JP2982375B2 - 車両用ステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用ステアリング装置
に係り、特に、ステアリングホイールの中立位置（直進
状態）付近においては転舵比を小さくして直進走行時の
操縦安定性を図るとともに、ステアリングホイールの回
転量（操舵角）に応じて転舵比を大きくして旋回性能を
向上させるようにした車両用ステアリング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の車両用ステアリング装置は、例
えば、特開平２−１４９７１号公報にて提案されてい
る。しかして、同公報にて提案されているステアリング
装置は、一対の非円形歯車（具体的には、焦点を軸心と
する楕円歯車）からなり入力軸と中間軸間に設けられて
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
に対する中間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、大小一対の円形歯車からなり中間軸と
出力軸間に設けられて前記角速度比可変歯車列を介して
伝達される入力軸の回転を所定量増速して出力軸に伝え
る増速歯車列とを備えている。

【０００３】上記した従来のステアリング装置において
は、図８にて示したように、長径がａで短径がｂである
楕円歯車対の回転中心位置から歯車接触点までの距離を
駆動側ｒ１，受動側ｒ２とし、かつ中立位置からの回転
角（転舵角）を駆動側θ₁ ，受動側θ₂ とすると、転舵
比（dθ₂／dθ₁）が下記数１で表せ、また転舵比の変化
率（d²θ₂／dθ₁ ²）が下記数２で表せる。

【数１】 dθ₂／dθ₁＝（１−ε²）／（１＋２εcosθ₁＋ε²）

【数２】 d²θ₂／dθ₁ ²＝２εsinθ₁（１−ε²）／（１＋２εcosθ₁＋ε²）² 但し、ε²（離心率）＝（１−ｂ²／ａ²），ｒ１＋ｒ２＝２ａ また、上記転舵比とステアリングホイールの操舵角（駆
動側回転角）の関係を図に表すと図９の（ａ）のように
なり、上記変化率と操舵角の関係を図に表すと図９の
（ｂ）のようになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来のステアリング装置においては、図９の（ｂ）にて示
したように、ステアリングホイールの操舵角が大きくな
る途中で転舵比の変化率が急に増大する領域があり、か
かる領域においては車両が急旋回することとなり、操作
性が悪い。なお、かかる問題はε（離心率）を小さくす
ることにより図９（ｂ）の仮想線にて示したように低減
できるものの、このようにした場合には図９（ａ）の仮
想線にて示したように小操舵角領域において転舵角比が
大きくなって所望の操舵特性（直進走行時の操縦安定
性）を得ることができない。本発明は上記した問題に対
処すべくなされたものであり、小操舵角領域の操舵特性
（直進走行時の操縦安定性）を損なうことなく操作性を
向上させることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、当該車両用ステアリング装
置を、ギヤボックス内部で回転可能に固定されステアリ
ングホイールと一体的に回転する第１円形ギヤと、前記
ギヤボックス内部に長手方向へ摺動可能に組付けられて
前記第１円形ギヤに駆動連結された駆動ラックと、回転
中心から径方向に所定量離れた位置に出力部を有して前
記駆動ラックに駆動連結され前記駆動ラックの長手方向
への摺動によって転動される第２円形ギヤと、前記駆動
ラックに平行に配置されて前記第２円形ギヤに駆動連結
され反力要素として機能するベースラックと、軸方向移
動によって車輪を転舵させるロッドに一体的に設けられ
て前記第２円形ギヤの出力部とロッド軸方向変位のみ伝
達可能に係合する連結部とを備える構成とした。この場
合において、前記ベースラックがモータにより軸方向に
駆動されるようにすることが望ましく、これに加えて前
記駆動ラックが軸方向の移動を規制可能とされることが
望ましい。

