JP2001151136A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】伝達比を大きくしたときにステアリングホイー
ルがふらつくような感覚を運転者に与えるようなことな
く、小さな動力源によって伝達比を適切に変更すること
ができるとともに、設計仕様の変更も容易に行うことが
可能な車両の操舵装置を提供する。 【解決手段】ステアリングホイールおよびステアリング
シャフトの回転動作を車幅方向における可動部材３０，
４０の直進動作に変換するステアリングギヤボックス３
と、左右一対の車輪Ｗの各ナックルアーム１２ａに各先
端部が連結された一対のタイロッド４１と、これら一対
のタイロッド４１の各基端部を可動部材３０，４０の車
幅方向両端部に連結する一対のジョイント部材４２と、
を有している、車両の操舵装置であって、各ジョイント
部材４２の高さが変更自在とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、ステアリングホ
イールの回転操作角（操舵角）と、そのステアリングホ
イールの操作に基づいて実際に車輪の向きが変更される
角度（実舵角）との比（伝達比）を、車両の走行条件に
応じて変更することが可能な車両の操舵装置に関する。

【０００２】なお、本明細書でいう実舵角とは、ロール
ステアによる車輪のトー変化の影響をも含めて実際に車
輪が転舵される角度を意味している。したがって、本明
細書でいう伝達比とは、ロールステアによる車輪のトー
変化をも考慮した上での操舵角と実舵角との比を意味し
ており、ステアリングギヤボックスのギヤ比（ステアリ
ングギヤ比）とは相違する概念である。

【０００３】

【従来の技術】周知のとおり、自動車の高速走行時にお
いては、ステアリングホイールの僅かな回転操作によっ
て車輪の向きが大きく変化しないようにすることが望ま
れる。また反対に、自動車の低速走行時には、ステアリ
ングホイールの少ない回転操作量によって車輪を大きく
転舵させることができるようにし、旋回や車庫入れを行
うときのステアリングホイールの回転操作量を少なくで
きるようにすることが望まれる。

【０００４】そこで、従来においては、そのような要望
に応えるものとして、差動歯車機構を利用することによ
り、伝達比を変更できるようにした操舵装置がある（た
とえば特開昭６１−１２２０７１号）。すなわち、この
従来のものは、たとえば図８に示すように、ピニオンシ
ャフト９０とラックバー９１とを有するラック・ピニオ
ン式の操舵装置として構成されたものであり、図示され
ていないステアリングホイールおよびステアリングシャ
フトの回転動作は、ピニオンシャフト９０に伝達されて
から、ラックピニオン機構によりラックバー９１の直進
動作に変換される。ラックバー９１の両端のそれぞれに
は、ラックエンド・ボールジョイント９２を介してタイ
ロッド９３が連結されており、このタイロッド９３が車
幅方向に移動することにより、このタイロッド９３とナ
ックルアーム（図示略）を介して繋がっている車輪（図
示略）の向きが変化するようになっている。同図の符号
Ｎａで示す領域には、ピニオンシャフト９０からラック
バー９１への力の伝達率を変更する差動歯車機構（図示
略）が設けられており、この差動歯車機構の機能によっ
て、ステアリングギヤ比を変更できるようになってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の手段においては、次のような問題点があった。

【０００６】第１に、ステアリングギヤ比を大きくする
と、操舵力はそれに対応して逆に小さくなる。したがっ
て、ステアリングギヤ比を大きくした高速走行直進時に
おいては、運転者にステアリングホイールがふらつく感
覚を与えてしまう場合があり、心理的な安定感が得られ
ない場合があった。

【０００７】第２に、ステアリングギヤ比の変更動作
は、操舵反力に抗して行う必要がある。このため、ステ
アリングギヤ比を変更するための動力源としては、高出
力の大きな動力源が必要となっていた。

【０００８】第３に、伝達比を可変制御できる範囲や伝
達比の具体的な数値を変更するためには、たとえば差動
歯車機構の全体を交換するなどしてステアリングギヤ比
の変更幅や具体的な数値を変える必要がある。したがっ
て、設計仕様の変更も容易ではなかった。

