JP4967350B2

JP4967350B2 - 車両操舵装置

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Publication number: JP4967350B2
Application number: JP2006016618A
Authority: JP
Inventors: 航太郎島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: JP2007196803A

Description

本発明は、ステアリングホイールへの運転者の操作により操舵輪を操舵するための車両操舵装置に関する。

従来から、さまざまな車両操舵装置が知られている。例えば、特許文献１には、ラックガイドに一定の押圧力を作用させるバネ要素と、油圧上昇に応じて押圧力を増大する予圧装置と、操舵角に応じて予圧装置への油量を調整する制御バルブとを備える油圧パワーステアリング装置が記載されている。この装置によれば、ラックガイドへの押圧力が操舵角に応じて調整され、操舵時の軽快な操舵感と操舵中立時における高いステアリング剛性との両立が図られるとされている。

また、特許文献２には、トーションバーの捩れにしたがい相対変位して油圧のアシスト力を出力するロータリーバルブと、押圧子の駆動によりトーションバーに捩りモーメントを発生させるバルブ駆動機構と、ハンドルの操舵操作時に目標アシスト力となるよう押圧子を駆動させる制御手段とを備える車輛用パワーステアリング装置が記載されている。この装置によれば、広範囲の操舵条件でハンドル操舵力を軽減し運転者の負担が軽減されるとされている。

また、特許文献３には、ピニオン軸とラック軸の噛合状態を維持するためにプレッシャーパッド部を押圧する弾性部材を備える電動式パワーステアリング装置が記載されている。特許文献４には、最大操舵力が操舵角の増加に伴って増加するようにストロークレシオが設定されている電動パワーステアリング装置が記載されている。
特開２０００−３１３３４８号公報特開平６−１１５４４７号公報特開平１１−３１０１４０号公報特開２０００−１５９１２７号公報

そもそも操舵輪を操舵するのは車両の向きを変えるためである。ところが、いわゆる据え切り、つまり停車中に操舵輪を操舵しても、単に操舵輪の向きが変わるだけで車両自体の向きは変わらない。車両の向きを変えるには、操舵輪の操舵とともに車両を前進または後退させなければならない。加えて、据え切り時に必要な操舵力は車両の移動時に必要とされる操舵力よりも相当程度大きい。従来は、据え切り時の操舵が車両の向きを変えることに直ちに寄与するものではないにもかかわらず、据え切り時の大きな操舵力がまかなわれるように車両操舵装置の最大出力を設定していたのである。

そこで、本発明は、要求される最大出力を低減することができる車両操舵装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両操舵装置は、運転者により操作されるステアリングホイールと、ステアリングホイールへの操作により操舵される操舵輪と、据え切り時にステアリングホイールへの操作量に応じて生じる弾性変形により、車両の移動時に操舵輪の操舵に必要とされる操舵力が蓄積される操舵力蓄積機構と、を備える。

一般に据え切り時には車両の移動時に比較して大きな操舵力を必要とするものの、実際に車両の向きを変化させるためには操舵輪の操舵とともに車両の前進または後退を必要とする。上述の態様によれば、操舵力蓄積機構は、据え切り時にステアリングホイールへの操作量に応じて生じる弾性変形により、車両の移動時に操舵輪の操舵に必要とされる操舵力が蓄積される。車両が移動を開始すると、蓄積された操舵力により操舵輪が操舵され車両の向きが変えられる。すなわち、この態様によれば、据え切り時に操舵輪を操舵する場合に必要とされる比較的大きな操舵力を発生させることなく車両の向きを変えることができる。よって、車両操舵装置に要求される最大出力を抑えることが可能となり、車両操舵装置の小型化あるいは軽量化が実現される。

操舵力蓄積機構は、ステアリングホイールへの操作量を操舵輪に対する操舵力に変換して伝達する伝達経路上に設けられており、車両の移動時に必要とされる操舵力に相当する荷重を超える入力を受けるときの操舵力蓄積機構の剛性のほうが、車両の移動時に必要とされる操舵力に相当する荷重の入力を受けるときの操舵力蓄積機構の剛性よりも小さくなるよう設定されていてもよい。

この態様によれば、例えば据え切り時のように、車両の移動時に必要とされる操舵力に相当する荷重を超える入力を操舵力蓄積機構が受けるときには、操舵力蓄積機構の剛性が比較的小さい。よって、比較的容易に弾性変形が生じて弾性力が操舵力として蓄積される。一方、車両の移動時に必要とされる操舵力に相当する荷重が入力されるときには操舵力蓄積機構の剛性が比較的大きいので、操舵力蓄積機構を介して操舵輪に操舵力を円滑に伝達することができる。

また、操舵力蓄積機構は、車両の移動時に必要とされる操舵力に相当する荷重を超える所定の取付荷重を課された状態で、かつ取付荷重を超える荷重が作用したときの弾性変形を許容された状態で伝達経路上に取り付けられている弾性部材を含んでもよい。

