(57)【要約】【課題】  舵角伝達比可変機構のバックラッシ、剛性の低下により操舵フィーリングが低下する。【解決手段】  操舵ハンドルの操舵角に対し、所定の重畳角度を加えて車輪転舵角とする操舵装置において、重畳角度を加える重畳用モータと、操舵ハンドルへの入力に応動して回転されるボールねじ用外筒と、重畳用モータにより回転されるスプライン用外筒と、ボールねじ用外筒およびスプライン用外筒とかみ合い、これら両外筒の回転により直動するボールねじスプライン軸と、ボールねじスプライン軸を直動させることにより車輪を転舵させるリンク機構とを備え、車輪転舵角を前記操舵ハンドルへの入力による舵角と前記重畳用モータの回転による舵角の和に基づいて決定するように構成した。【選択図】        図１
2006298047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルの操舵角に対し、所定の重畳角度を加えて車輪転舵角とする操舵装置において、
前記重畳角度を加える重畳用モータと、
前記操舵ハンドルへの入力に応動して回転されるボールねじ用外筒と、
前記重畳用モータにより回転されるスプライン用外筒と、
当該ボールねじ用外筒およびスプライン用外筒とかみ合い、これら両外筒の回転により直動するボールねじスプライン軸と、
当該ボールねじスプライン軸を直動させることにより車輪を転舵させるリンク機構と、
を備え、前記車輪転舵角を前記操舵ハンドルへの入力による舵角と前記重畳用モータの回転による舵角の和に基づいて決定するように構成したことを特徴とする舵角重畳型操舵装置。
【請求項２】
重畳用モータと前記スプライン用外筒または前記ボールねじ用外筒との間にウォームギヤを設けたこと、あるいは、重畳用モータに無励磁作動型ブレーキを設けたことを特徴とする請求項１に記載の舵角重畳型操舵装置。
【請求項３】
ボールねじスプライン軸と平行に設置したボールねじまたはラックアンドピニオンと
ボールねじまたはラックアンドピニオンを駆動するアシストモータと、
操舵ハンドルの軸に取り付けたトルクセンサと、
を備え、アシストモータの駆動力は、トルクセンサにより検出した操舵トルクと車速とに基づいて制御することを特徴とする請求項１に記載の舵角重畳型操舵装置。
【請求項４】
ボールねじスプライン軸の直動動作を取り出して車輪を転舵させるリンク機構を回転駆動するアシストモータと、
操舵ハンドルの軸に取り付けたトルクセンサと、
を備え、アシストモータの駆動力は、トルクセンサにより検出した操舵トルクと車速とに基づいて制御することを特徴とする請求項１に記載の舵角重畳型操舵装置。
【請求項５】
操舵ハンドルの操舵角に対し、所定の重畳角度を加えて車輪転舵角とする操舵装置において、
前記操舵ハンドルを回転駆動するモータと、
前記操舵ハンドルの軸に取り付けたトルクセンサと、
前記操舵ハンドルへの入力に応動して回転されるボールねじ用外筒と、
前記モータにより回転されるスプライン用外筒と
前記ボールねじ用外筒またはスプライン用外筒を回転駆動するモータと、
前記スプライン用外筒および前記ボールねじ用外筒とかみ合い、当該スプライン用外筒およびボールねじ用外筒の回転により直動するボールねじスプライン軸と、
当該ボールねじスプライン軸の直動動作を取り出して車輪を転舵させるリンク機構と、
を備え、前記車輪転舵角は前記操舵ハンドルへの入力による舵角と前記スプライン用外筒または前記ボールねじ用外筒を回転駆動するモータの回転による舵角の和に基づき決定し、前記操舵ハンドルを回転駆動するモータの駆動力、および前記スプライン用外筒またはボールねじ用外筒を回転駆動するモータの駆動力は、トルクセンサにより検出した操舵トルクと車速とに基づいて制御することを特徴とする舵角重畳型操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵ハンドルの操舵角に、さらに所定の角度を重畳して車輪転舵量とした舵角重畳型操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵装置において、走行安定性の向上、低速時の運転のしやすさ向上などを目的として、車輪転舵量を操舵ハンドルの操舵量とは異なる値に補正制御することが提案されている。このための機構としては差動機構が用いられることが多い。操舵ハンドルの操舵量に対して差動機構により別途適当な角度が重畳され、その結果を車輪転舵量にすることで、操舵ハンドルの操舵量に対する車輪転舵量の比、つまり舵角伝達比が変更される。
【０００３】
