(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなく静止側部材に支持される操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵手段と、該操舵手段の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段と、該駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段とを備えた車両用操舵装置において、前記舵取機構に機械的に連結された伝動軸を有しており、前記連結手段は、前記操舵軸及び伝動軸の一方に移動可能に保持された磁性部材と、他方に設けられ、該磁性部材の係止を可能とした係止部と、前記磁性部材を吸引移動させる電磁石とを備えていることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記操舵軸と前記静止側部材との間には前記操舵手段にその操舵方向と逆向きの反力を付与するモータを備え、該モータに前記電磁石を設けてある請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記磁性部材は前記操舵軸又は伝動軸のラジアル方向への移動が可能なピンを用いてなり、該ピンを前記係止部に対して離間させる離間手段を備えている請求項１又は請求項２記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなく静止側部材に支持される操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵手段と、該操舵手段の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段と、該駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段とを備えた車両用操舵装置において、前記舵取機構に機械的に連結された伝動軸を有しており、前記連結手段は、前記操舵軸及び伝動軸の一方に設けられた筒部と、該筒部に設けられた係止凹部と、他方に設けられ、前記筒部に挿入された軸部と、該軸部にラジアル方向への移動を可能に保持された磁性ピンと、前記静止側部材に設けられ、前記磁性ピンを吸引移動させる電磁石とを有していることを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵輪等の操舵手段に連結された操舵軸が車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されていない車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用操舵装置は、操舵輪等の操舵手段に連結される操舵軸が舵取機構に機械的に連結されているリンク式と、前記操舵軸が前記舵取機構に機械的に連結されていないステアバイワイヤ式とに大別される。
【０００３】
後者のステアバイワイヤ式は、例えば、特開平１−１５３３７９号公報に記載されているように、操舵軸を舵取機構から機械的に切り離して配し、舵取機構の中途に操舵アクチュエータとしての舵取モータを設け、操舵用の車輪の実舵角と目標舵角との偏差に応じてマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部が前記舵取モータを駆動制御することにより、操舵用の車輪を目標舵角に調整する構成となっている。
【０００４】
また、ステアバイワイヤ式として、操舵輪の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する前記舵取制御部等の駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段を備えた車両用操舵装置が知られている。
【０００５】
この車両用操舵装置は、前記舵取機構と機械的に連結されたピニオン軸等の伝動軸を備え、該伝動軸と前記操舵軸との間に前記連結手段が設けられている。
【０００６】
この連結手段は、電磁クラッチ、又は、摩擦板円板形の摩擦クラッチが用いられている。電磁クラッチは、前記駆動手段が正常である場合に電磁石が励磁されず、トルクの伝達が遮断されており、前記駆動手段が故障した場合に通電されてトルクを操舵軸から舵取機構へ伝達する構成となっている。
【０００７】
また、摩擦クラッチは、駆動手段が故障した場合にばねの力で摩擦面を接触させ、前記駆動手段が正常である場合に電磁石が励磁され、摩擦面を離脱させる構成となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、連結手段の前記電磁クラッチ、摩擦クラッチは比較的大形であるため、この電磁クラッチ、摩擦クラッチの配置スペースを確保することが難しいという問題があった。
【０００９】
さらに前記連結手段は駆動手段の故障によって舵取機構を駆動することができなくなった緊急時に操舵軸を舵取機構に機械的に連結し、車両を路側に誘導させるために必要なもので、この緊急時の短時間にだけ必要な前記連結手段として比較的大形で、比較的高価な電磁クラッチ又は摩擦クラッチが用いられているため、改善策が要望されていた。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決す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。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
