JP3004539B2 - 車両用可変舵角比操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステアリングホイール
の操舵角度に対する転舵輪の転舵角度の割合すなわち舵
角比を非線形に変化させるための車両用可変舵角比操舵
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用操舵装置に於いて、図６
に示したようなラック＆ピニオン機構を用いたものが知
られている。この装置にあっては、ステアリングホイー
ル１に一体結合されたステアリングシャフト２に対し、
自在継手３を有する連結軸４を介して直結されたピニオ
ン５の回転運動（β）を、ピニオン５に噛合したラック
６の直線運動（Ｌ）に変換し、ラック６の直線運動を、
タイロッド７及びナックルアーム８を介して車輪９の転
舵運動（Ｔ）に変換するようになっている。

【０００３】さて、上記従来形式の操舵装置にあっては
ステアリングホイール１の回転角度（α）に対して車輪
の転舵角度が実質的に直線的に変化する線形の舵角特性
を有しているが、車両の取り回し性のみを考慮すると、
車輪の最大転舵角を得るためのステアリングホイールの
回転角度は小さい方が好ましい。そこで例えば図７に一
点鎖線（ｖ）で示したような舵角特性に設定すると、ス
テアリングホイールの操舵量が低減されるので低速走行
域では好ましい運動性が得られる反面、高速走行域では
ステアリングホイールの操舵角に対する車両挙動（ヨー
レイト、横加速度、ロール等）が過度に鋭敏になるた
め、むしろステアリングホイールを切りすぎないように
配慮する必要が生ずる。これはステアリングホイールの
操舵角と車両挙動との関係が一義的に決められず、例え
ば走行速度が増大するに連れて車体に作用するヨーレイ
トや横加速度の立ち上がりが鋭敏になるなど、走行速度
によって車両の旋回応答性が変化することに基因する。

【０００４】そこで、図７に二点鎖線（ｗ）で示すよう
に、ステアリングホイールの中立位置から左右に１．５
回転程度で最大転舵角が車輪に与えられるように、高速
走行時の安定性を重視した舵角特性に設定することが考
えられる。ところが、これを実際の操舵範囲に於けるス
テアリングホイール回転角に走行速度を対応させて見る
と、図８に二点鎖線（ｘ）で示すように、低速走行域で
のステアリングホイール操舵量が過大になり、高速走行
域でのステアリングホイール操舵量が過小になる、とい
う欠点が浮かび上がる。

【０００５】理想的には、低速走行域に於ても、高速走
行域に於ても、同様な操舵感覚、即ち、図８に実線
（ｙ）で示すような特性になることが望まれる。これは
低速走行時の実用上のステアリングホイール回転角を減
少させるためにギヤ比（図６のβ／α）を増大させ、さ
らに高速走行時の実用上のステアリングホイール回転角
を増大させるためにギヤ比を減少させることにより達成
される。

【０００６】このような舵角特性を実現し得るものとし
て、特開平２−１４９７１号公報に開示されているもの
がある。上記公報の構造では、前記操舵装置の入力軸と
出力軸との間に２つの楕円ギヤと２つの円形歯車とを設
け、入力軸の操舵中心位置からの回転角の増大に応じて
減速比を大きく設定しているため、ピニオン出力角が小
さく、一方ハンドル回転角が大きい時には従来の特性の
（ｗ）より減速比を小さく設定して減速比を増速するこ
とにより、ピニオン出力角の大きい特性を得ることがで
きる。従って、図８に示す実用ハンドル回転角は、
（ｙ）のような特性となり、低速走行時においても高速
走行時においても同様な操舵感覚となるような操舵装置
を提供することができる。

