JP2007313984A - Steering mechanism of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の操舵機構に係り、更に詳細には操舵部分を簡素化し、小型化し、4輪車両と3輪車両のいずれにも応用可能な操舵機構を提供するものである。 The present invention relates to a vehicle steering mechanism, and more particularly, to provide a steering mechanism that can be applied to both a four-wheel vehicle and a three-wheel vehicle by simplifying and downsizing a steering portion.
車両の操舵機構として典型的なものに、自動車用の操舵機構が挙げられる。自動車用の操舵機構では、かじ取ハンドルの回転変位を揺動変位に変え、この揺動変位をリンク機構を介して車輪に伝えるようにしている。このかじ取ハンドルの回転変位は、運転手の操作によって回転変位が与えられるものであって、車両を自動運転する場合には、電動モータ等によって回転変位を与えることになる。 A typical steering mechanism for a vehicle is a steering mechanism for an automobile. In a steering mechanism for an automobile, the rotational displacement of the steering handle is changed to a swing displacement, and this swing displacement is transmitted to the wheels via a link mechanism. The rotational displacement of the steering wheel is given by the driver's operation. When the vehicle is automatically operated, the rotational displacement is given by an electric motor or the like.
このような回転変位を揺動変位に変えるものとしては、ウォームセクタ(Worm and Sector)式のもの、セクタの摩擦損失を少なくするためにコロを用いたもの、ねじナット式、およびねじの摩擦損失を少なくするために、ねじ溝に球を入れたもの、ウォームピン式、およびピンを回転できる構造にしたものなどがある。更に独立懸架方式の操舵機構として、タイロッドをラックとしたラック小歯車式のものも使用されている。 Such rotational displacements can be changed to swing displacements by using the worm sector (Worm and Sector) type, using a roller to reduce the sector friction loss, screw nut type, and screw friction loss. In order to reduce this, there are a screw groove with a ball, a worm pin type, and a structure in which the pin can be rotated. Furthermore, a rack small gear type with a tie rod as a rack is also used as an independent suspension type steering mechanism.
また、車輪操舵機構に操舵力を与える方式として、電動モータと、ウォームとウォームギアから構成されるウォームギヤ機構とを組み合わせて使用するようにしたものがある(特許文献1参照)。 In addition, as a method for giving a steering force to the wheel steering mechanism, there is a system in which an electric motor and a worm gear mechanism composed of a worm and a worm gear are used in combination (see Patent Document 1).
図1に示す従来技術である車輪操舵機構においては、走行車輪用アームの軸110に対してほぼ直角に電動モータ101を取り付け、この電動モータ101の出力軸102にはカップリング103を介してウォーム104の軸が連結されている。そして走行車輪用アームの軸110にはウォームギア105が固定されており、ウォーム104とウォームギア105が噛合うようになっている。
In the conventional wheel steering mechanism shown in FIG. 1, an
電動モータ101に入力される電流を制御することにより電動モータ101の回転量は制御され、これによって走行車輪用アームの軸110の揺動角が決定され、走行車輪用アームの先端に取り付けられた車輪の操舵が行われるようになる。
The amount of rotation of the
しかし、このような操舵機構では、電動モータ101およびウォーム104の軸とウォームギア105および走行車輪用アームの軸110とはオフセットさせて配置せざるを得ず、操舵機構全体が大きくなってしまうという問題があった。
However, in such a steering mechanism, the shaft of the
また、ウォームギヤ機構を介して動力伝達を行う場合、動力伝達効率が低く、必要以上に大きな出力を有する電動モータが必要となり、更に操舵機構全体が大きくなってしまうという問題があった。
本発明は上述したような課題を解決するためになされたものであり、操舵機構全体をコンパクトにまとめ、最小の出力の電動モータで操舵機構を構成することができるようにするものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is intended to make the entire steering mechanism compact and to configure the steering mechanism with an electric motor having a minimum output.
上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明においては次のような構成とした。 すなわち、
車両の操舵機構において、大歯車と小歯車からなる一組のかさ歯車と、当該大歯車を支持するための支持軸と、当該支持軸を車両構造に固定するための軸受と、当該小歯車に連結され、かさ歯車を駆動する電動モータと、一端は当該大歯車に連結され、他端は車輪に連結されている走行車輪用アームとから成る構成の操舵機構とした。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 has the following configuration. That is,
In a vehicle steering mechanism, a set of bevel gears composed of a large gear and a small gear, a support shaft for supporting the large gear, a bearing for fixing the support shaft to the vehicle structure, and the small gear The steering mechanism is configured to include an electric motor that is connected to drive the bevel gear, and a traveling wheel arm having one end connected to the large gear and the other end connected to the wheel.
