JP4720362B2

JP4720362B2 - 操舵装置

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Publication number: JP4720362B2
Application number: JP2005238625A
Authority: JP
Inventors: 慎利中津; 兼司林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-08-19
Also published as: DE112006000362B4; KR20070100359A; JP2006248506A; KR100916174B1; WO2006085644A1; DE112006000362T5

Description

本発明は、操舵装置に関し、操舵ハンドルの操舵操作に応じて一対の車輪を操舵する操舵装置に関する。

車両の操舵装置は、一般的にタイロッドやナックルアームなどを介して左右の車輪に機械的に連結されるラックを有している。運転者によってステアリングホイールの回転操作が行われると、このラックが軸方向に移動され、左右の車輪の転舵が一体的に行われる。
近年、この左右の車輪の機械的な連結を分離し、左右の車輪の転舵を各々独立して制御・調整する技術が提案されている。例えば、特許文献１では、複数の車輪に各別に付設された操舵アクチュエータと、該複数の車輪を相互に連携するリンク部材を備え、左右の車輪の転舵を各々独立して制御する車両用操舵装置が提案されている。また、例えば特許文献２では、ステアリングの操作に応じて車両横方向に移動するラックと車輪との間に設けられたナット部およびネジ部により、自ら伸縮運動を行い、車輪の角度を変化させる車両用舵角可変装置が提案されている。このような操舵装置を採用することにより、旋回速度などの走行状況に応じて操舵の制御・調整を行うことが可能となる。
特開２００３−１７０８４９号公報特開平１０−３２４２５３号公報

このように左右の車輪の転舵を独立して行う操舵装置では、一方の車輪を転舵するためのアクチュエータにフェイルが生じた場合などにおいても、左右の車輪を安定して転舵することが求められる。これに対して、特許文献２には、車輪を転舵するためのアクチュエータにフェイルが生じた場合などにおいて、一対の車輪を確実に転舵する技術については何ら記載されていない。特許文献１に記載される車両用操舵装置では、一方の操舵アクチュエータがフェイル状態に陥ったとき、リンク部材を介して他方の操舵アクチュエータの動作が伝達され、左右の車輪の転舵が行われる。しかし、特許文献１に記載される車両用操舵装置では、リンク部材が複数の車輪を相互に連携するための負荷が大きく、このような大きな負荷に対応するため大きなリンク部材を設けなければならない。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一対の車輪の各々を独立に転舵する操舵装置において、一対の車輪を確実に転舵することが可能なコンパクトな操舵装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の操舵装置は、操舵ハンドルの操舵操作に応じて一対の車輪を操舵する操舵装置において、操舵ハンドルの操舵操作に応じて作動する第１モータと、一対の車輪のうち一方の車輪を転舵する第１操舵軸と、第１モータの回転要素である第１ロータの低トルクの回転運動を、第１操舵軸の高推力の軸方向運動に変換する第１変換機構と、操舵ハンドルの操舵操作に応じて作動する第２モータと、第１操舵軸と分離されており、一対の車輪のうち他方の車輪を転舵する第２操舵軸と、第２モータの回転要素である第２ロータの低トルクの回転運動を、第２操舵軸の高推力の軸方向運動に変換する第２変換機構と、第１ロータと第２ロータを連結し、および連結を解除する連結手段と、を備える。

連結手段は、第１ロータおよび第２ロータに相互に差動を与える差動手段と、差動手段をロックするロック手段と、を有する。

差動手段は、第１ロータに連結された回転可能な第１太陽ギヤと、第１太陽ギヤと同軸に回転可能な第１内歯ギヤと、第１太陽ギヤおよび第１内歯ギヤと噛合する第１遊星ギヤと、第２ロータに連結された回転可能な第２太陽ギヤと、第２太陽ギヤと同軸に配置されるとともに回転が規制された第２内歯ギヤと、第２太陽ギヤおよび第２内歯ギヤと噛合し、第１遊星ギヤと同軸かつ相互に回転可能に連結された第２遊星ギヤと、を有する遊星ギヤ機構を有する。ロック手段は、第１内歯ギヤの回転を規制することにより、差動手段による差動を規制する。差動手段は、第１内歯ギヤを駆動する第３モータを有する。

この態様によれば、第１モータおよび第２モータだけでなく、第３モータも左右独立した操舵制御に利用することができるため、第１モータおよび第２モータの負荷を低減することができる。

