(57)【要約】【課題】アクチュエータの出力を低減でき、効率的な操舵が可能である車両用操舵装置を提供すること。【解決手段】操舵部材２の操舵トルクを第３の操舵軸７を介して差動機構８に伝達し、差動機構８によって各転舵軸９，１０の入力軸１１に配分する。各転舵軸９，１０の入力軸１１の回転を、対応する変速機構１５，１６を介して減速し、対応する伝達機構１７，１９によって回転方向を変換し、対応する転舵輪１８，２０に伝達する。制御部３６は、内輪の転舵角が相対的に大きくなるように、各アクチュエータ１３，１４の出力を調整しつつ、操舵補助する。【選択図】図１
2008168859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の左右に配置され、それぞれ対応する舵取り中心軸の回りに回転する第１および第２の転舵輪と、
車両の左右方向に延びる回転可能な第１および第２の転舵軸と、
各転舵軸の回転をそれぞれ対応する転舵輪に伝達する第１および第２の伝達機構と、
操舵部材に連なる操舵軸のトルクを第１および第２の転舵軸に配分する差動機構と、
それぞれ対応する転舵軸を回転駆動する第１および第２のアクチュエータと、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、各転舵軸は、差動機構に連結された入力軸と、対応する転舵輪に連結された出力軸と、を含み、入力軸と出力軸との間に変速機構が介在していることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１または２において、各伝達機構は、対応する舵取り中心軸の回りに対応する転舵輪と同行回転する被動部材と、この被動部材とトルク伝達可能に連結され、対応する転舵軸と連動して回転する駆動部材とを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】
請求項３において、上記被動部材は被動ギヤを含み、上記駆動部材は上記被動ギヤと噛み合う駆動ギヤを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項５】
請求項４において、上記被動ギヤはウォームホイールを含み、上記駆動ギヤはウォームを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１項において、車両の旋回内側の転舵輪の転舵角が旋回外側の転舵輪の転舵角よりも大きくなるように、第１および第２のアクチュエータを制御する制御部を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラックアンドピニオン機構を採用した車両用操舵装置では、操舵部材が操作されてステアリングシャフトが回転されると、この回転が車両の左右方向に沿ってのラック軸の軸方向移動に変換され、ラック軸の各端部にタイロッドおよびナックルアームを介して連結された転舵輪が転舵されるようになっている。
車両の旋回時に、旋回内側の転舵輪（内輪に相当）および旋回外側の転舵輪（外輪に相当）が同心円を描いて旋回するため、内輪の旋回半径を相対的に小さくする必要がある。そこで、通例、ラック軸の軸方向移動を転舵輪の舵取り回転に変換するためのリンク機構を用いることによりアッカーマン特性を得て、内輪の転舵角が相対的に大きくなるようにされている。
【０００３】
しかしながら、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ラック軸９１の軸方向移動を、転舵輪９２の舵取り回転に変換するためのリンク機構９３を用いるステアリング装置では、転舵輪９２の転舵角が大きくなるほど、転舵に大きなエネルギーを必要とする。
具体的には、図７（ａ）に示すように転舵輪９２の転舵角がゼロのときには、ラック軸９１の軸方向に働く駆動力をＦとすると、その駆動力Ｆにより転舵輪９２が受ける転舵トルクＰ１は、タイヤ中心９４と揺動リンク９５の端部の継手中心からなる作用点９６との距離Ｌ（モーメントの仮想腕９７の長さに相当）に、Ｆ×ｃｏｓＡを乗じたものとなる。すなわち、
Ｐ１＝Ｌ×Ｆ×cos Ａ
ただし、角度Ａは、転舵角がゼロのときに、上記の仮想腕９７と直交する方向が、ラック軸９１の軸線９８に対してなす角度である。
【０００４】
一方、図７（ｂ）に示すように転舵角が大きくなると、転舵角の増大に伴って揺動リンク９５の揺動角Ｂが大きくなる。
ラック軸９１の軸方向に働く駆動力Ｆにより転舵輪９２が受ける転舵トルクＰ２は、上記の距離Ｌに、Ｆ×cos Ｂ×cos Ｃを乗じたものとなる。
Ｐ２＝Ｌ×Ｆ×cos Ｂ×cos Ｃ    
