ステアバイワイヤ式操舵装置
【課題】 動力伝達機構での動力の伝達・切り離しを短時間かつ確実に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、操舵軸駆動用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。操舵軸駆動用モータ６から操舵軸１０に動力を伝達する動力伝達機構１８を設け、その途中に、動力の伝達・切り離しを行う切換手段１７を設ける。切換手段１７は、軸方向に並べられ軸方向移動可能かつ相対回転可能な入力部材３８および出力部材３７，２１Ｂと、これら両部材の一方に設けられたクラッチ溝２１Ｂａと、両部材の他方に設けられ軸方向移動によりクラッチ溝２１Ｂａに径方向に付勢されて係脱するクラッチ転動体５４とを有するクラッチ機構５１を備える。
【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、操舵軸駆動用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。操舵軸駆動用モータ６から操舵軸１０に動力を伝達する動力伝達機構１８を設け、その途中に、動力の伝達・切り離しを行う切換手段１７を設ける。切換手段１７は、軸方向に並べられ軸方向移動可能かつ相対回転可能な入力部材３８および出力部材３７，２１Ｂと、これら両部材の一方に設けられたクラッチ溝２１Ｂａと、両部材の他方に設けられ軸方向移動によりクラッチ溝２１Ｂａに径方向に付勢されて係脱するクラッチ転動体５４とを有するクラッチ機構５１を備える。
【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、スプラインを有する軸部材を軸方向に移動させることで、動力伝達機構における動力の伝達を切り換えるように構成したものが提案されている（特許文献１）。すなわち、この場合のスプライン係合機構では、外周面に雄スプライン歯を有する軸部材と、内周面に雌スプライン歯を有し前記軸部材に外嵌する筒部材とを、軸方向に相対移動させて雄スプライン歯と雌スプライン歯を係脱させることで、動力の伝達・切断を行っている。
【０００３】
また、スプライン係合では、雄スプライン歯と雌スプライン歯を係合させる際の位相合わせが必要であるが、その係合を円滑に行わせる対策として、各スプライン歯の端部に位相案内部として先細り部を設けるものが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２００９−００６２５４号
【特許文献２】特開２００５−２０５９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に示されるスプライン係合機構において、軸部材の雄スプライ歯と筒部材の雌スプライン歯を係合させる際には、両スプライン歯の位相が合わないと係合できず、位相合わせを行う必要がある。
また、特許文献２に示されるように、雄スプライン歯や雌スプライン歯の端部に位相案内部として先細り部を設けた場合でも、両スプライン歯を短時間で確実に係合させることは難しい。
【０００６】
この発明の目的は、動力伝達機構での動力の伝達・切り離しを短時間かつ確実に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】
【０００７】
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操舵軸駆動用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操舵軸駆動用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、前記操舵軸駆動用モータから前記操舵軸に動力を伝達する動力伝達機構を設けると共に、動力伝達機構の途中に、動力を伝達する状態と遮断する状態とに切り換える切換手段を設け、この切換手段は、軸方向に並べられ互いに端部が接触して軸方向に移動可能かつ相対回転可能な入力部材および出力部材と、これら入力部材および出力部材の一方に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝と、前記入力部材および出力部材の他方に設けられ入力部材および出力部材の軸方向移動により前記クラッチ溝に径方向に弾性体により付勢されて係脱するクラッチ転動体とを有するクラッチ機構を備えることを特徴とする。
この構成によると、入力部材と出力部材の間での連結・切り離しの切換動作を、クラッチ溝へのクラッチ転動体の係脱を行うクラッチ機構を用いて行うようにしているので、クラッチ転動体の位相とクラッチ溝の位相が一致したところで、クラッチ溝へクラッチ転動体が係合することになる。そのため、切換動作において位相を揃える必要がなく、時間を短縮して確実に切換動作を行うことができる。
【０００８】
この発明において、前記入力部材および出力部材のいずれか一方の部材が軸部材であり、他方の部材が、軸部材とこの軸部材に対して一体に回転可能に結合されかつ前記一方の部材の外周に軸方向相対移動自在に嵌合する嵌合孔を有する部材とでなるものとしても良い。
【０００９】
この発明において、前記動力伝達機構として、前記操舵軸駆動用モータの１つである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、前記操舵軸駆動用モータの他の１つである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、前記転舵モータが失陥したとき、前記切換手段のクラッチ機構によって前記トー角調整用モータの動力を転舵動力伝達機構に伝達し、トー角調整用モータで転舵を行うものとしても良い。
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わせるトー角調整動力伝達機構を設けており、転舵モータが失陥したとき、前記切換手段のクラッチ機構によって前記トー角調整用モータの動力を転舵動力伝達機構に伝達し、トー角調整用モータで転舵を行う。そのため、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。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。
【００１０】
この発明において、前記切換手段は前記クラッチ機構と同じ構成であって前記出力部材材が装置ハウジングに対して回転不能で軸方向に移動自在に支持された第２のクラッチ機構を有し、トー角調整用モータで転舵を行うとき、前記切換手段の第２のクラッチ機構によって、前記トー角調整動力伝達機構を固定するものとしても良い。
【００１１】
この発明において、前記クラッチ機構における入力部材および出力部材のうち前記クラッチ溝が設けられた部材には、クラッチ溝と軸方向に隣接して部材中心軸と同軸心の断面円形の非溝面が設けられ、外力により入力部材および出力部材が軸方向に移動して、前記非溝面に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するとき入力部材から出力部材への動力伝達が遮断され、前記クラッチ溝に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するときクラッチ転動体がクラッチ溝に係合して入力部材から出力部材への動力伝達が可能となるものとしても良い。
【００１２】
この発明において、前記クラッチ機構における入力部材および出力部材のうち前記クラッチ溝が設けられた部材には、クラッチ溝と軸方向に隣接して軸受が設けられ、外力により入力部材および出力部材が軸方向に移動して、前記軸受の軌道輪周面に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するとき入力部材から出力部材への動力伝達が遮断され、前記クラッチ溝に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するときクラッチ転動体がクラッチ溝に係合して入力部材から出力部材への動力伝達が可能となるものとしても良い。この場合に、前記軸受は例えば転がり軸受であっても良い。
【００１３】
この発明において、前記クラッチ転動体は、ばねによって径方向に付勢されるものとしても良い。
【００１４】
この発明において、前記クラッチ溝の断面形状は台形であるのが望ましい。
【００１５】
