JP2003312486A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】遊星ギヤ機構を用いる車両用操舵装置では、ギ
ヤ間のバックラッシが原因で転舵の応答遅れを生じる。
車輪からの外乱を受けるとステアリングホイールが振動
し、操舵フィーリングが悪くなる。 【解決手段】遊星ギヤ機構６の太陽ギヤ１６を傘歯車と
し、これに噛み合う傘歯車部１８ａを持つ遊星ギヤ１８
を設ける。太陽ギヤ１６を軸方向に変位自在とする。付
勢部材９によって太陽ギヤ１６を軸方向に弾力的に付勢
し、遊星ギヤ１８側に押し付ける。これにより、太陽ギ
ヤ１６と遊星ギヤ１８との間のバックラッシを除去す
る。リングギヤ１９の内歯１９ａは遊星ギヤ１８の平歯
車部１８ｂに噛み合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操舵伝達系に遊星
変速機構を備える車両用操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】遊星ギヤ機構を用いて、操舵部材として
の例えばステアリングホイールに連なる入力軸と舵取り
機構に連なる出力軸との間の減速比を車速等に応じて可
変とする操舵装置（ＶＧＲＳ：Variable Gear Ratio St
eering) が提供されている。この種のＶＧＲＳでは、例
えば、低速走行時には、ハンドル操舵に対する車輪の切
れ角を相対的に高めて、速やかな操舵が行えるように
し、また、高速走行時には、ハンドル操舵に対する車輪
の切れ角を相対的に低くして、安定性を高めている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、出力軸の回
転角は、入力軸の検出回転角に応じた目標角になるよう
にフィードバック制御されているが、上記の遊星ギヤ機
構のギヤの噛み合い部分におけるバックラッシが原因
で、応答遅れを生じ易い。このため、例えばドライバが
操舵部材としてのステアリングホイールを非常に軽く握
っていたりするときに車輪側からの逆入力を受けて、操
舵部材としてのステアリングホイールが振動し、操舵フ
ィーリングが悪くなる場合がある。

【０００４】特に、フィードバック制御系のゲインが高
く設定されている場合には、車輪からの外乱による振動
が消失しないでいつまでも続いたり、振動の振幅が次第
に大きくなったりする傾向にある。一方、ＶＧＲＳでな
いタイプの車両用操舵装置においても、操舵補助用の電
動モータの回転を、遊星ギヤ機構を用いて減速して舵取
り機構に伝える場合があるが、上記のＶＧＲＳと同様の
課題がある。

【０００５】また、遊星ギヤ機構に代えて遊星ローラ機
構を用いる場合には、ギヤの遊びに相当するようなバッ
クラッシはないものの、転動に伴うローラ間の若干の滑
りが原因で応答遅れを生ずるので、遊星ギヤ機構の場合
と同様に操舵フィーリングが悪化するおそれがある。本
発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、遊星変速
機構のバックラッシ等に起因する操舵フィーリングの悪
化を防止することのでき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及び発明の効果】上記目的
を達成するため、請求項１記載の発明は、操舵部材の位
置に応じて転舵輪を目標位置に制御する車両用操舵装置
において、上記操舵部材と舵取り機構との間に介在する
遊星変速機構を備え、この遊星変速機構の太陽部材と遊
星部材の結合部分は互いに逆向きに傾斜するテーパ状と
されており、太陽部材及び遊星部材の少なくとも一方は
軸方向に変位自在に支持され、この変位自在な部材を軸
方向に付勢可能な付勢手段をさらに備えることを特徴と
するものである。

