ステアバイワイヤ式操舵装置
【課題】 車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができるステアバイワイヤ式操舵装置を提供する。
【解決手段】 転舵用の操舵軸１０と機械的に連結されないステアリングホイールと、操舵角センサと、操舵反力モータと、転舵モータおよび操舵反力モータを制御するステアリング制御部とを備える。転舵モータ６から操舵軸１０に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構１８のほか、トー角調整用モータ７から操舵軸１０に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構２８を設ける。転舵モータ６が失陥したとき、転舵モータ６の転舵動力伝達機構１８からの切り離し、トー角調整動力伝達機構２８の固定、トー角調整用モータ７による転舵を行なわせる切換手段１７を、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構２８の途中部分に設ける。
【解決手段】 転舵用の操舵軸１０と機械的に連結されないステアリングホイールと、操舵角センサと、操舵反力モータと、転舵モータおよび操舵反力モータを制御するステアリング制御部とを備える。転舵モータ６から操舵軸１０に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構１８のほか、トー角調整用モータ７から操舵軸１０に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構２８を設ける。転舵モータ６が失陥したとき、転舵モータ６の転舵動力伝達機構１８からの切り離し、トー角調整動力伝達機構２８の固定、トー角調整用モータ７による転舵を行なわせる切換手段１７を、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構２８の途中部分に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールで操舵を行うようにしたステアバイワイヤ式操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のステアバイワイヤ式操舵装置において、操舵輪を転舵する転舵モータが失陥しても、補助モータによって操舵輪を転舵するように構成したものが提案されている（特許文献１）。
また、前輪系統または後輪系統における左右輪を独立に転舵するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、異常時に前記左右輪のそれぞれをトーインあるいはトーアウト状態に制御して制動力を得る方法が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４９８４５号公報
【特許文献２】特開２００５−２６３１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示の技術は、転舵モータの失陥時に補助モータを作動させるフェールセーフ機能を持たせたものであるが、転舵モータが正常である場合、補助モータは一切機能しておらず不経済である。
また、特許文献２に開示の技術は、各輪を独立に転舵する方法であるが、異常が生じた車輪は制御不能になるため、正常に転舵して危険回避する動作が取れないという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができるステアバイワイヤ式操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵モータ、およびこの転舵モータから前記操舵軸に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構とは別に、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータから前記操舵軸に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構を設けると共に、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータを前記転舵動力伝達機構から切り離し、前記トー角調整動力伝達機構を固定して、前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を前記転舵動力伝達機構および前記トー角調整動力伝達機構の途中部分に設けたことを特徴とする。
この構成によると、転舵モータ、およびこの転舵モータから操舵軸に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構とは別に、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータから操舵軸に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構を設けると共に、転舵モータが失陥したとき、転舵モータを転舵動力伝達機構から切り離し、トー角調整動力伝達機構を固定して、トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を、前記転舵動力伝達機構および前記トー角調整動力伝達機構の途中部分に設けているので、車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。また、転舵モータが正常である場合にも、トー角調整用モータは車輪のトー角を調整する駆動源として働くので、転舵モータが失陥したときだけ動作させる補助モータを設ける従来例の場合に比べて経済的な構成とすることができる。
【０００７】
この発明において、前記操舵軸はその一部にボールねじ部を有し、前記転舵動力伝達機構は前記ボールねじ部に螺合するボールナットを有し、このボールナットの回転駆動で転舵軸を軸方向に移動させて転舵を行うものとしても良い。
【０００８】
この発明において、前記操舵軸はその一部にスプライン歯を有し、前記トー角調整動力伝達機構は前記スプライン歯に噛み合うスプラインナットを有し、このスプラインナットの回転駆動で転舵軸をその軸方向移動を許容しつつ回転させて、操舵軸からのタイロッドの突出長を変えることでトー角を調整するものとしても良い。
【０００９】
この発明において、前記スプライン歯とスプラインナットとが滑り接触しているものであっても、転がり接触しているものであっても良い。
【００１０】
この発明において、前記トー角調整動力伝達機構は、前記操舵軸の両端に形成され前記タイロッドが螺合するトー角調整用ねじ部を有し、操舵軸の回転で操舵軸からのタイロッドの突出長を変えるものとしても良い。
【００１１】
この発明において、前記操舵軸の両端のトー角調整用ねじ部は互いに逆ねじとし、操舵軸の一方向への回転で左右のタイロッドが突出し、操舵軸の他方向への回転で左右のタイロッドが後退するものとしても良い。
【００１２】
この発明において、前記トー角調整用ねじ部が台形ねじであっても良い。
【００１３】
この発明において、前記トー角調整用ねじ部に廻り止めが設けられていても良い。
【００１４】
この発明において、前記切換手段は、前記転舵動力伝達機構の中間ギヤがスプライン嵌合する第１の中間軸と、前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤがスプライン嵌合し前記第１の中間軸に隣接して第１の中間軸と同軸上に配置される第２の中間軸と、ハウジングのスプラインハブに嵌合し前記第２の中間軸に隣接して第２の中間軸と同軸上に配置される第３の中間軸と、転舵モータが失陥したとき、前記第１，第２および第３の中間軸を軸方向に移動させる直動アクチュエータとを備え、この直動アクチュエータの作動により、前記第１の中間軸を前記転舵動力伝達機構の中間ギヤから切り離し、代わりに前記第２の中間軸を転舵動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させることで、前記トー角調整用モータでの転舵を可能とすると共に、前記第３の中間軸をトー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させることで、トー角調整動力伝達機構を固定するものとしても良い。
【００１５】
この発明において、前記直動アクチュエータがリニアソレノイドであっても、油圧シリンダであっても、エアシリンダであっても良い。
【００１６】
この発明において、前記各中間軸のスプライン歯先端の形状を鋭角形状としても良いし、歯先凸部の無いテーパ状としても良い。この構成の場合、前記切換手段による切換を円滑に行うことができる。
【００１７】
この発明において、前記各中間軸の互いに対向する軸端間にスラスト軸受を配置して、各中間軸を相対回転可能としても良い。
【００１８】
この発明において、前記切換手段は、前記転舵モータが失陥したときに、各中間軸を移動させながら、前記第２の中間軸をスプライン歯１ピッチ分以上回転させて、前記第３の中間軸と前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤの歯の位相を揃える補正動作を行うことで、前記第３の中間軸をトー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させるものとしても良い。
