JP4388383B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、通常時には運転者のハンドル操作に対して操舵部材と転舵機構とが機械的に連結されないようにすると共に、電気的な故障などのシステム失陥時には、操舵部材と転舵機構とが、機械的に結合して操舵できるようにする所謂ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置に関する。

従来からステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置は、転舵力伝達機構と反力伝達機構とを機械的に連結する連結部を備え、車輪の転舵に応じた適正な操作反力が操舵部材に付与されるようにしている（例えば、特許文献１）。

図１１は、従来のステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置を示す断面図である。
従来からステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置１００には、図１１に示すように、反力モータＭ１と転舵モータＭ２の２つのモータが配設されている。
反力モータＭ１は、反力伝達機構１１０を介して操舵部材（図示せず）に連結した操舵入力軸１３０に接続されていて、ステアリングホイールなどの操舵部材（図示せず）に反力を付与する動力源である。
転舵モータＭ２は、転舵力伝達機構１４０及びシャフト１５０を介して車輪（図示せず）側に連結した転舵出力軸１６０に接続されていて、車輪（図示せず）を転舵する動力源である。

反力伝達機構１１０は、反力モータＭ１のモータ軸に設置されたモータギヤＭ１ａと、このモータギヤＭ１ａに噛合している大ギヤ１１１ａと、この大ギヤ１１１ａの内側に一体形成されたリングギヤ１１１と、このリングギヤ１１１に噛合するプラネタリギヤ１１２と、このプラネタリギヤ１１２に噛合するサンギヤ１１３と、このサンギヤ１１３と同一回転する操舵入力軸１３０とから構成されている。反力伝達機構１１０には、サンギヤ１１３と、リングギヤ１１１と、複数のプラネタリギヤ１１２と、このプラネタリギヤ１１２を回転自在に支持するプラネタリキャリア１４６とからなる１組の遊星歯車機構１１４が配設されている。

転舵力伝達機構１４０は、転舵モータＭ２のモータ軸に設置されたウォーム１４１と、このウォーム１４１に噛合して減速回転するウォームホイール１４２と、このウォームホイール１４２と同じ回転軸１４３に設置された中間ギヤ１４４と、この中間ギヤ１４４に噛合する出力ギヤ１４５と、この出力ギヤ１４５に固定されたプラネタリキャリア１４６と、このプラネタリキャリア１４６に端部を固定したシャフト１５０とから構成されている。

ハウジング１７０には、リングギヤ１１１をハウジング１７０に対して固定するロック機構１８０としての電磁ソレノイド１８１が１つ設置されている。電磁ソレノイド１８１は、電磁力によって出没してリングギヤ１１１の側面に形成した多数の係合溝１１１ｂに係合・離脱するプランジャ１８１ａを備えている。

電磁ソレノイド１８１の通電時（正常時）には、プランジャ１８１ａがその電磁ソレノイド１８１内に吸引されて、係合溝１１１ｂから離脱した状態にあるため、リングギヤ１１１の自由な回転を許容する。このようなリングギヤ１１１の自由な回転状態の場合、操舵部材側の操舵入力軸１３０及びサンギヤ１１３と、車輪側の転舵出力軸１６０、回転軸１４３及びプラネタリキャリア１４６とがそれぞれ独立した回転をする非連結状態にある。このとき、操舵部材側の操舵入力軸１３０には、電子制御装置（図示せず）によって操舵部材の操作量や車速などに応じて回転する反力伝達機構１１０の反力モータＭ１の回転力が伝達される。そして、車輪Ｗ側の転舵出力軸１６０には、電子制御装置によって操舵部材の操作に応じて回転する転舵力伝達機構１４０の転舵モータＭ２の回転力が伝達されて、前輪のタイヤ切れ角が任意・独立に制御される。その転舵出力軸１６０の下方には、ユニバーサルジョイント４００を介してステアリングギヤボックス２００内のピニオン２１０が設けてられ、同一回転するように構成されている。そのピニオン２１０は、一定のギヤ比で噛合されて、タイロッド３００及び車輪Ｗと一体的に回転するラック３２０が設けられている。

図１２は、従来のステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置に置ける正常時の操舵角比制御特性と失陥時の機械的操舵角比特性を示す特性線図である。
図１２に示すように、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置１００における操舵部材の操舵角比（ハンドル角／タイヤ操舵角）は、車速が速いときに高くなりハンドル操作がスローな特性にされ、車速が遅いときに低くなりハンドル操作がクイックな特性にされるようになっている。

一方、転舵モータＭ２などの電気的な故障で車両用操舵装置１００のシステムが失陥したときは、電磁ソレノイド１８１によってリングギヤ１１１がロック状態になる。このような失陥時では、サンギヤ１１３とプラネタリキャリア１４６は独立して回転することが不能になる。このとき、プラネタリキャリア１４６は、サンギヤ１１３が回転すると連動して、操舵入力軸１３０とステアリングギヤボックス２００との間の回転が遊星歯車機構のギヤ伝達比で機械的に連結されて転舵出力軸１６０に伝達される。

図１１（特許文献１）に示すような従来の車両用操舵装置１００では、転舵モータＭ２などが故障した失陥時に、プラネタリギヤ１１２によって反力伝達機構１１０と転舵力伝達機構１４０とをクラッチ的に連結して、操舵部材の回転が所定のギヤ比で機械的に転舵力伝達機構１４０に伝達するような構造になっている。
これにより、車両用操舵装置１００が正常なときには、電子制御装置によって反力モータＭ１と転舵モータＭ２とを適宜に回転させて良好なハンドル操作ができるように構成されている。
特開２００３−１３７１２７号公報（段落００１５〜００２０、図２）

