JPH02216367A - 小舵角ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、操向車輪のフル操舵までに必要なステアリン
グホイール舵角を減少させた小舵角ステアリング装置の
改良に関する。

（従来の技術） 自動車用に一般的に使用されているステアリング装置は
、操向車輪を最大舵角に操舵させるまでにステアリング
ホイールを１回転以上操作する必要があり、職業ドライ
バーなど頻繁に運転を行う人にとっては、このステアリ
ングホイール操作が疲労を招く一つの要因になっている
。

このため、少ないステアリングホイール操作により大き
な操向車輪舵角を得る小舵角ステアリング装置として従
来から種々の形式のものが提案されている。このような
要求を単純に満たすためには、フォーミラーカーのよう
にステアリングギヤ比を高く設定すればよい。しかしな
がら、単純にギヤ比を高、くするだけではステアリング
ホイール中立付近での操舵応答が過敏になり過ぎ、特に
高速走待時の修正操舵操作などが困難になる問題を生じ
る。

このような問題点を克服できる小舵角ステアリング装置
として、本出願人は実願昭６３−５５８４５号を提案し
ている。これは、楕円歯車機構を用いることによりステ
アリングホイールの舵角の増大に応じてギヤ比が増大す
る操舵特性を得ることができるようにしたものであり、
ステアリングホイール中立付近での操舵応答が過敏にな
り過ぎることを防止しながら、操向車輪のフル操舵まで
に必要なステアリングホイール舵角を減少させたもので
あった。更に具体的に説明すると、ステアリングホイー
ルの回転をステアリングギヤボックスに伝達する操舵力
伝達経路に楕円歯車機構を介在させるとともに、ステア
リングホイール側に連結される楕円歯車機構の第１の楕
円歯車の最短径部とステアリングギヤボックスに連結さ
れる第２の楕円歯車の最長径部とが、ステアリングホイ
ールの中立状態で相互に噛み合うよう構成したもので、
簡素な構成で上記の要求を満たすことができるものであ
った。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような小舵角ステアリング装置において
は、小さなステアリングホイール舵角で大きな操向車輪
舵角が得られることになるため、通常のステアリング装
置に慣れた人が不用意な操作をおこなっても急激に舵角
が増大することがないように、舵角の増大に応じて操舵
力を増大させることが望ましい。

上記の装置は、楕円歯車機構のギヤ比変化により舵角の
増大に応じて操舵力も増大する傾向を示すものとなって
いるが、楕円歯車機構のギヤ比の設定により操舵力特性
が一義的に決まってしまい、最適なギヤ比を設定しなが
ら、舵角に対する良好な操舵力特性を得ることが困難で
あるという問題があった。

また、一方では、上記のような小舵角化を行う場合には
、特にステアリングホイール中立点付近の応、答性が鈍
くなるため、切り戻し操作時等に中立位置を体感し難い
不都合もあった。

（課題を解決するための手段） 本発明による上記の課題の解決は、ステアリングホイー
ルの回転をステアリングギヤボックスに伝達する操舵力
伝達経路に楕円歯車機構を介在させるとともに、上記楕
円歯車機構は、ステアリングホイール側に連結される第
１の楕円歯車の最短径部とステアリングギヤボックスに
連結される第２の楕円歯車の最長径部とが、ステアリン
グホイールの中立状態で相互に噛み合うよう構成されて
なる小舵角ステアリング装置において、上記操舵力伝達
経路に設けられて上記楕円歯車機構と共に回転するカム
体と、付勢手段により付勢されて上記カム体のカム面に
押圧される押圧子とからなる反力付与機構を設け、上記
カム体における上記抑圧子に当接す唇部分の有効半径は
、ステアリングホイールの中立状態で最小になると共に
、舵角の増大に応じて増大するよう形成されていること
を特徴とする小舵角ステアリング装置によって達成され
る。

（作用） 本発明によれば、操舵力伝達経路にもうけられるカム体
と、付勢手段により付勢されてこのカム体に押圧される
押圧子とからなる反力付与機構を設けたため、この反力
付与機構の発生する回転抵抗特性の設定によって、楕円
歯車機構のギヤ比の設定とは独立して舵角に対する操舵
力の設定を行うことができ、良好な操舵感を得ることが
できるようになる。

特に、カム体は押圧子に当接する部分の有効半径が舵角
の増大に応じて増大するよう配設されているため反力付
与機構は舵角の増大に応じて操舵力伝達経路の回転抵抗
を増大させることになり、大舵角時の操舵力と微小舵角
時の操舵力の差がより一層大きくなり、不用意な操作が
急操舵を招くことがより効果的に防止される。

