JP5050586B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用操舵装置に関するものである。

車両、特に自動車においては、最小回転半径を小さくして取り回し性を向上させることが望まれ、特に小型車ほどこのような傾向が顕著になる。最小回転半径を小さくするには、車輪の転舵角度（操舵角度）を大きくすればよいが、転舵角度を大きく取ろうとすると、車輪がホイールハウスに干渉してしまうことになり、この干渉が原因で車輪の転舵角度を大きくできないというのが現状である。

特許文献１には、車輪とホイールハウスとの干渉を防止しつつ車輪の転舵角度を大きくするため、エクステンションリンク等を利用して、車輪が転舵されたときに車輪を車幅方向外方側に変位させることが開示されている。
特開２００５−５３４７１号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載のような技術では、構造が極めて複雑であると共に、大型化してしまうという問題がある。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、転舵したときに車輪を車幅方向外方側に変位させるための機構を簡単かつ小型化できるようにした車両用操舵装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
車輪を回転自在に保持するための車輪保持部材が上下方向軸線回りに揺動可能として車体に保持され、ハンドル操作によって該車輪保持部材が揺動されることによって車輪が転舵されるようにした車両用操舵装置において、
前記車輪保持部材に一体的に設けられ、該車輪保持部材の揺動に応じて上下方向軸線を中心に回動される回動部材と、
車体側部材に一体化され、前記回動部材の側面が当接されるガイド面を有するガイド部材と、
前記車輪保持部材が揺動されたときに、前記回動部材の側面が前記ガイド面に接触した状態を維持しつつ回動するように該回動部材の変位方向を規制する移動方向規制部と、
を備え、
前記ガイド面が、平面視において中立位置から前後方向に離れるにつれて車幅方向外方側に向かうように湾曲形成されて、車輪が中立位置にある状態から右または左に転舵されて前記回動部材が前記ガイド面に接触しつつ回動されるのに伴って、該回動部材が中立位置にある状態から車幅方向外方側に変位され、
前記ガイド面に一方側歯部が形成される一方、前記回動部材の側面に該一方側歯部に噛合される他方側歯部が形成されている、
ようにしてある。

上記解決手法によれば、ハンドル操作に応じた転舵角度分だけ、車輪が転舵されると共に回動部材が回動されることになる。そして、回動される回動部材は、車輪を保持した車輪保持部材と共に、ガイド面に沿って車幅方向外方側に変位されることになる。これにより、ホイールハウスと車輪との干渉を避けつつ、車輪の転舵角度を十分大きくすることが可能となって、最小回転半径を小さくすることができる。勿論、構造も簡単で十分に小型とされることになり、このことは、既存の車輪保持部材付近にあるスペースをそのまま有効に利用して、本発明による装置を組み込むことが可能となる。
また、前記ガイド面に一方側歯部が形成される一方、前記回動部材の側面に該一方側歯部に噛合される他方側歯部が形成されていることから、回動部材がガイド面に対して不用意にスリップしてしまう事態を防止して、転舵角度に応じた車輪の車幅方向外方側への変位量を常に所定の設定量として確保する上で好ましいものとなる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、

前記移動規制部が、前記ガイド部材に形成されている、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、ガイド部材に移動方向規制の機能をもたせることができる。これにより、構造簡単化や小型化の上で、また部品点数を減少させてコスト削減等の上で好ましいものとなる。

前記ガイド面が、平面視において非線形に形成されている、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、転舵角度の変化量に応じた車輪の車幅方向外方側への変位度合を、転舵角度に応じて変更させることができる。

前記ガイド面は、車幅方向内方側部分よりも車幅方向外方側部分の方が、曲率半径が小さくなるように形成されている、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、転舵角度が小さいときの車輪の車幅方向外方側への変位度合を小さくしつつ、転舵角度が大きいときの車幅の車幅方向外方側への変位度合を大きくすることができる。

