(57)【要約】【課題】  駆動系の入力軸の軸方向におけるサイズを縮小する。【解決手段】  自動操舵の対象である車両の車輪に偏角を与えて車両を操舵する操舵系に操舵トルクとしての回転力を入力する入力軸を駆動する操舵駆動装置５０であって、入力軸と一体回転するように接続可能な回転軸を有し、回転軸の外周に沿って歯車５０１ａが設けられ、入力軸に駆動力を伝達する伝達軸５０１と、伝達軸５０１の歯車５０１ａと噛合う歯車５０２ｂが設けられた回転軸５０２ａを有し、回転軸５０２ａの軸方向が伝達軸５０１の軸方向と直交する方向を向くように配置されて伝達軸５０１を駆動するモータ５０２と、伝達軸５０１の歯車５０１ａと噛合う歯車５０３ｂが設けられた回転軸５０３ａを有し、回転軸５０３ｂの軸方向が伝達軸５０１の軸方向と直交する方向を向くように配置されて伝達軸５０１の回転を検出するエンコーダ５０３とを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動操舵の対象である車両の車輪に偏角を与えて該車両を操舵する操舵系に操舵トルクとしての回転力を入力する入力軸を駆動する操舵駆動装置であって、
前記入力軸と一体回転するように接続可能な回転軸を有し、該回転軸の外周に沿って歯車が設けられ、前記入力軸に駆動力を伝達する伝達軸と、
前記伝達軸の歯車と噛合う歯車が設けられた回転軸を有し、該回転軸の軸方向が前記伝達軸の軸方向と直交する方向を向くように配置されて前記伝達軸を駆動するモータと、
前記伝達軸の歯車と噛合う歯車が設けられた回転軸を有し、該回転軸の軸方向が前記伝達軸の軸方向と直交する方向を向くように配置されて前記伝達軸の回転を検出するエンコーダと
を備える操舵駆動装置。
【請求項２】
前記モータは、前記伝達軸の軸心を通り且つ該伝達軸の軸方向に直交する基準線に対して、前記モータの回転軸の軸方向が、前記基準線から該基準線及び前記伝達軸の軸方向に直交する直交線までの間を向くように、前記伝達軸の回転方向一方に傾斜するように配置され、
前記エンコーダは、前記基準線に対して、前記エンコーダの回転軸の軸方向が、前記基準線から前記直交線までの間を向くように、前記伝達軸の回転方向逆方に傾斜するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の操舵駆動装置。
【請求項３】
前記伝達軸の歯車、前記モータの歯車、及び前記エンコーダの歯車は、それぞれ、かさ歯車であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の操舵駆動装置。
【請求項４】
前記伝達軸と前記モータと前記エンコーダとを収容する筐体を更に備え、該筐体は前記伝達軸の軸方向から見て略三角形状に形成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の操舵駆動装置。
【請求項５】
前記伝達軸は前記筐体の頂点のひとつの近傍に配置され、
前記伝達軸の歯車に前記筐体の外部からグリスを供給するためのグリスニップルを更に備えることを特徴とする請求項４に記載の操舵駆動装置。
【請求項６】
前記筐体において、前記伝達軸が配置される頂点を形成しない側面部に設けられるホーンボタンを更に備えることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の操舵駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操舵を駆動する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、農作業の効率化を目的として、トラクタや田植機などの農作業用車両を指定した走行ラインに追従させる自動操舵技術が知られている。このような自動操舵がなされる対象車両には、自動操舵に対応した機構が装備されたものと、自動操舵に対応せず手動でハンドル操作を行う機構のみが装備された手動用車両とがある。
【０００３】
