JP2020075638A

JP2020075638A - 操舵装置

Info

Publication number: JP2020075638A
Application number: JP2018210523A
Authority: JP
Inventors: 晃久松下; Akihisa Matsushita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-05-21

Abstract

【課題】アクチュエータの搭載場所の自由度を向上できる操舵装置を提供する。【解決手段】操舵装置は、可動子を直線移動させるアクチュエータと、車輪に接続されるタイロッドと、車両の左右方向にスライド可能に支持され、タイロッドに接続されるタイロッド駆動用リンクと、アクチュエータとタイロッド駆動用リンクとを接続する増力リンクとを備える。アクチュエータと増力リンクとが、増力リンクが延伸方向に摺動可能、かつ、増力リンクがアクチュエータとの接続点で回転可能となるように第１のボールジョイントにより支持される。増力リンクの支点が、増力リンクが延伸方向に摺動可能、かつ、増力リンクが支点を中心に回転可能となるように第２のボールジョイントにより支持される。増力リンクとタイロッド駆動用リンクとが第３のボールジョイントを介して接続され、第３のボールジョイントとタイロッドとが第４のボールジョイントを介して接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操舵を行う操舵装置に関する。

特許文献１には、操向ハンドルが装着されるステアリングコラム、ウォームギヤ等の減速ギヤ、モータ、トーションバー、シャフト、ラック機構及び対ロッドを組み合わせた電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置が記載されている。特許文献１に記載のＥＰＳ装置では、減速ギヤを介してモータをステアリングコラムに結合し、モータの回転力で操向ハンドルの操舵力を補助している。

特開２００８−１９７８９９号公報

特許文献１に記載されるような、アクチュエータとして軸回転型のモータを用いたＥＰＳ装置では、モータの搭載場所がステアリングコラムまたはラック機構の近傍に制約され、改善の余地がある。

それ故に、本発明は、アクチュエータの搭載場所の自由度を向上できる操舵装置を提供することを目的とする。

本発明に係る操舵装置は、可動子を直線移動させるアクチュエータと、車輪に接続されるタイロッドと、車両の左右方向にスライド可能に支持され、タイロッドに接続されるタイロッド駆動用リンクと、アクチュエータとタイロッド駆動用リンクとを接続する増力リンクとを備える。アクチュエータと増力リンクとが、増力リンクが延伸方向に摺動可能、かつ、増力リンクがアクチュエータとの接続点で回転可能となるように第１のボールジョイントにより支持される。増力リンクの支点が、増力リンクが延伸方向に摺動可能、かつ、増力リンクが支点を中心に回転可能となるように第２のボールジョイントにより支持される。増力リンクとタイロッド駆動用リンクとが第３のボールジョイントを介して接続され、第３のボールジョイントとタイロッドとが第４のボールジョイントを介して接続される。

本発明によれば、アクチュエータの搭載場所の自由度を向上できる操舵装置を提供できる。

実施形態に係る操舵装置の模式図図１に示したボールジョイントの断面図比較例に係る操舵装置の模式図図１に示した実施形態を左右の両輪に設けた構成例の模式図実施形態に係る操舵装置の配置例の模式図

（実施形態）
本発明の一実施形態に係る操舵装置は、アクチュエータとリンクを組み合わせて操舵装置を構成する。車輪に接続されるタイロッドとアクチュエータを駆動する機構として、空間内での取り回しの自由度が高いリンクを用いるため、アクチュエータの搭載場所の自由度を向上することができる。

＜構成＞
図１は、実施形態に係る操舵装置の模式図であり、図２は、図１に示したボールジョイントの断面図である。尚、図１（ａ）及び（ｂ）における上方向が車両の前方向に相当し、図示している車輪６は車両の左前輪である場合の例を説明する。

図１（ａ）を参照して、操舵装置１は、アクチュエータ２と、タイロッド３と、タイロッド駆動用リンク４と、増力リンク５とを備える。

アクチュエータ２は、可動子７を直線方向に往復移動させる駆動装置であり、車輪６の角度を変化させるための駆動力を出力する。アクチュエータ２としては、例えば、リニアモータやリニアアクチュエータが利用できる。アクチュエータ２は、車両のボデーに対して固定されている。

