JP2012040930A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、遊星ギヤの自転運動に基づいて、伝達比が固定されているか否かを判定できる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】伝達比可変機構１３は、入力軸１８に連結される入力サンギヤ５４と、出力軸１９に連結される出力サンギヤ５５と、入力サンギヤ５４と出力サンギヤ５５の双方に噛み合う遊星ギヤ５６と、遊星ギヤ５６をこの遊星ギヤ５６の中心軸線Ｌ２回りに自転可能に支持するキャリア５７とを含んでいる。また、車両用操舵装置１には、遊星ギヤ５６の自転運動を検出する遊星ギヤセンサ３５と、検出された遊星ギヤ５６の自転運動に基づいて伝達比θ２／θ１が固定されているか否かを判定する操舵制御部３８と、が備えられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。

操舵部材に連結される入力軸と、転舵機構に連結される出力軸との間に、入力軸と出力軸との間の回転伝達比を変更可能な伝達比可変機構を備える車両用操舵装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。伝達比可変機構は、例えば、遊星歯車機構により構成されており、電動モータ（伝達比制御モータ）が遊星歯車機構のキャリアを回転させること等により、回転伝達比を変更できるようになっている。

各上記特許文献の車両用操舵装置は、伝達比制御モータに異常が生じたことで回転伝達比を制御できなくなったフェール時等に伝達比制御モータの回転をロックするロック機構を備えている。ロック機構が伝達比制御モータの回転をロックすることにより、回転伝達比が機械的に固定される。
より具体的には、特許文献３の遊星歯車機構は、入力側のサンギヤと、出力側のサンギヤとが、遊星ギヤを介して連結されている。遊星ギヤは、キャリアに支持されている。キャリアの外周には、歯部が形成されており、この歯部にウォームが噛み合っている。ウォームは、モータに連結されている。ロック機構は、ウォームに形成されたスロットにピンを差し込むことで、ウォーム、電動モータのロータおよびキャリアの回転をロックする。これにより、回転伝達比が機械的に固定される。

特開２００２−１４５１０２号公報 特開２００８−２４０５８号公報 特表２００６−５２１９５７号公報

上記のように、伝達比可変機構は、遊星ギヤ等を備えており、遊星ギヤがサンギヤに対して回転（自転）できるようになっている。しかしながら、例えば、遊星ギヤとサンギヤとの間に異物が混入することで、遊星ギヤがサンギヤにロックされてしまう可能性がある。このようなロック状態が生じると、遊星ギヤがサンギヤに対して回転（自転）できなくなる。この場合、サンギヤと遊星ギヤとがサンギヤの中心軸線回りを一体回転する。その結果、回転伝達比が機械的に固定される。すなわち、遊星ギヤとサンギヤとがロックされた状態のときは、ロック機構を用いることなく、回転伝達比が固定される。

このように、遊星ギヤのロックにより回転伝達比が固定されている場合には、別途、伝達比をロックするための措置を講じなくて済むので、ロック機構の無用な動作を禁止することができる。そのためには、遊星ギヤのロックによって回転伝達比が固定されている状態を判定可能にする必要がある。
しかしながら、特許文献１〜３では、遊星ギヤ機構のロックについて、考慮されていない。

本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、遊星ギヤの自転運動に基づいて伝達比が固定されているか否かを判定できる車両用操舵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、本発明は、操舵部材（２）の操舵に応じて回転する入力軸（１８）と転舵機構（９）の動作に連動して回転する出力軸（１９）との間の伝達比（θ２／θ１）を変更可能な車両用操舵装置（１）において、前記入力軸に連結される第１ギヤ（５４）、前記出力軸に連結される第２ギヤ（５５）、前記第１ギヤと前記第２ギヤの双方に噛み合う遊星ギヤ（５６）、およびこの遊星ギヤをこの遊星ギヤの中心軸線（Ｌ２）回りに自転可能に支持するキャリア（５７）を含み、前記伝達比を変更可能な伝達比可変機構（１３）と、前記伝達比を制御するための伝達比制御モータ（１４）と、前記遊星ギヤの自転運動を検出するセンサ（３５）と、検出された前記遊星ギヤの自転運動に基づいて前記伝達比が固定されているか否かを判定する判定手段（４９）と、を備えることを特徴とする（請求項１）。

本発明によれば、例えば、伝達比可変機構の第１ギヤまたは第２ギヤと、遊星ギヤとの間に異物が混入することで、遊星ギヤが第１ギヤおよび第２ギヤに対してロックされることがある。このとき、遊星ギヤの自転運動が規制される結果、第１ギヤと第２ギヤとが一体的に回転することとなり、伝達比が固定される。したがって、遊星ギヤの自転運動が規制されているか否かをセンサで検出することで、伝達比が固定されているか否かを確実に判定できる。

