(57)【要約】【課題】車両に慣性力が作用しても、それによる操舵操作によらない車輪の切れを抑制可能なステアリング装置を提供する。【解決手段】インタミディエイトシャフト１４の一端側の二股ヨーク２２の回動面Ｐ１と、他端側の二股ヨーク２３の回動面Ｐ２とのなす角度である位相角を調整し、車両に負荷される慣性力による車輪の切れ角が最小になるようにしている。その結果、車両の加減速時等においてキャブとフレームとが相対的に変位しても、車両の走行が偏向するのを防止または抑制することができる。【選択図】図３
2007283804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング部材が接続されたメインシャフトと、
車輪につながる第１ギヤ部に噛合し、自軸周りの回転により前記第１ギヤ部を動作させて前記車輪の切れ角を変化させる第２ギヤ部が設けられたインプットシャフトと、
一端に設けられた第１のジョイント部を介して前記メインシャフトの前記ステアリング部材と反対側の端部に回動可能に連結される一方、他端に設けられた第２のジョイント部を介して前記インプットシャフトの前記第２ギヤ部と反対側の端部に回動可能に連結されるインタミディエイトシャフトと、
を備え、
前記インタミディエイトシャフトの前記第１のジョイント部の回動面と前記第２のジョイント部の回動面とのなす角度である位相角を調整することにより、前記ステアリング部材の操舵角が一定でありながら車両に負荷される慣性力により前記車輪の切れ角が変化する程度を調整したことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
前記位相角が、前記慣性力による前記車輪の切れ角を実質的に最小にするように設定されたことを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
【請求項３】
キャブがフレームとの間に配置されたキャブマウントにより弾性支持されたフレーム構造の車両に適用されるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステアリング装置。
【請求項４】
前記第１ギヤ部が車幅方向に往復動作を行うラックであり、前記第２ギヤ部がピニオンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステアリング装置に関し、特に、いわゆるキャブオーバ車両への適用が好適なステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、トラックやレクリエーションビークルなどの車両には一般に、車体の強度を確保しやすいフレーム構造が採用されている。このような車両は、運転席が設けられたキャブがフレームとの間に配置されたキャブマウントにより弾性支持されている。これにより、フレームに支持された車輪からキャブへの振動の伝達が緩和され、良好な乗り心地が維持されている。
【０００３】
このようなフレーム構造を有する車両においても、そのステアリング装置には、一般の乗用車に多く採用されるモノコック構造など、フレームを有さない車両と同様のものが採用されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
例えばラック・ピニオン式のステアリング装置であれば、ステアリングコラムに支持されたメインシャフトと、ラックにつながるピニオンが形成されたインプットシャフトとの間に、１本以上のインタミディエイトシャフトが配設されて構成されている。これらメインシャフト、インタミディエイトシャフトおよびインプットシャフトは、ユニバーサルジョイント等の連結手段を介して互いに回動可能に連結されており、各シャフトの長さや角度の変化が吸収されるようになっている。このため、ステアリングホイールを介した操舵操作は、各シャフトの自軸周りの回転およびシャフト間の回動により滑らかに伝達されてラックの往復運動に変換され、車輪の切れ角が調整される。
【特許文献１】特開２００５−２１２６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように、フレーム構造の車両においてはキャブとフレームとがキャブマウントを介して弾性的に連結されているため、これらが車両の加減速時等における慣性力により相対動作しやすい。その結果、ユニバーサルジョイント等の連結手段をもってしても、操舵性に影響が生じる場合がある。
【０００６】
