JPH078650B2

JPH078650B2 - 電気式動力舵取装置

Info

Publication number: JPH078650B2
Application number: JP25786185A
Authority: JP
Inventors: 直樹斉藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1985-11-19
Filing date: 1985-11-19
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPS62120272A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は電気式動力舵取装置に関し、より詳細には車両
のハンドル操舵力を低減させるよう電動機の補助動力を
与える電気式動力舵取装置に関するものである。

（従来の技術）従来の電気式動力舵取装置は、電動機の動力を減速ギヤ
を介してハンドルの入力軸或は車輪への出力軸に伝達す
る構成であるが、減速ギヤの減速比は一定の値に予め設
定されている。車両特に乗用車に積載される電動機は重
量やスペースの制限から小型のものを使用する必要があ
る。小型の電動機から据切り時等に大きな動力補助を得
るためには、歯車を組み合わせて減速し伝達トルクを大
きくしなければならない。一般に、最大補助トルクを必
要とするのは据切り時（車速がゼロ）でこの時最も操舵
抵抗が大きい。従つて、減速比はこの大きな操舵抵抗を
基準に定められるのが普通である。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、以上に述べた従来の電気式動力舵取装置
では、車が走行を始めると、とたんに操舵抵抗が大きく
減少するにもかかわらず減速比は大きいまま不変であ
る。この場合、減速ギヤは走行中の操舵抵抗に対して不
必要に大きな減速比を有していることになる。一般に、
ハンドル側からみた電動機（モータ）の慣性は、減速比
の二乗に比例する。しかも、操舵抵抗は低速の据切時は
大きいが、高速の通常走行時は小さくなる。従って、減
速比を据切り時を基準に設定したのでは、通常走行時に
はハンドルの操舵方向を変える際にモータ慣性の影響が
大きくでて、操舵感覚を著しく害することがある。

本発明は上記背景をもとになされたものであり、車速が
大きい即ち操舵抵抗が小さい高速走行時において、ハン
ドル操舵時で補助力を不要としたときの操舵感覚を向上
することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明においては、電
動機の回転動力を操舵機構に二以上の減速比で伝達する
動力伝達手段が、操舵抵抗が大きいときは大きい減速比
で、小さいときは小さい減速比で回転動力を伝達するよ
うにした。

一方、第２の発明においては、電動機の回転動力を舵取
機構に二以上の減速比で伝達する動力伝達手段が、据切
り時や低速走行時には大きな減速比で、高速走行時には
小さな減速比で回転動力を伝達することとした。

（実施例）以下に本発明の一実施例につき第１図ないし第３図を用
いて説明する。本実施例はラツクピニオン式舵取機構の
ハンドル入力軸に電動機の動力を伝達する例である。

先ず舵取機構１について説明する。入力軸４は図示なき
ハンドルを一端に有して回転されるハンドル軸と一体的
に連結され、ハンドルの回動に連動して回動される。入
力軸４の空孔内にはトーシヨンバー５が延び入り、その
一端は入力軸４にピン８により固定されている。トーシ
ヨンバー５の他端は入力軸４の延長上に延びるピニオン
軸６にピン10により固定されている。ピン８、10により
連結された入力軸４、トーシヨンバー５、ピニオン軸６
はボルト2cにより一体的に固定される第１、第２ハウジ
ング2a、2bより成るハウジング２内で玉軸受14、16、18
により回動自在に支持されている。玉軸受14の外側には
ハウジング２と入力軸４間のグリス洩れを防ぐシール20
が設けられている。ピニオン軸６の先端にはナツト22が
螺合され、玉軸受18によつてピニオン軸６の軸方向の移
動を防止している。入力軸４とピニオン軸６との互いに
対向する端部は所定範囲で相対ねじれ変位ができるよう
第３図に示す構成となつている。即ち、入力軸４には突
起部4bが設けられ、ピニオン軸６はこの突起部4bの両側
面に対面する壁部6aを有しており入力軸４がピニオン軸
６に対して所定量以上相対回動した時突起部4bと壁部6a
とが当接して入力軸４及びピニオン軸６が一体回動する
ようになる。

ピニオン軸６の先端付近にはピニオンが設けられラツク
軸12のラツクと噛み合つている。ラツク軸12はプレツシ
ヤパツド26を介してコイルばね30によりピニオンとの噛
合い方向へ付勢されている。コイルばね30の付勢力はハ
ウジング２に螺入されたキヤツプ28により調整され、キ
ヤツプ28はナツト29により位置固定されている。ラツク
軸12の両端は図示なき車輪を転舵する機構に連結されて
いる。ラツク軸12の直線変位は転舵機構を介して車輪へ
と伝達され車輪を転舵する。

電動機32は入力軸４と平行な電動機軸38を有してハウジ
ング２にボルト34により固定されている。電動機軸38は
ハウジング２内で玉軸受40により回動自在に支持されて
いる。