この態様によれば、操舵力蓄積機構は、車両の移動時に必要とされる操舵力に相当する荷重を超える所定の取付荷重を課された状態で伝達経路上に取り付けられた弾性部材を含む。この弾性部材は、取付荷重を超える荷重が作用したときに弾性変形することを許容されている。よって、取付荷重に満たない荷重が操舵力蓄積機構に入力された場合には弾性部材は変形されずに、操舵力蓄積機構の下流へと荷重がそのまま伝達される。一方、取付荷重を超える荷重が入力された場合には弾性部材は変形されて弾性力を蓄積することができる。

本発明によれば、車両操舵装置に要求される最大出力を低減することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両操舵装置１０を備えた車両の要部を示す概略構成図である。同図に示される車両は、本実施形態では前輪である左右一対の操舵輪２Ｌ，２Ｒまたは図示されない後輪を駆動するための内燃機関、電気モータ、あるいはこれらを組み合わせたハイブリッド動力ユニットといった駆動源（図示省略）を有すると共に、左側の操舵輪２Ｌおよび右側の操舵輪２Ｒを操舵するための車両操舵装置１０を含む。操舵輪２Ｌ，２Ｒは、それぞれホイール３とタイヤ４とを含み、各操舵輪２Ｌ，２Ｒのホイール３は、ブレーキユニットを構成するディスクロータ５を介してナックル６により支持されている。ナックル６には、ナックルアーム７が一体化または連結されており、ナックル６は、車両の懸架装置を構成するストラットバー８やロワアーム９等を介して車体に対して支持されている。

一方、車両操舵装置１０は、いわゆる液圧式パワーステアリングあるいは電動パワーステアリングとして構成され得るものであり、運転者によりステアリングホイール１１が回転操作されると操舵輪２Ｌ及び２Ｒが操舵される。車両操舵装置１０は、ステアリングホイール１１の回転を左右の直線運動に変換する操舵ギヤボックス１２を含む。操舵ギヤボックス１２は、ステアリングシャフト１３の先端に固定されたピニオンギヤ１４と、このピニオンギヤ１４と噛合するラック１５とを含む。ラック１５は、車幅方向に延在するラックチューブ１６内に摺動自在に収容されており、その両端は、ボールジョイント２１を介してタイロッド１７Ｌ，１７Ｒへと連結されている。ラックチューブ１６の両端には、ボールジョイント２１およびタイロッド１７Ｌまたは１７Ｒの一部を覆うブーツ１８が装着されている。左右のタイロッド１７Ｌ及び１７Ｒはそれぞれ左右のナックルアーム７に連結されている。更に、ステアリングシャフト１３には、ステアリングホイール１１の操舵角を検出する舵角センサ１９が設けられている。

図２は、第１の実施形態における操舵力蓄積機構２０の断面を模式的に示す概略断面図である。本実施形態において操舵力蓄積機構２０は、ステアリングホイール１１への操作量を操舵輪２Ｌ，２Ｒに対する操舵力に変換して伝達する伝達経路上に設けられ、より詳しくは操舵ギヤボックス１２とナックル６との間に設けられている。ラック１５は内部を中空とされた有底円筒状の部材であり、その外表面にピニオンギヤ１４と噛み合う歯部が形成されている。操舵ロッド２２は、ラック１５の中心軸上にラック１５を貫通した状態でラック１５に対して中心軸方向に摺動可能に配設されている。すなわち、操舵ロッド２２は、ラック１５の中心軸方向にラック１５に対して相対的に移動可能である。操舵ロッド２２の中央部には、他の部位よりも拡径された拡径部３２が形成されてており、操舵ロッド２２の両端部はそれぞれ左右のボールジョイント２１に固定されている。

ラック１５の内部空間は、右側バネ収容室２６、中央室２８、及び左側バネ収容室３０の３つの空間に２カ所の係止部２４により区分けされている。係止部２４はラック１５の内周面から中心軸に向けて円板状に延設されている。円板状の係止部２４の中心部には、操舵ロッド２２の拡径部３２を挿通可能とする大きさの開口部が形成されている。２つの係止部２４は、操舵ロッド２２の拡径部３２の中心軸方向の長さと同程度の間隙を有してラック１５の中央部に配設されている。

右側バネ収容室２６及び左側バネ収容室３０には、本実施形態における弾性部材としての右側バネ部材３４Ｒ及び左側バネ部材３４Ｌのそれぞれが収容されている。右側バネ部材３４Ｒ及び左側バネ部材３４Ｌは例えば圧縮コイルスプリングであり、操舵ロッド２２を取り巻くように配設されている。本実施形態では、右側バネ部材３４Ｒのバネ定数と左側バネ部材３４Ｌのバネ定数とは等しく設定されている。なお、右側バネ部材３４Ｒ及び左側バネ部材３４Ｌを総称して以下では適宜「バネ部材３４」と称する。

