JP6877937B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両に用いられる操舵装置に関する。

自動車といった車両では、車体の左右両側に設けられた車輪の向きを操舵装置で操作し、これにより車体の進行方向をコントロールするものがある。
そして、操舵装置には、たとえば特許文献１のように、ステアリングホイールにしたがって回転するピニオンシャフトと、左右一対の車輪の間に連結されるラックバーと、を有するものがある。
この場合、ピニオンシャフトのピニオンギアとラックバーのラックギアとが歯合し、ピニオンシャフトの回転にしたがってラックバーが左右へ直動する。
ラックバーが車幅方向に移動することにより、ラックバーの両端に連結された一対の車輪の向き変化する。これにより、車体の移動方向が変化する。

特開２０１５−１６８３２８号公報

しかしながら、このようにピニオンシャフトのピニオンギアとラックバーのラックギアとを歯合させる場合、ラックバーには、ラック本体の円柱形状の外周面に、ラック本体の長手方向に沿って、ラックギアを形成しなければならない。

また、一般的な自動車といった車両では、ステアリングホイールが運転席とともに車幅方向の中央ではなく右側または左側に寄せて配置される。このため、ラックギアが形成される部分は、ラックバーについての長手方向の一端側へ寄った範囲となる。

これらの要因により、ラックバーの剛性は、ラックギアが形成される部分で低下し、長手方向においてアンバランスとなる。その結果、ステアリングホイールを右側へ操舵した場合での応答や反応と、左側へ操舵した場合での応答や反応とが、微妙に異なることがある。これらの左右への操舵の応答や反応のアンバランスは、運転手に対して左右の操舵感の違いとして伝わることがある。なお、ここで記載のラックバーの剛性は、ステアリング操作の際に運転手により認識される剛性をいい、たとえば後述するようにステアリング転舵トルクＴに対する転舵角θ（剛性Ｋ＝Ｔ／θ）として計測することが可能である。

このように車両の操舵装置では、操舵感の左右差を改善することが求められている。

本発明に係る車両の操舵装置は、車両において操舵力を車輪に伝達する操舵装置であって、ピニオンギアを外周面に有するピニオンシャフトと、前記ピニオンギアと歯合するラックギアを長手方向に沿って有するラックバーと、を備え、前記ラックバーは、前記長手方向の一端側に前記ラックギアを有するとともに、前記長手方向の他端側において前記ラックギアと対応する部分に低剛性部を有する。

好適には、前記ラックバーは、前記低剛性部において中空を有する、とよい。

好適には、前記ラックバーは、長手方向の他端側の端面から、少なくとも前記低剛性部までにかけて中空を有する、とよい。

好適には、前記ラックバーは、長手方向の一端側の端面から、前記ラックギアが形成される部位の手前までにかけて中空を有する、とよい。

好適には、前記中空による断面は、円形状を有する、とよい。

好適には、前記中空による断面は、たとえば楕円形状、一部切り欠き円形状といった非円形状を有する、とよい。

好適には、前記低剛性部は、非円形状の中空が形成されることにより、前記ラックギアの歯たけ方向に沿った方向への曲げ剛性が、前記歯たけ方向と垂直な方向に沿った方向への曲げ剛性より低い、とよい。

本発明では、ラックバーの長手方向の他端側には、ラックギアと対応する部分に低剛性部が形成される。これにより、ラックバーの長手方向の両端各々には剛性が低い部分が形成され、ラックバーの剛性バランスは中央対称的な剛性となる。その結果、ステアリングホイールを右側へ操舵した場合での応答や反応と、左側へ操舵した場合での応答や反応との差が改善され、操舵感の左右差を改善することができる。

図１は、本発明の第一実施形態に係る操舵装置を適用した自動車の説明図である。 図２は、図１の操舵装置の要部斜視図である。 図３は、図２の操舵装置の構造の説明図である。 図４は、ラックバー本体の端面図である。 図５は、本発明の第二実施形態に係る操舵装置の構造の説明図である。 図６は、本発明の第三実施形態に係る操舵装置の構造の説明図である。 図７は、本発明の第四実施形態に係る操舵装置のラックバー本体の端面図である。 図８は、本発明の第五実施形態に係る操舵装置のラックバー本体の端面図である。 図９は、ラックバーの剛性の計測方法の一例の説明図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。

［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係る操舵装置１０を適用した自動車１の説明図である。自動車１は、車両の一例である。図１において、自動車１は、上方から車体２を透視して図示されている。

