JP2009208614A - 車両用舵角比可変操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のステアリングから車輪までの操舵力伝達経路に設けられる車両用舵角比可変操舵装置（舵角比可変ユニット１）のコンパクト化及び低コスト化を図る。
【解決手段】ステアリング側に連結される入力軸３の回転に連動して回転する回転部材と、該回転部材の回転により、該回転部材の回転角度に対して非線形の移動量が生じるように移動させられかつ該移動により出力軸を駆動する出力軸駆動部材とを有する非線形移動機構を設ける。例えば、リンク部材１６の一端部を回転部材（第１回転ギヤ１４）の周縁部に連結して、回転部材が回転したときに、リンク部材１６の他端部が、回転部材の回転軸心と平行な軸回りに回動するように構成するとともに、出力軸駆動部材（ラック１７）を、所定方向に直線移動可能でかつリンク部材１６の他端部における上記回動の上記所定方向の移動成分により上記直線移動するように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両のステアリングから車輪までの操舵力伝達経路に設けられ、ステアリングの操舵角に応じて、該操舵角に対する車輪舵角の比である舵角比を変化させる車両用舵角比可変操舵装置に関する技術分野に属する。

従来より、この種の車両用舵角比可変操舵装置として、ステアリング側に連結される入力軸と、車輪側に連結される出力軸とを備え、ステアリングの操舵角に応じて、入力軸及び出力軸間の入力／出力回転比（出力軸の回転量に対する入力軸の回転量の比）を変化させることで舵角比を変化させるようにしたものが知られている。

例えば特許文献１に示す車両用舵角比可変操舵装置では、入力軸と出力軸とが非同軸に配設されていて、入力軸に対してセレーションを介してその軸心方向に移動可能に外挿された進退部材と、該進退部材と出力軸とを互いに連結する２本の直列リンク部材と、進退部材の軸心方向の位置を調整するためのモータとが設けられている。進退部材の外周面には、外輪にナット部材が一体固定されたベアリングが外嵌されており、該ナット部材に螺合するネジ棒をモータで駆動することで、進退部材の軸心方向位置を調整可能になっている。そして、該車両用舵角比可変操舵装置は、ステアリングの操舵角に応じて、進退部材を軸心方向に移動させることで、上記両リンク部材の連結部と上記入力軸及び出力軸との距離を変更して入力／出力回転比を変化させ、延いては舵角比を変化させるように構成されている。

また、例えば特許文献２に示す車両用舵角比可変操舵装置では、入力軸に連結されて該入力軸回りに回転する入力側回転円板と、出力軸に連結されて該出力軸回りに回転する出力側回転円板と、該入力側及び出力側回転円板を互いに連動可能に連結するリンク状の揺動部材とが設けられている。揺動部材の一端部は出力側回転円板にその中心軸から所定量だけ偏心してボールジョイントを介して回動可能に固定されている一方、揺動部材の他端部は、入力側回転円板の中心から径方向外側に延びる経路に沿ってスライド可能なボールナットにボールジョイントを介して回動可能に連結されている。該揺動部材他端部の径方向位置（偏心量）は、モータを含む偏心量変更手段により調整可能になっており、上記車両用舵角比可変操舵装置は、ステアリングの操舵角に応じて、上記偏心量を変更することで入力／出力回転比を変化させ、延いては舵角比を変化させるように構成されている。
特開２０００−３０９２８０号公報 特開２０００−２６４２２８号公報

しかしながら、上述の特許文献１及び２に示す車両用舵角比可変操舵装置では、入力／出力回転比を可変とするためのモータが必要であるため、コスト増加や装置全体の大型化を招くという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両のステアリングから車輪までの操舵力伝達経路に設けられる車両用舵角比可変操舵装置に対して、その構成に工夫を凝らすことで、装置全体のコンパクト化及び低コスト化を図ろうとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、入力軸の回転に連動して回転する回転部材と、該回転部材の回転により、該回転部材の回転角度に対して非線形の移動量が生じるように移動させられかつ該移動により出力軸を駆動する出力軸駆動部材とを有する非線形移動機構を設けるようにした。

具体的には、請求項１の発明では、車両のステアリングから車輪までの操舵力伝達経路に設けられる車両用舵角比可変操舵装置を対象とする。

そして、上記車両のステアリング側に連結され、該ステアリングの操舵に連動して回転する入力軸と、上記車両の車輪側に連結される出力軸と、上記入力軸の回転に連動して回転する回転部材と該回転部材の回転により、該回転部材の回転量に対して非線形の移動量が生じるように移動させられかつ該移動により上記出力軸を駆動する出力軸駆動部材とを有する非線形移動機構とを備えているものとする。

上記の構成により、入力軸の回転に連動して非線形移動機構の回転部材が回転し、この回転部材の回転により出力軸駆動部材が移動（回転移動を含む）して出力軸を駆動する。このときの回転部材の回転量と出力軸駆動部材の移動量との関係が非線形であるので、モータ等のアクチュエータを使用しなくても、簡単な構成で機械的に舵角比を可変にすることができる。よって、舵角比可変操舵装置をコンパクト化して、操舵力伝達経路に容易に組み込むことができるとともに、装置コストの低減化を図ることができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記非線形移動機構は、上記回転部材の回転軸心に対して垂直な平面に沿って第１所定方向に延びかつ一端部が上記回転部材の周縁部に連結されたリンク部材を更に有し、上記リンク部材は、上記回転部材が回転したときに、該リンク部材の他端部が、上記平面に沿って、上記回転部材の回転軸心と平行な軸回りに回動するように構成され、上記出力軸駆動部材は、上記平面に沿って、上記第１所定方向に対して横切る第２所定方向に直線移動可能であって、上記リンク部材の他端部における上記回動の上記第２所定方向の移動成分により上記直線移動するように構成されているものとする。

