(57)【要約】【課題】入力側の操作量と出力側の作動量との関係を自在に変えることのできる動力伝達装置において、入出力軸の径方向に小型化可能で、アクチュエータ停止時には入出力のギア比が略１：１となる動力伝達装置を得ること。【解決手段】入力ギア１４と出力ギア１５を同一軸線上に対向配置し、入力ギア１４と出力ギア１５との間に、これらギアの回転中心軸線周りに回転可能に回転支持部材１６を配置し、回転支持部材１６より入力、出力ギア１４、１５の回転中心軸線に直交する軸線周りに回転可能に支持された中間ギア２１を入力ギア１４と出力ギア１５とに同時に噛合させ、回転支持部材１６と一体的に同心配置されたリング部材２０の回転、停止を電動モータ２３によって行う。【選択図】  図１
2005221053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一軸線上に対向配置された入力ギアと出力ギアと、
前記入力ギアと前記出力ギアとの間に、これらギアの回転中心軸線周りに回転可能に配置された回転支持部材と、
前記回転支持部材より前記入力ギアおよび前記出力ギアの回転中心軸線に直交する軸線周りに回転可能に支持され、前記入力ギアと前記出力ギアとに同時に噛合する中間ギアと、
前記回転支持部材と一体的に同心配置されたリング部材と、
前記リング部材を回転駆動する回転駆動手段と、
を有する動力伝達装置。
【請求項２】
前記入力ギアと前記中間ギアとが噛合するピッチ円半径と、前記出力ギアと前記中間ギアとが噛合するピッチ円半径とが同一である請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記回転駆動手段は、リング部材に設けられたウォームホイールと、前記ウォームホイールに噛合するウォームギアと、前記ウォームギアを回転駆動する電動モータとを有する請求項１または２記載の動力伝達装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項記載の動力伝達装置を含み、前記動力伝達装置の前記入力ギアを連結された入力回転軸にステアリングホイールが連結され、前記動力伝達装置の前記出力ギアを連結された出力回転軸に操舵用ギアボックスが連結され、前記出力回転軸の回転を前記操舵用ギアボックスによってタイロッドの軸線方向移動に変換し、前記タイロッドの端部にナックルアームを介して連結されている左右の操舵輪を操舵する車両の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達装置に係り、特に、自動車のＶＧＲＳ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇｅａｒ  Ｒａｔｉｏ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）システム等に用いられる可変ギア比の動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車分野において、ステアリング操作に連動して操舵される操舵輪（操舵車輪）のステアリングギア比を、車速等、車両の運動状態量に応じて変更し、ドライバのステアリングホイール操作を補助する可変ギア比ステアリング（ＶＧＲＳ）システムが注目されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
ＶＧＲＳシステムは、従来、ステアリングホイールの操作量と操舵輪の切れ角（以下、実舵角）の比、すなわち、ステアリングギア比が固定であったのに対し、車両の走行状態に応じてステアリングギア比を変更するシステムである。
【０００４】
ＶＧＲＳシステムでは、例えば、低速時にはステアリングギア比（入力／出力）を小さくし、増速により、少しのステアリングホイール操作量で通常より大きく操舵輪を切ることができる。
【０００５】
したがって、比較的、ステアリングホイールを大きく切り返していた駐車時にも少ないステアリングホイール操作で従来と同様の切り返しができ、ドライバの負担を減らせるメリットがある。
【０００６】
一方、高速走行時は、低速走行時とは逆に、ステアリングギア比（入力／出力）を大きくし、減速により、直進性の向上を図り、運転フィーリングの向上を期待できる。
【０００７】
更に、ステアリングギア比を変えるだけでなく、ステアリングホイール操作量と実舵角との関係を自在に変えるシステムも考えられている。
【０００８】