右側バネ部材３４Ｒ及び左側バネ部材３４Ｌの一端はラック１５の内部の左右の最端部それぞれに接続され、ラック１５の中央室２８寄りとなる他端は右側当接板３８及び左側当接板４０のそれぞれに接続されている。右側当接板３８及び左側当接板４０はともに円板状の部材であり中央部に円形の貫通孔を有しており、この貫通孔の径は、操舵ロッド２２の拡径部３２の径よりも小さくかつ拡径部３２以外の部位の径よりも大きい。

本実施形態では、右側バネ部材３４Ｒ及び左側バネ部材３４Ｌはそれぞれ取付時に所定の圧縮荷重を課された状態でラック１５に取り付けられている。右側バネ部材３４Ｒ及び左側バネ部材３４Ｌのそれぞれの取付荷重により右側当接板３８及び左側当接板４０はラック１５の係止部２４及び操舵ロッド２２の拡径部３２に押接されている。一方、操舵ロッド２２の拡径部３２により取付荷重を超える大きさの荷重が例えば右側当接板３８に作用した場合には、右側バネ部材３４Ｒの圧縮力による弾性変形が許容されている。左側バネ部材３４Ｌについても同様に弾性変形が許容されている。

よって、ステアリングホイールの操作及びパワーステアリング機構の動作によりラック１５に軸力が作用すると、軸力の大きさにより操舵力蓄積機構２０の作動は異なるものとなる。ラック１５に作用する軸力（以下適宜「ラック軸力」という）の大きさが上述の取付荷重よりも小さい場合には、図２に示されているように、右側バネ部材３４Ｒ及び左側バネ部材３４Ｌはラック軸力により変形せずに、ラック軸力がそのまま操舵力として操舵ロッド２２に伝達される。この操舵力が更にボールジョイント２１及びタイロッド１７Ｌ，１７Ｒを介して左右の操舵輪２Ｌ，２Ｒに伝達され、操舵輪２Ｌ，２Ｒは操舵される。

一方、ラック軸力が取付荷重よりも大きい場合には、ラック軸力により右側バネ部材３４Ｒ及び左側バネ部材３４Ｌのいずれかに弾性変形が生じる。図３には、取付荷重よりも大きなラック軸力が矢印Ａ方向（図中で左から右に向かう方向）に作用してラック１５が矢印Ａ方向に変位した場合が示されている。この場合には、操舵ロッド２２の拡径部３２が右側当接板３８から離隔するとともに左側バネ部材３４Ｌがラック１５と操舵ロッド２２の拡径部３２との間でラック軸力により弾性的に圧縮され、左側バネ部材３４Ｌに弾性力が蓄積される。また、取付荷重よりも大きなラック軸力が矢印Ｂ方向（図４参照）に作用した場合には、逆に、操舵ロッド２２の拡径部３２が左側当接板４０から離隔するとともに右側バネ部材３４Ｒがラック１５と操舵ロッド２２の拡径部３２との間でラック軸力により弾性的に圧縮され、右側バネ部材３４Ｒに弾性力が蓄積される。

このように操舵力蓄積機構２０は、運転者がステアリングホイール１１を左右のいずれに操作しラック１５が左右のいずれに駆動されても弾性力が蓄積されるように構成されている。すなわち、拡径部３２を挟んで右側バネ部材３４Ｒ及び左側バネ部材３４Ｌを配設することにより、運転者がステアリングホイール１１を左右のいずれに操作しても操舵力蓄積機構２０は弾性力を蓄積することができる。

本実施形態では、操舵力蓄積機構２０の剛性はラック軸力の大きさに応じて異なるという非線形性を有する。操舵力蓄積機構２０においては、バネ部材３４の取付荷重よりも小さいラック軸力が作用する状態ではラック１５と操舵ロッド２２との相対変位がほとんど発生しない。この状態を以下では適宜「高剛性状態」と称する。一方、バネ部材３４の取付荷重よりも大きいラック軸力が作用する状態ではラック軸力に応じてラック１５と操舵ロッド２２との相対変位が発生して弾性力がバネ部材３４に蓄積される。この状態を以下では適宜「低剛性状態」と称する。

この操舵力蓄積機構２０の特性を図５に図示する。図５において縦軸は荷重を示し、横軸はラック１５と操舵ロッド２２との相対変位量を示す。荷重Ｆ_０は、バネ部材３４の取付荷重を示し、変位量Ｓは、ステアリングホイール１１を最大限操作した場合に発生する最大の変位量を示す。図５に示されるように、ラック１５と操舵ロッド２２との相対変位量は、ラック軸力が取付荷重Ｆ_０を超えるまでの高剛性状態では微小であり、ラック軸力が取付荷重Ｆ_０を超えている低剛性状態では荷重の更なる増加とともにバネ部材３４のバネ定数に応じて相対変位量も増加する。そして荷重Ｆ_２が作用したときに最大変位量Ｓの変位が生じる。なお、図５においては、高剛性状態において荷重の増加とともに変位量が微小量ずつ線形に増加しているが、この傾きはラック１５や操舵ロッド２２等の操舵力蓄積機構２０を構成する部材自体の弾性に起因するものである。

