JPS6226162A - 自動車のステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野） 本発明は、自動中のハンドル舵角に対する車輪舵角の伝
達比（減速比〉を変化させ得るようにしたステアリング
装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に、自動車のステアリング装置は、ステアリングハ
ンドルの回転運動をラックアンドピニオン等のステアリ
ングギヤ装置を介してタイロッドの横方向の変位運動に
変換し、該タイロッドの両端部に連結された左右の操舵
車輪の向きを変化させるものであるが、上記ステアリン
グハンドルの回転滑〈ハンドル舵角）と車輪のきれ角（
車輪舵角）とは通常、常に一定の対応関係に保持されて
いる。しかし、例えば自動車の高速走行時には上記ハン
ドル舵角に対する車輪舵角の伝達比を大きくして一定ハ
ンドル舵角に対する車輪舵角の大きさを小さくすること
が走行安定性を確保する上で望ましく、一方、低速走行
時には、自動車の挙動を俊敏化さＵて良好な運転フィー
リングを得たり、あるいは車庫入れを容易化づる等の見
地から、上記伝達比を逆に小さくして一定ハンドル舵角
に対する車輪舵角を大きくすることが望ましい。

そこで、かかる要求を満たすために、従来、例えば特開
昭５８−２２４８５２号公報に開示されているように、
自動車の車速に応じて上記のハンドル舵角に対する車輪
舵角の伝達比を変化させるようにした速瓜感応型のステ
アリング装置が提案されている。これは、ステアリング
ハンドルとステアリングコラムとの間に、対向する一対
の可変ピッチブーりと両ブーり間に巻き掛けられたＶベ
ルトとからなる変速機構を設けるとと−ｂに、被駆動側
のプーリのピッチ径を車速が上昇するほど大ぎくなるよ
うにステッピングモータにより制御するようにしたもの
である。これによれば、ハンドルからステアリングコラ
ムへの回転伝達比が車速の高速時はど大ぎくなり、イの
結果、一定のハンドル舵角に対する車輪の転舵角が高速
時には小さく、低速時には人ぎくなり、車速に対応した
良好なステアリング特性が得られることなる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、こうしたハンドル舵角に対する車輪舵角の伝
達比の可変制御を上記従来の如くベルト式無段変速機構
で行うのではなく、歯車機構を利用して行うようにして
もよい。すなわち、例えばハンドルから車輪に伝達され
る操舵力の伝達経路中に、ハンドル側に連結される入力
ギヤ要素と、車輪側に連結される出力ギヤ要素と、該入
力ギヤ要素間に介在される反力ギヤ要素とからなる差動
歯車機構を設け、上記反力ギヤ要素をステッピングモー
タ等のアクチュエータで作動制御することにより、伝達
比を可変制御するようにするのである。

しかし、その場合、ハンドルの操舵時、ハンドル操舵に
伴って転舵される車輪をその転舵状態に保持するために
、上記差動歯車機構の反力ギヤ要素をアクチュエータの
出力によってハンドル側や車輪側からの外乱に抗して保
持する必要があり、その分、アクチュエータの保持力を
大きく設定せねばならず、アクチュエータの大型化をＩ
Ｈ＜等の問題が生じる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、その
目的とするところは、上記の伝達比可変機構を構成づる
差動歯車機構にＪ３ける反力ギヤ要素と、該反力ギヤ要
素を作動制御するアクチュエータとを特定の連結手段に
よって連結することにより、ハンドル側や車輪側から外
乱が入力されてもアクチュエータに負荷がかからないよ
うにして、アクチュエータの保持力を小さくし得るよう
にすることにある。

〈問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、ステ
アリングハンドルの操舵力をステアリングギヤ装置を介
して車輪に伝達する操舵力伝達経路中に、ハンドル側に
連結された入力ギヤ要素と、車輪側に連結された出カギ
せ要素と、上記入出力ギヤ要素間に介在される反カギャ
￥ｌ素とからなる差動歯車機構で構成されてなり、ハン
ドル舵角に対する中輪舵角の伝達比を変化させる伝達比
可変機構を設ける。

