(57)【要約】      （修正有）【課題】ラック軸にワンウェイクラッチ機構を採用し、クラッチ機構によってラック軸の軸方向移動を規制して路面側からの逆入力を抑えることにより、ラトル音の発生を抑制するラック＆ピニオン式ステアリング装置を提供する。【解決手段】ラック軸７にクラッチユニット１１を備え、ラック軸７の軸方向への移動を規制するとともに、システムが正常である場合には、操舵力を検出し、ラック軸７を移動させる必要のある方向についてだけクラッチユニット１１を解除することによって操舵を可能にしたので、車輪側から逆方向に衝撃力が作用しても、ステアリング装置の歯車の噛合部まで伝達させず、ラトル音を発生しない。また、非動力時やシステムの欠陥時にはスプリング１６によってクラッチユニット１１を自動的に解除させるため、非動力時やシステムが欠陥したような場合でも操舵は可能で、フェイルセーフ性を有し、安全性が向上する。【選択図】図２
2010012871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの回転運動を、ステアリングシャフトに連なるピニオンとラックとの噛合によってラック軸の直線運動に変換するようにしたラック＆ピニオン式ステアリング装置において、
前記ステアリング系に配された操舵力検出センサと、
該操舵力検出センサからの操舵信号を受ける制御ユニットと、
該制御ユニットからの制御信号を受けるワンウェイクラッチとを備え、
該ワンウェイクラッチは、前記ラック軸にラック歯以外の部位に設けられたクラッチ軌道と、該クラッチ軌道に係止可能に配されたスプラグとを備え、システム正常時に、前記スプラグを前記クラッチ軌道に係止させるとともに、非動力時やシステム欠陥時に、前記スプラグと前記クラッチ軌道との係止を解除させるようにしたことを特徴とするラック＆ピニオン式ステアリング装置。
【請求項２】
前記ワンウェイクラッチは、前記制御ユニットからの制御信号に基づいて作動する電磁石を有する駆動部材を備え、前記電磁石への通電をＯＮ−ＯＦＦ制御することによってクラッチ機構を作動させる請求項１記載のラック＆ピニオン式ステアリング装置。
【請求項３】
前記ワンウェイクラッチは、前記スプラグを付勢する弾性部材を有する解除部材を備え、前記弾性部材の弾性によって、前記スプラグを前記クラッチ軌道から引き離すことにより、クラッチ機構を解除させる請求項１又は２記載のラック＆ピニオン式ステアリング装置。
【請求項４】
前記ワンウェイクラッチは、前記ラック軸に対して軸対称に一対設けられる請求項１乃至３のいずれかに記載のラック＆ピニオン式ステアリング装置。
【請求項５】
前記ワンウェイクラッチは、ステアリングホイールと操舵輪とを機構的に分離したステアバイワイヤシステムに搭載され、前記制御ユニットの制御信号に基づいて、クラッチ動作を制御するようにした請求項１乃至４のいずれかに記載のラック＆ピニオン式ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の操舵装置に用いられるラック＆ピニオン式ステアリング装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ラック＆ピニオン式ステアリング装置は、自動車の左、右前輪（操舵輪）間で車幅方向に沿って配設されたラック軸と、このラック軸のラックに噛合するステアリングシャフトの先端に設けられたピニオンとからなるステアリングギアを有する。そして、ハンドル操作に伴う回転変位をラック軸の軸方向での直線変位に変換し、ステアリングリンク機構を介して前輪を所望の方向に旋回させる構成になっている。
【０００３】
ところが、このようなラック支持構造では、ピニオンとラックとのバックラッシをスプリングの付勢力によるから、例えば悪路走行時などにおいてキックバック等の大きな荷重がラック軸に作用すると、ラックとピニオンとの間、或いはラック軸とラック支持体との間で、ラトル音と呼ばれる金属性の打音が発生するという問題があった。
【０００４】
そのため、ラック＆ピニオン式ステアリング装置で、ラックとピニオンとの噛合部で発生するラトル音を小さくする技術として、例えば特許文献１や特許文献２などの技術が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、ラックを支持する支持体と、該支持体をラック側に付勢するようにスプリング手段を設けた押えプラグとの間に、緩衝ブッシュを介在させることによって、衝撃荷重を吸収し、ラトル音の発生を防止するようにしたものが開示される。
【０００６】
また、特許文献２には、偏心軸受リング部材の小ギアと噛合する円周ギア部と反対側の側面部を、弾性体を介してステアリングボディの筒状空間の内壁部に固定することにより、ボディ筒状空間の内壁部との間の隙間による打音の発生を防止するようにしたものが開示されている。
【０００７】
また、ラック＆ピニオン式ステアリング装置で、ラックとピニオンの噛合部以外の箇所、例えばアシストモータに取り付けられるウォームと、該ウォームに噛合されるウォームホイールとの噛合部でラトル音が発生するという問題があった。