図６は、本実施形態における操舵力蓄積機構２０の特性と必要操舵力との関係を示す図である。図６の左側には、従来の車両操舵装置において据え切り時に必要とされる操舵力及び車両の移動時に必要とされる操舵力のそれぞれと操舵角との関係が実線により示されている。車両の前進または後退といった移動時に必要とされる操舵力は、操舵角が中程度の場合に操舵力が最大値Ｆ_１となるが、概ね操舵角にかかわらず一定である。なお、車両移動時の操舵力は車両速度によって変わり得るが、図６には比較的低速時に実現される最大の操舵力を示しているものとする。一方、据え切り時に従来必要とされていた操舵力は、操舵角がごく小さいときこそ車両移動時の操舵力よりも小さいものの、ほとんどの操舵角範囲で移動時の操舵力を大きく上回り、操舵角が最大となるときに最大操舵力Ｆ_３に達する。図６の右側には、図５に示される操舵力蓄積機構２０の特性が一点鎖線により示されている。なお、図６では、高剛性状態における弾性係数が理想的には無限大であることからその図示を省略している。

図６に示されるように本実施形態では、バネ部材３４の取付荷重Ｆ_０を、車両の移動時に必要とされる最大ラック軸力Ｆ_１を超える値に予め設定する。そして、車両の移動時には、車両操舵装置１０は要求操舵角を実現するのに必要な限度で取付荷重Ｆ_０よりも小さいラック軸力を発生させる。この場合、操舵力蓄積機構２０は高剛性状態となるから、ラック１５と操舵ロッド２２との間の相対変位は生じずに、発生したラック軸力は円滑に操舵輪２Ｌ，２Ｒへと伝達されて操舵が行われる。

一方、据え切り時には、車両操舵装置１０は取付荷重Ｆ_０よりも大きくかつ据え切り時に本来必要とされる操舵力よりも小さい所定のラック軸力を発生させる。そうすると、所定のラック軸力は据え切り時の必要操舵力よりも小さいので操舵輪２Ｌ，２Ｒは操舵されないが、このラック軸力は取付荷重Ｆ_０よりも大きいので操舵力蓄積機構２０は低剛性状態となる。よって、バネ部材３４に弾性変形が生じてラック１５と操舵ロッド２２との間に相対変位が生じ、図３及び図４に示されるようにバネ部材３４に弾性力が蓄積される。その後車両の前進あるいは後退が開始されると、必要な操舵力は据え切り時よりも小さくなり、なおかつ蓄積されている弾性力よりも小さくなる。したがって、車両の移動の開始とともに速やかに操舵輪２Ｌ，２Ｒが操舵され、車両の移動につれて車両の向きが変えられることとなる。

このときの車両操舵装置１０の最大出力は、最大変位量Ｓを生じさせる荷重Ｆ_２以上の値に予め設定される。本実施形態では、車両操舵装置１０の最大出力を低減させるという観点から例えば最大変位量Ｓを生じさせる荷重Ｆ_２に設定しておく。このようにすれば、運転者がステアリングホイール１１を最大限操作しても、車両操舵装置１０はその操作に応じて最大変位量Ｓを生じさせるよう荷重Ｆ_２を発生させることにより、バネ部材３４を容易に変形させてラック１５の最大ストロークを実現することができる。すなわち、据え切り時であっても、ステアリングホイール１１の中立状態から最大の操作状態まで、つまりハンドルロック状態まで容易に操作可能とすることができる。

なお、例えばバネ部材３４の弾性係数等を適宜小さく調整することにより荷重Ｆ_２をより低くすることが可能であり、そのようにすれば車両操舵装置１０の最大出力を低減させるという観点からは好ましい。一方、車両操舵装置１０の本来の役割である操舵力の伝達という観点からは、所定の剛性を確保することが好ましい場合もある。したがって、バネ部材３４の弾性係数や取付荷重等のパラメータは例えば実験等により適宜設定することが望ましい。

以上のように本実施形態によれば、据え切り時に操舵輪を操舵する場合に必要とされる比較的大きな操舵力を発生させることなく車両の向きを変えることができる。そのために、操舵力蓄積機構２０は、据え切り時にステアリングホイール１１への操作量に応じて生じる弾性変形により、車両の移動時に操舵輪２Ｌ，２Ｒの操舵に必要とされる操舵力を蓄積する。そして車両が移動を開始すると、蓄積された操舵力により操舵輪が操舵され車両の向きが変えられる。よって、車両操舵装置に要求される最大出力を抑えることができ、車両操舵装置の小型化あるいは軽量化を実現することが可能となる。具体的には、従来据え切り時に操舵するために図６に示される最大荷重Ｆ_３まで車両操舵装置１０が出力可能である必要があったが、本実施形態では、車両操舵装置１０の最大出力を荷重Ｆ_２にまで低減することができる。

