JP4442630B2 - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の操舵制御装置に係り、更に詳細には操舵伝達比を変更する伝達比可変装置を備えた車両の操舵制御装置に係る。

自動車等の車両の操舵制御装置の一つとして、操舵伝達比を変更する伝達比可変装置を備えた操舵制御装置は既に知られている。この種の操舵制御装置は、一般に、回転可能に支持され且つステアリングホイールと相対回転不能に係合された入力軸と、回転可能に支持された出力軸と、出力軸の回転運動を操舵輪が舵角を変更する運動に変換する運動変換機構と、入力軸に対し相対的に出力軸を回転させることにより入力軸の回転運動量に対する出力軸の回転運動量の比である伝達比を変更する伝達比可変装置とを有している。

伝達比可変装置は従来種々の構成のものが提案されているが、電動モータ及び減速機構を備えた伝達比可変装置がよく知られている。電動モータはステータと、該ステータとの間の相互作用により発生するロータ駆動トルクによってステータに対し相対的に回転駆動されるロータとを有し、減速機構はロータの回転に伴って回転する回転体を含み、回転体が入力軸に対し第一の回転角度だけ相対回転すると出力軸が入力軸に対し第一の回転角度とは異なる第二の回転角度だけ相対回転すると共に回転体が前記入力軸に対し相対回転しないときには出力軸が入力軸に対し相対回転しないよう構成されている。

伝達比可変装置を制御するためには電動モータへ制御電流を供給する必要があるが、電動モータがステアリングコラムに内蔵されている構造の場合には、車体側より電動モータへ制御電流を供給するためのスパイラルケーブルが必要である。そのためスパイラルケーブルが不要であるよう、ステータが車両の車体に固定され、ステータに制御電流が供給される構造の伝達比可変装置も既に知られている。

また伝達比可変装置を備えた操舵制御装置に於いては、例えば本願出願人の出願にかかる下記の特許文献１及び２に記載されている如く、伝達比可変装置が正常である場合には伝達比可変装置による伝達比の変更制御が確実に行われると共に、伝達比可変装置に異常が生じた場合には入力軸と出力軸との間に確実に回転運動及びトルクが伝達されるよう、入力軸及び出力軸の間の伝達比の変化を許容するロックオフ状態と、入力軸及び出力軸の間の伝達比の変化を阻止するロックオン状態とに切り替わるロック装置が設けられている。
特開２００５−１６２１２４号公報 特開２００５−１４６８０号公報

伝達比可変装置の減速機構として、波動歯車機構（ストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構）（例えば特開２００５−１４６８０号公報参照）がよく知られている。この機構は入力軸と一体に回転する第一のリング歯車部材と、出力軸と一体に回転する第二のリング歯車部材と、電動モータのロータと一体に回転する楕円形の回転体の周りに装着され回転体に対し相対的に回転可能な帯状の外歯歯車部材とを有し、外歯歯車部材は回転体の楕円の長径に対応する位置に於いて第一及び第二のリング歯車部材と噛合し、外歯歯車部材の歯数は第一及び第二のリング歯車部材の一方の歯数と同一であり且つ第一及び第二のリング歯車部材の他方の歯数と異なり、回転体が電動モータによって入力軸に対し相対的に回転駆動されることにより、伝達比が変化されるようになっている。

また上述の如き波動歯車機構を備えた操舵制御装置のロック装置は、一般に、ロックオン状態に於いては、ロータ及びステータの相対回転を阻止することによって回転体の回転を阻止することにより、入力軸及び出力軸の間の伝達比の変化を阻止するようになっている。ロック装置がロックオン状態にあるときには、回転体は回転せず、入力軸の回転に伴う第一のリング歯車部材の回転によって外歯歯車部材が回転体の周りに回転せしめられ、その外歯歯車部材の回転が第二のリング歯車部材を介して出力軸へ伝達されることにより、一定のギヤ比にて入力軸の回転運動及びトルクが出力軸へ伝達される。逆に出力軸の回転に伴う第二のリング歯車部材の回転によって外歯歯車部材が回転体の周りに回転せしめられ、その外歯歯車部材の回転が第一のリング歯車部材を介して入力軸へ伝達されることにより、一定のギヤ比にて出力軸の回転運動及びトルクが入力軸へ伝達される。

従って伝達比可変装置の電動モータのステータが車両の車体に固定された型式の操舵制御装置に於いて、異物の侵入等により外歯歯車部材が回転体に対し相対的に回転し得なくなると、ロック装置がロックオン状態に切り替えられロータ及び回転体の回転が阻止された場合には、外歯歯車部材は全く回転することができなくなり、入力軸及び出力軸の間にて回転運動及びトルクの伝達を行うことができなくなると共に、ステアリングホイールの回転操作及び操舵輪の転舵を行うことができなくなる。

かかる事態になることを回避するためには、外歯歯車部材が回転体に対し相対的に回転し得なくなった状況にてロック装置がロックオン状態に切り替えられても、回転体に高いトルクが作用するような場合には回転体の回転を許容する特殊な安全装置が必要であり、操舵制御装置の構造が複雑化したり、操舵制御装置が高コスト化したりすることが避けられない。

本発明は、伝達比可変装置が電動モータ及び波動歯車機構を有し、電動モータのステータが車両の車体に固定された従来の操舵制御装置に於けるロック装置に関する上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主要な課題は、構造を複雑化したり高コスト化したりする特殊な安全装置を要することなく、異物の侵入等により外歯歯車部材が回転体に対し相対的に回転し得なくなった状況に於いてロック装置がロックオン状態に切り替えられた場合にも、入力軸及び出力軸の間にて回転運動及びトルクの伝達を行うことができ、これによりステアリングホイールの回転操作及び操舵輪の転舵を行うことを可能にすることである。
〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕

上述の主要な課題は、本発明によれば、請求項１の構成、即ち回転可能に支持され且つステアリングホイールと相対回転不能に係合された入力軸と、回転可能に支持された出力軸と、前記出力軸の回転運動を操舵輪が舵角を変更する運動に変換する運動変換機構と、前記入力軸に対し相対的に前記出力軸を回転させることにより前記入力軸の回転運動量に対する前記出力軸の回転運動量の比である伝達比を変更する伝達比可変装置と、前記入力軸及び前記出力軸の間の伝達比の変化を阻止するロックオン状態と、前記入力軸及び前記出力軸の間の伝達比の変化を許容するロックオフ状態とに切り替わるロック装置と、前記ロック装置に対する制御電流を制御することにより前記ロック装置を前記ロックオン状態と前記ロックオフ状態とに切り替える制御装置とを有し、前記伝達比可変装置は電動モータ及び減速機構を有し、前記電動モータはステータと、該ステータとの間の相互作用により発生するロータ駆動トルクによって前記ステータに対し相対的に回転駆動されるロータとを含み、前記減速機構は前記入力軸と一体に回転する第一のリング歯車部材と、前記出力軸と一体に回転する第二のリング歯車部材と、前記ロータと一体に回転する楕円形の回転体の周りに装着され前記回転体に対し相対的に回転可能な帯状の外歯歯車部材とを有し、前記外歯歯車部材は前記回転体の楕円の長径に対応する位置に於いて前記第一及び第二のリング歯車部材と噛合し、前記外歯歯車部材の歯数は前記第一及び第二のリング歯車部材の一方の歯数と同一であり且つ前記第一及び第二のリング歯車部材の他方の歯数と異なり、前記回転体が前記電動モータによって前記入力軸に対し相対的に回転駆動されることにより伝達比を変更するよう構成された車両の操舵制御装置に於いて、前記電動モータは前記ステアリングホイールと前記減速機構との間に配置され、前記ステータは前記車両の車体に固定され、前記ロック装置は前記ロックオン状態に於いては前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを阻止し、前記ロックオフ状態に於いては前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを許容することを特徴とする車両の操舵制御装置、又は請求項２の構成、即ち回転可能に支持され且つステアリングホイールと相対回転不能に係合された入力軸と、回転可能に支持された出力軸と、前記出力軸の回転運動を操舵輪が舵角を変更する運動に変換する運動変換機構と、前記入力軸に対し相対的に前記出力軸を回転させることにより前記入力軸の回転運動量に対する前記出力軸の回転運動量の比である伝達比を変更する伝達比可変装置と、前記入力軸及び前記出力軸の間の伝達比の変化を阻止するロックオン状態と、前記入力軸及び前記出力軸の間の伝達比の変化を許容するロックオフ状態とに切り替わるロック装置とを有し、前記伝達比可変装置は電動モータ及び減速機構を有し、前記電動モータはステータと、該ステータとの間の相互作用により発生するロータ駆動トルクによって前記ステータに対し相対的に回転駆動されるロータとを含み、前記減速機構は前記入力軸と一体に回転する第一のリング歯車部材と、前記出力軸と一体に回転する第二のリング歯車部材と、前記ロータと一体に回転する楕円形の回転体の周りに装着され前記回転体に対し相対的に回転可能な帯状の外歯歯車部材とを有し、前記外歯歯車部材は前記回転体の楕円の長径に対応する位置に於いて前記第一及び第二のリング歯車部材と噛合し、前記外歯歯車部材の歯数は前記第一及び第二のリング歯車部材の一方の歯数と同一であり且つ前記第一及び第二のリング歯車部材の他方の歯数と異なり、前記回転体が前記電動モータによって前記入力軸に対し相対的に回転駆動されることにより伝達比を変更するよう構成された車両の操舵制御装置に於いて、前記ステータは前記車両の車体に固定され、前記ロック装置は前記ロックオン状態に於いては前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを阻止し、前記ロックオフ状態に於いては前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを許容し、前記ロック装置は係合部材と、前記係合部材を駆動するアクチュエータと、前記係合部材と係合することにより前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを阻止する被係合部材とを有し、前記アクチュエータは前記入力軸及び前記ロータの一方により支持され、前記被係合部材は前記入力軸及び前記ロータの他方により支持されていることを特徴とする車両の操舵制御装置によって達成される。

上記請求項１及び２の構成によれば、電動モータのステータは車両の車体に固定されているが、ロック装置はロックオン状態に於いては入力軸及びロータが互いに他に対し相対回転することを阻止し、ロックオフ状態に於いては入力軸及びロータが互いに他に対し相対回転することを許容するので、ロックオン状態に於いては入力軸、ロータ、回転体は一体的に回転することができ、従って異物の侵入等により外歯歯車部材が回転体に対し相対的に回転し得なくなった状況に於いてロック装置がロックオン状態に切り替えられた場合にも、入力軸、ロータ、回転体と一体的に回転する外歯歯車部材と第二のリング歯車部材との間にて確実に回転運動及びトルクの伝達を行わせることができ、これにより入力軸及び出力軸の間にて回転運動及びトルクの伝達を確実に行うことができる。

また上記請求項１及び２の構成によれば、外歯歯車部材が回転体に対し相対的に回転し得なくなった状況にてロック装置がロックオン状態に切り替えられても、回転体に高いトルクが作用するような場合に回転体の回転を許容する特殊な安全装置は不要であるので、操舵制御装置の構造が複雑化したり、操舵制御装置が高コスト化したりすることを確実に回避することができる。
特に上記請求項１の構成によれば、電動モータはステアリングホイールと減速機構との間に配置されているので、ステアリングホイール若しくは入力軸に設けられた電装部品へ制御電流を供給するための手段とアクチュエータに対し制御電流を供給するための手段とを共用することができる。
また上記請求項２の構成によれば、アクチュエータによって係合部材を駆動し被係合部材と係合させることにより、ロック装置をロックオン状態に切り替え、アクチュエータによって係合部材を駆動し被係合部材との係合より離脱させることにより、ロック装置をロックオフ状態に切り替えることができる。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記ロック装置は係合部材と、前記係合部材を駆動するアクチュエータと、前記係合部材と係合することにより前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを阻止する被係合部材とを有し、前記アクチュエータは前記入力軸及び前記ロータの一方により支持され、前記被係合部材は前記入力軸及び前記ロータの他方により支持されているよう構成される（請求項３の構成）。