この発明において、前記クラッチ溝における前記非溝面または前記軸受の軌道輪周面に隣接する端部の溝底面が、非溝面または軸受の軌道輪周面に向けてなだらかに傾斜するテーパ面とされるのが望ましい。このように、クラッチ溝の端部の溝底面をテーパ面とした場合、クラッチ溝に対するクラッチ転動体の径脱を円滑に行わせることができる。
【００１６】
この発明において、前記クラッチ転動体はボールであっても良いし、ピンであっても良い。
【００１７】
この発明において、前記クラッチ転動体の設置位置を軸方向に並ぶ複数位置としても良い。このようにクラッチ転動体の設置位置を複数位置とした場合、動力伝達のトルク容量を増加させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
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操舵軸駆動用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操舵軸駆動用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、前記操舵軸駆動用モータから前記操舵軸に動力を伝達する動力伝達機構を設けると共に、動力伝達機構の途中に、動力を伝達する状態と遮断する状態とに切り換える切換手段を設け、この切換手段が、軸方向に並べられ互いに端部が接触して軸方向に移動可能かつ相対回転可能な入力部材および出力部材と、これら入力部材および出力部材の一方に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝と、前記入力部材および出力部材の他方に設けられ入力部材および出力部材の軸方向移動により前記クラッチ溝に径方向に弾性体により付勢されて係脱するクラッチ転動体とを有するクラッチ機構を備えるものとしたため、動力伝達機構での動力伝達と遮断の切り換えを短時間にかつ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】（Ａ）図２のIV部分の拡大断面図であって、同操舵駆動部における正常動作時の状態を示し、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構を示す拡大断面図である。
【図５】（Ａ）は図２のＶ部分の拡大断面図であって、同操舵駆動部における正常動作時の状態を示し、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構の拡大断面図である。
【図６】（Ａ）は図４（Ａ）と同部分における転舵モータ失陥時の部分拡大断面図、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構の拡大断面図である。
【図７】（Ａ）は図５（Ａ）と同部分における転舵モータ失陥時の部分拡大断面図、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構の拡大断面図である。
【図８】（Ａ）は同実施形態のステアバイワイヤ式操舵装置におけるクラッチ機構を応用した提案例におけるクラッチ離脱状態を示す部分拡大断面図、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構の拡大断面図である。
【図９】（Ａ）は同提案例でのクラッチ結合状態を示す部分拡大断面図、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
前記転舵機構１５は、操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動用モータの１つである転舵モータ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。
【００２４】
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。
【００２５】
前記トー角調整機構１６は、操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動用モータの他の１つである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３３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。
【００２６】
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３５Ａ，３５Ｂ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、トー角調整用モータ７の回転出力をトー角調整動力伝達機構２８から転舵動力伝達機構１８へ切り換え伝達するクラッチ機構５１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、油圧シリンダ、またはエアシリンダからなり、その作動ロッド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の作動ロッド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、これにより作動ロッド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。
【００２９】
切換手段１７の前記クラッチ機構５１は、図４（Ａ）に拡大して示すように、入力部材となる前記第２の中間軸３８と、出力部材となる前記第１の中間軸３７およびこの中間軸３７に対して一体に回転可能に結合され第２の中間軸３８の外周に嵌合する嵌合孔５３を有する前記第２の中間ギヤ２１Ｂと、この中間ギヤ２１Ｂの嵌合孔５３の一部に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝２１Ｂａと、入力部材となる前記第２の中間軸３８に設けられ前記両中間軸３７，３８の軸方向移動により前記クラッチ溝２１Ｂａに係脱するクラッチ転動体５４とを有する。クラッチ溝２１Ｂａは断面形状が台形とされる。クラッチ転動体５４はボールからなり、図４（Ｂ）に断面図で示すように、第２の中間軸３８に径方向に貫通して形成される収容孔５５内に収容され、ばねなどの弾性体５６により外径方向に付勢されている。なお、クラッチ機構５１の他の構成として、クラッチ転動体５４を中間ギヤ２１Ｂ側に設け、クラッチ溝２１Ｂａを第２の中間軸３８側に設けても良い。
【００３０】
第２の中間ギヤ２１Ｂの嵌合孔５３には、クラッチ溝２１Ｂａの軸方向左側に隣接して部材中心軸であるギヤ中心軸と同心の円筒面からなる断面円形の非溝面５７が設けられ、図４（Ａ）のように前記非溝面５７に対向する位置に前記クラッチ転動体５４が位置するとき、第２の中間軸３８から第２の中間ギヤ２１Ｂへの動力伝達が遮断される。また、前記クラッチ溝２１Ｂａに対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体５４が位置すると、クラッチ転動体５４の位相とクラッチ溝２１Ｂａの位相が一致したところで、弾性体５６による外径側への付勢でクラッチ転動体５４がクラッチ溝２１Ｂａに係合して第２の中間軸３８から第２の中間ギヤ２１Ｂへの動力伝達が可能となるようにされる。ここでは、第２の中間ギヤ２１Ｂの嵌合孔５３に転がり軸受５８を設けることで、この転がり軸受５８の回転側軌道輪の周面を前記非溝面５７としている。これにより、クラッチ転動体５４が非溝面５７に対向する軸方向位置にある動力伝達が遮断の状態でも、第２の中間軸３８に外嵌する第２の中間ギヤ２１Ｂの回転を円滑に行わせることができる。また、クラッチ溝２１Ｂａにおける前記非溝面５７に隣接する端部の溝底面は非溝面５７に向けてなだらかに傾斜するテーパ面とされている。これにより、クラッチ転動体５４が非溝面５７に対向する位置からクラッチ溝２１Ｂａに係合するまでの動作を円滑に行わせることができる。
【００３１】
クラッチ機構５１の前記クラッチ溝２１Ｂａは、第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａがスプライン嵌合する雌スプライン歯に兼用される。この場合のスプライン嵌合を、上記したクラッチ機構５１と同じ構成としても良いが、前記スプライン歯３７ａは後述するように嵌合状態から嵌合解除へと変化するだけで、嵌合へ移行する動作は行われないので、スプライン嵌合であっても動作の確実性に影響は及ぼさない。第２の中間ギヤ２１Ｂの嵌合孔５３には、さらにクラッチ溝２１Ｂａの軸方向右側に隣接して、前記スプライン歯３７ａの退避空間２１Ｂｂが設けられる。これにより、クラッチ転動体５４がクラッチ溝２１Ｂａに係合して第２の中間軸３８から第２の中間ギヤ２１Ｂへの動力伝達が可能となった状態で、第２の中間ギヤ２１Ｂは第１の中間軸３７から切り離される。
