JP2567397B2

JP2567397B2 - 車輪操舵装置

Info

Publication number: JP2567397B2
Application number: JP11439087A
Authority: JP
Inventors: モーリス・ピー・ロバーツ
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1987-05-11
Publication date: 1996-12-25
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: DE3780512D1; EP0247302A2; JPS62286873A; DE3780512T2; US4694925A; ES2033708T3; EP0247302A3; EP0247302B1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は車輪操舵装置に関し、更に詳細に述べると、
電動モータによって車輪をパワーアシストする車輪操舵
装置に関するものである。

従来の技術車輪をパワーアシストするのに電動モータを使用する
パワーステアリング装置が米国特許第4,415,054号に開
示されている。この米国特許に開示されたステアリング
装置はステアリングホイールの回転時に起動されるトル
クセンサを有する。このトルクセンサが起動されると、
電気コントローラが電動モータを付勢する。この電動モ
ータはボールナットを駆動し、このボールナットはラッ
ク・ピニオンステアリング機構のラックに取付けられた
ねじと協動する。ボールナットが回転すると、ねじおよ
びラックが軸方向に移動して車輪を旋回（操舵）する。

発明が解決しようとする課題しかしながら、かかる米国特許に開示されたパワース
テアリング装置ではラックがハウジングを貫通し、ステ
アリングリンクを介して車輪に直接取付けられているた
めに、車輪を操作する力がラックに直接かかり、パワー
アシストする電動モータが大型化する等の欠点があっ
た。

本発明の目的は上記の如き従来技術の欠点を改善した
車輪操舵装置を提供することにある。

課題を解決するための手段かかる目的を達成するため本発明に係る車輪操舵装置
は次のような構成を有する。

本発明による車輪操舵装置は、中心軸線と該中心軸線
の周りに回転可能な出力部材とを有する電動モータと；
出力部材に接続された遊星ギヤセットと；中心軸線と同
心であり且つ遊星ギヤセットに接続されて出力部材の回
転時に遊星ギヤセットによって回転可能なトランスミッ
ション出力部材と；トランスミッション出力部材に接続
され且つ電動モータの出力部材の回転時中心軸線の周り
にトランスミッション出力部材と共に回転するボールナ
ットと；該ボールナットによって囲まれ且つ該ボールナ
ットと係合するように中心軸線と同心に配置され且つ車
輪を旋回させるために電動モータの出力部材の回転時に
ボールナットによって軸方向に移動可能なように外周ね
じを設けた部材とを備えている。また非常時に手動によ
る操作を可能にするため、電動モータと遊星ギヤセット
とを貫通して軸方向に延びる手動回転の可能な駆動シャ
フトも備えており、該駆動シャフトはステアリングホイ
ールに接続された入力端部とトランスミッション出力部
材に接続された出力端部とを有し、電動モータと遊星ギ
ヤセットとによりトランスミッション出力部材に回転力
が加えられていない状態においても該トランスミッショ
ン出力部材にステアリングホイールの回転力を伝達でき
るようになっている。

実施例第１図に示すように、トラック10は操舵すべき車輪14
を旋回（操舵）する車輪操舵装置即ちステアリング装置
を有する。第１図には一つの車輪14のみが示されている
が、一対の車輪がトラック10の車輪16の両端部に回転す
るように取付けられていることを理解されたい。これら
車輪はステアリングリンク28およびタイロッド端部に配
置される周知の適当なコネクタによって車軸に回転可能
に接続されている。車軸16はトラック10のフレーム18に
ばね22、24を介して取付けられている。

ステアリング装置12（第１図）は公知のステアリング
リンク28を有し、このステアリングリンクは車輪14に接
続されている。ステアリングホイール30を回転すると、
本発明に係るパワーステアリング装置32はステアリング
リンクを起動して車輪14を旋回させる。パワーステアリ
ングリンク装置32の基端部36は車軸16とステアリングコ
ラム38とに接続されている。パワーステアリング装置32
の外端部40はステアリングリンク28に接続されている。
車輪14を旋回する場合にはパワーステアリング装置32を
伸長したり縮小したりしてステアリングリンク28を起動
し、これによって車輪の旋回を行う。

