JP4797546B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。

車両用操舵装置は、通常、例えば下記特許文献１に記載されているように、ステアリングホイールの回転がギヤボックスを介して左右の操舵輪に伝達されて左右の操舵輪が操舵されるように構成されている。この車両用操舵装置では、ギヤボックスと左右の操舵輪間に操舵関連部材がそれぞれ設けられていて、ステアリングホイールの回転がギヤボックスを介して各操舵関連部材に伝達され、左右の操舵輪がそれぞれ操舵される。一方、これとは別に、ステアリングホイールの回転がギヤボックスを介してギヤボックスの右側（運転席側）に設けられた操舵関連部材に伝達されて右操舵輪が操舵されるとともに、右操舵輪の動きが連結ロッドを介して左操舵輪に伝達されて左操舵輪が操舵されるように構成されたものもある。
特開２００４−１３０９３３号公報

ところで、上記特許文献１に記載された車両用操舵装置は、ステアリングホイールからギヤボックスまでの力の伝達系と、ギヤボックスから左右の操舵関連部材を介してそれぞれ左右の操舵輪に至る力の伝達系とで構成されている。また、上記別の車両用操舵装置は、ステアリングホイールからギヤボックスまでの力の伝達系、ギヤボックスから右側の操舵関連部材を介して右操舵輪に至る力の伝達系、および右操舵輪から連結ロッドを介して左操舵輪に至る力の伝達系で構成されている。このため、何れの車両用操舵装置においても、ステアリングホイールから操舵輪に至るまでに、少なくとも３つの力の伝達系が必要である。なお、力の伝達系が多いほど、操舵関連部材の部品点数が多くなる。また、操舵関連部材のためのスペースを確保する必要があるため、操舵関連部材周りにおけるサスペンション設置の制約が厳しくなる等の問題がある。

したがって、本発明では、ステアリングホイールから操舵輪に至るまでの力の伝達系の数を減らし得る車両用操舵装置を提供することをその目的としている。

上記目的を達成するために、本発明においては、ステアリングホイールの回転がギヤボックスを介して左右の操舵輪に伝達されて同左右の操舵輪が操舵されるように構成された車両用操舵装置において、左右に配置されて各キングピン軸回りにそれぞれ回転するサスペンション構成体のうちの少なくとも一方にギヤを一体的に設けて、このギヤを前記ギヤボックスの出力ギヤとしたものであり、この出力ギヤとギヤ結合している入力ギヤは、捩りケーブルまたはボーデンワイヤを備える力の伝達系を介して、前記ステアリングホイールと機械的に連結され、前記サスペンション構成体は、ストラットによって構成されていて、このストラットが備える緩衝器のピストンロッドがシェルに対して軸方向に移動可能かつトルク伝達可能とされており、このピストンロッドに前記出力ギヤが一体的に設けられていて、前記出力ギヤは、前記ギヤボックスのハウジングに回転可能に取付けられたアウターギヤと、前記ピストンロッドに一体的に設けたインナーギヤと、前記アウターギヤの内周部と前記インナーギヤの外周部間に介装されたゴムを一体的に備えており、前記アウターギヤは前記インナーギヤとほぼ一体的に回転することに特徴がある。

この車両用操舵装置においては、各キングピン軸回りにそれぞれ回転する左右のサスペンション構成体のうちの少なくとも一方にギヤが一体的に設けられ、このギヤがギヤボックスの出力ギヤとされている。このため、ステアリングホイールの回転がギヤボックスを介してサスペンション構成体に伝達され、このサスペンション構成体の回転により、キングピン軸が回転されて操舵輪が直接的に操舵される。

