JP3956595B2

JP3956595B2 - 電動車両

Info

Publication number: JP3956595B2
Application number: JP2000275372A
Authority: JP
Inventors: 啓太福森
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2020-09-11
Also published as: JP2002087292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば左右一対の前輪および後輪を有し操舵ハンドルの操作で前輪を操舵して車両の進行方向を操舵する電動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、次世代の電動車椅子など電動車両において、障害物等を自動的に回避したい場合、ステアリングをコンピュータにより操縦者（乗車員）の意思にかかわらずに前記障害物を回避する制御が望まれている。従来の乗用車などの車両に使用される電動パワーステアリング（ハンドルシャフトの捻りトルクによりステアリングモーターを制御する機構）を使用して、操舵力を補助するだけでなく前記回避操舵制御に用いることが考えられる。
【０００３】
従来の電動車両の操舵機構では、一体または途中がユニバーサルジョイントなどで連結された操舵軸の上部にハンドルが設けられ、また、下部に操舵機構が設けられており、この操舵軸に前記電動パワーステアリングを設けることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動車両の操舵機構では、前記の構造のため、コンピュータが操舵した場合にステアリングハンドルも回転することになり、ステアリングを握っている操縦者にも力が加わり、障害物を越えたとき等にキックバックがハンドルに伝わり不具合が生じる。一方、操縦者のハンドルへの入力が強くモーターのトルクより大きい場合、前記回避のための操舵制御しようとしてもモーターのトルクに操縦者の操舵力が打ち勝ってしまいステアリングが自動的に操舵できない場合がある。
【０００５】
これに対して、モーターのトルクを大きくしたとしても、前記ステアリングを握っている操縦者への力がさらに強くなり、ステアリングの構造を強固にしなければならず、重量が重くなり、コスト上昇をも招く。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みて提案されたもので、操縦者のハンドル入力は回転トルクの大小に関係なく、回転速度、回転角度のみとしてハンドルからのキックバックがなく力の弱い人でもハンドルを通常の操舵力で作動できる電動車両を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を備えている。
【０００８】
すなわち、本発明は、前輪及び後輪をフレームに懸架し、乗員が一人で単座シートに着座した状態で前方のハンドルを掴んで回動させ、この回動にしたがって左右の前輪を操舵するようにした電動車両において、車体前部の後ろ開き概略π字形状のフロントフレームには上方向にシャーシフレームが立設され、このシャーシフレームに回動可能に軸支されたハンドル回動軸と、モーターの駆動力で前輪の舵取り角度を変化させる操舵機構がそれぞれ機械的に独立して車体に設けられており、前記ハンドル回動軸の回動角を検出する手段と、前記検出回動角に基づき操舵信号を出力するコントローラ部とを有し、出力された操舵信号によりモーターを駆動させて前輪の舵取り角度を変化させる一方、前記操舵機構は、左右前輪間に回動可能に設けられ、モーターの駆動力により回動するステアリングシャフトと、該ステアリングシャフトおよび左右前輪間に連結されて左右前輪の操舵方向をステアリングシャフトの回動に追従させるステアリングロッドとを有し、前記ハンドルの回動軸とステアリングシャフトの回動軸とが上下にほぼ同一線状に並ぶように配設されると共に、前記操舵機構のステアリングシャフトを回動させるモーターを前記フロントフレームの内側であって上記ハンドル回動軸より前方に配設したことを特徴とする電動車両である。
