JP2004114856A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵部材に連なる第１要素と、転舵輪に連なる第２要素と、第１及び第２要素を関連付ける第３要素とを備える遊星ギヤ機構の第３要素を電動モータにて駆動することで、転舵比を可変する車両用操舵装置では、電動モータの出力不足により転舵遅れ生ずるおそれがある。
【解決手段】転舵比可変用アクチュエータの出力不足が生じて、トーションバー３３に抗して入力軸３１が出力軸３２に対して回転すると、溝カム４０及びカムフォロワ４１を含むカム機構３７が、スライダ３６を例えば下方へ駆動する。スライダ３６及び摩擦体４７の上側の動力伝達面４２，４５が互いに合致して摩擦結合することで、太陽ギヤ１５とキャリア１６との相対回転を規制する。運転者が操舵部材２を操作する力が、遊星ギヤ機構６を介して舵取り機構側へ機械的に伝わる。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵部材の操作に基づいて転舵輪を転舵させる車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイール等の操舵部材の操舵量に応じて転舵輪の転舵量の比（転舵比）を可変とする転舵比可変機構（ＶＧＲＳ：　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｇｅａｒ　Ｒａｔｉｏ　Ｓｙｓｔｅｍ　）として、遊星ギヤ機構と、遊星ギヤ機構の例えばリングギヤを駆動する転舵比可変用の電動モータとを備える車両用操舵装置が種々提供されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−７７７５１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術では、電動モータの出力不足により、転舵遅れを生じたりするおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、転舵遅れを簡単な構造にて確実に抑制することができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、操舵部材に連なる第１要素、転舵輪に連なる第２要素、並びに、上記第１及び第２要素を関連付ける第３要素を含む差動伝達機構と、この差動伝達機構の第３要素に駆動伝達可能に連結されるアクチュエータと、このアクチュエータの出力不足のときに、差動伝達機構の第１及び第２要素を互いに結合することのできる結合手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明では、アクチュエータの出力が不足すると、第１及び第２要素が互いに連結されるので、運転者が操舵部材を操作する力が差動伝達機構を介して転舵輪側へ機械的に伝達されることになる結果、アクチュエータの出力不足を補うことができる。したがって、転舵遅れの発生を防止することができる。本発明の車両用操舵装置は、ＶＧＲＳとして構成される場合がある。この場合、アクチュエータは転舵比可変のために用いられる。
【０００７】
また、本発明の車両用操舵装置は、通常時において、操舵部材の操作力が差動伝達機構を介してトルクスプリットされている、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム（単にＳＢＷとも称する）として構成される場合がある。この場合、第３要素に連結されるアクチュエータは、通常時は操舵部材に操作反力を付与するための反力用として用いられ、転舵用アクチュエータの異常発生時には、転舵（操舵補助）用として用いられる。第３要素に連結されるアクチュエータが転舵（操舵補助）用として用いられているときに当該アクチュエータに生ずる出力不足を運転者が補って転舵遅れ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、上記結合手段は、操舵部材に一体回転する入力部材と、第１要素に一体回転する出力部材と、入力部材及び出力部材を同軸上に連結するトーションバーと、出力部材に一体回転可能で且つ軸方向に移動自在に連結されるスライダと、入力部材及び出力部材の相対回転に応じてスライダを軸方向に駆動するカム機構とを含み、スライダ及び第２要素はスライダの軸方向への移動に伴って互いに摩擦結合可能な動力伝達面をそれぞれ含むことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、アクチュエータの出力が不足し、トーションバーに抗して入力部材及び出力部材に相対回転が生ずると、カム機構によりスライダが軸方向に駆動され、該スライダと第２要素が動力伝達面を介して動力伝達可能に摩擦結合する。一方、スライダは出力部材を介して第１要素に一体回転可能に連結されているので、第１要素と第２要素が一体回転可能に連結されることになる。
