JP2006290250A - 車輌用可変舵角装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた操舵感を確保すると共に、トルクを確実に伝達可能な車輌用可変舵角装置を提供する。
【解決手段】可変舵角装置１０は、対称的に配置された入力側遊星歯車機構２０及び出力側遊星歯車機構３０を備え、各遊星歯車機構２０、３０は、操舵入力軸１１又は操舵出力軸１２に連結された太陽ギア付きローラ２１、３１と、当該太陽ギア付きローラ２１、３１に噛合しながら接触した遊星ギア付きローラ２２、３２と、当該遊星ギア付きローラ２２、３２を回転可能に支持するキャリア２５、３５と、遊星ギア付きローラ２２、３２に噛合しながら接触したリングギア付きローラ２３、３３と、をそれぞれ有している。この可変舵角装置１０は、出力側キャリア３５の回転を制御する電動モータ４０をさらに備え、入力側キャリア２５がハウジング１３に固定され、各リングギア付きローラ２３、３３は、一体型リングギア付きローラ５０として同軸上に一体的に形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、操舵入力軸と操舵出力軸との間に設けられ、ステアリング操舵角に対する操向輪転舵角の比を変化させる車輌用可変舵角装置に関する。

従来の車輌用可変舵角装置として、例えば、ハンドル側の操舵入力軸と、アクチュエータ側の操舵出力軸とを、所定の回転差を許容する手段を介して連結する一方で、太陽ギアの周囲に遊星ギアを介してリングギアを配置して構成される遊星歯車機構を、対称的に２組配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。これら２組の遊星歯車機構は、同軸的に結合した共通の太陽ギアを有すると共に、入力側の遊星歯車機構の遊星ギアに操舵入力軸を連結してあり、さらに、出力側のリングギアに設けた外歯に噛み合って当該リングギアを回転させる補正入力軸伝達機構を備えている。

また、遊星ギアに代えて遊星ローラを用い、ローラ間のスリップによる操舵トルクを伝達することで、滑らかでガタのない操舵感の達成を目的とした変速機構が従来から知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、上記従来技術のうちの前者にあっては、遊星歯車機構を用いるために、歯打音によるノイズやガタ等の発生は不可避である。特に、操舵系の場合には、運転者の手にガタが直接伝達されるため、操舵感の悪化を伴うという問題があった。一方、これを解消するために、歯形の精度向上により対策を講じた場合には、製造コストが嵩み、また、作動トルクも大きくなるという弊害があった。

また、後者にあっては、ローラ間のスリップによりトラクション伝達するという作動原理から所定以上の操舵トルクになると、ローラ間のすべりが大きくなり、伝達トルクが減少してしまう。また、このすべりを減少させるために、最大トルクが大きなローラを用いた場合には、フリクションが増大し、回転させるのが困難となるため、操舵系での使用には不適当である。
特公昭５６−４５８２４号公報 特開平８−２９１８４８号公報

本発明は、優れた操舵感を確保すると共に、トルクを確実に伝達可能な車輌用可変舵角装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、操舵入力軸と操舵出力軸との間に設けられ、ステアリング操舵角に対する操向輪転舵角の比を変化させる車輌用可変舵角装置であって、入力側太陽ギアと入力側太陽ローラとを同軸上に一体的に形成した入力側太陽ギア付きローラ、前記入力側太陽ギアに噛み合う入力側遊星ギアと、前記入力側太陽ローラに接触した入力側遊星ローラと、を同軸上に一体的に形成した入力側遊星ギア付きローラ、入力側ピニオンシャフトを介して、前記入力側遊星ギア付きローラを回転可能に支持する入力側キャリア、及び、前記入力側遊星ギアに噛み合う入力側リングギアと、前記入力側遊星ローラに接触した入力側リングローラと、を同軸上に一体的に形成した入力側リングギア付きローラ、を有する入力側遊星歯車機構と、出力側太陽ギアと出力側太陽ローラとを同軸上に一体的に形成した出力側太陽ギア付きローラ、前記出力側太陽ギアに噛み合う出力側遊星ギアと、前記出力側太陽ローラに接触した入力側遊星ローラと、を同軸上に一体的に形成した出力側遊星ギア付きローラ、出力側ピニオンシャフトを介して、前記出力側遊星ギア付きローラを回転可能に支持する出力側キャリア、及び、前記出力側遊星ギアに噛み合う出力側リングギアと、前記出力側遊星ローラに接触した出力側リングローラと、を同軸上に一体的に形成した出力側リングギア付きローラ、を有する出力側遊星歯車機構と、前記出力側キャリア又は前記入力側キャリアの一方の回転を制御する回転制御手段と、を備え、前記入力側太陽ギア付きローラ又は前記入力側リングギア付きローラが前記操舵入力軸に連結され、前記出力側太陽ギア付きローラ又は前記出力側リングギア付きローラが前記操舵出力軸に連結され、前記入力側キャリア又は前記出力側キャリアの他方は外部に固定されており、前記入力側リングギア付きローラと前記出力側リングギア付きローラ、又は、前記入力側太陽ギア付きローラと前記出力側太陽ギア付きローラ、が連結されている車輌用可変舵角装置が提供される。

