JP3496211B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ステアリングハ
ンドル操舵角の操舵輪に対する伝達比を可変することが
できる車両用操舵装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステアリングハンドル操舵角の操
舵輪に対する伝達比を可変するステアリング装置とし
て、特開平３−１５３４６７号公報等に開示されている
ステアリング装置が存在する。このステアリング装置
は、ステアリングハンドルと操舵輪に連結されるピニオ
ンとの間のステアリングシャフトに遊星歯車式差動機構
による伝達比可変機構を備えている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このス
テアリング装置は、伝達比可変機構が差動式であるた
め、走行中に車輪側から過大な逆入力が印加されると、
この逆入力により伝達比可変機構が動かされてステアリ
ングハンドルの操舵量と操舵輪の操舵量との関係がずれ
てしまうおそれがあった。

【０００４】この発明の課題は、走行中に車輪側から逆
入力があった場合であってもステアリングハンドルの操
舵量と操舵輪の操舵量との関係を保つことができる車両
用操舵装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の車両用操
舵装置は、ステアリングハンドルと操舵輪とを連結する
操舵伝達系の途中にモータの駆動により伝達比を可変す
る伝達比可変手段と、外部からの信号により伝達比可変
手段の作動を停止して、伝達比可変手段のステアリング
ハンドルからの入力側と操舵輪に対する出力側とを連結
状態とする連結手段とを備えており、連結手段が、上述
した入力側と連結されたハウジング、このハウジング内
に収納されて上述した出力側と連結された楕円カム、及
び、ハウジングと楕円カムとの間の隙間に突出可能な係
合部材 からなり、入力側と出力側との連結状態時には係
合部材がハウジングと楕円カムとの間の隙間に突出され
ることを特徴としている。

【０００６】この請求項１記載の車両用操舵装置によれ
ば、過大な逆入力時や装置の異常時に、連結手段を用い
て、即ち、ハウジングと楕円カムとの間の隙間に係合部
材を突出させて伝達比可変手段の入力側と出力側とを連
結状態とすることで、伝達比可変手段を介さないで直
接、固定された伝達比で操舵することが可能となる。

【０００７】また、請求項２記載の車両用操舵装置は、
ステアリングハンドルと操舵輪とを連結する操舵伝達系
の途中にモータの駆動により伝達比を可変する伝達比可
変手段と、外部からの信号により伝達比可変手段の作動
を停止して、伝達比可変手段のステアリングハンドルか
らの入力側と操舵輪に対する出力側とを連結状態とする
連結手段とを備えており、伝達比可変手段がハーモニッ
クドライブ［（株）ハーモニック・ドライブ・システム
ズ社登録商標］減速機であり、連結手段がサーキュラス
プラインとフレクスプラインの間隙に係合部材を突出さ
せることを特徴としている。

【０００８】この請求項２記載の車両用操舵装置によれ
ば、伝達比可変手段をハーモニックドライブ［（株）ハ
ーモニック・ドライブ・システムズ社登録商標］減速機
としたため、過大な逆入力時や装置の異常時に、連結手
段を用いて、即ち、サーキュラスプラインとフレクスプ
ラインの間隙に係合部材を突出させて伝達比可変手段の
入力側と出力側とを連結状態とすることで減速機の作動
を停止してステアリングハンドルと操舵輪とを直結状態
として、伝達比可変手段を介さないで直接、固定された
伝達比で操舵することが可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を参照して、こ
の発明の第１の参考形態にかかる車両用操舵装置の説明
を行う。

【００１０】図１は、車両用操舵装置２の構成図であ
る。図中、符号１０で示すものは、ステアリングハンド
ルであり、このステアリングハンドル１０は上部ステア
リングシャフト１２ａの上端に接続されている。また、
この上部ステアリングシャフト１２ａの下端は可変ギヤ
比ユニット１４に接続されており、下部ステアリングシ
ャフト１２ｂの上端が可変ギヤ比ユニット１４に接続さ
れている。

【００１１】また、下部ステアリングシャフト１２ｂの
下端には、ピニオン（図示せず）が設けられ、このピニ
オンがステアリングギヤボックス１６内においてラック
バー１８に噛合されている。更に、ラックバー１８の両
端には、それぞれタイロッド２０の一端が接続されると
共に各タイロッド２０の他端にはナックルアーム２２を
介して操舵輪２４が接続されている。

