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JP2008168859A - Steering device for vehicle - Google Patents

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JP2008168859A
JP2008168859A JP2007006043A JP2007006043A JP2008168859A JP 2008168859 A JP2008168859 A JP 2008168859A JP 2007006043 A JP2007006043 A JP 2007006043A JP 2007006043 A JP2007006043 A JP 2007006043A JP 2008168859 A JP2008168859 A JP 2008168859A
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JP
Japan
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steering
steered
shaft
vehicle
turning
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007006043A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaki Arima
雅規 有馬
Shiro Nakano
史郎 中野
Ryohei Hayama
良平 葉山
Daruma Kawachi
達磨 河内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JTEKT Corp
Original Assignee
JTEKT Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JTEKT Corp filed Critical JTEKT Corp
Priority to JP2007006043A priority Critical patent/JP2008168859A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steering device for a vehicle enabling efficient steering by reducing the outputs of actuators. <P>SOLUTION: The steering torque of a steering member 2 is transmitted to a differential mechanism 8 through a third steering shaft 7, and distributed to the input shafts 11 of steering shafts 9, 10 by the differential mechanism 8. The rotational speeds of the input shafts 11 of the steering shafts 9, 10 are reduced through corresponding transmission mechanisms 15, 16, the rotational directions thereof are converted by corresponding transmission mechanisms 17, 19, and the rotational speeds are transmitted to corresponding steered wheels 18, 20. A control part 36 assists the steering while controlling the outputs of the actuators 13, 14 so that the steering angles of inner wheels are relatively large. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は車両用操舵装置に関するものである。   The present invention relates to a vehicle steering apparatus.

従来、ラックアンドピニオン機構を採用した車両用操舵装置では、操舵部材が操作されてステアリングシャフトが回転されると、この回転が車両の左右方向に沿ってのラック軸の軸方向移動に変換され、ラック軸の各端部にタイロッドおよびナックルアームを介して連結された転舵輪が転舵されるようになっている。
車両の旋回時に、旋回内側の転舵輪(内輪に相当)および旋回外側の転舵輪(外輪に相当)が同心円を描いて旋回するため、内輪の旋回半径を相対的に小さくする必要がある。そこで、通例、ラック軸の軸方向移動を転舵輪の舵取り回転に変換するためのリンク機構を用いることによりアッカーマン特性を得て、内輪の転舵角が相対的に大きくなるようにされている。
Conventionally, in a vehicle steering apparatus employing a rack and pinion mechanism, when the steering member is operated and the steering shaft is rotated, this rotation is converted into an axial movement of the rack shaft along the left-right direction of the vehicle, A steered wheel connected to each end of the rack shaft via a tie rod and a knuckle arm is steered.
During turning of the vehicle, the steered wheel (corresponding to the inner wheel) on the inside of the turn and the steered wheel (corresponding to the outer wheel) on the outside of the turn turn concentrically. Therefore, an Ackermann characteristic is usually obtained by using a link mechanism for converting the axial movement of the rack shaft into the steering rotation of the steered wheels so that the steered angle of the inner wheels becomes relatively large.

しかしながら、図7(a),(b)に示すように、ラック軸91の軸方向移動を、転舵輪92の舵取り回転に変換するためのリンク機構93を用いるステアリング装置では、転舵輪92の転舵角が大きくなるほど、転舵に大きなエネルギーを必要とする。
具体的には、図7(a)に示すように転舵輪92の転舵角がゼロのときには、ラック軸91の軸方向に働く駆動力をFとすると、その駆動力Fにより転舵輪92が受ける転舵トルクP1は、タイヤ中心94と揺動リンク95の端部の継手中心からなる作用点96との距離L(モーメントの仮想腕97の長さに相当)に、F×cosAを乗じたものとなる。すなわち、
P1=L×F×cos A
ただし、角度Aは、転舵角がゼロのときに、上記の仮想腕97と直交する方向が、ラック軸91の軸線98に対してなす角度である。
However, as shown in FIGS. 7A and 7B, in the steering device using the link mechanism 93 for converting the axial movement of the rack shaft 91 into the steering rotation of the steered wheel 92, the turning of the steered wheel 92 is changed. The greater the steering angle, the greater the energy required for steering.
Specifically, as shown in FIG. 7A, when the turning angle of the steered wheel 92 is zero, if the driving force acting in the axial direction of the rack shaft 91 is F, the steered wheel 92 is moved by the driving force F. The received turning torque P1 is obtained by multiplying the distance L (corresponding to the length of the virtual arm 97 of moment) by F × cosA between the tire center 94 and the action point 96 consisting of the joint center at the end of the swing link 95. It will be a thing. That is,
P1 = L × F × cos A
However, the angle A is an angle formed by the direction perpendicular to the virtual arm 97 with respect to the axis 98 of the rack shaft 91 when the turning angle is zero.

