JP4734945B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングホイールの操舵角に対する操向輪の転舵量を任意に変更可能な可変舵角機構を備えた車両用操舵装置に関する。

従来、可変舵角機構として、特許文献１に記載の技術が知られている。この公報に記載の技術では、ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、ラック&ピニオン機構のピニオンに接続されたピニオンシャフトとを接続する中間シャフト上に可変舵角機構が配置されている。この可変舵角機構は、ステアリングシャフトの回転が入力されると、モータ駆動により所望の回転角を加減算してピニオンシャフトに出力する構成とされている。
特開２０００−２１１５４１号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、車室内に配置されたステアリングホイールからエンジンルーム内に配置されたピニオンへ至る経路は非常に狭く、レイアウト自由度が低いという問題があった。また、中間シャフト上には、シャフトが軸方向に入力される衝突エネルギを吸収する衝突安全装置等が配置されるため、車両搭載位置が限られるという問題もあった。

本発明は、上述の課題に着目してなされたもので、レイアウト自由度を向上可能な車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車両用操舵装置では、ステアリングホイールの操舵角に応じて回転するピニオンと、前記ピニオンの回転を軸方向移動量に変換するラックと、操向輪に接続され、前記ラック軸方向に移動するステアリングロッドと、を備えた車両用操舵装置において、前記ラックと前記ステアリングロッドの軸方向相対移動量を、前記ピニオンの回転に対して独立に加減算可能な可変舵角手段と、を設け、前記ラックと前記ステアリングロッドを同軸に配置し、前記可変舵角手段は、ボールねじナットと、このボールねじナットの回転を制御するモータを有し、前記ボールねじナットの回転により前記ラックと前記ステアリングロッドとの軸方向相対移動量を加算もしくは減算することで、前記ピニオンの回転に対して独立に加減算する構成であり、前記ラックを、外周にラック歯を有すると共に、内周に前記ボールねじナットを相対回転可能に支持する中空構造とし、前記ステアリングロッドを、外周に前記ボールねじナットと噛合するボールねじ軸とし、前記モータの軸線と前記ステアリングロッドの軸線とが略同一平面内において平行を除く所定の角度を形成するように前記モータを取り付けたことを特徴とする。

ラックとステアリングロッドの軸方向相対移動量をピニオンの回転に対して独立に加減算可能とすることで、可変舵角手段をエンジンルーム内に配置可能となり、レイアウト自由度を向上することができる。

以下、本発明の車両用操舵装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

図１は実施例１の車両用操舵装置の構成を表す概略図である。ステアリングホイール１には、ステアリングシャフト２が接続されている。ステアリングシャフト２にはステアリングホイール操舵角を検出する操舵角センサ８が設けられている。ステアリングシャフト２には、自在継ぎ手６を介して中間シャフト３が連結され、更に中間シャフト３には自在継ぎ手６を介してピニオンシャフト４が接続されている。ピニオンシャフト４の下端にはピニオン４ａ（図２参照）が設けられ、ピニオン４ａには車体側に固定支持された可変舵角機構５が噛合されている。尚、ステアリングシャフト２及び中間シャフト３はインストルメントパネル９よりも車室内側に配置され、可変舵角機構５はインストルメントパネル９よりもエンジンルーム側に配置される。ピニオン４ａは、可変舵角機構５に形成されたラック歯と噛み合うことで周知のラック&ピニオン機構を構成している。

運転者によりステアリングホイール１が操作されると、ステアリングシャフト２の回転が中間シャフト３及びピニオンシャフト４を介して可変舵角機構５に伝達され、可変舵角機構５から出力されたステアリングロッド５４の軸方向移動により操向輪７を転舵する。尚、可変舵角機構５については、後述する。

アシストコントロールユニット１０には、操舵角センサ８により検出された操舵角θと、可変舵角機構５に設けられたモータ５７に設けられた回転角センサ１２と、車速センサ１１により検出された車速VSP等が入力される。尚、操向輪７の転舵角はステアリングロッド５４の軸方向移動量δによって演算される。この軸方向移動量δは、操舵角θと回転角センサ１２の回転角を加減算することにより算出可能に構成されている。アシストコントロールユニット１０では、各センサ値に基づいて、操舵角θに対する転舵角（すなわち軸方向移動量δ）が演算され、可変舵角機構５に対し制御指令を出力する。

