WO2015147200A1 - 車両操舵システム用ユニット - Google Patents

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clutch
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reaction force
vehicle steering
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直嗣 北山
真理名 福成
佐藤　光司
齋藤　隆英
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Ntn株式会社
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    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type

Definitions

  • This invention relates to a vehicle steering system unit for constructing a route for transmitting rotation from a steering wheel to a rack and pinion.
  • steer-by-wire steering systems have been developed for automobiles.
  • the steering wheel of a vehicle and the rack and pinion pinion are not mechanically connected via a clutch, and the steering angle of the steering wheel is replaced with an electrical signal, and the controller is based on the electrical signal.
  • the steering angle of the steering wheel is controlled by driving the steering actuator, and the controller controls the reaction force motor to apply an appropriate steering reaction force to the steering wheel.
  • the steering wheel and pinion are connected by a clutch so that the steering wheel can be directly steered (for example, Patent Documents 1 and 2 below). ).
  • JP 2005-262969 A Japanese Patent No. 3180505 Japanese Patent No. 4252392
  • An abnormal rotation transmission path is constructed by a universal joint 107 that connects the input shaft 105 and a universal joint 108 that connects the second shaft 103 and the output shaft 106 of the clutch 104.
  • a radial load is generated in accordance with the rotation transmission having the operation angle between the first shaft 101 and the input shaft 105 and the rotation transmission having the operation angle between the second shaft 103 and the output shaft 106, and is intermediate between the universal joints 107 and 108.
  • the load is applied to the input shaft 105 and the output shaft 106 through the shafts 109 and 110. For this reason, there is room for improvement in that it is difficult to center the input shaft 105 and the output shaft 106, which are important for stable operation of the clutch 104.
  • the problem to be solved by the present invention is to make it easier to stably operate a clutch incorporated between a steering wheel and a pinion of a vehicle steering system.
  • the present invention provides a first shaft coupled to a steering wheel or a second shaft coupled to a rack and pinion pinion, and rotation transmission between the first shaft and the second shaft.
  • a vehicle steering system unit in which the clutch input shaft and the first shaft, or the clutch output shaft and the second shaft are fixed concentrically.
  • the present invention can eliminate the radial load on one of the output shaft and the input shaft of the clutch and facilitate the stable operation of the clutch.
  • a vehicle steering system unit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the steering wheel 1 of the automobile and the pinion 3 of the rack and pinion 2 are not mechanically connected via the clutch 4, and the steering angle of the steering wheel 1 is replaced with an electrical signal.
  • the steering angle of the steering wheel 5 is automatically controlled by an electric steering actuator (not shown), and the reaction force motor 6 is automatically controlled to give an appropriate steering reaction force to the steering wheel 1.
  • the reaction force motor 6 or the like, the steering wheel 1 and the pinion 3 are connected by the clutch 4 and the steering wheel 1 can be directly steered.
  • the first shaft 7 is connected to the steering wheel 1.
  • the reaction force motor 6 applies a steering reaction force to the first shaft 7.
  • the first shaft 7 is provided integrally with the output shaft of the reaction force motor 6. For this reason, the reaction force motor 6 can directly apply a steering reaction force to the first shaft 7.
  • the housing of the reaction force motor 6 is attached to a partition wall that partitions the engine room and the cab of the vehicle body.
  • the rack and pinion 2 includes a rack 8 and a pinion 3 that meshes with the rack 8.
  • a second shaft 9 is connected to the pinion 3.
  • the rack 8 is driven by an electric steering actuator.
  • the clutch 4 includes a mechanical clutch portion and clutch switching means for switching a connected state or a disconnected state of the mechanical clutch portion.
  • the mechanical clutch unit includes an input shaft 10, an output shaft 11, an engagement surface 12 that rotates integrally with the input shaft 10, an engagement surface 13 that rotates integrally with the output shaft 11, and engagement surfaces 12, 13. And an engaging member 14 that fits in a wedge space formed by the above.
