JP2011201452A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、ドライバのフィーリングを悪化させることなく、操舵に対する好適な応答性を実現することができる車両の操舵装置を提供する。
【解決手段】圧縮方向の軸力に対する弾性特性と引張方向の軸力に対する弾性特性とが非対称な伸縮部３０ｌ，３０ｒをタイロッド１７ｌ，１７ｒの中途にそれぞれ対象に介装する。これにより、モータ等を用いた複雑な機構を採用することなく、簡単な構成で、左右への操舵に対する実効的なステアリングギヤ比を車速に応じて好適に変化させることができる。その際、主として一方の車輪でステアリングギヤ比の変化を実現させつつ、他方の車輪で操舵に対するリニアな横力の発生を実現させることができる。しかも、モータ制御等を行うことなく機械的にステアリングギヤ比の変化を実現するため、制御遅れ等の発生を防止でき、ドライバのフィーリング悪化等を的確に防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵力をリンク機構部に入力して左右輪を転舵する車両の操舵装置に関する。

一般に、車両の操舵装置においては、ステアリングギヤ比を小さく設定すると（すなわち、ステアリングの操舵に対して比較的急速に車輪が転舵する、所謂クイックな状態にステアリングギヤ比を設定すると）、低速走行時の取り回し性が向上し、ドライバの運転負荷を軽減することができる。その反面、ステアリングギヤ比をクイックな状態に設定した場合、高速走行時における転舵に対する車両の応答性が過敏となり、ドライバに運転負荷をかける虞がある。

逆に、ステアリングギヤ比を大きく設定すると（すなわち、所謂スローな状態にステアリングギヤ比を設定すると）、高速走行時の転舵に対する車両の応答性が緩やかになり、ドライバの運転負荷を軽減することができる。その反面、ステアリングギヤ比をスローな状態に設定した場合、低速走行時における取り回し性が悪化し、ドライバに運転負荷をかける虞がある。

これらに対処し、例えば、特許文献１，２には、モータを用いてステアリングギヤ比を変化させることで、高速走行時に操舵装置に要求される特性と、低速走行時に操舵装置に要求される特性とを両立させる技術が開示されている。

特開平６−２２７４２３号公報 特許第３９９４７８０号公報

しかしながら、上述の各特許文献に開示された技術は、ステアリングギヤ比の変更にモータを使用するため、構造が複雑化し、製造コストの大幅な高騰を招く虞がある。しかも、上述の各特許文献に開示された技術は、ステアリングギヤ比を変化させるための制御が介在するため、僅かな制御の応答遅れが発生し、ドライバの運転フィーリングを悪化させる虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、ドライバのフィーリングを悪化させることなく、操舵に対する好適な応答性を実現することができる車両の操舵装置を提供することを目的とする。

本発明は、操舵に対する転舵力を左右のリンク機構部に入力して左右の車輪を転舵する車両の操舵装置において、圧縮方向の力に対する弾性特性と引張方向の力に対する弾性特性とが非対称な弾性要素を、前記左右のリンク機構部にそれぞれ対象に介装したことを特徴とする。

本発明の車両の操舵装置によれば、簡単な構成で、ドライバのフィーリングを悪化させることなく、操舵に対する好適な応答性を実現することができる。

車両の操舵装置の概略構成図 伸縮部の要部断面図 タイロッド軸力とタイロッド伸縮量との関係を示す特性図 ステアリングの操舵角と車輪の転舵角との関係を示す特性図 車速に応じてドライバが体感するステアリングギヤ比を示す特性図 車両の旋回方向とロール方向との関係を示す説明図 伸縮部の変形例を示す要部断面図 車両の操舵装置の変形例を示す概略構成図 伸縮部の変形例を示す要部断面図 ブッシュの要部断面図

