(57)【要約】【課題】よりコンパクトでレイアウト性の良い伝達比可変機構を備えた自動車のステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリングハンドルとステアリングギア装置との間にステアリングハンドルの操作量の操舵輪への伝達比を変化させる伝達比可変機構が設けられている。伝達比可変機構は、ケース５１５とケース５１５内部に回動可能に軸支され互いに噛合い状態にある複数の傘歯車５１１、５１２、５１３からなる差動機構５１、及びモータ機構５２からなる。傘歯車５１１にステアリングハンドルの回転が入力されるとともに傘歯車５１２にはモータ機構５２の回転が入力され、ステアリングの回転量がモータ機構５２の回転出力により増加又は減少されてケース５１５の回転として出力される。モータ機構５２の回転出力軸５２１はケース５１５の回転出力軸５４と同軸上に配置されている。【選択図】　図２
2004106617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングハンドルと、該ステアリングハンドルに機械的に連結され、上記ステアリングハンドルの回転出力が入力されるとともに、該回転出力を操舵輪の操舵力に変換する変換機構と、上記ステアリングハンドルと上記変換機構との間に機械的に設けられ、上記ステアリングハンドルの操作量の上記操舵輪への伝達比を変化させる伝達比可変機構を有する自動車のステアリング装置において、
上記伝達比可変機構が、伝達比を変化させるべくコントローラにより制御されるモータ機構と、略筒状のケース、該ケースの長手方向に対して略平行な回転軸まわりに回転可能に軸支された第１のピニオンギア、該第１のピニオンギアに対向して設けられ、該第１のピニオンギアと略同軸上の回転軸周りに回転可能に上記ケースの内部に軸支された第２のピニオンギア、上記ケースの長手方向に略直交するように上記ケースの内部に固定されたピニオンシャフト、上記第１のピニオンギア及び上記第２のピニオンギアの両方に噛合い状態にあるとともに、上記ピニオンシャフト上に回転自在に支持された第３のピニオンギアからなる差動機構から構成されるものであり、
上記ステアリングハンドルの回転出力が上記第１のピニオンギアに入力され、上記モータ機構の回転出力が上記第２のピニオンギアに入力され、上記ケースの回転出力が上記変換機構に入力されるよう構成されるとともに、
上記モータ機構の回転出力軸と上記ケースの回転出力軸が、略同軸上に配置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。
【請求項２】
上記ステアリングハンドルの回転軸と上記第１のピニオンギアの回転軸が、略同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車のステアリング装置。
【請求項３】
上記ケースの回転出力軸と上記変換機構への回転入力軸が、略同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の自動車のステアリング装置。
【請求項４】
上記モータ機構が、上記ケース内に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動車のステアリング装置。
【請求項５】
ステアリングハンドルと、該ステアリングハンドルに機械的に連結され、上記ステアリングハンドルの回転力により操舵される操舵輪と、上記ステアリングハンドルと上記操舵輪の間に機械的に設けられ、上記ステアリングハンドルからの回転が入力される入力軸と上記操舵輪側に回転を出力する出力軸とを有するとともに、上記入力軸の回転量に対する上記出力軸の回転量の比を変化させる伝達比可変機構を有する自動車のステアリング装置において、
上記伝達比可変機構は、伝達比を変化させるモータ機構と、複数の傘歯車からなる差動機構から構成されるものであり、
上記モータ機構の回転軸が、上記伝達比可変機構の出力軸と略同軸上に配置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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のハンドル舵角に対する操舵輪舵角の伝達比を変化させることが可能な自動車のステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のステアリング装置は一般に、ステアリングホイー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ア装置を介してタイロッドの横方向の変位運動に変換し、タイロッドの両端に連結された左右の操舵輪の向きを変化させるよう構成されている。この様な装置においては、ステアリングホイールの回転量（ステアリング舵角）と操舵輪の切れ角（操舵輪舵角）との比が一定に保持されているのが通常である。
