(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング機構によって角度調整がおこなわれる車両の２つの車輪を回転させ、該車輪のそれぞれに同期する横方向の力を作用させ、該横方向の力の作用下においてもステアリングが安定した姿勢で、車輪が横方向の力の作用方向に回動しないステアリング機構の安定領域の限界値を求めることを特徴とする、ステアリング機構の安定領域の限界値を測定する方法。
【請求項２】
同期回動する２つの回動装置のそれぞれに車両の２つの車輪を載置するとともに、車輪の回転によって車両が前後進することを防止するために車両を位置決め固定し、車輪を回転させた姿勢で２つの回転装置を正転方向および反転方向にそれぞれ同期回動させ、それぞれの回動方向におけるステアリング機構の安定領域の限界値を求めることを特徴とする請求項１に記載のステアリング機構の安定領域の限界値を測定する方法。
【請求項３】
車両の車輪に横方向の力を作用させ、該横方向の力の作用下においてもステアリングが安定した姿勢で、車輪が横方向の力の作用方向に回動しないステアリング機構の安定領域の限界値を求めるためのステアリング機構の安定領域の限界値を測定する装置であって、
前記装置は、２つの車輪を載置しながら同期回動することのできる回転装置と、車両を構成する別途の２つの車輪を載置する台座と、回転装置上で車輪が回転した際に車両が前後進することを防止するために車両を係止固定する係止手段と、車輪を回転させた姿勢で２つの回転装置を正転方向および反転方向にそれぞれ同期回動させた際に、それぞれの回動方向におけるステアリング機構の安定領域の限界値となる回動角度に対応した横方向の力を測定する測定手段と、から少なくとも構成されることを特徴とするステアリング機構の安定領域の限界値を測定する装置。
【請求項４】
前記回動装置は、第一の支持台と、第一の支持台に回動自在に装着された回動軸と、該回動軸に軸支された第二の支持台と、から少なくとも構成されており、第二の支持台には、２つの大ローラと、該２つの大ローラ間を巻装されたベルトと、該ベルト上に車輪が載置された際にベルトの平坦性を保持するための複数の小ローラと、からなることを特徴とする請求項３に記載のステアリング機構の安定領域の限界値を測定する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の車輪に横方向の力（横力）を作用させ、該横力の作用下においてもステアリングが安定した姿勢で車輪が横力作用方向に回動しないステアリング機構の安定領域の限界値を求めるためのステアリング機構の安定領域の限界値を測定する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両が路面を走行している際には車輪にモーメントが生じており、かかるモーメントによってステアリングが回動してしまう。ステアリングの回動とともに車輪も回動し、かかる車輪の回動姿勢でバランスした後は、かかる状態で車両が路面を曲線走行または横流れ走行することとなる。
【０００３】
ところで、ステアリングを構成する機構は車両の仕様によって複数の機構が使い分けられており、一般的に、乗用車やＲＶ車などにはラックピニオン式のステアリングが、トラックや建設／産業用重機などにはボールねじ式のステアリングが適用されている。また、それぞれの機構にもマニュアルタイプとパワータイプとがあり、可及的に小さな力でステアリングを可能としたものがいわゆるパワーステアリングである。
【０００４】
上記する車両の横流れを評価する従来の方法としては、例えば、特許文献１に開示されるように、車輪をローラ上に載置した姿勢で該車輪をローラに押圧した状態で回転させ、車輪の回転によってローラを従動回転させ、該ローラの軸方向移動量を測定することによって車に生じる横力を測定することで車両の横流れが評価され、ひいては車両の走行特性の特定がおこなわれるものである。
【特許文献１】特開２００１−５０８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の横力測定装置および方法によれば、比較的簡易に車輪に作用する横力を測定することが可能ではある。しかし、かかる装置／方法は、車輪に横力が作用した際のステアリング機構の安定領域、すなわち、ステアリング機構内の摩擦力が一定の横力以上の際にステアリングが横力作用下でも安定している状態（要素）を考慮していないため、実際の路面を走行する車両の車輪が横流れを生じる横力を精度よく特定するには至らない。実際のステアリング機構には、機構内に遊びや摩擦力が存在し、かかる要素によって、ステアリングを微妙にきっただけでは、ハンドルは戻らない現象などをはじめとして、ハンドルの微妙な切り返しではステアリング機構の駆動に影響を与えない領域が存在することとなる。