ただし、角度Ｂは、その転舵角のときに、揺動リンク９５の軸線９９がラック軸９１の軸線９８に対してなす角度であり、角度Ｃは、その転舵角のときに、上記の仮想腕９７と直交する方向が揺動リンク９５の軸線９９となす角度である。
【０００５】
このように、ラック軸９１に同じ駆動力Ｆを与えても、転舵角に応じて、転舵トルクが異なり、通例、同じ転舵トルク（転舵力）を得るためには、図８に示すように、転舵角の増大に応じて、ラック軸９１の駆動力Ｆを増加させて、転舵エネルギを増大させる必要がある。
このため、エネルギ効率が悪く、転舵のためのアクチュエータとして高い出力が要求され、省エネルギに反する。また、タイヤの摩耗が大きいという問題がある。
【０００６】
ところで、四輪操舵の電気自動車において、各車輪の向きを任意の方向に変化させることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２９６２３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、電動モータの動力を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置において、近年、高出力化が要望されている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、アクチュエータの出力を低減し、効率的な操舵が可能である車両用操舵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】
上記目的を達成するため、本発明は、車両の左右に配置され、それぞれ対応する舵取り中心軸(21,22) の回りに回転する第１および第２の転舵輪(18,20) と、車両の左右方向に延びる回転可能な第１および第２の転舵軸(9,10)と、各転舵軸の回転をそれぞれ対応する転舵輪に伝達する第１および第２の伝達機構(17,19) と、操舵部材(2) に連なる操舵軸(7) のトルクを第１および第２の転舵軸に配分する差動機構(8) と、それぞれ対応する転舵軸を回転駆動する第１および第２のアクチュエータ(13,14) と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
従来のリンク機構を用いて直線運動を回転運動に変換する転舵機構では、転舵角が大きくなるにつれて転舵に要するエネルギが増大するという問題があった。これに対し、本発明では、個別のアクチュエータで駆動された第１および第２の転舵軸の回転が、対応する伝達機構を介して対応する転舵輪に伝達されるので、総ての転舵角範囲において転舵に要するエネルギが一定となる。このため、エネルギー効率に優れている。転舵に要するアクチュエータの出力を低減し、省エネルギに寄与することができる。
【００１０】
各転舵軸は、差動機構に連結された入力軸(11)と、対応する転舵輪に連結された出力軸(12)と、を含み、入力軸と出力軸との間に変速機構(15,16) が介在している場合がある（請求項２）。この場合、アクチュエータの動力を減速して所要の転舵力と所要の転舵量を実現することができる。
各伝達機構は、対応する舵取り中心軸の回りに対応する転舵輪と同行回転する被動部材(24)と、この被動部材とトルク伝達可能に連結され、対応する転舵軸と連動して回転する駆動部材(23)とを含む場合がある（請求項３）。この場合、各転舵軸の回転を駆動部材および被動部材を介して対応する転舵輪に伝達することができる。
【００１１】
上記の伝達機構としては、回転を伝達することができるものであればよく、例えば、ギヤ機構、プーリ・ベルト機構、チェーン・スプロケット機構等を用いることができる。
上記被動部材は被動ギヤ(24)を含み、上記駆動部材は上記被動ギヤと噛み合う駆動ギヤ(23)を含む場合がある（請求項４）。この場合、伝達機構の伝達比（減速比）等を容易に設定することができる。
【００１２】
上記被動ギヤはウォームホイール(24)を含み、上記駆動ギヤはウォーム(23)を含む場合がある（請求項５）。この場合、逆効率を高くすることができ、路面からの過大な入力が操舵部材側に伝達されることを抑制することができる。
車両の旋回内側の転舵輪の転舵角 (α) が旋回外側の転舵輪の転舵角 (β) よりも大きくなるように、第１および第２のアクチュエータを制御する制御部(36)を備える場合がある（請求項６）。この場合、従来のアッカーマン機構と同様にして、内輪と外輪の旋回半径の差を吸収することができる。
【００１３】
