JP4436031B2 - 車両の操舵制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハンドルの操舵角度に対する車輪の転舵角度の割合を変化させることが可能な車両の操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の操舵制御装置は、ハンドルの回転をタイロッドの軸線方向の変位に変換し、タイロッドの両端部に連結された左右の車輪の向きを変化させる。操舵制御装置におけるハンドルの操舵角と車輪の転舵角とは、一定の対応関係を有するのが通常である。しかし、低速走行時には操舵角に対する転舵角の割合を大きくすることが、車庫入れを容易にしたりする等の車両の取り回り性を向上させる上で望ましい。
【０００３】
従来の自動車の操舵制御装置として、図５に示すような特開平４−１１８３８２号公報に記載のボールねじ機構を用いた操舵制御装置が知られている。この操舵制御装置は、ハンドル３１に連結したスクリューシャフト３２にボールナット３３が螺合した第一のボールねじ機構３４と、走行車輪に連結したスクリューシャフト３５にボールナット３６が螺合した第二のボールねじ機構３７と、第一のボールねじ機構３４のボールナット３３と第二のボールねじ機構３７のボールナット３６とを揺動自在なレバー部材４２を介して連結する変速機構３９とを備える。変速機構３９は、第一のボールねじ機構３４のボールナット３３とレバー部材４２とを軸線方向に連結するコネクティングロッド３８を有する。レバー部材４２の揺動中心４０から第二のボールねじ機構３７のボールナット３６との連結部４１までの距離は、調節可能である。
【０００４】
ハンドル３１の操舵によって、第一のボールねじ機構３４のスクリューシャフト３２が回転し、ボールナット３３が軸線方向に変位する。この第一のボールねじ機構３４のボールナット３３の変位によって、変速機構３９のレバー部材４２に連結された第二のボールナット３６も軸線方向に変位してスクリューシャフト３５が回転し、車輪に操舵力を伝動する。第二のボールねじ機構３７のボールナット３６がレバー部材４２に連結する連結部４１の位置を、レバー部材４２の揺動中心４０に対して調節することで、各ボールナット３３，３６が移動する量の比を変更できる。したがって、ハンドルの操舵角度に対する車輪の転舵角度の割合を変化させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平４−１１８３８２号公報に記載のボールねじ機構を用いた操舵制御装置にあっては、複数のボールねじ機構を直列又は並列に設置して用いるので、装置全体が操舵制御装置の軸方向又は周方向共に張り出してしまい、小型化が図れない。
【０００６】
そこで本発明は、より小型化が図れる、ボールねじ機構を用いた新たな機構の車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
【０００８】
上記課題を解決するために本発明者は、第一の入力軸が回転すると出力軸が追従回転するように、出力軸に螺合するナットを回転させ、第二の入力軸が回転すると直線運動⇒回転運動への運動変換によって出力軸が回転するように、出力軸に螺合するナットに推力を与えた。
【０００９】
具体的には請求項１の発明は、ハウジング（４）と、第一の入力軸（１）と、第二の入力軸（２）と、軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限された状態で前記ハウジング（４）に支持され、前記第二の入力軸（２）の中心線と略同一の直線上に配置される中心線を有すると共に外周にねじが形成される出力軸（３）と、前記出力軸（３）に嵌まり合うナット（５）と、第一の入力軸（１）の回転運動が前記出力軸（３）の回転運動に伝動するように、前記第一の入力軸（１）の回転運動によって前記ナット（５）を回転運動させる第一の伝動手段（６）と、第二の入力軸（２）の回転運動が前記出力軸（３）の回転運動に伝動するように、前記第二の入力軸（２）の回転運動によって前記ナット（５）を前記出力軸（３）に対して軸線方向に直線運動させる第二の伝動手段（７）と、を備え、前記第二の入力軸（２）は中空に形成され、前記第二の入力軸（２）の内周にはねじが形成され、前記第二の伝動手段（７）は、前記第二の入力軸（２）に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材（１７）と、前記ハウジング（４）に固定され、前記推力伝動部材（１７）が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構（１７ａ，１８）と、を有し、中空の前記推力伝動部材（１７）内に配置される前記ナット（５）は、前記推力伝動部材（１７）と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に前記推力伝動部材（１７）に対して軸線回りに回転運動可能であり、前記ナット（５）と前記出力軸（３）との間には、転がり運動する複数のボールが介在され、前記出力軸（３）及び前記ナット（５）で構成されるねじ機構が前記第二の入力軸（２）及び前記推力伝動部材（１７）で構成されるねじ機構で覆われていることを特徴とする車両の操舵制御装置により、上述した課題を解決する。
【００１０】
第一の入力軸は、例えばハンドルに連結され、第二の入力軸はモータに連結され、出力軸は走行車輪に連結される。
【００１１】
第一の入力軸を回転させると、第一の伝動手段によって出力軸に螺合するナットが回転する。ナットが回転すると、出力軸が追従回転する。したがって、第一の入力軸を回転させることによって、出力軸が回転する。一方、第二の入力軸を回転させると、第二の伝動手段によってナットが出力軸に対して軸線方向に直線運動する。ナットが出力軸に対して軸線方向に直線運動すると、ねじ機構の直線運動⇒回転運動への運動変換によって出力軸が回転する。したがって、第二の入力軸を回転させることによって、出力軸が回転する。
【００１２】