さらに、自動車の車速等の運転状態を検出する運転状態
検出手段と、該検出手段からの信号を受（ｊで制御信号
を出力するコントローラと、該コントローラからの制御
信号に基づいて上記伝達比可変磯構を作動制御するステ
ッピングモータ等のアクチュエータとを設ける。そして
、上記伝達比可変機構の反力ギヤ要素にウオームホイー
ルを、アクチュエータの出力軸に上記ウオームホイール
と噛み合うウオームをそれぞれ連結することにより、ア
クチュエータ出力軸の回転をウオームおよびつＡ−ムホ
イールを介して反力ギヤ要素に伝達するように構成する
。

（作用） したがって、上記の構成により、本発明では、ステアリ
ングハンドルを操舵して車輪を転舵すると、そのときの
自動車の運転状態が運転状態検出手段にＪこり検出され
、この検出手段の出力を受けたコントローラからの制御
信号に基づいてアクチュエータが作動して、このアクチ
ュエータの作動により伝達比可変機構における差動歯車
機構の反力ギヤ要素が作動制御され、ハンドル舵角に対
する車輪舵角の伝達比が可変制御される。

その場合、上記差動歯車機構の反力ギヤ要素はアクチュ
エータの出力軸に対し、反力ギヤ要素側のウオームホイ
ールとアクチュエータ側のウオームとからなるウオーム
ギヤ機構を介して連結されているため、アクチュータか
ら差動歯車ｉ構の反力ギヤ要素へのみ回転駆動力が伝達
されるが、ハンドル側や車輪側に入力される外乱が差動
歯車機構を介してアクチュエータに伝達されて該アクチ
ュータに負荷がかかるのは阻止される。それ故、ハンド
ルの操舵時における車輪の転舵状態をアクチュエータの
小さい保持力でもって保持することができ、アクチュエ
ータの保持力を小さくすることができることになるので
ある。

（実施例） 以下１本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例の全体構成を示し、１は中心に
ハンドル軸２の一端が固着されたステアリングハンドル
、３は、上記ハンドル軸２の他端に中間軸４を介して連
結されるとともに、ピットマンアーム５．タイロッド６
等よりなるリンク機構７を介して左右の操舵車輪８，８
に連結されたステアリングギヤ装置であって、上記ハン
ドル１とステアリングギヤ装置３との間の操舵力伝達経
路の途中にはハンドル舵角θＨに対する車輪舵角θＷへ
の伝達比Ｒを変化させる伝達比可変機構９が設けられて
いる。

上記伝達比可変機構９は、第２図ないし第４図に拡大詳
示するように、ハウジング１ｏ内に遊星歯車式の差動歯
車機構１３を備えてなり、該差動歯車機構１３はハウジ
ング１０内に臨む上記中間軸４と、該中間軸４と同一軸
線上に対向配置されかつ中間軸４と反対側の端部におい
て上記ハンドル軸２に駆動連結される入力軸１２との間
に設けられている。上記差動歯車機構１３は、上記ハン
ドル１側に連結される入力軸１２に固着された入カギＶ
要素としてのサンギヤ１４と、上記車輪８゜８側に連結
される中間軸４に固着された出力ギヤ要素としてのリン
グギヤ１５と、該両ギ°％フ１４　。

１５間に両ギヤ１４．１５とそれぞれ噛み合うように等
角度間隔で介在された反カギ１７要素としての３個のプ
ラネタリビニオン１６．１６．・・・とからなり、該ビ
ニオン１６．１６．・・・は上記入力軸１２上に回転自
在に外嵌合されたビニオンキャリア１８にビニオン軸１
７．１７．・・・を介して担持されている。また、本発
明の特徴として、上記ビニオンキャリア１８の外周には
ウオームホイール１９が形成され、該ウオームホイール
１９には回転軸１１に固着したウオーム２１が噛み合わ
され、上記回転軸１１はステッピングモータ２０の回転
出力軸２０ａに連結されている。にっで、ステッピング
モータ２０の回転によりウオーム２１およびウオームホ
イール１つを介して差ｆｌＩ歯車ｎｊｆ１ｉ３を作動制
御し、そのビニオンキャリア１８を入力軸１２回りに回
転させてキャリア１８に担持されたプラネタリビニオン
１６．１６．・・・をサンギヤ１４とリングギヤ１５と
の間で転勤させ、このビニオン１６．１６．・・・の転
動によりハンドル軸２ないしサンギヤ１４からリングギ
ヤ１５および中間軸４に至る回転量を増減制御すること
にＪ：す、ハンドル舵角θＨに対する車輪舵角θＷの伝
達比Ｒを変化させるように構成されている。

