JP2004168129A

JP2004168129A - Steering device for automobile

Info

Publication number: JP2004168129A
Application number: JP2002334652A
Authority: JP
Inventors: Ken Tanaka; 建田中; Tomohiko Adachi; 智彦足立
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steering device for an automobile having a variable transmitting ratio mechanism with a simple structure at low cost, advantageous from a fail-safe point of view. <P>SOLUTION: The variable transmitting ratio mechanism is provided between a steering wheel and a steering gear device. The variable transmitting ratio mechanism is composed of: a case 51; first and second bevel gears 511, 512 pivotally supported in the case 51 and engaged with each other; a rack gear 54 engaged with the bevel gear 512; a motor 52; and a ball screw mechanism 53 converting the rotation of the motor 52 to the parallel movement of the rack gear 54. The rotation of the steering wheel is inputted to the bevel gear 511, and the rotation of the case 51 is output to a steering dirigible road wheel side. The amount of the rotation of the steering wheel is output from an output shaft 510 being increased/decreased by the rotation of the motor 52. In case of the failure of the motor 52, the rotation of the steering wheel is hardly transmitted to the motor 52 due to the ball screw mechanism 53. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリングハンドルの回転量に対する操舵輪の操舵量を所定のパラメーターに応じて変化させる伝達比可変機構を備えた自動車のステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のステアリング装置は一般に、ステアリングホイールの回転運動をラックアンドピニオン等のステアリングギア装置を介してタイロッドの横方向の変位運動に変換することで左右の操舵輪を操舵させるよう構成されている。この様な装置においては、ステアリングホイールの回転量（ステアリング舵角）に対する操舵輪の操舵量（操舵輪舵角）の比、すなわち伝達比が一定に保持されているのが通常である。
【０００３】
しかしながら、例えば自動車の高速走行時にはステアリング舵角に対する操舵輪舵角を小さくする、すなわち伝達比を小さくすることが自動車の走行安定性上望ましい。一方、低速走行時にはステアリング舵角に対する操舵輪舵角を大きくする、すなわち伝達比を大きくし、自動車の挙動を俊敏にして良好な運転フィーリングを実現したり、車庫入れ時などにおける小回り性を向上するのが望ましい。
【０００４】
その様な要求を満たすために、従来、例えば下記特許文献１に記載の様に、自動車の車速に応じて伝達比を変化させる様にした車速感応式のステアリング装置が提案されている。この装置は、ステアリングホイールと操舵輪との間に遊星歯車機構からなる伝達比可変機構を有し、ステアリングホイールの回転をサンギアに入力し、リングギアの回転を操舵輪側へ出力する一方、プラネタリギアのキャリアにモータの回転が入力されるよう構成されたものである。モータの回転はステアリングホイールの操舵に同期して行われ、またモータの回転量はステアリング舵角と車速を元にマップを参照して決定される。マップを、車速が大きいほど伝達比が小さくなる、つまり車速が大きいほどステアリング舵角に対する操舵輪舵角が小さくなる様に設定することで、上記の様な望ましいステアリング特性が得られる。
【０００５】
【特許文献１】
特公平６−８６２２５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の構造においては、伝達比可変機構を遊星歯車機構から構成しているため、複数のプラネタリギア、サンギア、及びリングギアという比較的多くのギアを必要とすること、及びそれらのギアを専用に設計する必要が生じることに起因して、コストの高い構造となることが避けられない。また、ギア数が多いと、ギアの噛合部分に存在するバックラッシュによって、動作時の騒音という点でも不利なものとなる。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載の構造は、モータの回転出力軸にピニオンギアが固定される一方、キャリアにはセクタギアが形成されており、それらのピニオンギアとセクタギアとの噛合いによってモータの回転出力が直接遊星歯車機構に伝達されるものである。従って、万一モータがフェイルして回転自在な状態になった場合に備えて、別途対策が必要となる。すなわち、上記の構造においてモータがフェイルして回転自在になると、操舵輪に連結されたリングギアは回転抵抗が大きいため、ステアリングの回転すなわちサンギアの回転がキャリアを介してモータにのみ伝達されてしまい、ステアリングを操作しても操舵輪が転舵しないという事態が生じるためである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、構造が簡単で低コストに構成でき、またフェイルセーフの観点からも有利な伝達比可変機構を備えた自動車のステアリング装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の第１の構成は、ステアリングハンドルと、該ステアリングハンドルに機械的に連結され、上記ステアリングハンドルの回転量を操舵輪の操舵量として伝達するステアリングギア装置と、上記ステアリングハンドルと上記ステアリングギヤ装置との間に設けられ、上記ステアリングハンドルの回転量に対する上記操舵輪の操舵量を所定のパラメーターに応じて変化させる伝達比可変機構を有する自動車のステアリング装置において、上記伝達比可変機構が、略筒状の形状を有し、長手方向軸周りの回転が上記ステアリングギア装置に入力されるよう構成されたケースと、該ケース内部において当該ケース長手方向に対して略平行な回転軸まわりに回転可能に軸支され、上記ステアリングハンドルと一体に回転する第１の傘歯車と、上記ケース内部において当該ケースの長手方向に対して略直交する回転軸まわりに回転可能に軸支され、上記第１の傘歯車に対して噛合い状態とされる第２の傘歯車と、上記ケース内部において当該ケースの長手方向に対して略平行に並進運動可能に支持され、上記第２の傘歯車に対して噛合い状態とされるラックギアと、上記ケース内部において当該ケースに固定され、上記所定のパラメーターに応じて回転量が制御されるよう構成されたモータと、上記モータの回転出力軸と上記ラックギアとの間に設けられ、上記モータの回転出力を上記ラックギアの並進運動に変換するボールスクリュー機構と、から構成されていることを特徴とする自動車のステアリング装置である。
【００１０】
上記の構成によれば、伝達比可変機構において用いられるギアが２つの傘歯車とラックギアのみのため、伝達比可変機構の構成が簡単となり、コスト的に有利に伝達比可変機構を構成出来る。また、モータの回転出力がボールスクリュー機構を介してラックギアの並進運動に変換されるよう構成されているため、万一モータがフェイルして回転自在な状態となったとしても、ボールスクリュー機構は不可逆的な機構であるため、実質的にモータがロックしたのと同じ状態となる。従って、万一のモータのフェイルに備えて別途対策を施す必要が無く、フェイルセーフの点からも好ましいものとなる。
【００１１】
