JP2019151152A - Steering gear - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操舵装置に関する。 The present invention relates to a steering apparatus.
SBW(Steer By Wire、ステアバイワイヤ)方式の操舵装置は、通常時、運転者が操作するステアリングホイールと操舵輪を操舵するラック軸とが機械的に連結されていない(特許文献1参照)。 In a steering device of SBW (Steer By Wire) method, a steering wheel operated by a driver and a rack shaft that steers a steering wheel are not mechanically connected to each other (see Patent Document 1).
このように、SBW式の操舵装置は、ステアリングホイールとラック軸とが連結されていないため、運転者はラック軸と一体であるラックエンドがストッパに当接し操舵限界に達していることを認識できない虞がある。この場合、運転者は、さらにステアリングホイールを回転させてしまう虞がある。 Thus, since the steering wheel and the rack shaft are not connected to each other in the SBW type steering device, the driver cannot recognize that the rack end integral with the rack shaft is in contact with the stopper and reaches the steering limit. There is a fear. In this case, the driver may further rotate the steering wheel.
そこで、ステアリングホイールに反力を付与する反力モータ(反力アクチュエータ)の出力(トルク)を、操舵限界付近で大きくする構成が考えられる。しかしながら、このように構成すると、反力モータが大型化してしまい、車両に搭載し難くなる。 Therefore, a configuration is conceivable in which the output (torque) of the reaction force motor (reaction force actuator) that applies reaction force to the steering wheel is increased near the steering limit. However, if constituted in this way, the reaction force motor will become large and difficult to mount on the vehicle.
そこで、本発明は、運転者が操舵限界への到達を認識できる小型の操舵装置を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a small steering device that allows the driver to recognize the arrival of the steering limit.
前記課題を解決するための手段として、本発明は、運転者が操作する操作部材と一体で回転するステアリング軸と、前記ステアリング軸を中心として配置された環状部材と、前記ステアリング軸及び前記環状部材を周方向において一体で回転させると共に、前記ステアリング軸に対して前記環状部材を軸方向にスライド可能とする回転−スライド機構と、前記環状部材を囲むように配置されると共に非回転状態である筒状部材と、前記筒状部材に対する前記環状部材の回転運動によって、前記ステアリング軸に対して前記環状部材を軸方向に送る送り機構と、軸方向において前記環状部材の両側にそれぞれ配置され、前記環状部材が当接することで、前記環状部材の軸方向のスライド移動を規制する規制部材と、を備えることを特徴とする操舵装置である。 As means for solving the above problems, the present invention provides a steering shaft that rotates integrally with an operating member operated by a driver, an annular member disposed around the steering shaft, the steering shaft, and the annular member. And a rotation-slide mechanism that allows the annular member to slide in the axial direction relative to the steering shaft, and a cylinder that is disposed so as to surround the annular member and is in a non-rotating state And a feed mechanism for feeding the annular member in the axial direction relative to the steering shaft by rotational movement of the annular member relative to the tubular member, and an annular member disposed on both sides of the annular member in the axial direction. And a regulating member that regulates the sliding movement of the annular member in the axial direction by contacting the member. It is a device.
このような構成によれば、運転者が操作する操作部材とステアリング軸とが一体で回転すると、回転−スライド機構は、ステアリング軸及び環状部材を周方向において一体で回転させる。なお、回転−スライド機構は、ステアリング軸に対して環状部材を軸方向にスライド可能としている。 According to such a configuration, when the operation member operated by the driver and the steering shaft rotate together, the rotation-slide mechanism rotates the steering shaft and the annular member integrally in the circumferential direction. Note that the rotation-slide mechanism allows the annular member to slide in the axial direction with respect to the steering shaft.
