JPH0537905Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、車両用の可変ギヤ比型動力舵取装
置の改良に関し、特に、ステアリングホイールの
操舵角が大きいときの操舵力を軽減するととも
に、ステアリングホイールの取回しの煩わしさを
軽減するような可変ギヤ比にした可変ギヤ比型動
力舵取装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の車両用の可変ギヤ比型動力舵取装置にあ
つては、動力舵取装置であるために手動舵取装置
に比べて出力的に十分余裕があるので、ステアリ
ングホイールの操舵角を小さくして、ステアリン
グホイールのいわゆる取回しの煩わしさ（すなわ
ち操舵の忙しさ）を軽減することができるという
利点を有する。

この目的のため、ステアリングホイールの回転
に連動して移動するボールナツトに形成されたラ
ツクと、操向車輪側に連結されたセクタギヤとの
噛み合いに基づくギヤ比の、セクタギヤの回転角
に対する変化のパターンを、操舵の中立位置にお
いてギヤ比を最大とし、左右方向の操舵角の増大
に伴つてギヤ比を減少させるものが一般に採用さ
れている。（例えば、米国特許第2953932号明細書
あるいは同第3500700号明細書を参照のこと。） 〔考案が解決しようとする問題点〕 しかしながら、このような従来の可変ギヤ比型
動力舵取装置にあつては、最近の車両におけるタ
イヤ幅の増大傾向や、FF車の採用あるいはトラ
ツクにおける前輪荷重の増大等のため、動力舵取
装置の据切り能力の限界に近い状態では、ステア
リングホイールの中立位置近傍での据切りは可能
ではあつても、操舵角増加とともにギヤ比が減少
していくため、(a)ギヤ比が直接的に寄与する手動
出力分が操舵角の増加とともに低下すること、(b)
ボールナツトの受圧面に作用する油圧とセクタギ
ヤのピツチ円半径との積であるトルクとして得ら
れる油圧出力分も、操舵角の増加とともにピツチ
円半径が小さくなるために、操舵角の増加ととも
に低下すること、(c)セクタギヤと操向車輪との間
を連結するリンク機構において、例えば、ピツト
マンアームの揺動により往復移動されるドラツク
リンクが、操舵の中立位置近傍では揺動のほぼ接
線方向に移動されるのに比して、操舵角の増大と
ともに接線方向から角度が付いてドラツクリンク
推力が小さくなるため、リンク効率が操舵角の増
大とともに低下すること、等の理由から、特に、
トラツク等において、車種あるいは積荷位置等に
よつて前輪荷重が大きい場合には、大きな操舵角
領域では据切りができなくなる場合があるという
問題点があつた。

この考案は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、ボールナツトの受圧面積の増
加や油圧ポンプの容量増加あるいは油圧力増加等
は何等行わず、単にギヤ比の変化パターンを的確
に設定するだけで、従来と同等の操舵中立位置近
傍における直進走行時の適度なレスポンスを確保
し、かつ使用頻度の多い一般走行領域でのクイツ
クなステアリングホイールの取回しを確保すると
ともに、大きな操舵角領域における手動出力分及
び油圧出力分を増大させて、大きな操舵角領域に
おける操舵力、特に据切り能力を増大させるよう
にした可変ギヤ比型動力舵取装置を提供すること
を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、この考案の可変ギヤ比型動力舵取装置
は、ステアリングホイールの回転に連動して移動
するボールナツトに形成されたラツクと操向車輪
側に連結されたセクタギヤとの噛み合いに基づく
ギヤ比が、そのセクタギヤの回転角に対して変化
しているとともに、ボールナツトの受圧面に油圧
を供給することによりセクタギヤにアシスト力を
付与することが可能である可変ギヤ比型動力舵取
装置において、 ギヤ比が、セクタギヤが中立位置又は中立位置
近傍に向けて回転するほど大きな値となり、かつ
左右方向の最大回転角に向けて回転するほど大き
な値となるとともに、セクタギヤの中立位置と最
大回転角との間で最小値となるように構成されて
いることを特徴とするものである。

〔作用〕

ステアリングホイールを中立位置近傍に操舵し
ている状態ではギヤ比が大きく、従つて、直進走
行時には適度な操作レスポンスが確保される。ま
た、一般走行におけるステアリングホイール取回
しの使用頻度の多い操舵角領域になるとギヤ比が
小さくなり、このため、クイツクなステアリング
ホイールの取回しが確保される。そして、大きな
操舵角領域になるとギヤ比が大きくなるので、ギ
ヤ比自体が寄与する手動出力分が増大するととも
に、セクタギヤのピツチ円半径が大きくなること
により油圧出力分が増大し、大きな操舵角領域に
おける出力トクルが増大し、特に、据切り能力が
増大する。

