(57)【要約】【課題】  スモールオーバーラップ衝突時に前輪１０からキャビンＣに作用する荷重を低減する。【解決手段】  タイロッド４０の基端とラックバー５１の先端とは、ボールジョイント６０にて連結される。タイロッド４０の基端には、ボールジョイント６０のソケット開放端６７と当接するストッパ４１が形成されている。タイロッド揺動角θが、通常時最大揺動角θmax１よりも大きく、かつ、衝突時揺動角θcrashよりも小さくなる角度に設定された離脱設定揺動角θmax２に到達した時に、ストッパ４１がソケット開放端６７に当接して、ボール６２がソケット６１から引き出される。これにより、タイロッド４０とラックバー５１との連結が断たれて、前輪１０が大きく外転して車両外側に押し出される。【選択図】  図５
2015101112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪を車体に対して回転可能に支持するナックルと、
先端がキングピン軸よりも車両前方側で前記ナックルに接続され、基端がステアリング装置に設けられたラックバーに接続されるタイロッドと、
を備えた車輪支持装置において、
前記タイロッドと前記ラックバーとは、前記ラックバーの先端に設けられるソケットと、前記タイロッドの基端に設けられ前記ソケット内に収納されるボールとを構成要素として備えたボールジョイントによって接続され、
前記タイロッドは、前記ボールが設けられる部位の近傍に、前記ソケットに対して前記タイロッドが揺動できる範囲を前記ソケットとの当接により制限するストッパを備え、
前記ストッパにより制限される前記タイロッドの揺動できる最大揺動角は、前記ステアリング装置が制限する前記前輪の最大舵角に対応する前記タイロッドの揺動角よりも大きく、車両衝突時に前記前輪を前記ステアリング装置から開放させる揺動角として予め設定した設定揺動角であり、
外部から前記前輪に入力された力によって前記タイロッドを前記設定揺動角よりも大きく揺動させようとする力が働いたとき、前記ストッパと前記ソケットとの当接によって、前記ボールを前記ソケットから離脱させる、あるいは、前記タイロッドを破断させるように構成された車輪支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前輪を転舵可能に支持する車輪支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車体前方から入力した衝突荷重を、前輪の挙動を利用して車体メンバに分散させる技術が知られている。例えば、特許文献１では、車両前方から入力した衝突荷重により、前輪を外転させつつ後退させて車体メンバに干渉させることで、衝突荷重を前輪から車体メンバに分散させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９８９３号公報
【発明の概要】
【０００４】
車両の幅方向端でバリアと正面から衝突するスモールオーバーラップ衝突時においては、前輪を外側に大きく転舵させることにより、前輪からキャビンに作用する荷重を低減することができる。しかし、転舵形式によっては、スモールオーバーラップ衝突時に前輪を良好に外転させることができない。以下、その理由について説明する。図６は、スモールオーバーラップ衝突時の前輪の動きを模式的に表した図である。前輪ＦＷは、サスペンションアームＳＡに取り付けられたナックルＮにより回転可能に支持される。ナックルＮには、タイロッドＴＲの先端が連結される。タイロッドＴＲは、その基端がラックバーＲＢに連結され、ラックバーＲＢの軸線方向運動によって揺動して前輪ＦＷを転舵する。
【０００５】
スモールオーバーラップ衝突時には、前輪ＦＷがバリアＢにより車両後方に押される。これにより、前輪ＦＷが外側に転向し始める。前輪がそのまま外側に大きく転向すれば、キャビンへ作用する荷重を低減することができるものの、図６に示すように、タイロッドＴＲが、前輪ＦＷのキングピン軸よりも車両前方側でナックルＮに連結されている形式の車両においては、前輪ＦＷは、タイロッドＴＲに引っ張られた状態で車両後方に押されていく。従って、前輪は外側に大きく転向されることなくキャビンＣ側に向けてめり込む。このため、キャビンＣに作用する荷重を良好に低減することができなくなる。
【０００６】