また、カム体は、その押圧子に当接する部分の有効半径
がステアリングホイールの中立状態で最小になるものと
なっているため、ステアリングホイールの中立位置が位
置決めされて、運転者にとっても体感し易いものとなる
。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。

第１〜５図は、本発明の第１実施例を示すものである。

第１図は装置の要部縦断面図を示すものである。第１図
において、図示しないステアリングホイール側に連結さ
れるステアリングシャフト１の下端は、楕円歯車機構２
の入力軸３の上端にセレーション結合されている。楕円
歯車機構２の第１楕円歯車４は、ケーシング５の内方で
入力軸３の外周に回り止めされて固定されており、人力
軸３は第１楕円歯車４の中心から長径方向にオフセット
された位置に配置されている。ケーシング５内で第１楕
円歯車４に噛み合う第２楕円歯車６は、ケーシング５内
に入力軸３と平行に配置された出力軸７の外周に回り止
めされて固定されている。

なお、出力軸７は入力軸３と同様に第１楕円歯車４の中
心から長径方向にオフセットされた位置に配置されてい
る。また、楕円歯車機構２は、第２図に示すように、図
示しないステアリングホイールが中立位置にある状態で
、第１楕円歯車４の最短径部と第２楕円歯車６の最長径
部とが相互に噛み合うようになっている。このため、ス
テアリングホイールの舵角の増大に伴い入力軸３の回転
が大きくなるにしたがって、楕円歯車機構２のギヤ比が
高くなるものとなっている。なお、本実施例においては
、ステアリングホイールの最大舵角は約半回転程度に設
定されているので、大舵角時にギヤ比が低くなることは
ない。

楕円歯車機構２の出力軸７は、第１図に示すように遊星
歯車機構８を介してパワーステアリング装置のインナバ
ルブ９に連結されている。すなわち、出力軸７の下端に
は遊星歯車機構８用のプラネタリギヤキャリヤ１０が一
体に形成されており、このプラネタリギヤキャリヤ１０
には複数のプラネタリギヤ１１が回転自在に支持されて
いる。遊星歯車機構８のリングギヤ１２はケーシング５
に固定されており、プラネタリギヤ１１に常時噛み合っ
、ている。また、遊星歯車機構８のサンギヤ１２はイン
ナバルブ９の上端外周に固定され、プラネタリギヤ１１
に常時噛み合っている。

この遊星歯車機構８は、出力軸７の回転を増速してイン
ナバルブシャフト９に伝達する増速機構を構成するもの
となっている。すなわち、プラネタリギヤ１１の公転成
分に加えて自転成分がサンギヤ１２に伝達されることに
よって、サンギヤ１２が増速されるものとなっている。

このため、楕円歯車機構２によって設定される舵角特性
が増速されてパワーステアリング機構に入力されるもの
となっている。

また、上記のインナバルブ９は、外周側に配置されるア
ウタバルブ１３と共に周知のロータリバルブを構成して
いる。アウタバルブ１３の下端に連結された操舵出力軸
１４は、トーションバー１５を介してインナバルブ８に
連結されている。操舵出力軸１４の下部外周に設けられ
たピニオンギヤ１６は、ステアリングロッド１７に設け
られたラックギヤ１８に噛み合って設けられて詣り、ス
テアリングギヤボックス１９を構成している。なお、パ
ワーステアリング装置およびステアリングギヤボックス
１９に関する上記インナバルブ９以下の構成は、全て周
知のものであり、更に詳しい説明は省略する。

ここで、人力軸３に設けられた反力付与機構２０につい
て説明する。カム体２１は、第１楕円歯車４と一体に形
成されて第１楕円歯車４の下方に配置され、入力軸３と
一体に回転するものとなっている。このカム体２１の外
周に形成されるカム面にはスプリング力により付勢され
たローラ２２が押圧されており、このローラ２２は押圧
子をなすものである。

すなわち、円筒状のスプリングハウジング２３が、その
軸線を入力軸の軸線と直交する方向に向けてケーシング
５に設けられており、ばね定数の異なる２条のコイルス
プリング２４．２５がスプリングハウジング２３内に収
納されている。反力ビストン２６は、このスプリングハ
ウジング２３にスライド自在に設けられており、コイル
スプリング２．４．．２５により人力軸３側に付勢され
ている。

