JP2016032985A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵トルクをリンク機構によって転舵力に変換するステアリング装置において転舵力を向上させる。
【解決手段】ステアリング装置であって、バーハンドル１から操舵トルクが入力されて回転するステアリングシャフト２と、操舵トルクを補助する回転トルクをステアリングシャフト２に付与する電動モータ２０と、電動モータ２０の回転を減速して出力する第１減速部４０と、第１減速部４０の出力を減速してステアリングシャフト２に伝達する第２減速部５０と、ステアリングシャフト２の回転を変換して車輪６を転舵するリンク機構１０と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリング装置に関するものである。

特許文献１には、操舵軸と車輪側操舵部材との間に電動舵取補助ユニットが介装され、車輪側操舵部材に連結されるピットマンアームがタイロッドを介して左右の車輪に連結されるステアリング装置が開示されている。

特開２００６−２５６５７７号公報

車両前方部のスペースが少ない場合には、ラックアンドピニオンによって出力軸の回転を車輪の転舵力へ変換することが困難になることがある。

このような場合には、特許文献１に開示のステアリング装置のように、出力軸の回転をリンク機構によって車輪の転舵力へ変換することが考えられる。しかしながら、この場合には、ラックアンドピニオンによる出力軸の回転の減速がないため、車輪の転舵力が不足するおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、操舵トルクをリンク機構によって転舵力に変換するステアリング装置において転舵力を向上させることを目的とする。

本発明は、ステアリング装置であって、操舵ハンドルから操舵トルクが入力されて回転するステアリングシャフトと、前記操舵トルクを補助する回転トルクを前記ステアリングシャフトに付与する電動モータと、前記電動モータの回転を減速して出力する第１減速部と、前記第１減速部の出力を減速して前記ステアリングシャフトに伝達する第２減速部と、前記ステアリングシャフトの回転を変換して車輪を転舵するリンク機構と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電動モータの回転が第１減速部及び第２減速部によって減速されることにより、出力軸には大きな回転トルクが付与されてアシスト力が向上される。したがって、ラックアンドピニオンを有さず、操舵トルクをリンク機構によって転舵力に変換するステアリング装置において転舵力を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るステアリング装置の構成図である。 本発明の実施形態に係るステアリング装置のリンク機構の構成図である。 本発明の第１実施形態に係るステアリング装置の減速部の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るステアリング装置の減速部の断面図である。 本発明の第３実施形態に係るステアリング装置の減速部の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態に係るステアリング装置１００の全体構成について説明する。

ステアリング装置１００は、車両に搭載され、ドライバが操舵ハンドルに加える操舵トルクを変換して車輪６を転舵する装置である。

図１に示すように、ステアリング装置１００は、ドライバの操作によって操舵トルクが入力される操舵ハンドルとしてのバーハンドル１と、バーハンドル１から入力される操舵トルクによって回転するステアリングシャフト２と、ステアリングシャフト２の回転を変換して車輪６を転舵するリンク機構１０と、を備える。

バーハンドル１は、中立位置から左右に９０°の範囲内で操舵可能なハンドル、つまり最大操舵角が１８０°以下のハンドルである。

ステアリングシャフト２は、バーハンドル１に連係して操舵トルクが伝達される入力軸３と、下端がリンク機構１０に連係する出力軸４と、入力軸３と出力軸４を連結するトーションバー５と、を有する。ドライバの操作によってバーハンドル１に入力される操舵トルクが入力軸３及びトーションバー５を介して出力軸４に伝達されて、出力軸４が回転する。出力軸４の回転がリンク機構１０によって直線運動に変換されることにより、車輪６が転舵される。

リンク機構１０は、図２に示すように、出力軸４に連結され出力軸４の回転に伴って回転するアーム部材１１と、車輪６に連結されるタイロッド１２と、アーム部材１１とタイロッド１２とを連結するロッドエンド１３と、を有する。

アーム部材１１は、出力軸４が挿入されて連結される出力軸孔１１Ａと、出力軸孔１１Ａから離間して設けられる一対の連結孔１１Ｂ，１１Ｃと、を有する。

ロッドエンド１３は、タイロッド１２とアーム部材１１とを連結するボールジョイントである。ロッドエンド１３における一方の軸１３Ａは、アーム部材１１の一方の連結孔１１Ｂに挿入されて連結される。ロッドエンド１３における他方の軸１３Ｂは、タイロッド１２の一方の端部に連結される。タイロッド１２の他方の端部には、ナックルアーム等（図示省略）を介して車輪６が連結される。図２では、一方の車輪６と連結するタイロッド１２及びロッドエンド１３のみを図示し、他方の車輪６と連結するタイロッド及びアーム部材１１の他方の連結孔１１Ｃに連結されるロッドエンドは図示を省略している。