図１の自動車１は、車体２を有する。車体２には、二組の車輪３が車幅方向両側に前後に配置される。また、車体２の中央部には、運転席４と助手席５とが車幅方向に配列される。運転席４の前側には、ステアリングホイール６が配置される。
また、自動車１には、車体２の進行方向を制御するための装置として操舵装置１０が設けられる。操舵装置１０は、主に、ピニオンシャフト１１、ラックバー１４、ハウジング２１、を有する。

図２は、図１の操舵装置１０の要部斜視図である。図３は、図２の操舵装置１０の構造の説明図である。
操舵装置１０において、ピニオンシャフト１１は、たとえば図示外のユニバーサルジョイントを用いて、図１に示すようにステアリングホイール６と連結される。これにより、ピニオンシャフト１１は、ステアリングホイール６の回転に従って回転し得る。

ピニオンシャフト１１は、中実円柱形状を有する。ピニオンシャフト１１の円柱の外周面には、ピニオンギア１２が外周に沿って形成される。

ラックバー１４は、中実円柱形状のラックバー本体１５を有する。ラックバー本体１５の両端には、たとえば図示外のリンクバーを用いて、図１に示すように一対の車輪３に連結される。ピニオンシャフト１１およびラックバー１４をともに中実円柱形状の金属剛体とすることにより、高いねじり強度を得ることができ、操舵力を車輪３へ好適に伝達できる。
ラックバー本体１５には、ピニオンギア１２と歯合するラックギア１６が、長手方向に沿って形成される。ラックギア１６は、ラックバー本体１５において長手方向の一端側に寄せて形成される。ラックギア１６は、たとえば中実円柱形状のラックバー本体１５の外周面の一部を削ることで形成できる。

ハウジング２１は、ハウジング本体２２、ラックバー貫通孔２３、ピニオンシャフト穴２４、を有する。ハウジング本体２２は、ラックバー本体１５に沿って延在する。ラックバー貫通孔２３は、ハウジング本体２２の長手方向に沿って形成され、長手方向の両端に開口を形成する。ピニオンシャフト穴２４は、ラックバー貫通孔２３と交差してハウジング本体２２に形成される。ピニオンシャフト穴２４は、ハウジング本体２２内で、ラックバー貫通孔２３と連通する。

そして、ラックバー貫通孔２３には、ラックバー１４についてのラックバー本体１５の両端が突出する状態で配置される。ピニオンシャフト穴２４には、ピニオンシャフト１１が挿入して配置される。ピニオンシャフト１１のピニオンギア１２と、ラックバー１４のラックギア１６とは、ハウジング本体２２内で歯合する。
また、ラックバー１４は、ピニオンシャフト１１の回転に従って、長手方向へ直動する。このため、ラックバー貫通孔２３内には、ラックバー１４以外にも、ラックガイド２６、スプリング２７、複数のＯリング２８が配置される。
ラックガイド２６は、ピニオンシャフト１１を間に挟むように、ラックバー本体１５の反対側に配置される。スプリング２７は、ハウジング本体２２についてのラックバー貫通孔２３による内面とラックガイド２６との間に圧縮して配置される。これにより、ラックガイド２６は、ラックギア１６をピニオンギア１２に押し当て、その状態にラックバー本体１５を保持する。
複数のＯリング２８は、ラックバー本体１５についての長手方向の他端側に配置される。複数のＯリング２８により、ハウジング本体２２についてのラックバー貫通孔２３による内面とラックバー本体１５の外周面との間はシールされる。ラックバー本体１５は、ラックガイド２６および複数のＯリング２８により、ハウジング本体２２についてのラックバー貫通孔２３による内面と擦れないように支持される。ラックバー本体１５は、ピニオンシャフト１１の回転に従って、長手方向へ滑らかに直動し得る。
なお、ハウジング本体２２についてのラックバー貫通孔２３による収納スペースには、オイルなどの潤滑剤が充填されてもよい。また、オイルによる油圧やアシストモータなどにより、ラックバー本体１５の直動をアシストするようにしてもよい。