一方、図7(b)に示すように転舵角が大きくなると、転舵角の増大に伴って揺動リンク95の揺動角Bが大きくなる。
ラック軸91の軸方向に働く駆動力Fにより転舵輪92が受ける転舵トルクP2は、上記の距離Lに、F×cos B×cos Cを乗じたものとなる。
P2=L×F×cos B×cos C
ただし、角度Bは、その転舵角のときに、揺動リンク95の軸線99がラック軸91の軸線98に対してなす角度であり、角度Cは、その転舵角のときに、上記の仮想腕97と直交する方向が揺動リンク95の軸線99となす角度である。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the turning angle increases, the swing angle B of the swing link 95 increases as the turning angle increases.
The steered torque P2 received by the steered wheels 92 by the driving force F acting in the axial direction of the rack shaft 91 is obtained by multiplying the distance L by F × cos B × cos C.
P2 = L × F × cos B × cos C
However, the angle B is an angle formed by the axis 99 of the swing link 95 with respect to the axis 98 of the rack shaft 91 at the turning angle, and the angle C is the above-mentioned at the turning angle. The direction perpendicular to the virtual arm 97 is an angle with the axis 99 of the swing link 95.

このように、ラック軸91に同じ駆動力Fを与えても、転舵角に応じて、転舵トルクが異なり、通例、同じ転舵トルク(転舵力)を得るためには、図8に示すように、転舵角の増大に応じて、ラック軸91の駆動力Fを増加させて、転舵エネルギを増大させる必要がある。
このため、エネルギ効率が悪く、転舵のためのアクチュエータとして高い出力が要求され、省エネルギに反する。また、タイヤの摩耗が大きいという問題がある。
In this way, even when the same driving force F is applied to the rack shaft 91, the steering torque varies depending on the turning angle. Usually, in order to obtain the same turning torque (steering force), FIG. As shown, it is necessary to increase the driving energy F of the rack shaft 91 and increase the turning energy in accordance with the increase in the turning angle.
For this reason, energy efficiency is bad, a high output is requested | required as an actuator for steering, and it is contrary to energy saving. In addition, there is a problem that tire wear is large.

ところで、四輪操舵の電気自動車において、各車輪の向きを任意の方向に変化させることが提案されている(例えば特許文献1参照)。
特許第2962364号公報
Incidentally, in a four-wheel steering electric vehicle, it has been proposed to change the direction of each wheel in an arbitrary direction (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent No. 29602364

一方、電動モータの動力を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置において、近年、高出力化が要望されている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、アクチュエータの出力を低減し、効率的な操舵が可能である車両用操舵装置を提供することを目的とする。
On the other hand, in recent years, there has been a demand for higher output in an electric power steering apparatus that assists steering using the power of an electric motor.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can reduce the output of an actuator and perform efficient steering.

上記目的を達成するため、本発明は、車両の左右に配置され、それぞれ対応する舵取り中心軸(21,22) の回りに回転する第1および第2の転舵輪(18,20) と、車両の左右方向に延びる回転可能な第1および第2の転舵軸(9,10)と、各転舵軸の回転をそれぞれ対応する転舵輪に伝達する第1および第2の伝達機構(17,19) と、操舵部材(2) に連なる操舵軸(7) のトルクを第1および第2の転舵軸に配分する差動機構(8) と、それぞれ対応する転舵軸を回転駆動する第1および第2のアクチュエータ(13,14) と、を備えることを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the present invention provides first and second steered wheels (18, 20) that are arranged on the left and right sides of a vehicle and rotate around corresponding steering center axes (21, 22), First and second steered shafts (9, 10) that extend in the left-right direction, and first and second transmission mechanisms (17, 10) that transmit the rotation of each steered shaft to the corresponding steered wheels, respectively. 19), a differential mechanism (8) for distributing the torque of the steering shaft (7) connected to the steering member (2) to the first and second steered shafts, and a first drive mechanism for rotationally driving the corresponding steered shafts. And the first and second actuators (13, 14).

従来のリンク機構を用いて直線運動を回転運動に変換する転舵機構では、転舵角が大きくなるにつれて転舵に要するエネルギが増大するという問題があった。これに対し、本発明では、個別のアクチュエータで駆動された第1および第2の転舵軸の回転が、対応する伝達機構を介して対応する転舵輪に伝達されるので、総ての転舵角範囲において転舵に要するエネルギが一定となる。このため、エネルギー効率に優れている。転舵に要するアクチュエータの出力を低減し、省エネルギに寄与することができる。   In a turning mechanism that converts linear motion into rotational motion using a conventional link mechanism, there is a problem that the energy required for turning increases as the turning angle increases. On the other hand, in the present invention, the rotation of the first and second steered shafts driven by the individual actuators is transmitted to the corresponding steered wheels via the corresponding transmission mechanism, so that all the steered wheels are steered. The energy required for steering is constant in the angular range. For this reason, it is excellent in energy efficiency. The output of the actuator required for turning can be reduced and it can contribute to energy saving.

各転舵軸は、差動機構に連結された入力軸(11)と、対応する転舵輪に連結された出力軸(12)と、を含み、入力軸と出力軸との間に変速機構(15,16) が介在している場合がある(請求項2)。この場合、アクチュエータの動力を減速して所要の転舵力と所要の転舵量を実現することができる。
各伝達機構は、対応する舵取り中心軸の回りに対応する転舵輪と同行回転する被動部材(24)と、この被動部材とトルク伝達可能に連結され、対応する転舵軸と連動して回転する駆動部材(23)とを含む場合がある(請求項3)。この場合、各転舵軸の回転を駆動部材および被動部材を介して対応する転舵輪に伝達することができる。
Each steered shaft includes an input shaft (11) coupled to a differential mechanism and an output shaft (12) coupled to a corresponding steered wheel, and a speed change mechanism ( 15,16) may be present (claim 2). In this case, the power of the actuator can be decelerated to achieve a required turning force and a required turning amount.
Each transmission mechanism is connected to a corresponding driven wheel (24) that rotates together with the corresponding steered wheel around the corresponding steering center axis, and is connected to the driven member so as to transmit torque, and rotates in conjunction with the corresponding steered shaft. And a drive member (23). In this case, the rotation of each steered shaft can be transmitted to the corresponding steered wheels via the drive member and the driven member.