そして、環状部材が非回転状態である筒状部材に対して回転すると、送り機構は、ステアリング軸に対して環状部材を軸方向に送る。次いで、環状部材が規制部材に当接すると、環状部材の軸方向のスライド移動が規制される。このように、環状部材が軸方向のスライド移動を規制されると、環状部材は回転不能となり、環状部材と一体であるステアリング軸及び操作部材も回転不能となる。このように操作部材が回転不能となると、運転者は操舵限界に到達したことを認識できる。 When the annular member rotates with respect to the non-rotating cylindrical member, the feed mechanism sends the annular member in the axial direction with respect to the steering shaft. Next, when the annular member comes into contact with the restricting member, the sliding movement of the annular member in the axial direction is restricted. In this way, when the annular member is restricted from sliding in the axial direction, the annular member cannot rotate, and the steering shaft and the operation member integrated with the annular member also cannot rotate. When the operation member becomes non-rotatable in this way, the driver can recognize that the steering limit has been reached.
また、このような操舵装置は、環状部材、回転スライド機構、送り機構、規制部材を備えることで構成できるから小型である。 Such a steering device is small because it can be configured by including an annular member, a rotary slide mechanism, a feed mechanism, and a regulating member.
本発明によれば、運転者が操舵限界への到達を認識できる小型の操舵装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the small steering device which a driver | operator can recognize reaching | attaining to a steering limit can be provided.
本発明の一実施形態について図1〜図4を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
≪操舵装置の構成≫
本実施形態に係る操舵装置 100は、運転者の操作に基づいて四輪車の左前輪302A及び右前輪302B(操舵輪)を操舵する装置である。また、操舵装置100は、SBW方式であり、通常時、ステアリングホイール11とラック軸131とは非連結状態である。
≪Configuration of steering device≫
The
操舵装置100は、ステアリングホイール11と、ステアリング軸21と、反力モータ24と、ストッパ機構30と、クラッチ110と、第1ピニオン軸121と、ラック軸131と、第2ピニオン軸141と、操舵モータ145と、角度センサ151等と、ECU200(Electronic Control Unit)と、を備えている。すなわち、操舵装置100は、第1ピニオン軸121及び第2ピニオン軸141を備えるデュアルピニオン方式であり、操舵モータ145の操舵力が第2ピニオン軸141を介してラック軸131に入力される構成である。ただし、その他に例えば、第2ピニオン軸141を備えず、操舵モータ145の操舵力が第1ピニオン軸121に入力されるシングルピニオン方式や、操舵モータ145の操舵力がラック軸131に入力されるラックアシスト方式でもよい。
The
ステアリングホイール11は、運転者が操作する操作部材である。
The
ステアリング軸21は、細長の円筒状部材であり、軸受(図示しない)を介して車体に回転自在に支持されている。ステアリング軸21の上端は、ステアリングホイール11に連結されており、ステアリング軸21とステアリングホイール11は一体で回転する。ステアリング軸21の下端は、クラッチ110に連結されている。ただし、ステアリング軸21は、複数の軸部材が自在継手等を介して連結された構成でもよい。
