(57)【要約】【課題】可変減速機構を備えた操舵装置において、モータ駆動を極力抑制して、ステアリングシャフトに対するラックへのギア比を１：１に設定可能な操舵装置を提供すること。【解決手段】可変減速機構を用いた可変減速機構を備えた操舵装置において、ステアリングシャフトに連携されたサンギア３２と、回転駆動用モータに係合するリングギア３４と、ラック軸に係合するピニオンシャフトに係合するキャリア３３と、キャリア３３に支持され、サンギア３２及びリングギア３４と歯合する２つのピニオンギア３３ａ，３３ｂと、からなるダブルピニオン型遊星歯車機構を備えた操舵装置とした。【選択図】　　　　図３
2004098820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動用モータに連携されたリングギアと、ラック軸に係合するピニオンシャフト又はステアリングシャフトのどちらか一方に係合するサンギアと、他方に係合するキャリアと、
前記キャリアに支持され、前記サンギア及び前記リングギアと歯合するピニオンギアと、
からなる遊星歯車を用いた可変減速機構を備えた操舵装置において、
前記ピニオンギアは、２つの第１ピニオンギア及び第２ピニオンギアを有し、前記第１ピニオンギアが前記サンギアと前記第２ピニオンギアに歯合し、前記第２ピニオンギアが前記第１ピニオンギアと前記リングギアに歯合するダブルピニオンギアであることを特徴とする操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の操舵装置において、
前記サンギアのピッチ円半径と、前記リングギアのピッチ円半径の比を１：２としたことを特徴とする操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵角に対する操舵量を変更可能な操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステアリングホイールに対する車輪切れ角を可変にするために遊星歯車を用いた操舵装置として、特許文献１が開示されている。この公報に記載の操舵装置は、ステアリングホイール側の入力軸と係合するサンギアと、ステアリングギア側の出力軸と係合するキャリアと、電動モータにより駆動するリングギアから構成されている。ステアリングホイールから入力された回転は、リングギア停止時は減速されて出力され、リングギアをステアリングホイールから入力された回転と同速度で駆動すると、１：１の関係で出力される。また、リングギアをステアリングホイールから入力された回転よりも高い速度で駆動すると、増速されて出力される。よって、走行状態に応じてリングギアを駆動することで、ステアリングホイールに対する理想的な車輪切れ角を得ることができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５９−２０９９６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、通常走行時には操舵フィーリング上、ステアリングシャフトに対するラックへのギア比を１：１にするのが最も望ましい。しかしながら、サンギヤ・シングルピニオンギア・リングギアからなる単純遊星歯車では、ステアリングシャフトとピニオンシャフトの回転を１：１にするためには、リングギアを高速（上記従来技術の場合、ステアリングホイールから入力される回転速度）で回す必要があり、このような状況では、モータに対する負荷が大きくなり、モータの耐久性が低下するという問題があった。ここで、図６に単純遊星歯車及びその共線図を示す。図６（ａ）は単純遊星歯車の構成を表す概略図、図６（ｂ）はサンギア入力・キャリア出力とした場合の共線図、図６（ｃ）はサンギア入力・リングギア出力とした場合の共線図である。この遊星歯車には下記式に表される関係が成立する。
（式１）
ｒ１（ω１−ω２）＝ｒ３（ω２−ω３）
図６（ｂ）に示すようにリングギアを固定（モータ駆動を停止）した場合は、式１のω３が０となる。このとき、式１は下記に示すようになる。
（式２）
ｒ１ω１＝（ｒ３＋ｒ１）ω２
ここで、｜ω１｜と｜ω２｜の関係が１：１となるには、ｒ３が０となってしまい、理論的に不可能である。
次に、図６（ｃ）に示すようにキャリアを固定（モータ駆動を停止）した場合は、式１のω２が０となる。このとき、式１は下記に示すようになる。
（式３）
ｒ１ω１＝−ｒ３ω３
ここで、｜ω１｜と｜ω３｜の関係が１：１となるには、ｒ１とｒ３が同じ長さとなってしまい、理論的に不可能である。
【０００５】
