(57)【要約】【課題】  入力軸及び出力軸用の角度検出器を殊更設けることなく、入力軸及び出力軸の回転角度を検出することができるようにする。【解決手段】  操舵手段に繋がる入力軸１と、キャリア１３を有する差動機構Ａにより入力軸１に連動連結され、舵取機構に繋がる出力軸２と、回転子３１及び該回転子３１の位置を検出する第１の位置検出器３２を有し、キャリア１３を回転させる第１の電動モータ３と、回転子４１及び該回転子４１の位置を検出する第２の位置検出器４２を有し、出力軸２に加わるトルクに応じて入力軸１に所要のトルクを加える第２の電動モータ４とを備えており、第１及び第２の位置検出器３２，４２により入力軸１及び出力軸２の回転角度を検出することができるようにした。【選択図】      図１
2006273295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵手段に繋がる入力軸と、該入力軸に差動機構により連動連結され、舵取機構に繋がる出力軸と、前記差動機構の一部を回転させる第１のアクチュエータと、前記出力軸に加わるトルクに応じて前記入力軸に所要のトルクを加える第２のアクチュエータとを備える車両用操舵装置において、前記第１及び第２のアクチュエータは、回転子の回転位置を検出する第１、第２の位置検出器を有する第１、第２の電動モータを備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記第１の電動モータと前記差動機構との間に第１の減速機構を有しており、前記第２の電動モータと前記入力軸との間に第２の減速機構を有しており、前記第１及び第２の位置検出器が各検出した検出位置と、前記第１の減速機構の減速比及び前記第２の減速機構の減速比とに基づいて前記入力軸及び出力軸の回転角度を算出する算出手段を備える請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記入力軸の周りで、且つ該入力軸の前記差動機構との連動連結箇所より前記操舵手段側に、前記入力軸に加わるトルクを検出するトルクセンサを備える請求項１又は２記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は操舵手段に繋がる入力軸及び舵取機構に繋がる出力軸を差動機構が連動連結してなる車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
差動機構を備える車両用操舵装置は、ステアリングホイールに繋がる入力軸に設けられた太陽歯車と、該太陽歯車に噛合する遊星歯車と、前記太陽歯車と同軸上に配置され、前記遊星歯車を公転が自在に支持するキャリアと、該キャリアの中心部に結合され、舵取機構に繋がる出力軸と、該出力軸と同軸上で回転が自在であり前記遊星歯車に噛合する内歯車と、該内歯車の外周部に設けられた外歯体に噛合する駆動歯車を有する差動用の電動モータとを備え、前記ステアリングホイールの操作により、前記入力軸、太陽歯車、遊星歯車及び出力軸を経て舵取機構を動作させ、また、前記電動モータの駆動により前記内歯車を回転させ、前記キャリアに繋がる出力軸を経て舵取機構を増速動作させるように構成されている（例えば、特許文献１。）。
【０００３】
また、特許文献１の車両用操舵装置は、入力軸の回転角度を検出する第１の検出器と、出力軸の回転角度を検出する第２の検出器とを備え、第１及び第２の検出器が検出した検出値等に基づいて第１及び第２の電動モータの駆動回路を制御し、入力軸の回転角度に対する出力軸の回転角度を補償するように構成されている。
【０００４】
また、差動機構及び差動用の電動モータを備える車両用操舵装置として、ステアリングホイールに繋がる入力軸に伝動歯車が設けられており、該伝動歯車に噛合する駆動歯車に連動連結された出力軸を有し、該出力軸に加わるトルクに応じて前記入力軸に所要のトルクを加える反力用の電動モータを備える車両用操舵装置も知られている。尚、反力用の電動モータは、差動用の電動モータにより出力軸が増速回転された場合等、入力軸に加わる操舵トルクが適正操舵トルクより変わるときに駆動され、出力軸に加わるトルクに応じて入力軸に所要のトルクを加え、適正操舵トルクが得られるようにトルクを修正するものである。
