JP2006142931A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 衛星ギヤの良好な回転バランスを維持し、長寿命化を実現できる操舵制御装置を提供することにある。
【解決手段】 操舵入力手段に接続された入力軸と、転舵輪に接続された出力軸と、入力軸と出力軸との間に設けられ、この入力軸と出力軸との間の相対回転を可能とするギヤ比可変機構と、を有し、ギヤ比可変機構は、入力軸に同軸に接続される第１外歯歯車と、第１外歯歯車に偏心状態で噛合う第１内歯歯車部、及び第１内歯歯車部に接続される第２内歯歯車部から構成される内歯歯車と、第２内歯歯車に偏心状態で噛合うと共に、前記出力軸と同軸に接続される第２外歯歯車と、内歯歯車の外周側であって、この内歯歯車と相対回転可能に設けられ、内周円の中心がこの内歯歯車と一致し、回転軸の中心が前記入出力軸と一致する偏心カムと、内歯歯車を回転制御することにより入力軸と出力軸との間のギヤ比を可変制御するギヤ比制御手段と、を備える操舵制御装置において、偏心カムは、内歯歯車より比重の小さな材料で形成されることとした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば電動機等によって補助操舵トルクを発生させる車両用操舵制御装置に関する。

この種の技術としては、操舵装置の入力軸と出力軸とを遊星ギヤを介して接続することにより入力軸と出力軸との間の相対回転を可能とし、モータが遊星ギヤを制御することにより操舵量に対する転舵量を自在に制御している（例えば、特許文献１参照）。
特開平２００３−８９３５９号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、操舵装置に遊星ギヤを用いているので、遊星ギヤの構造が複雑である。よって、操舵装置のコストアップや大型化を招くといった問題があった。そこで、遊星ギヤに代わって構造が単純な衛星ギヤを用いることが考えられる。この衛星ギヤは、入力軸及び出力軸に対して偏心して保持された内歯歯車と、この内歯歯車の外周側には、周方向に厚肉部と薄肉部とを有する偏心カムを備える。しかし、内歯歯車は入力軸及び出力軸に偏心して保持され、また偏心カムは周方向に厚肉部と薄肉部とを有するため、衛星ギヤの回転バランスが悪い。よって、操舵装置が振動を起こすので、各構成部品の耐久性が悪化する問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、衛星ギヤの良好な回転バランスを維持し、長寿命化を実現できる操舵制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、操舵入力手段に接続された入力軸と、転舵輪に接続された出力軸と、入力軸と出力軸との間に設けられ、この入力軸と出力軸との間の相対回転を可能とするギヤ比可変機構と、を有し、ギヤ比可変機構は、入力軸に同軸に接続される第１外歯歯車と、第１外歯歯車に偏心状態で噛合う第１内歯歯車部、及び第１内歯歯車部に接続される第２内歯歯車部から構成される内歯歯車と、第２内歯歯車に偏心状態で噛合うと共に、前記出力軸と同軸に接続される第２外歯歯車と、内歯歯車の外周側であって、この内歯歯車と相対回転可能に設けられ、内周円の中心がこの内歯歯車と一致し、回転軸の中心が前記入出力軸と一致する偏心カムと、内歯歯車を回転制御することにより入力軸と出力軸との間のギヤ比を可変制御するギヤ比制御手段と、を備える操舵制御装置において、偏心カムは、内歯歯車より比重の小さな材料で形成されることとした。

本発明の操舵制御装置にあっては、衛星ギヤの良好な回転バランスを維持して、操舵制御装置の長寿命化を実現することができる。

以下、本発明の操舵制御装置を実現する最良の形態を、図面に基づき説明する。

まず、本実施例における操舵制御装置の構成を説明する。

［操舵制御装置のシステム構成］
図１は、実施例１における操舵制御装置のシステム構成図である。操舵制御装置を搭載した車両は、ステアリングホイール１００、操舵角センサ７２０、入力軸２００、伝達比可変機構３００（ギヤ比可変機構）、可変機構駆動モータ６００、出力軸４００、転舵角センサ７３０、トルクセンサ７４０、操舵輪５３０、伝達比可変機構ECU７００、操舵アシストECU７１０、操舵アシストアクチュエータ５００、ラック軸５１０を有する。

伝達比可変機構３００は内接歯車により入出力軸に差動をもたらす可変ギヤユニットであり、入力軸２００によりステアリングホイール１００と接続し、出力軸４００により操舵輪５３０と接続する。入力軸２００には操舵角センサ７２０が設けられて運転者による操舵角を検出し、出力軸４００には転舵角センサ７３０が設けられて操舵輪５３０の転舵角を検出する。