そのような装置として、従来、操舵ハンドルと回転連結した入力軸と、ステアリングギヤの入力側と回転連結した出力軸と、電気モータと、入力軸と回転連結したサンギヤ、出力軸と回転連結したキャリヤ、及び電気モータの出力軸と回転連結したリングギヤを有する遊星ギヤ機構と、この遊星ギヤ機構のキャリヤとリングギヤとを一体回転連結するための電磁クラッチとを備え、パワーステアリング作用時には電磁クラッチを係合させ、車輪舵角補正作用時には電磁クラッチを非係合にする操舵装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０７１４号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来の操舵装置にあっては、操舵力伝達系において、舵角伝達比可変機構を成す遊星ギヤ機構にバックラッシが存在するため、操舵ハンドルにガタが生じ、また遊星ギヤ機構による伝達系の剛性低下があるため、操舵フィーリングの悪化を招く懸念があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、バックラッシがなく剛性の高い舵角重畳型操舵装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る舵角重畳型操舵装置は、操舵ハンドルの操舵角に対し、所定の重畳角度を加えて車輪転舵角とする操舵装置において、
前記重畳角度を加える重畳用モータと、
前記操舵ハンドルへの入力に応動して回転されるボールねじ用外筒と、
前記重畳用モータにより回転されるスプライン用外筒と、
当該ボールねじ用外筒およびスプライン用外筒とかみ合い、これら両外筒の回転により直動するボールねじスプライン軸と、
当該ボールねじスプライン軸を直動させることにより車輪を転舵させるリンク機構と、
を備え、前記車輪転舵角を前記操舵ハンドルへの入力による舵角と前記重畳用モータの回転による舵角の和に基づいて決定するように構成したものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、バックラッシがなく剛性が高い舵角重畳型操舵機構が得られるといった従来にない顕著な効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１による舵角重畳型操舵装置を示す図である。操舵ハンドル１にはトルクセンサ２が取り付けられ、ハンドル軸３を介して、先端には傘歯車Ａ４が取り付けられている。傘歯車Ａ４は傘歯車Ｂ５とかみ合っている。ボールねじスプライン軸６にはボールねじ用外筒７とスプライン用外筒８が嵌合されている。重畳用モータ９の軸にはウォームギヤ１０が取り付けられており、ウォームギヤ１０はウォームホイール１１とかみ合っている。ボールねじ用外筒７はサポート軸受（図示していない）により車体（図示していない）に対して回転自在に取り付けられており、傘歯車Ｂ５により回転駆動される。スプライン用外筒８はサポート軸受（図示していない）により車体（図示していない）に対して回転自在に取り付けられており、ウォームホイール１１により回転駆動される。ボールねじスプライン軸６は両端をスラスト軸受１２により軸周りに回転自在に支持されている。スラスト軸受１２は直動軸受（図示していない）により車体（図示していない）に対して図の左右方向に直動自在に支持されている。ボールねじスプライン軸６と同軸に、スラスト軸受１２を介して、ボールねじ１６が取り付けられており、ボールねじ１６にはボールねじナット１７が嵌合されている。アシストモータ１８の軸には平歯車Ａ１９が取り付けられており、平歯車Ａ１９は平歯車Ａ２０とかみ合っている。ボールねじ用外筒７は、サポート軸受（図示していない）により車体（図示していない）に対して回転自在に取り付けられており、平歯車Ａ２０により回転駆動される。ボールねじ１６は、ボールねじスプライン軸６と同様に直動軸受（図示していない）により車体（図示していない）に対して図の左右方向に直動自在に支持されている。ボールねじスプライン軸６とボールねじ1６の両端にはタイロッドエンド１３が取り付けられており、タイロッドエンド１３にはタイロッド１４が回動自在に取り付けられている。また、タイロッド両端のうちタイロッドエンド取付側の反対側には、通常の操舵装置と同様、タイヤ１５が取り付けられ転舵される。
【００１０】
