(57)【要約】【課題】車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置のバックアップシステムを、確実に且つ迅速に作動できる。【解決手段】車両用ステアリング装置は、ステアリングハンドル２１の操舵量に応じて、転舵用アクチュエータから転舵用動力を発生させ、転舵用動力をステアリングハンドルから転舵機構へ伝え、転舵機構で転舵車輪を転舵させるものである。ステアリングハンドルに設けた操舵軸２２と転舵機構に設けた入力軸との間を遊星歯車機構５１で連結した。遊星歯車機構は、太陽歯車７１に遊星歯車７２を噛合わせ、遊星歯車に内歯車７３を噛合わせ、遊星歯車をキャリア７４に回転可能に取付けた構成であり、操舵軸に内歯車を連結し、入力軸に第１連結軸５２を介してキャリアを連結し、ロック機構８０を備える。ロック機構は、太陽歯車を通常は回転可能な状態に維持するとともにロック信号を受けたときには停止状態にロックする。【選択図】        図２
2005029016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングハンドル等の操舵部材の操舵量に応じて、転舵用アクチュエータから転舵用動力を発生させ、この転舵用動力を転舵機構に伝え、転舵機構にて転舵車輪を転舵させるようにした車両用ステアリング装置において、
この車両用ステアリング装置は、前記操舵部材に操舵軸を連結し、前記転舵機構に前記操舵軸の操舵力を入力する入力軸を連結し、これらの操舵軸と入力軸との間を遊星歯車機構にて連結し、さらに、前記操舵部材の操舵に応じた操舵反力を発生する反力用アクチュエータを、前記操舵軸に連結した構成であり、
この遊星歯車機構は、中心の太陽歯車に複数個の遊星歯車を噛合わせ、これらの遊星歯車に内歯車を噛合わせ、前記複数の遊星歯車をキャリアにそれぞれ回転可能に取付けた構成であり、前記操舵軸に前記内歯車又は前記キャリアを連結し、前記入力軸に前記キャリア又は前記内歯車を連結し、前記太陽歯車を通常は回転可能な状態に維持するとともにロック信号を受けたときには停止状態にロックするロック機構を備えたことを特徴とする車両用ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用ステアリング装置の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な車両用ステアリング装置は、ステアリングハンドルに転舵機構を連結することで、ステアリングハンドルの操舵力により転舵機構を介して転舵車輪を転舵させる構成である。
これに対して近年、ステアリングハンドルから転舵機構を機械的に分離し、操舵量に応じて転舵用アクチュエータが転舵用動力を発生し、この転舵用動力を転舵機構へ伝えることで車輪を転舵させる方式の、いわゆる、ステア・バイ・ワイヤ式（ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−ｗｉｒｅ、略称「ＳＢＷ」）の開発が進められている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−５５５０号公報（第２−３頁、第５頁、図１、図１０）
【０００４】
特許文献１による従来の車両用ステアリング装置の概要を図１６で説明する。
図１６は従来の車両用ステアリング装置の概要図であり、特開平１１−５５５０号公報の図１０を再掲する。なお、符号は振り直した。
【０００５】
従来の車両用ステアリング装置２００は、ステアリングハンドル２０１から操舵系駆動手段２０４を機械的に分離した、ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置であって、ステアリングハンドル２０１の操作角を操作角検出手段２０２で検出し、この検出信号に応じて制御手段２０３から制御信号を発し、この制御信号に応じて操舵系駆動手段２０４が左右の前輪（転舵車輪）２０５，２０５を転舵するようにしたというものである。
【０００６】
制御手段２０３は、操舵系駆動手段２０４を制御することによって、ステアリングハンドル２０１の操作角に対する前輪２０５，２０５の転舵角θｗの角度比の特性、すなわち、操舵特性を自動的に設定することができる。さらに制御手段２０３は、操作反力発生手段２０６を制御することによって、ステアリングハンドル２０１の操作に応じた操作反力（操舵反力）を自動的に制御することができる。この操作反力は、ステアリングハンドル２０１に対して回転方向に付加する操作抵抗である。
ステアリングハンドル２０１から操舵系駆動手段２０４を機械的に分離したので、相互間の機械的な制約を受けることなく、操舵特性を比較的自由に設定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車両用ステアリング装置２００は、ステアリングハンドル２０１に操舵系駆動手段２０４を電気的にのみ接続した構成である。何らかの要因によって、電気的な接続が解除されたときであっても、ステアリングハンドル２０１で前輪２０５，２０５を操舵できるような配慮が必要である。これに対して、電気的な接続が解除されたときに、自動的に切り替わるバックアップシステムを設けることが考えられる。このようなバックアップシステムは、確実に且つ迅速に作動するとともに、車両の狭いスペースに配置するので小型であることが求められる。
