. 従来例の車両用操作装置の全体概略構成図である。It is a whole schematic block diagram of the operating device for vehicles of a prior art example. 図７のＢ部の詳細図である。FIG. 8 is a detailed view of part B in FIG. 7.

符号の説明Explanation of symbols

１車両用操舵装置
２ステアリングホイール（操作部材）
３舵角センサ（ホイール操作量検出手段）
６車輪角度変換機構（操舵機構）
８電磁クラッチ機構（クラッチ機構）
９ステアバイワイヤ制御部
１０車輪
１３第１シャフト
１５第２シャフト
１６歯車部
１６ａ歯部
１７電磁ソレノイド機構（ロック変位手段）
１９ロック体
２０圧縮バネ（バネ）
２１電磁コイル
２２電磁石 1 Steering device for vehicle 2 Steering wheel (operation member)
3 Rudder angle sensor (wheel operation amount detection means)
6 Wheel angle conversion mechanism (steering mechanism)
8 Electromagnetic clutch mechanism (clutch mechanism)
9 Steer-by-wire control unit 10 Wheel 13 First shaft 15 Second shaft 16 Gear portion 16a Tooth portion 17 Electromagnetic solenoid mechanism (lock displacement means)
19 Locking body 20 Compression spring (spring)
21 Electromagnetic coil 22 Electromagnet

Claims

操作部材の操作に応じて操舵アクチュエータを駆動して、該操作部材と機械的連結を切り離して設けられた操舵機構に連結する車輪を転舵する車両用操舵装置において、
前記操作部材と操舵機構を機械的に連結するクラッチ機構を設け、
該クラッチ機構は、
円柱形状を有しつつ、全円周上に沿って歯車部を具備し、前記操作部材の操作力によって円周方向に回転する第１シャフトと、
円筒形状を有し、該第１シャフトを内挿しつつ、該第１シャフトの同軸上に回転自在に支持され、前記操舵機構に回転を伝達する第２シャフトと、
該第１シャフトの該歯車部に対向する該第２シャフトの円周上の複数箇所に配置され、該歯車部の歯部間に係合し、該第１シャフトと該第２シャフトとを連結する連結位置と、該歯車部の歯部間から退避し、該第１シャフトと該第２シャフトとを切断する切断位置との間を移動可能に設けられたロック体と、
該第２シャフトの円周上に配置され、該ロック体を連結位置、または切断位置に変位させるロック変位手段と
を備えたことを特徴とする車両用操舵装置。 In a vehicle steering apparatus that drives a steering actuator according to an operation of an operation member and steers a wheel that is connected to a steering mechanism that is separated from the operation member and mechanically connected,
A clutch mechanism for mechanically connecting the operation member and the steering mechanism;
The clutch mechanism is
A first shaft that has a cylindrical shape and includes a gear portion along the entire circumference, and rotates in the circumferential direction by the operating force of the operating member;
A second shaft that has a cylindrical shape and is rotatably supported on the same axis as the first shaft while interpolating the first shaft, and transmits the rotation to the steering mechanism;
It is arranged at a plurality of locations on the circumference of the second shaft facing the gear portion of the first shaft, engages between teeth of the gear portion, and connects the first shaft and the second shaft. A locking body provided so as to be movable between a connecting position to be cut off and a cutting position at which the first shaft and the second shaft are cut away from the tooth portion of the gear portion.
A vehicle steering apparatus comprising: a lock displacing unit disposed on a circumference of the second shaft and displacing the lock body to a connection position or a cutting position.

請求項１記載の車両用操舵装置であって、
前記ロック変位手段は、
前記ロック体を連結位置側に付勢するバネと、
電磁コイルへの通電によって電磁力を発生し、この電磁力によって該ロック体を切断位置に付勢保持する電磁石とを備えたことを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to claim 1,
The lock displacement means is
A spring for urging the lock body toward the connecting position;
A vehicle steering apparatus comprising: an electromagnet that generates an electromagnetic force by energizing an electromagnetic coil, and biases and holds the lock body at a cutting position by the electromagnetic force.

請求項１記載の車両用操舵装置であって、
前記ロック変位手段は、
前記ロック体を磁力によって連結位置側に付勢する永久磁石と、
電磁コイルへの通電によって電磁力を発生し、この電磁力によって該ロック体を切断位置に付勢保持する電磁石とを備えたことを特徴とする車両用操舵装置。 The vehicle steering apparatus according to claim 1,
The lock displacement means is
A permanent magnet for urging the lock body toward the connecting position by magnetic force;
A vehicle steering apparatus comprising: an electromagnet that generates an electromagnetic force by energizing an electromagnetic coil, and biases and holds the lock body at a cutting position by the electromagnetic force.

請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用操舵装置であって、
前記ロック変位手段のそれぞれが、
前記歯車部の軸方向に対して、交互にオフセットした位置に配置されたことを特徴とする車両用操舵装置。 It is a steering device for vehicles given in any 1 paragraph of Claims 1-3,
Each of the lock displacement means
A vehicle steering apparatus, wherein the vehicle steering apparatus is disposed at positions alternately offset with respect to an axial direction of the gear portion.