第１内歯ギヤと第３モータとの間に設けられ、第３モータ側からトルクが与えられた場合には第１内歯ギヤへトルクを伝達し、第１内歯ギヤ側からトルクが与えられた場合には第３モータへのトルクを遮断し第１内歯ギヤの駆動をロックするトルク伝達手段をロック手段が有していてもよい。この態様によれば、第３モータを駆動すれば第１ロータおよび第２ロータに差動を与えることができ、第３モータを駆動しなければ第１ロータと第２ロータを連結することができる。このため、第１ロータと第２ロータを連結するときにロック手段に不具合が生じることを抑制することができ、操舵装置の信頼性を向上させることができる。

第１モータおよび第２モータの異常を検知するモータ異常検知手段をさらに備えてもよい。連結手段は、第１モータおよび第２モータに異常が検知されない場合には、第１ロータおよび第２ロータの連結を解除し、第１モータおよび第２モータの少なくとも一方に異常が検知された場合には、第１ロータおよび第２ロータの連結してもよい。この態様によれば、いずれかのモータに異常が発生した場合においても、車輪を適切に操舵することが可能となる。

モータ異常検知手段により第１モータまたは第２モータの一方に異常が検知された場合に、操舵ハンドルの操舵操作に応じて他方を作動させてもよい。この態様によれば、第１モータまたは第２モータの一方に異常がある場合であっても、他方のモータを作動させることにより、運転者の操舵操作のアシストを行うことができる。

本態様の操舵装置は、第１モータと第２モータとの回転角差を検出する回転角検出手段をさらに備えてもよく、連結手段により第１ロータと第２ロータとが連結される前に、回転角検出手段により検出された回転角差がなくなるように第３モータを作動させてもよい。この態様によれば、第１モータまたは第２モータのいずれかに異常が発生した場合においても、第１ロータと第２ロータの回転角差をなくした状態で第１ロータと第２ロータとを連結することができる。したがって、左右の車輪の適正な角度での転舵を実現することができる。

本態様の操舵装置は、操舵ハンドルに連結される入力軸と、第１操舵軸または第２操舵軸の一方にステアリングギヤを介して連結される出力軸と、差動機構およびモータを有し、モータを作動させることにより差動機構を作動させ、入力軸と出力軸の間の伝達比を可変とする伝達比可変手段とをさらに備えてもよい。この態様によれば、操舵ハンドルから入力軸および出力軸を介して第１操舵軸と第２操舵軸の一方まで機械的な連結を持たせることができる。このため、機械的な連結を持つ操舵軸を確実に操舵することができ、さらに第１操舵軸と第２操舵軸を連結することにより左右の車輪を確実に転舵することが可能となる。

本発明の操舵装置によれば、一対の車輪の各々を独立に転舵する操舵装置において、一対の車輪を確実に転舵することが可能なコンパクトな操舵装置を提供するができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という。）について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる操舵装置２００の全体構成図である。本図は車両後方から前方に向かって見た状態を示している。操舵装置２００は、運転者によって操作される操舵ハンドル１２と、この操舵ハンドル１２に連結されたステアリングシャフト１４と、ステアリングシャフト１４の下端に設けられた操舵機構５０とを備える。ステアリングシャフト１４の下端には、ピニオンギヤ２２が取り付けられ、このピニオンギヤ２２は操舵機構５０内において、車両に車幅方向に移動可能に支持された第１ラックシャフト５２のラック歯５２ｂに噛合され、ラックアンドピニオン機構を構成する。

第１ラックシャフト５２の端部には、タイロッド５４の一端が連結される。タイロッド５４の他端は、右側の車輪５８を支持するナックルアーム５６に連結されている。ナックルアーム５６は図示しないキングピンを支点として回転する。操舵ハンドル１２が操作されてステアリングシャフト１４が回転されると、この回転が操舵機構５０によって車両の左右方向の直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム５６のキングピン回りの回動に変換され、右側の車輪５８の転舵が行われる。

ステアリングシャフト１４は、操舵ハンドル１２に連結された入力軸１４ａと、操舵機構５０に連結された出力軸１４ｂとに分割されている。出力軸１４ｂと入力軸１４ａとは、伝達比可変装置２０を介して連結されている。

伝達比可変装置２０は、車両速度および操舵角などの情報に基づいて、操舵ハンドル１２と車輪５８との間の伝達特性を制御して、車速にかかわらずステアリング操作性を向上させる機能を持つ装置である。伝達比可変装置２０は、減速機構２０ａ、モータ（図示せず）、および入力軸１４ａと出力軸１４ｂとを直結するロック機構などから構成される。操舵ハンドル１２の回転は、入力軸１４ａを介して伝達比可変装置２０のモータのハウジングに伝達される。

