JP4436031B2 - 車両の操舵制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハンドルの操舵角度に対する車輪の転舵角度の割合を変化させることが可能な車両の操舵制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車の操舵制御装置は、ハンドルの回転をタイロッドの軸線方向の変位に変換し、タイロッドの両端部に連結された左右の車輪の向きを変化させる。操舵制御装置におけるハンドルの操舵角と車輪の転舵角とは、一定の対応関係を有するのが通常である。しかし、低速走行時には操舵角に対する転舵角の割合を大きくすることが、車庫入れを容易にしたりする等の車両の取り回り性を向上させる上で望ましい。
【0003】
従来の自動車の操舵制御装置として、図5に示すような特開平4−118382号公報に記載のボールねじ機構を用いた操舵制御装置が知られている。この操舵制御装置は、ハンドル31に連結したスクリューシャフト32にボールナット33が螺合した第一のボールねじ機構34と、走行車輪に連結したスクリューシャフト35にボールナット36が螺合した第二のボールねじ機構37と、第一のボールねじ機構34のボールナット33と第二のボールねじ機構37のボールナット36とを揺動自在なレバー部材42を介して連結する変速機構39とを備える。変速機構39は、第一のボールねじ機構34のボールナット33とレバー部材42とを軸線方向に連結するコネクティングロッド38を有する。レバー部材42の揺動中心40から第二のボールねじ機構37のボールナット36との連結部41までの距離は、調節可能である。
【0004】
ハンドル31の操舵によって、第一のボールねじ機構34のスクリューシャフト32が回転し、ボールナット33が軸線方向に変位する。この第一のボールねじ機構34のボールナット33の変位によって、変速機構39のレバー部材42に連結された第二のボールナット36も軸線方向に変位してスクリューシャフト35が回転し、車輪に操舵力を伝動する。第二のボールねじ機構37のボールナット36がレバー部材42に連結する連結部41の位置を、レバー部材42の揺動中心40に対して調節することで、各ボールナット33,36が移動する量の比を変更できる。したがって、ハンドルの操舵角度に対する車輪の転舵角度の割合を変化させることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平4−118382号公報に記載のボールねじ機構を用いた操舵制御装置にあっては、複数のボールねじ機構を直列又は並列に設置して用いるので、装置全体が操舵制御装置の軸方向又は周方向共に張り出してしまい、小型化が図れない。
【0006】
そこで本発明は、より小型化が図れる、ボールねじ機構を用いた新たな機構の車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
【0008】
上記課題を解決するために本発明者は、第一の入力軸が回転すると出力軸が追従回転するように、出力軸に螺合するナットを回転させ、第二の入力軸が回転すると直線運動⇒回転運動への運動変換によって出力軸が回転するように、出力軸に螺合するナットに推力を与えた。
【0009】
具体的には請求項1の発明は、ハウジング(4)と、第一の入力軸(1)と、第二の入力軸(2)と、軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限された状態で前記ハウジング(4)に支持され、前記第二の入力軸(2)の中心線と略同一の直線上に配置される中心線を有すると共に外周にねじが形成される出力軸(3)と、前記出力軸(3)に嵌まり合うナット(5)と、第一の入力軸(1)の回転運動が前記出力軸(3)の回転運動に伝動するように、前記第一の入力軸(1)の回転運動によって前記ナット(5)を回転運動させる第一の伝動手段(6)と、第二の入力軸(2)の回転運動が前記出力軸(3)の回転運動に伝動するように、前記第二の入力軸(2)の回転運動によって前記ナット(5)を前記出力軸(3)に対して軸線方向に直線運動させる第二の伝動手段(7)と、を備え、前記第二の入力軸(2)は中空に形成され、前記第二の入力軸(2)の内周にはねじが形成され、前記第二の伝動手段(7)は、前記第二の入力軸(2)に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