請求項３記載の発明は、請求項２において、上記スライダは鼓状をなし、動力伝達面として互いに逆向きをなす一対のテーパ面を含むことを特徴とするものである。本発明では、トーションバーのねじれの方向に応じて、何れかのテーパ面が動力伝達面として機能する。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３において、上記カム機構は、スライダ又は入力部材の何れか一方に設けられる螺旋状の溝カムと、他方に設けられ上記溝カムに係合するカムフォロワとを含むことを特徴とするものである。本発明では、簡単な構造にて確実にスライダを駆動することができる。
請求項５記載の発明は、請求項１，２又は３において、入力部材及び出力部材にそれぞれ一体回転する第１及び第２のギヤを備え、カム機構は、第１及び第２のギヤに噛み合う第３のギヤと一体回転するカム体を含み、カム体は第３のギヤの回転中心に対して偏倚してスライダを駆動するカム面を含むことを特徴とするものである。本発明では、第１及び第２ギヤの相対回転に応じてカム体を回転させ、偏倚するカム面によりスライダを駆動することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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第１操舵軸３と、この第１操舵軸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に連結される第２操舵軸５と、第１及び第２操舵軸３，５間の差動回転を許容するための差動伝達機構を構成する遊星伝達機構としての遊星ギヤ機構６と、第１の操舵軸３に設けられ、所要時に遊星ギヤ機構６の所定の２つの要素を結合させることのできる結合機構３０とを備える。
【００１２】
舵取り機構４は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸７と、この転舵軸７の両端にタイロッド８を介して結合され、転舵輪９を支持するナックルアーム１０とを備える。転舵軸７はハウジング１１により支承されて軸方向に摺動可能とされており、その途中部に、電動モータからなる操舵用アクチュエータ１２が同軸的に組み込まれている。操舵用アクチュエータ１２の駆動回転は、ボールねじ機構等の運動変換機構等によって転舵軸７の摺動に変換され、この転舵軸７の摺動により転舵輪９の転舵が達成される。
【００１３】
転舵軸７の一部には、ラック１３が形成されており、このラック１３には、第２操舵軸５の端部に設けられて第２操舵軸５と一体回転するピニオン１４が噛み合わされている。
遊星ギヤ機構６は、第１操舵軸３に連動回転する入力側となる第１要素（太陽部材）としての太陽ギヤ１５と、太陽ギヤ１５と噛み合う遊星部材としての複数の遊星ギヤ１７を回転自在に保持する出力側となる第２要素としてのキャリア１６と、各遊星ギヤ１７に噛み合う内歯１８ａを内周に持つ第３要素（リング部材）としてのリングギヤ１８とを含む。
【００１４】
リングギヤ１８は外歯１８ｂを形成することで例えばウォームホイールを構成している。この外歯１８ｂは例えばウォームからなる駆動伝達ギヤ１９を介して、転舵比可変用アクチュエータ２０に駆動連結されている。この転舵比可変用アクチュエータ２０は例えば電動モータからなり、そのケーシングは車体の適所に固定されている。
操舵用アクチュエータ１２及び転舵比可変用アクチュエータ２０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３等で構成される制御部Ｃにより制御されるようになっている。
【００１５】
第１操舵軸３には操舵部材２による操舵角（操舵位置）を検出するための操舵位置センサとしての操舵角センサ２４、及び操舵部材２から入力される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ２５が設けられている。これら操舵角センサ２４及びトルクセンサ２５からの検出信号が制御部Ｃに入力される。
また、転舵軸８には転舵軸７の軸方向位置に関連して転舵角を検出するための転舵角センサ２６が設けられており、この転舵角センサ２６による検出信号も制御部Ｃに入力される。また、制御部Ｃには、車速を検出するための車速センサ２７からの検出信号が入力されるようになっている。
【００１６】
制御部Ｃは、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、操舵用アクチュエータ１２及び転舵比可変用アクチュエータ２０をそれぞれ駆動するための駆動回路２８，２９に制御信号を出力する。
