JP5157226B2

JP5157226B2 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP5157226B2
Application number: JP2007102027A
Authority: JP
Inventors: 栄高大槻
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2027-04-09
Also published as: JP2008254708A

Description

本発明は減速機を備え、操舵補助トルクの発生源として電動モータを用いてなる車両用操舵装置に関する。

車両用操舵装置としては、例えば操舵輪に繋がる入力軸及び該入力軸にトーションバーを介して同軸的に繋がる出力軸の相対回転により前記入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出したトルク等に基づいて操舵補助用の電動モータを駆動し、該電動モータの回転力を減速機を介して出力軸に伝達することにより操舵輪の回転に応じた転舵機構の動作を前記電動モータの回転により補助し、舵取りのための運転者の労力負担を軽減するように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

減速機ははす歯歯車等の互いに噛合する複数の歯車を有し、各歯車の噛合部に適宜のバックラッシュ量を設けて各歯車の回転性を高め、動力伝達効率を高めるように構成されている。

また、車両用操舵装置として、操舵輪に繋がる入力軸の操舵角度と、左右の車輪を転舵させる舵取機構に繋がり、前記車輪の転舵角度との角度比を変更するための角度比可変機構を備える車両用操舵装置も知られている。

角度比可変機構は、操舵輪に連なる第１の太陽歯車と、第１の太陽歯車と同軸上に配置され、車輪軸に連なる第２の太陽歯車と、第１の太陽歯車に噛合する第１の遊星歯車と、第２の太陽歯車に噛合し、第１の遊星歯車と一体に回転する第２の遊星歯車と、第１及び第２の遊星歯車を公転及び自転が自在に支持するキャリアと、該キャリアを回転させる電動モータとを備え、操舵輪の操作により、第１の太陽歯車、第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車を経て第２の太陽歯車を回転させ、また、電動モータの駆動によりキャリアを経て第２の太陽歯車を増速回転させ、操舵角度と転舵角度との角度比を変更することができるように構成されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−８２８９６号公報特開２００５−３４３２０５号公報

ところで、減速機を備えた車両用操舵装置にあっては、歯車の噛合部にバックラッシュ量が設けられているし、また、減速機に繋がる回転部材を支持する軸受、減速機に繋がる伝動系にクリアランスがある場合、例えば車両が石畳み等の悪路を走行する際、路面から車輪を経て減速機に伝わる逆入力荷重により、前記バックラッシュ量に起因した歯打ち音が発生したり、前記軸受等の伝動系の部品がラトル音を発生したりすることがある。

即ち、操舵輪の操舵角度が、操舵補助トルクが発生しない程度に小さい状態、換言すると操舵中立に近い操舵角度で直進走行している場合、減速機には負荷が付与されていないため、逆入力荷重が減速機に伝わると、該減速機に相対回転が発生し、前記バックラッシュ量及びクリアランスに起因して音鳴りが発生することがある。この音が車室内に騒音として伝わった際、運転者に不快感を与えることになり、改善策が要望されていた。

バックラッシュ量及びクリアランスに起因して発生する音鳴りを低減するには、前記バックラッシュ量及びクリアランスを少なくすればよい。しかし、この場合、前記バックラッシュ量及びクリアランスが発生する部材の加工精度を高くする必要があるとともに、加工後の部品管理を厳格に行う必要があり、また、組立てに際しても寸法のばらつきに影響されないように組立てる必要があり、全体として量産性が低くなり、コスト高の要因となる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は減速機のバックラッシュ量、減速機に繋がる伝動系のクリアランス等に影響されることなく逆入力荷重による音鳴りを低減することができるとともに、量産性を高めることができる車両用操舵装置を提供することにある。

第１発明に係る車両用操舵装置は、操作手段により操作される操舵部材に複数の歯車を有する減速機を介して操舵補助トルクを付与するための操舵補助用の電動モータを備える車両用操舵装置において、前記減速機よりも前記操作手段の側に設けてあり、第２の電動モータにより遊星キャリアを回転駆動することで前記操舵部材の操舵角度に対する車輪の転舵角度の比を変更する遊星歯車機構を用いてなる角度比可変機構と、前記操舵補助トルクが付与されていない状態下で、前記減速機に負荷が付与されるように、前記電動モータ及び第２の電動モータを駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る車両用操舵装置は、前記操舵部材が、前記操作手段に繋がる入力軸、及び前記角度比可変機構により前記入力軸に連動連結されている出力軸を有し、前記減速機は前記出力軸に連動連結されていることを特徴とする。