しかしながら、車両用操舵装置１００のシステムが故障した失陥時には、図１２に示すように、停車時と最大車速時における制御操舵角比の制御レンジの幅がなくなって、制御操舵角比が所定の値に一定になることにより、失陥時の操舵角比と正常時の操舵角比が相違して操舵角比変化量Ｌ１が大きいため、ハンドル操作性が急激に変化して、ハンドルの操作フィーリングに違和感が生じる。
したがって、車両操舵装置は、転舵モータなどが故障した失陥時においても、運転者がハンドルの操作フィーリングに違和感が少ない構造にすることが望ましい。

本発明の課題は、転舵モータなどが故障して車両用操舵装置のシステムが失陥したときにおいても、違和感が少ないハンドル操作ができる車両用操舵装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の車両用操舵装置は、車輪を転舵するために操作される操舵部材と、前記車輪を転舵する転舵機構と、当該転舵機構に取り付けられて前記車輪を転舵するための付勢力を付与する転舵モータと、前記操舵部材と前記転舵機構とを連結させる連結手段と、前記転舵機構の移動量（タイヤ操舵角）と前記操舵部材の操作量（ハンドル角）との操舵角比が車速に応じて大きくなるように制御する電子制御装置と、を備えた車両用操舵装置であって、前記電子制御装置は、縦軸を前記操舵角比、横軸を前記車速としたときの操舵角比制御特性が、前記車速が中速域のときに、前記操舵角比を前記車速に応じて上昇させて上側に曲線状に膨らむように制御することを特徴とする。
ここで、転舵機構の移動量とはタイヤ操舵角のことを言い、操舵部材の操作量とはハンドル角のことを言い、転舵機構の移動量と操舵部材の操作量との比はタイヤ操舵角とハンドル角との操舵角比（操舵角比＝ハンドル角／タイヤ操舵角）を言う。

請求項１に記載の発明によれば、車両用操舵装置は、転舵機構の移動量と操舵部材の操作量との比が車速に応じて１次的に増加するものに対して、低速域の増加率を高くしている。これにより、低速域では、正常時と失陥時の操舵角比変化量の幅が少なくなるため、車両用操舵装置が失陥したときの操作フィーリングの違和感を少なくしてハンドルの操縦性を良好にすることができる。

請求項２に記載の車両用操舵装置は、車輪を転舵するために操作される操舵部材と、前記車輪を転舵する転舵機構と、当該転舵機構に取り付けられて前記車輪を転舵するための付勢力を付与する転舵モータと、前記操舵部材と前記転舵機構とを連結させる連結手段と、前記転舵機構の移動量と前記操舵部材の操作量との操舵角比が車速に応じて大きくなるように制御する電子制御装置と、を備えた車両用操舵装置であって、前記連結手段の連結時には、操作された前記操舵部材のハンドル角に応じてギヤ比が変化するピニオン・ラック機構を介して連結され、前記ピニオン・ラック機構は、ラックの中央部を前記操舵部材のハンドル角が０度になる車両の直進状態になるようにピニオンに噛合させると共に、前記車両が直進するハンドル角の操舵中立位置近傍部では、前記ラックの歯のピッチが小さく、前記操舵中立位置近傍部から前記操舵部材を回転操作した中間ハンドル角部分では、前記ラックのピッチが前記操舵中立位置近傍部より大きく、ギヤ比が比例して偏位するように形成され、前記中間ハンドル角部分から前記操舵部材をさらに回転操作した最大ハンドル角近傍部では、前記ラックのピッチが前記中間ハンドル角部分より大きく形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明によれば、連結手段の連結時には、ハンドル角に応じてギヤ比が変化するピニオン・ラック機構を介して連結されることにより、正常時と失陥時の操舵角比変化量の幅が適宜に少なくなるため、車両用操舵装置が失陥したときの操作フィーリングの違和感を少なくしてハンドルの操縦性を良好にすることができる。

本発明に係る車両用操舵装置によれば、正常時と失陥時の操舵角比変化量の幅が少なくなるため、車両用操舵装置が失陥したときの操作フィーリングの違和感を少なくしてハンドルの操縦性を良好にすることができる。

まず、図１〜図５を参照して、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す模式図である。図２は、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す要部断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す要部拡大縦断面図である。図４は、図２の矢視Ｘ−Ｘ線方向断面図である。図５は、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す図で、（ａ）はロック部材がロック用歯車に噛合しているときの状態を示す要部横断面図、（ｂ）はロック部材がロック用歯車から離脱しているときの状態を示す要部横断面図である。

図１に示すように、車両用操舵装置Ｓは、運転者が行う操舵部材１のハンドル操作に応じて転舵機構２を駆動制御して車輪Ｗを転舵すると共に、操舵部材１と車輪Ｗとが機械的に連結されないようにした、所謂ステアバイワイヤ方式の操舵装置である。この車両用操舵装置Ｓは、車輪Ｗを転舵するために操作される操舵部材１と、車輪Ｗを転舵する転舵機構２と、この転舵機構２に取り付けられて車輪Ｗを転舵するための付勢力を付与する転舵モータＭｂと、操舵部材１と転舵機構２とを連結させる連結手段と、から構成されている。
なお、特許請求の範囲における「連結手段」は、例えば、２組の第１遊星歯車機構４及び第２遊星歯車機構５から構成される遊星歯車機構と、その第２遊星歯車機構５をロックすることにより操舵部材１と転舵機構２とを機械的に連結するロック機構６とが相当する。