一方、４０は上記伝達比可変機構９を作動制御するステ
ッピングモータ２０に制御信号を出力してそれを制御す
るコンピュータよりなるコントローラであって、該コン
トローラ４０には、上記ステアリングハンドル１のハン
ドル舵角θＨを検出するエンコーダよりなるハンドル舵
角センサ４１と、自動車の車速■を検出する車速センサ
４２との各出力信号が入力されている。上記ハンドル舵
角センサ４１は第２図に示すように上記ハウジング１ｏ
内に取り付けられ、その回転軸４１ａは上記入力軸１２
に対し、入力軸１２に固着した駆動ギヤ２２および該駆
動ギヤ２２に噛み合う被駆動ギヤ２３を介して駆動連結
されており、これら両センサ４１．４．２により自動車
の運転状態を検出する運転状態検出手段が構成される。

そして、上記コントローラ４０は、第６図に詳示するよ
うに、上記ハンドル舵角センサ４１および車速、センサ
４２によりそれぞれ検出されたハンドル舵角θＨおよび
車速を、予め設定されて特性記憶部４３に記憶された特
性マツプに照合比較して伝達比可変機１ｆｌ）９で制御
すべき目標伝達比Ｒを演算する目標伝達比演算部４４と
、該演鋒部４４の出力信号に基づいてステッピングモー
タ２０を、上記演綽された目標伝達比Ｒに対応する回転
角に一致するように駆動するモータ駆動部４５とからな
る。尚、上記特性マツプは、ハンドル舵角θＨに対する
車輪舵角θＷの伝達比Ｒが車速■が速くなるほど大きく
なるように設定されている。

尚、上記差動ｍ車機構１３における各プラネタリビニオ
ン１６はビニオン軸１７の軸方向に分割ギヤ１６ａ、１
６ａに２分割されていて、該各分割ギψ１６ａが回転自
在にビニオン軸１７に支持されている。また、上記分割
ギヤ１６ａ、１６ａにはビニオン軸１７の周囲に配置し
たリング状の捩りばね１６ｂの端部がそれぞれ係合され
ており、この捩りばね１６ｂの捩り力により両分割ギ＼
７１５ａ、１６ａが逆方向に相対的に回転付勢されてい
る。

また、第２図および第５図に示すように、上記伝達比可
変機構９とステアリングハンドル１との間の操舵力伝達
経路中にはハンドル１の操舵に対し所定の手応え力（反
力〉を付与する手応え装置２４が設けられている。該手
応え装置２４は、上記入力軸１２と平行に配置されてハ
ウジング１０に回転自在に支承されたばね軸２５を有し
、該ばね軸２５には上記入力軸１２上の駆動ギヤ２２に
噛合する被駆動ギヤ２６が一体的に固着され、該被駆動
ギヤ２６の直径は入力軸１２側の駆動ギヤ２２よりも大
に設定されて、両ギヤ２２．２６により減速機構２７が
構成されており、ハンドル１の操舵に伴う入力軸１２の
回転を減速機構２７により減速してばね軸２５ζ伝え、
ハンドル１を中立位置から最大操舵角位置まで操舵する
とばね軸２５が略１回転する（つまり回転角度で略３６
０°となる）ようになされている。上記ばね軸２５の回
りには一対の筒状のばね取付部材２８．２８が同心状に
かつ回転自在に外嵌合され、該各ばね取付部材２８の対
向側部にはその内周面からばね軸２５側へ突出する係合
片２９がボルト３０により取り付けられている。また、
ばね軸２５には上記両係合片２９．２９と係合可能な係
止キー３２がボルト３１により固定され、この係止キー
３２と各係合片２９との係合により各ばね取付部材２８
がばね軸２５と一体的に回転する。また、上記ばね取付
部材２８．２８にはそれぞれ該ばね取付部材２８．２８
周りに互いに逆向きに巻かれた渦巻ばね３３，３３の内
端が係止され、該各渦巻ばね３３の外端は上記ハウジン
グ１０にボルト３４゜３４により固着されており、この
各渦巻ばね３３のばね力により対応するばね取付部材２
８を回動付勢するようになされている。さらに、上記各
ばね取付部材２８の外周には上記係合片２９に略対応す
る部位に当金３５がボルト３６により固定されている。