ここでボールねじスプラインについて説明しておく。ボールねじスプラインとは、単一の軸体外周面にボールねじ溝とボールスプライン溝を重複させて形成したボールねじスプライン軸に、多数のボールを介してボールねじ用外筒を嵌合すると共に、多数のボールを介してスプライン用外筒を嵌合し、さらに上記ボールねじ用外筒とスプライン用外筒とを同一のハウジングに対してそれぞれ一対のサポートベアリングを介して回転自在に組み付けると共に、上記ボールねじ用外筒とスプライン用外筒とを独立に駆動するための伝動部材を備えた複合運動案内装置である（図１で網掛けした箇所がボールねじスプラインに相当する部分である。図３、４、５でも同様。）。
【００１１】
ボールねじ用外筒とスプライン用外筒を回転駆動したときの、両者の回転状態に対するボールねじスプライン軸の動作は以下のようになる。
【表１】
2006298047.tif 000003
【００１２】
以上のように、ボールねじ用外筒の回転入力とスプライン用外筒の回転入力に対して、ボールねじスプライン軸の直動動作を出力として取り出す構成は差動機構として使うことができる。その際、力の伝達はボールとボールねじ溝，ボールとボールスプライン溝との間で行われ、これらの間には予圧が与えられるので、バックラッシがなく、また伝達剛性が大きくできる利点がある。
【００１３】
次に実施の形態１の舵角重畳型操舵装置の動作について説明する。
運転者が操舵ハンドル１を回転させると傘歯車Ａ４、傘歯車Ｂ５が回転し、ボールねじ用外筒７が回転駆動される。このとき重畳用モータ９が停止していれば、スプライン用外筒８は停止するので、ボールねじスプライン軸６は回転せずに直動動作する。このときアシストモータ１８の回転によりボールねじナット１７が回転駆動され、ボールねじ１６がボールねじスプライン軸６と同期して直動動作するように制御されるので、転舵がアシストされる。以上の動作は通常のパワーアシストと同様である。
【００１４】
なおパワーアシストについては、アシストモータ１８の駆動力は、トルクセンサ２により検出した操舵トルクと車速に基づいて制御される。一般的には操舵トルクに比例して駆動力を大きくし、車速に比例して駆動力を小さくする。
【００１５】
運転者が操舵ハンドル１を回転させない状態で、重畳用モータ９が回転してスプライン用外筒８を回転駆動したときには、ボールねじスプライン軸６は回転しながら直動するので、このときも転舵される。
【００１６】
ここでボールねじ用外筒７の角速度をωｎ［ｒａｄ／ｓ］、スプライン用外筒８の角速度をωｓ［ｒａｄ／ｓ］、ボールねじスプライン軸６のリードをＬ［ｍｍ］とすれば、ボールねじスプライン軸６の直動速度ｖ［ｍｍ／ｓ］は次の式（１）のように表される。
ｖ＝Ｌ／２π・（ωｎ―ωｓ）      （１）
【００１７】
スプライン用外筒８の角速度ωｓに対するボールねじスプライン軸の直動速度ｖの関係は、ボールねじ用外筒７の角速度ωｎをパラメータにしてプロットすれば図２のようになる。例えば、運転者が操舵ハンドル１を回転させることによりボールねじ用外筒７がωｎ＝１の角速度で回転しているときに、上記のように重畳用モータ９が停止していたとすれば、ボールねじスプライン軸６の直動速度はＬ／２πとなる。これは図２でωｎ＝１の線がωｓ＝０の線を横切る点に相当する。
【００１８】
ボールねじ用外筒７がωｎ＝１の角速度で回転しているときに、重畳用モータ９によりスプライン用外筒８をωｓ＝−１の角速度で回転駆動すれば、ボールねじスプライン軸６の直動速度は２・Ｌ／２πとなる。これは図２でωｎ＝１の線がωｓ＝−１の線と交差する点に相当し、舵角伝達比は上記の２倍になる。
【００１９】
またボールねじ用外筒７がωｎ＝１の角速度で回転しているときに、スプライン用外筒８をωｓ＝０．５の角速度で回転駆動すれば、ボールねじスプライン軸６の直動速度は０．５・Ｌ／２πとなるので、このときの舵角伝達比は上記の重畳用モータ９が停止していた場合のボールねじスプライン軸６の直動速度の０．５倍となる。
【００２０】
以上のように運転者が操舵ハンドル１を回転させる速度に応じて、重畳用モータ９の速度を以上のように制御することで舵角伝達比を制御することができる。
【００２１】
舵角伝達比は、車種によって変化するが、高速で走行しているときには、操舵ハンドルの回転角度に対してタイヤの転舵角度が小さい方が好ましいので、舵角伝達比は大きくする。例えば操舵ハンドルの回転角度に対して、タイヤの転舵角度を１／２０にする。一方、駐車のときなど低速のときには、タイヤの転舵角度を大きくとる必要があるが、このようなときに操舵ハンドルの回転角度が大きくなると操作しにくいので、舵角伝達比を小さくする。例えば操舵ハンドルの回転角度に対して、タイヤの転舵角度を１／１０にする。
【００２２】