これに対して、タイロッドＴＲが、前輪ＦＷのキングピン軸よりも車両後方側でナックルＮに連結されている形式の車両においては、前輪ＦＷの外転によるタイロッドＴＲの揺動方向と、前輪ＦＷの後方移動によるタイロッドＴＲの揺動方向とが逆となるため、結果としてタイロッドＴＲの揺動量が少ない。また、仮に、タイロッドＴＲが前輪ＦＷを引っ張っても、その力は、前輪ＦＷを外転させるように作用する。このため、タイロッドＴＲが前輪ＦＷの外転を邪魔しない。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、キングピン軸よりも車両前方側でタイロッドがナックルに接続された車輪支持装置において、スモールオーバーラップ衝突時に前輪からキャビンに作用する荷重を低減することにある。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、前輪（１０）を車体に対して回転可能に支持するナックル（２０）と、先端がキングピン軸よりも車両前方側で前記ナックルに接続され、基端がステアリング装置に設けられたラックバー（５１）に接続されるタイロッド（４０）と、を備えた車輪支持装置において、
前記タイロッドと前記ラックバーとは、前記ラックバーの先端に設けられるソケット（６１）と、前記タイロッドの基端に設けられ前記ソケット内に収納されるボール（６２）とを構成要素として備えたボールジョイント（６０）によって接続され、
前記タイロッドは、前記ボールが設けられる部位の近傍に、前記ソケットに対して前記タイロッドが揺動できる範囲を前記ソケットとの当接により制限するストッパ（４１）を備え、
前記ストッパにより制限される前記タイロッドの揺動できる最大揺動角は、前記ステアリング装置が制限する前記前輪の最大舵角に対応する前記タイロッドの揺動角（θmax１）よりも大きく、車両衝突時に前記前輪を前記ステアリング装置から開放させる揺動角として予め設定した設定揺動角（θmax２）であり、
外部から前記前輪に入力された力によって前記タイロッドを前記設定揺動角よりも大きく揺動させようとする力が働いたとき、前記ストッパと前記ソケットとの当接によって、前記ボールを前記ソケットから離脱させる、あるいは、前記タイロッドを破断させるように構成されたことにある。
【０００９】
本発明においては、タイロッドの先端がキングピン軸よりも車両前方側でナックルに接続され、タイロッドの基端がラックバーに接続されている。タイロッドとラックバーとは、ボールジョイントによって接続される。このボールジョイントは、ラックバーの先端に設けられるソケットと、タイロッドの基端に設けられソケット内に収納されるボールとを構成要素として備えている。従って、ドライバーのハンドル操作によってラックバーが軸線方向に運動すると、この軸線方向運動によってタイロッドがボールジョイントを支点として揺動しながら前輪を転舵する。タイロッドとナックルとの接続は、直接的な接続を意味しているわけではなく、例えば、別部品として設けたナックルアームを介して行うものであってもよい。また、接続部には、ボールジョイントなどを介在させるとよい。
【００１０】
タイロッドには、ボールが設けられる部位の近傍にストッパが設けられている。このストッパは、ラックバーの先端に設けられたソケットと当接することにより、ソケットに対してタイロッドが揺動できる範囲を制限する。例えば、ストッパは、タイロッドの側面から径方向外側に突出して形成される。前輪の最大舵角は、ステアリング装置によって制限されているが、このストッパにより制限されるタイロッドの揺動できる最大揺動角は、ステアリング装置が制限する最大舵角に対応するタイロッドの揺動角よりも大きく、車両衝突時に前輪をステアリング装置から開放させる（切り離す）揺動角として予め設定した設定揺動角となっている。タイロッドの揺動角とは、タイロッドのソケットに対する揺動角を表す。
【００１１】
車両がスモールオーバーラップ衝突した場合、前輪は、衝突荷重によって車両後方へ押されながら外転する。これに伴ってタイロッドの揺動角が増加する。揺動角が設定揺動角に達するとストッパがソケットに当接する。そして、タイロッドを設定揺動角よりも大きく揺動させようとする力が働くと、タイロッドは、ストッパとソケットとの当接点を支点として揺動する。これにより、ボールがソケットから引き出される（離脱する）、あるいは、タイロッドの基端に曲げ応力が集中してタイロッドが破断する。この結果、タイロッドとラックバーとの連結が解除され、前輪は、ステアリング装置から開放されて大きく外転する。従って、本発明によれば、前輪からキャビンへ作用する荷重を低減することができる。