このことにより、回転部材が回転すると、一端部がその回転部材の周縁部に連結されたリンク部材が動き、このリンク部材の他端部が、回転部材の回転軸心と平行な軸回りに回動する。この回動の第２所定方向の移動成分の大きさは、該回動量に応じて変化するので、出力軸駆動部材の第２所定方向の移動量は、回転部材の回転量に対して非線形となる。よって、出力軸駆動部材を、回転部材の回転量に対して非線形の移動量が生じるように移動させることが容易にできる。

請求項３の発明では、請求項２の発明において、上記出力軸駆動部材は、ラックで構成されていて、該ラックと噛み合う伝達歯車を介して上記出力軸を回転駆動するように構成されているものとする。

このことで、出力軸駆動部材の直線移動を容易に回転に変換することができ、舵角比可変操舵装置を、操舵力伝達経路におけるステアリングシャフトに相当する部分等に容易に組み込むことができる。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、上記伝達歯車と出力軸との間に、該伝達歯車の回転及び上記入力軸の回転を入力する入力部と、該入力部に入力された両回転に対応して生じる回転を上記出力軸へ出力する出力部とを有する遊星歯車機構が設けられているものとする。

こうすることで、遊星歯車機構によって舵角比を適切な値に容易に調整することができる。また、このような遊星歯車機構を設けることで、出力軸を入力軸の軸心の延長線上に同心状に配置することが容易にできるようになり、操舵力伝達経路におけるステアリングシャフトに相当する部分等に、より一層容易に組み込むことができる。

請求項５の発明では、請求項２〜４のいずれか１つの発明において、上記非線形移動機構は、上記ステアリングの操舵角が大きくなるほど、上記出力軸駆動部材の移動量に対する上記回転部材の回転量の比が小さくなるように構成されているものとする。

このことにより、ステアリングの操舵角が大きくなるほど、入力軸及び出力軸間の入力／出力回転比が小さくなり（舵角比が大きくなり）、この結果、車両の高速走行時等のようにステアリングの操舵角が小さくなる状況においては、上記入力／出力回転比を大きくして（舵角比を小さくして）、ステアリングの舵角変化に対する車両の進路変更特性を鈍らせることで、車両の直進安定性を向上させることができる一方、車庫入れ時等のように大きな操舵角が必要とされる状況では、上記入力／出力回転比を小さくして（舵角比を大きくして）、ステアリングの舵角変化に対する車両の進路変更特性を敏感にすることで、少ないステアリング操作量で車両の進路を確実に変更させることができて、操舵時の取り回し性を向上させることができる。

請求項６の発明では、請求項１の発明において、上記回転部材は、上記入力軸に結合されかつ該入力軸軸心方向の一側に向かって外径が大きくなる歯部が形成された駆動かさ歯車で構成され、上記出力軸駆動部材は、上記駆動かさ歯車の歯部における上記入力軸軸心方向の一部のみと噛み合う歯部が形成された被動歯車で構成され、上記被動歯車の歯部は、上記駆動かさ歯車の歯部において該被動歯車の歯部との上記入力軸軸心方向の噛み合い位置が、該駆動かさ歯車の回転量に応じて変化するように形成されているものとする。

このことで、駆動かさ歯車の回転が被動歯車に伝達される際、被動歯車の歯部が駆動かさ歯車の歯部における外径が大きい部分に噛み合っていれば、被動歯車の歯部の移動量は大きく、被動歯車の歯部が駆動かさ歯車の歯部における外径が小さい部分に噛み合っていれば、被動歯車の歯部の移動量は小さくなる。そして、駆動かさ歯車の歯部において被動歯車の歯部との噛み合い位置が、駆動かさ歯車の回転量に応じて変化するので、被動歯車の歯部の移動量は、駆動かさ歯車の回転量に対して非線形となる。よって、出力軸駆動部材（被動歯車）を、回転部材（駆動かさ歯車）の回転量に対して非線形の移動量が生じるように移動させることが容易にできる。

請求項７の発明では、請求項６の発明において、上記被動歯車は、上記入力軸と平行な回転軸心回りに回転可能に配設されかつ歯部の外径が該回転軸心方向における上記入力軸軸心方向一側と同じ側に向かって小さくなる被動かさ歯車であり、上記被動かさ歯車の歯部は、該被動かさ歯車の外周面において上記回転軸心方向の一部のみに形成され、上記被動かさ歯車の歯部における上記回転軸心方向の形成位置が、該被動かさ歯車の周方向に応じて変化しているものとする。

このことにより、被動かさ歯車の歯部の移動量、つまり被動かさ歯車の回転量が、駆動かさ歯車の回転量に対して非線形となり、ステアリングの操舵角に応じて入力軸及び出力軸間の入力／出力回転比（延いては舵角比）を変化させることができる。

請求項８の発明では、請求項６の発明において、上記被動歯車は、上記入力軸と垂直な方向に延びかつ該方向に移動可能に構成されたラックであり、上記ラックの歯部は、該ラックにおける上記駆動かさ歯車と対向する面の幅方向の一部のみに形成され、上記ラックの歯部の上記幅方向形成位置が、該ラックの長手方向に応じて変化しており、上記ラックの両端部に、上記出力軸がそれぞれ連結されており、上記両出力軸は、それぞれ左右のタイロッドと連結されるようになっていて、上記ラックの移動を該タイロッドに伝達するように構成されているものとする。

こうすることで、ラック及び出力軸の移動量が、駆動かさ歯車の回転量に対して非線形となり、ステアリングの操舵角に応じて舵角比を変化させることができる。また、舵角比可変操舵装置を、ラック＆ピニオン式のステアリング装置におけるラック＆ピニオンの代わりに使用することができる。

