(57)【要約】【課題】回り止めを不要にでき、特に後輪を転舵する場合に好適に使用できる車両用操舵装置を提供する。【解決手段】操舵部材と転舵機構Ａ１の機械的な連結が断たれている。転舵軸６の一部に設けられた第１のねじ軸３７および第２のねじ軸４４が互いに逆ねである。第１のねじ軸３７に第１のボール３９を介して係合する第１のボールナット３８を第１の電動モータ２１によって回転駆動する。第２のねじ軸４４に第２のボール４６を介して係合する第２のボールナット４５を第２の電動モータ２２によって回転駆動する。第１のボールナット３８の回転方向Ｒ１と第２のボールナット４５の回転方向Ｒ３とは逆方向である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材と転舵機構の機械的な連結が断たれた車両用操舵装置において、
ハウジング内にブッシュを介して軸方向に移動可能に支持された転舵軸と、
上記転舵軸の一部に設けられ、軸方向に離隔する互いに逆ねじである第１のねじ軸および第２のねじ軸と、
上記第１のねじ軸に第１のボールを介して係合する第１のボールナットと、
上記第２のねじ軸に第２のボールを介して係合する第２のボールナットと、
上記第１のボールナットを回転駆動する第１の電動モータと、
上記第２のボールナットを上記第１のボールナットの回転方向とは反対の回転方向に回転駆動する第２の電動モータと、を備えた車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、上記第１のねじ軸が上記第１のボールナットから受ける回転力と、上記第２のねじ軸が上記第２のボールナットから受ける回転力とを相殺するように、第１の電動モータおよび第２の電動モータを同時に駆動制御する制御装置を備える車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１または２において、上記第１の電動モータは、上記第１のボールナットの外周面に同伴回転可能に嵌合する第１のロータを含み、
上記第２の電動モータは、上記第２のボールナットの外周面に同伴回転可能に嵌合する第２のロータを含み、
上記第１のロータおよび上記第２のロータの対向する端部の間に、隙間が設けられている車両用操舵装置。
【請求項４】
請求項３において、上記転舵軸の両端は、タイロッドを介して、転舵輪としての左右の後輪とそれぞれ接続され、
上記隙間の量は、上記転舵軸に最大撓みが発生したときに、ゼロにならないようにされている車両用操舵装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項において、上記ブッシュは、上記転舵軸の端部の外周面に嵌合する内周面を含み、
上記ブッシュの内周面および上記転舵軸の上記端部の上記外周面は、互いに合致する円筒面である車両用操舵装置。
【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。
【背景技術】
【０００２】
ラック軸に形成した右ねじおよび左ねじにそれぞれ係合する一対のボールナットと、一対のボールナットの間に配置された電動モータと、電動モータのロータを一対のボールナットにそれぞれ接続可能な一対のクラッチとを備える電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１では、一対のクラッチの何れか一方を択一的に接続状態とし、接続状態となったクラッチに対応するボールナットを介して右ねじまたは左ねじの何れか一方を択一的に駆動する。これにより、操舵方向に合致した方向へ転舵軸を軸方向移動させて、パワーアシストする。
【０００３】
また、ラック軸のラック歯の反対側の周面に、軸長方向に延びる溝を設け、ラック軸を軸方向に移動可能に支持する案内体に、上記溝に摺接する回り止め体を設けた電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献２を参照）。
また、転舵軸をそれぞれ対応する第１および第２のボールねじ機構を介して駆動する第１および第２の電動モータを備え電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１４４２４６号公報（要約）
【特許文献２】特開２００１−１８８１２号公報（図３、図４、第２２段落、第３０−第３１段落）
【特許文献３】特開２００９−２９２３３１号公報（図２、第１４段落）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，３において、ボールナットの回転に伴ってラック軸（転舵軸）を軸方向に移動させるためには、ラック軸の回転を止めておく必要があり、そのために、例えば特許文献２のような回り止めの構造を設ける必要がある。また、例えば、ラックバーの断面をＤ形状とし、同じく、ラックバーを支持するラックブッシュの断面を同じくＤ形状とする回り止め構造を採用する必要がある。
