JP2010195184A - 車両用操舵装置、車両用操舵装置付き車両 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な操舵反力により運転者に違和感を与えることのない車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】操舵側差動伝達機構１３の第１回転要素に接続した操舵軸３と、転舵側差動伝達機構１４の第１回転要素に接続した転舵軸５と、操舵部に付与する反力トルクを発生し、操舵側差動伝達機構１３の第２回転要素に接続した反力モータと、操向輪を転舵させる転舵力を発生し、転舵側差動伝達機構１４の第２回転要素に接続した転舵モータと、操舵側差動伝達機構１３の第３回転要素と、転舵側差動伝達機構１４の第３回転要素とを接続する回転伝達軸１８と、回転伝達軸１８の回転を固定することにより操舵部から操向輪への力の伝達を遮断し、回転伝達軸１８の回転を自由にすることにより操舵部から操向輪への力の伝達を行うロック機構１５と、を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用操舵装置、車両用操舵装置付き車両に関する。

この種の技術としては、下記の特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報では、操舵側と転舵側との間に遊星ギヤを設け、この遊星ギヤのサンギヤに操舵側を接続し、ピニオンに転舵側を接続した車両用操舵装置が記載されている。この車両用操舵装置では、遊星ギヤのリングギヤの回転を固定したときには操舵側と転舵側との間でトルクの伝達が行われ、リングギヤを回転自由にしたときには操舵側と転舵側との間でトルクの伝達が行われない。

特開２００３−３３５２４８号公報

上記従来技術においては、操舵側と転舵側との間のトルクの伝達を切り離したときは、リングギヤが自由に回転するため、リングギヤのイナーシャによりリングギヤの回転方向が変わるときに操舵側に反力が伝達し、運転者に違和感を与える恐れがあった。

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、不要な操舵反力により運転者に違和感を与えることのない車両用操舵装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明においては、操舵側差動伝達機構の第１回転要素に接続した操舵軸と、転舵側差動伝達機構の第１回転要素に接続した転舵軸と、操舵部に付与する反力トルクを発生し、操舵側差動伝達機構の第２回転要素に接続した反力モータと、操向輪を転舵させる転舵力を発生し、転舵側差動伝達機構の第２回転要素に接続した転舵モータと、反力モータを制御する反力モータ制御手段と、転舵モータを制御する転舵モータ制御手段と、操舵側差動伝達機構の第３回転要素と、転舵側差動伝達機構の第３回転要素とを接続する回転伝達軸と、回転伝達軸の回転を固定、または回転伝達軸の回転を自由にするロック機構と、ロック機構を制御するロック機構制御手段とを設けた。

よって、不要な操舵反力を抑制することが可能となり、運転者に与える違和感を低減できる。

実施例１の車両用操舵装置を搭載した車両の全体構成図である。 実施例１の操舵機構の構成概略図である。 実施例１の操舵機構の断面図である。 実施例１のロック機構の拡大図である。 実施例１のコントローラの制御ブロック図である。 実施例１のステアバイワイヤ制御時のロック機構の様子を示す図である。 実施例１の可変舵角制御時のロック機構の様子を示す図である。 実施例１の転舵モータが故障したときのロック機構の様子を示す図である。 実施例１の反力モータが故障したときのロック機構の様子を示す図である。 実施例１の反力モータと転舵モータが故障したときのロック機構の様子を示す図である。 他の実施例の操舵機構の構成概略図である。 他の実施例の操舵機構の構成概略図である。 他の実施例の操舵機構の構成概略図である。

［実施例１］
実施例１の車両用操舵装置１の構成について説明する。

〔全体構成の概要〕
図１は、車両用操舵装置１を搭載した車両５０の全体構成図である。車両用操舵装置１は、ステアリングホイール（操舵部）２と、操舵軸３と、操向４と、転舵軸５と、操舵機構６と、操舵角度センサ（操舵角度検出手段）７と、操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）８と、転舵角度センサ（転舵角度検出手段）９と、コントローラ４０とを有している。

操舵軸３は、運転者の操舵操作によりステアリングホイール２に入力された操舵トルクを操舵機構６に伝達する。転舵軸５は、操舵機構６において発生した転舵トルクを操向輪４に伝達する。転舵軸５と操向輪４との間には、ラック１０とピニオン１１が設けられ、転舵軸５の回転の力をタイロッド１２の軸方向の力に変換している。
コントローラ４０は、操舵角度センサ７、操舵トルクセンサ８、転舵角度センサ９、操舵機構６からの情報を入力し、これらの情報に基づいて操舵機構６の制御を行っている。

〔操舵機構の構成〕
図２は操舵機構６の構成概略図である。操舵機構６は、操舵側遊星ギヤ（操舵側差動伝達機構）１３と、転舵側遊星ギヤ（転舵側差動伝達機構）１４と、ロック機構１５と、反力モータ１６と、転舵モータ１７と、回転伝達軸１８とを有している。

操舵側遊星ギヤ１３は、サンギヤ（第３回転要素）１３ｓと、リングギヤ（第２回転要素）１３ｒと、サンギヤ１３ｓおよびリングギヤ１３ｒと噛み合うピニオン１３ｐと、このピニオン１３ｐを保持するキャリヤ（第１回転要素）１３ｃとから構成されている。転舵側遊星ギヤ１４は、同じくサンギヤ（第３回転要素）１４ｓと、リングギヤ１４ｒと、サンギヤ１４ｓおよびリングギヤ（第２回転要素）１４ｒと噛み合うピニオン１４ｐと、このピニオン１４ｐを保持するキャリヤ（第１回転要素）１４ｃとから構成されている。