第１発明に係る車両用操舵装置は、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなく静止側部材に支持される操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵手段と、該操舵手段の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段と、該駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段とを備えた車両用操舵装置において、前記舵取機構に機械的に連結された伝動軸を有しており、前記連結手段は、前記操舵軸及び伝動軸の一方に移動可能に保持された磁性部材と、他方に設けられ、該磁性部材の係止を可能とした係止部と、前記磁性部材を吸引移動させる電磁石とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
第１発明にあっては、駆動手段が正常である場合、電磁石への通電が禁止された状態で磁性部材と係止部とが非係止であるため、操舵手段の操舵に応じて駆動手段が舵取機構を駆動する。また、駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき、電磁石へ通電され、該電磁石が磁性部材を吸引移動させるため、磁性部材が係止部に係止され、伝動軸を介して操舵軸を舵取機構に機械的に連結することができる。また、操舵軸及び伝動軸の一方に磁性部材を保持してあり、他方に係止部を設けてあるため、従来のように電磁クラッチ又は摩擦クラッチを用いるものに比較して連結手段を小形にでき、該連結手段の車室内での占有スペースを小さくすることができる。
【００１３】
第２発明に係る車両用操舵装置は、前記操舵軸と前記静止側部材との間には前記操舵手段にその操舵方向と逆向きの反力を付与するモータを備え、該モータに前記電磁石を設けてあることを特徴とする。
【００１４】
第２発明にあっては、反力用のモータに前記電磁石が設けてあるため、該電磁石を簡易に配置することができる。
【００１５】
第３発明に係る車両用操舵装置は、前記磁性部材は前記操舵軸又は伝動軸のラジアル方向への移動が可能なピンを用いてなり、該ピンを前記係止部に対して離間させる離間手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
第３発明にあっては、離間手段がピンを係止部に対して離間させているため、駆動手段が正常である場合、ピンが係止部に係止されることを確実に防止することができる。
【００１７】
第４発明に係る車両用操舵装置は、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなく静止側部材に支持される操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵手段と、該操舵手段の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段と、該駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段とを備えた車両用操舵装置において、前記舵取機構に機械的に連結された伝動軸を有しており、前記連結手段は、前記操舵軸及び伝動軸の一方に設けられた筒部と、該筒部に設けられた係止凹部と、他方に設けられ、前記筒部に挿入された軸部と、該軸部にラジアル方向への移動を可能に保持された磁性ピンと、前記静止側部材に設けられ、前記磁性ピンを吸引移動させる電磁石とを有していることを特徴とする。
【００１８】
第４発明にあっては、駆動手段が正常である場合、電磁石への通電が禁止された状態で磁性ピンと係止部とが非係合であるため、操舵手段の操舵に応じて駆動手段が舵取機構を駆動する。また、駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき、電磁石へ通電され、該電磁石が磁性ピンを吸引移動させるため、磁性ピンが係止部に係止され、伝動軸を介して操舵軸を舵取機構に機械的に連結することができる。
【００１９】
また、操舵軸及び伝動軸に筒部、係止凹部、軸部及び磁性ピンを設けてあり、操舵軸を支持する静止側部材に電磁石を設けてあるため、従来のように電磁クラッチ又は摩擦クラッチを用いるものに比較して連結手段を小形にでき、該連結手段の車室内での占有スペースを小さくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１は本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式的斜視図、図２は車両用操舵装置の要部構成を示す拡大断面図、図３は図２のIII −III 線の断面図である。
【００２１】
この車両用操舵装置は、図示しない車体の左右に配された一対の操舵用の車輪Ａ，Ａに操舵動作を行わせるための舵取機構１と、舵取機構１から機械的に切り離して軸ハウジング２等の円筒形の静止側部材に回転自在に支持される操舵軸３と、該操舵軸３の上端に連結され操舵手段である操舵輪４と、該操舵輪４に操舵方向と逆向きの反力を付与する反力用のモータ５と、前記操舵輪４の操舵に応じて前記舵取機構１を駆動する駆動手段６と、駆動手段６の故障によって前記舵取機構１を駆動することができなくなったとき前記操舵軸３の下端を前記舵取機構１に連結する連結手段７とを備えた構成となっている。