制御部Ｃは、例えば車両の走行状況等に応じて、転舵比可変用アクチュエータ２０の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２９に与えて、転舵比可変用アクチュエータ２０を駆動制御し、操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との転舵比が所望に設定されるように、遊星ギヤ機構６の太陽ギヤ１５とキャリア１６の差動回転を調整する。
【００１７】
また、制御部Ｃは、上記設定した転舵比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、駆動回路２８を介して操舵用アクチュエータ１２を駆動制御し、該操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクを出力させ、操舵補助させる。
上記の結合機構３０は、伝達比可変用アクチュエータ２０が出力不足を生じたときに、遊星ギヤ機構６の太陽ギヤ１５とキャリア１６とを機械的に結合する働きをする。
【００１８】
具体的に説明すると、結合機構３０は第１の操舵軸３の端部により構成される入力部材としての入力軸３１と、太陽ギヤ１５に一体回転可能に連結されると共に入力軸３１に相対回転可能に嵌め合わされる出力部材としての出力軸３２と、入力軸３１及び出力軸３２を同軸上に連結し、両軸３１，３２の相対回転にねじり抵抗を与えるトーションバー３３とを備える。
このトーションバー３３は入力軸３１及び出力軸３２の相対向する空所３４，３５に跨がるように配置され、トーションバー３３の一対の端部は、例えばピン結合３３ａやスプライン結合３３ｂを用いて入力軸３１及び出力軸３２に一体回転可能に連結されている。また、入力軸３１の端部の外周部が出力軸３２の空所３５の内周に相対回転可能に嵌合されている。
【００１９】
また、結合機構３０は、出力軸３２に一体回転可能で且つ出力軸３２の軸方向に移動自在に連結されるスライダ３６と、入力軸３１と出力軸３２の相対回転に応じてスライダ３６を上記軸方向に駆動するカム機構３７とを備える。
スライダ３６は、入力軸３１及び出力軸３２を挿通させる挿通孔３８を有して鼓状をなす、入、出力軸３１，３２と同心の筒体からなる。挿通孔３８の下部と出力軸３２の端部外周とはスプライン部３９にてスプライン結合しており、これにより、スライダ３６が出力軸３２と一体に回転する一方、スライダ３６が出力軸３２の軸方向に移動可能に支持される。
【００２０】
スライダ３６の挿通孔３８の内周面の中間部には、螺旋状の溝カム４０が形成されており、入力軸３１の外周面には溝カム４０に係合する例えばピン状突起からなるカムフォロワ４１が形成されている。溝カム４０とカムフォロワ４１により上記のカム機構３７が構成される。
スライダ３６の外周面にはスライダ３６の軸方向の中間部を境にして互いの逆向きに傾斜するテーパ面からなる一対の動力伝達面４２，４３が形成されている。
【００２１】
一方、キャリア１６から延びる延設アーム４４の端部には、上記一対の動力伝達面４２，４３にそれぞれ合致して結合可能なテーパ状の一対の動力伝達面４５，４６を内周に有する環状の摩擦体４７が延設アーム４４を介してキャリア１６に一体回転可能に設けられている。摩擦体４７は入、出力軸３１，３２と同心に配置される。対応する動力伝達面４２，４５は相等しい角度で傾斜し、対応する動力伝達面４３，４６も相等しい角度で傾斜している。
【００２２】
本実施の形態によれば、転舵比可変用アクチュエータ２０の出力不足が生じて、トーションバー３３に抗して入力軸３１が出力軸３２に対して右回りに回転すると、カム機構３７によって、図３に示すように、スライダ３６が例えば下方へ駆動され、上側の動力伝達面４２，４５が互いに合致して摩擦結合することで、太陽ギヤ１５とキャリア１６との相対回転が規制される。
一方、転舵比可変用アクチュエータ２０の出力不足により、入力軸３１が出力軸３２に対して左回りに回転すると、カム機構３７によって、図４に示すように、スライダ３６が例えば上方へ駆動され、下側の動力伝達面４３，４６が互いに合致して摩擦結合することで、太陽ギヤ１５とキャリア１６との相対回転が規制される。
【００２３】
このようにして、太陽ギヤ１５とキャリア１６の相対回転が規制されると、運転者が操舵部材２を操作する力が、遊星ギヤ機構６を介して舵取り機構４側へ機械的に伝達される。これにより、転舵比可変用アクチュエータ２０の出力不足を補うことができ、転舵遅れの発生を防止することで良好な操舵を達成することができる。
上記の結合機構３０は、スライダ３６と摩擦体４７を用いて遊星ギヤ機構６の差動回転を制限するための摩擦クラッチとして機能しているとも言える。したがって、例えば、入、出力軸３１，３２間の相対回転量が比較的小さくてスライダ３６の軸方向移動量が比較的少ない場合には、スライダ３６と摩擦体４７が滑りを伴って摩擦結合する半クラッチ状態となる。
【００２４】