伝達比可変機構ECU７００（ギヤ比制御手段）は操舵角センサ７２０及び転舵角センサ７３０により検出された操舵角及び転舵角に基づき、可変機構駆動モータ６００を駆動して伝達比可変機構３００を作動させ、操舵輪５３０が所望の転舵角となるよう制御を行うコントロールユニットである。

可変機構駆動モータ６００は、伝達比可変機構ECU７００の制御に基づき偏心カム３２２を回転又は停止させて入力軸２００に対する出力軸４００の回転数比を可変に制御する。例えば、低速時には入力軸２００に対する出力軸４００との回転数比を大きくして旋回性を高め、高速時には入力軸２００に対する出力軸４００との回転数比を小さくして走行安定性を高める。

操舵アシストECU７１０は操舵角センサ７２０及び転舵角センサ７３０及びトルクセンサ７４０により検出された操舵角、転舵角及び操舵トルク基づき、操舵輪５３０が所望の転舵角となるよう操舵アシストアクチュエータ５００を駆動するコントロールユニットである。

［伝達比可変機構の詳細］
(伝達比可変機構の構成)
図２は伝達比可変機構３００の軸方向断面図である。伝達比可変機構３００は入力軸２００、出力軸４００、ハウジング３１０、内歯歯車機構３２０、ロック機構部３３０を有する。

説明のため、以下では、図２中の右方向をｘ軸正方向と定義する。

入力軸２００のｘ軸負方向側には入力軸ギヤ３４０（第１外歯歯車）が設けられ、出力軸４００のｘ軸正方向端部には出力軸ギヤ３４１（第２外歯歯車）が設けられている。この入力軸ギヤ３４０と出力軸ギヤ３４１とはそれぞれ異なる径に設けられており、本実施例では入力軸ギヤ３４０を出力軸ギヤ３４１よりも小径とする。

内歯歯車機構３２０は内歯歯車３２１、偏心カム３２２、ギヤケース３２３、ベアリング３２４、板バネ３２５（図３参照）、ウェーブワッシャ３２６、を有する。

内歯歯車３２１は中空円筒部材の内周面に歯を設けた歯車であり、入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１よりも大径に設けられている。内歯歯車３２１における円筒内面の軸方向略中央部からｘ軸負方向には、入力軸ギヤ３４０と噛合う入力軸側歯部３２１ａ（第１内歯歯車部）が設けられている。一方、軸方向略中央部からｘ軸正方向には、出力軸ギヤ３４１と噛合う出力軸側歯部３２１ｂ（第２内歯歯車部）が設けられている。

本実施例において偏心カム３２２はアルミニウム系材料で形成され、内歯歯車３２１は鉄系材料で形成されている。内歯歯車３２１に係る力はベアリング３２４の外周部分に集中するので、直接偏心カム３２２によりベアリング３２４を支持するには強度が不足する虞があるので、内歯歯車３２１から偏心カム３２２へかかる力を分散させるために、内歯歯車３２１と偏心カム３２２との間にギヤケース３２３を設けている。つまり、内歯歯車３２１はベアリング３２４を介して、ギヤケース３２３内に収装され、更にこのギヤケース３２３は偏心カム３２２内に収装されている。

偏心カム３２２は両端開口の略円筒状部材であり、外周部３２２ｃは入力軸２００及び出力軸４００の軸に対し同軸上に設けられ、内周部３２２ｄは入力軸２００及び出力軸４００の軸に対し偏心して設けられている。このため偏心カム３２２には薄肉部３２２ｅと厚肉部３２２ｆとが形成される。

この偏心カム３２２の外周には、軸方向略中央部に偏心カム３２２の最肉厚部を貫通し、内歯歯車機構３２０の回転バランスを調節するカウンタバランサ３５０が挿入されるバランサ挿入部３２２ｂが設けられる。また、偏心カム３２２の軸方向略中央部のｘ軸正方向側には後述するロック機構部３３０の係止部３３０ａと嵌合する凹状の嵌合部３２２ａ外周に渡って形成される。偏心カム３２２のｘ軸負方向にはカムカバー３２８が設けられている。また、偏心カム３２２のｘ軸正方向側とギヤケース３２３との間には、ギヤケース３２３をｘ軸負方向に付勢するウェーブワッシャ３２６が設けられている。

図３は伝達比可変機構３００の図２におけるA-A断面図である。

説明のため、以下では、ｒ軸は図３に示すように偏心カム３２２の最薄肉部から最厚肉部方向、つまり入力軸２００及び出力軸４００の軸に対する、入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１と内歯歯車３２１の噛合い部分方向を示し、偏心カム３２２の回転に応じてｒ軸も回転するとする。

