JP5050414B2 - 可変舵角操舵装置、その操舵トルク検出方法、および自動車 - Google Patents

Description

本発明は、操舵入力に対する操舵出力の比を可変とすることが出来る可変舵角操舵装置、操舵トルク検出方法、及び自動車に関するものである。

従来の可変舵角操舵装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。この従来技術では、トーションバーをステアリング入力軸及びステアリング出力軸の間に且つ当該ステアリング入力軸と同心に配置した構成を採用し、上記トーションバーの捩り量に基づき操舵トルクを検出する。
特開平１０−２５０６０７号公報

しかし、トーションバーの適正なねじりばね定数からバーの外径や軸長に制約があり、また、ステアリング軸の同心部にトーションバーの両端部をステアリング軸に対し拘束する必要があることから操舵出力を中空構造にすることが困難である。また、トーションバーをステアリング入力軸と同心に配置する構造上、ステアリングシャフトの長さがその分長くなる。
本発明は、上記のような点に着目したもので、トーションバーをステアリング入力軸と同心に配置することなく操舵トルクを検出可能な可変舵角操舵装置、その操舵トルク検出方法、および自動車を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る可変舵角操舵装置は、ステアリング入力軸とステアリング出力軸とが、複数列の遊星減速機構群からなる変速機構を介して連結され、第１段の遊星減速機構は、キャリアをステアリング入力軸に連結すると共に遊星車がリングに反力を取って回転する機構となっている可変舵角操舵装置であって、
上記第１段の遊星減速機構における遊星車からの入力によって上記リングに発生する反力を検出する反力検出装置を備えることを特徴とするものである。
上記反力検出装置は、上記第１段の遊星減速機構のリングに対して軸方向への変位が許容された状態で連結するリング状部材の軸方向端面と、そのリング状部材の軸方向端面と軸方向で隙間を持って対向する固定側端面と、上記リング状部材及び固定側端面を形成する部材と非接触で電磁結合して磁気回路を構成するトルク検出用コイルと、を備え、上記軸方向端面と固定側端面との回転変位を、上記トルク検出用コイルによって検出する。

本発明に係る操舵トルク検出方法は、ステアリング入力軸とステアリング出力軸とが、複数列の遊星減速機構群からなる変速機構を介して連結され、第１段の遊星減速機構は、キャリアをステアリング入力軸に連結すると共に遊星車がリングに反力を取って回転する機構となっている可変舵角操舵装置の操舵トルク検出方法であって、
ステアリング入力軸に入力された操舵トルクを上記リングに生じる反力によって検出することを特徴するものである。
上記検出は、上記第１段の遊星減速機構のリングに対して軸方向への変位が許容された状態で連結するリング状部材の軸方向端面と、そのリング状部材の軸方向端面と軸方向で隙間を持って対向する固定側端面とを備え、上記リング状部材及び固定側端面を形成する部材と非接触で電磁結合する磁気回路の電磁結合状態の変化によって検出する。

本発明に係る自動車は、太陽車同士が連結された第１段の遊星減速機構及び第２段の遊星減速機構と、第１段の遊星減速機構のキャリアに連結されたステアリング入力軸と、第２段の遊星減速機構のキャリアに連結されたステアリング出力軸と、第１段の遊星減衰機構のリングに発生する反力を検出する反力検出装置と、を備え、上記リングがケースを介して車体に支持されると共に、上記反力検出装置の検出に基づき回転駆動装置を制御することを特徴とするものである。
上記反力の検出は、上記第１段の遊星減速機構のリングに対して軸方向への変位が許容された状態で連結するリング状部材の軸方向端面と、そのリング状部材の軸方向端面と軸方向で隙間を持って対向する固定側端面とを備え、上記リング状部材及び固定側端面を形成する部材と非接触で電磁結合する磁気回路の電磁結合状態の変化によって検出する。

本発明に係る可変舵角操舵装置によれば、第１段の遊星減速機構のリングに発生する反力を検出するので、トーションバー等の操舵トルクを検出するための部品を、ステアリング入力軸と同軸に配置する必要がなくなり、その分ステアリング軸を短くすることが出来る。
本発明に係る操舵トルク検出方法によれば、第１段の遊星減速機構のリングに発生する反力に基づき操舵トルクを検出するので、ステアリング入力軸と同軸に配置されるトーションバー等の操舵トルクを検出するための部品が不要となり、その分ステアリング軸を短くすることが出来る。

本発明に係る自動車によれば、第１段の遊星減速機構のおけるケースを介して車体に支持されるリングに発生する反力に基づき操舵トルクを検出するので、ステアリング入力軸と同軸にトーションバー等の操舵トルクを検出するための部品を配置する必要がなくなり、その分ステアリング軸を短くすることが出来る。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
（構成）
図１は本実施形態における可変舵角操舵装置を適用した車両の概略構成図であり、図中符号１は可変舵角機構である。この可変舵角機構１は、ステアリングホイール２の操舵角に対する操向輪３の転舵角の比である操舵比を可変するもので、ステアリングホイール２に連結されるステアリング入力軸３と、操向輪３に連結されるステアリング出力軸４との間の経路（トルク伝達経路）に設けられている。このステアリング入力軸３とステアリング出力軸４とでステアリング軸を構成している。

