CN106660583A - 车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆。在具备使车轮(w)朝左右相同方向或相反方向转向的转向模块(6)的车辆中，将转向销后倾角(Φ)设定在相对于转向销角(θ)±3度的范围内。若在上述范围内对该车轮(w)预先设定转向销后倾角(Φ)，则外倾角(δ)与转向销后倾角(Φ)之间相互抵消，因此，能够尽可能地防止在转向后产生外倾角(δ)，能够防止转向角受到限制或者转向操作性降低。

Description

车辆
技术领域
本发明涉及具备对车轮进行驱动以及使车轮转向的驱动转向模块的车辆，特别是涉及抑制伴随着转向而产生外倾角的结构。
背景技术
在通常的车辆中，对转向销轴设定转向销角(从车辆前方观察转向销轴时的、相对于铅垂方向的倾角)以及转向销后倾角(从车辆侧方观察转向销轴时的、相对于铅垂方向的倾角)，利用在使车轮转向时产生的外倾角(在从车辆前方观察车轮时，车轮纵向的中心线与垂线之间的夹角)来提高车辆的直进稳定性。但是，由于因设定转向销角而产生的外倾角δ，如图13的(a)、(b)所示，在转向时，车轮w成为向其宽度方向的一侧倾斜的状态(负外倾(本图(a))或者正外倾(本图(b))的状态)，有时容易与车辆的车身或稳定器等部件干涉。
由于该外倾角δ存在车轮w的转向角越大则越大的倾向，因此，为了防止车轮w与车身等之间的干涉，需要将该转向角限制在规定范围内或者增大车轮罩。结果，产生如下问题：最小转弯半径变大而转小弯性能受损、且难以实现车辆的小型化。
另外，还会产生如下问题：因车轮w向其宽度方向的一侧倾斜而导致车轮w产生不均匀磨损，或者因车轮w与路面的接地面变化而车辆的高度上下浮动从而导致车轮w的转向操纵力变大，转向操作性降低。
因此，例如，在下述专利文献1中，将转向销角(参照本发明附图的图1中的标记θ)或主销后倾(Caster trail)(从车辆侧面观察的、转向销轴地上交接点与轮胎的接地中心之间的距离(参照本发明附图的图3中的标记c))中的至少一方设为大致0度(转向销角)或者0mm(主销后倾)，从而抑制车轮转向时的外倾角δ的产生。另外还具备车辆运行情况检测单元和电动转向操纵装置，使得能够附加转向操纵扭矩，由此来提高车辆的运动性能以及转向操纵性能。
专利文献1：日本特许第3076541号公报
在专利文献1所记载的结构中，虽然能够抑制外倾角的产生，但另一方面，通过将转向销角设为0度等，存在车辆的行驶稳定性受损的可能性。另外，存在如下问题：在附加转向操纵扭矩时容易产生延迟，不适合高速行驶时等那样要求高响应性的运转状况。
发明内容
因此，本发明的课题在于防止伴随着车轮的转向产生外倾角从而导致转向角受到限制或者转向操作性降低。
为了解决上述的课题，本发明提供一种车辆，具备使车轮朝左右相同方向或相反方向转向的转向模块，上述车辆的特征在于，将转向销后倾角设定在相对于转向销角±3度的范围内。
例如，在转向销角为5度的情况下，若使车轮绕转向销轴从直进状态起转向90度，则产生与该转向销角相同大小(5度)的外倾角。对于这样通过转向而产生的外倾角，若对该车轮预先设定转向销后倾角，则外倾角与转向销后倾角之间相互抵消，因此能够尽可能地防止在转向后产生外倾角。理想情况下，优选通过使转向销角与转向销后倾角相同而使在转向后产生的外倾角大致为0度，但通过将转向销后倾角设定在相对于转向销角±3度的范围内，能够将外倾角的产生抑制在能够防止车轮与车身等之间的接触、且能够防止伴随着转向而车辆的高度上下浮动的程度。因此，即便在使车轮大幅转向的情况下，也能够确保良好的转向操作性。
若偏离上述的角度范围，则无法利用转向销后倾角抵消外倾角，无法将该外倾角抑制在允许范围内，因此并不优选。
