(57)【要約】【課題】ステアリングハンドルと転舵輪が機械的直結状態を維持しつつ、操舵角の伝達比を可変とする車両用操舵装置を提供すること。【解決手段】ステアリングハンドルに連結したコラムアッパーと、転舵輪に連結した転舵装置を駆動するコラムロアの経路の途中に伝達比を可変にする可変操舵機構と、前記可変操舵機構を制御する操舵制御手段と、を有する車両用操舵装置において、前記コラムアッパーを、前記ステアリングハンドルに連結された第１コラムアッパーと、前記コラムロアに連結された第２コラムアッパーから構成し、前記可変操舵機構を、前記第１コラムアッパーにスプライン結合した第１ボールねじナットと、一端がモータと一体に駆動され、前記第２コラムアッパーと一体に回転し、他端が前記第１ボールねじナットと篏合するボールねじ部とから構成した。【選択図】        図２
2004210239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングハンドルに連結したコラムアッパーと、転舵輪に連結した転舵装置を駆動するコラムロアの経路の途中に伝達比を可変にする可変操舵機構と、前記可変操舵機構を制御する操舵制御手段と、を有する車両用操舵装置において、
前記コラムアッパーを、前記ステアリングハンドルに連結された第１コラムアッパーと、前記コラムロアに連結された第２コラムアッパーから構成し、
前記可変操舵機構を、
前記第１コラムアッパーにスプライン結合した第１ボールねじナットと、
一端がモータと一体に駆動され、前記第２コラムアッパーと一体に回転し、他端が前記第１ボールねじナットと篏合するボールねじ部と、
から構成したことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記ボールねじ部にスプラインを設け、該スプラインと前記第２コラムアッパーをスプライン篏合により一体としたことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記モータと一体に駆動される第２ボールねじナットを設け、
前記ボールねじ部に、前記第１ボールねじナットと前記第２ボールねじナットを同軸上に篏合し、前記モータの回転入力を前記第２ボールねじナットを介して前記ボールねじ部に伝達することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用操舵装置において、
前記ボールねじ部を、前記第１ボールねじナットと篏合する第１ボールねじ部と前記第２ボールねじナットと篏合する第２ボールねじ部から構成し、
前記第１ボールねじ部と前記第２ボールねじ部をドライブシャフト又はフレキシブルケーブルで連結し、前記第１ボールねじ部と前記第２ボールねじ部が同速で回転する構成としたことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項５】
請求項３に記載の車両用操舵装置において、
前記ボールねじ部を、前記第１ボールねじナットと篏合する第１ボールねじ部と前記第２ボールねじナットと篏合する第２ボールねじ部から構成し、
前記第１ボールねじ部及び前記第２ボールねじ部の端部に、それぞれ回転直線運動変換ギヤを設け、その間をプッシュプルケーブルで連結し、前記第１ボールねじ部と前記第２ボールねじ部が同速で回転する構成としたことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項６】
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記第２ボールねじナットの外周に歯車を設け、
前記ボールねじ部と前記モータを非同軸に配置すると共に、前記モータから前記第２ボールねじナットへ、前記歯車を介して回転入力を行うことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項７】
請求項１ないし６に記載の車両用操舵装置において、
前記操舵制御手段を、車両状態に応じて前記モータの回転を制御する手段としたことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項８】
請求項１ないし７に記載の車両用操舵装置において、
前記モータからの回転入力による第２コラムアッパーの回転角と、前記ステアリングハンドル入力による第１コラムアッパーの回転角に差異が生じた場合、前記第１コラムアッパーのボールねじに篏合した第１ボールねじナットが、回転角の差異に相当するボールねじリード分だけスプラインに沿って軸方向移動することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項９】