The
反力モータ24は、ECU200からの指令に従って、ステアリング軸21に反力を付与するモータである。反力とは、運転者の操作により回転するステアリング軸21の回転力と反対向きの力である。具体的には、ステアリング軸21に固定されたウォームホイール22に、反力モータ24の出力軸に固定されたウォーム23が噛合している。そして、反力モータ24が駆動すると、ステアリング軸21に反力が入力され、運転者は操舵感を得るようになっている。なお、ここでは反力モータ24の回転力を減速してステアリング軸21に入力する減速機構としてウォームホイール22及びウォーム23等で構成されるウォームギヤ機構を使用したが、その他公知の減速機構を使用することもできる。例えば、減速機構として、大小の2つのプーリと両プーリに掛け渡されたベルト等で構成されるベルト機構を使用できる。
The
クラッチ110は、ECU200からの指令に従って、ステアリング軸21と第1ピニオン軸121との間において動力を切断/接続する断接装置である。クラッチ110は、例えば、特開2017−180615号公報または特開2017−180614号公報に記載されるクラッチ、特開2015−16827号公報に記載されるロック構造体、その他遊星歯車機構を使用できる。
Clutch 110 is a connection / disconnection device that disconnects / connects power between
具体的には、通常時、クラッチ110は、ECU200によって切断状態に制御される。これにより、通常時、ステアリング軸21と第1ピニオン軸121とは、相対回転自在となり、運転者の操作力は第1ピニオン軸121に入力されない。
Specifically, the
一方、異常時やフェール時、クラッチ110は、ECU200によって接続状態に制御される。異常時は、例えば、運転者から過大操作トルクが入力される過大操作トルク入力時である。フェール時は、例えば、反力モータ24、操舵モータ145、角度センサ151の故障時や、反力モータ24等の電源の喪失時である。これにより、異常時やフェール時、ステアリング軸21と第1ピニオン軸121とは、相対回転不能となり、つまり、一体で回転し、運転者の操作力は第1ピニオン軸121に入力される。
On the other hand, the
第1ピニオン軸121は、細長の円筒状部材であり、軸受(図示しない)を介して車体に回転自在に支持されている。第1ピニオン軸121の下端には第1ピニオン122が形成されており、第1ピニオン122は後記する第1ラック132に噛合している。
The
ラック軸131は、車幅方向に延びる細長の棒状部材であり、ブッシュ(図示しない)を介して円筒状のハウジング134にスライド自在で収容されている。ラック軸131には、第1ラック132と、第2ラック133とが形成されている。
The
ラック軸131の左端には、左ラックエンド135Aが固定されている。左ラックエンド135Aは、左タイロッド301Aを介して、左前輪302Aに連結されている。ラック軸131の右端には、右ラックエンド135Bが固定されている。右ラックエンド135Bは、右タイロッド301Bを介して、右前輪302Bに連結されている。また、ハウジング134の左端にはリング状を呈するゴム製の左ストッパ136Aが固定されている。同様に、右端には右ストッパ136Bが固定されている。
A left rack end 135 </ b> A is fixed to the left end of the
そして、左折時等において、運転者がステアリングホイール11を左回転すると、ラック軸131が右方にスライドし、左前輪302A及び右前輪302Bが操舵される。この場合おいて、左ラックエンド135Aが左ストッパ136Aに当接すると、左側の操舵限界に到達するようになっている。
When the driver turns the
一方、右折時等において、運転者がステアリングホイール11を右回転すると、ラック軸131が左方にスライドし、左前輪302A及び右前輪302Bが操舵される。この場合おいて、右ラックエンド135Bが右ストッパ136Bに当接すると、右側の操舵限界に到達するようになっている。
On the other hand, when the driver turns the
第2ピニオン軸141は、細長の円筒状部材であり、軸受(図示しない)を介してハウジング134に回転自在に支持されている。第2ピニオン軸141の下端には第2ピニオン142が形成されており、第2ピニオン142は第2ラック133に噛合している。
The
操舵モータ145は、ECU200からの指令に従って、ラック軸131に操舵力を付与するモータである。操舵力とは、左前輪302A及び右前輪302Bを操舵する力である。具体的には、第2ピニオン軸141に固定されたウォームホイール143に、反力モータ24の出力軸に固定されたウォーム144が噛合している。そして、操舵モータ145が駆動すると、ラック軸131に操舵力が入力されるようになっている。