また、本実施形態に係る操舵力蓄積機構２０は、車両の移動時に必要とされる操舵力範囲に相当する荷重が入力されるときには高剛性状態となる一方、この荷重を超える入力を受けると低剛性状態となる。これにより、車両の移動時には高剛性状態で操舵輪に操舵力を円滑に伝達することができるとともに、据え切り時には低剛性状態で容易に弾性変形を起こさせて操舵力を蓄積することができる。このとき、弾性変形を比較的容易に起こすことができるよう弾性定数等のパラメータを設定することにより、据え切り時であっても容易にステアリングホイールを操作することも可能である。

なお、ラック１５の内部に操舵力蓄積機構２０を設けると、車両操舵装置１０の内部に既存の未活用の空間を有効に利用することができるという点で、他の箇所に操舵力蓄積機構を設けるのに比較して好ましい。また、ラック１５の内部にバネ部材３４を設けるので、ラック１５がバネ部材３４等のカバーとして機能し、バネ部材３４への塵等の侵入を防ぐことができるという点でも好ましい。

付言すると、本実施形態では、所定の取付荷重が予め課されたバネ部材３４を用いているが、本発明はこれに限られない。例えば、拡径部３２に右側バネ部材３４Ｒ及び左側バネ部材３４Ｌの双方が作用している状態と両バネ部材３４Ｒ、３４Ｌの一方が作用する状態とでは、実質的に弾性係数が異なることとなる。これを利用して操舵力蓄積機構２０の特性を非線形とすることも可能である。

次に図７を参照して第１の実施形態の変形例を説明する。上述の第１の実施形態では操舵力蓄積機構２０はラック１５の内部に設けられているが、この変形例では操舵力蓄積機構２０をタイロッド１７Ｌ及び１７Ｒに設ける点で第１の実施形態とは異なる。図７は、第１の実施形態の変形例における操舵力蓄積機構２０の断面を模式的に示す概略断面図である。図７には、左側のタイロッド１７Ｌに設けられた操舵力蓄積機構２０が示されている。なお、第１の実施形態と同一の内容については以下では説明を適宜省略する。

図７に示されるように、この変形例では、ダストカバー４２の内部に操舵力蓄積機構２０が構成されている。ダストカバー４２の一端には左側のタイロッド１７Ｌが固定され、ダストカバー４２の他端には貫通孔が空けられて操舵ロッド２２が挿入されている。ダストカバー４２の内部は、上述の第１の実施形態におけるラック１５と同様に、２カ所の係止部２４により右側バネ収容室２６、中央室２８、及び左側バネ収容室３０の３つの空間に区分けされ、右側バネ収容室２６及び左側バネ収容室３０のそれぞれに右側バネ部材３４Ｒ及び左側バネ部材３４Ｌがそれぞれ収容されている。ダストカバー４２はバネ部材３４への塵などの侵入を防ぐための防塵部材としても機能している。ダストカバー４２に挿入されている操舵ロッド２２の先端部には拡径部３２が形成され、図示されるように高剛性状態では拡径部３２の両端は右側当接板３８及び左側当接板４０に当接している。一方、操舵ロッド２２の他端はボールジョイント２１に接続されることとなる。

このように構成しても、第１の実施形態と同様に、据え切り時のステアリングホイールへの操作量に応じたバネ部材３４の弾性変形により操舵力が蓄積され、蓄積された操舵力により車両の移動の開始に伴って操舵輪が操舵され車両の向きを変えることができる。その結果、車両操舵装置１０に要求される最大出力を軽減することができる。

なお、上述の説明では、ダストカバー４２の一端がタイロッド１７Ｌに接続され、操舵ロッド２２がボールジョイント２１に接続されるようにしているが、これを逆にしてもよい。つまり、ダストカバー４２の一端がボールジョイント２１に接続され、操舵ロッド２２がタイロッド１７Ｌに接続されるようにしてもよい。また、上述の説明では、左側のタイロッド１７Ｌへの操舵力蓄積機構２０の適用を一例として取りあげて説明したが、右側のタイロッド１７Ｒへもほぼ同様に操舵力蓄積機構２０を適用することができることは言うまでもない。

図８及び図９を参照して第１の実施形態の更なる変形例を説明する。この変形例ではトーションスプリング５６を含む操舵力蓄積機構２０をタイロッド１７Ｌ，１７Ｒに設けるという点で上述の各実施形態とは異なる。図８は、第１の実施形態の更なる変形例におけるタイロッド１７Ｒを示す側面図である。図９は、第１の実施形態の更なる変形例における操舵力蓄積機構２０の断面を模式的に示す概略断面図である。なお、第１の実施形態と同一の内容については以下では説明を適宜省略する。

この変形例においては図８に示されるように、右側のタイロッド１７Ｒはラック側リンク部材４４と操舵輪側リンク部材４６とを含むリンク機構として構成されている。ラック側リンク部材４４と操舵輪側リンク部材４６とは、円柱状の連結ピン４８により連結ピン４８の中心軸に関して互いに揺動可能にピン結合で連結されている。ラック側リンク部材４４と操舵輪側リンク部材４６とは、中立状態では両者の間の角度が直線状に近い鈍角となるよう連結されている。ラック側リンク部材４４の操舵輪側リンク部材４６との連結部と反対側の端部には、ボールジョイント２１が固定されている。また操舵輪側リンク部材４６の連結部とは反対側の端部には、接続部５０を介してナックルアーム７（図１参照）が連結される。左側のタイロッド１７Ｌも右側のタイロッド１７Ｒと同様の構成とされる。

