JPS62214059A - 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、ステアリングホイ
ールの回転操作をギヤ装置を用いて該ステアリングホイ
ール回転角に比例したシャフト軸方向変位に変換しその
シャフトの軸方向変位により操向車輪（通常は前車輪）
を転舵作動させるようにしたものが従来よりひろく用い
られている（例えば実開昭５７−５５６７１号公報、実
開昭５７−７４８７６号公報等参照）。

又上記のようなギヤ装置をもつステアリング装置におい
て、ギヤの歯形を工夫することにより、例えばステアリ
ングホイール回転角の小なる範囲即ち直進状態付近では
ギヤレシオを小としステアリングホイール回転角が大な
るときはギヤレシオを大とする等、ステアリングホイー
ル回転角と操向車輪実舵角との角度比を非線形特性とし
たいわゆるバリアプルギヤレシオのステアリング装置も
従来より種々開発され、例えば米国特許第３２６７７６
３号明細書、或は実開昭５９−１６２６９号公報等にて
公開されている。

発明が解決しようとする問題点 上記のようにステアリングホイール回転角と操向車輪実
舵角との比即ちステアリング角度比が比例関係にある従
来装置及び非線形特性とした従来装置は、いずれもギヤ
装置の設計により一義的に定められた角度でしか操舵出
力は得られない。

一般に自動車の操縦安定性を決定づける最大の要因の一
つはステアリング角度比（ステアリングホイール回転角
／操向車輪実舵角）であり、好ましいステアリング角度
比は車速や路面状況等の走行モードによって種々変化す
るものであるから、従来のように比例特性のものであれ
、非線形特性のものであれ、ステアリング角度比がギヤ
装置の設計により一義的に定められるステアリング装置
では、種々の走行モードにおけるそれぞれの最適ステア
リング角度比を考慮し、折中的に適当な舵角比を選択し
て妥協すると言う設計を行なうことにならざるを得ない
。

本発明は車速等の走行モードに応じてステアリング舵角
比をきめこまかく制御し得る装置を提供することを主目
的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、ステアリングホイールの回転操作によりステ
アリングギヤボックスのギヤ装置を介して操向車輪が転
舵作動されるようになっている自動車のステアリング装
置において、ステアリングホイールからステアリングギ
ヤボックスのギヤ装置に至る操舵系統の途中に、太陽歯
車又はそれに相当する歯車と遊星歯車又はそれに相当す
る歯車と内歯車又はそれに相当する歯車とからなる差動
歯車装置を介在させ、太陽歯車又はそれに相当する歯車
をステアリングホイールにて回転される入力歯車とし、
内歯車又はそれに相当する歯車をステアリングギヤボッ
クスのギヤ装置を回転させる出力歯車とし、遊星歯車又
はそれに相当する歯車の回転軸を支持する支持部材を電
動モータにて回転させる構成とし、入力歯車の回転角に
対する電動モータにて回転される支持部材の回転角の割
合を変化させることにより入力歯車と出力歯車との回転
角比を変化させステアリングホイール回転角と操向車輪
実舵角とのステアリング角度比を可変的に制御し得るよ
う構成すると共に、上記入力歯車の回転角を検出し入力
角信号を発する入力角センサの該入力角信号と車速等の
走行モードを検出し走行モード信号を発する走行モード
センサの該走行モード信号とからそのときの走行モード
での最適ステアリング角度比を求めそれに応じた出力を
発して電動モータを回転駆動させる制御回路を設けたこ
とを特徴とするものである。

作用 上記により、車速や路面状況等の走行モードの変化に伴
ない、制御回路は予め設定記憶されているので走行モー
ドに対するステアリング角度比特性に基づき、最適ステ
アリング角度比を求めて電動モータを回転させるべき出
力を発し、ステアリングホイールにて回転される太陽歯
車又はそれに相当する歯車の回転角に対する内歯車又は
それに相当する歯車の回転角比を制御し、それによりス
テアリング角度比を上記最適ステアリング角度比に合致
させるものである。