【０００３】
しかしながら、例えば自動車の高速走行時にはステアリング舵角に対する操舵輪舵角を小さくする、すなわちステアリング舵角に対する操舵輪舵角の伝達比を小さくすることが自動車の走行安定性上望ましい。一方、低速走行時にはステアリング舵角に対する操舵輪舵角を大きくする、すなわち伝達比を大きくし、自動車の挙動を俊敏にして良好な運転フィーリングを実現したり、車庫入れ時などにおける小回り性を向上するのが望ましい。
【０００４】
その様な要求を満たすために、従来、例えば特公平６−８６２２５号公報に記載の様に、自動車の車速に応じてステアリング舵角に対する操舵輪舵角の伝達比を変化させる様にした車速感応式のステアリング装置が提案されている。この装置は、ステアリングホイールと操舵輪との間に遊星歯車機構からなる伝達比可変機構を有し、ステアリングホイールの回転をサンギアに入力し、リングギアの回転を操舵輪側へ出力する一方、プラネタリギアのキャリアにモータの回転が入力されるよう構成されたものである。モータの回転はステアリングホイールの操舵に同期して行われ、またモータの回転量はステアリングの操舵角と車速を元にマップを参照して決定される。マップを、車速が大きいほど伝達比が小さくなる、つまり車速が大きいほどステアリング舵角に対する操舵輪の切れ角が小さくなる様に設定することで、上記の様な望ましいステアリング特性が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の構造においては、伝達比可変機構を遊星歯車機構から構成しプラネタリギアのキャリアにモータの回転を入力するようにしており、伝達比可変機構の出力軸とモータの回転出力軸とがオフセットしているため、軸方向（サンギアの回転軸方向）に対して垂直な方向の寸法が大きくなる傾向がある。加えて、近年では車室内空間を拡大するというニーズや、或いはその目的のためにエンジンルームを極力小さく構成するというニーズが大きくなっているため、上記の構造ではスペース効率上あまり好ましくないものとなってきており、よりコンパクトでレイアウト性の良い伝達比可変機構の実現が望まれている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、よりコンパクトでレイアウト性の良い伝達比可変機構を備えた自動車のステアリング装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の第１の構成は、ステアリングハンドルと、該ステアリングハンドルに機械的に連結され、上記ステアリングハンドルの回転出力が入力されるとともに、該回転出力を操舵輪の操舵力に変換する変換機構と、上記ステアリングハンドルと上記変換機構との間に機械的に設けられ、上記ステアリングハンドルの操作量の上記操舵輪への伝達比を変化させる伝達比可変機構を有する自動車のステアリング装置において、上記伝達比可変機構が、伝達比を変化させるべくコントローラにより制御されるモータ機構と、略筒状のケース、該ケースの長手方向に対して略平行な回転軸まわりに回転可能に軸支された第１のピニオンギア、該第１のピニオンギアに対向して設けられ、該第１のピニオンギアと略同軸上の回転軸周りに回転可能に上記ケースの内部に軸支された第２のピニオンギア、上記ケースの長手方向に略直交するように上記ケースの内部に固定されたピニオンシャフト、上記第１のピニオンギア及び上記第２のピニオンギアの両方に噛合い状態にあるとともに、上記ピニオンシャフト上に回転自在に支持された第３のピニオンギアからなる差動機構から構成されるものであり、上記ステアリングハンドルの回転出力が上記第１のピニオンギアに入力され、上記モータ機構の回転出力が上記第２のピニオンギアに入力され、上記ケースの回転出力が上記変換機構に入力されるよう構成されるとともに、上記モータ機構の回転出力軸と上記ケースの回転出力軸が、略同軸上に配置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である。
【０００８】
上記の構成によれば、伝達比可変機構が、差動機構及び差動機構の回転出力軸と略同軸上に配置されたモータ機構からなるため、伝達比可変機構を回転出力軸の方向に沿って細長く構成することが出来、車両へのレイアウト性が向上する。また、差動機構を用いた簡単な構成で伝達比可変機構を実現することが出来る。
【０００９】