また、上記ハウジング１０には上記当金３５に当接して
各ばね取付部材２８の回転を停止さけるボルト部材より
なるストッパ部材３７が貫通支持されており、この各ス
トッパ部Ｕ３７が対応する当金３６に当接した状態では
、各渦巻ばね３３が解放状態とならずにばね力が残留し
て、その両渦巻ばね３３，３３の残留ばね力がばね軸２
５を介して拮抗相殺するように設定されている。

そして、ハンドル１の操舵に伴ってばね軸２５が一方向
に回転したときには、ばね軸２５外周の係止キー３２と
各ばね取付部材２８内周の係合片２９との係合により、
ばね取付部材２８がばね軸２５と一体的に回転して対応
する渦巻ばね３４を小径方向に収縮させ、そのばね３３
の復帰力によりばね軸２５の回転に抵抗を与えてハンド
ル１の操舵に手応え力を付与づ−るように構成されてい
る。

したがって、上記実施例においては、自動車の走行中、
ステアリングハンドル１を操舵すると、そ１７）　ｌ）
Ｊきはハンドル軸２を介して伝達比可変機構９における
入力軸１２に伝達されて差動歯車機構１３のサンギヤ１
４が回転する。また、上記ハンドル１の操舵に伴って変
化するハンドル舵角θＨがハンドル舵角センサ４１によ
り検出されるとともに、そのときの車速Ｖが車速センサ
４２によって検出、され、これら両センサ４１，４２の
出力信号を受けたコントローラ４ｏからＥ記差動歯車機
構１３を作動制御するステッピングモータ２０に制御信
号が出力されて該モータ２０が回転制御され、このモー
タ２０の回転によりウオーム２１およびウオームホイー
ル１９を介してピニオンキャリア１８が回転駆動される
。すなわち、上記差動歯巾機構１３では、サンギヤ１４
がハンドル１の舵角θＨに比例した角度だけ回転すると
同時に、ピニオンキャリア１８がコントローラ４０によ
り制御されるステッピングモータ２０の回転角に応じて
回転されるようになる。このため、差動歯車ｎ構１３の
リングギヤ１５およびそれと一体の中間軸４は上記ハン
ドル舵角θＨに対しピニオンキャリア１８の回転角を増
減した角度だけ回転することになり、この中間軸４の回
転により車輪８゜８が転舵され、このことによってハン
ドル舵角θＨに対する車輪舵角θＷの伝達比Ｒが可変制
御される。

その場合、上記ステッピングモータ２０の出力軸２０ａ
に一体結合された回転軸１１にはウオーム２１が取り付
けられ、差動歯車機構１３のピニオンキャリア１８には
該ウオーム２１に噛み合うウオームホイール１９が形成
されているので、ステッピングモータ２ｏの出力軸２０
ａの回転はウオーム２１およびウオームホイール１９を
介してピニオンキャリア１８に伝達されるが、ハンドル
１側や車輪８．８（Ｉｌｌｌに入力される外乱が差動歯
巾機構１３を介してモータ２０に伝達されるのは阻止さ
れ、該モータ２ｏの出力軸２０ａに負荷がかかることは
なくなる。その結果、ハンドル１の操舵時、車輪８．８
の転舵状態をステッピングモータ２０の小さい保持力で
保持できることになり、モータ２０の保持力を小さくす
ることができる。

また、上記差動歯巾機構１３における各プラネタリピニ
オン１６が２つの分割ギヤ１６ａ、１６ａに２分割され
、該分割ギヤ１６ａ、１６ａが捩りばね１６ｂの捩り力
により互いに逆方向に回転付勢されているので、差動歯
車機構１３のサンギヤ１４とリンクギヤ１５との間に寸
法誤差があってもそれは吸収されて、サンギヤ１４およ
びリングギヤ１５と各プラネタリピニオン１６との歯の
噛合いにおけるバツクラツシを軽減でき、差動歯車機構
１３でのガタを有効に防止することができる。

さらに、上記ハンドル１と伝達比可変機構９との間に渦
巻ばね３３．３３のばね力によってハンドル１の操舵に
対し手応え力を与える手応え装置２４が設けられている
ため、その手応え装置２４によりハンドル１の操舵力を
適度に増大させてそれを適正な範囲に設定覆ることがで
き、ハンドル操舵の際の運転者が受ける操作フィーリン
グを向上させることができるとともに、手応え装置２４
による抵抗により伝達比可変機構９への負荷を軽減する
ことができる。

