JP4285310B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵ハンドルを左右一対の操舵輪に機械的に連結して操舵ハンドルの操舵操作に応じて左右一対の操舵輪を操舵する車両の操舵装置に関する。

従来から、例えば下記特許文献１に示されているように、入力軸の回転角を増減して出力軸に出力することが可能な差動機構を操舵ハンドルから左右一対の操舵輪の間に介装し、操舵ハンドルの回動とは独立して操舵輪を補助操舵することができるようにした車両の操舵装置は知られている。
特開２００２−１６０６４９号公報

しかし、上記従来の装置においては、左右一対の操舵輪を独立して補助操舵することはできない。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、左右一対の操舵輪を独立して操舵することを可能として、車両の運動性能を向上させるようにした車両の操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルを左右一対の操舵輪に機械的に連結して操舵ハンドルの操舵操作に応じて左右一対の操舵輪を操舵する車両の操舵装置において、入力軸の回転角を増減して出力軸に出力することが可能な第１差動機構および第２差動機構をこの順に前記操舵ハンドルに直列に接続し、かつ前記第１差動機構および前記第２差動機構の各出力軸に前記左右一対の操舵輪をそれぞれ接続して、前記左右一対の操舵輪をそれぞれ独立して操舵可能にしたことにある。この場合、例えば、第１差動機構および第２差動機構は入力軸の回転角を増減して出力軸に出力するための電気アクチュエータをそれぞれ含み、さらに電気アクチュエータを駆動制御する制御手段を設けるようにするとよい。

また、前記本発明の特徴による構成において、第１差動機構の出力軸の回転運動を第１運動変換機構により直線運動に変換して前記一方の操舵輪に出力し、かつ第２差動機構の出力軸の回転運動を第２運動変換機構により直線運動に変換して前記他方の操舵輪に出力するようにするとよい。

このように構成した本発明においては、第１差動機構および第２差動機構における入力軸の回転角がそれぞれ独立して増減されて出力軸に出力され、左右一対の操舵輪を独立して操舵することが可能となるので、車両の運動性能を向上させることができる。また、第１差動機構および第２差動機構を直列に接続したので、操舵ハンドルから離れた側の第２差動機構に支障が生じても、左右一対の操舵輪の操舵角を操舵ハンドルの回動とは独立して可変できるので、操舵ハンドルの回動とは独立して操舵輪を操舵する補助操舵機能は確保される。

ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明すると、図１は、本発明の第１実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。

この車両の操舵装置は、操舵ハンドル１１に一端を一体回転するように接続した第１ステアリングシャフト１２を備え、第１ステアリングシャフト１２の他端は第１差動機構４０を介して第２ステアリングシャフト１３の一端に接続されている。第２ステアリングシャフト１３の他端には、ピニオンギヤ１４が軸線回りに一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１４には、第３ステアリングシャフト１５の一端が軸線回りに一体回転するように接続されている。第３ステアリングシャフト１５の他端は第２差動機構５０を介して第４ステアリングシャフト１６の一端に接続されている。第４ステアリングシャフト１６の他端には、平歯車２１が軸線回りに一体回転するように接続されている。平歯車２１には、同平歯車２１と同一歯数の平歯車２２が噛み合っている。平歯車２２には、第５ステアリングシャフト２３の一端が軸線回りに一体回転するように接続されている。第５ステアリングシャフト２３の他端には、ピニオンギヤ２４が軸線回りに一体回転するように接続されている。

ピニオンギヤ１４は、車体に左右軸線方向に変位可能に支持されたラックバー３１に形成されたラック歯３１ａと噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー３１の左端（図示右側）にはタイロッド３２およびナックルアーム３３を介して操舵輪としての左前輪ＦＷ１が操舵可能に接続されており、左前輪ＦＷ１は第２ステアリングシャフト１３の軸線回りの回転に伴うラックバー３１の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。ピニオンギヤ２４は、車体に左右軸線方向に変位可能に支持されたラックバー３４に形成されたラック歯３４ａと噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー３４の右端（図示左側）にはタイロッド３５およびナックルアーム３６を介して操舵輪としての右前輪ＦＷ２が操舵可能に接続されており、右前輪ＦＷ２は第５ステアリングシャフト２３の軸線回りの回転に伴うラックバー３４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。

