JP2016094156A - Steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、前輪又は後輪のどちらかを転舵するステアリング装置、特に4輪転舵機構からなるステアリング装置に関し、転舵に伴うステアリング装置の内圧変化を解消する機構を備えたものに関する。 The present invention relates to a steering device that steers either a front wheel or a rear wheel, in particular, a steering device that includes a four-wheel steering mechanism, and relates to a steering device that includes a mechanism that eliminates a change in internal pressure of the steering device that accompanies steering.
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転舵機構がある。この転舵機構は、車両の旋回時に、左右の車輪が同一旋回中心をもつように、タイロッドとナックルアームを用いるものである。 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 mechanism called. This steering mechanism uses a tie rod and a knuckle arm so that the left and right wheels have the same turning center when the vehicle turns.
また、タイロッドの長さ、左右のタイロッド間の距離、又は、各車輪とナックルアームの成す角度のいずれかを変化させるアクチュエータを設けた転舵機構がある。この転舵機構によれば、通常走行、平行移動、小回りのすべての走行がスムーズに行え、かつ、応答性に優れている(例えば、特許文献1参照)。 There is also a steering mechanism provided with an actuator that changes either the length of the tie rod, the distance between the left and right tie rods, or the angle formed by each wheel and the knuckle arm. According to this steering mechanism, all of normal traveling, parallel movement, and small traveling can be smoothly performed, and the response is excellent (see, for example, Patent Document 1).
さらに、前後輪の左右車輪間にそれぞれ配置され、軸心周りに回転可能で左右に2分割されたラックバーと、その2分割されたラックバー間に正逆切り替え手段とを備えた転舵機構がある。正逆切り替え手段は、分割されたラックバーの一方の回転を、他方に正逆方向へ切り替えて伝達することができる。この転舵機構によれば、舵角90度や、横方向移動等の動きが可能となる(例えば、特許文献2参照)。 Further, the steering mechanism is arranged between the left and right wheels of the front and rear wheels, and includes a rack bar that is rotatable about an axis and divided into left and right, and a forward / reverse switching means between the two divided rack bars. There is. The forward / reverse switching means can transmit the rotation of one of the divided rack bars to the other in the forward / reverse direction. According to this steering mechanism, movements such as a steering angle of 90 degrees and lateral movement are possible (for example, see Patent Document 2).
なお、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輪転舵車両の技術がある(例えば、特許文献3参照)。また、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転舵機構もある(例えば、特許文献4参照)。 There is a technique of a four-wheel steered vehicle in which an actuator is operated in accordance with the steering of the front wheels to steer the rear wheels (see, for example, Patent Document 3). There is also a steering mechanism in which traveling stability is improved by adjusting toe of the left and right wheels by moving a rack housing connecting the left and right wheels in the front-rear direction (see, for example, Patent Document 4).
また、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、前記ラックバーは同期ギアボックスに保持される同期ギアにより、同期ギアボックスに対して対称に同距離移動可能とした転舵機構もある(特許文献5参照)。 In addition, it has two rack bars that can move independently on the left and right, and each of the rack bars is connected to one of the left and right wheels via a tie rod, and the rack bar is connected by a synchronous gear held in a synchronous gear box. There is also a steering mechanism that can move the same distance symmetrically with respect to the synchronous gearbox (see Patent Document 5).
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、車両の旋回中心に集まるので、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, a line extending vertically from the rotation line of each wheel (the center line in the width direction of the wheel) gathers at the turning center 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可能であり、従転舵車輪である後輪は、車両の前後方向と並行に設定されている。このため、この車両の前輪を転舵し旋回させると、前輪と後輪とが旋回円に一致しない。したがって、低車速時には内輪差により後輪が旋回円の内側に入る姿勢で車両が旋回し、高車速時には遠心力により前輪が旋回円の内側に入る姿勢で車両が旋回することになる。すなわち、前輪を車両の進行方向である旋回方向に転舵しても、車両の姿勢を旋回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輪転舵機構(4輪転舵装置)を有する車両がある。 Further, in this type of vehicle, the front wheels that are main steered wheels can be steered in a predetermined traveling direction of the vehicle, and the rear wheels that are follower steered wheels are set in parallel with the longitudinal direction of the vehicle. ing. For this reason, when the front wheel of this vehicle is steered and turned, the front wheel and the rear wheel do not coincide with the turning circle. Therefore, at low vehicle speeds, the vehicle turns in a posture in which the rear wheels enter the inside of the turning circle due to the inner wheel difference, and at high vehicle speeds, the vehicle turns in a posture in which the front wheels enter the inside of the turning circle by centrifugal force. That is, there is a problem that even if the front wheels are steered in the turning direction, which is the traveling direction of the vehicle, the vehicle posture cannot be made to match the turning direction. Therefore, there is a vehicle having a four-wheel steering mechanism (four-wheel steering device) that improves not only the front wheels but also the rear wheels to improve traveling performance.