電動機32の動力は電動機軸38に伝えられた後、動力伝達
装置３を介して入力軸４へと伝達される。動力伝達装置
３は大減速比の第１歯車装置3aと小減速比の第２歯車装
置3bとより成つている。第１歯車装置3aと第２歯車装置
3bは切換え装置3a₁,3a₂により選択的に切換えられる。

以下に動力伝達装置３について詳述する。

ハウジング２内に回動自在に支承された電動機軸38には
電動機32側より第１切換え装置3a₂、第１歯車装置3a₁、
第２歯車装置3b₁、第１切換え装置3b₂の順に係合配置さ
れている。

第１及び第２歯車装置3a₁、3b₁は、それぞれ電動機軸38
上にスリーブ61、63を介して回動自在に遊嵌された第１
入力ギヤ58、第２入力ギヤ60と、ハウジング２内に玉軸
受64a及び軸受64bを介して電動機軸38と入力軸４に平行
に両者の中間位置に回動自在に設けられた中間軸62上に
キー結合された第１及び第２中間ギヤ66、68を含んでい
る。第１、第２入力ギヤ58、60と第１、第２中間ギヤ6
6、68はそれぞれ互いに噛合い状態となつている。

第１歯車装置3a₁では第２歯車装置3b₁より大減速比を得
るため、第１入力ギヤ58の歯数は第２入力ギヤ60の歯数
に対し少なく設定されている。従つて、中間軸62の第１
中間ギヤ66の歯数は第２中間ギヤ68の歯数より多く設定
されている。

第１及び第２入力ギヤ58、60はそれぞれ、電動機軸38上
に回動自在に遊嵌された第１及び第２アーマチユア46、
50に、板ばね48、52を介して固定されている。アーマチ
ユア46、50に対向してロータ42、44が、電動機軸38にキ
ー結合されて、電動機軸38とともに一体的に回動する。
ロータ42、44とアーマチユア46、50との互いに対向する
面は所定の間隔で配置され、それぞれ摩擦面として形成
されている。

アーマチユア46、50の軸方向外側にはそれぞれ第１、第
２コイル54、56がコア53、57上に固定配置されている。
コア53、57はプレート55、59を介してハウジング２に固
定されている。第１、第２コイル54、56は図示なき制御
装置に接続され、必要に応じて励磁される。第１又は第
２コイル54又は56が励磁されると、その電磁吸引力によ
り、第１又は第２アーマチユア46又は50が吸引される。
板ばね48、52のばね力はコイル54、56の吸引力より小さ
く設定されているので、板ばね48、52は変形して第１、
第２アーマチユア46、50がロータ42、44と摩擦係合する
ようになる。ロータ42、44とアーマチユア46、50が摩擦
係合すると、電動機軸38の回動につれ、ロータ42、44、
アーマチユア46、50、入力ギヤ58、60が一体に回動す
る。従つて、電動機軸38の回動は第１入力ギヤ58又は第
２入力ギヤ60を介して、第１中間ギヤ66又は第２中間ギ
ヤ68に伝達され、中間軸62を回動させる。

中間軸62には第３の中間ギヤ70が固定されており、この
第３中間ギヤ70は、ピニオン軸６にトーシヨンバー５と
ともにピン10により固定された最終ギヤ72に噛合つてい
る。第１又は第２中間ギヤ66、68を介して中間軸62に伝
達された回動は更に、第３中間ギヤ70を経て最終ギヤ72
そしてピニオン軸６へと伝えられる。

ピニオン軸６に必要な伝達動力の情報を得るためトルク
検出装置100が入力軸４と最終ギヤ72の間に設けられて
いる。

入力軸４は円周方向外側に延び出す円形フランジ4aを有
し、円形フランジ4a側面には第２図に示す如く、一定間
隔で３つの第１遊星ギヤ78（78a、78b、78c）がフラン
ジ4aに植設されたピン80上に回動可能に配設されてい
る。第１遊星ギヤ78は入力軸４上に回動自在に遊嵌され
たサンギヤ82と噛合うとともに、半径方向外側位置でハ
ウジング２内に遊嵌された第１リングギヤ86とも噛合つ
ている。

一方、最終ギヤ72のフランジ4aに対向する側面上にはや
はり３つの第２遊星ギヤ74（74a、74b、74c）が、最終
ギヤ72の側面上に植設されたピン76に回動自在に配設さ
れている。３つの第２遊星ギヤ74は、３つの第１遊星ギ
ヤ78に対応する位置に、即ち、第１遊星ギヤ78と第２遊
星ギヤ74とは互いに鏡面対称位置に配置されている。第
２遊星ギヤ74は半径方向内側でサンギヤ82と噛合うと同
時に、半径方向外側でハウジング２に固定した第２リン
グギヤ84と噛合つている。