材(17)と、前記ハウジング(4)に固定され、前記推力伝動部材(17)が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構(17a,18)と、を有し、中空の前記推力伝動部材(17)内に配置される前記ナット(5)は、前記推力伝動部材(17)と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に前記推力伝動部材(17)に対して軸線回りに回転運動可能であり、前記ナット(5)と前記出力軸(3)との間には、転がり運動する複数のボールが介在され、前記出力軸(3)及び前記ナット(5)で構成されるねじ機構が前記第二の入力軸(2)及び前記推力伝動部材(17)で構成されるねじ機構で覆われていることを特徴とする車両の操舵制御装置により、上述した課題を解決する。
【0010】
第一の入力軸は、例えばハンドルに連結され、第二の入力軸はモータに連結され、出力軸は走行車輪に連結される。
【0011】
第一の入力軸を回転させると、第一の伝動手段によって出力軸に螺合するナットが回転する。ナットが回転すると、出力軸が追従回転する。したがって、第一の入力軸を回転させることによって、出力軸が回転する。一方、第二の入力軸を回転させると、第二の伝動手段によってナットが出力軸に対して軸線方向に直線運動する。ナットが出力軸に対して軸線方向に直線運動すると、ねじ機構の直線運動⇒回転運動への運動変換によって出力軸が回転する。したがって、第二の入力軸を回転させることによって、出力軸が回転する。
【0012】
また第一の入力軸及び第二の入力軸は、第一及び第二の伝動手段によって常に出力軸に連係しているので、第一の入力軸及び第二の入力軸の一方を回転させるといつでも該一方から出力軸にトルクを伝動できる。このため、第一の入力軸及び第二の入力軸を同時に回転させると、出力軸の回転角度は、▲1▼第一の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度、及び▲2▼第二の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度を合算した回転角度になる。
【0013】
本発明は、ねじ機構と第一及び第二の伝動手段との組み合わせで車両の操舵制御装置を実現し、しかも第二の入力軸の中心線と出力軸の中心線とを略同一の直線上に配置している。このため、装置全体を小型にすることができる。
【0014】
また、第二の伝動手段はナットを直線運動させることによって出力軸を回転させている。言い換えればナットに推力を与えて出力軸を回転させる。第二の入力軸の中心線と出力軸の中心線を略一致させることで、第二の入力軸に発生した推力の中心点とナットから出力軸に作用する力の中心点とを同一直線上に配置させることもできる。このため、第二の入力軸に発生した推力によって、ナットにこじれや捩れ等の力が作用することはなく、効率よく力を伝達させることができる。
さらに、この発明によれば、上述の機能を有する第二の伝動手段を構成することができる。また、出力軸及びナットで構成されるねじ機構を第二の入力軸及び推力伝動部材で構成されるねじ機構で覆っているので、装置全体をよりコンパクトにすることができる。
またさらに、この発明によれば、上述の機能を有する第一の伝動手段を構成することができる。
【0015】
請求項2の発明は、請求項1に記載の車両の操舵制御装置において、前記第一の伝動手段(6)は、前記第一の入力軸(1)の回転運動によって前記ナット(5)を回転運動させ、且つ前記第一の入力軸(1)に対して前記ナット(5)が軸線方向に直線運動するのを許容し、前記第二の伝動手段(7)は、前記第二の入力軸(2)の回転運動によって前記ナット(5)を前記出力軸(3)に対して軸線方向に直線運動させ、且つ前記ナット(5)が回転運動するのを許容することを特徴とする。
【0016】
この発明によれば、第一の入力軸の回転運動を出力軸の回転運動に伝動することができ、且つ第二の入力軸の回転運動を出力軸の回転運動に伝動することができる。
【0021】
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の車両の操舵制御装置において、前記第一の伝動手段(6)は、前記第一の入力軸(1)及び前記ナット(5)のいずれか一方に連結される第一の入力軸用スプライン軸(11)と、いずれか他方に連結され、前記第一の入力軸用スプライン軸(11)に嵌まり合うスプライン外筒(10)とを有することを特徴とする。
