JP2016084011A

JP2016084011A - 車両の後輪操舵装置

Info

Publication number: JP2016084011A
Application number: JP2014217749A
Authority: JP
Inventors: 真也盛永; Masaya Morinaga
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2016-05-19
Also published as: US20160114829A1; EP3012174A1

Abstract

【課題】最小限の部品変更によって種々の出力特性を設定し得る後輪操舵装置を提供する。【解決手段】ハウジング１０に支持される電動モータ２０と、その出力軸２１に連結されその出力を減速する減速機構３０と、この減速機構に連結されるナット部材５１及びこれに螺合すると共に第１及び第２の連結部材１１、１２の少なくとも一方に連結されるロッド５２を有し、ナット部材の回転運動をロッドの直線運動に変換する直動機構５０とを備える。減速機構は、電動モータの出力軸に連結される駆動プーリ３１と、ナット部材に連結しロッドの軸を中心に回転可能にハウジングに支持される被駆動プーリ３２と、これらに張設されるベルト３３を備え、電動モータの出力を減速して直動機構に伝達する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の後輪を操舵する後輪操舵装置に係る。

近時、車両の四輪操舵システム（４ＷＳ）の一部を構成する後輪操舵装置として、種々の態様の装置が知られているが、一般的に、下記の特許文献１に記載の後輪操舵アクチュエータのように「電気モ−タ、該電気モ−タの出力に連結された減速機構、及び該減速機構の出力の回転運動を車軸に直線運動として伝達する変換機構によって構成されている。」（特許文献１の段落〔０００３〕に記載）。このアクチュエータは、円筒状の回転子部材内にアクチュエータ軸が挿通され、同軸配置することによって小型化されており、モータ出力の減速機構として遊星歯車機構が用いられている。

また、下記の特許文献２には、「伸縮アクチュエータの種々の用途に対する汎用性を低コストで高めること」（特許文献２の段落〔０００４〕に記載）を目的とし、「伸縮アクチュエータのモータを収納する第１ハウジングと、減速機および送りねじ機構を収納する第２ハウジングとを着脱自在としたので、モータの仕様を変更したい場合や、減速機や送りねじ機構の作動特性を変更したい場合に、伸縮アクチュエータ全体を設計変更することなく、第１ハウジング側のサブアセンブリの交換だけ、あるいは第２ハウジング側のサブアセンブリの交換だけで対応することが可能となり、種々の機種に対する汎用性が向上してコストダウンが可能になる。」旨記載されている（同段落〔００１１〕に記載）。そして、特許文献２に記載の伸縮アクチュエータにおいても、モータ出力に対する減速機構として遊星歯車機構が用いられている。

特開平７−２１５２２６号公報特開２００８−１６４０１４号公報

上記特許文献１及び２に開示された装置においては、何れもモータ出力に対する減速機構として遊星歯車機構が用いられているが、もともと遊星歯車は歯車の噛み合いが成立する歯数の組み合わせが限定的であり、特許文献１に記載のように同軸配置すると、遊星歯車の歯数は出力ロッド（特許文献１に記載のアクチュエータ軸）の径、及びアクチュエータの外径によって規制されるので、減速比の変更が困難である。これに対し、特許文献２に記載のアクチュエータにおいて出力特性を変更する場合には、上記特許文献１に記載のアクチュエータに比し変更規模は小さいものの、ハウジングを含むサブアセンブリ単位での変更が必要となる。また、特許文献２に記載のアクチュエータによっては、特許文献１に記載のような、出力ロッドがハウジングの両側から延出する態様を構成することはできない。

そこで、本発明は、車両の後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、最小限の部品変更によって種々の出力特性を設定し得る後輪操舵装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、車両の後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、第１の連結部材及び第２の連結部材により前記後輪に支持されるハウジングと、該ハウジングに支持される電動モータと、該電動モータの出力軸に連結され当該電動モータの出力を減速する減速機構と、該減速機構に連結されるナット部材及び該ナット部材に螺合すると共に前記第１及び第２の連結部材の少なくとも一方に連結されるロッドを有し、前記ナット部材の回転運動を前記ロッドの直線運動に変換する直動機構とを備え、前記減速機構が、前記電動モータの出力軸に連結される駆動プーリと、前記ナット部材に連結され前記ロッドの軸を中心に回転可能に前記ハウジングに支持される被駆動プーリと、該被駆動プーリ及び前記駆動プーリに張設されるベルトを備え、前記駆動プーリ、ベルト及び被駆動プーリを介して、前記電動モータの出力を減速して前記直動機構に伝達するように構成したものである。

