JP2011046284A - ステアバイワイヤ式操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 転舵用モータが失陥してもトー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができ、かつトー角調整用モータが失陥してもトー角調整機構を固定して安全に走行でき、構成がコンパクトなステアバイワイヤ式操舵装置を提供する。
【解決手段】 転舵用モータ６と、その回転を転舵軸１０に伝える転舵動力伝達機構１８と、トー角調整用モータ７と、その回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構３４とを備える。転舵用モータ６の失陥時、転舵動力伝達機構１８を固定しトー角調整用モータ７で転舵を行わせ、トー角調整用モータ７の失陥時、トー角調整動力伝達機構３４を固定し転舵用モータ６で転舵のみを行わせる切換手段１７を設ける。転舵動力伝達機構１８とトー角調整動力伝達機構３４の一部を遊星歯車機構２３，３７で構成し、その歯車の回転を選択的に止める機構で切換手段１７を構成する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールで操舵を行うようにしたステアバイワイヤ式操舵装置に関する。

この種のステアバイワイヤ式操舵装置において、操舵輪を転舵する転舵用モータが失陥しても、補助モータによって操舵輪を転舵するように構成したものが提案されている（特許文献１）。
また、前輪系統または後輪系統における左右輪を独立に転舵するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、異常時に前記左右輪のそれぞれをトーインあるいはトーアウト状態に制御して制動力を得る方法が提案されている（特許文献２）。

特開２００５−３４９８４５号公報 特開２００５−２６３１８２号公報

特許文献１に開示の技術は、転舵用モータの失陥時に補助モータを作動させるフェールセーフ機能を持たせたものであるが、転舵用モータが正常である場合、補助モータは一切機能しておらず不経済である。
また、特許文献２に開示の技術は、各輪を独立に転舵する方法であるが、異常が生じた車輪は制御不能になるため、正常に転舵して危険回避する動作が取れないという問題がある。

この発明の目的は、転舵用モータが失陥してもトー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができるフェールセーフ機能を持たせ、かつトー角調整用モータが失陥してもトー角調整機構を固定して安全に走行でき、これら転操用モータ失陥時およびトー角調整用モータ失陥時の切換動作が正確に行われ、構成がコンパクトなステアバイワイヤ式操舵装置を提供することである。

この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、軸方向移動により操舵輪を転舵させ、かつ回転によって操舵輪のトー角を変える転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータの回転により前記転舵軸を軸方向に移動させる転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータの回転により前記転舵軸を回転させるトー角調整動力伝達機構と、前記操舵角センサの検出する操舵角を基に転舵角の指令信号およびトー角の指令信号を生成し、これら指令信号を前記転舵用モータおよびトー角調整用モータにそれぞれ与えるステアリング制御手段とを備えるステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵用モータが失陥したときに、前記転舵動力伝達機構を固定して前記トー角調整用モータで転舵を行わせ、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記トー角調整動力伝達機構を固定して前記転舵用モータによる転舵のみを行わせる切換手段を設け、前記転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構の一部を遊星歯車機構で構成し、前記切換手段を前記遊星歯車機構の歯車の回転を選択的に止める回転止め機構で構成したことを特徴とする。
この構成によると、転舵用モータが失陥したときに、切換手段で転舵動力伝達機構を固定してトー角調整用モータで転舵を行わせるようにしているので、転舵用モータ失陥時でも転舵可能なフェールセーフ機能を持たせられる。また、トー角調整用モータが失陥したときに、切換手段でトー角調整動力伝達機構を固定して転舵用モータによる転舵のみを行わせるようにしているので、トー角調整用モータ失陥時にトー角調整機構を固定して安全に走行できる。これら転舵用モータ失陥時およびトー角調整用モータ失陥時における転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構を固定する一連の動作は、転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構の一部を構成する遊星歯車機構の歯車の回転を、回転止め機構からなる切換手段により選択的に止めて行うので、その切換動作を正確に行うことができる。また、転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構の一部を遊星歯車機構で構成しているので、ステアバイワイヤ式操舵装置の各構成部品を狭いスペースに無理なく配置することができ、全体の構成をコンパクトにできる。