請求項１ないし８に記載の車両用操舵装置において、
前記モータからの回転入力が停止すると、前記ステアリングハンドル入力による前記第１コラムアッパーの回転角が、前記第１コラムアッパーにスプライン結合した前記第１ボールねじナットにより、前記第２コラムアッパーのボールねじ部を同期回転させることにより、ステアリングハンドル入力による前記第１コラムアッパーの回転角分だけ前記第２コラムアッパーが回転するとともに、前記モータは前記第２コラムアッパーと同期回転する機構である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、ステアリングハンドル操舵角の転舵角に対する伝達比を可変とする車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステアリングハンドル操舵角の転舵輪に対する伝達比を可変にするステアリング装置としては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この車両用操舵装置は、ステアリングハンドルと転舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に電動機により伝達比を可変する伝達比可変手段と、該伝達比可変手段の作動を制限して前記ステアリングハンドルと前記転舵輪とを直結状態にする直結手段と、該直結手段の作動を制御する作動制御手段とを備えている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１１７６号公報（第三頁右上段、図２参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１に記載のような装置では、作動制御手段が電動機を作動させる制御信号の供給時、すなわち、モータ作動時に直結手段の直結状態を解除し、それ以外のモータ非作動時には直結手段を直結状態とする構成になっていたため、伝達比を車両状態に応じて制御する場合は、ステアリングハンドルと転舵輪は、機械的に直結伝達はなく、前記電動機の異常時に、直結状態に戻すにはロック用のスライドピンを作動させる所定の時間を要するという問題があった。また、この所定時間内に路面からの逆入力により転舵輪が著しく転舵する場合もあり、また、スライドピン作動機構に異常があると直結状態に戻せないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑み、ステアリングハンドルと転舵輪が機械的直結状態を維持しつつ、操舵角の伝達比を可変とする車両用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】
上記目的を達成するため、本願発明では、ステアリングハンドルに連結したコラムアッパーと、転舵輪に連結した転舵装置を駆動するコラムロアの経路の途中に伝達比を可変にする可変操舵機構と、前記可変操舵機構を制御する操舵制御手段と、を有する車両用操舵装置において、前記コラムアッパーを、前記ステアリングハンドルに連結された第１コラムアッパーと、前記コラムロアに連結された第２コラムアッパーから構成し、前記可変操舵機構を、前記第１コラムアッパーにスプライン結合した第１ボールねじナットと、一端がモータと一体に駆動され、前記第２コラムアッパーと一体に回転し、他端が前記第１ボールねじナットと篏合するボールねじ部とから構成したことで、上記課題を解決するに至った。
【０００７】
【発明の効果】
本願発明にあっては、ステアリングハンドルと転舵輪は、常時機械的に結合されているので、モータによる舵角制御にかかわらず常時手動操作を達成できる。また、ステアリングハンドルに連結した第１ボールねじナットと転舵輪につながるボールねじ部が篏合しているので、モータによる舵角制御が非作動状態でもステアリングハンドルによる操舵に応じて転舵することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１は、ステアリングハンドル１に連結したコラムアッパー２と転舵輪８に連結した転舵装置７を駆動するコラムロア６の経路の途中に伝達比を可変にする舵角可変機構４を有する車両用操舵装置の構成図である。
【０００９】
舵角可変機構４は、ステアリングハンドル１の操舵角を測定する舵角センサー３と、車速センサー１０により目標転舵角を演算する電子制御装置９からの指令値によって目標転舵角に転舵して、転舵角センサー５により所定の転舵角になるようにフィードバック制御されている。
【００１０】
図２は、車両操舵装置の構成を示す機構図である。ステアリングハンドル１は第１コラムアッパーＡに剛に結合され、その操舵角度を計測する操舵角センサー３を有する。