【０００８】
そこで本発明の目的は、車両用ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置のバックアップシステムを、確実に且つ迅速に作動させることができるとともに、小型にすることができる、技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、ステアリングハンドル等の操舵部材の操舵量に応じて、転舵用アクチュエータから転舵用動力を発生させ、この転舵用動力を転舵機構に伝え、転舵機構にて転舵車輪を転舵させるようにした車両用ステアリング装置において、
この車両用ステアリング装置が、操舵部材に操舵軸を連結し、転舵機構に操舵軸の操舵力を入力する入力軸を連結し、これらの操舵軸と入力軸との間を遊星歯車機構にて連結し、さらに、操舵部材の操舵に応じた操舵反力を発生する反力用アクチュエータを、操舵軸に連結した構成であり、
この遊星歯車機構が、中心の太陽歯車に複数個の遊星歯車を噛合わせ、これらの遊星歯車に内歯車を噛合わせ、複数の遊星歯車をキャリアにそれぞれ回転可能に取付けた構成であり、操舵軸に内歯車又はキャリアを連結し、入力軸にキャリア又は内歯車を連結し、太陽歯車を通常は回転可能な状態に維持するとともにロック信号を受けたときには停止状態にロックするロック機構を備えたことを特徴とする。
【００１０】
通常状態においては、遊星歯車機構は開放状態にある。このため、操舵部材から転舵機構が機械的に分離している。従って、ステアリングハンドル等の操舵部材の操舵量に応じて、転舵用アクチュエータから転舵用動力を発生させ、車両の走行状態に応じた最適な操舵特性で転舵車輪を転舵することができる。さらには、操舵部材の操作に応じて反力モータで発生した最適な操舵反力を、操舵部材に付加することができる。
【００１１】
電気的な接続が解除されたときに、ロック信号を受けたロック機構は、太陽歯車を停止状態にロックする。この結果、遊星歯車機構はステアリングハンドル等の操舵部材に転舵機構を機械的に接続する。すなわち、電気的な接続が解除されたときに、バックアップシステムに自動的に切り替わる。従って、操舵部材の操舵力を遊星歯車機構を介して転舵機構に機械的に伝えて、転舵車輪を転舵することができる。
【００１２】
さらには、バックアップシステムを遊星歯車機構によって構成するとともに、この遊星歯車機構の太陽歯車の回転を回転可能な状態並びに停止状態に切換えるロック機構とによって構成したので、バックアップシステムを確実に且つ迅速に作動させることができる。しかも、バックアップシステムを小型にすることができるので、車両の狭いスペースに容易に配置することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１４】
図１は本発明に係る車両用ステアリング装置の模式図である。車両用ステアリング装置１０は、操舵部材としてのステアリングハンドル２１から転舵機構３０を機械的に分離し、ステアリングハンドル２１の操舵量に応じて転舵用アクチュエータ３８から転舵用動力を発生させ、この転舵用動力を転舵機構３０へ伝えることで、転舵機構３０にて左右の転舵車輪３５，３５を転舵させる方式の、いわゆるステア・バイ・ワイヤ式（ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−ｗｉｒｅ、略称「ＳＢＷ」）のステアリング装置である。以下、車両用ステアリング装置１０について詳しく説明する。
【００１５】
この車両用ステアリング装置１０の操舵機構２０は、運転者が握るステアリングハンドル２１と、ステアリングハンドル２１に連結した操舵軸２２と、ステアリングハンドル２１の操舵角を検出する操舵角センサ２３と、ステアリングハンドル２１に対する操舵反力（反力トルク）を発生する反力モータ２４と、反力モータ２４の回転角を検出するモータ回転角センサ２５と、操舵反力を操舵軸２２に伝達する反力伝達機構２６と、からなる。
【００１６】
反力モータ２４は電動モータである。反力伝達機構２６は、反力モータ２４のモータ軸に設けたウォーム２７と、操舵軸２２に結合するとともにウォーム２７に噛み合わせたウォームホイール２８とからなる、ウォームギヤ機構、すなわち倍力機構である。
操作反力は、ステアリングハンドル２１に対して回転方向に付加する操作抵抗である。
【００１７】
ところで反力伝達機構２６においては、ウォーム２７のねじ山の進み角を、ねじ面の摩擦角よりも若干大きく設定してある。その理由は操舵軸２２側、すなわちウォームホイール２８側からウォーム２７を回せるようにするためである。
【００１８】
転舵機構３０は、操舵軸２２の操舵力を入力する入力軸３１と、入力軸３１に作用した転舵トルクを検出する転舵トルクセンサ３２と、入力軸３１にラックアンドピニオン機構３３を介して連結したラック軸３４と、ラック軸３４の両端に左右の転舵車輪３５，３５（例えば前輪）を連結するタイロッド３６，３６及びナックル３７，３７と、入力軸３１に転舵用動力を付加する転舵用アクチュエータ３８と、入力軸３１の回転角を検出する入力軸回転角センサ４１と、ラック軸３４の位置を検出するラック軸位置センサ４２と、からなる。