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の制御装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ) １は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結している第１の操舵軸３と、この第１の操舵軸３に自在継手４を介して連結された中間軸としての第２の操舵軸５と、この第２の操舵軸５に自在継手６を介して連結された第３の操舵軸７と、この第３の操舵軸７と差動機構８を介してトルク伝達可能に連結された第１および第２の転舵軸９，１０とを備えている。
【００１５】
図示していないが、各転舵軸９，１０は、ハウジングによって軸受を介して回転可能に且つ軸方向移動が規制されて支持されている。
各転舵軸９，１０は、同軸上に相対回転可能に連結された入力軸１１および出力軸１２を備えている。各転舵軸９，１０の入力軸１１は、差動機構８に連結されている。
第１の転舵軸９の入力軸１１は、例えば同軸のブラシレスモータからなる第１のアクチュエータ１３によって回転駆動され、第２の転舵軸１０の入力軸１１は、例えば同軸のブラシレスモータからなる第２のアクチュエータ１４によって回転駆動されるようになっている。
【００１６】
また、第１の転舵軸９の入力軸１１と出力軸１２との間に、第１の変速機構１５が設けられ、第２の転舵軸１０の入力軸１１と出力軸１２との間に、第２の変速機構１６が設けられている。
第１の転舵軸９の出力軸１２は、第１の伝達機構１７を介して第１の転舵輪１８に回転伝達可能に連結されている。第２の転舵軸１０の出力軸１２は、第２の伝達機構１９を介して第２の転舵輪２０に回転伝達可能に連結されている。
【００１７】
第１の転舵輪１８は、車体によって、第１の舵取り中心軸２１の回りに回転可能に支持されている。同様に、第２の転舵輪１０は、車体によって、第２の舵取り中心軸２２の回りに回転可能に支持されている。
各伝達機構１７，１９は、対応する転舵軸９，１０の出力軸１２に形成された駆動ギヤとしてのウォーム２３と、対応する舵取り中心軸２１，２２の回りに、対応する転舵輪１８，２０と同行回転可能に設けられた被動ギヤとしてのウォームホイール２４とを備えたウォームギヤ機構からなる。
【００１８】
各転舵輪１８，２０は、対応する舵取り中心軸２１，２２の回りに回動可能に設けられた対応する転舵輪支持部材２５，２６に、同行回転可能に取り付けられている。また、各伝達機構１７，１９のウォームホイール２４は、対応する転舵輪支持部材２５，２６に同行回転可能に取り付けられている。
差動機構８は、第３の操舵軸７と同行回転するデフケース２７内に配置されたベベルギヤ式の差動機構である。第３の操舵軸７と同行回転するベベルギヤ２８と、デフケース２７と同行回転するリング状のベベルギヤ２９とが噛み合わされており、これらのベベルギヤ２８，２９によって、第３の操舵軸７の回転がデフケース２７に伝達されるようになっている。
【００１９】
差動機構８は、デフケース２７内に回転可能に支持された入力側となる２つの第１ベベルギヤ３０と、これらの第１のベベルギヤ３０を介して互いに連結された出力側となる第２ベベルギヤ３１および第３ベベルギヤ３２とを備えている。
操舵部材２の操舵角θを検出する操舵角センサ３３と、操舵部材２に付与される操舵トルクＴを検出するトルクセンサ３４と、車両の走行速度（車速Ｖ）を検出する車速センサ３５とが設けられている。各センサ３３〜３５の検出値は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる制御部３６に入力される。
【００２０】
制御部３６では、検出された操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて、予め記憶された制御マップを用いて、各アクチュエータ１３，１４を駆動制御し、これにより、対応する転舵軸９，１０に操舵補助力が付与されるようになっている。
また、制御部３６では、図２に示すフローチャートに基づいて、第１および第２の転舵輪１８，２０の転舵角α，βを制御している。すなわち、まず、各センサ３３〜３５の検出値が入力され（ステップＳ１）、操舵角センサ３３から入力された操舵角θに基づいて、操舵方向が右方向である（右操舵）か否かを判断する（ステップＳ２）。
【００２１】
右操舵である場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）、その操舵角θに基づいて、内輪となる右側の第２の転舵輪２０の転舵角の目標値β１が、外輪となる左側の第１の転舵輪１８の転舵角の目標値α１よりも大きくなるように、各目標値α１，β１を設定する（ステップＳ３）。
左操舵である場合には（ステップＳ２でＮＯ）、内輪となる第１の転舵輪１８の転舵角の目標値α１が、外輪となる右側の第２の転舵輪２０の転舵角の目標値β１よりも大きくなるように、各目標値α１，β１を設定する（ステップＳ４）。
【００２２】
