JP2014231277A - Rear wheel steering device of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の後輪を支持するサスペンション機構に介装し当該後輪を操舵する車両の後輪操舵装置に関する。 The present invention relates to a vehicle rear wheel steering apparatus that is interposed in a suspension mechanism that supports a rear wheel of a vehicle and steers the rear wheel.
近時、車両の四輪操舵システム(4WS)の一部を構成する後輪操舵装置として、種々の態様の装置が知られているが、基本的な構成は、下記の特許文献1に記載のような「車両の後輪に連結されるロッドと、ロッドを支持するとともに車両のシャシーに固定されるハウジングと、ハウジングに収容されるとともに前記後輪を操舵すべく前記ロッドを駆動するモータ」から成る。この装置には、モータの回転運動をロッドの直線運動に変換して伝達する減速機構が設けられており、その実施例として遊星歯車機構が開示されている。また、下記の特許文献2に記載の後輪舵角制御装置にも、遊星歯車機構が用いられており、これを構成するサンギヤ等が樹脂材料で形成されている。
Recently, various types of devices have been known as rear wheel steering devices constituting a part of a four-wheel steering system (4WS) of a vehicle. The basic configuration is described in Patent Document 1 below. From a "rod connected to the rear wheel of the vehicle, a housing supporting the rod and fixed to the chassis of the vehicle, and a motor housed in the housing and driving the rod to steer the rear wheel" Become. This apparatus is provided with a speed reduction mechanism that converts the rotational motion of the motor into the linear motion of the rod and transmits it, and a planetary gear mechanism is disclosed as an example. A planetary gear mechanism is also used in a rear wheel steering angle control device described in
更に、下記の特許文献3には、電気モータの回転運動をプッシュロッドの並進運動に変換するためのトランスミッションに遊星歯車装置が用いられ、そのリングギヤはボールねじのスラスト軸受の外側リングに圧入され、サンギヤは電気モータの構成部材である旨記載されている。また、モータからプッシュロッドへの駆動力の伝達を断続するブロッキング装置も具備しており、電気モータ及びトランスミッションと共にモジュールハウジングに支持されている。
Further, in
上記特許文献1及び3に開示された装置においては、筒状のモータ出力軸が遊星歯車機構のサンギヤに連結されるが、通常の連結手段としてスプライン結合が採用される。このため、出力軸(中空回転軸)の外周面とサンギヤの内周面にスプライン加工を行う必要があり、また保持用のスナップリングが必要とされるので、これらの加工費及び部品費がコストアップ要因となる。上記特許文献2に記載のようにサンギヤを樹脂材料で形成すれば安価になるが、鉄製の中空回転軸との接合が容易ではない。尚、特許文献2では各ギヤの樹脂材料を異なるものとすることを特徴としており、中空回転軸との接合については明示されていない。
In the devices disclosed in
また、特許文献1及び2の何れにおいても、ロッドを支持する構造は言わば両端支持であるため複雑であり、片持支持の構造に転用すれば他の部品の組み付け工程に無駄が生ずる。これに対し、特許文献3に記載の装置は、片持支持構造に分類され得るが、電気モータ、トランスミッション及びブロッキング装置がモジュールハウジングに支持される構成であるので、高強度が要求され、ハウジングが大型となる。
In either of
そこで、本発明は、車両の後輪を支持するサスペンション機構に介装し当該後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、金属製の中空回転軸と合成樹脂製のサンギヤとの接合を容易に行うと共に確実にトルクを伝達し得る構造とし、組付が容易で、低コスト化及び軽量化を可能とする後輪操舵装置を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention facilitates the joining of a metal hollow rotating shaft and a synthetic resin sun gear in a vehicle rear wheel steering device that is interposed in a suspension mechanism that supports the rear wheel of the vehicle and steers the rear wheel. It is an object of the present invention to provide a rear wheel steering device that is capable of reliably transmitting torque and that is easy to assemble and that can be reduced in cost and weight.
