ステアバイワイヤ式操舵装置
【課題】旋回時に内外輪に作用するコーナリング力が略均等になるようにトー角を調整できるステアバイワイヤ式転舵装置を提供する。
【解決手段】転舵用モータ６の回転を転舵軸１０に伝える転舵動力伝達機構１８と、トー角調整用モータ７の回転でトー角を調整するトー角調整動力伝達機構３０とを備える。モータ６，７の失陥時に、各モータ６，７の動力伝達経路を切り換えて転舵可能にする切換機構１７と、各モータ６，７に転舵角およびトー角の指令信号をそれぞれ与えるステアリング制御手段とを設ける。ステアリング制御手段は、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるトー角調整制御部を有する。
【解決手段】転舵用モータ６の回転を転舵軸１０に伝える転舵動力伝達機構１８と、トー角調整用モータ７の回転でトー角を調整するトー角調整動力伝達機構３０とを備える。モータ６，７の失陥時に、各モータ６，７の動力伝達経路を切り換えて転舵可能にする切換機構１７と、各モータ６，７に転舵角およびトー角の指令信号をそれぞれ与えるステアリング制御手段とを設ける。ステアリング制御手段は、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるトー角調整制御部を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転舵用の転舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールで操舵を行うようにしたステアバイワイヤ式操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用操舵装置として、ステアリングホイールの操作により左右に駆動されるステアリングシャフト（ラックバー）と、車輪を転舵するタイロッドとステアリングシャフトとの位置関係を変更する転舵角変更手段を備え、車速が所定値以下の場合には、左右の車輪の転舵角の関係をアッカーマンジオメトリにし、車速が所定値を超えると左右の車輪の転舵角の関係をパラレルジオメトリに切り替えるものが提案されている（特許文献１）。このほか、左右の車輪の転舵角の関係を前記操舵装置のように切り替えるのではなく、車速に応じて連続的に変更するものも提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３８７０９号公報
【特許文献２】特開２００９−１０１８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２に開示の操舵装置では、高速旋回時のローリングによって旋回内輪の接地荷重が減少し、外輪の接地荷重が増加することにより、より大きなコーナリング力が発生できる外輪の転舵角を増し、内輪の転舵角を減少させるようにしている。この方法は、タイヤ接地荷重の増加に応じてコーナリング力が一様に増加するという前提で成立している。
しかしながら、タイヤが負荷できるコーナリング力は限界があり、接地荷重に応じてむやみに転舵角を増やすことは、より限界に近づけることになり、好ましくない。
【０００５】
この発明の目的は、旋回時に内外輪に作用するコーナリング力が略均等になるようにトー角を調整できるステアバイワイヤ式操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、前記操舵角センサの検出する操舵角を基に転舵角の指令信号およびトー角の指令信号を生成し、これら指令信号を前記転舵用モータおよびトー角調整用モータにそれぞれ与えるステアリング制御手段とを備えるステアバイワイヤ式操舵装置において、
前記ステアリング制御手段は、定められた規則に従い、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるように前記トー角調整用モータを制御するトー角調整制御部を有することを特徴とする。前記車速は、車速検出手段によって検出された車速であり、前記ヨーレイトは、ヨーレイト検出手段によって検出された値、または他の検出手段の検出値から計算されたヨーレイトである。
【０００７】
この構成によると、ステアリング制御手段のトー角調整制御部において、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるようにしたので、旋回時に車速とヨーレイトの変化に応じてトー角調整をきめ細かに行うことができる。例えば、内外輪に作用するコーナリング力が略均等になるようにトー角を制御するにつき、トー角調整をきめ細かに行うことができる。これにより、旋回時に内外輪に加わる負荷を均等化して、タイヤ限界である危険領域から遠ざけることができる。また、高接地荷重状態でのタイヤ横滑り角を減少させることができて、タイヤの摩耗量を減らすこともできる。
【０００８】
この発明において、ヨーレイトを検出する専用のヨーレイトセンサを車両重心付近に設け、前記トー角調整制御部は前記ヨーレイトセンサの検出するヨーレイトをトー角調整制御に用いるものとしても良い。
【０００９】
この発明において、車輪に作用する横力を検出する横力検出用センサを車両全輪のハブに設け、前記トー角調整制御部は、前記全横力検出用センサの出力および車両重心と各車輪との位置関係に基づき算出したヨーレイトをトー角調整制御に用いるものであっても良い。
【００１０】
この発明において、前記トー角調整制御部は、操舵される内外輪に作用するコーナリング力の差が設定値以下になるようにトー角調整を行わせるものであっても良い。例えば、操舵される内外輪に作用するコーナリング力がほぼ均等になるようにトー角調整を行わせるものとしても良い。ステアバイワイヤ式操舵装置によるトー角調整は、車速およびヨーレイト検出手段の検出値に基づいて、旋回内輪と外輪のコーナリング力の差が設定値以下になるように内外輪に実舵角を制御することで、負荷を均等化することができる。
このトー角調整制御部において、同じヨーレイトに対して、車速が高速になるに従ってトー角をアウト側としても良い。コーナリング力を均等化するトー角は、車速が上がるに従ってトーアウト側に寄って行く。したがって、高速旋回中は、車速とヨーレイトすなわち旋回半径に応じてトー角をアウト側に調整すれば、安全でタイヤの負担も小さくなる。
【００１１】
この発明において、前記転舵用モータが失陥したときに、前記転舵用モータを前記転舵動力伝達機構から切り離し、かつトー角の変化を止めておき、前記転舵用モータに代えて前記トー角調整用モータの回転を前記転舵動力伝達機構に伝えて転舵可能とし、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記トー角調整動力伝達機構を動力伝達不能状態として前記転舵用モータによる転舵のみ行わせる切換機構を設け、
前記転舵軸は、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割され、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸であって、非回転分割軸および回転分割軸が一体に軸方向移動することで操舵輪を転舵させ、かつ非回転分割軸に対して回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整することで、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪のトー角を変える作用をし、前記回転分割軸は前記タイロッドに対して、互い揺動自在に連結するボールジョイントに加えて、回転分割軸の軸心回りに回転自在なスラスト軸受を介して連結されており、
前記転舵動力伝達機構は、前記転舵用モータの回転により前記転舵軸の非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させる機構であり、
前記トー角調整動力伝達機構は、前記トー角調整用モータの回転により前記転舵軸の非回転分割軸に対し回転分割軸を回転させる機構であり、
これら転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構は、前記ステアリング制御手段の制御により、左右の転舵輪の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられるものとしても良い。
【００１２】
この構成によると、転舵用モータの回転により、転舵動力伝達機構を介して、転舵軸の非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させることで、左右のタイロッドを同方向に同距離移動させて、操舵輪を転舵させる。また、トー角調整用モータの回転により、トー角調整動力伝達機構を介して、転舵軸の非回転分割軸に対し回転分割軸を回転させることで、ねじ結合部の螺合長さを調整し、左右のタイロッド間距離を変更して、操舵輪のトー角を変える。このトー角調整の際、転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構は、ステアリング制御手段の制御により、左右の転舵輪の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【００１３】
転舵用モータが失陥したときには、切換機構により、転舵用モータを転舵動力伝達機構から切り離し、かつトー角の変化を止めておき、転舵用モータに代えてトー角調整用モータの回転を転舵動力伝達機構に伝えて転舵可能とする。これにより、転舵用モータ失陥時でも転舵可能なフェールセーフ機能を持たせられる。また、トー角調整用モータが失陥したときには、切換機構により、トー角調整動力伝達機構を動力伝達不能状態として転舵用モータによる転舵のみ行わせる。これにより、トー角調整用モータ失陥時にトー角調整機構を固定して安全に走行できる。
【００１４】
転舵軸を、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割し、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸としたことにより、非回転分割軸に対し回転分割軸を回転させることで、左右のタイロッド間距離を変更させられる。左右のタイロッドは、非回転分割軸および回転分割軸にそれぞれ直接連結することができる。このため、この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、構成がコンパクトで、かつ転舵軸が設けられている箇所の全体の軸方向長さを短くでき、車両に搭載しやすい。
なお、転舵軸が軸方向に分割されていない場合は、転舵軸の両端に、転舵軸の回転に応じて軸方向に進退する進退部材を設け、これら進退部材に左右のタイロッドを取付ける構成とする必要がある。そのため、転舵軸が設けられている箇所の全体の軸方向長さが長くなる。
また、トー角調整を行う際には転舵軸を回転させるが、その回転分割軸が、ボールジョイントに加えてスラスト軸受を介して前記タイロッドに連結されているので、軸方向荷重が負荷された状態でも回転分割軸とタイロッドの間での摩擦トルクを軽減することができる。このため、回転分割軸の回転駆動源であるトー角調整用モータの容量を小さくすることができ、ステアバイワイヤ式操舵装置の構成をさらにコンパクトにすることができる。
【００１５】
この発明において、前記トー角調整用モータを中空モータとし、この中空モータからなるトー角調整用モータの中空モータ軸内に前記転舵軸を挿通させても良い。また、前記転舵用モータを中空モータとし、この中空モータからなる転舵用モータの中空モータ軸内に、前記切換機構の構成部品を挿通させても良い。
上記各構成とすれば、トー角調整用モータおよび転舵用モータと、転舵軸および切換機構の構成部品とを、コンパクトに配置できる。
【００１６】
この発明において、前記転舵軸の非回転分割軸にボールねじ軸部を設け、このボールねじ軸部に螺合するボールナットを回転のみ自在に設け、前記転舵動力伝達機構は、前記転舵用モータの回転により前記ボールナットを回転させて前記転舵軸を軸方向に移動させ転舵を行うものとするのが良い。
この構成によれば、転舵動力伝達機構の動作箇所を最低でボールナットだけにすることができるため、転舵動力伝達機構の構成を簡略にできる。
【００１７】
前記ボールナットは、ボールの循環方式をこま式とし、このボールナットを複列アンギュラ玉軸受および深溝玉軸受で支持しても良い。
こま式のボールナットは、外径を小さくでき、しかも回転バランスが良好である。複列アンギュラ玉軸受および深溝玉軸受を組み合わせてボールナットを支持すると、ボールナットに作用する軸方向荷重およびモーメント荷重の両方を受けることができる。
【００１８】
前記転舵軸の非回転分割軸におけるボールねじ軸部の外径面を滑り軸受で支持するのが良い。
軸方向に２分割された構造である転舵軸は、両分割軸の結合部付近の剛性が低く、この結合部付近の支持剛性を高める必要がある。また、ボールねじ軸部にモーメント荷重が加わることは極力避けなければならない。ボールねじ軸部の外径面を滑り軸受で支持すれば、両分割軸の結合部付近の支持剛性を向上させると共に、ボールねじ軸部にモーメント荷重が加わることを避けられる。滑り軸受の軸方向位置を、非回転分割軸および回転分割軸の結合部とボールナットとの間とすれば効果的である。
【００１９】
前記転舵軸の非回転分割軸が軸回りに回転するのを防止する回り止め手段を設ける。その場合、前記回り止め手段は、前記転舵軸の非回転分割軸に形成されて、軸方向と垂直な断面の外形が軸中心の同心円とは異なる非同心円部と、装置のハウジングに固定して設けられ、前記非同心円部が軸方向に摺動自在に嵌合する滑り軸受とで構成できる。
上記回り止め手段は、構成が簡単で、転舵軸の非回転分割軸を確実に回り止め可能である。
【００２０】
この発明において、前記転舵軸の回転分割軸にスプライン軸部を設け、このスプライン軸部に軸方向に相対移動自在に噛み合うスプラインナットを回転自在に設け、前記トー角調整動力伝達機構は、前記トー角調整用モータで前記スプラインナットを回転させることにより、前記転舵軸の回転分割軸を回転させて、前記非回転分割軸および回転分割軸のねじ結合部の螺合長さを調整することにより、転舵軸の長さを変更して操舵輪のトー角を変えるものとするのが良い。
この構成によれば、トー角調整動力伝達機構の動作箇所を最低でスプラインナットだけにすることができるため、トー角調整動力伝達機構の構成を簡略にできる。
【００２１】
上記構成とする場合、前記転舵軸の前記スプライン軸部のスプライン歯と前記スプラインナットのスプライン歯が滑り接触していても、転がり接触していても良い。いずれであっても、スプラインナットからスプライン軸部へ、力を良好に伝達することができる。
【００２２】
前記ねじ結合部は、ねじの種類が角ねじまたは台形ねじであるのが良い。
ねじの種類が角ねじまたは台形ねじであるねじ結合部は、非回転分割軸と回転分割軸との結合が堅固である。
【００２３】
この発明において、前記非回転分割軸および回転分割軸のうち前記ねじ結合部の雌ねじが設けられている方の分割軸に、軸中心と同心の内径孔を設け、かつ前記ねじ結合部の雄ねじが設けられている方の分割軸に、前記内径孔に嵌合する嵌合軸部を設けても良い。その場合、前記内径孔から前記嵌合軸部が外れないように、これら内径孔と嵌合軸部の軸方向相対位置関係を規制する抜け止め手段を設けるのが望ましい。
内径孔に嵌合軸部を嵌合させることで、非回転分割軸と回転分割軸の同軸度が保持される。また、抜け止め手段を設けることで、内径孔から嵌合軸部が外れることを防止して、非回転分割軸と回転分割軸の同軸度を確実に保持できる。
【００２４】
この発明において、前記トー角調整用モータは、最大発生トルクが前記転舵用モータの最大発生トルクよりも小さいものとすることができる。
トー角調整用モータによる通常時のトー角調整および転舵用モータ失陥時の転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵用モータに必要なトルクよりもはるかに小さいものである。したがって、トー角調整用モータは、転舵用モータよりも小型のもので良い。
【発明の効果】
【００２５】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、前記操舵角センサの検出する操舵角を基に転舵角の指令信号およびトー角の指令信号を生成し、これら指令信号を前記転舵用モータおよびトー角調整用モータにそれぞれ与えるステアリング制御手段とを備えるステアバイワイヤ式操舵装置において、前記ステアリング制御手段が、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるトー角調整制御部を有するものとしたため、旋回時に内外輪に作用するコーナリング力が略均等になるようにトー角を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の一実施形態にかかるステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は同ステアバイワイヤ式操舵装置における転舵軸駆動部の正常動作時の水平断面図、（Ｂ）はそのIIＢ部拡大図である。
【図３】（Ａ）は同転舵軸駆動部におけるトー角調整用モータ失陥時の水平断面図、（Ｂ）はそのIII Ｂ部拡大図である。
【図４】（Ａ）は同転舵軸駆動部における転舵用モータ失陥時の水平断面図、（Ｂ）はそのIVＢ部拡大図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は同転舵軸の結合ねじ部のそれぞれ異なる状態を示す断面図である。
【図６】図２のVI−VI断面図である。
【図７】同転舵軸駆動部の回転規制機構の側面図であり、（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ異なる状態を示す。
【図８】通常のスプライン軸のスプライン歯の歯先形状を示す説明図である。