【００１９】
この発明において、前記切換手段は、前記転舵モータが失陥したときに、前記第１の中間軸を前記転舵動力伝達機構の中間ギヤから切り離し、代わりに前記第２の中間軸を転舵動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作に対して、前記第３の中間軸を前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作を遅らせるものとしても良い。この構成の場合、切換手段による切換動作を円滑に行うことができる。
【００２０】
この発明において、前記第３の中間軸の前記第２の中間軸に対向する端部に、スプライン歯先よりも軸端に突出するスプライン歯底半径以下の半径の円筒部を設けることで、前記第３の中間軸を前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作を遅らせるものとしても良い。
【００２１】
この発明において、前記トー角調整用モータの最大発生トルクを前記転舵モータの最大発生トルクよりも小さくしても良い。
トー角調整用モータによるトー角調整および転舵モータ失陥のときの転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵モータに必要なトルクよりもはるかに小さいものである。したがって、トー角調整用モータは、転舵モータよりも小型のもので良い。
【発明の効果】
【００２２】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵モータ、およびこの転舵モータから前記操舵軸に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構とは別に、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータから前記操舵軸に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構を設けると共に、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータを前記転舵動力伝達機構から切り離し、前記トー角調整動力伝達機構を固定して、前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を前記転舵動力伝達機構および前記トー角調整動力伝達機構の途中部分に設けたため、車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態にかかるステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】同ステアバイワイヤ式操舵装置における操舵軸駆動部の正常動作時の断面図である。
【図３】同操舵軸駆動部における転舵モータ失陥時の断面図である。
【図４】同操舵駆動部における正常動作時の部分拡大断面図である。
【図５】同操舵駆動部における正常動作時の他の部分拡大断面図である。
【図６】同操舵駆動部における転舵モータ失陥時の部分拡大断面図である。
【図７】同操舵駆動部における転舵モータ失陥時の他の部分拡大断面図である。
【図８】通常のスプライン軸のスプライン歯の歯先形状を示す説明図である。
【図９】（Ａ）は前記操舵駆動部の中間軸の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１０】（Ａ）は同操舵軸駆動部の中間軸の他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１１】（Ａ）は同操舵軸駆動部の中間軸のさらに他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１２】（Ａ）は同操舵軸駆動部の中間軸のさらに他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。このステアバイワイヤ式操舵装置は、図１に概略図で示すように、運転者が操舵するステアリングホイール１と、操舵角センサ２と、操舵トルクセンサ３と、操舵反力モータ４と、左右の車輪１３にナックルアーム１２およびタイロッド１１を介して連結された転舵用の軸方向移動自在な操舵軸１０と、この操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動部１４と、転舵角センサ８と、ステアリング制御部５ａを含むＥＣＵ（電気制御ユニット）５とを備える。ＥＣＵ５およびそのステアリング制御部５ａは、マイクロコンピュータおよびその制御プログラムを含む電子回路等により構成される。
【００２５】
ステアリングホイール１は、転舵用の操舵軸１０と機械的に連結されていない。ステアリングホイール１に対して、操舵角センサ２および操舵トルクセンサ３が設けられ、操舵反力モータ４が接続されている。操舵角センサ２は、ステアリングホイール１の操舵角を検出するセンサである。操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に作用する操舵トルクを検出するセンサである。操舵反力モータ４は、ステアリングホイール１に反力トルクを付与するモータである。
【００２６】
図２は、操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動部１４の正常時の詳細を断面図で示す。この操舵軸駆動部１４には、操舵軸１０を軸方向に移動させて車輪１３の転舵を行う転舵機構１５と、車輪１３のトー角調整を行うトー角調整機構１６と、切換手段１７とが設けられている。
【００２７】
前記転舵機構１５は、転舵モータ６と、この転舵モータ６から操舵軸１０に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構１８とを備える。転舵モータ６は、その出力軸６ａが操舵軸１０と平行となる姿勢で、操舵軸駆動部１４のハウジング１９に支持されている。操舵軸１０の一部（図２の右側部分）にはボールねじ部１０ａが形成されている。転舵動力伝達機構１８は、転舵モータ６の出力軸６ａに固定された出力ギヤ２０と、操舵軸１０と平行に配置された第１の中間軸３７の一部にスプライン嵌合され前記出力ギヤ２０に噛み合う第１の中間ギヤ２１Ａと、前記第１の中間軸３７の他部にスプライン嵌合して取付けられる第２の中間ギヤ２１Ｂと、前記操舵軸１０のボールねじ部１０ａに螺合するボールナット２３と、このボールナット２３に固定され前記第２の中間ギヤ２１Ｂに噛み合う入力ギヤ２２とでなる。これにより、転舵モータ６の回転出力は、出力ギヤ２０、第１の中間ギヤ２１Ａ、第１の中間軸３７、第２の中間ギヤ２１Ｂ、入力ギヤ２２を経てボールナット２３に伝達され、ボールナット２３の回転が操舵軸１０の軸方向への移動に変換されて転舵が行なわれる。
【００２８】
第１の中間ギヤ２１Ａは転がり軸受２４を介して前記ハウジング１９に支持されている。第１の中間ギヤ２１Ａはキー２５を介して第１の中間軸３７に嵌合されている。また、第２の中間ギヤ２１Ｂも第１の中間軸３７にスプライン嵌合されていることから、第１の中間軸３７の軸方向への移動が許容される。第２の中間ギヤ２１Ｂは別の転がり軸受２６を介して前記ハウジング１９に支持されている。入力ギヤ２２も、転がり軸受２７を介して前記ハウジング１９に支持されている。
【００２９】
前記トー角調整機構１６は、トー角調整用モータ７と、このトー角調整用モータ７から操舵軸１０に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構２８とを備える。トー角調整用モータ７は、その出力軸７ａが操舵軸１０と平行となる姿勢で、操舵軸駆動部１４のハウジング１９に支持されている。操舵軸１０の一部（図２の左側部分）にはスプライン歯１０ｂが形成されている。トー角調整動力伝達機構２８は、トー角調整用モータ７の出力軸７ａに固定された出力ギヤ２９と、操舵軸１０と平行で前記第１の中間軸３７に隣接して第１の中間軸３７と同軸上に配置された第２の中間軸３８の一部に嵌合され、前記出力ギヤ２９に噛み合う第１の中間ギヤ３１Ａと、前記第２の中間軸３８の他部にスプライン嵌合して取付けられる第２の中間ギヤ３１Ｂと、前記操舵軸１０のスプライン歯１０ｂに嵌合するスプラインナット３３と、このスプラインナットに固定され前記第２の中間ギヤ３１Ｂに噛み合う入力ギヤ３２とでなる。これにより、トー角調整用モータ７の回転出力は、出力ギヤ２９、第１の中間ギヤ３１Ａ、第２の中間軸３８、第２の中間ギヤ３１Ｂ、入力ギヤ３２を経てスプラインナット３３に伝達され、スプラインナット３３の回転で操舵軸１０が回転されて後述するトー角調整用ねじ部１０ｃの作用で車輪１３のトー角調整が行なわれる。操舵軸１０のスプライン歯１０ｂとスプラインナット３３は、滑り接触しているものであっても転がり接触しているものであっても良い。第１の中間軸３７と第２の中間軸３８とは、互いに対向する軸端間にスラスト軸３９（図４）を配置して押し当てられる。これにより、両中間軸３７，３８が相対回転可能となるようにされている。
【００３０】
第１の中間ギヤ３１Ａは転がり軸受３４を介して前記ハウジング１９に支持されている。第１の中間ギヤ３１Ａはキー３０を介して第２の中間軸３８に嵌合され、第２の中間ギヤ３１Ｂも第２の中間軸３８にスプライン嵌合されていることから、第２の中間軸３８の軸方向への移動が許容される。第２の中間ギヤ３１Ｂは別の転がり軸受３５を介して前記ハウジング１９に支持されている。入力ギヤ３２も、転がり軸受３６を介して前記ハウジング１９に支持されている。
