JP2004082838A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵に応じた左右の操向車輪の操向角度を適宜に異ならせることができる簡素な構成の車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】操舵手段としてのステアリングホイール２の操作により回転するピニオン１６に、第１のラック軸１１と第２のラック軸１２とを噛合させ、左方に延びる第１のラック軸１１の端部を左側の操向車輪Ｗ_Ｌに連結し、右方に延びる第２のラック軸１２の端部を右側の操向車輪Ｗ_Ｒに連結して、ピニオン１６の回転に応じた第１のラック軸１１の移動により操向車輪Ｗ_Ｌを操向し、同じく第２のラック軸１２の移動により操向車輪Ｗ_Ｒを操向する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者により行われるステアリングホイール等の操舵手段の操作に応じて車両を操舵せしめるための車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵は、車室の内部において運転者によりなされる操舵手段の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を、車両の左右に配した舵取り用の操向車輪（一般的には左右の前輪）に伝え、これらの操向車輪を各別のキングピン回りに左右に操向せしめて行われる。
【０００３】
このような操舵を行わせるための車両用操舵装置として、操舵手段の操作に応じて軸回りに回転するピニオンと、車体の左右方向に延設され、その中途部に適長に亘って前記ピニオンに噛合するラック歯を形成してあるラック軸とを備え、前記ピニオンの回転を前記ラック軸の軸長方向の移動に変換し、該ラック軸の両端に各別のタイロッドを介して連結された左右の操向車輪を、夫々のキングピンに枢支されたナックルアームを介して押し引きする構成としたラックピニオン式の操作装置が広く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、以上の如き操舵により実現される車両の旋回状態の説明図である。図示の車両Ａは、左右の前輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒの操舵により右旋回している状態にあり、このとき左右の前輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒは、夫々図中にＣ_Ｌ，Ｃ_Ｒとして示す如く、両輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒ間の輪距（トレッド）Ｔの相当分だけ異なる曲率を有する円形の軌跡上を通る。
【０００５】
このような右旋回走行を理想的に行わせるには、旋回軌跡の内側に位置する右前輪Ｗ_Ｒの操向角度を外側に位置する左前輪のＷ_Ｌの操向角度よりも大きくし、両前輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒを夫々の走行軌跡Ｃ_Ｌ，Ｃ_Ｒの接線方向に正しく向ける必要がある。しかしながら、前述したラックピニオン式の操舵装置においては、単一のラック軸の軸長方向移動によって左右の前輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒの操向がなされるため、両前輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒの操向角度は実質的に同じであり、左前輪Ｗ_Ｌは、右前輪Ｗ_Ｒの走行軌跡Ｃ_Ｒと同一曲率を有する本来の走行軌跡Ｃ_Ｌ′（図４中に２点鎖線により示す）と実際の走行軌跡Ｃ_Ｌとの間にて路面に対する横滑りを伴って移行することとなり、タイヤの摩耗、運動エネルギの損失、操舵感の悪化等の種々の不具合を招来するという問題があった。
【０００６】
この問題は、左旋回の場合においても、また、ボールねじ式等の他の形式の操舵装置を備える車両においても同様に発生する問題であり、特に、輪距の大きい大型車両の急旋回時に影響が大きく、左右の操向車輪の操向角度を異ならせることが可能な操舵装置の実現が切望されている。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵に応じた左右の操向車輪の操向角度を適宜に異ならせ、路面に対する横滑りに起因する種々の不具合を解消し得る簡素な構成の車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明に係る車両用操舵装置は、操舵手段の操作に応じたピニオンの回転を車両の左右両側に配した操向車輪に伝え、これらの操向車輪を操向せしめて操舵を行わせる構成とした車両用操舵装置において、前記ピニオンに噛合するラック歯を有し、前記車両の左側への延長端を同側の操向車輪に連結してある第１のラック軸と、前記ピニオンに噛合するラック歯を有し、前記車両の右側への延長端を同側の操向車輪に連結してある第２のラック軸とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、ステアリングホイール等の操舵手段の操作に応じて軸回りに回転するピニオンに２つのラック軸を噛合させ、一方のラック軸（第１のラック軸）の端部を左側の操向車輪に、また他方のラック軸（第２のラック軸）を右側の操向車輪に、従来の操舵装置におけると同様に、タイロッド及びナックルアームを介して連結し、前記ピニオンの回転に伴う第１のラック軸の移動により左側の操向車輪を操向し、同じく第２のラック軸の移動により右側の操向車輪を操向する。
