JPS6241901B2

JPS6241901B2 -

Info

Publication number: JPS6241901B2
Application number: JP57047848A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Kanazawa
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1982-03-24
Filing date: 1982-03-24
Publication date: 1987-09-04
Also published as: JPS58164472A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、自動車のステアリング装置に関し、
特にハンドルの操舵速度に応じてハンドル舵角と
車輪舵角との比すなわちステアリング比が変化す
るようにしたものに関する。

一般に、自動車のステアリング装置は、ハンド
ルと車輪とをステアリングリンケージで連結し
て、ハンドルの回転操舵に応じて車輪を偏向させ
るようになされており、車輪舵角はハンドルの操
舵速度には無関係で、単にハンドル舵角に依存す
るものであつた。

ところで、ハンドルの操舵において、障害物回
避性等から緊急操舵時には車輪の偏向応答性を敏
感にしたいという要求がある。すなわち、緊急操
舵時には通常操舵時に較べて、小さなハンドル舵
角によつて大きな車輪舵角を得る、つまりステア
リング比を小さくすることが望ましい。

そこで、従来、上記のような要求を満たすため
に、例えば特公昭53−10731号公報に開示されて
いるように、ステアリングリンケージにおける回
転によつて操舵力を伝達する部分に、粘性又は電
磁カツプリングを有する差動機構を介設して、ハ
ンドルの操舵速度に応じてステアリング比を変化
させることにより、緊急操舵時には通常操舵時よ
りもステアリング比が小さくなつて車輪の応答性
を高めるようにしたものが提案されている。

しかるに、上記提案のものでは、粘性又は電磁
カツプリングを使用する関係上、構造が複雑で、
かつ部品点数が多いため、大型化し、また高価と
なるという問題がある。

また、このため、実開昭55−4999号公報に開示
されるように、ステアリングリンケージの途中に
トーシヨンバースプリングと扇形シリンダとを介
設して、ハンドルの操舵速度に応じてステアリン
グ比を変えるようにしたものが提案されている。
しかし、このものでは、コンパクト化をある程度
図れるものの、ａ扇形シリンダの加工が難しく、また扇形シリ
ンダ内の回転翼との間のシール性の確保が難し
いこと、ｂトーシヨンバーを用いているため、大きな伝
達力（操舵力）を伝えることができる反面、捩
れ角の許容範囲が小さいことから、ステアリン
グ比の可変範囲が小さく、またその特性の自由
度が小さいので、本来のステアリング比可変機
能が十分に得られないこと、ｃトーシヨンバーを取付けるための加工を別途
必要とし、構造が複雑になることといつた欠点を有し、実用性に欠けるものであつ
た。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであ
り、ステアリングリンケージの途中にハンドルの
操舵速度に応じてステアリング比を変えるステア
リング比可変機構を介設するにあたり、このステ
アリング比可変機構をコイルスプリングとダンパ
ーとで構成するとともに、この両者の構成要素を
互いに兼用させかつ補完させることにより、極め
て簡単でかつコンパクトな構造でもつて、広いス
テアリング可変範囲及び自由度の大きい特性を確
実に得るようにすることを目的とする。

この目的のため、本発明では、ステアリング比
可変範囲を大きくかつその特性の自由度を大きく
するためにコイルスプリングを用いることとす
る。そして、このコイルスプリングにより伝達力
を確実に受け持たすため、コイルスプリングを直
線状に延びるスプリング装入孔でしつかりとガイ
ドし、かつコイルスプリングへの伝達力をピスト
ン部材を介して伝えるものとする。さらに、この
ピストン部材を利用して上記スプリング装入孔を
オイル室として兼用させダンパーとしての機能を
持たせるようにすることにある。

具体的に、本発明の講じた解決手段は、ハンド
ルと車輪とをステアリングリンケージで連結し、
ハンドルの回転操舵に応じて車輪を偏向させるよ
うにした自動車のステアリング装置において、上記ステアリングリンケージの回転によつて操
舵力を伝達する部分を分割し、分割した一方のリ
ンケージ端部に該リンケージの回転軸に対して略
垂直に突出するピン部材を設け、分割した他方の
リンケージ端部に上記ピン部材を包囲するカツプ
リング本体を設ける。

該カツプリング本体に、リンケージの回転軸に
対して略垂直な平面内に位置し上記ピン部材の端
部と略直交するよう直線状に延びるスプリング装
入孔を形成する。

該スプリング装入孔内に上記ピン部材の端部に
当接するピストンを摺動自在に設けるとともに、
該スプリング装入孔内に上記ピストンをピン部材
端部に当接する方向に押圧するコイルスプリング
を装入する。

