JP2004182061A

JP2004182061A - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP2004182061A
Application number: JP2002350694A
Authority: JP
Inventors: Tadatsugu Tamamasa; 忠嗣玉正
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】回転軸方向寸法を短くでき、さらに装置全体としてコンパクトにまとめることで、装置搭載自由度の増大を図ることができる車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】運転者の操作するステアリングホイール１と、車輪の角度を変える転舵機構が互いに独立して動作できる構成であり、ステアリングホイール１に操舵反力を発生させるモータＭを有する車両用操舵装置において、モータＭは、外側にロータ３を配置し、該ロータ３の内側にステータ６を配置したアウターロータ構造とし、モータ１の回転軸とステアリングホイール１の回転軸とを一致させると共に、ステアリングホイール１をモータＭのロータ３に接続した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操作する操舵手段（ステアリングホイール等）と、車輪の角度を変える転舵機構（ラック＆ピニオン式ステアリング機構等）が互いに独立して動作できる構成であり、操舵手段に操舵反力を発生させる電動機（モータ）を有する車両用操舵装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ばねによる反力発生機構とモータによる反力発生機構をともに備えた操舵装置が提案されている。この装置は、ばねによる反力にモータによる反力を重ね合わせることにより、例えば、車両の速度や計測されたタイロッド軸力などの車両状態を用いて演算した適切な反力を生成することができ、かつ、反力モータや反力コントロ−ラが失陥して、反力モータのクラッチを切った状態では、ばねによる機械的な反力によりステアリングホイールを中立位置に戻す方向に力を作用させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１３０４２６号公報（図６〜図９）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用操舵装置にあっては、ステアリングホイールの回転軸方向にボールねじとボールナットとばねによる機械的反力機構と、そのボールねじ端部近傍にウォームホイールを介して、ボールねじの軸に直角に反力モータを設置する構造となっているため、軸方向に長く、またモータが軸直角方向に出っ張った形状となり、車両搭載の際、搭載位置や搭載方法が限定される。
【０００５】
この結果、ステアリングホイールの操舵側と車輪の転舵側を分離した舵取り装置の利点である、操舵装置の搭載自由度増大に制約を与えたり、操舵装置の可動機構を設定する際に制約となる、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、回転軸方向寸法を短くでき、さらに装置全体としてコンパクトにまとめることで、装置搭載自由度の増大を図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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、
運転者の操作する操舵手段と、車輪の角度を変える転舵機構が互いに独立して動作できる構成であり、前記操舵手段に操舵反力を発生させる電動機を有する車両用操舵装置において、
前記電動機を、外側にロータを配置し、該ロータの内側にステータを配置したアウターロータ構造とし、
前記電動機の回転軸と前記操舵手段の回転軸とを一致させると共に、操舵手段を電動機のアウターロータに接続した。
【０００８】
ここで、「操舵手段」とは、運転者がステアリング操作を行うための手段であり、例えば、ステアリングホイール等をいう。
【０００９】
「転舵機構」とは、前輪等の転舵輪を油圧力やモータ力等により転舵させる機構をいい、例えば、ラック＆ピニオン式ステアリング機構等をいう。
【００１０】
「電動機」とは、ステータとロータとを有して構成され、コイルに通電することでロータに回転力を与え、この力を操舵反力とする手段をいう。
【００１１】
【発明の効果】
よって、本発明の車両用操舵装置にあっては、反力を発生させる電動機をアウタロータ構造とすることにより、同じ反力トルクを発生させる場合、同サイズの磁石・コイルを使用したインナロータ構造の電動機より外径が小さくできる。
また、同一軸上にて操舵手段を電動機のアウターロータに接続することにより、操舵装置を回転軸方向に短くでき、さらに装置全体としてコンパクトにまとめることができるという効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用操舵装置を実現する実施の形態を、第１実施例（請求項１〜請求項３に対応）と、第２実施例（請求項４〜請求項６に対応）と、第３実施例（請求項７に対応）と、第４実施例（請求項８に対応）と、に基づいて説明する。