手動用車両は、操舵系に操舵トルクとしての回転力を入力する入力軸を回転させて手動操舵するためのステアリングハンドルが入力軸から取り外し可能となっている。そこで、入力軸とステアリングハンドルとの間に入力軸を回転駆動させる操舵駆動装置を組み込み、この操舵駆動装置を制御することによって、手動用車両を自動操舵に対応させることが可能となる。
【０００４】
このような、手動用車両を操舵駆動装置により制御する技術として、位置指示信号を受信する受信機と、位置指示信号に基づいて操舵制御信号を生成する操舵制御装置と、ステアリングシャフト及びこれを回転させるステアリングホイールと同軸である駆動軸周りにトルクを生成して、操舵制御信号に応答して操舵アセンブリを直接駆動する駆動アセンブリとを含む車両案内システム、が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開２０１０／１３９０１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した車両案内システムによれば、駆動系の入力軸と操舵駆動装置の駆動軸が同軸であるために、入力軸の軸方向における操舵駆動装置のサイズが増大してハンドルポストとステアリングホイールとが離間してしまう。これによれば、ステアリングホイールの高さが運転者による操作に適さない不自然な位置となり、自動操舵から手動操舵に切り替えた場合の車両の運転に不便が生じる、という問題がある。
【０００７】
本発明の実施形態は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、駆動系の入力軸の軸方向におけるサイズを縮小することができる操舵駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本実施形態の操舵駆動装置は、自動操舵の対象である車両の車輪に偏角を与えて該車両を操舵する操舵系に操舵トルクとしての回転力を入力する入力軸を駆動する操舵駆動装置であって、前記入力軸と一体回転するように接続可能な回転軸を有し、該回転軸の外周に沿って歯車が設けられ、前記入力軸に駆動力を伝達する伝達軸と、前記伝達軸の歯車と噛合う歯車が設けられた回転軸を有し、該回転軸の軸方向が前記伝達軸の軸方向と直交する方向を向くように配置されて前記伝達軸を駆動するモータと、前記伝達軸の歯車と噛合う歯車が設けられた回転軸を有し、該回転軸の軸方向が前記伝達軸の軸方向と直交する方向を向くように配置されて前記伝達軸の回転を検出するエンコーダとを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、駆動系の入力軸の軸方向におけるサイズを縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る農用トラクタの構成を示す概略側面図である。
【図２】実施形態に係る自動操舵システムの構成を示すブロック図である。
【図３】ステアリングコラムに装着された操舵駆動装置を示す斜視図である。
【図４】ステアリングコラムに装着された操舵駆動装置を示す平面図である。
【図５】ステアリングコラムに装着された操舵駆動装置を示す右側面図である。
【図６】ステアリングコラムに装着された操舵駆動装置を示す背面図である。
【図７】操舵駆動装置の内部構成を示す平面図である。
【図８】操舵駆動装置の内部構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
（対象車両及び自動操舵システムの構成）
まず、本実施形態に係る自動操舵システムとこの自動操舵システムにより自動操舵される対象車両について説明する。図１は、実施形態に係る農業用トラクタの構成を示す概略側面図である。図２は、実施形態に係る自動操舵システムの構成を示すブロック図である。
【００１３】
本実施形態に係る自動操舵システムの操舵対象としての車両は、作業車であり、具体的には、図１に示すような農業用のトラクタ１とする。このトラクタ１は、車体１０と、２つの前輪１１と２つの後輪１２とを備える四輪車両とするが、操舵可能な車両であればどのような車両であっても良い。また、トラクタ１は、運転者が座るための座席１３、図示しない作業機を連結接続するリンク機構１４、ステアリングコラム３０、ステリングハンドル４０、操舵駆動装置５０、アクセル、ブレーキ等を含むペダル類６０を備える。
