JP4367520B2 - 車両用可変ギヤ比操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングホイール等のステアリング操作部材により運転者が付与する操舵入力に転舵機構を応動させ、該転舵機構を介して車輪（通常は前輪）を転舵する車両用操舵装置、特に、ステアリング操作部材と転舵機構回転部との間における回転伝達比であるステアリングギヤ比を車両走行状態に応じて変更可能にした車両用可変ギヤ比操舵装置に関するものである。

車両用可変ギヤ比操舵装置としては従来、例えば特許文献1に記載のごときものが知られている。
この可変ギヤ比操舵装置は、ステアリング操作部材と車輪転舵機構との間にギヤ比可変ユニットを挿置して、これを介しステアリング操作部材および車輪転舵機構間を連結した構成になり、
該ギヤ比可変ユニットのステアリング操作部材側における回転（入力側回転）と、転舵機構側における回転（出力側回転）との回転伝達比を車両走行状態に応じて変更し得るようギヤ比可変ユニットを構成してステアリングギヤ比を車両走行状態に応じ変更可能にしたものである。

なお、ギヤ比可変ユニットは一般的に差動機能を用いて上記の入出力回転伝達比を変更し得るようにするため差動歯車機構を主たる構成要素とするが、特許文献1における従来の可変ギヤ比操舵装置は、この差動歯車機構として波動歯車機構を用いていた。

また車両用操舵装置は、ステアリング操作部材から車輪転舵機構を経て車輪に至る操舵力を助勢して軽快なステアリング操作が可能となるようにするのが一般的で、当該操舵力の助勢を行うための操舵力アシスト手段として、油圧式のものに代え、電動モータを用いた電動式パワーステアリングシステムが多用されつつある。
そして特許文献1における従来の可変ギヤ比操舵装置も電動式パワーステアリングシステムを採用しているが、特許文献1における従来の可変ギヤ比操舵装置は操舵力アシストモータを車輪転舵機構上、詳しくはラック・アンド・ピニオン式車輪転舵機構上に設け、操舵力アシストモータが該車輪転舵機構のステアリングラックに対し助勢力を付与するようにしたものである。
特開２００５−１６２１２４号公報

しかし上記従来の可変ギヤ比操舵装置にあっては、操舵力アシストモータがギヤ比可変ユニットから切り離され、車輪転舵機構上に配置されているため、以下のような問題を生ずる。

つまり、車庫入れなどの極低車速での走行時や、停車状態のまま車輪を転舵する据え切り時は、ステアリング操作量が大きい傾向にあって操作が煩わしいことから、小さなステアリング操作で希望する車輪転舵が得られるよう、ギヤ比可変ユニットはステアリング操作量を増幅して車輪転舵機構に向かわせるようステアリングギヤ比を制御することになる。
この場合、車輪転舵機構へ入力される操舵力が小さくなり、運転者はその分だけ大きなステアリング操作力（操舵入力）を付与しなければならず、これによっても軽快なステアリング操作が補償されるようにするために、操舵力アシストモータはその分だけ大きな助勢力を発生する必要がある。

従って操舵力アシストモータは、ギヤ比可変ユニットを具えない操舵装置である場合に比べて、上記のごとき大きな要求助勢力を発生可能な大型のものある必要があり、車輪転舵機構上に設けた大きな操舵力アシストモータが他部品と干渉して車両搭載上の問題を生じ易い。

また上記した従来の可変ギヤ比操舵装置にあっては、縦列駐車運転や車庫入れ運転などの自動運転で行う時の自動操縦を、操舵力アシストモータにより転舵機構を介して行うことになるが、
この自動操縦を行っている間にギヤ比可変ユニットが空転状態となるため、その引きずりトルク分だけ操舵力アシストモータは更に大きなトルクを発生する必要があって、更なる大型化を避けられないという問題も生ずる。

さらに上記した従来の可変ギヤ比操舵装置にあっては、ギヤ比可変ユニットが入出力回転伝達比を変更し得るようにするための差動歯車機構として波動歯車機構を用いているため、遊星歯車組式差動歯車機構を用いる場合に比べて伝動効率が悪く、コストも高いという問題を生ずる。

本発明は、従来のごとく車輪転舵機構上に操舵力アシストモータを配置する構成をやめて、車輪転舵機構は操舵力アシストシステムを何ら持たない型式のものとし、これにより車輪転舵機構をコンパクトで、その設置に関する自由度が高いものとなし、
その代わりに操舵力アシストモータを、ギヤ比可変ユニットと共にステアリングコラム軸線上に配置して、電動式パワーステアリングシステム付きのギヤ比可変ユニットをステアリングコラム軸線上に有した可変ギヤ比操舵装置を提供することにより、
上記の問題を回避し得るようにした車両用可変ギヤ比操舵装置を提案することを目的とする。

この目的のため、本発明による車両用可変ギヤ比操舵装置は、請求項１に記載のごとくに構成する。
先ず前提となる車両用可変ギヤ比操舵装置を説明するに、これは、
ギヤ比可変ユニットを経てステアリング操作部材からの操舵入力を転舵機構に伝達して車輪を転舵可能で、前記ギヤ比可変ユニットによりステアリングギヤ比を変更可能にしたものである。