上記の課題を達成するため、本発明は、車両の後輪を支持するサスペンション機構に介装し当該後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、前記サスペンション機構に第1の連結部材及び第2の連結部材を介して連結するハウジングと、該ハウジング内に収容する電動モータと、当該ハウジング内に収容し前記電動モータの出力を減速する減速機構と、該減速機構に連結して回転するナット部材及び該ナット部材に螺合すると共に前記第2の連結部材に連結するロッドを有し、前記ナット部材の回転運動を前記ロッドの直線運動に変換する直動機構とを備え、前記ハウジングが、前記電動モータ及び前記減速機構を直列に配置して収容する筒体と、前記第1の連結部材を有し前記筒体の前記減速機構側の開口を閉塞する連結カバーとを具備し、前記ハウジングに対し回動可能に支持すると共に前記ロッドを挿通し、前記電動モータの出力軸を構成する金属製の中空回転軸とを備え、該中空回転軸の外周面に環状溝を形成すると共に、該環状溝に平行に外歯を並設し、該外歯及び前記環状溝を含むように合成樹脂の一体成形によって、前記減速機構を構成する歯車を前記中空回転軸と一体的に形成するように構成したものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a rear wheel steering device for a vehicle that is interposed in a suspension mechanism that supports a rear wheel of a vehicle and steers the rear wheel. A housing connected through two connecting members, an electric motor housed in the housing, a speed reducing mechanism housed in the housing and decelerating the output of the electric motor, and a nut rotating in conjunction with the speed reducing mechanism A linear motion mechanism that includes a member and a rod that is screwed to the nut member and coupled to the second coupling member, and that converts the rotational motion of the nut member into linear motion of the rod; A cylinder that houses the electric motor and the speed reduction mechanism in series, and a connection cover that has the first connection member and closes the opening of the cylinder on the speed reduction mechanism side. And a hollow hollow shaft made of metal that constitutes an output shaft of the electric motor while supporting the housing rotatably and inserting the rod, and forming an annular groove on an outer peripheral surface of the hollow rotational shaft In addition, external gears are arranged in parallel to the annular groove, and a gear constituting the reduction mechanism is formed integrally with the hollow rotary shaft by integral molding of synthetic resin so as to include the external teeth and the annular groove. It is comprised so that it may do.
上記の後輪操舵装置において、前記減速機構が、遊星歯車機構であって、該遊星歯車機構を構成するサンギヤを、前記外歯及び前記環状溝を含むように樹脂の一体成形によって、前記中空回転軸と一体的に形成する構成とするとよい。また、前記環状溝に隣接して前記外歯を前記中空回転軸に並設する構成とするとよい。 In the above rear wheel steering device, the speed reduction mechanism is a planetary gear mechanism, and the sun gear constituting the planetary gear mechanism is integrally molded with resin so as to include the outer teeth and the annular groove, so that the hollow rotation is performed. It is good to set it as the structure formed integrally with a axis | shaft. Moreover, it is good to set it as the structure which arranges the said external tooth along with the said hollow rotating shaft adjacent to the said annular groove.
更に、前記中空回転軸は、前記環状溝に隣接する部分から前記電動モータ側の開口に至るまで、外径が順次小さくなる複数の段部を有する構成とするとよい。 Furthermore, it is preferable that the hollow rotary shaft has a plurality of step portions whose outer diameters are gradually reduced from a portion adjacent to the annular groove to an opening on the electric motor side.
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明の後輪操舵装置においては、中空回転軸の外周面に環状溝を形成すると共に、環状溝に平行に外歯を並設し、外歯及び環状溝を含むように合成樹脂の一体成形によって、減速機構を構成する歯車を中空回転軸と一体的に形成するように構成されているので、減速機構(例えば遊星歯車機構)を構成する歯車(例えばサンギヤ)を中空回転軸の軸方向にも回転方向にも強固に接合することができ、組付が容易で、低コスト化及び軽量化が可能となる。 Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects. That is, in the rear wheel steering device of the present invention, an annular groove is formed on the outer peripheral surface of the hollow rotary shaft, and external teeth are arranged in parallel to the annular groove, and the synthetic resin is formed so as to include the external teeth and the annular groove. Since the gear constituting the speed reduction mechanism is formed integrally with the hollow rotary shaft by integral molding, the gear (eg sun gear) constituting the speed reduction mechanism (eg planetary gear mechanism) is the shaft of the hollow rotary shaft. It can be firmly joined in both the direction of rotation and the direction of rotation, easy to assemble, and can be reduced in cost and weight.
