JP4697518B2

JP4697518B2 - 車両操舵システム

Info

Publication number: JP4697518B2
Application number: JP2004366226A
Authority: JP
Inventors: 建田中; 智彦足立; 秀一近藤
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: JP2006168624A

Description

本発明は、ＥＰＳ（electric power steering：電動パワーステアリング）による車両操舵システムに関し、より詳細には、ＶＧＲ（variable steering gear ratio：可変ステアリングギアレシオ）を備えた車両操舵システムに関する。

近年、ＥＰＳ装置による車両操舵システムに、ＶＧＲ装置が使用されるようになってきている。従来、ＥＰＳ装置のトルク制御とＶＧＲ装置のギア比制御とは、一般に、それぞれ別個の電動モータにより行われていた。さらに、特開２００１―３０９２２号公報（特許文献１）には、ＥＰＳ装置のトルク制御と、ＶＧＲ装置のギア比制御の両方を一つの１軸出力の電動モータで行う操舵システムが開示されている。

特開２００１―３０９２２号公報特開２０００−１４２１３５号公報特開２００１−７８４０８号公報特開２００４−７９７５号公報特開２００１−３０９２２号公報

しかしながら、自動車においては、車両操舵システムの占有空間をより一層小さくすることが求められている。
そこで、本発明は、大きなコストアップ、大幅なレイアウトの悪化を伴うことなく、トルク制御及びＶＧＲのギア比制御を単一のモータで行うことができる、コンパクトな車両操舵システムを提供することを目的としている。

この目的を達成するため、本発明の車両操舵システムは、自動車の操舵ハンドルと車輪のギア比を可変に制御するＶＧＲ機構を備えた、操舵ハンドルの操舵力を電気的に助勢する車両操舵システムであって、自動車の操舵ハンドルから車輪へ操舵力を伝達する伝達機構に、上記操舵ハンドル側から順次に設けられた、第１減速機構と、操舵システムのトルク制御及びＶＧＲ機構のギア比制御の両方を行うための２出力モータと、第２減速機構と、を備え、２出力モータは、ステータと、ステータの外周側に配置されたアウターロータと、ステータの内周側に配置されたインナーロータと、から構成され、２出力モータの二つのロータのうちの一方のロータは、操舵ハンドルの操舵力を助勢するように、第１減速機構に連結され、２出力モータの二つのロータのうちの他方のロータは、操舵ハンドルの回転の伝達比を制御するように、第２減速機構に連結され、第１減速機構は、遊星歯車機構であり、第２減速機構は、波動歯車機構であることを特徴としている。

このように構成された本発明の車両操舵システムによれば、単一の２出力モータを用いて、ＥＰＳ装置のトルク制御とＶＧＲ装置のギア比制御の両方を行う。ここで、２出力モータとは、一つのステータで二つのロータを駆動する回転電機をいい、インナーロータの回転とアウターロータの回転とは、ステータの多相コイルに複合電流を流すことにより、互いに独立に制御される（例えば、特許文献２〜４）。
これにより、大きなコストアップ、大幅なレイアウトの悪化を伴うことなく、トルク制御及びギア比制御を単一のモータで行うことができる。
また、遊星歯車機構は、簡単な構造で、高い減速比が得られ、且つ、大きなトルクを伝達することができる機構である。したがって、第１減速機構として遊星歯車機構を用いれば、大きなトルク容量を有するＥＰＳを容易に構成することができる。
また、波動歯車機構は、「ハーモニックドライブ（登録商標）」として知られている減速装置であり、簡単な構造で、高精度で、高い減速比を容易に得ることができる機構である。したがって、第２減速機構として波動歯車機構を用いれば、ギア比を精度良く制御できるＶＧＲを容易に構成することができる。

また、本発明において、好ましくは、２出力モータのアウターロータは、第１減速機構に連結され、２出力モータの上記インナーロータは、第２減速機構に連結されている。
アウターロータは、インナーロータよりも回転半径が大きいため、容易に高いトルクを発生させることができる。このため、アウターロータを第１減速機構に連結すれば、操舵力を助勢する大きなトルク容量を有するＥＰＳを容易に構成することができる。また、インナーロータは、アウターロータよりも、容易に高い回転数を発生させることができる。このため、インナーロータを第２減速機構に連結すれば、ギア比制御の精度の高いＶＧＲを容易に構成することができる。

また、本発明において、好ましくは、第１減速機構、２出力モータ、及び第２減速機構は、各々の回転中心軸線が同一直線上に位置するように、配置されている。
これにより、これらの減速機構及び２出力モータの配置構成がコンパクトとなり、優れたレイアウト性を与えることができる。

本発明の車両操舵システムによれば、大きなコストアップ、大幅なレイアウトの悪化を伴うことなく、トルク制御及びギア比制御を単一のモータで行うことができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の車両操舵システムの実施形態を説明する。
まず、図１を参照して、本実施形態の操舵システム１を構成し、自動車の操舵ハンドルから車輪へ操舵力を伝達する伝達機構について説明する。図１に示すように、操舵ハンドル２には、ステアリングシャフト４の上端が連結されている。このステアリングシャフト４の下端部には、自在継手５を介して、中間シャフト６の上端が連結されている。さらに、この中間シャフト６の下端部には、操舵ハンドル２側から順次に、第１減速機構７と、２出力モータ８と、第２減速機構９とが直列に連結されている。