【０００７】本発明では、遊星変速機構が遊星ギヤ機構
である場合には、傘歯車状に形成された遊星ギヤと太陽
ギヤとを軸方向に相対付勢することで、両ギヤ間のバッ
クラッシを除去することができる。これにより、転舵の
応答遅れの発生を抑制でき、操舵部材の振動等の発生を
防止することができる。遊星変速機構が遊星ローラ機構
である場合にも、ローラ間の滑りの抑制を通じて、転舵
の応答遅れの発生を抑制し、操舵部材の振動等の発生を
防止することができる。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、上記太陽部材及び遊星部材の何れか一方は、他方に
結合する第１の位置と他方との結合を回避する第２の位
置とに軸方向に変位可能であり、この変位可能な部材を
上記第１の位置と第２の位置とに駆動する手段をさらに
備えることを特徴とするものである。本発明では、遊星
部材と太陽部材の結合を解除することで、操舵部材と舵
取り機構との間の機械的な連結を解除し、いわゆるステ
アバイワイヤの機構とすることができる。また、遊星部
材と太陽部材とを結合させることにより、操舵部材と舵
取り機構とを機械的に連結し、これにより、操舵部材の
操作を舵取り機構に機械的に伝達する操舵が可能とな
る。このように機械的伝達による操舵とステアバイワイ
ヤによる操舵を選択的に用いるシステムにおいて、遊星
部材と太陽部材を容易に接離させることができ、しかも
結合された両部材間のバックラッシ等を除去することが
できる。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項２におい
て、上記遊星変速機構の遊星部材のキャリアとリング部
材とを一体回転可能に連結するための解除可能な連結部
材と、上記変位可能な部材が第１の位置に駆動されるに
伴って連結部材を解除させるための連動部材とをさらに
備えることを特徴とするものである。本発明では、例え
ば変位可能な太陽部材の駆動に伴って、トルク伝達経路
を容易に変更することができる。

【００１０】さらに、上記遊星部材は太陽部材に結合す
る円錐台状部とリング部材に結合する円柱状部とを一体
に構成することも可能である。このようにすれば、例え
ば、リング部材としてのリングギヤと遊星部材としての
遊星ギヤとの間は通常の平歯車の噛み合わせを用いるこ
とができる。さらに、上記遊星部材の支軸は遊星部材の
公転半径を拡大できるように弾性変形可能に構成するこ
とも可能である。このようにすれば、例えば太陽ギヤと
遊星ギヤが軸方向に相対付勢されるときに、遊星ギヤが
リングギヤに弾性的に押し付けられ、平歯車の噛み合わ
せとなっている遊星ギヤとリングギヤとの間のバックラ
ッシを除去することができる。

【００１１】

【発明の好ましい実施の形態】本発明の好ましい実施の
形態を添付図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の
一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図
である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、例え
ばステアリングホイール等の操舵部材２に一体回転可能
に連結される操舵軸としての入力軸３と、この入力軸３
と同軸上に設けられラックアンドピニオン機構等の舵取
り機構４に連結される転舵軸としての出力軸５と、入力
軸３と出力軸５とを連結するギヤ比可変（伝達比可変）
の遊星変速機構としての遊星ギヤ機構６と、遊星ギヤ機
構６を介して出力軸５に操舵補助力を付与するための電
動アクチュエータとしての電動モータ７とを備えてい
る。

【００１２】本実施の形態では、遊星変速機構が遊星ギ
ヤ機構である場合に則して説明するが、本発明は遊星変
速機構として遊星ローラ機構を用いる場合にも適用する
ことができる。上記の入力軸３及び出力軸５が、回転操
作されるステアリングホイール等の操舵部材２から舵取
り機構４への操舵伝達系Ａの入力軸３及び出力軸５とな
っている。本発明では、操舵伝達系Ａが、操舵部材２の
回転操作を機械的な伝達機構のみで舵取り機構４に伝達
する場合がある。また、本発明の車両用操舵装置は、操
舵伝達系Ａの一部において機械的な連結が解かれてい
る、いわゆるステアバイワイヤとして構成される場合が
ある。