【０００６】
ところで、ボールねじ機構を用いて転舵を行う車両用操舵装置では、路面反力によって、ラック軸（転舵軸）の端部（タイロッドとの結合部）がラジアル荷重を受けるため、ラック軸が曲げ変形する。特に、フォークリフト等の荷役車両において、後輪を転舵輪とする場合、最大転舵角が例えば８０°程度と非常に大きい。したがって、上記ラジアル荷重も大きくなり、ラック軸の撓み変形も大きくなる。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、回り止めを不要することができ、特に後輪を転舵する場合に好適に使用することができる車両用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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、操舵部材（２）と転舵機構（Ａ１）の機械的な連結が断たれた車両用操舵装置（１）において、ハウジング（５）内にブッシュ（６３，６４）を介して軸方向（Ｘ１）に移動可能に支持された転舵軸（６）と、上記転舵軸の一部に設けられ、軸方向に離隔する互いに逆ねじである第１のねじ軸（３７）および第２のねじ軸（４４）と、上記第１のねじ軸に第１のボール（３９）を介して係合する第１のボールナット（３８）と、上記第２のねじ軸に第２のボール（４６）を介して係合する第２のボールナット（４５）と、上記第１のボールナットを回転駆動する第１の電動モータ（２１）と、上記第２のボールナットを上記第１のボールナットの回転方向（Ｒ１，Ｒ２）とは反対の回転方向（Ｒ３，Ｒ４）に回転駆動する第２の電動モータ（２２）と、を備えた車両用操舵装置を提供する（請求項１）。
【０００９】
本発明によれば、第１のボールナットおよび第２のボールナットが互いに逆方向に回転駆動されるので、互いに逆ねじである第１のねじ軸および第２のねじ軸が、第１のボールナットおよび第２のボールナットからそれぞれ受ける回転力が相殺される。したがって、転舵軸を回転させる力が生じないので、転舵軸の回り止め構造を廃止することができる。例えば、転舵軸の断面をＤ形状とし、同じくＤ形状の断面を有するラックブッシュを用いて転舵軸を回り止めする構造等を廃止することができる。
【００１０】
また、上記第１のねじ軸が上記第１のボールナットから受ける回転力と、上記第２のねじ軸が上記第２のボールナットから受ける回転力とを相殺するように、第１の電動モータおよび第２の電動モータを同時に駆動制御する制御装置（１９）を備える場合がある（請求項２）。この場合、第１の電動モータおよび第２の電動モータを同時に駆動して、第１のボールナットおよび第２のボールナットを互いに逆方向に回転させることにより、転舵軸を回転させる力を失くすことが実質的に可能となる。
【００１１】
また、上記第１の電動モータは、上記第１のボールナットの外周面に同伴回転可能に嵌合する第１のロータ（２８）を含み、上記第２の電動モータは、上記第２のボールナットの外周面に同伴回転可能に嵌合する第２のロータ（３４）を含み、上記第１のロータおよび上記第２のロータの対向する端部（２９１，３５１）間に、隙間（Ｓ）が設けられている場合がある（請求項３）。この場合、互いに逆方向に回転する第１のロータと第２のロータの接触を回避することができる。
【００１２】
また、上記転舵軸の両端は、タイロッド（７）を介して、転舵輪としての左右の後輪（３）とそれぞれ接続され、上記隙間の量（Ｓ１）は、上記転舵軸に最大撓みが発生したときに、ゼロにならないようにされている場合がある（請求項４）。この場合、転舵軸に最大撓みが生じたときにも、隙間によって、第１のロータおよび第２のロータの接触が回避される。したがって、後輪を転舵輪とする車両用操舵装置、例えばフォークリフト等の荷役車両の車両用操舵装置に好適に用いることができる。
【００１３】
また、上記ブッシュ（６３，６４）は、上記転舵軸の端部（６１，６２）の外周面（６１，６２ａ）に嵌合する内周面（６３ａ，６４ａ）を含み、上記ブッシュの内周面および上記転舵軸の上記端部の上記外周面は、互いに合致する円筒面である場合がある（請求項５）。上述したように、第１および第２の電動モータによって転舵軸を回転させる力が相殺されている。したがって、転舵軸の端部および該端部を支持するブッシュの形状を簡素化することができる。また、ブッシュによる摩擦力程度で、転舵軸の回転を確実に抑制することができる。
【００１４】
なお、上記において、括弧内の数字等は、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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】転舵機構の概略断面図である。