【０００８】
そのため、ウォームとウォームホイールとの噛合部で発生するラトル音を小さくする技術として、特許文献３、特許文献４、および特許文献５などの技術が開示されている。
【０００９】
特許文献３には、ウォームが第１および第２軸受に対して軸方向に移動可能に保持されるとともに、ウォームと第１軸受との間、およびウォームと第２軸受との間にそれぞれ磁性反発機構を設けたことにより、ウォームとウォームホイールとの衝突による騒音を大幅に抑制するようにしたものが開示されている。
【００１０】
また、特許文献４には、回転軸を弾性体によって軸方向に付勢することにより、ハイポイドピニオンとハイポイドギアの噛合部のバックラッシを除去し、バックラッシに起因する騒音の発生を防止するようにしたものが開示されている。
【００１１】
また、特許文献５には、バックラッシなどの原因でハウジング内に発生する放射音を、金属板、弾性体層、およびハウジングの順に素材の異なる３層を伝搬させるようにして、放射音の伝播を抑制し、騒音を低減させるようにしたものが開示されている。
【００１２】
【特許文献１】実公平０７−０４４５２６号公報
【特許文献２】特開平０９−３０９４４６号公報
【特許文献３】特開２００３−０７２５６４号公報
【特許文献４】特開２００２−３６２３８５号公報
【特許文献５】特開２００３−０４０１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところが、上記従来の技術では、いずれも車輪側から操舵力伝達経路と逆方向の荷重がラック軸に作用すると、ラックとピニオンとの噛合部などで、歯同士の衝突によって発生するラトル音を効果的に防止することができなかった。また、操舵角が小さく自動車が略直進状態にあって、車輪側からラック軸にランダムな軸方向荷重が作用すると、歯車の噛合面には、バックラッシがあるため、歯同士の衝突に起因したラトル音を発生してしまうという問題があった。
【００１４】
このような噛合部における歯同士の衝突は、前記ラックとピニオンとの噛合部だけでなく、アシストモータの出力軸に取り付けられるウォームとウォームホイールとの噛合部でもラトル音の原因である振動を発生し、その振動が車内にまで伝播して不快な騒音を発生することがあった。
【００１５】
本発明の目的は、ラック軸にワンウェイクラッチ機構を採用し、クラッチ機構によってラック軸の軸方向移動を規制して路面側からの逆入力を抑えることにより、ラトル音の発生を抑制しつつ、システム欠陥時には、クラッチ機構を解除して操舵を可能にすることにより、フェイルセーフ性を高めて安全性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の前記目的は、ステアリングホイールの回転運動を、ステアリングシャフトに連なるピニオンとラックとの噛合によってラック軸の直線運動に変換するようにしたラック＆ピニオン式ステアリング装置において、前記ステアリング系に配された操舵力検出センサと、該操舵力検出センサからの操舵信号を受ける制御ユニットと、該制御ユニットからの制御信号を受けるワンウェイクラッチとを備え、該ワンウェイクラッチは、前記ラック軸にラック歯以外の部位に設けられたクラッチ軌道と、該クラッチ軌道に係止可能に配されたスプラグとを備え、システム正常時に、前記スプラグを前記クラッチ軌道に係止させるとともに、非動力時やシステム欠陥時に、前記スプラグと前記クラッチ軌道との係止を解除させるようにしたことにより、達成される。
【００１７】
また、前記目的は、前記ワンウェイクラッチに、前記制御ユニットからの制御信号に基づいて作動する電磁石を有する駆動部材を備え、前記電磁石への通電をＯＮ−ＯＦＦ制御することによってクラッチ機構を作動させることにより、達成される。
【００１８】
また、前記目的は、前記ワンウェイクラッチに、前記スプラグを付勢する弾性部材を有する解除部材を備え、前記弾性部材の弾性によって、前記スプラグを前記クラッチ軌道から引き離すことにより、クラッチ機構を解除させることにより、達成される。
【００１９】
また、前記目的は、前記ワンウェイクラッチに、前記ラック軸に対して軸対称に一対設けられることにより、達成される。
【００２０】