  • the clutch switching means is controlled by a control device (not shown) of the vehicle steering system. When the clutch switching means engages the engagement element 14 with the engagement surface 12 and the engagement surface 13, the clutch 4 is in a connected state, and when the engagement is released, the clutch 4 is in a non-connected state.
  • a clutch 4 what was disclosed by patent document 1 and patent document 3, for example is employable.
  • the input shaft 10 of the clutch 4 is a member to which torque is always input from the steering wheel 1 side.
  • the output shaft 11 of the clutch 4 is a member that outputs torque from the steering wheel 1 to the pinion 3 side in the connected state.
  • the input shaft 10 of the clutch 4 and the first shaft 7 are connected by a universal joint 15.
  • the universal joint 15 may be a constant velocity joint that can transmit rotation from the first shaft 7 to the input shaft 10 with a required operating angle.
  • a double cardan joint can be adopted as the universal joint 15.
  • the output shaft 11 of the clutch 4 and the second shaft 9 are integrally provided.
  • “provided integrally” means that the output shaft 11 and the second shaft 9 are formed in the same component.
  • the housing 16 of the rack and pinion 2 and the housing 17 of the clutch 4 are integrated.
  • integrated means that a space surrounding the rack and pinion 2, a space surrounding the clutch 4, and a hole through which the output shaft 11 and the second shaft 9 pass are a series of spaces.
  • the output shaft 11 is supported on the inner periphery of the housing 17 via a bearing.
  • the first embodiment can eliminate the radial load on the output shaft 11 of the clutch 4 and facilitate the clutch 4 to operate more stably. If the universal joint is eliminated on the output shaft 11 side, the axial distance between the rack and pinion 2 and the clutch 4 can be made shorter than before, and the housing can be easily integrated. Can do.
  • the housing 16 of the rack and pinion 2 and the housing 17 of the clutch 4 are separated. Even if it is a separate body, the output shaft 11 and the second shaft 9 are integrally provided, so that the concentric fixation of the input shaft 11 and the second shaft 9 is not affected.
  • the housing 17 of the clutch 4 is attached to a partition wall that partitions the engine room and the cab of the vehicle body.
  • connection means 30 only needs to be able to transmit rotation that is concentrically fixed, and examples thereof include serrations, splines, and flanges.
  • the output shaft 11 of the clutch 4 and the second shaft 9 are connected by a universal joint 41.
  • the universal joint 41 is composed of a constant velocity joint capable of transmitting rotation from the output shaft 11 to the second shaft 9 with a required operating angle.
  • the clutch input shaft 10 and the first shaft 7 are integrally provided.
  • the fourth embodiment since the input shaft 10 of the clutch 4 and the first shaft 7 are integrally provided, the input shaft 10 and the first shaft 7 are always fixed concentrically. For this reason, the rotation transmission path between the steering wheel 1 and the pinion 3 does not have a universal joint for connecting the input shaft 10 and the first shaft 7, and is constructed only by using the universal joint 41 only on the output shaft 11 side. . Therefore, the fourth embodiment can eliminate the radial load on the input shaft 10 of the clutch 4 and facilitate the clutch 4 to operate more stably. If the universal joint is eliminated on the input shaft 10 side, as a result, the axial distance between the steering wheel 1 and the clutch 4 can be made shorter than before, and the housing can be easily integrated. it can.
  • the fifth embodiment is a further modification of the fourth embodiment, only differences from the fourth embodiment will be described here.
  • the input shaft 10 of the clutch 4 and the first shaft 7 are concentrically fixed by the connecting means 50.
  • the connecting means 50 only needs to be able to transmit rotation that is concentrically fixed.
  • the sixth embodiment will be described with reference to FIG. Since the sixth embodiment is a further modification of the fourth embodiment, only differences from the fourth embodiment will be described here.
  • the output shaft 61 of the reaction force motor 6 and the first shaft 7 are provided separately.
  • a drive pulley 62 is provided on the output shaft 61.
  • a driven pulley 63 is provided on the first shaft 7.
  • a transmission belt 64 is wound around the driven pulley 63 and the driving pulley 62.
  • the steering reaction force generated by the reaction force motor 6 is applied to the first shaft 7 via the drive pulley 62, the transmission belt 64, and the driven pulley 63.
  • a steering reaction force applying means using such a reaction force motor 6 for example, one disclosed in Patent Document 2 can be adopted.