操舵部材１は、所謂ステアリングホイールであり、中央部に配設された操舵入力軸１１の上端に固定されている。
操舵入力軸１１は、操舵部材１と共に回転する所謂ステアリングシャフトである。操舵入力軸１１の下端部には、図２に示すように、この操舵入力軸１１に一体形成された第１リングギヤ１２と、この第１リングギヤ１２の上方に配置されると共に、操舵入力軸１１に嵌着されたウォームホイール３２とが設置されている。操舵入力軸１１は、アクチュエータケース３３の内壁に装着された入力軸用第１ベアリング３４と入力軸用第２ベアリング３５とにより回転自在に支持されている。

図２に示すように、入力軸用第１ベアリング３４は、操舵入力軸１１の回転摩擦を低減させて軸支するためのボールベアリングなどからなり、アクチュエータケース３３の上端部に形成された軸受孔３３ａに内設されている。
入力軸用第２ベアリング３５は、第１リングギヤ１２の外周部を軸支するためのローラベアリングからなり、アクチュエータケース３３の下端部に形成された開口部３３ｂの内壁に設置されている。

第１リングギヤ１２は、第１遊星歯車機構４の第１プラネタリギヤ４１に噛合する内歯歯車からなり、上側を閉塞し、下側を開口したキャップ状の部材により形成されている。第１リングギヤ１２の外周面は、入力軸用第２ベアリング３５によって回転自在に軸支されている。

図３に示すように、反力発生機構３は、バッテリ（図示せず）の電気で反力アクチュエータとしての反力モータＭａを回転して推力を発生させて、操舵部材１のハンドル操作に反力を与える装置である。反力発生機構３は、反力モータＭａと、この反力モータＭａのモータ軸Ｍａ１に設けられたウォーム３１と、このウォーム３１に噛合して前記操舵入力軸１１を減速回転させるためのウォームホイール３２とから構成されている。

図１に示すように、反力モータＭａは、後記するロック機構６がロック用歯車５１をロックしているときに操舵部材１の操舵力を補助するアシスト機構として作動し、そのロック機構６がロック用歯車５１を開放しているときに操舵力反発機構として作動する。反力モータＭａは、反力発生機構３の駆動源であり、操舵角センサ１４からの操舵部材１の回転信号と、操舵トルクセンサ（図示せず）からの信号と、車速センサ１５からの車速信号とにより制御された電子制御装置１３から電流によってモータ軸Ｍａ１（図３参照）を回転させる。

アクチュエータケース３３には、図３に示すように、モータケースＭａ２と、モータ軸Ｍａ１を軸支するためのボールベアリング３６，３７と、ウォーム３１と、ウォームホイール３２とが収納されている。

モータ軸Ｍａ１には、ウォームホイール３２に噛合するウォーム３１が一体形成され、そのウォーム３１の両側を前記ボールベアリング３６，３７で軸支している。
ウォームホイール３２は、操舵入力軸１１に設けられ、ウォーム３１の回転を減速回転させるための歯車であって、ウォーム３１とで歯車変速機構を構成している。

図２に示すように、そのウォームホイール３２と共に回転する操舵入力軸１１に設けられた前記第１リングギヤ１２の内側には、その第１リングギヤ１２に噛合する第１プラネタリギヤ４１が配設されている。

図１及び図２に示すように、アクチュエータケース３３とギヤボックスハウジング２１との間の収納空間Ａには、動力源となる反力発生機構３と、この反力発生機構３によって回転させられる第１遊星歯車機構４と、この第１遊星歯車機構４に連動する第２遊星歯車機構５と、この第２遊星歯車機構５の第２サンギヤ５３と一体に回転するロック用歯車５１の回転をロックするロック機構６とが収納されている。

図１、図２及び図４に示すように、第１遊星歯車機構４は、反力発生機構３と、転舵機構２の転舵出力軸７との間に配置される歯車伝達機構である。第１遊星歯車機構４は、第１リングギヤ１２と、第１プラネタリギヤ４１と、第１プラネタリキャリア４２と、第１サンギヤ４４とから構成されている。

第１プラネタリギヤ４１は、第１プラネタリキャリア４２に一端を固定した第１支軸４３に回転自在に軸支されると共に、第１リングギヤ１２及び第１サンギヤ４４に噛合している。第１プラネタリギヤ４１の上下面には、この第１プラネタリギヤ４１を第１支軸４３に対して所定のクリアランスを確保して回転自在に支持するためのスラストワッシャ４５が配設され、第１支軸４３の下端には、第１キャリアプレート４６が嵌着されている。

第１プラネタリキャリア４２は、第１プラネタリギヤ４１が第１リングギヤ１２と第１サンギヤ４４とに噛合するように、浮いた状態に支持する回転板である。第１プラネタリキャリア４２は、スプライン状に形成された転舵出力軸７の上端部に係合されると共に、止め輪４７とスラストワッシャ４８とで挟持されて転舵出力軸７と一体に回転するように配設されている。

第１サンギヤ４４は、第２遊星歯車機構５の第２プラネタリキャリア５２を一体形成したフランジ付きの筒状をした歯車部材である。第１サンギヤ４４は、スラストワッシャ４８，４９によって、転舵出力軸７に対してクリアランスが確保されて回動自在に軸支されると共に、軸方向の移動が規制されている。

図４に示すように、第２遊星歯車機構５は、第１遊星歯車機構４と、ロック機構６との間に配置される歯車伝達機構である。第２遊星歯車機構５は、第２プラネタリキャリア５２と、第２プラネタリギヤ５４と、第２リングギヤ５５と、第２サンギヤ５３と、ロック用歯車５１とから構成されている。