前記車輪保持部材の車幅方向内方側に前記ガイド部材が配設され、
前記ガイド面は車幅方向外方側に向けて開口されて、前記回動部材が車幅方向外方側から該ガイド面に当接されるように設定されている、
ようにしてある（請求項５対応）。この場合、車輪保持部材のうち余裕スペースの確保し易い車幅方向内方側にガイド部材を配設して、車輪保持部材付近のスペースを有効に利用する上で好ましいものとなる。すなわち、車輪保持部材の車幅方向外方側には、大型部材となる車輪は勿論のことブレーキ機構等が組付けられるのが一般的であるが、車輪保持部材の車幅方向内方側にはこのような大型部材が配設されることがなくて比較的設置スペースを確保し易い部分となる。また、車輪保持部材を、車幅方向外方側からガイド部材に対して組付られるので、組付性向上の上でも好ましいものとなる。以上に加えて、ガイド部材によって、車輪に作用する車幅方向内方側への外力を効果的に受け止める上で好ましいものとなる。

前記車輪保持部材が、サスペンションアームを介して車体に上下方向に揺動可能に連結され、
前記サスペンションアームが前記車体側部材とされて、該サスペンションアームに対して前記ガイド部材が一体化されている、
ようにしてある（請求項６対応）。この場合、既存のサスペンションアームを有効に利用してガイド部材を組み込むことができる。

本発明によれば、転舵したときに車輪を車幅方向外方側に変位させるための機構部分を、簡単かつ小型化することができる。

図１において、１は車輪保持部材としてのナックルである。ナックル１は、例えば、その下端部がサスペンションアームとしての車幅方向に伸びるロアアーム２の車幅方向外端部に連結されると共に、その上端部が上下方向に伸びるサスペンションダンパ３の下端部に連結されて、上下方向に揺動可能として車体に保持されている。そして、ナックル１は、後述する上下方向軸線Ｌを中心にして揺動可能とされ、この軸線Ｌが転舵されるときの揺動中心線となる。

ナックル１には、そのスピンドル１ａを中心に回転されるハブ１０が組み付けられており、このハブ１０に対して、車輪１１（のホイール１１ａ）が取付けられる。また、ナックル１は、ほぼ水平方向の伸びるナックルアーム１ｂを有し、このナックルアーム１ｂに対して、図示を略すハンドルの操作によって車幅方向に変位されるタイロッド１２が連結されている。

以上の構成によって、ハンドルを操作することによって、ナックル１が上下方向に伸びる軸線Ｌ回りに揺動されて、このナックル１に保持された車輪１１が転舵されることになる。

ナックル１とロアアーム２との間には、転舵されたときにナックル１つまり車輪１１を車幅方向外方側へ変位させるための変位機構Ｋが組み込まれている。この変位機構Ｋは、ガイド部材２１と回動部材としてのピニオン３１とを有する。ガイド部材２１は、ロアアーム２の車幅方向外端部に対して固定されている。また、ピニオン３１は、ナックル１の車幅方向内方側に位置されて、ナックル１に対して回転しないように固定されている。

前記ガイド部材２の詳細について、図１〜図４を参照しつつ詳細に説明する。まず、ガイド部材２１は、ロアアーム２の先端部に対して溶接や固定具を利用して一体化されている（図１、図２参照）。ガイド部材２１は、それぞれ略半楕円形とされた上壁部２１ａおよび底壁部２１ｂと、上壁部２１ａおよび底壁部２１ｂの周縁部同士を連結する側壁部２１ｃとを有して、車幅方向外方側が大きく開口されている（図２、図４参照）。

上記ガイド部材２１における側壁部２１ｃの内面、つまり車幅方向外方側となる面が、ガイド面２１ｄとされている。このガイド面２１ｄには、内歯歯車の一部となるような一方側歯部２１ｅが形成されている。特に図４に示すように、ガイド面２１ｄ（一方側歯部２１ｅ）は、中立位置となるα点から、前後方向に離れるにしたがって、徐々に車幅方向外方側に位置するように湾曲形成されており、この中立位置α境にして、前後方向において対象形状となるように形成されている。