請求項９の発明では、請求項６〜８のいずれか１つの発明において、上記駆動かさ歯車の歯部において上記被動歯車の歯部との上記入力軸軸心方向の噛み合い位置が、上記ステアリングの操舵角が大きくなるに連れて該駆動かさ歯車の歯部の外径が大きくなる側に移動するように構成されているものとする。

このことで、ステアリングの操舵角が大きくなるほど舵角比が大きくなり、請求項５の発明と同様の作用効果が得られる。

以上説明したように、本発明の車両用舵角比可変操舵装置によると、入力軸の回転に連動して回転する回転部材と、該回転部材の回転により、該回転部材の回転角度に対して非線形の移動量が生じるように移動させられかつ該移動により出力軸を駆動する出力軸駆動部材とを有する非線形移動機構を設けるようにしたことにより、舵角比可変操舵装置をコンパクトに構成して、操舵力伝達経路中に容易に組み込むことができるとともに、装置コストの低減化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態に係る車両用舵角比可変操舵装置としての舵角比可変ユニット１を備えたステアリング装置１００を示す。２は車両の乗員により回転操作されるステアリングホイール（以下、単にステアリングという）であり、このステアリング２の回転運動（操舵力）は、舵角比可変ユニット１の入力軸３から出力軸４に伝達され、さらに該出力軸４から連接シャフト５を経てステアリングギヤボックス７のギヤ入力シャフト６に伝達されて、該ギヤボックス７にて車幅方向の直線運動に変換された後に、ギヤボックス７の車幅方向両側に車幅方向に延びるように配設されたタイロッド８を介して車輪９（操舵輪である前輪）に伝達される。詳しくは、上記ステアリングギヤボックス７は全体として車幅方向に長く、その内部には、図示しないが車幅方向に延びるラックとこれに噛み合うピニオンとが配設されていて、そのピニオンの回転中心部が上記ギヤ入力シャフト６に連結されている。一方、ラックの車幅方向両端部はそれぞれタイロッド８の車両内側の端部に連結され、タイロッド８の車両外側端部はナックルアーム１０を介して車輪９に連結されており、上記ピニオンの回転によりラック及びタイロッド８が車幅方向に移動し、これにより車輪９が転舵される。尚、舵角比可変ユニット１の出力軸４及び連接シャフト５同士、並びに連接シャフト５及びギヤ入力シャフト６同士は、自在継手１１を介して連結されている。

上記舵角比可変ユニット１は、ステアリング２から車輪９までの操舵力伝達経路（本実施形態では、ステアリング２に直接結合されるステアリングシャフトに相当する部分）に設けられていて、ステアリング２の操舵角に応じて、出力軸４の回転量に対する入力軸３の回転量の比（入力／出力回転比）を変化させることで、ステアリング２の操舵角に対する車輪舵角の比である舵角比を変化させるものである。

具体的には、舵角比可変ユニット１は円筒状のケース１２と上記入力軸３及び出力軸４とを備えている。このケース１２内に非線形移動機構等が収容され、入力軸３及び出力軸４はケース１２の両端部からそれぞれ突出している。上記入力軸３は、ステアリング２側に連結され（本実施形態では、ステアリング２に直結され）かつ該ステアリング２の操舵（回転操作）に連動して回転する。上記出力軸４は、車輪９側（本実施形態では、連接シャフト５）に連結され、回転によりステアリング操舵力を車輪９側に伝達する。図２に示すように、この出力軸４は、入力軸３の軸心（Ｚ軸）の延長線上に同心状に配設されている。尚、図２では、ケース１２を省略している。

上記入力軸３には、図２及び図３に示すように、入力軸ギヤ１３が回転一体に設けられている。この入力軸ギヤ１３に、回転部材としての第１回転ギヤ１４が噛み合っている。この第１回転ギヤ１４の回転軸心は、入力軸３の軸心と平行に配設されている。また、本実施形態では、第１回転ギヤ１４と同じ歯数を有する第２回転ギヤ１５を入力軸ギヤ１３と噛み合うように設けている。この第２回転ギヤ１５の回転軸心も、入力軸３の軸心と平行に配設されている。

上記第１回転ギヤ１４の周縁部に、該第１回転ギヤ１４の回転軸心に対して垂直な平面に沿って第１所定方向（本実施形態では、図３の左右方向）に延びるリンク部材１６の一端部が連結され、第２回転ギヤ１５の周縁部にリンク部材１６の中間部が連結されている。この各回転ギヤ１４，１５におけるリンク部材１６との連結部は、入力軸３の軸心方向から見て該各連結部と各回転ギヤ１４，１５の回転軸心とを結ぶ線Ｌ１，Ｌ２が平行でありかつ各連結部と各回転ギヤ１４，１５の回転軸心との間の距離（上記線Ｌ１，Ｌ２の長さ）が同じになる位置である。これにより、入力軸ギヤ１３の回転により第１及び第２回転ギヤ１４，１５が回転したとき、リンク部材１６が第１所定方向に延びた状態を維持したまま、リンク部材１６の一端部が、上記平面に沿って、上記第１回転ギヤ１４の回転軸心回りに回動するとともに、リンク部材１６の他端部が、上記平面に沿って、第１回転ギヤ１４の回転軸心と平行な軸回りに回動することになる。

上記リンク部材１６の他端部には、該リンク部材１６の長手方向に延びる長孔１６ａが形成されている。この長孔１６ａには、出力軸駆動部材としてのラック１７に設けた嵌合ピン１７ａが嵌合しており、この嵌合ピン１７ａが長孔１６ａに対して摺動可能になされている。上記ラック１７は、上記平面に沿って、上記第１所定方向に対して横切る第２所定方向（本実施形態では、入力軸３の軸心方向から見て上記線Ｌ１と垂直な方向）に直線移動可能に構成されていて、上記リンク部材１６の他端部における上記回動の上記第２所定方向の移動成分により上記直線移動するように構成されている。

