JP2024039265A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクラブ半径を可及的に小さくすることで走行安定性を向上させることができると共に、キングピン軸のキングピン角及びキャスター角を容易に変更できることでサスペンション方式等に応じた適切な角度のキングピン軸を設定することができる操舵装置を提供する。【解決手段】キングピン軸を中心として車輪を操舵する操舵装置であって、前記車輪を回転可能に支持するハブと、前記車輪を操舵するナックルアームと、車体と前記車輪を連結するロアアームと、を備え、前記ロアアームの一端には、前記キングピン軸を中心として回転可能な下部回転案内部が設けられ、前記下部回転案内部は、一定曲率の円弧状に形成されたガイドレールと前記ガイドレール上を移動する移動ブロックとから構成され、前記ガイドレールを含む仮想平面は前記キングピン軸と直交していることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車等の車輪を操舵するための操舵装置に関する。

自動車等には、車体に設けられた車輪を操舵するための操舵装置が用いられている。車輪はキングピン軸を中心として転舵され、キングピン軸は所定角度に傾斜して設定されている。操舵装置は、キングピン軸の軸線が路面と交差する位置と車輪の路面に対する接地面中心との距離であるスクラブ半径を小さく設定した方が操舵性に優れているものの、従来の操舵装置は、アッパーアームのジョイント部とロアアームのジョイント部がボールジョイントで構成されており、キングピン軸を車輪に近づけてスクラブ半径を小さくすることが困難な場合があった。

特開平５－５８１２７

スクラブ半径を小さくするための技術としては特許文献１が挙げられる。特許文献１はキングピン軸をガイドレールによって構築し、キングピン軸を車輪中心に対して近接させることができる。これにより、スクラブ半径を小さくするものである。

近年、環境問題に対応すべく普及させる動きが高まっている電気自動車には、車輪内にモータが組み込まれた、所謂インホイールモータが用いられており、スクラブ半径を小さくすることのできる操舵装置のニーズが更に高まっている。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、キングピン軸を中心として車輪を操舵する操舵装置であって、スクラブ半径を可及的に小さくすることで走行安定性を向上させることができると共に、キングピン軸のキングピン角及びキャスター角を容易に変更できることでサスペンション方式等に応じた適切な角度のキングピン軸を設定することができる操舵装置を提供することにある。

すなわち、本発明は、キングピン軸を中心として車体に設けられた車輪を操舵する操舵装置であって、前記車輪を回転可能に支持するハブと、前記ハブに固定されて前記車輪を操舵するナックルアームと、前記車体と前記車輪を揺動可能に連結するロアアームと、を備え、前記ロアアームの一端には、前記ハブと前記ロアアームを接続すると共に前記キングピン軸を中心として回転可能な下部回転案内部が設けられ、前記下部回転案内部は、一定曲率の円弧状に形成されたガイドレールと前記ガイドレール上を移動する移動ブロックとから構成され、前記ガイドレールを含む仮想平面は前記キングピン軸と直交している。

本発明の操舵装置によれば、キングピン軸は下部回転案内部の移動ブロックにおける回転中心で構成されているため、前記キングピン軸を車輪内に埋没させることができ、スクラブ半径を可及的に小さくすることができる。また、ガイドレールを含む仮想平面は前記仮想キングピン軸に対して直交しているため、前記仮想平面の傾斜角度、すなわち前記ガイドレールの前記ハブに対する取付け姿勢を変更することでキングピン角及びキャスター角を変更することができる。したがって、本発明の操舵装置によれば、スクラブ半径を可及的に小さくすることができると共に前記ガイドレールの前記取付け姿勢を変更することで容易にキングピン角及びキャスター角を変更することができる。

本発明の第一実施形態にかかる操舵装置の斜視図である。 本発明の第一実施形態にかかる操舵装置を車体後方から観察した状態を示す図である。 本発明の第一実施形態にかかる下部回転案内部を示す斜視図である。 本発明の第一実施形態にかかる操舵装置を下方から観察した状態を示す図である。 本発明の第一実施形態にかかる操舵装置を車軸方向から観察した状態を示す図である。 本発明の第二実施形態にかかる操舵装置の斜視図である。 本発明の第二実施形態にかかる操舵装置を上方から観察した状態を示す図である。 本発明の第二実施形態にかかる操舵装置を車体後方から観察した状態を示す図である。

