JP2002211417A - Vehicle steering gear - Google Patents
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- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、操舵輪に連結され
る操舵軸が車両の左右方向への移動が可能なラック軸を
有する舵取機構に機械的に連結されていない車両用操舵
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vehicle steering system in which a steering shaft connected to a steered wheel is not mechanically connected to a steering mechanism having a rack shaft capable of moving the vehicle in the left-right direction. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】車両用操舵装置は、操舵輪に連結される
操舵軸が舵取機構のラック軸に機械的に連結されている
リンク式と、前記操舵軸が前記ラック軸に機械的に連結
されていないステアバイワイヤ式とに大別される。2. Description of the Related Art A steering system for a vehicle includes a link type in which a steering shaft connected to a steering wheel is mechanically connected to a rack shaft of a steering mechanism, and a steering system in which the steering shaft is mechanically connected to the rack shaft. It is roughly divided into a steer-by-wire type that is not used.
【０００３】前者のリンク式は、車室の操舵輪から車室
外に延びる前記操舵軸の軸長方向中間に装着された操舵
補助用のモータと、前記操舵輪の操舵方向及び操舵角の
検出結果に基づいて前記モータを回転させるマイクロプ
ロセッサを用いてなる舵取制御部と、前記操舵軸の下端
部に設けられたピニオンと、該ピニオンに噛合するラッ
ク歯を有し、車両の左右方向へ移動可能なラック軸とを
備え、前記操舵輪の操舵に応じた舵取機構の動作を前記
モータの回転により補助し、舵取りのための運転者の労
力負担を軽減するように構成されている。また、舵取機
構に設けられた一対のストッパにより前記操舵輪の操舵
中立位置に対する左右への最大操舵角（最大回転数）が
設定されている。In the former link type, a steering assist motor mounted in the middle of the steering shaft extending from the steered wheels of the passenger compartment to the outside of the passenger compartment in the axial direction thereof, and a result of detection of the steering direction and the steering angle of the steered wheels. A steering control unit that uses a microprocessor that rotates the motor based on a steering wheel, a pinion provided at a lower end of the steering shaft, and rack teeth that mesh with the pinion, and move in the left-right direction of the vehicle. And a rack shaft capable of assisting the operation of the steering mechanism according to the steering of the steered wheels by the rotation of the motor, so as to reduce the labor burden on the driver for steering. A pair of stoppers provided in the steering mechanism set a maximum left-right steering angle (maximum rotation speed) with respect to the steering neutral position of the steering wheel.
【０００４】後者のステアバイワイヤ式は、車室の静止
部材に支持された操舵軸と、車室外で車両の左右方向へ
の移動が可能なラック軸と、該ラック軸の軸長方向中間
に装着された舵取用のモータと、該モータを駆動制御す
るマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部とを備
え、前記操舵輪の操舵方向及び操舵角の検出結果に基づ
いて前記モータを動作させ、舵取機構に操舵輪の操舵角
に見合う舵取角を加えて、前記操舵輪の操作に応じた舵
取りを行わせるように構成されている。また、操舵軸と
静止部材との間に設けられたストッパにより前記操舵輪
の操舵中立位置に対する左右への最大操舵角（最大回転
数）が設定されている。In the latter steer-by-wire system, a steering shaft supported by a stationary member in a vehicle cabin, a rack shaft capable of moving the vehicle in the left-right direction outside the vehicle cabin, and an intermediate portion in the axial direction of the rack shaft. Provided steering motor, and a steering control unit using a microprocessor that drives and controls the motor, operating the motor based on the detection results of the steering direction and steering angle of the steered wheels, The steering mechanism is configured to add a steering angle corresponding to the steering angle of the steered wheels to perform steering according to the operation of the steered wheels. Further, a maximum left-right steering angle (maximum rotational speed) with respect to the steering neutral position of the steered wheels is set by a stopper provided between the steering shaft and the stationary member.
【０００５】以上のようなリンク式は、操舵輪と舵取機
構とが機械的に連結されていることから、操舵輪の操舵
角と、ピニオンの１回転に対する前記ラック軸の移動ス
トロークとの対応関係が機械的な制約を受けることにな
り、操向輪を左右のラックエンド位置に操向させるに
は、操舵輪の操舵中立位置に対する左右への最大操作角
を比較的大きくする必要があり、また、ラック軸及びピ
ニオンの噛合によるストロークレシオは比較的小さくす
る必要があった。In the link type described above, since the steered wheels and the steering mechanism are mechanically connected, the correspondence between the steered angle of the steered wheels and the movement stroke of the rack shaft for one rotation of the pinion. The relationship is subject to mechanical restrictions, and in order to steer the steered wheels to the left and right rack end positions, it is necessary to relatively increase the left and right maximum operation angles of the steered wheels with respect to the steering neutral position, Also, the stroke ratio due to the engagement between the rack shaft and the pinion needs to be relatively small.
