(57)【要約】【課題】従来は遊星歯車機構のバックラッシに起因したステアリングホイールの操舵フィーリングが悪化している。【解決手段】ステアリングホイールに連結された操舵軸２に連係された遊星歯車機構１７の第１遊星歯車ユニット２３と、該第１遊星歯車ユニットに連係されて、該第１遊星歯車ユニットの回転を出力軸１６ａに伝達する第２遊星歯車ユニット２４とを備えている。前記第２遊星歯車ユニットの第２サンギア３０の保持孔３０ａ内に、円環ゴム製の弾性部材３６を固定すると共に、該弾性部材の内周面に操舵軸の先端部２ａを圧入して、操舵軸の回転時に所定の摩擦抵抗を発生させて、各遊星歯車ユニットの各ギア歯車間のバックラッシ隙間に起因したガタの発生を防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに連結された操舵軸と、
該操舵軸から伝達される回転力を所定の減速比に変換する回転伝達機構と、
該回転伝達機構を介して伝達された回転力を操舵輪側に伝達する出力軸とを備えた操舵制御装置であって、
前記操舵軸に回転摩擦抵抗を発生させる弾性部材を設けたことを特徴とする操舵制御装置。
【請求項２】
前記回転伝達機構を遊星歯車機構によって構成したことを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
【請求項３】
前記遊星歯車機構を、前記操舵軸に連係した第１遊星歯車ユニットと、前記出力軸の連係し、かつ前記第１遊星歯車ユニットからの回転を受ける第２遊星歯車ユニットとから構成し、
前記第１遊星歯車ユニットを、前記操舵軸に結合された第１サンギアと、該第１サンギアの外周歯部に噛合しつつ該第１サンギアの外周をプラネタリキャリアを介して公転する第１プラネタリギアと、該第１プラネタリギア２７の外周歯部に噛合した第１リングギアとから構成する一方、
前記第２遊星歯車ユニットを、出力軸に結合された第２サンギアと、該第２サンギアの外周歯部に噛合して第２サンギアの外周を前記プラネタリキャリアを介して公転する第２プラネタリギアと、該第２プラネタリギアの外周歯部に噛合した第２リングギアとから構成し、
前記第１リングギアあるいは第２リングギアのいずれか一方を回転駆動して前記操舵軸に対する出力軸の減速比を可変にする可変モータを設けたことを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵制御装置に関し、例えば、ステアリングホイールと前輪操舵用駆動機構とを分離してなるステアバイワイヤ式の操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の操舵制御装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
概略を説明すれば、この操舵制御装置は、遊星歯車機構を用いて操舵輪を操舵するもので、第１遊星歯車ユニットと第２遊星歯車ユニットを備え、操舵軸（入力軸）が第１遊星歯車ユニットの第１サンギアに結合されていると共に、該第１サンギアの外周歯に３つの第１プラネタリギアが噛合しつつ公転するようになっている。また、前記第１プラネタリギアの外周には、第１リングギアが回転自在に噛合している。
【０００４】
一方、前記第２遊星歯車ユニットは、出力軸に結合された第２サンギアと、該第２サンギアの外周歯に噛合しつつ公転する３つの第２プラネタリギアと、該第２プラネタリギアの外周歯に噛合した第２リングギアとを備え、前記第２プラネタリギアは、プラネタリキャリアを介して前記第１プラネタリギアに連動して公転するようになっていると共に、第２リングギアは、外周歯に噛合したウォームギアを介して電動モータに連係されている。
【０００５】
したがって、この操舵制御装置によれば、ステアリングホイールの回転操作を行うと、前記電動モータが回転して第２リングギアを介し第１、第２遊星歯車ユニットによって所定の減速比によって出力軸を回転させて操舵制御が行われる。
【０００６】
また、電動モータなどの故障時には、ステアリングホイールの回転操作によって各遊星歯車ユニットにより操舵軸の回転トルクが１：１の減速比で出力軸に伝達されるようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭５４−３４２１２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の操舵制御装置にあっては、遊星歯車機構の構造上、各ギア間にバックラッシ隙間が形成されていることから、ステアリングホイールを回転操作すると、例えば切り返し時などに前記バックラッシ隙間に起因したガタ付きが発生して、運転者に操舵違和感を発生させている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の操舵制御装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、とりわけ、前記操舵軸に回転摩擦抵抗を発生させる弾性部材を設けたことを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、弾性部材によって回転初期時などに操舵軸に対し所定の摩擦抵抗が付与されることから、ステアリングホイールの回転操作時におけるバックラッシ隙間に起因したガタ付きの発生を効果的に防止できる。この結果、操舵フィーリングが良好になる。
