(57)【要約】  【課題】  クラッチ機構の締結トルクを低減させて、該クラッチ機構の小型と軽量化及びコストの低減化を図る。  【解決手段】  ステアリングシャフト１に同軸上に配置されて、転舵輪側に連係した出力軸２と、前記転舵輪に操舵機構４を介して転舵トルクを付与するラック・ピニオン機構３と、ステアリングシャフトと出力軸との締結を機械的に断続するクラッチ機構１５とを備えている。ステアリングシャフトの回転トルクを、リングギア１７からプラネタリギア１８及びサンギア２０に伝達させ、該サンギアでの回転増速作用を用いてクラッチ機構の締結トルクを低減させるようにした。  【選択図】  図１
2005081916.tif 000002
【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入力軸と、
前記入力軸に同軸上に配置されて、転舵輪側に連係した出力軸と、
前記転舵輪に転舵トルクを付与する転舵アクチュエータと、
前記転舵アクチュエータを、前記入力軸の操舵角に応じて駆動制御する操舵機構と、
前記入力軸と出力軸との間に設けられて、該入力軸と出力軸との締結を機械的に断続するクラッチ機構と、
該クラッチ機構に作用する締結トルクを低減する締結トルク低減機構とを備えたことを特徴とする車両の操舵制御装置。
【請求項２】
前記締結トルク低減機構を、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に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項３】
前記遊星歯車機構は、前記入力軸に軸方向へスライド自在に連結された横断面ほぼコ字形状のリングギアと、前記リングギアの内歯に噛合する複数のプラネタリギアと、該各プラネタリギアを回転自在に支持すると共に前記出力軸に軸方向から連結固定されたプラネタリキャリアと、前記入力軸と出力軸との間に同軸上に配置されて、前記プラネタリギアから伝達された回転力によって前記入、出力軸に対して自由に回転するサンギアとを備え、
前記サンギアとリングギアとを、前記クラッチ機構によって互いの締結を断続させたことを特徴とする請求項２に記載の車両の操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操舵制御装置に関し、とりわけ、いわゆるステアバイワイヤー等に用いられる操舵制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両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、通常時には、ステアリングホイールの回転操作に伴い電子制御装置が電動モータなどの操舵機構を介して転舵輪をステアリングホイールの操舵角に応じて適正に制御するようになっている。
【０００４】
一方、前記操舵機構が故障した場合等の緊急時には、ステアリングホイールに連結された入力軸と転舵輪に連係された出力軸とを電磁クラッチを介して機械的に締結して、いわゆるマニュアル操舵を可能とし、安全性を確保するようになっている。
【特許文献１】特表２００１−５０６５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の車両の操舵制御装置にあっては、前記緊急時には、入力軸と出力軸とを電磁クラッチによって締結してステアリングホイールの操作を転舵角に伝達するようになっているものの、締結時における入力軸から出力軸への伝達トルクが電磁クラッチに対してそのままダイレクトに掛かることから、電磁クラッチ自体の締結トルクが大きくなってしまう。
【０００６】
この結果、電磁クラッチの大型化や重量の増加が余儀なくされると共に、コストの高騰を招来している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記従来の車両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、ステアリングホイールに連結された入力軸と、前記入力軸に同軸上に配置されて、転舵輪側に連係した出力軸と、前記転舵輪に転舵トルクを付与する転舵アクチュエータと、前記転舵アクチュエータを、前記入力軸の操舵角に応じて駆動制御する操舵機構と、前記入力軸と出力軸との間に設けられて、該入力軸と出力軸との締結を機械的に断続するクラッチ機構と、該クラッチ機構に作用する締結トルクを低減する締結トルク低減機構とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、入力軸と出力軸とをクラッチ機構によって締結する際に、該入力軸から出力軸へ伝達される回転トルク経路と、クラッチ機構での締結トルク経路とを分断して、かかる締結トルク経路において締結トルク低減機構によってクラッチ機構の締結トルクを低減することができる。