【図３】図２のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態を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車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と転舵輪３との機械的な結合が解除された、いわゆるステアバイワイヤシステムを構成している。
操舵部材２の回転操作に応じて駆動される、例えばブラシレスの電動モータを含む転舵用アクチュエータ４の動作を、ハウジング５に支持された転舵軸６の車幅方向の直線運動に変換し、この転舵軸６の直線運動を舵取り用の左右の転舵輪３の転舵運動に変換することにより転舵が達成される。
【００１７】
フォークリフトその他の荷役車両では、転舵輪３が後輪である場合が多く、その場合、転舵輪３の最大転舵角を例えば８０°程度と大きく確保する必要がある。転舵角が大きいと、路面反力として転舵輪３から転舵軸６の両端に多大なラジアル荷重が負荷されるため、転舵軸６が撓みが大きくなる傾向にある。本実施の形態では、転舵輪３が後輪である場合に則して説明する。後述するように、本発明は、このような後輪操舵のタイプに好適に用いることができる。ただし、本発明を転舵輪３が前輪である車両用操舵装置に適用できることは言うまでもない。
【００１８】
転舵用アクチュエータ４の駆動力（出力軸の回転力）は、転舵軸６に関連して設けられた運動変換機構（たとえば、ボールねじ機構）により、転舵軸６の軸方向Ｘ１（車幅方向）の直線運動に変換される。この転舵軸６の直線運動は、転舵軸６の両端から突出して設けられたタイロッド７に伝達され、ナックルアーム８の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム８に支持された転舵輪３の転舵が達成される。
【００１９】
転舵軸６、タイロッド７およびナックルアーム８などにより、転舵輪３を転舵するための転舵機構Ａ１が構成されている。転舵軸６を支持するハウジング５は、図示しないブラケット等を介して車体に固定されている。
操舵部材２は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト９に連結されている。この回転シャフト９には、操舵部材２に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ１０が付設されている。反力用アクチュエータ１０は、回転シャフト９と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
【００２０】
回転シャフト９の操作部材２とは反対側の端部には、例えば渦巻きばね等からなる弾性部材１１が車体との間に結合されている。この弾性部材１１は、反力用アクチュエータ１０が操舵部材２にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、操舵部材２を直進操舵位置に復帰させる。
操舵部材２の操作入力値を検出するために、回転シャフト９に関連して、操舵部材２の操舵角θh を検出するための操舵角センサ１２が設けられている。また、回転シャフト９には、操舵部材２に加えられた操舵トルクＴを検出するためのトルクセンサ１３が設けられている。一方、転舵軸６に関連して、転舵輪３の転舵角δW （タイヤ角）を検出するための転舵角センサ１４が設けられている。
【００２１】
これらのセンサの他にも、車速Ｖを検出する車速センサ１５と、車体６０の上下加速度ＧZ を検出する悪路状態検出センサとしての上下加速度センサ１６と、車両の横加速度Ｇy を検出する横加速度センサ１７と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１８とが設けられている。
上記のセンサ類１２〜１８の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる車両制御手段としての制御装置１９に入力されるようになっている。
【００２２】
制御装置１９は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角θh および車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、目標転舵角を設定し、この目標転舵角と転舵角センサ１４によって検出された転舵角δW との偏差に基づいて、駆動回路２０Ａを介し、転舵用アクチュエータ４を駆動制御（転舵制御）する。
一方、制御装置１９は、センサ類１２〜１８が出力する検出信号に基づいて、操舵部材２の操舵方向と逆方向の適当な反力が発生されるように、駆動回路２０Ｂを介して、反力用アクチュエータ１０を駆動制御（反力制御）する。
【００２３】
