JPS6334070B2

JPS6334070B2 -

Info

Publication number: JPS6334070B2
Application number: JP10050880A
Authority: JP
Inventors: Yasuyoshi Emori; Hiroshi Oosaki
Original assignee: Jidosha Kiki Co Ltd
Current assignee: Jidosha Kiki Co Ltd
Priority date: 1980-07-24
Filing date: 1980-07-24
Publication date: 1988-07-07
Also published as: JPS5726051A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ハンドル操作を舵取り輪に伝達する
ために用いられる舵取り装置に関する。

自動車の運動は直進運動と旋回運動の二つから
なり、この旋回運動を行なうために舵取り装置が
装着されている。その一般的な構成を、第１図を
用いて簡単に説明すると、図中符号１は舵取りハ
ンドル、２はハンドル軸で、このハンドル軸２の
先端にはハンドル１に与えられた回転変位を舵取
りリンク機構に連結されたピツトマンアーム３の
揺動変位（回動変位）に変換する舵取り伝達機構
を構成する舵取り歯車（図示せず）を備えたギヤ
ボツクス４が配設される。５は上述したピツトマ
ンアーム３の揺動変位を舵取り輪側に伝達する舵
取りリンク機構を構成するドラツグリンクで、そ
の先端には一方の舵取り輪（図示せず）を支持し
これを左右方向に旋回可能なキングピン部６から
延びたナツクルアーム７の自由端が軸支されてい
る。なお、８は前記ドラツグリンク５の変位をナ
ツクルアーム７を介して他方の舵取り輪に伝達す
るためのタイロツド、９はその先端に軸支された
ナツクルアーム、１０他方の舵取り輪を支持する
キングピン部であり、また１１は左、右キングピ
ン部６，１０を連結するアクスルである。

この場合、図示した舵取り装置はエンジン上に
運転台のあるキヤブオーバタイプのトラツク等に
用いられるタイプを示し、またギヤボツクス４と
してパワーステアリングと称される動力舵取り装
置を採用した例を示している。

このような構成において、ハンドル１に与えら
れた回転変位はハンドル軸２を介してギヤボツク
ス４内の舵取り歯車に伝達され、ここでピツトマ
ンアーム３の揺動変位に変換される。そして、こ
のピツトマンアーム３の揺動によりドラツグリン
ク５が略軸方向に変位し、これがナツクルアーム
７を介してキングピン部６に伝達され、これによ
り一方の舵取り輪がハンドル操作方向に旋回され
る。勿論、他方の舵取り輪もタイロツド８、ナツ
クルアーム９を介して同一方向に旋回される。

さて、上述した構成の舵取り装置において、問
題とすべき点は、ハンドル１を左、右方向に同一
角度だけ回動操作したときに、舵取り輪の旋回性
能がその左、右方向において差を生じることで、
これがハンドルの操作性に影響し、運転者に不安
感を与え、安全性の面から好ましくない結果とな
る。換言すれば、舵取り輪を左、右方向に同一角
度だけ旋回させる場合、ハンドルの操作角度が異
なるもので、これによりハンドルを操作する力も
左、右の旋回方向で異なつてしまう。そして、こ
のことは、舵取り輪の旋回量が大きい場合、すな
わちハンドルの操作量が大きい場合に、リンクの
力伝達効率の差も大きく影響し、より大きな操舵
力を必要とするもので、特に大きな問題となる。

また、上述した左、右方向へのハンドル操作上
の差は、パワーステアリング付きの舵取り装置に
おいてより大きな操舵力変化として運転者に伝わ
り、その操作性を害する恐れがある。すなわち、
たとえば据切時において、一方への回転操作はパ
ワーアシスト領域でハンドルが容易に切れるのに
対し、他方ではパワーアシスト領域を通りすぎて
マニユアル領域に入つてしまいハンドルを切るた
めに大きな労力を要するなどの問題を生じる。

このようなハンドル操作上における左、右方向
の差を生じる原因としては次の二点がある。すな
わち、第１に、根本的な原因として考えられるこ
とは、ドラツグリンク５が片側の舵取り輪のキン
グピン部６に固定されたナツクルアーム７に直接
連結され、このナツクルアーム７によりタイロツ
ド８およびナツクルアーム９を介して他方の舵取
り輪のキングピン部１０が連結されている構成と
なつていることであり、また第２の原因としては
ピツトマンアーム３とナツクルアーム７の回転面
が交差した状態で両アーム３，７を一定長さのド
ラツグリンク５を介して連結してなるリンク構成
とされていることが考えられる。