本発明は、かかる車両用可変ギヤ比操舵装置における上記ギヤ比可変ユニットを、
前記ステアリング操作部材に結合した内歯付き第1外側歯車、この内歯付き第1外側歯車に対し同軸配置されて前記転舵機構の入力軸に結合した内歯付き第2外側歯車、これら内歯付き第1、第2外側歯車の双方に噛合する共通な内側歯車、および、該内側歯車を回転自在に支持した内側歯車支持部材より成る差動歯車機構と、
前記ステアリングギヤ比を変更するよう前記内側歯車支持部材に結合したギヤ比制御モータと、
前記内歯付き第2外側歯車から前記転舵機構の入力軸に向かう操舵力を助勢するよう前記内歯付き第2外側歯車に結合した操舵力アシストモータとで構成したことを特徴とするものである。

請求項1に記載の本発明による車両用可変ギヤ比操舵装置にあっては、
ステアリングギヤ比を変更可能にするためステアリング操作部材と転舵機構との間に挿置するギヤ比可変ユニットを、
ステアリング操作部材に結合した内歯付き第1外側歯車、この内歯付き第1外側歯車に対し同軸配置されて前記転舵機構の入力軸に結合した内歯付き第2外側歯車、これら第1、第2外側歯車の双方に噛合する共通な内側歯車、および、該内側歯車を回転自在に支持した内側歯車支持部材より成る差動歯車機構と、
ステアリングギヤ比を変更するよう上記内側歯車支持部材に結合したギヤ比制御モータと、
上記第2外側歯車から転舵機構の入力軸に向かう操舵力を助勢するよう上記第2外側歯車に結合した操舵力アシストモータとで構成したため、
操舵力アシストモータをギヤ比可変ユニットに内蔵してこれらをステアリングコラム軸線上に配置することとなり、以下の作用効果が奏し得られる。

つまり、転舵機構が操舵力アシストシステムを何ら持たず、コンパクトで、その設置に関する自由度が高いものとなり、前記の理由により大きな操舵力アシストモータを用いる必要が生じたとしても、これが転舵機構周辺の他部品と干渉して車両搭載上の問題を生ずる問題を回避することができる。

また本発明の可変ギヤ比操舵装置にあっては、ギヤ比可変ユニットが入出力回転伝達比を変更し得るようにするための差動歯車機構を上記のように構成したことから、
縦列駐車運転や車庫入れ運転などの自動運転で行う時の自動操縦を操舵力アシストモータにより転舵機構を介して行う間、ギヤ比可変ユニットの引きずりを最小にすることができ、その分だけ操舵力アシストモータの負荷を減じてその大型化を回避することができる。

さらに本発明の可変ギヤ比操舵装置にあっては、ギヤ比可変ユニットが入出力回転伝達比を変更し得るようにするための差動歯車機構を上記のように構成したことから、
前記した従来の可変ギヤ比操舵装置のように差動歯車機構として波動歯車機構を用いる場合に比べ、伝動効率を向上させ得ると共に、コンパクトで安価な可変ギヤ比操舵装置を構築することができる。

以下、本発明の実施例を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例になる車両用可変ギヤ比操舵装置を示し、1Lは左操舵輪（左前輪）、1Rは右操舵輪（右前輪）である。
これら車輪1L,1Rのナックルアーム2（図1では、右輪1Rのナックルアームのみが見えている）間を、両輪1L,1Rのサイドロッド3L,3Rおよび車輪転舵機構4により相互に連節する。

車輪転舵機構4は、左右サイドロッド3L,3Rにジョイント5L,5Rを介して連節したラック軸6を具え、これを、車体に固設したハウジング7に摺動自在に挿通し、このハウジング7内に回転自在に収納されてラック軸6に噛合するピニオン（図1では、ピニオンシャフト8のみが見えている）を有した、所謂ラック・アンド・ピニオン式車輪転舵機構とする。
このラック・アンド・ピニオン式車輪転舵機構4は、ピニオンシャフト8に入力された操舵力でピニオンを回転される時、これに噛合するラック軸6が車両の左右方向へストロークされ、このラック軸6がサイドロッド3L,3Rを介して車輪1L,1Rを、ピニオンシャフト8の回転方向に応じた方向へ転舵することができる。
ただし車輪転舵機構4は、操舵力アシストシステム（パワーステアリングユニット）を何ら持たないものとする。

図1において、9は、ステアリング操作部材としてのステアリングホイールで、運転者がこれを操作して発生させた操舵入力をピニオンシャフト8（転舵機構4の入力軸）に伝達するための操舵力伝達系を以下の構成にする。
ステアリングコラム軸線（ステアリングホイール9の回転軸線）上に配してギヤ比可変ユニット10を設け、これを差動歯車機構収納部11と、ギヤ比制御モータ収納部12と、操舵力アシストモータ収納部13とで構成する。

差動歯車機構収納部11は、ギヤ比可変ユニット10の入力軸14および出力軸15間を、これらの間における回転伝動比の変更が可能なように結合するための後述する差動歯車機構を内蔵し、ギヤ比制御モータ収納部12は、入力軸14および出力軸15間の回転伝動比を制御するための後述するギヤ比制御モータを内蔵し、操舵力アシストモータ収納部13は、入力軸14から出力軸15への操舵力を助勢するための後述する操舵力アシストモータを内蔵する。

