JP4888758B2

JP4888758B2 - 車両のステアリング装置

Info

Publication number: JP4888758B2
Application number: JP2005300719A
Authority: JP
Inventors: 賢一東
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: JP2007106319A

Description

この発明は車両のステアリング装置に係り、特に、複数のアクチュエータモータを備える場合のアクチュエータモータ周囲構造の占有スペースをコンパクトにし、車両への搭載性を向上し、パワー伝達系路の部品点数を削減し、伝達効率と耐久性を確保することができる車両のステアリング装置に関する。

車両のステアリング装置には、操舵輪を駆動するタイロッドと連動するステアリンクラック部材と、このステアリングラック部材のラックと噛合うピニオンギアを有するピニオンシャフトと、このピニオンシャフトと作動連結されるアクチュエータモータを備え、乗員により回動操作されるステアリングハンドルの操作力を助勢するものがある。

従来の車両のステアリング装置には、１つ又は２つのアクチュエータモータを設け、このアクチュエータモータをステアリングシャフトやピニオンシャフト又はステアリングラック部材に組み込んでいるものがある。
特許第３５７２４６５号公報特開１９９５−１７２３２６号公報特開１９９３−２１３２１１号公報特許第２８４４９４３号公報特開２００４−３２９４１号公報特開１９９４−３４４９２７号公報

ところで、車両のステアリング装置には、ステアリングシャフトとピニオンシャフトが機械的に連結されていないものがある。このようなステアリング装置においては、操舵の確実性を高めるために、操舵用のアクチュエータモータを２つ以上設ける必要がある。

しかし、複数のアクチュエータモータをステアリングギアボックスに組付けるには、スペースや部品点数が増加する問題がある。また、複数のアクチュエータモータを同時に作動させた場合には、アクチュエータモータや減速ギア（ギア比）が異なっていたり、取付け位置が離れていたりすると、個々のモータ出力に差が生じ、制御が複雑化してしまう問題がある。

また、従来の一般的なウォームギアとウォームホイールギアからなるギアセットは、各ギアの軸線が直交している。そのため、ステアリングシャフトないしピニオンシャフトにウォームホイールギアを設ける場合には、それらのシャフトの軸心が傾斜すると、ウォームギアに繋がるアクチュエータモータの軸線も傾斜してしまい、アクチュエータモータの占有スペースが大きくなってしまい、車両への搭載性が低下する問題がある。

例えば、前記特許文献１においては、図４に示すように、ステアリングギアボックスにアクチュエータモータを設けても、ピニオンシャフトの軸線が傾斜していると、アクチュエータモータがステアリングラック部材から離れるように突出してしまうことになる。

また、前記特許文献２においては、図１に示すように、一見すると、二つのアクチュエータモータが軸線を平行にして対をなして並んで配置され、ピニオンシャフトの軸線方向に沿って、二つのアクチュエータモータの軸線（ウォームギアの軸線）がずれて配置されているものがある。

しかし、雄ねじ状歯車をなすウォームギアに対し、雌ねじ状歯車をなすウォームホイールギアでは、一つのウォームホイールギアの軸線方向に二つのウォームギアをずらして噛み合わせることが難しく、駆動力の伝達効率と耐久性を確保することが困難になる問題があり、この結果、特許文献２の図１に示すよう２つのウォームホイールギアを設けなければならず、パワー伝達系路の部品点数が増加する問題がある。

これに対して、前記特許文献３においては、図２に示すように、ウォームホイールギアに対するウォームギアの噛合いに配慮して、二つのアクチュエータモータをピニオンシャフトの直径方向対向位置において互いに接線方向反対側に位置させているが、アクチュエータモータをコンパクトに配置できたとしても、二つのウォームギアの噛み合いをウォームホイールギアの軸線方向にずらすことが困難であり、望むような耐久性が得られない問題がある。

