JP2006256580A - 電動パワーステアリング装置を備える不整地走行車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の左右の重量バランスを向上させるとともに、電動パワーステアリング装置の保護を図る。
【解決手段】 車体フレーム１１にアッパアーム１１１，１１２を上下スイング自在に取付け、これらのアッパアーム１１１，１１２の先端にナックル１２１，１２２を連結し、このナックル１２１，１２２で前輪１８，１８を回転自在に支持し、前輪１８，１８を操舵するステアリングシャフト３８の上部にハンドルを設け、ステアリングシャフト３８に電動パワーステアリング装置２４を備える不整地走行車両において、ステアリングシャフト３８の先端にピニオンを設け、このピニオンに噛み合うラック、即ち、このラックを収納したギヤボックス１３１を車体フレーム１１の内側に配置した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置を備える不整地走行車両の改良に関するものである。

従来の電動パワーステアリング装置を備える不整地走行車両として、ステアリングシャフトの下端部にステアリングアームを介して左右のタイロッドを連結し、これらのタイロッドを左右の前輪側に連結することで操舵する構造としたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２３１０１１公報

特許文献１の図３及び図４に示される通り、ステアリングシャフト５０の下部を構成する下側シャフト５０ｂは、その下端部にピットマンアーム５７が取付けられ、このピットマンアーム５７は、左右に延びるタイロッド５６，５６の一端がそれぞれ連結され、タイロッド５６，５６のそれぞれの他端が、左右の前輪８，８（特許文献１の図１参照）を回転自在に支持する車輪支持部材（不図示）に連結される。

また、特許文献１の図２及び図３に示される通り、先端で車輪支持部材を支持する上フロントサスアーム部材２５が、前クロスパイプ２３に設けたサスブラケット３０，３０に取付けられている。

上記のタイロッド５６と上フロントサスアーム部材２５のそれぞれの一端部は、同じ車輪支持部材に連結され、タイロッド５６の他端部はピットマンアーム５７に連結され、上フロントサスアーム部材２５の他端部はサスブラケット３０に連結されるので、タイロッド５６の長さが、上フロントサスアーム部材２５の長さよりも大きくなり、更に、タイロッド５６とピットマンアーム５７との連結部が、上フロントサスアーム部材２５とサスブラケット３０との連結部から大きく離れている。従って、車両走行中に上フロントサスアーム部材２５が上下にスイングした際には、上フロントサスアーム部材２５の一端部とタイロッド５６の一端部との位置関係が変化し、これらのタイロッド５６の一端部及び上フロントサスアーム部材２５の一端部に連結した車輪支持部材の向きが変化して、前輪８，８のトー角が変化することがある。このトー角の変化を図５で説明する。

図５（ａ），（ｂ）は従来のサスペンションのトー角変化を示す作用図（図中の矢印（ＦＲＯＮＴ）は車両前方を表す。）である。なお、特許文献１に示された構成部材については模式的に記載し、符号は振り直した。
（ａ）は前輪２１１が直進状態のサスペンションを示す平面図である。上フロントサスアーム部材２１２は、車体フレーム側のスイング軸２１３にほぼ上下スイング自在に取付けられ、この上フロントサスアーム部材２１２の先端には車輪支持部材２１４がほぼ水平方向にスイング自在に取付けられる。

タイロッド２１６は、ステアリングシャフト側のステアリングアームのスイング軸２１７に一端が取付けられ、他端が車輪支持部材２１４に備えるアーム部２１８に取付けられる。なお、２２１は上フロントサスアーム部材２１２と車輪支持部材２１４との連結部、２２２はタイロッド２１６と車輪支持部材２１４のアーム部２１８との連結部である。

（ｂ）は上フロントサスアーム部材２１２がほぼ上下にスイングしたときの平面図である。
上フロントサスアーム部材２１２の長さとタイロッド２１６の長さが大きく異なるとともに、スイング軸２１３とスイング軸２１７との位置も大きく離れているために、上フロントサスアーム部材２１２がスイングし、これに伴ってタイロッド２１６がほぼ上下にスイングたときには、例えば、タイロッド２１６の先端部２１６ａが車両側方（図の右方）に突出して前輪２１１の前端２１１ａ、即ちトーが内側に移動したり、図示しないが、タイロッド２１６の先端部２１６ａが車両内方に引き込まれて前輪２１１の前端２１１ａが外側に移動することがある。

