(57)【要約】【課題】車両用操舵装置において、複数のアクチュエータを用いる場合に小型化を達成できること。【解決手段】操舵部材２に操作反力を与えるための第１の電動モータ４を差動伝達機構５の第１要素としての太陽ギヤ１５に連結する一方、転舵比可変用（又は操舵補助用）の第２の電動モータ２０を差動伝達機構５の第３要素としてのリングギヤ１８に連結する。複数の電動モータ４，２０を差動伝達機構５に関連つけ、小型化を図る。第１の電動モータ４を第１の操舵軸３の同軸上に配置し、一層の小型化を図る。第１の電動モータ４の電流変化量ΔＩに応じて操舵部材２への操作トルクを検出し、これに応じて第１の電動モータ４の制御電圧を調整する。別途にトルクセンサは設ける必要がない。【選択図】　図１
2004042829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材と、この操舵部材に連なる第１要素、転舵輪に連なる第２要素、並びに、上記第１および第２要素を関連付ける第３要素を含む差動伝達機構と、
上記操舵部材および第１要素と駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操作反力を与えるための第１のアクチュエータと、
上記第３要素に駆動伝達可能に連結され操舵部材の操舵量に対する転舵輪の転舵量の比である転舵比を変更し、又は転舵輪を操舵補助するための第２のアクチュエータと、
上記操舵部材の操作角を検出するための操作角検出手段と、
この操作角検出手段により検出される検出操作角、および／又は操舵部材に加えられるトルクに関連する状態量に基づいて第１のアクチュエータを駆動制御する制御部とを備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、上記第１のアクチュエータは操舵部材の支軸の同軸上に配置される電動モータを含み、上記制御部は、電動モータの制御電圧を電動モータの電流の変化量に応じて調節することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記第１のアクチュエータは操舵部材の支軸の同軸上に直結されるロータと、ロータの周囲に配置されるステータとを含む電動モータを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】
請求項１において、上記操舵部材と第１要素との間に遊星伝達機構が介在し、上記第１のアクチュエータは遊星伝達機構の一つの要素の同軸上に設けられる電動モータを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵部材の操作に基づいて転舵輪を転舵させる車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイール等の操舵部材の操舵量に応じて転舵輪の転舵量の比を可変とする転舵比可変機構〔ＶＧＲＳ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｇｅａｒ　Ｒａｔｉｏ　Ｓｙｓｔｅｍ　）〕と、転舵比可変制御用の電動モータとを備える車両用操舵装置が種々提供されている（例えば特開平５−７７７５１号公報参照）。この場合、操舵補助力を発生させるための電動モータと、上記の転舵比可変制御用の電動モータとが備えられることになる。
【０００３】
一方、近年、操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結を解き、操舵伝達系の一部を電気的な経路で構成する、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム（単にＳＢＷとも称する）の車両用操舵装置が提供されている。この場合、操舵用の電動モータと、操舵部材に操作反力を付与するための反力用の電動モータとが備えられることになる。しかも転舵比可変機能を付加する場合は、操舵用の電動モータとして高出力の電動モータが必要になったり、その制御が複雑になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの車両用操舵装置のように、複数の電動モータを装備するとなると、大型化するという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数のアクチュエータ（電動モータ）を有する車両用操舵装置において小型化を達成することができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、操舵部材と、この操舵部材に連なる第１要素、転舵輪に連なる第２要素、並びに、上記第１および第２要素を関連付ける第３要素を含む差動伝達機構と、上記操舵部材および第１要素と駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操作反力を与えるための第１のアクチュエータと、上記第３要素に駆動