JP2001270453A - 伝達比可変型操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連結手段作動時に伝達比が１の値となるよう
にし、ステアリングハンドルの中立位置が正規の状態か
らずれないようにする。 【解決手段】 ステアリングハンドル２とパワーステア
リング装置３との間に、モータ１５１の駆動により伝達
比を変化させるように作動する伝達比可変手段１を設け
る。伝達比可変手段１は、伝達比を状況に応じて固定す
るように作動する連結手段１５２と、伝達比可変手段１
の作動を制御する制御手段１１と、制御手段１１が連結
手段１５２の連結作動を決定したときに作動するもので
あって伝達比が１であるか否かを判別する伝達比判別手
段１１１と、伝達比が１の値でない場合にモータ１５１
を駆動して上記伝達比が１の値になるように作動をする
伝達比復帰手段１１２と、伝達比が１の値であるときに
のみ連結手段１５２の作動を許可するように作動する連
結許可手段１１３と、から成る。

Description

【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
ドルの操舵角に対する操舵輪の切れ角の値を車速等に応
じて変化させるようにした伝達比可変型の操舵装置に関
するものであり、特に、このような操舵装置における伝
達比可変機構において異常事態が生じた場合に、伝達比
を一定の値の固定状態にするに当って、ステアリングハ
ンドルの位相角が正規の中立位置に戻るように調整をし
たうえで操舵系の直結状態を形成させるようにした伝達
比可変型操舵装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車のステアリング装置にお
いては、据切り操舵を初めとした低速走行時においては
ステアリングハンドルの操作量（操舵角）に対して操舵
輪の切れ角が大きくなるようにしてハンドル操作を楽に
する一方、高速走行時においては、ハンドル操作に対し
て操舵輪の切れ角の値を小さくして、操縦安定性を高め
させるようにすることが望まれている。このような観点
から、ステアリング系における伝達比を状況に応じて変
化させるようにした伝達比可変型の操舵装置が開発さ
れ、例えば特開平１０−３２４２６３号公報等により、
すでに公知となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらのも
のは、ステアリングハンドルと操舵輪との間における伝
達比を変化させるための伝達比可変機構が、遊星歯車機
構等の差動歯車機構を基礎に形成され、これを、車速等
に応じて作動する電動モータの作動にて伝達比の変化を
適宜制御するようにしているものである。そして、この
ような伝達比可変機構において、電動モータの過熱等、
異常事態が発生したときには、直ちに上記伝達比可変機
構の作動をロックして伝達比が１の値となるように固定
し、ステアリングハンドルと操舵輪との間が直結状態と
なるように連結させるようにしているものである。従っ
て、このような強制的に伝達比の値が１の状態となるよ
うに連結された場合においては、操舵輪が直進状態にあ
るときに、ステアリングハンドルの位相が正規の中立位
置からずれた状態となる場合がある。このことは、操舵
者（ドライバ）に違和感を与えることとなる。このよう
な問題点を解決するために、電動モータの過熱等を前も
って予測し、余裕をもって伝達比が１になるように伝達
比可変機構を制御するとともに、この間に操舵輪が直進
状態にあるときのステアリングハンドルの中立位置が正
規の状態に対して位相ずれの無い状態に復帰させるよう
にした伝達比可変型操舵装置を提供しようとするのが、
本発明の目的（課題）である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては次のような手段を講ずることとし
た。すなわち、請求項1記載の発明においては、ステア
リングハンドルと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中
に設けられるものであってモータの駆動により伝達比を
変化させるように作動する伝達比可変手段と、当該伝達
比可変手段の入力側と出力側との間における伝達比を状
況に応じて固定するように作動する連結手段と、上記伝
達比可変手段及び連結手段の作動を制御する制御手段
と、を備えた伝達比可変型操舵装置に関して、上記制御
手段が上記連結手段の連結作動を決定したときに作動す
るものであって伝達比が１の値であるか否かを判別する
伝達比判別手段と、当該伝達比判別手段によって判別さ
れた伝達比が１の値でない場合に上記モータを駆動して
上記伝達比可変手段の伝達比が１の値になるように作動
をする伝達比復帰手段と、上記伝達比が１の値であると
きにのみ上記連結手段の作動を許可するように作動する
連結許可手段と、を設けるようにした構成を採ることと
した。