【０００９】
したがって、クラッチ機構の大型化や重量の増加を抑制できると共に、コストの高騰も抑制できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記締結トルク低減機構を、遊星歯車機構によって構成したことを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、入力軸から出力軸側に伝達された回転トルクを、クラッチ機構までの伝達経路途中において遊星歯車機構により回転を増速制御する。これによって、クラッチ機構での締結トルクを入力軸からのダイレクトな回転トルクではなく、増速された低回転トルクにすることができるので、該クラッチ機構の締結トルクを十分に小さくすることが可能になる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、締結トルク低減機構である遊星歯車機構の具体的な構造について記載したもので、前記入力軸に軸方向へスライド自在に連結された横断面ほぼコ字形状のリングギアと、前記リングギアの内歯に噛合する複数のプラネタリギアと、該各プラネタリギアを回転自在に支持すると共に前記出力軸に軸方向から連結固定されたプラネタリキャリアと、前記入力軸と出力軸との間に同軸上に配置されて、前記プラネタリギアから伝達された回転力によって前記入、出力軸に対して自由に回転するサンギアとを備え、前記サンギアとリングギアとを、前記クラッチ機構によって互いの締結を断続させたことを特徴としている。
【００１３】
したがって、入力軸の回転トルクは、リングギアに伝達されて、ここから各プラネタリギアに伝達され、さらに該各プラネタリギアの自転トルクがサンギアに伝達される。このサンギアでは、歯数の減少化によって回転速度が増速された状態になる。このため、かかるサンギアでの回転トルクが低減された形になる。そして、この低減された回転トルクをクラッチ機構が受けて、リングギアとサンギアとを締結する。
【００１４】
一方、かかる締結によって、遊星歯車機構全体が剛体になるので、入力軸からリングギアを通ってプラネタリギアを経由した回転トルクはプラネタリキャリアを介して出力軸に伝達される。
【００１５】
要するに、クラッチ機構へは低減された回転トルクが伝達されて、この回転トルクが締結トルクとなることから、クラッチ機構には大きな締結トルクが発生しない。これに対して、入力軸からリングギアに伝達された回転トルクは、剛体になったプラネタリギアからプラネタリキャリアを介して出力軸に直接的に伝達されることから、入力軸から出力軸へは１：１の回転比で回転トルクが伝達されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明にかかる車両の操舵制御装置の各実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、車両の操舵制御装置は、ステアバイワイヤー方式の装置に適用したものを示している。
【００１７】
図１は第１の実施形態における車両の操舵制御装置の要部縦断面を示し、図外のステアリングホィールに連結された入力軸であるステアリングシャフト１と、該ステアリングシャフト１と同軸上に配置された出力軸２と、該出力軸２を介して左右前輪を転舵する転舵用アクチュエータであるラック・ピニオン機構３と、前記ステアリングシャフト１の操舵角に応じて前記ラック・ピニオン機構３を駆動させる操舵機構４と、該操舵機構４と独立して設けられて、前記ステアリングシャフト１の操舵角に応じて出力軸２を介して直接的に前記ラック・ピニオン機構３を駆動するバックアップ手段５とを備えている。
【００１８】
前記ステアリングシャフト１は、先端部１ａがほぼ有底円筒状のハウジング６内に挿通配置されていると共に、ハウジング６の一端部に有する小径円筒部６ａ内に保持されたボールベアリング７によって回転自在に支持されている。また、このステアリングシャフト１は、図外の操舵角センサによってその操舵角が検出されるようになっていると共に、先端部１ａは前記バックアップ手段５に連係されている。
