JP2005162111A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロック機構の小型化を図ることが可能な車両用操舵装置の提供
【解決手段】 本発明による車両用操舵装置１０は、ステアリングホイール１１の回転力を伝達する入力軸と、ステアリングギア１７，１８に回転力を伝達する出力軸と、電動モータ３４の駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変機構３０と、電動モータ３４の回転軸３５上に設けられ、凹部３７を有するロックホルダー３６と、車体に対して回転不能なハウジング３２に支持され、ロックホルダー３６の凹部３７に係合可能な係合部５２ａを備え、係合部５２ａがロックホルダー３６の凹部３７に係合するロック位置と、係合部５２ａが凹部３７から離れるアンロック位置との間で移動可能なロックレバー５２とを含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ロック機構を有する伝達比可変機構を備える車両用操舵装置に関する。

従来から、ステアリングハンドルの操舵角に対するタイヤ切れ角の比を可変制御するための伝達比可変機構が広く知られている。この種の伝達比可変機構において、その内部にロック機構を有する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。このロック機構は、所定の状況下で、ロックアームをロックホルダーに係合させることによって伝達比可変機構の差動機構をロックするものであり、システム欠陥時や電源オフ時の操舵を確保する役割を果たす。
特開２００１−４８０３２号公報

しかしながら、ステアリングホイールの回転に伴ってロック機構が回転する構成 (即ち、ステアリングホイールの回転に伴って回転するモータハウジングにロックアームが支持される構成)では、ロック機構が回転するシャフト全周に亘って、信頼性を確保するために、ロックアームをロックホルダーに向けて付勢する付勢力及び更にロックアームをアンロック位置に移動させるための駆動力を大きくしなければならず、ロック機構を小型化することの妨げとなっていた。

そこで、本発明は、ロック機構の小型化を図ることが可能な車両用操舵装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、
ステアリングホイールの回転力を伝達する入力軸と、
ステアリングギアに回転力を伝達する出力軸と、
電動モータの駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変機構と、
電動モータの回転軸上に設けられ、被係合部を有する回転部材と、
車体に対して回転不能な部位に支持され、回転部材の被係合部に係合可能な係合部を備え、係合部が回転部材の被係合部に係合するロック位置と、係合部が被係合部から離れるアンロック位置との間で移動可能な回転規制部材とを含む、車両用操舵装置が提供される。

本局面において、回転部材は、好ましくは、電動モータの回転軸まわりに設けられる。この場合、回転部材は、電動モータの回転軸まわりに圧入等されて固定される部材であってよく、或いは、電動モータの回転軸上に一体的に形成されてもよい。また、回転部材は、電動モータの回転軸上に他の部材を介して設けられてもよい。つまり、回転部材は、電動モータの回転軸の回転と共に回転される部材であればよい。本局面では、回転規制部材の係合部が回転部材の被係合部に係合されることで、電動モータの回転軸の回転が不能となる。

回転規制部材は、好ましくは、車体に対して回転不能な部位として、伝達比可変機構を収容するハウジングに支持される。このハウジングは、例えば、サスペンションメンバにゴムブッシュ等を介して支持されてよい。尚、ハウジングは、ステアリングギア等をも収容するものであってもよい。

効果的には、回転規制部材は、そのロック位置からアンロック位置に向かう移動方向、特にその初期の移動方向（即ち、ロック位置からアンロック位置に向かい始める際の移動方向）が、車両上下方向から入力される振動の方向と合致しないように、或いは、車両の左右方向に実質的に対応するように、配置される。

本発明によれば、ロック機構を小型化することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明による車両用操舵装置の一実施例を概略的に示す全体図である。車両用操舵装置１０は、運転者が操作するステアリングホイール１１を含むステアリングコラム１２を備える。ステアリングコラム１２は、ステアリングホイール１１の回転軸となるメインシャフト１４を回転可能に支持する。メインシャフト１４は、ゴムカップリング１３等を介して中間シャフト（インターミディエイトシャフト）１６に接続される。中間シャフト１６はステアリングギアボックス３１に接続され、ステアリングギアボックス３１内でピニオン１７がステアリングラック１８に噛合される。ステアリングラック１８の両端には、それぞれタイロッド１９の一端が接続されると共に各タイロッド１９の他端にはナックルアーム等（図示せず）を介して転舵輪（図示せず）が接続されている。