図２を参照して、転舵軸６の途中部は、筒状のハウジング５内に挿入されている。ハウジング５の内周面５ａとハウジング５内に挿入された転舵軸６との間に、転舵用アクチュエータとしての第１および第２の電動モータ２１，２２と、第１および第２の電動モータ２１のそれぞれの出力回転を転舵軸６の軸方向移動に変換する運動変換機構としての第１および第２のボールねじ機構２３，２４とが配置されている。
【００２４】
図２に示すように、転舵軸６の第１および第２の端部６１，６２のそれぞれは、円筒状の第１および第２のラックブッシュ６３，６４によって摺動可能に支持されている。図３に示すように、転舵軸６の第１の端部６１の外周面６１ａおよび第１のラックブッシュ６３の内周面６３ａは、互いに合致する円筒面に形成されている。図４に示すように、転舵軸６の第２の端部６２の外周面６２ａおよび第２のラックブッシュ６４の内周面６４ａは、互いに合致する円筒面に形成されている。各ラックブッシュ６３，６４と転舵軸６との間には、転舵軸６の回転を抑制する適度な摩擦による保持力が働いている。
【００２５】
再び図２を参照して、ハウジング５は、第１のハウジング８１と第２のハウジング８２とを組み合わせて構成されている。具体的には、第１のハウジング８１の端部に設けられた環状の第１のフランジ８３と第２のハウジング８２の端部に設けられた環状の第２のフランジ８４とが突き合わされている。これら第１および第２のフランジ８３，８４が締結ねじ８５を用いて締結されることにより、第１のハウジング８１および第２のハウジング８２が互いに結合されている。
【００２６】
転舵用アクチュエータを構成する第１の電動モータ２１および第２の電動モータ２２は、第１および第２のハウジング８１，８２を組み合わせて構成されたハウジング５内に、軸方向Ｘ１に並んで配置されている。
第１の電動モータ２１は、第１のハウジング８１の内周面８１ａに固定された第１のステータ２５と、第１のハウジング８１の内周面８１ａに一対の軸受２６，２７を介して回転可能に保持された環状の第１のロータ２８とを備えている。第１のロータ２８は、環状の第１のロータコア２９と、第１のロータコア２９の外周面２９ａに同伴回転可能に嵌合された第１の永久磁石３０とを有している。
【００２７】
第２の電動モータ２２は、第２のハウジング８２の内周面８２ａに固定された第２のステータ３１と、第２のハウジング８２の内周面８２ａに一対の軸受３２，３３を介して回転可能に保持された環状の第２のロータ３４とを備えている。第２のロータ３４は、環状の第２のロータコア３５と、第２のロータコア３５の外周面３５ａに同伴回転可能に嵌合された第２の永久磁石３６とを有している。
【００２８】
第１のボールねじ機構２３は、転舵軸６の一部に形成された第１のねじ軸３７と、第１のねじ軸３７の周囲を取り囲み、第１のロータ２８と同伴回転する第１のボールナット３８と、列をなす多数の第１のボール３９とを備えている。第１のボール３９は、第１のボールナット３８の内周に形成された螺旋状のねじ溝４０（雌ねじ溝）と、第１のねじ軸３７の外周に形成されたらせん状のねじ溝４１（雄ねじ溝）との間に介在している。
【００２９】
第１のボールナット３８の外周面３８ａは、第１のロータコア２９の内周面２９ａに同伴回転可能に嵌合されている。また、第１のボールナット３８と第１のロータコア２９の軸方向相対移動が規制されている。具体的には、第１のボールナット３８は、第１のロータコア２９の内周面２９ａに形成された第１の段部４２と、第１のロータコア２９の内周面２９ａにねじ結合された第１のねじ部材４３との間に挟持されている。
【００３０】
第２のボールねじ機構２４は、転舵軸６の一部に形成された第２のねじ軸４４と、第２のねじ軸４４の周囲を取り囲み、第２のロータ３４と同伴回転する第２のボールナット４５と、列をなす多数の第２のボール４６とを備えている。第２のボール４６は、第２のボールナット４５の内周に形成された螺旋状のねじ溝４７（雌ねじ溝）と、第２のねじ軸４４の外周に形成されたらせん状のねじ溝４８（雄ねじ溝）との間に介在している。
【００３１】
第１のねじ軸３７および第２のねじ軸４４は、互いに逆ねじに形成されている。例えば第１のねじ軸３７が左ねじである場合、第２のねじ軸４４は右ねじである。また、第１のねじ軸３７が右ねじである場合、第２のねじ軸４４は左ねじである。
第２のボールナット４４は、第２のロータコア３５の内周面３５ａに同伴回転可能に嵌合されている。また、第２のボールナット４５と第２のロータコア３５の軸方向相対移動が規制されている。具体的には、第２のボールナット４５は、第２のロータコア３５の内周面３５ａに形成された第２の段部４９と、第２のロータコア３５の内周面３５ａにねじ結合された第２のねじ部材５０との間に挟持されている。
【００３２】