反力モータ１６は、操舵側遊星ギヤ１３のリングギヤ１３ｒに接続され、また転舵モータ１７は、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１４ｒに接続されている。操舵軸３は、操舵側遊星ギヤ１３のキャリヤ１３ｃに接続され、また転舵軸５は、転舵側遊星ギヤ１４のキャリヤ１４ｃに接続されている。また反力モータ１６には、反力モータ１６の回転を係止可能な係止部材２６が設けられている。

回転伝達軸１８は操舵側遊星ギヤ１３のサンギヤ１３ｓと、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１４ｓと接続している。また回転伝達軸１８には、この回転伝達軸１８の回転を固定、自由に切り替えるロック機構１５が設けられている。

図３は操舵機構６の断面図、図４はロック機構１５の拡大図である。操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４、ロック機構１５は、第１ハウジング２０と第２ハウジング２１の中空部内に収容されている。この第１ハウジング２０と第２ハウジング２１とはそれぞれの一端が隣接して接続しており、中空部が連通している。第１ハウジング２０、第２ハウジング２１の他端側はカバー２４，２５により中空部は封止されている。

操舵側遊星ギヤ１３および転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１３ｓ，１４ｓは、回転伝達軸１８の両端部に一体に形成されている。回転伝達軸１８の一端は操舵軸３の端部の開口部３ａに挿入され、この第１ベアリング３１を介して支持されている。また、回転伝達軸１８の他端は転舵軸５の端部の開口部５ａに挿入され、この第２ベアリング３２を介して支持されている。

操舵側遊星ギヤ１３のピニオン１３ｐは、操舵軸３に固定されたキャリヤ１３ｃに第３ベアリング３３を介して支持されている。また転舵側遊星ギヤ１４のピニオン１４ｐは、転舵軸５に固定されたキャリヤ１４ｃに第４ベアリング３４を介して支持されている。
操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１３ｒ，１４ｒは、ウォームホイール（減速器）２２，２３の内周に固定されている。ウォームホイール２２，２３は、反力モータ１６、転舵モータ１７のモータ軸の先端に取り付けられたウォーム（減速器）１６ａ、１７ａと噛み合っている。ウォームホイール２２は、第１ハウジング２０に第５ベアリング３５を介して、操舵軸３に第６ベアリング３６を介して支持されている。ウォームホイール２３は、第２ハウジング２１に第７ベアリング３７を介して、転舵軸５に第８ベアリング３８を介して支持されている。操舵軸３はカバー２４に第９ベアリング３９を介して支持され、転舵軸５はカバー２５に第１０ベアリング３０を介して支持されている。

ここでウォームホイール２２，２３およびウォーム１６ａ，１７ａは、転舵モータ１７と転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１４ｒとの間に設けた、ウォームホイール２３とウォーム１７ａの間のフリクションよりも、反力モータ１６と操舵側遊星ギヤ１３のリングギヤ１３ｒとの間に設けた、ウォームホイール２２とウォーム１６ａの間のフリクションが小さくなるように形成されている。すなわち、操舵側のウォームホイール２２からウォーム１６ａへのトルクの伝達は行い易いが、転舵側のウォームホイール２３からウォーム１７ａへのトルクの伝達は行い難く形成されている。

ロック機構１５は、被係止部材１５ａ、係止部材１５ｂ、ソレノイド１５ｃを有している。被係止部材１５ａの側面は凹部を有する多角形に形成され、回転伝達軸１８と一体回転可能に固定されている。係止部材１５ｂは、第１ハウジング２０、第２ハウジング２１に一端側を中心に回動可能に固定されている。係止部材１５ｂの他端側は、被係止部材１５ａ側面の凹部に係合する凸部が形成されている。ソレノイド１５ｃは、通電時に軸が突出するように形成されており、この軸の先端にリンク部材１５ｄが接続されている。リンク部材１５ｄは、係止部材１５ｂの一端側に当接し、ソレノイド１５ｃの軸が突出するとリンク部材１５ｄが係止部材１５ｂを押して、被係止部材１５ａと係止部材１５ｂとの係合が離れるように形成されている。被係止部材１５ａと係止部材１５ｂとが係合しているときには、回転伝達軸１８は第１ハウジング２０、第２ハウジング２１に固定されることとなり、一方、被係止部材１５ａと係止部材１５ｂとが係合していないときには、回転伝達軸１８は自由に回転を行う。

〔制御ブロック〕
図５は、コントローラ４０の制御ブロック図である。コントローラ４０は、ステアバイワイヤ制御部４１と、可変舵角操舵制御部４２と、反力モータ制御部（反力モータ制御手段）４３と、転舵モータ制御部（転舵モータ制御手段）４４と、異常判定部（異常判定手段）４５と、ロック機構制御部（ロック機構制御手段）４６から構成されている。

ステアバイワイヤ制御部４１は、ステアリングホイール２と操向輪４との間の力の伝達を遮断し、ステアリングホイール２に付与する反力トルクや、操向輪４の転舵角度等を制御する、所謂ステアバイワイヤ制御を行う。ステアバイワイヤ制御部４１では、操舵角度センサ７から操舵角度情報と、操舵トルクセンサ８から操舵トルク情報と、転舵角度センサ９から転舵角度情報とを入力する。ステアバイワイヤ制御部４１では、ステアリングホイール２の操舵角に対する操向輪４の転舵角を可変にする可変舵角制御や、運転者による操舵トルクの入力によらず自動で操向輪４を転舵させるアクティブステア制御等による指令値を算出し、この指令値を、入力した操舵角度情報、操舵トルク情報、転舵角情報とともに反力モータ制御部４３、転舵モータ制御部４４に出力する。