【００２２】
操舵軸３を支持する軸ハウジング２には、操舵輪４に操舵方向と逆向きの反力を付与する反力用のモータ５が設けられている。このモータ５は、前記駆動手段６が備える後記する舵取制御部６２から与えられる動作指令信号に応じた駆動回路６０からの通電により正逆両方向に駆動され、操舵輪４の操舵方向と逆方向の力（反力）を付与する動作をなす。
【００２３】
モータ５は筒形の軸ハウジング２内に固定され、固定子鉄心及び固定子巻線を有する固定子５１と、該固定子５１内に回転可能に配置され、前記操舵軸３の下端部周面に複数個の永久磁石が周方向に離隔して設けられている回転子５２とを備えている。
【００２４】
従って、操舵輪４の操舵には反力用のモータ５が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要があり、この操舵トルクを検出するトルクセンサ８と、操舵輪４の操舵量及び操舵方向を検出する例えばロータリエンコーダ９とが軸ハウジング２に付設されており、これらトルクセンサ８及びロータリエンコーダ９が検出した結果はインタフェース回路１０を介して舵取制御部６２に与えられている。尚、ロータリエンコーダ９に代えてポテンショメータまたはレゾルバを用いてもよい。
【００２５】
舵取機構１は、公知のように、車体の左右方向に延設されて軸長方向へ移動する舵取軸１１の両端部と、車輪Ａ，Ａを支持するナックルアーム１２，１２とを連結し、舵取軸１１の両方向への移動によりナックルアーム１２，１２を押し引きし、車輪Ａ，Ａを左右に操向させるものであり、この操向は舵取軸１１の中途部に同軸的に構成されたブラシレス形の舵取モータ６１の回転を、適宜の運動変換機構により舵取軸１１の移動に変換して行われる。
【００２６】
この舵取軸１１は、軸長方向一端側に螺旋溝を、また、他端側にラック歯を夫々備え、軸ハウジング１３内に回転不能であり、軸長方向への移動を可能に支持されている。軸ハウジング１３内には、前記ラック歯に噛合するピニオンを下端に有するピニオン軸１４が回転可能に支持され、前記駆動手段６が故障した場合、ピニオン軸１４を回転させることにより前記舵取軸１１を移動させる構成となっている。また、軸ハウジング１３にはピニオン軸１４の回転量及び回転方向を検出するロータリエンコーダ２０が設けられ、該ロータリエンコーダ２０が検出した結果はインタフェース回路１０を介して舵取制御部６２に与えられている。さらに、ピニオン軸１４の上端にはジョイントを介して第１軸１５が連結され、該第１軸１５の上端にジョイントを介して第２軸１６が連結されており、該ピニオン軸１４、第１軸１５、第２軸１６が伝動軸１７を構成している。
【００２７】
舵取モータ６１は、前記舵取軸１１を支持する軸ハウジング１３内に固定される円筒形の固定子、及び該固定子の内周面及び舵取軸１１の外周面間に回転が可能に支持されており、その外周面に複数個の永久磁石が周方向に離隔して設けられている円筒状の回転子を備えている。この回転子に、前記舵取軸１１に設けられる螺旋溝と係合する伝動環が連結されており、該伝動環を介して舵取モータ６１の回転が舵取軸１１に伝達され、該舵取軸１１が軸長方向へ移動する構成となっている。
【００２８】
駆動手段６は、前記舵取モータ６１とマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部６２とを備えている。舵取モータ６１は、舵取制御部６２から与えられる駆動回路６３からの通電により回転し、その舵取モータ６１の回転は、舵取軸１１の軸長方向の摺動に変換され、舵取モータ６１の回転に応じた操舵（操舵用の車輪Ａ，Ａの操向）が行われる。舵取制御部６２はエンジン起動のためのキースイッチのオン操作に応じて動作を開始する。
【００２９】
連結手段７は、前記操舵軸３の下端、換言すれば回転子５２の下端から下向きに延出された軸部７１と、該軸部７１にラジアル方向への移動を可能に保持された複数本の磁性ピン７２を用いてなる磁性部材と、前記第２軸１６の上端から上向きに延出され、前記軸部７１が挿入された筒部７３と、該筒部７３に穿設され、前記磁性ピン７２の係止／離脱を可能とした複数の係止凹部７４からなる係止部と、前記軸ハウジング２内に設けられ、前記駆動手段６の故障が発生したとき前記磁性ピン７２を吸引移動させて前記係止凹部７４に係止させる環状の電磁石７５とを備えている。
【００３０】
軸部７１は周面の４等配位置に保持孔７６がラジアル方向へ穿設されており、該保持孔７６に前記磁性ピン７２と、該磁性ピン７２を前記係止凹部７４に対して離間させるコイルバネ７７等の離間手段とが挿入保持されている。尚、磁性ピン７２は全体が磁性材料で形成されているが、その他、前記電磁石７５に臨む側の一端部のみが磁性材料で形成され、他端側が非磁性材料で形成されたピンであってもよい。また、係止凹部７４は筒部７３のラジアル方向へ貫通した貫通孔からなるが、その他、筒部７３のラジアル方向へ凹む非貫通の凹部としてもよいし、また、筒部７３の端縁から軸長方向へ凹む凹部としてもよい。
【００３１】
電磁石７５は前記モータ５に設けてある。即ち、既存のモータ５の固定子５１を軸長方向一端側で分割し、この一端側部分を電磁石７５としてある。尚、前記回転子５２は前記電磁石７５内に臨む部分の永久磁石をなくし、前記軸部７１としてある。
【００３２】
