CN110015341A - 转向致动器和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转向致动器和车辆。转向致动器(30)具有：推压部(球74)，其以能够在蜗杆(70)的螺纹槽(72)之间移动的方式来设置；导向部(导向槽98)，其能够在沿蜗杆(70)的轴向(Y方向)的可移动范围(100)内对位于螺纹槽(72)之间的球(74)进行引导；和施力机构(76)，其克服球(74)的推压来对球(74)施力。施力机构(76)构成为，在可移动范围(100)中的、包括与前束角(θr(θl))的中立状态对应的中立位置(Pn)的部分范围(非接触范围104)内，不受到来自球(74)的推压。据此，能够一边具有使车轮的前束角接近中立状态的机械结构，一边抑制中立状态附近的响应性的下降。

Description

转向致动器和车辆

技术领域

本发明涉及一种用于调整车轮的前束角(toe angle)的转向致动器、和具有该转向致动器的车辆。

背景技术

现有技术中，已知有用于调整车辆所具有的车轮的前束角的转向致动器。例如，提出了各种用于在规定的时间使前束角顺利地返回中立状态的机械结构。

在日本发明专利公告公报特公平06-000505号(图1)中，提出了当操舵结束时，使用中立回归机构使施加操舵辅助力的齿条轴向中立位置施力的操舵装置。具体而言，有如下主旨的记载，即，该中立回归机构由两个压缩弹簧构成，其中所述压缩弹簧从能够与齿条轴一体移动的滚珠螺母的两侧来与之抵接。

发明内容

然而，在日本发明专利公告公报特公平06-000505号(第1图)所提出的操舵装置中，滚珠螺母与齿条轴的位置无关，始终受到来自至少一方的压缩弹簧的弹力。因此，当调整前束角时，必须始终克服压缩弹簧的弹力来移动滚珠螺母。其结果，例如在要求更高的响应性的高速行驶时，中立状态附近的转向的响应性下降。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够一边具有使车轮的前束角接近中立状态的机械结构，一边抑制中立状态附近的响应性的下降的转向致动器和车辆。

第1技术方案所涉及的转向致动器用于调整车辆所具有的车轮的前束角，具有：马达；蜗杆(worm)，其能够通过所述马达的动力来转动；推压部，其以能够在所述蜗杆的螺纹槽之间移动的方式来设置；导向部，其能够在沿所述蜗杆的轴向的可移动范围内对位于所述螺纹槽之间的所述推压部进行引导；和施力机构，其被固定于所述蜗杆的端侧，且克服所述推压部的推压而对所述推压部施力，所述施力机构构成为，在所述可移动范围中的、包括与所述前束角的中立状态对应的中立位置的部分范围内，不受到来自所述推压部的推压。

由于这样构成，因此，推压部在位于包括与前束角的中立状态对应的中立位置的部分范围内的情况下，不受到来自施力机构的弹力作用。即，当通过马达的动力使蜗杆转动时，不会发生由于该弹力而造成的响应性的下降。

另一方面，推压部在位于除了上述的部分范围以外的位置的情况下，通过推压施力机构而使推压部受到来自该施力机构的弹力作用。这样一来，即使在来自马达的动力停止的情况下，也能够施加使推压部接近中立位置的弹力，即、使蜗杆转动的力。

据此，能够一边具有使车轮的前束角接近中立状态的机械结构，一边抑制中立状态附近的响应性的下降。

另外，也可以为：所述施力机构具有：弹簧部件，其包围所述蜗杆而设置；和承接部，其被安装于所述弹簧部件，且沿所述轴向延伸，所述承接部被设置于在除了所述部分范围以外的所述可移动范围内能与所述推压部接触的位置。据此，一边实现被简化的装置结构，一边实现使前束角接近中立状态的功能。

另外，也可以为：所述施力机构由被固定于所述蜗杆的一端侧的第1施力部件和被固定于所述蜗杆的另一端侧的第2施力部件构成，所述第1施力部件和所述第2施力部件沿所述轴向分离配置。据此，能够一边实现被简化的装置结构，一边设置使前束角从前束/后束这两种状态返回中立状态，且施力机构不受到来自推压部的推压的部分范围。

第2技术方案所涉及的车辆具有上述任一技术方案的转向致动器。据此，能够一边具有使车轮的前束角接近中立状态的机械结构，一边抑制中立状态附近的响应性的下降。

另外，该车辆还可以具有能够沿车身的前后方向移动的车门，所述车门能够在与所述车轮的可动范围相干涉的范围内移动。通过使前束角接近中立状态，能够降低车门与车轮之间发生机械干涉的可能性，对乘员的乘降的影响减小。