上記の伝達機構としては、回転を伝達することができるものであればよく、例えば、ギヤ機構、プーリ・ベルト機構、チェーン・スプロケット機構等を用いることができる。
上記被動部材は被動ギヤ(24)を含み、上記駆動部材は上記被動ギヤと噛み合う駆動ギヤ(23)を含む場合がある(請求項4)。この場合、伝達機構の伝達比(減速比)等を容易に設定することができる。
The transmission mechanism may be any mechanism that can transmit rotation. For example, a gear mechanism, a pulley / belt mechanism, a chain / sprocket mechanism, or the like can be used.
The driven member may include a driven gear (24), and the drive member may include a drive gear (23) that meshes with the driven gear (claim 4). In this case, the transmission ratio (reduction ratio) of the transmission mechanism can be easily set.

上記被動ギヤはウォームホイール(24)を含み、上記駆動ギヤはウォーム(23)を含む場合がある(請求項5)。この場合、逆効率を高くすることができ、路面からの過大な入力が操舵部材側に伝達されることを抑制することができる。
車両の旋回内側の転舵輪の転舵角 (α) が旋回外側の転舵輪の転舵角 (β) よりも大きくなるように、第1および第2のアクチュエータを制御する制御部(36)を備える場合がある(請求項6)。この場合、従来のアッカーマン機構と同様にして、内輪と外輪の旋回半径の差を吸収することができる。
The driven gear may include a worm wheel (24), and the drive gear may include a worm (23). In this case, reverse efficiency can be increased, and transmission of excessive input from the road surface to the steering member side can be suppressed.
A controller (36) for controlling the first and second actuators so that the turning angle (α) of the steered wheels inside the turning of the vehicle is larger than the steered angle (β) of the steered wheels outside the turning. (Claim 6). In this case, the difference in turning radius between the inner ring and the outer ring can be absorbed in the same manner as the conventional Ackermann mechanism.

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。   In the above description, the alphanumeric characters in parentheses represent reference numerals of corresponding components in the embodiments described later, but the scope of the claims is not limited by these reference numerals.

本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明の一実施の形態の制御装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図1を参照して、電動パワーステアリング装置(EPS) 1は、ステアリングホイール等の操舵部材2に連結している第1の操舵軸3と、この第1の操舵軸3に自在継手4を介して連結された中間軸としての第2の操舵軸5と、この第2の操舵軸5に自在継手6を介して連結された第3の操舵軸7と、この第3の操舵軸7と差動機構8を介してトルク伝達可能に連結された第1および第2の転舵軸9,10とを備えている。
A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering device to which a control device according to an embodiment of the present invention is applied. Referring to FIG. 1, an electric power steering device (EPS) 1 includes a first steering shaft 3 connected to a steering member 2 such as a steering wheel, and a universal joint 4 connected to the first steering shaft 3. And a second steering shaft 5 as an intermediate shaft connected to each other, a third steering shaft 7 connected to the second steering shaft 5 via a universal joint 6, and a difference from the third steering shaft 7. The first and second steered shafts 9 and 10 are connected via a moving mechanism 8 so that torque can be transmitted.

図示していないが、各転舵軸9,10は、ハウジングによって軸受を介して回転可能に且つ軸方向移動が規制されて支持されている。
各転舵軸9,10は、同軸上に相対回転可能に連結された入力軸11および出力軸12を備えている。各転舵軸9,10の入力軸11は、差動機構8に連結されている。
第1の転舵軸9の入力軸11は、例えば同軸のブラシレスモータからなる第1のアクチュエータ13によって回転駆動され、第2の転舵軸10の入力軸11は、例えば同軸のブラシレスモータからなる第2のアクチュエータ14によって回転駆動されるようになっている。
Although not shown, each of the steered shafts 9 and 10 is supported by a housing so as to be rotatable via a bearing and restricted in axial movement.
Each of the steered shafts 9 and 10 includes an input shaft 11 and an output shaft 12 that are coaxially connected so as to be relatively rotatable. The input shaft 11 of each of the steered shafts 9 and 10 is connected to the differential mechanism 8.
The input shaft 11 of the first steered shaft 9 is rotationally driven by a first actuator 13 made of, for example, a coaxial brushless motor, and the input shaft 11 of the second steered shaft 10 is made of, for example, a coaxial brushless motor. The second actuator 14 is rotationally driven.

