专利名称:车辆转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设置有锁止机构的车辆转向装置。
背景技术：
公开号为2001-48032的日本专利公开中已知一种设置有锁止机构的车辆转向装置。这种装置还设置有一个安置在与方向盘相连的转向轴中间的可变传动比装置，该可变传动比装置能够使方向盘的转动量与转向车轮转动量之比改变。锁止机构限制可变传动比装置的输入轴和输出轴的相对转动。该锁止机构包括一个设在可变传动比装置内电机的转子侧的锁止固定器和一个设在电机的定子侧的锁止臂。锁止机构通过锁止臂与形成在锁止固定器圆周的表面上的齿状部分啮合而锁定。
然而，如果锁止固定器的齿状部分的开口宽度太窄，该装置则不能锁定。例如，当装置试图在电机转动时锁定，如果锁止固定器的齿状部分没有在与锁止臂的啮合位置，则锁止状态可能难以实现。
可以相信，这一问题能够通过使齿状部分的开口宽度变宽而解决。然而，加宽锁止固定器的齿状部分会导致当它们处于锁止状态时锁止固定器与锁止臂之间的间隙度增大。所以，锁止固定器与锁止臂之间的位置关系不能精确地被检测从而不能执行适当的转向控制。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种车辆转向装置，该装置能够检测在锁止状态中锁止机构中锁止固定器与锁止臂之间的位置关系，从而能够进行适当的转向控制。
本发明的第一方面涉及一种车辆转向装置，该转向装置设有可变传动比装置，该可变传动比装置有一个与方向盘侧相连的输入轴和一个与转向车轮侧相连的输出轴，用于通过电机的转动改变输入到输入轴的角度和输出到输出轴的角度之比，以及一个限制输入轴和输出轴的相对转动的锁止机构。该锁止机构包括一个锁止固定器和一个啮合元件。锁止固定器设在电机的转子侧并同转子一起转动。锁止固定器有多个沿周向形成在其圆周上的第一齿状部分，以及多个比第一齿状部分齿深更深的第二齿状部分。第二齿状部分成形在每个第一齿状部分的一个末端。锁止机构的啮合元件设置在电机的定子侧并能够移近和离开锁止固定器。当啮合元件被操作而移近锁止固定器时，它与锁止固定器的第一齿状部分之一或第二齿状部分之一啮合。
车辆转向装置还可以包括转向角检测装置，用于检测方向盘的转向角。进一步地，当啮合元件与第一齿状部分啮合时，它们之间可能有间隙，该间隙允许啮合元件移动以致转向角检测装置的输出改变。
车辆转向装置可包括转动检测装置，该转动检测装置在电机转动时重复输出多个不同的信号，用于检测电机的转动轴的转动位置。进一步地，当啮合元件与第一齿状部分啮合时，间隙角(也就是，第一齿状部分和啮合部分元件间的夹角)可能等于或小于电机的转动角，该电机的转动角对于输出所有的多个不同的信号是必要的。
当啮合元件与第一齿状部分或第二齿状部分啮合时，车辆转向装置也可驱动电机，并且基于当时转动检测装置的信号输出来检测啮合元件和锁止固定器之间的位置关系。
当啮合元件与第一齿状部分或第二齿状部分啮合时，车辆转向装置也可首先在某个特定方向并然后在相对方向尽可能地转动电机，并且当转动检测装置的输出模式中的变化数在电机沿相对方向转动时小于预定数时，确定啮合元件与第二齿状部分啮合。
当啮合元件与第一齿状部分或第二齿状部分啮合时，车辆转向装置也可首先在某个特定方向并然后在相对方向尽可能地转动电机，并且当转动检测装置的输出模式中变化数在电机沿相对方向转动时等于或大于预定数时，确定啮合元件与第一齿状部分啮合。
进一步地，当转子转动时其输出值线形变化的装置也可被用作转动检测装置。在这种情况下，啮合元件和锁止固定器的转动位置之间的关系也可基于转动检测装置的输出值来检测。
因此，在锁止固定器的第一齿状部分的一个末端部分形成第二齿状部分，使与第一齿状部分啮合的啮合元件能够进一步与第二齿状部分啮合。啮合元件与第二齿状部分啮合，使与第一齿状部分啮合的啮合元件的位置能够可靠地被检测。
进一步地，在锁止固定器的至少一个第二齿状部分的周向开口宽度可以不同于另一个第二齿状部分的开口宽度。进一步地，当啮合部分与第二齿状部分啮合时电机可被驱动，并且啮合元件的啮合位置可基于当时来自转动检测装置的输出信号或输出值被检测。在这种情况下，例如，锁止固定器的每个第二齿状部分可被成形从而具有不同的周向开口宽度。
更可取的是，在车辆转向装置中，当转动检测装置不能检测转动轴的预定转动角时，该不能检测的转动角被设置在转动范围外，在该转动范围内锁止臂与锁止固定器的第二齿状部分啮合。在这种情况下，例如，当电机转动时输出正弦信号和余弦信号的求解仪可被用作转动检测装置。
