(57)【要約】  【課題】入力軸と出力軸とが回転方向同一で異常発生時の回転数比が（１：１）に近い舵角比可変ステアリング装置を提供する。  【解決手段】同一の直線（イ）上に第１傘歯車１と第２傘歯車２とを配置し、第１傘歯車１に入力軸４を連結する一方、第２傘歯車２にはウォームホィール７を介してモータ８を連結し、第１傘歯車１および第２傘歯車２に噛み合う遊星傘歯車３を外周部に回転自在に支持する回転支持体１０ｘを第１傘歯車１と第２傘歯車２との間に配置し、第２傘歯車２の軸芯位置を貫通させた出力軸１１を回転支持体１０ｘに連結し、第１傘歯車１と第２傘歯車２との歯車比を３：１に設定し、異常発生時にアシスト軸６が固定された時の、入力軸４と出力軸１１との回転速度比を１：０．７５にし、かつ歯車比を大きくしたことにより遊星傘歯車３の軸心が入出力軸４，１１と直交する軸線に対して傾斜して形成される空間に前記ウォームホィール７を配置する。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の直線上に第１傘歯車と第２傘歯車とを配置し、前記第１傘歯車に入力軸を連結する一方、前記第２傘歯車にはウォームホィールを連結すると共に該ウォームホィールにはウォームを介してモータを連結し、前記第１傘歯車および前記第２傘歯車の双方に噛み合う遊星傘歯車を回転自在に支持する回転支持体を前記直線を中心として回転自在に支持し、該回転支持体には前記入力軸の延長線上に位置する出力軸を連結した舵角比可変ステアリング装置において、
前記回転支持体を前記第１傘歯車と前記第２傘歯車との間に配置し、前記回転支持体の外周部に前記遊星傘歯車を回転自在に支持し、前記第２傘歯車の軸芯位置を貫通させた前記出力軸を前記回転支持体に連結し、
前記第１傘歯車と前記第２傘歯車との歯車比を２：１〜４：１に設定し、
前記第２傘歯車の外周部に前記ウォームホィールを嵌合し、
前記歯車比を大きくしたことにより前記遊星傘歯車の軸心が前記入出力軸と直交する軸線に対して傾斜して前記第２傘歯車の半径方向外側に空間が形成され、該空間に前記ウォームホィールが配置されていることを特徴とする舵角比可変ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舵角比可変ステアリング装置に関し、異常発生時に差動歯車機構を構成するアシスト軸が回転不能になった場合でも、ノーマルのステアリング装置を設けた場合と同じ感覚で操舵を行うことができ、安全性が確保されるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のステアリング装置には、ハンドルの回転角度と操舵車輪の操舵角度との比を走行速度の大きさに応じて増減させるように設定した舵角比可変ステアリング装置がある。従来、舵角比可変ステアリング装置は、図５に示すように、差動歯車機構１２における右側の第１傘歯車１に入力軸４を介して左側のハンドル５を連結し、左側の第２傘歯車２に中空のアシスト軸６を介して左側のウォームホイール７を連結し、該ウォームホイール７にウォームギア９を介して上方のモータ８を連結し、第１傘歯車１，第２傘歯車２の双方と噛み合う遊星傘歯車３を回転自在に軸支する差動歯車箱１０に出力軸１１を連結して構成している。
【０００３】
この差動歯車機構１２は、入力軸４と出力軸１１とが同一直線上に配置されており、入力軸４と出力軸１１との回転方向が同一であり、アシスト軸６を固定した場合の入力軸４の回転数と出力軸１１の回転数との比は（１：０．５）となる。
【０００４】
そして、入力軸４の回転数とアシスト軸６の回転数とによって出力軸１１の回転数が決まるため、走行速度と対応する走行モード信号などによりモータ８の回転数を制御して第２傘歯車２の回転数を変えると、入力軸４の回転数に対する出力軸１１の回転数の比が変わり、低速時には入出力軸の回転数比は（１：１〜２）に増加し、高速時には入出力軸の回転数比は低速時よりも小さいが（１：０．８）位に増加する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】実開昭６４−６１７７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、異常発生時にモータ８が停止または制御不能等になり、アシスト軸６に設けた第２傘歯車２が回転しなくなった場合には、差動歯車箱１０に連結された出力軸１１は、第１傘歯車１の入力軸４と第２傘歯車のアシスト軸６との平均速度となるため、入力軸４の回転角度と出力軸１１の回転角度との比は（１：０．５）となる。そのため、小さな回転半径でターンする場合は、入出力軸の回転角度比が（１：１）のノーマルのステアリング装置を設けた場合の２倍もハンドル５を回すことになる。