ガイド部材２１の上壁部２１ａには、第１ガイド孔２２が形成され、また、底壁部２１ｂには、第２ガイド孔２３が形成されている。各ガイド孔２２，２３は、ガイド面２１ｄに沿うように相似形として形成されており（略半楕円形）、その車幅方向外方側端部は閉じられている。

前記ピニオン３１は、回動部材となるもので、その側面に形成されている歯部３１ａが、ガイド部材２１における一方側歯部２１ｅに噛合される他方側歯部を構成している。ピニオン３１は、図１，図５に示すように、その中心軸線上において、上方あるいは下方に突出した上下一対の軸部３１ｂ、３１ｃを有する。この上下の軸部３１ｂ、３１ｃを利用して、ピニオン３１がナックル１に一体的に保持されている。すなわち、ナックル１は、車幅方向内方側に向けて伸びる上下一対の保持壁部１ｃ、１ｄを有し、この上下一対の保持壁部１ｃと１ｄとの間にピニオン３１を配置した状態でもって、ピニオン３の軸部３１ｂ、３１ｃが、保持壁部１ｃ、１ｄに固定されている。そして、上側の軸部３１ｂは、上側の保持壁部１ｃを貫通しており、この貫通部分に対して前述したナックルアーム１ｂの一端部が固定されている。

ピニオン３１も各軸部３１ｂ、３１ｃは、前述した軸線Ｌ上に位置されており、したがって、軸線Ｌは、ナックル１の揺動中心になると共に、ピニオン３１の回動中心ともなる。ナックル１とピニオン３１とが一体であることから、ハンドル操作してナックルアーム１ｂが揺動されると、ナックル１およびピニオン３１が一体となって軸線Ｌ回りに揺動（回動）されることになり、また車輪１１が転舵されることになる。なお、ナックル１上端部とサスペンションダンパ３下端部との連結部位には、例えばボールジョイント４１が介在されて、このボールジョイント４１が軸線Ｌ上に位置するように設定されている。

ピニオン３１は、ガイド部材２１内に挿入されて、その歯部３１ａをガイド部材２１における歯部２１ｅに噛合させた状態では、上側の軸部３１ｂが第１ガイド孔２２内に摺動自在に嵌合され、また下側の軸部３１ｃが第２ガイド孔２３内に摺動自在に嵌合されている。

以上のような変位機構Ｋは、左右の車輪１１について、左右対称構造として左右一対設けられている。

以上のような構成の作用について、ガイド面２１ｄとピニオン３１とナックル１（のスピンドル１ａ）の向きとに着目して、図６〜図９を参照しつつ説明する。まず、図６は、ピニオン３１が中立位置にあるときの状態が示される。すなわち、ハンドルが中立位置とされて、車輪１１が中立位置にあるときの状態である。この状態では、ピニオン３１は、ガイド面２１ｄのうちもっとも車幅方向内方側に位置された状態である。

中立位置の状態から、ハンドルを左操作したときの状態が図７に示され、ハンドルを右操作したときの状態が図８に示される。この図７，図８から明かなように、ハンドルを右あるいは左に操作したとき、ピニオン３１は、ガイド面２１ｄに当接された状態を維持しつつ回動されることによって（各歯部２１ｅと３１ａとが噛合状態を維持しつつ回動されることになる）、ピニオン３１は車幅方向外方側へと変位されることになる。ピニオン３１の車幅方向外方側への変位は、ナックル１の車幅方向外方側への変位となり、この結果車輪１１が車幅方向外方側へ変位されることになる。勿論、車幅方向外方側へ変位された車輪は、ハンドルを中立位置に戻すことによって、車幅方向内方側位置へと復帰される。

