WO2015030087A1 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

　ステアリングホイールと転舵アクチュエータの間をバックアップクラッチで機械的に接続したときに十分な転舵角を確保するようにした車両用操舵装置である。ステアリングホイール（１）に操舵反力を与える反力アクチュエータ（２）は、反力モータ（６）の回転トルクをステアリングホイール（１）に増幅して伝達する減速機（７）と、バックアップクラッチ（３）に接続された操舵側連結軸（９）とを有する。操舵側連結軸（９）は、ステアリングホイール（１）の操舵時に、ステアリングホイール（１）から減速機（７）を介して回転が伝達することでステアリングホイール（１）よりも速く回転するように設けられている。転舵アクチュエータ（４）は、バックアップクラッチ（３）から転舵側連結軸（２５）に入力された回転をボールナット（２１）に伝達する回転伝達経路（３７）を有する。

Description

車両用操舵装置

　この発明は、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置に関する。具体的には、正常時はステアリングホイールと転舵輪とを機械的に切り離した状態で転舵アクチュエータの駆動力によって転舵輪を転舵し、異常時はステアリングホイールと転舵輪とを機械的に連結した状態でステアリングホイールの操舵力によって転舵輪を転舵する車両用操舵装置に関する。

　運転者によるステアリングホイールの操舵に応じて車両の転舵輪（一般には前輪）を転舵する車両用操舵装置として、運転者によるステアリングホイールの操舵角を電気信号に変換し、その電気信号に基づいて転舵アクチュエータを駆動することによって転舵輪を転舵するステアバイワイヤ方式のものが知られている。

　また、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、通常、車両の挙動に応じてステアリングホイールに操舵反力を与える反力アクチュエータを有する。反力アクチュエータは、車両の挙動に応じて回転トルクを発生する反力モータと、その反力モータの回転トルクをステアリングホイールに増幅して伝達する減速機とからなる。

　このステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵角をいったん電気信号に変換し、その電気信号に基づいて転舵アクチュエータを制御するので、例えば、車両の走行速度に応じて転舵アクチュエータの動作を変えることが可能であり、車両の走行安定性や運動性能の向上を可能とするものとして期待されている。

　一方、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、万一、転舵アクチュエータや反力アクチュエータに不具合が発生したときにも、転舵輪の転舵が不能とならないように対策を講じることが重要である。

　そのような対策を講じたステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置として、正常時はステアリングホイールと転舵アクチュエータの間を機械的に切り離した状態とし、異常時はステアリングホイールと転舵アクチュエータの間を機械的に接続するバックアップクラッチを設けたものが知られている（下記特許文献１～３）。

　この車両用操舵装置を使用すると、正常時は、バックアップクラッチによってステアリングホイールと転舵アクチュエータの間が機械的に切り離されているので、ステアリングホイールから転舵アクチュエータへの回転の伝達が遮断され、転舵アクチュエータの駆動力によって転舵輪を転舵することができる。また、異常時は、バックアップクラッチによってステアリングホイールと転舵アクチュエータの間が機械的に接続されるので、ステアリングホイールから転舵アクチュエータに回転が伝達され、ステアリングホイールの操舵力によって転舵輪を転舵することができる。

特許第４３４７１００号公報 特許第４９８４５０４号公報 特許第４９２７６０８号公報

　ところで、特許文献１、２では、バックアップクラッチでステアリングホイールと転舵アクチュエータの間が機械的に接続されたときに、ステアリングホイールの回転が変速されずにそのまま転舵アクチュエータに入力される。このとき、最大操舵角（一般には左右にそれぞれ１．５回転程度）の範囲内でステアリングホイールを操舵することによって、最大の転舵角（一般には３０°程度）で転舵輪を転舵可能とするには、ラックアンドピニオン方式の転舵アクチュエータ（例えば、特許文献３の図１）を採用する必要がある。

　ラックアンドピニオン方式の転舵アクチュエータは、ステアリングホイールの操舵角に応じて回転する転舵用モータと、その転舵用モータの回転が入力されるピニオンと、そのピニオンに噛み合うラックが一体に設けられたステアリングロッドとを有する。ピニオンは、バックアップクラッチを介してステアリングホイールに連結されている。ステアリングロッドは、その両端がナックルアームを介して転舵輪に連結されており、ステアリングロッドが長手方向に移動すると、これに連動して左右一対の転舵輪の向きが変化する。

