(57)【要約】【課題】操舵部材の側の入力軸と操舵機構の側の出力軸との間の回転伝達比の変更を、入力軸側への力の伝達を伴わずに行わせることができ、反力制御モータの簡易な制御を可能とする車両用操舵装置を提供する。【解決手段】ステアリングホイール２の操作に応じて回転する入力軸3aと、操舵機構１の動作に連動して回転する出力軸3bとの間に、両軸3a，3bの差動を許容する差動歯車式の伝達比可変機構４を介装し、出力軸3bに操舵力を加える伝達比制御モータ５と、入力軸3aに操舵反力を加える反力制御モータ６と、ステアリングホイール２の操作に応じて予め定めた回転伝達比を得るべく伝達比制御モータ５を駆動制御し、ステアリングホイール２に予め定めた反力を加えるべく反力制御モータ６を駆動制御する操舵制御部８とを備えた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材の操作に応じて回転する入力軸と、操舵機構の動作に連動して回転する出力軸との間に、両軸間の回転伝達比を変更可能な差動歯車式の伝達比可変機構を備える車両用操舵装置において、
前記出力軸に回転力を加える伝達比制御モータと、前記入力軸に回転力を加える反力制御モータと、前記操舵部材の操作に応じて予め定めた回転伝達比を得るべく前記伝達比制御モータを駆動制御し、前記操舵部材に予め定めた反力を加えるべく前記反力制御モータを駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングホイール等の操舵部材と操舵機構との間に差動歯車式の回転伝達比可変機構を備える車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵は、車室の内部において運転者によりなされる操舵部材の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を車室の外部に配した操舵機構に伝え、該操舵機構の動作により操舵用の車輪（一般的には左右の前輪）を転舵せしめて行われる。このような操舵を行わせるための操舵装置として、操舵部材と操舵機構とを連絡するステアリング軸の中途に回転伝達比の変更が可能な伝達比可変機構を備え、この伝達比可変機構の動作により、操舵部材から操舵機構への伝動を無段階に回転伝達比を変更して行わせるようにした車両用操舵装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された伝達比可変機構は、操舵部材の側の入力軸に周設された入力サンギヤと、操舵機構の側の出力軸に周設され、前記入力サンギヤと同軸上に配された出力サンギヤと、入力サンギヤ及び出力サンギヤに夫々噛合する入力遊星ギヤ及び出力遊星ギヤと、これらの遊星ギヤを共通の支軸を介して支持するキャリアとを有する差動歯車機構であり、前記キャリアを軸周りに回転させる伝達比制御モータを備えている。
【０００４】
この構成によれば、伝達比制御モータを駆動してキャリアを回転せしめた場合、入力サンギヤに入力される入力軸の回転は、キャリアと共に回転しながら夫々の軸周りに回転する入力遊星ギヤ及び出力遊星ギヤを介して出力サンギヤ及び出力軸に伝えられることとなり、伝達比制御モータにより駆動されるキャリアの回転速度の増減に応じて入，出力軸間の回転伝達比を無段階に変更することができる。前記伝達比制御モータは、操舵機構に操舵力を加える手段としても使用可能であり、操舵部材の操作の如何に拘らず伝達比制御モータを動作させることにより、例えば、走行中の車両に作用する横風、路面上での車輪のスリップ等に起因する不安定な操舵状態を解消するための修正操舵に利用されている。
【特許文献１】特開２００５−３４４７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された操舵装置は、伝達比制御モータの駆動による回転伝達比の変更に伴って操舵部材にフィードバックされる反力の変化を補償するために、入力軸に回転力を加える反力制御モータを備えている。ところが、伝達比制御モータが駆動された場合、該モータの回転力の一部がキャリアを介して入力軸にも伝わることから、反力補償のための反力制御モータの制御が複雑となるという問題がある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵部材の側の入力軸と操舵機構の側の出力軸との間の回転伝達比の変更を、入力軸側への力の伝達を伴わずに行わせることができ、反力制御モータの簡易な制御を可能とする車両用操舵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】