【０００５】このような構成を採ることにより、本発明
のものにおいては、上記連結手段が作動してステアリン
グハンドルと操舵輪とが連結された状態において、操舵
輪の中立位置とステアリングハンドルの中立位置とが一
致することとなる。すなわち、操舵輪の直進状態時にお
いて、ステアリングハンドルの中立位置がずれたりする
（位相ずれを生ずる）ことが無くなる。

【０００６】次に、請求項２記載の発明について説明す
る。このものも、その基本的な点は上記請求項１記載の
ものと同じである。すなわち、本発明においては、請求
項１記載の伝達比可変型操舵装置に関して、上記制御手
段が上記モータの作動に異常を来すおそれがあるものと
判断したときには、上記連結手段を強制的に連結させる
ようにした構成を採ることとした。このような構成を採
ることにより、緊急時には強制的にステアリング系を直
結状態とし、フェールセーフ機能を働かせるようにする
ことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１ないし図４を基に説明する。本実施の形態に関するも
のは、図１に示す如く、ステアリングハンドル２と、当
該ステアリングハンドル２の操作に応じて操舵輪９を所
定の切れ角に操舵するパワーステアリング装置３と、こ
れらパワーステアリング装置３とステアリングハンドル
２との間に設けられるものであって上記ステアリングハ
ンドル２と上記操舵輪９との間の操舵量（操舵角）の伝
達比を適宜変化させるように作動する伝達比可変手段１
と、からなることを基本とするものである。

【０００８】このような構成からなるものにおいて、上
記ステアリングハンドル２とパワーステアリング装置３
との間、具体的にはステアリングシャフト２１の途中に
設けられる伝達比可変手段１は、図２に示す如く、各種
センサ類１６、１７、１８、１９と、モータ１５１を初
めとした作動部１５と、上記各種センサ類１６、１７、
１８、１９からの信号を基に、上記モータ１５１を初め
とした作動部１５の作動を制御する制御手段１１と、か
らなることを基本とするものである。

【０００９】具体的には、上記各種センサ類は、ステア
リングシャフト２１の途中に設けられるものであってス
テアリングハンドル２の回転角度（操舵角度）を検出す
るハンドル操舵角センサ１８、減速機構１５５を駆動す
るモータ１５１の温度を検出するモータ温度センサ１
７、車両の走行速度を検出する車速センサ１９、及び操
舵輪９の切れ角、すなわち操舵輪９の操舵角を検出する
操舵輪舵角センサ１６からなるものである。そして、こ
れら各センサ１６、１７、１８、１９からの各検出信号
が、随時、次の制御手段１１に送られるようになってい
るものである。

【００１０】これら各種センサからの信号を受けて、次
の作動部１５を形成するモータ１５１等の作動を制御す
る制御手段１１は、マイクロプロセッサユニット（ＭＰ
Ｕ）を主体としたマイクロコンピュータからなるもので
ある。そして、本実施の形態においては、上記制御手段
１１は、伝達比の決定を初めとした各種演算処理を行な
う演算部を主体に、これらに加えて更に次の機能部が設
けられるようになっている。すなわち、モータ１５１が
過熱状態にあるので連結手段１５２を作動させて本伝達
比可変手段１をロック状態にするに当って、そのときの
伝達比が１の値であるか否かを判別する伝達比判別手段
１１１と、当該伝達比判別手段１１１による判別の結
果、伝達比が１以外の値であると判断されたときに上記
モータ１５１を駆動して伝達比を１の値に戻すように指
令（信号）を出す伝達比復帰手段１１２と、上記伝達比
判別手段１１１によって伝達比が１の値であると判断さ
れたときに、次の連結手段１５２を作動させるように指
令（信号）を出す連結許可手段１１３と、更に、これら
に加えてモータ１５１の温度が過熱気味状態にある場合
において伝達比を徐々に１の値に戻すように指令を出す
に当っての、その伝達比の変化割合等を記憶させたＲＯ
Ｍ部等からなるものである。なお、このＲＯＭ部には、
伝達比の変化割合、操舵角度、及び車速についての三つ
の要素を基にしたマップ（図４参照）が記録されている
ものである。この３次元マップを基に、そのときの伝達
比の変化割合が決定されるようになっているものであ
る。