因而，使第二齿状部分的开口宽度不同，可使当啮合元件与第二齿状部分啮合时，基于电机运转时转动检测装置的输出模式中的变化数或输出值中的变化量来识别锁止臂与哪个第二齿状部分啮合成为可能。因此，精确地检测锁止固定器和啮合元件之间的位置关系和方向盘的转向位置和电机的转动轴的转动位置之间的关系成为可能。这从而使改变转向比的转向控制适当地被执行。
同样，锁止固定器的第二齿状部分可以是周向开口宽度沿锁止固定器转动的轴线方向逐渐变窄。进一步地，当啮合元件与第二齿状部分啮合时，啮合元件可沿锁止固定器转动时第二齿状部分的开口宽度沿轴线方向变窄的方向移动。
因此，能够通过啮合元件与锁止固定器之间的小间隙度的啮合来实现锁止。
本发明的前述和后述的目的、特征和优点将结合附图从以下优选实施例的描述中变得清楚。其中相同的数字被用于代表相同的部件。其中图1为依据本发明的第一典型实施例的车辆转向装置的结构图；图2为图1所示的车辆转向装置中锁止机构的说明图；图3为图1所示的车辆转向装置中转向角传感器的说明图；图4为图1所示的车辆转向装置中由转向角传感器探测的输出模式的说明图；图5为图1所示的车辆转向装置中锁止固定器的投影图；图6为图1所示的车辆转向装置中锁止机构的放大图；图7为图1所示的车辆转向装置中操作的说明图；图8为图1所示的车辆转向装置中操作的说明图；图9为依据本发明的第二典型实施例的车辆转向装置的说明图；图10为图9所示的车辆转向装置中转动传感器的输出特征的说明图；
图11为依据第二典型实施例的车辆转向装置的说明图；并且图12为依据第二典型实施例的车辆转向装置的说明图。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明依据本发明的典型实施例。图中，相同的部件将用相同的参考数字表示并且其中多余的描述将被忽略。
第一实施例图1为依据本发明的第一典型实施例的车辆转向装置的结构图。
如图所示，车辆转向装置1在转向力传动系统中设有一个可变传动比装置4，该转向力传动系统把转向力从方向盘2传动到转向车轮3。可变传动比装置4能够使方向盘转向量的转动比(也就是，方向盘2的实际转动角与转向车轮3的实际转动角之比)改变。可变传动比装置4的输入轴5连接到方向盘2上。进一步地，可变传动比装置4的输出轴6通过一个减速器7，例如一个齿条一齿轮式减速器连接到转向车轮3。减速器7通过从输出轴6输入的转动力带动一个转向横拉杆8，因此转动转向车轮3。
转向角传感器10设置在输入轴5上。该转向角传感器10作为转向角检测装置用于根据输入轴5的转动状态检测方向盘2的转向角。同样，转动传感器21设置在可变传动比装置4上。该转动传感器21是一个检测转动状态的传感器，例如可变传动比装置4中的电机30的转动轴33的转动角。
来自转向角传感器10和转动传感器21的检测信号被输入到转向控制器20。该转向控制器20控制整个车辆转向装置1，并包括，例如，一个中央处理器、只读存储器、随机存储器、一个输入信号电路、一个输出信号电路和一个电源电路以及诸如此类。进一步地，来自设在车内的车速传感器22的检测信号被输入到转向控制器20。转向控制器20通过根据来自转向角传感器10和车速传感器22以及诸如此类的检测信号输出驱动信号到可变传动比装置4并且调整转向比来控制转向。
可变传动比装置4内包括电机30、减速齿轮40和锁止机构50。电机30是一个依据来自转向控制器20的驱动控制信号被驱动的电动机。电机30的定子31被安装在可变传动比装置4的外壳4a上。电机30的转子32通过减速齿轮40与输出轴26相连。这些减速齿轮40是减小输入到电机30的转动角并且把得到的转动角输出到输出轴6的减速装置。减速齿轮40的输出和通过外壳4a传递的转向力都被输出到输出轴6。例如，行星齿轮组可用于减速齿轮40。
图2为沿图1中线2-2的锁止机构的截面图。如图所示，锁止机构50设有被安装在电机50的转子32侧的锁止固定器51和一个锁止臂52。该锁止机构50防止可变传动比装置4的输入轴5和输出轴6的相对转动。
例如，锁止固定器51被安装在电机30的转动轴33上并随转子32一起转动。更可取的是，锁止固定器51以不完全固定在其上的方式被安装在转动轴33上，当它受到一个等于或大于预定值的力矩时更能够相对于转动轴33转动。在这种情况下，锁止固定器51固定在转动轴33的部分用作力矩限制器，从而如果当锁止机构50锁定时等于或大于预定值的力矩作用在固定锁止器51，可避免固定锁止器51和锁止臂52以及类似物的结构零件的破坏。