伝達可能に連結され操舵部材の操舵量に対する転舵輪の転舵量の比である転舵比を変更し、又は転舵輪を操舵補助するための第２のアクチュエータと、上記操舵部材の操作角を検出するための操作角検出手段と、この操作角検出手段により検出される検出操作角、および／又は操舵部材に加えられるトルクに関連する状態量に基づいて第１のアクチュエータを駆動制御する制御部とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明では、差動伝達機構の第１要素および第３要素をそれぞれ第１および第２のアクチュエータで駆動し、第１のアクチュエータにて操舵部材に操作反力を与える一方、第２のアクチュエータで、差動伝達機構を差動回転させて、操舵部材の回転量と転舵輪の転舵量との転舵比を所要に設定したり、或いは転舵輪の操向を補助する操舵補助力を発生させたりすることができる。しかも、第１および第２のアクチュエータを差動伝達機構の対応する要素に関連付けることで、車両用操舵装置全体としての小型化を図ることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記第１のアクチュエータは操舵部材の支軸の同軸上に配置される電動モータを含み、上記制御部は、電動モータの制御電圧を電動モータの電流の変化量に応じて調節することを特徴とするものである。本発明では、電動モータを操舵部材の支軸の同軸上に配置することで、一層の小型化を達成することができる。しかも、電動モータの電流の変化量に応じて操舵部材へ加えられる操作トルクを検出できるので、別途にトルクセンサを設ける場合と比較して、構造を格段に簡素化することができる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、上記第１のアクチュエータは操舵部材の支軸の同軸上に直結されるロータと、ロータの周囲に配置されるステータとを含む電動モータを含むことを特徴とするものである。このようなロータとステータのレイアウトにより省スペースを図り、また、電動モータの効率向上にも寄与できる。
請求項４記載の発明は、請求項１において、上記操舵部材と第１要素との間に遊星伝達機構が介在し、上記第１のアクチュエータは遊星伝達機構の一つの要素の同軸上に設けられる電動モータを含むことを特徴とするものである。遊星伝達機構であれば、例えばウォームギヤ機構等と比較してバックラッシが小さく、第１のアクチュエータを介する操舵部材に対する反力制御の実施が容易である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、例えばステアリングホイール等の操舵部材２に一体回転可能に連結される操舵部材２の支軸としての第１の操舵軸３と、この第１の操舵軸３に反力用の第１のアクチュエータとしての第１の電動モータ４および差動伝達機構５を介して第１の操舵軸３の同軸上に連結される第２の操舵軸６と、この第２の操舵軸６に連結されるラックアンドピニオン機構等の舵取り機構７とを備える。
【００１０】
舵取り機構７は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸８と、この転舵軸８の両端にタイロッド９を介して結合され、転舵輪１０を支持するナックルアーム１１とを備える。転舵軸８はハウジング１２により支承されて軸方向に摺動可能とされている。転舵軸８の摺動により転舵輪１０の転舵が達成される。
転舵軸８の一部には、ラックギヤ８ａが形成されており、このラックギヤ８ａには、第２の操舵軸６の端部に設けられて第２の操舵軸６と一体回転するピニオンギヤ１３が噛み合わされている。操舵部材２の操作に応じて第２の操舵軸６が回転駆動されると、この第２の操舵軸６の回転がピニオンギヤ１３及びラックギヤ８ａにより、転舵軸８の摺動に変換され、転舵輪１０の転舵が達成される。
【００１１】
第１の電動モータ４は、操舵部材２に操作反力を与える働きをする。第１の電動モータ４は、車体またはステアリングコラム等の固定部材に軸受１４を介して回転自在に支持されるハウジング４ａと、回転軸４ｂとを有する。ハウジング４ａは第１の操舵軸３に一体回転可能に連結される。回転軸４ｂは、第１の操舵軸３および第２の操舵軸６の同軸上に配置される、差動伝達機構５の入力側となる第１要素（太陽部材）としての太陽ギヤ１５に一体回転可能に連結される。
【００１２】
差動伝達機構５は第１及び第２操舵軸３，６間の差動回転を許容するための機構であり、例えば図示のような遊星伝達機構としての遊星ギヤ機構からなる。
差動伝達機構６は、上述した入力側となる太陽ギヤ１５と、出力側となるキャリア１６により回転自在に保持されて太陽ギヤ１５と噛み合う第２要素（遊星部材）としての複数の遊星ギヤ１７と、各遊星ギヤ１７に噛み合う内歯１８ａを内周に持つリング部材としてのリングギヤ１８とを含む。
【００１３】