【００１１】次に、このような構成からなる制御手段１
１からの各種指令（信号）を受けて作動する作動部１５
は、上記伝達比復帰手段１１２等からの信号により作動
するものであって本伝達比可変手段１の伝達比を変化さ
せるモータ１５１と、当該モータ１５１にて駆動される
ものであって、遊星歯車機構あるいは内接歯車を有する
リングギヤ及び当該リングギヤ内に設けられるインナギ
ヤからなるハーモニックドライブ減速機構等にて形成さ
れる減速機構１５５と、からなるものである。そして、
これらの減速機構１５５を形成するサンギヤあるいは一
方の歯車がステアリングハンドル２側のステアリングシ
ャフト２１に連結されることによって入力側を形成する
とともに、リングギヤあるいは他方の歯車がパワーステ
アリング装置３を形成するステアリングギヤ機構３１側
のステアリングシャフト２１’に連結されることによっ
て減速機構１５５の出力側を形成するようになっている
ものである。

【００１２】また、このような構成からなる減速機構１
５５の入力側と出力側との間には、別途設けられたソレ
ノイド機構等によって作動するロック機構が設けられる
ようになっており、このロック機構の作動をもって上記
減速機構１５５の減速機能が固定（ロック）されてステ
アリングハンドル２側のステアリングシャフト２１とス
テアリングギヤ機構３１側のステアリングシャフト２
１’（図１参照）とが直結状態となるようになっている
ものである。すなわち、このロック機構をもって上記伝
達比を１の値に固定する連結手段１５２が形成されるよ
うになっているものである。そして、この連結手段１５
２の作動は、図２において、制御手段１１の一部を形成
する連結許可手段１１３からの指令（信号）に基づいて
制御されるようになっているものである。

【００１３】このような構成からなる伝達比可変手段１
の下流側に設けられるものであって、図１に示す如く、
ステアリングハンドル２からの指令、すなわち、ステア
リングハンドル２の操作（操舵）に応じて作動するとと
もに、操舵輪９を所定の位置に操舵するパワーステアリ
ング装置３は、ステアリングシャフト２１’側の回転角
（入力）に応じて作動するステアリングギヤ機構３１
と、当該ステアリングギヤ機構３１の作動に応じて作動
するものであって操舵輪９の作動（操舵）に対して動力
補助を行なうパワーアシスト機構３２と、からなること
を基本とするものである。このような構成からなるもの
において、本実施の形態においては、上記パワーアシス
ト機構３２としては油圧機構が採用されており、油圧ポ
ンプ３５にて生成された圧油が制御機構３３を介してパ
ワーアシスト機構３２を形成するパワーシリンダ及びパ
ワーピストンに供給されるようになっているものであ
る。そして、このパワーアシスト機構３２に供給された
圧油の作用によって、上記操舵輪９は適宜操舵されるよ
うになっているものである。そして、更に、このような
操舵輪９の操舵角（切れ角）は、操舵輪舵角（切れ角）
センサ１６を介して制御手段１１にフィードバックされ
るようになっているものである。

【００１４】次に、このような構成からなる本実施の形
態のものについての、その作動態様、特にモータの過熱
保護態様について、図３のフローチャートを基に説明す
る。すなわち、本伝達比可変手段１が作動中において、
モータ１５１の過熱を回避するためのモータ過熱保護モ
ードにおいては、まず、図３のステップ１（Ｓ1 ）にお
いて、モータ過熱保護中であるか否かが判断される。そ
して、このとき、モータの過熱保護モードになっていな
い場合（Ｎの場合）においては、次のステップ（Ｓ2 ）
において、モータ１５１の温度が後述する限界点に達す
る前の段階、例えば本実施の形態においてはモータ温度
が限界点に到達するのを予防する予防温度（Ｘ℃）にな
っているか否かが判別される。そして、このとき、モー
タ温度がＸ℃以下であれば、本伝達比可変手段１の作
動、すなわちモータ１５１の作動を続けても何ら問題が
無いので、ステップ９（Ｓ9 ）へと移行し、伝達比可変
状態（ＶＧＲＳ制御）を維持する。