上記ラック１７は、該ラック１７と噛み合う第１伝達歯車１８を介して上記出力軸４を回転駆動するように構成されている。本実施形態では、上記第１伝達歯車１８と出力軸４との間に、第２及び第３伝達歯車１９，２０並びに遊星歯車機構３１が設けられている。第２伝達歯車１９は、第１伝達歯車１９の回転軸心（第１回転ギヤ１４の回転軸心と平行）の延長線上に同軸上に配設されていて、第１伝達歯車１９と一体的に回転する。第３伝達歯車２０は、第２伝達歯車１９及び遊星歯車機構３１のリングギヤ３３と噛み合っている。遊星歯車機構３１については、後に詳細に説明する。

上記第１回転ギヤ１４におけるリンク部材１６との連結部は、ステアリング２の操舵角が０であるときに、図３に示す位置（この位置を初期位置という）に位置する。車両の乗員が右側に操舵したとき（ステアリング２を乗員から見て時計回りの向きに回転操作したとき）には、入力軸３及び入力軸ギヤ１３が、図３で時計回りの向き（矢印Ａの向き）に回転し、第１及び第２回転ギヤ１４，１５が図３で反時計回りの向き（矢印Ｂの向き）に回転する。これにより、第１回転ギヤ１４におけるリンク部材１６との連結部及びリンク部材１６の一端部は、上記初期位置から第１回転ギヤ１４の回転軸心回りに下側へ移動し、リンク部材１６の他端部が図３で円弧を描きながら下側（矢印Ｃの向き）へ移動する。この移動により、ラック１７が第２所定方向における図３で下側（矢印Ｄの向き）へ移動する。このとき、ラック１７の嵌合ピン１７ａは、リンク部材１６の長孔１６ａ内を摺動する。ステアリング２の操舵角が小さいときには、上記リンク部材１６他端部の回動の第２所定方向の移動成分が小さいので、ラック１７の移動量に対する第１回転ギヤ１４の回転量の比、つまり入力軸３及び出力軸４間の入力／出力回転比は大きい（舵角比は小さい）。そして、操舵角が大きくなるほど、上記回動の第２所定方向の移動成分が大きくなるために、第１回転ギヤ１４の小さい回転量でもラック１７が大きく移動することになって、ラック１７の移動量に対する第１回転ギヤ１４の回転量の比（入力／出力回転比）が小さくなる（舵角比は大きくなる）。

また、乗員が左側に操舵したとき（ステアリング２を乗員から見て反時計回りの向きに回転操作したとき）には、第１及び第２回転ギヤ１４，１５が図３で時計回りの向きに回転し、これにより、第１回転ギヤ１４のリンク部材１６との連結部及びリンク部材１６の一端部は、上記初期位置から第１回転ギヤ１４の回転軸心回りに上側へ移動し、リンク部材１６の他端部が図３で円弧を描きながら上側へ移動する。この移動により、ラック１７が第２所定方向における図３で上側へ移動する。このときも、操舵角と、ラック１７の移動量に対する第１回転ギヤ１４の回転量の比つまり入力／出力回転比との関係は、右側に操舵したときと同じであり、操舵角が大きくなるほど入力／出力回転比が小さくなる。

このように第１回転ギヤ１４の回転量とラック１７の移動量とが非線形特性を有し、この非線形特性は、操舵角が大きくなるほど、入力軸３及び出力軸４間の入力／出力回転比を小さくする特性である。この操舵角と入力／出力回転比との関係は、図５のようになる。したがって、第１及び第２回転ギヤ１４，１５、リンク部材１６、並びにラック１７は、非線形移動機構を構成することになる。

上記遊星歯車機構３１は、上記第１伝達歯車１８の回転及び上記入力軸３の回転を入力する入力部と、該入力部に入力された両回転に対応して生じる回転を上記出力軸４へ出力する出力部とを有している。すなわち、この遊星歯車機構３１は、図２及び図４に示すように、サンギヤ３２と、リングギヤ３３と、サンギヤ３２の外歯及びリングギヤ３３の内歯に噛み合いかつ中心軸回りに回転（自転）する複数（本実施形態では、３つ）の遊星ピニオン３４と、これら遊星ピニオン３４を、サンギヤ３２の周囲を公転可能に支持する遊星キャリア３５とを有している。上記サンギヤ３２及びリングギヤ３３の回転軸心は、入力軸３の軸心（出力軸４の軸心）の延長線上にあり、遊星ピニオン３４の回転軸心は、サンギヤ３２及びリングギヤ３３の回転軸心と平行である。上記サンギヤ３２は上記出力軸４に結合され、上記遊星キャリア３５は上記入力軸３に結合され、上記リングギヤ３３は、上述の如く第３伝達歯車２０と噛み合っており、第１伝達歯車１８の回転及び入力軸３の回転が、それぞれリングギヤ３３及び遊星キャリア３５に入力され、これら両回転に対応してサンギヤ３２に生じる回転が出力軸４へ出力される。このことで、リングギヤ３３及び遊星キャリア３５が上記入力部に相当し、サンギヤ３２が上記出力部に相当する。尚、遊星キャリア３５を入力軸３に結合しないで、固定部材（例えばケース１２）に固定するようにしてもよい（この場合、入力部はリングギヤ３３のみとなる）。また、遊星歯車機構３１の入力部及び出力部を本実施形態とは異ならせることも可能である。

