JP2007055360A - 車両用ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪を車幅方向外向きに押し出して車輪の最大操舵角を大きく確保しつつ、サスペンションストロークに伴うトー角変化を適正に抑えることができるステアリング装置を提供する。
【解決手段】車体メンバに車幅方向外向きに揺動可能に連結されるサスペンションリンク6と、キングピンP1周りに回動可能に保持されるナックル7と、車輪を保持するナックル7に揺動可能に連結されると共にラック4に連結されるタイロッド8と、ラック4の歯群4aに噛合する歯群11aを有して当該ラック4のストロークに基づきステアリング1と同方向に回動するステアリング追従部材10と、サスペンションリンク6に揺動可能に保持される２つのコントロールロッド12と、コントロールロッド12を車幅方向のストロークに規制するリンク部材13とを設けてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵に用いるステアリングと、このステアリングからの操舵に応じて車幅方向にストロークするラックとを備え、このラックのストロークに応じて車輪をキングピン周りに転舵させると共に当該車輪を車幅方向外向きに押し出す車両用ステアリング装置に関するものである。

従来の車両用ステアリング装置には、車輪の収納スペースを拡大させることなく、車両の最大旋回量を増大させるため、ステアリングを介しての運転操作に基づき車輪をキングピン周りに転舵させると共に当該車輪を車幅方向外向きに押し出すものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開2005-53471号公報

上記従来ステアリング装置は、図5に示す如く、サスペンションロアリンク31にジョイントＪ1を介して回動可能に保持されるエクステンションリンク32と、このエクステンションリンク32の一端にキングピンＰ1を介して回動可能に保持されるナックル34と、このナックル34に回転可能に保持される車輪5と、この車輪5を保持するナックル34にタイロッド36を介して繋がり車体に固定軸Ｐ2を介して回動可能に保持されるアーム38と、このアーム38とエクステンションリンク32の他端とを連結するコントロールロッド37とを備え、アーム38を、リンクロッド33を介してステアリング1の操作に応じて車幅方向にストロークするラック4に連結するものである。

かかる構成によれば、ラック4のストロークにより固定軸Ｐ2周りに回動するアーム38がタイロッド36を介して車輪5をキングピンＰ1周りに転舵させると共にエクステンションリンク32が車輪5を車幅方向外向きに押し出して、車輪の収納スペースを拡大させることなく、車両の最大旋回量を増大させることができる。

しかしながら、上記従来装置は、ナックル34とサスペンションロアリンク31とを連結するエクステンションリンク32をコントロールロッド37によって回転させる構成になっていたため、路面変化による変動を吸収する際のサスペンションストロークによるナックル34の車両上下方向（車両高さ方向）の移動に伴い、コントロールロッド37によってエクステンションリンク32が回転してしまうため、サスペンションストロークに伴うトー角変化を適正に抑えることが困難な場合がある。

また、上記従来装置は、ステアリング1を介しての運転操作に基づきアーム38を固定軸Ｐ2周りに回動させることによって車輪5の転舵とそれに伴う車輪5の押し出しとを同時に行うため、複雑なリンク機構となり、部品点数が多いという問題がある。

本発明の解決すべき課題は、車輪をキングピン周りに転舵させると共に当該車輪を車幅方向外向きに押し出して車輪の最大操舵角を大きく確保しつつ、サスペンションストロークに伴うトー角変化を適正に抑えることができると共に、部品点数の少ない簡素な構成の車両用ステアリング装置を提供することにある。