根据本发明所涉及的转向致动器和车辆，能够一边具有使车轮的前束角接近中立状态的机械结构，一边抑制中立状态附近的响应性的下降。

根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的，特征和优点应易于被理解。

附图说明

图1是表示组装有本发明一实施方式中的转向致动器的车辆的主要部分的图。

图2是图1所示的转向致动器的放大剖视图。

图3是图2所示的减速机构的立体分解图。

图4A和图4B是示意性地表示被传递马达的动力的情况下的减速机构的动作的图。

图5A和图5B是示意性地表示马达的动力停止后的减速机构的动作的图。

图6是表示前束角与加载力的关系一例的图。

具体实施方式

下面，列举优选的实施方式且参照附图对本发明所涉及的转向致动器与车辆的关系进行说明。

[转向致动器30的结构]

＜车辆10的主要部分的说明＞

图1是表示组装有本发明一实施方式中的转向致动器30的车辆10的主要部分的图。车辆10是具有所谓的四轮转向(4WS；4Wheel Steering)机构的四轮汽车。在以下的说明中，在不区别左右的情况下有时省略标记“R”和“L”。

车辆10构成为包括：车身12，作为驱动轮的一对前轮14R、14L，作为从动轮的一对后轮16R、16L(车轮)，用于操舵前轮14R、14L的操舵机构18，将后轮16R、16L悬架于车身12的后悬架20R、20L，以及负责后轮16R、16L的转向控制的电子控制单元(以下，称为ECU22；Electronic Control Unit)。

右侧的后悬架20R具有：转向节24，其将后轮16R以可转动的方式进行支承；臂部26，其将转向节24连结于车身12；和前束角调整机构28，其与臂部26连接。前束角调整机构28由转向致动器30和前束角传感器32构成，其中，所述转向致动器30使臂部26沿车宽方向移动；所述前束角传感器32输出表示后轮16R的前束角(以下，还称为右前束角θr)的检测信号。在此，关于右前束角θr的定义，在以中立状态(前束为零)为基准的情况下，以前束侧为正方向，以后束侧为负方向。

左侧的后悬架20L与右侧同样，具有：转向节24，其将后轮16L以可转动的方式进行支承；臂部26，其将转向节24连结于车身12；和前束角调整机构28，其与臂部26连接。前束角调整机构28由转向致动器30和前束角传感器32构成，其中，所述转向致动器30使臂部26沿车宽方向移动；所述前束角传感器32输出表示后轮16L的前束角(以下，还称为左前束角θl)的检测信号。在此，关于左前束角θl的定义，在以中立状态(前束为零)为基准的情况下，以前束侧为正方向，以后束侧为负方向。

在车身12的右侧部设置有滑动式的车门34R，该车门34R能够通过沿实线箭头所示的轨迹36R沿前后方向移动来开闭。在此，设车门34R能够在与后轮16R的可动范围相干涉的范围内移动。在该情况下，假想当在后轮16R进行大的转向的状态下开始车门34R的打开动作时，正在移动的车门34R与后轮16R碰撞，由此车门34R不能完全打开。

在车身12的左侧部设置有滑动式的车门34L，该车门34L能够通过沿实线箭头所示的轨迹36L沿前后方向移动来开闭。在此，设车门34L能够在与后轮16L的可动范围相干涉的范围内移动。在该情况下，假想当在后轮16L进行大的转向的状态下开始车门34L的打开动作时，正在移动的车门34L与后轮16L碰撞，由此车门34L不能完全打开。

＜具体结构＞

图2是图1所示的转向致动器30的放大剖视图。转向致动器30具有纵向长的形状的外壳主体40、被收装于外壳主体40的进给螺杆机构(feed screw mechanism)42及减速机构44、和被安装于外壳主体40的外侧的马达46。

下面，关于图2～图5B，分别由箭头X来表示外壳主体40的长度方向(转向致动器30的位移方向)，由箭头Y来表示外壳主体40的宽度方向(减速机构44的轴向)。另外，将转向致动器30伸张的一侧称为箭头X1侧，将转向致动器30收缩的一侧称为箭头X2侧。

外壳主体40的箭头X2侧通过金属制的球形接头48而连接于未图示的横梁。在外壳主体40的外侧(进给螺杆机构42的位置)安装有前束角传感器32。前束角传感器32例如是输出与转向致动器30的位移量(行程量)对应的信号的行程传感器。

