专利名称：线控转向式转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及线控转向式(steer-by-wire)转向装置和具有该转向装置的车辆。
背景技术：
线控转向式转向装置一般由转向输入装置、从该转向输入装置机械地分离的方向盘转向装置和基于来自上述转向装置的输入控制上述方向盘转向装置的控制装置构成。作为上述的方向盘转向装置，已知有从作为转向执行器(actuator)电机通过驱动滚珠丝杆(ball screw)机构,经过转向连接(steering link)机构的横拉杆(tie rod)对转向节臂(knuckle arm)进行推拉,对转向轮赋予转向角的结构(专利文献I)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2007-326459号公报
发明内容
发明需要解决的课题上述以往的方向盘转向装置在转向轮的车轴方向排列有滚珠丝杆机构和转向连接机构，因此，需要确保车轴方向的空间。但是，在电动汽车中，相当于汽油车(gasolinevehicle)的发动机室的部分搭载有电池、逆变器等，因此，由于需要确保更宽敞的车内空间，上述以往的方向盘转向装置无法满足这样的要求。于是，本发明的第一课题在于，使线控转向方式的转向装置中的方向盘转向装置以收入在车轮罩(wheel house)内的程度尽量紧凑地构成。另外，如上所述，在使用滚珠丝杆机构的方向盘转向装置中，当从转向轮侧逆向输入时，电机从载荷侧旋转，因此，为了防止这种状况，必须总是控制电机，从而存在消耗电力并且需要逆向输入防止机构等的问题。于是，本发明的第二课题在于，能够有效地防止逆向输入。用于解决课题的技术方案为了解决上述的第一课题，本发明所涉及的线控转向式转向装置为包括转向输入装置、从该转向输入装置被机械分离的方向盘转向装置和基于来自上述转向输入装置的输入信号控制上述方向盘转向装置的控制装置，该线控转向式转向装置的特征在于上述方向盘转向装置包括方向盘转向执行器，其固定于转向轮的转向节或包括与该转向轮的转向节固定的部件的转向轮连结部件；固定于悬架(suspension)的上臂(upper arm)方向盘转向轴；固定齿轮，其以上述方向盘转向轴为中心轴并固定于上述方向盘转向轴；小齿轮(pinion gear)，其与上述固定齿轮啮合并在上述固定齿轮的外周移动；和收纳这些齿轮的齿轮盒，其中，上述方向盘转向执行器的驱动轴与上述小齿轮连结，上述固定齿轮相对于齿轮盒能够自由移动，并且上述小齿轮由齿轮盒支承，而且，上述齿轮盒固定于上述转向轮连结部件。
在上述构成的线控转向式转向装置中的方向盘转向装置中，固定齿轮固定于方向盘转向轴，另一方面，相对于齿轮盒能够自由移动，与该固定齿轮哨合的小齿轮则支承于齿轮盒，该齿轮盒与方向盘转向执行器一同固定于转向轮连结部件。因此，小齿轮受到来自固定齿轮侧的反作用力而围绕固定齿轮旋转一定角度。转向轮经由转向轮连结部件以小齿轮、齿轮盒、方向盘转向执行器为一体(整体)围绕方向盘转向轴旋转一定角度，取一定的转向角。为了解决上述的第二课题，本发明所涉及的线控转向式转向装置采用上述固定齿轮为蜗轮(worm wheel),上述小齿轮为蜗杆(worm gear)的结构。发明效果如上所述，本发明所涉及的线控转向式转向装置，由于构成该装置的方向盘转向装置由方向盘转向执行器、方向盘转向轴、固定齿轮、小齿轮、齿轮盒和根据需要的等速万向接头构成，因而紧凑，能够收纳在车辆的车轮罩内。另外，作为所述的固定齿轮和小齿轮的组合的具体构成，各自通过采用蜗轮和蜗杆的组合，不需要在驱动力的传递路径中设置其它减速机构或逆向输入断开机构，能够减少成本、实现装置的紧凑化。
图1A是表示实施方式I所涉及的线控转向式转向装置的概要的框图。图1B是图1A的方向盘转向装置的框图。图2是实施方式I的方向盘转向装置的正视图。图3是图2的一部分纵截面放大正视图。图4是图3的X-X线的截面图。图5是表示方向盘转向装置的其它的例子的正视图。图6A是表示方向盘转向轴下端的支承结构的各例的局部省略截面图。图6B是表示方向盘转向轴下端的支承结构的各例的局部省略截面图。图6C是表示方向盘转向轴下端的支承结构的各例的局部省略截面图。图6D是表示方向盘转向轴下端的支承结构的各例的局部省略截面图。