【００１９】
一方、前記出力軸２は、有底円筒状のケーシング８の内部にステアリングシャフト１と同軸上に配置され、ケーシング８内に保持されたボールベアリング９を介して回転自在に支持されている。また、比較的大径な基端部２ａが、前記操舵機構４に連係されていると共に、先端部２ｂが前記ラック・ピニオン機構３に連係されている。
【００２０】
前記ラック・ピニオン機構３は、左右の前輪に図外のタイロッドとナックルアームを介して連係したラックバー１０と、前記出力軸２の先端部２ｂに一体に形成されて、ラックバー１０に噛合するピニオンギア１１とから構成されている。
【００２１】
前記操舵機構４は、モータケーシング１２内に保持された可逆電動式の駆動モータ１３と、該駆動モータ１３の回転力を前記出力軸２に伝達するウォーム歯車１４とから構成されている。このウォーム歯車１４は、駆動モータ１３の駆動軸１３ａに固定されたウォームギア１４ａと、出力軸２の基端部２ａに固定されて前記ウォームギア１４ａに噛合したウォームホイール１４ｂとを備えている。
【００２２】
前記バックアップ手段５は、ハウジング６の内部に収容され、前記ステアリングシャフト１と出力軸２との間に配置されて、該ステアリングシャフト１と出力軸４との締結を機械的に断続する電磁式のクラッチ機構１５と、ステアリングシャフト１と出力軸２との間に配置されて、クラッチ機構１５の締結トルクを低減する締結トルク低減機構である遊星歯車機構１６とから構成されている。
【００２３】
この遊星歯車機構１６は、図１及び図２に示すように、ステアリングシャフト１の先端部１ａに連結されたリングギア１７と、前記リングギア１７の内歯に噛合する複数のプラネタリギア１８と、該各プラネタリギア１８を回転自在に支持するプラネタリキャリア１９と、前記ステアリングシャフト１と出力軸２との間に同軸上に配置されて、前記プラネタリギア１８から伝達された回転力によって前記ステアリングシャフト１と出力軸２に対して自由に回転するサンギア２０とを備えている。
【００２４】
前記リングギア１７は、縦断面ほぼコ字形状に形成され、小径円筒状の内周部１７ａと、該内周部１７ａの一端孔縁に結合されたフランジ状の円板部１７ｂと、該円板部１７ｂの外周縁に一体に設けられた大径円筒状の外周部１７ｃとから構成されている。また、リングギア１７は、前記内周部１７ａの内周面に形成されたセレーション部と前記ステアリングシャフト１の先端部１ａの外周面に形成されたセレーション部とを介して先端部１ａの軸方向へ摺動可能になっていると共に、前記外周部１７ｃの内周面に内歯が形成されている。
【００２５】
前記各プラネタリギア１８は、図２に示すように、リングギア１７の円周方向に等間隔位置で４つ設けられて、それぞれの外歯が前記リングギア１７の外周部１７ｃの内歯に噛合していると共に、前記サンギア２０の外歯に噛合している。
【００２６】
前記プラネタリキャリア１９は、前記出力軸４の基端部４ａの外周面に嵌合固定されたほぼ円筒状のキャリア本体１９ａと、該キャリア本体１９ａの一端縁に一体に有するフランジ状の円環部１９ｂと、該円環部１９ｂに一端部が軸方向に沿って固定されて前記各プラネタリギア１８を回転自在に支持する支軸１９ｃとから構成されている。なお、各支軸１９ｃと各プラネタリギア１８との間には、円筒状のプレーンベアリング２１が介装されている。
【００２７】
前記サンギア２０は、小径な一端部がステアリングシャフト１の先端部１ａ内の摺動用穴内にプレーンベアリング２２を介して回転自在に支持されている一方、小径な他端部も出力軸２の基端部２ａ内に形成された嵌合溝内に固定されたボールベアリング２３によって回転自在に支持されている。また、一端部側に有する大径部２０ａの外周端に、大径フランジ部２４が一体に設けられている。
【００２８】
前記クラッチ機構１５は、前記サンギア２０の大径フランジ部２４の一側面と該一側面に対峙する前記リングギア１７の円板部１７ｂの内端面との間に設けられた多板クラッチ２５と、該多板クラッチ２５を介して前記リングギア１７と大径フランジ部２４との締結を解除する電磁コイル２６と、該電磁クラッチ２６への通電を遮断した際に前記多板クラッチ２５を介してリングギア１７とサンギア２０とを締結させるばね部材であるコイルスプリング２７とを備えている。
【００２９】
