JP4955737B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングホイールの操舵角と操舵輪の舵角との間の伝達比（以下、「操舵比」という）を制御すると共に、操舵力のアシストを行う操舵制御装置に関する。

従来より、車両の走行速度に応じ、操舵比を制御する操舵比可変制御（ＶＧＲＳ：Variable Gear Ratio Steering）装置が知られている。このＶＧＲＳ装置は、低速時にはステアリングホイールの操舵角に対し操舵輪の舵角を大きくすることで利便性を向上し、高速時にはステアリングホイールの操舵角に対し操舵輪の舵角を小さくすることで安全性を向上する。
また、操舵トルクに応じ、操舵力を制御する電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）装置が知られている。このＥＰＳ装置は、ＶＧＲＳ装置の出力軸に設けられたトーションバーの捩れ角により操舵トルクを検出し、この検出値に応じて操舵力のアシストを行うことで、運転者の運転操作負荷を低減する。
特許文献１には、ステアリングホイールに接続される入力軸と、操舵輪側に接続される出力軸とを同軸に設け、入力軸と共に回転する入力ギヤと、出力軸と共に回転する出力ギヤとを向き合わせて配置し、入力ギヤ及び出力ギヤの双方に噛合う中間ギヤを、電動モータを用いて入力軸及び出力軸の回転軸周りに回転させることで、操舵比を制御するＶＧＲＳ装置が記載されている。

特開２００５−２２１０５３号公報

しかしながら、特許文献１のＶＧＲＳ装置では、中間ギヤを回転可能に支持する支持軸と、この支持軸に直交し入力軸及び出力軸の回転軸と同軸に配置される回転支持部材とが一体で構成されているので、回転支持部材の加工が困難である。このため、支持軸及び中間ギヤの個数を増やし、入力ギヤと出力ギヤとの間のトルク伝達容量を大きくすることが困難になる。
また、特許文献１のＶＧＲＳ装置では、入力ギヤの回転が中間ギヤを経由して出力ギヤに伝達されるので、入力軸の回転方向と出力軸の回転方向とが逆転する。このため、従来、ステアリングホイールと出力軸が同じ方向に回転する操舵制御装置を使用していた車両に特許文献１のＶＧＲＳ装置を適用するとき、出力軸とステアリングピニオンギヤとの間に出力軸の舵角を再度逆転する歯車装置を備えることが考えられる。しかし、このような歯車装置を備えると、操舵制御装置の体格が大きくなることが懸念される。
さらに、特許文献１のＶＧＲＳ装置では、このＶＧＲＳ装置よりも操舵輪側にＥＰＳ装置を設ける場合、ＥＰＳ装置の制御に用いられる操舵トルクを検出する装置の構成部材であるトーションバーを、出力ギヤよりも操舵輪側の出力軸に設けなければならない。このため、ＶＧＲＳ装置とＥＰＳ装置との間の軸方向の距離が長くなり、ＶＧＲＳ装置の車両への搭載性を損なうといった問題を生じる。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、製造上加工が容易で小型化可能な操舵制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、出力ギヤよりも入力ギヤ側へ延びる出力軸を中心軸として回転可能に設けられる内側リング部材は、径方向に延びる第１孔を周方向の全周に亘り複数有する。内側リング部材の径方向外側に設けられる外側リング部材は、内側リング部材の第１孔と径方向に対応する位置で径方向に延びる第２孔を周方向の全周に亘り複数有する。入力軸と共に回転する入力ギヤ、及び、出力軸と共に回転する出力ギヤの双方に噛み合うピニオンギヤを回転可能に支持するピニオンギヤ軸部材は、一端が内側リング部材の第１孔に挿入され、他端が外側リング部材の第２孔に挿入され、内側リング部材が出力軸に対して回転自在に支持される。この構成により、ピニオンギヤ軸部材の形成及び組み付けが容易になり、入力ギヤと出力ギヤとの間にピニオンギヤを容易に設置することができる。また、入力軸、出力軸およびピニオンギヤ軸部材の全ての回転軸部材が交差しない１軸の部材となる。これにより、製造上加工や組み付けが容易になるので、ピニオンギヤ軸部材及びピニオンギヤの個数を増やし、入力ギヤと出力ギヤとの間のトルク伝達容量を大きくすることができる。したがって、個々のピニオンギヤを小さく形成し、操舵制御装置の体格を小型化することができる。

請求項２に記載の発明によると、操舵制御装置は、出力ギヤよりも操舵輪側で出力ギヤと共に回転するステアリングピニオンギヤと、このステアリングピニオンギヤの回転を軸方向の直線運動に変換するステアリングラックバーとを備える。左右の操舵輪の回転中心を結ぶ直線とステアリングラックバーとの間の距離Ａは、左右の操舵輪の回転中心を結ぶ直線とステアリングピニオンギヤの中心軸との間の距離Ｂよりも短く設定される。
請求項１に記載の発明の構成では、入力ギヤの回転がピニオンギヤを経由して出力ギヤに伝達されるので、ステアリングホイールの回転方向と出力軸の回転方向とが逆転する。そこで、請求項２に記載の発明では、ステアリングラックバーとステアリングピニオンギヤとの位置関係をＡ＜Ｂとして設定することで、ステアリングホイールの回転方向と操舵輪の舵角の向きを整合させることができる。これにより、操舵制御装置は、出力軸の回転方向を再度逆転する歯車装置を備えることなく、車両への搭載性を高めることができる。