【００１２】また、上部ステアリングシャフト１２ａに
は、ステアリングハンドル１０の操舵角を検出する舵角
センサ２６が設けられ、下部ステアリングシャフト１２
ｂには、操舵輪２４の操舵角を検出する出力角センサ３
０が設けられている。この舵角センサ２６及び出力角セ
ンサ３０により検出されたステアリングハンドル１０の
操舵角及び操舵輪２４の操舵角は、ＥＣＵ（電子制御装
置）２８に入力される。更に、ＥＣＵ２８には、車両速
度を検出する車速センサ３２から出力される車両速度が
入力される。一方、ＥＣＵ２８は、可変ギヤ比ユニット
１４に対して、この可変ギヤ比ユニット１４を制御する
ための制御信号の出力を行う。

【００１３】ここで、可変ギヤ比ユニット１４は、図２
に示すようにモータ４０及び減速機４２を備えて構成さ
れている。また、モータ４０はモータハウジング４４内
に固定されたステータ４６及びロータ４８を備えて構成
されており、減速機４２は、遊星歯車機構を用いた減速
機として構成されている。即ち、ロータ４８と共に回転
する回転軸５０の回転が遊星歯車機構を構成するサンギ
ヤ（図示せず）に入力され、キャリア５２の回転が減速
機４２からの出力として出力される。

【００１４】また、モータハウジング４４の外部上面に
は、スライドピン５４を回転軸５０の軸線と平行な方向
に変位させるためのソレノイド５６が設けられている。
このソレノイド５６は、ＥＣＵ２８からの制御信号によ
り駆動されるものであり、ＥＣＵ２８から制御信号が入
力された場合にスライドピン５４を回転軸５０の軸線と
平行な方向に変位させる。また、ロータ４８の上面４８
ａには、図３に示すようにスライドピン５４が挿入され
るピン穴４８ｂが円周状にほぼ等間隔で複数個設けられ
ている。即ちこの可変ギヤ比ユニット１４においてはス
ライドピン５４、ソレノイド５６及びスライドピン５４
が挿入されるピン穴４８ｂにより連結手段が構成されて
いる。

【００１５】なお、モータ４０側のモータハウジング４
４は図示しないユニバーサルジョイントを介して上部ス
テアリングシャフト１２ａの下端に接続され、キャリア
５２は下部ステアリングシャフト１２ｂの上端に接続さ
れている。

【００１６】この車両用操舵装置２においては、まず、
車速センサ３２により検出された車両速度及び舵角セン
サ２６により検出された操舵角がＥＣＵ２８に入力され
ると、ＥＣＵ２８は車両速度及び操舵角に基づき目標舵
角の演算を行い、この目標舵角に基づく制御信号が可変
ギヤ比ユニット１４に対して出力される。この制御信号
に基づき可変ギヤ比ユニット１４のモータ４０が駆動さ
れ操舵輪２４に対して目標舵角に対応した操舵角を与え
る。

【００１７】この車両用操舵装置２においては、ＥＣＵ
２８が操舵輪２４の側からの逆入力（キックバック）の
有無の判定及びモータ４０の故障の判定を行う。即ち舵
角センサ２６により検出されたステアリングハンドル１
０の操舵角及び車速センサ３２により検出された車両速
度に基づき求められた目標舵角と出力角センサ３０によ
り検出された操舵輪２４の操舵角との偏差が所定値以上
となった場合に操舵輪２４の側から過大な逆入力があっ
たと判定し、またモータ４０に供給される電流値に基づ
きモータ４０の故障の判定を行う。

【００１８】ＥＣＵ２８は、操舵輪２４側から過大な逆
入力が有ったと判定した場合及びモータ４０が故障した
と判定した場合には、ソレノイド５６に対して制御信号
の出力を行いスライドピン５４を回転軸５０の軸線と平
行な方向に変位させる。これによりスライドピン５４
は、ロータ４８の上面４８ａに設けられたピン穴４８ｂ
に挿入され、モータハウジング４４とロータ４８が連結
される。

【００１９】従って、可変ギヤ比ユニット１４の作動が
停止されステアリングハンドル１０と操舵輪２４とが直
結されるため、操舵輪２４の側から過大な逆入力があっ
た場合であっても逆入力による位相ずれの発生を防止す
ることができる。

【００２０】また、モータ４０の故障時にステアリング
ハンドル１０と操舵輪２４とが直結されるため、モータ
４０が故障した場合であっても固定された伝達比による
操舵が可能となる。

【００２１】なお、操舵輪２４側からの過大な逆入力が
無くなった場合及びモータ４０の故障の原因が解消した
場合には、ＥＣＵ２８がソレノイド５６に対して制御信
号の出力を行いスライドピン５４を引き込むことにより
ステアリングハンドル１０と操舵輪２４との連結が解除
される。これにより可変ギヤ比ユニット１４の作動が再
開される。