上記スプリング装入孔、ピストンおよびコイル
スプリングを、リンケージの回転軸の相反する回
転方向に対して弾性作用を有するよう少なくとも
一対配置する。

これら一対のスプリング装入孔内に各々オイル
を封入し、かつ両スプリング装入孔の内部空間を
オリフイスを介して連通する構成としたものであ
る。

これにより、本発明では、分割されたリンケー
ジ間に介在された、該リンケージの回転軸に略垂
直な平面内に位置する一対のコイルスプリングに
よる相反する回転方向に対する弾性作用と、同じ
くオリフイスを介して連通された一対のスプリン
グ装入孔によるダンパー機能とにより、ハンドル
の操舵速度に応じてステアリング比が変化する。

この場合、コイルスプリングで伝達力を受け持
つので、そのコイル長さを大きくすることなく、
ステアリング比の変化度合を大きく、またその特
性の自由度を大きくとることができる。また、こ
のコイルスプリングは直線状に延びるスプリング
装入孔にしつかりとガイドされて変形変位ししか
も直線状に変位すると直接大きな荷重を受けるこ
とができないことから、ピン部材の端部に対して
はピストンを介して伝達力を受けるので、伝達力
を確実に伝えることができる。さらに、上記ピス
トンを利用してスプリング装入孔はオイル室とし
て兼用されてダンパー機能を持つので、ダンパー
を別途に設ける必要がない。以上のことから、広
いステアリング比可変範囲を確保しながら、構造
が極めて簡単でかつコンパクトなものとなる。

以下、本発明の最適実施例を図面に従つて詳細
に説明する。

第１図ないし第３図は本発明をハンドルの操舵
力を補助するパワーアシストを備えたステアリン
グ装置（通称パワーステアリングという）に適用
した例を示す。第１図において、１は自動車のハ
ンドル、２，２は自動車の前輪を構成する左右の
車輪で、上記ハンドル１にはステアリングシヤフ
ト３の上端が連結され、該ステアリングシヤフト
３の下端には中間軸４を介して、ピニオンとラツ
クとからなり上記ステアリングシヤフト３の回転
運動を車体左右方向の直線運動に変換するギヤ部
５が連結され、さらに該ギヤ部５のラツクの左右
両端はそれぞれタイロツド６，６を介して、車輪
２，２を支持するナツクルアーム７，７に連結さ
れており、上記ハンドル１の回転操舵に応じてス
テアリングシヤフト３および中間軸４を回転さ
せ、この回転をギヤ部５で左右移動に変えタイロ
ツド６，６を介して車輪２，２を左右方向に偏向
させるようにしたステアリングリンケージ８が構
成されている。

また、９は上記ステアリングリンケージ８の途
中においてギヤ部５のラツク部分に介設されたパ
ワーアシストであつて、該パワーアシスト９は、
例えばエンジンによつて回転駆動されて油圧を発
生するオイルポンプ１０と、上記ラツクと一体に
構成され、ハンドル１の操舵入力を検知した際に
該オイルポンプ１０からの油圧によつて作動する
シリンダ部１１とを備え、ハンドル１の操舵時、
該ハンドル１の操舵力をギヤ部５のラツク部分に
おいて倍力化して補助するように構成されてい
る。尚、１２，１２は左右の車輪２，２に設けら
れたサスペンシヨン、１３はオイルポンプ１０の
オイルパイプである。

そして、上記ステアリングリンケージ８のハン
ドル１とパワーアシスト９との間にあつて、回転
によつて操舵力を伝達する部分であるステアリン
グシヤフト３は上下に分割され、分割された両者
はカツプリング１４を介して連結されている。

