JPS6246766A - 自動車のステアリング装置 - 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、自動車のハンドル舵角に対する車輪舵角の伝
達比（減速比）を変化させ１りるようにしたステアリン
グ装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に、自動車のステアリング装置は、ステアリングハ
ンドルの回転運動をラックアンドビニオン等のステアリ
ングギヤ装置を介してタイロッドの横方向の変位運動に
変換し、該タイロッドの両端部に連結された左右の操舵
車輪の向きを変化させるものであるが、上記ステアリン
グハンドルの回転量（ハンドル舵角）と車輪のきれ角（
車輪舵角）とは通常、常に一定の対応関係に保持されて
いる。しかし、例えば自動車の高速走行時には上記ハン
ドル舵角に対する車輪舵角の伝達比を大きくして一定ハ
ンドル舵角に対する車輪舵角の大きさを小さくすること
が走行安定性を確保する上で望ましく、一方、低速走行
時には、自動車の挙動を俊敏化させて良好な運転フィー
リングを得たり、あるいは車庫入れを容易化する等の見
地から、上記伝達比を逆に小さくして一定ハンドル舵角
に対する車輪舵角を大きくすることが望ましい。

そこで、かかる要求を満たすために、従来、例えば特開
昭５８−２２４８５２号公報に開示されているように、
自動車の車速に応じて上記のハンドル舵角に対する車輪
舵角の伝達比を変化させるようにした車速感応型のステ
アリング装置が提案されている。これは、ステアリング
ハンドルとステアリングコラムとの間に、対向する一対
の可変ピッチブーりと両ブーり間に巻き掛けられたＶベ
ルトとからなるベルト式無段変速機構を設けるとともに
、被駆動側のブーりのピッチ径を車速が上昇するほど大
きくなるようにステッピングモータにより制御するよう
にしたものである。これによれば、ハンドルからステア
リングコラムへの回転伝達比が車速の高速時はど大きく
なり、その結束、一定のハンドル舵角に対する車輪の転
舵角が高速時には小さく、低速時には大きくなり、車速
に対応した良好なステアリング特性が得られることとな
る。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、こうしてハンドル舵角に対する車輪舵角の伝
達比を車速等に応じて可変制御する伝達化可変システム
を備えたステアリング装置に、操舵力をアシストするパ
ワーステアリング機構を装備した場合、例えば伝達比の
小さくなる低中速時に運転者がハンドルを素早く操舵し
たときには、上記伝達比の小さい分だけパワーステアリ
ング機構におけるパワーシリンダのピストン速度が速ま
ることになる。しかし、油圧ポンプからパワーシリンダ
へ供給される圧油の流ｍには限度があるので、その圧油
流量が上記ピストン速度に対応せずに相対的に不足し、
この圧油の流量不足によりパワーステアリング機構が税
調状態となって車輪の転舵遅れが生じるという問題があ
る。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、上記の如く、ハンドル舵角に対する車輪
舵角の伝達比を変化させるシステムとパワーステアリン
グ機構との両方をステアリング装置に適用した場合にお
いて、パワーステアリング機構に対する圧油の流ωを可
変とすることにより、操舵速度が速いときに圧油流量不
足に起因して生じる車輪の転舵遅れを防止できるように
することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、ステ
アリングハンドルとタイロッドとの間の操舵力伝達経路
中に伝達比可変手段を設け、該伝達比可変手段によりハ
ンドル舵角に対する車輪舵角の伝達比を変化させるよう
にする。上記伝達比可変手段は、例えば遊星歯車機構や
差動歯ｒＪｉ機構と、該歯車機構を作動制御するステッ
ピングモータ等のアクチュエータとで構成される。また
、自動車の車速等の運転状態を検出する運転状態検出手
段と、該検出手段からの信号に応じて上記伝達比可変手
段を作動制御するコントローラとを設ける。

さらに、上記伝達比可変手段とタイロッドとの間の操舵
力伝達経路中に操舵アシスト力を発生するパワーステア
リング機構を設けるとともに、上記ハンドルの操舵速度
を検出する操舵速度検出手段を設け、該操舵速度検出手
段からの出力信号に基づいて上記パワーステアリング機
構に供給される圧油の流量を可変制御するように構成す
る。

（作用） したがって、上記の構成により、本発明では、ステアリ
ングハンドルを操舵して車輪を転舵すると、該ハンドル
の操舵に伴ってパワーステアリング機構が作動して操舵
力がアシストされながら車輪が転舵されるとともに、運
転状態検出手段の信号を受けたコントローラにより伝達
比可変手段が作動制御されて、ハンドル舵角に対する車
輪舵角の伝達比が可変制御される。

そのとき、上記ハンドルの操舵速度が操舵速度検出手段
によって検出され、該検出手段の出力信号に応じてパワ
ーステアリング機構への圧油流量が可変制御される。そ
れ故、この圧油流量の制御をハンドルの操舵速度が速く
なるほど圧油流量が増加するように行うと、ハンドルを
素早く操舵した時にパワーステアリング機構への圧油流
量が十分に確保され、圧油流量不足に起因する車輪の転
舵遅れが有効に回避できることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る自動車のステアリング装
置の全体構成を示し、１はステアリングハンドル、３は
該ステアリングハンドル１の回転運動を車輪８，８の転
舵運動に変換するラックピニオン式のステアリングギヤ
装置であって、該ステアリグギヤ装置３は、第５図に拡
大詳示するように、ステアリングギヤボックス３ａ内に
ピニオン３ｂと、該ピニオン３ｂに噛み合う車体幅方向
に延びるランク３Ｃとを有し、上記ビニオン３ｂは第１
および第２の中間軸４．５ならびにハンドル軸２を介し
て上記ハンドル１に連結され、一方、ラック３Ｃは各タ
イロッド６およびナックルアーム（図示せず）を介して
各車輪８に連結されている。

また、上記ハンドル１とステアリングギヤ装置３つまり
タイロッド６，６との間の操舵力伝達経路の途中には、
ハンドル舵角θＨに対する車輪舵角θＷへの伝達比Ｒを
変化させる伝達比可変手段９が設けられている。該伝達
比可変手段９は、第２図ないし第４図に拡大詳示するよ
うに、上記第１の中間軸４と同一軸線上に対向配置され
かつ中間軸４と反対側の端部において上記ハンドル軸２
に対し互いに噛み合う入力ギヤ１０．１１を介して駆動
連結された入力軸１２と、該入力軸１２と中間軸４との
間に配設された遊星歯車式の差動歯車機構１３とを備え
てなる。上記差動歯車機構１３は、上記ハンドル１側に
連結される入力軸１２に固着された入力ギヤ要素として
のサンギヤ１４と、上記車輪８，８側に連結される中間
軸４に固着された出力ギヤ要素としてのリングギヤ１５
と、該両ギヤ１４．１５間に両ギヤ１４．１５とそれぞ
れ噛み合うように等角度間隔で介在された反力ギヤ要素
としての例えば３個のプラネタリビニオン１６．１６．
・・・とからなり、該ピニオン１６゜１６、・・・は上
記入力軸１２上に回転自在に外嵌合したビニオンキャリ
ア１８にビニオン軸１７，１７、・・・を介して担持さ
れている。また、上記ビニオンキャリア１８にはセクタ
ギヤ１９が形成され、該セクタギヤ１９にはステラばン
グモータ２０の回転出力軸２０ａに固着したビニオン２
１が噛み合わされてＪ３す、ステッピングモータ２０の
回転ににり差動歯車機構１３の反力ギヤ要素としてのプ
ラネタリビニオン１６．１６．・・・を作動制御し、つ
まりピニオンキャリア１８を入力軸１２回りに回転させ
て該キャリア１８に担持されたプラネタリビニオン１６
．１６．・・・をサンギヤ１４とリングギヤ１５との間
で転動させながら移動させ、このビニオン１６，１６．
・・・の移動によりハンドル軸２ないしサンギ１７１４
からリングギヤ１５および中間軸４に至る回転量を増減
制御することにより、ハンドル舵角θＨに対する車輪舵
角θＷの伝達比Ｒを変化させるように構成されている。

一方、４０は上記伝達比可変手段９のステッピングモー
タ２０に制御信号を出力してそれを作動制御するコンピ
ュータよりなるコントローラであって、該コントローラ
４０には上記ステアリングハンドル１のハンドル舵角θ
Ｈを検出するハンドル舵角センサ４１と、自動車の車速
■を検出する車速センサ４２との各出力信号が入力され
ており、これら両センサ４１．４２により自動車の運転
状態を検出する運転状態検出手段が構成される。上記コ
ントローラ４０は、第８図に詳示するように、上記ハン
ドル舵角センサ４１および車速センサ４２によりそれぞ
れ検出されたハンドル舵角θＨおよび車速Ｖを、予め第
９図に示すように設定されて特性記憶部４３に記憶され
ている特性マツプに照合比較して伝達比可変手段９で制
御すべぎ目標伝達比Ｒを演算する目標伝達比演算部４４
と、該演算部４４の出力信号に基づいてステッピングモ
ータ２０を、上記演算された目標伝達比Ｒに対応する回
転角に一致するように駆動するモータ駆動部４５とを備
えてなる。尚、上記特性マツプは、図示の如くハンドル
舵角θＨに対する車輪舵角θＷの伝達比Ｒが車速Ｖが速
くなるほど大きくなるように設定されている。

さらに、上記伝達比可変手段９とタイロッド６゜６との
間の操舵力伝達経路中にはハンドル１から車輪８．８に
伝達される操舵力に対しアシスト力を発生するパワース
テアリング機構２２が装備されている。該パワーステア
リング機構２２は、第５図に示すように、上記ステアリ
ング装置３のラック３Ｃと一方（図では車体左側）のタ
イロッド６との間に介在されかつラック３Ｃおよびタイ
ロッド６に連結されたピストン２３ａにより区画形成さ
れるシリンダ室２３ｂ、２３ｂを内部に有する油圧式の
パワーシリンダ２３と、ステアリングギヤ装置３のギヤ
ボックス３ａに連設され、ハンドル１の操舵に応じて油
圧ポンプ２５から上記パワーシリンダ２３のシリンダ室
２３ｂ、２３ｂへ供給される圧油の供給方向を切り換え
るとともにその圧力を制御１１″！ｌｌるロータリ式の
コントロールバルブ２４とを備えてなり、油圧ポンプ２
５からの圧油をハンドル１の操舵入力に応じてコントロ
ールバルブ２４で制御しながらパワーシリンダ２３に供
給し、そのパワーシリンダ２３の出力により操舵力をア
シストして車輪８，８を転舵づ−るようになされている
。

上記パワーステアリング機構２２のパワーシリンダ２３
に圧油を供給する油圧ポンプ２５は、第６図および第７
図に示すように、例えば自動車の車高を調整するための
車高調整装置く図示せず〉におけるショックアブソーバ
に圧油を供給する油圧ポンプ２６に連設されている。こ
れら油圧ポンプ２５．２６はいずれもベーンポンプから
なっていて互いに同じ構成であり、以下、パワーステア
リング用の油圧ポンプ２５について説明するに、該油圧
ポンプ２５は、吸込口２７および吐出口２８が開口する
ハウジング２つ内に非円形状の内周面を有するロータ室
３０が形成されてなり、該ロータ室３ｏ内には円板状の
ロータ３１が回転自在に嵌装され、該ロータ３１の外周
部にはロータ室３０の非円形状内周面に摺接する複数枚
のベーン３２．３２．・・・がロータ３１の半径方向に
摺動可能に支持されている。また、上記ロータ３１を支
持する回転軸３３は、車高調整用の油圧ポンプ２６と兼
用され、かつ該油圧ポンプ２６と反対側に延長され、そ
の延長部の端部にはプーリ３４が取り付けられ、該プー
リ３４は図示しない車載エンジンの出力軸にベルトを介
して駆動連結されており、エンジンによりロータ３１を
回転駆動して、そのロータ３１の回転によりハウジング
２９の吸込口２７から吸い込んだ油を加圧したのち吐出
口２８から吐出させるようになされている。

また、上記両袖圧ポンプ２５．２６から吐出された圧油
をそれぞれパワーステアリング機構２２のパワーシリン
ダ２３および車高調整装置のショックアブソーバに供給
する圧油供給管３５．３６の途中には肉供給管３５．３
６に亘って電磁切換弁３７が配設されている。該切換弁
３７は、通常の状態では両袖圧ポンプ２５．２６の吐出
口２８゜２８をそれぞれ独立してパワーシリンダ２３お
よびショックアブソーバに連通させるノーマル位置に位
置付けられ、制御信号の入力により、両畦出口２８．２
８を共にパワーシリンダ２３に連通させる（この状態で
は両袖圧ポンプ２５　＋　２６が互いに連通プ゛る）オ
フセット位置に切り換えられる。

一方、上記コントローラ４ｏには、第８図に示づ−よう
に、上記ハンドル舵角センサ４１により検出されたハン
ドル舵角θＨを一定時間毎に時間機、分してハンドル１
の操舵速度ｂＨを演算する操舵速度検出手段としての操
舵速度演算部４６と、該演粋部４６で演算された操舵速
度θＨを予め記憶部４７で記憶されている設定値θＨＯ
と比較して実際の操舵速度０Ｈが設定値（９ト＋ｏより
も大きいときに出力信号を発する比較部４８と、該比較
部４８の出力信号を受けて上記切換弁３７に制御信号を
出力しそれを作動制御する切換弁駆動部４つとが設けら
れており、操舵速度演算部４６からの出力信号に基づい
て切換弁３７を制御することにより、パワーステアリン
グ機構２２のパワーシリンダ２３へ供給される圧油の流
量を可変制御し、ハンドル１の操舵速度θＨが設定値υ
）４０を越えて上昇したときには、切換弁３７をオフセ
ット位置に切り換え、両ポンプ２５．２６から吐出され
る圧油を其にパワーシリンダ２３に供給してパワーシリ
ンダ２３への圧油流量を増加させるように構成されてい
る。

したがって、上記実施例においては、自動車の走行中、
ステアリングハンドル１を操舵すると、その動きはハン
ドル軸２を介して伝達比可変手段９における入力＠１２
に伝達されて差動歯車機構１３のリンギヤ１４が回転づ
る。また、上記ハンドル１の操舵に伴って変化するハン
ドル舵角θＨがハンドル舵角センサ４１により検出され
るとともに、そのときの車速Ｖが車速センサ４２によっ
て検出され、これら両センサ４１，４２の出力信号を受
けたコントローラ４ｏから上記差動歯車機構１３を作動
制御するステッピングモータ２０に制御信号が出力され
て該モータ２０が回転制御され、このモータ２０の回転
によりビニオン２１およびセクタギヤ１９を介してビニ
オンキャリア１８が回転駆動される。すなわち、上記差
動歯車機構１３では、サンギＡ７１４がハンドル１の舵
角θＨに比例した角度だけ回転すると同時に、ビニオン
キャリア１８がコントローラ４０により制御されるステ
ッピングモータ２０の回転角に応じて回転されるように
なる。このため、差動歯車機構１３のリングギヤ１５お
よびそれと一体の中間軸４は上記ハンドル舵角θＨに対
しビニオンキャリア１８の回転角を増減した角度だけ回
転することになり、この中間軸４の回転により車輪８．
８が転舵され、このことによって車速Ｖが上昇するほど
ハンドル舵角θＨに対する車輪舵角θＷの伝達比Ｒが大
きくなるように可変制御される。

また、上記ハンドル１の操舵に連動する中間軸４．５の
回転に伴いパワーステアリング機構２２が作動して、そ
の油圧ポンプ２５からの吐出圧油がノーマル位置にある
切換弁３７を介してパワーシリンダ２３に（共給され、
このパワーシリンダ２３の出力により上記ハンドル１か
ら車輪８．８に至る操舵力がアシストされる。

その場合、上記ハンドル１の操舵速度θＨがコントロー
ラ４０における操舵速度演算部４６によって演算され、
その操舵速度υＨが設定値θＨＯよりも速くなると、上
記１，７Ｊ換弁３７がノーマル位置からオフセット位置
に切り換えられて、通常は小高調整のために使用されて
いる油圧ポンプ２６からの吐出圧油が上記パワーシリン
２３に供給される。このため、例えば伝達比Ｒの小さく
なる低車速時、運転者の素早いハンドル操作により操舵
速度θＨが上界しても、パワーステアリング機構２２の
パワーシリンダ２３への圧油流量は不足することなく十
分な流けに確保され、そのピストン２３ａをハンドル操
舵に対応して迅速に移動させることができ、よって車輪
８．８の転舵遅れを防止してそのハンドル操舵に対する
応答性を高めることができる。

尚、上記実施例の構成において、互いに連設されたパワ
ーステアリング用および車高調整用の油圧ポンプ２５．
２６に対し、その兼・用された回転軸３３の両ポンプ２
５．２６間の中間部分に他の部分よりも小径の括れ部を
形成するか、あるいは回転軸３３の車高調整用油圧ポン
プ２６側を全体的にパワーステアリング用油圧ポンプ２
５側より小径にするようにすると、車高調整用油圧ポン
プ２Ｇが焼付き等により作動不能どなったときに、プー
リ３４の回転に伴って上記回転軸３３の括れ部あるいは
油圧ポンプ２６側の小径部が強制的に切断されることに
なり、プーリ３４側の油圧ポンプ２５の作動を確保でき
て好ましい。