出力軸４の回転によりアーム部材１１は出力軸４を中心に回転し、アーム部材１１の回転に伴い出力軸４から離れた位置に連結されるロッドエンド１３は出力軸４を中心に円弧運動する。これにより、出力軸４の回転はロッドエンド１３を介してタイロッド１２に直線運動として伝達される。このように、リンク機構１０によってステアリングシャフト２における出力軸４の回転が車輪６の転舵力に変換される。したがって、ラックアンドピニオンを有していなくても、リンク機構１０により操舵トルクを車輪６の転舵力に変換できるため、車両前方部内、特に車両の足回りを省スペース化できる。言い換えれば、車両前方部内のスペースが少なくラックアンドピニオンを設けることが困難な場合であっても、リンク機構１０によって出力軸４の回転を車輪６の転舵力へ変換することができる。

ステアリング装置１００は、操舵トルクを補助する回転トルクをステアリングシャフト２に付与する電動モータ２０と、電動モータ２０の回転をステアリングシャフト２に減速して伝達する減速部３０と、をさらに備える。

電動モータ２０は、ドライバによるバーハンドル１の操舵を補助する回転トルクを付与するための動力源である。電動モータ２０が回転軸２１から出力する回転トルクは、ドライバのバーハンドル１の操作によってねじれるトーションバー５のねじれ量をトルクセンサ（図示省略）により検出し、検出されたねじれ量に基づいてコントローラ（図示省略）により演算される。電動モータ２０が出力する回転トルクは、減速部３０によって減速されてステアリングシャフト２の出力軸４にアシスト力として伝達される。このように、バーハンドル１から入力される操舵トルクを検出するトルクセンサの検出結果に基づいて電動モータ２０が駆動され、ドライバによるバーハンドル１の操舵が補助される。電動モータ２０の回転軸２１には雌セレーションである凹部２１Ａが形成され、凹部２１Ａには雄セレーションであるモータ連結軸２２がセレーション結合される。

図３に示すように、減速部３０は、電動モータ２０の回転を減速して出力する第１減速部４０と、第１減速部４０の出力を減速して出力軸４に伝達する第２減速部５０と、を有する。第１減速部４０及び第２減速部５０は、電動モータ２０が連結されるギヤケース３１に収容される。

第１減速部４０は、電動モータ２０の回転軸２１に連結されるサンギヤ４１と、サンギヤ４１の外側に設けられギヤケース３１に固定されるリングギヤ４２と、サンギヤ４１とリングギヤ４２との間に設けられサンギヤ４１及びリングギヤ４２のそれぞれと噛み合う複数のプラネタリギヤ４３と、複数のプラネタリギヤ４３を互いに連結するキャリア４４と、を有する遊星歯車機構である。

サンギヤ４１は、モータ連結軸２２を介して電動モータ２０の回転軸２１と連結される。モータ連結軸２２は、一方の端部２３が電動モータ２０の回転軸２１に挿入されてセレーション結合されると共に、他方の端部２４がサンギヤ４１に挿入されてセレーション結合される。これにより、電動モータ２０の回転がモータ連結軸２２を介してサンギヤ４１に伝達される。

複数のプラネタリギヤ４３は、サンギヤ４１の外側に等角度間隔で設けられ、サンギヤ４１及びリングギヤ４２のそれぞれと噛み合う。電動モータ２０の回転に伴いサンギヤ４１が回転すると、プラネタリギヤ４３はサンギヤ４１の周りを回転する。図３では、単一のプラネタリギヤ４３のみを図示し、その他のプラネタリギヤ４３は図示を省略している。

キャリア４４は、中央部に貫通孔４５Ａを有する板状のフランジ部４５と、フランジ部４５に設けられ複数のプラネタリギヤ４３にそれぞれ圧入される連結部としての複数の連結ピン４６と、底部がフランジ部４５の貫通孔４５Ａに圧入される有底筒状の接続部材４７と、を有する。接続部材４７には、第２減速部５０側に開口部４７Ａが形成される。

