(57)【要約】【課題】舵角比可変機構の故障時における車両の取り回しを良好に確保しながら、舵角比可変機構の正常時における操舵フィーリングを向上させる。【解決手段】車両用舵角比可変装置は、操舵ハンドル１１に連結されるアッパシャフト１２（入力軸）と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２（転舵輪）に転舵力を伝達するラックバー１５（出力軸）間に介装されて非線形の舵角比の特性が得られるように設定されたピニオン歯１４ａおよびラック歯１５ａ（動力伝達手段）を備える。また、車両用舵角比可変装置は、操舵ハンドル１１の操舵角θｈに対する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角θｒの舵角比を変更可能なＶＧＲＳアクチュエータ２０および電気制御装置（舵角比可変機構）を備える。ＶＧＲＳアクチュエータ２０および電気制御装置は、その正常時にて車速が設定下限値以下であるときの舵角比の特性が線形となるように作動を制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルに連結される入力軸と転舵輪に転舵力を伝達する出力軸間に介装されていて、前記操舵ハンドルの直進走行位置からの操舵角に対する前記転舵輪の直進走行位置からの転舵角の舵角比の特性が非線形となるように設定された動力伝達手段と、車速が設定下限値から設定上限値の範囲において前記舵角比を車速の増大に応じて小さくする舵角比可変機構とを備えた車両用舵角比可変装置において、
前記舵角比可変機構は、その正常時にて車速が設定下限値以下であるときの前記舵角比の特性が線形となるように作動を制御されることを特徴とする車両用舵角比可変装置。
【請求項２】
請求項１に記載した車両用舵角比可変装置において、
前記動力伝達手段は、車両の右転舵時および左転舵時のうちの何れか一方の転舵時の舵角比が何れか他方の転舵時の舵角比に比して大きく設定されていることを特徴とする車両用舵角比可変装置。
【請求項３】
請求項２に記載した車両用舵角比可変装置において、
前記動力伝達手段は、前記操舵ハンドルの直進走行位置からの操舵角が設定範囲内であるとき、車両の右転舵時と左転舵時とで同じ大きさの舵角比に設定されていることを特徴とする車両用舵角比可変装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用舵角比可変装置に係り、特に、操舵ハンドルの直進走行位置からの操舵角に対する転舵輪の直進走行位置からの転舵角の舵角比を変更可能な車両用舵角比可変装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の車両用舵角比可変装置の一つとして、操舵ハンドルに連結される入力軸と転舵輪に転舵力を伝達する出力軸間に介装されていて、前記操舵ハンドルの直進走行位置からの操舵角に対する前記転舵輪の直進走行位置からの転舵角の舵角比の特性が非線形となるように設定された動力伝達手段と、車速が設定下限値から設定上限値の範囲において前記舵角比を車速の増大に応じて小さくする舵角比可変機構とを備えたものがあり、例えば、下記特許文献１に記載されている。この車両用舵角比可変装置では、動力伝達手段としての一対の非円形歯車により舵角比の特性が操舵ハンドルによる大舵角操舵時すなわち車両の旋回時に増大するように設定されている。そして、舵角比可変機構の故障時には、その動力伝達手段による非線形の舵角比の特性により、大舵角操舵時における車両の旋回半径が小さくなって、車両の取り回しを良好に確保することが可能である。
【特許文献１】特開平６−１１５４４２号公報
【０００３】
しかし、上記特許文献１に記載されている車両用舵角比可変装置では、舵角比可変機構の正常時においても、舵角比の特性が非線形となる。このため、舵角比可変機構の正常時には、舵角比が非線形的に増大することに起因して違和感が生じ、特に、舵角比が大きくなる設定下限値以下の低車速域にて操舵フィーリングの悪化を招来するおそれがある。