【０００６】

【作用】本発明による車両用ステアリング装置において
は、ステアリングホイールの回転に伴って第１円形ギヤ
が回転すると、駆動ラックが長手方向に摺動して第２円
形ギヤがベースラック上を長手方向に転動し、第２円形
ギヤの出力部が円運動してそのロッド軸方向変位のみが
連結部を介してロッドに伝達され、このロッドの軸方向
移動によって車輪が転舵される。また、ベースラックが
モータにより軸方向に駆動される構成を採用した場合に
は、ステアリングホイールの回転に伴う車輪の転舵をモ
ータによるベースラックの軸方向駆動により修正するこ
とができる。また、ベースラックがモータにより軸方向
に駆動される構成に加えて駆動ラックが軸方向の移動を
規制可能とされる構成を採用した場合には、駆動ラック
の軸方向移動を規制して、モータによりベースラックを
軸方向に駆動すれば、ロッドが軸方向へ移動されて自動
操舵される。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図１及び図２は本発明による車両用ステアリ
ング装置を概略的に示していて、このステアリング装置
は第１円形ギヤ１１，駆動ラック１２，第２円形ギヤ１
３，ベースラック１４及びロッド１５を備えるととも
に、ベースギヤ１６及びロックピン１７を備えている。
第１円形ギヤ１１は、ステアリングシャフト２１を介し
てステアリングホイール２２に一体回転可能に連結され
ていて、車体（図示省略）に組付けられるギヤボックス
２０内部で回転可能に固定されており、駆動ラック１２
の上側歯部１２ａに噛合している。駆動ラック１２は、
上下両面に歯部１２ａ，１２ｂを有するとともに、左右
両面にガイド溝１２ｃ，１２ｄを有していて、両ガイド
溝１２ｃ，１２ｄにてギヤボックス２０内部に長手方向
へ摺動可能に組付けられており、一端部には中立位置に
おいてロックピン１７の嵌入可能な孔１２ｅが設けられ
ている。

【０００８】第２円形ギヤ１３は、半径Ｒのギヤであり
駆動ラック１２とベースラック１４間に介装されてい
て、駆動ラック１２の下側歯部１２ｂとベースラック１
４の上側歯部１４ａに噛合しており、駆動ラック１２及
びベースラック１４の長手方向への摺動によって長手方
向へ転動されるようになっている。また第２円形ギヤ１
３には回転中心Ｏから所定量Ｓ離れた位置に出力軸１３
ａが一体的に設けられていて、この出力軸１３ａはステ
アリングホイール２２の中立位置において回転中心Ｏの
真下に位置してロッド１５に一体的に設けた連結アーム
１５ａにロッド軸方向の変位のみを伝達するように係合
している。ベースラック１４は、駆動ラック１２と同様
に上下両面に歯部１４ａ，１４ｂを有するとともに、左
右両面にガイド溝を有していて、ギヤボックス２０内部
に駆動ラック１２と平行に配置され長手方向へ摺動可能
に組付けられており、下側歯部１４ｂにてベースギヤ１
６と噛合している。ロッド１５は、車体（図示省略）に
軸方向へ摺動可能に組付けられるものであり、周知のよ
うに両端にてタイロッドを介してナックルアーム（共に
図示省略）に連結されるようになっていて、軸方向へ摺
動することにより車輪Ｗを転舵させるようになってい
る。

【０００９】ベースギヤ１６は、ギヤボックス２０に組
付けた減速機付モータ１８の回転軸１８ａに一体回転可
能に組付けられていて、モータ１８によって停止・正転
・逆転されるようになっており、モータ１８は正逆回転
可能で制御装置３０によってその作動をフィードバック
制御されるようになっている。ロックピン１７は、ギヤ
ボックス２０に組付けたアクチュエータ１９によって上
下動されるようになっていて、アクチュエータ１９は制
御装置３０によってその作動を制御されるようになって
いる。制御装置３０は、モータ１８及びアクチュエータ
１９に接続されるとともに車速センサ３１，操舵角セン
サ３２，横加速度センサ３３，ヨーレートセンサ３４，
追尾センサ３５及びモード選択スイッチ３６に接続され
ていて、各センサ３１〜３５及びスイッチ３６からの信
号に基づいてモータ１８及びアクチュエータ１９の作動
をそれぞれ制御するようになっている。各センサ３１〜
３５はそれ自体それぞれ公知のものであり、またモード
選択スイッチ３６はマニアルモード，セミオートモード
またはフルオートモードを選択できるスイッチである。

【００１０】上記のように構成した本実施例において
は、モード選択スイッチ３６にてマニアルモードが選択
されていると、各センサ３１〜３５からの信号に拘らず
モータ１８がベースラック１４を中立位置に保持し、ま
たアクチュエータ１９が非作動状態に保持されてロック
ピン１７が駆動ラック１２の孔１２ｅから外れた状態に
保持される。したがって、この状態においては、ステア
リングホイール２２が中立位置から回転操作されると、
図３にて例示したように、ステアリングシャフト２１を
介して第１円形ギヤ１１が回転され、駆動ラック１２が
長手方向に摺動して第２円形ギヤ１３がベースラック１
４上を長手方向に転動し、第２円形ギヤ１３の出力軸１
３ａが円運動してそのロッド軸方向変位のみが連結アー
ム１５ａを介してロッド１５に伝達され、このロッド１
５の軸方向移動によって車輪Ｗが転舵される。