第２減速部５０は、ステアリングシャフト２の出力軸４に連結されるウォームホイール５１と、ウォームホイール５１と噛み合うウォーム軸５２と、を有する。

ウォーム軸５２には、ウォームホイール５１の歯部５１Ａと噛み合う歯部５２Ａが形成される。ウォーム軸５２は、電動モータ２０の回転軸２１と同軸状にギヤケース３１に収容され、一端５２Ｂが第１減速部４０におけるキャリア４４の接続部材４７に挿入されてセレーション結合される。

ウォーム軸５２は、一対の軸受５３，５４によって両端が回転自在に支持される。ウォーム軸５２の電動モータ２０側の一端５２Ｂを支持する軸受５３は、軸方向に並んで設けられるロックナット５５とギヤケース３１に形成される段差部３１Ａとの間で保持される。また、軸受５３を挟んでロックナット５５と反対側のウォーム軸５２には、軸受５３の内径よりも大きい外径を有する係止部５２Ｃが形成される。ウォーム軸５２の他端５２Ｄは段付き形状に形成されて、他方の軸受５４に当接する。これにより、軸方向へのウォーム軸５２の移動が規制される。

次に、第１減速部４０及び第２減速部５０による減速作動について説明する。

電動モータ２０が駆動して回転軸２１が回転すると、第１減速部４０のサンギヤ４１が回転する。サンギヤ４１の回転に伴い、プラネタリギヤ４３がリングギヤ４２及びサンギヤ４１それぞれに噛み合いながらサンギヤ４１の周りを回転する。これにより、電動モータ２０の回転は、サンギヤ４１とリングギヤ４２との歯数に応じた減速比により減速されて、キャリア４４の回転として出力される。

キャリア４４の回転に伴い、第２減速部５０のウォーム軸５２が回転する。ウォーム軸５２の回転に伴い、ウォームホイール５１は、ウォーム軸５２における歯部５２Ａの歯数とウォームホイール５１における歯部５１Ａの歯数とに応じた減速比により減速されて回転する。よって、ウォーム軸５２の回転は、ウォーム軸５２における歯部５２Ａの歯数とウォームホイール５１における歯部５１Ａの歯数とに応じた減速比により減速されて出力軸４に伝達される。

このように、電動モータ２０の回転は、サンギヤ４１とリングギヤ４２の歯数の応じた減速比で第１減速部４０により減速され、さらにウォーム軸５２とウォームホイール５１の歯数に応じた減速比で第２減速部５０により減速されて出力軸４に伝達される。このため、ステアリング装置１００は、電動モータ２０によって出力軸４に大きな回転トルクを付与することができ、電動モータ２０による操舵トルクのアシスト力を向上させることができる。

ラックアンドピニオンを有さずにリンク機構１０によって出力軸４の回転を車輪６の転舵力に変換すると、ラックアンドピニオンによる出力軸４の回転の減速がないため車輪６の転舵力が不足するおそれがある。しかしながら、ステアリング装置１００では、電動モータ２０と出力軸４の間に第１減速部４０及び第２減速部５０の２つの減速部が設けられるため、電動モータ２０によって出力軸４に大きな回転トルクを付与することができる。したがって、リンク機構１０によって出力軸４の回転を車輪６の転舵力に変換する場合であっても、車輪６の転舵力を確保することができる。このように、ステアリング装置１００によれば、車輪６の転舵力を確保できると共に、車両前方部内を省スペース化できる。

また、操舵ハンドルが丸型ハンドル（ステアリングホイール）に比べて操舵角が小さいバーハンドル１である場合には、バーハンドル１から入力される操舵トルクが小さいため、車輪６の切れ角が大きい車両や重量が大きい車両を操舵する場合には車輪６の転舵力が不足するおそれがある。このように操舵ハンドルがバーハンドル１である場合にも、ステアリング装置１００によれば、小型の電動モータ２０によって大きな回転トルクをアシスト力としてステアリングシャフト２に付与することができるため、転舵力を確保することができる。よって、車輪６の切れ角が大きい車両や重量が大きい車両にもバーハンドル１を使用することができる。また、操舵ハンドルをバーハンドル１とすることにより、アクセルペダルやブレーキペダル等の足回りの操作部品をバーハンドル１と一体化することができる。したがって、ステアリング装置１００では、操舵ハンドルがバーハンドル１であっても車輪６の転舵力を確保できると共に、車両前方部内をさらに省スペース化できる。

また、ステアリング装置１００は電動モータ２０の回転を減速する第１減速部４０及び第２減速部５０を備えるため、電動モータ２０が高回転で駆動されることにより、電動モータ２０を大型化することなく大きなアシスト力が出力軸４に付与される。したがって、電動モータ２０を小型化できると共に、ステアリング装置１００における電力消費量を抑えることができる。