また、電磁石７５は前記舵取制御部６２からの動作指令信号に応じて図示しないリレーを介して電源から電磁コイルへの通電が禁止されており、舵取制御部６２系の故障によって駆動回路６３から舵取モータ６１への通電が禁止されたとき、電源から電磁コイルへ通電され、電磁石７５が磁性ピン７２を吸引移動させるようにしてある。
【００３３】
図４は車両用操舵装置の駆動手段が故障した場合の状態を示す拡大断面図、図５は図４のV −V 線の断面図である。
以上の如く構成された車両用操舵装置は、舵取制御部６２及び舵取モータ６１等の駆動手段６が正常である場合、操舵輪４の操舵に応じて舵取制御部６２が舵取モータ６１を駆動制御し、該舵取モータ６１が舵取機構１を駆動することにより、操舵用の車輪Ａ，Ａに操舵動作を行わせる。
【００３４】
このとき、操舵輪４の操舵には反力用のモータ５が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。この操舵トルクはトルクセンサ８により検出され、また、操舵輪４の操舵量がロータリエンコーダ９により操舵方向を含めて検出され、これらの検出結果は舵取制御部６２に与えられている。さらに、電磁石７５への通電は禁止されており、磁性ピン７２はコイルバネ７７によって係止凹部７４に対して離間しており、操舵軸３と舵取機構１とは機械的に連結されていない。（図２）
【００３５】
また、前記駆動手段６の例えば舵取制御部６２が故障し、舵取機構１を駆動することができなくなった場合、前記リレーを介して電磁石７５へ通電される。
【００３６】
これに伴い磁性ピン７２が吸引され、該磁性ピン７２が係止凹部７４に係合し、操舵軸３及び舵取機構１を、軸部７１、磁性ピン７２、係止凹部７４、筒部７３、第２軸１６、第１軸１５及びピニオン軸１４を介して機械的に連結させることができる。
【００３７】
操舵輪４に加えられる相当大きな操舵トルクは、操舵軸３、軸部７１、磁性ピン７２、係止凹部７４、筒部７３、第２軸１６、第１軸１５及びピニオン軸１４を介して舵取機構１に確実に伝達することができ、該舵取機構１を確実に駆動することができる。
【００３８】
実施の形態２
図６は実施の形態２の要部構成を示す拡大断面図である。
実施の形態２の車両用操舵装置は、操舵軸３に磁性ピン７２を保持し、第２軸１６に係止凹部７４を設ける代わりに、第２軸１６の上端に保持孔７６ａを有する軸部７１ａを設け、該軸部７１ａの保持孔７６ａに磁性ピン７２を移動可能に保持し、操舵軸３の下端に係止凹部７４ａを有する筒部７３ａを設けたものである。
【００３９】
その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用の説明を省略する。
【００４０】
尚、以上説明した実施の形態では、第２軸１６、第１軸１５及びピニオン軸１４を伝動軸１７としたが、その他、前記軸ハウジング２が支持する前記操舵軸３と前記第２軸１６とを一体に形成し、前記第１軸１５を軸長方向中間で２分割し、上側の分割軸及び前記第２軸１６側を操舵軸とし、下側の分割軸及び前記ピニオン軸１４を伝動軸としてもよいし、また、前記ピニオン軸１４を軸長方向中間で２分割し、上側の分割軸及び前記第１軸１６側を操舵軸とし、ピニオンを有する下側の分割軸を伝動軸としてもよい。この場合、操舵軸及び伝動軸の一方に前記磁性ピン７２を保持し、他方に前記係止凹部７４を設け、さらに前記電磁石７５を配置する。
【００４１】
また、以上説明した実施の形態では、反力用のモータ５が電磁石７５を備え、該電磁石７５の内側に磁性ピン７２及び係止凹部７４を配置したが、その他、この電磁石７５は前記モータ５と別の位置に設け、該電磁石７５の内側に磁性ピン７２及び係止凹部７４を配置してもよい。
【００４２】
また、以上説明した実施の形態では、軸部７１，７１ａに磁性ピン７２を保持し、筒部７３，７３ａに係止凹部７４，７４ａを設けたが、その他、軸部７１，７１ａに係止凹部７４，７４ａを設け、筒部７３，７３ａに磁性ピン７２及び該磁性ピン７２を前記係止凹部７４，７４ａに向けて付勢するコイルバネ等の付勢手段を設け、駆動手段６が正常であるとき前記磁性ピン７２を吸引移動させて前記係止凹部７４，７４ａに対して離間させ、駆動手段６に故障が発生したとき電磁石７５への通電を禁止し、前記磁性ピン７２の吸引を解除して、該磁性ピン７２を付勢手段の力で移動させ、係止凹部７４，７４ａに係合させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式的斜視図である。
【図２】本発明に係る車両用操舵装置の要部構成を示す拡大断面図である。
【図３】図２のIII −III 線の断面図である。
【図４】本発明に係る車両用操舵装置の駆動手段が故障した場合の状態を示す拡大断面図である。
【図５】図４のV −V 線の断面図である。
【図６】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態２の要部構成を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１    舵取機構
２    静止側部材（軸ハウジング）
３    操舵軸
４    操舵手段（操舵輪）
５    モータ
６    駆動手段
１７  伝動軸
７    連結手段
７１  軸部
７２  磁性ピン（磁性部材）
７３  筒部
７４  係止凹部（係止部）
７５  電磁石
７７  コイルバネ（離間手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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