図４において、リングギヤ３３が停止していると仮定して、遊星キャリア３５が入力軸３と共に該入力軸３の軸心回りに、時計回りの向き（矢印Ｅの向き）に回転すると、遊星ピニオン３４が反時計回りの向き（矢印Ｆの向き）に回転し、この遊星ピニオン３４の回転によりサンギヤ３２（出力軸４）が時計回りの向き（矢印Ｇの向き）に回転する。また、同じく入力軸３が時計回りの向きに回転したときに、上記遊星キャリア３５の回転と同時にリングギヤ３３が回転する。すなわち、上記ラック１７は、上述の如く第２所定方向における図３で下側（矢印Ｄの向き）へ移動するので、第１及び第２伝達歯車１８，１９が図３で反時計回りの向き（矢印Ｈの向き）に回転し、第３伝達歯車２０が図３で時計回りの向き（矢印Ｉの向き）に回転して、リングギヤ３３が反時計回りの向き（矢印Ｊの向き）に回転する。ここで、遊星キャリア３５が停止していると仮定して、上記リングギヤ３３の回転により遊星ピニオン３４が反時計回りの向き（矢印Ｆの向き）に回転し、この遊星ピニオン３４の回転によりサンギヤ３２（出力軸４）が時計回りの向き（矢印Ｇの向き）に回転する。このように、遊星キャリア３５の回転に対応して生じるサンギヤ３２（出力軸４）の回転、及び、リングギヤ３３の回転に対応して生じるサンギヤ３２（出力軸４）の回転の向きは、入力軸３の回転と同じ向きであり、遊星キャリア３５（入力軸３）の回転に対応して生じるサンギヤ３２の回転と、リングギヤ３３の回転（ラックの移動）に対応して生じるサンギヤ３２の回転とが合成されて、出力軸４から出力されることになる。

また、遊星キャリア３５が入力軸３と共に反時計回りの向きに回転したときには、遊星キャリア３５の回転によっても、リングギヤ３３の回転によっても、遊星ピニオン３４が時計回りの向きに回転して、サンギヤ３２（出力軸４）が反時計回りの向きに回転することになる。このときも、遊星キャリア３５（入力軸３）の回転に対応して生じるサンギヤ３２の回転と、リングギヤ３３の回転（ラックの移動）に対応して生じるサンギヤ３２の回転とが合成されて、出力軸４から出力されることになる。

上記出力軸４の回転により、連接シャフト５及びギヤ入力シャフト６を介してステアリングギヤボックス７のピニオンが回転し、このピニオンの回転により該ピニオンと噛み合うラックが車幅方向に移動し、これにより、タイロッド８が車幅方向に移動して車輪９が転舵されることになる。

したがって、本実施形態１では、舵角比可変ユニット１において、第１回転ギヤ１４の回転量とラック１７の移動量とが非線形特性を有するように非線形移動機構を設けたので、モータ等のアクチュエータを使用しなくても、簡単な構成で機械的に舵角比を可変にすることが容易にできる。そして、ステアリング２の操舵角が大きくなるほど、入力軸３及び出力軸４間の入力／出力回転比が小さくなるようにしたので、車両の高速走行時等のようにステアリング２の操舵角が小さくなる状況においては、上記入力／出力回転比を大きくして、ステアリング２の舵角変化に対する車両の進路変更特性を鈍らせることで、車両の直進安定性を向上させることができる一方、車庫入れ時等のように大きな操舵角が必要とされる状況では、上記入力／出力回転比を小さくして、ステアリング２の舵角変化に対する車両の進路変更特性を敏感にすることで、少ないステアリング操作量で車両の進路を確実に変更させることができて、操舵時の取り回し性を向上させることができる。

また、第１伝達歯車１８と出力軸４との間に遊星歯車機構３１を設けて、この遊星歯車機構３１において、遊星キャリア３５の回転に対応して生じるサンギヤ３２の回転と、リングギヤ３３の回転に対応して生じるサンギヤ３２の回転とを合成して、出力軸４から出力するようにしたので、遊星歯車機構３１により、舵角比を適切な値に容易に調整することができる。そして、このような遊星歯車機構３１を設けることで、舵角比を適切な値に容易に調整することができるとともに、出力軸４を入力軸３の軸心の延長線上に同心状に配置することができ、このことで、モータ等が不要であることと相俟って、舵角比可変ユニット１を、コンパクトにユニット化することができて、操舵力伝達経路におけるステアリングシャフトに相当する部分に容易に組み込むことができる。

さらに、モータ等を全く使用せず、簡単な構成で舵角比可変ユニット１を構成することができるので、舵角比可変ユニット１のコストを低減化することができる。

尚、上記実施形態１では、第１伝達歯車１８と出力軸４との間に遊星歯車機構３１を設けたが、これに限らず、第１伝達歯車１８の回転を出力軸４に伝達可能な機構であれば、減速機構や増速機構を問わず、どのようなものであってもよい。また、舵角比や出力軸４の回転方向の点で可能であれば、ラック１７を、出力軸４に回転一体に固定した出力軸ギヤと噛み合わせるようにしてもよい。

また、入力軸３の回転に対してラック１７を非線形に移動させる非線形移動機構の第１回転ギヤ１４及びリンク部材１６の構成は、上記実施形態１のものには限られない。

さらに、上記実施形態１では、ステアリング２の操舵角が大きくなるほど、入力軸３及び出力軸４間の入力／出力回転比を小さくしているが、これに限らず、第１回転ギヤ１４の回転量とラック１７の移動量との関係が非線形でありさえすればよい。例えば、ステアリング２の操舵角が増加するにしたがって、入力／出力回転比が大きくなる特性であってもよい。こうすることで、高速走行時（直進時）のようにステアリング２の操舵角が小さい状況では、ステアリング２の操舵感を重たくして直進時における乗員の安心感を増すことができる一方、車庫入れ時等のように、大きな操舵角が必要とされる状況では、ステアリング２を軽い力で操作（操舵）することができる。