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１は車両の操舵装置の概略構成図、図２は伸縮部の要部断面図、図３はタイロッド軸力とタイロッド伸縮量との関係を示す特性図、図４はステアリングの操舵角と車輪の転舵角との関係を示す特性図、図５は車速に応じてドライバが体感するステアリングギヤ比を示す特性図、図６は車両の旋回方向とロール方向との関係を示す説明図、図７は伸縮部の変形例を示す要部断面図、図８は車両の操舵装置の変形例を示す概略構成図、図９は伸縮部の変形例を示す要部断面図、図１０はブッシュの要部断面図である。

図１において、符号１は車両の操舵装置を示し、この操舵装置１は、左右の車輪（前輪）５ｌ，５ｒをそれぞれ車体に連結する左右一対のリンク機構部１０ｌ，１０ｒと、これらリンク機構部１０ｌ，１０ｒに転舵力を伝達するステアリングギヤボックス２０とを有する。

各リンク機構部１０ｌ，１０ｒは、ハブベアリングを介して車輪５ｌ，５ｒを軸支するアクスルハウジング１１ｌ，１１ｒを有し、これらアクスルハウジング１１ｌ，１１ｒの下部には、平面視略Ｌ字状をなすフロントアーム１２ｌ，１２ｒを介して車体のクロスメンバ６が連結されている。

具体的に説明すると、フロントアーム１２ｌ，１２ｒの固定端側は、車体の略前後方向に沿って延在され、フロントブッシュ１３ｌ，１３ｒ及びリアブッシュ１４ｌ，１４ｒを介してそれぞれクロスメンバ６に接続されている。一方、フロントアーム１２ｌ，１２ｒの自由端側は、車幅方向外側に延在され、その先端部がボールジョイント１５ｌ，１５ｒを介してアクスルハウジング１１ｌ，１１ｒの下部に接続されている。これにより、フロントアーム１２ｌ，１２ｒは、アクスルハウジング１１ｌ，１１ｒを介して、車輪５ｌ，５ｒを車体のクロスメンバ６に揺動自在に支持する。

また、アクスルハウジング１１ｌ，１１ｒには、例えば、車体前方に延在するナックルアーム１６ｌ，１６ｒが設けられ、これらナックルアーム１６ｌ，１６ｒには、略車幅方向に沿って延在するタイロッド１７ｌ，１７ｒの先端部が、タイロッドエンドジョイント１８ｌ，１８ｒを介して連結されている。

ステアリングギヤボックス２０は、車幅方向に延在するラックギヤ２１を内部に有し、このラックギヤ２１の左右端部には、タイロッド１７ｌ，１７ｒの基端部が連結されている。

また、ラックギヤ２１には、ピニオンギヤ２２が噛合されている。このピニオンギヤ２２から突出するピニオン軸２３には、ユニバーサルジョイント２４ａ，２４ａ及びジョイント軸２４ｂからなるジョイント部２４を介して、ステアリングシャフト２５が連結され、さらに、ステアリングシャフト２５にはステアリングホイール（ハンドル）２６が固設されている。

ここで、本実施形態において、ピニオンギヤ２２とラックギヤ２１とのギヤ比（ステアリングギヤ比）は、低速走行時の取り回し性を好適に実現すべく、比較的小さなギヤ比（ステアリングホイール２６に対するドライバの操舵に対して車輪５ｌ，５ｒの転舵が比較的クイックとなるギヤ比であって、例えば、ギヤ比＝１３程度）に設定されている。

このような基本構成をなす本実施形態の操舵装置１において、左右のタイロッド１７ｌ，１７ｒの中途には、弾性要素としての伸縮部３０ｌ，３０ｒが左右対象に介装されている。なお、以下の説明において、説明を簡略化するため、車体の左右で同様の構成等については、添字”ｌ”及び”ｒ”を適宜省略する。

図２に示すように、伸縮部３０は、一端部が筒状に形成された雌状軸部３１を有する。この雌状軸部３１の内部には、円筒状のガイド部材３３が固設され、このガイド部材３３の内周には、略円柱状をなす雄状軸部３２の他端側が摺動自在に挿入されている。