【００１３】入力軸３は操舵部材２に一体回転可能に連
結される第１の軸３ａと、遊星ギヤ機構６の後述する太
陽ギヤ１６の支軸からなる第２の軸３ｂとを、例えばス
プライン継手等の継手８を介して一体回転可能で且つ軸
方向に相対移動自在に連結してなる。太陽ギヤ１６は第
２の軸３ｂとともに軸方向に移動自在に設けられてお
り、例えば継手８内に設けられる付勢部材９を介して、
軸方向に弾性的に付勢されている。付勢部材９として
は、例えば圧縮コイルばねやガスばね等の弾性部材を用
いることができる。

【００１４】舵取り機構４は出力軸５に一体回転するピ
ニオン４ａと、このピニオン４ａと噛み合い車両の左右
方向に延びるラック軸４ｂとを備える。ラック軸４ｂが
軸方向に移動されることにより転舵輪１０が操舵され
る。入力軸３には、操舵部材２の操舵位置（操舵角に相
当）を検出するための第１の位置検出手段としての操舵
角センサ１１が設けられており、出力軸５には、転舵軸
としての出力軸５の転舵位置（転舵角に相当）を検出す
るための第２の位置検出手段としての転舵角センサ１２
が設けられている。

【００１５】操舵角センサ１１、転舵角センサ１２及び
車速センサ１３が、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等で構成さ
れる制御部１４に接続されており、各センサ１１，１
２，１３からの信号が制御部１４に入力される。制御部
１４は電動モータ７のドライバ１５に接続されている。
制御部１４では、操舵角センサ１１により検出された操
舵角を基に車速等の車両挙動に応じた出力軸５の転舵角
を決定し、転舵角センサ１２により検出される転舵角を
目標角に近づけるようにドライバ１５を介して電動モー
タ７を駆動制御する。

【００１６】遊星ギヤ機構６は、入力軸３の第２の軸３
ｂの端部に一体回転可能に連結された入力要素としての
太陽ギヤ１６と、出力要素としてのキャリア１７により
回転自在に保持されて太陽ギヤ１６と噛み合う複数の遊
星ギヤ１８と、各遊星ギヤ１８に噛み合う内歯１９ａを
内周に持つリングギヤ１９とを含む。リングギヤ１９
は、ウォーム２０に噛み合う外歯１９ｂを形成すること
で、ウォームホイールを構成している。電動モータ７は
ウォーム２０を介してウォームホイールとしてのリング
ギヤ１９を回転駆動する。

【００１７】図１及び図２を参照して、太陽ギヤ１６は
傘歯車からなる。遊星ギヤ１８は太陽ギヤ１６に噛み合
う円錐台状部としての傘歯車部１８ａと、リングギヤ１
９の内歯１９に噛み合う円柱状部としての平歯車部１８
ｂとを同軸上に並べて形成してなる。本実施の形態によ
れば、操舵伝達系Ａに遊星ギヤ機構６を含む車両用操舵
装置において、軸方向に変位自在な傘歯車からなる太陽
ギヤ１６を付勢部材９によって遊星ギヤ１８の傘歯車部
１８ａに弾性的に押し付けることにより、太陽ギヤ１６
と遊星ギヤ１８との間のバックラッシを除去することが
できる。その結果、転舵の応答遅れの発生を抑制でき、
操舵部材２の振動等の発生を防止することができる。ま
た、リングギヤ１９と遊星ギヤ１８との噛み合わせは通
常の平歯車を用いた噛み合わせとすることで、製造し易
い。

【００１８】なお、上記の実施の形態では、太陽ギヤ１
６を軸方向に移動自在として、これを軸方向に付勢した
が、図３に示すように、遊星ギヤ１８をキャリア１７と
共に軸方向に移動自在として、遊星ギヤ１８及びキャリ
ア１７を軸方向に付勢するようにしても良い。この場
合、出力軸５はキャリア１７に一体回転可能で且つ軸方
向に一体移動可能に設けられる第１の軸５ａと、舵取り
機構４に連結される第２の軸５ｂとを、付勢部材９を有
する継手８を介して連結することになる。