この場合には、車輪支持部材２１４が連結部２２１を中心にしてほぼ水平方向にスイングし、前後方向に延びる線分２２５と前輪２１１の車軸に直交するように延びる中心線２２６とのなす角度、即ち、トー角がαだけ変化する。このようなトー角変化は、できるだけ小さくする方が走行性能上好ましい。

また、車両に搭載する電動パワーステアリング装置のような重量物は、車両の重量バランス上できるだけ車幅の中央に近い位置に搭載するのが好ましく、これにより、車両の旋回性等の走行性能が向上できる。更に、不整地を走行する車両では、立木、岩等から車両前部に搭載される電動パワーステアリング装置を保護することも重要な課題である。

本発明の目的は、不整地走行車両の電動パワーステアリング装置を改良することで、車両の左右の重量バランスを向上させるとともに、電動パワーステアリング装置の保護を図り、更に、トー角変化を抑えることにある。

請求項１に係る発明は、車体フレームに設けたスイング軸に前輪用サスペンションアームを上下スイング自在に取付け、このサスペンションアームの先端にナックルを連結し、このナックルで前輪を回転自在に支持し、前輪を操舵するステアリングシャフトの上部にハンドルを設け、ステアリングシャフトに電動パワーステアリング装置を備える不整地走行車両において、ステアリングシャフトの先端にピニオンを設け、このピニオンに噛み合うラックを車体フレームの内側に配置したことを特徴とする。

電動パワーステアリング装置のラックを車体フレームの内側に配置することで、重量物であるラックの重心が車幅の中央に寄り、車両の左右の重量バランスが向上する。また、ラックが車体フレームで保護される。

請求項２に係る発明は、ラックの両端部であってナックルに渡したロッドの内側端部と連結するラックエンドを、サスペンションアームのスイング軸の近傍に配置したことを特徴とする。

ラックエンドは前輪用サスペンションアームのスイング軸に近いため、前輪用サスペンションアームとロッドとの長さはほぼ同一となり、前輪用サスペンションアームとロッドとがスイングしたときに、サスペンションアームのナックルとの連結部の移動量と、ロッドのナックルとの連結部の移動量とはほぼ同一となる。

請求項１に係る発明では、電動パワーステアリング装置のラックを車体フレームの内側に配置したので、重量物であるラックを車幅の中央に寄せて車両の左右の重量バランスを向上させることができ、車両の旋回性等の走行性能を向上させることができる。また、車体フレームでラックを立木、岩等から保護することができる。

請求項２に係る発明では、ラックエンドをサスペンションアームのスイング軸の近傍に配置したので、前輪用サスペンションアームとロッドとの長さがほぼ同一となるためにトー角変化を小さくすることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図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は本発明に係る電動パワーステアリング装置を備える不整地走行車両の側面図であり、不整地走行車両１０は、車体フレーム１１の中央部にエンジン１２及び変速機１３からなるパワーユニット１４を搭載し、変速機１３の後部にリヤプロペラシャフト２１を介してリヤ終減速装置２２を連結し、このリヤ終減速装置２２に図示せぬドライブシャフトを介して左右の後輪２３，２３を連結し、前輪１８，１８を操舵する操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置２４を備えた四輪車である。

車体フレーム１１は、前後に延ばした左右一対のアッパメインフレーム３１，３２（手前側の符号３１のみ示す。）と、これらのアッパメインフレーム３１，３２の前端にそれぞれ連結した正面視逆Ｕ字形状のフロントフレーム３３と、このフロントフレーム３３の下端及びアッパメインフレーム３１，３２の中間部のそれぞれに連結した左右一対のロアメインフレーム３４，３６（手前側の符号３４のみ示す。）と、上端にハンドル３７を取付けたステアリングシャフト３８の上部を回転自在に支持するためにフロントフレーム３３の上端及びアッパメインフレーム３１，３２のそれぞれに連結した左右一対のくの字形状のフロントアッパフレーム４１，４２（手前側の符号４１のみ示す。）と、アッパメインフレーム３１，３２の前端から後下がりにロアメインフレーム３４，３６に連結した左右一対の傾斜フレーム４３，４４（手前側の符号４３のみ示す。）と、これらの傾斜フレーム４３，４４の中間部及びフロントフレーム３３のそれぞれに渡して連結することで電動パワーステアリング装置２４を支持する左右一対のサブ傾斜フレーム４６，４７（手前側の符号４６のみ示す。）とを備える。

