JP3674020B2

JP3674020B2 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP3674020B2
Application number: JP30098198A
Authority: JP
Inventors: 洋司山内; 栄作垣内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: JPH11198830A; US6179083B1; DE19852447A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵ハンドルの操舵角に対する車輪の転舵角の伝達比を可変とした車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の操舵装置では、一般に、操舵ハンドルに連結された操舵軸の回転をラックアンドピニオンなどのギヤ装置を介してタイロッドの横方向の変位に変換している。また、この際、車速に応じた走行安定性を確保するため、ギヤ装置における入力−出力間の回転伝達比（ギヤ比）を車速に応じて変化させる伝達比可変機構を採用している。
【０００３】
図９に、このような伝達比可変機構を備えた従来の操舵装置の一例を示す（特開昭６２−２３８６９号）。この操舵装置では、操舵ハンドルに連結された操舵軸１０２の回転が、入力ギヤ１０３，１０４を介して入力軸１０１に伝達され、入力軸１０１はサンギヤ１０５と一体的に回転する。サンギヤ１０５の回転は、その外周のプラネタリギヤ１０６を介してリングギヤ１０７に伝達され、リングギヤ１０７と一体化された出力軸１０８から回転出力を得る機構となっている。
【０００４】
また、ステッピングモータ１０９の回転は、入力軸１０１に対して回転可能なキャリア１１０に伝達され、キャリア１１０はプラネタリギヤ１０６を支持している。
【０００５】
このため、ステッピングモータ１０９でキャリア１１０を回転させることで、プラネタリギヤ１０６がサンギヤ１０５のまわりを回転移動する状態となり、この作用によって、サンギヤ１０５によって回転されるプラネタリギヤ１０６の回転量が変化する。このような機構によって、入力軸１０１と出力軸１０８との間の回転伝達比を制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の操舵装置では、図１０に示すように、入力軸１０１が矢印ａ方向に回転すると、この回転がサンギヤ１０５及びプラネタリギヤ１０６を介してリングギヤ１０７に伝達されるが、リングギヤ１０７は、矢印ａとは反対方向となる矢印ｂ方向に回転する。従って、操舵ハンドルの回転方向と出力軸１０８の回転方向を一致させるためには、操舵軸１０２の回転を反転させて伝達する必要があった。このため、入力側には、操舵軸１０２の回転を反転して伝達するための一対の入力ギヤ１０３，１０４を介在させる必要があり、操舵装置の小型化を進めるうえで支障となっていた。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、装置の小型化に寄与し得る車両用操舵装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１にかかる車両用操舵装置は、操舵角に対する転舵角の伝達比を可変とした車両用操舵装置であって、操舵ハンドルの回転操作に連動し、操舵ハンドルと同方向に回転する入力軸と、入力軸に対して同心的に配設され、回転駆動可能なサンギヤと、入力軸に連結されると共に、サンギヤと噛合しつつこのサンギヤのまわりを入力軸と同方向に回転するプラネタリギヤと、内周がプラネタリギヤと噛合する円環状のリングギヤと、リングギヤと一体的に形成され回転する出力軸とを備えて構成する。
【０００９】
入力軸が回転すると、この入力軸に連結されたプラネタリギヤが、サンギヤのまわりを入力軸と同方向に回転移動する。プラネタリギヤがサンギヤの周囲を回転移動すると、プラネタリギヤに噛合するリングギヤが、プラネタリギヤの回転方向と同方向に回転され、出力軸がこの方向に回転する。従って、入力軸と出力軸との回転方向が一致する。
