非円形歯車対を用いたステアリング機構
【課題】 ステアリングホイールの操舵角に対する外輪の転舵角を大きく設定できる非円形歯車対を用いたステアリング機構を提供すること。
【解決手段】 旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転に対して、第２ギヤ６１が一定の割合で回転するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は一定であり、ステアリングホイール１の操舵に対して操向車輪７は一定の割合で切れるように設定した。一方、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６０の回転の増加に伴って増加し、ステアリングホイール操舵角に対して操向車輪７の切れ角が大きくなるように設定した。
【解決手段】 旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転に対して、第２ギヤ６１が一定の割合で回転するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は一定であり、ステアリングホイール１の操舵に対して操向車輪７は一定の割合で切れるように設定した。一方、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６０の回転の増加に伴って増加し、ステアリングホイール操舵角に対して操向車輪７の切れ角が大きくなるように設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操向車輪転舵時に、外輪と内輪の転舵角を異ならせるように非円形歯車対を用いたステアリング機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術としては、特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報では、非円形歯車対により入力操作（ステアリングホイールの操舵角等）を操舵車輪の転舵角に変換している。この非円形歯車対は、仮想二輪車を想定し、この仮想二輪車の後輪を原点(0,0)、後輪の車軸に沿った座標軸をξ軸、後輪の前進方向に沿った座標軸をη軸とする直交座標(ξ,η)を用いて仮想二輪車の操舵車輪Soの座標を(0,1)、実在する操舵車輪Sjの座標を(ξj,ηj)、仮想操舵車輪Soの操舵角をθo,実操舵車輪Sjの操舵角をθjで表すとき、contθo-ηj・contθj=ξjを満たし、かつ互いに噛合うように、各ピッチ曲線が定められている。これにより、車両の旋回中心を任意の点に設定できるので、小回り性が向上する。
【特許文献１】特許３２３７８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術においては、仮想二輪車の操舵車輪に基づいて非円形歯車対を設計しているため、非円形歯車は楕円形状となる。車両の左右の操舵車輪に設けられた非円形歯車対を同形状に設計されているとすると、旋回外輪側の非歯車対のギヤ比が小さくなり、旋回外輪側の車輪はステアリングホイールの操舵に対する切れ角が鈍くなるといった問題があった。
【０００４】
本発明に上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、ステアリングホイールの操舵角に対する外輪の転舵角を大きく設定できる非円形歯車対を用いたステアリング機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、操向車輪に設けられ、ステアリングホイールの操舵角を操向車輪の転舵角に変換する非円形歯車対を用いたステアリング機構において、非円形歯車対は、前記ステアリングホイールに接続される第１ギヤと、操向車輪に接続される第２ギヤと、を有し、第１ギヤの回転角をθ、第２ギヤの回転角をφとし、dφ/dθをギヤ比と定義すると、旋回外輪側の非円形歯車対のギヤ比は1以上であって、旋回内輪側の非円形歯車対のギヤ比は、旋回外輪側の非円形歯車対のギヤ比以上となるようにした。
【発明の効果】
【０００６】
よって、旋回外輪側の操向車輪の切れ角に対して旋回内側の操向車輪の切れ角を大きく設定するとともに、ステアリングホイールの操舵に対して旋回外側の操向車輪の十分な切れ角を成すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の非円形歯車対を用いたステアリング機構を実現する最良の形態を、実施例１および実施例２に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず構成を説明する。
【０００９】
図１は、実施例１のステアリング装置の全体構成図である。
【００１０】
実施例1のステアリング装置は、前輪転舵機構を備えている。この前輪転舵機構は、ステアリングホイール１と、ステアリングホイール１と接続するコラムシャフト２と、コラムシャフト２の回転を増速してステアリングシャフト４に伝達する第１交差歯車３と、ステアリングシャフト４の回転を車輪操向歯車６に伝達する第２交差歯車５とから構成される。
【００１１】
コラムシャフト２には操舵力アシストモータ２０が設けられ、運転者の操舵力負担を軽減することができる。
【００１２】
車輪操向歯車６は、非円形の第１ギヤ６０と第２ギヤ６１とから構成される非円形歯車対である。第１ギヤ６０は第２交差歯車と接続され、ステアリングシャフト４の車幅方向を軸とした回転を、上下方向を軸とした回転に変換されて伝達される。第２ギヤ６１の回転軸は、操向車輪７のナックル回転軸と一致して設けられ、操向車輪７と一体に回転する。
【００１３】
左右の操向車輪７は、共通の一点を中心に旋回するように設定されており、その中心が後輪の延長線と一致するとき、以下のアッカーマン・ジャントの式に一致する。
W/L=cotβ-cotα
ここで、内輪の切れ角をα、外輪の切れ角をβ、前後輪の車軸間距離をL、左右キングピン間距離をWとする。
【００１４】
図２は、左の操向車輪７に設けた車輪操向歯車６のピッチ曲線の形状を示した図である。車輪操向歯車６の第１ギヤ６０および第２ギヤ６１はピッチ曲線が非円形状に形成されたギヤである。第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転軸間距離はaに設定されている。
【００１５】
ステアリングホイール１を右に操舵すると操向車輪７は右に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６１も右に回転する（図中のR方向）。一方、第２ギヤ６１と噛合う第１ギヤ６０は左に回転する（図中のR方向）。このとき左の操向車輪７は旋回外輪側となる。左の操向車輪７が旋回外輪側となるとき、第１ギヤ６０は中立位置から角度θ1の範囲（第１外側噛合い部６０ａ）で、第２ギヤ６１の中立位置から角度φ1の範囲（第２外側噛合い部６１ａ）と噛合う。
【００１６】
逆にステアリングホイール１を左に操舵すると操向車輪７は左に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６１も左に回転する（図中のL方向）。一方、第２ギヤ６１と噛合う第１ギヤ６０は右に回転する（図中のL方向）。このとき左の操向車輪７は旋回内輪側となる。左の操向車輪７が旋回内輪側となるとき、第１ギヤ６０は中立位置から角度θ2の範囲（第１内側噛合い部６０ｂ）で、第２ギヤ６１の中立位置から角度φ2の範囲（第２内側噛合い部６１ｂ）と噛合う。
【００１７】