【特許文献１】特開２００３−３１２４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１のように差動機構を備える車両用操舵装置にあっては、入力軸の回転角度を検出する第１の検出器と、出力軸の回転角度を検出する第２の検出器とを必要とするため、該検出器自体のコスト、検出器の組込作業等により車両用操舵装置のコストが高くなり、また、車両へ搭載する場合の配設スペースを確保し難いという問題があった。
【０００６】
また、差動機構、差動用及び反力用の電動モータを備える車両用操舵装置にあっても、入力軸の回転角度を検出する第１の検出器と、出力軸の回転角度を検出する第２の検出器とを必要とするため、特許文献１と同様の問題があった。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は入力軸及び出力軸用の角度検出器を殊更設けることなく、入力軸及び出力軸の回転角度を検出することができる車両用操舵装置を提供することにある。また、他の目的は、入力軸に加わるトルクを、差動機構による回転摩擦抵抗の影響を小さくして精度のよいトルクを検出することができる車両用操舵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係る車両用操舵装置は、操舵手段に繋がる入力軸と、該入力軸に差動機構により連動連結され、舵取機構に繋がる出力軸と、前記差動機構の一部を回転させる第１のアクチュエータと、前記出力軸に加わるトルクに応じて前記入力軸に所要のトルクを加える第２のアクチュエータとを備える車両用操舵装置において、前記第１及び第２のアクチュエータは、回転子の回転位置を検出する第１、第２の位置検出器を有する第１、第２の電動モータを備えることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る車両用操舵装置は、前記第１の電動モータと前記差動機構との間に第１の減速機構を有しており、前記第２の電動モータと前記入力軸との間に第２の減速機構を有しており、前記第１及び第２の位置検出器が各検出した検出位置と、前記第１の減速機構の減速比及び前記第２の減速機構の減速比とに基づいて前記入力軸及び出力軸の回転角度を算出する算出手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係る車両用操舵装置は、前記入力軸の周りで、且つ該入力軸の前記差動機構との連動連結箇所より前記操舵手段側に、前記入力軸に加わるトルクを検出するトルクセンサを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明にあっては、入力軸に繋がる操舵手段の操作により差動機構を介して出力軸が回転する。この場合、入力軸の回転角度より出力軸の回転角度が小さく、高速走行時に舵取機構の動作量が少なくなるとき、第１及び第２の電動モータは駆動制御されないため、入力軸及び出力軸の回転角度は検出されない。そして、入力軸の回転角度、入力軸に加わるトルク、車速等により第１の電動モータが駆動された場合、該電動モータの回転子の位置が第１の位置検出器により検出されるとともに、差動機構の一部が回転し、出力軸が入力軸に対して増速回転し、さらに、第２の電動モータが駆動され、該電動モータの回転子の位置が第２の位置検出器により検出されるとともに、入力軸が回転する。この入力軸を回転させる第２の電動モータの第２の位置検出器が検出した検出位置が入力軸の回転角度となる。また、出力軸を回転させる第１の電動モータの第１の位置検出器が検出した検出位置が出力軸の回転角度となり、入力軸及び出力軸の位相差を検出することができる。このように第１及び第２の電動モータが有する位置検出器により入力軸及び出力軸の位相差を検出することができるため、入力軸及び出力軸用の角度検出器を殊更設ける必要がなく、入力軸側及び出力軸側に位置検出器が必要であったものに比べて構造を簡単にでき、コストを低減できる。