また、雄状軸部３２の他端部には外向フランジ３２ａが形成され、この外向フランジ３２ａが、雌状軸部３１の内部端面とガイド部材３３の他端面との空隙内を移動可能に収容されている。さらに、雌状軸部３１の内部端面と外向フランジ３２ａとの間には第１のばね部材３４が介装され、ガイド部材３３の他端面と外向フランジ３２ａとの間には第２のばね部材３５が介装されている。

本実施形態において、第１のばね部材３４は伸縮部３０に圧縮方向の力が加えられた際に作用し、第２のばね部材３５は伸縮部３０に引張方向の力が加えられた際に作用する。ここで、第１のばね部材３４は、第２のばね部材３５に比して、ばね定数が大きく且つ短尺に構成され、これにより、伸縮部３０は、圧縮方向の力に対する特性（収縮特性）と、引張方向の力に対する特性（伸長特性）とが非対称となるよう設定されている。より具体的には、例えば、図３に示すように、伸縮部３０は、タイロッド１７に伸長方向（プラス方向）の軸力が作用した際に、約０．８［ｍｍ］の伸長量を限度として、約０〜１０００［Ｎ］の軸力範囲で、略線形的に伸長するよう設定されている。一方、伸縮部３０は、タイロッド１７に圧縮方向（マイナス方向）の軸力が作用した際に、約０．２［ｍｍ］の収縮量を限度として、約０〜−１０００［Ｎ］の軸力範囲で、略線形的に収縮するよう設定されている。

このような構成において、例えば、ステアリングホイール２６を通じてドライバによる右旋回方向の操舵入力が行われた場合、右側のタイロッド１７ｒには圧縮方向の軸力が作用し、右側の伸縮部３０ｒが収縮される。一方、左側のタイロッド１７ｌには伸長方向の軸力が作用し、左側の伸縮部３０ｌが伸長される。これら伸縮部３０ｌ，３０ｒの作用により、タイロッド１７ｌ，１７ｒは、伸縮部３０ｌ，３０ｒが介装されていない場合に比べ、全体として旋回方向外側に変位する。

また、例えば、ステアリングホイール２６を通じてドライバによる左旋回方向の操舵入力が行われた場合、右側のタイロッド１７ｒには引張方向の軸力が作用し、右側の伸縮部３０ｒが伸長される。一方、左側のタイロッド１７ｌには圧縮方向の軸力が作用し、左側の伸縮部３０ｌが収縮される。これら伸縮部３０ｌ，３０ｒの作用により、タイロッド１７ｌ，１７ｒは、伸縮部３０ｌ，３０ｒが介装されていない場合に比べ、全体として旋回方向外側に変位する。

このような伸縮部３０ｌ，３０ｒの変位はタイロッド１７ｌ，１７ｒの軸力に応じて変化し、これに伴い、ハンドル角θに対するタイヤの切れ角δの割合（応答性）が変化する。具体的には、例えば、図４に示すように、旋回時において、伸縮部３０ｌ，３０ｒは、操舵角（ハンドル角）θに応じてステアリングギヤボックス２０が機械的に発生させる転舵角（タイヤ切れ角）δを、タイロッド１７ｌ，１７ｒの軸力に応じて切れ戻すよう作用する。但し、各伸縮部３０ｌ，３０ｒの伸縮量は制限されているため、タイロッド１７ｌ，１７ｒの軸力が所定以上となった場合（すなわち、ハンドル角θの絶対値が所定以上となった場合）、切れ戻り量の変化は制限されて一定となる。