この機構において、ハンドルを介して入力軸４に回転が
加えられると回転は、トーシヨンバー５を介してピニオ
ン軸６に伝達される。このとき第１と第２の遊星ギヤ7
8、74とサンギヤ82は第１と第２のリングギヤ86、84の
内部でつれ廻されて回転する。

ピニオン軸６側の操舵抵抗に対応して入力軸４を回転さ
せるために、入力軸４にトルクを加えるとトーシヨンバ
ー５にトルクに比例した捩れが生じ、入力軸４とピニオ
ン軸６の間に回転上の位相差が生じる。

この機構では、入力軸４とピニオン軸６の間に回転上の
位相差が生じると、第２のリンクギヤ84がハウジング２
に固定され、第１のリングギヤ86はハウジング２内で回
動自在に遊嵌されているので第１のリングギヤ86が前記
回転上の位相差に応じて回動変位する。回転上の位相差
は前述のように入力軸トルクに比例しているので第１の
リングギヤ86の回動変位量も入力転トルクに比例する。

第１リングギヤ86が回動変位すると、第２図に図示する
ように第１リングギヤ86の外周面上に、外周面より突出
するよう植設されたピン88が左右に変位する。ピン88の
直線変位はスプール90を介して変位検出器92に伝えら
れ、変位量は電気的信号に変換され、図示なき制御装置
に送られる。変位検出器92はポテンシヨメータ、差動ト
ランス、パルスエンコーダ等の公知の検出器で良い。
又、本実施例では、変位検出器92をスプール90の両側に
ビスＳにより固定する構成としたが、どちらか一方にだ
け配置しても良い。

以上の構成になる電気式動力舵取装置の作動につき説明
する。

図示なきハンドル及びハンドル軸が回動されるとハンド
ル軸４も同時に回動する。入力軸４の回動はトーシヨン
バー５を介してピニオン軸６へと伝えられ、更にラツク
ピニオンを経てラツク軸12を直線変位させる。ラツク軸
12は転舵機構を介して車輪へと伝えられるが、車輪に操
舵抵抗が負荷されていない場合は、単に車輪が転舵され
るだけで電動機32による動力補助は与えられない。

車輪に操舵抵抗が負荷されている場合は、ピニオン軸６
の回動が妨げられるので、入力軸４に加えられたトルク
によりトーシヨンバー５がねじれ入力軸４とピニオン軸
６との間にねじれ変位が生ずる。このねじれ変位によ
り、第１リングギヤ86が回動変位し、前述した如く、ピ
ン88が変位し、この変位が変位検出器92により電気的信
号に変換される。

入力軸４とピニオン軸６との相対ねじれ変位量、即ち、
操舵抵抗の大きさを表わす、電気的信号は、図示なき制
御装置へと送られる。制御装置は、操舵抵抗及び車速等
の情報によつて、電動機32及び切換え装置3a₂、3b₂のコ
イル54、56を制御している。

例えば、車速に応じて減速比を変える場合には、ある所
定の速度以下では第１歯車装置3a₁を、その速度以上で
は第２歯車装置3b₁を使つて電動機32の動力をピニオン
軸６へと伝達する。即ち、据切り時や低速走行時には、
第１コイル54が励磁され第１アーマチユア46を吸引す
る。この時第１アーマチユア46とロータ42は摩擦係合状
態に到り第１入力ギヤ58が動力伝達状態となる。電動機
32の動力は、第１入力ギヤ58から第１中間ギヤ66そして
第３中間ギヤ70へ伝達され、最終ギヤ72からピニオン軸
６へと伝えられる。この場合の伝達では、第１入力ギヤ
58から第１中間ギヤ66、そして第３中間ギヤから最終ギ
ヤ72へと大きな減速比で減速が行われ、大きな出力トル
クが得られる。

又、所定速度以上の場合には、切換装置3b₂の第２コイ
ル56が励磁され、第２アーマチユア50を吸引する。第２
アーマチユア50はロータ44と摩擦係合し、ロータ44とと
もに回動する。これにより、第２歯車装置が動力伝達状
態に到り、第２入力ギヤ60から、第２中間ギヤ68、第３
中間ギヤ70及び最終ギヤ72を介して動力はピニオン軸６
へと伝えられる。この場合、減速は小さな減速比で行わ
れ、高速ではモータ慣性は小さく感じられ、きれの良い
操舵感覚が得られる。

以上の実施例では、車速に応じて２つの歯車装置を切換
えて、減速比を可変とする例を示したが、操舵抵抗に応
じて切換え制御するようにしても良い。なお、車速の高
低と操舵抵抗の大小とは相関関係があり、一般に車速が
速いとき操舵抵抗が小さく、車速が遅いとき操舵抵抗が
大きい。