また第一の入力軸及び第二の入力軸は、第一及び第二の伝動手段によって常に出力軸に連係しているので、第一の入力軸及び第二の入力軸の一方を回転させるといつでも該一方から出力軸にトルクを伝動できる。このため、第一の入力軸及び第二の入力軸を同時に回転させると、出力軸の回転角度は、▲１▼第一の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度、及び▲２▼第二の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度を合算した回転角度になる。
【００１３】
本発明は、ねじ機構と第一及び第二の伝動手段との組み合わせで車両の操舵制御装置を実現し、しかも第二の入力軸の中心線と出力軸の中心線とを略同一の直線上に配置している。このため、装置全体を小型にすることができる。
【００１４】
また、第二の伝動手段はナットを直線運動させることによって出力軸を回転させている。言い換えればナットに推力を与えて出力軸を回転させる。第二の入力軸の中心線と出力軸の中心線を略一致させることで、第二の入力軸に発生した推力の中心点とナットから出力軸に作用する力の中心点とを同一直線上に配置させることもできる。このため、第二の入力軸に発生した推力によって、ナットにこじれや捩れ等の力が作用することはなく、効率よく力を伝達させることができる。
さらに、この発明によれば、上述の機能を有する第二の伝動手段を構成することができる。また、出力軸及びナットで構成されるねじ機構を第二の入力軸及び推力伝動部材で構成されるねじ機構で覆っているので、装置全体をよりコンパクトにすることができる。
またさらに、この発明によれば、上述の機能を有する第一の伝動手段を構成することができる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の車両の操舵制御装置において、前記第一の伝動手段（６）は、前記第一の入力軸（１）の回転運動によって前記ナット（５）を回転運動させ、且つ前記第一の入力軸（１）に対して前記ナット（５）が軸線方向に直線運動するのを許容し、前記第二の伝動手段（７）は、前記第二の入力軸（２）の回転運動によって前記ナット（５）を前記出力軸（３）に対して軸線方向に直線運動させ、且つ前記ナット（５）が回転運動するのを許容することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、第一の入力軸の回転運動を出力軸の回転運動に伝動することができ、且つ第二の入力軸の回転運動を出力軸の回転運動に伝動することができる。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の車両の操舵制御装置において、前記第一の伝動手段（６）は、前記第一の入力軸（１）及び前記ナット（５）のいずれか一方に連結される第一の入力軸用スプライン軸（１１）と、いずれか他方に連結され、前記第一の入力軸用スプライン軸（１１）に嵌まり合うスプライン外筒（１０）とを有することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、上述の機能を有する第一の伝動手段を構成することができる。
【００２３】
また、本発明は、請求項４に記載のように、ハウジング（４）と、第一の入力軸（１）と、内周にねじが形成された中空の第二の入力軸（２）と、軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限された状態で前記ハウジング（４）に支持され、前記第二の入力軸の中心線と略同一の直線上に配置される中心線を有すると共に外周にねじが形成される出力軸（３）と、前記出力軸に嵌まり合うナット（５）と、前記第一の入力軸の回転運動によって前記ナットを回転運動させ、且つ前記第一の入力軸に対して前記ナットが軸線方向に直線運動するのを許容する第一の入力軸用スプライン機構（１０，１１）と、前記第二の入力軸（２）に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材（１７）と、前記ハウジング（４）に固定され、前記推力伝動部材（１７）が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構（１７ａ，１８）と、を備え、中空の前記推力伝動部材（１７）内に配置される前記ナット（５）は、前記推力伝動部材（１７）と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に前記推力伝動部材（１７）に対して軸線回りに回転運動可能であり、前記ナット（５）と前記出力軸（３）との間には、転がり運動する複数のボールが介在され、前記出力軸（３）及び前記ナット（５）で構成されるねじ機構が前記第二の入力軸（２）及び前記推力伝動部材（１７）で構成されるねじ機構で覆われていることを特徴とする車両の操舵制御装置としても構成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の車両の操舵制御装置の一実施形態におけるステアリング装置を示す。このステアリング装置は２つの入力軸１，２と一つの出力軸３を有する。第一の入力軸１はハンドルに連結される。第二の入力軸２はモータ８に連結される。出力軸３には、第一及び第二の入力軸１，２の回転運動をステアリングギヤボックス、操舵車輪に伝えるステアリングシャフトが連結される。
【００２５】
モータ８はコントローラからの制御信号を受けて回転する。車速を検出するセンサー、第一の入力軸１側の操舵角センサー、及び出力軸３側の転舵角センサー等から信号がコントローラに入力される。コントローラは、これらのセンサーからの信号に基づいて、ハンドルの操舵角と車輪の転舵角との比を適切に変化させる。例えば操舵角に対する転舵角の割合を、高速走行時には小さく、低速走行時には大きくする。これにより、高速走行時には良好な走行安定性能を確保し、また低速走行時には車両の取り回り性を向上させることができる。
【００２６】
ステアリング装置は、ハウジング４と、第一の入力軸１と、第二の入力軸２と、出力軸３と、出力軸３に嵌まり合うナット５と、第一の入力軸１の回転運動が出力軸３の回転運動に伝動するように、第一の入力軸１の回転運動によってナット５を回転運動させる第一の伝動手段６と、第二の入力軸２の回転運動が出力軸の回転運動に伝動するように、第二の入力軸２の回転運動によってナット５を出力軸に対して軸線方向に直線運動させる第二の伝動手段７とを備える。
【００２７】