ところで、周知の通り、一般に、低速走行時の旋回にはハンドル角θ（タイヤ切れ角δ）の絶対値が比較的大きい領域が用いられ、高速走行時の旋回にはハンドル角θ（タイヤ切れ角δ）の絶対値が比較的小さい領域が用いられる。従って、図４の特性からも明らかなように、タイヤ切れ角δが大きくなる低速旋回では、タイヤの切れ角δに対する伸縮部３０ｌ，３０ｒによる影響（タイヤの切れ戻り量の割合）は微小となる。よって、元々のクイック化したステアリングギヤボックス２０のギヤ比によって、低速域での取り回し性が確保される。一方で、タイヤ切れ角δが小さくなる高速旋回では、タイヤの切れ角δに対する伸縮部３０ｌ，３０ｒによる影響（タイヤの切れ戻り量の割合）は大きくなる。よって、実効的なステアリングギヤ比の変化として見ると、ステアリングギヤボックス２０のギヤ比をスロー化した場合と同等の効果を得られる。

これらにより、低速旋回時の取り回しと、高速旋回時の穏やかな車両応答性が両立され、全速度領域でドライバの運転負荷を軽減できる。すなわち、上述の効果により、例えば、ステアリングギヤボックス２０のギヤ比をクイック化した場合にも、伸縮部３０ｌ，３０ｒの作用により、ドライバが体感する実効的なギヤ比を、車速の上昇に応じてスロー化することができる（図５参照）。

このような実施形態によれば、圧縮方向の軸力に対する弾性特性と引張方向の軸力に対する弾性特性とが非対称な伸縮部３０ｌ，３０ｒをタイロッド１７ｌ，１７ｒの中途にそれぞれ対象に介装することにより、簡単な構成で、ドライバのフィーリングを悪化させることなく、操舵に対する好適な応答性を実現することができる。すなわち、左右のタイロッド１７ｌ、１７ｒの中途に伸縮部３０ｌ，３０ｒを配置することにより、モータ等を用いた複雑な機構を採用することなく、簡単な構成で、左右への操舵に対する実効的なステアリングギヤ比を車速に応じて好適に変化させることができる。その際、各伸縮部３０ｌ，３０ｒの弾性特性を圧縮方向と引張方向とで特性が非対称となるよう設定し、これらをタイロッド１７ｌ，１７ｒの中途に左右対称に配置することにより、主として一方の車輪でステアリングギヤ比の変化を実現させつつ、他方の車輪で操舵に対するリニアな横力の発生を実現させることができる。しかも、モータ制御等を行うことなく機械的にステアリングギヤ比の変化を実現するため、制御遅れ等の発生を防止でき、好適なドライバのフィーリング等を実現することができる。

加えて、旋回方向外側に位置するときの変形量が旋回方向内側に位置するときの変形量よりも相対的に大きくなるよう、各伸縮部３０ｌ，３０ｒの特性を設定することにより、例えば、図６（ａ），（ｂ）に示すように、旋回時に発生するロールを、左右の車輪５ｌ，５ｒの転舵量の違いによるジャッキダウン効果を利用して抑制することができ、ドライバのフィーリングをより一層向上させることができる。

ここで、伸縮部の構成としては、上述のものに限定されるものではなく、例えば、図７に示す構成を採用することも可能である。すなわち、図７に示す伸縮部３０は、雄状軸部３２の外周とガイド部材３３の内周とに固着する略円筒形状のゴム部材３６を有する。また、伸縮部３０は、例えば、雄状軸部３２の外向フランジ３２ａと雌状軸部３１の内部端面との間のみにばね部材３４を有する。そして、伸縮部３０は、これらゴム部材３６及びばね部材３４の弾性変形により、圧縮方向の軸力に対する弾性特性と引張方向の軸力に対する弾性特性とが非対称に設定されている。すなわち、伸縮部３０は、タイロッド１７に伸長方向（プラス方向）の軸力が作用した際に、約０．８［ｍｍ］の伸長量を限度として、約０〜１０００［Ｎ］の軸力範囲で、略線形的に伸長するよう設定されている。一方、伸縮部３０は、タイロッド１７に圧縮方向（マイナス方向）の軸力が作用した際に、約０．２［ｍｍ］の収縮量を限度として、約０〜−１０００［Ｎ］の軸力範囲で、略線形的に収縮するよう設定されている。