また、第1の転舵軸9の入力軸11と出力軸12との間に、第1の変速機構15が設けられ、第2の転舵軸10の入力軸11と出力軸12との間に、第2の変速機構16が設けられている。
第1の転舵軸9の出力軸12は、第1の伝達機構17を介して第1の転舵輪18に回転伝達可能に連結されている。第2の転舵軸10の出力軸12は、第2の伝達機構19を介して第2の転舵輪20に回転伝達可能に連結されている。
Further, a first speed change mechanism 15 is provided between the input shaft 11 and the output shaft 12 of the first steered shaft 9, and between the input shaft 11 and the output shaft 12 of the second steered shaft 10. In addition, a second speed change mechanism 16 is provided.
The output shaft 12 of the first steered shaft 9 is connected to the first steered wheel 18 through the first transmission mechanism 17 so as to be able to transmit rotation. The output shaft 12 of the second steered shaft 10 is connected to the second steered wheel 20 through the second transmission mechanism 19 so as to be able to transmit rotation.

第1の転舵輪18は、車体によって、第1の舵取り中心軸21の回りに回転可能に支持されている。同様に、第2の転舵輪10は、車体によって、第2の舵取り中心軸22の回りに回転可能に支持されている。
各伝達機構17,19は、対応する転舵軸9,10の出力軸12に形成された駆動ギヤとしてのウォーム23と、対応する舵取り中心軸21,22の回りに、対応する転舵輪18,20と同行回転可能に設けられた被動ギヤとしてのウォームホイール24とを備えたウォームギヤ機構からなる。
The first steered wheel 18 is supported by the vehicle body so as to be rotatable around the first steering center shaft 21. Similarly, the second steered wheel 10 is supported by the vehicle body so as to be rotatable around the second steering center axis 22.
Each transmission mechanism 17, 19 has a worm 23 as a drive gear formed on the output shaft 12 of the corresponding steered shaft 9, 10 and a corresponding steered wheel 18, around the corresponding steering center shaft 21, 22. 20 and a worm gear mechanism provided with a worm wheel 24 as a driven gear provided so as to be able to rotate together.

各転舵輪18,20は、対応する舵取り中心軸21,22の回りに回動可能に設けられた対応する転舵輪支持部材25,26に、同行回転可能に取り付けられている。また、各伝達機構17,19のウォームホイール24は、対応する転舵輪支持部材25,26に同行回転可能に取り付けられている。
差動機構8は、第3の操舵軸7と同行回転するデフケース27内に配置されたベベルギヤ式の差動機構である。第3の操舵軸7と同行回転するベベルギヤ28と、デフケース27と同行回転するリング状のベベルギヤ29とが噛み合わされており、これらのベベルギヤ28,29によって、第3の操舵軸7の回転がデフケース27に伝達されるようになっている。
Each steered wheel 18, 20 is attached to a corresponding steered wheel support member 25, 26 provided so as to be rotatable about the corresponding steering center shaft 21, 22 so as to be able to rotate together. Moreover, the worm wheel 24 of each transmission mechanism 17 and 19 is attached to the corresponding steered wheel support members 25 and 26 so as to be able to rotate together.
The differential mechanism 8 is a bevel gear type differential mechanism disposed in a differential case 27 that rotates along with the third steering shaft 7. A bevel gear 28 that rotates together with the third steering shaft 7 and a ring-shaped bevel gear 29 that rotates together with the differential case 27 are engaged with each other, and the rotation of the third steering shaft 7 is controlled by the bevel gears 28 and 29. 27 is transmitted.

差動機構8は、デフケース27内に回転可能に支持された入力側となる2つの第1ベベルギヤ30と、これらの第1のベベルギヤ30を介して互いに連結された出力側となる第2ベベルギヤ31および第3ベベルギヤ32とを備えている。
操舵部材2の操舵角θを検出する操舵角センサ33と、操舵部材2に付与される操舵トルクTを検出するトルクセンサ34と、車両の走行速度(車速V)を検出する車速センサ35とが設けられている。各センサ33〜35の検出値は、電子制御ユニット(ECU)からなる制御部36に入力される。
The differential mechanism 8 includes two first bevel gears 30 on the input side that are rotatably supported in the differential case 27, and a second bevel gear 31 on the output side that is connected to each other via these first bevel gears 30. And a third bevel gear 32.
A steering angle sensor 33 that detects the steering angle θ of the steering member 2, a torque sensor 34 that detects the steering torque T applied to the steering member 2, and a vehicle speed sensor 35 that detects the traveling speed (vehicle speed V) of the vehicle. Is provided. The detection value of each sensor 33-35 is input into the control part 36 which consists of an electronic control unit (ECU).

制御部36では、検出された操舵トルクTおよび車速Vに基づいて、予め記憶された制御マップを用いて、各アクチュエータ13,14を駆動制御し、これにより、対応する転舵軸9,10に操舵補助力が付与されるようになっている。
また、制御部36では、図2に示すフローチャートに基づいて、第1および第2の転舵輪18,20の転舵角α,βを制御している。すなわち、まず、各センサ33〜35の検出値が入力され(ステップS1)、操舵角センサ33から入力された操舵角θに基づいて、操舵方向が右方向である(右操舵)か否かを判断する(ステップS2)。
Based on the detected steering torque T and vehicle speed V, the control unit 36 drives and controls the actuators 13 and 14 using a pre-stored control map, whereby the corresponding steered shafts 9 and 10 are controlled. A steering assist force is applied.
Further, the control unit 36 controls the turning angles α and β of the first and second steered wheels 18 and 20 based on the flowchart shown in FIG. That is, first, detection values of the sensors 33 to 35 are input (step S1), and based on the steering angle θ input from the steering angle sensor 33, it is determined whether or not the steering direction is the right direction (right steering). Judgment is made (step S2).