この発明において、前記転舵軸はその一部にボールねじ軸部を有し、前記転舵動力伝達機構は前記ボールねじ軸部に螺合するボールナットを有し、このボールナットの回転駆動で転舵軸を軸方向に移動させて転舵を行うものとしても良い。

この発明において、前記転舵軸はその一部にスプライン軸部を有し、前記トー角調整動力伝達機構は前記スプライン軸部に噛み合うスプラインナットを有し、このスプラインナットの回転駆動で転舵軸をその軸方向移動を許容しつつ回転させて、転舵軸からのタイロッドの突出長を変えることでトー角を調整するものとしても良い。

上記構成とする場合、前記スプライン軸部とスプラインナットとが滑り接触しているものであっても、転がり接触しているものであっても良い。いずれであっても、スプラインナットからスプライン軸部へ、力を良好に伝達することができる。

この発明において、前記トー角調整動力伝達機構は、前記転舵軸の両端に形成され前記タイロッドが螺合する互いに逆ねじとしたトー角調整用ねじ部を有し、転舵軸の一方向への回転で左右のタイロッドが突出し、転舵軸の他方向への回転で左右のタイロッドが後退するものとしても良い。
この構成によれば、１個のスプラインナットを回転させるだけで、転舵軸に対して作用左右のタイロッドを軸方向に進退させることができる。

この発明において、前記トー角調整用ねじ部が台形ねじであっても良い。

この発明において、前記トー角調整用ねじ部に廻り止めが設けられていても良い。

この発明において、前記転舵動力伝達機構を構成する第１の遊星歯車機構は、リングギヤおよびサンギヤに噛み合う複数の遊星ギヤがキャリアに支持され、リングギヤが前記転舵用モータの出力軸に結合もしくは係合し、サンギヤが前記トー角調整用モータの出力軸と結合もしくは係合し、かつキャリアが前記転舵軸のボールねじ軸部に螺合するボールナットの外周の歯に噛み合うものとし、前記トー角調整用動力伝達機構を構成する第２の遊星歯車機構は、リングギヤおよびサンギヤに噛み合う複数の遊星ギヤがキャリアに支持され、リングギヤが前記転舵軸のスプライン軸部に噛み合うスプラインナットの外周の歯に噛み合い、サンギヤが前記トー角調整用モータの出力軸と結合もしくは係合し、キャリアが前記回転止め機構の第１の回転停止手段によって固定可能であるものとしても良い。

この発明において、前記第１の遊星歯車機構のサンギヤと第２の遊星歯車機構のサンギヤとを、前記転舵軸と平行に配置した中間軸で連結しても良い。

この発明において、前記転舵用モータおよび前記トー角調整用モータの少なくともいずれか一方に中空モータを用いても良い。
この構成の場合、ステアバイワイヤ式操舵装置の各構成部品を狭いスペースに無理なく配置することができ、全体の構成をコンパクトにできる。

この発明において、前記回転止め機構は、通常の転舵動作時に、トー角調整用モータが所望の角度となった状態で前記第２の遊星歯車機構のリングギヤを第２の回転停止手段で回転停止させることでトー角を固定すると共に、前記第１の遊星歯車機構のサンギヤを第１の回転停止手段で固定することで、転舵用モータの回転出力を第１の遊星歯車機構のリングギヤからキャリアに伝達して転舵を行わせるものとしても良い。なお、上記通常の転舵動作時は、前記各モータが失陥していないときの転舵動作時である。

この発明において、トー角調整時には、トー角調整用モータがスプラインナットを回転させることで転舵軸を回転させるのと並行して、転舵用モータがボールナットを回転させることで転舵軸が軸方向へ移動しないようにするものとしても良い。

この発明において、前記回転止め機構は、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記第２の遊星歯車機構のリングギヤを前記第２の回転停止手段で回転停止させることでスプラインナットを固定し、前記転舵用モータの回転出力を第１の遊星歯車機構のリングギヤからキャリアに伝達して転舵を行わせるものとしても良い。

この発明において、前記回転止め機構は、前記転舵用モータが失陥したときに、前記第２の遊星歯車機構のリングギヤを前記第２の回転停止手段で回転停止させることでスプラインナットを固定すると共に、第２の遊星歯車機構のキャリアの前記第１の回転停止手段による回転止めを解除することでサンギヤを回転可能とし、かつ前記第１の遊星歯車機構のリングギヤを第３の回転停止手段で回転停止させることで前記トー角調整用モータの回転出力を第１の遊星歯車機構のサンギヤおよびキャリアに伝達して転舵を行わせるものとしても良い。