【００１９】
ラックアンドピニオン機構３３は、入力軸３１に形成したピニオン４３とラック軸３４に形成したラック４４とからなる。
転舵用アクチュエータ３８は、転舵用動力を発生する転舵動力モータ４５と、転舵用動力を入力軸３１に伝達する転舵動力伝達機構４６と、からなる。転舵動力モータ４５は電動モータである。転舵動力伝達機構４６は、転舵動力モータ４５のモータ軸に設けたウォーム４７と、入力軸３１に結合するとともにウォーム４７に噛み合わせたウォームホイール４８とからなる、ウォームギヤ機構、すなわち倍力機構である。
【００２０】
ところで、転舵動力伝達機構４６においては、ウォーム４７のねじ山の進み角を、ねじ面の摩擦角よりも若干大きく設定してある。その理由は入力軸３１側、すなわちウォームホイール４８側からウォーム４７を回せるようにするためである。
【００２１】
このように車両用ステアリング装置１０は、ラック軸３４の両端から転舵トルクを取り出すようにしたエンドテイクオフ型操舵装置である。さらに車両用ステアリング装置１０は、ステアリングハンドル２１に設けた操舵軸２２と転舵機構３０に設けた入力軸３１との間を、遊星歯車機構５１にて連結したものである。
より具体的には、操舵軸２２に遊星歯車機構５１、第１連結軸５２、第１自在軸継手５３、第２連結軸５４及び第２自在軸継手５５を介して入力軸３１を連結するようにした。
【００２２】
上記制御部６１は操舵角センサ２３、モータ回転角センサ２５、転舵トルクセンサ３２、入力軸回転角センサ４１、ラック軸位置センサ４２からそれぞれ検出信号を受けるとともに、車両の走行速度を検出する車速センサ６２、ヨー角速度（ヨー運動の角速度）を検出するヨーレートセンサ６３、車両の加速度を検出する加速度センサ６４、その他の各種センサ６５からそれぞれ検出信号を受けて、反力モータ２４、転舵動力モータ４５及び遊星歯車機構５１に制御信号を発するものである。
【００２３】
すなわち、制御部６１は、反力モータ２４を制御することによって、ステアリングハンドル２１の操作に応じた操舵反力を自動的に設定し、操舵反力をステアリングハンドル２１に付加して、次の（１）〜（４）のように制御することができる。
【００２４】
（１）反力モータ２４によってウォームホイール２８を、ステアリングハンドル２１の操舵方向とは逆方向へ回転させた場合には、ステアリングハンドル２１の操舵力を反力モータ２４の操舵反力によって打ち消す作用が働く。このため、ステアリングハンドル２１を操舵するときに、操舵反力分だけ大きい操舵力が必要となる。
【００２５】
（２）反力モータ２４によってウォームホイール２８を、ステアリングハンドル２１の操舵方向と同方向へ回転させた場合には、ステアリングハンドル２１の操舵力に反力モータ２４の操舵反力を加える作用が働く。このため、ステアリングハンドル２１を操舵するときに、操舵反力分だけ小さい操舵力ですむ。
【００２６】
（３）ステアリングハンドル２１を任意の角度で停止状態に保持させる場合には、それまでのステアリングハンドル２１の回転方向とは逆方向に、反力モータ２４の操舵反力を調整しながらウォームホイール２８を回転させることによって、保持力を発生させる。
【００２７】
（４）その後にステアリングハンドル２１を戻す場合には、ステアリングハンドル２１の中立位置までステアリングハンドル２１を自動的に戻す、いわゆるセルフアライニングトルクに相当する戻し力（操舵反力）が、反力モータ２４からウォームホイール２８に伝達する。
【００２８】
さらに制御部６１は、転舵動力モータ４５を制御することによって、ステアリングハンドル２１の操舵角に対する転舵車輪３５，３５の転舵角の角度比の特性、すなわち、操舵特性を自動的に設定することができる。
言い換えると、上述のようにステアリングハンドル２１から転舵機構３０を機械的に分離したので、ステアリングハンドル２１の操舵角と転舵用アクチュエータ３８の動作量との対応関係を、機械的な制約を受けることなく設定することができる。この結果、操舵特性を車速、車両の旋回程度や加減速の有無等、車両の走行状態に応じて柔軟に設定することができる。従って、車両用ステアリング装置１０の設計の自由度を高めることができる。
さらに制御部６１は、ロック信号Ｃｎを遊星歯車機構５１に発することで、遊星歯車機構５１を制御することができる。
【００２９】
以下、遊星歯車機構５１のことを第１実施例の遊星歯車機構５１と言う。次に、第１実施例の遊星歯車機構５１の詳細について、図２〜図４に基づき説明する。
図２は本発明に係る第１実施例の遊星歯車機構の模式図であり、操舵機構２０における第１実施例の遊星歯車機構５１を主に表したものである。
なお、上述のように、第１連結軸５２は図１に示す入力軸３１に連結したものである。第１連結軸５２のことを入力軸３１と置き換えて考えても実質的には差支えない。このため、本発明においては、第１連結軸５２のことを入力軸３１と同義語として考える。
【００３０】