【００１０】
また本発明の第２発明に係る車両用操舵装置は、第１発明における第１，第２のラック軸のラック歯が、夫々の操向車輪への連結端に向けて減少又は増大する不等ピッチを有して形成してあることを特徴とする。
【００１１】
この発明においては、第１，第２のラック軸に、夫々の操向車輪への連結端に向けて減少、又は増大する不等ピッチを有するラック歯を形成して、ピニオンの回転に応じた第１，第２のラック軸の移動量が、一方が大きいとき他方が小さくなるようにし、移動量が大きいラック軸により旋回軌跡の内側の操向車輪を操向し、また移動量が小さいラック軸により旋回軌跡の外側の操向車輪を操向して、左右の操向車輪が夫々の旋回軌跡の接線方向に向くようにし、横滑りのない望ましい旋回挙動を実現する。ラック歯のピッチは、形成範囲の全域に亘って連続的に変化させてもよく、また段階的に変化させてもよい。
【００１２】
また本発明の第３発明に係る車両用操舵装置は、第１又は第２発明における第１，第２のラック軸を操向車輪に連結する連結部材のラック軸側の連結部が、前記第１，第２のラック軸と平行をなす同一軸心上に位置させるべく、夫々のラック軸に対してオフセットしてあることを特徴とする。
【００１３】
この発明においては、第１，第２のラック軸を操向車輪に連結する連結部材のラック軸側の連結部を、一方又は両方のオフセットにより、第１，第２のラック軸と平行をなす同一の軸心上に位置させ、これらの連結端と左右の操向車輪との位置関係を同一とし、タイロッド、ナックルアーム等の連結用部品の共通化を図る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。本図に示す如く、車両用操舵装置は、図示しない車体の左右に配された一対の操向車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒを操向せしめるための舵取機構１と、操舵のために回転操作されるステアリングホイール（操舵手段）２とを備えている。
【００１５】
舵取機構１は、車体の左右方向に延設された筒形をなすラックハウジングＨの内部に軸長方向への移動自在に支持された第１，第２のラック軸１１，１２を備え、ラックハウジングＨの両端から夫々突出する第１，第２のラック軸１１，１２の端部を左右の操向車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒのナックルアーム１３，１３に各別のタイロッド１４，１４を介して連結してなり、前記第１，第２のラック軸１１，１２の移動により各別のタイロッド１４、１４を介してナックルアーム１３，１３を押し引きし、左，右の操向車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒを夫々操向せしめる構成となっている。
【００１６】
ラックハウジングＨの一側半部には、これと交叉するようにピニオンハウジングＨ_１が連設されている。該ピニオンハウジングＨ_１の内部には、軸心回りでの回動自在にピニオン軸１５が支承されており、該ピニオン軸１５の中途部には、ピニオン１６が一体形成されている。
【００１７】
またピニオン軸１５の上端部は、ピニオンハウジングＨ_１の上部に突出させてあり、この突出端は、ユニバーサルジョイント３ａ、中間軸３ｂ及びユニバーサルジョイント３ｃを介してコラム軸２０に連結されている。コラム軸２０は、車体の一部に軸回りでの回転自在に支持され、図示しない車室内部の運転席に向けて後上方に延長されており、この延長端には、操舵手段としてのステアリングホイール２が固着されている。
【００１８】
ラックハウジングＨの内部に支持された第１のラック軸１１と第２のラック軸１２とは、ピニオンハウジングＨ_１との交叉部において互いに平行をなしてオーバラップさせてある。このオーバラップ部には、夫々適長に亘ってラック歯　１１ａ，１２ａが形成されており、これらのラック歯　１１ａ，１２ａは、前記ピニオン１６の軸長方向の異なる位置に、径方向の同側から噛合させてある。
【００１９】
以上の構成により、操舵手段としてのステアリングホイール２に回転操作力が加えられた場合、コラム軸２０が軸回りに回転し、この回転が、ユニバーサルジョイント３ｃ、中間軸３ｂ及びユニバーサルジョイント３ａを介してピニオン軸１５に伝達され、該ピニオン軸１５及びピニオン１６が軸回りに回転する。この回転は、ラック歯　１１ａとの噛合部において運動変換されて第１のラック軸１１に伝えられ、またラック歯　１２ａとの噛合部において運動変換されて第２のラック軸１２に伝えられ、これらのラック軸１１，１２が軸長方向に移動せしめられる。
【００２０】