【００２２】次に、図４及び図５を参照して、この発明
の第１の実施の形態にかかる車両用操舵装置の説明を行
う。この車両用操舵装置は、第１の参考形態にかかる車
両用操舵装置の可変ギヤ比ユニット１４を可変ギヤ比ユ
ニット６０に変更したものである。なお、この第１の実
施の形態にかかる車両用操舵装置の可変ギヤ比ユニット
６０の説明においては、第１の参考形態にかかる可変ギ
ヤ比ユニット１４の構成と同一の構成には第１の参考形
態の説明で用いたのと同一の符号を付してその説明を省
略する。

【００２３】ここで可変ギヤ比ユニット６０は、第１の
参考形態の可変ギヤ比ユニット１４と同様なモータ４０
及び減速機４２を有し、連結手段を楕円カム６２を用い
たものに変更したものである。即ちロータ４８の上面４
８ａには、回転軸５０と共に回転する楕円カム６２が設
けられている。

【００２４】この車両用操舵装置においては、ＥＣＵ２
８が第１の参考形態の場合と同様にして操舵輪２４側か
ら逆入力が有ったと判定した場合及びモータ４０が故障
したと判定した場合には、ソレノイド５６に対して制御
信号の出力を行いスライドピン５４を回転軸５０の軸線
と平行な方向に変位させる。これによりスライドピン５
４は、楕円カム６２とモータハウジング４４との間に形
成された隙間に挿入される。

【００２５】この状態で回転軸５０と共に楕円カム６２
が回転すると、図５に示す楕円カム６２とモータハウジ
ング４４との間に形成された隙間、即ちクリアランスＣ
が減少し最終的にはモータハウジング４４とロータ４８
とが連結される。

【００２６】従って、可変ギヤ比ユニット６０の作動が
停止されステアリングハンドル１０と操舵輪２４とが直
結されることになるため、操舵輪２４の側から過大な逆
入力があった場合であっても逆入力による位相ずれの発
生を防止することができる。

【００２７】次に、図６及び図７を参照して、この発明
の第２の実施の形態にかかる車両用操舵装置の説明を行
う。この車両用操舵装置は、第１の参考形態にかかる車
両用操舵装置の可変ギヤ比ユニット１４を可変ギヤ比ユ
ニット６４に変更したものである。なお、この第２の実
施の形態にかかる車両用操舵装置の可変ギヤ比ユニット
６４の説明においては、第１の参考形態にかかる可変ギ
ヤ比ユニット１４の構成と同一の構成には第１の参考形
態の説明で用いたのと同一の符号を付してその説明を省
略する。

【００２８】ここで可変ギヤ比ユニット６４は、第１の
参考形態の可変ギヤ比ユニット１４と同様なモータ４０
を備え、減速機をハーモニックドライブ［（株）ハーモ
ニック・ドライブ・システムズ社登録商標］減速機６６
により構成したものである。ここでハーモニックドライ
ブ［（株）ハーモニック・ドライブ・システムズ社登録
商標］減速機６６は、楕円状のカムとその外周に配置さ
れたボールベアリングにより構成され回転軸５０に固着
されたウエーブジェネレータ６８、外周部に歯が形成さ
れた金属弾性体であるフレクスプライン７０及びモータ
ハウジング４４の内周面に固着されているリング形状を
有する剛体であり内周部にフレクスプライン７０と同ピ
ッチの歯が形成されているサーキュラスプライン７２を
基本要素として構成される減速機である。

【００２９】この車両用操舵装置においては、ＥＣＵ２
８が第１の参考形態の場合と同様にして操舵輪２４側か
ら逆入力が有ったと判定した場合及びモータ４０が故障
したと判定した場合には、ソレノイド５６に対して制御
信号の出力を行いスライドピン５４を回転軸５０の軸線
と平行な方向に変位させる。これによりスライドピン５
４は、ウエーブジェネレータ６８とサーキュラスプライ
ン７２との間に形成された隙間に挿入される。

【００３０】この状態で回転軸５０と共にウエーブジェ
ネレータ６８が回転すると、図７に示すウエーブジェネ
レータ６８とサーキュラスプライン７２との間に形成さ
れた隙間が減少し最終的にはモータハウジング４４とモ
ータ４０の回転軸５０とが連結される。

【００３１】従って、可変ギヤ比ユニット６４の作動が
停止されステアリングハンドル１０と操舵輪２４とが直
結されることになるため、操舵輪２４の側から逆入力が
あった場合であっても逆入力による位相ずれの発生を防
止することができる。