锁止固定器51的外部边缘是由多个第一齿状部分51a、第二齿状部分51b和突起部分51c(在该典型实施例中每一部分都有四个)所组成的。四个第一齿状部分51a是都具有相同的形状(宽度和深度)并彼此间等距而形成的。比第一齿状部分51a齿深更深的第二齿状部分51b形成在第一齿状部分51a的末端部分并也都具有相同的形状(宽度和深度)并彼此间等距。相对于邻近的第一齿状部分51a的每个第二齿状部分51b的定向位置对于所有的第二齿状部分51b都是同样的。从第一齿状部分51a突出的四个突起部分51c也都是具有相同的形状(宽度和高度)并彼此间等距而形成的。为了简洁，以下描述中以单一形式涉及第一齿状部分51a、第二齿状部分51b和突起部分51c。
更可取的是，第二齿状部分51b在这样的位置形成，使当方向盘1被左转时锁止臂52从第一齿状部分51a的另外一端移动到第一齿状部分51a的第二齿状部分51b侧。在这种情况下，当车辆驾驶员用右手使用钥匙以起动发动机或类似物时，用左手向左比向右更容易转动方向盘2。因此，在上述位置形成第二齿状部分51b有利于当驾驶员开启点火开关(以下表示为“IG”)时下述啮合部分52a与第二齿状部分51b啮合。即，当主气缸设在方向盘2的右侧时，驾驶员将用左手转动方向盘，所以更可取的是第二齿状部分51b在如图2所示的位置成形。另一方面，当主气缸设在方向盘2的左侧时，驾驶员将用右手转动方向盘，所以更可取的是第二齿状部分51b在第一齿状部分51a的另一端成形，即在第一齿状部分51a相对于图2中第二齿状部分51b成形的一端的那端成形。
锁止臂52是被连接以能够移近和离开锁止固定器51的啮合元件。当锁止臂52被移近锁止固定器51，锁止臂52能够与第一齿状部分51a和第二齿状部分51b啮合。锁止臂52被安装在电机30的定子31侧，例如，被安装在安装定子31的外壳4a上。
啮合部分52a是钩状的并成形在锁止臂52的尖端。锁止臂52能够绕其转动的销52b设置在锁止臂52的中心位置。同样，螺线管52c在相对啮合部分52a一侧的锁止臂52的基座侧位置。操作螺线管52c移动锁止臂52的基座侧位置，从而转动锁止臂52。因而，啮合部分52a与第一齿状部分51a或第二齿状部分51b啮合从而使锁止臂52与锁止固定器51啮合，因而锁定锁止机构50。
图3为转动传感器21的结构的略图。
如图所示，转动传感器21包括一个同电机30的转动轴33整体转动的转子部分11，和一个安排在转子部分11的圆周上的检测部分12。该转子部分11是环形的并设置在转动轴33的外部从而使它同转动轴一起转动。多个磁铁沿其周向被安置在转子部分11上。例如，四个磁铁可如此安置从而使磁铁的八个磁极11a如图3所示排列。转动传感器21的转子部分11和锁止机构50的锁止固定器51通过转动轴33一起转动从而在正常运转下它们的相对转动不会发生。
每个磁铁的磁极11a如此设置以产生当转子部分11转动时朝着检测部分12的交替不同的磁场，从而产生不同方向的磁场。因此，检测部分12周围的磁场通过转子部分11和转动轴33一同转动而变化。在转子部分11有磁铁的八个磁极11a的情况下，转子部分11每转动90度，磁场变化一个周期。转子部分11和锁止固定器51之间的位置关系将在下面描述，但由于每个突起部分51c相对于每个临近的突起部分51c都是90度，所以突起部分51c每转动90度，在转子部分11上的磁铁的磁场也变化一个周期。由于磁铁的磁极11a和检测部分12之间的关系，更可取的是，传感器输出模式变化的位置相应于锁止固定器51的第一齿状部分51a的壁面的位置。
检测部分12设有三个磁性传感器12a至12c，例如，通过磁性传感器根据磁场内的变化检测转动轴33的转动位置。这些磁性传感器12a至12c，每一个都与转向控制器20相连(参见图1)，被安置在转子部分11的外缘上从而临近的磁性传感器(如26a、26b)的中心之间的间隔相当于一个磁极25a的外缘部分的三分之一。
因此，转子部分11每转动磁极11a长度的三分之一，检测部分12的输出就发生改变。因而，转动轴33每转动15度(即，360/(8×3)度)，检测部分12的输出模式就发生改变。因而，以15度的分辨率检测转动轴33的转动位置成为可能。
图4详细地说明检测部分12的检测信号。
如图所示，当转动轴33转动时，转动传感器21以不同输出模式的预定数，如6，重复地按序列输出检测信号。即，检测信号的预定数都互不相同。在图3中，每当转子部分11的相同磁极11a的位置相应于磁性传感器12a至12c的位置时，磁性传感器12a至12c的输出是相同的，如，所有输出变成高(H)(图4中的输出模式1)。当转子部分11转向右时，磁铁的磁极11a移近磁性传感器12a。因此，只有磁性传感器12a的输出变为低(L)(输出模式2)。然后当转子部分11进一步转动，继而磁性传感器12b和12c的输出变为低(L)(输出模式3)。