また、スライダ３６が摩擦体４７に結合するときは、必ず半クラッチ状態を経て一体回転可能に結合されることになるため、クラッチ接続時に操舵部材２が受けるショックを緩和することができ、操舵フィーリングに違和感がない。
上記の実施の形態における車両用操舵装置１は、転舵比可変のための遊星ギヤ機構６と、この遊星ギヤ機構６のリングギヤ１８を駆動して転舵比を可変する転舵比可変用アクチュエータ２０を備える電動パワーステアリング装置として構成されたが、これに限らない。
【００２５】
例えば、図５に示すように、操舵部材２に回転力が遊星ギヤ機構６によりトルクスプリットされて、第２の操舵軸５側に伝わらないようにするステア・バイ・ワイヤ・システムの車両用操舵装置１Ａとして構成するようにしても良い。図５の車両用操舵装置１Ａが図１の車両用操舵装置１と主に異なる構成は、転舵比可変用アクチュエータ２０に代えて、反力用アクチュエータ２０Ａを設けた点と、制御部Ｃによる制御が異なる点である。すなわち、
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない通常時では、制御部Ｃは、駆動回路２９を介して反力用アクチュエータ２０Ａを駆動制御し、反力用アクチュエータ２０Ａによって例えば路面反力に応じた操作反力を遊星ギヤ機構６を介して操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる。
【００２６】
また、制御部Ｃは、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との転舵比を設定し（ＶＧＲ機能）、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する。これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
【００２７】
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、転舵系、例えば操舵用アクチュエータ１２に異常が発生すると、制御部Ｃは、操舵角検出センサ２４の検出操舵角に応じて転舵輪９の転舵角を位置制御（角度制御）するように駆動回路２８に制御信号を出力し、反力用アクチュエータ２０Ａを転舵用として機能させるべく駆動制御する。このとき、操舵用アクチュエータ１２の動作をフリー（自由回転可能）にする。
【００２８】
このようにして反力用アクチュエータ２０Ａが転舵用に用いられる場合において、該反力用アクチュエータ２０Ａに出力不足が生ずると、図２〜４の実施の形態と同様にして、結合機構３０によって、太陽ギヤ１５とキャリア１６の相対回転が規制され、運転者が操舵部材２を操作する力が、遊星ギヤ機構６を介して舵取り機構４側へ機械的に伝達される。これにより、転舵用として用いられている反力用アクチュエータ２０Ａの出力不足を補うことができ、転舵遅れの発生を防止することで良好な操舵を達成することができる。
【００２９】
次いで、図６は本発明のさらに別の実施の形態における結合機構を示している。図６を参照して、結合機構３０Ａは、第１の操舵軸３の端部により構成される入力部材としての入力軸３１Ａと、太陽ギヤ１５に一体回転可能に連結される出力部材としての出力軸３２Ａとを同軸上に備える。
入力軸３１Ａの外周には鼓形をなすスライダ３６Ａが例えばスプライン部４８により、一体回転可能で且つ軸方向に移動自在に嵌め合わされている。このスライダ３６Ａは例えばばね部材からなる付勢部材４９によって、出力軸３２Ａ側へ弾性付勢されている。
【００３０】
入力軸３１Ａと出力軸３２Ａとの間に複数の傘歯車を組み合わせた差動伝達機構５０が介在している。差動伝達機構５０は、入力軸３１Ａの同軸上に一体回転可能に連結された傘歯車からなる第１のギヤ５１と、出力軸３２Ａの同軸上に一体回転可能に連結された傘歯車からなり、第１のギヤ５１に間隔を隔てて対向する第２のギヤ５２と、第１及び第２のギヤ５１，５２と噛み合う３つの傘歯車からなる第３のギヤ５３とを備える。
【００３１】
第１のギヤ５１と第２のギヤ５２との間には、両ギヤ５１，５２を同軸上に連結し、両ギヤ５１，５２の相対回転にねじり抵抗を与えるトーションバー５５が設けられる。
３つの第３のギヤ５３は第１及び第２のギヤ５１，５２の周方向に１２０°ずつ隔ててこれらと噛み合っている。３つの第３のギヤ５３はリング状の保持器５６によって入、出力軸３１Ａ，３２Ａの軸心回りに転動可能であり、また回転中心回りに回転も可能であるように上記転動の半径方向外側の回転軸を回転可能に片持ち支持された状態で保持されている。
【００３２】
１つの第３のギヤ５３には、その回転軸に両端部が円弧面となっている一方向に長い板状のカム機構としてのカム体５７が、第３のギヤ５３の回転軸の保持器５６による保持部分よりも外側にその一端部を回転中心として取り付けられている。