実施例 以下本発明の実施例を付図を参照して説明する。

図において、１はステアリングホイール、２はステアリ
ングシャフト、４はステアリングギヤボックスを示し、
該ステアリングギヤボックス４内にはピニオンギヤが回
転可能なるよう支持されると共に該ピニオンギヤに噛み
合うラックシャフトが軸方向に移動可能なるよう支持さ
れ、ステアリングシャフト２の回転に伴なうピニオンギ
ヤの回転によりラックシャフトが軸方向に移動し、タイ
ロッド、ナックルアーム等を介して操向車輪を転舵作動
させるよう構成されているが、このステアリングギヤボ
ックス４内に装着されたギヤ装置及び該ギヤ装置から操
向車輪に至る操舵機構等は従来より自動車用ステアリン
グ装置として一般に用いられているものと同じであるの
で詳しい図示及び説明は省略する。

ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１に
結合された入力シャフト２１と、ステアリングギヤボッ
クス４内に支持されている上記ピニオンギヤに結合され
た出力シャフト２２とに分割され、入力シャフト２１の
回転は傘歯車式差動歯車装置３を介して出力シャフト２
２に伝達されるよう構成されている。

傘歯車式差動歯車装置３は、傘歯車よりなる前後１対の
差動大歯車３１及び３２と、傘歯車よりなり差動大歯車
３１及び３２とにまたがって噛合う差動小歯車３３とを
差動歯車箱３４内に組込み、差動小歯車３３の回転軸３
３ａを該差動歯車箱３４に支持させた構造に構成され、
上記入カシャフ）２１が一方の差動大歯車３１に結合さ
れ、他方の差動大歯車３２は出力シャフト２２に結合さ
れ、差動小歯車３３の回転軸３３ａを支持する差動歯車
箱３４は電動モータ５の回転によりウオームギヤ６ａ、
ウオームホイール６ｂ等よりなる減速機構６を介して回
転されるよう構成されている。

７はステアリングホイールｌの回転角を検出しそれに応
じた入力角信号を発する入力角センサ、８は出力シャフ
ト２２の回転角を検出しそれに応じた出力角信号を発す
る出力角センサ、９は走行モードを検出し走行モード信
号を発する走行モードセンサであり、該走行モードセン
す９としては車速を検出しそれに応じた車速信号を発す
る車速センサのみを用いるか或は該車速センサにスロッ
トルバルブ開度等よりエンジン負荷を検出するエンジン
負荷センサ、良路であるかどうか又はすべり易い路面で
あるかどうか等路面状況を検出して信号を発する路面状
況センサ等の一部又は全部を組合わせたものを用いる。

１０は上記電動モータ５にて回転される差動歯車箱３４
の回転角を検出しそれに応じた中間角信号を発する中間
角センサである。

１１は制御回路であり、該制御回路ｔｉは上記入力角セ
ンサ７の入力角信号と走行モードセンサ９の走行モード
信号とのインプットから上記差動歯車箱３４を回転させ
るべき回転角を演算にて求め、電動モータ５を回転駆動
させるべき出力を発するものである。尚電動モータ５の
回転は出力角センサ８の出力角信号及び中間角センサ１
０の中間角信号によってフィードバック制御される。

上記において、ステアリングホイール１即ち入カシャフ
）２１を０１角度回転させ、電動モータ５の回転駆動に
より減速機構６を介して差動歯車箱３４が角度φ回転し
たとき差動大歯車３２即ち出力シャフト２２が０２角度
回転したとすると、φ＝＋（０１＋０２）であるから出
力シャフト２２どの回転角θ２は次式で表わされる。