【０００６】これに対して、ステアバイワイヤ式は、操
舵輪の操舵角と舵取用のモータの動作量との対応関係が
機械的な制約を受けずに設定できることから、前記舵取
制御部等の駆動手段が正常である場合、操向輪を左右の
ラックエンド位置に操向させるのに必要な操舵輪の操舵
中立位置に対する左右への最大操舵角を比較的小さくす
ることができるという利点を有している。On the other hand, in the steer-by-wire system, the correspondence between the steering angle of the steered wheels and the operation amount of the steering motor can be set without any mechanical restrictions. When the drive means is normal, the maximum steering angle to the left and right with respect to the steering neutral position of the steered wheels required to steer the steered wheels to the left and right rack end positions can be relatively reduced. Have.
【０００７】また、ステアバイワイヤ式として、操舵輪
の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する前記舵取制御部
等の駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動するこ
とができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構のラ
ック軸に機械的に連結する連結手段を備えた車両用操舵
装置が知られている。In addition, when the steering mechanism cannot be driven due to a failure of driving means such as the steering control unit for driving the steering mechanism in response to steering of a steered wheel, the steering mechanism cannot be driven. 2. Description of the Related Art There has been known a vehicle steering system including a connecting means for mechanically connecting a steering shaft to a rack shaft of the steering mechanism.
【０００８】この車両用操舵装置は、操舵軸を上端が操
舵輪に繋がる上側軸と、下端がジョイントを介してピニ
オンに繋がる下側軸とに２分割し、この分割部に電磁ク
ラッチ、又は、摩擦板円板形の摩擦クラッチが設けられ
ており、前記駆動手段が正常である場合、ラック軸の移
動に連動してピニオン及び下側軸がフリーで回転する構
成となっている。電磁クラッチは、前記駆動手段が正常
である場合に電磁石が励磁されず、トルクの伝達が遮断
されており、前記駆動手段が故障した場合に通電されて
トルクを操舵軸からピニオンを経てラック軸へ伝達する
構成となっている。また、摩擦クラッチは、駆動手段が
故障した場合にばねの力で摩擦面を接触させ、前記駆動
手段が正常である場合に電磁石が励磁され、摩擦面を離
脱させる構成となっている。In this vehicle steering system, the steering shaft is divided into an upper shaft whose upper end is connected to a steered wheel and a lower shaft whose lower end is connected to a pinion via a joint. An electromagnetic clutch or A disk-shaped friction clutch is provided, and when the driving means is normal, the pinion and the lower shaft rotate freely in conjunction with the movement of the rack shaft. When the driving means is normal, the electromagnet is not excited, the transmission of torque is interrupted, and when the driving means fails, the electromagnetic clutch is energized to transfer torque from the steering shaft to the rack shaft via the pinion. It is configured to transmit. Further, the friction clutch is configured such that when the driving means breaks down, the friction surface is brought into contact with the force of the spring, and when the driving means is normal, the electromagnet is excited and the friction surface is disengaged.
【０００９】また、上述の如くラック軸に舵取用のモー
タが装着されたステアバイワイヤ式にあっては、操舵輪
が操舵中立位置に対し左又は右へ操舵されている状態で
前記モータによる操舵ができなくなったとき、操舵輪の
操舵角とピニオンの回転角とが等しいとは限らず、この
操舵角と回転角とに位相差が発生するため、この位相差
をなくした後、前記連結手段によって操舵軸をラック軸
に機械的に連結することができるようにした車両用操舵
装置も知られている。In the steer-by-wire system in which the steering motor is mounted on the rack shaft as described above, the steering by the motor is performed while the steered wheels are steered left or right with respect to the steering neutral position. Is no longer possible, the steering angle of the steered wheels and the rotation angle of the pinion are not always equal, and a phase difference occurs between the steering angle and the rotation angle. There is also known a vehicle steering system in which a steering shaft can be mechanically connected to a rack shaft.
【００１０】この車両用操舵装置は、ラック軸の軸長方
向中間に装着された舵取用の主モータと、前記ラック軸
のラックに噛合するピニオンを有するピニオン軸と、該
ピニオン軸の軸長方向中間に装着された舵取用の副モー
タと、前記主モータ及び副モータを駆動制御するマイク
ロプロセッサを用いてなる舵取制御部と、前記主モータ
又は副モータによる操舵ができなくなったとき、操舵が
可能な副モータ又は主モータの駆動によって操舵輪の操
舵角とピニオンの回転角との位相差をなくするように構
成されている。This steering apparatus for a vehicle has a steering main motor mounted in the middle of the rack shaft in the axial direction, a pinion shaft having a pinion meshing with the rack of the rack shaft, and an axial length of the pinion shaft. A steering auxiliary motor mounted in the middle of the direction, a steering control unit using a microprocessor that drives and controls the main motor and the auxiliary motor, and when steering by the main motor or the auxiliary motor becomes impossible, The configuration is such that the phase difference between the steering angle of the steered wheels and the rotation angle of the pinion is eliminated by driving the sub motor or the main motor capable of steering.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところが、以上の如く
構成された従来のステアバイワイヤ式の車両用操舵装置
の舵取機構は、前記舵取制御部等の駆動手段が正常であ
る場合、操向輪を左右のラックエンド位置に操向させる
のに必要な操舵輪の操舵角を比較的小さくすることがで
きるという特性を活かして操舵輪の操舵中立位置に対す
る左右への最大操舵角が比較的小さく設定されているの
に対し、舵取機構のラック歯及びピニオンの噛合による
ストロークレシオ（ピニオン１回転に対するラック軸の
ストローク）は従来のリンク式と同じく比較的小さく設
定、換言すれば、ラック歯及びピニオンのギヤ比は従来
のリンク式と同じく比較的大きく設定されているため、
前記舵取制御部等の駆動手段の故障によって前記舵取機
構を駆動することができなくなり、前記連結手段によっ