特に、環状溝に隣接して外歯を中空回転軸に並設する構成とすれば、中空回転軸を形成するときの切削加工を連続して容易に行うことができる。 In particular, if the external teeth are arranged in parallel with the hollow rotary shaft adjacent to the annular groove, cutting when forming the hollow rotary shaft can be easily performed continuously.
中空回転軸は、環状溝に隣接する部分から電動モータ側の開口に至るまで、外径が順次小さくなる複数の段部を有する構成とすれば、中空回転軸と一体的に形成された歯車(例えばサンギヤ)以外の減速機構(例えば遊星歯車機構)の構成部品をロッドに組み付けてサブアセンブリとし、これを減速機構側の開口から筒体内に収容すると共に、中空回転軸の各段部に電動モータの構成部品を組み付けた状態で電動モータ側の開口から筒体内に収容して、ロッドを中空回転軸の中空部に挿通すると共に、中空回転軸と一体的に形成された歯車を減速機構に噛合させることにより、容易に組み付けることができ、低コスト化が可能となる。 If the hollow rotary shaft has a plurality of step portions whose outer diameters gradually decrease from the portion adjacent to the annular groove to the opening on the electric motor side, a gear (integrally formed with the hollow rotary shaft ( For example, components of a speed reduction mechanism (for example, a planetary gear mechanism) other than a sun gear are assembled to a rod to form a subassembly, which is accommodated in a cylindrical body from an opening on the speed reduction mechanism side, and an electric motor is mounted on each step portion of the hollow rotating shaft. In the state where the above components are assembled, the rod is inserted into the hollow portion of the hollow rotary shaft from the opening on the electric motor side, and the gear formed integrally with the hollow rotary shaft is engaged with the speed reduction mechanism. By doing so, it can be assembled easily and the cost can be reduced.
以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る後輪操舵装置の全体構成を図1に示す。本実施形態の後輪操舵装置は四輪操舵システム(4WS)の一部を構成するものであるが、前輪操舵装置は従前と同様であるので省略している。また、車両の後輪を支持するサスペンション機構には種々の態様があるが、本実施形態では、図1に二点鎖線で示すように構成されており、車両の後輪RL、RRを支持するリヤアクスルRAへの支持部RSと、リヤアクスルRAに軸支され揺動中心Cを中心に揺動するリンクLSとの間に、本実施形態の後輪操舵装置を構成するアクチュエータユニットAUが介装され、これによって支持部RSとリンクLSとの間が伸縮駆動され、リンクLSの揺動に応じてタイロッドTR、TRを介して後輪RL、RRが操舵される。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overall configuration of a rear wheel steering apparatus according to an embodiment of the present invention. The rear wheel steering device of this embodiment constitutes a part of the four-wheel steering system (4WS), but the front wheel steering device is omitted because it is the same as before. There are various modes of suspension mechanisms for supporting the rear wheels of the vehicle. In this embodiment, the suspension mechanism is configured as shown by a two-dot chain line in FIG. 1, and supports the rear wheels RL and RR of the vehicle. An actuator unit AU constituting the rear wheel steering device of this embodiment is interposed between a support portion RS for the rear axle RA and a link LS that is pivotally supported by the rear axle RA and swings about the swing center C. As a result, the support portion RS and the link LS are telescopically driven, and the rear wheels RL and RR are steered via the tie rods TR and TR according to the swing of the link LS.