　本願の発明者は、上述のようなラックアンドピニオン方式の転舵アクチュエータにかえて、ボールねじ方式の転舵アクチュエータを採用することができないか検討した。ボールねじ方式の転舵アクチュエータは、ステアリングホイールの操舵角に応じて回転する転舵用モータと、その転舵用モータの回転が入力されるボールナットと、そのボールナットにボールを介してねじ係合するねじ軸が一体に設けられたステアリングロッドとを有する。ステアリングロッドは、その両端がナックルアームを介して転舵輪に連結されており、ステアリングロッドが長手方向に移動すると、これに連動して左右一対の転舵輪の向きが変化する。

　このボールねじ方式の転舵アクチュエータを採用すれば、ラックアンドピニオン方式よりも滑らかな転舵が可能となり、また、ラックアンドピニオン方式よりも大きい負荷能力をもってステアリングロッドを動かすことが可能となる。しかし、その一方で、異常時において、バックアップクラッチでステアリングホイールと転舵アクチュエータの間が機械的に接続された状態で、ステアリングホイールの操舵力によって転舵輪を転舵するときに、転舵角が不足する問題が生じることが分かった。

　すなわち、ボールねじ機構のボールナットに回転を入力したときのねじ軸の軸方向の移動量は、通常、ラックアンドピニオン機構のピニオンに回転を入力したときのラックの軸方向の移動量よりも小さい。一方、従来のステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置においては、ステアリングホイールからバックアップクラッチに回転を伝達する経路が、反力モータのトルク増幅用の減速機を通過しない経路とされており、ステアリングホイールの回転が変速されずにそのままバックアップクラッチに伝達されるようになっている。

　そのため、従来のラックアンドピニオン方式の転舵アクチュエータにかえて、ボールねじ方式の転舵アクチュエータを採用すると、ステアリングホイールと転舵アクチュエータの間がバックアップクラッチで機械的に接続されたときに、ステアリングホイールを最大操舵角まで操舵したときのステアリングロッドの移動量が小さくなり、転舵輪の転舵角が不足する問題が生じる。

　この発明が解決しようとする課題は、ステアリングホイールと転舵アクチュエータの間をバックアップクラッチで機械的に接続したときに十分な転舵角を確保できる車両用操舵装置を提供することである。

　上記の課題を解決するため、この発明においては、以下の構成を車両用操舵装置に採用したのである。
　ステアリングホイールと、
　そのステアリングホイールに操舵反力を与える反力アクチュエータと、
　前記ステアリングホイールの操舵角に応じて左右一対の転舵輪の向きが変わるように前記一対の転舵輪を動かす転舵アクチュエータと、
　正常時は前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータの間を機械的に切り離し、異常時は前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータの間を機械的に接続するバックアップクラッチとを有する車両用操舵装置において、
　前記反力アクチュエータは、前記操舵反力の元になる回転トルクを発生する反力モータと、その反力モータの回転トルクを前記ステアリングホイールに増幅して伝達する減速機と、前記バックアップクラッチに接続された操舵側連結軸とを有し、その操舵側連結軸は、前記ステアリングホイールの操舵時に、前記ステアリングホイールから前記減速機を介して回転が伝達することで前記ステアリングホイールよりも速く回転するように設けられ、
　前記転舵アクチュエータは、前記ステアリングホイールの操舵角に応じて回転する転舵用モータと、その転舵用モータの回転が入力されるナットと、そのナットにねじ係合し、前記ナットの回転により軸方向移動するねじ軸と、そのねじ軸と一体に軸方向移動して左右一対の転舵輪の向きを変化させるように両端が転舵輪に連結されたステアリングロッドと、前記バックアップクラッチに接続された転舵側連結軸と、前記バックアップクラッチから前記転舵側連結軸に入力された回転を前記ナットに伝達する回転伝達経路とを有する、
　ことを特徴とする車両用操舵装置。

　このようにすると、ステアリングホイールからバックアップクラッチに回転を伝達する経路が、反力モータのトルク増幅用の減速機を介して回転を増速する経路となる。すなわち、正常時に反力モータの回転トルクをステアリングホイールに増幅して伝達する減速機が、異常時には、ステアリングホイールの回転を転舵アクチュエータに増速して伝達する増速機として機能する。そのため、ステアリングホイールと転舵アクチュエータの間がバックアップクラッチで機械的に接続されているときに、ステアリングホイールの操舵によって、ステアリングロッドを大きく移動させることができ、十分な転舵角を確保することが可能となる。