第１および第２のロータ２８，３４の対向する端部としての、第１のロータコア２９および第２のロータコア３５の対向する端部２９１，３５１が、軸方向Ｘ１に互いに対向している。第１のロータコア２９の端部２９１と第２のロータコア３５の端部３５１との間の隙間Ｓの量である隙間量Ｓ１は、転舵輪３としての後輪を支持する転舵軸６に最大撓みが発生したときに、ゼロにならないように設定されている。
【００３３】
制御装置１９は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角θh および車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、目標転舵角を設定する。また、制御装置１９は、上記目標転舵角と転舵角センサ１４によって検出された転舵角δW との偏差に基づいて、駆動回路２０Ａを介して、転舵用アクチュエータ４を構成する第１の電動モータ２１および第２の電動モータ２２を、これらの第１のロータ２８および第２のロータ３４が同時に互いに逆方向に回転するように、駆動制御（転舵制御）する。
【００３４】
例えば、第１のロータ２８が回転方向Ｒ１に回転するときには、第２のロータ３４が、回転方向Ｒ１とは反対方向の回転方向Ｒ３に回転する。また、第１のロータ２８が回転方向Ｒ２に回転するときには、第２のロータ３４が、回転方向Ｒ２とは反対方向の回転方向Ｒ４に回転する。
これにより、第１のボールナット３８および第２のボールナット３８が互いに逆方向に回転される。第１のねじ軸３７および第２のねじ軸４４が互いに逆ねじであるので、第１のねじ軸３７が第１のボールナット３８から受ける回転力と、第２のねじ軸４４が第２のボールナット４５から受ける回転力とが相殺されることになる。
【００３５】
したがって、第１および第２のねじ軸３７，４４と一体である転舵軸６を回転させる力が生じないので、転舵軸６の回り止め構造を廃止することができる。すなわち、転舵軸６としてのラック軸の第１および第２の端部６１，６２は、断面円形等の単純形状の丸形で良く、また、転舵軸６の第１および第２の端部６１，６２を支持する第１および第２のラックブッシュ６３，６４としても、その内周面６３ａが円筒面である単純な断面形状のものを用いることができる。
【００３６】
第１および第２のラックブッシュ６３，６４の内周面６３ａ，６４ａと転舵軸６の第１および第２の端部６１，６２の外周面６１ａ，６２ａとの間の摩擦力程度の保持力が、転舵軸６に与えられることにより、転舵軸６の回転を確実に抑制することができる。その結果、従来用いていた回り止め構造、例えば、転舵軸の断面をＤ形状とし、同じくＤ形状の断面を有するラックブッシュを用いて転舵軸を回り止めする構造等を廃止することができる。
【００３７】
また、第１のロータコア２９の端部２９１と第２のロータコア３５の端部３５１との間の隙間Ｓの量である隙間量Ｓ１が、転舵輪３としての後輪を支持する転舵軸６に最大撓みが発生したときに、ゼロにならないように設定されているので、フォークリフト等の荷役車両で、転舵輪である後輪を介して、転舵軸に多大なラジアル荷重が負荷されて、転舵軸に多大な撓みが生ずる場合にも、第１および第２のロータコア２９，３５が相互に干渉する等の不具合が生ずることがない。
【００３８】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…転舵輪、４…転舵用アクチュエータ、５…ハウジング、５ａ…（ハウジングの）内周面、６…転舵軸、６ａ…（転舵軸の）外周面、７…タイロッド、８…ナックルアーム、２１…第１の電動モータ、２２…第２の電動モータ、２３…第１のボールねじ機構、２４…第２のボールねじ機構、２５…第１のステータ、２８…第１のロータ、２９…第１のロータコア、２９１…（第１のロータコアの）端部、３４…第２のステータ、３５…第２のロータコア、３５１…（第２のロータコアの）端部、３７…第１のねじ軸、３８…第１のボールナット、３８ａ…（第１のボールナットの）内周面、３９…第１のボール、４４…第２のねじ軸、４５…第２のボールナット、４５ａ…（第２のボールナットの）内周面、４６…第２のボール、６１…（転舵軸の）第１の端部、６１ａ…（転舵軸の第１の端部の）外周面、６２…（転舵軸の）第２の端部、６２ａ…（転舵軸の第２の端部の）外周面、６３…第１のラックブッシュ、６３ａ…（第１のラックブッシュの）内周面、６４…第２のラックブッシュ、６４ａ…（第２のラックブッシュの）内周面、８１…第１のハウジング、８２…第２のハウジング、Ａ１…転舵機構、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…回転方向、Ｓ…隙間、Ｓ１…隙間量、Ｘ１…軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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