図３は、図２に示した車輪操向歯車６の第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転角の関係を示したものである。横軸は第１ギヤ６０の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準とした回転変位）θを示し、縦軸は第２ギヤ６１の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準とした回転変位）φを示す。
【００１８】
図３に示すように、旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転に対して、第２ギヤ６１が一定の割合で回転するようにピッチ曲線が形成される。一方、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するようにピッチ曲線が形成される。
【００１９】
また、第１ギヤ６０の回転角がθa以下の場合には、旋回外輪側と旋回内輪側の第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転角の関係は一致するように形成される。この第１ギヤ６０の回転角θaは、高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲（転舵角γ）に対応する角度に設定する。
【００２０】
また、第２ギヤ６０のピッチ曲線の回転軸からの距離をrφ、第１ギヤ６０の回転角をθ、第２ギヤ６１の回転角をφ、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転軸間の距離をaとし、車輪操向歯車６のピッチ曲線およびピッチ曲線の導関数を極座標表示すると、以下の式で表される。
すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１とはdθ/dφおよびd2θ/dφ2が、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の噛合い範囲内で連続であればよい。
【００２１】
また、車輪操向歯車６はピッチ曲線が滑らかに連結するように、第１ギヤ６０の第１外輪側噛合い部６０ａと第１内輪側噛合い部６０ｂとは、その接続部において接線方向が一致するように形成される。同じく、第２ギヤ６１の第２外輪側噛合い部６１ａと第２内輪側噛合い部６１ｂとは、その接続部において接線方向が一致するように形成される。
【００２２】
次に作用について説明する。
【００２３】
従来の非円形歯車対を用いたステアリング機構においては、非円形歯車として楕円形の歯車が用いられていた。図４は従来の左の操向車輪７に設けた車輪操向歯車６のピッチ曲線の形状を示した図である。車輪操向歯車６の第１ギヤ６２および第２ギヤ６３はピッチ曲線が楕円形状に形成されたギヤである。第１ギヤ６２と第２ギヤ６３の回転軸間距離はaに設定されている。
【００２４】
ステアリングホイール１を右に操舵すると操向車輪７は右に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６３も右に回転する（図中のR方向）。一方、第２ギヤ６３と噛合う第１ギヤ６２は左に回転する（図中のR方向）。このとき左の操向車輪７は旋回外輪側となる。左の操向車輪７が旋回外輪側となるとき、第１ギヤ６２は中立位置から角度θ3の範囲で、第２ギヤ６３の中立位置から角度φ3の範囲と噛合う。
【００２５】
逆にステアリングホイール１を左に操舵すると操向車輪７は左に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６１も左に回転する（図中のL方向）。一方、第２ギヤ６１と噛合う第１ギヤ６０は右に回転する（図中のL方向）。このとき左の操向車輪７は旋回内輪側となる。左の操向車輪７が旋回内輪側となるとき、第１ギヤ６０は中立位置から角度θ4の範囲で、第２ギヤ６１の中立位置から角度φ4の範囲と噛合う。
【００２６】
図５は、車輪操向歯車６のピッチ曲線を楕円形状に形成した非歯車対を用いたときの第１ギヤ６２と第２ギヤ６３との回転変位の関係を示すグラフである。横軸は第１ギヤ６２の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準として回転変位）θを示し、縦軸は第２ギヤ６３の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準として回転変位）φを示す。図５中の点線は第１ギヤ６２の回転に対して、第２ギヤ６３が一定の割合で回転する場合を示している。つまり、第１ギヤ６２と第２ギヤ６３のギヤ比(dφ/dθ)は一定であり、ステアリングホイール１の操舵に対して操向車輪７は一定の割合で切れる場合を示す。
【００２７】
図５に示すように、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６２の回転角が増加するほど、第２ギヤ６３の回転が増加する。すなわち、第１ギヤ６２と第２ギヤ６３のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６２の回転の増加に伴って増加し、ステアリングホイール１の操舵角に対して操向車輪７の切れ角が大きくなる。一方、旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６２の回転角が増加するほど、第２ギヤ６３の回転が減少する。すなわち、第１ギヤ６２と第２ギヤ６３のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６２の回転の増加に伴って減少し、ステアリングホイール操舵角に対して操向車輪７の切れ角が小さくなる。
【００２８】
これは、車輪操向歯車６にピッチ曲線を楕円形状に形成した非円形歯車対を用いたため、次のように設定する必要があるからである。
【００２９】
車輪操向歯車６のピッチ曲線を楕円形状に形成した場合、第１ギヤ６２および第２ギヤ６３の回転によって、ピッチ曲線と回転軸との距離は絶えず変化する。すなわち、第１ギヤ６２と第２ギヤ６３とのギヤ比(dφ/dθ)は回転に伴い増減する。車両の旋回半径を小さくするためには、操向車輪７の旋回外輪側の転舵角βに対して、旋回内輪側の転舵角αを大きくすることが望ましい。
【００３０】
そのため、車輪操向歯車６のピッチ曲線を楕円形状に形成した場合、ステアリングホイール１の転舵によって、車輪操向歯車６の第１ギヤ６２と第２ギヤ６３とのギヤ比(dφ/dθ)が小さくなる範囲を旋回外輪側で用い、第１ギヤ６２と第２ギヤ６３とのギヤ比(dφ/dθ)が大きくなる範囲を旋回内輪側で用いる。
【００３１】
そこで実施例１では、旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転に対して、第２ギヤ６１が一定の割合で回転するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は一定であり、ステアリングホイール１の操舵に対して操向車輪７は一定の割合で切れるように設定した。一方、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６０の回転の増加に伴って増加し、ステアリングホイール操舵角に対して操向車輪７の切れ角が大きくなるように設定した。
【００３２】
そのため、旋回外輪側の操向車輪７の切れ角に対して旋回内側の操向車輪７の切れ角を大きく設定するとともに、ステアリングホイール１の操舵に対して旋回外側の操向車輪７の十分な切れ角を成すことができる。