【０００７】しかしながら、上記公報の構造のもので
は、２つの楕円歯車の加工が困難であり、精度も出しず
らく、操舵装置において噛み合い精度が満足されず、操
舵時の回転トルクの増大やトルクむらが発生して、操舵
フィーリングを低下させるという虞がある。また、楕円
歯車の形状により、操舵特性である減速比の特性を設定
しなくてはならず、車種別の特性を変更することが容易
でない。また、組み付けたときには更に２つの歯車が加
わるので、４つの歯車の歯当たり状態が良好に保たれな
いと、所望のハンドルトルクを得ることが困難である。
さらに、楕円歯車のバックラッシュ調整と円形歯車のバ
ックラッシュ調整を同時に行うことが困難であると共
に、一般的にギヤが多数噛み合うときに、それらのバッ
クラッシュを除去することは事実上困難である、などの
種々の技術的課題を残している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、ステアリングホイ
ールの操舵角と車両挙動との関係が走行速度によって大
幅に変化せず、即ち、低速域では少ない操舵量で大舵角
が得られ、高速域では過度に敏感にならないようにする
ことができ、しかもその精度、剛性並びに作動の円滑性
を比較的簡単に高めることができるように構成された車
両用可変舵角比操舵装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、ハウジングに回動可能に支持された第１の
軸と、前記第１の軸に偏心した位置で平行する軸線回り
に回動可能に前記ハウジングに支持された第２の軸と、
前記第１の軸と前記第２の軸との両者間をトルク伝達可
能に連結する中間部材とを有し、前記中間部材が、前記
第１の軸にはその軸心に直交する向きに変位可能に設け
られたスライド手段を介して連結され、前記第２の軸に
はその軸心から偏心した位置で平行する軸線回りに回動
可能に連結され、前記第１の軸及び前記第２の軸の一方
がステアリングホイールに連結され、前記第１の軸及び
前記第２の軸の他方が転舵輪に連結され、前記スライド
手段が、前記第１の軸と前記中間部材との両者に互いに
補完的形状をなすように設けられたＶ字状斜面と、前記
Ｖ字状斜面の対向面間に設けられた転動体とを有し、前
記中間部材と前記第２の軸との間にスラスト軸受けが設
けられ、前記第２の軸が前記中間部材に対して軸線方向
に変位可能に軸支されていると共に、前記第２の軸をそ
の軸線方向に押圧するアジャストねじが設けられている
ことを特徴とする車両用可変舵角比操舵装置を提供する
ことによって達成される。

【００１０】

【作用】このような構成によれば、例えばステアリング
ホイールに連結された第１の軸に対して第２の軸が平行
に偏心しており、両軸間に設けられた中間部材が、第１
の軸に対してはその軸心に直交する向きにスライド自在
に変位可能に連結されると共に第２の軸に対してはその
軸心から偏心した位置で回動可能に連結されていること
から、ステアリングホイールにより回される第１の軸の
回転中心に対して第２の軸の回転中心が偏心しているこ
とにより、第１の軸の回転に伴って、第１の軸と中間部
材との連結点の第１の軸の軸心からの距離が変化する。
そして、第１の軸と中間部材との両者に互いに補完的形
状をなすように設けられたＶ字状斜面と、Ｖ字状斜面の
対向面間に設けられた転動体を有するスライド手段を設
けることにより、第１の軸を等角度ずつ回転させた際の
第２の軸の角度変化率を漸増させることができると共
に、第１の軸の回転運動に対する中間部材の第１の軸と
の連結部の直線運動を円滑に行わせることができる。ま
た、第２の軸をその軸線方向に押圧するアジャストねじ
を設けることにより、アジャストねじを適宜に締め込む
ことにより、中間部材を介した入力軸と出力軸間に適度
なプリロードを与えることができ、１箇所の調整にて、
中間部材のがたを除去して、装置全体のバックラッシュ
の調整を簡単に行うことができると共に、上記スライド
手段と、中間部材と第２の軸との間のスライド軸受けと
により、上記プリロードを調整しても、装置の連結剛性
をフリクションの増大なく向上させることができ、剛性
感のある操舵感覚を得ることができる。

【００１１】

【実施例】以下に添付の図面に示された具体的な実施例
に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。

【００１２】図１及び図２は、本発明の第１の実施例を
示している。本装置は、図６に於ける符号Ｖで示した部
分に装着されるものであり、図１に於ては図６に於ける
ステアリングホイール１に連結される第１の軸としての
入力軸１１が、本操舵装置１２の上部ケーシング１３ａ
に装着されたアンギュラ玉軸受１４を介して軸線方向の
荷重を受けつつ回動自在に支持されている。なお、上部
ケーシング１３ａの上端部の入力軸１１を外囲する部分
には、入力軸１１とケーシングとの間の液密性を確保す
るためのシール部材１５が嵌装されている。

