(57)【要約】      （修正有）【課題】大舵角時における内輪と外輪との角度差の設計自由度を高めることができるステアリング装置を提供する。【解決手段】車輪１を支持するナックル２を第１転舵中心軸Ｏ１周り回転可能に支持するアップライト３と、操舵入力部からの入力によりナックル２を第１転舵中心軸Ｏ１周りに回転させる第１歯車組１３と、アップライト３を車体に対し第２転舵中心軸Ｏ２周り回転可能に支持するストラット４およびロアアーム５と、ナックル２の回転に連動してアップライト３を第２転舵中心軸Ｏ２周りに回転させる第２支持部材回転手段（第２歯車組１４）と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を支持する第１支持部材を第１転舵中心軸周り回転可能に支持する第２支持部材と、
操舵入力部からの入力により前記第１支持部材を前記第１転舵中心軸周りに回転させる第１歯車組と、
前記第２支持部材を車体に対し第２転舵中心軸周り回転可能に支持する第３支持部材と、
前記第１支持部材の回転に連動して前記第２支持部材を前記第２転舵中心軸周りに回転させる第２支持部材回転手段と、
を備えたことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のステアリング装置において、
前記第１歯車組を、前記操舵入力部からの入力により回転する第１駆動歯車と、前記第１支持部材に固定し前記第１駆動歯車とかみ合う第１従動歯車とし、
前記第２支持部材回転手段を、前記操舵入力部からの入力により回転する第２駆動歯車と、前記第３支持部材に回転可能に設け前記第２駆動歯車とかみ合う中間歯車と、前記第２支持部材に固定し前記中間歯車とかみ合う内歯歯車と、からなる第２歯車組としたことを特徴とするステアリング装置。
【請求項３】
請求項２に記載のステアリング装置において、
前記第１歯車組および／または前記第２歯車組を構成する各歯車の少なくとも１つを非円形歯車としたことを特徴とするステアリング装置。
【請求項４】
請求項３に記載のステアリング装置において、
前記非円形歯車を有する歯車組のギヤ比を、前記車輪の転舵角が大きくなるほど低くなるように設定したことを特徴とするステアリング装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のステアリング装置において、
前記第１駆動歯車と前記第２駆動歯車とを１つの歯車で共用化したことを特徴とするステアリング装置。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載のステアリング装置において、
前記第２駆動歯車と前記中間歯車とがかみ合う部分を平歯車形状とし、前記中間歯車と前記内歯歯車とがかみ合う部分をはす歯歯車形状としたことを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のステアリング装置は、楕円形ピッチ曲線に近似したピッチ曲線を有する非円形歯車対を用い、旋回時の内輪と外輪とに角度差をつけている。この記載に関係する一例は、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２３７８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非円形歯車では大舵角時に内輪と外輪との角度差を大きくできないため、設計自由度が低いという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、大舵角時における内輪と外輪との角度差の設計自由度を高めることができるステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のステアリング装置は、操舵入力部からの入力により車輪を支持する第１支持部材を第１転舵中心軸周りに回転させる第１歯車組と、第１支持部材の回転と連動して第１支持部材を支持する第２支持部材を第２転舵中心軸周りに回転させる第２支持部材回転手段とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