これを簡単に説明すると、まず、前者の場合、
ピツトマンアーム３を介して伝えられる舵取り伝
達機構の出力トルクと変位は最初に片側の舵取り
輪に伝達され、次で他方側に伝達される。ここ
で、注意すべき点は、ハンドル操作により自動車
が旋回する場合、その旋回する方向によりそれぞ
れ内輪と外輪となる左、右の舵取り輪の舵取り角
がある適当な関係を有していなければならず、舵
取りリンク機構はこれを満足するようにして配置
される。すなわち、旋回中の自動車の内輪と外輪
とは、第２図から明らかなように、それぞれ旋回
半径が異なり、これにより内、外輪の直進位置か
らの回転角θ₁、θ₂も異なる。この場合、図中Ｌ＝
前、後輪軸の軸間距離、Ｋ＝キングピン間距離と
し、Ｋ／Ｌ＝cotθ₂−cotθ₁の関係が成立するよう
なリンク構成とすれば、左右同じような円滑な自
動車の旋回動作を実現できることがアツカーマ
ン・ジヤントの旋回理論としてよく知られてい
る。

したがつて、この種の舵取り装置では、上述し
た旋回理論に基づいたリンク構成が採用され、こ
れに舵取り伝達機構側のピツトマンアーム３が連
結されてハンドル操作による変位と出力トルクと
が伝達されるが、上述したように片側のキングピ
ン部６に直接伝達する構成では、自動車が左、右
いずれの旋回を行なう時も直接出力トルクと変位
を伝達される側の舵取り輪が主動の舵取り輪とな
り、タイロツド８を介して動かされる側の舵取り
輪が従動の舵取り輪となつてしまうことになる。
そして、アツカーマンのリンク機構を用いること
で、旋回時に内、外輪の舵取り角を実現するよう
になつているにもかかわらず、直接片側の舵取り
輪に伝達機構からの出力を伝達することにより、
舵取り輪が内輪となる場合も外輪となる場合も同
じような舵取り角になつてしまう。

したがつて、自動車の旋回方向が左か右かによ
つてハンドル上の操舵力や回転角の左右差が現わ
れるのは明らかなことであると言える。特に、ト
ラツク等では、車輌のレイアウト上で上述したリ
ンク構成をとらざるを得ないことが多く、このた
めに生じる左右差を簡易な構成により解消できる
ようにすることが望まれている。

また、第２番目に掲げたピツトマンアーム３と
ナツクルアーム７の回転面が交差した状態で両ア
ーム３，７を一定長さのドラツグリンク５を介し
て連結したことにより生じるハンドルの操作方向
によるナツクルアーム７の回転角度差を、第３図
を用いて幾何学的に証明する。この場合、説明を
簡単にするために、ピツトマンアーム３の揺動面
と、ナツクルアーム７の回動面とが直交し、また
これらのアーム３，７を連結するドラツグリンク
５がハンドルの中立状態において各アーム３，７
と垂直な位置関係にある場合について述べる。ま
た、図中実線は中立状態時、一点鎖線は右切時、
二点鎖線は左切時におけるピツトマンアーム３、
ドラツグリンク５およびナツクルアーム７の位置
関係を示し、さらにＯはピツトマンアーム３の支
持点、Ｐはその回動端、Ｑはナツクルアーム７の
回動端、Ｓはキングピン６の中心である。また、
ピツトマンアーム３の長さをＲ、ドラツグリンク
５の長さをｌ、ナツクルアーム７の長さをｒとす
る。

さて、ハンドルの右切り時において、ピツトマ
ンアーム３の回動端Ｐが角度θだけ揺動しP′の位
置に至ると、ナツクルアーム７も点Ｓを中心とし
てその回動端ＱがQ′の位置まで回動し、その回
動角度δ₁が舵取り輪の旋回角度となる。

この角度δ₁を求めるために、′と′とのな
す角をα₁とし、またと′のなす角をβ₁とする
と、 δ₁＝β₁−α₁ ……(1) が導びかれる。

したがつて、α₁、β₁を求めるとよいことが理解
されるが、ここで注意することは、同図ａにおい
て示される′′の長さは三次元的に変位するドラ
ツグリンク５をナツクルアーム７の回転面を含む
平面に投影した長さであることである。この
P′Q′を求めるために、ドラツグリンク５とナツク
ルアーム７の回転面とのなす角をω₁とすると、
同図ａ，ｂから′′＝ｌ cosω₁となり、また sinω₁＝Ｒ（１−cosθ）／ｌから、 ω₁＝sin^-1｛Ｒ（１−cosθ）／ｌ｝……(2) が導びかれる。

さらに、′は同図ｂからＲ sinθとなり、こ
れにより′＝√（＋）²＋²となる
。

そして、△SP′Q′において、余弦定理から、となり、が導びかれる。

また、β₁は△SP′Qから β₁＝tan^-1（ｌ＋Ｒ sinθ／ｒ） ……(4) となる。

一方、ハンドルの左切り時において、上述した
と同様に、δ₂、α₂、β₂を設定し、 δ₂＝α₂−β₂ ……(5) を導びき、さらに同様にω₂を設定し、各線分の
長さを求めると、 ″″＝ｌ cosω₂、″＝√（−
）²＋
r²、″＝ｒ（＝）となり、またω₂は sinω₂＝Ｒ（１−cosθ）／ｌから、 ω₂＝sin^-1｛Ｒ（１−cosθ）／ｌ｝……(6) となる。

そして、△SP″Q″において、余弦定理によりとなり、となる。

さらに、β₂は△SP″Qから β₂＝tan^-1（１−Ｒ sinθ／ｒ） ……(8) となる。

そして、上述した(1)、(5)式に(2)、(3)、(4)式およ
び(6)、(7)、(8)式をそれぞれ代入し、これらを比較
すると、通例、 δ₁≠δ₂ ……(9) となることが、容易に理解される。

したがつて、中立状態からピツトマンアーム３
が左、右方向に同一角度θだけ揺動したときに、
ナツクルアーム７の振れ角度、すなわち舵取り輪
の左、右方向への旋回角度δ₁、δ₂が異なり、角度
差を生じることが明らかとなる。

さらに、上述した説明はピツトマンアーム３、
ドラツグリンク５およびナツクルアーム７を特定
な配設状態とした場合についてであり、実際には
非独立懸架型の車においては各部の位置関係をサ
スペンシヨン、車軸、フレーム等との空間的な配
置状態、さらには作動時における各部の干渉の回
避を考慮してリンク系を構成する必要があり、こ
れにより上述したハンドル操作による左、右方向
への角度差がより大きくなることは容易に理解さ
れるところである。そして、この旋回性能を改良
するためには、通例複数で、かつ高価なリンク系
を構成しなければならず、車輌のレイアウト上好
ましくない。

本発明は上述した事情に鑑みなされたものであ
り、舵取り伝達機構からの出力トルクと変位およ
び変位の変化を受けるリンク機構の構成上の連結
状態や位置関係によつて生じる左、右方向での旋
回性能の差を補償するために、ハンドル操作によ
る回転変位を回動運動または直線運動に変換する
舵取り伝達機構を構成する舵取り歯車に着目し、
その伝達比を中立位置を規準として左、右が非対
称となるように形成するという簡易な構成によつ
て対処し、これによりハンドルの操作性が向上
し、安全性に優れた舵取り装置を提供するもので
ある。

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第４図は本発明を適用する動力舵取装置の概略
構成を示し、同図において、これを簡単に説明す
ると、図中符号２０，２１はパワーステアリング
用ギヤボツクスを構成するステアリングボデイお
よびその開口部を閉塞するバルブハウジングで、
これにより形成されるシリンダ空間内にはハンド
ル操作に伴い軸方向に動作するピストン２２が配
置され、その両側端に形成される２つの圧力室２
３，２４と共にパワーシリンダ部が構成される。
そして、このピストン２２の動作はその側方に形
成されたラツク２２ａと噛合するセクタギヤ２５
ａを有するセクタシヤフト２５に伝達され、この
セクタシヤフト２５と一体のピツトマンアーム
（図示せず）が揺動回動される。

