JP2021046136A - 転舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆入力に対する保護と小型化を両立する独立転舵装置の提供。【解決手段】転舵輪２００を独立して転舵する駆動力を発生させるモータ１１０と、モータ１１０の回転軸体１１１に接続される減速機１２０と、モータ１１０と減速機１２０との間のトルクの伝達を過負荷が発生した場合に切断する過負荷保護装置１３０と、を備える転舵装置１００。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の転舵輪を独立して転舵する転舵装置に関する。

従来、自動車用のステアリングシステムとしては、ステアリングと転舵輪との間にメカニカルにトルクを伝達する機構がなく、操舵角を示す情報に基づき転舵輪を転舵するいわゆるステアバイワイヤシステムが存在する。また、左右の転舵輪の間にメカニカルなリンクが介在せずに、左右の転舵輪を別々のモータで転舵する左右独立転蛇型ステアバイワイヤシステムが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１８−５８４８４号公報

ところが、左右独立転蛇型ステアバイワイヤシステムの場合、モータ、および減速機などの転舵機構を転舵輪毎に配置しなければならないため、小型であることが望ましい。しかし、転舵輪が縁石に当たった場合など急激な逆入力が転舵機構から入力されると転舵装置が破損する恐れがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、転舵機構から予期せぬ急激な逆入力があった場合でも破損を回避できる転舵装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つである転舵装置は、転舵輪を独立して転舵する駆動力を発生させるモータと、前記モータの回転軸体に接続される減速機と、前記モータと前記減速機との間のトルクの伝達を過負荷が発生した場合に切断する過負荷保護装置と、を備える。

本発明によれば、減速機を通過した後の逆入力を切断する過負荷保護装置を備えるため、過負荷保護装置の大きさを抑制しつつ、急激な逆入力があった場合でも、破損を回避することができる小型で安全な転舵装置を提供することができる。

実施の形態に係る転舵装置、サスペンション機構、および転舵輪を示す図である。 実施の形態に係る転舵装置を示す断面図である。

以下に、本発明に係る転舵装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の位置関係、および接続状態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下では複数の発明を一つの実施の形態として説明する場合があるが、請求項に記載されていない構成要素については、その請求項に係る発明に関しては任意の構成要素であるとして説明している。また、図面は、本発明を説明するために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、転舵輪、およびサスペンションを示す図である。転舵装置１００は、複数配置されている転舵輪２００をそれぞれ独立して転舵する事ができる装置である。本実施の形態の場合、転舵装置１００は、例えばサスペンション機構を介して転舵輪２００を転舵する。図１には、サスペンション機構の１つであるストラット式のサスペンション機構を例示的に記載しており、転舵装置１００は、ストラット式サスペンション機構とタイヤハウスなどの車体２１０との間に介在配置され、ショックアブソーバ２２０、スプリング２４０と共にストラット軸２３０を中心として旋回させる事により転舵輪２００を転舵する。なお、ストラット式のサスペンション機構はさらに、転舵輪２００に取り付けられたナックル２５０と、ナックル２５０の下部に連結されたロアアーム２６０と、各部品を関節動作可能に接続する関節部材などを備えている。

図２は、操舵装置の内部構造を断面で示す断面図である。同図に示すように転舵装置１００は、モータ１１０と、減速機１２０と、過負荷保護装置１３０とを備える。本実施の形態の場合、転舵装置１００は、第一回転センサ１４１と、第二回転センサ１４２と、を備えている。

モータ１１０は、転舵輪２００を転舵させる為の駆動力を発生させる駆動源である。本実施の形態の場合、モータ１１０は、回転軸体１１１と、ロータ１１２と、磁石１１３と、コイル１１４とを備えたサーボモータである。

回転軸体１１１は、モータ１１０の回転駆動力を出力する棒状の剛体である。回転軸体１１１は、軸方向（図中Ｚ軸方向）において、ロータ１１２、磁石１１３、およびコイル１１４の長さに対し長尺の部材となっている。具体的に回転軸体１１１は、減速機１２０の外歯歯車１２４（後述）に接続される出力側部材１７１の近傍から波動発生体１２１の中央部、過負荷保護装置１３０、およびブレーキ１５０を貫通している。本実施の形態の場合、回転軸体１１１は、軸方向に貫通する中空部１１５を備えた管状となっている。