また、上述の実施形態においては、伸縮部３０ｌ，３０ｒを、リンク機構部１０ｌ，１０ｒのタイロッド１７ｌ，１７ｒ上に配置した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図８に示すように、フロントアーム１２ｌ，１２ｒ上に配置することも可能である。この場合、各伸縮部３０ｌ，３０ｒの特性は、タイロッド１７ｌ，１７ｒ上に介装する場合と逆であることが望ましい。すなわち、例えば、図９に示すように、第１のばね部材３４と第２のばね部材３５のばね定数及び長さの関係を逆転させることにより、所望の特性を得ることが可能である。また、フロントアーム１２ｌ，１２ｒにおいては、伸縮部３０ｌ，３０ｒに代えて、例えば、フロントブッシュ１３ｌ，１３ｒ或いはリアブッシュ１４ｌ，１４ｒ等を弾性要素として利用することも可能である。例えば、図１０に示すように、リアブッシュ１４を弾性要素として利用する場合、ブッシュ本体１４ａの車幅方向の一側に座繰り状の空隙１４ｂを設けることにより、圧縮方向の軸力に対する弾性特性と引張方向の軸力に対する弾性特性とが非対称な弾性要素として機能させることが可能である。

１ … 操舵装置
５ｌ，５ｒ … 車輪
６ … クロスメンバ
１０ｌ，１０ｒ … リンク機構部
１１ｌ，１１ｒ … アクスルハウジング
１２ｌ，１２ｒ … フロントアーム
１３ｌ，１３ｒ … フロントブッシュ（弾性要素）
１４ｌ，１４ｒ … リアブッシュ（弾性要素）
１４ａ … ブッシュ本体
４ｂ … 空隙
１５ｌ，１５ｒ … ボールジョイント
１６ｌ，１６ｒ … ナックルアーム
１７ｌ，１７ｒ … タイロッド
１８ｌ，１８ｒ … タイロッドエンドジョイント
２０ … ステアリングギヤボックス
２１ … ラックギヤ
２２ … ピニオンギヤ
２３ … ピニオン軸
２４ … ジョイント部
２４ａ … ニバーサルジョイント
２４ｂ … ジョイント軸
２５ … ステアリングシャフト
２６ … ステアリングホイール
３０ｌ，３０ｒ … 伸縮部（弾性要素）
３１ … 雌状軸部
３２ … 雄状軸部
３２ａ … 外向フランジ
３３ … ガイド部材
３４ … 第１のばね部材
３５ … 第２のばね部材
３６ … ゴム部材

Claims (4)

1. 操舵に対する転舵力を左右のリンク機構部に入力して左右の車輪を転舵する車両の操舵装置において、
   圧縮方向の力に対する弾性特性と引張方向の力に対する弾性特性とが非対称な弾性要素を、前記左右のリンク機構部にそれぞれ対象に介装したことを特徴とする車両の操舵装置。
2. 前記リンク機構部は、前記車輪を車体に揺動自在に支持するアームと、前記転舵力を前記車輪に伝達するタイロッドとを有し、
   前記弾性要素は、前記タイロッドに介装されていることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
3. 前記リンク機構部は、前記車輪を車体に揺動自在に支持するアームと、前記転舵力を前記車輪に伝達するタイロッドとを有し、
   前記弾性要素は、前記アームに介装されていることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
4. 前記弾性要素は、旋回方向外側に位置するときの変形量が旋回方向内側に位置するときの変形量よりも相対的に大きくなるよう、圧縮方向の力に対する弾性特性と引張方向の力に対する弾性特性とが設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の車両の操舵装置。

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