車輪14の旋回を開始するためにステアリングホイール
30が運転者によって手動で回転される。このホイール30
を回転すると、トルクセンサ44が起動して電気コントロ
ールモジュール46に出力信号を与える。このモジュール
からの出力はパワーステアリング装置32の可逆電動モー
タ50（第２図）を車載バッテリー52（第１図）からの電
流によって付勢する。

電動モータ50は遊星ギヤセットを有した遊星ギヤトラ
ンスミッション56を駆動する。遊星ギヤセットは後述す
るように太陽ギヤ、リングギヤ、及び遊星ギヤからなる
ものである。この遊星ギヤトランスミッションは管状の
トランスミッション出力部材62（第２図）を回転してボ
ールナット64を回転する。次いでこのボールナットは外
周にねじを設けた部材66を軸方向に移動してボール・ソ
ケットジョイント68をパワーステアリング装置32の外端
部40の位置で移動する。このボール・ソケットジョイン
ト68はステアリングリンク28に接続されている。外周に
ねじを設けた部材66およびボール・ソケットジョイント
68が移動すると、ステアリングリンク28が移動して車輪
14を旋回させる。電動モータ50は任意の構成のものを使
用できる。例えばブラシレス電動モータにすることがで
きる。図示のように、電動モータ50はパワーステアリン
グ装置32の主ハウジング84に接続されたステータ82を含
んでいる。略円筒のアマチュア86がステータ82によって
囲まれている。このアマチュアはバッテリー52からコン
トロールモジュール46を通って主ハウジング84内に配置
されたブラシ88（第３図）に導かれた電流によって付勢
される。

モータの管状の出力部材即ち出力シャフト92がアマチ
ュア86に固定されてこのアマチュアを電動モータ50およ
びパワーステアリング装置32の中心軸線94の回りに回転
するように支持する。出力シャフト92はその左端（第３
図で見て）がベアリング98によって支持されている。出
力シャフトの反対端（第４図）は遊星トランスミッショ
ン56の中に延びてこのトランスミッションを駆動するよ
うにする。

遊星トランスミッションの中に延びている出力シャフ
ト92の端部は遊星トランスミッション56の太陽ギヤ102
（第４図および第６図）を形成するギヤ歯を有する、こ
の太陽ギヤは複数の遊星ギヤ104、106、108（第６図）
と噛合っている。これら遊星ギヤは遊星キャリア114上
に配置されたシャフト110（第４図および第６図）に回
転可能に取付けられている。これら遊星ギヤ104、106、
108はリングギヤ118と噛合っており、このリングギヤは
主ハウジング84に固定され従って、その軸線周りに回転
することができない。これら太陽ギヤ102、遊星ギヤ10
4、106、108およびリングギヤ118は遊星ギヤセットを構
成する。

太陽ギア102が出力シャフト92によって回転される
と、遊星ギヤ104、106、108がシャフト110の周りで遊星
キャリア114に対して回転する。静止しているリングギ
ヤ118に対して遊星ギヤ104、106、108が回転すると、こ
れら遊星ギヤは公転して遊星キャリア114をパワーステ
アリング装置32の中心軸線94の周りに回転する。遊星キ
ャリア114はトランスミッション出力部材62の第２図お
よび第４図で見て左端に配置されている。

遊星トランスミッション56は好ましくは3:1の駆動比
を有する。従って、出力シャフト92および太陽ギヤ102
を３回転する毎に遊星ギヤ104、106、108が公転して遊
星キャリア114が一回転する。このことは出力シャフト9
2がトランスミッション出力部材62の３倍の速さで回転
することになる。勿論、遊星トランスミッション56には
3:1よりも他のギヤ比を設定することができる。

ボールナット64には遊星トランスミッション56の遊星
キャリア114が接続されている。従って、電動モータ50
によって与えられる出力は遊星トランスミッション56お
よびボールナット64によって与えられる機械的効果だけ
増大する。これは重いトラックステアリングに必要な比
較的大きいステアリング力を電動モータ50にもたせるこ
とができることになる。

