JP2010188914A - 車両用ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造でバンプステア現象の発生を最小限に抑えることが可能な車両用ステアリング装置を提供する。
【解決手段】 ステアリングホイールを操作すると等速ジョイント３０を介して接続されたピットマンアーム３２が回転し、ピットマンアーム３２にタイロッド３６を介して接続されたナックル１４がキングピン軸Ｌ２まわりに揺動して前輪Ｗが転舵される。等速ジョイント３０をリーディングアーム１１の揺動軸Ｌ１上に配置し、かつ等速ジョイント３０の出力軸３４を支持するシャフトホルダ３８と左右一方のリーディングアーム１１とを連結部材３９で一体に連結したので、リーディングアーム１１が上下に揺動するとシャフトホルダ３８と共にピットマンアーム３２も一体に上下に揺動し、リーディングアーム１１とピットマンアーム３２との位置関係が一定に保たれるため、ナックル１４がタイロッド３６で押し引きされるのを防止してバンプステア現象が回避される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、前輪のナックルをキングピン軸まわりに転舵自在に支持するリーディングアームを車幅方向に延びる揺動軸まわりに上下揺動自在に支持し、ステアリングホイールの操作に連動して回転するステアリングシャフトに等速ジョイントを介してピットマンアームを接続し、前記ピットマンアームと前記ナックルとをタイロッドを介して接続した車両用ステアリング装置に関する。

ステアリングホイールの回転あるいはアシスト用の電動モータの回転をウオームギヤ機構でピットマンアームの回転に変換し、ピットマンアームの先端と左右のナックルとをタイロッドで接続することで左右の車輪を転舵するピットマンアーム式のステアリング装置が、下記特許文献１により公知である。

特開平９−１１９２１号公報

ところで、独立懸荷式のサスペンションでは左右の車輪がバンプあるいはリバウンドするに伴って車輪のトー角が変化する現象（バンプステア現象）が発生し易く、車両の直進安定性やステアリング特性に悪影響を与えたり、タイヤの摩耗を進行させたりする問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造でバンプステア現象の発生を最小限に抑えることが可能な車両用ステアリング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、前輪のナックルをキングピン軸まわりに転舵自在に支持するリーディングアームを車幅方向に延びる揺動軸まわりに上下揺動自在に支持し、ステアリングホイールの操作に連動して回転するステアリングシャフトに等速ジョイントを介してピットマンアームを接続し、前記ピットマンアームと前記ナックルとをタイロッドを介して接続した車両用ステアリング装置であって、前記等速ジョイントを前記リーディングアームの揺動軸上に配置したことを特徴とする車両用ステアリング装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記ピットマンアームを駆動する前記等速ジョイントの出力軸を回転自在に支持するシャフトホルダと左右一方の前記リーディングアームとを連結部材で一体に揺動可能に連結したことを特徴とする車両用ステアリング装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、左側通行用の車両では、左側の前記リーディングアームと前記シャフトホルダとを前記連結部材で一体に揺動可能に連結し、右側通行用の車両では、右側の前記リーディングアームと前記シャフトホルダとを前記連結部材で一体に揺動可能に連結したことを特徴とする車両用ステアリング装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記リーディングアームと前記ナックルとの間に、前記リーディングアームに対する前記ナックルの揺動角を規制するストッパを設けたことを特徴とする車両用ステアリング装置が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記ステアリングシャフトは前記等速ジョイントから上方に向けて延びることを特徴とする車両用ステアリング装置が提案される。

尚、実施の形態の第４ステアリングシャフト２８は本発明のステアリングシャフトに対応し、実施の形態の第２等速ジョイント３０は本発明の等速ジョイントに対応する。

請求項１の構成によれば、ステアリングホイールを操作するとステアリングシャフトに等速ジョイントを介して接続されたピットマンアームが回転し、ピットマンアームにタイロッドを介して接続されたナックルがリーディングアームに設けたキングピン軸まわりに揺動して前輪が転舵される。等速ジョイントは車幅方向に延びるリーディングアームの揺動軸上に配置されているので、リーディングアームが上下に揺動しても、リーディングアームとピットマンアームとの位置関係の変化が最小限に抑えられ、ナックルがタイロッドで押し引きされ難くして望ましくないバンプステア現象を抑制することができる。