図２は可変舵角機構５の詳細を表す拡大部分断面図である。可変舵角機構５のハウジング５０は、車体側に固定支持されている。ハウジング５０は、ピニオン４ａを収装するピニオン収装部５０ａと、モータ５７を固定支持するモータ支持部５０ｂと、後述する回転伝達部材としてのギヤ５５を支持するギヤ支持部５０ｃと、円筒部５０ｄを有する。

円筒部５０ｄ内には、略円筒状であってピニオン４ａと噛合する面にラック歯５１ａが形成されたラック部材５１と、このラック部材５１の内周側に同軸上に配置され、外周にボールねじ５４ａが形成されたステアリングロッド５４が設けられている。

尚、ラック部材５１自体を円筒部５０ｄとの間で軸方向移動可能に固定してもよいし、ステアリングロッド５４を円筒部５０ｄとの間で軸方向移動可能に固定し、このステアリングロッド５４にラック部材５１が支持されるよう構成してもよく、特に限定しない。

ラック部材５１とステアリングロッド５４の間には、ラック部材５１の内周側にローラベアリング５３を介して回転可能に支持されたボールねじナット５２が設けられている。

ボールねじナット５２は、ラック部材５１の軸方向外側に延在されると共に、外周にスプライン５２０を有する延在部５２ａを有する。延在部５２ａの軸方向長さは、ラック歯５１ａの軸方向長さと略同じ長さとされている。また、ボールねじナット５２の外周側であって、ラック部材５１との間に軸方向に離間して配置されたローラベアリング５３との当接部５２ｃは、ローラベアリングの配置位置の中央に向かって傾斜するテーパ形状とされている。よって、ラック部材５１とボールねじナット５２の間、及びボールねじナット５２とステアリングロッド５４との間にスラスト力が作用したとしても、軸心に向かってセンタリングする機能を有する。

ボールねじナット５２の内周は、ステアリングロッド５４の外周に形成されたボールねじ５４ａと係合するボール５２ｂが複数設けられた中空形状とされている。ボール５２ｂは軸方向に複数設けられると共に、円周方向に沿って複数列設けられている。すなわち、ギヤ等の噛み合いでは、わずかな歯の噛み合いによって支持されると共に、バックラッシを設定せざるを得ない。これに対し、実施例１ではボールねじナット５２とボールねじ５４ａとの間を複数点で支持することが可能となり、ガタが少なく簡単な回転制御で軸方向移動制御を達成できる。

ボールねじナット５２とボールねじ５４ａとは、モータ５７からのトルク入力のみ許容するように噛合している。すなわち、ボールねじのねじリードによりトルク伝達の非可逆性を有することとなる。よって、モータ５７がフェールした際にモータ５７を停止すると、ラック部材５１とステアリングロッド５４との軸方向相対移動量は固定されるため、フェール時用のロック機構を兼ねることができる。言い換えると、別途ロック機構等を設ける必要がない。

ギヤ５５は、内周に前記延在部５２ａのスプライン５２０と嵌合可能なスプライン５５０が形成されている。ギヤ５５は、延在部５２ａの軸方向にボール５５ａを介して摺動可能であって、回転方向の力のみスプライン５５０を介して伝達するよう構成されている。また、ギヤ５５は、ギヤ支持部５０ｃに対しボールベアリング５６を介して回転可能に支持されている。ギヤ５５の外周に形成された歯面は、ピニオン４ａから離れる方向に向かって大径となるテーパ形状とされている。

モータ５７は、モータ駆動軸５７ｃの軸線O_Mとステアリングロッド５４の軸線O_Rとが所定の角度を形成してモータ支持部５０ｂにボルト５７ｂを介して固定支持されている。モータ駆動軸５７ｃにはモータ用ピニオン５７ａが設けられ、このモータ用ピニオン５７ａがギヤ５５と噛合されている。このように、モータ５７を軸線O_Rに対して傾けて取り付けることで、ギヤ５５との間のギヤ比を十分に確保しつつ、モータ５７の外形寸法の大型化を図っている。

〔可変舵角機構の作用〕
次に、可変舵角機構５の作用について説明する。図３は可変舵角機構５の各制御状態を表す概略図である。図３（ａ）は非操舵状態であって、かつ、可変舵角機構５が非制御時を表す図、図３（ｂ）は操舵状態であって、かつ、可変舵角機構５が転舵角減算制御を行った状態を表す図、図３（ｃ）は操舵状態であって、かつ、可変舵角機構５が転舵角加算制御を行った状態を表す図である。