第２プラネタリキャリア５２は、第２プラネタリギヤ５４が第２リングギヤ５５と第２サンギヤ５３とに噛合するように、浮いた状態に支持する回転板からなる。
第２プラネタリギヤ５４は、第２プラネタリキャリア５２に一端を固定した第２支軸５６に回転自在に軸支されている。第２プラネタリギヤ５４の上下面には、この第２プラネタリギヤ５４を第２支軸５６に回転自在に支持するためのスラストワッシャ５７が配設され、第２支軸５６の下端には、第２キャリアプレート５９が嵌着されている。

第２リングギヤ５５は、第２プラネタリギヤ５４に噛合するリング状の内歯歯車からなり、ロック機構６のロック部材６１をギヤボックスハウジング２１に固定するためのレバーシャフト６２に固定されると共に、ボルトＢ１によってギヤボックスハウジング２１の内壁に固定されている。

第２サンギヤ５３は、ロック部材６１が噛合するロック用歯車５１と一体形成したフランジ付きの筒状をした歯車部材からなる。第２サンギヤ５３は、スラストワッシャ４９，５８によって、転舵出力軸７に対してクリアランスが確保されて回動自在に軸支されると共に、軸方向に移動できないように支持されている。

ロック用歯車５１は、前記第２サンギヤ５３に一体形成されて一体に回転する回転部材であって、第２遊星歯車機構５とロック機構６との一部品を構成している。ロック用歯車５１は、外周部にロック部材６１の爪６１ａが噛合する歯溝５１ａを形成した略キャップ状の歯車からなる。ロック用歯車５１の周部には、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ロック部材６１が配設されている。

ロック機構６は、前記第２遊星歯車機構５のロック用歯車５１と、このロック用歯車５１に噛合するロック部材６１と、このロック部材６１を元の位置に自動復帰させるためのリターンスプリング６４と、このリターンスプリング６４とロック部材６１とを支持するためのレバーシャフト６２と、ロック部材６１を開放状態にするための電磁ソレノイド６３とから構成されている。

ロック部材６１は、レバーシャフト６２に回動自在に軸支されたレバー状の部材である。ロック部材６１は、中央部にレバーシャフト６２に軸支するための軸穴６１ｂを備え、一端にロック用歯車５１の歯溝５１ａに係合する爪６１ａを備え、他端に電磁ソレノイド６３のプランジャ６３ａに押圧される押圧部６１ｃを備えている。

図４に示すように、レバーシャフト６２は、ギヤボックスハウジング２１に螺着されたボルト状の部材からなり、リターンスプリング６４、ロック部材６１及び第２リングギヤ５５を介してナット６５を装着している。

電磁ソレノイド６３は、例えば、図５（ａ）に示すように、電源がＯＦＦのときに、プランジャ６３ａを没入させて、ロック部材６１をロック用歯車５１にロックさせるように構成されている。
電磁ソレノイド６３は、図５（ｂ）に示すように、電源がＯＮのときに、プランジャ６３ａを突出させて、ロック部材６１をロック用歯車５１から開放させるように構成されている。
その電磁ソレノイド６３は、ブラケット６６に固定され、そのブラケット６６をギヤボックスハウジング２１にねじ止めすることにより、ギヤボックスハウジング２１の外壁に固定されている。

リターンスプリング６４は、レバーシャフト６２に挿入されたねじりコイルばねからなり、一端部がギヤボックスハウジング２１に固定されたピン２１ａに圧接し、他端部がロック部材６１に形成されたストッパ６１ｄに圧接した状態に設置されている。

図２に示すように、転舵出力軸７は、第１プラネタリキャリア４２、第１サンギヤ４４、第２プラネタリキャリア５２、第２サンギヤ５３及びロック用歯車５１を支持するための軸受シャフトである。転舵出力軸７は、操舵入力軸１１と同じ中心線上に設置された軸であり、ギヤボックスハウジング２１に装着された２つのボールベアリング２２，２３を介してギヤボックスハウジング２１に回転自在に設置されている。転舵出力軸７は、上端に第１プラネタリキャリア４２を固定するためのスプライン７ａと、中央部に一体形成されたピニオン７ｂと、このピニオン７ｂの上部にボールベアリング２２をギヤボックスハウジング２１とで挟持するための大径部７ｃと、ピニオン７ｂの下部にボールベアリング２３を装着するための小径部７ｄと、この小径部７ｄの下部に転舵機構２の転舵モータＭｂを設置するためのねじ部７ｅとをそれぞれ一体形成している。また、転舵出力軸７の下端部の周囲には、転舵出力軸７の回転を監視する回転角度センサ（図示せず）が設置されている。

図１に示す転舵機構２は、正常時に、電子制御装置１３で制御された転舵モータＭｂの回転トルクによって転舵出力軸７を回転させることにより、ピニオン・ラック機構（７ｂ）（２５）を介してタイロッド９を電動で移動させて車輪Ｗを転舵させるための装置である。
一方、転舵モータＭｂなどが故障した失陥時の転舵機構２は、前記したロック機構６が第２遊星歯車機構５をロックすることにより、操舵入力軸１１に連動する第１遊星歯車機構４とこの転舵機構２とが連結されて、ピニオン・ラック機構（７ｂ）（２５）を介してタイロッド９をマニュアル式に移動させて車輪Ｗを転舵させるための装置である。

転舵モータＭｂは、転舵機構２の駆動源であり、操舵角センサ１４からの操舵部材１の回転信号と、車速センサ１５からの車速信号とにより制御された電子制御装置１３から電流によって起動して、転舵出力軸７を回転させる。

ピニオン７ｂは、全体のピッチが一定に形成されたヘリカルピニオンギヤからなり、出力軸に一体形成されている。ピニオン７ｂは、図１に示すように、ギヤボックスハウジング２１内に配置されて、ラック２４に可変ギヤ比で噛合するように構成されている。