进给螺杆机构42具有：杆部50，其沿外壳主体40的长度方向延伸而形成为圆筒形；滚珠螺杆部52，其被设置在杆部50内；和螺母部54，其与滚珠螺杆部52啮合。

杆部50以其顶端从外壳主体40突出的状态被收装于外壳主体40。杆部50的箭头X1侧通过金属制的球形接头56与臂部26(图1)连接。

减速机构44(后述的罩部件78)被固定于外壳主体40的内壁58。另外，减速机构44(后述的蜗杆(worm)70)以与马达46的轴(以下，称为马达轴60)连接且与进给螺杆机构42的滚珠螺杆部52啮合的方式来设置。

图3是图2所示的减速机构44的立体分解图。减速机构44具有：大致圆柱形的蜗杆70；球74(推压部)，其被设置于蜗杆70的螺纹槽72之间；施力机构76，其对球74施力；和罩部件78，其覆盖蜗杆70整体。

蜗杆70以能够通过连结部80与马达轴60(图2)连结的方式来构成。球74具有比螺纹槽72的间距小的直径，是能在螺纹槽72之间移动的转动体。

施力机构76由被固定于蜗杆70的一端部82a的施力单元84a(第1施力部件)和被固定于蜗杆70的另一端部82b的施力单元84b(第2施力部件)构成。施力单元84a、84b沿轴向Y分离配置。

施力单元84a具有：环形的基座部86；扭力弹簧88a(弹簧常数k1[N·mm/deg])，其直径比基座部86略小；和承接部90，其被安装在扭力弹簧88a的顶端侧。施力单元84a通过使基座部86卡合于一端部82a来局部地固定于蜗杆70。

施力单元84b具有：环形的基座部86；扭力弹簧88b(弹簧常数k2[N·mm/deg])，其直径比基座部86略小；和承接部90，其被安装在扭力弹簧88b的顶端侧。施力单元84b通过使基座部86卡合于另一端部82b来局部地固定于蜗杆70。

在施力单元84a(84b)被固定于蜗杆70的状态下，扭力弹簧88a(88b)包围蜗杆70而设置，且围绕轴向Y而受到扭矩。另外，两个承接部90、90以沿轴向Y延伸的方式被配置在一直线上。

罩部件78是无底的圆筒形，具有中空的主体部92。为了在收容有蜗杆70的状态下使螺纹槽72向外部露出，在主体部92上形成有从外周侧俯视观察时呈矩形开口的开口部94。另外，在主体部92的内周面96，沿主体部92的中心轴(即，轴向Y)形成有大致半圆柱形的导向槽98(导向部)。该导向槽98设置于与开口部94相向的位置。

[转向致动器30的动作]

该实施方式中的转向致动器30如以上那样构成。接着，一边参照图1～图6一边对转向致动器30的动作进行说明。

＜基本动作＞

如图2所示，当马达46向正方向转动时，马达46的动力通过与马达轴60连接的减速机构44进行放大。该动力被传递给滚珠螺杆部52，据此滚珠螺杆部52进行转动。然后，伴随着滚珠螺杆部52的转动，与滚珠螺杆部52啮合的螺母部54与杆部50一体地向箭头X1侧移动。

如图1所示，后轮16R(16L)通过球形接头56(图2)、臂部26和转向节24连接于杆部50。即，后轮16R(16L)与杆部50联动，被向箭头X1侧(车宽方向外侧)推压。据此，右前束角θr(左前束角θl)向正方向、即前束侧转向所期望的角度。

另一方面，当马达46向负方向转动时，马达46的动力被与马达轴60连接的减速机构44放大。该动力被传递给滚珠螺杆部52，据此滚珠螺杆部52进行转动。然后，伴随着滚珠螺杆部52的转动，与滚珠螺杆部52啮合的螺母部54与杆部50一体地向箭头X2侧移动。这样一来，后轮16R(16L)与杆部50联动，被向箭头X2侧(车宽方向内侧)拉回。据此，右前束角θr(左前束角θl)向负方向、即后束侧转向所期望的角度。

＜减速机构44的动作＞

图4A和图4B是示意性地表示被传递马达46的动力的情况下的减速机构44的动作的图。实际上，以导向槽98包围球74的上半侧的方式配置有罩部件78，但为了便于图示，省略了罩部件78的标记。

