JP2017136905A - Steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用のステアリング装置に関する。 The present invention relates to a steering device for a vehicle.
従来、ラックアンドピニオン式の車両用ステアリング装置において、比ストローク(ピニオンシャフトの回転量に対するラックシャフトの軸方向移動量)が操舵角に応じて変化するバリアブルギヤレシオ機構を備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a rack and pinion type vehicle steering device includes a variable gear ratio mechanism in which a specific stroke (amount of axial movement of the rack shaft with respect to the amount of rotation of the pinion shaft) changes according to a steering angle (for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載のステアリング装置は、ピニオンシャフトと噛み合うラックシャフトの噛み合い部におけるラック歯のピッチが、ラックシャフトの長手方向の中央部よりも端部において小さくなるように形成されている。 The steering device described in Patent Document 1 is formed such that the pitch of the rack teeth at the meshing portion of the rack shaft meshing with the pinion shaft is smaller at the end portion than at the center portion in the longitudinal direction of the rack shaft.
このような機構を備えたステアリング装置では、ピニオンシャフトがラック歯のピッチが小さい部分に噛み合う場合とピッチが大きい部分に噛み合う場合とで、ピニオンシャフトとラックシャフトとの噛み合い抵抗が変化し、これによってステアリングホイールに作用する操舵反力が変動することが、本願の発明者らによって確認されている。このような操舵反力の変動は、操舵フィーリングの低下をもたらす要因となり得る。 In the steering device having such a mechanism, the engagement resistance between the pinion shaft and the rack shaft changes depending on whether the pinion shaft meshes with a portion where the pitch of the rack teeth is small or meshes with a portion where the pitch is large. It has been confirmed by the inventors of the present application that the steering reaction force acting on the steering wheel varies. Such fluctuations in the steering reaction force can be a factor that causes a reduction in steering feeling.
そこで、本発明は、比ストロークが操舵角に応じて変化するステアリング装置において、操舵角による操舵反力の変動を抑制することが可能なステアリング装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a steering device that can suppress fluctuations in the steering reaction force due to the steering angle in a steering device in which the specific stroke changes according to the steering angle.
本発明は、上記の目的を達成するため、複数のピニオン歯が形成されたピニオン歯部を有し、ステアリング操作に応じて回転するピニオンシャフトと、前記ピニオン歯部に噛み合う複数のラック歯からなる噛み合い部を有し、前記ピニオンシャフトの回転による軸方向移動によって車両の転舵輪を転舵させるラックシャフトと、前記ラックシャフトを収容するラックハウジングと、前記ラックハウジングに固定され、前記ラックシャフトの外周面に摺接して前記ラックシャフトを軸方向移動可能に支持する支持部材とを備え、前記噛み合い部は、前記複数のラック歯のピッチが異なる狭ピッチ部と広ピッチ部とを有し、前記ピニオン歯部が前記狭ピッチ部に噛み合うときの前記ラックシャフトと前記支持部材との摺動抵抗が、前記ピニオン歯部が前記広ピッチ部に噛み合うときの前記ラックシャフトと前記支持部材との摺動抵抗よりも小さい、ステアリング装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention includes a pinion tooth portion formed with a plurality of pinion teeth, a pinion shaft that rotates in accordance with a steering operation, and a plurality of rack teeth that mesh with the pinion tooth portion. A rack shaft having a meshing portion for turning a steered wheel of a vehicle by axial movement by rotation of the pinion shaft; a rack housing for housing the rack shaft; and an outer periphery of the rack shaft fixed to the rack housing A support member that slidably contacts a surface and supports the rack shaft so as to be movable in the axial direction, and the meshing portion includes a narrow pitch portion and a wide pitch portion in which the pitches of the plurality of rack teeth are different, and the pinion The sliding resistance between the rack shaft and the support member when the tooth portion meshes with the narrow pitch portion is the pinion tooth. There is smaller than the sliding resistance between the rack shaft and the support member when meshing with the wide pitch portion, to provide a steering device.