【０００７】
本発明に係る車両用操舵装置は、操舵部材の操作に応じて回転する入力軸と、操舵機構の動作に連動して回転する出力軸との間に、両軸間の回転伝達比を変更可能な差動歯車式の伝達比可変機構を備える車両用操舵装置において、前記出力軸に回転力を加える伝達比制御モータと、前記入力軸に回転力を加える反力制御モータと、前記操舵部材の操作に応じて予め定めた回転伝達比を得るべく前記伝達比制御モータを駆動制御し、前記操舵部材に予め定めた反力を加えるべく前記反力制御モータを駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る車両用操舵装置においては、回転伝達比変更のための伝達比制御モータの回転を操舵機構の側の出力軸に伝えるから、伝達比制御モータによる入力軸への回転伝達が差動歯車式の伝達比可変機構の動作により吸収され、入力軸を介して操舵部材に反力を加える反力制御モータの制御への影響を排除することができ、反力制御モータの簡易な制御により適正な反力を加えて操舵感を良好に保つことが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。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図である。本発明に係る車両用操舵装置は、車体の左右に配された操舵用の車輪10，10を転舵させるための操舵機構１と、操舵のために回転操作されるステアリングホイール（操舵部材）２とを備え、ステアリングホイール２の操作に応じた操舵機構１の後述する動作により操舵用の車輪10，10を転舵し、ステアリングホイール２の操作に応じた操舵を実現する構成となっている。
【００１０】
操舵機構１は、図示しない車体の左右方向に延設された筒形のラックハウジング11の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸12と、ラックハウジング11の中途に交叉するピニオンハウジング13の内部に回転自在に支持されたピニオン軸14とを備える公知のラック・ピニオン式の操舵機構である。
【００１１】
ラックハウジング11の両側から外部に突出するラック軸12の両端は、各別のタイロッド15，15を介して左右の操舵用の車輪10，10に連結されている。またピニオンハウジング13の上部に突出するピニオン軸14の上端は、中間軸16を介してステアリング軸３に連結されている。ピニオンハウジング13の内部に延びるピニオン軸14の下半部には、図示しないピニオンが設けてあり、ラックハウジング11との交叉部において、ラック軸12の外面に適長に亘って形成されたラックに噛合させてある。
【００１２】
ステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング30の内部に回転自在に支持され、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って取り付けてある。このステアリング軸３は、コラムハウジング30の内部において、上部の入力軸3aと下部の出力軸3b（図２参照）との２軸に分割されており、コラムハウジング30の上方へのステアリング軸３（入力軸3a）の突出端にステアリングホイール２が固設され、同じく下方へのステアリング軸３（出力軸3b）の突出端が、前述の如くピニオン軸14に連結されている。
【００１３】
ステアリング軸３の中途部には、差動歯車機構として構成された伝達比可変機構４が設けてある。図２は、伝達比可変機構４の構成を略示する縦断面図である。本図に示す如くステアリング軸３を構成する入力軸3aと出力軸3bとは、夫々の先端を突き合わせ、同軸上での回転自在に支持されており、両軸3a，3bの突き合わせ端部には、入力サンギヤ41及び出力サンギヤ42が夫々一体形成されている。図示の如く入力サンギヤ41と出力サンギヤ42とは、所定の外径差を有しており、夫々の外周に設けた歯数を異ならせてある。
【００１４】
入力サンギヤ41には、径方向の相対向する位置に２つの入力遊星ギヤ43，43が噛合させてあり、出力サンギヤ42には、同じく２つの出力遊星ギヤ44，44が噛合させてある。同位置に噛合する入力遊星ギヤ43と出力遊星ギヤ44とは、共通の支軸45の外周に周設されており、この支軸45を介して円筒形のキャリア46の内部に支持されている。キャリア46は、両側の端壁の軸心を貫通する支持孔を入力軸3a及び出力軸3bに夫々外嵌させ、両軸3a，3bと同軸上での相対回転自在に支持されている。
【００１５】
図示の伝達比可変機構４において、入力遊星ギヤ43及び出力遊星ギヤ44の支軸45の両側をキャリア46に支持する軸受 45a,45a…、並びにキャリア46を入力軸3a及び出力軸3bに支持する軸受 46a,46bとして、シェルなしのニードル軸受が用いられている。
【００１６】
ニードル軸受は、周方向に並ぶ複数のニードル形の転動体を有する転がり軸受であり、球形の転動体を備える玉軸受に比して径方向のサイズが小さい。従って．支軸45の支持位置を入力軸3a及び出力軸3bに近付けてキャリア46の外径を小さくすることができ、伝達比可変機構４の小型化に寄与することができる。更にシェルなしのニードル軸受は、ニードルが内外の支持面に直接的に転接するように装着され、圧入による固定が不要である。従って、キャリア46の支持孔に圧入に伴う歪みが生じる虞れがなく、強度確保のためにキャリア46を厚肉又は大径とする必要もない。
【００１７】
以上の如き伝達比可変機構４の出力軸3bには、伝動歯車47が嵌着固定してある。この伝動歯車47は、伝達比制御モータ５の出力歯車50に噛合させてあり、伝達比制御モータ５が回転駆動された場合、出力歯車50及び伝動歯車47を介して出力軸3bに回転力が加えられるように構成してある。
【００１８】
出力軸3bは、前述の如く、操舵機構１のピニオン軸14に中間軸16を介して連結されており、出力軸3bの回転はピニオン軸14に伝えられ、該ピニオン軸14が回転することとなり、この回転が、ピニオンとラックとの噛合部において運動変換されてラック軸12に伝わり、該ラック軸12が軸長方向に移動する。この移動により各別のタイロッド15，15を介して左右の操舵用の車輪10，10が押し引きされ、これらの車輪10，10が転舵される。このように本発明に係る車両用操舵装置においては、伝達比制御モータ５の回転方向と回転量とに応じた操舵が実行される。
【００１９】
一方伝達比可変機構４の入力軸3aには、反力歯車48が嵌着固定されており、該反力歯車48は、反力制御モータ６の出力歯車60に噛合させてある。反力制御モータ６が回転駆動された場合、出力歯車60に噛合する反力歯車48を介して入力軸3aに回転力が加えられ、この回転力が入力軸3aの上端に固着されたステアリングホイール２に付加される。本発明に係る車両用操舵装置において操舵部材としてのステアリングホイール２は、反力制御モータ６により入力軸3aに加えられる反力に抗して操作される。
【００２０】
ステアリングホイール２が回転操作された場合、入力軸3aの下端部に設けた入力サンギヤ41が回転し、また伝達比制御モータ５が回転駆動された場合、出力軸3bの上端部に設けた出力サンギヤ42が回転する。入力サンギヤ41には、入力遊星ギヤ43，43が噛合し、また出力サンギヤ42には、出力遊星ギヤ44，44が噛合しており、これらの遊星ギヤ43，43及び44，44は、入力サンギヤ41及び出力サンギヤ42の回転に応じて回転するが、前記遊星ギヤ43，43及び44，44は、入力軸3a及び出力軸3bと同軸上での相対回転が可能なキャリア46に支持されており、入力サンギヤ41及び出力サンギヤ42の回転速度差は、入力遊星ギヤ43，43及び出力遊星ギヤ44，44の回転（公転）に伴って生じるキャリア46の回転（自転）により吸収されることとなり、入力軸3aと出力軸3bとは、互いに独立して回転することができる。
【００２１】
従って、伝達比制御モータ５の回転駆動に応じて前述の如くなされる操舵は、操舵部材としてのステアリングホイール２の操作量に対して適宜に比率を変えて実行することができる。また伝達比制御モータ５の回転力は、伝達比可変機構４の出力軸3bに加えられており伝達比可変機構４の入力軸3aには何らの回転力もフィードバックされないから、ステアリングホイール２は、反力制御モータ６の発生力のみに抗して操作することができる。
【００２２】
以上の如き伝達比可変機構４は、入力軸3aと出力軸3bとの間の差動を拘束するロック手段７を備えている。図示のロック手段７は、キャリア46の外面に対向配置されたソレノイドであり、励磁に応じて突出する出力ロッド70の先端をキャリア46の外周面に押し付け、該キャリア46の回転を拘束する構成となっている。なおロック手段７は、キャリア46の回転を拘束可能であれば適宜の構成を採用することができる。
【００２３】
以上の如きロック手段７の動作によりキャリア46の回転が拘束された状態でステアリングホイール２が回転操作された場合、該ステアリングホイール２に連結された入力軸3aが回転し、伝達比可変機構４の入力サンギヤ41が回転する。この回転により、入力サンギヤ41に噛合する入力遊星ギヤ43，43が、支軸45，45を共通とする出力遊星ギヤ44，44と共に回転し、この回転により、出力遊星ギヤ44，44に噛合する出力サンギヤ42に回転力が加わり、該出力サンギヤ42を備える出力軸3bが回転することとなり、この回転に応じた操舵機構１の動作により操舵がなされる。
【００２４】
このとき、入力軸3aから出力軸3bへの回転伝達は、入力サンギヤ41、入，出力遊星ギヤ43，44及び出力サンギヤ42の歯数によって定まる固有の回転伝達比にてなされ、操舵用の車輪10，10は、ステアリングホイール２の操作方向に、該ステアリングホイール２の操作量（操舵角）に回転伝達比を乗じた角度（舵角）相当分だけ転舵されることとなり、ステアリングホイール２から操舵機構１への機械的な伝動による操舵がなされる。
【００２５】
図１に示す如く伝達比制御モータ５及び反力制御モータ６は、コラムハウジング30の中途に介装された伝達比可変機構４に付設してあり、これらの伝達比制御モータ５及び反力制御モータ６は、マイクロプロセッサを用いてなる操舵制御部８から図示しない駆動回路に与えられる動作指令に応じて回転駆動されるようになしてある。操舵制御部８の動作指令は、ソレノイドを用いてなるロック手段７の励磁回路にも与えられており、ロック手段７は、操舵制御部８から与えられる動作指令に応じて前述の如く動作し、キャリア46の回転を拘束するようになしてある。
【００２６】
操舵制御部８には、伝達比可変機構４よりも上位置のステアリング軸３、即ち、入力軸3aの回転角度を検出する入力回転角センサ21の検出結果と、伝達比可変機構４よりも下位置のステアリング軸３、即ち、出力軸3bの回転角度を検出する出力回転角センサ22の検出結果とが与えられている。入力回転角センサ21の検出結果は、ステアリングホイール２の操作角度（操舵角）に対応し、出力回転角センサ22の検出結果は、操舵用の車輪10，10に実際に生じている転舵角（実舵角）に対応する。
【００２７】
また操舵制御部８には、ラック軸12と車輪10とを連結するタイロッド15に付設され、該タイロッド15に軸方向に作用する軸力を検出するタイロッド軸力センサ17の検出結果が与えられている。この検出結果は、操舵に伴って操舵機構１に実際に加わる操舵反力（実反力）を示す信号として利用される。更に、操舵制御部８には、車速、ヨーレート、横加速度、前後加速度等、操舵に影響を与える走行状態の検出結果が、車両の各部に設置された走行状態センサ23から与えられている。
【００２８】
操舵制御部８は、ステアリングホイール２の回転操作に応じた操舵を行わせるべく伝達比制御モータ５に動作指令を発し、該伝達比制御モータ５を回転駆動する伝達比制御動作を行う。この伝達比制御動作は、例えば、入力回転角センサ21により検出されるステアリングホイール２の操作角度を予め定めた制御マップに適用して目標伝達比を求め、この目標伝達比を得るべく伝達比制御モータ５を駆動制御することによりなされる。このとき出力回転角センサ22の検出結果は、左右の操舵用の車輪10，10の実舵角を示すフィードバック情報として用いられる。また走行状態センサ23により検出される走行状態は、目標伝達比を与えるための制御マップの選定に用いられる。
【００２９】
また操舵制御部８は、操舵角に応じた反力をステアリングホイール２に加えるために反力制御モータ６に動作指令を発し、該反力制御モータ６を回転駆動する反力制御動作を行う。この反力制御動作は、例えば、予め定めた制御マップに従って目標反力を求め、この目標反力を発生すべく反力制御モータ６に動作指令を発することによりなされる。このとき、タイロッド軸力センサ17の検出結果は、操舵機構１に加わる実反力を示すフィードバック情報として用いられる。また走行状態センサ23により検出される走行状態は、目標反力を与えるための制御マップの選定に用いられる。
