(57)【要約】【課題】  タイヤの舵角の変化に制限を受けたり等する欠点を解消しつつ、操舵力を低減すると共にタイヤのグリップ力を高めるだけでなく、操舵に伴うタイヤの旋回に大きな空間を必要としない車両用操舵装置を得る。【解決手段】 タイヤ１４の内周側に配置されるホイール２２に、回転中心線ＴＣ廻りにタイヤ１４を回転する為のホイールモータ２４の回転軸２４Ａが連結される。このホイールモータ２４と車体１２側の支持部分に位置する操舵モータ１６の回転軸１６Ａとの間を連結アーム２６が連結する。これに合わせて連結アーム２６は、操舵モータ１６の回転軸１６Ａとタイヤ１４の接地部分の幅方向中心ＴＡとを繋ぎ且つタイヤ１４の回転中心線ＴＣに対して垂直方向に延びる線分が、旋回軸Ｓとされて、車体１２に対して旋回可能に支持される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面に接地するタイヤと、
前記タイヤの路面接地面の中心から、タイヤ径の中心方向に延びる線分が旋回軸とされて、車体に対して旋回可能に支持されつつ、前記タイヤと車体との間を連結する連結アームと、
を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
車体への振動の伝達を緩衝する緩衝機構と、備え、
前記緩衝機構は、前記車体と前記連結アームとの間に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
連結アームの車体に対する旋回角を検出する舵角センサと、備え、
前記舵角センサは、前記旋回軸上に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの舵角の変化に制限を受けたり等する欠点を解消しつつ、操舵力を低減すると共にタイヤのグリップ力を高めるだけでなく、操舵に伴うタイヤの旋回に大きな空間を必要としない車両用操舵装置に関し、更には舵角の検出精度が高い車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来の一般的な車両の操舵構造を示す。この図９に基づき従来技術を説明する。この操舵構造では、車体を支持する為のコイルバネ１１２やキングピン１１４を有するが、このキングピン１１４の軸線である操舵の中心軸Ｃとタイヤ１１６の接地中心を通る垂線Ｐとが離れて位置している為、操舵する際のモーメントが大きくなり、大きな操舵力が必要になる。
【０００３】
この結果として、この操舵構造を構成する各部材の強度を高める必要性があることから、これら部材が大きく且つ重くなる欠点を有していた。またこれに伴って、操舵の為に必要とされるエネルギーも大きくなることから、ステアリングを廻す際に大きな力が必要となる欠点をも有していた。
【０００４】
図９は、近年多用されている車両の操舵構造を示す。この図９に基づき別の従来技術を説明する。この操舵構造では、キングピン１１４の軸線である操舵の中心軸Ｃがタイヤ１１６に対して傾いてこの操舵の中心軸Ｃが路面Ａ側でタイヤ１１６の接地中心を通る垂線Ｐに近づいて位置していることから、操舵する際のモーメントが小さくなる。
【０００５】
そしてこの結果として、この操舵構造を構成する部材の強度を高める必要性が無くなる為、これら部材を小さく且つ軽くすることができる。また、操舵に必要とされるエネルギーも小さくなることから、ステアリングを廻す際に大きな力が必要とされない。
【０００６】
但し、ステアリングを廻して操舵した時に、図１０に示ようにタイヤ１１６の舵角が変化するのに伴いタイヤ１１６の接地部分である外周面と路面Ａとの間の角度θが変化し、タイヤ１１６の路面に対するグリップ力が落ちる欠点があった。また、ステアリングを廻して操舵した時に、キングピン１１４の上端側を中心にタイヤ１１６が図１０に示す円Ｂに沿って旋回することから、タイヤ１１６の旋回に大きな空間が必要とされて、タイヤ１１６が配置される車両のタイヤハウス内に広い空間が必要となる欠点をも有していた。
【０００７】