ここで、５５はフロントキャリア、５６は前輪１８の上方及び後方を覆うフロントフェンダ、５７は燃料タンク、５８はシート、６１はリヤキャリア、６２はエンジン１２のシリンダヘッド６３の後部側に連結したキャブレタ、６６はキャブレタ６２にコネクティングチューブ６７を介して連結したエアクリーナ、６８はシリンダヘッド６３の前部から車両後方に延ばした排気管、６９は排気管６８の後端に接続した消音器、７１はロアメインフレーム３４，３６側に対して後輪２３，２３をスイング自在に支持するスイングアーム、７２，７２（手前側の符号７２のみ示す。）はスイングアーム７１とアッパメインフレーム３１，３２側とに渡して取付けた左右一対のリヤクッションユニット、７３はパワーユニット１４の側方に配置したボディサイドカバー、７４は後輪２３の前方及び上方を覆うリヤフェンダ、７５はステップフロア、７６は左右のロアメインフレーム３４，３６の前部下部及びロアメインフレーム３４，３６の前方を覆うスキッドプレートである。

図中の１０１は前輪１８を支持するアッパアーム（詳細は後述する。）を取付けるためにフロントフレーム３３に車幅方向に延びるように取付けたフロントアッパアーム支持部材、１０２，１０２（手前側の符号１０２のみ示す。）は同じく前輪１８を支持するアッパアームを取付けるために左右のサブ傾斜フレーム４６，４７にそれぞれ取付けたリヤアッパアーム支持部材、１０３は前輪１８を支持するロアアーム（詳細は後述する。）を取付けるためにフロントフレーム３３の下端部及び左右のロアメインフレーム３４，３６に渡して取付けたフロントロアアーム支持部材、１０４は前輪１８を支持するロアアームを取付けるために左右のロアメインフレーム３４，３６に渡して取付けたリヤロアアーム支持部材、１０６，１０６（手前側の符号１０６のみ示す。）は傾斜フレーム４３，４４とロアメインフレーム３４，３６とにそれぞれ渡して取付けた左右一対の補強部材である。

図２は図１の２矢視図であり、前輪１８，１８を懸架するフロントサスペンション１１０は、フロントアッパアーム支持部材１０１及びリヤアッパアーム支持部材１０２，１０２（図２参照）に上下スイング自在に取付けた左右一対のアッパアーム１１１，１１２と、フロントロアアーム支持部材１０３及びリヤロアアーム支持部材１０４に上下スイング自在に取付けた左右一対のロアアーム１１３，１１４と、フロントフレーム３３の上部に取付けたアッパクロス部材１１６及びアッパアーム１１１，１１２のそれぞれに渡した左右一対のフロントクッションユニット１１７，１１８とを備えるダブルウィッシュボーン式懸架装置である。なお、１２１はアッパアーム１１１とロアアーム１１３とのそれぞれの先端に取付けたナックル、１２２はアッパアーム１１２とロアアーム１１４とのそれぞれの先端に取付けたナックルである。

電動パワーステアリング装置２４は、ステアリングシャフト３８と、このステアリングシャフト３８の先端に連結したギヤボックス１３１と、このギヤボックス１３１から左右に延ばすとともに前輪１８，１８を回転自在に支持するナックル１２１，１２２に連結したロッド１３４，１３６と、操舵をアシストするアシスト力を発生させるためにギヤボックス１３１に取付けた電動モータ１３７とを備える。なお、１４１，１４１はギヤボックス１３１とロッド１３４，１３６との連結部を覆うゴムブーツである。
上記のギヤボックス１３１内に収納したクラッチ（不図示）・減速機（不図示）と電動モータ１３７とは、アクチュエータユニット１４３を構成するものであり、正面視でフロントフレーム３３の左右の幅内に位置する。