出力軸３の外周には螺旋状のねじ溝３ａが形成される。このねじ溝３ａはボールが転走可能に断面半円状に形成される。出力軸３は一対のスラストベアリング９，９によってハウジング４に回転自在に支持される。このスラストベアリング９，９により、出力軸３は軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限される。
【００２８】
出力軸３には円筒状のナット５が嵌め合わされる。このナット５の内周には出力軸３のねじ溝に対応した螺旋状のねじ溝が形成される。ナット５のねじ溝もボールが転走可能に断面半円状に形成される。出力軸３のねじ溝とナット５のねじ溝との間には複数のボールが充填され、またナット５には複数のボールを循環させるための戻し路が形成される。ナット５の中心線と出力軸３との中心線は略一致している。この出力軸３とナット５とがボールねじ機構を構成する。
【００２９】
第一の入力軸１は、出力軸３と同一直線上に且つ出力軸３に隣接して配置される。
【００３０】
第一の伝動手段６は、第一の入力軸１の回転運動によってナット５を回転運動させ、且つ第一の入力軸１に対してナット５が軸線方向に直線運動するのを許容する。具体的には、第一の伝動手段６は、第一の入力軸１に連結されるスプライン外筒１０と、ナット５に連結され、スプライン外筒１０に嵌まり合う第一の入力軸用スプライン軸１１とを有する。このスプライン外筒１０と第一の入力軸用スプライン軸１１とが、第一の入力軸用スプライン機構を構成する。
【００３１】
第一の入力軸１に連結されるスプライン外筒１０には、軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝が形成される。このスプライン外筒１０にはボールを循環させるための循環路が形成される。スプライン外筒１０と出力軸３の端部との間にはラジアルベアリング１２が介在されている。
【００３２】
第一の入力軸用スプライン軸１１は中空に形成され、その内側を出力軸３が貫通している。第一の入力軸用スプライン軸１１の外周には軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝が形成される。スプライン外筒１０と第一の入力軸用スプライン軸１１との間には複数のボールが充填される。第一の入力軸用スプライン軸１１がスプライン外筒１０に対して相対的に直線運動すると、スプライン外筒１０と第一の入力軸用スプライン軸１１との間をボールが転がり運動する。転がり運動するボールはスプライン外筒１０に形成された循環路によって循環される。第一の入力軸用スプライン軸１１の端部は結合部材１３を介してナット５に結合されている。
【００３３】
なお、本実施形態では、スプライン外筒１０が第一の入力軸１に連結され、第一の入力軸用スプライン軸１１がナット５に連結されているが、スプライン外筒１０がナット５に連結され、第一の入力軸用スプライン軸１１が第一の入力軸１に連結されてもよい。また、スプライン外筒１０と第一の入力軸用スプライン軸１１との間には複数のボールが介在されているが、ボールが介在されることなく、スプライン外筒１０が第一の入力軸用スプライン軸１１に対してすべり運動してもよい。
【００３４】
第二の入力軸２は中空に形成され、その内周には螺旋状のねじ溝２ａが形成され、その外周にはモータ出力軸１４に固定された歯車１５又はタイミングベルト等に噛み合う歯車２ｂが形成される。第二の入力軸２は出力軸３の周囲に配置され、第二の入力軸２の中心線と出力軸３の中心線は略一致している。この第二の入力軸２は、軸線方向の両端に設けた一対のベアリング１６，１６によってハウジング４に回転可能に支持されている。
【００３５】
第二の伝動手段７は、第二の入力軸２の回転運動によってナット５を出力軸３に対して軸線方向に直線運動させ、且つナット５が回転運動するのを許容する。具体的には、第二の伝動手段７は、第二の入力軸２に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材１７と、ハウジング４に固定され、推力伝動部材１７が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構１７ａ，１８とを有する。ナット５は、推力伝動部材１７と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に推力伝動部材１７に対して軸線回りに回転運動可能なように、ベアリング１９を介して中空の推力伝動部材１７内に配置される。
【００３６】
第二の入力軸２と推力伝動部材１７とがねじ機構を構成する。推力伝動部材１７は第二の入力軸２に螺合し、第二の入力軸２と推力伝動部材１７との間には、転がり運動するボールが介在される。推力伝動部材１７の内側には出力軸３が貫通し、推力伝動部材１７の中心線と出力軸３の中心線も略一致している。
【００３７】
なお、図４に示すように第二の入力軸２と推力伝動部材１７との間には、転がり運動するボールが介在されることなく、推力伝動部材１７及び第二の入力軸２それぞれにねじ山２ａ，１７ｂが形成されてもよい。この場合、推力伝動部材１７が第二の入力軸２に対してすべり運動する。
【００３８】
推力伝動部材１７の内周には軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝１７ａが形成される。推力伝動部材１７と推力伝動部材用スプライン軸１８との間には複数のボールが充填される。推力伝動部材１７が推力伝動部材用スプライン軸１８に対して相対的に直線運動すると、推力伝動部材１７と推力伝動部材用スプライン軸１８との間に充填されたボールが転がり運動する。転がり運動するボールは推力伝動部材１７に形成された循環路によって循環される。
【００３９】
推力伝動部材用スプライン軸１８も中空に形成され、その一端がハウジング４に固定されている。推力伝動部材用スプライン軸１８の外周には軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝が形成される。
【００４０】
この推力伝動部材１７のボール転走溝１７ａ及び推力伝動部材用スプライン軸１８等が、推力伝動部材用スプライン機構を構成する。
【００４１】
推力伝動部材１７の内側にはベアリング１９を介してナット５が軸線回りに回転運動可能に連結される。このベアリング１９はラジアル及びスラスト方向の力を負荷する。