この発明において、前記回転止め機構における第１の回転停止手段はリニアソレノイドからなり、そのプランジャが、前記第２の遊星歯車機構のキャリアにこれと同軸に固定された固定用リングの外周の切欠き部に係脱自在となるように配置しても良い。

この発明において、前記回転止め機構における第２および第３の回転停止手段はリニアソレノイドからなり、そのプランジャが、対応する遊星歯車機構のリングギヤの外周に形成された複数の回転止め歯のいずれかに係脱自在となるように配置しても良い。

この発明において、前記トー角調整用モータの最大発生トルクを前記転舵用モータの最大発生トルクよりも小さくしても良い。
トー角調整用モータによるトー角調整および転舵用モータ失陥時の転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵用モータに必要なトルクよりもはるかに小さいものである。したがって、トー角調整用モータは、転舵用モータよりも小型のもので良い。

この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、軸方向移動により操舵輪を転舵させ、かつ回転によって操舵輪のトー角を変える転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータの回転により前記転舵軸を軸方向に移動させる転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータの回転により前記転舵軸を回転させるトー角調整動力伝達機構と、前記操舵角センサの検出する操舵角を基に転舵角の指令信号およびトー角の指令信号を生成し、これら指令信号を前記転舵用モータおよびトー角調整用モータにそれぞれ与えるステアリング制御手段とを備えるステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵用モータが失陥したときに、前記転舵動力伝達機構を固定して前記トー角調整用モータで転舵を行わせ、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記トー角調整動力伝達機構を固定して前記転舵用モータによる転舵のみを行わせる切換手段を設け、前記転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構の一部を遊星歯車機構で構成し、前記切換手段を前記遊星歯車機構の歯車の回転を選択的に止める回転止め機構で構成したため、転舵用モータが失陥してもトー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができるフェールセーフ機能を持たせ、かつトー角調整用モータが失陥してもトー角調整機構を固定して安全に走行でき、これら転操用モータ失陥時およびトー角調整用モータ失陥時の切換動作が正確に行われ、しかも構成がコンパクトである。

この発明の一実施形態にかかるステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成を示すブロック図である。 同ステアバイワイヤ式操舵装置における転舵軸駆動部の断面図である。 同転舵軸駆動部における転舵動力伝達機構の拡大断面図である。 同転舵軸駆動部におけるトー角調整動力伝達機構の拡大断面図である。 同転舵軸駆動部における切換手段の第１の回転停止手段の構成を示す正面図である。 同切換手段の第２および第３の回転停止手段の構成を示す正面図である。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。このステアバイワイヤ式操舵装置は、図１に概略図で示すように、運転者が操舵するステアリングホイール１と、操舵角センサ２と、操舵トルクセンサ３と、操舵反力モータ４と、左右の車輪１３にナックルアーム１２およびタイロッド１１を介して連結された転舵用の軸方向移動自在な転舵軸１０と、この転舵軸１０を駆動する転舵軸駆動部１４と、転舵角センサ８と、ＥＣＵ（電気制御ユニット）５とを備える。ＥＣＵ５は、ステアリング制御手段５ａおよび失陥対応制御手段５ｂを含む。ＥＣＵ５およびその各制御手段５ａ，５ｂは、マイクロコンピュータおよびその制御プログラムを含む電子回路等により構成される。

ステアリングホイール１は、転舵用の転舵軸１０と機械的に連結されていない。ステアリングホイール１に対して、操舵角センサ２および操舵トルクセンサ３が設けられ、操舵反力モータ４が接続されている。操舵角センサ２は、ステアリングホイール１の操舵角を検出するセンサである。操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に作用する操舵トルクを検出するセンサである。操舵反力モータ４は、ステアリングホイール１に反力トルク付与するモータである。

図２は転舵軸１０を駆動する転舵軸駆動部１４の詳細を断面図で示す。この転舵軸駆動部１４には、転舵軸１０を軸方向に移動させて車輪１３の転舵を行う転舵機構１５と、車輪１３のトー角調整を行うトー角調整機構１６と、切換手段１７とが設けられている。

