JPS61166772A

JPS61166772A - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JPS61166772A
Application number: JP60007368A
Authority: JP
Inventors: Megumi Higuchi; 恵樋口; Setsuyoshi Yanai; 矢内　節佳; Masafumi Nakayama; 雅文中山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-01-21
Filing date: 1985-01-21
Publication date: 1986-07-28
Also published as: US4751976A; EP0189172A3; EP0189172B1; EP0189172A2; DE3670053D1

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】（産業上の利用分計）本発明は自動車等の車両に用いられ、ドライバ−１車両
、周囲環境等の状態に応じて操舵比を変化させ得ると共
に、その操舵比を変化させる機構の停止時又は故障時に
も、マニュアルステアリングあるいはパワーステアリン
グとして通常の操舵を為し得る操舵装置に関するもので
ある。

（従来の技術）一般にステアリング系は、ドライバーからの制御入力の
みを操向輪に伝えて自動車等の車両を操舵するものとさ
れてきたが、近年このステアリング系を操舵をより容易
かつ安全に行ない得るよう、ドライバーと自動車と環境
とを全体的に見て、最も適したコントロールを行なうシ
ステムとすることが考えられている。

このためドライバー、車両、周囲環境等の状態を検知す
る補助入力手段を設け、この補助入力手段からの制御入
力をドライバーからの制御入力に合成して操舵を行なう
ステアリングシステムが種々試みられている。

そして、このようなシステムの一つトシて、油ＥＥ式パ
ワーステアリング装置を発展させ、ステアリングシステ
ム中に車速と操舵速度とに応じた駆動力を油圧系によっ
て附加することにより操舵力を変化させるものでは、昭
和５８年１０月日産自動車株式会社発行のサービス周報
第４９１号（ＢＬ−１４）中筒■−５２頁に記載のもの
等が既に実用に供されている。

一方、前記のような補助入力手段からの制御入力を機械
系によりドライバーからの制御入力に合成して操舵比を
変化させるものでは従来、特開昭筒４７−２０８８５号
公報にて本出願人が先に開示した如き操舵装置がある。

この操舵装置は、通常のマニュアルあるいはパワーステ
アリング装置のステアリングホイール、ステアリングギ
ヤ間に制Ｓ要素として差動歯車列を介挿し、これにより
補助入力手段からの制御入力をドライバーからの制御入
力に合成して操舵比を変化させるもので、その構成は、
第５図（ａ）及び同図（ｂ）に示す如くになっている。

図中１はステアリングホイール、２はステアリングホイ
ールに一体的に結合された操舵入力軸、８は図示しない
ステアリングギヤ及びリンクを介し操向輪に連結された
操舵出力軸である。

第５図（ａ）においては、制御要素である遊星歯車列の
サンギヤＡ及びピニオンギヤリヤＢが各々操舵入力軸２
及び操舵出力軸８に結合されると共に差動入力となるイ
ンターナルギヤＣにウオームギヤＤを介し補助入力手段
からの制御回転が与えられる。

また同図（ｂ）においては、遊星歯車列のビニオンキャ
リヤＢ及びインターナルギヤＣが各々操舵入力軸２及び
操舵出力軸８に結合されると共に　　・差動入力となる
サンギヤＡにウオームギヤＤを介し補助入力手段からの
制御回転が与えられる０ここで、操舵入力軸２及び操舵
出力軸８の回転速度を夫々ω工、ω０とすると共にウオ
ームギヤＤを介しインターナルギヤ０又はサンギヤＡに
入力される制御回転の速度をωＣとし、サンギヤＡ。

インターナルギヤＣのピッチ円直径を夫々ａ、ｃとする
と、以下に示す関係式が成立する。

すなわち第５図（ａ）においては、０−ａ＋。１　者ω。　　　　　・、、　（１）また、
同図（ｂ）においては、 ω。＝（１＋６）ωＩ−５ω。　　　　−（２）従って
操舵出力軸８の回転速度ω。は操舵入力軸２の回転速度
ω工と制御回転速度ω。とが合成されたものとなる。つ
まり、差動入力に制御回転を与えることによって操舵比
を変化させることができる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら上記従来の装置は、例えば第５図（ａ）の
場合、遊星歯車列ではＣ＞ａとなるため（１）式におい
て１　＞　−７−＞　０．５となり、制御回転速度ω。