可変舵角操舵制御部４２は、ステアリングホイール２と操向輪４との間で力を伝達し、運転者によるステアリングホイール２の操舵角度に対して操向輪４の転舵角度を任意に設定する、所謂可変舵角操舵制御を行う。可変舵角操舵制御部４２は、操舵角度センサ７から操舵角度情報と、操舵トルクセンサ８から操舵トルク情報と、転舵角度センサ９から転舵角度情報とを入力する。可変舵角操舵制御部４２では、ステアリングホイール２の操舵角に対する操向輪４の転舵角を可変にする可変舵角制御や、運転者が入力した操舵角度に対して操向輪４の転舵角度指令値を算出し、この指令値を、入力した操舵角度情報、操舵トルク情報、転舵角情報とともに反力モータ制御部４３、転舵モータ制御部４４に出力する。

反力モータ制御部４３では、ステアバイワイヤ制御部４１や、可変舵角操舵制御部４２から入力した指令値や各センサの情報から反力モータ１６を制御する反力モータ指令値を算出する。反力モータ制御部４３は、ステアバイワイヤ制御時には操舵角度情報と、操舵トルク情報とに基づいて反力トルク指令値を算出している。また反力モータ制御部４３は、反力モータ１６のモニタを行っている。

転舵モータ制御部４４では、ステアバイワイヤ制御部４１や、可変舵角操舵制御部４２から入力した指令値や各センサの情報から転舵モータ１７を制御する転舵モータ指令値を算出する。転舵モータ制御部４４は、ステアバイワイヤ制御時には操舵角度情報と、転舵角度情報とに基づいて転舵角指令値を算出している。また転舵モータ制御部４４は、転舵モータ１７のモニタを行っている。

異常判定部４５は、ステアバイワイヤ制御部４１や可変舵角操舵制御部４２を介して各センサの情報や、反力モータ制御部４３や転舵モータ制御部４４を介して反力モータ１６や転舵モータ１７のモニタ情報を入力して、反力モータ１６の制御系の異常や、転舵モータ１７の制御系の異常を判定する。ステアバイワイヤ制御時に、異常判定部４５が一方、または両方の制御系を異常と判定した場合には、ロック機構制御部４６に異常判定情報を出力する。

ロック機構制御部４６は、異常判定部４５から異常判定情報が入力されたときには、ロック機構１５を回転伝達軸１８の固定を解除するように制御する。また可変舵角操舵制御部４２により可変舵角制御が行われるときには、異常判定部４５からの異常判定情報に関わらず、ロック機構１５を回転伝達軸１８の固定を解除するように制御する。

〔操舵機構の動作〕
次にステアバイワイヤ制御時、可変舵角操舵制御時の操舵機構６の動作について説明する。なお以下では、操舵軸３の回転角度をθh、トルクをTh、転舵軸５の回転角度をθout、トルクをTout、操舵側遊星ギヤ１３のリングギヤ１３ｒの回転角度をθm1、トルクをTm1、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１４ｒの回転角度をθm2、トルクをTm2、操舵側遊星ギヤ１３の減速比をK1、転舵側遊星ギヤ１４の減速比をK2とする。以下では説明の簡単のためK1=K2として算出した式を用いて説明している。

（ステアバイワイヤ制御時）
図６はステアバイワイヤ制御時のロック機構１５の様子を示す図である。ステアバイワイヤ制御時にはロック機構１５により回転伝達軸１８の回転が固定されるため、操舵側遊星ギヤ１３のサンギヤ１３ｓの回転が固定される。このときの操舵軸３の回転角度θh、トルクThは次の式で示すことができる。
θh=K1・θm1
Th=(1/K1)・Tm1
この式に示すように、反力モータ１６によって操舵側遊星ギヤ１３のリングギヤ１３ｒのトルクTm1を制御することにより、操舵軸３に任意のトルクを付与することが可能となり、ステアリング２の操舵反力を任意に設定することができる。

また回転伝達軸１８の回転が固定されると、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１３ｓの回転が固定される。このときの転舵軸５の回転角度θout、トルクToutは次の式で示すことができる。
θout=K2・θm2
Tout=(1/K2)・Tm2
この式に示すように、転舵モータ１７によって転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１４ｒの回転角度θm2を制御することにより、転舵軸５を任意の回転角度にすることが可能となり、操向輪４の転舵角度を任意に設定することができる。

（可変舵角制御時）
図７は可変舵角制御時のロック機構１５の様子を示す図である。可変舵角制御時には、ロック機構１５による回転伝達軸１８の回転を解除するため、操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１３ｓ，１４ｓが一体に回転する。このとき、入力した操舵軸３の回転角度θh、トルクThに対する出力の転舵軸５の回転角度θout、トルクToutは次の式で示すことができる。
θout=K1・θm1+K2・θm2+θh
Tout=Th
この式に示すように、反力モータ１６、転舵モータ１７によって操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１３ｒ，１４ｒの回転角度θm1,θm2を制御することにより、ステアリングホイール２に入力した操舵角度に対する操向輪４の転舵角度の比を任意に設定することができる。

（転舵モータ故障時）
図８は転舵モータ１７が故障したときのロック機構１５の様子を示す図である。転舵モータ１７が故障したときには、ロック機構１５による回転伝達軸１８の回転を解除するため、操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１３ｓ，１４ｓが一体に回転する。また故障した転舵モータ１７の回転をロックするため、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１４ｒは固定される。このときの入力した操舵軸３の回転角度θh、トルクThに対する出力の転舵軸５の回転角度θout、トルクToutは次の式で示すことができる。
θout=K1・θm1+θh
Tout=Th
この式に示すように、転舵モータ１７によって操舵側遊星ギヤ１３のリングギヤ１３ｒの回転角度θm2を制御することにより、ステアリングホイール２に入力した操舵角度に対する操向輪４の転舵角度の比を任意に設定することができる。