具体的には、操舵角θが大きくなるほど、転舵角の目標値α１，β１の差分Δが大きくなるように設定される。
次いで、ステップＳ５において、各アクチュエータ１３，１４の出力の目標値Ｑ１，Ｑ２が設定される。具体的には、まず、トルクセンサ３４により検出された操舵トルクＴおよび車速センサ３５により検出された車速Ｖに基づいて、各アクチュエータ１３，１４の基準出力ＱＲを決定する。
【００２３】
旋回内側の転舵輪１８または２０の転舵角に対応するアクチュエータ１３または１４の出力の目標値Ｑ１は、上記の基準出力ＱＲに、上記差分Δに応じた補正量ＱＡを加算して設定される（Ｑ１＝Ｑ＋ＱＡ）。
また、旋回外側の転舵輪の転舵角に対応するアクチュエータの出力の目標値Ｑ２は、上記差分Δに応じた補正量ＱＡを減算して設定される（Ｑ２＝Ｑ−ＱＡ）。
【００２４】
制御部３６は、このようにして設定した目標値Ｑ１，Ｑ２に基づいて、各アクチュエータ１３，１４を駆動制御する（ステップＳ６）。
このようにして、従来のアッカーマン機構と同様にして、旋回内側の転舵輪（内輪）と旋回外側の転舵輪（外輪）の旋回半径の差を吸収し、同時に操舵補助が達成される。
模式図である図３を参照して、第１のアクチュエータ１３は、出力軸１２の外周に同行回転可能に取り付けられたロータ３８と、このロータ３８の周囲を取り囲み、筒状のハウジングの内周に固定されたステータ３９とを備えるブラシレスモータからなる。図示していないが、第２のアクチュエータ１４についても同様の構成である。
【００２５】
各変速機構１５，１６は、ウェーブジェネレータ４０と、フレクスプライン４１と、サーキュラースプライン４２とを備えている。
ウェーブジェネレータ４０は、対応する転舵軸９，１０の入力軸１１の端部に同行回転可能に取り付けられている。ウェーブジェネレータ４０は、対応する転舵軸９，１０の入力軸１１の端部に同行回転可能に取り付けられた楕円状カム４３と、この楕円状カム４３の外周に嵌め合わされたボールベアリング４４とを含む。図示していないが、ボールベアリング４４の内輪が楕円状カム４３に固定され、外輪がボールを介して弾性変形するようにされている。
【００２６】
フレクスプライン４１は、薄肉カップ状の金属弾性体からなり、その外歯４１ａが形成されている。フレクスプライン４１の底となるダイヤフラム４１ｂに上記出力軸１２が取り付けられている。
サーキュラースプライン４２は、リング状をなす剛体からなり、車体に固定されている。サーキュラースプライン４２は、フレクスプライン４１の外歯４１ａと噛み合う内歯４２ａを有している。サーキュラースプライン４２の内歯４２ａの歯数は、フレクスプライン４１の外歯４１ａの歯数よりも、複数枚、例えば２枚多くされている。
【００２７】
図４を参照して、入力軸１１の回転に伴ってウェーブジェネレータ４０を回転させれば、フレクスプライン４１は、そのウェーブジェネレータ４０によって楕円状に撓められる。その楕円の長軸部分における２箇所でフレクスプライン４１の外歯４１ａが、サーキュラースプライン４２の内歯４２ａと噛合し、短軸部分においては外歯４１ａが内歯４２ａとは完全に離れた状態となる。
【００２８】
サーキュラースプライン４２は固定されているので、ウェーブジェネレータ４０の回転に伴って、フレクスプライン４１の外歯４１ａとサーキュラースプライン４２の内歯４２ａとの噛み合い位置が、サーキュラースプライン４２の周方向に順次移動していく。  具体的には、ウェーブジェネレータ４０が時計回りに１回転すると、フレクスプライン４１はサーキュラースプライン４２よりも歯数差分、例えば２枚分だけ、反時計回りに移動することになる。このサーキュラースプライン４２の回転が出力軸１２の回転として出力されることになる。
【００２９】
操舵部材２が操作されると、その操舵部材２の操舵トルクが第１、第２および第３の操舵軸３，５，７を介して差動機構８に伝達され、その差動機構８によって第１および第２の転舵軸９，１０の入力軸１１に配分される。各転舵軸９，１０の入力軸１１の回転は、対応する変速機構１５，１６を介して減速され、対応する伝達機構１７，１９によって回転方向を変換されて、対応する転舵輪１８，２０伝達される。また、制御部３６によって制御された各アクチュエータ１３，１４の発生する操舵補助力が対応する転舵軸９，１０に付与され、操舵補助されるとともに、上述したように、内輪の転舵角が相対的に大きくなるように、各アクチュエータ１３，１４の出力が調整される。
【００３０】
上述した図７（ａ），（ｂ）の従来のリンク機構９３では、転舵角が大きくなるにつれて転舵に要するエネルギが増大するという問題があった。