なお、「遊星ギヤのロックによって伝達比が固定されている」とは、遊星ギヤが第１ギヤおよび第２ギヤに対して完全にロックされ、遊星ギヤの自転運動が完全に規制されることで伝達比が固定されていることを含む。また、「遊星ギヤのロックによって伝達比が固定されている」とは、遊星ギヤが、第１ギヤおよび第２ギヤに対して完全にはロックされていないけれども、異物等の混入に起因して遊星ギヤの自転運動の抵抗が大きく、遊星ギヤの自転運動が実質的に規制されていることで伝達比が実質的に固定されていることを含む。

また、本発明において、前記伝達比を固定するためのロック機構（２５）と、このロック機構を制御する制御部（３８）とをさらに備え、前記制御部は、検出された前記遊星ギヤの自転運動に基づいて前記伝達比が固定されていると判定されたときに、前記ロック機構による前記伝達比の固定を禁止する場合がある（請求項２）。
この場合、例えば、伝達比制御モータの故障等により伝達比制御を行うことができないモータフェール時において、ロック機構によって伝達比を機械的に固定できる。一方で、モータフェール時であっても、遊星ギヤのロックによって伝達比が固定されている場合には、ロック機構を用いることなく伝達比を固定できているので、ロック機構を用いて伝達比を固定する必要がない。したがって、ロック機構が無用な働きをすることを抑制できる。

また、本発明において、前記キャリアおよび前記遊星ギヤは、前記第１ギヤの中心軸線（Ｌ１）回りに一体回転可能に連結されており、前記センサは、前記キャリアに取り付けられている場合がある（請求項３）。
この場合、遊星ギヤとともに第１ギヤの中心軸線回りを回転するキャリア自体にセンサを取り付けることにより、センサが、遊星ギヤの自転運動をより精度よく検出できる。また、キャリア自体にセンサを取り付けているので、伝達比可変機構およびセンサが全体として占めるスペースを少なくでき、車両用操舵装置の小型化を達成できる。

また、本発明において、前記伝達比可変機構を収容するハウジング（５３）と、前記ハウジングに取り付けられた受信機（８０）とをさらに備え、前記センサの無線信号を前記受信機で受信可能とされている場合がある（請求項４）。
この場合、キャリアとともに回転するセンサからの信号を、センサから延びる出力線（電線）を用いることなく判定部に伝達できる。したがって、センサの回転運動を考慮した長い配線をセンサから受信機に延ばす必要がなく、配線スペースの省略を通じて車両用操舵装置の小型化を達成できる。

また、本発明において、前記センサは、前記伝達比制御モータが駆動しているときの前記遊星ギヤの自転運動を検出する場合がある（請求項５）。
この場合、伝達比制御モータによって伝達比可変機構が駆動されている状態、すなわち、遊星ギヤの自転がロックされていなければ、伝達比制御モータの駆動によって遊星ギヤが自転可能となっている状態で、遊星ギヤの自転運動を検出することができる。これにより、遊星ギヤの自転がロックされているか否かを、より確実に検出できる。

なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 伝達比可変機構の概略構成を示す一部断面図である。 センサ本体と遊星ギヤの歯部との関係を説明するための主要部の斜視図である。 センサ本体の出力信号（センサ出力）について説明するための図である。 （Ａ）は、ロック機構の主要部の断面図であり、ロック部材が第２位置にある状態を示しており、（Ｂ）は、ロック部材が第１位置にある状態を示している。 操舵制御装置による制御の流れの一例を説明するためのフローチャートである。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結された中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有し、自動車等の車両の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸８とを有している。ピニオン軸７およびラック軸８によりラックアンドピニオン機構からなる転舵機構９が構成されている。

ラック軸８は、車体に固定されるハウジング（図示せず）内に、複数の軸受（図示せず）を介して、軸方向Ｘ１に沿って直線往復動可能に支持されている。ラック軸８の各端部には、それぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１１に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、ラック軸８の軸方向Ｘ１の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。

また、車両用操舵装置１は、転舵機構９に操舵補助力を付与するための操舵補助機構１２と、操舵部材２の操舵角に対する転舵輪１１の転舵角の比（伝達比）を変更することのできる伝達比可変機構１３とを備えている。伝達比可変機構１３には、伝達比を変更するためのブラシレスモータからなる伝達比制御モータ１４が設けられている。また、伝達比可変機構１３には、操舵部材２に操舵反力を付与するためのブラシレスモータからなる反力補償モータ１５が設けられている。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２と伝達比可変機構１３との間に配置され操舵部材２の操舵に応じて回転する入力軸１８と、伝達比可変機構１３と中間軸５との間に配置され転舵機構９の動作に連動して回転する出力軸１９とを含む。
入力軸１８は、操舵部材２に一体回転可能に連結される第１軸１８ａと、第１軸１８ａにトーションバー２０を介して連結される第２軸１８ｂとを含む。トーションバー２０を介した第１軸１８ａと第２軸１８ｂの相対回転量は小さく、実質的に第１軸１８ａと第２軸１８ｂとは一体回転していると考えることができる。入力軸１８の回転角度（回転位置）を、操舵角θ１、出力軸１９の回転角度（回転位置）を転舵角θ２としたとき、入力軸１８から出力軸１９への回転の伝達比は、伝達比θ２／θ１として表される。この伝達比θ２／θ１は、伝達比可変機構１３によって変更可能となっている。