転舵機構１５は、転舵用モータ６と、この転舵用モータ６の回転により転舵軸１０を軸方向に移動させる転舵動力伝達機構１８とを備える。

転舵用モータ６は、転舵軸駆動部１４のハウジング１９に、モータ軸心が前記転舵軸１０と平行になる姿勢で取り付けられている。転舵用モータ６は中空モータであって、筒状の中空モータ軸２０を有する。この中空モータ軸２０は転がり軸受２２を介してハウジング１９に回転自在に支持されている。この中空モータ軸２０の中空部内に、転舵軸１０と平行に設けた中間軸２１が挿通され、転がり軸受６２を介して回転自在に支持されている。転舵軸１０の一部（図２の右側部分）にはボールねじ軸部１０ａが形成されている。また、転舵軸１０の他部（図２の左側部分）にはスプライン軸部１０ｂが形成されている。

転舵動力伝達機構１８は、リングギヤ２４、サンギヤ２５、キャリア２６、および前記リングギヤ２４の内周に形成された内歯２４ａ（図３）とサンギヤ２５とに噛み合う複数の遊星ギヤ２７からなる第１の遊星歯車機構２３と、前記キャリア２６にこれと同軸に固定された出力ギヤ２８と、この出力ギヤ２８と噛み合う入力ギヤ２９と、この入力ギヤ２９に固定されて前記転舵軸１０のボールねじ軸部１０ａに螺合するボールナット３０とでなる。

前記リングギヤ２４は、転舵用モータ６の中空モータ軸２０の一端に、これと同軸に固定されている。前記サンギヤ２５は、前記中間軸２１の一端部にこれと同軸に固定されている。前記キャリア２６は、転がり軸受３１，３２を介して前記リングギヤ２４と中間軸２１の一端との間で中間軸２１と同心に回転自在に支持されている。前記遊星ギヤ２７は、前記キャリア２６に回転自在に支持されている。前記入力ギヤ２９は、転がり軸受３３を介して前記ハウジング１９に回転自在に支持されている。

トー角調整機構１６は、トー角調整用モータ７と、このトー角調整用モータ７の回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構３４とを備える。

トー角調整用モータ７は、転舵軸駆動部１４のハウジング１９に、モータ軸心を転舵軸１０と同心に位置させて取り付けられている。トー角調整用モータ７も中空モータであって、その筒状の中空モータ軸３５の中空部内に転舵軸１０が挿通している。中空モータ軸３５は、転がり軸受３６を介して前記ハウジング１９に回転自在に支持されている。

トー角調整動力伝達機構３４は、リングギヤ３８、サンギヤ３９、キャリア４０、および前記リングギヤ３８の内周に形成された内歯３８ａ（図４）とサンギヤ３９とに噛み合う複数の遊星ギヤ４１からなる第２の遊星歯車機構３７と、前記トー角調整用モータ７の中空モータ軸３５の一端に、これと同軸に固定された出力ギヤ４２と、前記中間軸２ 1の他端部にこれと同軸に固定され前記出力ギヤ４２に噛み合う中間ギヤ４３と、前記リングギヤ３８の外周に形成された外歯３８ｂ（図４）に噛み合う入力ギヤ４４と、この入力ギヤ４４に固定され転舵軸１０のスプライン軸部１０ｂにボール４６を介してスプライン嵌合するスプラインナット４５とでなる。

なお、この実施形態では、転舵軸１０のスプライン軸部１０ｂとスプラインナット４５とが、ボール４６を介して互いに転がり接触しているが、両者が滑り接触していても良い。いずれであっても、スプラインナット４５からスプライン軸部１０ｂへ、回転を良好に伝達することができる。

前記リングギヤ３８は、転がり軸受４７，４８（図４）を介して前記ハウジング１９と前記中間軸２１の他端部との間で中間軸２１と同心に回転自在に支持されている。前記サンギヤ３９は、前記中間軸２１の他端部にこれと同軸に固定されている。前記キャリア４０は、転がり軸受４９，５０（図４）を介して前記リングギヤ３８と前記中間軸２１との間で中間軸２１と同心に回転自在に支持されている。前記遊星ギヤ４１は、前記キャリア４０に回転自在に支持されている。前記入力ギヤ４４は、転がり軸受６３を介して前記ハウジング１９に回転自在に支持されている。