さらに、前記目的は、前記ワンウェイクラッチを、ステアリングホイールと操舵輪とを機構的に分離したステアバイワイヤシステムに搭載して、前記制御ユニットの制御信号に基づいて、クラッチ動作を制御するようにしたことにより、達成される。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明に係るラック＆ピニオン式ステアリング装置によると、ラック軸にクラッチ機構を備え、ラック軸の軸方向への移動を規制するとともに、システムが正常である場合には、操舵力を検出し、ラック軸を移動させる必要のある方向についてだけクラッチ機構を解除することによって操舵を可能にしたので、車輪側から逆方向に衝撃力が作用しても、ステアリング装置の歯車の噛合部まで伝達させず、ラトル音を発生しない。また、非動力時やシステムの欠陥時には弾性部材によってクラッチ機構を自動的に解除させるため、非動力時やシステムが欠陥したような場合でも操舵は可能で、フェイルセーフ性を有し、安全性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施例に係るラック＆ピニオン式ステアリング装置の概略構成を示し、ステアリングホイール１の操作力は、ステアリングコラム２から一対のユニバーサルジョイント３,４を介してピニオン５まで伝達するようになっている。また、ピニオン５の回転運動は、ステアリングギア部６で直線運動に変換され、ラック軸７の両端に配されたタイロッド８を介して前輪９を作動させるようになっている。
【００２４】
また、ラック軸７には、ラックエンドの撓みを考慮し、ステアリングギア部６付近にクラッチユニット１０が設けられている。このクラッチユニット１０は、図２示すように、ラック軸７の支持体１１に配され、その両側はリング状部材１２によって設けられている。このクラッチユニット１０内には、中央付近に一対の電磁石１３,１４が配され、該電磁石１３,１４は、リング状部材１２との間で接続部材１５を介して弾性部材からなるスプリング１６によって連結されている。
【００２５】
また、クラッチユニット１０には、電磁石１３,１４を挟んで両側の支持体１１下面およびラック軸７上面に、それぞれ平坦面であるクラッチ軌道が形成されている。このクラッチ軌道を構成する支持体１１とラック軸７との間には、電磁石１３,１４に接続部材１５を介してスプリング１６に連結するスプラグ１７が配されている。
【００２６】
また、電磁石１３,１４は、制御ユニット１８に接続されていて、該制御ユニット１８は、ステアリングコラム２に設けられた操舵力検出センサ１９からの操舵信号を受けて、電磁石１３,１４に、ＯＮ−ＯＦＦの作動信号を送るようになっている。この電磁石１３,１４への通電制御によって、スプラグ１７とクラッチユニット１０内のクラッチ軌道との接触・非接触を行うようになっている。
【００２７】
ここで、スプラグ１７は、ラック軸７に対して一方向のみの移動を許容するように配され、図２左側のスプラグ１７は、左方向のみに移動することができ、図２右側のスプラグ１７は右方向のみに移動することができるように配されている。すなわち、電磁石１３がＯＮである場合、図２左側のスプラグ１７がクラッチ軌道に接触することにより、ラック軸７は、図２左方向への移動が許容され、電磁石１４がＯＮである場合、図２右側のスプラグ１７がクラッチ軌道に接触することにより、ラック軸７は、図２右方向への移動が許容される。これにより、電磁石１３,１４への通電制御によって、スプラグ１７とクラッチ軌道から、ラック軸７のワンウェイクラッチが構成される。
【００２８】
また、図３に示すように、ステアリングシャフトの操舵力は、操舵力検出センサ１９によって検出され、制御ユニット１８に送られる。この制御ユニット１８では、イグニッションスイッチやシステムの状態を監視しながら、操舵方向などの情報に基づいて右，左の操舵クラッチ３０Ａ，３０Ｂに、電磁石１３，１４へのＯＮ−ＯＦＦ信号を送るようになっている。
【００２９】
例えば、ステアリングホイール１の右操舵時に、操舵力検出センサ１９からの操舵信号に基づいて、第１電磁石１３をＯＮにし、第２電磁石１４をＯＦＦにすると、第１電磁石１３の吸引力によって図２左側のスプラグ１７がクラッチ軌道に接触し、図２右側のスプラグ１７は、スプリング１６によってクラッチ軌道から引き離される。その結果、ラック軸７は、図２左方向にのみ移動することができる。
【００３０】
一方、ステアリングホイール１の左操舵時に、操舵力検出センサ１９からの操舵信号に基づいて、第２電磁石１４をＯＮにし、第１電磁石１３をＯＦＦにすると、第２電磁石１４の吸引力によって図２右側のスプラグ１７ｂがクラッチ軌道に接触し、図２左側のスプラグ１７は、スプリング１６によってクラッチ軌道から引き離される。その結果、ラック軸７は、図２右方向にのみ移動することができる。
【００３１】
また、イグニッションスイッチをＯＮにし、システムが正常である場合は、電磁石１３，１４への通電によって両側のスプラグ１７を共にクラッチ軌道に接触させ、ワンウェイクラッチによって路面側からの衝撃力の入力を緩和するようになっている。すなわち、ラック軸７の軸方向移動を両方向とも規制しているので、路面側から衝撃力が入力されても、その衝撃力は、ステアリング系の歯車噛合部まで伝達されず、ラトル音は発生しない。そして、操舵力検出センサ１９によって、操舵力を検出すると、ラック軸７を移動させる必要のある方向、すなわち操舵方向についてのみクラッチ機能を解除するため、操舵可能である。
【００３２】
ここで、ワンウェイクラッチのブレーキ力は、フェイルセーフ性を維持するため、通常、ＥＰＳ出力よりも小さく、また、制御系および駆動系に正副の２系統のシステムを備える方法が採用されるが、ブレーキ力をＥＰＳ出力よりも大きくしてもよい。