【００１５】これに対して、ステップ２（Ｓ2 ）におい
て、モータ１５１の温度がＸ℃以上と判断された場合に
は、この状態が続けば、いずれモータ１５１の温度が限
界点（本実施の形態においてはＹ℃と規定する）に達す
るおそれがあるので、本伝達比可変手段１の作動を停止
させて、モータ１５１の作動を休止させる必要がある。
そのため、これに備えるための準備をする必要がある。
そこで、その前に、まず、次のステップ３（Ｓ3 ）へと
移行させ、伝達比が１の値となるように本システム（伝
達比可変手段１）の減速機構１５５を作動させる。この
伝達比１への移行は、予め制御手段１１のＲＯＭ部に入
力させておいたもの、例えば図４に示すようなマップに
従って、そのときの車速あるいは操舵角等を考慮して操
縦安定性を損なわせず、かつ、できるだけ速やかに行な
わせるようにする。具体的には、このマップは、伝達比
１へ移行する際の変化割合（単位時間当たりの伝達比変
化量）を縦軸に採るとともに、移行開始時の操舵角度を
横軸に採り、これによって車速に応じた複数のマップを
規定することとしている。これにより、操舵角度が大き
いときには、変化割合を小さくして緩やかに伝達比１へ
と移行させ、操舵角度が小さいときには、変化割合を大
きくして素早く伝達比１へと移行させるようにする。ま
た、高速走行時には緩やかに伝達比１へと移行させ、低
速走行時には素早く伝達比１へと移行させるようにす
る。なお、図４においては、高速走行時及び低速走行時
における２本のマップが示されているが、この間の車速
における変化割合は、これら２本のマップ間を線形補完
することによって決定するか、あるいは、これらマップ
間を小刻みに規定した数多くのマップにて決定するよう
にする。そして、次のステップ４（Ｓ4 ）において、伝
達比が１の値となっているか否かが判別される。このス
テップ４（Ｓ4 ）において、伝達比が１の値となってい
るものと判断された場合には、次のステップ６（Ｓ6 ）
に移行し、ここで本システムのロック作動が行なわれ
る。また、これと同時に、モータ１５１への通電が停止
されてモータ過熱保護モードに移行する。すなわち、図
２における連結許可手段１１３の判断により、連結手段
１５２を作動させることとなる。これによって、減速機
構１５５の入力側と出力側とは直結状態となり、図１に
おけるステアリングハンドル２からの操舵入力は直接パ
ワーステアリング装置３へと伝達されることとなり、こ
れによって最終的に操舵輪９が操舵されることとなる。

【００１６】一方、ステップ４（Ｓ4 ）において、伝達
比が未だ１になっていないと判断された場合には、ステ
ップ５（Ｓ5 ）においてモータ１５１の温度が限界点で
あるＹ℃を超えているか否かが判別される。ここに、限
界点であるＹ℃を超えているものと判断された場合に
は、上記モータ１５１の作動不能発生を回避するため
に、直ちに上記連結手段１５２（図２参照）を作動さ
せ、本システムをロック状態にする。すなわち、強制的
にステップ６（Ｓ6 ）へと移行させる。なお、モータ１
５１の温度が限界点であるＹ℃に達していないものと判
断された場合には、ステップ９（Ｓ9 ）へと移行し、通
常の伝達比可変制御（ＶＧＲＳ制御）、更にはモータ過
熱保護モードのスタートへと移行させるようにする。

【００１７】次に、ステップ７（Ｓ7 ）において、上記
ステップ６（Ｓ6 ）におけるシステムロック状態中にモ
ータ１５１の温度が降下して（冷却されて）、モータ過
熱のおそれのない状態（このときの温度をＺ℃と規定す
る）になっていることがモータ温度センサ１７（図２参
照）からの信号により判別された場合には、次のステッ
プ８（Ｓ8 ）へと移行し、本システムのロックを解除さ
せるようにする。すなわち、連結解除を行なわせる。こ
れによって、通常の伝達比可変制御（ＶＧＲＳ制御）が
行なわれることとなる。一方、モータ１５１の温度が上
記Ｚ℃以上となっており、再び過熱状態となるおそれが
あるものと判断された場合には、リターンステップを経
由してモータ過熱保護モードに入るようにする。

