JP6087119B2 - 自動車のステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングホイールを操舵することにより車輪の向きを変化させ、もって車両の進行方向を所望方向に向ける自動車のステアリング装置に関する。

自動車のステアリング装置は、ステアリングホイールに加えられた操舵角を、ピニオン軸とラック軸との間に設けられたラック・ピニオン機構を介して前記ラック軸の車幅方向移動に変換し、該ラック軸の両端部に接続されたタイロッドを介して車輪の向きを変化させるように構成されている。

この種の従来のステアリング装置として、ラック・ピニオン機構におけるギヤ比を、ステアリングニュートラル位置付近で可変とする領域を設け、使用頻度の高い領域での変曲点通過時の操舵感覚の違和感を改善するものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、ラック・ピニオン機構におけるギヤ比を操舵角の増加に応じて大きくなるよう可変に構成し、例えば車庫入れにおける「据え切り」時に軽く操舵できるようにしたものがある（例えば特許文献２参照）。

特許第３０１４５８８号公報 特開２００４−１８２１３８号公報

この種の自動車のステアリング装置では、最大操舵角に達するとラック軸をストッパに当接させることでラック軸の移動量を規制するのが一般的である。前記特許文献１では、ラック軸がストッパに当たる端当て時の衝撃力に耐え得るよう構成する必要があり、例えばユニバーサルジョイント部等の動力伝達系を補強することが必要となり、重量，コストが増加する問題がある。

また特許文献２では、ラック軸が移動端付近に位置する時、例えば車庫入れにおける「据え切り」時に軽く操舵できるように構成されているので、車輪の向きを変える方向の外力が車輪に入力されると前記端当て時の衝撃力が大きくなり易い。そこで前記特許文献２では、前記衝撃力を吸収するための衝撃吸収機構を備えており、それだけ構造が複雑となり、重量，コストが増加する問題がある。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、端当て時の衝撃力を緩和でき、動力伝達系の補強や衝撃吸収機構を不要にして、軽量化，コスト低減効果が得られる自動車のステアリング装置を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、ステアリングホイールに加えられた操舵角を、ピニオン軸とラック軸との間に設けられたラック・ピニオン機構を介して前記ラック軸の車幅方向移動に変換し、該ラック軸の両端部に接続されたタイロッドを介して車輪の向きを変化させる自動車のステアリング装置において、
前記ラック軸が全移動領域の過半を占める中央領域にある時の前記ラック・ピニオン機構のギヤ比を小さく、かつ一定とし、前記ラック軸が全移動領域の残りの移動端領域にある時の前記ラック・ピニオン機構のギヤ比を前記中央領域にある時のギヤ比より高く設定したことを特徴としている。
ことを特徴としている。

ここで本発明において、ラック軸の移動端領域におけるギヤ比を高く設定するとは、ピニンン軸１回転当たりのラック軸の移動量を他の領域における移動量より大きく設定するとの意味である。なお、前記特許文献２には「ギヤ比を操舵角の増加に応じて大きくなるよう可変に構成し」と記載されているが、実際は、ピニンン軸１回転当たりのラック軸の移動量を他の領域における移動量より小さくすることを意味しており、本発明とはギヤ比の定義が逆になっている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の自動車のステアリング装置において、
操舵補助力を供給する補助機構を備え、該補助機構は、ラック軸が前記移動端領域にある時は前記操舵補助力の供給を停止するか、または操舵補助力を前記中央領域における補助力より小さくすることを特徴としている。

本発明においては、ラック軸が移動端領域にある時のラック・ピニオン機構のギヤ比を高く設定したので、ラック軸が移動端領域に入ると、ステアリングホイールを操舵するのに必要な操舵力が大きくなり、運転者は重く感じる。従って運転者がそれまでの領域におけるのと同等の一定の操舵力をステアリングホイールに加えている場合、それだけラック軸の移動速度が低下し、ストッパに緩やかに当たるため衝撃力が小さくなり、ラック軸の移動端領域でのギヤ比が一定の場合には必要となる動力伝達系の補強を不要にできる。その結果、軽量化を実現でき、コスト低減効果が得られる。

請求項２の発明によれば、ラック軸が前記移動端領域にある時は、補助機構による操舵補助力の供給を停止するか、または操舵補助力を他の領域における補助力より小さくしたので、前記移動端領域においてはさらに重くなり、従ってラックの移動速度がさらに低下し、前記衝撃力を小さくでき、動力伝達系の補強をより確実に不要にでき、軽量化，低コスト化をより確実に実現できる。

本発明の実施例１に係る自動車のステアリング装置の車両前方から見た斜視図である。 前記ステアリング装置のラックギヤの平面図である。 前記ステアリング装置のギヤ比−操舵角度特性図である。 前記ステアリング装置の操舵トルク−操舵角度特性図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ないし図４は、本発明の実施例１による自動車用ステアリング装置を説明するための図である。

図において、１ステアリング装置であり、該ステアリング装置１のステアリングシャフト２は、ダッシュボード等にステアリングコラム２ａを介して支持されており、該ステアリングシャフト２の、室内側端部にはステアリングホイール３が取り付けられ、先端部はユニバーサルジョイント４ａ，４ａを両端に介在させた連結軸４によりピニオン軸５に連結されている。該ピニオン軸５に固定されたピニオンギヤ６はラック軸７に形成されたラックギヤ８に噛合しており、これによりラック・ピニオン機構９が構成されている。なお、後述するように、前記ラックギヤ８のラック歯８ａ，８ｂは車両前後方向直線Ｌに対して所定角度θ１，θ２だけ傾斜しており、前記ピニオンギヤ６は前記傾斜角度に対応した角度に傾斜させて配置されている。