【0022】
この発明によれば、上述の機能を有する第一の伝動手段を構成することができる。
【0023】
また、本発明は、請求項4に記載のように、ハウジング(4)と、第一の入力軸(1)と、内周にねじが形成された中空の第二の入力軸(2)と、軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限された状態で前記ハウジング(4)に支持され、前記第二の入力軸の中心線と略同一の直線上に配置される中心線を有すると共に外周にねじが形成される出力軸(3)と、前記出力軸に嵌まり合うナット(5)と、前記第一の入力軸の回転運動によって前記ナットを回転運動させ、且つ前記第一の入力軸に対して前記ナットが軸線方向に直線運動するのを許容する第一の入力軸用スプライン機構(10,11)と、前記第二の入力軸(2)に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材(17)と、前記ハウジング(4)に固定され、前記推力伝動部材(17)が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構(17a,18)と、を備え、中空の前記推力伝動部材(17)内に配置される前記ナット(5)は、前記推力伝動部材(17)と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に前記推力伝動部材(17)に対して軸線回りに回転運動可能であり、前記ナット(5)と前記出力軸(3)との間には、転がり運動する複数のボールが介在され、前記出力軸(3)及び前記ナット(5)で構成されるねじ機構が前記第二の入力軸(2)及び前記推力伝動部材(17)で構成されるねじ機構で覆われていることを特徴とする車両の操舵制御装置としても構成することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の車両の操舵制御装置の一実施形態におけるステアリング装置を示す。このステアリング装置は2つの入力軸1,2と一つの出力軸3を有する。第一の入力軸1はハンドルに連結される。第二の入力軸2はモータ8に連結される。出力軸3には、第一及び第二の入力軸1,2の回転運動をステアリングギヤボックス、操舵車輪に伝えるステアリングシャフトが連結される。
【0025】
モータ8はコントローラからの制御信号を受けて回転する。車速を検出するセンサー、第一の入力軸1側の操舵角センサー、及び出力軸3側の転舵角センサー等から信号がコントローラに入力される。コントローラは、これらのセンサーからの信号に基づいて、ハンドルの操舵角と車輪の転舵角との比を適切に変化させる。例えば操舵角に対する転舵角の割合を、高速走行時には小さく、低速走行時には大きくする。これにより、高速走行時には良好な走行安定性能を確保し、また低速走行時には車両の取り回り性を向上させることができる。
【0026】
ステアリング装置は、ハウジング4と、第一の入力軸1と、第二の入力軸2と、出力軸3と、出力軸3に嵌まり合うナット5と、第一の入力軸1の回転運動が出力軸3の回転運動に伝動するように、第一の入力軸1の回転運動によってナット5を回転運動させる第一の伝動手段6と、第二の入力軸2の回転運動が出力軸の回転運動に伝動するように、第二の入力軸2の回転運動によってナット5を出力軸に対して軸線方向に直線運動させる第二の伝動手段7とを備える。
【0027】
出力軸3の外周には螺旋状のねじ溝3aが形成される。このねじ溝3aはボールが転走可能に断面半円状に形成される。出力軸3は一対のスラストベアリング9,9によってハウジング4に回転自在に支持される。このスラストベアリング9,9により、出力軸3は軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限される。
【0028】
出力軸3には円筒状のナット5が嵌め合わされる。このナット5の内周には出力軸3のねじ溝に対応した螺旋状のねじ溝が形成される。ナット5のねじ溝もボールが転走可能に断面半円状に形成される。出力軸3のねじ溝とナット5のねじ溝との間には複数のボールが充填され、またナット5には複数のボールを循環させるための戻し路が形成される。ナット5の中心線と出力軸3との中心線は略一致している。この出力軸3とナット5とがボールねじ機構を構成する。
【0029】
第一の入力軸1は、出力軸3と同一直線上に且つ出力軸3に隣接して配置される。