上記の後輪操舵装置において、更に、前記被駆動プーリに連結されて一体となって回転するサンギヤ、前記ハウジング内に回転不能に支持されるリングギヤ、該リングギヤ及び前記サンギヤに噛合するプラネタリギヤ、及び該プラネタリギヤに連結されると共に前記ナット部材に支持されるキャリアを有する遊星歯車機構を備えたものとしてもよい。

また、上記の後輪操舵装置において、前記第１の連結部材が前記ハウジングに固定され、前記第２の連結部材が前記ロッドに連結される構成としてもよい。あるいは、前記ロッドの両端に夫々前記第１の連結部材及び前記第２の連結部材が連結される構成としてもよい。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明の後輪操舵装置においては、第１の連結部材及び第２の連結部材により後輪に支持されるハウジングと、このハウジングに支持される電動モータと、その出力軸に連結されその出力を減速する減速機構と、この減速機構に連結されるナット部材及びこれに螺合すると共に第１及び第２の連結部材の少なくとも一方に連結されるロッドを有し、ナット部材の回転運動をロッドの直線運動に変換する直動機構とを備えると共に、減速機構が、電動モータの出力軸に連結される駆動プーリと、ナット部材に連結されロッドの軸を中心に回転可能にハウジングに支持される被駆動プーリと、被駆動プーリ及び駆動プーリに張設されるベルトを備え、駆動プーリ、ベルト及び被駆動プーリを介して、電動モータの出力を減速して直動機構に伝達するように構成されているので、サスペンション形式や車両重量、タイヤサイズ等によって変動する種々の出力特性に対し、少ない部品変更で当該出力特性を充足する装置を構成することができ、部品および生産ラインの共通化により製造コストの低減が可能となる。具体的には、駆動プーリ及びベルトの二部品のみの変更によって出力特性を変更することができるので、種々の出力特性を有する装置を容易且つ安価に提供することができる。

更に、被駆動プーリに連結されて一体となって回転するサンギヤ、ハウジング内に回転不能に支持されるリングギヤ、リングギヤ及びサンギヤに噛合するプラネタリギヤ、及びプラネタリギヤに連結されると共にナット部材に支持されるキャリアを有する遊星歯車機構を備えたものとすれば、種々の出力特性を容易に設定することができる。即ち、この遊星歯車機構は、電動モータの出力軸に連結されるものではなく、駆動プーリ、被駆動プーリ及びベルトを備えた減速機構に連結されて更に減速し得るものであり、この減速機構のみを備えた装置に比し大きな減速比に設定することができるので、種々の出力特性に応じた減速比の設定を一層容易に行うことができる。

上記の後輪操舵装置において、第１の連結部材がハウジングに固定され、第２の連結部材がロッドに連結される構成とすれば、片側伸縮タイプの装置を構成することができる。あるいは、ロッドの両端に夫々第１の連結部材及び第２の連結部材が連結される構成とすれば、両側伸縮タイプの装置を構成することができる。片側伸縮タイプ及び両側伸縮タイプの何れの装置を構成する場合も、前述のように電動モータ、減速機構及び直動機構等の主要部品は共通化が可能であるので、製造コストを低減することができ、種々の出力特性を有する装置を安価に提供することができる。

本発明の一実施形態に係る後輪操舵装置を示す横断面図である。本発明の一実施形態に係る後輪操舵装置において、高推力仕様としたときの構成を示す縦断面図である。本発明の一実施形態に係る後輪操舵装置において、高速仕様としたときの構成を示す縦断面図である。本発明の一実施形態におけるアクチュエータの出力特性を表したグラフである。本発明の他の実施形態に係る後輪操舵装置を示す横断面図である。