4輪転舵機構を有する車両(いわゆる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アクチュエータを備えるため、アクチュエータが多く制御が複雑である。また、特許文献2は、その機構上、構造が複雑であるだけでなく、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、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 mechanism (a so-called 4WS vehicle), for example, in the technique described in
また、特許文献3は、従来の4輪転舵機構の一例である。後輪転舵が可能となるが、この機構だけでは上述する同じ理由により横方向移動をすることは困難である。さらに、特許文献4はトー調整が可能であるが、車両の横方向移動、小回り等には対応できない。
また、特許文献5は、出願人が考案したものであり、上記特許文献1〜4の上記課題を解決しており、基本的な4輪転舵機構に問題はない。しかしながら、通常の一般車両に用いられるステアリング装置と異なり、対のラックバーを反対方向に移動させることに起因する問題が生じ得る。すなわち、この種のステアリング装置は、外からの水や塵等の異物の侵入や、内部のグリースの流出を防ぐためにブーツ等の伸縮部材が設けられ、この伸縮部材によって対のラックバーが密閉された状態となっている。例えば、この対のラックバーが互いに離れるように反対方向に移動すると、伸縮部材が伸びて伸縮部材(ステアリング装置)の内容積が増加する。この内容積の増加に伴って、伸縮部材の内圧が低下し、伸縮部材が潰れる(へこむ)ように変形する。この変形によって、伸縮部材の内部のラックバーやその周辺部材と接触することにより、伸縮部材の破損が生じる問題がある。また、内圧の変化に起因するラックバーの移動抵抗が発生するため、この移動抵抗に抗してラックバーを移動させる必要が生じ、車両の燃費低下を引き起こす問題もある。この伸縮部材の内圧の変化は、対のラックバーが互いに近付くように反対方向に移動する際にも生じる。
Patent Document 5 is devised by the applicant, solves the above-mentioned problems of
そこで、この発明は、転舵に伴うステアリング装置の内圧変化を解消して、伸縮部材の耐久性を向上するとともに、ラックバーの移動をスムーズに行うことを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the change in the internal pressure of the steering device that accompanies turning, improve the durability of the expansion and contraction member, and smoothly move the rack bar.
上記の課題を解決するために、この発明においては、前輪又は後輪の左右車輪に接続され、その左右車輪を転舵するタイロッドと、前記左右車輪のタイロッドにそれぞれ接続される対のラックバーと、前記対のラックバーのそれぞれに噛み合い、一方のラックバーのラックの歯の並列方向に対する一方向への動きを他方のラックバーの他方向への動きに変換する同期ギアと、前記対のラックバーをそれぞれのラックバーのラックの歯の並列方向に沿って、左右反対方向へ移動させることが可能なラックバー動作手段と、前記対のラックバー全体を覆いつつ、このラックバーの移動に伴って伸縮する伸縮部材と、前記伸縮部材の内外の空気を連通する外気口と、を有するステアリング装置を構成した。 In order to solve the above problems, in the present invention, tie rods connected to the left and right wheels of the front wheel or rear wheel and steering the left and right wheels, and a pair of rack bars respectively connected to the tie rods of the left and right wheels A synchronous gear that meshes with each of the pair of rack bars and converts the movement of the rack teeth of one rack bar in one direction relative to the parallel direction to the movement of the other rack bar in the other direction, and the pair of racks The rack bar operating means capable of moving the bar in the opposite direction along the parallel direction of the rack teeth of each rack bar, and the movement of the rack bar while covering the entire pair of rack bars. And a telescopic member that expands and contracts, and an outside air port that communicates air inside and outside the telescopic member.
対のラックバーが互いに離れるように逆方向に移動する際は、伸縮部材が伸びた状態となり、その内容積が増大する。この場合、増大した内容積に相当する量の空気が、外気口を通って伸縮部材の内部に吸い込まれる。このため、その内圧をほぼ一定に保つことができ、内容積の増大に伴う内圧の低下に起因して、伸縮部材が潰れて(へこんで)ラックバーやその周辺部材と接触し、破損するのを防止することができる。 When the pair of rack bars move in the opposite direction so as to be separated from each other, the elastic member is in an extended state, and its internal volume increases. In this case, an amount of air corresponding to the increased internal volume is sucked into the elastic member through the outside air port. For this reason, the internal pressure can be kept almost constant, and due to the decrease in the internal pressure accompanying the increase in the internal volume, the expansion / contraction member collapses (dents) and contacts the rack bar and its peripheral members, causing damage. Can be prevented.
また、対のラックバーが互いに近付くように逆方向に移動する際は、伸縮部材が縮んだ状態となり、その内容積が減少する。この場合、減少した内容積に相当する量の空気が、外気口を通って伸縮部材の外部に排出される。このため、上記と同様にその内圧をほぼ一定に保つことができ、内容積の減少に伴う内圧の上昇に起因して、伸縮部材が膨らんで周辺部材と接触し、破損するのを防止することができる。 Further, when the pair of rack bars move in the opposite direction so as to approach each other, the elastic member is contracted, and the internal volume is reduced. In this case, an amount of air corresponding to the reduced internal volume is discharged to the outside of the expansion / contraction member through the outside air port. For this reason, it is possible to keep the internal pressure almost constant as described above, and prevent the expansion / contraction member from expanding and contacting the peripheral member due to the increase in the internal pressure accompanying the decrease in the internal volume, and being damaged. Can do.
このように、対のラックバーの逆方向の移動に伴って、外気口を通して伸縮部材内部の空気を自在に出し入れするようにしたことにより、伸縮部材の内圧の変化がラックバーの移動の抵抗とならず、スムーズにこのラックバーを移動することができる。このため、車両の燃費向上を図ることができる。 As described above, with the movement of the pair of rack bars in the opposite direction, the air inside the expansion / contraction member can be freely taken in and out through the outside air port, so that the change in the internal pressure of the expansion / contraction member is the resistance to the movement of the rack bar. The rack bar can be moved smoothly. For this reason, the fuel consumption improvement of a vehicle can be aimed at.
このような対のラックバーの逆方向への移動は、両ラックバーに介在するように同期ギアを設けたことにより容易に実現することができる。この逆方向への移動を可能としたことにより、通常走行モードと、その場回転、小回り等の特殊走行モードとの間の走行モードの切り替えを容易に行うことができる。 Such movement of the pair of rack bars in the reverse direction can be easily realized by providing a synchronous gear so as to be interposed between both rack bars. By enabling the movement in the reverse direction, it is possible to easily switch the traveling mode between the normal traveling mode and the special traveling mode such as spot rotation and small turn.