右操舵である場合には(ステップS2でYES)、その操舵角θに基づいて、内輪となる右側の第2の転舵輪20の転舵角の目標値β1が、外輪となる左側の第1の転舵輪18の転舵角の目標値α1よりも大きくなるように、各目標値α1,β1を設定する(ステップS3)。
左操舵である場合には(ステップS2でNO)、内輪となる第1の転舵輪18の転舵角の目標値α1が、外輪となる右側の第2の転舵輪20の転舵角の目標値β1よりも大きくなるように、各目標値α1,β1を設定する(ステップS4)。
In the case of right steering (YES in step S2), based on the steering angle θ, the target value β1 of the turning angle of the second turning wheel 20 on the right side serving as the inner wheel is the first value on the left side serving as the outer wheel. The target values α1 and β1 are set so as to be larger than the target value α1 of the steered angle of the steered wheels 18 (step S3).
In the case of left steering (NO in step S2), the target value α1 of the turning angle of the first steered wheel 18 serving as the inner wheel is the target of the steered angle of the right second steered wheel 20 serving as the outer wheel. Each target value α1, β1 is set so as to be larger than the value β1 (step S4).

具体的には、操舵角θが大きくなるほど、転舵角の目標値α1,β1の差分Δが大きくなるように設定される。
次いで、ステップS5において、各アクチュエータ13,14の出力の目標値Q1,Q2が設定される。具体的には、まず、トルクセンサ34により検出された操舵トルクTおよび車速センサ35により検出された車速Vに基づいて、各アクチュエータ13,14の基準出力QRを決定する。
Specifically, the difference Δ between the target values α1 and β1 of the turning angle is set to increase as the steering angle θ increases.
Next, in step S5, target values Q1 and Q2 of the outputs of the actuators 13 and 14 are set. Specifically, first, the reference output QR of each actuator 13, 14 is determined based on the steering torque T detected by the torque sensor 34 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 35.

旋回内側の転舵輪18または20の転舵角に対応するアクチュエータ13または14の出力の目標値Q1は、上記の基準出力QRに、上記差分Δに応じた補正量QAを加算して設定される(Q1=Q+QA)。
また、旋回外側の転舵輪の転舵角に対応するアクチュエータの出力の目標値Q2は、上記差分Δに応じた補正量QAを減算して設定される(Q2=Q−QA)。
The target value Q1 of the output of the actuator 13 or 14 corresponding to the turning angle of the steered wheels 18 or 20 inside the turn is set by adding the correction amount QA corresponding to the difference Δ to the reference output QR. (Q1 = Q + QA).
Further, the target value Q2 of the actuator output corresponding to the turning angle of the turning wheel outside the turn is set by subtracting the correction amount QA corresponding to the difference Δ (Q2 = Q−QA).

制御部36は、このようにして設定した目標値Q1,Q2に基づいて、各アクチュエータ13,14を駆動制御する(ステップS6)。
このようにして、従来のアッカーマン機構と同様にして、旋回内側の転舵輪(内輪)と旋回外側の転舵輪(外輪)の旋回半径の差を吸収し、同時に操舵補助が達成される。
模式図である図3を参照して、第1のアクチュエータ13は、出力軸12の外周に同行回転可能に取り付けられたロータ38と、このロータ38の周囲を取り囲み、筒状のハウジングの内周に固定されたステータ39とを備えるブラシレスモータからなる。図示していないが、第2のアクチュエータ14についても同様の構成である。
The controller 36 controls driving of the actuators 13 and 14 based on the target values Q1 and Q2 set in this way (step S6).
In this manner, the difference in turning radius between the turning wheel (inner wheel) on the turning inner side and the turning wheel (outer wheel) on the turning outer side is absorbed similarly to the conventional Ackermann mechanism, and at the same time, steering assist is achieved.
Referring to FIG. 3, which is a schematic diagram, the first actuator 13 includes a rotor 38 that is rotatably attached to the outer periphery of the output shaft 12, and surrounds the periphery of the rotor 38, and the inner periphery of the cylindrical housing. And a stator 39 fixed to the brushless motor. Although not shown, the second actuator 14 has the same configuration.

各変速機構15,16は、ウェーブジェネレータ40と、フレクスプライン41と、サーキュラースプライン42とを備えている。
ウェーブジェネレータ40は、対応する転舵軸9,10の入力軸11の端部に同行回転可能に取り付けられている。ウェーブジェネレータ40は、対応する転舵軸9,10の入力軸11の端部に同行回転可能に取り付けられた楕円状カム43と、この楕円状カム43の外周に嵌め合わされたボールベアリング44とを含む。図示していないが、ボールベアリング44の内輪が楕円状カム43に固定され、外輪がボールを介して弾性変形するようにされている。
Each transmission mechanism 15, 16 includes a wave generator 40, a flex spline 41, and a circular spline 42.
The wave generator 40 is attached to the ends of the input shafts 11 of the corresponding steered shafts 9 and 10 so as to be able to rotate together. The wave generator 40 includes an elliptical cam 43 that is rotatably attached to the end of the input shaft 11 of the corresponding steered shafts 9 and 10, and a ball bearing 44 that is fitted to the outer periphery of the elliptical cam 43. Including. Although not shown, the inner ring of the ball bearing 44 is fixed to the elliptical cam 43, and the outer ring is elastically deformed via the ball.