　異常時に前記反力モータの駆動回路を遮断する遮断器を設けることができる。このようにすると、遮断器で反力モータの駆動回路を遮断することにより、反力モータが発電機として機能するのを防止することができるので、異常時において、運転者がステアリングホイールを操舵するのに必要な力を低減することが可能となる。

　前記ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサを設け、異常時は前記トルクセンサで検出された操舵トルクに応じた操舵補助トルクを前記反力モータで発生するようにしてもよい。このようにすると、反力モータがパワーステアリングの倍力装置として機能するので、ステアリングホイールの操舵に必要な力を著しく低減することが可能となる。

　さらに、異常時に前記転舵用モータの駆動回路を遮断する遮断器を設けることができる。このようにすると、遮断器で転舵用モータの駆動回路を遮断することにより、転舵用モータが発電機として機能するのを防止することができるので、異常時において、運転者がステアリングホイールを操舵するのに必要な力を低減することが可能となる。

　さらに、前記ナットと前記ねじ軸は、両者がボールを介してねじ係合するボールねじ機構とすることにより、トルク損失を抑えて、伝達効率を上げることができる。その結果、転舵用モータを小型化して、車両用操舵装置全体をコンパクトにすることが可能となる。

　この発明の車両用操舵装置は、ステアリングホイールと転舵アクチュエータの間がバックアップクラッチで機械的に接続されているときに、反力モータのトルク増幅用の減速機が増速機として機能するので、ステアリングホイールの操舵によって、ステアリングロッドを大きく移動させることができ、十分な転舵角を確保することが可能である。

この発明の実施形態にかかる車両用操舵装置を示す概略図 図１に示す反力アクチュエータおよび転舵アクチュエータの構造を示す図 図２に示す転舵アクチュエータの他の例を示す図 図１に示す車両用操舵装置の変形例を示す図 図２に示す減速機の他の例を示す図

　図１に、この発明の実施形態にかかる車両用操舵装置を示す。この車両用操舵装置は、運転者によるステアリングホイール１の操舵角を電気信号に変換し、その電気信号に基づいて転舵アクチュエータ４を駆動することによって、転舵輪５を転舵するステアバイワイヤ方式のものである。

　車両用操舵装置は、運転者により操舵されるステアリングホイール１と、車両の挙動に応じてステアリングホイール１に操舵反力を与える反力アクチュエータ２と、ステアリングホイール１の操舵角に応じて左右一対の転舵輪５（図では左右一対の前輪）の向きが変わるように一対の転舵輪５を動かす転舵アクチュエータ４と、ステアリングホイール１と転舵アクチュエータ４の間で回転の伝達と遮断を切り替えるバックアップクラッチ３とを有する。

　バックアップクラッチ３は、正常時には転舵アクチュエータ４の駆動力によって転舵輪５を転舵するため、ステアリングホイール１と転舵アクチュエータ４の間を機械的に切り離した状態に保持し、転舵アクチュエータ４に不具合が発生したときなどの異常時には、ステアリングホイール１の操舵力による転舵輪５の転舵を可能とするため、ステアリングホイール１と転舵アクチュエータ４の間を機械的に接続するクラッチである。

　図２に示すように、反力アクチュエータ２は、反力モータ６と、反力モータ６の回転トルクをステアリングホイール１に増幅して伝達する減速機７と、ステアリングホイール１の操舵角を所定の範囲に制限するリミッタ装置８と、バックアップクラッチ３に接続された操舵側連結軸９とを有する。

　リミッタ装置８は、ステアリングホイール１と一体に回転する操舵軸１０に固定されたサンギヤ１１ａと、サンギヤ１１ａを囲むように同軸に設けられた環状の内歯車１１ｂと、サンギヤ１１ａと内歯車１１ｂの両者に噛み合う遊星歯車１１ｃとを有する。遊星歯車１１ｃは、周方向に間隔をおいて複数配置されている。各遊星歯車１１ｃは、自転可能に支持されているが、公転しないように自転軸１１ｄの位置が固定されている。