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Abstract

　車両操舵システムのステアリングホイール及びピニオン間に組込むクラッチをより安定作動させ易くすることを課題とする。ステアリングホイール（１）に連結された第１軸（７）、又はラックアンドピニオン（２）のピニオン（３）に連結された第２軸（９）と、第１軸（７）及び第２軸（９）間の回転伝達経路に組込まれるクラッチ（４）と、を備え、クラッチ（４）の入力軸（１０）と第１軸（７）、又はクラッチ（４）の出力軸（１１）と第２軸（９）が、同心に固定されている車両操舵システム用ユニットに構成した。

Description

車両操舵システム用ユニット
　この発明は、ステアリングホイールからラックアンドピニオンへ回転を伝達する経路を構築するための車両操舵システム用ユニットに関する。
　近年、ステアバイワイヤ方式の操舵システムが自動車用に開発されている。ステアバイワイヤ方式では、通常、自動車のステアリングホイールとラックアンドピニオンのピニオンがクラッチを介して機械的に連結されておらず、ステアリングホイールの舵角を電気信号に置き換え、その電気信号に基づいてコントローラが操舵アクチュエータを駆動させることにより操舵車輪の操舵角度を制御すると共に、コントローラが反力モータの制御を行ってステアリングホイールに適切な操舵反力を与えるようになっている。万一、操舵アクチュエータや反力モータ等に異常が生じた場合、クラッチによってステアリングホイールとピニオンが連結され、ステアリングホイールで直接操舵することができるようになっている（例えば、下記特許文献１、２）。
　ステアバイワイヤ方式に好適なクラッチとして、ローラクラッチを電磁的に切り替えるものがある（例えば、下記特許文献３）。
特開２００５－２６２９６９号公報 特許第３１８０５０５号公報 特許第４２５２３９２号公報
　しかしながら、従来は、図８に示すように、ステアリングホイール１００に連結された第１軸１０１、ラックアンドピニオンのピニオン１０２に連結された第２軸１０３、クラッチ１０４、第１軸１０１とクラッチ１０４の入力軸１０５を連結する自在継手１０７、第２軸１０３とクラッチ１０４の出力軸１０６を連結する自在継手１０８によって異常時用の回転伝達経路が構築されている。第１軸１０１と入力軸１０５間の作動角をもった回転伝達、第２軸１０３と出力軸１０６間の作動角をもった回転伝達に伴ってラジアル荷重が生じ、自在継手１０７、１０８の中間軸１０９、１１０を介して入力軸１０５、出力軸１０６に負荷される。このため、クラッチ１０４の安定作動に重要な入力軸１０５、出力軸１０６の芯出しが難しい点で改良の余地がある。
　上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、車両操舵システムのステアリングホイール及びピニオン間に組込むクラッチをより安定作動させ易くすることである。
　上記の課題を達成するため、この発明は、ステアリングホイールに連結された第１軸、又はラックアンドピニオンのピニオンに連結された第２軸と、前記第１軸及び前記第２軸間の回転伝達経路に組込まれるクラッチと、を備え、前記クラッチの入力軸と前記第１軸、又は前記クラッチの出力軸と前記第２軸が、同心に固定されている車両操舵システム用ユニットを構成した。
　上記構成によれば、前記クラッチの入力軸と前記第１軸又は前記クラッチの出力軸と前記第２軸が同心に固定されているので、自在継手を出力軸又は入力軸側にのみ用いるだけで済む。したがって、この発明は、クラッチの出力軸と入力軸の片方でラジアル負荷を無くし、クラッチをより安定作動させ易くすることができる。
第１実施形態に係る車両操舵システム用ユニットを示す概念図 第１実施形態のクラッチとピニオン付近を示す部分断面図 第２実施形態に係る車両操舵システム用ユニットを示す概念図 第３実施形態に係る車両操舵システム用ユニットを示す概念図 第４実施形態に係る車両操舵システム用ユニットを示す概念図 第５実施形態に係る車両操舵システム用ユニットを示す概念図 第６実施形態に係る車両操舵システム用ユニットを示す概念図 従来例を示す概念図
　この発明の第１実施形態に係る車両操舵システム用ユニットを図１、図２に基づいて説明する。図示の車両操舵システムは、通常、自動車のステアリングホイール１とラックアンドピニオン２のピニオン３がクラッチ４を介して機械的に連結されておらず、ステアリングホイール１の舵角を電気信号に置き換え、その電気信号に基づいて操舵車輪５の操舵角度を電動操舵アクチュエータ（図示省略）で自動制御すると共に、反力モータ６の自動制御を行ってステアリングホイール１に適切な操舵反力を与える。電動操舵アクチュエータや反力モータ６等に異常が生じた場合、クラッチ４によってステアリングホイール１とピニオン３が連結され、ステアリングホイール１で直接操舵することが可能になるステアバイワイヤ方式のものである。
　ステアリングホイール１に第１軸７が連結されている。反力モータ６は、第１軸７に操舵反力を与える。第１軸７は、反力モータ６の出力軸と一体に設けられている。このため、反力モータ６は、第１軸７に操舵反力を直接的に与えることができる。反力モータ６のハウジングは、車体のエンジンルームと運転室を仕切る隔壁に取り付けられる。
　ラックアンドピニオン２は、ラック８と、ラック８に噛み合うピニオン３とからなる。ピニオン３に第２軸９が連結されている。ラック８は、電動操舵アクチュエータによって駆動されるようになっている。