具体实施例方式下面，基于
本发明的实施方式。实施方式I图1A、图1B表示实施方式I所涉及的线控转向式转向装置的概要。如图1A所示，该线控转向式转向装置由转向输入装置11、控制装置12、方向盘转向装置13以及转向轮14构成。转向输入装置11包括设置于车辆的方向盘(Steering wheel)、操纵杆(joystick),并且将它们的运行状态转换为方向盘转向信号输入至控制装置12。控制装置12基于上述方向盘转向信号来控制方向盘转向装置13，使转向轮14转向。如图1B所示，上述的方向盘转向装置13由方向盘转向电机15、逆向输入断开机构16、减速机构17、小齿轮18以和与小齿轮18啮合的固定齿轮19构成，并且与固定于转向轮14的转向节21 (参照图2)连结。
逆向输入断开机构16由单向离合器等构成，由于车辆的振动等固定齿轮19旋转时，该转矩传递至方向盘转向电机15侧，防止方向盘转向电机15反转。减速机构17根据需要进行设置，以使方向盘转向电机15的旋转速度减至方向盘转向速度。上述固定齿轮19以转向轮14的方向盘转向轴20为中心固定于该轴。当小齿轮18和固定齿轮19为蜗杆和蜗轮时，由于兼备逆向输入部件16和减速机构17两者的功能，因此，不需要其它特别的逆向输入断开机构、减速机构。方向盘转向轴20被车辆的悬架支承，方向盘转向装置13与转向轮14构成一体(整体)，并仅以一定角度围绕方向盘转向轴20旋转，由此对转向轮14赋予规定的转向角。接着，基于图2至图6，进一步具体说明上述的线控转向式转向装置。图2表示上述的方向盘转向装置13。在转向轮14 (例如前轮)的轮固定有转向节21。此时的车辆的悬架的形式为双叉臂(double wishbone :双横臂)形式，在其上臂22的前端，以一定的倾斜角固定有方向盘转向轴20的上端。在方向盘转向轴20的中途设置有万向接头，图示的情况为等速万向接头23。方向盘转向轴20的下端(自由端)经由推力轴承(thrust bearing)25插入至设置于转向节21的凹部24 (参照图3)。在从上述方向盘转向轴20的下端延伸的延长线与转向节21的交点(参照图2 )，上述悬架的下臂(lower arm) 26经由球窝接头(ball joint :球接头)27与转向节21连结。如图3所示，上述的等速万向接头23具有与内侧接头部件28的中心连结的内侧接头部件轴29 ;和与外侧接头部件31的中心连结的外侧接头部件轴32。上述两轴29、32以同芯状态配置，两者合起来构成上述的方向盘转向轴20。内侧接头部件轴29，其上端的固定接头30固定于上臂22(参照图2)。另外，外侧接头部件轴32的下端部插入至转向节21的凹部24。车体倾斜时，悬架的上臂22和固定于该上臂22的内侧接头部件轴29与车体一体地倾斜，但是，通过等速万向接头23的作用，夕卜侧接头部件轴32的倾斜被抑制在最小限度，吸收车体倾斜的影响。为了发挥上述的功能，优选等速万向接头23的内部的松动尽量小。上述的外侧接头部件轴32的大致中间插通固定有作为上述固定齿轮19的一个例子的蜗轮33。蜗轮33收纳于齿轮盒36，该齿轮盒36经由轴承34、35以旋转自由的方式安装在外侧接头部件轴32。作为上述的小齿轮18的一个例子的蜗杆37也收纳于上述齿轮盒36，其两端轴部46、46通过轴承38、39 (参照图4)以旋转自由的方式支承于齿轮盒36。在上述齿轮盒36的局部固定有上述的方向盘转向电机15，该驱动轴47经由联轴器(coupling) 48与上述蜗杆37连结。上述齿轮盒36经由支架(bracket) 41固定于转向节21。方向盘转向电机15经由齿轮盒36间接固定于转向节21。如转向节21和固定于此的齿轮盒36那样，将连结固定于转向轮14的部件称为转向轮连结部件50。如图2所示，由以上的构成形成的方向盘转向装置13紧凑地构成为收纳于车辆的挡泥板(fender ) 49的内侧，即所谓的车轮罩内的程度。如图5所示，在转向节21固定有I丽(in-wheel motor :轮毂电机)42的车辆时，也可以通过介设支架41将上述的齿轮盒36固定于IWM42的壳体(housing)。