【発明の開示】
【０００４】
したがって、本発明では、上記問題に対処するために、舵角比可変機構の故障時における車両の取り回しを良好に確保しながら、舵角比可変機構の正常時における操舵フィーリングを向上させ得る車両用舵角比可変装置を提供することをその目的としている。
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明においては、操舵ハンドルに連結される入力軸と転舵輪に転舵力を伝達する出力軸間に介装されていて、前記操舵ハンドルの直進走行位置からの操舵角に対する前記転舵輪の直進走行位置からの転舵角の舵角比の特性が非線形となるように設定された動力伝達手段と、車速が設定下限値から設定上限値の範囲において前記舵角比を車速の増大に応じて小さくする舵角比可変機構とを備えた車両用舵角比可変装置において、前記舵角比可変機構は、その正常時にて車速が設定下限値以下であるときの前記舵角比の特性が線形となるように作動を制御されることに特徴がある。
【０００６】
この車両用舵角比可変装置では、舵角比可変機構の正常時に、車速が設定下限値以下であるときの舵角比の特性が線形となる。一方、舵角比可変機構の故障時には、動力伝達手段による非線形の舵角比の特性が得られる。したがって、舵角比可変機構の故障時にて大舵角操舵時における車両の取り回しを良好に確保しながら、舵角比可変機構の正常時にて舵角比が非線形的に増大する際の違和感が緩和されて、操舵フィーリングを向上させることが可能である。
【０００７】
また、本発明の実施に際して、前記動力伝達手段は、車両の右転舵時および左転舵時のうちの何れか一方の転舵時の舵角比が何れか他方の転舵時の舵角比に比して大きく設定されていることも可能である。
【０００８】
わが国のように車両が左側通行である場合は、左折時の方が右折時に比して車両の旋回半径が小さい（曲率が大きい）のが一般的である。したがって、この場合には、舵角比可変機構の故障時に、動力伝達手段による左折時の舵角比が右折時の舵角比に比して大きく設定されることで、左折時における車両の取り回しをより向上させることが可能である。これとは逆に、車両が右側通行である場合は、右折時の方が左折時に比して車両の旋回半径が小さいのが一般的である。したがって、この場合には、舵角比可変機構の故障時に、動力伝達手段による右折時の舵角比が左折時の舵角比に比して大きく設定されることで、右折時における車両の取り回しをより向上させることが可能である。
【０００９】
また、本発明の実施に際して、前記動力伝達手段は、前記操舵ハンドルの操舵角が直進走行位置から設定範囲内であるとき、車両の右転舵時と左転舵時とで同じ大きさの舵角比に設定されていることも可能である。
【００１０】
この場合には、操舵ハンドルの操舵角が直進走行位置から設定範囲内であるとき、すなわち操舵ハンドルの回転範囲の狭い小舵角操舵時（通常の走行状態）では、車両の右転舵時と左転舵時とで舵角比が同じ大きさに設定されている。このため、小舵角操舵時での操舵フィーリングが阻害されなくなって、車両用舵角比可変装置の使い勝手をより良好にすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る車両用舵角比可変装置の全体を概略的に示していて、この車両用舵角比可変装置においては、操舵ハンドル１１がアッパシャフト１２、ＶＧＲＳアクチュエータ２０、ロアシャフト１３、ピニオン１４およびラックバー１５を介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２と機械的に連結されている。
【００１２】
アッパシャフト１２は、操舵ハンドル１１に連結された入力軸であり、その上端にて操舵ハンドル１１を一体的に支持していて、その下端にてＶＧＲＳアクチュエータ２０を介してロアシャフト１３の上端にトルク伝達可能に連結されている。ロアシャフト１３は、ＶＧＲＳアクチュエータ２０から下方に延びていて、その下端にてピニオン１４にトルク伝達可能に連結されている。