したがって、この車両用操舵装置では、左右のサスペンション構成体のうちの一方にギヤボックスの出力ギヤが設けられる場合には、ステアリングホイールから操舵輪に至るまでの力の伝達系を、ステアリングホイールをギヤボックスを介して一方のサスペンション構成体に直接的に連結する力の伝達系と、一方の操舵輪を連結ロッドを介して他方の操舵輪に連結する力の伝達系とで構成することが可能である。また、左右のサスペンション構成体の両方にギヤボックスの出力ギヤがそれぞれ設けられる場合には、ステアリングホイールから操舵輪に至るまでの力の伝達系を、ステアリングホイールをギヤボックスを介して各サスペンション構成体に直接的に連結する力の伝達系で構成することが可能である。このため、何れの場合においても、ステアリングホイールから操舵輪に至るまでの力の伝達系を２つの伝達系で構成することが可能である。

また、サスペンション構成体がストラットによって構成され、このストラットにおける緩衝器のピストンロッドに出力ギヤが一体的に設けられるとともに、同ピストンロッドがシェルに対して軸方向に移動可能かつトルク伝達可能とされている。したがって、ピストンロッドがシェルに対して軸方向に移動可能とされることで、従来と同様、緩衝器による緩衝機能が確保される。また、ピストンロッドがシェルに対してトルク伝達可能とされることで、緩衝器の回転に伴ってキングピン軸が回転されて操舵輪が操舵される。このため、ストラットが備える緩衝器を有効に利用することが可能となって、上記車両用操舵装置を簡易に構成することが可能である。

本発明の実施に際して、前記ゴムが前記ピストンロッドの車体に対する傾動を許容する傾動許容手段であることも可能である。

この場合には、ピストンロッドの車体に対する傾動を許容する傾動許容手段がギヤボックスに設けられている。したがって、ピストンロッドの車体に対する傾動が傾動許容手段により許容されて、ギヤボックス内のギヤ同士のこじりを防止することが可能である。このため、ステアリングホイールの回転を確実に操舵輪に伝達することが可能となって、ステアリングホイールから操舵輪に至るまでの力の伝達系の信頼性を向上させることが可能である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明による車両用操舵装置の全体を概略的に示していて、この車両用操舵装置では、ステアリングホイールＡの回転が、第１伝達系１０からギヤボックス２０を介してストラットＳＴに伝達され、ストラットＳＴの回転により、キングピン軸ＫＰが回転されて右操舵輪ＷＦＲが直接的に操舵されるようになっている。また、右操舵輪ＷＦＲの動きが第２伝達系６０を介して左操舵輪ＷＦＬに伝達され、右操舵輪ＷＦＲの動きに同調して左操舵輪ＷＦＬが操舵されるようになっている。

最初に、第１伝達系１０について説明する。第１伝達系１０は、シャフト１１、ウォームホイール１２、ウォーム１３および捩りケーブル１４を備えている。ステアリングホイールＡは、シャフト１１、ウォームホイール１２およびウォーム１３を介して捩りケーブル１４にトルク伝達可能に連結されており、ステアリングホイールＡの回転が、ウォームホイール１２とウォーム１３との減速ギヤ比に応じて減速され、捩りケーブル１４に伝達される。この減速ギヤ比は、捩りケーブル１４に作用する力が所定値以下となるような所定の値に設定されている。

捩りケーブル１４は、例えば、互いに反対方向に予め捩られたアウターケーブルと同アウターケーブル内に挿通されたインナーケーブルを備えた周知のものであり、入力側端部にてウォーム１３に固定され、出力側端部にてギヤボックス２０に連結されている。ウォーム１３には、電動モータＭの出力軸が同軸に固定されており、電気制御装置７０（ＥＣＵ）による電動モータＭの駆動によって、ステアリングホイールＡの操作力がアシストされるようになっている。なお、電動モータＭをギヤボックス２０に連結して、ステアリングホイールＡの操作力がアシストされるようにしてもよい。

