JP2018001937A - Steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はステアリング装置に関する。 The present invention relates to a steering device.
自動車のステアリング装置においては、運転者の操舵によるステアリング軸の回転が入力軸に伝達され、入力軸に固定された遊星歯車装置のサンギヤがステアリング軸の回転に応じて回転するようになっている。サンギヤの回転は、プラネタリギヤを介してリングギヤに伝達され、リングギヤに固定された出力軸から転舵輪に回転が出力されるようになっている。よって、サンギヤとプラネタリギヤとの間、あるいは、プラネタリギヤとリングギヤとの間にガタツキがあると、それがステアリングホイールに伝わるため、操舵感が悪化するという問題があった。このようなギヤ間のガタツキの対策として、ギヤとギヤとを互いに押し付けて噛合部を密着させ、ガタツキを緩和する技術が開示されている(例えば特許文献1を参照)。 In an automobile steering device, rotation of a steering shaft by a driver's steering is transmitted to an input shaft, and a sun gear of a planetary gear device fixed to the input shaft rotates in accordance with the rotation of the steering shaft. The rotation of the sun gear is transmitted to the ring gear through the planetary gear, and the rotation is output to the steered wheels from the output shaft fixed to the ring gear. Therefore, if there is a backlash between the sun gear and the planetary gear, or between the planetary gear and the ring gear, it is transmitted to the steering wheel, and there is a problem that the steering feeling deteriorates. As a countermeasure against such backlash between the gears, a technique is disclosed in which the gears are pressed against each other so that the meshing portions are brought into close contact with each other, thereby reducing backlash (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、噛合部の押し付け力が大きくなるためギヤ間の摩擦が増加し、フリクション変動が発生するおそれがあった。フリクション変動が発生すると、それがステアリングホイールに伝わるため、操舵感が悪化するという問題があった。また、フリクション変動が発生すると、ステアリング軸の操舵角に対する転舵輪の転舵角の伝達比を自動車の車速に応じて変化させる伝達比可変機構において、伝達比の変更を円滑に行うことができなくなる場合があるため、操舵感が悪化するという問題があった。このように、ギヤ間にガタツキがあると操舵感が悪化する一方で、上記のようなガタツキ対策をとってもフリクション変動により操舵感が悪化するという問題があった。 However, since the pressing force of the meshing portion is increased, the friction between the gears is increased, and there is a possibility that friction fluctuation occurs. When friction fluctuation occurs, it is transmitted to the steering wheel, which causes a problem that the steering feeling deteriorates. In addition, when friction fluctuation occurs, the transmission ratio cannot be smoothly changed in the transmission ratio variable mechanism that changes the transmission ratio of the steered wheel to the steering angle of the steering shaft according to the vehicle speed. In some cases, the steering feel deteriorated. As described above, there is a problem that if there is a backlash between the gears, the steering feeling is deteriorated, but even if the above-described backlash countermeasure is taken, the steering feeling is deteriorated due to friction fluctuation.
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、遊星歯車装置のギヤ間にガタツキがある場合でも操舵感が良好なステアリング装置を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and to provide a steering device having a good steering feeling even when there is a backlash between the gears of the planetary gear device.