【００３３】
また、実施例１では第１ギヤ６０の第１外輪側噛合い部６０ａと第１内輪側噛合い部６０ｂの接続部において接線方向が一致するように形成した。同じく第２ギヤ６１の第２外輪側噛合い部６１ａと第２内輪側噛合い部６１ｂの接続部において接線方向が一致するように形成した。そのため、操向車輪７が中立位置付近における第１ギヤ６０と第２ギヤ６１との回転力伝達を滑らかに行うことができる。
【００３４】
また、実施例１では、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１とはdθ/dφおよびd2θ/dφ2が、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の噛合い範囲内で連続であるように形成した。そのため、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１との回転力伝達を滑らかに行うことができる。
【００３５】
また、実施例１では、第１ギヤ６０の回転角がθa以下の場合には、旋回外輪側と旋回内輪側の第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転角の関係は一致するように形成した。すなわち、ステアリングホイール１の左右の操舵角が設定値以下の範囲（高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲に対応）においては、旋回外輪側の車輪操向歯車６のギヤ比と旋回内輪側の車輪操向歯車６のギヤ比が等しくなるように、車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。
【００３６】
図６は、操向車輪７の転舵角に対するギヤ比の関係を示す図である。図６に示すように、高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲（転舵角γ）においては、旋回外輪側も旋回内輪側もギヤ比は等しくなる。そのため、操向車輪７の旋回外輪側も旋回内輪側も同一方向に転舵されるため、高速走行時の操舵の安定性を向上させることができる。
【００３７】
また実施例１では、旋回内輪側の車輪操向歯車６を、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するように形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は、操向車輪７の中立位置において最も小さく、転舵角が大きくなるほど大きくなる。そのため、中立位置付近では、ステアリングホイール１の操作に対して操向車輪７の転舵が鈍くなるため車両の直進安定性が向上する。
【００３８】
（１）旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転に対して、第２ギヤ６１が一定の割合で回転するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は一定であり、ステアリングホイール１の操舵に対して操向車輪７は一定の割合で切れるように設定した。一方、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６０の回転の増加に伴って増加し、ステアリングホイール操舵角に対して操向車輪７の切れ角が大きくなるように設定した。
【００３９】
そのため、旋回外輪側の操向車輪７の切れ角に対して旋回内側の操向車輪７の切れ角を大きく設定するとともに、ステアリングホイール１の操舵に対して旋回外側の操向車輪７の十分な切れ角を成すことができる。
【００４０】
（２）第１ギヤ６０の第１外輪側噛合い部６０ａと第１内輪側噛合い部６０ｂの接続部において接線方向が一致するように形成した。同じく第２ギヤ６１の第２外輪側噛合い部６１ａと第２内輪側噛合い部６１ｂの接続部において接線方向が一致するように、車輪操向歯車６を形成した。
【００４１】
そのため、操向車輪７が中立位置付近における第１ギヤ６０と第２ギヤ６１との回転力伝達を滑らかに行うことができる。
【００４２】
（３）第１ギヤ６０と第２ギヤ６１とはdθ/dφおよびd2θ/dφ2が、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の噛合い範囲内で連続であるように、車輪操向歯車６を形成した。
【００４３】
そのため、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１との回転力伝達を滑らかに行うことができる。
【００４４】
（４）車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転角がθa以下の場合には、旋回外輪側と旋回内輪側の第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転角の関係は一致するように形成した。すなわち、ステアリングホイール１の左右の操舵角が設定値以下の範囲（高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲に対応）においては、旋回外輪側の車輪操向歯車６のギヤ比と旋回内輪側の車輪操向歯車６のギヤ比が等しくなるように、車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。
【００４５】
よって、高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲においては、旋回外輪側も旋回内輪側もギヤ比は等しくなる。そのため、操向車輪７の旋回外輪側も旋回内輪側も同一方向に転舵されるため、高速走行時の操舵の安定性を向上させることができる。
【００４６】
（５）旋回内輪側の車輪操向歯車６を、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するように形成した。
【００４７】
よって、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は、操向車輪７の中立位置において最も小さく、転舵角が大きくなるほど大きくなる。そのため、中立位置付近では、ステアリングホイール１の操作に対して操向車輪７の転舵が鈍くなるため車両の直進安定性が向上する。そのため、中立位置付近では、ステアリングホイール１の操作に対して操向車輪７の転舵が鈍くなるため車両の直進安定性が向上する。
【実施例２】
【００４８】
実施例１では、操向車輪７の旋回外輪側は、ステアリングホイール１の操舵に対して一定の割合で切れるように設定していた。一方、実施例２では、操向車輪７の旋回外輪側もステアリングホイール１を大きく操舵するほど、大きな割合で切れるように設定した点において、実施例１と異なる。
【００４９】
まず、構成について説明する。実施例１と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
【００５０】
図７は、左の操向車輪７に設けた車輪操向歯車６のピッチ曲線の形状を示した図である。車輪操向歯車６の第１ギヤ６４および第２ギヤ６５はピッチ曲線が非円形状に形成されたギヤである。第１ギヤ６４と第２ギヤ６５の回転軸間距離はaに設定されている。
【００５１】