第３発明に係る車両用操舵装置は、前記操舵角度を検出する検出器を備え、前記制御手段は、前記検出器が検出した操舵角度が所定値未満のとき前記電動モータ及び第２の電動モータに各指令信号を出力するようになしてあることを特徴とする。

第４発明に係る車両用操舵装置は、前記角度比可変機構が、前記出力軸に加わるトルクに応じて前記制御手段により駆動制御され、前記入力軸に所要のトルクを加える第３の電動モータを備えることを特徴とする。

第１発明にあっては、操舵部材に操舵補助トルクを付与することができるとともに、運転者の意思に拘らず転舵角度を変化させることが可能であり、しかも、操舵補助トルクが発生しない程度に操舵角度が小さい状態で直進走行している際、減速機に負荷が付与されているように電動モータ及び第２の電動モータを駆動制御するから、減速機が有する歯車の相対回転をなくし、逆入力荷重による音鳴りを低減することができる。また、減速機が有する歯車のバックラッシュ量、減速機に繋がる伝動系のクリアランス等に影響されることなく逆入力荷重による音鳴りを低減することができるため、加工精度及びバックラッシュ量の管理を緩めることができるとともに、組立作業性を向上できる。従って、量産性を高めることができ、コストを低減できる。

第２発明にあっては、操舵部材を構成する入力軸及び出力軸に角度比可変機構、及び減速機が連動連結されているため、操舵補助用の電動モータ及び角度比可変機構を備える車両用操舵装置をコンパクトに構成することができる。

第３発明にあっては、所定値未満の操舵角度で直進走行される際に、電動モータ及び第２の電動モータの駆動により減速機に負荷を付与することができるため、直進走行時のステアリング剛性を高め操舵フィーリングを向上できる。

第４発明にあっては、出力軸に実際に加わるトルクに応じて駆動される第３の電動モータが操作手段に繋がる入力軸にトルクを加えるから、操作手段を操作する運転者が体感する操舵トルクを適正操舵トルクに修正することができる。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る車両用操舵装置の構成を示す概念図、図２は本発明に係る車両用操舵装置の構成を示す模式図である。

この車両用操舵装置は、上端に操作手段としての操舵輪１が結合される入力軸２と、ピニオン３１及び該ピニオン３１に噛合するラック歯３２ａを有し、その軸長方向への移動を可能とした転舵軸３２を備える転舵機構３の前記ピニオン３１が他端に結合される出力軸４と、該出力軸４の上端と入力軸２の下端とを連動連結し、入力軸２の操舵角度と転舵機構３により転舵される車輪Ｂ，Ｂの転舵角度との角度比を変更するための角度比可変機構Ａと、出力軸４に連動連結されている第１の減速機５と、第１の減速機５に連動連結され、出力軸４に操舵補助トルクを付与するための操舵補助用の第１の電動モータ６とを備える。尚、入力軸２及び出力軸４が操舵部材を構成している。

第１の減速機５は出力軸４の中途に嵌合固定されている大径の従動歯車５１、及び従動歯車５１に噛合し、第１の電動モータ６の駆動軸に連動連結されている小径の第１の駆動歯車５２とを有し、出力軸４の中途及び第１の駆動歯車５２がハウジング等の静止部材に回転自在に支持されている。また、第１の電動モータ６は前記静止部材に取付けられている。

角度比可変機構Ａは、入力軸２の下端に設けられる第１の太陽歯車７と、第１の太陽歯車７と同軸上に配置され、且つ出力軸４の上端に設けられる第２の太陽歯車８と、第１の太陽歯車７に噛合する第１歯部９１及び第２の太陽歯車８に噛合する第２歯部９２を有する複数の遊星歯車９と、該遊星歯車９を公転及び自転が自在に支持するキャリア１０と、該キャリア１０の外周部に設けられた外歯体１１と、該外歯体１１の歯に噛合する第２の駆動歯車１２を有し、キャリア１０を回転させる第２の電動モータ１３と、入力軸２の途中に設けられた伝動歯車１４と、該伝動歯車１４に噛合する第３の駆動歯車１５を有し、入力軸２に加わるトルクを変更させる第３の電動モータ１６とを備える。