前記構成においては、車両外部に臨む開口部と、前記開口部と前記外気口との間を連結して空気を通す通気部材と、をさらに有し、地面から前記開口部までの高さを、地面から前記外気口までの高さの2倍以上とするのが好ましい。 In the above configuration, it further includes an opening facing the outside of the vehicle, a ventilation member that connects the opening and the outside air port and allows air to pass therethrough, and has a height from the ground to the opening, The height from the ground to the outside air port is preferably at least twice as high.
この高さが2倍に満たないと、雨水や泥水等の異物が開口部から侵入しやすいが、この高さを2倍以上とすることにより、その侵入を確実に防止することができる。 If this height is less than twice, foreign substances such as rainwater and muddy water are likely to enter from the opening, but the entry can be reliably prevented by making this height at least twice.
前記各構成においては、前記外気口を通る空気の流路中に、空気の流れを許容しつつ、この流路中を流れる異物を止める阻止部材を設けるのが好ましい。 In each of the above-mentioned configurations, it is preferable to provide a blocking member for stopping the foreign matter flowing in the flow path while allowing the air flow in the flow path of the air passing through the outside air port.
阻止部材を設けることにより、空気の流動を許容しつつ、外気口を通って雨水や泥水等の異物が伸縮部材内に侵入するのを確実に防止することができる。 By providing the blocking member, it is possible to reliably prevent foreign matters such as rainwater and muddy water from entering the expansion member through the outside air port while allowing the air to flow.
この発明においては、前輪又は後輪の左右車輪に接続され、その左右車輪を転舵するタイロッドと、前記左右車輪のタイロッドにそれぞれ接続される対のラックバーと、前記対のラックバーのそれぞれに噛み合い、一方のラックバーのラックの歯の並列方向に対する一方向への動きを他方のラックバーの他方向への動きに変換する同期ギアと、前記対のラックバーをそれぞれのラックバーのラックの歯の並列方向に沿って、左右反対方向へ移動させることが可能なラックバー動作手段と、前記対のラックバー全体を覆いつつ、このラックバーの移動に伴って伸縮する伸縮部材と、前記伸縮部材の内外の空気を連通する外気口と、を有するステアリング装置を構成した。 In this invention, each of the tie rods connected to the left and right wheels of the front wheel or the rear wheel to steer the left and right wheels, the pair of rack bars connected to the tie rods of the left and right wheels, and the pair of rack bars, respectively. A synchronous gear that meshes and converts the movement of one rack bar in one direction with respect to the parallel direction of the rack teeth into the other direction of the other rack bar, and the pair of rack bars is connected to the rack of each rack bar. Rack bar operating means capable of moving in the opposite direction along the teeth parallel direction, an elastic member that covers the entire pair of rack bars and expands and contracts as the rack bar moves, and the expansion and contraction The steering device has an outside air port that communicates air inside and outside the member.
このようにステアリング装置を構成することにより、転舵に伴って伸縮部材が伸縮し、その内容積が増減しても、その増減した内容積に相当する量の空気を、外気口を通って伸縮部材の内外に出入りさせることができる。このため、伸縮部材の内圧をほぼ一定に保つことができ、内圧の変化に起因して、伸縮部材が潰れたり(へこんだり)、膨らんだりして周辺部材と接触し、破損するのを防止することができる。このため、伸縮部材の耐久性を大幅に向上することができる。しかも、内圧の変化に伴うラックバーの移動抵抗が発生しないため、ラックバーの移動をスムーズに行うことができる。 By configuring the steering device in this way, even if the expansion / contraction member expands / contracts with the turning and the internal volume increases / decreases, the amount of air corresponding to the increased / decreased internal volume expands / contracts through the outside air port. It can be made to go in and out of the member. For this reason, the internal pressure of the expansion / contraction member can be kept substantially constant, and the expansion / contraction member is prevented from being crushed (dented) or swelled due to a change in the internal pressure to come into contact with peripheral members and break. be able to. For this reason, durability of an expansion-contraction member can be improved significantly. In addition, the rack bar can be moved smoothly because resistance to movement of the rack bar due to changes in internal pressure does not occur.