まず、図３（ａ）において、ピニオン４ａはラック部材５１の略中心に位置しており、ボールねじナット５２の延在部５２ａ外周に配置されたギヤ５５は、延在部５２ａの略中心に位置している。

図３（ｂ）に示すように、運転者がステアリングホイール１を操舵角θで操舵し、ピニオン４ａが図中矢印に示す反時計回り方向に回転すると、ピニオン４ａの回転中心は移動せず、ラック部材５１が図３中、軸方向右側にｆ(θ)だけ移動する。尚、ｆ(θ)とは、操舵角θに対するラック部材５１の軸方向移動量を表す。このとき、可変舵角機構５が何の制御も行わなければ、ラック部材５１の軸方向移動に伴ってボールねじナット５２も軸方向移動し、更にステアリングロッド５４も軸方向に移動するため、ステアリングロッド５４の図３中右側端部は操舵角θに対応する位置ｆ(θ)まで移動する。このとき、ギヤ５５は固定支持されているため、延在部５２ａ上を摺動するのみである。

ここで、可変舵角機構５が転舵角減算制御を行うと、モータ５７が図３中矢印に示す下側方向に回転する。このモータ５７の回転によりギヤ５５が回転され、ボールねじナット５２を回転する。ボールねじナット５２はラック部材５１に対しては軸方向に固定されているため、内周側に配置されたステアリングロッド５４をボールねじ５４ａのねじリードに応じて図３中軸方向左側に移動させ（減算分）、操向輪７の転舵角に対応する軸方向移動量はδとなる。すなわち、モータ５７の回転によりラック部材５１とステアリングロッド５４との軸方向相対移動量を減算することとなる。

一方、図３（ｃ）に示すように、可変舵角機構５が転舵角加算制御を行うと、モータ５７が図３中矢印に示す上側方向に回転する。このモータ５７の回転によりギヤ５５が回転され、ボールねじナット５２を回転する。ボールねじナット５２はラック部材５１に対しては軸方向に固定されているため、内周側に配置されたステアリングロッド５４をボールねじ５４ａのねじリードに応じて図３中軸方向右側に移動（加算分）させる。すなわち、モータ５７の回転によりラック部材５１とステアリングロッド５４との軸方向相対移動量を加算することとなる。上記制御作用は、言い換えると、ピニオン４ａとステアリングロッド５４端部との距離を、ステアリングホイール１の操舵角と独立に加減算可能としている。

以上説明したように、実施例１の構成にあっては、下記に列挙する作用効果を得ることができる。
(1).可変舵角機構５は、ステアリングホイール１の操舵角を軸方向移動量に変換するラック部材５１と、軸方向移動量に応じて操向輪７を転舵するステアリングロッド５４との軸方向相対移動量を加減算可能とした。よって、可変舵角制御を行う際、モータ５７のトルク入力点が、軸方向に相対運動する箇所とされているため、シャフト等の捩れ剛性に比べて非常に高剛性となる軸方向運動によって可変舵角機構５を構成することが可能となり、運転性の向上を図ることができる。

また、ステアリングホイール１とピニオン４ａの間のシャフト（ステアリングシャフト２，中間シャフト３，ピニオンシャフト４等）がギヤ機構等を介して接続されることがない。よって、ステアリングホイール１にガタ等が伝達されることがなく、運転性の向上を図ることができる。

また、可変舵角機構５をエンジンルーム内に配置可能となり、車室内に伝搬する音や振動に対して有利としつつ、レイアウト自由度を向上することができる。

また、軸方向移動量を直接制御するため、ステアリングホイール１からピニオン４ａまでのシャフトの捩れやたわみ、ガタを介すことなく可変舵角制御を達成することが可能となり、制御性の向上を図ることができる。

(2).ラック部材５１とステアリングロッド５４を同軸に配置した。よって、ラック部材５１とステアリングロッド５４との間に操舵力が作用した際、モーメント等が発生せず、力の伝達効率の向上を図ると共に、制御性を向上することができる。

