JPH11263234A - 減速器を備えた電動式ステアリングシステム - Google Patents

減速器を備えた電動式ステアリングシステム

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JPH11263234A
JPH11263234A JP1470699A JP1470699A JPH11263234A JP H11263234 A JPH11263234 A JP H11263234A JP 1470699 A JP1470699 A JP 1470699A JP 1470699 A JP1470699 A JP 1470699A JP H11263234 A JPH11263234 A JP H11263234A
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JP
Japan
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axis
gear
drive
steering system
rack
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Application number
JP1470699A
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English (en)
Inventor
Wangquan Cheng
ワンクアン・チェン
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Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Original Assignee
TRW Inc
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/32—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H2001/328—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear comprising balancing means

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Retarders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車輛のハンドルを廻したときに動かすことが
できる操舵可能なホイールを持つ車輛用のラックアンド
ピニオン式電動補力ステアリングシステムを提供する。 【解決手段】 車輛用ラックアンドピニオン式電動補力
ステアリングシステム（１０）は、車輛の操舵可能なホ
イール（１６）の操舵移動を行うために直線的に移動で
きるラック（１４）を含む。このラック（１４）と係合
した第１ピニオン（３０）は車輛のハンドル（１２）に
連結されており、ハンドルを廻すと第１軸線（３２）を
中心として回転し、ラックを直線的に移動する。電動補
力モータ（４０）は、ラック（１４）に沿って第１軸線
（３２）から離間された第２軸線（５２）を中心として
回転自在のシャフト（４２）を有する。ラック（１４）
と係合した第２ピニオン（５０）は、モータ（４０）に
よって第２軸線（５２）を中心として回転自在である。
サイクロイド減速器（６０）がモータシャフト（４２）
と第２ピニオン（５０）との間に連結されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車輛の操舵可能な
ホイールの向きを変えるために直線的に移動できるラッ
クを含む車輛用ラックアンドピニオン式ステアリングシ
ステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】一つの種類のラックアンドピニオンステ
アリングシステムでは、ラックは、電動補力モータを通
って軸線方向に延びている。モータを作動させることに
よって、ラックのねじ部分と係合したボールナットを回