操舵補助機構１２は、ブラシレスモータからなる操舵補助モータ２１と、操舵補助モータ２１の出力回転を減速する減速機構２２と、を含む。減速機構２２は、例えば、ウォーム減速機構であり、操舵補助モータ２１のロータ２１ａに一体回転可能に連結されるウォーム軸２３と、出力軸１９に一体回転可能に連結されウォーム軸２３に噛み合うウォームホイール２４とを含む。

操舵補助モータ２１は、減速機構２２、出力軸１９および中間軸５を介して転舵機構９に動力伝達可能に連結されている。操舵補助モータ２１の出力は、減速機構２２を介して出力軸１９に伝達され、運転者の操舵を補助するようになっている。
車両用操舵装置１は、伝達比制御モータ１４の回転をロックすることで伝達比θ２／θ１を機械的に固定可能なロック機構２５を備えている。ロック機構２５によって、伝達比θ２／θ１が固定されるのは、例えば、伝達比制御モータ１４に異常が生じたとき（モータフェール時）である。

また、車両用操舵装置１は、複数のセンサとして、トルクセンサ３０、第１センサとしての第１レゾルバ３１、第２センサとしての第２レゾルバ３２、第３センサとしての第３レゾルバ３３、モータ電流センサ３４、自転検出センサとしての遊星ギヤセンサ３５、および走行状態センサ３６を備えている。
トルクセンサ３０は、トーションバー２０に隣接して配置されており、トーションバー２０のねじれに伴う第１軸１８ａと第２軸１８ｂとの相対回転量を検出することで、操舵部材２に負荷される操舵トルクを検出する。

第１レゾルバ３１は、伝達比制御モータ１４の後述するロータ１４ａの回転位置を検出するレゾルバであり、伝達比制御モータ１４に隣接して配置されている。伝達比制御モータ１４は、第１レゾルバ３１の検出値を用いるフィードバック制御により駆動制御される。
第２レゾルバ３２は、反力補償モータ１５の後述するロータ１５ａの回転位置を検出するレゾルバであり、反力補償モータ１５に隣接して配置されている。反力補償モータ１５は、第２レゾルバ３２の検出値を用いるフィードバック制御により駆動制御される。反力補償モータ１５は、伝達比可変機構１３の動作による操舵部材２の操舵反力（操舵反力の変化）を補償するためのモータである。

第３レゾルバ３３は、操舵補助モータ２１のロータ２１ａの回転位置を検出するレゾルバであり、操舵補助モータ２１に設けられている。操舵補助モータ２１は、第３レゾルバ３３の検出値を用いるフィードバック制御により駆動制御される。
遊星ギヤセンサ３５は、伝達比可変機構１３の後述する遊星ギヤ５６の自転運動を検出するために設けられている。遊星ギヤセンサ３５の詳細な構成は、後述する。

走行状態センサ３６は、車両の走行状態（車速、転舵角、車両のヨーレート等の、車両用操舵装置１の制御に関連する車両走行状態）を検出するセンサであり、複数のセンサによって構成されている。
車両用操舵装置１は、制御部３７を備えている。制御部３７は、操舵制御部３８と、操舵補助制御部３９とを含んでいる。操舵制御部３８は、伝達比制御モータ１４、反力補償モータ１５、およびロック機構２５の動作を制御することにより、操舵を制御する。操舵補助制御部３９は、操舵補助モータ２１の動作を制御することにより、操舵部材２の操舵を補助するための操舵補助力を制御する。

操舵制御部３８および操舵補助制御部３９は、それぞれ電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic ControlUnit)により構成され、例えば車載ネットワーク４０を介して互いに信号伝達可能に接続されている。
操舵制御部３８には、トルクセンサ３０、第１レゾルバ３１、第２レゾルバ３２、第３レゾルバ３３、モータ電流センサ３４、遊星ギヤセンサ３５、および走行状態センサ３６がそれぞれ接続されており、各センサ３０〜３６からの検出信号が、操舵制御部３８に入力されるようになっている。

操舵制御部３８は、ドライバ４１を介して伝達比制御モータ１４に接続されており、ドライバ４２を介して反力補償モータ１５に接続されている。また、操舵制御部３８は、ロック機構２５と、報知手段としての警告ランプ４４およびスピーカ４５とに接続されている。
操舵制御部３８は、所定のプログラムを実行することによってソフトウェア的に実現される機能処理部として、伝達比制御部４６と、反力制御部４７と、ロック制御部４８と、判定手段としての伝達比判定部４９と、を含んでいる。また、操舵制御部３８は、ＲＯＭ（Read Only Memory）５０を含んでいる。