当转子部分11如此转动使检测部分12的输出模式变得像图4所示的输出模式5和6时，磁性传感器12a至12c的输出发生变化。当转子部分11进一步转动，检测部分12的输出模式变回输出模式1并然后次序地又变化到输出模式2和3等等。
输出模式1至6的变化周期取决于转子部分11上的磁铁的磁极11a的排列。如图3所示，当磁铁的两个磁极11a-S极和N极如此排列使它们一起占有转子部分11的相应于整个圆周的90度的圆周区域，则对于转子部分11每转动90度，检测部分12的输出模式变化一个周期。
图5为表示圆柱形锁止固定器51的外缘部分以及相应的转动传感器21的输出模式的投影图。在图中，为了有助于理解，对于锁止臂52的啮合部分52a的宽度W没有示出。图5中的d1是当啮合部分52a插入第一齿状部分51a时的间隙角的代表值。即，当啮合部分52a接触第一齿状部分51a的一个端部，间隙角为形成在没有接触第一齿状部分51a的啮合部分52a的表面和第一齿状部分51a的另一个端部的表面之间的角。间隙角通过调整锁止臂52的啮合部分52a的宽度(w)或第一齿状部分51a的宽度(W1)来确定。
如图5所示，基于代表锁止固定器51和转子部分11的输出模式，检测锁止固定器51的突出部分51c和第二齿状部分51b的位置成为可能。
如图5中双划线所示，如果第一齿状部分51a的角度(即宽度)等于或大于电机30的转动角的最大值，该转动角对于输出所有的多个不同检测信号(在该典型实施例中为90度)是必要的，那么转动传感器21的输出模式1可能在两个位置被检测右侧的突起部分51c和左侧的突起部分51c。如果这种情况发生，转向控制器20则不能精确地检测锁止固定器51的位置，并从而控制精确性将下降。
另一方面，如果第一齿状部分51a的宽度很窄，锁止固定器51的位置可被非常精确地检测，但锁止机构50的可操作性将由于啮合部分52a能够插入的地方的宽度过窄而降低。因此，为了保证锁止机构50的可插入性和锁止固定器51的位置的可检测性，即电机30的转动轴33的转动位置的可检测性，更可取的是使间隙角d1当啮合部分52a被插入到第一齿状部分51a时小于电机30的转动角的最小值d2，该转动角对于输出所有的多个在转动传感器21中的不同检测信号(在该典型实施例中为90度)是必要的。在图5中，由于啮合部分52a的宽度W未被示出，则间隙角d1被示为75度。然而，实际上，间隙角d1为75度减去相应于啮合部分52a的宽度W的角的差值。
图6是锁止机构50的放大图。
如图所示，沿锁止固定器51的第一齿状部分51a的周向的开口宽度W1成形为大于突起部分51c的宽度W3。更优选地，第一齿状部分51a的开口宽度W1成形为突起部分51c的宽度W3的两倍或更多倍。于是，第一齿状部分51a的开口宽度W1成形为充分宽于锁止臂52的啮合部分52a的宽度W。因此，锁止臂52的啮合部分52a很容易地配合到第一齿状部分51a从而使锁止臂52和锁止固定器51可靠地啮合，这样能够锁定，甚至当方向盘被转动时。
同样地，第一齿状部分51a相应于转子部分11的磁场的变化周期而形成。例如，第一齿状部分51a的开口宽度W1加上突起部分51c的宽度W3的角度(即两个相邻突起部分51c的间隔)是90度，该角为转子部分11的磁场的变化周期。因此，当啮合部分52a与第一齿状部分51a啮合时，啮合部分52a的啮合位置和电机30的转动轴33的转动位置之间的关系是可以基于来自转动传感器21的输出被检测的。
第二齿状部分51b被成形以使沿周向的开口宽度W2窄于第一齿状部分51a的开口宽度W1，并且啮合部分52a没有间隙地与第二齿状部分51b啮合。即，第二齿状部分51b的开口宽度W2被设置为一个限制啮合部分52a和第二齿状部分51b之间的间隙度的宽度，从而当锁止臂52的啮合部分52a与第二齿状部分51b啮合时转动传感器21的检测输出的变化小于当啮合部分52a与第一齿状部分51a啮合时。相反地，第一齿状部分51a的开口宽度W1被设置为当啮合部分52a与第一齿状部分51a啮合时啮合部分52a和第一齿状部分51a之间的间隙允许转动传感器21的检测输出变化的一个宽度。
下面将根据典型实施例说明车辆转向装置的操作。
在图1中，当车辆的点火开关打开时，锁止释放信号从转向控制器20输出到可变转动比装置4中。因此，螺线管52c被驱动从而转动在销52b上的锁止臂52并使啮合部分52a脱离锁止固定器51，从而从锁止状态释放锁止机构50。