アクチュエータユニットAUは、ハウジング1にロッド2が軸方向移動(直線運動)可能に支持され、その一端部がボールジョイントJLを介してリンクLSに連結され、ハウジング1がボールジョイントJAを介して支持部RSに連結されており、アクチュエータ3によってロッド2が駆動され、リヤアクスルRAの支持部RSとリンクLSとの間が伸縮駆動されるように構成されている。具体的には、アクチュエータ3を構成する電動モータ3aはコントローラ4によって制御され、電動モータ3aの回転出力が減速機構3bによって減速された後、直動機構3cを介してロッド2の直線運動に変換されるように構成されている。尚、本実施形態では電動モータ3aはブラシレスモータで構成されている。
The actuator unit AU is supported by the housing 1 so that the
本実施形態においては、ハウジング1は主としてアクチュエータ3の構成部品(電動モータ3a等)を内蔵するハウジング1aと、主としてコントローラ4の構成部品(電子回路基板40等)を内蔵するハウジング1bに大別され、ハウジング1aを構成する筒体10に連結カバー11が接合されると共に、ハウジング1bを構成し上下及び軸方向に開口部を有する筐体12が接合され、この筐体12の上下の開口部に蓋体15及び16が接合されるように構成されている。本実施形態のハウジング1は金属製で、連結カバー11及び筐体12はアルミニウム製で、筒体10並びに蓋体15及び16は鉄製である。
In the present embodiment, the housing 1 is roughly divided into a
アクチュエータ3は、図2に拡大して示すように構成され、ステータ24にコイル23が巻装された状態で、筒体10内に圧入固定されている。電動モータ3aの出力軸は中空回転軸20で構成され、この中空回転軸20は、筒体10内に挿入される環状のモータカバー25の内径部25aと、筐体12に形成される環状溝12aに対し、夫々軸受25b及び12bを介して回転可能に支持されている。中空回転軸20の軸方向中間部には、電動モータ3aのロータを構成するコア21が圧入固定され、このコア21の円周方向に均等に永久磁石22が配設されている。
The
更に、中空回転軸20内には、ロッド2が同軸に配置され、ハウジング1に対し軸方向移動(直線運動)可能に支持されると共に、ハウジング1に対し回転不能に支持されるが、この支持構造については後述する。尚、ロッド2と筐体12の支持部との間にはブッシュ2a及び2bが介装されているが、これらはロッド2の軸方向移動を円滑に行うために摺動抵抗を低減するものである。即ち、本実施形態は言わば片持支持の伸縮機構であるので、ブッシュ2a及び2bには両端支持の軸方向移動機構における軸受としての機能は要求されない。
Further, the
本実施形態の減速機構3bは遊星歯車機構30で構成され、外歯歯車のサンギヤ31が中空回転軸20と一体的に結合され、中空回転軸20と共に回転可能に支持されている。また、内歯歯車のリングギヤ33が筒状保持部材のホルダ34に固定されており、外歯歯車のプラネタリギヤ32がサンギヤ31及びリングギヤ33に噛合しサンギヤ31回りを回転するように配設されている。そして、このプラネタリギヤ32を、ピン35を介して回転可能に支持するキャリアとして、ナット部材36がホルダ34に対し軸受37を介して回転可能に支持されている。軸受37はボールベアリングで、その内輪37aがナット部材36に嵌合されると共に、その外輪37bがホルダ34に嵌合され、C字状のスペーサ37cによってナット部材36に保持されている。
The
本実施形態においては、ホルダ34及びピン35は金属製(例えば鉄製)であるが、サンギヤ31、プラネタリギヤ32及びリングギヤ33が合成樹脂製であり、サンギヤ31は金属製の中空回転軸20に一体成形されている。即ち、本実施形態の中空回転軸20は、図5及び図6に実線で示すように、その外周面に環状溝20hが形成されると共に、この環状溝20hに隣接して平行に外歯20iが並設されている。そして、環状溝20h及び外歯20iを含むように合成樹脂の一体成形によって、サンギヤ31が中空回転軸20と一体的に形成されている。この結果、サンギヤ31は中空回転軸20の軸方向にも回転方向にも強固に接合される。
In the present embodiment, the
中空回転軸20には大径と小径の二つの内径の中空部が形成されているが、外側は20a乃至20gの段部に形成されている。即ち、段部20aの外径を最大とし、その両側から両開口端方向に至る段部の外径が順次小さくなるように設定され、段部20dの外径は漸減するように設定されている。そして、中空回転軸20の各段部に、図5に二点鎖線で示すように、電動モータ3aを構成する各部品が組み付けられる。