伝達比制御部４６は、伝達比θ２／θ１を制御するべく、伝達比制御モータ１４の駆動を制御するようになっている。反力制御部４７は、操舵部材２に負荷される反力を制御するべく、反力補償モータ１５の駆動を制御するようになっている。
ロック制御部４８は、ロック機構２５の駆動を制御するようになっている。
伝達比判定部４９は、伝達比θ２／θ１が所定値（例えば、１）に固定されているか否かを判定するために設けられている。

また、警告ランプ４４の点灯、およびスピーカ４５による警告音の発生によって、車両用操舵装置１に何らかの異常が生じていることを運転者に報知することができる。操舵補助制御部３９は、ドライバ４３を介して操舵補助モータ２１に接続されている。
図２は、伝達比可変機構１３の概略構成を示す一部断面図である。図２に示すように、入力軸１８の第２軸１８ｂおよび出力軸１９は、互いの先端を相対向させて同軸上に配置されている。

伝達比可変機構１３は、全体として筒状をなすハウジング５３に収容されている。ハウジング５３の一端には、挿通孔５３ａが形成されている。この挿通孔５３ａには、入力軸１８の第１軸１８ａおよびトーションバー２０が挿通されている。また、ハウジング５３の他端には、挿通孔５３ｂが形成されている。この挿通孔５３ｂには、出力軸１９が挿通されている。

伝達比可変機構１３は、入力軸１８の第２軸１８ｂと同軸に並んで一体回転可能な入力サンギヤ５４と、入力サンギヤ５４と同軸に配置され、出力軸１９と一体回転可能な出力サンギヤ５５と、各サンギヤ５４，５５の双方に噛み合う遊星ギヤ５６と、遊星ギヤ５６を遊星ギヤ５６の中心軸線Ｌ２回りに自転可能に、且つ各サンギヤ５４，５５の中心軸線Ｌ１回りに公転可能に支持するキャリア５７と、を含んでいる。

入力サンギヤ５４は、第１ギヤとして設けられている。出力サンギヤ５５は、第２ギヤとして設けられている。入力サンギヤ５４、出力サンギヤ５５および遊星ギヤ５６は、例えば、平歯車である。なお、入力サンギヤ５４、出力サンギヤ５５および遊星ギヤ５６は、はすば歯車やねじ歯車等の他の歯車でもよい。
遊星ギヤ５６は、入力サンギヤ５４および出力サンギヤ５５を互いに関連付けるための一体成形品であり、中心軸線Ｌ１回りに複数（本実施の形態において、２つ）配置されている。入力サンギヤ５４、出力サンギヤ５５および遊星ギヤ５６は、キャリア５７の回転がロックされているときに、伝達比θ２／θ１が例えば１になるように設計されている。

キャリア５７は、筒状に形成されており、入力軸１８の第２軸１８ｂおよび出力軸１９が挿通されている。キャリア５７は、各遊星ギヤ５６とともに、各サンギヤ５４，５５の中心軸線Ｌ１の回りを回転可能である。キャリア５７は、第１部分５７ａと、第２部分５７ｂと、第３部分５７ｃとを含んでいる。
第１部分５７ａは、第１軸受７１を介してハウジング５３に回転可能に支持されている。この第１部分５７ａには、第１支軸挿通孔５７ｄが形成されている。第１支軸挿通孔５７ｄには、各遊星ギヤ５６の支軸５６ａの一端５６ｂが挿通されている。この一端５６ｂは、第２軸受７２を介して第１支軸挿通孔５７ｄの内周面に回転可能に支持されている。

第２部分５７ｂは、第１部分５７ａと第３部分５７ｃとの間に配置されている。この第２部分５７ｂには、第２支軸挿通孔５７ｅが形成されている。第２支軸挿通孔５７ｅには、各遊星ギヤ５６の支軸５６ａの他端５６ｃが挿通されている。この他端５６ｃは、第３軸受７３を介して第２支軸挿通孔５７ｅの内周面に回転可能に支持されている。また、第２部分５７ｂは、ころ軸受等の第４軸受７４を介して、出力軸１９を回転可能に支持している。

第３部分５７ｃは、第２部分５７ｂから減速機構２２に向かって延びている。第３部分５７ｃは、第５軸受７５を介してハウジング５３に回転可能に支持されている。
キャリア５７の第２部分５７ｂを取り囲むようにして、伝達比制御モータ１４が配置されている。伝達比制御モータ１４は、第２部分５７ｂの外周に一体回転可能に連結されたロータ１４ａと、ロータ１４ａを取り囲みハウジング５３に固定されたステータ１４ｂとを含んでいる。伝達比制御モータ１４の駆動によって、キャリア５７および各遊星ギヤ５６が中心軸線Ｌ１回りを回転するようになっている。これにより、伝達比θ２／θ１を変更可能となっている。