請求項１に記載の車両用ステアリング装置は、操舵に用いるステアリングと、このステアリングからの操舵に応じて車幅方向にストロークするラックとを備え、このラックのストロークに応じて車輪をキングピン周りに転舵させると共に当該車輪を車幅方向外向きに押し出す車両用ステアリング装置であって、車体メンバに車幅方向外向きに揺動可能に連結されるサスペンションリンクと、このサスペンションリンクにキングピン周りに回動可能に保持されるナックルと、このナックルに回転可能に保持される車輪と、この車輪を保持するナックルに揺動可能に連結されると共に前記ラックに揺動可能に連結されるタイロッドと、車体メンバに車両上下方向に延在する支持軸を介して回動可能に保持され前記ラックに係合して当該ラックのストロークに基づき前記ステアリングと同方向に回動するステアリング追従部材と、このステアリング追従部材の車幅方向に対向する端縁にそれぞれ回動可能に連結され互いに前記支持軸を挟んで対向するサスペンションリンクに揺動可能に保持される２つのコントロールロッドと、前記コントロールロッドを車体メンバに連結して当該コントロールロッドの動作を車幅方向のストロークに規制するリンク部材とを設けたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記支持軸、前記キングピン及び前記サスペンションリンクと前記コントロールロッドとの連結点を車幅方向に整列させてなることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明は、ステアリングを操作すると、その操舵入力により、ラックが車幅方向にストロークし、このラックに連結されたタイロッドがナックルを介して車輪をキングピン周りにステアリングと同方向に転舵させる。このとき、ステアリング追従部材は、ラックのストロークに基づき車両上下方向に延在する支持軸周りにステアリングと同方向に回動するため、ステアリング追従部材の車幅方向に対向する端縁に連結されたコントロールロッドがそれぞれ、リンク部材の規制を受けつつ車幅方向外向きサスペンションリンクを車幅方向外向きに押し出す。

即ち、請求項１に記載の発明によれば、ステアリングを操作すると、車輪を転舵させることができると共に車幅方向外向きに押し出すことができる。かかる構成によれば、車輪の収納スペースを拡大させることなく、車両の最大旋回量を増大させることができる。加えて、かかる構成によれば、車輪の転舵角を大きく設定できることにより、車両の最小回転半径が小さくなるため、小回りが利き、車両取り回し性の向上が図れる。

加えて、請求項１に記載の発明において、車輪の転舵させるナックルは、車体メンバに対してサスペンションリンクにより保持される一方、その動作にタイロッドを介して連結されるラックの規制を受け、更に、サスペンションリンクの動作も、コントロールロッド及びステアリング追従部材を介してラックの規制を受けるため、路面変化による変動を吸収する際のサスペンションストロークに伴って車輪を車幅方向外向きに押し出すことなくトー角変化を適正に抑えることができる。

また、車輪を車幅方向外向きに押し出す構成を比較すると、従来装置は、車輪を車幅方向外向きに押し出す構成が、ラック、リンクロッド、サスペンションロアリンク、アーム、タイロッド、コントロールロッド、エクステンションリンク及びナックルの8要素であるのに対し、請求項１に記載の発明は、ラック、ステアリング追従部材、ステアリング追従部材とラックとを係合させる別体の要素、コントロールロッド、リンク部材、サスペンションリンク及びナックルの7要素以下で済むため、部品点数を削減することができる。

請求項２に記載の発明は、ステアリング追従部材の支持軸、ナックルを保持するキングピン及びサスペンションリンクとコントロールロッドとの連結点を車幅方向に整列させたことにより、車幅方向に対して最も高い剛性を確保できるため、車輪からの車幅方向の入力に対し、最も効率よく力を受けることができる。

図1は、本発明である車両用ステアリング装置の第一形態を示す模式平面図である。本形態は、ストラット型フロントサスペンションに、ラックピニオン式ステアリングギア機構を組み合わせた装置である。

図1において、符号1は、運転者が車両の進行方向を変更するために操作するステアリングホイールである。このステアリングホイール1は、ステアリングシャフト2を介してラックピニオン式ステアリングギア機構に繋がる。このギア機構は、ステアリングシャフト2に固定されるピニオン3と、このピニオン3が噛合してステアリングホイール1の回転に応じて車幅方向にストロークするラック4からなる。