上記請求項３の構成によれば、アクチュエータによって係合部材を駆動し被係合部材と係合させることにより、ロック装置をロックオン状態に切り替え、アクチュエータによって係合部材を駆動し被係合部材との係合より離脱させることにより、ロック装置をロックオフ状態に切り替えることができる。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項２又は３の構成に於いて、前記アクチュエータは前記入力軸により支持され、内端が前記入力軸により支持されたスパイラルケーブルを経て前記車体の側より制御電流が供給されることにより作動するよう構成される（請求項４の構成）。

上記請求項４の構成によれば、入力軸により支持されたアクチュエータに対し車体の側よりスパイラルケーブルを経て制御電流が供給されるので、入力軸の回転位置に拘らず車体の側よりアクチュエータに対し確実に制御電流を供給することができる。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項４の構成に於いて、前記ロック装置は前記ステアリングホイールと前記電動モータとの間に配置され、前記スパイラルケーブルは前記ステアリングホイール若しくは前記入力軸に設けられた電装部品へ制御電流を供給する機能を有するよう構成される（請求項５の構成）。

上記請求項５の構成によれば、ステアリングホイール若しくは入力軸に設けられた電装部品へ制御電流を供給するためのスパイラルケーブルをアクチュエータに対し制御電流を供給するためのスパイラルケーブルとして共用することができ、これにより電装部品へ制御電流を供給するためのスパイラルケーブルとは別にアクチュエータに対し制御電流を供給するためのスパイラルケーブルが設けられる場合に比して、操舵制御装置の構造を簡略化し、操舵制御装置のコストを低減することができる。
〔課題解決手段の好ましい態様〕

本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５の何れかの構成に於いて、外歯歯車部材の歯数は第二のリング歯車部材の歯数と同一であり且つ第一のリング歯車部材の歯数と異なるよう構成される（好ましい態様１）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様１の構成に於いて、外歯歯車部材及び第二のリング歯車部材の歯数は第一のリング歯車部材の歯数よりも多いよう構成される（好ましい態様２）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２乃至５又は上記好ましい態様１又は２の何れかの構成に於いて、アクチュエータは入力軸により支持され、被係合部材はロータにより支持されているよう構成される（好ましい態様３）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５又は上記好ましい態様１乃至３の何れかの構成に於いて、ロック装置は不動の摩擦部材と可動の摩擦部材とを有し、それらの摩擦部材が互いに摩擦係合することによりロックオン状態になるよう構成される（好ましい態様４）。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施例について詳細に説明する。
［第一の実施例］

図１は本発明による車両の操舵制御装置の第一の実施例を示す概略構成図、図２は伝達比可変装置の波動歯車機構を回転軸線に垂直な切断面にて切断して示す断面図である。尚図２に於いては、簡略化の目的でハッチングは省略されている。

図１に於いて、１０は操舵制御装置を全体的に示している。操舵制御装置１０は、車両の運転者により操舵操作（回転操作）されるステアリングホイール１２と、回転軸線１４の周りに回転可能に支持された入力軸としてのアッパステアリングシャフト１６と、回転軸線１４の周りに回転可能に支持された出力軸としてのロアステアリングシャフト１８と、必要に応じてアッパステアリングシャフト１６に対し相対的にロアステアリングシャフト１８を回転させることによりアッパステアリングシャフト１６の回転運動量に対するロアステアリングシャフト１８の回転運動量の比である伝達比を変更する伝達比可変装置２０と、ロアステアリングシャフト１８の回転運動を操舵輪である左右前輪２２Ｌ及び２２Ｒの舵角変更運動に変換する運動変換機構２４とを含んでいる。

アッパステアリングシャフト１６は上端にて図には示されていないトーションバーを介してステアリングホイール１２に連結され、下端に回転軸線１４に垂直に延在するディスク部１６ａを一体に有している。ロアステアリングシャフト１８の上端には回転軸線１４に垂直に延在するディスク部１８ａと、該ディスク部１８ａの外縁部より回転軸線１４に整合して上方へ延在する円筒部１８ｂとが一体に設けられている。ディスク部１８ａ及び円筒部１８ｂはディスク部１６ａより隔置され、これによりディスク部１６ａを回転軸線１４の周りに回転可能に遊嵌状態にて受け入れている。

伝達比可変装置２０は電動モータ２６及び減速歯車機構２７を有している。電動モータ２６はステアリングホイール１２とディスク部１６ａとの間にてアッパステアリングシャフト１６の周りに配設されている。電動モータ２６はブラシレスモータであり、複数の電磁コイルを備えたステータ２８と、周方向に配列された複数の永久磁石を備えステータ２８との間の電磁気的相互作用により発生するロータ駆動トルクによってステータ２８に対し相対的に回転駆動されるロータ３０とを有している。ステータ２８は車両の車体３２に固定され、車体３２により支持されている。ロータ３０はアッパステアリングシャフト１６に対し相対的に回転軸線１４の周りに回転可能にアッパステアリングシャフト１６に遊嵌合する管状をなし、下端に回転軸線１４に垂直に延在するディスク部３０ａを一体に有している。ディスク部３０ａは長径Ｌａ及び短径Ｌｂを有する楕円形をなし、ロータ３０と一体に回転する回転体として機能する。

ディスク部１６ａの外縁部の上面には回転軸線１４に整合する平歯の内歯３４ａを有するリング歯車部材３４が固定されており、円筒部１８ｂの上端部の内面には回転軸線１４に整合する平歯の内歯３６ａを有するリング歯車部材３６が固定されている。リング歯車部材３４は円筒部１８ｂより径方向内方に隔置され且つリング歯車部材３６より回転軸線１４に沿う方向に隔置されている。リング歯車部材３４及び３６は互いに同一のピッチ円直径を有しているが、図示の第一の実施例に於いてはそれぞれ１００及び１０２の歯数を有している。

