JP3385606B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、操舵ハンドルの操
舵角に対する車輪の転舵角の伝達比を可変とした車両用
操舵装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の操舵装置では、一般に、操舵ハン
ドルに連結された操舵軸の回転をラックアンドピニオン
などのギヤ装置を介してタイロッドの横方向の変位に変
換している。そして、このギヤ装置を構成するギヤを回
転駆動することで、入力軸に対する出力軸の回転伝達比
（以下、伝達比と称す）を変化させる伝達比可変機構が
広く採用されている。 【０００３】また、車輪の最大切角では負荷が急増し、
伝達比可変機構を駆動する駆動源としてのモータが脱調
しやすい。このため、特開昭６３−２２７４７２号に
は、車輪の最大切角付近を検出した際に、このモータを
停止させて、モータ脱調を防止する技術が開示されてい
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、このように最
大切り角付近を検出した時点で伝達比可変機構のモータ
が停止されると、運転者が操舵ハンドルを最大切角方向
へ操作しているにもかかわらずモータが急停止し、この
際のモータの慣性力が操舵ハンドル側に伝達される状態
となり、操舵ハンドルを握る運転者に対し、操舵トルク
の急変による操舵違和感を与えてしまう結果となってい
た。 【０００５】本発明は、このような課題を解決すべくな
されたものであり、その目的は、操舵ハンドルの操作が
最大切角に達した場合にも、運転者に与える操舵違和感
を低減することができる車両用操舵装置を提供すること
にある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】そこで請求項１にかかる
車両用操舵装置は、操舵ハンドルの操舵量を検出する操
舵量検出手段と、駆動源の駆動力により、操舵量が車輪
の転舵量として伝達される伝達比を変化させる伝達比可
変手段と、最大舵角近傍の所定の舵角終端領域で、操舵
量の増加に伴って伝達比が減少するように、伝達比可変
手段の駆動制御を行う終端制御手段とを備えて構成す
る。 【０００７】舵角終端領域において、運転者が操舵ハン
ドルを最大舵角側へさらに操舵した場合には、終端制御
手段の制御の下、伝達比可変手段の伝達比が次第に減少
するように制御される。 【０００８】終端制御手段は、最大舵角の際に、駆動源
が停止する状態となる基準伝達比となるように伝達比可
変手段の駆動制御を行う。 【０００９】最大舵角の際に駆動源が停止するように制
御することで、駆動源の慣性に起因する最大舵角時のト
ルク変動が最小限に抑えられる。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
添付図面を参照して説明する。 【００１１】図１及び図２において、操舵軸３の一端に
は操舵ハンドル１が連結されており、操舵ハンドル１の
回転操作に連動して操舵軸３が回転する。また、ラック
軸４の両側には車輪２が連結されており、操舵軸３とラ
ック軸４とは、ステアリングギア装置ＳＧを介して連結
されている。ステアリングギア装置ＳＧは、操舵ハンド
ル１の操舵量に対する車輪の転舵量の比としての伝達比
Ｇ（Ｇ＝転舵量／操舵量）を変化させる伝達比可変機構
１００を備えている。 【００１２】この伝達比可変機構１００の制御は、電子
制御装置（以下、ＥＣＵと称す）２００によって実施さ
れ、ＥＣＵ２００では、車両の車速を検出する車速セン
サ４２の検出信号と、操舵ハンドル１の操舵量を検出す
る操舵角センサ４１の検出信号とを基に、伝達比可変機
構１００の駆動制御を実施している。 【００１３】操舵軸３の一端に入力軸１０が連結されて
おり、入力軸１０は伝達比可変機構１００を介して出力
軸２０に連結されている。この出力軸２０に形成したピ
ニオン２１には、転舵軸を構成するラック軸４が噛合し
ている。 【００１４】この伝達比可変機構１００は、入力軸１０