ステアリングホイール１を右に操舵すると操向車輪７は右に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６５も右に回転する（図中のR方向）。一方、第２ギヤ６５と噛合う第１ギヤ６４は左に回転する（図中のR方向）。このとき左の操向車輪７は旋回外輪側となる。左の操向車輪７が旋回外輪側となるとき、第１ギヤ６４は中立位置から角度θ5の範囲（第１外側噛合い部６４ａ）で、第２ギヤ６５の中立位置から角度φ5の範囲（第２外側噛合い部６５ａ）と噛合う。
【００５２】
逆にステアリングホイール１を左に操舵すると操向車輪７は左に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６５も左に回転する（図中のL方向）。一方、第２ギヤ６５と噛合う第１ギヤ６４は右に回転する（図中のL方向）。このとき左の操向車輪７は旋回内輪側となる。左の操向車輪７が旋回内輪側となるとき、第１ギヤ６４は中立位置から角度θ6の範囲（第１内側噛合い部６４ｂ）で、第２ギヤ６５の中立位置から角度φ6の範囲（第２内側噛合い部６５ｂ）と噛合う。
【００５３】
図８は、図７に示した車輪操向歯車６の第１ギヤ６４と第２ギヤ６５の回転角の関係を示したものである。横軸は第１ギヤ６４の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準として回転変位）θを示し、縦軸は第２ギヤ６５の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準として回転変位）φを示す。
【００５４】
図８に示すように、旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６４の回転に対して、第２ギヤ６５が一定の割合で回転するようにピッチ曲線が形成される。一方、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６４の回転角が増加するほど、第２ギヤ６５の回転が増加するようにピッチ曲線が形成される。
【００５５】
また、第１ギヤ６４の回転角がθb以下の場合には、旋回外輪側と旋回内輪側の第１ギヤ６４と第２ギヤ６５の回転角の関係は一致するように形成される。この第１ギヤ６４の回転角θaは、高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲（転舵角γ）に対応する角度に設定する。
【００５６】
また、第２ギヤ６４のピッチ曲線の回転軸からの距離をrφ、第１ギヤ６４の回転角をθ、第２ギヤ６５の回転角をφ、第１ギヤ６４と第２ギヤ６５の回転軸間の距離をaとし、車輪操向歯車６のピッチ曲線およびピッチ曲線の導関数を極座標表示すると、以下の式で表される。
すなわち、第１ギヤ６４と第２ギヤ６５とはdθ/dφおよびd2θ/dφ2が、第１ギヤ６４と第２ギヤ６５の噛合い範囲内で連続であればよい。
【００５７】
また、車輪操向歯車６はピッチ曲線が滑らかに連結するように、第１ギヤ６４の第１外輪側噛合い部６４ａと第１内輪側噛合い部６４ｂとは、その接続部において接線方向が一致するように形成される。同じく、第２ギヤ６５の第２外輪側噛合い部６５ａと第２内輪側噛合い部６５ｂとは、その接続部において接線方向が一致するように形成される。
【００５８】
次に効果について述べる。
【００５９】
（６）旋回外輪側の車輪操向歯車６も、第１ギヤ６４の回転角が増加するほど、第２ギヤ６５の回転が増加するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６４と第２ギヤ６５のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６４の回転の増加に伴って増加し、ステアリングホイール操舵角に対して操向車輪７の切れ角が大きくなるように設定した。
【００６０】
そのため、旋回内側の操向車輪７の切れ角に対して旋回内側の操向車輪７の切れ角を大きく設定するとともに、ステアリングホイール１の操舵に対して旋回外側の操向車輪７の切れ角を大きくすることができる。
【００６１】
（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１および実施例２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例および実施例２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。
【００６２】
たとえば、実施例１ではステアリングホイールから操向車輪まで機械的に接続されていたが、ステアリングホイールと操向車輪との間で電気的信号によって制御するバイワイヤなどでおこなってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１のステアリング装置の全体構成図である。
【図２】実施例１の左の操向車輪に設けた車輪操向歯車のピッチ曲線の形状を示した図である。
【図３】実施例１の車輪操向歯車の第１ギヤと第２ギヤの回転角の関係を示したものである。
【図４】従来の左の操向車輪に設けた車輪操向歯車のピッチ曲線の形状を示した図である。
【図５】従来の車輪操向歯車の第１ギヤと第２ギヤの回転角の関係を示したものである。
【図６】実施例１の操向車輪の転舵角に対するギヤ比の関係を示す図である。
【図７】実施例２の左の操向車輪に設けた車輪操向歯車のピッチ曲線の形状を示した図である。
【図８】実施例１の車輪操向歯車の第１ギヤと第２ギヤの回転角の関係を示したものである。
【符号の説明】
【００６４】
１ ステアリングホイール
４ ステアリングシャフト
６ 車輪操向歯車
７ 操向車輪
２０ 操舵力アシストモータ
６０，６４ 第１ギヤ
６０ａ，６４ａ 第１外輪側噛合い部
６０ｂ，６４ｂ 第１内輪側噛合い部
６１，６５ 第２ギヤ
６１ａ，６５ａ 第２外輪側噛合い部
６１ｂ，６５ｂ 第２内輪側噛合い部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操向車輪転舵時に、外輪と内輪の転舵角を異ならせるように非円形歯車対を用いたステアリング機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術としては、特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報では、非円形歯車対により入力操作（ステアリングホイールの操舵角等）を操舵車輪の転舵角に変換している。この非円形歯車対は、仮想二輪車を想定し、この仮想二輪車の後輪を原点(0,0)、後輪の車軸に沿った座標軸をξ軸、後輪の前進方向に沿った座標軸をη軸とする直交座標(ξ,η)を用いて仮想二輪車の操舵車輪Soの座標を(0,1)、実在する操舵車輪Sjの座標を(ξj,ηj)、仮想操舵車輪Soの操舵角をθo,実操舵車輪Sjの操舵角をθjで表すとき、contθo-ηj・contθj=ξjを満たし、かつ互いに噛合うように、各ピッチ曲線が定められている。これにより、車両の旋回中心を任意の点に設定できるので、小回り性が向上する。
【特許文献１】特許３２３７８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術においては、仮想二輪車の操舵車輪に基づいて非円形歯車対を設計しているため、非円形歯車は楕円形状となる。車両の左右の操舵車輪に設けられた非円形歯車対を同形状に設計されているとすると、旋回外輪側の非歯車対のギヤ比が小さくなり、旋回外輪側の車輪はステアリングホイールの操舵に対する切れ角が鈍くなるといった問題があった。
【０００４】
