JP4190637B2

JP4190637B2 - Variable steering angle ratio steering device

Info

Publication number: JP4190637B2
Application number: JP353399A
Authority: JP
Inventors: 勝治渡辺
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-01-08
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2019-01-08
Also published as: JP2000198452A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両に搭載した可変舵角比操舵装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のパワーステアリングシステムには、ステアリングハンドルの操舵角に対する操向車輪の操舵角の割合、すなわち、舵角比を車速に応じて自動的に変化させるものがあり、例えば特開平７−２５７４０６号「車両用可変舵角比操舵装置」の技術がある。
この技術は、その公報の図１〜図３及び図８によれば、ステアリングホイール１（番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。）に連結した入力軸１１を、支持部材１４に偏心して回転可能に支持し、支持部材１４を車速に応じてモータ２７にて回転させることで、出力軸１７に対する入力軸１１の偏位量ａを調整するというものである。この結果、公報の図４及び図５に示すように、入力軸１１の入力角αに対する出力軸１７の出力角βの割合は、車速に応じて変化する。この結果、舵角比（ステアリングハンドルの操舵角に対する車輪の操舵角の比）も、車速に応じて変化する。
【０００３】
上記図５によれば、入力軸１１の入力角αが１８０゜のときに、出力軸１７の出力角βは１８０゜となる。
そして、上記図５の舵角比の特性（舵角比特性）は、公報第４頁左欄第３７行〜同第４８行に示されるように、下式で求められる。但し、同公報の記載事項に適宜修正を加えた。
α＝ｔａｎ^-1（ｂ×ｓｉｎβ／（ｂ×ｃｏｓβ−ａ））
但し、α；入力軸１１の回転角度
β；出力軸１７の回転角度
ａ；出力軸１７に対する入力軸１１の偏位量
ｂ；出力軸１７の回転中心Ｂに対する中間軸１９の作用点Ｃの偏位量
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両に搭載したパワーステアリングシステムには、一般に車両のタイプに適した固有の舵角比特性がある。車種毎に操舵感覚等が異なるからである。車種毎に任意の操舵感覚等を自由に設定するには、舵角比特性の設定自由度を高めればよく、この設定自由度を高めるには、舵角比特性を設定するための設定要因の数を増やすことが考えられる。
上記従来の技術は、偏位量ａと偏位量ｂの２つの設定要因だけで、舵角比特性を設定するものであり、設定自由度を高めるには限界がある。可変舵角比操舵装置の構成を複雑なものにすれば、設定要因の数を増やすことができる。しかし、これでは、可変舵角比操舵装置が大型化、高価格化にならざるを得ず、改良の余地がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、舵角比特性の設定自由度を高めることによって、車種毎の操舵感覚特性等を、より一層自由に設定することができる可変舵角比操舵装置を、簡単な構成によって提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１は、ステアリングハンドルから操舵トルクを受けて回転する入力軸と、操向車輪にラックアンドピニオン機構を介して操舵トルクを伝達する出力軸とを、互いに偏心可能に配置するとともに、出力軸に対する入力軸の偏心量を変えることにより、ステアリングハンドルの操舵角に対する操向車輪の操舵角の割合を変えるようにした可変舵角比操舵装置において、出力軸にラックアンドピニオン機構を構成するピニオンを設け、このピニオンとピニオンに噛み合うラックと入力軸と出力軸とを一括してハウジングに収納し、このハウジングに、出力軸を回転可能に支持するとともにその回転角に応じた移動量だけラックの延方向へ移動可能に案内する、支持機構を設けることにより、入力軸の回転角に応じた回転角並びに移動量だけ、出力軸を回転させつつラックの延方向へ移動させるように構成したことを特徴とする。
【０００７】
「出力軸の移動方向とその移動量」という、舵角比特性を設定するための設定要因を加えた。出力軸の位置が移動すれば、車速に対応した、すべての舵角比特性曲線は、入力軸の回転角が１８０゜のときに互いに交わり、しかも、この交わった点における出力軸の回転角が変動する。この結果、舵角比特性も変わる。このように、舵角比特性を設定するための設定要因数が増せば、舵角比特性の設定自由度は高まる。
【０００８】
請求項２は、支持機構が、ラックの移動方向に対して、出力軸の移動方向を逆向きに設定した機構であることを特徴とする。
入力軸の回転角が１８０゜のときに出力軸の回転角が１８０゜未満である特性を有した、舵角比特性となる。入力軸の回転角が１８０゜に対して、出力軸の回転角が１８０゜未満であるから、ハンドル操舵角の変化に対して舵角比が緩やかに変化する。
【０００９】
請求項３は、支持機構が、ラックの移動方向に出力軸の移動方向を一致させた機構であることを特徴とする。
入力軸の回転角が１８０゜のときに出力軸の回転角が１８０゜を越える特性を有した、舵角比特性となる。入力軸の回転角が１８０゜に対して、出力軸の回転角が１８０゜を越えるので、ハンドル操舵角の変化に対して舵角比が大きく変化する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る車両用ステアリングシステムの全体構成図である。
車両用ステアリングシステム１は、車両のステアリングハンドル２から操向車輪３，３に至るステアリング系４に、可変舵角比操舵機構１０を備えた電動パワーステアリングシステムである。詳しくは、車両用ステアリングシステム１は、ステアリングハンドル２にステアリングシャフト５、自在継手６，６を介して、可変舵角比操舵機構１０を連結したものである。可変舵角比操舵機構１０は操舵トルクセンサ３０を備える。
【００１１】
これにより、ステアリングハンドル２で発生したステアリング系４の操舵トルクを操舵トルクセンサ３０で検出し、この検出信号に基づいて制御手段７が制御信号を発生し、この制御信号に基づいて、操舵トルクに応じた補助トルクを電動機１２が発生し、補助トルクを可変舵角比操舵機構１０のラック軸１８に付加することができる。
また、車両用ステアリングシステム１は、車速センサ８で検出した車速信号と、変位センサ８４で検出した可変舵角比操舵機構１０の入力軸２２の偏心量信号とに基づいて、制御手段７が車速に応じた舵角比制御信号を発生し、この舵角比制御信号に基づいて、舵角比制御用電動機８１にて可変舵角比操舵機構１０を駆動して、舵角比を制御するものである。
【００１２】
図２は本発明に係る可変舵角比操舵装置の全体構成図であり、要部を断面したものである。
可変舵角比操舵装置１０は、ラックアンドピニオン機構１１、電動機１２、ボールねじ１３を車幅方向に延びる固定ハウジング１４に収納したものである。
電動機１２は、固定ハウジング１４の一部をなす副ハウジング１４ａ内に収納した環状のステータ１５と、ステータ１５内に同心的に配置したロータ１６と、ロータ１６に固定した管状の電動機出力軸１７とからなる。
ラックアンドピニオン機構１１のラック軸１８は、電動機出力軸１７内に挿通するとともに、ボールねじ１３によって電動機出力軸１７と連結したものである。
【００１３】
図３は図２の３−３線断面図である。
可変舵角比操舵装置１０は、固定されたハウジング（固定ハウジング）１４内の上部に略円筒状の可動ハウジング２１を回転可能に支持し、可動ハウジング２１内に入力軸２２を回転可能に支持し、入力軸２２の下部に出力軸２３の上部をカップリング４０によって連結し、さらに、出力軸２３を支持機構５０を介して固定ハウジング１４内の下部に支持したものである。
【００１４】
可動ハウジング２１の回転中心に対して、入力軸２２の心（回転中心）は図左右方向に偏心している。この偏心については、後述する。
可動ハウジング２１は、上部可動ハウジング２４と下部可動ハウジング２５とを同心上に重ねてボルト結合した、複合ハウジングである。
【００１５】
入力軸２２は、図１に示すステアリングハンドル２に自在継手６，６を介して連結した軸であり、直列に連結した第１入力軸部２６とトーションバー２７と第２入力軸部２８とからなる。詳しくは、入力軸２２は、管状の第１入力軸部２６内にトーションバー２７を挿入し、トーションバー２７の上部を第１入力軸部２６の上部にピン２９で結合し、トーションバー２７の下部を第２入力軸部２８の上部にセレーション結合したものである。
【００１６】
出力軸２３は、入力軸２２に平行な軸であり、上端外周面の支承部２３ａと、支承部２３ａの下方に連なる大径のピニオン２３ｂ（以下、「第１ピニオン２３ｂ」と言う。）と、第１ピニオン２３ｂから下方へ延びた支軸２３ｃと、支軸２３ｃの下端に連なる雄ねじ部２３ｄと、雄ねじ部２３ｄから下方へ延びた小径のピニオン２３ｅ（以下、「第２ピニオン２３ｅ」と言う。）とを、同心で一体に形成したものである。第１ピニオン２３ｂは、ラック軸１８のラック１８ａに噛み合うものである。
トーションバー（弾性部材）２７は、文字通りトルクに対して正確にねじれ角が発生するメンバーであって、操舵トルクが作用すると、第１入力軸部２６と第２入力軸部２８との間での相対ねじり変位を発生する。
【００１７】
操舵トルクセンサ３０は、第１入力軸部２６と第２入力軸部２８とに掛け渡すことで、両軸部２６，２８間の相対ねじれ変位に応じて軸方向へ変位可能なコア３１付きスライダ３２と、このスライダ３２の変位量、すなわち、コア３１の変位量を電気信号に変換するべく上部可動ハウジング２４に取付けたコイル３３とからなる、可変インダクタンス式センサである。
【００１８】
カップリング４０は、（１）入力軸２２に対して、軸直角方向に相対移動可能に且つ相対回転不能に連結し、（２）入力軸２２に対して偏心して設けられた出力軸２３の、更に偏心する部位に、軸直角方向に相対移動不能に且つ相対回転可能に連結したものである。
具体的には、カップリング４０は、入力軸２２の下端に一体に形成した上部フランジ４１と、上部フランジ４１に複数のボール４２…（…は複数を示す。以下同じ。）を介して連結した下部フランジ４３と、下部フランジ４３の下端から下方へ延びて出力軸２３の連結孔２３ｆに連結した連結軸（中間軸）４４とからなる。
【００１９】
さらに詳しくは、カップリング４０は、上部フランジ４１の下端面に側面断面視テーパ形状の連結溝４１ａを形成し、また、下部フランジ４３の上端面に側面断面視テーパ形状の連結溝４３ａを形成し、これら連結溝４１ａ，４３ａに３つのボール４２…を１列に並べて、連結溝４１ａ，４３ａのテーパ面に当てることで、上・下部フランジ４１，４３間を連結したものである。連結孔２３ｆは出力軸２３から偏心した位置にあり、また、連結軸４４は入力軸２２から偏心した位置にある。これら連結孔２３ｆと連結軸４４は、互いに回転可能に連結したものである。
【００２０】
支持機構５０は、出力軸２３を回転可能に支持するとともに、その回転角に応じた移動量だけラック１８ａの延びる方向（延方向。すなわち、図の表裏方向）へ移動可能に案内する機構であり、この機構によって、入力軸２２の回転角に応じた回転角並びに移動量だけ、出力軸２３を回転しつつラック１８ａの延方向へ移動させることができる。