を極めて低速度としないと安定した操舵比の変更が困難
で実用に供し得ず、このためモーター等駆動源の回転を
減速するべくウオームギヤＤ等の減速機構が必要とされ
大型の装置となってしまう。

また、差動入力を固定（ω。＝０）とした時の操舵入力
軸２と操舵出力軸８との回転速度比ω。／ω工は−で、
ｃ＞ａであることから一脳巧（１となり、ａ＋Ｃ補助入力手段の作動停止あるいは故障時に操舵比が非常
に小さくなってしまう。このような場合でも全体の操舵
比を妥当な値とするため操舵出力軸８と操向輪との間に
あるステアリングギヤを、ギヤ比を大幅に大きく変更し
た１補助入力手段と組み合わせて使用するための専用品
とする必要があった。

一方、第６図（ｂ）の場合、（２）式において制御回転
速度ω。の係数は−３であるからＣを大きく、つまりイ
ンターナルギヤＣの径を非常に大きくすれば安定した操
舵比の変更が可能となるが、大型のインターナルギヤＣ
の慣性質量の増加による操舵感覚の悪化や搭載スペース
上の制約から実際上二は０．８程度以上とされ、やはり
前述した第８図（ａ）の場合と同様に安定した操舵比の
変更のためにはウオームギヤＤ等の減速機構が不可欠で
あった。

また、操舵入力軸２と操舵出力軸３との回転速度比ω。

／ω工は（１＋３）〉〉１となり、第５図（ａ）の場合
と逆にステアリングギヤを、ギヤ比を大幅に少さくした
専用品とする必要があった。

さらに、（ａ　）　＊　（ｂ　）のどちらにおいても操
舵比を変化させない時は差動入力を固定する必要があり
、この点からもウオームギヤＤが必要とされた。

以上のように従来の装置は、ウオームギヤ等の減速装置
と固定装置とを別に必要とするから小形化が困難である
と共にコスト高となる。また、安全確保のためにはステ
アリングギヤを専用品とせざるを得ず、この点でもコス
ト高となり、搭載困難及びコスト高で実用に供し得ない
という問題点を有していた。

（問題点を解決するための手段）本発明は、上述の如き従来装置のｌ！Ｊｆｆ題点を解決
するためになされたもので、前記車両用操舵装置におい
て、前記差動入力を自由回転あるいは停止状態とする時
は前記両軸間の操舵力又は操舵回転数又は操舵回転速度
をほぼ等しくし、前記差動入力に前記操舵入力軸又は前
記操舵出力軸の回転速度に対し十分大きな速度の制御回
転を与える時は前記両軸間の操舵力又は操舵回転数又は
操舵回転速度を変化させるものとして前記制御要素を構
成したものである。

（作用）上記のように構成した本発明操舵装置においては、補助
入力手段からの制御回転に応じて操舵比が変化すると共
に差動入力を自由回転あるいは停止状態のどちらにして
も操舵入力軸と操舵出力軸との間の操舵比がほぼ１とな
るから、補助入力子　　１段の作動停止あるいは故障時
にもドライバーの制御人力がそのまま操舵出力軸より出
力される。

また、操舵入力軸又は操舵出力軸の回転速度に対し十分
大きな速度の制御回転を差動入力に与えた時に操舵比を
変化させるようにして操舵比に対する差動入力の感度を
低くおさえたから、操舵比の制御が容易に行ない得る。

すなわち、通常の可変速モーターから直接差動入力に制
御回転を入力して操舵比を制御することができると共に
、特に固定装置を設けず、差動入力を自由回転としてお
いても、その回転を操舵比に影響を与えない程度に、内
部損失によっておさえ得る。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

第１図は、差動入力を操舵入出力軸と同軸として設ける
実施例を示しており、図中１はステアリンクホイール、
２及び８はコラムシャフトを分割して設けた操舵入力軸
と操舵出力軸である。