　内歯車１１ｂの外周にはピン１２が固定され、反力アクチュエータ２のケース１３にはストッパ１４が固定されている。内歯車１１ｂを回転させるとピン１２が内歯車１１ｂと一体に移動し、ピン１２がストッパ１４に当接すると内歯車１１ｂはそれ以上回転することができなくなる。内歯車１１ｂを反対方向に回転させても同様である。このようにしてピン１２とストッパ１４は、内歯車１１ｂの回転可能範囲を１回転未満に制限している。

　ステアリングホイール１を操舵すると、ステアリングホイール１と一体に回転するサンギヤ１１ａの回転が、サンギヤ１１ａと内歯車１１ｂの歯数に応じた減速比で減速されて内歯車１１ｂに伝達し、内歯車１１ｂがステアリングホイール１よりも遅い速度で回転する。この減速比は、ステアリングホイール１を最大操舵角（一般には左右にそれぞれ１．５回転程度。全体で３回転程度）の範囲で回転させたときに、内歯車１１ｂの回転が１回転未満となるような減速比に設定される。そして、ステアリングホイール１を最大操舵角まで操舵したときに、ピン１２がストッパ１４に当接し、それ以上のステアリングホイール１の回転が制限される。

　リミッタ装置８は、内歯車１１ｂの回転角を検出する回転センサ１５を有する。回転センサ１５は、ステアリングホイール１から伝達する減速後の回転角を検出することで、ステアリングホイール１の絶対位置（操舵角）を検出する。すなわち、ステアリングホイール１を複数回回転させたときにも、内歯車１１ｂは１回転未満しか回転しないので、この内歯車１１ｂの回転角を回転センサ１５で検出することで、３６０°以上回転可能なステアリングホイール１の絶対位置を検出することが可能となっている。

　回転センサ１５としてはレゾルバを用いることができる。レゾルバは、内歯車１１ｂと一体に回転するロータ１５ａと、ロータ１５ａを囲むように設けられた環状のステータ１５ｂとからなる。ステータ１５ｂは、ケース１３に固定されている。ステータ１５ｂは、外部から一定の交流電圧が印加される励磁コイルと、この励磁コイルの通電により交流の電圧が誘起される２組の出力コイルとを有し、この２組の出力コイルに誘起される交流電圧がロータ１５ａの回転角に応じて変化する性質を利用して、ロータ１５ａの回転角（内歯車１１ｂの回転角）を検出することが可能となっている。レゾルバにかえて、内歯車１１ｂの回転角に対応して電気抵抗値が変化する可変抵抗を内蔵したポテンショメータを使用してもよい。

　反力モータ６は、操舵側連結軸９と一体に回転するように操舵側連結軸９に接続されたロータ６ａと、ロータ６ａに回転トルクを付与するステータ６ｂとを有する。ステータ６ｂはケース１３に固定されている。ステータ６ｂには、ロータ６ａを駆動するための電力をステータ６ｂに供給する駆動回路１６が接続されている。駆動回路１６は、ステータ６ｂに電力を供給する動力線を遮断することが可能な遮断器１７を有する。

　操舵側連結軸９には、反力モータ６の制御用の回転センサ１８が取り付けられている。回転センサ１８として、レゾルバを使用することができる。レゾルバは、操舵側連結軸９と一体に回転するロータ１８ａと、ロータ１８ａを囲むように設けられた環状のステータ１８ｂとからなる。ステータ１８ｂは、ケース１３に固定されている。

　減速機７は、操舵側連結軸９と一体に回転するように操舵側連結軸９に接続されたサンギヤ７ａと、サンギヤ７ａを囲むように同軸に設けられた環状の内歯車７ｂと、サンギヤ７ａと内歯車７ｂの両者に噛み合う遊星歯車７ｃと、遊星歯車７ｃを自転可能かつ公転可能に保持する遊星キャリヤ７ｄとを有する。遊星歯車７ｃは、周方向に間隔をおいて複数配置されている。内歯車７ｂはケース１３に固定されている。遊星キャリヤ７ｄは、操舵軸１０と一体に回転するように操舵軸１０に接続されている。