また、上記目的を達成するために、本発明によれば、操舵入力軸と操舵出力軸との間に設けられ、ステアリング操舵角に対する操向輪転舵角の比を変化させる車輌用可変舵角装置であって、太陽ギアと太陽ローラとを同軸上に一体的に形成した太陽ギア付きローラ、前記太陽ギアに噛み合う遊星ギアと、前記太陽ローラに接触した遊星ローラと、を同軸上に一体的に形成した遊星ギア付きローラ、ピニオンシャフトを介して、前記遊星ギア付きローラを回転可能に支持するキャリア、及び、前記遊星ギアに噛み合うリングギアと、前記遊星ローラに接触したリングローラと、を同軸上に一体的に形成したリングギア付きローラ、を有する遊星歯車機構と、前記キャリアの回転を制御する回転制御手段と、を備え、前記太陽ギア付きローラ又は前記リングギア付きローラの一方に前記操舵入力軸が連結され、前記リングギア付きローラ又は前記太陽ギア付きローラの他方に前記操舵出力軸が連結されている車輌用可変舵角装置が提供される。

本発明では、遊星歯車機構の各構成要素を、同軸上にローラとギアとを一体的に形成したギア付きローラとし、ローラによるトルク伝達経路と、ギアによるトルク伝達経路とを並列に形成する。

これにより、ローラによるトルク伝達時には、歯車の歯打音によるノイズやガタ等を回避することが出来、優れた操舵感が確保される。一方、ローラにギアの遊び以上にすべりが発生した場合には、ギアによる噛み合いにてトルクを確実に伝達することが出来る。

なお、本発明において、「一体的に形成」とは、ローラとギアとを一体的に形成することの他に、それぞれ別体で作った後にそれぞれの軸心を一致させて一体に固定することも含む。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第1実施形態］
図１は本発明の第1実施形態に係る可変舵角装置を用いた車輌操舵装置の全体構成を示すシステムブロック図、図２は本発明の第1実施形態に係る可変舵角装置を示す断面図、図３は図２のIII-III線に沿った断面図である。

本発明の第1実施形態における車輌用可変舵角装置１０は、図１に示すように、ステアリングハンドル９１の操舵角に対する操向輪９７の転舵角の舵角比を変化させるもので、ステアリングハンドル９１に連結したコラムアッパ９２と、操向輪９７に連結した例えばラック・ピニオン式の転舵装置９６を駆動するコラムロア９５と、の間に設けられている。

この可変舵角装置１０は、電動モータ４０を備え、この電動モータ４０の回転数及び回転方向を制御することにより、コラムアッパ９２への入力を変速してコラムロア９５に出力する。電動モータ４０に供給される電流は、電子制御装置９８により制御されている。

本実施形態に係る可変舵角装置１０は、図２に示すように、２組の遊星歯車機構２０、３０を対称的に配置して構成されている。入力側遊星歯車機構２０がコラムアッパ９２側に位置しており、出力側遊星歯車機構３０がコラムロア９５側に位置している。

先ず、入力側遊星歯車機構２０について説明すると、この入力側遊星歯車機構２０は、同図に示すように、入力側太陽ギア２１ａと入力側太陽ローラ２１ｂを同軸上に一体的に形成した入力側太陽ギア付きローラ２１と、入力側遊星ギア２２ａと入力側遊星ローラ２２ｂを同軸上に一体的に形成した入力側遊星ギア付きローラ２２と、この入力側遊星ギア付きローラ２２を回転可能に支持している入力側キャリア２５と、入力側リングギア２３ａと入力側リングローラ２３ｂを同軸上に一体的に形成した入力側リングギア付きローラ２３と、を有している。

入力側太陽ギア付きローラ２１と入力側遊星ギア付きローラ２２との間では、入力側太陽ギア２１ａが入力側遊星ギア２２ａに噛合していると共に、入力側太陽ローラ２１ｂが入力側遊星ローラ２２ｂに接触している。また、入力側遊星ギア付きローラ２２と入力側リングギア付きローラ２３との間では、入力側遊星ギア２２ａが入力側リングギア２３ａに噛合していると共に、入力側遊星ローラ２２ｂが入力側リングローラ２３ｂに接触している。従って、入力側太陽ギア付きローラ２１の周囲に入力側遊星ギア付きローラ２２を介して入力側リングギア付きローラ２３が配置されている。

この入力側遊星歯車機構２０では、入力側太陽ギア２１ａと入力側遊星ギア２２ａのピッチ円上における歯面間クリアランスが、車輌の通常走行時に生じる常用操舵トルク域（以下、単に「低トルク域」とも称する。）において入力側太陽ローラ２１ｂと入力側遊星ローラ２２ｂ間にすべりにより生じるスリップ量よりも大きく設定されている。

同様に、入力側遊星ギア２２ａと入力側リングギア２３ａのピッチ円上における歯面間クリアランスは、低トルク域において入力側遊星ローラ２２ｂと入力側リングローラ２３ｂ間に生じるスリップ量よりも大きく設定されている。なお、本実施形態におけるこの低トルク域が、特許請求の範囲における「所定トルク以下の領域」の一例に相当する。