以下、添付図面を用いて本発明の操舵装置を詳細に説明する。

図１は、本発明の第一実施形態にかかる操舵装置１００の斜視図である。操舵装置１００は自動車等の車輪を操舵する際に用いられるものである。操舵装置１００が用いられることで、自動車等の車体の進行方向を操作することができる。

操舵装置１００は、車体（図示しない）に設けられた車輪１１０内に配置されて前記車輪１１０を回転可能に支持するハブ１２０と、前記車輪１１０を操舵するナックルアーム１３０と、前記車体と前記車輪１１０を接続するアッパーアーム１４０及びロアアーム１５０と、前記車輪１１０を前記アッパーアーム１４０に対して転舵可能に支持する上部回転案内部１６０と、前記車輪１１０を前記ロアアーム１５０に対して転舵可能に支持する下部回転案内部１７０と、を備えている。なお、第一実施形態の操舵装置１００では、アッパーアーム１４０とロアアーム１５０が上下に並んで配置されたダブルウィッシュボーン式サスペンション装置を例として説明するが、これに限定するものではなく、ショックアブソーバー１８０とロアアーム１５０により車輪１１０を懸架するストラット式サスペンション装置等であってもよく、サスペンション方式は適宜変更可能である。また、ストラット式サスペンション装置の場合は、アッパーアーム１４０と上部回転案内部１６０は操舵装置１００の構成に含まれないことは言うまでもない。

ナックルアーム１３０は前記ハブ１２０に固定されている。ナックルアーム１３０の一部であるジョイント部１３１は車輪１１０の車軸からオフセットされている。ジョイント部１３１には、タイロッド１３２が回動可能に接続されている。これにより、ナックルアーム１３０は、タイロッド１３２に対して回動可能に支持され、タイロッド１３２から伝達されたステアリング操作を車輪１１０に伝達することができる。

前記アッパーアーム１４０は一端に屈曲部１４１を有して平面視略Ｖ字状に形成されている。前記アッパーアーム１４０の一端は、前記ハブ１２０から車輪１１０の上部に延びたブラケット１２１に対して接続されている一方、前記アッパーアーム１４０の他端は、前記車体に対して接続されている。これにより、前記車体と前記車輪１１０は相対的に上下動自在となっている。

図１及び図２に示すように、前記アッパーアーム１４０と前記ブラケット１２１は上部回転案内部１６０を介して接続されている。上部回転案内部１６０は前記ブラケット１２１を介して前記車輪１１０に固定されている。上部回転案内部１６０は、前記車輪１１０の車軸よりも上方に設けられており、ボールジョイントで構成されている。そのため、前記アッパーアーム１４０は前記車輪１１０内のハブ１２０に固定された前記ブラケット１２１に対して揺動可能に連結されている。また、前記ブラケット１２１は前記上部回転案内部１６０の軸周りでアッパーアーム１４０に対して回転自在となっている。これにより、前記車輪１１０は前記上部回転案内部１６０を回転軸として前記アッパーアーム１６０に対して転舵可能となっている。

図２に示すように、下部回転案内部１７０は、前記ハブ１２０に設けられた取付け面１２２に対して設けられている。すなわち、前記下部回転案内部１７０は前記ハブ１２０を介して前記車輪１１０に固定されている。取付け面１２２は前記ハブ１２０に対して僅かに傾斜した平面に設けられている。前記下部回転案内部１７０は前記車輪１１０の車軸よりも下方に設けられている。図３に示すように、下部回転案内部１７０は、長手方向に沿ってボール等の転動体３００が転動する複数の転走面３０１が形成されたガイドレール３０２と、このガイドレール３０２の長手方向に沿って自在に移動する移動ブロック３０３とから構成されている。前記転走面３０１は、前記ガイドレール３０２の側面に各二条ずつ設けられており、前記ガイドレール３０２全体では計四条の転走面３０１が形成されている。