本発明の第２の構成は、ステアリングハンドルと、該ステアリングハンドルに機械的に連結され、上記ステアリングハンドルの回転量を操舵輪の操舵量として伝達するステアリングギア装置と、上記ステアリングハンドルと上記ステアリングギヤ装置との間に設けられ、上記ステアリングハンドルの回転量に対する上記操舵輪の操舵量を所定のパラメーターに応じて変化させる伝達比可変機構を有する自動車のステアリング装置において、上記伝達比可変機構が、略筒状の形状を有し、長手方向軸周りの回転が上記ステアリングギア装置に入力されるよう構成されたケースと、該ケース内部において当該ケース長手方向に対して略平行な回転軸まわりに回転可能に軸支され、上記ステアリングハンドルと一体に回転する第１の傘歯車と、上記ケース内部において当該ケースの長手方向に対して略直交する回転軸まわりに回転可能に軸支され、上記第１の傘歯車に対して噛合い状態とされる第２の傘歯車と、該第２の傘歯車に対して一体的に構成されるか若しくは固定されるとともに、上記第２の傘歯車の回転軸について放射状に形成されたギア歯を有するピニオンギアと、上記ケース内部において当該ケースに固定され、上記所定のパラメーターに応じて回転量が制御されるよう構成されたモータと、上記モータの回転出力軸に固定され、上記ピニオンギアに対して噛合い状態とされるウォームギアと、から構成されていることを特徴とする自動車のステアリング装置である。
【００１２】
上記の構成によれば、伝達比可変機構において用いられるギアが２つの傘歯車と、ピニオンギア、及びウォームギアのみのため、伝達比可変機構の構成が簡単となり、コスト的に有利に伝達比可変機構を構成出来る。更に、モータの回転出力がウォームギアを介してピニオンギア乃至第２の傘歯車に伝達されるよう構成されているため、万一モータがフェイルして回転自在な状態となったとしても、第２の傘歯車の回転によってウォームギアが回転させられることは実質的に無いため、モータがロックしたのと同じ状態となる。従って、万一のモータのフェイルに備えて別途対策を施す必要が無く、フェイルセーフの点からも好ましいものとなる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、構造が簡単で低コストに構成でき、またフェイルセーフの観点からも有利な伝達比可変機構を備えた自動車のステアリング装置を提供することが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による自動車のステアリング装置の全体構成を示し、１はステアリングハンドル、２はステアリングハンドル１の回転運動を操舵輪１０の転舵運動に変換する、ラックピニオン式のステアリングギア装置である。このステアリングギア装置２は、従来から良くられた構成のためその詳細な説明は省略するが、ステアリングギアボックス内に、ピニオンと、ピニオンに噛合い車幅方向に延びるラックとを有するものである（いずれも不図示）。ステアリングギア装置２におけるピニオンは、第１の中間軸３、ユニバーサルジョイント３５、第２の中間軸４、伝達比可変機構５、及びステアリングシャフト６を介してステアリングハンドル１に連結されている。一方、ラックはタイロッド及びナックルアーム（不図示）を介して各操舵輪１０に連結されている。
【００１６】
ステアリング装置には更に、ステアリングハンドル１から操舵輪１０に伝達される操舵力をアシストするための油圧式のパワーステアリング機構７が装備されている。パワーステアリング機構７の構造については従来から良く知られており、その詳細な説明は省略する。パワーステアリング装置７には、油圧式の他に電気式などの周知の構造を用いることが出来る。
【００１７】
ステアリングハンドル１とステアリングギア装置２の間の、操舵量伝達経路の途中には、上述の様に、ハンドル舵角θＨ（ハンドル回転量）に対する操舵輪舵角θＷ（操舵輪操舵量）の比（以下、伝達比と称する）を変化させる伝達比可変機構５が設けられている。具体的には、伝達比可変機構５は、略筒状の形状を有し、ステアリングシャフト６及び第２の中間軸４の軸方向と伝達比可変機構５の長手方向が一致する様に配置されている。すなわち、ステアリングシャフト６から伝達比可変機構５、第２の中間軸４及びユニバーサルジョイント３５までが略直線状に配置されている。尚、埃などの異物が伝達比可変機構５の内部に侵入するのを防止するため、伝達比可変機構５を覆うカバーを設けても良い。
【００１８】
伝達比可変機構５はコントローラ５０に電気的に接続されており、コントローラ５０によって制御される。コントローラ５０には、ハンドル舵角センサ８（以下、舵角センサと称する）及び車速センサ９からの信号が入力され、コントローラ５０はそれらの信号を用いて伝達比可変機構５を後述の様に制御する。本実施形態、及び後述する第２実施形態において、伝達比可変機構５は車両に搭載された場合エンジンルーム内に位置するが、車両の形状やボディタイプによっては車室内に位置する場合もある。また、本実施形態において伝達比可変機構５は第２の中間軸４とステアリングシャフト６の間に配置されているが、第１の中間軸３側に、すなわちユニバーサルジョイント３５よりもステアリングギア装置２側に配置し、ユニバーサルジョイント３５から伝達比可変機構５及びステアリングギア装置２までを略直線状に構成しても良い。
【００１９】
図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態による伝達比可変機構５を示す。図２（ａ）は、伝達比可変機構５における、後述する第２の傘歯車５１２の回転軸方向に平行な断面図、図２（ｂ）は伝達比可変機構５における、第２の傘歯車５１２の回転軸方向に垂直な断面図である。コントローラ５０、舵角センサ８、及び車速センサ９は、図２（ａ）のみに図示する。
【００２０】
図２（ａ）及び（ｂ）に示す様に、伝達比可変機構５は、ケース５１、第１の傘歯車５１１、第２の傘歯車５１２、モータ５２、ボールスクリュー機構５３、ラックギア５４、から構成されている。ケース５１は、略筒状の形状を有し、その長手方向の回転が、ケース５１に固定された出力軸５１０から出力される。第１の傘歯車５１１は、ステアリングシャフト６に連結されており、ステアリングハンドル１の回転が入力される。第２の傘歯車５１２は、ケース５１の長手方向に直交する方向の軸周りに回転可能にケース５１内部に軸支されている。モータ５２は、ケース５１内部に固定されているとともに、コントローラ５０に接続されていてコントローラ５０によってその回転量が制御される。ボールスクリュー機構５３は、モータ５２の出力軸５２１が接続されてモータ５２の回転出力が入力される入力部（不図示）と、回転入力が変換されて並進運動として出力される出力部（不図示）とからなり、モータ５２の一方向への回転出力が入力部に入力されると出力部はモータ５２本体から離間する方向に移動し、またモータ５２の逆方向への回転出力が入力部に入力されると出力部がモータ５２本体に接近する方向に移動する。そして、ラックギア５４は、ボールスクリュー機構５３の出力部に固定されており、モータ５２の回転出力によって並進運動を行う。
【００２１】
図２（ａ）及び（ｂ）から明らかな様に、第１及び第２の傘歯車５１１、５１２は常に噛合った状態にあるとともに、その回転軸の方向は互いに直交している。ラックギア５４は、その並進方向に直交してギア歯が配列されており、第２の傘歯車５１２と噛合った状態にある。また、ボールスクリュー機構５３は、回転運動を並進運動に変換させる周知の構成を有しており、一例として特開平６−３００１０７号公報に記載の構成を用いることが出来る。従って、ステアリングハンドル１及びケース５１が回転自在な状態にある場合には、モータ５２の回転出力によって、ボールスクリュー機構５３を介してラックギア５４が並進運動を行い、その並進運動によって第２の傘歯車５１２が回転させられ、その結果第１の傘歯車５１１がケース５１に対して相対的に回転させられるよう構成されている。
【００２２】
それで、上述の第１実施形態による伝達比可変機構５は、以下の様に作動する。すなわち、車両が実際に走行している際に、ステアリングハンドル１の回転に伴いステアリングシャフト６が回転することによって第１の傘歯車５１１が転動するのに同期して、モータ５２の出力軸５２１から回転を出力すると、ボールスクリュー機構５３を介してラックギア５４が並進運動を行い、モータ５２の出力軸５２１の回転方向及び回転量に応じてステアリングハンドル１の回転量が増減される、つまり伝達比が変更され、ケース５１の回転として出力軸５１０から出力される。具体的には、ステアリングハンドル１を図２における矢印（ａ）の方向に回転させる場合、モータ５２の出力軸５２１を一方向に回転させてラックギア５４を図２における矢印（ｂ）の方向に並進させれば、ステアリングハンドル１の回転量が増加されて出力軸５１０から出力される。一方、同じく矢印（ａ）の方向にステアリングハンドル１を回転させる場合、モータ５２の出力軸５２１を逆方向に回転させてラックギア５４を図２における矢印（ｃ）の方向に並進させれば、ステアリングハンドル１の回転量が減少されて出力軸５１０から出力されることになる。また、モータ５２をロックすれば、第１の傘歯車５１１と第２の傘歯車５１２の回転及びラックギア５４の並進は生じず、伝達比可変機構５はケース５１ごと一体となって回転し、ステアリングハンドル１の回転量と同じ量の回転が出力軸５１０から出力されることになる。