【図９】（Ａ）は前記転舵軸駆動部の中間軸の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１０】（Ａ）は同転舵軸駆動部の中間軸の他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１１】（Ａ）は同転舵軸駆動部の中間軸のさらに他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１２】（Ａ）は同転舵軸駆動部の中間軸のさらに他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１３】同ステアバイワイヤ式操舵装置における回転分割軸とタイロッドの連結部の拡大断面図である。
【図１４】Ｒ２００のコーナーを８０ｋｍ／ｈの速度で旋回するときのトー角とコーナリング力との関係を計算した結果を示すグラフである。
【図１５】Ｒ２００のコーナーを１００ｋｍ／ｈの速度で旋回するときのトー角とコーナリング力との関係を計算した結果を示すグラフである。
【図１６】Ｒ２００のコーナーを１２０ｋｍ／ｈの速度で旋回するときのトー角とコーナリング力との関係を計算した結果を示すグラフである。
【図１７】Ｒ２００のコーナーを１４０ｋｍ／ｈの速度で旋回するときのトー角とコーナリング力との関係を計算した結果を示すグラフである。
【図１８】この発明の他の実施形態にかかるステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。このステアバイワイヤ式操舵装置は、図１に概略図で示すように、運転者が操舵するステアリングホイール１と、操舵角センサ２と、操舵トルクセンサ３と、操舵反力モータ４と、左右の操舵輪１３にナックルアーム１２およびタイロッド１１を介して連結された転舵用の軸方向移動自在な転舵軸１０と、この転舵軸１０を駆動する転舵軸駆動部１４と、転舵角センサ８と、ＥＣＵ（電気制御ユニット）５とを備える。ＥＣＵ５は、ステアリング制御手段５ａ、失陥対応制御手段５ｂ、および補正動作制御手段５ｃを含む。ＥＣＵ５およびその各制御手段５ａ，５ｂ，５ｃは、マイクロコンピュータおよびその制御プログラムを含む電子回路などにより構成される。
【００２８】
ステアリングホイール１は、転舵用の転舵軸１０と機械的に連結されていない。ステアリングホイール１に対して、操舵角センサ２および操舵トルクセンサ３が設けられ、操舵反力モータ４が接続されている。操舵角センサ２は、ステアリングホイール１の操舵角を検出するセンサである。操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に作用する操舵トルクを検出するセンサである。操舵反力モータ４は、ステアリングホイール１に反力トルクを付与するモータである。
【００２９】
図２〜図４は、転舵軸駆動部１４のそれぞれ異なる状態を示す水平断面図である。転舵軸駆動部１４には、転舵軸１０と、操舵輪１３（図１）の転舵を行う転舵機構１５と、操舵輪１３のトー角調整を行うトー角調整機構１６と、転舵機構１５およびトー角調整機構１６の各動力伝達機構１８，３０を切り換える切換機構１７とが設けられている。
【００３０】
転舵軸１０は、非回転分割軸１０Ａと回転分割軸１０Ｂとに軸方向に２分割され、これら両分割軸１０Ａ，１０Ｂを軸中心と同心のねじ結合部１０Ｃで互いに結合した軸である。転舵軸駆動部１４のハウジング１９から突出した非回転分割軸１０Ａおよび回転分割軸１０Ｂの先端部に、左右のタイロッド１１（図１）がそれぞれ連結されている。
【００３１】
図５に示すように、ねじ結合部１０Ｃは、非回転分割軸１０Ａに設けられた雄ねじ８１と、回転分割軸１０Ｂに設けられた雌ねじ８２とを有する。ねじの種類は、角ねじまたは台形ねじが好ましい。ねじの種類が角ねじまたは台形ねじであるねじ結合部１０Ｃは、非回転分割軸１０Ａと回転分割軸１０Ｂとの結合が堅固である。
【００３２】
雄ねじ８１は、非回転分割軸１０Ａのボールねじ軸部１０ａから回転分割軸１０Ｂ側に突出する嵌合軸部８３の先端に設けられている。雌ねじ８２は、回転分割軸１０Ｂの筒状部８４の内周に形成されている。回転分割軸１０Ｂには、前記筒状部８４から非回転分割軸１０Ａに延びる延長筒状部８５が設けられており、この延長筒状部８５の内径孔８６に前記嵌合軸部８３が嵌合している。内径孔８６は、転舵軸１０の軸中心と同心とされている。
【００３３】
このねじ結合部１０Ｃには、前記内径孔８６から前記嵌合軸部８３が抜けるのを防止する抜け止め手段８８が設けられている。この抜け止め手段８８は、嵌合軸部８３の外周に形成された環状の外周溝８９に嵌合するサークリップ９０と、内径孔８６の内径面に形成された環状の内周溝９１とでなる。図５（Ａ）の部分拡大図に示すように、内周溝９１の非回転分割軸１０Ａと反対側の段面９１ａは、外側に向かい次第に溝深さが浅くなるテーパ状になっている。
【００３４】
通常は、図５（Ａ）のように、サークリップ９０と内周溝９１との軸方向位置がずれており、サークリップ９０は内径孔８６の内径面に押されて縮径した状態になっている。この状態で、非回転分割軸１０Ａに対し回転分割軸１０Ｂを回転させると、ねじ結合部１０Ｃの螺合長さが調整される。図５（Ｂ）のように、サークリップ９０と内周溝９１とが軸方向同位置になると、サークリップ９０が自身の弾性反発力で拡径して内周溝９１に係合する。それにより、ねじ結合部１０Ｃの螺合長さを短くする方向の動作が規制されて、内径孔８６から嵌合軸部８３が抜けなくなる。内周溝９１の段面９１ａは前記形状のテーパ状になっているので、ねじ結合部１０Ｃの螺合長さを短くする方向の動作は規制されない。
【００３５】
非回転分割軸１０Ａは、回り止め手段９３により、転舵軸駆動部１４のハウジング１９に対して軸方向に進退自在かつ軸回りに回転不能とされている。回り止め手段９３は、図６に示すように、非回転分割軸１０Ａにおける前記ボールねじ軸部１０ａの外側に続く部分である非同心円部１０ｂと、ハウジング１９に固定して設けられ、前記非同心円部１０ｂが軸方向に摺動自在に嵌合する滑り軸受９４とで構成される。非同心円部１０ｂの軸方向と垂直な断面の形状は、外形が軸中心の同心円とは異なる形状である。この図例では、非同心円部１０ｂは、円周の一部を直線で切り落とした断面形状とされているが、他の断面形状であっても良い。この構成の回り止め手段９３は、構成が簡単で、転舵軸１０の非回転分割軸１０Ａを確実に回り止めできる。
【００３６】
転舵軸１０全体は、以下のようにハウジング１９に支持されている。すなわち、非回転分割軸１０Ａは、ボールねじ軸部１０ａに螺合する後記ボールナット２６を介して複列アンギュラ玉軸受２９ａおよび深溝玉軸受２９ｂにより支持されると共に、前記滑り軸受９４によって支持される。また、回転分割軸１０Ｂは、その外周にスプライン嵌合する後記スプラインナット４０を介して転がり軸受４４により支持されている。さらに、ボールねじ軸部１０ａの外径面が、滑り軸受９５によって支持されている。滑り軸受９５の軸方向位置は、ねじ結合部１０Ｃとボールナット２６との間とされている。
【００３７】
転舵機構１５は、転舵軸１０の非回転分割軸１０Ａおよび回転分割軸１０Ｂを一体に軸方向に移動させて操舵輪１３の転舵を行う。この転舵機構１５は、転舵用モータ６と、この転舵用モータ６の回転により転舵軸１０を軸方向に移動させる転舵動力伝達機構１８とを備える。
【００３８】
転舵用モータ６は、転舵軸駆動部１４のハウジング１９に、前記転舵軸１０と平行に取り付けられている。転舵用モータ６は中空モータであって、筒状の中空モータ軸２０を有する。この中空モータ軸２０は、一対の軸受２３によりハウジング１９に回転自在に支持されている。中空モータ軸２０の中空部内には、転舵軸１０と平行に設けた転舵用中間軸２１が、針状ころ軸受２２を介して回転自在かつ軸方向に移動自在に支持されている。転舵用中間軸２１は、後記トー角調整用中間軸３５と共に、切換機構１７の直動アクチュエータ４７により、図２に示す基準位置と、図３に示すトー角調整用モータ失陥時位置と、図４に示す転舵用モータ失陥時位置の各位置に軸方向に位置切換される。
【００３９】
転舵動力伝達機構１８は、転舵用モータ６の前記中空モータ軸２０と、前記転舵用中間軸２１と、この転舵用中間軸２１の外周にキー（図示せず）を介して回転伝達可能に嵌合した出力ギヤ２４と、この出力ギヤ２４とカウンタギヤ２４ａを介して噛み合う入力ギヤ２５と、この入力ギヤ２５に固定され前記転舵軸１０の非回転分割軸１０Ａのボールねじ軸部１０ａに螺合するボールナット２６とでなる。これらボールねじ軸部１０ａとボールナット２６とでボールねじ機構Ａを構成する。ボールナット２６は、例えばボールの循環方式がこま式のものを用いる。こま式のボールナット２６は、外径を小さくでき、しかも回転バランスが良好である。
【００４０】
出力ギヤ２４は、転がり軸受２８を介して前記ハウジング１９に支持されている。また、ボールナット２６は、軸方向両側に配した複列アンギュラ玉軸受２９ａおよび深溝玉軸受２９ｂにより、ハウジング１９に回転自在に支持されている。複列アンギュラ玉軸受２９ａおよび深溝玉軸受２９ｂを組み合わせてボールナット２６を支持すると、ボールナット２６に作用する軸方向荷重およびモーメント荷重の両方を受けることができる。転舵用中間軸２１は、前記のように、転舵用モータ６の中空モータ軸２０に針状ころ軸受２２を介して嵌合し、かつ出力ギヤ２４にキーを介して嵌合しているため、軸方向への移動が許容されている。
【００４１】
中空モータ軸２０の内周に内歯からなるスプライン歯２０ａ、転舵用中間軸２１の外周に外歯からなるスプライン歯２１ａがそれぞれ形成されており、転舵軸駆動部１４の正常時状態（図２）では、これらスプライン歯２０ａ，２１ａが互いに噛み合ってスプライン嵌合部２７を構成することで、中空モータ軸２０と転舵用中間軸２１とが回転伝達可能に連結されている。中空モータ軸２０のスプライン歯２０ａは軸方向に長く、どの軸方向箇所にも転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａが噛み合うことができる。
【００４２】
転舵軸駆動部１４の正常時状態（図２）において、転舵用モータ６の回転出力は、転舵用中間軸２１、出力ギヤ２４、カウンタギヤ２４ａ、入力ギヤ２５を経てボールナット２６に伝達され、ボールナット２６の回転が転舵軸１０の軸方向への移動に変換されて転舵が行なわれる。
【００４３】
トー角調整機構１６は、非回転分割軸１０Ａに対して回転分割軸１０Ｂを回転させて、ねじ結合部１０Ｃの螺合長さを調整することにより、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪１３のトー角を変える。このトー角調整機構１６は、トー角調整用モータ７と、このトー角調整用モータ７の回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構３０とを備える。
【００４４】
トー角調整用モータ７は、転舵軸駆動部１４のハウジング１９に、転舵軸１０と同心に取り付けられている。トー角調整用モータ７も中空モータであって、その筒状の中空モータ軸３１が転舵軸１０におけるねじ結合部１０Ｃの外周に設けられている。
【００４５】
トー角調整動力伝達機構３０は、前記中空モータ軸３１に固定された出力ギヤ３２と、この出力ギヤ３２とカウンタギヤ３２ａを介して噛み合う第１中間ギヤ３３と、この第１中間ギヤ３３とスプライン嵌合部３４で噛み合うトー角調整用中間軸３５と、このトー角調整用中間軸３５とスプライン嵌合部３６で噛み合う第２中間ギヤ３７と、この第２中間ギヤ３７とカウンタギヤ３９を介して噛み合う入力ギヤ３８と、この入力ギヤ３８に固定されたスプラインナット４０とでなる。転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂは外周に歯溝が形成されたスプライン軸であって、この回転分割軸１０Ｂに前記スプラインナット４０がスプライン嵌合している。回転分割軸１０Ｂとスプラインナット４０とは、両者が滑り接触していても、あるいはボール（図示せず）を介して互いに転がり接触していても良い。いずれであっても、スプラインナット４０から回転分割軸１０Ｂへ、回転を良好に伝達することができる。
【００４６】
第１中間ギヤ３３および第２中間ギヤ３７とトー角調整用中間軸３５とは、両中間ギヤ３３，３７に形成された内歯からなるスプライン歯３３ａ，３７ａとトー角調整用中間軸３５に形成された外歯からなるスプライン歯３５ａ，３５ｂとが互いに噛み合うことで、スプライン嵌合部３４，３６を構成する。トー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ｂは軸方向に長く、どの軸方向箇所にも第２中間ギヤ３７のスプライン歯３７ａが噛み合うことができる。
【００４７】
中空モータ軸３１は転がり軸受４１を介して、第１中間ギヤ３３は転がり軸受４２を介して、第２中間ギヤ３７は転がり軸受４３を介して、スプラインナット４０は転がり軸受４４を介して、それぞれハウジング１９に支持されている。また、第１中間ギヤ３３と第２中間ギヤ３７間には転がり軸受４５が介在し、両ギヤ３３，３７は互いに回転自在である。トー角調整用中間軸３５は、前記のように、第２中間ギヤ３７にスプライン嵌合部３６で噛み合っているため、軸方向への移動が許容されている。転舵用中間軸２１とトー角調整用中間軸３５は、同軸上に互いに隣接して配置されており、両中間軸２１，３５の互いに対向する軸端間にスラスト軸受４６を介在させてある。これにより、両中間軸２１，３５が相対回転可能となるようにされている。
【００４８】
転舵軸駆動部１４の正常時状態（図２）において、トー角調整用モータ７の回転出力は、中空モータ軸３１、出力ギヤ３２、カウンタギヤ３２ａ、第１中間ギヤ３３、トー角調整用中間軸３５、第２中間ギヤ３７、カウンタギヤ３９、入力ギヤ３８を経てスプラインナット４０に伝達され、スプラインナット４０の回転で転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂが回転させられる。非回転分割軸１０Ａに対し回転分割軸１０Ｂを回転させることで、ねじ結合部１０Ｃの螺合長さを調整して、転舵軸１０を伸縮させる。それにより、左右のタイロッド１１間距離を変更して、操舵輪１３（図１）のトー角を変える。このトー角調整の際、後述するように、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３０は、ステアリング制御手段５ａの制御により、左右の操舵輪１３の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【００４９】
図１３の拡大断面図に示すように、回転分割軸１０Ｂは、スラスト軸受９６およびボールジョイント９７を介してタイロッド１１に相対回転可能に連結されている。具体的には、回転分割軸１０Ｂのねじ結合部１０Ｃ側とは反対側の先端に、その外周に形成された雄ねじ９８に螺合して袋ナット状の有底の筒状部材９９が取り付けられ、この筒状部材９９内に複列のスラスト軸受９６が回転分割軸１０Ｂの軸中心と同心に支持されている。スラスト軸受９６は、回転分割軸１０Ｂの軸端で支持される軌道輪１００Ａと、筒状部材９９の端部壁９９ａの内面に皿ばね１０２を介して支持される軌道輪１００Ｂと、これら両軌道輪１００Ａ，１００Ｂの中間位置に配置される軌道輪１００Ｃと、軌道輪１００Ａ，１００Ｃ間および軌道輪１００Ｂ，１００Ｃ間にそれぞれ介在するボール１０１とで構成される複列のスラスト玉軸受からなる。すなわち、スラスト軸受９６は、回転分割軸１０Ｂの軸端に向けて皿ばね１０２で予圧を与えられた状態で筒状部材９９内に支持されている。ボールジョイント９７は、その球面部１０３がタイロッド１１に固定され、球面部１０３を抱くソケット状の球面座部材１０４の軸部１０４ａが筒状部材端部壁９９ａおよび軌道輪１００Ｂに設けられた各軸部挿通孔１０５，１０６を貫通してスラスト軸受９６の中間の軌道輪１００Ｃに連結されている。
なお、回転駆動されることのない非回転分割軸１０Ａに対しては、タイロッド１１は直接連結される。
【００５０】
このように、トー角調整時に回転駆動される転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂに対して、タイロッド１１がボールジョイント９７に加えてスラスト軸受９６を介して連結されているので、軸方向荷重が負荷された状態でも回転分割軸１０Ｂとタイロッド１１の間での摩擦トルクを軽減することができる。このため、回転分割軸１０Ｂの回転駆動源であるトー角調整用モータ７の容量を小さくすることができる。
【００５１】
切換機構１７は、転舵用モータ６が失陥したとき、ならびにトー角調整用モータ７が失陥したときに、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３０の動力伝達系統を切り換えるためのものである。この切換機構１７は、転舵用中間軸２１およびトー角調整用中間軸３５と、これら中間軸２１，３５を一緒に軸方向に移動させる直動アクチュエータ４７と、両中間軸２１，３５が常に互いに接する状態に維持されるように押圧力を付与する押圧機構４８と、両中間軸２１，３５の移動により転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３０の各伝動連結部の伝動を係脱する伝動係脱機構４９とを備える。
【００５２】
直動アクチュエータ４７は、ばね部材５１と、ばね係脱機構５２とでなる。さらに、ばね係脱機構５２は、ばね部材５１の直線運動を回転運動に変換する直線・回転運動変換機構５３と、この直線・回転運動変換機構５３で得られる回転運動を規制する回転規制機構５４とでなる。
【００５３】
この例では、ばね部材５１は圧縮コイルばねであり、サポート部材５５を図２〜図４の左方向に付勢している。つまり、ばね部材５１は、サポート部材５５に接する側の端部が左右方向に直線運動をする。サポート部材５５は転舵用中間軸２１と同軸上に互いに隣接して設けられている。サポート部材５５と転舵用中間軸２１間にスラスト軸受５６を、サポート部材５５とばね部材５１間にスラストころ軸受５７をそれぞれ介在させてあり、サポート部材５５は中心軸回りに回転自在である。