伝達比制御モータ１４に関連して、第１レゾルバ３１が配置されている。第１レゾルバ３１は、キャリア５７の第３部分５７ｃの外周に一体回転可能に連結されたロータ３１ａと、ロータ３１ａを取り囲みハウジング５３に固定されたステータ３１ｂとを含んでいる。キャリア５７に伝達比制御モータ１４のロータ１４ａおよび第１レゾルバ３１のロータ３１ａの双方が連結されていることにより、第１レゾルバ３１は、キャリア５７の回転位置（回転角）および伝達比制御モータ１４のロータ１４ａの回転位置を検出することが可能である。

また、キャリア５７の第２部分５７ｂには、遊星ギヤセンサ３５が設けられている。遊星ギヤセンサ３５は、遊星ギヤ５６の中心軸線Ｌ２回りの自転運動を検出するための回転センサである。この遊星ギヤセンサ３５は、１つの遊星ギヤ５６に隣接して設けられている。
遊星ギヤセンサ３５は、キャリア５７の第２部分５７ｂに取り付けられている。この遊星ギヤセンサ３５は、第２支軸挿通孔５７ｅに隣接して配置されており、且つ、遊星ギヤ５６の歯部５６ｄとは、中心軸線Ｌ２と平行な対向方向Ｆ１に隣接している。遊星ギヤセンサ３５は、センサ本体３５ａと、信号送信機３５ｂとを含んでいる。

図３は、センサ本体３５ａと遊星ギヤ５６の歯部５６ｄとの関係を説明するための主要部の斜視図である。図４は、センサ本体３５ａの出力信号（センサ出力Ｃ）について説明するためのグラフ図である。
図２、図３および図４を参照して、センサ本体３５ａは、遊星ギヤ５６の歯５６ｅには接触しない非接触式の近接センサである。このようなセンサとして、電磁誘導現象を用いる高周波発振センサ、磁石を用いる磁気センサ、または静電容量の変化を用いる静電容量センサを例示することができる。

センサ本体３５ａは、センサ本体３５ａと遊星ギヤ５６の歯部５６ｄの歯５６ｅとが対向方向Ｆ１に相対向しているとき、センサ出力Ｃとして、高出力信号（オン信号）を出力する。
一方、センサ本体３５ａは、センサ本体３５ａと歯５６ｅとが対向方向Ｆ１に対向していないとき、センサ出力Ｃとして、低出力信号（オフ信号）を出力する。したがって、遊星ギヤ５６が中心軸線Ｌ２回りを自転しているとき、高出力信号と低出力信号とが交互に出力され、センサ本体３５ａの出力信号は、図４に示すようなパルス信号となる。

図２を参照して、信号送信機３５ｂは、電線３５ｃを介してセンサ本体３５ａと電気的に接続されている。信号送信機３５ｂは、キャリア５７の第２部分５７ｂの外周部に配置されており、センサ本体３５ａの検出信号を、電波として出力するようになっている。信号送信機３５ｂに隣接するように、信号受信機８０が設けられている。
信号受信機８０は、ハウジング５３に固定されており、キャリア５７の第２部分５７ｂとはキャリア５７の径方向に隣接して配置されている。信号受信機８０は、キャリア５７の周方向に関して、例えば１箇所に配置されており、信号送信機３５ｂがキャリア５７の径方向に相対向したときに、信号送信機３５ｂからの電波を受信できるようになっている。信号受信機８０は、電線８１等を介して操舵制御部３８に電気的に接続されている。信号受信機８０が信号送信機３５ｂからの電波を受信することで、センサ本体３５ａの検出信号が操舵制御部３８に入力される。

また、信号受信機８０および信号送信機３５ｂによって、電力送信装置が形成されている。具体的には、操舵制御部３８から信号受信機８０に供給された電力を、例えば電磁誘導現象を用いて非接触で信号送信機３５ｂに送信するようになっている。これにより、信号受信機８０からの電力を用いて、遊星ギヤセンサ３５を駆動することができるようになっている。

遊星ギヤセンサ３５に対して入力軸１８側（図２の右側）には、反力補償モータ１５が配置されている。反力補償モータ１５は、入力軸１８の第２軸１８ｂの外周に連結されたロータ１５ａと、ロータ１５ａを取り囲みハウジング５３に固定されたステータ１５ｂとを含んでいる。
反力補償モータ１５に隣接して、第２レゾルバ３２が配置されている。第２レゾルバ３２は、第２軸１８ｂの外周に連結されたロータ３２ａと、ロータ３２ａを取り囲みハウジング５３に固定されたステータ３２ｂとを含んでいる。第２軸１８ｂに反力補償モータ１５のロータ１５ａおよび第２レゾルバ３２のロータ３２ａの双方が連結されていることにより、第２レゾルバ３２は、入力軸１８の回転位置（転舵角）および反力補償モータ１５のロータ１５ａの回転位置を検出することが可能である。