【００３２】
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３８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、第３の中間軸４５に対してトー角調整動力伝達機構２８における第２の中間ギヤ３１Ｂを結合・切り離しさせる第２のクラッチ機構５２とでなる。第３の中間軸４５と第２の中間軸３８の互いに対向する軸端間にはスラスト軸受４１（図５（Ａ））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。
【００３３】
第２のクラッチ機構５２は、図４に示したクラッチ機構５１と略同様の構成である。すなわち、図５（Ａ）に拡大して示すように、入力部材となる前記第３の中間軸４５と、出力部材となる前記第２の中間軸３８およびこの中間軸３８に対して一体に回転可能に結合され第３の中間軸４５の外周に嵌合する嵌合孔５９を有するトー角調整動力伝達機構２８の第２の中間ギヤ３１Ｂと、この中間ギヤ３１Ｂの嵌合孔５９の一部に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝３１Ｂａと、入力部材となる前記第３の中間軸４５に設けられ前記両中間軸３８，４５の軸方向移動により前記クラッチ溝３１Ｂａに係脱するクラッチ転動体６０とを有する。クラッチ溝３１Ｂａは断面形状が台形とされる。クラッチ転動体６０はボールからなり、図５（Ｂ）に断面図で示すように、第３の中間軸４５に径方向に貫通して形成される収容孔６１内に収容され、ばねなどの弾性体６２により外径方向に付勢されている。なお、第２のクラッチ機構５２の他の構成として、クラッチ転動体６０を中間ギヤ３１Ｂ側に設け、クラッチ溝３１Ｂａを第３の中間軸４５側に設けても良い。
【００３４】
第２の中間ギヤ３１Ｂの嵌合孔５９には、クラッチ溝３１Ｂａの図の軸方向左側に隣接して断面円形の非溝面６３が設けられ、図５（Ａ）のように前記非溝面６３に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体６０が位置するとき、第３の中間軸４５に対して第２の中間ギヤ３１Ｂが切り離される。また、前記クラッチ溝３１Ｂａに対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体６０が位置すると、クラッチ転動体６０の位相とクラッチ溝３１Ｂａの位相が一致したところで、弾性体６２による外径側への付勢でクラッチ転動体６０がクラッチ溝３１Ｂａに係合して第３の中間軸４５に対して第２の中間ギヤ３１Ｂが結合され、トー角調整動力伝達機構２８が固定される。ここでは、第３の中間ギヤ３１Ｂの嵌合孔５９に転がり軸受６４を設けることで、この転がり軸受６４の回転側軌道輪の周面を前記非溝面６３としている。これにより、クラッチ転動体６０が非溝面６３に対向する軸方向位置にある切り離し状態でも、第２の中間軸３８に外嵌する第２の中間ギヤ３１Ｂの回転を円滑に行わせることができる。また、クラッチ溝３１Ｂａにおける前記非溝面６３に隣接する端部の溝底面は非溝面６３に向けてなだらかに傾斜するテーパ面とされている。これにより、クラッチ転動体６０が非溝面６３に対向する位置からクラッチ溝３１Ｂａに係合するまでの動作を円滑に行わせることができる。
【００３５】
第２のクラッチ機構５２の前記クラッチ溝３１Ｂａは、第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂがスプライン嵌合する雌スプライン歯に兼用される。この場合のスプライン嵌合を、上記したクラッチ機構５２と同じ構成としても良いが、前記スプライン歯３８ｂは後述するように嵌合状態から嵌合解除へと変化するだけで、嵌合へ移行する動作は行われないので、スプライン嵌合であっても動作の確実性に影響は及ぼさない。第２の中間軸３８が貫通するハウジング１９の中間軸貫通孔６５には、第２の中間ギヤ３１Ｂにおけるクラッチ溝３１Ｂａの軸方向右側に隣接して、前記スプライン歯３８ｂの退避空間６５ａが設けられる。これにより、クラッチ転動体６０がクラッチ溝３１Ｂａに係合した状態で、第２の中間ギヤ３１Ｂは第３の中間軸３７に連結され、トー角調整動力伝達機構２８は固定状態となる。
【００３６】
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（Ａ）に拡大して示すように、第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａがクラッチ機構５２のクラッチ溝２１Ｂａ、つまり転舵動力伝達機構１８の第２の中間ギヤ２１Ｂの嵌合孔５３のクラッチ溝２１Ａａにスプライン嵌合している。また、図５（Ａ）に拡大して示すように、第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂが第２のクラッチ機構５２のクラッチ溝３１Ｂａ、つまりトー角調整動力伝達機構２８の第２の中間ギヤ３１Ｂのクラッチ溝３１Ｂａにスプライン嵌合している。
【００３７】
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（Ａ）に拡大して示すように、それまでクラッチ機構５１のクラッチ溝２１Ｂａに嵌合していた第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａが嵌合解除され、これに代わって第２の中間軸３８のクラッチ転動体５４が第２の中間ギヤ２１Ｂのクラッチ溝２１Ｂａに係合する。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（Ａ）に拡大して示すように、それまで第２の中間ギヤ３１Ｂのクラッチ溝３１Ｂａに嵌合していた第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂが嵌合解除され、これに代わって第３の中間軸４５のクラッチ転動体５４が第２の中間ギヤ３１Ｂのクラッチ溝３１Ｂａに係合する。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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１および第２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のクラッチ溝２１Ｂａから第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａが嵌合解除される代わりに、第２の中間軸３８のクラッチ転動体５４が前記中間ギヤ２１Ｂのクラッチ溝２１Ｂａに係合し、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に切り換えられる。
【００４１】
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のクラッチ溝３１Ｂａから第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂ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のクラッチ転動体６０が前記中間ギヤ３１Ｂのクラッチ溝３１Ｂａに係合し、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。
【００４２】
上記切換動作では、クラッチ溝２１Ｂａへのクラッチ転動体５４の係脱を行う第１のクラッチ機構５１と、クラッチ溝３１Ｂａへのクラッチ転動体６０の係脱を行う第２のクラッチ機構５２とを用いているので、クラッチ転動体５４，６０の位相と対応するクラッチ溝２１Ｂａ，３１Ｂａの位相が一致したところで、クラッチ溝２１Ｂａ，３１Ｂａへクラッチ転動体５４，６０が係合することになり、その切換動作において、位相を揃える必要がなく、時間を短縮して確実に切換動作を行うことができる。
【００４３】
また、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。
【００４４】
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。