【０００９】
本発明によれば、車体前部に回動可能に軸支されたハンドル回動軸と、モーターの駆動力で前輪の舵取り角度を変化させる操舵機構をそれぞれ機械的に独立して車体に設け、検出したハンドル回動軸の回動角に基づきコントローラ部より操舵信号を出力して前輪の舵取り角度を変化させるので、操縦者のハンドル入力は回転トルクの大小に関係なく、回転速度、回転角度のみとなり、操縦者がハンドルを掴んで回動操作しているときに、モーターによる操舵機構へのトルクはハンドル回動軸に伝わらず、ハンドルを握っている操縦者に操舵機構からモーター駆動力が加わることがない。また、障害物などを乗り越えたときでも操舵機構がハンドル回動軸に繋がっていないので、障害物からのキックバックがハンドル回動軸に伝わることもない。したがって、ハンドルを握り締めたまま場合でも、通常の操舵操作を行い得るので、力の弱い老人などが操縦者となっているときに有効である。一方、操縦者のハンドルへの入力が強い場合でも、その操縦者による入力とは関係無くステアリングが自動的に操舵でき、障害物の回避等のステアリング制御が可能である。したがって、モーターのトルクを大きくする必要が無くなるので、ステアリングの構造を強固にする必要が無く、重量が重くならずコスト上昇を招くことが無い。
【００１０】
本発明において、操舵機構は、左右前輪の操舵軸と、左右前輪間に回動可能に設けられモーターの駆動力により回動するステアリングシャフトと、該ステアリングシャフトおよび左右前輪間に連結されて左右前輪の操舵方向をステアリングシャフトの回動に追従させるステアリングロッドとを有し、前記ハンドルの回動軸とステアリングシャフトの回動軸とが上下にほぼ同一線上に並ぶように配設されたので、従来のステアリング装置でステアリング軸が直線的に配設されているものに、容易に付け変えることができ、機構を簡単コンパクトに構成できる。
【００１１】
なお、本発明において、ハンドルの回動軸には、ハンドルを操舵したときに反力を生じさせる弾性体を設けたことが好適である。ハンドル操舵においてハンドルが抵抗無く回転してしまえば、直線走行時に操縦者がしっかりとハンドルを固定しておかなければ中立位置に保持できず、面倒となるが、上記構造とすることにより、弾性体の弾性力で操縦者に適度の反力を与えることができ、かつ、中立位置にはハンドルに加える力を解除すれば自動的に戻るので便利である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は実施形態に係る電動四輪車（電動車両）の操舵装置の説明図、図２は該電動四輪車の車体構造の全体説明図（前面部の籠は省略している）、図３は電動四輪車の側面図、図４は電動四輪車の平面図、図５は電動四輪車の車体前部の車体フレームおよびステアリング部の斜め後方から見た構造説明図、図６は同じく、斜め前方から見た構造説明図である。
【００１４】
図２〜図４に示すように、実施形態の電動四輪車は、前輪１０，１０および後輪１２，１２が共に左右一対の二輪であって、車体は主に前部のフロントボディＡと後部のリアボディＢとからなる。リアボディＢには、乗員が一人で単座シート１４に着席して運転するものである。
【００１５】
また、前記電動四輪車は、フロントボディＡの構造として、図１に詳細に示すように該前輪１０，１０を車両左右または前方に指向させる操舵部（ステアリング部）Ｃを有する。該操舵部Ｃは、車体前部に回動可能に支持部に軸支されたハンドル回動軸６０と、ステアリングモーター６２の駆動力で前輪１０，１０の舵取り角度を変化させる操舵機構６４がそれぞれ機械的に独立して車体のフロントボディＡに設けられており、前記ハンドル回動軸６０および前輪操舵機構６４を覆う車体に固定された前カバー（フロントカバー）６６とを有する。
【００１６】
なお、前記操舵機構６４には、後述するが、前記ハンドル回動軸６０の回動角を検出するハンドル切れ角センサ７８と、前記検出回動角に基づき操舵信号を出力するコントローラ８０とを有して、コントローラ８０は出力した操舵信号によりステアリングモーター６２を駆動させて前輪１０，１０の舵取り角度を変化させるようになっているものである。