従って、固定ハウジング１４は、出力軸２３を回転可能に且つラック１８ａの延びる方向へ移動可能に支持することになる。
【００２１】
支持機構５０の具体的な構造は、次の（１）〜（６）の構成からなる。
（１）固定ハウジング１４内の下部に支持盤５１を、出力軸２３の心に沿って上下移動可能を嵌合にて支持した。
（２）支持盤５１に下細りテーパ断面の支持孔５１ａを形成した。
（３）支持孔５１ａの図左右の内壁面に、２個の平形ニードルベアリング５２Ｌ，５２Ｒを介して、支持スライダ５３の下部を嵌合にて支持した。これにより、支持盤５１で平形ニードルベアリング５２Ｌ，５２Ｒを介して、支持スライダ５３をラック１８ａの延びる方向（図表裏方向）へ、移動可能に支持した。
（４）固定ハウジング１４内で１個の平形ニードルベアリング５４を介して、支持スライダ５３の上部をラック１８ａの延びる方向へ、移動可能に支持した。なお、平形ニードルベアリング５４は、落下防止のために、保持器５４ａの上端を略逆Ｌ字状に形成してある。
（５）支持スライダ５３内で上下３個の軸受５５，５５，５６を介して、出力軸２３の支承部２３ａ及び支軸２３ｃを回転可能に支持した。
（６）出力軸２３の第２ピニオン２３ｅを、固定ラック５１ｄに噛み合せた。第２ピニオン２３ｅと固定ラック５１ｄの噛み合い構造については、後述する。
【００２２】
なお、ラック軸１８の背面をラックガイド５７で押すようにしたので、支持スライダ５３の上部の支持については、ラック１８ａと対向する１個の平形ニードルベアリング５４だけでよい。ラックガイド５７は当て部材５７ａ、ガイド部５７ｂ、圧縮ばね５７ｃ及び調整ボルト５７ｄからなる。
【００２３】
固定ハウジング１４は、下端面に調整ボルト６１をねじ込み、この調整ボルト６１にて出力軸２３を軸方向に調整するようにしたものである。調整ボルト６１にてワッシャ６２を軸方向に適切な押圧力で押すことにより、この押圧力はワッシャ６２→支持盤５１→下部の平形ニードルベアリング５２Ｌ，５２Ｒ→支持スライダ５３→ロックナット６３→軸受５５，５５→出力軸２３→スラストベアリング６４→下部フランジ４３→ボール４２…→上部フランジ４１→第２入力軸２８→軸受６５，６５→下部可動ハウジング２５→ロックナット６６→軸受６７→ロックナット６８→固定ハウジング１４の経路で作用し、この結果、これら各部材間の余分な隙間を解消することができる。このため、１つの調整ボルト６１を調整するだけで、各部材間を良好な作動状態に容易に設定することができる。
【００２４】
図中、３４はコネクタ、４５は板状のボール保持器、７１，７２はオイルシール、７３は軸受、７４はニードルベアリング、７５はナット、Ｓは、後述するウォーム軸８３の軸線である。
【００２５】
図４は図３の４−４線断面図であり、平面視において、ウォーム軸８３の軸直角方向へ且つ可動ハウジング２１の回転中心Ｏからウォーム軸８３と反対方向へ距離Ｌだけ偏心した位置に、入力軸２２（第２入力軸部２８）の回転中心Ａを設けたことを示す。
可変舵角比操舵機構１０は、駆動手段としての舵角比制御用電動機８１にてウォームギヤ機構８２を介して可動ハウジング２１を回転させることで、入力軸２２の回転中心Ａを変位させて、操舵角の割合を変えるようにしたものである。舵角比制御用電動機８１は、制御手段７（図１参照）の舵角比制御信号に応じて正・逆転する。
ウォームギヤ機構８２は、舵角比制御用電動機８１の出力軸８１ａに連結したウォーム軸８３と、ウォーム軸８３のウォーム８３ａに噛み合うホイール２５ａとからなる。ホイール２５ａは下部可動ハウジング２５の外周面の一部に形成した歯である。
【００２６】
固定ハウジング１４は、入力軸２２の変位量を検出する変位センサ８４を取付けたものである。詳しくは、変位センサ８４は、下部可動ハウジング２５の外周面に形成したカム面２５ｂの変化量を検出することにより、回転中心Ａの変位量を間接的に検出するものであり、カム面２５ｂに接した先端部８４ａが進退するポテンショメータからなる。下部可動ハウジング２５の回転角と回転中心Ａの変位量とは対応し、また、回転中心Ａの変位量とカム面２５ｂの変位量とは対応する関係にある。このため、変位センサ８４でカム面２５ｂの変化量を検出すれば、回転中心Ａの変位量を確実に検出することができる。
図中、８５は中空偏心スリーブ、８６は軸受、８７はニードルベアリング、８８はナットである。
【００２７】
図５は本発明に係るウォームギヤ機構、可動ハウジング及び入力軸の関係説明図である。
ウォーム８３ａは、車速に応じて舵角比制御用電動機８１（図４参照）で回転されるものである。ウォーム８３ａが正・逆転すると、可動ハウジング２１は回転角θの範囲で正・逆転する。回転中心Ａは、可動ハウジング２１の回転中心Ｏから偏心しているので、この回転中心Ｏを通る２つの線Ａ₁〜線Ａ₂の範囲で、可動ハウジング２１の回転角θに応じて移動する。すなわち、回転中心Ａは、線Ａ₁の位置から回転角θだけ反時計方向へ移動すると、線Ａ₂の位置に一致する。例えば、（１）高速域の車速では線Ａ₁の位置に一致し、（２）低速域の車速では線Ａ₂の位置に一致する。
なお、回転中心Ａの変位軌跡は、正確には回転中心Ｏを中心とした円弧である。しかし、回転中心Ａの径方向の変位量Ｚは、無視できる程度である。従って、以下の説明においては、回転中心Ａの変位軌跡が、この図の左右方向の直線である（回転中心Ａの径方向の変位量Ｚ＝０）として、説明する。
【００２８】
図６は本発明に係る支持機構の分解斜視図であり、支持盤と支持スライダとの関係を示す。
支持盤５１は、平面視略矩形状のボックスであり、上方に開口した角孔状の支持孔５１ａと、支持孔５１ａの底部５１ｂに開けた角孔状の貫通孔５１ｃと、貫通孔５１ｃの縁に形成した固定のラック５１ｄ（固定ラック５１ｄ）とを一体に形成したものである。
支持孔５１ａは、ラック軸１８の延びる方向に細長い孔であり、この孔におけるテーパ状の左右の内壁面５１ｅ，５１ｅに、平形ニードルベアリング５２Ｌ，５２Ｒを取付けたものである。
固定ラック５１ｄは、貫通孔５１ｃの縁のうち、ラック１８ａに接近した縁に且つラック１８ａの延びる方向に多数の歯を刻んだものである。
【００２９】
支持スライダ５３は、上下に延びる角筒状部材である。この部材の下部に形成したテーパ状の左右の側壁５３ａ，５３ａを、平形ニードルベアリング５２Ｌ，５２Ｒを介して支持孔５１ａに嵌合することによって、支持盤５１にて支持スライダ５３をラック１８ａの延びる方向へ移動可能に支持したものである。さらに、支持スライダ５３は、ラック軸１８が通る開口５３ｂを有する。
【００３０】
図７は本発明に係る入力軸、カップリング、出力軸、ラック軸及び固定ラックの関係を示す分解斜視図であり、入力軸２２の回転中心Ａが線Ａ₁の位置にあるとき、入力軸２２の回転中心Ａと、出力軸２３の心（回転中心）Ｂと、連結軸４４の心（作用点）Ｃとを、平面視で一直線上に配列したことを示す。回転中心Ａは、回転中心Ｂと作用点Ｃの間に配列したものである。
ここで、回転中心Ａ，Ｂ並びに作用点Ｃを通る直線をＸとしたとき、線Ｘに同一平面上で直交する線をＹとする。また、回転中心Ｂを基準にして、ラック１８ａ側を０゜としたとき、反時計回りに９０゜、１８０゜、２７０゜とする。
【００３１】
すなわち、線Ｘは図の０゜−１８０゜の方向に延び、線Ｙは図の９０゜−２７０゜の方向に延びる。線Ｙは、ラック１８ａ（ラック軸１８）に平行であり、このラック１８ａに固定ラック５１ｄも平行である。従って、線Ｘはラック１８ａ並びに固定ラック５１ｄの延びる方向と直交する方向に延びることになる。さらに、固定ラック５１ｄは、出力軸２３の回転中心Ｂよりもラック１８ａ寄り（方位０゜側）に配置したものである。
【００３２】
入力軸２２が回転すると、カップリング４０のボール４２…の連結作用により、連結軸４４は出力軸２３の回転中心Ｂを旋回中心として旋回する。この結果、入力軸２２の回転力によって、出力軸２３は回転する。
出力軸２３が回転すれば、固定ラック５１ｄに噛み合う第２ピニオン２３ｅが入力軸２２の回転角に応じて線Ｙ方向に移動するとともに、第１ピニオン２３ｂに噛み合うラック１８ａが線Ｙ方向に移動する。例えば、入力軸２２を矢印Ｒ₁にて示す反時計回り方向に回転すると、出力軸２３も同方向に回転する。この結果、第２ピニオン２３ｅは回転しつつ固定ラック５１ｄに案内されて２７０゜の方向（矢印Ｒ₂方向）に移動し、ラック１８ａは第１ピニオン２３ｂに駆動されて９０゜の方向（矢印Ｒ₃方向）に移動する。従って、ラック１８ａの移動方向に対して、出力軸２３の移動方向は逆向きになる。逆向きに移動した分だけ出力軸２３の回転角が小さくなるので、入力軸２２の回転に対してラック１８ａの進みは遅くなる。
以上の説明から明らかなように、支持機構５０は、ラック１８ａの移動方向に対して、出力軸２３の移動方向を逆向きに設定した機構である。
【００３３】
ところで、出力軸２３の回転中心Ｂに対する入力軸２２の回転中心Ａの偏位量をａとし、出力軸２３の回転中心Ｂに対する連結軸４４の作用点Ｃの偏位量をｂとする。上述のように、入力軸２２の回転中心Ａは線Ａ₁〜線Ａ₂の範囲で線Ｘ上を変化するものである。一方、出力軸２３の回転中心Ｂは線Ｘに対して固定であって、線Ｙに沿って変化するものである。
以下、偏位量ａ並びに出力軸２３の移動量の変化に伴う、舵角比の変化について、図８に基づき説明する。
【００３４】
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係る可変舵角比操舵機構の作動原理説明図であり、舵角比の変化を模式的に示す。
（ａ）は上記図７の構成を模式的に表したものである。▲１▼高速域の車速では、入力軸の回転中心Ａが、可動ハウジングの回転中心Ｏを通る線Ａ₁の上にあり、このときの偏位量ａは最大値である。▲２▼低速域の車速では、入力軸の回転中心Ａが可動ハウジングの回転中心Ｏを通る線Ａ₂の上にあり、このときの偏位量ａは最小値、例えばａ＝０である。
【００３５】
（ａ）に示すように、入力軸の回転中心Ａが線Ａ₁の上にあるとき、出力軸の回転中心Ｂと、入力軸の回転中心Ａと、連結軸の作用点Ｃとは、図右から左へこの順に一直線上にあり、この状態を模式的平面図として表したものが（ｂ）である。すなわち、図７におけるＡ，Ｂ，Ｃの並びが（ｂ）のＡ，Ｂ，Ｃの並びに相当する。
回転中心Ｂを旋回中心として、作用点Ｃが図反時計回り（矢印方向）に旋回した場合について、以下の説明を行う。
なお、以下に「入力軸の回転角α」と言うときには、上記図３にて示す第２入力軸２８の回転角のことを言う。すなわち、第１入力軸２６の回転角に第２入力軸２８の回転角が一致するとして、考えたものである。
【００３６】
図８（ｂ）において、Ａを回転中心として入力軸を図反時計回りに回転角αだけ回転したとき、出力軸の回転中心Ｂは方位２７０゜へ向って点Ｂ₀まで直線的に移動し、その移動量はΔである。このとき、回転中心Ｂを旋回中心として、連結軸の作用点Ｃが図反時計回りに点Ｃ₀まで旋回するので、出力軸の回転角はβである。点Ｂ₀から点Ｃ₀までの距離は、偏位量ｂと同一である。
【００３７】
△Ｂ₀ＱＣ₀において、斜辺Ｂ₀Ｃ₀の長さは上記した通りｂであるから、底辺Ｂ₀Ｑの長さは（ｂ×ｃｏｓβ）となる。
この（ｂ×ｃｏｓβ）は点Ｂと点Ｐとの間の長さに相当する。このことから、△ＡＰＣ₀の底辺ＡＰの長さは（ｂ×ｃｏｓβ−ａ）となり、辺ＰＣ₀の長さＭは（ｂ×ｃｏｓβ−ａ）×ｔａｎα となる。
一方、△Ｂ₀ＱＣ₀において、辺ＱＣ₀の長さは（ｂ×ｓｉｎβ）であり、また、辺ＱＣ₀の長さは（Ｍ＋Δ）であることから、Ｍ＝ｂ×ｓｉｎβ−Δ となる。これらをまとめると次式（１）となる。
【００３８】
【数１】