次に、ギヤボックス２０について説明する。ギヤボックス２０は、図２に示すように、ハウジング２１、入力ギヤであるウォーム２２、および出力ギヤであるウォームホイール２３を備えている。ハウジング２１は、ストラットＳＴの上方にてボルト２１ａおよびナット２１ｂにより車体ＢＤに固定されている。ウォーム２２は、その両端軸（図示省略）にてハウジング２１にベアリング（図示省略）を介して軸線回りに回転可能に取り付けられている。ウォーム２２の両端軸の一方には、捩りケーブル１４の出力側端部が固定されている。

ウォームホイール２３は、図２および図３に示すように、アウターギヤ２３ａ、インナーギヤ２３ｂおよびゴム２３ｃを一体的に備えている。アウターギヤ２３ａは、ハウジング２１にベアリング２１ｃ，２１ｄを介して中心軸線回りに回転可能に取り付けられている。また、アウターギヤ２３ａは、その外周の歯部にてウォーム２２とギヤ結合しており、その内周部にてゴム２３ｃを介してインナーギヤ２３ｂとスプライン結合していて、インナーギヤ２３ｂとほぼ一体的に回転する。

インナーギヤ２３ｂは、その内周部にてピストンロッド３５の先端部とセレーション結合しており、ピストンロッド３５と一体的に回転する。ゴム２３ｃは、アウターギヤ２３ａの内周部とインナーギヤ２３ｂの外周部間に介装されている。このゴム２３ｃは、傾動許容手段として機能するものであり、ピストンロッド３５の車体ＢＤに対する傾動時に、アウターギヤ２３ａとウォーム２２とでこじりを生じさせないように弾性変形可能とされている。

上記ギヤボックス２０においては、捩りケーブル１４の回転が、ウォーム２２とアウターギヤ２３ａとの減速ギヤ比に応じて減速され、アウターギヤ２３ａからゴム２３ｃおよびインナーギヤ２３ｂを介してピストンロッド３５に伝達される。この減速ギヤ比は、捩りケーブル１４に作用する力が所定値以下となるような所定の値に設定されている。

次に、ストラットＳＴについて説明する。ストラットＳＴは、サスペンション構成体として機能するものであり、図２に示すように、緩衝器としてのショックアブソーバ３０、コイルスプリング４０およびアッパサポート５０を備えている。ショックアブソーバ３０は、車体ＢＤとナックルアームＮＡ間に介装されていて、円筒状のシリンダ３１と、ほぼ円筒状のシェル３２を備えている。

シリンダ３１は、作動液で満たされており、その上端部内周面には環状のキャップ３３およびシール部材３４が組み付けられている。シリンダ３１内には、その上端面から、円柱状のピストンロッド３５がシール部材３４を介して液密的に進入および退出可能に挿入されている。

ピストンロッド３５の下端には、環状のピストン３６が同ピストンロッド３５と一体的に変位可能に組み付けられている。ピストン３６は、シリンダ３１内に液密的かつ摺動可能に組み込まれており、シリンダ３１内を上下室Ｒ１，Ｒ２に区画している。ピストン３６には、減衰バルブ３６ａが組み付けられている。減衰バルブ３６ａは、ピストン３６が上下動したとき、上室Ｒ１から下室Ｒ２への作動液の流れに対しては所定大きさの抵抗力を付与するが、逆方向の作動液の流れに対しては極めて小さな抵抗力を付与する。

シェル３２は、下端部にてナックルアームＮＡに取り付けられており、シリンダ３１の外周面との間にリザ−バ室Ｒ３を形成している。シェル３２の下端部は、キャップ３７により液密的に封止されており、このキャップ３７の凹部とシリンダ３１の下端とで挟持するように、ベースバルブ３８が組み付けられている。ベースバルブ３８およびキャップ３７には、下室Ｒ２とリザーバ室Ｒ３間を連通させる通路Ｌが形成されている。ベースバルブ３８には、減衰バルブ３８ａが組み付けられている。減衰バルブ３８ａは、ピストン３６が上下動したとき、下室Ｒ２からリザーバ室Ｒ３への作動液の流れに対しては所定大きさの抵抗力を付与するが、逆方向の作動液の流れに対しては極めて小さな抵抗力を付与する。リザーバ室Ｒ３内には作動液および窒素、空気などの気体が封入されている。