すなわち、上記カツプリング１４の構造は第２
図および第３図に示されている。同図において、
上下に分割されたステアリングシヤフト３のうち
上部ステアリングシヤフト３ａの上端部はハンド
ル１に連結固定され、下端部はベアリング１５，
１５を介してカツプリング本体１６に回転自在に
支承されている。また、上部ステアリングシヤフ
ト３ａの下端部にはピン１７が、両端をステアリ
ングリンケージ８の回転軸としての該シヤフト３
ａに直交する方向に突出せしめて挿着され、該ピ
ン１７の両端部は球形状頭部１７ａ，１７ａに形
成されている。一方、上記カツプリング本体１６
の下部には下部ステアリングシヤフト３ｂの上端
部が連結固定されているとともに、カツプリング
本体１６の中央部には上記ピン１７の所定範囲の
回動を許容して包囲する扇形状の切欠き部１８が
設けられ、該切欠き部１８の側端縁によつて、据
切りや車輪２に過大負荷がかかつたとき等のよう
操舵トルクが設定以上のときにピン１７の所定回
動角度以上の回動を規制するストツパー部１９を
構成している。さらに、カツプリング本体１６の
上記ピン頭部１７ａ，１７ａの回転周方向にはピ
ン頭部１７ａ，１７ａと直交するよう直線状に延
びる一対の平行なスプリング装入孔２０，２１が
貫通して穿設されている。該各スプリング装入孔
２０，２１内には、各々ピン頭部１７ａの両側に
当接しスプリング装入孔２０，２１内を摺動可能
なピストンとしての円周状のカラー２２，２２が
液密状に嵌合されているとともに、各スプリング
装入孔２０，２１の両端にはアジヤストスクリユ
２３，２３が螺動可能に螺合されており、各アジ
ヤストスクリユー２３，２３とカラー２２，２２
との間にはカラー２２，２２をピン頭部１７ａに
当接する方向に押圧する第１および第２コイルス
プリング２４，２５が介装されている。つまり、
各スプリング装入孔２０，２１に装着された第１
および第２コイルスプリング２４，２５は互いに
相反する回転方向に対して弾性作用（復帰作用）
を有し、第１コイルスプリング２４は第３図で反
時計方向の回転力に対して弾性変形して復帰力を
生じる一方、第２コイルスプリング２５は第３図
で時計方向の回転力に対して弾性変形して復帰力
を生じるように配置されているとともに、各コイ
ル中心がステアリングリンケージ８の回転軸とし
てのステアリングシヤフト３に略垂直な平面内に
かつ該ステアリングシヤフト３の略周方向に位置
するよう配置されている。よつて、上記上部ステ
アリングシヤフト３ａと下部ステアリングシヤフ
ト３ｂとはカツプリング１４内に内蔵した相反す
る回転方向に対して弾性作用（復帰作用）を有す
る二対（計４つ）のコイルスプリング２４，２
４，２５，２５によつて連結されている。

さらに、上記各スプリング装入孔２０，２１に
おいて、各カラー２２，２２とアジヤストスクリ
ユー２３，２３との間には第１および第２ダンパ
ー室２６，２７が形成されており、該第１ダンパ
ー室２６と第２ダンパー室７とはカツプリング本
体１６内に形成された連通路２８を介して連通さ
れているとともに、該連通路２８の途中にはオリ
フイス２９が設けられている。第１、第２ダンパ
ー室２６，２７および連通路２８にはオイルが充
填されており、カラー２２，２２の移動による２
つのダンパー室２６，２７の容積変化によつて、
オイルが一方の室から他方の室へオリフイス２９
を通つて移動する、いわゆるオイルダンパー３
０，３０を構成している。このダンパー３０，３
０は該オリフイス２９の遅延作用により、ピン頭
部１７ａの回転速度（すなわちハンドル１の操舵
速度）に応じてピン頭部１７ａの回転力（ハンド
ル１の操舵力）のカツプリング本体１６（下部ス
テアリングシヤフト３ｂ）への伝達力を変化さ
せ、ハンドル１の操舵速度が増大するに従つて操
舵力の伝達力を増大させるものである。よつて、
上記上部ステアリングシヤフト３ａと下部ステア
リングシヤフト３ｂとは、上記二対のコイルスプ
リング２４，２４，２５，２５と並列に、一対の
ダンパー３０，３０によつて連結されている。

次に、上記実施例の作動について説明すれば、
一定車速での走行時、ハンドル１を回転操舵する
と、上部ステアリングシヤフト３ａと共にピン１
７が第１又は第２コイルスプリング２４，２４又
は２５，２５の付勢力に抗して該シヤフト３ａに
略垂直な平面内を回転する。このピン１７の回転
力（ハンドル１の操舵力）はダンパー３０を介し
てカツプリング本体１６および下部ステアリング
シヤフト３ｂに伝達されて、該下部ステアリング
シヤフト３ｂを回転させる。この下部ステアリン
グシヤフト３ｂの回転により中間軸４が回転し、
ギヤ部５で左右動に変換され且つパワーアシスト
９で倍力化されて、左右の車輪２，２が左右方向
に偏向される。

その際、上記ハンドル１の操舵速度θ〓に対する
ダンパー３０による伝達力Ｆは、第４図に示すよ
うに、操舵速度θ〓が増大するに従つて増大変化
し、またダンパー３０による回転変位角θ〓は、
第５図に示すように、上記と相反して、操舵速度
θ〓が増大するに従つて減少変化する特性を示す。
このことにより、ハンドル舵角θと車輪舵角γと
の比であるステアリング比Ｒは、第６図に示すよ
うにハンドル１の操舵速度θ〓に応じて変化し、操
舵速度θ〓が小さいときには大きく、操舵速度θ〓が
増大するに従つて減少し、ダンパー３０によるダ
ンパー作用がなくなる所定操舵速度θ〓_１以上では
ギヤ部５による一定のステアリング比R₁にな
る。