【００４２】
次に、本発明のステアリング装置の動きについて説明する。まず、第一の入力軸１によって出力軸３を回転させる場合について説明する。図２に示すように、第一の入力軸１を回転すると、第一の入力軸１のトルクが第一の伝動手段６を構成するスプライン外筒１０、スプライン軸１１を介してナット５に伝動される。ここで、第二の伝動手段７を構成する推力伝動部材１７、推力伝動部材用スプライン軸１８及びベアリング１９によって、ナット５は出力軸３に対する直線運動を制限されている。このため第一の入力軸１によってナット５が回転すると、出力軸３が追従回転する。
【００４３】
次に、第二の入力軸２によって出力軸３を回転させる場合について説明する。図３に示すように、第二の入力軸２を回転させると、第二の伝動手段７を構成する推力伝動部材１７及び推力伝動部材用スプライン軸１８によって、ナット５が出力軸３に対して軸線方向に直線運動する。ここで、第一の伝動手段６を構成するスプライン外筒１０及びスプライン軸１１によって、ナット５が軸線回りに回転するのが制限されている。このため、ナット５が出力軸３に対して軸線方向に直線運動すると、ねじ機構によって出力軸３が回転運動する。
【００４４】
そして以下の表１に示すように、第一の入力軸及び第二の入力軸を同時に動かすことで増速及び減速いずれも可能になる。ここで、Ａは第一の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度，Ｂは第二の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度，＋は時計回り，−は反時計回りを意味する。
【００４５】
【表１】
【００４６】
更に、図４に示すように、第二の入力軸２と推力伝動部材１７との間にボールが介在されない場合は、推力伝動部材１７が第二の入力軸２に対してすべり運動するので、第二の入力軸２の駆動トルクを出力軸３に確実に伝動させることができる。さらに、図３に示すように、第二の入力軸２の中心線と出力軸３の中心線とが略同一の直線上に配置されるので、第二の入力軸２に発生する推力の中心点▲１▼とナット５から出力軸３に作用する力の中心点▲２▼とを同一直線上に配置させることができる。従って、第二の入力軸２の駆動トルクを出力軸３に効率よく伝動させることができる。
【００４７】
本発明は上記実施形態に限られず、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば第二の入力軸を歯車機構で回転させることなく、第二の入力軸を中空モータのローターとし、第二の入力軸をステータによって直接回転させてもよい。
【００４８】
本発明の用途は、操舵角に対する転舵角の割合を変化可能なステアリング装置に限られず、入力軸が二つで出力軸が一つを有し、それぞれの入力軸のトルクあるいは回転角度を加算するものであれば、自動操舵装置やアクティブステア装置等、様々な用途に適用することがきる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ねじ機構と第一及び第二の伝動手段との組み合わせで車両の操舵制御装置を実現し、しかも第二の入力軸の中心線と出力軸３の中心線とを略同一の直線上に配置しているので、装置全体を小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるステアリング装置を示す断面図。
【図２】上記ステアリング装置の第一の入力軸を回転させた場合を示す断面図。
【図３】上記ステアリング装置の第二の入力軸を回転させた場合を示す断面図。
【図４】第二の入力軸と推力伝動部材の他の例を示す断面図。
【図５】従来のボールねじ機構を用いたステアリング装置を示す断面図。
【符号の説明】
１…第一の入力軸
２…第二の入力軸
３…出力軸
４…ハウジング
５…ナット
６…第一の伝動手段
７…第二の伝動手段
１０…スプライン外筒（第一の入力軸用スプライン機構）
１１…第一の入力軸用スプライン軸（第一の入力軸用スプライン機構）
１７…推力伝動部材
１７ａ・・・ボール転走溝（推力伝動部材用スプライン機構）
１８…推力伝動部材用スプライン軸（推力伝動部材用スプライン機構）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハンドルの操舵角度に対する車輪の転舵角度の割合を変化させることが可能な車両の操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の操舵制御装置は、ハンドルの回転をタイロッドの軸線方向の変位に変換し、タイロッドの両端部に連結された左右の車輪の向きを変化させる。操舵制御装置におけるハンドルの操舵角と車輪の転舵角とは、一定の対応関係を有するのが通常である。しかし、低速走行時には操舵角に対する転舵角の割合を大きくすることが、車庫入れを容易にしたりする等の車両の取り回り性を向上させる上で望ましい。
【０００３】
従来の自動車の操舵制御装置として、図５に示すような特開平４−１１８３８２号公報に記載のボールねじ機構を用いた操舵制御装置が知られている。この操舵制御装置は、ハンドル３１に連結したスクリューシャフト３２にボールナット３３が螺合した第一のボールねじ機構３４と、走行車輪に連結したスクリューシャフト３５にボールナット３６が螺合した第二のボールねじ機構３７と、第一のボールねじ機構３４のボールナット３３と第二のボールねじ機構３７のボールナット３６とを揺動自在なレバー部材４２を介して連結する変速機構３９とを備える。変速機構３９は、第一のボールねじ機構３４のボールナット３３とレバー部材４２とを軸線方向に連結するコネクティングロッド３８を有する。レバー部材４２の揺動中心４０から第二のボールねじ機構３７のボールナット３６との連結部４１までの距離は、調節可能である。
【０００４】
