JPH04310475A - 電動式動力舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、操舵補助力発生手段と
して電動モータを用いた電動式のパワーアシスト機構と
、車速に応じて舵取りハンドルでの舵角に対する操舵輪
側での舵角を変化させる操舵力の伝達比可変機構とを併
用することにより、据え切り時や低速走行時から高速走
行時に至るまでの間での操舵感覚を向上させ、車輌の動
特性を向上させ得るようにした電動式動力舵取装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車輌等の舵取り装置は、舵取り
ハンドルへの操舵時の回転運動を、ラック・ピニオン式
等によるステアリングギヤ機構を介してタイロッドの直
線運動に変換することで、操舵輪を所要の状態に転舵制
御し得るようになっているが、この場合に通常の舵取り
装置にあっては、ステアリングギヤ機構により伝達比が
一定に設定されている。しかし、たとえば車輌が高速走
行しているときには、上述した舵取りハンドルの操舵回
転量（ハンドル舵角）に対する操舵輪の切れ角（操舵輪
舵角）を大きくし、一定のハンドル舵角に対する操舵輪
舵角の大きさを小さくすることが、走行安定性を確保す
るうえで好ましく、一方低速走行時などでは、車輌の挙
動を俊敏化させて良好な運転フィーリングを得たり、車
庫入れを容易化する等の見地から、上述した伝達比を逆
に小さくし、一定のハンドル舵角に対する操舵輪舵角を
大きくすることが望まれ、種々の構造を有する操舵力の
伝達比可変機構がたとえば特開昭５８−２２４８５２号
公報等によって提案されていた。すなわち、適切な操舵
状態を得るためには、走行条件によってハンドル操作に
対しての操舵輪の切れ角を変化させることが、走行安定
性等をより一層よくするうえで望ましいもので、このた
めの対策が講じられていた。

【０００３】さらに、このような舵取り装置にあっては
、特に停車中の据え切り時や低速走行中の操舵時の舵取
り操作を、可能な限り軽い操舵力によって軽快にしかも
良好なフィーリングによって行えるように構成すること
も望まれており、たとえば特開昭６２−３１５５９号公
報等に示されるように、従来から周知の油圧式等による
動力舵取装置において、該装置のステアリングギヤ機構
の途中に、ステッピングモータ等のアクチュエータによ
って伝達比を可変させ得る操舵力の伝達比可変機構を介
在させてなる構成によるものも提案されている。そして
、このような構成によれば、動力舵取装置による操舵補
助力（パワーアシスト力）の大きさを考慮して設定され
る伝達比を、車速に応じて変化させ、これによりハンド
ル舵角と操舵輪舵角とを、所要の状態となるように車速
等に応じて可変制御し得るもので、車輌の走行状態に応
じたより一層良好な舵取り制御特性を得ることが可能と
なるものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来装置では、ステアリングギヤ機構に、動力舵取装
置を構成するパワーアシスト機構を付設するとともに、
別の個所に車速等に応動する伝達比可変機構を別個に付
設しているもので、この舵取り装置全体の構成が複雑化
し、各部の加工、組立性の面で問題で、コスト的にも好
ましくないばかりでなく、その制御も両者の動作特性を
配慮して行わなければならないために複雑なものであり
、しかも動作上では両者の機構を常に動作制御しなけれ
ばならず、制御も煩雑となる等の不具合を生じてしまう
もので、これらの問題点を一掃し得るような何らかの対
策を講じることが望まれている。特に、上述した操舵補
助力発生手段を備えた動力舵取装置（パワーステアリン
グ）としては、従来から種々の構成によるものがあるが
、その中でも電動モータを操舵補助力発生手段として用
いてなる電動式のものが、舵取り装置の構成上や必要時
にのみ俊敏に駆動し得る等の理由から望まれ、たとえば
特開昭６１ー２６３６２号公報等に示すような構成によ
るものが従来既に提案されている。そして、このような
電動式の動力舵取装置に、上述した操舵力の伝達比可変
機構を並設して設けることが望まれているが、このよう
な構成を採用した装置は存在せず、また上述した従来装
置同士を単純に組合わせると、パワーアシスト機構と伝
達比可変機構との二つの機構が並設され、駆動源となる
モータも二個必要となるもので、その構造を始めとして
制御等も複雑化するという問題を避けられないもので、
このような点を考慮して前述した問題点を一掃し得る新
規な電動式動力舵取装置の出現が要望されている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような要請に応える
ために本発明に係る電動式動力舵取装置は、舵取りハン
ドルから操舵力を操舵輪側に伝達するステアリングギヤ
機構の一部に介在して設けられ操舵輪側での舵角をハン
ドル舵角に対して変化させる伝達比可変機構と、電動モ
ータからの回転駆動力を前記ステアリングギヤ機構の一
部に伝達するパワーアシスト機構とを、一つの電動モー
タにより車速に応じて選択的に駆動制御するように構成
したものである。