【００３９】
図９は本発明に係る可変舵角比操舵機構の舵角比特性線図である。
この図は、横軸を入力軸２２の回転角α、すなわち、第２入力軸部２８の回転角αとし、縦軸を出力軸２３の回転角βとして、上記（２）式又は（５）式に基づいて表したものであって、入力軸の回転角αに対する、出力軸の回転角βの割合を示す。なお、この図は条件を次のように設定した例示である。
▲１▼線Ｖ₁は、低速域の車速（ａ＝ｂ／４）における舵角比特性曲線。
▲２▼線Ｖ₂は、中速域の車速（ａ＝２×ｂ／４）における舵角比特性曲線。
▲３▼線Ｖ₃は、高速域の車速（ａ＝３×ｂ／４）における舵角比特性曲線。
▲４▼出力軸の回転中心Ｂの移動量Δ＝１０×α／２７０ｍｍ
但し、ａ，ｂは偏位量である。
【００４０】
図９から明らかなように、線Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃は、入力軸の回転角αの広範囲に渡り図右肩上がりで、しかも下方へ極めて緩く湾曲した舵角比特性曲線である。車速に対応した、すべての舵角比特性曲線Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃は、入力軸の回転角αが１８０゜のときに互いに交わり、
しかも、この交わった点における出力軸の回転角βが１８０゜未満である特性を有する。
換言すれば、入力軸の回転角αに対する出力軸の回転角βの比が緩やかに変化するので、ハンドル操舵角の変化に対して舵角比も緩やかに変化する。
このように、本発明の実施の形態では、回転角αが１８０゜以上の広範囲に渡って、特性曲線の勾配が極めて緩い領域を確保することができる。舵角比の変化が緩やかなので、特に、ハンドル操舵角の変化に対して、操向車輪の操舵角の変化量を緩やかにしたい場合に有利な、全操舵角範囲に渡って極めて操舵感覚特性の優れた可変舵角比操舵装置になる。
【００４１】
図１０は本発明に係る可変舵角比操舵装置の変形例図である。
この変形例は、支持機構５０が、ラック１８ａの移動方向に出力軸２３の移動方向を一致させた機構であることを特徴とする。すなわち、上記図３，図６，図７に示す構成に対して、第２ピニオン２３ｅと固定ラック５１ｄの配置関係を変えた。具体的には、出力軸２３の回転中心Ｂに対し、ラック１８ａと反対側（方位１８０゜側）に固定ラック５１ｄを配置した。
なお、他の構成については上記図１〜図７と同一構成であり、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４２】
例えば、入力軸２２を矢印Ｒ₁にて示す反時計回り方向に回転すると、出力軸２３も同方向に回転する。この結果、第２ピニオン２３ｅは回転しつつ固定ラック５１ｄに案内されて９０゜の方向（矢印Ｒ₄方向）に移動し、ラック１８ａは第１ピニオン２３ｂに駆動されて９０゜の方向（矢印Ｒ₃方向）に移動する。
このように、変形例の支持機構５０は、ラック１８ａの移動方向に出力軸２３の移動方向を一致させる機構であるといえる。
【００４３】
図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係る可変舵角比操舵機構（変形例）の作動原理説明図であり、舵角比の変化を模式的に示す。
（ａ）は上記図１０の構成を模式的に表し、この（ａ）において回転中心Ａが線Ａ₁の位置にあるときの状態を、模式的平面図として表したものが（ｂ）である。
（ｂ）において、Ａを回転中心として入力軸を図反時計回りに回転角αだけ回転したとき、回転中心Ｂは方位９０゜へ向って点Ｂ0まで直線移動し、その移動量はΔである。このとき、回転中心Ｂを中心として作用点Ｃが図反時計回りに点Ｃ₀まで旋回するので、出力軸の回転角はβである。点Ｂ₀から点Ｃ₀までの距離は、偏位量ｂと同一である。
【００４４】
２つの直角三角形（△ＡＰＣ₀と△Ｂ₀ＱＣ₀）に基づき、点Ｐと点Ｃ₀との間の距離Ｍが、次の関係式から導かれる。なお、詳しい解析法は、前記（１）式〜（５）式で説明したので、省略する。
【００４５】
【数２】