操舵入力軸２は、一端をステアリングホイールｌに一体
的に結合してステアリングホイールｌの操作により回転
可能とすると共に、他端を制御要素４に結合する。

操舵出力軸８は、操舵入力軸２と同軸線上に回転可能と
して設け、ビニオンとラックで構成したステアリングギ
ヤ１ｏのビニオンにその一端を結合すると共に、他端を
制御要素４に結合する。

そして、ステアリングギヤ１ｏのラックの両端をサイド
リッド１１を介し左右の操向輪１３のナックルアーム１
２に連結する。

制御要素４は、その差動入力５を操舵入出力軸２．８と
同軸として設けると共に、この差動入力５を自由回転あ
るいは停止状態とする時は操舵入出力軸２．８間の回転
速度比が０．９乃至１．１の間となり、操船、入出力軸
２，８のうち一方を固定とする時は他方と差動入力５と
の回転速度の比が２以上となるよう構成する。

すなわち、制御要素４は以下の式で示す関係を満足する
ものとする。

ここに、ω工は操舵入力軸の、ω。は操舵出方軸の、ω
Ｃは差動入力５に与える制御回転の回転速度を夫々表し
ており、ｍ、ｎは係敬である。

上記の条件を満足するよう、制御要素４を次表及び第２
図に示す如き歯車列により構成する。尚、同表中ω工、
ω。、ω。は上記の通りであり、２は添字要素の歯数を
表すものとする。（第１図には一例として同表分類工の
歯車列を示も）同表中分類ｌに示す歯車列は、ある歯車に対して中心距
離が等しく歯数の少し異なる２個以上の歯車を、これら
の歯車を転位歯車とすることで噛合させ高減速比を得る
ファーガソンの不思議歯車列を用いて構成したものであ
る。

この歯車列においては１歯車ムと歯車りとを同軸上に別
体として設けると共にこれら歯車Ａ、Ｄと同軸としてキ
ャリヤＳを設け、同軸上に一体的に設けた歯車Ｂと歯車
Ｃとを上記キャリヤＳに軸支すると共に歯車Ｂを歯車Ａ
に、歯車Ｏを歯車りに夫々噛合させる。そして歯車ムを
操舵入力軸２に、歯車りを操舵出力軸８に夫々結合し、
キャリヤＳを差動入力５とする。

ここで、歯車Ａと歯車りとを同歯数とすると共に、歯車
Ｂと歯車Ｏとの歯数を若干異ならせるか、又は歯車Ｂと
歯車Ｃとを同歯数とすると共に、歯車Ａと歯車りとの歯
数を若干異ならせる。

上記の如くに構成した歯車列における速度比は次式で表
される。

従って（３）式の条件を満足するためには以下の如く歯
数を設定すれば良い。

例えば同表中の歯数例に示すように、ＺＢ　＝　Ｚ□　
＝１４　、ＺＡ＝１９　、　ＺＤ＝２０又は、Ｚ　Ａ　
＝　ＺＤ　＝　１４　。

ＺＢ＝　２０　、　Ｚｃ＝　１９とすれば上記の条件を
満たすことができる。

尚、同表中分類Ｉに示す歯車列は、遊星歯車列を２段組
合わせたものであり、分ｔＲＩは、分類Ｉの遊星歯車列
におけるサンギヤとピニオンギヤとに、分類■の７アー
ガソンの不思議歯車列を用いたものである。

これら分類！及び分類Ｉに示す歯車列も又、同表中に例
示した如く１歯車の歯数を適当に組合わせることにより
、前記（８）′式の条件を満足する制御要素とすること
ができる。

一方、操舵入力軸２上には可変速モーター９を同軸とし
て設け、該モーター９の回転軸を制御要素表の差動入力
５に結合する。

補助入力手段６は、この可変速モーター９と為センサー
７及び制御回路８で構成する。

上記実施例の作用を次に説明すると、ドライバーはステ
アリング１を操舵回転させ、ステアリング１の回転は操
舵入力軸２を介して制御要素番に伝えられる。

一方、センサー７は車速、操舵角、操舵速度、車両のヨ
ー角速度等に応じた信号を制御回路８に伝え、制御回路
８はこの信号から最適操舵比を判断して必要な制御信号
を可変速モーター９に送り、モーター９は制御要素４の
差動入力６に制御信号に応じた制御回転を与える。