図３は本発明に係るギヤボックスを示す断面図であり、ギヤボックス１３１は、筒状のハウジング１５１（図２参照）と、このハウジング１５１内に移動自在に挿入したラック１５２と、このラック１５２に噛み合うピニオン１５３とを備え、ステアリングシャフト３８を構成するアウトプットシャフト１５５の回転はラック１５２の直線運動に変換される。アウトプットシャフト１５５は、図示せぬウォームホイールを取付けたものであり、このウォームホイールに電動モータ１３７（図２参照）の回転軸に取付けたウォームギヤ（不図示）を噛み合わせることで、電動モータ１３７でウォームホイールの回転力をアシストする。

ラック１５２は、両端部にジョイント部材１５７，１５８をねじ結合した部材であり、これらのジョイント部材１５７，１５８にそれぞれロッド１３４，１３６を連結する。
ジョイント部材１５７，１５８は、それぞれ中空部１６１，１６１を備え、ロッド１３４，１３６は、ジョイント部材１５７，１５８に設けた中空部１６１，１６１に滑り自在に嵌合するボール部１６２，１６２と、ナックル１２１，１２２（図２参照）側に設けたボールジョイント（不図示）に結合するおねじ１６３，１６３とを形成するとともに、そのボールジョイントとの結合をロックするロックナット１６４，１６４を備える部材である。
上記したジョイント部材１５７，１５８とボール部１６２，１６２とは、それぞれボールジョイント部１６６，１６７を構成する部分である。

図２に戻って、アッパアーム１１１の全長（アッパアーム１１１を支持するためにフロントアッパアーム支持部材１０１及びリヤアッパアーム支持部材１０２（図１参照）に設けたスイング軸１７１と、アッパアーム１１１及びナックル１２１のそれぞれの連結部であるボールジョイント部１７２との距離）をＬ１とする。

また、ロッド１３４の全長（図３に示したラック１５２側とロッド１３４との連結部であるボールジョイント部１６６（ここでは、ボールジョイント部１６６を黒丸で示す。）と、ロッド１３４及びナックル１２１のそれぞれの連結部であるボールジョント部１７３との距離）をＬ２とする。

ラック１５２（図３参照）を収納した重量物であるギヤボックス１３１は、車体フレーム１１の左右のほぼ中央に位置し、例えば、車体フレーム１１を構成するフロントアッパアーム支持部材１０１、フロントロアアーム支持部材１０３、リヤロアアーム支持部材１０４のそれぞれの左右端よりも内側に位置し、更には、左右のサブ傾斜フレーム４６，４７（図１参照）の内側に位置する。即ち、重量物であるラック１５２は車体フレーム１１の内側に配置した部材である。これにより、ギヤボックス１３１の重心、ラック１５２の重心は、車両の車幅方向のほぼ中央に位置するため、車両の左右の重量バランスが向上し、車両の旋回性等の走行性能を向上させることができる。また、ギヤボックス１３１は車体フレーム１１内にあるから、ギヤボックス１３１を車体フレーム１１で保護することができる。

図４はステアリング装置の比較例を説明する要部正面図であり、ステアリング装置２００は、ステアリングシャフト２０１と、このステアリングシャフト２０１の下端に取付けたステアリングアーム２０２と、このステアリングアーム２０２に取付けた左右一対のボールジョイント２０３，２０３と、これらのボールジョイント２０３，２０３に一端を連結して車両側方に延ばすとともに他端をナックル１２１，１２２（ナックル１２２は図２参照）に連結したタイロッド２０４，２０４とを備える。

アッパアーム１１１の全長をＬ１とし、タイロッド２０４の全長（ボールジョイント２０３と、タイロッド２０４のナックル１２１への連結部であるボールジョイント部２０７との距離）をＬ３とする。

以上の図２及び図４において、本実施形態であるロッド１３４の全長Ｌ２は、アッパアーム１１１の全長Ｌ１とほぼ同一であるとともに、ロッド１３４のボールジョイント部１６６は、アッパアーム１１１のスイング軸１７１に近接する位置にある。