【０００９】本願発明は、このような事情のもとで考え
出されたものであって、伝達比を大きくしたときにステ
アリングホイールがふらつくような感覚を運転者に与え
るようなことなく、小さな動力源によって伝達比を適切
に変更することができるとともに、設計仕様の変更も容
易に行うことが可能な車両の操舵装置を提供することを
その課題としている。

【００１０】

【発明の開示】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。

【００１１】本願発明によって提供される車両の操舵装
置は、ステアリングホイールおよびステアリングシャフ
トの回転動作を車幅方向における可動部材の直進動作に
変換するステアリングギヤボックスと、左右一対の車輪
の各ナックルアームに各先端部が連結された一対のタイ
ロッドと、これら一対のタイロッドの各基端部を上記可
動部材の車幅方向両端部に連結する一対のジョイント部
材と、を有している、車両の操舵装置であって、上記各
ジョイント部材の高さが変更自在とされていることを特
徴としている。

【００１２】本願発明においては、車両が旋回して、車
輪が車体に相対してバウンドまたはリバウンドしたとき
に車輪のトー変化が生じる現象を有効に利用することに
より、伝達比を好適に変更することができるのである。
すなわち、マクファーソンストラット方式やダブルウィ
シュボーン方式などの独立懸架方式のサスペンションと
操舵装置とを組み合わせた場合には、車両が旋回して車
輪がバウンドまたはリバウンドするときに、それに伴っ
てタイロッドが上方または下方に回転する結果、車輪が
トーイン方向またはトーアウト方向に転舵される現象を
生じることが知られている。本願発明においては、上記
各ジョイント部材の高さを変更することによって、上記
の現象を生じるときのタイロッドの先端部の移動軌跡を
調整することができ、これによって車輪がトーイン方向
またはトーアウト方向に転舵される量を加減し、実舵角
を調整することができるのである。たとえば、本願発明
においては、上記各ジョイント部材を下降させた場合に
は、上記各ジョイント部材を下降させていない場合より
も、車輪がバウンドしてトーアウト方向に転舵されると
きの転舵量を大きくするといったことが可能となり、上
記各ジョイント部材の高さが高い場合と低い場合とで
は、車輪の実舵角を相違させることができ、上記各ジョ
イント部材の高さを変更することによって伝達比を種々
に変更することができるのである。このようなことによ
り、本願発明においては、次のような効果が得られる。

【００１３】第１に、本願発明においては、従来とは異
なり、ステアリングギヤ比自体を変更させるものではな
いために、高速走行時における操舵反力を中・低速走行
時の操舵反力と同等にすることが可能である。したがっ
て、高速走行直進時において、運転者にステアリングホ
イールがふらつく感覚を与えないようにすることがで
き、心理的な安定感が得られるようにすることができ
る。

【００１４】第２に、本願発明において伝達比を変更す
るには、上記各ジョイント部材を車両高さ方向に移動さ
せればよく、その移動方向は、操舵装置の各部に作用す
る操舵反力の作用方向とは一致していない。したがっ
て、上記各ジョイント部材の移動は、操舵反力よりも小
さな力で行わせることが可能であり、伝達比を変更する
ための駆動源は、従来のものよりも小型かつ軽量にする
ことができる。

【００１５】第３に、本願発明においては、上記各ジョ
イント部材の高さやその高さを変更するタイミングを変
更することによって、操舵角と実舵角との相対的な関係
を種々のバリエーションに変更することができる。した
がって、伝達比を可変制御できる範囲や伝達比の具体的
な数値などの設計仕様の変更についても、従来よりも容
易に行うことができる。

【００１６】本願発明の好ましい実施の形態において
は、上記可動部材は、車幅方向に延びたラックバーと、
このラックバーに取り付けられて車両高さ方向に回転自
在な一対のアームとを含んでおり、かつ上記各ジョイン
ト部材は、上記各アームに支持されている。

