JP2540996B2 - 角速度比可変ステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、自動車等の車両に利用されるステアリン
グ装置に関し、特に、ステアリングホイールの操舵中立
位置からの操舵角の増大に応じて、同操舵角と操舵輪の
転舵角との比（転舵比）を増大させる角速度比可変ステ
アリング装置に係るものである。

〔従来の技術〕

従来の角速度比可変ステアリング装置を、第４〜８図
に示している。この角速度比可変ステアリング装置100
は、ステアリングホイール101に連結した入力軸103と、
この入力軸103に対し相対回転可能に配設されて前輪を
転舵させるラック＆ピニオンギヤ装置105に連結した出
力軸107と、この両軸103、107に平行に配設した中間軸1
09と、この中間軸109と入力軸103間に設けられた一対の
楕円歯車111、113を有し入力軸103の中立位置からの回
転量に応じて入力軸103側の歯車111に対向する前記中間
軸109側の歯車113の角速度比を増大させる角速度比可変
歯車列115と、一対の大小の円形歯車117、119からなり
中間軸109と出力軸107間に設けられて角速度比可変歯車
列115を介して伝達される入力軸103の回転を所定量増速
して出力軸107に伝える増速歯車列121と、から構成され
ている。この角速度比可変歯車列115の楕円歯車111、11
3は第５図のピッチ円による歯車噛合図で示しているよ
うに、操舵中立位置において、この第５図のように組み
付けられている。この結果、第６図に示すように、操舵
角が操舵中立位置から180゜までは、操舵角の増大に応
じて転舵比は非線形に増大し、180゜を越えると、操舵
角の増大に応じて非線形に減少するようになっている。

なお、このような角速度比可変ステアリング装置は、
本願出願前の特開平２−14971「名称：車両用操舵装
置」に詳細に開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

然しながら、前述の角速度比可変ステアリング装置で
は、角速度比可変歯車列が一対の楕円歯車で構成されて
いるので、ステアリングホイールの操舵角と転舵比の関
係は、第６図に示すように、操舵角が180゜付近で急激
に転舵比が増大する。この結果、ドライバーが慣れない
状態で早い操舵を行なうと、操舵輪の転舵が早くなりす
ぎ、操縦安定性が悪いとの操舵感覚を与えてしまう。

この課題の解決策として、 第１に、角速度比可変歯車列に於ける楕円歯車の離心
率ε（離心率εは、第５図中で、ε＝β／αで求められ
る。なお、ｃは楕円の焦点、ｄはピッチ円である。）を
小さくすること、 第２に、角速度比可変歯車列と直列に設けられた増速
歯車列の増速比を小さくすること、 の２方法が考えられる。

先ず、第１の方法である楕円歯車の離心率を小さくし
た場合を第７図に示す。この第７図のＡは従来技術の特
性を示し、Ｂは離心率を小さくした場合を示す。この場
合、操舵角180゜付近での転舵比を小さくすることは可
能であるが、逆に操舵中立位置付近での転舵比が高くな
るために、操舵中立位置での操舵が多い、高速走行時に
おいて、操舵量が少ないにも関わらず、転舵角が大きく
なり過ぎ、操縦安定性が悪化することになる。

次に、第２の方法である増速歯車列の増速比を小さく
した場合を第８図に示す。この第８図のＡは従来技術の
特性を示し、Ｂは増速比を小さくした場合を示す。な
お、Ｃ、Ｄは各々最大操舵角である。この場合、転舵比
はステアリングホイールの操舵角の全域で小さくなる。
この結果、操舵角180゜付近での転舵比は小さくなり、
車両の操縦安定性を大きく改善することができる。然
し、全体の転舵比を小さくすると、最大操舵角Ｄ（ステ
アリングホイールの最大回転角）が大きくなるため、こ
の角速度比可変ステアリング装置の本来の狙いである操
舵角の低減による操作性向上を損ねることになる。更
に、最大操舵角が大きくなると、最大操舵時の転舵比が
操舵角180゜の時の転舵比に較べて、かなり小さくなっ
てくるため、最大操舵角付近での舵の効きが操舵角180
゜付近での舵の効きに較べて高くなってくる。この為、
ステアリングホイール操舵に対する舵の効きの非線形感
が助長され、操舵フィーリングが悪化する。