トー角調整機構１６は、前記トー角調整用モータ７およびトー角調整動力伝達機構３４とは別に、転舵軸１０の両端に形成され左右のタイロッド１１がそれぞれ螺合するトー角調整用ねじ部１０ｃを備える。これらのトー角調整用ねじ部１０ｃは互いに逆ねじとした雌ねじ部からなり、転舵軸１０の一方向への回転で左右のタイロッド１１が互いに突出し、転舵軸１０の他方向への回転で左右のタイロッド１１が互いに後退するようにされている。トー角調整用ねじ部１０ｃは、例えば台形ねじとされる。また、トー角調整用ねじ部１０ｃには廻り止めが設けられていても良い。

切換手段１７は、転舵用モータ６が失陥したときに前記転舵動力伝達機構１８を固定して前記トー角調整用モータ７で転舵を行わせ、トー角調整用モータ７が失陥したときに前記トー角調整動力伝達機構３４を固定して前記転舵用モータ６による転舵のみを行わせる手段である。この切換手段１７は、３つの回転停止手段５１，５２，５３を有する回転止め機構からなる。

第１の回転停止手段５１は、第２の遊星歯車機構３７におけるキャリア４０を選択的に回転停止させることができる手段であって、図４および図５に示すように、キャリア４０にこれと同軸に固定され外周の一部に切欠き部５４ａを有する固定用リング５４と、この固定用リング５４の切欠き部５４ａにプランジャ５５ａが係脱自在となるように前記ハウジング１９に設置したリニアソレノイド５５とでなる。

第２の回転停止手段５２は、第２の遊星歯車機構３７におけるリングギヤ３８を選択的に回転停止させることができる手段であって、図４および図６に示すように、リングギヤ３８の外周に形成された複数の回転止め歯３８ｃと、この回転止め歯３８ｃのいずれかにプランジャ５６ａが係脱自在となるように前記ハウジング１９に設置されたリニアソレノイド５６とでなる。

第３の回転停止手段５３は、第１の遊星歯車機構２３におけるリングギヤ２４を選択的に回転停止させることができる手段であって、図３および図６に示すように、リングギヤ２４の外周に形成された複数の回転止め歯２４ｃと、この回転止め歯２４ｃのいずれかにプランジャ５７ａが係脱自在となるように前記ハウジング１９に設置されたリニアソレノイド５７とでなる。

図１において、ＥＣＵ５のステアリング制御手段５ａは、操舵反力モータ４、転舵用モータ６、およびトー角調整用モータ７を制御する。すなわち、ステアリング制御手段５ａは、操舵角センサ２の検出する操舵角の信号、図示しない車速センサの検出する車輪回転速度の信号、および運転状態を検出する各種センサの信号に基づいて目標操舵反力を設定し、実際の操舵信号をフィードバックして、操舵反力モータ４を制御する。

また、前記ステアリング制御手段５ａは、トー角調整時に、トー角調整用モータ７がスプラインナット４５を回転させることで転舵軸１０を回転させるのと並行して、転舵用モータ６がボールナット３０を回転させるように転舵用モータ６を制御して、転舵軸１０が軸方向へ移動しないようにする。

失陥対応制御手段５ｂは、切換手段１７の各リニアソレノイド５５〜５７を制御する。すなわち、失陥対応制御手段５ｂは、転舵用モータ６の失陥、およびトー角調整用モータ７の失陥を検出した場合に、前記各リニアソレノイド５５〜５７を選択的に動作させることで、前記第１および第２の遊星歯車機構２３，３７の歯車を選択的に止めて、トー角調整用モータ７による転舵や、転舵用モータ６による転舵のみを行うなどの対応をする。失陥対応制御手段５ｂによる転舵用モータ６の失陥、およびトー角調整用モータ７の失陥の検出は、各モータ電流の監視手段等からなる各モータ失陥検出手段（図示せず）により行われる。