タイロッド３は、ボールジョイント１５を介して車輪６に接続され、後述する増力リンク５を介して入力されたアクチュエータ２の駆動力を車輪６に伝達し、回転中心Ｃ１を中心として車輪６を回転させる。

タイロッド駆動用リンク４は、車両の左右方向にスライド可能となるように軸スライド支持器１６によって支持される。タイロッド駆動用リンク４の車輪６側の端部は、ボールジョイント１３を介して後述する増力リンク５に接続されると共に、ボールジョイント１３及び１４を介してタイロッド３に接続されている。タイロッド駆動用リンク４を支持する軸スライド支持器１６は、ボデーに対して固定されており、タイロッド駆動用リンク４の車両の左右方向以外の方向への移動を禁止している。

増力リンク５は、アクチュエータ２の可動子７とタイロッド駆動用リンク４とを接続する。増力リンク５の支点は、ボデーに対して固定されたボールジョイント１２により支持されている。また、増力リンク５とアクチュエータ２の可動子７とは、ボールジョイント１１を介して接続され、増力リンク５とタイロッド駆動用リンク４とは、ボールジョイント１３を介して接続されている。

ボールジョイント１１〜１５のうち、ボールジョイント１３〜１５は、一般的な構造のボールジョイントである。一方、ボールジョイント１１及び１２は、増力リンク５を回転可能かつ摺動可能に支持することができる構造を有する点で、ボールジョイント１３〜１５とは異なる。以下、図２を参照しながら、ボールジョイント１１及び１２の構成を説明する。尚、図２（ｂ）及び（ｃ）では、ボールジョイント１１及び１２の要部のみを示し、一部の構成の記載を省略している。

図２（ａ）を参照して、ボールジョイント１１及び１２は、ジョイントケース２０及びボール２１を備える。

ジョイントケース２０は、内部に略球形の空間を有する部材であり、当該略球形の空間にボール２１を収容する。ジョイントケース２０には、略球形の空間の中心を挟んで対向する２つの円形の開口部２４及び２５が設けられている。ジョイントケース２０は、取付部材２３を介して、可動子７またはボデーに取り付けられる。

ボール２１は、略球形の部材であり、中心Ｃ２を貫通する貫通孔２２を有する。ボール２１は、含油メタル等の潤滑性を有する材料により形成する。ボール２１に含油メタルを用いることにより、ボールジョイント１１及び１２の構造の簡素化が容易となり、増力リンク５の揺動（ボール２１の回転）及び延伸方向（軸方向）への摺動によるジョイントケース２０、ボール２１及び増力インク５の摩耗を低減できる。貫通孔２２には、増力リンク５が挿通されている。貫通孔２２の内径は、増力リンク５の外径より僅かに大きく設定されており、増力リンク５は、貫通孔２２の内周面に沿って延伸方向に移動可能である。また、ボール２１の外径は、ジョイントケース２０の内部の略球形の空間の内径より僅かに小さく設定されており、ボール２１は、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、その外面をジョイントケース２０の内面と摺動させながら回転可能である。増力リンク５が貫通したボール２１の回転可能な範囲は、ジョイントケース２０に設ける開口部２４または２５の大きさによって設定することができる。

尚、図２（ａ）に示すように、ジョイントケース２０の開口部２４及び２５は、可撓性を有する材料からなるブーツ２６により覆われている。ブーツ２６により、ジョイントケース２０内への異物等の進入が防止されている。

再度、図１（ａ）を参照して、アクチュエータ２の可動子７と増力リンク５とは、図２（ａ）で説明したボールジョイント１１を介して接続されている。したがって、増力リンク５は、アクチュエータ２の可動子７との接続点で回転可能、かつ、延伸方向に摺動可能である。また、増力リンク５の支点が、図２（ａ）で説明したボールジョイント１２によって支持されている。したがって、増力リンク５は、その支点を中心に回転可能、かつ、延伸方向に摺動可能である。