転する。回転するボールナットは、ラックを直線的に駆
動する。ボールナットは、モータとラックとの間で減速
器として作用する。
【０００３】別の種類の電動補力ステアリングシステム
では、車輛のハンドルが第１ピニオンにこのピニオンと
ともに回転するように連結されている。電動補力モータ
は、ラックに沿って第１ピニオンから離間された第２ピ
ニオンを駆動する。斜歯歯車減速器等の別の減速器をモ
ータと第２ピニオンとの間に配置する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、車輛
のハンドルを廻したときに移動できる操舵可能なホイー
ルを持つ車輛用のラックアンドピニオン式電動補力ステ
アリングシステムを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このシステムは、車輛の
操舵可能なホイールの操舵移動を行うため、直線的に移
動できるラックを有する。ラックと係合した第１ピニオ
ンが、車輛のハンドルに、車輛のハンドルを廻すことに
応じて第１軸線を中心として回転し、ラックを直線的に
移動するように連結されている。電動補力モータは、ラ
ックに沿って第１軸線から離間された第２軸線を中心と
して回転自在のシャフトを有する。第２ピニオンが、ラ
ックと係合しており、モータによって第２軸線を中心と
して回転自在である。サイクロイド減速器がモータシャ
フトと第２ピニオンとの間に連結されている。
【０００６】本発明の以上の特徴及び他の特徴は、本発
明の以下の説明を添付図面を参照して考慮することによ
って、本発明が属する技術分野の当業者に明らかになる
であろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明は、電動補力モータがピニ
オンを回転してラックを移動する車輛用電動式パワース
テアリングに関する。本発明は、様々なステアリングシ
ステム構造に適用できる。
【０００８】本発明を代表するものとして、図１は、車
輛用パワーステアリングシステム１０を概略に示す。ス
テアリングシステム１０は、運転者が操作するハンドル
１２を含み、このハンドルは、ステアリング部材即ちラ
ック１４に作動的に連結されている。ステアリング部材
１４は、タイロッド等のステアリングリンク（図示せ
ず）を介して車輛の操舵可能なホイール１６に連結され
ている。
【０００９】ステアリング部材１４は、複数のラック歯
２０を含む。ステアリング部材１４のこれらのラック歯
２０は、第１ピニオン３０の歯車歯２２と噛み合い係合
する。第１ピニオン３０は、ステアリングシステム１０
の第１軸線３２を中心として回転自在である。
【００１０】車輛用ハンドル１２は、トルクセンサハウ
ジング３６内に延びる入力シャフト３４に連結されてお
り、このシャフトとともに回転する。トルクセンサハウ
ジング３６には、全体に参照番号３８を附したトルクセ
ンサが設けられている。入力シャフト３４は、更に、ト
ーションバー（図示せず）によって第１ピニオン３０に
周知の方法で機械的に連結されている。
【００１１】トルクセンサ３８を周知の方法で作動し、
電動補力モータ４０の作動の制御を補助する。モータ４
０は、出力シャフト即ちモータシャフト４２（図２参
照）を有する。このシャフトは、電動モータの作動時に
回転し、第２ピニオン５０を第２軸線５２を中心として
回転する。第２軸線５２は、ラック１４に沿って第１軸
線３２から離間されている。第２ピニオン５０は、ステ
アリング部材１４のラック歯２０と噛み合い係合する歯
車歯を有する。
【００１２】ステアリングシステム１０は、第２ピニオ
ン５０の回転速度をモータシャフト４２の回転速度と比
較して減速するためのサイクロイド減速器を有する。減
速器６０（図２及び図３参照）はハウジング６２を含
む。減速器ハウジング６２は、主本体部分６４を有す
る。減速器ハウジング６２は、更に、ラック１４を少な
くとも部分的に包囲するラックハウジング６６の一部を
含む（ラックハウジングは、図１には示してない）。更
に、減速器ハウジング６２は、モータ４０の端キャップ
又は他の部分である端キャップ６８を含む。端キャップ