また、上記実施例では、パワーステアリング用の油圧ポ
ンプ２５を車高調整用の油圧ポンプ２６に連設し、ハン
ドル１の操舵速度θＨの高速時、切換弁３７の切換制御
により車高調整用油圧ポンプ２６の吐出圧油をパワース
テアリング機構２２側に供給するようにしたが、第１０
図に示すように、パワーステアリング機構２２の油圧ポ
ンプ２５′を回転数が可変のモータ３８に駆動連結し、
そのモータ３８の回転数をコントローラ４０で制御する
ことにより、第１１図に示すように油圧ポンプ、２５′
の流邑を操舵速度υＨが速くなるほど、また車速Ｖが遅
くなるほど増大するよう、操舵速度θＨおよび車速Ｖに
応じて比例的に制御するようにしてもよく、上記実施例
と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、パワーステアリング機構２２の油圧ポンプを可
変容置形ポンプで構成するとともに、該ポンプを上記実
施例の如く車載エンジンにより駆動することとし、その
可変容番形ポンプの吐出流用をハンドル１の操舵速度０
Ｈに応じて変化させるように変更してもよい。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によれば、ハンドル舵角に対する車
輪舵角の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、パワー
ステアリング機構とを備えた自動車のステアリグ装置に
おいて、ハンドルの操舵速度に応じてパワーステアリン
グ機構への圧油流量を変化させるようにしたことにより
、ハンドルの操舵速度の高速時、パワーステアリング機
構への圧油流量を増大させて十分に確保することができ
、車輪の転舵遅れを有効に防止してステアリング装置に
おける車輪転舵の応答性を向」ユさせることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はステアリング装
置の全体構成を示す斜視図、第２図は伝達比可変手段の
構成を示す断面図、第３図および第４図はそれぞれ第２
図の■−■線およびＩＶ　−ＩＶ線断面図、第５図はス
テアリングギヤ装置およびパワーステアリング機構め拡
大断面図、第６図はパワーステアリング用および車高調
整用油圧ポンプの断面図、第７図は第６図の■−Ｖｌ線
断面図、第８図はコントローラの構成を示ずブロック図
、第９図はコントローラで読み込まれるマツプの特性図
である。第１０図は他の実施例の構成図、第１１図は同
ポンプａｍの特性を示す説明図である。 １・・・ステアリングハンドル、３・・・ステアリング
ギヤ装置、６・・・タイロッド、８・・・車輪、９・・
・伝達比可変手段、１３・・・差動歯車機構、２０・・
・ステッピングモータ、２２・・・パワーステアリング
機構、２５．２５’　、２６・・・油圧ポンプ、３７・
・・切換弁、３８・・・モータ、４０・・・コントロー
ラ、４１・・・ハンドル舵角センサ、４２・・・車速セ
ンｖ１４６・・・操舵速度演算部。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社代　　　　　理
　　　　　人　　　前　　１）　　　　弘　□、５３５
．　−２；１第７図 第１０図 第１１図 榛舵連氏６Ｈ−速

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステアリングハンドルとタイロッドとの間の操舵
   力伝達経路中に設けられ、ハンドル舵角に対する車輪舵
   角の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、自動車の運
   転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段から
   の信号に応じて上記伝達比可変手段を作動制御するコン
   トローラとを備えた自動車のステアリング装置において
   、上記伝達比可変手段とタイロッドとの間の操舵力伝達
   経路中に操舵アシスト力を発生するパワーステアリング
   機構を設けるとともに、ハンドルの操舵速度を検出する
   操舵速度検出手段を設け、該操舵速度検出手段からの出
   力信号に基づいて上記パワーステアリング機構に供給さ
   れる圧油の流量を可変制御するように構成したことを特
   徴とする自動車のステアリング装置。
2. （２）パワーステアリング機構はその油圧ポンプとは異
   なる他の車載ポンプと連通可能に設けられ、操舵速度検
   出手段からの出力信号に基づいて上記他の車載ポンプか
   らパワーステアリング機構側への圧油供給を切り換える
   切換弁が設けられている特許請求の範囲第（１）項記載
   の自動車のステアリング装置。