ロック機構２５は、キャリア５７の回転をロックすることにより、伝達比θ２／θ１を所定値（本実施形態において、例えば１）に固定するためのものである。
図５（Ａ）は、ロック機構２５の主要部の断面図であり、ロック部材６２が第２位置Ｐ２にある状態を示している。図２および図５（Ａ）を参照して、ロック機構２５は、キャリア５７の第３部分５７ｃに一体回転可能に連結されたリング部材６０と、このリング部材６０に係合可能な軸状のロック部材６２と、ロック部材６２が一端に固定されたロッド６１ａを有するソレノイド６１と、を含んでいる。本実施形態において、ロック部材６２は、ロッド６１ａとは単一の材料を用いて一体に形成されている。

リング部材６０の外周には、複数の溝６０ａが周方向に等間隔に複数配置されている。ソレノイド６１は、ハウジング５３に取り付けられている。ソレノイド６１は、ロック部材６２を第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２とに変位可能に支持する支持装置である。このソレノイド６１は、ロッド６１ａと、電磁石（図示せず）と、ロッド６１ａをリング部材６０に向けて付勢するばね６１ｂとを含んでおり、操舵制御部３８によって駆動制御される。

図２および図５（Ｂ）を参照して、ソレノイド６１への通電がオフされているとき、ロッド６１ａに固定されたロック部材６２は、ばね６１ｂの付勢力によって、リング部材６０の溝６０ａに嵌まるようになっている。ロック部材６２がリング部材６０の溝６０ａに嵌まっているとき、ロック部材６２は、リング部材６０を介してキャリア５７の回転を規制している。このときのロック部材６２の位置が、第１位置Ｐ１として定義される。

一方、図５（Ａ）に示すように、ソレノイド６１への通電がオンにされた状態のとき、ソレノイド６１の磁力によって、ロック部材６２は、リング部材６０に係合しない第２位置Ｐ２に維持される。これにより、ロック部材６２がキャリア５７の回転を規制しないようになっている。このように、リング部材６０およびキャリア５７に係合していないときのロック部材６２の位置が、第２位置Ｐ２として定義される。

次に、図６を参照して、遊星ギヤセンサ３５で検出された遊星ギヤ５６の自転運動に基づいて伝達比θ２／θ１が固定されているか否かを判定する制御の流れを含む、操舵制御部３８による制御の流れの一例を説明する。
まず、伝達比判定部４９は、伝達比制御モータ１４に流す電流の指示値としての指示電流Ａを読み込む（ステップＳ１）。なお、指示電流Ａは、伝達比制御部４６がドライバ４１に出力する信号の値である。ドライバ４１は、指示電流Ａと同じ値の電流を伝達比制御モータ１４に流すようになっている。

伝達比判定部４９は、読み込んだ指示電流Ａが所定のしきい電流Ａ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。しきい電流Ａ１は、ＲＯＭ５０に予め格納されている。指示電流Ａがしきい電流Ａ１以下の場合（ステップＳ２でＮＯ）、伝達比判定部４９は、伝達比制御モータ１４が回転駆動されていないと判定する。このとき、操舵制御部３８は、通常制御を行う（ステップＳ３）。通常制御とは、遊星ギヤ５６が入力サンギヤ５４および出力サンギヤ５５に対してロックされていないときの制御をいう。

通常制御であって、伝達比制御モータ１４が異常を生じていないときの伝達比制御部３８の制御は、以下のとおりである。まず、車両が比較的低速で走行しているときには、操舵制御部３８の伝達比制御部４６は、伝達比制御モータ１４の駆動を制御することで、キャリア５７および各遊星ギヤ５６を中心軸線Ｌ１回りに回転させ、伝達比θ２／θ１を１より大きくする制御を行う。これにより、操舵部材２の回転操作量（入力軸１８の操舵角θ１）が小さくても、転舵輪１１の角度（出力軸１９の転舵角θ２）を大きくできる。その結果、車両を駐車場に入れるとき等に、運転者が操舵部材２を回す量を少なくできる。

また、車両が比較的高速で走行しているときには、伝達比制御部４６は、伝達比制御モータ１４の駆動を制御することで、伝達比θ２／θ１を１以下にする制御を行う。これにより、操舵部材２の回転操作量（操舵角θ１）が大きくても、転舵輪１１の角度（転舵角θ２）を小さくできる。その結果、車両が高速道路を車線変更するとき等に、滑らかな操舵感を得ることができる。

また、通常制御であって、伝達比制御モータ１４に異常が生じたときは、操舵制御部３８のロック制御部４８が、ロック機構２５を動作させる。具体的には、ロック制御部４８が、ロック機構２５へ制御信号を出力し、ソレノイド６１への電力供給を遮断する。これにより、ソレノイド６１のロッド６１ａがキャリア５７に向かって変位し、ロック部材６２第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に変位される。その結果、ロック部材６２は、リング部材６０の溝６０ａに嵌まり、リング部材６０を介してキャリア５７の回転を規制する。