球74伴随着蜗杆70的转动，一边在螺纹槽72之间移动(转动)一边沿导向槽98(图3)的延伸方向、即轴向Y移动。下面，将与前束角的中立状态对应的位置(y＝0)定义为中立位置Pn。另外，将对蜗杆70施加旋转扭矩T的情况下，球74移动的方向作为正方向。

在此，球74能够在-Ym≦y≦Ym的范围内移动。在施力单元84a为稳定状态的情况下，承接部90所存在的位置范围为Yf≦y≦Ym。在施力单元84b为稳定状态的情况下，承接部90所存在的位置范围为-Ym≦y≦-Yf。

下面，将-Ym≦y≦Ym的整体范围称为“可移动范围100”，将Yf≦y≦Ym的部分范围称为“接触范围102a”，将-Yf≦y≦-Ym的部分范围称为“接触范围102b”。另一方面，将可移动范围100中的、不符合接触范围102a、102b的其余的部分范围(-Yf≦y≦Yf)称为“非接触范围104”。

如图4A所示，球74在位于非接触范围104内(在此为中立位置Pn)的情况下与两个承接部90均不接触，因此，不会受到来自施力机构76的弹力作用。在持续对蜗杆70施加旋转扭矩T的情况下，球74在到达y＝Yf的位置为止的期间、即只要位于非接触范围104内，就不与承接部90接触而向正方向移动。

如图4B所示，球74在位于接触范围102a内(在此为位置P1)的情况下与施力单元84a的承接部90接触，因此，克服承接部90的推压而受到来自施力单元84a的扭力弹簧88a的弹力作用。在此，能够以通过施加预先考虑了弹力的产生的旋转扭矩T来成为所期望的前束角的方式来控制马达46。

下面，假想在图4B所示的动作状态下，由于故障等原因而马达46的动力(即，旋转扭矩T的施加)停止的情况。

图5A和图5B是示意性地表示马达46的动力停止后的减速机构44的动作的图。与图4A和图4B同样，为了便于图示，省略了罩部件78的标记。

如图5A所示，球74通过施力单元84a的施力(扭力弹簧88a的复原力)，一边与施力单元84a的承接部90接触一边向负方向移动。这样一来，将球74的运动量分配给蜗杆70，据此蜗杆70向反方向转动。在此之后，球74在位置P2附近与承接部90不接触之后，球74一边减速一边继续向负方向移动。

如图5B所示，球74停止在非接触范围104内的位置P3。如通过与图4B的对比而理解的那样，球74被返回到比刚刚使马达46的动力停止之前(位置P1)靠近中立位置Pn的位置。即，通过使用该减速机构44，能够使后轮16R(16L)的前束角接近中立状态。

图6是表示前束角θ与加载力F的关系一例的图。曲线图的横轴表示前束角θ(单位：度)，并且曲线图的纵轴表示加载力F(单位：N)。在此，将与球74的位置y＝Yf对应的前束角记作“θf”，将与位置y＝Ym对应的前束角记作“θm”。

如由本图理解的那样，在-θf≦θ≦θf的范围内，始终满足F＝0。在θf＜θ≦θm的范围内满足F＝k1(θ-θf)。在-θm＜θ≦-θf的范围内满足F＝k2(θ+θf)。在此，弹簧常数k1可以是与弹簧常数k2相同的值，也可以是与其不同的值。例如，也可以以在马达46故障时在易于前束的情况下满足k1＞k2的大小关系、在易于后束的情况下满足k1＜k2的大小关系的方式进行设定。

下面，将与车门34R(34L)的可动范围相干涉的范围定义为“干涉范围”，将不与车门34R(34L)的可动范围相干涉的范围定义为“非干涉范围”。在该情况下，通过以非接触范围104成为非干涉范围的部分集合的方式来设计减速机构44，能够降低在车门34R(34L)与后轮16R(16L)之间发生机械干涉的可能性。

[转向致动器30的作用效果]

如上所述，转向致动器30是用于调整车辆10所具有的后轮16R(16L)的前束角的致动器，具有：[1]马达46；[2]蜗杆70，其能够通过马达46的动力来转动；[3]球74(推压部)，其以能够在蜗杆70的螺纹槽72之间移动的方式来设置；[4]导向槽98(导向部)，其能够在沿蜗杆70的轴向Y的可移动范围100内对球74进行引导；和[5]施力机构76，其被固定于蜗杆70的端侧，且克服球74的推压而对球74施力，[6]施力机构76构成为，在可移动范围100中的、包括与前束角的中立状态(θr＝0，θl＝0)对应的中立位置Pn的非接触范围104(部分范围)内，不受到来自球74的推压。