【００１２】
尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】タイロッドとラックバーとの連結構造を表す一部断面図である。
【図２】通常時最大揺動角θmax１を表す説明図である。
【図３】離脱設定揺動角θmax２を表す説明図である。
【図４】タイロッドがラックバーから離脱するときの動作説明図である。
【図５】本実施形態に係るスモールオーバーラップ衝突時の前輪の動きを模式的に表した図である。
【図６】従来例に係るスモールオーバーラップ衝突時の前輪の動きを模式的に表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る車輪支持装置について図面を用いて説明する。車輪支持装置は、図５に示すように、前輪１０を回転可能に支持するナックル２０と、ナックル２０を車体１００に対して揺動可能に支持するサスペンションアーム３０と、ナックル２０に連結され前輪１０を転舵するためのタイロッド４０とを備えている。ナックル２０は、図示しないボールベアリングによってアクスルハブを回転可能に支持している。前輪１０は、アクスルハブに固定される。これにより、ナックル２０は、前輪１０を回転可能に支持する。
【００１５】
サスペンションアーム３０は、略Ｖ字状に形成されたロアアームであって、Ｖ字体の両端となる位置に車体側連結部３１，３２を備え、Ｖ字体の中央頂点となる位置に車輪側連結部３３を備えている。車体側連結部３１，３２は、それぞれブッシュ３１ｂ，３２ｂを介して車体１００（サスペンションメンバ）に連結される。車体前連結部３１は、車体側連結部３２に対して車両前方側に連結される。また、車輪側連結部３３は、車体１００から車幅外方向に突出して設けられ、ボールジョイント２１を介してアクスルバブのほぼ真下となる位置でナックル２０に連結される。従って、前輪１０は、サスペンションアーム３０によって、車体１００に対して揺動可能、かつ、転向可能に支持される。
【００１６】
タイロッド４０の基端は、ステアリングギヤボックス５０に設けられたラックバー５１の先端とボールジョイント６０を介して連結される。また、タイロッド４０の先端は、ナックル２０とボールジョイント２２を介して連結される。ボールジョイント２１，２２は、それぞれ連結軸が略上下方向に向くように設けられる。
【００１７】
本実施形態の車輪支持装置を備えた車両は、ステアリングギヤボックス５０が車両前方側に設けられる後輪駆動車であり、タイロッド４０とナックル２０との連結位置が、サスペンションアーム３０とナックル２０との連結位置よりも車両前方側となっている。このため、タイロッド４０は、キングピン軸（前輪の転舵軸）よりも車両前方側でナックル２０に連結される。
【００１８】
ラックバー５１は、本体部がステアリングギヤボックス５０内に配設されるとともに、その左右両端（車幅方向両端）がステアリングギヤボックス５０から露出している。ステアリングギヤボックス５０は、内部にラックアンドピニオン機構を備えており、操舵ハンドルによって回転するステアリングシャフトの回転運動をラックアンドピニオン機構でラックバー５１の車幅方向の進退動作に変換する。
【００１９】
ラックバー５１の先端には、図１に示すように、ボールジョイント６０の構成要素である金属製のソケット６１が固定される。ソケット６１は、ボール６２を収納するボール収納座６３と、ボール収納座６３の基端側に一体的に設けられる締結用ボルト６４とを備えている。ソケット６１は、締結用ボルト６４を、ラックバー５１の先端に設けたネジ穴５２と螺合することにより、ラックバー５１の先端に締結される。
【００２０】