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る後輪操舵装置は、図１に示ように、第１の連結部材１１及び第２の連結部材１２により後輪（図示せず）に支持されるハウジング１０に、電動モータ２０、ベルト減速機構３０、遊星歯車機構４０及び直動機構５０から成るアクチュエータが収容されている。本実施形態のハウジング１０は、筐体の本体部１０ａと、第１の連結部材１１が一体的に形成された筒状の支持部１０ｂと、本体部１０ａに形成された開口部を閉塞する蓋部１０ｃで構成されている。更に、本体部１０ａと第２の連結部材１２との間にラバーブーツＲＢが装着されている。

本体部１０ａには、電動モータ２０が支持されると共にベルト減速機構３０が収容され、支持部１０ｂには遊星歯車機構４０及び直動機構５０が収容されている。そして、直動機構５０を構成するロッド５２が本体部１０ａに支持され、ロッド５２の一端部が本体部１０ａから延出し、第２の連結部材１２に連結されている。而して、片側伸縮タイプのアクチュエータが構成され、後述するように、ロッド５２の伸縮により第１及び第２の連結部材１１及び１２間の距離が増減し、後輪を操舵することができる。

本実施形態においては、図１に示すように、ロッド５２の他端部の外周面に所定の軸方向長さに亘って台形螺子が形成された雄螺子部５２ｃとナット部材５１の内周面に形成された雌螺子部５１ｃが螺合するように配置され、送り螺子機構が構成されているが、台形螺子に限らず、ボール螺子等を用いることとしてもよい。而して、ナット部材５１とロッド５２によって直動機構５０が構成され、ナット部材５１の回転運動がロッド５２の直線運動に変換される。尚、ナット部材５１及びロッド５２のハウジング１０への支持構造については後述する。

本実施形態の電動モータ２０は、ハウジング１０の本体部１０ａに接合される取付部２０ａに、出力軸２１が回動可能に支持され、本体部１０ａ内に延出する出力軸２１の先端部に、ベルト減速機構３０の駆動プーリ３１が連結されている。尚、本実施形態の電動モータ２０はブラシ２２を有するが、ブラシレスモータを用いることとしてもよい。

本実施形態のベルト減速機構３０は、電動モータ２０の出力軸２１に連結される駆動プーリ３１と、ナット部材５１に連結されロッド５２の軸を中心に回転可能にハウジング１０に支持される被駆動プーリ３２と、この被駆動プーリ３２及び駆動プーリ３１に張設されるベルト３３を備えたもので、電動モータ２０の出力が減速されて直動機構５０に伝達されるように構成されている。図１に示すように、被駆動プーリ３２は中空形状で、ロッド５２と同軸に配置され、ハウジング１０の本体部１０ａに軸受３４を介して回転可能に支持されている。尚、被駆動プーリ３２及び駆動プーリ３１には外歯が形成され、ベルト３３には内歯が形成されており、両者が噛合するように配設されている。

本実施形態では、ベルト減速機構３０と直動機構５０との間に遊星歯車機構４０が介装されており、ベルト減速機構３０の出力が更に減速されて直動機構５０に伝達されるように構成されている。この遊星歯車機構４０は、ハウジング１０内に回転不能に支持されるリングギヤ４１、被駆動プーリ３２に連結されて一体となって回転するサンギヤ４２、リングギヤ４１及びサンギヤ４２に噛合するプラネタリギヤ４３、及びプラネタリギヤ４３に連結されると共にナット部材５１に支持されるキャリア４４によって構成されている。尚、遊星歯車機構４０に代えて（あるいは、これに加えて）、電動モータ２０とベルト減速機構３０との間に遊星歯車機構を介装することとしてもよい。

直動機構５０を構成するナット部材５１は、ハウジング１０の支持部１０ｂに対し軸受５３を介して回転可能に支持されている。軸受５３はボールベアリングで、その内輪５３ａがナット部材５１の外周面に嵌合され、Ｃ字状のスナップリング５３ｃによって保持されると共に、その外輪５３ｂが支持部１０ｂの内周面に嵌合され、Ｃ字状のスナップリング５３ｄによって保持されている。