【００１３】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例の車両用操舵装置において回転軸を含む平面で切ったときの断面図である。図１において、Ｍはモータ（電動機）、１はステアリングホイール（操舵手段）、２はケース、３はロータ、４はベアリング、５はベアリング、６はステータ、７は固定部、８は回転角度検出器、９は回り止め、１０は支持軸、１１はボルト、１２はフランジ、１３はナット、１４はねじ穴である。
【００１４】
車両用操舵装置は、運転者の操作するステアリングホイール１と、車輪の角度を変える図外の転舵機構が互いに独立して動作できる構成であり、前記ステアリングホイール１に操舵反力を発生させるモータＭを有する。
【００１５】
前記モータＭは、外側にロータ３を配置し、該ロータ３の内側にステータ６を配置したアウターロータ構造とし、モータ１の回転軸とステアリングホイール１の回転軸とを一致させると共に、ステアリングホイール１をモータＭのロータ３に接続している。
【００１６】
前記モータＭは、第１ロータ３ａと第１ステータ６ａの組み合わせと、第２ロータ３ｂと第２ステータ６ｂの組み合わせと、の２組の組み合わせを持つ２重系モータとしている。
【００１７】
前記ロータ３の回転角度を検出する回転角度検出器８は、前記モータＭのステータ６の内周位置に配置している。
【００１８】
前記ステアリングホイール１は、回転できるケース２に接続されている。ケース２は、ベアリング４およびベアリング５を介して固定側と相対回転可能なように設置されている。
【００１９】
前記ケース２の内周側には、ロータ３がケース２に対して相対回転できないように設置されている。
【００２０】
ロータ３の内周側にある程度のギャップを介して、ステータ６がロータ３と対向するように設置してあり、ステータ６は固定部７に結合されている。
【００２１】
また、ステータ６の内周側にはケース２、すなわち、ステアリングホイール１の回転角度を検出するための回転角度検出部８が、内周側をケース２と相対回転しないように結合され、外周側は回り止め９を介して固定側の軸１０に結合されている。
【００２２】
前記支持軸１０は、固定部７と相対回転できないように嵌合され、ボルト１１で締結されており、支持軸１０の他端はベアリング４を介してケース２を支持しているほかに、フランジ１２が支持軸１０と相対回転できないように嵌合され、ナット１３で固定されている。
【００２３】
前記フランジ１２は、ホーンパッドやエアバッグなどを装着する際に用いられ、支持軸１０およびボルト１１には配線を通すことができるように貫通穴２０を開けてある。
【００２４】
前記ロータ３側には磁石が軸方向に２組、前記ステータ６側にはコイルが軸方向に２組設置してあり、モータＭとしては２重系としている。これはモータＭが１つ失陥しても、操舵反力が０にならないようにするものである。なお、ロータ３側は磁石としたが、誘導モータの場合はかご型ロータとなる。
【００２５】
また、操作角度は、操舵側と転舵側が機械的に結合されていない舵取り機構においては非常に重要であるため、この第１実施例では回転角度検出部に回転角度検出器８を３つ配置している。回転角度検出器８は、向かい合った発光・受光素子間にスリット回転板を設けたタイプとしている（図２参照）。図１は上記タイプのものを軸方向に３つ並設している。
【００２６】
次に、作用を説明する。
【００２７】
このように必要な構成部品（操舵反力を得るモータＭ、ステアリング操作角度を検出する回転角度検出器８）を、すべて円筒状のケース２に収める構造としたため、軸方向長さを短くでき、運転者から見ればホーンパッドの裏側に納まる、まとまりのあるユニットとなっている。
【００２８】
車両への取り付けには、図外の支持部材を、ねじ穴１４を用いて取り付ける。
操舵機能は操舵装置内で完結しているので、適当な剛性が得られれば、支持部材の取り付け先は、車体やシートやドアなどを選択でき、レイアウトの自由度は大きい。
【００２９】
また、アウタロータ構造の高トルクモータを用い減速機が不要としたため、ガタやフリクションが減少し、操舵時のガタやフリクションが低減でき、良好な操舵フィーリングが得られる。
【００３０】
さらに、ホーンパッド部か回転しないため、内蔵されるエアバッグは展開方向を決めて設計できるため、より効率的なエアバッグが採用できる。また、エアバッグやホーン等の電気配線においてスリップリングやスパイラルケーブルを用いる必要が無くなり、コスト面でもメリットがある。
【００３１】
次に、効果を説明する。
第１実施例の車両用操舵装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３２】
（１）運転者の操作するステアリングホイール１と、車輪の角度を変える図外の転舵機構が互いに独立して動作できる構成であり、前記ステアリングホイール１に操舵反力を発生させるモータＭを有する車両用操舵装置において、前記モータＭは、外側にロータ３を配置し、該ロータ３の内側にステータ６を配置したアウターロータ構造とし、モータ１の回転軸とステアリングホイール１の回転軸とを一致させると共に、ステアリングホイール１をモータＭのロータ３に接続したため、回転軸方向寸法を短くでき、さらに装置全体としてコンパクトにまとめることで、装置搭載自由度の増大を図ることができる。
【００３３】
（２）モータＭを、第１ロータ３ａと第１ステータ６ａの組み合わせと、第２ロータ３ｂと第２ステータ６ｂの組み合わせと、の２組の組み合わせを持つ２重系モータとしたため、モータＭの１系統に失陥が発生した際に、失陥した系統のステータコイルへの電力供給を遮断しても、他方の系統のステータコイルへの電力供給により反力を発生させることが可能であり、操舵反力が無くなるという状況を回避できる。