本発明によれば、比ストロークが操舵角に応じて変化するステアリング装置において、操舵角による操舵反力の変動を抑制することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the steering apparatus from which a specific stroke changes according to a steering angle, it becomes possible to suppress the fluctuation | variation of the steering reaction force by a steering angle.
[実施の形態]
本発明の実施の形態について、図1乃至図6を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
[Embodiment]
Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, although embodiment described below is shown as a suitable specific example in implementing this invention, although there are some parts which have illustrated various technical matters that are technically preferable. The technical scope of the present invention is not limited to this specific embodiment.
(ステアリング装置の全体構成)
図1は、本発明の実施の形態に係るステアリング装置を模式的に示す全体構成図である。このステアリング装置1は、車両に搭載され、運転者の操舵操作に応じて転舵輪である前輪を転舵させる。図1では、図面左側が車両の右側にあたり、図面右側が車両の左側にあたる。なお、図1における符号中の文字「R」は車両の右側を示し、文字「L」は車両の左側を示している。
(Overall structure of steering device)
FIG. 1 is an overall configuration diagram schematically showing a steering apparatus according to an embodiment of the present invention. The steering device 1 is mounted on a vehicle and steers front wheels, which are steered wheels, according to a driver's steering operation. In FIG. 1, the left side of the drawing corresponds to the right side of the vehicle, and the right side of the drawing corresponds to the left side of the vehicle. Note that the letter “R” in FIG. 1 indicates the right side of the vehicle, and the letter “L” indicates the left side of the vehicle.
ステアリング装置1は、運転者が回転操作するステアリングホイール101と、ステアリングホイール101が一端部に固定されたコラムシャフト102と、コラムシャフト102に第1の自在継手111を介して連結されたインターミディエイトシャフト(中間シャフト)103と、インターミディエイトシャフト103に第2の自在継手112を介して連結されたピニオンシャフト2と、ピニオンシャフト2に噛み合うラックシャフト3と、ラックシャフト3を収容するラックハウジング4と、ラックシャフト3を支持する支持部材としてのラックブッシュ5L,5Rとを備えている。図1では、ラックハウジング4を仮想線(二点鎖線)で示し、その内部を図示している。
The steering device 1 includes a
第1及び第2の自在継手111,112は、例えばカルダンジョイントからなる。コラムシャフト102、インターミディエイトシャフト103、及びピニオンシャフト2は、ステアリングホイール101に接続されるステアリングシャフト100を構成する。ラックシャフト3及びピニオンシャフト2は、ラックアンドピニオン機構を構成する。ラックブッシュ5L,5Rは、ラックシャフト3の外周面に摺接してラックシャフト3を軸方向移動可能に支持する。
The first and second