操舵力蓄積機構２０は、ラック側リンク部材４４と操舵輪側リンク部材４６との連結部に設けられている。図９を参照してこの変形例における操舵力蓄積機構２０を説明する。操舵輪側リンク部材４６は連結ピン４８の周囲にトーションスプリング収容室５８を画定するよう形成されている。トーションスプリング収容室５８の内部にトーションスプリング５６が連結ピン４８を包囲するように連結ピン４８と同軸に配設されている。トーションスプリング５６の一端は操舵輪側リンク部材４６に固定され、他端はトーションスプリング収容室５８に向けてラック側リンク部材４４から突出する突出部６０に固定されている。トーションスプリング５６は、例えば車両の移動時に必要とされる操舵力に相当する所定の取付荷重が課された状態で取り付けられる。

このように構成すれば、取付荷重に相当するタイロッド軸力に満たない捩り荷重が操舵力蓄積機構２０に入力された場合には高剛性状態となり、タイロッド１７Ｌは操舵力を操舵輪２Ｌ，２Ｒへと伝達する。一方、取付荷重に相当するタイロッド軸力を超える捩り荷重が操舵力蓄積機構２０に入力された場合には低剛性状態となりトーションスプリング５６に弾性変形が生じてタイロッド１７Ｒが図８に一点鎖線で示されるように屈曲する。このときトーションスプリング５６に弾性力が蓄積される。そして車両の移動の開始に伴って、蓄積された操舵力により操舵輪が操舵される。

よって、上述の第１の実施形態と同様に、据え切り時のステアリングホイール１１への操作量に応じた弾性変形により操舵力が蓄積され、蓄積された操舵力により車両の移動の開始に伴って操舵輪が操舵されて車両の向きを変えることができる。その結果、車両操舵装置１０に要求される最大出力を軽減することができる。

この変形例では、左右両側のタイロッド１７Ｒ，１７Ｌをともに同様の構成としているので、据え切り時のステアリングホイール１１の操作方向により左右の操舵輪２Ｌ、２Ｒのいずれか一方への操舵力が蓄積される。つまり、ステアリングホイール１１が左右のいずれかに操作されると、それに応じてラック１５が左右のいずれかに変位する。そうすると、据え切り時には左右のタイロッド１７Ｒ，１７Ｌの一方は上述のように屈曲して操舵力を蓄積することができるが、他方は単にラック１５の移動につれて引張力を受けることとなる。したがって、この変形例では、据え切り時にも片方の操舵輪の操舵を可能とする程度に車両操舵装置１０の最大出力を設定することが望ましい。

なお、タイロッド１７Ｒ、１７Ｌのリンク機構が直線状に伸展されて正常な取付状態とは逆方向に反転して屈曲することを防止するために、ラック側リンク部材４４と操舵輪側リンク部材４６とが直線状に伸展されないようラック側リンク部材４４と操舵輪側リンク部材４６との間にストッパ機構を設けることが望ましい。またストッパ機構を設けることにより、高剛性状態をより安定的に容易に実現すること可能であるという点でも望ましい。

また、タイロッド１７Ｒ、１７Ｌのリンク機構としては、他の例を採用することも可能である。図１０は、上述の更なる変形例におけるタイロッド１７Ｒ、１７Ｌの他の例を示す側面図である。タイロッド１７Ｒはラック側リンク部材４４及び操舵輪側リンク部材４６に加えて中間リンク部材５２をも含むリンク機構として構成されている。中間リンク部材５２は、ラック側リンク部材４４及び操舵輪側リンク部材４６のそれぞれの端部に連結ピン４８を介してピン結合により連結されており、ラック側リンク部材４４及び操舵輪側リンク部材４６の間に介在している。中間リンク部材５２はラック側リンク部材４４に沿ってボールジョイント２１側に向けて折り返されるように連結され、更に操舵輪側リンク部材４６は中間リンク部材５２に沿ってボールジョイント２１とは逆方向に折り返されるように連結されている。各リンク部材の連結部には、図９に示される操舵力蓄積機構２０が設けられている。上述の変形例ではリンク機構が屈曲されて操舵力蓄積機構２０に弾性力が蓄積されていたが、本変形例ではこのように構成されることにより、リンク機構が伸展されて操舵力蓄積機構２０に弾性力が蓄積される。

引き続いて本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態では操舵ギヤボックス１２の下流側に操舵力蓄積機構２０が設けられていたが、第２の実施形態ではそれよりも上流側のステアリングシャフト１３に操舵力蓄積機構２０が設けられるという点で異なる。なお、第１の実施形態と同一の内容については以下では説明を適宜省略する。