由于这样构成，球74在位于包括与前束角的中立状态对应的中立位置Pn的非接触范围104的情况下，不从施力机构76受到弹力。即，当通过马达46的动力使蜗杆70转动时，不会发生由于该弹力造成的响应性的下降。

另一方面，球74在位于除了非接触范围104以外的位置P1的情况下，通过推压施力机构76而使球74受到来自该施力机构76的弹力作用。这样一来，即使在来自马达46的动力停止的情况下，也能够施加使球74向中立位置Pn返回的弹力，即能够施加使蜗杆70转动的力。

据此，能够一边具有使后轮16R(16L)的前束角接近中立状态的机械结构，一边抑制中立状态附近的响应性的下降。

另外，也可以为：施力机构76具有：扭力弹簧88a、88b(弹簧部件)，其包围蜗杆70而设置；和承接部90，其被安装于扭力弹簧88a、88b，且沿轴向Y延伸，承接部90被设置于在除了非接触范围104以外的可移动范围100(即，接触范围102a、102b)内能够与球74接触的位置。据此，一边实现被简化的装置结构，一边实现使前束角接近中立状态的功能。

另外，也可以为：施力机构76由被固定于蜗杆70的一端侧(一端部82a)的施力单元84a(第1施力部件)和被固定于蜗杆70的另一端侧(另一端部82b)的施力单元84b(第2施力部件)构成，施力单元84a、84b沿轴向Y分离配置。据此，能够一边实现被简化的装置结构，一边设置使前束角从前束/后束这两种状态返回中立状态，且施力机构76不受到来自球74的推压的部分范围。

另外，车辆10还具有能够沿车身12的前后方向移动的车门34R(34L)，车门34R(34L)可以为能够在与后轮16R(16L)的可动范围相干涉的范围内移动。通过使前束角接近中立状态，能够降低车门34R(34L)与后轮16R(16L)之间发生机械干涉的可能性，对乘员的乘降的影响减小。

[补充]

另外，本发明并不限定于上述的实施方式，当然能够在没有脱离本发明的主旨的范围内自由地变更。或者也可以在技术上不会产生矛盾的范围内将各个结构任意地组合。

在上述实施方式中，在螺纹槽72之间设置有球74，但推压部的结构并不限定于此。例如，推压部也可以是一边保持与螺纹槽72局部卡合的状态一边移动的块状的部件。

在上述实施方式中，设置有包括扭力弹簧88a(88b)的施力单元84a(84b)，但施力机构的结构并不限定于此。例如，施力机构也可以只由施力单元84a、84b中的任一方构成。另外，构成施力机构的一部分或者全部的弹簧部件例如也可以是平面涡卷弹簧或者伸缩弹簧。

Claims (6)

1.一种转向致动器，其用于调整车辆所具有的车轮的前束角，其特征在于，具有：

马达；

蜗杆，其能够通过所述马达的动力来转动；

推压部，其以能够在所述蜗杆的螺纹槽之间移动的方式来设置；

导向部，其在沿所述蜗杆的轴向的可移动范围内对位于所述螺纹槽之间的所述推压部进行引导；和

施力机构，其被固定于所述蜗杆的端侧，且克服所述推压部的推压而对所述推压部施力，

所述施力机构构成为，在所述可移动范围中的、包括与所述前束角的中立状态对应的中立位置的部分范围内，不受到来自所述推压部的推压。

2.根据权利要求1所述的转向致动器，其特征在于，

所述施力机构具有：

弹簧部件，其包围所述蜗杆而设置；和

承接部，其被安装于所述弹簧部件，且沿所述轴向延伸，

所述承接部被设置于在除了所述部分范围以外的所述可移动范围内能与所述推压部接触的位置。

3.根据权利要求1或2所述的转向致动器，其特征在于，

所述施力机构由被固定于所述蜗杆的一端侧的第1施力部件和被固定于所述蜗杆的另一端侧的第2施力部件构成，

所述第1施力部件和所述第2施力部件沿所述轴向分离配置。

4.一种车辆，其特征在于，

具有权利要求1或2所述的转向致动器。

5.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于，

还具有能够沿车身的前后方向移动的车门，

所述车门能够在与所述车轮的可动范围相干涉的范围内移动。

6.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于，

所述转向致动器调整后轮的前束角。