【００１１】このときの第１円形ギヤ１１の回転量θ₁₁
とロッド１５の軸方向移動量Ｘの関係は、第２円形ギヤ
１３の半径がＲでありまた回転中心Ｏから出力軸１３ａ
までの距離がＳであるため、第２円形ギヤ１３の回転量
をθ₁₃＝Ｚθ₁₁（Ｚ：両ギヤ１１，１３の径によって決
まる定数）とすると、Ｘ＝ＲＺθ₁₁−ＳsinＺθ₁₁ とな
り、転舵比をＲＺ−ＳＺcosＺθ₁₁ で表すことができる
とともに、転舵比の変化率をＳＺ²sinＺθ₁₁で表すこと
ができる。また、上記転舵比とステアリングホイール２
２の操舵角（回転操作角）の関係を図に表すと図４の
（ａ）のようになり、上記変化率と操舵角の関係を図に
表すと図４の（ｂ）のようになる。この結果、本実施例
においてはステアリングホイール２２の操舵角が大きく
なる途中で転舵比の変化率が急に低下する領域の無い特
性を得ることができ、操舵特性（特に直進走行時の操縦
安定性）を損なうことなく操作性を向上させることがで
きる。

【００１２】また、本実施例においては、モード選択ス
イッチ３６にてセミオートモードが選択されていると、
各センサ３１〜３５からの信号に拘らずアクチュエータ
１９が非作動状態に保持されてロックピン１７が駆動ラ
ック１２の孔１２ｅから外れた状態に保持されるもの
の、各センサ３１〜３４からの信号に基づいてモータ１
８の作動がフィードバック制御されてベースギヤ１６に
よりベースラック１４が長手方向に移動される。したが
って、この場合には、図５にて例示したように、ステア
リングホイール２２の回転操作に伴う駆動ラック１２の
移動量とモータ１８の回転に伴うベースラック１４の移
動量が合成されて第２円形ギヤ１３が転動する。

【００１３】このときのベースギヤ１６の回転量θ₁₆と
第１円形ギヤ１１の回転量θ₁₁と第２円形ギヤ１３の回
転量θ₁₃とロッド１５の軸方向移動量Ｘの関係は、θ₁₃
＝Ｙθ₁₆（Ｙ：両ギヤ１３，１６の径によって決まる定
数）とすると、θ₁₃＝Ｚθ₁₁−Ｙθ₁₆，Ｘ＝Ｒ（Ｚθ₁₁
−Ｙθ₁₆）− Ｓsin（Ｚθ₁₁−Ｙθ₁₆）となる。このた
め、車速センサ３１と操舵角センサ３２からの信号に応
じてモータ１８の作動を制御してステアリングホイール
２２の操舵角と車輪Ｗの転舵角の関係を図６に示したよ
うに代えるようにすれば、据え切り時のステアリングホ
イール２２の操作量を減らして操作性を向上させたり、
高速走行時の車輪Ｗの転舵角を減らして操縦安定性を向
上させることが可能である。また、操舵角センサ３２か
らの信号により求められる車輪Ｗの転舵角と車速センサ
３１からの信号により求められる車速から車両の運動状
態量であるヨーレートと横加速度を推定するとともに、
実際の横加速度とヨーレートを横加速度センサ３３とヨ
ーレートセンサ３４からの信号により求めて、両者をそ
れぞれ比較し、その差だけ車両を安定側に保つようにモ
ータ１８の作動を制御して車輪Ｗの転舵角を修正するこ
とができ、例えば車両が突然の横風を受けた場合、車両
の進行方向が外乱の有無によらず運転者のステアリング
ホイール２２操作量のみによって決定されるように修正
舵を加え、安定的に直線移動を確保し、運転者の負荷を
軽減することができる。

【００１４】また、本実施例においては、モード選択ス
イッチ３６にてフルオートモードが選択されていると、
操舵角センサ３２からの信号によりステアリングホイー
ル２２が中立位置にあると判断されたときアクチュエー
タ１９が作動してロックピン１７が駆動ラック１２の孔
１２ｅに嵌入し、かかる状態が保持されるとともに、先
行する車両の動きを検出する追尾センサ３５からの信号
（道路情報を入手する手段からの信号でもよい）に基づ
いてモータ１８の作動がフィードバック制御されてベー
スギヤ１６によりベースラック１４が長手方向に移動さ
れる。したがって、この場合には、図７にて例示したよ
うに、モータ１８の回転に伴うベースラック１４の移動
量のみによって第２円形ギヤ１３が転動され、これに基
づいて出力軸１３ａによりロッド１５が軸方向へ移動さ
れて自動操舵される。