例如，当转动传感器21的输出模式在点火开关关闭时被存储为“3”而在锁止机构50从它的锁止状态被释放时为“6”，很明显的是控制以转动传感器21的输出模式而开始并以三结束。当点火开关关闭，方向盘转动时，传感器输出模式的这类偏移发生。然而，即使发动机在这种状态下(即，当转动传感器21的输出模式关闭时)起动，电机位置也可被精确地检测并且电机转动角的控制可被精确地执行。因而，可保证控制的连续性并且改进控制的精确性。在这种情况下，当发动机被起动时电机位置可根据传感器输出模式而被精确地检测，因为由锁止固定器51的第一齿状部分51a的宽度W1和锁止臂52的啮合部分52a的宽度W所确定的间隙角d1小于电机转动角的最小值d2，该电机的转动角对于多个不同检测信号通过转动传感器21的所有输出是必要的。
同时，当车辆的点火开关被关闭时或类似情况，锁止激励信号从转向控制器20输出到可变传动比装置4。因此，如图7所示，锁止臂52转动从而啮合部分52a移近锁止固定器51。于是啮合部分52a配合到第一齿状部分51a从而锁止臂52和锁止固定器51啮合，因而锁定锁止机构50。
上述说明假定已知转动传感器21的输出模式1至6和锁止固定器51的形状之间的关系。然而，上述情况下锁止固定器51的位置是未知的。例如，锁止固定器51的位置空闲，或者锁止固定器51的安装位置是未知的，或者在转向控制器20的记忆部分关于锁止固定器51和锁止臂52之间的位置关系的数据改变的情况会出现。
在例如当锁止固定器51的位置是未知的的情况下，下列学习控制被执行。即，当锁止臂52被插入，电机30被操作以转动直到它将沿某个特定方向运转并且锁止固定器51不能再移动的点是确定的。于是在那个点上可确定电机30是否可沿相对方向转动。更特别地，当电机30被操作以转动并且转动传感器21的输出模式改变时，可确定锁止臂52与第一齿状部分51a啮合，即，转动是可能的。相反地，当电机被操作以转动并且转动传感器21的输出模式没有改变时，可确定锁止臂52与第二齿状部分51b啮合，即转动是不可能的。
当锁止臂52与第一齿状部分51a啮合，即，转动是可能的，很明显的是锁止臂52紧靠在锁止固定器51的突起部分51c的右侧的壁部(参见图7)，即，锁止臂52在第一齿状部分51a。在这种情况下，可确定锁止臂52与第一齿状部分51a啮合。另一方面，当锁止臂52与第二齿状部分51b啮合，即转动是不可能的，很明显的是锁止臂52紧靠在锁止固定器51的突起部分51c的左侧的壁部(参见图7)，即，锁止臂52在第二齿状部分51b。在这种情况下，可确定锁止臂52与第二齿状部分51b啮合。于是传感器输出模式和锁止固定器51之间的位置关系可以从当时转动传感器21的输出模式的变化数和第一齿状部分51a或第二齿状部分51b的位置来确定。
执行来自设备对车辆运输的学习控制避免了把锁止固定器51的位置固定到预定位置的需要。进一步地，如果认为当车辆开始被驱动时传感器输出模式可能偏移，那么车辆转向装置的可控制性可以通过执行上述学习控制来改进。这样，关于根据第一典型实施例的车辆转向装置1，通过在第一齿状部分51a的一个末端形成第二齿状部分51b，当锁定锁止机构50时，通过相对锁止臂52或类似物转动锁止固定器51，在第二齿状部分51b中保留啮合部分52a成为可能。因而，检测为第一齿状部分51a的两个末端之一并且为啮合部分52a所在的末端成为可能。进一步地，锁止固定器51和锁止臂52之间的位置关系能够由来自转动传感器21的输出或类似物所检测。因此，由于锁止固定器51与转动轴33相连并且锁止臂52通过外壳4a和输入轴5与方向盘2相连，可检测方向盘2的转向位置和电机30的转动轴33的转动位置之间的关系。因而，可适当地执行改变转向比的转向控制。
第二实施例下面将说明根据第二典型实施例的车辆转向装置。
根据该第二典型实施例的车辆转向装置具有与根据第一典型实施例的车辆转向装置的基本相同的结构。然而，关于锁止固定器51中的第二齿状部分51b的沿周向开口宽度，根据第二典型实施例的车辆转向装置不同于根据第一典型实施例的车辆转向装置。
图9表示根据第二典型实施例的车辆转向装置的锁止固定器。
如图所示，锁止固定器51的至少一个第二齿状部分51b被形成以使它的沿周向的开口宽度W2的尺寸不同于第二齿状部分51b的另一个的开口宽度W2。例如，锁止固定器51的第二齿状部分51b可能被形成以使沿周向开口宽度W2-1、W2-2、W2-3和W2-4全都不同。
通过这样形成第二齿状部分51b，当锁止臂52与第二齿状部分51b之一啮合时，检测锁止臂52与哪一个第二齿状部分51b啮合成为可能。即，当锁止臂52与第二齿状部分51b之一啮合时，电机30被驱动并且根据当时从转动传感器21输出的检测信号的变化来检测锁止臂52的啮合位置。