一方、前記ハウジング２１にはハンドル操作に
より回動されるスタブシヤフト２６が貫通配置さ
れ、さらにその先端側には一端が前記ピストン２
２内に臨みボールねじ結合されたウオームシヤフ
ト２７が同軸的に配設されている。そして、これ
ら両シヤフト２６，２７はその内部に同軸的に配
設されたトーシヨンバー２８により連結され、さ
らに所定角度範囲内においては互いに相対的なず
れを生じながら回転し、この角度を超えると一体
に回転するように構成されている。

なお、２９は前記ハウジング２１内に配設され
た周知の回転弁式コントロールバルブで、スタブ
シヤフト２６に一体化されたロータ３０およびウ
オームシヤフト２７と一体のスリーブ３１を備
え、これらの相対的な回転により流路の切換え動
作を行ない、オイルポンプ（図示せず）からの作
動油をハンドル操作に伴つて前記パワーシリンダ
部の２つの圧力室２３，２４に選択的に供給す
る。

そして、このような構成において、ハンドルが
回転操作されると、その回転変位はスタブシヤフ
ト２６、トーシヨンバー２８およびウオームシヤ
フト２７を介してピストン２２に伝達され、これ
を中立位置から所望の方向に摺動動作させる。こ
のとき、前記シヤフト２６，２７の相対的な回転
変位によりコントロールバルブ２９が切換えら
れ、これによりピストン２２の両側に圧力差が生
じ、ピストン２２を同一方向押圧する押圧力が働
き、その結果ハンドル操作力が軽減される。そし
て、ピストン２２の軸方向への移動はその側方の
ラツク２２ａと噛合するセクタギヤ２５ａを介し
てセクタシヤフト２５に伝達され、これを所望の
方向に回動させ、これによりピツトマンアームが
揺動変位する。

さて、本発明によれば、ハンドルの回転変位を
ピツトマンアームの揺動変位と変換するピストン
２２のラツク２２ａとセクタシヤフト２５のセク
タギヤ２５ａからなる舵取り歯車のギヤ比を、中
立位置を規準としてその左、右が非対称となるよ
うに異ならせて形成し、これによりピツトマンア
ームと舵取りリンク機構とのリンク系において生
じる左、右方向での伝達トルクや変位の差を吸収
し、ハンドルの操作性を向上させるように構成し
ている。すなわち、ラツク２２ａを有するピスト
ン２２が中立位置から左、右どちらかに移動する
ことによつてセクタシヤフト２５が順次所望の方
向に回動されることを利用し、ラツク２２ａとセ
クタギヤ２５ａとのギヤ比をその左、右方向にお
いて異ならせることによりリンク系において生じ
る伝達トルクや変位の左右差を補ない、これによ
りハンドル上の操舵力と回転角をバランスさせ、
車の旋回性能を向上させるものであり、そのギヤ
比パターンを第５図ａ〜ｆに例示している。

これを簡単に説明すると、図中実線で示すギヤ
比パータンは本発明に係る左、右非対称なギヤ比
を示し、破線は従来の左、右対称なギヤ比であ
る。また、Grはギヤ比（＝入力軸回転角／出力軸回転角
）で、 θは左、右方向への出力軸作動角を示す。さら
に、同図ａ〜ｃはパワーステアリング用の舵取り
歯車において一般的な中央部のギヤ比の高いギヤ
比パターンの例を示し、同図ａは直線型、ｂは曲
線型、ｃは直線曲線組合わ型を表わしている。ま
た、同図ｄ〜ｆはマニユアルステアリング用（近
年ではパワーステアリング用としても用いられて
いる）としての中央部のギヤ比の低いギヤ比パタ
ーンを例示している。なお、同図において、ａ，
ｂ、ｆは図中左側を、またｃ，ｄ、ｅは右側を変
化して形成しているが、これはその適用車輌にお
けるリンク系の構成により左、右方向で生じる角
度差に対応して形成されるもので、ａ〜ｆに示す
各ギヤ比パターンにおいて左、右どちらかを変化
して形成すればよいものである。