【００１０】
また、サンギヤが回転することで、プラネタリギヤの回転量が変化しリングギヤの回転量も変化する。この作用により、入力軸に対する出力軸の回転伝達比を変化させることができる。
【００１１】
請求項２にかかる車両用操舵装置は、請求項１にかかる車両用操舵装置において、入力軸に対して同心的に配設されると共に駆動源により回転駆動され、この回転をサンギヤに伝達する伝達ギヤと、入力軸の軸線方向に沿った移動を規制し、かつ、入力軸に対して相対回転自在に、サンギヤ及び伝達ギヤを入力軸に対して固定する第１固定手段と、プラネタリギヤを支持する支持部材と、支持部材を入力軸に対して固定する第２固定手段とを備えて構成する。
【００１２】
なお、第２固定手段は、例えば、入力軸の軸線方向に沿った支持部材の移動を規制するように、入力軸と支持部材との間に形成された当接部と、支持部材を当接部側へ押圧する押圧部とを備えて構成する。
【００１３】
このように第１固定手段によってサンギヤ及び伝達ギヤを入力軸に対して固定し、この第１固定手段とは別の第２固定手段によって、支持部材を入力軸に対して固定する。従って、第１固定手段の固定機構に関わらずに、第２固定手段により支持部材を入力軸に対して固定できることとなり、支持部材の入力軸に対する軸線方向の位置決めを独立して行うことができ、支持部材を組み付ける際の位置決めの自由度が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１及び図２に本実施形態にかかる操舵装置を示す。
【００１６】
入力軸１０は、その上端が操舵軸１に連結されており、また、操舵軸１には図示しない操舵ハンドルが連結されている。このため、入力軸１０は操舵ハンドルと同方向に回転する機構となっている。
【００１７】
入力軸１０は、筒状のスリーブ体２０内を貫通しており、スリーブ体２０は、スリーブ２２の一端側に円環状のサンギヤ２１を形成し、他端側に円環状のウォームホイール２３を形成して一体化しており、入力軸１０に対して同心的に配設している。入力軸１０の外周部とスリーブ体２０の内周部との間には、ベアリング１２が介在しており（図１参照）、入力軸１０とスリーブ体２０とは、互いに回転を拘束されることなく、別々に回転する機構となっている。
【００１８】
スリーブ体２０を貫通した入力軸１０の貫通端部には、サンギヤ２１よりも大なる外径を有する円盤状のキャリア１１を固定している。このキャリア１１の周縁部には、等間隔で３箇所に支持ピン１３を固定しており、各支持ピン１３は、それぞれプラネタリギヤ３０を回転自在に支持している。これら３個のプラネタリギヤ３０は、中心部に位置するサンギヤ２１とそれぞれ噛合しており、キャリア１１が入力軸１０と一体的に回転することで、各プラネタリギヤ３０は、サンギヤ２１と噛合しつつサンギヤ２１の周囲を回転移動する機構となっている。
【００１９】
各プラネタリギヤ３０を囲むように円環状のリングギヤ４０が配設されており、リングギヤ４０の内周部に形成されたギヤ歯が各プラネタリギヤ３０と噛合している。従って、図３に示すように、サンギヤ２１、プラネタリギヤ３０及びリングギヤ４０が同心的に配設され、サンギヤ２１と各プラネタリギヤ３０とが噛合し、各プラネタリギヤ３０とリングギヤ４０とが噛合した状態となっており、遊星歯車機構を構成している。
【００２０】
また、リングギヤ４０には出力軸４１が一体化しており、出力軸４１に形成したピニオン４２にはラック軸４３（図１参照）が噛合している。このようなラック＆ピニオン機構によって、出力軸４１の回転運動をラック軸４３の直線運動に変換して、車輪を転舵させる機構となっている。
【００２１】