【００３１】
トー角調整機構１６は、前記トー角調整用モータ７およびトー角調整動力伝達機構２８とは別に、操舵軸１０の両端に形成され左右のタイロッド１１がそれぞれ螺合するトー角調整用ねじ部１０ｃを備える。これらのトー角調整用ねじ部１０ｃは互いに逆ねじとした雌ねじ部からなり、操舵軸１０の一方向への回転で左右のタイロッド１１が互いに突出し、操舵軸１０の他方向への回転で左右のタイロッド１１が互いに後退するようにされている。トー角調整用ねじ部１０ｃは、例えば台形ねじとされる。また、トー角調整用ねじ部１０ｃには廻り止めが設けられていても良い。
【００３２】
切換手段１７は、転舵モータ６が失陥したとき、転舵モータ６を前記転舵動力伝達機構１８から切り離すと共に、トー角調整動力伝達機構２８を固定して、トー角調整用モータ７を駆動源として転舵を行なわせる手段である。この切換手段１７は、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構２８の途中部分に設けられる。切換手段１７は、前記第１および第２の中間軸３７，３８を軸方向に移動させる直動アクチュエータ４２と、トー角調整動力伝達機構２８を固定する固定機構４３とを備える。直動アクチュエータ４２は、例えばリニアソレノイド、あるいは油圧シリンダ、あるいはエアシリンダからなり、その作用ロッド４２ａが第１の中間軸３７の第２の中間軸３８に押し当てられる端部とは反対側の端部に押し当てられる。第１の中間軸３７と直動アクチュエータ4 ２の作用ロッド４２ａの互いに対向する軸端間には図示しないスラスト軸受が配置され、これにより作用ロッド４２ａに対して第１の中間軸３７が回転自在となるようにされている。
【００３３】
切換手段１７の前記固定機構４３は、ハウジング１９に設けられたスプラインハブ４４にスプライン嵌合し、第２の中間軸３７に隣接して第１および第２の中間軸３７，３８と同軸上に配置される第３の中間軸４５と、この第３の中間軸４５を第２の中間軸３８を押す進出側に弾性付勢するコイルばね４６とでなる。第３の中間軸４５と第２の中間軸３７の互いに対向する軸端間にはスラスト軸受４１（図５）が配置され、これにより第３の中間軸４５に対して第２の中間軸３８が回転自在となるようにされている。
【００３４】
転動モータ６が正常である場合を示す図２の状態は、直動アクチュエータ４２が作動しない状態である。このとき、図４に拡大して示すように、転舵動力伝達機構１８の第２の中間ギヤ２１Ｂの内歯２１Ｂａが第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａにスプライン嵌合している。また、図５に拡大して示すように、トー角調整動力伝達機構２８の第２の中間ギヤ３１Ｂの内歯３１Ｂａが第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂにスプライン嵌合している。
【００３５】
図３は、直動アクチュエータ４２が作動した状態、つまり転舵モータ６が失陥したときの状態を示す。このとき、直動アクチュエータ４２の作動ロッド４２ａが後退して、第１および第２の中間軸３７，３８は固定機構４３を構成する第３の中間軸４５に押されて、同図の右側に向けて軸方向に移動する。この移動により、転舵動力伝達機構１８では、図６に拡大して示すように、それまで第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａに嵌合していた第２の中間ギヤ２１Ｂが嵌合解除され、これに代わって第２の中間軸３８のスプライン歯３８ａに第２の中間ギヤ２１Ｂの内歯２１Ｂａが嵌合する。すなわち、転舵機構１５の駆動源として、転舵モータ６に代わってトー角調整用モータ７が転舵動力伝達機構１８に接続される。一方、トー角調整動力伝達機構２８では、図７に拡大して示すように、それまで第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂに嵌合していた第２の中間ギヤ３１Ｂが嵌合解除され、これに代わって第３の中間軸４５のスプライン歯４５ａに第２の中間ギヤ３１Ｂの内歯３１Ｂａが嵌合する。すなわち、トー角調整用モータ７がトー角調整動力伝達機構２８から切り離されると共に、トー角調整動力伝達機構２８が固定機構４３で固定される。
【００３６】
ＥＣＵ５のステアリング制御部５ａは、操舵反力モータ４、転舵モータ６、トー角調整用モータ７および切換手段１７の直動アクチュエータ４２を制御する。すなわち、ステアリング制御部５ａは、操舵角センサ２の検出する操舵角の信号、図示しない車速センサの検出する車輪回転速度の信号、および運転状態を検出する各種センサの信号に基づいて目標操舵反力を設定し、実際の操舵反力トルクが目標操舵反力に一致するように操舵トルクセンサ３の検出する操舵トルクの信号をフィードバックして、操舵反力モータ４を制御する。また、ステアリング制御部５ａは、転舵モータ６が失陥したとき、切換手段１７を構成する直動アクチュエータ４２を作動させて、転舵動力伝達機構１８からの転舵モータ６の切り離し、トー角調整動力伝達機構２８の固定、およびトー角調整用モータ７による転舵を行なわせる。
【００３７】
次に、このステアバイワイヤ式操舵装置の操舵軸駆動部１４での動作を説明する。転舵モータ６が正常の場合には、図２のように、転舵モータ６の出力軸６ａの回転が転舵動力伝達機構１８を介してボールナット２３に伝達されると共に、トー角調整用モータ７の出力軸７ａの回転がトー角調整動力伝達機構２８を介してスプラインナット３３に伝達される。操舵軸１０のボールねじ部１０ａに螺合するボールナット２３の回転は、操舵軸１０を軸方向に移動させ、これにより車輪１３の操舵が行なわれる。トー角調整動力伝達機構２８のスプラインナット３３は、操舵軸１０のスプライン歯１０ｂにスプライン嵌合しているので、操舵軸１０の軸方向移動が許容される。操舵軸１０のスプライン歯１０ｂに嵌合するスプラインナット３３の回転は操舵軸１０を回転させ、この回転により操舵軸１０の両端のトー角調整用ねじ部１０ｃに螺合しているタイロッド１１が進退して、トー角調整が行なわれる。
【００３８】
転舵モータ６が失陥した場合、ＥＣＵ５のステアリング制御部５ａからの指令により、切換手段１７を構成する直動アクチュエータ４２が作動して、その作動ロッド４２ａが後退する。これにより固定機構４３の第３の中間軸４５がコイルばね４６の付勢で押し出されて、第２および第３の中間軸３７，３８が図３のように軸方向右側に移動する。このとき、転舵動力伝達機構１８の第２の中間ギヤ２１Ｂから第１の中間軸３７が嵌合解除される代わりに、第２の中間軸３８が前記中間ギヤ２１Ｂに嵌合し、転舵機構１５の駆動源は転舵モータ６からトー角調整用モータ７に切り替えられる。
【００３９】
一方、トー角調整動力伝達機構２８では、その第２の中間ギヤ３１Ｂから第２の中間軸３８が嵌合解除される代わりに、固定機構４３の第３の中間軸４５が前記中間ギヤ３１Ｂに嵌合し、トー角調整動力伝達機構２８は固定状態に保たれる。すなわち、車輪１３のトー角は一定に保たれる。
【００４０】
上記切換動作を円滑に行うために、第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａ、第２の中間軸３８のスプライン歯３８ａ，３８ｂ、および第３の中間軸４５のスプライン歯４５ａは、図８に示す通常のスプライン軸５０におけるスプライン歯５０ａのように歯先の形状を平坦な形状とせず、例えば図９や図１０に示すように、その歯先の形状を鋭角状とするのが望ましい。あるいは、他の例として、図１１や図１２に示すように、スプライン歯３７ａ，３８ａ，３８ｂ，４５ａの歯先の形状を歯先凸部の無いテーパ状とするのが望まし。
【００４１】
また、上記切換動作では、第１および第２の中間軸３７，３８を軸方向に移動させながら、第２の中間軸３８をそのスプライン歯３８ｂの１ピッチ分以上回転させて、第３の中間軸４５のスプライン歯４５ａとトー角調整動力伝達機構２８における第２の中間ギヤ３１Ｂの内歯３１Ｂａの位相を揃える補正動作が行なわれる。このような補正動作を行うことで、トー角調整動力伝達機構２８の固定のための前記中間ギヤ３１Ｂへの第３の中間軸４５の嵌合を誤動作無く円滑に行うことができる。
【００４２】
また、上記切換動作では、第１の中間軸３７を転舵動力伝達機構１８の第２の中間ギヤ２１Ｂから切り離し、代わりに第２の中間軸３８を前記中間ギヤ２１Ｂにスプライン嵌合させる動作に対して、第３の中間軸４５をトー角調整動力伝達機構２８の第２の中間ギヤ３１Ｂにスプライン嵌合させる動作を遅らせるように行なわれる。これにより、転舵のための駆動源を転操モータ６からトー角調整用モータ７に切り替える動作が完了してから、トー角調整動力伝達機構２８を固定する動作が行なわれるので、これらの動作を誤動作なく正確に行うことができる。
【００４３】
このような動作のタイムラグを設定するために、第３の中間軸４５の第２の中間軸３８に対向する端部に、例えば、図１０や図１２に示すように、スプライン歯４５ａの歯先よりも軸端に突出するスプライン歯４５ａ底半径以下の半径の円筒部４５ｂを設けても良い。このような円筒部４５ｂを設けることにより、第３の中間軸４５の前記中間ギヤ３１Ｂへの嵌合を確実に遅らせることができる。
【００４４】