請求項３に記載の発明によると、ウォームホイール及びウォームは、セルフロック可能なリード角に設定され、駆動手段が駆動停止したとき、操舵比を一定にする。これにより、操舵比を例えば１:１とするような可変制御が不要な場合、駆動手段としての電動機又は制御回路等への通電が不要となり、消費電力を低減することができる。
さらに、電動機又は制御回路等の失陥時は、例えば電動機の電路にリレー等を設け、通電をオフすることで操舵比を一定に保つことが可能である。したがって、電動機又は制御回路等の失陥時に操舵比を一定に保つロック機構等を追加で設ける必要がなく、体格を小型化するとともに、低コストな操舵制御装置を提供することができる。
なお、ウォームホイール及びウォームのリード角をセルフロック可能に設定するには、ウォームホイール及びウォームの進み角を摩擦角よりも小さくすればよい。

請求項４に記載の発明によると、出力軸は、入力ギヤ側の端部が入力ギヤに設けられた軸受と、出力ギヤよりも操舵輪側のハウジングに設けられた軸受との少なくとも２点で回転可能に支持される。このため、出力軸の傾きが抑制されることで、ウォームホイールとウォームとの噛み合い位置が確実に保持される。これにより、噛み合い位置がずれることによるバックラッシュ及び作動音の増加、並びに伝達効率の低下や異常磨耗などの不具合を回避することができる。

請求項５に記載の発明によると、入力ギヤ及びピニオンギヤ、並びに出力ギヤ及びピニオンギヤは、それぞれ対となるかさ歯車で形成される。これにより、入力ギヤと出力ギヤとの間の距離を短くし、軸方向の体格を小さくすることができる。

請求項６に記載の発明によると、入力ギヤ、出力ギヤ及びピニオンギヤは、かさ歯車の歯筋がまがり歯で形成される。これにより、入力ギヤとピニオンギヤ、及び出力ギヤとピニオンギヤの噛み合い率が高くなり、各ギヤの歯当たりによって生じる作動音を低減するとともに、ステアリングホイールから運転者に伝わる脈動感を低減することができる。

請求項７に記載の発明によると、入力ギヤ及び出力ギヤは、歯数が同一の奇数で形成され、ピニオンギヤは、歯数が偶数で形成される。このため、入力ギヤ及び出力ギヤとピニオンギヤとの歯当りの位置が回転に伴って順に入れ替わる。従って特定の歯の摩耗だけが進展することがなく、偏磨耗によって耐久寿命を損なうことがない。

請求項８に記載の発明によると、入力ギヤ及び出力ギヤは、歯数が同一の偶数で形成され、ピニオンギヤは、奇数個設けられ、歯数が偶数で形成される。ピニオンギヤの歯数を偶数とすることで、入力ギヤ及び出力ギヤの歯数、ピニオンギヤの個数について、設計の自由度を大きくすることができる。

請求項９に記載の発明によると、入力ギヤ、出力ギヤ及びピニオンギヤは、対となるかさ歯車の少なくとも一方の材質を樹脂とする。これにより、ギヤの噛み合い時に発生する歯打ち音を低減することができる。また材質を樹脂とすることで樹脂成形による製作が可能となり、低コストな操舵制御装置を提供することができる。

請求項１０に記載の発明によると、ウォームホイールは、歯筋が回転軸と平行に形成されており、ウォームの回転軸とウォームホイールの回転軸に垂直な平面とのなす角が、ウォームのリード角に対応して設定されている。これにより、ウォームがウォームホイールを回転駆動するとき、ウォームホイールにスラスト方向の荷重が発生することなく、ウォームホイールとウォームとの噛み合い位置を確実に保持することができる。

請求項１１に記載の発明によると、出力軸は、径方向の外壁に内側リング部材が回転自在に設けられ、出力ギヤが径方向の外壁に固定される中空の第１出力軸、及び、この第１出力軸と同軸かつ第１出力軸に対し相対回転可能に設けられる中空の第２出力軸から構成されている。トーションバーは、一端が出力ギヤよりも入力ギヤ側の端部で第１出力軸の内壁と結合し、他端が出力ギヤよりも操舵輪側で第２出力軸の内壁と結合する。またトルクセンサは、第１出力軸と第２出力軸との捩れ角を検出するよう構成されている。これにより、トーションバーの一端側を入力ギヤ側に位置させることが可能となり、トルクセンサと出力ギヤとの距離を短くすることができる。したがって、軸方向の体格を小さくすることが可能で、車両への搭載性に優れる操舵制御装置を提供することができる。

請求項１２に記載の発明によると、入力ギヤ、ピニオンギヤ、出力ギヤ及び電動パワーステアリングウォームホイール（以下、「ＥＰＳウォームホイール」という）を同一のハウジング内に収容し、一体で構成することで入出力軸方向の体格を小さくすることができる。このため、ECE12、74/297/EEC、FMVSS203、及び道路運送車両法第１１条等により設置が義務付けられている衝突時の衝撃吸収装置の設置スペースを侵害することなく、ステアリングコラム上に操舵制御装置を設置することができる。

請求項１３に記載の発明によると、ウォームと、電動パワーステアリングウォーム（以下、「ＥＰＳウォーム」という）とは、出力軸を挟んで設けられる。これにより、ウォームホイールを回転駆動することで生じる出力軸へのラジアル荷重と、ＥＰＳウォームホイールを回転駆動することで生じる出力軸へのラジアル荷重を相殺することができる。これにより、出力軸の傾きやねじれが抑制され、ウォームホイールとウォームとの噛み合い位置、及び、ＥＰＳウォームホイールとＥＰＳウォームとの噛み合い位置が確実に保持される。したがって、噛み合い位置のずれによるバックラッシュ増大、これによる作動音の増加、及び伝達効率の低下等の不具合を回避することができる。