また、中間シャフト１６又はメインシャフト１４には、ステアリングホイール１１の舵角に応じた信号を発生する舵角センサ（図示せず）や、ステアリングシャフトに生ずる操舵トルクに応じた信号を発生するトルクセンサ１５が設けられる。また、ステアリングギアボックス３１内には、操舵補助用のアシストモータ２０がラック軸と同軸に設けられている。尚、アシストモータ２０は、ステアリングコラム１２内若しくはピニオン軸に設けられてもよい。

車両用操舵装置１０は、ステアリングギアボックス３１内に伝達比可変機構３０を更に備える。伝達比可変機構３０は、例えば車速に応じて、ステアリングホイール１１の舵角に対するタイヤの切れ角の比（ギヤレシオ）を可変する機能を有する。

図２は、シャフト軸を含む面で切断した際の、伝達比可変機構３０の断面図であり、図３は、伝達比可変機構３０の伝達比可変原理の説明図である。伝達比可変機構３０はハウジング３２を備える。ハウジング３２は、ステアリングギアボックス３１と一体型のハウジングであり、サスペンションメンバ（図示せず）等に支持される。ハウジング３２は、ステアリングギアボックス３１のハウジングと別体であってもよい。
ハウジング３２内には、入力軸６０、及び、出力軸６２、減速機（差動機構）４０、モータ３４（ＤＣブラシレスモータ）、及び、ロック機構５０が収容される。尚、減速機４０は、後述する如く、ドリブンギア３８と、ステータギア４２と、波動発生装置４６と、フレキシブルギア４８とから構成される。

入力軸６０の上端には、中間シャフト１６の下端が連結される。入力軸６０の下端には、ステータギア４２が設けられる。出力軸６２の下側には、ピニオン１７が設けられる。出力軸６２の上側には、ドリブンギア３８が設けられる。ドリブンギア３８及びステータギア４２の内周面には、それぞれ異なる歯数（ドリブンギア３８の歯数＜ステータギア４２の歯数）のギアが形成されている。ドリブンギア３８及びステータギア４２の内側には、それぞれのギアに同時に噛合するフレキシブルギア４８が設けられる。即ち、フレキシブルギア４８の外側に形成された歯（歯数は、ドリブンギア３８の歯数と同じ）に、ドリブンギア３８及びステータギア４２の内側に形成された歯が噛合する。フレキシブルギア４８の内側は、波動発生装置４６の外輪上に嵌合される。

ハウジング３２には、モータ３４のケース３４ａが固定されている。モータ３４は、モータシャフト３５を有し、モータシャフト３５は、波動発生装置４６のカムに接続される。モータシャフト３５内には、入力軸６０が回転可能に挿通されている。即ち、入力軸６０とモータシャフト３５とは、互いに独立に回転可能であるように構成されている。

この構成では、図３に示すように、モータ３４のモータシャフト３５が回転すると波動発生装置４６のカムが回転して、フレキシブルギア４８が回転される。この際、フレキシブルギア４８は、楕円形に変形した状態でステータギア４２内を回転し、同軸上のドリブンギア３８を回転させる。即ち、ドリブンギア３８の歯数がステータギア４２の歯数より少ないため、波動発生装置４６が１回転した際、ドリブンギア３８は、波動発生装置４６の回転方向と逆方向に歯数の差分だけ回転する（即ち、アクチュエータ作動角＝モータ３４の回転角×減速比（減速比＝歯数差／ドリブンギア３８の歯数））。一方、ステアリングホイール１１（メインシャフト１４）が回転すると、入力軸６０（ステータギア４２）が回転し、アクチュエータ作動角が付加されて出力軸６２へと伝達される。