【００１５】上記実施例においては、マニアルモードに
て反力要素として機能するベースラック１４がモータ１
８によって長手方向へ移動されるようにして、セミオー
トモードの操舵とフルオートモードの操舵ができるよう
にしたが、ベースラック１４をギヤボックス２０に移動
不能に固定してマニアルモードの操舵しかできないよう
にして、本発明を実施することも可能である。この場合
には、ベースギヤ１６，ロックピン１７，モータ１８，
アクチュエータ１９，制御装置３０，各センサ３１〜３
５及びモード選択スイッチ３６が不要であり、当該装置
をコンパクトかつ安価に構成することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上要するに、本発明においては、当該
ステアリング装置を、ステアリングホイール（２２）と
一体的に回転する第１円形ギヤ（１１）と、ギヤボック
ス内部に長手方向へ摺動可能に組付けられて第１円形ギ
ヤに駆動連結された駆動ラック（１２）と、回転中心か
ら径方向に所定量離れた位置に出力部（出力軸１３ａ）
を有して駆動ラックに駆動連結され駆動ラックの長手方
向への摺動によって転動される第２円形ギヤ（１３）
と、駆動ラックに平行に配置されて第２円形ギヤに駆動
連結され反力要素としで機能するベースラック（１４）
と、軸方向移動によって車輪（Ｗ）を転舵させるロッド
（１５）に一体的に設けられて第２円形ギヤの出力部と
ロッド軸方向変位のみ伝達可能に係合する連結部（連結
アーム１５ａ）とを備える構成としたため、上記実施例
のマニアルモード時の作動説明及び図４の特性線図から
明らかなように、ステアリングホイールの操舵角が大き
くなる途中で転舵比の変化率が急に低下する領域の無い
特性を得ることができ、操舵特性を損なうことなく操作
性を向上させることができる。また、上記した構成に加
えてベースラック（１４）がモータ（１８）により軸方
向に駆動される構成を採用した場合には、ステアリング
ホイール（２２）の回転に伴う車輪（Ｗ）の転舵をモー
タ（１８）によるベースラック（１４）の軸方向駆動に
より修正することができて、当該ステアリング装置を可
変ギヤ比ステアリング装置とすることができる。また、
ベースラック（１４）がモータ（１８）により軸方向に
駆動される構成に加えて駆動ラック（１２）が軸方向の
移動を規制可能とされる構成を採用した場合には、駆動
ラック（１２）の軸方向移動を規制して、モータ（１
８）によりベースラック（１８）を軸方向に駆動すれ
ば、ロッド（１５）が軸方向へ移動されて自動操舵さ
れ、自動操縦することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による車両用ステアリング装置の一実
施例を概略的に示す斜視図である。

【図２】 図１の要部正面図である。

【図３】 マニアルモード時の作動説明図である。

【図４】 マニアルモード時の特性線図である。

【図５】 セミオートモード時の作動説明図である。

【図６】 セミオートモード時の特性線図である。

【図７】 フルオートモード時の作動説明図である。

【図８】 従来技術を概略的に示す図である。

【図９】 従来技術の特性線図である。

【符号の説明】

２０…ギヤボックス、２２…ステアリングホイール、１
１…第１円形ギヤ、１２…駆動ラック、１３…第２円形
ギヤ、１３ａ…出力軸（出力部）、１４…ベースラッ
ク、１５…ロッド、１５ａ…連結アーム（連結部）、Ｗ
…車輪。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 111:00 113:00 137:00 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 3/00 - 3/02 B62D 3/12 503 B62D 3/12 513 B62D 5/04 B62D 5/22 B62D 6/00 - 6/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ギヤボックス内部で回転可能に固定され
   ステアリングホイールと一体的に回転する第１円形ギヤ
   と、前記ギヤボックス内部に長手方向へ摺動可能に組付
   けられて前記第１円形ギヤに駆動連結された駆動ラック
   と、回転中心から径方向に所定量離れた位置に出力部を
   有して前記駆動ラックに駆動連結され前記駆動ラックの
   長手方向への摺動によって転動される第２円形ギヤと、
   前記駆動ラックに平行に配置されて前記第２円形ギヤに
   駆動連結され反力要素として機能するベースラックと、
   軸方向移動によって車輪を転舵させるロッドに一体的に
   設けられて前記第２円形ギヤの出力部とロッド軸方向変
   位のみ伝達可能に係合する連結部とを備えてなる車両用
   ステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記ベースラックがモータにより軸方向
   に駆動されるようにしたことを特徴とする請求項１記載
   の車両用ステアリング装置。
3. 【請求項３】 前記駆動ラックが軸方向の移動を規制可
   能とされていることを特徴とする請求項１記載の車両用
   ステアリング装置。