符号6は、ラック4を挟んで車幅方向両側に設けられたサスペンションリンクである。このサスペンションリンク6の一端6aは、図示せぬ車体メンバにジョイントJ1を介して車幅方向外向きに揺動可能に連結されている。サスペンションリンク6の他端は二股に分かれており、車幅方向外側端6bには、車両高さ（車両上下）方向（図面垂直方向）に延在するキングピンＰ1を介してナックル7が連結されている。ナックル7は、キングピンＰ1周りに回動し、図示せぬ車輪5（図5参照）を回転可能に保持するアクスル7sを有する。

また、ナックル7には、車両後方向（図面下方向）に伸びるナックルアーム7aが設けられている。このナックルアーム7aの先端には、ジョイントＪ2を介してタイロッド8の一端が揺動可能に連結されている。このタイロッド8はまた、その他端がラック4の端部にジョイントＪ3を介して揺動可能に連結されている。これにより、ステアリングホイール1を操作すると、その入力によりラック4が車幅方向にストロークし、このラック4に連結されたタイロッド8がナックル7を介して車輪5をキングピンＰ1周りにステアリング1と同方向に転舵させることができる。

符号10は、図示せぬ車体メンバに車両高さ方向に延在する支持軸Ｐ2周りに回動可能に保持されるステアリング追従部材であって、その形状はディスク状のプレートをなす。このステアリング追従部材10は、噛み合いによりラック4に係合してラック4のストロークに基づきステアリング1と同方向に回動する。本形態のステアリング追従部材10は、ラック4の背面に設けた歯群4aと向き合う扇状部11を一体に有し、この扇状部11に設けた歯群11aがラック4の歯群4aに噛合する。これにより、ステアリング追従部材10は、ラック4のストロークに基づきステアリング1と同方向に回動する。また、ステアリング追従部材10は、図1に示すように、その車幅方向に支持軸Ｐ2を挟んで対向する端縁（ステアリング追従部材10の最も車幅方向外側の端縁）にそれぞれ、ジョイントJ4を介してコントロールロッド12が回動可能に連結されている。

コントロールロッド12は、ジョイントJ4との連結部分12aが車幅方向外向きから折り返されたのち、ステアリング追従部材10を介して対向するサスペンションリンク6の車幅方向内側端5cにジョイントJ5を介して揺動可能に保持される。コントロールロッド12は更に、ジョイントJ6を介して揺動可能に連結されるリンク部材13を有し、このリンク部材13の他端が図示せぬ車体メンバにジョイントJ7を介して回動可能に連結されている。このため、コントロールロッド12は、リンク部材13を介して車体メンバに連結され、このリンク部材13によってステアリング追従部材10の回動に伴う動作は、車幅方向のストロークに規制される。

これにより、運転者がステアリングホイール1を操舵せずにトー角がゼロの直進状態において、ジョイントJ4がそれぞれ支持軸Ｐ2を挟んで車幅方向に対向するようにコントロールロッド12を設定すれば、ステアリング追従部材10がラック4のストロークに同期して支持軸Ｐ2周りに回動すると、ステアリング追従部材10のジョイントJ4はそれぞれ車幅中心（支持軸Ｐ2）に向かって移動してコントロールロッド12を車幅方向外向きにストロークさせる。従って、運転者がステアリングホイール1を操舵すると、ラック4のストロークに同期してタイロッド7を介してナックル7をキングピンＰ1周りに転舵させると共にステアリング追従部材10が支持軸Ｐ2周りに回動してコントロールロッド12を介してサスペンションリンク6を車幅方向外向きに押し出す。

図2は、運転者が車両を左旋回させるべく、ステアリングホイール1を左向きに回転させた際の本形態の動作を説明する模式平面図である。なお、図2において、ステアリングホイール1からラック4に繋がる動力伝達系は省略している。

本形態は、図2に示す如く、ステアリングホイール1を左回りに回転させると、その操舵入力により、ラック4が車幅方向内側（図面右方向）にストロークするため、タイロッド8がナックル7を介して車輪25をキングピンＰ1周りにステアリング1と同方向の左回りに転舵させる。このとき、ラック4に噛合するステアリング追従部材10も、ステアリングホイール1と同期して支持軸Ｐ2周りを左回りに回動するため、ステアリング追従部材10に連結されてリンク部材13で保持されるコントロールロッド12がサスペンションリンク5を車幅方向外向きに押し出す。即ち、本形態によれば、左前輪が旋回内輪となり、ステアリングホイール1が左向きに回転すると、車輪25を左回りに転舵できると共に車幅方向外向きに押し出すことができる。