第１差動機構４０は、第１ステアリングシャフト１２の他端部を入力軸とするとともに第２ステアリングシャフト１３の一端部を出力軸とするもので、入力軸の回転角を増減して出力軸に出力することを可能としている。第１差動機構４０は、車体に軸線回りに回転可能に支持された差動ケース４１を備え、差動ケース４１内には、ベベルギヤでそれぞれ構成した第１〜第４ギヤ４２〜４５が収容されている。第１ギヤ４２は第１ステアリングシャフト１２の他端に軸線回りに一体回転するように接続され、第２ギヤ４３は第２ステアリングシャフト１２の一端に軸線回りに一体回転するように接続されている。第３および第４ギヤ４４，４５は、第１および第２ステアリングシャフト１２，１３の軸線方向と直交する方向に延設されて差動ケース４１に固定された支持軸４６に回転可能に支持され、第１および第２ギヤ４２，４３とそれぞれ噛み合っている。

差動ケース４１には、第１ステアリングシャフト１２をその軸線回りに回転可能に貫通させたベベルギヤからなる第５ギヤ４７が固定されている。この第５ギヤ４７は、ベベルギヤで構成した第６ギヤ４８に噛み合っている。第６ギヤ４８は、電動モータ４９の回転軸上に軸線回りに一体回転するように接続されている。この電動モータ４９は、第１差動機構４０を差動動作させるための電動アクチュエータを構成しており、その回転が内蔵の減速機構を介して第６ギヤ４８に出力されて、第５ギヤ４７および差動ケース４１を第１および第２ステアリングシャフト１２，１３の軸線回りに回転させるようになっている。

第２差動機構５０は、第３ステアリングシャフト１５の他端部を入力軸とするとともに第４ステアリングシャフト１６の一端部を出力軸とするもので、入力軸の回転角を増減して出力軸に出力することを可能としている。第２差動機構５０は、前記第１差動機構４０の差動ケース４１、第１〜第４ギヤ４２〜４５、支持軸４６、第５および第６ギヤ４７，４８、ならびに電動モータ４９と同様な差動ケース５１、第１〜第４ギヤ５２〜５５、支持軸５６、第５および第６ギヤ５７，５８、ならびに電動モータ５９からなる

ラックバー３１，３４には、操舵アシスト用アクチュエータとしての電動モータ３７，３８が組み付けられている。これらの電動モータ３７，３８は、それらの回転時に、内蔵のねじ送り機構を介してラックバー３１，３２をそれぞれ軸線方向に直線駆動する。

また、車両の操舵装置は、操舵角センサ６１、操舵トルクセンサ６２、回転角センサ６３，６４、車速センサ６５および電子制御ユニット６６（以下、ＥＣＵ６６という）からなる電気制御回路も備えている。操舵角センサ６１は、第１ステアリングシャフト１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の操舵角θを検出する。この操舵角θは、その正負によって操舵ハンドル１１の中立位置からの回転方向を表し、その絶対値によって操舵ハンドル１１の回転角の大きさを表す。操舵トルクセンサ６２は、第１ステアリングシャフト１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１に付与される操舵トルクＴを検出する。操舵トルクＴは、その正負によってトルクの方向を表し、その絶対値によってトルクの大きさを表す。回転角センサ６３，６４は、電動モータ４９，５９にそれぞれ組み付けられて、電動モータ４９，５９の回転角θm1，θm2をそれぞれ検出する。これらの回転角θm1，θm2は、それらの正負によって電動モータ４９，５９の基準位置からの回転方向を表し、その絶対値によって電動モータ４９，５９の回転角の大きさを表す。車速センサ６５は、車速Ｖを検出する。

ＥＣＵ６６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを備えているとともに、電動モータ３７，３８，４９，５９を駆動制御するための駆動回路を備えている。そして、ＥＣＵ６６は、各種センサ６１〜６５からの各検出信号を入力して、電動モータ３７，３８，４９，５９の回転を制御する。

次に、上記のように構成した第１実施形態の動作について説明する。運転者が操舵ハンドル１１を回動操作すると、同操舵ハンドル１１の回動は、第１ステアリングシャフト１２、第１差動機構４０および第２ステアリングシャフト１３を介してピニオンギヤ１４に伝達され、ピニオンギヤ１４はラックバー３１を操舵ハンドル１１の回動角に対応する量だけ軸線方向に変位させる。このラックバー３１の軸線方向の変位により、左前輪ＦＷ１は操舵される。また、ピニオンギヤ１４の回転は、第３ステアリングシャフト１５、第２差動機構５０、第４ステアリングシャフト１６、平歯車２１，２２および第５ステアリングシャフト２３を介してピニオンギヤ２４にも伝達され、ピニオンギヤ２４はラックバー３４を操舵ハンドル１１の回動角に対応する量だけ軸線方向に変位させる。このラックバー３４の軸線方向の変位により、右前輪ＦＷ２は操舵される。これにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、操舵ハンドル１１の回動に応じて左右に操舵される。