【００１７】このような構成によれば、上記一対のアー
ムを回転させることにより、上記各ジョイント部材の高
さ変更を適切に行うことができる。もちろん、上記ラッ
クバーが車幅方向に変位すると、これに連れて上記各ジ
ョイント部材も車幅方向に変位することとなり、車輪の
転舵動作も適切に行わせることができる。

【００１８】本願発明のその他の特徴および利点につい
ては、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明
らかになるであろう。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。

【００２０】図１ないし図４は、本願発明に係る車両の
操舵装置の一例を示している。なお、図１以降の図にお
いて、矢印Ｆｒは車両前方を示し、矢印Ｕｐは車両高さ
方向上方を示し、矢印ｗは車幅方向を示している。

【００２１】図３によく表れているように、本実施形態
の操舵装置Ａは、独立懸架方式のサスペンションＳと組
み合わされて使用されている。このサスペンションＳと
しては、たとえば従来既知のストラットタイプのものが
用いられており、左右一対の車輪（前輪）Ｗのそれぞれ
は、スイング支点１１を介して一端が車体フレーム１３
に連結された車両高さ方向に揺動可能なロアアーム１０
によって支持されている。各車輪Ｗのナックル１２とそ
の上方の車体との間には、コイルスプリング付きのショ
ックアブソーバ１４が設けられている。

【００２２】図１によく表れているように、操舵装置Ａ
は、ステアリングギヤボックス３、一対のアーム４０、
一対のタイロッド４１、一対のボールジョイント４２、
トーコントロールバー４３、第１のプーリ４４、第２の
プーリ４５、およびモータＭを具備して大略構成されて
いる。

【００２３】ステアリングギヤボックス３は、図３に示
したステアリングホイール２０およびステアリングシャ
フト２１の回転動作がピニオンシャフト３１に伝達され
ると、この回転動作をラックバー３０の車幅方向の直進
動作に変換する機能を備えたものであり、その基本的な
構造は、従来のラック・ピニオン方式のものと同様であ
る。このステアリングギヤボックス３のケース３１は、
複数のブラケット３２を介して車体フレーム１３に固定
して取り付けられている。

【００２４】一対のアーム４０は、ラックバー３０の車
幅方向両端部（長手方向両端部）に取り付けられてい
る。より具体的には、図２によく表れているように、各
アーム４０には、ラックバー３０の長手方向端部の小径
部３３が貫通しているとともに、その小径部３３に螺合
したナット５０が締め付けられていることにより、各ア
ーム４０は各小径部３３に取り付けられている。ただ
し、各アーム４０は、ラックバー３０の小径部３３を中
心として車両高さ方向に回転可能に取り付けられてお
り、その一側方には回転動作を円滑にするためのスラス
ト軸受５１が設けられている。

【００２５】図１によく表れているように、各タイロッ
ド４１は、その先端部が車輪Ｗのナックルアーム１２ａ
に対してボールジョイント（タイロッドエンド・ボール
ジョイント）４９を介して連結されている。このタイロ
ッド４１が車幅方向に変位することにより、車輪Ｗの向
きが変更されるようになっている。ただし、各タイロッ
ド４１の基端部は、各ボールジョイント４２を介して各
アーム４０に取り付けられている。各ボールジョイント
４２は、いわゆるラックエンド・ボールジョイントに相
当するものであり、各アーム４０が同図矢印Ｎ１に示す
ように車両高さ方向に回転すると、これに伴ってその高
さが変更されるようになっている。