遊星歯車機構５１は、中心の太陽歯車７１に複数個、例えば３個の遊星歯車７２・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）を噛合わせ、これらの遊星歯車７２・・・に内歯車７３を噛合わせ、複数の遊星歯車７２・・・をキャリア７４にそれぞれ回転可能に取付けた構成である。
【００３１】
太陽歯車７１、内歯車７３及びキャリア７４は、第１連結軸５２の中心上に配列することになる。第１連結軸５２は、太陽歯車７１を相対回転可能に支持したものである。複数個の遊星歯車７２・・・は、太陽歯車７１に対して等ピッチで放射状に配列することになる。
【００３２】
さらに遊星歯車機構５１は、操舵軸２２に内歯車７３を連結し、第１連結軸５２にキャリア７４を連結し、太陽歯車７１を通常は回転可能な状態に維持するとともに制御部６１（図１参照）からロック信号Ｃｎを受けたときには停止状態にロックするロック機構８０を備える。
【００３３】
ロック機構８０は、太陽歯車７１に一体的に備えたロック用歯車８１と、ロック用歯車８１の歯にロック可能にスイングする爪部材８２と、爪部材８２をロック用歯車８１に対してロック駆動させるソレノイド８３とからなる。ロック用歯車８１は、第１連結軸５２の中心上で相対回転可能な部材である。なお、ロック機構８０の詳細な構成については後述する（図８〜図１０参照）。
【００３４】
なお、想像線にて示す操舵ユニットケース９１は、反力モータ２４を取付けるとともに、反力伝達機構２６及び遊星歯車機構５１を収納する収納部材である。図中、９２は操舵軸２２を支持する第１軸受、９３，９３は第１連結軸５２を支持する第２軸受、９４は内歯車７３を支持する第３軸受である。
【００３５】
次に、上記構成の第１実施例の遊星歯車機構５１の作用を説明する。
図３は本発明に係るロック機構がアンロック状態のときの第１実施例の遊星歯車機構の作用図、図４は本発明に係るロック機構がロック状態のときの第１実施例の遊星歯車機構の作用図である。
なお、図３及び図４は、遊星歯車機構５１のうちロック機構８０を並べて表すとともに、遊星歯車機構５１を操舵機構２０及び転舵機構３０と関連づけて表す。
【００３６】
図３に示すように、通常時にはソレノイド８３はロック信号Ｃｎを受けていないので励磁状態にあり、爪部材８２を押している。このため、ロック機構８０は爪部材８２がロック用歯車８１から外れたアンロック状態にある。ロック用歯車８１は回転可能な状態であり、ロック用歯車８１と一体の太陽歯車７１も回転可能な状態（空転可能）である。
【００３７】
一方、転舵車輪３５，３５は路面に接しているので、大きい路面反力を受ける。この路面反力は転舵機構３０に伝わり、入力軸３１に第１連結軸５２を介して連結されたキャリア７４にも伝わる。キャリア７４は路面反力や転舵機構３０の機械的な抵抗（摩擦抵抗など）を受ける。
従って、太陽歯車７１を回転させるときの回転抵抗は、キャリア７４を回転させるときの回転抵抗よりも極めて小さい。
【００３８】
ステアリングハンドル２１を操舵することで、内歯車７３が回転したときに、その回転力は遊星歯車７２・・・を介してキャリア７４及び太陽歯車７１に伝わる。この結果、回転抵抗が小さい太陽歯車７１だけが回転する。このため、操舵軸２２から入力軸３１へ操舵力が伝わることは、ほとんどない。
【００３９】
このように通常状態においては、遊星歯車機構５１は開放状態にある。ステアリングハンドル２１を操舵すると、図１に示す制御部６１が転舵動力モータ４５を制御することで、転舵機構３０によって、車両の走行状態に応じた最適な操舵特性で転舵車輪３５，３５を転舵することができる。
さらには、遊星歯車機構５１が開放状態にあるので、ステアリングハンドル２１の操作に応じて反力モータ２４で発生した最適な操舵反力を、ステアリングハンドル２１に付加することができる。
【００４０】
その後、図４に示すように、（１）何らかの要因によって操舵機構２０と転舵機構３０との間での電気的な接続が解除されたとき、又は（２）図示せぬイグニッションキースイッチをオフにしたときには、制御部６１（図１参照）はロック信号Ｃｎを発する。
【００４１】
ソレノイド８３はロック信号Ｃｎを受けるので非励磁状態になり、爪部材８２を押すことを止める。爪部材８２は図示せぬリターンスプリングによってスイングし、ロック用歯車８１に噛合う。このため、ロック機構８０はロック状態に反転する。ロック用歯車８１は回転を規制された状態であり、ロック用歯車８１と一体の太陽歯車７１も回転を規制された状態である。
【００４２】
このようにロック機構８０は、ロック信号Ｃｎを受けたときには太陽歯車７１を停止状態にロックすることによって、遊星歯車機構５１を連結状態にする。すなわち、電気的な接続が解除されたときに、バックアップシステムに自動的に切り替わる。
【００４３】
ステアリングハンドル２１を操舵することで、内歯車７３が回転したときに、その回転力は遊星歯車７２・・・を介してキャリア７４に伝わる。この結果、キャリア７４が回転するので、遊星歯車７２・・・は自転しつつ公転する。従って、ステアリングハンドル２１の操舵力を遊星歯車機構５１を介して転舵機構３０へ機械的に伝えて、転舵車輪３５，３５を転舵することができる。なお、この場合に反力モータ２４は操舵反力を発生しない。