の回転を所定の伝達比Ｇで出力軸２０に伝達する機構部
であり、スリーブ体１１０、プラネタリギヤ１２０及び
リングギヤ１３０などで構成している。 【００１５】スリーブ体１１０は、一端側に円環状のサ
ンギヤ１１１を有し、他端側に円環状のウォームホイー
ル１１２を有する筒形状を呈しており、その内部に入力
軸１０が貫通しており、入力軸１０に対して同心的に配
設している。入力軸１０の外周部とスリーブ体１１０の
内周部との間には、ベアリング（図示せず）が介在して
おり、入力軸１０とスリーブ体１１０とは、互いに回転
を拘束されることなく、別々に回転する機構となってい
る。 【００１６】スリーブ体１１０を貫通した入力軸１０の
貫通端部には、サンギヤ１１１よりも大なる外径を有す
る円盤状のキャリア１１を固定している。このキャリア
１１の周縁部には、等間隔で３箇所に支持ピン１２を固
定しており、各支持ピン１２は、それぞれプラネタリギヤ
１２０を回転自在に支持している。これら３個のプラネ
タリギヤ１２０は、中心部に位置するサンギヤ１１１と
それぞれ噛合しており、キャリア１１が入力軸１０と一
体的に回転することで、各プラネタリギヤ１２０は、サ
ンギヤ１１１と噛合しつつサンギヤ１１１の周囲を回転
移動する機構となっている。 【００１７】各プラネタリギヤ１２０を囲むように、出
力軸２０と一体化した円環状のリングギヤ１３０が配設
されており、リングギヤ１３０の内周部に形成されたギ
ヤ歯が各プラネタリギヤ１２０と噛合している。従っ
て、図３に示すように、サンギヤ１１１、プラネタリギ
ヤ１２０及びリングギヤ１３０が同心的に配設され、サ
ンギヤ１１１と各プラネタリギヤ１２０とが噛合し、各
プラネタリギヤ１２０とリングギヤ１３０とが噛合した
状態となっており、遊星歯車機構を構成している。 【００１８】一方、スリーブ体１１０を構成するウォー
ムホイール１１２にはウォームギヤ１１３が噛合してお
り、このウォームギヤ１１３は、駆動モータ１１４によ
って回転駆動される機構となっている。 【００１９】ここで各ギヤの動作について説明する。 【００２０】運転者が操舵ハンドル１を回転させると、
この回転が操舵軸３を介して入力軸１０に伝達され、入
力軸１０は操舵ハンドル１と同方向に回転する。この
際、キャリア１１も入力軸１０と一体的に回転するた
め、キャリア１１に支持された各支持ピン１２も、サン
ギヤ１１１の周囲を回転移動する。 【００２１】例えば、図３に矢印ａで示す向きに支持ピ
ン１２が移動した場合を想定すると、各支持ピン１２が
移動することで、この支持ピン１２によって支持された
各プラネタリギヤ１２０が、支持ピン１２を中心に矢印
ｂで示す向きに回転しつつ、サンギヤ１１１の周囲を矢
印ａ方向に沿って移動する。また、プラネタリギヤ１２
０が矢印ｂ方向に回転すると、プラネタリギヤ１２０と
噛合するリングギヤ１３０が矢印ｃ方向に回転し、この
方向に出力軸２０が回転する。従って入力軸１０の回転
が、同方向に出力軸２０に伝達され、出力軸２０は入力
軸１０と同一方向に回転する状態となる。 【００２２】なお、運転者が操舵ハンドル１を逆方向に
回転させた場合には、各ギヤは、図３に示す矢印とは反
対方向へ回転或いは移動し、この場合も同様に入力軸１
０の回転方向と出力軸２０の回転方向は一致する。 【００２３】一方、駆動モータ１１４によってウォーム
ギヤ１１３が回転駆動されると、この回転がウォームホ
イール１１２を介してスリーブ体１１０に伝達され、ス
リーブ体１１０全体が回転する。すなわち、ウォームギ
ヤ１１３の回転方向に応じた方向に、スリーブ体１１０
が回転駆動される。従って、スリーブ体１１０を構成す
るサンギヤ１１１も回転し、サンギヤ１１１が回転する
ことで、サンギヤ１１１と噛合する各プラネタリギヤ１
２０の回転量が変化する。 【００２４】例えば、プラネタリギヤ１２０が操舵に伴
って矢印ａ方向に移動する際には、サンギヤ１１１が図
３の矢印ｄ方向に回転することで、矢印ｂ方向に回転す
るプラネタリギヤ１２０の回転量が増加され、プラネタ