The
角度センサ151は、ステアリング軸21の操作角度を検出し、ECU200に出力するようになっている。トルクセンサ152は、運転者からステアリング軸21に入力された操作トルクを検出し、ECU200に出力するようになっている。車速センサ153は、車速を検出し、ECU200に出力するようになっている。
The
ECU200は、操舵装置100を電子制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。
The
具体的には、ECU200は、操作角度、操作トルク及び車速に基づいて、反力モータ24及び操舵モータ145を駆動させるようになっている。また、ECU200は、クラッチ110をON(接続)/OFF(切断)制御する機能も備えている。
Specifically, the
さらにまた、ECU200は、例えば、所定時間当たりの操作角度が所定操作角度以上である場合、過大操作トルク入力時であると判定し、クラッチ110をONするように設定されている。これにより、ステアリング軸21と第1ピニオン軸121とが接続状態となり、運転者の操作力に遅れずに左前輪302A及び右前輪302Bが操舵されるようになっている。
Furthermore, for example, when the operation angle per predetermined time is equal to or greater than the predetermined operation angle, the
<ストッパ機構>
ストッパ機構30は、ステアリング軸21の過剰回転を規制する機構である。ストッパ機構30は、図1、図2に示すように、ステアリング軸21の一部と、送りナット31(環状部材)と、筒状部材41と、上ストッパ43Aと、下ストッパ43Bと、を備えている。
<Stopper mechanism>
The
ステアリング軸21の外周面には軸スプライン25が形成されている。送りナット31は、ステアリング軸21を中心として配置された環状部材であり、その内周面には孔スプライン32が形成されている。孔スプライン32は軸スプライン25と組み合わさっている。つまり、ステアリング軸21と送りナット31とはスプライン結合している。
A
これにより、ステアリング軸21及び送りナット31は周方向おいて一体で回転すると共に、送りナット31はステアリング軸21に対して軸方向にスライド可能となっている。すなわち、ステアリング軸21及び送りナット31を周方向において一体で回転させると共に、ステアリング軸21に対して送りナット31をスライド可能とする回転−スライド機構は、ステアリング軸21及び送りナット31がスプライン結合することで構成されている。
As a result, the steering
このように、ステアリング軸21及び送りナット31がスプライン結合する構成であるから、ステアリング軸21に捩りトルクが作用しても、ステアリング軸21に対する送りナット31の摺動性が低下し難くなっている。これに対して、送りナット31がステアリング軸21にねじによって螺合した構成である場合、ステアリング軸21に捩りトルクが作用したとき、ねじのピッチずれが発生し、送りナット31の軸方向における摺動性(スライド性)が低下する虞がある。
Thus, since the steering
送りナット31の外周面には台形ねじである雄ねじ33が形成されている。ただし、雄ねじ33、後記する雌ねじ42は、その他に例えば、角ねじ、丸ねじであってもよい。
A
筒状部材41は、送りナット31を囲むように配置された円筒状の部材であって、ステー(図示しない)を介して車体に固定された非回転状態の部材である。筒状部材41の内周面には、台形ねじである雌ねじ42が形成されている。そして、雌ねじ42に雄ねじ33が組み合わさることで送りねじ機構を構成している。
The
すなわち、送りねじ機構によって、筒状部材41に対する送りナット31の回転運動によって、送りナット31を軸方向に送る送り機構が構成されている。本実施形態では、送りナット31が左回転すると、軸方向において上方に送られるようになっている(図3参照)。一方、送りナット31が右回転すると、軸方向において下方に送られるようになっている(図4参照)。
That is, the feed screw mechanism is configured to feed the
上ストッパ43A、下ストッパ43Bは、軸方向において送りナット31の両側にそれぞれ配置され、送りナット31が当接することで、送りナット31の軸方向のスライド移動を規制する規制部材である。
The upper stopper 43 </ b> A and the lower stopper 43 </ b> B are arranged on both sides of the