【００４６】
図１２は本発明に係る可変舵角比操舵機構（変形例）の舵角比特性線図である。
この図は、横軸を入力軸２２の回転角α、すなわち、第２入力軸部２８の回転角αとし、縦軸を出力軸２３の回転角βとして、上記（１２）式又は（１３）式に基づいて表したものであって、入力軸の回転角αに対する、出力軸の回転角βの割合を示す。なお、例示条件は上記図９の場合と同一である。
【００４７】
図１２から明らかなように、線Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃は、入力軸の回転角αの広範囲に渡り図右肩上がりで、しかも下方へ湾曲した舵角比特性曲線である。車速に対応した、すべての舵角比特性曲線Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃は、入力軸の回転角αが１８０゜のときに互いに交わり、しかも、この交わった点における出力軸の回転角βが１８０゜を越える特性を有する。回転角αが１８０゜のときに回転角βが１８０゜を越えるので、ハンドル操舵角の変化に対して舵角比が大きく変化する。
さらに、これらの舵角比特性曲線は、入力軸の回転角αが概ね９０°以下において勾配が緩く、概ね９０°を越えると勾配がきつくなる特性を有する。
このように、変形例では、入力軸の回転角αが概ね９０°から１８０゜までの範囲に渡って、特性曲線の勾配が上記従来の技術よりもきつい領域を、確保することができる。すなわち、所定以上の操舵角に達すると、舵角比が大きく変化する。舵角比の変化が大きいので、ハンドル操舵角が大きくなるにつれて、操向車輪の操舵角を大きくしたい場合に有利な、可変舵角比操舵装置にすることができる。
【００４８】
以上の説明から明らかな如く、本発明は、上記図７に示す構成及び図１０に示す変形例のように、舵角比特性を設定するための設定要因の数を増やしたことを特徴とする。
すなわち、従来においては、偏位量ａと偏位量ｂの２つの設定要因だけであった。
本発明においては、さらに、「出力軸の移動方向とその移動量Δ」という設定要因を追加した。設定要因数が増せば、舵角比特性の設定自由度は高まる。従って、車種毎の操舵感覚特性を、より一層自由に設定することが可能である。この結果、車速に応じて、偏位量ａを制御するとともに、入力軸の回転角αに応じて、回転中心Ｂの移動方向とその移動量Δを変化させることにより、車種毎のより一層最適な舵角比特性で操舵することができる。
【００４９】
なお、上記本発明の実施の形態及び変形例において、（１）可動ハウジング２１は、上部・下部可動ハウジング２４，２５を一体的に形成したものであってもよい。
（２）可変舵角比操舵装置１０に、操舵トルクセンサ３０を組込むか分離するかについては任意である。分離した場合には、可変舵角比操舵装置１０にトーションバー２７を設ける必要がなく、入力軸２２は第１・第２入力軸部２６，２８を一体的に形成すればよい。
（３）支持機構５０は、出力軸２３を回転可能に支持するとともに、その回転角に応じた移動量だけラック１８ａの延方向へ移動可能に案内するものであればよく、固定ハウジング１４に支持盤５１並びに支持スライダ５３を介して出力軸２３を支持する構成や、固定ラック５１ｄと第２ピニオン２３ｅとの噛み合わせ構成に限定するものではない。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、ラックアンドピニオン機構と入・出力軸とを一括して収納するハウジングに、出力軸を回転可能に支持するとともにその回転角に応じた移動量だけラックの延方向へ移動可能に案内する、支持機構を設けることにより、入力軸の回転角に応じた回転角並びに移動量だけ、出力軸を回転させつつラックの延方向へ移動させることができる。
このようにして、「出力軸の移動方向とその移動量」という、舵角比特性を設定するための設定要因を加えたので、出力軸の位置が移動すれば、車速に対応した、すべての舵角比特性曲線は、入力軸の回転角が１８０゜のときに互いに交わり、しかも、この交わった点における出力軸の回転角が変動する。この結果、舵角比特性も変わる。
舵角比特性を設定するための設定要因数を増したので、舵角比特性の設定自由度は高まる。従って、簡単な構成によって、車種毎の操舵感覚特性等を、より一層自由に設定することが可能である。
【００５１】
請求項２は、ラックの移動方向に対して、出力軸の移動方向を逆向きに設定することにより、入力軸の回転角が１８０゜のときに出力軸の回転角が１８０゜未満である特性を有した、舵角比特性となる。入力軸の回転角が１８０゜に対して、出力軸の回転角が１８０゜未満であるから、ハンドル操舵角の変化に対して舵角比が緩やかに変化する。舵角比の変化が緩やかなので、特に、ハンドル操舵角の変化に対して、操向車輪の操舵角の変化量を緩やかにしたい場合に有利な、全操舵角範囲に渡って極めて操舵感覚特性の優れた可変舵角比操舵装置になる。
【００５２】
請求項３は、ラックの移動方向に出力軸の移動方向を一致させることにより、入力軸の回転角が１８０゜のときに出力軸の回転角が１８０゜を越える特性を有した、舵角比特性となる。入力軸の回転角が１８０゜に対して、出力軸の回転角が１８０゜を越えるので、ハンドル操舵角の変化に対して舵角比が大きく変化する。舵角比の変化が大きいので、特に、ハンドル操舵角が大きくなるにつれて、操向車輪の操舵角を大きくしたい場合に有利な、可変舵角比操舵装置にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用ステアリングシステムの全体構成図
【図２】本発明に係る可変舵角比操舵装置の全体構成図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】本発明に係るウォームギヤ機構、可動ハウジング及び入力軸の関係説明図
【図６】本発明に係る支持機構の分解斜視図
【図７】本発明に係る入力軸、カップリング、出力軸、ラック軸及び固定ラックの関係を示す分解斜視図
【図８】本発明に係る可変舵角比操舵機構の作動原理説明図
【図９】本発明に係る可変舵角比操舵機構の舵角比特性線図
【図１０】本発明に係る可変舵角比操舵装置の変形例図
【図１１】本発明に係る可変舵角比操舵機構（変形例）の作動原理説明図
【図１２】本発明に係る可変舵角比操舵機構（変形例）の舵角比特性線図
【符号の説明】
１…車両用ステアリングシステム、２…ステアリングハンドル、３…操向車輪、１０…可変舵角比操舵装置、１１…ラックアンドピニオン機構、１４…ハウジング（固定ハウジング）、１８…ラック軸、１８ａ…ラック、２２…入力軸、２３…出力軸、２３ｂ…ピニオン（第１ピニオン）、２３ｅ…第２ピニオン、４０…カップリング、５０…支持機構、５１…支持盤、５１ｄ…固定ラック、５３…支持スライダ、α…入力軸の回転角、β…出力軸の回転角、ａ…出力軸の回転中心に対する入力軸の回転中心の偏位量、ｂ…出力軸の回転中心に対する連結軸の作用点の偏位量、Δ…出力軸の移動量。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a variable steering angle ratio steering device mounted on a vehicle.
[0002]
[Prior art]
Some vehicle power steering systems automatically change the ratio of the steering angle of the steered wheels to the steering angle of the steering wheel, that is, the steering angle ratio according to the vehicle speed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-257406 “ There is a technique of a “variable steering angle ratio steering device for a vehicle”.
According to FIGS. 1 to 3 and FIG. 8 of the publication, this technique is configured to support the input shaft 11 coupled to the steering wheel 1 (the numbers are those cited in the publication; the same applies hereinafter) with the support member 14. The amount of deviation a of the input shaft 11 with respect to the output shaft 17 is adjusted by rotating the support member 14 with a motor 27 according to the vehicle speed. As a result, as shown in FIGS. 4 and 5 of the publication, the ratio of the output angle β of the output shaft 17 to the input angle α of the input shaft 11 varies according to the vehicle speed. As a result, the steering angle ratio (ratio of the steering angle of the wheel to the steering angle of the steering wheel) also changes according to the vehicle speed.
[0003]
According to FIG. 5, when the input angle α of the input shaft 11 is 180 °, the output angle β of the output shaft 17 is 180 °.
And the characteristic of the steering angle ratio (steering angle ratio characteristic) in FIG. 5 is obtained by the following equation as shown in the left column, line 37 to line 48 of the fourth page of the publication. However, the items described in the publication were appropriately modified.
α = tan ^-1 (B × sin β / (b × cos β-a))
Where α is the rotation angle of the input shaft 11
β: rotation angle of the output shaft 17
a: Deviation amount of the input shaft 11 with respect to the output shaft 17
b: Deviation amount of the operating point C of the intermediate shaft 19 with respect to the rotation center B of the output shaft 17
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, a power steering system mounted on a vehicle generally has a unique steering angle ratio characteristic suitable for the type of vehicle. This is because the steering sensation is different for each vehicle type. In order to freely set an arbitrary steering sensation, etc. for each vehicle model, it is only necessary to increase the degree of freedom in setting the steering angle ratio characteristic. To increase this degree of freedom in setting, the setting factor for setting the steering angle ratio characteristic It is possible to increase the number.
The above conventional technique sets the steering angle ratio characteristic only with two setting factors of the deviation amount a and the deviation amount b, and there is a limit in increasing the setting freedom. If the configuration of the variable steering angle ratio steering device is complicated, the number of setting factors can be increased. However, in this case, the variable steering angle ratio steering device must be increased in size and price, and there is room for improvement.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a variable steering angle ratio steering device that can set the steering feeling characteristics and the like for each vehicle type more freely by increasing the degree of freedom in setting the steering angle ratio characteristics. Is to provide by.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an input shaft that rotates by receiving steering torque from a steering handle and an output shaft that transmits steering torque to a steered wheel via a rack and pinion mechanism. In a variable steering angle ratio steering device that is arranged in such a manner that the ratio of the steering angle of the steered wheel to the steering angle of the steering wheel is changed by changing the amount of eccentricity of the input shaft relative to the output shaft, the rack is attached to the output shaft. The pinion that constitutes the and pinion mechanism is provided, and the rack that engages with the pinion and the pinion, the input shaft, and the output shaft are collectively stored in the housing, and the output shaft is rotatably supported in this housing and at the rotation angle. Depending on the rotation angle of the input shaft by providing a support mechanism that guides it in the direction in which the rack extends in accordance with the amount of movement Only the rotation angle and the movement amount, characterized by being configured to move while rotating the output shaft to extension direction of the rack.
[0007]
Added a setting factor for setting the steering angle ratio characteristic, which is the "movement direction and amount of movement of the output shaft". If the position of the output shaft moves, all the steering angle ratio characteristic curves corresponding to the vehicle speed intersect each other when the rotation angle of the input shaft is 180 °, and the rotation angle of the output shaft at this intersecting point is fluctuate. As a result, the steering angle ratio characteristic also changes. Thus, if the number of setting factors for setting the rudder angle ratio characteristic increases, the degree of freedom in setting the rudder angle ratio characteristic increases.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, the support mechanism is a mechanism in which the moving direction of the output shaft is set to be opposite to the moving direction of the rack.
When the rotation angle of the input shaft is 180 °, the steering angle ratio characteristic has a characteristic that the rotation angle of the output shaft is less than 180 °. Since the rotation angle of the input shaft is 180 ° and the rotation angle of the output shaft is less than 180 °, the steering angle ratio changes gently with respect to the change in the steering angle.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, the support mechanism is a mechanism in which the moving direction of the output shaft matches the moving direction of the rack.
When the rotation angle of the input shaft is 180 °, the steering angle ratio characteristic has a characteristic that the rotation angle of the output shaft exceeds 180 °. Since the rotation angle of the input shaft exceeds 180 ° and the rotation angle of the output shaft exceeds 180 °, the steering angle ratio greatly changes with respect to the change in the steering angle of the steering wheel.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a vehicle steering system according to the present invention.
The vehicle steering system 1 is an electric power steering system including a variable steering angle ratio steering mechanism 10 in a steering system 4 from a steering handle 2 of a vehicle to