ステアリング装置1はさらに、ステアリングシャフト100における操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ121と、操舵トルクセンサ121によって検出した操舵トルク及び車速に応じてモータ電流を出力する制御装置122と、制御装置122から出力されるモータ電流によってトルクを発生する電動モータ123と、電動モータ123の回転軸123aの回転を減速する減速機構13とを備えている。電動モータ123及び減速機構13は、運転者によるステアリングホイール101の操舵操作を補助する操舵補助力を発生させる操舵補助装置10を構成する。
The steering device 1 further includes a
減速機構13は、電動モータ123の回転軸123aに固定されたウォーム131と、ウォーム131に噛み合うウォームホイール132とからなる。ウォームホイール132は、コラムシャフト102と共に回転し、ステアリングシャフト100に操舵補助トルクを付与する。
The
ラックシャフト3の両端部には、ボールジョイント14L,14Rを介して左右のタイロッド15L,15Rがそれぞれ連結されている。タイロッド15L,15Rは、左右の前輪16L,16Rにそれぞれ連結されている。ラックシャフト3が車幅方向(左右方向)に進退移動すると、タイロッド15L,15Rがそれぞれラックシャフト3に対して揺動し、車両の転舵輪である左右の前輪16L,16Rがそれぞれ転舵される。
Left and
ピニオンシャフト2は、インターミディエイトシャフト103とは反対側の端部に、複数のピニオン歯21が形成されたピニオン歯部20を有している。ピニオンシャフト2は、運転者がステアリングホイール101を回転操作するステアリング操作に応じて回転する。ラックシャフト3は、ピニオン歯部20に噛み合う複数のラック歯31からなる噛み合い部としてのラック歯部30を有し、ピニオンシャフト2の回転による軸方向移動によって左右の前輪16L,16Rを転舵させる。ラックシャフト3は、図略のラックガイド機構により、ラック歯部30の裏側におけるギヤ背面がピニオン歯部20側に押し付けられている。
The
ピニオンシャフト2は、ステアリングホイール101に付与される操舵トルク、及び操舵補助装置10によってステアリングシャフト100に付与される操舵補助トルクに応じた移動力をラックシャフト3に付与する。
The
ラックハウジング4は、ラックシャフト3の両端部を除く部分を収容する円筒状であり、車幅方向に延在して車体に固定されている。ラックハウジング4の内部における長手方向の両端部には、ラックブッシュ5L,5Rが固定されている。ラックブッシュ5L,5Rの詳細については後述する。
The rack housing 4 has a cylindrical shape that accommodates a portion excluding both ends of the
図2は、ラックシャフト3のラック歯部30の構成例を示す構成図である。ラック歯部30は、ラック歯31のピッチが異なる狭ピッチ部30aと広ピッチ部30bとを有し、狭ピッチ部30aはラックシャフト3の軸方向におけるラック歯部30の中央部に、広ピッチ部30bは狭ピッチ部30aを挟むラック歯部30の両端部に、それぞれ形成されている。広ピッチ部30bにおけるラック歯31のピッチPbは、狭ピッチ部30aにおけるラック歯31のピッチPaの例えば1.2〜1.5倍である。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a configuration example of the
ピニオンシャフト2のピニオン歯部20は、ステアリングホイール101が中立位置付近にある場合にラック歯部30の狭ピッチ部30aに噛み合い、操舵角が所定値よりも大きくなると、ラック歯部30の広ピッチ部30bに噛み合う。ピニオンシャフト2のピニオン歯部20がラック歯部30の狭ピッチ部30aに噛み合うときの比ストローク(ピニオンシャフト2の回転量に対するラックシャフト3の軸方向への移動量)は、ピニオンシャフト2のピニオン歯部20がラック歯部30の広ピッチ部30bに噛み合うときの比ストロークよりも小さい。
The pinion tooth portion 20 of the
この構成により、ステアリングホイール101の中立位置付近では左右の前輪16L,16Rのふらつきが少なく、直進安定性が高まる。また、ステアリングホイール101を大きく操舵すると、比ストロークが大きくなるので、左右の前輪16L,16Rが転舵されやすくなり、旋回操縦性が向上する。
With this configuration, the left and right
なお、これに限らず、広ピッチ部30bをラックシャフト3の軸方向におけるラック歯部30の中央部に設け、狭ピッチ部30aをラック歯部30の両端部に設けてもよい。この場合には、例えば車庫入れの際の据え切り時に、ストロークエンド付近の大舵角においてステアリングホイール101を軽く操作することができる。
However, the present invention is not limited to this, and the
図3(a)は、ラックハウジング4の一方(左側)の端部及びその周辺部を示す断面図である。図3(b)は、図3(a)のA−A線断面で示すラックシャフト3の断面図である。図4は、ラックブッシュ5Lの構成例を示す斜視図である。なお、ラックハウジング4の他方(右側)の端部に配置されたラックブッシュ5Rも、ラックブッシュ5Lと同様に構成されている。