【0030】
第一の伝動手段6は、第一の入力軸1の回転運動によってナット5を回転運動させ、且つ第一の入力軸1に対してナット5が軸線方向に直線運動するのを許容する。具体的には、第一の伝動手段6は、第一の入力軸1に連結されるスプライン外筒10と、ナット5に連結され、スプライン外筒10に嵌まり合う第一の入力軸用スプライン軸11とを有する。このスプライン外筒10と第一の入力軸用スプライン軸11とが、第一の入力軸用スプライン機構を構成する。
【0031】
第一の入力軸1に連結されるスプライン外筒10には、軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝が形成される。このスプライン外筒10にはボールを循環させるための循環路が形成される。スプライン外筒10と出力軸3の端部との間にはラジアルベアリング12が介在されている。
【0032】
第一の入力軸用スプライン軸11は中空に形成され、その内側を出力軸3が貫通している。第一の入力軸用スプライン軸11の外周には軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝が形成される。スプライン外筒10と第一の入力軸用スプライン軸11との間には複数のボールが充填される。第一の入力軸用スプライン軸11がスプライン外筒10に対して相対的に直線運動すると、スプライン外筒10と第一の入力軸用スプライン軸11との間をボールが転がり運動する。転がり運動するボールはスプライン外筒10に形成された循環路によって循環される。第一の入力軸用スプライン軸11の端部は結合部材13を介してナット5に結合されている。
【0033】
なお、本実施形態では、スプライン外筒10が第一の入力軸1に連結され、第一の入力軸用スプライン軸11がナット5に連結されているが、スプライン外筒10がナット5に連結され、第一の入力軸用スプライン軸11が第一の入力軸1に連結されてもよい。また、スプライン外筒10と第一の入力軸用スプライン軸11との間には複数のボールが介在されているが、ボールが介在されることなく、スプライン外筒10が第一の入力軸用スプライン軸11に対してすべり運動してもよい。
【0034】
第二の入力軸2は中空に形成され、その内周には螺旋状のねじ溝2aが形成され、その外周にはモータ出力軸14に固定された歯車15又はタイミングベルト等に噛み合う歯車2bが形成される。第二の入力軸2は出力軸3の周囲に配置され、第二の入力軸2の中心線と出力軸3の中心線は略一致している。この第二の入力軸2は、軸線方向の両端に設けた一対のベアリング16,16によってハウジング4に回転可能に支持されている。
【0035】
第二の伝動手段7は、第二の入力軸2の回転運動によってナット5を出力軸3に対して軸線方向に直線運動させ、且つナット5が回転運動するのを許容する。具体的には、第二の伝動手段7は、第二の入力軸2に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材17と、ハウジング4に固定され、推力伝動部材17が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構17a,18とを有する。ナット5は、推力伝動部材17と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に推力伝動部材17に対して軸線回りに回転運動可能なように、ベアリング19を介して中空の推力伝動部材17内に配置される。
【0036】
第二の入力軸2と推力伝動部材17とがねじ機構を構成する。推力伝動部材17は第二の入力軸2に螺合し、第二の入力軸2と推力伝動部材17との間には、転がり運動するボールが介在される。推力伝動部材17の内側には出力軸3が貫通し、推力伝動部材17の中心線と出力軸3の中心線も略一致している。
【0037】
なお、図4に示すように第二の入力軸2と推力伝動部材17との間には、転がり運動するボールが介在されることなく、推力伝動部材17及び第二の入力軸2それぞれにねじ山2a,17bが形成されてもよい。この場合、推力伝動部材17が第二の入力軸2に対してすべり運動する。
【0038】