【００１７】
さらに実施形態の電動四輪車を詳細に説明する。
【００１８】
図２〜図４に示すように、電動四輪車の車体前部には、左右の前輪１０，１０のほぼ中央部かつ上方位置に前輪１０，１０操舵用のハンドル（ティラーハンドルタイプ）１６が設けられている。このハンドル１６の下方のフロントボディＡを覆う前記前カバー６６は、前輪１０，１０に挟まれた幅方向中央部は前輪よりも前方に突出して車体前端部を覆い、左右側部は前輪１０，１０を覆うフロントフェンダー（下部がタイヤハウスになる）２０，２０に繋がり、上部はフロントレッグシールド１８が立設して一体に形成されているものである。
【００１９】
また、前記フロントボディＡの車体左右方向側部には、前記前輪１０，１０を覆って上方に突出するほぼ弧状のフロントフェンダー２０，２０がそれぞれ設けられており、前記フロントレッグシールド１８の下部は左右のフロントフェンダー２０，２０の間に位置してかつ前部にはヘッドランプ２１を収容するヘッドランプハウス２１ａが形成される。
【００２０】
また、フロントレッグシールド１８のフロントフェンダー２０，２０に隣接する下部左右には前方かつ内側に向けて抉り込み（１８ａ）が形成されていて、フロントフェンダー２０上部が広く解放されるようになっている。
【００２１】
フロントボディＡにおいてフロントレッグシールド１８の後面側から後方の車体中央部には足載せ部である平坦なフロア２２が形成されており、このフロア２２はフロントフェンダー２０，２０の間の位置に前方に向けてフロントボディＡ後下部を抉り込んで（符号２２ａで示すフロア前部）広く形成されている。したがって、延設したフロア前部２２ａの面積の分だけフロア２２が広くなり乗員はそのフロア前部２２ａに足先を入れることができる。なお、フロア２２の側縁部はフロントフェンダー２０、２０から後方につらなって山脈状に上方に突出している部分２２ｂが形成されている。
【００２２】
前記フロントフェンダー２０の上部であって、前記フロア前部２０ａの車体幅方向外側にほぼ位置して乗員が所望に応じて足を乗せるための足乗せ面部２０ｆが形成されている。
【００２３】
リアボディＢはフロア２２から後方に位置して、全体がほぼ矩形であり、前部にバッテリーとモーター駆動部（図示省略）を収納するケース構造体２６になっている。ケース構造体２６の前部には着脱可能にバッテリー収納部のカバー体２６ａが設けられ、かつ、該構造体２６の後部の車体左右方向側部には、後輪１２，１２を覆うリアフェンダー２８が突出しかつ滑らかに連続して設けられる。前記ケース構造体２６上部には、乗員が腰を掛ける前記シート１４が固定あるいは回動可能に取り付けられている。
【００２４】
前記電動四輪車のフロントボディＡおよびリアボディＢ内には車体への応力を支持するフレームが設けられる。このフレームにおいては、図４に示すように、車体前部には後開き概略πの字形状部のフロントフレーム３２が、また、中央部には概略後開きＵの字形状のメインフレーム３４が設けられており、前記フロントフレーム３２はπ字形の基端部分が前方に向きかつ両腕部分先端が後方に向いて、インフレーム３４の前端部には溶接固定され、平面視で滑らかに繋がる状態になっている。さらに、メインフレーム３４の後部には後方に向けて後輪１２，１２を支持するリアフレーム３６が延びる。
【００２５】
フロントフレーム３２は、フロントボディＡ前部、前輪１０，１０、ハンドル回動軸６０、フロントサスペンションなどを支持している。
【００２６】
すなわち、フロントサスペンションとして、フロントフレーム３２の前部と後部との下側面部は、左右サスペンションアーム６８の基端部に二箇所ずつある揺動軸６８ａを揺動自在に軸支する。また、前記サスペンションアーム６８は左右のそれぞれの基端部に前記のように揺動軸６８ａが２カ所づつあり先端部が一か所の二股形状（ウィッシュボーン形状）になっている。前記サスペンションアーム６８の先端部には、前輪１０，１０を回動自在にかつ左右に揺動可能に軸支する前輪ブラケット６８ｂが設けられる。また、前記サスペンションアーム６８の上方にはフロントフレーム３２の上部に溶着固定された概略逆Ｌ字形状のサスペンションブラケット７０の上椀部が位置しており、サスペンションアーム６８とサスぺンションブラケット７０上腕部間にスプリングとダンパー等からなるクッションユニット７２が連結されている。