ピニオン３１とガイド面２１ｄとの当接状態（各歯部２１ｅと３１ａとの噛合状態）は、ピニオン３１の車幅方向位置の変更にかかわらず、移動方向規制部としてのガイド孔２２、２３によって常に確実に確保されることになる。そして、ピニオン３１の歯部３１ａが、ガイド面２１ｄに形成されている歯部２１ｅに噛合していることにより、ピニオン３１がガイド面２１ｄに対してスリップしてしまう事態が確実に防止されて、ハンドルを中立位置から同じ量だけ操作したときに得られる車輪１１の車幅方向外方側への変位位置は、常に一定のものとなる。

上述のように、ハンドル操作して車輪１１を右あるいは左に操作したとき、車輪１１が車幅方向外方側へ変位される結果、図９に示すように、車輪１１の最大転舵角度を大きくしても、車輪１１が車幅方向外方側へと変位した分だけ、ホイールハウス４２と干渉してしまう事態が防止されることになる。ちなみに、例えば車輪１１を車幅方向外方側へ１０ｍｍ程度変位させることによって、ホイールハウス４２と干渉することなく車輪１１の最大転舵角度を４度前後増大させることが可能となる。

図１０は、本発明の第２の実施形態を示すもので、ガイド面２１ｄの変形となる。本実施形態では、ガイド面２１ｄの形状設定が、転舵角度が小さいときはピニオン３１（車輪１１）が車幅方向へなんら変位しないように前後方向に伸びる直線とされている（α〜βの間で、転舵角度の同一増大量に対する車幅方向外方側への変位度合が０）。また、転舵角度がある程度大きくなったときは、転舵角度の増大と共に車幅方向外方側へ徐々に移動するようにされる（β〜γの間で、転舵角度の同一増大量に対する車幅方向外方側への変位度合が小）。さらに、転舵角度が大きくなると、転舵角度の増大と共に車幅方向外方側へ大きく移動するようにされている（γ〜δの間で、転舵角度の同一増大量に対する車幅方向外方側への変位度合が大）。車両の高速走行時には、ハンドル操作量が小さいので、上記α〜βの領域は高速向けの設定となり、低速時には縦列駐車等のためにハンドル操作量が大きくなるので、上記γ〜δの領域は低速向けとなり、上記β〜γの領域は中速向けとなる。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。実施形態では、従動輪用のものを示してあるが、駆動輪用にも同様に適用できる（ただし、ガイド部材２１やピニオン３１が、駆動軸と干渉しないように、スピンドル１ａの延長線からずれた位置に位置設定される）。ピニオン３１つまりガイド部材２１は、ナックル１に対してその下端部付近に配設する等、その配設位置は適宜選択できるが、極力ナックル１から車幅方向外方側へ突出しないように配設位置を選択するのが好ましい。サスペンションアームを有しない車両においては、ガイド部材２１を直接車体に固定するようにしてもよい（例えば、ナックル１付近の車体フレームに固定）。ピニオン３１（の歯部３１ａ）をナックル１と一体成形してもよく、また、ナックル１からのナックルアーム１ｂの延設位置を、ピニオン３１の軸部３１ｂ、３１ｃ以外の部分に設定してもよい。前輪用に限らず、後輪用としても適用できる。