外歯体１１及び第２の駆動歯車１２は第２の減速機を構成しており、伝動歯車１４及び第３の駆動歯車１５は第３の減速機を構成している。また、第２及び第３の電動モータ１３，１６は入力軸２を支持するハウジング等の静止部材に取付けられている。

遊星歯車９は第１歯部９１と、第２歯部９２とを歯幅方向へ離隔して配置されており、第１歯部９１及び第２歯部９２の歯数が異なる。

キャリア１０は入力軸２の外周部に回転が自在に嵌合支持される円板状の第１板部１０ａと、出力軸４の外周部に回転が自在に嵌合支持される円板状の第２板部１０ｂと、第１板部１０ａ及び第２板部１０ｂの外周部をボルト等の連結手段により連結する連結筒部１０ｃとを有しており、該連結筒部１０ｃの外周部に複数の歯を有する環状の外歯体１１が一体に設けられている。

入力軸２及び出力軸４はハウジング等の静止部材に軸受を介して回転自在に支持されており、第１及び第２の太陽歯車７，８が同軸上で対向している。入力軸２の外周りには、入力軸２に加わる操舵トルクを検出するためのトルク検出器１７、及び入力軸２の操舵角度を検出するための角度検出器１８が設けられており、また、トルク検出器１７が検出した操舵トルク、及び角度検出器１８が検出した操舵角度等に基づいて第１〜第３の電動モータ６，１３，１６の駆動回路６ａ，１３ａ，１６ａを制御する制御部１９が設けられている。

制御部１９はマイクロプロセッサを用いてなり、該制御部１９の入力部にはトルク検出器１７、角度検出器１８及び車速検出器２０等が接続されている。出力部には第１〜第３の電動モータ６，１３，１６の駆動回路６ａ，１３ａ，１６ａが夫々接続されており、入力軸２の操舵角度が所定値以上の場合、第１の電動モータ６の駆動回路６ａに第１の指令信号を与え、入力軸２の操舵角度が所定値未満で、且つ出力軸４に操舵補助トルクが付与されていない場合、第１及び第２の駆動回路６ａ，１３ａに第２の指令信号を与え、第１及び第２の電動モータ６，１３の回転方向が相互に逆となるように制御するように構成されている。

以上のように構成された車両用操舵装置は、操舵輪１により入力軸２が回転操作されることにより第１の太陽歯車７、遊星歯車９の第１歯部９１及び第２歯部９２、第２の太陽歯車８を経て出力軸４が回転する。また、制御部１９から駆動回路１３ａに出力される指令信号により差動用の第２の電動モータ１３が駆動されることにより、第２の駆動歯車１２、外歯体１１を経てキャリア１０が回転し、遊星歯車９の第１歯部９１、第２歯部９２、第２の太陽歯車８を経て出力軸４が増速または減速回転し、入力軸２の操舵角度と、転舵機構３の転舵角度との角度比が変更される。この角度比の変更により、運転者の意思に拘らず転舵角度を変化させるアクティブ操舵ができる。

出力軸４の増速回転等により、入力軸２に加わる操舵トルクが所定値より変わるとき、入力軸２に加わる操舵トルク等に応じて制御部１９から駆動回路１６ａに出力される指令信号によりトルク変更用の第３の電動モータ１６が駆動され、入力軸２に加わるトルクを所定値に維持することができる。

所定値以上の操舵角度に操舵され、車庫入れでの据切り操舵等により入力軸２に加わる操舵トルクが増加する場合、該操舵トルク及び操舵角度に応じて制御部１９から駆動回路６ａに出力される第１の指令信号により操舵補助用の第１の電動モータ６が駆動され、減速機５を介して操舵補助トルクを出力軸４に付与することができ、比較的小さい力で操舵することができる。