　反力モータ６のロータ６ａを回転させると、ロータ６ａと一体にサンギヤ７ａが回転し、遊星歯車７ｃが自転しながらサンギヤ７ａの周りを公転し、この遊星歯車７ｃの公転に伴って遊星キャリヤ７ｄが回転し、遊星キャリヤ７ｄと一体に操舵軸１０が回転する。この操舵軸１０の回転速度（すなわちステアリングホイール１の回転速度）は、反力モータ６のロータ６ａの回転速度を、サンギヤ７ａと内歯車７ｂの歯数に応じた減速比で減速したものとなる。このとき、反力モータ６で発生する回転トルクは、減速機７で回転速度が減速することによって増幅され、この増幅後の回転トルクが操舵反力としてステアリングホイール１に伝達される。

　また、運転者がステアリングホイール１を操舵したとき、ステアリングホイール１の回転は、減速機７を介して操舵側連結軸９に伝達する。このとき、ステアリングホイール１の回転が減速機７で増速され、その増速後の回転が操舵側連結軸９に伝達するので、操舵側連結軸９はステアリングホイール１よりも速く回転する。すなわち、操舵側連結軸９は、反力モータ６から入力された回転を減速してステアリングホイール１に出力する減速機７の入力側に接続されているため、ステアリングホイール１が回転すると、そのステアリングホイール１の回転が減速機７で増速して操舵側連結軸９に伝達する。このときの増速比（すなわち減速機７がもつ減速比の逆数）は、ステアリングホイール１を最大操舵角（一般には左右にそれぞれ１．５回転程度。全体で３回転程度）の範囲で回転させたときに、後述のステアリングロッドが最大のストロークで移動する大きさに設定されている。

　転舵アクチュエータ４は、転舵用モータ２０と、転舵用モータ２０の回転が入力されるボールナット２１と、ボールナット２１にボール２２を介してねじ係合するねじ軸２３と、ねじ軸２３と一体に形成されたステアリングロッド２４と、バックアップクラッチ３に接続された転舵側連結軸２５とを有する。

　転舵用モータ２０は、回転センサ１５で検出したステアリングホイール１の絶対位置（操舵角）に応じて回転するように制御される。転舵用モータ２０のモータ軸２６には、転舵用モータ２０の制御用の回転センサ２７が取り付けられている。回転センサ２７として、レゾルバを使用することができる。レゾルバは、モータ軸２６と一体に回転するロータ２７ａと、ロータ２７ａを囲むように設けられた環状のステータ２７ｂとからなる。

　また、転舵用モータ２０のモータ軸２６には、減速機２８を介してポテンショメータ２９が接続されている。減速機２８は、モータ軸２６の回転をポテンショメータ２９に減速して伝達する。減速機２８の減速比は、転舵用モータ２０の駆動によりステアリングロッド２４を最大のストロークで移動させたときに、ポテンショメータ２９に入力される回転が１回転未満となるような減速比に設定される。ポテンショメータ２９は、転舵用モータ２０から減速機２８を介して伝達する減速後の回転角を検出することで、ステアリングロッド２４の絶対位置（軸方向位置）を検出する。

　転舵用モータ２０には、転舵用モータ２０を駆動するための電力を転舵用モータ２０に供給する駆動回路３０が接続されている。駆動回路３０は、転舵用モータ２０に電力を供給する動力線を遮断することが可能な遮断器３１を有する。

　転舵用モータ２０のモータ軸２６には駆動ギヤ３２が固定され、この駆動ギヤ３２に噛み合う従動ギヤ３３がボールナット２１に固定されている。ボールナット２１は、軸方向に非可動の状態で回転可能に軸受３４で支持されている。一方、ねじ軸２３は、その回転を拘束した状態で軸方向に移動可能に支持されている。そのため、ボールナット２１を回転させると、そのボールナット２１の回転に応じてねじ軸２３が軸方向に移動する。

　転舵側連結軸２５には第１傘歯車３５が固定され、この第１傘歯車３５に噛み合う第２傘歯車３６がモータ軸２６に固定されている。ここで、第１傘歯車３５、第２傘歯車３６、駆動ギヤ３２、従動ギヤ３３は、バックアップクラッチ３を締結したときに、バックアップクラッチ３から転舵側連結軸２５に入力される回転をボールナット２１に伝達する回転伝達経路３７を構成している。