ギヤ比可変ユニット10の入力軸14にはステアリングホイール9を結合し、ギヤ比可変ユニット10の出力軸15は中間軸16を介してピニオンシャフト8に結合する。
なお、中間軸16と出力軸15との間の結合はユニバーサルジョイント17を介してこれを行い、中間軸16とピニオンシャフト8との間の結合はユニバーサルジョイント18を介してこれを行う。

ギヤ比可変ユニット10の詳細構造を図2に基づき以下に説明する。
ギヤ比可変ユニット10はハウジング31を具え、このハウジング31に上記の差動歯車機構収納部11と、ギヤ比制御モータ収納部12と、操舵力アシストモータ収納部13とを、順次図示の配列とおりに設定する。
図2の左端における差動歯車機構収納部11には遊星歯車組式の差動歯車機構32を収納し、
この差動歯車機構32は、図3にも示すように、第1リングギヤ（内歯付き第1外側歯車）33と、これに対し同軸配置された第2リングギヤ（内歯付き第2外側歯車）34と、これらリングギヤ33，34の双方に噛合する共通な2個のピニオン（内側歯車）35と、該ピニオン35を個々のピニオンシャフト35aを介して回転自在に支持した共通な1個のキャリア（内側歯車支持部材）36とより成る遊星歯車組式差動歯車機構とする。
なお、第1リングギヤ33の歯数Z1と、第2リングギヤ34の歯数Z2との間には、差動歯車機構32の組付けを容易に行い得るようにすると共に後述する所望の作用が得られるようにするため、第1リングギヤ33の歯数Z1を第2リングギヤ34の歯数Z2よりも、ピニオン35の個数kp（図示例では2個）だけ多くして、
Z1−Z2＝kp
の関係を持たせる。

第1リングギヤ33に結合して入力軸14を設け、この入力軸14は差動歯車機構32の中心、図2の中央における操舵力アシストモータ収納部13の中心、および、図2の右端におけるギヤ比制御モータ収納部12の中心を貫通してハウジング31の右端より突出させ、入力軸14の突出端にステアリングホイール9を結合する。
第2リングギヤ34に結合して出力軸15を設け、この出力軸15は入力軸14とは逆方向に延在させてハウジング31の左端より突出させ、出力軸15の突出端に図1のごとく中間軸16を介して転舵機構4のピニオンシャフト8を結合する。

図2の右端におけるギヤ比制御モータ収納部12には、入力軸14および出力軸15間の回転伝動比を制御するためのギヤ比制御モータ37を収納し、
このギヤ比制御モータ37は、ハウジング31のギヤ比制御モータ収納部12内に固設したステータ37sと、その内周に配置したロータ37rとで構成する。
ロータ37rは、入力軸14を包套する中空軸38によりキャリア36に結合する。

図2の中央における操舵力アシストモータ収納部13には、出力軸15への操舵力を助勢するための操舵力アシストモータ39を収納し、
この操舵力アシストモータ39は、ハウジング31の操舵力アシストモータ収納部13内に固設したステータ39sと、その内周に配置したロータ39rとで構成する。
ロータ39rは、減速機40を介して第2リングギヤ34に結合し、この減速機40は、ハウジング31内に固設したリングギヤ40rと、これに同心に配置したサンギヤ40sと、これらリングギヤ40rおよびサンギヤ40sに噛合するピニオン40pと、該ピニオン40pを回転自在に支持するキャリア40cとより成る単純遊星歯車組とする。
そして、サンギヤ40sは、中空軸38を包套する中空軸41によりロータ39rに結合し、キャリア40cは第2リングギヤ34（出力軸15）に結合する。

図1〜3に示した上記可変ギヤ比操舵装置の作用を以下に説明する。
ステアリングホイール9から軸14への操舵入力は第1リングギヤ33に至り、これから更にピニオン35の自転を介して第2リングギヤ34を経由し、出力軸15に達する。
出力軸15への操舵力は中間軸16を経てピニオンシャフト8に至り、このピニオンシャフト8によりピニオン（図示せず）が対応方向へ回転されて、ラック軸6を対応方向へストロークすることにより車輪1L,1Rを転舵することができる。

この転舵中、ギヤ比制御モータ37を駆動してそのロータ37rにより差動歯車機構32のキャリア36を操舵方向（入力軸14の回転方向）と逆の方向へ回転させることで、入出力軸14，15間における回転伝動比（ステアリングギヤ比）を変更することができ、ロータ37rによるキャリア36の上記方向における回転速度を加減することで入出力軸14，15間の回転伝動比（ステアリングギヤ比）を制御可能である。

以下にその原理を説明する。
図2，3における差動歯車機構32を共線図で表すと図4に示すごとくになり、差動歯車機構32を構成する回転メンバ（第1リングギヤ33、第2リングギヤ34、キャリア36）の回転速度順は、図4に示すとおり第2リングギヤ34、第1リングギヤ33、キャリア36の順である。
図4の縦軸は差動歯車機構32を構成する回転メンバ（第1リングギヤ33、第2リングギヤ34、キャリア36）の回転速度を、また横軸は、第1リングギヤ33の歯数Z1および第2リングギヤ34の歯数Z2で決まる差動歯車機構構成メンバ（第1リングギヤ33、第2リングギヤ34、キャリア36）間の距離の比、つまり、キャリア36および第2リングギヤ34間の距離に対する、キャリア36および第1リングギヤ33間の距離の比λを示す。