これに対して、比較例のタイロッド２０４の全長Ｌ３は、アッパアーム１１１の全長Ｌ１よりも長く、更に、タイロッド２０４のボールジョイント２０３は、アッパアーム１１１のスイング軸１７１から遠い距離に位置する。
以上のことから、アッパアーム１１１が上下にスイングしたときに、ロッド１３４側のボールジョイント部１７３の方が、タイロッド２０４側のボールジョイント部２０７よりも車幅方向への移動が少なく、ナックル１２１を介して前輪１８の向きが変化し難くなる、即ち、前輪１８のトー角変化を少なくすることができる。

以上の図２及び図３に示したように、本発明第１に、車体フレーム１１に設けたスイング軸１７１に前輪用サスペンションアームとしてのアッパアーム１１１，１１２を上下スイング自在に取付け、これらのアッパアーム１１１，１１２の先端にナックル１２１，１２２を連結し、このナックル１２１，１２２で前輪１８，１８を回転自在に支持し、前輪１８，１８を操舵するステアリングシャフト３８の上部にハンドル３７（図１参照）を設け、ステアリングシャフト３８に電動パワーステアリング装置２４を備える不整地走行車両１０において、ステアリングシャフト３８の先端にピニオン１５３を設け、このピニオン１５３に噛み合うラック１５２を車体フレーム１１の内側に配置したことを特徴とする。

電動パワーステアリング装置２４のラック１５２を車体フレーム１１の内側に配置したので、重量物であるラック１５２、及びラック１５２を収納したギヤボックス１３１を車幅の中央に寄せて不整地走行車両１０の左右の重量バランスを向上させることができ、不整地走行車両１０の旋回性等の走行性能を向上させることができる。また、車体フレーム１１でラック１５２、ギヤボックス１３１を立木、岩等から保護することができる。

本発明は第２に、ラック１５２の両端部であってナックル１２１，１２２に渡したロッド１３４，１３６の内側端部との連結部であるラックエンドとしてのボールジョイント部１６６，１６７を、アッパアーム１１１，１１２のスイング軸１７１の近傍に配置したことを特徴とする。

ボールジョイント部１６６，１６７をアッパアーム１１１，１１２のスイング軸１７１の近傍に配置したので、アッパアーム１１１，１１２とロッド１３４，１３６との長さがほぼ同一となるためにトー角変化を小さくすることができる。

尚、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、図３で説明したように、電動モータ１３７でウォームホイール側（即ち、ピニオン１５３）の回転をアシスト（ピニオンアシスト式）するが、これに限らず、電動モータ１３７でラック１５２の直線運動をアシスト（ラックアシスト式）してもよい。

本発明は、電動パワーステアリング装置を備える不整地走行車両に好適である。

本発明に係る電動パワーステアリング装置を備える不整地走行車両の側面図である。 図１の２矢視図である。 本発明に係るギヤボックスを示す断面図である。 ステアリング装置の比較例を説明する要部正面図である。 従来のサスペンションのトー角変化を示す作用図である。

符号の説明

１０…不整地走行車両、１１…車体フレーム、１８…前輪、２４…電動パワーステアリング装置、３７…ハンドル、３８…ステアリングシャフト、１１１，１１２…前輪用サスペンションアーム（アッパアーム）、１２１，１２２…ナックル、１３４，１３６…ロッド、１４３…アクチュエータユニット、１５２…ラック、１５３…ピニオン、１６６，１６７…ラックエンド（ボールジョイント部）、１７１…スイング軸。

Claims (2)

1. 車体フレームに設けたスイング軸に前輪用サスペンションアームを上下スイング自在に取付け、このサスペンションアームの先端にナックルを連結し、このナックルで前輪を回転自在に支持し、前記前輪を操舵するステアリングシャフトの上部にハンドルを設け、前記ステアリングシャフトに電動パワーステアリング装置を備える不整地走行車両において、
   前記ステアリングシャフトの先端にピニオンを設け、このピニオンに噛み合うラックを前記車体フレームの内側に配置したことを特徴とする電動パワーステアリング装置を備える不整地走行車両。
2. 前記ラックの両端部であって前記ナックルに渡したロッドの内側端部と連結するラックエンドを、前記サスペンションアームのスイング軸の近傍に配置したことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置を備える不整地走行車両。

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