さらに、この第２減速機構９の下には、中間シャフト１０が連結されており、この中間シャフト１０の下端部には、ステアリングギヤボックス１２が設けられている。そして、このステアリングギヤボックス１２の両側にはタイロッド１４が連結されており、これらの各タイロッド１４にはタイヤ（車輪）１６が取り付けられている。なお、図１では、第１減速機構７、２出力モータ８及び第２減速機構９を収容するハウジングを示している。

次に、図２を参照して、本発明の実施形態の車両操舵システムについてより詳細に説明する。
図２は、車両操舵システムのうちの、第１減速機構７、２出力モータ８及び第２減速機構９を含む要部の模式図である。本実施形態では、第１減速機構は、遊星歯車機構７であり、第２減速機構は波動歯車機構９である。遊星歯車機構７、２出力モータ８、及び波動歯車機構９は、各々の回転中心軸線が同一直線上に位置するように配置されている。

この遊星歯車機構７は、図３に示すように、太陽歯車７１と、この太陽歯車７１上に配置された複数組の複合遊星歯車７２，７３と、これらの複合遊星歯車７２、７３の外側に配置された外輪歯車７４と、さらに、図３には示さないが、複合遊星歯車７２，７３を支持する遊星キャリア７５（図３では図示せず。）と、から構成されている。そして、太陽歯車７１には、入力軸である中間シャフト６が固定されている。また、外輪車７４には、遊星歯車機構７の出力軸としての外周シャフト１１が固定されている。また、複合遊星歯車７２及び７３は、遊星キャリア７５に固定されている。さらに、遊星歯車７３の中心軸７３ａが、支持部材７６によって車体に固定されている。したがって、この複合遊星歯車７２及び７３の各々は自転はするが、公転はしない。

波動歯車機構９は、図４に示すように、楕円形のウェーブ・ジェネレータ９１と、その外周に設けられたフレクスプライン９２と、更にその外周に設けられたサーキュラ・スプライン９３とから基本的に構成されている。そして、フレクスプライン９２には、波動歯車機構９の入力軸としての外周シャフト１１が固定されている。また、サーキュラ・スプライン９３には、出力軸である中間シャフト１０が固定されている。

２出力モータ８は、図２に示すように、ステータ８１と、このステータ８１の外周側に配置されたアウターロータ８２と、ステータ８１の内周側に配置されたインナーロータ８３とから構成されている。そして、ステータ８１は、支持部材８５を介して、遊星歯車機構７の遊星キャリア７５に固定されている。また、アウターロータ８２は、外周シャフト１１に回転一体に固定されている。また、インナーロータ８３は、中心シャフト８４を介して、波動歯車機構９のウェーブ・ジェネレータ９１に回転一体に固定されている。

そして、操舵ハンドル２の回転操舵力は、中間シャフト６を介して、遊星歯車機構７の太陽歯車７１に伝達される。この操舵力は、公転しない複合遊星歯車７２及び７３を順次に介して、外輪歯車７４に伝達される。これにより、回転が減速される。さらに、外輪歯車７４の回転は、外周シャフト１１を介して、波動歯車９のフレクスプライン９２に伝達される。

その際に、外周シャフト１１に固定された２出力モータのアウターロータ８３を回転させることによって、操舵ハンドルの操舵力を助勢するように、外周シャフト１１にトルクを与えることができる。この場合、特に、回転半径の大きい外周シャフト１１に回転力を付与するので、高いトルク容量を容易に得ることができる。

さらに、中間シャフト６の高い回転速度が太陽歯車７１に入力されるので、外周シャフト１１の回転速度も高くなる。このため、アウターロータ８３は、高い回転速度で使用される。その結果、回転速度を高精度で制御することができる。

続いて、外周シャフト１１の回転は、波動歯車機構９のフレクスプライン９２に入力される。フレクスプライン９２の回転は、サーキュラ・スプライン９３に伝達され、中間シャフト１０から出力される。

さらに、２出力モータ８のインナーロータ８２の回転が、中心シャフト８４を介して、ウェーブ・ジェネレータ９１に入力される。ウェーブ・ジェネレータ９１が１回転する毎に、フレクスプライン９２の回転は、サーキュラ・スプライン９３に対して、歯数２枚分だけ遅れる。したがって、インナーロータ８２の回転数を制御することにより、波動歯車機構９における伝達比を制御することができる。

２出力モータ２のアウターロータ９２の回転とインナーロータ９３の回転は、ステータ９１の多相コイルに流す複合電流を制御することによって、それぞれ互いに独立に制御される。この複合電流は、コントローラ２０によって制御される。

ここで、図５を参照して、コントローラ２０の構成及び作動について説明する。
このコントローラ２０には、車速センサ３１、舵角センサ３２、インナーロータ回転角センサ３３、トルクセンサ３４、及びアウターロータ回転角センサ３５の各々から、それぞれ出力信号が入力される。