図１１は、第２の実施形態に係る操舵力蓄積機構２０を模式的に示す正面図である。第２の実施形態においては、ステアリングシャフト１３は、ステアリングホイール側シャフト６２とラック側シャフト６４とを含んで構成される。ステアリングホイール側シャフト６２の端部には第１ギヤ６６が固定され、ラック側シャフト６４の端部には第４ギヤ６８が固定されている。第１ギヤ６６には第２ギヤ７０が、そして第４ギヤ６８には第３ギヤ７２が噛合されている。第２ギヤ７０及び第３ギヤ７２はともに一端に底面を備え他端を開口とする円筒状の形状とされており、それぞれの開口部を対向させた状態で円柱状の連結ピン８２に同軸に取り付けられている。第２ギヤ７０及び第３ギヤ７２はともに連結ピン８２の中心軸周りに回転可能に取り付けられている。

第２ギヤ７０及び第３ギヤ７２により画定される円柱状内部空間には、円筒状の内筒７４が連結ピン８２と同軸に配設されている。内筒７４は連結ピン８２の中心軸に垂直な仕切板７６を中央部に含み、内筒７４の内部は円板状の仕切板７６により２つに区分けされている。円板状の仕切板７６の中心部には、連結ピン８２を摺動可能に挿通させる貫通孔が空けられており、内筒７４は連結ピン８２に対して中心軸周りに回転可能に取り付けられている。

仕切板７６により２つに区分けされた内筒７４の内部空間の一方には第１トーションスプリング７８が収容され、他方には第２トーションスプリング８０が収容されている。第１トーションスプリング７８は連結ピン８２を包囲するように同軸に配設され、一端が第２ギヤ７０に固定され、他端が内筒７４の仕切板７６に固定されている。また、第２トーションスプリング８０も連結ピン８２を包囲するように同軸に配設され、一端が第３ギヤ７２に固定され、他端が内筒７４の仕切板７６に固定されている。第１トーションスプリング７８及び第２トーションスプリング８０はともに所定の取付荷重が課された状態で取り付けられる。この取付荷重は例えば車両の移動時に必要とされる操舵力に相当するものとされる。

よって、ステアリングホイール１１が回転操作されると、まずその回転がステアリングホイール側シャフト６２を介して第１ギヤ６６に伝達される。このとき入力された荷重が取付荷重を超えていない場合には操舵力蓄積機構２０は高剛性状態となり、第２ギヤ７０、内筒７４、及び第３ギヤ７２の間に相対的な回転変位は生じない。よって、第１ギヤ６６の回転は、第２ギヤ７０、内筒７４、及び第３ギヤ７２を介して第４ギヤ６８へと伝達され、更にラック側シャフト６４を介して操舵ギヤボックス１２へと伝達される。一方、入力された荷重が取付荷重を超えている場合には操舵力蓄積機構２０は低剛性状態となり、第１トーションスプリング７８及び第２トーションスプリング８０の双方に弾性変形が生じる。その結果、操舵力蓄積機構２０に弾性力が蓄積される。

図１２は、第２ギヤ７０の側面図である。図１２では、一部分を断面として示している。図１２に示されるように、第２ギヤ７０の内周面には、中心軸に向かう放射方向に内側に向けて第１係合部８４が突設されている。また内筒７４の外周面には、放射方向に外側に向けて第２係合部８６が突設されている。第１係合部８４と第２係合部８６とが当接することにより、第２ギヤ７０に対する内筒７４の相対的な回転変位が規制される。図示を省略しているが、第３ギヤ７２にも第２ギヤ７０と同様の係合部が内周面に突設されている。

これらの係合部により、第２ギヤ７０及び第３ギヤ７２の内筒７４に対する相対的な回転量が規制され、第２ギヤ７０及び第３ギヤ７２の内筒７４に対する相対的な回転可能角度が定められることになる。第１ギヤ６６と第２ギヤ７０との間の減速比及び第３ギヤ７２と第４ギヤ６８との間の減速比を適宜定めることにより、第２ギヤ７０及び第３ギヤ７２の回転可能角度とステアリングホイール１１の最大操舵角とを対応づけることができる。そうすると、各係合部をステアリングホイール１１の最大操舵角を規定するストッパ機構として機能させることが可能となる。そのためには例えば、第２ギヤ７０の回転可能角度と第２ギヤ７０及び第１ギヤ６６のギヤ比との積を、ステアリングホイール１１の中立状態から最大操舵角までの回転角度と等しくするように設定すればよい。第３ギヤ７２及び第４ギヤ６８についても同様である。

図１３は、本実施形態におけるラック軸力とステアリングシャフト１３での操舵トルクとの関係を示す図である。図１３には、運転者が発生させるラック軸力と、運転者のラック軸力にパワーステアリング機構によるアシスト力を加えた合計のラック軸力とが示されている。縦軸に示される荷重Ｆ_１及び荷重Ｆ_３は図６を参照して説明されたものと同様であり、荷重Ｆ_１が車両移動時に必要とされる最大荷重であり、荷重Ｆ_３は据え切り時に従来必要とされていた最大荷重を示す。