【０００６】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、ステアリング機構の有する摩擦力を適切に考慮し、かかる摩擦力の存在を前提として、例えばハンドルを手放しした状態でもステアリングが安定する安定領域の限界値に対応した横力（車両の横流れのはじまりとなる限界値でもある）を、高精度に求めることのできるステアリング機構の安定領域の限界値を測定する方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明によるステアリング機構の安定領域の限界値を測定する方法は、ステアリング機構によって角度調整がおこなわれる車両の２つの車輪のそれぞれに同期する横方向の力を作用させ、該横方向の力の作用下においてもステアリングが安定した姿勢で、車輪が横方向の力の作用方向に回動しないステアリング機構の安定領域の限界値を求めることを特徴とする。
【０００８】
ここで、ステアリング機構とは、ラックピニオン式機構やボールねじ式機構などを意味し、機構の種類によってその構成部材も異なることとなり、さらには、機構内に存在する（機構に固有の）摩擦力も異なってくることとなる。例えばラックピニオン式パワーステアリング機構を例に挙げれば、かかる機構は、ステアリングコラムやエンターメディエイトシャフト、ラックピニオン式パワーステアリングギアなどから構成され、それぞれの構成部材相互間の摩擦力の総和が、上記する機構に固有の摩擦力となる。また、ステアリング機構の安定領域とは、ステアリング機構の有する摩擦力が車輪に作用する横力に勝ることにより、一定の横力が作用した場合でも車輪が回動することなく、ステアリング機構が安定した状態となる領域のことである。
【０００９】
本発明のステアリング機構の安定領域の限界値を測定する方法では、例えば、車両の２つの前輪を駆動させた姿勢で双方の車輪を同期回動させることで、２つの車輪に同等の横方向の力を作用させる。ここで、横方向の力とは、いわゆる横力のことであり、車両が直進する方向を前後方向とした場合の左右方向に作用する力のことである。この同期回動の目的は、通常の車両の回転走行時、あるいはカント路面において、双方の車輪には同等の横力が同時に作用することを模擬するためである。
【００１０】
２つの車輪に同期作用する横力を徐々に大きくしていくと、ステアリング機構内の摩擦力がある横力値以下となり、したがって、２つの車輪は横力作用方向に回動することとなる。これは、横力の作用によって車両が横流れすることを模擬したものである。
【００１１】
本発明によれば、横力を車輪に対して左右に作用させ、車輪の回動方向において車両が横流れする横力の限界値を求めることにより、該車両に固有のステアリング機構内の摩擦力を考慮したステアリング機構の安定領域の限界値（車両の横流れの限界値）を精度よく求めることが可能となり、実際の車両走行時の車両安定性の特定に繋げることができる。例えば、カント路面の傾斜は我が国と米国で異なっており、各カント路面の傾斜方向やその勾配に対して対象となるステアリング機構内部の摩擦力に起因する安定領域を対比し、車両の横流れを生じさせる横力がこの安定領域よりも大きな場合には、対象ステアリング機構内部の摩擦力を適宜に調整することができる。さらには、車輪と路面との摩擦をも考慮し、ステアリング機構に特有の摩擦力と車輪−路面間の摩擦力の双方を総合的に判断して、安定領域の限界値を求めることもできる。
【００１２】
また、本発明によるステアリング機構の安定領域測定方法の他の実施形態は、同期回動する２つの回動装置のそれぞれに車両の２つの車輪を載置するとともに、車輪の回転によって車両が前後進することを防止するために車両を位置決め固定し、車輪を回転させた姿勢で２つの回転装置を正転方向および反転方向にそれぞれ同期回動させ、それぞれの回動方向におけるステアリング機構の安定領域の限界値を求めることを特徴とする。
【００１３】