ここで距離の比λは次式で表される。
λ＝Z2／Z1
但し：Z1−Z2＝kp（ピニオン35の個数）
一方で、ステアリングホイール9（入力軸14）から第1リングギヤ33への入力回転速度（操舵速度）をωinとし、ギヤ比制御モータ37からキャリア36へのギヤ比制御回転速度をωcontとし、第2リングギヤ34から出力軸15への出力回転速度をωoutとすると、
これら回転速度間には、
(1−λ)ωcont＝ωin−λ・ωout
の関係式が成立し、この関係を共線図上に表すと、図4に例示するごときものとなる。

従って、ギヤ比制御モータ37を駆動してそのロータ37rにより差動歯車機構32のキャリア36を操舵方向（入力軸14の回転方向）と逆の方向へ回転させることで、入出力軸14，15間における回転伝動比（ステアリングギヤ比）を変更することができ、
ロータ37rによるキャリア36の上記方向における回転速度を高くするにつれて入出力軸14，15間の回転伝動比（ステアリングギヤ比）を、出力軸15への出力回転速度ωoutが高くなる方向へ制御することができ、
逆にロータ37rによるキャリア36の上記方向における回転速度を低くするにつれて入出力軸14，15間の回転伝動比（ステアリングギヤ比）を、出力軸15への出力回転速度ωoutが低くなる方向へ制御することができる。

なお、上記の操舵中に操舵力アシストモータ39を入力軸14の回転方向（操舵方向）と同じ方向へ駆動することで、操舵力アシストモータ39のロータ39rが減速機40を介して、出力軸15から転舵機構4（詳しくはピニオンシャフト8）への操舵力を助勢し、ステアリングホイール9の操舵力を軽快な操舵が補償されるよう制御することができる。

ギヤ比制御モータ37による上記したステアリングギヤ比制御、および、操舵力アシストモータ39による上記した操舵力制御はそれぞれ、図1におけるコントローラ21によりこれらを行う。
これがためコントローラ21には、ステアリングホイール9の操舵力Tsを検出する操舵力センサ22からの信号と、ステアリングホイール9の操舵速度（操舵入力回転速度）ωinを検出する操舵速度センサ23からの信号と、車速VSPを検出する車速センサ24からの信号とを入力する。
なお、操舵力センサ22および操舵速度センサ23は実際上、図1，2に示すごとく操舵入力センサ群25として、ステアリングホイール9および入力軸14間の結合部に設置する。

コントローラ21は、これら入力情報をもとに周知の演算を行って、車両走行状態に応じた目標ステアリングギヤ比および目標操舵力を求め、目標ステアリングギヤ比が達成されるような目標ギヤ比モータ回転速度ωcont、および、目標操舵力が達成されるような目標アシスト力Tassistを求め、
目標ギヤ比モータ回転速度ωcontを収納部12内におけるギヤ比制御モータ37に指令し、目標アシスト力Tassistを収納部13内における操舵力アシストモータ39に指令する。

ちなみに、ステアリングギヤ比制御に当たっては、低車速走行中ならステアリングホイール操舵量に対する転舵角が大きくなるようステアリングギヤ比を決定して操作性を高め、車速VSPの上昇につれ、ステアリングホイール操舵量に対する転舵角が小さくなるようステアリングギヤ比を決定して安定性を高める。
また操舵力制御に当たっては、低車速ほど軽快なステアリング操作が可能になるよう操舵力の助勢を強くし、高車速になるにつれて操舵力の助勢を弱めて走行安定性を図る。

縦列駐車運転や車庫入れ運転などの自動運転で要求される自動操縦を行うに当たっては、操舵力アシストモータ39により出力軸15を駆動して、この出力軸15から転舵機構4へモータトルクを伝達することにより、車輪1L,1Rの自動操縦を行うことができる。

上記した実施例になる可変ギヤ比操舵装置よれば、ステアリングギヤ比を変更可能にするようステアリングホイール9と車輪転舵機構4との間に挿置するギヤ比可変ユニット10を、
ステアリングホイール9に結合した第1リングギヤ33、これに対し同軸配置されて車輪転舵機構4の入力軸8に結合した第2リングギヤ34、これらリングギヤ33，34の双方に噛合する共通なピニオン35、および、ピニオン35を回転自在に支持したキャリア36より成る遊星歯車組式差動歯車機構32と、
ステアリングギヤ比を変更するようキャリア36に結合したギヤ比制御モータ37と、
第2リングギヤ34から車輪転舵機構4の入力軸8に向かう操舵力を助勢するよう第2リングギヤ34に結合した操舵力アシストモータ39とで構成したため、
操舵力アシストモータ39を、車輪転舵機構4から切り離し、ギヤ比可変ユニット10に内蔵して、図1のごとくステアリングコラム軸線上に配置することとなり、以下の作用効果が奏し得られる。

つまり、車輪転舵機構4が操舵力アシストシステムを何ら持たず、コンパクトで、その設置に関する自由度が高いものとなり、
前記のごとく低車速時にステアリングホイール操舵量に対する転舵角が大きくなるようステアリングギヤ比を決定する等の理由により大きな操舵力アシストモータ39を用いる必要が生じたとしても、これが転舵機構周辺の他部品と干渉して車両搭載上の問題を生ずる問題を回避することができる。