ギヤケース３２３は偏心カム３２２の内周側に設けられた板バネ３２５によりｒ軸負方向に付勢されつつ、ｒ軸垂直方向に中立に保持される。また、ギヤケース３２３内に収装された内歯歯車３２１が入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１と噛合うのでｒ軸正方向に付勢される。よって、ギヤケース３２３は板バネ３２５と、入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１とによる付勢力がｒ軸上で釣り合い、ｒ軸正方向にフローティングした状態で組付けられる。

内歯歯車３２１はギヤケース３２３内に収装されているので、ギヤケース３２３と同様にｒ軸負方向に付勢されつつ、ｒ軸垂直方向に中立に保持される。また偏心カム３２２に対し相対回転可能に設けられている。この内歯歯車３２１は入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１よりも大径であるため、入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１は内歯歯車３２１と一部においてのみ噛合う。

つまり、内歯歯車３２１はｒ軸負方向に付勢されているため、入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１と内歯歯車３２１は常にｒ軸とｘ軸により形成される平面上においてのみ噛合う。また、内歯歯車３２１は入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１に対してｒ軸負負方向に押し付けられ、バックラッシを持たない構成になっている。

しかし、内歯歯車３２１は入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１は内歯歯車３２１と一部においてのみ噛合い、またギヤケース３２３はｒ軸方向にフローティングしているので、ｘ軸方向に対して倒れ方向にガタつきを生じる。ガタつきが生じるとステアリングホイール１００を介して運転者に振動が伝わり違和感を与えてしまう。そこで、図２に示すようにギヤケース３２３は、偏心カム３２２との間にｘ軸方向端部設けられた弾性力を持つウェーブワッシャ３２６とワッシャ３２７を備え、ｘ軸に対して倒れ方向のガタをなくしている。

図２に示すように、可変機構駆動モータ６００はステータ６１０及びコイル６２０を有する。ステータ６１０はモータシャフト６３０を介して偏心カム３２２と接続し、可変機構駆動モータ６００への通電により偏心カム３２２を回転駆動する。偏心カム３２２は入力軸２００及び出力軸４００に対し偏心しているため、回転駆動されることによって入力軸２００及び出力軸４００に対し公転運動を行う。また、偏心カム３２２の公転運動に伴ってｒ軸もｘ軸に対し公転し、板バネ３２５によりｒ軸負方向へ付勢されている内歯歯車３２１も公転運動を行う。

したがって、入力軸２００及び出力軸４００の軸線に対しそれぞれ同心円上にある入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１と、入力軸２００及び出力軸４００の軸線に対し公転運動をする内歯歯車３２１の円筒内部に設けられた入力軸側歯部３２１ａ、出力軸側歯部３２１ｂとの噛合い位置は、公転運動に伴ってｒ軸とともにそれぞれ入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１の歯部円周上を移動する。

（入出力軸回転に対する偏心カム公転運動の影響）
入力軸２００を非回転状態に保持し偏心カム３２２を公転運動させた場合、内歯歯車３２１はｘ軸に対し公転するｒ軸とともに入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１との噛合い位置を移動しながら公転する。本実施例では入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１の径及び歯数が相異なるため、入力軸ギヤ３４０と出力軸ギヤ３４１では内歯歯車３２１の１公転に対する回転量が異なり、入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１に差動が発生する。非回転状態となっていた入力軸２００に回転を与えることにより、入力軸２００及び出力軸４００の自由度を大きく設定することが可能である。

また、偏心カム３２２を固定して公転運動を規制した場合、偏心カム３２２が公転運動を行わないためｒ軸も公転せず内歯歯車３２１も公転運動を行わないが、内歯歯車３２１はベアリング３２４を介して偏心カム３２２に対し回転可能に保持されている。そのため、偏心カム３２２の公転運動を規制しつつ入力軸２００に回転を加えると、内歯歯車３２１は入力軸２００及び出力軸４００に対し偏心したまま偏心カム３２２に対し自由に自転を行う。

このとき、内歯歯車３２１は板バネ３２５によりｒ軸負方向へ付勢され、ｒ軸上において入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１と噛合っているため、内歯歯車３２１は入力軸ギヤ３４０から回転を伝達されて公転運動を規制されたまま自転し、出力軸ギヤ３４１へ回転を伝達する。そのため、入力軸ギヤ３４０と出力軸ギヤ３４１の回転数比は入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１の径と歯数により決定される回転数比に固定される。