steering wheels

3 and 3. Specifically, the vehicle steering system 1 is configured such that a variable steering angle ratio steering mechanism 10 is connected to a steering handle 2 via a steering shaft 5 and universal joints 6 and 6. The variable steering angle ratio steering mechanism 10 includes a steering torque sensor 30.
[0011]
As a result, the steering torque of the steering system 4 generated by the steering handle 2 is detected by the steering torque sensor 30, and the control means 7 generates a control signal based on this detection signal, and the steering torque is calculated based on this control signal. The motor 12 generates a corresponding assist torque, and the assist torque can be applied to the rack shaft 18 of the variable steering angle ratio steering mechanism 10.
Further, in the vehicle steering system 1, the control means 7 controls the vehicle speed based on the vehicle speed signal detected by the vehicle speed sensor 8 and the eccentric amount signal of the input shaft 22 of the variable steering angle ratio steering mechanism 10 detected by the displacement sensor 84. A steering angle ratio control signal is generated in accordance with the steering angle ratio control signal, and the variable steering angle ratio steering mechanism 10 is driven by the steering angle ratio control motor 81 to control the steering angle ratio based on the steering angle ratio control signal. It is.
[0012]
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a variable steering angle ratio steering apparatus according to the present invention, which is a cross-sectional view of a main part.
The variable rudder angle ratio steering device 10 includes a rack and pinion mechanism 11, an electric motor 12, and a ball screw 13 housed in a fixed housing 14 extending in the vehicle width direction.
The electric motor 12 includes an annular stator 15 housed in a sub-housing 14 a forming a part of the fixed housing 14, a rotor 16 concentrically disposed in the stator 15, and a tubular electric motor output shaft 17 fixed to the rotor 16. Consists of.
The rack shaft 18 of the rack and pinion mechanism 11 is inserted into the motor output shaft 17 and is connected to the motor output shaft 17 by the ball screw 13.
[0013]
3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG.
The variable rudder angle ratio steering apparatus 10 supports a substantially cylindrical movable housing 21 rotatably on an upper portion of a fixed housing (fixed housing) 14, and supports an input shaft 22 rotatably in the movable housing 21. The upper part of the output shaft 23 is connected to the lower part of the input shaft 22 by a coupling 40, and the output shaft 23 is supported on the lower part in the fixed housing 14 via a support mechanism 50.
[0014]
The center (rotation center) of the input shaft 22 is eccentric with respect to the rotation center of the movable housing 21 in the horizontal direction of the figure. This eccentricity will be described later.
The movable housing 21 is a composite housing in which an upper movable housing 24 and a lower movable housing 25 are concentrically overlapped and bolted together.
[0015]
The input shaft 22 is a shaft connected to the steering handle 2 shown in FIG. 1 via universal joints 6 and 6, and includes a first input shaft portion 26, a torsion bar 27, and a second input shaft portion 28 that are connected in series. Become. Specifically, the input shaft 22 has a torsion bar 27 inserted into a tubular first input shaft portion 26, and the upper portion of the torsion bar 27 is coupled to the upper portion of the first input shaft portion 26 with a pin 29. The lower part is serrated to the upper part of the second input shaft part 28.
[0016]
The output shaft 23 is an axis parallel to the input shaft 22, and has a support portion 23 a on the outer peripheral surface of the upper end and a large-diameter pinion 23 b (hereinafter referred to as “first pinion 23 b”) continuous below the support portion 23 a. , A support shaft 23c extending downward from the first pinion 23b, a male screw portion 23d connected to the lower end of the support shaft 23c, and a small-diameter pinion 23e extending downward from the male screw portion 23d (hereinafter referred to as “second pinion 23e”). )) Is formed concentrically and integrally. The first pinion 23 b meshes with the rack 18 a of the rack shaft 18.
The torsion bar (elastic member) 27 is a member that literally generates a torsion angle with respect to the torque. When the steering torque is applied, the torsion bar (elastic member) 27 is formed between the first input shaft portion 26 and the second input shaft portion 28. Generates relative torsional displacement.
[0017]
The steering torque sensor 30 is a slider with a core 31 that can be displaced in the axial direction according to relative torsional displacement between the two