一方、スリーブ体２０を構成するウォームホイール２３にはウォームギヤ２４が噛合しており、このウォームギヤ２４は、駆動モータ２５によって回転駆動される機構となっている。そして、電子制御装置（ＥＣＵ）５０では、車速センサ６０及び操舵角センサ６１の検出結果をもとに、操舵方向と車速に応じた駆動モータ２５の回転制御を実施している。
【００２２】
ここで、各ギヤの動作について説明する。
【００２３】
運転者が操舵ハンドルＳＷを回転させると、この回転が操舵軸１を介して入力軸１０に伝達され、入力軸１０は操舵ハンドルと同方向に回転する。この際、キャリア１１も入力軸１０と一体的に回転するため、キャリア１１に支持された各支持ピン１３も、サンギヤ２１の周囲を回転移動する。
【００２４】
例えば、図３に矢印ｃで示す向きに支持ピン１３が移動した場合を想定すると、各支持ピン１３が移動することで、この支持ピン１３によって支持された各プラネタリギヤ３０が、支持ピン１３を中心に矢印ｄで示す向きに回転しつつ、サンギヤ２１の周囲を矢印ｃ方向に沿って移動する。また、プラネタリギヤ３０が矢印ｄ方向に回転すると、プラネタリギヤ３０と噛合するリングギヤ４０が矢印ｅ方向に回転し、この方向に出力軸４１が回転する。従って入力軸１０の回転が、同方向に出力軸４１に伝達され、出力軸４１は入力軸１０と同一方向に回転する状態となる。
【００２５】
なお、運転者が操舵ハンドルを逆方向に回転させた場合には、各ギヤは、図３に示す矢印とは反対方向へ回転或いは移動し、この場合も同様に入力軸１０の回転方向と出力軸４１の回転方向は一致する。
【００２６】
一方、駆動モータ２５によってウォームギヤ２４が回転すると、この回転がウォームホイール２３を介してスリーブ体２０に伝達され、スリーブ体２０全体が回転する。すなわち、ウォームギヤ２４の回転方向に応じた方向に、スリーブ体２０が回転駆動される。従って、スリーブ体２０を構成するサンギヤ２１も回転し、サンギヤ２１が回転することで、サンギヤ２１と噛合する各プラネタリギヤ３０の回転量が変化する。
【００２７】
例えば、プラネタリギヤ３０が操舵に伴って矢印ｃ方向に移動する際に、サンギヤ２１が図３の矢印ｆ方向に回転することで、矢印ｄ方向に回転するプラネタリギヤ３０の回転量が増加され、プラネタリギヤ３０と噛合するリングギヤ４０の回転量も増大する。また、サンギヤ２１が図３の矢印ｆと反対方向に回転することで、プラネタリギヤ３０の回転量が減少され、リングギヤ４０の回転量も減少する。
【００２８】
このようにサンギヤ２１の回転制御を実施することで、入力軸１０の回転がリングギヤ４０に伝達される回転伝達比（ギヤ比）を変化させることができる。このサンギヤ２１の回転制御は、前述したようにＥＣＵ５０によって実施され、操舵方向と車速に応じた駆動モータ２５の回転制御が実施される。
【００２９】
次に、他の実施形態を図４に示す。なお、図１の操舵装置と同一の機能を有する部材には同一の参照番号を付して示す。
【００３０】
この操舵装置は、入力軸１０の回転角を検出する操舵角センサ６１をウォームホイール２３の上部に備えており、出力軸４１の回転角を検出するレゾルバ６２を出力軸４１の下方に備えている。また、ウォームホイール２３とサンギヤ２１とを、組み付け時に噛合させることで、ウォームホイール２３とサンギヤ２１とが一体的に回転する機構となっている。
【００３１】
ここで図４の操舵装置における遊星歯車機構の組み付けの一例を、図４及び図５を参照して説明する。
【００３２】
まず、リング状の操舵角センサ６１を入力軸１０の下端より挿入し、図に示す位置において、入力軸１０の外周部に圧入して固定する。次に、ウォームホイール２３の下部に、サンギヤ２１の上部を圧入して重合させると共に、この重合部位に結合ピン７２を貫通させて、互いの相対回転を拘束した状態で一体化する。なお、この際、結合ピン７２に代えて、一方にキー、他方にキー溝を設けて嵌合させることでキー結合させても良い。
【００３３】
次に、ウォームホイール２３の上部内側に、リング状のアンギュラベアリング１５を圧入して固定する。そしてこのようにして一体化させたギヤ全体を入力軸１０の下端より挿入する。このとき、入力軸１０に形成した位置決め用の段差部１０ａに対し、アンギュラベアリング１５の内輪部が当接するまで挿入する。