　クラッチ４は、機械式クラッチ部と、機械式クラッチ部の連結状態又は非連結状態を切り替えるクラッチ切替手段とからなる。機械式クラッチ部は、入力軸１０と、出力軸１１と、入力軸１０と一体に回転する係合面１２と、出力軸１１と一体に回転する係合面１３と、係合面１２、１３によって形成された楔空間に収まる係合子１４とを有する。クラッチ切替手段は、車両操舵システムのコントロール装置（図示省略）によって制御される。クラッチ切替手段が、係合子１４を係合面１２及び係合面１３に係合させると、クラッチ４が連結状態になり、その係合を解除させると、クラッチ４が非連結状態になる。このようなクラッチ４として、例えば、特許文献１や特許文献３に開示されたものを採用することができる。
　クラッチ４の入力軸１０は、ステアリングホイール１側から常にトルクを入力される部材になっている。クラッチ４の出力軸１１は、連結状態のとき、ステアリングホイール１からのトルクをピニオン３側へ出力する部材になっている。
　クラッチ４の入力軸１０と第１軸７とが、自在継手１５によって連結されている。自在継手１５は、第１軸７から入力軸１０へ所要の作動角をもって回転伝達を行うことが可能な等速ジョイントであればよい。例えば、自在継手１５として、ダブルカルダンジョイントを採用することができる。
　クラッチ４の出力軸１１と、第２軸９とが、一体に設けられている。ここで、「一体に設けられている」とは、すなわち、出力軸１１と第２軸９が、同一の部品に形成されていることをいう。
　ラックアンドピニオン２のハウジング１６と、クラッチ４のハウジング１７とが、一体になっている。ここで、「一体になっている」とは、ラックアンドピニオン２を取り囲む空間と、クラッチ４を取り囲む空間と、出力軸１１及び第２軸９を通す孔とが一連の空間になっていることをいう。出力軸１１は、軸受を介してハウジング１７の内周に支持されている。
　上述のように構成された第１実施形態によれば、クラッチ４の出力軸１１と、第２軸９とを一体に設けているので、常に、出力軸１１と第２軸９が同心に固定されている。このため、ステアリングホイール１及びピニオン３間の回転伝達経路は、出力軸１１と第２軸９を連結する自在継手をもたず、自在継手１５を入力軸１０側にのみ用いるだけで構築される。したがって、第１実施形態は、クラッチ４の出力軸１１の方でラジアル負荷を無くし、クラッチ４をより安定作動させ易くすることができる。出力軸１１側で自在継手を無くすと、結果的に、ラックアンドピニオン２及びクラッチ４間の軸方向距離を従来よりも短くすることも可能になり、前述のハウジングの一体化を容易に行うことができる。
　第２実施形態を図３に基づいて説明する。以下、第１実施形態との相違点を述べるに留める。図示のように、第２実施形態では、ラックアンドピニオン２のハウジング１６と、クラッチ４のハウジング１７とが、別体になっている。別体にしても、出力軸１１と第２軸９とが一体に設けられているので、入力軸１１と第２軸９の同心固定に影響はない。クラッチ４のハウジング１７は、車体のエンジンルームと運転室を仕切る隔壁に取り付けられる。
　第３実施形態を図４に基づいて説明する。図示のように、第３実施形態では、クラッチ４の出力軸１１と、第２軸９とが、連結手段３０によって同心に固定されている。連結手段３０は、同心に固定された回転伝達を行えるものであればよく、例えばセレーション、スプライン、フランジが挙げられる。
　第４実施形態を図５に基づいて説明する。図示のように、第４実施形態では、反力モータ６のハウジング４０と、クラッチ４のハウジング１７とが、一体になっている。
　クラッチ４の出力軸１１と、第２軸９とは、自在継手４１によって連結されている。自在継手４１は、出力軸１１から第２軸９へ所要の作動角をもって回転伝達を行うことが可能な等速ジョイントからなる。
　クラッチの入力軸１０と、第１軸７とが、一体に設けられている。
　第４実施形態によれば、クラッチ４の入力軸１０と、第１軸７とを一体に設けているので、常に、入力軸１０と第１軸７が同心に固定されている。このため、ステアリングホイール１及びピニオン３間の回転伝達経路は、入力軸１０と第１軸７を連結する自在継手をもたず、自在継手４１を出力軸１１側にのみ用いるだけで構築される。したがって、第４実施形態は、クラッチ４の入力軸１０の方でラジアル負荷を無くし、クラッチ４をより安定作動させ易くすることができる。入力軸１０側で自在継手を無くすと、結果的に、ステアリングホイール１及びクラッチ４間の軸方向距離を従来よりも短くすることも可能になり、前述のハウジングの一体化を容易に行うことができる。
　第５実施形態を図６に基づいて説明する。第５実施形態は、第４実施形態をさらに変更したものなので、ここでは第４実施形態との相違点を述べるに留める。第５実施形態では、クラッチ４の入力軸１０と、第１軸７とが、連結手段５０によって同心に固定されている。連結手段５０は、同心に固定された回転伝達を行えるものであればよい。
　第６実施形態を図７に基づいて説明する。第６実施形態は、第４実施形態をさらに変更したものなので、ここでは第４実施形態との相違点を述べるに留める。第６実施形態では、反力モータ６の出力軸６１と、第１軸７とが、別体に設けられている。出力軸６１には、駆動プーリ６２が設けられている。第１軸７には、従動プーリ６３が設けられている。従動プーリ６３と駆動プーリ６２とに伝達ベルト６４が巻回されている。反力モータ６が生み出した操舵反力は、駆動プーリ６２、伝達ベルト６４、従動プーリ６３を介して第１軸７に与えられる。このような反力モータ６を用いた操舵反力付与手段として、例えば特許文献２に開示されたものを採用することができる。
　この発明の技術的範囲は、上述の各実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づく技術的思想の範囲内での全ての変更を含むものである。
１　ステアリングホイール
２　ラックアンドピニオン
３　ピニオン
４　クラッチ
５　操舵車輪
６　反力モータ
７　第１軸
８　ラック
９　第２軸
１０　クラッチの入力軸
１１　クラッチの出力軸
１５、４１　自在継手
１６　ラックアンドピニオンのハウジング
１７　クラッチのハウジング
３０、５０　連結手段
４０　反力モータのハウジング
６１　反力モータの出力軸

