JP2009113689A

JP2009113689A - 操舵装置

Info

Publication number: JP2009113689A
Application number: JP2007290097A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Onoda; 裕一小野田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】中立位置付近において切り込みすぎの感を与えることなく、中立位置付近以外では十分な切り込み感を与えることができると共に、中立位置付近以外で操舵ハンドルの切り返し操作を行っても、車輪を緩やかに転舵することができる操舵装置を提供すること。
【解決手段】操舵ハンドルの操舵に応じて回転する入力軸１１と、入力軸１１に対し所定距離Ａだけ偏心して設けられ、車輪を転舵する車輪転舵機構１３を作動する出力軸１２と、入力軸１１に連結され、直径方向のカム溝４４を端面に有する回転部材４１と、出力軸１２に対し所定距離Ａよりも大きく偏心して出力軸１２に連結され、カム溝４４へ摺動可能に係合する突起４３とを備え、操舵ハンドルの中立位置付近では、入力軸１１の回転角αに対する出力軸１２の回転角θの減速比ｄα／ｄθが大きくなる操舵装置において、カム溝４４は、回転部材４１の径方向外側ほど、幅方向に大きく弾性変形可能な左右一対の弾性部材５１を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用操舵ハンドルの操舵に応じて車輪を転舵する操舵装置に関し、特に操舵ハンドルの中立位置付近では、操舵ハンドルの操舵量Ｍに対する車輪の転舵量Ｒの減速比ｄＭ／ｄＲが小さくなる操舵装置に関する。

従来から、車両用操舵ハンドルの操舵に応じて車輪を転舵する操舵装置において、操舵ハンドルの中立位置付近では、操舵ハンドルの操舵量Ｍに対する車輪の転舵量Ｒの減速比ｄＭ／ｄＲが小さくなる操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図９は、上記従来の操舵装置の構成を示した断面図で、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｄ−Ｄから見た断面図である。従来の構成の操舵装置は、操舵ハンドルと共に回転するハンドル軸に連結される入力軸１と、入力軸１に対し所定距離Ａだけ偏心して設けられ、車輪を転舵する車輪転舵機構（図示せず）を作動する出力軸２と、入力軸１と出力軸２とを連結する操舵特性付与機構３を備える。この操舵特性付与機構３は、入力軸１に連結された回転部材４と、ピンシャフト５を介して出力軸２に連結された突起６とを備える。回転部材４は、突起６と対向する面にカム溝７を備える。突起６は、出力軸２に対し所定距離Ｂ（所定距離Ｂは所定距離Ａより大きい）だけ偏心して設けられ、カム溝７へ摺動可能に係合している。

操舵ハンドルの操舵に応じて、カム溝７を端面に有する回転部材４が回転すると、カム溝７に係合した突起６を介して出力軸２も回転する。出力軸２が回転するにつれて、突起６は、カム溝７に沿って半径方向外向きに移動する。このため、操舵ハンドルの中立位置付近では、入力軸１の回転角αに対する出力軸２の回転角θの減速比ｄα／ｄθを大きく、操舵ハンドルの中立位置付近以外では、減速比を小さくすることができる。したがって、上記従来の構成の操舵装置は、操舵ハンドルの操舵量Ｍに対する車輪の転舵量Ｒの減速比ｄＭ／ｄＲを中立位置付近で大きく、中立位置付近以外で小さくすることができ、中立位置付近において切り込みすぎの感を与えることなく、中立位置付近以外では十分な切り込み感を与えることができる。

また、突起６は、ピンシャフト５に設けられた円筒状の突起部５ａに同軸的に取り付けられたピン６ａと、ピン６ａの先端部にニードルローラ軸受け６ｃを介して支持されたローラ６ｂとから構成される。このピン６ａは、弾性支持部材８を介して突起部５ａに取り付けられているため、ピン６ａが突起部５ａに対して所定量以上変位すると、突起部５ａがカム溝８に設けた外側溝９と当接する。したがって、前輪が縁石などに衝突した場合には、突起部５ａが外側溝９に当接してこの衝撃荷重を受け止めるので、ピン６ａが折れ曲がることを防止又は抑制できる。
実開平４−５４７６９号公報