この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態において、車両1の駆動輪のステアリング装置10、20には、前後左右すべての車輪wのホイール内にインホイールモータMを装着している。インホイールモータMを備えたことにより、様々な走行パターンが可能となる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, in-wheel motors M are mounted on the
図1は、この発明に係るステアリング装置を用いた車両1(横並び二人乗り用)のイメージ図を示す。この車両1は、ステアリング2の操作によって、ステアリングシャフト3を介して車輪wを転舵できるように構成されている。
FIG. 1 shows an image diagram of a vehicle 1 (for side-by-side two-seater) using a steering device according to the present invention. The
図2は、この実施形態の車両1の駆動系を示す平面図である。この車両1では、前輪の左右輪(FL、FR)及び後輪の左右輪(RL、RR)に、タイロッド12、22を介して、この発明に係るステアリング装置10、20を連結させている。このタイロッド12、22に連結された4輪全ての車輪wのホイール内には、インホイールモータMが装着されている。
FIG. 2 is a plan view showing a drive system of the
前輪用のステアリング装置10は、ステアリング2の回転操作によって回転するステアリングシャフト3で転舵する一般車両に採用される方式(図2(a)参照)、及びステアリング2の回転操作に伴って作動するモータ等のアクチュエータ31で転舵するステアバイワイヤ方式(図2(b)参照)のいずれの方式にも採用できる。いずれの場合も、その回転操作に伴う回転がステアリング装置10のピニオン軸61(図9参照)に伝えられ、このピニオン軸61を回転させることによって転舵を行うことができる。後輪用のステアリング装置20は、図2(a)(b)に示すように、ステアリング2の回転操作に伴って作動するモータ等のアクチュエータ31によって転舵するステアバイワイヤ方式が採用されており、前輪と同様に転舵される。
The
図3は、インホイールモータMが収容された車輪wとタイロッド12、22との接続状態を示す。すべての車輪wは、それぞれ車両1のフレームに支持されたアッパーアームUAとロアアームLAの先端にそれぞれ備えられたボールジョイントBJの中心線を結んだキングピン軸Pを中心軸として、転舵が可能となっている。インホイールモータMは、車体内側から車輪wに向かって、モータ部101、減速機102、車輪用軸受103を順番に直列に配置することによって構成される。
FIG. 3 shows a connection state between the wheel w in which the in-wheel motor M is accommodated and the
このステアリング装置10、20は、前輪及び後輪の両方に採用してもよいし、後輪のみこのステアリング装置20を採用して、前輪には通常の一般的なステアリング装置を採用してもよい。
The
このステアリング装置10、20について、図4〜図12を用いて詳しく説明する。ステアリング装置10、20には、左右の車輪wを転舵するための対のラックバーが備えられている。以下、図2(a)(b)に示すように、前輪及び後輪ともに、車両1の前後方向に対して左側の車輪wに接続されるラックバーを第一ラックバー53と、右側の車輪wに接続されるラックバーを第二ラックバー54と称する。各ラックバー53、54は、後述するラックバー動作手段60によって、互いに左右逆方向に同距離だけ移動させることができる。なお、図2において紙面左向きの矢印が示している方向が、車両1の前方方向となる。後の図13〜図16においても同様である。
The
各ラックバー53、54には、ステアリング装置10、20内への雨水、泥水、塵等の異物の侵入を防ぐとともに、ステアリング装置10、20からのグリースの流出を防止するために、蛇腹筒状のブーツ70が、密閉性を確保するようにそれぞれ設けられている。このブーツ70の一端側は、ラックケース50に設けられたブーツ取付け部に取り付けられる一方で、他端側は、ラックバー53、54のラック先端部53c、54cにそれぞれ取り付けられている。
Each
このラックケース50は車両1のフレーム側に固定されており、ラックバー53、54の移動に伴って各ブーツ70、70は自在に伸縮するようになっている(図4、図5参照)。このステアリング装置には、モータ31も設けられている。ステアリング2(図2参照)の回転操作時に、モータ31を同時に駆動して、ステアリング操作をアシストすることができる。また、ステアバイワイヤ方式(図2(b)参照)の場合は、ステアリング2の回転操作とともにモータ31を駆動することによって転舵を可能としている。なお、図6、図7は、図4に示すステアリング装置10、20に設けたブーツ70を取り外した状態を示す。
The
図8に示すように、ステアリング装置10、20のラックケース50には、ブーツ70内外の空気を連通する外気口72が形成されており、この外気口72には、車両1外部に臨む開口部73との間を連結するホース状の通気部材74が接続されている。地面Gから開口部73までの高さbを、地面Gから外気口72までの高さaの2倍以上とすることにより、車両1の走行に伴って、車輪wが雨水や泥水等の異物を跳ね上げたとしても、その異物が開口部73に届かない。このため、外気口72を通って雨水や泥水等の異物がブーツ70内(ステアリング装置10、20内)に侵入するのを確実に防止することができる。
As shown in FIG. 8, the
また、通気部材74の出口付近には、阻止部材75が設けられている。阻止部材75を設けることにより、空気の流れを許容しつつ、この流路中を流れる異物を止めることができ、ブーツ70の内部に空気とともに異物が吸い込まれてトラブルが生じるのを未然に防止することができる。この阻止部材75として、網やフィルタを採用することができる。
A blocking
転舵の際に左右に移動しないラックケース50に外気口72を形成すれば、この外気口72に接続した通気部材74が転舵の際に振れずに安定するため好ましいが、ブーツ70の内外の空気を連通し得る限りにおいて、この外気口72をラックケース50以外の位置(例えばブーツ70)に形成することも許容される。
If the
対のラックバー53、54を接近させた状態(図4の状態)から開いた状態(図5の状態)にすると、ブーツ70が伸びて、その内容積が増大する。この場合、増大した内容積に相当する量の空気が、外気口72を通ってブーツ70の内部に吸い込まれる。このため、その内圧をほぼ一定に保つことができ、内容積の増大に伴う内圧の低下に起因して、ブーツ70が潰れて(へこんで)その内側にあるラックバー53、54やその周辺部材と接触し、破損するのを防止することができる。
When the paired rack bars 53 and 54 are brought close to each other (the state shown in FIG. 4) to the opened state (the state shown in FIG. 5), the