図１（ａ）に示す状態から、アクチュエータ２の可動子７を図１（ａ）の左方向に移動させると、可動子７の移動に伴って増力リンク５が延伸方向に摺動しながら、ボールジョイント１２を中心として図１（ａ）における反時計回り方向に回転する。上述のとおり、増力リンク５の支点を支持するボールジョイント１２は、ボデーに対して固定されており、かつ、増力リンク５の一端がボールジョイント１３を介して、車両の左右方向以外の方向への移動が規制された、タイロッド駆動用リンク４に接続されている。したがって、アクチュエータ２の可動子７を図１（ａ）の左方向に移動に伴い、タイロッド駆動用リンク４と、ボールジョイント１３及び１４を介して接続されたタイロッド３とが、図１（ｂ）における右方向に移動する。タイロッド３が図１（ｂ）における右方向に移動すると、ボールジョイント１５を介してタイロッド３に接続された車輪６が回転中心Ｃ１を中心として時計回り方向に回転する。

尚、図示を省略しているが、図１（ａ）または（ｂ）に示す状態から、アクチュエータ２の可動子７を図１（ａ）の右方向に移動させると、増力リンク５及びタイロッド駆動用リンク４を介して、タイロッド３が図１（ａ）または（ｂ）の左方向に移動し、車輪６が回転中心Ｃ１を中心として反時計回り方向に回転する。

ボールジョイント１２を中心として増力リンク５の回転に伴うボールジョイント１３の移動により、増力リンク５は延伸方向に移動するため、ボールジョイント１１及び１３の間の増力リンク５の長さが増減する。しかしながら、ボールジョイント１１及び１３が相対的に平行な方向に移動するため、ボールジョイント１１及び１２の間の増力リンク５の長さと、ボールジョイント１２及び１３の間の増力リンク５の長さとの比は、図１（ａ）のレバー比Ｌ１／Ｌ２に維持され、アクチュエータ２の駆動力の増幅率は一定に維持される。増力リンク５のレバー比は、支点に設けられたボールジョイント１２の位置により変更することができる。車体重量やタイヤサイズが車種毎に異なると、操舵に必要とされるアクチュエータ２の駆動力も車種毎に異なることが想定される。本実施形態に係る操舵装置１であれば、ボールジョイント１２の位置によってレバー比Ｌ１／Ｌ２を変えることで、アクチュエータ２の駆動力（スラスト力）を増力できる。したがって、本実施形態によれば、アクチュエータを標準化して複数の車両のプラットフォームに使用できる操舵装置１を構築することができる。

図３は、比較例に係る操舵装置の模式図である。

アクチュエータと車輪とを従来のボールジョイントとリンクを用いて接続する構成は、２本以上のリンクと３箇所以上のボールジョイントで実現することができる。例えば、図３（ａ）に示した、比較例に係る構成例では、アクチュエータ９０と車輪６とが、２本のリンク、すなわち、タイロッド９４及びリンク９５と、３つのボールジョイント９１〜９３によって接続されている。また、リンク９５は、図示しない支持部材によって回転可能に支持されている。

アクチュエータ９０の可動子９６を図３（ａ）の左方向に移動させると、リンク９５が図３（ａ）の状態から反時計回り方向に回転して、ボールジョイント９２を介して接続されたタイロッド９４を図３（ａ）の右方向に移動させ、図３（ｂ）に示すように、車輪６の角度を変化させることができる。

ただし、車輪の角度を変化させるためには、ボールジョイント９２が可動であることが必要であり、ボールジョイント９２を固定することができないため、タイロッド９４及びリンク９５の剛性が不足し、走行時の振動に耐えることができない可能性がある。また、図３に示す操舵装置では、車種に応じてアクチュエータ９０を設計する必要があり、アクチュエータ９０の汎用性を低下させるという問題もある。

これに対して、図１に示した本実施形態に係る操舵装置１は、増力リンク５の支点となるボールジョイント１２が固定されているため、増力リンク５の剛性を確保することができる。また、上述したように、アクチュエータの標準化を図ることも可能となる。