The
リングギヤ33はホルダ34に対し回転不能に支持され、ホルダ34は筒体10に対して回転不能に支持されている。即ち、図2に示すように、筒体10内に形成された環状溝10aにスナップリング14が保持され、このスナップリング14の環状側面と連結カバー11の環状開口端面との間に、軸受37の外輪37b及びホルダ34が挟持された状態で、筒体10の減速機構3b側(図2の左側)の開口端に形成された螺子部に環状のロックナット13が螺合され、筒体10と連結カバー11が締結される。而して、ロックナット13の螺合に伴って生ずる軸方向の押圧力によって、軸受37の外輪37b及びホルダ34はスナップリング14と連結カバー11との間に強固に挟持され、この結果、ホルダ34は筒体10に対して回転不能に保持される。
The
そして、ロッド2の一端部の外周面に所定の軸方向長さに亘って台形螺子が形成された雄螺子部2cとナット部材36の内周面に形成された雌螺子部36cが螺合するように配置されており、これらナット部材36とロッド2によって直動機構3cが構成されている。尚、ロッド2の脱落防止用に、雄螺子部2cの先端にはナット2dが螺着されている。ロッド2は、前述のように支持されているので、ロッド2に付与され得る軸方向の荷重は、ナット部材36、軸受37、ホルダ34及びスナップリング14を介して、筒体10及び連結カバー11で吸収される。
Then, a
一方、図3に示すように、コントローラ4として、電子制御装置(図示せず)を構成する電子回路基板40及び変位検知装置5を構成する磁石ブロック50がハウジング1b内に収容されている。変位検知装置5は、例えば磁気ベクトルセンサで構成される変位センサ5aと例えばネオジウム磁石で構成される永久磁石5bを備え、変位センサ5aは電子回路基板40に支持され、永久磁石5bは磁石ブロック50内に保持されている。この磁石ブロック50は、ロッド2の直線運動時の軸方向変位を検出する機能を有する共に、前述のロッド2の回転を阻止する機能を有している。
On the other hand, as shown in FIG. 3, as the
図3及び図4に示すように、ロッド2の両側面には、軸方向に長尺となる長溝(略矩形の凹部)2r、2sが形成されており、一方の長溝2rに磁石ブロック50が配置され、反対側の長溝2sからボルト51が挿通され、ロッド2に固定されている。磁石ブロック50は合成樹脂で形成され、図3に示すように、永久磁石5bを収容する保持部52と、その両端に一対の脚部53、53が延出形成されると共に、両脚部53、53間に金属製のナット54がインサート成形されている。一方、図4に示すように、筐体12の内部には支持部12sが形成されており、ロッド2の軸に平行に一対の立壁部12w、12wが形成されている。そして、保持部52が一対の立壁部12w、12w間に保持されるように組付けられ、ロッド2の貫通孔2hにボルト51が挿通されナット54に螺合される。この結果、磁石ブロック50によって、ロッド2が筐体12の立壁部12w、12wひいてはハウジング1に対し回転不能に支持される。
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, long grooves (substantially rectangular recesses) 2 r and 2 s that are elongated in the axial direction are formed on both side surfaces of the
而して、本実施形態のアクチュエータ3においては、電動モータ3aによって中空回転軸20が回転駆動されると、その回転出力が遊星歯車機構30の減速機構3bによって減速されてナット部材36が回転駆動され、更に、直動機構3cによって、ナット部材36の回転運動がロッド2の直線運動に変換される。これにより、前述のようにリヤアクスルRAの支持部RSとリンクLSとの間が伸縮駆動されて、後輪の舵角が調整される。
Thus, in the
上記の構成になるアクチュエータユニットAUの製造方法を説明すると、先ず、コイル23が巻装されたステータ24が、圧入装置(図示せず)によって筒体10内に圧入され、図2に示す所定の位置で固定される。また、モータカバー25が筒体10内に挿入され、スナップリング14が筒体10内の環状溝10aに固定される。これとは別に、サンギヤ31が一体成形された中空回転軸20に、軸受25bが圧入された後、永久磁石22を保持するための樹脂製の押え部材22aが圧入されると共に、コア21が圧入固定される。そして、コア21内に永久磁石22が収容され、更に押え部材22bが圧入されたサブアセンブリの状態で、永久磁石22が着磁される。