そこで、この発明は、上記問題点を解説するために、
操舵角が180゜付近に至ると、角速度比可変歯車列に於
ける入力軸側の歯車に対する出力軸側の角速度比（転舵
比）を略一定とすることにより、操作性向上を損ねるこ
となく、操縦安定性を向上せしめることにある。

〔課題を解決するための手段〕

そのため、この発明の角速度比可変ステアリング装置
は、ステアリングホイールに連結した入力軸と、この入
力軸に対し相対回転可能に配設されて操舵輪を転舵させ
る操舵リンク機構に連結した出力軸と、この出力軸と入
力軸間に設けられた一対の歯車を有し入力軸の中立位置
からの回転量に応じて入力軸側の歯車に対向する出力軸
側の歯車の角速度比を増大させる角速度比可変歯車列と
を備える角速度比可変ステアリング装置において、角速
度比可変歯車列の歯車を、軸心を焦点とする楕円部と軸
心を中心とする円形部とこの円形部と楕円部とを結ぶ補
間部とで構成し、各々の楕円部が操舵角中立付近で噛み
合うように配設され、各々の円形部が操舵角180゜付近
で噛み合うように配設されることを特徴とする。

〔作用〕

この発明の角速度比可変ステアリング装置において
は、ステアリングホイールを回転操作すると入力軸が回
転して角速度比可変歯車列を介して出力軸に回転が伝達
され、出力軸の回転に応じて操舵リンク機構を介して操
舵輪が転舵される。そして、角速度比可変歯車列を、軸
心を焦点とする楕円部と軸心を中心とする円形部とこの
円形部と楕円部とを結ぶ補間部とで構成し、楕円部が操
舵角中立付近で噛み合うように配設され、円形部が操舵
角180゜付近で噛み合うように配設されることにより、
操舵中立位置付近、及び操舵中立位置から操舵角の小さ
い場合には、入力軸側の歯車に対する出力軸側の歯車の
角速度比が小さい値とすることができ、転舵比は小さく
なる。

次に、ステアリングホイールの操舵中立位置から操舵
角が増大すると、それに伴って角速度比可変歯車列にお
ける入力軸側の歯車に対する出力軸側の歯車の角速度比
が非線形に大きくなり、即ち転舵比が非線形に大きくな
る。更に、操舵角が180゜付近に至ると、角速度比可変
歯車列における入力軸側の歯車に対する出力軸側の歯車
の角速度比が一定となり、即ち、転舵比が一定となる。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づいてこの発明の実施例を説明す
る。

第１図から第３図までの図面は、この発明の実施例を
示している。第１図は、油圧ポンプ１、ロータリバルブ
式制御弁３、パワーシリンダ５、リザーバ７等から構成
される公知のパワーアシスト機構を備えた車両用ラック
＆ピニオン式動力舵取装置に、この発明を実施した角速
度比可変ステアリング装置を示している。この角速度比
可変ステアリング装置においては、ステアリングホイー
ル８に連結したバルブ軸９とこれに対して同軸的に、且
つ相対可能に配設した入力軸11とがトーションバー13に
よって連結されている。また、バルブ軸９及び入力軸11
に対して、出力軸15が同軸的に、且つ相対回転可能に配
設されているとともに、バルブ軸９と入力軸11、及び出
力軸15に対して中間軸17が間隔をおいた平行な位置に配
設されている。なお、出力軸15には、ピニオン19が一体
的に形成されていて、同ピニオン19によってパワーシリ
ンダ５のピストンロッドを兼ねるラックバー21がその軸
線方向へ移動されるように構成され、ラックバー21を含
む公知の操舵リンク機構により前輪が転舵されるように
なっている。

そして、この実施例においては、入力軸11と中間軸17
間に角速度比可変歯車列31が設けられるとともに、中間
軸17と出力軸15間に増速歯車列41が設けられている。

角速度比可変歯車列31は、第１図及び第２図に示した
ように、入力軸11にセレーション嵌合した入力歯車33と
中間軸17に相対回転可能に支持された中間歯車35とから
構成されている。この入力歯車33のピッチ円331は、０
゜から100゜迄と260゜から360゜迄のａ領域を軸心Ａを
焦点とした楕円に形成された楕円部331aと、140゜から2
20゜迄のＣ領域を軸心Ａを中心とした円で形成された円
形部331cと、100゜から140゜迄と220゜から260゜迄のb
1、b2領域を楕円部331aと円形部31cとの間でそのピッチ
線が連続的な曲線を有するように形成した補間部331b
1、331b2とから構成されている。また、この中間歯車35
のピッチ円351は、０゜から80゜迄と280゜から360゜ま
でのｄ領域を軸心Ｂを焦点とした楕円で形成された楕円
部351dと、130゜から230゜迄のｅ領域を中心とした円で
形成された円形部351eと、80゜から130゜迄と230゜から
280゜迄のf1、f2領域を円形部351eと楕円部351dとの間
でそのピッチ線が連続な曲線を有するように形成した補
間部351f1、351f2とから構成されている。そして、この
角速度比可変歯車列31において、入力軸11の中立位置、
即ちステアリングホイール８の操舵中立位置において、
入力歯車33と中間歯車35が第２図に示す如く噛み合うよ
うに組み付けられていて、入力軸11の操舵中立位置から
の操舵角（回転量）の増加に応じて入力歯車33に対する
中間歯車35の角速度比が増大するようになっている。

増速歯車列41は、大小一対の円形歯車43、45によって
構成されており、大径歯車43は中間歯車35と一体的に形
成されて中間軸17上に回転可能に組み付けられ、また、
小径歯車45は出力軸15と一体的に回転する。この増速歯
車列41において、大径歯車43の回転が所定量増速されて
出力軸15に伝達される。

また、この実施例において、中間軸17がハウジング51
に回転可能に組み付けたキャリア53に一体的に設けられ
ている。キャリア53は、バルブ軸９、入力軸11及び出力
軸15の軸線廻りに回転・公転するようになっていて、セ
クタギヤ55を一体的に有しており、同ギヤ55に係合する
ウォームギヤ57によってハウジング51と当接するまでの
範囲において、回動させられるようになっている。ウォ
ームギヤ57は、ハウジング51に回転可能に組み付けられ
ていて、正逆転可能な、図示しない電動モータによっ
て、回転駆動されるようになっている。なお、電動モー
タは車速とステアリングホイールの回転操作角によって
作動を制御されるようになっている。

次に、この発明の実施例である角速度比可変ステアリ
ング装置の作用・効果を述べる。

上記のように構成した、この実施例においては、ステ
アリングホイール８を回転操作すると、バルブ軸９と入
力軸11が回転し、角速度比可変歯車列31及び増速歯車列
41を介して出力軸15の回転に応じてラックバー21が軸方
向へ移動されて操舵リンク機構を介して前輪が操舵され
る。また、この時には、操舵トルクに応じて制御弁３が
作動し、パワーシリンダ５がラックバー21の軸線方向移
動をアシストする。

しかして、上記伝達系においては、角速度比可変歯車
列31が入力軸11の操舵中立位置からの回転量に応じて入
力歯車33に対する中間歯車35の角速度比を増大させる構
成であるため、ステアリングホイール８の中立位置から
の回転操作量が小さい場合、（中立位置近傍での操作
時）には、入力歯車33に対する中間歯車35の角速度比が
小さい値とされる。したがって、角速度比可変歯車列31
を介して伝わる入力軸11の回転が増速歯車列41によって
所定量増速されても、出力軸15の回転量は第３図のＡに
て示したようにステアリングホイール８の回転線操作量
と略等しく、さほど大きな値とならず、転舵比は第３図
のＡにて示したように小さな値となり、高速走行時を含
んだ走行安定性が格段に向上することになる。なお、第
３図中のＡはこの実施例の特性であり、Ｂは従来技術の
特性である。

次に、ステアリングホイール８の中立位置からの回転
操作量が増大すると、それに伴って入力歯車33に対する
中間歯車35の角速度比が大きくなり、増速歯車列41との
相乗作用により出力軸15の回転量が非線形に大きくなっ
て、第３図のＡで示したように、転舵比がステアリング
ホイール８の中立位置からの操舵角の増加に伴って、非
線形に大きな値をとり、操舵角の低減が図られ、操作性
の向上が図られることになる。

更に、ステアリングホイール８の中立位置からの回転
操作量が更に増大して、操舵角が180゜付近に至ると、
入力歯車33と中間歯車35は互いに円形部331c、351eで噛
み合うので、入力歯車33に対する中間歯車35が大きな角
速度比で一定となる。この結果、、ステアリングホイー
ル８が180゜付近に至と、第３図Ａに示すように、転舵
角は大きな値で一定となるので、操舵角が180゜付近
で、ドライバーが慣れない状態で早い操舵を行っても、
操舵輪の転舵が早くなりすぎないので、舵の効きすぎ感
が生じず、操舵感覚に優れた操舵特性となっている。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本
発明は、この実施例に限定されるものでなく、実用新案
登録請求の範囲に記載の範囲内で種々の実施態様が包含
されるものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、操舵角中立付近では
転舵角が小さく、操舵角の増加に伴って転舵比も大きく
なるが、操舵角が180゜付近では転舵比が一定となるよ
うに、角速度比可変歯車列の一対の歯車のピッチ円を楕
円部と円形部との組合わせで形成したことにより、最大
操舵角を実質的に増やすことなく、操舵角180゜付近で
の転舵角を低減することができるので、操舵角の低減に
よる操作性の向上を図るとともに、操舵角180゜付近で
の操舵に対する舵の効きすぎ感が抑制されて操作性が確
実に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までの図面は、この発明の実施例を示
し、第４図から第８図までは従来の技術を示しており、
第１図はこの発明の一実施例である角速度比可変ステア
リング装置を示す全体構成図、第２図入力歯車と中間歯
車の形状をピッチ円で示す歯車噛合図、第３図はステア
リングホイールの操舵角に対する出力軸の転舵比を示す
特性図、第４図は従来技術の角速度比可変ステアリング
装置を示す全体構成図、第５図は入力軸側の歯車と出力
軸側の歯車の形状をピッチ円で示す歯車噛合図、第６図
はステアリングホイールの操舵角に対する出力軸の転舵
比を示す特性図、第７図はステアリングホイールの操舵
角に対する出力軸の転舵比を示す特性と離心率を変えた
場合の特定との比較図、第８図はステアリングホイール
の操舵角に対する出力軸の転舵比を示す特性と増速歯車
列の増速比を変えた場合の特性との比較図である。 ８……ステアリングホイール 11……入力軸 15……出力軸 21……ラックバー（操舵リンク機構） 31……角速度比可変歯車列 33……入力歯車（歯車） 331a……楕円部 331b……補間部 331b2……補間部 331c……円形部 35……中間歯車（歯車） 351d……楕円部 351e……円形部 351f1……補間部 351f2……補間部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングホイールに連結した入力軸
   と、この入力軸に対し相対回転可能に配設されて操舵輪
   を転舵させる操舵リンク機構に連結した出力軸と、この
   出力軸と入力軸間に設けられた一対の歯車を有し前記入
   力軸の中立位置からの回転量に応じて前記入力軸側の歯
   車に対向する前記出力軸側の歯車の角速度比を増大させ
   る角速度比可変歯車列とを備える角速度比可変ステアリ
   ング装置において、 前記角速度比可変歯車列の歯車を、軸心を焦点とする楕
   円部と軸心を中心とする円形部とこの円形部と楕円部と
   を結ぶ補間部とで構成し、各々の前記楕円部が操舵角中
   立付近で噛み合うように配設され、各々の前記円形部が
   操舵角180゜付近で噛み合うように配設されることを特
   徴とする角速度比可変ステアリング装置。