本発明に上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、ステアリングホイールの操舵角に対する外輪の転舵角を大きく設定できる非円形歯車対を用いたステアリング機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、操向車輪に設けられ、ステアリングホイールの操舵角を操向車輪の転舵角に変換する非円形歯車対を用いたステアリング機構において、非円形歯車対は、前記ステアリングホイールに接続される第１ギヤと、操向車輪に接続される第２ギヤと、を有し、第１ギヤの回転角をθ、第２ギヤの回転角をφとし、dφ/dθをギヤ比と定義すると、旋回外輪側の非円形歯車対のギヤ比は1以上であって、旋回内輪側の非円形歯車対のギヤ比は、旋回外輪側の非円形歯車対のギヤ比以上となるようにした。
【発明の効果】
【０００６】
よって、旋回外輪側の操向車輪の切れ角に対して旋回内側の操向車輪の切れ角を大きく設定するとともに、ステアリングホイールの操舵に対して旋回外側の操向車輪の十分な切れ角を成すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の非円形歯車対を用いたステアリング機構を実現する最良の形態を、実施例１および実施例２に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず構成を説明する。
【０００９】
図１は、実施例１のステアリング装置の全体構成図である。
【００１０】
実施例1のステアリング装置は、前輪転舵機構を備えている。この前輪転舵機構は、ステアリングホイール１と、ステアリングホイール１と接続するコラムシャフト２と、コラムシャフト２の回転を増速してステアリングシャフト４に伝達する第１交差歯車３と、ステアリングシャフト４の回転を車輪操向歯車６に伝達する第２交差歯車５とから構成される。
【００１１】
コラムシャフト２には操舵力アシストモータ２０が設けられ、運転者の操舵力負担を軽減することができる。
【００１２】
車輪操向歯車６は、非円形の第１ギヤ６０と第２ギヤ６１とから構成される非円形歯車対である。第１ギヤ６０は第２交差歯車と接続され、ステアリングシャフト４の車幅方向を軸とした回転を、上下方向を軸とした回転に変換されて伝達される。第２ギヤ６１の回転軸は、操向車輪７のナックル回転軸と一致して設けられ、操向車輪７と一体に回転する。
【００１３】
左右の操向車輪７は、共通の一点を中心に旋回するように設定されており、その中心が後輪の延長線と一致するとき、以下のアッカーマン・ジャントの式に一致する。
W/L=cotβ-cotα
ここで、内輪の切れ角をα、外輪の切れ角をβ、前後輪の車軸間距離をL、左右キングピン間距離をWとする。
【００１４】
図２は、左の操向車輪７に設けた車輪操向歯車６のピッチ曲線の形状を示した図である。車輪操向歯車６の第１ギヤ６０および第２ギヤ６１はピッチ曲線が非円形状に形成されたギヤである。第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転軸間距離はaに設定されている。
【００１５】
ステアリングホイール１を右に操舵すると操向車輪７は右に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６１も右に回転する（図中のR方向）。一方、第２ギヤ６１と噛合う第１ギヤ６０は左に回転する（図中のR方向）。このとき左の操向車輪７は旋回外輪側となる。左の操向車輪７が旋回外輪側となるとき、第１ギヤ６０は中立位置から角度θ1の範囲（第１外側噛合い部６０ａ）で、第２ギヤ６１の中立位置から角度φ1の範囲（第２外側噛合い部６１ａ）と噛合う。
【００１６】
逆にステアリングホイール１を左に操舵すると操向車輪７は左に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６１も左に回転する（図中のL方向）。一方、第２ギヤ６１と噛合う第１ギヤ６０は右に回転する（図中のL方向）。このとき左の操向車輪７は旋回内輪側となる。左の操向車輪７が旋回内輪側となるとき、第１ギヤ６０は中立位置から角度θ2の範囲（第１内側噛合い部６０ｂ）で、第２ギヤ６１の中立位置から角度φ2の範囲（第２内側噛合い部６１ｂ）と噛合う。
【００１７】
図３は、図２に示した車輪操向歯車６の第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転角の関係を示したものである。横軸は第１ギヤ６０の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準とした回転変位）θを示し、縦軸は第２ギヤ６１の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準とした回転変位）φを示す。
【００１８】
図３に示すように、旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転に対して、第２ギヤ６１が一定の割合で回転するようにピッチ曲線が形成される。一方、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するようにピッチ曲線が形成される。
【００１９】
また、第１ギヤ６０の回転角がθa以下の場合には、旋回外輪側と旋回内輪側の第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転角の関係は一致するように形成される。この第１ギヤ６０の回転角θaは、高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲（転舵角γ）に対応する角度に設定する。
【００２０】
また、第２ギヤ６０のピッチ曲線の回転軸からの距離をrφ、第１ギヤ６０の回転角をθ、第２ギヤ６１の回転角をφ、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転軸間の距離をaとし、車輪操向歯車６のピッチ曲線およびピッチ曲線の導関数を極座標表示すると、以下の式で表される。
すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１とはdθ/dφおよびd2θ/dφ2が、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の噛合い範囲内で連続であればよい。
【００２１】
また、車輪操向歯車６はピッチ曲線が滑らかに連結するように、第１ギヤ６０の第１外輪側噛合い部６０ａと第１内輪側噛合い部６０ｂとは、その接続部において接線方向が一致するように形成される。同じく、第２ギヤ６１の第２外輪側噛合い部６１ａと第２内輪側噛合い部６１ｂとは、その接続部において接線方向が一致するように形成される。
【００２２】
次に作用について説明する。
【００２３】
従来の非円形歯車対を用いたステアリング機構においては、非円形歯車として楕円形の歯車が用いられていた。図４は従来の左の操向車輪７に設けた車輪操向歯車６のピッチ曲線の形状を示した図である。車輪操向歯車６の第１ギヤ６２および第２ギヤ６３はピッチ曲線が楕円形状に形成されたギヤである。第１ギヤ６２と第２ギヤ６３の回転軸間距離はaに設定されている。
【００２４】
ステアリングホイール１を右に操舵すると操向車輪７は右に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６３も右に回転する（図中のR方向）。一方、第２ギヤ６３と噛合う第１ギヤ６２は左に回転する（図中のR方向）。このとき左の操向車輪７は旋回外輪側となる。左の操向車輪７が旋回外輪側となるとき、第１ギヤ６２は中立位置から角度θ3の範囲で、第２ギヤ６３の中立位置から角度φ3の範囲と噛合う。