本発明の第２の構成は、上記ステアリングハンドルの回転軸と上記第１のピニオンギアの回転軸が、略同軸上に配置されているものである。
【００１０】
上記の構成によれば、ステアリングハンドルの回転軸と伝達比可変機構とが直線状に構成されるため、車両へのレイアウト性を更に向上させることが出来る。
【００１１】
本発明の第３の構成は、上記ケースの回転出力軸と上記変換機構への回転入力軸が、略同軸上に配置されているものである。
【００１２】
上記の構成によれば、ケースすなわち伝達比可変機構の回転出力軸と変換機構への回転入力軸が直線状に構成されるため、車両へのレイアウト性を更に向上させることが出来る。
【００１３】
本発明の第４の構成は、上記モータ機構が、上記ケース内に配置されているものである。
【００１４】
上記の構成によれば、モータ機構がケース内に配置されるため、差動機構及びモータ機構を含めた伝達比可変機構全体の構成がコンパクトとなる。
【００１５】
本発明の第５の構成は、ステアリングハンドルと、該ステアリングハンドルに機械的に連結され、上記ステアリングハンドルの回転力により操舵される操舵輪と、上記ステアリングハンドルと上記操舵輪の間に機械的に設けられ、上記ステアリングハンドルからの回転が入力される入力軸と上記操舵輪側に回転を出力する出力軸とを有するとともに、上記入力軸の回転量に対する上記出力軸の回転量の比を変化させる伝達比可変機構を有する自動車のステアリング装置において、上記伝達比可変機構は、伝達比を変化させるモータ機構と、複数の傘歯車からなる差動機構から構成されるものであり、上記モータ機構の回転軸が、上記伝達比可変機構の出力軸と略同軸上に配置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である。
【００１６】
上記の構成によれば、モータ機構が、伝達比可変機構に対し伝達比可変機構の出力軸方向に並んだ状態に配置されるため、伝達比可変機構を細長く構成することが出来る。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、よりコンパクトでレイアウト性の良い伝達比可変機構を備えた自動車のステアリング装置を提供することが出来る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明によ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、２はステアリングハンドル１の回転運動を操舵輪１０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ア装置である。ステアリングギア装置２は、ステアリングギアボックス内に、ピニオン（不図示）と、ピニオンに噛合い車幅方向に延びるラック（不図示）とを有する。ピニオンは第１の中間軸３、ユニバーサルジョイント３５、第２の中間軸４、伝達比可変機構５、及びステアリングシャフト６を介してステアリングハンドル１に連結されている。一方、ラックはタイロッド及びナックルアーム（不図示）を介して各操舵輪１０に連結されている。
【００２１】
ステアリング装置には更に、ステアリングハンドル１から操舵輪１０に伝達される操舵力をアシストするための油圧式のパワーステアリング機構７が装備されている。尚、パワーステアリング機構７の構造については従来から周知であり、その詳細は省略する。パワーステアリング装置７には、油圧式の他に電気式などの周知の構造を用いることが出来る。
【００２２】
ステアリングハンドル１とステアリングギア装置２の間の、操舵量伝達経路の途中には、上述の様に、ハンドル操舵量θＨに対する操舵輪転舵量θＷの比（以下、伝達比と称する）を変化させる伝達比可変機構５が設けられている。具体的には、伝達比可変機構５は、略筒状の形状を有し、ステアリングシャフト６及び第２の中間軸４の軸方向と伝達比可変機構５の長手方向が一致する様に配置されている。すなわち、ステアリングシャフト６から伝達比可変機構５、第２の中間軸４及びユニバーサルジョイント３５までが略直線状に配置されている。尚、埃などの異物が伝達比可変機構５の内部に侵入するのを防止するため、伝達比可変機構５を覆うカバーを設けても良い。
【００２３】
伝達比可変機構５はコントローラ５０に接続されており、コントローラ５０によって制御される。コントローラ５０には、ハンドル舵角センサ８（以下、舵角センサと称する）及び車速センサ９からの信号が入力され、コントローラ５０はそれらの信号を用いて伝達比可変機構５を後述の様に制御する。本実施形態において、伝達比可変機構５は車両に搭載された場合エンジンルーム内に位置するが、車両の形状やボディタイプによっては車室内に位置する場合もある。また、本実施形態において伝達比可変機構５は第２の中間軸４とステアリングシャフト６の間に配置されているが、第１の中間軸３側に、すなわちユニバーサルジョイント３５よりもステアリングギア装置２側に配置し、ユニバーサルジョイント３５から伝達比可変機構５及びステアリングギア装置２までを略直線状に構成しても良い。