入力側遊星ギア付きローラ２２は、ニードルローラベアリング２７を介して、入力側ピニオンシャフト２６に回転可能に支持されている。この入力側ピニオンシャフト２６は、入力側キャリア２５に支持されている。そして、この入力側キャリア２５は、ハウジング１３に固定されている。

入力側太陽ギア付きローラ２１は、ベアリング２４ａ、２４ｂを介して、入力側キャリア２５に回転可能に支持されている。本実施形態では、この入力側太陽ギア付きローラ２１が、コラムアッパ９２に接続された操舵入力軸１１に連結されている。

次いで、出力側遊星歯車機構３０について説明すると、この出力側遊星歯車機構３０は、同図に示すように、出力側太陽ギア３１ａと入力側太陽ローラ３１ｂを同軸上に一体的に形成した出力側太陽ギア付きローラ３１と、出力側遊星ギア３２ａと出力側遊星ローラ３２ｂを同軸上に一体的に形成した出力側遊星ギア付きローラ３２と、この出力側遊星ギア付きローラ３２を回転可能に支持している出力側キャリア３５と、出力側リングギア３３ａと出力側リングローラ３３ｂを同軸上に一体的に形成した出力側リングギア付きローラ３３と、を有している。

出力側太陽ギア付きローラ３１と出力側遊星ギア付きローラ３２との間では、出力側太陽ギア３１ａが出力側遊星ギア３２ａに噛合していると共に、出力側太陽ローラ３１ｂが出力側遊星ローラ３２ｂに接触している。また、出力側遊星ギア付きローラ３２と出力側リングギア付きローラ３３との間では、出力側遊星ギア３２ａが出力側リングギア３３ａに噛合していると共に、出力側遊星ローラ３２ｂが出力側リングローラ３３ｂに接触している。従って、出力側太陽ギア付きローラ３１の周囲に出力側遊星ギア付きローラ３２を介して出力側リングギア付きローラ３３が配置されている。

この出力側遊星歯車機構３０でも、出力側太陽ギア３１ａと出力側遊星ギア３２ａのピッチ円上における歯面間クリアランスは、低トルク域において出力側太陽ローラ３１ｂと出力側遊星ローラ３２ｂ間に生じるスリップ量よりも大きく設定されている。

同様に、出力側遊星ギア３２ａと出力側リングギア３３ａのピッチ円上における歯面間クリアランスは、低トルク域において出力側遊星ローラ３２ｂと出力側リングローラ３３ｂ間に生じるスリップ量よりも大きく設定されている。

出力側遊星ギア付きローラ３２は、ニードルローラベアリング３７を介して、出力側ピニオンシャフト３６に回転可能に支持されている。この出力側ピニオンシャフト３６は、出力側キャリア３５に支持されている。

この出力側キャリア３５は、図２に示すように、その外周にウォームホイール３５ａが設けられており、特に図示しないが、例えば、ニードルローラベアリング等を介してハウジング１３に回転可能に支持されている。

図２及び図３に示すように、ウォームホイール３５ａには、電動モータ４０の駆動軸４１の先端に設けられたウォームギア４２が噛合している。なお、ウォームホイール３５ａからはウォームギア４２を回転不能となっており、電動モータ４０の停止時には、出力側キャリア３５も停止するように構成されている。

出力側太陽ギア付きローラ３１は、ベアリング３４ａ、３４ｂを介して、出力側キャリア３５に対して回転可能となっている。本実施形態では、この出力側太陽ギア付きローラ３１が、コラムロア９５に接続された操舵出力軸１２に連結されている。

本実施形態に係る可変舵角装置１０では、図２に示すように、入力側遊星歯車機構２０の入力側リングギア付きローラ２３と、出力側遊星歯車機構３０の出力側リングギア付きローラ３３とが、一体側リングギア付きローラ５０として同軸上に一体的に形成されている。即ち、この一体型リングギア付きローラ５０には、入力側リングギア２３ａと、入力側リングローラ２３ｂと、出力側リングギア３３ａと、出力側リングローラ３３ｂと、が同軸上に一体的に形成されている。この一体型リングギア付きローラ５０は、特に図示しないが、例えば、ニードルローラベアリング等を介してハウジング１３に回転可能に支持されている。

一般的にリングギア付きローラは比較的高価な部品であるが、本実施形態のように、入力側リングギア付きローラ２３と出力側リングギア付きローラ３３とを同軸上に一体的に形成することにより、部品点数が削減され、組立性も向上するので、車輌用可変舵角装置１０のコスト低減を図ることが出来る。

以下に作用について説明する。

図４は本発明の第１実施形態に係る可変舵角装置の低トルク域における作動を示す図、図５は低トルク入力時における伝達トルクとすべり率との関係を示すグラフ、図６は本発明の第１実施形態に係る可変舵角装置の高トルク域における作動を示す図、図７は高トルク入力時における伝達トルクとすべり率との関係を示すグラフである。