前記課題を解決するため、本発明の一態様に係るステアリング装置は、運転者の操舵により回転するステアリング軸の回転が入力され該回転を減速又は増速して転舵輪に出力する遊星歯車装置と、遊星歯車装置による回転の減速又は増速の比率を変化させる可変機構と、を備え、遊星歯車装置は、ステアリング軸の回転が入力される入力軸と、遊星歯車装置により減速又は増速された回転を転舵輪に出力する出力軸と、サンギヤと、サンギヤと同心に配されたリングギヤと、サンギヤ及びリングギヤに噛み合いサンギヤの周りを公転するプラネタリギヤと、サンギヤ及びリングギヤと同心に配されプラネタリギヤを回転自在に支持するキャリヤと、を有し、サンギヤは入力軸及び出力軸の一方に同軸に固定され、リングギヤは入力軸及び出力軸の他方に同軸に固定されており、入力軸と出力軸は同軸に配されて互いの端部同士が軸方向隙間を介して対向しており、入力軸の端部と出力軸の端部との間に摩擦力を発生させる摩擦力発生機構が軸方向隙間内に設けられていることを要旨とする。 In order to solve the above problems, a steering device according to one aspect of the present invention includes a planetary gear device that receives rotation of a steering shaft that is rotated by a driver's steering, decelerates or accelerates the rotation, and outputs the rotation to a steered wheel. A variable mechanism that changes a ratio of deceleration or acceleration of rotation by the planetary gear device, and the planetary gear device is decelerated or accelerated by the planetary gear device and an input shaft to which the rotation of the steering shaft is input. An output shaft that outputs rotation to the steered wheels, a sun gear, a ring gear concentrically arranged with the sun gear, a planetary gear that meshes with the sun gear and the ring gear and revolves around the sun gear, and is arranged concentrically with the sun gear and the ring gear so that the planetary gear can freely rotate. The sun gear is coaxially fixed to one of the input shaft and the output shaft, and the ring gear is connected to the input shaft and the output shaft. The input shaft and the output shaft are arranged coaxially, and the ends of the input shaft and the output shaft are opposed to each other with an axial gap between the end of the input shaft and the end of the output shaft. The gist is that a frictional force generating mechanism for generating a frictional force is provided in the axial gap.
本発明のステアリング装置は、遊星歯車装置のギヤ間にガタツキがある場合でも操舵感が良好である。 The steering device of the present invention has a good steering feeling even when there is a backlash between the gears of the planetary gear device.
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1〜3に示すステアリング装置は、運転者の操舵により回転するステアリング軸(図示せず)の回転が入力され該回転を減速又は増速して転舵輪(図示せず)に出力する遊星歯車装置1と、遊星歯車装置1による前記回転の減速又は増速の比率を変化させる可変機構2と、を備えている。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 to 3 is a planetary gear that receives rotation of a steering shaft (not shown) that is rotated by the driver's steering and decelerates or increases the speed of the rotation to output to a steered wheel (not shown). The
遊星歯車装置1は、ステアリング軸が接続されステアリング軸の回転が入力される入力軸3と、入力軸3に同軸に固定されたリングギヤ12と、リングギヤ12と同心に配されたサンギヤ11と、サンギヤ11及びリングギヤ12に噛み合いサンギヤ11の周りを公転するプラネタリギヤ13と、サンギヤ11及びリングギヤ12と同心に配されプラネタリギヤ13を回転(自転)自在に支持するキャリヤ14と、サンギヤ11が同軸に固定され且つ転舵輪に接続されており、遊星歯車装置1により減速又は増速された回転を転舵輪に出力する出力軸4と、を備えている。
The
キャリヤ14と出力軸4は同軸に配されているが、キャリヤ14と出力軸4との間には転がり軸受31が介在しているので、キャリヤ14と出力軸4は独立して回転することが可能となっている。
そして、プラネタリギヤ13として例えばウォームが用いられ、サンギヤ11及びリングギヤ12として例えばウォームホイールが用いられている。プラネタリギヤ13としてウォームを用い、ウォームホイールであるサンギヤ11及びリングギヤ12に噛み合わせれば、入力軸3の回転方向と出力軸4の回転方向が逆方向とならず同一方向となる。よって、入力軸3の回転方向と出力軸4の回転方向を同一方向とするための機構(例えば、一対の歯車)を別途設ける必要がないので、本実施形態のステアリング装置は小型、軽量、安価である。
Although the
For example, a worm is used as the
また、一般的に噛み合い率の高いウォームをプラネタリギヤ13として用いれば、平歯車、斜歯歯車、傘歯車を用いた場合とは異なり、バックラッシ等に起因する歯打ち音が発生しにくい。よって、本実施形態のステアリング装置は低騒音である。
さらに、本実施形態においてはプラネタリギヤ13の個数が3個である例が示されているが、プラネタリギヤ13の個数は特に限定されるものではなく、遊星歯車装置1が機能するならば1個でもよいし2個でもよいし4個以上でもよい。
In addition, when a worm having a high meshing rate is used as the
Further, in the present embodiment, an example in which the number of
プラネタリギヤ13はサンギヤ11とリングギヤ12の両方と噛み合っているが、本実施形態においてはサンギヤ11との噛み合い半径(噛み合い点と遊星歯車装置1の回転中心との間の径方向距離)とリングギヤ12との噛み合い半径は異なっている。すなわち、図1、2から分かるように、プラネタリギヤ13は、遊星歯車装置1の径方向内方側の面でサンギヤ11と噛み合っており、遊星歯車装置1の軸方向入力軸側の面でリングギヤ12と噛み合っている。したがって、プラネタリギヤ13とリングギヤ12との噛み合い半径の方が、プラネタリギヤ13とサンギヤ11との噛み合い半径よりも大となる。
また、互いに噛み合うプラネタリギヤ13とサンギヤ11は、逆作動可能な進み角を有している。同様に、互いに噛み合うプラネタリギヤ13とリングギヤ12も、逆作動可能な進み角を有している。
The
Further, the
さらに、可変機構2は、キャリヤ14に一体的に固定され同心に回転するウォームホイールであるキャリヤ駆動用歯車21と、キャリヤ駆動用歯車21と噛み合うキャリヤ駆動用ウォーム25と、キャリヤ駆動用歯車21を回転させる回転駆動源23(例えばモータ)と、を備えている。回転駆動源23の回転軸23aにはキャリヤ駆動用ウォーム25が固定されており、回転駆動源23の回転軸23aの回転によってキャリヤ14をサンギヤ11と同心に回転させることができるようになっている。その結果、プラネタリギヤ13がサンギヤ11と噛み合いつつサンギヤ11の周りを公転することとなる。
また、回転駆動源23は、回転軸23aの回転量及び回転方向を変化させる回転制御機能を有しているので、キャリヤ14の回転量及び回転方向は任意に変化させることが可能となっている。
Further, the
Further, since the
さらに、本実施形態のステアリング装置は、入力軸3の端部と出力軸4の端部との間に摩擦力を発生させる摩擦力発生機構5を備えている。詳述すると、入力軸3と出力軸4は同軸に配されて互いの端部同士が軸方向隙間を介して対向している。そして、入力軸3の端部と出力軸4の端部との間に摩擦力を発生させる摩擦力発生機構5が、入力軸3と出力軸4の端部同士の間の上記軸方向隙間内に設けられている。
Furthermore, the steering device of the present embodiment includes a frictional
次に、本実施形態のステアリング装置の動作について説明する。運転者の操舵によってステアリング軸が回転すると、その回転が入力軸3に入力され、リングギヤ12がステアリング軸と同一方向に回転する。リングギヤ12の回転はプラネタリギヤ13を介してサンギヤ11に伝達され、出力軸4がステアリング軸と同一方向に回転する。そして、出力軸4の回転は転舵輪に伝達され、転舵輪が転舵される。
Next, the operation of the steering device of this embodiment will be described. When the steering shaft rotates by the driver's steering, the rotation is input to the
このとき、プラネタリギヤ13とサンギヤ11との噛み合い半径はプラネタリギヤ13とリングギヤ12との噛み合い半径とは異なっているので、リングギヤ12の回転量とサンギヤ11の回転量は異なるものとなる。すなわち、ステアリング軸の回転が所定の比率に減速又は増速され、運転者の操舵によるステアリング軸の操舵角に対する転舵輪の転舵角の伝達比が所定の値となる。
At this time, since the meshing radius between the
また、運転者の操舵時には、回転駆動源23によりキャリヤ14が回転する。キャリヤ14の回転によりプラネタリギヤ13がサンギヤ11の周りを公転するので、キャリヤ14の回転量や回転方向に応じて、サンギヤ11(すなわち出力軸4)の回転量が変化する。これにより、運転者の操舵によるステアリング軸の操舵角に対する転舵輪の転舵角の伝達比が前記所定の値から変化する。
Further, the
よって、自動車等の車速に応じてキャリヤ14の回転量及び回転方向の少なくとも一方を変化させれば、運転者の操舵によるステアリング軸の操舵角に対する転舵輪の転舵角の伝達比を、その車速において好適な数値に設定することができる。
さらに、本実施形態のステアリング装置は、入力軸3の端部と出力軸4の端部との間に摩擦力を発生させる摩擦力発生機構5を備えている。入力軸3に入力された回転は、サンギヤ11、リングギヤ12、及びプラネタリギヤ13を介して出力軸4に伝達されるが、摩擦力発生機構5によって入力軸3の端部と出力軸4の端部との間に摩擦力が発生するため、入力軸3の回転が摩擦力発生機構5を介して出力軸4に伝達可能となっている。
Therefore, if at least one of the rotation amount and the rotation direction of the
Furthermore, the steering device of the present embodiment includes a frictional
そのため、入力軸3に入力された回転のトルクは、その多くがサンギヤ11、リングギヤ12、及びプラネタリギヤ13を介して入力軸3から出力軸4に伝達されるが、その一部は、サンギヤ11、リングギヤ12、及びプラネタリギヤ13を介さずに摩擦力発生機構5を介して入力軸3から出力軸4に伝達されることとなる。すなわち、摩擦力発生機構5は、入力軸3に入力された回転のトルクの一部を伝達するトルク伝達機構と言うこともできる。
Therefore, most of the rotational torque input to the
摩擦力発生機構5は、遊星歯車装置1のギヤを介するトルクの伝達とは異なり、安定的にトルクを伝達することができる。よって、遊星歯車装置1のギヤ間(サンギヤ11とプラネタリギヤ13との間、リングギヤ12とプラネタリギヤ13との間)にガタツキがある場合でも、運転者がステアリングホイールにガタツキを感じることが抑制されるため、操舵感が良好となる。
Unlike the torque transmission via the gear of the
また、サンギヤ11、リングギヤ12、プラネタリギヤ13のフリクション変動が抑制されるため、このことによっても操舵感が良好となる。さらに、サンギヤ11、リングギヤ12、プラネタリギヤ13のフリクション変動が抑制されるため、ステアリング軸の操舵角に対する転舵輪の転舵角の伝達比を自動車の車速に応じて変化させる伝達比の可変機構2において、伝達比の変更を円滑に行うことができる。よって、このことによっても操舵感が良好となる。
Moreover, since the fluctuation of the friction of the
本実施形態のステアリング装置においては、ステアリング軸から入力軸3に入力される回転のトルク値が、予め設定された電動パワーステアリング装置(不図示)のアシスト開始トルク値を超えると、電動パワーステアリング装置による操舵トルクへのアシストが開始されるようになっている。このとき、摩擦力発生機構5によって入力軸3の端部と出力軸4の端部との間に発生する摩擦力のトルク値は、アシスト開始トルク値よりも大きい値に設定してもよい。
In the steering device of the present embodiment, when the rotational torque value input from the steering shaft to the
そうすれば、摩擦力発生機構5によって発生した摩擦力以上のトルクが、ステアリング軸から入力軸3に入力された場合であっても、ガタツキのあるサンギヤ11、リングギヤ12、及びプラネタリギヤ13が動く以前に本実施形態のステアリング装置による操舵トルクへのアシストが開始されるので、運転者はステアリングホイールにガタツキを感じにくい。
By doing so, even when a torque greater than the frictional force generated by the frictional
入力軸3の端部と出力軸4の端部との間に摩擦力を発生させる摩擦力発生機構5の構成は、特に限定されるものではないが、例えば、図5に示すような摩擦力発生機構5があげられる。図5の摩擦力発生機構5は、入力軸3の端部及び出力軸4の端部の少なくとも一方との間で摩擦力を発生させる摩擦部7と、軸方向を向く押圧力を摩擦部7に付与して入力軸3の端部及び出力軸4の端部のうち摩擦力を発生させる側の端部に摩擦部7を押圧する弾性部6と、を備えている。
The configuration of the frictional
図5の摩擦力発生機構5は、リング状の弾性部6とリング状の摩擦部7とが軸方向に並んで同軸に連結された構成をなしている。ただし、弾性部6及び摩擦部7は、リング状に限らず円板状等の板状でもよい。また、摩擦力発生機構5は、1つの弾性部6と1つの摩擦部7とから構成されていてもよいが、1つの弾性部6と2つの摩擦部7とから構成されていてもよい。すなわち、摩擦力発生機構5は、1つの弾性部6と2つの摩擦部7とから構成され、摩擦部7が弾性部6を両側から挟みつつ軸方向に並んで同軸に連結された構成をなしていてもよい。この場合には、摩擦部7は、入力軸3の端部及び出力軸4の端部の両方との間で摩擦力を発生させることとなる。
The frictional
弾性部6の構成は、軸方向を向く押圧力を摩擦部7に付与して入力軸3の端部及び出力軸4の端部のうち摩擦力を発生させる側の端部に摩擦部7を押圧することができるならば、特に限定されるものではないが、ゴム、樹脂などの弾性体で弾性部6を構成することができる。また、皿バネ、コイルバネ等のバネで弾性部6を構成することもできる。軸方向を向く押圧力を弾性体やバネの弾性力によって摩擦部7に付与できるように、弾性体やバネで弾性部6を構成する。
The structure of the
摩擦部7の構成は、入力軸3の端部及び出力軸4の端部の少なくとも一方との間で摩擦力を発生させることができるならば、特に限定されるものではないが、滑り軸受で摩擦部7を構成することができる。滑り軸受の滑り面と、滑り面に対向する入力軸3の端部又は出力軸4の端部とが、入力軸3の回転に伴って滑り接触することにより、滑り面と入力軸3の端部又は出力軸4の端部との間で摩擦力が発生する。滑り軸受の滑り面の性状(例えば表面粗さ)を調整することにより、発生する摩擦力の大きさを制御することが可能である。滑り面と入力軸3の端部又は出力軸4の端部との間には、潤滑剤や流体を介在させてもよい。また、図6に示すように、摩擦部7である滑り軸受の滑り面に潤滑剤溜まり、流体溜まりとして機能する凹部7aを設けてもよい。
The configuration of the
摩擦力発生機構5は、入力軸3と出力軸4の端部同士の間の軸方向隙間内に配置されるが、その際には、図1のように、弾性部6と出力軸4の端部を対向配置させ、摩擦部7と入力軸3の端部を対向配置させてもよいし、それとは逆に、弾性部6と入力軸3の端部を対向配置させ、摩擦部7と出力軸4の端部を対向配置させてもよい。弾性部6は、対向する入力軸3の端部又は出力軸4の端部に取り付けられて一体をなしていてもよいし、取り付けられておらず別体をなしていてもよい。ただし、対向する入力軸3の端部又は出力軸4の端部に取り付けられて一体をなしている方が、ステアリング装置の組立てが容易である。
The frictional
図1の例では、弾性部6と出力軸4の端部とが対向し、摩擦部7と入力軸3の端部とが対向しているので、弾性部6は、軸方向を向く押圧力を摩擦部7に付与して入力軸3の端部に摩擦部7を押圧する。また、摩擦部7は、弾性部6によって入力軸3の端部に押圧されつつ、対向配置された入力軸3の端部と滑り接触し、摩擦部7と入力軸3の端部との間で摩擦力が発生する。
In the example of FIG. 1, since the
このような本実施形態のステアリング装置は、自動車等のステアリング装置として使用することができる。また、本発明は、デファレンシャルギヤ(差動歯車)を有する装置に適用することが可能である。 Such a steering apparatus of this embodiment can be used as a steering apparatus for an automobile or the like. Further, the present invention can be applied to a device having a differential gear (differential gear).
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、入力軸3にリングギヤ12を固定し、出力軸4にサンギヤ11を固定したが、これとは逆に、入力軸3にサンギヤ11を固定し、出力軸4にリングギヤ12を固定してもよく、本実施形態のステアリング装置の場合と同様の作用効果が奏される。
In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, in this embodiment, the
また、本実施形態においては、可変機構2の回転駆動源23によりキャリヤ14を回転させたが、サンギヤ11又はリングギヤ12を回転させてもよい。可変機構2の回転駆動源23によりサンギヤ11を回転させる場合には、入力軸3にリングギヤ12及びキャリヤ14のうち一方を固定し、出力軸4にリングギヤ12及びキャリヤ14のうち他方を固定する。また、可変機構2の回転駆動源23によりリングギヤ12を回転させる場合には、入力軸3にサンギヤ11及びキャリヤ14のうち一方を固定し、出力軸4にサンギヤ11及びキャリヤ14のうち他方を固定する。
In the present embodiment, the
互いに噛み合うプラネタリギヤ13とサンギヤ11は、逆作動可能な進み角を有しており、また、互いに噛み合うプラネタリギヤ13とリングギヤ12も、逆作動可能な進み角を有しているので、ステアリング軸の回転や回転駆動源23の回転がサンギヤ11、リングギヤ12、及びキャリヤ14のいずれに入力されても遊星歯車装置1が回転し、ステアリング軸の回転の減速又は増速が達成される。
The
さらに、本実施形態においては、摩擦部7を滑り軸受で構成したが、スラスト軸受等の転がり軸受で摩擦部7を構成することもできる。摩擦部7を転がり軸受で構成した場合には、転がり軸受の2つの軌道輪を入力軸3の端部と出力軸4の端部とにそれぞれ固定する。すると、転がり軸受の回転抵抗によって摩擦力が発生する。また、摩擦部7をアンギュラ軸受で構成して予圧を付与すれば、軸方向(スラスト方向)だけでなく径方向(ラジアル方向)にも摩擦力を発生させることができる。
Furthermore, in this embodiment, although the
1 遊星歯車装置
2 可変機構
3 入力軸
4 出力軸
5 摩擦力発生機構
6 弾性部
7 摩擦部
11 サンギヤ
12 リングギヤ
13 プラネタリギヤ
14 キャリヤ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記遊星歯車装置は、前記ステアリング軸の回転が入力される入力軸と、前記遊星歯車装置により減速又は増速された前記回転を前記転舵輪に出力する出力軸と、サンギヤと、該サンギヤと同心に配されたリングギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤに噛み合い前記サンギヤの周りを公転するプラネタリギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤと同心に配され前記プラネタリギヤを回転自在に支持するキャリヤと、を有し、
前記サンギヤは前記入力軸及び前記出力軸の一方に同軸に固定され、前記リングギヤは前記入力軸及び前記出力軸の他方に同軸に固定されており、
前記入力軸と前記出力軸は同軸に配されて互いの端部同士が軸方向隙間を介して対向しており、前記入力軸の端部と前記出力軸の端部との間に摩擦力を発生させる摩擦力発生機構が前記軸方向隙間内に設けられているステアリング装置。 A planetary gear device that receives a rotation of a steering shaft that is rotated by a driver's steering, decelerates or accelerates the rotation, and outputs the rotation to a steered wheel, and changes a ratio of the deceleration or acceleration of the rotation by the planetary gear device. A variable mechanism,
The planetary gear device includes an input shaft to which rotation of the steering shaft is input, an output shaft that outputs the rotation decelerated or accelerated by the planetary gear device to the steered wheels, a sun gear, and a concentricity with the sun gear. A ring gear arranged on the planetary gear, a planetary gear that meshes with the sun gear and the ring gear and revolves around the sun gear, and a carrier that is arranged concentrically with the sun gear and the ring gear and rotatably supports the planetary gear,
The sun gear is coaxially fixed to one of the input shaft and the output shaft, and the ring gear is coaxially fixed to the other of the input shaft and the output shaft,
The input shaft and the output shaft are arranged coaxially, and the ends of the input shaft and the output shaft are opposed to each other via an axial gap, and a frictional force is generated between the end of the input shaft and the end of the output shaft. A steering device in which a frictional force generating mechanism to be generated is provided in the axial gap.
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