このように、一組のかさ歯車を利用した操舵機構とすることにより、電動モータの軸と走行車輪用アームの軸をオフセットさせることなく直交配置することができ、操舵機構全体をコンパクトにすることが可能となった。 In this way, by using a steering mechanism that uses a set of bevel gears, the shaft of the electric motor and the axis of the arm for the traveling wheel can be arranged orthogonally without offset, and the entire steering mechanism can be made compact. Became possible.
また、かさ歯車を利用した操舵機構であるため、動力伝達効率を高めることができ、最小限の出力を有する電動モータを使用できるため、更に操舵機構全体をコンパクトにすることが可能となった。 In addition, since the steering mechanism uses a bevel gear, the power transmission efficiency can be increased, and an electric motor having a minimum output can be used. Therefore, the entire steering mechanism can be made more compact.
また、請求項2に記載した発明においては次のような構成とした。すなわち、
請求項1に記載された車両の操舵機構において、支持軸端部に支持軸の回転量を検出するための回転検出センサーを更に備える構成の操舵装置とした。
Further, the invention described in claim 2 has the following configuration. That is,
In the vehicle steering mechanism according to claim 1, the steering device is configured to further include a rotation detection sensor for detecting a rotation amount of the support shaft at an end portion of the support shaft.
これにより、車輪の揺動角を検出することが可能となり、操舵機構を制御するための制御装置と連携して車両を自動操舵することが可能となる。 As a result, the swing angle of the wheel can be detected, and the vehicle can be automatically steered in cooperation with a control device for controlling the steering mechanism.
また、請求項3に記載した発明においては次のような構成とした。すなわち、
請求項1に記載された車両の操舵機構において、一組のかさ歯車が、すぐ歯かさ歯車、またはまがり歯かさ歯車のいずれかの中から選択される構成とした。
Further, the invention described in claim 3 has the following configuration. That is,
In the vehicle steering mechanism according to claim 1, the set of bevel gears is selected from either a bevel gear or a spiral bevel gear.
更に、請求項4に記載した発明においては次のような構成とした。すなわち、
請求項1に記載された車両の操舵機構において、車輪には、車両を駆動するための電動モータを備えた構成とした。
Furthermore, the invention described in claim 4 has the following configuration. That is,
In the vehicle steering mechanism according to claim 1, the wheel is provided with an electric motor for driving the vehicle.
また、請求項5に記載した発明においては次のような構成とした。すなわち、
請求項4に記載された車両の操舵機構において、電動モータを駆動・制御するためのハーネスが、走行車輪用アームの内部を通り、一組のかさ歯車が収納された車両構造の内部に配線する構成とした。
The invention described in claim 5 has the following configuration. That is,
5. The vehicle steering mechanism according to claim 4, wherein a harness for driving and controlling the electric motor passes through the inside of the traveling wheel arm and is wired inside the vehicle structure in which a set of bevel gears are housed. The configuration.
このような構成とすることにより、ハーネスを確実に保護し、外観をすっきりしたものとすることが可能となった。 By adopting such a configuration, the harness can be reliably protected and the appearance can be made clear.
また、請求項6に記載した発明においては次のような構成とした。すなわち、
請求項1に記載された車両の操舵機構において、大歯車を支持するための支持軸と、かさ歯車の大歯車とを一体にした構成の操舵機構とした。
The invention described in claim 6 has the following configuration. That is,
The vehicle steering mechanism according to claim 1, wherein the support shaft for supporting the large gear and the large gear of the bevel gear are integrated.
このような構成とすることにより、部品点数を減らし、操舵機構の剛性を高め、操舵機構をコンパクトにすることが可能となった。 By adopting such a configuration, it is possible to reduce the number of parts, increase the rigidity of the steering mechanism, and make the steering mechanism compact.
更に、請求項7に記載した発明においては次のような構成とした。すなわち、
請求項6に記載された車両の操舵機構において、かさ歯車の大歯車と走行車輪用アームとが、大歯車の下面において機械的に結合されている構成の操舵機構とした。
Furthermore, the invention described in claim 7 has the following configuration. That is,
The vehicle steering mechanism according to claim 6, wherein the large gear of the bevel gear and the arm for the traveling wheel are mechanically coupled on the lower surface of the large gear.