若通过转向模块使左右的车轮朝左右相反方向转向，则左右的车轮成为车身的中央侧逐渐扩展的八字形，但在使前后各自的左右车轮分别同样地转向的情况下，针对将车辆的前后以等分的方式剖切的垂直平面与将车辆的左右以等分的方式剖切的垂直平面双方，车辆的悬架构造(上臂、下臂、转向销角、转向销偏移量、转向销后倾角等)全部形成为对称的配置。通过具有这样的对称性，在切换成特殊行驶模式时，各车轮的位置或倾斜全部相同，车身不倾斜，能够确保稳定的状态。另外，能够在车辆的前后以及左右将各臂的形状形成为相同的设计，也能够实现构造的简化。
并且，通过确保良好的转向操作性从而使得能够以较小的转向力进行转向，不对用于进行转向的马达或动力传递用的齿轮类要求大的驱动力。因此，能够实现该转向模块的小型轻量化。
在上述结构中，优选形成为前后车轮中的至少一方的左右车轮由设置于该车轮内的轮内马达驱动的结构。
通过采用轮内马达作为车轮的驱动模块，不需要在通常的车辆中设置的发动机。由于不需要发动机，因此能够使车轮罩向本来搭载发动机的空间扩张，能够增大车轮的最大转向角。
在上述结构中，优选将上述转向销角形成在4度以上10度以下的范围内。
通过将转向销角形成在该角度范围内，能够确保车辆通常行驶时的行驶稳定性，并且能够抑制转向时的车辆的高度的上下浮动。在转向销角小于4度时，通常行驶时的直进性降低，在大于10度时，即便设定转向销后倾角，转向时的车辆的上下浮动也增大而转向操作性受损，因此并不优选。
在上述各结构中，优选形成为上述转向模块能够使上述车轮相对于直进方向转向90度的结构。
这样，通过将车轮的可转向角度形成为比通常的车辆大的90度，不仅能够将车辆的行驶模式设定为通常行驶模式，还能够切换为车轮的转向角比通常的转向大时的原地旋转模式或使车轮旋转90度的横向移动模式等特殊行驶模式。
在上述各结构中，优选形成为如下结构，上述转向模块具备：成对的齿杆，使左右的上述车轮朝左右转向；以及齿杆动作单元，使上述成对的齿杆朝相同方向或相反方向等距离地移动，上述齿杆动作单元具备：同步齿轮，与上述成对的齿杆分别啮合，将一方的齿杆的相对于齿条的齿的排列方向朝一个方向的运动转换成另一方的齿杆的朝另一方向的运动；第一小齿轮，与上述一方的齿杆啮合；第二小齿轮，与上述另一方的齿杆啮合；以及连结机构，使上述第一小齿轮与上述第二小齿轮之间结合或者分离。
在通常行驶模式中，通过使上述连结机构结合，将成对的齿杆一体固定，能够与现有的转向操作同样地使左右车轮朝相同相位转向。另一方面，在横向移动模式或原地旋转模式等特殊行驶模式中，通过使上述连结机构分离而使成对的齿杆向不同的方向移动，能够使左右车轮朝相反相位转向。
在本发明中提供一种车辆，具备使车轮朝左右相同方向或相反方向转向的转向模块，其特征在于，将转向销后倾角设定在相对于转向销角±3度的范围内。若像这样预先设定转向销后倾角，则外倾角与转向销后倾角之间相互抵消，因此，能够防止转向角由伴随着车轮的转向而产生的外倾角限制或者转向操作性降低。
附图说明
图1是示出本发明所涉及的车轮的悬架构造的纵剖视图。
图2是示出本发明所涉及的车轮的悬架构造的其他例子的纵剖视图。
图3是左侧前轮的侧视图。
图4是使车轮转向90度时的侧视图(实施例)。
图5是使车轮转向90度时的侧视图(比较例)。
图6是示出在前轮搭载有转向模块的结构的立体图。
图7是图6所示的转向模块的纵剖视图。
图8是示出连结机构的主视图，(a)是结合状态，(b)是分离状态。
图9是在图6所示的结构中切换成横向移动模式时的立体图。
图10是示出绕转向销轴的转向角的大小与轮胎陷入地面的轮胎陷入量之间的关系的计算结果的图(转向销角为6度的情况)。
图11是示出绕转向销轴的转向角的大小与轮胎陷入地面的轮胎陷入量之间的关系的计算结果的图(转向销角为8度的情况)。
图12是示出绕转向销轴的转向角的大小与轮胎陷入地面的轮胎陷入量之间的关系的计算结果的图(转向销后倾角为0度的情况)。