Claims (7)

  1. 　ステアリングホイール（１）に連結された第１軸（７）、又はラックアンドピニオン（２）のピニオン（３）に連結された第２軸（９）と、
    　前記第１軸（７）及び前記第２軸（９）間の回転伝達経路に組込まれるクラッチ（４）と、を備え、
    　前記クラッチ（４）の入力軸（１０）と前記第１軸（７）、又は前記クラッチ（４）の出力軸（１１）と前記第２軸（９）が、同心に固定されている車両操舵システム用ユニット。
  2. 　前記第１軸（７）に与える操舵反力を生み出す反力モータ（６）のハウジング（４０）、又は前記ラックアンドピニオン（２）のハウジング（１６）と、前記クラッチ（４）のハウジング（１７）とが、一体になっている請求項１に記載の車両操舵システム用ユニット。
  3. 　前記第１軸（７）に与える操舵反力を生み出す反力モータ（６）のハウジング（４０）、又は前記ラックアンドピニオン（２）のハウジング（１６）と、前記クラッチ（４）のハウジング（１７）とが、別体になっている請求項１に記載の車両操舵システム用ユニット。
  4. 　前記第１軸（７）に与える操舵反力を生み出す反力モータ（６）の出力軸（６１）、又は前記第１軸（７）と、前記クラッチ（４）の入力軸（１０）とが、一体に設けられている請求項１に記載の車両操舵システム用ユニット。
  5. 　前記第１軸（７）に与える操舵反力を生み出す反力モータ（６）の出力軸（６１）、又は前記第１軸（７）と、前記クラッチ（４）の入力軸（１０）とが、別体に設けられている請求項１に記載の車両操舵システム用ユニット。
  6. 　前記第２軸（９）と前記クラッチ（４）の出力軸（１１）とが、一体に設けられている請求項１に記載の車両操舵システム用ユニット。
  7. 　前記第２軸（９）と前記クラッチ（４）の出力軸（１１）とが、別体に設けられている請求項１に記載の車両操舵システム用ユニット。
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