【００１２】
第２発明にあっては、第１の電動モータの回転速度が第１の減速機構により減速され、差動機構から出力軸に伝動されることになり、また、第２の電動モータの回転速度が第２の減速機構により減速され、入力軸に伝動されることになるため、第１及び第２の位置検出器の分解能を高精度にでき、入力軸及び出力軸の位相差を高精度に検出することができる。
【００１３】
第３発明にあっては、入力軸に加わるトルクを検出するトルクセンサが、入力軸の差動機構との連動連結箇所より出力軸と反対側に設けられているため、差動機構による回転摩擦抵抗の影響を小さくして精度のよいトルクを検出することができ、この検出したトルク等に基づいて第１及び第２の電動モータを制御する場合の制御精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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実施の形態１の構成を示す断面図、図２は要部の拡大断面図、図３はキャリア部分の模式的斜視図である。
【００１５】
この車両用操舵装置は、操舵手段としてのステアリングホイールにその一端部が繋がる入力軸１と、該入力軸１の他端部に差動機構Ａによりその一端部が連動連結され、その他端部が例えばラックピニオン式の舵取機構に繋がる出力軸２と、該出力軸２を入力軸１に対して増速回転させる第１のアクチュエータとしての第１の電動モータ３と、出力軸２に加わるトルクに応じて入力軸１に所要のトルクを加える反力用の、換言すれば、入力軸１に加わるトルクが適正トルクより変わるとき、入力軸１に加わるトルクと同方向の反力トルクを入力軸１に加える第２のアクチュエータとしての第２の電動モータ４と、第１及び第２の電動モータ３，４の駆動回路３ａ，４ａを制御する制御部５とが設けられている。
【００１６】
入力軸１及び出力軸２は同軸上に離隔配置されている。入力軸１はその一端部がステアリングホイールに繋がる円筒形の第１軸体１ａと、その一端部が第１軸体１ａの他端部に回転自在に外嵌され、その他端部に後記する第１の太陽歯車が設けられている第２軸体１ｂと、該第２軸体１ｂの一端部に外嵌固定され、その外周部に第２の大歯車６が一体に設けられた第３軸体１ｃと、第１軸体１ａ及び第２軸体１ｂを連動連結し、ステアリングホイールの操作力によって捩れるトーションバー１ｄとを有しており、第１軸体１ａ及び第３軸体１ｃが軸受によりハウジング７に回転自在に支持されている。また、出力軸２は軸受によりハウジング７に回転自在に支持されている。
【００１７】
入力軸１の外周りで、且つ入力軸１の差動機構Ａとの連動連結箇所（後記する第１の太陽歯車９との連動連結箇所）より出力軸２と反対側に、入力軸１に加わるトルクを検出するトルクセンサ８が設けられている。
【００１８】
このトルクセンサ８は、第１軸体１ａ及び第３軸体１ｃの周りに配置され、その端面に矩形の歯部が周方向に形成されている２つの磁性リング８ａ，８ｂ、及び該磁性リング８ａ，８ｂの外周りに配置され、磁束を発生するコイル８ｃを有しており、トーションバー１ｄの捩じれに対応して磁性リング８ａ，８ｂが相対回転したとき、前記歯部の対向面積が変化し、コイル８ｃのインピーダンスが変化することにより前記トルクを検出するように構成されている。
【００１９】
差動機構Ａは、入力軸１の他端部に一体に設けられた第１の太陽歯車９と、出力軸２の一端部に一体に設けられた第２の太陽歯車１０と、第１の太陽歯車９に噛合する複数の第１の遊星歯車１１と、該第１の遊星歯車１１と同軸上で一体に回転し、第２の太陽歯車１０に噛合する第２の遊星歯車１２と、第１及び第２の遊星歯車１１，１２を支持するキャリア１３とを備える。
【００２０】
第１及び第２の遊星歯車１１，１２は、同軸上に一体に形成されており、中心部を貫通する貫通孔に軸体１１ａが嵌入されており、該軸体１１ａの両端部が、針状ころ軸受を介してキャリア１３に回転自在に支持されている。
【００２１】