すなわち、例えば車両の制動時には、フレームは車輪につられて車両後方に変位しようとするが、キャブは慣性力によって車両前方に留まろうとする。その結果、ステアリング装置の上部側のメインシャフトが相対的に前方に変位し、下部のインプットシャフトが後方に変位する。このため、例えば車両の直進時にステアリングホイールを動かさなくても、各シャフトの相対的な動きによりジョイント部が構造的に回動せざるを得ないことがある。その結果、インプットシャフトが意に反して回転し、車輪が切れて車両の走行が偏向してしまう可能性がある。
【０００７】
なお、モノコック構造その他のボディの構造を有する車両においても、各シャフトの支持部の構造に若干の遊びがあったり、ボディの部分が微視的には弾性変形する場合がある。したがって、以上のような現象は、特にフレーム構造の車両において生じやすいと考えられるが、他のボディの構造を有する車両においても程度の差こそあれ、生じうるとも考えられる。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、車両に慣性力が作用しても、それによる操舵操作によらない車輪の切れを抑制可能なステアリング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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のステアリング装置は、ステアリングホイールが接続されたメインシャフトと、車輪につながる第１ギヤ部に噛合し、自軸周りの回転により第１ギヤ部を動作させて車輪の切れ角を変化させる第２ギヤ部が設けられたインプットシャフトと、一端に設けられた第１のジョイント部を介してメインシャフトのステアリングホイールと反対側の端部に回動可能に連結される一方、他端に設けられた第２のジョイント部を介してインプットシャフトの第２ギヤ部と反対側の端部に回動可能に連結されるインタミディエイトシャフトと、を備える。このステアリング装置では、インタミディエイトシャフトの第１のジョイント部の回動面と第２のジョイント部の回動面とのなす角度である位相角を調整することにより、ステアリングホイールの操舵角が一定でありながら車両に負荷される慣性力により車輪の切れ角が変化する程度が調整される。
【００１０】
なお、ここでいう「第１のジョイント部の回動面」とは、インタミディエイトシャフトがメインシャフトに対して回動する軌跡に沿った面を意味する。また、「第２のジョイント部の回動面」とは、インタミディエイトシャフトがインプットシャフトに対して回動する軌跡に沿った面を意味する。いずれも仮想的な面であり、発明の把握を容易にするために表現したものである。
【００１１】
また、「インタミディエイトシャフト」は１本である必要はなく、複数本が連結されていてもよい。その場合には、メインシャフトに連結するインタミディエイトシャフトの第１のジョイント部と、インプットシャフトに連結するインタミディエイトシャフトの第２のジョイント部との位相角が調整される。
【００１２】
この態様によれば、第１のジョイント部の回動面と第２のジョイント部の回動面とのなす角度である位相角が調整され、それによって車両に負荷される慣性力により車輪の切れ角が変化する程度が調整される。このような位相角の調整が車輪の切れ角の調整に有効であることは、発明者らにより初めて発見されたものである。
【００１３】
すなわち、従来はこのような位相角は一般に、各ジョイント部とその相手側であるメインシャフト側のジョイント部およびインプットシャフト側のジョイント部との連結部の構造および動作を含む物理的な位置関係により設定されていた。しかし、ステアリングホイールの操舵角を一定にした状態で車両に慣性力が負荷されたときに、その位相角が車輪の切れ角に影響することは知られていなかった。発明者らは、各ジョイント部の連結部分のメカニズムを解析等することにより、その位相角の調整の有効性を発見したのである。
上記位相角は、慣性力による車輪の切れ角を実質的に最小にするように設定されるのが好ましい。なお、「実質的に」としたのは、車輪の切れ角が最小値またはその近傍の誤差範囲を含むことを意味する。
【００１４】
このようにすれば、車両の加減速時等にその慣性力によってメインシャフトとインプットシャフトとが相対的に変位したとしても、それによる車輪の切れ角が実質的に最小になる。したがって、操舵操作によらずに車輪が切れて車両の走行が偏向してしまうことを防止または抑制することができる。
【００１５】
このようなステアリング装置は、キャブがフレームとの間に配置されたキャブマウントにより弾性支持されたフレーム構造の車両に適用されたときに、その効果を特に顕著に発揮する。車両に作用した慣性力によるメインシャフトとインプットシャフトとの相対的な変位量が大きいからである。
