JP2814696B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は回転伝達比；すなわちステアリングホイール
の操舵角に対する車輪転舵角の比が可変な車両用操舵装
置に関する。例えば車両が停止ないし微速走行している
場合には回転伝達比を大きくすることにより、駐車等の
ために車輪を大きく転舵させるに要するステアリングホ
イールの操舵角を小さくしてステアリングホイールの操
作性を良くし、一方高速走行時には回転伝達比を小さく
して操舵安定性を良くすることができる車両要操舵装置
に関するものである。

［従来の技術］ 従来の回転伝達比を可変可能な車両用操舵装置の一例
が特開昭62−20756号公報、特開昭63−17180号公報、あ
るいは特開昭61−122071号公報に開示されている。これ
ら技術では、ステアリングホイールに連結された入力軸
と、転舵機構に連結された出力軸間を遊星歯車装置で連
携し、特開昭63−17180号公報の技術では遊星歯車列中
のリングギヤを、特開昭62−20756号公報と特開昭61−1
22071号公報に記載の技術ではプラネタリギヤのキャリ
ヤーをモータで回転させ、これによって回転伝達比を可
変としている。すなわちこの方式は、ステアリングホイ
ールの操舵角に、モータの回転角を加え、この合成回転
角に比例して出力軸を回転させるものであり、大きな回
転伝達比を得るためには、モータの回転数を上昇させ
る。このため大出力のモータが用いられる。

ところこで一般に回転伝達比は低速走行中では大きな
値、高速走行中では小さな値に調整されることが望まし
い。特開昭62−20756号公報に記載の技術では、低速時
ほどモータを高速回転させて回転伝達比を大きくする。
またステアリングホイールが中立位置の近傍にある間は
回転伝達比を小さくしいて良好な操舵安定性を確保する
一方、ステリングホイールが大きく転舵されたときは回
転伝達比を大きくして良好な操作性を得ることが好まし
い。このために、本出願人はステアリングホイールの操
舵角に応じて回転伝達比が機械式に可変な操舵装置を提
案している。この構造は特開平２−14971公報に開示さ
れている。この装置は入力軸と出力軸間を楕円歯車で連
携し、ステアリングホイールが中立位置にあるときには
小さな回転伝達比となり、それから回転するにつれて大
きな回転伝達比が得られるようにしている。そしてこの
装置では楕円歯車の一方をモータによって公転させるこ
とにより、回転伝達比を修正できるようにしている。こ
の場合、回転伝達比を変えるときにのみモータを回転さ
せればよく、回転伝達比を維持するためにモータを回転
させる必要がない。

この方式によれば、据切りや低速走行のように、ステ
アリングホイールを大きく操舵する場合には、楕円歯車
の作用により比較的小さいステアリングホイールの操舵
角を済むことに加え、モータの回転によって更にステア
リングホイール操舵角を縮小できるとともに、ステアリ
ングホイール操舵角が小さい中・高速走行時には車速に
応じてモータを回転させることによって回転伝達比を適
度に設定できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来技術の場合、据切りのとき
で、ステアリングホイール操舵角が大きい領域で、ステ
アリングホイールの操舵角が大きくなるにつれて回転伝
達比が増大するようにモータを回転させるためには、モ
ータにかかる負荷が大きくなり、それに対応して大出力
化が要求される。一方モータのもうひとつの動作領域で
ある中・高速時には一般にステアリング操作はさほど早
く行われず、回転に要する力も据切りに比べ軽い。その
ため中・高速走行時にはモータは小出力でよい。すなわ
ち一方では大出力が要求され、もう一方では小出力でよ
い非常に格差の大きい特性がモータに要求される。

そこで本発明では、モータの出力を小さくすることの
できる操舵装置を実現しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記手段は車両のステアリングホイールに連結された
入力軸と、車両方向に対する車輪方向を変化させる転舵
機構に連結された出力軸と、前記入力軸と前記出力軸間
を回転伝達可能に連携する回転伝達機構と、該回転伝達
機構の一部分に回転を付与して、前記入力軸の回転角と
それに追従して回転する前記出力軸の回転角の比を変え
るモータと、前記ステアリングホイールの中立位置から
の操舵角を検出する舵角センサと、車両の走行スピード
を検出するスピードセンサと、前記舵角センサの検出値
が所定操舵角に相当する値以下のときには、前記スピー
ドセンサによって検出された値に基づいて前記モータの
回転角を駆動制御するとともに、前記舵角センサの検出
値が前記所定操舵角に相当する値以上のときには、前記
モータを停止させるモータ制御手段とを有する車両用操
舵装置で解決される。