【００２５】
逆にステアリングホイール１を左に操舵すると操向車輪７は左に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６１も左に回転する（図中のL方向）。一方、第２ギヤ６１と噛合う第１ギヤ６０は右に回転する（図中のL方向）。このとき左の操向車輪７は旋回内輪側となる。左の操向車輪７が旋回内輪側となるとき、第１ギヤ６０は中立位置から角度θ4の範囲で、第２ギヤ６１の中立位置から角度φ4の範囲と噛合う。
【００２６】
図５は、車輪操向歯車６のピッチ曲線を楕円形状に形成した非歯車対を用いたときの第１ギヤ６２と第２ギヤ６３との回転変位の関係を示すグラフである。横軸は第１ギヤ６２の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準として回転変位）θを示し、縦軸は第２ギヤ６３の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準として回転変位）φを示す。図５中の点線は第１ギヤ６２の回転に対して、第２ギヤ６３が一定の割合で回転する場合を示している。つまり、第１ギヤ６２と第２ギヤ６３のギヤ比(dφ/dθ)は一定であり、ステアリングホイール１の操舵に対して操向車輪７は一定の割合で切れる場合を示す。
【００２７】
図５に示すように、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６２の回転角が増加するほど、第２ギヤ６３の回転が増加する。すなわち、第１ギヤ６２と第２ギヤ６３のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６２の回転の増加に伴って増加し、ステアリングホイール１の操舵角に対して操向車輪７の切れ角が大きくなる。一方、旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６２の回転角が増加するほど、第２ギヤ６３の回転が減少する。すなわち、第１ギヤ６２と第２ギヤ６３のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６２の回転の増加に伴って減少し、ステアリングホイール操舵角に対して操向車輪７の切れ角が小さくなる。
【００２８】
これは、車輪操向歯車６にピッチ曲線を楕円形状に形成した非円形歯車対を用いたため、次のように設定する必要があるからである。
【００２９】
車輪操向歯車６のピッチ曲線を楕円形状に形成した場合、第１ギヤ６２および第２ギヤ６３の回転によって、ピッチ曲線と回転軸との距離は絶えず変化する。すなわち、第１ギヤ６２と第２ギヤ６３とのギヤ比(dφ/dθ)は回転に伴い増減する。車両の旋回半径を小さくするためには、操向車輪７の旋回外輪側の転舵角βに対して、旋回内輪側の転舵角αを大きくすることが望ましい。
【００３０】
そのため、車輪操向歯車６のピッチ曲線を楕円形状に形成した場合、ステアリングホイール１の転舵によって、車輪操向歯車６の第１ギヤ６２と第２ギヤ６３とのギヤ比(dφ/dθ)が小さくなる範囲を旋回外輪側で用い、第１ギヤ６２と第２ギヤ６３とのギヤ比(dφ/dθ)が大きくなる範囲を旋回内輪側で用いる。
【００３１】
そこで実施例１では、旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転に対して、第２ギヤ６１が一定の割合で回転するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は一定であり、ステアリングホイール１の操舵に対して操向車輪７は一定の割合で切れるように設定した。一方、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６０の回転の増加に伴って増加し、ステアリングホイール操舵角に対して操向車輪７の切れ角が大きくなるように設定した。
【００３２】
そのため、旋回外輪側の操向車輪７の切れ角に対して旋回内側の操向車輪７の切れ角を大きく設定するとともに、ステアリングホイール１の操舵に対して旋回外側の操向車輪７の十分な切れ角を成すことができる。
【００３３】
また、実施例１では第１ギヤ６０の第１外輪側噛合い部６０ａと第１内輪側噛合い部６０ｂの接続部において接線方向が一致するように形成した。同じく第２ギヤ６１の第２外輪側噛合い部６１ａと第２内輪側噛合い部６１ｂの接続部において接線方向が一致するように形成した。そのため、操向車輪７が中立位置付近における第１ギヤ６０と第２ギヤ６１との回転力伝達を滑らかに行うことができる。
【００３４】
また、実施例１では、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１とはdθ/dφおよびd2θ/dφ2が、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の噛合い範囲内で連続であるように形成した。そのため、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１との回転力伝達を滑らかに行うことができる。
【００３５】
また、実施例１では、第１ギヤ６０の回転角がθa以下の場合には、旋回外輪側と旋回内輪側の第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転角の関係は一致するように形成した。すなわち、ステアリングホイール１の左右の操舵角が設定値以下の範囲（高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲に対応）においては、旋回外輪側の車輪操向歯車６のギヤ比と旋回内輪側の車輪操向歯車６のギヤ比が等しくなるように、車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。
【００３６】
図６は、操向車輪７の転舵角に対するギヤ比の関係を示す図である。図６に示すように、高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲（転舵角γ）においては、旋回外輪側も旋回内輪側もギヤ比は等しくなる。そのため、操向車輪７の旋回外輪側も旋回内輪側も同一方向に転舵されるため、高速走行時の操舵の安定性を向上させることができる。
【００３７】
また実施例１では、旋回内輪側の車輪操向歯車６を、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するように形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は、操向車輪７の中立位置において最も小さく、転舵角が大きくなるほど大きくなる。そのため、中立位置付近では、ステアリングホイール１の操作に対して操向車輪７の転舵が鈍くなるため車両の直進安定性が向上する。
【００３８】
（１）旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転に対して、第２ギヤ６１が一定の割合で回転するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は一定であり、ステアリングホイール１の操舵に対して操向車輪７は一定の割合で切れるように設定した。一方、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６０の回転の増加に伴って増加し、ステアリングホイール操舵角に対して操向車輪７の切れ角が大きくなるように設定した。
【００３９】