【００１１】
舵角可変機構４は次の様な構成になっている。コラムアッパー２はステアリングハンドル１と一体に回転するコラムアッパーＡ（特許請求の範囲の第１コラムアッパーに相当）と、コラムロア６と一体に回転するコラムアッパーＢ（特許請求の範囲の第２コラムアッパーに相当）から構成されている。コラムアッパーＡのシャフト２ａの端部はフランジ１２にボルト１１で締結されている。該フランジ１２は、ボールねじ１６をベアリング１４で支持し、第１ボールねじナット１５とスプライン１３で篏合している。ボールねじ１６には、第１ボールねじナット１５と別にもう一つの第２ボールねじナット１８が篏合している。第二ボールねじナット１８は、軸方向に移動できないため、モータ１９とボールねじ１６は減速機構２０を介して一体に回転する。
【００１２】
第２ボールねじナット１８はボルト１７で減速機２０に締結されて、該減速機２０はモータ１９が結合している。
【００１３】
該モータ１９はコラムアッパーＢのシャフト２ｂにベアリング２１で支持されている。またシャフト２ｂには、転舵角センサー５が結合している。
【００１４】
図３は、図２に示した舵角可変機構４の各部位の各回転角の定義を示す説明図である。ステアリングハンドル１の回転角、すなわち操舵角をθｓとする。フランジ１２の回転角をθｆ、フランジ１２にスプライン結合している第１ボールねじナット１５の回転角をθＮａ、減速機２０に結合している第２ボールねじナット１８の回転角をθＮｂ、モータ１９の回転角をθｍ、コラムアッパー２ｂの回転角すなわち転舵角をθｃｌとする。
【００１５】
図４は、転舵角θｃｌをモータ１９によって制御している場合の作動状態を示す。図４（ａ）は、電子制御装置９の指令によりモータ１９がθｍ回転し始めた状態を示す。回転方向は、矢印方向（図中右から左方向）から見て右回転を正とする。
【００１６】
モータ１９がθｍ回転すると、減速機２０の減速比ｋだけ減速して、ボールねじナット１８をθＮｂ回転させる。ボールねじナット１８は、図中の左右には移動しないように減速機２０に固定されているので、ボールねじナット１８の回転角θＮｂに同期してボールねじ１６は回転する。
【００１７】
この回転角が転舵角θｃｌとなる。一方、ステアリングハンドル１はθｓ操舵され、剛に結合しているフランジ１２もθｓと同じθｆ回転する。フランジ１２にスプライン１３で篏合しているボールねじナット１５も同様にθｓ，θｆと同じ回転角のθＮａ回転する。この時、｜θＮｂ｜＞｜θｓ｜、すなわち、ステアリングハンドル１の操舵角θｓより、電子制御装置９の指令によりモータ１９の回転により生じたボールねじナット１８の回転角θＮｂの方が大の場合、その回転差Δθは、次式で表される。
Δθ＝θＮｂ−θＮａ＝θｍ／ｋ−θｓ
【００１８】
この時、θＮｂ＞θＮａだから、Δθ＞０、すなわち矢印方向からみて右にΔθボールねじナット１５が回転している状態と等価になる。
【００１９】
今、ボールねじ１６のリード量（一回転で進むナットの移動距離）をｌｂとすると、ボールねじナット１５は、図４（ｂ）に示すようにスプラインに沿って左に移動する。この時の移動量Ｌは、次式で表される。
Ｌ＝ｌｂ・Δθ
【００２０】
逆に、θＮｂ＜θｓ、すなわち、ステアリングハンドル１の操舵角θｓの方が大きく、電子制御装置９の指令によりモータ１９の回転により生じたボールねじナット１８のθＮｂ回転角の方が小さい場合、その回転差Δθは、次式で表される。
Δθ＝θＮｂ−θＮａ＝θｍ／ｋ−θｓ
【００２１】
この時、θＮｂ＜θＮａだから、Δθ＜０、すなわち矢印方向からみて左にΔθボールねじナット１５が回転している状態と等価になる。
【００２２】
今、ボールねじ１６のリード量（一回転で進むナットの移動距離）をｌｂとすると、ボールねじナット１３は、図４（ｃ）に示すようにスプラインに沿って右に移動する。この時の移動量Ｌは、次式で表される。
Ｌ＝ｌｂ・Δθ  （ただし、Δθは負）
【００２３】
すなわち、本発明では、ステアリングハンドル１の操舵角θｓは、電子制御装置９による転舵角θＣｌによる逆入力を生じないので、ステアリングハンドル１を保舵していれば、所望の転舵角θｃｌが得られる。
【００２４】
図５は、図４と同様に、転舵角θｃｌをモータ１９によって制御している場合の作動状態を示す。ただし、図４とは逆回転している場合を示す。図５（ａ）は、電子制御装置９の指令によりモータ１９がθｍ回転し始めた状態を示す。回転方向は、矢印方向から見て右回転を正とする。
【００２５】