よって、車輪を第１転舵中心軸周りに回転させつつ、第１転舵中心軸を第２転舵中心軸周りに回転させることができるため、大舵角時における内輪と外輪の角度差の設計自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１のステアリング装置を車両前方側から見たときの縦断面図である。
【図２】実施例１の第１歯車組13のギヤ比特性図である。
【図３】実施例１の中間歯車10の構造を示す縦断面図である。
【図４】実施例１の中間歯車10の構造を示す平面図である。
【図５】操舵中立位置からハンドルを右方向へ切り増し操舵したときの第１歯車組13の動作を示す模式図である。
【図６】操舵中立位置からハンドルを右方向へ切り増し操舵したときの第２歯車組14の動作を示す模式図である。
【図７】操舵駐輪位置からハンドルを右方向と切り増し動作したときの第１従動歯車7の動作を示す模式図である。
【図８】理想のアッカーマン特性を得るために必要な内輪の角度をホイールベースの長短により比較した図である。
【図９】(a)は内輪と外輪の角度差が小さいときのピッチ曲線図、(b)は内輪と外輪の角度差が大きいときのピッチ曲線図である。
【図１０】非円形歯車のみで実現可能なアッカーマン率を示す図である。
【図１１】実施例２のステアリング装置を車両前方側から見たときの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００９】
図１は、車両前方側から見た実施例１のステアリング装置の縦断面図であり、車輪の転舵角がゼロである操舵中立時の状態を示す。なお、図１には左輪のみを示すが、右輪についても同様である。
実施例１のステアリング装置は、車輪1と、ナックル（第１支持部材）2と、アップライト（第２支持部材）3と、ストラット（第３支持部材）4と、ロアアーム（第３支持部材）5と、交差軸式減速器6と、第１歯車組13と、第２歯車組（第２支持部材回転手段）14と、を備える。
【００１０】
ナックル2は、車輪1を車軸周りに回転可能に支持する。ナックル2は、車輪1を固定する固定部2aと上側アーム2bと下側アーム2cとを有し、車幅方向内側へ開口するコ字状に形成する。上側アーム2bには、第１転舵中心軸O1上に回転軸2dを固定する。また、下側アーム2cには、第１転舵中心軸O1上に回転軸2eを固定する。
【００１１】
アップライト3は、ナックル2を第１転舵中心軸O1周りに回転可能に支持する。すなわち、第１転舵中心軸O1は、キングピン中心線に相当する。このアップライト3は、基部3aと上側アーム3bと下側アーム3cとを有し、車幅方向外側へ開口するコ字状に形成する。上側アーム3bは、ナックル2の回転軸2dを回転可能に支持する軸穴3dを有する。下側アーム3cは、ナックル2の回転軸2eを回転可能に支持する軸穴3eを有する。
【００１２】
ストラット4は、アップライト3の基部3aを第２転舵中心軸O2周り回転可能に支持する。
ロアアーム5は、キャリア12を介してアップライト3の下側アーム3cを相対回転可能に支持する。
【００１３】
交差軸式減速器6は、図外の操舵入力部の回転を減速して第１歯車組13および第２歯車組14へと伝達する。この交差軸式減速器6は、ウォーム6aとウォームホイール6bとを有する。ウォーム6aは操舵入力部である電動モータ（不図示）の出力軸と連結し、ウォームホイール6bは、回転軸6cを介してアップライト3の下側アーム3cに支持する。回転軸6cは、第２転舵中心軸O2周りを回転する。電動モータは、ドライバにより操作されるハンドル（不図示）の回転方向および回転量に応じてウォーム6aを回転させる。つまり、実施例１のステアリング装置は、ハンドルと車輪1とに機械的なつながりのない、いわゆるステア・バイ・ワイヤシステムである。
【００１４】
キャリア12は、上記のようにロアアーム5に固定し、回転軸6cを回転可能に支持する。
第１歯車組13は、第１従動歯車7と第１駆動歯車8とを備える。第１従動歯車7は、回転軸2eに固定する。第１駆動歯車8は、回転軸6cに固定し、第１従動歯車7とかみ合う。
【００１５】
第２歯車組14は、内歯歯車9と中間歯車10と第２駆動歯車11とキャリア12とを備える。内歯歯車9は、アップライト3の下側アーム3cに固定する。中間歯車10は、キャリア12の先端に形成した回転軸12aに回転可能に支持し、内歯歯車9とかみ合う。第２駆動歯車11は、回転軸6cに固定し、中間歯車10とかみ合う。なお、図１では、説明の便宜上、第１駆動歯車8と第２駆動歯車11とを別々に表したが、実施例１では、第１駆動歯車8と第２駆動歯車11とを１つの歯車で共用化している。