【００２６】トーコントロールバー４３は、車幅方向に
延びており、一対のアーム４０どうしを連結している。
第１および第２のプーリ４４，４５ならびにモータＭ
は、トーコントロールバー４３を介して一対のアーム４
０を車両高さ方向に回転させるための駆動機構を構成し
ている。第２のプーリ４５は、ステアリングギヤボック
ス３のケース３１に外嵌しており、このケース３１周り
に回転可能である。第２のプーリ４５は、ケース３１へ
の外嵌が容易に行えるように、たとえばケース３１をそ
の両側から挟み付けることが可能に複数に分割された部
材をボルトを用いて連結した構造とされている。第１の
プーリ４４はモータＭによって正逆いずれの方向にも駆
動回転自在とされているとともに、この第１のプーリ４
４の回転力が第２のプーリ４５に伝達されるようにそれ
ら第１および第２のプーリ４４，４５はワイヤ５２を介
して互いに連結されている。ただし、第２のプーリ４５
にはトーコントロールバー４３が貫通している。このた
め、この操舵装置Ａにおいては、モータＭを駆動させる
ことにより、トーコントロールバー４３および一対のア
ーム４０を、ラックバー３０の軸心を中心として車両高
さ方向に回転させることができ、これに伴って各ボール
ジョイント４２の高さも自在に変更できるようになって
いる。すなわち、この操舵装置Ａにおいては、図３に示
すように、各ボールジョイント４２を上昇させたり、あ
るいは図４に示すように、各ボールジョイント４２を下
降させることが自在となっている。

【００２７】次に、上記構成の操舵装置Ａの作用につい
て説明する。

【００２８】本実施形態の操舵装置Ａは、車両がロール
して、車輪がバウンドまたはリバウンドしたときに車輪
の向きが変化するロールステアの現象を有効に利用する
ことにより、車輪Ｗの実舵角を制御するものである。本
実施形態の操舵装置Ａの作用を理解するには、そのよう
なロールステアの原理を理解する必要があり、その内容
を図６および図７を参照して先に説明する。

【００２９】すなわち、図６は、ストラットタイプのサ
スペンションと操舵装置とを組み合わせた車両を模式的
に示している。同図において、符号８５は、ステアリン
グギヤボックスである。車両が旋回したときには、同図
に示すように、外輪側の車輪Ｗａは車体に相対してバウ
ンドするとともに、内輪側の車輪Ｗｂは車体に相対して
リバウンドする。車輪Ｗａがバウンドする場合には、図
７（ａ）に示すように、ロアアーム８０がスイング支点
８１を中心に上方へ回転するとともに、タイロッド８２
もボールジョイント８３（ラックエンド・ボールジョイ
ント）を中心に上方へ回転する。ただし、これらの部材
の各先端部の回転半径および回転軌跡Ｌ１，Ｌ２は相違
することに起因して、たとえばタイロッド８２の先端部
８２ａがロアアーム８０の先端部８０ａに相対して車幅
方向内方に変位する場合がある。このため、図７（ｂ）
に示すように、タイロッド８２の先端部８２ａが連結さ
れたナックルアーム８４が車幅方向内方に引っ張られ
て、車輪Ｗａが所定角度θだけトーアウト方向に転舵さ
れるアライメント変化を生じるのである。車輪Ｗａをト
ーイン方向に操舵させようとするときに、このように車
輪Ｗａをトーアウト方向に転舵させる現象を生じさせれ
ば、車輪Ｗａの実舵角を少なくすることが可能であり、
本願発明はこのような原理を利用して、車輪の実舵角を
制御するのである。図６に示したリバウンド側の車輪Ｗ
ｂにおいては、上記とは反対に、車輪Ｗｂがトーイン方
向に転舵されるロールステアを生じる。

【００３０】本実施形態の操舵装置Ａにおいては、たと
えば車速に応じて各ボールジョイント４２の高さを変更
する制御を実行する。車速が速い場合には、モータＭを
作動させることにより、たとえば図４に示すように、各
ボールジョイント４２を下降させる。このような状態に
おいて、車両が旋回してロールし、外輪側の車輪Ｗがバ
ウンドしたときには、図５の仮想線に示すように、ボー
ルジョイント４２の高さが低い場合にタイロッド４１の
先端部のボールジョイント４９が描く軌跡Ｌ３が、同図
実線で示すボールジョイント４２の高さが高い場合にお
いてボールジョイント４９が描く軌跡Ｌ４とは異なるも
のとなる。すなわち、ボールジョイント４２の高さが低
い場合の軌跡Ｌ３は、ボールジョイント４２の高さが高
い場合の軌跡Ｌ４よりも、車輪Ｗが上方へバウンドした
ときにボールジョイント４９およびナックルアーム１２
ａを車幅方向内方へより大きく変位させる軌跡となる。
したがって、その分だけ、図７（ａ），（ｂ）に示した
ようなアライトント変化を生じるときの車輪Ｗのトーア
ウト方向への転舵量を大きくすることができるのであ
る。

