(57)【要約】【課題】左右の操舵輪４に対し別々に舵角を付与する操舵装置で、操舵輪４と路面９との接触面からこれら各操舵輪４に加わる力が、これら各操舵輪４を揺動させる事のない構造を実現する。そして、舵角付与の為のアクチュエータ１０の消費エネルギを低減する。【解決手段】上記各操舵輪４に関する接地面の中心とそれぞれのキングピン軸７との、これら各操舵輪４の軸方向に関する距離であるスクラブ半径（キングピンオフセット）を、実質的に零とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の操舵輪をそれぞれ回転自在に支持した転がり軸受ユニットを構成する各静止側軌道輪を支持固定した各ナックルを、各懸架装置の他の構成部材に対し、それぞれ各キングピン軸を中心とする揺動変位を自在に支持すると共に、上記各ナックルをそれぞれこれら各キングピンを中心として揺動変位させる為のアクチュエータを、上記各操舵輪毎に独立して設けた操舵装置に於いて、これら各操舵輪に関する接地面の中心とそれぞれのキングピン軸との、これら各操舵輪の軸方向に関する距離であるスクラブ半径を、実質的に零とした事を特徴とする操舵装置。
【請求項２】
車両の前進状態で、各キングピン軸と路面との交点が、各操舵輪に関する接地面の中心よりも前側に存在する、請求項１に記載した操舵装置。
【請求項３】
各キングピン軸と路面との交点が、各操舵輪に関する接地面の中心部分に存在する、請求項１に記載した操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ステアリングバイワイヤ式の操舵装置の如く、左右の操舵輪への舵角付与を、各操舵輪毎に互いに独立した別々のアクチュエータにより行なう操舵装置の改良に関する。具体的には、直進走行時等の非操舵時に、上記各操舵輪から上記各アクチュエータに加わる力を軽減（零にする場合も含む）して、これら各アクチュエータの消費エネルギの低減を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両の操舵輪（フォークリフト、パワーシャベル等の特殊車両を除き、一般的には前輪）に進行方向変更の為の舵角を付与する為の操舵装置として従来から、各種構造のものが知られている。図３の（Ａ）〜（Ｅ）は、従来から広く知られている操舵装置の５例として、非特許文献１に記載されたものを示している。上記図３のうちの（Ａ）はセンターアーム式と呼ばれる、同じく（Ｂ）はクロスリンク式と呼ばれる、同じく（Ｃ）は対称リンク式と呼ばれる、同じく（Ｄ）はハルテンベルガ式と呼ばれる、同じく（Ｅ）はラックピニオンリンク式と呼ばれる、それぞれ操舵装置を示している。何れの型式の操舵装置の場合も、ステアリングホイールによりステアリングシャフトを介して操作されるステアリングギヤ（何れも図示省略）の出力部材であるピットマンアーム１｛図３の（Ａ）〜（Ｄ）の場合｝又はラック｛図３の（Ｅ）の場合｝の動きを、タイロッド２、ナックルアーム３等を介して、左右１対の操舵輪４、４に伝達し、これら各操舵輪４、４に舵角を付与する様に構成している。
【０００３】
又、上記各操舵輪４、４は、やはり上記非特許文献１に記載されている様に、例えば図４に示す様な構造により、自動車の車体に対し、揺動変位自在に支持している。即ち、操舵輪４を回転自在に支持した転がり軸受ユニット５を構成する静止側軌道輪である外輪を支持固定したナックル６を、懸架装置の他の構成部材（例えばアッパーアーム及びロアアーム）に対し、キングピン軸７（図示の場合には、互いに同心に設けられたアッパ軸及びロア軸）を中心とする揺動変位を自在に支持している。上記ナックルアーム３は、上記ナックル６の一部に突設されている。又、上記操舵輪４（を構成するタイヤ８）と路面９との接触部分である接地面の中心と、上記キングピン軸７（の延長線）とこの路面９との交点とは、上記車体の幅方向にずれている。このずれの大きさδを、スクラブ半径或いはキングピンオフセットという。この様なキングピンオフセットには、図５の（Ａ）に示す様な、車体の幅方向内側に存在する「＋」のものと、同じく（Ｂ）に示す様な「−」のものとが存在する。「＋」「−」何れのキングピンオフセットも、小さい程操舵力が軽く、又、直進性が向上するのに対し、大きい程操舵力が大きくなり、又、直進性が悪化する事が、非特許文献２に記載される等により、従来から知られている。