ボール収納座６３は、樹脂製のシート６５を介して金属製の球状のボール６２を収納する。ボール６２は、ソケット６１と組をなすボールジョイント６０の構成要素をなすもので、タイロッド４０の基端に設けられている。ボール６２とタイロッド４０とは、図２に示すように、タイロッド４０の中心軸Ｌ２がボールの中心Ｏを通るような配置で一体的に形成されている。ボール収納座６３の先端側には、円形状の開放口６６が形成されており、この開放口６６から、ボール６２とタイロッド４０との連結部が露出している。ソケット６１は、開放口６６の中心とボール収納座６３の中心とを結ぶソケット中心軸Ｌ１（すなわち、開放口６６の中心とボール６２の中心Ｏとを結ぶ中心軸）が、ラックバー５１の中心軸（ラック軸と呼ぶ）と同軸上に配置されるようにラックバー５１の先端に固定される。尚、ソケット中心軸Ｌ１がラック軸に対して同軸関係とならない所定角度を成すようにソケット６１をラックバー５１の先端に固定してもよい。
【００２１】
ソケット６１は、ボール６２をボール収納座６３に収納した状態でタイロッド４０を揺動可能に支持する。このタイロッド４０とラックバー５１との連結部は、蛇腹状のブーツ７０により覆われている。
【００２２】
タイロッド４０は、このように両端がラックバー５１とナックル２０とに連結しているため、ハンドル操作によってラックバー５１がラック軸方向に進退運動をすると、それに合わせて揺動しながら前輪１０を転舵する。以下、タイロッド４０のソケット６１に対する揺動角、つまり、タイロッド４０の中心軸Ｌ２とソケット中心軸Ｌ１との成す角度をタイロッド揺動角θと呼ぶ。
【００２３】
タイロッド４０の基端には、径方向外側に向けてリング状に突出したストッパ４１が一体的に形成されている。ストッパ４１は、タイロッド４０がボール６２の中心Ｏ（ボール収納座６３の中心）を支点として揺動したときに、ストッパ４１の揺動方向の延長線上にソケット６１の開放口６６の端部６７（以下、ソケット開放端６７と呼ぶ）が配置されるように位置決めされている。
【００２４】
ドライバーが操舵することのできる前輪１０の舵角範囲（最大舵角）は、ラックバー５１の進退ストローク範囲によって設定されている。例えば、ステアリングギヤボックス５０に設けた図示しないラックエンド部材によってラックバー５１の左右の最大進退位置（ストロークエンド）が設定され、これにより前輪１０の舵角範囲が決定される。通常の使用状態では、この舵角範囲にて前輪１０が転舵される。前輪１０の外向きの最大舵角時におけるタイロッド揺動角θを通常時最大揺動角θmax１と呼ぶ。
【００２５】
ストッパ４１は、図２に示すように、タイロッド揺動角θが通常時最大揺動角θmax１になる状態、つまり、操舵ハンドルによって前輪１０が外向きに最大舵角にまで転舵された状態ではソケット開放端６７には当たらず、図３に示すように、タイロッド揺動角θが離脱設定揺動角θmax２になる位置でソケット開放端６７に当接するように、その径方向の張り出した長さが設定されている。
【００２６】
本願発明者らは、種々のスモールオーバーラップ衝突テストを行い、スモールオーバーラップ衝突時におけるタイロッド４０の最大揺動角（衝突時揺動角θcrashと呼ぶ）を測定した。この衝突時揺動角θcrashは、通常時最大揺動角θmax１よりも大きな角度となっている。上述したように、スモールオーバーラップ衝突時に前輪１０の動きがタイロッド４０によって拘束されていると、前輪１０を大きく外転させることができなくなる。そこで、本実施形態においては、スモールオーバーラップ衝突時には、前輪１０が車両後方に移動している途中で、タイロッド４０による前輪１０の拘束を解除する。そのためには、前輪１０の拘束解除を、タイロッド４０の揺動角が衝突時揺動角θcrashに達する前に行う必要がある。この衝突時揺動角θcrashは、複数のテストで得られた衝突時揺動角θcrashの最小値より小さい値を採用するとよい。
【００２７】
本実施形態においては、タイロッド４０の揺動によりストッパ４１をソケット開放端６７に当接させることにより、ボール６２をボール収納座６３から引き出して、あるいは、タイロッド４０の基部に曲げ応力を集中させてタイロッド４０を破断させる。これにより、タイロッド４０がラックバー５１から切り離されて、タイロッド４０による前輪１０の拘束を解除する。そのようにするために、離脱設定揺動角θmax２、つまり、ストッパ４１がソケット開放端６７に当接するときのタイロッド揺動角は、通常時最大揺動角θmax１よりも大きく、かつ、衝突時揺動角θcrashよりも小さい角度に設定されている（θmax１＜θmax２＜θcrash）。従って、車両衝突が発生していない通常時においては、ストッパ４１が操舵操作の邪魔をせず、スモールオーバーラップ衝突時においては、確実にストッパ４１をソケット開放端６７に当接させることができる。