このように、このステアバイワイヤ式操舵装置では、転舵モータ６、およびこの転舵モータ６から操舵軸１０に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構１８とは別に、トー角調整用モータ７と、このトー角調整用モータ７から操舵軸１０に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構２８を設けると共に、転舵モータ６が失陥したとき、転舵モータ６を転舵動力伝達機構１８から切り離し、トー角調整動力伝達機構２８を固定して、トー角調整用モータ７で転舵を行なわせる切換手段１７を、前記転舵動力伝達機構１８および前記トー角調整動力伝達機構２８の途中部分に設けているので、車輪１３を転舵する転舵モータ６が失陥しても、トー角調整用モータ７を転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。また、転舵モータ６が正常である場合にも、トー角調整用モータ７は車輪１３のトー角を調整する駆動源として働くので、転舵モータ６が失陥したときだけ動作させる補助モータを設ける従来例の場合に比べて経済的な構成とすることができる。
【００４５】
なお、トー角調整用モータ７によるトー角調整および転舵モータ６の失陥のときの転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵モータ６に必要なトルクよりもはるかに小さなものである。したがって、トー角調整用モータ７は、転舵モータ６よりも小型のもので良い。
【符号の説明】
【００４６】
１…ステアリングホイール
２…操舵角センサ
４…操舵反力モータ
５ａ…ステアリング制御部
６…転舵モータ
７…トー角調整用モータ
１０…操舵軸
１０ａ…ボールねじ部
１０ｂ…スプライン歯
１０ｃ…トー角調整用ねじ部
１１…タイロッド
１７…切換手段
１８…転舵動力伝達機構
１９…ハウジング
２１Ｂ…転舵動力伝達機構の中間ギヤ
２３…ボールナット
２８…トー角調整動力伝達機構
３１Ｂ…トー角調整動力伝達機構の中間ギヤ
３３…スプラインナット
３７…第１の中間軸
３８…第２の中間軸
３７ａ，３８ａ，３８ｂ…スプライン歯
３９，４１…スラスト軸受
４２…直動アクチュエータ
４４…スプラインハブ
４５…第３の中間軸
４５ａ…スプライン歯
４５ｂ…第３の中間軸の円筒部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールで操舵を行うようにしたステアバイワイヤ式操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のステアバイワイヤ式操舵装置において、操舵輪を転舵する転舵モータが失陥しても、補助モータによって操舵輪を転舵するように構成したものが提案されている（特許文献１）。
また、前輪系統または後輪系統における左右輪を独立に転舵するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、異常時に前記左右輪のそれぞれをトーインあるいはトーアウト状態に制御して制動力を得る方法が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４９８４５号公報
【特許文献２】特開２００５−２６３１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示の技術は、転舵モータの失陥時に補助モータを作動させるフェールセーフ機能を持たせたものであるが、転舵モータが正常である場合、補助モータは一切機能しておらず不経済である。
また、特許文献２に開示の技術は、各輪を独立に転舵する方法であるが、異常が生じた車輪は制御不能になるため、正常に転舵して危険回避する動作が取れないという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができるステアバイワイヤ式操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵モータ、およびこの転舵モータから前記操舵軸に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構とは別に、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータから前記操舵軸に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構を設けると共に、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータを前記転舵動力伝達機構から切り離し、前記トー角調整動力伝達機構を固定して、前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を前記転舵動力伝達機構および前記トー角調整動力伝達機構の途中部分に設けたことを特徴とする。
この構成によると、転舵モータ、およびこの転舵モータから操舵軸に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構とは別に、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータから操舵軸に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構を設けると共に、転舵モータが失陥したとき、転舵モータを転舵動力伝達機構から切り離し、トー角調整動力伝達機構を固定して、トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を、前記転舵動力伝達機構および前記トー角調整動力伝達機構の途中部分に設けているので、車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。また、転舵モータが正常である場合にも、トー角調整用モータは車輪のトー角を調整する駆動源として働くので、転舵モータが失陥したときだけ動作させる補助モータを設ける従来例の場合に比べて経済的な構成とすることができる。
【０００７】
この発明において、前記操舵軸はその一部にボールねじ部を有し、前記転舵動力伝達機構は前記ボールねじ部に螺合するボールナットを有し、このボールナットの回転駆動で転舵軸を軸方向に移動させて転舵を行うものとしても良い。
【０００８】
この発明において、前記操舵軸はその一部にスプライン歯を有し、前記トー角調整動力伝達機構は前記スプライン歯に噛み合うスプラインナットを有し、このスプラインナットの回転駆動で転舵軸をその軸方向移動を許容しつつ回転させて、操舵軸からのタイロッドの突出長を変えることでトー角を調整するものとしても良い。
【０００９】
この発明において、前記スプライン歯とスプラインナットとが滑り接触しているものであっても、転がり接触しているものであっても良い。
【００１０】
この発明において、前記トー角調整動力伝達機構は、前記操舵軸の両端に形成され前記タイロッドが螺合するトー角調整用ねじ部を有し、操舵軸の回転で操舵軸からのタイロッドの突出長を変えるものとしても良い。
【００１１】
この発明において、前記操舵軸の両端のトー角調整用ねじ部は互いに逆ねじとし、操舵軸の一方向への回転で左右のタイロッドが突出し、操舵軸の他方向への回転で左右のタイロッドが後退するものとしても良い。
【００１２】
この発明において、前記トー角調整用ねじ部が台形ねじであっても良い。
【００１３】
この発明において、前記トー角調整用ねじ部に廻り止めが設けられていても良い。
【００１４】
この発明において、前記切換手段は、前記転舵動力伝達機構の中間ギヤがスプライン嵌合する第１の中間軸と、前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤがスプライン嵌合し前記第１の中間軸に隣接して第１の中間軸と同軸上に配置される第２の中間軸と、ハウジングのスプラインハブに嵌合し前記第２の中間軸に隣接して第２の中間軸と同軸上に配置される第３の中間軸と、転舵モータが失陥したとき、前記第１，第２および第３の中間軸を軸方向に移動させる直動アクチュエータとを備え、この直動アクチュエータの作動により、前記第１の中間軸を前記転舵動力伝達機構の中間ギヤから切り離し、代わりに前記第２の中間軸を転舵動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させることで、前記トー角調整用モータでの転舵を可能とすると共に、前記第３の中間軸をトー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させることで、トー角調整動力伝達機構を固定するものとしても良い。
【００１５】
この発明において、前記直動アクチュエータがリニアソレノイドであっても、油圧シリンダであっても、エアシリンダであっても良い。
【００１６】
この発明において、前記各中間軸のスプライン歯先端の形状を鋭角形状としても良いし、歯先凸部の無いテーパ状としても良い。この構成の場合、前記切換手段による切換を円滑に行うことができる。
【００１７】
この発明において、前記各中間軸の互いに対向する軸端間にスラスト軸受を配置して、各中間軸を相対回転可能としても良い。
【００１８】