【００１１】
請求項２に記載の発明にあっては、前記回転伝達機構を遊星歯車機構によって構成したことを特徴としている。
【００１２】
したがって、この発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、遊星歯車機構を用いたことから、容易に所定の減速比が得られる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記遊星歯車機構を、前記操舵軸に連係した第１遊星歯車ユニットと、前記出力軸の連係し、かつ前記第１遊星歯車ユニットからの回転を受ける第２遊星歯車ユニットとから構成し、前記第１遊星歯車ユニットを、前記操舵軸に結合された第１サンギアと、該第１サンギアの外周歯部に噛合しつつ該第１サンギアの外周をプラネタリキャリアを介して公転する第１プラネタリギアと、該第１プラネタリギア２７の外周歯部に噛合した第１リングギアとから構成する一方、前記第２遊星歯車ユニットを、出力軸に結合された第２サンギアと、該第２サンギアの外周歯部に噛合して第２サンギアの外周を前記プラネタリキャリアを介して公転する第２プラネタリギアと、該第２プラネタリギアの外周歯部に噛合した第２リングギアとから構成し、前記第１リングギアと第２リングギアのいずれか一方を回転駆動して前記操舵軸に対する出力軸の減速比を可変にする可変モータを設けたことを特徴としている。
【００１４】
したがって、この発明によれば、可変モータの回転に伴い第１あるいは第２リングギアが回転して各プラネタリギアを介して各サンギアが回転すると、運転者には操舵軸を介して適度な操舵反力が付与される。このため、ステアリングホイールの操舵フィーリングを良好なものとすることが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる操舵制御装置の各実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図２は第１の実施形態における操舵制御装置の概略を示し、ステアリングホィール１に連結された操舵軸２（入力軸）と、左右前輪ＦＬ、ＦＲの操舵用の第１油圧パワーシリンダ３と、該操舵軸２の操舵角に応じて前記第１油圧パワーシリンダ３を駆動させる駆動手段４と、該駆動手段４と独立して設けられて、前記操舵軸２の操舵角に応じて前記第１油圧パワーシリンダ３を駆動するバックアップ手段５と、前記操舵軸２の操舵角に応じて主として前記駆動手段４を制御する電子コントローラ６とから構成されている。
【００１７】
前記操舵軸２は、図１及び図２に示すように、ステアリングホイール１の操舵角や操舵トルクを検出する操舵角センサ７が設けられていると共に、先端部の操舵軸２が前記バックアップ手段５の後述する遊星歯車機構１７のハウジング２２にボールベアリング３３によって回転自在に支持されつつ連係している。
【００１８】
前記第１油圧パワーシリンダ３は、シリンダ８内を貫通して、左右に前輪ＦＬ、ＦＲに連係したピストンロッド９と、該ピストンロッド９に固定されてシリンダ８内を左右の第１、第２油圧室１０ａ、１０ｂに隔成するピストン１１とを備えている。
【００１９】
前記駆動手段４は、前記第１、第２油圧室１０ａ、１０ｂに一対の油通路１２ａ、１２ｂを介して油圧を選択的に供給する正逆回転可能ないわゆる可逆式ポンプ１３と、該可逆式ポンプ１３を正逆回転制御する直流電動式の駆動モータ１４とから構成されている。
【００２０】
前記バックアップ手段５は、前記第１油圧パワーシリンダ３を同期して駆動させる第２油圧パワーシリン１５と、該第２油圧パワーシリンダ１５に油圧を選択的に供給するバックアップポンプである可逆式の例えばギアポンプ１６と、前記操舵軸２の操舵角に応じて前記ギアポンプ１６を回転制御する回転伝達機構である遊星歯車機構１７と、該遊星歯車機構１７を回転制御する可変モータである電動モータ１８とを備えている。
【００２１】