ロータ１１２は、磁石１１３とコイル１１４との間で発生したトルクを回転軸体１１１に伝達する部材である。ロータ１１２の形状は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、磁石１１３を保持する短い円筒状の保持部１１６と、保持部１１６と回転軸体１１１の外周面とを接続する接続部１１７とを備えている。保持部１１６は、回転軸体１１１と同軸上に配置され、接続部１１７は保持部１１６の軸方向の一端部に一体に取り付けられている。ロータ１１２は、器形状となっており、ロータ１１２の内部には回転軸体１１１を止めるためのブレーキディスク１５１、ブレーキパッド１５２が収容されている。これにより、転舵装置１００の軸方向の長さを抑制することができる。

磁石１１３は、コイル１１４から発生する磁力との相互作用により回転軸体１１１を回転させるトルクを発生させる部材であり、ロータ１１２の保持部１１６の外周面に周方向に並んで取り付けられている。磁石１１３は、Ｎ極、Ｓ極の向きが所定のパターンとなるように並べて配置されている。

コイル１１４は、磁石１１３に作用する磁界を発生させる電磁石を構成する導電性の線材を巻き回した部材である。コイル１１４の巻き軸方向は、回転軸体１１１の軸を中心とした放射方向に沿っている。コイル１１４は、磁石１１３が回転する領域からわずかに外側に配置されており、磁石１１３を囲む様に周方向に並んで配置されている。コイル１１４は、円筒状の筐体１６０の内周面に固定されている。なお、コイル１１４は、磁界を集中させるコアを備えてもかまわない。

減速機１２０は、モータ１１０の回転軸体１１１に接続され、モータ１１０において発生した回転トルクを、転舵輪２００を転舵する事ができる回転トルクまで増幅する装置である。減速機１２０の種類は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、減速機１２０として入力軸と出力軸とが同軸である波動減速機が採用されている。この波動減速機は、剛体からなる円筒の内歯歯車１２３と、内歯歯車１２３の内歯と噛み合う外歯を有し、かつ径方向に可撓性のある筒状の外歯歯車１２４と、内歯歯車１２３に対し外歯歯車１２４を楕円状に変形させて複数箇所で噛み合わせ、噛み合い位置を内歯歯車１２３に沿って周回させる楕円形の波動発生体１２１とを備えている。

本実施の形態の場合、外歯歯車１２４は、いわゆるシルクハット型であり、一端部に外歯が形成された円筒部１２５と、円筒部１２５の他端部において径方向外側に突出するフランジ部１２６とを備えている。フランジ部１２６は、外歯に対し入力側に配置されている。フランジ部１２６の外周端部は、コイル１１４が固定されている筐体１６０に固定されている。外歯歯車１２４をこのような状態で配置することにより、外歯からフランジ部１２６までの間の円筒部１２５より外側に、筐体１６０に対し内歯歯車１２３を回転可能に固定するクロスローラーベアリングなどの第一軸受１２７を配置することができ、また、円筒部１２５の内側に過負荷保護装置１３０の一部を配置することができる。従って、軸方向において転舵装置１００の長さを抑制することが可能となる。

波動発生体１２１は、軸方向（図中Ｚ軸方向）であって回転軸体１１１と同軸上において貫通する貫通孔１２８を備えている。貫通孔１２８にはモータ１１０の出力軸である回転軸体１１１が刺し通されており、回転軸体１１１の外周面と貫通孔１２８の内周面とは第二軸受１２９で接続されている。つまり、波動発生体１２１は、回転軸体１１１から直接回転トルクが入力されず、回転軸体１１１を囲む様に取り付けられた過負荷保護装置１３０を介して回転トルクが入力される。また、波動発生体１２１は、回転軸体１１１によって波動発生体１２１の回転軸が決定されている。