フレクスプライン41は、薄肉カップ状の金属弾性体からなり、その外歯41aが形成されている。フレクスプライン41の底となるダイヤフラム41bに上記出力軸12が取り付けられている。
サーキュラースプライン42は、リング状をなす剛体からなり、車体に固定されている。サーキュラースプライン42は、フレクスプライン41の外歯41aと噛み合う内歯42aを有している。サーキュラースプライン42の内歯42aの歯数は、フレクスプライン41の外歯41aの歯数よりも、複数枚、例えば2枚多くされている。
The flex spline 41 is made of a thin cup-shaped metal elastic body, and has outer teeth 41a. The output shaft 12 is attached to a diaphragm 41b which is the bottom of the flexspline 41.
The circular spline 42 is formed of a rigid body having a ring shape and is fixed to the vehicle body. The circular spline 42 has internal teeth 42 a that mesh with the external teeth 41 a of the flex spline 41. The number of teeth of the inner teeth 42a of the circular spline 42 is increased by a plurality of, for example, two, more than the number of teeth of the outer teeth 41a of the flexspline 41.

図4を参照して、入力軸11の回転に伴ってウェーブジェネレータ40を回転させれば、フレクスプライン41は、そのウェーブジェネレータ40によって楕円状に撓められる。その楕円の長軸部分における2箇所でフレクスプライン41の外歯41aが、サーキュラースプライン42の内歯42aと噛合し、短軸部分においては外歯41aが内歯42aとは完全に離れた状態となる。   Referring to FIG. 4, if the wave generator 40 is rotated with the rotation of the input shaft 11, the flex spline 41 is bent into an elliptical shape by the wave generator 40. The outer teeth 41a of the flex spline 41 are engaged with the inner teeth 42a of the circular spline 42 at two positions in the long axis portion of the ellipse, and the outer teeth 41a are completely separated from the inner teeth 42a in the short axis portion. Become.

サーキュラースプライン42は固定されているので、ウェーブジェネレータ40の回転に伴って、フレクスプライン41の外歯41aとサーキュラースプライン42の内歯42aとの噛み合い位置が、サーキュラースプライン42の周方向に順次移動していく。 具体的には、ウェーブジェネレータ40が時計回りに1回転すると、フレクスプライン41はサーキュラースプライン42よりも歯数差分、例えば2枚分だけ、反時計回りに移動することになる。このサーキュラースプライン42の回転が出力軸12の回転として出力されることになる。   Since the circular spline 42 is fixed, the meshing position of the external teeth 41a of the flex spline 41 and the internal teeth 42a of the circular spline 42 sequentially moves in the circumferential direction of the circular spline 42 as the wave generator 40 rotates. To go. Specifically, when the wave generator 40 rotates once in the clockwise direction, the flex spline 41 moves counterclockwise by a difference in the number of teeth, for example, two sheets, from the circular spline 42. The rotation of the circular spline 42 is output as the rotation of the output shaft 12.

操舵部材2が操作されると、その操舵部材2の操舵トルクが第1、第2および第3の操舵軸3,5,7を介して差動機構8に伝達され、その差動機構8によって第1および第2の転舵軸9,10の入力軸11に配分される。各転舵軸9,10の入力軸11の回転は、対応する変速機構15,16を介して減速され、対応する伝達機構17,19によって回転方向を変換されて、対応する転舵輪18,20伝達される。また、制御部36によって制御された各アクチュエータ13,14の発生する操舵補助力が対応する転舵軸9,10に付与され、操舵補助されるとともに、上述したように、内輪の転舵角が相対的に大きくなるように、各アクチュエータ13,14の出力が調整される。   When the steering member 2 is operated, the steering torque of the steering member 2 is transmitted to the differential mechanism 8 via the first, second and third steering shafts 3, 5, 7. The first and second steered shafts 9 and 10 are distributed to the input shaft 11. The rotation of the input shaft 11 of each steered shaft 9, 10 is decelerated via the corresponding transmission mechanism 15, 16, the direction of rotation is changed by the corresponding transmission mechanism 17, 19, and the corresponding steered wheel 18, 20. Communicated. Further, the steering assist force generated by the actuators 13 and 14 controlled by the control unit 36 is applied to the corresponding turning shafts 9 and 10 to assist the steering, and as described above, the turning angle of the inner wheel is changed. The outputs of the actuators 13 and 14 are adjusted so as to be relatively large.

上述した図7(a),(b)の従来のリンク機構93では、転舵角が大きくなるにつれて転舵に要するエネルギが増大するという問題があった。
これに対し、本実施の形態では、図5(a),(b)に示すように、第1の転舵軸9の回転をウォームギヤ機構からなる第1の伝達機構17を介して、第1の転舵輪18に伝達しており、第1の伝達機構17の被動ギヤとしてのウォームホイール24が第1の舵取り中心軸21の回りに、第1の転舵輪18と同行回転するようにしてある。
The conventional link mechanism 93 shown in FIGS. 7A and 7B has a problem that the energy required for turning increases as the turning angle increases.
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, the first turning shaft 9 is rotated through the first transmission mechanism 17 including the worm gear mechanism. The worm wheel 24 as a driven gear of the first transmission mechanism 17 is configured to rotate along with the first steered wheel 18 around the first steering center shaft 21. .