shaft portions

26 and 28 by spanning the first input shaft portion 26 and the second input shaft portion 28. 32 and a coil 33 attached to the upper movable housing 24 to convert the displacement amount of the slider 32, that is, the displacement amount of the core 31 into an electric signal.
[0018]
The coupling 40 is (1) connected to the input shaft 22 so as to be relatively movable and non-rotatable in a direction perpendicular to the axis, and (2) of the output shaft 23 provided eccentrically with respect to the input shaft 22. Further, it is connected to an eccentric part so as not to be relatively movable and relatively rotatable in the direction perpendicular to the axis.
Specifically, the coupling 40 is connected to the upper flange 41 integrally formed at the lower end of the input shaft 22 and a plurality of balls 42 (... indicates a plurality, the same applies hereinafter) to the upper flange 41. The lower flange 43 and a connecting shaft (intermediate shaft) 44 that extends downward from the lower end of the lower flange 43 and is connected to the connecting hole 23 f of the output shaft 23.
[0019]
More specifically, the coupling 40 is formed with a connecting groove 41a having a tapered shape in side sectional view on the lower end surface of the upper flange 41, and a connecting groove 43a having a tapered shape in side sectional view in the upper end surface of the lower flange 43. The upper and

lower flanges

41 and 43 are connected by arranging three balls 42 in a row in the connecting

grooves

41a and 43a and hitting the tapered surfaces of the connecting

grooves

41a and 43a. The connection hole 23 f is at a position eccentric from the output shaft 23, and the connection shaft 44 is at a position eccentric from the input shaft 22. The connecting hole 23f and the connecting shaft 44 are connected to each other so as to be rotatable.
[0020]
The support mechanism 50 is a mechanism that rotatably supports the output shaft 23 and guides the output shaft 23 so as to be movable in the direction in which the rack 18a extends (extension direction, that is, the front and back directions in the figure) by a movement amount corresponding to the rotation angle. By this mechanism, it is possible to move the output shaft 23 in the extending direction of the rack 18 a while rotating the output shaft 23 by the rotation angle and the movement amount corresponding to the rotation angle of the input shaft 22.
Accordingly, the fixed housing 14 supports the output shaft 23 so as to be rotatable and movable in the extending direction of the rack 18a.
[0021]
The specific structure of the support mechanism 50 has the following configurations (1) to (6).
(1) The support board 51 is supported by fitting so as to be movable up and down along the center of the output shaft 23 in the lower part of the fixed housing 14.
(2) A support hole 51a having a taper cross section is formed in the support plate 51.
(3) The lower portion of the support slider 53 is supported by fitting to the inner wall surfaces on the left and right sides of the support hole 51a via two

flat needle bearings

52L and 52R. As a result, the support slider 53 is supported by the support plate 51 via the

flat needle bearings

52L and 52R so as to be movable in the direction in which the rack 18a extends (the back side of the figure).
(4) The upper portion of the support slider 53 is movably supported in the stationary housing 14 via one flat needle bearing 54 in the extending direction of the rack 18a. In the flat needle bearing 54, the upper end of the retainer 54a is formed in a substantially inverted L shape in order to prevent dropping.
(5) The support portion 23a and the support shaft 23c of the output shaft 23 are rotatably supported in the support slider 53 via the upper and

lower bearings

55, 55, and 56.
(6) The second pinion 23e of the output shaft 23 is engaged with the fixed rack 51d. The meshing structure of the second pinion 23e and the fixed rack 51d will be described later.
[0022]
Since the rear surface of the rack shaft 18 is pushed by the rack guide 57, the upper portion of the support slider 53 may be supported by only one flat needle bearing 54 facing the rack 18a. The rack guide 57 includes a contact member 57a, a guide portion 57b, a compression spring 57c, and an adjustment bolt 57d.
[0023]
The fixed housing 14 is configured such that an adjustment bolt 61 is screwed into a lower end surface and the output shaft 23 is adjusted in the axial direction by the adjustment bolt 61. By pressing the washer 62 with an appropriate pressing force in the axial direction with the adjusting bolt 61, the pressing force is changed to the washer 62 → the support plate 51 → the lower

flat needle bearings

52L and 52R → the support slider 53 → the lock nut 63 → the bearing 55. , 55 → output shaft 23 → thrust bearing 64 → lower flange 43 → ball 42... → upper flange 41 → second input shaft 28 →

bearings

65, 65 → lower movable housing 25 → lock nut 66 → bearing 67 → lock nut 68 → It acts in the path | route of the fixed housing 14, As a result, the excess clearance gap between these each members can be eliminated. For this reason, it is possible to easily set each member in a good operating state by adjusting only one adjustment bolt 61.
[0024]
In the figure, 34 is a connector, 45 is a plate-shaped ball cage, 71 and 72 are oil seals, 73 is a bearing, 74 is a needle bearing, 75 is a nut, and S is an axis of a worm shaft 83 described later.
[0025]
4 is a cross-sectional view taken along the line 4-4 of FIG. The rotation center A of the input shaft 22 (second input shaft portion 28) is provided.
The variable rudder angle ratio steering mechanism 10 displaces the rotation center A of the input shaft 22 by rotating the movable housing 21 via the worm gear mechanism 82 with the rudder angle ratio control electric motor 81 as a driving means, and steers. The ratio of corners is changed. The steering angle ratio control motor 81 rotates forward and backward according to the steering angle ratio control signal of the control means 7 (see FIG. 1).
The worm gear mechanism 82 includes a worm shaft 83 connected to the output shaft 81 a of the steering angle ratio control motor 81, and a wheel 25 a that meshes with the worm 83 a of the worm shaft 83. The wheel 25 a is a tooth formed on a part of the outer peripheral surface of the lower movable housing 25.
[0026]
The fixed housing 14 is provided with a displacement sensor 84 that detects the amount of displacement of the input shaft 22. Specifically, the displacement sensor 84 indirectly detects the amount of displacement of the rotation center A by detecting the amount of change of the cam surface 25b formed on the outer peripheral surface of the lower movable housing 25. It consists of a potentiometer whose front end 84a in contact is advanced and retracted. The rotation angle of the lower movable housing 25 and the displacement amount of the rotation center A correspond to each other, and the displacement amount of the rotation center A and the displacement amount of the cam surface 25b have a corresponding relationship. For this reason, if the displacement amount of the cam surface 25b is detected by the displacement sensor 84, the displacement amount of the rotation center A can be reliably detected.
In the figure, 85 is a hollow eccentric sleeve, 86 is a bearing, 87 is a needle bearing, and 88 is a nut.
[0027]
FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the worm gear mechanism, the movable housing, and the input shaft according to the present invention.
The worm 83a is rotated by a steering angle ratio control motor 81 (see FIG. 4) according to the vehicle speed. When the worm 83a is forward / backward, the movable housing 21 is forward / backward within the range of the rotation angle θ. Since the rotation center A is eccentric from the rotation center O of the movable housing 21, two lines A passing through the rotation center O are present. ₁ ~ Line A ₂ In this range, the movable housing 21 moves according to the rotation angle θ. That is, the center of rotation A is the line A ₁ Moving counterclockwise by the rotation angle θ from the position of line A ₂ Matches the position of. For example, (1) Line A at high speeds ₁ (2) Line A at low speeds ₂ Matches the position of.
It should be noted that the displacement locus of the rotation center A is an arc having the rotation center O as the center. However, the radial displacement amount Z of the rotation center A is negligible. Therefore, in the following description, the displacement locus of the rotation center A is described as a straight line in the left-right direction in this figure (the radial displacement amount Z = 0 of the rotation center A).
[0028]
FIG. 6 is an exploded perspective view of the support mechanism according to the present invention, and shows the relationship between the support plate and the support slider.
The support board 51 is a box having a substantially rectangular shape in plan view, and includes a square hole-like support hole 51a opened upward, a square hole-like through hole 51c opened in the bottom 51b of the support hole 51a, and a through hole 51c. A fixed rack 51d (fixed rack 51d) formed on the edge is integrally formed.
The support hole 51a is an elongated hole in the direction in which the rack shaft 18 extends, and

flat needle bearings

52L and 52R are attached to the tapered left and right inner wall surfaces 51e and 51e in the hole.
The fixed rack 51d is formed by cutting a large number of teeth on the edge of the through hole 51c that is close to the rack 18a and in the extending direction of the rack 18a.
[0029]
The support slider 53 is a rectangular tubular member extending vertically. By fitting the tapered left and

right side walls

53a, 53a formed in the lower part of the member into the support hole 51a via the