【０００４】
キングピンオフセットの絶対値が大きくなる程直進性が悪化する理由は、上記接地面から上記操舵輪４に加わる力が、この操舵輪４をキングピン軸７を中心に揺動させる方向に作用する為である。但し、この力は、左右１対の操舵輪４、４に対し逆方向に加わる為、一般的な操舵装置に関する限り、これら各操舵輪４、４に付与されているキングピンオフセットが対称であれば、直進安定性の悪化は殆ど問題とならないし、走行時に、上記各操舵輪に付与した舵角を保持する為に余計な力を要する事はない。又、上記一般的な操舵装置の場合には、進路変更後の復元力（進路変更後に直進状態に移る過程で操舵輪を直進状態に戻す方向に加わる力）を確保する為に、上記キングピンオフセットの絶対値を確保している。但し、本発明の対象となる、左右の操舵輪に互いに独立して舵角を付与する操舵装置の場合には、キングピンオフセットが存在する事に伴う直進安定性の悪化と、走行時に操舵輪に付与した舵角を保持する為に余計な力を要する事とが問題になる。これらの点に就いて、図６〜９により説明する。尚、左右の操舵輪をタイロッド等により機械的に関連させず、左右の操舵輪に互いに独立して舵角を付与する操舵装置は、例えば特許文献１〜３に記載される等により、従来から知られている。
【０００５】
左右独立の操舵装置の場合には、操舵輪４に舵角を付与する際には、図６〜７に示す様な構造により、アクチュエータ１０によりナックルアーム３の先端部を押し引きして、操舵輪４をキングピン軸７を中心に揺動変位させる。この際、上記アクチュエータ１０により上記操舵輪４を揺動変位させようとする力の大きさ（トルク）は、上記ナックルアーム３の有効長さＬｎが大きい程大きくなる。又、上記操舵輪４を揺動変位させる為に要する力の大きさは、この操舵輪４のキングピンオフセットＬｋが大きくなる程大きくなる。一方、制動時、或いは走行時には、このキングピンオフセットＬｋの存在に基づいて、上記操舵輪４を上記キングピン軸７を中心に揺動させる方向のモーメントが加わる。
【０００６】
例えば、制動時には、図８の（Ａ）（Ｂ）に示す様に、上記操舵輪４と路面との接地面の中心にＦｂなる力（制動力）が加わり、この制動力Ｆｂに基づいてこの操舵輪４に、Ｍｂなるモーメントが加わる。そして、このモーメントＭｂに基づいて上記アクチュエータ１０に、ＦAb（＝Ｍｂ／Ｌｎ＝Ｆｂ×Ｌｋ／Ｌｎ）なる力が加わる。この様にしてこのアクチュエータ１０に加わる力ＦAbに拘らず、この操舵輪４の舵角（零を含む）を保持する為には、このアクチュエータ１０に、制動の間中、−ＦAbなる推力を発生させ続ける必要がある。又、走行時には、上記操舵輪４と路面との接地面の中心にＦｒなる力（走行抵抗）が、上記制動力Ｆｂと同方向に加わり、この走行抵抗Ｆｒに基づいてこの操舵輪４に、Ｍｒなるモーメントが加わる。そして、このモーメントＭｒに基づいて上記アクチュエータ１０に、ＦAr（＝Ｍｒ／Ｌｎ＝Ｆｒ×Ｌｋ／Ｌｎ）なる力が加わる。この様にしてこのアクチュエータ１０に加わる力ＦArに拘らず、この操舵輪４の舵角を保持する為には、このアクチュエータ１０に、走行している間中、−ＦArなる推力を発生させ続ける必要がある。更に、加速中は、図９の（Ａ）（Ｂ）に示す様に、駆動力Ｆａが上記制動力Ｆｂ或いは上記走行抵抗Ｆｒと逆方向に加わり、この駆動力Ｆａに基づく力ＦAaを打ち消す為に、上記アクチュエータ１０に推力を発生させ続ける必要がある。
【０００７】
一般的な操舵装置の場合には、図１０に示す様に、左右の操舵輪４、４をタイロッド２等により機械的に関連させており、上記各状態で、接地面の中心から左右の操舵輪４、４に加わる力が打ち消し合う為、上記アクチュエータ１０に推力を発生させ続ける必要はない。これに対して、本発明の対象となる、左右独立の操舵装置の場合には、上記各状態で、接地面の中心から左右の操舵輪４、４に加わる力が打ち消し合う事がない為、上記アクチュエータ１０に推力を発生させ続ける必要がある。この様に、舵角を変更する必要がないにも拘らず、上記アクチュエータ１０に推力を発生させ続ける事は、エネルギの消費量が増大する為、好ましくない。特に、電気自動車に組み込む操舵装置の場合、エネルギの消費はバッテリーの消耗に繋がり、そのまま走行可能距離が短くなる事に繋がる為、改良が望まれる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１２６０４４号公報