ハンドル３１の操舵によって、第一のボールねじ機構３４のスクリューシャフト３２が回転し、ボールナット３３が軸線方向に変位する。この第一のボールねじ機構３４のボールナット３３の変位によって、変速機構３９のレバー部材４２に連結された第二のボールナット３６も軸線方向に変位してスクリューシャフト３５が回転し、車輪に操舵力を伝動する。第二のボールねじ機構３７のボールナット３６がレバー部材４２に連結する連結部４１の位置を、レバー部材４２の揺動中心４０に対して調節することで、各ボールナット３３，３６が移動する量の比を変更できる。したがって、ハンドルの操舵角度に対する車輪の転舵角度の割合を変化させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平４−１１８３８２号公報に記載のボールねじ機構を用いた操舵制御装置にあっては、複数のボールねじ機構を直列又は並列に設置して用いるので、装置全体が操舵制御装置の軸方向又は周方向共に張り出してしまい、小型化が図れない。
【０００６】
そこで本発明は、より小型化が図れる、ボールねじ機構を用いた新たな機構の車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
【０００８】
上記課題を解決するために本発明者は、第一の入力軸が回転すると出力軸が追従回転するように、出力軸に螺合するナットを回転させ、第二の入力軸が回転すると直線運動⇒回転運動への運動変換によって出力軸が回転するように、出力軸に螺合するナットに推力を与えた。
【０００９】
具体的には請求項１の発明は、ハウジング（４）と、第一の入力軸（１）と、第二の入力軸（２）と、軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限された状態で前記ハウジング（４）に支持され、前記第二の入力軸（２）の中心線と略同一の直線上に配置される中心線を有すると共に外周にねじが形成される出力軸（３）と、前記出力軸（３）に嵌まり合うナット（５）と、第一の入力軸（１）の回転運動が前記出力軸（３）の回転運動に伝動するように、前記第一の入力軸（１）の回転運動によって前記ナット（５）を回転運動させる第一の伝動手段（６）と、第二の入力軸（２）の回転運動が前記出力軸（３）の回転運動に伝動するように、前記第二の入力軸（２）の回転運動によって前記ナット（５）を前記出力軸（３）に対して軸線方向に直線運動させる第二の伝動手段（７）と、を備え、前記第二の入力軸（２）は中空に形成され、前記第二の入力軸（２）の内周にはねじが形成され、前記第二の伝動手段（７）は、前記第二の入力軸（２）に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材（１７）と、前記ハウジング（４）に固定され、前記推力伝動部材（１７）が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構（１７ａ，１８）と、を有し、中空の前記推力伝動部材（１７）内に配置される前記ナット（５）は、前記推力伝動部材（１７）と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に前記推力伝動部材（１７）に対して軸線回りに回転運動可能であり、前記ナット（５）と前記出力軸（３）との間には、転がり運動する複数のボールが介在され、前記出力軸（３）及び前記ナット（５）で構成されるねじ機構が前記第二の入力軸（２）及び前記推力伝動部材（１７）で構成されるねじ機構で覆われていることを特徴とする車両の操舵制御装置により、上述した課題を解決する。
【００１０】
第一の入力軸は、例えばハンドルに連結され、第二の入力軸はモータに連結され、出力軸は走行車輪に連結される。
【００１１】
第一の入力軸を回転させると、第一の伝動手段によって出力軸に螺合するナットが回転する。ナットが回転すると、出力軸が追従回転する。したがって、第一の入力軸を回転させることによって、出力軸が回転する。一方、第二の入力軸を回転させると、第二の伝動手段によってナットが出力軸に対して軸線方向に直線運動する。ナットが出力軸に対して軸線方向に直線運動すると、ねじ機構の直線運動⇒回転運動への運動変換によって出力軸が回転する。したがって、第二の入力軸を回転させることによって、出力軸が回転する。
【００１２】
また第一の入力軸及び第二の入力軸は、第一及び第二の伝動手段によって常に出力軸に連係しているので、第一の入力軸及び第二の入力軸の一方を回転させるといつでも該一方から出力軸にトルクを伝動できる。このため、第一の入力軸及び第二の入力軸を同時に回転させると、出力軸の回転角度は、▲１▼第一の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度、及び▲２▼第二の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度を合算した回転角度になる。
【００１３】
本発明は、ねじ機構と第一及び第二の伝動手段との組み合わせで車両の操舵制御装置を実現し、しかも第二の入力軸の中心線と出力軸の中心線とを略同一の直線上に配置している。このため、装置全体を小型にすることができる。
【００１４】
また、第二の伝動手段はナットを直線運動させることによって出力軸を回転させている。言い換えればナットに推力を与えて出力軸を回転させる。第二の入力軸の中心線と出力軸の中心線を略一致させることで、第二の入力軸に発生した推力の中心点とナットから出力軸に作用する力の中心点とを同一直線上に配置させることもできる。このため、第二の入力軸に発生した推力によって、ナットにこじれや捩れ等の力が作用することはなく、効率よく力を伝達させることができる。
さらに、この発明によれば、上述の機能を有する第二の伝動手段を構成することができる。また、出力軸及びナットで構成されるねじ機構を第二の入力軸及び推力伝動部材で構成されるねじ機構で覆っているので、装置全体をよりコンパクトにすることができる。