ボールナット64は外側ハウジング124（第５図）を有
し、このハウジングはトランスミッション出力部材62と
一体に形成されている。外側ハウジング124には内側ね
じ部126（第５図）が形成されている。この内側ねじ部
は外周にねじを設けた部材66に設けられた外側ねじ部13
0を包囲している。複数の球状のボール132がこれら内側
および外側ねじ部の間に挿入されている。一対の管13
4、136がボールナットハウジング124の外側に配置され
ている。これら管はボールをねじ部に供給したり戻した
りする機能を果たす。又、管134、136は内側および外側
ねじ部126、130の軸方向に間隔をあけたらせん部間にボ
ール132を導く通路を形成している。ボールナットハウ
ジング124を回転すると、ボール132が外周にねじを設け
た部材66を軸方向に移動せしめる。

外周にねじを設けた部材66は、トランスミッション出
力部材62と同心であってパワーステアリング装置32の中
心軸線94の周りで回転しないようにローラアセンブリ14
0（第７図参照）によって保持されている。このローラ
アセンブリは、又、外周にねじを設けた部材66の軸方向
移動を案内する。このローラアセンブリ140は一対のロ
ーラ142、144（第５図および第７図）を有し、これらロ
ーラは外周にねじを設けた部材66を貫通する支持ピン14
6（第７図）上に回転可能に取付けられている。これら
ローラは主ハウジング84の外端部に形成された複数のト
ラック150、152、154、156（第７図）に係合する。主ハ
ウジング84がトラック150〜156を形成するように第７図
に示されているが、これらトラックをハウジングと別個
に形成してハウジングの内側に設けるようにすることも
できる。

パワーステアリング装置の作動中、電動モータ50はト
ランスミッション出力部材62をパワーステアリング装置
の中心軸線94（第２図）の周りに回転する。一対のスラ
ストベアリング160、162（第４図）が遊星キャリヤ114
と協動してトランスミッション出力部材62を主ハウジン
グ84に対して軸方向移動しないように保持する。外周に
ねじを設けた部材66がローラ142、144によって主ハウジ
ング84に対して回転しないように保持されるのでトラン
スミッション出力部材62を回転すると、この外周にねじ
を設けた部材66は出力部材62およびボールナットハウジ
ング124からボール132を介して外周にねじを設けた部材
66に伝達される駆動力によって主ハウジング84に対して
軸方向に移動することになる。

電動モータ50を一方向に回転すると、外周にねじを設
けた部材66はボールナット64によって第５図で見て右方
向に移動される。電動モータを反対方向に回転すると、
外周にねじを設けた部材66は第５図で見て左方向に向っ
て軸方向に移動される。注目すべきは、外周にねじを設
けた部材66が第２図、第４図および第５図では完全縮小
位置で示され、電動モータ50の次の作動が外周にねじを
設けた部材66を第２図、第４図および第５図に見て右方
向に向って伸長させることである。

ボールナットハウジング124および外周にねじを設け
た部材66に設けられた内側および外側ねじ部126、130
は、夫々、比較的大きなピッチ即ちリードを有する。こ
れは比較的大きな直径のボール132をボールナット64に
用いることができ且つねじ部126、130の厚さを充分に大
きくさせることができ従って重いトラックステアリング
に必要な高い負荷を担持することができる。本発明の一
つの特定の実施例では、ボールナット64は１インチ（2.
54cm）に付き0.666巻きのリードを有し、ボール132は約
0.28インチ（0.7cm）の直径を有する。

電動モータ50がトランスミッション出力部材62を回転
させ且つ車輪を旋回するため外周にねじを設けた部材66
を移動させるように作動すると、駆動シャフト72がトラ
ンスミッション出力部材62と共に回転する。

手動で作動される駆動シャフト72は管状のモータ出力
シャフトを貫通し且つこのシャフトと同心であってこの
シャフトに対して回転可能である。駆動シャフト72はト
ランスミッション出力部材62に駆動接続されて車輌をマ
ニュアルステアリングさせることができる。