従来は、据え切り時に必要な荷重Ｆ_３を確保するために、車両操舵装置１０の最大出力は、図１３に示されるアシスト力Ａ_０を発生させることができるように設定されなければならなかった。しかし本実施形態においては、車両移動時に必要とされる荷重Ｆ_１を発生させるためのアシスト力Ａ_１を発生することができるように車両操舵装置１０の最大出力を設定すればよい。

また、本実施形態では、第１トーションスプリング７８及び第２トーションスプリング８０の取付荷重を、車両移動時に必要とされる荷重Ｆ_１における操舵トルクＴに相当するよう設定する。そうすると、車両移動時には取付荷重に満たない荷重が操舵力蓄積機構２０に入力され高剛性状態となり、ステアリングホイール１１への操作が円滑に操舵力蓄積機構２０等を介して円滑に操舵輪２Ｌ，２Ｒへと伝達されて操舵が行われる。

一方、据え切り時に運転者の操舵力とアシスト力との合計荷重が荷重Ｆ_１を上回り、この合計荷重が操舵力蓄積機構２０に入力されると操舵力蓄積機構２０は低剛性状態となる。そうすると、第１トーションスプリング７８及び第２トーションスプリング８０がステアリングホイール１１への回転操作により比較的容易に変形されるようになり、据え切り時でも容易にステアリングホイール１１を操作することができる。第１トーションスプリング７８及び第２トーションスプリング８０の弾性変形により操舵力蓄積機構２０に蓄積された弾性力は、車両の移動開始に伴って操舵力蓄積機構２０から下流側へと伝達され、操舵輪２Ｌ，２Ｒは速やかに操舵される。

以上のように、第２の実施形態によればパワーステアリング機構より上流側のステアリングシャフト１３にも操舵力蓄積機構２０を設けることができる。これにより、車両操舵装置に要求される最大出力が軽減され、車両操舵装置の小型化あるいは軽量化を実現することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る車両操舵装置を備えた車両の要部を示す概略構成図である。第１の実施形態における操舵力蓄積機構の断面を模式的に示す概略断面図である。第１の実施形態における低剛性状態の一例を示す図である。第１の実施形態における低剛性状態の一例を示す図である。第１の実施形態における操舵力蓄積機構の特性を示す図である。第１の実施形態における操舵力蓄積機構の特性と操舵力との関係を示す図である。第１の実施形態の変形例における操舵力蓄積機構の断面を模式的に示す概略断面図である。第１の実施形態の更なる変形例におけるタイロッドを示す側面図である。第１の実施形態の更なる変形例における操舵力蓄積機構の断面を模式的に示す概略断面図である。第１の実施形態の更なる変形例におけるタイロッドの他の例を示す側面図である。第２の実施形態に係る操舵力蓄積機構を模式的に示す正面図である。第２ギヤの側面図である。第２の実施形態におけるラック軸力と操舵トルクとの関係を示す図である。

符号の説明

２操舵輪、１０車両操舵装置、１１ステアリングホイール、１５ラック、２０操舵力蓄積機構、２２操舵ロッド、３４バネ部材。

Claims

運転者により操作されるステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールへの操作により操舵される操舵輪と、
前記ステアリングホイールへの操作量を前記操舵輪に対する操舵力に変換して伝達する伝達経路上に設けられており、据え切り時に前記ステアリングホイールへの操作量に応じて生じる弾性変形により、車両の移動時に前記操舵輪の操舵に必要とされる操舵力が蓄積される操舵力蓄積機構と、を備え、
前記操舵力蓄積機構は、前記伝達経路上で互いに相対変位可能に連結された２つの部材間に配設された弾性部材を備え、該弾性部材は、所定の取付荷重を課された状態で、かつ前記取付荷重を超える荷重が作用したときの弾性変形を許容された状態で前記２つの部材間に取り付けられており、
前記操舵力蓄積機構は、前記ステアリングホイールの操作によって、前記２つの部材のうち上流側の部材から前記弾性部材に前記取付荷重以下の荷重が入力された場合には前記弾性部材により前記２つの部材間の相対変位が規制され当該荷重を前記２つの部材のうち下流側の部材に伝達する高剛性状態となり、前記上流側の部材から前記弾性部材に前記取付荷重を超える荷重が入力された場合には前記２つの部材間の相対変位が生じて前記弾性部材が変形し弾性力が蓄積される低剛性状態となることを特徴とする車両操舵装置。
前記取付荷重は、車両の移動時に必要とされる操舵力に相当する荷重を超える大きさに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
前記２つの部材は、
ラック及び操舵ロッドであるか、
操舵ロッド及びタイロッドであるか、
タイロッドを構成するために互いに連結された２つのリンク部材であるか、または、
操舵ギヤボックスよりも上流側に設けられたステアリングホイール側シャフト及びラック側シャフトであることを特徴とする請求項１または２に記載の車両操舵装置。