【００５４】
また、この例では、直線・回転運動変換機構５３はボールねじ機構であり、サポート部材５５と一体のボールねじ軸５８と、このボールねじ軸５８に螺合するボールナット５９とで構成される。直線・回転運動変換機構５３はボールねじ機構以外の構成であっても良く、例えばラックとピニオンを組み合わせたものとしても良い。
【００５５】
図７に示すように、回転規制機構５４は、回転軸であるボールねじ軸５８に設けた突起物６０、この突起物６０に引っ掛かることでボールねじ軸５８の回転を止める役割を果たすレバー６１、およびこのレバー６１を作動させる回転規制駆動源６２で構成される。突起物６０は、外周の一部が他よりも外径側に張り出す突起部６０ａとなった板状の部材で、その突起部６０ａの周方向一方端に、レバー６１が当たる段面６０ｂが形成されている。厳密には、突起物６０の突起部６０ａが、レバー６１が引っ掛かる突起物である。レバー６１は、ボールねじ軸５８と平行な回動中心軸６１ａに回動自在に設けられ、前記突起物６０の突起部６０ａに引っ掛かる一対の引っ掛かり部６１ｂ，６１ｃを有する。回転規制駆動源６２は、直動式のアクチュエータからなり、例えばリニアソレノイドとされる。回転規制駆動源６２は、一方向（上下方向）に進退作動する進退ロッド６２ａを有し、この進退ロッド６２ａが前記レバー６１に連結リンク６３を介して連結されている。
【００５６】
図７（Ａ）は、転舵軸駆動部１４が正常時状態にあるときの回転規制機構５４の状態を示す。この状態では、レバー６１の一方の引っ掛かり部６１ｂが突起物６０の突起部６０ａに引っ掛かっており、それによって突起物６０およびそれと一体のボールねじ軸５８の回転が拘束されている。そのため、ボールねじ機構からなる直線・回転運動変換機構５３の作用により、ボールねじ軸５８が軸方向に移動できず、ばね部材５１（図２）がサポート部材５５（図２）を押すことが規制されている。つまり、ばね部材５１は圧縮状態に保持され、両中間軸２１，３５（図２）を軸方向に付勢することが不能な無付勢状態になっている。
【００５７】
図７（Ａ）の状態から回転規制駆動源６２の進退ロッド６２ａを後退させると、レバー６１の引っ掛かり部６１ｂと突起物６０の突起部６０ａとの引っ掛かりが解除され、ボールねじ軸５８が回転可能になる。それにより、ばね部材５１の弾性反発力によって、ボールねじ軸５８がボールナット５９に対して回転しながら図２の左方向へ移動する。つまり、ばね部材５１は前記圧縮状態から開放され、両中間軸２１，３５を軸方向に付勢する状態となる。突起物６０が所定の位相だけ回転すると、図７（Ｂ）のように、突起物６０の突起部６０ａがレバー６１のもう一方の引っ掛かり部６１ｃに引っ掛かり、突起物６０およびボールねじ軸５８の回転が拘束される。この間、両中間軸２１，３５は左側へ軸方向移動して、図３のトー角調整用モータ失陥時位置になる。
【００５８】
図７（Ｂ）の状態から回転規制駆動源６２の進退ロッド６２ａを進出させると、レバー６１の引っ掛かり部６１ｃと突起物６０の突起部６０ａとの引っ掛かりが解除され、ボールねじ軸５８が回転可能になる。それにより、前記同様、ばね部材５１が両中間軸２１，３５を軸方向に付勢する状態となり、両中間軸２１，３５が左側へ軸方向移動する。それに伴い、突起物６０とレバー６１の軸方向位置が外れる。そのため、突起物６０が回転しても突起部６０ａがレバー６１のいずれの引っ掛かり部６１ｂ，６１ｃにも引っ掛からなくなり、ばね部材５１は直線運動範囲端まで移動する。このばね部材５１が直線運動範囲端まで移動したときの両中間軸２１，３５の位置が、図４の転舵用モータ失陥時位置である。
【００５９】
前記ばね係脱機構５２は、作用的な面から見た場合、次のように言うこともできる。すなわち、ばね係脱機構５２は、ばね部材５１の直線運動範囲内、またはばね部材５１と共に直線運動する部材であるボールねじ軸５８の運動範囲内に配されて直線運動を妨げる障害物と、この障害物を取り除くことでばね部材５１を圧縮状態から開放する障害物取り除き機構Ｂとでなる。この場合、障害物は、ボールねじ軸５８に取付けた突起物６０に引っ掛かってボールねじ軸５８の直線運動を妨げるレバー６１であり、障害物取り除き機構Ｂは、ボールねじ軸５８の運動範囲内に突出させた障害物としてのレバー６１を取り去るように作用する回転規制駆動源６２と連結リンク６３とを組み合わせた機構である。
【００６０】
押圧機構４８は、図２〜図４に示すように、トー角調整用中間軸３５に隣接して転舵用およびトー角調整用両中間軸２１，３５と同軸上に配置された押圧軸６４と、この押圧軸６４をトー角調整用中間軸３５に押し付ける側に弾性付勢するコイルばね６５とでなる。押圧軸６４およびコイルばね６５は、ハウジング１９の一部である押圧機構収容部１９ａに収容されている。押圧軸６４とトー角調整用中間軸３５の互いに対向する軸端間にはスラスト軸受６６が配置され、これにより押圧軸６４に対してトー角調整用中間軸３５が回転自在となるようにされている。
【００６１】
伝動係脱機構４９は、第１〜第３伝動係脱機構７１〜７３を有する。
第１伝動係脱機構７１は、転舵用モータ６の中空モータ軸２０と、転舵用中間軸２１と、トー角調整用駆動側部材である第１中間ギヤ３３とでなる。両中間軸２１，３５が図２の基準位置にあるとき、ならびに図３のトー角調整用モータ失陥時位置にあるときは、中空モータ軸２０のスプライン歯２０ａと転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａが互いに噛み合ってスプライン嵌合部２７を構成することにより、中空モータ軸２０と転舵用中間軸２１とが結合する。両中間軸２１，３５が図４の転舵用モータ失陥時位置では、転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａが中空モータ軸２０のスプライン歯２０ａから外れ、転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａが第１中間ギヤ３３のスプライン歯３３ａと噛み合ってスプライン嵌合部７４を構成することにより、転舵用中間軸２１が第１中間ギヤ３３と結合する。
【００６２】
第２伝動係脱機構７２は、転舵用中間軸２１と、トー角調整用駆動側部材である第１中間ギヤ３３と、トー角調整用中間軸３５とでなる。両中間軸２１，３５が図２の基準位置にあるときは、第１中間ギヤ３３のスプライン歯３３ａとトー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ａが互いに噛み合ってスプライン嵌合部３４を構成することにより、第１中間ギヤ３３とトー角調整用中間軸３５とが結合する。両中間軸２１，３５が図３のトー角調整用モータ失陥時位置にあるとき、ならびに図４の転舵用モータ失陥時位置にあるときは、上記スプライン嵌合部３４の噛み合いが外れて、第１中間ギヤ３３とトー角調整用中間軸３５とが非結合になる。
【００６３】
第３伝動係脱機構７３は、トー角調整用中間軸３５と、トー角調整用従動側部材である第２中間ギヤ３７と、ハウジング１９とでなる。ハウジング１９の前記押圧機構収容部１９ａの基端には、内歯からなるスプライン歯７５ａが形成されている。両中間軸２１，３５が図２の基準位置にあるときは、トー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ｂと第２中間ギヤ３７のスプライン歯３７ａが互いに噛み合ってスプライン嵌合部３６を構成することにより、トー角調整用中間軸３５と第２中間ギヤ３７とが結合する。両中間軸２１，３５が図３のトー角調整用モータ失陥時位置にあるとき、ならびに図４の転舵用モータ失陥時位置にあるときは、上記スプライン嵌合部３６に加えて、トー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ｂとハウジング１９のスプライン歯７５ａが互いに噛み合って、スプライン嵌合部７５が構成される。このスプライン嵌合部７５により、トー角調整用中間軸３５は、ハウジング１９に結合されて回転が拘束される。
【００６４】
上記伝動係脱機構４９の切換動作において、両中間軸２１，３５が基準位置から転舵用モータ失陥時位置へ軸方向移動する過程で、トー角調整用中間軸３５が第１中間ギヤ３３から外れるのよりも先に、トー角調整用中間軸３５がハウジング１９に結合されるように各部材の位置関係が設定されている。
【００６５】
上記伝動切換機構４９の切換動作を円滑に行うために、転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａ、およびトー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ａ，３５ｂは、図８に示す通常のスプライン軸８０におけるスプライン歯８０ａのように歯先の形状を平坦な形状とせず、例えば図９または図１０に示すように、その歯先の形状を鋭角状とするのが望ましい。あるいは、他の例として、図１１または図１２に示すように、スプライン歯２１ａ，３５ａ，３５ｂの歯先の形状を歯先凸部の無いテーパ状とするのが望ましい。
【００６６】
また、図１０または図１２に示すように、転舵用中間軸２１のトー角調整用中間軸３５に対向する側の先端に、スプライン歯２１ａよりも軸端側に突出させて突出部７６を設けてもよい。この突出部７６の外径は、スプライン歯２１ａの歯底半径以下とする。このような突出部７６が転舵用中間軸２１の先端に設けられていれば、転舵用中間軸２１およびトー角調整用中間軸３５が基準位置から転舵用モータ失陥時位置に位置切換するときに、突出部７６の軸方向長さ分だけ、先にトー角調整中間軸３５のスプライン歯３５ａが第１中間ギヤ３３のスプライン歯３３ａから外れ、その後で転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａが第１中間ギヤ３３のスプライン歯３３ａに噛み合う。つまり、トー角調整用モータ７とトー角調整用中間軸３５との動力的な結合が解除されてから、トー角調整用モータ７と転舵用中間軸２１とが動力的に結合される。なお、図２〜図４に示す転舵軸駆動部１４には、図１０または図１２に示す軸端形状の転舵用中間軸２１が採用されている。
【００６７】
ＥＣＵ５のステアリング制御手段５ａは、操舵反力モータ４、転舵用モータ６、およびトー角調整用モータ７を制御する。すなわち、ステアリング制御手段５ａは、操舵角センサ２の検出する操舵角の信号、図示しない車速センサの検出する操舵輪回転速度の信号、および運転状態を検出する各種センサの信号に基づいて、定められた規則に従って目標操舵反力を設定し、実際の操舵反力トルクが目標操舵反力に一致するように操舵トルクセンサ３の検出する操舵トルクの信号をフィードバックして、操舵反力モータ４を制御する。また、転舵用モータ６およびトー角調整用モータ７の回転方向と回転量を選択設定して、操舵輪１３の転舵とトー角調整を選択的に行う。トー角調整の際には、左右の操舵輪１３の転舵角が目標値に一致するように、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３０を互いに協調して動作させる。この協調動作については、後で具体的に説明する。
【００６８】
ステアリング制御手段５ａは、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるようにトー角調整用モータ７を制御するトー角調整制御部１１１を有する。ここでは、車両重心付近に、ヨーレイトを検出する専用のヨーレイトセンサ１１２（図１）を設けている。トー角調整用制御部１１１では、ヨーレイトセンサ１１２の検出したヨーレイト、および車速センサ１１４の検出した車速をトー角調整制御に用いる。上記ヨーレイトセンサ１１２に代えて、図１８のように、車両の全車輪１３，１３Ａのハブ１１０に、車輪１３，１３Ａに作用する横力を検出する横力検出用センサ１１３を設けても良い。この場合、トー角調理用制御部１１１では、全横力検出用センサ１１３の出力、および車両重心と各車輪１３，１３Ａとの位置関係に基づきヨーレイトを算出し、算出したヨーレイトをトー角調整制御に用いる。
【００６９】
トー角調整制御部１１１は、定められた規則に従い、上記車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるものであるが、上記の「定められた規則」は、任意の内容で良く、また計算式として定められたものであっても、テーブル等して定められたものであっても良い。上記「定められた規則」の例を挙げると、操舵される旋回内外輪に作用するコーナリング力の差が設定値以下になるようにトー角調整を行わせる規則とされる。例えば、上記旋回内外輪に作用するコーナリング力が互いに略均等になるようにトー角調整を行わせるようにする。トー角調整は、車速およびヨーレイトの検出手段１１４，１１２（１１３）の検出した車速およびヨーレイトに基づいて、旋回内輪と外輪のコーナリング力の差が設定値以下になるように、内外輪の実舵角を制御することで、負荷を均等化することができる。
【００７０】
また、トー角調整制御部１１は、同じヨーレイトに対して、車速が高速になるに従って、トー角をアウト側にするものとしても良い。車速が上がるにほど、コーナリング力を均等化するトー角は、後に図グラフと共に説明するように、トーアウト側に寄って行く。したがって、高速旋回中は、車速とヨーレイトすなわち旋回半径に応じてトー角をアウト側に調整すれば、安全でタイヤの負担も小さくなる。なお、上記の同じヨーレイトに対して、車速が高速になるに従って、トー角をアウト側にする制御は、任意に定められた車速以上の場合にのみ行うようにしても良い。
【００７１】
失陥対応制御手段５ｂは、切換機構１７の回転規制駆動源６２を制御する。すなわち、失陥対応制御手段５ｂは、転舵用モータ６の失陥、およびトー角調整用モータ７の失陥を検出した場合に、それに応答して回転規制駆動源６２を動作させ、転舵用およびトー角調整用の両中間軸２１，３５を、基準位置から転舵用モータ失陥時位置またはトー角調整用モータ失陥時位置へ軸方向移動させる。
【００７２】
補正動作制御手段５ｃは、上記失陥対応制御手段５ｂにより両中間軸２１，３５を軸方向移動させる制御の補正をする。詳しくは、トー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ｂとハウジング１９のスプライン歯７５ａとをスプライン嵌合７５させて、トー角調整用中間軸３５の回転を拘束する際に、トー角調整用モータ７でトー角調整用中間軸３５をスプライン歯３５ｂの１ピッチ分以上回転させることで、両スプライン歯３５ｂ，７５ａの位相を揃える。このような補正動作を行わせることで、トー角調整用中間軸３５のハウジング１９への固定を誤動作無く円滑に行うことができる。
【００７３】
次に、このステアバイワイヤ式操舵装置の転舵軸駆動部１４での動作を説明する。転舵用モータ６およびトー角調整用モータ７が正常である場合には、図２のように、転舵用モータ６の中空モータ軸２０の回転が転舵動力伝達機構１８を介してボールナット２６に伝達されると共に、トー角調整用モータ７の中空モータ軸３１の回転がトー角調整動力伝達機構３０を介してスプラインナット４０に伝達される。転舵軸１０の非回転分割軸１０Ａのボールねじ軸部１０ａに螺合するボールナット２６の回転は、非回転分割軸１０Ａおよび回転分割軸１０Ｂを一体に軸方向に移動させ、これにより操舵輪１３の操舵が行なわれる。転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂにスプライン嵌合するスプラインナット４０の回転は回転分割軸１０Ｂを回転させ、この回転により転舵軸１０の両端に連結されたタイロッド１１が進退して、トー角調整が行なわれる。
【００７４】
このトー角調整は、具体的には次のように転舵用動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構の３０を互いに協調する動作により行われる。すなわち、トー角調整用モータ７によりスプラインナット４０を回転させると、スプラインナット４０と共に、回転分割軸１０Ｂが回転する。回転分割軸１０Ｂは非回転分割輪１０Ａに対して、互いに同心のねじ結合部１０Ｃで螺合していて、スプラインナット４０に対して軸方向に移動自在であるため、回転分割軸１０Ｂが回転すると、ねじ結合部１０Ｃにおける回転量に応じた軸方向距離だけ、非回転分割軸１０Ａに対して回転分割軸１０Ｂが軸方向に移動する。これにより、非回転分割軸１０Ａおよび回転分割軸１０Ｂからなる転舵軸１０の長さが変わるため、トー角が変わる。しかし、回転分割軸１０Ｂだけ移動したのでは、転舵角が変わることになる。そこで、転舵用モータ６によってボールナット２６を回転させ、非回転分割軸１０Ａを回転分割軸１０Ｂの移動方向に対して逆方向に軸移動させる。すなわち、トー角調整用モータ７による、回転分割軸１０Ｂの非回転分割軸１０Ａに対する軸方向の相対移動長さの半分だけ、転舵用モータ６によって非回転分割軸１０Ａを移動させ、転舵軸１０の全体長さの中心位置を維持させる。これにより、左右の転舵輪１３の転舵角度が共に目標値に一致するように、つまり転舵角を変えることなく、トー角調整が行われる。ＥＣＵ５のステアリング制御手段５ａは、トー角調整時、このようにトー角調整用モータ７と共に転舵用モータ６を駆動させ、回転分割軸１０Ｂの偏った移動を相殺させて、転舵角を変えることなくトー角調整を行わせる。
【００７５】
トー角調整用モータ７が失陥した場合、ＥＣＵ５の失陥対応制御手段５ｂからの指令により、切換機構１７の回転規制駆動源６２を作動させて、回転規制機構５４を図７（Ａ）の状態から同図（Ｂ）の状態に切り換える。それにより、直動アクチュエータ４７を構成するばね部材５１の弾性反発力によって、両中間軸２１，３５が図３のトー角調整用モータ失陥時位置まで軸方向移動して停止する。
【００７６】