本発明は、上述の問題点に着目してなされたもので、可変減速機構を備えた操舵装置において、モータ駆動を極力抑制して、ステアリングシャフトに対するラックへのギア比を１：１に設定可能な操舵装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため本発明の操舵装置では、ダブルピニオン型遊星歯車機構を用いた可変減速機構とした。よって、図５（ｂ）の共線図に示すように、転舵量である出力回転よりも減速側にリングギアを配置することができる。すなわち、従来技術でも、図６（ｃ）に示すように、キャリアにモータを配置する例が考えられるが、モータとキャリアを係合する際、キャリアの大型化を招くため、望ましくない。これに対し、本願発明はリングギアとモータを係合しつつ出力回転よりも減速側にリングギアを配置することができる。よって、可変ギア機構の構成をコンパクトにしつつ、通常走行時において、運転者の操舵量に対する転舵量を１：１とする際、モータの駆動力を極力抑えることが可能となり、モータ負荷を低減することができる。また、出力回転よりも減速側にリングギアを配置することで、１：１以外の操舵量に対する転舵量を得る場合でも、モータの駆動を抑制することができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明では、サンギアのピッチ円半径とリングギアのピッチ円半径の比を１：２としたことで、モータの回転無しで運転者の操舵量に対する転舵量を１：１とすることができる。尚、発明が解決しようとする課題で説明したように、従来技術ではピッチ円半径をどのように取ったとしてもモータ回転無しで１：１を達成することはできない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における操舵装置の全体構成を表すシステム図である。まず、構成について説明すると、１はステアリングホイール、２はステアリングシャフト、３は可変ギア機構、５は運転者の操舵力を低減するパワーステアリング機構、７は操舵輪、１０はステアリングコントロールユニット（以下、ＳＢＷＣＵと記載する）である。
【０００９】
パワーステアリング機構５の油圧源であるオイルポンプ６は、ステアリングシャフト２上に設けられたバルブ４に接続されている。運転者がステアリングホイール１を操作すると、操作方向に応じてバルブ４が切り換えられ、パワーステアリング機構５に油圧が供給されることで運転者の操舵力をアシストする。また、ステアリングシャフト２には、運転者の操舵角を検出する操舵角センサ１２が設けられている。
【００１０】
可変ギア機構３内には、ステアリングシャフト２から入力された回転速度を出力軸から出力する際、走行状態に応じて回転速度を変更するギア比可変モータ３１が設けられている。出力軸から出力された回転はラックアンドピニオン式ギアを介して操舵輪７を駆動する。また、可変ギア機構３内には舵角を検出する舵角センサ１３が設けられている。
【００１１】
図２はＳＢＷＣＵ１０の制御構成を表すブロック図である。ＳＢＷＣＵ１０には、車速センサ１１，操舵角センサ１２及び舵角センサ１３からの信号Ｖ，θ，δがそれぞれ入力される。またＳＢＷＣＵ１０には、車速Ｖに応じて可変ギア機構３のギア比Ｎ（Ｖ）を設定するギア比調整マップ１０ａが設けられている。ギア比調整マップ１０ａは図に示すように、車速が高いほど大きなギア比を設定し、車速が低いほど小さなギア比を設定する。
【００１２】
このギア比調整マップ１０ａから出力されるギア比Ｎ（Ｖ）と、現在の操舵角θと舵角δからモータ駆動モジュール１０ｂにおいて、ギア比可変モータ３１への電流値Ｉを下記の式により算出する。
Ｉ＝Ｋ｛θ−δ＊Ｎ（Ｖ）｝
上記式により算出された電流指令値をギア比可変モータ３１に出力する。これにより、特に低速時のギア比を小さくすることでステアリングの取り回し性の向上を図っている。
【００１３】
図３は可変ギア機構３の構成を表す概略図、図４は可変ギア機構の概略断面図である。本実施の形態１の可変ギア機構３にはダブルピニオン型の遊星歯車が設けられている。この遊星歯車は、ステアリングシャフト２と係合するサンギア３２と、サンギア３２と他方のピニオンギア３３ｂと歯合するピニオンギア３３ａと、リングギア３４と他方のピニオンギア３３ａと歯合するピニオンギア３３ｂと、ピニオンギア３３ａ，３３ｂを回転可能に支持するキャリア３３から構成されている。また、リングギア３４の外周には、ギア比可変モータ３１に係合されたウォームギア３１ａと噛み合う外周側ギア３４ａが設けられている。
【００１４】
運転者の操舵によりステアリングシャフト２が回転すると、サンギア３２が回転し、この回転はキャリア３３からリングギア３４の駆動状態に応じた回転数で出力される。キャリア３３に接続された出力軸３５にはピニオン３５ａが設けられ、このピニオン３５ａの回転に応じてラック４ａを図中紙面に垂直方向に駆動することで転舵する。
【００１５】
図５は実施の形態１における可変ギア機構３に用いられたダブルピニオン型遊星歯車機構の概略図である。図５（ａ）に示すように、サンギア３２のピッチ円半径をｒ１，リングギア３４のピッチ円半径をｒ３とする。また、サンギア３２の回転速度をω１，各ピニオンギア３３ａ，３３ｂを支持するキャリアの回転速度をω２，リングギア３４の回転速度をω３とする。また、図５（ｂ）には共線図を示す。
【００１６】
このとき、サンギアの接触移動周長とリングギアの接触移動周長は等しいことから下記の式が成立する。
（式４）
ｒ１（ω１−ω２）＝ｒ３（−ω２＋ω３）