これは、滑りやすい路面などにおいて、ドライバのステアリングホイール操作に対して車体がドライバの意図しない不安定な挙動を示した場合には、ドライバのステアリングホイール操作量に拘わらずドライバの意図通りに車体を制御するシステムで、例えば、ドライバのステアリングホイール操作に対して後輪が滑る、いわゆる、オーバーステアの状態になったときに、ドライバのステアリングホイール操作とは逆の方向に力をかけたり、ドライバのステアリングホイール操作と逆の方向に操舵輪を操舵し、車体を安定化させるシステムである。
【０００９】
これらのシステムでは、ステアリングホイールから操舵輪までの動力伝達経路上に、ギア比（変速比）を外部より任意に可変制御できる動力伝達装置が不可欠である。
【００１０】
このようなシステムに用いられる動力伝達装置としては、入力メンバである太陽ギアと、出力メンバである遊星ギアと、反力メンバであるリングギアとで構成される、いわゆる遊星タイプの差動減速装置のリングギア外周にウォームギアが噛合するウォームホイール（外歯）が形成され、電動モータによるウォームの回転駆動によりリングギアを回転させることにより、減速装置の差動量を電動モータによって連続的に制御する遊星歯車式のものがある。
【００１１】
この動力伝達装置では、差動量の制御によってドライバのステアリングホイール操作量と実舵角との関係を変えることができ、結果的に、ステアリングギア比を制御することができる。
【特許文献１】特開２０００−３０２０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、遊星歯車装置は、太陽ギア、遊星ギア、リングギアの各ギアが同一平面において径方向に配置されるため、その構成上、遊星歯車装置は、リングギア径が大きく、ギアの直径方向に大きくなることが避けられない。
【００１３】
このことに対して、自動車の運転席前方のステアリングホイールやダッシュボード付近は空間が狭いので、ＶＧＲＳシステム用の可変動力伝達装置は小型化が望まれる。
【００１４】
一方で、動力伝達装置のリングギア径を小型化しようとすると、リングギア回転のための駆動トルクが大きくなり、電動モータなどのアクチュエータを大きくする必要が生じる。
【００１５】
また、ＶＧＲＳシステムにおいて、万が一、故障が発生した場合には、従来の自動車と同様に、ステアリングホイール操作量に対して、変速比が１：１で動力を伝達するよう構成されていることが望ましい。しかし、従来の遊星歯車式のものでは、アクチュエータ停止時によって、つまりリングギア固定でも、変速比１：１で動力を伝達することが困難であり、これを満足するギア構成であって、かつ小型化を両立することはできない。
【００１６】
本発明が解決しようとする課題は、入力側の操作量と出力側の作動量との関係を自在に変えることのできる動力伝達装置において、直径方向の小型化が容易で、変速比可変用のアクチュエータ停止によって入力軸と出力軸の変速比が１：１となるＶＧＲＳシステムに適した可変ギア比の動力伝達装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による動力伝達装置は、同一軸線上に対向配置された入力ギアと出力ギアと、前記入力ギアと前記出力ギアとの間に、これらギアの回転中心軸線周りに回転可能に配置された回転支持部材と、前記回転支持部材より前記入力ギアおよび前記出力ギアの回転中心軸線に直交する軸線周りに回転可能に支持され、前記入力ギアと前記出力ギアとに同時に噛合する中間ギアと、前記回転支持部材と一体的に同心配置されたリング部材と、前記リング部材を回転駆動する回転駆動手段とを有する。
【００１８】
本発明による動力伝達装置は、前記入力ギアと前記中間ギアとが噛合するピッチ円半径と、前記出力ギアと前記中間ギアとが噛合するピッチ円半径とが同一である。
【００１９】
本発明による動力伝達装置は、前記回転駆動手段が、リング部材に設けられたウォームホイールと、前記ウォームホイールに噛合するウォームギアと、前記ウォームギアを回転駆動する電動モータとを有する。
【００２０】
本発明による車両の操舵装置は、上述の発明による動力伝達装置を含み、前記動力伝達装置の前記入力ギアを連結された入力回転軸にステアリングホイールが連結され、前記動力伝達装置の前記出力ギアを連結された出力回転軸に操舵用ギアボックスを連結され、前記出力回転軸の回転を前記操舵用ギアボックスによってタイロッドの軸線方向移動に変換し、前記タイロッドの端部にナックルアームを介して連結されている左右の操舵輪の操舵する。
【発明の効果】
【００２１】
この発明による動力伝達装置は、リング部材の回転によって入力側の操作量と出力側の作動量との関係を自在に変えることのできる動力伝達装置であって、入力ギアと出力ギアとが同一軸線上に対向配置され、入力ギアおよび出力ギアの回転中心軸線に直交する軸線周りに回転可能に支持された中間ギアが入力ギアと出力ギアとに同時に噛合する構造になっているから、動力伝達装置の径方向の小型化が可能であり、車載性が向上するという効果がある。