【００２７】
ここで、前輪の指向機構として、図１に示すように、前記操舵機構６４下部のタイロッド連結プレート７４に前記サスペンションアーム６８先端部の前輪ブラケットをタイロッド（ステアリングプッシュロッド）７６で連結しており、ステアリングモーター６２の回転により、前記タイロッド連結プレート７４が揺動するとタイロッド７６を介して前輪ブラケットが前輪１０，１０を揺動させ走向方向を所望方向に指向させる。
【００２８】
したがって、ハンドル１６の操舵方向に応じて左右の前輪１０，１０を左右または前方に指向させることができ、乗員の所望方向に電動車両を向けることができる。
【００２９】
実施形態では、前記のように前輪１０，１０及び後輪１２，１２をフレーム３２，３４とサスペンションユニットにより懸架し、乗員がシート１４に着座した状態で前方のハンドル１６を掴んで回動させ、この回動にしたがって前輪を操舵するようにした電動四輪車である。車体前部Ａに回動可能に軸支されたハンドル回動軸６０と、モーター６２の駆動力で前輪の舵取り角度を変化させる操舵機構６４がそれぞれ機械的に独立して車体に設けられている。
【００３０】
詳細には、図１に示すように、操舵機構６４は、左右前輪１０，１０のハンドル回動軸６０と、左右前輪１０，１０間に回動可能に設けられモーター６２の駆動力により回動するステアリングシャフト８２と、該ステアリングシャフト８２および左右前輪１０，１０間に連結されて左右前輪１０，１０の操舵方向をステアリングシャフト８２の回動に追従させるタイロッド（ステアリングロッド）７６とを有し、前記ハンドル１６の回動軸６０とステアリングシャフト８２の回動軸とが上下にほぼ同一線上に並ぶように配設されたものにしている。
【００３１】
前記フロントフレーム３２には，上方向に延びるシャーシフレーム８４が立設固定されており、このシャーシフレーム８４の上部及び中央部には、前記ハンドル回動軸６０をベアリング８６ｃなどにより回動自在に軸支する上・下のハンドル軸受け８６ａ・８６ｂが固定され、一方、該シャーシフレーム８４の下部にはステアリングシャフト８２を回動自在に軸支するステアリング軸受け９４ａ，９４ｂが固定される。また、ハンドル回動軸６０の上・下のハンドル軸受け８６ａ・８６ｂの間には前記ハンドル切れ角センサ７８にハンドル回動角を入力するセンサギア９０が設けられ、前記切れ角センサ７８のピニオンをセンサギア９０に噛合わせて、ハンドル回動軸６０の回転角を前記ハンドル切れ角センサ７８で検出するようになっており、前記ハンドル切れ角センサ７８の検出信号はコントローラ８０に出力される。一方、ハンドル回動軸６０の下端部には、下端部がシャーシフレーム８４にブラケット９２ａによって固定されたリターンスプリング９２上端部が回転方向に固定され、ハンドル１６の操舵に反力を加えてかつ中立位置に復帰できるように付勢している。
【００３２】
前記シャーシフレーム８４には、前記ブラケット９２ａの下方に位置して、前記ステアリングシャフト８２を回動自在に軸支するボールベアリングからなる上下の軸受け９４ａ、９４ｂが固定される。そして、該上下の軸受け９４ａ、９４ｂの間に位置してステアリングシャフト８２中央部には、ステアリングモーター６２の駆動力を伝達するステアリングギア９６とタイロッド連結プレート７４が回転方向に固定される。また、ステアリングシャフト８２の上端にはセンサギア９８が固定され、このセンサギア９８には、ステアリング切れ角センサ１００のピニオンが噛合ってステアリングシャフト８２の回動角すなわちステアリングの切れ角を検出しコントローラ８０にその信号を入力する。
【００３３】