このとき、ロック部材６２は、リング部材６０、キャリア５７および伝達比制御モータ１４のロータ１４ａの回転を規制する。これにより、遊星ギヤ５６の公転が規制される。その結果、入力サンギヤ５４と出力サンギヤ５５との間伝達比θ２／θ１が機械的に固定される。また、伝達比制御モータ１４への電力供給が伝達比制御部４６によって停止される。

一方、ステップＳ２で、指示電流Ａがしきい電流Ａ１より大きいと判定された場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、伝達比判定部４９は、伝達比制御モータ１４が駆動していると判定する。このとき、伝達比判定部４９は、遊星ギヤセンサ３５のセンサ本体の検出信号の値としてのセンサ出力Ｃを読み込む（ステップＳ４）。伝達比判定部４９は、センサ出力Ｃの読み込みの開始から所定時間Ｔ１が経過するまでの間（ステップＳ５でＮＯ）、センサ出力Ｃの読み込み（ステップＳ４）を繰り返す。

所定時間Ｔ１が経過すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、伝達比判定部４９は、遊星ギヤ５６の回転速度ωを演算する（ステップＳ６）。具体的には、ステップＳ４で読み込まれたセンサ出力Ｃが低出力信号から高出力信号に変化した数と、所定時間Ｔ１との関係等から、遊星ギヤ５６の回転速度（自転速度）ωを演算する。
演算された遊星ギヤ５６の回転速度ωが所定のしきい速度ω１以上であるとき（ステップＳ７でＮＯ）、伝達比判定部４９は、遊星ギヤ５６が中心軸線Ｌ２回りを抵抗なくスムーズに回転しており、伝達比θ２／θ１が可変であると判定する。このとき、操舵制御部３８は、前述した通常制御を行う（ステップＳ３）。

一方、演算された遊星ギヤ５６の回転速度ωが所定のしきい速度ω１未満であるとき（ステップＳ７でＹＥＳ）、伝達比判定部４９は、中心軸線Ｌ２回りの遊星ギヤ５６の回転抵抗が大きいことより、遊星ギヤ５６がスムーズに自転できていないか、または遊星ギヤ５６が入力サンギヤ５４および出力サンギヤ５５にロックされて自転していないと判定する。すなわち、遊星ギヤ５６は、入力サンギヤ５４および出力サンギヤ５５に対して実質的に回転しない。よって、伝達比θ２／θ１が１に固定されていると判定される。

このとき、伝達比判定部４９は、ロック機構２５によって伝達比θ２／θ１が固定されているか否かを判定する（ステップＳ８）。伝達比制御モータ１４に異常は生じておらず、ロック機構２５によっては伝達比θ２／θ１が固定されていないと伝達比判定部４９が判定したとき（ステップＳ８でＮＯ）、ロック制御部４８は、ロック部材６２を第２位置Ｐ２に保持する制御を継続することで、ロック機構２５による伝達比θ２／θ１の固定を禁止する（ステップＳ９）。このとき、操舵制御部３８は、警告ランプ４４を点灯させるとともに、スピーカ４５に警告音を発生させる（ステップＳ１０）ことで、伝達比θ２／θ１が固定されている旨を運転者に報知する。これにより、車両を整備工場に入庫させることを運転者に促すことができる。

一方、伝達比制御モータ１４の異常に起因してロック機構２５が伝達比θ２／θ１を固定している旨が伝達比判定部４９によって判定されたとき（ステップＳ８でＹＥＳ）、ロック制御部４８は、ロック部材６２を第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に変位させる制御を行い（ステップＳ１１）、ロック機構２５による伝達比θ２／θ１の固定を解除する。その後、ロック制御部４８は、前述したのと同様に、ロック機構２５による伝達比θ２／θ１の固定を禁止する（ステップＳ９）。その後、操舵制御部３８によって、前述の報知が行われる（ステップＳ１０）。

以上説明したように、本実施形態によれば、例えば、伝達比可変機構１３の入力サンギヤ５４または出力サンギヤ５５と、遊星ギヤ５６との間に異物が混入することで、遊星ギヤ５６が入力サンギヤ５４および出力サンギヤ５５に対してロックされるか、または実質的にロックされることがある。このとき、遊星ギヤ５６の中心軸線Ｌ２回りの自転運動が完全に規制されるか、またはこの自転運動が実質的に規制される結果、入力サンギヤ５４と出力サンギヤ５５とが一体的に回転することとなり、伝達比θ２／θ１が固定される。したがって、遊星ギヤ５６の自転運動が完全にまたは実質的に規制されているか否かを遊星ギヤセンサ３５で検出することで、伝達比θ２／θ１が（完全にまたは実質的に）固定されているか否かを確実に判定できる。