また本実施例の可変ギヤ比操舵装置にあっては、ギヤ比可変ユニット10が入出力軸14，15間の回転伝達比（ステアリングギヤ比）を変更し得るようにするための差動歯車機構を上記のように遊星歯車組式の差動歯車機構としたため、
縦列駐車運転や車庫入れ運転などの自動運転で行う時の自動操縦を操舵力アシストモータ39により転舵機構を介して行う間、ギヤ比可変ユニット10の引きずりを最小にすることができ、その分だけ操舵力アシストモータ39の負荷を減じてその大型化を回避することができる。

さらに本実施例の可変ギヤ比操舵装置にあっては、ギヤ比可変ユニット10が入出力軸14，15間の回転伝達比（ステアリングギヤ比）を変更し得るようにするための差動歯車機構を上記のように遊星歯車組式差動歯車機構としたため、
差動歯車機構として波動歯車機構を用いる場合に比べ、伝動効率を向上させ得ると共に、コンパクトで安価な可変ギヤ比操舵装置を構築することができる。

また、操舵力アシストモータ39を第2リングギヤ34に結合するに際し、減速機40を介して当該結合を行ったことから、操舵力アシストモータ39から第2リングギヤ34（車輪転舵機構4）へのトルクを増大することができ、その分だけ操舵力アシストモータ39の要求出力トルクを減じて該モータ39の小型化を実現することができ、ギヤ比可変ユニット10の小型化を図ることができる。
そして、第1リングギヤ33の歯数Z1を第2リングギヤ34の歯数Z2よりも、ピニオン35の個数kp（図示例では2個）分だけ多くしたため、
差動歯車機構32の組付けを容易に行い得ると共に、前述したステアリングギヤ比制御作用を得ることができる。

図5は本発明の他の実施例を示し、本実施例においてはギヤ比制御モータ37および操舵力アシストモータ39を複合電流多層モータ50で構成し、それ以外は前述した実施例におけると同様な構成にしたものである。
複合電流多層モータ50は、ハウジング31内に固設した環状のステータ51と、その内外周にそれぞれ同心に配置したインナロータ52およびアウタロータ53とよりなるものである。

ステータ51とインナロータ52とでギヤ比制御モータ37を構成し、ステータ51とアウタロータ53とで操舵力アシストモータ39を構成し、
ギヤ比制御モータ37を成すインナロータ52を中空軸38によりキャリア36に結合し、操舵力アシストモータ39を成すアウタロータ53を中空軸41および減速機40により第2リングギヤ34に結合する。

本実施例においても、前述した実施例と同様な作用効果が奏し得られるが、本実施例においてはそれ以外に、ギヤ比制御モータ37および操舵力アシストモータ39を複合電流多層モータ50で構成したことによって、ギヤ比制御モータ37および操舵力アシストモータ39が1ユニットにまとめられることとなり、これらモータの収納スペースを節約してギヤ比可変ユニット10の小型化を実現することができ、前述した実施例における作用効果を更に顕著なものにすることができる。

図6は本発明の更に他の実施例を示し、本実施例は、図5における実施例に対し双方向クラッチ61を付加したものである。
この双方向クラッチ61は、ステアリングホイール9および第1リングギヤ33間の結合を行うギヤ比可変ユニット10の入力軸14と、キャリア36との間を必要に応じ双方向に結合して、差動歯車機構32を、その全ての構成要素が双方向へ一体回転するインターロック状態にするもので、図7に明示する構成とする。

双方向クラッチ61は図7に明示するごとく、内輪62および外輪63を具え、内輪62を入力軸14上に嵌着してこれと一体回転可能にし、外輪63をキャリア36の内周に嵌着してこれと一体回転可能にする。
内輪62の外周面62aは滑らかな円筒面とし、外輪63の内周面63aは正多角形のカム面とし、これら周面62a，63a間にカムローラ64を介在させる。
カムローラ64の個数は、外輪63の内周に形成した正多角形カム面63aの頂角の個数と同数とし、これらカムローラ64を保持器65により円周方向等間隔に保持すると共に、保持器65を弾性リング66により内輪62の外周面と接するよう径方向内方へ附勢する。

双方向クラッチ61には更に、図示していないが、保持器65を弾性リング66による径方向内方への附勢力に抗し径方向外方へ吸引して保持器65を外輪63の内周正多角形カム面63aに吸着する電磁石を設ける。
イグニッションスイッチをONにしたエンジン運転中であって、操舵装置が正常に機能し得る非故障時であれば、上記の電磁石をONにしておくことにより、保持器65を外輪63の内周正多角形カム面63aに吸着して内輪62の外周面から離間させ、双方向クラッチ61を解放状態にしておく。

かかる双方向クラッチ61の解放状態では、保持器65が内輪62の外周面に連れ回されることがなく、カムローラ64が外輪63の内周正多角形カム面63aの頂角内に位置して、入力軸14とキャリア36との間が双方向相対回転可能である。
従って、イグニッションスイッチをONにしたエンジン運転中で、且つ、操舵装置が正常に機能し得る非故障時である間は、差動歯車機構32が前記インターロック状態にならず、可変ギヤ比操舵装置を前記した通りに作用させることができる。