なお、ボールねじスプライン軸６の回転はスラスト軸受１２で受ける構造となっているが、この回転は特に仕事はしない。万一、重畳用モータ９、アシストモータ１８の電源が落ちるなどして、モータが回転しなくなった場合について記す。重畳用モータ９側はウォームギヤ１０とウォームホイール１１による駆動なので、セルフロックが働き、スプライン用外筒８から回転させようとしても回転しない。このため操舵ハンドル１を運転者が回転させれば、ボールねじ用外筒７の回転により、ボールねじスプライン軸６は回転せずに直動する。このときアシストモータ１８側は平歯車Ａ１９と平歯車Ａ２０による駆動なので、ボールねじナット１７を回転させればアシストモータ１８は回転させることができる。従って、電源が落ちるなどでモータが回転しなくても、運転者の力のみで操舵することが可能である。
【００２３】
この実施の形態１では、操舵ハンドル１側にボールねじ用外筒７、重畳用モータ９側にスプライン用外筒８を接続したが、この逆に操舵ハンドル１側にスプライン用外筒８、重畳用モータ９側にボールねじ用外筒７を接続してもよい。
【００２４】
またアシストモータ１８はボールねじ１６を駆動することでアシストする構成としたが、ボールねじでなくラックアンドピニオン（ラックアンドピニオンはラックピニオンと呼ばれることもある。以下同様）であってもよい。さらに、重畳用モータ９とアシストモータ１８は電動モータでなくて油圧モータなど他の駆動源であってもよい。
【００２５】
重畳用モータ９の回転は電源断のときウォームギヤのセルフロックにより止まるものとしたが、モータに取り付けた無励磁作動式のブレーキで止まるようにしてもよい。この場合重畳用モータ９の回転はウォームギヤでなく平歯車で伝達してもよい。また、ボールねじナット１７の駆動は平歯車Ａ１９と平歯車Ａ２０によるとしたが、ウォームギヤとウォームであってもよい。
【００２６】
以上のように本発明では、舵角重畳型操舵装置の差動機構としてボールねじスプラインを用いているので、操舵ハンドルのガタにより操舵フィーリングの悪化を招くという問題を回避することができる。また差動機構に歯車を使っていないので、剛性の低下を防ぐことができ、操舵ハンドルの遊びにより操舵フィーリングの悪化を招くという問題を回避することができる。また、万一モータが動かなくなったときでも、運転者が操舵ハンドルを回転させる力により操舵可能なので、フェールセーフであるという利点も有する。
【００２７】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２による舵角重畳型操舵装置を示す図である。以下において、図１に示した実施の形態１と同じ個所については説明を省略する。ボールねじスプライン軸６はスラスト軸受１２を介してフレーム２３に回動自在に取り付けられている。アシスト用モータ１８の軸にはピニオン２１が取り付けられており、ピニオン２１はラック２２を直動駆動する。ラック２２はフレーム２３にボールねじスプライン軸６と平行に取り付けられている。フレーム２３は車体（図示していない）に対して直動軸受２４を介して左右方向に直動自在に取り付けられている。左右に配置されたフレーム２３には、それぞれタイロッドエンド１３が取り付けられている。また、各タイロッドエンドは、タイロッド１４と接続されている。各タイロッドの両端のうち、タイロッドエンド取付の反対側には、通常の操舵装置と同様、それぞれタイヤ１５が取り付けられて転舵される。
【００２８】
次に動作について説明する。運転者が操舵ハンドル１を回転させると傘歯車Ａ４、傘歯車Ｂ５が回転し、ボールねじ用外筒７が回転駆動される。このとき重畳用モータ９が停止していれば、スプライン用外筒８は停止するので、ボールねじスプライン軸６は回転せずに直動動作する。このときアシストモータ１８の回転によりピニオン２１が回転駆動され、ラック２２がボールねじスプライン軸６と同期して直動動作するように制御されるので、転舵がアシストされる。以上の動作は通常のパワーアシストと同様である。なおパワーアシストについては、アシストモータ１８の駆動方向および駆動力は、トルクセンサ２により検出した操舵トルク及び車速に基づいて上記と同様に制御される。以下の一般的な動作でも同様である。
【００２９】
ボールねじ用外筒７の角速度ωｎ［ｒａｄ／ｓ］、スプライン用外筒８の角速度ωｓ［ｒａｄ／ｓ］とボールねじスプライン軸６の直動速度ｖ［ｍｍ／ｓ］の関係は、ボールねじスプライン軸６のリードをＬ［ｍｍ］とすれば、実施の形態１と同様、上記の式（１）で表される。
【００３０】
従って、この場合においても、ボールねじ用外筒７が角速度ωｎで回転しているときの、スプライン用外筒８の角速度ωｓに対するボールねじスプライン軸の直動速度ｖの関係は図２のようになる。
【００３１】