したがって、第1の転舵軸9のウォーム23の回転に伴って、ウォーム23からウォームホイール24の接線方向(第1の転舵軸9の軸方向に相当)に与えられる駆動力Fにウォームホイール23のピッチ円半径rを乗じたものが、転舵トルクPとなり、この転舵トルクPの値は、転舵角の大小に拘らず、一定である。すなわち、図6に示すように、転舵に要するエネルギが転舵角に拘らず一定となる。このため、エネルギー効率に優れており、転舵に要する各アクチュエータ13,14の出力を低減し、省エネルギに寄与することができる。   Therefore, as the worm 23 of the first steered shaft 9 rotates, the worm wheel is subjected to the driving force F applied from the worm 23 to the tangential direction of the worm wheel 24 (corresponding to the axial direction of the first steered shaft 9). A value obtained by multiplying the pitch circle radius r by 23 becomes the turning torque P, and the value of the turning torque P is constant regardless of the turning angle. That is, as shown in FIG. 6, the energy required for turning is constant regardless of the turning angle. For this reason, it is excellent in energy efficiency, the output of each actuator 13 and 14 required for steering can be reduced, and it can contribute to energy saving.

各転舵軸9,10の入力軸11と出力軸12との間に変速機構15,16が介在しているので、各アクチュエータ13,14の動力を減速して所要の転舵力と所要の転舵量を実現することができる。また、第1および第2の転舵輪18,20の独立操舵が実質的に可能となる。
また、各転舵軸9,10の回転を対応する転舵輪18、20に伝達する第1および第2の伝達機構17,19として、ウォームギヤ機構を採用しているので、伝達比(減速比)等を容易に設定することができる。また、逆効率を高くすることができ、路面からの過大な入力が操舵部材2側に伝達されることを抑制することができる。
Since the speed change mechanisms 15 and 16 are interposed between the input shaft 11 and the output shaft 12 of the steered shafts 9 and 10, the power of the actuators 13 and 14 is decelerated to obtain the required steered force and the required A steering amount can be realized. Further, the independent steering of the first and second steered wheels 18 and 20 is substantially possible.
Further, since the worm gear mechanism is employed as the first and second transmission mechanisms 17 and 19 for transmitting the rotation of the respective turning shafts 9 and 10 to the corresponding steered wheels 18 and 20, a transmission ratio (reduction ratio). Etc. can be set easily. Moreover, reverse efficiency can be made high and it can suppress that the excessive input from a road surface is transmitted to the steering member 2 side.

また、車両の旋回内側の転舵輪(内輪)の転舵角が旋回外側の転舵輪(外輪)の転舵角 (β) よりも大きくなるようにしたので、従来のアッカーマン機構と同様にして、内輪と外輪の旋回半径の差を吸収することができる。
なお、各伝達機構17,19としては、回転を伝達することができるものであればよく、例えば、他のギヤ機構や、プーリ・ベルト機構、チェーン・スプロケット機構等を用いることができる。
In addition, since the turning angle of the steered wheels (inner wheels) on the inner turning side of the vehicle is larger than the steered angle (β) of the steered wheels (outer wheels) on the outer turn side, as in the conventional Ackerman mechanism, A difference in turning radius between the inner ring and the outer ring can be absorbed.
The transmission mechanisms 17 and 19 may be any mechanism that can transmit rotation. For example, other gear mechanisms, pulley / belt mechanisms, chain / sprocket mechanisms, and the like can be used.

また、各変速機構15,16として、遊星ギヤ機構を用いるようにしてもよい。
また、差動機構8の差動を制限する差動制限機構を設けてもよい。例えば、差動機構8のデフケース27と第2および第3のベベルギヤ31,32との間に、差動制限機構としての摩擦クラッチを設けるようにしてもよい。
その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
Also, planetary gear mechanisms may be used as the transmission mechanisms 15 and 16.
Further, a differential limiting mechanism that limits the differential of the differential mechanism 8 may be provided. For example, a friction clutch as a differential limiting mechanism may be provided between the differential case 27 of the differential mechanism 8 and the second and third bevel gears 31 and 32.
In addition, various modifications can be made within the scope of the claims of the present invention.

本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の模式図である。It is a mimetic diagram of a steering device for vehicles of one embodiment of the present invention. 図1の車両用操舵装置における制御処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the control processing in the vehicle steering device of FIG. 変速機構およびアクチュエータが設けられた転舵軸の一部破断分解斜視図である。It is a partially broken exploded perspective view of a steered shaft provided with a speed change mechanism and an actuator. 変速機構の要部の正面図である。It is a front view of the principal part of a transmission mechanism. (a)および(b)は転舵軸の回転によって転舵輪が操舵されるときの原理を説明する模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram explaining the principle when a steered wheel is steered by rotation of a steered shaft. 転舵角の転舵エネルギの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship of the turning energy of a turning angle. (a)および(b)は 従来のリンク機構を用いる転舵機構において、ラック軸の軸方向移動によって転舵輪が転舵されるときの原理を説明する模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram explaining the principle when a steered wheel is steered by the axial movement of a rack shaft in a steered mechanism using a conventional link mechanism. 従来の転舵機構において、転舵角と転舵エネルギの関係を示すグラフ図である。In the conventional turning mechanism, it is a graph which shows the relationship between turning angle and turning energy.

