JP6913317B2 - 車両用走行制御装置 - Google Patents
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例えば、特許文献1のような原動機を備えた車両の多くは、旋回を行う際に、その車輪(タイヤ)と地面との摩擦による向心力を遠心力と釣り合わせて旋回を行っているが、車両の搭乗者は遠心力により旋回半径の外側に引っ張られることになる。したがって、搭乗者の負荷を軽減して快適な乗り心地を実現するには、遠心力が小さくなる条件で旋回を行う必要があり、そのためには旋回時の速度を落とさなければならない。
近年では、自動車の運転快適性や安全性の向上を目指して、機械的な結合ではなく、電子制御により、運転者のアクセル、ステアリング、ブレーキなどの操作を車両の駆動力、操舵力、制動力発生機構に反映させる車両制御装置の開発が活発になっている。このような車両制御装置には、車両の駆動、操舵、制動に関する機能が失陥することのないように、高い信頼性が求められる。例えば、特許文献2には、車両制御装置として、制動力や駆動力や操舵角に関する制御手段を、1つのマスタとなる電子制御装置(電気制御装置(マイクロコンピュータ))によって集中制御する運転制御装置が記載されている。
前記車両の旋回時に前記ステアリングホイールの操作に応じて前記操舵輪を支持する車輪支持部を左右方向に回動させて前記操舵輪の操舵角を変化させるステアリング機構と、前記車体のロール角を変化させるサスペンション機構と、前記ステアリング機構と前記サスペンション機構を連結し前記ステアリング機構による前記操舵角の変化に連動させて前記サスペンション機構により向心力を増加させる方向に前記車体のロール角を変化させる連動機構とを有し、
前記ステアリング機構は、前記車体に固定されるベース部と、前記ステアリングホイールの操作に応じて前記車体の幅方向に摺動するラック部と、該ラック部の両側から前記車体の幅方向に延設された左右のラック軸と、前記ベース部に形成され前記ラック軸を摺動自在に保持するラックガイド部と、長手方向の両端部に連結ボールジョイントを備え該連結ボールジョイントを介して左右の前記ラック軸と前記車輪支持部との間を連結する連結軸とを有し、前記サスペンション機構は、一端側が前記ベース部に連結され前記車体の左右両側に配置されて他端側で前記車輪支持部を回動自在に保持するアーム部と、前記車体と前記アーム部との間を連結する左右のサスペンション本体と、前記ベース部により前記車体の幅方向に摺動自在に保持され前記連動機構を介して前記ラック部と連結され該ラック部に連動して摺動するスライダー部と、該スライダー部の両側から前記車体の幅方向に延設された左右のスライダー軸と、前記ベース部に形成され前記スライダー軸を摺動自在に保持するスライダーガイド部と、前記スライダー軸と前記サスペンション本体を連結して前記車体のロール角を調整するロール角調整リンク部とを有する。
これにより、本発明に係る車両用走行制御装置(以下、本装置ともいう)を搭載した車両の旋回時に操舵を行った際に、その操舵角と連動して確実に車体を傾斜させることができ、向心力を増大させて高速での旋回を可能とする。その一方で、搭乗者が水平方向へ引っ張られる力を小さくして、遠心力の影響を軽減でき、快適な乗り心地を実現することができる。
また、本装置搭載車両が、車輪と地面の摩擦力のみで発生させた向心力を遠心力と釣り合わせて旋回を行う従来の車両が旋回可能な旋回半径で旋回を行った場合、従来の車両と比べ、車輪と地面の摩擦力によって発生させる向心力に余裕ができ、操作性、車輪(タイヤ)の寿命が向上する。
さらに、電子制御によらず、操舵角の変化に連動させて機械的に車体のロール角を変化させることができ、動作にタイムラグが生じず、操作性、乗り心地を向上させることができる。しかも、電子制御に比べて安価で、誤動作が発生せず、動作の確実性、安定性にも優れる。
なお、ロール角調整リンク部は、スライダー部の摺動にリンクして車体のロール角を調整できるものであればよく、その構造は適宜、選択することができる。例えば、サスペンション本体のストロークを増減させてもよいし、サスペンション本体を傾倒させてもよい。サスペンション本体のストロークを増減させる具体的なものは、サスペンション本体に用いられるショックアブソーバー等の構造に応じて、ピストンシリンダーを伸縮させるものや、コイルバネの下端に当接するストッパーの位置を上下動させるもの等が好適に用いられる。