【０００６】

【作用】本発明によれば、停車中や低速走行時には、電
動式のパワーアシスト機構による操舵補助機能を発揮さ
せ、軽快でしかも適切な操舵力による操舵が可能となる
ばかりでなく、高速走行中は、パワーアシスト機構は停
止させ、かつ操舵力伝達比可変機構による伝達比を所要
の状態に制御することで、操舵輪の切れ角を適正に保ち
、走行安定性を発揮させ得るもので、据え切りから高速
走行状態までの操舵感覚を適正化し、これにより車輌の
動特性を向上させ得るものである。

【０００７】

【実施例】図１ないし図３は本発明に係る電動式動力舵
取装置の一実施例を示し、これらの図において、まず、
全体を符号１で示す電動式動力舵取装置の概略構成を図
１を用いて簡単に説明すると、２は図示しない舵取りハ
ンドル側に連結される入力軸、３はこの入力軸２に後述
する伝達比可変機構としての遊星歯車機構１０を介して
連結される出力軸、４はこの出力軸３と圧入等により一
体的に結合されステアリングギヤ機構５を構成するステ
アリングシャフトとしてのピニオン軸、６はこのピニオ
ン軸４のピニオン４ａに噛合するラック歯６ａを有し舵
取りリンク機構の一部を構成するラックで、これらのピ
ニオン軸４とラック６とによって、周知のラック・ピニ
オン型のステアリングギヤ機構５が構成される。ここで
、このようなステアリングギヤ機構５の詳細は周知の通
りであり、具体的な説明は省略する。また、図中７，７
，７はステアリングボディ８内で上述した出力軸３およ
びピニオン軸４を回転自在に支持する軸受である。なお
、このようなステアリングギヤ機構５としては、このよ
うなラック・ピニオン型に限定されないことは言うまで
もない。

【０００８】１０は上述した舵取りハンドルから図示し
ない操舵輪側に操舵力を伝達するための伝達比可変機構
となる遊星歯車機構で、その太陽歯車１１は、前記入力
軸２上に設けられた駆動側歯車１３と噛合する伝達歯車
１４を有する駆動軸１５上に設けられている。１６はこ
の太陽歯車１１に噛合した状態でその周囲に配置される
一個または複数個の遊星歯車、１７はその周囲に配置さ
れかつ遊星歯車１６に噛合する内歯部１７ａを有する外
輪歯車で、この外輪歯車１７の外周部には、後述する電
動モータ２０側との回転伝達手段であるウォームギヤ１
８と噛合する外歯部１７ｂが形成され、ウォームホィー
ルとなるように構成され、これによってモータ側からの
回転伝達は可能であって、遊星歯車機構１０側からの回
転伝達は行えない逆転防止機能付きの伝達歯車機構２１
が構成される。また、図中１９は前記出力軸３側に設け
られた回転伝達円板で、その偏心した位置に前記遊星歯
車１６の支軸１６ａが連結されている。なお、これらの
遊星歯車機構１０を構成する外輪歯車１７等の部材は、
適宜の位置でベアリング等により回転可能な状態で保持
されて配設されることは言うまでもない。このような構
成によれば、舵取りハンドルでの舵取り操作に伴なう操
舵力が、入力軸２から駆動軸１５側に伝達されて遊星歯
車機構１０の太陽歯車１１、遊星歯車１６、その支軸１
６ａを介して回転伝達円板１９に伝達されることにより
、遊星歯車機構１０により所要の伝達比をもって出力軸
３、さらに該軸に一体的に連結されているピニオン軸４
に伝達される。そして、このピニオン軸４の回転がラッ
ク６側に伝達されることにより、図示しない操舵輪での
所要の転舵制御が行われるものである。