またさらに、この発明によれば、上述の機能を有する第一の伝動手段を構成することができる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の車両の操舵制御装置において、前記第一の伝動手段（６）は、前記第一の入力軸（１）の回転運動によって前記ナット（５）を回転運動させ、且つ前記第一の入力軸（１）に対して前記ナット（５）が軸線方向に直線運動するのを許容し、前記第二の伝動手段（７）は、前記第二の入力軸（２）の回転運動によって前記ナット（５）を前記出力軸（３）に対して軸線方向に直線運動させ、且つ前記ナット（５）が回転運動するのを許容することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、第一の入力軸の回転運動を出力軸の回転運動に伝動することができ、且つ第二の入力軸の回転運動を出力軸の回転運動に伝動することができる。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の車両の操舵制御装置において、前記第一の伝動手段（６）は、前記第一の入力軸（１）及び前記ナット（５）のいずれか一方に連結される第一の入力軸用スプライン軸（１１）と、いずれか他方に連結され、前記第一の入力軸用スプライン軸（１１）に嵌まり合うスプライン外筒（１０）とを有することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、上述の機能を有する第一の伝動手段を構成することができる。
【００２３】
また、本発明は、請求項４に記載のように、ハウジング（４）と、第一の入力軸（１）と、内周にねじが形成された中空の第二の入力軸（２）と、軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限された状態で前記ハウジング（４）に支持され、前記第二の入力軸の中心線と略同一の直線上に配置される中心線を有すると共に外周にねじが形成される出力軸（３）と、前記出力軸に嵌まり合うナット（５）と、前記第一の入力軸の回転運動によって前記ナットを回転運動させ、且つ前記第一の入力軸に対して前記ナットが軸線方向に直線運動するのを許容する第一の入力軸用スプライン機構（１０，１１）と、前記第二の入力軸（２）に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材（１７）と、前記ハウジング（４）に固定され、前記推力伝動部材（１７）が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構（１７ａ，１８）と、を備え、中空の前記推力伝動部材（１７）内に配置される前記ナット（５）は、前記推力伝動部材（１７）と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に前記推力伝動部材（１７）に対して軸線回りに回転運動可能であり、前記ナット（５）と前記出力軸（３）との間には、転がり運動する複数のボールが介在され、前記出力軸（３）及び前記ナット（５）で構成されるねじ機構が前記第二の入力軸（２）及び前記推力伝動部材（１７）で構成されるねじ機構で覆われていることを特徴とする車両の操舵制御装置としても構成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の車両の操舵制御装置の一実施形態におけるステアリング装置を示す。このステアリング装置は２つの入力軸１，２と一つの出力軸３を有する。第一の入力軸１はハンドルに連結される。第二の入力軸２はモータ８に連結される。出力軸３には、第一及び第二の入力軸１，２の回転運動をステアリングギヤボックス、操舵車輪に伝えるステアリングシャフトが連結される。
【００２５】
モータ８はコントローラからの制御信号を受けて回転する。車速を検出するセンサー、第一の入力軸１側の操舵角センサー、及び出力軸３側の転舵角センサー等から信号がコントローラに入力される。コントローラは、これらのセンサーからの信号に基づいて、ハンドルの操舵角と車輪の転舵角との比を適切に変化させる。例えば操舵角に対する転舵角の割合を、高速走行時には小さく、低速走行時には大きくする。これにより、高速走行時には良好な走行安定性能を確保し、また低速走行時には車両の取り回り性を向上させることができる。
【００２６】
ステアリング装置は、ハウジング４と、第一の入力軸１と、第二の入力軸２と、出力軸３と、出力軸３に嵌まり合うナット５と、第一の入力軸１の回転運動が出力軸３の回転運動に伝動するように、第一の入力軸１の回転運動によってナット５を回転運動させる第一の伝動手段６と、第二の入力軸２の回転運動が出力軸の回転運動に伝動するように、第二の入力軸２の回転運動によってナット５を出力軸に対して軸線方向に直線運動させる第二の伝動手段７とを備える。
【００２７】
出力軸３の外周には螺旋状のねじ溝３ａが形成される。このねじ溝３ａはボールが転走可能に断面半円状に形成される。出力軸３は一対のスラストベアリング９，９によってハウジング４に回転自在に支持される。このスラストベアリング９，９により、出力軸３は軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限される。
【００２８】
出力軸３には円筒状のナット５が嵌め合わされる。このナット５の内周には出力軸３のねじ溝に対応した螺旋状のねじ溝が形成される。ナット５のねじ溝もボールが転走可能に断面半円状に形成される。出力軸３のねじ溝とナット５のねじ溝との間には複数のボールが充填され、またナット５には複数のボールを循環させるための戻し路が形成される。ナット５の中心線と出力軸３との中心線は略一致している。この出力軸３とナット５とがボールねじ機構を構成する。
【００２９】
第一の入力軸１は、出力軸３と同一直線上に且つ出力軸３に隣接して配置される。
【００３０】
第一の伝動手段６は、第一の入力軸１の回転運動によってナット５を回転運動させ、且つ第一の入力軸１に対してナット５が軸線方向に直線運動するのを許容する。具体的には、第一の伝動手段６は、第一の入力軸１に連結されるスプライン外筒１０と、ナット５に連結され、スプライン外筒１０に嵌まり合う第一の入力軸用スプライン軸１１とを有する。このスプライン外筒１０と第一の入力軸用スプライン軸１１とが、第一の入力軸用スプライン機構を構成する。
【００３１】
第一の入力軸１に連結されるスプライン外筒１０には、軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝が形成される。このスプライン外筒１０にはボールを循環させるための循環路が形成される。スプライン外筒１０と出力軸３の端部との間にはラジアルベアリング１２が介在されている。
【００３２】