【００１９】図２における第２の軸３ｂや図３における
第１の軸５ａは、軸受等の支持部材２２によって、回転
自在に且つ軸方向に移動自在に支持される。図２及び図
３の例において、遊星ギヤ１８を回転自在に支持する支
軸２１が遊星ギヤ１８の公転半径Ｄを拡大できるように
弾性変形可能若しくは径方向に移動可能であれば好まし
い。というのは、太陽ギヤ１６と遊星ギヤ１８が軸方向
に相対付勢されるときに、遊星ギヤの平歯車部１８ｂが
リングギヤ１９の内歯１９ａに弾性的に押し付けられ、
平歯車の噛み合わせとなっている遊星ギヤ１８とリング
ギヤ１９との間のバックラッシを除去することができる
からである。

【００２０】なお、図３の実施の形態において、キャリ
ア１７全体を軸方向に移動自在としたが、これに限ら
ず、キャリア１７及び支軸２１は軸方向に移動不能と
し、図４に示すように各遊星ギヤ１８が対応する支軸２
１によって軸方向に移動自在に且つ一体回転可能に支持
されるようにしても良い。次いで、図５は本発明の別の
実施の形態を示している。本車両用操舵装置１Ａの特徴
とするところは、太陽ギヤ１６を遊星ギヤ１８に噛み合
う第１の位置（図６参照）と、遊星ギヤ１８から離反し
て噛み合いを回避する第２の位置（図５参照）とに軸方
向に変位可能とされ、この変位可能な太陽ギヤ１６を上
記第１の位置と第２の位置とに駆動して、太陽ギヤ１６
を遊星ギヤ１８から接離させるための駆動する手段を備
える点にある。

【００２１】駆動する手段としては、太陽ギヤ１６を第
１の位置に弾性付勢する例えば圧縮コイルばね等の弾性
部材からなる付勢部材２３と、付勢部材２３に抗して太
陽ギヤ１６を第２の位置に駆動するための電磁クラッチ
２４とを備える。駆動する手段として、油圧シリンダそ
の他のアクチュエータを用いることもできる。本実施の
形態では、遊星ギヤ１８は全体が傘歯車に形成されてお
り、これに応じて、リングギヤ１９の内歯１９ａもテー
パ状とされている。

【００２２】入力軸３は操舵部材２に一体回転可能に連
結される第１の軸３ａと太陽ギヤ１６に一体回転可能に
連結される第２の軸３ｂとを備え、両軸３ａ，３ｂはス
プライン等が施された継手２５を介して一体回転可能に
且つ軸方向に相対移動可能に連結されている。上記の付
勢部材２３は例えば継手２５内に設けられる。電磁クラ
ッチ２４は第１の軸３ａに一体回転可能な第１の円板２
６と、第２の軸３ｂに一体回転可能な第２の円板２７
と、両円板２６，２７を吸引させるための電磁コイル２
８とを備える。電磁クラッチ２４はドライバ５０を介し
て電磁コイル２８が励磁されることで、第２の円板２７
を第１の円板２６側に電磁力により吸引し、太陽ギヤ１
６を遊星ギヤ１８から離反させる。

【００２３】遊星ギヤ１８を支軸２１を介して回転自在
に支持するキャリア６０は、出力軸５に一体回転可能に
連結されている一方、リングギヤ１９と解除可能に連結
されるようになっている。具体的には、キャリア６０は
支軸２１を支持する第１の部材２９と第１の部材２９の
背面に対向する第２の部材３０を有しており、第１及び
第２の部材２９，３０間にキャリア６０の軸方向に移動
自在な可動部材３１が設けられている。可動部材３１
は、リングギヤ１９を一体回転可能に連結することので
きる連結部材としての連結軸３２と、太陽ギヤ１６に当
接可能な連動部材としての連動軸３３とを備える。