リングギア３４を固定（ギア比可変モータ３１を停止）した場合、ω３＝０となり、下記の式を得る。
（式５）
ｒ１（ω１−ω２）＝−ｒ３・ω２
ここで、｜ω１｜：｜ω２｜を１：１とすると、ω１＝−ω２とすれば良いため、
２ω１・ｒ１＝ｒ３・ω１
よって、
２ｒ１＝ｒ３
となる。
【００１７】
すなわち、サンギア３２のピッチ円半径ｒ１とリングギア３４のピッチ円半径ｒ３を１：２とすることで、リングギア３４を固定した状態（すなわち、ギア比可変モータ３１の回転無し）で、可変ギア機構３への入力回転速度に対する出力回転速度を１：１とすることが可能となる。これにより、走行時に最も多い状況である通常走行時にギア比可変モータ３１を駆動する必要が無く、モータ負荷の低減を図ることが可能となり、ギア比可変モータ３１の耐久性を向上することができる。
【００１８】
また、リングギア３４の外周側ギア３４ａとギア比可変モータ３１はウォームギア３１ａにより歯合されているため、ウォームギア３１ａを非可逆タイプとすればリングギア３４側からトルク入力されたとしても、ウォームギア３１ａにより固定されリングギア３４は回転しない。よって、仮にギア比可変モータ３１がフェールし、駆動ができない場合であっても、リングギア３４を固定することができる。これにより、運転者の操舵による車輪の１：１転舵機能を確保することが可能となり、別途フェール機構を設ける必要が無く、コストを削減することができる。尚、本実施の形態ではステアリングシャフトにサンギア，ピニオンにキャリアを接続したが、ステアリングシャフトにキャリア、ピニオンにサンギアを接続してもよい。
【００１９】
更に、上記実施の形態から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
【００２０】
（イ）請求項１または２に記載の操舵装置において、前記操舵装置はラック軸の推力をアシストするアシスト装置を備えることを特徴とする操舵装置。
【００２１】
この構成によれば、運転者が操舵する際の操舵力を低減することが可能となる。ここで、実施の形態１では、アシスト装置として油圧式パワーステアリング機構を用いたが、電動式のアシスト装置であっても良いし、電動モータによってオイルポンプを駆動する油圧式パワーステアリング機構であっても良い。
【００２２】
（ロ）前記（イ）項に記載の操舵装置において、前記可変減速機構を制御する制御手段を備え、前記可変減速機構は制御手段から出力される制御電流により駆動する電動モータを備え、前記モータ電流を下記の式により演算することを特徴とする操舵装置。
Ｉ＝Ｋ｛θ−δ＊Ｎ（Ｖ）｝
ここで、θは操舵角，δは前輪舵角，Ｎ（Ｖ）は車速に依存して決まるステアリングギア比である。尚、Ｎ（Ｖ）は車速が低いほど小さなギア比に設定される。
【００２３】
この構成によれば、特に低速時のギア比を小さくすることで、ステアリング取り回し性を向上することができる。
【００２４】
（ハ）請求項１，請求項２，前記（イ）項及び（ロ）項に記載の操舵装置において、前記リングギアの外周に外周側ギアを設け、該外周側ギアと前記回転駆動用モータを非可逆式ウォームギアにより係合したことを特徴とする操舵装置。
【００２５】
この構成によれば、リングギア側からトルク入力されたとしても、ウォームギアにより固定されるためリングギアは回転しない。よって、仮に回転駆動用モータがフェールし、駆動ができない場合であっても、リングギアを固定することができる。これにより、運転者の操舵による車輪の１：１転舵機能を確保することが可能となり、別途フェール機構を設ける必要が無く、コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態の操舵装置の全体構成を表す概略図である。
【図２】実施の形態のステアリングバイワイアコントロールユニットの概略構成を表すブロック図である。
【図３】実施の形態の可変ギア機構の構成を表す概略図である。
【図４】実施の形態の可変ギア機構の断面図である。
【図５】実施の形態の可変ギア機構に用いられたダブルピニオン型遊星歯車機構の概略図である。
【図６】従来技術の単純遊星歯車及びその共線図を示す図である。
【符号の説明】
１　　ステアリングホイール
２　　ステアリングシャフト
３　　可変ギア機構
４　　バルブ
４ａ　　ピニオン
５　　パワーステアリング機構
６　　オイルポンプ
７　　操舵輪
１０　　ステアリングバイワイヤコントロールユニット（ＳＢＷＣＵ）
１１　　車速センサ
１２　　操舵角センサ
１３　　舵角センサ
３１　　ギア比可変モータ
３１ａ　　ウォームギア
３２　　サンギア
３３　　キャリア
３３ａ，３３ｂ　　ピニオンギア
３４　　リングギア
３４ａ　　外周側ギア
３５　　出力軸
３５ａ　　ラック
【図１】
2004098820.tif 000003
【図２】
2004098820.tif 000004
【図３】
2004098820.tif 000005
【図４】
2004098820.tif 000006
【図５】
2004098820.tif 000007
【図６】
2004098820.tif 000008