第一の入力軸用スプライン軸１１は中空に形成され、その内側を出力軸３が貫通している。第一の入力軸用スプライン軸１１の外周には軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝が形成される。スプライン外筒１０と第一の入力軸用スプライン軸１１との間には複数のボールが充填される。第一の入力軸用スプライン軸１１がスプライン外筒１０に対して相対的に直線運動すると、スプライン外筒１０と第一の入力軸用スプライン軸１１との間をボールが転がり運動する。転がり運動するボールはスプライン外筒１０に形成された循環路によって循環される。第一の入力軸用スプライン軸１１の端部は結合部材１３を介してナット５に結合されている。
【００３３】
なお、本実施形態では、スプライン外筒１０が第一の入力軸１に連結され、第一の入力軸用スプライン軸１１がナット５に連結されているが、スプライン外筒１０がナット５に連結され、第一の入力軸用スプライン軸１１が第一の入力軸１に連結されてもよい。また、スプライン外筒１０と第一の入力軸用スプライン軸１１との間には複数のボールが介在されているが、ボールが介在されることなく、スプライン外筒１０が第一の入力軸用スプライン軸１１に対してすべり運動してもよい。
【００３４】
第二の入力軸２は中空に形成され、その内周には螺旋状のねじ溝２ａが形成され、その外周にはモータ出力軸１４に固定された歯車１５又はタイミングベルト等に噛み合う歯車２ｂが形成される。第二の入力軸２は出力軸３の周囲に配置され、第二の入力軸２の中心線と出力軸３の中心線は略一致している。この第二の入力軸２は、軸線方向の両端に設けた一対のベアリング１６，１６によってハウジング４に回転可能に支持されている。
【００３５】
第二の伝動手段７は、第二の入力軸２の回転運動によってナット５を出力軸３に対して軸線方向に直線運動させ、且つナット５が回転運動するのを許容する。具体的には、第二の伝動手段７は、第二の入力軸２に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材１７と、ハウジング４に固定され、推力伝動部材１７が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構１７ａ，１８とを有する。ナット５は、推力伝動部材１７と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に推力伝動部材１７に対して軸線回りに回転運動可能なように、ベアリング１９を介して中空の推力伝動部材１７内に配置される。
【００３６】
第二の入力軸２と推力伝動部材１７とがねじ機構を構成する。推力伝動部材１７は第二の入力軸２に螺合し、第二の入力軸２と推力伝動部材１７との間には、転がり運動するボールが介在される。推力伝動部材１７の内側には出力軸３が貫通し、推力伝動部材１７の中心線と出力軸３の中心線も略一致している。
【００３７】
なお、図４に示すように第二の入力軸２と推力伝動部材１７との間には、転がり運動するボールが介在されることなく、推力伝動部材１７及び第二の入力軸２それぞれにねじ山２ａ，１７ｂが形成されてもよい。この場合、推力伝動部材１７が第二の入力軸２に対してすべり運動する。
【００３８】
推力伝動部材１７の内周には軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝１７ａが形成される。推力伝動部材１７と推力伝動部材用スプライン軸１８との間には複数のボールが充填される。推力伝動部材１７が推力伝動部材用スプライン軸１８に対して相対的に直線運動すると、推力伝動部材１７と推力伝動部材用スプライン軸１８との間に充填されたボールが転がり運動する。転がり運動するボールは推力伝動部材１７に形成された循環路によって循環される。
【００３９】
推力伝動部材用スプライン軸１８も中空に形成され、その一端がハウジング４に固定されている。推力伝動部材用スプライン軸１８の外周には軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝が形成される。
【００４０】
この推力伝動部材１７のボール転走溝１７ａ及び推力伝動部材用スプライン軸１８等が、推力伝動部材用スプライン機構を構成する。
【００４１】
推力伝動部材１７の内側にはベアリング１９を介してナット５が軸線回りに回転運動可能に連結される。このベアリング１９はラジアル及びスラスト方向の力を負荷する。
【００４２】
次に、本発明のステアリング装置の動きについて説明する。まず、第一の入力軸１によって出力軸３を回転させる場合について説明する。図２に示すように、第一の入力軸１を回転すると、第一の入力軸１のトルクが第一の伝動手段６を構成するスプライン外筒１０、スプライン軸１１を介してナット５に伝動される。ここで、第二の伝動手段７を構成する推力伝動部材１７、推力伝動部材用スプライン軸１８及びベアリング１９によって、ナット５は出力軸３に対する直線運動を制限されている。このため第一の入力軸１によってナット５が回転すると、出力軸３が追従回転する。
【００４３】
次に、第二の入力軸２によって出力軸３を回転させる場合について説明する。図３に示すように、第二の入力軸２を回転させると、第二の伝動手段７を構成する推力伝動部材１７及び推力伝動部材用スプライン軸１８によって、ナット５が出力軸３に対して軸線方向に直線運動する。ここで、第一の伝動手段６を構成するスプライン外筒１０及びスプライン軸１１によって、ナット５が軸線回りに回転するのが制限されている。このため、ナット５が出力軸３に対して軸線方向に直線運動すると、ねじ機構によって出力軸３が回転運動する。
【００４４】
そして以下の表１に示すように、第一の入力軸及び第二の入力軸を同時に動かすことで増速及び減速いずれも可能になる。ここで、Ａは第一の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度，Ｂは第二の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度，＋は時計回り，−は反時計回りを意味する。
【００４５】
【表１】
更に、図４に示すように、第二の入力軸２と推力伝動部材１７との間にボールが介在されない場合は、推力伝動部材１７が第二の入力軸２に対してすべり運動するので、第二の入力軸２の駆動トルクを出力軸３に確実に伝動させることができる。さらに、図３に示すように、第二の入力軸２の中心線と出力軸３の中心線とが略同一の直線上に配置されるので、第二の入力軸２に発生する推力の中心点▲１▼とナット５から出力軸３に作用する力の中心点▲２▼とを同一直線上に配置させることができる。従って、第二の入力軸２の駆動トルクを出力軸３に効率よく伝動させることができる。