更特别地，电机30尽量在预定方向和相对方向被转动。此时，当锁止臂52与具有较窄开口宽度W2的第二齿状部分51b啮合时，在电机30的正向或逆向转动中转动传感器21的输出的变化角度是很小的(如，如下所述，当使用求解仪作为转动传感器21，表示当电机30在其尽可能地沿预定方向被转动的位置时的一个输出值和表示当电机在尽可能地沿相对方向被转动的位置时的另一个输出值之间的差值小于预定值)。相反地，当锁止臂52与具有较宽开口宽度W2的第二啮合部分51b啮合时，转动传感器21的输出的变化角度是很大的(也就是，表示当电机30在其尽可能地沿预定方向被转动的位置时的一个输出值和表示当电机在尽可能地沿相对方向被转动的位置时的另一个输出值之间的差值等于或大于预定值)。进一步地，在该典型实施例中，由于四个第二啮合部分51b的宽度不同，通过确定转动传感器21的输出值的变化相应于在第二啮合部分51b中允许输出值变化的哪个的最大值来识别哪个第二啮合部分51b与锁止臂52啮合成为可能。因此，即使当电机30高速运转时电气系统被暂时切断从而传感器输出遗漏时，检测锁止固定器51和锁止臂52之间的位置关系以及方向盘2的转向位置和绕整个360度圆周转动的转动轴33的转动位置之间的关系依然成为可能。因而，能够适当地执行用来改变转向比的转向控制。
当传感器输出被遗漏时方向盘2的转向位置和转动轴33的转动位置之间的关系用下述的方法来校正。进行下列情况之间的比较i)恰好在传感器输出被遗漏之前在转动传感器21的输出值上加上一个校正值并且把结果值作为新的转动传感器21的输出值的情况(即附加校正)和ii)恰好在传感器输出被遗漏之前从转动传感器21的输出值中减去一个校正值并且把结果值作为新的转动传感器21的输出值的情况(即减少校正)。当附加校正值等于或小于减少校正值时，执行附加校正。另一方面，当附加校正值不等于或小于减少校正值时，执行减少校正。同样，无论执行附加校正还是执行减少校正也可根据当前方向盘转矩和转动速度而确定。
在根据该典型实施例的车辆转向装置中，更可取的是使用求解仪作为转动传感器21。当电机30转动时，求解仪用作转动检测装置用来输出正弦信号和余弦信号。该求解仪可以检测非常小的转动角。
如图10所示，存在一个求解仪不能检测的转动轴33的预定转动角。图中，该不可检测转动角存在于正弦或余弦信号为零时。例如，当通过对比正弦和余弦信号检测转动角时，求解仪不能在正弦信号或余弦信号为零时精确地识别出转动角。
因此，如图9所示，更可取的是，在其转动角不能被检测处，即正弦或余弦信号为零处，设置一个转动轴33的转动位置Px，从而使该转动位置不落在锁止臂52与第二齿状部分51b啮合的转动范围S内。根据该结构，当锁止臂52与第二齿状部分51b啮合时，在电机30的正向或逆向转动中根据转动传感器21的输出可靠地检测锁止臂52的啮合位置成为可能。
同样，增加第一典型实施例的转动传感器21的分辨率能使从在第二齿状部分51b变化的输出模式的数来确定，如第二典型实施例中，哪个第二齿状部分51b与锁止臂52啮合成为可能。
进一步地，对于根据第二典型实施例的车辆转向装置，当锁止固定器51的位置空闲并且转动传感器21的输出值和锁止固定器51之间的位置关系是未知的，检测锁止固定器51的位置成为可能，正如对于根据上述第一典型实施例的车辆转向装置。即，当锁止臂52被插入第一齿状部分51a或第二齿状部分51b，电机30被转动直到它将沿某个特定方向运转并且锁止固定器51不能再被移动的点是确定的。于是在那个点，可确定电机30在相对方向能够转动的角度。更特别地，当电机30被操作以转动并且转动传感器21的输出模式变化到等于或大于预定值，很明显的是锁止臂52处在第一齿状部分51a。在这种情况下，可确定锁止臂52与第一齿状部分51a啮合。相反地，当电机被操作以转动并且转动传感器21的输出值变化得小于预定值，很明显的是锁止臂52处在第二齿状部分51b。在这种情况下，可确定锁止臂52与第二齿状部分51b啮合。于是，传感器输出模式和锁止固定器51之间的位置关系可以从当时转动传感器21的输出模式和第一齿状部分51a或第二齿状部分51b的关系来确定的。
第三实施例下面将说明根据第三典型实施例的车辆转向装置。
根据该第三典型实施例的车辆转向装置具有与根据第一和第二典型实施例的车辆转向装置的基本相同的结构。然而，根据第三典型实施例的车辆转向装置不同于根据第一和第二典型实施例的车辆转向装置，在于锁止固定器51中的第二齿状部分51b的开口宽度W2沿电机30的转动轴33的轴线方向逐渐变窄。