【００４４】
次に、第２実施例の遊星歯車機構１００について、図５〜図１２に基づき説明する。なお、上記図１〜図４に示す車両用ステアリング装置１０及び第１実施例の遊星歯車機構５１と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４５】
図５は本発明に係る第２実施例の遊星歯車機構の模式図であり、操舵機構２０における第２実施例の遊星歯車機構１００を主に表したものである。
第２実施例の遊星歯車機構１００は、上記図２に示す第１実施例の遊星歯車機構５１を前段とし、この遊星歯車機構５１の後段に別個の遊星歯車機構１０１（以下、副遊星歯車機構１０１と言う。）を組合わせた２段式遊星歯車機構としたことを特徴とする。なお、副遊星歯車機構１０１をなす太陽歯車１０２、遊星歯車１０３、内歯車１０４、キャリア１０５には、それぞれ「副」を付けて呼ぶことにする。
【００４６】
副遊星歯車機構１０１は、中心の副太陽歯車１０２に複数個、例えば３個の副遊星歯車１０３・・・を噛合わせ、これらの副遊星歯車１０３・・・に副内歯車１０４を噛合わせ、複数の副遊星歯車１０３・・・を副キャリア１０５にそれぞれ回転可能に取付けた構成である。
【００４７】
副太陽歯車１０２、副内歯車１０４及び副キャリア１０５は、第１連結軸５２の中心上に配列することになる。第１連結軸５２は、副太陽歯車１０２を相対回転可能に支持したものである。副太陽歯車１０２は、上記ロック用歯車８１を一体的に備えることになる。複数個の副遊星歯車１０３・・・は、副太陽歯車１０２に対して等ピッチで放射状に配列することになる。副内歯車１０４は、操舵ユニットケース９１に取付けることで、回転が規制される。副キャリア１０５は、上記遊星歯車機構５１の太陽歯車７１に一体的に設けることになる。
【００４８】
以上の説明から明らかなように、遊星歯車機構１００は、遊星歯車機構５１の太陽歯車７１に副キャリア１０５を設けるとともに、副太陽歯車１０２に上記ロック用歯車８１を備えることになる。
【００４９】
図６は本発明に係る第２実施例の遊星歯車機構を収納した操舵ユニットケース周りの断面図である。図７は本発明に係る第２実施例の遊星歯車機構の断面図であり、図６に対応させて表した。
【００５０】
図６に示すように、操舵ユニットケース９１は、ケース上半体９５とケース下半体９６とをボルト結合したものであり、ケース上半体９５に反力モータ２４を取付けるとともに、反力伝達機構２６を収納することができる。ウォームホイール２８は、操舵軸２２にスプライン結合によって取付けたものである。
【００５１】
図６及び図７に示すように、遊星歯車機構１００の各部材同士の取り合い構成は、操舵軸２２に内歯車７３を一体に形成又はスプライン結合し、第１連結軸５２にキャリア７４をスプライン結合し、キャリア７４に遊星歯車７２・・・を支軸７５・・・にて回転可能に取付け、さらに、第１連結軸５２に太陽歯車７１を回転可能に取付け、太陽歯車７１に副キャリア１０５を一体に形成し、副キャリア１０５に副遊星歯車１０３・・・を支軸１０６・・・にて回転可能に取付け、ケース下半体９６に副内歯車１０４をボルト１０７にて取付け、副太陽歯車１０２にロック用歯車８１を一体に形成したものである。
【００５２】
図８は本発明に係るロック機構を側方から見た断面図、図９は本発明に係るアンロック状態のロック機構を上方から見た断面図、図１０は本発明に係るロック状態のロック機構を上方から見た断面図である。
【００５３】
図８及び図９に示すように、爪部材８２は一端にロック爪８４を有するとともに他端にスイング作用部８５を有する、細長いスイングアームである。
ロック機構８０は、ケース下半体９６に支軸８６にて爪部材８２の長手中央部をスイング可能に取付け、ロック爪８４がロック用歯車８１の歯に噛合う方向に爪部材８２をリターンスプリング８７によって弾発し、ロック爪８４がロック用歯車８１の歯から離反する方向にスイング作用部８５をソレノイド８３のプッシュロッド８８にて押すようにした構成である。
【００５４】
図９に示すように、ソレノイド８３は励磁しているときにプッシュロッド８８を前進させた状態にある。この結果、ロック爪８４がロック用歯車８１の歯から離反しているので、ロック機構８０はアンロック状態にある。
その後、ソレノイド８３を非励磁にすると、プッシュロッド８８は後退する。この結果、リターンスプリング８７の弾発力によって爪部材８２は図１０に示すように反転する。ロック爪８４がロック用歯車８１の歯に噛合うので、ロック機構８０はロック状態になる。
【００５５】
次に、上記構成の第２実施例の遊星歯車機構１００の作用を説明する。
図１１は本発明に係るロック機構がアンロック状態のときの第２実施例の遊星歯車機構の作用図、図１２は本発明に係るロック機構がロック状態のときの第２実施例の遊星歯車機構の作用図である。
なお、図１１及び図１２は、遊星歯車機構１００における前段の遊星歯車機構５１と後段の遊星歯車機構１０１とロック機構８０を並べて表すとともに、遊星歯車機構５１を操舵機構２０及び転舵機構３０と関連づけて表す。
【００５６】