　バックアップクラッチ３は、図示しないコイルに通電することによって、操舵側連結軸９と転舵側連結軸２５の間で正逆両方向の回転の伝達をいずれも遮断する切り離し状態となり、コイルの通電を解除することによって、操舵側連結軸９と転舵側連結軸２５の間で正逆両方向の回転をいずれも伝達する締結状態となる電磁クラッチである。

　図１に示すように、ステアリングロッド２４は、その両端がナックルアーム３８を介して転舵輪５に連結されている。ステアリングロッド２４が軸方向（図２に示すねじ軸２３の軸方向）に移動すると、これに連動して左右一対の転舵輪５の向きが変化するようになっている。

　上述した車両用操舵装置の動作例を説明する。

　車両用操舵装置の正常時は、バックアップクラッチ３が通電により切り離し状態に保持され、ステアリングホイール１と転舵アクチュエータ４の間が機械的に切り離された状態となっている。そして、運転者がステアリングホイール１を操舵すると、ステアリングホイール１の回転角が回転センサ１５で検出され、その回転センサ１５で検出された回転角に応じて転舵用モータ２０が回転し、その転舵用モータ２０の回転が駆動ギヤ３２、従動ギヤ３３を順に介してボールナット２１に伝達することで、ステアリングロッド２４が軸方向に移動する。また、車両の挙動に応じて反力モータ６が回転トルクを発生し、その回転トルクが減速機７で増幅して操舵軸１０に伝達することで、ステアリングホイール１に操舵反力が付与される。

　一方、車両用操舵装置の異常時（例えば、転舵アクチュエータ４や反力アクチュエータ２に不具合が発生したとき）は、バックアップクラッチ３が通電解除により締結状態となり、ステアリングホイール１と転舵アクチュエータ４の間が機械的に接続された状態となる。この状態で、運転者がステアリングホイール１を操舵すると、ステアリングホイール１の回転が減速機７、操舵側連結軸９、バックアップクラッチ３、転舵側連結軸２５、回転伝達経路３７（すなわち、第１傘歯車３５、第２傘歯車３６、駆動ギヤ３２、従動ギヤ３３）を順に介してボールナット２１に伝達することで、ステアリングロッド２４が軸方向に移動する。つまり、手動によって転舵輪５を転舵することが可能となる。

　このとき、ステアリングホイール１は、最大操舵角（一般には左右にそれぞれ１．５回転程度）の範囲内でしか回転させることができないが、減速機７が増速機として機能するため、操舵側連結軸９がステアリングホイール１よりも高い回転数をもって回転し、その結果、十分な大きさの転舵角をもって転舵輪５を転舵することが可能となっている。

　例えば、ステアリングホイール１の最大操舵範囲を左右にそれぞれ１．５回転とすると、減速機７の減速比が１／１６のとき、操舵側連結軸９は、最大で左右にそれぞれ２４回転することになる。そして、第１傘歯車３５に対する第２傘歯車３６の歯数比を１／１、駆動ギヤ３２に対する従動ギヤ３３の歯数比を１／２とすると、ボールナット２１は、ステアリングホイール１の操舵により最大で±１２回転する。ねじ軸２３のリードを５ｍｍとすれば、転舵軸は±６０ｍｍ移動することになる。このように、上記構成の車両用操舵装置を使用すると、ステアリングホイール１と転舵アクチュエータ４の間がバックアップクラッチ３で機械的に接続されたときにも、ステアリングホイール１の操舵によって、ステアリングロッド２４を大きく移動させることができ、十分な転舵角を確保することが可能である。

　ところで、車両用操舵装置の異常時に、ステアリングホイール１の回転が反力モータ６と転舵用モータ２０に入力されると、反力モータ６と転舵用モータ２０が発電機として機能し、このとき発電される電力の大きさに応じて反力モータ６と転舵用モータ２０がそれぞれ回転負荷を生じるので、ステアリングホイール１の操舵が重くなるおそれがある。そこで、ステアリングホイール１の操舵が重くなるのを抑制するため、車両用操舵装置の異常時には、反力モータ６の駆動回路１６を遮断器１７で遮断するとともに、転舵用モータ２０の駆動回路３０も遮断器３１で遮断することができる。このようにすると、反力モータ６と転舵用モータ２０が発電機として機能するのを防止することができるので、車両用操舵装置の異常時に、ステアリングホイール１を操舵するのに必要な力を抑えることが可能となる。