一方、ロッド５２は、ハウジング１０の本体部１０ａに対し一対のブシュＢを介して軸方向移動可能に（且つ、回転不能に）支持されており、ロッド２に付与され得る軸方向の荷重が、ナット部材５１、軸受５３及びスナップリング５３ｃ、５３ｄを介して、ハウジング１０で吸収されるように構成されている。そして、ロッド５２の雄螺子部５２ｃの先端に、脱落防止用のナット５２ｄが螺着されており、ロッド５２の中間部に磁石部材６２が螺子固定されている。

磁石部材６２は、変位センサ６１に隣接し、ハウジング１０の本体部１０ａ内に収容されている。変位センサ６１は、電子回路基板６３に支持され、電子制御装置６０を構成している。磁石部材６２は、ロッド５２の直線運動時の軸方向変位を検出する機能を有する共に、本体部１０ａの内側面に当接してロッド５２の回転を阻止する機能を有している。

而して、本実施形態の後輪操舵装置においては、電子制御装置６０によって電動モータ２０が回転駆動されると、その回転出力がベルト減速機構３０及び遊星歯車機構４０によって減速されてナット部材５１が回転駆動され、更に、直動機構５０によってナット部材５１の回転運動がロッド５２の直線運動に変換される。これにより、第１及び第２の連結部材１１及び１２間の距離が増減し、後輪の舵角が調整される。

上記のベルト減速機構３０においては、駆動プーリ３１及びベルト３３を適宜選択して交換することができ、駆動プーリ３１及びベルト３３の変更によって、異なる出力特性の後輪操舵装置を提供することができる。即ち、ベルト減速機構３０の減速比は、駆動プーリ３１と被駆動プーリ３２の歯数の比で決まるため、電動モータ２０の出力軸２１とロッド５２の軸間ピッチを固定したままで駆動プーリ３１とベルト３３の歯数を変更することによって、減速比を変えることが可能となる。

例えば、図１と同じ被駆動プーリ３２に対し、図２に示すように、図１の駆動プーリ３１より小径の駆動プーリ３１ｘを用いると共に、これらに適合するベルト３３ｘを用いれば高推力仕様の後輪操舵装置となる。これに対し、図３に示すように、図１の駆動プーリ３１より大径の駆動プーリ３１ｙを用いると共に、これらに適合するベルト３３ｙを用いれば高速仕様の後輪操舵装置となる。尚、図２及び図３の態様における他の構成部品は共通であり、駆動プーリ３１ｘ、３１ｙと被駆動プーリ３２の軸間ピッチは変わらない。以上のように、アクチュエータの出力特性（ロッド５２の推力及び速度）は、駆動プーリ３１及びベルト３３の二部品のみを変更することによって、最大出力が一定の範囲で、高速特性から高推力特性まで、幅広く設定することができる。

図４は、上記の電動モータ２０、ベルト減速機構３０、遊星歯車機構４０及び直動機構５０で構成されるアクチュエータの出力特性を表したグラフで、横軸にロッド５２の推力を示し、縦軸に速度を示す。上記のアクチュエータの最大出力（Ｐ）は、最大推力（Ｆ）及び最大推力時の速度（Ｖ）の積で計算される。図２及び図３に示す態様において、電動モータ２０、遊星歯車機構４０及び直動機構５０は共通化されているため、アクチュエータの最大出力は、ベルト減速機構３０の減速比に依らず略一定となり（厳密には、減速比違いによるベルト伝達効率の差や入力トルク又は回転数の相違による送り螺子効率の差が僅かに存在する）、最大出力が一定の範囲で、出力特性を変更することが可能となる。

例えば、図４において、実線で示す一定の最大出力Ｐに対し、二点鎖線で示す高速仕様の出力Ｐ１（＝Ｆ１×Ｖ１）と、一点鎖線で示す高推力仕様の出力Ｐ２（＝Ｆ２×Ｖ２）を設定することができ、Ｐ１＝Ｐ２となる。従って、アクチュエータの出力特性は、Ｐ１、Ｐ２に限らず、ベルト減速機構３０の減速比の設定により、出力Ｐｘ＝Ｐ（一定）が成り立つ範囲で任意に設定することができる。