【０００９】２２，２３は上述したような構成とされて
いる操舵力の伝達比可変機構における舵取りハンドル側
の入力軸２と操舵輪側の出力軸３とに付設されている第
１および第２の舵角センサで、これら両舵角センサ２２
，２３からの出力を操舵時において常に比較することに
より、舵取りハンドル側での操舵要求と操舵輪側での転
舵状態とが、一致しているかを検出するようになってい
る。そして、この場合に、これら両センサ２２，２３か
らの出力に差があったときには、モータ２０を駆動させ
、その回転力を外輪歯車１７に伝達することにより、遊
星歯車機構１０を利用して入、出力軸２，３間でのずれ
をなくすような制御動作が行われるようになっている。 ２４は前記ステアリングボディ８内でステアリングシャ
フトの一部を構成する出力軸３の回転変位を検出するこ
とで、舵取りハンドル側から伝達される操舵要求を検知
するためのトルクセンサで、本実施例では、たとえば特
開平２−２８１１１５号公報などに示されるような磁歪
式回転検出器を用いた場合を例示している。すなわち、
出力軸３上に高透磁率軟磁性材からなる歪検出層が設け
られるとともに、その周囲を取り囲むようにしてボディ
８側に歪検出層の歪による透磁率変化を検出する検出コ
イルを設けてなる構成となっている。そして、この検出
コイルで得られた出力が検出回路２５に送られ、後述す
る電気制御系を制御するためのシグナルコントローラ２
６に検出信号が送られるようになっている。なお、この
シグナルコントローラ２６には、前述した第１、第２の
舵角センサ２２，２３からの信号も送られるようになっ
ており、また車速センサ２７からの情報も入力されてい
る。 ここで、図中２８はシグナルコントローラ２７と結線さ
れているパワーコントローラ、２９はバッテリで、これ
らによって構成される電気系制御手段により前述した電
動モータ２０やその回転伝達系に介在して設けられる後
述する電磁クラッチ３１，３２をオン・オフ制御するよ
うに構成されている。

【００１０】３０は上述した電動モータ２０の回転駆動
力を前記ステアリングシャフトであるピニオン軸４に対
して操舵補助力として伝達するパワーアシスト機構で、
前記電動モータ２０のモータ軸３３の一端に第１の電磁
クラッチ３１を介して連結される第１のモータ出力軸３
４に小ギヤ３５が圧入等で固設されるとともに、この小
ギヤ３５に噛合する大ギヤ３６を、前記ピニオン軸４の
外方端に圧入等で固設することによって構成されている
。このような構成によれば、電動モータ２０を駆動させ
て小ギヤ３５と大ギヤ３６とによる伝達系を介してピニ
オン軸４に回転駆動力を伝達させることにより、舵取り
ハンドル側から前記遊星歯車機構１０を介して伝達され
る操舵力をパワーアシストすることになるもので、これ
により操舵者の舵取り操作力を軽減し得るものである。 また、３７は前記電動モータ２０のモータ軸３３の他端
に圧入等で連結された第２のモータ出力軸で、その先端
側には、図２からも明らかなように、該軸３７に略直交
して配置される前記ウォームギヤ１８の端部に設けた傘
歯車３９と噛合する傘歯車３８が設けられている。 そして、これらの傘歯車３８，３９によって、モータ軸
３３側からの回転が前記遊星歯車機構１０側に伝達可能
に構成されている。なお、この図２は図１において矢印
Ａ方向から見た概略図である。