図４は、図１に示した実施形態を左右の両輪に設けた構成例の模式図である。

本実施形態に係る操舵装置は、図４（ａ）に示すように、左右の車輪６を１つのアクチュエータ２を用いて操舵する構成としても良いし、図４（ｂ）に示すように、左右の車輪６のそれぞれを別のアクチュエータ２を用いて操舵する構成としても良い。図４（ａ）に示す操舵装置は、図１（ａ）に示した操舵装置１に、右の車輪６に接続されるタイロッド３’を設けたものである。タイロッド３’は、ボールジョイント１４’及び１５’を介して、タイロッド駆動用リンク４及び車輪６にそれぞれ接続される。また、図４（ｂ）に示す操舵装置は、図１（ａ）に示した操舵装置１と同じものを左右対称に対で設けたものである。アクチュエータ２の駆動による操舵の仕組みは、図１で説明したものと同じであるので、繰り返しの説明を省略する。

＜効果等＞
図５は、実施形態に係る操舵装置の配置例の模式図であって、右前輪とステアリングホイールとの位置関係を示す概略図である。より詳細には、図５（ａ）は、車両の右前輪近傍を上方から見た図であり、図５（ｂ）は、車両の左前輪側から右前輪近傍を見た図である。

軸回転型モータ、ステアリングコラム及びラック機構を用いた従来の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置は、インストルメントパネル内及びエンジンコンパートメント内の部品の密集スペースに搭載する必要がある。操舵を行うための軸回転型モータは、ステアリングコラムまたはラック機構近傍に搭載する必要があるため、モータの搭載場所の自由度が限られていた。自動運転等の車両の機能の高度化が更に進むと、ＥＣＵ等の電装部品の搭載スペースが増え、インストルメントパネル内及びエンジンコンパートメント内の部品の搭載スペースが更に逼迫することが予想される。

これに対して、本実施形態に係る操舵装置１は、リンク機構を用いてアクチュエータ２とタイロッド３とを接続する。リンク機構は、配置の自由度が比較的高い。したがって、部品が密集したスペースでも、他の部品を避けてリンクを取り回すことができ、図５に示すように、アクチュエータ２を操舵輪近傍のスペース（例えば、フロント・サスペンション・プレース）に搭載することができる。また、本実施形態に係る操舵装置１を採用した場合、ステアリングホイール３０とアクチュエータ２とは、信号線を介して制御信号を送受信可能に接続されるが、機械的に接続する必要はない。これによっても、部品が密集するインストルメントパネル内及びエンジンコンパートメント内の省スペース化を図ることができる。尚、本実施形態に係る操舵装置１を採用する場合、ステアリングホイール３０の回転方向に対する反力を付与する反力装置３１を設けることが好ましい。

（その他の変形例）
上記の実施形態では、前輪に操舵装置を設ける例を説明したが、図４に示した構成の前輪及び後輪に操舵装置を設け、４輪操舵の車両を構成することも可能である。

本発明は、車両の操舵装置として利用できる。

１操舵装置
２アクチュエータ
３タイロッド
４タイロッド駆動用リンク
５増力リンク
６車輪
７可動子
１１〜１５ボールジョイント

Claims

可動子を直線移動させるアクチュエータと、
車輪に接続されるタイロッドと、
車両の左右方向にスライド可能に支持され、前記タイロッドに接続されるタイロッド駆動用リンクと、
前記アクチュエータと前記タイロッド駆動用リンクとを接続する増力リンクとを備え、
前記アクチュエータと前記増力リンクとが、前記増力リンクが延伸方向に摺動可能、かつ、前記増力リンクが前記アクチュエータとの接続点で回転可能となるように第１のボールジョイントにより支持され、
前記増力リンクの支点が、前記増力リンクが延伸方向に摺動可能、かつ、前記増力リンクが前記支点を中心に回転可能となるように第２のボールジョイントにより支持され、
前記増力リンクと前記タイロッド駆動用リンクとが第３のボールジョイントを介して接続され、
前記第３のボールジョイントと前記タイロッドとが第４のボールジョイントを介して接続される、操舵装置。