【００１６】
なお、このようなステアリング装置は、後述する実施の形態にも示されるように、上記第１ギヤ部が車幅方向に往復動作を行うラックであり、上記第２ギヤ部がピニオンである構成に好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のステアリング装置によれば、車両に作用する慣性力による操舵操作によらない車輪の切れを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、実施の形態に係るステアリング装置が適用された車両の構成例を表す説明図である。なお、同図にはフレーム構造を有するレクリエーションビークルが例示されているが、本発明のステアリング装置の適用はこの種の車両に限られるものではない。
【００２０】
車両１はフレーム構造を有し、運転席が設けられたキャブ２がフレーム３との間に配置された複数のキャブマウント４により弾性支持されている。また、フレーム３は、路面から受ける衝撃を緩和するスプリング５を備える懸架装置によってその前後が支持されている。この前後の懸架装置には、車体の左右にそれぞれ設けられた車輪６が回転可能に支持されている。車両１には、キャブ２とフレーム３とを跨ぐようにステアリング装置７が設けられている。なお、ステアリング装置７の詳細な構成については後述する。
【００２１】
同図には明示されていないが、フレーム３は、車体の前後方向に延びる左右一対のサイドメンバと、両サイドメンバを車幅方向に架橋する複数本のクロスメンバを備えた構造を有する。キャブマウント４は、ゴムのインシュレータを備えた弾性部材であり、支持機能および防振機能を兼ね備えたものである。
【００２２】
このような構成であるため、車両１は、加減速時等に前後方向の慣性力を受けると、キャブ２とフレーム３とが前後に相対変位しやすくなる。例えば車両の制動時などの減速時には、フレーム３が車輪６につられて図中矢印Ａで示すように車両後方に変位しようとするが、キャブ２は慣性力によって図中矢印Ｂで示すように車両前方に留まろうとする。その結果、ステアリング装置７は、その上部と下部がそれぞれキャブ２およびフレーム３の動作につられて相対的に前後に変位しやすくなる。
【００２３】
次に、本実施の形態に係るステアリング装置について詳細に説明する。図２は、ステアリング装置の概略構成を表す説明図である。
【００２４】
ステアリング装置７は、いわゆるラック＆ピニオン式の油圧式パワーステアリングとして構成されている。このステアリング装置７は、ステアリング部材としてのステアリングホイール１０が接続されたメインシャフト１１、フレーム３に支持されたパワーステアリングギヤボックス（以下「ＰＳギヤボックス」と表記する）１２に接続されるインプットシャフト１３、およびこれらを連結するインタミディエイトシャフト１４を含む。
【００２５】
メインシャフト１１は、一端側にステアリングホイール１０が接続されており、キャブ２に固定されたステアリングコラム１５内で自軸周りに回動可能に支持されている。メインシャフト１１の他端は、ユニバーサルジョイント１６を介してインタミディエイトシャフト１４の一端と互いに回動可能に連結されている。このメインシャフト１１の他端には、ユニバーサルジョイント１６を構成するＵ字状の二股ヨーク１７が形成されている。
【００２６】
インプットシャフト１３は、その一端にＰＳギヤボックス１２内のラック１８に噛合するピニオン１９が形成されており、他端がユニバーサルジョイント２０を介してインタミディエイトシャフト１４の他端と互いに回動可能に連結されている。このインプットシャフト１３の他端には、ユニバーサルジョイント２０を構成するＵ字状の二股ヨーク２１が形成されている。なお、本実施の形態において、ラック１８が第１ギヤ部を構成し、ピニオン１９が第２ギヤ部を構成する。ステアリングホイール１０の操舵によってインプットシャフト１３が自軸周りに回動すると、ピニオン１９の回転動作がラック１８の車幅方向の往復動作に変換され、それによって左右の車輪６の切れ角が変化する。
【００２７】
なお、ステアリング装置７では、ステアリングホイール１０に加えられた力の大きさ等によって所定の油圧回路を介した油圧アシストが行われるが、この油圧式パワーステアリングの構成には一般的なものが採用されるため、その説明については省略する。
【００２８】