伝達比可変装置２０の減速機構２０ａは、差動発生機構として構成されている。差動発生機構は、モータを駆動することにより、モータの回転軸に固定された波動発生器のカムを回転させ、フレキシブルギヤを介してステータギヤとドリブンギヤとの間に回転差を生じさせる。この回転差を取り出して、入力軸１４ａから伝達されるステータギヤ自身の回転に加えることによって、操舵ハンドル１２の操舵角よりも大きい操舵角を出力軸１４ｂに発生させることができる。

また、伝達比可変装置２０には、ロック機構２０ｂが設けられている。ロック機構２０ｂは、ソレノイドを作動させてロックピンを溝と係合させることで、入力軸１４ａに対する出力軸１４ｂの回転を不能とし、これにより伝達比可変装置２０の全体が一体となって回転する。伝達比可変装置２０のモータには、図示しない回転センサが設けられており、この回転センサは、操舵装置２００の制御手段である電子制御ユニット１００（以下、「ＥＣＵ１００」と記載する。）に接続されている。ＥＣＵ１００は、この回転センサの検出結果に基づいて伝達比可変装置２０に異常が発生しているかを判断し、伝達比可変装置２０に異常が発生した場合には、ＥＣＵ１００は、ロック機構２０ｂに動作信号を入力して伝達比可変装置２０を一体的に回転させ、操舵ハンドル１２から車輪５８に対して固定された伝達比による操舵が可能となる。これにより、伝達比可変装置２０の異常が車両の走行に及ぼす影響は最小限となる。

入力軸１４ａには、この入力軸１４ａの回転角を検出することにより操舵ハンドル１２の操舵角と操舵方向を検出する操舵角センサ１６が設けられている。また、入力軸１４ａには、操舵ハンドル１２に付与される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１８が設けられている。操舵角センサ１６および操舵トルクセンサ１８により検出された操舵ハンドル１２の操舵角、操舵方向、操舵トルクは、ＥＣＵ１００に入力される。

操舵機構５０は、車両右側の車輪の転舵を行う第１ラックシャフト５２、車両左側の車輪の転舵を行う第２ラックシャフト５３、第１ラックシャフト５２を駆動する第１モータ３４ａ、第２ラックシャフト５３を駆動する第２モータ３４ｂ、および第１モータ３４ａと第２モータ３４ｂとの間に設けられた差動機構４０などにより構成される。

第１モータ３４ａは、ラックハウジング５１に固定された第１ステータ３０ａ、およびベアリング３２を介してラックハウジング５１に回転可能に支持された第１ロータ３１ａなどから構成される。第１ロータ３１ａは筒状に形成されており、第１ラックシャフト５２の一方の端部を内包する。第１ロータ３１ａの内周部にはネジ部が形成されており、ボールネジナットを構成している。一方、第１ラックシャフト５２の一方の端部の外周部には、ネジ溝状の第１転動路５２ａが形成されており、この第１転動路５２ａには複数の転動ボール３３が転動自在に嵌め込まれている。このように、転動ボール３３を介して第１ロータ３１ａの内周部のネジ部と第１転動路５２ａが連結されることによって、ボールネジ機構が構成される。

第１モータ３４ａを駆動することにより第１ロータ３１ａが回転すると、上述のボールネジ機構により、第１ロータ３１ａの回転トルクが第１転動路５２ａを転動する複数の転動ボール３３を介して第１ラックシャフト５２の軸方向の推力に変換され、これにより第１ラックシャフト５２が軸方向に移動する。したがって、ボールネジ機構は、第１モータ３４ａの低トルクの回転運動を、第１ラックシャフト５２の高推力の軸方向運動に変換する変換機構として機能する。なお、ボールネジ機構にかわって、転動ボール３３がないネジ機構など、他のネジ機構が採用されてもよいことは勿論である。

ＥＣＵ１００は、操舵トルクセンサ１８および車速センサ２４による検知結果に基づいて、車両右側の車輪５８を転舵するためのアシストトルクを算出し、このアシストトルクに対応した駆動トルクを発生するように第１モータ３４ａの駆動を制御する。こうして第１モータ３４ａが駆動され、第１ラックシャフト５２が軸方向に移動することにより、車両右側の車輪５８を転舵するための運転者による操舵ハンドル１２の操舵操作がアシストされる。