【００２２】
また、リング部材の回転駆動するアクチュエータ停止時には、入力側と出力側のギア比を略１：１に設定でき、万が一、アクチュエータやアクチュエータを制御するコントローラに異常が発生した場合には、直ちにアクチュエータを停止させることにより、出力側の作動量が入力側の操作量に等しくなり、操舵装置への適用において、通常のステアリングホイール操作を確保することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明による動力伝達装置の一つの実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。
動力伝達装置１０は、固定配置される機枠１１を有する。機枠１１は、一方の端面部１１Ａにおいて入力回転軸１２を回転可能に支持し、他方の端面部１１Ｂにおいて出力回転軸１３を回転可能に支持している。入力回転軸１２と出力回転軸１３とは同一軸線上に配置されている。
【００２４】
機枠１１が画定するギア室１１Ｃには、入力回転軸１２の端部に固定装着された入力ギア１４と、出力回転軸１３に固定装着された出力ギア１５とが同一軸線上に対向配置されている。入力ギア１４と出力ギア１５とは、同一径の同一形状の傘歯車（ベベルギア）により構成されている。
【００２５】
入力回転軸１２と出力回転軸１３との間には回転支持部材（キャリア）１６が設けられている。回転支持部材１６は、入力回転軸１２、出力回転軸１３と同一軸線上に配置され、両端を各々ボールベアリング１７、１８によって入力ギア１４、出力ギア１５の回転中心軸線周りに回転可能な関係で入力回転軸１２、出力回転軸１３より支持されている。
【００２６】
回転支持部材１６には、各々、入力回転軸１２と出力回転軸１３との軸線方向中間部において、回転支持部材１６より放射状に入力回転軸１２、出力回転軸１３の回転軸線に直交する方向に延在する４個の支持軸１９が一体に設けられている。
【００２７】
４個の支持軸１９は、互いに同一軸長で、入力回転軸１２、出力回転軸１３の軸線方向に直交する仮想平面で見て十文字状をなしており、外側の端部にて回転支持部材１６と同心配置、換言すると、入力回転軸１２や出力回転軸１３と同心配置のリング部材２０を固定連結している。つまり、リング部材２０は、４個の支持軸１９によって回転支持部材１６より同心支持されている。
【００２８】
４個の支持軸１９は、各々、入力ギア１４と出力ギア１５に同時に噛合する小さい傘歯車による中間ギア２１を回転（自転）可能に支持している。ここで、入力ギア１４と中間ギア２１とが噛合するピッチ円半径と、出力ギア１５と中間ギア２１とが噛合するピッチ円半径とが互いに同一である。
【００２９】
つまり、中間ギア２１は、入力ギア１４および出力ギア１５のいずれに対しても傘歯車噛合を構成する配置となっており、リング部材２０は、入力回転軸１２、出力回転軸１３および回転支持部材１６と同一直線上に回転中心軸線を有し、入力回転軸１２、出力回転軸１３に対して相対回転可能になっている。中間ギア２１は、このリング部材２０の回転動作とともに、入力ギア１４および出力ギア１５に噛合しながら、入力ギア１４および出力ギア１５の円周を回転移動（公転）する構成になっている。
【００３０】
この構成により、リング部材２０を回転不能に完全に固定した場合には、入力回転軸１２の回転は、入力ギア１４、中間ギア２１に伝達され、中間ギア２１はリング部材２０が固定されているため、公転せず、その場で自転する。
【００３１】
したがって、入力ギア１４と中間ギア２１とが噛合するピッチ円半径と、出力ギア１５と中間ギア２１とが噛合するピッチ円半径とが同一に設定されていることから、出力ギア１５は入力ギア１４と同量回転し、入力回転軸１２の回転量と出力回転軸１３の回転量が等しくなり、ギア比（変速比）は略１：１となる。
【００３２】
これに対し、リング部材２０を固定せず、自由回転可能にすると、入力回転軸１２の回転が中間ギア２１に伝達されるが、リング部材２０が固定されていないため、リング部材２０が中間ギア２１とともに回転し、空回り状態になって出力回転軸１３には回転動力が伝達されない。
【００３３】
したがって、リング部材２０の回転量、回転方向を調整することにより、入力回転軸１２から出力回転軸１３への回転伝達量を調整すること、つまり、入力側の操作量と出力側の作動量との関係を自在に変えることのでき、更に換言すれば、変速比を連続的に増減変化させることが可能となる。
【００３４】