具体的には、上ストッパ43Aは、リング状であり、筒状部材41の上端面にボルト等で固定されている。そして、送りナット31が上ストッパ43Aに当接すると、送りナット31の上方へのスライド移動が規制されるようになっている。これにより、ステアリング軸21の左回転も規制され、運転者は左回転側の操舵限界を認識するようになっている。ただし、上ストッパ43Aの形状はこれに限定されず、その他に例えば、筒状部材41の内周面から径方向内向きに突出する突起であってもよい。下ストッパ43Bについても同様である。
Specifically, the upper stopper 43 </ b> A has a ring shape and is fixed to the upper end surface of the
送りナット31が上ストッパ43Aに当接するタイミングは、左ラックエンド135Aが左ストッパ136Aに当接するタイミングと略同時に設定されている。ただし、その他に例えば、左ラックエンド135Aが左ストッパ136Aに当接するよりも前に、送りナット31が上ストッパ43Aに当接する構成としてもよい。
The timing at which the
同様に、下ストッパ43Bは、リング状であり、筒状部材41の下端面にボルト等で固定されている。そして、送りナット31が下ストッパ43Bに当接すると、送りナット31の下方へのスライド移動が規制されるようになっている。これにより、そして、ステアリング軸21の右回転も規制され、その結果、運転者は右回転側の操舵限界を認識するようになっている。
Similarly, the
送りナット31が下ストッパ43Bに当接するタイミングは、右ラックエンド135Bが右ストッパ136Bに当接するタイミングと略同時に設定されている。ただし、その他に例えば、右ラックエンド135Bが右ストッパ136Bに当接するよりも前に、送りナット31が下ストッパ43Bに当接する構成としてもよい。
The timing at which the
≪操舵装置の作用効果≫
操舵装置100の作用効果を説明する。
運転者が大きく左折するためにステアリングホイール11を大きく左回転させると、ステアリング軸21及び送りナット31は左回転し、送りナット31は左回転しながらステアリング軸21に対して上方にスライド移動する。そして、図3に示すように、送りナット31が上ストッパ43Aに当接すると、運転者は左回転側の操舵限界を認識し、ステアリングホイール11の左回転を停止する。
≪Function and effect of steering device≫
The effects of the
When the driver turns the
これにより、運転者はステアリングホイール11の左回転を停止するので、ステアリングホイール11及びステアリング軸21が過剰回転することはない。
As a result, the driver stops the left rotation of the
同様に、運転者が大きく右折するためにステアリングホイール11を大きく右回転させると、ステアリング軸21及び送りナット31は右回転し、送りナット31は右回転しながらステアリング軸21に対して下方にスライド移動する。そして、図4に示すように、送りナット31が下ストッパ43Bに当接すると、運転者は右回転側の操舵限界を認識し、ステアリングホイール11の左回転を停止する。
Similarly, when the driver turns the
また、従来、例えば、左ラックエンド135Aが左ストッパ136Aに当接していると判断される場合や、過大な操作トルクが入力された場合(過大操作トルク入力時)、その後のステアリングホイール11等の過剰回転を防止するために、クラッチ110をON(接続)していたが、本実施形態によれば、クラッチ110をONする必要はないので、クラッチ110の制御処理が簡易となる。さらに、クラッチ110に過大な操作トルクが入力されないので、クラッチ110を小型化できる。
Conventionally, for example, when it is determined that the
また、ストッパ機構30は、送りナット31、筒状部材41、上ストッパ43A、下ストッパ43Bによって構成できるから、操舵装置100は大型化しない。つまり、操舵限界を認識可能とするために、反力モータ24を大型化する必要もない。さらに、軸スプライン25は、テレスコピックを構成する軸スプラインを兼用し、簡易な構成とすることもできる。
Further, since the
≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。
≪Modification≫
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, For example, you may change as follows.