【００１６】
実施例１では、第１従動歯車7を非円形歯車とし、第１歯車組13のギヤ比特性が図２に示す特性となるように、非円形歯車のピッチ曲線を設定している。ここでは、ギヤ比とは、出力歯車回転角に対する入力歯車回転角であり、第１歯車組13の場合、第１従動歯車7に対する第１駆動歯車8の回転角となる。
【００１７】
図２に示すように、第１歯車組13のギヤ比は、旋回外輪（以下、外輪）のとき一定とし、旋回内輪（以下、内輪）のとき歯車回転角が増加するほど小さくなるギヤ比特性となるように第１従動歯車7のピッチ曲線を設定する。ここで、外輪のギヤ比も、歯車回転角が増加するほど小さくしてもよい。よって、第１歯車組13のギヤ比は、車輪1の転舵角が大きいほど、内輪と外輪との角度差が大きくなる。
【００１８】
また、実施例１では、第２駆動歯車11と中間歯車10とのかみ合い部分の歯形を平歯車とし、中間歯車10と内歯歯車9とのかみ合い部分の歯形をはす歯歯車とする。また、図３に示すように、中間歯車10を回転軸12aに対して軸方向移動可能に設けると共に、ねじ機構などの位置調整手段（不図示）を設け、中間歯車10の回転軸12aに対する軸方向位置を調整可能としている。
【００１９】
さらに、実施例１では、第２歯車組14のギヤ比が、外輪のとき一定とし、内輪のとき歯車回転角が増加するほど小さくなるギヤ比特性となるよう、中間歯車10において、第２駆動歯車11とかみ合う歯形のピッチ曲線を、図４のように設定している。
【００２０】
次に、作用を説明する。
図５は操舵中立位置からハンドルを右方向へ切り増し操舵したときの第１歯車組13の動作を示す模式図、図６は操舵中立位置からハンドルを右方向へ切り増し操舵したときの第２歯車組14の動作を示す模式図である。
【００２１】
ドライバが操舵中立位置からハンドルを右方向へ切り増し操舵したとき、操舵入力部である電動モータは、ハンドルの操作方向および操作量に応じて駆動する。操舵入力部の回転は、交差軸式減速器6を介して第１歯車組13の第１駆動歯車8へと伝達され、第１駆動歯車8は平面視左回りに回転する（図５(a)）。
【００２２】
この第１駆動歯車8の回転は、第１駆動歯車8とかみ合う第１従動歯車7へと伝達され、第１従動歯車7が回転することで、第１従動歯車7と連結したナックル2は右回りに回転する。これにより、車輪1は、第１転舵中心軸O1を中心として右回りに回転する。すなわち、車輪1が右方向へ転舵される（図５(b)）。
【００２３】
一方、第１駆動歯車8と一体の第２歯車組14の第２駆動歯車11も平面視左回り回転する（図６(a)）。この第２駆動歯車11の回転は、中間歯車10および内歯歯車9に伝達する。ここで、キャリア12はロアアーム5に固定しているため、内歯歯車9は右回りに回転する。このとき、第１歯車組13の第１従動歯車7は、内歯歯車9と一体に第２転舵中心軸O2を中心として平面視右回りに回転する（図７）。
【００２４】
つまり、第１従動歯車7は、あたかも遊星歯車のピニオンがサンギヤの周りを公転しながら自転するように、第２転舵中心軸O2周りを公転しながら第１転舵中心軸O1周りを自転する。ここで、第１従動歯車7の自転方向に対し、公転方向は同一方向である。よって、車輪1の転舵角は、第１従動歯車7の自転による角度と第１従動歯車7の公転による角度とを加えた角度となる。
【００２５】
次に、実施例１のステアリング装置が解決しようとする課題について説明する。
図８(a)に示すホイールベースL1の車両において、理想のアッカーマン特性（アッカーマン率100%）とするための外輪の転舵角をα、内輪の転舵角をβとすると、図(a)よりもホイールベースの短いL2(<L1)の車両では、内輪の転舵角β'をβよりも大きくしなければならない。
【００２６】
つまり、ホイールベースが短い車両ほど、内輪と外輪との角度差を大きくする必要がある。これは、トレッドの長短でも同様であり、トレッドが長くなるほど所定のアッカーマン率を実現するための角度差は大きくなる。ここで、アッカーマン率とは、最小旋回半径の指標となる値で、旋回半径に対するホイールベースの長さの比により表される。