このトルク伝達経路において、可変舵角機構１よりも操向輪３側には、電動パワーステアリングからなる操舵力倍力装置５が設けられている。その操舵力倍力装置５の出力軸はステアリング出力軸４と一体的に回転可能な構造となっている。
また、図中符号６は車両のダッシュパネル、符号７はＲ＆Ｐ式ステアリングギヤであり、ステアリング出力軸４は、中間シャフト８（インタミシャフト）と連結され、ステアリングギヤを駆動して操向輪３の転舵を行う。
また本実施形態にあっては、可変舵角機構１のステアリングホイール２側にトルクセンサが設けられている。

図２は、第１実施形態における可変舵角操舵装置の全体構成を示す概略図であり、図３は、可変舵角操舵装置の断面図である。
この可変舵角機構１は、モータ１０を備え、このモータ１０の回転数及び回転方向を制御することにより、ステアリングホイール２からステアリング入力軸３に入力された入力を変速してステアリング出力軸４に出力する。モータ１０に供給される電流は、後述する電子制御装置１１により制御される。
電子制御装置１１は、ステアリングホイール２の操舵角θを検出する操舵角センサや、車両速度Ｖを検出する車速センサの検出信号から目標転舵角を演算し、実転舵角が目標転舵角となるようにモータをフィードバック制御するようになっている。

上記可変舵角機構１は、詳細図である図４や図４のＡ−Ａ断面図である図５のように、複数列の遊星ローラ機構群から、本実施形態では第１段の遊星ローラ機構２０及び第２段の遊星ローラ機構３０の２列の遊星ローラ機構群から構成されている。なお、ステアリング入力軸３側に配置される遊星ローラ機構が第１段の遊星ローラ機構２０であり、ステアリング出力軸４側に配置される遊星ローラ機構が第２段の遊星ローラ機構３０である。

上記二つの遊星ローラ機構２０，２０は、それぞれ同じ構成となっている。すなわち、太陽ギア付きサンローラ２１、３１と、遊星ギア付き遊星ローラ２２、３２と、その遊星ギア付き遊星ローラ２２、３２を支持するキャリア２３、３３と、リングギア付きリングローラ２４、３４とを有する遊星減速機構からそれぞれ構成されて、遊星ローラ２２、３２は、サンローラ２１、３１及びリングローラ２４、３４に噛み合いながら接している。

遊星ギア付き遊星ローラ２２、３２には、キャリア２３、３３に支持された支持ピン２２ａ，３２ａが挿入されており、これによりキャリア２３、３３が遊星ギア付き遊星ローラ２２、３２を支持している。ここで、上記太陽ギア付きサンローラ２１、３１、遊星ギア付き遊星ローラ２２、３２及びリングギア付きリングローラ２４、３４は、同軸上にローラとギアを一体的に形成したギア付きローラである。

なお、以下の説明では、太陽ギア付きサンローラ２１、３１、遊星ギア付き遊星ローラ２２、３２及びリングギア付きリングローラ２４、３４を、単にサンローラ２１、３１、遊星ローラ２２、３２及びリングローラ２４、３４と略記する。
上記第１段の遊星ローラ機構２０と第２段の遊星ローラ機構３０のサンローラ２１、３１は一体に連結（一体に形成）され、第１段の遊星ローラ機構２０から第２段の遊星ローラ機構３０への互いにサンローラ２１、３１を介してトルク伝達が行われるようになっている。

また、第２段のリングローラ３４の外周には、上記モータ１０の出力軸に連結したウォームギア４０と噛み合うウォームホイール４１が設けられている。ここで、ウォームホイール４１からはウォームギア４０を回転させない構成となっており、モータ１０の停止時には、リングローラ３４も停止するように構成されている。

これら第１段の遊星ローラ機構２０（遊星減速機構）及び第２段の遊星ローラ機構３０を搭載するケース（ハウジング）は、第１段の遊星ローラ機構２０のケース２５と第２段の遊星ローラ機構３０のケース３５とから構成され、第１段の遊星ローラ機構２０のケースのステアリング入力軸３側がトルクセンサケース４２に対して回転しない状態に固定され、第２段の遊星ローラ機構３０のケースのステアリング出力軸４側が操舵倍力装置５のケースに対して回転しない状態に固定されている。また、上記トルクセンサケース４２は、コラムアウターチューブ１２に対して回転しない状態で固定されている。

そして、第１段の遊星ローラ機構２０のキャリア２３に対してステアリング入力軸３が相対回転しない状態で同一軸に連結され、第二遊星減速機構のキャリア２３に対してステアリング出力軸４が相対回転しない状態で同一軸に連結されている。
また、本実施形態のトルクセンサは、ステアリング入力軸３に発生するトルクを第１段の遊星ローラ機構２０を介して検出する構造となっている。