图11是根据第三典型实施例的车辆转向装置中锁止固定器的侧向视图(即图8中箭头A的方向)。如图11所示，锁止臂52与锁止固定器51的第二齿状部分51b啮合，锁止臂52的啮合部分52a被插入第二齿状部分51b。
第二齿状部分51b是沿周向开口宽度W2在电机30的转动轴33的轴线方向逐渐变窄的。例如，第二齿状部分51b的侧向壁面55a和55b每个都以关于轴线方向以一个角度形成以致它们不互相平行。
锁止臂52可移动地沿轴线方向被支承。例如，锁止臂52由两个弹簧56和57推动并且从两侧被挤压，并且在轴线方向是可移动的。
这样，当锁止臂52与第二齿状部分51b啮合时，锁止固定器51通过驱动电机30沿预定方向转动(即，图11中锁止固定器51的左侧向右移动并且锁止固定器51的右侧向着纸背方向在周围移动)。因此，锁止臂52的啮合部分52a紧靠第二齿状部分51b的一侧向壁面55a。于是锁止固定器51的转动向第二齿状部分51b的窄部移动啮合部分52a(即图11向下的方向)。
因而，如图12所示，锁止臂52无间隙地配合到第二齿状部分51b。这种楔形效应使锁止臂52与锁止固定器51啮合并且把它们锁定在一起以致它们之间没有间隙成为可能。
另一方面，图12所示的状态，通过驱动电机30锁止固定器51沿相对方向被转动(即锁止固定器51的左侧向着纸背方向在周围移动并且锁止固定器51的右侧向左移动)。因此，锁止臂52的啮合部分52a紧靠第二齿状部分51b的另一侧壁面55b。于是锁止固定器51的转动向第二齿状部分51b的宽部移动啮合部分52a(即图11向上的方向)。
因而，锁止臂52以大间隙配合到第二齿状部分51b，从而有助于释放锁止臂52。
如上所述，除了根据第一和第二典型实施例的车辆转向装置的作用，当锁止臂52与第二齿状部分51b啮合时，根据第三典型实施例的车辆转向装置通过转动锁止固定器51也能够使锁止臂52和锁止固定器51啮合并以小间隙锁定。而且，通过沿相对方向转动锁止固定器51能够有助于锁止臂52从锁止固定器51中脱离。
这里根据所述第一至第三典型实施例，与第一齿状部分啮合的啮合元件能够通过在锁止固定器的第一齿状部分的一个末端形成第二齿状部分而进一步地与第二齿状部分啮合。因而，可靠地检测在第一齿状部分的啮合元件的位置并从而执行适当的执行控制成为可能。
虽然本发明是关于被认为是其优选的实施例进行描述的，但应该清楚的是，本发明不仅限于公开的实施例或结构。相反地，本发明旨在包括各种修改形式和等效布置。此外，虽然公开的本发明的不同部件以不同的典型的组合和结构表示，但包括或多和少或仅仅为单个部件的其它的组合和结构，也在本发明的精神和范围中。
权利要求
1.一种车辆转向装置，该车辆转向装置设有可变传动比装置(4)，该可变传动比装置有一个连接于方向盘(2)一侧的输入轴(5)和一个连接于转向车轮一侧的输出轴(6)，用于通过电机(30)的转动改变输入到输入轴(5)的角度和输出到输出轴(6)的角度之比，以及一个限制输入轴(5)和输出轴(6)的相对转动的锁止机构(50)，其特征在于锁止机构(50)包括i)一个锁止固定器(51)，设置在电机(30)的转子侧并和转子一起转动，并且具有在其圆周上沿周向形成的多个第一齿状部分(51a)，和比第一齿状部分(51a)齿深更深的并形成在每个第一齿状部分(51a)的一个端部的第二齿状部分(51b)；和ii)一个啮合元件(52)，设在电机(30)的定子一侧并能够移近和离开锁止固定器(51)，并且当操作啮合元件(52)以移近锁止固定器(51)时与锁止固定器(51)的第一齿状部分(51a)之一或第二齿状部分(51b)之一啮合。
2.根据权利要求
1所述的装置，进一步包括用于检测电机(30)的转动轴的转动位置的转动检测装置(21)，其中啮合元件(52)与第一齿状部分(51a)啮合使得它们之间的间隙允许转动检测装置(21)的输出变化。
3.根据权利要求
2所述的装置，其特征在于，当电机(30)转动时转动检测装置(21)重复输出多个不同的信号，并且啮合元件(52)与第一齿状部分(51a)啮合时的间隙角至多为电机(30)的转动角，该转动角对于由转动检测装置(21)输出的所有的多个不同信号是必要的。
4.根据权利要求
3所述的装置，其特征在于，当电机(30)转动360度时，转动检测装置(21)多次输出多个不同的信号。
5.根据权利要求
3所述的装置，其特征在于，当啮合元件(52)与第一齿状部分(51a)或第二齿状部分(51b)啮合时电机(30)被驱动，并且该装置根据当时从转动检测装置(21)输出的信号来检测啮合元件(52)和锁止固定器(51)之间的位置关系。
6.根据权利要求