これにより、旋回時のカーブの曲率に応じて変動する走行速度に対して、車体を最適なロール角で傾斜させ、必要な向心力を得ることができ、走行安定性を向上させることができる。
さらに、前記連動機構は、前記前後軸と前記上下軸の交点を不動中心点として前記水平基準軸周りに回動自在に保持されたコア部と、前記コア部の前記不動中心点を通り前記水平基準軸と直交して配置され前記コア部を回動自在に支持する連動比調整軸と、前記コア部と共に前記連動比調整軸を前記水平基準軸周りに回動させる回動操作部とを有する連動比調整部を備え、
前記連動比調整部は、前記回動操作部により回動する前記連動比調整軸の前記上下軸に対する傾斜角度に応じて、前記ラック部の左右方向の移動量と前記スライダー部の左右方向の移動量の比を変化させて、前記操舵角と前記ロール角との連動比を調整するすることが好ましい。
連動比調整部の回動操作部を操作して、連動比調整軸が垂直となるようにして上下軸と一致させた状態では、ラック部が左右に摺動した際に、ラック側継手部は水平基準軸及びコア部と共に、上下軸(=連動比調整軸)を中心に左右に回動する。このとき、スライダー側継手部の一端側はスライダー側ボールジョイントを介して上下方向摺動部に回動自在に連結されており、他端側は水平基準軸に回動自在に保持されているので、スライダー側継手部は上下軸(=連動比調整軸)を中心にその場で回動する。この結果、スライダー部が摺動しないので、サスペンション機構が動作せず、車体は水平を保ったままとなる。つまり、ステアリング機構で操舵角を変化させる際に、必要に応じて、サスペンション機構が動作しないようにして、車体を傾斜させないことができる。
これに対し、回動操作部の操作により、水平基準軸を中心として連動比調整軸を上下軸に対して傾斜させることにより、ラック部が左右に摺動した際に、ラック側継手部は水平基準軸及びコア部と共に、傾斜した連動比調整軸を中心に回動する。このとき、スライダー側継手部の一端側はスライダー側ボールジョイントを介して上下方向摺動部に回動自在に連結されており、他端側は水平基準軸に回動自在に保持されているので、スライダー側継手部も、傾斜した連動比調整軸を中心に回動する。つまり、連動機構全体が連動比調整軸を中心に水平面に対して捩じれるように回動するため、スライダー側継手部のスライダー側ボールジョイントが上下方向及び左右方向に移動することになり、それに伴ってスライダー側ボールジョイントに連結された上下方向摺動部が上下方向に摺動しながら、スライダー部と共に左右方向に移動する。この結果、スライダー部に連結されたロール角調整リンク部によって左右のサスペンション本体のストロークを増減させ若しくは左右のサスペンション本体を傾倒させることができ、操舵角に連動させて車体のロール角を変化させることができる。
連動比調整軸の傾斜角度に応じて、ラック部の左右方向の移動量とスライダー部の左右方向の移動量の比が変化するので、連動比調整部によって操舵角とロール角との連動比を簡単に調整することができる。
これにより、車体の大きさ、車輪のサイズ、走行速度等に応じて操舵角とロール角との連動比を最適に調整することができ、汎用性に優れる。
図1〜図6に示す本発明の一実施の形態に係る車両用走行制御装置10は、車体の前方に配置される左右の操舵輪をステアリングホイールによって操舵する車両に搭載され、操舵輪の操舵角と連動して車体のロール角を変化させるものである。
まず、車両用走行制御装置10は、車両の旋回時にステアリングホイール(図示せず)の操作に応じて左右の操舵輪(図示せず)の車軸11a、11bを支持する車輪支持部12a、12bを軸支部13a、13bを中心に左右方向に回動させて操舵輪の操舵角を変化させるステアリング機構14を有している。
図1、図3、図5に示すように、ステアリング機構14は、車体(図示せず)に固定されるベース部15と、ステアリングホイールの操作に応じて車体の幅方向に摺動するラック部16を有しており、ラック部16の左右両側から車体の幅方向にラック軸17a、17bが延設されている。ベース部15には、車体の幅方向と平行に形成された左右のラック軸ガイド孔18a、18bによりラック軸17a、17bを摺動自在に保持し、ラック部16の摺動をガイドするラックガイド部19が形成されている。また、左右のラック軸17a、17bと車輪支持部12a、12bとの間は、長手方向の両端部に連結ボールジョイント20を備えた連結軸21a、21bで連結されている。これにより、ステアリングホイールを操作してラック部16を車体の左右方向に摺動させることで、ラック軸17a、17bに連結された連結軸21a、21bを介して左右の車輪支持部12a、12bを軸支部13a、13bを中心に左右方向に回動させて操舵輪の操舵角を変化させることができる。