ラック２４は、図２に示すように、ギヤボックスハウジング２１の内部に左右移動自在に支持されたラックバー２５に一体形成されている。
図１に示すように、ラックバー２５の両端からは、タイロッド９が突出され、ナックル（図示せず）を介して左右の車輪Ｗ，Ｗが設置されている。
図２に示すように、ラック２４は、長板状のラックバー２５に直接形成されている。ラックバー２５は、ギヤボックスハウジング２１の内部に左右移動自在に支持されている。
そのギヤボックスハウジング２１には、ラックバー２５を横方向から押圧するための押圧部材２６を進退自在に収納するための横穴２１ｂが形成されている。その横穴２１ｂには、ラックバー２５の背面に当接した押圧部材２６と、この押圧部材２６をピニオン７ｂ側に付勢するためのスプリング２７と、このスプリング２７のばね受けと横穴２１ｂを閉塞するための部材とを兼ねた蓋部材２８とが内設されている。蓋部材２８の外側には、ラック２４のストローク量を検知するためのポテンシヨメータ２９が設置されている。
前記ラック２４は、ラックバー２５の背面がスプリング２７に付勢された押圧部材２６によって押圧されることにより、ピニオン７ｂとの噛合する箇所のバックラッシが解消されている。

図６は、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置における車速と操舵角比との関係を示す特性線図である。この図６をさらに詳しく説明すると、この図は縦軸を操舵角比（操舵角比＝ハンドル角／タイヤ操舵角）とし、横軸を車速として表した特性線図である。図６において、太い実線は、本発明の車両用操舵装置Ｓにおける正常時の車速に対する操舵角比制御特性Ｎ１を示し、破線は、従来の車両用操舵装置における正常時の車速に対する操舵角比制御特性Ｊ１を示し、細線は、本発明の車両用操舵装置Ｓにおける失陥時の車速に対する機械的操舵角比特性Ｑ１を示す。なお、本発明の失陥時の機械的操舵角比特性Ｑ１は、図１２に示す従来の失陥時の機械的操舵角比特性Ｋ１と同じである。

図１に示す電子制御装置１３は、運転手のハンドル操作（ハンドル角）に対して車輪（Ｗ）のタイヤ操舵角を任意に独立させて制御する正常時のステアバイヤ方式の車両用操舵装置Ｓおいて、図６に示すように、例えば、車速が約１０〜約１００ｋ／ｈの中速域における正常時の操舵角比制御特性Ｎ１を操舵角比が上側に高く凸になるように転舵モータＭｂを制御してピニオン７ｂを回転させるように構成されている。

次に、図１及び図６を参照して、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置の作用を説明する。
まず、図１を参照して、電磁ソレノイド６３へ電流が流れてロック機構６が開放されて、車両用操舵装置Ｓが正常に作動しているときの状態を説明する。
図１に示す電磁ソレノイド６３へ電流が流れると、ロック機構６は、ロック部材６１がロック用歯車５１から離れて開放状態にあり、第２遊星歯車機構５が回転し、反力発生機構３も転舵機構２も正常に作動してするようになる。そして、反力発生機構３は、任意の操舵反力制御を行ってハンドル操作をアシストする。

この状態で、運転者が操舵部材１をハンドル操作すると、操舵入力軸１１、第１リングギヤ１２を介して第１遊星歯車機構４の第１プラネタリギヤ４１が回転する。このとき、第１プラネタリキャリア４２が転舵出力軸７、ピニオン７ｂ、ラック２４などを介して車輪Ｗに連結されていることにより負荷が大きいため、負荷が小さい第１サンギヤ４４を増速させながら自転させることになる。その第１サンギヤ４４が自転すると、第１サンギヤ４４に一体形成された第２遊星歯車機構５の第２プラネタリキャリア５２、第２プラネタリギヤ５４、ロック用歯車５１が自由に回転できる開放状態になる。

このように、ロック開放状態で、運転者が操舵部材１をハンドル操作した場合、ロック機構６のロック用歯車５１は回転するが、転舵出力軸７には回転が伝達されない非連結状態のステアバイワイヤシステムの状態となる。すなわち、第１遊星歯車機構４の第１プラネタリギヤ４１が操舵入力軸１１と転舵出力軸７と断続するためのクラッチ的な機構を果たす。そして、転舵機構２が作動して、運転者のハンドル操作に対し、独立した任意のタイヤ操舵角制御が行われて、車輪Ｗが転舵される。

車両用操舵装置Ｓは、ロック機構６が解除されているときに、転舵機構２を電子制御装置１３の指示によって起動して操舵することにより、ステアバイワイヤ方式の操舵を行う。
電子制御装置１３は、運転手のハンドル操作（ハンドル角）に対して車輪（Ｗ）のタイヤ操舵角を任意に独立させて制御し、例えば、図６に示すように、車速が約１０〜約１００ｋ／ｈの中速域における正常時の操舵角比を高く、操舵角比制御特性Ｎ１が上に凸になるように転舵モータＭｂを駆動制御してピニオン７ｂが回転させられる。

車速センサ１５によって検出した車速が０〜約１０ｋｍ／ｈの低速域のとき、操舵角比制御特性Ｎ１は、操舵角比が最小値で一定になるように電子制御装置１３で制御される。このため、操舵部材１の最大ハンドル角近傍では、操舵部材１の操作量（ハンドル角）に対するラックバー２５の移動量（タイヤ操舵角）が大きく均一に移動するようになる。
したがって、運転手は、操舵部材１をクイックに回転操作させることができるため、車庫入れ時などにおいて、少しのハンドル操作でも車輪Ｗを大きく転舵ができるようになり、車両が低速走行する低速域に適した操作フィーリングにすることができる。