ところで、一般に用いられる歯底の縦断面が円弧形状のウォームホイールの場合、ウォームホイールとウォームとが出力軸の回転軸方向にずれると、正回転時と逆回転時で歯当たりの状態が変わることで作動音が増大し、また、正回転時と逆回転時で伝達効率が変わることがある。また、面圧が増大して偏磨耗を生じ、寿命が短くなる恐れがある。
そこで、請求項１４に記載の発明によると、ウォームホイール及びＥＰＳウォームホイールの少なくともいずれか一方は、縦断面の歯底と回転軸との距離を一定にしている。これにより、ウォームホイールとウォームの設置位置、又は、ＥＰＳウォームホイールとＥＰＳウォームの設置位置が加工公差によって出力軸の回転軸方向にずれた場合であっても、正回転時と逆回転時とで歯当りの状態を保つことができる。このため、正回転時と逆回転時とで伝達効率が変わることによる制御上の不都合、及び作動音の増大による官能上の不具合を回避することができる。
また、ウォームホイールを樹脂から形成する場合、筒状部材の径方向内壁に切削用の刃を有する抜き型を軸方向に移動することでウォームホイールを樹脂成形することが可能となる。このため、ウォームホイールの歯を個別に形成する歯切り加工が不要となり、製造コストを削減できる。

本発明の第１実施形態による操舵制御装置の模式図である。 本発明の第１実施形態による操舵制御装置の断面図である。 図２のIII−III線断面図である。 本発明の第１実施形態による操舵制御装置の組立図である。 本発明の第１実施形態による操舵制御装置の組立図である。 本発明の第１実施形態による操舵制御装置の組立図である。 本発明の第１実施形態による操舵制御装置のウォーム及びウォームホイールを示す断面図である。 図７のVIII方向矢視図である。 図７のIX向矢視図である。 図７のX方向矢視図である。 本発明の第２実施形態による操舵制御装置の模式図である。 本発明の第３実施形態によるウォーム及びウォームホイールを示す断面図である。 図１２のXIV方向矢視図である。 図１２のXV方向矢視図である。 図１２のXVI方向矢視図である。

以下、本発明による複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による操舵制御装置は、図１に示すように、操舵比を制御するＶＧＲＳ３、操舵トルク検出部４、並びに操舵トルクに応じて操舵力のアシストを行うＥＰＳ５を備えるものである。また、本実施形態の操舵制御装置１は、操舵輪７側にラックアンドピニオン式のステアリングギヤボックス６を備えている。

まず、ＶＧＲＳ３について説明する。
ＶＧＲＳ３は、図１〜図３に示すように、ディファレンシャルギヤとウォームギヤから構成され、入力軸１０、出力軸２０、入力ギヤ１１、出力ギヤ２３、内側リング部材４０、外側リング部材４２、ピニオンギヤ軸部材４３、ピニオンギヤ４１、ウォームホイール５０、ウォーム５１及び駆動手段としての電動機５２等を備えている。
運転者の操作するステアリングホイール８に連結される入力軸１０のステアリングホイール８と反対側の端部には、入力ギヤ１１が設けられている。
入力ギヤ１１は、後述するピニオンギヤ４１と噛み合うかさ歯車であり、金属又は樹脂から形成されている。入力ギヤ１１は、筒状の筒部１１１と、筒部１１１の径方向外側に設けられる傘状のギヤ部１１２とを有している。筒部１１１は、軸方向のステアリングホイール８側の内壁が入力軸１０に固定され、径方向外壁がハウジング１２の一端側に設けられた第１軸受１３に回転自在に支持されている。これにより、入力軸１０と入力ギヤ１１は、ハウジング１２に回転可能に支持される。

入力軸１０と同軸に設けられる出力軸２０は、第１出力軸２１と第２出力軸２２から構成されている。第１出力軸２１と第２出力軸２２は、中空のパイプ状に形成されている。第１出力軸２１は、入力軸１０とは反対側に内径の大きい大径部２１１を有している。一方、第２出力軸２２は、入力軸１０側に外径の小さい小径部２２１を有している。大径部２１１の内壁と小径部２２１の外壁とが径方向に重なることで、第１出力軸２１と第２出力軸２２とが回転方向に自由度を持って連結される。第１出力軸２１と第２出力軸２２は、後述するトーションバー７０によって相対回転可能に接続されている。
第１出力軸２１は、入力軸１０側の端部が筒部１１１の内壁に設けられたニードル軸受１１３の内壁に嵌合している。第２出力軸２２は、径方向の外壁がハウジング１２の他端側に設けられた第２軸受１４の内壁に嵌合している。
第１出力軸２１の径方向外壁には、入力ギヤ１１のギヤ部１１２と向き合う出力ギヤ２３が設けられている。出力ギヤ２３は、後述するピニオンギヤ４１と噛み合うかさ歯車であり、金属又は樹脂から形成されている。第１出力軸２１、第２出力軸２２及び出力ギヤ２３は、入力ギヤ１１とハウジング１２とにニードル軸受１１３と第２軸受１４により回転可能に支持されている。

入力ギヤ１１と出力ギヤ２３の間には、第１出力軸２１の径方向の外壁に第３軸受１５が嵌合している。この第３軸受１５の外壁に円環状の内側リング部材４０が嵌合している。内側リング部材４０の径方向外側に、複数のピニオンギヤ４１を挟んで、外側リング部材４２が設けられている。
内側リング部材４０は、図４に示すように、第１出力軸２１の回転軸に直交する方向に通じる第１孔４０１を周方向に等間隔で複数有している。外側リング部材４２は、第１孔４０１に対応し、第１出力軸２１の回転軸に直交する方向に通じる第２孔４２１を複数有している。また、各ピニオンギヤ４１は、入力ギヤ１１と出力ギヤ２３とに噛み合うかさ歯車であり、それぞれ第１出力軸２１の回転軸に直交する方向に通じる軸孔４１１を有している。入力ギヤ１１及び出力ギヤ２３が金属から形成されるときピニオンギヤ４１は樹脂から形成され、入力ギヤ１１及び出力ギヤ２３が樹脂から形成されるときピニオンギヤ４１は樹脂又は金属から形成される。
図２及び図３に示すように、ピニオンギヤ４１の軸孔４１１を挿通するピニオンギヤ軸部材４３は、一端が内側リング部材４０の第１孔４０１の内壁に嵌合し、他端が外側リング部材４２の第２孔４２１の内壁に嵌合している。ピニオンギヤ４１の軸孔４１１の内径は、ピニオンギヤ軸部材４３の外径より僅かに大きく形成される。これにより、ピニオンギヤ４１は、ピニオンギヤ軸部材４３の軸周りに回転可能となる。