FIG. 3A is a cross-sectional view showing one end (left side) of the rack housing 4 and its peripheral portion. FIG.3 (b) is sectional drawing of the
ラックブッシュ5Lは、弾性変形可能な樹脂成形体からなり、図4に示すように、円筒状の基部50と、基部50よりも外径が小さく形成された小径部51と、基部50における小径部51とは反対側の端部からの外周側に張り出して形成された鍔部52とを一体に有している。基部50の内周面50aは、ラックシャフト3の外周面3aに摺接する。基部50には、その外周面に一対の外周溝50b(図3(a)参照)が形成され、この一対の外周溝50bに、それぞれゴム等の環状の弾性体からなるOリング500が嵌着されている。基部50の内周面50aは、Oリング500の締付力によってラックシャフト3の外周面3aに押し付けられている。
The
また、ラックブッシュ5Lには、基部50における鍔部52側の軸方向端面から軸方向に延びて基部50の小径部51側の端部に至る複数(本実施の形態では6つ)の第1スリット5a、及び小径部51側の軸方向端面から軸方向に延びて基部50における鍔部52側の端部に至る複数(本実施の形態では6つ)の第2スリット5bが形成されている。第1スリット5a及び第2スリット5bは、ラックブッシュ5Lの周方向に沿って交互に等間隔に形成されている。
The
ラックハウジング4の一方の端部には、図3(a)に示すように、その内周面4aから径方向の外側に向かって窪む環状の第1の凹部41と、第1の凹部41の底面における周方向の1箇所において径方向の外側に向かってさらに窪んだ第2の凹部42とが形成されている。第1の凹部41には、ラックブッシュ5Lの鍔部52が嵌合し、これによりラックブッシュ5Lのラックハウジング4に対する軸方向移動が規制されている。また、第2の凹部42には、ラックブッシュ5Lのボス部521が嵌合し、これによりラックブッシュ5Lのラックハウジング4に対する回転が規制されている。
At one end of the rack housing 4, as shown in FIG. 3A, an annular
ラックハウジング4の一方の端部には、タイロッド15Lの一部を収容し、伸縮可能な蛇腹構造を有するベローズ6の一端部がベルト7によって固定されている。ベローズ6の他端部は、タイロッド15Lに固定されている。なお、図示は省略しているが、ラックハウジング4の他方の端部にも、同様にベローズ6が固定されている。ベローズ6は、ラックハウジング4内への異物の侵入を防止している。
At one end of the rack housing 4, one end of a bellows 6 that accommodates a part of the tie rod 15 </ b> L and has an expandable / contractible bellows structure is fixed by a
ピニオンシャフト2がステアリング操作によって回転すると、ラックシャフト3の外周面3aがラックブッシュ5L,5Rにおける基部50の内周面50aを摺動する。これにより、ラックシャフト3は摺動抵抗を受ける。本実施の形態では、ピニオン歯部20が狭ピッチ部30aに噛み合うときのラックシャフト3とラックブッシュ5L,5Rとの摺動抵抗が、ピニオン歯部20が広ピッチ部30bに噛み合うときのラックシャフト3とラックブッシュ5L,5Rとの摺動抵抗よりも小さい。すなわち、ステアリング装置1は、ラック歯部30におけるピニオン歯部20の噛み合い位置に応じてラックシャフト3が軸方向に移動する際の摺動抵抗が変化する摺動抵抗可変構造を有している。
When the
本実施の形態では、この摺動抵抗可変構造がラックシャフト3の直径を変えることにより実現されている。すなわち、ラックシャフト3は、ピニオン歯部20が狭ピッチ部30aに噛み合うときにラックブッシュ5L,5Rが摺接する部分が、ピニオン歯部20が広ピッチ部30bに噛み合うときにラックブッシュ5L,5Rが摺接する部分よりも細い。図3(a)では、ピニオン歯部20が狭ピッチ部30aに噛み合うときにラックブッシュ5L,5Rが摺接する部分を小径部32で示し、ピニオン歯部20が広ピッチ部30bに噛み合うときにラックブッシュ5L,5Rが摺接する部分を大径部33で示している。なお、図示は省略しているが、図3(a)に示す側(左側)とは反対側(右側)のラックシャフト3の端部も、図3(a)と同様に構成されている。
In the present embodiment, this variable sliding resistance structure is realized by changing the diameter of the
大径部33の直径d1と小径部32の直径d0との差(d1−d0)は、例えば0.5〜1.0mmである。小径部32におけるラックシャフト3の外周面32aと大径部33におけるラックシャフト3の外周面33aとの間は、テーパ面によって滑らかに連続して接続されている。図3(b)では、小径部32の外周面32aを破線で示している。