また、可変舵角機構５の構成をコンパクト化することが可能となり、レイアウト自由度を向上することができる。

(3).モータ５７を車体側に対して固定支持した。よって、モータ５７の出力するトルクの反力を車体側で受けることが可能となり、制御性の向上を図ることができる。

(4).ボールねじナット５２と、このボールねじナット５２の回転を制御するモータ５７を有し、ラック部材５１を、外周にラック歯を有すると共に、内周にボールねじナット５２を相対回転可能に支持する中空構造とし、ステアリングロッド５４を、外周にボールねじナット５２と噛合するボールねじ５４ａを有するボールねじ軸とした。よって、ギヤの噛み合いよりも高剛性かつ少ないガタでステアリングロッド５４を支持することが可能となり、運転性及び制御性の向上を図ることができる。

(5).ボールねじナット５２のラック部材５１の軸方向外側に延在されると共に、外周にスプライン５２０を有する延在部５２ａと、スプライン５２０と軸方向移動可能に噛合すると共にモータ５７と噛合する回転伝達部材としてのギヤ５５とを有することとした。よって、ボールねじナット５２にモータ５７の回転を伝達しつつ軸方向に移動することが可能となり、モータ５７を車体側に固定することができる。よって、モータのステータ自体が回転するような従来技術に設けられるスパイラルケーブル等のトルク影響を排除することができる。

また、モータ５７が車体側に固定されているため、モータ５７のイナーシャが制御に影響を与えることがなく、制御応答性の向上を図ることができる。

(6).ボールねじナット５２とボールねじ５４ａとは、モータ５７からのトルク入力のみ許容するように噛合した。よって、モータ５７の停止によってラック部材５１とステアリングロッド５４との軸方向相対移動量は固定されるため、フェール時用のロック機構を兼ねることができる。

次に、実施例２について説明する。基本的な構成は実施例１と同様であるため異なる転について説明する。

図４は実施例２の可変舵角機構５を表す概略図である。実施例１では、モータ５７をハウジング５０（すなわち車体側）に対して固定支持した。これに対し、実施例２ではモータ５７に代えて中空モータ６０を備え、この中空モータ６０をラック部材５１に対して固定支持した点が異なる。

ラック部材７０は、略円筒状であってピニオン４ａと噛合する面にラック歯７０ａが形成されている。ラック部材７０の内周には、中空モータ６０のステータ６２が配置されている。ラック部材７０の内周側であって同軸上には、外周にボールねじ５４ａが形成されたステアリングロッド５４が設けられている。ラック部材７０とステアリングロッド５４の間には、ラック部材７０の内周側にローラベアリング７１を介して回転可能に支持されたボールねじナット６１が設けられている。

ボールねじナット６１の外周には永久磁石６１ｃが設置され、中空モータ６０のロータとして機能する。また、ボールねじナット６１の外周側であって、ラック部材７０との間に軸方向に離間して配置されたローラベアリング７１との当接部６１ａは、ベアリング７１の配置位置の中央に向かって傾斜するテーパ形状とされている。よって、ラック部材７０とボールねじナット６１の間、及びボールねじナット６１とステアリングロッド５４との間にスラスト力が作用したとしても、軸心に向かってセンタリングする機能を有する。

ボールねじナット６１の内周は、ステアリングロッド５４の外周に形成されたボールねじ５４ａと係合するボール６１ｂが複数設けられた中空形状とされている。ボールねじナット６１とボールねじ５４ａとは、中空モータ６０からのトルク入力のみ許容するように噛合している。すなわち、ボールねじ５４のねじリードによりトルク伝達の非可逆性を有することとなる。よって、中空モータ６０がフェールした際に中空モータ６０を停止すると、ラック部材７０とステアリングロッド５４との軸方向相対移動量は固定されるため、フェール時用のロック機構を兼ねることができる。言い換えると、別途ロック機構等を設ける必要がない。

〔可変舵角機構の作用〕
次に、可変舵角機構５の作用について説明する。基本的な作用は実施例１と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。運転者がステアリングホイール１を操舵角θ分だけ操舵し、ピニオン４ａが回転すると、ピニオン４ａの回転中心は移動せず、ラック部材７０がラック軸方向にｆ(θ)だけ移動する。このとき、可変舵角機構５が何の制御も行わなければ、ラック部材７０の軸方向移動に伴ってボールねじナット６１も軸方向移動し、更にステアリングロッド５４も軸方向に移動するため、ステアリングロッド５４の端部は操舵角θに対応する位置ｆ(θ)まで移動する。このとき、中空モータ６０もラック部材７０と一体に移動する。