また、対のラックバー53、54を開いた状態(図5の状態)から接近させた状態(図4の状態)にすると、ブーツ70が縮んで、その内容積が減少する。この場合、減少した内容積に相当する量の空気が、外気口72を通ってブーツ70の外部に排出される。このため、上記と同様にその内圧をほぼ一定に保つことができ、内容積の減少に起因して、ブーツ70が膨らんでその外側にある周辺部材と接触し、破損するのを防止することができる。
Further, when the pair of rack bars 53 and 54 is moved from the open state (the state shown in FIG. 5) to the close state (the state shown in FIG. 4), the
しかも、対のラックバー53、54の逆方向の移動に伴って、外気口72を通してブーツ70内の空気を自在に出し入れするようにしたことにより、ブーツ70の内圧の変化がラックバー53、54の移動の抵抗とならず、スムーズにこのラックバー53、54を移動することができる。このため、その移動に余計な動力を必要とせず、車両1の燃費向上を図ることができる。この実施形態においては、外気口72はラックケース50に形成されているが、ブーツ70自体に形成することもできる。このようにしても、ブーツ70内外の空気を連通する、という外気口72の目的を達成できるためである。
In addition, as the pair of rack bars 53 and 54 move in the reverse direction, the air in the
また、このステアリング装置10、20には、ステアリングジョイントを介してステアリングシャフト3が接続されている。ステアリング2を回転操作すると、その回転力がステアリングシャフト3及びステアリングジョイントによって後述するピニオン軸61(図9参照)に伝達され、ラックバー53、54を移動させる駆動力として作用する。各ラックバー53、54の先端にはタイロッド12、22が接続され、このタイロッド12、22が車輪wに直接接続される。
A steering
このステアリング装置10、20の内部の構成を図9、図10に示す。なお、図9は、ラックバー53、54に設けたブーツ70を取り外した状態を示している。
The internal configuration of the
図9に示すピニオン軸61は、ステアリングシャフト3(図2(a)参照)、又は、ステアリング2の回転動作によって作動するモータ等のアクチュエータ31(図2(b)参照)に接続される。このピニオン軸61には、第一ピニオンギア62が一体回転可能に結合されるとともに、この第一ピニオンギア62と同軸に第二ピニオンギア65が設けられている。第一ピニオンギア62は、第一ラックバー53に形成された転舵用ラックギア53bに、第二ピニオンギア65は、第二ラックバー54に形成された転舵用ラックギア54bにそれぞれ噛み合っている。この転舵用ラックギア53b、54bは、各ラックバー53、54を、車両1のフレームに対して、ラックの歯の並列方向に沿って移動させるための駆動力の入力手段として機能する。
The
第一ピニオンギア62と第二ピニオンギア65の間には、両ピニオンギア62、65を回転方向に結合又は分離する連結機構63が設けられている。図10(a)は連結機構63を分離した状態、図10(b)は連結機構63を結合した状態を示している。この連結機構63については、後ほど詳しく説明する。
Between the
ステアリング装置10、20は、図9に示すラックバー動作手段60を備えている。ラックバー動作手段60は、車両1の直進方向に対する左右方向、すなわち、ラックバー53、54の伸縮する方向(ラックの歯の並列する方向)に沿って、第一ラックバー53と第二ラックバー54を互いに反対方向(相反する方向)へ同距離だけ同時に移動させる機能を有する。
The
ラックバー動作手段60は、図9に示すように、対のラックバー53、54の互いに対向するラックギア、すなわち、第一ラックバー53の同期用ラックギア53aと第二ラックバー54の同期用ラックギア54aにそれぞれ噛み合う第一同期ギア55と、第一同期ギア55と噛み合う第二同期ギア56と、第一ラックバー53に形成した転舵用ラックギア53bと噛み合う第一ピニオンギア62と、第二ラックバー54に形成した転舵用ラックギア54bと噛み合う第二ピニオンギア65と、両ピニオンギア62、65の軸周りの回転を接離する連結機構63と、入力軸66(ピニオン軸61)を備える。
As shown in FIG. 9, the rack bar operating means 60 is a rack gear of the pair of rack bars 53, 54 facing each other, that is, the
第一同期ギア55は、対のラックバー53、54のラックの歯の並列方向に沿って一定の間隔で並列する三つのギア55a、55b、55cからなる。連結機構63による第一及び第二ピニオンギア62、65の連結を分離状態としつつ(図10(a)参照)、第一ラックバー53をラックバー動作手段60から入力された駆動力によって、そのラックの歯の並列方向に対して一方向へ動かすと、その動きが第二ラックバー54の他方向への動きに変換される。
The
図9に示すように、第一同期ギア55の隣り合うギア55a、55b間、ギア55b、55c間には、それぞれ、第二同期ギア56を構成するギア56a、56bが配置されている。第二同期ギア56は、第一ラックバー53の同期用ラックギア53aや第二ラックバー54の同期用ラックギア54aには噛み合わず、第一同期ギア55にのみ噛み合っている。第二同期ギア56は、第一同期ギア55の3つのギア55a、55b、55cを、同方向に同角度だけ動かすためのものである。この第二同期ギア56によって、第一ラックバー53と第二ラックバー54は、スムーズに相対移動することが可能となる。
As shown in FIG. 9, gears 56 a and 56 b constituting the
直進状態においては(図2参照)、直進状態の車輪w(ラックバー53、54)位置で連結機構63が噛み合うことで、第一ピニオンギア62と第二ピニオンギア65が回転固定される(図10(b)参照)。この状態で、ステアリング2を回転させてステアリングシャフト3を回転すると、第一ラックバー53と第二ラックバー54は、フレームに取り付けられたラックケース50内を左右同方向に同距離だけ同時に移動し、左右の車輪wが同方向に転舵する(図13参照)。
In the straight traveling state (see FIG. 2), the
また、例えば、後述するその場回転モード(図15参照)等の特殊走行モードに切り替える場合は、連結機構63を一旦分離した状態とする(図10(a)参照)。この状態で、ラックバー動作手段60からの駆動力の入力により、第一ラックバー53を一方向に移動する。すると、第一ラックバー53と第二ラックバー54の両方に噛み合っている第一同期ギア55を介して、第一ラックバー53の移動方向とは逆方向、すなわち、図11、図12に示すように、両ラックバー53、54が開く方向に第二ラックバー54が移動し、左右の車輪wが逆方向に転舵する(図15参照)。
For example, when switching to a special travel mode such as an in-situ rotation mode (see FIG. 15) described later, the
次に、ラックバー動作手段60の作用について説明する。 Next, the operation of the rack bar operating means 60 will be described.