【００１１】さて、本発明によれば、上述したような電
動式動力舵取装置において、舵取りハンドルから操舵力
を操舵輪側に伝達するステアリングギヤ機構５の一部（
入、出力軸２，３間）に介在して設けられ操舵輪側での
舵角をハンドル舵角に対して変化させる伝達比可変機構
としての遊星歯車機構１０と、電動モータ２０からの回
転駆動力をステアリングギヤ機構５の一部（本実施例で
はピニオン軸４の出力軸３側とは反対側の端部）に伝達
するパワーアシスト機構３０とを、一つの電動モータ２
０により車速に応じて選択的に駆動制御するように構成
したところに特徴を有している。すなわち、本発明では
、ステアリングギヤ機構５を構成するステアリングボデ
ィ８に並列して前述した電動モータ２０を配設するとと
もに、その電動モータ２０のモータ軸３３の一端を、第
１の電磁クラッチ３１、第１のモータ出力軸３４の小ギ
ヤ３５、大ギヤ３６による伝達歯車機構により、ステア
リングシャフトとしてのピニオン軸４に連結し、かつモ
ータ軸３３の他端を、第２の電磁クラッチ３２、第２の
モータ出力軸３７の傘歯車３８、傘歯車３９を有するウ
ォームギヤ１８、これに噛合して逆転防止機能付き伝達
歯車機構２１を構成するウォームホィールとなる外輪歯
車１７により、操舵力の伝達比可変機構としての遊星歯
車機構１０での伝達比を可変可能に構成している。なお
、上述した第１、第２の電磁クラッチ３１，３２は従来
から周知の構造を有するものであって、ここではその具
体的な構成および動作の説明等は省略する。

【００１２】そして、このような構成において、停車中
の据え切り時や低速走行中の操舵時には、電動式のパワ
ーアシスト機構３０による操舵補助機能を発揮させて、
軽快でしかも適切な操舵力による操舵が可能となるよう
に、第１の電磁クラッチ３１をオンするとともにモータ
２０を所要の方向に回転駆動するように構成されている
。このときには、前述した遊星歯車機構１０側へのモー
タ伝達系を構成する第２の電磁クラッチ３２はオフとな
っており、その回転伝達が遮断されている。一方、高速
走行中の操舵時には、前記パワーアシスト機構３０は、
第１の電磁クラッチ３１のオフ動作によってその動作が
停止され、かつ第２の電磁クラッチ３２をオンしてモー
タ２０を連結することにより、操舵力の伝達比可変機構
による伝達比を所要の状態に制御可能となるように構成
されている。すなわち、遊星歯車機構１０による入力軸
２から出力軸３への操舵力の伝達比は、太陽歯車１１、
遊星歯車１６、外輪歯車１７の歯数比を基準とし、前記
モータ２０により外輪歯車１７を所要の方向に所要の回
転数をもって回転駆動することで、太陽歯車１１や遊星
歯車１６との関係から、伝達比を図３に示すような特性
をもって可変制御し得るものである。つまり、低速走行
時は伝達比が小さく、かつ高速となる程、ハンドル舵角
に対する操舵輪舵角の伝達比が大きくなるような特性、
つまり一定のハンドル舵角に対する操舵輪舵角の大きさ
を車速の増加に伴って小となるような特性をもつように
、前記電動モータ２０を、パワーコントローラ２８、シ
グナルコントローラ２６にて制御するとよいものである
。そして、このような構成によれば、舵取りハンドルか
ら操舵輪への操舵力伝達比可変機構としての遊星歯車機
構１０を有する舵取り装置に、電動式のパワーアシスト
機構３０を併用するにあたって、装置全体の構成の簡素
化や操舵感覚の向上を図れるものである。特に、本発明
によれば、上述したようなハンドル舵角と操舵輪舵角と
を車速の変化によって所要の状態に制御するとともに、
停車中や低速走行時は、パワーアシスト機構３０を作動
させて操舵補助力を作用させることにより、操舵輪の切
れ角を適正に保ち、走行安定性を発揮させ、据え切りか
ら高速走行状態までの操舵感覚を適正化し、結果として
車輌の動特性を向上させ得るものである。