（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２を示し、舵角比可変ユニット１における非線形移動機構を上記実施形態１とは異ならせたものである。尚、本実施形態においても、舵角比可変ユニット１は、操舵力伝達経路におけるステアリング２に直接結合されるステアリングシャフトに相当する部分に設けられているとともに、上記実施形態１と同様のケース１２を備えている（図１参照）。

本実施形態では、非線形移動機構は、回転部材としての駆動かさ歯車４１と、出力軸駆動部材としての被動歯車とで構成されている。駆動かさ歯車４１は、入力軸３に結合されかつ該入力軸３軸心方向の一側（本実施形態では、ステアリング２側）に向かって外径が大きくなる歯部４１ａが形成されたものである。一方、上記被動歯車は、入力軸３と平行に配設された回転軸４３に結合されかつ上記駆動かさ歯車４１の歯部４１ａにおける上記入力軸３軸心方向の一部のみと噛み合う歯部４２ａが形成された被動かさ歯車４２である。この被動かさ歯車４２は、回転軸４３と共に被動かさ歯車４２の回転軸心（回転軸４３の軸心）回りに回転するとともに、歯部４２ａの外径が該回転軸心方向における上記入力軸３軸心方向一側と同じ側（ステアリング２側）に向かって小さくなるようになされている。

上記回転軸４３には、伝達歯車４４が回転軸４３と一体的に回転するように固定され、出力軸４には、伝達歯車４４と噛み合う出力軸ギヤ４５が出力軸４と一体的に回転するように固定されている。尚、出力軸４の回転の向きは、入力軸３の回転の向きと同じになる。

本実施形態では、出力軸４が、入力軸３の軸心の延長線上に同心状に配設されてはいないが、上記実施形態１と同様に、出力軸４を、入力軸３の軸心の延長線上に同心状に配設することは可能である。こうすれば、舵角比可変ユニット１を、操舵力伝達経路におけるステアリングシャフトに相当する部分により一層容易に組み込むことができる。

上記被動かさ歯車４２の歯部４２ａは、上記駆動かさ歯車４１の歯部４１ａにおいて被動かさ歯車４２の歯部４２ａとの入力軸３軸心方向の噛み合い位置が、該駆動かさ歯車４１の回転量に応じて変化するように形成されている。具体的には、被動かさ歯車４２は、ステアリング２の右側（又は左側）の最大操舵角に対応して約１／２回転（１／２回転よりも小さい）するようになっている。この被動かさ歯車４２の歯部４２ａは、該被動かさ歯車４２の外周面において上記回転軸心方向の一部のみに形成され、この被動かさ歯車４２の歯部４２ａにおける上記回転軸心方向の形成位置が、該被動かさ歯車４２の周方向に応じて変化している。つまり、被動かさ歯車４２を展開すると、図９に示す如く歯部４２ａが形成されている。

そして、ステアリング２の操舵角が０であるときには、図７に示すように、駆動かさ歯車４１の歯部４１ａにおいて外径が最も小さい部分と、被動かさ歯車４２の歯部４２ａにおいて外径が最も大きい部分とが噛み合う。操舵角が大きくなるに連れて、駆動かさ歯車４１の歯部４１ａにおいて被動かさ歯車４１の歯部４１ａとの噛み合い位置が、駆動かさ歯車４１の歯部４１ａの外径が大きくなる側へ移動し、被動かさ歯車４２の歯部４２ａにおいて駆動かさ歯車４１の歯部４１ａとの噛み合い位置が、被動かさ歯車４２の歯部４２ａの外径が小さい側へ移動する。操舵角が最大になったときには、図８に示すように、駆動かさ歯車４１の歯部４１ａにおいて外径が最も大きい部分と、被動かさ歯車４２の歯部４２ａにおいて外径が最も小さい部分とが噛み合う。

したがって、ステアリング２の操舵角が小さいときには、駆動かさ歯車４１の回転量に対して被動かさ歯車４２の歯部４２ａの移動量（つまり被動かさ歯車４２の回転量）は小さくて、被動かさ歯車４２の回転量に対する駆動かさ歯車４１の回転量の比、つまり入力軸３及び出力軸４間の入力／出力回転比は大きい（舵角比は小さい）。そして、操舵角が大きくなるほど、被動かさ歯車４２の回転量に対する駆動かさ歯車４１の回転量の比（入力／出力回転比）は小さくなる（舵角比は大きくなる）。

このように駆動かさ歯車４１の回転量と被動かさ歯車４２の回転量とが非線形特性を有し、この非線形特性は、上記実施形態１と同様に、ステアリング２の操舵角が大きくなるほど、入力軸３及び出力軸４間の入力／出力回転比を小さくする特性である（図５と同様になる）。

よって、本実施形態においても、上記実施形態１と同様に、簡単な構成で機械的に舵角比を可変にすることが容易にできるとともに、舵角比可変ユニット１のコストを低減化することができる。

尚、上記実施形態２では、ステアリング２の操舵角が大きくなるほど、入力軸３及び出力軸４間の入力／出力回転比を小さくしているが、これに限らず、駆動かさ歯車４１の回転量と被動かさ歯車４２の回転量との関係が非線形でありさえすればよい。

また、上記実施形態１及び２では、舵角比可変ユニット１を、ステアリングシャフトに相当する部分（ステアリング２と連接シャフト５との間）に配設したが、これに限らず、例えばステアリング２に直結されるステアリングシャフトとギヤ入力シャフト６との間に配設する（連接シャフト５に代えて配設する）ようにしてもよい。

さらに、上記実施形態１及び２では、ラック＆ピニオン式のステアリング装置１００を採用するようにしているが、これに限ったものではなく、例えばボール＆ナット式のステアリング装置を採用するようにしてもよい。