【００３２】次に、図８及び図９を参照して、この発明
の第２の参考形態にかかる車両用操舵装置の説明を行
う。この車両用操舵装置は、第１の参考形態にかかる車
両用操舵装置の可変ギヤ比ユニット１４を可変ギヤ比ユ
ニット７４に変更したものである。なお、この第２の参
考形態にかかる車両用操舵装置の可変ギヤ比ユニット７
４の説明においては、第１の参考形態にかかる可変ギヤ
比ユニット１４の構成と同一の構成には第１の参考形態
の説明で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略
する。

【００３３】ここで可変ギヤ比ユニット７４は、第１の
参考形態の可変ギヤ比ユニット１４と同様なモータ４０
及び減速機４２を有し連結手段をパンタグラフ構造を有
するリンク７６を用いたものに変更したものである。即
ち図８に示すように、連結手段はソレノイド５６により
駆動されるピン５４の先端部分に２つのリンク７６を軸
支させ、２つのリンク７６の先端を回転軸５０の軸線方
向に伸長させるように配置されたバネ部材７８により構
成されている。また、ロータ４８の上面４８ａに凹凸を
設け摩擦面が形成されている。

【００３４】この車両用操舵装置においては、ＥＣＵ２
８が第１の実施の形態の場合と同様にして操舵輪２４側
から逆入力が有ったと判定した場合及びモータ４０が故
障したと判定した場合には、ソレノイド５６に対して制
御信号の出力を行いスライドピン５４を回転軸５０の軸
線と平行な方向に変位させる。これによりスライドピン
５４は、リンク７６のリンク部材を伸長し、図９に示す
ように各リンク部材の先端がロータ４８の上面４８ａに
設けられている摩擦面に押しつけられることによりモー
タハウジング４４とモータ４０の回転軸５０とが連結さ
れる。

【００３５】従って、可変ギヤ比ユニット７４の作動が
停止されステアリングハンドル１０と操舵輪２４とが直
結されることになるため、操舵輪２４の側から過大な逆
入力があった場合であっても逆入力による位相ずれの発
生を防止することができる。また、この連結手段はソレ
ノイド５６によるピン５４のストローク量をパンタグラ
フ構造を有するリンク７６により増大していることか
ら、ソレノイド５６自体によるピン５４の変位量を大き
くする必要が無いため、ソレノイドを小型化することが
できる。

【００３６】なお、上述の各実施の形態（参考形態）に
かかる可変ギヤ比ユニットにおいては、連結手段が単数
のピン５４を有しこのピンをソレノイド５６により変位
させることによりステアリングハンドル１０と操舵輪２
４とを直結させていたが、連結手段に複数のピンを備え
このピンをソレノイドにより変位させることによりステ
アリングハンドルと操舵輪とを直結させるようにしても
よい。この場合には、上述の各実施の形態（参考形態）
の場合に比較してステアリングハンドルと操舵輪との直
結を確実に行うことができる。

【００３７】また、上述の第１の実施の形態において
は、楕円カム６２をロータ４８の上面に設けているが、
これに限らず減速機４２の回転部に楕円カムを設け、こ
の楕円カムとモータハウジングの間にピン５４を挿入し
てステアリングハンドルと操舵輪とを直結するようにし
ても良い。

【００３８】また、上述の第１の参考形態においては、
伝達比可変手段が内部にモータを備え、このモータのハ
ウジングに対してステアリングハンドルの操舵の入力が
行われると共にモータの回転軸が操舵輪に対する出力と
して減速機に連結され、連結手段がハウジングと回転軸
とを連結しているとも言える。このようにすれば、過大
な逆入力時や装置の異常時に連結手段によりモータのハ
ウジングと回転軸とを連結することで、伝達比可変手段
を介さないで直接、即ち固定された伝達比で操舵するこ
とが可能となる。この結果、過大な逆入力時や装置の異
常時に連結手段によりモータのハウジングと回転軸とを
連結することで、操舵輪側から過大な逆入力があった場
合であっても、ステアリングハンドルと操舵輪との位相
ずれの発生を防止することができる。