〔実施例〕

以下、この考案の一実施例を図面を参照して説
明する。

まず構成を説明する。

第１図において、動力舵取装置のハウジング１
の後端側（図面上右方）に取り付けられたリヤカ
バー２にスタブシヤフト３が回転自在に軸支さ
れ、このスタブシヤフト３は図示しないステアリ
ングホイール及びステアリングシヤフトに連結さ
れ、このスタブシヤフト３によりステアリングホ
イール側からの操舵入力トルクが動力舵取装置に
入力され、かつ操向車輪側からの操舵反力トルク
がステアリングホイール側に伝達される。

ハウジング１の内部において、スタブシヤフト
３にはロータリー型のコントロールバルブ４を構
成するロータ５が、ピン６によりスタブシヤフト
３と同軸かつ一体に回転するように取り付けられ
る。そして、ロータ５の外周とリヤカバー２の内
周との間には、ロータ５とともにコントロールバ
ルブ４を構成するスリーブ７がリヤカバー２に対
して回転自在に装着される。

スタブシヤフト３の先端側の軸心部分に形成さ
れた凹所には、トーシヨンバー８の後端部が挿入
されてピン９によりスタブシヤフト３と同軸かつ
一体に回転するように固定され、このトーシヨン
バー８はハウジング１内を前端側（図示上左方）
に延びる。また、トーシヨンバー８の外周には、
ウオーム１０が配置され、このウオーム１０の後
端側は、その内径部においてベアリング１１等に
よりスタブシヤフト３を回転自在に支承し、かつ
ピン１２によりスリーブ７と同軸かつ一体に回転
するように連結され、一方、ウオーム１０の前端
側は、ハウジング１の前端側にねじ込んで取り付
けられたフロントカバー１３に対してベアリング
１４によつて回転自在に支持されるとともに、ピ
ン１５によりトーシヨンバー８の前端側と一体回
転するように連結される。

ウオーム１０の外周には、ウオーム１０のねじ
溝に沿つて配列されたボール１６を介してボール
ナツト１７が装着され、このボールナツト１７は
ウオーム１０の回転に伴つてウオーム１０の軸方
向に往復移動する。そして、ボールナツト１７の
外側に形成されたラツク１７ａと、ハウジング１
に回転自在に軸支されたセクタシヤフト１８に固
定されたセクタギヤ１９とが噛み合い、ボールナ
ツト１７の往復移動に伴つてセクタシヤフト１８
が回転する。さらに、このセクタシヤフト１８
に、図示しないピツトマンアーム、ドラツクリン
ク、ナツクルアーム、タイロツドアーム、タイロ
ツド等のステアリングリンク機構が連結される。

ボールナツト１７の前方及び後方には、それぞ
れ前部油圧室Ｂ及び後部油圧室Ｃが形成され、こ
れらの油圧室Ｂ及びＣはそれぞれ油路２０及び２
１を介してコントロールバルブ４に連通され、コ
ントロールバルブ４は油路２２，２３を介して、
図示しない油圧ポンプ及びタンクに接続される。

ラツク１７ａとセクタギヤ１９との噛み合いに
おけるギヤ比は、ラツク１７ａの移動すなわちセ
クタギヤ１９の回転に伴つて変化するが、一実施
例として、セクタギヤ１９のピツチ円半径を変え
るものを以下に説明する。

第２図はセクタギヤ１９のピツチ円半径を示
し、第３図は、セクタギヤ１９の回転角θとギヤ
比Ｇとの関係を表すギヤ比変化パターンを示す。

ここで、一般に、セクタギヤ１９のギヤモジユ
ール及びギヤ全円周歯数をそれぞれＭ及びＺとす
ると、セクタギヤ１９のピツチ円半径Ｒは、 Ｒ＝ZM／２ で表される。また、ボールナツト１７のねじ溝リ
ードをＬとすると、ギヤ比Ｇは、 Ｇ＝πZM／Ｌ＝2πR／Ｌ (1) で表され、ギヤ比Ｇはピツチ円半径Ｒに比例す
る。