て前記操舵軸が前記舵取機構のラック軸に機械的に連結
されたとき、操舵輪が操舵中立位置に対し左右へ最大操
舵角で操舵されたとしても操向輪を左右のラックエンド
位置に操向させることができないという不具合があっ
た。However, the steering mechanism of the conventional steer-by-wire type vehicle steering system having the above-described structure is adapted to perform steering when the drive means such as the steering control section is normal. By taking advantage of the characteristic that the steering angle of the steered wheels required to steer the wheels to the left and right rack end positions can be made relatively small, the maximum steering angle of the steered wheels to the neutral position relative to the steering wheel is relatively small. On the other hand, the stroke ratio (the stroke of the rack shaft for one rotation of the pinion) due to the meshing of the rack teeth and the pinion of the steering mechanism is set relatively small as in the conventional link type, in other words, the rack teeth and Because the gear ratio of the pinion is set relatively large like the conventional link type,
When the steering mechanism cannot be driven due to a failure of the driving means such as the steering control unit and the steering shaft is mechanically connected to the rack shaft of the steering mechanism by the connection means, However, even if the steering wheel is steered left and right with respect to the steering neutral position at the maximum steering angle, the steered wheels cannot be steered to the left and right rack end positions.
【００１２】図５は従来のステアバイワイヤ式の車両用
操舵装置の操舵輪、ラック軸及びピニオンの関係を示す
模式図である。例えば操舵輪の操舵中立位置に対する左
右への最大操舵角が±３６０°、ピニオンの最大回転角
が±５７６°、ラック軸の移動中立位置からの最大スト
ロークが７２mm、ラック歯及びピニオンの噛合によるス
トロークレシオが４５mm／rev である仕様に設定された
ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置にあっては、操舵
輪を操舵中立位置から左又は右へ３６０°操舵したと
き、ラック軸を左又は右へ４５mmしか移動させることが
できないのに対し、操向輪を左右のロックエンド位置に
操向させるにはラック軸を左又は右へ７２mm移動させる
必要があるため、残りの２７mm（７２mm−４５mm）はラ
ック軸を移動させることができない。FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the steered wheels, the rack shaft and the pinion of a conventional steer-by-wire type vehicle steering system. For example, the maximum steering angle to the left and right with respect to the steering neutral position of the steering wheel is ± 360 °, the maximum rotation angle of the pinion is ± 576 °, the maximum stroke of the rack shaft from the moving neutral position is 72 mm, and the stroke due to the meshing of the rack teeth and the pinion. In a steer-by-wire type vehicle steering system set to a specification having a ratio of 45 mm / rev, when a steered wheel is steered left or right by 360 ° from a steering neutral position, the rack shaft is moved 45 mm to the left or right. In order to steer the steered wheels to the left and right lock end positions, the rack shaft must be moved left or right by 72 mm, and the remaining 27 mm (72 mm-45 mm) is used for the rack. The axis cannot be moved.
【００１３】上述の不具合はラック軸に舵取用のモータ
が装着された車両用操舵装置に限らず、ラック軸に舵取
用の主モータが装着され、さらに、ピニオン軸に舵取用
の副モータが装着された車両用操舵装置にあっても発生
する。The above problem is not limited to a vehicle steering system in which a steering motor is mounted on a rack shaft, but a main steering motor is mounted on a rack shaft, and a secondary steering motor is mounted on a pinion shaft. The problem also occurs in a vehicle steering system equipped with a motor.
【００１４】本発明は斯かる不具合を解消することがで
きる車両用操舵装置を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a vehicular steering apparatus capable of solving such a problem.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段及び発明の効果】第１発明
に係る車両用操舵装置は、車両の左右方向への移動が可
能なラック軸を有する舵取機構に機械的に連結されるこ
となく、静止部材に回転可能に支持される操舵軸と、該
操舵軸に連結されている操舵輪と、該操舵輪の操舵に応
じて前記ラック軸を移動させる駆動手段と、該駆動手段
の故障によって前記ラック軸を移動させることができな
くなったとき前記ラック軸のラック歯に噛合するピニオ
ンを介して前記操舵軸をラック軸に機械的に連結する連
結手段とを備えた車両用操舵装置において、前記ピニオ
ンの１回転に対する前記ラック軸の移動ストロークＳＲ
が、 ＳＲ≧Ｓmax ×２π／Ｎ 但し、Ｎ：操舵輪の操舵中立位置に対する左右への最大
回転数〔rad 〕 Ｓmax ：ラック軸の移動中立位置からの最大ストローク の条件を満たすようにしてあることを特徴とする。The vehicle steering apparatus according to the first aspect of the present invention does not need to be mechanically connected to a steering mechanism having a rack shaft capable of moving the vehicle in the left-right direction. A steering shaft rotatably supported by a stationary member, a steering wheel connected to the steering shaft, a driving unit for moving the rack shaft in accordance with the steering of the steering wheel, and a failure of the driving unit. A steering device for mechanically connecting the steering shaft to the rack shaft via a pinion that meshes with a rack tooth of the rack shaft when the rack shaft cannot be moved. The movement stroke SR of the rack shaft for one rotation of the pinion
Where SR ≧ Smax × 2π / N, where N is the maximum number of rotations of the steered wheels to the left and right relative to the neutral steering position [rad] Smax is the maximum stroke from the neutral position of the rack shaft movement. It is characterized by.