図２に示されている如く、ディスク部３０ａはリング歯車部材３４及び３６に径方向に対向する位置に位置し、ディスク部３０ａの外周には軸受３８を介して平歯の外歯４０ａを有する帯状の外歯歯車部材４０が配設されている。軸受３８は可撓性を有するインナレース３８ａ及びアウタレース３８ｂとこれらの間に配設された複数のローラ３８ｃとよりなり、インナレース３８ａはディスク部３０ａに対し相対回転しないようディスク部３０ａに圧入式に嵌合している。外歯歯車部材４０は可撓性を有し、軸受３８のアウタレース３８ｂに対し相対回転しないようアウタレースに圧入式に嵌合し、これにより軸受３８及び外歯歯車部材４０は回転軸線１４の位置を中心とする楕円形をなしている。図示の第一の実施例に於いては、外歯歯車部材４０は１０２の歯数を有している。

また図２に示されている如く、外歯歯車部材４０はリング歯車部材３４及び３６のピッチ円とディスク部３０ａの長径Ｌａに整合する直線Ｌとが交差する二つの交点Ｐ１及びＰ２に於いてリング歯車部材３４及び３６と噛合するが、交点Ｐ１及びＰ２以外の領域に於いてリング歯車部材３４及び３６と噛合しないようになっている。アウタレース３８ｂ及び外歯歯車部材４０は可撓性を有するので、ディスク部３０ａがディスク部１６ａ及び円筒部１８ｂに対し相対的に回転軸線１４の周りに回転すると、それに伴って交点Ｐ１及びＰ２もディスク部３０ａの相対回転角度と同一の角度だけ回転軸線１４の周りに回転変位する。

かくしてリング歯車部材３４、３６及び外歯歯車部材４０はディスク部３０ａ及び軸受３８と共働して波動歯車機構（ストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構）として減速歯車機構２７を構成しており、ディスク部３０ａ及び軸受３８は波動歯車機構の所謂ウェーブジェネレータとして機能する。波動歯車機構の機能は当技術分野に於いてよく知られているが、以下にその概要を説明する。

ディスク部３０ａがその下方より見てディスク部１６ａ及び円筒部１８ｂに対し相対的に回転軸線１４の周りに時計回り方向へ回転すると、その相対回転に伴って外歯歯車部材４０とリング歯車部材３４とが噛み合う位置が回転軸線１４の周りに時計回り方向へ回転移動する。上述の如く外歯歯車部材４０の歯数（１０２）はリング歯車部材３４の歯数（１００）よりも多い。従ってディスク部３０ａがリング歯車部材３４に対し相対的に回転軸線１４の周りに時計回り方向へ３６０°回転する間に、外歯歯車部材４０はディスク部３０ａに対し相対回転することによりリング歯車部材３４に対し二つの歯に相当する角度だけ反時計回り方向へ相対回転する。

またディスク部３０ａがリング歯車部材３６に対し時計回り方向へ相対回転すると、その相対回転に伴って外歯歯車部材４０とリング歯車部材３６とが噛み合う位置が回転軸線１４の周りに時計回り方向へ回転移動する。上述の如く外歯歯車部材４０の歯数（１０２）はリング歯車部材３６の歯数（１０２）と同一である。従ってディスク部３０ａがリング歯車部材３６に対し相対的に回転軸線１４の周りに３６０°回転しても、外歯歯車部材４０はリング歯車部材３６に対し相対回転しない。

従ってディスク部３０ａを一体に有するロータ３０がアッパステアリングシャフト１６に対し角度θだけ時計回り方向へ相対回転すると、３６０°に対しリング歯車部材３６の二つの歯に相当する角度の比１／Ｎ（図示の第一の実施例に於いては、Ｎは５１である）を角度θに乗じた角度θ／Ｎだけ、ロアステアリングシャフト１８はアッパステアリングシャフト１６に対し時計回り方向へ相対回転せしめられる。また同様にロータ３０がアッパステアリングシャフト１６に対し角度θだけ反時計回り方向へ相対回転すると、ロアステアリングシャフト１８は角度θ／Ｎだけアッパステアリングシャフト１６に対し反時計回り方向へ相対回転せしめられる。

かくして伝達比可変装置２０は、電動モータ２６及び減速歯車機構２７によってロータ３０をアッパステアリングシャフト１６に対し相対回転させることによりロアステアリングシャフト１８をアッパステアリングシャフト１６に対し相対回転させ、これによりアッパステアリングシャフト１６の回転運動量に対するロアステアリングシャフト１８の回転運動量の比である伝達比を変更する。

尚、ロータ３０がアッパステアリングシャフト１６に対し相対回転しない（θ＝０）場合には、ロアステアリングシャフト１８はアッパステアリングシャフト１６に対し相対回転しない。即ちロータ３０、アッパステアリングシャフト１６及びロアステアリングシャフト１８は互いに他に対し相対回転せず、これらのステアリングシャフトはあたかも一つのシャフトの如く回転する。

ロアステアリングシャフト１８の回転運動は運動変換機構２４により左右の前輪２２Ｌ及び２２Ｒの舵角を変更する運動に変換される。図示の第一の実施例に於ける運動変換機構２４はラックアンドピニオン型の電動式パワーステアリング装置４２を含み、パワーステアリング装置４２は車両横方向に延在するラックバー４４及びラックバー４４のラック歯に係合するピニオンシャフト４６を有している。

ラックバー４４は電動モータ及び減速機を有するアクチュエータ４８によって周知の如く軸線方向に付勢され、これにより運転者の操舵負担が軽減されるようになっている。ピニオンシャフト４６にはユニバーサルジョイント５０を介してロアステアリングシャフト１８の下端が連結されており、ロアステアリングシャフト１８の回転運動はユニバーサルジョイント５０を介してピニオンシャフト４６に同一の回転運動として伝達され、ピニオンシャフト４６の回転運動はラックバー４４の直線運動に変換される。尚アクチュエータ４８はロアステアリングシャフト１８又はピニオンシャフト４６にアシストトルクを付与するようになっていてもよい。