【００３４】
次に、プラネタリギヤ３０が設けられたキャリア１１の開口部内に、リング状のアンギュラベアリング１６を圧入して固定し、この状態のキャリア１１を入力軸１０の下端より挿入する。これにより、アンギュラベアリング１６の内輪がサンギヤ２１の下部に圧入されると共に、プラネタリギヤ３０がサンギヤ２１と噛合する状態となる。
【００３５】
また、キャリア１１の固定位置付近には、入力軸１０の外周部にねじ溝が切られており、リング状のナット１９を入力軸１０の下端より図の位置付近まで挿入し、締め上げることで、ナット１９によってキャリア１１が上方に押圧される状態となる。この押圧力は、キャリア１１を介して、アンギュラベアリング１６、サンギヤ２１、ウォームホイール２３と伝わり、段差部１０ａによって位置決めされたアンギュラベアリング１５に作用する。従って、ナット１９を締め付けることで、ナット１９とアンギュラベアリング１５との間に、この間に位置する部材が固定される状態となる。
【００３６】
この後、深溝ベアリング１７をリングギヤ４０の中央部に圧入して固定する。なお、リングギヤ４０は、入力軸１０側に固定されるベース部４０ｂとリング状のギヤ部４０ａとで構成され、ベース部４０ｂにギヤ部４０ａを圧入して互いの一部を重合させると共に、この重合部位に結合ピン７３を貫通させることで、互いの相対回転を拘束した状態で一体化している。また、リングギヤ４０は、出力軸４１に対し、出力軸４１とベース部４０ｂとを貫通する連結ピン７１によって、互いの相対回転を拘束した状態で連結されている。
【００３７】
従って、組付けの際には、例えば、リングギヤ４０、深溝ベアリング１７及び出力軸４１を一体に組み付けて中間ユニットを形成し、下部ハウジング８５には、アンギュラベアリング１８及びアンギュラベアリング８８を予め固定しておく。この中間ユニットを下部ハウジング８５内に挿入して、アンギュラベアリング１８及びアンギュラベアリング８８の内輪部に中間ユニットを嵌合させる。挿入後、ナット８７で締め上げて、中間ユニットを下部ハウジング８５側に固定する。
【００３８】
そして、このようにして組み付けた下部ハウジング８５と、リングギヤ４０以外の各ギヤ及び入力軸１０を組み付けた上部ハウジング８６とを、組み合わせる。これにより、リングギヤ４０とプラネタリギヤ３０とが噛合する状態となる。
【００３９】
このようにして組み付けることで、ウォームホイール２３及びサンギヤ２１は、入力軸１０に固定されたアンギュラベアリング１５と、キャリア１１に固定されたアンギュラベアリング１６との間に回転自在に支持される構造となっている。
【００４０】
なお、図示は省略したが、キャリア１１及び入力軸１０には、いずれか一方に軸線方向に延びるキーが突出し、他方にはこのキーと嵌合するキー溝が形成されており、キーとキー溝が嵌合することで、入力軸１０を中心とする互いの相対回転が阻止された状態となっている。また、キャリア１１と入力軸１０とは、ナット１９を締め上げることによって固定されるが、その軸線方向の位置は、アンギュラベアリング１５から、ウォームホイール２３、サンギヤ２１、アンギュラベアリング１６、キャリア１１に至る軸線方向の寸法と、アンギュラベアリング１５，１６の剛性によって決定される。このため、キャリア１１と入力軸１０との固定部は、軸線方向に沿って変位できるように、前述したキー結合としている。
【００４１】
さらに、他の実施形態を図６に示す。なお、図４で示した部材と同一の機能を有する部材には同一の参照番号を付して示す。
【００４２】
図４で示した実施形態との主な変更箇所は、アンギュラベアリング１５，１６を背面合わせとして用いており、この変更に伴って、キャリア１１の固定機構も変更となっている。
【００４３】
以下、図６の操舵装置における遊星歯車機構の組み付けの一例を、図６及び図７を参照して説明する。
【００４４】