例えば、適宜形態の２つの回動装置を同期回動できるように構成し、それぞれの回動装置上に車両の例えば２つの前輪を載置する。また、後輪は、回動装置と同等レベルの架台上に載置させ、車両を回動装置および架台上でフラットな姿勢となるように載置する。ここで、例えば前輪を回転駆動させ、あるいは回動装置に装着された回転ドラム等を回転駆動させることによって前輪を回転姿勢とする。回動装置および架台には、車両の全重量が載荷されるように他の支持部材、例えばジャッキ等によっては支持させず、車両の全重量が回動装置および架台に載荷されるようにすることで、かかる載置状態が路面上における載置状態を模擬したものとなるようにする。前輪の回転によって車両は前後進することとなるため、かかる車両の移動を防止するために、回転装置または架台または双方に連結された部材に反力を取るようにして、車両を載置場所に位置決め固定するようにする。例えば、回転装置に長尺ボルトを取り付けておき、車両ボディーの下面にボルト孔を穿設しておき、長尺ボルトをボルト孔に嵌装させてナット締めするなどの方法が適用できる。
【００１４】
車両の車輪（上記実施例では前輪）を回転させた姿勢で回動装置を徐々に一定の方向に回動させていく。なお、回動開始時点において、車輪は車両が直進する方向姿勢に調整されている。ここで、正転方向や反転方向とは回動方向が逆であることを示す意味であり、例えば、平面視で、正転方向が時計まわり方向、反転方向が反時計まわり方向である。
【００１５】
２つの回動装置を正転方向に徐々に同期回動させていくことにより、ある回動角度までは、車輪は回動装置に追従することなく、当初の姿勢を維持する。これは、既述するステアリング機構内の摩擦力によってもたらされる安定領域内に回動装置の回動による横力が入っているためである。さらに同期回動角度を大きくしていくことにより、車輪に生じる横力も大きくなり、ある回動角度（横力）が車輪に作用した時点で、車輪が回動方向に回転しはじめる。この車輪の回転始動時の回動角度と、該回動角度の際に車輪に作用する横力を計測することにより、実験車両が横流れを生じる横力の限界値を求めることができる。
【００１６】
正転方向における横力限界値を求めた後は、回転装置を元に戻し、反転方向に同様の実験をおこなうことにより、正転方向および反転方向における車両横流れの横力限界値（ステアリング機構内の摩擦力を考慮した）を高精度に求めることができる。
【００１７】
また、本発明によるステアリング機構の安定領域の限界値を測定する装置は、車両の車輪に横方向の力を作用させ、該横方向の力の作用下においてもステアリングが安定した姿勢で、車輪が横方向の力の作用方向に回動しないステアリング機構の安定領域の限界値を求めるためのステアリング機構の安定領域の限界値を測定する装置であって、前記装置は、２つの車輪を載置しながら同期回動することのできる回転装置と、車両を構成する別途の２つの車輪を載置する台座と、回転装置上で車輪が回転した際に車両が前後進することを防止するために車両を係止固定する係止手段と、車輪を回転させた姿勢で２つの回転装置を正転方向および反転方向にそれぞれ同期回動させた際に、それぞれの回動方向におけるステアリング機構の安定領域の限界値となる回動角度に対応した横方向の力を測定する測定手段と、から少なくとも構成されることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、ステアリング機構の安定領域を勘案した横力限界値を求めるための装置に関するものであり、車両を構成する４つの車輪のうちの２つの車輪を載置して同期回動する２つの回転装置と、残りの２つの車輪を載置する台座、および横力を測定する測定手段とから大略構成されている。この台座は、既述する架台と同様に、その天端レベルが回動装置の天端レベルと同程度となるように構成されており、回動装置と台座は相互に連結された形態であっても分離された形態であってもよい。また、回転装置上で車輪を回転させた姿勢で回動装置を回動させるため、回動装置および台座上で車両が移動しないような係止手段が例えば回転装置に設けられている。この係止手段の形態は特に限定するものではないが、既述するように長尺ボルトとナットから構成できる。なお、回転装置にて車両の移動を防止することとなるため、この回動装置は実験室の床や別途の重量物に連結した構成とするのが望ましい。
【００１９】
例えば、車両の前輪を回転させた姿勢で回動装置を正転方向および反転方向にそれぞれ回動させ、双方の回動方向で車輪が回動をはじめる回動角度と、その際に車輪に作用する横力を測定することにより、車両が横流れする横力限界値を求めることができる。
【００２０】
さらに、本発明によるステアリング機構の安定領域の限界値を測定する装置の他の実施形態において、前記回動装置は、第一の支持台と、第一の支持台に回動自在に装着された回動軸と、該回動軸に軸支された第二の支持台と、から少なくとも構成されており、第二の支持台には、２つの大ローラと、該２つの大ローラ間を巻装されたベルトと、該ベルト上に車輪が載置された際にベルトの平坦性を保持するための複数の小ローラと、からなることを特徴とする。