６８のベアリング６９は、モータシャフト４２を端キャ
ップに対して回転自在に支持する。複数のボルト７１が
ハウジング６２の様々な部分を固定する。
【００１３】減速器６０は、第１歯車即ち固定歯車７０
を含む。固定歯車７０は、複数の固定歯車歯７２を含
む。図示の実施例では、固定歯車歯７２は、軸線が第２
軸線５２と平行に延びる円筒形のピンである。これらの
ピン７２は、ハウジング６２の主本体部分６４の内側に
円形のアレイをなして取り付けられている。歯車歯７２
からなるアレイは、第２軸線５２上に中心を持つ。
【００１４】減速器６０は、駆動ベアリング８０を含
む。この駆動ベアリング８０は、第２軸線５２を中心と
してモータシャフトとともに回転するようにキー５４に
よってモータシャフト４２に固定されているカム８２
（図３）を有する。カム８２は、偏心した軸線８６上に
中心を持つ円形の外周８４を有する。偏心軸線８６は、
第２軸線５２から離間されており且つこの第２軸線と平
行に延びる。円形のローラーベアリング８８が、カム８
２の外周８４上で回転自在である。
【００１５】減速器６０は、ローラーベアリング８８上
で支承された駆動歯車９０の形態の第２歯車即ち移動自
在の歯車を含む。駆動歯車９０は、平らなディスク状形
体を有し、固定歯車７０の半径方向内方に配置されてい
る。駆動歯車９０は、ローラーベアリング８８上で支持
された円筒形の内周面９２を有する。
【００１６】駆動歯車９０は、駆動歯車の外周９６上に
形成された一組の歯車歯９４を含む。駆動歯車９０がハ
ウジング６２内で移動自在であるため、駆動歯車の歯車
歯９４は、ハウジングの固定歯車歯７２に対して移動自
在である。駆動歯車９０の移動自在の歯車歯９４は、駆
動歯車の内周面９２と同心の円形のアレイをなして配置
されている。駆動歯車９０の移動自在の歯車歯９４の数
は、固定歯車７０の固定歯車歯７２の数よりも一つ少な
い。
【００１７】駆動歯車９０の外径は、カム８０及びロー
ラーベアリング８８が駆動歯車９０を半径方向外方に押
圧し、カムの頂点で、ハウジング６２の固定歯車歯７２
と噛み合い係合するように選択される。歯車７０及び９
０は、固定歯車７０の周囲の一つの位置で、例えば、部
品が図３に示す位置にある場合には図３で見て頂部で係
合する。駆動歯車９０がカム８０に取り付けられている
ため、駆動歯車９０の質量中心は第２軸線５２に対して
偏心している。
【００１８】駆動開口部１１０からなる円形のアレイが
駆動歯車９０に形成されている。駆動開口部１１０は円
形形体であり、半径方向で、駆動歯車の内周９２と外周
９６との間に配置されている。駆動開口部１１０からな
るアレイは、駆動歯車９０の内周面９２と同心である。
【００１９】減速器６０は、出力部材１００を含む（図
２参照）。出力部材１００は、第２ピニオン５０ととも
に回転するようにこのピニオンに固定されている。出力
部材１００は、所望であれば、第２ピニオン５０と一部
品をなして形成されている。ハウジング６２のベアリン
グ１０２は、出力部材１００を、ハウジングに対して第
２軸線５２を中心として回転するように支持する。
【００２０】出力部材１００は、その主本体部分１０６
から駆動歯車９０に向かう方向で軸線方向に突出した円
形の駆動ピン１０４からなる円形のアレイを有する。駆
動ピン１０４の各々には、スリーブベアリング等のベア
リング１０８が支承されている。出力部材１００に設け
られた駆動ピン１０４及びベアリング１０８は、駆動歯
車９０の駆動開口部１１０に受け入れられている。駆動
歯車９０の駆動開口部１１０の直径は、第２軸線５２を
中心とした駆動歯車の軌道運動を受け入れるため、駆動
ピン１０４のベアリング１０８よりも大きい。
【００２１】駆動歯車９０のベアリング６９とは反対側
で、バランサー１２０がモータシャフト４２にキー止め
されている。バランサー１２０の質量中心は、第２軸線
５２に対して偏心している。バランサー１２０の質量中
心は、第２軸線５２を中心として、カム８０及び駆動歯
車９０の質量中心から１８０°のところに配置されてい
る。バランサー１２０は、第２軸線５２を中心としたカ
ム８０及び駆動歯車９０の偏心移動による減速器６０の
振動を最少にする。