図４は、図２のラインＡ−Ａにより切断したロック機構５０の断面図である。ロック機構５０は、モータ３４のモータシャフト３５まわりに搭載される。ロック機構５０は、回動ピン５４まわりに回動可能なロックレバー（ロックアーム）５２を有する。回動ピン５４は、伝達比可変機構３０のハウジング３２に固定される。これにより、ロックレバー５２は、ハウジング３２等の車体に対して回転不能な部位に支持されることになる。ロックレバー５２の先端には、後述するロックホルダー３６の凹部３７に係合する係合部５２ａが設けられている。

モータ３４のモータシャフト３５上には、略リング状のロックホルダー３６が設けられる。ロックホルダー３６は、モータシャフト３５と共に回転するように、モータシャフト３５に対して実質的に回転不能に設けられている。ロックホルダー３６の外周には、ロックレバー５２の係合部５２ａが係合する凹部３７が形成されている。凹部３７は、図４に示すように、周方向に所定の間隔で複数箇所設定されており、それぞれは実質的に径方向外側に開口している。

ロックレバー５２は、回動ピン５４まわりに設けられたリターンスプリング５３によりロックホルダー３６に向けて付勢されている。即ち、リターンスプリング５３は、ロックレバー５２の係合部５２ａがロックホルダー３６の凹部３７内に径方向に嵌入されるように、ロックレバー５２を付勢している。ロックレバー５２の係合部５２ａは、凹部３７内に嵌入されると、リターンスプリング５３の弾性力により凹部３７内に保持された状態となる。これにより、ロック状態が実現される（図５（Ａ）参照）。

ロック状態が実現されると、モータ３４のモータシャフト３５は、ロックレバー５２とロックホルダー３６との係合により、伝達比可変機構３０のハウジング３２に対して固定された状態となる。即ち、モータ３４のモータシャフト３５は、その回転方向の移動が、ロックホルダー３６の凹部３７に嵌入したロックレバー５２の係合部５２ａにより係止され、ハウジング３２（車体）に対して回転不能な状態となる。この場合、仮にモータ３４が駆動してもモータシャフト３５が回転することはない。一方、ステアリングホイール１１が回転すると、入力軸６０（ステータギア４２）が回転し、フレキシブルギア４８を介してドリブンギア３８が回転される。この際、モータシャフト３５には、フレキシブルギア４８を介して回転反力が伝達されるが、モータシャフト３５は、ロックレバー５２により回転不能な状態とされているので、モータシャフト３５が当該回転反力で回転されることは無い（即ち、ステアリングホイール１１の回転は、ロック状態であっても確実に転舵輪に伝達される）。このように、ロック機構５０は、システム欠陥時や電源オフ時の操舵を確保する役割を果たす。

本実施例のロック機構５０は、駆動源であるソレノイド５６により電磁的に作動される。例えばイグニッションオン時（システム正常時）にソレノイド５６への通電がなされると、ソレノイド５６が発生する吸引力によりロックレバー５２がリターンスプリング５３からの付勢力に抗して回動し、ロックレバー５２の係合部５２ａがロックホルダー３６の凹部３７内から離脱する。これにより、アンロック状態が実現される（図５（Ｂ）参照）。アンロック状態が実現されると、モータ３４のモータシャフト３５は、モータ３４の駆動時に回転し、上述の如く、伝達比可変機能が実現される。一方、システム欠陥時や電源オフ（イグニションスイッチオフ）時には、ソレノイド５６への通電が断たれ、上述の如く、ロック機構５０の作用が実現される。尚、ロック機構５０の制御（即ち、ロック状態とアンロック状態の間の切り替え制御）は、ＥＣＵ（例えば、伝達比可変制御用の電子制御装置）により実現されてよい。

ところで、実際の車両用操舵装置１０には、悪路走行時や段差乗り越え時等に大きな上下加速度（鉛直面内の加速度成分）が作用する。また、車両用操舵装置１０には、上下加速度ほど大きくないが、ロール時や旋回時等に横（左右）加速度（水平面内の加速度成分）も作用する。伝達比可変機構３０についても、その実際の搭載状態において、モータ３４のモータシャフト３５が鉛直方向となることは実質的にない。このため、モータ３４のモータシャフト３５の径方向には、車両用操舵装置１０に作用する横加速度及び上下加速度の当該径方向の加速度成分が作用し、その大きさは、モータシャフト３５の円周上の各点において異なる。

