JP2020185816A

JP2020185816A - 操舵装置

Info

Publication number: JP2020185816A
Application number: JP2019089814A
Authority: JP
Inventors: 祐太朗本城; Yutaro Honjo; 紘輝浅野; Hiroki Asano; 俊之森尾; Toshiyuki Morio; 長田　和浩; Kazuhiro Osada; 和浩長田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-11-19

Abstract

【課題】構造が簡単でサスペンションリンクへの装着が容易な操舵装置を得る。【解決手段】四輪車両において車輪Ｔが取り付けられる車輪支持部１と車両本体２とを、車両本体２の前後方向に配置される第１リンク部材Ｌ１および第２リンク部材Ｌ２により連結して四節連鎖が形成され、第１リンク部材Ｌ１と第２リンク部材Ｌ２とに亘って接続されて車輪支持部１の姿勢を変更するアクチュエータＡを備えた操舵装置Ｓ。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のサスペンションリンクに、車輪のトー方向を変更するアクチュエータが設けられた操舵装置に関する。

従来、このような操舵装置としては例えば以下の特許文献１（〔０００５〕、〔００１４〕、〔００１６〕段落など参照）に記載されたものがある。

この操舵装置は、四輪車両の後輪操舵装置に関するものであり、左右の夫々の後輪のサスペンションリンクに可変長機構と電動アクチュエータが組み込まれている。具体的には、サスペンションリンクを構成する一本のリンクの途中に可変長機構と電動アクチュエータが設けられており、このリンクの長さを変更することで車輪のトー方向が調節される。

この装置では、並列に接続された左右の電動アクチュエータが制御駆動される。駆動の際には、特にタイヤのコーナリングフォースの分担率が高い旋回外側の車輪が高精度に制御される。具体例としては、図５（ａ）に示したように、トレーリングアーム１０１と車体１０４との間に装着された電動アクチュエータ１００がトレーリングアーム１０１の角度を変更するものや、タイロッド１０２に電動アクチュエータ１００を組み込んでタイロッド１０２の長さを可変するもの（図５（ｂ））、さらには、一対のロワアーム１０３の一方の途中に組み込まれてロワアーム１０３の長さを変更するもの（図５（ｃ））などがある。

当該従来技術によれば、後輪のトー方向を変えるだけで済むので後輪懸架装置の構成が簡略化できるという。また、左右の電動アクチュエータ１００を共通の駆動回路で制御できるので駆動回路が簡略化でき後輪転舵装置の製造コストが下がるとのことである。

特開平９−３０４３８号公報

ただし、特許文献１の操舵装置においては、電動アクチュエータ１００の設置に伴い、サスペンションリンクの配置あるいはサスペンションリンクそのものの変更が必要である。例えば、図５（ａ）の例では、トレーリングアーム１０１と車体１０４との間に電動アクチュエータ１００を設けるため、トレーリングアーム１０１の設置位置が変更される。そのため、タイヤハウスを構成する他部材の形状変更が必要となったり、トレーリングアーム１０１の長さを電動アクチュエータ１００の配置を考慮しつつ決定する必要が生じたりする。

また、図５（ｂ）の例ではタイロッド１０２として電動アクチュエータ１００を組み込んだものに交換する必要があるし、図５（ｃ）の例では同様に別のロワアーム１０３を作製する必要がある。

さらに、タイロッド１０２やロワアーム１０３が設置される領域は夫々の部材の機能上その設置場所が限定される。その上で、その限定された空間に可変長機構や電動アクチュエータ１００を介入させようとすると、これ等装置の大きさや形状が制限され、夫々の機構の機能が不十分なものとなるうえ製造コストが増大するおそれも生じる。

このように、従来の操舵装置にあっては種々の改善すべき点があり、従来から構造が簡単でサスペンションリンクへの装着が容易な操舵装置が求められている。

（特徴構成）
本発明に係る操舵装置の特徴構成は、四輪車両において車輪が取り付けられる車輪支持部と車両本体とを、前記車両本体の前後方向に配置される第１リンク部材および第２リンク部材により連結して四節連鎖が形成され、前記第１リンク部材と前記第２リンク部材とに亘って接続されて前記車輪支持部の姿勢を変更するアクチュエータを備えた点にある。

（効果）
本構成の操舵装置は、車輪支持部と車両本体とが第１リンク部材および第２リンク部材を介して接続された所謂ダブルジョイント式の操舵装置である。第１リンク部材および第２リンク部材との間に設けたアクチュエータを駆動することで、第１リンク部材および第２リンク部材を車両本体に対して揺動させ、車輪支持部の姿勢を変化させて車輪を操舵する。