この車速センサ３１は、車両の速度を検出するものである。舵角センサ３２は、操舵ハンドルの操舵角を検出するものである。インナーロータ回転角センサ３３は、２出力モータ９のインナーロータ９３の回転角を検出するものである。トルクセンサ３４は、中間シャフト１０に作用している操舵トルクを検出するものである。また、アウターロータ回転角センサ３５は、２出力モータ９のアウターロータ９１の回転角を検出するものである。

コントローラ２０は、特性記憶部２１と、基本操舵比演算部２２と、補正操舵比演算部２３と、目標制御量演算部２４と、インナーロータ駆動部２５と、アウターロータ駆動部２６と、から構成されている。

この特性記憶部２１には、例えば、車速Ｖに対する目標伝達比Ｒを設定した第１マップと、操舵ハンドル２の操舵角θＨに応じた補正伝達比を設定した第２マップとが記憶されている。そして、操舵比演算部２２が、車速センサ３１によって検出された車速Ｖに対応する目標伝達比を、第１マップを参照して演算する。続いて、補正操舵比演算部２３が、舵角センサ３２によって検出された操舵角θＨに対応する補正伝達比を、第２マップを参照して演算し、これを目標伝達比として設定する。続いて、目標制御量演算部２４が、その目標伝達比に対応するインナーロータ９３の目標回転角θｍを演算する。そして、インナーロータ駆動部２５は、インナーロータ回転角センサ３３の検出値θｉが目標回転角θｍと一致するように、インナーロータ９１を回転駆動させる。

また、アウターロータ駆動部２６は、トルクセンサ３４により検出された運転者の操舵力（操舵トルク）、及び、アウターロータ回転角センサ３５の検出値に基づいて、所定の補正トルクを発生させるようにアウターロータ９３を回転駆動させて、運転者の操舵力の軽減を図っている。

上述した各実施形態においては、本発明を特定の条件で構成した例について説明したが、本発明は種々の変更及び組み合わせを行うことができ、これに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、第１減速機構として遊星歯車機構を使用し、且つ、第２減速機構として波動歯車機構を使用した例について説明したが、第１及び第２減速機構それぞれの構成はこれに限定されない。

本発明の車両操舵システムの概略図である。本発明の実施形態の車両操舵システムの要部模式図である。遊星歯車機構の構造を説明するための、図２のＡ−Ａに沿った断面図である。波動歯車機構の構造を説明するための、図２のＢ−Ｂに沿った断面図である。コントローラを説明するための機能ブロック図である。

符号の説明

１車両操舵システム
２操舵ハンドル
４ステアリングシャフト
５自在継手
６中間シャフト
８第１減速機構
９２出力モータ
９第２減速機構
１０中間シャフト
１１外周シャフト
１２ステアリングギアボックス
１４タイロッド
１６タイヤ
２０コントローラ
２１特性記憶部
２２基本操舵比演算部
２３補正操舵比演算部
２４目標制御量演算部
２５インナーロータ駆動部
２６アウターロータ駆動部
３１車速センサ
３２舵角センサ
３３インナーロータ回転角センサ
３４トルクセンサ
３５アウターロータ回転角センサ
７１太陽歯車
７２、７３遊星歯車
７４外輪歯車
７５遊星キャリア
７６支持部材
８１ステータ
８２アウターロータ
８３インナーロータ
８４中心シャフト
８５支持部材
９１ウェーブ・ジェネレータ
９２フレクスプライン
９３サーキュラ・スプライン

Claims

自動車の操舵ハンドルと車輪のギア比を可変に制御するＶＧＲ機構を備えた、操舵ハンドルの操舵力を電気的に助勢する車両操舵システムであって、
自動車の操舵ハンドルから車輪へ操舵力を伝達する伝達機構に、上記操舵ハンドル側から順次に設けられた、第１減速機構と、操舵システムのトルク制御及びＶＧＲ機構のギア比制御の両方を行うための２出力モータと、第２減速機構と、を備え、
上記２出力モータは、
ステータと、
上記ステータの外周側に配置されたアウターロータと、
上記ステータの内周側に配置されたインナーロータと、
から構成され、
上記２出力モータの上記二つのロータのうちの一方のロータは、上記操舵ハンドルの操舵力を助勢するように、上記第１減速機構に連結され、
上記２出力モータの上記二つのロータのうちの他方のロータは、上記操舵ハンドルの回転の伝達比を制御するように、上記第２減速機構に連結され、
上記第１減速機構は、遊星歯車機構であり、
上記第２減速機構は、波動歯車機構である
ことを特徴とする、車両操舵システム。
上記２出力モータの上記アウターロータは、上記第１減速機構に連結され、
上記２出力モータの上記インナーロータは、上記第２減速機構に連結されている、請求項１記載の車両操舵システム。
上記第１減速機構、上記２出力モータ、及び上記第２減速機構は、各々の回転中心軸線が同一直線上に位置するように配置されている、請求項１又は２記載の車両操舵システム。