以上の第１実施形態によれば以下の効果を奏する。

ステアリング装置１００によれば、電動モータ２０の回転が第１減速部４０及び第２減速部５０によって減速されることにより、出力軸４には大きな回転トルクが付与されてアシスト力が向上する。したがって、ラックアンドピニオンを有さず、操舵トルクをリンク機構１０によって転舵力に変換するステアリング装置１００において転舵力を向上させることができる。

また、ステアリング装置１００によれば、第１減速部４０及び第２減速部５０により大きな回転トルクを出力軸４に付与することができるため、小型の電動モータ２０を使用することができ、電力消費量を抑えることができる。

また、ステアリング装置１００によれば、操舵ハンドルの操舵角が小さい場合にも、小型の電動モータ２０によって大きな回転トルクがアシスト力としてステアリングシャフト２に付与され、転舵力を確保することができる。操舵ハンドルを操舵角が小さいバーハンドル１とすることにより、アクセルペダルやブレーキペダル等の足回りの操作部品をバーハンドル１と一体化することができる。したがって、ステアリング装置１００では、操舵ハンドルがバーハンドル１であっても車輪６の転舵力を確保できると共に、車両の足回りを省スペース化することができる。

（第２実施形態）
次に、図４を参照して本発明の第２実施形態に係るステアリング装置２００について説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第１実施形態のステアリング装置１００と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

第１実施形態では、電動モータ２０の回転軸２１は、モータ連結軸２２を介して第１減速部４０のサンギヤ４１に連結される。また、第１減速部４０のキャリア４４は、貫通孔４５Ａを有するフランジ部４５と、フランジ部４５の貫通孔４５Ａに圧入される接続部材４７を有し、第２減速部５０のウォーム軸５２は接続部材４７に挿入されてセレーション結合される。

これに対して、第２実施形態に係るステアリング装置２００では、電動モータ２０の回転軸２１はサンギヤ４１に直接圧入され、第２減速部５０のウォーム軸５２は第１減速部１４０におけるフランジ部１４５の貫通孔１４５Ａに挿入されてセレーション結合される。このような点において、ステアリング装置２００はステアリング装置１００と相違する。

図４に示すように、ステアリング装置２００はモータ連結軸２２を有しておらず、電動モータ２０の回転軸２１はサンギヤ４１に圧入される。また、第１減速部１４０のキャリア１４４は、中央部に貫通孔１４５Ａを有する板状のフランジ部１４５と、フランジ部１４５に設けられ複数のプラネタリギヤ４３にそれぞれ圧入される複数の連結ピン４６と、有し、フランジ部１４５の貫通孔１４５Ａには第２減速部５０のウォーム軸５２の一端５２Ｂが挿入されてセレーション結合される。このように、キャリア１４４は、ステアリング装置１００における接続部材４７を有しておらず、ウォーム軸５２の一端５２Ｂがフランジ部１４５の貫通孔１４５Ａに直接セレーション結合される。

以上の第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏すると共に、以下の効果を奏する。

ステアリング装置２００によれば、電動モータ２０の回転軸２１は第１減速部１４０のサンギヤ４１に直接圧入され、第２減速部５０のウォーム軸５２は第１減速部１４０におけるキャリア１４４のフランジ部１４５に挿入されてセレーション結合される。したがって、第１減速部１４０及び第２減速部５０の長さを短くすることができ、減速部１３０を小型化できる。

（第３実施形態）
次に、図５を参照して本発明の第３実施形態に係るステアリング装置３００について説明する。以下では、上記第２実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第２実施形態のステアリング装置２００と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態では、第２減速部５０のウォーム軸５２の一端５２Ｂは、第１減速部１４０におけるキャリア１４４のフランジ部１４５に形成される貫通孔１４５Ａにセレーション結合される。

これに対し、ステアリング装置３００は、キャリア２４４が、一方の端部からウォーム軸５２の一端５２Ｂが挿入されてウォーム軸５２に連結される筒部２４７を有する点において、ステアリング装置２００と相違する。

図５に示すように、ステアリング装置３００における第１減速部２４０のキャリア２４４は、一方の端部からウォーム軸５２の一端５２Ｂが挿入されてウォーム軸５２に連結される筒部２４７と、筒部２４７の他方の端部から径方向に突出して設けられるフランジ部２４５と、フランジ部２４５に設けられ複数のプラネタリギヤ４３のそれぞれに連結される連結ピン２４６と、を有する。