［作 用］ さて上記構造の操舵装置では、ステアリングホイール
の操舵角が所定角以下のときにのみモータが駆動され
る。操舵角が所定値以下のとき、すなわち中立位置の近
傍では車輪の方向を変化させるに要する力は低い領域に
あり、モータに掛かる負荷トルクは小さい。このためモ
ータは小出力のもので間に合うことになる。

そしてこの範囲において、回転伝達比が変えられるこ
とから、例えば車輪の方向を30度変えるに要するステア
リングホイールの操舵角を低速時には30度、高時には60
度といったように設定することができる。また操舵角が
所定角以上になったときにモータの回転を停止しても、
車輪を許容限度一杯に転舵させるに要するステアリング
ホイールの操舵角を低速時には小さく、高速時には大き
くすることができる。このようにして本発明の操舵装置
によると、出力の小さいモータで、回転伝達比可変式操
舵装置を実現できるのである。

［発明の効果］ さて本発明によると、出力の小さなモータで回転伝達
比を可変とすることができる。操舵角が大きくなるとモ
ータは停止されるが、車両が高速で走行している場合に
は大きく操舵されないため、モータが停止されても問題
は全くない。車両が停止ないし微速で走行している場合
には、所定角操舵されるとそれ以後モータが停止される
が、それ以前に、すなわち中立位置の近傍で回転伝達比
が大きな値に調整されており、所定角操舵したときには
すでに大きく車輪方向が変化しているため、例えば車輪
を右限界から左限界位置にまですえぎりする際に必要な
ステアリングホイールの操舵角は減少し、駐車作業時の
車両取りまわしが著しく良好となるのである。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具現化した一実施例に
ついて説明する。

まず、第２図、第２図を参照して本実施例で用いられ
るステアリングギヤボックスの構造を説明する。

第２図は油圧ポンプＰ、ロータリバルブ式制御弁Ｖ、
パワーシリンダＣ、リザーバＲ等からなる公知のパワー
アシスト機構を備えた車両用ラックピニオン式動力舵取
装置に本発明を実施した例を示していて、同装置におい
ては、ステアリングホイール10に連結される第１入力軸
11とこれに対しての同軸的かつ所定範囲内（トーション
バー13のねじれ分の範囲内）で相対回転可能に配設され
た第２入力軸12がトーションバー13によって連結されて
いる。また、第１入力軸11及び第２入力軸12に対して出
力軸１が同軸的にかつ相対回転可能に配設されている。
出力軸14にはピニオン16が一体的に設けられていて、同
ピニオン16によってパワーシリンダＣのピストンロッド
を兼ねるラックバー17がその軸方向へ移動されるように
構成され、ラックバー17を含む公知の転舵機構により車
輪Ｗが転舵されるようになっている。

第２入力軸12と出力軸14は、次に述べる回転伝達機構
によって回転伝達可能に連携されている。この回転伝達
機構は、入出力軸12,14と平行でかつ後述するキャリヤ3
1に固定された中間軸15と、入力軸12の回転を中間軸15
を中心とする回転に変換する角速度比可変歯車列Ａと、
中間軸15を中心とする回転を出力軸14に伝える増速歯車
列Ｂとを有している。

角速度比可変歯車列Ａは、第２図及び第３図に示した
ように、一対の非円形歯車、すなわち焦点を回転中心と
する楕円歯車21,22によって構成されており、一方の楕
円歯車21は第２入力軸12上に一体回転可能に組付けら
れ、また他方の楕円歯車22は中間軸15上に回転可能に組
付けられている。この角速度比可変歯車列Ａにおいて
は、第２入力軸12の中立位置、すなわちステアリングホ
イール10の中立位置において楕円歯車21,22が第３図の
ごとく噛み合うようにされていて、第２入力軸12の中立
位置からの回転量に応じて楕円歯車21に対する楕円歯車
22の角速度比が増大するようになっている。