従って、運転者が操舵ハンドル１を回転させる速度に応じて重畳用モータ９の速度を図２の特性線に従って制御することで、上記実施の形態１と同様に舵角伝達比を制御することができる。
【００３２】
舵角伝達比は、以下に記すように速度に応じて決定する。例えば、高速で走行しているときには、操舵ハンドルの回転角度に対してタイヤの転舵角度が小さい方が好ましいので、舵角伝達比は大きくする。例えば操舵ハンドルの回転角度に対して、タイヤの転舵角度を１／２０にする。一方、駐車のときなど低速のときには、タイヤの転舵角度を大きくとる必要があるが、このようなときに操舵ハンドルの回転角度が大きくなると操作しにくいので、舵角伝達比を小さくする。例えば操舵ハンドルの回転角度に対して、タイヤの転舵角度を１／１０にする。なお、ボールねじスプライン軸６の回転はスラスト軸受１２で受ける構造となっているが、この回転は特に仕事はしない。なおボールねじスプライン軸６の回転はスラスト軸受１２で受ける構造となっているが、この回転は特に仕事はしない。
【００３３】
万一、重畳用モータ９、アシストモータ１８の電源が落ちるなどして、モータが回転しなくなった場合について以下記す。重畳用モータ９側はウォームギヤ１０とウォームホイール１１による駆動なので、セルフロックが働き、スプライン用外筒８から回転させようとしても回転しない。このため操舵ハンドル１を運転者が回転させれば、ボールねじ用外筒７の回転により、ボールねじスプライン軸６は回転せずに直動する。この直動に伴ってラック２２の位置が移動し、結果的にアシストモータ１８にはラック２２と噛み合っているピニオン２１の回転により回転駆動力が与えられることになる。従って、電源が落ちるなどでモータが回転しなくても、運転者の力のみで操舵することが可能である。
【００３４】
この実施の形態２では、操舵ハンドル１側にボールねじ用外筒７、重畳用モータ９側にスプライン用外筒８を接続したが、この逆に操舵ハンドル１側にスプライン用外筒８、重畳用モータ９側にボールねじ用外筒７を接続してもよい。
【００３５】
またアシストモータ１８はラック２２を駆動することでアシストする構成としたが、ラックアンドピニオンでなくボールねじであってもよい。また、重畳用モータ９とアシストモータ１８は電動モータでなくて油圧モータなど他の駆動源であってもよい。
【００３６】
重畳用モータ９の回転は電源断のときウォームギヤのセルフロックにより止まるものとしたが、モータに取り付けた無励磁作動式のブレーキで止まるようにしてもよい。この場合重畳用モータ９の回転は、ウォームギヤでなく平歯車で伝達してもよい。
【００３７】
以上のように本発明では、舵角重畳型操舵装置の差動機構としてボールねじスプラインを用いているので、実施の形態１と同様、操舵ハンドルのガタにより操舵フィーリングの悪化を招くという問題を回避することができる。
【００３８】
また差動機構に歯車を使っていないので、剛性の低下を防ぐことができ、操舵ハンドルの遊びにより操舵フィーリングの悪化を招くという問題を回避することができる。また、万一モータが動かなくなったときでも、運転者が操舵ハンドルを回転させる力により操舵可能なので、フェールセーフであるという利点も有する。
【００３９】
さらに、本発明では、ボールねじスプライン軸６とラック２２を平行に配置したので、左右のタイロッドエンド１３間の距離がボールねじスプライン軸６とボールねじ１６を一直線上に配置した場合に比べて装置全体として小さくできる利点がある。
【００４０】
実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３による舵角重畳型操舵装置を示す図である。以下、図１および図３に示した実施の形態１、実施の形態２と同じ個所については説明を省略する。
ハンドル軸３下端には平歯車Ｃ２５が取り付けられており、平歯車Ｄ２６と噛み合っている。平歯車Ｄ２６にはボールねじ用外筒７が取り付けられている。重畳用モータ９の軸には平歯車Ｅ２７が取り付けられており、平歯車Ｆ２８と噛み合っている。平歯車Ｆ２８にはスプライン外筒８が取り付けられている。ボールねじ用外筒７とスプライン外筒８はボールねじスプライン軸６に嵌合されている。ボールねじスプライン軸６は両端をスラスト軸受１２により回転自在に支持され、スラスト軸受１２は直動軸受２４を介して車体（図示していない）に取り付けられている。スラスト軸受１２の下部にはリンク軸受２９が取り付けられている。リンク軸受２９にはドラグリンク３０が回動自在に取り付けられている。ベルクランク３１はアシストモータ１８の軸に取り付けられて回動駆動される。ベルクランク３１の一端にはドラグリンク３０が回動自在に取り付けられており、他端にはタイロッド１４が回動自在に取り付けられている。タイロッド１４のベルクランク取付反対側には通常の操舵装置と同様、タイヤ１５が取り付けられて転舵される。