ここで、可変舵角機構５が転舵角制御を行うと、中空モータ６０を回転し、この中空モータ６０のロータであるボールねじナット６１が回転する。ボールねじナット６１はラック部材７０に対しては軸方向に固定されているため、内周側に配置されたステアリングロッド５４をボールねじ５４ａのねじリードに応じて軸方向に移動（加減算）させる。すなわち、中空モータ６０の回転によりラック部材７０とステアリングロッド５４との軸方向相対移動量を制御することとなる。上記制御作用は、言い換えると、ピニオン４ａとステアリングロッド５４端部との距離を、ステアリングホイール１の操舵角と独立に加減算可能としている。

以上説明したように、実施例２の構成にあっては、実施例１の効果(1)，(2)，(4)，(6)に加えて下記に列挙する作用効果を得ることができる。
(7).中空モータ６０を備え、ラック部材７０に対して固定支持することとした。これにより、実施例１で説明した延在部５２ａや、ギヤ５５等を設ける必要が無く、部品点数を削減することができる。

また、中空モータ６０とすることで、中空モータ６０自体をラック部材７０やステアリングロッド５４と同軸上に配置することが可能となり、オフセット配置に比べて可変舵角機構５自体の外径増大を抑制しつつ、モータ外径の大型化を図ることができる。

また、中空モータ６０のステータ６２がロータであるボールねじナット６１から受けるモータ反力方向は、ラック部材７０の軸方向に対して直交した方向となる。よって、ラック部材７０の軸方向移動を直接的に妨げることがなく、制御性の向上を図ることができる。

次に、実施例３について説明する。基本的な構成は実施例１，２と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。

図５は実施例３の車両用操舵装置の構成を表す概略図である。尚、可変舵角機構５は実施例１もしくは実施例２において説明したどちらのタイプでもよく、特に限定しない。ステアリングシャフト２上には、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ１３が設けられている。

ステアリングロッド５４上であって、可変舵角機構５よりも操向輪７側には、ステアリングロッド５４の軸方向推力を付与するパワーステアリング機構８０が設けられている。このパワーステアリング機構８０は、車体側に固定支持されている。パワーステアリング機構８０は、ステアリングロッド５４の外周に設けられたボールねじ等によってラック軸力をモータ駆動によりアシストする周知の構成であるため説明を省略する。尚、パワーステアリング機構としては、ボールねじ等を介してモータ駆動するものに限られず、ステアリングロッド５４上に別途ラック歯を形成し、モータに接続されたピニオンによりアシストしてもよい。また、電動に限られるものではなく、油圧式パワーステアリング装置であってもよい。すなわち、パワーステアリング機構によるトルク入力点を、可変舵角機構５よりも操向輪７側の動力（操舵力）伝達経路上とすればよい。

ＥＰＳコントロールユニット１４には、車速センサ１１及びトルクセンサ１３等の信号が入力され、運転者の操舵状態に基づいて操舵アシストトルクが演算される。この操舵アシストトルクに応じた電流指令値をパワーステアリング機構８０に出力し、運転者の操舵トルクをアシストする。

以上説明したように、実施例３の構成にあっては、実施例１及び実施例２の効果(1)〜(7)に加えて下記に列挙する作用効果を得ることができる。

(8).運転者の操舵トルクをアシストするパワーステアリング機構８０を設け、パワーステアリング機構８０によるトルク入力点を、可変舵角機構５よりも操向輪７側の動力伝達経路上とした。よって、可変舵角機構５に入力されるトルクが小さくなると共に、ステアリングロッド５４からステアリングホイール１までの操舵系における各部品の捩れやガタの影響を抑制することができ、制御性能の向上を図ることができる。

次に、実施例４について説明する。図６は実施例４における可変舵角機構９０の構成を表す部分断面図である。車体側に固定支持されたハウジング９０ａ内には、第１回転メンバ９１と、第２回転メンバ９２と、第３回転メンバ９３に連結された遊星歯車から構成された可変舵角機構９０が収装されている。

第１回転メンバ９１は、中空円筒状であって、図６中右側端部外周には、モータ用ピニオン５７ａと噛合する外歯ギヤ９１ａが形成されている。また、第１回転メンバ９１の図６中左側端部外周には、サンギヤ９１ｂが形成されている。また、外歯ギヤ９１ａとサンギヤ９１ｂとの間には、外周に第２回転メンバ９２を回転可能に支持する支持部９１ｃが形成されている。