θ２　＝−（θ１−２φ）　・・・・・・・・・・・・
　（１）この（１）式より電動モータ５が回転せず差動
歯車箱３４が固定となるとφ＝Ｏであるから、θ２−−
０１　となり、入カシャフ）２１の回転角に対する出力
シャフト２２は逆方向に同じ回転角だけ回転する。この
場合入力シャフト２１に対し出力シャフト２２が逆回転
してもステアリングギヤボックス４内のギヤ装置の組合
わせ構造又はナックルアームを操向車輪の回転軸に対し
前向きに設けるか後向きに設けるか等の従来より公知の
方策によって操向車輪の転舵方向をステアリングホイー
ルｌ即ち入カシャフト２１の回転方向に一致させること
が容易にでき、且つステアリングギヤボックス４内のギ
ヤ装置は比例特性をもっているものであるから、入力シ
ャフト２１の回転角θ１と出力シャフト２２の回転角０
２との回転角比の絶対値１θ１／θ２１の変化によって
ステアリングホイール回転操作角と操向車輪実舵角との
比（ステアリングホイール回転角／操向車輪実舵角）が
可変的に制御される。従って上記のように差動歯車箱３
４が固定の場合は出力シャフト２１から入力シャフト２
２への回転角伝達比はＩθ１／θ２１＝１である。

電動モータ５の回転によって差動歯車箱３４をステアリ
ングホイール１即ち入力シャフト２１の回転方向と同方
向に回転させた場合即ちφ〉Ｏの場合は上記（１）式よ
り１θ２１く１θｌ　１となり１θ１／θ２１〉１とな
ってステアリング角度比は大となり、逆に差動歯車箱３
４をステアリングホイール回転方向とは逆方向に回転さ
せた場合即ちφくＯの場合は１θ２１〉１θｌ　１とな
りｌθ１／θ２１くｌとなってステアリング角度比は小
となる。従ってステアリングホイール１の回転方向と回
転角に対し電動モータ５の回転方向と回転角とを例えば
車速等走行モードの変化に応じて変えてやることによっ
て、ステアリング角度比を常に走行モードに対応した最
適値に可変制御することができるものである。

上記制御回路１１には、例えば極低速走行時はステアリ
ング角度比を大きくして舵の効きを抑制し、低、中速で
はステアリング角度比を小さくして舵の効きを良くし俊
敏な操舵を行なえるようにし、高速走行時は舵の効きす
ぎは危険であるからやや太き目のステアリング角度比と
する等、車速に応じて最適のステアリング角度比を得る
べきステアリングホイール回転角θｌに対する差動歯車
箱３４の回転角φの比（φ／θ１）を設定記憶させてお
き、或は上記に加え例えばすべりやすい路面では機敏な
舵の効きは危険であるのでステアリング角度比を大きく
する等、路面状況に応じて最適のステアリング角度比を
得るべきφ／θ１を設定記憶させておき、入力角センサ
７の入力角信号と走行モードセンサ９の走行モード信号
から上記設定記憶されている各種データに基づき最適ス
テアリング角度比を得るべきφの値を定めて出力を発し
電動モータ５を回転駆動させるものであるから、ステア
リング角度比は常に走行モードに適応した最適値にきめ
こまかに自動制御されるものである。

上記のように制御回路１１が記憶しているφ／θ１の変
化率をマニアルにて変更できる操作部を設けておき、運
転者の好みに応じて走行モードに対するステアリング角
度比の制御態様を調整できるようにしておくことが望ま
しい。

尚図示実施例では、前後１対の差動大歯車３１と３２の
径が同一となっている差動歯車装置３を用いた例を示し
ているが、前後の差動大歯車３１と３２とが互いに径を
異にする傘歯車にて構成された差動歯車装置を用いても
良く、又傘歯車式差動装置に限らず太陽歯車とその外周
に噛み合う遊星歯車と該遊星歯車の外周に噛合う内歯を
もった内歯車とからなる遊星歯車式差動歯車装置を用い
ても良い。この場合傘歯車式差動歯車装置３の一方の差
動大歯車３１は遊星歯車式差動歯車装置の太陽歯車に相
当し、他方の差動大歯車３２は内歯車に相当し、差動小
歯車３２は遊星歯車に相当するものであるから、太陽歯
車に入力シャフト２１を結合し、内歯車にて出力シャフ
ト２２が回転するようにすると共に、遊星歯車の回転軸
を支持する遊星歯車腕（図示の作動歯車箱３４に相当す
る）を電動モータ５にて減速回転させるよう構成するこ
とにより、図示実施例の場合と同様の機能を果たすこと
ができる。前後の差動大歯車の径が異なる傘歯車式差動
装置を用いた場合及び遊星歯車式差動歯車装置を用いた
場合等も電動モータ５の回転制御機構は図示実施例の場
合と同様であることは言うまでもないが、これらの場合
は入力シャフト２１に結合される歯車と出力シャフト２
２に結合される歯車との径が互いに異なるので、電動モ
ータ５が回転しない場合入力角θ１に対する出力角θ２
の角度比は図示実施例の場合のようにｌ＝１とはならず
、入力側歯車と出力側歯車との径の比によって上記角度
比が定まることになり従って各走行モードに最適のステ
アリング角度比を得るための電動モータ５の回転角は上
記図示実施例の場合とは異なることは勿論である。