此时，IWM42的壳体为上述的转向轮连结部件50。通过上述的蜗轮33和蜗杆37的组合，由于具备来自蜗轮33侧的逆向输入的断开功能和减速功能，因此，不需要另设上述的减速机构17和逆向输入断开机构16。代替这些齿轮，作为上述的固定齿轮19、小齿轮18使用正齿轮(spur gear)、斜齿轮(helicalgear)、锥齿轮(bevel gear)时,为了补充上述的功能,另外探讨减速机和逆向输入断开离合器的采用。作为减速机，能够使用具有低齿隙(backlash)功能的减速机，例如谐波传动(harmonic drive)减速机、摆线(cycloid)减速机。另外，当小齿轮18和固定齿轮19的减速比相对较大时，方向盘转向电机15能够使用高速低转矩式的小型的电机。基于图6A至图6D说明上述的外侧接头部件轴32的下端部，即外侧接头部件轴32的下端部的抵接结构的其它的例子。图6A至图6D表示将上述外侧接头部件32的下端经由推力轴承25与设置于转向节21的凹部24抵接的结构的各例。这些图表示凹部24设置于转向节21的情况，但是凹部24能够设置于其它的转向轮连结部件50，并不限于转向节21。图6A表示凹部24中介设有推力滚针轴承(thrust needle bearing)25a的例子，图6B表示在外侧接头部件轴32的下端设置有球窝接头43的例子，图6C表示介设有球面衬套(bush)44的例子，图6D表示介设有滑动部件45的例子。作为滑动部件45，有铜、铜系金属、烧结金属、表面改性的部件(使PTFE等的滑动材分散在无电解Ni中的部件，形成DLC膜的部件等)、分散有固体润滑材(二硫化钥、石墨、PTFE)的树脂部件、分散有强化纤维(碳纤维、玻璃纤维)或晶须的树脂部件等。实施方式I的线控转向式转向装置和使用该装置的车辆的结构如上，接着说明其转向作用。当基于从转向输入装置11输入的方向盘转向信号，经过控制装置12，方向盘转向装置13的方向盘转向电机15被驱动时，图2至图4所示的蜗杆37被驱动。蜗杆37由与此啮合的蜗轮33、固定有蜗轮33的方向盘转向轴20、经由固定有方向盘转向轴20的上臂等的悬架接受来自车体的反作用力，蜗杆37、支承该蜗杆37的齿轮盒36、方向盘转向电机
15、转向节21以及转向轮14呈一体，围绕方向盘转向轴20旋转一定角度，对转向轮14赋予转向角。上述的作用中，方向盘转向电机15的旋转速度在蜗杆37和蜗轮33的部分减速至所希望的方向盘转向速度。另外，通过转向轮14振动或在方向盘转向轴20的周围作用有转矩，即使在方向盘转向轴20施加有逆向输入转矩时，也由于上述蜗杆37和蜗轮33的特性，逆向输入转矩的传递被断开，能够避免传递至方向盘转向电机15。不具有这些功能的齿轮的组合的情况下，则需要在方向盘转向电机15与小齿轮18之间另设减速机和逆向输入断开离合器(参照图1)。附图符号11转向输入装置12控制装置13方向盘转向装置14转向轮15方向盘转向电机16逆向输入断开机构
17减速机构18小齿轮19固定齿轮20方向盘转向轴21转向节22 上臂23等速万向接头24 凹部25推力轴承25a推力滚针轴承26 下臂27球窝接头28内侧接头部件29内侧接头部件轴30固定接头31外侧接头部件32外侧接头部件轴33 蜗轮34 轴承35 轴承36齿轮盒37 蜗杆38 轴承39 轴承41 支架42IWM43球窝接头44球面衬套45滑动部件46 轴部47驱动轴48联轴器49挡泥板50转向轮连结部件
权利要求
1.一种线控转向式转向装置，其包括转向输入装置、从该转向输入装置被机械分离的方向盘转向装置和基于来自所述转向输入装置的输入信号控制所述方向盘转向装置的控制装置，该线控转向式转向装置的特征在于: 所述方向盘转向装置包括: 方向盘转向执行器，其固定于转向轮的转向节或包括与该转向轮的转向节固定的部件的转向轮连结部件； 固定于悬架的上臂的方向盘转向轴； 固定齿轮，其以所述方向盘转向轴为中心轴并固定于所述方向盘转向轴； 小齿轮，其与所述固定齿轮啮合并在所述固定齿轮的外周移动；和 收纳这些齿轮的齿轮盒，其中， 所述方向盘转向执行器的驱动轴与所述小齿轮连结，所述固定齿轮相对于齿轮盒能够自由移动，并且所述小齿轮由齿轮盒支承，而且，所述齿轮盒固定于所述转向轮连结部件。