一方、操舵装置の従来技術として、特許文献１である下記の特開２００５−１１８３３６号公報に開示された構造が知られている。この操舵装置では、図１１に示すように、車体フレーム１２０にセンターピン１２２及び一対のキングピン１２４が支持されると共に、前輪である一対のタイヤ１２８がこれらキングピン１２４とそれぞれ連結されるアーム部１２６を介して、連結板１３０にそれぞれ連結される構造になっていて、センターピン１２２に繋がるセンターアーム１３２の旋回で連結板１３０が車体の左右方向に移動するのに伴い、タイヤ１２８の舵角が変化するようになっている。
【０００８】
従って、この操舵装置では、ステアリングを軽く操作できると共に、３００度程度の角度範囲まで操舵ができて比較的に車両の小回りが効くようになるものの、アーム部１２６と連結板１３０とが干渉して３００度の角度範囲までしか操舵できなかった。この為、直進方向を０度とした場合、例えば１５０度右にステアリングを切った後に、さらに１０度多くして１６０度右にステアリングを切るといった連続的な操舵ができないので、車両の動きに制限を受けることになる。
【０００９】
さらに、この特許文献１の操舵装置では、左右のタイヤが連結板１３０を介して繋がっていることから、同相でしか左右のタイヤを操舵できないことになり、その場で車両を旋回するなどという旋回半径の小さな操舵はできない。また、内輪差を吸収できない構造となっているので、車体幅の広い車両では、ステアリングを操作した場合でもコーナー等を上手く曲がれない欠点も有していた。
【００１０】
図１２は、従来技術の舵角センサの配置を示す概略平面図である。この図１２に示すようにタイミングベルト１４４の回転を介してタイヤ１１６の舵角が変化される構造に従来は一般になっている関係から、タイヤ１１６の舵角を検出する為の舵角センサ１４２は、操舵の中心軸と別の例えばタイミングベルト１４４に隣り合った位置に配置されていて、このタイミングベルト１４４の回転量から舵角を間接的に検出していた。またこれとは別に、ステアリングシャフトに舵角センサ１４２を配置して、舵角を間接的に検出する場合もあった。
【特許文献１】特開２００５−１１８３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上より、特許文献１が有する、タイヤの舵角の変化に制限を受けたり、小旋回半径で旋回することができなかったり、或いは車体幅の広い車両ではコーナー等を上手く曲がれない等の欠点を解消しつつ、操舵力の低減やタイヤのグリップ力を高めるだけでなく、操舵に伴うタイヤの旋回に大きな空間を必要としないような構造は従来なかった。
他方、従来の操舵装置では、舵角センサがギアやベルト等によるバックラッシの影響を受ける為、舵角の検出精度が低かった。
【００１２】
本発明は上記事実を考慮し、タイヤの舵角の変化に制限を受けたり等する欠点を解消しつつ、操舵力を低減すると共にタイヤのグリップ力を高めるだけでなく、操舵に伴うタイヤの旋回に大きな空間を必要としない車両用操舵装置を提供することが第１の目的であり、舵角の検出精度が高い車両用操舵装置を提供することが第２の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る車両用操舵装置は、路面に接地するタイヤと、
前記タイヤの路面接地面の中心から、タイヤ径の中心方向に延びる線分が旋回軸とされて、車体に対して旋回可能に支持されつつ、前記タイヤと車体との間を連結する連結アームと、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項１に係る車両用操舵装置の作用を以下に説明する。
本請求項によれば、例えば前輪側の２つのタイヤを個々に操舵できる構造となるが、操舵の際の中心軸ともなる旋回軸が、タイヤ中心の近傍位置とされる車体側の支持部分とタイヤの接地部分とを繋ぐ位置に配置されているので、操舵力が低減されることになる。また、この旋回軸はタイヤの回転中心線に対して垂直方向に延びることから、操舵に伴ってタイヤ外周面の路面に対する角度が変化しない結果、路面に対するタイヤのグリップ力が高いまま維持できる。
【００１５】
一方、特許文献１のように連結板を使用して左右のタイヤを一体的に操舵する構造と異なり、本請求項では、タイヤの舵角の変化量に制限がなく、何度までであっても連続的にステアリングが切れるようになる。また、本請求項では、連結板を使用していないことから、左右のタイヤを別相で操舵できるので、車両のその場での旋回などの特殊な動きも可能となる。これらの結果から、本請求項では、タイヤの舵角の変化量に制限なく各タイヤを個々に操舵できるので、機動性に富んだ車両の動きが可能となる。
【００１６】
上記の記載内容に伴い、各タイヤに取り付けられるホイールモータの回転量を各タイヤ毎に調整することで、内輪差を吸収できるようになる為、どんな車体にも適応でき、車体幅の広い車両であってもコーナー等を上手く曲がれるようになる。
【００１７】
以上より、本請求項の車両用操舵装置によれば、タイヤの舵角の変化に制限を受けたり等する欠点を解消しつつ、操舵力が低減されると共にタイヤのグリップ力が高められるだけでなく、操舵に伴うタイヤの旋回に大きな空間が必要とされないようになる。
【００１８】
請求項２に係る車両用操舵装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項１と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、車体への振動の伝達を緩衝する緩衝機構が、車体と連結アームとの間に配置されるという構成を有している。つまり、本請求項によれば、緩衝機構により従来の操舵装置と同様に車体への振動の伝達を緩衝できるので、搭乗者に乗り心地の面で悪影響を与えることもない。
【００１９】
請求項３に係る車両用操舵装置の作用を以下に説明する。
本請求項によれば、車両のフレームとされる車体と路面に接地するタイヤを回転し得るホイールモータとの間を連結アームが連結する構造となっている。但し、この連結アームで車体とホイールモータとの間を連結する際に、車体側の支持部分とタイヤの接地部分とを繋ぎ且つタイヤの回転中心線に対して垂直方向に延びる線分が旋回軸とされて、連結アームが車体に対してこの旋回軸廻りで旋回可能に支持された構造に、請求項１と同様にされている。
【００２０】
さらに本請求項では、連結アームを任意の旋回角に旋回させる操舵モータが、車体側の支持部分に設置されると共に、連結アームの車体に対する旋回角を検出する舵角センサが、この操舵モータに配置されている。つまり、旋回軸上に位置することになる操舵モータに、舵角センサを設置することで、この舵角センサが実質的に操舵の際の中心軸となる旋回軸上に配置されることになる。
【００２１】
以上より、本請求項も請求項１と同様に作用することになるが、本請求項の車両用操舵装置ではさらに、操舵モータで舵角を変化する際に、舵角センサがギアやベルト等によるバックラッシの影響を受けないで舵角を検出できるようになることから、高精度に操舵角を検出でき、より緻密な舵角の制御が可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明の上記構成によれば、タイヤの舵角の変化に制限を受けたり等する欠点を解消しつつ、操舵力を低減すると共にタイヤのグリップ力を高めるだけでなく、操舵に伴うタイヤの旋回に大きな空間を必要としない車両用操舵装置を提供できるという優れた効果を有する。さらに、舵角の検出精度が高い車両用操舵装置を提供できるという優れた効果をも有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る車両用操舵装置の第１の実施の形態を、図１から図６に基づき説明する。
【００２４】
本実施の形態に係る車両用操舵装置１０は、例えば電気自動車等の車両に採用される。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置を用いた車両の側面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置を用いた車両の平面図である。そして、このような車両の車体１２には、図１及び図２に示すように４つのタイヤ１４が一般的に取り付けられていて、各タイヤ１４で路面Ａと接地される構造になっている。また、この車体１２には、車両進行方向と直交して延びるブラケット１２Ａが車体１２の一部として取り付けられている。このブラケット１２Ａのそれぞれ両端側の箇所には、回転軸１６Ａが直下に向いた形で、操舵モータ１６が固定されつつ取り付けられている。さらに、この操舵モータ１６の同軸上の位置とされる上端部には、この操舵モータ１６の回転軸１６Ａの回転量を検出する為の舵角センサ１８が設置されている。
【００２５】