リングギヤ１８は外周に外歯１８ｂを形成することで例えばウォームホイールを構成している。この外歯１８ｂは例えばウォームからなる駆動伝達ギヤ１９を介して、転舵比可変用の第２のアクチュエータとしての第２の電動モータ２０に駆動連結されている。図示していないが、第２の電動モータ２０のケーシングは車体の適所に固定されている。
第１の電動モータ４および第２の電動モータ２０はマイクロプロセッサ等を含む制御部Ｃにより制御されるようになっている。
【００１４】
第１操舵軸３には操舵部材２による操舵角（操舵位置）を検出するための操舵位置センサとしての操舵角センサ２１が設けられている。操舵角センサ２１からの検出信号が制御部Ｃに入力される。
また、転舵軸８には転舵軸８の軸方向位置に関連して転舵位置を検出するための転舵位置センサ２２が設けられており、この転舵位置センサ２２による検出信号も制御部Ｃに入力される。また、制御部Ｃには、車速を検出するための車速センサ２３からの検出信号が入力されるようになっている。
【００１５】
制御部Ｃは、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、第１の電動モータ４および第２の電動モータ２０をそれぞれ駆動するための駆動部としての駆動回路２４および２５に制御信号を出力する。
例えば車両の走行状況、例えば車速等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との転舵比を設定し、この設定した転舵比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、転舵比可変用の第２の電動モータ２０の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２５に与えて、第２の電動モータ２０を駆動制御する。
【００１６】
一方、制御部Ｃには、さらに反力用の第１の電動モータ４に流れる電流値Ｉに関わる信号が第１の電動モータ４自身からライン２６を介して与えられる。
制御部Ｃでは、ライン２６からの電流値Ｉに関わる信号から第１の電動モータ４の電流変化量ΔＩを演算する。この電流変化量ΔＩが操舵部材２に負荷される操舵トルクに比例することから、制御部Ｃでは、第１の電動モータ４の電圧指令値（制御電圧）Ｖを、下記式を用いて演算する。
【００１７】
Ｖ＝Ｋ・ΔＩ＋Ｃ
ここで、Ｋはゲインであり、Ｃは運転状況に応じた電圧付加量であり、例えば車速センサ２３により検出される車速、操舵角センサ２１により検出される操舵角等に応じて設定される。
このような制御電圧Ｖにて制御された第１の電動モータ４が操舵部材２に所望の反力トルクを付与する。
【００１８】
本実施の形態によれば、操舵部材２に操作反力を与えるための第１の電動モータ４を差動伝達機構５の第１要素としての太陽ギヤ１５に連結する一方、転舵比可変用の第２の電動モータ２０を差動伝達機構５の第３要素としてのリングギヤ１８に連結することで、各電動モータ４，２０を差動伝達機構５の対応する要素１５，１８にそれぞれ関連付けることで、車両用操舵装置１全体としての小型化を図ることができる。
【００１９】
しかも、反力用の第１の電動モータ４を操舵部材２の支軸となる第１の操舵軸３の同軸上に配置することで、一層の小型化を達成することができる。
加えて、第１の電動モータ４の電流変化量ΔＩに応じて操舵部材２への操作トルクを検出できるので、別途にトルクセンサを設ける場合と比較して、構造を格段に簡素化することができる。
なお、本実施の形態では、第２の電動モータ２０を転舵比可変用の電動モータとして機能させたが、これに限らず、第２の電動モータ２０を操舵補助用の電動モータとして機能させても良く、この場合の第２の電動モータ２０は、差動伝達機構５、第２の操舵軸６、ピニオンギヤ１３およびラックギヤ８ａを介して転舵軸８に操舵補助力を付与することになる。
【００２０】
次いで、図２は本発明の別の実施の形態を示している。図２を参照して、本実施の形態が図１の実施の形態と異なるのは、図１の実施の形態では、操舵部材２に操作反力を付与するために、反力用アクチュエータとしての第１の電動モータ４によって第１の操舵軸３をダイレクトに駆動させたが、本実施の形態では、反力用アクチュエータとしての第１の電動モータ２６が遊星伝達機構２７を介して第１の操舵軸３を駆動する点にある。
【００２１】
遊星伝達機構２７は例えば遊星ギヤ機構からなる。遊星伝達機構２７は、第１の電動モータ２６によって回転駆動される太陽ギヤ２８と、第１の操舵軸３に一体回転可能に設けられるキャリア２９によって回転自在に支持される複数の遊星ギヤ３０と、回転不能なリングギヤ３１とを備える。第１の電動モータ２６は、車体またはステアリングコラム等の固定部材に固定されるハウジングによって支持される回転軸２６ａを有し、この回転軸２６ａは、太陽ギヤ２８を一体回転可能に同軸上に連結する。
【００２２】