【００１３】入力軸１１の上部ケーシング１３ａ内に受
容された軸線方向端部には台形断面形状部を有する径方
向延出部１１ａが一体的に形成されている。この径方向
延出部１１ａの台形の両斜面部には、補完的形状をなす
中間部材１６の台形溝部１６ａが組み合わされており、
径方向延出部１１ａと台形溝部１６ａとのそれぞれＶ字
状斜面としての各対向斜面間には、両者が相対的に径方
向延出部１１ａの延出方向にスライド可能に、転接する
転動体としての平型ニードル軸受を介在させたスライド
手段としてのスライダ１７が２列介装されている。従っ
て、入力軸１１と中間部材１６とは、入力軸１１の軸心
に直交する方向に相対変位自在にスライダ１７を介して
トルク伝達可能に係合している。

【００１４】中間部材１６の上記台形溝部１６ａとは相
反する側には、入力軸１１の軸線に沿う方向に突出する
軸部１６ｂが一体的に形成されており、その軸部１６ｂ
が、ピニオン５に一体形成された第２の軸としての出力
軸１８の軸線方向一端部に凹設された軸支孔１８ａ内に
没入状態に受容されている。その軸部１６ｂの軸心が、
入力軸１１の軸心に対して偏心した位置に設けられてい
る。軸部１６ｂの外周面と軸支孔１８ａの内周面との間
には例えばニードル軸受１９が介装されており、中間部
材１６と出力軸１８とが互いに相対的に回動自在にかつ
トルク伝達可能に連結されている。なお、出力軸１８の
上記軸支孔１８ａの外周部分にはスラスト受け座が形成
されており、そのスラスト受け座と中間部材１６の対向
する面との間にはスラスト軸受２１が介装されている。

【００１５】このように、中間部材１６と出力軸１８と
の連結を、軸部１６ｂの軸支孔１８ａへの没入状態で転
動自在に支承して行っており、連結機構を設けることに
よる軸線方向の長さを極力小さく抑えることができると
共に、中間部材１６の幅方向長さも小さくすることがで
きる。従って、装置全体を小型軽量化でき、車輌への搭
載性を向上させることができる。

【００１６】出力軸１８は、下部ケーシング１３ｂ内に
受容され、その軸線方向入力軸側端部をニードル軸受２
０により、相反する軸線方向外側端部をアンギュラ玉軸
受１８ｂによりそれぞれ支持されており、軸線方向の荷
重を受けつつ回動自在に下部ケーシング１３ｂに支持さ
れている。なお、出力軸１８の軸心は、入力軸１１の軸
心に対して偏心している。出力軸１８の上記両軸受間の
中間部が、ヘリカルギヤからなるピニオン５として形成
されており、そのピニオン５が、ステアリングホイール
１の回転運動を直線運動に変換するべく、転舵輪に連結
されているラック軸のラック６に噛合している。

【００１７】また、下部ケーシング１３ｂには、出力軸
１８の軸線方向外側端部を支持する玉軸受１８ｂのアウ
タレースに当接するアジャストねじ２２が螺着されてい
る。このアジャストねじ２２を適宜に締め込むことによ
り、ピニオン５が軸線方向に押圧され、中間部材１６を
介した入力軸１１と出力軸１８間に適度なプリロードが
与えられる。これにより、１箇所の調整にて、中間部材
１６のがたを除去して、装置全体のバックラッシュの調
整を簡単に行うことができ、しかもプリロードを調整す
ることにより、装置の連結剛性をフリクションの増大な
く向上させることができ、剛性感のある操舵感覚を得る
ことができる。

【００１８】また、図２に示されるように、ラック６の
軸部のラック歯とは相反する背部には、ラック６の軸部
の軸線に直交する向きに摺動自在に下部ケーシング１３
ｂ内に支持された押圧ローラ２３が転接している。その
押圧ローラ２３は、下部ケーシング１３ｂに螺着された
アジャストねじ２４との間に介装された圧縮コイルばね
２５により、ラック６の軸部に向けて弾発付勢されてい
る。従って、ピニオン５に対するラック６の噛み合い状
態が所定の付勢力にて保持される。

【００１９】次に本実施例の作動原理について図３を参
照して説明する。入力軸１１の回転中心をＡ、出力軸１
８の回転中心をＢ、中間部材１６の作用点（軸部１６ｂ
の軸心）をＣとし、入力軸１１と出力軸１８との間の偏
位量（ＡＢ間寸法）をａとし、ＢＣ間寸法をｂとし、入
力軸１１の回転角度（ハンドル回転角）をαとし、出力
軸１８の回転角度（ピニオン回転角）をβとすると、