図１１に示すように、通常時にはソレノイド８３はロック信号Ｃｎを受けていないので励磁状態にあり、爪部材８２を押している。このため、ロック機構８０は爪部材８２がロック用歯車８１から外れたアンロック状態にある。ロック用歯車８１は回転可能な状態であり、ロック用歯車８１と一体の副太陽歯車１０２も回転可能な状態（空転可能）である。
また、副内歯車１０４は固定されている。このため、副太陽歯車１０２に噛合う副遊星歯車１０３・・・、副遊星歯車１０３・・・を取付けた副キャリア１０５、副キャリア１０５を一体に設けた太陽歯車７１も回転可能な状態（空転可能）である。
【００５７】
一方、転舵車輪３５，３５は路面に接しているので、大きい路面反力を受ける。この路面反力は転舵機構３０に伝わり、入力軸３１に第１連結軸５２を介して連結されたキャリア７４にも伝わる。キャリア７４は路面反力や転舵機構３０の機械的な抵抗（摩擦抵抗など）を受ける。
従って、太陽歯車７１を回転させるときの回転抵抗は、キャリア７４を回転させるときの回転抵抗よりも極めて小さい。
【００５８】
ステアリングハンドル２１を操舵することで、内歯車７３が回転したときに、その回転力は遊星歯車７２・・・を介してキャリア７４及び太陽歯車７１に伝わる。この結果、回転抵抗が小さい太陽歯車７１だけが回転する。このため、操舵軸２２から入力軸３１へ操舵力が伝わることは、ほとんどない。
【００５９】
このように、通常状態において、遊星歯車機構５１及び副遊星歯車機構１０１は開放状態にある。ステアリングハンドル２１を操舵すると、図１に示す制御部６１が転舵動力モータ４５を制御することで、転舵機構３０によって、車両の走行状態に応じた最適な操舵特性で転舵車輪３５，３５を転舵することができる。
さらには、遊星歯車機構１００が開放状態にあるので、ステアリングハンドル２１の操作に応じて反力モータ２４で発生した最適な操舵反力を、ステアリングハンドル２１に付加することができる。
【００６０】
その後、図１２に示すように、（１）何らかの要因によって操舵機構２０と転舵機構３０との間での電気的な接続が解除されたとき、又は（２）図示せぬイグニッションキースイッチをオフにしたときには、制御部６１（図１参照）はロック信号Ｃｎを発する。
【００６１】
ソレノイド８３はロック信号Ｃｎを受けるので非励磁状態になり、爪部材８２を押すことを止める。爪部材８２は図示せぬリターンスプリングによってスイングし、ロック用歯車８１に噛合う。このため、ロック機構８０はロック状態に反転する。ロック用歯車８１は回転を規制された状態であり、ロック用歯車８１と一体の副太陽歯車１０２も回転を規制された状態である。
【００６２】
また、副内歯車１０４は固定されている。副太陽歯車１０２と副内歯車１０４の両方が固定状態にあるので、副太陽歯車１０２に噛合う副遊星歯車１０３・・・、副遊星歯車１０３・・・を取付けた副キャリア１０５、副キャリア１０５を一体に設けた太陽歯車７１も回転を規制された状態である。
【００６３】
このようにロック機構８０は、ロック信号Ｃｎを受けたときには太陽歯車７１を停止状態にロックすることによって、遊星歯車機構５１を連結状態にする。すなわち、電気的な接続が解除されたときに、バックアップシステムに自動的に切り替わる。
【００６４】
ステアリングハンドル２１を操舵することで、内歯車７３が回転したときに、その回転力は遊星歯車７２・・・を介してキャリア７４に伝わる。この結果、キャリア７４が回転するので、遊星歯車７２・・・は自転しつつ公転する。従って、ステアリングハンドル２１の操舵力を遊星歯車機構５１を介して転舵機構３０へ機械的に伝えて、転舵車輪３５，３５を転舵することができる。なお、この場合に反力モータ２４は操舵反力を発生しない。
【００６５】
以上の説明から明らかなように、第２実施例の遊星歯車機構１００は、前段の遊星歯車機構５１と後段の副遊星歯車機構１０１とを組合わせた、２段式遊星歯車機構としたものである。このため、ステアリングハンドル２１の回転速度に対するロック用歯車８１の回転速度は、上記図２に示す遊星歯車機構５１だけの場合よりも高速になる。
【００６６】
従って、ロック機構８０をロック状態にしたときの、ステアリングハンドル２１の角度ずれをより小さくすることができる。
さらには、ロック用歯車８１が高速になった分、ロック機構８０が受ける回転トルクを、より小さくすることができる。このため、爪部材８２、ソレノイド８３、リターンスプリング８７（図１０参照）を小型にすることができる。
【００６７】
次に、第３実施例の遊星歯車機構１３０について、図１３〜図１５に基づき説明する。なお、上記図１〜図４に示す車両用ステアリング装置１０及び第１実施例の遊星歯車機構５１と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６８】
図１３は本発明に係る第３実施例の遊星歯車機構の模式図であり、操舵機構２０における第３実施例の遊星歯車機構１３０を主に表したものである。
第３実施例の遊星歯車機構１３０は、操舵軸２２と第１連結軸５２とを同一回転中心上に配置し、操舵軸２２に第１太陽歯車１３１を取付け、この第１太陽歯車１３１に第１遊星歯車１３２を噛合わせ、また、第１連結軸５２に第２太陽歯車１３３を取付け、この第２太陽歯車１３３に第２遊星歯車１３４を噛合わせ、第１遊星歯車１３２並びに第２遊星歯車１３４を操舵軸２２と平行な中間軸１３５に取付け、この中間軸１３５をキャリア１３６に回転可能に取付け、このキャリア１３６を操舵軸２２の回転中心上に操舵軸２２並びに第１連結軸５２とは相対回転可能に配置した、差動遊星歯車機構である。