图13是示出在车轮产生的外倾角的侧视图，(a)是负外倾角，(b)是正外倾角。
具体实施方式
基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1示出从车辆的前方观察在车轮内内置有驱动模块1(轮内马达)的车轮w的悬架构造的纵剖视图。该车轮w采用双叉臂构造。连结结合上臂2和车轮w的上臂球窝接头3以及结合下臂4和车轮w的下臂球窝接头5的直线与沿铅垂方向延伸的垂线之间的夹角是转向销角(参照本图中的标记θ)。在车轮w连接有安装于后述的转向模块6，并使该车轮w朝左右转向的转向横拉杆7。
驱动模块1(轮内马达)包括：产生驱动力的驱动马达M；对来自驱动马达M的旋转进行减速的减速器R；以及将来自减速器R的旋转传递至车轮w的车轮用轴承B。驱动马达M是径向间隙方式的同步型或感应型的交流马达，由未图示的逆变装置根据搭载于车辆的进行汽车整体的控制的电子控制单元即主ECU的指令控制。减速器R采用行星齿轮减速机构。车轮用轴承B采用多列角接触球轴承单元。在本图中，示出了采用具备使用了行星齿轮机构的减速器R的轮内马达1的例子，但也能够采用其他形态的减速器或者直接驱动式的轮内马达。
图2示出从车辆的前方观察未内置驱动模块1且采用了通常的转向节的车轮w的悬架构造的纵剖视图。该车轮w也与图1所涉及的结构同样采用双叉臂构造。若将上臂2、下臂4、转向销角θ等的几何构造形成为与图1所涉及的结构相同，则例如也能够以前轮采用图1所涉及的结构、后轮采用图2所涉及的结构的方式在前后轮形成为不同的结构。
如从车辆的侧面观察左侧的前轮的图3所记载的那样，在本发明所涉及的车辆的悬架构造中，设定有转向销后倾角(参照本图中的标记Φ)。该转向销后倾角Φ是在从车辆侧面观察转向销轴时，由转向销轴相对于铅垂方向的倾角决定的角。以下，在本图中，设沿车轮w的顺时针方向测量而得的转向销后倾角Φ为正。此外，在本图中，转向销后倾角Φ设定成通过车轮的中心，但也允许设计成使得转向销后倾角Φ的中心位于从车轮的中心偏离的位置。
图4示出将转向销角θ设定为6度、将转向销后倾角Φ设定为6度，使车轮w转向90度(从通常行驶模式切换至横向移动模式)时的车轮w的侧视图。换句话说，图4是从车辆的侧方观察的图。如上，通过使车轮w转向90度，产生由转向销角θ导致的外倾角δ，但该外倾角δ被设定为与转向销角θ相同角度的转向销后倾角Φ抵消，从而能够抑制外倾角δ的产生。因此，车轮w大致笔直地与地面接地，几乎不产生伴随着转向的车辆的上下浮动，能够顺畅地进行转向操作。
接下来，图5示出将转向销角θ设定为6度、将转向销后倾角Φ设定为0度，使车轮w转向90度时的车轮w的侧视图。当像这样使车轮w转向90度时，与图4所示的情况不同，产生由转向销角θ引起的外倾角δ(正外倾角)。在本图中，以车轮w陷入地面的方式记载，但实际上车轮w不陷入地面，形成为伴随着车轮w绕转向销轴的旋转而车辆抬起与该陷入量相当的量的状态。外倾角δ(正外倾角)在四个轮均产生，并且，该外倾角δ与通常行驶时的外倾角δ不同，因此，横向移动模式等特殊行驶模式下的行驶容易变得不稳定。
图6示出将用于使左右的车轮w转向的转向模块6安装于前轮的状态。在左右车轮w的中央部设置有使左右的车轮转向的转向模块6。在该转向模块6左右分别连接有转向横拉杆7，该转向横拉杆7连接于转向横拉杆球窝接头8。通过使该转向模块6动作，如后面将详细描述的那样，能够使左右的车轮w朝左右相同方向或左右相反方向转向。在车轮内设置有驱动模块1(轮内马达)。也能够形成为在前轮不设置驱动模块1，而仅在后轮设置驱动模块1的结构。