ピストンロッド３５は、図２および図４に示すように、その中間部にてトルク伝達部材として機能する外筒３１ａ、内筒３５ａ、ニードルローラ３５ｂおよびスプリング３５ｃを介してシリンダ３１に連結されている。外筒３１ａは、円筒状のものであり、その外周面にてシリンダ３１の内壁に固定されている。外筒３１ａの内周には、軸方向に延びる３つの溝３１ａ１が周方向に等間隔で形成されている。

内筒３５ａは、外筒３１ａの内径に比して小さな外径を有する円筒状のものであり、その内周にてピストンロッド３５と一体的に軸線方向に変位可能に組み付けられている。内筒３５ａの外周には、外筒３１ａの溝３１ａ１に対向した部位に凹部３５ａ１が形成されている。

ニードルローラ３５ｂおよびスプリング３５ｃは、凹部３５ａ１と溝３１ａ１間に介装されている。ニードルローラ３５ｂは、スプリング３５ｃの押し付け力によって溝３１ａ１に所定荷重で押し付けられている。この状態では、ニードルローラ３５ｂが溝３１ａ１に沿って摺動可能とされており、内筒３５ａと外筒３１ａとの中心軸線方向の相対移動が許容されている。また、ニードルローラ３５ｂが溝３１ａ１に係合しており、内筒３５ａと外筒３１ａとの中心軸線回りの相対回転が規制されている。

これにより、ピストンロッド３５とシェル３２との軸線方向の相対移動は許容されるが、ピストンロッド３５とシェル３２との軸線回りの相対回転は規制されて、ピストンロッド３５の回転に伴ってシェル３２が一体的に回転することとなる。

コイルスプリング４０は、シェル３２の中間部外周に固定されたロアシート４１と、ピストンロッド３５の上端部外周に設けられたアッパシート４２間に介装されており、アッパサポート５０を介して車体ＢＤを弾性的に支持している。

アッパサポート５０は、ピストンロッド３５と車体ＢＤ間に介装されており、ベアリング５１を介してピストンロッド３５をその軸線回りに回転可能に支持するとともに、上プレート５２と下プレート５３間に介装されたゴム５４の弾性変形によりピストンロッド３５の車体ＢＤに対する傾動を許容している。

次に、図１に戻って、第２伝達系６０について説明する。第２伝達系６０は、連結ロッドとしてのタイロッド６１を主体としたリンクで構成されている。タイロッド６１は、各端部にてジョイント部材を介して各ナックルアームＮＡの揺動部に連結されている。

以上の説明から明らかなように、この実施形態においては、ステアリングホイールＡから左右の操舵輪ＷＦＬ，ＷＦＲに至るまでの力の伝達系が、ステアリングホイールＡをギヤボックス２０を介してストラットＳＴに直接的に連結する第１伝達系１０と、右操舵輪ＷＦＲをタイロッド６１等を介して左操舵輪ＷＦＬに連結する第２伝達系６０とで構成されている。これにより、ステアリングホイールＡから左右の操舵輪ＷＦＬ，ＷＦＲに至るまでの力の伝達系を２つの伝達系で構成することができる。

また、この実施形態では、ステアリングホイールＡの回転操作に応じてストラットＳＴが直接的に回転されるので、従来技術のように車幅方向に延設されたギヤボックス（ステアリングギヤボックス）を用いる場合に比して、左右の操舵輪ＷＦＬ，ＷＦＲの操舵角を大きく設定することが可能である。

また、この実施形態では、サスペンション構成体がストラットＳＴによって構成され、このストラットＳＴにおけるショックアブソーバ３０のピストンロッド３５にギヤボックス２０のウォームホイール２３が一体的に設けられている。また、ピストンロッド３５が、外筒３１ａ、内筒３５ａ、ニードルローラ３５ｂ、スプリング３５ｃおよびシリンダ３１を介してシェル３２に連結されており、ピストンロッド３５がシェル３２に対して軸方向に移動可能かつトルク伝達可能とされている。

したがって、ピストンロッド３５がシェル３２に対して軸方向に移動可能とされることで、従来と同様、ショックアブソーバ３０による緩衝機能が確保される。また、ピストンロッド３５がシェル３２に対してトルク伝達可能とされることで、ショックアブソーバ３０の回転に伴ってキングピン軸ＫＰが回転されて右操舵輪ＷＦＲが操舵される。その結果、ストラットＳＴが備えるショックアブソーバ３０を有効に利用することができ、上記車両用操舵装置を簡易に構成することができる。

また、この実施形態では、ギヤボックス２０内のウォームホイール２３を構成するアウターギヤ２３ａとインナーギヤ２３ｂ間に、ピストンロッド３５の車体ＢＤに対する傾動を許容するゴム２３ｃが介装されている。

したがって、ピストンロッド３５の車体ＢＤに対する傾動がゴム２３ｃの弾性変形により許容されて、ウォーム２２とウォームホイール２３とのこじりが防止される。その結果、ステアリングホイールＡの回転が確実に右操舵輪ＷＦＲに伝達されて、ステアリングホイールＡから右操舵輪ＷＦＲに至るまでの力の伝達系の信頼性を向上させることができる。

上記実施形態においては、ギヤボックス２０内のウォームホイール２３を構成するアウターギヤ２３ａとインナーギヤ２３ｂ間に、ピストンロッド３５の車体ＢＤに対する傾動を許容するゴム２３ｃを介装したが、これに加えてまたは代えて、例えば図５に示すように、ギヤボックス２０のハウジング２１を車体ＢＤにゴムブッシュ２１ｅを介してボルト２１ａおよびナット２１ｂで固定して、すなわち、ハウジング２１を車体ＢＤに浮動状態で取り付けるようにしても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

上記実施形態およびその変形実施形態においては、アウターギヤ２３ａとインナーギヤ２３ｂ間や、ハウジング２１と車体ＢＤ間に傾動許容手段を設けるようにしたが、これに限らず、例えば、ハウジング２１とウォーム２２間、ハウジング２１とウォームホイール２３間などに傾動許容手段を設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態等においては、捩りケーブル１４の回転がギヤボックス２０を介してピストンロッド３５に伝達され、ピストンロッド３５の回転に伴ってストラットＳＴが一体的に回転されるように実施したが、捩りケーブル１４の回転がギヤボックス２０を介してシェル３２に伝達され、シェル３２の回転に伴ってストラットＳＴが一体的に回転されるように実施することも可能である。

また、上記実施形態等においては、二重構造（アウターケーブルとインナーケーブルで構成）ある一つの捩りケーブル１４によって、ステアリングホイールＡの回転がギヤボックス２０に伝達されるように実施したが、例えば、一重構造である複数の捩りケーブルによって、ステアリングホイールＡの回転がギヤボックス２０に伝達されるように実施することも可能である。これによっても、上記実施形態と同様、捩りケーブルの剛性を高くすることができ、同捩りケーブルの強度の信頼性を向上させることができる。

また、上記実施形態等においては、一つまたは複数の捩りケーブルによって、ステアリングホイールＡの回転がギヤボックス２０に伝達されるように実施したが、捩りケーブルに代えて、例えば、アウターチューブと、その内部に摺動可能に嵌合されたインナーケーブルとで構成されたボーデンワイヤによって、ステアリングホイールＡの回転がギヤボックス２０に伝達されるように実施することも可能である。また、例えば、複数のシャフトが自在継ぎ手を介して連結されたリンク機構によって、ステアリングホイールＡの回転がギヤボックス２０に伝達されるように実施することも可能である。

また、上記実施形態等においては、ステアリングホイールＡから左右の操舵輪ＷＦＬ，ＷＦＲに至るまでの力の伝達系が、ステアリングホイールＡをギヤボックス２０を介して右操舵輪ＷＦＲ側のストラットＳＴに直接的に連結する第１伝達系１０と、右操舵輪ＷＦＲをタイロッド６１等を介して左操舵輪ＷＦＬに連結する第２伝達系６０とで構成されるように実施した。しかし、ステアリングホイールＡから左右の操舵輪ＷＦＬ，ＷＦＲに至るまでの力の伝達系はこれに限らず、例えば、第２伝達系６０を省略し、右操舵輪ＷＦＲ側のウォーム１３からストラットＳＴまでの構成を左操舵輪ＷＦＬ側のストラットＳＴに適用して実施することも可能である。これによっても、上記実施形態等と同様、ステアリングホイールＡから左右の操舵輪ＷＦＬ，ＷＦＲに至るまでの力の伝達系を２つの伝達系で構成することができる。

また、上記実施形態等においては、ストラット式のサスペンション構成体を備えた車両に本発明を適用したが、ダブルウィッシュボーン式のサスペンション構成体を備えた車両についても、上記実施形態と同様にして、本発明を適用することが可能である。

本発明による車両用操舵装置の全体を示す概略図である。 図１に示したストラットの部分破断縦断面図である。 図２のウォームホイール中に示した矢視方向の断面図である。 図２の４−４断面図である。 本発明の変形実施形態に係り、ギヤボックスのハウジングと車体との取り付け状態を示す断面図である。

符号の説明

ＢＤ…車体、ＷＦＲ…右操舵輪、ＷＦＬ…左操舵輪、ＮＡ…ナックルアーム、Ａ…ステアリングホイール、１０…第１伝達系、１１…シャフト、１２…ウォームホイール、１３…ウォーム、１４…捩りケーブル、２０…ギヤボックス、２１…ハウジング、２２…ウォーム、２３…ウォームホイール（出力ギヤ）、２３ａ…アウターギヤ、２３ｂ…インナーギヤ、２３ｃ…ゴム（傾動許容手段）、ＳＴ…ストラット（サスペンション構成体）、３０…ショックアブソーバ（緩衝器）、３１…シリンダ、３１ａ…外筒、３２…シェル、３５…ピストンロッド、３５ａ…内筒、３５ｂ…ニードルローラ、３５ｃ…スプリング、４０…コイルスプリング、５０…アッパサポート、６０…第２伝達系、６１…タイロッド

Claims (2)

1. ステアリングホイールの回転がギヤボックスを介して左右の操舵輪に伝達されて同左右の操舵輪が操舵されるように構成された車両用操舵装置において、
   左右に配置されて各キングピン軸回りにそれぞれ回転するサスペンション構成体のうちの少なくとも一方にギヤを一体的に設けて、このギヤを前記ギヤボックスの出力ギヤとしたものであり、
   この出力ギヤとギヤ結合している入力ギヤは、捩りケーブルまたはボーデンワイヤを備える力の伝達系を介して、前記ステアリングホイールと機械的に連結され、
   前記サスペンション構成体は、ストラットによって構成されていて、このストラットが備える緩衝器のピストンロッドがシェルに対して軸方向に移動可能かつトルク伝達可能とされており、このピストンロッドに前記出力ギヤが一体的に設けられていて、
   前記出力ギヤは、前記ギヤボックスのハウジングに回転可能に取付けられたアウターギヤと、前記ピストンロッドに一体的に設けたインナーギヤと、前記アウターギヤの内周部と前記インナーギヤの外周部間に介装されたゴムを一体的に備えており、前記アウターギヤは前記インナーギヤとほぼ一体的に回転する
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載した車両用操舵装置において、
   前記ゴムは前記ピストンロッドの車体に対する傾動を許容する傾動許容手段であることを特徴とする車両用操舵装置。

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