【００１６】第１発明にあっては、舵取制御部等の駆動
手段が正常である場合、操舵に応じて駆動手段がラック
軸を移動させ、操向輪を左右のロックエンド位置に操向
させることができる。また、舵取制御部等の駆動手段の
故障によってラック軸を移動させることができなくな
り、前記連結手段によって前記操舵軸が前記ラック軸に
機械的に連結されたとき、ピニオンの１回転に対する前
記ラック軸の移動ストロークＳＲは、ＳＲ≧Ｓmax ×２
π／Ｎであるため、例えば、最大回転数Ｎが２π、最大
ストロークＳmax が７２mmである仕様に設定されたステ
アバイワイヤ式の車両用操舵装置にあっては、ＳＲ≧７
２mm×２π／２π＝７２mmとなる。従って、操舵輪を操
舵中立位置から左又は右へ多くとも２π〔rad 〕操舵し
たとき、ラック軸を左又は右へ前記最大ストロークＳma
x と同じ７２mm移動させることができ、操向輪を左右の
ラックエンド位置に操向させることができる。In the first invention, when the driving means such as the steering control section is normal, the driving means moves the rack shaft in accordance with the steering, and steers the steered wheels to the left and right lock end positions. Can be done. Further, when the rack shaft cannot be moved due to the failure of the driving means such as the steering control unit, and the steering shaft is mechanically connected to the rack shaft by the connecting means, the rack for one rotation of the pinion is rotated. The axis movement stroke SR is SR ≧ Smax × 2
Because of π / N, for example, in a steer-by-wire type vehicle steering system set to a specification in which the maximum rotation speed N is 2π and the maximum stroke Smax is 72 mm, SR ≧ 7
2 mm × 2π / 2π = 72 mm. Therefore, when the steered wheels are steered to the left or right at most 2π [rad] from the steering neutral position, the rack shaft is moved left or right to the maximum stroke Sma.
It can be moved by the same 72 mm as x, and the steered wheels can be steered to the left and right rack end positions.
【００１７】第２発明に係る車両用操舵装置は、前記故
障が発生したとき、操舵軸の回転を増速して前記ピニオ
ンに伝達する増速機を備えていることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a vehicle steering system including a gearbox for increasing the rotation of a steering shaft and transmitting the rotation to the pinion when the failure occurs.
【００１８】第２発明にあっては、ピニオンを既存のも
のに比べて大径にすることなくラック軸を第１発明のス
トローク以上に移動させることが可能であるため、既存
のステアバイワイヤ式の舵取機構及び制御系の大部分を
利用することができ、コストの低減化を図ることができ
る。According to the second invention, the rack shaft can be moved more than the stroke of the first invention without increasing the diameter of the pinion as compared with the existing one. Most of the steering mechanism and the control system can be used, and the cost can be reduced.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づいて詳述する。 実施の形態１ 図１は本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模
式的斜視図、図２は車両用操舵装置の実施の形態１の要
部構成を示す拡大断面図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings showing the embodiments. Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic perspective view showing the entire configuration of a vehicle steering system according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part configuration of the vehicle steering system according to Embodiment 1.
【００２０】この車両用操舵装置は、図示しない車両の
左右方向への移動が可能なラック軸１１を有し、該ラッ
ク軸１１の左右に配された一対の操舵用の操向輪Ａ，Ａ
に操舵動作を行わせるための舵取機構１と、該舵取機構
１から機械的に切り離して軸ハウジング２等の静止部材
に回転自在に支持された操舵軸３と、該操舵軸３の上端
に連結された操舵輪４と、該操舵輪４の操舵に応じて前
記ラック軸１１を移動させる駆動手段５と、前記ラック
軸１１のラック歯１１ａに噛合するピニオン６を有する
伝動軸７と、前記駆動手段５の故障によって前記ラック
軸１１を移動させることができなくなったとき前記ピニ
オン６を介して前記操舵軸３を前記ラック軸１１に機械
的に連結する連結手段８とを備えた構成となっている。This vehicle steering system has a rack shaft 11 that allows the vehicle to move in the left-right direction (not shown), and a pair of steering wheels A, A arranged on the left and right sides of the rack shaft 11.
, A steering shaft 3 rotatably supported by a stationary member such as a shaft housing 2 mechanically separated from the steering mechanism 1, and an upper end of the steering shaft 3. A driving shaft 5 having a pinion 6 meshing with a rack tooth 11a of the rack shaft 11; a driving shaft 5 for moving the rack shaft 11 in accordance with the steering of the steering wheel 4; Connecting means 8 for mechanically connecting the steering shaft 3 to the rack shaft 11 via the pinion 6 when the rack shaft 11 cannot be moved due to a failure of the driving means 5; Has become.