【００２４】連結軸３２及び連動軸３３は、第１の部材
２９に設けられた対応する挿通孔３４，３５を通して、
それぞれリングギヤ１９側及び太陽ギヤ１６側に向けて
進出している。第２の部材３０と可動部材３１との間に
は、可動部材３１を介して連結軸３２及び連動軸３３を
それぞれリングギヤ１９側及び太陽ギヤ１６側に付勢す
る、例えば圧縮コイルばね等の弾性部材からなる付勢部
材３６が介在している。付勢部材３６の付勢力は付勢部
材９の付勢力よりも弱くなるように設定されている。

【００２５】太陽ギヤ１６が遊星ギヤ１８から離反する
状態では、付勢部材３６によって付勢された可動部材３
１及び連結軸３３が一体的に進出し、進出した連結軸３
３は、リングギヤ１９の連結孔３７に挿入される状態で
リングギヤ１９とキャリア６０を一体回転可能に連結す
る。一方、太陽ギヤ１６が遊星ギヤ１８に噛み合う状態
では、太陽ギヤ１６が連動軸３３を押すことで、付勢部
材３６に抗して連結軸３２をリングギヤ１９の連結孔３
７から離脱する位置まで後退させる。その結果、リング
ギヤ１９とキャリア６０との連結が解除され、リングギ
ヤ１９とキャリア６０との相対回転が許容される。

【００２６】図５及び図６において、太陽ギヤ１６が連
動軸３３に接する部分には、スラスト軸受３８が設けら
れ、太陽ギヤ１６がスムーズに回転できるようにしてい
る。また、出力軸５の端部から延びる案内軸３９が、太
陽ギヤ１６に設けられた案内孔４０に相対回転自在で且
つ軸方向に相対移動自在に挿通されており、太陽ギヤ１
６の遊星ギヤ１８に対する接離がスムーズに行えるよう
にしている。なお、太陽ギヤ１６に案内軸３９を設け、
出力軸５に案内孔４０を設けるようにしても良い。ま
た、図５及び図６において、図１の実施の形態と同様の
構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

【００２７】本実施の形態によれば、図５に示す通常時
は、電磁クラッチ２４が励磁されており、太陽ギヤ１６
が遊星ギヤ１８から離反している。したがって、操舵部
材２と転舵輪１０との間の機械的な連結が解かれた、い
わゆるステアバイワイヤのシステムとなり、例えば自動
操舵に適用することができる。すなわち、各種の道路情
報に応じた最適な転舵角を操舵部材２による操作によら
ずに達成するために、制御部１４によって出力軸５を目
標角に制御するべく電動モータ７が駆動制御され、電動
モータ７の駆動力はリングギヤ１９、連結軸３２及びキ
ャリア６０を介して出力軸５に伝達される。

【００２８】一方、上記のステアバイヤのシステムにお
いて、何らかの原因でシステムへの電源供給が断たれる
等のフェールが発生したときには、図６に示すように、
電磁クラッチ２４の励磁が解除されるので、付勢部材９
の働きで太陽ギヤ１６が軸方向に移動して遊星ギヤ１８
と噛み合う。と同時に連動軸３３を押すことにより、付
勢部材３６に抗して可動部材３１及び連結軸３２を後退
させる。これにより、リングギヤ１９とキャリア６０と
の連結が断たれ、両者の相対回転が許容されることにな
る。

【００２９】その結果、電動モータ７と共にリングギヤ
１９が停止している（或いは所定の動作抵抗を持ってリ
ングギヤ１９の多少の回転が許容される）という条件の
下、太陽ギヤ１６の回転に伴ってキャリア６０が差動回
転することで、操舵部材２に対するマニュアルの操作ト
ルクが遊星ギヤ６を介して出力軸５に機械的に伝達され
ることになり、フェールセーフを達成できる。システム
がダウンしてもマニュアル操舵が可能であるので、安全
上、好ましい。

