JP6714694B2 - 車両用の操舵伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の、車両用の操舵伝動装置に関する。

欧州特許出願公開第１８７８６３６号明細書には、ステアリングホイールの回転に伴って変化する伝達比を有する車両用の操舵伝動装置が記載されている。この操舵伝動装置のステアリングラックは、変化するねじれ角を有する斜歯歯列を備えている。一方、同様に斜歯歯列として形成されているステアリングピニオンの歯列幾何学形状は、全周にわたって一定のねじれ角を有している。

本発明が基礎とする課題は、車両用の操舵伝動装置における伝達比を簡単な構造的な手段を用いて可変に調整することである。この場合、操舵伝動装置のステアリングラックの歯列は簡単な方法で製造されることが望ましい。

この課題は、本発明による独立請求項の特徴によって解決される。従属請求項は、有利な改善形態を示している。

操舵伝動装置は可変の伝達比経過を有しており、この場合、例えば操舵システムのゼロ位置の近くでは、運転者がステアリングホイールを介して設定する操舵角変化は、ゼロ位置からの変位がより大きな場合よりも、操舵輪における転舵角変化はより小さく導かれる。

本発明の一態様によれば、ステアリングラックも、該ステアリングラックと噛み合い、操舵システムのステアリングシャフトに連結されているステアリングピニオンも、斜歯歯列を有している。ステアリングラックの歯列は、その軸に沿って、可変の伝達比経過に対応するピッチおよびフランク角経過を有しているが、一定のねじれ角も有している。一方、ステアリングピニオンの歯列は、全周にわたって変化するねじれ角を有する。一定のねじれ角を有する可変ピッチステアリングラックと、変化するねじれ角を有するステアリングピニオンとの組み合わせにより、ステアリングホイールの回転に伴って変化する所望の可変の伝達比が実現できる。ステアリングピニオンのねじれ角は、ステアリングピニオンの中央平面に対する垂線からの歯方向のオフセット、つまり歯面のオフセットを表し、ここでの垂線は、ステアリングピニオンの回転軸線と一致する。ステアリングラックのねじれ角は、ステアリングラックの長手方向軸線に対する垂線からの歯方向のオフセットもしくは歯面のオフセットを表す。

歯列に一定のねじれ角を有するステアリングラックは、特に切削加工法を用いて簡単な方法で製造することができる。この切削加工法では、工具が、一定のねじれ角に基づいてステアリングラックを通って一方向にのみ移動する。このことは、ステアリングラックの製造において著しい簡単化を意味する。例えば、ステアリングラック上の歯列はブローチ加工によって製造することができる。

歯車形削り法およびスカイビング法という歯切り法は、基本的には１つの工具のみで、変化するねじれ角を有する斜歯歯列の製造に適している。

ステアリングピニオンの歯列は、好ましい実施形態によれば、異なるねじれ角を有する少なくとも２つのねじれ角部分を有している。各ねじれ角部分の範囲内では、好ましくはねじれ角は一定である。ねじれ角部分の間の移行は、好ましくは連続的にかつ飛び越しなしで行われ、そのためねじれ角部分の間には移行部が存在し、それらの歯部は、第１の部分のねじれ角と第２の部分のねじれ角との間に存在するねじれ角を有している。この移行領域は、１つの歯の範囲内でも軸方向にねじれ角変化を有することができ、そのためこの歯は湾曲形状を有する。ねじれ角部分内のねじれ角は、最低量だけ、例えば５°異なっていてもよい。さらに、有利には、ねじれ角部分の間のねじれ角の差分は最大量を、例えば４５°を超えない。

さらに別の有利な実施形態によれば、ステアリングピニオンは、操舵伝動装置の伝動装置ハウジング内に支持され、専らその回転軸線周りで回転し得る。その上さらに、ステアリングピニオンに関する調整手段は存在しない。

ステアリングホイールの回転に伴って変化する伝達比を有する車両用の操舵伝動装置に関する、本発明のさらなる態様によれば、ステアリングラックおよびステアリングピニオンの歯列も同様に、それぞれ、ねじれ角を有する斜歯歯列を有しており、この場合好ましい実施形態では、ステアリングピニオンの歯列も、ステアリングラックの歯列も、一定のねじれ角を備えている。変化する伝達比は、ステアリングピニオンが、伝動装置ハウジング内で自身の回転能力に対して付加的に、ステアリングピニオンの回転軸線に対して角度が付けられている旋回軸線周りで旋回可能に支持されることによって可能になる。これにより、ステアリングピニオンまたはステアリングラックにおいて、変化するねじれ角を有する歯列を設けることが可能になるが、必ずしも必要ではない。変化する伝達比は、ステアリングピニオンの旋回手段を介して可能になる。