【００２３】
万一モータ５２がフェイルして回転自在な状態になった場合、ステアリングハンドル１の回転は、第１の傘歯車５１１及び第２の傘歯車５１２を介してラックギア５４を並進させる力となってボールスクリュー機構５３に伝達される。しかしながら周知の様に、ボールスクリュー機構５３は不可逆性の高い機構である、すなわち、回転から並進への変換は容易に行うことが出来るが逆に並進から回転への変換は非常に困難なため、ラックギア５４の並進は殆ど生じず、モータ５２の出力軸５２１が回転することは殆どない。従って、ステアリングハンドル１の回転に対しては、第１の傘歯車５１１、第２の傘歯車５１２、ラックギア５４、及びケース５１が実質的にロックされた状態となり、ステアリングハンドル１の回転はモータ５２を回転させること無く、そのままケース５１を回転させることになる。
【００２４】
ボールスクリュー機構５３については、入力部に入力される回転量の、出力部の移動量に対する比、すなわち減速比が大きいものを使用するのが好ましい。なぜなら、出力部を動かすのに必要な入力部の回転量が大きいほど、必要なモータ５２の回転数が高いものとなるため、モータ５２の回転制御に要する精度が小さくなるためである。すなわち、コストの高い高精度のモータを使用しなくとも伝達比可変機構を実現することが出来、より低コスト化を図ることが出来る。また、減速比が大きいということはステアリングホイール１の回転がモータ５２に伝達されにくいということであり、上述の様なモータ５２のフェイル時において、ボールスクリュー機構５３の不可逆性による効果を一層高めることが出来る。
【００２５】
以上説明した様に、第１実施形態においては、伝達比可変機構５において使用されるギアの種類が第１の傘歯車５１１、第２の傘歯車５１２、及びラックギア５４のみであるため、伝達比可変機構５が簡素な構成となり、軽量かつ低コストに伝達比可変機構５を構成することが出来る。また、ボールスクリュー機構５３を介してモータ５２の回転運動をラックギア５４の並進運動に変換することで伝達比を変化させるよう構成されているため、高精度のモータ５２を使用すること無く伝達比可変機構を実現することができるとともに、万一モータ５２がフェイルして回転自在になった場合でも、ステアリングハンドル１の回転を確実にケース５１を介して操舵輪１０に伝達させることが出来る。更に、伝達比可変機構５が細長い形状に構成されているため、伝達比可変機構５がエンジンルーム内に設けられる場合、エンジンルーム内のスペース効率を高めることが出来、また伝達比可変機構５が車室内に設けられる場合、車室内の空間を犠牲にすることが無いものとなる。加えて、この伝達比可変機構５はステアリングハンドル１とユニバーサルジョイント３５との間に設けられるため、ステアリングハンドル１及びユニバーサルジョイント３５から操舵輪側の構成は、従来のもの、或いは伝達比可変機構５を持たない車両のものと共通にすることが出来る。
【００２６】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。伝達比可変機構５を除く基本的な構成は、図１を参照しながら上述した第１実施形態のものと同一であるためその説明を省略し、以下に伝達比可変機構５の詳細な構造についてのみ図３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明することとする。
【００２７】
図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施形態による伝達比可変機構５を示す。図３（ａ）は、伝達比可変機構５における、後述する第２の傘歯車５１２の回転軸方向に平行な断面図、図３（ｂ）は伝達比可変機構５における、第２の傘歯車５１２の回転軸方向に垂直な断面図である。また、コントローラ５０、舵角センサ８、及び車速センサ９は、図３（ａ）のみに図示する。
【００２８】
図３（ａ）及び（ｂ）に示す様に、伝達比可変機構５は、ケース５１、第１の傘歯車５１１、第２の傘歯車５１２、ピニオンギア５１３、モータ５２、ウォームギア５１４、から構成されている。ケース５１は、略筒状の形状を有し、その長手方向の回転が、ケース５１に固定された出力軸５１０から出力される。第１の傘歯車５１１は、ステアリングシャフト６に連結されており、ステアリングハンドル１の回転が入力される。第２の傘歯車５１２は、ケース５１の長手方向に直交する方向の軸周りに回転可能にケース５１内部に軸支されている。ピニオンギア５１３は、第２の傘歯車５１２と一体にかつ同軸に構成されたギア歯を有する。モータ５２は、ケース５１内部に固定されているとともに、コントローラ５０に接続されていてコントローラ５０によってその回転量が制御される。そして、ウォームギア５１４は、モータ５２の回転出力軸に固定されている。
【００２９】
図３（ａ）及び（ｂ）から明らかな様に、第１及び第２の傘歯車５１１、５１２は常に噛合った状態にあるとともに、その回転軸の方向は互いに直交している。ピニオンギア５１３は、第２の傘歯車５１２の回転軸に対して放射状に形成されたギア歯を有する。第２実施形態においては、第２の傘歯車５１２に一体的にギア歯を形成しているが、別体に構成したものを第２傘歯車５１２に強固に固定したものとしても良い。ウォームギア５１４は、モータ５２の回転軸周りに、軸方向に沿って進行するネジ部を有するもので、ピニオンギア５１３と噛合った状態にある。従って、ステアリングハンドル１及びケース５１が回転自在な状態にある場合には、モータ５２の出力軸５２１の回転によって、ウォームギア５１４が回転し、その回転によってピニオンギア５１３乃至第２の傘歯車５１２が回転させられ、その結果第１の傘歯車５１１がケース５１に対して相対的に回転させられるよう構成されている。
【００３０】
それで、上述の第１実施形態による伝達比可変機構５は、以下の様に作動する。すなわち、車両が実際に走行している際に、ステアリングハンドル１の回転に伴いステアリングシャフト６が回転することによって第１の傘歯車５１１が転動するのに同期して、モータ５２の出力軸５２１から回転を出力すると、ウォームギア５１４を介してピニオンギア５１３が回転させられ、モータ５２の出力軸５２１の回転方向及び回転量に応じてステアリングハンドル１の回転量が増減される、つまり伝達比が変更され、ケース５１の回転として出力軸５１０から出力されることになる。具体的には、ステアリングハンドル１を図３における矢印（ａ）の方向に回転させる場合、モータ５２の出力軸５２１及びウォームギア５１４を図３における矢印（ｂ）の方向に回転させれば、ステアリングハンドル１の回転量が増加されて出力軸５１０から出力される。一方、同じく矢印（ａ）の方向にステアリングハンドル１を回転させる場合、モータ５２の出力軸５２１及びウォームギア５１４を図３における矢印（ｃ）の方向に回転させれば、ステアリングハンドル１の回転量が減少されて出力軸５１０から出力されることになる。また、モータ機構５２をロックすれば、第１及び第２の傘歯車５１１、５１２、ピニオンギア５１３、及びウォームギア５１４の回転は生じず、伝達比可変機構５はケース５１ごと一体となって回転し、ステアリングハンドル１の回転量と同じ量の回転が出力軸５１０から出力されることになる。
【００３１】
万一モータ５２がフェイルして回転自在な状態になった場合、ステアリングハンドル１の回転は、第１の傘歯車５１１、第２の傘歯車５１２、及びピニオンギア５１３を介してウォームギア５１４に伝達される。しかしながら周知の様に、ウォームギアとそれに噛合うピニオンギアを介して回転軸方向を変化させる構成は不可逆性を有する、すなわち、ウォームギアの回転のピニオンギアの回転への変換は容易に行うことが出来るが逆にピニオンギアの回転のウォームギアの回転への変換は実質的に不可能なため、上記ピニオンギア５１３の回転は殆ど生じず、モータ５２の出力軸５２１が回転することは殆どない。従って、ステアリングハンドル１の回転に対しては、第１の傘歯車５１１、第２の傘歯車５１２、ピニオンギア５１３、ウォームギア５１４、及びケース５１が実質的にロックされた状態となり、ステアリングハンドル１の回転はモータ５２を回転させること無く、そのままケース５１を回転させることになる。
【００３２】
ウォームギア５１４とそれに噛合うピニオンギア５１３については、ウォームギア５１４の回転量の、ピニオンギア５１３の回転量に対する比、すなわち減速比が大きいものを使用するのが好ましい。なぜなら、ピニオンギア５１３を回転させるのに必要なウォームギア５１４の回転量が大きいほど、必要なモータ５２の回転数が高いものとなるため、モータ５２の回転制御に要する精度が小さくなるためである。すなわち、コストの高い高精度のモータを使用しなくとも伝達比可変機構５を実現することが出来、より低コスト化を図ることが出来る。また、減速比が大きいということはステアリングホイール１の回転がモータ５２に伝達されにくいということであり、上述の様なモータ５２のフェイル時において、ウォームギア５１４とピニオンギア５１３から構成される機構の不可逆性による効果を一層高めることが出来る。
【００３３】