また請求項２の構成によれば、ピットマンアームを駆動する等速ジョイントの出力軸を回転自在に支持するシャフトホルダと左右一方のリーディングアームとを連結部材で一体に揺動可能に連結したので、一方のリーディングアームが上下に揺動するとシャフトホルダと共にピットマンアームも一体に上下に揺動し、リーディングアームとピットマンアームとの位置関係が一定に保たれるため、ナックルがタイロッドで押し引きされるのを防止して望ましくないバンプステア現象を回避することができる。
トホルダと左右一方のリーディングアームとが連結部材で一体に揺動可能に連結される
また請求項３の構成によれば、左側通行用の車両では、左側のリーディングアームとシャフトホルダとを連結部材で一体に揺動可能に連結したので、左折時に比べて車速が高い右折時に旋回外輪となって車両挙動に及ぼす影響が大きい左前輪のトー角が変化するのを防止することができ、また右側通行用の車両では、右側のリーディングアームとシャフトホルダとを連結部材で一体に揺動可能に連結したので、右折時に比べて車速が高い左折時に旋回外輪となって車両挙動に及ぼす影響が大きい右前輪のトー角が変化するのを防止することができる。

また請求項４の構成によれば、リーディングアームとナックルとの間に、リーディングアームに対するナックルの揺動角を規制するストッパを設けたので、前輪が縁石等に乗り上げて大きな荷重が加わったときに、その荷重をリーディングアームで支持してタイロッド、ピットマンアーム、ステアリングシャフト、ステアリングホイール等に伝達されるのを防止することができる。

また請求項５の構成によれば、ステアリングシャフトは等速ジョイントから上方に向けて延びるので、車両の正面衝突による衝突荷重で等速ジョイントが後方に押されても、ステアリングシャフトは下端が後方に押されるだけで軸方向に突き上げられることがなくなり、衝突安全性が向上する。

車両用ステアリング装置の左前輪側の一部を示す平面図。 図１の２方向矢視図。 図１の３方向矢視図。 図２の部分拡大断面図。 図４の５方向矢視図。 左右の前輪のバンプおよびリバウンドに伴うトー角変化の説明図 車両の左右旋回時の作用説明図。

以下、図１〜図７に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図５には、車両の従動輪であって転舵輪である左右の前輪のステアリング装置のうち、主として左側の前輪Ｗを含む左半部の構造が示される。

平面視でＵ字状に湾曲するリーディングアーム１１は、その後端の基部１１ａにおいて車幅方向に延びる揺動軸Ｌ１まわりに上下揺動し得るように、車体１２に設けたブラケット１３，１３に枢支される。リーディングアーム１１の基部１１ａから前方に延びて車幅方向外側に湾曲するアーム部１１ｂの先端に、ナックル支持部１１ｃが一体に形成される。筒状のナックル支持部１１ｃの中心を、上部が車幅方向内側かつ車体後方側に傾斜するキングピン軸Ｌ２が通過しており、そのキングピン軸Ｌ２まわりにナックル１４が揺動自在に枢支される。

即ち、ナックル１４は、車軸Ｌ３を囲むボス部１４ａと、ボス部１４ａから放射状に延びる上側枢支部１４ｂ、下側枢支部１４ｃおよびナックルアーム１４ｄとを備える。ナックル１４の上側枢支部１４ｂは、リーディングアーム１１のナックル支持部１１ｃの上端に当接し、そこを貫通するように螺合するナット部材１５の先端とナックル支持部１１ｃの内面との間にボールベアリング１６が配置される（図４参照）。ナックル１４の下側枢支部１４ｃは、リーディングアーム１１のナックル支持部１１ｃの下端に当接し、そこを貫通するように螺合するナット部材１７の先端とナックル支持部１１ｃの内面との間にボールベアリング１８が配置される（図４参照）。これにより、ナックル１４は、リーディングアーム１１のナックル支持部１１ｃに枢支され、キングピン軸Ｌ２まわりに揺動可能となる。