さらに、前記特許文献４においては、図１に示すように、アクチュエータモータとステアリングシャフトとを平歯車のギアセットで連絡しているが、平歯車どうしを噛合わせではギアセットの減速比を大きく取ることがスペースの問題から難しい。そのため、平歯車のギアセットでは、アクチュエータモータの小型化や、減速比によるトルクアップが望めない問題がある。

また、アクチュエータモータを二つとする場合は、駆動軸である二つのアクチュエータモータのモータシャフトと従動軸であるステアリングシャフトとを含めて３軸が平行に並ぶ構造なので、ステアリングラック部材周囲にコンパクトにまとめることができない問題がある。

この発明は、車両のステアリング装置について、複数のアクチュエータモータを備える場合のアクチュエータモータ周囲構造の占有スペースをコンパクトにし、車両への搭載性を向上し、パワー伝達系路の部品点数を削減し、伝達効率と耐久性を確保することを目的とする。

この発明は、操舵輪を駆動するタイロッドと連動するステアリングラック部材と、このステアリングラック部材のラックと噛合うピニオンギアを有するピニオンシャフトと、このピニオンシャフトと作動連結されるアクチュエータモータを備える車両のステアリング装置において、前記ピニオンシャフトと同期回転する単一のウォームホイールギアを平歯車として形成し、このウォームホイールギアに噛合い位置を互いに平歯車の軸線方向にずらして噛み合っている複数のウォームギアを雄ねじ状歯車として形成するとともに、前記アクチュエータモータと同期回転するように設け、複数のアクチュエータモータを、ウォームホイールギアの平歯車とウォームギアの雄ねじ状歯車との噛合いを介して前記ピニオンシャフトに作動連結し、前記ピニオンシャフトの軸線に対して傾斜角度を有する前記ウォームギアの軸線およびステアリングラック部材の軸線を互いに平行に設け、複数設けるウォームギアおよびこれらウォームギアに同期回転するアクチュエータモータの軸線を、それらの軸線をともに含む仮想平面の法線が鉛直より傾斜するように設けることを特徴とする。

この発明の車両のステアリング装置は、平歯車のウォームホイールギアと雄ねじ状歯車のウォームギアとの歯当りを適正に設定することによって、ウォームホイールギアの軸線とウォームギアの軸線とが直交しないようにすることができ、軸線が長いものほど互いの最も離間する距離が小さく、コンパクトになり、また、平歯車を使用しても、歯の進み送り方向が対向せず傾斜するので、不快な振動なども小さい。
このため、この発明の車両のステアリング装置は、複数のアクチュエータモータを備える場合のアクチュエータモータ周囲構造の占有スペースをコンパクトにし、車両への搭載性を向上し、パワー伝達系路の部品点数を削減し、伝達効率と耐久性を確保することができる。

この発明の車両のステアリング装置は、複数のアクチュエータモータを、ウォームホイールギアの平歯車とウォームギアの雄ねじ状歯車との噛合いを介してピニオンシャフトに作動連結したことにより、ウォームホイールギアの軸線とウォームギアの軸線とが直交しないようにしてコンパクトにし、また、歯の進み送り方向を傾斜させて不快な振動などを小さくし、アクチュエータモータ周囲構造の占有スペースをコンパクトにし、車両への搭載性を向上し、パワー伝達系路の部品点数を削減し、伝達効率と耐久性を確保するものである。
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図７は、この発明の実施例を示すものである。図７において、１は車両、２はステアリング装置である。この車両１のステアリング装置２は、操舵輪３を駆動するタイロッド４と連動するステアリングラック部材５と、このステアリングラック部材５のラック６と噛合うピニオンギア７を有するピニオンシャフト８と、このピニオンシャフト８と作動連結されて操舵輪３を駆動するアクチュエータモータ、この実施例では複数の第１・第２アクチュエータモータ９・１０を備えている。

前記ステアリングラック部材５とピニオンシャフト８とは、ステアリングギアボックス１１内に設けられ、ラック６をピニオンギア７に噛み合わせている。前記ステアリングギアボックス１１の上方には、モータギアハウジング１２が取り付けられ、前記第１・第２アクチュエータモータ９・１０が設けられている。モータギアハウジング１２の上方には、センサハウジング１３が取り付けられ、ピニオンシャフト８の回転角を操舵角として検知する操舵角検知手段である複数の操舵角センサ１４が設けられている。