第２モータ３４ｂも、ラックハウジング５１に固定された第２ステータ３０ｂ、およびベアリング３２を介してラックハウジング５１に回転可能に支持された第２ロータ３１ｂなどから構成される。第１モータ３４ａと同様に、第２モータ３４ｂを駆動することにより第２ロータ３１ｂが回転すると、前述と同様のボールネジ機構により、第２モータ３４ｂの回転トルクが第２転動路５３ａを転動する複数の転動ボール３３を介して第２ラックシャフト５３の軸方向の推力に変換され、第２ラックシャフト５３が軸方向に移動する。したがって、このボールネジ機構も、第２モータ３４ｂの低トルクの回転運動を、第２ラックシャフト５３の高推力の軸方向運動に変換する変換機構として機能する。なお、ボールネジ機構にかわって、転動ボール３３がないネジ機構など、他のネジ機構が採用されてもよいことは勿論である。

第２ラックシャフト５３も、第１ラックシャフト５２と同様に、端部にタイロッド５４の一端が接続され、タイロッド５４の他端は、左側の車輪５８を支持するナックルアーム５６に連結されている。これにより、第２ラックシャフト５３が軸方向に駆動されることにより、車両左側の車輪５８が転舵される。

ＥＣＵ１００は、操舵角センサ１６による検知結果に基づいて、車両左側の車輪５８を転舵する角度を算出し、この角度に対応した長さだけ第２ラックシャフトを移動させるように第２モータ３４ｂの駆動を制御する。こうして第２モータ３４ｂが駆動され、第１ラックシャフト５２が軸方向に移動することにより、車両左側の車輪５８の独立した操舵制御を実現されることになる。

第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂの各々には、内部に図示しない回転センサが設けられている。回転センサの検知結果はＥＣＵ１００に入力され、ＥＣＵ１００は、この回転センサによる検知結果に基づいて、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂの回転数や異常の発生を判断する。

第１モータ３４ａと第２モータ３４ｂとの間には、差動機構４０が設けられている。差動機構４０は、２組の遊星ギヤ機構により構成されており、第１太陽ギヤ４１ａ、第１遊星ギヤ４２ａ、第１内歯ギヤ４３ａ、第２太陽ギヤ４１ｂ、第２遊星ギヤ４２ｂ、第２内歯ギヤ４３ｂ、支持板４６などにより構成される。

第１太陽ギヤ４１ａ、第２太陽ギヤ４１ｂ、第１内歯ギヤ４３ａは、ラックハウジング５１に対して第１ロータ３１ａおよび第２ロータ３１ｂと同軸かつ回転可能に支持されている。

第１ロータ３１ａの端部には、第１太陽ギヤ４１ａが第１伝達軸４５ａを介して連結されている。第１太陽ギヤ４１ａの径方向外側には、第１内歯ギヤ４３ａが設けられ、第１太陽ギヤ４１ａの外歯と第１内歯ギヤ４３ａの内歯には、第１遊星ギヤ４２ａが噛合している。第１内歯ギヤ４３ａは、ベアリング４４により、ラックハウジング５１に対して回転可能に支持されている。また、第２ロータ３１ｂの端部には、第２太陽ギヤ４１ｂが第２伝達軸４５ｂを介して連結されている。第２太陽ギヤ４１ｂの径方向外側には、第２内歯ギヤ４３ｂが設けられ、第２太陽ギヤ４１ｂの外歯と第２内歯ギヤ４３ｂの内歯には、第２遊星ギヤ４２ｂが噛合している。第２内歯ギヤ４３ｂの外周はラックハウジング５１に固定されており、第２内歯ギヤ４３ｂはラックハウジング５１に対して回転不能になっている。

第１遊星ギヤ４２ａは、それぞれ対応する第２遊星ギヤ４２ｂに、図示しないベアリングを介して相互に回転可能に第３伝達軸４７により連結されている。これら第３伝達軸４７は、支持板４６の貫通孔に挿通され、３本の第３伝達軸４７同士の相互の移動が規制された状態で支持される。

第１太陽ギヤ４１ａと第２太陽ギヤ４１ｂとでは、外周のギヤ部のピッチ円半径やピッチ、歯数などのギヤの諸元がすべて同一となっている。また、第１遊星ギヤ４２ａと第２遊星ギヤ４２ｂ、第１内歯ギヤ４３ａと第２内歯ギヤ４３ｂにおいても同様にギヤの諸元はすべて同一となっている。