【０００６】
一方、差動歯車機構１２を構成する第１傘歯車１，差動歯車箱１０と車両の入力軸４，出力軸１１との連結を前記と逆にすると、異常発生時にアシスト軸６に設けた第２傘歯車２が回転しなくなった場合は、入力軸４の回転角度と出力軸１１の回転角度との比は（１：２）となる。そのため、ハンドル操作によりノーマルのステアリング装置を設けた場合の２倍の大きな操舵が行われ、高速で走行している場合は、危険性である。
【０００７】
このため、第４図に示すように、第２傘歯車２と差動歯車箱１０とに連結する軸を入れ替えて、差動歯車機構１２の左右の第１傘歯車１，第２傘歯車２を入力軸４，出力軸１１に連結し、遊星傘歯車３を軸支する差動歯車箱１０をモータ８に連結すると、アシスト軸に相当する差動歯車箱１０が回転しなくなった場合の入出力軸の回転角度比は（１：１）となるが、こんどは入力軸４の回転方向に対して出力軸１１の回転方向が逆になる。そのため、入力軸４の回転方向と出力軸１１の回転方向とを一致させるため、以下に示すように構成の追加または変更をしなければならない。
（１）図６（ａ）に示すように、出力軸１１に一対の歯車１３，１４を介して第２出力軸１５を連結する。  
（２）図６（ｂ）に示すように、ラック１６に対し、出力軸１１に設けられるピニオン１７の噛み合い面を表裏逆にする。  
（３）図６（ｃ）に示すように、前輪１８の車軸に対し、ラック１６を車体前方に配置する（図６（ｂ）と比較）。
【０００８】
このように構成の追加あるいは変更をしなければならないことから、ノーマルのステアリング装置を採用する場合と舵角比可変ステアリング装置を採用する場合とで構成の共有化が図れない。
【０００９】
そこで本発明は、ノーマルのステアリング装置を採用する場合とで構成の共有化を図ることができ、アシスト軸が回転しなくなった場合の入力軸の回転数と出力軸の回転数の比が（１：１）に近いために異常発生時にノーマルのステアリング装置を設けたのと同じ感覚で操舵を行うことができる舵角比可変ステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、同一の直線上に第１傘歯車と第２傘歯車とを配置し、前記第１傘歯車に入力軸を連結する一方、前記第２傘歯車にはウォームホィールを連結すると共に該ウォームホィールにはウォームを介してモータを連結し、前記第１傘歯車および前記第２傘歯車の双方に噛み合う遊星傘歯車を回転自在に支持する回転支持体を前記直線を中心として回転自在に支持し、該回転支持体には前記入力軸の延長線上に位置する出力軸を連結した舵角比可変ステアリング装置において、前記回転支持体を前記第１傘歯車と前記第２傘歯車との間に配置し、前記回転支持体の外周部に前記遊星傘歯車を回転自在に支持し、前記第２傘歯車の軸芯位置を貫通させた前記出力軸を前記回転支持体に連結し、前記第１傘歯車と前記第２傘歯車との歯車比を２：１〜４：１に設定し、前記第２傘歯車の外周部に前記ウォームホィールを嵌合し、前記歯車比を大きくしたことにより前記遊星傘歯車の軸心が前記入出力軸と直交する軸線に対して傾斜して前記第２傘歯車の半径方向外側に空間が形成され、該空間に前記ウォームホィールが配置されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、第１傘歯車と第２傘歯車との歯車比を２：１〜４：１に設定したので、入力軸と出力軸との回転数の比が１：０．６７〜１：０．８となり、異常発生時にモータの駆動やモータの制御に異常が発生した場合でも、ハンドルの回転数と操舵車輪の操舵角度との比が１：１に近く、ノーマルのステアリング装置を採用したのと略同じ感覚で操舵を行うことができる。
【００１２】