モータ１９がθｍ回転すると減速機２０の減速比ｋだけ減速して、ボールねじナット１８をθＮｂ回転させる。ボールねじナット１８は、図中の左右には移動しないように減速機２０に固定されているので、ボールねじナット１８の回転角θＮｂに同期してボールねじ１６は回転する。この回転角が転舵角θｃｌとなる。
【００２６】
一方、ステアリングハンドル１はθｓ操舵され、剛に結合しているフランジ１２もθｓと同じθｆ回転する。フランジ１２にスプライン１３で篏合しているボールねじナット１５も同様にθｓ、θｆと同じ回転角のθＮａ回転する。
【００２７】
この時、｜θＮｂ｜＞｜θｓ｜、すなわち、ステアリングハンドル１の操舵角θｓより、電子制御装置９の指令によりモータ１９の回転により生じたボールねじナット１８の回転角θＮｂの方が大の場合、その回転差Δθは、次式で表される。
Δθ＝θＮｂ−θＮａ＝θｍ／ｋ−θｓ
この時、｜θＮｂ｜＞｜θｓ｜だが、右回転を正としているので、θＮｂ＜θＮａとなり、Δθ＜０、すなわち矢印方向からみて左にΔθボールねじナット１５が回転している状態と等価になる。
【００２８】
今、ボールねじ１６のリード量（一回転で進むナットの移動距離）をｌｂとすると、ボールねじナット１５は、図５（ｂ）に示すようにスプライン１３に沿って右に移動する。この時の移動量Ｌは、次式で表される。
Ｌ＝ｌｂ・Δθ
【００２９】
逆に、｜θＮｂ｜＞｜θｓ｜、すなわち、ステアリングハンドル１の操舵角θｓの方が大きく、電子制御装置９の指令によりモータ１９の回転により生じたボールねじナット１８の回転角θＮｂの方が小さい場合、その回転差Δθは、次式で表される。
Δθ＝θＮｂ−θＮａ＝θｍ／ｋ−θｓ
【００３０】
この時、｜θＮｂ｜＜｜θｓ｜だが、右回転を正としているので、θＮｂ＞θＮａとなり、Δθ＞０、すなわち矢印方向からみて右にΔθボールねじナット１５が回転している状態と等価になる。
【００３１】
今、ボールねじ１６のリード量（一回転で進むナットの移動距離）をｌｂとすると、該ボールねじナット１５は、図５（ｃ）に示すようにスプライン１３に沿って左に移動する。この時の移動量Ｌは、次式で表される。
Ｌ＝ｌｂ・Δθ
【００３２】
すなわち、右回転と同様に左回転でも、本発明では、ステアリングハンドル１の操舵角θｓは、電子制御装置９による転舵角θＣｌによる逆入力を生じないので、ステアリングハンドル１を保舵していれば、所望の転舵角θｃｌが得られる。
【００３３】
以上説明したように、本願発明の第１実施例における車両用操舵装置にあっては、ステアリングハンドル１と転舵輪８は、常時機械的に結合されているので、モータ１９による舵角制御にかかわらず常時手動操舵を達成できる（請求項１に対応）。
【００３４】
また、モータ１９とボールねじ１６をボールねじを利用し、ボールねじナット１７を介して連結したことで、コラムアッパーＢにスプライン等を加工する必要が無く、モータ１９とコラムアッパーＢとを容易に篏合することができる（請求項３に対応）。
【００３５】
また、車両状態に応じてモータ１９が電子制御装置９によって舵角制御されるため、ステアリングハンドル１が操舵されなくても、転舵輪を転舵することができる（請求項７に対応）。
【００３６】
また、モータ１９により舵角制御された第２コラムアッパーＢの回転角と、ステアリングハンドル１からの入力による第１コラムアッパーＡの回転角に差異が生じた場合、第１コラムアッパーＡのボールねじに篏合したボールねじナット１５が回転角の差異に相当するボールねじリード分だけスプライン１３に沿って移動するので、モータによる回転角によってステアリングハンドル１が回転しないで操舵した角度を維持することができる（請求項８に対応）。
【００３７】
また、モータ１９が停止すると、ステアリングハンドル１からの入力による第１コラムアッパーＡの回転角がスプライン結合したボールねじナット１５により、第２コラムアッパーＢのボールねじ部を同期回転させることにより、ステアリングハンドル１からの入力による第１コラムアッパーＡの回転角分だけ第２コラムアッパーＢを回転して転舵することができる（請求項９に対応）。
【００３８】
（第２実施例）
図６は、第２実施例における車両用操舵装置の構成を表す図である。基本的な構成は第１実施例と同様であるが、モータ１９と減速機２０をコラムアッパーＢと同軸とせず、減速機２０に結合した歯車２２が、ボールねじナット１８のフランジ部に設けた歯車と篏合せしめることにより、回転量を伝達する機構とした点が異なる。このようにモータを非同軸配置としたことで、中心に第２コラムアッパーＢが貫通することが可能なモータを必要とせず、一般的なモータを適用することができる（請求項６に対応）。
【００３９】
（第３実施例）
図７は、第３実施例における車両用操舵装置の構成を表す図である。基本的な構成は第１実施例と同様であるが、ボールねじ１６を分断して、この複数のボールねじが、同速で回転するの為のドライブシャフト２３で連結されている構成とした点が異なる。