【００３１】車両の旋回時においては、外輪側の車輪Ｗ
は、実際にはトーイン方向に転舵されている。したがっ
て、車輪Ｗの実舵角は、ステアリングホイール２０の回
転操作量に対応する車輪Ｗの転舵角から、上記したアラ
イメント変化によって車輪Ｗがトーアウト方向に転舵さ
れる角度を差し引いた値となる。既述したとおり、高速
走行時には、車輪Ｗがトーアウト方向に転舵されるロー
ルステア量を大きくすることができるために、操舵角と
実舵角との比を大きくすることができる。したがって、
高速走行時の車両の安定性を高めることができる。

【００３２】なお、内輪側に位置してリバウンドする他
方の車輪Ｗについては、上記したバウンド側の車輪Ｗと
は反対にトーイン方向に転舵されるロールステアを生じ
る。トーイン方向への転舵量は、上記したのと同様な原
理により、ボールジョイント４２の高さが低くされてい
る分だけ大きくすることができる。したがって、トーア
ウトとなるように転舵される内輪側の車輪についても、
その実舵角を小さくすることができることができ、車両
の安定性を高めることができる。

【００３３】次いで、車速が低速の場合には、モータＭ
を逆転させることによって、上記とは反対に、各ボール
ジョイント４２を高い位置に移動させる。このようにす
ると、先の図５を参照して説明した内容から理解される
ように、車輪Ｗがバウンドするときに車輪Ｗがトーアウ
ト方向に転舵される量を、各ボールジョイント４２の高
さが低い場合よりも少なくし、実舵角を大きくすること
ができる。また同様に、車輪Ｗがリバウンドするときに
車輪Ｗがトーイン方向に転舵される量も少なくし、その
実舵角を大きくすることができる。したがって、この場
合には、高速走行時の場合よりも伝達比を小さくするこ
とができ、車両を低速で旋回させる際のステアリングホ
イール２０の操作性を良好にすることができる。

【００３４】このように、本実施形態の操舵装置Ａにお
いては、操舵装置のステアリングギヤ比自体を変更する
ことなく、伝達比を変更することができる。このため、
高速走行時にステアリングギヤ比を大きくした場合に生
じるようなステアリングホイール２０のふらつき感を無
くすことが可能となる。

【００３５】車輪Ｗがバウンドするときにトーアウト方
向に転舵される量や、車輪Ｗがリバウンドするときにト
ーイン方向に転舵される量は、各ボールジョイント４２
の高さを調整することによって制御することが可能であ
る。したがって、この操舵装置Ａにおいては、たとえば
車速を低速域、中速域、および高速域などの複数の段階
に分けておき、それらの速度域に応じて各ボールジョイ
ント４２の高さを所定の高さに変更することにより、そ
れらの速度に合った伝達比が得られることとなる。もち
ろん、車速以外のパラメータとして、車両のロール角や
ヨーレイトなども考慮することによって各ボールジョイ
ント４２の高さを制御することもできる。操舵角と実舵
角との関係は、各ボールジョイント４２の高さや高さを
変更するタイミングなどを変更することによって簡単に
変えることが可能である。また、各アーム４０の回転中
心と各ボールジョイント４２の中心までの距離Ｌを変更
することにより、モータＭの駆動軸の回転量と各ボール
ジョイント４２の車両高さ方向の変位量との関係につい
ても簡単に変更することができる。したがって、この操
舵装置Ａにおいては、設計仕様の変更も簡単に行うこと
ができる。