【００１４】
ステアリングコラム３０内には前輪１１に偏角を与えてトラクタ１を操舵する操舵系９０（図１では不図示）が備えられ、ステアリングハンドル４０または操舵駆動装置５０による操舵トルクとしての回転力を操舵系９０に入力するための入力軸３０１が内蔵される。この入力軸３０１は、その軸方向が略上下方向を向き、その上端には取り外し可能となった装着用ステアリングハンドルに嵌合可能となった嵌合部３０１ａが形成されており、本実施形態において、この嵌合部３０１ａは操舵駆動装置５０に嵌合する。操舵駆動装置５０は、自動操舵制御をするための構成が備えられていない、手動操舵を前提としたトラクタ１を自動操舵するために後付けされる装置であり、上方においては、ステアリングハンドル４０が取り付けられるとともに、下方において、操舵系９０の入力軸３０１の嵌合部３０１ａが嵌合される。なお、操舵駆動装置５０の構成については後に詳述する。
【００１５】
自動操舵システムは、図２に示すように、操舵系９０と、操舵系９０を駆動する操舵駆動装置５０と、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）センサ６０と、操舵制御装置７０と、モータ制御装置８０とを備える。なお、ＧＮＳＳセンサ６０、操舵制御装置７０、及びモータ制御装置８０は、トラクタ１に備えられる。
【００１６】
操舵駆動装置５０は、入力軸３０１に駆動力を伝達する伝達軸５０１、伝達軸５０１を駆動するステッピングモータであるモータ５０２、伝達軸５０１の回転量及び回転位置を検知するロータリエンコーダであるエンコーダ５０３を備える。なお、モータ５０２は、入力軸３０１を回転させるのに十分なトルクを出力可能であるモータであれば、どのような種類のモータであっても良い。
【００１７】
ＧＮＳＳセンサ６０はトラクタ１の位置を検知し、操舵制御装置７０は設定された目標位置とＧＮＳＳセンサ６０により検知されたトラクタ１の現在位置とに基づいて、この現在位置を目標位置とするような操舵量をモータ制御装置８０へ指示をする。
【００１８】
モータ制御装置８０は、操舵制御装置７０により指示された操舵量に基づいて操舵駆動装置５０をフィードバック制御する。ここで、モータ制御装置８０は、エンコーダ５０３により検知された回転位置が所望の回転位置となるようにモータ５０２を制御して伝達軸５０１を駆動させる。
【００１９】
このように、トラクタ１に対して、操舵駆動装置５０、ＧＮＳＳセンサ６０、操舵制御装置７０及びモータ制御装置８０を後付けで設置することによって、手動操舵されるように構成されたトラクタ１において自動操舵を実現することが可能となる。
【００２０】
（操舵駆動装置の外観構成）
次に、操舵駆動装置の外観構成について説明する。図３は、ステアリングコラムに装着された操舵駆動装置を示す斜視図である。図４は、ステアリングコラムに装着された操舵駆動装置を示す平面図である。図５は、ステアリングコラムに装着された操舵駆動装置を示す右側面図である。図６は、ステアリングコラムに装着された操舵駆動装置を示す背面図である。なお、図３〜図６において、ｚ方向は入力軸または伝達軸の軸方向を向く上下方向を示すものとする。ｙ方向はトラクタの進行方向であり且つ上下方向に直交する前後方向、ｘ方向は前後方向に直交する左右方向を示すものとする。
【００２１】
図３〜図６に示すように、操舵駆動装置５０は、ステアリングコラム３０から上方に突出した入力軸３０１の上端に形成された嵌合部３０１ａに対して、入力軸３０１と一体回転するように伝達軸５０１（図７参照）の下端を嵌合させることによって、ステアリングコラム３０に取付けられる。ステアリングコラム３０の左側には前後進レバー３２が設けられ、右側にはスロットルレバー３３が設けられる。
【００２２】
操舵駆動装置５０の上方には、ステアリングハンドル４０が取り付けられる。このステアリングハンドル４０は、運転者がトラクタ１を操舵させる際の持ち手として環状に形成されるリング部材４１と、リング部材４１と同心な略円形に形成されたボス部材４２と、径方向に延在してリング部材４１とボス部材４２とを接続する３つのスポーク部材４３ａ〜４３ｃとを備える。