ステアリング装置２は、第１・第２アクチュエータモータ９・１０によりピニオンシャフト８を回動させ、この回動運動をラック６とピニオンギア７とにより直線運動に変換してステアリングラック部材５に伝達し、タイロッド４を介して操舵輪３を操舵角センサ１４の検出する操舵角に操舵する。

この車両１のステアリング装置２は、操舵輪３を電気的に操舵する、いわゆるステアリングバイワイヤ方式のステアリング装置であり、乗員により回動操作されるステアリングハンドル１５と、このステアリングハンドル１５の操作量及び操作方向を含む操作状態を検知する操作検知手段である複数の角度センサ１６と、ステアリングハンドル１５の操作状態に基づき操舵輪３を操舵するように前記第１・第２アクチュエータモータ９・１０を駆動する操舵制御装置１７を備えている。

前記ステアリングハンドル１５は、ステアリングシャフト１８をステアリングコラム１９に回動可能に支持されている。ステアリングコラム１９の下方には、センサハウジング２０を取り付け、前記角度センサ１６を設けている。前記第１・第２アクチュエータモータ９・１０と操舵角センサ１４と角度センサ１６とは、操舵制御装置１７に接続されている。

ステアリング装置２は、操舵制御装置１７によって、角度センサ１６の検出するステアリングハンドル１５の操作状態に基づき操舵輪３を操舵するように、操舵角センサ１４の検出する操舵角になるように第１・第２アクチュエータモータ９・１０を駆動する。

また、このステアリング装置２には、ステアリングコラム１９にステアリングハンドル１５の回動操作に反力を作用させる操作反力モータ２１を設け、操作制御装置２２に接続している。操作制御装置２２は、角度センサ１６の検出するステアリングハンドル１５の操作状態に基づき、ステアリングシャフト１８に操作反力を作用させるように操作反力モータ２１を駆動する。

なお、ステアリングハンドル１５の回動操作に反力を作用させる手段としては、前記操作反力モータ２１、操作制御装置２２以外にも、ステアリングシャフト１８に機械的に操作反力を作用させる機械式の反力発生機構２３をステアリングコラム１９に設けることができる。

この車両１のステアリング装置２は、図４・図５に示すように、ピニオンシャフト８と作動連結されて操舵輪３を駆動する複数の第１・第２アクチュエータモータ９・１０を備えている。第１・第２アクチュエータモータ９・１０は、図４に示すように、ピニオンシャフト８に対して左側においてこのピニオンシャフト８の軸線Ｃ１を第１・第２アクチュエータモータ９・１０の各軸線Ｃ２・Ｃ３が両側から挟むように、且つ、図５よに示すように、第１・第２アクチュエータモータ９・１０の各軸線Ｃ２・Ｃ３がステアリングラック部材５の軸線Ｃ４と平行するように、モータギアハウジング１２に設けている。

これにより、このステアリング装置２は、一つのピニオンシャフト８に対して、二つの第１・第２アクチュエータモータ９・１０をステアリングラック部材５と平行に、且つ、同じ方向に組付けることで小型化が可能となり、組付け性・部品点数の点で有利とすることができる。

２つの第１・第２アクチュエータモータ９・１０は、図６（Ａ）に示すように、ピニオンシャフト８の軸線Ｃ１を鉛直にすることに対して、図６（Ｂ）に示すように、ピニオンシャフト８の軸線Ｃ１を後側に傾斜させることにより、モータギアハウジング１２の前後において上下に位置をずらして設けている。

図６（Ａ）に示すように、ピニオンシャフト８の軸線Ｃ１を鉛直にした場合には、後ろ側の第１のアクチュエータモータ９に走行風が当たり難いことから、前側の第２アクチュエータモータ１０のモータ熱の影響を受けやすくなり、モータ温度が上昇して内部のコイルインピーダンスが増加し、モータ電流（出力）が低下する結果、二つのモータ特性差が大きくなり、操舵特性及びモータ寿命に影響が生じる場合がある。