5所述的装置，其特征在于，当啮合元件(52)与第一齿状部分(51a)或第二齿状部分(51b)啮合时，电机(30)首先沿某个特定方向并然后沿相对方向尽可能转动，并且当电机(30)沿相对方向转动时转动检测装置(21)的输出模式中的变化数小于预定值时，该装置确定啮合元件(52)与第二齿状部分(51b)啮合。
7.根据权利要求
5所述的装置，其特征在于，当啮合元件(52)与第一齿状部分(51a)或第二齿状部分(51b)啮合时，电机(30)首先沿某个特定方向并然后沿相对方向尽可能转动，并且当电机(30)沿相对方向转动时转动检测装置(21)的输出模式中的变化数等于或大于预定值时，该装置确定啮合元件(52)与第一齿状部分(51a)啮合。
8.根据权利要求
3至7中任一项所述的装置，其特征在于，锁止固定器(51)的至少一个第二齿状部分(51b)的沿其周向的开口宽度不同于另一个第二齿状部分(51b)的开口宽度，并且当啮合元件(52)与第二齿状部分(51b)啮合时电机(30)被驱动，并且装置根据当时来自转动检测装置(21)的输出信号来检测啮合元件(52)的啮合位置。
9.根据权利要求
8所述的装置，其特征在于，第二齿状部分(51b)的开口宽度都不相同。
10.根据权利要求
2所述的装置，其特征在于，当啮合元件(52)与第一齿状部分(51a)或第二齿状部分(51b)啮合时电机(30)被驱动，并且装置根据当时转动检测装置(21)的输出值来检测啮合部分和锁止固定器(51)的位置关系。
11.根据权利要求
10所述的装置，其特征在于，当啮合元件(52)与第一齿状部分(51a)或第二齿状部分(51b)啮合时，电机(30)首先沿某个特定方向并然后沿相对方向尽可能转动，并且当电机(30)沿相对方向转动时转动检测装置(21)的输出值的变化小于预定值时，该装置确定啮合元件(52)与第二齿状部分(51b)啮合。
12.根据权利要求
10所述的装置，其特征在于，当啮合元件(52)与第一齿状部分(51a)或第二齿状部分(51b)啮合时，电机(30)首先沿某个特定方向并然后沿相对方向尽可能转动，并且当电机(30)沿相对方向转动时转动检测装置(21)的输出值的变化等于或大于预定值时，该装置确定啮合元件(52)与第一齿状部分(51a)啮合。
13.根据权利要求
10至12中任一项所述的装置，其特征在于，锁止固定器(51)的至少一个第二齿状部分(51b)的沿其周向的开口宽度不同于另一个第二齿状部分(51b)的开口宽度，并且当啮合元件(52)与第二齿状部分(51b)啮合时电机(30)被驱动，并且装置根据当时转动检测装置(21)的输出值来检测啮合元件(52)的啮合位置。
14.根据权利要求
13所述的装置，其特征在于，第二齿状部分(51b)的开口宽度都不相同。
15.根据权利要求
10至12中任一项所述的装置，其特征在于，转动检测装置(21)不能检测转动轴(33)的预定转动角，并且相关于锁止固定器(51)而设置从而不可检测的转动角被设置在转动范围外，在该转动范围内啮合元件(52)与锁止固定器(51)的第二齿状部分(51b)啮合。
16.根据权利要求
1至7和10至12中任一项所述的装置，其特征在于，锁止固定器(51)的第二齿状部分(51b)的沿其周向的开口宽度沿锁止固定器(51)的转动的轴线方向逐渐变窄，并且，当啮合元件(52)与第二齿状部分(51b)啮合时，啮合元件(52)在锁止固定器(51)转动时沿第二齿状部分(51b)的开口宽度沿轴线方向变窄的方向移动。
17.根据权利要求
1至7和10至12中任一项所述的装置，其特征在于，啮合元件(52)通过输入轴(5)与方向盘相连，并且锁止固定器(51)与转动轴(33)相连。
专利摘要
一种车辆转向装置，在转向力传动系统中设有一个传动比可变传动比装置，和一个限制转向力传动系统的输入轴和输出轴之间的相对转动的锁止机构(50)。在锁止机构(50)中设有一个锁止固定器(51)，该锁止固定器同电机的转子一起转动，并且其中沿周向在圆周上形成多个第一齿状部分(51a)并在每个第一齿状部分(51a)的末端形成一个齿深于第一齿状部分(51a)的第二齿状部分(51b)。在锁止机构(50)中还设有一个锁止臂(52)，该锁止臂设在电机的定子侧并且与第一齿状部分(51a)或第二齿状部分(51b)之一啮合。
文档编号B62D101/00GKCN1485235SQ03152319
公开日2004年3月31日 申请日期2003年7月30日
发明者中津慎利, 河室巡儿, 小城隆博, 儿, 博 申请人:丰田自动车株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan