JP2016055804A - Steering device and method for changing driving modes of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、通常走行モードとその場回転等の特殊走行モードとの間で走行モードを切り替え可能とした車両に採用されるステアリング装置、及びこのステアリング装置を採用した車両の走行モードの切り替え方法に関する。 The present invention relates to a steering device employed in a vehicle that can switch a traveling mode between a normal traveling mode and a special traveling mode such as in-situ rotation, and a method for switching a traveling mode of a vehicle that employs the steering device. .
左右の車輪(以下、タイヤ、ホイール、ハブ、インホイールモータ等を含めて総合的に「車輪」と称する。)を結ぶステアリングリンク機構を用いて車輪を転舵するものに、アッカーマン・ジャントウ式と呼ばれるステアリング装置がある。このステアリング装置は、タイロッドとナックルアームを有し、車両の回転時に、左右の車輪が同一回転中心をもつように作用する。 Ackerman-Jantou type is used to steer the wheels using a steering link mechanism that connects the left and right wheels (hereinafter collectively referred to as "wheels" including tires, wheels, hubs, in-wheel motors, etc.) There is a steering device called. This steering device has a tie rod and a knuckle arm, and acts so that the left and right wheels have the same center of rotation when the vehicle rotates.
このステアリング装置として、例えば、特許文献1に示す構成のものがある。このステアリング装置は、タイロッドとナックルアームを用いる左右車輪のステアリングリンク機構を前輪側または後輪側の少なくとも一方に備え、タイロッド長さ、左右のタイロッド間距離または各車輪とナックルアームのなす角度のいずれかを変化させるアクチュエータを設けることで、通常走行、平行移動、小回りのすべての走行をスムーズに行うとともに、優れた応答性を確保している。
As this steering apparatus, there exists a thing of the structure shown in
特許文献2に示すステアリング装置は、前後輪の左右車輪間に配置され、軸心周りに回転可能なステアリングシャフトと、このステアリングシャフトを左右2分割した間に、分割されたステアリングシャフトの回転方向を正逆方向で切り替える正逆切り替え手段を備えている。この切り替え手段によって、舵角90度、横方向移動等を可能としている。
The steering device shown in
特許文献3には、前輪の転舵に応じてアクチュエータが作動して、後輪を転舵するようにした4輪転舵車両の技術について示されている。また、特許文献4には、左右車輪間を結ぶラックハウジングを前後方向に移動させることで、左右車輪のトー調整を行い、走行安定性を高めたステアリング装置の技術について示されている。
一般的なアッカーマン・ジャントウ式のステアリングリンク機構によれば、通常走行時には、各車輪の回転ライン(車輪の幅方向中心線)から平面視垂直に延びた線が、車両の回転中心に集まるので、スムーズな走行ができる。しかし、車両の横方向移動(車両が前後方向を向いた状態での横方向への平行移動)を求める場合、車輪を前後方向に対して90度の方向に操舵することは、ステアリングリンクの長さや他部材との干渉から困難である。また、仮に、左右の車輪のうち一方の車輪を90度に操舵した場合でも、他方の車輪は一方の車輪と完全に平行にはならず、スムーズな走行が困難である。 According to a general Ackermann-Jantou type steering link mechanism, during normal driving, lines extending vertically from the rotation line of each wheel (the center line in the width direction of the wheel) gather in the center of rotation of the vehicle. Smooth running is possible. However, when the lateral movement of the vehicle (transverse movement in the lateral direction with the vehicle facing in the front-rear direction) is obtained, steering the wheel in a direction of 90 degrees with respect to the front-rear direction is a problem with the length of the steering link. It is difficult to interfere with other members. Further, even if one of the left and right wheels is steered at 90 degrees, the other wheel is not completely parallel to the one wheel, and smooth running is difficult.
また、この種の車両では、通常、主転舵車輪である前輪を車両の所定の進行方向に転舵し、従転舵車輪である後輪は、車両の前後方向と平行を保つように設計されている。このため、この車両の前輪を転舵し回転させたときに、前輪と後輪の回転中心が同一位置とならない。このため、低車速時には内輪差により後輪が回転円の内側に入る姿勢で車両が回転し、高車速時には遠心力により前輪が回転円の内側に入る姿勢で車両が回転することになる。すなわち、前輪を車両の進行方向である回転方向に転舵しても、車両の姿勢を回転方向に一致させ操向することができないという問題がある。そこで、前輪のみならず後輪をも転舵することにより、走行性を向上させる4輪ステアリング装置を有する車両がある。 Also, in this type of vehicle, the front wheels, which are the main steered wheels, are usually steered in a predetermined traveling direction of the vehicle, and the rear wheels, which are the follower steered wheels, are designed to be parallel to the longitudinal direction of the vehicle. Has been. For this reason, when the front wheel of this vehicle is steered and rotated, the rotation center of the front wheel and the rear wheel is not at the same position. For this reason, at low vehicle speeds, the vehicle rotates in a posture in which the rear wheels enter the inside of the rotation circle due to the inner wheel difference, and at high vehicle speeds, the vehicles rotate in a posture in which the front wheels enter the inside of the rotation circle by centrifugal force. That is, there is a problem that even if the front wheels are steered in the rotational direction that is the traveling direction of the vehicle, it is not possible to steer the vehicle so that the posture of the vehicle coincides with the rotational direction. Therefore, there is a vehicle having a four-wheel steering device that improves traveling performance by turning not only front wheels but also rear wheels.
4輪ステアリング装置を有する車両(所謂4WS車)として、例えば、特許文献1に記載の技術では、車両の横方向移動、小回り等が可能である。しかし、タイロッドの長さ、左右タイロッド間の距離、あるいは、車輪とナックルアームのなす角を変化させるために多くのアクチュエータを備え、各アクチュエータの複雑な制御が必要となる。また、特許文献2に記載の技術は、その機構上、構造が複雑であって、ラックバーの回転で車輪を転舵するために、多数の歯車を使用している。このため、各歯車間にガタが発生しやすく、円滑に車輪の転舵をすることが困難である。
As a vehicle having a four-wheel steering device (a so-called 4WS vehicle), for example, the technique described in
また、特許文献3の技術は、従来の4輪ステアリング装置の一例であって後輪転舵を可能としているが、この機構だけでは横方向移動は困難である。さらに、特許文献4の技術は、トー調整が可能である反面、車両の横方向移動、小回り等には対応できないという問題がある。
Moreover, although the technique of
特許文献1から4に記載のステアリング装置の諸問題を解決すべく、本願の発明者は、特許文献5に示すように、左右に独立して移動可能な2つのラックバーを持ち、前記ラックバーのそれぞれを左右いずれかの車輪にタイロッドを介して接続し、同期ギアボックスに保持される同期ギアにより、前記ラックバーが、同期ギアボックスに対して反対に移動可能としたステアリング装置を発明した。この2つのラックバーには、このラックバーに噛み合うピニオンギアがそれぞれ設けられ、両ピニオンギアの間には、両ピニオンギアの回転軸を結合又は分離可能とする連結機構が設けられている。この連結機構を結合すると、両ラックバーを一体として同方向に同距離移動する、すなわち、左右の車輪を同方向に転舵することができる。その一方で、この連結機構を分離すると、両ラックバーを反対方向に同距離移動する、すなわち、左右の車輪を逆方向に転舵することができる。
In order to solve the various problems of the steering device described in
ここで、左右の車輪を同方向に転舵することは、一般の車両における通常の転舵に相当する。また、左右の車輪を逆方向に転舵することは、通常走行モードからその場回転、横方向移動等の特殊走行モードへの走行モードの切り替えに相当する。この通常の転舵、及び走行モードの切り替えは、いずれもタイロッドを介して、各車輪に設けられたナックルの一本のキングピン軸周りの回動として車輪側に伝達される。このステアリング装置を車両に搭載すれば、その場回転や横方向移動等の特殊走行モードを行うことができるとともに、通常走行モードから特殊走行モードへの変更もスムーズに行うことができる。 Here, turning the left and right wheels in the same direction corresponds to normal turning in a general vehicle. Further, turning the left and right wheels in the reverse direction corresponds to switching the travel mode from the normal travel mode to a special travel mode such as spot rotation or lateral movement. Both the normal turning and the switching of the traveling mode are transmitted to the wheel side through a tie rod as a rotation around one kingpin axis of a knuckle provided on each wheel. If this steering device is mounted on a vehicle, a special travel mode such as in-situ rotation and lateral movement can be performed, and a change from the normal travel mode to the special travel mode can be performed smoothly.
特許文献5に係るステアリング装置は、通常の転舵と、走行モードの切り替えの両方の役目を担っているため、一般的なラックアンドピニオン方式のステアリング装置と比較して、ラックや歯車等のより多くの部品を必要とする。このため、一般的なステアリング装置と比較して、コストダウンが困難となったり、装置構成が大型となって車両への搭載方法が制限を受けやすくなったりする等の問題を生じることが多い。
Since the steering device according to
そこで、この発明は、通常走行モードから特殊走行モードへの切り替え機能を有するステアリング装置を簡便な構成で実現することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to realize a steering device having a function of switching from the normal travel mode to the special travel mode with a simple configuration.
この課題を解決するために、この発明においては、懸架装置を介してシャーシに設けられたナックルと、前記懸架装置に対し、前記ナックルを転舵方向に回動させる第一のキングピン軸と、前記ナックルに対し、前記車輪を車両の走行モードに対応する方向に回動させる第二のキングピン軸と、前記第一のキングピン軸周りに前記車輪を転舵させる第一の駆動手段と、前記第二のキングピン軸周りに前記車輪を転舵させる第二の駆動手段と、を備えるステアリング装置を構成した。 In order to solve this problem, in the present invention, a knuckle provided in a chassis via a suspension device, a first kingpin shaft for rotating the knuckle in a steering direction with respect to the suspension device, A second kingpin shaft for rotating the wheel in a direction corresponding to a traveling mode of the vehicle with respect to a knuckle; a first driving means for turning the wheel around the first kingpin shaft; And a second driving means for turning the wheel about the kingpin axis.
このように、キングピン軸を第一のキングピン軸と第二のキングピン軸に分けて構成することにより、第一のキングピン軸を通常の転舵に関与させる一方で、第二のキングピン軸を走行モードの切り替えに関与させるようにすることもできる。この場合、ステアリング装置のタイロッドを第一のキングピン軸側に連結して、ステアリング装置に通常の転舵のみを担わせればよいので、このステアリング装置の第一の駆動手段に一般的なラックアンドピニオン式のものを採用することができる。このため、その構成を簡便化して車両への搭載性を確保することができる。 In this way, by dividing the kingpin axis into the first kingpin axis and the second kingpin axis, the first kingpin axis is involved in normal steering while the second kingpin axis is in the travel mode. It can also be involved in switching. In this case, the tie rod of the steering device is connected to the first kingpin shaft side, and the steering device only has to perform normal steering. Therefore, a general rack and pinion is used as the first drive means of the steering device. A formula can be adopted. For this reason, the structure can be simplified and the mounting property to a vehicle can be ensured.