前輪のステアリング装置10のラックバー動作手段60は、運転者が行うステアリング2の回転動作に伴って直接回転する入力軸66と、ギアを介してトルク伝達される第二ピニオンギア65を備える。このように、運転者が行うステアリング2の回転動作に伴って入力軸66を直接回転させる代わりに、運転者が行うステアリング2の回転動作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ32の駆動力によって、又は、車両1が備えるモード切替手段42の操作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ32の駆動力によって、入力軸66側へ回転を伝達することもできる。
The rack bar operation means 60 of the front-
後輪のステアリング装置20のラックバー動作手段60は、運転者が行うステアリング2の回転動作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ32の駆動力によって、又は、車両1が備えるモード切替手段42の操作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ32の駆動力によってトルク伝達される入力軸66と、その入力軸66からギアを介してトルク伝達される第二ピニオンギア65とを備える。
The rack bar operation means 60 of the rear
ラックバー動作手段60は、第一回転軸(ピニオン軸)61と一体もしくは結合された第一ピニオンギア62と、第一回転軸61と同軸上に配置される第二回転軸64と、その第二回転軸64に一体回転可能に取り付けられた第二ピニオンギア65を備える。第一ピニオンギア62は、図10(a)に示すように、第一ラックバー53の転舵用ラックギア53bに噛み合い、第二ピニオンギア65は第二ラックバー54の転舵用ラックギア54bに噛み合っている。
The rack bar operation means 60 includes a
第一ピニオンギア62と第二ピニオンギア65との間には、互いに結合及び分離が可能な連結機構63が設けられている。この連結機構63は、第一回転軸61と第二回転軸64とを相対回転可能な状態(分離状態)(図10(a)参照)と相対回転不能な状態(結合状態)(図10(b)参照)とに切り替える機能を有する。
Between the
連結機構63は、図10に示すように、第二回転軸64側の固定部63bと、第一回転軸61側の移動部63aを備える。移動部63aは、図示しないバネ等の弾性部材によって固定部63b側へ押し付けられ、連結機構63の固定部63b側の凹部63dに、移動部63a側の凸部63cが結合することで、両回転軸61、64が一体に回転可能となっている。なお、凹凸の形成部位を反対にして、固定部63b側に凸部63cを、移動部63a側に凹部63dを設けてもよい。
As shown in FIG. 10, the
図示しないプッシュソレノイド等の駆動源からの外部入力によって、連結機構63の固定部63bに対して、移動部63aを軸方向に移動させ、固定部63bと移動部63aとの連結を分離することで、第一回転軸61と第二回転軸64は独立して回転する。すなわち、第一ピニオンギア62と第二ピニオンギア65は、それぞれが独立して回転可能となる。
By moving the moving
連結機構63の分離により第一ピニオンギア62、第二ピニオンギア65が相対回転可能なとき、第一ピニオンギア62は第一ラックバー53に噛合しており、第二ピニオンギア65は第二ラックバー54に噛合している。さらに、第一ラックバー53と第二ラックバー54は、第一同期ギア55によって噛合されている。このとき、第一ピニオンギア62に回転力を入力すると、第一ラックバー53がラックの歯の並列方向、すなわち、車両1の左右方向に沿って横方向(一方向)へ移動する。第一ラックバー53が横方向に移動すると、第一同期ギア55が回転し、第二ラックバー54が第一ラックバー53と反対方向(他方向)へ同距離だけ同時に移動する。このとき、第二ピニオンギア65は第二ラックバー54の移動により自由に回転している。
When the
このように、第一ピニオンギア62と第二ピニオンギア65とを連結機構63により結合状態又は分離状態に切り替え自在とすることで、対のラックバー53、54が、一体に左右方向へ動く状態と、別々に反対方向へ動く状態との切り替えを容易に行うことが可能となる。
As described above, the
すなわち、連結機構63を結合して、対のラックバー53、54が一体に左右方向へ動く状態とした上で、運転者がステアリング2を操作することにより、左右車輪wをキングピン軸P(図3参照)周りに同方向へ同時に転舵させることができる。なお、このときは、第一ラックバー53と第二ラックバー54が一体に動くため、第一同期ギア55は回転しない。
That is, the
また、連結機構63を分離して、対のラックバー53、54が別々に反対方向へ動く状態とすることにより、左右車輪wをキングピン軸P(図3参照)周りに逆方向へ、すなわち、互いに相反する方向へ同時に転舵させることができる。
Further, by separating the
走行モードの切り替え時には、モード切替用アクチュエータ32(図2参照)の駆動力が、ピニオンギア62、65の回転を通じてそれぞれのラックバー53、54に入力されるようになっている。なお、モード切替用アクチュエータ32の駆動力がピニオンギア62、65の回転を通じてそれぞれのラックバー53、54に入力される際は、そのステアリングシャフト3の回転がステアリング2に伝達されないようにしてもよいし、その伝達を許容するようにしてもよい。
When the traveling mode is switched, the driving force of the mode switching actuator 32 (see FIG. 2) is input to the rack bars 53 and 54 through the rotation of the pinion gears 62 and 65, respectively. Note that when the driving force of the
さらに、モード切替用アクチュエータ32の役割を、通常転舵用アクチュエータ31が兼ねることも可能である。すなわち、通常転舵用アクチュエータ31が、モード切り替え時において、ステアリングシャフト3を介して入力軸66にトルク伝達するようにしてもよい。また、モード切替用アクチュエータ32の役割を、各車輪wに設けられたインホイールモータMの駆動力によって代用することもできる。