トー角調整用モータ失陥時位置では、第１伝動係脱機構７１により転舵用中間軸２１は中空モータ軸２０に結合したままに保持され、第２伝動係脱機構７２によりトー角調整用中間軸３５は第１中間ギヤ３３に対し非結合になり、第３伝動係脱機構７３によりトー角調整用中間軸３５がハウジング１９に結合された状態となる。すなわち、トー角調整動力伝達機構３０が動力伝達不能状態となると共に、トー角調整用中間軸３５の回転が拘束される。その結果、転舵用モータ６による転舵のみが行われる。前述したように、この転舵軸駆動部１４には、図１２または図１４に示す軸端形状の転舵用中間軸２１が採用されており、トー角調整用モータ７とトー角調整用中間軸３５との動力的な結合が解除されてから、トー角調整用モータ７と転舵用中間軸２１とが動力的に結合されるため、伝動系統の切換動作が円滑に行える。
【００７７】
転舵用モータ６が失陥した場合、ＥＣＵ５の失陥対応制御手段５ｂからの指令により、切換機構１７の回転規制駆動源６２を作動させて、回転規制機構５４を図７（Ａ）の状態から同図（Ｂ）の状態を経てから同図（Ａ）の状態に戻す。それにより、ばね部材５１の弾性反発力によって、両中間軸２１，３５が、前記トー角調整用モータ失陥時位置を経由して、図４の転舵用モータ失陥時位置まで軸方向移動する。
【００７８】
転舵用モータ失陥時位置では、第１伝動係脱機構７１および第２伝動係脱機構７２により、転舵用中間軸２１と中空モータ軸２０の結合、ならびにトー角調整用中間軸３５と第１中間ギヤ３３の結合が外れて、新たに転舵用中間軸２１が第１中間ギヤ３３と結合し、第３伝動係脱機構７３によりトー角調整用中間軸３５がハウジング１９に結合された状態となる。すなわち、転舵用モータ６が転舵動力伝達機構１８から切り離され、かつトー角調整用中間軸３５の回転を拘束したうえで、転舵用中間軸２１がトー角調整動力伝達機構３０に連結される。それにより、転舵用モータ６に代えて、トー角調整用モータ７の回転を転舵用動力伝達機構１８に伝えて転舵することが可能になる。
【００７９】
このように、このステアバイワイヤ式操舵装置では、切換機構１７により、転舵用モータ６が失陥したときに、転舵用モータ６を転舵動力伝達機構１８から切り離し、かつトー角の変化を止めておき、転舵用モータ６に代えてトー角調整用モータ７の回転を転舵動力伝達機構１８に伝えて転舵可能とすることにより、転舵用モータ失陥時でも転舵可能なフェールセーフ機能を持たせられる。また、切換機構１７により、トー角調整用モータ７が失陥したときに、トー角調整動力伝達機構３０を動力伝達不能状態として転舵用モータ６による転舵のみ行わせることにより、トー角調整用モータ失陥時にトー角調整機構１６を固定して安全に走行できる。これら転舵用モータ失陥時およびトー角調整用モータ失陥時における転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３０の動力伝達系統を切り換える一連の動作は、直動アクチュエータ４７で転舵用およびトー角調整用の各中間軸２１，３５を軸方向に移動させることで、伝動係脱機構４９により確実に行われる。
【００８０】
また、転舵軸１０を、非回転分割軸１０Ａと回転分割軸１０Ｂとに軸方向に２分割し、これら両分割軸１０Ａ，１０Ｂを軸中心と同心のねじ結合部１０Ｃで互いに結合した軸としたことにより、非回転分割軸１０Ａに対し回転分割軸１０Ｂを回転させることで、左右のタイロッド１１間距離を変更させられる。左右のタイロッド１１は、非回転分割軸１０Ａおよび回転分割軸１０Ｂにそれぞれ直接連結することができる。このため、このステアバイワイヤ式操舵装置は、構成がコンパクトで、かつ転舵軸１０が設けられている箇所の全体の軸方向長さを短くでき、車両に搭載しやすい。
なお、転舵軸が軸方向に分割されていない場合は、転舵軸の両端に、転舵軸の回転に応じて軸方向に進退する進退部材を設け、これら進退部材に左右のタイロッドを取付ける構成とする必要がある。そのため、転舵軸が設けられている箇所の全体の軸方向長さが長くなる。
【００８１】
また、トー角調整時に回転駆動される転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂに対して、タイロッド１１がボールジョイント９７に加えてスラスト軸受９６を介して連結されているので、軸方向荷重が負荷された状態でも回転分割軸１０Ｂとタイロッド１１の間での摩擦トルクを軽減することができ、回転分割軸１０Ｂの回転駆動源であるトー角調整用モータ７の容量を小さくすることができる。このため、ステアバイワイヤ式操舵装置の構成をさらにコンパクトにすることができる。
【００８２】
軸方向に２分割された構造である転舵軸１０は、両分割軸１０Ａ，１０Ｂのねじ結合部１０Ｃ付近の剛性が低いため、このねじ結合部１０Ｃ付近の支持剛性を高める必要がある。また、ボールねじ軸部１０ａにモーメント荷重が加わることは極力避けなければならない。この実施形態のように、ねじ結合部１０Ｃに近いボールねじ軸部１０ａの外径面を滑り軸受９５で支持すれば、ねじ結合部１０Ｃ付近の支持剛性を向上させると共に、ボールねじ軸部１０ａにモーメント荷重が加わることを避けられる。滑り軸受９５の軸方向位置を、ねじ結合部１０Ｃとボールナット２６との間とすれば効果的である。
【００８３】
転舵用モータ６およびトー角調整用モータ７として中空モータを用いることにより、これら中空モータ６，７の中空部内に転舵用中間軸２１および転舵軸１０をそれぞれ挿通させて設けることができる。そのため、ステアバイワイヤ式操舵装置の各構成部品を狭いスペースに無理なく配置することができ、全体の構成をコンパクトにできる。転舵用モータ６の中空部内に、転舵用中間軸２１以外の切換機構１７の構成部品を配置しても良い。転舵用モータ６およびトー角調整用モータ７のいずれか一方だけが中空モータであっても良い。また、転舵用中間軸２１とトー角調整用中間軸３５を同軸中心上にかつ軸方向移動自在に配置し、これら両中間軸２１，３５を直動アクチュエータ４７で一緒に軸方向に移動させる構成としたことにより、切換機構１７をコンパクトにできる。
【００８４】
転舵軸１０の非回転分割軸１０Ａにボールねじ軸部１０ａを設け、このボールねじ軸部１０ａにボールナット２６を螺合させたことにより、転舵動力伝達機構１８の動作箇所を最低でボールナット２６だけにすることができ、転舵動力伝達機構１８の構成が簡略になっている。また、転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂをスプライン軸部とし、この回転分割軸１０Ｂにスプラインナット４０を噛み合わせたことにより、トー角調整動力伝達機構３０の動作箇所を最低でスプラインナット４０だけにすることができ、トー角調整動力伝達機構３０の構成が簡略になっている。
【００８５】
なお、トー角調整用モータ７によるトー角調整および転舵用モータ６の失陥のときの転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵用モータ６に必要なトルクよりもはるかに小さなものである。したがって、トー角調整用モータ７は、転舵用モータ６よりも小型のもので良い。
【００８６】
特に、このステアバイワイヤ式操舵装置では、ステアリング制御手段５ａのトー角調整制御部１１１により、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるようにしているので、旋回時に車速とヨーレイトの変化に応じて内外輪のトー角をきめ細かく制御でき、例えば内外輪に作用するコーナリング力が略均等になるように（具体的には内外輪のコーナリング力の差が所定の設定値以下になるように）トー角を制御することができる。これにより、内外輪に加わる負荷を均等化して、タイヤ限界である危険領域から遠ざけることができる。また、高接地荷重状態でのタイヤ横滑り角を減少させることができ、タイヤの摩耗量を減らすこともできる。
【００８７】
図１４〜図１７は、小型車の３自由度（横方向、ヨーイング、ローリング）車両運動モデルを用いて、Ｒ２００のコーナーを８０ｋｍ／ｈ，１００ｋｍ／ｈ，１２０ｋｍ／ｈ，１４０ｋｍ／ｈの各一定速度で旋回するときに、トー角によってタイヤに作用するコーナリング力がどれ程変化するかを計算した結果をグラフで示したものである。その計算データを表１〜表４に示す。
【００８８】
【表１】
【００８９】
【表２】
【００９０】
【表３】
【００９１】
【表４】
【００９２】
ここで言う危険領域とは、コーナリング力がタイヤ摩擦力を超える領域であり、厳密にはタイヤ接地力によって変わってくる。ここでは簡易的に、ロードインデックス８４の小型車用タイヤを仮定し、最大接地力が５００ｋｇで乾燥路面の摩擦係数を０．８として、４０００Ｎ以上のコーナリング力が加われば滑り出すということで危険領域を定義している。
【００９３】
車速８０ｋｍ／ｈの場合（図１４）では、トー角を−０．３ｄｅｇ辺り（わずかにトーアウト）にすることで、操舵している前輪の内外輪に作用するコーナリング力が均等になる。内外輪のコーナリング力の和は一定なので、両者を均等化することで危険領域から離れることができる。図１４〜図１７のグラフから、車速が１００ｋｍ／ｈ，１２０ｋｍ／ｈ，１４０ｋｍ／ｈと上がるほど、コーナリング力を均等化するトー角は、−側すなわちトーアウト側に寄っていくことが分かる。したがって、高速旋回中は、車速とヨーレイトすなわち旋回半径に応じてトー角をアウト側に調整すれば、安全でタイヤの負担も小さくなる。
【符号の説明】
【００９４】
１…ステアリングホイール
２…操舵角センサ
５ａ…ステアリング制御手段
６…転舵用モータ
７…トー角調整用モータ
１０…転舵軸
１０Ａ…非回転分割軸
１０Ｂ…回転分割軸
１０Ｃ…ねじ結合部
１０ａ…ボールねじ軸部
１０ｂ…非同心円部
１１…タイロッド
１７…切換機構
１８…転舵動力伝達機構
２０…中空モータ軸
２１…転舵用中間軸
２６…ボールナット
３０…トー角調整動力伝達機構
３１…中空モータ軸
３５…トー角調整用中間軸
４０…スプラインナット
８１…雄ねじ
８２…雌ねじ
８３…嵌合軸部
８６…内径孔
８８…抜け止め手段
９３…回り止め手段
９４，９５…滑り軸受
９６…スラスト軸受
９７…ボールジョイント
１１０…ハブ
１１１…トー角調整制御部
１１２…ヨーレイトセンサ
１１３…横力検出用センサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転舵用の転舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールで操舵を行うようにしたステアバイワイヤ式操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用操舵装置として、ステアリングホイールの操作により左右に駆動されるステアリングシャフト（ラックバー）と、車輪を転舵するタイロッドとステアリングシャフトとの位置関係を変更する転舵角変更手段を備え、車速が所定値以下の場合には、左右の車輪の転舵角の関係をアッカーマンジオメトリにし、車速が所定値を超えると左右の車輪の転舵角の関係をパラレルジオメトリに切り替えるものが提案されている（特許文献１）。このほか、左右の車輪の転舵角の関係を前記操舵装置のように切り替えるのではなく、車速に応じて連続的に変更するものも提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３８７０９号公報
【特許文献２】特開２００９−１０１８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２に開示の操舵装置では、高速旋回時のローリングによって旋回内輪の接地荷重が減少し、外輪の接地荷重が増加することにより、より大きなコーナリング力が発生できる外輪の転舵角を増し、内輪の転舵角を減少させるようにしている。この方法は、タイヤ接地荷重の増加に応じてコーナリング力が一様に増加するという前提で成立している。
しかしながら、タイヤが負荷できるコーナリング力は限界があり、接地荷重に応じてむやみに転舵角を増やすことは、より限界に近づけることになり、好ましくない。
【０００５】
この発明の目的は、旋回時に内外輪に作用するコーナリング力が略均等になるようにトー角を調整できるステアバイワイヤ式操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、前記操舵角センサの検出する操舵角を基に転舵角の指令信号およびトー角の指令信号を生成し、これら指令信号を前記転舵用モータおよびトー角調整用モータにそれぞれ与えるステアリング制御手段とを備えるステアバイワイヤ式操舵装置において、
前記ステアリング制御手段は、定められた規則に従い、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるように前記トー角調整用モータを制御するトー角調整制御部を有することを特徴とする。前記車速は、車速検出手段によって検出された車速であり、前記ヨーレイトは、ヨーレイト検出手段によって検出された値、または他の検出手段の検出値から計算されたヨーレイトである。
【０００７】
この構成によると、ステアリング制御手段のトー角調整制御部において、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるようにしたので、旋回時に車速とヨーレイトの変化に応じてトー角調整をきめ細かに行うことができる。例えば、内外輪に作用するコーナリング力が略均等になるようにトー角を制御するにつき、トー角調整をきめ細かに行うことができる。これにより、旋回時に内外輪に加わる負荷を均等化して、タイヤ限界である危険領域から遠ざけることができる。また、高接地荷重状態でのタイヤ横滑り角を減少させることができて、タイヤの摩耗量を減らすこともできる。
【０００８】
この発明において、ヨーレイトを検出する専用のヨーレイトセンサを車両重心付近に設け、前記トー角調整制御部は前記ヨーレイトセンサの検出するヨーレイトをトー角調整制御に用いるものとしても良い。
【０００９】
この発明において、車輪に作用する横力を検出する横力検出用センサを車両全輪のハブに設け、前記トー角調整制御部は、前記全横力検出用センサの出力および車両重心と各車輪との位置関係に基づき算出したヨーレイトをトー角調整制御に用いるものであっても良い。
【００１０】
この発明において、前記トー角調整制御部は、操舵される内外輪に作用するコーナリング力の差が設定値以下になるようにトー角調整を行わせるものであっても良い。例えば、操舵される内外輪に作用するコーナリング力がほぼ均等になるようにトー角調整を行わせるものとしても良い。ステアバイワイヤ式操舵装置によるトー角調整は、車速およびヨーレイト検出手段の検出値に基づいて、旋回内輪と外輪のコーナリング力の差が設定値以下になるように内外輪に実舵角を制御することで、負荷を均等化することができる。
このトー角調整制御部において、同じヨーレイトに対して、車速が高速になるに従ってトー角をアウト側としても良い。コーナリング力を均等化するトー角は、車速が上がるに従ってトーアウト側に寄って行く。したがって、高速旋回中は、車速とヨーレイトすなわち旋回半径に応じてトー角をアウト側に調整すれば、安全でタイヤの負担も小さくなる。
【００１１】
この発明において、前記転舵用モータが失陥したときに、前記転舵用モータを前記転舵動力伝達機構から切り離し、かつトー角の変化を止めておき、前記転舵用モータに代えて前記トー角調整用モータの回転を前記転舵動力伝達機構に伝えて転舵可能とし、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記トー角調整動力伝達機構を動力伝達不能状態として前記転舵用モータによる転舵のみ行わせる切換機構を設け、
前記転舵軸は、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割され、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸であって、非回転分割軸および回転分割軸が一体に軸方向移動することで操舵輪を転舵させ、かつ非回転分割軸に対して回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整することで、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪のトー角を変える作用をし、前記回転分割軸は前記タイロッドに対して、互い揺動自在に連結するボールジョイントに加えて、回転分割軸の軸心回りに回転自在なスラスト軸受を介して連結されており、
前記転舵動力伝達機構は、前記転舵用モータの回転により前記転舵軸の非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させる機構であり、
前記トー角調整動力伝達機構は、前記トー角調整用モータの回転により前記転舵軸の非回転分割軸に対し回転分割軸を回転させる機構であり、
これら転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構は、前記ステアリング制御手段の制御により、左右の転舵輪の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられるものとしても良い。
【００１２】
この構成によると、転舵用モータの回転により、転舵動力伝達機構を介して、転舵軸の非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させることで、左右のタイロッドを同方向に同距離移動させて、操舵輪を転舵させる。また、トー角調整用モータの回転により、トー角調整動力伝達機構を介して、転舵軸の非回転分割軸に対し回転分割軸を回転させることで、ねじ結合部の螺合長さを調整し、左右のタイロッド間距離を変更して、操舵輪のトー角を変える。このトー角調整の際、転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構は、ステアリング制御手段の制御により、左右の転舵輪の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【００１３】