【００４５】
この実施形態では、切換手段１７のクラッチ機構５１において、クラッチ転動体５４を軸方向の一箇所に設置した例を示したが、軸方向に並ぶ複数位置にクラッチ転動体５４を配置することで、動力伝達のトルク容量を増加させるようにしても良い。切換手段１７の固定機構４３における第２のクラッチ機構５２についても同様である。
【００４６】
図８および図９は、上記発明のステアバイワイヤ式操舵装置におけるクラッチ機構５１，５２を他の動力伝達装置に用いた提案例を示す。この動力伝達装置では、図８（Ａ）に示すように、回転軸７０に固定されたギヤ７１が、転がり軸受７２を介してハウジング７３に支持されており、その回転軸７０の軸端部に回転軸７０をハウジング７３に対して選択的に固定するクラッチ機構７４が設けられている。クラッチ機構７４は、前記回転軸７０と、前記ハウジング７３にボルト７５，７６で固定され、回転軸７０が軸方向移動自在に嵌合する嵌合孔７８を有する筒部材７７と、この筒部材７７の嵌合孔７８に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝７９と、回転軸７０に設けられたクラッチ転動体８０とを有する。クラッチ溝７９は図８（Ｂ）に示すような断面台形の形状とされている。
【００４７】
筒部材７７内には前記回転軸７０の一端に対向する回転軸受け部材８１が収容され、ばね８２により回転軸７０の一端にスラスト軸受８３を介して押し当てられている。回転軸７０の他端には、図示しない直動アクチュエータなどの加圧手段が設けられ、これによりギヤ７１は軸方向に移動自在でかつ回転可能に支持されている。クラッチ転動体８０はボールからなり、回転軸７０に径方向に貫通して設けられた転動体収容孔７０ａに収容され、ばね８４により外径側に付勢されている。また、筒部材７７の嵌合孔７８には、前記クラッチ溝７９と軸方向に隣接する転がり軸受８５が設けられ、この転がり軸受８５の回転側軌道輪の周面がクラッチ溝７８に隣接する非溝面８６とされている。
【００４８】
この動力伝達装置では、前記加圧手段により回転軸７０が軸方向に加圧されない状態において、図８（Ａ）のように、クラッチ転動体８０は前記筒部材７７における非溝面８６に対向する軸方向位置にある。この状態では、図８（Ｂ）のようにクラッチ転動体８０がクラッチ溝７９に係合していないので、ギヤ７１は回転自在となる。この状態から、前記加圧手段により回転軸７０が押されて図９（Ａ）のように同図の左側軸方向に移動すると、クラッチ転動体８０は筒部材７７のクラッチ溝７９に対向する軸方向位置に来る。この状態では、図９（Ｂ）のようにクラッチ転動体８０がクラッチ溝７９に係合するので、ギヤ７１は回転不能に固定される。
この場合も、クラッチ転動体８０とクラッチ溝７９の位相が一致したとろで、クラッチ転動体８０がクラッチ溝７９に係合するので、動力伝達の切換動作において、クラッチ転動体８０とクラッチ溝７９の位相を揃える必要がなく、切換動作を短時間にかつ確実に行うことができる。
【符号の説明】
【００４９】
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
２１Ｂａ…クラッチ溝
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
３１Ｂａ…クラッチ溝
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
５１，５２…クラッチ機構
５３…嵌合孔
５４…クラッチ転動体
５６…弾性体
５７…非溝面
５８…転がり軸受
５９…嵌合孔
６０…クラッチ転動体
６２…弾性体
６３…非溝面
６４…転がり軸受
【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、スプラインを有する軸部材を軸方向に移動させることで、動力伝達機構における動力の伝達を切り換えるように構成したものが提案されている（特許文献１）。すなわち、この場合のスプライン係合機構では、外周面に雄スプライン歯を有する軸部材と、内周面に雌スプライン歯を有し前記軸部材に外嵌する筒部材とを、軸方向に相対移動させて雄スプライン歯と雌スプライン歯を係脱させることで、動力の伝達・切断を行っている。
【０００３】
また、スプライン係合では、雄スプライン歯と雌スプライン歯を係合させる際の位相合わせが必要であるが、その係合を円滑に行わせる対策として、各スプライン歯の端部に位相案内部として先細り部を設けるものが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２００９−００６２５４号
【特許文献２】特開２００５−２０５９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に示されるスプライン係合機構において、軸部材の雄スプライ歯と筒部材の雌スプライン歯を係合させる際には、両スプライン歯の位相が合わないと係合できず、位相合わせを行う必要がある。
また、特許文献２に示されるように、雄スプライン歯や雌スプライン歯の端部に位相案内部として先細り部を設けた場合でも、両スプライン歯を短時間で確実に係合させることは難しい。
【０００６】
この発明の目的は、動力伝達機構での動力の伝達・切り離しを短時間かつ確実に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】
【０００７】
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操舵軸駆動用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操舵軸駆動用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、前記操舵軸駆動用モータから前記操舵軸に動力を伝達する動力伝達機構を設けると共に、動力伝達機構の途中に、動力を伝達する状態と遮断する状態とに切り換える切換手段を設け、この切換手段は、軸方向に並べられ互いに端部が接触して軸方向に移動可能かつ相対回転可能な入力部材および出力部材と、これら入力部材および出力部材の一方に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝と、前記入力部材および出力部材の他方に設けられ入力部材および出力部材の軸方向移動により前記クラッチ溝に径方向に弾性体により付勢されて係脱するクラッチ転動体とを有するクラッチ機構を備えることを特徴とする。
この構成によると、入力部材と出力部材の間での連結・切り離しの切換動作を、クラッチ溝へのクラッチ転動体の係脱を行うクラッチ機構を用いて行うようにしているので、クラッチ転動体の位相とクラッチ溝の位相が一致したところで、クラッチ溝へクラッチ転動体が係合することになる。そのため、切換動作において位相を揃える必要がなく、時間を短縮して確実に切換動作を行うことができる。
【０００８】
この発明において、前記入力部材および出力部材のいずれか一方の部材が軸部材であり、他方の部材が、軸部材とこの軸部材に対して一体に回転可能に結合されかつ前記一方の部材の外周に軸方向相対移動自在に嵌合する嵌合孔を有する部材とでなるものとしても良い。
【０００９】
この発明において、前記動力伝達機構として、前記操舵軸駆動用モータの１つである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、前記操舵軸駆動用モータの他の１つである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、前記転舵モータが失陥したとき、前記切換手段のクラッチ機構によって前記トー角調整用モータの動力を転舵動力伝達機構に伝達し、トー角調整用モータで転舵を行うものとしても良い。
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わせるトー角調整動力伝達機構を設けており、転舵モータが失陥したとき、前記切換手段のクラッチ機構によって前記トー角調整用モータの動力を転舵動力伝達機構に伝達し、トー角調整用モータで転舵を行う。そのため、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。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。
【００１０】