【００２０】 ｂ・ｓｉｎβ＝（ｂ・ｃｏｓβ−ａ）ｔａｎα であるから、

【００２１】 α＝ｔａｎ^-1｛ｂ・ｓｉｎβ／（ｂ・ｃｏｓβ−ａ）｝ で表される。

【００２２】入力軸１１を回転させると、中間部材１６
は、入力軸１１の径方向延出部１１ａに対するスライダ
１７を介しての係合により、出力軸１８の軸心Ｂ回りで
クランク回転する。これにより、入、出力軸１１・１８
間の偏位量ａをもって入力軸１１と出力軸１８との軸心
同士が互いに偏心しており、入力軸１１と出力軸１８と
の回転角が不一致となる。しかも入力軸１１を等角度ず
つ回転させた際の出力軸１８の角度変化率が漸進的に増
大することとなる（図７の実線ａ1参照）。

【００２３】ここで入力軸１１と出力軸１８との軸心の
偏位量ａを、車種別に変更することにより、入力軸１１
の回転角度に対する出力軸１８の回転角度の割合（β／
α）、即ち実用上の舵角比を車種毎に好適に設定するこ
とができる。偏位０の場合を示す図７の破線ａ0で示す
舵角比特性に対して、本装置によれば舵角比が図７に実
線ａ1で示したように変化することから、ステアリング
ホイール１（ハンドル）の回転角の増大に応じて加速度
的に出力軸の回転角が増大する。この特性は、ステアリ
ングホイール操舵角αが小さい時にはピニオン出力角β
（ラックストロークＬ）がより小さく、操舵角αが大き
い時にはピニオン出力角βがより大きくなる特性であ
る。従って、実用ハンドル回転角は、図８に示す（ｙ）
のような特性となり、従来の転舵特性に比べて、車輌の
低速走行時に転舵角を減少させ、高速走行時に転舵角を
増大させることができ、低速走行時においても高速走行
時においても同様な操舵感覚となるような操舵装置を提
供することができる。

【００２４】本装置では、各軸１１・１８及び中間部材
１６との間を各種軸受を介して回転力を伝達しており、
従来例で示した楕円歯車機構を利用したものに於ける歯
車の摺接による伝達に比べて、各部品の加工が容易かつ
精度を出し易い。さらに、転動伝達による接触面積の増
大により操舵時の回転トルクの増大やトルクのむらの発
生がなく、円滑かつ良好な操舵フィーリングを達成する
ことができると共に、摺接による摩耗もなく、耐久性に
優れ、作動音を静粛化し得る。

【００２５】次に本発明の第２の実施例について図４を
参照して説明する。なお、上記第１実施例に対応する部
分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実
施例に於ては、中間部材１６に、その第１の実施例の台
形溝部１６ａに替えて、溝角度が９０度のＶ字溝部３１
が形成されている。また、入力軸１１の径方向延出部１
１ａにも、中間部材１６のＶ字溝部３１と対向するよう
に形成されたＶ字溝部３２が設けられている。

【００２６】そして、両Ｖ字溝部３１・３２間に、同一
径かつ同一軸長の複数のローラを溝の両斜面を転動し得
るように溝に合わせて交互に向きを９０度替えて板状保
持器に直列に配設したローラ支持体３３を介装してい
る。この第２の実施例の場合、スライダとして１本のロ
ーラ支持体３３を用いて組み付けるのみで良く、その組
み付けが容易であり、構造を単純化することができる。

【００２７】次に本発明の第３の実施例について図５を
参照して説明する。なお、上記第２実施例に対応する部
分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実
施例に於ては、上記第２の実施例に於けるローラ支持体
３３の替わりに、複数のボールを板状保持器に直列に配
設したボール支持体３４を設けている。ボール支持体３
４のボールは、中間部材１６に凹設された湾曲Ｖ字溝部
３５と、入力軸１１の径方向延出部１１ａに対向して凹
設された湾曲Ｖ字溝部３６との各斜面に４点で接触して
いる。従って、入力時１１と中間部材１６との相対的直
線運動時に両湾曲Ｖ字溝部３５・３６内をボールが転動
し得る。この第３の実施例においても、スライダとして
１本のボール支持体３４を用いて組み付けるのみで良
く、その組み付けが容易である。さらに、湾曲Ｖ字溝部
３５・３６にあっては、その加工が容易で精度を出し易
いので、より一層円滑かつ良好な操舵感覚を付与するこ
とができる。