【００２２】車輛の運転者が車輛のハンドル１２を廻し
たとき、トルクセンサ３８を含む車輛の電気回路は、ス
テアリング部材１４を移動するステアリング補力を加え
るためにモータ４０を作動させるべきかどうかを決定す
る。モータ４０が作動すると、モータシャフト４２が第
２軸線５２を中心として回転駆動される。
【００２３】モータシャフト４２にキー止めされたカム
８２は、モータの賦勢に応じて第２軸線５２を中心とし
て回転する。カム８２の回転移動は、ローラーベアリン
グ８８を通して駆動歯車９０に伝達される。駆動歯車９
０は、第２軸線５２を中心として周知の方法で軌道をな
して回転する。
【００２４】駆動歯車９０は、第２軸線５２を中心とし
たカム８２の各回転毎に、固定歯車７０に対して歯一つ
分だけ移動する。例示の実施例では、駆動歯車９０は歯
車歯９４を２９個有し、これに対して固定歯車７０は歯
車歯７２を３０個有する。従って、第２軸線５２を中心
とするモータシャフト４２及びカム８２の２９回転が第
２軸線を中心とする駆動歯車９０の１回の軌道回転をも
たらす。
【００２５】駆動歯車９０の軌道−回転運動は、ベアリ
ング１０８及び駆動ピン１０４を通して出力部材１００
に伝達される。出力部材１００は、第２軸線を中心とし
た駆動歯車９０の各回転毎に第２軸線５２を中心として
１回転する。従って、図示の実施例では、モータシャフ
ト４２及びカム８２が２９回転すると、出力部材１００
が第２軸線５２を中心として１回転する。
【００２６】第２ピニオン５０は、第２軸線５２を中心
として出力部材１００とともに回転する。第２ピニオン
５０の回転により、ラック１４を直線的に移動し、車輛
の操舵可能なホイール１６の向きを変える。
【００２７】サイクロイド減速器６０は、同じ荷重容量
及び減速比の斜歯歯車減速器よりも小径である。これ
は、斜歯歯車減速器の減速比が、噛み合う歯車間の直径
の比で決まるためである。２９：１といった比較的高い
減速比を得るには、比較的大径の斜歯歯車減速器を必要
とする。
【００２８】更に、サイクロイド減速器６０は、同じ荷
重容量及び減速比の他の減速器よりもかなり短い。軸線
方向長さが短いということは、減速器の積み重ね高さ、
即ち補力モータと第２ピニオンとの間の減速器の軸線方
向長さが、電気補力ステアリングシステムを効率的にパ
ッケージングする上で重要な寸法であるため、重要であ
る。
【００２９】サイクロイド減速器６０は、多数の歯車歯
（最大７個乃至９個）が、常に、少なくとも部分的に接
触した状態にあるため、荷重容量が比較的高い。更に、
駆動歯車９０の歯は直線状の輪郭を有する。このような
輪郭は、製造に費用が比較的にかからない。駆動歯車９
０は、小型車等の用途で必要とされているように価格及
び重量を低減するため、金属で作られているのでなく、
プラスチックから型成形できる。駆動歯車９０は、他の
設計の減速器と比較して多数の歯９４に亘って荷重が共
同で支持されるため、金属でなくプラスチックから製造
できる。
【００３０】図５は、本発明の第２実施例に従って形成
された減速器６０ａを示す。減速器６０ａは、構造及び
作動が図１乃至図４に示す減速器６０とほぼ同じであ
る。減速器６０の対応する部品と同じ又は同様の減速器
６０ａの部品には、明瞭化を図るため、添字「ａ」を附
した同じ参照番号が附してある。
【００３１】減速器６０ａは、一つの駆動歯車及びバラ
ンサーでなく、第２駆動歯車９０ｂ及び第２駆動ベアリ
ング８０ｂを含む。駆動歯車９０ｂの質量中心は、駆動
歯車９０ａの質量中心から、第２軸線５２ａを中心とし
て１８０°のところに配置されている。駆動歯車９０ｂ
は、駆動歯車９０ａと固定歯車歯との間の係合領域から
第２軸線５２ａを中心として１８０°の領域で固定歯車
歯７２ａと噛み合い係合した外部歯車歯９４ｂを有す
る。
【００３２】出力部材１００ａの駆動ピン１０４ａ及び
ベアリング１０８ａを延長し、両駆動歯車９０ａ及び９
０ｂの両方の駆動力を受け入れる。減速器６０ａは、駆
動歯車を一つだけでなく二つ備えているため、全体とし
ての大きさを増大することなく、減速器６０よりも多く
の荷重を伝達できる。両駆動歯車９０ａ及び９０ｂは、
金属でなく、プラスチックから製造できる。