この発明において、前記切換手段は前記クラッチ機構と同じ構成であって前記出力部材材が装置ハウジングに対して回転不能で軸方向に移動自在に支持された第２のクラッチ機構を有し、トー角調整用モータで転舵を行うとき、前記切換手段の第２のクラッチ機構によって、前記トー角調整動力伝達機構を固定するものとしても良い。
【００１１】
この発明において、前記クラッチ機構における入力部材および出力部材のうち前記クラッチ溝が設けられた部材には、クラッチ溝と軸方向に隣接して部材中心軸と同軸心の断面円形の非溝面が設けられ、外力により入力部材および出力部材が軸方向に移動して、前記非溝面に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するとき入力部材から出力部材への動力伝達が遮断され、前記クラッチ溝に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するときクラッチ転動体がクラッチ溝に係合して入力部材から出力部材への動力伝達が可能となるものとしても良い。
【００１２】
この発明において、前記クラッチ機構における入力部材および出力部材のうち前記クラッチ溝が設けられた部材には、クラッチ溝と軸方向に隣接して軸受が設けられ、外力により入力部材および出力部材が軸方向に移動して、前記軸受の軌道輪周面に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するとき入力部材から出力部材への動力伝達が遮断され、前記クラッチ溝に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するときクラッチ転動体がクラッチ溝に係合して入力部材から出力部材への動力伝達が可能となるものとしても良い。この場合に、前記軸受は例えば転がり軸受であっても良い。
【００１３】
この発明において、前記クラッチ転動体は、ばねによって径方向に付勢されるものとしても良い。
【００１４】
この発明において、前記クラッチ溝の断面形状は台形であるのが望ましい。
【００１５】
この発明において、前記クラッチ溝における前記非溝面または前記軸受の軌道輪周面に隣接する端部の溝底面が、非溝面または軸受の軌道輪周面に向けてなだらかに傾斜するテーパ面とされるのが望ましい。このように、クラッチ溝の端部の溝底面をテーパ面とした場合、クラッチ溝に対するクラッチ転動体の径脱を円滑に行わせることができる。
【００１６】
この発明において、前記クラッチ転動体はボールであっても良いし、ピンであっても良い。
【００１７】
この発明において、前記クラッチ転動体の設置位置を軸方向に並ぶ複数位置としても良い。このようにクラッチ転動体の設置位置を複数位置とした場合、動力伝達のトルク容量を増加させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
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操舵軸駆動用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操舵軸駆動用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、前記操舵軸駆動用モータから前記操舵軸に動力を伝達する動力伝達機構を設けると共に、動力伝達機構の途中に、動力を伝達する状態と遮断する状態とに切り換える切換手段を設け、この切換手段が、軸方向に並べられ互いに端部が接触して軸方向に移動可能かつ相対回転可能な入力部材および出力部材と、これら入力部材および出力部材の一方に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝と、前記入力部材および出力部材の他方に設けられ入力部材および出力部材の軸方向移動により前記クラッチ溝に径方向に弾性体により付勢されて係脱するクラッチ転動体とを有するクラッチ機構を備えるものとしたため、動力伝達機構での動力伝達と遮断の切り換えを短時間にかつ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】（Ａ）図２のIV部分の拡大断面図であって、同操舵駆動部における正常動作時の状態を示し、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構を示す拡大断面図である。
【図５】（Ａ）は図２のＶ部分の拡大断面図であって、同操舵駆動部における正常動作時の状態を示し、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構の拡大断面図である。
【図６】（Ａ）は図４（Ａ）と同部分における転舵モータ失陥時の部分拡大断面図、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構の拡大断面図である。
【図７】（Ａ）は図５（Ａ）と同部分における転舵モータ失陥時の部分拡大断面図、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構の拡大断面図である。
【図８】（Ａ）は同実施形態のステアバイワイヤ式操舵装置におけるクラッチ機構を応用した提案例におけるクラッチ離脱状態を示す部分拡大断面図、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構の拡大断面図である。
【図９】（Ａ）は同提案例でのクラッチ結合状態を示す部分拡大断面図、（Ｂ）は同部分におけるクラッチ機構の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
前記転舵機構１５は、操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動用モータの１つである転舵モータ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。
【００２４】
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。
【００２５】
前記トー角調整機構１６は、操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動用モータの他の１つである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３３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。
【００２６】
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３５Ａ，３５Ｂ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、トー角調整用モータ７の回転出力をトー角調整動力伝達機構２８から転舵動力伝達機構１８へ切り換え伝達するクラッチ機構５１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、油圧シリンダ、またはエアシリンダからなり、その作動ロッド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の作動ロッド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、これにより作動ロッド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。
【００２９】
切換手段１７の前記クラッチ機構５１は、図４（Ａ）に拡大して示すように、入力部材となる前記第２の中間軸３８と、出力部材となる前記第１の中間軸３７およびこの中間軸３７に対して一体に回転可能に結合され第２の中間軸３８の外周に嵌合する嵌合孔５３を有する前記第２の中間ギヤ２１Ｂと、この中間ギヤ２１Ｂの嵌合孔５３の一部に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝２１Ｂａと、入力部材となる前記第２の中間軸３８に設けられ前記両中間軸３７，３８の軸方向移動により前記クラッチ溝２１Ｂａに係脱するクラッチ転動体５４とを有する。クラッチ溝２１Ｂａは断面形状が台形とされる。クラッチ転動体５４はボールからなり、図４（Ｂ）に断面図で示すように、第２の中間軸３８に径方向に貫通して形成される収容孔５５内に収容され、ばねなどの弾性体５６により外径方向に付勢されている。なお、クラッチ機構５１の他の構成として、クラッチ転動体５４を中間ギヤ２１Ｂ側に設け、クラッチ溝２１Ｂａを第２の中間軸３８側に設けても良い。