以上の構成の実施形態の電動四輪車では、操縦者のハンドル１６操作によりハンドル回動軸６０が回転し、センサギア９０を介して、ハンドル切れ角センサ７８を作動させる。このハンドル切れ角センサ７８の出力信号は、コントローラ８０に送られ、コントローラ８０はステアリングモーター６２を作動させる。ステアリングモーター６２は、ステアリングギア９６を介してタイロッド（ステアリングプッシュロッド）７６を作動させ、前輪１０，１０を操舵する。
【００３４】
この場合の前輪１０，１０の操舵量はステアリングシャフト８２に取り付けられたステアリングセンサギア９８を介してステアリング切れ角センサ１００により検出され、この検出信号をコントローラ８０に送ることにより、フィードバック制御でハンドル切れ角センサ７８の信号に見合った前輪１０，１０の操舵を行うことができる。
【００３５】
ハンドル回動軸６０は前記ハンドル軸受け８６ａ、８６ｂで回動自在に設置され、一方、ステアリングシャフト８２はステアリング軸受け９４ａ、９４ｂで回動自在に設置されてハンドル回動軸６０とステアリングシャフト８２とは機械的に独立して作動することができる。
【００３６】
また、ハンドル回動軸６０の下端部には、リターンスプリング９２上端が固定され、一方、リターンスプリング９２の下端はブラケット９２ａを介してシャーシフレーム８４に固定されている。前記リターンスプリング９２によりハンドル回動軸６０の回転方向とは逆のトルクが発生し、操縦者はハンドル１６を回動させるときに空回りする感覚ではなく適度の抵抗をもった操舵力を与えることができ、かつハンドル１６に力を入れなければ中立位置に自然に戻すことが可能になる。
【００３７】
実施形態によれば、車体前部に回動可能に軸支されたハンドル回動軸６０と、ステアリングモーター６２の駆動力で前輪１０、１０の舵取り角度を変化させる操舵機構６４をそれぞれ機械的に独立して車体に設け、検出したハンドル回動軸６０の回動角に基づきコントローラ８０より操舵信号を出力して前輪１０、１０の舵取り角度を変化させるので、操縦者のハンドル入力は回転トルクの大小に関係なく、回転速度、回転角度のみとなり、操縦者がハンドルを掴んで回動操作しているときに、ステアリングモーター６２による操舵機構６４へのトルクはハンドル回動軸６０に伝わらず、ステアリングを握っている操縦者に操舵機構６４からモーター駆動力が加わることがない。また、障害物などを乗り越えたときでも操舵機構６４とハンドル回動軸６０が繋がっていないのでキックバックがハンドル回動軸６０に伝わることもなく、ハンドル１６を握り締めたまま場合でも、通常の操舵操作を行い得るので、力の弱い老人などが操縦者となっているときに有効である。また、操縦者のハンドル１６への入力が強い場合でも、その操縦者による入力とは関係無くステアリングが自動的に操舵でき、車両の各所に備えた障害物用センサー（図示省略）の検出信号の出力に基づいて障害物の自動回避等のステアリング制御が可能である。したがって、モーター６２のトルクを大きくする必要が無くなるので、ステアリングの構造を強固にする必要が無く、重量が重くならずコスト上昇を招くことが無い。
【００３８】
実施形態において、操舵機構６４は、ハンドル回動軸６０とステアリングシャフト８２の回動軸とが上下にほぼ同一線上に並ぶように配設されたものにするので、従来のステアリング装置でステアリング軸が直線的に配設されているものに対して、容易に付け変えることができる。
【００３９】
また、ハンドル回動軸６０には、ハンドル１６を操舵したときに反力を生じさせるリターンスプリング９２を設けたことが好適である。ハンドル１６操舵においてハンドル１６が抵抗無く回転してしまえば、直線走行時に操縦者がしっかりとハンドル１６を固定しておかなければ中立位置に保持できず、面倒であるが、弾性体の弾性力で操縦者へハンドル操作時に適度の反力を与えることができ、かつ中立位置にはハンドルに加える力を解除すれば自動的に戻るので、例えば、旋回走行から直進走行に戻るためにハンドルと中立位置に戻す場合等にハンドルを左右に操作して中立位置を探す必要がないので操縦に不慣れな操縦者でも容易に操縦することができる。
【００４０】
前記実施形態では電動車両として電動四輪車を例示した、その他、電動三輪車など種々の電動車両で本発明は、実施可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、上述したように、車体前部に回動可能に軸支されたハンドル回動軸と、モーターの駆動力で前輪の舵取り角度を変化させる操舵機構をそれぞれ機械的に独立して車体に設け、検出したハンドル回動軸の回動角に基づきコントローラ部より操舵信号を出力して前輪の舵取り角度を変化させる構成を備えているため、操縦者のハンドル入力は回転トルクの大小に関係なく、回転速度、回転角度のみとなり、操縦者がハンドルを掴んで回動操作しているときに、モーターによる操舵機構へのトルクはハンドル回動軸に伝わらず、ステアリングを握っている操縦者に操舵機構からモーター駆動力が加わることがない。
また、障害物などを乗り越えたときでも操舵機構とハンドル回動軸がつながっていないのでキックバックがハンドル回動軸に伝わることもなく、ハンドルを握り締めたままでも、通常の操舵操作を行い得るので、力の弱い老人などが操縦者となっているときに有効である。
【００４２】
また、操縦者のハンドルへの入力が強い場合でも、その操縦者による入力とは関係無くステアリングが自動的に操舵でき、障害物の回避等のステアリング制御が可能である。したがって、モーターのトルクを大きくする必要が無くなるので、ステアリングの構造を強固にする必要が無く、重量が重くならずコスト上昇を招くことが無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電動四輪車（電動車両）の操舵装置の説明図である。
【図２】前記電動四輪車の車体構造の全体説明図である。
【図３】前記電動四輪車の側面図である。
【図４】電動四輪車の平面図である。
【図５】電動四輪車の車体前部のカバーを外した状態においての、車体フレームおよびステアリング部の斜め後方から見た構造説明図である。
【図６】同じく、前記車体フレームとステアリング部を前方から見た構造説明図である。
【符号の説明】
１０前輪
１２後輪
１６ハンドル
３２メインフレーム
３４フロントフレーム
６０ハンドル回動軸
６２ステアリングモーター
６４ハンドル操舵機構
７８ハンドル切れ角センサ
８０コントローラ
８２ステアリングシャフト
９０ハンドル回動軸のセンサギア
９２リターンスプリング
９６ステアリングギア
９８ステアリングシャフトのセンサギア
１００スタアリングシャフトの切れ角センサ

Claims

前輪及び後輪をフレームに懸架し、乗員が一人で単座シートに着座した状態で前方のハンドルを掴んで回動させ、この回動にしたがって左右の前輪を操舵するようにした電動車両において、
車体前部の後ろ開き概略π字形状のフロントフレームには上方向にシャーシフレームが立設され、このシャーシフレームに回動可能に軸支されたハンドル回動軸と、モーターの駆動力で前輪の舵取り角度を変化させる操舵機構がそれぞれ機械的に独立して車体に設けられており、
前記ハンドル回動軸の回動角を検出する手段と、前記検出回動角に基づき操舵信号を出力するコントローラ部とを有し、出力された操舵信号によりモーターを駆動させて前輪の舵取り角度を変化させる一方、
前記操舵機構は、左右前輪間に回動可能に設けられ、モーターの駆動力により回動するステアリングシャフトと、該ステアリングシャフトおよび左右前輪間に連結されて左右前輪の操舵方向をステアリングシャフトの回動に追従させるステアリングロッドとを有し、
前記ハンドルの回動軸とステアリングシャフトの回動軸とが上下にほぼ同一線状に並ぶように配設されると共に、前記操舵機構のステアリングシャフトを回動させるモーターを前記フロントフレームの内側であって上記ハンドル回動軸より前方に配設したことを特徴とする電動車両。
前記ステアリングシャフトを前記シャーシフレームに固定される上下の軸受けで軸支すると共に、上側の軸受けより上側のステアリングシャフトの上端にステアリングの切れ角を検出するためのセンサギヤを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
前記ハンドルを操舵したときに反力を生じさせる弾性体を、ハンドルの回動軸の下端、かつ、前記センサギヤの上方に設けたことを特徴とする請求項２に記載の電動車両。