次に、本実施形態のトルクセンサの検出部に係る構成について説明する。
上記第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４は、転がり軸受４３（図１は複列アンギュラ玉軸受を例示)を介して当該第１段の遊星ローラ機構２０のケース２５に支持されている。本実施形態では、第１段の遊星ローラ機構２０のケース２５が上記転がり軸受４３の外輪を構成し、軸受の内輪４３ａが、上記リングローラ２４の外周と嵌合し一体的に回転するようになっている。これによって、上記第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４は、ケースに回転自在に支持された状態になっている。

すなわち、この第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４は、転がり軸受４３の内輪４３ａ内径面とセレーション結合にて連結されることで、軸方向への変位が許容された状態で回転可能に支持される。そのリングローラ２４からステアリング出力軸４側に突出するピン部材４４に対し、ブッシュ４５を介して、リンク部材からなるトルクコントロールアーム４６の内径側端部が連結している。すなわち、トルクコントロールアーム４６は、上記ピン部材４４を軸にして回動可能な状態でリングローラ２４に連結して、当該リングローラ２４の外径方向に延びている。そのトルクコントロールアーム４６の外径側端部には、トーションバー４７の一方の端部が圧入やセレーション嵌合等によって一体に固定されている。

そのトーションバー４７は、第２段の遊星ローラ機構３０を構成するリングローラ３４よりも外径側であって第２段の遊星ローラ機構３０のケース３５外周面近傍に形成された空間に配置され、軸が第１段の遊星ローラ機構２０を構成するリングローラ２４の軸と平行となるようにして、ステアリング出力軸４側に延在している。そして、トーションバー４７の他端部は、第２段の遊星ローラ機構３０のケース３５に固定ピン４８によって固定されている。

この構成によって、転がり軸受４３に回転自在に支持された第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４が初期位置から回転変位すると、トルクコントロールアーム４６が、外径側端部を中心に揺動して、当該トルクコントロールアーム４６のレバー比に応じた分だけトーションバー４７に捩りが発生する。そして捻れたトーションバー４７の反力によって上記リングローラ２４の回転が拘束されることで、リングローラ２４は入力された力に応じた量だけ回転変位する。すなわち、リングローラ２４に発生した反力に応じた量だけ回転変位するようになっている。

上記第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４と一緒に回転変位する転がり軸受４３の内輪４３ａにおける、上記トルクコントロールアーム４６とは反対側のステアリング入力軸３側の端面に対し、延長部４９を介して、可動側矩形波部材５０が一体に設けられている。可動側矩形波部材５０は、第１段の遊星ローラ機構２０及び転がり軸受４３と同軸に配された円筒状の形状をしており、そのステアリング入力軸３側の端面の形状が、図６のように、円周方向に沿って等ピッチの凹凸形状となっている。また、上記可動側矩形波部材５０に対し、ステアリング入力軸３側から固定側矩形波部材５１が、同軸に対向配置されている。固定側矩形波部材５１も、円筒形状となっていて、上記可動側矩形波部材５０の凹凸と対向する端面部分に、円周方向に沿って等ピッチの凹凸形状が形成されている。固定側矩形波部材５１は、トルクセンサケース４２に圧入などによって固定されている。また、可動側矩形波部材５０及び固定側矩形波部材５１に形成した凹凸形状は凸部及び凹部の数やピッチが等しく設定されている。

また、可動側矩形波部材５０及び固定側矩形波部材５１における両方の凹凸部形成位置の外周を円周方向に沿って覆うようにしてトルク検出用コイル５２が配置されている。そのトルク検出用コイル５２は、上記可動側矩形波部材５０と固定側矩形波部材５１の両外周面に近接させた状態で、トルクセンサケース４２に固定されている。トルク検出用コイル５２の外周部は磁性部材５３によって覆われており、その磁性部材５３は、可動側矩形波部材５０および固定側矩形波部材５１と電磁結合して、トルク検出用コイル５２に生じる磁束が通る磁気回路５４を構成している。

これにより上記ステアリング入力軸３にトルクが発生すると、トルクコントロールアーム４６を介して、トーションバー４７の捩れにより第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４が回転変位して、可動側矩形波部材５０が回転変位することで、当該可動側矩形波部材５０の固定側矩形波部材５１に対する位相が変化する。これにより上記磁気回路５４の電磁結合状態が変化し、トルク検出用コイル５２のインダクタンスつまり高周波印加電圧によるコイルの発生電圧が変化することになる。この発生電圧は、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４の回転変位、つまり当該リングローラ２４に発生した操舵トルクに応じた反力に応じた電圧である。上記トルク検出用コイル５２の電圧は、不図示のトルク演算部に供給される。

また、トルク補償用コイル５５が、上記トルク検出用コイル５２とステアリング軸方向に並設されている。そのトルク補償用コイル５５は、固定側矩形波部材５１における凹凸部が形成されていない部分の外周を円周方向に沿って覆うように配置されている。そのトルク補償用コイル５５は、トルク検出用コイル５２と同様に、外周部が磁性部材５３によって覆われている。このトルク補償用コイル５５の内周部には、トルク検出用コイル５２の内周部とは異なり、矩形波形状が無いので、ステアリング入力軸３に発生するトルクに対する磁気回路５４の電磁結合状態が一定であり、温度などの外部環境条件のみにより変化することになる。このトルク補償用コイル５５の電圧もトルク演算部に供給される。