符号の説明Explanation of symbols

1…車両用操舵装置、2…操舵部材、7…第3の操舵軸、8…差動機構、9…第1の転舵軸、10…第2の転舵軸、11…入力軸、12…出力軸、13…第1のアクチュエータ、14…第2のアクチュエータ、15…第1の変速機構、16…第2の変速機構、17…第1の伝達機構、18…第1の転舵輪、19…第2の伝達機構、20…第2の転舵輪、21…第1の舵取り中心軸、22…第2の舵取り中心軸、23…ウォーム(駆動ギヤ。駆動部材)、24…ウォームホイール(被動ギヤ。被動部材)、33…操舵角センサ、34…トルクセンサ、35…車速センサ、36…制御部、37…ロータ、39…ステータ、40…ウェーブジェネレータ、41…フレクスプライン、41a…外歯、42…サーキュラースプライン、42a…内歯、43…楕円状カム、44…ボールベアリング   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle steering device, 2 ... Steering member, 7 ... 3rd steering shaft, 8 ... Differential mechanism, 9 ... 1st turning shaft, 10 ... 2nd turning shaft, 11 ... Input shaft, 12 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Output shaft, 13 ... 1st actuator, 14 ... 2nd actuator, 15 ... 1st speed change mechanism, 16 ... 2nd speed change mechanism, 17 ... 1st transmission mechanism, 18 ... 1st steered wheel, DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... 2nd transmission mechanism, 20 ... 2nd steered wheel, 21 ... 1st steering center axis | shaft, 22 ... 2nd steering center axis | shaft, 23 ... Worm (drive gear. Drive member), 24 ... Worm wheel ( Driven gear, driven member), 33 ... steering angle sensor, 34 ... torque sensor, 35 ... vehicle speed sensor, 36 ... control unit, 37 ... rotor, 39 ... stator, 40 ... wave generator, 41 ... flexspline, 41a ... external teeth 42 ... circular spline, 42a ... inner teeth, 4 ... elliptical cam, 44 ... ball bearings

Claims (6)

車両の左右に配置され、それぞれ対応する舵取り中心軸の回りに回転する第1および第2の転舵輪と、
車両の左右方向に延びる回転可能な第1および第2の転舵軸と、
各転舵軸の回転をそれぞれ対応する転舵輪に伝達する第1および第2の伝達機構と、
操舵部材に連なる操舵軸のトルクを第1および第2の転舵軸に配分する差動機構と、
それぞれ対応する転舵軸を回転駆動する第1および第2のアクチュエータと、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
First and second steered wheels that are arranged on the left and right sides of the vehicle and rotate around the corresponding steering center axis;
Rotatable first and second steered shafts extending in the left-right direction of the vehicle;
First and second transmission mechanisms for transmitting the rotation of each steered shaft to the corresponding steered wheels;
A differential mechanism that distributes the torque of the steering shaft connected to the steering member to the first and second steered shafts;
A vehicle steering apparatus comprising: first and second actuators that respectively rotate and drive corresponding steering shafts.
請求項1において、各転舵軸は、差動機構に連結された入力軸と、対応する転舵輪に連結された出力軸と、を含み、入力軸と出力軸との間に変速機構が介在していることを特徴とする車両用操舵装置。   In Claim 1, each steered shaft includes an input shaft coupled to a differential mechanism and an output shaft coupled to a corresponding steered wheel, and a speed change mechanism is interposed between the input shaft and the output shaft. A steering apparatus for a vehicle. 請求項1または2において、各伝達機構は、対応する舵取り中心軸の回りに対応する転舵輪と同行回転する被動部材と、この被動部材とトルク伝達可能に連結され、対応する転舵軸と連動して回転する駆動部材とを含むことを特徴とする車両用操舵装置。   3. The transmission mechanism according to claim 1, wherein each transmission mechanism is connected to a corresponding steered wheel around a corresponding steering center axis, and a driven member that rotates together with the corresponding steered wheel. And a driving member that rotates. 請求項3において、上記被動部材は被動ギヤを含み、上記駆動部材は上記被動ギヤと噛み合う駆動ギヤを含むことを特徴とする車両用操舵装置。   4. The vehicle steering apparatus according to claim 3, wherein the driven member includes a driven gear, and the driving member includes a driving gear that meshes with the driven gear. 請求項4において、上記被動ギヤはウォームホイールを含み、上記駆動ギヤはウォームを含むことを特徴とする車両用操舵装置。   5. The vehicle steering apparatus according to claim 4, wherein the driven gear includes a worm wheel, and the drive gear includes a worm. 請求項1ないし5の何れか1項において、車両の旋回内側の転舵輪の転舵角が旋回外側の転舵輪の転舵角よりも大きくなるように、第1および第2のアクチュエータを制御する制御部を備えることを特徴とする車両用操舵装置。   6. The first and second actuators according to claim 1, wherein the first and second actuators are controlled so that a turning angle of a steered wheel inside the turning of the vehicle is larger than a turning angle of a steered wheel outside the turning. A vehicle steering apparatus comprising a control unit.
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