制御要素４は、上記操舵入力軸２の回転速度を、上記差
動入力５の回転速度に応じ、前記（８）式における速度
比で変化させて、この回転を操舵出力軸８に伝える。

そして、操舵出力軸８の回転はステアリングギヤ１０に
よって往復運動に変換され、サイドロッド１１を介しナ
ックルアーム１ｚに伝えられて左右操向輪を操向する。

而して、ドライバーからの制御入力と補助入力手段から
の制御入力とを機械系により合成し、操舵比を適宜変化
させることができると共に、補助入力手段の作動停止あ
るいは故障等に上り差動入力５が自由回転あるいは停止
状態となった時はドライバーの制御入力をそのまま出力
することができる。

また、操舵比に対する差動入力の感度を低くお　　′さ
えたから、差動入力に可変速モーターを直接結合して操
舵比を制御することができると共に、差動入力を自由回
転とする時に、特に固定装置を設けなくとも内部損失（
歯車の噛み合いや軸受の■擦）及びモーターの回転抵抗
によって差動入力の回転をおさえることができ、操舵比
にほとんど影梼を与えることがない。

これらのことから上記実施例の装置は、ウオームギヤ等
の減速装置と固定装置とを別に必要としないから小形化
が容易であると共にコストを低くおさえることができる
。また、ステアリングギヤを専用品とせず従来のものを
そのまま用いても、・補助人力手段の停止又は故障時に
そのまま通常の操舵を為し得て安全を確保できるから、
ステアリングギヤのコストも低くおさえることができる
。

第３図は、差動入力を操舵入出力軸とオフセットして設
ける実施例を示したものである。

当該実施例においては、制御要素４の差動入力６を操舵
入出力軸２，８と同軸とせずオフセットして設けると共
に、該差動入力６に結合する可変速モーター９も〜操舵
入出力軸２，８とオフセットして設ける。

その他の要素については前記実施例と同様であるため、
ここでの説明は省略する。

制御要素４は、前記実施例と同様（３）式の条件を溝足
するものとする。このため、制御要素令を次表及び第４
図に示す如き歯車列により構成する。

尚、同表中の添字は前記実施例と同様のものとする。（
第８図には一例として同表中分類Ｈの歯車列を示す。）同表申分ｍＷに示す歯車列は、ハーモニックドライブを
用いて構成したものである。

ハーモニックドライブとは、橢円状のカムとその外周に
嵌めたポールベアリングより成るウェーブジェネレータ
Ｄの外周に、薄肉カップ状の金属弾性体の外周両端に各
々同数の歯を刻んだフレクスプラインＢを嵌合し、該７
レクスプラインＢの外周の一端側に、リング状の剛体の
内周に７レクスプラインと同ピツチで７レクスプライン
Ｂより２枚多い歯を刻んだサーキュラスプラインムを噛
合させ７レクスプ、ラインＢの他端側には７レクスプラ
インＢと同じ歯数のサーキュラスプラインＯを噛合させ
て構成し、高減速比を得られるようにに、サーキュラス
プラインＣにも歯車Ｇと同歯数の歯車Ｉを設ける。また
、同軸上に同歯数の歯車Ｆと歯車Ｈとを軸２，８と一体
として設け、歯車Ｆを歯車Ｇに、歯車Ｈを歯車工に夫々
噛合させる。

そして、ＦＡ里Ｆを操舵入力軸２に、歯車■を操舵出力
軸８に夫々結合し、ウェーブジェネレータＣを差動入力
５とする。

ＺＡ　−ＺＢ従って（３）式の条件を満足するためには以下の如く歯
数を設定すれば良い。

１＋Ｒ１＋ＲＺ。

例えば同表中の歯数列に示すように、ＺＡ＝　８２　を
満たすことができる。

尚、同表申分ｍｙに示す歯車列は、遊星歯車列のピニオ
ンギヤとインタニナルギャとに、前記７アーガソンの不
思議歯車列を用いたものであり、分ｍＷは、遊星歯車列
を２段組合わせたもので、両例共分類■と同様、差動さ
せ得る歯車列の入出力として同歯数の歯車Ｇ、Ｉを設け
ると共に操舵入出力軸２，８に夫々同歯数の歯車Ｆ、Ｈ
を結合し、歯車Ｆと歯車Ｇ１歯車Ｈと歯車工を噛合させ
ることで、操舵入出力軸２，８と差動入力５とをオフセ
ットさせている。