転舵用モータが失陥したときには、切換機構により、転舵用モータを転舵動力伝達機構から切り離し、かつトー角の変化を止めておき、転舵用モータに代えてトー角調整用モータの回転を転舵動力伝達機構に伝えて転舵可能とする。これにより、転舵用モータ失陥時でも転舵可能なフェールセーフ機能を持たせられる。また、トー角調整用モータが失陥したときには、切換機構により、トー角調整動力伝達機構を動力伝達不能状態として転舵用モータによる転舵のみ行わせる。これにより、トー角調整用モータ失陥時にトー角調整機構を固定して安全に走行できる。
【００１４】
転舵軸を、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割し、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸としたことにより、非回転分割軸に対し回転分割軸を回転させることで、左右のタイロッド間距離を変更させられる。左右のタイロッドは、非回転分割軸および回転分割軸にそれぞれ直接連結することができる。このため、この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、構成がコンパクトで、かつ転舵軸が設けられている箇所の全体の軸方向長さを短くでき、車両に搭載しやすい。
なお、転舵軸が軸方向に分割されていない場合は、転舵軸の両端に、転舵軸の回転に応じて軸方向に進退する進退部材を設け、これら進退部材に左右のタイロッドを取付ける構成とする必要がある。そのため、転舵軸が設けられている箇所の全体の軸方向長さが長くなる。
また、トー角調整を行う際には転舵軸を回転させるが、その回転分割軸が、ボールジョイントに加えてスラスト軸受を介して前記タイロッドに連結されているので、軸方向荷重が負荷された状態でも回転分割軸とタイロッドの間での摩擦トルクを軽減することができる。このため、回転分割軸の回転駆動源であるトー角調整用モータの容量を小さくすることができ、ステアバイワイヤ式操舵装置の構成をさらにコンパクトにすることができる。
【００１５】
この発明において、前記トー角調整用モータを中空モータとし、この中空モータからなるトー角調整用モータの中空モータ軸内に前記転舵軸を挿通させても良い。また、前記転舵用モータを中空モータとし、この中空モータからなる転舵用モータの中空モータ軸内に、前記切換機構の構成部品を挿通させても良い。
上記各構成とすれば、トー角調整用モータおよび転舵用モータと、転舵軸および切換機構の構成部品とを、コンパクトに配置できる。
【００１６】
この発明において、前記転舵軸の非回転分割軸にボールねじ軸部を設け、このボールねじ軸部に螺合するボールナットを回転のみ自在に設け、前記転舵動力伝達機構は、前記転舵用モータの回転により前記ボールナットを回転させて前記転舵軸を軸方向に移動させ転舵を行うものとするのが良い。
この構成によれば、転舵動力伝達機構の動作箇所を最低でボールナットだけにすることができるため、転舵動力伝達機構の構成を簡略にできる。
【００１７】
前記ボールナットは、ボールの循環方式をこま式とし、このボールナットを複列アンギュラ玉軸受および深溝玉軸受で支持しても良い。
こま式のボールナットは、外径を小さくでき、しかも回転バランスが良好である。複列アンギュラ玉軸受および深溝玉軸受を組み合わせてボールナットを支持すると、ボールナットに作用する軸方向荷重およびモーメント荷重の両方を受けることができる。
【００１８】
前記転舵軸の非回転分割軸におけるボールねじ軸部の外径面を滑り軸受で支持するのが良い。
軸方向に２分割された構造である転舵軸は、両分割軸の結合部付近の剛性が低く、この結合部付近の支持剛性を高める必要がある。また、ボールねじ軸部にモーメント荷重が加わることは極力避けなければならない。ボールねじ軸部の外径面を滑り軸受で支持すれば、両分割軸の結合部付近の支持剛性を向上させると共に、ボールねじ軸部にモーメント荷重が加わることを避けられる。滑り軸受の軸方向位置を、非回転分割軸および回転分割軸の結合部とボールナットとの間とすれば効果的である。
【００１９】
前記転舵軸の非回転分割軸が軸回りに回転するのを防止する回り止め手段を設ける。その場合、前記回り止め手段は、前記転舵軸の非回転分割軸に形成されて、軸方向と垂直な断面の外形が軸中心の同心円とは異なる非同心円部と、装置のハウジングに固定して設けられ、前記非同心円部が軸方向に摺動自在に嵌合する滑り軸受とで構成できる。
上記回り止め手段は、構成が簡単で、転舵軸の非回転分割軸を確実に回り止め可能である。
【００２０】
この発明において、前記転舵軸の回転分割軸にスプライン軸部を設け、このスプライン軸部に軸方向に相対移動自在に噛み合うスプラインナットを回転自在に設け、前記トー角調整動力伝達機構は、前記トー角調整用モータで前記スプラインナットを回転させることにより、前記転舵軸の回転分割軸を回転させて、前記非回転分割軸および回転分割軸のねじ結合部の螺合長さを調整することにより、転舵軸の長さを変更して操舵輪のトー角を変えるものとするのが良い。
この構成によれば、トー角調整動力伝達機構の動作箇所を最低でスプラインナットだけにすることができるため、トー角調整動力伝達機構の構成を簡略にできる。
【００２１】
上記構成とする場合、前記転舵軸の前記スプライン軸部のスプライン歯と前記スプラインナットのスプライン歯が滑り接触していても、転がり接触していても良い。いずれであっても、スプラインナットからスプライン軸部へ、力を良好に伝達することができる。
【００２２】
前記ねじ結合部は、ねじの種類が角ねじまたは台形ねじであるのが良い。
ねじの種類が角ねじまたは台形ねじであるねじ結合部は、非回転分割軸と回転分割軸との結合が堅固である。
【００２３】
この発明において、前記非回転分割軸および回転分割軸のうち前記ねじ結合部の雌ねじが設けられている方の分割軸に、軸中心と同心の内径孔を設け、かつ前記ねじ結合部の雄ねじが設けられている方の分割軸に、前記内径孔に嵌合する嵌合軸部を設けても良い。その場合、前記内径孔から前記嵌合軸部が外れないように、これら内径孔と嵌合軸部の軸方向相対位置関係を規制する抜け止め手段を設けるのが望ましい。
内径孔に嵌合軸部を嵌合させることで、非回転分割軸と回転分割軸の同軸度が保持される。また、抜け止め手段を設けることで、内径孔から嵌合軸部が外れることを防止して、非回転分割軸と回転分割軸の同軸度を確実に保持できる。
【００２４】
この発明において、前記トー角調整用モータは、最大発生トルクが前記転舵用モータの最大発生トルクよりも小さいものとすることができる。
トー角調整用モータによる通常時のトー角調整および転舵用モータ失陥時の転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵用モータに必要なトルクよりもはるかに小さいものである。したがって、トー角調整用モータは、転舵用モータよりも小型のもので良い。
【発明の効果】
【００２５】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、前記操舵角センサの検出する操舵角を基に転舵角の指令信号およびトー角の指令信号を生成し、これら指令信号を前記転舵用モータおよびトー角調整用モータにそれぞれ与えるステアリング制御手段とを備えるステアバイワイヤ式操舵装置において、前記ステアリング制御手段が、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるトー角調整制御部を有するものとしたため、旋回時に内外輪に作用するコーナリング力が略均等になるようにトー角を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の一実施形態にかかるステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は同ステアバイワイヤ式操舵装置における転舵軸駆動部の正常動作時の水平断面図、（Ｂ）はそのIIＢ部拡大図である。
【図３】（Ａ）は同転舵軸駆動部におけるトー角調整用モータ失陥時の水平断面図、（Ｂ）はそのIII Ｂ部拡大図である。
【図４】（Ａ）は同転舵軸駆動部における転舵用モータ失陥時の水平断面図、（Ｂ）はそのIVＢ部拡大図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は同転舵軸の結合ねじ部のそれぞれ異なる状態を示す断面図である。
【図６】図２のVI−VI断面図である。
【図７】同転舵軸駆動部の回転規制機構の側面図であり、（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ異なる状態を示す。
【図８】通常のスプライン軸のスプライン歯の歯先形状を示す説明図である。
【図９】（Ａ）は前記転舵軸駆動部の中間軸の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１０】（Ａ）は同転舵軸駆動部の中間軸の他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１１】（Ａ）は同転舵軸駆動部の中間軸のさらに他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１２】（Ａ）は同転舵軸駆動部の中間軸のさらに他の一例の側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１３】同ステアバイワイヤ式操舵装置における回転分割軸とタイロッドの連結部の拡大断面図である。
【図１４】Ｒ２００のコーナーを８０ｋｍ／ｈの速度で旋回するときのトー角とコーナリング力との関係を計算した結果を示すグラフである。
【図１５】Ｒ２００のコーナーを１００ｋｍ／ｈの速度で旋回するときのトー角とコーナリング力との関係を計算した結果を示すグラフである。
【図１６】Ｒ２００のコーナーを１２０ｋｍ／ｈの速度で旋回するときのトー角とコーナリング力との関係を計算した結果を示すグラフである。
【図１７】Ｒ２００のコーナーを１４０ｋｍ／ｈの速度で旋回するときのトー角とコーナリング力との関係を計算した結果を示すグラフである。
【図１８】この発明の他の実施形態にかかるステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。このステアバイワイヤ式操舵装置は、図１に概略図で示すように、運転者が操舵するステアリングホイール１と、操舵角センサ２と、操舵トルクセンサ３と、操舵反力モータ４と、左右の操舵輪１３にナックルアーム１２およびタイロッド１１を介して連結された転舵用の軸方向移動自在な転舵軸１０と、この転舵軸１０を駆動する転舵軸駆動部１４と、転舵角センサ８と、ＥＣＵ（電気制御ユニット）５とを備える。ＥＣＵ５は、ステアリング制御手段５ａ、失陥対応制御手段５ｂ、および補正動作制御手段５ｃを含む。ＥＣＵ５およびその各制御手段５ａ，５ｂ，５ｃは、マイクロコンピュータおよびその制御プログラムを含む電子回路などにより構成される。
【００２８】
ステアリングホイール１は、転舵用の転舵軸１０と機械的に連結されていない。ステアリングホイール１に対して、操舵角センサ２および操舵トルクセンサ３が設けられ、操舵反力モータ４が接続されている。操舵角センサ２は、ステアリングホイール１の操舵角を検出するセンサである。操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に作用する操舵トルクを検出するセンサである。操舵反力モータ４は、ステアリングホイール１に反力トルクを付与するモータである。
【００２９】
図２〜図４は、転舵軸駆動部１４のそれぞれ異なる状態を示す水平断面図である。転舵軸駆動部１４には、転舵軸１０と、操舵輪１３（図１）の転舵を行う転舵機構１５と、操舵輪１３のトー角調整を行うトー角調整機構１６と、転舵機構１５およびトー角調整機構１６の各動力伝達機構１８，３０を切り換える切換機構１７とが設けられている。
【００３０】
転舵軸１０は、非回転分割軸１０Ａと回転分割軸１０Ｂとに軸方向に２分割され、これら両分割軸１０Ａ，１０Ｂを軸中心と同心のねじ結合部１０Ｃで互いに結合した軸である。転舵軸駆動部１４のハウジング１９から突出した非回転分割軸１０Ａおよび回転分割軸１０Ｂの先端部に、左右のタイロッド１１（図１）がそれぞれ連結されている。
【００３１】
図５に示すように、ねじ結合部１０Ｃは、非回転分割軸１０Ａに設けられた雄ねじ８１と、回転分割軸１０Ｂに設けられた雌ねじ８２とを有する。ねじの種類は、角ねじまたは台形ねじが好ましい。ねじの種類が角ねじまたは台形ねじであるねじ結合部１０Ｃは、非回転分割軸１０Ａと回転分割軸１０Ｂとの結合が堅固である。
【００３２】
雄ねじ８１は、非回転分割軸１０Ａのボールねじ軸部１０ａから回転分割軸１０Ｂ側に突出する嵌合軸部８３の先端に設けられている。雌ねじ８２は、回転分割軸１０Ｂの筒状部８４の内周に形成されている。回転分割軸１０Ｂには、前記筒状部８４から非回転分割軸１０Ａに延びる延長筒状部８５が設けられており、この延長筒状部８５の内径孔８６に前記嵌合軸部８３が嵌合している。内径孔８６は、転舵軸１０の軸中心と同心とされている。
【００３３】
このねじ結合部１０Ｃには、前記内径孔８６から前記嵌合軸部８３が抜けるのを防止する抜け止め手段８８が設けられている。この抜け止め手段８８は、嵌合軸部８３の外周に形成された環状の外周溝８９に嵌合するサークリップ９０と、内径孔８６の内径面に形成された環状の内周溝９１とでなる。図５（Ａ）の部分拡大図に示すように、内周溝９１の非回転分割軸１０Ａと反対側の段面９１ａは、外側に向かい次第に溝深さが浅くなるテーパ状になっている。
【００３４】
通常は、図５（Ａ）のように、サークリップ９０と内周溝９１との軸方向位置がずれており、サークリップ９０は内径孔８６の内径面に押されて縮径した状態になっている。この状態で、非回転分割軸１０Ａに対し回転分割軸１０Ｂを回転させると、ねじ結合部１０Ｃの螺合長さが調整される。図５（Ｂ）のように、サークリップ９０と内周溝９１とが軸方向同位置になると、サークリップ９０が自身の弾性反発力で拡径して内周溝９１に係合する。それにより、ねじ結合部１０Ｃの螺合長さを短くする方向の動作が規制されて、内径孔８６から嵌合軸部８３が抜けなくなる。内周溝９１の段面９１ａは前記形状のテーパ状になっているので、ねじ結合部１０Ｃの螺合長さを短くする方向の動作は規制されない。
【００３５】
非回転分割軸１０Ａは、回り止め手段９３により、転舵軸駆動部１４のハウジング１９に対して軸方向に進退自在かつ軸回りに回転不能とされている。回り止め手段９３は、図６に示すように、非回転分割軸１０Ａにおける前記ボールねじ軸部１０ａの外側に続く部分である非同心円部１０ｂと、ハウジング１９に固定して設けられ、前記非同心円部１０ｂが軸方向に摺動自在に嵌合する滑り軸受９４とで構成される。非同心円部１０ｂの軸方向と垂直な断面の形状は、外形が軸中心の同心円とは異なる形状である。この図例では、非同心円部１０ｂは、円周の一部を直線で切り落とした断面形状とされているが、他の断面形状であっても良い。この構成の回り止め手段９３は、構成が簡単で、転舵軸１０の非回転分割軸１０Ａを確実に回り止めできる。
【００３６】
転舵軸１０全体は、以下のようにハウジング１９に支持されている。すなわち、非回転分割軸１０Ａは、ボールねじ軸部１０ａに螺合する後記ボールナット２６を介して複列アンギュラ玉軸受２９ａおよび深溝玉軸受２９ｂにより支持されると共に、前記滑り軸受９４によって支持される。また、回転分割軸１０Ｂは、その外周にスプライン嵌合する後記スプラインナット４０を介して転がり軸受４４により支持されている。さらに、ボールねじ軸部１０ａの外径面が、滑り軸受９５によって支持されている。滑り軸受９５の軸方向位置は、ねじ結合部１０Ｃとボールナット２６との間とされている。
【００３７】
転舵機構１５は、転舵軸１０の非回転分割軸１０Ａおよび回転分割軸１０Ｂを一体に軸方向に移動させて操舵輪１３の転舵を行う。この転舵機構１５は、転舵用モータ６と、この転舵用モータ６の回転により転舵軸１０を軸方向に移動させる転舵動力伝達機構１８とを備える。
【００３８】
転舵用モータ６は、転舵軸駆動部１４のハウジング１９に、前記転舵軸１０と平行に取り付けられている。転舵用モータ６は中空モータであって、筒状の中空モータ軸２０を有する。この中空モータ軸２０は、一対の軸受２３によりハウジング１９に回転自在に支持されている。中空モータ軸２０の中空部内には、転舵軸１０と平行に設けた転舵用中間軸２１が、針状ころ軸受２２を介して回転自在かつ軸方向に移動自在に支持されている。転舵用中間軸２１は、後記トー角調整用中間軸３５と共に、切換機構１７の直動アクチュエータ４７により、図２に示す基準位置と、図３に示すトー角調整用モータ失陥時位置と、図４に示す転舵用モータ失陥時位置の各位置に軸方向に位置切換される。
【００３９】
転舵動力伝達機構１８は、転舵用モータ６の前記中空モータ軸２０と、前記転舵用中間軸２１と、この転舵用中間軸２１の外周にキー（図示せず）を介して回転伝達可能に嵌合した出力ギヤ２４と、この出力ギヤ２４とカウンタギヤ２４ａを介して噛み合う入力ギヤ２５と、この入力ギヤ２５に固定され前記転舵軸１０の非回転分割軸１０Ａのボールねじ軸部１０ａに螺合するボールナット２６とでなる。これらボールねじ軸部１０ａとボールナット２６とでボールねじ機構Ａを構成する。ボールナット２６は、例えばボールの循環方式がこま式のものを用いる。こま式のボールナット２６は、外径を小さくでき、しかも回転バランスが良好である。
【００４０】
出力ギヤ２４は、転がり軸受２８を介して前記ハウジング１９に支持されている。また、ボールナット２６は、軸方向両側に配した複列アンギュラ玉軸受２９ａおよび深溝玉軸受２９ｂにより、ハウジング１９に回転自在に支持されている。複列アンギュラ玉軸受２９ａおよび深溝玉軸受２９ｂを組み合わせてボールナット２６を支持すると、ボールナット２６に作用する軸方向荷重およびモーメント荷重の両方を受けることができる。転舵用中間軸２１は、前記のように、転舵用モータ６の中空モータ軸２０に針状ころ軸受２２を介して嵌合し、かつ出力ギヤ２４にキーを介して嵌合しているため、軸方向への移動が許容されている。