反力ビストン２６と一体に形成されたローラ支持プレー
ト２７は、スプリングハウジング２３の内端から突出し
て配置されており、先端部に人力軸３と平行に配置され
た支軸２８が設けられている。

そして、樹脂製のローラ２２がこの支軸２８に回転自在
に支持され、スプリング２４．２５からの付勢力によっ
てローラ２２がカム体２１に押圧されている。また、カ
ム体２１は、第３図に示すように略ハート型形状に形成
されており、軸中心がハート型カム面の凹部側にオフセ
ット配置されている。そして、このカム体２１は、図示
しないステアリングホイールの中立時においてハート型
カム面の最短径部となる凹部がローラ２２に当接するよ
うに配置されている。このため、カム体２１のローラ２
２に当接する部分の有効半径は、舵角の増大に伴う人力
軸の回転とともに増加するものとなっている。なお、人
力軸３の最大回転は約半回転程度に設定されているため
、大舵角時にカム体２１の有効半径が大きく減少するこ
とはない。

次に、本実施例の作用について説明する。

ステアリングホイールからの操舵人力は、人力軸３、第
１楕円歯車４、第２楕円歯車６、出力軸７を介して遊星
歯車機構８に伝達され、遊星歯車機構８によって増速さ
れてステアリングギヤボックス１９に伝達される。楕円
歯車機構２は、第１楕円歯車４の最短径部と第２楕円歯
車６の最長径部とが相互に噛み合うようになっているた
め、入力軸３の回転が大きくなるにしたがって、楕円歯
車機構２のギヤ比が高くなるものとなっている。このた
め、第４図に示した本実施例の舵角特性からも容易に理
解されるように、ステアリングホイールの中立付近では
、操向車輪の初期反応は従来のものとどうていどになる
ように設定しているが、ステアリングホイール舵角の増
大に応じて操向車輪の反応はクイックになる。そして、
このような舵角特性を設定することにより、ステアリン
グホイールの最大舵角を約半回転程度と大幅に減少させ
ることが可能になっている。

また、反力付与機構２０においては、カム体２１の、ロ
ーラ２２に当接する部分の有効半径が、入力軸の回転と
ともに増加するため、これに伴いスプリング２４．２５
が徐々に縮められるようになる。

このため、反力ビストンを介してローラ２２に作用する
スプリング２４．２５の付勢力は、入力軸３（カム体２
１）の回転と共に増大することになり、ローラ２２のカ
ム体２１への押圧力が入力軸回転と共に増大することに
なる。これによって人力軸３の回転抵抗が舵角の増大と
共に増加することになり、ステアリングホイールを操作
するための操舵力は、舵角の増大と共に一層大きくなる
。

この反力付与機構２０を設けた場合と、設けない場合の
操舵力特性を第５図に示す。第５図において、反力付与
機構２０を設けない場合でも、操舵力が舵角の増大とと
もに操舵力が大きくなるのは楕円歯車機構のギヤ比変化
により得られる特性であるが、本実施例の方が、全般的
に操舵力が大きくなり、運転者に注意を促すことができ
るし、中立付近と最大舵角付近との操舵力の差も大きく
なり不用意な操作によって舵角が大きくなってしまうこ
とを防止できる。また、第５図からも明らかなよう°に
、ステアリングホイールの切り戻し操作時には反力付与
機構２０が操舵力を軽減する方向に作用するので、切り
戻し操作が容易になる。

また、カム体２１は、ステアリングホイールの中立時に
おいてハート型カム面の最短径部となる凹部がローラ２
２に当接するように配置されていることにより、ステア
リングホイールの中立位置が位置決めされて、運転者に
とっても中立位置を体感し易いものとなる。

なお、第５図に示した反力付与機構２０による操舵力特
性は一例であり、反力付与機構２０のスプリングのばね
定数及びカム形状を変更すれば、例えば中立付近と最大
舵角付近との操舵力の差をより大きくしたり、中立位置
からの立ち上がり操舵力をより大きくするなど、操舵力
特性を種々変更することができる。

上記第１実施例によれば、反力付与機構２０を設けるこ
とにより、楕円歯車機構２により得られる操舵力特性と
は独立して操舵力特性を設定することができ、楕円歯車
機構２の設定により最適な舵角特性を得ながら、反力付
与機構２０の設定にょり操舵力特性を最適なものに補正
することができる効果を奏する。そして、これにより、
中立付近の操舵応答性が過敏になることを防止すると同
時に、不用意な操舵操作によって急操舵されることも防
止しながら、最大舵角までのステアリングホイール操舵
角を減少させてステアリング装置の操作性を向上する効
果を奏する。

また、楕円歯車機構２の出力は、遊星歯車機構８により
増速されてパワーステアリング装置に人力されるので、
ステアリングホイールの最大操舵角を減少させてもパワ
ーステアリング装置に人力される最大回転角は従来一般
に使用されているステアリング装置とほぼ同一にするこ
とができ、従来のパワーステアリング装置及びステアリ
ングギヤボックスをそのまま流用することができる。こ
のため、簡単な構成で且つ安価にパワーステアリング付
きの小舵角装置が得られる利点がある。

さらに、反力付与機構２０による中立位置の位置決め作
用によりステアリングホイール中立位置を体感し易くな
ると同時に中立位置への自動復帰機能も達成されるため
、切り戻し時などの操舵操作が容易になると共に、直進
走行時の安定性が向上する効果を奏する。

第６〜８図は、本発明の第２実施例を示すものである。

なお、本第２実施例において、上記第１実施例と実質的
に同一の部材については、共通の符号を付しその詳細な
説明は省略する。

本第２実施例においては、第１実施例に対して人力軸３
と出力軸７との位置を逆転させ、人力軸３を操舵出力軸
１４と同軸上に配置したものとなっている。このため、
第１実施例の遊星歯車機構８に換えて、入力軸に結合さ
れた大径のヘリカルギヤ３１とインプットバルブ９に連
結された小径のヘリカルギヤ３２が使用されいる。そし
て、本実施例においてはこれらヘリカルギヤ３１．３２
が増速機構を構成するものとなっており、出力軸７の回
転はヘリカルギヤ３１．３２により増速されてインプッ
トバルブ９に入力されるものとなっている。

また、反力付与機構とは別に操舵力調整用のせんまいス
プリング３５が設けられている。このぜんまいスプリン
グ３５は、人力軸３の周囲に配されて人力軸３とケーシ
ング５との間に設けられており、入力軸３の回転により
弾性変形することによって入力軸３の回転と共に付勢力
が増大し入力軸３の回転抵抗を増大させるものとなって
いる。このため、このぜんまいスプリング３５だけでも
上記第１実施例の反力付与機構３３と略同様の効果を得
ることができるものとなっている。

反力付与機構３４は、第１実施例の場合と同様の形状を
有するカム体２１が出力軸７に固定されており、このカ
ム体２１にローラ２２が圧接するものとなっている。第
１実施例の反力付与機構２０と大きく異なる点は、カム
体２１に押圧されるローラ２２に作用する力がスプリン
グによる付勢力ではなく、油圧力である点である。この
ため、ケーシング５には出力軸７と直交する方向にスラ
イド自在に配置されたプランジャ３６が設けられ、プラ
ンジャ３６の先端にローラ２２が回転自在に支持されて
いる。そして、ケーシング５に設けられた人力ボート３
７から供給される油圧がプランジャ３６の後端に作用す
るものとなっており、入力される油圧によってローラ２
２がカム体２１を押圧する力が変化するものとなってい
る。なお、カム体２１は第１実施例の場合と同様の形状
を有するものとなっているため、入力ボート３７から油
圧が供給される限り、第１実施例の場合と同様に舵角の
増大に伴い操舵力を増大させる作用を発揮する点は変わ
りない。

第７図は、人力ボート３７から供給される油圧の発生機
構を示すものである。リザーブタンク４１に貯えられた
オイルを吸入して吐出するオイルポンプ４２は、トラン
スミッション出力軸に設けられたスピードメータードリ
ブンギヤにより回転駆動されるものとなっている。この
ため、オイルポンプ４２は車速に応じた回転数により回
転し、車速の上昇と共に吐出流量が増大するものとなっ
て′いる。オイルポンプ４２の吐出口は、油路４３を介
して前記の人力ボート３７に接続されている。

この油路４３にはリザーブタンク４１に接続される油路
４４が接続されており、油路４４には絞り４５が設けら
れている。このため、絞り４５により発生する流通抵抗
により絞り４５の上流側には流量に応じた油圧が発生し
、オイルポンプ４２が車速に応じた流量のオイルを吐出
することから、この油圧は車速に応じて上昇するものと
なる。したがって、入力ボート３７には車速に感応した
油圧が作用することになる。なお、リリーフバルブ４６
は、オイルポンプの流量が所定値を越えると吐出される
オイルの一部をリザーブタンク４１ヘリターンさせるた
めのもので、過大な油圧が入力ボート３７へ作用するこ
とを防止するものとなっている。

ここで、本第２実施例の作用について説明する。

特に、反力付与機構３４においては、人力ボート３７に
人力される油圧は車速に感応したものとなっているため
、ローラ２２がカム体２１を押圧する力は車速の上昇と
共に増大することになる。このため、入力軸の回転抵抗
は車速の上昇と共に大きくなり、第８図に示すように車
速の増大と共に操舵力が増大する車速感応型の操舵力特
性を得ることができる。また、カム体２１の形状により
、第１実施例の場合と同様に舵角の増大と共に操舵力が
大きくなるため、高油圧が供給される高速走行時には相
当大きな操舵力でステアリングホイールを操作しない限
り不用意な操舵操作によって操向車輪が大きく操舵され
ることはなく、安全性がより一層向上する。また、カム
体２１の形状による中立位置の位置決め作用も当然得ら
れ第１実施例と同様の効果が得られる。

なお、車両の低速走行時は、反力付与機構３４による操
舵力の制御は殆どなされないが、ぜんまいスプリング３
５によって、楕円歯車機構２の設定とは独立に舵角の増
大に応じて操舵力を増大する特性を設定できるものとな
っている。

上記第２実施例によれば、上記第１実施例と同様の効果
が得られるほか、車速の増大と共に操舵力が増大するス
テアリング装置として好ましい特性を得ることができる
ので、高速走行時の操舵フィーリングが好適なものにな
ると共に、不用意な操舵操作により急操舵されることが
より確実に防止される効果を奏する。

さらに、通常のステアリング装置と同様に、人力軸３と
操舵出力軸１４が同一軸線上に配置されるものであるた
め、車体を改修することなく通常のステアリング装置に
換えて本実施例の装置を搭載することができ、車両の仕
様に応じて通常型と小舵角型のステアリング装置を使い
分ける場合等において車両への搭載が容易で適用範囲が
広い利点がある。

なお、第１実施例においても、スプリングハウジング２
３の底部とスプリングリテーナ５１との間に油圧室を形
成して、車速に感応した油圧を導入すれば、第２実施例
と同様の車速感応特性を得ることができる。

また、本発明は上記の各実施例に何ら限定されるもので
はなく、このほか種々の変形実施が可能であることは言
うまでもない。

（発明の効果） 以上、実施例とともに具体的に説明したように、本発明
によれば、反力付与機構によって、楕円歯車機構により
得られる操舵力特性とは独立して操舵力特性を設定する
ことができ、楕円歯車機構の設定により最適な舵角特性
を得ながら、反力付与機構の設定により操舵力特性を最
適なものに補正することができると同時に、ステアリン
グホイール中立位置の位置決めも行うことができる効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明の第１実施例を示すもので、第１図
は装置の縦断面図、第２図は楕円歯車機構の平面図、第
３図は反力付与機構の平面図、第４図は舵角特性図、第
５図は操舵力特性図、第６〜８図は本発明の第２実施例
を示すもので、第６図は装置の縦断面図、第７図は油圧
供給装置の概略構成図、第８図は車速に対する操舵力特
性図である。 ２・・・楕円歯車機構、４・・・第１楕円歯車６、・・
・第、２楕円歯車、２０．３４・・・反力付与機構２１
・・・、’Ｆム体、２２・・・ローラ出願人　三菱自勘
車工業株式会社 第 図 第 図 第 ζ 図 ３０　　６０　　９０　　１２０　　　＋５０ステアリ
ンゲホイーＪＩ４？ｋｔ角（ｄｅｇ）負 Ｓ 回 第 ワ 図 車達

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ステアリングホィールの回転をステアリングギヤボック
   スに伝達する操舵力伝達経路に楕円歯車機構を介在させ
   るとともに、上記楕円歯車機構は、ステアリングホィー
   ル側に連結される第１の楕円歯車の最短径部とステアリ
   ングギヤボックスに連結される第２の楕円歯車の最長径
   部とが、ステアリングホィールの中立状態で相互に噛み
   合うよう構成されてなる小舵角ステアリング装置におい
   て、上記操舵力伝達経路に設けられて上記楕円歯車機構
   と共に回転するカム体と、付勢手段により付勢されて上
   記カム体のカム面に押圧される押圧子とからなる反力付
   与機構を設け、上記カム体における上記押圧子に当接す
   る部分の有効半径は、ステアリングホィールの中立状態
   で最小になると共に、舵角の増大に応じて増大するよう
   形成されていることを特徴とする小舵角ステアリング装
   置