【００１３】
ピニオン１４は、ロアシャフト１３と一体的に設けられていて、ラックバー１５に形成されたラック歯１５ａと噛み合うピニオン歯１４ａを有している。このピニオン歯１４ａは、図２に示すように、左右対称のピッチ曲線Ｐ１を有する歯形に形成されていて、回転中心Ｏ１回りの右方向への回転角が、例えば０度から６０度，９０度，１２０度と増加するのに伴って、回転中心Ｏ１からピッチ曲線Ｐ１までのピッチ径がｒ３からｒ４，ｒ５，ｒ６と非線形的に増加するように設定されている。同様にして、回転中心Ｏ１回りの左方向への回転角が、例えば０度から６０度，９０度，１２０度と増加するのに伴って、回転中心Ｏ１からピッチ曲線Ｐ１までのピッチ径がｒ３からｒ４，ｒ５，ｒ６と非線形的に増加するように設定されている。
【００１４】
ラック歯１５ａは、ピニオン歯１４ａと噛み合い可能なピッチ曲線Ｒ１を有する歯形に形成されている。ピニオン歯１４ａおよびラック歯１５ａは、動力伝達手段として機能する。図１に戻って、ラックバー１５は、出力軸として機能するものであり、左右方向に延びていて、その左右両端にて転舵機構（図示省略）を介して転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に連結されている。
【００１５】
左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、操舵ハンドル１１の操舵によるピニオン１４の回転に伴うラックバー１５の軸線方向の変位に応じて右または左方向に転舵される。このとき、アッパシャフト１２とロアシャフト１３すなわちアッパシャフト１２とピニオン１４が一体的に回転するときは、ピニオン歯１４ａとラック歯１５ａとの噛み合いによる舵角比の特性すなわちベースとなる機械的な舵角比の特性が得られるように設定されている。ここで、舵角比とは、操舵ハンドル１１の直進走行位置（中立位置）からの操舵角θｈに対する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の直進走行位置（中立位置）からの転舵角θｒの比であり、その特性線は図３にてＡ１で示されるように非線形となる。この舵角比の特性線Ａ１は、操舵ハンドル１１の小舵角操舵時で緩やかに増大し、中および大舵角操舵時で急に増大して、ピニオン１４が±１２０度回転したとき、右または左方向への転舵角がそれぞれ最大切れ角θ１となるように設定されている。
【００１６】
ＶＧＲＳ(Variable  Gear  Ratio  Steering)アクチュエータ２０は、それ自体公知のものであり、減速機２１および電動モータ２２を備えている。減速機２１は、アッパシャフト１２とロアシャフト１３間をギヤ結合するギヤ比可変のギヤ機構を備えたものである。電動モータ２２は、電気制御装置により作動を制御され、例えば電動モータ２２の正転によりアッパシャフト１２に対してロアシャフト１３の回転が早められて、図３にてＢで示されるような線形の舵角比の特性線が得られる。また、例えば電動モータ２２の逆転によりアッパシャフト１２に対してロアシャフト１３の回転が遅らされて、図３にてＣで示されるような線形の舵角比の特性線が得られる。一方、電動モータ２２が電気制御装置により作動を制御されないとき、すなわち故障等により電動モータ２２が回転しないときは、減速機２１のギヤ比は変わらず、アッパシャフト１２とロアシャフト１３が１対１で回転する。
【００１７】
電気制御装置は、車速センサ３１、操舵角センサ３２、転舵角センサ３３、ＶＧＲＳコントローラ３４および駆動回路３５を備えている。車速センサ３１は、車速Ｖを検出して出力する。操舵角センサ３２は、操舵ハンドル１１の操舵角θｈを検出して出力する。なお、この操舵角θｈは正負の値により操舵ハンドル１１の右方向および左方向の操舵時の操舵角を表す。転舵角センサ３３は、例えばラックバー１５の軸線方向の変位に基づき左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角θｒを検出して出力する。