ラックバー４４の両端はボールジョイント５２を介して左右のタイロッド５４Ｌ及び５４Ｒの内端に連結され、タイロッド５４Ｌ及び５４Ｒの外端は図には示されていないボールジョイントを介してそれぞれ左右の操舵輪２２Ｒ及び２２Ｌの図には示されていないナックルアームに連結され、これによりラックバー４４の直線運動が周知の如く左右の前輪２２Ｌ及び２２Ｒのキングピン軸周りの揺動運動、即ち舵角変更運動に変換されるようになっている。

図１に示されている如く、ステアリングホイール１２と伝達比可変装置２０との間にはレバー式のロック装置５６が設けられており、ロック装置５６は必要に応じてアッパステアリングシャフト１６及びロータ３０の互いに他に対する相対回転を阻止するようになっている。図示の第一の実施例に於いては、ロック装置５６はロータ３０の上端の外側に例えば圧入により固定された被係合部材としてのロックホルダ５８と、アッパステアリングシャフト１６に固定されたマウント６０に取り付けられた電磁式のロックアクチュエータ６２と、ロックアクチュエータ６２により駆動される係合部材としてのロックレバー６４とを有している。

ロックホルダ５８の外周部には周方向に互いに隔置され且つ径方向外方へ開いた複数の凹部が設けられている。ロックレバー６４は図には示されていない枢軸により枢動可能に支持され、先端がロックホルダ５８の凹部に係合するロック位置と先端がロックホルダ５８の凹部より離脱する非ロック位置とを取り得るようになっている。ロックアクチュエータ６２はロックレバー６４を駆動するソレノイドを含み、ソレノイドに制御電流が通電されていないときにはロックレバー６４をロック位置に位置決めし、ソレノイドに制御電流が通電されているときにはロックレバー６４を非ロック位置に位置決めするようになっている。

かくしてロック装置５６は、ロックアクチュエータ６２のソレノイドに対する制御電流が制御されることにより、アッパステアリングシャフト１６及びロータ３０の互いに他に対する相対回転を阻止するロックオン状態と、アッパステアリングシャフト１６及びロータ３０の互いに他に対する相対回転を許容するロックオフ状態とに切り替わるようになっている。ロック装置５６がロックオン状態にあるときには、アッパステアリングシャフト１６及びロータ３０は互いに他に対し相対回転することができないので、リング歯車部材３４及び外歯歯車部材４０は一体的に回転する。リング歯車部材３６及び外歯歯車部材４０の歯数は同一であるので、これらの歯車部材は互いに他に対し同一の方向へ同一の角度回転し、従ってアッパステアリングシャフト１６及びロアステアリングシャフト１８は相対回転することなく、あたかも一つのシャフトの如く回転する。

ステアリングホイール１２とロック装置５６との間にはそれ自身周知の構造を有するスパイラルケーブル装置６６が設けられている。スパイラルケーブル装置６６のケーブルの内端はアッパステアリングシャフト１６に支持され、ケーブルの外端は車体３２により支持されており、これによりスパイラルケーブル装置６６はアッパステアリングシャフト１６の回転位置に拘らず車体３２の側よりロックアクチュエータ６２へ制御電流を供給する。またスパイラルケーブル装置６６はステアリングホイール１２に設けられたエアバッグや各種スイッチ等の電装部品に対し必要な制御電流を供給する。

ステアリングホイール１２とスパイラルケーブル装置６６との間には操舵角センサ６８が設けられており、操舵角センサ６８は操舵角θsを検出し、スパイラルケーブル装置６６を経て操舵角θsを示す信号を車体３２に設けられた電子制御装置７０へ供給する。操舵角センサ６８はアブソリュート型のロータリエンコーダであり、車体３２に対するアッパステアリングシャフト１６の相対回転角度を操舵角θsとして検出する。

電動モータ２６と波動歯車機構との間には回転角度センサ７２が設けられている。回転角度センサ７２はインクリメンタル型のロータリエンコーダであり、車体３２に対するロータ３０の相対回転角度θｍの変化量である回転角度変化量Δθｍを検出し、検出された回転角度変化量Δθｍを示す信号を電子制御装置７０へ出力するようになっている。回転角度センサ７２は伝達比可変装置２０の作動量、従ってアッパステアリングシャフト１６及びロアステアリングシャフト１８の相対回転角度を検出するためのものであるので、回転角度センサ７２に代えて或いは回転角度センサ７２に加えてロアステアリングシャフト１８の回転角度を検出する回転角度センサが設けられていてもよい。

電子制御装置７０には、操舵角センサ６８により検出された操舵角θsを示す信号及び回転角度センサ７２により検出されたロータ３０の回転角度変化量Δθｍを示す信号に加えて、車両に搭載された車速センサ７４より車速Ｖを示す信号が供給される。

電子制御装置７０は、車速Ｖに基づき目標ステアリングギヤ比Ｒgtに対応するロータ３０の目標回転角度変化量Δθｍtを演算し、回転角度センサ７２により検出される回転角度変化量Δθｍが目標回転角度変化量Δθｍtになるよう、伝達比可変装置２０の電動モータ２６を制御し、これによりステアリングギヤ比が目標ステアリングギヤ比になるようアッパステアリングシャフト１６に対し相対的にロアステアリングシャフト１８を回転させる。尚伝達比可変装置２０の制御によるステアリングギヤ比や操舵輪の舵角の制御自体は本発明の要旨をなすものではなく、当技術分野に於いて公知の任意の要領にて実行されてよい。

電子制御装置７０は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入出力ポート装置とを有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続されたマイクロコンピュータ及び駆動回路よりなっていてよい。また電子制御装置７０の電源回路はリレーを有し、イグニッションスイッチが開成されても、暫くの間マイクロコンピュータ、駆動回路等へ電力を供給し得るようになっている。