【００２７】
ところが、従来のステアリング装置のように、非円形歯車対のピッチ曲線の設定のみで内輪と外輪との角度差をつける場合、舵角差がある程度小さいとき（図９(a)）には所望のピッチ曲線を有する非円形歯車対を設計可能であるが、舵角差を大きくしようとすると（図９(b)）、ピッチ曲線中に大きな凹みを形成しなければならず、このようなピッチ曲線を有する非円形歯車を実際に作製することは不可能である。
つまり、従来の非円形歯車対のみによる手法では、図１０に示すように、理想のアッカーマン特性を得る内輪の転舵角を実現できず、大舵角時の内輪と外輪との角度差の設計自由度が低かった。
【００２８】
これに対し、実施例１のステアリング装置では、操舵入力部の入力に対する車輪1の転舵特性を、第１歯車組13側のギヤ比と第２歯車組14側のギヤ比とでそれぞれ設定できるため、転舵角を第１歯車組のギヤ比のみに依存する従来手法と比較して、設計自由度を高めることができる。
【００２９】
そして、実施例１では、第１従動歯車7と中間歯車10を非円形歯車とし、第１歯車組13および第２歯車組14を、内輪のとき歯車回転角が増加するほど小さくなるギヤ比特性としている。このため、車輪1の転舵角が大きくなるほど内輪と外輪との角度差を大きくでき、所望のアッカーマン率を達成できる。例えば、図１０に示したアッカーマン率100%を得る内輪のギヤ比と非円形歯車で設定可能な内輪のギヤ比との差分を、第２歯車組14側のギヤ比により補うことができ、アッカーマン率100%を実現できる。
【００３０】
また、実施例１では、操舵入力部からの入力により作動する第２歯車組14によってアップライト3を第２転舵中心軸O2周りに回転させているため、新たな駆動源を追加することなく、操舵入力部からの入力のみでアップライト3をナックル2の回転と連動させることができる。加えて、操舵入力部からの入力を受ける第１駆動歯車8と第２駆動歯車11とを共用化しているため、両歯車を別々に設けた場合と比較して、部品点数を削減できる。
【００３１】
実施例１では、第２歯車組14において、第２駆動歯車11と中間歯車10とのかみ合い部分の歯形を平歯車とし、中間歯車10と内歯歯車9とのかみ合い部分の歯形をはす歯歯車とし、中間歯車10の軸方向位置を調整可能とした。第２歯車組14を組み付ける際、第２駆動歯車11と中間歯車10、および中間歯車10と内歯歯車9との回転位相を合わせる必要がある。このとき、部品の製造誤差や組み付け誤差が生じると、その位相がずれるため、車輪1が直進方向を向かないことが起こり得る。
【００３２】
この対策として、実施例１では、平歯車が軸方向へ移動しても歯車間の回転位相が変化しないのに対し、はす歯歯車が軸方向へ移動することにより歯車間の回転位相が変化することを利用する。すなわち、組み付けの際、中間歯車10の軸方向位置を変えて第２駆動歯車11と中間歯車10、および中間歯車10と内歯歯車9の位相を調整することで、車輪1に適正方向を向かせるチューニングを行うことができる。
【００３３】
次に、効果を説明する。
実施例１のステアリング装置にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) 車輪1を支持するナックル2を第１転舵中心軸O1周り回転可能に支持するアップライト3と、操舵入力部からの入力によりナックル2を第１転舵中心軸O1周りに回転させる第１歯車組13と、アップライト3を車体に対し第２転舵中心軸O2周り回転可能に支持するストラット4およびロアアーム5と、ナックル2の回転に連動してアップライト3を第２転舵中心軸O2周りに回転させる第２支持部材回転手段（第２歯車組14）と、を備えた。これにより、車輪1を第１転舵中心軸O1周りに回転させつつ、第１転舵中心軸O1を第２転舵中心軸O2周りに回転させることができるため、大舵角時における内輪と外輪の角度差の設計自由度を高めることができる。
【００３４】