インタミディエイトシャフト１４は、その一端にフックジョイント式のユニバーサルジョイント１６を構成するＵ字状の二股ヨーク２２が形成されている。この二股ヨーク２２は、メインシャフト１１の二股ヨーク１７に対して自軸周りに約９０度ずれた状態で十字軸を介して連結しており、両ヨークが回動したときに互いに干渉しないようになっている。一方、インタミディエイトシャフト１４の他端には、フックジョイント式のユニバーサルジョイント２０を構成するＵ字状の二股ヨーク２３が形成されている。この二股ヨーク２３は、インプットシャフト１３の二股ヨーク２１に対して自軸周りに約９０度ずれた状態で十字軸を介して連結しており、両ヨークが回動したときに互いに干渉しないようになっている。なお、本実施の形態において、二股ヨーク２２が第１のジョイント部を構成し、二股ヨーク２３が第２のジョイント部を構成する。
【００２９】
すなわち、メインシャフト１１、インタミディエイトシャフト１４およびインプットシャフト１３は、ユニバーサルジョイント１６、２０を介して互いに回動可能に連結されており、各シャフトの長さや角度の変化が吸収されるようになっている。このため、ステアリングホイール１０を介した操舵操作は、各シャフトの自軸周りの回転およびシャフト間の回動により滑らかに伝達されてラック１８の往復運動に変換され、左右の車輪６の切れ角が調整される。
【００３０】
図３は、インタミディエイトシャフトを模式的に表した説明図である。図４は、インタミディエイトシャフトの両端のジョイント部が形成する位相角を表す説明図である。同図は、インタミディエイトシャフトをその軸線方向、つまり図３のＣ方向からみた様子を概念的に表している。
【００３１】
図３に示すように、インタミディエイトシャフト１４は、その一端に設けられた二股ヨーク２２と他端に設けられた二股ヨーク２３とが、その軸線Ｌの周りの位相をずらした態様で形成されている。ここでは、インタミディエイトシャフト１４がメインシャフト１１に対して回動する軌跡に沿った回動面Ｐ１と、インタミディエイトシャフト１４がインプットシャフト１３に対して回動する軌跡に沿った回動面Ｐ２とを仮想的に考えて説明を行う。なお、この回動面Ｐ１は、Ｕ字状の二股ヨーク２２を構成する一対のアーム３１が配置される配置面Ｐ３に垂直な面である。同様に、回動面Ｐ２は、Ｕ字状の二股ヨーク２３を構成する一対のアーム３２が配置される配置面Ｐ４に垂直な面である。
【００３２】
図４にも示すように、これらの回動面Ｐ１と回動面Ｐ２とがなす角度を位相角θとする。ここでは、図３のＣ方向からみた場合に、回動面Ｐ２を基準に回動面Ｐ１が軸線Ｌを中心に右回りにずれた位相を正とし、左回りにずれた位相を負として考える。本実施の形態では、車両１の加減速時などの慣性力の影響で車輪６が切れるのを抑制できるように位相角θを調整する。
【００３３】
図５は、ジョイント部の位相角と車輪の切れ角との関係の解析例を表す説明図である。同図において、横軸が位相角θを表し、縦軸が車輪の切れ角αを表している。上述のように、この位相角θは、インタミディエイトシャフト１４のインプットシャフト１３側の二股ヨーク２３の位相を基準にしている。そして、メインシャフト１１側の二股ヨーク２２が二股ヨーク２３に重なった状態から右回りにずれた位相を正、左回りにずれた位相を負としている。また、図中実線は車両１を右ハンドル車に設定した場合の解析結果を表し、図中一点鎖線が車両１を左ハンドル車に設定した場合の解析結果を表している。
【００３４】
すなわち、発明者らは、ある車両１のステアリングホイール１０を直進状態に保持した状態で、インタミディエイトシャフト１４の両二股ヨークに対して静的に位相角θを与え、車両１を制動させたときの車輪６の切れ角αを、位相角θをパラメータとして解析した。
【００３５】
同図によれば、右ハンドル車においては、位相角θが右回りに１３度および左回りに７７度のときに車輪６の切れ角αが最小になり、左ハンドル車においては、位相角θが右回りに１０度および左回りに７３度のときに車輪６の切れ角αが最小になっているのが分かる。これにより、位相角θが車輪６の切れ角に影響することが確認された。また、位相角θを所定角度に設定することにより、車輪６の切れ角を抑制できることが分かった。
【００３６】
したがって、本実施の形態では、車輪６の切れ角が最小となるように位相角θを選択し、制動時の慣性力が作用しても、車両１の走行が意に反して偏向しないようにする。ただし、位相角θの設定がステアリング装置７の他の機能にも影響を与える場合には、図示の解析結果に基づき、車輪６の切れ角がなるべく小さくなるように適切な位相角θを設定するようにする。
【００３７】