【００２１】舵取機構１は、公知のように、車両の左右
方向へ移動可能なラック軸１１の両端部と操向輪Ａ，Ａ
を支持するナックルアーム１２，１２とを連結し、ラッ
ク軸１１の両方向への移動によりナックルアーム１２，
１２を押し引きし、操向輪Ａ，Ａを左右に操向させるも
のであり、この操向はラック軸１１の中途部に同軸的に
構成されたブラシレス形の舵取用のモータ５１の回転
を、適宜の運動変換機構によりラック軸１１の軸長方向
移動に変換して行われる。As is well known, the steering mechanism 1 includes both ends of a rack shaft 11 movable in the left-right direction of the vehicle and steering wheels A, A.
The knuckle arms 12 and 12 that support the knuckle arms 12 and 12 are connected, and the rack shaft 11 is moved in both directions to
The steering wheel A, A is steered left and right by pushing and pulling the steering wheel 12, and the steering is performed by rotating a brushless steering motor 51 coaxially formed in the middle of the rack shaft 11. Is converted into the axial movement of the rack shaft 11 by an appropriate motion conversion mechanism.
【００２２】このラック軸１１は、軸長方向一端側に螺
旋溝１１ｂを、また、他端側にラック歯１１ａを夫々備
え、軸ハウジング１３内に回転不能であり、車両の左右
方向（軸長方向）への移動を可能に支持されている。軸
ハウジング１３内には前記伝動軸７が回転可能に支持さ
れており、該伝動軸７に設けられたピニオン６が前記ラ
ック歯１１ａに噛合している。The rack shaft 11 is provided with a spiral groove 11b on one end in the axial direction and a rack tooth 11a on the other end. Direction). The transmission shaft 7 is rotatably supported in the shaft housing 13, and a pinion 6 provided on the transmission shaft 7 meshes with the rack teeth 11a.
【００２３】軸ハウジング１３には前記伝動軸７の回転
量及び回転方向を検出するロータリエンコーダ２０が設
けられ、該ロータリエンコーダ２０が検出した結果はイ
ンタフェース回路５２を介して前記駆動手段５が備える
後記する舵取制御部５３に与えられている。The shaft housing 13 is provided with a rotary encoder 20 for detecting the amount and direction of rotation of the transmission shaft 7, and the result of the detection by the rotary encoder 20 is provided via the interface circuit 52 to the drive means 5 described later. To the steering control unit 53.
【００２４】舵取用のモータ５１は、前記ラック軸１１
を支持する軸ハウジング１３内に固定される円筒状のス
テータ５１ａと、該ステータ５１ａの内周面及びラック
軸１１の外周面間に回転が可能に支持されており、その
外周面に複数個の永久磁石が周方向に離隔して設けられ
ている円筒状のロータ５１ｂとを備えている。このロー
タ５１ｂに、その内面にボールねじの軌条が形成された
ボールナット９が連結されており、該ボールナット９と
前記螺旋溝１１ｂとの間に介在された複数のボール１０
を介してモータ５１の回転がラック軸１１に伝達され、
該ラック軸１１が移動中立位置から例えばストローク７
２mmで車両の左又は右方向へ移動する構成となってい
る。The steering motor 51 is connected to the rack shaft 11.
And a cylindrical stator 51a fixed in the shaft housing 13 for supporting the shaft 51, and rotatably supported between the inner peripheral surface of the stator 51a and the outer peripheral surface of the rack shaft 11. And a cylindrical rotor 51b provided with permanent magnets spaced apart in the circumferential direction. A ball nut 9 having a ball screw rail formed on the inner surface thereof is connected to the rotor 51b, and a plurality of balls 10 interposed between the ball nut 9 and the spiral groove 11b.
The rotation of the motor 51 is transmitted to the rack shaft 11 through
When the rack shaft 11 is moved from the neutral position to the stroke 7
It is configured to move 2 mm to the left or right of the vehicle.
【００２５】駆動手段５は、前記モータ５１とマイクロ
プロセッサを用いてなる舵取制御部５３とを備えてい
る。モータ５１は、舵取制御部５３から与えられる駆動
回路５４からの通電により回転し、そのモータ５１の回
転は、ラック軸１１の軸長方向の移動に変換され、モー
タ５１の回転に応じた操舵（操舵用の操向輪Ａ，Ａの操
向）が行われる。舵取制御部５３はエンジン起動のため
のキースイッチのオン操作に応じて動作を開始する。The driving means 5 includes the motor 51 and a steering control unit 53 using a microprocessor. The motor 51 is rotated by energization from a drive circuit 54 provided from a steering control unit 53, and the rotation of the motor 51 is converted into movement of the rack shaft 11 in the axial direction, and the steering according to the rotation of the motor 51 is performed. (Steering of the steered wheels A, A for steering) is performed. The steering control unit 53 starts operating in response to an ON operation of a key switch for starting the engine.