これら分類Ｖ及び分類■に示す歯車列も又、同表中に例
示した如く、歯車の歯数を適当に組合わせることにより
、前記（８）式の条件を満足する制御要素とすることが
できる。

上記のようにして当該、差動入力を操舵入出力軸とオフ
セットして設ける実施例も、前記、差動入力を操舵入出
力軸と同軸として設ける実施例と同様の作用効果を行な
い得るものであるが、当該実施例では特に前記実施例に
ない以下の作用効果を行ない得る。

すなわち、前記（５）式から明らかな如く、差動入力の
係数と別個に独立して調整し得るから、差動入力に制御
回転を与えるのに可変速モーターの特性の良い範囲を使
用し得て設計が容易になる。

また制御要素の主要部とモーターとを操舵入出力軸に対
しオフセットさせているから、これらを収納する空間の
確保が容易となり、搭載レイアウトを容易に求めること
ができる。

（発明の効果）かくして本発明操舵装置は、ドライバー、車両、周囲環
境等の状態に応じて操舵比を変化させ、より安全かつ容
易な操舵を゛可能にするのみならず、その操舵比を変化
させる差動入力の感度を低くおさえ得て、特に減速装置
や固定装置を別に設ける必要を無くしたから、容易に小
型化でき搭載上有利であると共にコストを低くおさえる
ことができる。

また、その補助入力手段の作動停止又は故障等により差
動入力が自由回転あるいは停止状態となっても、ドライ
バーの制御入力をそのまま操舵出力軸より出力し得るか
ら、ステアリングギヤを専用品とせず従来のものをその
まま用いても、補助入力手段の停止又は故障時にそのま
ま通常の操舵を為し得て安全を確保することができる。

従ってステアリングギヤのコストも低くおさえ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明車両用操舵装置の差動入力を操舵入出力
軸と同軸とした実施例のシステム図、第２図（〜、Φ）
は同例における歯車列の構成図、第８図は同装置の差動
入力を操舵入出力軸に対しオフセットした実施例のシス
テム図、第４図（ａ）　Ｉ　（ｂ）　ｌ　（０）は同例
における歯車列の構成図、第５図ｋ＞　、（ｂ）は従来の車両用−操舵装置の要部
システム図である。１・・・ステアリングホイール２・・・操船入力軸　　　　８・・・操船出力軸４・・
・制御要素　　　　　５・・・差動入力６・・・補助入
力手段　　　７・・・センサー８・・・制御回路　　　
　　９・・・可変速モーター１０・・・ステアリングギ
ヤ　１１・・・サイロッド１２・・・ナックルアーム　
　１８８０．操向輪第１図第２図（ａ）　　　　　　　　　　（ｂ）第３図第４図第５図（ａ）（ｂ）八で製　八刀

Claims

【特許請求の範囲】１、操舵入力軸及び操舵出力軸間に差動歯車列からなる
制御要素を介挿し、該制御要素の差動入力に補助入力手
段からの制御回転を与えることにより前記両軸間の操舵
力又は操舵回転数又は操舵回転速度を可変とする車両用
操舵装置において、前記差動入力を自由回転あるいは停
止状態とする時は前記両軸間の操舵力又は操舵回転数又
は操舵回転速度をほぼ等しくし、前記差動入力に前記操
舵入力軸又は前記操舵出力軸の回転速度に対し十分大き
な速度の制御回転を与える時は前記両軸間の操舵力又は
操舵回転数又は操舵回転速度を変化させるものとして前
記制御要素を構成したことを特徴とする車両用操舵装置
。２、前記差動入力を自由回転あるいは停止状態とする時
の前記両軸間の操舵力又は操舵回転数又は操舵回転速度
の比を０．９乃至１．１の範囲とし、かつ前記操舵入力
軸又は前記操舵出力軸の回転速度に対する差動入力の回
転速度の比を２以上として前記制御要素を構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の車両用操舵装
置。