入力軸２の操舵角度が所定値未満で、操舵中立に近い状態で直進走行している場合、制御部１９から第１及び第２の電動モータ６，１３の駆動回路６ａ，１３ａに出力される第２の指令信号により第１及び第２の電動モータ６，１３が、減速機５の従動歯車５１及び第１の駆動歯車５２を相対回転させる方向へ駆動され、換言すると第１及び第２の電動モータ６，１３の回転方向が相互に逆となるように駆動され、従動歯車５１及び第１の駆動歯車５２の歯面同士を接触させて従動歯車５１及び第１の駆動歯車５２に負荷を付与することができ、さらに、従動歯車５１及び第１の駆動歯車５２に繋がる伝動系に負荷を付与することができる。因って、減速機５の従動歯車５１及び駆動歯車５２の噛合部のバックラッシュ量、減速機５に繋がる回転部材を支持する軸受、減速機５に繋がる伝動系にクリアランスがある場合に、石畳み等の悪路の路面から車輪Ｂ，Ｂを経て減速機５に逆入力荷重が伝わったとしても、この逆入力荷重による従動歯車５１及び第１の駆動歯車５２の相対回転がなく、バックラッシュ量及び伝動系のクリアランスに起因した音鳴りをなくすることができる。尚、第２の指令信号により第１の電動モータ６が駆動される際の回転力は、操舵補助トルクが発生しない程度の比較的低い回転力であり、また、第２の指令信号により第２の電動モータ１３が駆動される際の回転力は、第１の電動モータ６の回転力に対応した回転力である。

以上説明した実施の形態では、角度比可変機構Ａが差動歯車機構を有する構成としたが、その他、角度比可変機構Ａの構成は特に制限されない。

また、角度比可変機構Ａを操舵輪１側に配置し、操舵補助用の電動モータ６を転舵機構３側に配置した構成としたが、その他、操舵補助用の電動モータ６を操舵輪１側に配置し、角度比可変機構Ａを転舵機構３側に配置した構成としてもよい。

また、角度比可変機構Ａが第２及び第３の電動モータ１３，１６を有し、入力軸２の操舵角度が所定値未満の場合、第１及び第２の電動モータ６，１３を駆動して減速機５に負荷を付与するように構成したが、その他、第２の電動モータ１３に代えて、第１及び第３の電動モータ６，１６を駆動して減速機５に負荷を付与するように構成してもよい。

また、操舵補助トルクを出力軸４に伝える減速機５として、減速歯車機構を用いたが、減速機５の構成は特に制限されない。

本発明に係る車両用操舵装置の構成を示す概念図である。本発明に係る車両用操舵装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１操舵輪（操作手段）、２入力軸（操舵部材）、４出力軸（操舵部材）、５減速機、５１従動歯車（歯車）、５２駆動歯車（歯車）、６電動モータ、１２第２の電動モータ、１６第３の電動モータ、１８角度検出器（検出器）、１９制御部（制御手段）、９１第１歯部、９２第２歯部、Ａ角度比可変機構、Ｂ車輪

Claims

操作手段により操作される操舵部材に複数の歯車を有する減速機を介して操舵補助トルクを付与するための操舵補助用の電動モータを備える車両用操舵装置において、
前記減速機よりも前記操作手段の側に設けてあり、第２の電動モータにより遊星キャリアを回転駆動することで前記操舵部材の操舵角度に対する車輪の転舵角度の比を変更する遊星歯車機構を用いてなる角度比可変機構と、
前記操舵補助トルクが付与されていない状態下で、前記減速機に負荷が付与されるように、前記電動モータ及び第２の電動モータを駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする車両用操舵装置。
前記操舵部材は前記操作手段に繋がる入力軸、及び前記角度比可変機構により前記入力軸に連動連結されている出力軸を有し、前記減速機は前記出力軸に連動連結されている請求項１に記載の車両用操舵装置。
前記操舵角度を検出する検出器を備え、前記制御手段は、前記検出器が検出した操舵角度が所定値未満のとき前記電動モータ及び第２の電動モータに各指令信号を出力するようになしてある請求項１又は２に記載の車両用操舵装置。
前記角度比可変機構は、前記出力軸に加わるトルクに応じて前記制御手段により駆動制御され、前記入力軸に所要のトルクを加える第３の電動モータを備える請求項２又は３に記載の車両用操舵装置。