しかしながら、上記従来の構成の操舵装置では、中立位置付近以外で操舵ハンドルの切り返し操作を行うと、入力軸回転角αに対する出力軸回転角θの減速比ｄα／ｄθが小さくなっているため、車輪が急激に転舵され、慣性力が生じ、運転者が違和感を覚える。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、中立位置付近において切り込みすぎの感を与えることなく、中立位置付近以外では十分な切り込み感を与えることができると共に、中立位置付近以外で操舵ハンドルの切り返し操作を行っても、車輪を緩やかに転舵することができる操舵装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、操舵ハンドルの操舵に応じて回転する入力軸と、前記入力軸に対し所定距離だけ偏心して設けられ、車輪を転舵する車輪転舵機構を作動する出力軸と、前記入力軸に連結され、直径方向のカム溝を端面に有する回転部材と、前記出力軸に対し前記所定距離よりも大きく偏心して前記出力軸に連結され、前記カム溝へ摺動可能に係合する突起とを備え、前記操舵ハンドルの中立位置付近では、前記入力軸の回転角に対する前記出力軸の回転角の減速比が大きくなる操舵装置において、
前記カム溝は、前記回転部材の径方向外側ほど、幅方向に大きく弾性変形可能な左右一対の弾性部材を備える。

本発明によれば、中立位置付近において切り込みすぎの感を与えることなく、中立位置付近以外では十分な切り込み感を与えることができると共に、中立位置付近以外で操舵ハンドルの切り返し操作を行っても、カム溝の弾性変形により、カム溝に係合された突起の回転を吸収することができ、出力軸の回転を吸収することができ、車輪を緩やかに転舵することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明の操舵装置の構成の一例を示した断面図である。操舵装置は、図１に示すように、操舵ハンドル（図示せず）と共に回転するハンドル軸（図示せず）に連結される入力軸１１と、入力軸１１の回転軸線０１に対し所定距離Ａだけ偏心して設けられ、車輪を転舵する車輪転舵機構１３を作動する出力軸１２と、入力軸１１と出力軸１２とを連結する操舵特性付与機構４０を備える。運転者が操舵ハンドルを操舵すると、入力軸１１が回転し、操舵特性付与機構４０を介して、出力軸１２が回転する。尚、操舵特性付与機構４０の詳細については、後述する。

車輪転舵機構１３は、例えば、図１に示すように、出力軸１２の側面に形成されたピニオン１５ａ、及びピニオン１５ａに噛合するラック１５ｂからなるラック＆ピニオン機構１５と、ラック１５ｂを略中央に備えるラックバー１４と、ラックバー１４の両端に設置され左右の前輪に連結される操舵リンク（図示せず）とから構成される。

出力軸１２が回転すると、ラック＆ピニオン機構１５により出力軸１２の回転力が直線方向の力に変換され、ラックバー１４が車幅方向に駆動される。ラックバー１４が車幅方向に駆動されると、操舵リンクを介して、左右の前輪が転舵される。

このように、運転者が操舵ハンドルを操舵すると、操舵特性付与機構４０、車輪転舵機構１３を介して、左右の前輪が転舵され、車両の進行方向が変更される。

図２は、図１の矢視Ｄ−Ｄからみた断面図である。操舵特性付与機構４０は、図２に示すように、入力軸１１に同軸的に連結された回転部材４１と、出力軸１２に対し所定距離Ｂ（所定距離Ｂは所定距離Ａより大きい）だけ偏心した位置に、ピンシャフト４２を介して出力軸１２に連結された突起４３とを備える。

回転部材４１は、略円板状の形状であって、突起４３と対向する面には、カム溝４４を備える。

突起４３は、ピンシャフト４２に圧入固定されたピン４３ａと、ニードルローラ４３ｃを介してピン４３ａに同軸的に回転自在に支持されるローラ４３ｂとから構成される。突起４３は、カム溝４４へ摺動可能に係合されている。