　この車両用操舵装置は、ステアリングホイール１からバックアップクラッチ３に回転を伝達する経路が、反力モータ６のトルク増幅用の減速機７を介して回転を増速する経路となっている。すなわち、正常時に反力モータ６の回転トルクをステアリングホイール１に増幅して伝達する減速機７が、異常時には、ステアリングホイール１の回転を転舵アクチュエータ４に増速して伝達する増速機として機能する。そのため、ステアリングホイール１と転舵アクチュエータ４の間がバックアップクラッチ３で機械的に接続されているときに、ステアリングホイール１の操舵によって、ステアリングロッド２４を大きく移動させることができ、十分な転舵角を確保することが可能である。

　図３に、転舵アクチュエータ４の他の例を示す。この転舵アクチュエータ４は、上記実施形態にトー角調整機構４０を付加したものである。上記実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

　トー角調整機構４０は、トー角調整用モータ４１と、トー角調整用モータ４１の回転が入力されるスプラインナット４２と、スプラインナット４２に回り止めされかつスプラインナット４２に対して軸方向に移動可能に支持されたスプライン軸４３とを有する。スプラインナット４２は、軸方向に非可動の状態で、軸受４４で回転可能に支持されている。

　スプライン軸４３は、ねじ軸２３と同軸上に配置されている。スプライン軸４３の一端には雌ねじ４５が形成されており、この雌ねじ４５にねじ軸２３の一端に形成された雄ねじ４６がねじ係合している。スプライン軸４３の外周には、軸方向に延びる複数の溝４７が形成されている。スプラインナット４２とスプライン軸４３の間には、図示しない複数のボールが組み込まれ、このボールがスプライン軸４３の外周の溝４７を転がることで、スプライン軸４３とスプラインナット４２が軸方向に相対移動可能となっている。スプラインナット４２には、ボールを循環させる循環機構（図示せず）が設けられている。スプラインナット４２に回転が入力されると、ボールを介してスプラインナット４２とスプライン軸４３の間でトルク伝達がなされ、スプラインナット４２とスプライン軸４３が一体に回転する。

　トー角調整用モータ４１のモータ軸４８には駆動ギヤ４９が固定されている。スプラインナット４２には、駆動ギヤ４９に噛み合う従動ギヤ５０が固定されている。トー角調整用モータ４１のモータ軸４８には、トー角調整用モータ４１の制御用の回転センサ５１が取り付けられている。回転センサ５１として、モータ軸４８と一体に回転するロータ５１ａと、ロータ５１ａを囲むように設けられた環状のステータ５１ｂとからなるレゾルバを使用することができる。また、トー角調整用モータ４１のモータ軸４８には、減速機５２を介してポテンショメータ５３が接続されている。

　上述したトー角調整機構４０において、トー角調整用モータ４１を回転させると、トー角調整用モータ４１の回転が、駆動ギヤ４９、従動ギヤ５０を順に介してスプラインナット４２に伝達する。スプラインナット４２が回転すると、雄ねじ４６と雌ねじ４５が相対回転することによって、雄ねじ４６と雌ねじ４５のねじ込み深さが変化し、その結果、スプライン軸４３が軸方向に移動し、転舵輪５のトー角が変化する。

　トー角調整用モータ４１を回転させたとき、左右一対の転舵輪５（すなわちスプライン軸４３側の転舵輪５とねじ軸２３側の転舵輪５）のうち、スプライン軸４３側のみの転舵輪５のトー角が変化する。反対側の転舵輪５のトー角も調整するには、転舵用モータ２０とトー角調整用モータ４１の両者のモータを回転させることで、スプライン軸４３とねじ軸２３との軸方向位置をそれぞれ変化させる。このようにしてトーインやトーアウトの調整を行なうことができる。

　図４に、上記実施形態の変形例の車両用操舵装置を示す。

　上記実施形態では、車両用操舵装置の異常時に、反力モータ６の駆動回路１６を遮断器１７で遮断したが、図４に示す変形例では、車両用操舵装置の異常時に、反力モータ６を、電動パワーステアリングの駆動源として使用するため、操舵軸１０に、ステアリングホイール１の操舵トルクを検出するトルクセンサ５４を設けている。