前記した実施形態では、ストッパ機構30が、反力モータ24用のウォームホイール22とクラッチ110との間に配された構成を例示したが、その他のレイアウトでもよい。例えば、ストッパ機構30が、ステアリングホイール11とウォームホイール22(反力モータ24)と間に配置された構成でもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the
前記した実施形態では、回転−スライド機構が、ステアリング軸21と送りナット31とがスプライン結合した構成を例示したが、次のように構成してもよい。例えば、断面視においてステアリング軸21の一部を切り欠いて切欠部を形成し、この切欠部に対応するように送りナット31の内周面を形成すればよい。また、ステアリング軸21の外周面に、軸方向の延びる1本又は複数のキーを突出形成し、このキーに対応するように、送りナット31の内周面にキー溝を形成してもよい。
In the above-described embodiment, the rotation-sliding mechanism is exemplified by the configuration in which the
前記した実施形態では、送り機構が、送りナット31の雄ねじ33が筒状部材41の雌ねじ42に組み合わさることで構成された送りねじ機構である構成を例示したが、次のように構成してもよい。例えば、送りナット31の外周面に短柱状である1つ又は複数のガイド部を突出形成し、筒状部材41の内周面にガイド部を案内する螺旋状のガイド溝を形成してもよい。
In the above-described embodiment, the feed mechanism is exemplified as a feed screw mechanism configured by combining the
前記した実施形態では、操舵装置100が四輪車に搭載された構成を例示したが、その他に例えば、二輪車、三輪車、ATV(All Terrain Vehicle、全地形対応車)等の車両に搭載された構成でもよい。例えば、ATVに搭載される場合、ラック軸131を備えず、ステアリング軸21の下端にステアリング軸21を中心として回動する操舵プレートが固定され、操舵プレートがタイロッドを介して操舵輪に連結された構成でもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the
前記した実施形態では、操舵装置100がSBW方式である構成を例示したが、その他に例えば、操舵装置100が通常のEPS(Electronic Power Steering)である構成でもよい。このように構成すれば、例えば、左ラックエンド135Aが左ストッパ136Aに衝突した際における衝撃を低減できる。
In the above-described embodiment, the configuration in which the
11 ステアリングホイール(操作部材)
21 ステアリング軸
25 軸スプライン(回転−スライド機構)
30 ストッパ機構
31 送りナット(環状部材)
32 孔スプライン(回転−スライド機構)
33 雄ねじ(送り機構)
41 筒状部材
42 雌ねじ(送り機構)
43A 上ストッパ(規制部材)
43B 下ストッパ(規制部材)
100 操舵装置
11 Steering wheel (operation member)
21
30
32 hole spline (rotation-slide mechanism)
33 Male thread (feed mechanism)
41
43A Upper stopper (Regulator)
43B Lower stopper (regulating member)
100 Steering device
Claims (3)
前記ステアリング軸を中心として配置された環状部材と、
前記ステアリング軸及び前記環状部材を周方向において一体で回転させると共に、前記ステアリング軸に対して前記環状部材を軸方向にスライド可能とする回転−スライド機構と、
前記環状部材を囲むように配置されると共に非回転状態である筒状部材と、
前記筒状部材に対する前記環状部材の回転運動によって、前記ステアリング軸に対して前記環状部材を軸方向に送る送り機構と、
軸方向において前記環状部材の両側にそれぞれ配置され、前記環状部材が当接することで、前記環状部材の軸方向のスライド移動を規制する規制部材と、
を備える
ことを特徴とする操舵装置。 A steering shaft that rotates integrally with an operating member operated by the driver;
An annular member disposed around the steering shaft;
A rotation-sliding mechanism for rotating the steering shaft and the annular member integrally in the circumferential direction, and enabling the annular member to slide in the axial direction with respect to the steering shaft;
A cylindrical member that is disposed so as to surround the annular member and is in a non-rotating state;
A feed mechanism for feeding the annular member in the axial direction with respect to the steering shaft by the rotational movement of the annular member relative to the tubular member;
A regulating member that is arranged on both sides of the annular member in the axial direction, and that the annular member abuts to regulate sliding movement of the annular member in the axial direction;
A steering apparatus comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の操舵装置。 The steering apparatus according to claim 1, wherein the rotation-slide mechanism is configured by spline coupling the steering shaft and the annular member.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の操舵装置。 The feed mechanism is a feed screw mechanism configured by combining a male screw formed on an outer peripheral surface of the annular member with a female screw formed on an inner peripheral surface of the cylindrical member. The steering device according to claim 1 or 2.
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