图7示出图6所示的转向模块6的纵剖视图。该转向模块6具备：成对的齿杆10、11，使左右的车轮w朝左右转向；以及齿杆动作单元12，使成对的齿杆10、11朝相同方向或相反方向等距离地移动。该齿杆动作单元12具备：同步齿轮，与成对的齿杆10、11分别啮合，将一方的齿杆10的朝相对于齿条的齿的排列方向的一个方向的运动转换成另一方的齿杆11的朝另一方向的运动；第一小齿轮13，与形成于一方的齿杆10的转向用齿条齿轮10b啮合；第二小齿轮14，与形成于另一方的齿杆11的转向用齿条齿轮11b啮合；以及连结机构18，使第一小齿轮13与第二小齿轮14之间结合或者分离。第一小齿轮13与第一旋转轴16一体地绕轴旋转，第二小齿轮14与第二旋转轴17一体地绕轴旋转。
在使左右的车轮w朝左右转向的成对的齿杆10、11分别连结有转向横拉杆7，转向横拉杆7经由转向横拉杆球窝接头8连接于作为驱动模块1的轮内马达、或当不存在驱动模块1的情况下连接于转向节。因此，能够使车轮w伴随着成对的齿杆10、11朝左右的移动而左右转向。
如图8的(a)、(b)所示，连结机构18具备第二旋转轴17侧的固定部18b以及第一旋转轴16侧的移动部18a。移动部18a由未图示的弹簧等弹性部件向固定部18b侧推压，连结机构18的移动部18a侧的凸部18c与固定部18b侧的凹部18d结合(参照本图的(a))，由此，两个旋转轴16、17能够一体地旋转。此外，也可以使凹凸的形成部位对调，即在固定部18b侧设置凸部18c，在移动部18a侧设置凹部18d。
另一方面，移动部18a由未图示的致动器从固定部18b侧拉离，连结机构18的固定部18b侧的凹部18d与移动部18a侧的凸部18c分离(参照本图的(b))，由此，两个旋转轴16、17能够分别旋转。由此，后面即将叙述，第二齿杆11能够朝与第一齿杆10的移动方向相反的另一方向移动，能够使与转向横拉杆7连结的左右的车轮w朝左右相反方向转向。
如图6所示，第一旋转轴16经由转向轴20与方向盘21连接。如图7所示，同步齿轮由第一同步齿轮22与第二同步齿轮23构成。第一同步齿轮22由沿着齿杆10、11的齿条的齿的排列方向以一定的间隔并列设置的三个齿轮22a、22b、22c构成。在第一同步齿轮22的相邻的齿轮22a、22b之间、齿轮22b、22c之间分别配置有构成第二同步齿轮23的齿轮23a、23b。
第二同步齿轮23不与第一齿杆10的同步用齿条齿轮10a或第二齿杆11的同步用齿条齿轮11a啮合，而仅与第一同步齿轮22啮合。第二同步齿轮23用于使第一同步齿轮22的三个齿轮22a、22b、22c朝相同方向移动相同角度。第一齿杆10与第二齿杆11能够借助该第二同步齿轮23而顺畅地相对移动。
若通过图8的(a)、(b)所示的连结机构18将具备第一小齿轮13的第一旋转轴16以及具备第二小齿轮14的第二旋转轴17形成为结合状态(参照本图的(a))，则第一旋转轴16以及第二旋转轴17绕轴朝相同方向一体地旋转，与第一小齿轮13或者第二小齿轮14啮合的第一齿杆10以及第二齿杆11朝左右相同方向移动相同距离。通过这两个齿杆10、11的移动，能够使与转向横拉杆7连结的左右的车轮w朝左右相同方向转向。
另一方面，若通过连结机构18将具备第一小齿轮13的第一旋转轴16以及具备第二小齿轮14的第二旋转轴17形成为分离状态(参照本图的(b))，则伴随着第一旋转轴16的旋转，第一小齿轮13使第一齿杆10朝一个方向移动。伴随着该移动，第二齿杆11借助同步齿轮(第一同步齿轮22以及第二同步齿轮23)的作用而朝与第一齿杆10的移动方向相反的另一方向移动。通过这两个齿杆10、11的移动，能够使与转向横拉杆7连结的左右的车轮w朝左右相反方向转向。
图9示出将行驶模式从图6所示的通常行驶模式切换成横向移动模式时的状态。左右的车轮w借助图7所示的转向模块6的作用而成为朝左右相反方向转向90度的状态。图10以及图11示出如上所述使左右的车轮w朝左右相反方向转向时的、绕转向销轴的转向角的大小与轮胎陷入地面的轮胎陷入量之间的关系的计算结果。图10是将转向销角设为6度的情况下的结果，图11是将转向销角设为8度的情况下的结果。此外，在该计算中，不考虑上臂2以及下臂4的长度、轮胎的变形量。因此，轮胎陷入量与车辆的上下方向的移动量并不完全相同，但可以认为二者大致处于对应关系。