そして、車速が約１０〜約１００ｋｍ／ｈの中速域のとき、操舵角比制御特性Ｎ１は、操舵角比が車速に応じて上昇し、上に曲線状に膨らむように電子制御装置１３によって転舵モータＭｂが可変制御される。

車速が約１００ｋｍ／ｈ以上の高速域のとき、操舵角比制御特性Ｎ１は、操舵角比が最大値で一定になるように電子制御装置１３で制御されている。すなわち、操舵部材１の最小ハンドル角近傍では、操舵部材１の操作量（ハンドル角）に対するラックバー２５の移動量（タイヤ操舵角）が小さく略均一に移動するようになる。このため、車両が直進するハンドル角が０度の位置から左右に約半回転操作した操舵中立位置近傍では、操舵部材１を大きく回転操作（ハンドル角が大）しても車輪Ｗのタイヤ操舵角が小さく、操舵角比（ハンドル角／タイヤ操舵角）が高くなっている。したがって、運転者は、操舵部材１をスローに回転操作させることができるため、操舵部材１のふらつきをなくして、車両が高速走行する高速域に適した操作フィーリングを得ることができる。

次に、図１及び図６を参照して車両用操舵装置Ｓの失陥時の場合を説明する。
例えば、電気的な故障などで車両用操舵装置Ｓが失陥状態のときには、電磁ソレノイド６３へ電流が流れず、ロック機構６がロック状態にあり、反力発生機構３も作動せず、ハンドル操作力がアシストされない。
このロック状態で、運転者が操舵部材１をハンドル操作すると、操舵部材１には、トルクが発生して操舵部材１及び操舵入力軸１１を介して第１遊星歯車機構４の第１リングギヤ１２に伝達される。第１リングギヤ１２のトルクは、噛合している第１プラネタリギヤ４１にかかり、この第１プラネタリギヤ４１で第１プラネタリキャリア４２を増速回転させて転舵出力軸７に伝達される。この転舵出力軸７のトルクは、転舵出力軸７に形成されたピニオン７ｂからラック２４及びラックバー２５を介して車輪Ｗに転舵される。
すなわち、車両用操舵装置Ｓは、電源が遮断されて、転舵モータＭｂや電子制御装置１３が失陥したときでも、操舵入力軸１１と転舵出力軸７とを機械的に連結させることができる。

そして、図６に示す本発明の失陥時の機械的操舵角比特性Ｑ１は、図１２に示す従来の失陥時の機械的操舵角比特性Ｋ１と同じである。
このため、例えば、車速が約５０ｋｍ／ｈの中速域では、正常時の操舵角比制御特性Ｎ１と失陥時の機械的操舵角比特性Ｑ１との差である操舵角比変化量Ｔ１の幅が従来の操舵角比変化量Ｌ１と比較して少なくなるため、車両用操舵装置Ｓが失陥したときに運転者が操作フィーリングの違和感を少なくして、ハンドルの操縦性を良好にすることができる。

［変形例］
次に、図７〜図１０を参照して、本発明の変形例に係る車両用操舵装置を説明する。
図７は、本発明の変形例に係る車両用操舵装置を示す図で、車速と操舵角比との関係を示す特性線図である。
本発明の変形例は、図７に示すように、失陥時の操舵角比（機械的バリアブル操舵角比特性Ｑ２）をピニオン・ラック機構ＰＬ（図８参照）によって、正常時の操舵角比（操舵角比制御特性Ｊ１）に近い値にすることにより、失陥時の操舵角比変化量Ｔ２を少なくしたものである。

そのピニオン・ラック機構ＰＬを、図８を参照して説明する。
図８は、本発明の変形例に係る車両用操舵装置におけるピニオン・ラック機構を示す図で、ピニオンのラックに対する軌跡を示した説明図である。この図８をさらに詳しく説明すると、縦軸をピニオンが一定の速度で回転したときのピニオン回転偏位量とし、横軸をピニオンの１回転毎のラックストローク量として表した特性線の上に、ピニオンとラックを重ねて表した図である。

ピニオン・ラック機構ＰＬは、図８示すように、一定のピッチでハス歯に形成されたピニオン７ｂと、全体のピッチが場所によって適宜に変化するように形成されたラック２４とが噛合して構成されている。
例えば、図８に示す右端の点Ｐでラック２４に噛合しているピニオン７ｂを一定ピッチのピニオン７ｂを一定速度で回転させた場合、ラックバー２５が、１回転すると点Ｐ〜点Ｄ間の歯のピッチに応じて点Ｄまで進み、２回転すると点Ｄ〜点Ｅ間の歯のピッチに応じて点Ｅまで進み、２回転すると点Ｅ〜点Ｆ間の歯のピッチに応じて点Ｆまで進み、４回転すると点Ｆ〜点Ｇ間の歯のピッチに応じて点Ｇまで進み、５回転すると点Ｇ〜点Ｈ間の歯のピッチに応じて点Ｈまでそれぞれ増減して進むようにラック２４の歯が形成されている。
ラック２４の中央部Ｏ付近（点Ｅ〜点Ｆ間）は、ピッチが狭く、ピニオン７ｂの回転によってラック２４が移動するラックストローク量（ｅ〜ｆ）が短くなるように形成されている。その中央部Ｏ付近（点Ｅ〜点Ｆ間）の左右外側の点Ｄ〜点Ｅ間及び点Ｆ〜点Ｇ間は、外側に行くに従ってピッチが広くなり、ラックストローク量が長くなっている。さらにその外側の点Ｐ〜点Ｄ間及び点Ｇ〜点Ｈ間は、ピッチが広く略一定の間隔に形成されてラックストローク量（ｐ〜ｄ）（ｇ〜ｈ）が最大になっている。
そして、ラック２４は、このラック２４のピッチの偏位量に対するピニオン７ｂの回転量だけラック２４のラックストローク量が増加するように形成されている。
なお、実際にこのラック２４を使用するときは、図８に示すラック２４の中央部Ｏを車両が直進するときの位置（操舵角＝０度）にしてピニオン７ｂに噛合させて使う。そして、このピニオン・ラック機構ＰＬを車両用操舵装置Ｓ（図１参照）に使用すると、後記する図１０に示すように、失陥時には、高速域、中速域及び低速域において、ギヤ比及びラックストローク量がそれぞれ変化するようになる。