カム体５７は上部にカム面５８を有し、このカム面５８には、上記付勢部材４９により上端面を付勢されたスライダ３６Ａの下端面が押し付けられている。
【００３３】
本実施の形態の結合機構３０Ａでは、遊星ギヤ機構６のリングギヤ１８に駆動連結される転舵比可変用アクチュエータ等に出力不足が生じ、トーションバー５５に抗して第１及び第２のギヤ５１，５２に所定方向の相対回転が生ずると、この所定方向の相対回転に応じて第３のギヤ５３が差動回転する。
これに伴って、カム体５７が回転し、カム面５８を第３のギヤ５３の回転中心に対して偏倚してスライダ３６Ａを例えば押し上げ駆動することができる。その結果、スライダ３６Ａと摩擦体４７の下側の動力伝達面４３，４６が互いに合致して摩擦結合することで、太陽ギヤ１５とキャリア１６との相対回転が規制される。
【００３４】
逆に第１及び第２のギヤ５１，５２に上記所定方向とは反対方向の相対回転が生ずる場合には、カム体５７がスライダ３６Ａの付勢部材４９による付勢下降を許容し、スライダ３６Ａと摩擦体４７の上側の動力伝達面４２，４５が互いに合致して摩擦結合することで、太陽ギヤ１５とキャリア１６との相対回転が規制される。
なお、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】車両用操舵装置の結合機構とその周辺の模式的断面図である。
【図３】結合機構の結合動作を示す説明図である。
【図４】結合機構の結合動作を示す説明図である。
【図５】本発明の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る。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の結合機構とその周辺の模式的断面図である。
【符号の説明】
１　　車両用操舵装置
２　　操舵部材
３　　第１操舵軸
４　　舵取り機構
５　　第２操舵軸
６　　遊星ギヤ機構（差動伝達機構）
７　　転舵軸
７ａ　ラック
９　　転舵輪
１２　操舵用アクチュエータ
１４　ピニオン
１５　太陽ギヤ（第１要素）
１６　キャリア（第２要素）
１７　遊星ギヤ
１８　リングギヤ（第３要素）
１８ａ　内歯
１８ｂ　外歯
１９　駆動伝達ギヤ
２０　転舵比可変用アクチュエータ
２０Ａ　反力用アクチュエータ
３０，３０Ａ　結合機構（結合手段）
３１，３１Ａ　入力軸（入力部材）
３２，３２Ａ　出力軸（出力部材）
３３　トーションバー
３６　スライダ
３７　カム機構
４０　溝カム
４１　カムフォロワ
４２，４３　動力伝達面（テーパ面）
４５，４６　動力伝達面
４７　摩擦体
４９　付勢部材
５０　差動伝達機構
５１　第１のギヤ
５２　第２のギヤ
５３　第３のギヤ
５５　トーションバー
５７　カム体（カム機構）
５８　カム面

Claims (5)

1. 操舵部材に連なる第１要素、転舵輪に連なる第２要素、並びに、上記第１及び第２要素を関連付ける第３要素を含む差動伝達機構と、
   この差動伝達機構の第３要素に駆動伝達可能に連結されるアクチュエータと、
   このアクチュエータの出力不足のときに、差動伝達機構の第１及び第２要素を互いに結合することのできる結合手段とを備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１において、上記結合手段は、操舵部材に一体回転する入力部材と、第１要素に一体回転する出力部材と、入力部材及び出力部材を同軸上に連結するトーションバーと、出力部材に一体回転可能で且つ軸方向に移動自在に連結されるスライダと、入力部材及び出力部材の相対回転に応じてスライダを軸方向に駆動するカム機構とを含み、
   スライダ及び第２要素はスライダの軸方向への移動に伴って互いに摩擦結合可能な動力伝達面をそれぞれ含むことを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項２において、上記スライダは鼓状をなし、動力伝達面として互いに逆向きをなす一対のテーパ面を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項１，２又は３において、上記カム機構は、スライダ又は入力部材の何れか一方に設けられる螺旋状の溝カムと、他方に設けられ上記溝カムに係合するカムフォロワとを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項１，２又は３において、入力部材及び出力部材にそれぞれ一体回転する第１及び第２のギヤを設け、カム機構は、第１及び第２のギヤに噛み合う第３のギヤと一体回転するカム体を含み、カム体は第３のギヤの回転中心に対して偏倚してスライダを駆動するカム面を含むことを特徴とする車両用操舵装置。

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