これら操舵モータ１６及び舵角センサ１８は、ステアリングと繋がる図示しない制御装置に接続されている。舵角センサ１８が操舵モータ１６の回転軸１６Ａの回転量を検出するのに伴い、この制御装置により操舵モータ１６の回転軸１６Ａの回転量が制御されるようになっている。
【００２６】
一方、４つのタイヤ１４のうち、例えば前輪である２つのタイヤ１４の内周側にはタイヤ１４の支持部材であるホイール２２が配置されている。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置の一部破断した正面図であって、舵角が０°の場合の図である。また、図５は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置の一部破断した正面図であって、舵角が９０°の場合である。図３に示すように、この内の前輪側のホイール２２には、タイヤ１４の回転中心線ＴＣ廻りにタイヤ１４を回転させる為のホイールモータ２４の回転軸２４Ａが連結されている。そして、本実施の形態では、これらホイールモータ２４と操舵モータ１６の回転軸１６Ａとの間を金属製の連結アーム２６が連結する構造とされている。
【００２７】
つまり、操舵モータ１６の回転軸１６Ａが連結アーム２６の基端側に連結されることで、操舵モータ１６を介して連結アーム２６の基端側が車体１２に旋回可能に連結されている。また、この連結アーム２６の先端側にホイールモータ２４が連結されて取り付けられている。これに伴って操舵モータ１６が、連結アーム２６だけでなくこの連結アーム２６に連結されたホイールモータ２４及びタイヤ１４を任意の旋回角に旋回させる構造になっている。さらに、舵角センサ１８が、これら連結アーム２６及びタイヤ１４の車体１２に対する旋回角を検出し得る構造になっている。  
【００２８】
従って、操舵モータ１６の回転軸１６Ａは連結アーム２６の旋回中心となるので、車体１２側の支持部分に位置することになる。これに合わせて連結アーム２６は、この操舵モータ１６の回転軸１６Ａとタイヤ１４の接地部分の幅方向中心ＴＡとを繋ぎ且つタイヤ１４の回転中心線ＴＣに対して垂直方向に延びる線分が、旋回軸Ｓとされて、車体１２に対して旋回可能に支持されている。但し、図３及び図５に示すように、この連結アーム２６は、旋回時の連結アーム２６の横幅端から旋回軸Ｓまでの長さＬがタイヤ１４の半径Ｒより小さく形成されると共に、幅寸法Ｗもタイヤ１４の幅寸法Ｄより細く形成されている。
【００２９】
以上より、本実施の形態では、運転者により図示しないステアリングが操作された場合、これに伴い制御装置が新たな舵角を決定する。この舵角の決定に合わせて、操舵モータ１６の回転軸１６Ａの回転量を舵角センサ１８が検出しつつ、連結アーム２６が操舵モータ１６により旋回されることで、ホイールモータ２４及びタイヤ１４も新たな舵角に対応した角度まで旋回されるような構造とされている。
【００３０】
尚、本実施の形態では、車両の外枠とされる図示しないボディ及び図１に示すバッテリィ２８等が車体１２に搭載されている。この内のバッテリィ２８が、ホイールモータ２４、操舵モータ１６及び制御装置等に接続されていて、これらホイールモータ２４、操舵モータ１６及び制御装置等にこのバッテリィ２８から電源が供給されている。また、図１及び図２に示すように、後輪側の２つのタイヤ１４は、車体１２の後部に揺動板３２を介してそれぞれ揺動可能に支持されると共に、ショックアブソーバ３４及びコイルバネ３６で車体１２の後部にそれぞれ連結されている。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る車両用操舵装置１０の作用を以下に説明する。
本実施の形態によれば、車両のフレームとされる車体１２と路面に接地するタイヤ１４を回転し得るホイールモータ２４との間を連結アーム２６が連結する構造となっている。但し、この連結アーム２６で車体１２とホイールモータ２４との間を連結する際に、車体１２側の支持部分に位置する操舵モータ１６の回転軸１６Ａとタイヤ１４の接地部分の幅方向中心ＴＡとを繋ぎ且つ、タイヤ１４の回転中心線ＴＣに対して垂直方向に延びる線分が、旋回軸Ｓとされている。そして、連結アーム２６が車体１２に対してこの旋回軸Ｓ廻りで旋回可能に支持された構造とされている。