（反力モータ故障時）
図９は反力モータ１６が故障したときのロック機構１５の様子を示す図である。反力モータ１６が故障したときには、ロック機構１５による回転伝達軸１８の回転を解除するため、操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１３ｓ，１４ｓが一体に回転する。また故障した反力モータ１６の回転をロックするため、操舵側遊星ギヤ１３のリングギヤ１３ｒは固定される。このとき入力した操舵軸３の回転角度θh、トルクThに対する出力の転舵軸５の回転角度θout、トルクToutは次の式で示すことができる。
θout=K2・θm2+θh
Tout=Th
この式に示すように、反力モータ１６によって転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１４ｒの回転角度θm1を制御することにより、ステアリングホイール２に入力した操舵角度に対する操向輪４の転舵角度の比を任意に設定することができる。

（反力モータ、転舵モータ故障時）
図１０は反力モータ１６と転舵モータ１７が故障したときのロック機構１５の様子を示す図である。反力モータ１６と転舵モータ１７が故障したときには、ロック機構１５による回転伝達軸１８の回転を解除するため、操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１３ｓ，１４ｓが一体に回転する。また故障した反力モータ１６と転舵モータ１７の回転をロックするため、操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１３ｒ，１４ｒは固定される。このとき入力した操舵軸３の回転角度θh、トルクThに対する出力の転舵軸５の回転角度θout、トルクToutは次の式で示すことができる。
θout=θh
Tout=Th
この式に示すように、反力モータ１６と転舵モータ１７が固定されることにより、ステアリングホイール２に入力した操舵角度に対する操向輪４の転舵角度の比は固定となる。

〔作用〕
次に実施例１の作用について説明する。
遊星ギヤのような差動装置においては、１要素の回転を自由にすることによって他の要素間の力の伝達を遮断することができる。例えば、２自由度を有する遊星ギヤのキャリヤに操舵軸を接続し、サンギヤに転舵軸を接続した場合、リングギヤの回転を自由にしたときに操舵軸から転舵軸側への力が伝達されない。一方、リングギヤの回転を固定したときには操舵軸から転舵軸への力が伝達される。このような構成を用いて、ステアバイワイヤにおいて、通常はリングギヤの回転を自由にして操舵側と転舵側の力を遮断し、システムに異常が発生した場合にはリングギヤの回転を固定して操舵側と転舵側との間で力を伝達するバックアップ装置を構成することができる。

ここでリングギヤの回転を自由にした場合を考える。リングギヤの回転が一方方向の回転から逆方向の回転に変化する場合、リングギヤの慣性により一方向の回転を続けようとする。例えば、運転者の操舵に関わらず操向輪の転舵を行うアクティブステアのようなシステムを搭載した車両においては、運転者が保舵を行っているにも関わらず、操向輪の転舵方向が変化するときにリングギヤの慣性力がステアリングホイール側にも伝達してしまい、運転者に違和感を与えるおそれがあった。

そこで実施例１の車両用操舵装置１においては、操舵側遊星ギヤ１３のキャリヤ１３ｃに接続した操舵軸３と、転舵側遊星ギヤ１４のキャリヤ１３ｃに接続した転舵軸５と、操舵側遊星ギヤ１３のリングギヤ１３ｒに接続した反力モータ１６と、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１４ｒに接続した転舵モータ１７と、操舵側遊星ギヤ１３のサンギヤ１３ｓと転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１４ｓに接続した回転伝達軸１８と、回転伝達軸１８の回転を固定、または回転伝達軸１８の回転を自由にすることによりステアリングホイール２から操向輪４への力の伝達を行うロック機構１５を設けた。
この構成により、回転伝達軸１８の回転を固定して、操舵側遊星ギヤ１３のサンギヤ１３ｓと、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１４ｓの回転を固定することにより、ステアリングホイール２から操向輪４への力の伝達を遮断することが可能となる。このためステアバイワイヤ制御時に回転自由となる要素がないため、操向輪４の転舵方向が変化したとしても要素の慣性力がステアリングホイール２側に伝達することを抑制し、運転者に違和感を与えることを防止することができる。

また実施例１の車両用操舵装置１においては、反力モータ制御部４３は、操舵トルクセンサ８が検出した操舵トルクと、操舵角度センサ７が検出した操舵角度とに基づいて反力モータ１６によりステアリングホイール２に付与する反力トルクを制御するようにした。
この構成により、ステアリングホイール２の操舵状態に応じた操舵反力を運転者に与えることができる。

また実施例１の車両用操舵装置１においては、転舵モータ制御部４４は、転舵角度センサ９が検出した転舵角度と、操舵角度センサ７が検出した操舵角度とに基づいて転舵モータ１７により操向輪４の転舵角度を制御するようにした。
この構成により、ステアリングホイール２の操舵状態に応じて操向輪４の転舵角度を任意に設定することができる。

また実施例１の車両用操舵装置１においては、ロック機構制御部４６は、異常判定部４５が反力モータ１６または転舵モータ１７の制御に異常が発生したと判定した場合には、ロック機構１５を回転伝達軸１８の回転を自由にすることによりステアリングホイール２から操向輪４へ力が伝達するように制御するようにした。
この構成により、ロック機構１５を解除することでステアリングホイール２から操向輪４へ力を伝達することが可能となる。よって、反力モータ１６または転舵モータ１７の制御に異常が発生してステアバイワイヤ制御が行えなくなってから、ステアリングホイール２から操向輪４へ力を伝達できるようにするまでの間のタイムラグを小さくすることができる。