ところで、イグニッションスイッチをOFFにしたエンジン停止中や、エンジン運転中であっても操舵装置が正常に機能し得ない故障時は、双方向クラッチ61の前記電磁石がOFFされるか、若しくは、この電磁石を制御によりOFFにする。
これにより、保持器65は外輪63の内周正多角形カム面63aに吸着され得なくなり、弾性リング66による径方向内方への附勢力で内輪62の外周面に押し付けられる。
このとき入力軸14の回転（操舵入力）が、保持器65を介してカムローラ64を連れ回し、カムローラ64が外輪63の内周正多角形カム面63aの頂角位置から移動されて、これら頂角位置間における平坦カム面63aと、内輪62の外周面との間に挟み込まれ、双方向クラッチ61を双方向結合状態にする。

かかる双方向クラッチ61の結合状態では、差動歯車機構32が、全構成要素を一体回転されるインターロック状態となり、入力軸14への回転（操舵入力）がインターロック状態の差動歯車機構32を介し固定ギヤ比（1：1）で出力軸15に向かうこととなる。
従って、イグニッションスイッチをOFFにしたエンジン停止中や、エンジン運転中であっても操舵装置が正常に機能し得ない故障時は、ギヤ比可変制御のないマニュアル操舵装置として機能することができる。
なおこの間、操舵力アシストモータ39の制御系が正常であれば、これを用いた操舵力の助勢が可能であるのは言うまでもない。

図8は本発明の更に別の実施例を示し、本実施例は、図6における実施例に対し双方向ブレーキ71を付加したものである。
この双方向ブレーキ71は、ステアリングホイール9および第1リングギヤ33間の結合を行うギヤ比可変ユニット10の入力軸14と、ハウジング31との間を、後述する自動操縦時に結合して入力軸14をいずれの方向へも回転しないように固定するもので、図9に明示する構成とする。

双方向ブレーキ71は図9に明示するごとく、内輪72および外輪73を具え、内輪72を入力軸14上に嵌着してこれと一体回転可能にし、外輪73をハウジング31の内周に嵌着して固定する。
内輪72の外周面72aは正多角形のカム面とし、外輪73の内周面73aは滑らかな円筒面とし、これら周面72a，73a間にカムローラ74を介在させる。
カムローラ74の個数は、内輪72の正多角形外周カム面73aに設定した平坦面の個数と同数とし、これらカムローラ74を保持器75により円周方向等間隔に保持すると共に、保持器75を弾性リング76により、カムローラ74が内輪72の正多角形外周カム面73aを成す平坦面の中央に位置するよう円周方向へ弾支する。

双方向ブレーキ71には更に、図示していないが、保持器75を外輪73に対し位置規制するよう径方向外方へ吸引する電磁石を設ける。
この電磁石をOFFしている間は、保持器75が外輪73に向け径方向外方へ吸引されず、これに対し位置規制されないため、保持器75は弾性リング76により、カムローラ74が内輪72の正多角形外周カム面73aを成す平坦面の中央に位置するよう円周方向へ弾支される。
よって、入力軸14が操舵入力を受けて回転されるとき、保持器75を介してカムローラ74を連れ回すことができ、カムローラ74が内輪72の正多角形外周カム面73aを成す平坦面の中央に位置し続けることによって、入力軸14はハウジング31に対し双方向へ自由に相対回転することができ、双方向ブレーキ71は解放状態である。

ところで上記の電磁石をONにする間は、保持器75が外輪73に向け径方向外方へ吸引され、これに対し位置規制されるため、保持器75はカムローラ74と共にハウジング31に対する円周方向位置を規制される。
よって、入力軸14が操舵入力を受けて回転されるとき、保持器75およびカムローラ74を連れ回すことができず、カムローラ74に対し内輪72が相対回転して、内輪72の正多角形外周カム面73aを成す角部が外輪73の内周面73aとの間に噛み込んで入力軸14をハウジング31に対し双方向へ相対回転不能に固定し、双方向ブレーキ71は係合状態となる。

双方向ブレーキ71を電磁石のON,OFFにより係合状態にするか、解放状態にするかは、図10の制御プログラムによりこれを決定する。
ステップＳ11においては、縦列駐車や車庫入れなどを行うために車両を自動運転させる時に必要な自動操縦時か否かをチェックする。
自動操縦時でなければ可変ギヤ比操舵装置を前記した各実施例につき前述したと同様に機能させるべきであることから、双方向ブレーキ71による入力軸14の固定が不要であるため、制御をステップＳ14に進めて、双方向ブレーキ71を電磁石のOFFにより解放状態にしておくことにより、入力軸14をハウジング31に対し双方向へ自由に回転可能な状態にしておく。

ステップＳ11で自動操縦時と判定する場合は、ステップＳ12において、双方向ブレーキ71を電磁石のONにより係合状態にし、入力軸14をハウジング31に対し双方向へ回転不能な状態にしておく。
この間、双方向クラッチ61は解放状態にしておく。
この状態で、図8におけるギヤ比制御モータ37を構成するインナロータ52を駆動すると、その回転がキャリア36に達する。
キャリア36の回転は、入力軸14を介し固定されている第1リングギヤ33の内周に沿ってピニオン35を転動させつつ公転させ、これによりキャリア36の回転はピニオン35の公転を介して第2リングギヤ34および出力軸15に伝達されることとなり、ギヤ比制御モータ37（インナロータ52）によりその駆動方向に応じた方向へ車輪を転舵して車両を自動操縦することができる。