【００３３】本発明の以上の説明から、当業者は本発明
の改良、変更、及び変形を考えつくであろう。当該技術
分野の通常の技術に含まれるこのような改良、変更、及
び変形は、添付の特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるサイクロイド減速器を持つステア
リングシステムの部分断面概略図である。
【図２】図１の減速器の長さ方向断面図である。
【図３】図１の減速器の半径方向断面図である。
【図４】図１の減速器の一部を形成するバランサーの平
面図である。
【図５】本発明の第２実施例に従って形成された減速器
の図２と同様の長さ方向断面図である。
【符号の説明】
１０ ラックアンドピニオン式電動補力ステアリングシ
ステム １２ ハンドル １４ ラック １６ 操舵可能なホイール ３０ 第１ピニオン ３２ 第１軸線 ４０ 電動補力モータ ４２ シャフト ５０ 第２ピニオン ５２ 第２軸線 ６０ サイクロイド減速器

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車輛のハンドルを廻したときに移動でき
    る操舵可能なホイールを持つ車輛用のラックアンドピニ
    オン式電動補力ステアリングシステムにおいて、 前記車輛の前記操舵可能なホイールの操舵移動を行うた
    め、直線的に移動できるラックと、 前記車輛のハンドルを廻すことに応じて第１軸線を中心
    として回転し、前記ラックを直線的に移動するように前
    記ラックと係合しており且つ前記車輛のハンドルに連結
    された第１ピニオンと、 前記ラックに沿って前記第１軸線から離間された第２軸
    線を中心として回転自在のシャフトを持つ電動補力モー
    タと、 前記ラックと係合しており、前記モータによって前記第
    ２軸線を中心として回転自在の第２ピニオンと、 前記モータシャフトと前記第２ピニオンとの間に連結さ
    れたサイクロイド減速器とを有する、ことを特徴とする
    ステアリングシステム。
  2. 【請求項２】 前記サイクロイド減速器は、 第１歯車と、 前記第１歯車と噛み合い係合しており、前記第１歯車に
    対して回転自在であり且つ軌道をなして移動する第２歯
    車と、 前記第２軸線を中心として前記モータシャフトとともに
    回転するように前記モータシャフトに固定されており、
    前記第２歯車を前記第２軸線を中心として軌道をなして
    移動するように支持する偏心駆動部材と、 前記第２軸線を中心として前記第２ピニオンとともに回
    転するように前記第２ピニオンに固定された出力部材
    と、 前記第２軸線を中心とした前記第２歯車の軌道移動に応
    じて、前記第２軸線を中心として前記出力部材を回転さ
    せるための手段とを有する、請求項１に記載のステアリ
    ングシステム。
  3. 【請求項３】 前記回転させるための手段は、前記第２
    歯車の駆動開口部内に軸線方向に突出した、前記出力部
    材に設けられた駆動ピンからなるアレイを含み、前記駆
    動開口部は前記駆動ピンよりも大きい、請求項２に記載
    のステアリングシステム。
  4. 【請求項４】 前記第２歯車はプラスチック製である、
    請求項１に記載のステアリングシステム。
  5. 【請求項５】 前記第２歯車は、前記第２軸線を中心と
    して互いに関して回転自在の軸線方向に離間された一対
    の駆動歯車を含み、前記駆動歯車の各々は、質量中心が
    前記第２軸線から偏心しており、前記駆動歯車の質量中
    心は、前記第２軸線を中心として互いから１８０°ずれ
    ている、請求項１に記載のステアリングシステム。
  6. 【請求項６】 前記サイクロイド減速器は、一組の内部
    歯車歯を持つハウジングと、前記第２軸線を中心として
    回転し且つ軌道運動を行うように支持された第１駆動歯
    車を有し、前記第１駆動歯車は一組の外部歯車歯を含
    み、これらの外部歯車歯の数は、前記ハウジングに設け
    られた前記内部歯車歯よりも一つ少ない、請求項１に記