【特許文献２】特許第２９６２３６４号公報
【特許文献３】実開平５−７５７９号公報
【非特許文献１】自動車工学全書編集委員会、「自動車工学全書  １１巻  ステアリング、サスペンション」、株式会社山海堂、昭和５５年８月２０日初版発行
【非特許文献２】黒田光彦著、「自動車工学入門」、株式会社グランプリ出版、１９９０年４月２５日初版発行、ｐ．１６３−１６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、左右の操舵輪に対し別々に舵角を付与する操舵装置で、操舵輪と路面との接触面からこれら各操舵輪に加わる力が、これら各操舵輪を揺動させる事のない構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の操舵装置は、例えば特許文献１〜３に記載される等により従来から知られている操舵装置と同様に、左右の操舵輪をそれぞれ回転自在に支持した転がり軸受ユニットを構成する各静止側軌道輪を支持固定した各ナックルを、各懸架装置の他の構成部材に対し、それぞれ各キングピン軸を中心とする揺動変位を自在に支持すると共に、上記各ナックルをそれぞれこれら各キングピンを中心として揺動変位させる為のアクチュエータを、上記各操舵輪毎に独立して設けている。
特に、本発明の操舵装置に於いては、上記各操舵輪に関する接地面の中心とそれぞれのキングピン軸との、これら各操舵輪の軸方向に関する距離であるスクラブ半径（キングピンオフセット）を、実質的に（製造誤差や使用に伴うずれを除き）零としている。
【００１１】
この様な本発明を実施する場合に、例えば請求項２に記載した様に、車両の前進状態で、上記各キングピン軸と路面との交点を、上記各操舵輪に関する接地面の中心よりも前側に存在させる。
或いは、請求項３に記載した様に、上記各キングピン軸と路面との交点を、各操舵輪に関する接地面の中心部分に存在させる。
【発明の効果】
【００１２】
上述の様に構成する本発明によれば、左右の操舵輪に対し別々に舵角を付与する操舵装置で、操舵輪と路面との接触面からこれら各操舵輪に加わる力が、これら各操舵輪を揺動させる事がない。この為、これら各操舵輪に舵角を付与する為の各アクチュエータは、この舵角を変更する時以外は、推力を発生させる必要がなくなり、操舵装置で消費するエネルギを低く抑える事ができる。
又、請求項２に記載した様に、キングピン軸と路面との交点を、上記各操舵輪に関する接地面の中心よりも前側に存在させれば、この接地面の中心部分でこれら各操舵輪に加わる力が、これら各操舵輪を直進方向に向ける方向に加わる。この為、車両の直進安定性を高くできる。
これに対して、請求項３に記載した様に、各キングピン軸と路面との交点を、上記各操舵輪に関する接地面の中心部分に存在させれば、この接地面の中心部分でこれら各操舵輪に加わる力が、これら各操舵輪に舵角を付与する事に対する抵抗にならない。この為、これら各操舵輪に舵角を付与する際に、上記各アクチュエータが発生する推力を低く抑える事ができて、この面からも、操舵装置で消費するエネルギを低く抑える事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、左右の操舵輪４に互いに独立して舵角を付与する操舵装置で、各操舵輪４に関する接地面の中心とそれぞれのキングピン軸７との、これら各操舵輪４の軸方向に関する距離であるスクラブ半径（キングピンオフセット）を、実質的に（製造誤差や使用に伴うずれを除き）零とする事で、アクチュエータ１０が消費するエネルギを低く抑える点にある。上記左右の操舵輪４に互いに独立して舵角を付与する操舵装置の基本構造等、その他の部分の構成及び作用は、前述の特許文献１〜３に記載される等により従来から知られている操舵装置と同様であるから、詳しい図示並びに説明を省略し、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００１４】