第２回転メンバ９２は、ピニオン４ａと噛合し、ピニオンシャフト４の回転方向を略垂直方向（ステアリングロッド５４の軸回り）に変換する傘歯車９２ａと、プラネタリピニオン９２ｂを回転可能に支持するプラネタリキャリヤ９２ｂから構成されている。プラネタリピニオン９２ｂは、サンギヤ９１ｂと噛合すると共に、後述するリングギヤ９３ｂと噛合する。

第３回転メンバ９３は、ステアリングロッド５４の外周に延在された円筒部９３ａと、プラネタリピニオン９２ｂと噛合するリングギヤ９３ｂと、円筒部９３ａの内周側に形成され、ステアリングロッド５４と噛合するボールねじナット９３ｃから構成されている。尚、第３回転メンバ９３は円筒部９３ａの外周とハウジング９０ａとの間で支持されているが、例えば、円筒部９３ａとリングギヤｂとを接続するメンバとハウジング９０ａとの間で軸方向に支持してもよいし、リングギヤ９３の外周とハウジング９０ａとの間で径方向に支持してもよいし、円筒部９３ａに実施例１で説明したボールねじナット５１に記載のテーパ形状等を形成することで径方向、軸方向の両方を支持してもよく、特に限定しない。

リングギヤ９３ｂが回転すると、円筒部９３ａも一体に回転し、この回転によりボールねじナット９３ｃを介してステアリングロッド５４を軸方向に移動する。尚、ボールねじナット９３ｃは、ステアリングロッド５４の軸方向移動により回転する可逆性を有するように形成されている。

可変舵角機構９０は、車体側に支持されたハウジング９０ａ内に収装され、モータ５７は、このハウジング９０ａに対して固定支持されると共に、円筒部９３ａの外周とハウジング９０ａ内周との間で回転可能に支持するベアリング９０ｂ等が配置されている。尚、実施例４では、傘歯車９２ａによりピニオン４ａの回転方向を変換し、ボールねじナット９３ｃによって軸方向移動量に変換することから、これらが特許請求の範囲に記載のラックに相当する。

図７は可変舵角機構９０の各回転メンバ９１，９２，９３の回転速度の関係を表す共線図である。以下、ピニオン４ａの回転速度を一定とし、モータ５７の回転速度が変化した場合のステアリングロッド５４の軸方向移動速度（軸方向移動量に相当）との関係について各剛体レバー(1)〜(3)について説明する。

（モータ５７の回転速度をピニオン４ａの回転速度よりも遅くした場合）
運転者のステアリングホイール１操作によりピニオン４ａがピニオンシャフト４回りに回転すると、傘歯車９２ａによりステアリングロッド５４回りの回転に変換され、第２回転メンバ９２の回転速度が上昇する。このとき、モータ５７の回転速度がピニオン４ａの回転速度よりも遅い場合は、図７の剛体レバー(1)に示すように、第１回転メンバ９１の回転によって第３回転メンバ９３の回転速度が増速される。これにより、ステアリングロッド５４の軸方向移動量が大きくなり、図８のピニオン角と転舵角の関係図に示すように、操舵角θに対する転舵角ｆ（θ）は加算制御される。

（モータ５７の回転速度をピニオン４ａの回転速度と同じにした場合）
運転者のステアリングホイール１操作によりピニオン４ａが回転すると、第２回転メンバ９２の回転速度が上昇する。このとき、モータ５７の回転速度がピニオン４ａの回転速度と同じ場合は、図７の剛体レバー(2)に示すように、第１回転メンバ９１の回転によって第３回転メンバ９３の回転速度はピニオン４ａの回転速度と同速とされる。これにより、ステアリングロッド５４の軸方向移動量は、通常のコンベンショナルな車両と同じ状態となり、図８のピニオン角と転舵角の関係図に示すように、操舵角θに対する転舵角ｆ(θ)は１：１の制御となる。