図1、図2、図4、図5に示すように、サスペンション機構22は、ベース部15の両側に連結され車体の左右両側に配置されるアーム部24a、24bを有している。アーム部24a、24bの一端側は揺動軸23a、23bにより、ベース部15に対して上下方向に揺動自在に支持されている。また、アーム部24a、24bの他端側に設けられた軸支部13a、13bにより、車輪支持部12a、12bが左右方向に回動自在に保持されている。そして、ベース部15に固定される車体と、車輪支持部12a、12bを保持するアーム部24a、24bとの間は、左右のサスペンション本体25a、25bによって連結される。
また、図1〜図4に示すように、サスペンション機構22は、ベース部15により車体の幅方向に摺動自在に保持され連動機構26を介してラック部16と連結され、ラック部16に連動して摺動するスライダー部27を有している。そして、スライダー部27の左右両側から車体の幅方向にスライダー軸28a、28bが延設されており、ベース部15には、車体の幅方向と平行に形成された左右のスライダー軸ガイド孔29a、29bによりスライダー軸28a、28bを摺動自在に保持し、スライダー部27の摺動をガイドするスライダーガイド部30が形成されている。
また、ベース部15の左右両側には支持柱36a、36bが立設されており、支持柱36a、36bの上端から車体の外側に向かってサスペンション支持アーム37a、37bが延設されている。サスペンション支持アーム37a、37bの先端にはピストン部33a、33bを上下方向に摺動自在に保持する摺動孔38が形成されたピストン保持部材39a、39bが取り付けられている。このピストン保持部材39a、39bは車体の前後方向と平行に設けられたピストン支持軸40a、40bによってサスペンション支持アーム37a、37bに保持されており、ピストン支持軸40a、40bを中心に揺動自在となっている。このようにピストン部33a、33bを上下方向に摺動自在に保持するピストン保持部材39a、39bが、サスペンション支持アーム37a、37bに揺動自在に保持されているので、サスペンション本体25a、25bの伸縮(ピストン部33a、33bの昇降)や傾倒に対応することができる。
そして、スライダー軸28a、28bの先端部とサスペンション本体25a、25bのピストン部33a、33bはロール角調整リンク部41a、41bで連結されている。ロール角調整リンク部41a、41bの両端部は、スライダー軸28a、28bの先端部に車体の前後方向と平行に設けられたスライダー側回動軸42a、42bと、ピストン部33a、33bの長手方向の途中に車体の前後方向と平行に設けられたピストン側回動軸43a、43bで回動自在に保持されている。
なお、ピストン部33a、33bの上端部及びピストン支持軸40a、40bとピストン側回動軸43a、43bの間には外形がピストン部33a、33bよりも大きく形成されたストッパー部44、45が設けられており、これによりピストン部33a、33bの可動範囲を制限することができる。
まず、図5に示すように、連動機構26は、ラック部16にその摺動方向と直交して車体の前後方向に摺動自在に保持された略円板状の前後方向摺動部46を備えている。ラック部16には前後方向摺動部46を摺動自在に保持するラック部ガイド孔47と、ラック部ガイド孔47の内側に対向配置された2カ所のラック側突起部48が形成されており、前後方向摺動部46にはラック側突起部48と係合する前後方向切欠き部49が形成されている。これにより、前後方向摺動部46がラック部ガイド孔47の中で回転することがなく、確実に前後方向に摺動することができる。ラック側突起部48と前後方向切欠き部49は互いに係合して前後方向摺動部46の回転を防止できればよく、その形状、数、配置等は適宜、選択することができる。なお、前後方向摺動部46を矩形状や多角形状に形成した場合は、ラック側突起部48と前後方向切欠き部49は不要である。
また、図1、図3、図5に示すように、前後方向摺動部46の中心部には球面状のラック部ジョイント孔50が形成されている。前後方向摺動部46と連結されるラック側継手部51は、図1に示すように、一端側である基部52の底面部中央にラック側ボールジョイント53を有し、他端側である基部52の上面部両側に対向配置された2つのラック継手側対向片54を有している。このラック側ボールジョイント53がラック部ジョイント孔50に回動自在に保持されることにより、ラック側継手部51は前後方向摺動部46に対して任意の方向に回動自在となっている。