【００４１】
中空モータ軸２０の内周に内歯からなるスプライン歯２０ａ、転舵用中間軸２１の外周に外歯からなるスプライン歯２１ａがそれぞれ形成されており、転舵軸駆動部１４の正常時状態（図２）では、これらスプライン歯２０ａ，２１ａが互いに噛み合ってスプライン嵌合部２７を構成することで、中空モータ軸２０と転舵用中間軸２１とが回転伝達可能に連結されている。中空モータ軸２０のスプライン歯２０ａは軸方向に長く、どの軸方向箇所にも転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａが噛み合うことができる。
【００４２】
転舵軸駆動部１４の正常時状態（図２）において、転舵用モータ６の回転出力は、転舵用中間軸２１、出力ギヤ２４、カウンタギヤ２４ａ、入力ギヤ２５を経てボールナット２６に伝達され、ボールナット２６の回転が転舵軸１０の軸方向への移動に変換されて転舵が行なわれる。
【００４３】
トー角調整機構１６は、非回転分割軸１０Ａに対して回転分割軸１０Ｂを回転させて、ねじ結合部１０Ｃの螺合長さを調整することにより、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪１３のトー角を変える。このトー角調整機構１６は、トー角調整用モータ７と、このトー角調整用モータ７の回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構３０とを備える。
【００４４】
トー角調整用モータ７は、転舵軸駆動部１４のハウジング１９に、転舵軸１０と同心に取り付けられている。トー角調整用モータ７も中空モータであって、その筒状の中空モータ軸３１が転舵軸１０におけるねじ結合部１０Ｃの外周に設けられている。
【００４５】
トー角調整動力伝達機構３０は、前記中空モータ軸３１に固定された出力ギヤ３２と、この出力ギヤ３２とカウンタギヤ３２ａを介して噛み合う第１中間ギヤ３３と、この第１中間ギヤ３３とスプライン嵌合部３４で噛み合うトー角調整用中間軸３５と、このトー角調整用中間軸３５とスプライン嵌合部３６で噛み合う第２中間ギヤ３７と、この第２中間ギヤ３７とカウンタギヤ３９を介して噛み合う入力ギヤ３８と、この入力ギヤ３８に固定されたスプラインナット４０とでなる。転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂは外周に歯溝が形成されたスプライン軸であって、この回転分割軸１０Ｂに前記スプラインナット４０がスプライン嵌合している。回転分割軸１０Ｂとスプラインナット４０とは、両者が滑り接触していても、あるいはボール（図示せず）を介して互いに転がり接触していても良い。いずれであっても、スプラインナット４０から回転分割軸１０Ｂへ、回転を良好に伝達することができる。
【００４６】
第１中間ギヤ３３および第２中間ギヤ３７とトー角調整用中間軸３５とは、両中間ギヤ３３，３７に形成された内歯からなるスプライン歯３３ａ，３７ａとトー角調整用中間軸３５に形成された外歯からなるスプライン歯３５ａ，３５ｂとが互いに噛み合うことで、スプライン嵌合部３４，３６を構成する。トー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ｂは軸方向に長く、どの軸方向箇所にも第２中間ギヤ３７のスプライン歯３７ａが噛み合うことができる。
【００４７】
中空モータ軸３１は転がり軸受４１を介して、第１中間ギヤ３３は転がり軸受４２を介して、第２中間ギヤ３７は転がり軸受４３を介して、スプラインナット４０は転がり軸受４４を介して、それぞれハウジング１９に支持されている。また、第１中間ギヤ３３と第２中間ギヤ３７間には転がり軸受４５が介在し、両ギヤ３３，３７は互いに回転自在である。トー角調整用中間軸３５は、前記のように、第２中間ギヤ３７にスプライン嵌合部３６で噛み合っているため、軸方向への移動が許容されている。転舵用中間軸２１とトー角調整用中間軸３５は、同軸上に互いに隣接して配置されており、両中間軸２１，３５の互いに対向する軸端間にスラスト軸受４６を介在させてある。これにより、両中間軸２１，３５が相対回転可能となるようにされている。
【００４８】
転舵軸駆動部１４の正常時状態（図２）において、トー角調整用モータ７の回転出力は、中空モータ軸３１、出力ギヤ３２、カウンタギヤ３２ａ、第１中間ギヤ３３、トー角調整用中間軸３５、第２中間ギヤ３７、カウンタギヤ３９、入力ギヤ３８を経てスプラインナット４０に伝達され、スプラインナット４０の回転で転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂが回転させられる。非回転分割軸１０Ａに対し回転分割軸１０Ｂを回転させることで、ねじ結合部１０Ｃの螺合長さを調整して、転舵軸１０を伸縮させる。それにより、左右のタイロッド１１間距離を変更して、操舵輪１３（図１）のトー角を変える。このトー角調整の際、後述するように、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３０は、ステアリング制御手段５ａの制御により、左右の操舵輪１３の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【００４９】
図１３の拡大断面図に示すように、回転分割軸１０Ｂは、スラスト軸受９６およびボールジョイント９７を介してタイロッド１１に相対回転可能に連結されている。具体的には、回転分割軸１０Ｂのねじ結合部１０Ｃ側とは反対側の先端に、その外周に形成された雄ねじ９８に螺合して袋ナット状の有底の筒状部材９９が取り付けられ、この筒状部材９９内に複列のスラスト軸受９６が回転分割軸１０Ｂの軸中心と同心に支持されている。スラスト軸受９６は、回転分割軸１０Ｂの軸端で支持される軌道輪１００Ａと、筒状部材９９の端部壁９９ａの内面に皿ばね１０２を介して支持される軌道輪１００Ｂと、これら両軌道輪１００Ａ，１００Ｂの中間位置に配置される軌道輪１００Ｃと、軌道輪１００Ａ，１００Ｃ間および軌道輪１００Ｂ，１００Ｃ間にそれぞれ介在するボール１０１とで構成される複列のスラスト玉軸受からなる。すなわち、スラスト軸受９６は、回転分割軸１０Ｂの軸端に向けて皿ばね１０２で予圧を与えられた状態で筒状部材９９内に支持されている。ボールジョイント９７は、その球面部１０３がタイロッド１１に固定され、球面部１０３を抱くソケット状の球面座部材１０４の軸部１０４ａが筒状部材端部壁９９ａおよび軌道輪１００Ｂに設けられた各軸部挿通孔１０５，１０６を貫通してスラスト軸受９６の中間の軌道輪１００Ｃに連結されている。
なお、回転駆動されることのない非回転分割軸１０Ａに対しては、タイロッド１１は直接連結される。
【００５０】
このように、トー角調整時に回転駆動される転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂに対して、タイロッド１１がボールジョイント９７に加えてスラスト軸受９６を介して連結されているので、軸方向荷重が負荷された状態でも回転分割軸１０Ｂとタイロッド１１の間での摩擦トルクを軽減することができる。このため、回転分割軸１０Ｂの回転駆動源であるトー角調整用モータ７の容量を小さくすることができる。
【００５１】
切換機構１７は、転舵用モータ６が失陥したとき、ならびにトー角調整用モータ７が失陥したときに、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３０の動力伝達系統を切り換えるためのものである。この切換機構１７は、転舵用中間軸２１およびトー角調整用中間軸３５と、これら中間軸２１，３５を一緒に軸方向に移動させる直動アクチュエータ４７と、両中間軸２１，３５が常に互いに接する状態に維持されるように押圧力を付与する押圧機構４８と、両中間軸２１，３５の移動により転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３０の各伝動連結部の伝動を係脱する伝動係脱機構４９とを備える。
【００５２】
直動アクチュエータ４７は、ばね部材５１と、ばね係脱機構５２とでなる。さらに、ばね係脱機構５２は、ばね部材５１の直線運動を回転運動に変換する直線・回転運動変換機構５３と、この直線・回転運動変換機構５３で得られる回転運動を規制する回転規制機構５４とでなる。
【００５３】
この例では、ばね部材５１は圧縮コイルばねであり、サポート部材５５を図２〜図４の左方向に付勢している。つまり、ばね部材５１は、サポート部材５５に接する側の端部が左右方向に直線運動をする。サポート部材５５は転舵用中間軸２１と同軸上に互いに隣接して設けられている。サポート部材５５と転舵用中間軸２１間にスラスト軸受５６を、サポート部材５５とばね部材５１間にスラストころ軸受５７をそれぞれ介在させてあり、サポート部材５５は中心軸回りに回転自在である。
【００５４】
また、この例では、直線・回転運動変換機構５３はボールねじ機構であり、サポート部材５５と一体のボールねじ軸５８と、このボールねじ軸５８に螺合するボールナット５９とで構成される。直線・回転運動変換機構５３はボールねじ機構以外の構成であっても良く、例えばラックとピニオンを組み合わせたものとしても良い。
【００５５】
図７に示すように、回転規制機構５４は、回転軸であるボールねじ軸５８に設けた突起物６０、この突起物６０に引っ掛かることでボールねじ軸５８の回転を止める役割を果たすレバー６１、およびこのレバー６１を作動させる回転規制駆動源６２で構成される。突起物６０は、外周の一部が他よりも外径側に張り出す突起部６０ａとなった板状の部材で、その突起部６０ａの周方向一方端に、レバー６１が当たる段面６０ｂが形成されている。厳密には、突起物６０の突起部６０ａが、レバー６１が引っ掛かる突起物である。レバー６１は、ボールねじ軸５８と平行な回動中心軸６１ａに回動自在に設けられ、前記突起物６０の突起部６０ａに引っ掛かる一対の引っ掛かり部６１ｂ，６１ｃを有する。回転規制駆動源６２は、直動式のアクチュエータからなり、例えばリニアソレノイドとされる。回転規制駆動源６２は、一方向（上下方向）に進退作動する進退ロッド６２ａを有し、この進退ロッド６２ａが前記レバー６１に連結リンク６３を介して連結されている。
【００５６】
図７（Ａ）は、転舵軸駆動部１４が正常時状態にあるときの回転規制機構５４の状態を示す。この状態では、レバー６１の一方の引っ掛かり部６１ｂが突起物６０の突起部６０ａに引っ掛かっており、それによって突起物６０およびそれと一体のボールねじ軸５８の回転が拘束されている。そのため、ボールねじ機構からなる直線・回転運動変換機構５３の作用により、ボールねじ軸５８が軸方向に移動できず、ばね部材５１（図２）がサポート部材５５（図２）を押すことが規制されている。つまり、ばね部材５１は圧縮状態に保持され、両中間軸２１，３５（図２）を軸方向に付勢することが不能な無付勢状態になっている。
【００５７】
図７（Ａ）の状態から回転規制駆動源６２の進退ロッド６２ａを後退させると、レバー６１の引っ掛かり部６１ｂと突起物６０の突起部６０ａとの引っ掛かりが解除され、ボールねじ軸５８が回転可能になる。それにより、ばね部材５１の弾性反発力によって、ボールねじ軸５８がボールナット５９に対して回転しながら図２の左方向へ移動する。つまり、ばね部材５１は前記圧縮状態から開放され、両中間軸２１，３５を軸方向に付勢する状態となる。突起物６０が所定の位相だけ回転すると、図７（Ｂ）のように、突起物６０の突起部６０ａがレバー６１のもう一方の引っ掛かり部６１ｃに引っ掛かり、突起物６０およびボールねじ軸５８の回転が拘束される。この間、両中間軸２１，３５は左側へ軸方向移動して、図３のトー角調整用モータ失陥時位置になる。
【００５８】
図７（Ｂ）の状態から回転規制駆動源６２の進退ロッド６２ａを進出させると、レバー６１の引っ掛かり部６１ｃと突起物６０の突起部６０ａとの引っ掛かりが解除され、ボールねじ軸５８が回転可能になる。それにより、前記同様、ばね部材５１が両中間軸２１，３５を軸方向に付勢する状態となり、両中間軸２１，３５が左側へ軸方向移動する。それに伴い、突起物６０とレバー６１の軸方向位置が外れる。そのため、突起物６０が回転しても突起部６０ａがレバー６１のいずれの引っ掛かり部６１ｂ，６１ｃにも引っ掛からなくなり、ばね部材５１は直線運動範囲端まで移動する。このばね部材５１が直線運動範囲端まで移動したときの両中間軸２１，３５の位置が、図４の転舵用モータ失陥時位置である。
【００５９】
前記ばね係脱機構５２は、作用的な面から見た場合、次のように言うこともできる。すなわち、ばね係脱機構５２は、ばね部材５１の直線運動範囲内、またはばね部材５１と共に直線運動する部材であるボールねじ軸５８の運動範囲内に配されて直線運動を妨げる障害物と、この障害物を取り除くことでばね部材５１を圧縮状態から開放する障害物取り除き機構Ｂとでなる。この場合、障害物は、ボールねじ軸５８に取付けた突起物６０に引っ掛かってボールねじ軸５８の直線運動を妨げるレバー６１であり、障害物取り除き機構Ｂは、ボールねじ軸５８の運動範囲内に突出させた障害物としてのレバー６１を取り去るように作用する回転規制駆動源６２と連結リンク６３とを組み合わせた機構である。
【００６０】
押圧機構４８は、図２〜図４に示すように、トー角調整用中間軸３５に隣接して転舵用およびトー角調整用両中間軸２１，３５と同軸上に配置された押圧軸６４と、この押圧軸６４をトー角調整用中間軸３５に押し付ける側に弾性付勢するコイルばね６５とでなる。押圧軸６４およびコイルばね６５は、ハウジング１９の一部である押圧機構収容部１９ａに収容されている。押圧軸６４とトー角調整用中間軸３５の互いに対向する軸端間にはスラスト軸受６６が配置され、これにより押圧軸６４に対してトー角調整用中間軸３５が回転自在となるようにされている。
【００６１】
伝動係脱機構４９は、第１〜第３伝動係脱機構７１〜７３を有する。
第１伝動係脱機構７１は、転舵用モータ６の中空モータ軸２０と、転舵用中間軸２１と、トー角調整用駆動側部材である第１中間ギヤ３３とでなる。両中間軸２１，３５が図２の基準位置にあるとき、ならびに図３のトー角調整用モータ失陥時位置にあるときは、中空モータ軸２０のスプライン歯２０ａと転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａが互いに噛み合ってスプライン嵌合部２７を構成することにより、中空モータ軸２０と転舵用中間軸２１とが結合する。両中間軸２１，３５が図４の転舵用モータ失陥時位置では、転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａが中空モータ軸２０のスプライン歯２０ａから外れ、転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａが第１中間ギヤ３３のスプライン歯３３ａと噛み合ってスプライン嵌合部７４を構成することにより、転舵用中間軸２１が第１中間ギヤ３３と結合する。
【００６２】
第２伝動係脱機構７２は、転舵用中間軸２１と、トー角調整用駆動側部材である第１中間ギヤ３３と、トー角調整用中間軸３５とでなる。両中間軸２１，３５が図２の基準位置にあるときは、第１中間ギヤ３３のスプライン歯３３ａとトー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ａが互いに噛み合ってスプライン嵌合部３４を構成することにより、第１中間ギヤ３３とトー角調整用中間軸３５とが結合する。両中間軸２１，３５が図３のトー角調整用モータ失陥時位置にあるとき、ならびに図４の転舵用モータ失陥時位置にあるときは、上記スプライン嵌合部３４の噛み合いが外れて、第１中間ギヤ３３とトー角調整用中間軸３５とが非結合になる。
【００６３】
第３伝動係脱機構７３は、トー角調整用中間軸３５と、トー角調整用従動側部材である第２中間ギヤ３７と、ハウジング１９とでなる。ハウジング１９の前記押圧機構収容部１９ａの基端には、内歯からなるスプライン歯７５ａが形成されている。両中間軸２１，３５が図２の基準位置にあるときは、トー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ｂと第２中間ギヤ３７のスプライン歯３７ａが互いに噛み合ってスプライン嵌合部３６を構成することにより、トー角調整用中間軸３５と第２中間ギヤ３７とが結合する。両中間軸２１，３５が図３のトー角調整用モータ失陥時位置にあるとき、ならびに図４の転舵用モータ失陥時位置にあるときは、上記スプライン嵌合部３６に加えて、トー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ｂとハウジング１９のスプライン歯７５ａが互いに噛み合って、スプライン嵌合部７５が構成される。このスプライン嵌合部７５により、トー角調整用中間軸３５は、ハウジング１９に結合されて回転が拘束される。
【００６４】
上記伝動係脱機構４９の切換動作において、両中間軸２１，３５が基準位置から転舵用モータ失陥時位置へ軸方向移動する過程で、トー角調整用中間軸３５が第１中間ギヤ３３から外れるのよりも先に、トー角調整用中間軸３５がハウジング１９に結合されるように各部材の位置関係が設定されている。
【００６５】
上記伝動切換機構４９の切換動作を円滑に行うために、転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａ、およびトー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ａ，３５ｂは、図８に示す通常のスプライン軸８０におけるスプライン歯８０ａのように歯先の形状を平坦な形状とせず、例えば図９または図１０に示すように、その歯先の形状を鋭角状とするのが望ましい。あるいは、他の例として、図１１または図１２に示すように、スプライン歯２１ａ，３５ａ，３５ｂの歯先の形状を歯先凸部の無いテーパ状とするのが望ましい。