先ず、車輌走行時の低トルク域における可変舵角装置１０の作動について説明する。

図４に示すように、ステアリングハンドル９１の操作に基づいて操舵入力軸１１にトルクが入力され、入力側太陽ギア付きローラ２１が回転すると、入力側キャリア２５がハウジング１３に固定されているために、入力側遊星ギア付きローラ２２が入力側ピニオンシャフト２６を中心として回転し、これに伴って、入力側リングギア付きローラ２３、即ち、一体型リングギア付きローラ５０が回転する。

この際、入力側太陽ギア２１ａ、入力側遊星ギア２２ａ、及び、入力側リングギア２３ａのそれぞれのピッチ円上における歯面間クリアランスが、低トルク域における入力側太陽ローラ２１ｂ、入力側遊星ローラ２２ｂ、及び、入力側リングローラ２３ｂのそれぞれの間に生じるスリップ量よりも大きく設定されているので、入力側太陽ギア付きローラ２１、入力側遊星ギア付きローラ２２、及び、入力側リングギア付きローラ２３のそれぞれの間では、ローラ２１ｂ〜２３ｂによりトルク伝達が行われる。

一体側リングギア付きローラ５０が回転すると、出力側遊星ギア付きローラ３２が出力側ピニオンシャフト３６を中心として回転し、これに伴って、出力側太陽ギア付きローラ３１が回転する。

この際、出力側太陽ギア３１ａ、出力側遊星ギア３２ａ、及び、出力側リングギア３３ａのそれぞれのピッチ円上における歯面間クリアランスは、低トルク域における出力側太陽ローラ３１ｂ、出力側遊星ローラ３２ｂ、及び、出力側リングローラ３３ｂのそれぞれの間に生じるスリップ量よりも大きく設定されているので、出力側太陽ギア付きローラ３１、出力側遊星ギア付きローラ３２、及び、出力側リングギア付きローラ３３のそれぞれの間では、ローラ３１ｂ〜３３ｂによりトルク伝達が行われる。

出力側太陽ギア付きローラ３１が回転すると、これに連結された操舵出力軸１２を介してコラムロア９５にトルクが出力される。

従って、低トルク入力時におけるトルク伝達経路は、図４に矢印で示すように、入力側太陽ローラ２１ｂ→入力側遊星ローラ２２ｂ→入力側リングローラ２３ｂ→出力側リングローラ３３ｂ→出力側遊星ローラ３２ｂ→出力側太陽ローラ３１ｂとなり、ローラのみで伝達経路が形成される。

ここで、電動モータ４０が停止している場合には、出力側キャリア３５が固定されているので、操舵入力軸１１の回転は、入力側遊星歯車機構２０で減速された後に、出力側遊星歯車機構３０で増速され、操舵出力軸１２の回転数に対して１：１の関係となる。

これに対し、電動モータ４０が動作した場合には、ウォームギア４２が回転することで、ウォームホイール３５ａを介して出力側キャリア３５が増速又は減速し、操舵出力軸１２は、ウォームギア４２の回転数に比例して増速又は減速する。

例えば、車輌が停車或いは低速走行しているような場合には、車輌センサ９９の検出結果に基づいて、ウォームギア４２の回転数を増速させるように、電子制御装置９８が電動モータ４０を制御し、その結果として、ステアリング操舵角に対する操向輪転舵角の舵角比が大きくなり、ステアリングの切れが鋭くなる。

これに対し、車輌が高速走行しているような場合には、車速センサ９９の検出結果に基づいて、ウォームギア４２の回転数を減速させるように、電子制御手段９８が電動モータ４０を制御し、その結果として、ステアリング操舵角に対して操向輪転舵角の舵角比が小さくなり、ステアリングの切れが鈍くなる。

図５は低トルク入力時の伝達トルクとすべり率との関係を示すグラフであるが、摩擦伝達であるローラは、ローラのすべりに伴ってトルクを伝達する特性を有し、すべり率の小さな領域では、すべり率と伝達トルクが比例する弾性領域となる。運転領域がこの弾性領域内であれば問題ないが、弾性領域を超えたトルクを伝達しようとすると、すべりが増大し、最大トルクを超えると、ローラだけでは伝達トルクが漸減してしまう。このため、本実施形態に係る車輌用可変舵角装置１０では、以下に説明するように、高トルク域においてローラではなくギアにより伝達経路を形成する。

以下に、高トルク域における可変舵角装置１０の作動について説明する。

図６に示すように、低トルク域の場合と同様に、入力側太陽ギア付きローラ２１が回転すると、入力側遊星ギア付きローラ２２が入力側ピニオンシャフト２６を中心として回転し、これに伴って、入力側リングギア付きローラ２３、即ち、一体型リングギア付きローラ５０が回転する。この際、低トルク域の場合と異なり、入力側太陽ギア付きローラ２１、入力側遊星ギア付きローラ２２、及び、入力側リングギア付きローラ２３のそれぞれの間では、ギア２１ａ〜２３ａによりトルク伝達が行われる。