カム溝４４は、その特徴的な構成として、図２に示すように、回転部材４１の径方向外側ほど、幅方向（径方向に対して略直交する方向）へ大きく弾性変形可能な左右一対の弾性部材５１により形成されている。

弾性部材５１は、例えば、図２に示すように、回転部材４１の径方向外側ほど、径方向に対して略直交方向に肉厚なゴムで形成される。

弾性部材５１は、弾性部材５１の摩耗を防止すべく、図２に示すように、突起４３と対向する面に、板状の摩耗防止部材５２を備えてよい。摩耗防止部材５２には、例えば、ＳＵＳ等の金属を用いることができる。

ここで、操舵特性付与機構４０の具体的な作用、機能について説明するが、まずは、運転者が操舵ハンドルを一方向へ切り込み操作し、入力軸１１が中立位置から方向Ｌ（図３参照）へ回転した場合について説明する。

図３は、図１の矢視Ｄ−Ｄから見た操舵特性付与機構の動作を示した断面図である。尚、図３において、実線で示される状態が中立位置の状態であり、２点鎖線で示される状態が中立位置から方向Ｌへ回転した状態である。

図４は、操舵特性付与機構の特性の一例を示した図であり、（ａ）は入力軸回転角αと出力軸回転角θとの関係を示した図で、（ｂ）は入力軸回転角αと出力軸回転角θの減速比ｄα／ｄθとの関係を示した図である。尚、図４において、実線は本実施例の操舵特性付与機構の特性を示し、２点鎖線は入力軸回転角αと出力軸回転角θとが常に一定の状態を示している。

中立位置の状態では、図３に示すように、突起４３の軸線０３は、入力軸１１の回転軸線０１に対して、出力軸１２の回転軸線０２とは反対側に位置している。

中立位置から回転方向Ｌへ、入力軸１１が回転軸線０１を中心として角度αだけ回転すると、カム溝４４を備える回転部材４１も回転軸線０１を中心として角度αだけ回転する。これに伴って、カム溝４４に係合する突起４３は、カム溝４４に沿って径方向外側に摺動しつつ、回転軸線０２を中心として角度θだけ回転する。このとき、突起４３に連結された出力軸１２は、回転軸線０２を中心として角度θだけ回転する。尚、弾性部材５１で形成されたカム溝４４は、突起４３により押圧され、回転方向Ｌとは反対方向Ｒへ弾性変形している。

中立位置付近では、図３に示すように、出力軸回転角θは入力軸回転角αより小さくなっている。しかし、出力軸回転角θと入力軸回転角αとの差は、図４（ａ）に示すように、入力軸１１が方向Ｌへ回転するにつれ、徐々に縮まる。そして、入力軸回転角αが１８０°を所定量超えると、出力軸回転角θは入力軸回転角αより大きくなる。このため、入力軸回転角αに対する出力軸回転角θの減速比ｄα／ｄθは、図４（ｂ）に示すように、中立位置付近で大きくなり、中立位置付近以外で小さくなっている。

このように、本実施例の操舵装置では、入力軸回転角αに対する出力軸回転角θの減速比ｄα／ｄθを中立位置付近で大きく、中立位置付近以外で小さくすることができ、中立位置付近において切り込みすぎの感を与えることなく、中立位置付近以外では十分な切り込み感を与えることができる。尚、所定距離Ａと所定距離Ｂとの比を変更することにより、入力軸回転角αに対する出力軸回転角θの減速比ｄα／ｄθを変更することができ、操舵装置の操舵特性を変更することができる。

次に、運転者が操舵ハンドルを切り返し操作し、入力軸１１の回転方向が方向Ｌから方向Ｒへ反転した場合について、操舵特性付与機構４０の動作を説明する。

図５は、図１の矢視Ｄ−Ｄから見た操舵特性付与機構の動作の一例を示した図であり、（ａ）は入力軸１１の回転方向が方向Ｌ（切り込み操舵時）の状態を示した図で、（ｂ）は入力軸１１の回転方向が方向Ｒ（切り戻し操舵時）の状態を示した図である。