一般にダブルジョイント式の操舵装置にあっては、車輪の回転軸としての仮想キングピン軸を車輪の幅方向の中心位置に近付けることができ操舵特性が向上する。しかし、車輪支持部には第１リンク部材および第２リンク部材を接続するために複数の接続部を設ける必要が生じるため、車輪支持部の近傍では更なる機構部の搭載スペースが制限される。そこで、本構成のように、第１リンク部材と第２リンク部材との間の空間を利用することでアクチュエータの設置が極めて容易となる。特に、各車輪に駆動用のモータを備えたインホイールモータ車などハブベアリング近傍に大きな機構容積を要する車両にとって有利である。

また、操舵用のアクチュエータの設置位置を車両本体から車輪の近傍に変更することで車両本体の内部空間に余裕ができ車内空間をより有効利用できるようになる。

さらに、本構成であれば、各車輪のアクチュエータを各別に作動制御することが容易であり、運動性能に優れたステアバイワイヤ式の操舵装置を得易くなる。

（特徴構成）
本発明に係る操舵装置においては、前記アクチュエータとして直動式のアクチュエータを用いると好都合である。

（効果）
直動式のアクチュエータとしては、例えば、駆動ねじによってナットを往復移動させるものや、ピストンおよびシリンダを用いた油圧式のものなどが採用可能である。これらアクチュエータは構造が比較的簡単であり省スペースである。よって、耐久性に優れ、搭載性に優れた操舵装置を得ることができる。

（特徴構成）
本発明に係る操舵装置においては、前記アクチュエータの一方の端部が、前記第１リンク部材と前記車輪支持部との接続部、または、前記第２リンク部材と前記車輪支持部との接続部に接続されていると好都合である。

（効果）
アクチュエータによる操舵力の入力部を、本構成のように、車輪支持部に対する第１リンク部材あるいは第２リンク部材の接続部とすることで、当該接続された側のリンク部材の中間位置に曲げ力が作用しなくなる。当該曲げ力の発生が防止できれば、アクチュエータによる操舵量にリンク部材の曲がりによる操舵量が加わることがなく、思い通りの操舵結果を得ることができる。

また、リンク部材の曲げ剛性を高める必要がなく、リンク部材の太さが過大になるのを抑えてサスペンション近傍の空間を広く確保することができる。リンク部材の体格を一定範囲に留めることができる結果、ばね下荷重が小さくなり操舵性もより向上する。

さらに、アクチュエータがリンク部材の中ほどの位置を押し引きする場合に比べて、リンク部材の先端に操舵力を入力することで車輪支持部を望む角度に変更する際の操舵力も小さくなる。よって、アクチュエータの出力や体格も小さくすることができる。

第１実施形態に係る操舵装置の構成を示す説明図第１実施形態における油圧アクチュエータの詳細を示す説明図第１実施形態における電動アクチュエータの詳細を示す説明図第２実施形態に係る操舵装置の構成を示す説明図従来技術に係る操舵装置の構成を示す説明図

〔第１実施形態〕
（全体概要）
図１乃至図２に、本発明の第１実施形態に係る操舵装置Ｓを示す。図１は操舵装置Ｓの構成を示す説明図であり、図２はアクチュエータＡの詳細を示す説明図である。

本実施形態においては、操舵装置Ｓを取り付ける四輪車両のサスペンションとして、例えばダブルジョイント式のサスペンションを用いる。例えば、図１に示すように、前輪のサスペンションとして、車輪Ｔを取り付ける車輪支持部１と車両本体２とに亘って、前方の第１リンク部材Ｌ１と後方の第２リンク部材Ｌ２とを設ける。車輪支持部１は、第１リンク部材Ｌ１と第２リンク部材Ｌ２とを車両本体２の前後方向に沿って別の個所で受ける。これにより、車輪支持部１と、第１リンク部材Ｌ１、第２リンク部材Ｌ２、車両本体２とで四節連鎖が形成される。

このようなダブルジョイント式のサスペンションは、車輪Ｔの回転軸として仮想キングピン軸が形成される。つまり、図１に示すように鉛直方向に沿った車輪Ｔのトー回転軸Ｘを車輪Ｔの幅方向の中心位置に近付けることができ、操舵特性が向上する。

本実施形態では、第１リンク部材Ｌ１と第２リンク部材Ｌ２とに亘ってアクチュエータＡを設ける。例えば、図１は、油圧式かつ直動式のアクチュエータＡを、右前輪の車両本体２における後方の接続部Ｊ３と車輪支持部１の前方の接続部Ｊ２とに連結した例である。図１中の一点鎖線は、操舵位置が中立の位置であり、実線が左に操舵した状態を示している。

（アクチュエータ）
アクチュエータＡとしては、流体である例えば作動油を用いた油圧式であって直動式のアクチュエータＡを用いることができる。図２に示すように、ケース３の内部を第１室Ｒ１と第２室Ｒ２とに仕切るピストン４がケース３の内部でスライドする。ケース３の内部には筒部材５が配置されており、当該筒部材５とケース３の内面との間にはシールリング６が配置されている。ケース３の壁面には、シールリング６を挟んだ両側に第１ポートＰ１と第２ポートＰ２とが設けられている。第１ポートＰ１および第２ポートＰ２は夫々油圧ポンプ７に接続されている。当該油圧ポンプ７は例えばベーンポンプであり、運転者の操舵に応じて制御部８から出力される指示に応じて正逆転動作を行う。油圧ポンプ７と第２ポートＰ２との間には、油量計９が設けられており、当該油量計９の計測値によって、制御部８はアクチュエータＡの作動状態を把握する。

このような直動式のアクチュエータＡは構造が比較的簡単であり、体格が小さくなる。また、構造が簡単なことで耐久性も向上する。駆動媒体を作動油とすることで、アクチュエータＡの体格が更に縮小化できるうえ、作動油を供給する配管の取り回しも容易である。このように油圧式のアクチュエータＡであれば耐久性・搭載性に優れた低コストな操舵装置Ｓを得ることができる。

サスペンションの構造に与える影響としては、本構成のようにダブルジョイント式の操舵装置Ｓの場合、第１リンク部材Ｌ１と第２リンク部材Ｌ２との間に存在する空間を利用することができる。つまり、従来からのサスペンション構造を大きく変更することなくアクチュエータＡの設置が容易である。特に、各車輪Ｔに駆動用のモータを備えたインホイールモータ車などハブベアリング近傍に大きな機構容積を要する車両にとって有利である。アクチュエータＡを車輪Ｔの近傍に配置することで、車両本体２の内部空間に余裕ができ、車内空間をより有効利用できるようにもなる。さらに、本構成であれば、各車輪ＴのアクチュエータＡを各別に作動制御し運動性能に優れたステアバイワイヤ式の操舵装置Ｓ等を得ることも容易となる。

本実施形態におけるアクチュエータＡの取付態様としては、図１に示すように、一方の端部を第１リンク部材Ｌ１と車輪支持部１との接続部Ｊ２に連結し、他方の端部を第２リンク部材Ｌ２と車両本体２との接続部Ｊ３に連結することができる。

このように、第１リンク部材Ｌ１および第２リンク部材Ｌ２の接続部を利用することで、第１リンク部材Ｌ１および第２リンク部材Ｌ２の中間位置にアクチュエータＡを接続する場合に比べて、各リンク部材Ｌ１，Ｌ２に作用する曲げ力が小さくなる。各リンク部材Ｌ１，Ｌ２の曲がりの発生が防止できれば、アクチュエータＡによる操舵量に、各リンク部材Ｌ１，Ｌ２の曲がりによる操舵量が加わることがなく運転者が求める操舵結果を得易くなる。

また、第１リンク部材Ｌ１および第２リンク部材Ｌ２の曲げ剛性を高める必要がなく、各リンク部材Ｌ１，Ｌ２の太さが過大になるのを抑えてサスペンション近傍の空間を広く確保することができる。各リンク部材Ｌ１，Ｌ２の体格を一定範囲に留めることができる結果、ばね下荷重が小さくなり操舵性もより向上する。

さらに、アクチュエータＡが各リンク部材Ｌ１，Ｌ２の中ほどの位置を押し引きする場合に比べて、各リンク部材Ｌ１，Ｌ２の先端に操舵力を入力することで、車輪支持部１を望む角度に変更する際の操舵力も小さくなる。よって、アクチュエータＡの出力や体格も小さくすることができる。

尚、アクチュエータＡを装着する位置は、図１の例に限らず、第１リンク部材Ｌ１の基端側の接続部Ｊ１と、第２リンク部材Ｌ２の先端側の接続部Ｊ４とに設定することもできる。ただし、ピストンロッド４ａがケース３に対して出退する直動式のアクチュエータＡの構造を考慮した場合、図１に示す構成が好適である。

即ち、四輪車両の前輪にあっては、旋回時には外側の車輪Ｔに大きな荷重が作用する。よって、旋回時には外側の車輪Ｔの操舵力を高める必要がある。一方、アクチュエータＡが発生させる駆動力は、ピストンロッド４ａが縮む場合と伸びる場合とでそれ程の差はない。ただし、ピストンロッド４ａを押し出す場合、ケース３に対するピストンロッド４ａの延出方向が傾く場合がある。また、ピストンロッド４ａの強度が不十分な場合には撓みや座屈の発生が懸念される。この点、ピストンロッド４ａをケース３に引き込む際にはこのような不都合は生じない。

以上のことから、旋回外側となる状態に車輪Ｔを操舵する場合には、ピストン４が縮む状態となるようにアクチュエータＡを設置することでより正確な操舵が可能となる。また、上記ピストンロッド４ａの傾き等の懸念が解消される分、アクチュエータＡの強度やピストンロッド４ａの加工精度を過度に高める必要がなくなり、アクチュエータＡの体格をより小さくすることができる。

図１では、四輪車両の前輪にアクチュエータＡを装着した例を示したが、後輪の操舵装置ＳにこのようなアクチュエータＡを装着することも可能である。

〔電動アクチュエータ〕
図３には、電動式のアクチュエータＡ１の例を示す。ここでは、例えばピニオンギヤ１０とラック１１とを用いてロッド１２を往復移動させる。ロッド１２の二カ所には滑り部材１３が装着してあり、ロッド１２はケース３の内面を案内面として往復移動可能である。ロッド１２の表面にはラック１１が設けてあり、ケース３に設けたピニオンギヤ１０をモータＭによって駆動することでロッド１２が往復移動される。ピニオンギヤ１０には例えばレゾルバ１４が装着されており、制御部８は運転者からの操舵指示およびレゾルバ１４からの回転情報を得てアクチュエータＡを駆動する。

このような電動式のアクチュエータＡであれば、ロッド１２の位置を極めて正確に知ることができ、操舵操作の精度がさらに高まる。また、駆動源がモータＭであればモータＭに入力する電力の増減によって駆動速度の変更も容易である。よって、運転者の望む操舵状態を瞬時にかつ極めて正確に現出させることが可能となる。

〔第２実施形態〕
図４には、第２実施形態に係る操舵装置Ｓの構成を示す。ここでは、例えば油圧式のアクチュエータＡを第１リンク部材Ｌ１の略中間部および第２リンク部材Ｌ２の基端側の接続部Ｊ３に接続する例を示す。後の制御部８等の構成は図１のものと同じである。

本構成であれば、望みの車輪Ｔの操舵角度を得るためにアクチュエータＡの伸縮量は図１の例に比べて半分近く減少する。つまり、アクチュエータＡの操舵量を少なくしながら車輪Ｔを同じだけ操舵することができ素早い操舵が可能となる。

ただし、第１リンク部材Ｌ１の先端を押し引きする場合に比べて操舵に必要な力は増大するから、アクチュエータＡとしては所定の出力を発揮できるものが必要である。そのためには例えばアクチュエータＡの大径化などが必要となるが、可動ストロークが短くてよいために当該大径化は容易である。

第１リンク部材Ｌ１においてアクチュエータＡを接続する部位としは、第１リンク部材Ｌ１に所定の接続金具１５を取り付けて得ることが可能である。本構成であれば従来からの第１リンク部材Ｌ１を変更する必要がない。ただし、このような接続部を予め一体に備えた第１リンク部材Ｌ１を用いることも可能である。

さらに図示は省略するが、第１リンク部材Ｌ１の中間位置からアクチュエータＡの連結部を大きく離間させたい場合には、所定長さのアーム部を備えた接続金具１５を第１リンク部材Ｌ１に取り付ければよい。

〔その他の実施形態〕
この他の実施形態としては、アクチュエータＡを複数設けても良い。例えば、引張りのみの駆動力の発生が可能なアクチュエータＡを二個装着し、交互に引張り力を作用させることで操舵操作が可能である。この場合、アクチュエータＡの構成が簡略化されコスト低減が期待できる。

また、本構成の操舵装置Ｓは、ダブルジョイント方式のサスペンションの他に、通常のダブルウイッシュボーン方式のものやストラット方式のものに適用することもできる。

本発明に係る操舵装置は、車輪のトー方向を変更するアクチュエータが設けられた操舵装置に広く適用することができる。

１車輪支持部
２車両本体
Ａアクチュエータ
Ｌ１第１リンク部材
Ｌ２第２リンク部材
Ｓ操舵装置
Ｔ車輪

Claims

四輪車両において車輪が取り付けられる車輪支持部と車両本体とを、前記車両本体の前後方向に配置される第１リンク部材および第２リンク部材により連結して四節連鎖が形成され、
前記第１リンク部材と前記第２リンク部材とに亘って接続されて前記車輪支持部の姿勢を変更するアクチュエータを備えた操舵装置。
前記アクチュエータが直動式である請求項１に記載の操舵装置。
前記アクチュエータの一方の端部が、前記第１リンク部材と前記車輪支持部との接続部、または、前記第２リンク部材と前記車輪支持部との接続部に接続されている請求項１または２に記載の操舵装置。