入力ギヤ１１、出力ギヤ２３及びピニオンギヤ４１は、かさ歯車の歯すじがまがり歯に形成されており、入力ギヤ１１とピニオンギヤ４１、及び出力ギヤ２３とピニオンギヤ４１の噛み合い率を高くしている。
ピニオンギヤ４１は歯数が偶数で形成され、入力ギヤ１１及び出力ギヤ２３に確実に噛合うことが可能である。また、入力ギヤ１１と出力ギヤ２３とは、歯数が同一の奇数で形成され、入力ギヤ１１とピニオンギヤ４１、及び出力ギヤ２３とピニオンギヤ４１の歯当たりの位置が回転に伴って順に入れ替わるように構成されている。これによって特定の歯の摩耗だけが進展することがなく、偏磨耗によって耐久寿命を損なうことがない。

外側リング部材４２の径方向の外壁には、ウォームホイール５０が嵌合している。ウォームホイール５０、内側リング部材４０、ピニオンギヤ軸部材４３、外側リング部材４２及びピニオンギヤ４１は、第３軸受１５により第１出力軸２１の回転軸周りに回転自在に支持されている。
ウォームホイール５０の径方向外側には、ウォーム５１が噛み合っている。ウォーム５１は、一端がハウジング１２に設けられた第４軸受１６に回転可能に支持され、他端がハウジング１２に設けられた第５軸受１７に回転可能に支持されている。

ウォーム５１の他端側には、通電によりウォーム５１を正逆回転駆動する電動機５２が設けられている。
電動機５２がウォーム５１を正回転し、これに伴ってウォームホイール５０が入力軸１０の回転方向と同じ方向に回転すると、入力軸１０の回転が減速されて出力軸２０に伝達される。一方、電動機５２がウォーム５１を逆回転し、これに伴ってウォームホイール５０が入力軸１０の回転方向とは逆方向に回転すると、入力軸１０の回転が加速されて出力軸２０に伝達される。従って、電動機５２を正逆転駆動制御することにより、入力軸１０の回転角度と出力軸２０の回転角度との間の伝達比を制御することができる。

次に、第３軸受１５、内側リング部材４０、ピニオンギヤ４１、外側リング部材４２、ピニオンギヤ軸部材４３及びウォームホイール５０の組み立て方法を図４〜図６を参照して説明する。
先ず、内側リング部材４０、ピニオンギヤ４１及び外側リング部材４２を、第１孔４０１、軸孔４１１及び第２孔４２１の中心線が一致するように設置する。
次に、外側リング部材４２の径方向外側から、ピニオンギヤ軸部材４３を第２孔４２１、軸孔４１１及び第１孔４０１の順に挿入する。このとき、ピニオンギヤ軸部材４３の一端を第１孔４０１の内壁と嵌合し、他端を第２孔４２１の内壁と嵌合する。
続いて、内側リング部材４０の内壁と第３軸受１５の外壁とを嵌合する。また、外側リング部材４２の外壁とウォームホイール５０の内壁とを嵌合する。
その後、図２に示すように、第３軸受１５の内壁を出力ギヤ２３を嵌合した第１出力軸２１の外壁に嵌合する。続いて、入力軸１０及び入力ギヤ１１を設置することで、ディファレンシャルギヤが完成する。

続いて、ウォームホイール５０とウォーム５１との関係を図７〜図１０を参照して説明する。
ウォーム５１は、ウォームホイール５０と平行に設置されている。詳細には、ウォームホイール５０の回転軸Ｏ１に垂直な平面Ｓと、ウォーム５１の回転軸Ｏ２とを平行にしてウォーム５１が設置されている。
ウォームホイール５０は、樹脂又は金属から形成され、歯筋が回転軸Ｏ１に対し傾斜して形成されている。また、ウォームホイール５０は、縦断面の歯底と回転Ｏ１との距離が一定に形成されている。
ウォームホイール５０及びウォーム５１のリード角θ１は、進み角が摩擦角よりも小さく設定され、ウォームホイール５０とウォーム５１とをセルフロック可能にしている。

次に、操舵トルク検出部４について説明する。
操舵トルク検出部４は、図２に示すように、トーションバー７０、多極磁石７１、一組の磁気ヨーク７２、７３、一組の集磁リング７５、７６及び図示しない磁気センサ等を備えている。多極磁石７１、磁気ヨーク７２、７３、集磁リング７５、７６及び図示しない磁気センサは、特許請求の範囲に記載のトルクセンサに相当する。
トーションバー７０は、パイプ状に形成された中空の第１出力軸２１及び第２出力軸２２の内側に設けられている。トーションバー７０の一端には、セレーション７０１が形成されており、第１出力軸２１の径方向の内壁に形成されたセレーションと噛み合っている。トーションバー７０の他端は、第２出力軸２２にピン７０２により接続されている。これにより、トーションバー７０は、トーションバー７０自身が捩れることで第１出力軸２１と第２出力軸２２とを相対回転可能に接続する。また、トーションバー７０は、第１出力軸２１と第２出力軸２２との間に捩れトルクが加わると、一定の弾性率で軸周りに捩れを生じる。したがって、両軸間に加わるトルクは、トーションバー７０によって捩れ変位として変換される。