この発明において、前記切換手段は、前記転舵モータが失陥したときに、各中間軸を移動させながら、前記第２の中間軸をスプライン歯１ピッチ分以上回転させて、前記第３の中間軸と前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤの歯の位相を揃える補正動作を行うことで、前記第３の中間軸をトー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させるものとしても良い。
【００１９】
この発明において、前記切換手段は、前記転舵モータが失陥したときに、前記第１の中間軸を前記転舵動力伝達機構の中間ギヤから切り離し、代わりに前記第２の中間軸を転舵動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作に対して、前記第３の中間軸を前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作を遅らせるものとしても良い。この構成の場合、切換手段による切換動作を円滑に行うことができる。
【００２０】
この発明において、前記第３の中間軸の前記第２の中間軸に対向する端部に、スプライン歯先よりも軸端に突出するスプライン歯底半径以下の半径の円筒部を設けることで、前記第３の中間軸を前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作を遅らせるものとしても良い。
【００２１】
この発明において、前記トー角調整用モータの最大発生トルクを前記転舵モータの最大発生トルクよりも小さくしても良い。
トー角調整用モータによるトー角調整および転舵モータ失陥のときの転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵モータに必要なトルクよりもはるかに小さいものである。したがって、トー角調整用モータは、転舵モータよりも小型のもので良い。
【発明の効果】
【００２２】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵モータ、およびこの転舵モータから前記操舵軸に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構とは別に、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータから前記操舵軸に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構を設けると共に、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータを前記転舵動力伝達機構から切り離し、前記トー角調整動力伝達機構を固定して、前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を前記転舵動力伝達機構および前記トー角調整動力伝達機構の途中部分に設けたため、車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態にかかるステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】同ステアバイワイヤ式操舵装置における操舵軸駆動部の正常動作時の断面図である。
【図３】同操舵軸駆動部における転舵モータ失陥時の断面図である。
【図４】同操舵駆動部における正常動作時の部分拡大断面図である。
【図５】同操舵駆動部における正常動作時の他の部分拡大断面図である。
【図６】同操舵駆動部における転舵モータ失陥時の部分拡大断面図である。
【図７】同操舵駆動部における転舵モータ失陥時の他の部分拡大断面図である。
【図８】通常のスプライン軸のスプライン歯の歯先形状を示す説明図である。
【図９】（Ａ）は前記操舵駆動部の中間軸の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１０】（Ａ）は同操舵軸駆動部の中間軸の他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１１】（Ａ）は同操舵軸駆動部の中間軸のさらに他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１２】（Ａ）は同操舵軸駆動部の中間軸のさらに他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。このステアバイワイヤ式操舵装置は、図１に概略図で示すように、運転者が操舵するステアリングホイール１と、操舵角センサ２と、操舵トルクセンサ３と、操舵反力モータ４と、左右の車輪１３にナックルアーム１２およびタイロッド１１を介して連結された転舵用の軸方向移動自在な操舵軸１０と、この操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動部１４と、転舵角センサ８と、ステアリング制御部５ａを含むＥＣＵ（電気制御ユニット）５とを備える。ＥＣＵ５およびそのステアリング制御部５ａは、マイクロコンピュータおよびその制御プログラムを含む電子回路等により構成される。
【００２５】
ステアリングホイール１は、転舵用の操舵軸１０と機械的に連結されていない。ステアリングホイール１に対して、操舵角センサ２および操舵トルクセンサ３が設けられ、操舵反力モータ４が接続されている。操舵角センサ２は、ステアリングホイール１の操舵角を検出するセンサである。操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に作用する操舵トルクを検出するセンサである。操舵反力モータ４は、ステアリングホイール１に反力トルクを付与するモータである。
【００２６】
図２は、操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動部１４の正常時の詳細を断面図で示す。この操舵軸駆動部１４には、操舵軸１０を軸方向に移動させて車輪１３の転舵を行う転舵機構１５と、車輪１３のトー角調整を行うトー角調整機構１６と、切換手段１７とが設けられている。
【００２７】
前記転舵機構１５は、転舵モータ６と、この転舵モータ６から操舵軸１０に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構１８とを備える。転舵モータ６は、その出力軸６ａが操舵軸１０と平行となる姿勢で、操舵軸駆動部１４のハウジング１９に支持されている。操舵軸１０の一部（図２の右側部分）にはボールねじ部１０ａが形成されている。転舵動力伝達機構１８は、転舵モータ６の出力軸６ａに固定された出力ギヤ２０と、操舵軸１０と平行に配置された第１の中間軸３７の一部にスプライン嵌合され前記出力ギヤ２０に噛み合う第１の中間ギヤ２１Ａと、前記第１の中間軸３７の他部にスプライン嵌合して取付けられる第２の中間ギヤ２１Ｂと、前記操舵軸１０のボールねじ部１０ａに螺合するボールナット２３と、このボールナット２３に固定され前記第２の中間ギヤ２１Ｂに噛み合う入力ギヤ２２とでなる。これにより、転舵モータ６の回転出力は、出力ギヤ２０、第１の中間ギヤ２１Ａ、第１の中間軸３７、第２の中間ギヤ２１Ｂ、入力ギヤ２２を経てボールナット２３に伝達され、ボールナット２３の回転が操舵軸１０の軸方向への移動に変換されて転舵が行なわれる。
【００２８】
第１の中間ギヤ２１Ａは転がり軸受２４を介して前記ハウジング１９に支持されている。第１の中間ギヤ２１Ａはキー２５を介して第１の中間軸３７に嵌合されている。また、第２の中間ギヤ２１Ｂも第１の中間軸３７にスプライン嵌合されていることから、第１の中間軸３７の軸方向への移動が許容される。第２の中間ギヤ２１Ｂは別の転がり軸受２６を介して前記ハウジング１９に支持されている。入力ギヤ２２も、転がり軸受２７を介して前記ハウジング１９に支持されている。
【００２９】
前記トー角調整機構１６は、トー角調整用モータ７と、このトー角調整用モータ７から操舵軸１０に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構２８とを備える。トー角調整用モータ７は、その出力軸７ａが操舵軸１０と平行となる姿勢で、操舵軸駆動部１４のハウジング１９に支持されている。操舵軸１０の一部（図２の左側部分）にはスプライン歯１０ｂが形成されている。トー角調整動力伝達機構２８は、トー角調整用モータ７の出力軸７ａに固定された出力ギヤ２９と、操舵軸１０と平行で前記第１の中間軸３７に隣接して第１の中間軸３７と同軸上に配置された第２の中間軸３８の一部に嵌合され、前記出力ギヤ２９に噛み合う第１の中間ギヤ３１Ａと、前記第２の中間軸３８の他部にスプライン嵌合して取付けられる第２の中間ギヤ３１Ｂと、前記操舵軸１０のスプライン歯１０ｂに嵌合するスプラインナット３３と、このスプラインナットに固定され前記第２の中間ギヤ３１Ｂに噛み合う入力ギヤ３２とでなる。これにより、トー角調整用モータ７の回転出力は、出力ギヤ２９、第１の中間ギヤ３１Ａ、第２の中間軸３８、第２の中間ギヤ３１Ｂ、入力ギヤ３２を経てスプラインナット３３に伝達され、スプラインナット３３の回転で操舵軸１０が回転されて後述するトー角調整用ねじ部１０ｃの作用で車輪１３のトー角調整が行なわれる。操舵軸１０のスプライン歯１０ｂとスプラインナット３３は、滑り接触しているものであっても転がり接触しているものであっても良い。第１の中間軸３７と第２の中間軸３８とは、互いに対向する軸端間にスラスト軸３９（図４）を配置して押し当てられる。これにより、両中間軸３７，３８が相対回転可能となるようにされている。