これに対して、このステアリング装置２は、図６（Ｂ）に示すように、ピニオンシャフト８の軸線Ｃ１を後側に傾斜させた場合には、モータギアハウジング１２の前後において第１・第２アクチュエータモータ９・１０を上下に位置をずらしていることから、両方の第１・第２アクチュエータモータ９・１０に走行風を充分に当てることができるため、二つのモータ特性差が大きくなることがなく、操舵特性及びモータ寿命に影響を生じることがない。

このステアリング装置２は、図１に示すように、第１・第２アクチュエータモータ９・１０によりウォームホイールギア２４及び第１・第２ウォームギア２５・２６の噛み合いを介してピニオンシャフト８を回動させ、この回動運動をラック６とピニオンギア７とにより直線運動に変換してステアリングラック部材５に伝達し、タイロッド４を介して操舵輪３を操舵する。

前記ウォームホイールギア２４は、ピニオンシャフト８に設けられ、このピニオンシャフト８と同期回転する平歯車として形成している。このウォームホイールギア２４に噛合う第１・第２ウォームギア２５・２６は、第１・第２アクチュエータモータ９・１０の第１・第２モータシャフト２７・２８に夫々設けられ、これら第１・第２アクチュエータモータ９・１０と同期回転する雄ねじ状歯車として形成している。第１・第２アクチュエータモータ９・１０は、ウォームホイールギア２４の平歯車と第１・第２ウォームギア２５・２６の雄ねじ状歯車との噛合いを介してピニオンシャフト８に作動連結している。

これにより、このステアリング装置２は、平歯車のウォームホイールギア２４と雄ねじ状歯車の第１・第２ウォームギア２５・２６との歯当りを適正に設定することによって、図２に示すように、ウォームホイールギア２４の軸線Ｃ１と第１・第２ウォームギア２５・２６の軸線Ｃ２・Ｃ３とが直交しないようにすることができ、軸線が長いものほど互いの最も離間する距離が小さく、コンパクトになり、また、平歯車を使用しても、歯の進み送り方向が対向せず傾斜するので、不快な振動なども小さくなる。

このため、このステアリング装置２は、複数の第１・第２アクチュエータモータ９・１０を備える場合のアクチュエータモータ周囲構造の占有スペースをコンパクトにし、車両１への搭載性を向上し、パワー伝達系路の部品点数を削減し、伝達効率と耐久性を確保することができる。

また、このステアリング装置２は、図２に示すように、ピニオンシャフト８の軸線Ｃ１と第１・第２ウォームギア２５・２６の軸線Ｃ２・Ｃ３とに（直交を除く）傾斜角度θ１を与え、ピニオンシャフト８の軸線Ｃ１とステアリングラック部材５の軸線Ｃ４とに（直交を除く）傾斜角度θ２を与えている。この実施例においては、傾斜角度θ１と傾斜角度θ２とを同一値（θ１＝θ２）として、第１・第２アクチュエータモータ９・１０をステアリングラック部材５と平行するように設けている。

これにより、このステアリング装置２は、ピニオンシャフト８を設置する際に軸方向の設置自由度を向上することができ、車両１への搭載性を向上することができる。ピニオンシャフト８の端部に操舵角センサ１４を設ける場合は、取付位置を選択するなどの自由度を確保できる。これは、操舵角センサ１４を設けたセンサハウジング１３が後述のように車室３０内に入り込む場合に特に有効で、乗員の足下スペースに余裕を生むことができる。

また、このステアリング装置２は、ピニオンシャフト８を傾斜させることで、ウォームホイールギア２４に対する第１・第２ウォームギア２５・２６とピニオンギア７に対するラック６との各ギア結合部を最も効率の良い角度にすることができるため、モータ電流を小さく抑えることができ、且つ、コンパクトにまとめて小型化することができる。