トルク演算部では、トルク検出用コイル５２とトルク補償用コイル５５のインダクタンスの差をとることで、温度などの外部条件によって発生するトルク検出用コイル５２の検出誤差を補償した後の、当該トルク検出用コイル５２の電圧に所定のゲインを乗算して操舵トルクを求め、電動パワーステアリングの制御部に供給する。温度などの外部条件によって発生するトルク検出用コイル５２の検出誤差を補償しているので、安定したセンシング性能を得ることができる。

また、本実施形態のステアリング出力軸４は、上述の図３のように、第二遊星減速機構のキャリア２３に連結する中空構造（筒状）の第１出力軸４ａと、中実の第２出力軸４ｂとを備える。第２出力軸４ｂの上流端部側は、第１出力軸４ａの下流端側内径面に同軸に挿入されてトルク伝達可能に連結されている。また、第１出力軸４ａの中空内部には離脱用コマ６０が挿入されており、この離脱用コマ６０は、ブッシュ６１により、第２段の遊星ローラ機構３０のサンローラ３３の他端（ステアリング出力軸４側）を変位拘束且つ回転可能に支持している。

また、上記ステアリング入力軸３は、ブッシュ６２により、第１段の遊星ローラ機構２０のサンローラ２３の一端（ステアリング入力軸３側）を変位拘束且つ回転可能に支持している。
ステアリング入力軸３と第１段の遊星ローラ機構２０のキャリア２３との連結部、及び離脱用コマ６０とステアリング出力軸４（第二遊星減速機構のキャリア２３）との連結部には、軸方向に所定の荷重（衝突時の荷重）が入力された場合に、そのせん断力により破断するように設計された移動規制部材としての離脱用樹脂カプセル６３が設けられている。

つまり、通常状態では、離脱用樹脂カプセル６３により上記各連結部が固定されていることによりサンローラ２３の軸方向の移動が規制されているが、ステアリング入力軸３側から軸方向に所定の荷重が入力されて離脱用樹脂カプセル６３が破断することで、ステアリング入力軸３、サンローラ２３、３３及び離脱用コマ６０が軸方向に相対変位可能な状態となり、中空構造となっているステアリング出力軸４の第１出力軸４ａ内部へ挿入されるようになっている。
ここで、ステアリング入力軸３と第一遊星減速機構のキャリア２３、及び離脱用コマ６０とステアリング出力軸４（第二遊星減速機構のキャリア２３）の嵌合部は、セレーション嵌合となっている。

図７は、車両衝突時におけるステアリング入力軸３の収縮機能を説明する図であり、可変舵角機構１の主要部を軸方向の断面図として示している。
この図７に示すように、前述した離脱用樹脂カプセル６３は、ステアリング入力軸３と第１段の遊星ローラ機構２０のキャリア２３との連結部と、ステアリング出力軸４と離脱用コマ６０との連結部とに設けられており（図７（ａ）参照）、所定のせん断力（衝突荷重に相当するせん断力）により破断するようになっている（図７（ｂ）参照）。
各ローラは必要伝達トルクＴに応じて圧接力Ｆを発生するよう取り付けられており、このときの転がり伝達係数μは次式で表される。
μ＝（Ｔ／ｒ）／Ｆ ………（１）

また、サンローラ２３の滑りが発生するトルクをＴｓ、サンローラ２３径をＤｓとすると、サンローラ２３−遊星ローラ２２間で相対滑りが発生するときの接線方向の最大伝達力Ｆｓは、次式で現される。
Ｆｓ＝Ｔｓ／（Ｄｓ／２） ………（２）
よって、サンローラ２３はこの最大伝達力Ｆｓ以上の軸方向力を有すれば、トルク伝達時と同様に軸方向にも相対滑りが発生することになる。したがって、最大伝達力Ｆｓを、車両前面衝突時の衝撃エネルギー吸収（以下、ＥＡと称す。）要件として設定されている操舵系の収縮時の発生荷重よりも小さく設定することで、車両衝突時に本部位が収縮機構として機能することができる。

（動作及び作用）
ステアリング入力軸３から入力される操舵トルクは、第１段の遊星ローラ機構２０のキャリア２３から第１段の遊星ローラ機構２０の遊星ローラ２２を介して第１段の遊星ローラ機構２０のサンローラ２１へ伝達される。続いて、第１段の遊星ローラ機構２０のサンローラ２１から第２段の遊星ローラ機構３０のサンローラ３１へ伝達され、そのサンローラ３３から第２段の遊星ローラ機構３０のキャリア３３へ伝達され、最終的にステアリング出力軸４へ伝達される。

このとき、低トルク入力時（走行時の常用操舵トルク入力時）におけるトルク伝達経路は、サンローラ⇔遊星ローラとなり、ローラのみで伝達経路が形成される。一方、高トルク入力時におけるトルク伝達経路は、太陽ギア⇔遊星ギアとなり、歯車のみで伝達経路が形成される。このように、可変舵角機構１は、各ギア付きローラの摩擦力によって力を伝達するころがり伝動装置であり、トルク伝達系の入力側と連結された駆動側ローラと、トルク伝達系の出力側と連結された従動側ローラとの間に油膜を形成し、ローラの表面速度差に伴いローラ接触部油膜に発生するせん断応力によってトルクを伝達する。