前記移動ブロック３０３は多数の転動体３００を介して前記ガイドレール３０２に組付けられている。ガイドレール３０２は一定曲率の円弧状に形成されており、前記ガイドレール３０２は前記取付け面１２２に固定されている。従って、前記取付け面１２２は前記ガイドレール３０２を含む仮想平面に相当し、前記ガイドレール３０２の前記ハブ１２０に対する取付け姿勢は前記取付け面１２２の傾斜角度に応じて決定される。

移動ブロック３０３は、ブロック本体３０４と、前記ブロック本体３０４の移動方向の両端面に固定された一対の蓋体３０５と、を備えている。前記ブロック本体３０４には四条の負荷転走面（図示しない）が形成されており、これら負荷転走面は前記ガイドレール３０２の転走面３０１と対向する位置に設けられている。この負荷転走面と転走面３０１が対向することで、前記転動体３００がガイドレール３０２とブロック本体３０４との間で荷重を負荷しながら転走する負荷通路が完成する。また、ブロック本体３０４は各負荷転走面と略平行に設けられた四条のボール戻し通路（図示しない）を有しており、前記転動体３００は荷重から開放された状態でボール戻し通路内を転走する。

一方、前記蓋体３０５には前記負荷通路とボール戻し通路を連結する方向転換路（図示しない）が設けられており、前記転動体３００を負荷通路とボール戻し通路との間で往来させることが可能になっている。このため、前記ブロック本体３０４の移動方向の前後に対して一対の蓋体３０５を固定すると、前記負荷通路と前記ボール戻し通路の端部同士が蓋体３０５の方向転換路で連結され、前記移動ブロック３０３に転動体３００の無限循環路が完成する。これにより、前記ガイドレール３０２と移動ブロック３０３は相対的に移動することができる。なお、本実施形態に示す例では前記移動ブロック３０５が四回路の無限循環路を備えているが、当該無限循環路の条数は適宜設計変更することが可能である。また、下部回転案内部１７０は、多数の転動体３００を介して移動ブロック３０３がガイドレール３０２上を移動する転がり案内装置として説明したが、これに限られるものではなく、例えばガイドレール３０２に対して移動ブロック３０３が滑り接触して移動する滑り案内装置であってもよい。

図４は前記操舵装置１００を下方から観察した状態を示す図である。前記ロアアーム１５０は一端部１５１から徐々に幅が広がった平面視略Ａ字状に形成されている。前記ロアアーム１５０の一端部１５１は前記下部回転案内部１７０の移動ブロック３０３に接続されている一方、前記ロアアーム１５０の他端部１５２は、前記車体に対して接続される。すなわち、前記ロアアーム１５０は、前記ハブ１２０に固定された下部回転案内部１７０を介して前記車輪１１０に接続されている。一端部１５１は前記移動ブロック３０３に取り付けられた固定部３０６に対して固定されている。固定部３０６には図４の紙面上下方向に向けた貫通孔（図示しない）が設けられており、この貫通孔に対して挿入したピンを介して前記一端部１５１と前記移動ブロック３０３が連結される。これにより、ロアアーム１５０は前記移動ブロック３０３との連結部を軸として揺動自在に支持され、前記車体と前記車輪１１０は相対的に上下動自在となっている。

また、前記ガイドレール３０２と前記移動ブロック３０３は相対的に移動自在であるため、前記移動ブロック３０３に対して前記ガイドレール３０２が移動することで前記ガイドレール３０２に固定されたハブ１２０を介して前記車輪１１０が前記ロアアーム１５０に対して転舵可能となっている。

前述したように、前記車輪１１０は、上部回転案内部１６０により前記アッパーアーム１４０に対して転舵可能に支持されている一方、前記下部回転案内部１７０によりロアアーム１５０に対して転舵可能に支持されている。すなわち、前記車輪１１０は上部回転案内部１６０の回転中心と下部回転案内部１７０における移動ブロック３０３の回転中心の軸線が結ぶキングピン軸を回転軸として転舵される。そのため、前記移動ブロック３０３の回転中心は前記キングピン軸と重なっている。もっとも、本実施形態のキングピン軸は、物理的なピンで構成されているものではなく、上部回転案内部１６０と下部回転案内部１７０の回転中心同士を結んだ仮想のキングピン軸（以下、「仮想キングピン軸」という。）である。この仮想キングピン軸は図２及び図５において一点鎖線で示されている。図２に示すように、仮想キングピン軸は所定のキングピン角αで傾斜している。また、図５に示すように、仮想キングピン軸は所定のキャスター角βで傾斜している。