前輪Ｗは、タイヤＷａ、ホイールＷｂおよびホイールハブＷｃを備え、ホイールハブＷｃがナックル１４のボス部１４ａに回転自在に支持される。上側枢支部１４ｂに設けた１個のストッパ１４ｅが、ナックル支持部１１ｃの上端に設けた２個のストッパ１１ｄ，１１ｅの何れか一方に当接することで、リーディングアーム１１に対するナックル１４の揺動限界、つまり前輪Ｗの左右方向の転舵角の限界が規制される。実施の形態では、左前輪Ｗは右方向に３１°転舵可能であり、左方向に４０°転舵可能である。尚、下側枢支部１４ｃとナックル支持部１１ｃの下端との間にも、１個のストッパ１４ｅと２個のストッパ１１ｄ，１１ｅとの組合せよりなる同一構造のストッパ構造が設けられる（図４，図５参照）。

リーディングアーム１１の前後方向中間部と車体１２とに、油圧シリンダおよびサスペンションスプリングを組み合わせたダンパー１９の両端が枢支されており、このダンパー１９でリーディングアーム１１の上下揺動が緩衝および減衰される。

尚、図面ではリーディングアーム１１が水平状態で描かれているが、実際は通常状態（１Ｇ状態）でリーディングアーム１１は水平方向から８°前上がりに配置されており、これによりメカニカルコンプライアンスが実現される。リーディングアーム１１の最大バンプ角および最大リバウンド角は、１Ｇ状態（＋８°）から上下に各１６°である。

ステアリングホイール２１から前下方に延びる第１ステアリングシャフト２２は第１等速ジョイント２３を介して第２ステアリングシャフト２４に接続され、第２ステアリングシャフト２４は継ぎ手２５および第３ステアリングシャフト２６を介してステアリングギヤボックス２７に接続される。ステアリングギヤボックス２７の内部には図示せぬボールねじ機構が収納されており、水平方向に配置された第３ステアリングシャフト２６の回転を上下方向に配置された第４ステアリングシャフト２８に伝達する。第４ステアリングシャフト２８はシャフトハウジング２９の内部を下方に延び、その下端に第２等速ジョイント３０を介してピットマンアーム３２が接続される。

第２等速ジョイント３０は、第４ステアリングシャフト２８の下端に結合された入力軸３３と、入力軸３３に対して角度変化可能かつトルク伝達可能に接続された出力軸３４とを備えており、入力軸３３の下端に一体に形成されたインナー部材３３ａの溝と、出力軸３４の上端に一体に形成されたアウター部材３４ａの溝とに、複数のボール３５…が同時に係合する。

第２等速ジョイント３０の出力軸３４にはピットマンアーム３２の中央部が固定されており、ピットマンアーム３２の両端がタイロッド３６，３６を介して左右のナックル１４，１４に接続される。従って、ステアリングホイール２１を操作すると、その回転は第１ステアリングシャフト２２、第１等速ジョイント２３、第２ステアリングシャフト２４、継ぎ手２５、第３ステアリングシャフト２６、ステアリングギヤボックス２７、第４ステアリングシャフト２８および第２等速ジョイント３０を介してピットマンアーム３２に伝達され、ピットマンアーム３２が回転すると左右のタイロッド３６，３６が押し引きされて左右のナックル１４，１４がキングピン軸Ｌ２，Ｌ２まわりに揺動し、左右の前輪Ｗ，Ｗが転舵される。