旋回軸線は、好ましくは、ステアリングピニオンの回転軸線に対して直交する。この場合は、回転軸線に対して、０°より大きくかつ９０°よりも小さい角度が付けられている旋回軸線も可能である。好ましくは、ステアリングピニオンの旋回軸線周りの旋回運動は、ステアリングピニオンの自身の回転軸線周りの回転運動の関数として実施される。この場合は、特に、運動学的に強制的に案内される旋回運動は、ステアリングピニオンの自身の回転軸線周りの回転運動の関数として考慮され、それにより、ステアリングピニオンの各回転角に、ステアリングピニオンの厳密に１つのハウジング角が対応付けられることが保証される。

ステアリングピニオンは、場合によっては、ねじれ角がゼロであり、それによって歯部の歯面が回転軸線に対して平行に延びる１つ以上のねじれ角部分を有することができる。しかしながら、ステアリングピニオンは、各ケースにおいて、歯部がゼロではないねじれ角を有している少なくとも１つのねじれ角部分を有する。

さらなる利点および好ましい実施形態は、さらに別の請求項、図面の説明および図面から明らかにされる。

車両の操舵システムの概略図 異なるねじれ角の歯列を有するステアリングピニオンと、ステアリングラックとを備えた操舵伝動装置の平面図の概略図 ステアリングピニオンとステアリングラックはそれぞれ一定のねじれ角を有するが、ステアリングピニオンは旋回可能に支持されている、ステアリングピニオンとステアリングラックとを備えた操舵伝動装置のさらに別の実施例の平面図 旋回状態のステアリングピニオンを伴う図３によるステアリングピニオンとステアリングラックとを備えた操舵伝動装置を示した図 歯列が存在し湾曲して形成されている側のステアリングラックを示した図

図中、同一の部品には同一の符号を付している。

図１に示す車両用操舵システム１は、ステアリングホイール２と、ステアリングスピンドルもしくはステアリングシャフト３と、ステアリングハウジングもしくは伝動装置ハウジング４と、操舵運動を車両の操舵可能な車輪６に伝達するステアリングラック５を備えたステアリングロッドとを含んでいる。伝動装置ハウジング４は、ステアリングピニオンとステアリングラック５とを備えた操舵伝動装置８を収容しており、この場合ステアリングピニオンはステアリングシャフト３に回動固定されて連結され、ステアリングラック５と噛み合う。

運転者は、ステアリングシャフト３に固定的に連結されたステアリングホイール２を介して操舵角δ_Ｌを設定し、この操舵角δ_Ｌは、伝動装置ハウジング４内の操舵伝動装置８において、ステアリングロッドのステアリングラック５に伝達され、それに続いて操舵可能な車輪６には転舵角δ_Ｖが生じる。

運転者によってもたらされる手動トルクの支援のために、電気サーボモータ７が設けられており、これを介してサーボトルクを操舵伝動装置８に供給することができる。電気サーボモータの代わりに、油圧式の支援装置、例えば、内燃機関によって駆動され油圧式操舵システムへの供給をまかなう油圧ポンプを設けてもよい。

図２では、ステアリングラック５と、これに係合するステアリングピニオン９とを備えた操舵伝動装置８が示されている。ステアリングラック５は、０°よりも大きい一定のねじれ角を有する歯列を有しており、それによって歯部の歯面は、ステアリングラック５の長手方向軸線５ａに対する直交方向に対して、０°よりも大きい角度を占める。ステアリングラック５の歯列は、一定のねじれ角β_２を有する。

ステアリングピニオン９は、異なるねじれ角部分１０，１１を有しており、この場合各ねじれ角部分１０，１１内ではねじれ角は一定であるが、しかしながら、ねじれ角部分の間のねじれ角は異なっている。ねじれ角部分１０に対するねじれ角β_１が示されており、この場合このねじれ角β_１は、ステアリングピニオン９が回転可能なローテーション軸線もしくは回転軸線９ａに対して定められている。さらに別のねじれ角部分１１における歯列のねじれ角は、両側に隣接するねじれ角部分１０のねじれ角β_１よりも著しく小さく、場合によっては０°であり得る。ねじれ角部分１１は、より大きなねじれ角β_１を有するねじれ角部分１０が両側に接続しているステアリングのゼロ位置もしくは初期位置または静止位置に存在している。

ねじれ角部分１０，１１の間の移行は、連続的にかつ飛び越しなしで行われる。それに応じて、ねじれ角β_１を有する第１のねじれ角部分１０と、別のねじれ角を有する第２のねじれ角部分１１との間に、ねじれ角が１つの歯の範囲内でも変化する移行領域が存在する。