（実施形態３）
図１０は、本発明の実施形態３を示し、舵角比可変ユニット１を、上記実施形態１及び２におけるステアリングギヤボックス７に代えて構成したものである。

すなわち、本実施形態では、舵角比可変ユニット１は、図示は省略するが、ステアリングギヤボックス７と同様のボックス（ケース）を有している。そして、入力軸３は、上記実施形態１及び２におけるステアリングギヤボックス７のギヤ入力シャフト６に対応するものであり、この入力軸３に結合された駆動かさ歯車５１が、上記実施形態１及び２におけるステアリングギヤボックス７内のピニオンに対応するものであり、駆動かさ歯車５１と噛み合うラック５２が、上記実施形態１及び２におけるステアリングギヤボックス７内のラックに対応するものである。つまり、このラック５２は、入力軸３と垂直な方向（車幅方向）に延びかつ該方向に移動可能に構成されている。そして、ラック５２の両端部には、出力軸４がそれぞれ連結されており、該両出力軸４は、それぞれ左右のタイロッド８と連結されるようになっていて、ラック５２と同じ動きをしてラック５２の移動をタイロッド８に伝達する。

上記駆動かさ歯車５１は、上記実施形態２と同様に、入力軸３軸心方向の一側（本実施形態では、連接シャフト５２側）に向かって外径が大きくなる歯部５１ａが形成されたものであって、非線形移動機構の回転部材に相当する。一方、ラック５２は、非線形移動機構の被動歯車に相当する。ラック５２の歯部５２ａは、該ラック５２における上記駆動かさ歯車５１と対向する面（上面）の幅方向の一部のみに形成され、このラック５２の歯部５２ａの上記幅方向形成位置が、該ラック５２の長手方向に応じて変化している。これにより、上記実施形態２と同様に、ラック５２の歯部５２ａは、駆動かさ歯車５１の歯部５１ａにおける上記入力軸３軸心方向の一部のみと噛み合い、駆動かさ歯車５１の歯部５１ａにおいてラック５２の歯部５２ａとの入力軸３軸心方向の噛み合い位置が、該駆動かさ歯車５１の回転量に応じて変化する。

上記ラック５２における駆動かさ歯車５１と対向する面（上面）は、駆動かさ歯車５１の歯部５１ａに対応して傾斜する傾斜面とされており、ラック５２の歯部５２ａは、該ラック５２の長手方向中央部では、傾斜面の高い側（駆動かさ歯車５１に対し近い側）に形成され、ラック５２の端へ行くに連れて、傾斜面の低い側（駆動かさ歯車５１に対し遠い側）へ移動する（図１１参照）。尚、上記ラック５２の傾斜面は、駆動かさ歯車５１の歯部５１ａに対応して傾斜している必要はなく、ラック５２の歯部５２ａの高さを、駆動かさ歯車５１の歯部５１ａに対応して（つまり駆動かさ歯車５１の歯部５１ａと噛み合うように）変化させてもよい。

そして、ステアリング２の操舵角が０であるときには、駆動かさ歯車５１の歯部５１ａにおいて外径が最も小さい部分と、ラック５２の歯部５２ａにおいて最も高い部分とが噛み合う。操舵角が大きくなるに連れて、駆動かさ歯車５１の歯部５１ａにおいてラック５２の歯部５２ａとの噛み合い位置が、駆動かさ歯車５１の歯部５１ａの外径が大きくなる側へ移動し、ラック５２の歯部５２ａにおいて駆動かさ歯車５１の歯部５１ａとの噛み合い位置が低い側へ移動する。操舵角が最大になったときには、駆動かさ歯車５１の歯部５１ａにおいて外径が最も大きい部分と、ラック５２の歯部５２ａにおいて最も低い部分とが噛み合う。

したがって、ステアリング２の操舵角が小さいときには、駆動かさ歯車５１の回転量に対してラック５２の移動量は小さくて、ラック５２の移動量に対する駆動かさ歯車５１の回転量の比は大きい（舵角比は小さい）。そして、操舵角が大きくなるほど、ラック５２の移動量に対する駆動かさ歯車５１の回転量の比は小さくなる（舵角比は大きくなる）。

このように駆動かさ歯車５１の回転量とラック５２の移動量とが非線形特性を有し、この非線形特性は、上記実施形態１及び２と同様に、操舵角が大きくなるほど、舵角比を大きくする特性である。

よって、本実施形態においても、上記実施形態１及び２と同様に、簡単な構成で機械的に舵角比を可変にすることが容易にできるとともに、舵角比可変ユニット１のコストを低減化することができる。

また、舵角比可変ユニット１を、従来のステアリングギヤボックス７と略同じスペースで構成することができ、操舵力伝達経路におけるステアリングギヤボックスに相当する部分に容易に組み込むことができる。

尚、上記実施形態３では、ステアリング２の操舵角が大きくなるほど、舵角比を大きくするようにしているが、これに限らず、駆動かさ歯車５１の回転量とラック５２の移動量とが非線形でありさえすればよい。

本発明は、ステアリングの操舵角に応じて舵角比を変化させる車両用舵角比可変操舵装置に有用であり、特にモータ等のアクチュエータを使用しないで機械的に舵角比を可変にするものに有用である。

本発明の実施形態１に係る車両用舵角比可変操舵装置を備えたステアリング装置を示す車両前方斜め左側から見た斜視図である。 車両用舵角比可変操舵装置のケース内を示す、側方から見た部分断面図である。 図２のIII方向矢示図である。 図２のIV−IV線断面図である。 操舵角と入力軸及び出力軸間の入力／出力回転比との関係を示すグラフである。 実施形態２に係る車両用舵角比可変操舵装置のケース内を示す斜視図である。 操舵角が０であるときにおける、駆動かさ歯車の歯部と被動かさ歯車の歯部との噛み合い位置を示す要部断面図である。 操舵角が最大であるときにおける図７相当図である。 被動かさ歯車の歯部の形成位置を示す展開図である。 実施形態３に係る車両用舵角比可変操舵装置のボックス内を示す斜視図である。 ラックの歯部の形成位置を示す平面図である。