flat needle bearings

52L, 52R, the support slider 53 extends from the rack 18a. It is supported so as to be movable in the direction. Further, the support slider 53 has an opening 53b through which the rack shaft 18 passes.
[0030]
FIG. 7 is an exploded perspective view showing the relationship among the input shaft, coupling, output shaft, rack shaft and fixed rack according to the present invention. ₁ The rotation center A of the input shaft 22, the center (rotation center) B of the output shaft 23, and the center (action point) C of the connecting shaft 44 are arranged in a straight line in plan view. Show. The rotation center A is arranged between the rotation center B and the action point C.
Here, when a straight line passing through the rotation centers A and B and the action point C is X, a line orthogonal to the line X on the same plane is Y. Further, with the rotation center B as a reference, when the rack 18a side is set to 0 °, they are set to 90 °, 180 °, and 270 ° counterclockwise.
[0031]
That is, the line X extends in the direction of 0 ° -180 ° in the drawing, and the line Y extends in the direction of 90 ° -270 ° in the drawing. The line Y is parallel to the rack 18a (rack shaft 18), and the fixed rack 51d is also parallel to the rack 18a. Accordingly, the line X extends in a direction orthogonal to the extending direction of the rack 18a and the fixed rack 51d. Further, the fixed rack 51d is arranged closer to the rack 18a (orientation 0 ° side) than the rotation center B of the output shaft 23.
[0032]
When the input shaft 22 rotates, the connecting shaft 44 turns about the rotation center B of the output shaft 23 as a turning center by the connecting action of the balls 42 of the coupling 40. As a result, the output shaft 23 is rotated by the rotational force of the input shaft 22.
When the output shaft 23 rotates, the second pinion 23e meshing with the fixed rack 51d moves in the line Y direction according to the rotation angle of the input shaft 22, and the rack 18a meshing with the first pinion 23b moves in the line Y direction. . For example, the input shaft 22 is moved to the arrow R ₁ When rotating in the counterclockwise direction indicated by, the output shaft 23 also rotates in the same direction. As a result, the second pinion 23e rotates and is guided to the fixed rack 51d while rotating in the direction of 270 ° (arrow R). ₂ The rack 18a is driven by the first pinion 23b to move in the direction of 90 ° (arrow R). _Three Direction). Therefore, the moving direction of the output shaft 23 is opposite to the moving direction of the rack 18a. Since the rotation angle of the output shaft 23 is reduced by the amount of movement in the reverse direction, the advance of the rack 18 a is delayed with respect to the rotation of the input shaft 22.
As is clear from the above description, the support mechanism 50 is a mechanism in which the movement direction of the output shaft 23 is set opposite to the movement direction of the rack 18a.
[0033]
By the way, a deviation amount of the rotation center A of the input shaft 22 with respect to the rotation center B of the output shaft 23 is a, and a deviation amount of the action point C of the connecting shaft 44 with respect to the rotation center B of the output shaft 23 is b. As described above, the rotation center A of the input shaft 22 is the line A ₁ ~ Line A ₂ It changes on the line X in the range of. On the other hand, the rotation center B of the output shaft 23 is fixed with respect to the line X and changes along the line Y.
Hereinafter, changes in the steering angle ratio accompanying changes in the deviation amount a and the movement amount of the output shaft 23 will be described with reference to FIG.
[0034]
FIGS. 8A and 8B are explanatory diagrams of the operating principle of the variable steering angle ratio steering mechanism according to the present invention, and schematically show changes in the steering angle ratio.
(A) represents the structure of the said FIG. 7 typically. (1) When the vehicle speed is in the high speed range, the line A passing through the rotation center O of the movable housing is connected to the rotation center A of the input shaft. ₁ The displacement amount a at this time is the maximum value. (2) At the vehicle speed in the low speed range, the line A through which the rotation center A of the input shaft passes through the rotation center O of the movable housing ₂ The displacement amount a at this time is a minimum value, for example, a = 0.
[0035]
As shown in (a), the rotation center A of the input shaft is a line A ₁ , The rotation center B of the output shaft, the rotation center A of the input shaft, and the action point C of the connecting shaft are in a straight line in this order from right to left in the drawing, and this state is a schematic plan view. (B) is shown as That is, the arrangement of A, B, and C in FIG. 7 corresponds to the arrangement of A, B, and C in (b).
The case where the action point C turns counterclockwise (arrow direction) with the rotation center B as the turning center will be described below.
In the following description, the “rotation angle α of the input shaft” refers to the rotation angle of the second input shaft 28 shown in FIG. That is, it is considered that the rotation angle of the second input shaft 28 matches the rotation angle of the first input shaft 26.
[0036]
In FIG. 8B, when the input shaft is rotated counterclockwise by the rotation angle α around A as the rotation center, the rotation center B of the output shaft is point B toward the direction 270 °. ₀ The amount of movement is Δ. At this time, with the rotation center B as the turning center, the operating point C of the connecting shaft is a point C counterclockwise in the figure. ₀ The rotation angle of the output shaft is β. Point B ₀ To point C ₀ Is the same as the displacement amount b.
[0037]
△ B ₀ QC ₀ In hypotenuse B ₀ C ₀ Since the length of b is b as described above, the base B ₀ The length of Q is (b × cos β).
This (b × cos β) corresponds to the length between point B and point P. From this, △ APC ₀ The length of the base AP of (b × cos β−a) is ₀ The length M is (b × cos β−a) × tan α.
Meanwhile, △ B ₀ QC ₀ Side QC ₀ Is the length of (b × sin β) and the side QC ₀ Since the length of is (M + Δ), M = b × sin β−Δ. When these are put together, the following equation (1) is obtained.
[0038]
[Expression 1]

[0039]
FIG. 9 is a steering angle ratio characteristic diagram of the variable steering angle ratio steering mechanism according to the present invention.
In this figure, the horizontal axis is the rotation angle α of the input shaft 22, that is, the rotation angle α of the second input shaft portion 28, and the vertical axis is the rotation angle β of the output shaft 23. This is expressed based on the equation, and shows the ratio of the rotation angle β of the output shaft to the rotation angle α of the input shaft. This figure is an example in which the conditions are set as follows.
(1) Line V ₁ Is a steering angle ratio characteristic curve at a vehicle speed in a low speed range (a = b / 4).
(2) Line V ₂ Is a steering angle ratio characteristic curve at a medium vehicle speed (a = 2 × b / 4).
(3) Line V _Three Is a steering angle ratio characteristic curve at a vehicle speed in a high speed range (a = 3 × b / 4).
(4) Amount of movement of the rotation center B of the output shaft Δ = 10 × α / 270 mm
However, a and b are deviation amounts.
[0040]
As is apparent from FIG. 9, the line V ₁ , V ₂ , V _Three Is a rudder angle ratio characteristic curve that rises over the wide range of the rotation angle α of the input shaft and curves extremely gently downward. All steering angle ratio characteristic curves V corresponding to vehicle speed ₁ , V ₂ , V _Three Intersect each other when the rotation angle α of the input shaft is 180 °,
In addition, the rotation angle β of the output shaft at the intersecting point has a characteristic of less than 180 °.
In other words, since the ratio of the rotation angle β of the output shaft to the rotation angle α of the input shaft changes gently, the steering angle ratio also changes gently with respect to the change of the steering wheel steering angle.
Thus, in the embodiment of the present invention, it is possible to secure a region where the gradient of the characteristic curve is very gentle over a wide range where the rotation angle α is 180 ° or more. Since the change in the steering angle ratio is gradual, it is extremely advantageous over the entire steering angle range, especially when it is desired to moderate the change in the steering angle of the steered wheels with respect to the change in the steering angle. It becomes an excellent variable steering angle ratio steering device.
[0041]
FIG. 10 is a modification of the variable steering angle ratio steering apparatus according to the present invention.
This modification is characterized in that the support mechanism 50 is a mechanism in which the moving direction of the output shaft 23 is matched with the moving direction of the rack 18a. That is, the arrangement relationship between the second pinion 23e and the fixed rack 51d is changed with respect to the configuration shown in FIGS. Specifically, the fixed rack 51d is disposed on the opposite side (azimuth 180 °) with respect to the rotation center B of the output shaft 23.
In addition, about another structure, it is the same structure as the said FIGS. 1-7, attaches | subjects the same code | symbol and abbreviate | omits the description.
[0042]
For example, the input shaft 22 is moved to the arrow R ₁ When rotating in the counterclockwise direction indicated by, the output shaft 23 also rotates in the same direction. As a result, the second pinion 23e is guided to the fixed rack 51d while rotating and is directed in the direction of 90 ° (arrow R). _Four The rack 18a is driven by the first pinion 23b to move in the direction of 90 ° (arrow R). _Three Direction).
Thus, it can be said that the support mechanism 50 of the modified example is a mechanism that matches the moving direction of the output shaft 23 with the moving direction of the rack 18a.
[0043]
FIGS. 11A and 11B are explanatory views of the operation principle of the variable steering angle ratio steering mechanism (modified example) according to the present invention, and schematically show changes in the steering angle ratio.
(A) schematically represents the configuration of FIG. 10 above, and in this (a), the rotation center A is the line A. ₁ (B) is a schematic plan view showing the state at the position of.
In (b), when the input shaft is rotated counterclockwise by the rotation angle α around A as the rotation center, the rotation center B moves linearly toward the point B 0 toward the azimuth 90 °, and the movement amount is Δ. . At this time, the point of action C around the center of rotation B is a point C counterclockwise in the figure. ₀ The rotation angle of the output shaft is β. Point B ₀ To point C ₀ Is the same as the displacement amount b.
[0044]
Two right triangles (△ APC ₀ And △ B ₀ QC ₀ ), Point P and point C ₀ Is derived from the following relational expression. Since the detailed analysis method has been described in the above formulas (1) to (5), a description thereof will be omitted.
[0045]
[Expression 2]