図１０の設定例とは逆に、転舵量に対するナックルの車幅方向外方側への変位度合を、中立位置付近でもっとも大きく、最大転舵各付近でもっとも小さく、中間の転舵角付近では中程度になるように設定してもよく、この場合は、ハンドル操作量が小さい（転舵角が小さい）ときにトレッドを大きくして、車体安定性確保の上で好ましいものとなる。ガイド面２１ｄを円弧状に形成する等、その形状設定は適宜変更し得る。ガイド面２１ｄと回動部材とを、噛合関係を有しないで当接させるようにしてもよい（ピニオン３１の代わりに歯部を有しない例えば断面円形の部材を用い、ガイド面２１ｄに歯部２１ｅを形成しないでおく）。
ガイド面２１ｄを、実施形態とは逆に、車幅方向内方側に向けて凸となるように形成してもよく（ガイド部材２１の車幅方向内方側面にガイド面２１ｄを形成する）、この場合、ガイド面２１ｄは回動部材としてのピニオン３１の車幅方向外方側への変位を規制するので、移動規制部としてのガイド孔２２，２３は、ピニオン３１を車幅方向内方側へ向けての変位を規制するものとして設定すればよい。ガイド孔２２，２３は、孔形式に限らず、例えば溝形式にしたり、凸条形式にすることもできる（ピニオン３１側に、突部に摺動自在に係合される凹部が形成される）。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明の一実施形態を示す一部断面正面図。 サスペンションアームとガイド部材との取付関係例を示す分解斜視図。 ガイド部材を上方から見た平面図。 ガイド部材とピニオンとの関係を示す平面断面図。 ピニオンとナックルアームとの組付関係を示す要部斜視図。 本発明の作用を示すもので、ハンドルが中立位置にある状態の簡略平面図。 図６の状態から左へ転舵されたときの状態を示す簡略平面図。 図６の状態から右へ転舵されたときの状態を示す簡略平面図。 車輪とホイールハウスとの位置関係を、中立位置、左最大転舵位置および右最大転舵位置において示す簡略平面図。 ガイド面の変形例を示す要部平面図。

１：ナックル（車輪保持部材）
１ａ：スピンドル
１ｂ：ナックルアーム
３：サスペンションダンパ
１０：ハブ
１１：車輪
１２：タイロッド
２１：ガイド部材
２１ｄ：ガイド面
２１ｅ：一方側歯部
２２：第１ガイド孔
２３：第２ガイド孔
３１：ピニオン（回動部材）
３１ａ：他方側歯部
３１ｂ：軸部
３１ｃ：軸部
４２：ホイールハウス
Ｌ：上下方向軸線
Ｋ：変位機構
α：中立位置

Claims (6)

1. 車輪を回転自在に保持するための車輪保持部材が上下方向軸線回りに揺動可能として車体に保持され、ハンドル操作によって該車輪保持部材が揺動されることによって車輪が転舵されるようにした車両用操舵装置において、
   前記車輪保持部材に一体的に設けられ、該車輪保持部材の揺動に応じて上下方向軸線を中心に回動される回動部材と、
   車体側部材に一体化され、前記回動部材の側面が当接されるガイド面を有するガイド部材と、
   前記車輪保持部材が揺動されたときに、前記回動部材の側面が前記ガイド面に接触した状態を維持しつつ回動するように該回動部材の変位方向を規制する移動方向規制部と、
   を備え、
   前記ガイド面が、平面視において中立位置から前後方向に離れるにつれて車幅方向外方側に向かうように湾曲形成されて、車輪が中立位置にある状態から右または左に転舵されて前記回動部材が前記ガイド面に接触しつつ回動されるのに伴って、該回動部材が中立位置にある状態から車幅方向外方側に変位され、
   前記ガイド面に一方側歯部が形成される一方、前記回動部材の側面に該一方側歯部に噛合される他方側歯部が形成されている、
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１において、
   前記移動規制部が、前記ガイド部材に形成されている、ことを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記ガイド面が、平面視において非線形に形成されている、ことを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項３において、
   前記ガイド面は、車幅方向内方側部分よりも車幅方向外方側部分の方が、曲率半径が小さくなるように形成されている、ことを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
   前記車輪保持部材の車幅方向内方側に前記ガイド部材が配設され、
   前記ガイド面は車幅方向外方側に向けて開口されて、前記回動部材が車幅方向外方側から該ガイド面に当接されるように設定されている、
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、
   前記車輪保持部材が、サスペンションアームを介して車体に上下方向に揺動可能に連結され、
   前記サスペンションアームが前記車体側部材とされて、該サスペンションアームに対して前記ガイド部材が一体化されている、
   ことを特徴とする車両用操舵装置。

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