従って、ロックレバー５２の係合部５２ａのロックホルダー３６との係合位置が、絶対座標系（鉛直軸と水平面内の２軸からなる座標系）で変化する構成、即ち、係合位置がステアリングホイール１１の回転に伴い変化しうる構成（例えば、上述の従来技術のような構成）では、モータシャフト３５の全円周に亘って車両用操舵装置１０が受ける加速度の影響を考慮し、リターンスプリング５３の付勢力及びソレノイド５６の吸引力を大きくしなければならない。

これに対して、本実施例では、ロックレバー５２が車体に対して回転不能に支持されているので、ロックレバー５２の係合部５２ａのロックホルダー３６との係合位置が、絶対座標系で変化しない。従って、本実施例によれば、車両用操舵装置１０が受ける各種加速度の影響を、固定された係合位置において考慮するだけでよくなる。即ち、本実施例によれば、適切なリターンスプリング５３の付勢力及びソレノイド５６の吸引力の設定が容易となる（例えば、加速度センサを係合位置に試験的に設置する場合でも、加速度センサの設置位置が一点で済む）。

次に、図６を参照して、ロックレバー５２の係合部５２ａとロックホルダー３６との好ましい係合位置について説明する。

図６には、Ｘ軸（車両前後方向），Ｙ軸（車幅方向），Ｚ軸（鉛直軸）で構成される絶対座標系が示されている。また、図６には、モータシャフト３５上のある基準点ｏ（例えば、ロックホルダー３６の面内の点）を原点とし、モータシャフト軸をｚ軸とするローカル座標系（ｘ，ｙ，ｚ）が示されている。車両搭載状態のモータシャフト軸は、絶対座標系において、図６に示す角度φ及びλで傾斜しているとする（角度φ及びλは、搭載状態より既知）。ここで、伝達比可変機構３０に絶対座標系で加速度（０、Ｙ１，Ｚ１）が基準点ｏに作用した場合を想定する。この場合、モータシャフト３５上の基準点ｏにおけるローカル座標系の加速度α＝（αｘ，αｙ，αｚ）は、次式で与えられる。

ここで、ロックレバー５２の離脱に影響する各加速度成分は、（αｘ，αｙ）＝（Ｙ１×−ｓｉｎφ・ｓｉｎλ＋Ｚ１×ｃｏｓλ，Ｙ１×ｃｏｓλ）となる。従って、この加速度ベクトル（αｘ，αｙ）と、ロックレバー５２の離脱方向（即ち、係合部５２ａの抜け方向）とが合致した場合、ロックレバー５２が、最もロックホルダー３６の凹部３７から離脱しやすくなる。

このため、本実施例のロックレバー５２の係合位置は、ロックレバー５２の離脱方向が加速度ベクトル（αｘ，αｙ）と合致しない方向に設定される。

更に、加速度（０、Ｙ１，Ｚ１）が基準点ｏに作用した場合の他、加速度（０、−Ｙ１，Ｚ１）が基準点ｏに作用した場合、加速度（０、−Ｙ１，−Ｚ２）が基準点ｏに作用した場合、加速度（０、Ｙ１，−Ｚ２）が基準点ｏに作用した場合に対しても、同様に、ローカル座標系の加速度ベクトル（合計４つの加速度ベクトル）が決定されてもよい。この場合、本実施例のロックレバー５２の係合位置は、ロックレバー５２の離脱方向が各加速度ベクトルに合致しない方向に設定され、好ましくは、隣接する２つの加速度ベクトルのなす角度を等分する方向に、ロックレバー５２の離脱方向が合致するように設定される。

