JPS6231562A - 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、自動車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と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
グハンドルの回転量（ハンドル舵角）と車輪のきれ角（
Ｔｔ１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
ハンドル舵角に対プ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ぎさを小さくする
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せて良好な運転フ
ィーリングを得たり、あるいは車庫入れを容易化する等
の見地から、上記伝達比を逆に小さくして一定ハン下ル
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度感応型のステ
アリング装置が提案されている。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
時はど大きくなり、その結果、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、低速時には大き
くなり、車速に対応した良好なステアリング特性が得ら
れることとなる。

ところで、一般に車速の高速時、操舵力が小さいとハン
ドルがぐらついて走行安定性上好ましくない。そこで、
従来、このことを解決ずべく手応え装置を用いてハンド
ル操舵に手応え力を付与することが例えば米国特許第３
．１７１．２９８号として開示されている。づ′なわち
、このものはステアリングシャフトにカムを噛合さＶｌ
このカムに自動車の車速に応じて変化する油圧でもって
ローラを押付りるようになし、車速が上昇するに従って
高圧となる油圧によりカムに対するローラの押付力が大
きくなるようになされている。したがって、高速時にス
テアリングシャフトには上記ローラの押付力がカムを介
して伝えられてハンドル操舵に抵抗が付加される結果、
ハンドル操舵のぐらつきが防止されて走行安定性がさら
に向上されることとなる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、このような手応え装置を上記伝達比可変手段
を備えたステアリング装置に適用する場合、操舵力伝達
経路中での設置場所如何によっては、手応え装置による
抵抗により伝達比可変手段の負荷が増大するという不具
合が生ずる。

また、通常ハンドルは車輪の直進状態から１２００°近
く回転するため、適正範囲の手応え力を得ることが困難
となる。

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、該ステアリングハンドルの操舵に
対し所定の手応え力を付与する手応え装置の適用場所を
特定することにより、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とともに、手応え装置
による抵抗により伝達比可変手段の負荷を軽減させるこ
とにある。

また、ハンドルの回転を減速して上記手応え装置に伝達
することにより、その手応え力の設定を容易にすること
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設けられ、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
可変手段と、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けて制御信
号を出力するコントローラとを備えた自動中のステアリ
ング装置を対象とし、これに対し、上記伝達比可変手段
とステアリングハンドルとの間に該ステアリングハンド
ルの操舵に対し所定の手応え力を付与する手応え装置を
配設する。さらに、該手応え装置をハンドル軸に減速手
段を介して連結する構成としたものである。

（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より検出され、
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
号に基づき伝達比可変手段によって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
伝達比可変手段とステアリングハンドルとの間に配設さ
れた手応え１ｉｔｌｉｌ？によりハンドル操舵に対し所
定の手応え力が付与されるため、ハンドルの操舵力が適
度に増大され、よってハンドル操舵の際の運転者が受け
る操作フィーリングの向上が図られるとともに、手応え
装置による抵抗により伝達比可変手段の負荷が軽減され
ることとなる。

また、上記手応え装置にはハンドルの回転が減速手段に
より減速されて伝達されるため、手応え力の設定が容易
化されることとなる。

（実施例） 以下、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に係る自動車のステアリング装
置の全体構成を示し、１はステアリングハンドル、３は
該ステアリングハンドル１の回転運動を車輪８，８の転
舵運動に変換するラックピニオン式のステアリングギヤ
装置であって、該ステアリング装置３は、ステアリング
ギヤボックス３ａ内に図示しないビニオンと、該ビニオ
ンに噛み合う車体幅方向に延びるラックとを有し、上記
とニオンは第１および第２の中間軸４．５ならびにハン
ドル軸２を介して上記ハンドル１に連結され、一方、ラ
ックは各タイロッド６およびナックルアーム（図示せず
）を介して各車輪８に連結されている。

上記ステアリングギヤ装置３にはハンドル１から車輪８
．８に伝達される操舵力をアシストするためのパワース
テアリング機構７が装備されている。該パワーステアリ
ング機構７は、−Ｆ記うックと一方（図では左側）のタ
イロッド６との間に介在された油圧式のパワーシリンダ
７ａと、上記ラックと一方（図では左側）のタイロッド
６との間に介在された油圧式のパワーシリンダ７ａと、
上記ステアリングギヤボックス３ａに連設され、ハンド
ル１の操舵に応じて油圧ポンプ（図示せず）から上記パ
ワーシリンダ７ａへ供給される圧油の供給方向を切り換
えるとともにその圧力を制御するロータリ式のコントロ
ールバルブ７ｂとを備えてなり、油圧ポンプからの圧油
をハンドル１の操舵入力に応じてコントロールバルブ７
ｂで制御しながらパワーシリンダ７ａに供給し、そのパ
ワーシリンダ７ａの出力により操舵力をアシストして車
輪８．８を転舵するようになされている。

また、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手段
９が設けられている。該伝達比可変手段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１０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
＊＊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
ｖＡＷされた入カギＡ７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、該両ギヤ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力ギヤ要素としての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１７
．１７．・・・を介して担持されている。また、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、該つＡ−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。よって、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１９を介して差動
歯車機４ｆｌｉ１３を作動制御し、そのビニオンキせす
７１８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ｒ１４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より、ハンドル舵角θト
ロに対する車輪舵角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は上記伝達比可変手段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−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Ｖ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１０
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ｒ２２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４１．４２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４
２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手段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
算部４４の出力信号に基づいてステッピングモータ２０
を、上記演算された目標伝達比Ｒに対応する回転角に一
致づ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ＯＨに対する車輪舵
角θＷの伝達比Ｒが車速Ｖが速くむるほど大きくなるよ
うに設定されている。