以上説明した様に、第２実施形態においては、伝達比可変機構５において使用されるギアの種類が第１の傘歯車５１１、第２の傘歯車５１２、ピニオンギア５１３、及びウォームギア５１４のみであるため、伝達比可変機構５が簡素な構成となり、軽量かつ低コストに伝達比可変機構５を構成することが出来る。また、ウォームギア５１４とそれに噛合うピニオンギア５１３を介して伝達比を変化させるよう構成されているため、高精度のモータを使用すること無く伝達比可変機構を実現することができるとともに、万一モータ５２がフェイルして回転自在になった場合でも、ステアリングハンドル１の回転を確実にケース５１を介して操舵輪１０に伝達させることが出来る。更に、伝達比可変機構５が細長い形状に構成されているため、伝達比可変機構５がエンジンルーム内に設けられる場合、エンジンルーム内のスペース効率を高めることが出来、また伝達比可変機構５が車室内に設けられる場合、車室内の空間を犠牲にすることが無いものとなる。加えて、この伝達比可変機構はステアリングハンドル１とユニバーサルジョイント３５との間に設けられるため、ステアリングハンドル１及びユニバーサルジョイント３５から操舵輪側の構成は、従来のもの、或いは伝達比可変機構５を持たない車両のものと共通にすることが出来る。
【００３４】
尚、第１実施形態と第２実施形態の両方において、コントローラ５０と電動モータとの間の電気的な接続構造については図示しないが、ケース５１が車体に対して相対的に回転するため、コントローラ５０側からの端子を車体に固定しておき、その端子とケース５１との間を、相対的に回転する部材同士の電気的な接続を可能とする周知の機構（例えばクロックスプリング機構など）を用いて接続すれば良い。
【００３５】
（伝達比可変機構の制御）
本実施形態のステアリング装置は、車速に応じて伝達比が変更されるよう構成されている。次にその様な制御について図４及び図５を参照しながら説明する。
【００３６】
図４は、コントローラ５０の構成を示すブロック図である。図４に示される様に、コントローラ５０は、目標舵角演算部５０１、モータ駆動部５０２、及び特性記憶部５０３とを機能的に含んでいる。
【００３７】
目標舵角演算部５０１は、ステアリングハンドル１の舵角を検出する舵角センサ８及び車両の車速を検出する車速センサ９とに電気的に接続されており、舵角センサ８により検出された舵角及び車速センサにより検出された車速のそれぞれが入力される。また、モータ駆動部５０２は、モータ５２に上述の様に電気的に接続されていて、モータ５２の出力軸５２１の回転量を制御する。更に、特性記憶部５０３には、車速と伝達比の関係をマップ化した特性マップが記憶されている。
【００３８】
それで、コントローラ５０は、まず舵角センサ８及び車速センサ９により検出された舵角及び車速を目標舵角演算部５０１に取り込む。目標舵角演算部５０１は、取り込まれた舵角から求まるハンドル操舵量θＨと車速に基づき、特性記憶部５０３に記憶された特性マップを参照して伝達比可変機構５で制御すべき目標伝達比を演算する。その後、モータ駆動部５０２において、演算された目標伝達比を実現する様にモータ５２に制御信号が出力される。
【００３９】
特性マップは、図５に示す様に、ハンドル操舵量θＨに対する操舵輪転舵量θＷの比である伝達比が、車速の増加に応じて小さくなるように設定されている。すなわち、低車速時においては小回り性や俊敏な操舵フィーリングを与えるべく伝達比を大きく設定し、高車速時においては走行安定性を向上するべく伝達比が小さく設定されている。
【００４０】
従って、本実施形態においては、自動車の走行中にステアリングハンドル１を操舵すると、その回転がステアリングシャフト６を介して伝達比可変機構５に伝達される。その後、ステアリングハンドル１の操舵に伴って変化するハンドル舵角が舵角センサ８により検出されるとともに、その時点の車速が車速センサ９により検出され、検出された舵角と車速がコントローラ５０に入力される。コントローラ５０は、検出された舵角及び車速に基づいて図５に示すような特性マップを参照して目標舵角を演算し、モータ５２に目標舵角に対応した制御信号を出力する。モータ５２は制御信号を受信するとそれに応じた方向及び量の回転出力をモータ５２の出力軸５２１から出力する。それにより伝達比可変機構５のケース５１が所定の方向に所定量回転し、ハンドル回転量が増加或いは減少された状態でケース５１の出力軸５１０から出力され、ステアリングギア装置２に伝達されることになる。
【００４１】
以上、本発明を好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでも無い。例えば、ステアリングハンドル１は、本実施形態において環状のものを例示したが、いわゆる操縦かん型のものであっても良い。また、本実施形態においては、伝達比可変機構５における伝達比を可変とする所定パラメーターとして車速を使用する例を示したが、その他、エンジン回転数や変速機の変速段、或いはヨーレートなどを用いても良く、更にそれらを組合わせて用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステアリング装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による伝達比可変機構の長手方向に沿った断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による伝達比可変機構の長手方向に沿った断面図である。
【図４】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図５】コントローラで読み込まれるマップの特性図である。
【符号の説明】
１ステアリングハンドル
２ステアリングギア装置
５伝達比可変機構
１０操舵輪
５１ケース
５２モータ
５３ボールスクリュー機構
５４ラックギア
５１１第１の傘歯車
５１２第２の傘歯車
５１３ピニオンギア
５１４ウォームギア[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering apparatus for a vehicle including a variable transmission ratio mechanism that changes a steering amount of a steered wheel with respect to a rotation amount of a steering wheel of the vehicle according to a predetermined parameter.
[0002]
[Prior art]
Generally, a steering device of an automobile is configured to steer left and right steered wheels by converting a rotational motion of a steering wheel into a lateral displacement motion of a tie rod via a steering gear device such as a rack and pinion. In such a device, the ratio of the steering amount of the steered wheels (steering wheel steering angle) to the rotation amount of the steering wheel (steering steering angle), that is, the transmission ratio is generally kept constant.
[0003]
However, for example, when the vehicle is running at high speed, it is desirable from the viewpoint of running stability of the vehicle to reduce the steering wheel steering angle with respect to the steering steering angle, that is, reduce the transmission ratio. On the other hand, when driving at low speeds, the steering wheel steering angle with respect to the steering wheel angle is increased, that is, the transmission ratio is increased, and the behavior of the vehicle is made agile to achieve a good driving feeling and improve the small turning performance when entering the garage etc. It is desirable to do.
