JPH02216368A - 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
速走行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
おり、この傾向自体は上記の観点から望ましいものであ
る。

しかしながら、上記の舵角変化に対する操舵力変化の特
性は以下のような問題を引き起こすことになる。すなわ
ち、低速走行時の操作性向上を重視して大舵角時の操舵
力を軽く設定すると、高速走行時に使用する微小舵角付
近の操舵力が軽くなり過ぎて安定感が欠ける問題を生じ
るし、高速走行時の安定性を重視して微小舵角付近の操
舵力を重く設定すると、低速走行時に使用する大舵角時
の操舵力が重くなり過ぎて操作性がかえって悪化する問
題があった。

（課題を解決するだめの手段） 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、車速の増大に応じて上記操舵力伝達経路の回転
抵抗を増大させる反力付与機構を装着することによって
達成される。

（作用） 本発明によれば、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、車速
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
反力付与機構を装着したため、この反力付与機構の設定
によって、楕円歯車機構のギヤ比変化によって生じる舵
角に対する操舵力変化特性とは独立して車速の変化に応
じて操舵力を制御することができ、舵角変化と車速変化
の両方に対して良好な操舵感を得ることができるように
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１〜７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ｌ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
人力軸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は人力軸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３０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＃を構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Ｍ４２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人力されるも
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９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おり、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、入力軸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、人力軸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が押圧されている。

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がスズリンクハウシング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２４．２５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、先端部に入力軸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２Ｉ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に形成され
ており、図示しないステアリングホイールの中立時にお
いて最短径部がローラ２２に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２２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、入力軸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。

また、コイルスプリング２４．２５の外端側を支持する
スプリングリテーナ５１は、スプリングハウジフグ２３
内にスライド自在に配置されている。

そして、スプリングハウジング２３の底部とスプリング
リテーナ５１との間に油圧室５２が形成されており、ス
プリングハウジング２３の底部に穿設された入力ポート
３７から油圧が導入されるものとなっている。

第４図は、入力ポート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、入力ポート３７には車速に感応した
油圧が作用することになる。なお、ＩＪ　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、過大な油圧が人力ボート３７へ作用す
ることを防止するものとなっている。

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
約、人力軸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５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同程度になるよう
に設定されているが、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、人力軸の回転とと
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６図に示す。第６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二七ができ
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６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は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。

なお、第６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するなど、操舵力
特性を種々変更することができる。

また、第６図の特性は一定車速状態における特性を示す
ものであり車速が変化すれば当然操舵力レベルが変化す
ることになる。すなわち、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、車速の上
昇と共にスプリング２４．２５が短縮されてローラ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、人力軸の回転抵抗は車速の上昇
と共に大きくなり、第７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。このため、高速走行時には操舵力が増大して
安定性が向上すると共に、低速走行時は操舵力が低下し
て操作性が向上する。

また、カム体２１の形状により、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、車両の低速走行時は、油圧室５２に油圧は殆ど供
給されないが、スプリングリテーナ５１が底付きしてス
プリング２４．２５の付勢力だけでローラ２２が付勢さ
れ、カム体２１の形状によって、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１実施例によれば、車速に感応した油圧が供給さ
れる反力付与機構２０を設けることにより、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。

そして、車速と舵角とに応じて操舵力が増大するもので
あるため、低速大舵角時の操舵力を比較的軽く設定しな
がら、高速微小舵角時の操舵力を比較的重くすることが
でき、舵角に応じて操舵力を重くしても低速走行時の操
作性と高速走行時の安定性とを両立させることができる
小舵角ステアリング装置を提供できる効果を奏する。

また、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、楕円歯車機構の設定により
決定される操舵力特性を反力付与機構２０の設定により
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
とを効率良く防止すると同時に、不用意な操舵操作によ
って急操舵されることを効果的に防止しながら、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入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のカム体２１は略ハート型形
状のものが使用され、中立時にカム体の最短径部にロー
ラ２２が圧接されるものであるため、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３］、、３
２が増速機構を構成するものとなっており、出力軸７０
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に人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ぜんまいス
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の周囲に配されて入力軸３とケーシ
ング５との間に設けられたぜんまいスプリング３５によ
り構成されている。このぜんまいスプリング３５は、人
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人力軸３０回転抵抗を増大
させるものとなっている。このため、この第１反力付与
機構３３だけでも舵角の増大に応じて操舵力を増大させ
る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に作用する力が油圧力だ
けである点である。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３７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、人力され
る油圧によってローラ２２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
、人力ボート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。

また、入力ボート３７から供給される油圧は、第１実施
例と同様に第４図に示した油圧供給装置から供給される
ものとなっており、車速の増大と共に供給される油圧が
上昇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、第２反力付与機構においては、入力ボート３７に
入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１実施例の場合と同
様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、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、通常のステアリング装置と同様に、入
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。

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、車速と舵角とに応じて操舵力が増大するもの
であるため、低速大舵角時の操舵力を比較的軽く設定し
ながら、高速微小舵角時の操舵力を比較的重くすること
ができ、舵角に応じて操舵力を重くしても低速走行時の
操作性と高速走待時の安定性とを両立させることができ
る小舵角ステアリング装置を提供できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１〜７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図は油圧供給装置の
概略構成図、第５図は舵角特性図、第６図は舵角に対す
る操舵力特性図、第７図は車速に対する操舵力特性図、
第８図は本発明の第２実施例を示す装置の縦断面図であ
る。 ２・・・楕円歯車機構、４・・・第１楕円歯車６・・・
第２楕円歯車、、２０．３４・・・反力付与機構負 ■ 第 口 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、車速の増大に応じて上記操
   舵力伝達経路の回転抵抗を増大させる反力付与機構を装
   着したことを特徴とする小舵角ステアリング装置