電子制御装置７０は、イグニッションスイッチが閉成されると、伝達比可変装置２０の制御に先立ってロック装置５６のロックアクチュエータ６２のソレノイドに対する制御電流の通電を開始することによりロック装置５６をロックオフ状態に切り替える。また電子制御装置７０は、イグニッションスイッチが開成されると、伝達比可変装置２０の制御を終了し、しかる後ロック装置５６のロックアクチュエータ６２のソレノイドに対する制御電流の通電を終了することによりロック装置５６をロックオン状態に切り替える。

電子制御装置７０は、伝達比の正常な制御を行うことができない異常が伝達比可変装置２０等に生じているか否かを監視し、伝達比可変装置２０等に異常が生じていると判定したときには、図には示されていない警報装置を作動させ、伝達比可変装置２０の制御を終了すると共に、ロック装置５６のロックアクチュエータ６２のソレノイドに対する制御電流の通電を終了することによりロック装置５６をロックオン状態に切り替える。尚異常が生じているか否かの判定自体は本発明の要旨をなすものではなく、当技術分野に於いて公知の任意の要領にて実行されてよい。

尚、図には示されていないが、ステアリングホイール１２とスパイラルケーブル装置６６との間にはトルクセンサが設けられており、スパイラルケーブル装置６６はトルクセンサにも必要な電流を供給すると共に、トルクセンサにより検出された操舵トルクＴsを示す信号をアシストトルク制御用電子制御装置へ供給する。アシストトルク制御用電子制御装置は操舵トルクＴs及び車速Ｖに基づき目標アシストトルクＴatを演算し、目標アシストトルクＴatに基づきパワーステアリング装置４２のアクチュエータ４８を制御する。

上述の如く構成された第一の実施例に於いて、操舵制御装置１０が正常であるときには、ロック装置５６がロックオフ状態に維持された状態にて伝達比可変装置２０が制御され、これによりステアリングギヤ比が目標ステアリングギヤ比になるよう、必要に応じてロアステアリングシャフト１８が伝達比可変装置２０によりアッパステアリングシャフト１６に対し相対的に回転される。

これに対し操舵制御装置１０が正常に作動することができない異常が発生したときには、伝達比可変装置２０の制御が終了されると共に、ロック装置５６がロックオン状態に切り替えられ、アッパステアリングシャフト１６及びロータ３０が一体的に回転する状態にもたらされる。従ってステアリングホイール１２が回転操作されることによりアッパステアリングシャフト１６及びロータ３０が回転駆動されても、外歯歯車部材４０はディスク部３０ａに対し相対回転することなくリング歯車部材３４と共に一体的に回転し、外歯歯車部材４０よりリング歯車部材３６へ回転運動及びトルクが伝達されることにより、アッパステアリングシャフト１６よりロアステアリングシャフト１８へ回転運動及びトルクが伝達され、これらのシャフトは相対回転することなく一体的に回転する。

尚ロック装置５６がロックオン状態にある状況に於いて、操舵輪である左右の前輪２２Ｌ及び２２Ｒに路面反力による転舵力が作用すると、その転舵力は運動変換機構２４を経てロアステアリングシャフト１８へ回転運動及びトルクとして伝達される。そしてそのロアステアリングシャフト１８の回転運動及びトルクはステアリングホイール１２が回転操作される場合とは逆の経路にてステアリングホイール１２へ伝達される。
［第二の実施例］

図３は本発明による車両の操舵制御装置の第二の実施例を示す概略構成図である。尚図３に於いて図１に示された部材と同一の部材には図１に於いて付された符号と同一の符号が付されている。

この第二の実施例に於いては、ステアリングホイール１２と伝達比可変装置２０との間にはクラッチ式のロック装置５６が設けられており、ロック装置５６は上述の第一の実施例のロック装置５６の場合と同様に、必要に応じてアッパステアリングシャフト１６及びロータ３０の互いに他に対する相対回転を阻止するようになっている。図示の第二の実施例に於いては、ロック装置５６はロータ３０の上端に固定された被係合部材としての不動の摩擦部材８０と、アッパステアリングシャフト１６に固定された電磁式のロックアクチュエータ８２と、ロックアクチュエータ８２により駆動される係合部材としての可動の摩擦部材８４とを有している。

摩擦部材８０、ロックアクチュエータ８２、摩擦部材８４はそれぞれアッパステアリングシャフト１６に嵌合する円環状をなし、ロックアクチュエータ８２はアッパステアリングシャフト１６に嵌合する管状のプランジャ８６を介して摩擦部材８４を回転軸線１４に沿って往復動させるようになっている。ロックアクチュエータ８２と摩擦部材８４との間にはプランジャ８６の周りに延在する状態にて圧縮コイルばね８８が弾装されており、圧縮コイルばね８８は摩擦部材８４を摩擦部材８０へ向けて付勢している。

摩擦部材８４は圧縮コイルばね８８のばね力によって摩擦部材８０に対し押圧され摩擦部材８０と一体的に摩擦係合するロック位置と、摩擦部材８０より離脱する非ロック位置とを取り得るようになっている。ロックアクチュエータ８２はプランジャ８６を駆動するソレノイドを含み、ソレノイドに制御電流が通電されていないときには摩擦部材８４をロック位置に位置決めし、ソレノイドに制御電流が通電されているときには摩擦部材８４を非ロック位置に位置決めするようになっている。ロックアクチュエータ８２のソレノイドへの制御電流の供給は車両の車体３２の側よりスパイラルケーブル装置６６を経て行われ、電子制御装置７０により制御される。

かくしてロック装置５６は、ロックアクチュエータ８２のソレノイドに対する制御電流が制御されることにより、アッパステアリングシャフト１６及びロータ３０の互いに他に対する相対回転を阻止するロックオン状態と、アッパステアリングシャフト１６及びロータ３０の互いに他に対する相対回転を許容するロックオフ状態とに切り替わるようになっている。ロック装置５６がロックオン状態にあるときには、アッパステアリングシャフト１６及びロータ３０は互いに他に対し相対回転することができないので、リング歯車部材３４及び外歯歯車部材４０は一体的に回転する。リング歯車部材３６及び外歯歯車部材４０の歯数は同一であるので、これらの歯車部材は互いに他に対し同一の方向へ同一の角度回転し、従ってアッパステアリングシャフト１６及びロアステアリングシャフト１８は相対回転することなく、あたかも一つのシャフトの如く回転する。