【００４１】
次に動作について説明する。
運転者が操舵ハンドル１を回転させると平歯車Ｃ２５、平歯車Ｄ２６が回転し、ボールねじ用外筒７が回転駆動される。このとき重畳用モータ９が停止していれば、スプライン用外筒８は停止するので、ボールねじスプライン軸６は回転せずに直動動作する。また重畳用モータ９が回転すれば、ボールねじスプライン軸６は回転しながら直動動作する。
【００４２】
このボールねじスプライン軸６の直動動作により、スラスト軸受１２は直動軸受２４により車体に対して直動し、リンク軸受２９が直動動作する。ベルクランク３１はドラグリンク３０を介してリンク軸受２９に結合されているので、リンク軸受２９の直動動作により、アシストモータ１８の軸まわりに回動する。ベルクランク３１が回動すると、タイロッド１４が押し引きされるので、タイヤ１５が転舵される。
【００４３】
アシストモータ１８の回動によりベルクランク３１が回動駆動され、タイロッド１４が押し引きされるので、タイヤ１５の転舵がアシストされる。この動作は通常のパワーアシストと同様である。パワーアシストについては、アシストモータ１８の駆動方向および駆動力は、トルクセンサ２により検出した操舵トルク、操舵方向、及び車速に基づいて制御される。以下の一般的な動作でも同様である。
【００４４】
ボールねじ用外筒７の角速度ωｎ［ｒａｄ／ｓ］、スプライン用外筒８の角速度ωｓ［ｒａｄ／ｓ］とボールねじスプライン軸６の直動速度ｖ［ｍｍ／ｓ］の関係は、ボールねじスプライン軸６のリードをＬ［ｍｍ］とすれば、実施の形態１、２と同様、式（１）のように表される。
【００４５】
よって例えばボールねじ用外筒７がωｎ＝１の角速度で回転しているときの、スプライン用外筒８の角速度に対する舵角伝達比の関係は図２のようになる。
以上のように運転者が操舵ハンドル１を回転させる速度に応じて重畳用モータ９の速度をトルクセンサ２により検出した操舵トルクと車速に基づいて制御する、すなわち、一般的には操舵トルクに比例して駆動力を大きくし、車速に比例して駆動力を小さくする。
【００４６】
舵角伝達比は、車種によって変化するが、例えば以下のように速度に応じて決定する。すなわち、高速で走行しているときには、操舵ハンドルの回転角度に対してタイヤの転舵角度が小さい方が好ましいので、舵角伝達比は大きくする。例えば操舵ハンドルの回転角度に対して、タイヤの転舵角度を１／２０にする。一方、駐車のときなど低速のときには、タイヤの転舵角度を大きくとる必要があるが、このようなときに操舵ハンドルの回転角度が大きくなると操作しにくいので、舵角伝達比を小さくする。例えば操舵ハンドルの回転角度に対して、タイヤの転舵角度を１／１０にする。
【００４７】
なお、ボールねじスプライン軸６の回転はスラスト軸受１２で受ける構造となっているが、この回転は特に仕事はしない。万一、重畳用モータ９、アシストモータ１８の電源が落ちるなどして、モータが回転しなくなった場合について記す。重畳用モータ９には無励磁作動型のブレーキ（図示していない）が取り付けられているので、回転は止まり、スプライン用外筒８から回転させようとしても回転しない。このため操舵ハンドル１を運転者が回転させれば、ボールねじ用外筒７の回転により、ボールねじスプライン軸６は回転せずに直動する。このときボールねじスプライン軸６を直動駆動させればアシストモータ１８はベルクランク３１側から回転させることができる。従って、電源が落ちるなどしてモータが回転しなくても、運転者の力のみで操舵することが可能である。
【００４８】
この実施の形態では、操舵ハンドル１側にボールねじ用外筒７、重畳用モータ９側にスプライン用外筒８を接続したが、この逆に操舵ハンドル１側にスプライン用外筒８、重畳用モータ９側にボールねじ用外筒７を接続してもよい。
また、重畳用モータ９とアシストモータ１８は電動モータでなくて油圧モータなど他の駆動源であってもよい。
重畳用モータ９は平歯車によりスプライン外筒８を回転するものとしたが、ウォームギヤにより回転してもよい。
【００４９】
以上のように本発明では、舵角重畳型操舵装置の差動機構としてボールねじスプラインを用いているので、操舵ハンドルのガタにより操舵フィーリングの悪化を招くという問題を回避することができる。また差動機構に歯車を使っていないので、剛性の低下を防ぐことができ、操舵ハンドルの遊びにより操舵フィーリングの悪化を招くという問題を回避することができる。