したがつて、上記ギヤ部５によるステアリング
比R₁を通常操舵時のステアリング比よりも小さ
くなるように設定しておけば、障害回避等の緊急
操舵時にはステアリング比Ｒが小さくなることに
より、小さいハンドル舵角θに対して大きな車輪
舵角γとなり、敏感な応答性が得られ、危険回避
がはかれる。

一方、ハンドル１の操舵速度θ〓が比較的遅い通
常操舵時には、ステアリング比Ｒが比較的大きい
ことにより、ハンドル１の操舵に対して車輪２，
２が緩かに応答して偏向されることになり、走行
安定性が確保される。

加えて、上記実施例では、パワーアシスト９を
備えたステアリング装置に適用したものであるの
で、上記第１および第２コイルスプリング２４，
２５は、上述の如きリターンスプリングとしての
機能と共に、車速に応じた可変ステアリング比を
得る手段を兼ねるものである。すなわち、一般に
パワーアシスト９を備えたステアリング装置では
ハンドル１を回転させる操舵トルクＴは横方向加
速度Ｇが一定の場合には車速に対してほぼ一定と
なる特性を有する。また、カツプリング１４の無
いものは、ハンドル１の舵角θおよび車輪２の操
舵角γは横方向加速度Ｇに対して車速に応じて特
性勾配が変化し、低速では高勾配に、高速では低
勾配となる。つまり運転者は通常の迂回時には低
速でも高速でも横方向加速度Ｇがほぼ一定となる
ような運転を行うが、その場合には低速でのハン
ドル舵角（θ）_lおよび車輪舵角（γ）_lは各々高速
でのハンドル舵角（θ）_hおよび車輪舵角（γ）_hよ
りも大となる。（（θ）_l＞（θ）_h、（γ）_l＞（γ）_h）と
ともに、カツプリング１４による回転変位がない
場合のハンドル角θと車輪舵角γとは車速に拘ら
ず１対１の比例関係となりステアリング比R₀が
一定となる特性を有する。さらに、ハンドル１の
操舵トルクＴとカツプリング１４による回転変位
角θ〓との関係は操舵トルクＴの増大に比例して
回転変位角θ〓が増大する特性を有する。つま
り、実際のハンドル舵角は、カツプリング１４が
ない場合の舵角θとカツプリング１４による変位
角θ〓との和で表わされる。それ故、低速走行時
のステアリング比（Ｒ）_lは、（Ｒ）_l＝（θ）_ｌ＋（θδ）_ｌ／（γ）_ｌ＝（θ
）_ｌ／（γ）_ｌ＋（θδ）_ｌ／（γ）_ｌとなり、また、高速走行時のステアリング比
（Ｒ）_hは（Ｒ）_h＝（θ）_ｈ＋（θδ）_ｈ／（γ）_ｈ＝（θ
）_ｈ／（γ）_ｈ＋（θδ）_ｈ／（γ）_ｈとなるが、ここで（θ）_ｌ／（γ）_ｌ＝（θ）_ｈ／（γ
）_ｈ＝R₀（一定）であり、横方向加速度Ｇ＝一定のとき操舵Ｔ≒一定か
ら（θδ）_l＝（θδ）_h＝一定であり、また（γ）_l＞
（γ）_hであるので、よつて、（Ｒ）_l＜（Ｒ）_hとな
る。すなわち、低速走行時にはステアリング比が
小さく、高速時にはステアリング比が大きいとい
う車速に対応した可変ステアリング比を得ること
ができる。