多極磁石７１、磁気ヨーク７２、７３、及び集磁リング７５、７６は、出力ギヤ２３と僅かに隙間を開けて設けられている。
多極磁石７１は、円環状に形成され、第１出力軸２１の出力ギヤ２３よりも操舵輪７側の径方向外壁に嵌合し、第１出力軸２１と共に回転するように固定されている。多極磁石７１は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁されている。
一組の磁気ヨーク７２、７３は、多極磁石７１の径方向外側、かつ多極磁石７１によって形成される磁界内で、軸方向に向き合う一組の円環部からそれぞれ軸方向に延びる爪が周方向に交互にずれて配置されている。この一組の磁気ヨーク７２、７３を一体にモールド成形するモールド樹脂７４は、図示しないカラーを介して第２出力軸２２の径方向外壁に嵌合している。このため、一組の磁気ヨーク７２、７３は、第２出力軸２２と共に回転するように固定されている。
一組の集磁リング７５、７６のうち、一方の集磁リング７５は一方の磁気ヨーク７２の径方向外側に設けられ、他方の集磁リング７６は他方の磁気ヨーク７３の径方向外側に設けられている。この一組の集磁リング７５、７６は、それぞれ円環状に形成され、モールド樹脂７４と相対回転可能に設けられている。
一組の集磁リング７５、７６の間に形成される図示しないエアギヤップ内には、エアギヤップに生じる磁束密度を検出する図示しない磁気センサが設けられている。

続いて、操舵トルク検出部４の作動について説明する。
出力軸２０に操舵トルクが入力されておらず、トーションバー７０に捩れ変位が生じていない状態では、磁気ヨーク７２、７３の爪の中心と多極磁石７１のＮ極、Ｓ極の境界線とが一致している。このとき、磁気ヨーク７２、７３の爪には、多極磁石７１のＮ極及びＳ極から同数の磁力線が出入りするので、一方の磁気ヨーク７２の内部の磁力線と、他方の磁気ヨーク７３の内部の磁力線とがそれぞれ閉じた状態になる。したがって、集磁リング７５、７６の間のエアギヤップに磁束が漏れることなく、磁気センサの検出する磁束密度は０となる。

他方、出力軸２０に操舵トルクが入力され、トーションバー７０に捩れ変位が生じると、多極磁石７１と一組の磁気ヨークとの相対位置が周方向に変化する。これにより、磁気ヨーク７２、７３の爪の中心と多極磁石７１のＮ極、Ｓ極の境界線とが一致しなくなるので、一方の磁気ヨーク７２と他方の磁気ヨーク７３に、それぞれＮ又はＳの極性を有する磁力線が増加する。このため、集磁リング７５、７６の間に形成されるエアギヤップに磁束密度が発生する。この磁束密度は、トーションバー７０の捩れ変位量に略比例し、かつ、トーションバー７０の捩れ方向に応じて極性が反転する。したがって、この磁束密度を磁気センサで検出することで、第１出力軸２１と第２出力軸２２との捩れ変位を電圧信号として取り出すことができる。

次に、ＥＰＳ５について説明する。
ＥＰＳ５は、図２及び図３に示すように、ＥＰＳウォームホイール８０、ＥＰＳウォーム８１、電動パワーステアリング駆動手段としてのＥＰＳ電動機８２等を備えている。ＥＰＳウォームホイール８０及びＥＰＳウォーム８１は、ＶＧＲＳ３、操舵トルク検出部４と同一のハウジング１２内に収容されている。
ＥＰＳウォームホイール８０は、樹脂又は金属から形成され、モールド樹脂７４の軸方向操舵輪７側に設けられている。ＥＰＳウォームホイール８０は、径方向の内壁が第２出力軸２２の外壁に嵌合し、第２出力軸２２と共に回転可能である。
ＥＰＳウォームホイール８０の径方向外側には、ＥＰＳウォーム８１が噛み合っている。ＥＰＳウォーム８１は、一端がハウジング１２に設けられた第６軸受１８に回転可能に支持され、他端がハウジング１２に設けられた第７軸受１９に回転可能に支持されている。
ＥＰＳウォームホイール８０は、歯筋が回転軸と平行に形成されている。また、ＥＰＳウォームホイール８０は、縦断面の歯底と回転軸との距離が一定に形成されている。これにより、ＥＰＳウォームホイール８０の設置位置が加工公差により第２出力軸２２の軸方向にずれた場合、正回転時と逆回転時とでＥＰＳウォームホイール８０とＥＰＳウォーム８１との歯当たりの状態を保つことができる。

ＥＰＳウォーム８１の他端側には、ＥＰＳ電動機８２が設けられている。ＥＰＳ電動機８２は、出力軸２０を挟んで電動機５２とは反対側に設けられている。磁気センサからの電圧信号によって検出された操舵トルクに応じ、図示しない制御装置（ＥＣＵ）は、ＥＰＳ電動機８２へ流れる電流をデューティー制御する。この図示しない制御装置からＥＰＳ電動機８２に通電されると、ＥＰＳ電動機８２はＥＰＳウォーム８１を正逆回転駆動し、ＥＰＳウォーム８１に噛み合うＥＰＳウォームホイール８０が第２出力軸２２に操舵補助力を付与することで、操舵力がアシストされる。