駆動シャフト72（第３図および第４図）はベベルギヤ
セット166（第３図）によって駆動され、このセットは
シャフト76に接続され、このシャフトはステアリングホ
イール30に接続されている。このベベルキヤセットは駆
動シャフト72に接続されたベベルギヤ168を含む。ベベ
ルギヤ170がベベルギヤ168に噛合うように配置され且つ
シャフト76に接続されている。ベベルギヤ166とは反対
の駆動シャフト72の端部は遊星キャリア114およびトラ
ンスミッション出力部材62にスプライン72aによって接
続されている。

車輪がステアリングホイール30の回転量に応じてある
程度旋回されたとき駆動シャフト72からベベルギヤセッ
ト166を通してシャフト76およびトルクセンサ44に回転
が伝達されると、トルクセンサがコントロールモジュー
ル46に零信号を与える。この信号に応じてコントロール
モジュール46が電動モータ50を止める。

ステアリングホイールが回動され、次いでこの回動が
放置されたとき外周にねじを設けた部材66に加えにれた
道路からの負荷は、外周にねじを設けた部材66を車輪の
直進方向位置に対応する位置に向け主ハウジング84に対
して移動させるのに十分である。この負荷力は外周にね
じを設けた部材66をボールナット64に対して軸方向に移
動させる。この軸方向移動によってボールナットハウジ
ング124およびトランスミッション出力部材62が回転す
る。トランスミッション出力部材62が回転すると、駆動
シャフト72が回転する。このシャフトの回転はベベルギ
ヤセット166およびシャフト76（第３図）を通してステ
アリングコラム38に伝達される。この回転はステアリン
グホイール30を車輪14の直進位置に相応する位置に戻す
ように回転させる。ボールナットのねじ部126、130が比
較的大きいピッチを有するためにパワーステアリング装
置32は直進状態に容易に戻ることができる。

ステアリングホイールが回動されたときに電動モータ
50がモータ出力シャフト92および／又は遊星トランスミ
ッション56を駆動しないというアクシデントがあった場
合、駆動シャフト72はマニュアル駆動力をトランスミッ
ション出力部材62に伝達するのに有効に働く。従って、
ステアリングホイール30に加えられたマニュアル回転力
はステアリングコラム38を介してシャフト76（第３図）
に伝達される。このシャフト76はステアリングホイール
の回転方向に相応する方向に回転する。このシャフトの
回転はベベルギヤセット166によって駆動シャフト72に
伝えられる。この駆動シャフト72がトランスミッション
出力部材62に接続されているので駆動シャフト72の回転
によってトランスミッション出力部材62が回転して外周
にねじを設けた部材66を移動するようにボールナット64
を回転して車輪14を操舵せしめる。

パワーステアリング装置32はボール・ソケットジョイ
ント172（第３図および第８図）によって車軸16に接続
されている。このジョイント172は一対のボルト174、17
6（第８図）によって主ハウジング84に固定されてい
る。このジョイントはボールスタッド180を有し、この
ボールスタッドはソケットハウジング182から突出して
その外端部に螺合されたナット184によって車軸16に接
続されている。

電動モータ50の回転中、ボール・ソケットジョイント
172は車軸16にモータ反動力を伝達する。このジョイン
ト172はパワーステアリング装置32をボールスタッド180
の中心軸線188（第８図）の周りに回転せしめてステア
リングリンク28の運動に適合せしめる。ボールスタッド
180は、又、軸線188およびパワーステアリング装置32の
中心軸線94によって形成された平面にボールスタッドの
中心軸線188を移動するため中心192（第８図）の周りに
枢動して車軸16とステアリングリンク28との間の相対移
動に更に適合せしめる。しかし、ソケットハウジング18
2はボールスタッド180と協動してボールスタッドがこの
スタッドの中心軸線188およびパワーステアリング装置3
2の中心軸線によって画定された平面に対して横切る方
向に枢動しないように保持する。

ボールスタッドの中心軸線188と中心軸線94とによっ
て画定された平面を横切る方向におけるボールスタッド
180の枢動を阻止することによって、ボールスタッド
は、電動モータ50によってハウジングに加えられる反動
力の下にハウジング84を回転しないように保持する。従
って、アマチュア86をステータ82に対して回転するため
の電動モータ50の加速および減速中、ステータはハウジ
ング84に反動力を加える。これら反動力は、ハウジング
84をパワーステアリング装置32の中心軸線94の周りで時
計方向又は反時計方向（第８図で見て）に回転する傾向
がある。