リギヤ１２０と噛合するリングギヤ１３０の回転量も増
大する。また、サンギヤ１１１が図３の矢印ｄと反対方
向に回転することで、プラネタリギヤ１２０の回転量が
減少され、リングギヤ１３０の回転量も減少する。 【００２５】このようにして、操舵ハンドル１の操舵時
には、操舵ハンドル１と一体的にプラネタリギヤ１２０
が回転されると同時に、ＥＣＵ２００からの駆動信号に
よって、操舵ハンドル１の操舵量に応じてサンギヤ１１
１が回転駆動され、これにより操舵ハンドル１の操舵量
に対する車輪２の転舵量（伝達比Ｇ）が可変制御され
る。 【００２６】次に、ＥＣＵ２００で実施する伝達比Ｇの
設定処理について、図４のフローチャートに沿って説明
する。 【００２７】図４に示すフローチャートは、イグニショ
ンスイッチのオン操作によって起動し、ステップ（以
下、ステップを「Ｓ」と記す）１０２では、車速センサ
４２で検出された車速Ｖ及び操舵角センサ４１で検出さ
れた操舵角θを読み込むと共に、前回のルーチンで設定
された目標伝達比Ｇmemの値を読み込む。 【００２８】続くＳ１０４では、Ｓ１０２で読み込んだ
車速Ｖの値を基に、目標伝達比Ｇｖを演算する。この場
合、車速Ｖに応じた目標伝達比Ｇｖが予めマップ化され
ており、Ｓ１０４では、車速Ｖの値を基に目標伝達比Ｇ
ｖをマップ検索する。なお、Ｓ１０４では、操舵角θは
考慮せず、車速Ｖのみに基づいて目標伝達比Ｇｖが設定
される。 【００２９】続くＳ１０６では、前回のルーチンで設定
された目標伝達比Ｇmemを用いて、Ｓ１０２で読み込ん
だ操舵角θをラック軸４のストローク位置ＲＳに換算す
る。 【００３０】図５に示すように、ストローク位置として
示す終端位置ＲＳｅは、いわゆるラックエンドの位置を
示しており、ラック軸４がこの位置までストロークする
と、操舵ハンドル１も最大舵角に達し、これ以上の回転
操作は不可能となる。図５で示すように、右操舵、左操
舵に対応してそれぞれＲＳｅ、−ＲＳｅが設定されてい
る。また、終端位置ＲＳｅ、−ＲＳｅの近傍には、後述
する終端制御に移行する際の基準となる基準位置ＲＳｔ
ｈ、−ＲＳｔｈが設定されており、ストローク位置がＲ
Ｓｔｈ〜ＲＳｅの間及び−ＲＳｔｈ〜−ＲＳｅの間をそ
れぞれ舵角終端領域としている。 【００３１】そこで、続くＳ１０８では、操舵角θから
換算したラック軸のストローク位置｜ＲＳ｜が基準値｜
ＲＳｔｈ｜以上であるか、すなわち、現在のストローク
位置ＲＳが舵角終端領域内にあるか否かを判定する。 【００３２】Ｓ１０８で現在のストローク位置ＲＳが舵
角終端領域内にあると判定された場合には（Ｓ１０８で
「Ｙｅｓ」）、Ｓ１１０に進んで終端制御が実施され
る。この終端制御では、舵角終端領域内のストローク位
置ＲＳに応じて目標伝達比Ｇ’（ＲＳ）を次式をもとに
演算する。なお、式中Ｇｂは、駆動モータ１１４の回転
が停止した状態の伝達比となる基準伝達比（ベースギヤ
比）である（図５参照）。 【００３３】 G'(RS)=Gv-(Gv-Gb)/(RSe-RSth)×(RS-RSth) 上式で演算される目標伝達比Ｇ’（ＲＳ）は、ストロー
ク量の増加に伴って、図５に矢印ｓ１で示すように推移
することとなり、これにより舵角終端領域内でストロー
ク量が増加するに連れ、目標伝達比Ｇ’（ＲＳ）が徐々
に減少するように設定される。 【００３４】続くＳ１１２では、Ｓ１１０で演算された
目標伝達比Ｇ’（ＲＳ）を今回のルーチンで設定する目
標伝達比Ｇとして設定する。そして、続くＳ１１４で
は、Ｓ１１２で設定した目標伝達比ＧをＧmemとして記
憶し、このルーチンを終了する。 【００３５】一方、Ｓ１０８で現在のストローク位置Ｒ
Ｓが舵角終端領域外にあると判定された場合には（Ｓ１
０８で「Ｎｏ」）、Ｓ１１６に進み、先のＳ１０４で読
み込んだ車速Ｖに基づく目標伝達比Ｇｖを、今回のルー
チンで設定する目標伝達比Ｇとして設定する。そして、
Ｓ１１４に進み、Ｓ１１６で設定した目標伝達比ＧをＧ
memとして記憶し、このルーチンを終了する。 【００３６】ＥＣＵ２００では、このような演算処理に