また、アシスト軸の回転が停止した場合、入出力軸の速度比が１：０．６７〜略１：０．８であって１：１に近い値なので、従来の速度比が１：０．５の場合のように低速で旋回半径を小さくしてターンする場合でも運転者はハンドルの回転を多くする必要がなく、逆に、従来の速度比が１：２の場合のように高速で走行中に小さなハンドル操作で大きな操舵が行われることはなく、危険性が少ない。
【００１３】
また、遊星傘歯車を回転自在に支持する回転支持体を遊星傘歯車に対して半径方向内側に配置し、第２傘歯車の軸芯位置を貫通させた出力軸を回転支持体に連結したので、遊星傘歯車の半径方向外側を覆う差動歯車箱を設ける従来の構成に比べ、差動歯車箱を設けない分だけ半径方向に小型化される。
【００１４】
更に、第１傘歯車と第２傘歯車との歯車比を２：１〜４：１に設定したので遊星傘歯車の軸心が前記入出力軸に直交する軸線に対して傾斜し、第２傘歯車の半径方向外側に空間が形成され、第２傘歯車の外周部にウォームホィールを嵌合することにより該空間にウォームホィールが配置され、半径方向に更に小型化される。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、同一の直線上に第１傘歯車と第２傘歯車とを配置し、第１傘歯車に入力軸を連結する一方、第２傘歯車にはモータを連結し、第１傘歯車および第２傘歯車の双方に噛み合う遊星傘歯車を回転自在に支持する回転支持体を直線を中心として回転自在に支持し、該回転支持体には入力軸の延長線上に位置する出力軸を連結したので、入力軸の回転方向と出力軸の回転方向とが同一となる。従って、入力軸の回転方向と操舵車輪の操舵方向とを一致させるための構成の追加や変更を必要としない。
【００１６】
また、第１傘歯車と第２傘歯車との歯車比を２：１〜４：１に設定したので、入力軸と出力軸との回転数の比が１：０．６７〜１：０．８となり、異常発生時にモータの駆動やモータの制御に異常が発生した場合でも、ハンドルの回転数と操舵車輪の操舵角度との比が１：１に近く、ノーマルのステアリング装置を設けた場合と略同じ感覚で操舵を行うことができ、安全運転が確保される。
【００１７】
更に、回転支持体を第１傘歯車と第２傘歯車との間に配置し、回転支持体の外周部に遊星傘歯車を回転自在に支持し、第２傘歯車の軸芯位置を貫通させた出力軸を回転支持体に連結させたので、遊星傘歯車の半径方向外側を覆う差動歯車箱を設けた従来の構成に比べ、差動歯車箱がない分だけ半径方向に小型化される。
【００１８】
また更に、第１傘歯車と第２傘歯車との歯車比を２：１〜４：１に設定したので、遊星傘歯車の軸が入出力軸に直交する軸線に対して傾斜して第２傘歯車の半径方向外側に空間が形成され、第２傘歯車の外周部にウォームホィールを嵌合することにより、該空間にウォームホィールが配置され、半径方向に更に小型化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る舵角比可変ステアリング装置の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１に示すように、同一の直線（イ）上に第１傘歯車１と第２傘歯車２とが配置され、第１傘歯車１に入力軸４が連結される一方、第２傘歯車２にはモータ８によって駆動するためのウォームホィール７が連結されている。ここで便宜上から、ウォームホィール７と一体の筒状の部分をアシスト軸６とする。そして、第１傘歯車１および第２傘歯車２の双方に噛み合う遊星傘歯車３が回転自在に支持されている。即ち、回転支持体１０ｘが第１傘歯車１と第２傘歯車２との間に配置され、該回転支持体１０ｘの外周部に遊星傘歯車３が軸受１３ａを介して回転自在に支持されている。そして、第２傘歯車２の軸芯位置を貫通させた出力軸１１が回転支持体１０ｘに形成された軸孔に嵌合されて連結されている。これにより、入力軸４の延長線上に位置する出力軸１１が回転支持体１０ｘに連結され、回転支持体１０ｘは直線（イ）の回りを回転自在となっている。
【００２１】