次に、このステアバイワイヤ式操舵装置の転舵駆動部１４での動作を説明する。転舵用モータ６およびトー角調整用モータ７が正常である場合には、切換手段１７の第１の回転停止手段５１は第２の遊星歯車機構３７におけるキャリア４０を回転停止させている。トー角調整時には、切換手段１７の第２の回転停止手段５２は第２の遊星歯車機構３７のリングギヤ３８を回転停止から解除しており、トー角調整用モータ７の中空モータ軸３５の回転がトー角調整動力伝達機構３４を介してスプラインナット４５に伝達される。すなわち、中空モータ軸３５の回転が、出力ギヤ４２、中間ギヤ４３、サンギヤ３９、リングギヤ３８、入力ギヤ４４を経てスプラインナット４５に伝達される。これにより転舵軸１０が回転して、転舵軸１０の両端のトー角調整用ねじ部１０ｃに螺合しているタイロッド１１が進退し、トー角調整が行われる。

トー角調整用モータ７が所望の角度となった状態で、切換手段１７の第２の回転停止手段５２は、第２の遊星歯車機構３７のリングギヤ３８を回転停止させる。これにより、トー角調整用モータ７の中空モータ軸３５の回転はスプラインナット４５に伝達されず、トー角が一定に固定される。また、このとき第２遊星歯車機構３７のサンギヤ３９も回転停止となって、これに中間軸２１を介して連結されている第１の遊星歯車機構２３のサンギヤ２５も回転停止となる。

この通常状態で、切換手段１７の第３の回転停止手段５３は、第１の遊星歯車機構２３のリングギヤ２４を回転停止から解除しており、転舵用モータ６の中空モータ軸２０の回転が転舵動力伝達機構１８を介してボールナット３０に伝達される。すなわち、中空モータ軸２０の回転が、リングギヤ２４、遊星ギヤ２７、キャリア２６、出力ギヤ２８、入力ギヤ２９を経てボールナット３０に伝達される。これにより転舵軸１０が軸方向に移動して、車輪１３の操舵が行われる。トー角調整動力伝達機構３４のスプラインナット４５は、転舵軸１０のスプライン軸部１０ｂにスプライン嵌合しているので、転舵軸１０の軸方向移動が許容される。

トー角調整用モータ７が失陥した場合、ＥＣＵ５の失陥対応制御手段５ｂからの指令により、切換手段１７は第２の回転停止手段５２で第２の遊星歯車機構３７のリングギヤ３８を回転停止させることで、スプラインナット４５を回転しないように固定し、転舵用モータ６の回転出力を第１の遊星歯車機構２３のリングギヤ２３からキャリア２６を経てボールナット３０に伝達する。これによりトー角調整動力伝達機構３４を固定して、転舵用モータ６による転舵のみが行われる。

転舵用モータ６が失陥した場合、ＥＣＵ５の失陥対応制御手段５ｂからの指令により、切換手段１７は第２の回転停止手段５２で第２の遊星歯車機構３７のリングギヤ３８を回転停止させることで、スプラインナット４５を回転しないように固定すると共に、第１の回転停止手段５１による第２の遊星歯車機構３７のキャリア４０の回転停止を解除することでサンギヤ２５，３９を回転可能とし、さらに第３の回転停止手段５３で第１の遊星歯車機構２３のリングギヤ２４を回転停止させる。これにより、トー角調整用モータ７の中空モータ軸３５の回転が転舵動力伝達機構１８を介してボールナット３０に伝達される。すなわち、中空モータ軸３５の回転が、出力ギヤ４２、中間ギヤ４３、中間軸２１、サンギヤ２５、遊星ギヤ２７、キャリア２６、出力ギヤ２８、入力ギヤ２９を経てボールナット３０に伝達される。これにより、転舵用モータ６に代えて、トー角調整用モータ７の回転で転舵を行うことが可能となる。

このように、このステアバイワイヤ式操舵装置では、転舵用モータ６が失陥したときに、切換手段１７で転舵動力伝達機構１８を固定してトー角調整用モータ７で転舵を行わせるようにしているので、転舵用モータ失陥時でも転舵可能なフェールセーフ機能を持たせられる。また、トー角調整用モータ７が失陥したときに、切換手段１７でトー角調整動力伝達機構３４を固定して転舵用モータ６による転舵のみを行わせるようにしているので、トー角調整用モータ失陥時にトー角調整機構６を固定して安全に走行できる。これら転舵用モータ失陥時およびトー角調整用モータ失陥時における転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３４を固定する一連の動作は、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３４の一部を構成する遊星歯車機構２３、３７の歯車の回転を、回転止め機構からなる切換手段１７により選択的に止めて行うので、その切換動作を正確に行うことができる。また、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３４の一部を遊星歯車機構２３、３７で構成しているので、ステアバイワイヤ式操舵装置の各構成部品を狭いスペースに無理なく配置することができ、全体の構成をコンパクトにできる。