前記ラック軸７の左，右端部にはタイロッド１０，１０が接続されており、該タイロッド１０の先端部は前輪（図示せず）に連結されている。

なお、図示していないが、本実施例のステアリング装置１は、前記ラック軸７の移動量を規制するストッパを備えており、ステアリングホイール３の操舵角度が最大になり、ラック軸７が移動端（ストロークエンド）まで移動すると該ラック軸７がストッパに当接し、それ以上の移動が阻止される。

ここで前記ラック・ピニオン機構９のギヤ比ε、つまりピニオンギヤ６の１回転当たりのラック軸７の移動量（mm/回転）は、前記ラック軸７が移動端領域（図３における端当たり直前２０％領域）Ｓｅにある時のギヤ比εｅが他の領域（図３における残り８０％の中央領域）Ｓｃにある時のギヤ比εｃより高く設定されている。

具体的には、図２に示すように、前記ラック軸７に形成されたラックギヤ８は、操舵角度０時のステアリングニュートラル位置Ｃから左，右に、全移動領域の８０％の中央領域Ｓｃではラック歯８ａで構成されており、また前記中央領域Ｓｃから端部までの残り２０％の移動端領域Ｓｅではラック歯８ｂで構成されている。前記ラック歯８ａは、ピッチｐ１で、かつ傾斜角度θ１に設定されているのに対し、前記ラック歯８ｂは、ピッチｐ２で、かつ傾斜角度θ２に設定されており、ｐ１＜ｐ２、θ１＜θ２となっている。

また前記ステアリングシャフト２には、操舵力補助機構１１の駆動モータ１１ａが減速機構１１ｂを介して連結されている。本実施例の操舵力補助機構１１は、前記ラック軸７が前述の中央領域Ｓｃにある場合は補助トルクｔを供給する。従って、ステアリングホイール３の操舵に必要なトルクＴ１は補助トルクｔだけ少なくて済む。

ステアリングホイール３の操舵角度を増加させることにより、ラック軸７が前述の移動端領域Ｓｅに入ると前記補助機構１１から供給される操舵補助トルクはｔから徐々に減じられ、途中で供給停止される。なお、供給する操舵補助力を停止することなく小さくしても良い。

本実施例においては、ラック軸７が移動端領域Ｓｅにある時のラック・ピニオン機構のギヤ比εをεｅと高く設定したので、ラック軸７が移動端領域Ｓｅに入ると、ステアリングホイール３を操舵するのに必要な操舵トルクＴ１からＴ２と大きくなり、運転者は重く感じる。従って運転者がそれまでの領域におけるのと同等の一定の操舵トルクＴ１をステアリングホイール３に加えている場合、それだけラック軸７の移動速度が低下し、ストッパに緩やかに当たることとなり、衝撃力が小さくなり、ラック軸７の移動端領域Ｓｅでのギヤ比が中央領域Ｓｃにおけるギヤ比εｃと同じである場合には必要となる動力伝達系の補強を不要にできる。その結果、軽量化を実現でき、コスト低減効果が得られる。

また、ラック軸７が前記移動端領域Ｓｅに入ると、操舵力補助機構１１による操舵補助力が減少され、途中で供給が停止されるので、前記移動端領域Ｓｅにおいてはステアリングホイール３がさらに重くなり、従ってラック軸７の移動速度がさらに低下し、前記衝撃力を小さくでき、動力伝達系の補強をより確実に不要にでき、軽量化，低コスト化をより確実に実現できる。

なお、前記実施例では、移動端領域Ｓｅが全移動領域の２０％である場合を説明したが、本発明における移動端領域Ｓｅは全移動領域の２０％に限定されるものではなく、要は運転者がステアリングを重く感じることでラック軸のストッパへの当接速度を緩やかにできる範囲で適宜設定すれば良い。

１ ステアリング装置
３ ステアリングホイール
５ ピニオン軸
７ ラック軸
９ ラック・ピニオン機構
１０ タイロッド
１１ 補助機構
Ｓｅ 移動端領域
ｔ 操舵補助力（トルク）εｅ 移動端領域でのギヤ比
εｃ 他の領域でのギヤ比

Claims (2)

1. ステアリングホイールに加えられた操舵角を、ピニオン軸とラック軸との間に設けられたラック・ピニオン機構を介して前記ラック軸の車幅方向移動に変換し、該ラック軸の両端部に接続されたタイロッドを介して車輪の向きを変化させる自動車のステアリング装置において、
   前記ラック軸が全移動領域の過半を占める中央領域にある時の前記ラック・ピニオン機構のギヤ比を小さく、かつ一定とし、前記ラック軸が全移動領域の残りの移動端領域にある時の前記ラック・ピニオン機構のギヤ比を前記中央領域にある時のギヤ比より高く設定した
   ことを特徴とする自動車のステアリング装置。
2. 請求項１に記載の自動車のステアリング装置において、
   操舵補助力を供給する補助機構を備え、該補助機構は、ラック軸が前記移動端領域にある時は前記操舵補助力の供給を停止するか、または操舵補助力を前記中央領域における補助力より小さくする
   ことを特徴とする自動車のステアリング装置。

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