【００２４】
伝達比可変機構５は、その長手方向に沿った断面図である図２に示す様に、差動機構５１とモータ機構５２から主に構成されている。差動機構５１は、略筒状のケース５１５、ケース５１５の長手方向に対して略平行な回転軸まわりに回転可能に軸支された第１のピニオンギア５１１、第１のピニオンギア５１１に対向して設けられ、第１のピニオンギア５１１と略同軸上の回転軸周りに回転可能にケース５１５の内部に軸支された第２のピニオンギア５１２、ケース５１５の長手方向に略直交するようにケース５１５の内部に固定されたピニオンシャフト５１４、第１のピニオンギア５１１及び第２のピニオンギア５１２の両方に噛合い状態にあるとともに、ピニオンシャフト５１４上に回転自在に支持された第３のピニオンギア５１３からなる。図２から明らかなように、第１、第２、及び第３のピニオンギアはいずれも傘歯車として構成されている。また、モータ機構５２は、図示しないが、電動モータ、及び電動モータの回転を減速させる減速機構からなる。
【００２５】
モータ機構５２は、差動機構５１のケース５１５と同様に略筒状に構成され差動機構５１のケース５１５に一体的に固定されたモータ機構収容部５３内に、取付けられている。モータ機構５２を構成する電動モータには、コントローラ５０からの信号が入力され、モータ機構５２の出力軸５２１の回転量がコントローラによって制御される。
【００２６】
差動機構５１における第１のピニオンギア５１１には、ステアリングシャフト６が連結されており、ステアリングハンドル１の回転が入力される。一方、差動機構５１における第２のピニオンギア５１２には、モータ機構５２の出力軸５２１が連結されており、モータ機構５２の回転が入力される。さらに、ケース５１５の回転は、一体に設けられたモータ機構収容部５３の端部に固定された出力軸５４からステアリングギア装置２に入力される。また、図示された様に、モータ機構５２の出力軸５２１とケース５１５の回転軸すなわち出力軸５４とは、略同軸上に配置されている。
【００２７】
それで、ステアリングハンドル１の回転に伴いステアリングシャフト６が回転することによって第１のピニオンギア５１１が転動するのに同期して、モータ機構５２の出力軸５２１から回転を出力して第２のピニオンギア５１２を転動させることにより、モータ機構５２の出力軸５２１の回転方向及び回転量に応じてステアリングハンドル１の回転量が増減される、つまり伝達比が変更され、差動機構５１のケース５１５の回転として出力軸５４から出力されることになる。具体的には、ステアリングハンドル１を図２における矢印（ａ）の方向に回転させる場合、モータ機構５２の出力軸５２１を図２における矢印（ｂ）の方向に回転させれば、ステアリングハンドル１の回転量が増加されて出力軸５４から出力される。一方、同方向にステアリングハンドル１を回転させる場合、モータ機構５２の出力軸５２１を図２における矢印（ｃ）の方向に回転させれば、ステアリングハンドル１の回転量が減少されて出力軸５４から出力されることになる。また、モータ機構５２をロックすれば、差動機構の傘歯車はいずれも回転せず、伝達比可変機構５はケース５１５ごと一体となって回転し、ステアリングハンドル１の回転量と同じ回転量が出力軸５４から出力されることになる。
【００２８】
すなわち本実施形態においては、伝達比可変機構５が差動機構５１を用いるとともに、差動機構５１の出力軸５４と略同軸上にモータ機構５２が配置されているため、伝達比可変機構５を細長い形状に構成することが出来る。従って、伝達比可変機構５がエンジンルーム内に設けられる場合、エンジンルーム内のスペース効率を高めることが出来る。また、伝達比可変機構５が車室内に設けられる場合、車室内の空間を犠牲にすることが無いものとなる。更に、差動機構５１を用いているため、伝達比可変機構５の構成が簡素なものとなる。
【００２９】
尚、コントローラ５０と電動モータとの間の電気的な接続構造については図示しないが、モータ機構収容部５３が車体に対して相対的に回転するため、コントローラ５０側からの端子を車体に固定しておき、その端子とモータ機構収容部５３との間を、相対的に回転する部材同士の電気的な接続を可能とする周知の機構（例えばクロックスプリング機構など）を用いて接続すれば良い。
【００３０】