上述したように、本発明によれば、一組のかさ歯車を利用した操舵機構とすることにより、電動モータの軸と走行車輪用アームの軸をオフセットさせることなく直交配置することができ、操舵機構全体をコンパクトにすることができるという効果を有する。 As described above, according to the present invention, by using a steering mechanism that uses a set of bevel gears, the axis of the electric motor and the axis of the arm for the traveling wheel can be arranged orthogonally without being offset, and the steering It has the effect that the whole mechanism can be made compact.
また、かさ歯車を利用した操舵機構であるため、動力伝達効率を高めることができ、最小限の出力を有する電動モータで操舵機構を構成することができるため、更に操舵機構全体をコンパクトにすることができるという効果を有する。 In addition, since the steering mechanism uses a bevel gear, the power transmission efficiency can be increased, and the steering mechanism can be configured by an electric motor having a minimum output, so that the entire steering mechanism can be made more compact. Has the effect of being able to.
以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
図2は本発明に係る操舵機構の側面図を示したものである。また、図3は本発明に係る操舵機構の正面図を示したものである。本発明に係る操舵機構は、大歯車11と小歯車12からなる一組のかさ歯車10と、大歯車11を支持するための支持軸13を備えている。そしてこの支持軸13は複数個のボールベアリング21を介して車両構造(またはシャシー)20に回動自在に固定されている。大歯車11は支持軸13に対して同軸となるように機械的に固定されている。なお、大歯車11と支持軸13とは一体として形成することもでき、このように一体にすることによって部品点数を減らし、大歯車11と支持軸13の剛性を高めることが可能となる。
FIG. 2 shows a side view of the steering mechanism according to the present invention. FIG. 3 is a front view of the steering mechanism according to the present invention. The steering mechanism according to the present invention includes a pair of
また、本発明に係る操舵機構には操舵機構を駆動する電動モータ31が備えられている。電動モータ31の出力軸には前記かさ歯車10の小歯車12が同軸に取り付けられており、電動モータ31の出力軸および小歯車12の軸と、大歯車11の軸および支持軸13の軸は同一面内で交差するように組みつけらている。そして、小歯車12側の軸と大歯車11側の軸とは90度の角度で交差している。
Further, the steering mechanism according to the present invention is provided with an
なお、電動モータ31は、図示しない固定金具を使用して車両構造(またはシャシー)20の内部に機械的に固定されている。
The
ここでは、操舵機構をよりコンパクトにするために、小歯車12側の軸と大歯車11側の軸とのなす角度を90度として説明したが、この角度は90度に限定されるものではなく、任意の角度で交差するようにしても良い。この場合、大歯車11の半頂角と小歯車12の半頂角を加えた角度が軸角となり、この軸角が小歯車12側の軸と大歯車11側の軸とのなす角度に相当する。従って、小歯車12側の軸と大歯車11側の軸とのなす角度を90度にする場合には、軸角が90度となるかさ歯車を選定することが必要になる。
Here, in order to make the steering mechanism more compact, the angle formed by the shaft on the
更に、本発明に係る操舵機構には走行車輪用アーム41と車輪42が備えられている。走行車輪用アーム41の上端部は前記大歯車11の下面において機械的に結合されている。この走行車輪用アーム41は、大歯車11および支持軸13の軸Xから一旦オフセットし、走行車輪用アーム41の下端側に取り付けられた車輪42の厚さ方向中心位置と前記軸Xとが一致するように当該走行車輪用アーム41は湾曲した形状をしている(図3参照)。
Furthermore, the steering mechanism according to the present invention includes a traveling
なお、走行車輪用アーム41と車輪42の間は一組のボールベアリング44を介して結合されており、車輪42は走行車輪用アーム41に対して回動自在に結合されている。
The traveling
また、大歯車11の支持軸13の上端位置に、支持軸13の回転角度を検出するために回転検出センサー52を設けることができる。このような回転検出センサーとして、ポテンシオメータを使用することが可能である。
Further, a
ポテンシオメータのような回転検出センサー52の信号を利用することによって操舵機構の自動運転が可能となる。
By using the signal of the
また、ここで使用するかさ歯車としては、すぐ歯かさ歯車、またはまがり歯かさ歯車のいずれを使用することもできるが、伝達荷重の大きさ、静寂性、コスト等を考慮して選択する必要がある。 Also, as the bevel gear used here, either a bevel gear or a spiral bevel gear can be used immediately, but it is necessary to select it in consideration of the size of transmission load, silence, cost, etc. is there.