また、この実施形態では、転舵用モータ６およびトー角調整用モータ７として中空モータを用いているので、それらの中空モータ軸２０，３５の中空部内に中間軸２１および転舵軸１０それぞれ挿通させることができる。この点でも、ステアバイワイヤ式操舵装置の全体の構成をコンパクトにできる。転舵用モータ６およびトー角調整用モータ７のいずれか一方だけが中空モータであっても良い。

なお、トー角調整用モータ７によるトー角調整および転舵用モータ６の失陥のときの転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵用モータ６に必要なトルクよりもはるかに小さいものである。したがって、トー角調整用モータ７は、転舵用モータ６よりも小型のもので良い。

１…ステアリングホイール
２…操舵角センサ
５ａ…ステアリング制御手段
６…転舵用モータ
７…トー角調整用モータ
１０…転舵軸
１０ａ…ボールねじ軸部
１０ｂ…スプライン軸部
１０ｃ…トー角調整用ねじ部
１１…タイロッド
１７…切換手段
１８…転舵動力伝達機構
２１…中間軸
２３…第１の遊星歯車機構
２４…リングギヤ
２４ｃ…回転止め歯
２５…サンギヤ
２６…キャリア
３０…ボールナット
３４…トー角調整動力伝達機構
３７…第２の遊星歯車機構
３８…リングギヤ
３８ｃ…回転止め歯
３９…サンギヤ
４０…キャリア
４５…スプラインナット
５１…第１の回転停止手段
５２…第２の回転停止手段
５３…第３の回転停止手段
５４…固定用リング
５４ａ…切欠き部
５５〜５７…リニアソレノイド
５５ａ〜５７ａ…プランジャ

Claims (18)