The difference (d 1 −d 0 ) between the diameter d 1 of the
ラックブッシュ5L,5Rにおける基部50の内周面50aがラックシャフト3の外周面3aを押し付ける力は、小径部32において大径部33よりも小さい。これは、ラックシャフト3の小径部32がラックブッシュ5L,5Rの内側にある場合には、大径部33がラックブッシュ5L,5Rの内側にある場合に比較して、Oリング500による基部50の締付力が小さくなることによる。本実施の形態では、このOリング500による締付力の違いにより、ピニオン歯部20が狭ピッチ部30aに噛み合うときのラックシャフト3とラックブッシュ5L,5Rとの摺動抵抗が、ピニオン歯部20が広ピッチ部30bに噛み合うときのラックシャフト3とラックブッシュ5L,5Rとの摺動抵抗よりも小さくなっている。
The force with which the inner
図5(a)は、ピニオン歯部20のピニオン歯21とラック歯部30の狭ピッチ部30aにおけるラック歯31との歯当たり状態を示す概略図であり、図5(b)は、ピニオン歯部20のピニオン歯21とラック歯部30の広ピッチ部30bにおけるラック歯31との歯当たり状態を示す概略図である。
FIG. 5A is a schematic view showing a contact state between the
図5(a)及び(b)に示すように、ピニオン歯部20がラック歯部30の狭ピッチ部30aに噛み合うときにピニオン歯21の歯面21aが当接するラック歯31の歯面31aの角度が、ピニオン歯部20がラック歯部30の広ピッチ部30bに噛み合うときにピニオン歯21の歯面21aが当接するラック歯31の歯面31aの角度と異なる。この歯面31aの角度の違いにより、ステアリング操作を行う際の操舵反力が、ステアリングホイール101が中立位置付近にある場合と大舵角位置にある場合とで異なる。
As shown in FIGS. 5A and 5B, when the pinion tooth portion 20 meshes with the
図6は、ラックシャフト3にタイロッド15L,15Rを連結しない状態で、ステアリングホイール101を、中立位置(操舵角=0°)を中心として左右の最大舵角位置まで操舵した際のステアリングトルク(ステアリングシャフト100に作用するトルク)を示すグラフである。このグラフでは、ピニオン歯部20とラック歯部30との噛み合いに起因するステアリングトルクT1を実線で示し、ラックシャフト3とラックブッシュ5L,5Rとの摺動抵抗に起因するステアリングトルクT0を破線で示している。
FIG. 6 shows a steering torque (steering) when the
図6に示すように、ラックシャフト3とラックブッシュ5L,5Rとの摺動抵抗に起因するステアリングトルクT0は、ピニオン歯部20とラック歯部30との噛み合いに起因するステアリングトルクT1が大きくなるときに小さくなる。このため、中立位置付近におけるステアリングトルクT1の増大分がステアリングトルクT0の減少分で相殺され、ステアリングシャフト100に作用する全体のステアリングトルクの変動が抑制される。
As shown in FIG. 6, the steering torque T 0 resulting from the sliding resistance between the
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明した実施の形態によれば、ラックシャフト3とラックブッシュ5L,5Rとの摺動抵抗が、ピニオン歯部20とラック歯部30との噛み合い抵抗が大きくなるときに小さくなるので、操舵角による操舵反力の変動を抑制することが可能となる。また、そのための構成も、ラックシャフトの太さを軸方向の一部において変えるだけでよいので、部品点数や組み付け工数を増大させることがなく、コストの上昇を抑制することができる。
(Operation and effect of the embodiment)
According to the embodiment described above, the sliding resistance between the
(付記)
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
(Appendix)
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, embodiment described above does not limit the invention based on a claim. In addition, it should be noted that not all the combinations of features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention.