【００３０】
第１の中間ギヤ３１Ａは転がり軸受３４を介して前記ハウジング１９に支持されている。第１の中間ギヤ３１Ａはキー３０を介して第２の中間軸３８に嵌合され、第２の中間ギヤ３１Ｂも第２の中間軸３８にスプライン嵌合されていることから、第２の中間軸３８の軸方向への移動が許容される。第２の中間ギヤ３１Ｂは別の転がり軸受３５を介して前記ハウジング１９に支持されている。入力ギヤ３２も、転がり軸受３６を介して前記ハウジング１９に支持されている。
【００３１】
トー角調整機構１６は、前記トー角調整用モータ７およびトー角調整動力伝達機構２８とは別に、操舵軸１０の両端に形成され左右のタイロッド１１がそれぞれ螺合するトー角調整用ねじ部１０ｃを備える。これらのトー角調整用ねじ部１０ｃは互いに逆ねじとした雌ねじ部からなり、操舵軸１０の一方向への回転で左右のタイロッド１１が互いに突出し、操舵軸１０の他方向への回転で左右のタイロッド１１が互いに後退するようにされている。トー角調整用ねじ部１０ｃは、例えば台形ねじとされる。また、トー角調整用ねじ部１０ｃには廻り止めが設けられていても良い。
【００３２】
切換手段１７は、転舵モータ６が失陥したとき、転舵モータ６を前記転舵動力伝達機構１８から切り離すと共に、トー角調整動力伝達機構２８を固定して、トー角調整用モータ７を駆動源として転舵を行なわせる手段である。この切換手段１７は、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構２８の途中部分に設けられる。切換手段１７は、前記第１および第２の中間軸３７，３８を軸方向に移動させる直動アクチュエータ４２と、トー角調整動力伝達機構２８を固定する固定機構４３とを備える。直動アクチュエータ４２は、例えばリニアソレノイド、あるいは油圧シリンダ、あるいはエアシリンダからなり、その作用ロッド４２ａが第１の中間軸３７の第２の中間軸３８に押し当てられる端部とは反対側の端部に押し当てられる。第１の中間軸３７と直動アクチュエータ4 ２の作用ロッド４２ａの互いに対向する軸端間には図示しないスラスト軸受が配置され、これにより作用ロッド４２ａに対して第１の中間軸３７が回転自在となるようにされている。
【００３３】
切換手段１７の前記固定機構４３は、ハウジング１９に設けられたスプラインハブ４４にスプライン嵌合し、第２の中間軸３７に隣接して第１および第２の中間軸３７，３８と同軸上に配置される第３の中間軸４５と、この第３の中間軸４５を第２の中間軸３８を押す進出側に弾性付勢するコイルばね４６とでなる。第３の中間軸４５と第２の中間軸３７の互いに対向する軸端間にはスラスト軸受４１（図５）が配置され、これにより第３の中間軸４５に対して第２の中間軸３８が回転自在となるようにされている。
【００３４】
転動モータ６が正常である場合を示す図２の状態は、直動アクチュエータ４２が作動しない状態である。このとき、図４に拡大して示すように、転舵動力伝達機構１８の第２の中間ギヤ２１Ｂの内歯２１Ｂａが第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａにスプライン嵌合している。また、図５に拡大して示すように、トー角調整動力伝達機構２８の第２の中間ギヤ３１Ｂの内歯３１Ｂａが第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂにスプライン嵌合している。
【００３５】
図３は、直動アクチュエータ４２が作動した状態、つまり転舵モータ６が失陥したときの状態を示す。このとき、直動アクチュエータ４２の作動ロッド４２ａが後退して、第１および第２の中間軸３７，３８は固定機構４３を構成する第３の中間軸４５に押されて、同図の右側に向けて軸方向に移動する。この移動により、転舵動力伝達機構１８では、図６に拡大して示すように、それまで第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａに嵌合していた第２の中間ギヤ２１Ｂが嵌合解除され、これに代わって第２の中間軸３８のスプライン歯３８ａに第２の中間ギヤ２１Ｂの内歯２１Ｂａが嵌合する。すなわち、転舵機構１５の駆動源として、転舵モータ６に代わってトー角調整用モータ７が転舵動力伝達機構１８に接続される。一方、トー角調整動力伝達機構２８では、図７に拡大して示すように、それまで第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂに嵌合していた第２の中間ギヤ３１Ｂが嵌合解除され、これに代わって第３の中間軸４５のスプライン歯４５ａに第２の中間ギヤ３１Ｂの内歯３１Ｂａが嵌合する。すなわち、トー角調整用モータ７がトー角調整動力伝達機構２８から切り離されると共に、トー角調整動力伝達機構２８が固定機構４３で固定される。
【００３６】
ＥＣＵ５のステアリング制御部５ａは、操舵反力モータ４、転舵モータ６、トー角調整用モータ７および切換手段１７の直動アクチュエータ４２を制御する。すなわち、ステアリング制御部５ａは、操舵角センサ２の検出する操舵角の信号、図示しない車速センサの検出する車輪回転速度の信号、および運転状態を検出する各種センサの信号に基づいて目標操舵反力を設定し、実際の操舵反力トルクが目標操舵反力に一致するように操舵トルクセンサ３の検出する操舵トルクの信号をフィードバックして、操舵反力モータ４を制御する。また、ステアリング制御部５ａは、転舵モータ６が失陥したとき、切換手段１７を構成する直動アクチュエータ４２を作動させて、転舵動力伝達機構１８からの転舵モータ６の切り離し、トー角調整動力伝達機構２８の固定、およびトー角調整用モータ７による転舵を行なわせる。
【００３７】
次に、このステアバイワイヤ式操舵装置の操舵軸駆動部１４での動作を説明する。転舵モータ６が正常の場合には、図２のように、転舵モータ６の出力軸６ａの回転が転舵動力伝達機構１８を介してボールナット２３に伝達されると共に、トー角調整用モータ７の出力軸７ａの回転がトー角調整動力伝達機構２８を介してスプラインナット３３に伝達される。操舵軸１０のボールねじ部１０ａに螺合するボールナット２３の回転は、操舵軸１０を軸方向に移動させ、これにより車輪１３の操舵が行なわれる。トー角調整動力伝達機構２８のスプラインナット３３は、操舵軸１０のスプライン歯１０ｂにスプライン嵌合しているので、操舵軸１０の軸方向移動が許容される。操舵軸１０のスプライン歯１０ｂに嵌合するスプラインナット３３の回転は操舵軸１０を回転させ、この回転により操舵軸１０の両端のトー角調整用ねじ部１０ｃに螺合しているタイロッド１１が進退して、トー角調整が行なわれる。
【００３８】
転舵モータ６が失陥した場合、ＥＣＵ５のステアリング制御部５ａからの指令により、切換手段１７を構成する直動アクチュエータ４２が作動して、その作動ロッド４２ａが後退する。これにより固定機構４３の第３の中間軸４５がコイルばね４６の付勢で押し出されて、第２および第３の中間軸３７，３８が図３のように軸方向右側に移動する。このとき、転舵動力伝達機構１８の第２の中間ギヤ２１Ｂから第１の中間軸３７が嵌合解除される代わりに、第２の中間軸３８が前記中間ギヤ２１Ｂに嵌合し、転舵機構１５の駆動源は転舵モータ６からトー角調整用モータ７に切り替えられる。
【００３９】
一方、トー角調整動力伝達機構２８では、その第２の中間ギヤ３１Ｂから第２の中間軸３８が嵌合解除される代わりに、固定機構４３の第３の中間軸４５が前記中間ギヤ３１Ｂに嵌合し、トー角調整動力伝達機構２８は固定状態に保たれる。すなわち、車輪１３のトー角は一定に保たれる。
【００４０】
上記切換動作を円滑に行うために、第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａ、第２の中間軸３８のスプライン歯３８ａ，３８ｂ、および第３の中間軸４５のスプライン歯４５ａは、図８に示す通常のスプライン軸５０におけるスプライン歯５０ａのように歯先の形状を平坦な形状とせず、例えば図９や図１０に示すように、その歯先の形状を鋭角状とするのが望ましい。あるいは、他の例として、図１１や図１２に示すように、スプライン歯３７ａ，３８ａ，３８ｂ，４５ａの歯先の形状を歯先凸部の無いテーパ状とするのが望まし。
【００４１】
また、上記切換動作では、第１および第２の中間軸３７，３８を軸方向に移動させながら、第２の中間軸３８をそのスプライン歯３８ｂの１ピッチ分以上回転させて、第３の中間軸４５のスプライン歯４５ａとトー角調整動力伝達機構２８における第２の中間ギヤ３１Ｂの内歯３１Ｂａの位相を揃える補正動作が行なわれる。このような補正動作を行うことで、トー角調整動力伝達機構２８の固定のための前記中間ギヤ３１Ｂへの第３の中間軸４５の嵌合を誤動作無く円滑に行うことができる。
【００４２】
また、上記切換動作では、第１の中間軸３７を転舵動力伝達機構１８の第２の中間ギヤ２１Ｂから切り離し、代わりに第２の中間軸３８を前記中間ギヤ２１Ｂにスプライン嵌合させる動作に対して、第３の中間軸４５をトー角調整動力伝達機構２８の第２の中間ギヤ３１Ｂにスプライン嵌合させる動作を遅らせるように行なわれる。これにより、転舵のための駆動源を転操モータ６からトー角調整用モータ７に切り替える動作が完了してから、トー角調整動力伝達機構２８を固定する動作が行なわれるので、これらの動作を誤動作なく正確に行うことができる。
【００４３】