これに対し、図3は、運転者が車両を右旋回させるべく、ステアリングホイール1を右向きに回転させた際の本形態の動作を説明する模式平面図である。なお、図3においても、ステアリングホイール1からラック4に繋がる動力伝達系は省略している。

本形態は、図3に示す如く、ステアリングホイール1を右回りに回転させると、その操舵入力により、ラック4が車幅方向外側（図面左方向）にストロークするため、タイロッド8がナックル7を介して車輪25をキングピンＰ1周りにステアリング1と同方向の右回りに転舵させる。このとき、ラック4に噛合するステアリング追従部材10も、ステアリングホイール1と同期して支持軸Ｐ2周りを右回りに回動するため、コントロールロッド12がサスペンションリンク6を車幅方向外向きに押し出す。即ち、本形態によれば、ステアリングホイール1が右回りに回転すると、左前輪が旋回外輪となり、車輪5を右回りに転舵できると共に車幅方向外向きに押し出すことができる。

かかる構成によれば、車輪5の転舵に伴い当該車輪5を車幅方向外向きに押し出すことができるため、車輪5の収納スペースを拡大させることなく、車両の最大旋回量を増大させることができる。加えて、かかる構成によれば、車輪5の転舵角を大きく設定できることにより、車両の最小回転半径が小さくなるため、小回りが利き、車両取り回し性の向上が図れる。

加えて、本形態において、車輪5の転舵させるナックル7は、車体メンバに対してサスペンションリンク12により保持される一方、その動作にタイロッド8を介して連結されるラック4の規制を受け、更に、サスペンションリンク6の動作も、コントロールロッド12及びステアリング追従部材10を介してラック4の規制を受けるため、路面変化による変動を吸収する際のサスペンションストロークに伴って車輪5を車幅方向外向きに押し出すことなくトー角変化を適正に抑えることができる。

また、車輪5を車幅方向外向きに押し出す構成を比較すると、従来装置は、図5に示す如く、ラック4、リンクロッド33、サスペンションロアリンク31、アーム38、タイロッド36、コントロールロッド37、エクステンションリンク32及びナックル34の8要素であるのに対し、本形態は、ラック4、ステアリング追従部材10、コントロールロッド12、リンク部材13、サスペンションリンク6及びナックル7の6要素で済むため、部品点数を削減することができる。

また、本形態は、キングピンＰ1、支持軸Ｐ2及びサスペンションリンク6とコントロールロッド12との連結点、即ち、ジョイントJ5を車幅方向に整列させている。かかる構成によれば、車幅方向に対して最も高い剛性を確保できるため、車輪5からの車幅方向の入力に対し、最も効率よく力を受けることができる。特に、この場合、キングピンＰ1の軸心Ｏ1、支持軸Ｐ2の軸心Ｏ2及びサスペンションリンク6とコントロールロッド12との連結点の軸心Ｏ3を同一の車幅方向軸Ｘ-Ｘ上に配することが好ましい。

図4は、本発明の第二形態を示す模式平面図である。なお、図4において、他の形態と同一部分は同一符号をもって説明し、ステアリングホイール1からラック4に繋がる動力伝達系は、第一形態と同一であるとして省略する。

本形態において、ステアリング追従部材10は、ラック4の背面に設けた歯群4aと向き合う連結部14を一体に有し、この連結部14とラック4との相互間をリンクアーム15により連結する。リンクアーム15は、その一端がジョイントJ8を介して連結部14に揺動可能に連結される一方、その他端がジョイントJ9を介してラック4に揺動可能に連結される。これにより、ステアリング追従部材10は、第一形態と同様、ラック4のストロークに基づきステアリング1と同方向に回動する。