次に、ステアリングギヤボックス６について説明する。
ステアリングギヤボックス６は、図１に示すように、ステアリングピニオンギヤ６０及びステアリングラックバー６１等を備え、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌよりも車両後方に設けられている。
ステアリングピニオンギヤ６０は、ユニバーサルジョイント９を経由して出力軸２０と接続されるシャフト２４の端部に設けられ、出力軸２０及びシャフト２４と共に軸周りに正逆回転する。
ステアリングラックバー６１は、車両の左右方向に移動可能に設けられ、径方向の外壁に形成されたラック歯６２がステアリングピニオンギヤ６０と噛み合うことで、ステアリングピニオンギヤ６０と共にラックアンドピニオン機構を構成している。これにより、ステアリングラックバー６１は、ステアリングピニオンギヤ６０の回転運動を軸方向の直線運動に変換する。
ステアリングラックバー６１の両端には、図示しないタイロッド及び図示しないナックルアームを経由し、左右の操舵輪７が操舵可能に接続されている。このため、左右の操舵輪７は、ステアリングラックバー６１の軸方向の移動量に応じて舵角を変える。

ステアリングギヤボックス６は、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングラックバー６１との間の距離Ａよりも、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングピニオンギヤ６０との間の距離Ｂが長くなるようにステアリングピニオンギヤ６０とステアリングラックバー６１とを構成している。
このため、シャフト２４をユニバーサルジョイント９側から見て、ステアリングピニオンギヤ６０が右回りに回転すると、ステアリングラックバー６１が右方向に移動し、操舵輪７は車両を左へ操舵するよう舵角を変える。一方、シャフト２４をユニバーサルジョイント９側から見て、ステアリングピニオンギヤ６０が左回りに回転すると、ステアリングラックバー６１が左方向に移動し、操舵輪７は車両を右へ操舵するよう舵角を変える。
このように、ステアリングピニオンギヤ６０とステアリングラックバー６１との位置関係をＡ＜Ｂとすることで、出力軸２０との回転方向とは反対方向に操舵輪７が操舵され、ステアリングホイール８の回転方向と操舵輪７の舵角の向きを整合させることができる。

（第１実施形態の効果）
本実施形態の操舵制御装置１では、ピニオンギヤ４１を回転可能に支持するピニオンギヤ軸部材４３は、直線状に形成された１軸の部材で、一端が内側リング部材４０の第１孔４０１の内壁と嵌合し、他端が外側リング部材４２の第２孔４２１の内壁と嵌合する。したがって、ピニオンギヤ軸部材４３の形成及び組み付けを容易行うことができる。
ＶＧＲＳ３のディファレンシャルギヤは、ステアリングホイール８の回転方向に対し出力軸２０の回転方向を逆転する。このため、ステアリングギヤボックス６は、ステアリングピニオンギヤ６０とステアリングラックバー６１との位置関係をＡ＜Ｂとして構成している。これにより、出力軸２０の回転方向を再度逆転する歯車装置等を備えることなく、コンパクトで搭載性に優れる操舵制御装置１を提供することができる。

第１出力軸２１と第２出力軸とは、大径部２１１の内壁と小径部２２１の外壁とが径方向に重なることで、回転軸が回転方向に自由度を持って連結される。第１出力軸２１の入力軸１０側の端部は、入力ギヤ１１の内壁に設けられたニードル軸受１１３に回転可能に支持されている。また、第２出力軸２２は、ハウジング１２に設けられた第２軸受１４に回転可能に支持されている。これにより、第１出力軸２１の回転軸の傾きが抑制され、ウォームホイール５０とウォーム５１との噛み合い位置を確実に保持することができる。したがって、噛み合い位置がずれることによるバックラッシュ及び作動音の増加、並びに伝達効率の低下などの不具合を回避することができる。

入力ギヤ１１、出力ギヤ２３及びピニオンギヤ４１は、互いに噛み合うかさ歯車の少なくとも一方の材質が樹脂から形成されている。このため、ギヤの噛み合い時に発生する歯打ち音を低減することができる。
また、入力ギヤ１１、出力ギヤ２３及びピニオンギヤ４１は、歯筋がまがり歯で形成される。これにより、互いに噛み合うかさ歯車の噛み合い率が高くなり、歯当たりによって生じる作動音を低減するとともに、ステアリングホイール８から運転者に伝わる脈動感を低減することができる。
さらに、入力ギヤ１１及び出力ギヤ２３は、歯数が同一の奇数で形成され、ピニオンギヤ４１は、歯数が偶数で形成される。このため、入力ギヤ１１及び出力ギヤ２３とピニオンギヤ４１との歯当りの位置が回転に伴って順に入れ替わるように構成されている。これによって特定の歯の摩耗だけが進展することがなく、偏磨耗によって耐久寿命を損なうことがない。また、互いに噛み合うかさ歯車の歯当たりによって生じる作動音を低減するとともに、ステアリングホイール８から運転者に伝わる脈動感を低減することができる。

トーションバー７０の一端は、出力ギヤ２３よりも入力ギヤ１１側で第１出力軸２１の内壁と結合している。これにより、第１出力軸２１と第２出力軸２２との捩れ角を検出するトルクセンサを、出力ギヤ２３の操舵輪７側の端面に隣接して設けることが可能となる。したがって、操舵制御装置１の体格を小さくすることが可能で、車両への搭載性に優れる操舵制御装置を提供することができる。
さらに、操舵制御装置１は、ＶＧＲＳ３、操舵トルク検出部４及びＥＰＳ５を一体で構成し、同一のハウジング内に収容している。このため、操舵制御装置１の体格を小さくすることで、ECE12、74/297/EEC、FMVSS203及び道路運送車両法第１１条等によって設置が義務付けられている衝突時の衝撃吸収装置の設置スペースを侵害することなく、ステアリングコラム上に操舵制御装置１を設置することができる。