また実施例１の車両用操舵装置１においては、反力モータ制御部４３または転舵モータ制御部４４は、異常判定部４５が反力モータ１６、転舵モータ１７の一方のモータの制御に異常が発生したと判定した場合には、一方のモータを停止し、他方のモータによりステアリングホイール２の操舵角度に対して操向輪４の転舵角度を可変にする可変舵角制御を行うようにした。
この構成により、反力モータ１６、転舵モータ１７の一方のモータの制御に異常が発生した場合であっても、可変舵角制御を行うことが可能となる。よって、ステアバイワイヤ制御が行えなくなっても、急に操舵特性が変化することを抑制することができる。またステアバイワイヤ制御が行えなくなっても、可変舵角制御によりステアリングホイール２と操向輪４との中立位置を一致させることができる。また反力モータ１６、転舵モータ１７のどちらか一方のモータを用いて可変舵角制御を行うことができる。

また実施例１の車両用操舵装置１においては、反力モータ制御部４３および転舵モータ制御部４４は、異常判定部４５が反力モータ１６および転舵モータ１７の制御に異常が発生したと判定した場合には、反力モータ１６および転舵モータ１７を停止させ、ステアリングホイール２の操舵角度に対する操向輪４の転舵角度を固定にする固定舵角制御を行うようにした。
この構成により、反力モータ１６および転舵モータ１７の制御が行えなくなっても、運転者がステアリングホイール２に入力した操舵トルクによって、操向輪４を転舵させることができる。

また実施例１の車両用操舵装置１においては、操舵側遊星ギヤ１３のリングギヤ１３ｒと反力モータ１６とを接続するウォーム１６ａおよびウォームホイール２２を、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１４ｒと転舵モータ１７とを接続するウォーム１７ａおよびウォームホイール２３よりもフリクションの小さいものを用いた。そして、異常判定部４５が反力モータ１６の制御に異常が発生したと判定した場合には、反力モータ１６の回転を係止する係止部材２６によって反力モータ１６の回転を固定するようにした。一方、異常判定部４５が転舵モータ１７の制御に異常が発生したと判定した場合には、転舵モータ１７への電力の供給を遮断することによって転舵モータ１７の回転を固定するようにした。
この構成により、反力モータ１６は、トルク制御されてステアリングホイール２に操舵反力を付与するため、ウォームホイール２２とウォーム１６ａとの間のフリクションが小さいことにより、操舵反力の制御精度を高めることができる。
一方、ウォームホイール２２とウォーム１６ａとの間のフリクションが小さいため、ウォームホイール２２からウォーム１６ａへトルクが伝達し易く、反力モータ１６に電力を供給しないようにするだけではリングギヤ１３ｒを固定することができない。そこで、係止部材２６を設けることにより、リングギヤ１３ｒの回転を確実に固定することができる。
また転舵モータ１７は、角度制御されて操向輪４の転舵角を制御するため、ウォームホイール２３とウォーム１７ａとの間のフリクションが大きくても転舵角制御を悪化させることがない。
また、ウォームホイール２３とウォーム１７ａとの間のフリクションが大きい、ウォームホイール２３からウォーム１７ａへトルクが伝達し難く、転舵モータ１７に電力を供給しないようにするだけで、リングギヤ１４ｒを固定することができる。

また実施例１の車両用操舵装置１においては、操舵軸３、転舵軸５をそれぞれ操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のキャリヤ１３ｃ，１４ｃに接続し、反力モータ１６、転舵モータ１７をそれぞれ操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１３ｒ，１４ｒに接続し、回転伝達軸１８の両端をそれぞれ操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１３ｓ，１４ｓに接続するようにした。すなわち、操舵側遊星ギヤ１３と転舵側遊星ギヤ１４の各回転要素と各部材とが対称になるように接続した。
この構成により、反力モータ１６および転舵モータ１７の制御に異常が発生し、固定舵角制御を行う際に、操舵軸３の回転角度と転舵軸５の回転角度を等しくすることが可能となり、操舵フィーリングの低下を防止することができる。

また実施例１の車両用操舵装置１においては、操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１３ｒ，１４ｒに対して、増速比となるサンギヤ１３ｓ，１４ｓに回転伝達軸１８を接続するようにした。
この構成により、ロック機構１５にかかるトルクが小さくすることが可能となるため、ロック機構１５の強度を小さくすることができる。

また実施例１の車両用操舵装置１においては、反力モータ１６、転舵モータ１７をそれぞれ操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１３ｒ，１４ｒに接続するようにした。
反力モータ１６、転舵モータ１７を外周側に設置することができ、操舵機構６の小型化を図ることができる。またステアバイワイヤ制御装置を搭載していない車両の可変舵角制御装置の多くがモータをリングギヤに接続しており、それらの可変舵角制御装置を流用することができる。

〔効果〕
以下に実施例１の車両用操舵装置１の効果を列挙する。

（１）運転者が操舵操作するステアリングホイール２と、転舵を行う操向輪４と、３つの回転要素からなる操舵側遊星ギヤ１３と、３つの回転要素からなる転舵側遊星ギヤ１４と、ステアリングホイール２に接続するとともに、操舵側遊星ギヤ１３のキャリヤ１３ｃに接続した操舵軸３と、操向輪４に接続するとともに、転舵側遊星ギヤ１４のキャリヤ１４ｃに接続した転舵軸５と、操舵側遊星ギヤ１３のリングギヤ１３ｒに接続した反力モータ１６と、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１４ｒに接続した転舵モータ１７と、反力モータ１６を制御する反力モータ制御部４３と、転舵モータ１７を制御する転舵モータ制御部４４と、操舵側遊星ギヤ１３のサンギヤ１３ｓと、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１４ｓとを接続する回転伝達軸１８と、回転伝達軸１８の回転を固定、または回転伝達軸１８の回転を自由にするロック機構１５と、ロック機構１５を制御するロック機構制御部４６を設けた。
したがって、回転伝達軸１８の回転を固定して、操舵側遊星ギヤ１３のサンギヤ１３ｓと、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１４ｓの回転を固定することにより、ステアリングホイール２から操向輪４への力の伝達を遮断することが可能となる。このためステアバイワイヤ制御時に回転自由となる要素がないため、操向輪４の転舵方向が変化したとしても要素の慣性力がステアリングホイール２側に伝達することを抑制し、運転者に違和感を与えることを防止することができる。