リング部材２０の外周部はウォームホイール（平歯車）２２になっており、ウォームホイール２２には機枠１１に取り付けられた電動モータ２３の出力回転軸２４に固定されたウォームギア２５が噛合している。
【００３５】
これにより、電動モータ２３の回転方向、回転量制御によって、リング部材２０の回転方向、回転量（回転角度）が調整され、変速比が連続的に増減変化し、電動モータ２３の回転方向、回転量制御によって、入力側の操作量と出力側の作動量との関係を自在に変えることができ、入出力ギア比（変速比）を自在に連続的に調整（可変設定）することが可能となる。
【００３６】
また、電動モータ２３の回転停止によってリング部材２０が、ウォームギア２５とウォームホイール２２との噛合によるブレーキ作用のもとに、回転不能に固定され、入出力ギア比が必ず略１：１になる。
【００３７】
以上の構成による動力伝達装置１０は、入力ギア１４出力ギア１５とが同一軸線上で対向配置され、中間ギア２１の回転軸１９が入力ギア１４および出力ギア１５の回転軸１２，１３に対して直交する方向に設けられていることにより、入力回転軸１２および出力回転軸１３の径方向に関して、装置を小型化できる。
【００３８】
本発明による動力伝達装置１０を自動車の操舵装置に応用した場合の実施形態を、図４を参照して説明する。
【００３９】
動力伝達装置１０の入力回転軸１２はステアリングホイール５０と連結される。動力伝達装置１０の出力回転軸１３は、ギアボックス５１を介して、例えばラックアンドピニオン機構やボールスクリュ機構等によりタイロッド５２に連結されている。タイロッド５２の両端には左右の操舵輪５３のナックルアーム５４が連結されている。なお、ギアボックス５１はパワーステアリング機能付きのもので構成することもできる。
【００４０】
出力回転軸１３の回転は、ギアボックス５１によってタイロッド５２の軸線方向の変位（移動）に変換され、ナックルアーム５４を介して操舵輪５３が操舵されることになる。
【００４１】
以上の構成により、ステアリングホイール５０の回転が入力回転軸１２、動力伝達装置１０、出力回転軸１３、ギアボックス５１、タイロッド５２およびナックルアーム５４にて構成される操舵角伝達機構を介して操舵輪５３に伝達される。
【００４２】
前述の通り、動力伝達装置１０は、電動モータ２３の回転方向、回転量制御により、動力伝達量、つまり変速比を連続的に可変設定され、電動モータ２３が停止している場合（非駆動状態）では、入出力の変速比が略１：１となる。
【００４３】
電動モータ２３の停止制御を含む回転方向、回転量制御は、コントローラ６０の指令により行われる。
【００４４】
コントローラ６０は、マイクロコンピュータ式のものであり、ステアリングホイール角度センサ６１より検出されるステアリングホイール５０の回転角度と、操舵角センサ６２によって検出される操舵輪５３の操舵角度（実舵角）と、車輪速センサ６３によって検出される車速に関する情報を入力する。そして、コントローラ６０は、これらに基づいて車両運動状態や推測されるドライバ意図などから、その時点で好適な操舵輪５３の目標操舵角を演算し、操舵角センサ６２の出力（実舵角）と比較し、実舵角が目標操舵角と一致しない場合には、操舵輪５３の実舵角が目標操舵角となるように電動モータ２３を追値制御する。
【００４５】
また、コントローラ６０は車輪速センサ６３によって検出される車速に応じて動力伝達装置１０の変速比を可変設定する。車速対応の変速比可変制御（ＶＧＲＳ制御）は、基本的には、図５に示されているように、車速の増大に応じてステアリングギア比（入力／出力）が大きくなるように行われる。
【００４６】
これにより、車庫入れ等の低車速時には、増速のステアリングギア比になってステアリングホイール操作量が小で、実蛇角が大きく、ステアリング応答性が高くなる。これに対し、高速道路走行等の高車速時には、減速のステアリングギア比になってステアリングホイール操作量が大で、実蛇角が小さく、直進安定性が向上する。
【００４７】
また、コントローラ６０は、ヨーレイトセンサ６４により検出される車体のヨーレイトと、横加速度センサ（横Ｇセンサ）６５による検出される横加速度に関する情報を入力し、これら情報に基づいて、動力伝達装置１０の電動モータ２３の回転方向、回転量を制御することで、高速走行中に横風を受けた場合に、車体が横流れすることを防止とするスタビライザ効果を得る操舵や、旋回中にスピンやスキッドアウトを生じそうな場合に、それを避けるための自動カウンタステア操舵や、ステアリングホイールに作用する反力を強める制御を行うこともできる。
【００４８】
コントローラ６０を含む操舵角制御システムは、故障診断機能を具備しており、異常が発生したことをコントローラ６０が検出した場合には、コントローラ６０は、直ちに電動モータ２３を非駆動状態にし、動力伝達装置１０の変速比を略１：１にし、併せて警告灯や警告音（いずれも図示しない）などにより運転者に故障を報知する。