【００５０】
また、万一モータが動かなくなったときでも、運転者が操舵ハンドルを回転させる力により操舵可能なので、フェールセーフであるという利点も有する。またハンドル軸３がタイヤまわりとは切り離されているので、衝突時にハンドル軸３が運転者側に押し込まれにくいという利点も有する。
【００５１】
さらに、アシストモータ１８で直接ベルクランク３１、タイロッド１４などの操舵用のリンクを駆動するようにしたので、高価なボールねじ１６を使わなくてすむ利点がある。また、アシストモータ１８をベルクランク３１に直結できるので、平歯車やウォームギヤを介した場合に比べて動力伝達系の剛性が向上しやすい利点がある．また、ボールねじスプライン軸６を左右のタイヤ１５の間でなくハンドル軸３に平行に配置したので、左右のタイヤ１５間の距離がボールねじスプライン軸６とボールねじ１６を一直線上に配置した場合に比べて小さくなり、また左右のタイヤ１５の間に空間ができるので、タイロッド１４など操舵用のリンクの配置や設計がやりやすくなる利点がある。
【００５２】
実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４による舵角重畳型操舵装置を示す図である。以下、図１および図３および図４に示した実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３と同じ個所については説明を省略する。
ハンドル軸３には平歯車Ｇ３２が取り付けられ、モータＡ３４の軸に取り付けられた平歯車Ｈ３３と噛み合っている。ハンドル軸３の先端には傘歯車Ａ４が取り付けられており、傘歯車Ｂ５と噛み合っている。傘歯車Ｂ５にはボールねじ用外筒７が取り付けられている。モータＢ３５の軸にはウォームギヤ１０が取り付けられており、ウォームホイール１１と噛み合っている。ウォームホイール１１にはスプライン外筒８が取り付けられている。ボールねじ用外筒７とスプライン外筒８はボールねじスプライン軸６に嵌合されている。ボールねじスプライン軸６は両端をスラスト軸受１２により回転自在に支持され、スラスト軸受１２は直動軸受２４を介して車体（図示していない）に取り付けられている。スラスト軸受１２の両端にはタイロッドエンド１３が取り付けられている。タイロッドエンド１３にはタイロッド１４が回動自在に取り付けられている。タイロッド１４の両端のうち、タイロッドエンドの反対側には通常の操舵装置と同様、タイヤ１５が取り付けられて転舵される。
【００５３】
次に動作について説明する。
運転者が操舵ハンドル１を回転させると傘歯車Ａ４、傘歯車Ｂ５が回転し、ボールねじ用外筒７が回転駆動される。このときモータＢ３５が停止していれば、スプライン用外筒８は停止するので、ボールねじスプライン軸６は回転せずに直動動作する。
このボールねじスプライン軸６の直動動作により、スラスト軸受１２は直動軸受２４により車体に対して直動し、タイロッドエンド１４が直動動作する。このとき、タイロッドエンド１４によりタイロッド１４が押し引きされるので、タイヤ１５が転舵される。
モータＢ３５が回転すれば、ボールねじスプライン軸６は回転しながら直動動作する。このときボールねじ用外筒７に対して回転反力が働き、その反力は傘歯車Ｂ５、傘歯車Ａ４を介してハンドル軸３に働くが、この反力はモータＡ３４によりキャンセルさせる。タイヤ１５の転舵はモータＢ３５によりアシストされる。パワーアシストについては、モータＡ３４とモータＢ３５の駆動方向および駆動力は、トルクセンサ２により検出した操舵トルク、操舵方向、及び車速に基づいて制御される。以下の一般的な動作でも同様である。
【００５４】
ボールねじ用外筒７の角速度ωｎ［ｒａｄ／ｓ］、スプライン用外筒８の角速度ωｓ［ｒａｄ／ｓ］とボールねじスプライン軸６の直動速度ｖ［ｍｍ／ｓ］の関係は、ボールねじスプライン軸６のリードをＬ［ｍｍ］とすれば、実施の形態１、２と同様、上記の式（１）のように表される。
【００５５】
よって例えばボールねじ用外筒７がωｎの角速度で回転しているときの、スプライン用外筒８の角速度ωｓに対するボールねじスプライン軸の直動速度ｖの関係は図２のようになる。運転者が操舵ハンドル１を回転させる速度に応じて、重畳用モータ９の速度を以上のように制御することで舵角伝達比を制御することができる。
【００５６】
舵角伝達比は、車種によって変化するが、高速で走行しているときには、操舵ハンドルの回転角度に対してタイヤの転舵角度が小さい方が好ましいので、舵角伝達比は大きくする。例えば操舵ハンドルの回転角度に対して、タイヤの転舵角度を１／２０にする。一方、駐車のときなど低速のときには、タイヤの転舵角度を大きくとる必要があるが、このようなときに操舵ハンドルの回転角度が大きくなると操作しにくいので、舵角伝達比を小さくする。例えば操舵ハンドルの回転角度に対して、タイヤの転舵角度を１／１０にする。