前記第２油圧パワーシリンダ１５は、前記第１油圧パワーシリンダ９のシリンダ８とは別個の第２シリンダ１９が用いられているが、この第２シリンダ１９を貫通するピストンロッド９が第１油圧パワーシリンダ３のものと共用されている。また、第２シリンダ１９の内部には、ピストンロッド９に固定されて、第２シリンダ１９内を第３、第４油圧室２０ａ、２０ｂに隔成する第２ピストン２１が摺動自在に収容されている。
【００２２】
前記ギアポンプ１６は、基本的に前記操舵軸２からの回転トルクにより遊星歯車機構１７を介して正逆回転駆動されて、前記各第３、第４油圧室２０ａ、２０ｂに油圧を油通路１２ｃ、１２ｄを介して選択的に供給するようになっている。
【００２３】
前記遊星歯車機構１７は、図１に示すように、前後に分割されたハウジング２２の内部に収容されて、所定の減速比（回転比）に設定された第１遊星歯車ユニット２３と、該第１遊星歯車ユニットと連係する第２遊星歯車ユニット２４が前後に並列に配置されている。
【００２４】
前記第１遊星歯車ユニット２３は、ハウジング２２のほぼ中央から内部へ挿通された前記操舵軸２に一体に結合された第１サンギア２５と、該第１サンギア２５の外周歯部に噛合しつつ該外周をプラネタリキャリア２６の複数の支軸２６ａを介して公転する複数（例えば３個）の第１プラネタリギア２７と、該第１プラネタリギア２７の外周歯部に噛合した第１リングギア２８とから構成されている。
【００２５】
前記第１リングギア２８は、外周に前記電動モータ１８の回転軸１８ａに固定されたウォームシャフト３３と噛合するウォームギア３４が形成されている。
【００２６】
一方、前記第２遊星歯車ユニット２４は、中央に前記ギアポンプ１６の出力軸１６ａが一体に結合された第２サンギア３０と、該第２サンギア３０の外周歯部に噛合して第２サンギア３０の外周を公転する第２プラネタリギア３１と、該第２プラネタリギア３１の外周歯部に噛合した第２リングギア３２とから構成されている。
【００２７】
前記第２サンギア３０は、前端側の内部に保持孔３０ａが形成され、この保持孔３０ａ内には、前記操舵軸２の先端部２ａを回転自在に支持するボールベアリング２９が設けられていると共に、前記操舵軸２の先端部２ａが摺動自在に挿通する円環状の摩擦発生用の弾性部材３６が収容固定されている。
【００２８】
この弾性部材３６は、図１に示すように、合成ゴムによって円環状に形成され、外周面３６ａが前記保持孔３０ａの内周面に固定されていると共に、内周面３６ｂの内径が操舵軸２の先端部２ａの外径よりも小さく設定されて、該先端部２ａが内周面３６ｂに圧入されている。これによって、操舵軸２は、ステアリングホイール１の回転操作時に弾性部材３６の内周面３６ｂとの間で所定係数の摩擦抵抗が発生するようになっている。
【００２９】
なお、前記出力軸１６ａは、ハウジング２２の他端開口の内周面に固定されたボールベアリング３７によって回転自在に支持されている。
【００３０】
前記第２プラネタリギア３１は、第１プラネタリギア２７とプラネタリキャリア２６の同じ各支軸２６ａに同軸上に設けられている。また、前記第２リングギア３２は、前記ハウジング２２の内周面に固定されている。
【００３１】
そして、前記電動モータ１８は、回転軸１８ａが電子コントローラ６からの制御電流によって正逆回転し、この回転力によって第１リングギア２８を回転させて、第１サンギア２５と第２サンギア３０の回転比（減速比）を変化させるようになっている。
【００３２】
また、前記第２シリンダ１９の外側部には、前記ピストンロッド９の摺動位置を介して実際の操舵輪ＦＬ、ＦＲの操舵角を検出する実操舵角センサ３５が設けられている。
【００３３】
前記電子コントローラ６は、図２に示すように、マイクロコンピュータが内蔵され、前記操舵角センサ７と実操舵角センサ３５からのそれぞれの操舵角θ１、θ２を入力して前記駆動モータ１４と電動モータ１８に制御電流を出力するようになっている。また、前記駆動手段４の可逆式ポンプ１３や駆動モータ１４などの故障を検出する図外の故障検出回路を有し、該故障検出回路からの故障検出信号が入力されると、前記駆動モータ１４及び電動モータ１８への通電を遮断するようになっている。
【００３４】
以下、この電子コントローラ６による駆動モータ１４と電動モータ１８の具体的な制御を図３のフローチャート図に基づいて説明する。
【００３５】
まず、ステップ１において、操舵角センサ７から操舵軸２の操舵角と操舵トルクを読み込むと共に、実操舵角センサ３５からピストンロッド９の摺動位置から実際の操舵角を読み込む。
【００３６】
続いて、ステップ２で前記故障検出回路から故障検出信号を読み込み、次に、ステップ３では、前記故障検出回路からの故障検出信号が入力されていないか否かを判定する。つまり、可逆式ポンプ１３や駆動モータ１４が故障してロック等がされていないか否かのフェールセーフを判定する。
【００３７】
ここで、ＹＥＳ、つまり正常に駆動していると判定された場合は、ステップ４に進み、ここでは、前記操舵角センサ７と実操舵角センサ３５から入力された操舵角情報に基づいてテーブルマップあるいは演算によって目標操舵角を生成する。
【００３８】
次に、ステップ５に進んで、ここでは操舵反力目標トルクを生成する。すなわち、運転者は、ステアリングホイール１の回転操作時にある程度の操舵反力がないと良好な操舵フィーリングが得られないことから、本実施形態では、第１油圧パワーシリンダ３の駆動によって操舵輪ＦＬ、ＦＲから伝達される操舵反力を第２油圧パワーシリンダ１５から可変機構５を介して操舵軸２に反力トルクを伝達するようになっている。したがって、前記目標操舵角に基づいて、このステップ５において操舵反力目標トルクを決定する。
【００３９】
続いて、ステップ６では、前記ステップ４で生成した目標操舵角に合わせて可逆式ポンプ１３から第１油圧パワーシリンダ３の第１油圧室１０ａあるいは第２油圧室１０ｂに油圧を供給するために、駆動モータ１４に制御電流を出力する。
【００４０】
次に、ステップ７において、前記演算された実操舵角の値と前記目標操舵角の値の差分値を演算して、ステップ６に戻って、その差分値から適正な操舵角となるように駆動モータ１４に制御電流を出力する。これによって、第１油圧パワーシリンダ３の各油圧室１０ａ、１０ｂに油圧が選択的に供給されて、操舵輪ＦＬ、ＦＲに対する通常の操舵制御が行われる。
【００４１】
また、前記ステップ５において操舵反力目標トルクを生成した後は、同時にステップ８に移行し、ここで、目標トルクに合わせるために電動モータ１８に制御電流を出力する。これによって、遊星歯車機構１７により所定の減速比が生成されて、適正な操舵トルク反力を得ることが可能になる。
【００４２】
その後、ステップ９に移行し、ここでは、操舵角センサ７から入力した実トルク値と前記生成した目標トルク値との差分を演算して、再びステップ８に戻って常に目標トルクに合った反力トルクを得るために電動モータ１８に制御電流を出力する。
【００４３】
一方、前記ステップ３において、ＮＯと判定した場合、つまり駆動手段４の可逆式ポンプ１３や駆動モータ１４が故障してロックなどが発生してしまった場合には、ステップ１０に移行する。
【００４４】
ここでは、駆動モータ１４への通電を遮断して駆動手段４の駆動を停止させる。
【００４５】
続いて、ステップ１１では電動モータ１８への通電を遮断して操舵軸２と出力軸１６ａとの間の減速比の可変制御を停止する。
【００４６】
したがって、運転者がステアリングホイール１を回転操作すると、操舵軸２の回転トルクは、第１サンギア２５から第１プラネタリギア２７に伝達され、さらにプラネタリキャリア２６を介して第２プラネタリギア３１に伝達され、ここから第２サンギア３０及び出力軸１６ａに伝達される。これによって、ギアポンプ１６が駆動されて、第２油圧パワーシリンダ１５の各油圧室２０ａ、２０ｂに油圧が選択的に供給されて、操舵輪ＦＬ、ＦＲを手動によって操舵制御、つまりバックアップ制御することが可能になる。
【００４７】
この故障時には、電動モータ１８への通電が遮断されていることから、遊星歯車機構１７による減速比によって、操舵軸２と出力軸１６ａとの回転比は固定比として例えば１：１の関係になる。
【００４８】
このように、本実施形態によれば、駆動手段４が何等かの原因で故障して例えばロックしてしまった場合は、ステアリングホイール１の手動による回転操舵力を遊星歯車機構１７がギアポンプ１７を駆動させて、第２油圧パワーシリンダ１５を駆動させるため、駆動手段４のいずれの機器が故障したとしても、バックアップ手段５は何らの影響を受けずに、遊星歯車機構１７とギアポンプ１８が、駆動手段とは関係なく独自に駆動して第２油圧パワーシリンダ１５を介してピストンロッド９を作動させ、いわゆるマニュアルステアの状態で操舵輪ＦＬ、ＦＲをフェールセーフ制御することが可能になる。
【００４９】
したがって、ステアリングホイール１の通常の回転操作により操舵輪ＦＬ、ＦＲの制御を何ら支障無く確実に行うことができ、安全性が向上する。
【００５０】
また、駆動手段４が正常に駆動している場合は、前述のようのに、電動モータ１８が回転駆動して遊星歯車機構１７により、操舵軸２に操舵反力が付与されるため、ステアリングホイール１の操舵フィーリングが良好になる。
【００５１】
また、駆動手段４の故障時には、遊星歯車機構１７が操舵軸２の操舵角に応じてギアポンプ１６の出力軸１６ａに対する減速比を１：１とするため、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【００５２】
そして、この実施形態では、例えばステアリングホイール１の切り返し回転操作時などにおいて、操舵軸２の先端部２ａが摩擦弾性部材３６に所定の摩擦抵抗を受けながら摺動回転して、遊星歯車機構１７の各ギア間のバックラッシ隙間に起因した操舵軸２のガタ付きの発生を確実に防止することができる。
【００５３】
すなわち、図４に基づいて操舵角と操舵トルクとの相対関係において弾性部材３６による摩擦抵抗特性について考察すれば、弾性部材３６が存在しない場合は、操舵軸２を回転させると、図中の破線で示すように、回転操作初期では操舵角度に対して操舵トルクがバックラッシ隙間の範囲では操舵トルクの立ち上がりがなく、バックラッシ隙間が消失した段階で急激に立ち上がり、その後、所定の傾斜角度で立ち上がる特性を示す。
【００５４】
これに対して、弾性部材３６を用いた場合は、一点破線で示すように、回転初期から弾性部材３６自体の摩擦抵抗が働いて、つまり当初からバックラッシ隙間の影響が消失されていることから、操舵角度に対する操舵トルクの立ち上がりが回転初期から急激に立ち上がり、その後は、弾性反力が一定になる。このため、操舵角度に対する操舵トルクの全体の特性が実線で示すように、回転初期から所定の傾斜角度で立ち上がる特性となる。
【００５５】
したがって、バックラッシ隙間に起因した操舵軸２のガタ付きの発生を確実に防止することができる。この結果、ステアリングホイールの良好な操舵フィーリングが得られる。
【００５６】
特に、この実施形態では、弾性部材３６の内周面に操舵軸２を直接挿通していることから、該弾性部材３６により操舵軸２に対して直接的に摩擦抵抗を発生させることができるので、操舵フィーリングをより向上させることができる。
【００５７】
図５は本発明の第２の実施形態を示し、弾性部材３８の配置を変更したものである。
【００５８】
すなわち、第１サンギア２５と第２サンギア３０との対向端部にそれぞれフランジ部３９、４０が一体に設けられ、この両フランジ部３９，４０間に、弾性部材３８がサンドイッチ状に配置されている。この弾性部材３８は、比較的大径な円環状に形成され、一端面３８ａが前記第２サンギア３０側のフランジ部４０の端面に固定されていると共に、他端面３８ｂに前記第１サンギア２５側のフランジ部３９の対向端面が所定の荷重で圧接している。
【００５９】
したがって、この実施形態によれば、第１実施形態と同じく、例えばステアリングホイール１の切り返し回転操作時などにおいて、操舵軸２の回転に伴って第１サンギア２５側のフランジ部３９が弾性部材３８の他端面３８ｂに圧接しながら回転し、つまり所定の摩擦抵抗を受けながら摺動回転する。このため、遊星歯車機構１７の各ギア間のバックラッシ隙間に起因した操舵軸２のガタ付きの発生を確実に防止することができる。
【００６０】
特に、この実施形態では、弾性部材３８に対してフランジ部３９が比較的大きな面接触により圧接することから、大きな摩擦抵抗が得られる。したがって、バックラッシ隙間の影響をさらに回避することが可能になる。
【００６１】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、弾性部材をゴム以外のばね部材などによって構成することも可能であり、また弾性部材の取付位置を、操舵軸から出力軸までの回転トルク伝達経路のいずれの位置であってもよい。
【００６２】
さらに、回転伝達機構としては、前記遊星歯車機構に限らず、例えば、衛星歯車機構や、特開２００２−２５５０４６号公報に開示されているようなボール螺子機構などとすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に供される遊星歯車機構の縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における操舵制御装置を示す概略図である。
【図３】本実施形態における電子コントローラの制御フローチャート図である。
【図４】従来の技術と本実施形態における操舵角と操舵トルクの関係を示す特性図である。
【図５】第２実施形態に供される遊星歯車機構の要部縦断面図である。
【符号の説明】
１…ステアリングホイール
２…操舵軸
２ａ…先端部
１７…遊星歯車機構（回転伝達機構）
１８…電動モータ（可変モータ）
２２…ハウジング
２５…第１サンギア
２６…プラネタリキャリア
２７…第１プラネタリギア
２８…第１リングギア
３０…第２サンギア
３１…第２プラネタリギア
３２…第２リングギア
３６・３８…弾性部材
【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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