【００１８】このように、本実施の形態においては、モ
ータの過熱保護を、モータの作動不能となる限界点を基
点にして、その前の予防段階において予め伝達比が１に
なるようにし、このような伝達比１の状態を基礎に本シ
ステムのロック、すなわち減速機構１５５の入力側と出
力側とを直結状態とするようにしているので、本ロック
状態（連結状態）において、操舵輪９の直進時に、ステ
アリングハンドル２の中立位置がずれたりするようなこ
とが無くなり、操舵者（ドライバ）に違和感を与えるよ
うなことが無い。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、ステアリングハンドル
と操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に設けられるも
のであってモータの駆動により伝達比を変化させるよう
に作動する伝達比可変手段と、当該伝達比可変手段の入
力側と出力側との間における伝達比を状況に応じて固定
するように作動する連結手段と、上記伝達比可変手段及
び連結手段の作動を制御する制御手段と、を備えた伝達
比可変型操舵装置に関して、上記制御手段が上記連結手
段の連結作動を決定したときに作動するものであって伝
達比が１の値であるか否かを判別する伝達比判別手段
と、当該伝達比判別手段によって判別された伝達比が１
の値でない場合に上記モータを駆動して上記伝達比可変
手段の伝達比が１の値になるように作動をする伝達比復
帰手段と、上記伝達比が１の値であるときにのみ上記連
結手段の作動を許可するように作動する連結許可手段
と、を設けるようにした構成を採ることとしたので、上
記連結手段が作動してステアリングハンドルと操舵輪と
が連結された状態において、操舵輪の中立位置とステア
リングハンドルの中立位置とが一致することとなり、操
舵輪の直進状態時において、ステアリングハンドルの中
立位置がずれたりする（位相ずれを生ずる）ことが無く
なった。その結果、操舵者（ドライバ）に違和感を与え
るようなことが無くなった。

【００２０】また、上記制御手段が上記モータの作動に
異常を来すおそれがあるものと判断したときには、上記
連結手段を強制的に連結させるようにした構成を採るこ
ととしたので、緊急時には強制的にステアリング系を直
結状態とし、フェールセーフ機能を働かせることができ
るようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示すスケルトン図である。

【図２】本発明の主要部を成す伝達比可変手段の全体構
成を示すブロック図である。

【図３】本発明の作動態様を示すフローチャートであ
る。

【図４】ＲＯＭ部に予め入力させた単位時間当り伝達比
の変化量と操舵角度との関係を示すマップを示すもので
ある。

【符号の説明】

１ 伝達比可変手段 １１ 制御手段 １１１ 伝達比判別手段 １１２ 伝達比復帰手段 １１３ 連結許可手段 １５ 作動部 １５１ モータ １５２ 連結手段 １５５ 減速機構 １６ 操舵輪舵角（操舵輪切れ角）センサ １７ モータ温度センサ １８ ハンドル操舵角センサ １９ 車速センサ ２ ステアリングハンドル ２１ ステアリングシャフト ２１’ ステアリングシャフト ３ パワーステアリング装置 ３１ ステアリングギヤ機構 ３２ パワーアシスト機構 ３３ 制御機構 ３５ 油圧ポンプ ９ 操舵輪

フロントページの続き (72)発明者 河室 巡児 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小城 隆博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 中津 慎利 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3D032 DA03 DA23 DA67 DB11 DC32 DC33 DD01 DE20 EA01 EB05 EC21 EC31 GG01 3D033 JB19

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングハンドルと操舵輪とを連結
   する操舵伝達系の途中に設けられるものであってモータ
   の駆動により伝達比を変化させるように作動する伝達比
   可変手段と、当該伝達比可変手段の入力側と出力側との
   間における伝達比を状況に応じて固定するように作動す
   る連結手段と、上記伝達比可変手段及び連結手段の作動
   を制御する制御手段と、を備えた伝達比可変型操舵装置
   において、上記制御手段が上記連結手段の連結作動を決
   定したときに作動するものであって伝達比が１の値であ
   るか否かを判別する伝達比判別手段と、当該伝達比判別
   手段によって判別された伝達比が１の値でない場合に上
   記モータを駆動して上記伝達比可変手段の伝達比が１の
   値になるように作動をする伝達比復帰手段と、上記伝達
   比が１の値であるときにのみ上記連結手段の作動を許可
   するように作動する連結許可手段と、を設けるようにし
   たことを特徴とする伝達比可変型操舵装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の伝達比可変型操舵装置に
   おいて、上記制御手段が上記モータの作動に異常を来す
   おそれがあるものと判断したときには、上記連結手段を
   強制的に連結させるようにしたことを特徴とする伝達比
   可変型操舵装置。