【００１８】
ＶＧＲＳコントローラ３４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品としていて、車両の走行時に駆動回路３５を介して電動モータ２２を駆動制御する。駆動回路３５は、ＶＧＲＳコントローラ３４によって指定される駆動電流を電動モータ２２に流す。ＶＧＲＳアクチュエータ２０および電気制御装置は、舵角比可変機構として機能する。
【００１９】
次に、上記のように構成された第１実施形態の作動について説明する。最初に、ＶＧＲＳアクチュエータ２０および電気制御装置が正常状態にあって、車両が低車速域で走行している場合すなわち車速センサ３１により検出された車速Ｖが設定下限値以下である場合について説明する。この場合には、操舵角センサ３２によって検出された操舵角θｈおよび転舵角センサ３３によって検出された転舵角θｒに応じて、図３にてＢで示す舵角比の特性線が得られるように、ＶＧＲＳアクチュエータ２０がＶＧＲＳコントローラ３４により作動を制御される。ここで、舵角比の特性線Ｂは、線形の線分となるように設定されたものであり、この設定された状態では、操舵ハンドル１１の直進走行位置から１２０度以内でのハンドル操作により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を直進走行位置から転舵角θ１まで転舵させることが可能であって、手を持ち替えないでハンドル操作することが可能とされている。
【００２０】
上記した舵角比の特性線Ｂは、ＶＧＲＳアクチュエータ２０の以下の作動に基づくものである。例えば、いまピニオン１４の中立位置からの回転角がθｐ１であるときは、ベースとなる舵角比の特性線Ａ１によって転舵角θａが得られるが、舵角比の特性線Ｂによれば転舵角がθｂである必要がある。したがって、目標となる舵角比の特性線Ｂとベースとなる舵角比の特性線Ａ１との差分に応じて、不足している転舵角（θｂ−θａ）を補うべくピニオン１４の回転角がθｐ２となるように、アッパシャフト１２に対してロアシャフト１３の回転が早められる。
【００２１】
これにより、ＶＧＲＳアクチュエータ２０および電気制御装置の正常時には、低速走行状態にて舵角比が大きくなるため、車両の取り回しが良好に確保される。また、舵角比が非線形的に増加する際に生ずるような違和感が生じなくなって、操舵フィーリングを向上させることが可能である。
【００２２】
次に、ＶＧＲＳアクチュエータ２０および電気制御装置が正常状態にあって、車両が高車速域で走行している場合すなわち車速センサ３１により検出された車速Ｖが設定上限値以上である場合について説明する。この場合には、操舵角センサ３２によって検出された操舵角θｈおよび転舵角センサ３３によって検出された転舵角θｒに応じて、図３にてＣで示す舵角比の特性線が得られるように、ＶＧＲＳアクチュエータ２０がＶＧＲＳコントローラ３４により作動を制御される。ここで、舵角比の特性線Ｃも、舵角比の特性線Ｂと同様、線形の線分となるように設定されたものであり、この設定された状態では、操舵ハンドル１１の直進走行位置から５４０度以内でのハンドル操作により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を直進走行位置から転舵角θ１まで転舵させることが可能とされている。
【００２３】
上記した舵角比の特性線Ｃは、ＶＧＲＳアクチュエータ２０の以下の作動に基づくものである。例えば、いまピニオン１４の中立位置からの回転角がθｐ２であるときは、ベースとなる舵角比の特性線Ａ１によって転舵角θｂが得られるが、舵角比の特性線Ｃによれば転舵角がθｃである必要がある。したがって、目標となる舵角比の特性線Ｃとベースとなる舵角比の特性線Ａ１との差分に応じて、超過している転舵角（θｂ−θｃ）を減らすべくピニオン１４の回転角がθｐ３となるように、アッパシャフト１２に対してロアシャフト１３の回転が遅らされる。