[0004]
In order to satisfy such a demand, a vehicle speed-sensitive steering device in which the transmission ratio is changed according to the vehicle speed of an automobile has been proposed, for example, as described in Patent Document 1 below. This device has a transmission ratio variable mechanism consisting of a planetary gear mechanism between a steering wheel and a steered wheel. The rotation of the steering wheel is input to a sun gear, and the rotation of the ring gear is output to the steered wheels. The rotation of the motor is input to the gear carrier. The rotation of the motor is performed in synchronization with the steering of the steering wheel, and the amount of rotation of the motor is determined by referring to a map based on the steering angle and the vehicle speed. By setting the map such that the transmission ratio decreases as the vehicle speed increases, that is, the steering wheel steering angle with respect to the steering angle decreases as the vehicle speed increases, the desired steering characteristics as described above can be obtained.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 6-86225
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above structure, since the variable transmission ratio mechanism is constituted by the planetary gear mechanism, a relatively large number of planetary gears, sun gears, and ring gears are required, and these gears are dedicated. Due to the necessity of designing in such a manner, it is inevitable that the structure becomes expensive. Further, if the number of gears is large, the backlash existing at the meshing portion of the gears is disadvantageous in terms of noise during operation.
[0007]
In the structure described in Patent Document 1, while a pinion gear is fixed to a rotation output shaft of a motor, a sector gear is formed in a carrier, and rotation of the motor is performed by meshing the pinion gear and the sector gear. The output is transmitted directly to the planetary gear mechanism. Therefore, a separate countermeasure is required in case the motor fails and becomes rotatable. That is, in the above structure, when the motor fails and becomes rotatable, since the ring gear connected to the steered wheels has a large rotational resistance, the rotation of the steering, that is, the rotation of the sun gear is transmitted only to the motor via the carrier. This is because, even when the steering wheel is operated, the steered wheels do not turn.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide an automobile steering system having a variable transmission ratio mechanism which has a simple structure and can be configured at low cost, and is advantageous from the viewpoint of fail-safe. It is to provide a device.
[0009]
A first configuration of the present invention is a steering handle, a steering gear device mechanically connected to the steering handle, and transmitting a rotation amount of the steering handle as a steering amount of a steered wheel, the steering handle, and the steering gear A transmission ratio variable mechanism that is provided between the transmission device and the steering wheel and rotates the steering wheel with respect to the rotation amount of the steering wheel in accordance with a predetermined parameter. A case having a cylindrical shape and configured so that rotation around the longitudinal axis is input to the steering gear device, and rotatable inside the case around a rotation axis substantially parallel to the case longitudinal direction. A first bevel gear rotatably supported by the steering wheel and integrally rotating with the steering handle; A second bevel gear rotatably supported around a rotation axis substantially orthogonal to a longitudinal direction of the case inside the case, and meshed with the first bevel gear; A rack gear supported inside so as to be able to translate substantially in parallel with the longitudinal direction of the case and meshed with the second bevel gear; fixed to the case inside the case; And a ball screw that is provided between the rotation output shaft of the motor and the rack gear, and that converts the rotation output of the motor into the translational movement of the rack gear. And a steering mechanism for an automobile.
[0010]
According to the above configuration, since the gears used in the variable transmission ratio mechanism are only two bevel gears and the rack gear, the configuration of the variable transmission ratio mechanism is simplified, and the variable transmission ratio mechanism can be configured advantageously in terms of cost. In addition, since the rotation output of the motor is configured to be converted into the translational motion of the rack gear via the ball screw mechanism, the ball screw mechanism is irreversible even if the motor fails and becomes rotatable. Since the mechanism is a dynamic mechanism, the state is substantially the same as the state where the motor is locked. Therefore, it is not necessary to take any additional measures in case of a motor failure, which is preferable from the viewpoint of fail-safe.
[0011]
According to a second configuration of the present invention, there is provided a steering handle, a steering gear device mechanically connected to the steering handle, for transmitting a rotation amount of the steering handle as a steering amount of a steered wheel, the steering handle, and the steering gear A transmission ratio variable mechanism that is provided between the transmission device and the steering wheel and rotates the steering wheel with respect to the rotation amount of the steering wheel in accordance with a predetermined parameter. A case having a cylindrical shape and configured so that rotation around the longitudinal axis is input to the steering gear device, and rotatable inside the case around a rotation axis substantially parallel to the case longitudinal direction. A first bevel gear rotatably supported by the steering wheel and integrally rotating with the steering handle; A second bevel gear rotatably supported about a rotation axis substantially orthogonal to the longitudinal direction of the case inside the case, and meshed with the first bevel gear; A pinion gear integrally formed with or fixed to the second bevel gear and having gear teeth formed radially with respect to the rotation axis of the second bevel gear; A motor that is fixed and configured to control the amount of rotation according to the predetermined parameter; and a worm gear that is fixed to a rotation output shaft of the motor and meshed with the pinion gear. A steering apparatus for a motor vehicle, characterized in that the steering apparatus is provided.
[0012]
According to the above configuration, since the gears used in the variable transmission ratio mechanism are only two bevel gears, the pinion gear, and the worm gear, the configuration of the variable transmission ratio mechanism is simplified, and the transmission ratio variable mechanism is advantageously reduced in cost. Can be configured. Further, since the rotation output of the motor is configured to be transmitted to the pinion gear or the second bevel gear via the worm gear, even if the motor fails and becomes rotatable, the second rotation is performed. Since the worm gear is not substantially rotated by the rotation of the bevel gear, the state is the same as the state where the motor is locked. Therefore, it is not necessary to take any additional measures in case of a motor failure, which is preferable from the viewpoint of fail-safe.
[0013]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a steering apparatus for a vehicle which has a simple structure, can be configured at low cost, and has a variable transmission ratio mechanism which is advantageous from the viewpoint of fail-safe.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
(1st Embodiment)
FIG. 1 shows an overall configuration of a steering apparatus for an automobile according to a first embodiment of the present invention, in which 1 is a steering handle, and 2 is a rack and pinion type that converts a rotational motion of a steering handle 1 into a steering motion of a steered wheel 10. Is a steering gear device. The steering gear device 2 has a conventionally well-known structure, and detailed description thereof is omitted. However, the steering gear device 2 includes a pinion and a rack that meshes with the pinion and extends in the vehicle width direction (see FIG. 1). Both are not shown). The pinion in the steering gear device 2 is connected to the steering handle 1 via a first intermediate shaft 3, a universal joint 35, a second intermediate shaft 4, a variable transmission ratio mechanism 5, and a steering shaft 6. On the other hand, the rack is connected to each steered wheel 10 via a tie rod and a knuckle arm (not shown).
[0016]
The steering device is further provided with a hydraulic power steering mechanism 7 for assisting the steering force transmitted from the steering handle 1 to the steered wheels 10. The structure of the power steering mechanism 7 is well known in the related art, and a detailed description thereof will be omitted. The power steering device 7 can use a known structure such as an electric type in addition to the hydraulic type.
[0017]
As described above, the ratio of the steering wheel steering angle θW (steering wheel steering amount) to the steering wheel steering angle θH (steering wheel rotation amount) in the middle of the steering amount transmission path between the steering handle 1 and the steering gear device 2 ( A variable transmission ratio mechanism 5 for changing the transmission ratio is hereinafter provided. Specifically, the variable transmission ratio mechanism 5 has a substantially cylindrical shape, and is arranged such that the axial directions of the steering shaft 6 and the second intermediate shaft 4 coincide with the longitudinal direction of the variable transmission ratio mechanism 5. ing. That is, the portion from the steering shaft 6 to the variable transmission ratio mechanism 5, the second intermediate shaft 4, and the universal joint 35 are arranged substantially linearly. Note that a cover that covers the transmission ratio variable mechanism 5 may be provided to prevent foreign substances such as dust from entering the transmission ratio variable mechanism 5.