【００１３】ここで、上述したように電動モータ２０に
より低速走行時にはパワーアシスト機構３０を、高速走
行時には操舵力の伝達比可変機構としての遊星歯車機構
１０を動作させるにあたっては、両機構３０，１０を次
のような状態で制御することが、車輌の走行安定性等を
確保するうえで必要とされる。すなわち、上述した実施
例構造では、シグナルコントローラ２６に車速信号を取
込み、所定車速以上では操舵力の伝達比を遊星歯車機構
１０にて可変制御し、所定車速以下では電動モータ２０
によるパワーアシスト機構３０にて操舵補助力を作用さ
せた状態とするが、これら両機構１０，３０間での切換
え作動は、ハンドル舵角が中立状態つまり車輌が略直進
状態付近にある限られた範囲内でのみ行なうように構成
することが、車輌の走行安定性を保つうえで必要とされ
るもので、上記コントローラ２６，２８にてこのような
切換え作動タイミングとなるように制御することが望ま
れる。また、低速走行中に操舵が行われ、パワーアシス
トが作動したままの状態で、車輌が高速状態となった場
合には、たとえハンドル舵角が中立位置（直進状態）と
なっても、ある車速以下とならない限り、伝達比可変機
構１０側への切換えは行なわないように制御することも
必要である。すなわち、このような場合にパワーアシス
トを解除すると、急激に操舵力が重くなることがあり、
走行安定性の観点から好ましくない。そして、このよう
に両機構１０，３０間での切換え制御を、車輌の走行条
件と走行安定性等の面を考慮して設定することにより、
車輌での急激な特性変動を防ぎ、舵取り装置としての性
能を発揮させ得るものである。ここで、上述したＤＣモ
ータによる電動モータ２０からの回転を、いずれかの機
構１０，３０に伝達する電磁クラッチ３１，３２は、常
時は共にオフ状態とされて回転伝達を遮断し、必要に応
じてオンされて回転伝達を行なうように制御されるもの
であり、たとえば電気系等の故障で共にオフ状態となっ
たとしても、操舵系は遊星歯車機構１０を介して当然に
マニュアル操舵状態となり、必要な操舵は確保し得るよ
うになっている。

【００１４】なお、本発明は、上述した実施例構造に限
定されず、電動式動力舵取装置１各部の形状、構造等を
必要に応じて適宜変形、変更することは自由で、種々の
変形例が考えられよう。たとえば上述した実施例では、
舵取りハンドルをステアリングギヤ機構５側に操舵力の
伝達比を可変可能に連結する機構として、ハンドル側に
太陽歯車１１を、ステアリングシャフトとしてのピニオ
ン軸４と一体の出力軸３側に回転伝達円板１９を介して
遊星歯車１６を連結するとともに、外輪歯車１７を、モ
ータ２０側にウォームギヤによる逆転防止機能を有する
伝達歯車機構２１に連結した場合を説明したが、本発明
はこれに限定されず、図４に示したように、外輪歯車１
７を、前記出力軸３側に連結するとともに、遊星歯車１
６側に連結されている回転伝達円板１９の外周部に、前
記ウォームギヤ１８に噛合する外歯部１９ａを形成し、
該円板１９をウォームホィールとして用いるようにして
も、上述した実施例と同等の作用効果を奏することは容
易に理解されよう。要は入力軸２から出力軸３側への操
舵力の伝達にあたって、モータ側からの回転制御で伝達
比を可変制御し得るような構成であればよい。