ラックハウジング５１の内部であって、差動機構４０の近傍には、差動機構４０の差動をロックするロック機構６０が設けられている。ロック機構６０は、ラックハウジング５１に固定され、第１内歯ギヤ４３ａに設けられた溝に向かって図示しないソレノイドやリターンスプリングによりロックピンを進退させる。こうしてロックピンが溝に係合されることで、第１内歯ギヤ４３ａがラックハウジング５１に固定され、回転が規制される。

以上の構成により、ロック機構６０によるロックが解除され、第１内歯ギヤ４３ａが回転可能となっている場合には、この第１内歯ギヤ４３ａが回転することにより、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとの間に差動を発生させることができる。ロック機構６０により第１内歯ギヤ４３ａの回転が規制されている場合には、差動機構４０により第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとに与えられていた差動は規制される。この場合、第１ロータ３１ａ側の遊星ギヤ機構と第２ロータ３１ｂ側の遊星ギヤ機構との各ギヤの諸元は同一であることから、第１太陽ギヤ４１ａの回転を入力、第２太陽ギヤ４１ｂの回転を出力とした場合に、入力：出力は１：１となる。したがって、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂは差動機構４０を介して結合された状態となる。

第１ロータ３１ａの、内径および内周部に形成されたボールネジナット部の形状は第２ロータ３１ｂと同一になっている。また第１ラックシャフト５２の、外径および外周部に形成された第１転動路５２ａの形状は、第２ラックシャフト５３の外径および第２転動路５３ａの形状と同一となっている。このため、差動機構４０を介して、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂが相互に連結して回転することにより、第１ラックシャフト５２と第２ラックシャフト５３は同一の方向に同一の長さだけ移動する。

ＥＣＵ１００は、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂに設けられた回転センサの検知結果に基づいて、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂのいずれか一方、または両方に異常があると判断した場合には、ロック機構６０のソレノイドをオフし、リターンスプリングにより差動機構４０の差動をロックする。これにより、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとは差動機構４０を介して結合され、第１ラックシャフト５２と第２ラックシャフト５３は同一の方向に同一の長さだけ移動する。この結果、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂのいずれか一方、または両方に異常が発生した場合においても、車輪の転舵を適切に行うことができる。

さらに、ＥＣＵ１００は、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂの一方に異常があると判断した場合には、前述のようにロック機構６０により差動機構４０の差動をロックし、また、異常がないと判断された他方のモータを作動させることにより、操舵操作のアシストを実行させる。これにより、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂのいずれか一方に異常があると認められた場合であっても、運転者の操舵操作のアシストを行うことができる。

図２は、第１の実施形態にかかる操舵装置２００の制御手順を説明するためのフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、所定時間ごとに繰り返し実行される。

ＥＣＵ１００は、第１モータ３４ａに設けられた回転センサの検知結果に基づいて、第１モータ３４ａに異常がないか否かを判断する（Ｓ１１）。第１モータ３４ａに異常がない場合（Ｓ１１のＹ）、ＥＣＵ１００は、第２モータ３４ｂに設けられた回転センサの検知結果に基づいて、第２モータ３４ｂに異常があるか否かを判断する（Ｓ１２）。

第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂのいずれにも異常がないと判断した場合には（Ｓ１２のＹ）、ＥＣＵ１００は、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂのそれぞれに独立した動作信号を入力し、左右の車輪の独立した操舵制御を行う（Ｓ１３）。これにより、車両の動作性能を向上させることができる。この際、第１ラックシャフト５２と第２ラックシャフト５３との差動は、差動機構４０によって吸収される。

第１モータ３４ａに異常がなく、第２モータ３４ｂに異常があると判断した場合には（Ｓ１２のＮ）、ＥＣＵ１００は、ロック機構６０のソレノイドに所定の動作信号を入力することにより、差動機構４０の差動をロックする（Ｓ１４）。次に、ＥＣＵ１００は、異常があると判断された第２モータ３４ｂの駆動を停止させ（Ｓ１５）、第１モータ３４ａのみで操舵ハンドル１２の操舵操作のアシストを実行させる（Ｓ１６）。

第１モータ３４ａに異常がある場合（Ｓ１１のＮ）、ＥＣＵ１００は、ロック機構６０のソレノイドに所定の動作信号を入力することにより、差動機構４０の差動をロックする（Ｓ１７）。次に、ＥＣＵ１００は、第２モータ３４ｂに設けられた回転センサの検知結果に基づいて、第２モータ３４ｂに異常があるか否かを判断する（Ｓ１８）。