如图10所示，能够确认：在转向销角为6度，相对于此使转向销后倾角在0度～12度的范围内变化的情况下，当转向销后倾角为12度的情况下，使转向角从0度变为90度时的轮胎向地面陷入的变化量最大。与此相对，能够确认：在转向销后倾角为3度、6度或者9度(相对于转向销角处于±3度的范围内)的情况下，能够大幅缩小陷入的变化量。在转向销后倾角为12度的情况下，不存在轮胎向地面陷入的陷入量，通过缩小该陷入的变化量，能够防止因伴随着车轮w的转向产生的外倾角而导致转向角被限制、或者因转向时的车辆的上下浮动而导致转向操作性降低。
另外，如图11所示，能够确认：在转向销角为8度，相对于此使转向销后倾角在0度～14度的范围内变化的情况下，与图10的情况同样，当转向销后倾角为14度的情况下，使转向角从0度变为90度时的轮胎向地面陷入的变化量最大。与此相对，能够确认：在转向销后倾角为5度、8度或者11度(相对于转向销角处于±3度的范围内)的情况下，能够大幅缩小陷入的变化量。
图12示出在将转向销后倾角设为0度的基础上使转向销角变化时的、绕转向销轴的转向角的大小与轮胎陷入地面的陷入量之间的关系的计算结果。若增大转向销角，则在转向时陷入量增大，转向操作性受损。另一方面，若转向销角过小，则通常行驶时的车辆的行驶稳定性受损。为了实现该转向操作性与行驶稳定性的并存，优选该转向销角处于4度以上10度以下的角度范围内。
上述的实施方式只是一个例子，只要能够解决防止伴随着车轮的转向产生的外倾角而导致转向角受到限制或者转向操作性降低这一本发明的课题即可，允许对转向模块的结构等适当地施加变更。
标号说明
1：驱动模块(轮内马达)；6：转向模块；10、11：齿杆；12：齿杆动作单元；13：第一小齿轮；14：第二小齿轮；18：连结机构；22：第一同步齿轮(同步齿轮)；23：第二同步齿轮(同步齿轮)；w：车轮；θ：转向销角；Φ：转向销后倾角。

Claims (5)

1.一种车辆，具备使车轮(w)朝左右相同方向或相反方向转向的转向模块(6)，
所述车辆的特征在于，
将转向销后倾角(Φ)设定在相对于转向销角(θ)±3度的范围内。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，
前后车轮(w)中的至少一方的左右车轮(w)由设置于该车轮(w)内的轮内马达(1)驱动。
3.根据权利要求1或2所述的车辆，其特征在于，
将所述转向销角(θ)形成在4度以上10度以下的范围内。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的车辆，其特征在于，
所述转向模块(6)能够使所述车轮(w)相对于直进方向转向90度。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的车辆，其特征在于，
所述转向模块(6)具备：
成对的齿杆(10、11)，使左右的所述车轮(w)朝左右转向；以及齿杆动作单元(12)，使所述成对的齿杆(10、11)朝相同方向或相反方向等距离地移动，
所述齿杆动作单元(12)具备：
同步齿轮(22、23)，与所述成对的齿杆(10、11)分别啮合，将一方的齿杆(10)的相对于齿条的齿的排列方向朝一个方向的运动转换成另一方的齿杆(11)的朝另一方向的运动；第一小齿轮(13)，与所述一方的齿杆(10)啮合；第二小齿轮(14)，与所述另一方的齿杆(11)啮合；以及连结机构(18)，使所述第一小齿轮(13)与所述第二小齿轮(14)之间结合或者分离。
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