The manufacturing method of the actuator unit AU having the above configuration will be described. First, the
次に、上記の中空回転軸20がステータ24の中空部内に挿入され、軸受25bがモータカバー25の中空部に嵌合した状態で保持される。更に、磁極センサ6用のプラスチックマグネット6bが固着された支持部材26が中空回転軸20の端部に圧入され、プラスチックマグネット6bが着磁された後、筐体12が筒体10の電動モータ3a側(図2の右側)の開口に接合され、ボルト結合される。尚、筐体12の環状溝12aには軸受12bの外輪が圧入されており、筒体10に筐体12を接合すると軸受12bの内輪が中空回転軸20に嵌合する。
Next, the
一方、軸受37の内輪37aがナット部材36に嵌合され、スペーサ37cによって保持され、軸受37の外輪37bがホルダ34に嵌合される。次に、リングギヤ33がホルダ34に装着され、ピン35によってプラネタリギヤ32がナット部材36に支持されると、図7示す状態となり、ピン35に係止部材38が係止される。そして、ナット部材36の雌螺子部36cにロッド2の雄螺子部2cが螺合され、雄螺子部2cの先端にナット2dが螺着されて、図7に示すサブアセンブリSAが構成される。
On the other hand, the
これにより、サンギヤ31以外の遊星歯車機構30の構成部品をロッド2に組み付けたサブアセンブリSAを遊星歯車機構30側(図1の左側)の開口から筒体10内に収容すると共に、サンギヤ31が一体的に形成された中空回転軸20の各段部に電動モータ3aの構成部品を組み付けた状態で電動モータ3a側(図1の右側)の開口から筒体10内に収容して、ロッド2を中空回転軸20の中空部に挿通すると共に、サンギヤ31をリングギヤ33に噛合させることにより、容易に組み付けることができる。
As a result, the subassembly SA in which the components of the
而して、上記のサブアセンブリSAのロッド2が図1乃至図3に示す中空回転軸20内に挿通され、サンギヤ31がプラネタリギヤ32及びリングギヤ33に噛合するように組み付けられ、ホルダ34の軸方向端面がスナップリング14の側端面に当接するまで押し込まれる。続いて、連結カバー11が装着され、筒体10にロックナット13が螺合される。これにより、軸受37の外輪37b及びホルダ34がスナップリング14と連結カバー11との間に強固に挟持される。このとき、サブアセンブリSAのロッド2は、筐体12に配設されたブッシュ2a及び2b内を挿通し、筐体12の外部まで延出している。
Thus, the
そして、筐体12内で、ロッド2の長溝2rに磁石ブロック50が配置され、その保持部52が立壁部12w、12w間に保持されるように組付けられる。而して、ロッド2の貫通孔2hにボルト51が挿通されナット54に螺合されると、ロッド2はハウジング1に対し回転不能に支持される。
And in the housing | casing 12, the
更に、変位センサ5aが装着された電子回路基板40が、筐体12内に収容され、変位センサ5aが永久磁石5bと対向する位置で固定される。そして、ワイヤハーネス(図示せず)が接続された後、蓋体15及び16がシール部材のOリングORを介して筐体12にボルト結合されると、筐体12内が液密空間となる。以上のように組付けられた後、ロッド2の先端にボールジョイントJLが連結され、ラバーブーツBTが装着される。
Further, the
1 ハウジング
2 ロッド
3 アクチュエータ
3a 電動モータ
3b 減速機構
3c 直動機構
4 コントローラ
5 変位検知装置
10 筒体
11 連結カバー
12 筐体
13 ロックナット
14 スナップリング
15、16 蓋体
20 中空回転軸
20h 環状溝
20i 外歯
30 遊星歯車機構
31 サンギヤ
33 リングギヤ
34 ホルダ(筒状保持部材)
36 ナット部材
37 軸受
40 電子回路基板
50 磁石ブロック
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36
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