第１及び第２の遊星歯車１１，１２と、第１及び第２の太陽歯車９，１０とは平歯車を用いてなり、入力軸１の回転を出力軸２に伝動する場合に出力軸２に加わるトルクと、入力軸１に加わるトルクとのトルク比は、１：０．７〜０．９の適宜のトルク比に設定されている。このトルク比は、
（Ｚ１÷Ｚ２）×（Ｚ３÷Ｚ４）
の式により算出する。但し、Ｚ１は第１の太陽歯車９の歯数、Ｚ２は第１の遊星歯車１１の歯数、Ｚ３は第２の遊星歯車１２の歯数、Ｚ４は第２の太陽歯車１０の歯数である。尚、トルク比の１：０．７〜０．９は、第１及び第２の電動モータ３，４の回転速度、キャリア１３の回転速度、第１及び第２の電動モータ３，４の消費電力等に基づいて決められる。
【００２２】
キャリア１３は針状ころ軸受を介して入力軸１の外周部に回転が自在に嵌合支持される環状の第１板部１３ａと、針状ころ軸受を介して出力軸２の外周部に回転が自在に嵌合支持される環状の第２板部１３ｂと、第１板部１３ａ及び第２板部１３ｂの外周部の複数箇所を連結する連結部材１３ｄ，１３ｄと、第１板部１３ａの外周部に連なり、第１の遊星歯車１１の外側に配置された円筒部１３ｃとを有する。また、中心軸線方向の一側となる第１板部１３ａの外周部には平歯車からなる環状の第１の大歯車１４が一体に設けられており、また、中心軸線方向の他側となる円筒部１３ｃ及び、第２板部１３ｂの外周部には針状ころ軸受１５，１６が外嵌されており、該針状ころ軸受１５，１６によりキャリア１３が片持でハウジング７内に回転自在に支持されている。尚、連結部材１３ｄ，１３ｄは、該連結部材１３ｄ，１３ｄ及び第１板部１３ａ、第２板部１３ｂの夫々を貫通する螺子１３ｅ，１３ｅにより連結されている。
【００２３】
第１の電動モータ３は、入力軸１及び出力軸２と平行的に配置される回転子３１及び該回転子３１の位置を検出する第１の位置検出器３２を有し、第１の位置検出器３２及び半導体スイッチにより電子的に整流を行うブラシレスＤＣモータからなり、駆動回路３ａが制御部５に接続されている。回転子３１は同軸上に駆動軸３３が結合されており、該駆動軸３３の途中に設けられた第１の小歯車１７が第１の大歯車１４に噛合している。
【００２４】
第２の電動モータ４は、入力軸１及び出力軸２と平行的に配置される回転子４１及び該回転子４１の位置を検出する第２の位置検出器４２を有し、第２の位置検出器４２及び半導体スイッチにより電子的に整流を行うブラシレスＤＣモータからなり、駆動回路４ａが制御部５に接続されている。回転子４１は同軸上に駆動軸４３が結合されており、該駆動軸４３の途中に設けられた第２の小歯車１８が、入力軸１の途中に一体に設けられた第２の大歯車６に噛合している。
【００２５】
第１の大歯車１４及び第１の小歯車１７は第１の減速機構Ｂを構成しており、第２の大歯車６及び第２の小歯車１８は第２の減速機構Ｃを構成している。
【００２６】
第１の位置検出器３２は、駆動軸３３の外周部に固定され、回転子３１と一体に回転する検出回転子３２ａと、該検出回転子３２ａの周りに配置され、モータケース３４に保持された検出固定子３２ｂとを有するレゾルバからなり、検出回転子３２ａの回転位置の変化をインピーダンスの変化として検出固定子３２ｂで検出し、回転子３１の回転位置を検出するように構成されている。
【００２７】
第２の位置検出器４２は、駆動軸４３の外周部に固定され、回転子４１と一体に回転する検出回転子４２ａと、該検出回転子４２ａの周りに配置され、モータケース４４に保持された検出固定子４２ｂとを有するレゾルバからなり、検出回転子４２ａの回転位置の変化をインピーダンスの変化として検出固定子４２ｂで検出し、回転子４１の回転位置を検出するように構成されている。
【００２８】
第１及び第２の位置検出器３２，４２の検出固定子３２ｂ，４２ｂは制御部５に接続されており、第１及び第２の位置検出器３２，４２が検出した検出位置と、第１の減速機構Ｂの減速比及び第２の減速機構Ｃの減速比とに基づいて入力軸１及び出力軸２の回転角度を算出する算出手段が制御部５に設けられている。
【００２９】
制御部５はマイクロプロセッサを用いてなり、該制御部５の入力部にはトルクセンサ８、第１及び第２の位置検出器３２，４２が接続されており、出力部には第１及び第２の電動モータ３，４の駆動回路３ａ，４ａが接続されている。