図５は前記車輪１１０を車軸方向から観察した状態を示す図である。仮想キングピン軸は一端がガイドレール３０２上を移動する移動ブロック３０３の回転中心であるため、前記ガイドレール３０２を含む仮想平面は前記仮想キングピン軸に対して直交している。そのため、前記仮想平面の傾斜、すなわち前記ハブ１２０に対する取付け面１２２の傾斜角度を変更すると、前記ガイドレール３０２の姿勢が変更され、これに応じて前記仮想キングピン軸のキングピン角α（図２参照）及びキャスター角β（図５参照）が変更される。

以上説明してきたように、操舵装置１００の仮想キングピン軸の一端はロアアーム１５０の一端部１５１に接続された移動ブロック３０３の回転中心であるため、仮想キングピン軸は前記車輪１１０の内部に埋没して設定されている（図２の一点鎖線を参照）。そのため、操舵装置１００はキングピン軸の軸線が路面と交差する位置と車輪の路面に対する接地面中心（図２の破線）との距離であるスクラブ半径を可及的に小さくすることができる。インホイールモータのような中実の車輪においてはスクラブ半径を小さくすることが困難であったが、本発明の操舵装置１００は仮想キングピン軸を車輪１１０内に埋没させることができるため、中実の車輪においてもスクラブ半径を可及的に小さくすることができる。また、前記ガイドレール３０２を含む仮想平面は前記仮想キングピン軸に対して直交しているため、前記仮想平面の傾斜角度、すなわち前記ハブ１２０に対する取付け姿勢を変更することで、キングピン角α及びキャスター角βを変更することができる。そのため、本発明の操舵装置１００は、サスペンション方式の種類にかかわらず、スクラブ半径を可及的に小さくすることができると共に、ガイドレール３０２のハブ１２０に対する取付け姿勢を変更することで容易にキングピン角α及びキャスター角βを変更することができる。

また、従来の操舵装置（例えば、特許文献１）は、アッパーアームの一端がガイドレール上を移動可能に組みつけられた前記ブラケットに接続されている一方、アッパーアームの他端が車輪に接続されているため、操舵に伴って車輪が転舵されると、車輪と共にアッパーアームの向きを変えてしまう。その結果、操舵時における車体前方又は後方から車輪をみたときのアッパーアームの見かけ長さが実際のアッパーアームの長さよりも短くなり、車輪接地点の横方向変位であるスカッフ変化の変化量が大きくなる。これに対して、本発明の操舵装置１００では、前記車輪１１０の回転を支える前記ハブ１２０に対して下部回転案内部１７０のガイドレール３０２が設けられ、ロアアーム１５０の一端部１５１は前記ガイドレール３０２に沿って移動自在な移動ブロックに接続される一方、前記ロアアーム１５０の他端部１５２は前記車体に対して接続されている。このため、ロアアーム１５０は車輪の転舵による影響を受けないように構成されている。図４の矢印Ｘに示すように、車輪１１０はロアアーム１５０と切り離して転舵されるため、操舵装置１００においては車輪１１０と共にロアアーム１５０の向きを変えてしまうことがない。そのため、操舵装置１００は、操舵時における車体前方又は後方から車輪をみたときのロアアーム１５０の見かけ長さが変化せず、操舵時におけるロアアーム１５０の見かけ長さと当該ロアアーム１５０の実際の長さが変化しないため、従来の操舵装置に比してスカッフ変化の変化量を小さくすることができる。そのため、操舵装置１００は従来の操舵装置に比して操舵時の走行安定性を向上させることができる。