内歯歯車１２３は、第一軸受１２７を介してコイル１１４が固定されている筐体１６０に回転可能に固定されており、出力側の部材として機能している。内歯歯車１２３には出力側を覆うように出力側部材１７１が固定されている。また、出力側部材１７１には、自在継手１７２が取り付けられている。内歯歯車１２３は、出力側部材１７１、および自在継手１７２を介してサスペンション機構のストラット軸２３０に接続され、転舵輪２００を転舵する回転トルクを出力する。

過負荷保護装置１３０は、モータ１１０と減速機１２０との間のトルクの伝達を過負荷が発生した場合に切断するいわゆるトルクリミッタである。本実施の形態の場合、過負荷保護装置１３０は、回転軸体１１１に同軸上に配置され回転軸体１１１の外周面に固定される第一部材１３１と、減速機１２０の入力側である波動発生体１２１の貫通孔１２８の外周縁部に取り付けられる第二部材１３２と、第一部材１３１に対し第二部材１３２を押しつける方向に付勢する付勢部材１３３と、第一部材１３１と第二部材１３２との間に介在配置され、付勢部材１３３により第二部材１３２が第一部材１３１に押しつけられた際に第一部材１３１、および第二部材１３２に強く係合する球状の係合部材１３４と、を備えている。

過負荷保護装置１３０は、通常の場合、付勢部材１３３の付勢力により第一部材１３１と第二部材１３２とが係合部材１３４を介して強く結合しているため、回転軸体１１１の回転トルクを減速機１２０の波動発生体１２１に伝達する。一方、転舵輪２００が縁石に当たるなどにより急激な逆入力が発生した場合、ストラット軸２３０から減速機１２０を介することにより弱められた逆入力の回転トルクが付勢部材１３３の付勢力に勝った場合、第一部材１３１に対し第二部材１３２が空回りし、逆入力が第一部材１３１、および回転軸体１１１などに及ばなくなる。

過負荷保護装置１３０は、減速機１２０の入力側に配置されているため、減速機１２０により減少した逆入力の回転トルクに対して動作する。つまり、過負荷保護装置１３０が空回りする際の回転トルクの閾値を小さくすることができ、小型の過負荷保護装置１３０を採用することができる。従って、転舵装置１００全体の大きさを抑制することが可能となる。

第一回転センサ１４１は、減速機１２０の出力側の回転角を検出するセンサである。第一回転センサ１４１の種類は特に限定されるものではないが、光学式のロータリーエンコーダを例示することができる。本実施の形態の場合、第一回転センサ１４１は、検出軸体１４３を備えている。検出軸体１４３の一端部は、減速機１２０の波動発生体１２１の貫通孔１２８に刺し通され、減速機１２０の出力側である出力側部材１７１の回転中心に接続されている。また、検出軸体１４３は、回転軸体１１１の中空部１１５にも刺し通され、検出軸体１４３の他端部は、回転軸体１１１から突出状態となっている。第一回転センサ１４１は、回転軸体１１１の他端部に設けられた円盤部１４４の回転角を検出する事により、減速機１２０の入力側であって、モータ１１０に対し減速機１２０の反対側において検出軸体１４３の回転に基づき減速機１２０の出力側の回転角を検出している。なお、第一回転センサ１４１は、減速機１２０に対しブレーキ１５０、および第二回転センサ１４２よりも遠くに配置されている。

以上の様に、検出軸体１４３を用いて第一回転センサ１４１を減速機１２０に対してモータ１１０よりも遠い位置に配置することで、複数の回転センサを一箇所に集約でき、回転センサに対する防塵対策などを容易にすることができる。また、複数の回転センサからの出力信号を一箇所に集中させて筐体１６０外に導出させることができ、筐体１６０外部の信号線の取り回しの容易化を図ることができる。なお、モータ１１０への電力供給用電線、ブレーキ１５０に供給する電力線などを前記信号線と同じ位置に集中させて筐体１６０の外部へ導出することでさらに電線の取り回しを容易にすることができる。なお、筐体１６０を貫通するコネクタ（不図示）することで、筐体１６０外の電線との間の接続や取り外しを容易にし、防塵も図る事が可能となる。