【００２１】
本発明は、ステアリング機構の安定領域の限界値を測定するための装置の構成要素のうち、回動装置の一実施形態に関するものである。第一の支持台は、回転装置を床面上に支持する台であり、この支持台に鉛直方向に延びる回動軸が回動可能に装着され、この回動軸の上端部に第二の支持台が固設されている。ここで、第二の支持台は、例えば上方が開放された筐体からなり、この筐体内に２つの大ローラ（後述する小ローラに比して相対的に大きなローラ）が間隔を置いてそれぞれ回転可能に軸支されている。双方の大ローラ間にはベルトが巻装されており、このベルト上面に車輪が載置されるようになっている。このベルトは、例えば金属製のベルトを使用することができる。また、２つの大ローラ間に掛け渡されたベルト上に車輪が載置された際に、車両の重量でベルトが下方に落ち込まないように、２つの大ローラ間には複数の小ローラが回転可能に軸支され、大ローラ間のベルトを下方から支持するように構成されている。同期回動する双方の回動軸は、例えばサーボモータにて回動することができる。このサーボモータにロータリエンコーダを装着させ、双方の回動速度や回動角度をインターフェイス回路を介して精度よく同期させることもできる。
【００２２】
本実施例の回動装置は極めて簡易な構成であり、その製造コストも比較的安価なものとなるため、結果として安価な安定領域測定装置の製造コストに繋がるものである。
【発明の効果】
【００２３】
以上の説明から理解できるように、本発明のステアリング機構の安定領域の限界値を測定する方法および装置によれば、使用されるステアリング機構に固有の摩擦力によってもたらされる安定領域（車輪に作用する横力以上の摩擦力領域）を勘案して、実際の車両走行時に車両が横流れを開示する限界値を精度よく求めることができる。かかる横流れは、カント路面の傾斜などによってもたらされるものであり、例えば、我が国と米国などではその傾斜方向が異なることから、使用される国の路面カント状況と、車両に適用されるステアリング機構の仕様に応じて横流れ限界値を算定しておくことにより、その結果に基づいて、ステアリング機構内部の摩擦力の調整をおこなうことで、任意のカント路面において横流れし難い車両を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の測定装置に車両を搭載し、ステアリング機構のステアリング機構の安定領域を測定している状況を示した模式図であり、図２は、カント路面において車両に作用する横力と摩擦力を模式的に示した図である。図３は、ステアリング機構の安定領域を示したグラフを、図４は、横力がステアリング機構の安定領域を逸脱していることを示した図をそれぞれ示している。測定装置が、図示する実施形態に限定されるものでないことは勿論のことである。
【００２５】
図１は、ステアリング機構の安定領域の限界値を求めるための測定装置を構成する回動装置１，１の上に車両Ａの前輪が載置され、後輪が台座６上に載置された状態を示したものである。回動装置１は、床面に該回動装置１を載置する支持台３と、この支持台３に回動可能に支持された鉛直方向に延設する回動軸４と、この回動軸４の上端に固設された筐体２、筐体２を回動軸４以外にも支持する支持体２１，２１，…、筐体２内に設けられた２つの大ローラ５１，５１と、この大ローラ５１，５１間に巻装された金属ベルト５３、さらには車両Ａの重量に対して金属ベルト５３の平坦性を確保するための複数の小ローラ５２，５２，…とから大略構成されている。ここで、支持体２１，２１，…は筐体２を安定支持するための部材であり、筐体２の下面を縁切りの形態で支持しているにすぎず、該筐体２の回動の支障になるものではない。前輪の回転によって車両が前後進することを防止するために、支持台３から突出した長尺ボルト７を図示しない車体下部のボルト孔に嵌装させ、ナット締めが施されている。各前輪を載置した姿勢で回動させる回転装置１，１は、同期回動できるように、図示しないインターフェイス回路に接続され、制御されている。また、回動軸４は、図示しないサーボモータにて回動し、サーボモータに取り付けられた図示しないロータリエンコーダにて回動角を精度よく読み取ることで同期回動の精度を確保している。
【００２６】
図示する実施形態では、車両Ａの前輪を回転駆動させ、この車輪の駆動に応じて大ローラ５１，５１と小ローラ５２，５２，…および金属ベルト５３が従動するものである。なお、大ローラ５１，５１を回転駆動させることで金属ベルト５３を回転させ、金属ベルトと車輪との間の摩擦力を介して前輪を従動させる構成であってもよい。いずれの構成であっても、前輪を回転させた状態（車両の走行状態を模擬）で２つの回転装置１，１を一定方向に徐々に回動させていきながら、車両が横流れを生じる、すなわち、車輪が回動装置１の回動方向に回動を開始する回動角度およびその際の横力の測定をおこなうものである。