符号の説明

１ 舵角比可変ユニット（車両用舵角比可変操舵装置）
２ ステアリングホイール
３ 入力軸
４ 出力軸
８ タイロッド
９ 車輪
１４ 第１回転ギヤ（回転部材）
１６ リンク部材
１７ ラック（出力軸駆動部材）
１８ 第１伝達歯車
３１ 遊星歯車機構
３２ サンギヤ（出力部）
３３ リングギヤ（入力部）
３５ 遊星キャリア（入力部）
４１ 駆動かさ歯車（回転部材）
４１ａ 歯部
４２ 被動かさ歯車（出力軸駆動部材）（被動歯車）
４２ａ 歯部
５１ 駆動かさ歯車（回転部材）
５１ａ 歯部
５２ ラック（出力軸駆動部材）（被動歯車）
５２ａ 歯部

Claims (9)

1. 車両のステアリングから車輪までの操舵力伝達経路に設けられる車両用舵角比可変操舵装置であって、
   上記車両のステアリング側に連結され、該ステアリングの操舵に連動して回転する入力軸と、
   上記車両の車輪側に連結される出力軸と、
   上記入力軸の回転に連動して回転する回転部材と該回転部材の回転により、該回転部材の回転量に対して非線形の移動量が生じるように移動させられかつ該移動により上記出力軸を駆動する出力軸駆動部材とを有する非線形移動機構とを備えていることを特徴とする車両用舵角比可変操舵装置。
2. 請求項１記載の車両用舵角比可変操舵装置において、
   上記非線形移動機構は、上記回転部材の回転軸心に対して垂直な平面に沿って第１所定方向に延びかつ一端部が上記回転部材の周縁部に連結されたリンク部材を更に有し、
   上記リンク部材は、上記回転部材が回転したときに、該リンク部材の他端部が、上記平面に沿って、上記回転部材の回転軸心と平行な軸回りに回動するように構成され、
   上記出力軸駆動部材は、上記平面に沿って、上記第１所定方向に対して横切る第２所定方向に直線移動可能であって、上記リンク部材の他端部における上記回動の上記第２所定方向の移動成分により上記直線移動するように構成されていることを特徴とする車両用舵角比可変操舵装置。
3. 請求項２記載の車両用舵角比可変操舵装置において、
   上記出力軸駆動部材は、ラックで構成されていて、該ラックと噛み合う伝達歯車を介して上記出力軸を回転駆動するように構成されていることを特徴とする車両用舵角比可変操舵装置。
4. 請求項３記載の車両用舵角比可変操舵装置において、
   上記伝達歯車と出力軸との間に、該伝達歯車の回転及び上記入力軸の回転を入力する入力部と、該入力部に入力された両回転に対応して生じる回転を上記出力軸へ出力する出力部とを有する遊星歯車機構が設けられていることを特徴とする車両用舵角比可変操舵装置。
5. 請求項２〜４のいずれか１つに記載の車両用舵角比可変操舵装置において、
   上記非線形移動機構は、上記ステアリングの操舵角が大きくなるほど、上記出力軸駆動部材の移動量に対する上記回転部材の回転量の比が小さくなるように構成されていることを特徴とする車両用舵角比可変操舵装置。
6. 請求項１記載の車両用舵角比可変操舵装置において、
   上記回転部材は、上記入力軸に結合されかつ該入力軸軸心方向の一側に向かって外径が大きくなる歯部が形成された駆動かさ歯車で構成され、
   上記出力軸駆動部材は、上記駆動かさ歯車の歯部における上記入力軸軸心方向の一部のみと噛み合う歯部が形成された被動歯車で構成され、
   上記被動歯車の歯部は、上記駆動かさ歯車の歯部において該被動歯車の歯部との上記入力軸軸心方向の噛み合い位置が、該駆動かさ歯車の回転量に応じて変化するように形成されていることを特徴とする車両用舵角比可変操舵装置。
7. 請求項６記載の車両用舵角比可変操舵装置において、
   上記被動歯車は、上記入力軸と平行な回転軸心回りに回転可能に配設されかつ歯部の外径が該回転軸心方向における上記入力軸軸心方向一側と同じ側に向かって小さくなる被動かさ歯車であり、
   上記被動かさ歯車の歯部は、該被動かさ歯車の外周面において上記回転軸心方向の一部のみに形成され、
   上記被動かさ歯車の歯部における上記回転軸心方向の形成位置が、該被動かさ歯車の周方向に応じて変化していることを特徴とする車両用舵角比可変操舵装置。
8. 請求項６記載の車両用舵角比可変操舵装置において、
   上記被動歯車は、上記入力軸と垂直な方向に延びかつ該方向に移動可能に構成されたラックであり、
   上記ラックの歯部は、該ラックにおける上記駆動かさ歯車と対向する面の幅方向の一部のみに形成され、
   上記ラックの歯部の上記幅方向形成位置が、該ラックの長手方向に応じて変化しており、
   上記ラックの両端部に、上記出力軸がそれぞれ連結されており、
   上記両出力軸は、それぞれ左右のタイロッドと連結されるようになっていて、上記ラックの移動を該タイロッドに伝達するように構成されていることを特徴とする車両用舵角比可変操舵装置。
9. 請求項６〜８のいずれか１つに記載の車両用舵角比可変操舵装置において、
   上記駆動かさ歯車の歯部において上記被動歯車の歯部との上記入力軸軸心方向の噛み合い位置が、上記ステアリングの操舵角が大きくなるに連れて該駆動かさ歯車の歯部の外径が大きくなる側に移動するように構成されていることを特徴とする車両用舵角比可変操舵装置。

Images