【００４９】
電動モータ２３を非駆動状態にする方法は、例えば、電動モータ２３自身に異常が発生する場合には、瞬時に電源（電流）を遮断したり、電動モータ２３に異常がない場合には、所定の時間（短時間）を掛けて、電流を減少させたりする方法がある。後者の方法は、瞬時に電源を遮断する場合の駆動状態と非駆動状態との切り替わりの際にドライバが違和感を感じたり、瞬間的に車両の安定性が損なわれる可能性を低減する効果がある。
【００５０】
以上のように、操舵装置において、本発明の動力伝達装置１０を用いた場合の特有の効果としては、主機能であるステアリングギア比の可変制御を実現できるとともに、フェールセーフ対策として、万が一、操舵角制御システムに異常が発生した場合には、電動モータ２３を停止することで動力伝達装置１０における変速比（入出力ギア比）が略１：１になるため、ステアリングホイール５０の回転操作量がそのまま出力回転軸１３の回転量となり、従来の自動車と同様の操作をすることができるという効果ある。
【００５１】
また、電動モータ２３が停止している場合には、動力伝達装置１０の入出力ギア比が略１：１であるため、従来の自動車の設計において、特に、ラックアンドピニオン機構やボールスクリュ機構などのステアリングギア部の設計を大幅に変更することなく、操舵装置を搭載できるという効果がある。
【００５２】
さらに、故障や異常が発生していなくても、車両の運動状態などによって従来の自動車と同様のギア比、つまり、動力伝達装置１０の入出力ギア比が略１：１でよい場合もあり、そのような場合には、電力を必要とすることなく、１：１の入出力ギア比を実現でき、省電力化可能という効果がある。
【００５３】
なお、本発明による動力伝達装置は、上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば、図６に示されているように、動力伝達装置１０’の更なる径方向サイズの低減のために、リング部材２０の外周に代えてリング部材２０の円環状の端部に、ウォームギア２４と噛合するウォームホイール２６を設けてよい。
【００５４】
また、中間ギア２１の個数を４つ以外にするなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することが可能である。
【００５５】
また、入力ギア１４と中間ギア２１とが噛合するピッチ円半径と、出力ギア１５と中間ギア２１とが噛合するピッチ円半径とを異なる値に設定することにより、リング部材固定時の変速比を１：１以外に設定することも可能である。
【００５６】
また、入力ギア１４と出力ギア１５をフェースギアで構成し、中間ギア２１を平歯車によって構成することもできる。
【００５７】
また、リング部材２０の固定は、ウォームギア２５とウォームホイール２２との噛合によるブレーキ作用以外に、別のブレーキ手段や、ブレーキ付き電動機によって行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による動力伝達装置の一つの実施形態を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】図１の動力伝達装置のギア列スケルトン図。
【図４】本発明による車両の操舵装置の一つの実施形態を示す構成図。
【図５】車速対応のステアリングギア比制御特性の一例を示すグラフ。
【図６】本発明による動力伝達装置の他の実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１０  動力伝達装置
１１  機枠
１２  入力回転軸
１３  出力回転軸
１４  入力ギア
１５  出力ギア
１６  回転支持部材
１９  支持軸
２０  リング部材
２１  中間ギア
２２  ウォームホイール
２３  電動モータ
２５  ウォームギア
２６  ウォームホイール
５０  ステアリングホイール
５１  ギアボックス
５２  タイロッド
５３  操舵輪
５４  ナックルアーム
６０  コントローラ
６１  ステアリングホイール角度センサ
６２  操舵角センサ
６３  車輪速センサ
６４  ヨーレイトセンサ
６５  横加速度センサ
【図１】
2005221053.tif 000003
【図２】
2005221053.tif 000004
【図３】
2005221053.tif 000005
【図４】
2005221053.tif 000006
【図５】
2005221053.tif 000007
【図６】
2005221053.tif 000008