さらに高速で動力補助を必要としない場合あるいはシス
テムの異常が検出された場合は、第１と第２のコイル5
4、56双方共励磁しないようにし、モータ32をシステム
から切離してマニアル操舵とすることにより安全性を向
上することもできる。

又、可変の減速比を与える伝達装置は、２つ以上の歯車
装置より構成する外に、公知の減速機を複数並べたり、
連続可変比の無段変速機等でも良い。

電動機はピニオン軸に動力を与える外に、ラツク軸に動
力を伝達するようにしても良く、ボールねじを介してラ
ツク軸を直線変位させることも可能である。更に又、ト
ルク検出器は操舵抵抗を電気的信号で取り出せるもので
あれば適用可能である。

（発明の効果）以上述べたように本発明による電気的動力舵取装置は、
電動機の回転動力を、動力伝達装置により、早い応答性
が要求されない操舵抵抗が大きいときや、車速が低いと
きは大きな減速で舵取装置に伝達するが、早い応答性が
要求される操舵抵抗が小さいときや、車速が高いときは
小さな減速比で舵取装置に伝達する。これにより、操舵
抵抗が小さいとき即ち車速が速いときには電動機から動
力伝達装置を介して舵取装置に伝達されるトルクが小さ
くなるので、ハンドル操舵時にも操舵感覚はモータの慣
性により影響されず、操舵感覚が向上する効果が奏され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す電気式動力舵取装置の
主要部分の一部断面図、第２図は第１図のＩ−Ｉ線に沿
う断面図、第３図は第１図のII−II線に沿う断面図であ
る。（主要部分の符号の説明）１……舵取機構、３……動力伝達装置、3a₁……第１の
動力伝達系、3a₂……第２の動力伝達系、3b、3b₂……切
換装置、６……ピニオン軸、12……ラツク軸、32……電
動機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハンドルの操舵によって車輪を転舵する舵
取機構と、回転動力を発生する電動機と、前記電動機の回転動力を前記舵取機構に二以上の減速比
で伝達する動力伝達装置であって、操舵抵抗が大きいと
きは大きい減速比で、操舵抵抗が小さいときは小さい減
速比で回転動力を伝達する動力伝達装置と、から成ることを特徴とする電気式動力舵取装置。
【請求項２】前記動力伝達装置は二系統以上の歯車から
成る特許請求の範囲第１項に記載の電気式動力舵取装
置。
【請求項３】前記動力伝達装置は前記ハンドル軸に回転
動力を伝達する特許請求の範囲第１項に記載の電気式動
力舵取装置。
【請求項４】前記動力伝達装置は、前記ハンドル軸と交
差して前記車輪を転舵する回転軸に回転動力を伝達する
特許請求の範囲第１項に記載の電気式動力舵取装置。
【請求項５】前記動力伝達装置は、第１の動力伝達系統
と第２の動力伝達系統とから成り、切換装置によって該
第１又は第２の動力伝達系統が選択される特許請求の範
囲第１項に記載の電気式動力舵取装置。
【請求項６】前記切換装置は、電磁クラッチである特許
請求の範囲第５項に記載の電気式動力舵取装置。
【請求項７】前記切換装置は、車速及び前記ハンドル軸
への入力に応じて制御される特許請求の範囲第５項に記
載の電気式動力舵取装置。
【請求項８】ハンドルの操舵によって車輪を転舵する舵
取機構と、回転動力を発生する電動機と、前記電動機の回転動力を前記舵取機構に二以上の減速比
で伝達する動力伝達装置であって、据切り時や低速走行
時には大きな減速比で、高速走行時には小さな減速比で
回転動力を伝達する動力伝達装置と、から成ることを特徴とする電気式動力舵取装置。
【請求項９】前記動力伝達装置は二系統以上の歯車から
成る特許請求の範囲第８項に記載の電気式動力舵取装
置。
【請求項１０】前記動力伝達装置は前記ハンドル軸に回
転動力を伝達する特許請求の範囲第８項に記載の電気式
動力舵取装置。
【請求項１１】前記動力伝達装置は、前記ハンドル軸と
交差して前記車輪を転舵する回転軸に回転動力を伝達す
る特許請求の範囲第８項に記載の電気式動力舵取装置。
【請求項１２】前記動力伝達装置は、第１の動力伝達系
統と第２の動力伝達系統とから成り、切換装置によって
該第１又は第２の動力伝達系統が選択される特許請求の
範囲第８項に記載の電気式動力舵取装置。
【請求項１３】前記切換装置は、電磁クラッチである特
許請求の範囲第12項に記載の電気式動力舵取装置。
【請求項１４】前記切換装置は、車速及び前記ハンドル
軸への入力に応じて制御される特許請求の範囲第12項に
記載の電気式動力舵取装置。