次に、上記のように操舵時のトルクが伝達される際における、本実施形態における操舵トルクの検出について説明する。
運転者のステアリングホイール２の操舵に伴い、当該ステアリングホイール２に連結したステアリング入力軸３が回転し、ステアリング入力軸３と一体になっている第１段の遊星ローラ機構２０のキャリア２３も回転する。第１段の遊星ローラ機構２０のキャリア２３が回転することで、第１段の遊星ローラ機構２０の遊星ローラ２２が公転し、その遊星ローラ２２の回転はサンローラ２３を介して第２段の遊星ローラ機構３０に伝達されることで上述のようにトルクの伝達が行われる。

このとき、上記遊星ローラ２２は、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４が反力トルクを受けることで回転が可能となっている。このことは、上記ステアリング入力軸３にトルクが発生することに伴い、その遊星減速比で増速されたトルクに比例した反力が、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４に発生することになる。したがって、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４のトルクを検出することができれば、その値から伝達特性分を変換することでステアリング入力軸３のトルクを推定することが可能となる。

この第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４は、転がり軸受４３によって第１段の遊星ローラ機構２０のケース２５に回転自在に支持されているが、遊星ローラ２２からの入力で当該リングローラ２４が回転変位しようとすると、トルクコントロールアーム４６を介して連結されたトーションバー４７が捻れることによって発生する捻れ反力がリングローラ２４に入力される結果、当該リングローラ２４は、遊星ローラ２２からの入力に対する反力に応じた量だけ回転変位することになる。

リングローラ２４が回転変位すると、リングローラ２４とセレーション結合している転がり軸受４３の内輪４３ａも同じ量だけ回転変位して、その内輪４３ａと一体になっている可動側矩形波部材５０が、操舵トルクに応じた量だけ、固定側矩形波部材５１に対し位相が変化する。位相が変化すると、トルク検出用コイル５２及び磁性部材５３によって形成された磁気回路５４の電磁結合状態が変化して、トルク検出用コイル５２のインダクタンスつまり高周波印加電圧によるコイルの発生電圧が変化することになる。このトルク検出用コイル５２の発生電圧の変化から、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４に発生した反力が求められ、さらにステアリング入力軸３からリングローラ２４までの伝達特性分を変換することで、ステアリング入力軸３の操舵トルクを推定することが出来る。

ここで、上記第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４に対してトーションバー４７からの反力が入力される際に、その反力は、リングローラ２４の回転方向の他に軸方向の分力をもっているが、リングローラ２４と転がり軸受４３の内輪４３ａとはセレーション結合していることからリングローラ２４の軸方向の揺動は内輪４３ａに伝達されない。このため、内輪４３ａと一体になっている可動側矩形波部材５０も軸方向へ揺動しない。つまり可動側矩形波部材５０と固定側矩形波部材５１との対向距離が変化することが抑えられている。すなわち、可動側矩形波部材５０と固定側矩形波部材５１との対向距離が変化することによる、上記磁気回路５４の電磁結合状態へ悪影響を小さく出来る。
また、トルク検出用コイル５２とトルク補償コイル５５のインダクタンスの差をとることで温度などの外部条件によって発生する検出誤差を補償することが可能となり、安定したセンシング性能を得ることができる。

また、操舵トルクを検出するために、ステアリング入力軸３に対し同軸にトーションバーを固定する必要がないので、その分、ステアリング軸の長さの自由度が大きい。すなわち、ステアリング入力軸３に対し同軸にトーションバーを固定する構成を取った場合、トーションバーの適正なねじりばね定数からバーの外径や軸長に制約があり、またステアリング軸の同心部にトーションバーの両端部をステアリング軸に対し拘束する必要があることから、ステアリングリング軸を中空構造とするのが困難になる。また高精度なトルク検出を行うためにはケースに対して回転軸を確実に拘束する必要がある。また、トルクセンサ機構はステアリング系に有効な車両衝突時の収縮機構を構成することができず、衝突安全性が悪化する可能性がある。

これに対し、本実施形態では、操舵トルクの検出にトーションバー４７を使用しているが、ステアリング軸と同軸に配置する必要が無く、またステアリング入力軸３及びステアリング出力軸４にトーションバー４７を固定する必要がないので、トルクセンサ機構を設けてもステアリング出力軸４に中空構造を採用して車両衝突時の収縮機構を構成する事が可能である。
特に、本実施形態では、ステアリング軸の外周側に位置する第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４の反力を検出するため、トルク検出部がステアリング軸の収縮機構の邪魔にならない。

次に、衝突時の動作について説明する。
今、自車両が走行中に前方の障害物等と接触し、車両前面衝突が発生したものとする。このとき、運転者のステアリングホイール２への衝突、所謂二次衝突が発生し、ステアリングホイール２側からステアリングコラムに衝突による荷重が入力される。
図７は、二次衝突が発生した場合の可変舵角機構１の動作を示す図である。
二次衝突が発生し、ステアリングコラムに最大伝達力Ｆｓ以上の軸方向力が入力されると、サンローラに軸方向の相対滑りを生じさせる力が作用し、この力をせん断力として離脱用樹脂カプセル６３が破断する。