【００２６】操舵軸３はその上端が前記操舵輪４に繋が
る上側軸３ａと、その下端がジョイント２１を介して前
記伝動軸７に繋がる下側軸３ｂとに分割されており、こ
の分割端部間に前記連結手段８が設けられている。操舵
軸３の上側軸３ａと操舵軸３を支持する軸ハウジング２
との間には前記操舵輪４の操舵中立位置に対する左右へ
の最大回転数を例えば２π〔rad 〕に設定するための一
対のストッパが設けられている。また、軸ハウジング２
には、操舵輪４に操舵方向と逆向きの反力を付与する反
力アクチュエータ２２が設けられている。The steering shaft 3 is divided into an upper shaft 3a whose upper end is connected to the steering wheel 4 and a lower shaft 3b whose lower end is connected to the transmission shaft 7 via a joint 21. The connecting means 8 is provided between them. Shaft housing 2 supporting upper shaft 3a of steering shaft 3 and steering shaft 3
A pair of stoppers for setting the maximum rotational speed of the steered wheels 4 to the left and right with respect to the steering neutral position to, for example, 2π [rad] is provided between the two. Also, the shaft housing 2
Is provided with a reaction force actuator 22 that applies a reaction force to the steered wheels 4 in a direction opposite to the steering direction.
【００２７】この反力アクチュエータ２２は、前記舵取
制御部５３から与えられる動作指令信号に応じた駆動回
路５５からの通電により正逆両方向に駆動され、操舵輪
４の操舵方向と逆方向の力（反力）を付与する動作をな
す。従って、操舵輪４の操舵には反力アクチュエータ２
２が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要があ
り、この操舵トルクを検出するトルクセンサ２３と、操
舵輪４の操舵量（回転数）及び操舵方向を検出する例え
ばロータリエンコーダ２４とが軸ハウジング２に付設さ
れており、これらトルクセンサ２３及びロータリエンコ
ーダ２４が検出した結果はインタフェース回路５２を介
して舵取制御部５３に与えられている。The reaction force actuator 22 is driven in both forward and reverse directions by energization from a drive circuit 55 in accordance with an operation command signal given from the steering control unit 53, and a force in a direction opposite to the steering direction of the steered wheels 4. (Reaction force). Therefore, the steering of the steered wheels 4 requires the reaction force actuator 2
It is necessary to apply a steering torque against the reaction force generated by the steering wheel 2. A torque sensor 23 for detecting the steering torque and, for example, a rotary encoder 24 for detecting a steering amount (rotation speed) and a steering direction of the steered wheels 4 are provided. The result detected by the torque sensor 23 and the rotary encoder 24 is provided to the steering control unit 53 through the interface circuit 52.
【００２８】連結手段８は前記した従来の電磁クラッ
チ、摩擦クラッチとか、噛み合いクラッチ等を用いるの
であり、舵取制御部５３等の駆動手段５の故障によって
ラック軸１１を移動させることができなくなったとき前
記上側軸３ａ及び下側軸３ｂを連結する。尚、この連結
手段８は前記した如くラック軸１１を移動させることが
できなくなったとき操舵軸３を前記ラック軸１１に機械
的に連結することが可能な機構であればその手段は特に
限定されない。The connecting means 8 uses the above-mentioned conventional electromagnetic clutch, friction clutch, meshing clutch or the like, and the failure of the driving means 5 such as the steering control unit 53 makes it impossible to move the rack shaft 11. At this time, the upper shaft 3a and the lower shaft 3b are connected. The connecting means 8 is not particularly limited as long as the mechanism can mechanically connect the steering shaft 3 to the rack shaft 11 when the rack shaft 11 cannot be moved as described above. .
【００２９】図３は操舵輪、ラック軸及びピニオンの関
係を示す模式図である。以上の構成において、操舵輪４
の操舵中立位置に対する左右への最大回転数Ｎ〔rad
〕、ラック軸１１の移動中立位置からの最大ストロー
クＳmax とした場合、ラック歯１１ａ及びピニオン６の
噛合により設定されるストロークレシオ（ピニオン６の
１回転に対するラック軸１１のストローク）ＳＲは次の
条件を満たすようにしてある。 ＳＲ≧Ｓmax ×２π／Ｎ〔rad 〕FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the steered wheels, the rack shaft, and the pinion. In the above configuration, the steering wheel 4
The maximum left and right rotation speed N [rad
Assuming that the maximum stroke Smax from the neutral position of the movement of the rack shaft 11 is the stroke ratio (stroke of the rack shaft 11 for one rotation of the pinion 6) SR set by the engagement of the rack teeth 11a and the pinion 6, the following condition is satisfied. It is made to satisfy. SR ≧ Smax × 2π / N [rad]
【００３０】ここで例えば操舵輪４の最大回転数Ｎが２
π、最大ストロークＳmax が７２mmである仕様に設定さ
れた場合、ストロークレシオＳＲは、７２mm×２π／２
π＝７２mm以上となり、換言すれば、最大ストロークＳ
max 以上となる。このため、舵取制御部５３等の駆動手
段５が正常である場合、及び舵取制御部５３等の駆動手
段５の故障によってラック軸１１を移動させることがで
きなくなり、連結手段８によって操舵軸３がラック軸１
１に機械的に連結された場合、操舵輪４を操舵中立位置
から左又は右へ多くとも２π〔rad 〕操舵することによ
り、ラック軸１１を左又は右へ前記最大ストロークＳma
x と同じ７２mm移動させることができ、操向輪Ａ，Ａを
左右のラックエンド位置に確実に操向させることができ
る。Here, for example, when the maximum rotational speed N of the steered wheels 4 is 2
When π and the maximum stroke Smax are set to 72 mm, the stroke ratio SR is 72 mm × 2π / 2.