【００６９】
このようにして、操舵軸２２に第１太陽歯車１３１を連結するとともに、入力軸３１（図１参照）に第１連結軸５２を介して第２太陽歯車１３３を連結することができる。
キャリア１３６は、例えば回転ドラムからなり、ドラム内に各歯車１３１〜１３４並びに中間軸１３５を収納することができる。
【００７０】
さらに、遊星歯車機構１３０は、キャリア１３６を通常は回転可能な状態に維持するとともに、制御部６１（図１参照）からロック信号Ｃｎを受けたときには停止状態にロックする、ロック機構８０を備える。ロック機構８０は、上記図２及び図８〜図１０に示すものと同様の構成であり、ロック用歯車８１をキャリア１３６に一体的に備えることになる。
【００７１】
なお、想像線にて示す操舵ユニットケース９１は、反力モータ２４を取付けるとともに、反力伝達機構２６及び遊星歯車機構１３０を収納することになる。
図中、１４１は操舵軸２２を支持する第１軸受、１４２，１４２は第１連結軸５２を支持する第２軸受、１４３，１４３はキャリア１３６を支持する第３軸受、１４４は操舵軸２２に第１連結軸５２を支持する第４軸受、１４５，１４５は中間軸１３５を支持する第５軸受である。
【００７２】
次に、上記構成の第３実施例の遊星歯車機構１３０の作用を説明する。
図１４は本発明に係るロック機構がアンロック状態のときの第３実施例の遊星歯車機構の作用図、図１５は本発明に係るロック機構がロック状態のときの第３実施例の遊星歯車機構の作用図である。
なお、図１４及び図１５は遊星歯車機構１３０のうち、操舵軸２２側の第１太陽歯車１３１並びに第１遊星歯車１３２と、第１連結軸５２側の第２太陽歯車１３３並びに第２遊星歯車１３４と、ロック機構８０とを並べて表すとともに、遊星歯車機構５１を操舵機構２０及び転舵機構３０と関連づけて表す。
【００７３】
図１４に示すように、通常時にはソレノイド８３はロック信号Ｃｎを受けていないので励磁状態にあり、爪部材８２を押している。このため、ロック機構８０は爪部材８２がロック用歯車８１から外れたアンロック状態にある。ロック用歯車８１は回転可能な状態であり、ロック用歯車８１と一体のキャリア１３６も回転可能な状態（空転可能）である。
【００７４】
一方、転舵車輪３５，３５は路面に接しているので、大きい路面反力を受ける。この路面反力は転舵機構３０に伝わり、入力軸３１に第１連結軸５２を介して連結された第２太陽歯車１３３にも伝わる。第２太陽歯車１３３は路面反力や転舵機構３０の機械的な抵抗（摩擦抵抗など）を受ける。
従って、キャリア１３６を回転させるときの回転抵抗は、第２太陽歯車１３３を回転させるときの回転抵抗よりも極めて小さい。
【００７５】
ステアリングハンドル２１を操舵することで、第１太陽歯車１３１が回転したときに、その回転力は第１遊星歯車１３２を介して中間軸１３５、第２遊星歯車１３４及びキャリア１３６に伝わる。この結果、回転抵抗が小さい第１遊星歯車１３２、中間軸１３５及び第２遊星歯車１３４が自転しつつ公転するとともに、キャリア１３６が回転する。このため、操舵軸２２から入力軸３１へ操舵力が伝わることは、ほとんどない。
【００７６】
このように、通常状態において、遊星歯車機構１３０は開放状態にある。ステアリングハンドル２１を操舵すると、図１に示す制御部６１が転舵動力モータ４５を制御することで、転舵機構３０によって、車両の走行状態に応じた最適な操舵特性で転舵車輪３５，３５を転舵することができる。
さらには、遊星歯車機構１３０が開放状態にあるので、ステアリングハンドル２１の操作に応じて反力モータ２４で発生した最適な操舵反力を、ステアリングハンドル２１に付加することができる。
【００７７】
その後、図１５に示すように、（１）何らかの要因によって操舵機構２０と転舵機構３０との間での電気的な接続が解除されたとき、又は（２）図示せぬイグニッションキースイッチをオフにしたときには、制御部６１（図１参照）はロック信号Ｃｎを発する。
【００７８】
ソレノイド８３はロック信号Ｃｎを受けるので非励磁状態になり、爪部材８２を押すことを止める。爪部材８２は図示せぬリターンスプリングによってスイングし、ロック用歯車８１に噛合う。このため、ロック機構８０はロック状態に反転する。ロック用歯車８１は回転を規制された状態であり、ロック用歯車８１と一体のキャリア１３６も回転を規制された状態である。
【００７９】
このようにロック機構８０は、ロック信号Ｃｎを受けたときにはキャリア１３６を停止状態にロックすることによって、遊星歯車機構１３０を連結状態にする。すなわち、電気的な接続が解除されたときに、バックアップシステムに自動的に切り替わる。
【００８０】
ステアリングハンドル２１を操舵することで、第１太陽歯車１３１が回転したときに、その回転力は第１遊星歯車１３２を介して中間軸１３５、第２遊星歯車１３４及び第２太陽歯車１３３に伝わる。この結果、第２太陽歯車１３３が回転する。従って、ステアリングハンドル２１の操舵力を遊星歯車機構１３０を介して転舵機構３０へ機械的に伝えて、転舵車輪３５，３５を転舵することができる。なお、この場合に反力モータ２４は操舵反力を発生しない。