【００２８】
スモールオーバーラップ衝突時には、前輪１０がバリアＢによって車両後方に押されて外側に転向する。例えば、サスペンションアーム３０を支持するサスペンションメンバ１００が変形したり、サスペンションアーム３０の車体側連結部３１あるいは車体側連結部３２が外れてサスペンションアーム３０の向きが後方に変化したりして、前輪１０が外側に向けられる。この段階では、前輪１０は、タイロッド４０を介してラックバー５１に連結されているため、タイロッド４０に引っ張られながら車両後方に移動する。これにより、タイロッド揺動角θが増加していく。
【００２９】
そして、タイロッド揺動角θが離脱設定揺動角θmax２に達すると、図３に示すように、ストッパ４１がソケット開放端６７に当接する。バリアＢから前輪１０に車両後方に向かう荷重が働いている場合には、タイロッド４０を揺動させようとする力が継続して作用する。これによりタイロッド４０は、図４に示すように、ストッパ４１とソケット開放端６７との当接点Ｐを支点として揺動する。このため、ボール６２がボール収納座６３から引き出される。あるいは、タイロッド４０の基部に曲げ応力が集中してタイロッド４０が破断する。
【００３０】
従って、ラックバー５１とタイロッド４０との連結が解除され、その結果として、前輪１０がタイロッド４０により拘束されない状態、つまり、ステアリング装置から開放された状態となる。こうして、図５に示すように、前輪１０は、車両後方に向かう荷重によって大きく外転する。これにより、前輪１０がキャビンＣ内に入り込まないようになり、前輪１０からキャビンＣに作用する荷重を低減することができる。また、スモールオーバーラップ衝突時には、前輪１０回りの部品も破損するため、タイロッド４０から切り離された前輪１０は、車両の幅方向外側に押し出されやすい。これによってもキャビンＣに作用する荷重を低減することができる。
【００３１】
以上説明したように本実施形態の車輪支持装置によれば、タイロッド揺動角θが、通常時最大揺動角θmax１よりも大きく、かつ、衝突時揺動角θcrashよりも小さくなる角度に設定された離脱設定揺動角θmax２に到達した時に、ソケット開放端６７に当接するストッパ４１をタイロッド４０の基端に備えている。これにより、車両がスモールオーバーラップ衝突したときに、ラックバー５１とタイロッド４０との連結を解除することができ、前輪１０をステアリング装置から開放させることができる。従って、前輪１０からキャビンＣに作用する荷重を低減することができる。また、離脱設定揺動角θmax２を通常時最大揺動角θmax１よりも大きな角度に設定しているため、通常時における前輪１０の転舵動作に何ら悪影響を及ぼさない。また、ストッパ４１をタイロッド４０の基端に設けるという簡単な構成により実施することができる。
【００３２】
以上、本実施形態の車輪支持装置に係る実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３３】
例えば、本実施形態においては、ソケット開放端６７を、ストッパ４１と当接する部位（ストッパ受け）としてそのまま利用しているが、ソケット開放端６７とは別に、ストッパ受けをソケット６１に形成するようにしてもよい。また、本実施形態のストッパ４１は、リング板状に形成されているが、ソケット６１に当接できる形状であればよく、必ずしもタイロッド４０の全周に形成する必要はない。
【符号の説明】
【００３４】
１０…前輪、２０…ナックル、３０…サスペンションアーム、４０…タイロッド、４１…ストッパ、５０…ステアリングギヤボックス、５１…ラックバー、６０…ボールジョイント、６１…ソケット、６２…ボール、６３…ボール収納座、６７…ソケット開放端、Ｂ…バリア、Ｃ…キャビン、θ…タイロッド揺動角、θcrash…衝突時揺動角、θmax１…通常時最大揺動角、θmax２…離脱設定揺動角。
【図１】
2015101112.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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