図６は、切り返し操舵時の入力軸回転角αと出力軸回転角θとの関係の一例を示した図である。尚、図６において、実線で示される関係が本実施例の操舵装置における関係を示し、１点鎖線で示される関係が上記従来の構成の操舵装置における関係を示している。

従来の操舵措置では、カム溝４４が弾性変形しないため、図６に示すように、入力軸回転角αと出力軸回転角θとの関係は、切り込み操舵時と切り戻し操舵時とで同一となる。このため、中立位置付近以外で切り返し操作を行うと、入力軸回転角αに対する出力軸回転角θの減速比が小さくなっているため、左右の前輪が急激に転舵され、運転者が加速度を受けて違和感を覚える。

これに対し、本実施例の操舵装置では、カム溝４４が弾性変形するため、入力軸回転角αと出力軸回転角θとの関係は、従来の場合とは異なる。

図５（ａ）に示すように、入力軸１１の回転方向が方向Ｌの状態では、突起４３に押圧されたカム溝４４は、回転方向Ｌとは反対方向Ｒへ弾性変形し、突起４３の方向Ｌへの回転を吸収する。このため、突起４３に連結された出力軸１２の出力軸回転角θは、従来の場合より小さくなる。

入力軸１１が中立位置から方向Ｌへ回転するにつれて、突起４３は、前述したように、カム溝４４に沿って徐々に径方向外側へ摺動する（図３参照）。これに伴い、突起４３に押圧されたカム溝４４の弾性変形は、徐々に大きくなり、入力軸回転角αに対する出力軸回転角θは、図６に示すように、従来の場合より徐々に小さくなる。

尚、図３に示すように、カム溝４４に係合された突起４３は、入力軸回転角α＝０°（中立位置）の状態で、回転部材４１に対して最も径方向内側に位置し、入力軸回転角α＝１８０°の状態で、最も径方向外側に位置する。このため、カム溝４４の弾性変形は、中立位置付近の状態で小さく、中立位置付近以外の状態で大きくなる。

また、図５（ｂ）に示すように、入力軸１１の回転方向が方向Ｒの状態では、突起４３に押圧されたカム溝４４は、回転方向Ｒとは反対方向Ｌへ弾性変形し、突起４３の方向Ｒへの回転を吸収する。このため、突起４３に連結された出力軸１２の出力軸回転角θは、従来の場合より大きくなる。

入力軸１１が図５（ｂ）の状態から中立位置へ向けて方向Ｒへ回転するにつれて、突起４３がカム溝４４に沿って径方向内側へ摺動する。これに伴って、弾性部材５１で形成されたカム溝４４の弾性変形は、徐々に解除され、入力軸回転角αに対する出力軸回転角θは、図６に示すように、従来の場合に徐々に近づく。

また、図５（ａ）、（ｂ）から明らかなように、回転部材４１に連結された入力軸１１の回転方向が方向Ｌから方向Ｒへ反転すると、回転部材４１に形成されたカム溝４４の弾性変形方向が方向Ｒから方向Ｌへ反転する。このカム溝４４の弾性変形により、カム溝４４に係合された突起４３の方向Ｒへの回転を吸収することができ、図６に示すように、突起４３に連結された出力軸１２の出力軸回転角θを緩やかに変化することができる。

このカム溝４４の弾性変形は、前述したように、中立位置付近の状態で小さく、中立位置付近以外の状態で大きくなる。このため、本実施例の操舵装置では、運転者が中立位置付近以外で操舵ハンドルの切り返し操作を行っても、カム溝４４の弾性変形により、出力軸１２の回転を吸収することができ、左右の前輪を緩やかに切り返すことができる。

したがって、本実施例の操舵装置では、中立位置付近において切り込みすぎの感を与えることなく、中立位置付近以外では十分な切り込み感を与えることができると共に、中立位置付近以外で操舵ハンドルの切り返し操作を行っても、左右の前輪を緩やかに切り返すことができる。