（２）ステアリングホイール２の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ８と、ステアリングホイール２の操舵角度を検出する操舵角度センサ７とを有し、反力モータ制御部４３は、操舵トルクセンサ８が検出した操舵トルクと、操舵角度センサ７が検出した操舵角度とに基づいて反力モータ１６によりステアリングホイール２に付与する反力トルクを制御するようにした。
したがって、ステアリングホイール２の操舵状態に応じた操舵反力を運転者に与えることができる。

（３）操向輪４の転舵角度を検出する転舵角度センサ９と、ステアリングホイール２の操舵角度を検出する操舵角度センサ７とを有し、転舵モータ制御部４４は、転舵角度センサ９が検出した転舵角度と、操舵角度センサ７が検出した操舵角度とに基づいて転舵モータ１７により操向輪４の転舵角度を制御するようにした。
したがって、ステアリングホイール２の操舵状態に応じて操向輪４の転舵角度を任意に設定することができる。

（４）反力モータ１６または転舵モータ１７の制御に異常が発生したことを判定する異常判定部４５を有し、ロック機構制御部４６は、異常判定部４５が反力モータ１６または転舵モータ１７の制御に異常が発生したと判定した場合には、ロック機構１５を回転伝達軸１８の回転を自由にすることによりステアリングホイール２から操向輪４へ力を伝達できるように制御するようにした。
したがって、ロック機構１５を解除することでステアリングホイール２から操向輪４へ力を伝達することが可能となる。よって、反力モータ１６または転舵モータ１７の制御に異常が発生してステアバイワイヤ制御が行えなくなってから、ステアリングホイール２から操向輪４へ力を伝達できるようにするまでの間のタイムラグを小さくすることができる。

（５）反力モータ制御部４３または転舵モータ制御部４４は、異常判定部４５が反力モータ１６、転舵モータ１７の一方のモータの制御に異常が発生したと判定した場合には、一方のモータを停止し、他方のモータによりステアリングホイール２の操舵角度に対して操向輪４の転舵角度を可変にする可変舵角制御を行うようにした。
したがって、反力モータ１６、転舵モータ１７の一方のモータの制御に異常が発生した場合であっても、可変舵角制御を行うことが可能となる。よって、ステアバイワイヤ制御が行えなくなっても、急に操舵特性が変化することを抑制することができる。またステアバイワイヤ制御が行えなくなっても、可変舵角制御によりステアリングホイール２と操向輪４との中立位置を一致させることができる。また反力モータ１６、転舵モータ１７のどちらか一方のモータを用いて可変舵角制御を行うことができる。

（６）反力モータ制御部４３および転舵モータ制御部４４は、異常判定部４５が反力モータ１６および転舵モータ１７の制御に異常が発生したと判定した場合には、反力モータ１６および転舵モータ１７を停止させ、ステアリングホイール２の操舵角度に対する操向輪４の転舵角度を固定にする固定舵角制御を行うようにした。
したがって、反力モータ１６および転舵モータ１７の制御が行えなくなっても、運転者がステアリングホイール２に入力した操舵トルクによって、操向輪４を転舵させることができる。

（７）操舵側遊星ギヤ１３のリングギヤ１３ｒと反力モータ１６とを接続するウォーム１６ａ、ウォームホイール２２を、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１４ｒと転舵モータ１７とを接続するウォーム１７ａ、ウォームホイール２３よりもフリクションの小さいものを用い、異常判定部４５が反力モータ１６の制御に異常が発生したと判定した場合には、反力モータ１６の回転を係止する係止部材２６によって反力モータ１６の回転を固定し、異常判定部４５が転舵モータ１７の制御に異常が発生したと判定した場合には、転舵モータ１７への電力の供給を遮断することによって転舵モータ１７の回転を固定するようにした。
したがって、反力モータ１６は、トルク制御されてステアリングホイール２に操舵反力を付与するため、ウォームホイール２２とウォーム１６ａとの間のフリクションが小さいことにより、操舵反力の制御精度を高めることができる。
一方、ウォームホイール２２とウォーム１６ａとの間のフリクションが小さいため、ウォームホイール２２からウォーム１６ａへトルクが伝達し易く、反力モータ１６に電力を供給しないようにするだけではリングギヤ１３ｒを固定することができない。そこで、係止部材２６を設けることにより、リングギヤ１３ｒの回転を確実に固定することができる。
また転舵モータ１７は、角度制御されて操向輪４の転舵角を制御するため、ウォームホイール２３とウォーム１７ａとの間のフリクションが大きくても転舵角制御を悪化させることがない。
また、ウォームホイール２３とウォーム１７ａとの間のフリクションが大きい、ウォームホイール２３からウォーム１７ａへトルクが伝達し難く、転舵モータ１７に電力を供給しないようにするだけで、リングギヤ１４ｒを固定することができる。

（８）操舵軸３、転舵軸５をそれぞれ操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のキャリヤ１３ｃ，１４ｃに接続し、反力モータ１６、転舵モータ１７をそれぞれ操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１３ｒ，１４ｒに接続し、回転伝達軸１８の両端をそれぞれ操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１３ｓ，１４ｓに接続するようにした。
したがって、反力モータ１６および転舵モータ１７の制御に異常が発生し、固定舵角制御を行う際に、操舵軸３の回転角度と転舵軸５の回転角度を等しくすることが可能となり、操舵フィーリングの低下を防止することができる。

（９）操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１３ｒ，１４ｒに対して、増速比となるサンギヤ１３ｓ，１４ｓに回転伝達軸１８を接続するようにした。
この構成により、ロック機構１５にかかるトルクが小さくすることが可能となるため、ロック機構１５の強度を小さくすることができる。