このような動作のタイムラグを設定するために、第３の中間軸４５の第２の中間軸３８に対向する端部に、例えば、図１０や図１２に示すように、スプライン歯４５ａの歯先よりも軸端に突出するスプライン歯４５ａ底半径以下の半径の円筒部４５ｂを設けても良い。このような円筒部４５ｂを設けることにより、第３の中間軸４５の前記中間ギヤ３１Ｂへの嵌合を確実に遅らせることができる。
【００４４】
このように、このステアバイワイヤ式操舵装置では、転舵モータ６、およびこの転舵モータ６から操舵軸１０に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構１８とは別に、トー角調整用モータ７と、このトー角調整用モータ７から操舵軸１０に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構２８を設けると共に、転舵モータ６が失陥したとき、転舵モータ６を転舵動力伝達機構１８から切り離し、トー角調整動力伝達機構２８を固定して、トー角調整用モータ７で転舵を行なわせる切換手段１７を、前記転舵動力伝達機構１８および前記トー角調整動力伝達機構２８の途中部分に設けているので、車輪１３を転舵する転舵モータ６が失陥しても、トー角調整用モータ７を転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。また、転舵モータ６が正常である場合にも、トー角調整用モータ７は車輪１３のトー角を調整する駆動源として働くので、転舵モータ６が失陥したときだけ動作させる補助モータを設ける従来例の場合に比べて経済的な構成とすることができる。
【００４５】
なお、トー角調整用モータ７によるトー角調整および転舵モータ６の失陥のときの転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵モータ６に必要なトルクよりもはるかに小さなものである。したがって、トー角調整用モータ７は、転舵モータ６よりも小型のもので良い。
【符号の説明】
【００４６】
１…ステアリングホイール
２…操舵角センサ
４…操舵反力モータ
５ａ…ステアリング制御部
６…転舵モータ
７…トー角調整用モータ
１０…操舵軸
１０ａ…ボールねじ部
１０ｂ…スプライン歯
１０ｃ…トー角調整用ねじ部
１１…タイロッド
１７…切換手段
１８…転舵動力伝達機構
１９…ハウジング
２１Ｂ…転舵動力伝達機構の中間ギヤ
２３…ボールナット
２８…トー角調整動力伝達機構
３１Ｂ…トー角調整動力伝達機構の中間ギヤ
３３…スプラインナット
３７…第１の中間軸
３８…第２の中間軸
３７ａ，３８ａ，３８ｂ…スプライン歯
３９，４１…スラスト軸受
４２…直動アクチュエータ
４４…スプラインハブ
４５…第３の中間軸
４５ａ…スプライン歯
４５ｂ…第３の中間軸の円筒部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、
前記転舵モータ、およびこの転舵モータから前記操舵軸に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構とは別に、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータから前記操舵軸に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構を設けると共に、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータを前記転舵動力伝達機構から切り離し、前記トー角調整動力伝達機構を固定して、前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を前記転舵動力伝達機構および前記トー角調整動力伝達機構の途中部分に設けたことを特徴とするステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、前記操舵軸はその一部にボールねじ部を有し、前記転舵動力伝達機構は前記ボールねじ部に螺合するボールナットを有し、このボールナットの回転駆動で転舵軸を軸方向に移動させて転舵を行うものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記操舵軸はその一部にスプライン歯を有し、前記トー角調整動力伝達機構は前記スプライン歯に噛み合うスプラインナットを有し、このスプラインナットの回転駆動で転舵軸をその軸方向移動を許容しつつ回転させて、操舵軸からのタイロッドの突出長を変えることでトー角を調整するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項４】
請求項３において、前記スプライン歯とスプラインナットとが滑り接触しているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項５】
請求項３において、前記スプライン歯とスプラインナットとが転がり接触しているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項６】
請求項３において、前記トー角調整動力伝達機構は、前記操舵軸の両端に形成され前記タイロッドが螺合するトー角調整用ねじ部を有し、操舵軸の回転で操舵軸からのタイロッドの突出長を変えるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項７】
請求項６において、前記操舵軸の両端のトー角調整用ねじ部は互いに逆ねじとし、操舵軸の一方向への回転で左右のタイロッドが突出し、操舵軸の他方向への回転で左右のタイロッドが後退するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項８】
請求項３ないし請求項７のいずれか１項において、前記トー角調整用ねじ部が台形ねじであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項９】
請求項３ないし請求項７のいずれか１項において、前記トー角調整用ねじ部に廻り止めが設けられているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記切換手段は、前記転舵動力伝達機構の中間ギヤがスプライン嵌合する第１の中間軸と、前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤがスプライン嵌合し前記第１の中間軸に隣接して第１の中間軸と同軸上に配置される第２の中間軸と、ハウジングのスプラインハブに嵌合し前記第２の中間軸に隣接して第２の中間軸と同軸上に配置される第３の中間軸と、転舵モータが失陥したとき、前記第１，第２および第３の中間軸を軸方向に移動させる直動アクチュエータとを備え、この直動アクチュエータの作動により、前記第１の中間軸を前記転舵動力伝達機構の中間ギヤから切り離し、代わりに前記第２の中間軸を転舵動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させることで、前記トー角調整用モータでの転舵を可能とすると共に、前記第３の中間軸をトー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させることで、トー角調整動力伝達機構を固定するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記直動アクチュエータがリニアソレノイドであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１２】
請求項１０において、前記直動アクチュエータが油圧シリンダであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１３】
請求項１１において、前記直動アクチュエータがエアシリンダであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１４】
請求項１０ないし請求項１３のいずれか１項において、前記各中間軸のスプライン歯先端の形状を鋭角形状としたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１５】
請求項１０ないし請求項１３のいずれか１項において、前記各中間軸のスプライン歯先端の形状を歯先凸部の無いテーパ状としたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１６】
請求項１０ないし請求項１５のいずれか１項において、前記各中間軸の互いに対向する軸端間にスラスト軸受を配置して、各中間軸を相対回転可能としたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１７】
請求項１０ないし請求項１６のいずれか１項において、前記切換手段は、前記転舵モータが失陥したときに、各中間軸を移動させながら、前記第２の中間軸をスプライン歯１ピッチ分以上回転させて、前記第３の中間軸と前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤの歯の位相を揃える補正動作を行うことで、前記第３の中間軸をトー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１８】