また、図4、図5、図6に示すように、上下方向摺動部55の中心部には球面状のスライダー部ジョイント孔59が形成されている。上下方向摺動部55と連結されるスライダー側継手部60は、一端側である基部61の底面部中央にスライダー側ボールジョイント62を有し、他端側である基部61の上面部両側に対向配置された2つのスライダー継手側対向片63を有している。このスライダー側ボールジョイント62がスライダー部ジョイント孔59に回動自在に保持されることにより、スライダー側継手部60は上下方向摺動部55に対して任意の方向に回動自在となっている。
さらに、連動機構26は前後軸xと上下軸zの交点を不動中心点pとして水平基準軸64周りに回動自在に保持された立方体状のコア部65を有している。また、コア部65は不動中心点pを通り水平基準軸64と直交して配置される連動比調整軸66(以下、連動比調整軸66の中心線を連動比調整軸66と表記する場合がある。)周りにも回動自在に支持されている。そして、連動比調整軸66の両端部を支持する回動操作部67は、左右両側に水平基準軸64と同一軸線上に配置される回動操作軸68を有しており、この回動操作軸68がベース部15に形成された操作軸保持孔69に回動自在に保持されている。このコア部65、連動比調整軸66、回動操作部67を合わせたものが連動比調整部70であり、回動操作軸68に連結したモーター(図示せず)等で回動操作部67を回動操作することにより、コア部65と共に連動比調整軸66を水平基準軸64を中心に回動させることができる。この連動比調整部70は操舵角とロール角との連動比を調整する。また、連動比調整部70により、車両の走行速度に応じて連動比を調整(増減)することができる。
まず、ステアリング機構14の動作に対して、サスペンション機構22を連動させない場合について説明する。
ステアリング機構14とサスペンション機構22を連動させない場合は、連動比調整部70の回動操作部67を操作して、図7(A)〜(C)に示すように、連動比調整軸66が垂直となるようにして上下軸zと一致させる。この状態から、図8(A)に示すように、ラック部16を右方向に摺動させると、ラック側継手部51は図8(A)〜(C)に示すように水平基準軸64及びコア部65と共に、上下軸z(=連動比調整軸66)を中心に右回りに回動する。このとき、スライダー側継手部60の一端側はスライダー側ボールジョイント62を介して上下方向摺動部55に回動自在に連結されており、他端側のスライダー継手側対向片63は水平基準軸64に回動自在に保持されているので、スライダー側継手部60は上下軸z(=連動比調整軸66)を中心にその場で回動する。この結果、スライダー部27は摺動しないので、サスペンション機構22が動作せず、車体は水平を保ったままとなる。よって、ラック部16を右方向に摺動させてステアリング機構14で操舵角を変化させる際に、サスペンション機構22が動作しないようにして、車体を傾斜させないことができる。
なお、ラック部16が左方向に摺動した際には、左右方向の動作が逆転するだけで同様の動作を行うので説明を省略する。
ステアリング機構14とサスペンション機構22を連動させる場合は、回動操作部67を操作して、図9(A)〜(C)に示すように、水平基準軸64を中心として連動比調整軸66を上下軸zに対して車体前方側に傾斜させる。この状態から、図10(A)に示すように、ラック部16を右方向に摺動させると、ラック側継手部51は図10(A)〜(C)に示すように水平基準軸64及びコア部65と共に、傾斜した連動比調整軸66を中心に回動する。このとき、スライダー側継手部60の一端側はスライダー側ボールジョイント62を介して上下方向摺動部55に回動自在に連結されており、他端側のスライダー継手側対向片63は水平基準軸64に回動自在に保持されているので、スライダー側継手部60も、傾斜した連動比調整軸66を中心に回動する。つまり、連動機構26全体が連動比調整軸66を中心に水平面に対して捩じれるように回動するため、スライダー側継手部60のスライダー側ボールジョイント62が上方向及び左方向に移動することになり、それに伴ってスライダー側ボールジョイント62に連結された上下方向摺動部55も上方向に摺動しながら、スライダー部27と共に左方向に移動する。
なお、ラック部16が左方向に摺動した際には、左右の動作が逆転するだけで同様の動作を行うので説明を省略する。