ここで第１のラック軸１１と第２のラック軸１２とは、前記ピニオン１６の径方向の同側から噛合させてあり、該ピニオン１６の回転に応じた両ラック軸１１，１２の移動は互いに同向きに生じ、これらが、ステアリングホイール２側から見て左向きに移動した場合、コラムハウジングＨ内から押し出される第１のラック軸１１により左側の操向車輪Ｗ_Ｌのナックルアーム１３が押され、同時に、コラムハウジングＨ内に引き込まれる第２のラック軸１２により右側の操向車輪Ｗ_Ｒのナックルアーム１３が引かれて、これらの操向車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒは右に操向され、車両は右方向に旋回せしめられる。
【００２１】
逆に、第１，第２のラック軸１１，１２が右向きに移動した場合、第１のラック軸１１により左側の操向車輪Ｗ_Ｌのナックルアーム１３が引かれ、第２のラック軸１２により右側の操向車輪Ｗ_Ｒのナックルアーム１３が押される結果、これらの操向車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒは左向きに操向され、車両は左方向に旋回せしめられる。
【００２２】
なお、ラックハウジングＨの外部に突出する第１，第２のラック軸１１，１２の端部には、前記タイロッド１４，１４の連結部に向けて径方向のオフセット部　１１ｂ，１２ｂが設けてあり、各別のタイロッド１４，１４による操向車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒへの連結が、第１，第２のラック軸１１，１２と平行であり、略同一の軸心上にてなされるように構成されている。これにより、車体の左右に配された操向車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対する第１，第２のラック軸１１，１２の位置関係が略同一となり、タイロッド１４，１４、ナックルアーム１３，１３等の連結のための部品を共通化することが可能となる。
【００２３】
以上の如く本発明に係る車両用操舵装置においては、操舵手段としてのステアリングホイール２の操作に応じたピニオン１６の回転が、該ピニオン１６に噛合する第１，第２のラック軸１１，１２により左，右の操向車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに各別に伝えられて操舵がなされる。このとき、ピニオン１６の回転量に対する第１，第２のラック軸１１，１２の移動量は、これらに形成されたラック歯　１１ａ，１２ａの形成態様、より具体的には、ラック歯　１１ａ，１２ａのピッチにより定まるから、第１，第２のラック軸１１，１２に異なる形態のラック歯　１１ａ，１２ａを形成することにより、ステアリングホイール２の操作に応じて左，右の操向車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒを異なる角度にて操向させることができる。
【００２４】
図２は、第１，第２のラック軸１１，１２におけるラック歯　１１ａ，１２ａの望ましい形成態様を示す説明図である。本図は、左右の操向車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒが進行方向に向いた中立状態を示しており、前記ピニオン１６は、第１，第２のラック軸１１，１２に形成されたラック歯　１１ａ，１２ａに、夫々の形成域の略中央において噛合した状態にある。なお本図においては、ラック歯　１１ａ，１２ａを直歯により示してあるが、これらは、図１に示す如く、第１，第２のラック軸１１，１２の軸長方向に対して所定角度傾斜した斜歯としてもよい。
【００２５】
図示の如く第１のラック軸１１のラック歯　１１ａは、図示の噛合部の両側に適長に亘って中間ピッチ域Ｘを備え、操向車輪Ｗ_Ｌへの連結側となる前記中間ピッチ域Ｘの一側に、より大きいピッチを有する大ピッチ域Ｙを備え、また他側に、より小さいピッチを有する小ピッチ域Ｚを備えており、操向車輪Ｗ_Ｌへの連結端に向けて減少する不等ピッチを有して形成されている。同様に第２のラック軸１２のラック歯　１２ａも、図示の噛合部の両側に適長に亘って中間ピッチ域Ｘを備え、操向車輪Ｗ_Ｒへの連結側となる前記中間ピッチ域Ｘの一側に、より大きいピッチを有する大ピッチ域Ｙを備え、また他側に、より小さいピッチを有する小ピッチ域Ｚを備えており、操向車輪Ｗ_Ｒへの連結端に向けて減少する不等ピッチを有して形成されている。
【００２６】
図３は、以上の如きラック歯　１１ａ，１２ａを備える本発明に係る車両用操舵装置の動作説明図である。図３（ａ）には、右操舵がなされた状態が示されている。このとき、ステアリングホイール２の操作に伴うピニオン１６の回転により第１，第２のラック軸１１，１２が図の右向きに移動するが、第１のラック軸１１の移動は、ラック歯　１１ａに対するピニオン１６の噛合位置が、中間ピッチ域Ｘから小ピッチ域Ｚへの移行を伴って生じるのに対し、第２のラック軸１２の移動は、ラック歯　１２ａに対するピニオン１６の噛合位置が、中間ピッチ域Ｘから大ピッチ域Ｙへの移行を伴って生じる。
【００２７】