【００３０】自動操舵とマニュアル操舵との切り換えの
ときに、傘歯車の組み合わせとなる太陽ギヤ１６及び遊
星ギヤ１８をスムーズに噛み合わせて、マニュアル操舵
を達成することができる。また、太陽ギヤ１６を第１及
び第２の位置に移動させるのに連動して連結軸３２を移
動することで、トルク伝達経路を容易に変更することが
できる。なお、リングギヤ１９に噛み合う電動モータ７
はＶＧＲＳ用として機能させ、操舵補助用の電動モータ
等のアクチュエータを舵取り機構４に設けるようにして
も良い。また、図５に示すステアバイワイヤの状態にお
いて、操舵部材２に操舵反力を付与するための電動モー
タ等の反力アクチュエータを入力軸３に設け、操舵用の
電動モータ等のアクチュエータを舵取り機構４に設ける
ようにしても良い。

【００３１】本発明は上記各実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施
すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略
構成を示す模式図である。

【図２】図１の車両用操舵装置の要部の模式図である。

【図３】本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の要
部の模式図である。

【図４】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装
置の要部の模式的断面図である。

【図５】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装
置の概略構成を示す模式図であり、ステアバイワイヤと
なる状態を示している。

【図６】図５の車両用操舵装置がマニュアル操舵される
ときの概略構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１，１Ａ 車両用操舵装置 Ａ 操舵伝達系 ２ 操舵部材 ３ 入力軸 ３ａ 第１の軸 ３ｂ 第２の軸 ４ 舵取り機構 ５ 出力軸 ５ａ 第１の軸 ５ｂ 第２の軸 ６ 遊星ギヤ機構（遊星変速機構） ７ 電動モータ ８ 継手 ９ 付勢部材（付勢手段） １０ 転舵輪 １１ 操舵角センサ １２ 転舵角センサ １４ 制御部 １６ 太陽ギヤ（太陽部材） １７，６０ キャリア １８ 遊星ギヤ（遊星部材） １８ａ 傘歯車部（円錐台状部） １８ｂ 平歯車部（円柱状部） １９ａ 内歯 １９ｂ 外歯 １９ リングギヤ（リング部材、ウォームホイール） ２０ ウォーム ２１ 支軸 Ｄ 公転半径 ２３ 付勢部材（駆動する手段） ２４ 電磁クラッチ（駆動する手段） ２８ 電磁コイル ３１ 可動部材 ３２ 連結軸（連結部材） ３３ 連動軸（連動部材） ３６ 付勢部材（付勢手段） ３７ 連結孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神田 尚武 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 東 真康 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 瀬川 雅也 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 前田 真悟 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3D030 DC25 DC39 3D033 CA04 CA17

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵部材の位置に応じて転舵輪を目標位置
   に制御する車両用操舵装置において、 上記操舵部材と舵取り機構との間に介在する遊星変速機
   構を備え、 この遊星変速機構の太陽部材と遊星部材の結合部分は互
   いに逆向きに傾斜するテーパ状とされており、 太陽部材及び遊星部材の少なくとも一方は軸方向に変位
   自在に支持され、 この変位自在な部材を軸方向に付勢可能な付勢手段をさ
   らに備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 【請求項２】請求項１において、上記太陽部材及び遊星
   部材の何れか一方は、他方に結合する第１の位置と他方
   との結合を回避する第２の位置とに軸方向に変位可能で
   あり、この変位可能な部材を上記第１の位置と第２の位
   置とに駆動する手段をさらに備えることを特徴とする車
   両用操舵装置。
3. 【請求項３】請求項２において、上記遊星変速機構の遊
   星部材のキャリアとリング部材とを一体回転可能に連結
   するための解除可能な連結部材と、上記変位可能な部材
   が第１の位置に駆動されるに伴って連結部材を解除させ
   るための連動部材とをさらに備えることを特徴とする車
   両用操舵装置。