【００３０】
入力軸１及び出力軸２は差動機構Ａにより連動連結されているため、入力軸１の回転角度θ1 及び出力軸２の回転角度θ2 は、
θ1 ＝θ5 ＝θ4 ×Ｃ’…………………(1) 
θ6 ＝θ3 ×Ｂ’…………………………(2) 
θ2 ＝（Ｙ×θ5 ）＋｛（１−Ｙ）×θ6 ｝……………(3) 
の式により算出する。但し、θ3 は第１の位置検出器３２が検出した検出位置（検出角度）、θ4 は第２の位置検出器４２が検出した検出位置（検出角度）、θ5 は第１の太陽歯車９の回転角度、θ6 はキャリア１３の回転角度、Ｂ’は第１の減速機構Ｂの減速比、Ｃ’は第２の減速機構Ｃの減速比、Ｙは第１の減速機構Ｂを経てキャリア１３に加わるトルクと第２の減速機構Ｃを経て第１の太陽歯車９に加わるトルクとのトルク比であり、このトルク比Ｙは前記したように１：０．７〜０．９である。
【００３１】
ハウジング７は、出力軸２が収容支持された小径筒部７１ａ、キャリア１３が収容支持された中径筒部７１ｂ及び第１，第２の小歯車１７，１８が収容支持された大径筒部７１ｃを有する第１筒体７１と、入力軸１及びトルクセンサ８が収容支持された第２筒体７２と、該第２筒体７２の一端部が収容された第３筒体７３と、第１筒体７１及び第３筒体７３を連結する環状の連結板７４とを備えている。
【００３２】
前記舵取機構は、ピニオンと、該ピニオンに噛合するラック歯を有し、その軸長方向への移動を可能とした転舵軸とを備えたラックピニオン式に構成されており、出力軸２にユニバーサルジョイント及び中間軸を介して前記ピニオンが連動連結され、前記転舵軸の両端部に操向輪が支持されている。
【００３３】
以上のように構成された車両用操舵装置は、ステアリングホイールが入力軸１を回転操作することにより第１の太陽歯車９、第１及び第２の遊星歯車１１，１２、第２の太陽歯車１０を経て出力軸２が入力軸１と等速度で回転する。また、制御部５から駆動回路３ａに出力される指令信号により第１の電動モータ３が駆動されることにより、第１の減速機構Ｂを経てキャリア１３が回転し、第１及び第２の遊星歯車１１，１２、第２の太陽歯車１０を経て出力軸２が増速回転する。この出力軸２の増速回転により、入力軸１に加わる操舵トルクが適正トルクより変わるとき、出力軸２に加わるトルク等に応じて制御部５から駆動回路４ａに出力される指令信号により第２の電動モータ４が駆動され、例えば入力軸１の回転方向と同方向への反力トルクが第２の減速機構Ｃを経て入力軸１に加えられ、出力軸２と入力軸１とのトルク比を１：０．７〜０．９の所定値に維持することができ、入力軸１に加わる操舵トルクを適正値に維持することができる。
【００３４】
第１及び第２の電動モータ３，４が駆動されるとき、回転子３１の回転位置は第１の位置検出器３２により検出され、回転子４１の回転位置は第２の位置検出器４２により検出される。第１及び第２の位置検出器３２，４２により検出された検出値は制御部５に入力され、該制御部５の算出手段により入力軸１の回転角度及び出力軸２の回転角度が算出され、入力軸１及び出力軸２の位相差を検出することができ、この位相差により、入力軸１に対する出力軸２の回転角度を修正することができる。
【００３５】
また、ステアリングホイールが入力軸１を回転操作することによりトーションバー１ｄが捩じれ、入力軸１にトルクが加わると、このトルクがトルクセンサ８により検出され、検出トルクが制御部５に入力され、制御部５から駆動回路３ａ，４ａに指令信号が出力され、入力軸１に加わるトルクに応じて第１及び第２の電動モータ３，４が駆動制御される。
【００３６】
実施の形態２
図４は本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態２の構成を示す模式図である。この車両用操舵装置は、同軸上に回転が自在に配置される入力軸１及び出力軸２と、出力軸２に回転自在に外嵌支持された太陽歯車２０と、該太陽歯車２０の外周りに回転が自在に配置され、入力軸１が同軸上に連動連結された内歯車２１と、太陽歯車２０及び内歯車２１に噛合する複数の遊星歯車２２と、該遊星歯車２２が支持され、出力軸２が同軸上に連動連結されたキャリア２３とを有する差動機構Ｄと、出力軸２の外周りに配置され、太陽歯車２０を回転させる第１の電動モータ２４と、入力軸１に加わる操舵トルクが適正操舵トルクより変わるときに駆動され、出力軸２に加わるトルク等に応じて入力軸１に所要のトルクを加える第２の電動モータ２５とを備える。