【００２３】
操舵駆動装置５０は、伝達軸５０１、モータ５０２、及びエンコーダ５０３（図７参照）を収容する筐体であって、上下方向に所定の厚みを有して内部が空洞となった略三角形状に形成された筐体５００を有し、頂点の１つが前方を向くようにステアリングコラム３０に設置される。伝達軸５０１は、その軸方向が上下方向を向き、筐体５００における３つの頂点部のうち前方に位置する頂点部において、筐体５００を上下に貫通するように配置される。また、筐体５００から上方に突出した伝達軸５０１の上端部には径外方向に突出する取付フランジ５２が形成されており、取付フランジ５２にボス部材４２が接続されることによって、ステアリングハンドル４０が伝達軸５０１と一体回転可能となるように操舵駆動装置５０に取付けられる。これによって、トラクタ１が自動操舵されない場合には、運転者がトラクタ１を手動で操舵することができる。
【００２４】
また、図５及び図６に示すように、筐体５００の底面における後方の辺近傍には、ステアリングコラム３０に当接して、操舵駆動装置５０がステアリングコラム３０に対して伝達軸５０１の軸周りに回転することを規制する２つの規制部材５０ａ、５０ｂが設けられる。また、図３、図５、及び図６に示すように、筐体５００の後方の側面、即ち伝達軸５０１が配置される頂点部を形成しない側面における左右方向略中央部には、ホーンスイッチ５１が設けられる。また、図４及び図５に示すように、筐体５００の前方の側面、即ち、略三角形状に形成された筐体５００の前方の頂点部には、伝達軸５０１に潤滑油を給油するためのグリスニップル５３が設けられる。なお、このグリスニップル５３については後に詳述する。
【００２５】
（操舵駆動装置の内部構成）
次に、操舵駆動装置の内部構成について説明する。図７は、操舵駆動装置の内部構成を示す平面図である。図８は、操舵駆動装置の内部構成を示す断面図である。なお、図７は、説明上、筐体の上方及び取付フランジを透過させた状態の操舵駆動装置を示し、また、図８は、前後方向及び上下方向に平行であり且つ伝達軸の軸心を通る平面による切断面を右側より見た断面を示す。
【００２６】
図７及び図８に示すように、伝達軸５０１は、軸方向が上下方向を向く略円筒状の部材であり、その外周には、上下方向に直交する平面に対して、歯すじが径外方向に沿って所定角度だけ下方に傾斜された、かさ歯車５０１ａが形成されている。伝達軸５０１の上端には、取付フランジ５２が一体回転可能に接続され、この取付フランジ５２には上述したようにステアリングハンドル４０のボス部材４２が取り付けられる。更に、取付フランジ５２は、伝達軸５０１が挿通される筐体５００の貫通孔より大きい径に形成され、これによって、伝達軸５０１は下方へ移動しないように取付フランジ５２によって規制される。
【００２７】
また、伝達軸５０１の下端には、入力軸３０１の嵌合部３０１ａのスプライン形状に対応した第１アタッチメント５４ａ及び第２アタッチメント５４ｂが取り付けられ、これによって、自動操舵の対象とするトラクタ１における入力軸３０１の嵌合部３０１ａがどのようなスプライン形状であっても、このスプライン形状に合致する形状のアタッチメントを用意するだけで、操舵駆動装置５０をトラクタ１に対応させることができる。
【００２８】
第１アタッチメント５４ａは、一体回転するように伝達軸５０１と接続され、第１アタッチメント５４ａに嵌合される嵌合部３０１ａはハードロックナット５４ａ１により第１アタッチメント５４ａに一体回転可能に固定される。また、第１アタッチメント５４ａの下端においては筐体５００の貫通孔よりも大きい径に形成されたフランジが形成され、第２アタッチメント５４ｂはこのフランジよりも大きな径に形成される。このような第１アタッチメント５４ａ及び第２アタッチメント５４ｂによって、伝達軸５０１は上方への移動を規制されるようになっている。
【００２９】