【００２４】
これにより、ＶＧＲＳアクチュエータ２０および電気制御装置の正常時には、高速走行状態にて舵角比が小さくなるため、車両の走行安定性が確保される。また、この場合にも、舵角比が非線形的に増加する際に生ずるような違和感が生じなくなって、操舵フィーリングを向上させることが可能である。
【００２５】
ＶＧＲＳアクチュエータ２０および電気制御装置が正常状態にあって、車両が中車速域で走行している場合すなわち車速センサ３１により検出された車速Ｖが上記した設定下限値以上かつ設定上限値以下である場合には、舵角比の特性線Ｂと舵角比の特性線Ｃ間の領域にて、検出された車速Ｖに応じた線形の舵角比の特性線が得られるように、上記と同様、ＶＧＲＳアクチュエータ２０がＶＧＲＳコントローラ３４により作動を制御される。したがって、この場合にも、舵角比が非線形的に増加する際に生ずるような違和感が生じなくなって、操舵フィーリングを向上させることが可能である。
【００２６】
次に、ＶＧＲＳアクチュエータ２０または電気制御装置が故障状態にある場合について説明する。この場合には、ＶＧＲＳアクチュエータ２０および電気制御装置が設定した状態で動作しない。したがって、この場合には、電動モータ２２が回転しないため、アッパシャフト１２とピニオン１４が一体的に回転するようになって、上記した線形の舵角比の特性線Ｂ、線形の舵角比の特性線Ｃなどが得られる代わりに、ピニオン歯１４ａとラック歯１５ａとの噛み合いに基づいたベースとなる舵角比の特性線Ａ１が得られるようになる。
【００２７】
これにより、ＶＧＲＳアクチュエータ２０または電気制御装置の故障時には、小舵角操舵時における車両の走行安定性を確保しながら、大舵角操舵時における車両の取り回しを良好に確保することができる。
【００２８】
上記第１実施形態においては、ピニオン１４のピニオン歯１４ａが左右対称のピッチ曲線Ｐ１を有する歯形に形成されていたので、アッパシャフト１２とピニオン１４が一体的に回転して操舵角θｈが略±１２０度となったときに、左右何れも同じ大きさの転舵角θ１が得られた。しかし、これに限らず、ピニオン歯を左右非対称のピッチ曲線を有する歯形に形成して実施することも可能である。なお、この第２実施形態の他の構成については、上記第１実施形態と同様であるので、他の部材についての説明は省略する。
【００２９】
この第２実施形態においては、ピニオン１１４のピニオン歯１１４ａが例えば図４に示すように、その右側部位にてピニオン歯１４ａと同様のピッチ曲線Ｐ１を有し、その左側部位にてピッチ曲線Ｐ１とは異なるピッチ曲線Ｐ２を有する歯形に形成されている。すなわち、ピニオン歯１１４ａの左側部位は、ピッチ径がｒ３からｒ５すなわち０度から−９０度までは右側部位と同じで、ピッチ径がｒ５からｒ７すなわち−９０度から−１２０度までは右側部位と異なってピッチ径ｒ７がピッチ径ｒ６に比して長く設定されている。また、ラック歯１１５ａが、ピニオン歯１１４ａと噛み合い可能なピッチ曲線Ｒ１，Ｒ２を有する歯形に形成されている。
【００３０】
このとき、アッパシャフト１２とピニオン１４が一体的に回転するときは、ピニオン歯１１４ａとラック歯１１５ａとの噛み合いによる舵角比の特性が得られるようになる。この舵角比の特性は、図５にてＡ１およびＡ２で示されるように非線形となる。舵角比の特性線Ａ１は、上記第１実施形態と同じ特性線である。一方、舵角比の特性線Ａ２は、操舵角が所定角（例えば、−９０度）となるまでは舵角比の特性線Ａ１とほぼ同じ特性となるように設定されているが、操舵角が−１２０度となったときの左方向への転舵角θ２が操舵角が１２０度となったときの右方向への転舵角θ１に比して大きく設定されている。
【００３１】
この第２実施形態において、ＶＧＲＳアクチュエータ２０および電気制御装置の正常時には、上記第１実施形態と同様、低車速域にて舵角比の特性線Ｂが得られるように、高車速域にて舵角比の特性線Ｃが得られるように、中車速域にて舵角比の特性線ＢとＣ間にて車速Ｖに応じた線形の舵角比の特性線が得られるように、それぞれＶＧＲＳアクチュエータ２０がＶＧＲＳコントローラ３４により作動を制御される。