離脱用樹脂カプセル６３が破断した結果、可変舵角機構１においては、ステアリング入力軸３にサンローラ２１が押し出されることでステアリング出力軸４側に変位可能な状態となる。
そして、図７（ａ）に示す通常状態から、図７（ｂ）に示すように、ステアリング入力軸３がサンローラ２３を押し出してステアリング出力軸４内部に収容させながら、トルクセンサケース４２とステアリング入力軸３とが一体でコラムアウターチューブ１２内に摺動することで、可変舵角機構１が収縮状態となる。

（応用）
ここで、上記説明では、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４に生じた回転変位を、可動側矩形波部材５０の固定側矩形波部材５１に対する回転変化で発生した、トルク検出用コイル５２の電圧変化で検出するトルク検出部の例を示したが、次の構成でリングローラ２４に生じた回転変位を検出する構成は、別の例である。

（１）第１の別例は、図８に示すように、上記トルク用検出コイル５２を格納していたトルクセンサケース４２の部分を、第１段の遊星ローラ機構２０のケース２５の端面を覆うカバー７０とする。このカバー７０に対してポテンショメータ７１を固定する。また、転がり軸受４３における、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４と一緒に回転する内輪４３ａのステアリング入力軸３側面に対し、ポテンショメータ７１の内部抵抗可変用の可動レバー７２を挿入する。そして、上記リングローラ２４の回転変位で回転する、軸受の内輪４３ａの回転変位を、可動レバー７２を介してポテンショメータ７１で検出する。ポテンショメータ７１で検出する場合には、リングローラ２４の回転変位が円周方向の一部で検出が可能となる。

（２）第２の別例は、図９に示すように、上記トルク用検出コイル５２を格納していたトルクセンサケース４２の部分を、第１段の遊星ローラ機構２０のケース２５の端面を覆うカバー７０とする。このカバー７０に対してホール素子７３を固定する。また、転がり軸受４３における、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４と一緒に回転する内輪４３ａのステアリング入力軸３側面における上記ホール素子７３と対向可能な位置に永久磁石７４を設ける。そして、上記リングローラ２４の回転変位で回転する、転がり軸受４３の内輪４３ａの回転変位を、ホール素子７３に対する永久磁石７４の回転変位によって生じる、上記ホール素子７３の出力電圧により検出する。この場合には、ホール素子７３を使用してリングローラ２４の回転変位を検出することが出来る。

また、上記実施形態では、リングローラ２４とトーションバー４７とを連結するトルクコントロールアーム４６について、当該トルクコントロールアーム４６の内径端部を、ブッシュ４５で連結する場合を例示している。別の例としては、図１０のように、トルクコントロールアーム４６の内径端部とリングローラ２４とを第２のリンク部材７６で連結する。この場合には、第２のリンク部材７６を設けることでトルクコントロールアーム４６の内径端部の位置の自由度が上がり、トルクコントロールアーム４６の配置の自由度が向上する。

なお、トルクコントロールアーム４６及び第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４と、第２のリンク部材７６との連結は、例えばボールジョイントなどで行う。
ここで、上記実施形態においては、第１段の遊星ローラ機構２０が第１段の遊星減衰機構を、第２段の遊星ローラ機構３０が第２段の遊星減衰機構を、第１段の遊星ローラ機構２０及び第２段の遊星ローラ機構３０からなる可変舵角機構１が変速機構を構成する。リングローラ２４がリングを、遊星ローラ２２が遊星車を、サンローラ２３が太陽車を構成する。トルク検出部が反力検出装置及び検出部を構成する。転がり軸受４３が回転案内部材を構成する。トルクコントロールアーム４６及びトーションバー４７が拘束手段を構成し、トーションバー４７が弾性部材を構成する。

（第１実施形態の効果）
（１）第１段の遊星減衰機構において、ステアリング入力軸３からキャリア２３を介して遊星車にトルクが伝達されると、その遊星車からの入力によって、リングには、操舵トルクに応じて発生する反力が発生する。この反力を反力検出装置で検出することで、ステアリング軸よりも外周側の位置で操舵トルクを検出することが出来る。このため、ステアリング軸の収縮機構への影響も小さい。
特に、第１段の遊星減衰機構の外周側に位置するリングに発生する反力に基づき検出するので、ステアリング軸と同軸に操舵トルク検出のためのトーションバー４７を配置する必要がない。

（２）太陽車同士が連結された第１段の遊星減衰機構及び第２段の遊星減衰機構と、第１段の遊星減衰機構のキャリア２３に連結されたステアリング入力軸３と、第２段の遊星減衰機構のキャリア２３に連結されたステアリング出力軸４と、を備えて変速機構を構成してステアリングに収縮機構を設けることを可能にする。またこれに併せて、第１段の遊星減衰機構において、ステアリング入力軸３からキャリア２３を介して遊星車にトルクが伝達されると、その遊星車からの入力によって、リングには、操舵トルクに応じて発生する反力が発生する。この反力を反力検出装置で検出することで、ステアリング軸よりも外周側の位置で操舵トルクを検出することが出来る。このため、ステアリングの収縮機構への影響も小さい。
特に、第１段の遊星減衰機構の外周側に位置するリングに発生する反力に基づき検出するので、ステアリング軸と同軸に操舵トルク検出のためのトーションバー４７を配置する必要がない。