一体型リングギア付きローラ５０が回転すると、出力側遊星ギア付きローラ３２が出力側ピニオンシャフト３６を中心として回転し、これに伴って、出力側太陽ギア付きローラ３１が回転する。この際、低トルク域の場合と異なり、出力側太陽ギア付きローラ３１、出力側遊星ギア付きローラ３２、及び、出力側リングギア付きローラ３３のそれぞれの間では、ギア３１ａ〜３３ａによりトルク伝達が行われる。

従って、高トルク入力時におけるトルク伝達経路は、図６の矢印で示すように、入力側太陽ギア２１ａ→入力側遊星ギア２２ａ→入力側リングギア２３ａ→出力側リングギア３３ａ→出力側遊星ギア３２ａ→出力側太陽ギア３１ａとなり、ギアのみで伝達経路が形成される。即ち、ローラのすべりが大きな領域になると、歯車同士が接触し、ローラによるトルク伝達から、歯車によるトルク伝達へと自動的に推移する。

図７は高トルク入力時の伝達トルクとすべり率との関係を示すグラフであるが、操舵開始初期の低トルク領域では、弾性領域、即ち、すべりと伝達トルクが比例関係にある領域で、ローラによりトルクが伝達される。伝達トルクが徐々に大きくなり、すべりが増加して歯車に接触すると、すべりは停止し、歯車によるトルク伝達が開始される。従って、本実施形態に係る車輌用可変舵角装置１０の伝達トルク特性は、図７において太線で示すような特性となる。

本実施形態に係る車輌用可変舵角装置１０では、以下に列挙する効果が得られる。

（１）本実施形態では、入力側及び出力側の遊星歯車機構２０、３０の各構成要素２１〜２３、３１〜３３を、同軸上にローラとギアとを一体的に形成したギア付きローラとし、ローラによるトルク伝達経路と、ギアによるトルク伝達経路とを並列に形成している。これにより、ローラによるトルク伝達時には、歯車の歯打音によるノイズやガタ等を回避することが出来、優れた操舵感が確保される。一方、ローラにギアの遊び以上のすべりが発生した場合には、ギアによる噛み合いにてトルクを確実に伝達することが出来る。

（２）本実施形態では、ギアによるトルク伝達時にトルク伝達方向が変更された場合は、過渡的にローラがトルク伝達を受け持つと共に、複数のギアの回転軸平行度をローラにより確保することが出来る。

（３）本実施形態では、各ギアのピッチ円上における歯面間クリアランスが低トルク域でのローラのスリップ量に対して相対的に大きくなるように、各遊星歯車機構２０、３０が構成されている。これにより、常用操舵トルク領域では、ローラのトルク伝達特性である滑らかさ、静かさ、ノンバックラッシュを実現できる。

（４）本実施形態では、電動モータ４０を、ウォームギア４２及びウォームホイール３５ａを介して出力側キャリア３５に連結し、ウォームホイール３５ａからウォームギア４２への伝達を不可能な構成としている。このため、電動モータ４０を停止することで、変速機能を自動的に停止させることが出来る。

（５）本実施形態では、入力側遊星歯車機構２０の入力側太陽ギア付きローラ２１とコラムアッパ９２とを連結し、入力側遊星歯車機構２０の入力側リングギア付きローラ２３と出力側遊星歯車機構３０の出力側リングギア付きローラ３３とを連結し、出力側遊星歯車機構３０の出力側太陽ギア付きローラ３１とコラムロア９５とを連結したので、入力角と出力角との関係を１：１とすることが出来る。また、出力側遊星歯車機構３０の出力側キャリア３５に電動モータ４０を連結したので、入力であるステアリングハンドル９１の操舵角に対して、任意の出力角に制御することが出来る。

（６）本実施形態では、比較的高価な入力側リングギア付きローラ２３と出力側リングギア付きローラ３３とを同軸上に一体的に形成し、一体型リングギア付きローラ５０としたので、部品点数が削減され、組立性も向上するので、可変舵角装置のコスト低減を図ることが出来る。

（７）本実施形態では、操舵入力軸１１から入力されたトルクは、入力側遊星歯車機構２０において減速された後に出力側遊星歯車機構３０で増速されるので、これら遊星歯車機構２０、３０を連結している一体型リングギア付きローラ５０は、減速された回転数で回転することとなる。そのため、本実施形態に係る車輌用可変舵角装置１０では、ノイズやガタ等を比較的小さく抑制することが出来る。

［第２実施形態］
図８は本発明の第２実施形態に係る車輌用可変舵角装置を示す断面図である。

本発明の第２実施形態に係る車輌用可変舵角装置１０’は、図８に示すように、対称的に配置された入力側遊星歯車機構２０と出力側遊星歯車機構３０を有する点で第１実施形態に係る可変舵角装置１０と同様であるが、入力側リングギア付きローラ２３が操舵入力軸１１に連結され、入力側太陽ギア付きローラ２１と出力側太陽ギア付きローラ３１とが連結シャフト６０により連結され、出力側リングギア付きローラ３３が操舵出力軸１２に連結されている点で第１実施形態に係る可変舵角装置１０と相違する。