前記多板クラッチ２５は、外周部がそれぞれ前記リングギア１７の外周部１７ｃに固定された複数のクラッチ板と、内周部が前記サンギア２０の大径部２０ａの外周部にそれぞれ固定された複数のクラッチ板とが交互に配置されている。
【００３０】
前記電磁コイル２６は、ハウジング６の前記リングギア１７の円板部１７ｂと対向した位置に形成された段差内端溝内に固定されており、電子コントローラ２８からの制御電流によって励磁されると、リングギア１７を図中左方向に移動させて、多板クラッチ２５の各クラッチ板を互いに離間させてリングギア１７とサンギア２０との締結（結合）を解除するようになっている。
【００３１】
前記コイルスプリング２７は、前記ハウジング６とリングギア１７の円板部１７ｂとの間に弾装されて、リングギア１７を介して前記多板クラッチ２５の各クラッチ板を互いに圧接してリングギア１７とサンギア２０とを締結するようになっている。
【００３２】
また、前記電子コントローラ２８は、マイクロコンピュータが内蔵され、基本的な制御としては、車速センサから出力された現在の車速信号や、操舵角センサからの操舵角信号などに基づいて前記駆動モータ１３を正逆回転制御して、ラック・ピニオン機構３を介して転舵輪の転舵角（転舵位置）を制御するようになっている。
【００３３】
また、電子コントローラは、例えば、前記駆動モータ１３など電気系統の故障などを検出する故障検出回路を備え、この故障検出回路から故障検出信号が出力されると、前記電磁コイル２６への通電を遮断する遮断回路を備えている。
【００３４】
したがって、この実施形態によれば、車両の走行中において、駆動モータ１３などが正常に作動している場合には、ステアリングホイールの回転操作に伴いステアリングシャフト１の操舵角等の情報信号に基づき、電子コントローラ２８によって駆動モータ１３が回転制御されて、ラック・ピニオン機構３により転舵輪の転舵角を適正に制御するようになっている。
【００３５】
また、かかる駆動モータ１３などが正常に作動している際には、電子コントローラ２８によって前記電磁コイル２６への通電状態が維持されている。このため、リングギア１７は、図１に示すように、コイルスプリング２７のばね力に抗して、入力軸１上を左方向へ最大に摺動して、多板クラッチ２５の各クラッチ板が互いに離間してサンギア２０の大径フランジ部２４との締結が解除されている。
【００３６】
一方、駆動モータ１３などが故障して正常に作動しなくなった場合には、この状態を故障検出回路が検出すると、電子コントローラ２８は電磁コイル２６への通電を遮断する。このため、リングギア１７は、コイルスプリング２７のばね力によって図中右方向へ摺動して、多板クラッチ２５の各クラッチ板を互いに圧接させ、これにより、該リングギア１７とサンギア２０の大径フランジ部２４が締結される。
【００３７】
この時点で、ステアリングホイールを、例えば一方向へ回転操作してステアリングシャフト１を同方向へ回転させると、該ステアリングシャフト１の回転トルクがリングギア１７に伝達されて、ここから各プラネタリギア１８に伝達され、さらに該各プラネタリギア１８の自転トルクがサンギア２０に伝達される。このサンギア２０では、少ない歯数によってステアリングシャフト１の回転速度に比較して増速された状態になる。このため、かかるサンギア２０での回転トルクが低減された形になる。
【００３８】
そして、この低減された回転トルクを多板クラッチ２５が受けながら、前述のようにリングギア１７とサンギア２０とが締結される。したがって、クラッチ機構１５の締結トルクが十分に小さくなる。つまり、クラッチ機構１５へは低減された回転トルクが伝達されて、この回転トルクが締結トルクとなることから、クラッチ機構１５には大きな締結トルクが発生しない。
【００３９】
この結果、該クラッチ機構１５の小型化と軽量化が図れると共に、コストの低減化が図れる。
【００４０】
一方、かかるクラッチ機構１５の締結作用によって、遊星歯車機構全体が剛体になるので、ステアリングホイールの回転操作に伴うステアリングシャフト１の回転トルクは、リングギア１７を通って各プラネタリギア１８を経由し、ここで該各プラネタリギア１８が公転しながらプラネタリキャリア１９を介して出力軸２に伝達される。つまり、ステアリングシャフト１からリングギア１７に伝達された回転トルクは、剛体になった各プラネタリギア１８からプラネタリキャリア１９を介して出力軸２に直接的に伝達されることから、ステアリングシャフト１から出力軸２へは１：１の回転比で回転トルクが伝達されることになる。これによって、転舵輪を手動（マニュアル）によって制御することができる。