（３）また、反力検出装置を、上記リングを回転可能に支持する回転案内部材と、リングローラ２４の回転を拘束する拘束手段と、回転案内部材に対するリングの回転変位若しくは拘束手段の物理的変化に基づきリングに発生する反力を検出する検出部と、を備える構成にすることで、操舵トルクに応じてリングに発生した反力を検出可能となる。

（４）このとき、拘束手段を、リングを初期位置に付勢する弾性部材とし、上記検出部を、回転案内部材に対するリングの回転変位量を検出することにすることで、弾性部材による反力とリングが発生する反力に応じた量だけ、当該リングが回転変位することで、操舵トルクに応じてリングに発生した反力を、リングの回転変位によって検出可能となる。

（５）ステアリング入力軸３とステアリング出力軸４とが、複数列の遊星ローラ機構群からなる変速機構を介して連結され、第１段の遊星減衰機構は、キャリア２３をステアリング入力軸３に連結すると共に遊星車がリングに反力を取って回転する機構となっている可変舵角操舵装置の操舵トルク検出方法であって、ステアリング入力軸３に入力された操舵トルクを上記リングに生じる反力を検出し、その検出値に基づき操舵トルクを検出することで、ステアリング軸よりも外周側の位置で操舵トルクを検出することが出来る。このため、ステアリング軸の収縮機構への影響も小さい。
特に、第１遊星ローラ機構の外周側に位置するリングに発生する反力に基づき検出するので、ステアリング軸と同軸に操舵トルク検出のためのトーションバー４７を配置する必要がない。

（６）ケースを介して車体に支持される第１段の遊星減速機構のリングに発生する反力を検出することで、ステアリング軸よりも外周側の位置で操舵トルクを検出することができ、このため、ステアリング軸の収縮機構への影響も小さい自動車を提供出来る。
特に、第１遊星ローラ機構の外周側に位置するリングに発生する反力に基づき検出するので、ステアリング軸と同軸に操舵トルク検出のためのトーションバー４７を配置する必要がない自動車を提供出来る。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同様な部品などについて同一の符号を付して説明する。
（構成）
本実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様であるが、図１１及び図１２に示すように、トーションバー４７等の弾性部材を使用することなく、圧電素子８１を利用して、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４に発生する反力を検出するものである。

次に、その検出部分の構成を説明する。
転がり軸受４３における、リングローラ２４と一緒に回転する内輪４３ａから、ステアリング入力軸３側に張り出した突起部８０を設ける。その突起部８０は、第１段の遊星ローラ機構２０のケース２５におけるステアリング入力軸３側の端面を覆うカバー７０位置まで延びている。これによって、突起部８０の先端部は、上記カバー７０に設けられた孔７０ａに挿入され、円周方向で対向する、孔７０ａ内面と突起部８０先端部との間に圧電素子８１が介挿されて構成されている。
なお、操舵方向に応じてリングローラ２４に発生する反力の方向は反対側となる。図５では、突起部８０の一方の面とカバー７０の孔７０ａの側面との間に介挿される圧電素子８１を図示しているが、反対側にも同様に圧電素子８１が設けられている。
その他の構成は上記第１実施形態と同様である。

（動作および作用）
運転者のステアリングホイール２の操舵に伴い、当該ステアリングホイール２に連結したステアリング入力軸３が回転し、ステアリング入力軸３と一体になっている第１段の遊星ローラ機構２０のキャリア２３も回転する。第１段の遊星ローラ機構２０のキャリア２３が回転することで、第１段の遊星ローラ機構２０の遊星ローラ２２が公転し、その遊星ローラ２２の回転はサンローラ２１，３１を介して第２遊星減速装置に伝達されることで上述のようにトルクの伝達が行われる。

このとき、上記遊星ローラ２２は、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４が反力トルクを受けることで回転が可能となっている。このことは、上記ステアリング入力軸３にトルクが発生することに伴い、その遊星減速比で増速されたトルクに比例した反力が、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４に発生することになる。
このリングローラ２４は転がり軸受４３に回転自在に支持されているが、その回転は、転がり軸受４３の内輪４３ａを介して、上記突起部８０及びカバー７０に設けた孔７０ａで拘束される。そして、その回転を拘束する突起部８０とカバー７０の孔７０ａとの間に、リングローラ２４が発生する反力が入力され、その入力による面圧が圧電素子８１で検出される。

これにより、トーションバー４７のような弾性部材が不要となる。また、第１段の遊星ローラ機構２０のリングローラ２４及びそれに連結される部品を変位させることなく、ほぼ定位置で、リングローラ２４が発生する反力が検出される。
また、ステアリング軸の外周側でトルクを検出するので、ステアリングの収縮機構への影響は小さい。
その他の動作や作用は、上記第１実施形態と同様である。
ここで、上記突起部８０とカバー７０の孔７０ａとが拘束手段を構成し、圧電素子８１が検出部を構成する。