したがつて、このようにハンドル１の操舵速度
に応じた可変ステアリング比を、第１および第２
コイルスプリング２４，２５とダンパー３０とに
よつて得ることができるので、構造が極めて簡単
であり、また部品点数が少なく済むため、小型に
製作することができるともに安価に実施すること
ができ、また既存のステアリング装置に対して容
易に付設することができる。しかも、上記コイル
スプリング２４，２５によつて車速に応じた可変
ステアリング比を広くとることができるという利
点をも有する。さらに、この場合、上記コイルス
プリング２４，２５は、直線状に延びるスプリン
グ装入孔２０，２１内において、ピン頭部１７
ａ，１７ａからの伝達力を、大きな荷重に対して
直線状に変位しても受け取め得るカラー２２，２
２を介して受け、かつ直線状のスプリング装入孔
２０，２１にしつかりとガイドされて変形変位す
るので、上記伝達力を確実に伝えることができ
る。しかも、上記カラー２２を利用して上記スプ
リング装入孔２０，２１はダンパー室２６，２７
として兼用され、ダンパー３０，３０を構成して
いるので、ダンパーを別途設ける必要がなく、構
造の簡単化、コンパクト化をより一層図ることが
できる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、その他種々の変形例をも包含するものであ
る。例えば、上記実施例ではパワーアシスト９を
備えたステアリング装置に適用した例について述
べたが、パワーアシスト９のないものに対しても
適用できるのは勿論である。但し、この場合に
は、上記実施例の如き車速に応じた可変ステアリ
ング比の効果を十分に得ることができない。

また、ハンドル１の操舵速度に応じた可変ステ
アリング比を得るためのカツプリング１４（分割
部分）は、パワーアシスト９を備えたものにおい
てはステアリングリンケージ８のハンドル１とパ
ワーアシスト９との間にあつて回転によつて操舵
力を伝達する部分の任意の箇所に、またパワーア
シスト９のないものにおいてはステアリングリン
ケージ８の回転によつて操舵力を伝達する部分の
任意の箇所に設ければよい。

さらに、上記実施例では、カツプリング１４に
おいて相反する回転方向に対して弾性作用を有す
る第１および第２コイルスプリング２４，２５を
二対設けが、少なくとも一対あれば十分である。
また、相反する回転方向に対してダンパー作用を
有するダンパー３０を一対設けたが、少なくとも
１つあれば十分である。

以上説明したように、本発明によれば、ハンド
ルの操舵速度に応じてステアリング比を変えるス
テアリング比可変機構が、カツプリング本体に一
対のスプリング装入孔を形成し、該スプリング装
入孔内にピストンとコイルスプリングとを装入
し、かつオイルを封入した上記スプリング装入孔
を連通することで構成できるので、極めて簡単で
かつコンパクトな構造でもつて、ステアリング比
の変化度合およびその特性の自由度が大きく、か
つ作動の確実なステアリング可変機構を得ること
ができ、よつて構造の簡素化、装置の小型化およ
び低廉化を達成でき、実用性に優れたものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体概
略構成を示す斜視図、第２図は要部のカツプリン
グ部分の拡大縦断面図、第３図は第２図の―
線断面図、第４図は操舵速度に対するダンパーに
よる伝達力特性を示す図、第５図は操舵速度に対
するダンパーによる回転変位角特性を示す図、第
６図は操舵速度に対するステアリング比特性を示
す図である。１……ハンドル、２……車輪、３……ステアリ
ングシヤフト、３ａ……上部ステアリングシヤフ
ト、３ｂ……下部ステアリングシヤフト、５……
ギヤ部、８……ステアリングリンケージ、９……
パワーアシスト、１４……カツプリング、１６…
…カツプリング本体、１７……ピン、１７ａ……
ピン頭部、２０，２１……スプリング装入孔、２
２……カラー、２４……第１コイルスプリング、
２５……第２コイルスプリング、２６……第１ダ
ンパー室、２７……第２ダンパー室、２８……連
通路、２９……オリフイス、３０……ダンパー。

Claims

【特許請求の範囲】１ハンドルと車輪とをステアリングリンケージ
で連結し、ハンドルの回転操舵に応じて車輪を偏
向させるようにした自動車のステアリング装置に
おいて、上記ステアリングリンケージの回転によつて操
舵力を伝達する部分を分割し、分割した一方のリ
ンケージ端部に該リンケージ端部の回転軸に対し
て略垂直に突出するピン部材を設け、分割した他
方のリンケージ端部に上記ピン部材を包囲するカ
ツプリング本体を設け、該カツプリング本体に、リンケージの回転軸に
対して略垂直な平面内に位置し上記ピン部材の端
部と略直交するよう直線状に延びるスプリング装
入孔を形成し、該スプリング装入孔内に上記ピン部材の端部に
当接するピストンを摺動自在に設けるとともに、
該スプリング装入孔内に上記ピストンをピン部材
端部に当接する方向に押圧するコイルスプリング
を装入し、上記スプリング装入孔、ピストンおよびコイル
スプリングを、リンケージの回転軸の相反する回
転方向に対して弾性作用を有するよう少なくとも
一対配置し、これら一対のスプリング装入孔内に各々オイル
を封入し、かつ両スプリング装入孔の内部空間を
オリフイスを介して連通したことを特徴とする自
動車のステアリング装置。