この第二の実施例のロック装置５６以外の点は上述の第一の実施例の場合と同様に構成されており、従って第二の実施例は上述の第一の実施例の場合と同様に作動する。

かくして上述の第一及び第二の実施例によれば、ロック装置５６がロックオン状態にあるときには、ステアリングホイール１２が回転操作されることによりアッパステアリングシャフト１６及びロータ３０が回転駆動されても、外歯歯車部材４０はディスク部３０ａに対し相対回転することなくリング歯車部材３４と共に一体的に回転するので、たとえ外歯歯車部材４０とディスク部３０ａとの間に異物が侵入し、これらが互いに他に対し相対回転することできない状況にてロック装置５６がロックオン状態に切り替えられたり、ロック装置５６がロックオン状態にある状況にて外歯歯車部材４０とディスク部３０ａとの間に異物が侵入し、これらが互いに他に対し相対回転することできなくなっても、アッパステアリングシャフト１６及びロアステアリングシャフト１８をあたかも一つのシャフトの如く回転させることができ、これにより一定のステアリングギヤ比にて運転者が確実に操舵輪を転舵し得る状況を確保することができる。

上述の第一及び第二の実施例によれば、外歯歯車部材４０とディスク部３０ａとの間に異物が侵入し、これらが互いに他に対し相対回転することできない状況にてロック装置５６がロックオン状態に切り替えられたり、ロック装置５６がロックオン状態にある状況にて外歯歯車部材４０とディスク部３０ａとの間に異物が侵入し、これらが互いに他に対し相対回転することできなくなっても、アッパステアリングシャフト１６及びロアステアリングシャフト１８の回転を可能にするための特殊な安全装置は不要であり、従って操舵制御装置１０の構造が複雑化したり、操舵制御装置が高コスト化したりすることを確実に回避することができる。

特に上述の第一の実施例によれば、ロック装置５６はレバー式のロック装置であるので、アッパステアリングシャフト１６及びロータ３０の間に強大な相対回転のトルクが作用しても、それらが互いに他に対し相対回転することを確実に防止することができ。

また上述の第二の実施例によれば、ロック装置５６は摩擦クラッチ式のロック装置であるので、回転方向のガタツキを伴うことなくアッパステアリングシャフト１６及びロータ３０の間の相対回転を防止することができる。

また上述の第一及び第二の実施例によれば、リング歯車部材３６及び外歯歯車部材４０の歯数は同一であり、リング歯車部材３４の歯数はこれらよりも少ないので、ロック装置５６がロックオン状態にある状況に於いて、アッパステアリングシャフト１６及びロアステアリングシャフト１８をそれらが相対回転しないよう回転させることができる。

但しリング歯車部材３４及び外歯歯車部材４０の歯数が同一であり、リング歯車部材３６の歯数がこれらとは異なる歯数であってもよい。しかしその場合には、ロック装置５６がロックオン状態にある状況に於いて、アッパステアリングシャフト１６又はロアステアリングシャフト１８が回転されると、アッパステアリングシャフト１６及びロアステアリングシャフト１８はリング歯車部材３６及び外歯歯車部材４０の歯数比に対応するギヤ比にて互いに他に対し相対回転する。

また上述の第一及び第二の実施例によれば、ロック装置５６のロックアクチュエータ６２、８２はアッパステアリングシャフト１６により支持されているが、ロックアクチュエータ６２、８２のソレノイドに対する制御電流の供給は車体３２の側よりスパイラルケーブル装置６６を経て行われるので、ロックアクチュエータ６２、８２のソレノイドに対し確実に制御電流を供給することができ、またスパイラルケーブル装置６６はステアリングホイール１２に設けられたエアバッグや各種スイッチ等の電装部品に対し必要な制御電流を供給するものであるので、ロックアクチュエータ６２、８２のソレノイドに対し制御電流を供給する専用のスパイラルケーブル装置を要することなく電装部品に対し必要な制御電流を供給するためのスパイラルケーブル装置６６を有効に利用してロックアクチュエータ６２、８２のソレノイドに対し制御電流を供給することができる。

以上に於いては本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

例えば上述の各実施例に於いては、リング歯車部材３４は１００の歯数を有し、リング歯車部材３６及び外歯歯車部材４０は１０２の歯数を有しているが、リング歯車部材３６及び外歯歯車部材４０の歯数がリング歯車部材３４及び３６の一方の歯数と同一であり且つリング歯車部材３４及び３６の他方の歯数と異なっている限り、これらの歯車部材の歯数は任意の歯数であってよい。

また上述の各実施例に於いては、ロックアクチュエータ６２、８２のソレノイドに対する制御電流の供給は、ステアリングホイール１２に設けられたエアバッグや各種スイッチ等の電装部品に対し必要な制御電流を供給するスパイラルケーブル装置６６を経て行われるようになっているが、エアバッグや各種スイッチ等の電装部品に対し必要な制御電流を供給するスパイラルケーブル装置とは別のスパイラルケーブル装置を経て行われてもよい。

更に上述の各実施例に於いては、ロック装置５６のロックアクチュエータ６２、８２はアッパステアリングシャフト１６により支持され、被係合部材としてのロックホルダ５８や不動の摩擦部材８０はロータ３０の上端に固定されているが、ロックアクチュエータ６２、８２がロータ３０の上端により支持され、被係合部材としてのロックホルダ５８や不動の摩擦部材８０がアッパステアリングシャフト１６に固定されてもよい。

本発明による車両の操舵制御装置の第一の実施例を示す概略構成図である。 伝達比可変装置の波動歯車機構を回転軸線に垂直な切断面にて切断して示す断面図である。 本発明による車両の操舵制御装置の第二の実施例を示す概略構成図である。