なお、本実施形態では、入力側太陽ギア付きローラ２１と出力側太陽ギア付きローラ３１とを連結シャフト６０を介して連結したが、本発明においては特にこれに限定されず、入力側太陽ギア２１ａ、入力側太陽ローラ２１ｂ、出力側太陽ギア３１ａ、及び、出力側太陽ローラ３１ｂを、一体型太陽ギア付きローラとしてひとつのシャフト上に一体的に形成しても良い。これにより、可変舵角装置１０’の部品点数の削減を図ると共に、組立性の向上を図ることが出来る。

以下に作用について説明する。

図９は本発明の第２実施形態に係る可変舵角装置の低トルク域における作動を示す図、図１０は本発明の第２実施形態に係る可変舵角装置の高トルク域における作動を示す図である。

先ず、車輌走行時の低トルク域における可変舵角装置１０’の作動について説明すると、図９に示すように、ステアリングハンドル９１の操作に基づいて操舵入力軸１１にトルクが入力され、入力側リングギア付きローラ２３が回転すると、入力側キャリア２５がハウジング１３に固定されているために、入力側遊星ギア付きローラ２２が入力側ピニオンシャフト２６を中心として回転し、これに伴って、入力側太陽ギア付きローラ２１が回転する。

この際、入力側太陽ギア２１ａ、入力側遊星ギア２２ａ、及び、入力側リングギア２３ａのそれぞれのピッチ円上における歯面間クリアランスが、低トルク域における入力側太陽ローラ２１ｂ、入力側遊星ローラ２２ｂ、及び、入力側リングローラ２３ｂのそれぞれの間に生じるスリップ量よりも大きく設定されているので、入力側太陽ギア付きローラ２１、入力側遊星ギア付きローラ２２、及び、入力側リングギア付きローラ２３のそれぞれの間では、ローラ２１ｂ〜２３ｂによりトルク伝達が行われる。

入力側太陽ギア付きローラ２１が回転すると、連結シャフト６０を介して、出力側太陽ギア付きローラ３１が回転し、これに伴って、出力側遊星ギア付きローラ３２が出力側ピニオンシャフト３６を中心として回転し、さらに出力側リングギア付きローラ３３が回転する。

この際、出力側太陽ギア３１ａ、出力側遊星ギア３２ａ、及び、出力側リングギア３３ａのそれぞれのピッチ円上における歯面間クリアランスは、低トルク域における出力側太陽ローラ３１ｂ、出力側遊星ローラ３２ｂ、及び、出力側リングローラ３３ｂのそれぞれの間に生じるスリップ量よりも大きく設定されているので、出力側太陽ギア付きローラ３１、出力側遊星ギア付きローラ３２、及び、出力側リングギア付きローラ３３のそれぞれの間では、ローラ３１ｂ〜３３ｂによりトルク伝達が行われる。

出力側リングギア付きローラ３３が回転すると、これに連結された操舵出力軸１２を介してコラムロア９５にトルクが出力される。

従って、低トルク入力時におけるトルク伝達経路は、図９に矢印で示すように、入力側リングローラ２３ｂ→入力側遊星ローラ２２ｂ→入力側太陽ローラ２１ｂ→出力側太陽ローラ３１ｂ→出力側遊星ローラ３２ｂ→出力側リングローラ３３ｂとなり、ローラのみで伝達経路が形成される。

ここで、電動モータ４０が停止している場合には、出力側キャリア３５が固定されているので、操舵入力軸１１の回転は、入力側遊星歯車機構２０で増速された後に、出力側遊星歯車機構３０で減速され、操舵出力軸１２の回転数に対して１：１の関係となる。

これに対し、電動モータ４０が動作した場合には、ウォームギア４２が回転することで、ウォームホイール３５ａを介して出力側キャリア３５が増速又は減速し、操舵出力軸１２は、ウォームギア４２の回転数に比例して増速又は減速する。

例えば、車輌が停車或いは低速走行しているような場合には、車速センサ９９の検出結果に基づいて、ウォームギア４２の回転数を増速させるように、電子制御装置９８が電動モータ４０を制御し、その結果として、ステアリング操舵角に対して操向輪転舵角の舵角比が大きくなり、ステアリングの切れが鋭くなる
これに対し、車輌が高速走行しているような場合には、車速センサ９９の検出結果に基づいて、ウォームギア４２の回転数を減速させるように、電子制御手段９８が電動モータ４０を制御し、その結果として、ステアリング操舵角に対して操向輪転舵角の舵角比が小さくなり、ステアリングの切れが鈍くなる。

次に、高トルク域における可変舵角装置１０’の作動について説明する。

図１０に示すように、低トルク域の場合と同様に、入力側リングギア付きローラ２３が回転すると、入力側遊星ギア付きローラ２２が入力側ピニオンシャフト２６を中心として回転し、これに伴って、入力側太陽ギア付きローラ２１が回転する。この際、低トルク域の場合と異なり、入力側太陽ギア付きローラ２１、入力側遊星ギア付きローラ２２、及び、入力側リングギア付きローラ２３のそれぞれの間では、ギア２１ａ〜２３ａによりトルク伝達が行われる。