また、本実施例の操舵装置では、カム溝４４の弾性変形により、ラックバー１４がラックエンドに達して瞬間的に止められた場合に操舵特性付与機構４０に発生する衝撃荷重（以下、「ラックエンド時の衝撃荷重」）を低減することができる。図７は、ラックエンド時の衝撃荷重の様子の一例を示した図である。尚、図７において、実線で示される状態が本実施例の状態を示し、２点鎖線で示される状態が従来の状態を示している。

運転者が操舵ハンドルを一方向へ操舵し、ラックバー１４がラックエンドに達して瞬間的に止められると、ラック＆ピニオン機構１５を介して出力軸１２の回転が瞬間的に止められる。このとき、操舵特性付与機構４０では、出力軸１２に連結された突起４３が、カム溝４４を介して、回転部材４１の回転を妨げるため、衝撃荷重が発生する。

このラックエンド時の衝撃荷重が発生したとき、操舵ハンドルは中立位置から操舵された状態にあり、突起４３はカム溝４４に沿って径方向外側へ移動している。このため、カム溝４４の弾性変形により、ラックエンド時の衝撃荷重を吸収することができる。

このように、本実施例の操舵装置では、カム溝４４の弾性変形により、ラックエンド時の衝撃荷重を吸収することができ、従来の操舵装置と比較して、ラックエンド時の衝撃荷重を低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本実施例のカム溝４４は、図２に示すように、回転部材４１の直径方向に沿って一方の外周から他方の外周まで延設したが、カム溝４４に係合する突起４３が径方向に摺動しつつ回転できる限り、その延設位置に制限はなく、例えば、回転部材４１の直径方向に沿って回転軸線０１から一方の外周まで延設してもよい。

また、本実施例の弾性部材５１は、回転部材４１の径方向外側ほど、径方向に直交する方向に肉厚なゴムで形成したが、例えば、径方向に直交する方向の肉厚を一定とし、径方向外側ほど柔らかい材質のゴムで形成してもよい。

また、本実施例の弾性部材５１にはゴムを用いたが、回転部材４１の径方向外側ほど、幅方向に大きく弾性変形可能な弾性部材である限り、その構成に制限はなく、例えば、図１２に示すように、板バネを用いてもよい。板バネは、例えば、図１２に示すように、回転部材４１の中心付近で固定される。このため、板バネは、突起４３により押圧される押圧位置が回転部材４１の径方向外側であるほど、幅方向Ｗに大きく弾性変形する。尚、この場合、板バネが摩耗防止部材５２の機能も兼ねる。

本発明の操舵装置の構成の一例を示した断面図である。図１の矢視Ｄ−Ｄからみた断面図である。図１の矢視Ｄ−Ｄから見た操舵特性付与機構の動作を示した断面図である。操舵特性付与機構の特性を示した図である。図１の矢視Ｄ−Ｄから見た操舵特性付与機構の動作の一例を示した図である。切り返し操舵時の入力軸回転角αと出力軸回転角θとの関係の一例を示した図である。ラックエンド時の衝撃荷重の様子の一例を示した図である。操舵装置の構成の別の例を図１の矢視Ｄ−Ｄからみた断面図である。従来の操舵装置の構成の一例を示した断面図である。

符号の説明

１１入力軸
１２出力軸
１３車輪転舵機構
４１回転部材
４３突起
４４カム溝
５１弾性部材

Claims

操舵ハンドルの操舵に応じて回転する入力軸と、前記入力軸に対し所定距離だけ偏心して設けられ、車輪を転舵する車輪転舵機構を作動する出力軸と、前記入力軸に連結され、直径方向のカム溝を端面に有する回転部材と、前記出力軸に対し前記所定距離よりも大きく偏心して前記出力軸に連結され、前記カム溝へ摺動可能に係合する突起とを備え、前記操舵ハンドルの中立位置付近では、前記入力軸の回転角に対する前記出力軸の回転角の減速比が大きくなる操舵装置において、
前記カム溝は、前記回転部材の径方向外側ほど、幅方向に大きく弾性変形可能な左右一対の弾性部材を備える操舵装置。