尚、想定加速度（０、Ｙ１，Ｚ１）は、実車試験結果や解析結果等に基づく値（例えば、試験結果に基づく、同時刻に発生しうる各加速度成分の組み合わせ）であってよい。また、本実施例において、横（左右）加速度が上下加速度ほど大きくないことを考慮して、上下加速度のみを考慮してもよい（即ち、Ｙ１＝０とする）。また、前後加速度を考慮してもよい（即ち、想定加速度（Ｘ１、Ｙ１，Ｚ１）とする）。

また、代替的に、搭載状態の伝達比可変機構３０のシャフト軸に垂直な面で切断した際の断面上（図４参照）に、鉛直軸（図６のＺ軸）及び左右方向の軸（図６のＹ軸）を投影し、当該投影した鉛直軸の方向にロックレバー５２の離脱方向が一致しないように、例えば、当該投影した左右方向の軸の方向にロックレバー５２の離脱方向が略対応するように、ロックレバー５２とロックホルダー３６との係合位置が設定されてもよい。

以上のように、本実施例によれば、車両用操舵装置１０が受ける各種加速度の影響が最も小さい位置に、ロックレバー５２の絶対的な係合位置を適切に設定することができる。これにより、リターンスプリング５３の付勢力を小さく設定することができ、これに伴い、ソレノイド５６の吸引力を小さく設定することができる。この結果、伝達比可変機構３０の体格の小型化及び駆動源（ソレノイド５６）の省電化を実現することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例では、ロック機構５０の駆動（ロックレバー５２の回動）はソレノイドが発生する電磁力を利用して実現されているが、ロック機構５０の駆動は、油圧やモータの回転トルクを利用して実現されてもよい。

また、上述した実施例において、ロックレバー５２の係合部５２ａは、ロックホルダー３６の凹部３７に嵌入される際、必ずしもモータシャフト３５を中心に向かって回動される必要はない。また、ロックホルダー３６の凹部３７は、図５等に示すように、ロックレバー５２の係合部５２ａの回動移動を妨げないように傾斜していてもよい。

また、上述した実施例では、ロックレバー５２の回動によりロック状態又はアンロック状態が実現されているが、ロックレバー５２の直線的な移動（即ち、往復動）によりロック状態又はアンロック状態が実現されてもよい。この場合、ロックレバー５２の往復動の方向が、上述の実施例のように適切な方向に設定されてよい。

本発明による車両用操舵装置の一実施例を概略的に示す全体図である。 伝達比可変機構３０の断面図である。 伝達比可変機構３０による伝達比可変原理の説明図である。 ロック機構５０を示す断面図である。 ロック機構５０の作動説明図である。 本実施例のロックレバー５２の係合位置の説明図である。

符号の説明

１０ 車両用操舵装置
１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングコラム
１４ メインシャフト
１６ 中間シャフト
１７ ピニオン
１８ ステアリングラック
３０ 伝達比可変機構
３１ ステアリングギアボックス
３２ ハウジング
３４ モータ
３５ モータシャフト
３６ ロックホルダー
４０ 減速機
３７ 凹部
５０ ロック機構
５２ ロックレバー
５２ａ 係合部
５３ リターンスプリング
５６ ソレノイド
６０ 入力軸
６２ 出力軸

Claims (4)

1. ステアリングホイールの回転力を伝達する入力軸と、
   ステアリングギアに回転力を伝達する出力軸と、
   電動モータの駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変機構と、
   電動モータの回転軸上に設けられ、被係合部を有する回転部材と、
   車体に対して回転不能な部位に支持され、回転部材の被係合部に係合可能な係合部を備え、係合部が回転部材の被係合部に係合するロック位置と、係合部が被係合部から離れるアンロック位置との間で移動可能な回転規制部材とを含む、車両用操舵装置。
2. 回転規制部材は、伝達比可変機構を収容するハウジングに支持されている、請求項１記載の車両用操舵装置。
3. 回転規制部材は、そのロック位置からアンロック位置に向かう移動方向が、車両上下方向から入力される振動の方向と合致しないように、配置されている、請求項１又は２記載の車両用操舵装置。
4. 回転規制部材は、そのロック位置からアンロック位置に向かう移動方向が、車両の左右方向に実質的に対応するように、配置されている、請求項１乃至３の何れかに記載の車両用操舵装置。