推力伝動部材17の内周には軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝17aが形成される。推力伝動部材17と推力伝動部材用スプライン軸18との間には複数のボールが充填される。推力伝動部材17が推力伝動部材用スプライン軸18に対して相対的に直線運動すると、推力伝動部材17と推力伝動部材用スプライン軸18との間に充填されたボールが転がり運動する。転がり運動するボールは推力伝動部材17に形成された循環路によって循環される。
【0039】
推力伝動部材用スプライン軸18も中空に形成され、その一端がハウジング4に固定されている。推力伝動部材用スプライン軸18の外周には軸線方向に延び、ボールが転走する複数列のボール転走溝が形成される。
【0040】
この推力伝動部材17のボール転走溝17a及び推力伝動部材用スプライン軸18等が、推力伝動部材用スプライン機構を構成する。
【0041】
推力伝動部材17の内側にはベアリング19を介してナット5が軸線回りに回転運動可能に連結される。このベアリング19はラジアル及びスラスト方向の力を負荷する。
【0042】
次に、本発明のステアリング装置の動きについて説明する。まず、第一の入力軸1によって出力軸3を回転させる場合について説明する。図2に示すように、第一の入力軸1を回転すると、第一の入力軸1のトルクが第一の伝動手段6を構成するスプライン外筒10、スプライン軸11を介してナット5に伝動される。ここで、第二の伝動手段7を構成する推力伝動部材17、推力伝動部材用スプライン軸18及びベアリング19によって、ナット5は出力軸3に対する直線運動を制限されている。このため第一の入力軸1によってナット5が回転すると、出力軸3が追従回転する。
【0043】
次に、第二の入力軸2によって出力軸3を回転させる場合について説明する。図3に示すように、第二の入力軸2を回転させると、第二の伝動手段7を構成する推力伝動部材17及び推力伝動部材用スプライン軸18によって、ナット5が出力軸3に対して軸線方向に直線運動する。ここで、第一の伝動手段6を構成するスプライン外筒10及びスプライン軸11によって、ナット5が軸線回りに回転するのが制限されている。このため、ナット5が出力軸3に対して軸線方向に直線運動すると、ねじ機構によって出力軸3が回転運動する。
【0044】
そして以下の表1に示すように、第一の入力軸及び第二の入力軸を同時に動かすことで増速及び減速いずれも可能になる。ここで、Aは第一の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度,Bは第二の入力軸が回転することによる出力軸の回転角度,+は時計回り,−は反時計回りを意味する。
【0045】
【表1】
【0046】
更に、図4に示すように、第二の入力軸2と推力伝動部材17との間にボールが介在されない場合は、推力伝動部材17が第二の入力軸2に対してすべり運動するので、第二の入力軸2の駆動トルクを出力軸3に確実に伝動させることができる。さらに、図3に示すように、第二の入力軸2の中心線と出力軸3の中心線とが略同一の直線上に配置されるので、第二の入力軸2に発生する推力の中心点▲1▼とナット5から出力軸3に作用する力の中心点▲2▼とを同一直線上に配置させることができる。従って、第二の入力軸2の駆動トルクを出力軸3に効率よく伝動させることができる。
【0047】
本発明は上記実施形態に限られず、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば第二の入力軸を歯車機構で回転させることなく、第二の入力軸を中空モータのローターとし、第二の入力軸をステータによって直接回転させてもよい。
【0048】
本発明の用途は、操舵角に対する転舵角の割合を変化可能なステアリング装置に限られず、入力軸が二つで出力軸が一つを有し、それぞれの入力軸のトルクあるいは回転角度を加算するものであれば、自動操舵装置やアクティブステア装置等、様々な用途に適用することがきる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ねじ機構と第一及び第二の伝動手段との組み合わせで車両の操舵制御装置を実現し、しかも第二の入力軸の中心線と出力軸3の中心線とを略同一の直線上に配置しているので、装置全体を小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるステアリング装置を示す断面図。
【図2】上記ステアリング装置の第一の入力軸を回転させた場合を示す断面図。
【図3】上記ステアリング装置の第二の入力軸を回転させた場合を示す断面図。
【図4】第二の入力軸と推力伝動部材の他の例を示す断面図。