【００３６】本実施形態の操舵装置Ａにおいては、各ボ
ールジョイント４２の高さ変更が、各アーム４０やトー
コントロールバー４３を車両高さ方向に回転させること
により行われており、それらの部材の回転方向は、各車
輪Ｗから各タイロッド４１やラックバー３０に対して操
舵反力が作用する方向とは直交する方向である。したが
って、各ボールジョイント４２の高さの変更は、上記の
操舵反力よりも小さい力で行うことが可能であり、モー
タＭとしては、小型で軽量なものを用いることが可能と
なる。

【００３７】本願発明に係る車両の操舵装置の各部の具
体的な構成は、上述の実施形態に限定されるものではな
く、種々に設計変更自在である。

【００３８】上述の実施形態においては、タイロッドが
車輪の後方にある構造で、車輪がバウンドするときにそ
の車輪がトーアウト方向に転舵するロールステアを生じ
る場合を一例として説明したが、サスペンションの具体
的な構造（例えば、タイロッドが車輪の前方にある構造
等）によっては、車輪がバウンドするときに上記とは反
対にトーイン方向に転舵する場合もある。本願発明は、
このようなサスペンションについても適用することが可
能であり、この場合にはタイロッドの基端部のジョイン
ト部材（ボールジョイント４２に相当するジョイント部
材）の高さを変更することにより、車輪がバウンドする
ときのトーイン方向への転舵量を調整し、これにより本
願発明が意図するステアリング制御を行うことができる
のである。本願発明は、ストラットタイプのサスペンシ
ョンに限らず、ウィッシュボーンタイプやその他のタイ
プのサスペンションを用いた場合にも適用することが可
能である。

【００３９】本願発明においては、タイロッドの基端部
のジョイント部材の高さを変更するための具体的な手段
も、上記実施形態のものに限定されず、それ以外の種々
の手段を用いることが可能である。また、本願発明にお
いては、ラック・ピニオン方式とは異なる方式のステア
リングギヤボックスを用いることも可能である。さら
に、本願発明においては、パワーステアリング機能を備
えた操舵装置として構成することもできることは言うま
でもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る車両の操舵装置の一例を示す要
部斜視図である。

【図２】図１の要部平面図である。

【図３】本願発明に係る車両の操舵装置の全体構造の一
例を模式的に示す車両前方からの正面図である。

【図４】本願発明に係る車両の操舵装置の全体構造の動
作状態を模式的に示す車両前方からの正面図である。

【図５】本願発明の作用説明図である。

【図６】本願発明を理解するための車輪の動作状態を模
式的に示す車両前方からの正面図である。

【図７】（ａ）は、本願発明を理解するための車輪の動
作状態を模式的に示す車両前方からの要部正面図であ
り、（ｂ）は、その要部平面図である。

【図８】従来例を示す要部断面図である。

【符号の説明】 Ａ 操舵装置 Ｍ モータ ３ ステアリングギヤボックス ３０ ラックバー ４０ アーム ４１ タイロッド ４２ ボールジョイント ４３ トーコントロールバー ４４ 第１のプーリ ４５ 第２のプーリ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D001 AA12 AA43 BA02 BA03 DA04 EA22 EB12 ED02 3D032 CC00 CC08 CC49 DA23 EA01 EB05 EC31 GG01 3D033 JB01 JB19 3D034 BA02 BC02 BC14 BC25 BD02 BD05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングホイールおよびステアリン
   グシャフトの回転動作を車幅方向における可動部材の直
   進動作に変換するステアリングギヤボックスと、左右一
   対の車輪の各ナックルアームに各先端部が連結された一
   対のタイロッドと、これら一対のタイロッドの各基端部
   を上記可動部材の車幅方向両端部に連結する一対のジョ
   イント部材と、を有している、車両の操舵装置であっ
   て、 上記各ジョイント部材の高さが変更自在とされているこ
   とを特徴とする、車両の操舵装置。
2. 【請求項２】 上記可動部材は、車幅方向に延びたラッ
   クバーと、このラックバーに取り付けられて車両高さ方
   向に回転自在な一対のアームとを含んでおり、かつ上記
   各ジョイント部材は、上記各アームに支持されている、
   請求項１に記載の車両の操舵装置。