本発明の操舵装置の場合には、図１から明らかな通り、上記各操舵輪４に関する接地面の中心と、それぞれのキングピン軸７との、これら各操舵輪４の軸方向に関する距離であるスクラブ半径（キングピンオフセット）を、実質的に（製造誤差や使用に伴うずれを除き）零としている。又、図２から明らかな通り、車両の前進状態で、上記各キングピン軸７と路面９との交点ａを、上記各操舵輪４に関する接地面の中心ｂよりも前側（図２の下側）に存在させている。
【００１５】
上述の様に構成する本発明の操舵装置の場合には、左右の操舵輪４に対し別々に舵角を付与する操舵装置で、上記各操舵輪４と路面９との接触面からこれら各操舵輪４に加わる力、即ち、制動力、走行抵抗、駆動力が、これら各操舵輪４を揺動させる事がない。即ち、これら制動力、走行抵抗、駆動力等の力が、これら各操舵輪４の軸方向に関して、これら各操舵輪４の揺動中心となる、上記各キングピン軸７上の点ａに加わる為、この力が、これら各操舵輪４をこれら各キングピン軸７を中心として揺動させる方向に加わる事がない。この為、これら各操舵輪４に舵角を付与する為の各アクチュエータ１０は、この舵角を変更する時以外は、推力を発生させる必要がなくなり、操舵装置で消費するエネルギを低く抑える事ができる。
【００１６】
又、本例の場合には、上記各キングピン軸７に適切なキャスタ角を付与し、上記各操舵輪４に関する接地面の中心ｂよりも前側にトレールを設定している。言い換えれば、上記各キングピン軸７と路面９との交点ａを、上記各操舵輪４に関する接地面の中心ｂよりも前側（図２の下側）に存在させている。この為、制動時、減速時、或いは定速走行時にこの接地面の中心ｂ部分でこれら各操舵輪４に加わる、進行方向と反対側に向いた力が、これら各操舵輪４を直進方向（舵角が零の状態）に向ける力として作用する。即ち、制動時、減速時、或いは定速走行時には、図２のｂ点でこの操舵輪４に、同図の上方に向いた力が加わる。この為、この操舵輪４は、舵角が付与されていない状態に向けて付勢された状態となり、車両の直進安定性を高くできる。
【００１７】
或いは、上記各キングピン軸７と路面９との交点ａを、各操舵輪４に関する接地面の中心ｂ部分に存在させる。この様に、上記各キングピン軸７と上記路面９との交点ａを、上記各操舵輪４に関する接地面の中心ｂ部分に存在（点ａ、ｂを一致）させれば、この接地面の中心ｂ部分でこれら各操舵輪４に加わる力が、これら各操舵輪４に舵角を付与する事に対する抵抗にならない。この為、これら各操舵輪４に舵角を付与する際に、上記各アクチュエータ１０が発生する推力を低く抑える事ができて、この面からも、操舵装置で消費するエネルギを低く抑える事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の１例を車両の前方から見た状態で示す、操舵装置部分の略縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】一般的な操舵装置の５例を示す斜視図。
【図４】操舵輪部分の構造の１例を、車両の前方から見た状態で示す断面図。
【図５】キングピンオフセットの２例を示す為、操舵輪を車両の前方から見た状態で示す略図。
【図６】本発明の構造の必要性を説明する為に使用する、図２と同様の図。
【図７】同じく図１と同様の図。
【図８】制動時、減速時、定速走行時に操舵輪に加わる力を説明する為に使用する図で、（Ａ）は車輪の接地面を説明する為の略平面図、（Ｂ）は図６と同様の図。
【図９】加速時に操舵輪に加わる力を説明する為に使用する図８と同様の図。
【図１０】従来構造で左右の操舵輪に加わる力が打ち消される状態を説明する為の略平面図。
【符号の説明】
【００１９】
１    ピットマンアーム
２    タイロッド
３    ナックルアーム
４    操舵輪
５    転がり軸受ユニット
６    ナックル
７    キングピン軸
８    タイヤ
９    路面
１０    アクチュエータ
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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