第２等速ジョイント３０の出力軸３４の下端にはボールベアリング３７を介してシャフトホルダ３８が支持されており、左側のナックル１４とシャフトホルダ３８とが連結部材３９で一体に連結される。入力軸３３に対して出力軸３４を揺動可能に枢支する第２等速ジョイント３０はリーディングアーム１１の揺動軸Ｌ１上に存在するため、左側のリーディングアーム１１が揺動軸Ｌ１まわりにバンプあるいはリバウンドすると、そのリーディングアーム１１と一体に連結部材３９およびシャフトホルダ３８も追従して移動し、シャフトホルダ３８に出力軸３４を介して支持されたピットマンアーム３２も揺動軸Ｌ１まわりにリーディングアーム１１と一体に上下揺動する。このとき、入力軸３３および出力軸３４の角度変化は、第２等速ジョイント３０により吸収される。

従って、左側のリーディングアーム１１が揺動軸Ｌ１まわりにバンプあるいはリバウンドしても、左側のタイロッド３６を介してナックル１４が押し引きされることがなくなり、左前輪のトー角の変化が抑制される。

一方、右側のリーディングアーム１１のバンプあるいはリバウンドの位相は、左側のリーディングアーム１１のバンプあるいはリバウンドの位相と必ずしも一致しないため、右側のリーディングアーム１１とピットマンアーム３２との相対位置は僅かに変化することになり、その相対位置変化によってタイロッド３６を介して右側のナックル１４が押し引きされ、右側の前輪Ｗのトー角は僅かに変化することになるが、車両の走行に支障を来すことはない。

図６（Ａ）に示すように、左前輪Ｗは左旋回時、直進走行時、右旋回時の何れの場合にも、かつバンプ時およびリバウンド時の何れの場合にも、トー角の変化が発生することはない。一方、図６（Ｂ）に示すように、右前輪Ｗはバンプもリバウンドも発生しない直進走行時を除き、左旋回時および右旋回時の何れの場合にもバンプおよびリバウンドに伴って若干のトー角の変化が発生することになる。

左側通行の道路では、本実施の形態の如く左側のリーディングアーム１１と第２等速ジョイント３０の出力軸３４のシャフトホルダ３８とが連結部材３９で連結され、右側通行の道路では右側のリーディングアーム１１と第２等速ジョイント３０の出力軸３４のシャフトホルダ３８とが連結部材３９で連結される。その理由は、図７に示される。

図７に示すように、左側通行の道路で左折する場合は車速が低い場合が多く、右折する場合は車速が高い場合が多い。車両が高速で右旋回すると、遠心力で車体が左側に傾斜するため、旋回外輪となって車両挙動に与える影響が大きい左前輪が大きくバンプする。しかしながら、本実施の形態では左前輪Ｗがバンプしてもトー角の変化は発生せず、車両挙動に影響はない。仮に、右側のリーディングアーム１１および出力軸３４のシャフトホルダ３８を連結部材３９で連結した場合、車両が高速で右旋回して旋回外輪となる左前輪が大きくバンプすると、そのトー角に若干の変化が生じることになる。

このような理由から、左側通行用の車両（右ハンドルの車両）では、左側のリーディングアーム１１および出力軸３４のシャフトホルダ３８を連結部材３９で連結し、右側通行用の車両（左ハンドルの車両）では、右側のリーディングアーム１１および出力軸３４のシャフトホルダ３８を連結部材３９で連結することが望ましい。

以上のように、本実施の形態によれば、サスペンションアームが単一のリーディングアーム１１で構成されるため、部品点数が減少して構造が簡素化される。また一方の前輪Ｗのバンプおよびリバウンドに伴うトー角変化が発生せず、かつ他方の前輪Ｗのバンプおよびリバウンドに伴うトー角変化も最小限に抑えることができるので、タイヤの偏摩耗が防止されて寿命が長くなる。