従って、ピニオン１６の回転に応じた第１のラック軸１１の移動長さは、第２のラック軸１２の移動長さよりも小となり、図示の如く、第１のラック軸１１により操向される左側の操向車輪Ｗ_Ｌの操向角度α_Ｌは、第２のラック軸１２により操向される右側の操向車輪Ｗ_Ｒの操向角度α_Ｒよりも小となり、この状態でなされる右旋回走行においては、旋回軌跡の内，外となる右，左の操向車輪Ｗ_Ｒ，Ｗ_Ｌが夫々の旋回軌跡の接線方向に略一致し、路面に対する横滑りが抑制されて、タイヤの摩耗、運動エネルギの損失、操舵感の悪化等の不具合の発生を防止することができる。
【００２８】
図３（ｂ）には、左操舵がなされた状態が示されている。このとき、ステアリングホイール２の操作に伴うピニオン１６の回転により第１，第２のラック軸１１，１２が図の左向きに移動するが、右操舵の場合とは逆に、第２のラック軸１２の移動長さが第１のラック軸１１の移動長さよりも小となる。従って、第２のラック軸１２により操向される右側の操向車輪Ｗ_Ｒの操向角度α_Ｒは、第１のラック軸１１により操向される左側の操向車輪Ｗ_Ｌの操向角度α_Ｌよりも小となり、この状態でなされる左旋回走行においても、右旋回走行の場合と同様、旋回軌跡の内，外となる左，右の操向車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒが夫々の旋回軌跡の接線方向に略一致し、路面に対する横滑りが抑制された状態でなされ、タイヤの摩耗、運動エネルギの損失、操舵感の悪化等の不具合の発生を防止することができる。
【００２９】
なお図２及び図３に示すラック歯　１１ａ，１２ａの形成態様は、単なる例示であり、他の形成態様を採用してもよい。例えば、図２においては、大ピッチ域Ｙ、中間ピッチ域Ｘ及び小ピッチ域Ｚの並設により、ラック歯　１１ａ，１２ａを、段階的にピッチを変える不等ピッチに形成してあるが、形成域の全体に亘って連続的にピッチを変える不等ピッチに形成してもよい。
【００３０】
また図２においては、操向車輪との連結端に向けてピッチを増大するようにしてあるが、逆に、操向車輪との連結端に向けてピッチを減少する不等ピッチとしてもよく、このような不等ピッチは、操向車輪との連結部材の構成及び配置が相違する場合、又は、第１，第２のラック軸１１，１２のラック歯　１１ａ，１２ａのピニオン１６に対する噛合が実施の形態の逆側からなされている場合に必要となる。
【００３１】
更に以上の実施の形態は、操舵手段としてのステアリングホイール２の操作をコラム軸２０を介して舵取機構１に直接的に伝えるマニュアル式の操舵装置への適用例について述べたが、以上の操舵を電動アクチュエータ又は油圧アクチュエータの発生力により補助する構成としたパワーステアリング装置においても本発明の適用は可能であり、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る車両用操舵装置においては、操舵手段の操作に応じて軸回りに回転するピニオンに２つのラック軸を噛合させ、これらのラック軸を左右の操向車輪に各別に連結したから、操舵手段の操作に応じた左右の操向車輪の操向角度を、夫々のラック軸におけるラック歯の形成態様に応じて異ならせることができ、例えば、操向車輪への連結端に向けて減少又は増大する不等ピッチを有するラック歯を形成することにより、旋回軌跡の内側の操向車輪の操向角度を、外側の操向車輪の操向角度よりも大きくし、横滑りのない望ましい旋回挙動を実現し、タイヤの摩耗、運動エネルギの損失、操舵感の悪化等の不具合の発生を防止することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】第１，第２のラック軸におけるラック歯の望ましい形成態様を示す説明図である。
【図３】本発明に係る車両用操舵装置の動作説明図である。
【図４】車両の旋回状態の説明図である。
【符号の説明】
１　　舵取機構
２　　ステアリングホイール（操舵手段）
１１　　第１のラック軸
１１ａ　　ラック歯
１２　　第２のラック軸
１２ａ　　ラック歯
１４　　タイロッド（連結部材）
１５　　ピニオン軸
１６　　ピニオン
２０　　コラム軸
Ｈ　　ラックハウジング
Ｗ_Ｌ　操向車輪
Ｗ_Ｒ　操向車輪

Claims (3)

1. 操舵手段の操作に応じたピニオンの回転を車両の左右両側に配した操向車輪に伝え、これらの操向車輪を操向せしめて操舵を行わせる構成とした車両用操舵装置において、
   前記ピニオンに噛合するラック歯を有し、前記車両の左側への延長端を同側の操向車輪に連結してある第１のラック軸と、
   前記ピニオンに噛合するラック歯を有し、前記車両の右側への延長端を同側の操向車輪に連結してある第２のラック軸と
   を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記第１，第２のラック軸のラック歯は、夫々の操向車輪への連結端に向けて減少又は増大する不等ピッチを有して形成してある請求項１記載の車両用操舵装置。
3. 前記第１，第２のラック軸を操向車輪に連結する連結部材のラック軸側の連結部は、前記第１，第２のラック軸と平行をなす同一軸心上に位置させるべく、夫々のラック軸に対してオフセットしてある請求項１又は請求項２記載の車両用操舵装置。

Images