【００３９】また、上述の第２の参考形態においては、
連結手段が、モータのハウジングに設けられ、モータの
回転軸の軸線と平行な方向に駆動可能な駆動手段と駆動
手段によって伸縮される連結部材とを備え、この連結部
材が駆動手段により伸長されてモータの回転部に連結さ
れるとも言える。このようにすれば、駆動手段の伸長量
を連結部材で増大させ、この連結部材によってモータの
ハウジングとモータの回転部とを連結するので、駆動手
段による駆動量を小さくすることができ駆動手段を小型
化することができる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、過大な逆
入力時や装置の異常時に、連結手段を用いて、即ち、ハ
ウジングと楕円カムとの間の隙間に係合部材を突出させ
て伝達比可変手段のステアリングハンドルからの入力側
と操舵輪に対する出力側とを連結状態とすることで、操
舵輪側から過大な逆入力があった場合であっても、ステ
アリングハンドルと操舵輪との位相ずれの発生を防止す
ることができる。

【００４１】また、請求項２記載の発明によれば、伝達
比可変手段をハーモニックドライブ［（株）ハーモニッ
ク・ドライブ・システムズ社登録商標］減速機としたた
め、過大な逆入力時や装置の異常時に、連結手段を用い
て、即ち、サーキュラスプラインとフレクスプラインの
間隙に係合部材を介在させることで減速機の作動を停止
してステアリングハンドルと操舵輪とを直結状態とし
て、伝達比可変手段を介さないで直接、固定された伝達
比で操舵することが可能となる。従って、楕円カム等の
特別の部品を用いる必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の参考形態にかかる車両用操舵装置の構成
図である。

【図２】第１の参考形態にかかる車両用操舵装置の可変
ギヤ比ユニットの構成図である。

【図３】第１の参考形態にかかる可変ギヤ比ユニットの
モータのロータに設けられたピン穴を示す図である。

【図４】第１の実施の形態にかかる車両用操舵装置の可
変ギヤ比ユニットの構成図である。

【図５】第１の実施の形態にかかる可変ギヤ比ユニット
（図４）のＡ−Ａ断面図である。

【図６】第２の実施の形態にかかる車両用操舵装置の可
変ギヤ比ユニットの構成図である。

【図７】第２の実施の形態にかかる可変ギヤ比ユニット
（図６）のＢ−Ｂ断面図である。

【図８】第２の参考形態にかかる車両用操舵装置の可変
ギヤ比ユニットの構成図である。

【図９】第２の参考形態にかかる可変ギヤ比ユニットの
連結手段の作動状態を示す図である。

【符号の説明】

２…車両用操舵装置、１０…ステアリングハンドル、１
２ａ…上部ステアリングシャフト、１２ｂ…下部ステア
リングシャフト、１４…可変ギヤ比ユニット、１６…ス
テアリングギヤボックス、１８…ラックバー、２０…タ
イロッド、２２…ナックルアーム、２４…操舵輪、２６
…舵角センサ、２８…ＥＣＵ、３０…出力角センサ、３
２…車速センサ、４０…モータ、４２…減速機、５４…
スライドピン、５６…ソレノイド、６６…ハーモニック
ドライブ［（株）ハーモニック・ドライブ・システムズ
社登録商標］減速機、６０，６４，７４…可変ギヤ比ユ
ニット。

フロントページの続き (72)発明者 小城 隆博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−336163（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−11928（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−207788（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−292266（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−153467（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/00 B62D 5/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングハンドルと操舵輪とを連結
   する操舵伝達系の途中にモータの駆動により伝達比を可
   変する伝達比可変手段を備えた車両用操舵装置におい
   て、 外部からの信号により前記伝達比可変手段の作動を停止
   して、前記伝達比可変手段の前記ステアリングハンドル
   からの入力側と前記操舵輪に対する出力側とを連結状態
   とする連結手段を備えており、 前記連結手段が、前記入力側と連結されたハウジング、
   該ハウジング内に収納されて前記出力側と連結された楕
   円カム、及び、前記ハウジングと前記楕円カムとの間の
   隙間に突出可能な係合部材からなり、前記入力側と前記
   出力側との連結状態時には前記係合部材が前記ハウジン
   グと前記楕円カムとの間の隙間に突出され ることを特徴
   とする車両用操舵装置。
2. 【請求項２】 ステアリングハンドルと操舵輪とを連結
   する操舵伝達系の途中にモータの駆動により伝達比を可
   変する伝達比可変手段を備えた車両用操舵装置におい
   て、 外部からの信号により前記伝達比可変手段の作動を停止
   して、前記伝達比可変手段の前記ステアリングハンドル
   からの入力側と前記操舵輪に対する出力側とを連結状態
   とする連結手段を備えており、 前記伝達比可変手段がハーモニックドライブ（登録商
   標）減速機であり、前記連結手段がサーキュラスプライ
   ンとフレクスプラインの間隙に係合部材を突出させるこ
   とを特徴とする車両用操舵装置。