しかもリーディングアーム１１に対するナックル１４の左右の揺動限界がストッパ１１ｄ，１１ｅ，１４ｅにより規制されるので、前輪Ｗが縁石等に乗り上げて大きな荷重が入力された場合に、その荷重をリーディングアーム１１で受け止め、それよりもステアリングホイール２１側の操舵系に伝達されるのを阻止することができる。更に、ステアリングギヤボックス２７および第２等速ジョイント３０を接続する第４ステアリングシャフト２８が上下方向に配置されるので、車両の正面衝突による荷重が入力したときに第４ステアリングシャフト２８は下端が後方に変位するだけで、軸方向に突き上がられることがないため、ステアリングホイール２１の車室側への突出が防止されて衝突安全性が高められる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では一方のリーディングアーム１１とピットマンアーム３２とが一体に揺動するように、一方のリーディングアーム１１とシャフトホルダ３８とを連結部材３９で一体に連結しているが、その連結部材３９を廃止しても、第２等速ジョイント３０をリーディングアーム１１の揺動軸Ｌ１上に配置するだけで、前輪Ｗのトー角の変化を抑制することができる。なぜならば、ピットマンアーム３２は第２等速ジョイント３０の直ぐ近傍に位置するため、リーディングアーム１１が揺動軸Ｌ１まわりに揺動してもタイロッド３６が押し引きされる量は極めて小さいからである。

また実施の形態では左側のリーディングアーム１１と出力軸３４のシャフトホルダ３８とを連結部材３９で連結しているが、右側のリーディングアーム１１と出力軸３４のシャフトホルダ３８とを連結部材３９で連結しても良い。

１１ リーディングアーム
１１ｄ ストッパ
１１ｅ ストッパ
１４ ナックル
１４ｅ ストッパ
２１ ステアリングホイール
２８ 第４ステアリングシャフト（ステアリングシャフト）
３０ 第２等速ジョイント（等速ジョイント）
３２ ピットマンアーム
３４ 出力軸
３６ タイロッド
３８ シャフトホルダ
３９ 連結部材
Ｗ 前輪
Ｌ１ 揺動軸
Ｌ２ キングピン軸

Claims (5)

1. 前輪（Ｗ）のナックル（１４）をキングピン軸（Ｌ２）まわりに転舵自在に支持するリーディングアーム（１１）を車幅方向に延びる揺動軸（Ｌ１）まわりに上下揺動自在に支持し、ステアリングホイール（２１）の操作に連動して回転するステアリングシャフト（２８）に等速ジョイント（３０）を介してピットマンアーム（３２）を接続し、前記ピットマンアーム（３２）と前記ナックル（１４）とをタイロッド（３６）を介して接続した車両用ステアリング装置であって、
   前記等速ジョイント（３０）を前記リーディングアーム（１１）の揺動軸（Ｌ１）上に配置したことを特徴とする車両用ステアリング装置。
2. 前記ピットマンアーム（３２）を駆動する前記等速ジョイント（３０）の出力軸（３４）を回転自在に支持するシャフトホルダ（３８）と左右一方の前記リーディングアーム（１１）とを連結部材（３９）で一体に揺動可能に連結したことを特徴とする、請求項１に記載の車両用ステアリング装置。
3. 左側通行用の車両では、左側の前記リーディングアーム（１１）と前記シャフトホルダ（３８）とを前記連結部材（３９）で一体に揺動可能に連結し、右側通行用の車両では、右側の前記リーディングアーム（１１）と前記シャフトホルダ（３８）とを前記連結部材（３９）で一体に揺動可能に連結したことを特徴とする、請求項２に記載の車両用ステアリング装置。
4. 前記リーディングアーム（１１）と前記ナックル（１４）との間に、前記リーディングアーム（１１）に対する前記ナックル（１４）の揺動角を規制するストッパ（１１ｄ，１１ｅ，１４ｅ）を設けたことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両用ステアリング装置。
5. 前記ステアリングシャフト（２８）は前記等速ジョイント（３０）から上方に向けて延びることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の車両用ステアリング装置。

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