さらに、このステアリング装置２は、図１に示すように、ウォームホイールギア２４を単一とし、複数の第１・第ウォームギア２５・２６の雄ねじ状歯車がウォームホイールギア２４の平歯車との噛合い位置を、互いに平歯車の軸線方向であるウォームホイールギア２４が設けられたピニオンシャフト８の軸線Ｃ１方向にずらして噛み合っている。つまり、ウォームホイールギア２４と第１・第ウォームギア２５・２６との噛み合う位置は、ウォームホイールギア２４の歯幅方向の中心Ｃ０からそれぞれ等しい離間距離Ｕ・Ｌで上下に離れる位置としている。

これにより、このステアリング装置２は、第１・第２ウォームギア２５・２６がウォームホイールギア２４の同じ円周上の個所で噛み合う場合に比べて、別々の円周上の位置で噛み合っているので摩耗に対して有利となり、第１・第２ウォームギア２５・２６によるウォームホイールギア２４の歯当り部分の偏磨耗を低減することができ、ウォームホイールギア２４の耐久性を確保することができ、平歯車のウォームホイールギア２４を使用しているので、通常のウォームホイールギアが削減できるため、コンパクト化することができる。

また、このステアリンク装置２は、図１に示す離間距離Ｕ・ＬをＵ＝Ｌとし、二つの第１・第２ウォームギア２５・２６のウォームホイールギア２４に噛み合う個所が重ならない範囲で、できる限りこの離間距離Ｕ・Ｌを小さくする（中心Ｃ０に近づける）ことで、モータギアハウジング１２を小型化することができ、かつ、二つの第１・第２アクチュエータモータ９・１０の駆動による平歯車であるウォームホイールギア２４ヘの影響を最小にすることできる。

さらにまた、このステアリング装置２は、図２に示すように、ピニオンシャフト８の軸線Ｃ１に対して（直交を除く）傾斜角度θ１を有する第１・第２ウォームギア２５・２６の軸線Ｃ２・Ｃ３およびステアリングラック部材５の軸線Ｃ４を互いに平行に設け、複数設ける第１・第２ウォームギア２５・２６およびこれら第１・第２ウォームギア２５・２６に同期回転する第１・第２アクチュエータモータ９・１０の第１・第２モータシャフト２７・２８を、それら第１・第２モータシャフト２７・２８をともに含む仮想平面Ｐの法線Ｓが鉛直より傾斜するように設けている。

これにより、このステアリング装置２は、ピニオンシャフト８の傾斜角度と、ウォームホイールギア２４の平歯車と第１・第２ウォームギア２５・２６の雄ねじ状歯車との噛合い位置の歯当たり面角度を平行にすることで、ステアリングラック部材５周りに２つの第１・第２アクチュエータモータ９・１０をコンパクトに配置することができる。

また、このステアリング装置２は、図３に示すように、エンジンルーム２９と車室３０とを区画する車体パネル３１にシール３２によりピニオンシャフト８を水密に挿通し、ピニオンシャフト８上部のセンサハウジング１３に組付けられている操舵角センサ１４を、エンジンルーム２９側のモータギアハウジング１２に対して車体パネル３１を挟んで車室３０側に配設している。

これにより、このステアリング装置２は、操舵角センサ１４を車室３０側に配設しているので、操舵角センサ１４に非防水品の使用が可能となり、コストや配線の点で有利とすることができる。

さらに、このステアリング装置２は、乗員により回動操作されるステアリングハンドル１５と、このステアリングハンドル１５の操作量及び操作方向を含む操作状態を検知する操作検知手段である複数の角度センサ１６と、ステアリングハンドル１５の操作状態に基づき操舵輪３を操舵するように第１・第２アクチュエータモータ９・１０を駆動する操舵制御装置１７を備え、いわゆるステアリングバイワイヤ方式のステアリング装置としている。