【００４１】
また、前記クラッチ機構１５を、電磁式としたことから、ステアリングシャフト１と出力軸２との、締結を瞬時に行うことが可能になる。
【００４２】
さらに、操舵機構４が正常に作動している際には、電磁コイル２６へ通電を継続してステアリングシャフト１と出力軸２の締結を解除し、操舵機構４が故障した際に、電磁コイル２６への通電を遮断して、コイルスプリング２７のばね力を介してステアリングシャフト１と出力軸２を締結するようにしたため、例えば、電磁コイル２６が断線や通電不良などが発生した場合でも、ステアリングシャフト１と出力軸２との締結が確保されることから、手動によってステアリングホイールの操舵力を転舵輪に伝達させることが可能になる。
【００４３】
さらに、リングギア１７が、ステアリングシャフト１の外周面を軸方向へスライド移動するように構成したので、クラッチ機構１５自体のスライド移動を回避することができ、装置全体の構造の簡素化が図れる。
【００４４】
図３は本発明の第２の実施形態を示し、とりわけクラッチ機構１５のコイルスプリング２７の配置を変更したものである。
【００４５】
すなわち、ハウジング６を前後に２分割し、この両分割部の中央にほぼ円筒状のリテーナ部材２９を介装してある。このリテーナ部材２９は、円筒部２９ａと該円筒部２９ａの一端部に一体に設けられた円環部２９ｂとを備え、前記円筒部２９ａの内周面にステアリングシャフト１を回転自在に支持するボールベアリング７が固定されていると共に、円環部２９ｂの外周部に一体に形成された環状突起部２９ｃの端面と前記リングギア１７の外周部１７ｃの段差後端面との間にコイルスプリング２７が弾装されている。他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【００４６】
したがって、この実施形態によれば、第１実施形態と同様な作用効果が奏されると共に、コイルスプリング２７をハウジング６内のデッドスペースを有効利用できるので、その分装置全体のコンパクト化が図れる。
【００４７】
前記実施形態から把握される前記請求項に記載された発明以外の技術的思想について以下に説明する。
【００４８】
（１）前記クラッチ機構は、前記サンギアに設けられフランジ部と該フランジ部に対峙する前記リングギアの内端面との間に設けられた多板クラッチと、該多板クラッチを介して前記リングギアとフランジ部との締結を解除する電磁コイルと、該電磁クラッチへの通電を遮断した際に前記多板クラッチを介してリングギアをサンギアに締結させるばね部材とを備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の車両の操舵制御装置。
【００４９】
この発明によれば、操舵機構が故障した際に、電磁コイルへの通電を遮断して、ばね部材のばね力を介して入力軸と出力軸を締結するようにしたため、例えば、電磁コイルが断線や通電不良などが発生した場合でも、入力軸と出力軸との締結が確保されることから、手動によってステアリングホイールの操舵力を転舵輪に伝達させることが可能になる。
【００５０】
本発明は、前記実施形態の構造に限定されるものではなく、例えば締結トルク低減機構を遊星歯車機構に変えて他の機構としてもよく、またばね部材としてコイルスプリングの他に、皿ばねやウエーブばねなどを用いることも可能である。また、転舵アクチュエータとしては、油圧パワーシリンダなどを用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る車両の操舵制御装置の第１の実施形態を示す要部縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…ステアリングシャフト（入力軸）
２…出力軸
３…ラック・ピニオン機構（転舵アクチュエータ）
４…操舵機構
５…遊星歯車機構（締結トルク低減機構）
１３…駆動モータ
１５…クラッチ機構
１７…リングギア
１８…プラネタリギア
１９…プラネタリキャリア
２０…サンギア
２４…大径フランジ部
２５…多板クラッチ
２６…電磁コイル
２７…コイルスプリング（ばね部材）
２８…電子コントローラ
【図１】
2005081916.tif 000003
【図２】
2005081916.tif 000004
【図３】
2005081916.tif 000005