次に、図９及び図１０を参照して、図７に示す失陥時の機械的バリアブル操舵角比特性Ｑ２について説明する。
図９は、車速と最大ラックストローク量との関係を示す特性線図である。図１０は、ラックストローク量とギヤ比との関係を示す特性線図である。

図９に示すように、一般に日常的に使用されている自動車の車両用操舵装置は、車速に対してハンドル操作範囲が変化するため、すなわち、最大ラックストローク量が偏位する。そして、車速が０〜約４０ｋｍ／ｈの低速域のときにラックストローク量が最大値まで用いられ、車速が約４０〜約９０ｋｍ／ｈの中速域のときに最大ラックストローク量が低下して偏位して、車速が約９０ｋｍ／ｈ以上の高速域のときに最大ラックストローク量が低くなる。

図８のピニオン・ラック機構ＰＬを用いると、図１０に示すように、ラックストローク量の小さい領域では、ギヤ比は小さく、ラックストローク量が増えて行くに従い、ギヤ比が徐々に増加する。そして、あるストローク量に達するとギヤ比は一定となる。
最大ラックストローク量と車速とは、図９で示したような関係があるので、図１０におけるＦ〜Ｅの領域が高速域であり、Ｅ〜Ｄの領域が中速域であり、Ｄ〜Ｐが低速域となる。
つまり、図７のピニオン・ラック機構ＰＬを用いれば、日常の自動車のハンドル操作量を考慮すると車速によってギヤ比が変化するのと同様の機能が得られる。
それを図示したものが、図７の失陥時の機械的バリアブル操舵角比特性Ｑ２である。

次に、図７〜図１０を参照して、本発明の変形例に係る車両用操舵装置の作用を説明する。
まず、図７を参照して変形例における車両用操舵装置Ｓの正常時の場合を説明する。
変形例において、正常時の車両用操舵装置Ｓは、図７に示すように、電子制御装置１３によって制御されて、操舵角比制御特性Ｊ１と同じ動きをする。

次に、図７、図８及び図１０を参照して変形例のピニオン・ラック機構ＰＬの失陥時におけるラックストローク量と車速との関係を説明する。
前記したように形成されたラック２４は、図８に示すラック２４の中央部Ｏを操舵部材１のハンドル角が０度になる車両の直進状態になるようにピニオン７ｂの位置で噛合させて使用する。
図１０に示すように、車両が直進するハンドル角が０度から左右に約１８０度回転操作した操舵中立位置近傍（点Ｅから点Ｆの間）では、ラック２４の歯のピッチが小さいため、操舵部材１を大きく回転（ハンドル角が大）しても車輪Ｗのタイヤ操舵角が小さく、操舵角比（ハンドル角／タイヤ操舵角）が高くなっている。
このため、操舵部材１の回転がピニオン７ｂに伝達される失陥時おいて、転舵出力軸７をスローに移動させることができるため、操舵部材１のふらつきをなくして、車両が高速走行する高速域に適した操作フィーリングにすることができる。操舵中立位置近傍（点Ｅから点Ｆの間）の高速域では、ギヤ比が一定であり、操舵部材１の操作量に対するラックバー２５の移動量が等しくなる。

図７に示すように、失陥時の機械的バリアブル操舵角比特性Ｑ２は、車速が約９０ｋｍ／ｈ以上の高速域の走行に適したスローな状態になる。失陥時であっても、転舵モータＭｂによって操舵補助力が作用していた従来の操舵角比制御特性Ｊ１の高速域のときと略同じな近似する特性線となり、スローな状態にすることができる。

図１０に示すように、さらに、操舵部材１をハンドル角が１８０度の位置から左右に５４０度の位置まで回転操作した左右の中間ハンドル角部分（点ＥからＤ及び点Ｆから点Ｇまでの間）では、ラック２４の歯のピッチが大きく偏位するため、ギヤ比が速やかに低下し、ラックストローク量が長くなっている。
このため、操舵部材１の回転がピニオン７ｂに伝達される失陥時おいて、操舵部材１の回転が回転角度の増大に応じて比例的に大きくなることにより、車両が中速走行する中速域に適した操作フィーリングにすることができる。中間ハンドル角部分（点ＥからＤ及び点Ｆから点Ｇまでの間）の中速域では、ギヤ比が比例して偏位し、操舵部材１の操作量に対するラックバー２５の移動量が比例的に偏位する。

図７に示すように、失陥時の機械的バリアブル操舵角比特性Ｑ２は、車速が約４０〜９０ｋｍ／ｈまでの中速域の走行において、比例的なスローな状態にしている。失陥時であっても、失陥時の機械的バリアブル操舵角比特性Ｑ２は、転舵モータＭｂによって操舵補助力が作用していた従来の操舵角比制御特性Ｊ１の中速域のときに略同じな近似する特性線となり、比例的にスローな状態にすることができる。
このため、運転者は、車両用操舵装置Ｓが失陥したときであっても、失陥時の機械的バリアブル操舵角比特性Ｑ２が従来（正常時）の操舵角比制御特性Ｊ１と略一致しているため、ハンドル操作に違和感が少ない。