まず、リング状の操舵角センサ６１を入力軸１０の下端より挿入して、図に示す位置において、入力軸１０の外周部に圧入して固定する。
【００４５】
また、ウォームホイール２３の開口部内に、背面合わせとした状態のアンギュラベアリング１５，１６の外輪を圧入する。この際、下方に位置するアンギュラベアリング１６がウォームホイール２３の開口部内に形成した段差部２３ａに当接するまで圧入しておく。また、ウォームホイール２３の開口部内に形成したねじ溝に対してリング状のナット８１を締め付け、このナット８１を上方に位置するアンギュラベアリング１５に当接させておく。
【００４６】
次に、このようにアンギュラベアリング１５，１６及びナット８１を装着したウォームホイール２３を、入力軸１０の下端より挿入して上方にスライドさせ、アンギュラベアリング１５の内輪が入力軸１０の段差部１０ａに当接するまで圧入し、その位置に固定する。
【００４７】
また、この固定位置付近には、入力軸１０の外周部にねじ溝が切られており、リング状のナット８２を入力軸１０の下端より図の位置付近まで挿入し、締め上げる。これにより、アンギュラベアリング１５，１６は、入力軸１０の軸線方向上部が段差部１０ａ及びナット８１に当接し、下部がナット８２及び段差部２３ａに当接している。従って、ウォームホイール２３は、入力軸１０の軸線方向に沿った移動を規制され、かつ、入力軸１０に対して相対回転自在な状態で、入力軸１０に対して固定された状態となる。
【００４８】
このように、背面合わせとしたアンギュラベアリング１５，１６と、ナット８１、８２とを用いることで、他の構成部材に固定位置を規制されることなく、入力軸１０に対してウォームホイール２３を個別に固定することができる。
【００４９】
次に、サンギヤ２１を入力軸１０の下端より挿入し、サンギヤ２１の上部をウォームホイール２３の下部内側に圧入する。これにより、ウォームホイール２３とサンギヤ２１とが連結され、一体的に回転可能な構造となる。
【００５０】
次に、プラネタリギヤ３０が設けられたキャリア１１を入力軸１０の下端より挿入する。この際、入力軸１０には、入力軸１０の軸線方向に沿って挿入されるキャリア１１と当接するように、外周部を縮径させて形成した段差部１０ｂを備えており、この段差部１０ｂに当接するようにキャリア１１を挿入する。従って、この段差部１０ｂによって、入力軸１０に対する軸線方向の固定位置が決定される。
【００５１】
また、キャリア１１の挿入位置付近には、入力軸１０の外周部にねじ溝１０ｃが切られており、キャリア固定用のナット８３を入力軸１０の下端より挿入して締め上げることで、キャリア１１が段差部１０ｂとナット８３との間に圧接された状態となり、この作用により、キャリア１１が入力軸１０に対して一体的に固定される。
【００５２】
このように、キャリア１１は、他の構成部材に固定位置を規制されることなく、段差部１０ｂによって規定された位置に固定することが可能となり、段差部１０ｂの形成位置を変更することで、キャリア１１の固定位置を個別に設定することが可能となる。また、図４の場合に比べて、アンギュラベアリング１６の配設位置が上方に移動しており、この分、キャリア１１から下側の領域で設置スペースを十分に確保することができる。
【００５３】
なお、この後の組付けは、先に説明した図４及び図５に示した実施形態と同様であり、説明は省略する。
【００５４】
以上説明した図６及び図７の実施形態では、段差部１０ｂを利用してキャリア１１を位置決めする場合を例示したが、この他にも図８に概略的に示すように、入力軸１０の下端部を端部に向かって縮径したテーパ形状とし、キャリア１１の開口部の内壁を、入力軸１０のテーパ形状に沿ったテーパ面とすることも可能である。このように形成した場合にも、キャリア１１を入力軸１０に対して挿入し、互いのテーパ部を嵌合させた後、ナット８３で締め上げることにより、入力軸１０に対してキャリア１１を固定することができる。
【００５５】
なお、この場合、ナット８３で締め上げる過程で、キャリア１１は入力軸１０に対して軸線方向に相対的に変位することになるが、この変位により、サンギヤ２１及びリングギヤ４０とプラネタリギヤ３０との噛合部が、ねじ山とねじ溝の形成方向となる軸線方向に沿って相対変位するだけであるため、この相対変位を許容し、かつ、互いの噛合状態に何ら影響を及ぼすことはない。
【００５６】
また、図８に示すように、入力軸１０とキャリア１１との互いの接合面にそれぞれセレーション８４を形成し、セレーション同士の噛合を併用することで、入力軸１０の回転方向に沿ったキャリア１１の結合力を高めることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる車両用操舵装置によれば、サンギヤ、プラネタリギヤ及びリングギヤを同心的に配した遊星歯車機構を採用し、入力軸をプラネタリギヤに連結し、出力軸をリングギヤに連結して構成するので、サンギヤを回転させることで伝達比を変化させることができ、しかも、入力軸の回転方向が反転されることなく出力軸から出力させることができる。
【００５８】
このため、従来のように、入力軸の回転を反転して伝達するためのギヤが不要となり、操舵装置の小型化をより一層進めることが可能となる。
【００５９】
また、請求項２にかかる車両用操舵装置によれば、サンギヤ及び伝達ギヤを入力軸に対して固定する第１固定手段と、プラネタリギヤを支持する支持部材を入力軸に対して固定する第２固定手段とをそれぞれ備えるので、第１固定手段の固定機構に関わらずに、第２固定手段によって、支持部材を入力軸に対して独立して固定できる。従って、支持部材の入力軸に対する軸線方向の位置決めを独立して行うことができ、支持部材を組み付ける際の位置決めの自由度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる車両用操舵装置の構造を示す断面図である。
【図２】本実施形態にかかる車両用操舵装置の要部を示す概略図である。
【図３】車両用操舵装置における遊星歯車機構のみを取り出して示す平面図である。
【図４】他の実施形態にかかる車両用操舵装置の構造を示す断面図である。
【図５】図４の要部を拡大して示す断面図である。
【図６】他の実施形態にかかる車両用操舵装置の構造を示す断面図である。
【図７】図６の要部を拡大して示す断面図である。
【図８】入力軸とキャリアとの他の結合形状を概略的に示す断面図である。
【図９】従来の車両用操舵装置を示す断面図である。
【図１０】従来の車両用操舵装置における遊星歯車機構のみを取り出して示す平面図である。
【符号の説明】
１０…入力軸、１０ａ…段差部（第１固定手段）、１０ｂ…段差部（第２固定手段）、１１…キャリア（支持部材）、１５、１６…アンギュラベアリング（第１固定手段）、２０…スリーブ体、２１…サンギヤ、２３…ウォームホイール（伝達ギヤ）、２３ａ…段差部（第１固定手段）、２４…ウォームギヤ、２５…駆動モータ（駆動源）、３０…プラネタリギヤ、４０…リングギヤ、４１…出力軸、８１、８２…ナット（第１固定手段）、８３…ナット（第２固定手段）。

Claims

操舵角に対する転舵角の伝達比を可変とした車両用操舵装置であって、
操舵ハンドルの回転操作に連動し、操舵ハンドルと同方向に回転する入力軸と、
前記入力軸に対して同心的に配設され、回転駆動可能なサンギヤと、
前記入力軸に連結されると共に、前記サンギヤと噛合しつつこのサンギヤのまわりを前記入力軸と同方向に回転するプラネタリギヤと、
内周が前記プラネタリギヤと噛合する円環状のリングギヤと、
前記リングギヤと一体的に形成され回転する出力軸とを備える車両用操舵装置。
前記入力軸に対して同心的に配設されると共に駆動源により回転駆動され、この回転を前記サンギヤに伝達する伝達ギヤと、
前記入力軸の軸線方向に沿った移動を規制し、かつ、前記入力軸に対して相対回転自在に、前記サンギヤ及び伝達ギヤを前記入力軸に対して固定する第１固定手段と、
前記プラネタリギヤを支持する支持部材と、
前記支持部材を前記入力軸に対して固定する第２固定手段とを備える請求項１記載の車両用操舵装置。