（モータ５７の回転速度をピニオン４ａの回転速度よりも速くした場合）
運転者のステアリングホイール１操作によりピニオン４ａが回転すると、第２回転メンバ９２の回転速度が上昇する。このとき、モータ５７の回転速度がピニオン４ａの回転速度よりも速い場合は、図７の剛体レバー(3)に示すように、第１回転メンバ９１の回転によって第３回転メンバ９３の回転速度が減速される。これにより、ステアリングロッド５４の軸方向移動量が小さくなり、図８のピニオン角と転舵角の関係図に示すように、操舵角θに対する転舵角ｆ(θ)は減算制御される。

（モータ５７がフェールし、停止した場合）
可変舵角機構９０に何らかのフェールが発生し、モータ５７が駆動できなくなった場合には、第１回転メンバ９１の回転速度が０とされる。このとき、運転者のステアリングホイール１操作によりピニオン４ａが回転すると、第３回転メンバ９３の回転速度は増速される。これにより、モータ５７がフェールしたとしても確実に操舵可能な状態を維持することができる。尚、ボールねじナット９３ｃとステアリングロッド５４とのボールねじリードを適宜設定することで、モータ５７停止時のギヤ比が、コンベンショナルな車両と同じギヤ比となるように設定しても良い。また、モータ用ピニオン５７ａと外歯ギヤ９１ａとを、モータ５７からのみトルク伝達を許容する非可逆性を有するようにしてもよい。これにより、フェール時等にモータ５７を固定することができる。

以上説明したように、実施例４の構成にあっては、実施例１の効果(1)に加えて下記に列挙する作用効果を得ることができる。

(9).ラックを、モータ５７に接続されたサンギヤ９１ｂと、ピニオン４ａと噛合すると共に回転方向を変換する傘歯車９２ａを有するピニオンキャリヤ９２ｃと、内周にボールねじナット９３ｃを有するリングギヤ９３ｂから成る単純遊星歯車とし、ステアリングロッド５４を、外周にボールねじナット９３ｃと噛合するボールねじ軸とした。よって、モータ５７の回転によって、ラックとステアリングロッド５４との軸方向相対移動量を加減算可能に制御することができる。

(10).ラックに相当する単純遊星歯車が、実施例１〜３と異なり、ピニオン４ａの回転によって軸方向に移動しないため、ステアリングロッド５４よりも径の大きな部分を極力小さくすることが可能となり、構成のコンパクト化を図ることができる。

(11).モータ５７を第１回転メンバ９１（サンギヤ９１ｂ）と接続しているため、フェール時にモータ５７が停止したとしても、ステアリングロッド５４の移動方向が通常のステアリング操作方向と同方向となり、安全性を確保することができる。

尚、実施例４では、モータ５７の駆動軸とステアリングロッド５４の軸方向とを同方向として配置したが、モータ５７の駆動軸方向を他の方向に設定しても良い。

次に、実施例５について説明する。基本的な構成は実施例４と同じであり、パワーステアリング機構を備えた点のみ異なる。尚、パワーステアリング機構の基本的な構成は実施例３と同様であるため、これら実施例３，４と異なる点についてのみ説明する。

第３回転メンバ９３ｄの外周には、ウォームホイール９３ｄが形成されている。また、ハウジング９０ａには、パワーモータ８１が固定支持されている。パワーモータ８１の駆動軸にはウォームギヤ８２が設けられ、ウォームホイール９３ｄと噛合している。尚、このウォームギヤ８２及びウォームホイール９３ｄは可逆性が得られるギヤ比に設定されており、フェール時等にパワーモータ８１が停止したとしても、ノンアシスト操舵（以下、マニュアルステアと記載）を達成することができる。

運転者の操舵トルクが検出されると、パワーモータ８１によりアシストトルクが第３回転メンバ９３に付与され、ボールねじナット９３ｃを介してステアリングロッド５４の軸方向移動を直接アシストする。よって、操舵時に可変舵角機構９０に大きな負荷が掛かることがなく、剛性感の高い操舵フィーリングを得ることができる。

以上説明したように、実施例５の構成にあっては、実施例１の効果(1)、実施例３の効果(8)、及び実施例４の効果(9)〜(11)に加えて、下記に列挙する効果を得ることができる。

(12).ウォームギヤ８２及びウォームホイール９３ｄにより、操舵トルクをアシストすることで大きなギヤ比を得ることが可能となり、パワーモータ８１の小型化を図ることができる。