　車両用操舵装置の異常時には、上記実施形態と同様、バックアップクラッチ３を締結してステアリングホイール１と転舵アクチュエータ４の間を機械的に接続する。そして、この状態において、運転者がステアリングホイール１を操舵すると、トルクセンサ５４で検出される操舵トルクに応じて、図２に示す反力モータ６が操舵補助トルクを発生する。このようにすると、反力モータ６がパワーステアリングの倍力装置として機能するので、ステアリングホイール１の操舵に必要な力を著しく低減することが可能となる。

　上記実施形態では、反力モータ６からステアリングホイール１に伝達される回転トルクを増幅する減速機７として、１段の遊星歯車減速機構を例に挙げて説明したが、図５に示すように上記実施形態で示す遊星歯車機構を直列に接続した２段の遊星歯車減速機構を使用してもよく、他の種類の減速機（例えば、特公平２－２８０２７公報に示されたローラ減速機）を使用してもよい。

　また、上記実施形態では、ボールねじ機構を例に挙げて説明したが、ボール２２を介さない滑りねじ機構を採用してもよい。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１　　　　ステアリングホイール
２　　　　反力アクチュエータ
３　　　　バックアップクラッチ
４　　　　転舵アクチュエータ
５　　　　転舵輪
６　　　　反力モータ
７　　　　減速機
９　　　　操舵側連結軸
１６　　　駆動回路
１７　　　遮断器
２０　　　転舵用モータ
２１　　　ボールナット
２２　　　ボール
２３　　　ねじ軸
２４　　　ステアリングロッド
２５　　　転舵側連結軸
３０　　　駆動回路
３１　　　遮断器
３７　　　回転伝達経路
５４　　　トルクセンサ

Claims (5)

1. 　ステアリングホイール（１）と、
   　そのステアリングホイール（１）に操舵反力を与える反力アクチュエータ（２）と、
   　前記ステアリングホイール（１）の操舵角に応じて左右一対の転舵輪（５）の向きが変わるように前記一対の転舵輪（５）を動かす転舵アクチュエータ（４）と、
   　正常時は前記ステアリングホイール（１）と前記転舵アクチュエータ（４）の間を機械的に切り離し、異常時は前記ステアリングホイール（１）と前記転舵アクチュエータ（４）の間を機械的に接続するバックアップクラッチ（３）とを有する車両用操舵装置において、
   　前記反力アクチュエータ（２）は、前記操舵反力の元になる回転トルクを発生する反力モータ（６）と、その反力モータ（６）の回転トルクを前記ステアリングホイール（１）に増幅して伝達する減速機（７）と、前記バックアップクラッチ（３）に接続された操舵側連結軸（９）とを有し、その操舵側連結軸（９）は、前記ステアリングホイール（１）の操舵時に、前記ステアリングホイール（１）から前記減速機（７）を介して回転が伝達することで前記ステアリングホイール（１）よりも速く回転するように設けられ、
   　前記転舵アクチュエータ（４）は、前記ステアリングホイール（１）の操舵角に応じて回転する転舵用モータ（２０）と、その転舵用モータ（２０）の回転が入力されるナット（２１）と、そのナット（２１）にねじ係合し、前記ナット（２１）の回転により軸方向移動するねじ軸（２３）と、そのねじ軸（２３）と一体に軸方向移動して左右一対の転舵輪（５）の向きを変化させるように両端が転舵輪（５）に連結されたステアリングロッド（２４）と、前記バックアップクラッチ（３）に接続された転舵側連結軸（２５）と、前記バックアップクラッチ（３）から前記転舵側連結軸（２５）に入力された回転を前記ナット（２１）に伝達する回転伝達経路（３７）とを有する、
   　ことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 　異常時に前記反力モータ（６）の駆動回路（１６）を遮断する遮断器（１７）を設けた請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 　前記ステアリングホイール（１）の操舵トルクを検出するトルクセンサ（５４）を設け、異常時は前記トルクセンサ（５４）で検出された操舵トルクに応じた操舵補助トルクを前記反力モータ（６）で発生する請求項１に記載の車両用操舵装置。
4. 　異常時に前記転舵用モータ（２０）の駆動回路（３０）を遮断する遮断器（３１）を設けた請求項１から３のいずれかに記載の車両用操舵装置。
5. 　前記ナット（２１）と前記ねじ軸（２３）は、両者がボール（２２）を介してねじ係合するボールねじ機構である請求項１から４のいずれかに記載の車両用操舵装置。

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