（１０）反力モータ１６、転舵モータ１７をそれぞれ操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１３ｒ，１４ｒに接続するようにした。
反力モータ１６、転舵モータ１７を外周側に設置することができ、操舵機構６の小型化を図ることができる。またステアバイワイヤ制御装置を搭載していない車両の可変舵角制御装置の多くがモータをリングギヤに接続しており、それらの可変舵角制御装置を流用することができる。

（１１）車両５０において、運転者が操舵操作するステアリングホイール２と、転舵を行う操向輪４と、複数の回転要素からなる操舵側遊星ギヤ１３と転舵側遊星ギヤ１４と、ステアリングホイール２に入力した操舵トルクを伝達し、操舵側遊星ギヤ１３のキャリヤ１３ｃに接続した操舵軸３と、操向輪４を転舵させる転舵力を伝達し、転舵側遊星ギヤ１４のキャリヤ１４ｃに接続した転舵軸５と、ステアリングホイール２に付与する反力トルクを発生し、操舵側遊星ギヤ１３のリングギヤ１３ｒに接続した反力モータ１６と、操向輪４を転舵させる転舵力を発生し、転舵側遊星ギヤ１４のリングギヤ１４ｒに接続した転舵モータ１７と、反力モータ１６を制御する反力モータ制御部４３と、転舵モータ１７を制御する転舵モータ制御部４４と、操舵側遊星ギヤ１３のサンギヤ１３ｓと、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１４ｓとを接続する回転伝達軸１８と、回転伝達軸１８の回転を固定することによりステアリングホイール２から操向輪４への力の伝達を遮断し、回転伝達軸１８の回転を自由にすることによりステアリングホイール２から操向輪４への力の伝達を行うロック機構１５と、ロック機構１５を制御するロック機構制御部４６を設けた。
したがって、回転伝達軸１８の回転を固定して、操舵側遊星ギヤ１３のサンギヤ１３ｓと、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１４ｓの回転を固定することにより、ステアリングホイール２から操向輪４への力の伝達を遮断することが可能となる。このためステアバイワイヤ制御時に回転自由となる要素がないため、操向輪４の転舵方向が変化したとしても要素の慣性力がステアリングホイール２側に伝達することを抑制し、運転者に違和感を与えることを防止することができる。

［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

図１１は操舵機構６の構成概略図である。実施例１の車両用操舵装置１では、操舵軸３、転舵軸５を操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のキャリヤ１３ｃ、１４ｃに接続し、回転伝達軸１８を操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１３ｓ、１４ｓに接続しているが、他の要素に接続しても良い。例えば図１１に示すように、操舵軸３、転舵軸５を操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１３ｓ、１４ｓに接続し、回転伝達軸１８を操舵側遊星ギヤ１３、転舵側遊星ギヤ１４のキャリヤ１３ｃ、１４ｃに接続するようにしても良い。

図１２は操舵機構６の構成概略図である。実施例１の車両用操舵装置１では、操舵側遊星ギヤ１３と転舵側遊星ギヤ１４の各回転要素と各部材とが対称になるように接続しているが、非対称となるように接続しても良い。例えば図１２に示すように、操舵軸３を操舵側遊星ギヤ１３のキャリヤ１３ｃ、転舵軸５を転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１４ｓに接続し、回転伝達軸１８の一端を操舵側遊星ギヤ１３のサンギヤ１３ｓ、他端を転舵側遊星ギヤ１４のキャリヤ１４ｃに接続しても良い。

この場合、反力モータ１６および転舵モータ１７の制御に異常が発生し、固定舵角制御を行う際に、操舵軸３の回転角度と転舵軸５の回転角度が異なることとなる。しかしラック１０、ピニオン１１のギヤ比を調節することによって、ステアリングホイール２に対する操向輪４の転舵角を一致させることが可能となり、操舵フィーリングの低下を防止することができる。

図１３は操舵機構６の構成概略図である。実施例１の車両用操舵装置１では、操舵側遊星ギヤ１３のサンギヤ１３ｓと転舵側遊星ギヤ１４のサンギヤ１４ｓとを回転伝達軸１８によって連結していたが、回転伝達軸１８の一部にワイヤ式回転伝達機構２７を用いるようにしても良い。

また実施例１では、差動伝達機構として遊星ギヤを用いて説明したが、遊星ロータ等でも良く、３つの回転要素を持つものであれば特に限定しない。

１ 車両用操舵装置
２ ステアリングホイール（操舵部）
３ 操舵軸
４ 操向輪
５ 転舵軸
６ 操舵機構
７ 操舵角度センサ（操舵角度検出手段）
８ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
９ 転舵角度センサ（転舵角度検出手段）
１３ 操舵側遊星ギヤ（操舵側差動伝達機構）
１３ｃ キャリヤ（第１回転要素）
１３ｒ リングギヤ（第２回転要素）
１３ｓ サンギヤ（第３回転要素）
１４ 転舵側遊星ギヤ（転舵側差動伝達機構）
１４ｃ キャリヤ（第１回転要素）
１４ｒ リングギヤ（第２回転要素）
１４ｓ サンギヤ（第３回転要素）
１５ ロック機構
１６ 反力モータ
１６ａ ウォーム（減速器）
１７ 転舵モータ
１７ａ ウォーム（減速器）
１８ 回転伝達軸
２２ ウォームホイール（減速器）
２３ ウォームホイール（減速器）
２６ 係止部材
４３ 反力モータ制御部（反力モータ制御手段）
４４ 転舵モータ制御部（転舵モータ制御手段）
４５ 異常判定部（異常判定手段）
４６ ロック機構制御部（ロック機構制御手段）
５０ 車両