これにより、入力軸２００が回転した際、可変機構駆動モータ６００を駆動して入力軸２００に対し偏心カム３２２を公転運動させることで、入力軸ギヤ３４０の回転を増大または減少させて出力軸ギヤ３４１に伝達させる。公転運動させない場合、入力軸２００及び出力軸４００間の回転数比は入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１の径と歯数により決定される回転数比に固定される。

（ロック機構の構成）
ロック機構部３３０は、偏心カム３２２の嵌合部３２２ａと嵌合する係止部３３０ａと、ハウジング３１０に固定され、フェール時に係止部３３０ａを突出させるソレノイド３３０ｂとを備える。

通常はソレノイド３３０ｂに電流を供給し、係止部３３０ａをソレノイド３３０ｂ側に引く。フェール時にはソレノイド３３０ｂへの電流を遮断し、係止部３３０ａは突出する。突出した係止部３３０ａは偏心カム３２２の係止部３３０ａと嵌合することで、偏心カム３２２とハウジング３１０とを固定する。

［内歯歯車機構の回転バランス］
従来、内歯歯車３２１及び偏心カム３２２は同一の、例えば鉄系材料により形成されている。内歯歯車３２１の回転軸は、入力軸２００及び出力軸４００の回転軸に対して偏心しており、前述のように偏心カム３２２は薄肉部３２２ｅと厚肉部３２２ｆとを有する。よって、内歯歯車機構３２０の全体の重心が入力軸２００及び出力軸４００の回転軸からずれているので、回転バランスが悪く、伝達比可変機構３００全体が振動を生じる。よって、各構成要素の耐久性が悪化してしまうことがある。

また、取付け時に、ｘ軸負方向から偏心カム３２２をハウジング３１０に挿入してからカムカバー３２８を挿入するので、作業の簡略化の観点から、偏心カム３２２の外周円の軸線は入力軸２００及び出力軸４００の軸線と同一であることが望ましい。さらに、ロック機構３３０が偏心カム３２２の回転を確実にロックするためには、偏心カム３２２の外周に設けられた各嵌合部３２２ａと、ロック機構部３３０の係止部３３０ａとの距離は一定である方が良い。したがって、偏心カム３２２の外周円の軸線は入力軸２００及び出力軸４００の軸線と同一であることが望まれる。

そこで、本実施例では内歯歯車機構３２０の全体の重心を入力軸２００及び出力軸４００の軸線に位置させつつ、偏心カム３２２の外周円の軸線は入力軸２００及び出力軸４００の軸線と同一にするために、偏心カム３２２を内歯歯車３２１よりも比重の小さい材料で形成することとした。本実施例では、入力軸ギヤ３４０及び出力軸ギヤ３４１と噛合うので、強度を要する内歯歯車３２１は鉄系材料で形成し、ギヤケース３２３と周面で接触するので比較的強度が必要とされない偏心カム３２２は鉄系材料よりも比重の小さいアルミニウム系材料で形成した例を用いて説明する。

これにより、内歯歯車３２１と偏心カム３２２との合成した重心を、入力軸２００及び出力軸４００の軸線上に位置させることで、内歯歯車３２１及び偏心カム３２２の回転バランスを良好に保つ。よって、伝達比可変機構３００全体が振動を低減して、各構成要素の耐久性が悪化を防ぐことができる。

しかし、各々で重心の異なる内歯歯車３２１と偏心カム３２２との合成した重心を入力軸２００及び出力軸４００の軸線上に位置させるためには、偏心カム３２２の高度な加工技術が要求されるので、形成時の工数やコストの増大を招くおそれがある。

そこで、さらに本実施例では、偏心カム３２２の厚肉部３２２ｆを貫通するバランサ挿入部３２２ｂを形成し、このバランサ挿入部３２２ｂにカウンタバランサ３５０挿入する。これにより、内歯歯車３２１と偏心カム３２２との合成した重心を入力軸２００及び出力軸４００の軸線上に位置させ、良好な回転バランス維持する。

図４はカウンタバランサ３５０及びバランサ挿入部３２２ｂの拡大図である。

カウンタバランサ３５０は、鉄系材料で形成された円筒形で外周におねじが切られている。このカウンタバランサ３５０は、偏心カム３２２及び内歯歯車３２１の回転バランスを調節するために複数の重さのカウンタバランサ３５０が予め用意されている。偏心カム３２２のバランサ挿入部３２２ｂには、カウンタバランサ３５０をねじこむことができるように、カウンタバランサ３５０と同じ有効径のめねじが切られている。