そのため、旋回外輪側の操向車輪７の切れ角に対して旋回内側の操向車輪７の切れ角を大きく設定するとともに、ステアリングホイール１の操舵に対して旋回外側の操向車輪７の十分な切れ角を成すことができる。
【００４０】
（２）第１ギヤ６０の第１外輪側噛合い部６０ａと第１内輪側噛合い部６０ｂの接続部において接線方向が一致するように形成した。同じく第２ギヤ６１の第２外輪側噛合い部６１ａと第２内輪側噛合い部６１ｂの接続部において接線方向が一致するように、車輪操向歯車６を形成した。
【００４１】
そのため、操向車輪７が中立位置付近における第１ギヤ６０と第２ギヤ６１との回転力伝達を滑らかに行うことができる。
【００４２】
（３）第１ギヤ６０と第２ギヤ６１とはdθ/dφおよびd2θ/dφ2が、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の噛合い範囲内で連続であるように、車輪操向歯車６を形成した。
【００４３】
そのため、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１との回転力伝達を滑らかに行うことができる。
【００４４】
（４）車輪操向歯車６は、第１ギヤ６０の回転角がθa以下の場合には、旋回外輪側と旋回内輪側の第１ギヤ６０と第２ギヤ６１の回転角の関係は一致するように形成した。すなわち、ステアリングホイール１の左右の操舵角が設定値以下の範囲（高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲に対応）においては、旋回外輪側の車輪操向歯車６のギヤ比と旋回内輪側の車輪操向歯車６のギヤ比が等しくなるように、車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。
【００４５】
よって、高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲においては、旋回外輪側も旋回内輪側もギヤ比は等しくなる。そのため、操向車輪７の旋回外輪側も旋回内輪側も同一方向に転舵されるため、高速走行時の操舵の安定性を向上させることができる。
【００４６】
（５）旋回内輪側の車輪操向歯車６を、第１ギヤ６０の回転角が増加するほど、第２ギヤ６１の回転が増加するように形成した。
【００４７】
よって、第１ギヤ６０と第２ギヤ６１のギヤ比(dφ/dθ)は、操向車輪７の中立位置において最も小さく、転舵角が大きくなるほど大きくなる。そのため、中立位置付近では、ステアリングホイール１の操作に対して操向車輪７の転舵が鈍くなるため車両の直進安定性が向上する。そのため、中立位置付近では、ステアリングホイール１の操作に対して操向車輪７の転舵が鈍くなるため車両の直進安定性が向上する。
【実施例２】
【００４８】
実施例１では、操向車輪７の旋回外輪側は、ステアリングホイール１の操舵に対して一定の割合で切れるように設定していた。一方、実施例２では、操向車輪７の旋回外輪側もステアリングホイール１を大きく操舵するほど、大きな割合で切れるように設定した点において、実施例１と異なる。
【００４９】
まず、構成について説明する。実施例１と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
【００５０】
図７は、左の操向車輪７に設けた車輪操向歯車６のピッチ曲線の形状を示した図である。車輪操向歯車６の第１ギヤ６４および第２ギヤ６５はピッチ曲線が非円形状に形成されたギヤである。第１ギヤ６４と第２ギヤ６５の回転軸間距離はaに設定されている。
【００５１】
ステアリングホイール１を右に操舵すると操向車輪７は右に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６５も右に回転する（図中のR方向）。一方、第２ギヤ６５と噛合う第１ギヤ６４は左に回転する（図中のR方向）。このとき左の操向車輪７は旋回外輪側となる。左の操向車輪７が旋回外輪側となるとき、第１ギヤ６４は中立位置から角度θ5の範囲（第１外側噛合い部６４ａ）で、第２ギヤ６５の中立位置から角度φ5の範囲（第２外側噛合い部６５ａ）と噛合う。
【００５２】
逆にステアリングホイール１を左に操舵すると操向車輪７は左に転舵し、この操向車輪７と一体に回転する第２ギヤ６５も左に回転する（図中のL方向）。一方、第２ギヤ６５と噛合う第１ギヤ６４は右に回転する（図中のL方向）。このとき左の操向車輪７は旋回内輪側となる。左の操向車輪７が旋回内輪側となるとき、第１ギヤ６４は中立位置から角度θ6の範囲（第１内側噛合い部６４ｂ）で、第２ギヤ６５の中立位置から角度φ6の範囲（第２内側噛合い部６５ｂ）と噛合う。
【００５３】
図８は、図７に示した車輪操向歯車６の第１ギヤ６４と第２ギヤ６５の回転角の関係を示したものである。横軸は第１ギヤ６４の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準として回転変位）θを示し、縦軸は第２ギヤ６５の回転角（操向車輪７中立位置のときを基準として回転変位）φを示す。
【００５４】
図８に示すように、旋回外輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６４の回転に対して、第２ギヤ６５が一定の割合で回転するようにピッチ曲線が形成される。一方、旋回内輪側の車輪操向歯車６は、第１ギヤ６４の回転角が増加するほど、第２ギヤ６５の回転が増加するようにピッチ曲線が形成される。
【００５５】
また、第１ギヤ６４の回転角がθb以下の場合には、旋回外輪側と旋回内輪側の第１ギヤ６４と第２ギヤ６５の回転角の関係は一致するように形成される。この第１ギヤ６４の回転角θaは、高速走行時に通常使用する操向車輪７の転舵範囲（転舵角γ）に対応する角度に設定する。
【００５６】
また、第２ギヤ６４のピッチ曲線の回転軸からの距離をrφ、第１ギヤ６４の回転角をθ、第２ギヤ６５の回転角をφ、第１ギヤ６４と第２ギヤ６５の回転軸間の距離をaとし、車輪操向歯車６のピッチ曲線およびピッチ曲線の導関数を極座標表示すると、以下の式で表される。
すなわち、第１ギヤ６４と第２ギヤ６５とはdθ/dφおよびd2θ/dφ2が、第１ギヤ６４と第２ギヤ６５の噛合い範囲内で連続であればよい。
【００５７】
また、車輪操向歯車６はピッチ曲線が滑らかに連結するように、第１ギヤ６４の第１外輪側噛合い部６４ａと第１内輪側噛合い部６４ｂとは、その接続部において接線方向が一致するように形成される。同じく、第２ギヤ６５の第２外輪側噛合い部６５ａと第２内輪側噛合い部６５ｂとは、その接続部において接線方向が一致するように形成される。
【００５８】
次に効果について述べる。
【００５９】
（６）旋回外輪側の車輪操向歯車６も、第１ギヤ６４の回転角が増加するほど、第２ギヤ６５の回転が増加するように車輪操向歯車６のピッチ曲線を形成した。すなわち、第１ギヤ６４と第２ギヤ６５のギヤ比(dφ/dθ)は、第１ギヤ６４の回転の増加に伴って増加し、ステアリングホイール操舵角に対して操向車輪７の切れ角が大きくなるように設定した。
【００６０】
そのため、旋回内側の操向車輪７の切れ角に対して旋回内側の操向車輪７の切れ角を大きく設定するとともに、ステアリングホイール１の操舵に対して旋回外側の操向車輪７の切れ角を大きくすることができる。
【００６１】
（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１および実施例２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例および実施例２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。