第二のキングピン軸側には、走行モードの切り替え機構である第二の駆動手段が設けられる。具体的には、第二の駆動手段として、車輪の内部にインホイールモータを搭載し、このインホイールモータを駆動して車輪を回転させ、この回転力によって車輪を第二のキングピン軸周りに回動させるようにするのが簡便で好ましい。この切り替え機構を作動させることにより、車両の走行モードの切り替えをスムーズに行うことができる。 On the second kingpin shaft side, a second driving means that is a traveling mode switching mechanism is provided. Specifically, as the second driving means, an in-wheel motor is mounted inside the wheel, the in-wheel motor is driven to rotate the wheel, and the wheel is rotated around the second kingpin axis by this rotational force. It is convenient and preferable to make it move. By operating this switching mechanism, the vehicle driving mode can be switched smoothly.
なお、第一のキングピン軸及び第二のキングピン軸は、実際に軸体を備えた構成、又は実際に軸体を有さず所定の回転軸周りに回動する構成のいずれの構成であってもよい。 The first kingpin shaft and the second kingpin shaft are either of a configuration that actually includes a shaft body or a configuration that does not actually have a shaft body and rotates around a predetermined rotation axis. Also good.
前記構成においては、前記第二のキングピン軸周りの前記車輪の回動を固定するロック機構をさらに備える構成とするのが好ましい。ロック機構を設けることにより、通常の転舵の際に、車輪が第二のキングピン軸の周りに回動して、その角度が不用意に変わってしまうのを防止することができ、操作安定性と走行安定性を確保することができる。 In the said structure, it is preferable to set it as the structure further equipped with the lock mechanism which fixes rotation of the said wheel around said 2nd kingpin axis | shaft. By providing a lock mechanism, it is possible to prevent the wheels from rotating around the second kingpin axis and changing the angle inadvertently during normal steering, and operational stability And driving stability can be ensured.
前記各構成においては、前記第一のキングピン軸周りの前記ナックルの回動が、前記車輪の転舵操作に伴ってなされる一方で、前記第二のキングピン軸周りの前記車輪の回動が、前記車両の走行モードの変更操作に伴ってなされる構成とするのが好ましい。このように、ナックルの回動軸と、車輪の回動軸を別個にすることにより、第一のキングピン軸及び第二のキングピン軸をそれぞれの回動軸に適した傾斜角等に設定することができ、車輪の転舵及び走行モードの切り替えを一層スムーズに行うことができる。 In each of the above configurations, the knuckle rotation about the first kingpin axis is performed in accordance with the steering operation of the wheel, while the rotation of the wheel about the second kingpin axis is It is preferable to adopt a configuration that is made in accordance with an operation for changing the travel mode of the vehicle. Thus, by setting the rotation axis of the knuckle and the rotation axis of the wheel separately, the first kingpin axis and the second kingpin axis are set to an inclination angle suitable for each rotation axis. The wheel can be steered and the driving mode can be switched more smoothly.
前記第一のキングピン軸周りの前記ナックルの回動が、前記車輪の転舵操作に伴ってなされる一方で、前記第二のキングピン軸周りの前記車輪の回動が、前記車両の走行モードの変更操作に伴ってなされるようにした構成においては、前記第二のキングピン軸のスクラブ半径が、前記第一のキングピン軸のスクラブ半径よりも大きくなるように前記第一のキングピン軸及び前記第二のキングピン軸を配置した構成とするのが好ましい。 The rotation of the knuckle around the first kingpin axis is made in accordance with the steering operation of the wheel, while the rotation of the wheel around the second kingpin axis is the driving mode of the vehicle. In the configuration made in accordance with the change operation, the scrub radius of the second kingpin shaft is larger than the scrub radius of the first kingpin shaft. It is preferable that the kingpin shaft is arranged.
スクラブ半径は、キングピン軸が地面と交わる点と、タイヤの接地面中心との間の距離であり、キングピン軸の位置や傾きとともに、このスクラブ半径の大きさが車両の走行特性や転舵特性に大きな影響を与える。具体的には、スクラブ半径を大きくすると、切り替え機構による走行モードの切り替え特性は向上する一方で、車両の走行特性が悪化することがある。このように、キングピン軸を第一のキングピン軸と第二のキングピン軸で別々に構成し、第一のキングピン軸を車輪の転舵操作用、第二のキングピン軸を走行モードの切り替え用としてそれぞれ機能させることにより、走行特性の確保と、切り替え機構による走行モードの切り替え特性の確保の両立を図ることができる。 The scrub radius is the distance between the point at which the kingpin axis intersects the ground and the center of the tire's ground contact surface. The scrub radius, along with the position and inclination of the kingpin axis, affects the vehicle's running characteristics and turning characteristics. It has a big impact. Specifically, when the scrub radius is increased, the switching characteristics of the driving mode by the switching mechanism are improved, but the driving characteristics of the vehicle may be deteriorated. In this way, the kingpin axis is configured separately with the first kingpin axis and the second kingpin axis, the first kingpin axis is used for wheel steering operation, and the second kingpin axis is used for switching the driving mode. By functioning, it is possible to achieve both of ensuring the traveling characteristics and ensuring the switching characteristics of the traveling mode by the switching mechanism.
前記各構成においては、前記第二のキングピン軸周りに車輪を転舵させる前記第二の駆動手段が、インホイールモータ、又は油圧シリンダ、空圧シリンダ、電動シリンダ、モータ及び減速機等の動力源からなる構成とするのが好ましい。 In each of the above configurations, the second drive means for turning the wheel around the second kingpin axis is an in-wheel motor, or a power source such as a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder, an electric cylinder, a motor, and a speed reducer. It is preferable to have a configuration consisting of
上記のように、キングピン軸を第一のキングピン軸と第二のキングピン軸で構成する代わりに、車両の走行モードの切り替え操作に伴って、懸架装置に対し、車輪を前記車両の走行モードに対応する方向に回動させるキングピン軸を備える構成とすることもできる。例えば、前輪2輪にステアリング装置を有する車両(所謂2WS車)の場合、後輪2輪は操舵する必要がないため、走行モードの切り替え機構に関係するキングピン軸(上記の各構成において、第二のキングピン軸に相当)周りに、切り替え機構によって車輪を回動させるようにすれば、通常の転舵に関与しない2輪の走行モードの切り替えを行うことができる。 As described above, instead of configuring the kingpin shaft with the first kingpin shaft and the second kingpin shaft, the wheel corresponds to the traveling mode of the vehicle with respect to the suspension device according to the switching operation of the traveling mode of the vehicle. It can also be set as the structure provided with the kingpin axis | shaft rotated in the direction to do. For example, in the case of a vehicle having a steering device on two front wheels (a so-called 2WS vehicle), it is not necessary to steer the two rear wheels, so that the kingpin shaft related to the travel mode switching mechanism (in each configuration described above, the second If the wheel is rotated by a switching mechanism around (around the kingpin axis), the driving mode of the two wheels that are not involved in normal steering can be switched.
前記キングピン軸を備える構成においては、前記キングピン軸周りの前記車輪の回動を固定するロック機構をさらに備える構成とするのが好ましい。このように、ロック機構を設けることにより、走行モードの切り替え後に、その車輪の角度が不用意に変わって、走行安定性が損なわれるのを防止することができる。 In the configuration including the kingpin shaft, it is preferable to further include a lock mechanism that fixes the rotation of the wheel around the kingpin shaft. In this way, by providing the lock mechanism, it is possible to prevent the wheel stability from being changed carelessly after the travel mode is switched and the travel stability from being impaired.
また、前後の少なくとも一方の車輪に、懸架装置を介してシャーシに設けられたナックルと、前記懸架装置に対し、前記ナックルを転舵方向に回動させる第一のキングピン軸と、前記ナックルに対し、前記車輪を車両の走行モードに対応する方向に回動させる第二のキングピン軸と、を備えるステアリング装置を設け、前記ステアリング装置によって前記車両の走行モードを変更する際に、前後いずれか一方側の車輪を前記第二のキングピン軸周りに回動させる一方で、他方側の車輪が回転しないようにして、走行モードの切り替え中に車両が移動しないようにする車両の走行モードの切り替え方法を構成した。 Further, a knuckle provided on the chassis via a suspension device on at least one of the front and rear wheels, a first kingpin shaft for rotating the knuckle in a steering direction with respect to the suspension device, and the knuckle And a second kingpin shaft that rotates the wheel in a direction corresponding to the vehicle driving mode, and when the vehicle driving mode is changed by the steering device, either the front or rear side The vehicle travel mode switching method is configured to prevent the vehicle from moving during the travel mode switching while rotating the other wheel around the second kingpin axis while preventing the other wheel from rotating. did.
走行モードの切り替えにおいては、走行モードを切り替えようとする車輪を回転させる必要があるため、その回転に伴って車両が前後に不用意に動いてしまうことがあり得る。そこで、走行モードの切り替えと関係のない他方側の車輪を回転しないようにすることによって、走行モードの切り替え中に、不用意に車両が動くのを防止することができる。この他方側の車輪の回転を止める手段として、その車輪にブレーキをかけたり、その車輪に設けられた切り替え機構(インホイールモータ等)を車輪が回転しようとする方向と逆方向に駆動力を与えたりすることができる。 In driving mode switching, since it is necessary to rotate a wheel for switching the driving mode, the vehicle may inadvertently move back and forth with the rotation. Therefore, by preventing the other wheel that is not related to the switching of the traveling mode from rotating, it is possible to prevent the vehicle from inadvertently moving during the switching of the traveling mode. As means for stopping the rotation of the wheel on the other side, a braking force is applied to the wheel, or a switching mechanism (such as an in-wheel motor) provided on the wheel is applied in a direction opposite to the direction in which the wheel is intended to rotate. Can be.
さらに、前後の車輪に、懸架装置を介してシャーシに設けられたナックルと、前記懸架装置に対し、前記ナックルを転舵方向に回動させる第一のキングピン軸と、前記ナックルに対し、前記車輪を車両の走行モードに対応する方向に回動させる第二のキングピン軸と、を備えるステアリング装置を設け、前記ステアリング装置によって前記車両の走行モードを変更する際に、前後の車輪をともに前記第二のキングピン周りに回動させて、走行モードの切り替え中に車両が移動しないようにする車両の走行モードの切り替え方法を構成した。 Furthermore, the knuckle provided in the chassis via the suspension device on the front and rear wheels, the first kingpin shaft for rotating the knuckle in the steering direction with respect to the suspension device, and the wheel against the knuckle And a second kingpin shaft for rotating the vehicle in a direction corresponding to the travel mode of the vehicle. When changing the travel mode of the vehicle by the steering device, both the front and rear wheels are The vehicle driving mode switching method is configured so that the vehicle does not move during the switching of the driving mode.