ウォーム５１と、ＥＰＳウォーム８１とは、出力軸２０を挟んで設けられている。このため、ウォーム５１がウォームホイール５０を回転駆動することで生じるラジアル荷重と、ＥＰＳウォーム８１がＥＰＳウォームホイール８０を回転駆動することで生じるラジアル荷重を相殺することができる。これにより、出力軸２０の傾きが抑制され、ウォーム５１とウォームホイール５０との噛み合い位置、及び、ＥＰＳウォーム８１とＥＰＳウォームホイール８０との噛み合い位置が確実に保持される。したがって、噛み合い位置のずれによるバックラッシュ増大、これによる作動音の増加、伝達効率の低下などの不具合を回避することができる。さらに、ラジアル荷重が相殺されて小さくなることは、出力軸２０に対するラジアル荷重が小さくなることを意味しており、出力軸２０を細くして操舵制御装置１の体格を小さくすることにも寄与している。

ウォームホイール５０及びウォーム５１は、セルフロック可能なリード角θ１に設定されている。このため、操舵比を１:１とする場合、電動機５２への通電が不要となり、消費電力を低減することができる。さらに、電動機５２又はこれを制御する制御回路等の失陥時には、例えば電動機の電路にリレー等を設け、通電をオフすることで操舵比を１:１に保つことが可能である。

さらに、ウォームホイール５０及びＥＰＳウォームホイール８０は、縦断面の歯底と回転軸との距離を一定としている。これにより、ウォームホイール５０とウォーム５１の設置位置、及び、ＥＰＳウォームホイール８０とＥＰＳウォーム８１の設置位置が加工公差によって回転軸方向にずれた場合、正回転時と逆回転時とで歯当りの状態を保つことができる。このため、正回転時と逆回転時とで伝達効率が変わることによる制御上の不都合、及び作動音の増大による官能上の不具合を回避できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の操舵制御装置２を図１１に示す。第１実施形態と実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、ステアリングギヤボックス６が、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌよりも車両前方に設けられている。
本実施形態においても、ステアリングギヤボックス６は、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングラックバー６４との間の距離Ａよりも、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングピニオンギヤ６３との間の距離Ｂが長くなるようにステアリングピニオンギヤ６３とステアリングラックバー６４とを構成している。
このため、シャフト２４をユニバーサルジョイント９側から見て、ステアリングピニオンギヤ６３が右回りに回転すると、ステアリングラックバー６４が左方向に移動し、操舵輪７は車両を左へ操舵するよう舵角を変える。一方、シャフト２４をユニバーサルジョイント９側から見て、ステアリングピニオンギヤ６３が左回りに回転すると、ステアリングラックバー６４が右方向に移動し、操舵輪７は車両を右へ操舵するよう舵角を変える。
このように、ステアリングピニオンギヤ６３とステアリングラックバー６４との位置関係をＡ＜Ｂとすることで、出力軸２０との回転方向とは反対方向に操舵輪７が操舵されるので、ステアリングホイール８の回転方向と操舵輪７の舵角の向きを整合させることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による操舵制御装置は、ウォームホイール及びウォームに特徴を有する。本実施形態のウォームホイール５００及びウォーム５１０を図１２〜図１５を参照して説明する。
本実施形態では、ウォームホイール５００は、歯筋が回転軸Ｏ１と平行に形成されている。また、ウォーム５１０は、ウォームホイール５００に対し、傾斜して設置されている。詳細には、ウォームホイール５００の回転軸Ｏ１に垂直な平面Ｓと、ウォーム５１０の回転軸Ｏ２とのなす角θ２は、ウォーム５１０のリード角θ３と実質的に同一の角度に設定されている。このため、ウォームホイール５００の歯とウォーム５１０の歯との接触面がウォームホイール５００回転軸Ｏ１と平行になる（図１３参照）。この構成により、ウォーム５１０からウォームホイール５００に動力が伝達されるとき、ウォームホイール５００にスラスト方向の荷重が発生することを抑制することができる。したがって、ウォーム５１０とウォームホイール５００との噛み合い位置を確実に維持することができる。

また、本実施形態では、ウォームホイール５００を樹脂から形成する場合、筒状部材の径方向内壁に切削用の刃を有する抜き型を回転軸Ｏ１方向に移動することでウォームホイール５００を樹脂成形することが可能となる。このため、ウォームホイール５００の歯を個別に形成する歯切り加工が不要となり、製造コストを削減できる。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、ピニオンギヤ４１の歯数を偶数で形成し、入力ギヤ１１及び出力ギヤ２３の歯数を同一の奇数で形成した。これに対し、本発明は、ピニオンギヤの歯数を偶数で形成し、入力ギヤ１１及び出力ギヤ２３の歯数を同一の偶数で形成してもよい。また、ピニオンギヤを奇数個設けてもよい。ピニオンギヤの歯数を偶数とすることで、入力ギヤ及び出力ギヤの歯数、ピニオンギヤの個数について設計の自由度を大きくすることができる。
このように、本発明の操舵制御装置は、上述した実施形態に制限されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態が可能である。

１：操舵制御装置、１０：入力軸、１１：入力ギヤ、２０：出力軸、２３：出力ギヤ、４０：内側リング部材、４１：ピニオンギヤ、４２：外側リング部材、４３：ピニオンギヤ軸部材、５０：ウォームホイール、５１：ウォーム、５２：電動機（駆動手段）、４０１：第１孔、４２１：第２孔

Claims (14)