以上、上記実施例１〜５について説明したが、本願発明は上記構成に限られるものではなく、他の構成であっても良い。例えば、実施例１，２ではボールねじ５４ａによりラック部材５１，７０とステアリングロッド５４の軸方向相対移動量を制御したが、他のギヤ機構や油圧制御によって軸方向相対移動量を制御しても良い。

また、ラック部材５１，７０とステアリングロッド５４を同軸上に配置したが、ラック部材５１，７０の径方向に離間してステアリングロッド５４を配置し、ギヤ機構等を介して接続しても良い。

また、実施例４では、モータ５７の駆動軸をステアリングロッド５４と平行に配置したが、ウォームギヤ等を用いて略直交方向にモータ５７を配置してもよい。このとき、ウォームギヤ５７の特性を非可逆式とすることで、モータ５７のフェール時等にロック機構等を別途設ける必要が無く、構成の簡略化を図ることができる。

また、実施例５では、パワーモータ８１をウォームギヤ８２を用いてステアリングロッド５４と略直交方向に配置したが、他の歯車要素を用いてステアリングロッド５４と平行に配置してもよい。

また、実施例４にパワーステアリング機構を搭載する際、実施例３に記載のパワーステアリング機構を搭載してもよいし、ピニオンシャフト４にトルクを付与するタイプのパワーステアリング機構を搭載してもよいし、油圧式パワーステアリング機構を搭載してもよい。

実施例１の車両用操舵装置の構成を表す概略図である。 実施例１の可変舵角機構の詳細を表す拡大部分断面図である。 実施例１の可変舵角機構の各制御状態を表す概略図である。。 実施例２の可変舵角機構を表す概略図である。 実施例３の車両用操舵装置の構成を表す概略図である。 実施例４の可変舵角機構の詳細を表す拡大部分断面図である。 実施例４の可変舵角機構の各回転メンバの回転速度の関係を表す共線図である。 実施例４のピニオン角と操向輪転舵角の関係を表す図である。 実施例５の可変舵角機構の詳細を表す拡大部分断面図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ 中間シャフト
４ ピニオンシャフト
５ 可変舵角機構
７ 操向輪
５１ ラック部材
５４ ステアリングロッド
８１ パワーモータ
９０ 可変舵角機構

Claims (6)

1. ステアリングホイールの操舵角に応じて回転するピニオンと、
   前記ピニオンの回転を軸方向移動量に変換するラックと、
   操向輪に接続され、前記ラック軸方向に移動するステアリングロッドと、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記ラックと前記ステアリングロッドの軸方向相対移動量を、前記ピニオンの回転に対して独立に加減算可能な可変舵角手段と、
   を設け、
   前記ラックと前記ステアリングロッドを同軸に配置し、
   前記可変舵角手段は、ボールねじナットと、このボールねじナットの回転を制御するモータを有し、前記ボールねじナットの回転により前記ラックと前記ステアリングロッドとの軸方向相対移動量を加算もしくは減算することで、前記ピニオンの回転に対して独立に加減算する構成であり、
   前記ラックを、外周にラック歯を有すると共に、内周に前記ボールねじナットを相対回転可能に支持する中空構造とし、
   前記ステアリングロッドを、外周に前記ボールねじナットと噛合するボールねじ軸とし、
   前記モータの軸線と前記ステアリングロッドの軸線とが略同一平面内において平行を除く所定の角度を形成するように前記モータを取り付けたことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記可変舵角手段はモータを有し、該モータを車体側に対して固定支持したことを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
   前記可変舵角手段はモータを有し、該モータを前記ラックに対して固定支持したことを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項１ないし３いずれか一つに記載の車両用操舵装置において、
   前記可変舵角手段は、
   前記ボールねじナットの前記ラックの軸方向外側に延在されると共に、外周にスプラインを有する延在部と、
   前記スプラインと軸方向移動可能に噛合すると共に、前記モータと噛合する回転伝達部材と、
   を有することを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項１ないし４いずれか一つに記載の車両用操舵装置において、
   前記ボールねじと前記ボールねじナットは、前記モータからのトルク入力のみ許容することを特徴とする車両用操舵装置。
6. 請求項１ないし５いずれか一つに記載の車両用操舵装置において、
   運転者の操舵トルクをアシストするパワーステアリング機構を設け、
   前記パワーステアリング機構によるトルク入力点を、前記可変舵角手段よりも操向輪側の動力伝達経路上としたことを特徴とする車両用操舵装置。

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