    載のステアリングシステム。
  7. 【請求項７】 約２９：１の減速比を有する、請求項１
    に記載のステアリングシステム。
  8. 【請求項８】 車輛のハンドルを廻したときに移動でき
    る操舵可能なホイールを持つ車輛用のラックアンドピニ
    オン式電動補力ステアリングシステムにおいて、 前記車輛の前記操舵可能なホイールの操舵移動を行うた
    め、直線的に移動できるラックと、 前記車輛のハンドルを廻すことに応じて第１軸線を中心
    として回転し、前記ラックを直線的に移動するように前
    記ラックと係合しており且つ前記車輛のハンドルに連結
    された第１ピニオンと、 前記ラックに沿って前記第１軸線から離間された第２軸
    線を中心として回転自在のシャフトを持つ電動補力モー
    タと、 前記ラックと係合しており、前記モータによって前記第
    ２軸線を中心として回転自在の第２ピニオンと、 前記モータシャフトと前記第２ピニオンとの間に連結さ
    れた減速器とを有し、前記減速器は、 前記軸線を中心とした円形のアレイをなして配置された
    複数の内部歯車歯を持つハウジングと、 前記ハウジングに設けられた前記歯車歯の半径方向内方
    に配置された、前記ハウジングに設けられた前記内部歯
    車歯と噛み合い係合する外部歯車歯を持つ第１駆動歯車
    と、 前記第１駆動歯車の半径方向内方に配置されており、前
    記第１駆動歯車を前記ハウジング内で前記第２軸線を中
    心として軌道移動するように支持し、前記第２軸線を中
    心として前記モータシャフトとともに回転するように前
    記モータシャフトに固定された偏心駆動ベアリングと、 前記第２軸線を中心として回転するように前記ハウジン
    グ内に支持された出力部材であって、前記第２ピニオン
    が、前記第２軸線を中心として前記出力部材とともに回
    転するように前記出力部材に固定されている、出力部材
    と、 前記第２軸線を中心とした前記第１駆動歯車の軌道運動
    に応じて、前記第２軸線を中心として前記出力部材を回
    転させるための手段とを含む、ことを特徴とする、ステ
    アリングシステム。
  9. 【請求項９】 前記モータは、前記減速器を少なくとも
    部分的に包囲するハウジングを含む、請求項８に記載の
    ステアリングシステム。
  10. 【請求項１０】 前記回転させるための手段は、前記駆
    動歯車の駆動開口部内に軸線方向に突出した、前記出力
    部材に設けられた駆動ピンからなるアレイを含み、前記
    駆動開口部は前記駆動ピンよりも大きい、請求項８に記
    載のステアリングシステム。
  11. 【請求項１１】 前記ラックを少なくとも部分的に包囲
    するラックハウジングを有し、前記出力部材は、前記ラ
    ックハウジング内に回転自在に支持されている、請求項
    ８に記載のステアリングシステム。
  12. 【請求項１２】 前記駆動歯車はプラスチック製であ
    る、請求項８に記載のステアリングシステム。
  13. 【請求項１３】 前記第１駆動歯車から軸線方向に離間
    された第２駆動歯車を有し、前記第１及び第２の駆動歯
    車の各々は、質量中心が前記第２軸線から偏心してお
    り、前記第１駆動歯車の質量中心は、前記第２駆動歯車
    の質量中心から、前記第２軸線を中心として１８０°ず
    れている、請求項８に記載のステアリングシステム。
  14. 【請求項１４】 前記駆動歯車の外周に形成された一組
    の移動自在の歯車歯を含み、これらの移動自在の歯車歯
    の数は、前記ハウジングに設けられた前記内部歯車歯よ
    りも一つ少ない、請求項８に記載のステアリングシステ
    ム。
  15. 【請求項１５】 前記出力部材は、前記モータシャフト
    が前記第２軸線を中心として２９回転する毎に前記第２
    軸線を中心として１回転する、請求項８に記載のステア
    リングシステム。
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