増速歯車列Ｂは、第２図に示すように、大小一対の円
形歯車23,24によって構成されており、大径歯車23は楕
円歯車22と一体的に形成されて中間軸15上に回転可能に
組付けられ、また小径歯車24は出力軸14と一体に形成さ
れて出力軸14と一体的に回転する。この増速歯車列Ｂに
おいては、大径歯車23の回転が所定量（両歯車23,24の
径によって決定される）増速されて小径歯車24に伝達さ
れる。

また、本実施例においては、中間軸15がキャリヤ31に
固定されており、キャリヤ31はハウジング30中で第１入
力軸11、第２入力軸12及び出力軸14の軸線回りに回動す
る（公転する）ようになっていて、セクタギヤ32を一体
的に有しており、同ギヤ32に係合するウォームギヤ33に
よってハウジング30と当接するまでの範囲（第３図参
照）において回動されるようになっている。ウォームギ
ヤ33は、ハウジング30に回転可能に組付けられていて、
正逆回転可能な伝動モータ34によって回転駆動されるよ
うになっている。なお、電動モータ34はコントローラ53
によって通電方向と通電電流値が制御される構成となっ
ており、コントローラ53には舵角センサ51、スピードセ
ンサ52からの信号が入力される構成となっている。

上記のように構成したギヤボックスにおいては、ステ
アリングホイール10を回転操作すると、第１入力軸11及
び第２入力軸12が回転し角速度比可変歯車列Ａ及び増速
歯車列Ｂを介して出力軸１に回転が伝わり、出力軸14の
回転に応じてラックバー17が軸方向へ移動されて転舵機
構を介して車輪Ｗが転舵される。また、このときには、
操舵トルクに応じて第１入力軸11と第２入力軸12間に僅
かな相対回転が発生して制御弁Ｖが作動し、パワーシリ
ンダＣがラックバー17の軸方向移動をアシストする。

本実施例ではパワーステアリング装置に発明を適用し
ているので、ステアリングホイール10と第２入力軸12間
に小さな相対回転が発生する。しかしながら、この差は
僅かであり実質上第２入力軸12はステアリングホイール
10の操舵に従動して回転する。また本発明をマニュアル
ステアリングに適用したときにはトーションバーのねじ
れに起因する相対回転は生じない。

しかして、上記伝達系においては、角速度比可変歯車
列Ａが第２入力軸２の中立位置からの回転量に応じて楕
円歯車21に対する楕円歯車22の角速度比を増大させる構
成であるためステアリングホイール10の中立位置からの
回転操作量が小さい場合（中立位置近傍での操作時）に
は、楕円歯車21に対する楕円歯車22の角速度比が小さい
値とされる。したがって、角速度比可変歯車列Ａを介し
て伝わる第２入力軸12の回転が増速歯車列Ｂによって所
定量増速されても、出力軸14の回転量はステアリングホ
イール10の回転操作量と略等しくてさほど大きな値とな
らず、走行安定性が向上する。これは第６図実線に示す
グラフにおいて、操舵角θ_Ｈの値が小さな範囲では車輪
転舵角がゆるやかに変化する特性となって表れる。

ところで、ステアリングホイール10の中立位置からの
回転操作量が増大すると、それに伴って楕円歯車21に対
する楕円歯車22の角速度比が大きくなり、増速歯車列Ｂ
との相乗作用により出力軸14の回転量が大きくなり、操
作性が向上する。これは第６図の実線が操舵角θ_Ｈが大
きくなるほど急に上昇する特性となって表れる。

次に第１図を参照してコントローラ53及びこれによっ
て制御されるモータ34の作動を説明する。

第１図はコントローラ53で実行される処理手順を示す
図であり、この処理がごく短い所定時間間隔をおいて繰
り返し実行される。

ステップ102ではスピードセンサ52の信号を入力して
車速Ｖを入力する。ステップ103では舵角センサ51の信
号を入力して舵角θ_Ｈを入力する。ステップ104では入
力された舵角θ_Ｈの絶対値が所定舵角θ_HMAXの絶対値と
比較される。ここで所定舵角θ_HMAXは、それ以下の舵角
では車輪の方向を転舵するに要する力が比較的小さな範
囲にあるように設定されている。ステップ104での判定
がイエスのとき、すなわち操舵角が中立位置近傍にある
間は、角度比Ｋを読み出す。ここで角度比は、ステップ
105中に併せて表示されているように車速Ｖの関数とし
てマップ化されて予めコントローラ53に記憶されてい
る。ステップ105ではステップ102で入力された車速Ｖの
値に応じてマップを検索し、当該速度における角度比Ｋ
を検索するのである。