Claims (11)

1. 運転者が操舵操作する操舵部と、
   転舵を行う操向輪と、
   ３つの回転要素からなる操舵側差動伝達機構と、
   ３つの回転要素からなる転舵側差動伝達機構と、
   前記操舵部と接続するとともに、前記操舵側差動伝達機構の第１回転要素に接続した操舵軸と、
   前記操向輪と接続するとともに、前記転舵側差動伝達機構の第１回転要素に接続した転舵軸と、
   前記操舵側差動伝達機構の第２回転要素に接続した反力モータと、
   前記転舵側差動伝達機構の第２回転要素に接続した転舵モータと、
   前記反力モータを制御する反力モータ制御手段と、
   前記転舵モータを制御する転舵モータ制御手段と、
   前記操舵側差動伝達機構の第３回転要素と、前記転舵側差動伝達機構の第３回転要素とを接続する回転伝達軸と、
   前記回転伝達軸の回転を固定、または前記回転伝達軸の回転を自由にするロック機構と、
   前記ロック機構を制御するロック機構制御手段と、
   を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵部の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記操舵部の操舵角度を検出する操舵角度検出手段と、
   を有し、
   前記反力モータ制御手段は、前記操舵トルク検出手段が検出した前記操舵トルクと、前記操舵角度検出手段が検出した前記操舵角度とに基づいて前記反力モータにより前記操舵部に付与する前記反力トルクを制御することを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   前記操向輪の転舵角度を検出する転舵角度検出手段と、
   前記操舵部の操舵角度を検出する操舵角度検出手段と、
   を有し、
   前記転舵モータ制御手段は、前記転舵角度検出手段が検出した前記転舵角度と、前記操舵角度検出手段が検出した前記操舵角度とに基づいて前記転舵モータにより前記操向輪の前記転舵角度を制御することを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
   前記反力モータまたは前記転舵モータの制御に異常が発生したことを判定する異常判定手段を有し、
   前記ロック機構制御手段は、前記異常判定手段が前記反力モータまたは前記転舵モータの制御に異常が発生したと判定した場合には、前記ロック機構を前記回転伝達軸の回転を自由にすることにより前記操舵部から前記操向輪への力の伝達を行うように制御することを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項４に記載の車両用操舵装置において、
   前記反力モータ制御手段または前記転舵モータ制御手段は、前記異常判定手段が前記反力モータ、前記転舵モータの一方のモータの制御に異常が発生したと判定した場合には、前記一方のモータを停止し、他方のモータにより前記操舵部の前記操舵角度に対して前記操向輪の前記転舵角度を可変にする可変舵角制御を行うことを特徴とする車両用操舵装置。
6. 請求項４に記載の車両用操舵装置において、
   前記反力モータ制御手段および前記転舵モータ制御手段は、前記異常判定手段が前記反力モータおよび前記転舵モータの制御に異常が発生したと判定した場合には、前記反力モータおよび前記転舵モータを停止させ、前記操舵部の前記操舵角度に対する前記操向輪の前記転舵角度を固定にする固定舵角制御を行うことを特徴とする車両用操舵装置。
7. 請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵側差動伝達機構の第２回転要素と前記反力モータとを接続する減速器を、前記転舵側差動伝達機構の第２回転要素と前記転舵モータとを接続する減速器よりもフリクションの小さいものを用い、
   前記異常判定手段が前記反力モータの制御に異常が発生したと判定した場合には、前記反力モータの回転を係止する係止部材によって前記反力モータの回転を固定し、
   前記異常判定手段が前記転舵モータの制御に異常が発生したと判定した場合には、前記転舵モータへの電力の供給を遮断することによって前記転舵モータの回転を固定することを特徴とする車両用操舵装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵側差動伝達機構の前記第１回転要素と前記転舵側差動伝達機構の前記第１回転要素、前記操舵側差動伝達機構の前記第２回転要素と前記転舵側差動伝達機構の前記第２回転要素、前記操舵側差動伝達機構の前記第３回転要素と前記転舵側差動伝達機構の前記第３回転要素はそれぞれ同種の回転要素であることを特徴とする車両用操舵装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵側差動伝達機構の前記第３回転要素は、前記操舵側差動伝達機構の前記第１回転要素および前記第２回転要素に対して増速比となる回転要素であって、
   前記転舵側差動伝達機構の前記第３回転要素は、前記転舵側差動伝達機構の前記第１回転要素および前記第２回転要素に対して増速比となる回転要素であることを特徴とする車両用操舵装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
    前記操舵側差動伝達機構の前記第２回転要素と、前記転舵側差動伝達機構の前記第２回転要素はリングギヤであることを特徴とする車両用操舵装置。
11. 運転者が操舵操作する操舵部と、
    転舵を行う操向輪と、
    ３つの回転要素からなる操舵側差動伝達機構と、
    ３つの回転要素からなる転舵側差動伝達機構と、
    前記操舵部と接続するとともに、前記操舵側差動伝達機構の第１回転要素に接続した操舵軸と、
    前記操向輪と接続するとともに、前記転舵側差動伝達機構の第１回転要素に接続した転舵軸と、
    前記操舵側差動伝達機構の第２回転要素に接続した反力モータと、
    前記転舵側差動伝達機構の第２回転要素に接続した転舵モータと、
    前記反力モータを制御する反力モータ制御手段と、
    前記転舵モータを制御する転舵モータ制御手段と、
    前記操舵側差動伝達機構の第３回転要素と、前記転舵側差動伝達機構の第３回転要素とを接続する回転伝達軸と、
    前記回転伝達軸の回転を固定、または前記回転伝達軸の回転を自由にするロック機構と、
    前記ロック機構を制御するロック機構制御手段と、
    を設けたことを特徴とする車両用操舵装置付き車両。

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