上記のように、前後いずれかの車輪の回転を止める代わりに、前後の車輪を協同して動かす場合においても、その前後の車輪の回転に伴う車両の移動方向が、同軸上で互いに相反するものであれば、走行モードの切り替え中に、不用意に車両が動くのを防止することができる。 As described above, when the front and rear wheels are moved in cooperation instead of stopping the rotation of either front or rear wheels, the moving directions of the vehicles accompanying the rotation of the front and rear wheels are opposite to each other on the same axis. Then, it is possible to prevent the vehicle from inadvertently moving during the switching of the driving mode.
この発明においては、懸架装置を介してシャーシに設けられたナックルと、前記懸架装置に対し、前記ナックルを転舵方向に回動させる第一のキングピン軸と、前記ナックルに対し、前記車輪を車両の走行モードに対応する方向に回動させる第二のキングピン軸と、前記第一のキングピン軸周りに前記車輪を転舵させる第一の駆動手段と、前記第二のキングピン軸周りに前記車輪を転舵させる第二の駆動手段と、を備えるステアリング装置を構成した。 In the present invention, a knuckle provided in a chassis via a suspension device, a first kingpin shaft for rotating the knuckle in a steering direction with respect to the suspension device, and the wheel with respect to the knuckle A second kingpin shaft that rotates in a direction corresponding to the travel mode, first driving means that steers the wheel about the first kingpin axis, and the wheel about the second kingpin axis. And a second drive means for turning.
このように、キングピン軸を第一のキングピン軸と第二のキングピン軸で構成することにより、第一のキングピン軸を通常の転舵に関与させる一方で、第二のキングピン軸を走行モードの切り替えに関与させるようにすることもできる。この場合、ステアリング装置のタイロッドを第一のキングピン軸側に連結して、ステアリング装置に通常の転舵のみを担わせればよいので、このステアリング装置の第一の駆動手段に一般的なラックアンドピニオン式のものを採用することができる。このため、その構成を簡便化して車両への搭載性を確保することができる。 In this way, by configuring the kingpin shaft with the first kingpin shaft and the second kingpin shaft, the first kingpin shaft is involved in normal steering while the second kingpin shaft is switched to the driving mode. Can also be involved. In this case, the tie rod of the steering device is connected to the first kingpin shaft side, and the steering device only has to perform normal steering. Therefore, a general rack and pinion is used as the first drive means of the steering device. A formula can be adopted. For this reason, the structure can be simplified and the mounting property to a vehicle can be ensured.
さらに、第二のキングピン軸側に、走行モードの切り替え機構である第二の駆動手段を設け、この切り替え機構を駆動して車輪を回転させ、この回転力によって車輪を第二のキングピン軸周りに回動させるようにすることにより、車両の走行モードの切り替えを簡便かつスムーズに行うことができる。 Furthermore, the second kingpin shaft side is provided with a second drive means that is a travel mode switching mechanism, which drives the switching mechanism to rotate the wheel, and this rotational force causes the wheel to move around the second kingpin shaft. By making it rotate, the driving mode of the vehicle can be switched easily and smoothly.
この発明に係るステアリング装置1の構成について説明した後に、このステアリング装置1を搭載した車両Cの走行モードの切り替え方法について説明する。
After describing the configuration of the
(1)ステアリング装置の構成について
図1及び図2に、この発明に係るステアリング装置1の実施形態を示す。図1(a)は正面図、(b)は側面図、図2は斜視図である。
(1) Configuration of Steering Device FIGS. 1 and 2 show an embodiment of a
このステアリング装置1は、懸架装置2(アッパーアーム2a、ロワアーム2b)を介して車両C(例えば図3参照)のシャーシ(図示せず)に設けられたナックル3と、懸架装置2に対し、ナックル3を転舵方向に回動させる第一のキングピン軸4と、ナックル3に対し、車輪Wを車両Cの各種走行モードに対応する方向に回動させる第二のキングピン軸5と、をその基本構成とする。なお、車両Cの各種走行モードに対応する車輪Wの方向については、項目(2)で詳しく説明する。
The
ナックル3は、このナックル3の上下端部に回動軸4a、4bを有する第一のキングピン軸4によってタイロッド6に接続されている。このタイロッド6は、車輪Wを転舵する転舵装置7(7a、7b)(第一の駆動手段)(図4等参照)に接続されている。転舵装置7を駆動してタイロッド6を移動させることにより、ナックル3を第一のキングピン軸4周りに回動して、車輪Wを転舵することができる。この転舵装置7は図示されていないが、ラックアンドピニオン方式、又はセンサとアクチュエータの作用によって作動するステアバイワイヤ方式のように、運転者又は自動運転による転舵操作で操舵するもの等、種々の方式のものから採用することができる。車輪Wには、インホイールモータM(第二の駆動手段)が組み込まれており、このインホイールモータMを駆動させることにより、走行モードの切り替えや、車両Cの通常走行を行うことができる。