(2) 第１歯車組13を、操舵入力部からの入力により回転する第１駆動歯車8と、ナックル2に固定し第１駆動歯車8とかみ合う第１従動歯車7とし、第２支持部材回転手段を、操舵入力部からの入力により回転する第２駆動歯車11と、ロアアーム5に回転可能に設け第２駆動歯車11とかみ合う中間歯車10と、アップライト3に固定し中間歯車10とかみ合う内歯歯車9と、からなる第２歯車組14とした。これにより、新たな駆動源を追加することなく、操舵入力部からの入力のみでアップライト3をナックル2の回転と連動させることができる。また、第１歯車組13による車輪1の転舵方向と第２歯車組14による車輪1の転舵方向とが同一方向となるため、操舵入力部からの入力に対し車輪1の転舵角を大きくできる。
【００３５】
(3) 第１歯車組13の第１従動歯車7および第２歯車組14の中間歯車10を非円形歯車としたため、内輪と外輪とに角度差をつけることができる。
(4) 第１歯車組13および第２歯車組14のギヤ比を、車輪1の転舵角が大きくなるほど低くなるように設定したため、車輪1の転舵角が大きくなるほど内輪と外輪との角度差を大きくでき、所定のアッカーマン率を達成できる。
【００３６】
(5) 第１駆動歯車8と第２駆動歯車11とを１つの歯車で共用化したため、両歯車を別々に設けた場合と比較して、部品点数を削減できる。
(6) 第２駆動歯車11と中間歯車10とがかみ合う部分を平歯車形状とし、中間歯車10と内歯歯車9とがかみ合う部分をはす歯歯車形状としたため、組み付けの際、車輪1が適正方向を向くように第２駆動歯車11と中間歯車10、および中間歯車10と内歯歯車9の位相を調整できる。
【実施例２】
【００３７】
図１１は、実施例２のステアリング装置を車両前方側から見たときの縦断面図である。なお、実施例１と共通する部分については、同一呼称、同一符号で表し、説明を省略する。
【００３８】
実施例２では、ナックル2の回転と連動してアップライト3を第２転舵中心軸O2周りに回転させる第２支持部材回転手段として、実施例１の第２歯車組14に代えて、固定リンク21とアクチュエータ22とを設けた。固定リンク21は、一端をアップライト3に固定し、他端をロアアーム5に固定する。アクチュエータ22は、固定リンク21を伸縮させ、アップライト3を第２転舵中心軸O2周りに回転させる。
【００３９】
実施例２のステアリング装置では、車輪1の転舵に合わせてアクチュエータ22を駆動し、固定リンク21を伸縮させることで、実施例１と同様に、第１従動歯車7を第１転舵中心軸O1周りに自転させつつ、第２転舵中心軸O2周りに公転させることができる。
【００４０】
ここで、固定リンク21の伸縮速度を、内輪と外輪で異ならせることで、内輪と外輪とに角度差をつけることができる。このとき、車輪1の転舵角が大きくなるほど固定リンク21の伸縮速度を高くすることで、車輪1の転舵角が大きくなるほど内輪と外輪の角度差を大きくでき、所定のアッカーマン率を達成できる。
【００４１】
（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例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の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００４２】
例えば、実施例では、操舵入力部をハンドルの回転に応じて駆動する電動モータとしたステア・バイ・ワイヤシステムを例に示したが、本発明は、ハンドルと車輪1とが機械的に連結したコンベンショナルなステアリング装置にも適用できる。
【００４３】
また、実施例では、第１歯車組13の第１従動歯車7および第２歯車組14の中間歯車10を非円形歯車とする例を示したが、内輪と外輪とに角度差をつけるためには、第１歯車組13または第２歯車組14を構成する各歯車の少なくとも１つを非円形歯車とすればよい。
【符号の説明】
【００４４】
1  車輪
2  ナックル（第１支持部材）
3  アップライト（第２支持部材）
4  ストラット（第３支持部材）
5  ロアアーム（第３支持部材）
6  交差軸式減速器
7  第１従動歯車
8  第１駆動歯車
9  内歯歯車
10  中間歯車
11  第２駆動歯車
12  キャリア
13  第１歯車組
14  第２歯車組（支持部材回転手段）
21  固定リンク（支持部材回転手段）
22  アクチュエータ（支持部材回転手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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