【００２７】
回動軸４，４の同期回動方向は、まず、図１のＸ１方向でおこない、回動軸４，４の回動角を徐々に大きくしていきながらＸ１方向において車両Ａに横流れが生じる回動角およびその際の限界横力を図示しない測定手段にて測定し、次に、回動軸４，４をＸ２方向に徐々に回動させることで同様にＸ２方向における横流れが生じる回動角およびその際の限界横力の測定をおこなう。
【００２８】
図２は、車両の進行方向に対して左側に傾斜をもつ我が国のカント路面において、ステアリング機構８に作用する横力Ｆ１とステアリング機構内部の摩擦力Ｆ２および車輪と路面との間の摩擦力Ｆ３を模式的に示した図である。本発明では、この摩擦力のうち、既述する装置によって、主にステアリング機構８に特有の内部摩擦力Ｆ２に起因するステアリング機構８の安定領域（車輪に横力が作用しても車両がカント路面の傾斜方向に横流れしない範囲）を求めようとするものである。横力に抗し得る一定範囲の安定領域を越えた横力が車両に作用した際にはじめて、ハンドルをきることによって車両の横流れを阻止する必要が生じる。なお、日本とはカント路面勾配が反対方向となる米国においては、横流れを生じさせようとする横力が反対側となることを付言しておく。
【００２９】
図３は、我が国におけるカント路面におけるセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）とステアリング角度（ＳＴ）との関係グラフから、ＳＡＴがゼロとなる点を算定し、図１にて測定した横流れを生じさせる横力限界点を決定してなるグラフを示したものである。
【００３０】
車両の進行方向に対して左傾斜している我が国の路面では、右側方向の横力限界点（Ａ点）が左側方向のそれ（Ｂ点）に比して小さくならざるを得ない。なお、図に示すＳＡＴがゼロのＳＴ角度座標に対応したグラフの横力（Ｃ点）は残留横力となる。実験にて測定されたこのＡ点からＢ点までの範囲（Ｌ）は、主に対象となるステアリング機構内部の摩擦力に起因する安定領域であり、このグラフ範囲に作用横力が入る場合には、車両に横流れは生じない。
【００３１】
図４は、任意のステアリング機構の安定領域を示すグラフ（Ｘ線）に対して、カント路面によってもたらされる横力が安定領域を外れた場合（Ｐ点）をグラフ外に示したものである。かかる場合には、このＰ点がステアリング機構の安定領域内に収まるように、ステアリング機構内部の摩擦力の調整をおこなうことにより、容易に対処することができる。例えば、ラックピニオンギアの調整などがそれである。ステアリング機構内部の摩擦力の調整をおこなうことにより、その安定領域が広がり（図中のＹ線）、対象カント路面に対しても車両の横流れが生じないステアリング機構を構成することができる。
【００３２】
なお、横力に抗して車両が横流れを生じない要素としては、かかるステアリング機構内部の摩擦力のほかにも車輪と路面間の摩擦力が挙げられる。したがって、図１に示す回動装置１の構成部材である金属ベルト５３の表面にアスファルト層を形成し、このアスファルト層と対象となる車輪（タイヤ）との間の摩擦をも勘案した実験をおこなうことにより、ステアリング機構内部の摩擦力と、車輪−路面間の摩擦力からなる総摩擦力と横流れを生じさせる限界横力の関係を求めることも可能となり、その際に、ステアリング機構の調整に加えて車輪仕様の変更もおこなうことにより、横流れを生じさせない車両安定領域の拡大調整を図ることができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の測定装置に車両を搭載し、ステアリング機構のステアリング機構の安定領域を測定している状況を示した模式図。
【図２】カント路面において車両に作用する横力と摩擦力を模式的に示した図。
【図３】ステアリング機構の安定領域を示したグラフ。
【図４】横力がステアリング機構の安定領域を逸脱していることを示した図。
【符号の説明】
【００３５】
１…回動装置、２…筐体、３…支持台、４…回動軸、５１…大ローラ、５２…小ローラ、５３…ベルト、６…台座、７…長尺ボルト、８…ステアリング機構、Ａ…車両
【図１】
0004706375.tif 000002
【図２】
0004706375.tif 000003
【図３】
0004706375.tif 000004
【図４】
0004706375.tif 000005