本実施形態のステアリング装置は、車速に応じて伝達比が変更されるよう構成されている。次にその様な制御について図３及び図４を参照しながら説明する。
【００３１】
図３は、コントローラ５０の構成を示すブロック図である。図３に示される様に、コントローラ５０は、目標舵角演算部５０１、モータ駆動部５０２、及び特性記憶部５０３とから構成される。
【００３２】
目標舵角演算部５０１は、ステアリングハンドル１の舵角を検出する舵角センサ８及び車両の車速を検出する車速センサ９とに電気的に接続されており、舵角センサ８により検出された舵角及び車速センサにより検出された車速のそれぞれが入力される。また、モータ駆動部５０２は、モータ機構５２の電動モータに上述の様に電気的に接続されていて、モータ機構５２の出力軸５２１の回転量を制御する。更に、特性記憶部５０３には、車速と伝達比の関係をマップ化した特性マップが記憶されている。
【００３３】
それで、コントローラ５０は、まず舵角センサ８及び車速センサ９により検出された舵角及び車速を目標舵角演算部５０１に取り込む。目標舵角演算部５０１は、取り込まれた舵角から求まるハンドル操舵量θＨと車速に基づき、特性記憶部５０３に記憶された特性マップを参照して伝達比可変機構５で制御すべき目標伝達比を演算する。その後、モータ駆動部５０２において、演算された目標伝達比を実現する様に電動モータに制御信号が出力される。
【００３４】
特性マップは、図４に示す様に、ハンドル操舵量θＨに対する操舵輪転舵量θＷの比である伝達比が、車速の増加に応じて小さくなるように設定されている。すなわち、低車速時においては小回り性や俊敏な操舵フィーリングを与えるべく伝達比を大きく設定し、高車速時においては走行安定性を向上するべく伝達比が小さく設定されている。
【００３５】
従って、本実施形態においては、自動車の走行中にステアリングハンドル１を操舵すると、その回転がステアリングシャフト６を介して伝達比可変機構５の第１ピニオンギア５１１に伝達される。その後、ステアリングハンドル１の操舵に伴って変化するハンドル舵角が舵角センサ８により検出されるとともに、その時の車速が車速センサ９により検出され、検出された舵角と車速がコントローラ５０に入力される。コントローラ５０は、検出された舵角及び車速に基づいて図４に示すような特性マップを参照して目標舵角を演算し、モータ機構５２の電動モータに目標舵角に対応した制御信号を出力する。電動モータは制御信号を受信するとそれに応じた方向及び量の回転出力をモータ機構５２の出力軸５２１から出力する。それにより伝達比可変機構５の第２のピニオンギア５１２が所定の方向に所定量回転し、ハンドル操舵量が増加或いは減少された状態で出力軸５４から出力され、ステアリングギア装置２に伝達されることになる。
【００３６】
以上、本発明を好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでも無い。例えば、ステアリングハンドル１は、本実施形態において環状のものを例示したが、いわゆる操縦かん型のものであっても良い。また、差動機構５１において、第３のピニオンギア５１３と実質的に同じ構造を有し、ピニオンシャフト５１４上に回転自在に支持されつつ第１のピニオンギア５１１及び第２のピニオンギア５１２と噛合い状態にある第４のピニオンギアを、第３のピニオンギア５１３に対向する位置に設けても良い。また、モータ機構５２は、電動モータのみからなるものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステアリング装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】伝達比可変機構の長手方向に沿った断面図である。
【図３】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図４】コントローラで読み込まれるマップの特性図である。
【符号の説明】
１　ステアリングハンドル
２　ステアリングギア装置（変換機構）
５　伝達比可変機構
６　ステアリングシャフト（入力軸）
１０　操舵輪
５０　コントローラ
５１　差動機構
５２　モータ機構
５３　モータ機構収容部（ケース）
５４　出力軸
５１１　第１のピニオンギア（傘歯車）
５１２　第２のピニオンギア（傘歯車）
５１３　第３のピニオンギア（傘歯車）
５１４　ピニオンシャフト
５１５　ケース
【図１】
2004106617.tif 000003
【図２】
2004106617.tif 000004
【図３】
2004106617.tif 000005
【図４】
2004106617.tif 000006