π = 72 mm or more, in other words, the maximum stroke S
It is more than max. For this reason, when the driving means 5 such as the steering control unit 53 is normal, and when the driving means 5 such as the steering control unit 53 fails, the rack shaft 11 cannot be moved. 3 is the rack shaft 1
1, the steering wheel 4 is steered from the neutral steering position to the left or right by at most 2π [rad] to move the rack shaft 11 left or right to the maximum stroke Sma.
It can be moved by the same 72 mm as x, and the steered wheels A, A can be reliably steered to the left and right rack end positions.
【００３１】以上の如くストロークレシオが設定された
車両用操舵装置は、舵取制御部５３及びモータ５１等の
駆動手段５が正常である場合、操舵輪４の操舵に応じて
舵取制御部５３が舵取用のモータ５１を駆動制御し、該
モータ５１が舵取機構１を駆動することにより、操舵用
の操向輪Ａ，Ａに操舵動作を行わせる。ここで、操舵輪
４が操舵中立位置から左又は右へ最大回転数２πに操舵
されたとき、ラック軸１１は移動中立位置から、左又は
右へ７２mm移動することになる。このストロークは最大
ストロークＳmax と等しいため、操向輪Ａ，Ａを左右の
ラックエンド位置に確実に操向させることができる。In the vehicle steering apparatus in which the stroke ratio is set as described above, when the steering control unit 53 and the driving means 5 such as the motor 51 are normal, the steering control unit 53 according to the steering of the steered wheels 4. Drives and controls the steering motor 51, and the motor 51 drives the steering mechanism 1 to cause the steered wheels A, A to perform a steering operation. Here, when the steered wheels 4 are steered left or right from the steering neutral position to the maximum rotational speed of 2π, the rack shaft 11 moves left or right by 72 mm from the moving neutral position. Since this stroke is equal to the maximum stroke Smax, the steered wheels A, A can be reliably steered to the left and right rack end positions.
【００３２】また、前記駆動手段５の例えば舵取制御部
５３が故障し、舵取機構１を駆動することができなくな
った緊急時には、電磁クラッチ等の連結手段８への通電
が禁止されたり、連結手段８が手動操作されたりするこ
とにより操舵軸３と前記伝動軸７とが機械的に連結さ
れ、操舵輪４の操舵は操舵軸３、連結手段８、伝動軸
７、ピニオン６及びラック歯１１ａを介してラック軸１
１に伝達され、該ラック軸１１が移動し、操舵用の操向
輪Ａ，Ａに操舵動作を行わせる。ここで、操舵輪４が操
舵中立位置から左又は右へ多くとも最大回転数２πに操
舵されたとき、操舵軸３、連結手段８及び伝動軸７を介
してピニオン６が２π回転し、ラック軸１１は移動中立
位置から左又は右へ７２mm移動することになる。このス
トロークは最大ストロークＳmax と等しいため、操向輪
Ａ，Ａを左右のラックエンド位置に確実に操向させるこ
とができる。In the case of an emergency, for example, when the steering control unit 53 of the driving means 5 fails and the steering mechanism 1 cannot be driven, energization of the coupling means 8 such as an electromagnetic clutch is prohibited. The steering shaft 3 and the transmission shaft 7 are mechanically connected by manually operating the connection means 8, and the steering of the steered wheels 4 is performed by the steering shaft 3, the connection means 8, the transmission shaft 7, the pinion 6, and the rack teeth. Rack shaft 1 through 11a
1, the rack shaft 11 moves, and the steering wheels A, A for steering perform the steering operation. Here, when the steered wheels 4 are steered from the steering neutral position to the left or right at a maximum rotational speed of 2π at the maximum, the pinion 6 rotates 2π via the steering shaft 3, the connecting means 8 and the transmission shaft 7, and the rack shaft 11 moves 72 mm to the left or right from the movement neutral position. Since this stroke is equal to the maximum stroke Smax, the steered wheels A, A can be reliably steered to the left and right rack end positions.
【００３３】実施の形態２ 図４は本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態２の要
部構成を示す拡大断面図である。実施の形態２の車両用
操舵装置は、前記伝動軸７を上側軸７ａと、前記ピニオ
ン６を有する下側軸７ｂとに分割し、この分割端部間に
遊星歯車機構等の増速機２５を設け、駆動手段５の例え
ば舵取制御部５３が故障し、舵取機構１を駆動すること
ができなくなった緊急時に操舵軸３の回転を増速機２５
により増速して前記ピニオン６に伝達するようにしてあ
る。Second Embodiment FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a vehicle steering system according to a second embodiment of the present invention. In the vehicle steering system according to the second embodiment, the transmission shaft 7 is divided into an upper shaft 7a and a lower shaft 7b having the pinion 6, and a speed increasing device 25 such as a planetary gear mechanism is provided between the divided ends. And the rotation of the steering shaft 3 is increased in the case of an emergency when the steering control unit 53 of the driving means 5 fails and the steering mechanism 1 cannot be driven.