【００３２】
一方、ＶＧＲＳアクチュエータ２０または電気制御装置の故障時には、操舵ハンドル１１が右方向へハンドル操作されたとき、ピニオン歯１１４ａの右側部位とラック歯１１５ａとの噛み合いによる非線形の舵角比の特性線Ａ１が得られ、操舵ハンドル１１が左方向へハンドル操作されたとき、ピニオン歯１１４ａの左側部位とラック歯１１５ａとの噛み合いによる非線形の舵角比の特性線Ａ２が得られる。
【００３３】
これにより、左折時の舵角比が右折時の舵角比に比して大きくなる。その結果、わが国のように車両が左側通行である場合は、左折時の車両旋回半径が右折時の車両旋回半径に比して小さくなって、左折時における車両の取り回しをより向上させることができる。
【００３４】
なお、車両が右側通行である場合は、上記第２実施形態に係るピニオン歯１１４ａおよびラック歯１１５ａの歯形を何れも左右逆に形成して実施することも可能である。これによれば、上記第２実施形態とは逆に、右折時の舵角比が左折時の舵角比に比して大きくなる。その結果、右折時の車両旋回半径が左折時の車両旋回半径に比して小さくなって、右折時における車両の取り回しをより向上させることができる。
【００３５】
上記のように構成された第２実施形態においては、操舵ハンドル１１の操舵角θｈが直進走行位置から設定範囲（例えば、±９０度）内であるとき、すなわち操舵ハンドル１１の回転範囲の狭い小舵角操舵時（通常の走行状態）では、車両の右転舵時と左転舵時とで舵角比が同じ大きさに設定されていた。これにより、小舵角操舵時での操舵フィーリングが阻害されなくなって、車両用舵角比可変装置の使い勝手をより良好にすることができる。ただし、前記設定範囲内においても車両の右転舵時および左転舵時のうちの何れか一方の転舵時の舵角比が何れか他方の転舵時の舵角比に比して大きく設定されるようにしてもよい。
【００３６】
上記第１実施形態および第２実施形態においては、ＶＧＲＳアクチュエータ２０および電気制御装置の正常時に、車両の全車速域に渡って舵角比の特性が線形となるように設定されていたため、全ての車速域において舵角比が非線形的に増加する際に生ずるような違和感を生じさせないようにすることができた。しかし、車両の中高車速域では低車速域に比して、舵角比の特性の上昇勾配が小さいので、舵角比が非線形的に増加する際に生ずる違和感も十分に小さいと考えられる。したがって、車両の中高車速域では舵角比の特性が非線形となるように設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用舵角比可変装置の全体を示す概略図である。
【図２】図１に示したピニオン歯とラック歯とのピッチ曲線を概略的に示した説明図である。
【図３】図１に示した車両用舵角比可変装置の作動状態を示した説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態による車両用舵角比可変装置に係るピニオン歯とラック歯とのピッチ曲線を概略的に示した説明図である。
【図５】図４に示した車両用舵角比可変装置作動状態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
ＦＷ１，ＦＷ２…左右前輪（転舵輪）、１１…操舵ハンドル、１２…アッパシャフト（入力軸）、１３…ロアシャフト、１４，１１４…ピニオン、１４ａ，１１４ａ…ピニオン歯（動力伝達手段）、１５…ラックバー（出力軸）、１５ａ，１１５ａ…ラック歯（動力伝達手段）、２０…ＶＧＲＳアクチュエータ（舵角比可変機構）、２１…減速機、２２…電動モータ、Ｐ１，Ｐ２，Ｒ１，Ｒ２…ピッチ曲線、Ａ１，Ａ２，Ｂ，Ｃ…舵角比の特性線
【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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