【００２８】なお、本実施例では、第１の軸を入力軸１
１とし、第２の軸を出力軸１８としたが、第１の軸を出
力軸とし、第２の軸を入力軸としても良い。この場合の
各偏心量の関係は上記実施例で示したようにする。

【００２９】

【発明の効果】このように本発明の構成によれば、機械
的な伝動装置をもって入力角と出力角との関係に非線形
の特性を与えることができることから、駐車時の取り回
し性、中低速時のシャープなハンドリング、及び高速時
の安定性を同時に向上させることのできる望ましい操舵
特性を、きわめて簡単な構成にて得ることができるばか
りでなく、入・出力軸間の偏心量の設定を変えることに
より、減速比の特性を変えることができるため、車種毎
に好適に対応した車輌特性を付与した操舵特性の設定を
容易に行うことができる。そして、第２の軸をその軸線
方向に押圧するアジャストねじを設けることにより、中
間部材を介した入力軸と出力軸間に適度なプリロードを
与えて、装置全体のバックラッシュの調整を簡単に行う
ことができると共に、入力軸と中間部材との間に設けた
スライド手段を、両者に互いに補完的形状をなすように
設けられたＶ字状斜面と、Ｖ字状斜面の対向面間に設け
られた転動体とにより構成し、中間部材と第２の軸との
間にスライド軸受けを設けることにより、プリロードを
与えた際の円滑かつ良好な操舵フィーリングを達成する
ことができると共に、ギヤ伝達時の摺接による摩耗もな
く、耐久性に優れ、作動音を静粛化し得る。また、プリ
ロードを調整することにより、装置の連結剛性をフリク
ションの増大なく向上させることができ、剛性感のある
操舵感覚を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく舵角比可変装置の一実施例の構
成を示す断面図。

【図２】図１のII−II線に沿って見た断面図。

【図３】本発明装置の作動原理を説明するための説明
図。

【図４】第２の実施例の図２に対応する断面図。

【図５】第３の実施例の図２に対応する断面図。

【図６】従来の車両操舵装置の概略構成図。

【図７】舵角比特性線図。

【図８】走行速度とハンドル回転角の関係を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１ ステアリングホイール ２ ステアリングシャフト ３ 自在継手 ４ 連結軸 ５ ピニオン ６ ラック ７ タイロッド ８ ナックルアーム ９ 車輪 １１ 入力軸 １１ａ 径方向延出部 １２ 操舵装置 １３ａ 上部ケーシング １３ｂ 下部ケーシング １４ 玉軸受 １５ シール部材 １６ 中間部材 １６ａ Ｖ字溝部 １６ｂ 軸部 １７ スライダ １８ 出力軸 １８ａ 軸支孔 １８ｂ 玉軸受 １９ ニードル軸受 ２０ ニードル軸受 ２１ スラスト軸受 ２２ アジャストねじ ２３ 押圧ローラ ２４ アジャストねじ ２５ 圧縮コイルばね ３１ Ｖ字溝部 ３２ Ｖ字溝部 ３３ ローラ支持体 ３４ ボール支持体

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに回動可能に支持された第
   １の軸と、前記第１の軸に偏心した位置で平行する軸線
   回りに回動可能に前記ハウジングに支持された第２の軸
   と、前記第１の軸と前記第２の軸との両者間をトルク伝
   達可能に連結する中間部材とを有し、 前記中間部材が、前記第１の軸にはその軸心に直交する
   向きに変位可能に設けられたスライド手段を介して連結
   され、前記第２の軸にはその軸心から偏心した位置で平
   行する軸線回りに回動可能に連結され、 前記第１の軸及び前記第２の軸の一方がステアリングホ
   イールに連結され、前記第１の軸及び前記第２の軸の他
   方が転舵輪に連結され、 前記スライド手段が、前記第１の軸と前記中間部材との
   両者に互いに補完的形状をなすように設けられたＶ字状
   斜面と、前記Ｖ字状斜面の対向面間に設けられた転動体
   とを有し、 前記中間部材と前記第２の軸との間にスラスト軸受けが
   設けられ、 前記第２の軸が前記中間部材に対して軸線方向に変位可
   能に軸支されていると共に、前記第２の軸をその軸線方
   向に押圧するアジャストねじが設けられ ていることを特
   徴とする車両用可変舵角比操舵装置。