第２モータ３４ｂに異常がないと判断した場合には（Ｓ１８のＹ）、ＥＣＵ１００は、異常があると判断された第１モータ３４ａの駆動を停止させ（Ｓ１９）、第２モータ３４ｂのみで操舵ハンドル１２の操舵操作のアシストを実行させる（Ｓ２０）。

第２モータ３４ｂにも異常があると判断した場合には（Ｓ１８のＮ）、ＥＣＵ１００は、異常があると判断された第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂの駆動を停止させる（Ｓ２１）。これにより、左右の車輪の各々の操舵を行う第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂに異常がある場合においても、左右の車輪５８を適切に操舵することが可能となる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態にかかる操舵装置２００の全体構成図である。本実施形態かかる操舵機構５０が第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂおよび第１モータ３４ａと第２モータ３４ｂとの間に設けられた遊星ギヤ機構を有する差動機構４０を備える点などは、第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、第１の実施形態におけるロック機構６０の代わりに、ギヤ７２、第３モータ７１、および逆入力遮断機構７０が設けられている。第３モータ７１は、ラックハウジング５１に固定されている。ギヤ７２は、第１内歯ギヤ４３ａに固定されたギヤ部に噛合している。第３モータ７１とギヤ７２は、逆入力遮断機構７０を介して接続されている。

逆入力遮断機構７０は、入力軸からトルクが与えられた場合に該トルクを出力軸に伝達するが、出力軸からトルクが与えられた場合に該トルクを入力軸に伝達せず、出力軸の回転を規制する、ロック型のものが採用されている。本実施形態においては、逆入力遮断機構７０は、第３モータ７１からトルクが与えられた場合に該トルクをギヤ７２に伝達するが、ギヤ７２からトルクが与えられた場合に該トルクを第３モータ７１へは伝達せず、ギヤ７２の回転を規制する。これにより、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとの間に差動を発生させたい場合には第３モータ７１を駆動すればよく、また、第３モータ７１を駆動しなければ、逆入力遮断機構７０を介して第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとを連結することができることから、適切に操舵を行うことができ、信頼性を向上させることができる。

ＥＣＵ１００は、第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂ、第３モータ７１の各々に設けられた回転センサの検知結果に基づいて、いずれのモータにも異常がないと判断した場合には、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂの各々に独立した動作信号を入力し、左右の車輪の独立した操舵制御を行う。本実施形態においては、第３モータ７１を駆動しなければ、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとの間に差動が発生しないため、ＥＣＵ１００は、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとの間に与えるべき差動を算出し、その差動を発生させるように第３モータ７１を駆動する。これにより、第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂだけでなく、第３モータ７１も左右独立した操舵制御に利用することができるため、各々のモータの負荷を低減することができる。

図４は、第２の実施形態にかかる操舵装置２００の制御手順を説明するためのフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、所定時間ごとに繰り返し実行される。

ＥＣＵ１００は、第３モータ７１に設けられた回転センサの検知結果に基づいて、第３モータ７１に異常がないか否かを判断する（Ｓ３１）。第３モータ７１に異常があると判断した場合には、後述する図５の処理が実行される（Ｓ３１のＮ）。

第３モータ７１に異常がないと判断した場合には（Ｓ３１のＹ）、ＥＣＵ１００は、第１モータ３４ａに設けられた回転センサの検知結果に基づいて、第１モータ３４ａに異常がないか否かを判断する（Ｓ３２）。第１モータ３４ａに異常がない場合（Ｓ３２のＹ）、ＥＣＵ１００は、第２モータ３４ｂに設けられた回転センサの検知結果に基づいて、第２モータ３４ｂに異常があるか否かを判断する（Ｓ３３）。

第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂのいずれにも異常がないと判断した場合には（Ｓ３３のＹ）、ＥＣＵ１００は、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂの各々に独立した動作信号を入力し、また、第３モータ７１に差動機構４０に差動を与えるための動作信号を入力し、左右の車輪の独立した操舵制御を行う（Ｓ３４）。第１モータ３４ａには異常がなく、第２モータ３４ｂに異常があると判断した場合には（Ｓ３３のＮ）、ＥＣＵ１００は、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとの間の差動をロックするために、第３モータの駆動を停止させ（Ｓ３５）、異常があると判断された第２モータ３４ｂの駆動を停止させ（Ｓ３６）、次に、ＥＣＵ１００は、異常がないと判断された第１モータ３４ａによって操舵ハンドル１２の操舵操作のアシストを実行させる（Ｓ３７）。