ところで、このようにピニオンシャフト１１のピニオンギア１２とラックバー１４のラックギア１６とを歯合させる場合、ラックバー１４には、ラックバー本体１５の円柱形状の外周面に、ラックバー本体１５の長手方向に沿って、ラックギア１６を形成しなければならない。
また、図１に示すような一般的な自動車１では、ステアリングホイール６が運転席４とともに車幅方向の中央ではなく右側または左側に寄せて配置される。このため、ラックギア１６が形成される部分Ａは、ラックバー本体１５についての長手方向の一端側へ寄った範囲となる。
これらの要因により、中実円柱形状のラックバー本体１５の剛性は、ラックギア１６が形成される部分Ａで低下し、長手方向においてアンバランスとなる。その結果、ステアリングホイール６を右側へ操舵した場合での応答や反応と、左側へ操舵した場合での応答や反応とが、微妙に異なることがある。これらの左右への操舵の応答や反応のアンバランスは、運転手に対して左右の操舵感の違いとして伝わることがある。
このように車両用の操舵装置１０では、操舵感の左右差を改善することが求められている。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、中実円柱形状のラックバー本体１５の他端側の半分を、中空３１に形成する。ラックバー本体１５の長手方向他端側の端面から、ラックバー本体１５の長手方向の中央までにかけて、中空３１に形成する。
図４は、ラックバー本体１５の端面図である。
また、図４に示すように、中空３１による断面は、円形状を有する。円形状の中空３１は、ラックバー本体１５の中実円柱形状と同心に形成される。
これにより、中実円柱形状のラックバー本体１５についての長手方向の他端側の半分の部分の剛性は低下する。中実円柱形状のラックバー本体１５の剛性は、長手方向の一端側の部分ではラックギア１６が形成される部分Ａで低下し、長手方向の他端側の部分では中空３１が形成される部分で低下する。ラックバー本体１５の剛性は、長手方向において全体的に低下する。
その結果、ステアリングホイール６を右側へ操舵した場合での応答や反応と左側へ操舵した場合での応答や反応との差が軽減され得る。左右への操舵の応答や反応のアンバランスが改善され、運転手に対して左右の操舵感の違いが伝わり難くなる。

以上のように、本実施形態では、ラックバー１４の長手方向の他端側の半分は中空３１に形成されている。すなわち、ラックバー１４の長手方向の他端側には、ラックギア１６と対応する部分Ｂに低剛性部３２が形成される。これにより、ラックバー１４の長手方向の両端各々には剛性が低い部分が形成され、ラックバー１４の剛性バランスは中央対称的な剛性となる。その結果、ステアリングホイール６を右側へ操舵した場合での応答や反応と、左側へ操舵した場合での応答や反応との差が改善され、操舵感の左右差を改善することができる。

また、本実施形態では、ラックバー１４に中空３１を形成することにより、低剛性部３２を形成する。この場合、ラックバー１４の外周面に溝などの加工を施すことなく、低剛性部３２を形成することができる。ラックバー１４の外周面をたとえば本来の円柱外形に維持し、低剛性部３２を持たない従来のラックバー１４と同様にＯリング２８により簡易に支持させることができる。ラックバー１４の長手方向への擦動にも新たな問題が生じにくい。
これに対して、仮にたとえばラックバー１４の外周面に溝などを形成した場合、ラックバー１４の支持部品であるＯリング２８などには、ラックバー１４の外周面の溝形状に対応した形状のものとしなければならない。また、支持部品についての溝に入り込む部分は溝内でラックバー１４と擦れ易くなり、ラックバー１４の擦動抵抗が増え、操舵性を全体的に悪化させてしまう。

また、本実施形態のラックバー１４は、長手方向の他端側の端面から、少なくとも低剛性部３２までにかけて中空３１に形成される。このように他端側の端面から低剛性部３２までにかけて穴を空けるようにすることで、たとえば端面からのドリル加工などにより、中実な円柱形状のバー本体に対して、ラックバー１４の外周面に加工を加えることなく、ラックギア１６と対応する部分Ｂに低剛性部３２を、容易に形成することができる。

また、本実施形態では、中空３１が円形状の断面であるので、低剛性部３２の剛性に方向性を持たせないようにできる。よって、たとえば車輪３に外力が作用してラックバー１４に対してねじれを伴うような外力が作用した場合でも、ねじれたラックバー１４は円柱外形を維持し易い。その結果、ラックバー１４とハウジング２１との間の隙間が変化し難くなり、ラックバー１４の直動負荷が大きくなり難い。