【００５７】
なお、ボールねじスプライン軸６の回転はスラスト軸受１２で受ける構造となっているが、この回転は特に仕事はしない。
万一、モータＡ３４、モータＢ３５の電源が落ちるなどして、モータが回転しなくなった場合について記す。モータＢ３５はウォームギヤ１０とウォームホイール１１による駆動なので、セルフロックが働き、スプライン用外筒８から回転させようとしても回転しない。このため操舵ハンドル１を運転者が回転させれば、ボールねじ用外筒７の回転により、ボールねじスプライン軸６は回転せずに直動する。このときモータＡ３４は平歯車Ｈ３３と平歯車Ｇ３２による駆動なので、操舵ハンドル１を回転させればモータＡ３４は回転させることができる。従って、電源が落ちるなどでモータが回転しなくても、運転者の力のみで操舵することが可能である。
【００５８】
この実施の形態では、操舵ハンドル１側にボールねじ用外筒７、モータＢ３５側にスプライン用外筒８を接続したが、この逆に操舵ハンドル１側にスプライン用外筒８、モータＢ３５側にボールねじ用外筒７を接続してもよい。
また、モータＡ３４とモータＢ３５は電動モータでなくて油圧モータなど他の駆動源であってもよい。
【００５９】
さらにモータＢ３５の回転は電源断のときウォームギヤのセルフロックにより止まるものとしたが、モータに取り付けた無励磁作動式のブレーキで止まるようにしてもよい。この場合モータＢ３５の回転は、ウォームギヤでなく平歯車で伝達してもよい。
【００６０】
以上のように本発明では、舵角重畳型操舵装置の差動機構としてボールねじスプラインを用いているので、操舵ハンドルのガタにより操舵フィーリングの悪化を招くという問題を回避することができる。
【００６１】
また差動機構に歯車を使っていないので、剛性の低下を防ぐことができ、操舵ハンドルの遊びにより操舵フィーリングの悪化を招くという問題を回避することができる。また、万一モータが動かなくなったときでも、運転者が操舵ハンドルを回転させる力により操舵可能なので、フェールセーフであるという利点も有する。
【００６２】
さらに、モータＢ３５により舵角重畳してアシスト力を発生するとともに、モータＡ３４でモータ軸３を直接駆動してアシスト力を発生するように構成したので，ボールねじ１６がなくせる。このためボールねじ１６の分コストが低減でき、また左右のタイロッドエンド１３間の距離がボールねじスプライン軸６とボールねじ１６を一直線上に配置した場合に比べて装置全体を小さくできる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態１による角度重畳型操舵装置を示す説明図である。
【図２】舵角伝達比の一例を表すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態２による角度重畳型操舵装置を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態３による角度重畳型操舵装置を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態４による角度重畳型操舵装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  操舵ハンドル、２  トルクセンサ、３  ハンドル軸、４  傘歯車Ａ、５  傘歯車Ｂ、
６  ボールねじスプライン軸、７  ボールねじ用外筒、８  スプライン用外筒、９  重畳用モータ、１０  ウォームギヤ、１１  ウォームホイール、１２  スラスト軸受、１３  タイロッドエンド、１４  タイロッド、１５  タイヤ、１６  ボールねじ、１７  ボールねじナット、１８  アシストモータ、１９  平歯車Ａ、２０  平歯車Ｂ、２１  ピニオン、２２  ラック、２３  フレーム、２４  直動軸受、２５  平歯車Ｃ、２６  平歯車Ｄ、２７  平歯車Ｅ、２８  平歯車Ｆ、２９  リンク軸受、３０  ドラグリンク、３１  ベルクランク、３２  平歯車Ｇ、３３  平歯車Ｈ、３４  モータＡ、３５  モータＢ。
【図１】
2006298047.tif 000004
【図２】
2006298047.tif 000005
【図３】
2006298047.tif 000006
【図４】
2006298047.tif 000007
【図５】
2006298047.tif 000008