これにより、このステアリング装置２は、フェールセーフを含めて複数の第１・第２アクチュエータモータ９・１０を設置する必要がある装置に、非常に有効である。

なお、このステアリング装置２は、第１・第２アクチュエータモータ９・１０をピニオンシャフト８の左側に配設したが、車両１での他部品との干渉がなければ、左右位置に限定されるものでなく、中心でも左右どの位置でも良い。また、ピニオンシャフト８の傾斜は、車両１の左右だけでなく前後方向への傾斜もよく、第１・第２アクチュエータモータ９・１０がステアリングラック部材５よりも下側になっても良い。

さらに、このステアリング装置２は、第１・第２アクチュエータモータ９・１０の位置を横並びに平行に配設したが、横並びでなくてもよく、ピニオンシャフト８の軸線Ｃ１中心を挟んで左右に一直線上に配設しても良い。さらにまた、このステアリング装置２は、いわゆるステアリングバイワイヤ方式としているが、ピニオンシャフト８とウォームホイールギア２４との間にクラッチを設けて、一般のパワーステアリング装置に適用しても良い。

この発明の車両のステアリング装置は、不快な振動などを小さくし、アクチュエータモータ周囲構造の占有スペースをコンパクトにして車両への搭載性を向上し、パワー伝達系路の部品点数を削減し、伝達効率と耐久性を確保するものであり、ステアリングハンドルを備えた乗り物全般（例えば、船舶、スノーモビル等）のステアリング装置であって、ステアリングギアボックスを有するものに応用が可能である。

ステアリング装置の実施例を示すステアリングギアボックス及びモータギアハウジングの拡大断面図である。ピニオンシャフトと第１・第２アクチュエータモータとステアリングラック部材との関係を示すステアリング装置の要部立面図である。センサハウジングを車室内に配置したステアリング装置の要部立面図である。ステアリング装置の一部省略平面図である。ステアリング装置の立面図である。（Ａ）は図５の矢視ＶＩによるピニオンシャフトの軸線が鉛直な状態の側面図、（Ｂ）は図５の矢視ＶＩによるピニオンシャフトの軸線が後側傾斜した状態の側面図である。ステアリング装置のシステム構成図である。

符号の説明

１車両
２ステアリング装置
３操舵輪
４タイロッド
５ステアリングラック部材
６ラック
７ピニオンギア
８ピニオンシャフト
９第１アクチュエータモータ
１０第２アクチュエータモータ
１１ステアリングギアボックス
１２モータギアハウジング
１３センサハウジング
１４操舵角センサ
１５ステアリングハンドル
１６角度センサ
１７操舵制御装置
２４ウォームホイールギア
２５第１ウォームギア
２６第２ウォームギア
２７第１モータ軸
２８第２モータ軸

Claims

操舵輪を駆動するタイロッドと連動するステアリングラック部材と、このステアリングラック部材のラックと噛合うピニオンギアを有するピニオンシャフトと、このピニオンシャフトと作動連結されるアクチュエータモータを備える車両のステアリング装置において、前記ピニオンシャフトと同期回転する単一のウォームホイールギアを平歯車として形成し、このウォームホイールギアに噛合い位置を互いに平歯車の軸線方向にずらして噛み合っている複数のウォームギアを雄ねじ状歯車として形成するとともに、前記アクチュエータモータと同期回転するように設け、複数のアクチュエータモータを、ウォームホイールギアの平歯車とウォームギアの雄ねじ状歯車との噛合いを介して前記ピニオンシャフトに作動連結し、前記ピニオンシャフトの軸線に対して傾斜角度を有する前記ウォームギアの軸線およびステアリングラック部材の軸線を互いに平行に設け、複数設けるウォームギアおよびこれらウォームギアに同期回転するアクチュエータモータの軸線を、それらの軸線をともに含む仮想平面の法線が鉛直より傾斜するように設けることを特徴とする車両のステアリング装置。
乗員により回動操作されるステアリングハンドルと、このステアリングハンドルの操作量および操作方向を含む操作状態を検知する操作検知手段と、前記ステアリングハンドルの操作状態に基づき操舵輪を操舵するようにアクチュエータモータを駆動する操舵制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両のステアリング装置。