【００６２】
たとえば、実施例１ではステアリングホイールから操向車輪まで機械的に接続されていたが、ステアリングホイールと操向車輪との間で電気的信号によって制御するバイワイヤなどでおこなってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１のステアリング装置の全体構成図である。
【図２】実施例１の左の操向車輪に設けた車輪操向歯車のピッチ曲線の形状を示した図である。
【図３】実施例１の車輪操向歯車の第１ギヤと第２ギヤの回転角の関係を示したものである。
【図４】従来の左の操向車輪に設けた車輪操向歯車のピッチ曲線の形状を示した図である。
【図５】従来の車輪操向歯車の第１ギヤと第２ギヤの回転角の関係を示したものである。
【図６】実施例１の操向車輪の転舵角に対するギヤ比の関係を示す図である。
【図７】実施例２の左の操向車輪に設けた車輪操向歯車のピッチ曲線の形状を示した図である。
【図８】実施例１の車輪操向歯車の第１ギヤと第２ギヤの回転角の関係を示したものである。
【符号の説明】
【００６４】
１ ステアリングホイール
４ ステアリングシャフト
６ 車輪操向歯車
７ 操向車輪
２０ 操舵力アシストモータ
６０，６４ 第１ギヤ
６０ａ，６４ａ 第１外輪側噛合い部
６０ｂ，６４ｂ 第１内輪側噛合い部
６１，６５ 第２ギヤ
６１ａ，６５ａ 第２外輪側噛合い部
６１ｂ，６５ｂ 第２内輪側噛合い部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操向車輪に設けられ、ステアリングホイールの操舵角を操向車輪の転舵角に変換する非円形歯車対を用いたステアリング機構において、
前記非円形歯車対は、前記ステアリングホイールに接続される第１ギヤと、前記操向車輪に接続される第２ギヤと、を有し、
前記第１ギヤの回転角をθ、前記第２ギヤの回転角をφとし、dφ/dθをギヤ比と定義すると、
前記ステアリングホイールの操舵に対する旋回外輪側の前記非円形歯車対のギヤ比の変化率(d2φ/dθ2)が0（ゼロ）以上であって、旋回内輪側の前記非円形歯車対のギヤ比の変化率(d2φ/dθ2)は、旋回外輪側の前記非円形歯車対のギヤ比の変化率(d2φ/dθ2)以上となることを特徴とする非円形歯車対を用いたステアリング機構。
【請求項２】
請求項１に記載の非円形歯車対を用いたステアリング機構において、
旋回外輪側に設けられた前記第１ギヤが前記第２ギヤと噛合う第１外輪側噛合い部と、旋回内輪側に設けられた前記第１ギヤが前記第２ギヤと噛合う第１内輪側噛合い部の接線方向が、前記第１外輪側噛合い部と第１内輪側噛合い部との接続部において一致し、旋回外輪側に設けられた前記第２ギヤが前記第１ギヤと噛合う第２外輪側噛合い部と、旋回内輪側に設けられた前記第２ギヤが前記第１ギヤと噛合う第２内輪側噛合い部の接線方向が、前記第２外輪側噛合い部と第２内輪側噛合い部との接続部において一致することを特徴とする非円形歯車対を用いたステアリング機構。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の非円形歯車対を用いたステアリング機構において、
前記操向車輪の転舵範囲において、dφ/dθおよびd2φ/dθ２が連続となるように前記非円形歯車対のピッチ曲線を設定したことを特徴とする非円形歯車対を用いたステアリング機構。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の非円形歯車対を用いたステアリング機構において、
前記ステアリングホイールの左右の操舵角が設定値以下のときには、外輪側の非円形歯車対のギヤ比と、内輪側の非円形歯車対のギヤ比とが等しくなるようにピッチ曲線を設定することを特徴とする非円形歯車対を用いたステアリング機構。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の非円形歯車対を用いたステアリング機構において、
前記非円形歯車対は、前記ステアリングホイールの中立位置において前記ギヤ比が最も小さくなるようにピッチ曲線を設定したことを特徴とする非円形歯車対を用いたステアリング機構。
【請求項１】
操向車輪に設けられ、ステアリングホイールの操舵角を操向車輪の転舵角に変換する非円形歯車対を用いたステアリング機構において、
前記非円形歯車対は、前記ステアリングホイールに接続される第１ギヤと、前記操向車輪に接続される第２ギヤと、を有し、
前記第１ギヤの回転角をθ、前記第２ギヤの回転角をφとし、dφ/dθをギヤ比と定義すると、
前記ステアリングホイールの操舵に対する旋回外輪側の前記非円形歯車対のギヤ比の変化率(d2φ/dθ2)が0（ゼロ）以上であって、旋回内輪側の前記非円形歯車対のギヤ比の変化率(d2φ/dθ2)は、旋回外輪側の前記非円形歯車対のギヤ比の変化率(d2φ/dθ2)以上となることを特徴とする非円形歯車対を用いたステアリング機構。
【請求項２】
請求項１に記載の非円形歯車対を用いたステアリング機構において、
旋回外輪側に設けられた前記第１ギヤが前記第２ギヤと噛合う第１外輪側噛合い部と、旋回内輪側に設けられた前記第１ギヤが前記第２ギヤと噛合う第１内輪側噛合い部の接線方向が、前記第１外輪側噛合い部と第１内輪側噛合い部との接続部において一致し、旋回外輪側に設けられた前記第２ギヤが前記第１ギヤと噛合う第２外輪側噛合い部と、旋回内輪側に設けられた前記第２ギヤが前記第１ギヤと噛合う第２内輪側噛合い部の接線方向が、前記第２外輪側噛合い部と第２内輪側噛合い部との接続部において一致することを特徴とする非円形歯車対を用いたステアリング機構。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の非円形歯車対を用いたステアリング機構において、
前記操向車輪の転舵範囲において、dφ/dθおよびd2φ/dθ２が連続となるように前記非円形歯車対のピッチ曲線を設定したことを特徴とする非円形歯車対を用いたステアリング機構。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の非円形歯車対を用いたステアリング機構において、
前記ステアリングホイールの左右の操舵角が設定値以下のときには、外輪側の非円形歯車対のギヤ比と、内輪側の非円形歯車対のギヤ比とが等しくなるようにピッチ曲線を設定することを特徴とする非円形歯車対を用いたステアリング機構。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の非円形歯車対を用いたステアリング機構において、
前記非円形歯車対は、前記ステアリングホイールの中立位置において前記ギヤ比が最も小さくなるようにピッチ曲線を設定したことを特徴とする非円形歯車対を用いたステアリング機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３３１６２５（Ｐ２００７−３３１６２５Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６６８５１（Ｐ２００６−１６６８５１）
【出願日】平成１８年６月１６日（２００６．６．１６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１６日（２００６．６．１６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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