また、システム欠陥時やエンジンが掛かっていない時には、電磁石１３，１４への通電を遮断して、スプリング１６によってスプラグ１７をクラッチ軌道から引き離して、クラッチ機構を解除するようになっている。よって、システム欠陥時などでも、ワンウェイクラッチのクラッチ機構がスプリング１６によって自動的に解除されるため、ステアリングホイール１の操舵は可能であり、フェイルセーフ性を有し、安全性が向上する。
【００３３】
ここで、システム欠陥時には、電源系などに異常が生じた場合のほか、２系統による制御システムのうち１系統のみに異常が生じた場合も含まれる。これは、この種の装置では、通常、システム自体が完全にシャットダウンする前に、いずれか一方のシステムに異常が発生した時点で、システムを停止させるようになっているためである。
【００３４】
以上のように、例えば車輪９が縁石に衝突した場合などのように、ステアリング系に車輪９を介して路面側から衝撃力がラック軸７に入力しても、ワンウェイクラッチによるブレーキ力が作用し、衝撃力を緩和することができる。よって、ラックとピニオンの噛合部や、ウォームとウォームホイールの噛合部には、大きな衝撃力が伝達されず、ラトル音の発生を抑えることができる。
【００３５】
また、クラッチユニット１０は、システムの正常時で、運転者が操舵していない場合（直進時或いは一定旋回時）には、制御ユニット１８による電磁石１３,１４のＯＮ−ＯＦＦ制御によって両側のスプラグ１７がラックのクラッチ軌道に接触しているので、ラック軸７の軸方向移動は両方向とも規制される。その結果、車輪９からの逆入力は、ラック＆ピニオンやアシストモータの歯車減速機に伝達される前に遮断され、ラトル音は発生しない。
【００３６】
また、イグニッションスイッチがＯＦＦでエンジンが掛かっていない場合や、電源系の異常などシステム欠陥がある場合など、クラッチ解除用のスプリング１６などの弾性力を利用し、クラッチ軌道からスプラグ１７を引き離して、クラッチ機構を自動的に解除するため、フェイルセーフ性を有し、安全性が向上する。
【００３７】
また、操舵力検出センサ１９には、トルクセンサを用いて、アシスト力の制御に用いるセンサと共用にすることにより、省スペース化を図ることができる。
【００３８】
さらに、前記スプラグ式のワンウェイクラッチは、ラック軸７の固定に要する力は、ラックの逆入力そのものを利用しており、スプラグの接触に必要な力は最小限で十分であるから、消費電力を非常に小さく抑えることができる。
なお、この種のクラッチ機構として、電磁クラッチなど電気的に制御可能なクラッチ機構はあるが、ラックに作用する逆入力が非常に大きいので、例えば電磁クラッチを利用するとすれば、ラックを固定するために大きな吸着力が必要になり、電動パワーステアリング装置全体の消費電力が大きくなってしまうという欠点があった。
【００３９】
次に、図７は本発明の第２実施例を示し、第１実施例と同一の部材には同一の符合を付して、その説明を省略する。第２実施例では、クラッチ機構をラック軸７の上面だけでなく下面にも設け、ラック軸７の軸対称に一対のスプラグ式ワンウェイクラッチを設けた。
【００４０】
この場合も、前記第１実施例と同様の作用効果を得られるのはもとより、ラック軸７の軸方向移動を規制した場合、スプラグ１７のクラッチ軌道からの離反力を一対のスプラグ１７で相殺することが可能になる。その結果、ステアリング支持体に要求される剛性を小さくでき、装置全体の軽量化を図ることができる。
【００４１】
なお、上記各実施例では、本発明に係る装置をラック＆ピニオン型の装置を用いて説明したが、コラムアシスト型、ピニオンアシスト型、或いはラックアシスト型など、いずれのアシスト形式にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施例に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】クラッチ構造の要部を説明する図である。
【図３】ワンウェイクラッチの動作を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施例を示すクラッチ構造の要部を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
２          ステアリングコラム
７          ラック軸
９          車輪
１１          クラッチユニット
１３          電磁石
１４          電磁石
１６          スプリング
１７          スプラグ
１８          操舵力検出センサ
１９          制御ユニット
【図１】
2010012871.tif 000003
【図２】
2010012871.tif 000004
【図３】
2010012871.tif 000005
【図４】
2010012871.tif 000006