【００３２】
さらに、本実施の形態では、連結アーム２６の車体１２に対する旋回角を検出する舵角センサ１８が、この操舵モータ１６に配置された構造とされている。つまり、旋回軸Ｓ上に位置することになる操舵モータ１６に、舵角センサ１８を設置することで、実質的に操舵の際の中心軸ともなる旋回軸Ｓにこの舵角センサ１８が配置されることになる。
【００３３】
従って、本実施の形態では、前輪側の２つのタイヤ１４を個々に操舵できる構造となるが、操舵の際に、この旋回軸Ｓがタイヤ１４の中心位置を通過しているので、操舵力が低減されることになる。そして、この旋回軸Ｓはタイヤ１４の回転中心線ＴＣに対して垂直方向に延びていることから、操舵に伴ってタイヤ１４の外周面の路面Ａに対する角度が変化しない結果、路面Ａに対するタイヤ１４のグリップ力が高いまま維持できる。
【００３４】
また、この旋回軸Ｓ廻りに旋回可能に連結アーム２６が配置されていることから、操舵時において、タイヤ１４の接地部分の幅方向中心ＴＡ廻りにタイヤ１４が旋回しつつタイヤ１４の向きが変化する。従って、操舵のための空間が小さくなって、タイヤ１４が配置される車両のタイヤハウス内に広い空間を必要としない。
【００３５】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置を用いた車両の一部破断した要部拡大平面図であって、舵角が０°の場合の図である。また、図６は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置を用いた車両の一部破断した要部拡大平面図であって、舵角が９０°の場合の図である。例えば図３及び図４に示す状態から舵角を９０°変更しようとしてステアリングを操作した場合、図５及び図６に示す状態にタイヤ１４の向きが変更される。この際、本実施の形態では、タイヤ１４の半径Ｒより旋回時における連結アーム２６の横幅端から旋回軸Ｓまでの長さＬが小さく形成されていると共に、タイヤ１４の幅寸法Ｄより連結アーム２６の幅寸法Ｗが細く形成されている。このことで、ボディ内のタイヤハウスを狭くした場合でも、操舵時において連結アーム２６に邪魔されることがないので、より車両をコンパクトな構造にすることが可能となる。
【００３６】
一方、本実施の形態では、連結板を用いて左右のタイヤを一体的に操舵する構造と異なり、上記のように各タイヤ１４毎に操舵可能な構造としたことから、タイヤ１４の舵角の変化量に制限がなく、何度までであっても連続的にステアリングが切れるようになる。更に、左右のタイヤ１４を別相で操舵できるので、車両のその場での旋回などの特殊な動きも可能となる。つまりこれらの結果から、本実施の形態では、タイヤ１４の舵角の変化量に制限なく各タイヤ１４を個々に操舵できるので、機動性に富んだ車両の動きが可能となる。
【００３７】
またこれに伴い、各タイヤ１４に取り付けられるホイールモータ２４の回転量を各タイヤ１４毎に調整することで、内輪差を吸収できるようになる為、どんな車体１２にも適応でき、車体幅の広い車両であってもコーナー等を上手く曲がれるようになる。
【００３８】
以上より、本実施の形態の車両用操舵装置１０によれば、タイヤ１４の舵角の変化に制限を受けたり等する欠点を解消しつつ、操舵力が低減されると共にタイヤ１４のグリップ力が高められるだけでなく、操舵に伴うタイヤ１４の旋回に大きな空間が必要とされないようになる。
【００３９】
さらに、本実施の形態では、実質的に操舵の際の中心軸となる旋回軸Ｓ上に舵角センサ１８を配置したことで、操舵モータ１６により舵角を変化する場合に、舵角センサ１８がギアやベルト等によるバックラッシの影響を受けないで、操舵モータ１６の回転軸１６Ａから直接的に舵角を検出できるようになる。この結果として、本実施の形態では、高精度に操舵角を検出できるようになって、より緻密な舵角の制御が可能になる。  
【００４０】
次に、本発明に係る車両用操舵装置の第２の実施の形態を図７に示し、この図に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。ここで、図７は、本発明の第２の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す図であって、（Ａ）は概略平面図であり、（Ｂ）は正面図である。