［第二実施形態］
図５は、第二実施形態に係る操舵装置１０の構造の説明図である。

図５のラックバー１４では、ラックバー本体１５の長手方向他端側の部分には、ラックバー本体１５の長手方向他端側の端面から、ラックギア１６と対応する部分Ｂまでにかけて、中空３３に形成されている。ここで、ラックギア１６と対応する部分Ｂとは、ラックバー本体１５の長手方向中央について、ラックギア１６が形成される範囲と対称となる範囲の部分をいう。
これ以外の構成は、第一実施形態と同様である。

以上のように、本実施形態では、ラックバー本体１５の長手方向他端側の端面から、ラックギア１６と対応する部分Ｂまでにかけて、中空３３に形成されている。よって、第一実施形態と同様にラックバー１４の剛性バランスは中央対称的な剛性となり、操舵感の左右差を改善することができる。
しかも、第一実施形態と異なり、ラックバー本体１５においてラックギア１６と対応する部分Ｂより中央側の部分には、中空が形成されていない。ラックバー本体１５の中央部分は中実円柱形状のままとなり、中実円柱形状のラックバー本体１５としての本来の剛性を確保することができる。

［第三実施形態］
図６は、第三実施形態に係る操舵装置１０の構造の説明図である。

図６のラックバー１４では、ラックバー本体１５の長手方向一端側の部分には、ラックバー本体１５の長手方向一端側の端面から、ラックギア１６が形成される部位の手前までにかけて中空３４に形成される。ここで、ラックギア１６が形成される部分Ａとは、ラックバー本体１５の長手方向中央について、ラックギア１６が形成される範囲の部分をいう。
これ以外の構成は、第二実施形態と同様である。

以上のように、本実施形態のラックバー１４は、長手方向の他端側の部分だけでなく、一旦側の部分においても、長手方向の一端側の端面から、ラックギア１６が形成される部位の手前までにかけて中空３４に形成される。このように一端側の端面からラックギア１６が形成される部位の手前までにかけて穴を空けるようにすることで、低剛性部３２の形成の容易性を損なうことなく、ラックバー１４の両端部分の剛性についてもバランスさせることができる。

［第四実施形態］
図７は、第四実施形態に係る操舵装置１０のラックバー本体１５の端面図である。

図７のラックバー本体１５には、一部切り欠き円形状の断面の中空３５が形成される。略円形の中空３５の中心と、ラックバー本体１５の円柱外形の中心とは、同じである。
また、一部切り欠きは、ラックギア１６側となるように形成されている。これにより、ラックギア１６の歯たけ方向において残属するラックバー本体１５の厚さ（両側の厚さの合計）は、歯たけ方向と垂直な方向において残属する厚さよりも大きくなる。
これ以外の構成は、第一実施形態と同様である。

以上のように、本実施形態では、ラックバー本体１５の中空３５が、一部切り欠き円形状の断面に形成されている。このように中実円柱形状のラックバー本体１５に形成する中空３５を非円形状とすることにより、ラックバー本体１５の曲げに対する剛性に方向性を持たせることができる。低剛性部３２の剛性に方向性を持たせることができる。
特に、本実施形態のように、ラックギア１６の歯たけ方向において残存する厚さを、歯たけ方向と垂直な方向において残属する厚さよりも大きくすることにより、ラックバー本体１５に対して歯たけ方向へ曲げる力が作用した場合に、ラックバー本体１５の両端部分が共に曲がり易くなる。これに対して、歯たけ方向と垂直な方向に曲げる力が作用した場合に、ラックバー本体１５の両端部分が共に相対的に曲がり難くなる。ラックバー本体１５の曲げ特性についても、両側部分において同様の傾向に揃えることができる。操舵間の左右差を更に低減することができる。すなわち、相対的に言って、ラックギア１６の歯たけ方向に沿った方向に曲げ易く、それと垂直な方向に曲げ難い特性を持たせることができる。
なお、本実施形態では、第一実施形態に適用した例で説明しているが、第二実施形態または第三実施形態に適用しても同様の効果を期待できる。

［第五実施形態］
図８は、第五実施形態に係る操舵装置１０のラックバー本体１５の端面図である。

図８のラックバー本体１５には、楕円形状の断面の中空３６が形成される。楕円形状の中空３６の中心と、ラックバー本体１５の円柱外形の中心とは、同じである。
また、楕円は、短手方向がラックギア１６の歯たけ方向に沿って、長手方向がラックギア１６の歯たけ方向と垂直な方向とされている。これにより、ラックギア１６の歯たけ方向において残属するラックバー本体１５の厚さ（両側の厚さの合計）は、歯たけ方向と垂直な方向において残属する厚さよりも大きくなる。
これ以外の構成は、第一実施形態と同様である。