【００３０】
第２の中間ギヤ２１Ｂの嵌合孔５３には、クラッチ溝２１Ｂａの軸方向左側に隣接して部材中心軸であるギヤ中心軸と同心の円筒面からなる断面円形の非溝面５７が設けられ、図４（Ａ）のように前記非溝面５７に対向する位置に前記クラッチ転動体５４が位置するとき、第２の中間軸３８から第２の中間ギヤ２１Ｂへの動力伝達が遮断される。また、前記クラッチ溝２１Ｂａに対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体５４が位置すると、クラッチ転動体５４の位相とクラッチ溝２１Ｂａの位相が一致したところで、弾性体５６による外径側への付勢でクラッチ転動体５４がクラッチ溝２１Ｂａに係合して第２の中間軸３８から第２の中間ギヤ２１Ｂへの動力伝達が可能となるようにされる。ここでは、第２の中間ギヤ２１Ｂの嵌合孔５３に転がり軸受５８を設けることで、この転がり軸受５８の回転側軌道輪の周面を前記非溝面５７としている。これにより、クラッチ転動体５４が非溝面５７に対向する軸方向位置にある動力伝達が遮断の状態でも、第２の中間軸３８に外嵌する第２の中間ギヤ２１Ｂの回転を円滑に行わせることができる。また、クラッチ溝２１Ｂａにおける前記非溝面５７に隣接する端部の溝底面は非溝面５７に向けてなだらかに傾斜するテーパ面とされている。これにより、クラッチ転動体５４が非溝面５７に対向する位置からクラッチ溝２１Ｂａに係合するまでの動作を円滑に行わせることができる。
【００３１】
クラッチ機構５１の前記クラッチ溝２１Ｂａは、第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａがスプライン嵌合する雌スプライン歯に兼用される。この場合のスプライン嵌合を、上記したクラッチ機構５１と同じ構成としても良いが、前記スプライン歯３７ａは後述するように嵌合状態から嵌合解除へと変化するだけで、嵌合へ移行する動作は行われないので、スプライン嵌合であっても動作の確実性に影響は及ぼさない。第２の中間ギヤ２１Ｂの嵌合孔５３には、さらにクラッチ溝２１Ｂａの軸方向右側に隣接して、前記スプライン歯３７ａの退避空間２１Ｂｂが設けられる。これにより、クラッチ転動体５４がクラッチ溝２１Ｂａに係合して第２の中間軸３８から第２の中間ギヤ２１Ｂへの動力伝達が可能となった状態で、第２の中間ギヤ２１Ｂは第１の中間軸３７から切り離される。
【００３２】
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３８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、第３の中間軸４５に対してトー角調整動力伝達機構２８における第２の中間ギヤ３１Ｂを結合・切り離しさせる第２のクラッチ機構５２とでなる。第３の中間軸４５と第２の中間軸３８の互いに対向する軸端間にはスラスト軸受４１（図５（Ａ））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。
【００３３】
第２のクラッチ機構５２は、図４に示したクラッチ機構５１と略同様の構成である。すなわち、図５（Ａ）に拡大して示すように、入力部材となる前記第３の中間軸４５と、出力部材となる前記第２の中間軸３８およびこの中間軸３８に対して一体に回転可能に結合され第３の中間軸４５の外周に嵌合する嵌合孔５９を有するトー角調整動力伝達機構２８の第２の中間ギヤ３１Ｂと、この中間ギヤ３１Ｂの嵌合孔５９の一部に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝３１Ｂａと、入力部材となる前記第３の中間軸４５に設けられ前記両中間軸３８，４５の軸方向移動により前記クラッチ溝３１Ｂａに係脱するクラッチ転動体６０とを有する。クラッチ溝３１Ｂａは断面形状が台形とされる。クラッチ転動体６０はボールからなり、図５（Ｂ）に断面図で示すように、第３の中間軸４５に径方向に貫通して形成される収容孔６１内に収容され、ばねなどの弾性体６２により外径方向に付勢されている。なお、第２のクラッチ機構５２の他の構成として、クラッチ転動体６０を中間ギヤ３１Ｂ側に設け、クラッチ溝３１Ｂａを第３の中間軸４５側に設けても良い。
【００３４】
第２の中間ギヤ３１Ｂの嵌合孔５９には、クラッチ溝３１Ｂａの図の軸方向左側に隣接して断面円形の非溝面６３が設けられ、図５（Ａ）のように前記非溝面６３に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体６０が位置するとき、第３の中間軸４５に対して第２の中間ギヤ３１Ｂが切り離される。また、前記クラッチ溝３１Ｂａに対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体６０が位置すると、クラッチ転動体６０の位相とクラッチ溝３１Ｂａの位相が一致したところで、弾性体６２による外径側への付勢でクラッチ転動体６０がクラッチ溝３１Ｂａに係合して第３の中間軸４５に対して第２の中間ギヤ３１Ｂが結合され、トー角調整動力伝達機構２８が固定される。ここでは、第３の中間ギヤ３１Ｂの嵌合孔５９に転がり軸受６４を設けることで、この転がり軸受６４の回転側軌道輪の周面を前記非溝面６３としている。これにより、クラッチ転動体６０が非溝面６３に対向する軸方向位置にある切り離し状態でも、第２の中間軸３８に外嵌する第２の中間ギヤ３１Ｂの回転を円滑に行わせることができる。また、クラッチ溝３１Ｂａにおける前記非溝面６３に隣接する端部の溝底面は非溝面６３に向けてなだらかに傾斜するテーパ面とされている。これにより、クラッチ転動体６０が非溝面６３に対向する位置からクラッチ溝３１Ｂａに係合するまでの動作を円滑に行わせることができる。
【００３５】
第２のクラッチ機構５２の前記クラッチ溝３１Ｂａは、第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂがスプライン嵌合する雌スプライン歯に兼用される。この場合のスプライン嵌合を、上記したクラッチ機構５２と同じ構成としても良いが、前記スプライン歯３８ｂは後述するように嵌合状態から嵌合解除へと変化するだけで、嵌合へ移行する動作は行われないので、スプライン嵌合であっても動作の確実性に影響は及ぼさない。第２の中間軸３８が貫通するハウジング１９の中間軸貫通孔６５には、第２の中間ギヤ３１Ｂにおけるクラッチ溝３１Ｂａの軸方向右側に隣接して、前記スプライン歯３８ｂの退避空間６５ａが設けられる。これにより、クラッチ転動体６０がクラッチ溝３１Ｂａに係合した状態で、第２の中間ギヤ３１Ｂは第３の中間軸３７に連結され、トー角調整動力伝達機構２８は固定状態となる。
【００３６】
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（Ａ）に拡大して示すように、第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａがクラッチ機構５２のクラッチ溝２１Ｂａ、つまり転舵動力伝達機構１８の第２の中間ギヤ２１Ｂの嵌合孔５３のクラッチ溝２１Ａａにスプライン嵌合している。また、図５（Ａ）に拡大して示すように、第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂが第２のクラッチ機構５２のクラッチ溝３１Ｂａ、つまりトー角調整動力伝達機構２８の第２の中間ギヤ３１Ｂのクラッチ溝３１Ｂａにスプライン嵌合している。
【００３７】
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（Ａ）に拡大して示すように、それまでクラッチ機構５１のクラッチ溝２１Ｂａに嵌合していた第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａが嵌合解除され、これに代わって第２の中間軸３８のクラッチ転動体５４が第２の中間ギヤ２１Ｂのクラッチ溝２１Ｂａに係合する。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（Ａ）に拡大して示すように、それまで第２の中間ギヤ３１Ｂのクラッチ溝３１Ｂａに嵌合していた第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂが嵌合解除され、これに代わって第３の中間軸４５のクラッチ転動体５４が第２の中間ギヤ３１Ｂのクラッチ溝３１Ｂａに係合する。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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１および第２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のクラッチ溝２１Ｂａから第１の中間軸３７のスプライン歯３７ａが嵌合解除される代わりに、第２の中間軸３８のクラッチ転動体５４が前記中間ギヤ２１Ｂのクラッチ溝２１Ｂａに係合し、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に切り換えられる。