電動モータ50によってハウジングに加えられた反動力
の下にハウジング84の回転を阻止するため、ソケットハ
ウジング182にはスロット196（第９図）が設けられ、こ
のスロットはパワーステアリング装置32の中心軸線94に
平行に延びる真直ぐな側面198、200を有する。このスロ
ット196はパワーステアリング装置の中心軸線94に平行
に延びる中心軸線204を有する。このスロットはボール
スタッド180を軸線204に平行な方向に枢動せしめる。し
かし、側面198、200は、軸線204に対して横切る方向に
おけるボールスタッド180の側方枢動を阻止する。

電動モータの反動力はハウジング84に伝達される。こ
れら反動力は次いでソケットハウジング182に伝達され
る。これら反動力はスロット196の中心軸線204およびパ
ワーステアリング装置32の中心軸線94に対して横切る方
向にソケットハウジング182をボールスタッド180に対し
て回転する傾向がある。しかし、これら反動力によるソ
ケットハウジングの回転はスロット196の側面198、又は
200とボールスタッド180との係合によって阻止される。

ボール・ソケットジョイント172にはスロット196（第
９図）が設けられて回転作用力を車軸16に伝達するよう
にしているが、パワーステアリング装置32の反対側のボ
ール・ソケットジョイント68（第２図）は外周にねじを
設けた部材66に対して任意の方向に枢動するのが自由で
ある。従って、ボール・ソケットジョイント68は電動モ
ータ50の作動中、反動力に抵抗しない。

発明の効果本発明によれば、上記の如き構成によって車輪の操舵
が円滑に作動でき且つ全体の構造が簡単でコンパクトで
ある車輪操舵装置が提供できるという利点がある。ま
た、本発明によれば、遊星トランスミッションから得ら
れる機械的効果とボールナットから得られる機械的効果
とを合わせることによって大きな力を発揮でき、電動モ
ータを必要以上に大きくしなくてもよい利点がある。ま
た駆動シャフトによってトランスミッション出力部材を
手動で回すことができ、モータ等が故障したときもステ
アリング作用を維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る車輪操舵装置の一部の斜視図、第
２図はパワーステアリング装置の断面図、第３図は第２
図の装置の一部の拡大断面図、第４図は第２図の装置の
他の部分の拡大断面図、第５図は第２図の装置の更に他
の部分の拡大断面図、第６図は第４図の６−６線に沿う
断面図、第７図は第５図の７−７線に沿う断面図、第８
図は第３図の８−８線に沿う立面図、第９図は第８図の
一部の断面図である。 10……トラック 12……ステアリング装置 14……車輪 32……パワーステアリング装置 50……電動モータ 56……遊星ギヤトランスミッション 62……トランスミッション出力部材 64……ボールナット 66……外周にねじを設けた部材 68……ボール・ソケットジョイント 72……駆動シャフト 92……電動モータの出力部材

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中心軸線（94）と該中心軸線の周りに回転
可能な出力部材（92）とを有する電動モータ（50）と、
前記出力部材（92）に接続された遊星ギヤセット（10
2、104、106、108、118）と、前記中心軸線（94）と同
心であり且つ前記遊星ギヤセット（102、104、106、10
8、118）に接続されて前記出力部材（92）の回転時に前
記遊星ギヤセット（102、104、106、108、118）によっ
て回転可能なトランスミッション出力部材（62）と、前
記トランスミッション出力部材（62）に接続され且つ前
記電動モータの出力部材（92）の回転時、前記中心軸線
の周りにトランスミッション出力部材と共に回転するボ
ールナット（64）と、該ボールナットによって囲まれ且
つ該ボールナットと係合するように前記中心軸線（94）
と同心に配置され且つ車輪を旋回させるために前記電動
モータの出力部材（92）の回転時に前記ボールナットに
よって軸方向に移動可能なように外周にねじを設けた部
材（66）と、前記電動モータと遊星ギヤセットとを貫通
して軸方向に延びる手動回転の可能な駆動シャフト（7
2）とを備えて成り、該駆動シャフトはステアリングホ
イールに接続された入力端部と前記トランスミッション
出力部材（62）に接続された出力端部とを有し、前記駆
動シャフトは前記電動モータと前記遊星ギヤセットとに
より前記トランスミッション出力部材（62）に回転力が
加えられていない状態においても該トランスミッション
出力部材にステアリングホイールの回転力を伝達できる
ようになっていることを特徴とする車輪操舵装置。
【請求項２】遊星ギヤセット（102、104、106、108、11
8）が電動モータの出力部材（92）に接続された太陽ギ
ヤ（102）と、前記太陽ギヤ（102）を囲む固定のリング
ギヤ（118）と、前記太陽ギヤ（102）とリングギヤ（11
8）とに噛合い且つ前記トランスミッション出力部材（6
2）によって担持され且つ該トランスミッション出力部
材に対して回転可能な遊星ギヤ（104、106、108）とを
含む特許請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項３】前記電動モータ（50）、遊星ギヤセットお
よびボールナット（64）は主ハウジング（84）に収容さ
れ、該主ハウジングはボール・ソケットジョイント（17
2）に接続されており、該ボール・ソケットジョイント
（172）は車輌に接続されるボールスタッド（180）と該
ボールスタッドの一端を囲み前記主ハウジング（84）に
接続されたソケットハウジング（182）とを含み、前記
ソケットハウジングは面（198、200）を有し、該面は、
前記主ハウジング（84）が前記電動モータ（50）から主
ハウジング（84）へ伝えられる力によって電動モータの
中心軸線（94）を横切る方向に移動するのを阻止する特
許請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項４】遊星ギヤセット（102、104、106、108、11
8）が前記電動モータ（50）と同心関係に配置された太
陽ギヤ（102）と、該太陽ギヤと噛合うように配置され
た複数の遊星ギヤ（104、106、108）と、該遊星ギヤと
噛合うように配置され且つ前記主ハウジング（84）に固
定されたリングギヤ（118）とを有し、前記遊星ギヤは
前記トランスミッション出力部材（62）によって担持さ
れ且つ該トランスミッション出力部材に対して回転可能
である特許請求の範囲第３項記載の装置。
【請求項５】トランスミッション出力部材（62）が前記
遊星ギヤ（104、106、108）のための遊星キャリアを形
成し且つ前記太陽ギヤ（102）、および遊星ギヤ（104、
106、108）の相対回転時、前記リングギヤ（118）に対
して回転可能である特許請求の範囲第４項記載の装置。
【請求項６】前記外周にねじを設けた部材（66）の軸方
向移動を案内し且つ該部材を、その軸線周りに回転しな
いように保持する手段（140）が設けてある特許請求の
範囲第１項記載の装置。
【請求項７】電動モータ（50）、遊星ギヤセット（10
2、104、106、108、118）およびボールナット（64）を
収容する主ハウジング（84）と、該主ハウジングに接続
されたボール・ソケットジョイント（172）とを有し、
該ボール・ソケットジョイントは車輌に接続されるよう
になされたボールスタッド（180）と該ボールスタッド
の一端を収容し且つ主ハウジング（84）に接続されたソ
ケットハウジング（182）とを有し、該ソケットハウジ
ングは、前記主ハウジング（84）が電動モータ（50）か
ら主ハウジング（84）へ伝達される反動力によってモー
タの中心軸線（94）に対して横切る方向に移動するのを
阻止する面（198、200）を備えている特許請求の範囲第
１項記載の装置。
【請求項８】前記外周にねじを設けた部材（66）の軸方
向移動を案内し且つ該部材を、その軸線周りに回転しな
いように保持する手段（140）を含む特許請求の範囲第
７項記載の装置。
【請求項９】前記駆動シャフト（72）のトルクを検出し
て前記電動モータ（50）を起動するためのセンサ（44）
を含む特許請求の範囲第１項記載の装置。』