一方、この左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵中、ＥＣＵ６６は、プログラム処理により、各種センサ６１〜６５からの検出信号を入力して、電動モータ３７，３８，４９，５９の回転を制御する。例えば、ＥＣＵ６６は、ハンドル操舵角θ、車速Ｖおよび回転角θm1，θm2を入力して、ハンドル操舵角θおよび車速Ｖに応じて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をそれぞれ独立に補助操舵する。具体的には、ＥＣＵ６６は、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜の増加に従って増加するとともに、車速Ｖの増加に従って減少する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２用の正の小さな補助操舵角θ0をそれぞれ計算する。

次に、ハンドル操舵角θが操舵ハンドル１１の左方向の操舵を表しているならば、前記補助操舵角θ0にハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜の増加に従って増加する正の微小値θ1（０＜θ1＜θ0）を加算することにより左前輪用補助操舵角θ0＋θ1を計算するとともに、前記補助操舵角θ0からハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜の増加に従って増加する正の微小値θ2（０＜θ2＜θ0）を減算することにより右前輪用補助操舵角θ0−θ2を計算し、これらの左右前輪用補助操舵角θ0＋θ1，θ0−θ2の正負の符号をハンドル操舵角θの正負の符号に合わせて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の最終的な目標補助操舵角θａ＊，θｂ＊とする。一方、ハンドル操舵角θが操舵ハンドル１１の右方向の操舵を表しているならば、前記補助操舵角θ0から前記微小値θ2を減算することにより左前輪用補助操舵角θ0−θ2を計算するとともに、前記補助操舵角θ0に前記微小値θ1を加算することにより右前輪用補助操舵角θ0＋θ1を計算し、これらの左右前輪用補助操舵角θ0−θ2，θ0＋θ1の正負の符号をハンドル操舵角θの正負の符号に合わせて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の最終的な目標補助操舵角θａ＊，θｂ＊とする。

そして、ＥＣＵ６６は、左前輪ＦＷ１の目標補助操舵角θａ＊を電動モータ４９の回転角に対応した値に変換するとともに、前記入力した電動モータ４９の回転角θm1が前記変換した値にそれぞれ等しくなるように、電動モータ４９の回転を制御する。電動モータ４９の回転は、第１差動機構４０の第６ギヤ４８および第５ギヤ４７を介して差動ケース４１に伝達されて、差動ケース４１が前記目標補助操舵角θａ＊の変換値に等しい角度だけ回転する。このとき、第１差動機構４０は、その入力軸である第１ステアリングシャフト１２の回転角に対して、その出力軸である第２ステアリングシャフト１３の回転角を目標補助操舵角θａ＊の変換値分だけ増減させるので、左前輪ＦＷ１は操舵ハンドル１１の操舵角θに対応した操舵角よりも左前輪ＦＷ１用の目標補助操舵角θａ＊だけ増減された角度に操舵される。

また、ＥＣＵ６６は、右前輪ＦＷ２の目標補助操舵角θｂ＊から左前輪ＦＷ１の目標補助操舵角θａ＊を減算して、同減算値θｂ＊−θａ＊を電動モータ５９の回転角に対応した値に変換するとともに、前記入力した電動モータ５９の回転角θm2が前記変換した値にそれぞれ等しくなるように、電動モータ５９の回転を制御する。電動モータ５９の回転は、第６ギヤ５８および第５ギヤ５７を介して差動ケース５１に伝達されて、差動ケース５１が前記減算値θｂ＊−θａ＊の変換値に等しい角度だけ回転する。このとき、第２差動機構５０は、その入力軸である第３ステアリングシャフト１５の回転角に対して、その出力軸である第４ステアリングシャフト１６の回転角を前記減算値θｂ＊−θａ＊の変換値分だけ増減させるので、右前輪ＦＷ１は左前輪ＦＷ１の操舵角よりも前記減算値θｂ＊−θａ＊だけ増減された角度に操舵される。これにより、右前輪ＦＷ１は操舵ハンドル１１の操舵角θに対応した操舵角よりも目標補助操舵角θｂ＊だけ増減された角度に操舵される。