【図5】従来のボールねじ機構を用いたステアリング装置を示す断面図。
【符号の説明】
1…第一の入力軸
2…第二の入力軸
3…出力軸
4…ハウジング
5…ナット
6…第一の伝動手段
7…第二の伝動手段
10…スプライン外筒(第一の入力軸用スプライン機構)
11…第一の入力軸用スプライン軸(第一の入力軸用スプライン機構)
17…推力伝動部材
17a・・・ボール転走溝(推力伝動部材用スプライン機構)
18…推力伝動部材用スプライン軸(推力伝動部材用スプライン機構)
Claims (4)
- ハウジングと、
第一の入力軸と、
第二の入力軸と、
軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限された状態で前記ハウジングに支持され、前記第二の入力軸の中心線と略同一の直線上に配置される中心線を有すると共に外周にねじが形成される出力軸と、
前記出力軸に嵌まり合うナットと、
第一の入力軸の回転運動が前記出力軸の回転運動に伝動するように、前記第一の入力軸の回転運動によって前記ナットを回転運動させる第一の伝動手段と、
第二の入力軸の回転運動が前記出力軸の回転運動に伝動するように、前記第二の入力軸の回転運動によって前記ナットを前記出力軸に対して軸線方向に直線運動させる第二の伝動手段と、を備え、
前記第二の入力軸は中空に形成され、
前記第二の入力軸の内周にはねじが形成され、
前記第二の伝動手段は、前記第二の入力軸に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材と、
前記ハウジングに固定され、前記推力伝動部材が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構と、を有し、
中空の前記推力伝動部材内に配置される前記ナットは、前記推力伝動部材と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に前記推力伝動部材に対して軸線回りに回転運動可能であり、
前記ナットと前記出力軸との間には、転がり運動する複数のボールが介在され、
前記出力軸及び前記ナットで構成されるねじ機構が前記第二の入力軸及び前記推力伝動部材で構成されるねじ機構で覆われていることを特徴とする車両の操舵制御装置。 - 前記第一の伝動手段は、前記第一の入力軸の回転運動によって前記ナットを回転運動させ、且つ前記第一の入力軸に対して前記ナットが軸線方向に直線運動するのを許容し、
前記第二の伝動手段は、前記第二の入力軸の回転運動によって前記ナットを前記出力軸に対して軸線方向に直線運動させ、且つ前記ナットが回転運動するのを許容することを特徴とする請求項1に記載の車両の操舵制御装置。 - 前記第一の伝動手段は、前記第一の入力軸及び前記ナットのいずれか一方に連結される第一の入力軸用スプライン軸と、
いずれか他方に連結され、前記第一の入力軸用スプライン軸に嵌まり合うスプライン外筒とを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の車両の操舵制御装置。 - ハウジングと、
第一の入力軸と、
内周にねじが形成された中空の第二の入力軸と、
軸線回りの回転運動を許容されると共に軸線方向の直線運動が制限された状態で前記ハウジングに支持され、前記第二の入力軸の中心線と略同一の直線上に配置される中心線を有すると共に外周にねじが形成される出力軸と、
前記出力軸に嵌まり合うナットと、
前記第一の入力軸の回転運動によって前記ナットを回転運動させ、且つ前記第一の入力軸に対して前記ナットが軸線方向に直線運動するのを許容する第一の入力軸用スプライン機構と、
前記第二の入力軸に嵌まり合い、外周にねじが形成された中空の推力伝動部材と、
前記ハウジングに固定され、前記推力伝動部材が軸線方向に直線運動するのを案内する推力伝動部材用スプライン機構と、を備え、
中空の前記推力伝動部材内に配置される前記ナットは、前記推力伝動部材と一緒に軸線方向に直線運動可能であると共に前記推力伝動部材に対して軸線回りに回転運動可能であり、
前記ナットと前記出力軸との間には、転がり運動する複数のボールが介在され、
前記出力軸及び前記ナットで構成されるねじ機構が前記第二の入力軸及び前記推力伝動部材で構成されるねじ機構で覆われていることを特徴とする車両の操舵制御装置。
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