[0018]
The variable transmission ratio mechanism 5 is electrically connected to the controller 50 and is controlled by the controller 50. Signals from a steering angle sensor 8 (hereinafter, referred to as a steering angle sensor) and a vehicle speed sensor 9 are input to the controller 50, and the controller 50 controls the transmission ratio variable mechanism 5 using the signals as described later. I do. In this embodiment and a second embodiment to be described later, the transmission ratio variable mechanism 5 is located in the engine room when mounted on the vehicle, but may be located in the vehicle compartment depending on the shape and body type of the vehicle. Further, in the present embodiment, the transmission ratio variable mechanism 5 is disposed between the second intermediate shaft 4 and the steering shaft 6. The universal joint 35, the variable transmission ratio mechanism 5, and the steering gear device 2 may be arranged substantially linearly.
[0019]
FIGS. 2A and 2B show a transmission ratio variable mechanism 5 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a cross-sectional view of the variable transmission ratio mechanism 5, which is parallel to the rotation axis direction of a second bevel gear 512, which will be described later. FIG. It is sectional drawing perpendicular to the rotation-axis direction of 512. The controller 50, the steering angle sensor 8, and the vehicle speed sensor 9 are shown only in FIG.
[0020]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the variable transmission ratio mechanism 5 includes a case 51, a first bevel gear 511, a second bevel gear 512, a motor 52, a ball screw mechanism 53, and a rack gear 54. It is configured. The case 51 has a substantially cylindrical shape, and rotation in the longitudinal direction is output from an output shaft 510 fixed to the case 51. The first bevel gear 511 is connected to the steering shaft 6, and receives the rotation of the steering handle 1. The second bevel gear 512 is rotatably supported inside the case 51 so as to be rotatable around an axis perpendicular to the longitudinal direction of the case 51. The motor 52 is fixed inside the case 51 and connected to the controller 50, and the amount of rotation of the motor 52 is controlled by the controller 50. The ball screw mechanism 53 includes an input unit (not shown) to which the output shaft 521 of the motor 52 is connected and to which the rotation output of the motor 52 is input, and an output unit (not shown) to which the rotation input is converted and output as a translational motion. ), When the rotation output of the motor 52 in one direction is input to the input unit, the output unit moves in a direction away from the motor 52 main body, and the rotation output of the motor 52 in the opposite direction is input to the input unit. When input, the output unit moves in a direction approaching the motor 52 body. The rack gear 54 is fixed to an output portion of the ball screw mechanism 53, and performs a translational movement by the rotation output of the motor 52.
[0021]
As is clear from FIGS. 2A and 2B, the first and second bevel gears 511 and 512 are always in mesh with each other, and their rotation axes are orthogonal to each other. The gear teeth of the rack gear 54 are arranged orthogonally to the translation direction, and are in mesh with the second bevel gear 512. The ball screw mechanism 53 has a well-known configuration for converting a rotational motion into a translational motion. For example, the configuration described in JP-A-6-300107 can be used. Accordingly, when the steering handle 1 and the case 51 are in a rotatable state, the rack gear 54 performs a translational movement via the ball screw mechanism 53 by the rotation output of the motor 52, and the second bevel gear is moved by the translational movement. 512 is rotated, so that the first bevel gear 511 is rotated relatively to the case 51.
[0022]
Therefore, the transmission ratio variable mechanism 5 according to the above-described first embodiment operates as follows. That is, when the vehicle is actually running, the output shaft 521 of the motor 52 is synchronized with the rotation of the first bevel gear 511 by the rotation of the steering shaft 6 with the rotation of the steering handle 1. , The rack gear 54 performs a translational movement via the ball screw mechanism 53, and the rotation amount of the steering handle 1 is increased or decreased according to the rotation direction and the rotation amount of the output shaft 521 of the motor 52, that is, the transmission ratio Are output from the output shaft 510 as the rotation of the case 51. Specifically, when rotating the steering handle 1 in the direction of the arrow (a) in FIG. 2, the output shaft 521 of the motor 52 is rotated in one direction to translate the rack gear 54 in the direction of the arrow (b) in FIG. Then, the rotation amount of the steering handle 1 is increased and output from the output shaft 510. On the other hand, when the steering handle 1 is rotated in the direction of the arrow (a), the output shaft 521 of the motor 52 is rotated in the opposite direction to translate the rack gear 54 in the direction of the arrow (c) in FIG. The rotation amount of the handle 1 is reduced and output from the output shaft 510. Further, if the motor 52 is locked, the rotation of the first bevel gear 511 and the second bevel gear 512 and the translation of the rack gear 54 do not occur, and the transmission ratio variable mechanism 5 rotates integrally with the case 51, and The output shaft 510 outputs the same amount of rotation as the rotation amount of the handle 1.
[0023]
In the event that the motor 52 fails and becomes rotatable, the rotation of the steering handle 1 becomes a force for translating the rack gear 54 via the first bevel gear 511 and the second bevel gear 512, and the ball rotates. The power is transmitted to the screw mechanism 53. However, as is well known, the ball screw mechanism 53 is a highly irreversible mechanism, that is, conversion from rotation to translation can be easily performed, but conversion from translation to rotation is extremely difficult. The translation of the rack gear 54 hardly occurs, and the output shaft 521 of the motor 52 hardly rotates. Accordingly, with respect to the rotation of the steering handle 1, the first bevel gear 511, the second bevel gear 512, the rack gear 54, and the case 51 are substantially locked, and the rotation of the steering handle 1 is controlled by the motor 52. Is rotated without rotating the case 51.
[0024]
It is preferable to use a ball screw mechanism 53 having a large ratio of the rotation amount input to the input unit to the movement amount of the output unit, that is, a large reduction ratio. This is because the higher the rotation amount of the input unit required to move the output unit is, the higher the required number of rotations of the motor 52 is, and therefore the accuracy required for the rotation control of the motor 52 is reduced. That is, the transmission ratio variable mechanism can be realized without using a high-cost and high-accuracy motor, and the cost can be further reduced. In addition, the fact that the reduction ratio is large means that the rotation of the steering wheel 1 is difficult to be transmitted to the motor 52, and the effect of the irreversibility of the ball screw mechanism 53 is further enhanced when the motor 52 fails as described above. Can be done.
[0025]
As described above, in the first embodiment, since the types of gears used in the transmission ratio variable mechanism 5 are only the first bevel gear 511, the second bevel gear 512, and the rack gear 54, the transmission ratio The variable mechanism 5 has a simple configuration, and the transmission ratio variable mechanism 5 can be configured at a light weight and at low cost. Further, since the transmission ratio is changed by converting the rotational motion of the motor 52 into the translational motion of the rack gear 54 via the ball screw mechanism 53, the transmission ratio can be changed without using the high-precision motor 52. The mechanism can be realized, and even if the motor 52 fails and becomes rotatable, the rotation of the steering handle 1 can be reliably transmitted to the steered wheels 10 via the case 51. Further, since the variable transmission ratio mechanism 5 is formed in an elongated shape, when the variable transmission ratio mechanism 5 is provided in the engine room, the space efficiency in the engine room can be increased. When provided in the vehicle interior, the space in the vehicle interior is not sacrificed. In addition, since the transmission ratio variable mechanism 5 is provided between the steering handle 1 and the universal joint 35, the configuration of the steering wheel side from the steering handle 1 and the universal joint 35 is a conventional one or the transmission ratio variable mechanism 5 Can be used in common with vehicles without
[0026]
(2nd Embodiment)
Subsequently, a second embodiment of the present invention will be described. The basic configuration except for the variable transmission ratio mechanism 5 is the same as that of the first embodiment described above with reference to FIG. 1, and therefore the description thereof is omitted, and the detailed structure of the variable transmission ratio mechanism 5 will be described below. Only the description will be made with reference to FIGS.
[0027]
FIGS. 3A and 3B show a transmission ratio variable mechanism 5 according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3A is a cross-sectional view of the transmission ratio variable mechanism 5, which is parallel to the rotation axis direction of a second bevel gear 512, which will be described later. FIG. 3B is a second bevel gear of the transmission ratio variable mechanism 5. It is sectional drawing perpendicular to the rotation-axis direction of 512. The controller 50, the steering angle sensor 8, and the vehicle speed sensor 9 are shown only in FIG.