請求項１０ないし請求項１７のいずれか１項において、前記切換手段は、前記転舵モータが失陥したときに、前記第１の中間軸を前記転舵動力伝達機構の中間ギヤから切り離し、代わりに前記第２の中間軸を転舵動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作に対して、前記第３の中間軸を前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作を遅らせるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１９】
請求項１８において、前記第３の中間軸の前記第２の中間軸に対向する端部に、スプライン歯先よりも軸端に突出するスプライン歯底半径以下の半径の円筒部を設けることで、前記第３の中間軸を前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作を遅らせるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１９のいずれか１項において、前記トー角調整用モータの最大発生トルクを前記転舵モータの最大発生トルクよりも小さくしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１】
転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、
前記転舵モータ、およびこの転舵モータから前記操舵軸に動力を伝達して転舵を行なわせる転舵動力伝達機構とは別に、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータから前記操舵軸に動力を伝達してトー角調整を行なわせるトー角調整動力伝達機構を設けると共に、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータを前記転舵動力伝達機構から切り離し、前記トー角調整動力伝達機構を固定して、前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を前記転舵動力伝達機構および前記トー角調整動力伝達機構の途中部分に設けたことを特徴とするステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、前記操舵軸はその一部にボールねじ部を有し、前記転舵動力伝達機構は前記ボールねじ部に螺合するボールナットを有し、このボールナットの回転駆動で転舵軸を軸方向に移動させて転舵を行うものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記操舵軸はその一部にスプライン歯を有し、前記トー角調整動力伝達機構は前記スプライン歯に噛み合うスプラインナットを有し、このスプラインナットの回転駆動で転舵軸をその軸方向移動を許容しつつ回転させて、操舵軸からのタイロッドの突出長を変えることでトー角を調整するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項４】
請求項３において、前記スプライン歯とスプラインナットとが滑り接触しているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項５】
請求項３において、前記スプライン歯とスプラインナットとが転がり接触しているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項６】
請求項３において、前記トー角調整動力伝達機構は、前記操舵軸の両端に形成され前記タイロッドが螺合するトー角調整用ねじ部を有し、操舵軸の回転で操舵軸からのタイロッドの突出長を変えるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項７】
請求項６において、前記操舵軸の両端のトー角調整用ねじ部は互いに逆ねじとし、操舵軸の一方向への回転で左右のタイロッドが突出し、操舵軸の他方向への回転で左右のタイロッドが後退するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項８】
請求項３ないし請求項７のいずれか１項において、前記トー角調整用ねじ部が台形ねじであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項９】
請求項３ないし請求項７のいずれか１項において、前記トー角調整用ねじ部に廻り止めが設けられているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記切換手段は、前記転舵動力伝達機構の中間ギヤがスプライン嵌合する第１の中間軸と、前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤがスプライン嵌合し前記第１の中間軸に隣接して第１の中間軸と同軸上に配置される第２の中間軸と、ハウジングのスプラインハブに嵌合し前記第２の中間軸に隣接して第２の中間軸と同軸上に配置される第３の中間軸と、転舵モータが失陥したとき、前記第１，第２および第３の中間軸を軸方向に移動させる直動アクチュエータとを備え、この直動アクチュエータの作動により、前記第１の中間軸を前記転舵動力伝達機構の中間ギヤから切り離し、代わりに前記第２の中間軸を転舵動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させることで、前記トー角調整用モータでの転舵を可能とすると共に、前記第３の中間軸をトー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させることで、トー角調整動力伝達機構を固定するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記直動アクチュエータがリニアソレノイドであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１２】
請求項１０において、前記直動アクチュエータが油圧シリンダであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１３】
請求項１１において、前記直動アクチュエータがエアシリンダであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１４】
請求項１０ないし請求項１３のいずれか１項において、前記各中間軸のスプライン歯先端の形状を鋭角形状としたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１５】
請求項１０ないし請求項１３のいずれか１項において、前記各中間軸のスプライン歯先端の形状を歯先凸部の無いテーパ状としたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１６】
請求項１０ないし請求項１５のいずれか１項において、前記各中間軸の互いに対向する軸端間にスラスト軸受を配置して、各中間軸を相対回転可能としたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１７】
請求項１０ないし請求項１６のいずれか１項において、前記切換手段は、前記転舵モータが失陥したときに、各中間軸を移動させながら、前記第２の中間軸をスプライン歯１ピッチ分以上回転させて、前記第３の中間軸と前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤの歯の位相を揃える補正動作を行うことで、前記第３の中間軸をトー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１８】
請求項１０ないし請求項１７のいずれか１項において、前記切換手段は、前記転舵モータが失陥したときに、前記第１の中間軸を前記転舵動力伝達機構の中間ギヤから切り離し、代わりに前記第２の中間軸を転舵動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作に対して、前記第３の中間軸を前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作を遅らせるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１９】
請求項１８において、前記第３の中間軸の前記第２の中間軸に対向する端部に、スプライン歯先よりも軸端に突出するスプライン歯底半径以下の半径の円筒部を設けることで、前記第３の中間軸を前記トー角調整動力伝達機構の中間ギヤにスプライン嵌合させる動作を遅らせるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１９のいずれか１項において、前記トー角調整用モータの最大発生トルクを前記転舵モータの最大発生トルクよりも小さくしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１６３０１６（Ｐ２０１０−１６３０１６Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６２５４（Ｐ２００９−６２５４）
【出願日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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