更に、走行車輪用アーム41と車輪42の間に、車両を駆動するための電動モータ43を配置することができる。このようにすることによって従動車輪の操舵のみならず、駆動車輪の操舵までが可能となる。
Furthermore, an
なお、走行車輪用アーム41と車輪42の間に車両駆動用の電動モータ43を配置した場合、この電動モータ43を駆動、制御するためのハーネス51を走行車輪用アーム41に沿わせて配置することが必要になるが、このようなハーネス51を一括して走行車輪用アーム41の内部に配置することができる。この場合、車両構造(またはシャシー)20の大歯車11を取り付けた部位の下側位置にカバー45を設けることによりこのハーネス51を外部に露出することなく配線することが可能となる。
When the vehicle driving
次に、本発明に係る操舵機構の動作について説明する。本操舵機構が自動運転されている場合、制御装置から送られてくる操舵角の情報に基づき、電動モータ31が回転制御され、当該モータ31の回転に従って、かさ歯車10の小歯車12が回転する。小歯車12が回転すると、これに噛合う大歯車13が回転し、走行車輪用アーム41と車輪42とが一体となって(車両駆動用の電動モータ43が配置されている場合には、車両駆動用の電動モータ43も一体となって)X軸の周りに回転し、操舵が行われる。
Next, the operation of the steering mechanism according to the present invention will be described. When the steering mechanism is automatically operated, the
この操舵機構を3輪車両に適用する場合には、一つの車輪に対してのみ上述した操舵機構を設けることで車両の操舵が可能となるが、この操舵機構を4輪車両に適用する場合には、二つの車輪に対してここで説明した操舵機構を設けることが必要になる。そして、4輪車両を操舵するためには、二つの車輪に設けた各操舵機構を同期させて制御する必要がある。 When this steering mechanism is applied to a three-wheeled vehicle, it is possible to steer the vehicle by providing the above-described steering mechanism for only one wheel. However, when this steering mechanism is applied to a four-wheeled vehicle, It is necessary to provide the steering mechanism described here for two wheels. And in order to steer a four-wheel vehicle, it is necessary to synchronize and control each steering mechanism provided in two wheels.
本発明に係る操舵機構は、貨物搬送用の車両や、車輪移動方式のロボットなどの操舵機構として利用することができ、3輪車両のみならず、4輪車両においても利用することが可能である。 The steering mechanism according to the present invention can be used as a steering mechanism for a cargo transportation vehicle, a wheel movement type robot, and the like, and can be used not only in a three-wheeled vehicle but also in a four-wheeled vehicle. .
10 かさ歯車
11 大歯車
12 大歯車
13 支持軸
20 車両構造(またはシャシー)
21 ボールベアリング
31 電動モータ
41 走行車輪用アーム
42 車輪
43 電動モータ
44 ボールベアリング
45 カバー
51 ハーネス
52 回転検出センサー
10 Bevel gear
11 Large gear
12 large gears
13 Support shaft
20 Vehicle structure (or chassis)
21 Ball bearing
31 Electric motor
41 Traveling wheel arm
42 wheels
43 Electric motor
44 Ball bearing
45 Cover
51 Harness
52 Rotation detection sensor
Claims (7)
大歯車と小歯車からなる一組のかさ歯車と、
当該大歯車を支持するための支持軸と、
当該支持軸を車両構造に固定するための軸受と、
当該小歯車に連結され、かさ歯車を駆動する電動モータと、
一端は当該大歯車に連結され、他端は車輪に連結されている走行車輪用アームとから成ることを特徴とする操舵機構。 In the vehicle steering mechanism,
A set of bevel gears consisting of a large gear and a small gear;
A support shaft for supporting the large gear;
A bearing for fixing the support shaft to the vehicle structure;
An electric motor connected to the small gear and driving the bevel gear;
A steering mechanism comprising: a traveling wheel arm having one end connected to the large gear and the other end connected to a wheel.
7. The steering mechanism according to claim 6, wherein the large gear of the bevel gear and the arm for the traveling wheel are mechanically coupled to each other on the lower surface of the large gear.
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