第１モータ３４ａに異常があると判断した場合には（Ｓ３２のＮ）、ＥＣＵ１００は、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとの間の差動をロックするために、第３モータの駆動を停止させる（Ｓ３８）。次にＥＣＵ１００は、第２モータ３４ｂに設けられた回転センサの検知結果に基づいて、第２モータ３４ｂに異常があるか否かを判断する（Ｓ３９）。
第２モータ３４ｂには異常がないと判断した場合には（Ｓ３９のＹ）、ＥＣＵ１００は、異常があると判断された第１モータ３４ａの駆動を停止させ（Ｓ４０）、異常がないと判断された第２モータ３４ｂによって操舵ハンドル１２の操舵操作のアシストを実行させる（Ｓ４１）。第２モータ３４ｂにも異常があると判断した場合には（Ｓ３９のＮ）、ＥＣＵ１００は、異常があると判断された第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂの駆動を停止させる（Ｓ４２）。

なお、ＥＣＵ１００は、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂの間の差動をロックする前に、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂに設けられた回転センサにより検出された第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂの回転角差を演算し、この第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂの回転角差がなくなるように第３モータ７１を作動させる。これにより、第１モータ３４ａまたは第２モータ３４ｂのいずれかに異常が発生した場合においても、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂの回転角差をなくした状態で両者の差動をロックすることができる。

図５は、第２の実施形態にかかる操舵装置２００の第３モータに異常があった場合の制御手順を説明するためのフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、所定時間ごとに繰り返し実行される。

第３モータ７１に異常があると判断した場合には（図４のＳ３１のＮ）、ＥＣＵ１００は、異常があると判断された第３モータ７１の駆動を停止させる（Ｓ５１）。これにより、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとの間の差動がロック型の逆入力遮断機構７０により規制される。

次に、ＥＣＵ１００は、第１モータ３４ａに設けられた回転センサの検知結果に基づいて、第１モータ３４ａに異常がないか否かを判断する（Ｓ５２）。第１モータ３４ａに異常がない場合（Ｓ５２のＹ）、異常がある場合（Ｓ５２のＮ）にかかわらず、ＥＣＵ１００は、第２モータ３４ｂに設けられた回転センサの検知結果に基づいて、第２モータ３４ｂに異常があるか否かを判断する（Ｓ５３、Ｓ５７）。

第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂのいずれにも異常がないと判断した場合には（Ｓ５３のＹ）、ＥＣＵ１００は、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂの各々に同一の動作信号を入力し、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂにより操舵ハンドル１２の操舵操作のアシストを実行させる（Ｓ５４）。

第１モータ３４ａには異常がなく、第２モータ３４ｂに異常があると判断した場合には（Ｓ５３のＮ）、ＥＣＵ１００は、異常があると判断された第２モータ３４ｂの駆動を停止させる（Ｓ５５）。次に、ＥＣＵ１００は、異常がないと判断された第１モータ３４ａによって操舵ハンドル１２の操舵操作のアシストを実行させる（Ｓ５６）。

第１モータ３４ａに異常があり、第２モータ３４ｂには異常がないと判断した場合には（Ｓ５７のＹ）、ＥＣＵ１００は、異常があると判断された第１モータ３４ａの駆動を停止させる（Ｓ５８）。次に、ＥＣＵ１００は、異常がないと判断された第２モータ３４ｂによって操舵ハンドル１２の操舵操作のアシストを実行させる（Ｓ５９）。

第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂの双方に異常があると判断した場合には（Ｓ５７のＮ）、ＥＣＵ１００は、異常があると判断された第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂの駆動を停止させる（Ｓ６０）。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態にかかる操舵装置２００の全体構成図である。本実施形態においては、前述の実施形態における差動機構４０などは設けられておらず、クラッチ８０が設けられている。

クラッチ８０は電磁クラッチにより構成されており、通電することにより、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂを連結する。ＥＣＵ１００は、クラッチ８０に連結信号を入力することにより第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂを連結し、連結信号の入力を停止することにより連結を解除する。これにより、差動機構４０などを設けることなく、簡易な構成により第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂを連結することができる。なお、本実施形態における制御手順は、図２において、ロータ間の差動規制をロータ間のクラッチ８０による連結に置き換えたものとなる。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。

伝達比可変装置２０が省略されてもよい。この場合、ステアリングシャフト１４の入力軸１４ａと出力軸１４ｂとが結合されるため、操舵ハンドル１２の操作により、直接第１ラックシャフト５２を移動させることができる。