[0046]
FIG. 12 is a steering angle ratio characteristic diagram of the variable steering angle ratio steering mechanism (modified example) according to the present invention.
In this figure, the horizontal axis is the rotation angle α of the input shaft 22, that is, the rotation angle α of the second input shaft portion 28, and the vertical axis is the rotation angle β of the output shaft 23. This is expressed based on the equation, and shows the ratio of the rotation angle β of the output shaft to the rotation angle α of the input shaft. The example conditions are the same as those in FIG.
[0047]
As is apparent from FIG. 12, the line V ₁ , V ₂ , V _Three Is a steering angle ratio characteristic curve that rises to the right in the figure over a wide range of the rotation angle α of the input shaft and curves downward. All steering angle ratio characteristic curves V corresponding to vehicle speed ₁ , V ₂ , V _Three Are intersected when the rotation angle α of the input shaft is 180 °, and the rotation angle β of the output shaft at the intersecting point exceeds 180 °. Since the rotation angle β exceeds 180 ° when the rotation angle α is 180 °, the steering angle ratio changes greatly with respect to the change in the steering angle.
Further, these steering angle ratio characteristic curves have a characteristic that the gradient is gentle when the rotation angle α of the input shaft is approximately 90 ° or less, and the gradient becomes tight when it exceeds approximately 90 °.
As described above, in the modified example, it is possible to secure a region where the gradient of the characteristic curve is tighter than that in the conventional technique over the range where the rotation angle α of the input shaft is approximately 90 ° to 180 °. That is, when the steering angle reaches a predetermined value or more, the steering angle ratio changes greatly. Since the change in the steering angle ratio is large, a variable steering angle ratio steering device that is advantageous when it is desired to increase the steering angle of the steered wheels as the steering wheel steering angle increases can be provided.
[0048]
As is apparent from the above description, the present invention is characterized in that the number of setting factors for setting the steering angle ratio characteristic is increased as in the configuration shown in FIG. 7 and the modification shown in FIG. .
That is, in the prior art, there were only two setting factors, the displacement amount a and the displacement amount b.
In the present invention, a setting factor of “the moving direction of the output shaft and its moving amount Δ” is further added. If the number of setting factors increases, the degree of freedom in setting the steering angle ratio characteristic increases. Therefore, it is possible to set the steering feeling characteristic for each vehicle type more freely. As a result, the displacement amount a is controlled according to the vehicle speed, and the movement direction of the rotation center B and the movement amount Δ are changed according to the rotation angle α of the input shaft, thereby making it more optimal for each vehicle type. It is possible to steer with a proper steering angle ratio characteristic.
[0049]
In the above-described embodiments and modifications of the present invention, (1) the movable housing 21 may be one in which the upper and lower

movable housings

24 and 25 are integrally formed.
(2) Whether the steering torque sensor 30 is incorporated into or separated from the variable steering angle ratio steering apparatus 10 is arbitrary. When separated, it is not necessary to provide the torsion bar 27 in the variable steering angle ratio steering apparatus 10, and the input shaft 22 may be formed integrally with the first and second

input shaft portions

26 and 28.
(3) The support mechanism 50 only needs to support the output shaft 23 so as to be rotatable and guide the output shaft 23 so as to be movable in the extending direction of the rack 18a according to the rotation angle. The configuration is not limited to the configuration in which the output shaft 23 is supported via the panel 51 and the support slider 53 or the meshing configuration of the fixed rack 51d and the second pinion 23e.
[0050]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following effects by the above configuration.
According to the first aspect of the present invention, the output shaft is rotatably supported in a housing that collectively stores the rack and pinion mechanism and the input / output shaft, and can be moved in the extending direction of the rack by a movement amount corresponding to the rotation angle. By providing the guiding support mechanism, the output shaft can be moved in the extending direction of the rack while rotating the output shaft by the rotation angle and the movement amount corresponding to the rotation angle of the input shaft.
In this way, because the setting factor for setting the steering angle ratio characteristic, which is the “movement direction and amount of movement of the output shaft”, has been added, if the position of the output shaft moves, all the factors corresponding to the vehicle speed The steering angle ratio characteristic curves intersect each other when the rotation angle of the input shaft is 180 °, and the rotation angle of the output shaft at this intersecting point varies. As a result, the steering angle ratio characteristic also changes.
Since the number of setting factors for setting the steering angle ratio characteristic is increased, the degree of freedom in setting the steering angle ratio characteristic is increased. Accordingly, it is possible to set the steering feeling characteristics and the like for each vehicle type more freely with a simple configuration.
[0051]
According to a second aspect of the present invention, the output shaft rotation angle is less than 180 ° when the input shaft rotation angle is 180 ° by setting the output shaft movement direction to be opposite to the rack movement direction. This is the steering angle ratio characteristic. Since the rotation angle of the input shaft is 180 ° and the rotation angle of the output shaft is less than 180 °, the steering angle ratio changes gently with respect to the change in the steering angle. Since the change in the steering angle ratio is gradual, it is extremely advantageous over the entire steering angle range, especially when it is desired to moderate the change in the steering angle of the steered wheels with respect to the change in the steering angle. It becomes an excellent variable steering angle ratio steering device.
[0052]
The third aspect of the present invention provides a steering angle ratio having a characteristic that when the rotation angle of the input shaft is 180 °, the rotation angle of the output shaft exceeds 180 ° by making the movement direction of the output shaft coincide with the movement direction of the rack. It becomes a characteristic. Since the rotation angle of the input shaft exceeds 180 ° and the rotation angle of the output shaft exceeds 180 °, the steering angle ratio greatly changes with respect to the change in the steering angle of the steering wheel. Since the change in the steering angle ratio is large, it is possible to provide a variable steering angle ratio steering device that is advantageous when it is desired to increase the steering angle of the steered wheels, particularly as the steering wheel steering angle increases.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a vehicle steering system according to the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a variable steering angle ratio steering apparatus according to the present invention.
3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG.
4 is a sectional view taken along line 4-4 of FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between a worm gear mechanism, a movable housing, and an input shaft according to the present invention.
FIG. 6 is an exploded perspective view of a support mechanism according to the present invention.
FIG. 7 is an exploded perspective view showing the relationship among the input shaft, coupling, output shaft, rack shaft and fixed rack according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating the operating principle of the variable steering angle ratio steering mechanism according to the present invention.
FIG. 9 is a steering angle ratio characteristic diagram of the variable steering angle ratio steering mechanism according to the present invention.
FIG. 10 is a modification diagram of the variable steering angle ratio steering apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating the operating principle of a variable steering angle ratio steering mechanism (modification) according to the present invention.
FIG. 12 is a steering angle ratio characteristic diagram of a variable steering angle ratio steering mechanism (modification) according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle steering system, 2 ... Steering wheel, 3 ... Steering wheel, 10 ... Variable steering angle ratio steering device, 11 ... Rack and pinion mechanism, 14 ... Housing (fixed housing), 18 ... Rack shaft, 18a ... Rack , 22 ... input shaft, 23 ... output shaft, 23b ... pinion (first pinion), 23e ... second pinion, 40 ... coupling, 50 ... support mechanism, 51 ... support plate, 51d ... fixed rack, 53 ... support slider , Α: rotation angle of the input shaft, β: rotation angle of the output shaft, a: deviation amount of the rotation center of the input shaft with respect to the rotation center of the output shaft, b: deviation of the action point of the connecting shaft with respect to the rotation center of the output shaft Unit amount, Δ: Movement amount of output shaft.

Claims

An input shaft that rotates by receiving steering torque from the steering handle and an output shaft that transmits the steering torque to the steered wheel via a rack and pinion mechanism are arranged so as to be eccentric with each other, and the eccentricity of the input shaft with respect to the output shaft In the variable steering angle ratio steering device that changes the ratio of the steering angle of the steered wheel to the steering angle of the steering handle by changing the amount, a pinion that constitutes the rack and pinion mechanism is provided on the output shaft, The rack that meshes with the pinion, the input shaft, and the output shaft are collectively stored in a housing, and the output shaft is rotatably supported in the housing, and the rack is extended by a movement amount according to the rotation angle. By providing a support mechanism for guiding the movement in the direction, the rotation angle according to the rotation angle of the input shaft and Rotation amount by the variable gear ratio steering apparatus characterized by being configured to move while rotating the extension direction of the rack output shaft.

The variable steering angle ratio steering apparatus according to claim 1, wherein the support mechanism is a mechanism in which a movement direction of the output shaft is set to be opposite to a movement direction of the rack.

The variable steering angle ratio steering apparatus according to claim 1, wherein the support mechanism is a mechanism in which a movement direction of the output shaft coincides with a movement direction of the rack.