図６は、本発明にかかる第二実施形態の操舵装置１００を示す斜視図である。第二実施形態の操舵装置１００は第一実施形態における操舵装置と上部回転案内部１６０の構成が異なる。そのため、第二実施形態については、上部回転案内部１６０以外の構成にかかる詳細な説明は省略する。上部回転案内部１６０は、車輪１１０を回転可能に支持するハブ１２０に固定され、長手方向に沿ってボール等の転動体が転動するガイドレール１６１と、このガイドレール１６１の長手方向に沿って自在に移動する移動ブロック１６２とから構成されている。すなわち、第二実施形態の上部回転案内部１６０は第一実施形態の下部回転案内部１７０と同様に構成されており、ガイドレール１６１と移動ブロック１６２が相対的に移動可能である。

図７は操舵装置１００を上方から観察した状態を示す図である。アッパーアーム１４０の一端である屈曲部１４１は移動ブロック１６２に接続されている一方、前記アッパーアーム１４０の他端は車体に対して接続されている。そのため、前記アッパーアーム１４０は、上部回転案内部１６０を介して前記車輪１１０内のハブ１２０に接続されている。前記アッパーアーム１４０と移動ブロック１６２は、第一実施形態のロアアーム１５０と移動ブロック３０３と同様に、移動ブロック１６２に取り付けられた固定部（図示しない）の貫通孔（図示しない）に挿入されたピンを介して連結されている。これにより、アッパーアーム１４０は前記移動ブロック１６２との連結部を軸として揺動自在に支持され、前記車体と前記車輪１１０は相対的に上下動自在となっている。

また、前記ガイドレール１６１と前記移動ブロック１６２は相対的に移動自在であるため、前記移動ブロック１６２に対して前記ガイドレール１６１が移動することで前記ガイドレール１６１に固定されたハブ１２０を介して前記車輪１１０が前記アッパーアーム１４０に対して転舵可能となっている。

図８に一点鎖線で示すように、操舵装置１００の仮想キングピン軸は、前記アッパーアーム１４０の屈曲部１４１に接続された移動ブロック１６２の回転中心とロアアーム１５０の一端部１５１に接続された移動ブロック３０３の回転中心が結ぶ軸線である。そのため、操舵装置１００の仮想キングピン軸における上下の回転中心はいずれも前記車輪１１０の内部に埋没して設定されている。この仮想キングピン軸は上部回転案内部１６０のガイドレール１６１及び下部回転案内部１７０のガイドレール３０２のハブ１２０に対する取付け姿勢を変更することにより調整することができる。したがって、第二実施形態の操舵装置１００は、第一実施形態の操舵装置に比して、より精密なキングピン角及びキャスター角の調整を行うことができる。

１００…操舵装置、１１０…車輪、１２０…ハブ、１３０…ナックルアーム、１４０…アッパーアーム、１５０…ロアアーム、１６０…上部回転案内部、１６１…ガイドレール、１６２…移動ブロック、１７０…下部回転案内部、１８０…ショックアブソーバー、３０２…ガイドレール、３０３…移動ブロック

Claims (5)

1. キングピン軸を中心として車体に設けられた車輪を操舵する操舵装置であって、
   前記車輪を回転可能に支持するハブと、
   前記ハブに固定されて前記車輪を操舵するナックルアームと、
   前記車体と前記車輪を揺動可能に連結するロアアームと、を備え、
   前記ロアアームの一端には、前記ハブと前記ロアアームを接続すると共に前記キングピン軸を中心として回転可能な下部回転案内部が設けられ、
   前記下部回転案内部は、一定曲率の円弧状に形成されたガイドレールと前記ガイドレール上を移動する移動ブロックとから構成され、
   前記ガイドレールを含む仮想平面は前記キングピン軸と直交していることを特徴とする操舵装置。
2. 前記下部回転案内部は、前記ハブに対して固定され、
   前記ロアアームの他端には、前記車体が接続されていることを特徴とする請求項１記載の操舵装置。
3. 前記車体と前記車輪を揺動可能に連結するアッパーアームと、
   を更に備え、
   前記アッパーアームの一端には、前記ハブと前記アッパーアームを接続すると共に前記キングピン軸を中心として回転可能な上部回転案内部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の操舵装置。
4. 前記アッパーアームの他端には、前記車体が接続されていることを特徴とする請求項３記載の操舵装置。
5. 前記ロアアームの一端は、前記下部回転案内部の移動ブロックに連結されていることを特徴とする請求項２記載の操舵装置。
   

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