【００６６】
また、図１０または図１２に示すように、転舵用中間軸２１のトー角調整用中間軸３５に対向する側の先端に、スプライン歯２１ａよりも軸端側に突出させて突出部７６を設けてもよい。この突出部７６の外径は、スプライン歯２１ａの歯底半径以下とする。このような突出部７６が転舵用中間軸２１の先端に設けられていれば、転舵用中間軸２１およびトー角調整用中間軸３５が基準位置から転舵用モータ失陥時位置に位置切換するときに、突出部７６の軸方向長さ分だけ、先にトー角調整中間軸３５のスプライン歯３５ａが第１中間ギヤ３３のスプライン歯３３ａから外れ、その後で転舵用中間軸２１のスプライン歯２１ａが第１中間ギヤ３３のスプライン歯３３ａに噛み合う。つまり、トー角調整用モータ７とトー角調整用中間軸３５との動力的な結合が解除されてから、トー角調整用モータ７と転舵用中間軸２１とが動力的に結合される。なお、図２〜図４に示す転舵軸駆動部１４には、図１０または図１２に示す軸端形状の転舵用中間軸２１が採用されている。
【００６７】
ＥＣＵ５のステアリング制御手段５ａは、操舵反力モータ４、転舵用モータ６、およびトー角調整用モータ７を制御する。すなわち、ステアリング制御手段５ａは、操舵角センサ２の検出する操舵角の信号、図示しない車速センサの検出する操舵輪回転速度の信号、および運転状態を検出する各種センサの信号に基づいて、定められた規則に従って目標操舵反力を設定し、実際の操舵反力トルクが目標操舵反力に一致するように操舵トルクセンサ３の検出する操舵トルクの信号をフィードバックして、操舵反力モータ４を制御する。また、転舵用モータ６およびトー角調整用モータ７の回転方向と回転量を選択設定して、操舵輪１３の転舵とトー角調整を選択的に行う。トー角調整の際には、左右の操舵輪１３の転舵角が目標値に一致するように、転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３０を互いに協調して動作させる。この協調動作については、後で具体的に説明する。
【００６８】
ステアリング制御手段５ａは、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるようにトー角調整用モータ７を制御するトー角調整制御部１１１を有する。ここでは、車両重心付近に、ヨーレイトを検出する専用のヨーレイトセンサ１１２（図１）を設けている。トー角調整用制御部１１１では、ヨーレイトセンサ１１２の検出したヨーレイト、および車速センサ１１４の検出した車速をトー角調整制御に用いる。上記ヨーレイトセンサ１１２に代えて、図１８のように、車両の全車輪１３，１３Ａのハブ１１０に、車輪１３，１３Ａに作用する横力を検出する横力検出用センサ１１３を設けても良い。この場合、トー角調理用制御部１１１では、全横力検出用センサ１１３の出力、および車両重心と各車輪１３，１３Ａとの位置関係に基づきヨーレイトを算出し、算出したヨーレイトをトー角調整制御に用いる。
【００６９】
トー角調整制御部１１１は、定められた規則に従い、上記車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるものであるが、上記の「定められた規則」は、任意の内容で良く、また計算式として定められたものであっても、テーブル等して定められたものであっても良い。上記「定められた規則」の例を挙げると、操舵される旋回内外輪に作用するコーナリング力の差が設定値以下になるようにトー角調整を行わせる規則とされる。例えば、上記旋回内外輪に作用するコーナリング力が互いに略均等になるようにトー角調整を行わせるようにする。トー角調整は、車速およびヨーレイトの検出手段１１４，１１２（１１３）の検出した車速およびヨーレイトに基づいて、旋回内輪と外輪のコーナリング力の差が設定値以下になるように、内外輪の実舵角を制御することで、負荷を均等化することができる。
【００７０】
また、トー角調整制御部１１は、同じヨーレイトに対して、車速が高速になるに従って、トー角をアウト側にするものとしても良い。車速が上がるにほど、コーナリング力を均等化するトー角は、後に図グラフと共に説明するように、トーアウト側に寄って行く。したがって、高速旋回中は、車速とヨーレイトすなわち旋回半径に応じてトー角をアウト側に調整すれば、安全でタイヤの負担も小さくなる。なお、上記の同じヨーレイトに対して、車速が高速になるに従って、トー角をアウト側にする制御は、任意に定められた車速以上の場合にのみ行うようにしても良い。
【００７１】
失陥対応制御手段５ｂは、切換機構１７の回転規制駆動源６２を制御する。すなわち、失陥対応制御手段５ｂは、転舵用モータ６の失陥、およびトー角調整用モータ７の失陥を検出した場合に、それに応答して回転規制駆動源６２を動作させ、転舵用およびトー角調整用の両中間軸２１，３５を、基準位置から転舵用モータ失陥時位置またはトー角調整用モータ失陥時位置へ軸方向移動させる。
【００７２】
補正動作制御手段５ｃは、上記失陥対応制御手段５ｂにより両中間軸２１，３５を軸方向移動させる制御の補正をする。詳しくは、トー角調整用中間軸３５のスプライン歯３５ｂとハウジング１９のスプライン歯７５ａとをスプライン嵌合７５させて、トー角調整用中間軸３５の回転を拘束する際に、トー角調整用モータ７でトー角調整用中間軸３５をスプライン歯３５ｂの１ピッチ分以上回転させることで、両スプライン歯３５ｂ，７５ａの位相を揃える。このような補正動作を行わせることで、トー角調整用中間軸３５のハウジング１９への固定を誤動作無く円滑に行うことができる。
【００７３】
次に、このステアバイワイヤ式操舵装置の転舵軸駆動部１４での動作を説明する。転舵用モータ６およびトー角調整用モータ７が正常である場合には、図２のように、転舵用モータ６の中空モータ軸２０の回転が転舵動力伝達機構１８を介してボールナット２６に伝達されると共に、トー角調整用モータ７の中空モータ軸３１の回転がトー角調整動力伝達機構３０を介してスプラインナット４０に伝達される。転舵軸１０の非回転分割軸１０Ａのボールねじ軸部１０ａに螺合するボールナット２６の回転は、非回転分割軸１０Ａおよび回転分割軸１０Ｂを一体に軸方向に移動させ、これにより操舵輪１３の操舵が行なわれる。転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂにスプライン嵌合するスプラインナット４０の回転は回転分割軸１０Ｂを回転させ、この回転により転舵軸１０の両端に連結されたタイロッド１１が進退して、トー角調整が行なわれる。
【００７４】
このトー角調整は、具体的には次のように転舵用動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構の３０を互いに協調する動作により行われる。すなわち、トー角調整用モータ７によりスプラインナット４０を回転させると、スプラインナット４０と共に、回転分割軸１０Ｂが回転する。回転分割軸１０Ｂは非回転分割輪１０Ａに対して、互いに同心のねじ結合部１０Ｃで螺合していて、スプラインナット４０に対して軸方向に移動自在であるため、回転分割軸１０Ｂが回転すると、ねじ結合部１０Ｃにおける回転量に応じた軸方向距離だけ、非回転分割軸１０Ａに対して回転分割軸１０Ｂが軸方向に移動する。これにより、非回転分割軸１０Ａおよび回転分割軸１０Ｂからなる転舵軸１０の長さが変わるため、トー角が変わる。しかし、回転分割軸１０Ｂだけ移動したのでは、転舵角が変わることになる。そこで、転舵用モータ６によってボールナット２６を回転させ、非回転分割軸１０Ａを回転分割軸１０Ｂの移動方向に対して逆方向に軸移動させる。すなわち、トー角調整用モータ７による、回転分割軸１０Ｂの非回転分割軸１０Ａに対する軸方向の相対移動長さの半分だけ、転舵用モータ６によって非回転分割軸１０Ａを移動させ、転舵軸１０の全体長さの中心位置を維持させる。これにより、左右の転舵輪１３の転舵角度が共に目標値に一致するように、つまり転舵角を変えることなく、トー角調整が行われる。ＥＣＵ５のステアリング制御手段５ａは、トー角調整時、このようにトー角調整用モータ７と共に転舵用モータ６を駆動させ、回転分割軸１０Ｂの偏った移動を相殺させて、転舵角を変えることなくトー角調整を行わせる。
【００７５】
トー角調整用モータ７が失陥した場合、ＥＣＵ５の失陥対応制御手段５ｂからの指令により、切換機構１７の回転規制駆動源６２を作動させて、回転規制機構５４を図７（Ａ）の状態から同図（Ｂ）の状態に切り換える。それにより、直動アクチュエータ４７を構成するばね部材５１の弾性反発力によって、両中間軸２１，３５が図３のトー角調整用モータ失陥時位置まで軸方向移動して停止する。
【００７６】
トー角調整用モータ失陥時位置では、第１伝動係脱機構７１により転舵用中間軸２１は中空モータ軸２０に結合したままに保持され、第２伝動係脱機構７２によりトー角調整用中間軸３５は第１中間ギヤ３３に対し非結合になり、第３伝動係脱機構７３によりトー角調整用中間軸３５がハウジング１９に結合された状態となる。すなわち、トー角調整動力伝達機構３０が動力伝達不能状態となると共に、トー角調整用中間軸３５の回転が拘束される。その結果、転舵用モータ６による転舵のみが行われる。前述したように、この転舵軸駆動部１４には、図１２または図１４に示す軸端形状の転舵用中間軸２１が採用されており、トー角調整用モータ７とトー角調整用中間軸３５との動力的な結合が解除されてから、トー角調整用モータ７と転舵用中間軸２１とが動力的に結合されるため、伝動系統の切換動作が円滑に行える。
【００７７】
転舵用モータ６が失陥した場合、ＥＣＵ５の失陥対応制御手段５ｂからの指令により、切換機構１７の回転規制駆動源６２を作動させて、回転規制機構５４を図７（Ａ）の状態から同図（Ｂ）の状態を経てから同図（Ａ）の状態に戻す。それにより、ばね部材５１の弾性反発力によって、両中間軸２１，３５が、前記トー角調整用モータ失陥時位置を経由して、図４の転舵用モータ失陥時位置まで軸方向移動する。
【００７８】
転舵用モータ失陥時位置では、第１伝動係脱機構７１および第２伝動係脱機構７２により、転舵用中間軸２１と中空モータ軸２０の結合、ならびにトー角調整用中間軸３５と第１中間ギヤ３３の結合が外れて、新たに転舵用中間軸２１が第１中間ギヤ３３と結合し、第３伝動係脱機構７３によりトー角調整用中間軸３５がハウジング１９に結合された状態となる。すなわち、転舵用モータ６が転舵動力伝達機構１８から切り離され、かつトー角調整用中間軸３５の回転を拘束したうえで、転舵用中間軸２１がトー角調整動力伝達機構３０に連結される。それにより、転舵用モータ６に代えて、トー角調整用モータ７の回転を転舵用動力伝達機構１８に伝えて転舵することが可能になる。
【００７９】
このように、このステアバイワイヤ式操舵装置では、切換機構１７により、転舵用モータ６が失陥したときに、転舵用モータ６を転舵動力伝達機構１８から切り離し、かつトー角の変化を止めておき、転舵用モータ６に代えてトー角調整用モータ７の回転を転舵動力伝達機構１８に伝えて転舵可能とすることにより、転舵用モータ失陥時でも転舵可能なフェールセーフ機能を持たせられる。また、切換機構１７により、トー角調整用モータ７が失陥したときに、トー角調整動力伝達機構３０を動力伝達不能状態として転舵用モータ６による転舵のみ行わせることにより、トー角調整用モータ失陥時にトー角調整機構１６を固定して安全に走行できる。これら転舵用モータ失陥時およびトー角調整用モータ失陥時における転舵動力伝達機構１８およびトー角調整動力伝達機構３０の動力伝達系統を切り換える一連の動作は、直動アクチュエータ４７で転舵用およびトー角調整用の各中間軸２１，３５を軸方向に移動させることで、伝動係脱機構４９により確実に行われる。
【００８０】
また、転舵軸１０を、非回転分割軸１０Ａと回転分割軸１０Ｂとに軸方向に２分割し、これら両分割軸１０Ａ，１０Ｂを軸中心と同心のねじ結合部１０Ｃで互いに結合した軸としたことにより、非回転分割軸１０Ａに対し回転分割軸１０Ｂを回転させることで、左右のタイロッド１１間距離を変更させられる。左右のタイロッド１１は、非回転分割軸１０Ａおよび回転分割軸１０Ｂにそれぞれ直接連結することができる。このため、このステアバイワイヤ式操舵装置は、構成がコンパクトで、かつ転舵軸１０が設けられている箇所の全体の軸方向長さを短くでき、車両に搭載しやすい。
なお、転舵軸が軸方向に分割されていない場合は、転舵軸の両端に、転舵軸の回転に応じて軸方向に進退する進退部材を設け、これら進退部材に左右のタイロッドを取付ける構成とする必要がある。そのため、転舵軸が設けられている箇所の全体の軸方向長さが長くなる。
【００８１】
また、トー角調整時に回転駆動される転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂに対して、タイロッド１１がボールジョイント９７に加えてスラスト軸受９６を介して連結されているので、軸方向荷重が負荷された状態でも回転分割軸１０Ｂとタイロッド１１の間での摩擦トルクを軽減することができ、回転分割軸１０Ｂの回転駆動源であるトー角調整用モータ７の容量を小さくすることができる。このため、ステアバイワイヤ式操舵装置の構成をさらにコンパクトにすることができる。
【００８２】
軸方向に２分割された構造である転舵軸１０は、両分割軸１０Ａ，１０Ｂのねじ結合部１０Ｃ付近の剛性が低いため、このねじ結合部１０Ｃ付近の支持剛性を高める必要がある。また、ボールねじ軸部１０ａにモーメント荷重が加わることは極力避けなければならない。この実施形態のように、ねじ結合部１０Ｃに近いボールねじ軸部１０ａの外径面を滑り軸受９５で支持すれば、ねじ結合部１０Ｃ付近の支持剛性を向上させると共に、ボールねじ軸部１０ａにモーメント荷重が加わることを避けられる。滑り軸受９５の軸方向位置を、ねじ結合部１０Ｃとボールナット２６との間とすれば効果的である。
【００８３】
転舵用モータ６およびトー角調整用モータ７として中空モータを用いることにより、これら中空モータ６，７の中空部内に転舵用中間軸２１および転舵軸１０をそれぞれ挿通させて設けることができる。そのため、ステアバイワイヤ式操舵装置の各構成部品を狭いスペースに無理なく配置することができ、全体の構成をコンパクトにできる。転舵用モータ６の中空部内に、転舵用中間軸２１以外の切換機構１７の構成部品を配置しても良い。転舵用モータ６およびトー角調整用モータ７のいずれか一方だけが中空モータであっても良い。また、転舵用中間軸２１とトー角調整用中間軸３５を同軸中心上にかつ軸方向移動自在に配置し、これら両中間軸２１，３５を直動アクチュエータ４７で一緒に軸方向に移動させる構成としたことにより、切換機構１７をコンパクトにできる。
【００８４】
転舵軸１０の非回転分割軸１０Ａにボールねじ軸部１０ａを設け、このボールねじ軸部１０ａにボールナット２６を螺合させたことにより、転舵動力伝達機構１８の動作箇所を最低でボールナット２６だけにすることができ、転舵動力伝達機構１８の構成が簡略になっている。また、転舵軸１０の回転分割軸１０Ｂをスプライン軸部とし、この回転分割軸１０Ｂにスプラインナット４０を噛み合わせたことにより、トー角調整動力伝達機構３０の動作箇所を最低でスプラインナット４０だけにすることができ、トー角調整動力伝達機構３０の構成が簡略になっている。
【００８５】
なお、トー角調整用モータ７によるトー角調整および転舵用モータ６の失陥のときの転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵用モータ６に必要なトルクよりもはるかに小さなものである。したがって、トー角調整用モータ７は、転舵用モータ６よりも小型のもので良い。
【００８６】
特に、このステアバイワイヤ式操舵装置では、ステアリング制御手段５ａのトー角調整制御部１１１により、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるようにしているので、旋回時に車速とヨーレイトの変化に応じて内外輪のトー角をきめ細かく制御でき、例えば内外輪に作用するコーナリング力が略均等になるように（具体的には内外輪のコーナリング力の差が所定の設定値以下になるように）トー角を制御することができる。これにより、内外輪に加わる負荷を均等化して、タイヤ限界である危険領域から遠ざけることができる。また、高接地荷重状態でのタイヤ横滑り角を減少させることができ、タイヤの摩耗量を減らすこともできる。
【００８７】
図１４〜図１７は、小型車の３自由度（横方向、ヨーイング、ローリング）車両運動モデルを用いて、Ｒ２００のコーナーを８０ｋｍ／ｈ，１００ｋｍ／ｈ，１２０ｋｍ／ｈ，１４０ｋｍ／ｈの各一定速度で旋回するときに、トー角によってタイヤに作用するコーナリング力がどれ程変化するかを計算した結果をグラフで示したものである。その計算データを表１〜表４に示す。
【００８８】
【表１】
【００８９】
【表２】
【００９０】
【表３】
【００９１】
【表４】
【００９２】
ここで言う危険領域とは、コーナリング力がタイヤ摩擦力を超える領域であり、厳密にはタイヤ接地力によって変わってくる。ここでは簡易的に、ロードインデックス８４の小型車用タイヤを仮定し、最大接地力が５００ｋｇで乾燥路面の摩擦係数を０．８として、４０００Ｎ以上のコーナリング力が加われば滑り出すということで危険領域を定義している。
【００９３】
車速８０ｋｍ／ｈの場合（図１４）では、トー角を−０．３ｄｅｇ辺り（わずかにトーアウト）にすることで、操舵している前輪の内外輪に作用するコーナリング力が均等になる。内外輪のコーナリング力の和は一定なので、両者を均等化することで危険領域から離れることができる。図１４〜図１７のグラフから、車速が１００ｋｍ／ｈ，１２０ｋｍ／ｈ，１４０ｋｍ／ｈと上がるほど、コーナリング力を均等化するトー角は、−側すなわちトーアウト側に寄っていくことが分かる。したがって、高速旋回中は、車速とヨーレイトすなわち旋回半径に応じてトー角をアウト側に調整すれば、安全でタイヤの負担も小さくなる。
【符号の説明】
【００９４】
１…ステアリングホイール