【００１５】また、上述した実施例では、上述した操舵
力伝達比可変機構として例示した遊星歯車機構１０とモ
ータ２０とを、モータ側からのみの回転が可能な逆転防
止機能を有する伝達歯車機構２１として、ウォームギヤ
機構を例示したが、これに限定されず、たとえばハイポ
イドギヤ等を利用した歯車機構であってもよいことは明
かであろう。さらに、モータ２０からのパワーアシスト
機構３０を構成する操舵補助力伝達用歯車機構としても
、ヘリカルギヤによる小ギヤ３５と大ギヤ３６とによる
伝達歯車機構に限らず、ハイポイドギヤや、平歯車を始
め、はすば歯車、遊星歯車、傘歯車等による軸違い歯車
からなる歯車機構を用いてもよいもので、種々の変形例
が考えられよう。また、上述した実施例構造では、ステ
アリングシャフト側において舵取りハンドルでの操舵方
向や操舵速度、操舵力等を検出するためのトルクセンサ
２４として、直接取出し式の磁歪式回転検出器を例示し
たが、本発明はこれに限定されず、たとえばトーション
バーにて二軸を連結し、その相対的な回転変位で上述し
た操舵要求を検知する検出機構を用いてもよいものであ
る。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電動式
動力舵取装置によれば、ステアリングギヤ機構の一部に
介在され操舵輪側での舵角をハンドル舵角に対して変化
させる伝達比可変機構と、電動モータからの回転駆動力
をステアリングギヤ機構の一部に伝達するパワーアシス
ト機構とを、一つの電動モータにより車速に応じて選択
的に駆動制御するように構成したので、簡単な構成にも
かかわらず、必要最小限の構成部品点数によって、停車
中の据え切り時や低速走行中の操舵時には、電動式のパ
ワーアシスト機構による操舵補助機能を発揮させ、軽快
でしかも適切な操舵力による操舵が可能となるばかりで
なく、高速走行中は、パワーアシスト機構は停止させ、
操舵力伝達比可変機構による伝達比を所要の状態に制御
することで、操舵輪の切れ角を適正に保ち、走行安定性
を発揮させ得るもので、据え切りから高速走行状態まで
の操舵感覚を適正化し、これにより車輌の動特性を向上
させ得るという種々優れた効果がある。特に、本発明に
よれば、一個のＤＣモータを用い、電磁クラッチを常時
は共にオフ状態としておき、必要に応じていずれか一方
をオンして、パワーアシストまたは操舵力伝達比の可変
制御を所要の状態で行えるものであり、各部の配設状態
や組付け構造を簡素化しつつ、希望する機能を発揮させ
得るもので、その利点は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動式動力舵取装置の一実施例を
示す装置全体の概略構成図である。

【図２】操舵力の伝達比可変機構としての遊星歯車機構
と電動モータ側からの回転伝達系との間に介在される伝
達歯車機構部分を示す図１における矢印Ａ方向から見た
概略拡大図である。

【図３】本発明における操舵力の伝達比可変機構による
伝達比の車速に応じた変化特性を示す特性図である。

【図４】本発明装置において操舵力の伝達比可変機構部
分の別の実施例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１　　　　電動式動力舵取装置 ２　　　　入力軸 ３　　　　出力軸 ４　　　　ピニオン軸（ステアリングシャフト）５　　
　　ステアリングギヤ機構 ６　　　　ラック ８　　　　ステアリングボディ １０　　　　遊星歯車機構（操舵力伝達比可変機構）１
１　　　　太陽歯車 １３　　　　駆動側歯車 １４　　　　伝達歯車 １５　　　　駆動軸 １６　　　　遊星歯車 １６ａ　　支軸 １７　　　　外輪歯車（ウィームホィール）１７ａ　　
内歯部 １７ｂ　　外歯部 １８　　　　ウォームギヤ １９　　　　回転伝達円板 ２０　　　　電動モータ ２１　　　　伝達歯車機構 ２２　　　　第１の舵角センサ ２３　　　　第２の舵角センサ ２４　　　　トルクセンサ ２５　　　　検出回路 ２６　　　　シグナルコントローラ ２７　　　　車速センサ ２８　　　　パワーコントローラ ３０　　　　パワーアシスト機構 ３１　　　　電磁クラッチ ３２　　　　電磁クラッチ ３３　　　　モータ軸 ３４　　　　第１のモータ出力軸 ３５　　　　小ギヤ ３６　　　　大ギヤ ３７　　　　第２のモータ出力軸 ３８　　　　傘歯車 ３９　　　　傘歯車

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　舵取りハンドルから操舵力を操舵輪側
   に伝達するステアリングギヤ機構の一部に介在して設け
   られ操舵輪側での舵角をハンドル舵角に対して変化させ
   る伝達比可変機構と、電動モータからの回転駆動力を前
   記ステアリングギヤ機構の一部に伝達するパワーアシス
   ト機構とを備えてなり、これら伝達比可変機構とパワー
   アシスト機構とを、一つの電動モータにより車速に応じ
   て選択的に駆動制御するように構成したことを特徴とす
   る電動式動力舵取装置。