以上のようにステアリング機構14の動作とサスペンション機構22の動作を連動させる場合、連動比調整軸66の傾斜角度に応じて、ラック部16の左右方向の移動量とスライダー部27の左右方向の移動量の比が変化するので、連動比調整部70の操作によって操舵角とロール角との連動比を簡単に調整することができる。但し、連動比調整軸66を上下軸zに対して車体後方側に傾斜させると、ラック側継手部51とスライダー側継手部60の回動方向が逆転し、スライダー部27の摺動方向が反転する。つまり、連動比調整軸66の傾斜方向によって、ラック部16とスライダー部27の摺動方向を同方向にするか逆方向にするかを切り換えることができるので、サスペンション本体25a、25bやロール角調整リンク部41a、41bの構造に応じて、連動比調整軸66の傾斜方向を選択する必要がある。
なお、図11(B)の動作と図11(C)の動作は同時に行わせることができる。
Claims (2)
- 車体の前方に配置される左右の操舵輪をステアリングホイールによって操舵する車両に搭載される車両用走行制御装置において、
前記車両の旋回時に前記ステアリングホイールの操作に応じて前記操舵輪を支持する車輪支持部を左右方向に回動させて前記操舵輪の操舵角を変化させるステアリング機構と、前記車体のロール角を変化させるサスペンション機構と、前記ステアリング機構と前記サスペンション機構を連結し前記ステアリング機構による前記操舵角の変化に連動させて前記サスペンション機構により向心力を増加させる方向に前記車体のロール角を変化させる連動機構とを有し、
前記ステアリング機構は、前記車体に固定されるベース部と、前記ステアリングホイールの操作に応じて前記車体の幅方向に摺動するラック部と、該ラック部の両側から前記車体の幅方向に延設された左右のラック軸と、前記ベース部に形成され前記ラック軸を摺動自在に保持するラックガイド部と、長手方向の両端部に連結ボールジョイントを備え該連結ボールジョイントを介して左右の前記ラック軸と前記車輪支持部との間を連結する連結軸とを有し、前記サスペンション機構は、一端側が前記ベース部に連結され前記車体の左右両側に配置されて他端側で前記車輪支持部を回動自在に保持するアーム部と、前記車体と前記アーム部との間を連結する左右のサスペンション本体と、前記ベース部により前記車体の幅方向に摺動自在に保持され前記連動機構を介して前記ラック部と連結され該ラック部に連動して摺動するスライダー部と、該スライダー部の両側から前記車体の幅方向に延設された左右のスライダー軸と、前記ベース部に形成され前記スライダー軸を摺動自在に保持するスライダーガイド部と、前記スライダー軸と前記サスペンション本体を連結して前記車体のロール角を調整するロール角調整リンク部とを有することを特徴とする車両用走行制御装置。 - 請求項1記載の車両用走行制御装置において、前記連動機構は、前記ラック部に該ラック部の摺動方向と直交して前記車体の前後方向に摺動自在に保持された前後方向摺動部と、一端側にラック側ボールジョイントを備え該ラック側ボールジョイントを介して前記前後方向摺動部に連結されたラック側継手部と、前記スライダー部に該スライダー部の摺動方向と直交して前記車体の上下方向に摺動自在に保持された上下方向摺動部と、一端側にスライダー側ボールジョイントを備え該スライダー側ボールジョイントを介して前記上下方向摺動部に連結されたスライダー側継手部と、前記操舵角が0度の中立状態で前記ラック側ボールジョイントの中心を通り前記車体の前後方向と平行な前後軸及び前記スライダー側ボールジョイントの中心を通り前記車体の上下方向と平行な上下軸と直交して前記車体の幅方向と平行に配置される水平基準軸とを有し、前記ラック側継手部及び前記スライダー側継手部の他端側は前記水平基準軸に回動自在に保持され、
さらに、前記連動機構は、前記前後軸と前記上下軸の交点を不動中心点として前記水平基準軸周りに回動自在に保持されたコア部と、前記コア部の前記不動中心点を通り前記水平基準軸と直交して配置され前記コア部を回動自在に支持する連動比調整軸と、前記コア部と共に前記連動比調整軸を前記水平基準軸周りに回動させる回動操作部とを有する連動比調整部を備え、
前記連動比調整部は、前記回動操作部により回動する前記連動比調整軸の前記上下軸に対する傾斜角度に応じて、前記ラック部の左右方向の移動量と前記スライダー部の左右方向の移動量の比を変化させて、前記操舵角と前記ロール角との連動比を調整することを特徴とする車両用走行制御装置。
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