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、ラックハウジング4の両端部にラックブッシュ5L,5Rを配置し、これらラックブッシュ5L,5Rと摺動するラックシャフト3の両端部にそれぞれ小径部32及び一対の大径部33を設けた場合について説明したが、これに限らず、例えばラックブッシュ5Lと摺動するラックシャフト3の一方の端部のみに小径部32及び一対の大径部33を設けてもよい。またさらに、ラックブッシュ5Rを省略してもよい。ラックブッシュ5Rを省略した場合、ラックシャフト3は、ラックブッシュ5L及び前述のラックガイド機構によって支持される。
Further, the present invention can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、ステアリング装置1が、コラムシャフト102に操舵補助トルクが付与されるコラムアシスト式のパワーステアリング装置である場合について説明したが、これに限らず、ピニオンシャフト2に操舵補助トルクが付与されるピニオンアシスト式としてもよい。また、ステアリングシャフト100を構成するピニオンシャフト2とは別のピニオンシャフトがラックシャフト3に噛み合い、このピニオンシャフトに操舵補助トルクが付与されるデュアルピニオン式のステアリング装置に本発明を適用することも可能である。
In the above embodiment, the case where the steering device 1 is a column assist type power steering device in which a steering assist torque is applied to the
また、上記実施の形態では、ラックシャフト3の太さを変えることによって、ラックシャフト3とラックブッシュ5L,5Rとの摺動抵抗が操舵角に応じて変わるように構成した場合について説明したが、これに限らず、例えばラックシャフト3の外周面3aの面粗度を一部において変えることによりラックシャフト3とラックブッシュ5L,5Rとの摺動抵抗が操舵角に応じて変わるように構成してもよい。
In the above embodiment, the case where the sliding resistance between the
1…ステアリング装置 2…ピニオンシャフト
3…ラックシャフト 4…ラックハウジング
5L,5R…ラックブッシュ(支持部材) 20…ピニオン歯部
21…ピニオン歯 30…ラック歯部(噛み合い部)
30a…狭ピッチ部 30b…広ピッチ部
31…ラック歯
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
30a ...
Claims (2)
前記ピニオン歯部に噛み合う複数のラック歯からなる噛み合い部を有し、前記ピニオンシャフトの回転による軸方向移動によって車両の転舵輪を転舵させるラックシャフトと、
前記ラックシャフトを収容するラックハウジングと、
前記ラックハウジングに固定され、前記ラックシャフトの外周面に摺接して前記ラックシャフトを軸方向移動可能に支持する支持部材とを備え、
前記噛み合い部は、前記複数のラック歯のピッチが異なる狭ピッチ部と広ピッチ部とを有し、
前記ピニオン歯部が前記狭ピッチ部に噛み合うときの前記ラックシャフトと前記支持部材との摺動抵抗が、前記ピニオン歯部が前記広ピッチ部に噛み合うときの前記ラックシャフトと前記支持部材との摺動抵抗よりも小さい、
ステアリング装置。 A pinion shaft having a pinion tooth portion formed with a plurality of pinion teeth and rotating in accordance with a steering operation;
A rack shaft that has a meshing portion composed of a plurality of rack teeth meshing with the pinion tooth portion, and steers a steered wheel of a vehicle by axial movement by rotation of the pinion shaft;
A rack housing that houses the rack shaft;
A support member fixed to the rack housing and slidably contacting the outer peripheral surface of the rack shaft to support the rack shaft so as to be axially movable;
The meshing portion has a narrow pitch portion and a wide pitch portion where the pitches of the plurality of rack teeth are different from each other,
The sliding resistance between the rack shaft and the support member when the pinion tooth portion meshes with the narrow pitch portion is the sliding resistance between the rack shaft and the support member when the pinion tooth portion meshes with the wide pitch portion. Smaller than dynamic resistance,
Steering device.
請求項1に記載のステアリング装置。
The rack shaft has a portion where the support member slides when the pinion tooth portion meshes with the narrow pitch portion, and is thinner than a portion where the support member slides when the pinion tooth portion meshes with the wide pitch portion. ,
The steering apparatus according to claim 1.
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