これに対し、本実施の形態では、図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１の転舵軸９の回転をウォームギヤ機構からなる第１の伝達機構１７を介して、第１の転舵輪１８に伝達しており、第１の伝達機構１７の被動ギヤとしてのウォームホイール２４が第１の舵取り中心軸２１の回りに、第１の転舵輪１８と同行回転するようにしてある。
【００３１】
したがって、第１の転舵軸９のウォーム２３の回転に伴って、ウォーム２３からウォームホイール２４の接線方向（第１の転舵軸９の軸方向に相当）に与えられる駆動力Ｆにウォームホイール２３のピッチ円半径ｒを乗じたものが、転舵トルクＰとなり、この転舵トルクＰの値は、転舵角の大小に拘らず、一定である。すなわち、図６に示すように、転舵に要するエネルギが転舵角に拘らず一定となる。このため、エネルギー効率に優れており、転舵に要する各アクチュエータ１３，１４の出力を低減し、省エネルギに寄与することができる。
【００３２】
各転舵軸９，１０の入力軸１１と出力軸１２との間に変速機構１５，１６が介在しているので、各アクチュエータ１３，１４の動力を減速して所要の転舵力と所要の転舵量を実現することができる。また、第１および第２の転舵輪１８，２０の独立操舵が実質的に可能となる。
また、各転舵軸９，１０の回転を対応する転舵輪１８、２０に伝達する第１および第２の伝達機構１７，１９として、ウォームギヤ機構を採用しているので、伝達比（減速比）等を容易に設定することができる。また、逆効率を高くすることができ、路面からの過大な入力が操舵部材２側に伝達されることを抑制することができる。
【００３３】
また、車両の旋回内側の転舵輪（内輪）の転舵角が旋回外側の転舵輪（外輪）の転舵角 (β) よりも大きくなるようにしたので、従来のアッカーマン機構と同様にして、内輪と外輪の旋回半径の差を吸収することができる。
なお、各伝達機構１７，１９としては、回転を伝達することができるものであればよく、例えば、他のギヤ機構や、プーリ・ベルト機構、チェーン・スプロケット機構等を用いることができる。
【００３４】
また、各変速機構１５，１６として、遊星ギヤ機構を用いるようにしてもよい。
また、差動機構８の差動を制限する差動制限機構を設けてもよい。例えば、差動機構８のデフケース２７と第２および第３のベベルギヤ３１，３２との間に、差動制限機構としての摩擦クラッチを設けるようにしてもよい。
その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の模式図である。
【図２】図１の車両用操舵装置における制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】変速機構およびアクチュエータが設けられた転舵軸の一部破断分解斜視図である。
【図４】変速機構の要部の正面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は転舵軸の回転によって転舵輪が操舵されるときの原理を説明する模式図である。
【図６】転舵角の転舵エネルギの関係を示すグラフ図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は  従来のリンク機構を用いる転舵機構において、ラック軸の軸方向移動によって転舵輪が転舵されるときの原理を説明する模式図である。
【図８】従来の転舵機構において、転舵角と転舵エネルギの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…車両用操舵装置、２…操舵部材、７…第３の操舵軸、８…差動機構、９…第１の転舵軸、１０…第２の転舵軸、１１…入力軸、１２…出力軸、１３…第１のアクチュエータ、１４…第２のアクチュエータ、１５…第１の変速機構、１６…第２の変速機構、１７…第１の伝達機構、１８…第１の転舵輪、１９…第２の伝達機構、２０…第２の転舵輪、２１…第１の舵取り中心軸、２２…第２の舵取り中心軸、２３…ウォーム（駆動ギヤ。駆動部材）、２４…ウォームホイール（被動ギヤ。被動部材）、３３…操舵角センサ、３４…トルクセンサ、３５…車速センサ、３６…制御部、３７…ロータ、３９…ステータ、４０…ウェーブジェネレータ、４１…フレクスプライン、４１ａ…外歯、４２…サーキュラースプライン、４２ａ…内歯、４３…楕円状カム、４４…ボールベアリング
【図１】
2008168859.tif 000003
【図２】
2008168859.tif 000004
【図３】
2008168859.tif 000005
【図４】
2008168859.tif 000006
【図５】
2008168859.tif 000007
【図６】
2008168859.tif 000008
【図７】
2008168859.tif 000009
【図８】
2008168859.tif 000010