【００３０】
なお、反力制御モータ６に対する反力制御動作は、ステアリングホイール２に加えられる操作トルクを検出し、この検出結果と前記目標反力との偏差に基づくフィードバック制御により実施される。前記操作トルクは、例えば、入力回転角センサ21に併設したトルクセンサ（図示せず）による入力軸3aの回転トルクの検出結果から求めることができる。
【００３１】
この反力制御動作によりステアリングホイール２には、入力軸3aに加わる反力制御モータ６の回転力が操舵反力として付加される。この操舵反力は、車速等の走行状態に応じて選定される制御マップに従って決定されており、ステアリングホイール２を操作する運転者に良好な操舵感を体感させることができる。
【００３２】
この間、伝達比制御モータ５の回転駆動に応じて定まる回転伝達比の下で操舵がなされているが、伝達比制御モータ５により出力軸3bに加えられる回転力は、前述の如く伝達比可変機構４において吸収され、入力軸3aには何らの回転力も作用しないから、ステアリングホイール２は、反力制御モータ６の発生力のみに抗して操作することができる。従って、反力制御モータ６を対象とする操舵制御部８の反力制御動作は、伝達比制御モータ５を対象とする伝達比制御動作の影響による操舵感の悪化を考慮せずに実施することができ、簡易な制御により良好な操舵感を実現することができる。
【００３３】
このような操舵制御及び反力制御動作の実施中に操舵制御部８は、入力側の各センサ、並びに出力側の前記伝達比制御モータ５及び反力制御モータ６のフェイル発生の有無を調べる異常診断を行っており、この異常診断の結果、フェイルが発生していると診断された場合、フェイル発生下での誤った操舵制御及び反力制御を停止すると共に、伝達比可変機構４のロック手段７に動作指令を発するフェイルセーフ動作を行う。
【００３４】
このフェイルセーフ動作により、前述の如くソレノイドとして構成されたロック手段７の出力ロッド70が突出し、伝達比可変機構４のキャリア46の外周面に押し付けられて、該キャリア46の回転が拘束されることとなり、この拘束により操舵部材としてのステアリングホイール２の回転操作が、伝達比可変機構４による減速を経て操作機構１に伝わる。従って、フェイル発生に伴う操舵制御及び反力制御の停止時における緊急の操舵を、ステアリングホイール２から操舵機構１への機械的な伝動によるマニュアル操舵によって行わせることができる。
【００３５】
このときロック手段７は、伝達比可変機構４のキャリア46の回転を拘束するが、この回転拘束に大なる力は不要であり、ロック手段７としては、前述したソレノイド等、小型で簡素な構成のアクチュエータを用いることができ、キャリア46の回転拘束は、例えば、大径円筒形をなすキャリア64の外周面に出力ロッド70の先端を、ゴム等の高摩擦材料からなる摩擦板を介して押し付けることにより、複雑な構成を必要とせずに確実に実現することができる。
【００３６】
なお、以上のフェイルセーフ動作によりマニュアル操舵に移行させる場合、ステアリングホイール２を操作する運転者に体感される操舵感が変化するから、操舵制御部８は、ロック手段７への動作指令の出力に併行して、警報音の鳴動、音声メッセージの発生等の警報動作を行わせ、操舵感が変化することを運転者に報知するのが望ましい。
【００３７】
また、伝達比制御モータ５及び反力制御モータ６の一方又は両方をダイレクトドライブモータとし、夫々に対応する入力軸3a及び出力軸3bに直接回転力を伝達するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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図である。
【図２】伝達比可変機構の構成を略示する縦断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  操舵機構、２  ステアリングホイール（操舵部材）、3a  入力軸．3b  出力軸、
４  伝達比可変機構、５  伝達比制御モータ、６  反力制御モータ、８  操舵制御部（制御手段）
【図１】
2008120259.tif 000003
【図２】
2008120259.tif 000004