2.如权利要求1所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 在所述方向盘转向轴的中途设置有万向接头。
3.如权利要求2所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 所述万向接头为等速万向接头。
4.如权利要求1 3中的任一项所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 所述方向盘转向执行器为电机。
5.如权利要求1 4中的任一项所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 所述固定齿轮为蜗轮、正齿轮、斜齿轮和锥齿轮中的任一种。
6.如权利要求1 5中的任一项所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 所述转向轮连结部件包括固定于所述转向节的轮毂电机的壳体。
7.如权利要求1 6中的任一项所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 所述方向盘转向轮的自由端部经由轴承部件插入至设置于所述转向轮连结部件的凹部，所述转向轮连结部件与所述转向轮一起以能够自由旋转的方式与所述方向盘转向轴抵接。
8.如权利要求7所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 所述轴承部件为推力轴承。
9.如权利要求7所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 所述轴承部件为球窝接头。
10.如权利要求7所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 所述轴承部件为推力球轴承。
11.如权利要求7所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 所述轴承部件为滑动部件。
12.如权利要求1 11中的任一项所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 在所述方向盘转向执行器的驱动轴与小齿轮之间设置有逆向输入断开机构。
13.如权利要 求12所述的线控转向式转向装置，其特征在于: 所述逆向输入断开机构为逆向输入断开离合器。
14.如权利要求12所述的线控转向式转向装置，其特征在于:所述逆向输入断开机构中，所述固定齿轮由蜗轮构成，所述小齿轮由蜗杆构成。
15.如权利要求1 14中的任一项所述的线控转向式转向装置，其特征在于:所述方向盘转向执行器的驱动力经由减速机构传递至所述小齿轮。
16.如权利要求15所述的线控转向式转向装置，其特征在于:所述减速机构兼用于构成所述逆向输入断开机构的蜗杆和蜗轮。
17.如权利要求15或16所述的线控转向式转向装置，其特征在于:所述减速机构为谐波传动减速机、摆线减速机等的低齿隙减速机。
18.—种车辆，其特征在于: 具有权利要求1 17中的任一项所述的线控转向式转向装置。
19.如权利要求18所述的具有线控转向式转向装置的车辆，该车辆的特征在于:所述悬架的形式为双叉臂式。
全文摘要
本发明提供一种线控转向式转向装置，其构成为方向盘转向装置尽可能紧凑地收纳在车辆的车轮罩内的程度。在设置有与转向输入装置机械分离的方向盘转向装置(13)并且基于来自转向输入装置的输入信号控制上述方向盘转向装置(13)的线控转向式转向装置中，上述方向盘转向装置(13)构成为包括经由齿轮盒(36)固定于转向轮(14)的转向节(21)的方向盘转向电机(15)、固定于上臂(22)的方向盘转向轴(20)、固定于该方向盘转向轴(20)的蜗轮、与上述蜗轮啮合的蜗杆和收纳这些齿轮的齿轮盒(36)。
文档编号B62D5/04GK103079932SQ20118003975
公开日2013年5月1日 申请日期2011年8月5日 优先权日2010年8月25日
发明者山本哲也, 后藤知美, 友田香织 申请人:Ntn株式会社