Furthermore, the
なお、上記において説明した連結機構63、ラックバー動作手段60の構成はあくまでも一例であって、この発明の構成は、異なる形式のステアリング装置にも適用することができる。
Note that the configurations of the
以下、これらの各構成からなるステアリング装置10、20を、車両1に装着した場合のいくつかの走行モードについて説明する。
Hereinafter, several driving modes when the
(通常走行モード)
図2(a)(b)に示す直進状態の車輪位置で、前輪のステアリング装置10のラックケース50によって保持された第一ラックバー53と第二ラックバー54を一体移動可能な状態、つまり、連結機構63によって、第一ピニオンギア62と第二ピニオンギア65を互いに結合した状態とする(図10(b)参照)。この状態で、通常転舵用アクチュエータ31の駆動力又はステアリング2の操作によって入力軸66を回転すると、車両1のフレームに取り付けられたラックケース50内の対のラックバー53、54は、左右同方向に同距離移動し、左右の車輪wは同じ方向に所定角度転舵する。図13は、右に転舵した状態を示す。このように、対のラックバー53、54を連結機構63によって完全に一体動作可能とすることで、通常の車両1と同様に、運転者のステアリング2の操作により、直進、右折、左折その他の転舵を行うことができる。
(Normal driving mode)
2 (a) and 2 (b), the
なお、通常走行モードにおいて、車輪wを同方向に転舵する場合は、両ラックバー53、54は同じ方向に移動するため、転舵操作中に、左右のブーツ70の内容積の総和はほとんど変化しない。このため、このブーツ70の内圧はほとんど変化せず、ブーツ70が周辺部材に接触することなくスムーズに転舵することができる。
In the normal travel mode, when the wheels w are steered in the same direction, the rack bars 53 and 54 move in the same direction, so that the total inner volume of the left and
(小回りモード)
小回りモード(いわゆる4WS車)を図14に示す。図13に示す前輪のステアリング装置10の動作に加え、後輪のステアリング装置20のラックケース50によって保持された第一ラックバー53と第二ラックバー54を一体移動可能な状態、つまり、連結機構63によって、第一ピニオンギア62と第二ピニオンギア65を互いに結合した状態とする(図10(b)参照)。前輪と同じく、車両1のフレームに取り付けられたラックケース50内の対のラックバー53、54は、通常転舵用アクチュエータ31の駆動力によって、左右同方向に同距離移動し、左右の車輪wは前輪の転舵方向とは逆位相となる同じ方向(前輪が右転舵のときは、後輪は左転舵)に所定角度転舵する。図14に示すように前後輪を転舵することにより、通常走行モード時よりも、さらに回転半径の小さい小回りが可能となる。
(Turn mode)
The small turning mode (so-called 4WS vehicle) is shown in FIG. In addition to the operation of the front-
なお、小回りモードにおいて、前後の車輪wをそれぞれ同方向に転舵する場合は、前後のステアリング装置10、20の両ラックバー53、54は同じ方向に移動するため、転舵操作中に、左右のブーツ70の内容積の総和はほとんど変化しない。このため、このブーツ70の内圧はほとんど変化せず、ブーツ70が周辺部材に接触することなくスムーズに転舵することができる。
In the small turn mode, when the front and rear wheels w are steered in the same direction, the rack bars 53 and 54 of the front and
(その場回転モード)
その場回転モードを図15に示す。通常走行モードからその場回転モードへの切り替えは、図2(a)(b)に示す直進状態の車輪位置で、前後輪のステアリング装置10、20のラックケース50によって保持された第一ラックバー53と第二ラックバー54を左右逆方向に移動可能な状態、つまり、連結機構63を分離した状態とした上で行う(図10(a)参照)。この状態で、通常転舵用アクチュエータ31又はモード切替用アクチュエータ32の駆動力又はステアリング2の操作によって入力軸66を回転すると、車両1のフレームに取り付けられたラックケース50内の対のラックバー53、54は、左右逆方向に同距離移動し、左右の車輪wは逆方向に所定角度転舵する。
(In-situ rotation mode)
The in-situ rotation mode is shown in FIG. Switching from the normal travel mode to the in-situ rotation mode is performed by the first rack bar held by the
第一ラックバー53と第二ラックバー54を互いに逆方向に移動させ、図15に示すように、前後4つの車輪wすべての中心軸がほぼ車両中心を向く位置で、連結機構63を結合固定させる(図10(b)参照)。4つの車輪wすべての中心軸がほぼ車両中心を向いているため、それぞれの車輪wに備えられたインホイールモータMの駆動力によって、車両中心がその場所で一定の状態(又はほぼ移動しない状態)を維持しながら向きを変える、いわゆるその場回転が可能となる。
The
図15においては、それぞれの車輪wにインホイールモータMを装備した構成を示しているが、少なくとも1つの車輪wにインホイールモータMが装備され、その一つのインホイールモータMが作動すれば、その場回転が可能である。 FIG. 15 shows a configuration in which each wheel w is equipped with an in-wheel motor M. However, if at least one wheel w is equipped with an in-wheel motor M and that one in-wheel motor M is activated, In-situ rotation is possible.