第１傘歯車１と第２傘歯車２との歯車比は、２：１〜４：１の要件を満たすように、本実施の形態ではこれらの中間である３：１となっている。即ち、本実施の形態では、第１傘歯車１の歯数は９０に、第２傘歯車２の歯数は３０に、第３傘歯車３の歯数は６０に夫々設定されている。このように、第１傘歯車１と第２傘歯車２との歯車比が３：１となっているため、遊星傘歯車３の軸心は入出力軸４と直交する軸線に対して傾斜し、そのために、第２傘歯車２の半径方向外側には空間が形成される。
【００２２】
この空間を有効に利用するため、第２傘歯車２の外周部にウォームホィール７が嵌合されている。この嵌合は、単なる圧入であってもよく、あるいはセレーション結合による圧入であってもよい。これにより、前記空間にウォーム９が配置されたことになる。そして、ウォームホィール７と前記出力軸１１との間には軸受１３ｃが設けられている。そして、第１傘歯車１，第２傘歯車２にはこれらを囲繞するケース１４が設けられ、該ケース１４と第１傘歯車１，第２傘歯車２との間には軸受１３ｂが設けられている。ケース１４にはモータ８が結合され、該モータ８の出力軸に結合されたウォーム９がウォームホィール７と噛み合っている。
【００２３】
次に、差動歯車機構１２における入力軸４と、出力軸１１と、アシスト軸６との回転数の関係を図２に示す。
【００２４】
遊星傘歯車３を固定（回転数０）して回転支持体１０ｘを１回転（回転数＋１）させると、入力軸４およびアシスト軸６は夫々同じ方向へ回転（回転数＋１）する。
【００２５】
一方、回転支持体１０ｘを固定（回転数０）してアシスト軸６を逆方向に１回転（回転数−１）させると、歯数比の関係から入力軸４は正方向に回転（回転数＋１／３）し、歯数比の関係から遊星傘歯車３は同方向に０．５回転（回転数＋０．５）する。
【００２６】
この各部の回転数を夫々合計すると、アシスト軸６を固定（回転数０）して回転支持体１０ｘを１回転した時、入力軸１は４／３回転することになる。すなわち、アシスト軸６を固定（回転数０）した時の、入力軸４と出力軸１１との回転速度比は、４／３：１＝１：０．７５となる。図５に示した差動歯車機構１２は第１傘歯車１と第２傘歯車２との歯数を同じにして外径寸法を同じにした場合を示しており、この場合は入力軸４と出力軸１１との回転速度比は、１：０．５である。つまり、図５に示した差動歯車機構１２に比べ、本願で採用した差動歯車機構１２では回転速度比が大きくなっており、（１：１）に近いものとなっている。
【００２７】
図２は、第１傘歯車１，第２傘歯車２の歯数を９０歯／３０歯として歯車比を３：１とした場合であって、アシスト軸を固定したときの各軸の回転数の関係を算出するための説明図を示しているが、第１傘歯車１，第２傘歯車２の歯数を４０歯／２０歯として歯車比を２：１とした場合であって、アシスト軸を固定したときの各軸の回転数の関係を算出するための説明図を図３に示す。この場合の入力軸４と出力軸１１との回転速度比は、１：０．６７となる。
【００２８】
第１傘歯車１，第２傘歯車２の歯数を４０歯／１０歯として歯車比を４：１とした場合であって、アシスト軸を固定したときの各軸の回転数の関係を算出するための説明図を図４に示す。この場合の入力軸４と出力軸１１との回転速度比は、１：０．８となる。
【００２９】
通常の運転時は、モータ８の回転数が走行スピードと対応する走行モード信号などにより制御され、差動歯車機構１２のアシスト軸６の回転速度が変わることにより、入力軸４に対する出力軸１１の回転数の比率が変わり、操舵車輪の操舵角度が増減制御されるアシストモードとなる。
【００３０】
アシストモードの状態では、車速に応じてモータ８がアシスト軸６をいずれかの方向へ回転させる。中速走行時において、図示しないハンドルを介して入力軸４を時計方向へ回動させた際にはモータ８がアシスト軸６を同じ時計方向へ回転させることにより、入力軸４と出力軸１１との回転数の比率が大きくなる。前記のようにモータ８が回転しない場合は入力軸４の回転数（Ｎ＝１）に対して出力軸１１の回転数は（Ｎ＝０．７５）であって入力軸４と出力軸１１との回転数の比率は１：０．７５となるが、前記中速走行時にはモータ８が回転して出力軸１１の回転数は（Ｎ≒１．０）となり、回転数の比率は略１：１となる。低速走行時にはモータ８の回転数を更に多くすることで、入力軸４と出力軸１１との回転数の比率が大きくなって出力軸１１の回転数は（１＜Ｎ＜２）になる一方、高速走行時にはモータ８の回転数を少なくすることで、入力軸４と出力軸１１との回転数の比率が小さくなって出力軸１１の回転数は（０．８＜Ｎ＜１）になる。