その結果、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ハンドル操舵角θに対応した操舵角に対して、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜が大きくなるに従って大きくなるとともに、車速Ｖが小さくなるに従って大きくなる左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標補助操舵角θａ＊，θｂ＊だけずれた操舵角に操舵される。また、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標補助操舵角θａ＊，θｂ＊は、車両の旋回内側方向の車輪が旋回外側の車輪よりも大きく内側に操舵されるように設定されているので、車両の旋回性能が良好になる。なお、上記、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標補助操舵角θａ＊，θｂ＊の計算例は一例を示すもので、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標補助操舵角θａ＊，θｂ＊を異なる値に計算する方法であれば、如何なる方法を採用してもよい。

また、ＥＣＵ６６は、操舵トルクＴおよび車速Ｖを入力して、同操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じて操舵ハンドル１１の操舵操作をアシスト制御する。具体的には、ＥＣＵ６６は、操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜の増加に従って増加するとともに、車速Ｖの増加に従って減少するアシストトルクを計算する。そして、電動モータ３７，３８がこのアシストトルクに対応した駆動トルクを発生するように、電動モータ３７，３８の回転を制御する。電動モータ３７，３８は、内蔵のねじ送り機構を介してラックバー３１，３４を軸線方向に駆動する。これにより、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作して左右前輪ＦＷ１,ＦＷ２を操舵しようとすると、電動モータ３７，３８により前記運転者による操舵ハンドル１１の回動操作がアシストされる。

上記作動説明からも理解できるように、上記第１実施形態によれば、第１差動機構４０および第２差動機構５０における入力軸の回転角がそれぞれ独立に増減されて出力軸に出力されるので、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を独立して補助操舵することが可能となり、車両の運動性能を向上させることができる。また、第１差動機構４０および第２差動機構５０は直列に接続されているので、第２差動機構５０に支障が生じても第１差動機構４０のみを作動させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵角を操舵ハンドル１１の回動とは独立して操舵できる。したがって、第２差動機構５０に支障が生じても、操舵ハンドル１１の回動とは独立して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を操舵する補助操舵機能は確保される。

ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に係る車両の操舵装置について、図２を用いて説明する。この第２実施形態に係る車両の操舵装置は、上記第１実施形態の第１および第２差動機構４０，５０を並列に接続したものである。

この車両の操舵装置は、操舵ハンドル１１に一端を一体回転するように接続した第１ステアリングシャフト７１を備え、第１ステアリングシャフト７１の他端には、ピニオンギヤ７２が軸線回りに一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ７２は、車体に左右軸線方向に変位可能に支持されたラックバー７３に形成されたラック歯７３ａと噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー７３にはラック歯７３ｂ，７３ｃも形成されており、ラック歯７３ｂにはピニオンギヤ７４が噛み合っている。このピニオンギヤ７４には、第２ステアリングシャフト７５の一端が軸線回りに一体回転するように接続されている。第２ステアリングシャフト７５の他端は、第１差動機構４０を介して第３ステアリングシャフト７６の一端に接続されている。第３ステアリングシャフト７６の他端には、ピニオンギヤ７７が軸線回りに一体回転するように接続されている。このピニオンギヤ７７は、左前輪ＦＷ１用の上記第１実施形態と同様なラックバー３１のラック歯３１ａに噛み合っている。

また、ラックバー７３のラック歯７３ｃには、ピニオンギヤ８１が噛み合っている。このピニオンギヤ８１には、第４ステアリングシャフト８２の一端が軸線回りに一体回転するように接続されている。第４ステアリングシャフト８２の他端は、第２差動機構５０を介して第５ステアリングシャフト８３の一端に接続されている。第５ステアリングシャフト８３の他端には、ピニオンギヤ８４が軸線回りに一体回転するように接続されている。このピニオンギヤ８４は、右前輪ＦＷ２用の上記第１実施形態と同様なラックバー３４のラック歯３４ａに噛み合っている。他の構成は、上記第１実施形態と同じであるので、同一符号を付して、その説明を省略する。