The
第二のキングピン軸5は、第一のキングピン軸4よりもナックル3の中央寄りに回動軸5a、5bを有しており、この第二のキングピン軸5に、車輪Wが回動可能に設けられている。各キングピン軸4、5が地面に交わる点と、タイヤの接地面中心との間の距離(以下、スクラブ半径という。)は、第二のキングピン軸5のスクラブ半径r2の方が、第一のキングピン軸4のスクラブ半径r1よりも大きくなるように、各キングピン軸4、5が配置されている。
The
一般的に、キングピン軸の位置や傾き、及びスクラブ半径の大きさは、車両の走行特性や転舵特性に大きな影響を与える。具体的には、スクラブ半径を大きくすると、切り替え機構による走行モードの切り替え特性は向上する一方で、車両Cの走行特性が悪化することがある。このように、キングピン軸を第一のキングピン軸4と第二のキングピン軸5で別々に構成し、第一のキングピン軸4を車輪Wの転舵操作用、第二のキングピン軸5を走行モードの切り替え用として機能させ、さらに、第二のキングピン軸5のスクラブ半径r2の方が、第一のキングピン軸4のスクラブ半径r1よりも大きくなるように構成することにより、走行特性の確保と、切り替え機構(インホイールモータM)による走行モードの切り替え特性の確保の両立を図ることができる。
In general, the position and inclination of the kingpin shaft and the size of the scrub radius greatly affect the running characteristics and turning characteristics of the vehicle. Specifically, when the scrub radius is increased, the traveling characteristics of the vehicle C may be deteriorated while the switching characteristics of the traveling mode by the switching mechanism are improved. In this way, the kingpin shaft is composed of the
ナックル3には、第二のキングピン軸5周りの車輪Wの回動を固定するロック機構8が設けられている。このロック機構8は、挿通孔が形成されるとともにナックル3に固定されたロック部本体9と、前記挿通孔に挿し込まれる複数の係合凹部10a、10b、10cが形成され、車輪W側に設けられたロックバー11と、ロック部本体9を作動させるソレノイド動作部12とを有している。ロック部本体9内には、係合凹部10a、10b、10cと嵌合可能な係合突部(図示せず)が設けられている。
The
前記挿通孔にロックバー11を挿し込み、ロック部本体9内に係合凹部10a、10b、10cのうちいずれかが位置している状態で、ソレノイド動作部12を作動させることによって、係合凹部10a、10b、10cと係合突部の係合又は解除(ロック又はロック解除)を自在に行うことができる。ここで、係合凹部10aはその場回転モードに、係合凹部10bは小回りモードに、係合凹部10cは横方向移動モードにそれぞれ対応している。なお、図1に示すステアリング装置1は、通常の走行モードの状態を示しており、本図中には図示されていないが、ロック部本体9内に、通常の走行モードに対応する係合凹部が位置しており、この係合凹部と係合突部が係合した状態となっている。
By inserting the
ソレノイド動作部12を作動させてロック部本体9をロック解除状態(係合凹部と係合突部の係合が解除された状態)とし、インホイールモータMを駆動すると、その駆動力が第二のキングピン軸5周りの回転方向の力として作用し車輪Wが転舵する。そして、ロック部本体9内に係合凹部10a、10b、10cのうちいずれかが位置したタイミングで、インホイールモータMの駆動を停止する。この停止後にソレノイド動作部12を再び作動させて、係合凹部10a、10b、10cのいずれかと、ロック部本体9内の係合突部とを係合させる。これにより、各係合凹部10a、10b、10cの位置に対応した走行モードへの切り替えが完了する。この係合凹部10a、10b、10cの数は、車両Cに採用する走行モードの数に応じて適宜変更される。
When the
この実施形態においては、ロック機構8をロック部本体9、ロックバー11、及びソレノイド動作部12で構成したが、例えば、回転円盤と、この回転円盤の回転を固定する固定ピン等、他の固定構造を採用することもできる。また、ロックの確実性を高めるために、二つ以上の固定構造を併用することもできる。また、走行モードの切り替えにインホイールモータMの駆動力を利用したが、走行モードの切り替えには、油圧シリンダ、空圧シリンダ、電動シリンダ、モータと減速機等の動力源を用い、インホイールモータMの駆動力を、車両Cの走行のためだけに使用する構成としたり、インホイールモータMを省略した構成としたりすることもできる。
In this embodiment, the
(2)車両の走行モードの切り替え方法について
図3に、4個の車輪W全てに図1に示したステアリング装置1を搭載した車両Cのイメージ図を示す。この車両Cは、2人乗車(横並び二人乗り)の超小型モビリティである。なお、この発明に係るステアリング装置1は、この超小型モビリティに限定されるものではなく、通常の車両Cにも適用することができる。各車輪WにはインホイールモータMが設けられるとともに、前輪及び後輪のそれぞれに転舵装置7(7a、7b)が設けられた所謂4WSの構成が採用されている。前輪には運転者のステアリング操作によって、後輪には前輪のステアリング操作に基づいてステアバイワイヤによって転舵を行うラックアンドピニオン式の転舵装置7(7a、7b)がそれぞれ採用されている。
(2) Method for Switching Vehicle Driving Mode FIG. 3 shows an image diagram of a vehicle C in which the
この車両C(例えば図3参照)の走行モードを図4から図8に示す車両平面図を用いて説明する。各図中に記載の白三角形は、通常走行時の車両Cの前進方向を示し、白矢印は各走行モード(又は転舵状態)における車両Cの進行方向を表す。なお、これらの各図は、各走行モード時における車輪Wの転舵方向に注目するために、前後のステアリング装置7a、7bの間の制御系及び駆動系の詳細については記載を省略している。
The travel mode of the vehicle C (see, for example, FIG. 3) will be described with reference to the vehicle plan views shown in FIGS. A white triangle described in each figure indicates the forward direction of the vehicle C during normal travel, and the white arrow indicates the travel direction of the vehicle C in each travel mode (or steered state). In these drawings, the details of the control system and the drive system between the front and