また、本発明の特徴として、第２図および第５図に示す
ように、上記伝達比可変手段つ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１
２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
により減速手段２７が構成されており、ハンドル１の操
舵に伴う入力軸１２の回転を減速手段２７により減速し
てばね軸２５に伝え、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３６０°となる）ようになされている
。上記ばね軸２５の周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２８を回動付勢するようになされて
いる。

すなわち、各渦巻ばね３３でもってハンドル操舵時、該
ハンドル１の回転方向とは逆方向に付勢されるばね手段
を構成している。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
回転を停止させるポル１〜部材よりなるストッパ部材３
７が貫通支持されており、この各ストッパ部材３７が対
応する当金３６に当接した状態、すなわちハンドル１を
操舵していない状態では、各渦巻ばね３３が解放状態と
ならずにばね力が残留して所定の付勢力が動いており、
その両渦巻ばね３３．３３の残留ばね力がばね軸２５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ｔ￥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覆るように構成されている。

尚、上記差動歯車機構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、該各分割ギヤ１６ａ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側ギヤ
１６ａ、１６ａが逆方向に相対的に回転付勢されている
。

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、その動きはハン
ドル軸２を介して伝達比可変手段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１４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４０から上記差動歯車機構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１？リア１８が回転駆動される。すなわち
、上記差動歯車機構１３では、サンギヤ１４がハンドル
１の舵角ＯＨに比例した角度だけ回転すると同時に、ビ
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、差動歯車機構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θ
Ｈに対しビニオンキャリア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θ
Ｈに対する車輪舵角θＷの伝達比Ｒが可変制御される。

また、上記ハンドル１の操舵に連動する中間軸４．５の
回転に伴いステアリングギヤ装置３のパワーステアリン
グ機構７が作動して、上記ハンドル１から車輪８．８に
至る操舵力がアシストされる。

その場合、上記ハンドル１と伝達比可変手段９との間に
互いに逆向きに巻かれた渦巻ばね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
な範囲に設定することができ、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
変手段９を制御するステッピングモータ２０への負荷を
軽減することができる。

しかも、上記手応え装＠２４のばね軸２５はハンドル１
に連結される入力軸１２と減速手段２７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２
５を左右方向に略１回転させるだけで済み、渦巻ばね３
３，３３にょ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４ηることが
できる。

また、上記各渦巻ばね３３．３３はハンドル１を操舵し
ていない状態においてばね力が残留するように設定され
ているので、直進走行状態でハンドル１がぐらつくこと
はなく、走行安全性の向上を一段と図ることができる。

さらに、パワーステアリング機構７の操舵アシスト力で
もってハンドル操船が軽くなっても、ハンドル操舵に対
し上記手応え装ＷＩ２４により手応え力が付与されてい
ることから、ハンドル１のきり過ぎを防止でき、特に高
速時において車輪舵角が大きくなることを未然に防ぐこ
とができて有効である。

加えて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１１１機構１３のビニオンキャリア１８には
該ウオーム２１に噛み合うウオ−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２０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
介してビニオンキャリア１８に伝達されるが、ハンドル
１側や車輪８．８側に入力される外乱が差動歯車機構１
３を介してモータ２０に伝達されるのは阻止され、該モ
ータ２０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ｅ　ｅｉ車機構１３における各プラネタリ
ビニオン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．と各プラネタリビニオン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。

（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
輪舵角の転舵比を伝達比可変手段によって変化さヒるよ
うにした自動車のステアリング装置において、上記伝達
比可変手段とステアリングハンドルとの間にハンドルの
操舵に対し所定の手応え力を付与する手応え装置を配設
して、ハンドルの操舵力を適度に増大させるようにした
ので、ハンドル操舵の際の運転者が受ける操作フィーリ
ングを向上することができるとともに、手応え装置によ
る抵抗により伝達比可変手段の負荷を軽減することがで
きる。また、手応え装置をハンドル軸に減速手段を介し
て連結したので、手応え力の設定を容易に行うことがで
きる。

【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図は伝達化可変機構お
よびその周辺部の構成を示ず断面図、第３図ないし第５
図はそれぞれ第２図のＭ−■線ないしｖ−ｖｍ断面図、
第６図はコントローラの構成を示すブロック図である。 １・・・ステアリングハンドル、２・・・ハンドル軸、
３・・・ステアリングギヤ装置、８・・・車輪、９・・
・伝達比可変手段、２４・・・手応え装置、２７・・・
減速手段、３３・・・渦巻ばね、４０・・・コントロー
ラ、４１・・・ハンドル舵角センサ、４２・・・車速セ
ンサ。 代　　　　　理　　　　　人　　　前　　１）　　　　
弘　”ｖ　Ｈｌ　−：　・、・；第４図 第３図 １ｚ′１日

Claims (2)

【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、ハンドル舵角に対する車輪舵角の伝達比を変化さ
   せる伝達比可変手段と、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を備えた自動車のステ
   アリング装置において、上記伝達比可変手段とステアリ
   ングハンドルとの間に該ステアリングハンドルの操舵に
   対し所定の手応え力を付与する手応え装置を配設し、該
   手応え装置をハンドル軸に減速手段を介して連結したこ
   とを特徴とする自動車のステアリング装置。
2. （２）手応え装置は、ハンドルの操舵時、該ハンドルの
   回転方向とは逆方向に付勢されるばね手段を備えてなる
   特許請求の範囲第（１）項記載の自動車のステアリング
   装置。