２…操舵角センサ
５ａ…ステアリング制御手段
６…転舵用モータ
７…トー角調整用モータ
１０…転舵軸
１０Ａ…非回転分割軸
１０Ｂ…回転分割軸
１０Ｃ…ねじ結合部
１０ａ…ボールねじ軸部
１０ｂ…非同心円部
１１…タイロッド
１７…切換機構
１８…転舵動力伝達機構
２０…中空モータ軸
２１…転舵用中間軸
２６…ボールナット
３０…トー角調整動力伝達機構
３１…中空モータ軸
３５…トー角調整用中間軸
４０…スプラインナット
８１…雄ねじ
８２…雌ねじ
８３…嵌合軸部
８６…内径孔
８８…抜け止め手段
９３…回り止め手段
９４，９５…滑り軸受
９６…スラスト軸受
９７…ボールジョイント
１１０…ハブ
１１１…トー角調整制御部
１１２…ヨーレイトセンサ
１１３…横力検出用センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、前記操舵角センサの検出する操舵角を基に転舵角の指令信号およびトー角の指令信号を生成し、これら指令信号を前記転舵用モータおよびトー角調整用モータにそれぞれ与えるステアリング制御手段とを備えるステアバイワイヤ式操舵装置において、
前記ステアリング制御手段は、定められた規則に従い、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるようにトー角調整用モータを制御するトー角調整制御部を有することを特徴とするステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、ヨーレイトを検出する専用のヨーレイトセンサを車両重心付近に設け、前記トー角調整制御部は前記ヨーレイトセンサの検出するヨーレイトをトー角調整制御に用いるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項３】
請求項１において、車輪に作用する横力を検出する横力検出用センサを車両全輪のハブに設け、前記トー角調整制御部は前記全横力検出用センサの出力および車両重心と各車輪との位置関係に基づき算出したヨーレイトをトー角調整制御に用いるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記トー角調整制御部は、操舵される旋回内外輪に作用するコーナリング力の差が設定値以下になるようにトー角調整を行わせるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項５】
請求項４において、前記トー角調整制御部は、同じヨーレイトに対して、車速が高速になるに従って、トー角をアウト側にするステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記転舵用モータが失陥したときに、前記転舵用モータを前記転舵動力伝達機構から切り離し、かつトー角の変化を止めておき、前記転舵用モータに代えて前記トー角調整用モータの回転を前記転舵動力伝達機構に伝えて転舵可能とし、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記トー角調整動力伝達機構を動力伝達不能状態として前記転舵用モータによる転舵のみ行わせる切換機構を設け、
前記転舵軸は、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割され、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸であって、非回転分割軸および回転分割軸が一体に軸方向移動することで操舵輪を転舵させ、かつ非回転分割軸に対して回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整することで、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪のトー角を変える作用をし、前記回転分割軸は前記タイロッドに対して、互い揺動自在に連結するボールジョイントに加えて、回転分割軸の軸心回りに回転自在なスラスト軸受を介して連結されており、
前記転舵動力伝達機構は、前記転舵用モータの回転により前記転舵軸の非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させる機構であり、
前記トー角調整動力伝達機構は、前記トー角調整用モータの回転により前記転舵軸の非回転分割軸に対し回転分割軸を回転させる機構であり、
これら転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構は、前記ステアリング制御手段の制御により、左右の転舵輪の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項７】
請求項６において、前記トー角調整用モータを中空モータとし、この中空モータからなるトー角調整用モータの中空モータ軸内に前記転舵軸を挿通させたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項８】
請求項６において、前記転舵用モータを中空モータとし、この中空モータからなる転舵用モータの中空モータ軸内に、前記切換機構の構成部品を挿通させたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれか１項において、前記転舵軸の非回転分割軸にボールねじ軸部を設け、このボールねじ軸部に螺合するボールナットを回転のみ自在に設け、前記転舵動力伝達機構は、前記転舵用モータの回転により前記ボールナットを回転させて前記転舵軸を軸方向に移動させ転舵を行うものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記ボールナットは、ボールの循環方式をこま式とし、このボールナットを複列アンギュラ玉軸受および深溝玉軸受で支持したステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１１】
請求項９において、前記転舵軸の非回転分割軸におけるボールねじ軸部の外径面を滑り軸受で支持したステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１２】
請求項９ないし請求項１１のいずれか１項において、前記転舵軸の非回転分割軸が軸回りに回転するのを防止する回り止め手段を設けたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記回り止め手段は、前記転舵軸の非回転分割軸に形成されて、軸方向と垂直な断面の外形が軸中心の同心円とは異なる非同心円部と、装置のハウジングに固定して設けられ、前記非同心円部が軸方向に摺動自在に嵌合する滑り軸受とでなるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１４】
請求項５ないし請求項１３のいずれか１項において、前記転舵軸の回転分割軸にスプライン軸部を設け、このスプライン軸部に軸方向に相対移動自在に噛み合うスプラインナットを回転自在に設け、前記トー角調整動力伝達機構は、前記トー角調整用モータで前記スプラインナットを回転させることにより、前記転舵軸の回転分割軸を回転させて、前記非回転分割軸および回転分割軸のねじ結合部の螺合長さを調整することにより、転舵軸の長さを変更して操舵輪のトー角を変えるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１５】
請求項１４において、前記転舵軸の前記スプライン軸部のスプライン歯と前記スプラインナットのスプライン歯が滑り接触しているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１６】
請求項１４において、前記転舵軸の前記スプライン軸部のスプライン歯と前記スプラインナットのスプライン歯が転がり接触しているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１７】
請求項５ないし請求項１６のいずれか１項において、前記ねじ結合部は、ねじの種類が角ねじまたは台形ねじであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１８】
請求項５ないし請求項１７のいずれか１項において、前記非回転分割軸および回転分割軸のうち前記ねじ結合部の雌ねじが設けられている方の分割軸に、軸中心と同心の内径孔を設け、かつ前記ねじ結合部の雄ねじが設けられている方の分割軸に、前記内径孔に嵌合する嵌合軸部を設けたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１９】
請求項１８において、前記内径孔から前記嵌合軸部が外れないように、これら内径孔と嵌合軸部の軸方向相対位置関係を規制する抜け止め手段を設けたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項２０】
請求項５ないし請求項１９のいずれか１項において、前記トー角調整用モータは、最大発生トルクが前記転舵用モータの最大発生トルクよりも小さいものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１】
左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、前記操舵角センサの検出する操舵角を基に転舵角の指令信号およびトー角の指令信号を生成し、これら指令信号を前記転舵用モータおよびトー角調整用モータにそれぞれ与えるステアリング制御手段とを備えるステアバイワイヤ式操舵装置において、
前記ステアリング制御手段は、定められた規則に従い、車速とヨーレイトに応じてトー角調整を連続的に行わせるようにトー角調整用モータを制御するトー角調整制御部を有することを特徴とするステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、ヨーレイトを検出する専用のヨーレイトセンサを車両重心付近に設け、前記トー角調整制御部は前記ヨーレイトセンサの検出するヨーレイトをトー角調整制御に用いるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項３】
請求項１において、車輪に作用する横力を検出する横力検出用センサを車両全輪のハブに設け、前記トー角調整制御部は前記全横力検出用センサの出力および車両重心と各車輪との位置関係に基づき算出したヨーレイトをトー角調整制御に用いるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記トー角調整制御部は、操舵される旋回内外輪に作用するコーナリング力の差が設定値以下になるようにトー角調整を行わせるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項５】
請求項４において、前記トー角調整制御部は、同じヨーレイトに対して、車速が高速になるに従って、トー角をアウト側にするステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記転舵用モータが失陥したときに、前記転舵用モータを前記転舵動力伝達機構から切り離し、かつトー角の変化を止めておき、前記転舵用モータに代えて前記トー角調整用モータの回転を前記転舵動力伝達機構に伝えて転舵可能とし、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記トー角調整動力伝達機構を動力伝達不能状態として前記転舵用モータによる転舵のみ行わせる切換機構を設け、
前記転舵軸は、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割され、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸であって、非回転分割軸および回転分割軸が一体に軸方向移動することで操舵輪を転舵させ、かつ非回転分割軸に対して回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整することで、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪のトー角を変える作用をし、前記回転分割軸は前記タイロッドに対して、互い揺動自在に連結するボールジョイントに加えて、回転分割軸の軸心回りに回転自在なスラスト軸受を介して連結されており、
前記転舵動力伝達機構は、前記転舵用モータの回転により前記転舵軸の非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させる機構であり、
前記トー角調整動力伝達機構は、前記トー角調整用モータの回転により前記転舵軸の非回転分割軸に対し回転分割軸を回転させる機構であり、
これら転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構は、前記ステアリング制御手段の制御により、左右の転舵輪の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項７】
請求項６において、前記トー角調整用モータを中空モータとし、この中空モータからなるトー角調整用モータの中空モータ軸内に前記転舵軸を挿通させたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項８】
請求項６において、前記転舵用モータを中空モータとし、この中空モータからなる転舵用モータの中空モータ軸内に、前記切換機構の構成部品を挿通させたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれか１項において、前記転舵軸の非回転分割軸にボールねじ軸部を設け、このボールねじ軸部に螺合するボールナットを回転のみ自在に設け、前記転舵動力伝達機構は、前記転舵用モータの回転により前記ボールナットを回転させて前記転舵軸を軸方向に移動させ転舵を行うものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記ボールナットは、ボールの循環方式をこま式とし、このボールナットを複列アンギュラ玉軸受および深溝玉軸受で支持したステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１１】
請求項９において、前記転舵軸の非回転分割軸におけるボールねじ軸部の外径面を滑り軸受で支持したステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１２】
請求項９ないし請求項１１のいずれか１項において、前記転舵軸の非回転分割軸が軸回りに回転するのを防止する回り止め手段を設けたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記回り止め手段は、前記転舵軸の非回転分割軸に形成されて、軸方向と垂直な断面の外形が軸中心の同心円とは異なる非同心円部と、装置のハウジングに固定して設けられ、前記非同心円部が軸方向に摺動自在に嵌合する滑り軸受とでなるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１４】
請求項５ないし請求項１３のいずれか１項において、前記転舵軸の回転分割軸にスプライン軸部を設け、このスプライン軸部に軸方向に相対移動自在に噛み合うスプラインナットを回転自在に設け、前記トー角調整動力伝達機構は、前記トー角調整用モータで前記スプラインナットを回転させることにより、前記転舵軸の回転分割軸を回転させて、前記非回転分割軸および回転分割軸のねじ結合部の螺合長さを調整することにより、転舵軸の長さを変更して操舵輪のトー角を変えるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１５】
請求項１４において、前記転舵軸の前記スプライン軸部のスプライン歯と前記スプラインナットのスプライン歯が滑り接触しているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１６】
請求項１４において、前記転舵軸の前記スプライン軸部のスプライン歯と前記スプラインナットのスプライン歯が転がり接触しているステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１７】
請求項５ないし請求項１６のいずれか１項において、前記ねじ結合部は、ねじの種類が角ねじまたは台形ねじであるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１８】
請求項５ないし請求項１７のいずれか１項において、前記非回転分割軸および回転分割軸のうち前記ねじ結合部の雌ねじが設けられている方の分割軸に、軸中心と同心の内径孔を設け、かつ前記ねじ結合部の雄ねじが設けられている方の分割軸に、前記内径孔に嵌合する嵌合軸部を設けたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１９】
請求項１８において、前記内径孔から前記嵌合軸部が外れないように、これら内径孔と嵌合軸部の軸方向相対位置関係を規制する抜け止め手段を設けたステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項２０】
請求項５ないし請求項１９のいずれか１項において、前記トー角調整用モータは、最大発生トルクが前記転舵用モータの最大発生トルクよりも小さいものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１６１９３８（Ｐ２０１１−１６１９３８Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９９１（Ｐ２０１０−２２９９１）
【出願日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]