第１の電動モータ２６が太陽ギヤ２８を回転駆動すると、遊星ギヤ３０が自転しながら公転し、キャリア２９が回転することになる。これにより、第１の電動モータ２６から遊星伝達機構２７を介して操舵部材２に操作反力が付与される。３２は操舵部材２に付与される操作トルクを検出するためのトルクセンサであり、トルクセンサ３２からの信号は制御部Ｃに入力される。制御部Ｃではトルクセンサ３２からの信号等に応じて駆動回路２４を介して第１の電動モータ２６を制御する。他の構成については図１の実施の形態と同様であるので、図に同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２３】
本実施の形態によれば、例えばウォームギヤ機構等を介して操作反力を付与する場合と比較して、トルク伝達ロスが少なく、制御し易くなる。
なお、図２の実施の形態において、第１の電動モータ２６が太陽ギヤ２８を回転駆動する例を示したが、これに限らず、リングギヤ３１を回転駆動するようにしても良い。
また、図１及び図２の実施の形態においては第２の電動モータ２０が駆動伝達ギヤ１９を介して差動伝達機構５の１つの要素として例えばリングギヤ１８を駆動していたが、差動伝達機構５の何れかの要素をダイレクトドライブ方式で駆動するように構成しても良い。
【００２４】
例えば、模式図である図３を参照して、車体またはステアリングコラム等の固定部材に固定されるハウジング３３内に、例えば遊星ギヤ機構等の遊星伝達機構からなる差動伝達機構５、および第２のアクチュエータとしての第２の電動モータ３４が収容さている。
差動伝達機構５の遊星ギヤ１７を回転自在に支持するキャリア１６が、第１の操舵軸３に一体回転可能に連結される。また、差動伝達機構５の太陽ギヤ１５が、第２の操舵軸６に一体回転可能に連結される。
【００２５】
第２の電動モータ３４は、第１および第２の操舵軸３，６の同軸上に配置されて、リングギヤ１８と一体回転するロータ３４ａと、このロータ３４ａの周囲を取り込んでハウジング３３により支持されるステータコイル３４ｂとを備える。
本実施の形態によれば、第２の電動モータ３４が差動伝達機構５と同軸に配置されるので、省スペース化を図ることができるともに、第２の電動モータ３４からのトルクを高効率で伝達することができる。
【００２６】
図４Ａ，４Ｂおよび４Ｃはそれぞれ本発明の別の実施の形態を示している。各実施の形態は第２の電動モータ２０と、差動伝達機構５のリングギヤ１８との間に減速機構Ｒを設ける場合の例を示している。
図４Ａの実施の形態では、減速機構Ｒとして、第２の電動モータ２０により回転駆動される平歯車からなる駆動ギヤ３５と、この駆動ギヤ３５と噛み合いリングギヤ１８と一体回転する平歯車からなる従動ギヤ３６とを備える。
【００２７】
図４Ｂの実施の形態では、減速機構Ｒとして、第２の電動モータ２０により回転駆動されるかさ歯車からなる駆動ギヤ３７と、この駆動ギヤ３７と噛み合いリングギヤ１８と一体回転するかさ歯車からなる従動ギヤ３８とを備える交差軸歯車機構を用いる。交差軸歯車機構に代えて、ハイポイドギヤ機構等の食い違い軸歯車機構を用いることもできる。
図４Ｃの実施の形態では、減速機構Ｒとして、第２の電動モータ２０により回転駆動される駆動プーリ３９と、この駆動プーリ３９と無端状の伝動帯４０を介して駆動伝達されリングギヤ１８と一体回転する従動プーリ４１とを備えるベルトプーリ機構を用いる。
【００２８】
図４Ａ〜図４Ｃの各実施の形態においては、簡単な機構にて、減速比を大きく確保でき、しかも、がたが少なくて高伝達効率を実現することができる。
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の要部の概略構成を示す模式図である。
【図４】図４Ａ，４Ｂおよび４Ｃはそれぞれ本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の要部の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１　　車両用操舵装置
２　　操舵部材
３　　第１の操舵軸（操舵部材の支軸）
４　　第１の電動モータ（第１のアクチュエータ）
５　　差動伝達機構
６　　第２の操舵軸
７　　舵取り機構
８　　転舵軸
８ａ　ラックギヤ
１０　転舵輪
Ａ　　操舵伝達系
１３　ピニオンギヤ
１５　太陽ギヤ（第１要素）
１６　キャリア（第２要素）
１７　遊星ギヤ（第２要素）
１８　リングギヤ（第３要素）
１８ａ　内歯
１８ｂ　外歯
１９　駆動伝達ギヤ
２０　第２の電動モータ（第２のアクチュエータ）
Ｃ　　制御部
２１　操舵角センサ
２２　転舵位置センサ
２３　車速センサ
２６　第１の電動モータ（第１のアクチュエータ）
２７　遊星伝達機構
２８　太陽ギヤ
２９　キャリア
３０　遊星ギヤ
３１　リングギヤ
３２　トルクセンサ
３４　第２の電動モータ（第２のアクチュエータ）
３４ａ　ロータ
３４ｂ　ステータコイル（ステータ）
【図１】
2004042829.tif 000003
【図２】
2004042829.tif 000004
【図３】
2004042829.tif 000005
【図４】
2004042829.tif 000006