【００３４】
（３）ロータ３の回転角度を検出する回転角度検出器８を、モータＭのステータ６の内周位置に配置したため、モータの軸方向外側位置や径方向外側位置に回転角度検出器を配置する場合に比べ、軸方向長さや径方向長さを短縮することができる。
【００３５】
（第２実施例）
第２実施例は、モータの発生するトルクを計測するトルク検出器を追加し、このトルク検出器と回転角度検出器とを回転軸方向に並べて配置した例である。
【００３６】
まず、構成を説明する。
図２は第２実施例の車両用操舵装置において回転軸を含む平面で切ったときの断面図である。図２において、Ｍはモータ（電動機）、１はステアリングホイール（操舵手段）、２はケース、３はロータ、４はベアリング、５はベアリング、６はステータ、７は固定部、８は回転角度検出器、１０は支持軸、１１はボルト、１２はフランジ、１３はナット、１４はねじ穴、１５はトルク検出器、１６は回り止めである。
【００３７】
前記モータＭの発生するトルクを計測するトルク検出器１５は、モータＭのステータ６側に結合している。
【００３８】
そして、前記トルク検出器１５を、モータＭのステータ６の内周位置に同心円状に配置すると共に、前記ロータ３の回転角度を検出する回転角度検出器８を、モータＭの回転軸方向にずらせた位置にオフセット配置している。
【００３９】
前記ステータ６の内周側に円筒状のトルク検出器１５が、一方をステータ６側に、他方を固定部７に回転不可能なように取付けられており、トルク検出は円筒のねじりを検出することにより実施する。図２ではケース２の径方向の増大を避けるため、回転角度検出器８はステータ６の内周側に設定せず、軸方向にずらせて設置している。そのため図１の第１実施例にくらべ軸方向には長くなる。
【００４０】
前記回転角度検出部８は、内周側をケース２と相対回転しないように設置し、外周側は回転しないようにフランジ１２と回り止め１６を介して結合している。
この回転角度検出器８は、向かい合った発光・受光素子間にスリット回転板を設けたタイプとし、上記素子を３組回転半径方向に配置し、回転板は１つである。
なお、他の構成は第１実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００４１】
次に、作用を説明する。
【００４２】
図１に示す第１実施例ではトルク検出器１５を設けていないため、発生トルクはコイルに供給する電流の値から推定することになるが、図２に示す第２実施例では直接トルクを計測できるため、より微妙な反力制御が可能となる。
【００４３】
次に、効果を説明する。
この第２実施例の車両用操舵装置にあっては、第１実施例の（１），（２）の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００４４】
（４）モータＭの発生するトルクを計測するトルク検出器１５を、モータＭのステータ６側に結合したため、スリップリングや非接触検出と言った手段を採用する必要が無く、容易にモータトルクを検出することができる。
【００４５】
（５）トルク検出器１５を、モータＭのステータ６の内周位置に同心円状に配置したため、装置の軸方向長さを短縮することができる。
【００４６】
（６）ロータ３の回転角度を検出する回転角度検出器８を、モータＭの回転軸方向にずらせた位置にオフセット配置したため、ケース２の径方向の増大を避けながら、トルク検出器１５と回転角度検出器８とを設定することができる。
【００４７】
（第３実施例）
第３実施例は、モータの発生するトルクを計測するトルク検出器を追加し、このトルク検出器と回転角度検出器とを径方向に並べて配置した例である。
【００４８】
まず、構成を説明する。
図３は第３実施例の車両用操舵装置において回転軸を含む平面で切ったときの断面図、図４は第３実施例装置のモータを軸方向から視た図である。図２および図３において、Ｍはモータ（電動機）、１はステアリングホイール（操舵手段）、２はケース、３はロータ、４はベアリング、５はベアリング、６はステータ、７は固定部、８は回転角度検出器、９は回り止め、１０は支持軸、１１はボルト、１２はフランジ、１３はナット、１４はねじ穴、１５はトルク検出器である。
【００４９】
前記ロータ３の回転角度を検出する回転角度検出器８と前記モータＭの発生するトルクを計測するトルク検出器１５とを、モータＭのステータ６の内周位置に軸方向に重ねて配置している。すなわち、図２の第２実施例における回転角度検出器８を、トルク検出部１５の内周側に設定し、軸方向長さを短くしている。
なお、他の構成は第１実施例と同様であるので、説明を省略する。また、作用についても第１実施例および第２実施例と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
次に、効果を説明する。
この第３実施例の車両用操舵装置にあっては、第１実施例の（１），（２）の効果と、第２実施例の（４），（５）に加え、下記の効果を得ることができる。
【００５１】
（７）ロータ３の回転角度を検出する回転角度検出器８とモータＭの発生するトルクを計測するトルク検出器１５とを、モータＭのステータ６の内周位置に軸方向に重ねて配置したため、ケース２の軸方向の増大を避けながら、トルク検出器１５と回転角度検出器８とを設定することができる。
【００５２】
（第４実施例）