ステアリングピニオン９のねじれ角部分１０内のねじれ角β_１と、ステアリングラック５のねじれ角β_２とは、同じであってもよいし、場合によっては相互に異なっていてもよい。

ステアリングラック５とステアリングピニオン９とは相互に角度が付けられており、それによってステアリングラック５の長手方向軸線５ａとステアリングピニオン９の回転軸線９ａとが相互に９０°とは異なる角度をとっている。この角度は、例えば、６０°〜９０°未満の角度範囲にある。

ステアリングピニオン９の歯列において変化するねじれ角に基づき、可変の伝達比は、ステアリングピニオン９を、ピッチおよびフランク角の相応の可変性を有するステアリングラック５の歯列上で転動させる際に達成される。

図３および図４には、ステアリングラック５とステアリングピニオン９とを備えた操舵伝動装置８のさらに別の実施例が示されている。このステアリングラック５は、可変のピッチおよびフランク角を有する斜歯歯列を有するが、０°よりも大きいねじれ角β_２を有する。ステアリングピニオン９は、０°よりも大きい統一されたねじれ角β_１を有する唯１つのねじれ角部分１０のみを有する。可変の伝達比に運動学的に正確に対応させるために、ステアリングピニオン９は、回転軸線９ａ周りの回転能力に対して付加的に、旋回軸線１２周りで旋回可能にステアリングハウジングもしくは伝動装置ハウジング内に支持されている。この旋回軸線１２は、ステアリングピニオン９の中央平面内にあり、回転軸線９ａに直交している。しかしながら、回転軸線に対して９０°とは異なる角度が付けられた旋回軸線も可能である。

さらに、中央平面に対して直行方向にずらされた平行な平面内にある旋回軸線も可能である。

図３および図４の比較から見て取れるように、ステアリングピニオン９がステアリングラック５上を転動する際には、ステアリングピニオン９が伝動装置ハウジングに対して位置決めされるハウジング角γが変化する。旋回軸線１２周りのステアリングピニオン９の旋回と、それに付随するハウジング角γの変化は、運動学的に強制的に案内される方法でステアリングピニオン９の回転軸線９ａ周りの回転運動に依存して行われる。これにより、ステアリングピニオン９の回転軸線９ａ周りの各回転角に、厳密に１つのハウジング角γが、割り当てられることが保証される。

図５には、さらに別の変化実施形態が示されており、これによれば、ステアリングラック５の歯列１３は、平面内にあるのではなく、湾曲した曲線１４上にあり、これによって、同様に伝達比には、ステアリングピニオンがステアリングラック上で転動する際に、影響を与えることができる。湾曲した曲線に対して代替的に、歯列１３はステアリングラック５上の平面内に配置してもよい。

１ 操舵システム
２ ステアリングホイール
３ ステアリングシャフト
４ 伝動装置ハウジング
５ ステアリングラック
５ａ 長手方向軸線
６ 前輪
７ 電気サーボモータ
８ 操舵伝動装置
９ ステアリングピニオン
９ａ 回転軸線
１０ ねじれ角部分
１１ ねじれ角部分
１２ 旋回軸線
１３ 歯列
１４ 曲線

Claims (7)

1. ステアリングホイールの回転に伴って変化する伝達比を有する車両用の操舵伝動装置であって、ステアリングピニオン（９）が、ステアリングラック（５）と噛み合う操舵伝動装置において、
   前記ステアリングピニオン（９）はステアリングシャフト（３）に回動固定されて連結されており、
   前記ステアリングラック（５）の歯列が、一定のねじれ角を有しており、
   前記ステアリングピニオンの歯列は、ピニオン全周にわたって変化するねじれ角を有していることを特徴とする、操舵伝動装置。
2. 前記ステアリングピニオン（９）の前記歯列は、異なるねじれ角を有する少なくとも２つのねじれ角部分（１０，１１）を有しており、前記各ねじれ角部分（１０，１１）の範囲内では、ねじれ角は一定である、請求項１記載の操舵伝動装置。
3. 前記ねじれ角部分（１０，１１）内のねじれ角は、少なくとも１０°異なっている、請求項２記載の操舵伝動装置。
4. 前記ねじれ角部分（１０，１１）内のねじれ角は、最大で４５°異なっている、請求項２または３記載の操舵伝動装置。
5. 前記ステアリングピニオン（９）は、伝動装置ハウジング（４）内で自身の回転軸線（９ａ）周りのみで支持されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の操舵伝動装置。
6. 前記ステアリングラック（５）の、前記歯列（１３）が存在している側面は、湾曲して形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の操舵伝動装置。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の操舵伝動装置（８）を備えた操舵システム。

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