(a)通常走行モード(図4及び図5)
通常の走行モードにおいては、車両Cのステアリング装置7(7a、7b)を中立(直進)状態としつつ、ロックバー11の通常走行モードに対応する位置において、ロック機構8(図1等参照)をロック状態とする。このロック機構8をロック状態とすることにより、車輪Wとナックル3は相対回動不能となる。さらに、ステアリングを操作して、ナックル3を第一のキングピン軸4周りに回動させると、車輪Wを左右に転舵することができる(図5は右に転舵した状態)。図5に示すように前輪を右に転舵した状態で、車輪Wに設けたインホイールモータMを駆動すると、本図中に白抜きの矢印で示すように、車両Cを右折させることができる。なお、図5においては、ステアリング操作によって前輪のみ転舵した状態について示しているが、前輪の転舵と連動して後輪を転舵した状態とすることもできる。
(A) Normal driving mode (FIGS. 4 and 5)
In the normal travel mode, the lock mechanism 8 (see FIG. 1 and the like) is placed at a position corresponding to the normal travel mode of the
(b)その場回転モード(図6)
通常の走行モードからその場回転モードに切り替える際は、まず各ステアリング装置1のロック機構8(図1等参照)をロック解除状態とする。次に、この状態で車輪Wに設けたインホイールモータMを駆動すると、第一のキングピン軸4周りに回動するナックル3はタイロッド6によりその状態を保ちつつ、その代わりにナックル3の第二のキングピン軸5周りに車輪Wが回動し、図6に示すように、前後4輪の回転中心軸が車両Cの回転中心P1で交わる方向に転舵する。この転舵した状態で、ロックバー11(図1等参照)のその場回転モードに対応する位置(10aの位置)において、ロック機構8をロック状態とする。このロック機構8をロック状態とすることにより、車輪Wはナックル3の第二のキングピン軸5周りに相対回転不能となる。この状態で各車輪Wに設けたインホイールモータMのうち少なくとも一つを駆動すると、車両Cは回転中心P1を中心として回転し、その場回転運転が実現される。なお、このその場回転モードにおいてもステアリングを操作することができ、このステアリング操作によって、車両Cの回転中心P1の位置をずらすように移動させることも可能である。
(B) In-situ rotation mode (Fig. 6)
When switching from the normal travel mode to the spot rotation mode, first, the lock mechanism 8 (see FIG. 1 and the like) of each
(c)横方向移動モード(図7)
通常の走行モードから横方向移動モードに切り替える際は、まず各ステアリング装置1のロック機構8(図1等参照)をロック解除状態とする。次に、この状態で車輪Wに設けたインホイールモータMを駆動すると、第一のキングピン軸4周りに回動するナックル3は、タイロッド6によりその状態を保ちつつ、その代わりにナックル3の第二のキングピン軸5周りに車輪Wが回動し、図7に示すように、前後4輪の転がり方向が、車両Cの通常の直進方向に対して直角になるように転舵する。この転舵した状態で、ロックバー11(図1等参照)の横方向移動モードに対応する位置(10cの位置)において、ロック機構8をロック状態とする。このロック機構8をロック状態とすることにより、車輪Wはナックル3の第二のキングピン軸5周りに相対回転不能となる。この状態で各車輪Wに設けたインホイールモータMのうち少なくとも一つを駆動すると、車両Cは通常の走行方向に対して真横方向に移動する横方向運転が実現される。なお、この横方向移動モードにおいてもステアリングを操作することができ、このステアリング操作によって、車両Cの移動方向を真横から少し前後いずれかに偏った方向に調節することも可能である。
(C) Lateral movement mode (FIG. 7)
When switching from the normal travel mode to the lateral movement mode, first, the lock mechanism 8 (see FIG. 1 and the like) of each
(d)小回りモード(図8)
通常の走行モードから小回りモードに切り替える際は、まず各ステアリング装置1のロック機構8(図1等参照)をロック解除状態とする。次に、この状態で前輪の2輪の車輪Wに設けたインホイールモータMを駆動すると、第一のキングピン軸4周りに回動するナックル3はタイロッド6によりその状態を保ちつつ、その代わりにナックル3の第二のキングピン軸5周りに車輪Wが回動し、図8に示すように、後輪はそのままの状態を保ちつつ、前輪は、二つの後輪を結んだ回転中心P2で交わる方向に転舵する。この転舵した状態で、ロックバー11(図1等参照)の小回りモードに対応する位置(10bの位置)において、ロック機構8をロック状態とする。このロック機構8をロック状態とすることにより、車輪Wはナックル3の第二のキングピン軸5周りに相対回転不能となる。この状態で、転舵した車輪W(図8においては前輪)に設けたインホイールモータMのうち少なくとも一つを駆動すると、車両Cは回転中心P2を中心として回転し、小回り運転が実現される。このように、前輪をステアリング装置1で転舵して走行モードを変更する代わりに、後輪をステアリング装置1で転舵して走行モードを変更する一方で、前輪はそのままの状態を保つようにしても、小回り運転を実現することができる。なお、この小回りモードにおいてもステアリングを操作することができ、このステアリング操作によって、車両Cの回転中心P2の位置をずらすように移動させることも可能である。
(D) Small turn mode (Fig. 8)
When switching from the normal travel mode to the small turn mode, first, the lock mechanism 8 (see FIG. 1 and the like) of each
上記(b)〜(d)において説明したように、ステアリング装置1によって車両Cの走行モードを通常の走行モードから、その場回転モード等の特殊走行モードに変更する際には、前後いずれか一方側の車輪Wを第二のキングピン軸5周りに回動させる一方で、他方側の車輪Wが回転しないようにして、一方側の車輪Wの走行モードを切り替え、続いて、一方側の車輪Wが回転しないようにして、他方側の車輪Wの走行モードを切り替え、走行モードの切り替え中に車両Cが移動しないようにするのが好ましい。また、4輪のうち3輪の車輪Wが回転しないようにして、残りの1輪を第二のキングピン軸5周りに回動させて走行モードを切り替え、その他の3輪についても、同様に第二のキングピン軸5周りに順次回動させて、全ての車輪Wの走行モードを切り替えることによって、走行モードの切り替え中に車両Cが移動しないようにすることもできる。