【００４１】
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のクラッチ溝３１Ｂａから第２の中間軸３８のスプライン歯３８ｂ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のクラッチ転動体６０が前記中間ギヤ３１Ｂのクラッチ溝３１Ｂａに係合し、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。
【００４２】
上記切換動作では、クラッチ溝２１Ｂａへのクラッチ転動体５４の係脱を行う第１のクラッチ機構５１と、クラッチ溝３１Ｂａへのクラッチ転動体６０の係脱を行う第２のクラッチ機構５２とを用いているので、クラッチ転動体５４，６０の位相と対応するクラッチ溝２１Ｂａ，３１Ｂａの位相が一致したところで、クラッチ溝２１Ｂａ，３１Ｂａへクラッチ転動体５４，６０が係合することになり、その切換動作において、位相を揃える必要がなく、時間を短縮して確実に切換動作を行うことができる。
【００４３】
また、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。
【００４４】
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。
【００４５】
この実施形態では、切換手段１７のクラッチ機構５１において、クラッチ転動体５４を軸方向の一箇所に設置した例を示したが、軸方向に並ぶ複数位置にクラッチ転動体５４を配置することで、動力伝達のトルク容量を増加させるようにしても良い。切換手段１７の固定機構４３における第２のクラッチ機構５２についても同様である。
【００４６】
図８および図９は、上記発明のステアバイワイヤ式操舵装置におけるクラッチ機構５１，５２を他の動力伝達装置に用いた提案例を示す。この動力伝達装置では、図８（Ａ）に示すように、回転軸７０に固定されたギヤ７１が、転がり軸受７２を介してハウジング７３に支持されており、その回転軸７０の軸端部に回転軸７０をハウジング７３に対して選択的に固定するクラッチ機構７４が設けられている。クラッチ機構７４は、前記回転軸７０と、前記ハウジング７３にボルト７５，７６で固定され、回転軸７０が軸方向移動自在に嵌合する嵌合孔７８を有する筒部材７７と、この筒部材７７の嵌合孔７８に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝７９と、回転軸７０に設けられたクラッチ転動体８０とを有する。クラッチ溝７９は図８（Ｂ）に示すような断面台形の形状とされている。
【００４７】
筒部材７７内には前記回転軸７０の一端に対向する回転軸受け部材８１が収容され、ばね８２により回転軸７０の一端にスラスト軸受８３を介して押し当てられている。回転軸７０の他端には、図示しない直動アクチュエータなどの加圧手段が設けられ、これによりギヤ７１は軸方向に移動自在でかつ回転可能に支持されている。クラッチ転動体８０はボールからなり、回転軸７０に径方向に貫通して設けられた転動体収容孔７０ａに収容され、ばね８４により外径側に付勢されている。また、筒部材７７の嵌合孔７８には、前記クラッチ溝７９と軸方向に隣接する転がり軸受８５が設けられ、この転がり軸受８５の回転側軌道輪の周面がクラッチ溝７８に隣接する非溝面８６とされている。
【００４８】
この動力伝達装置では、前記加圧手段により回転軸７０が軸方向に加圧されない状態において、図８（Ａ）のように、クラッチ転動体８０は前記筒部材７７における非溝面８６に対向する軸方向位置にある。この状態では、図８（Ｂ）のようにクラッチ転動体８０がクラッチ溝７９に係合していないので、ギヤ７１は回転自在となる。この状態から、前記加圧手段により回転軸７０が押されて図９（Ａ）のように同図の左側軸方向に移動すると、クラッチ転動体８０は筒部材７７のクラッチ溝７９に対向する軸方向位置に来る。この状態では、図９（Ｂ）のようにクラッチ転動体８０がクラッチ溝７９に係合するので、ギヤ７１は回転不能に固定される。
この場合も、クラッチ転動体８０とクラッチ溝７９の位相が一致したとろで、クラッチ転動体８０がクラッチ溝７９に係合するので、動力伝達の切換動作において、クラッチ転動体８０とクラッチ溝７９の位相を揃える必要がなく、切換動作を短時間にかつ確実に行うことができる。
【符号の説明】
【００４９】
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
２１Ｂａ…クラッチ溝
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
３１Ｂａ…クラッチ溝
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
５１，５２…クラッチ機構
５３…嵌合孔
５４…クラッチ転動体
５６…弾性体
５７…非溝面
５８…転がり軸受
５９…嵌合孔
６０…クラッチ転動体
６２…弾性体
６３…非溝面
６４…転がり軸受
【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操舵軸駆動用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操舵軸駆動用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、
前記操舵軸駆動用モータから前記操舵軸に動力を伝達する動力伝達機構を設けると共に、動力伝達機構の途中に、動力を伝達する状態と遮断する状態とに切り換える切換手段を設け、この切換手段は、軸方向に並べられ互いに端部が接触して軸方向に移動可能かつ相対回転可能な入力部材および出力部材と、これら入力部材および出力部材の一方に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝と、前記入力部材および出力部材の他方に設けられ入力部材および出力部材の軸方向移動により前記クラッチ溝に径方向に弾性体により付勢されて係脱するクラッチ転動体とを有するクラッチ機構を備える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、前記入力部材および出力部材のいずれか一方の部材が軸部材であり、他方の部材が、軸部材とこの軸部材に対して一体に回転可能に結合されかつ前記一方の部材の外周に軸方向相対移動自在に嵌合する嵌合孔を有する部材とでなる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、前記動力伝達機構として、前記操舵軸駆動用モータの１つである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、前記操舵軸駆動用モータの他の１つである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、前記転舵モータが失陥したとき、前記切換手段のクラッチ機構によって前記トー角調整用モータの動力を転舵動力伝達機構に伝達し、トー角調整用モータで転舵を行うものとしたステアバイワイヤ式操作装置。
【請求項４】