符号の説明

１０…操舵制御装置、１２…ステアリングホイール、１６…アッパステアリングシャフト、１８…ロアステアリングシャフト、２０…伝達比可変装置、２４…運動変換機構、２６…電動モータ、２７…減速機構、２８…ステータ、３０…ロータ、３２…車体、３４、３６…リング歯車部材、４０…外歯歯車部材、４２…パワーステアリング装置、５６…ロック装置、５８…ロックホルダ、６２…ロックアクチュエータ、６４…ロックレバー、６６…スパイラルケーブル装置、６８…操舵角センサ、７０…電子制御装置、７２…回転角度センサ、７４…車速センサ、８０、８４…摩擦部材、８２…ロックアクチュエータ

Claims (5)

1. 回転可能に支持され且つステアリングホイールと相対回転不能に係合された入力軸と、回転可能に支持された出力軸と、前記出力軸の回転運動を操舵輪が舵角を変更する運動に変換する運動変換機構と、前記入力軸に対し相対的に前記出力軸を回転させることにより前記入力軸の回転運動量に対する前記出力軸の回転運動量の比である伝達比を変更する伝達比可変装置と、前記入力軸及び前記出力軸の間の伝達比の変化を阻止するロックオン状態と、前記入力軸及び前記出力軸の間の伝達比の変化を許容するロックオフ状態とに切り替わるロック装置と、前記ロック装置に対する制御電流を制御することにより前記ロック装置を前記ロックオン状態と前記ロックオフ状態とに切り替える制御装置とを有し、前記伝達比可変装置は電動モータ及び減速機構を有し、前記電動モータはステータと、該ステータとの間の相互作用により発生するロータ駆動トルクによって前記ステータに対し相対的に回転駆動されるロータとを含み、前記減速機構は前記入力軸と一体に回転する第一のリング歯車部材と、前記出力軸と一体に回転する第二のリング歯車部材と、前記ロータと一体に回転する楕円形の回転体の周りに装着され前記回転体に対し相対的に回転可能な帯状の外歯歯車部材とを有し、前記外歯歯車部材は前記回転体の楕円の長径に対応する位置に於いて前記第一及び第二のリング歯車部材と噛合し、前記外歯歯車部材の歯数は前記第一及び第二のリング歯車部材の一方の歯数と同一であり且つ前記第一及び第二のリング歯車部材の他方の歯数と異なり、前記回転体が前記電動モータによって前記入力軸に対し相対的に回転駆動されることにより伝達比を変更するよう構成された車両の操舵制御装置に於いて、
   前記電動モータは前記ステアリングホイールと前記減速機構との間に配置され、前記ステータは前記車両の車体に固定され、前記ロック装置は前記ロックオン状態に於いては前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを阻止し、前記ロックオフ状態に於いては前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを許容することを特徴とする車両の操舵制御装置。
2. 回転可能に支持され且つステアリングホイールと相対回転不能に係合された入力軸と、回転可能に支持された出力軸と、前記出力軸の回転運動を操舵輪が舵角を変更する運動に変換する運動変換機構と、前記入力軸に対し相対的に前記出力軸を回転させることにより前記入力軸の回転運動量に対する前記出力軸の回転運動量の比である伝達比を変更する伝達比可変装置と、前記入力軸及び前記出力軸の間の伝達比の変化を阻止するロックオン状態と、前記入力軸及び前記出力軸の間の伝達比の変化を許容するロックオフ状態とに切り替わるロック装置とを有し、前記伝達比可変装置は電動モータ及び減速機構を有し、前記電動モータはステータと、該ステータとの間の相互作用により発生するロータ駆動トルクによって前記ステータに対し相対的に回転駆動されるロータとを含み、前記減速機構は前記入力軸と一体に回転する第一のリング歯車部材と、前記出力軸と一体に回転する第二のリング歯車部材と、前記ロータと一体に回転する楕円形の回転体の周りに装着され前記回転体に対し相対的に回転可能な帯状の外歯歯車部材とを有し、前記外歯歯車部材は前記回転体の楕円の長径に対応する位置に於いて前記第一及び第二のリング歯車部材と噛合し、前記外歯歯車部材の歯数は前記第一及び第二のリング歯車部材の一方の歯数と同一であり且つ前記第一及び第二のリング歯車部材の他方の歯数と異なり、前記回転体が前記電動モータによって前記入力軸に対し相対的に回転駆動されることにより伝達比を変更するよう構成された車両の操舵制御装置に於いて、
   前記ステータは前記車両の車体に固定され、前記ロック装置は前記ロックオン状態に於いては前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを阻止し、前記ロックオフ状態に於いては前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを許容し、前記ロック装置は係合部材と、前記係合部材を駆動するアクチュエータと、前記係合部材と係合することにより前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを阻止する被係合部材とを有し、前記アクチュエータは前記入力軸及び前記ロータの一方により支持され、前記被係合部材は前記入力軸及び前記ロータの他方により支持されていることを特徴とする車両の操舵制御装置。
3. 前記ロック装置は係合部材と、前記係合部材を駆動するアクチュエータと、前記係合部材と係合することにより前記入力軸及び前記ロータが互いに他に対し相対回転することを阻止する被係合部材とを有し、前記アクチュエータは前記入力軸及び前記ロータの一方により支持され、前記被係合部材は前記入力軸及び前記ロータの他方により支持されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵制御装置。
4. 前記アクチュエータは前記入力軸により支持され、内端が前記入力軸により支持されたスパイラルケーブルを経て前記車体の側より制御電流が供給されることにより作動することを特徴とする請求項２又は３に記載の車両の操舵制御装置。
5. 前記ロック装置は前記ステアリングホイールと前記電動モータとの間に配置され、前記スパイラルケーブルは前記ステアリングホイール若しくは前記入力軸に設けられた電装部品へ制御電流を供給する機能を有することを特徴とする請求項４に記載の車両の操舵制御装置。

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