入力側太陽ギア付きローラ２１が回転すると、連結シャフト６０を介して、出力側太陽ギア付きローラ３１が回転し、これに伴って、出力側遊星ギア付きローラ３２が出力側ピニオンシャフト３６を中心として回転し、さらに出力側リングギア付きローラ３３が回転する。この際、低トルク域の場合と異なり、出力側太陽ギア付きローラ３１、出力側遊星ギア付きローラ３２、及び、出力側リングギア付きローラ３３のそれぞれの間では、ギア３１ａ〜３３ａによりトルク伝達が行われる。

従って、高トルク入力時におけるトルク伝達経路は、図１０の矢印で示すように、入力側リングギア２３ａ→入力側遊星ギア２２ａ→入力側太陽ギア２１ａ→出力側太陽ギア３１ａ→出力側遊星ギア３２ａ→出力側リングギア３３ａとなり、ギアのみで伝達経路が形成される。即ち、ローラのすべりが大きな領域になると、歯車同士が接触し、ローラによるトルク伝達から、歯車によるトルク伝達へと自動的に推移する。

本実施形態に係る車輌用可変舵角装置１０’では、第１実施形態の（１）〜（５）の効果に加えて、以下の効果が得られる。

（８）本実施形態では、入力側太陽ギア付きローラ２１と出力側太陽ギア付きローラ３１とを同軸上に一体的に形成することが出来る。これにより、部品点数を削減することが出来、組立性も向上するので、車輌用可変舵角装置１０’のコスト低減を図ることが出来る。また、太陽ギア付きローラ２１、３１を同軸上に一体的に形成することにより、回転に伴って、太陽ギア付きローラ２１、３１に生じるガタを低減することも出来る。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

上述の実施形態では、２つの遊星歯車機構を対称的に配置するように説明したが、本発明では、太陽ギア付きローラを操舵入力軸に連結すると共に、リングギア付きローラを操舵出力軸に連結するタイプや、リングギア付きローラを操舵入力軸に連結すると共に、太陽ギア付きローラを操舵出力軸に連結するタイプの一つの遊星歯車機構を用いた車輌用可変舵角装置に適用することも出来る。

また、上述の実施形態では、出力側キャリア３５に電動モータ４０を連結するように説明したが、本発明においては特にこれに限定されず、出力側キャリア３５はハウジング１３に固定し、入力側キャリア２５の外周にウォームホイールを設け、電動モータ４０の駆動軸４１に設けられたウォームギア４２を当該ウォームホイールに噛合させるように構成しても良い。

図１は、本発明の第1実施形態に係る可変舵角装置を用いた車輌操舵装置の全体構成を示すシステムブロック図である。 図２は、本発明の第1実施形態に係る可変舵角装置を示す断面図である。 図３は、図２のIII-III線に沿った断面図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係る可変舵角装置の低トルク域における作動を示す図である。 図５は、低トルク入力時における伝達トルクとすべり率との関係を示すグラフである。 図６は、本発明の第１実施形態に係る可変舵角装置の高トルク域における作動を示す図である。 図７は、高トルク入力時における伝達トルクとすべり率との関係を示すグラフである。 図８は、本発明の第２実施形態に係る可変舵角装置を示す断面図である。 図９は、本発明の第２実施形態に係る可変舵角装置の低トルク域における作動を示す図である。 図１０は、本発明の第２実施形態に係る可変舵角装置の高トルク域における作動を示す図である。

符号の説明

１０、１０’…可変舵角装置
１１…操舵入力軸
１２…操舵出力軸
１３…ハウジング
２０…入力側遊星歯車機構
２１…入力側太陽ギア付きローラ
２１ａ…入力側太陽ギア
２１ｂ…入力側太陽ローラ
２２…入力側遊星ギア付きローラ
２２ａ…入力側遊星ギア
２２ｂ…入力側遊星ローラ
２３…入力側リングギア付きローラ
２３ａ…入力側リングギア
２３ｂ…入力側リングローラ
２４ａ、２４ｂ…ベアリング
２５…入力側キャリア
２６…入力側ピニオンシャフト
２７…ニードルローラベアリング
３０…出力側遊星歯車機構
３１…出力側太陽ギア付きローラ
３１ａ…出力側太陽ギア
３１ｂ…出力側太陽ローラ
３２…出力側遊星ギア付きローラ
３２ａ…出力側遊星ギア
３２ｂ…出力側遊星ローラ
３３…出力側リングギア付きローラ
３３ａ…出力側リングギア
３３ｂ…出力側リングローラ
３４ａ、３４ｂ…ベアリング
３５…出力側キャリア
３５ａ…ウォームホイール
３６…出力側ピニオンシャフト
３７…ニードルローラベアリング
４０…電動モータ
４１…駆動軸
４２…ウォームギア
５０…一体型リングギア付きローラ
６０…連結シャフト
９１…ステアリングハンドル
９２…コラムアッパ
９３…操舵角センサ
９４…転舵角センサ
９５…コラムロア
９６…転舵装置
９７…操向輪
９８…電子制御装置
９９…車速センサ

Claims (7)