以上のように、本実施形態では、ラックバー本体１５の中空３６を楕円形状の断面として、ラックバー本体１５の曲げに対する剛性に方向性を持たせることができる。低剛性部３２の剛性に方向性を持たせることができる。
しかも、ラックギア１６の歯たけ方向において残存する厚さを、歯たけ方向と垂直な方向において残属する厚さよりも大きくしているので、ラックギア１６の歯たけ方向に沿った方向に曲げ易く、それと垂直な方向に曲げ難い特性を持たせることができる。
なお、本実施形態では、第一実施形態に適用した例で説明しているが、第二実施形態または第三実施形態に適用しても同様の効果を期待できる。

以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。

なお、本実施形態においてラックバー１４の剛性とは、ステアリング操作の際に運転手により認識される剛性をいう。ラックバー１４の剛性は、たとえばステアリング転舵トルクＴに対する転舵角θ（剛性Ｋ＝Ｔ／θ）として計測することが可能である。
図９は、ラックバー１４の剛性の計測方法の一例の説明図である。
図９（Ａ）において、測定対象の操舵装置１０は、自動車１に搭載した場合と同等の状態で固定される。すなわち、ハウジング２１は、長手方向両端において固定される。また、ラックバー１４についての測定側の左端には、インナーボールジョイント４１により、ラックエンド用のタイロッド４２の一端が連結される。タイロッド４２の他端は、アウタボールジョイント４３により、自動車１でのサスペンションのジオメトリに対応する状態で固定される。ただし、ラックバー１４の右端には、何も取り付けない。
この状態で、ステアリングホイール６を左へ回転させることで、ステアリングホイール６の操舵角θＬと操舵トルクＴＬとを測定できる。
また、図９（Ｂ）において、ハウジング２１は、長手方向両端において固定される。また、ラックバー１４についての測定側の右端には、インナーボールジョイント４１により、ラックエンド用のタイロッド４２の一端が連結される。タイロッド４２の他端は、アウタボールジョイント４３により、自動車１でのサスペンションのジオメトリに対応する状態で固定される。ただし、ラックバー１４の左端には、何も取り付けない。
この状態で、ステアリングホイール６を右へ回転させることで、ステアリングホイール６の操舵角θＲと操舵トルクＴＲとを測定できる。
そして、上述した各実施形態による操舵装置１０では、ハンドルバー１４においてラックギア１６の反対側に低剛性部３２が形成されているので、ステアリングホイール６を左へ回す際のラックバー１４の剛性（ＴＬ／θＬ）と、ステアリングホイール６を右へ回す際のラックバー１４の剛性（ＴＲ／θＲ）との差を小さくできる。

１…自動車（車両）
２…車体
３…車輪
４…運転席
５…助手席
６…ステアリングホイール
１０…操舵装置
１１…ピニオンシャフト
１２…ピニオンギア
１４…ラックバー
１５…ラックバー本体
１６…ラックギア
２１…ハウジング
２２…ハウジング本体
２３…ラックバー貫通孔
２４…ピニオンシャフト穴
２６…ラックガイド
２７…スプリング
２８…Ｏリング
３１…中空
３２…低剛性部
３３…中空
３４…中空
３５…中空
３６…中空
４１…インナーボールジョイント
４２…タイロッド
４３…アウタボールジョイント

Claims (2)

1. 車両において操舵力を車輪に伝達する操舵装置であって、
   ピニオンギアを外周面に有するピニオンシャフトと、
   前記ピニオンギアと噛み合うラックギアを長手方向に沿って有するラックバーと、
   を備え、
   前記ラックバーは、前記長手方向の一端側に前記ラックギアを有するとともに、前記長手方向の他端側において、長手方向中央からみて一端側において前記ラックギアがある領域と対応するような他端側の領域に中空の低剛性部を有し、
   前記中空による断面は、たとえば楕円形状、一部切り欠き円形状といった非円形状を有し、
   前記低剛性部は、非円形状の前記中空が形成されることにより、前記ラックギアの歯たけ方向に沿った方向への曲げ剛性が、前記歯たけ方向と垂直な方向に沿った方向への曲げ剛性より低い、
   車両の操舵装置。
2. 前記ラックバーは、前記長手方向の一端側の端面から、前記ラックギアが形成される部位の手前までの範囲に、中空をさらに有する、
   請求項１記載の車両の操舵装置。

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