よって伝達比可変機構１００の伝達比を設定しており、
このように設定処理を実施することで、舵角終端領域内
でストローク量が増加するに連れ、目標伝達比Ｇが徐々
に減少するように設定される。そして、ラック軸４が終
端位置ＲＳｅ又は−ＲＳｅまでストロークした場合に
は、目標伝達比Ｇは、駆動モータ１１４が停止した状態
となる基準伝達比Ｇｂに設定される。このため、ラック
軸４が終端位置ＲＳｅ、−ＲＳｅに達した場合にも、駆
動モータ１１４の慣性に起因して操舵トルクが急変する
現象を抑えることができ、運転者に与える操舵違和感を
低減することができる。 【００３７】以上説明した実施形態では、舵角終端領域
内では、ストローク量が増大するに連れて伝達比が直線
的に減少する場合を例示したが、この他にも、例えば、
図６（ａ）の矢印ｓ２や図６（ｂ）の矢印ｓ３で示すよ
うに、ストローク量の増加に伴って、目標伝達比を設定
することも可能であり、減少態様はその効果を勘案して
適宜設定することができる。 【００３８】また、伝達比可変機構１００の伝達比を設
定する処理は、駆動モータ１１４の回転速度を設定する
処理と実質的に同じ処理となるため、図４のフローチャ
ートにおける伝達比に代えて、駆動モータ１１４の回転
速度を設定することもできる。 【００３９】また、舵角終端領域内の目標伝達比Ｇを含
め、車速Ｖと操舵角θとを基に目標伝達比Ｇを直接検索
するマップを備えておき、車速Ｖと操舵角θとの値から
目標伝達比Ｇをマップ検索して設定することもできる。 【００４０】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用操
舵装置によれば、舵角終端領域内で、操舵量の増加に伴
って伝達比が減少するように、伝達比可変手段の駆動制
御を行う終端制御手段を備えるので、最大舵角側へ操舵
された場合に伝達比可変手段の伝達比が次第に減少する
ように制御される。このため、操舵ハンドルの操作が最
大切角に達した場合にも、駆動源の慣性に起因する操舵
トルクの急変を抑制することができ、運転者に与える操
舵違和感を低減することができる。 【００４１】また、最大舵角の際に、駆動源が停止する
状態となる基準伝達比となるように伝達比可変手段の駆
動制御を行うので、駆動源の慣性に起因する最大舵角時
における操舵トルクの変動を最小限に抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】操舵装置の全体を概略的に示す斜視図である。 【図２】本実施形態にかかる車両用操舵装置の構造を示
す概略的に示す断面図である。 【図３】車両用操舵装置における遊星歯車機構のみを取
り出して示す平面図である。 【図４】ＥＣＵで実施する各処理を順に示すフローチャ
ートである。 【図５】ラック軸のストローク位置と目標伝達比との関
係を示すグラフである。 【図６】他の実施形態にかかるストローク位置と目標伝
達比との関係を示すグラフである。 【符号の説明】 １…操舵ハンドル、３…操舵軸、４…ラック軸、１０…
入力軸、２０…出力軸、４１…操舵角センサ（操舵量検
出手段）、４２…車速センサ、１００…伝達比可変機
構、１１０…スリーブ体、１１１…サンギヤ、１１２…
ウォームホイール、１１３…ウォームギヤ、１１４…駆
動モータ（駆動源）、１２０…プラネタリギヤ、１３０
…リングギヤ、２００…ＥＣＵ（終端制御手段）。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 操舵ハンドルの操舵量を検出する操舵量
   検出手段と、 駆動源の駆動力により、操舵量が車輪の転舵量として伝
   達される伝達比を変化させる伝達比可変手段と、 最大舵角近傍の所定の舵角終端領域で、前記操舵量の増
   加に伴って前記伝達比が減少するように、前記伝達比可
   変手段の駆動制御を行う終端制御手段とを備え、 前記終端制御手段は、最大舵角の際に、前記駆動源が停
   止する状態となる基準伝達比となるように、前記伝達比
   可変手段の駆動制御を行う 車両用操舵装置。