しかも、上記手応え装置２４のばね軸２５はハンドル１
に連結される入力軸１２ど減速機手ｔ２７を介して連結
されており、ハンドル１の回転が減速されてばね軸２５
に伝達されるため、ハンドル１の操舵範囲に対しばね軸
２５を左右方向に略１回転させるだけで済み、渦巻ばね
３３．３３による手応え力の設定が容易になり、ハンド
ル１を中立位置から左右いずれの方向に操舵しても手応
え力が対称的に増大する手応え特性を良好に得ることが
できる。

尚、−Ｆ記実施例では、差動歯巾機構１３における各ブ
ラモネタリビニオン１６を分割ギヤ１６ａ。

１６ａに２分割し、該両分側ギヤ１６ａ、１６ａを捩り
ばね１６ｂにより互いに逆方向に回転付勢することによ
り、サンギヤ１４およびリングギヤ１５と各プラネタリ
ピニオン１６との歯の噛合いにおけるバックラッシを軽
減さぼるようにしたが、第７図に模式的に示すように、
差動＠車機構１３′に分割されていないプラネタリピニ
オン１６′を４個段けるとともに、ビニオンキャリア１
８′を、サンギヤ１４の直径方向に対向する対なるプラ
ネタリビニオン１６’１６’の８対をぞれぞれ担持する
互いに相対回転可能な分割キャリア１８Ｊ　ａ　、　ｉ
　Ｂ＋　ａに２分割し、両分割キ１１リア１８′ａ、１
８’ａをスプリング等の弾性手段３８によって相対的に
回転付勢することにより、サンギヤ１４およびリングギ
ヤ１５と各プラネタリビニオン１６′との噛合部分のバ
ックラッシを軽減させるように変更してもよく、上記実
施例と同様の作用効果を奏することができる。

〈発明の効果） 以上の如く、本発明によれば、ハンドル舵角に対する車
輪舵角の伝達比をアクチュエータにより作動制御される
差動歯車機構によって変化させるようにした自動車のス
テアリング装置において、アクチュエータと差ｅ歯車機
構の反力ギヤ要素とをウオームギヤ機構を介して連結す
るようにしたことにより、アクチェータの駆動力を差動
歯車機構に伝達しながら、ハンドル側や車輪側からの外
乱によりアクブーユエータに負荷がかかるのを阻止して
、車輪の転舵保持のためのアクチュエータの保持力を小
さくでき、ひいてはアクチュエータの小型化を図ること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はステアリング装
置の全体構成を示す斜視図、第２図は伝達比可変機構お
よびその周辺部の構成を示す所面図、第３図ないし第５
図はそれぞれ第２図の■−■線ないしＶ−Ｖ線断面図、
＠６図はコントローラの構成を示すブロック図である。 第７図は伝達比可変機構の変形例を示す模式斜視図であ
る。 １・・・ステアリングハンドル、３・・・ステアリング
ギヤ装置、８・・・車輪、９・・・伝達比可変機構、１
３゜１３′・・・差動歯車機構、１４・・・リンギヤ、
１５・・・リングギヤ、１６．１６’　・・・プラネタ
リビニメン、１８．１８’・・・ビニオンキャリア、１
９・・・ウオームホイール、２０・・・ステッピングモ
ータ、２１・・・ウオーム、４０・・・コントローラ、
４１・・・ハンドル舵角センサ、４２・・・車速センサ
。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステアリングハンドルの操舵力をステアリングギ
   ヤ装置を介して車輪に伝達する操舵力伝達経路中に設け
   られ、ステアリングハンドル側に連結された入力ギヤ要
   素と、車輪側に連結された出力ギヤ要素と、上記入出力
   ギヤ要素間に介在される反力ギヤ要素とからなる差動歯
   車機構で構成され、ハンドル舵角に対する車輪舵角の伝
   達比を変化させる伝達比可変機構を備えるとともに、自
   動車の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出
   手段からの信号を入力して制御信号を出力するコントロ
   ーラと、該コントローラからの制御信号に基づいて上記
   伝達比可変機構を作動制御するアクチュエータとを備え
   てなり、上記伝達比可変機構の反力ギヤ要素にはウォー
   ムホイールが、アクチュエータの出力軸には上記ウォー
   ムホイールに噛み合うウォームがそれぞれ連結されてい
   て、アクチュエータの出力軸の回転をウォームおよびウ
   ォームホイールを介して反力ギヤ要素に伝達するように
   構成されていることを特徴とする自動車のステアリング
   装置。