図１０に示すように、さらに、操舵部材１をハンドル角が５４０度の位置から左右に９００度の位置まで回転操作した左右両端の最大ハンドル角近傍部（点Ｇから点Ｈ及び点Ｄから点Ｐまでの間）では、ラック２４の歯のピッチがやや大きな偏位量に減少するため、ギヤ比が低下し、ラックストローク量がやや短くなるが長い状態になっている。
このため、操舵部材１の回転がピニオン７ｂに伝達される失陥時おいて、転舵出力軸７をクイックに移動させることができるため、車庫入れ時などにおいて、少しのハンドル操作でも大きく車輪Ｗを転舵ができるようになり、車両が低速走行する低速域に適した操作フィーリングにすることができる。最大ハンドル角近傍部（点Ｇから点Ｈ及び点Ｄから点Ｐまでの間）の低速域では、ギヤ比が一定であり、操舵部材１の操作量に対するラックバー２５の移動量が等しくなる。

図７に示すように、失陥時の機械的バリアブル操舵角比特性Ｑ２は、車速が０〜約４０ｋｍ／ｈまでの低速域の走行において、ややクイックな状態にしている。失陥時であっても、失陥時の機械的バリアブル操舵角比特性Ｑ２は、転舵モータＭｂによって操舵補助力が作用していた従来の操舵角比制御特性Ｊ１の低速域のときに近づいた特性線となり、比較的クイックな状態にすることができる。
このため、運転者は、車両用操舵装置Ｓが失陥したときであっても、失陥時の機械的バリアブル操舵角比特性Ｑ２が従来（正常時）の操舵角比制御特性Ｊ１と略一致し、操舵角比変化量Ｔ２を大幅に減少させた近似的な特性線となるため、ハンドル操作に違和感が生じない。
そして、ラック２４は、ピッチに応じて偏位して移動し、車輪（Ｗ）に連結したタイロッド９を移動させる。

なお、本発明は、前記実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。

本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す要部拡大縦断面図である。 図２の矢視Ｘ−Ｘ線方向断面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す図で、（ａ）はロック部材がロック用歯車に噛合しているときの状態を示す要部横断面図、（ｂ）はロック部材がロック用歯車から離脱しているときの状態を示す要部横断面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置における車速と操舵角比との関係を示す特性線図である。 本発明の変形例に係る車両用操舵装置を示す図で、車速と操舵角比との関係を示す特性線図である。 本発明の変形例に係る車両用操舵装置におけるピニオン・ラック機構を示す図で、ピニオンのラックに対する軌跡を示した説明図である。 車速とラックストローク量との関係を示す特性線図である。 本発明の変形例に係る車両用操舵装置におけるラックストローク量とギヤ比との関係を示す特性線図である。 従来のステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置を示す断面図である。 従来のステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置に置ける正常時の操舵角比制御特性と失陥時の機械的操舵角比特性を示す特性線図である。

符号の説明

１ 操舵部材
２ 転舵機構
３ 反力発生機構
４ 第１遊星歯車機構（連結手段）
５ 第２遊星歯車機構（連結手段）
６ ロック機構（連結手段）
７ 転舵出力軸
７ｂ ピニオン
１１ 操舵入力軸
２４ ラック
２５ ラックバー
Ｍｂ 転舵モータ
ＰＬ ピニオン・ラック機構
Ｓ 車両用操舵装置
Ｗ 車輪

Claims (2)

1. 車輪を転舵するために操作される操舵部材と、
   前記車輪を転舵する転舵機構と、
   当該転舵機構に取り付けられて前記車輪を転舵するための付勢力を付与する転舵モータと、
   前記操舵部材と前記転舵機構とを連結させる連結手段と、
   前記転舵機構の移動量と前記操舵部材の操作量との操舵角比が車速に応じて大きくなるように制御する電子制御装置と、
   を備えた車両用操舵装置であって、
   前記電子制御装置は、縦軸を前記操舵角比、横軸を前記車速としたときの操舵角比制御特性が、前記車速が中速域のときに、前記操舵角比を前記車速に応じて上昇させて上側に曲線状に膨らむように制御することを特徴とする車両用操舵装置。
2. 車輪を転舵するために操作される操舵部材と、
   前記車輪を転舵する転舵機構と、
   当該転舵機構に取り付けられて前記車輪を転舵するための付勢力を付与する転舵モータと、
   前記操舵部材と前記転舵機構とを連結させる連結手段と、
   前記転舵機構の移動量と前記操舵部材の操作量との操舵角比が車速に応じて大きくなるように制御する電子制御装置と、
   を備えた車両用操舵装置であって、
   前記連結手段の連結時には、操作された前記操舵部材のハンドル角に応じてギヤ比が変化するピニオン・ラック機構を介して連結され、
   前記ピニオン・ラック機構は、ラックの中央部を前記操舵部材のハンドル角が０度になる車両の直進状態になるようにピニオンに噛合させると共に、
   前記車両が直進するハンドル角の操舵中立位置近傍部では、前記ラックの歯のピッチが小さく、
   前記操舵中立位置近傍部から前記操舵部材を回転操作した中間ハンドル角部分では、前記ラックのピッチが前記操舵中立位置近傍部より大きく、ギヤ比が比例して偏位するように形成され、
   前記中間ハンドル角部分から前記操舵部材をさらに回転操作した最大ハンドル角近傍部では、前記ラックのピッチが前記中間ハンドル角部分より大きく形成されていることを特徴とする車両用操舵装置。

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