1. 運転者の操作するステアリングホイールに連結可能な入力軸と、
   前記入力軸と同軸かつ前記入力軸に対し相対回転可能に設けられ、操舵輪側へ操舵力を伝達する出力軸と、
   前記入力軸と共に回転する入力ギヤと、
   前記入力ギヤと向き合い、前記出力軸と共に回転する出力ギヤと、
   前記出力ギヤよりも前記入力ギヤ側へ延びる前記出力軸を中心軸として回転可能に設けられ、径方向に延びる第１孔を周方向の全周に亘り複数有する内側リング部材と、
   前記内側リング部材の径方向外側に設けられ、前記内側リング部材の前記第１孔と径方向に対応する位置で径方向に延びる第２孔を周方向の全周に亘り複数有する外側リング部材と、
   前記入力軸及び前記出力軸の回転軸に直交する方向に設けられ、一端が前記内側リング部材に設けられた第１孔に挿入され、他端が前記外側リング部材に設けられた第２孔に挿入されるピニオンギヤ軸部材と、
   前記内側リング部材と前記外側リング部材との間で、前記ピニオンギヤ軸部材に回転可能に設けられ、前記入力ギヤと前記出力ギヤとに噛み合うピニオンギヤと、
   前記外側リング部材の径方向外壁に固定されるウォームホイールと、
   前記ウォームホイールに噛み合うウォームと、
   前記ウォームを回転駆動することで、前記入力軸の回転角度と前記出力軸の回転角度との間の伝達比を制御する駆動手段と、を備えることを特徴とする操舵制御装置。
2. 請求項１記載の操舵制御装置において、
   前記出力ギヤよりも前記操舵輪側に設けられる前記出力軸に接続され、前記出力軸と共に回転するステアリングピニオンギヤと、
   前記ステアリングピニオンギヤに噛み合い、前記ステアリングピニオンギヤの回転を軸方向の直線運動に変換し、左右の前記操舵輪を操舵するステアリングラックバーと、をさらに備え、
   左右の前記操舵輪の回転中心を結ぶ直線と前記ステアリングラックバーとの間の距離Ａは、前記直線と前記ステアリングピニオンギヤとの間の距離Ｂより短いことを特徴とする操舵制御装置。
3. 請求項１または２記載の操舵制御装置において、
   前記ウォームホイール及び前記ウォームは、セルフロック可能なリード角に設定され、前記駆動手段が駆動停止したとき、前記入力軸の回転角度と前記出力軸の回転角度との間の伝達比を一定にすることを特徴とする操舵制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項記載の操舵制御装置において、
   前記出力軸は、前記入力ギヤ側の端部が前記入力ギヤに設けられた軸受に回転可能に支持されることを特徴とする操舵制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項記載の操舵制御装置において、
   前記入力ギヤ及び前記ピニオンギヤ、並びに前記出力ギヤ及び前記ピニオンギヤは、それぞれ対となるかさ歯車で形成されることを特徴とする操舵制御装置。
6. 請求項５記載の操舵制御装置において、
   前記入力ギヤ、前記出力ギヤ及び前記ピニオンギヤは、かさ歯車の歯筋がまがり歯で形成されることを特徴とする操舵制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項記載の操舵制御装置において、
   前記入力ギヤ及び前記出力ギヤは、歯数が同一の奇数であり、
   前記ピニオンギヤは、歯数が偶数であることを特徴とする操舵制御装置。
8. 請求項１〜６のいずれか一項記載の操舵制御装置において、
   前記入力ギヤ及び前記出力ギヤは、歯数が同一の偶数であり、
   前記ピニオンギヤは、奇数個設けられ、歯数が偶数であることを特徴とする操舵制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項記載の操舵制御装置において、
   前記入力ギヤ及び前記ピニオンギヤの少なくとも一方は樹脂から形成され、かつ、前記出力ギヤ及び前記ピニオンギヤの少なくとも一方は樹脂から形成されることを特徴とする操舵制御装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項記載の操舵制御装置において、
    前記ウォームホイールは、歯筋が回転軸と平行に形成されており、
    前記ウォームの回転軸と前記ウォームホイールの回転軸に垂直な平面とのなす角が、前記ウォームのリード角に対応して設定されていることを特徴とする操舵制御装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項記載の操舵制御装置において、
    前記出力軸は、径方向の外壁に前記内側リング部材が回転自在に設けられ、前記出力ギヤが径方向の外壁に固定された中空の第１出力軸、及び、この第１出力軸と同軸かつ前記第１出力軸に対し相対回転可能に設けられる中空の第２出力軸から構成されており、
    一端が前記出力ギヤよりも前記入力ギヤ側で前記第１出力軸の内壁と結合し、他端が前記出力ギヤよりも前記操舵輪側で前記第２出力軸の内壁と結合し、前記第１出力軸と前記第２出力軸との間に捩れトルクが加わると一定の弾性率で軸周りに捩れを生じるトーションバーと、
    前記出力ギヤよりも前記操舵輪側で前記第１出力軸と前記第２出力軸との捩れ角を検出するトルクセンサと、をさらに備えることを特徴とする操舵制御装置。
12. 請求項１１記載の操舵制御装置において、
    前記トルクセンサよりも前記操舵輪側の前記出力軸の径方向外壁に固定される電動パワーステアリングウォームホイールと、
    前記電動パワーステアリングウォームホイールと噛み合う電動パワーステアリングウォームと、
    前記トルクセンサの出力信号によって算出された操舵トルクに基づき、前記電動パワーステアリングウォームを回転駆動する電動パワーステアリング駆動手段と、をさらに備え、
    前記入力ギヤ、前記ピニオンギヤ、前記出力ギヤ及び前記電動パワーステアリングウォームホイールは、同一のハウジング内に収容されていることを特徴とする操舵制御装置。
13. 請求項１２記載の操舵制御装置において、
    前記ウォームと前記電動パワーステアリングウォームとは、前記出力軸を挟んで設けられることを特徴とする操舵制御装置。
14. 請求項１３記載の操舵制御装置において、
    前記ウォームホイール及び前記電動パワーステアリングウォームホイールの少なくともいずれか一方は、縦断面の歯底と回転軸との距離が一定であることを特徴とする操舵制御装置。

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