上記の実施形態においては、第１の連結部材１１がハウジング１０の支持部１０ｂと一体的に形成され、第２の連結部材１２がロッド５２に連結されているが、ロッド４２の両端が第１の連結部材及び第２の連結部材（夫々ボールジョイントＢＪで構成）に連結されるように構成すれば、（左右）両側伸縮タイプのアクチュエータを構成することができる。即ち、前述のように被駆動プーリ３２が中空形状とされ、その中にロッド５２が同軸に配置されており、電動モータ２０、ベルト減速機構３０、遊星歯車機構４０及び直動機構５０は共通化することができるので（但し、ロッド５２については若干の変更を加える必要がある）、図５に示すように、最小限の部品変更で両側伸縮タイプのアクチュエータを構成することができる。

図５において、ロッド５２ｘは、図１のロッド５２と異なりハウジング１０ｘの左右両側から延出しており、ロッド５２ｘの両端部が夫々ボールジョイントＢＪに連結されている。ハウジング１０ｘの本体部１０ａｘ及び支持部１０ｂｘは夫々ブラケットＢＫを介して車体（図示せず）に固定され、本体部１０ａｘには、ロッド５２ｘの一端部が軸方向移動可能に支持され、支持部１０ｂｘには、ロッド５２ｘの他端部とボールジョイントＢＪを連結する結合部材５４が軸方向移動可能に支持されている。その他の構成要素は図１に示す実施形態の構成要素と同様であるので、実質的に同一の要素については図１と同一の符合を付して説明を省略する。

以上のように、図５に示す実施形態は、車体への支持構造に係るハウジング１０ｘやブラケットＢＫ等については図１に示す実施形態とは異なるが、電動モータ２０、ベルト減速機構３０、遊星歯車機構４０及び（ロッド５２ｘを除く）直動機構５０を共通化することができるので、最小限の部品変更で片側伸縮タイプ及び両側伸縮タイプのアクチュエータを構成することができる。

１０、１０ｘハウジング
１１第１の連結部材
１２第２の連結部材
２０電動モータ
２１出力軸
３０ベルト減速機構
３１、３１ｘ、３１ｙ駆動プーリ
３２被駆動プーリ
３３、３３ｘ、３３ｙベルト
４０遊星歯車機構
５０直動機構
５１ナット部材
５２、５２ｘロッド
５３軸受
６０電子制御装置
ＢＪボールジョイント（第１の連結部材、第２の連結部材）

Claims

車両の後輪を操舵する車両の後輪操舵装置において、第１の連結部材及び第２の連結部材により前記後輪に支持されるハウジングと、該ハウジングに支持される電動モータと、該電動モータの出力軸に連結され当該電動モータの出力を減速する減速機構と、該減速機構に連結されるナット部材及び該ナット部材に螺合すると共に前記第１及び第２の連結部材の少なくとも一方に連結されるロッドを有し、前記ナット部材の回転運動を前記ロッドの直線運動に変換する直動機構とを備え、前記減速機構が、前記電動モータの出力軸に連結される駆動プーリと、前記ナット部材に連結され前記ロッドの軸を中心に回転可能に前記ハウジングに支持される被駆動プーリと、該被駆動プーリ及び前記駆動プーリに張設されるベルトを備え、前記駆動プーリ、ベルト及び被駆動プーリを介して、前記電動モータの出力を減速して前記直動機構に伝達するように構成したことを特徴とする車両の後輪操舵装置。
前記被駆動プーリに連結されて一体となって回転するサンギヤ、前記ハウジング内に回転不能に支持されるリングギヤ、該リングギヤ及び前記サンギヤに噛合するプラネタリギヤ、及び該プラネタリギヤに連結されると共に前記ナット部材に支持されるキャリアを有する遊星歯車機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の車両の後輪操舵装置。
前記第１の連結部材が前記ハウジングに固定され、前記第２の連結部材が前記ロッドに連結されることを特徴とする請求項１又は２記載の車両の後輪操舵装置。
前記ロッドの両端に夫々前記第１の連結部材及び前記第２の連結部材が連結されることを特徴とする請求項１又は２記載の車両の後輪操舵装置。