たとえば、同図ａにおいて、中立位置より右側
のギヤ比パターンの折れ点をＡ（θa、Gra）、Ｂ
（θb、Grb）、Ｃ（θc、Grc）と座標表示し、これ
に対応する左側の点A′，B′，C′の座標成分θと
Grを適宜選択して車輌特性に合わせて設定する
ものとする。このことは、Ａに対応するA′、さ
らにB′とC′のGrの値もそれぞれ異なつて設定で
きることを示している。なお、曲線パターンの場
合もθ−Gr平面上での形状は、車輌特性に合わ
せて自由に決定できるものである。

また、上述したように設定される左、右非対称
な舵取り歯車のギヤ比は、円ピツチのパターンを
左右で異ならせ、さらに歯切りの際、左、右で歯
切り速度を変えることにより簡単に形成すること
ができる。

そして、このような構成によれば、車輌の舵取
りリンクの構成上、どうしても生じてしまう舵取
り輪への左、右の変位と伝達トルクの差を簡単に
解消することができ、しかもこのことはパワース
テアリング用の装置のみならず、通常のマニユア
ルステアリングにおいても充分にその効果を発揮
することが明らかであろう。

なお、前述した実施例によれば、舵取り伝達機
構としてボールスクリユ型のパワーステアリング
を用いた場合を説明したが、本発明はこれに限定
されず、舵取り伝達機構として一般によく知られ
ているウオームセクタ型、ねじピン型などにも適
用可能である。要は、ハンドル操作による回転変
位を回動運動または直線運動に変換する舵取り歯
車を有する舵取り伝達機構と、その出力をピツト
マンアームと回転面が交差した状態でドラツグリ
ンクを介して連結される一方の舵取り輪側のナツ
クルアームに伝達するとともにこのナツクルアー
ムからタイロツドを介して他方の舵取り輪側のナ
ツクルアームに伝達することで左、右舵取り輪を
旋回させる舵取りリンク機構を備えてなる舵取り
装置であればよいものである。

以上説明したように、本発明に係る舵取り装置
によれば、舵取り伝達機構から出力トルクと変位
の変化とを受ける舵取りリンク機構との構成上か
ら生じる左、右方向での角度差や伝達トルクの差
に応じて、舵取り伝達機構を構成する舵取り歯車
間での伝達比を、中立位置を規準としてその左、
右が非対称となるように異ならしめて形成するよ
うにしたので、その構成が簡単であるにもかかわ
らず、ハンドル操作に伴う左、右方向での旋回性
能の差を解消し、これによりハンドルの操作力を
左、右方向においてバランスさせることができ、
その操作性が向上し、安全性の面からも優れてい
るなど、その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な舵取り装置の概略構成を示す
斜視図、第２図は旋回中の内、外輪の舵取り角を
説明する原理図、第３図ａ，ｂは舵取りリンク系
において生じる左、右方向への出力の角度差を説
明するための説明図、第４図は本発明を適用する
動力舵取り装置の一例を示す縦断面図、第５図ａ
〜ｆは本発明を特徴づける舵取り歯車のギヤ比パ
ターンを示すグラフである。１……ハンドル、２……ハンドル軸、３……ピ
ツトマンアーム、４……ギヤボツクス、５……ド
ラツグリンク、７……ナツクルアーム、２２……
ピストン、２２ａ……ラツク、２５……セクタシ
ヤフト、２５ａ……セクタギヤ、２６……スタブ
シヤフト、２７……ウオームシヤフト。

Claims

【特許請求の範囲】

１ハンドル操作による回転変位を回動運動また
は直線運動に変換する舵取り歯車を有する舵取り
伝達機構と、この舵取り伝達機構から出力を伝え
るピツトマンアームと回転面が交差した状態でド
ラツグリンクを介して連結される一方の舵取り輪
側のナツクルアームを有しかつこのナツクルアー
ムにリンクを介して他方側のナツクルアームが連
結されている舵取りリンク機構を備えてなる舵取
り装置において、前記舵取り伝達機構を構成する
舵取り歯車の伝達比を、前記舵取り伝達機構、舵
取りリンク機構のリンク系に起因して生じる左、
右方向での伝達トルクあるいは変位の差を打ち消
す方向に、中立位置を基準としてその左、右が非
対称になるように異ならしめて形成したことを特
徴とする舵取り装置。