第二回転センサ１４２は、モータ１１０の回転軸体１１１に取り付けられ、モータ１１０の回転角を検出するセンサである。第二回転センサ１４２の種類は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合レゾルバが採用されている。レゾルバは高速で回転する回転軸体１１１の回転角を正確にセンシングすることができる。

以上の様に、出力側の回転角を第一回転センサ１４１により取得し、入力側の回転角を第二回転センサ１４２により取得することにより、第一回転センサ１４１に基づく情報に対し第二回転センサ１４２に基づく情報が所定の関係にない場合、第一回転センサ１４１に基づく情報を用いて第二回転センサを校正することができる。具体的には、逆入力が発生して過負荷保護装置１３０が空回りした場合、転舵輪２００の実際の角度と第二回転センサ１４２の情報との間には齟齬が生じる。一方、第一回転センサ１４１は、転舵輪２００と機械的に接続されており、過負荷保護装置１３０によって切断されることもない。従って、第一回転センサ１４１からの情報は転舵輪２００の実際の角度を示している。よって、第一回転センサ１４１の情報に基づき第二回転センサ１４２の情報が転舵輪２００の実際の角度と一致する様に校正する。

筐体１６０は、モータ１１０、過負荷保護装置１３０、減速機１２０の少なくとも入力側、第二回転センサ１４２、および第一回転センサ１４１を当該記載順で収容する箱状の部材である。筐体１６０の形状は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合は円筒形状であり、蓋部材１６１により第一回転センサ１４１の近傍が閉塞されている。筐体１６０は、モータ１１０、過負荷保護装置１３０、減速機１２０の少なくとも入力側、第二回転センサ１４２、および第一回転センサ１４１が、転舵輪２００、サスペンション機構が収容されるいわゆるタイヤハウスを形成する車体２１０の部分よりも外側に配置されるように車体２１０に固定されている。本実施の形態の場合、筐体１６０は、減速機１２０の出力側である内歯歯車１２３、および出力側部材１７１の一部も収容しており、内歯歯車１２３は、車体２１０よりも外側に配置されている。なお、筐体１６０は、車体２１０から外側に突出するように取り付けられているが、車両のボンネットに覆われているため視認可能な外部に露出するものではない。

以上のように、本実施の形態に係る転舵装置１００は、モータ１１０と減速機１２０との間に過負荷保護装置１３０が介在接続されているので、転舵輪２００からの逆入力があった場合、過負荷保護装置１３０が作動してモータ１１０と減速機１２０との間の回転トルクの伝達を遮断し、転舵装置１００の破損を防止する事ができる。

また、減速機１２０により減少させた逆入力の回転トルクに基づき過負荷保護装置１３０を作動させるため、作動させるか否かの回転トルクの閾値を小さく設定することができる。従って小型の過負荷保護装置１３０を採用することができ転舵装置１００の小型化、特に軸方向の薄型化を図ることができる。

また、検出軸体１４３を用いて減速機１２０の出力側の回転角を入力側の位置に配置される第一回転センサ１４１でセンシングすることにより、減速機１２０の出力側に回転角センサを設ける場合よりも転舵装置１００の軸方向の長さを短くすることができる。

また、モータ１１０、過負荷保護装置１３０、減速機１２０、第一回転センサ１４１、および第二回転センサ１４２が転舵輪２００の配置されているタイヤハウスを仕切る車体２１０の上方に配置され、車体２１０に取り付けられた筐体１６０に収容されているため、高い防塵性能を得ることができる。

また、筐体１６０の内外の間で電気信号や電力をやり取りする電線を一箇所に集約することができるため、ハーネスの取り回しを容易にすることができる。

また、逆入力により過負荷保護装置１３０が作動した後であっても第一回転センサ１４１により転舵輪２００の実際の転舵角をセンシングすることができるため、第二回転センサ１４２を校正し、適切な転舵角に戻すことが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば上記実施の形態に係る転舵装置１００を、ショックアブソーバ２２０、ストラット軸２３０などサスペンション機構を介して転舵輪２００を転舵するものとして説明したが、その他の方式のサスペンション機構介して転舵装置１００が転舵輪２００を転舵してもよく、サスペンション機構とは別に転舵機構を介して転舵輪２００を転舵してもかまわない。