キャリア２４４の筒部２４７は、ウォーム軸５２の一端５２Ｂを支持する軸受５３を保持するロックナット５５の内径よりも小さい外径に形成されて、ロックナット５５の内側に収容される。筒部２４７は、軸方向の一部がロックナット５５の内径よりも小さい外径に形成されてロックナット５５の内側に収容されてもよい。

以上の第３実施形態によれば上記第２実施形態と同様の効果を奏すると共に、以下の効果を奏する。

ステアリング装置３００によれば、第１減速部２４０のキャリア２４４は、一方の端部からウォーム軸５２の一端５２Ｂが挿入されてウォーム軸５２に連結される筒部２４７を有し、筒部２４７は、一部がロックナット５５の内径よりも小さい外径に形成されてロックナット５５の内側に収容される。したがって、キャリア２４４とウォーム軸５２との連結長さを長くすることができ、第１減速部２４０から第２減速部５０に大きな力を伝達することができる。また、筒部２４７がロックナット５５の内側に収容されることにより、減速部２３０全体の軸方向長さを短くすることができ、減速部２３０を小型化できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記各実施形態では、第１減速部４０，１４０，２４０は遊星歯車機構であり、第２減速部５０はウォームホイール５１及びウォーム軸５２を有する歯車機構である。これに代えて、第１減速部４０，１４０，２４０及び第２減速部５０は、例えば平歯車やかさ歯車などを有するその他の歯車機構でもよい。

また、上記各実施形態では、操舵ハンドルはバーハンドル１である。これに代えて、例えば、ステアリングホイール、操縦桿等その他のステアリングハンドルでもよい。

１００、２００、３００ ステアリング装置
１ バーハンドル（操舵ハンドル）
２ ステアリングシャフト
３ 入力軸
４ 出力軸
６ 車輪
１０ リンク機構
２０ 電動モータ
４０、１４０、２４０ 第１減速部
４１ サンギヤ
４２ リングギヤ
４３ プラネタリギヤ
４４、１４４、２４４ キャリア
４５、１４５、２４５ フランジ部
４６、１４６、２４６ 連結ピン（連結部）
２４７ 筒部
５０ 第２減速部
５１ ウォームホイール
５２ ウォーム軸
５３ 軸受
５５ ロックナット

Claims (6)

1. 操舵ハンドルから操舵トルクが入力されて回転するステアリングシャフトと、
   前記操舵トルクを補助する回転トルクを前記ステアリングシャフトに付与する電動モータと、
   前記電動モータの回転を減速して出力する第１減速部と、
   前記第１減速部の出力を減速して前記ステアリングシャフトに伝達する第２減速部と、
   前記ステアリングシャフトの回転を変換して車輪を転舵するリンク機構と、を備えることを特徴とするステアリング装置。
2. 前記第１減速部は、
   前記電動モータの回転軸が連結されるサンギヤと、
   前記サンギヤの外側に設けられるリングギヤと、
   前記サンギヤと前記リングギヤとの間に設けられ前記サンギヤ及び前記リングギヤのそれぞれと噛み合う複数のプラネタリギヤと、
   複数の前記プラネタリギヤを互いに連結するキャリアと、有する遊星歯車機構であることを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記電動モータの前記回転軸は、前記サンギヤに圧入されることを特徴とする請求項２に記載のステアリング装置。
4. 前記第２減速部は、
   前記出力軸に連結されるウォームホイールと、
   前記第１減速部の出力が伝達され前記ウォームホイールと噛み合うウォーム軸と、を有することを特徴とする請求項２または３に記載のステアリング装置。
5. 前記ウォーム軸の一端を回転自在に支持する軸受と、
   前記軸受と軸方向に並んで設けられ、前記軸受を前記ウォーム軸の一端に保持するロックナットと、をさらに備え、
   前記第１減速部の前記キャリアは、
   一方の端部から前記ウォーム軸の一端が挿入されて前記ウォーム軸に連結される筒部と、
   前記筒部の他方の端部から径方向に突出して設けられるフランジ部と、
   前記フランジ部に設けられ複数の前記プラネタリギヤのそれぞれに連結される連結部と、を有し、
   前記キャリアの前記筒部は、一部が前記ロックナットの内径よりも小さい外径に形成されて前記ロックナットの内側に収容されることを特徴とする請求項４に記載のステアリング装置。
6. 前記操舵ハンドルは、最大操舵角が１８０°以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のステアリング装置。

Images