【００３１】
アシストモードにおいては、一般的に入力軸４の回転数Ｎ＝１に対して、出力軸１１の回転数は（０．８＜Ｎ＜２）に設定される。つまり、高速走行時はＮ≒０．８に、中速走行時はＮ≒１に、低速走行時はＮ≒２に設定される。一方、アシスト軸６を駆動するモータ８は、回転方向がある方向から逆方向になると制御のタイミングが遅れることになるため、常に同一方向へ回転し回転数のみが変動する方が制御が円滑に行える。このため、アシスト軸６を駆動しない状態での入力軸４と出力軸１１との回転数の比率は１：０．８よりも少し小さい値になるのが望ましい。この実施の形態では、入力軸４と出力軸１１との回転数の比率は１：０．７５なので、アシスト軸を駆動するモータの回転方向は常に同一方向となり、制御が円滑に行われる。
【００３２】
異常発生時にモータ８の駆動やモータ８の制御に異常が発生した場合は、第１傘歯車１と第２傘歯車２との歯車比を３：１に設定したので、入力軸４と出力軸１１との回転数の比が１：０．７５となり、ハンドルの回転数と操舵車輪の操舵角度との比が１：１に近く、ノーマルのステアリング装置を設けた場合と同じ感覚で操舵を行うことができる。
【００３３】
また、アシスト軸６の回転が停止した場合、入出力軸４，１１の速度比が１：０．７５であって１：１に近い値なので、従来の速度比が１：０．５の場合のように低速で旋回半径を小さくしてターンする時でも運転者はハンドルの回転数を多くする必要がなく、逆に、従来の速度比が１：２の場合のように高速で走行中に小さなハンドル操作で大きな操舵が行われることはなく、危険性が少ない。
【００３４】
このほか、遊星傘歯車３を回転自在に支持する回転支持体１０ｘを遊星傘歯車３に対して半径方向内側に配置し、第２傘歯車２の軸芯位置を貫通させた出力軸１１を回転支持体１０ｘに連結させたので、遊星傘歯車３の半径方向外側を覆う差動歯車箱を設ける従来の構成に比べ、差動歯車箱を設けない分だけ半径方向に小型化される。
【００３５】
また、第１傘歯車１と第２傘歯車２との歯車比を３：１に設定したことにより遊星傘歯車３の軸心が入出力軸４，１１に直交する軸線に対して傾斜して第２傘歯車２の半径方向外側に空間が形成され、第２傘歯車２の外周部にウォームホィール７を嵌合することにより、前記空間にウォームホィール７を配置したので、半径方向に更に小型化される。
【００３６】
更に、差動歯車箱を設けた場合は該差動歯車箱に連結するウォームは、第２傘歯車２に対して軸方向外側に並べて配置される場合があり、その場合は全長が軸方向に長くなるが、差動歯車箱を設けることなく第２傘歯車２の外周部にウォームホィール７を嵌合するので、軸方向への大型化が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】舵角比可変ステアリング装置の実施の形態を示す構成図。
【図２】入力軸歯数９０，出力軸歯数３０で、アシスト軸を固定したときの各軸の回転数の関係を算出するための説明図。
【図３】入力軸歯数４０，出力軸歯数２０で、アシスト軸を固定したときの各軸の回転数の関係を算出するための説明図。
【図４】入力軸歯数４０，出力軸歯数１０で、アシスト軸を固定したときの各軸の回転数の関係を算出するための説明図。
【図５】入力軸と出力軸とが回転方向同一で回転数比が（１：０．５）となる舵角比可変ステアリング装置の構成図。
【図６】（ａ）は入力軸と出力軸とが回転方向反対で回転数比が（１：１）となる舵角比可変ステアリング装置と回転方向を転換するための構成図、（ｂ）はラックに対しピニオン１７の噛み合い面を表裏逆にした構成図、（ｃ）は前輪の車軸に対してラックを車体前方に配置した構成図。
【符号の説明】
【００３８】
１…第１傘歯車
２…第２傘歯車
３…遊星傘歯車
４…入力軸
７…ウォームホィール
８…モータ
９…ウォーム
１０ｘ…回転支持体
１１…出力軸
１２…差動歯車機構
【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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