【００４７】
本発明は上記実施形態に限られず、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば第二の入力軸を歯車機構で回転させることなく、第二の入力軸を中空モータのローターとし、第二の入力軸をステータによって直接回転させてもよい。
【００４８】
本発明の用途は、操舵角に対する転舵角の割合を変化可能なステアリング装置に限られず、入力軸が二つで出力軸が一つを有し、それぞれの入力軸のトルクあるいは回転角度を加算するものであれば、自動操舵装置やアクティブステア装置等、様々な用途に適用することがきる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ねじ機構と第一及び第二の伝動手段との組み合わせで車両の操舵制御装置を実現し、しかも第二の入力軸の中心線と出力軸３の中心線とを略同一の直線上に配置しているので、装置全体を小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるステアリング装置を示す断面図。
【図２】上記ステアリング装置の第一の入力軸を回転させた場合を示す断面図。
【図３】上記ステアリング装置の第二の入力軸を回転させた場合を示す断面図。
【図４】第二の入力軸と推力伝動部材の他の例を示す断面図。
【図５】従来のボールねじ機構を用いたステアリング装置を示す断面図。
【符号の説明】
１…第一の入力軸
２…第二の入力軸
３…出力軸
４…ハウジング
５…ナット
６…第一の伝動手段
７…第二の伝動手段
１０…スプライン外筒（第一の入力軸用スプライン機構）
１１…第一の入力軸用スプライン軸（第一の入力軸用スプライン機構）
１７…推力伝動部材
１７ａ・・・ボール転走溝（推力伝動部材用スプライン機構）
１８…推力伝動部材用スプライン軸（推力伝動部材用スプライン機構）
Claims (4)
- ハウジングと、
第一の入力軸と、
第二の入力軸と、
軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限された状態で前記ハウジングに支持され、前記第二の入力軸の中心線と略同一の直線上に配置される中心線を有すると共に外周にねじが形成される出力軸と、
前記出力軸に嵌まり合うナットと、
第一の入力軸の回転運動が前記出力軸の回転運動に伝動するように、前記第一の入力軸の回転運動によって前記ナットを回転運動させる第一の伝動手段と、
第二の入力軸の回転運動が前記出力軸の回転運動に伝動するように、前記第二の入力軸の回転運動によって前記ナットを前記出力軸に対して軸線方向に直線運動させる第二の伝動手段と、を備え、
前記第二の入力軸は中空に形成され、
前記第二の入力軸の内周にはねじが形成され、
前記第二の伝動手段は、前記第二の入力軸に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材と、
前記ハウジングに固定され、前記推力伝動部材が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構と、を有し、
中空の前記推力伝動部材内に配置される前記ナットは、前記推力伝動部材と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に前記推力伝動部材に対して軸線回りに回転運動可能であり、
前記ナットと前記出力軸との間には、転がり運動する複数のボールが介在され、
前記出力軸及び前記ナットで構成されるねじ機構が前記第二の入力軸及び前記推力伝動部材で構成されるねじ機構で覆われていることを特徴とする車両の操舵制御装置。 - 前記第一の伝動手段は、前記第一の入力軸の回転運動によって前記ナットを回転運動させ、且つ前記第一の入力軸に対して前記ナットが軸線方向に直線運動するのを許容し、
前記第二の伝動手段は、前記第二の入力軸の回転運動によって前記ナットを前記出力軸に対して軸線方向に直線運動させ、且つ前記ナットが回転運動するのを許容することを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵制御装置。 - 前記第一の伝動手段は、前記第一の入力軸及び前記ナットのいずれか一方に連結される第一の入力軸用スプライン軸と、
いずれか他方に連結され、前記第一の入力軸用スプライン軸に嵌まり合うスプライン外筒とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の操舵制御装置。 - ハウジングと、
第一の入力軸と、
内周にねじが形成された中空の第二の入力軸と、
軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限された状態で前記ハウジングに支持され、前記第二の入力軸の中心線と略同一の直線上に配置される中心線を有すると共に外周にねじが形成される出力軸と、
前記出力軸に嵌まり合うナットと、
前記第一の入力軸の回転運動によって前記ナットを回転運動させ、且つ前記第一の入力軸に対して前記ナットが軸線方向に直線運動するのを許容する第一の入力軸用スプライン機構と、
前記第二の入力軸に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材と、
前記ハウジングに固定され、前記推力伝動部材が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構と、を備え、
中空の前記推力伝動部材内に配置される前記ナットは、前記推力伝動部材と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に前記推力伝動部材に対して軸線回りに回転運動可能であり、
前記ナットと前記出力軸との間には、転がり運動する複数のボールが介在され、
前記出力軸及び前記ナットで構成されるねじ機構が前記第二の入力軸及び前記推力伝動部材で構成されるねじ機構で覆われていることを特徴とする車両の操舵制御装置。
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