発明の効果 上記のように本発明によれば、例えば高速時に最適の操
縦安定性を得るステアリング角度比を基準とし、機敏な
ハンドリングを要求される中、低速時にはステアリング
角度比を小さくし、極低速時には軽い操舵力となるよう
ステアリング角度比を大きくする等、車速等の走行モー
ドの変化に応じてステアリング角度比をきめこまかに自
動調整することができ、操縦性の著しい向上をはかり得
ると共に、万一電動モータが故障して動かなくなってし
まったような場合でも、差動歯車装置は所定の回転角比
にて入力シャフトの回転を出力シャフトに伝達し、充分
操縦を行なうことができるフェイルセーフ機能を持って
おり、安全性の向上をもはかり得るものであり、全体と
して構造が簡単でコストが比較的安価であることと相俟
って実用上多大の効果をもたらし得るものである。

【図面の簡単な説明】

付図は本発明の一実施例を示す要部縦断側面図である。 １・・・ステアリングホイール、２・・・ステアリング
シャフト、２１・・・入力シャフト、２２・・・出力シ
ャフト、３・・・差動歯車装置、４・・・ステアリング
ギヤボックス、５・・・電動モータ、６・・・減速機構
、７・・・入力角センサ、８・・・出力角センサ、９・
・・走行モードセンサ、１０・・・中間角センサ、ｉｉ
・・・制御回路。 以　　　上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、ステアリングホィールの回転操作によりステア
   リングギヤボックスのギヤ装置を介して操向車輪が転舵
   作動されるようになっている自動車のステアリング装置
   において、ステアリングホィールからステアリングギヤ
   ボックスのギヤ装置に至る操舵系統の途中に、太陽歯車
   又はそれに相当する歯車と遊星歯車又はそれに相当する
   歯車と内歯車又はそれに相当する歯車とからなる差動歯
   車装置を介在さ せ、太陽歯車又はそれに相当する歯車をステアリングホ
   ィールにて回転される入力歯車とし、内歯車又はそれに
   相当する歯車をステアリングギヤボックスのギヤ装置を
   回転させる出力歯車とし、遊星歯車又はそれに相当する
   歯車の回転軸を支持する支持部材を電動モータにて回転
   させる構成とし、入力歯車の回転角に対する電動モータ
   にて回転される支持部材の回転角の割合を変化させるこ
   とにより入力歯車と出力歯車との回転角比を変化させス
   テアリングホィール回転角と操向車輪実舵角とのステア
   リング角度比を可変的に制御し得るよう構成すると共に
   、上記入力歯車の回転角を検出し入力角信号を発する入
   力角センサの該入力角信号と車速等の走行モードを検出
   し走行モード信号を発する走行モードセンサの該走行モ
   ード信号とからそのときの走行 モードでの最適ステアリング角度比を求めそれに応じた
   出力を発して電動モータを回転駆動させる制御回路を設
   けたことを特徴とする自動車のステアリング装置。
2. （２）、差動歯車装置は傘歯車式差動歯車装置であり、
   太陽歯車及び内歯車に相当する歯車はそれぞれ傘歯車よ
   りなる前後の差動大歯車であり、遊星歯車に相当する歯
   車は傘歯車よりなり上記前後の差動大歯車にまたがって
   噛合う差動小歯車であり、支持部材は上記前後の差動大
   歯車及び差動小歯車を内装すると共に差動小歯車の回転
   軸を支持する差動歯車箱であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の自動車のステアリング装置。