請求項３において、前記切換手段は前記クラッチ機構と同じ構成であって前記出力部材材が装置ハウジングに対して回転不能で軸方向に移動自在に支持された第２のクラッチ機構を有し、トー角調整用モータで転舵を行うとき、前記切換手段の第２のクラッチ機構によって、前記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５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記クラッチ機構における入力部材および出力部材のうち前記クラッチ溝が設けられた部材には、クラッチ溝と軸方向に隣接して部材中心軸と同軸心の断面円形の非溝面が設けられ、外力により入力部材および出力部材が軸方向に移動して、前記非溝面に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するとき入力部材から出力部材への動力伝達が遮断され、前記クラッチ溝に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するときクラッチ転動体がクラッチ溝に係合して入力部材から出力部材への動力伝達が可能となるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記クラッチ機構における入力部材および出力部材のうち前記クラッチ溝が設けられた部材には、クラッチ溝と軸方向に隣接して軸受が設けられ、外力により入力部材および出力部材が軸方向に移動して、前記軸受の軌道輪周面に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するとき入力部材から出力部材への動力伝達が遮断され、前記クラッチ溝に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するときクラッチ転動体がクラッチ溝に係合して入力部材から出力部材への動力伝達が可能とな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、前記軸受が転がり軸受であるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記クラッチ転動体はばねによって径方向に付勢されているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記クラッチ溝の断面形状が台形であるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１０】
請求項５ないし請求項９のいずれか１項において、前記クラッチ溝における前記非溝面または前記軸受の軌道輪周面に隣接する端部の溝底面が非溝面または軸受の軌道輪周面に向けてなだらかに傾斜するテーパ面とされているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記クラッチ転動体がボールであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記クラッチ転動体がピンであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記クラッチ転動体の設置位置を軸方向に並ぶ複数位置と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操舵軸駆動用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操舵軸駆動用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、
前記操舵軸駆動用モータから前記操舵軸に動力を伝達する動力伝達機構を設けると共に、動力伝達機構の途中に、動力を伝達する状態と遮断する状態とに切り換える切換手段を設け、この切換手段は、軸方向に並べられ互いに端部が接触して軸方向に移動可能かつ相対回転可能な入力部材および出力部材と、これら入力部材および出力部材の一方に軸方向に延びて設けられたクラッチ溝と、前記入力部材および出力部材の他方に設けられ入力部材および出力部材の軸方向移動により前記クラッチ溝に径方向に弾性体により付勢されて係脱するクラッチ転動体とを有するクラッチ機構を備える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、前記入力部材および出力部材のいずれか一方の部材が軸部材であり、他方の部材が、軸部材とこの軸部材に対して一体に回転可能に結合されかつ前記一方の部材の外周に軸方向相対移動自在に嵌合する嵌合孔を有する部材とでなる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、前記動力伝達機構として、前記操舵軸駆動用モータの１つである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、前記操舵軸駆動用モータの他の１つである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、前記転舵モータが失陥したとき、前記切換手段のクラッチ機構によって前記トー角調整用モータの動力を転舵動力伝達機構に伝達し、トー角調整用モータで転舵を行うものとしたステアバイワイヤ式操作装置。
【請求項４】
請求項３において、前記切換手段は前記クラッチ機構と同じ構成であって前記出力部材材が装置ハウジングに対して回転不能で軸方向に移動自在に支持された第２のクラッチ機構を有し、トー角調整用モータで転舵を行うとき、前記切換手段の第２のクラッチ機構によって、前記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５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記クラッチ機構における入力部材および出力部材のうち前記クラッチ溝が設けられた部材には、クラッチ溝と軸方向に隣接して部材中心軸と同軸心の断面円形の非溝面が設けられ、外力により入力部材および出力部材が軸方向に移動して、前記非溝面に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するとき入力部材から出力部材への動力伝達が遮断され、前記クラッチ溝に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するときクラッチ転動体がクラッチ溝に係合して入力部材から出力部材への動力伝達が可能となるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記クラッチ機構における入力部材および出力部材のうち前記クラッチ溝が設けられた部材には、クラッチ溝と軸方向に隣接して軸受が設けられ、外力により入力部材および出力部材が軸方向に移動して、前記軸受の軌道輪周面に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するとき入力部材から出力部材への動力伝達が遮断され、前記クラッチ溝に対向する軸方向位置に前記クラッチ転動体が位置するときクラッチ転動体がクラッチ溝に係合して入力部材から出力部材への動力伝達が可能とな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、前記軸受が転がり軸受であるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記クラッチ転動体はばねによって径方向に付勢されているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記クラッチ溝の断面形状が台形であるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１０】
請求項５ないし請求項９のいずれか１項において、前記クラッチ溝における前記非溝面または前記軸受の軌道輪周面に隣接する端部の溝底面が非溝面または軸受の軌道輪周面に向けてなだらかに傾斜するテーパ面とされているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記クラッチ転動体がボールであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記クラッチ転動体がピンであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記クラッチ転動体の設置位置を軸方向に並ぶ複数位置と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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２３５８３４（Ｐ２０１１−２３５８３４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０９３６（Ｐ２０１０−１１０９３６）
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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