また、入力軸と出力軸とが同軸に配置される減速機１２０として波動歯車機構を例示したが、減速機１２０はこれに限定されるものではなく、例えば遊星歯車機構を利用した減速機１２０等でもかまわない。

また、転舵装置１００がブレーキ１５０を備える場合を例示したが、ブレーキ１５０を備えない転舵装置１００であってもかまわない。

また、転舵を制御するためのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を筐体１６０に収容してもかまわない。

また、転舵装置１００の一部、または全部がタイヤハウスの内部に配置されていてもよい。

本発明は、自動車、建設機械、農業機械など独立して転舵輪を転舵する車両などに利用可能である。

１００…転舵装置、１１０…モータ、１１１…回転軸体、１１２…ロータ、１１３…磁石、１１４…コイル、１１５…中空部、１１６…保持部、１１７…接続部、１２０…減速機、１２１…波動発生体、１２３…内歯歯車、１２４…外歯歯車、１２５…円筒部、１２６…フランジ部、１２７…第一軸受、１２８…貫通孔、１２９…第二軸受、１３０…過負荷保護装置、１３１…第一部材、１３２…第二部材、１３３…付勢部材、１３４…係合部材、１４１…第一回転センサ、１４２…第二回転センサ、１４３…検出軸体、１４４…円盤部、１５０…ブレーキ、１５１…ブレーキディスク、１５２…ブレーキパッド、１６０…筐体、１６１…蓋部材、１７１…出力側部材、１７２…自在継手、２００…転舵輪、２１０…車体、２２０…ショックアブソーバ、２３０…ストラット軸、２４０…スプリング、２５０…ナックル、２６０…ロアアーム

Claims (7)

1. 転舵輪を独立して転舵する駆動力を発生させるモータと、
   前記モータの回転軸体に接続される減速機と、
   前記モータと前記減速機との間のトルクの伝達を過負荷が発生した場合に切断する過負荷保護装置と、
   を備える転舵装置。
2. 前記減速機の出力側の回転角を検出する第一回転センサと、
   前記モータの前記回転軸体の回転角を検出する第二回転センサと、
   を備える請求項１に記載の転舵装置。
3. 前記減速機は、
   軸方向に貫通する貫通孔を有する波動発生体を備え、
   前記第一回転センサは、
   前記貫通孔に刺し通され、前記減速機の出力側に接続される検出軸体を備え、
   前記減速機の入力側において、前記検出軸体に基づき前記減速機の出力側の回転角を検出する
   請求項２に記載の転舵装置。
4. 前記回転軸体は、
   軸方向に貫通する中空部を備え、
   前記検出軸体は、
   前記回転軸体の前記中空部にも刺し通され、
   前記第一回転センサは、
   前記モータに対し前記減速機の反対側に配置される
   請求項３に記載の転舵装置。
5. 前記モータ、前記過負荷保護装置、前記減速機の入力側、前記第一回転センサ、および前記第二回転センサは、前記転舵輪が収容される車体の外側に配置される
   請求項３または４に記載の転舵装置。
6. 前記モータ、前記過負荷保護装置、前記減速機の入力側、前記第二回転センサ、および前記第一回転センサを収容し、前記車体に固定される筐体を備え、
   前記モータ、前記第二回転センサ、および前記第一回転センサにそれぞれ接続される電線は集められて前記筐体の１箇所から引き出される
   請求項５に記載の転舵装置。
7. 前記第一回転センサに基づく情報に対し前記第二回転センサに基づく情報が所定の関係にない場合、前記第一回転センサに基づく情報を用いて前記第二回転センサを校正する
   請求項２から６のいずれか一項に記載の転舵装置。

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