[0028]
As shown in FIGS. 3A and 3B, the transmission ratio variable mechanism 5 includes a case 51, a first bevel gear 511, a second bevel gear 512, a pinion gear 513, a motor 52, and a worm gear 514. Have been. The case 51 has a substantially cylindrical shape, and rotation in the longitudinal direction is output from an output shaft 510 fixed to the case 51. The first bevel gear 511 is connected to the steering shaft 6, and receives the rotation of the steering handle 1. The second bevel gear 512 is rotatably supported inside the case 51 so as to be rotatable around an axis perpendicular to the longitudinal direction of the case 51. The pinion gear 513 has gear teeth formed integrally and coaxially with the second bevel gear 512. The motor 52 is fixed inside the case 51 and connected to the controller 50, and the amount of rotation of the motor 52 is controlled by the controller 50. The worm gear 514 is fixed to a rotation output shaft of the motor 52.
[0029]
As is clear from FIGS. 3A and 3B, the first and second bevel gears 511 and 512 are always in mesh with each other, and their rotation axes are orthogonal to each other. The pinion gear 513 has gear teeth formed radially with respect to the rotation axis of the second bevel gear 512. In the second embodiment, the gear teeth are formed integrally with the second bevel gear 512, but may be configured separately and firmly fixed to the second bevel gear 512. The worm gear 514 has a threaded portion that extends in the axial direction around the rotation axis of the motor 52, and is in a state of being meshed with the pinion gear 513. Therefore, when the steering handle 1 and the case 51 are in a rotatable state, the rotation of the output shaft 521 of the motor 52 rotates the worm gear 514, and the rotation causes the pinion gear 513 to the second bevel gear 512 to rotate. As a result, the first bevel gear 511 is configured to be rotated relative to the case 51.
[0030]
Therefore, the transmission ratio variable mechanism 5 according to the above-described first embodiment operates as follows. That is, when the vehicle is actually running, the output shaft 521 of the motor 52 is synchronized with the rotation of the first bevel gear 511 by the rotation of the steering shaft 6 with the rotation of the steering handle 1. , The pinion gear 513 is rotated via the worm gear 514, and the rotation amount of the steering handle 1 is increased or decreased according to the rotation direction and the rotation amount of the output shaft 521 of the motor 52, that is, the transmission ratio is changed. Then, the rotation of the case 51 is output from the output shaft 510. Specifically, when the steering handle 1 is rotated in the direction of the arrow (a) in FIG. 3, the output shaft 521 of the motor 52 and the worm gear 514 are rotated in the direction of the arrow (b) in FIG. 1 is increased and output from the output shaft 510. On the other hand, when the steering handle 1 is rotated in the direction of the arrow (a), the rotation amount of the steering handle 1 is reduced by rotating the output shaft 521 of the motor 52 and the worm gear 514 in the direction of the arrow (c) in FIG. The output is reduced and output from the output shaft 510. Further, if the motor mechanism 52 is locked, the first and second bevel gears 511 and 512, the pinion gear 513, and the worm gear 514 do not rotate, and the transmission ratio variable mechanism 5 rotates together with the case 51. Thus, the same amount of rotation as the rotation amount of the steering handle 1 is output from the output shaft 510.
[0031]
Should the motor 52 fail and become rotatable, the rotation of the steering handle 1 is transmitted to the worm gear 514 via the first bevel gear 511, the second bevel gear 512, and the pinion gear 513. You. However, as is well known, a configuration in which the rotation axis direction is changed via a worm gear and a pinion gear meshing with the worm gear has irreversibility, that is, the conversion of the rotation of the worm gear into the rotation of the pinion gear can be easily performed. Conversely, since it is substantially impossible to convert the rotation of the pinion gear into the rotation of the worm gear, the rotation of the pinion gear 513 hardly occurs, and the output shaft 521 of the motor 52 hardly rotates. Therefore, with respect to the rotation of the steering handle 1, the first bevel gear 511, the second bevel gear 512, the pinion gear 513, the worm gear 514, and the case 51 are substantially locked, and the steering handle 1 is rotated. As for the rotation, the case 51 is rotated without rotating the motor 52.
[0032]
As the worm gear 514 and the pinion gear 513 meshing with it, it is preferable to use a gear having a large ratio of the rotation amount of the worm gear 514 to the rotation amount of the pinion gear 513, that is, a reduction ratio. The reason is that the larger the rotation amount of the worm gear 514 necessary for rotating the pinion gear 513 is, the higher the required number of rotations of the motor 52 is. Therefore, the accuracy required for the rotation control of the motor 52 is reduced. That is, the transmission ratio variable mechanism 5 can be realized without using a high-cost and high-accuracy motor, and the cost can be further reduced. The fact that the reduction ratio is large means that the rotation of the steering wheel 1 is difficult to be transmitted to the motor 52, and the irreversible mechanism of the worm gear 514 and the pinion gear 513 during the failure of the motor 52 as described above. The effect due to gender can be further enhanced.
[0033]
As described above, in the second embodiment, the types of gears used in the transmission ratio variable mechanism 5 are only the first bevel gear 511, the second bevel gear 512, the pinion gear 513, and the worm gear 514. Therefore, the variable transmission ratio mechanism 5 has a simple configuration, and the variable transmission ratio mechanism 5 can be configured at a low weight and at low cost. Further, since the transmission ratio is changed via the worm gear 514 and the pinion gear 513 meshing with the worm gear 514, a transmission ratio variable mechanism can be realized without using a high-precision motor. Even in the case where the steering wheel 1 becomes rotatable due to the failure, the rotation of the steering handle 1 can be reliably transmitted to the steered wheels 10 via the case 51. Further, since the variable transmission ratio mechanism 5 is formed in an elongated shape, when the variable transmission ratio mechanism 5 is provided in the engine room, the space efficiency in the engine room can be increased. When provided in the vehicle interior, the space in the vehicle interior is not sacrificed. In addition, since the variable transmission ratio mechanism is provided between the steering handle 1 and the universal joint 35, the configuration of the steering wheel side from the steering handle 1 and the universal joint 35 is the same as the conventional one or the variable transmission ratio mechanism 5 It can be shared with vehicles that do not have it.
[0034]
In both the first embodiment and the second embodiment, the electrical connection structure between the controller 50 and the electric motor is not shown, but since the case 51 rotates relative to the vehicle body, A well-known mechanism (for example, a clock spring mechanism) that enables electrical connection between members rotating relatively to each other between the terminal and the case 51 with the terminal from the side fixed to the vehicle body. Connection.
[0035]
(Control of variable transmission ratio mechanism)
The steering device according to the present embodiment is configured such that the transmission ratio is changed according to the vehicle speed. Next, such control will be described with reference to FIGS.
[0036]
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the controller 50. As shown in FIG. 4, the controller 50 functionally includes a target steering angle calculation unit 501, a motor drive unit 502, and a characteristic storage unit 503.
[0037]
The target steering angle calculation unit 501 is electrically connected to a steering angle sensor 8 for detecting a steering angle of the steering wheel 1 and a vehicle speed sensor 9 for detecting a vehicle speed of the vehicle. Each of the angle and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor is input. The motor drive unit 502 is electrically connected to the motor 52 as described above, and controls the amount of rotation of the output shaft 521 of the motor 52. Further, the characteristic storage unit 503 stores a characteristic map in which the relationship between the vehicle speed and the transmission ratio is mapped.
[0038]
Therefore, the controller 50 first loads the steering angle and the vehicle speed detected by the steering angle sensor 8 and the vehicle speed sensor 9 into the target steering angle calculation unit 501. The target steering angle calculation unit 501 refers to the characteristic map stored in the characteristic storage unit 503 based on the steering amount θH and the vehicle speed obtained from the acquired steering angle, and controls the target transmission ratio to be controlled by the transmission ratio variable mechanism 5. Is calculated. Thereafter, the motor drive unit 502 outputs a control signal to the motor 52 so as to achieve the calculated target transmission ratio.