第２図及び第３図において、セクタギヤ１９の
回転角を、操舵の中立位置で0°、右切りで＋θ、
左切りで−θとすると、ステアリングホイールの
操舵角の小さい直進走行領域に相当する（−θ₁〜
＋θ₁）の範囲ではピツチ円半径R₁を一定かつ大
きな値とし、従つてこの範囲でのギヤ比G₁を一
定かつ大きな値とする。

また、一般走行において使用頻度の多い操舵角
に対応するセクタギヤ回転角＋θ₂及び−θ₂におけ
るピツチ円半径R₂を最小値とし、従つてセクタ
ギヤ回転角｜θ₂｜におけるギヤ比Ｇを最小値とす
る。そして、（＋θ₁〜＋θ₂）及び（−θ₁〜−θ₂）
の範囲では、（＋θ₁→＋θ₂）及び（−θ₁→−θ₂）
となるに伴つて、ピツチ円半径は（R₁→R₂）と
減少していく。

さらに、ステアリングホイールの最大操舵角に
対応するセクタギヤ最大回転角＋θ₃及び−θ₃にお
けるピツチ円半径R₃を大きな値とし、従つてセ
クタギヤ最大回転角｜θ₃｜におけるギヤ比G₃を
大きな値とする。そして、（＋θ₂〜＋θ₃）及び
（−θ₂〜−θ₃）の範囲では、（＋θ₂→＋θ₃）及び
（−θ₂→−θ₃）となるに伴つて、ピツチ円半径は
（R₂→R₃）と増加していく。

第３図において、ギヤ比Ｇが一定値G₁である
定ギヤ比型の場合は、ギヤ比変化パターンが（0°
〜＋θ₃）の範囲で描く面積D_Cは、 D_C＝G₁・θ₃ となる。また、本実施例による可変ギヤ比型の場
合は、ギヤ比変化パターンが（0°〜＋θ₃）の範囲
で描く面積D_Vは、 D_V＝D₁＋D₂＋D₃ となる。このとき、 D_V＜D_C (2) となるように、可変ギヤ比型のギヤ比変化パター
ンを設定すれば、可変ギヤ比型のステアリングホ
イールの取回しは定ギヤ比型に比べて有利とな
る。

そこで、本実施例では、R₁≧R₃従つてG₁≧G₃
という関係を満足するようにR₁及びR₃従つてG₁
及びG₃を設定するものとし、第２図及び第３図
に示すものは、特に、R₁＝R₃従つてG₁＝G₃とし
たものである。

また、ボールナツト１７の受圧面積をＡ、油圧
をＰとすると、この油圧によりセクタギヤ１９が
回転されるトルクとしての油圧出力T_Pは、 T_P＝（Ｐ・Ａ）・Ｒ (3) となる。また、ステアリングホイールに与えられ
る操舵入力トルクをT_Iとすると、この操舵入力
トルクT_Iによりセクタギヤ１９が回転されるト
ルクとしての手動出力T_I・Ｇは、 T_I・Ｇ＝（2π・T_I／Ｌ）・Ｒ (4) となる。そして、両者の和である総出力T_Sは、 T_S＝T_P＋T_I・Ｇ＝（Ｐ・Ａ）・Ｒ ＋（2π・T_I／Ｌ）・Ｒ (5) となる。(3)式及び(4)式から明らかなように、油圧
出力及び手動出力ともに、セクタギヤ１９のピツ
チ円半径Ｒに比例する。

次に上記実施例の動作を説明する。

ステアリングホイールが操舵されると、操舵入
力トルクはステアリングシヤフトを介してスタブ
シヤフト３に伝達され、スタブシヤフト３が回転
する。一方、操向車輪側からの操舵抵抗トルクは
ステアリングリンク機構−セクタシヤフト１８−
セクタギヤ１９−ボールナツト１７−ボール１６
を介してウオーム１０に伝達され、スタブシヤフ
ト３とウオーム１０との間に装着されたトーシヨ
ンバー８が捩じれ、その捩じれ量に応じた弾性的
な復元トルクが操舵反力トルクとしてステアリン
グホイールに伝達される。

このトーシヨンバー８の捩じれにより、スタブ
シヤフト３に一体に固定されたロータ５とウオー
ム１０に一体に固定されたスリーブ７との間に相
対回転変位が生じ、この相対回転変位によりコン
トロールバルブ４からの圧油がボールナツト１７
の両端の前部油圧室Ｂ又は後部油圧室Ｃに選択的
に供給され、操舵抵抗トルクに対抗しかつ操舵入
力トルクを助勢するように、ボールナツト１７に
ウオーム１０の軸方向にアシスト力が働き、動力
舵取装置としての機能が発揮される。