第４実施例は、図３および図４に示す第３実施例において、モータのステータコイルの位相を２系統間でずらした設定とした例である。
【００５３】
構成を説明すると、図５は第４実施例装置のモータを軸方向から視た図であり、この図５では、コイルの位相の様子がわかるように本来は同軸として位置するものを軸直角方向にずらせて記載している。すなわち、モータＭを、第１ロータ３ａと第１ステータ６ａの組み合わせと、第２ロータ３ｂと第２ステータ６ｂの組み合わせと、の２組の組み合わせを持つ２重系モータとし、かつ、ステータコイルの位相を各系統間でずらした設定としている。他の構成は第３実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００５４】
作用を説明すると、この第４実施例では、１つの系統のあるコイルとその隣のコイルの間に他の系統のコイルが位置するように配置している。これによりコイルと磁石の相対位置の関係で発生するトルクむらが、１系統側と２系統側で位相がずれて発生するため、反力トルク全体としてはトルクむらの小さいなめらかな反力の生成が可能となる。
【００５５】
次に、効果を説明する。
第４実施例の車両用操舵装置にあっては、第３実施例装置に効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００５６】
（８）モータＭを、第１ロータ３ａと第１ステータ６ａの組み合わせと、第２ロータ３ｂと第２ステータ６ｂの組み合わせと、の２組の組み合わせを持つ２重系モータとし、かつ、ステータコイルの位相を各系統間でずらした設定としたため、回転に伴って発生するトルクむら（トルクリップル）を低減することができ、より滑らかな操舵反力の生成が可能となる。
ここではロータの位相（ロータに配置されたマグネットの位相）がモータ間で同じであるという仮定のもとにステータコイルの位相をずらせたが、ステータコイルの位相を同じとし、ロータの位相をずらせても同様の効果が得られる。
【００５７】
以上、本発明の車両用操舵装置を第１実施例〜第４実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００５８】
例えば、第１〜第３実施例では、電動機として２重系モータを採用した例を示したが、３重系モータや４重系モータ等であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の車両用操舵装置において回転軸を含む平面で切ったときの断面図である。
【図２】第２実施例の車両用操舵装置において回転軸を含む平面で切ったときの断面図である。
【図３】第３実施例の車両用操舵装置において回転軸を含む平面で切ったときの断面図である。
【図４】第３実施例装置装置のモータを軸方向から視た図である。
【図５】第４実施例装置装置のモータを軸方向から視た図である。
【符号の説明】
Ｍモータ（電動機）
１ステアリングホイール（操舵手段）
２ケース
３ロータ
４ベアリング
５ベアリング
６ステータ
７固定部
８回転角度検出器
９回り止め
１０支持軸
１１ボルト
１２フランジ
１３ナット
１４ねじ穴

Claims

運転者の操作する操舵手段と、車輪の角度を変える転舵機構が互いに独立して動作できる構成であり、前記操舵手段に操舵反力を発生させる電動機を有する車両用操舵装置において、
前記電動機を、外側にロータを配置し、該ロータの内側にステータを配置したアウターロータ構造とし、
前記電動機の回転軸と前記操舵手段の回転軸とを一致させると共に、操舵手段を電動機のアウターロータに接続したことを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１に記載された車両用操舵装置において、
前記電動機を、ロータとステータの組み合わせが２組以上である多重系電動機としたことを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１または請求項２に記載された車両用操舵装置において、
前記ロータの回転角度を検出する回転角度検出器を、前記電動機のステータの内周位置に配置したことを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１または請求項２に記載された車両用操舵装置において、
前記電動機の発生するトルクを計測するトルク検出器を、前記電動機のステータ側に結合したことを特徴とする車両用操舵装置。
請求項３に記載された車両用操舵装置において、
前記トルク検出器を、前記電動機のステータの内周位置に同心円状に配置したことを特徴とする車両用操舵装置。
請求項５に記載された車両用操舵装置において、
前記ロータの回転角度を検出する回転角度検出器を、前記電動機の回転軸方向にずらせた位置にオフセット配置したことを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１または請求項２に記載された車両用操舵装置において、
前記ロータの回転角度を検出する回転角度検出器と前記電動機の発生するトルクを計測するトルク検出器とを、前記電動機のステータの内周位置に軸方向に重ねて配置したことを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載された車両用操舵装置において、
前記電動機を、ロータとステータの組み合わせが２組以上である多重系電動機とし、かつ、ステータコイルあるいはロータの位相を各系統間でずらした設定としたことを特徴とする車両用操舵装置。