なお、偏心カム３２２は、後からカウンタバランサ３５０を挿入して重心を調節するために、形成時には若干軽めに形成される。

前述ようにバランサ挿入部３２２ｂは偏心カム３２２の最肉厚部を貫通して形成される。これは、カウンタバランサ３５０の挿入量によって偏心カム３２２の回転バランスを微調整する際に調整代を大きく取るためである。

図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、例えば偏心カム３２２が軽めに形成されたときにはカウンタバランサ３５０を浅めに挿入し、また偏心カム３２２が重めに形成されたときにはカウンタバランサ３５０を深めに挿入する。

［実施例１の効果］
本実施例では、偏心カム３２２を内歯歯車３２１を形成する鉄系材料よりも比重の小さなアルミニウム系材料により形成した。よって、入力軸２００及び出力軸４００の軸線に偏心して回転する鉄系材料により形成された内歯歯車３２１の重心と、薄肉部３２２ｅと厚肉部３２２ｆとを有してアルミニウム系材料により形成された偏心カム３２２の重心とを合成した重心が、入力軸２００及び出力軸４００の軸線上に位置するので、内歯歯車３２１及び偏心カム３２２の回転バランスを良好に保つ。したがって、伝達比可変機構３００の振動を減少できるので、各構成要素の耐久性が向上する（請求項１に対応）。

更に、上記実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。

（イ）請求項１に記載の操舵制御装置において、
前記内歯歯車は鉄系材料で形成され、前記偏心カムはアルミニウム系材料で形成されることを特徴とする操舵制御装置。
強度を要する内歯歯車は鉄系材料で形成し、体積の大きな偏心カムをアルミニウム系材料で形成した。よって、鉄系材料は強度を有するので内歯歯車は強度を確保できる。また、内歯歯車は偏心カムよりも比重が大きくなるので、内歯歯車の重心と偏心カムの重心の合成を操舵制御装置の中心付近に位置し、操舵制御装置の回転バランスを良好に保つ。したがって、操舵制御装置の振動を減少できるので、各構成要素の耐久性が向上する。

（ロ）請求項１又は上記（イ）に記載の操舵制御装置において、
前記偏心カムは、この偏心カムを形成する材料よりも比重の大きな材料で形成されたウェイトを保持することを特徴とする操舵制御装置。
偏心カムの重心と内歯歯車の重心との合成重心が、操舵制御装置の中心に位置するようにウェイトにより微調整が可能である。よって、偏心カムの加工により、偏心カムの重心と内歯歯車の重心との合成重心が、操舵制御装置の中心に位置するように形成するような高度な加工を必要とせず、コストや加工工数の低減を図ることができる。

実施例１における操舵制御装置のシステム構成図である。 実施例１における伝達比可変機構の軸方向断面図である。 実施例１における伝達比可変機構の径方向部分断面図である。 実施例１におけるカウンタバランサの構成図である。

符号の説明

１００ ステアリングホイール
２００ 入力軸
３００ 伝達比可変機構
３２０ 内歯歯車機構
３２１ 内歯歯車
３２１ａ 入力軸側歯部
３２１ｂ 出力軸側歯部
３２２ 偏心カム
３２２ｂ バランサ挿入部
３４０ 入力軸ギヤ
３４１ 出力軸ギヤ
３５０ カウンタバランサ
４００ 出力軸
６００ 可変機構駆動モータ
７００ 伝達比可変機構ECU

Claims (1)

1. 操舵入力手段に接続された入力軸と、
   転舵輪に接続された出力軸と、
   前記入力軸と出力軸との間に設けられ、この入力軸と出力軸との間の相対回転を可能とするギヤ比可変機構と、
   を有し、
   前記ギヤ比可変機構は、
   前記入力軸に同軸に接続される第１外歯歯車と、
   前記第１外歯歯車に偏心状態で噛合う第１内歯歯車部、及び前記第１内歯歯車部に接続される第２内歯歯車部から構成される内歯歯車と、
   前記第２内歯歯車に偏心状態で噛合うと共に、前記出力軸と同軸に接続される第２外歯歯車と、
   前記内歯歯車の外周側であって、この内歯歯車と相対回転可能に設けられ、内周円の中心がこの内歯歯車と一致し、回転軸の中心が前記入出力軸と一致する偏心カムと、
   前記内歯歯車を回転制御することにより入力軸と出力軸との間のギヤ比を可変制御するギヤ比制御手段と、
   を備える操舵制御装置において、
   前記偏心カムは、前記内歯歯車より比重の小さな材料で形成されることを特徴とする操舵制御装置。
   

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