ステアリングホイールの操舵角が中立位置近傍
にあり、従つてセクタギヤ回転角θがこれに対応
して（−θ₁〜＋θ₁）の範囲にあるときには、第３
図に示すように、ギヤ比G₁が大きく、従つて、
直進走行時には適度な操舵レスポンスが確保され
る。

ステアリングホイールがその中立位置近傍から
左右方向に操舵され、それに対応してセクタギヤ
回転角θが（＋θ₁→＋θ₂）又は（−θ₁→−θ₂）と
大きくなつていくと、ギヤ比は（G₁→G₂）と減
少していき、セクタギヤ回転角＋θ₂又は−θ₂でギ
ヤ比は最小値G₂となる。そして、ステアリング
ホイールをさらに左右方向に大きく操舵していく
と、それに対応してセクタギヤ回転角が（＋θ₂→
＋θ₃）又は（−θ₂→−θ₃）と大きくなつていき、
ギヤ比は（G₂→G₃）と大きくなつていく。この
ため、セクタギヤ回転角｜θ₂｜付近の一般走行に
おける使用頻度の多い操舵領域ではギヤ比が小さ
いため、クイツクなステアリングホイールの取回
しが確保される。

そして、ステアリングホイールが最大操舵角領
域となり、これに対応してセクタギヤ回転角が最
大回転角＋θ₃又は−θ₃近傍となると、ギヤ比G₃す
なわちピツチ円半径R₃が大きくなる。このため、
このギヤ比すなわちピツチ円半径自体が寄与する
手動出力分（(4)式参照。）が増大するとともに、
ピツチ円半径R₃が大きくなることによる油圧出
力分（(3)式参照。）が増大し、従つて、大きな操
舵角領域では総出力T_Sが増大し、特に据切り能
力が増大することになる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、この考案の可変ギヤ比型
動力舵取装置は、ギヤ比が、セクタギヤが中立位
置又は中立位置近傍に向けて回転するほど大きな
値となり、かつ左右方向の最大回転角に向けて回
転するほど大きな値となるとともに、セクタギヤ
の中立位置と最大回転角との間で最小値となるよ
うに構成したので、ボールナツトの受圧面積やシ
リンダボアの増加及びそれに伴う油圧ポンプの容
量増加あるいは油圧力増加等を何等行うことな
く、従来と同等の操舵中立位置近傍における直進
走行時の適度なレスポンスを確保し、かつ使用頻
度の多い一般走行領域でのクイツクなステアリン
グホイールの取回しを確保するとともに、大きな
操舵角領域における出力トルク、特にトラツクに
おける据切り能力を増大させることができ、さら
に、動力舵取装置における熱発生量の増大を防
ぎ、シール等の熱劣化の促進を防止できる等の効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の可変ギヤ比型動力舵取装置
の一実施例の断面図、第２図はセクタギヤのピツ
チ円半径を示す図、第３図はセクタギヤ回転角と
ギヤ比との変化パターンを示す図である。 ３……スタブシヤフト、４……コントロールバ
ルブ、５……ロータ、７……スリーブ、８……ト
ーシヨンバー、１０……ウオーム、１６……ボー
ル、１７……ボールナツト、１７ａ……ラツク、
１８……セクタシヤフト、１９……セクタギヤ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) ステアリングホイールの回転に連動して移動
   するボールナツトに形成されたラツクと操向車
   輪側に連結されたセクタギヤとの噛み合いに基
   づくギヤ比が、該セクタギヤの回転角に対して
   変化しているとともに、前記ボールナツトの受
   圧面に油圧を供給することにより前記セクタギ
   ヤにアシスト力を付与することが可能である可
   変ギヤ比型動力舵取装置において、 前記ギヤ比が、前記セクタギヤが中立位置又
   は中立位置近傍に向けて回転するほど大きな値
   となり、かつ左右方向の最大回転角に向けて回
   転するほど大きな値となるとともに、前記セク
   タギヤの前記中立位置と前記最大回転角との間
   で最小値となるように構成されていることを特
   徴とする可変ギヤ比型動力舵取装置。 (2) ギヤ比がセクタギヤのピツチ円半径を変える
   ことにより変えられる実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の可変ギヤ比型動力舵取装置。