1. 軸方向移動により操舵輪を転舵させ、かつ回転によって操舵輪のトー角を変える転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータの回転により前記転舵軸を軸方向に移動させる転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータの回転により前記転舵軸を回転させるトー角調整動力伝達機構と、前記操舵角センサの検出する操舵角を基に転舵角の指令信号およびトー角の指令信号を生成し、これら指令信号を前記転舵用モータおよびトー角調整用モータにそれぞれ与えるステアリング制御手段とを備えるステアバイワイヤ式操舵装置において、
   前記転舵用モータが失陥したときに、前記転舵動力伝達機構を固定して前記トー角調整用モータで転舵を行わせ、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記トー角調整動力伝達機構を固定して前記転舵用モータによる転舵のみを行わせる切換手段を設け、
   前記転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構の一部を遊星歯車機構で構成し、前記切換手段を前記遊星歯車機構の歯車の回転を選択的に止める回転止め機構で構成したことを特徴とするステアバイワイヤ式操舵装置。
2. 請求項１において、前記転舵軸はその一部にボールねじ軸部を有し、前記転舵動力伝達機構は前記ボールねじ軸部に螺合するボールナットを有し、このボールナットの回転駆動で転舵軸を軸方向に移動させて転舵を行うものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記転舵軸はその一部にスプライン軸部を有し、前記トー角調整動力伝達機構は前記スプライン軸部に噛み合うスプラインナットを有し、このスプラインナットの回転駆動で転舵軸をその軸方向移動を許容しつつ回転させて、転舵軸からのタイロッドの突出長を変えることでトー角を調整するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
4. 請求項３において、前記スプライン軸部とスプラインナットとが滑り接触しているステアバイワイヤ式操舵装置。
5. 請求項３において、前記スプライン軸部とスプラインナットとが転がり接触しているステアバイワイヤ式操舵装置。
6. 請求項３において、前記トー角調整動力伝達機構は、前記転舵軸の両端に形成され前記タイロッドが螺合する互いに逆ねじとしたトー角調整用ねじ部を有し、転舵軸の一方向への回転で左右のタイロッドが突出し、転舵軸の他方向への回転で左右のタイロッドが後退するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
7. 請求項６において、前記トー角調整用ねじ部が台形ねじであるステアバイワイヤ式操舵装置。
8. 請求項６において、前記トー角調整用ねじ部に廻り止めが設けられているステアバイワイヤ式操舵装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記転舵動力伝達機構を構成する第１の遊星歯車機構は、リングギヤおよびサンギヤに噛み合う複数の遊星ギヤがキャリアに支持され、前記リングギヤが前記転舵用モータの出力軸に結合もしくは係合し、前記サンギヤが前記トー角調整用モータの出力軸と結合もしくは係合し、かつ前記キャリアが前記転舵軸のボールねじ軸部に螺合するボールナットの外周の歯に噛み合うものとし、前記トー角調整用動力伝達機構を構成する第２の遊星歯車機構は、リングギヤおよびサンギヤに噛み合う複数の遊星ギヤがキャリアに支持され、前記リングギヤが前記転舵軸のスプライン軸部に噛み合うスプラインナットの外周の歯に噛み合い、前記サンギヤが前記トー角調整用モータの出力軸と結合もしくは係合し、前記キャリアが前記回転止め機構の第１の回転停止手段によって固定可能であるステアバイワイヤ式操舵装置。
10. 請求項９において、前記第１の遊星歯車機構のサンギヤと第２の遊星歯車機構のサンギヤとを、前記転舵軸と平行に配置した中間軸で連結したステアバイワイヤ式操舵装置。
11. 請求項１０において、前記転舵用モータおよび前記トー角調整用モータの少なくともいずれか一方に中空モータを用いたステアバイワイヤ式操舵装置。
12. 請求項９ないし請求項１１のいずれか１項において、前記回転止め機構は、通常の転舵動作時に、トー角調整用モータが所望の角度となった状態で前記第２の遊星歯車機構のリングギヤを第２の回転停止手段で回転停止させることでトー角を固定すると共に、前記第１の遊星歯車機構のサンギヤを第１の回転停止手段で固定することで、転舵用モータの回転出力を第１の遊星歯車機構のリングギヤからキャリアに伝達して転舵を行わせるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
13. 請求項１２において、トー角調整時には、トー角調整用モータがスプラインナットを回転させることで転舵軸を回転させるのと並行して、転舵用モータがボールナットを回転させることで転舵軸が軸方向へ移動しないようにするものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
14. 請求項９ないし請求項１３のいずれか１項において、前記回転止め機構は、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記第２の遊星歯車機構のリングギヤを前記第２の回転停止手段で回転停止させることでスプラインナットを固定し、前記転舵用モータの回転出力を第１の遊星歯車機構のリングギヤからキャリアに伝達して転舵を行わせるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
15. 請求項９ないし請求項１４のいずれか１項において、前記回転止め機構は、前記転舵用モータが失陥したときに、前記第２の遊星歯車機構のリングギヤを前記第２の回転停止手段で回転停止させることでスプラインナットを固定すると共に、第２の遊星歯車機構のキャリアの前記第１の回転停止手段による回転止めを解除することでサンギヤを回転可能とし、かつ前記第１の遊星歯車機構のリングギヤを第３の回転停止手段で回転停止させることで前記トー角調整用モータの回転出力を第１の遊星歯車機構のサンギヤおよびキャリアに伝達して転舵を行わせるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
16. 請求項９において、前記回転止め機構における第１の回転停止手段はリニアソレノイドからなり、そのプランジャが、前記第２の遊星歯車機構のキャリアにこれと同軸に固定された固定用リングの外周の切欠き部に係脱自在となるように配置したステアバイワイヤ式操舵装置。
17. 請求項１２ないし請求項１５のいずれか１項において、前記回転止め機構における第２および第３の回転停止手段はリニアソレノイドからなり、そのプランジャが、対応する遊星歯車機構のリングギヤの外周に形成された複数の回転止め歯のいずれかに係脱自在となるように配置したステアバイワイヤ式操舵装置。
18. 請求項１ないし請求項１７のいずれか１項において、前記トー角調整用モータの最大発生トルクを前記転舵用モータの最大発生トルクよりも小さくしたステアバイワイヤ式操舵装置。

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