As described in the above (b) to (d), when the traveling mode of the vehicle C is changed from the normal traveling mode to the special traveling mode such as the spot rotation mode by the
上記の各走行モードの切り替えにおいては、走行モードを切り替えようとする車輪Wを回転させる必要があるため、その回転に伴って車両Cが不用意に動いてしまうことがあり得る。そこで、走行モードの切り替えと関係のない他方側の車輪Wを回転しないようにすることによって、走行モードの切り替え中に、不用意に車両Cが動くのを防止することができる。この他方側の車輪Wの回転を止める手段として、その車輪Wにブレーキをかけたり、その車輪Wに設けられた切り替え機構(インホイールモータM等)を車輪Wが回転しようとする方向と逆方向に駆動力を与えたりすることができる。 In the switching of the respective traveling modes, it is necessary to rotate the wheel W for switching the traveling mode, so that the vehicle C may move carelessly with the rotation. Thus, by preventing the other wheel W, which is not related to the switching of the traveling mode, from rotating, it is possible to prevent the vehicle C from inadvertently moving during the switching of the traveling mode. As a means for stopping the rotation of the wheel W on the other side, a brake is applied to the wheel W, or a switching mechanism (such as an in-wheel motor M) provided on the wheel W is opposite to the direction in which the wheel W is about to rotate. Can be given a driving force.
上記のように、前後いずれかの車輪Wの回転を止める代わりに、前後の車輪Wをともに第二のキングピン軸5周りに回動させて、走行モードの切り替え中に車両Cが移動しないようにしてもよい。前後の車輪Wを共同して動かす場合においても、その前後の車輪Wの回転に伴う車両Cの移動方向が、同軸上で互いに相反するものであれば、走行モードの切り替え中に、不用意に車両Cが動くのを防止することができるためである。
As described above, instead of stopping the rotation of one of the front and rear wheels W, both the front and rear wheels W are rotated around the
上記実施形態においては、前後のステアリング装置1の両方において、第一のキングピン軸4と第二のキングピン軸5で構成する構成を採用したが、車両Cの走行モードの切り替え操作に伴って、懸架装置2に対し、車輪Wを車両Cの走行モードに対応する方向に回動させる一本のキングピン軸のみを備える構成とすることもできる。例えば、2WS車の場合、後輪2輪は操舵する必要がないため、ナックル3を廃止して第一のキングピン軸4を設けずに、走行モードの切り替え機構に関係するキングピン軸(上記各構成において、第二のキングピン軸5に相当)周りに、切り替え機構によって車輪Wを回動させるようにすれば、通常の転舵に関与しない2輪の走行モードの切り替えを行うことができるためである。
In the above-described embodiment, the configuration including the
上記実施形態に係るステアリング装置1、及び車両Cの走行モードの切り替え方法はあくまでも一例であって、通常走行モードから特殊走行モードへの切り替え機能を有するステアリング装置1を簡便な構成で実現する、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、ステアリング装置1の構成の一部を変更したり、走行モードの切り替え方法の工程に上記以外の工程を付加的に追加したりすることも許容される。
The
1 ステアリング装置
2 懸架装置
3 ナックル
4 第一のキングピン軸
5 第二のキングピン軸
6 タイロッド
7 転舵装置(第一の駆動手段)
8 ロック機構
9 ロック部本体
10a、10b、10c 係合凹部
11 ロックバー
12 ソレノイド動作部
r1 (第一のキングピン軸の)スクラブ半径
r2 (第二のキングピン軸の)スクラブ半径
C 車両
M インホイールモータ(第二の駆動手段)
W 車輪
8
W wheel
Claims (7)
前記懸架装置(2)に対し、前記ナックル(3)を転舵方向に回動させる第一のキングピン軸(4)と、
前記ナックル(3)に対し、前記車輪(W)を車両(C)の走行モードに対応する方向に回動させる第二のキングピン軸(5)と、
前記第一のキングピン軸(4)周りに前記車輪(W)を転舵させる第一の駆動手段(7)と、
前記第二のキングピン軸(5)周りに前記車輪(W)を転舵させる第二の駆動手段(M)と、
を備えるステアリング装置。 A knuckle (3) provided on the chassis via a suspension (2);
A first kingpin shaft (4) for rotating the knuckle (3) in a steering direction with respect to the suspension device (2);
A second kingpin shaft (5) for rotating the wheel (W) in a direction corresponding to the traveling mode of the vehicle (C) with respect to the knuckle (3);
First driving means (7) for turning the wheel (W) around the first kingpin axis (4);
Second driving means (M) for turning the wheel (W) around the second kingpin axis (5);
A steering apparatus comprising:
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
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WO2020145166A1 (en) | 2019-01-08 | 2020-07-16 | 株式会社Fomm | Suspension unit and vehicle |
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