ステップ106では、ステップ103で入力された舵角θ_Ｈ
と、ステップ105で検索された角度比Ｋを乗じてモータ3
4の回転角θ_Ｍを演算する。そしてステップ107ではコン
トローラ53からモータ34に駆動信号を出力してモータ34
の回転角をθ_Ｍとする。ステップ108ではステップ106で
演算されたモータの回転角をθ_MBとする。そして以上の
処理が｜θ_H|≦｜θ_HMAX|の間繰り返し実施される。

そして｜θ_H|＞｜θ_HMAX|となると、今度はステップ1
06がスキップされ、その代わりにモータ34の回転角θ_Ｍ
にθ_MBが代入される。ここでθ_MBは｜θ_H|＞｜θ_HMAX|
となる直前の段階におけるθ_Ｍの値である。すなわち｜
θ_H|＞｜θ_HMAX|となると、モータ34の回転角はそのと
きの角度に固定されるのである。

なおモータ34の回転角を一定値に保つためには単にモ
ータ34の通電を停止すればよい。第３図から明らかなよ
うに、キャリヤ31はモータ34に対しウォーム歯車を介し
て接続されているために、キャリヤ31を公転させる力が
働いても摩擦によりモータ34を回転させることはないか
らである。

次に第１図の処理によって営まれる作動を第4,5,6図
を参照して説明する。

第４図はステアリングホイールの舵角θ_Ｈを横軸にと
り、そのときのモータ34の回転角θ_Ｍを低速時と高速時
について示したものである。ここで低速時には第１図の
ステップ105中に併せて表示したように角度比Ｋがプラ
スであり、高速時にはマイナスとなる。

第５図はモータ34の回転によって生じる影響を模式的
に示すものであり、第５図（ａ）は入力軸12と出力軸15
がともに中立位置にあり、かつモータ34が中立位置にあ
る状態を示している。

第５図（ｂ−２）は車両が高速で走行しており、角度
比Ｋの負の場合を示し、入力軸12の回転角θ_Ｈ（反時計
方向にプラスとする）に対しモータ34の回転角θ_Ｍによ
ってキャリヤ31ないし中間軸15の位置が同方向に回転す
る場合を示している。このときの中間軸15側の回転角が
αで示される。

第５図（ｃ−２）は車両が中速であって、角度比Ｋが
ゼロの場合を示している。この時の中間軸15側の回転角
がβで示される。

第５図（ｄ−２）は車両が低速であって角度比Ｋが正
の場合を示し、入力軸12の回転方向に対しモータ34によ
ってキャリヤ31ないし中間軸15の位置が逆方向に回転す
る。このときの中間軸15側の回転角がγで示される。

以上から明らかなように、角度比が正ならキャリヤ31
が入力軸12と反対方向に、負なら同方向に回転する側に
モータ34の駆動電流が制御される。この場合図示からも
明らかなように、α＜β＜γである。すなわち角度比Ｋ
が車速によって変化されることにより車両が低速である
ほど中間軸15ないし出力軸14は大きく回転し、高速にな
ると出力軸14の回転角が小さくなることが理解される。

第６図は横軸に操舵角（すなわち入力軸12の回転
角）、縦軸に車輪の転舵角を図示したものであり、操舵
角θ_Ｈが所定操舵角θ_HMAX以下の範囲で、低速時ほど大
きく車輪が転舵させることが理解される。なお第６図中
ｂ−2,c−2,d−２で示される点は第５図の（ｂ−２），
（ｃ−２），（ｄ−２）の状態に相当する。