【００３７】
実施の形態２において、内歯車２１は内周部に歯を有する有底の円筒形をなしており、底部の中心部に入力軸１が結合されている。太陽歯車２０は円筒形の回転子２４ａと一体に形成されており、回転子２４ａの外周部に永久磁石２４ｂが設けられており、該永久磁石２４ｂの外周りに固定子２４ｃが設けられている。キャリア２３は円板形をなしており、回転中心と偏倚した二つの位置に遊星歯車２２，２２が等配支持されている。
【００３８】
差動機構Ｄの太陽歯車２０、内歯車２１及び遊星歯車２２は平歯車を用いてなり、太陽歯車２０の歯数Ｚ５を１１、内歯車２１の歯数Ｚ６を４５とすることにより、入力軸１の回転を出力軸２に伝動する場合に出力軸２に加わるトルクと、入力軸１に加わるトルクとのトルク比は
Ｚ６／（Ｚ６＋Ｚ５）
の式により算出する。
このトルク比は実施の形態１と同じく１：０．７〜０．９の適宜のトルク比に設定されている。
【００３９】
また、第１の電動モータ２４は、回転子２４ａの位置を検出する第１の位置検出器３２を有しており、第２の電動モータ２５は、回転子２５ａ及び該回転子２５ａの位置を検出する第２の位置検出器４２を有している。
【００４０】
実施の形態２にあっては、入力軸１を回転操作することにより内歯車２１、遊星歯車２２及びキャリア２３を経て出力軸２が減速回転する。また、制御部５から駆動回路に出力される指令信号により第１の電動モータ２４が駆動されることにより、太陽歯車２０、遊星歯車２２及びキャリア２３を経て出力軸２が増速回転する。この出力軸２の増速回転により、入力軸１に加わる操舵トルクが適正操舵トルクより変わるとき、出力軸２に加わるトルク等に応じて制御部５から駆動回路に出力される指令信号により第２の電動モータ２５が駆動され、例えば入力軸１の回転方向と同方向への反力トルクが入力軸１に加えられ、前記トルク比を１：０．７〜０．９の所定値に維持することができ、入力軸１に加わる操舵トルクを適正値に維持することができる。
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効果の説明を省略する。
【００４１】
尚、以上説明した実施の形態では第１及び第２の位置検出器３２，４２としてレゾルバを備える構成としたが、その他、ロータリエンコーダ、又は、ホール素子を備える構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態１の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態１の構成を示す要部の拡大断面図である。
【図３】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態１の構成を示すキャリア部分の模式的斜視図である。
【図４】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態２の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    入力軸
２    出力軸
Ａ    差動機構
３    第１の電動モータ（第１のアクチュエータ）
３１  回転子
３２  第１の位置検出器
４    第２の電動モータ（第２のアクチュエータ）
４１  回転子
４２  第２の位置検出器
Ｂ    第１の減速機構
Ｃ    第２の減速機構
５    制御部（算出手段）
８    トルクセンサ
【図１】
2006273295.tif 000003
【図２】
2006273295.tif 000004
【図３】
2006273295.tif 000005
【図４】
2006273295.tif 000006