なお、同図においては車両１の制動時の解析結果を示したが、車両１の加減速度の大きさ等により、位相角θの最適値が変化することも想定される。その場合には、車両１の車輪６の切れを最も抑制すべき状況を考慮して、そのような状況において車輪６の切れ角が最小になるように位相角θを選択するようにすればよい。
【００３８】
以上に説明したように、本実施の形態においては、インタミディエイトシャフト１４の一端側の二股ヨーク２２の回動面Ｐ１と、他端側の二股ヨーク２３の回動面Ｐ２とのなす角度である位相角θを調整し、車両に負荷される慣性力による車輪６の切れ角が最小になるようにしている。その結果、車両の加減速時等においてキャブ２とフレーム３とが相対的に変位しても、車両の走行が偏向するのを防止または抑制することができる。
【００３９】
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【００４０】
例えば、上記実施の形態では、インタミディエイトシャフト１４の一端側の二股ヨーク２２の回動面と、他端側の二股ヨーク２３の回動面とのなす角度を位相角θとして設定した例を示した。変形例では、二股ヨーク２２の一対のアーム３１が配置された配置面Ｐ３と、二股ヨーク２３の一対のアーム３２が配置された配置面Ｐ４とのなす角度を位相角として設定し、車輪６の切れ角を抑制できる最適値を設定してもよい。なお、実施の形態と当該変形例とは結果的には同じことではあるが、ヨークの形状が二股ヨークでない場合には、回動面を基準とするほうが都合がよいと考えられる。
【００４１】
また、上記実施の形態では、メインシャフト１１とインプットシャフト１３との間に１本のインタミディエイトシャフト１４が介装されている例を示したが、複数本のインタミディエイトシャフトが介装されていてもよい。その場合には、メインシャフト１１に連結するインタミディエイトシャフトの第１のジョイント部と、インプットシャフト１３に連結するインタミディエイトシャフトの第２のジョイント部との位相角を調整する。
【００４２】
また、上記実施の形態では、メインシャフト１１およびインプットシャフト１３とインタミディエイトシャフト１４との各連結部をフックジョイント式のユニバーサルジョイントで構成した例を示したが、等速ジョイント式のユニバーサルジョイントであってもよい。また、連結対象が互いに回動可能である構造であれば、その他のジョイント構造を採用することもできる。
【００４３】
さらに、上記実施の形態では、ラック＆ピニオン式のステアリング装置について説明したが、上述したジョイント構造を有するものであれば、例えばボール・ナット式等のその他の方式のものであってもよい。
【００４４】
また、上記実施の形態では、ステアリング装置７を油圧式のパワーステアリングで構成した例を示したが、電動式のパワーステアリングで構成することもできる。
【００４５】
さらに、上記実施の形態では、本発明をその効果が顕著に現れるフレーム構造を有する車両に適用した例を示したが、モノコック構造その他のボディの構造を有する車両への適用を妨げるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施の形態に係るステアリング装置が適用された車両の構成例を表す説明図である。
【図２】ステアリング装置の概略構成を表す説明図である。
【図３】インタミディエイトシャフトを模式的に表した説明図である。
【図４】インタミディエイトシャフトの両端のジョイント部が形成する位相角を表す説明図である。
【図５】ジョイント部の位相角と車輪の切れ角との関係の解析例を表す説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
２  キャブ、  ３  フレーム、  ４  キャブマウント、  ６  車輪、  ７  ステアリング装置、  １０  ステアリングホイール、  １１  メインシャフト、  １２  ＰＳギヤボックス、  １３  インプットシャフト、  １４  インタミディエイトシャフト、  １５  ステアリングコラム、  １６，２０  ユニバーサルジョイント、  １７，２１，２２，２３  二股ヨーク、  １８  ラック、  １９  ピニオン、  ３１，３２  アーム  Ｐ１，Ｐ２  回動面、  Ｐ３，Ｐ４  配置面
【図１】
2007283804.tif 000003
【図２】
2007283804.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007283804.tif 000006
【図５】
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