この間、操舵力アシストモータ39（アウタロータ13）による操舵力の助勢が可能である。
なお差動歯車機構32は、ギヤ比制御モータ37（インナロータ52）からの回転を減速して（トルク増大下に）第2リングギヤ34および出力軸15へ伝達するよう機能することから、操舵力アシストモータ39として低トルク型小さなものを用いることができる。
また、上記の自動操縦時は入力軸14を介しステアリングホイール9が固定されているため、安全上も大いに有利である。

図10のステップＳ12で自動操縦用に双方向ブレーキ71を電磁石のONにより係合させている間、ステップＳ13においては、ステアリングホイール9からの操舵入力Tsが緊急操舵判定用の設定値Tso以上であるか否かにより、運転者が自動操縦中に何らかの必要を感じてステアリングホイール9を操作したか否かをチェックする。
操舵入力Tsが緊急操舵判定用の設定値Tso未満であれば、制御をステップＳ11に戻し、ここでの判定結果に応じ、自動操縦中であればステップＳ12で双方向ブレーキ71を電磁石のONにより係合させ、自動操縦中でなければステップＳ14で双方向ブレーキ71を電磁石のOFFにより解放させる。

ステップＳ12で自動操縦用に双方向ブレーキ71を電磁石のONにより係合させている間に、ステップＳ13において、ステアリングホイール9からの操舵入力Tsが緊急操舵判定用の設定値Tso以上であると判定する場合、つまり、運転者が自動操縦中に何らかの必要を感じてステアリングホイール9を操作した場合、制御をステップＳ14に進めて双方向ブレーキ71を電磁石のOFFにより解放させ、自動操縦からステアリングホイール9による操縦への切り替えを可能にする。

図11は、差動歯車機構32の他の構成例を示し、本実施例においては、ピニオン35を回転自在に支持するピニオンシャフト35aをキャリア36に対し取り付けるに際し、以下の構造によりこれを行う。
つまり、ピニオンシャフト35aを嵌合するためキャリア36に形成するピニオンシャフト嵌合孔36aを、ピニオンシャフト35aが円周方向へは変位不能であるも、径方向へは変位可能な径方向へ長い長孔とする。

そして、入力軸14を包囲するよう配して弾性リング81を設け、これに、ピニオンシャフト35aへ向けて延在するプッシュロッド81aを設ける。
弾性リング81は自由状態で円形のものであるが、これを図示のごとく径方向へ押しつぶし、その反力によりピニオンシャフト35aへ向かう方向のプリロードを発生する状態でプッシュロッド81aをピニオンシャフト35aの外周に突き当てる。

かくして弾性リング81は、上記のプリロードによりプッシュロッド81aを介してピニオンシャフト35aを径方向外方へ附勢し、これに回転自在に支持したピニオン35を同方向へ附勢することにより、ピニオン35を第1，2リングギヤ33，34との噛合部において、これらリングギヤ33，34の内歯に押し付ける。
よって、ピニオン35と第1，2リングギヤ33，34との間における噛合部のバックラッシュが除去され、操舵感覚をがたつきのない良好なものにすることができる。

本発明の一実施例になる車両用可変ギヤ比操舵装置を、その制御システムと共に示す線図的斜視図である。 図1に示した車両用可変ギヤ比操舵装置におけるギヤ比可変ユニットを示す線図的断面図である。 図2に示すギヤ比可変ユニットにおける差動歯車機構を軸線方向に見て示す正面図である。 同差動歯車機構の共線図である。 本発明の他の実施例を示す、図2と同様なギヤ比可変ユニットの線図的断面図である。 本発明の更に他の実施例を示す、図2，5と同様なギヤ比可変ユニットの線図的断面図である。 図6の実施例において用いた双方向クラッチの横断正面図である。 本発明の更に別の実施例を示す、図2，5，6と同様なギヤ比可変ユニットの線図的断面図である。 図8の実施例において用いた双方向ブレーキの横断正面図である。 図8，9の実施例において用いた双方向ブレーキの係合、解放制御に係わる制御プログラムを示すフローチャートである。 本発明の更に他の実施例を示す、図3と同様な差動歯車機構の正面図である。

符号の説明

1L 左操舵輪
1R 右操舵輪
2 ナックルアーム
3L,3R サイドロッド
4 車輪転舵機構
6 ラック軸
8 ピニオンシャフト（転舵機構の入力軸）
9 ステアリングホイール（ステアリング操作部材）
10 ギヤ比可変ユニット
11 差動歯車機構収納部
12 ギヤ比制御モータ収納部
13 操舵力アシストモータ収納部
14 ギヤ比可変ユニットの入力軸
15 ギヤ比可変ユニットの出力軸
21 コントローラ
22 操舵力センサ
23 操舵速度センサ
24 車速センサ
31 ハウジング
32 遊星歯車組式差動歯車機構
33 第1リングギヤ（内歯付き第1外側歯車）
34 第2リングギヤ（内歯付き第2外側歯車）
35 ピニオン（内側歯車）
36 キャリア（内側歯車支持部材）
37 ギヤ比制御モータ
39 操舵力制御モータ
40 減速機
50 複合電流多層モータ
51 ステータ
52 インナロータ
53 アウタロータ
61 双方向クラッチ
71 双方向ブレーキ
81 弾性リング