操舵角θ_Ｈが所定操舵角θ_HMAX以上になるとモータ34
はその位置で固定されるため、それ以上操舵されたとき
には、モータ34の回転の影響を除いたものと考えればよ
い。第５図中（ｂ−１），（ｃ−１），（ｄ−１）はそ
れぞれ（ｂ−２），（ｃ−２），（ｄ−２）の状態にお
ける楕円歯車の関係のみを抽出したものであり、それぞ
れの状態は第６図中ｂ−1,c−1,d−１に示す点に対応す
る。そこで車両が低速の状態でθ_HMAX操舵された結果第
６図ｄ−２に示す応対になった後、さらに操舵される
と、その後のカーブ（操舵角θ_Ｈと車輪転舵角間の特性
カーブ）は図示ｄ−１以後のカーブと等しくなる。同様
に車両が高速状態でθ_HMAX操舵された結果第６図ｂ−２
に示す状態になった後、さらに操舵されると、その後の
カーブは図示ｂ−１以後のカーブと等しくなる。

すなわち、車両が低速であればθ_HMAXにまで操舵され
る間に楕円歯車の位置関係が大きな回転伝達比を実現す
る状態になっているので、その後モータ34を停止して
も、全操舵領域で高速時に比して高い回転伝達比が実現
されるのである。

このため中立位置近傍でのみモータ34を回転させて
も、車輪を最大限転舵させるに要するステアリングホイ
ールの操舵角は低速時ならθ１で済むのに対し高速時に
はθ２必要とされることになり、低速時の操作性と高速
時の操縦安定性の両者が良好に実現されることがわか
る。

なお本実施例の場合、モータ34の回転角は最大でもK
_MAX＊θ_HMAXとなる。ここでK_MAXは予めマップ化されて
いる角度比中の最大値である。従ってモータ34はそれ以
上の回転を禁止しておくことができる。

このため万一モータに異常が生じてその回転が制御で
きなくなっても、モータは回転禁止部材に規制されてそ
の暴走を禁止することができ、操縦を不可能とするとい
った事態の発生が予防される。

以上説明したように、本実施例では入力軸と出力軸の
間に入力軸が中立位置から回転されるに従って回転伝達
比が大きくなる回転伝達機構を設けるとともに、車輪を
回転させるに要する力が小さい中立位置近傍でのみモー
タを駆動する。このために出力の小さなモータを使用す
ることができる。そして操舵角が大きくなるとモータが
停止されるが、モータが駆動されている間に低速時には
大きな回転伝達比が得られる状態、高速時には小さな回
転伝達比が得られる状態に設定されていることからモー
タが停止されていても、全操舵領域で低速時に大きな回
転伝達比、高速時には小さな回転伝達比を得ることがで
きるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はコントローラ53によって実施されるモータ34の
制御手順を示す図、第２図は本発明で用いられるギヤボ
ックスの全体構成を示す図、第３図は第２図のIII−III
線に沿う断面図、第４図はステアリングホイール操舵角
θ_Ｈとモータ34の回転角の関係を示す特性線図、第５図
は実施例の作動を説明する図、第６図はステアリングホ
イールの操舵角と車輪の転舵角の特性線図である。 10……ステアリングホイール 12……第２入力軸 14……出力軸 15……中間軸 17……ラックバー（転舵機構） 21,22……楕円歯車（非円形歯車） 23,24……円形歯車 34……モータ 51……舵角センサ 52……スピードセンサ 53……コントローラ ステップ104……舵角比較処理 Ａ……角速度比可変歯車列 Ｂ……増速歯車列 Ｗ……車輪

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両のステアリングホイールに連結された
   入力軸と、 車両方向に対する車輪方向を変化させる転舵機構に連結
   された出力軸と、 前記入力軸と前記出力軸間を回転伝達可能に連携する回
   転伝達機構と、 該回転伝達機構の一部分に回転を付与して、前記入力軸
   の回転角とそれに追従して回転する前記出力軸の回転角
   の比を変えるモータと、 前記ステアリングホイールの中立位置からの操舵角を検
   出する舵角センサと、 車両の走行スピードを検出するスピードセンサと、 前記舵角センサの検出値が所定操舵角に相当する値以下
   のときには、前記スピードセンサによって検出された値
   に基づいて前記モータの回転角を駆動制御するととも
   に、前記舵角センサの検出値が前記所定操舵角に相当す
   る値以上のときには、前記モータを停止させるモータ制
   御手段と、 を有する車両用操舵装置。