【００８１】
なお、上記本発明の実施の形態において、車両を操舵するための操舵部材はステアリングハンドル２１に限定されるものではなく、例えばジョイスティックであってもよい。
また、制御部６１は、例えば何らかの要因によって転舵動力モータ４５が停止状態となったときに、反力モータ２４に転舵動力モータ４５の役割を果たさせるように、制御する構成であってもよい。
【００８２】
また、キャリア７４や第２太陽歯車１３３は入力軸３１、第１・第２連結軸５２，５４又は第１・第２自在軸継手５３，５５に直接に連結してもよい。
また、制御部６１は、操舵角センサ２３に転舵トルクセンサ３２の役割を果たさせるように、制御する構成であってもよい。
また、第１・第２実施例の遊星歯車機構５１，１００は、操舵軸２２に内歯車７３又はキャリア７４を連結するとともに、入力軸３１にキャリア７４又は内歯車７３を連結した構成であればよい。
【００８３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、操舵部材に操舵軸を設け、転舵機構に操舵軸の操舵力を入力する入力軸を設け、これらの操舵軸と入力軸との間を遊星歯車機構にて連結し、この遊星歯車機構の構成が、中心の太陽歯車に複数個の遊星歯車を噛合わせ、これらの遊星歯車に内歯車を噛合わせ、複数の遊星歯車をキャリアにそれぞれ回転可能に取付けた構成であり、操舵軸に内歯車又はキャリアを連結し、入力軸にキャリア又は内歯車を連結し、太陽歯車を通常は回転可能な状態に維持するとともにロック信号を受けたときには停止状態にロックするロック機構を備えるようにしたので、電気的な接続が解除されたときに、ロック信号を受けたロック機構によって、太陽歯車を停止状態にロックすることができる。この結果、遊星歯車機構はステアリングハンドル等の操舵部材に転舵機構を機械的に接続する。すなわち、電気的な接続が解除されたときに、バックアップシステムに自動的に切り替わる。従って、操舵部材の操舵力を遊星歯車機構を介して転舵機構に機械的に伝えて、転舵車輪を転舵することができる。
【００８４】
さらには、バックアップシステムを遊星歯車機構によって構成するとともに、この遊星歯車機構の太陽歯車の回転を回転可能な状態並びに停止状態に切換えるロック機構とによって構成したので、バックアップシステムを確実に且つ迅速に作動させることができる。しかも、バックアップシステムを小型にすることができるので、車両の狭いスペースに容易に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用ステアリング装置の模式図
【図２】本発明に係る第１実施例の遊星歯車機構の模式図
【図３】本発明に係るロック機構がアンロック状態のときの第１実施例の遊星歯車機構の作用図
【図４】本発明に係るロック機構がロック状態のときの第１実施例の遊星歯車機構の作用図
【図５】本発明に係る第２実施例の遊星歯車機構の模式図
【図６】本発明に係る第２実施例の遊星歯車機構を収納した操舵ユニットケース周りの断面図
【図７】本発明に係る第２実施例の遊星歯車機構の断面図
【図８】本発明に係るロック機構を側方から見た断面図
【図９】本発明に係るアンロック状態のロック機構を上方から見た断面図
【図１０】本発明に係るロック状態のロック機構を上方から見た断面図
【図１１】本発明に係るロック機構がアンロック状態のときの第２実施例の遊星歯車機構の作用図
【図１２】本発明に係るロック機構がロック状態のときの第２実施例の遊星歯車機構の作用図
【図１３】本発明に係る第３実施例の遊星歯車機構の模式図
【図１４】本発明に係るロック機構がアンロック状態のときの第３実施例の遊星歯車機構の作用図
【図１５】本発明に係るロック機構がロック状態のときの第３実施例の遊星歯車機構の作用図
【図１６】従来の車両用ステアリング装置の概要図
【符号の説明】
１０…車両用ステアリング装置、２１…操舵部材（ステアリングハンドル）、２２…操舵軸、３０…転舵機構、３１…入力軸、３５…転舵車輪、３８…転舵用アクチュエータ、５１…遊星歯車機構、７１…太陽歯車、７２…遊星歯車、７３…内歯車、７４…キャリア、８０…ロック機構、８１…ロック用歯車、８２…爪部材、８３…ソレノイド、Ｃｎ…ロック信号。
【図１】
2005029016.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005029016.tif 000009
【図８】
2005029016.tif 000010
【図９】
2005029016.tif 000011
【図１０】
2005029016.tif 000012
【図１１】
2005029016.tif 000013
【図１２】
2005029016.tif 000014
【図１３】
2005029016.tif 000015
【図１４】
2005029016.tif 000016
【図１５】
2005029016.tif 000017
【図１６】
2005029016.tif 000018