図７に示すように、モータ５０２は、回転駆動される回転軸５０２ａと、この回転軸５０２ａの先端に取付けられたかさ歯車５０２ｂとを有する。筐体５００内において、モータ５０２は、少なくとも、回転軸５０２ａの軸方向の向きが伝達軸５０１の軸方向と直交する方向を向くように配置されており、更には、伝達軸５０１よりも後方に位置し、且つ回転軸５０２ａの軸方向が前後方向Ｆから左右方向Ｌの一方までの間を向くように配置される。本実施形態においては、モータ５０２は、回転軸５０２ａの軸方向が前後方向Ｆから左側へ３０°傾斜するように配置されている。
【００３０】
エンコーダ５０３は、回転の変位を入力するための回転軸５０３ａと、この回転軸５０３ａの先端に取付けられたかさ歯車５０３ｂとを有する。筐体５００内において、エンコーダ５０３は、モータ５０２と同様に、回転軸５０３ａの軸方向の向きが伝達軸５０１の軸方向と直交する方向を向くように配置されており、更には、伝達軸５０１よりも後方に位置し、且つ回転軸５０３ａの軸方向が前後方向Ｆから左右方向Ｌの逆方までの間を向くように配置される。本実施形態においては、エンコーダ５０３は、回転軸５０３ａの軸方向が前後方向Ｆから右側へ３０°傾斜するように配置されている。
【００３１】
上述のように、伝達軸５０１の軸心を通り且つ軸方向に直交する基準線（前後方向Ｆを向く線）に対して、モータ５０２は、その回転軸５０２ａの軸方向が、基準線から基準線及び伝達軸５０１の軸方向に直交する直交線（左右方向Ｌを向く線）までの間に位置するように、基準線に対して傾斜して配置される。また、基準線に対して、エンコーダ５０３は、その回転軸５０３ａの軸方向が、基準線から直交線までの間に位置するように、基準線に対してモータ５０２とは逆方に傾斜して配置される。
【００３２】
このように伝達軸５０１、モータ５０２及びエンコーダ５０３を配置することによって操舵駆動装置５０の上下方向の大きさを小さくすることができ、また、筐体５００を略三角形状とすることによって、前後進レバー３２やスロットルレバー３３などの左右方向に突出する操作部を運転者が操作することを阻害することがない。また、モータ５０２とエンコーダ５０３とが左右方向において互いに逆方に傾斜していため、モータ５０２とエンコーダ５０３との間にホーンスイッチ５１などのステアリングハンドル４０近傍に配置されるべき操作部を配置することができる。
【００３３】
伝達軸５０１、モータ５０２及びエンコーダ５０３を収容する筐体５００は、上下に分割された２つの部材としての上方部材５００ａ及び下方部材５００ｂから構成される。この上方部材５００ａと下方部材５００ｂとの間には、シール部材としてのゴムパッキン５００ｃが配される。また、上方部材５００ａにおける伝達軸５０１が貫通される貫通孔においては、オイルシール５０１ｂによって上方部材５００ａと伝達軸５０１との間がシールされる。また、下方部材５００ｂにおける伝達軸５０１が貫通される貫通孔においては、接触シール付きのベアリング５０１ｃによって下方部材５００ｂと伝達軸５０１との間がシールされる。このように、筐体５００に生じる隙間がシールされることによって、農地で用いられるトラクタ１に装着される操舵駆動装置５０内に土砂や水が浸入することを防ぐことができる。
【００３４】
上方部材５００ａには、前後方向における前方、即ち、伝達軸５０１が配される側にはグリスニップル５３が設けられ、後方、即ち、伝達軸５０１が配される側とは逆側にはホーンボタン５１が設けられる。グリスニップル５３は、筐体５００外部から伝達軸５０１のかさ歯車５０１ａにグリスを供給するために設けられ、筐体５００外部に突出して筐体５００内部にグリスを供給可能とするニップル部５３１と、ニップル部５３１により筐体５００内部に供給されたグリスをかさ歯車５０１ａ上に案内するガイド部５３２とを有する。
【００３５】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
５０  操舵駆動装置
５０１  伝達軸
５０１ａ  かさ歯車
５０２  モータ
５０２ａ  回転軸
５０２ｂ  かさ歯車
５０３  エンコーダ
５０３ａ  回転軸
５０３ｂ  かさ歯車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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