【００４０】
（第４実施例）
図８は、第４実施例における車両用操舵装置の構成を表す図である。基本的な構成は第１実施例と同様であるが、ボールねじ１６を分断して、この複数のボールねじが、同速で回転するの為のフレシキブルケーブル２４で連結されている構成とした点が異なる。図７に示す第３実施例及び図８に示す第４実施例のように、ステアリングハンドル１に連結したボールねじナット１５が、ドライブシャフト又はケーブル等で連結され、同速で回転する構成としたことで、舵角可変機構のボールねじナット部１５，１８を一方は車両の室内に、他方を車両エンジンルーム内に分離して配置することが可能となり、レイアウト自由度を向上することができる（請求項４に対応）。
【００４１】
（第５実施例）
図９は、第５実施例における車両用操舵装置の構成を表す図である。基本的な構成は第１実施例と同様であるが、ボールねじ１６を分断して、この複数のボールねじを直交して配置し、同速で回転する為の傘歯車２５で連結されている構成とした点が異なる。
【００４２】
（第６実施例）
図１０は、第６実施例における車両用操舵装置の構成を表す図である。基本的な構成は第１実施例と同様であるが、ボールねじ１６を分断して、この複数のボールねじの端部に回転直線運動変換ギア２６を有し、その間をプッシュプルケーブル２７で連結して、同速で回転する構成とした点がことなる。これにより、ボールねじナット部１５，１８を一方は車両の室内に、他方を車両エンジンルーム内に分離して配置することが可能となり、レイアウト自由度を向上することができる。更に、ケーブル経路周りに大きなスペースを取ることなく配策することが可能となり、適用車種範囲を広げることができる（請求項５に対応）。
【００４３】
（第７実施例）
図１１は、第７実施例における車両用操舵装置の構成を表す図である。基本的な構成は第１実施例と同様であるが、ボールねじ１６に換えて、ボールねじナット１５と係合するボールねじが設けられたボールねじ部１６ａと、スプラインハブ１８ａと係合するスプライン部１６ｂを備えたシャフト１６’としたものである。このように、スプライン係合によりコラムアッパーＢを構成することで、第１実施例と同様の作用効果を得ることができる（請求項２に対応）。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における舵角可変機構を有する車両用操舵装置の基本構成を示す概略図である。
【図２】第１実施例における、舵角可変機構を表す拡大断面図である。
【図３】第１実施例における、舵角可変機構の作用を表す説明図である。
【図４】第１実施例における、舵角可変機構の作用を表す説明図である。
【図５】第１実施例における、舵角可変機構の作用を表す説明図である。
【図６】第２実施例における、舵角可変機構を表す拡大断面図である。
【図７】第３実施例における、舵角可変機構を表す拡大断面図である。
【図８】第４実施例における、舵角可変機構を表す拡大断面図である。
【図９】第５実施例における、舵角可変機構を表す拡大断面図である。
【図１０】第６実施例における、舵角可変機構を表す拡大断面図である。
【図１１】第７実施例における、舵角可変機構を表す拡大断面図である。
【符号の説明】
１    ステアリングハンドル
２    コラムアッパー
３    操舵角センサ
４    舵角可変機構
５    転舵角センサ
６    コラムロア
７    転舵装置
８    転舵輪
９    電子制御装置
１０    車速センサ
１１    ボルト
１２    フランジ
１３    スプライン
１４    ベアリング
１５    第１ボールねじナット
１６    ボールねじ
１７    ボルト
１８    第２ボールねじナット
１９    モータ
２０    減速機
２１    ベアリング
２２    歯車
２３    ドライブシャフト
２４    フレキシブルシャフト
２５    傘歯車
２６    回転直線運動変換ギア
２７    プッシュプルケーブ
【図１】
2004210239.tif 000003
【図２】
2004210239.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004210239.tif 000008
【図７】
2004210239.tif 000009
【図８】
2004210239.tif 000010
【図９】
2004210239.tif 000011
【図１０】
2004210239.tif 000012
【図１１】
2004210239.tif 000013