[0039]
As shown in FIG. 5, the characteristic map is set so that the transmission ratio, which is the ratio of the steering wheel turning amount θW to the steering wheel turning amount θH, decreases as the vehicle speed increases. That is, at low vehicle speeds, the transmission ratio is set large to provide small turning performance and agile steering feeling, and at high vehicle speeds, the transmission ratio is set small to improve running stability.
[0040]
Therefore, in the present embodiment, when the steering wheel 1 is steered while the automobile is running, the rotation is transmitted to the variable transmission ratio mechanism 5 via the steering shaft 6. Thereafter, a steering angle that changes with the steering of the steering wheel 1 is detected by the steering angle sensor 8, and the vehicle speed at that time is detected by the vehicle speed sensor 9, and the detected steering angle and vehicle speed are input to the controller 50. Is done. The controller 50 calculates a target steering angle based on the detected steering angle and vehicle speed with reference to a characteristic map as shown in FIG. 5, and outputs a control signal corresponding to the target steering angle to the motor 52. Upon receiving the control signal, the motor 52 outputs a rotation output in the direction and amount corresponding to the control signal from the output shaft 521 of the motor 52. As a result, the case 51 of the transmission ratio variable mechanism 5 rotates by a predetermined amount in a predetermined direction, and is output from the output shaft 510 of the case 51 and transmitted to the steering gear device 2 in a state where the rotation amount of the handle is increased or decreased. become.
[0041]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described. However, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments, and that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. . For example, the steering handle 1 is illustrated as an annular one in the present embodiment, but may be a so-called steering wheel type. Further, in the present embodiment, the example in which the vehicle speed is used as the predetermined parameter for making the transmission ratio variable in the transmission ratio variable mechanism 5 is described. Or may be used in combination.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a steering device according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view along a longitudinal direction of the transmission ratio variable mechanism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view along a longitudinal direction of a transmission ratio variable mechanism according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a controller.
FIG. 5 is a characteristic diagram of a map read by a controller.
[Explanation of symbols]
1 Steering handle
2 Steering gear device
5 Variable transmission ratio mechanism
10 Steering wheels
51 cases
52 motor
53 Ball screw mechanism
54 rack gear
511 First bevel gear
512 second bevel gear
513 Pinion gear
514 Worm gear

Claims

ステアリングハンドルと、該ステアリングハンドルに機械的に連結され、上記ステアリングハンドルの回転量を操舵輪の操舵量として伝達するステアリングギア装置と、上記ステアリングハンドルと上記ステアリングギヤ装置との間に設けられ、上記ステアリングハンドルの回転量に対する上記操舵輪の操舵量を所定のパラメーターに応じて変化させる伝達比可変機構を有する自動車のステアリング装置において、
上記伝達比可変機構が、
略筒状の形状を有し、長手方向軸周りの回転が上記ステアリングギア装置に入力されるよう構成されたケースと、
該ケース内部において当該ケース長手方向に対して略平行な回転軸まわりに回転可能に軸支され、上記ステアリングハンドルと一体に回転する第１の傘歯車と、
上記ケース内部において当該ケースの長手方向に対して略直交する回転軸まわりに回転可能に軸支され、上記第１の傘歯車に対して噛合い状態とされる第２の傘歯車と、
上記ケース内部において当該ケースの長手方向に対して略平行に並進運動可能に支持され、上記第２の傘歯車に対して噛合い状態とされるラックギアと、
上記ケース内部において当該ケースに固定され、上記所定のパラメーターに応じて回転量が制御されるよう構成されたモータと、
上記モータの回転出力軸と上記ラックギアとの間に設けられ、上記モータの回転出力を上記ラックギアの並進運動に変換するボールスクリュー機構と、
から構成されていることを特徴とする自動車のステアリング装置。A steering handle, a steering gear device mechanically connected to the steering handle, for transmitting a rotation amount of the steering handle as a steering amount of a steering wheel, and a steering gear device provided between the steering handle and the steering gear device; A steering apparatus for a vehicle having a variable transmission ratio mechanism that changes a steering amount of the steered wheels with respect to a rotation amount of a steering handle according to a predetermined parameter.
The variable transmission ratio mechanism,
A case having a substantially cylindrical shape, wherein rotation around the longitudinal axis is configured to be input to the steering gear device;
A first bevel gear rotatably supported around a rotation axis substantially parallel to a longitudinal direction of the case inside the case, and integrally rotating with the steering handle;
A second bevel gear rotatably supported around a rotation axis substantially perpendicular to the longitudinal direction of the case inside the case and meshed with the first bevel gear;
A rack gear that is supported inside the case so as to be able to translate substantially in parallel to the longitudinal direction of the case, and is in mesh with the second bevel gear;
A motor fixed to the case inside the case and configured to control the rotation amount according to the predetermined parameter;
A ball screw mechanism that is provided between the rotation output shaft of the motor and the rack gear and converts the rotation output of the motor into translational movement of the rack gear;
A steering device for an automobile, comprising:

ステアリングハンドルと、該ステアリングハンドルに機械的に連結され、上記ステアリングハンドルの回転量を操舵輪の操舵量として伝達するステアリングギア装置と、上記ステアリングハンドルと上記ステアリングギヤ装置との間に設けられ、上記ステアリングハンドルの回転量に対する上記操舵輪の操舵量を所定のパラメーターに応じて変化させる伝達比可変機構を有する自動車のステアリング装置において、
上記伝達比可変機構が、
略筒状の形状を有し、長手方向軸周りの回転が上記ステアリングギア装置に入力されるよう構成されたケースと、
該ケース内部において当該ケース長手方向に対して略平行な回転軸まわりに回転可能に軸支され、上記ステアリングハンドルと一体に回転する第１の傘歯車と、
上記ケース内部において当該ケースの長手方向に対して略直交する回転軸まわりに回転可能に軸支され、上記第１の傘歯車に対して噛合い状態とされる第２の傘歯車と、
該第２の傘歯車に対して一体的に構成されるか若しくは固定されるとともに、上記第２の傘歯車の回転軸について放射状に形成されたギア歯を有するピニオンギアと、
上記ケース内部において当該ケースに固定され、上記所定のパラメーターに応じて回転量が制御されるよう構成されたモータと、
上記モータの回転出力軸に固定され、上記ピニオンギアに対して噛合い状態とされるウォームギアと、
から構成されていることを特徴とする自動車のステアリング装置。A steering handle, a steering gear device mechanically connected to the steering handle, for transmitting a rotation amount of the steering handle as a steering amount of a steering wheel, and a steering gear device provided between the steering handle and the steering gear device; A steering apparatus for a vehicle having a variable transmission ratio mechanism that changes a steering amount of the steered wheels with respect to a rotation amount of a steering handle according to a predetermined parameter.
The variable transmission ratio mechanism,
A case having a substantially cylindrical shape, wherein rotation around the longitudinal axis is configured to be input to the steering gear device;
A first bevel gear rotatably supported around a rotation axis substantially parallel to a longitudinal direction of the case inside the case, and integrally rotating with the steering handle;
A second bevel gear rotatably supported around a rotation axis substantially perpendicular to the longitudinal direction of the case inside the case and meshed with the first bevel gear;
A pinion gear integrally formed or fixed with respect to the second bevel gear, and having gear teeth formed radially with respect to the rotation axis of the second bevel gear;
A motor fixed to the case inside the case and configured to control the rotation amount according to the predetermined parameter;
A worm gear fixed to the rotation output shaft of the motor and meshed with the pinion gear;
A steering device for an automobile, comprising: