JP3991841B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイール等の操舵部材の操作に応じて駆動され、舵取機構中の操舵軸に操舵のための軸長方向の移動力を加えるモータを備える車両用操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両の操舵は、車室の内部において運転者によりなされる操舵部材の操作(一般的にはステアリングホイールの回転操作)を、操向車輪(一般的には左右の前輪)の舵取りのために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。
【0003】
このような操舵を行わせるための操舵装置として、近年、操舵部材に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて回転駆動されるモータの回転力を舵取機構に伝え、この回転力により操舵を補助する構成とした操舵装置(電動パワーステアリング装置)が広く実用化されており、また、操舵部材と舵取機構とを機械的に分離して配し、操舵部材の操作の方向、操作量の検出結果に基づいて回転駆動されるモータの回転力のみによって操舵を行わせる構成とした操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置も一部において実用化されている。
【0004】
この種の操舵装置は、例えば、前記モータの回転運動を直線運動に運動変換して舵取機構中の操舵軸に伝え、該操舵軸の軸長方向の移動を左右の操向車輪に伝えて操舵を行わせる構成となっている。モータの回転から操舵軸の移動への運動変換は、操舵軸の外周面に形成されたねじ溝と、該ねじ溝に螺合するナット部材とを備えるねじ機構を用い、前記モータの回転をナット部材に伝え、該ナット部材の回転に応じたねじ溝の螺進を利用して操舵軸を移動させる構成により実現されている(例えば、特許文献1、2参照)。なお前記操舵軸は、例えば、ラックピニオン式舵取装置におけるラック軸である。
【0005】
【特許文献1】
実用新案登録第2590791号公報
【特許文献2】
特公平4−28583号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
さて、特許文献1、2に開示された操舵装置は、操舵軸を支持するハウジングの外側に取り付けたモータの回転をナット部材に伝える伝動手段の構成が相違しており、特許文献1においては、前記モータのモータ軸に取り付けた駆動歯車の回転を、中間歯車を介してボールナットの外周に設けた従動歯車に伝え、該ボールナットを回転せしめる歯車伝動が採用されている。
【0007】
また特許文献2においては、前記モータのモータ軸に取り付けた駆動プーリとナット部材の外周に設けた従動プーリとの間に伝動ベルトを張架し、前記モータ軸の回転を伝動ベルトを介してボールナットに伝え、該ボールナットを回転せしめるベルト伝動が採用されている。
【0008】
しかしながらこれらにおいては、モータから操舵軸までの伝動系に夫々2種の伝動機構(歯車機構又はベルト機構とねじ機構)が存在する上、前記ねじ機構として、ねじ軸とナット部材とを多数のボールを介して螺合させてなり、伝動効率が良好である反面、構造が複雑なボールねじ機構が多く採用されており、伝動系の全体構成が複雑であり、各部の加工及び組立てに多大の工数を要するという問題があった。
【0009】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵部材の操作に応じて回転駆動されるモータから、操舵のために軸長方向に移動する操舵軸への伝動を、簡素な構成により確実に行わせ得る新規な伝動手段を備える車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1発明に係る車両用操舵装置は、操舵部材の操作に応じて駆動されるモータの回転力を舵取機構中の操舵軸に伝え、該操舵軸を軸長方向に移動させて操舵を行わせる車両用操舵装置において、前記モータのモータ軸に同軸固定されたベルトプーリと、前記操舵軸の外周面に螺旋形をなして形成されたベルト溝と、該ベルト溝及び前記ベルトプーリに巻き掛けられ、前記操舵軸と前記モータ軸との間に張架された伝動ベルトとを備えることを特徴とする。
【0011】
本発明においては、モータからの伝動により回転するベルトプーリにより伝動ベルトを巻き取り、該伝動ベルトが巻き掛けられた操舵軸外周面の螺旋形をなすベルト溝にこれの傾斜に沿う向きの力を加え、この力の軸長方向分力の作用により操舵軸を移動させて操舵を行わせる。モータから操舵軸への伝動は、両者間に張架された伝動ベルトのみによる簡素な構成によってなされる。
【0012】
また本発明の第2発明に係る車両用操舵装置は、第1発明における伝動ベルトが、前記ベルト溝及びベルトプーリに各複数回巻き掛けてあることを特徴とする。
【0013】
この発明においては、モータと操舵軸との間に張架される伝動ベルトを、モータ軸に固定されたベルトプーリ及び操舵軸外周のベルト溝の夫々に各複数回巻き掛け、巻き掛け部分の摩擦抵抗を高めてモータから操舵軸への伝動を確実に行わせる。
【0014】
更に本発明の第3発明に係る車両用操舵装置は、前記ベルト溝への巻き掛け位置の近傍にて前記伝動ベルトに作用し、該伝動ベルトの前記操舵軸の軸長方向への移動を規制するガイド手段を備えることを特徴とする。
【0015】
この発明においては、モータと操舵軸との間に張架される伝動ベルトに、操舵軸に可及的に近付けて配したガイド手段を作用させ、操舵軸の軸長方向への伝動ベルトの移動を規制して、この伝動ベルトが巻き掛けられたベルト溝に加わる力の軸長方向分力による操舵軸の移動を確実に行わせる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図1は、本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。本図に示す車両用操舵装置は、操舵補助用のモータ3の回転力を操舵軸としてのラック軸1に伝え、該ラック軸1を軸長方向に移動させて操舵を補助するラックピニオン式の電動パワーステアリング装置として構成されている。
【0017】
ラック軸1は、円筒形をなすラックハウジングH1 の内部に軸長方向への移動自在に支持され、図示しない車体の左右方向に延設されている。ラックハウジングH1 の両側に突出するラック軸1の両端は、操向車輪としての左右の前輪10,10のナックルアーム11,11に各別のタイロッド12,12を介して連結されており、ラック軸1の左右両方向の移動によりタイロッド12,12を介してナックルアーム11,11を押し引きし、左右の前輪10,10を転舵せしめる構成となっている。
【0018】
ラックハウジングH1 の一側端部近傍には、これと軸心を交叉させてピニオンハウジングH2 が連設されており、該ピニオンハウジングH2 の内部には、軸回りでの回転自在にピニオン軸2が支持されている。ピニオン軸2は、ピニオンハウジングH2 の上方への突出端のみが図示してあり、この突出端は、コラム軸20を介して操舵部材としてのステアリングホイール21に連結されている。
【0019】
ピニオンハウジングH2 の内部に延設されたピニオン軸2の下半部には、図示しないピニオンが一体に設けてある。また、ラックハウジングH1 の内部に支持されたラック軸1には、図示しないラック歯が、ピニオンハウジングH2 との交叉位置を含めた適長に亘って形成されており、このラック歯が、ピニオン軸2の下半部に設けられた前記ピニオンに噛合させてある。
【0020】
以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール21が回転操作された場合、該ステアリングホイール21にコラム軸20を介して連結されたピニオン軸2が回転し、この回転が、前記ピニオン及びラック歯の噛合部においてラック軸1の軸長方向の移動に変換され、この移動により前述の如く左右の前輪10,10が転舵され、ステアリングホイール21の操作に応じた操舵がなされる。
【0021】
このような操舵を補助する操舵補助用のモータ3は、ラックハウジングH1 の中途部外側に突設されたモータブラケット30の一側開口部に、ラックハウジングH1 内部のラック軸1と略平行をなすようにフランジ固定されており、モータブラケット30の内部に構成された伝動手段4(図2参照)によりラック軸1に伝動構成されている。
【0022】
図2は、操舵補助用のモータ3からラック軸1への伝動手段4の概略構成を示す縦断面図である。モータ3が取り付けられるモータブラケット30は、図示の如くラックハウジングH1 の内部に連通しており、このモータブラケット30の内部に突出するモータ3のモータ軸31の先端には、円筒形をなすベルトプーリ40が同軸的に嵌着固定されている。
【0023】
一方、ラックハウジングH1 の内部に支持されたラック軸1には、モータブラケット30との連通位置の両側を軸長方向の適長に亘って大径化してなる大径部41が設けてあり、該大径部41の外周面には、ラック軸1の軸心に対して所定角度傾斜する螺旋形のV溝の形態をなしてベルト溝42が形成されている。
【0024】
伝動手段4は、以上の如きベルトプーリ40とベルト溝42とに伝動ベルト43を巻き掛け、該伝動ベルト43を、モータ軸31とラック軸1との間に適宜の張力下にて張架せしめて構成されている。伝動ベルト43は、ベルト溝42に対応するV字形の断面形状を有しており、螺旋状をなすベルト溝42に沿って、これに嵌め込むように複数回に亘って巻き掛けられ、またベルトプーリ40の外周面にも複数回に亘って巻き掛けられている。
【0025】
以上の如き伝動ベルト43は、ベルトプーリ40とベルト溝42との連絡のためにモータブラケット30とラックハウジングH1 との間に架け渡された直線部を有しており、これらの直線部には、ラックハウジングH1 の内側に支持された各一対のガイドローラ(ガイド手段)44,44が、ラック軸1に可及的に近接した位置にて幅方向の両側から転接せしめられている。
【0026】
これらのガイドローラ44,44は、ベルトプーリ40とベルト溝42との間での伝動ベルト43の回転を夫々の転動により許容しつつ、ラック軸1の軸長方向への伝動ベルト43の移動を規制して、ラック軸1周面のベルト溝42への伝動ベルト43の巻き掛け位置の移動を規制するガイド作用をなす。これにより伝動ベルト43は、ベルトプーリ40とベルト溝42との間にて巻き掛け位置を変えずに回転することができる。
【0027】
なお、伝動ベルト43のガイド手段は、図示のガイドローラ44,44に代えて、例えば、伝動ベルト43の幅方向両側に当接する板材、棒材等により構成することも可能であるが、伝動ベルト43に転接するガイドローラ44,44を使用することにより、これらの当接部において伝動ベルト43に加わる抵抗を軽減し、滑らかで確実な動作を行わせることができる。
【0028】
以上の構成によりモータ3が回転駆動された場合、モータ軸31に嵌着されたベルトプーリ40が回転し、該ベルトプーリ40に巻き掛けられた伝動ベルト43がラック軸1外周のベルト溝42との間を循環するように回転する。
【0029】
図3は、本発明に係る車両用操舵装置の動作説明図であり、ラック軸1外周のベルト溝42と、これに巻き掛けられた伝動ベルト43とが示されている。ラック軸1外周のベルト溝42は、前述の如く、軸心に対して所定角度傾斜する螺旋形の凹溝としてあり、伝動ベルト43が回転した場合、ベルト溝42には、これの傾斜に沿う方向の摩擦力Fが加わり、ラックハウジングH1 の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸1には、前記摩擦力Fの軸長方向分力F1 の作用により軸長方向の移動力が加えられ、前述の如く行われる操舵が補助される。
【0030】
このときラック軸1に加えられる移動力(操舵補助力)は、操舵補助用のモータ3の駆動制御により変更される。モータ3の駆動制御は、例えば、ステアリングホイール21の操作に応じてコラム軸20に加わる操舵トルクの検出結果に基づいて決定された制御値を、車速、ヨーレート、横加速度等の走行状態の検出結果に基づいて補正する公知の制御手順に従って行われる。これにより、操舵の状況に応じた操舵補助力がラック軸1に加えられることとなり、ステアリングホイール21を操作する運転者の操舵負担を軽減し、良好な操舵感を体感させることができる。
【0031】
本発明に係る車両用操舵装置においては、以上の如く駆動制御される操舵補助用のモータ3からラック軸1への伝動が、モータ3のモータ軸31に嵌着されたベルトプーリ40と、ラック軸1の外周面に形成された螺旋形のベルト溝42と、これらに巻き掛けられた伝動ベルト43とを備える簡素な構成の伝動手段4により実現される。この伝動を確実に行わせるには、長さ方向に伸縮性を有しない伝動ベルト43を用いる必要があるが、この種の伝動ベルト43は、例えば、樹脂材料からなる多数の伝動ブロックを厚さ方向にのみ可撓性を有する薄肉の金属ベルトにより連結してなる構成により実用化されている。
【0032】
また伝動ベルト43は、ベルトプーリ40及びベルト溝42に各複数回巻き掛けられており、ベルトプーリ40及びベルト溝42には、巻き掛け長さの全長に分散して摩擦力Fが加わるから、モータ3からラック軸1への伝動は、ベルトプーリ40又はベルト溝42の周上での伝動ベルト43の滑りを伴うことなく確実に行われる。
【0033】
更に伝動ベルト43は、ラック軸1の近傍においてガイドローラ44,44間に挾持され、軸長方向の移動を規制されており、ベルトプーリ40とベルト溝42との間にて巻き掛け位置を変えずに回転することができ、モータ3の回転をラック軸1に確実に伝えることが可能である。
【0034】
なお以上の実施の形態においては、操舵軸としてのラック軸1を備えるラックピニオン式の電動パワーステアリング装置への適用例について述べたが、本発明は、操舵のために軸長方向に移動する操舵軸を備え、この操舵軸の移動をモータの発生力により補助する構成とした如何なる形式の電動パワーステアリング装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【0035】
また本発明は、ステアリングホイール等の操舵部材を舵取機構から機械的に分離して備え、該操舵部材の操作に応じて駆動されるモータの回転力のみによって操舵を行わせる構成とした操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置への適用も可能である。
【0036】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明の第1発明に係る車両用操舵装置においては、操舵部材の操作に応じて駆動されるモータから操舵軸への伝動手段を、モータ軸に固定されたベルトプーリと、操舵軸の外周面に形成された螺旋形のベルト溝との間に伝動ベルトを張架してなる簡素な構成により実現することができる。
【0037】
また第2発明に係る車両用操舵装置においては、ベルトプーリ及びベルト溝に伝動ベルトを各複数回巻き掛けたから、巻き掛け長さの全長に亘って摩擦力が分散され、伝動ベルトの滑りを伴わずに確実な伝動を行わせることが可能となる。
【0038】
更に第3発明に係る車両用操舵装置においては、ガイド手段の作用により伝動ベルトの巻き掛け位置を保つことができ、モータの回転をラック軸に確実に伝えることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【図2】操舵補助用のモータからラック軸への伝動手段の概略構成を示す縦断面図である。
【図3】本発明に係る車両用操舵装置の動作説明図である。
【符号の説明】
1 ラック軸(操舵軸)
2 ピニオン軸
3 モータ
4 伝動手段
21 ステアリングホイール(操舵部材)
31 モータ軸
40 ベルトプーリ
42 ベルト溝
43 伝動ベルト
44 ガイドローラ(ガイド手段)
H1 ラックハウジング
H2 ピニオンハウジング
Claims (3)
- 操舵部材の操作に応じて駆動されるモータの回転力を舵取機構中の操舵軸に伝え、該操舵軸を軸長方向に移動させて操舵を行わせる車両用操舵装置において、
前記モータのモータ軸に同軸固定されたベルトプーリと、
前記操舵軸の外周面に螺旋形をなして形成されたベルト溝と、
該ベルト溝及び前記ベルトプーリに巻き掛けられ、前記操舵軸と前記モータ軸との間に張架された伝動ベルトと
を備えることを特徴とする車両用操舵装置。 - 前記伝動ベルトは、前記ベルト溝及びベルトプーリに各複数回巻き掛けてある請求項1記載の車両用操舵装置。
- 前記ベルト溝への巻き掛け位置の近傍にて前記伝動ベルトに作用し、該伝動ベルトの前記操舵軸の軸長方向への移動を規制するガイド手段を備える請求項1又は請求項2記載の車両用操舵装置。
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