1. 操舵入力軸と操舵出力軸との間に設けられ、ステアリング操舵角に対する操向輪転舵角の比を変化させる車輌用可変舵角装置であって、
   入力側太陽ギアと入力側太陽ローラとを同軸上に一体的に形成した入力側太陽ギア付きローラ、
   前記入力側太陽ギアに噛み合う入力側遊星ギアと、前記入力側太陽ローラに接触した入力側遊星ローラと、を同軸上に一体的に形成した入力側遊星ギア付きローラ、
   入力側ピニオンシャフトを介して、前記入力側遊星ギア付きローラを回転可能に支持する入力側キャリア、及び、
   前記入力側遊星ギアに噛み合う入力側リングギアと、前記入力側遊星ローラに接触した入力側リングローラと、を同軸上に一体的に形成した入力側リングギア付きローラ、
   を有する入力側遊星歯車機構と、
   出力側太陽ギアと出力側太陽ローラとを同軸上に一体的に形成した出力側太陽ギア付きローラ、
   前記出力側太陽ギアに噛み合う出力側遊星ギアと、前記出力側太陽ローラに接触した入力側遊星ローラと、を同軸上に一体的に形成した出力側遊星ギア付きローラ、
   出力側ピニオンシャフトを介して、前記出力側遊星ギア付きローラを回転可能に支持する出力側キャリア、及び、
   前記出力側遊星ギアに噛み合う出力側リングギアと、前記出力側遊星ローラに接触した出力側リングローラと、を同軸上に一体的に形成した出力側リングギア付きローラ、
   を有する出力側遊星歯車機構と、
   前記出力側キャリア又は前記入力側キャリアの一方の回転を制御する回転制御手段と、
   を備え、
   前記入力側太陽ギア付きローラ又は前記入力側リングギア付きローラが前記操舵入力軸に連結され、
   前記出力側太陽ギア付きローラ又は前記出力側リングギア付きローラが前記操舵出力軸に連結され、
   前記入力側キャリア又は前記出力側キャリアの他方は外部に固定されており、
   前記入力側リングギア付きローラと前記出力側リングギア付きローラ、又は、前記入力側太陽ギア付きローラと前記出力側太陽ギア付きローラ、が連結されている車輌用可変舵角装置。
2. 前記入力側太陽ギア付きローラが前記操舵入力軸に連結され、
   前記出力側太陽ギア付きローラが前記操舵出力軸に連結され、
   前記入力側リングギア付きローラと前記出力側リングギア付きローラとは、同軸上に一体的に形成されている請求項１記載の車輌用可変舵角装置。
3. 前記入力側リングギア付きローラが前記操舵入力軸に連結され、
   前記出力側リングギア付きローラが前記操舵出力軸に連結され、
   前記入力側太陽ギア付きローラと前記出力側リングギア付きローラとは、同軸上に一体的に形成されている請求項１記載の車輌用可変舵角装置。
4. 前記回転制御手段は、
   電動モータと、
   前記電動モータの駆動軸に設けられたウォームギアと、
   前記出力側キャリア、又は、前記入力側キャリアの一方に設けられたウォームホイールと、を有し、
   前記ウォームギア及び前記ウォームホイールを介して、前記電動モータの駆動により、前記出力側キャリア又は前記入力側キャリアの一方の回転を制御し、前記電動モータの停止時には、前記出力側キャリア又は前記入力側キャリアの一方を回転不能とする請求項１〜３の何れかに記載の車輌用可変舵角装置。
5. 操舵入力軸と操舵出力軸との間に設けられ、ステアリング操舵角に対する操向輪転舵角の比を変化させる車輌用可変舵角装置であって、
   太陽ギアと太陽ローラとを同軸上に一体的に形成した太陽ギア付きローラ、
   前記太陽ギアに噛み合う遊星ギアと、前記太陽ローラに接触した遊星ローラと、を同軸上に一体的に形成した遊星ギア付きローラ、
   ピニオンシャフトを介して、前記遊星ギア付きローラを回転可能に支持するキャリア、及び、
   前記遊星ギアに噛み合うリングギアと、前記遊星ローラに接触したリングローラと、を同軸上に一体的に形成したリングギア付きローラ、
   を有する遊星歯車機構と、
   前記キャリアの回転を制御する回転制御手段と、
   を備え、
   前記太陽ギア付きローラ又は前記リングギア付きローラの一方に前記操舵入力軸が連結され、
   前記リングギア付きローラ又は前記太陽ギア付きローラの他方に前記操舵出力軸が連結されている車輌用可変舵角装置。
6. 前記回転制御手段は、
   電動モータと、
   前記電動モータの駆動軸に設けられたウォームギアと、
   前記キャリアに設けられたウォームホイールと、を有し、
   前記ウォームギア及び前記ウォームホイールを介して、前記電動モータの駆動により、前記キャリアの回転を制御し、前記電動モータの停止時には、前記キャリアを回転不能とする請求項５記載の車輌用可変舵角装置。
7. 前記遊星歯車機構の各ギアは、ピッチ円上における歯面間クリアランスが、所定トルク以下の領域でのローラのスリップ量に対して相対的に大きく設定されている請求項１〜６の何れかに記載の車輌用可変舵角装置。
   
   

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