Claims (11)

1. ギヤ比可変ユニットを経てステアリング操作部材からの操舵入力を転舵機構に伝達して車輪を転舵可能で、前記ギヤ比可変ユニットによりステアリングギヤ比を変更可能にした車両用可変ギヤ比操舵装置において、
   前記ギヤ比可変ユニットを、
   前記ステアリング操作部材に結合した内歯付き第1外側歯車、この内歯付き第1外側歯車に対し同軸配置されて前記転舵機構の入力軸に結合した内歯付き第2外側歯車、これら内歯付き第1、第2外側歯車の双方に噛合する共通な内側歯車、および、該内側歯車を回転自在に支持した内側歯車支持部材より成る差動歯車機構と、
   前記ステアリングギヤ比を変更するよう前記内側歯車支持部材に結合したギヤ比制御モータと、
   前記内歯付き第2外側歯車から前記転舵機構の入力軸に向かう操舵力を助勢するよう前記内歯付き第2外側歯車に結合した操舵力アシストモータと
   で構成したことを特徴とする車両用可変ギヤ比操舵装置。
2. 請求項1に記載の車両用可変ギヤ比操舵装置において、
   前記差動歯車機構は、
   前記ステアリング操作部材に結合した第1リングギヤと、
   この第1リングギヤに対し同軸配置されて前記転舵機構の入力軸に結合した第2リングギヤと、
   これら第1、第2リングギヤの双方に噛合する共通な複数個のピニオンと、
   該ピニオンを回転自在に支持したキャリアとより成る遊星歯車組式差動歯車機構であることを特徴とする車両用可変ギヤ比操舵装置。
3. 請求項1または2に記載の車両用可変ギヤ比操舵装置において、
   前記ギヤ比制御モータおよび操舵力アシストモータはステータを共有し、該ステータの内外周にそれぞれ同軸にインナロータおよびアウタロータを配設してなる複合電流多層モータとし、
   前記インナロータを前記内側歯車支持部材に結合して、該インナロータと前記ステータとにより前記ギヤ比制御モータを構成し、
   前記アウタロータを前記第2外側歯車に結合して、該アウタロータと前記ステータとにより前記操舵力アシストモータを構成したことを特徴とする車両用可変ギヤ比操舵装置。
4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両用可変ギヤ比操舵装置において、
   前記第2外側歯車に前記操舵力アシストモータを結合するに際し、減速機を介してこれら第2外側歯車および操舵力アシストモータ間の結合を行ったことを特徴とする車両用可変ギヤ比操舵装置。
5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両用可変ギヤ比操舵装置において、
   前記第1外側歯車の歯数を前記第2外側歯車の歯数よりも、前記内側歯車の個数分だけ多くしたことを特徴とする車両用可変ギヤ比操舵装置。
6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の車両用可変ギヤ比操舵装置において、
   前記ステアリング操作部材および第1外側歯車間の結合を行うギヤ比可変ユニットの入力軸と、前記内側歯車支持部材との間を、操舵装置が正常に機能しなくなった時に結合する双方向クラッチを設けたことを特徴とする車両用可変ギヤ比操舵装置。
7. 請求項6に記載の車両用可変ギヤ比操舵装置において、
   前記双方向クラッチは電磁式とし、通電時はクラッチ解放により前記ギヤ比可変ユニットの入力軸と前記内側歯車支持部材との間を結合せず双方向相対回転可能とし、非通電時はクラッチ係合により前記ギヤ比可変ユニットの入力軸と前記内側歯車支持部材との間を結合して双方向に伝動可能とするものであることを特徴とする車両用可変ギヤ比操舵装置。
8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の車両用可変ギヤ比操舵装置において、
   前記ステアリング操作部材および第1外側歯車間の結合を行うギヤ比可変ユニットの入力軸を固定して前記ギヤ比制御モータによる自動操縦を可能にする双方向ブレーキを設けたことを特徴とする車両用可変ギヤ比操舵装置。
9. 請求項8に記載の車両用可変ギヤ比操舵装置において、
   前記双方向ブレーキは電磁式とし、通電時はブレーキ作動により前記ギヤ比可変ユニットの入力軸を固定可能とし、非通電時はブレーキ解放により前記ギヤ比可変ユニットの入力軸を双方向回転可能にするものであることを特徴とする車両用可変ギヤ比操舵装置。
10. 請求項8または9に記載の車両用可変ギヤ比操舵装置において、
    前記双方向ブレーキにより前記ギヤ比可変ユニットの入力軸を固定している間に操舵入力が設定値以上になったら、前記双方向ブレーキをブレーキ解放させて前記ギヤ比可変ユニットの入力軸を双方向回転可能な状態に復帰させるものであることを特徴とする車両用可変ギヤ比操舵装置。
11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の車両用可変ギヤ比操舵装置において、
    前記内側歯車を前記内側歯車支持部材に対し、前記第1および第2外側歯車の内歯に向かう方向へ変位可能にして回転自在に支持し、該内側歯車を、前記第1および第2外側歯車との噛合部においてこれら第1および第2外側歯車の内歯に押圧されるよう附勢したことを特徴とする車両用可変ギヤ比操舵装置。

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