第１の実施形態にかかる操舵装置の全体構成図である。第１の実施形態にかかる操舵装置の制御手順を説明するためのフローチャートである。第２の実施形態にかかる操舵装置の全体構成図である。第２の実施形態にかかる操舵装置の制御手順を説明するためのフローチャートである。第２の実施形態にかかる操舵装置の第３モータに異常があった場合の制御手順を説明するためのフローチャートである。第３の実施形態にかかる操舵装置の全体構成図である。

符号の説明

１２操舵ハンドル、１４ステアリングシャフト、１６操舵角センサ、１８操舵トルクセンサ、２０伝達比可変装置、２２ピニオンギヤ、２４車速センサ、３１ａ第１ロータ、３１ｂ第２ロータ、３４ａ第１モータ、３４ｂ第２モータ、４０差動機構、５０操舵機構、５２第１ラックシャフト、５３第２ラックシャフト、５８車輪、６０ロック機構、７０逆入力遮断機構、７１第３モータ、１００電子制御ユニット。

Claims

操舵ハンドルの操舵操作に応じて一対の車輪を操舵する操舵装置において、
操舵ハンドルの操舵操作に応じて作動する第１モータと、
一対の車輪のうち一方の車輪を転舵する第１操舵軸と、
前記第１モータの回転要素である第１ロータの低トルクの回転運動を、前記第１操舵軸の高推力の軸方向運動に変換する第１変換機構と、
操舵ハンドルの操舵操作に応じて作動する第２モータと、
前記第１操舵軸と分離されており、一対の車輪のうち他方の車輪を転舵する第２操舵軸と、
前記第２モータの回転要素である第２ロータの低トルクの回転運動を、前記第２操舵軸の高推力の軸方向運動に変換する第２変換機構と、
前記第１ロータと前記第２ロータを連結し、および該連結を解除する連結手段と、
を備え、
前記連結手段は、前記第１ロータおよび前記第２ロータに相互に差動を与える差動手段と、該差動手段をロックするロック手段と、を有し、
前記差動手段は、前記第１ロータに連結された回転可能な第１太陽ギヤと、前記第１太陽ギヤと同軸に回転可能な第１内歯ギヤと、前記第１太陽ギヤおよび第１内歯ギヤと噛合する第１遊星ギヤと、前記第２ロータに連結された回転可能な第２太陽ギヤと、前記第２太陽ギヤと同軸に配置されるとともに回転が規制された第２内歯ギヤと、前記第２太陽ギヤおよび第２内歯ギヤと噛合し、前記第１遊星ギヤと同軸かつ相互に回転可能に連結された第２遊星ギヤと、を有する遊星ギヤ機構を有し、
前記ロック手段は、前記第１内歯ギヤの回転を規制することにより、前記差動手段をロックし、
前記差動手段は、前記第１内歯ギヤを駆動する第３モータを有することを特徴とする操舵装置。
前記ロック手段は、前記第１内歯ギヤと前記第３モータとの間に設けられ、前記第３モータからトルクが与えられた場合には前記内歯ギヤへ該トルクを伝達し、前記第２内歯ギヤからトルクが与えられた場合には前記第３モータへの該トルクを遮断して前記第２内歯ギヤの回転を規制する、トルク伝達手段を有することを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
前記第１モータおよび前記第２モータの異常を検知するモータ異常検知手段をさらに備え、
前記連結手段は、前記モータ異常検知手段により前記第１モータおよび前記第２モータに異常が検知されない場合に、前記第１ロータと前記第２ロータの連結を解除し、前記モータ異常検知手段により前記第１モータおよび前記第２モータの少なくとも一方に異常が検知された場合に、前記第１ロータと前記第２ロータとを連結することを特徴とする請求項１または２に記載の操舵装置。
前記モータ異常検知手段により前記第１モータおよび前記第２モータの一方に異常が検知された場合に、操舵ハンドルの操舵操作に応じて前記第１モータおよび前記第２モータの他方を作動させることを特徴とする請求項３に記載の操舵装置。
前記第１モータと前記第２モータとの回転角差を検出する回転角検出手段をさらに備え、
前記連結手段により前記第１ロータと前記第２ロータとが連結される前に、前記回転角検出手段により検出された回転角差がなくなるように前記第３モータを作動させることを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
前記操舵ハンドルに連結される入力軸と、
前記第１操舵軸または前記第２操舵軸の一方にステアリングギヤを介して連結される出力軸と、
差動機構およびモータを有し、前記モータを作動させることにより前記差動機構を作動させ、前記入力軸と前記出力軸の間の伝達比を可変とする伝達比可変手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の操舵装置。