また、遊星ギヤセンサ３５で検出された遊星ギヤ５６の回転速度ωが小さいことによりに伝達比θ２／θ１が固定されていると判定されたときに、ロック機構２５による伝達θ２／θ１の固定が禁止されるようになっている（ステップＳ９）。
例えば、伝達比制御モータ１４の故障等により伝達比制御を行うことができないモータフェール時等において、ロック機構２５によって伝達比θ２／θ１を機械的に固定できる。一方で、モータフェール時であっても、遊星ギヤ５６のロックによって伝達比θ２／θ１が固定されている場合（遊星ギヤ５６の実質的なロックによって伝達比θ２／θ１が実質的に固定されている場合を含む）には、ロック機構２５を用いることなく伝達比θ２／θ１を固定できている。したがって、ロック機構２５を用いて伝達比θ２／θ１を固定する必要がない。このときの、ロック機構２５の無用な動作を抑制できる。

また、各遊星ギヤ５６とともに中心軸線Ｌ１回りを回転するキャリア５７自体に遊星ギヤセンサ３５を取り付けている。これにより、遊星ギヤセンサ３５は、遊星ギヤ５６の自転運動をより精度よく検出できる。また、キャリア５７自体に遊星ギヤセンサ３５を取り付けているので、伝達比可変機構１３および遊星ギヤセンサ３５が全体として占めるスペースを少なくでき、車両用操舵装置１の小型化を達成できる。

さらに、遊星ギヤセンサ３５からの無線信号を、信号受信機８０で受信可能とされている。これにより、キャリア５７とともに中心軸線Ｌ１回りに回転する遊星ギヤセンサ３５からの信号を、遊星ギヤセンサ３５から延びる出力線（電線）を用いることなく、操舵制御部３８（伝達比判定部４９）に伝達できる。したがって、遊星ギヤセンサ３５の回転運動を考慮した長い配線を遊星ギヤセンサ３５から信号受信機８０に延ばす必要がなく、配線スペースの省略を通じて車両用操舵装置１の小型化を達成できる。

また、遊星ギヤセンサ３５は、伝達比制御モータ１４が回転駆動しているときの遊星ギヤ５６の自転運動を検出するようになっている。伝達比制御モータ１４によって伝達比可変機構１３が駆動されている状態、すなわち、遊星ギヤ５６が入力サンギヤ５４および出力サンギヤ５５にロックされていなければ、伝達比制御モータ１４の駆動によって遊星ギヤ５６が自転可能となっている状態で、遊星ギヤ５６の自転運動を検出することができる。これにより、遊星ギヤ５６の自転がロックされているか否かを、より確実に検出できる。

本発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、遊星ギヤセンサ３５の出力信号を、電波を用いて信号受信機８０に伝達する構成を説明したけれども、これに限定されない。遊星ギヤセンサ３５の出力信号を、電線を用いて信号受信機８０に伝達してもよい。

また、上記実施形態では、ロック部材６２を支持する支持装置としてソレノイド６１を例示したけれども、これに限定されない。支持装置は、ロック部材６２を第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２とに変位可能に支持できるものであればよく、例えば、クラッチ機構等の他の一般の装置を用いて支持装置を構成してもよい。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、９…転舵機構、１３…伝達比可変機構、１４…伝達比制御モータ、１８…入力軸、１９…出力軸、２５…ロック機構、３５…遊星ギヤセンサ（センサ）、３８…操舵制御部（制御部）、４９…伝達比判定部（判定手段）、５３…ハウジング、５４…入力サンギヤ（第１ギヤ）、５５…出力サンギヤ（第２ギヤ）、５６…遊星ギヤ、５７…キャリア、８０…信号受信機（受信機）、Ｌ１…中心軸線（第１ギヤの中心軸線）、Ｌ２…遊星ギヤの中心軸線、θ２／θ１…伝達比。

Claims (5)

1. 操舵部材の操舵に応じて回転する入力軸と転舵機構の動作に連動して回転する出力軸との間の伝達比を変更可能な車両用操舵装置において、
   前記入力軸に連結される第１ギヤ、前記出力軸に連結される第２ギヤ、前記第１ギヤと前記第２ギヤの双方に噛み合う遊星ギヤ、およびこの遊星ギヤをこの遊星ギヤの中心軸線回りに自転可能に支持するキャリアを含み、前記伝達比を変更可能な伝達比可変機構と、
   前記伝達比を制御するための伝達比制御モータと、
   前記遊星ギヤの自転運動を検出するセンサと、
   検出された前記遊星ギヤの自転運動に基づいて前記伝達比が固定されているか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１において、前記伝達比を固定するためのロック機構と、このロック機構を制御する制御部とをさらに備え、
   前記制御部は、検出された前記遊星ギヤの自転運動に基づいて前記伝達比が固定されていると判定されたときに、前記ロック機構による前記伝達比の固定を禁止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２において、前記キャリアおよび前記遊星ギヤは、前記第１ギヤの中心軸線回りに一体回転可能に連結されており、
   前記センサは、前記キャリアに取り付けられていることを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項３において、前記伝達比可変機構を収容するハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた受信機とをさらに備え、
   前記センサの無線信号を前記受信機で受信可能とされていることを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項において、前記センサは、前記伝達比制御モータが駆動しているときの前記遊星ギヤの自転運動を検出することを特徴とする車両用操舵装置。

Images