【００４１】
本実施の形態では第１の実施の形態と同様の構成を有している。さらに、本実施の形態では、舵角センサを内蔵した形の操舵モータ１６が採用されると共に、車体１２への振動の伝達を緩衝する緩衝機構４２が、車体１２と連結アーム２６との間とされる車体１２と操舵モータ１６との間に配置されている。尚、この緩衝機構４２は例えばショックアブソーバ４４及びコイルバネ６６により構成される。
【００４２】
従って、本実施の形態に係る車両用操舵装置１０によれば、第１の実施の形態と同様の構成を有していることから同様に作用するが、さらに、このショックアブソーバ４２によって従来の操舵構造と同様に車体１２への振動の伝達を緩衝できるので、搭乗者に乗り心地の面で悪影響を与えることもない。
【００４３】
尚、上記第１の実施の形態では、緩衝機構が無い構造により車両用操舵装置を説明したが、緩衝機構を有した構造としても良い。また、上記第２の実施の形態において、操舵モータ１６に舵角センサを内蔵した形としたが、第１の実施の形態と同様に操舵モータ１６の端部に舵角センサを配置した構造としても良い。一方、上記各実施の形態では、前輪に本発明を採用することにしたが、後輪に本発明を採用しても良く、さらに四輪共に本発明を採用する構造としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置を用いた車両の側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置を用いた車両の平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置の一部破断した正面図であって、舵角が０°の場合の図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置を用いた車両の一部破断した要部拡大平面図であって、舵角が０°の場合の図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置の一部破断した正面図であって、舵角が９０°の場合である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置を用いた車両の一部破断した要部拡大平面図であって、舵角が９０°の場合の図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る車両用操舵装置を示す図であって、（Ａ）は概略平面図であり、（Ｂ）は正面図である。
【図８】従来の一般的な車両の操舵構造を示す正面図である。
【図９】近年多用されている車両の操舵構造を示す図であって、（Ａ）は概略平面図であり、（Ｂ）は概略正面図である。
【図１０】図９の操舵構造により操舵された状態を示す図であって、（Ａ）は概略平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｅ方向から見た図である。
【図１１】従来技術の操舵装置を示す斜視図である。
【図１２】従来技術の舵角センサの配置を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０       車両用操舵装置
１２       車体
１４       タイヤ
１６       操舵モータ
１６Ａ     回転軸(車体側の支持部分)
１８       舵角センサ
２６       連結アーム
２４       ホイールモータ
４２       緩衝機構
Ｓ       旋回軸
【図１】
2007076379.tif 000003
【図２】
2007076379.tif 000004
【図３】
2007076379.tif 000005
【図４】
2007076379.tif 000006
【図５】
2007076379.tif 000007
【図６】
2007076379.tif 000008
【図７】
2007076379.tif 000009
【図８】
2007076379.tif 000010
【図９】
2007076379.tif 000011
【図１０】
2007076379.tif 000012
【図１１】
2007076379.tif 000013
【図１２】
2007076379.tif 000014