（効果）
（１）第１段の遊星減速機構のリングの回転を拘束する部分に発生する面圧を検出することで、操舵トルクに応じてリングに発生した反力を検出することが出来る。このとき、第１段の遊星減衰機構のリング及びそれに連結される部品を変位させることなく、ほぼ定位置で、リングが発生する反力が検出できる。

本発明の実施形態における車両の概略構成図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る可変舵角操舵装置の全体構成を示す外略図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る可変舵角操舵装置の断面図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る可変舵角機構の詳細図である。 図４におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る検出部を示す拡大図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る車両衝突時におけるステアリング入力軸３の収縮機能を説明する図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る検出部の別例を示す図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る検出部の別例を示す図である。 本発明に基づく第１実施形態に係るトーションバーの連結構造の別の例を示す図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る可変舵角機構を示す図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る可変舵角機構を示す図である。

符号の説明

１ 可変舵角操舵機構
２ ステアリングホイール
３ ステアリング入力軸
４ ステアリング出力軸
２０ 第１段の遊星ローラ機構
２１ サンローラ
２２ 遊星ローラ
２３ キャリア
２４ リングローラ
３０ 第２段の遊星ローラ機構
３３ キャリア
４３ 転がり軸受
４３ａ 内輪
４６ トルクコントロームアーム
４７ トーションバー
５０ 可動側矩形波部材
５１ 固定側矩形波部材
５２ トルク検出用コイル
５３ 磁性部材
５４ 磁気回路
５５ トルク補償コイル
６０ 離脱用コマ
６３ 離脱用樹脂カプセル
７０ カバー
７０ａ 孔
７１ ポテンショメータ
７２ 可動レバー
７３ ホール素子
７４ 永久磁石
７６ 第２のリンク部材

Claims (5)

1. ステアリング入力軸とステアリング出力軸とが、複数列の遊星減速機構群からなる変速機構を介して連結され、第１段の遊星減速機構は、キャリアをステアリング入力軸に連結すると共に遊星車がリングに反力をとって回転する機構となっている可変舵角操舵装置であって、
   上記複数列の遊星減速機構群は、太陽車同士が連結された第１段の遊星減速機構及び第２段の遊星減速機構からなり、上記ステアリング出力軸は第２段の遊星減速機構のキャリアに連結し、
   上記第１段の遊星減速機構における遊星車からの入力によって上記リングに発生する反力を検出する反力検出装置を備え、
   上記反力検出装置は、
   上記第１段の遊星減速機構のリングに対して軸方向への変位が許容された状態で連結するリング状部材の軸方向端面と、そのリング状部材の軸方向端面と軸方向で隙間を持って対向する固定側端面と、上記リング状部材及び固定側端面を形成する部材と非接触で電磁結合して磁気回路を構成するトルク検出用コイルと、を備え、上記軸方向端面と固定側端面との回転変位を、上記トルク検出用コイルによって検出することを特徴とする可変舵角操舵装置。
2. 上記反力検出装置は、上記リングを回転可能に支持する回転案内部材と、リングの回転を拘束する拘束手段と、を備え、上記回転案内部材の内輪が上記リング状部材を構成することを特徴とする請求項１に記載した可変舵角操舵装置。
3. 上記拘束手段は、リングを初期位置に付勢する弾性部材であることを特徴とする請求項２に記載した可変舵角操舵装置。
4. ステアリング入力軸とステアリング出力軸とが、複数列の遊星減速機構群からなる変速機構を介して連結され、第１段の遊星減速機構は、キャリアをステアリング入力軸に連結すると共に遊星車がリングに反力を取って回転する機構となっている可変舵角操舵装置の操舵トルク検出方法であって、
   ステアリング入力軸に入力された操舵トルクを上記リングに生じる反力によって検出し、
   その検出は、上記第１段の遊星減速機構のリングに対して軸方向への変位が許容された状態で連結するリング状部材の軸方向端面と、そのリング状部材の軸方向端面と軸方向で隙間を持って対向する固定側端面とを備え、上記リング状部材及び固定側端面を形成する部材と非接触で電磁結合する磁気回路の電磁結合状態の変化によって検出することを特徴とする可変舵角操舵装置の操舵トルク検出方法。
5. 太陽車同士が連結された第１段の遊星減速機構及び第２段の遊星減速機構と、第１段の遊星減速機構のキャリアに連結されたステアリング入力軸と、第２段の遊星減速機構のキャリアに連結されたステアリング出力軸と、第１段の遊星減速機構のリングに発生する反力を検出する反力検出装置と、を備え、上記リングがケースを介して車体に支持されると共に、上記反力検出装置の検出に基づき可変舵角装置を制御し、
   上記反力の検出は、上記第１段の遊星減速機構のリングに対して軸方向への変位が許容された状態で連結するリング状部材の軸方向端面と、そのリング状部材の軸方向端面と軸方向で隙間を持って対向する固定側端面とを備え、上記リング状部材及び固定側端面を形成する部材と非接触で電磁結合する磁気回路の電磁結合状態の変化によって検出することを特徴とする自動車。

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