And the speed is transmitted to the pinion 6.
【００３４】この実施の形態２においては、ラック軸１
１及びピニオン６のギヤ比を既存のものと等しくするこ
とができ、しかも、操舵軸３の最大回転数以上にピニオ
ンを回転させることができるため、ラック軸１１を実施
の形態１のストローク以上に移動させることが可能であ
るため、既存のステアバイワイヤ式の舵取機構及び制御
系の大部分を利用することができ、コストの低減化を図
ることができる。In the second embodiment, the rack shaft 1
Since the gear ratio of the pinion 1 and the pinion 6 can be made equal to that of the existing gear, and the pinion can be rotated to the maximum rotation speed of the steering shaft 3 or more, the rack shaft 11 can be set to a stroke larger than that of the first embodiment. Since it can be moved, most of the existing steering-by-wire steering mechanism and control system can be used, and cost can be reduced.
【００３５】その他の構成及び作用は実施の形態１と同
様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、
その詳細な説明及び作用の説明を省略する。Since other structures and operations are the same as those of the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals.
The detailed description and the description of the operation will be omitted.
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す
模式的斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing the overall configuration of a vehicle steering system according to the present invention.
【図２】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態１の
要部構成を示す拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view illustrating a main part configuration of the vehicle steering system according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明に係る車両用操舵装置の操舵輪、ラック
軸及びピニオンの関係を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between a steered wheel, a rack shaft, and a pinion of the vehicle steering system according to the present invention.
【図４】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態２の
要部構成を示す拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view illustrating a main part configuration of a vehicle steering system according to a second embodiment of the present invention.
【図５】従来のステアバイワイヤ式の車両用操舵装置の
操舵輪、ラック軸及びピニオンの関係を示す模式図であ
る。FIG. 5 is a schematic diagram showing a relationship between a steered wheel, a rack shaft, and a pinion of a conventional steer-by-wire type vehicle steering system.
１ 舵取機構 ２ 静止部材（軸ハウジング） ３ 操舵軸 ４ 操舵輪 ５ 駆動手段 ６ ピニオン ８ 連結手段 １１ ラック軸 １１ａ ラック歯 ２５ 増速機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering mechanism 2 Stationary member (shaft housing) 3 Steering shaft 4 Steering wheel 5 Driving means 6 Pinion 8 Connecting means 11 Rack shaft 11a Rack teeth 25 Gearbox
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬川 雅也 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 葉山 良平 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3D032 CC32 DA03 DA15 DB20 EC31 3D033 CA02 CA28 CA29 CA31 JB01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Masaya Segawa 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Koyo Seiko Co., Ltd. (72) Ryohei Hayama 3-5-minamisenba, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka No. 8 Koyo Seiko Co., Ltd. F term (reference) 3D032 CC32 DA03 DA15 DB20 EC31 3D033 CA02 CA28 CA29 CA31 JB01
Claims (2)
軸を有する舵取機構に機械的に連結されることなく、静
止部材に回転可能に支持される操舵軸と、該操舵軸に連
結されている操舵輪と、該操舵輪の操舵に応じて前記ラ
ック軸を移動させる駆動手段と、該駆動手段の故障によ
って前記ラック軸を移動させることができなくなったと
き前記ラック軸のラック歯に噛合するピニオンを介して
前記操舵軸をラック軸に機械的に連結する連結手段とを
備えた車両用操舵装置において、前記ピニオンの１回転
に対する前記ラック軸の移動ストロークＳＲが、 ＳＲ≧Ｓmax ×２π／Ｎ 但し、Ｎ：操舵輪の操舵中立位置に対する左右への最大
回転数〔rad 〕 Ｓmax ：ラック軸の移動中立位置からの最大ストローク の条件を満たすようにしてあることを特徴とする車両用
操舵装置。1. A steering shaft rotatably supported by a stationary member without being mechanically connected to a steering mechanism having a rack shaft capable of moving the vehicle in the left-right direction, and being connected to the steering shaft. A steering wheel being moved, a driving means for moving the rack shaft in accordance with the steering of the steering wheel, and a rack tooth of the rack shaft when the rack shaft cannot be moved due to a failure of the driving means. A steering device for mechanically connecting the steering shaft to a rack shaft via a meshing pinion, wherein a movement stroke SR of the rack shaft for one rotation of the pinion is SR ≧ Smax × 2π / N where N is the maximum number of rotations to the left and right of the steered wheels relative to the neutral steering position [rad] Smax is the maximum stroke from the neutral position of the rack shaft movement. That the vehicle steering system.
を増速して前記ピニオンに伝達する増速機を備えている
請求項１記載の車両用操舵装置。2. The vehicle steering system according to claim 1, further comprising a gearbox that speeds up rotation of a steering shaft and transmits the rotation to the pinion when the failure occurs.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001009135A JP2002211417A (en) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | Vehicle steering gear |
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|---|---|---|---|
| JP2001009135A JP2002211417A (en) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | Vehicle steering gear |
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|---|---|
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2013116705A (en) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | Jtekt Corp | Steering device for vehicle |
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- 2001-01-17 JP JP2001009135A patent/JP2002211417A/en active Pending
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