次に、上記のように構成した第２実施形態の動作について説明する。運転者が操舵ハンドル１１を回動操作すると、同操舵ハンドル１１の回動は、第１ステアリングシャフト７１、ピニオンギヤ７２、ラックバー７３、ピニオンギヤ７４、第２ステアリングシャフト７５、第１差動機構４０および第３ステアリングシャフト７６を介してピニオンギヤ７７に伝達され、ピニオンギヤ７７はラックバー３１を操舵ハンドル１１の回動角に対応する量だけ軸線方向に変位させる。このラックバー３１の軸線方向の変位により、左前輪ＦＷ１は操舵される。また、操舵ハンドル１１の回動は、第１ステアリングシャフト７１、ピニオンギヤ７２、ラックバー７３、ピニオンギヤ８１、第４ステアリングシャフト８２、第２差動機構５０および第５ステアリングシャフト８３を介してピニオンギヤ８４に伝達され、ピニオンギヤ８４はラックバー３４を操舵ハンドル１１の回動角に対応する量だけ軸線方向に変位させる。このラックバー３４の軸線方向の変位により、右前輪ＦＷ２は操舵される。これにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、操舵ハンドル１１の回動に応じて左右に操舵される。

一方、この左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵中、ＥＣＵ６６は、プログラム処理により、各種センサ６１〜６５からの検出信号を入力して、電動モータ３７，３８，４９，５９の回転を制御する。これらの電動モータ３７，３８，４９，５９の回転制御も、上記第１実施形態とほぼ同様であるが、第１および第２差動機構４０，５０は並列に接続されているので、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標補助操舵角θａ＊，θｂ＊を電動モータ４９，５９の回転角に対応した値に変換するための処理において上記第１実施形態の場合とは若干相違する。

すなわち、左前輪ＦＷ１の目標補助操舵角θａ＊を電動モータ４９の回転角に対応した値に変換して、電動モータ４９の回転角θm1が前記変換した値に等しくなるように電動モータ４９の回転を制御する点は上記第１実施形態の場合と同じである。しかし、電動モータ５９の回転制御においては、上記第１実施形態の場合のように第１差動機構４０の影響を考慮する必要がないので、右前輪ＦＷ２の目標補助操舵角θｂ＊を電動モータ５９の回転角に対応した値に単に変換して、電動モータ５９の回転角θm2が前記変換した値に等しくなるように電動モータ５９の回転を制御すればよい。これらにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、上記第１実施形態の場合と同様に操舵制御され、車両の旋回性能が良好になる。なお、操舵アシスト用の電動モータ３７，３８の制御については、上記第１実施形態の場合と全く同じである。

上記作動説明からも理解できるように、上記第２実施形態によっても、第１差動機構４０および第２差動機構５０における入力軸の回転角がそれぞれ独立して増減されて出力軸に出力されるので、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を独立して操舵することが可能となり、車両の運動性能を向上させることができる。

さらに、本発明は上記第１および第２実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

例えば、上記実施形態においては、操舵ハンドル１１として回動操作されるものを採用したが、回動操作されるもの以外の操舵ハンドル、例えばジョイスティックなどのように直線的な操作により操舵輪を操舵する車両の操舵装置にも本発明は適用される。ただし、この場合には、第１および第２差動機構４０，５０の入力軸を回転させる必要があるために、操舵ハンドル１１の直線的な操作を第１および第２差動機構４０，５０の上流にて回転運動に変換する。

本発明の第１実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。 本発明の第２実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。

符号の説明

ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１１…操舵ハンドル、１２，１３，１５，１６，２３，７１，７５，７６，８２，８３…ステアリングシャフト、１３，２４，７２，７４，７７，８１，８４…ピニオンギヤ、３１，３４，７３…ラックバー、３７，３８，４９，５９…電動モータ、４０，５０…差動機構、６６…電子制御ユニット

Claims (3)

1. 操舵ハンドルを左右一対の操舵輪に機械的に連結して操舵ハンドルの操舵操作に応じて左右一対の操舵輪を操舵する車両の操舵装置において、
   入力軸の回転角を増減して出力軸に出力することが可能な第１差動機構および第２差動機構をこの順に前記操舵ハンドルに直列に接続し、かつ
   前記第１差動機構および前記第２差動機構の各出力軸に前記左右一対の操舵輪をそれぞれ接続して、前記左右一対の操舵輪をそれぞれ独立して操舵可能にしたことを特徴とする車両の操舵装置。
2. 前記第１差動機構の出力軸の回転運動を第１運動変換機構により直線運動に変換して前記一方の操舵輪に出力し、かつ
   前記第２差動機構の出力軸の回転運動を第２運動変換機構により直線運動に変換して前記他方の操舵輪に出力するようにした請求項１に記載した車両の操舵装置。
3. 前記第１差動機構および前記第２差動機構は入力軸の回転角を増減して出力軸に出力するための電気アクチュエータをそれぞれ含み、さらに
   前記電気アクチュエータを駆動制御する制御手段を設けた請求項１または２に記載した車両の操舵装置。

Images