その場回転モードにおいて、前後の車輪wをそれぞれ逆方向に転舵する場合は、前後のステアリング装置の両ラックバー53、54は逆方向に移動するため、転舵操作中に、左右のブーツ70の内容積の総和は大きく変化する。ラックケース50に外気口72を形成することにより、対のラックバー53、54が互いに離れるように逆方向に移動して、ブーツ70の内容積が増大した際には、増大した内容積に相当する量の空気が、外気口72を通ってブーツ70の内部に吸い込まれる。その一方で、対のラックバー53、54が互いに近付くように逆方向に移動して、ブーツ70の内容積が減少した際には、減少した内容積に相当する量の空気が、外気口72を通ってブーツ70の外部に排出される。このため、ブーツ70の内圧をほぼ一定に保つことができ、ブーツ70が潰れて(へこんで)その内部のラックバー53、54や周辺部材と接触し、又はブーツ70が膨らんでその外部の周辺部材と接触して、ブーツ70が破損するのを防止することができる。
In the in-situ rotation mode, when the front and rear wheels w are respectively steered in the reverse direction, the rack bars 53 and 54 of the front and rear steering devices move in the reverse direction. The sum of the internal volume varies greatly. By forming the
(横走りモード)
横走りモードを図16に示す。その場回転モードの場合と同様に、通常走行モードから横走りモードへの切り替えは、図2(a)(b)に示す直進状態の車輪位置で、前後輪のステアリング装置10、20のラックケース50によって保持された第一ラックバー53と第二ラックバー54を左右逆方向に移動可能な状態、つまり、連結機構63を分離した状態とした上で行う(図10(a)参照)。この状態で、通常転舵用アクチュエータ31又はモード切替用アクチュエータ32の駆動力又はステアリング2の操作によって入力軸66を回転すると、車両1のフレームに取り付けられたラックケース50内の対のラックバー53、54は、左右逆方向に同距離移動し、左右の車輪wは逆方向に90度転舵する。
(Horizontal running mode)
A side running mode is shown in FIG. As in the case of the in-situ rotation mode, switching from the normal running mode to the side running mode is performed at the wheel position in the straight traveling state shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). The
第一ラックバー53と第二ラックバー54を互いに逆方向に移動させ、図16に示すように、前後4つの車輪wすべてが直進方向に対して90度を向く位置で、連結機構63を結合固定させる(図10(b)参照)。この状態でステアリング2を操作すると、横方向への移動角度を微調整することもできる。
The
図16においては、それぞれの車輪wにインホイールモータMを装備した構成を示しているが、少なくとも1つの車輪wにインホイールモータMが装備され、その一つのインホイールモータMが作動すれば、横走りが可能である。 FIG. 16 shows a configuration in which each wheel w is equipped with an in-wheel motor M. However, if at least one wheel w is equipped with an in-wheel motor M and that one in-wheel motor M is activated, You can run sideways.
横走りモードにおいて、前後の車輪wをそれぞれ逆方向に転舵する場合は、前後のステアリング装置10、20の両ラックバー53、54は逆方向に移動するため、転舵操作中に、左右のブーツ70の内容積の総和は大きく変化する。ラックケース50に外気口72を形成することにより、対のラックバー53、54が互いに離れるように逆方向に移動して、ブーツ70の内容積が増大した際には、増大した内容積に相当する量の空気が、外気口72を通ってブーツ70の内部に吸い込まれる。その一方で、対のラックバー53、54が互いに近付くように逆方向に移動して、ブーツ70の内容積が減少した際には、減少した内容積に相当する量の空気が、外気口72を通ってブーツ70の外部に排出される。このため、ブーツ70の内圧をほぼ一定に保つことができ、ブーツ70が潰れて(へこんで)その内部のラックバー53、54や周辺部材と接触し、又はブーツ70が膨らんでその外部の周辺部材と接触して、ブーツ70が破損するのを防止することができる。
In the lateral running mode, when the front and rear wheels w are steered in the opposite directions, the rack bars 53 and 54 of the front and
上記において説明したその場回転モードや横走りモードはあくまでも一例であって、これ以外にも、ブーツ70の内容積が変化する走行モードに対し、この発明の構成は適用できる。
The in-situ rotation mode and side running mode described above are merely examples, and the configuration of the present invention can be applied to a running mode in which the internal volume of the
この発明では、ステアリング装置10、20を構成するラックバー53、54の全体を伸縮部材70(ブーツ)で覆うとともに、このステアリング装置10、20に、伸縮部材70の内外の空気を連通する外気口72を形成し、通常走行モードとその場回転モードや横走りモード等の特殊走行モードとの間の走行モードの切り替えに際し、伸縮部材70の内容積が変化する場合において、その内容積の変化に対応する量の空気を外気口から出し入れするようにした。これにより、伸縮部材70の内容積の変化に伴って、この伸縮部材70が潰れて(へこんで)その内部のラックバー53、54や周辺部材と接触し、又は伸縮部材70が膨らんでその外部の周辺部材と接触して、この伸縮部材70が破損するのを防止して耐久性の向上を図ることができるとともに、内圧変化に伴うラックバー53、54の移動抵抗を小さくして、その移動をスムーズに行うことができる。
In the present invention, the entire rack bars 53 and 54 constituting the
12、22 タイロッド
53、54 ラックバー
55 同期ギア
60 ラックバー動作手段
70 伸縮部材(ブーツ)
72 外気口
73 開口部
74 通気部材
75 阻止部材
w 車輪
G 地面
12, 22
72
Claims (3)
前記左右車輪(w)のタイロッド(12、22)にそれぞれ接続される対のラックバー(53、54)と、
前記対のラックバー(53、54)のそれぞれに噛み合い、一方のラックバー(53)のラックの歯の並列方向に対する一方向への動きを他方のラックバー(54)の他方向への動きに変換する同期ギア(55)と、
前記対のラックバー(53、54)をそれぞれのラックバー(53、54)のラックの歯の並列方向に沿って、左右反対方向へ移動させることが可能なラックバー動作手段(60)と、
前記対のラックバー(53、54)全体を覆いつつ、このラックバー(53、54)の移動に伴って伸縮する伸縮部材(70)と、
前記伸縮部材(70)の内外の空気を連通する外気口(72)と、
を有するステアリング装置。 Tie rods (12, 22) connected to the left and right wheels (w) of the front wheels or rear wheels and steering the left and right wheels (w);
A pair of rack bars (53, 54) respectively connected to the tie rods (12, 22) of the left and right wheels (w);
The pair of rack bars (53, 54) mesh with each other, and the movement of one rack bar (53) in one direction with respect to the parallel direction of the rack teeth is changed to the movement of the other rack bar (54) in the other direction. A synchronous gear (55) to convert,
Rack bar operating means (60) capable of moving the pair of rack bars (53, 54) in opposite directions along the parallel direction of the rack teeth of the respective rack bars (53, 54);
An elastic member (70) that covers the entire pair of rack bars (53, 54) and expands and contracts as the rack bars (53, 54) move;
An outside air port (72) communicating the inside and outside air of the elastic member (70);
A steering apparatus having
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