かかる構成によれば、ラック4との係合にギア機構を用いた場合は、ラック4の歯群4aとステアリング追従部材10の歯群11aとで構成されるギア部における異物混入対策を考慮する必要がなく、また、ギア機構を用いる場合に比べて、部品精度が多少低くても問題ないため、製造コストの削減が可能になる。

従って、本形態も、第一形態と同様、運転者がステアリングホイール1を操舵せずにトー角がゼロの直進状態において、ジョイントJ4がそれぞれステアリング追従部材10の車幅方向端縁に位置するように設定すれば、ステアリングホイール1が左向きに回転すると、車輪5を左回りに転舵できると共に車幅方向外向きに押し出すことができ、ステアリングホイール1が右向きに回転すると、車輪5を右回りに転舵できると共に車幅方向外向きに押し出すことができる。

このため、本形態も、第一形態と同様、車輪5の収納スペースを拡大させることなく、車両の最大旋回量を増大させることができ、小回りが利き、車両取り回し性が向上する。加えて、本形態においても、車輪5の転舵させるナックル7は、車体メンバに対してサスペンションリンク12により保持される一方、その動作にタイロッド8を介して連結されるラック4の規制を受け、更に、サスペンションリンク6の動作も、コントロールロッド12及びステアリング追従部材10を介してラック4の規制を受けるため、路面変化による変動を吸収する際のサスペンションストロークに伴って車輪5を車幅方向外向きに押し出すことなくトー角変化を適正に抑えることができる。

また、車輪5を車幅方向外向きに押し出す構成を比較すると、従来装置は、図5に示す如く、ラック4、リンクロッド33、サスペンションロアリンク31、アーム38、タイロッド36、コントロールロッド37、エクステンションリンク32及びナックル34の8要素であるのに対し、本形態は、ラック4、ステアリング追従部材10、ステアリング追従部材とラックとを係合させる別体の要素であるアームリンク15、コントロールロッド12、リンク部材13、サスペンションリンク6及びナックル7の7要素で済むため、部品点数を削減することができる。

また、本形態も、キングピンＰ1、支持軸Ｐ2及び連結点J5を車幅方向に整列させ、更に好ましくは、軸心Ｏ1、軸心Ｏ2及び軸心Ｏ3を同一の車幅方向軸Ｘ-Ｘ上に配すれば、車幅方向に対して最も高い剛性を確保できるため、車輪5からの車幅方向の入力に対し、最も効率よく力を受けることができる。

上述した２つの形態の各要素は、用途に応じて様々に組み合わせることができる。また、本発明は、請求の範囲内において様々な変更を加えることができる。例えば、ジョイントＪ1〜Ｊ9は、各要素間を相対運動可能に連結するものであればよく、ボールジョイント等の自在継手、軸周りの回転を許容するピン継手、或いは、車両上下方向に取り付けられる軸（ピン）等を採用することができる。

本発明である車両用ステアリング装置の第一形態を示す模式平面図である。 同形態において、運転者が車両を左旋回させるべく、ステアリングホイールを左向きに回転させた際の動作を説明する模式平面図である。 同形態において、運転者が車両を右旋回させるべく、ステアリングホイールを右向きに回転させた際の動作を説明する模式平面図である。 本発明の第二形態を示す模式平面図である。 従来のステアリング装置であって、その左前輪側部分を示す要部模式図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ ピニオン
４ ラック
５ 車輪
６ サスペンションリンク
７ ナックル
7a ナックルアーム
7s アクスル
８ タイロッド
10 ステアリング追従部材
11 扇状部
12 コントロールロッド
13 リンク部材
14 連結部
15 リンクアーム
Ｊ1〜Ｊ9 ジョイント
Ｐ1 キングピン
Ｐ2 支持軸

Claims (2)

1. 操舵に用いるステアリングと、このステアリングからの操舵に応じて車幅方向にストロークするラックとを備え、このラックのストロークに応じて車輪をキングピン周りに転舵させると共に当該車輪を車幅方向外向きに押し出す車両用ステアリング装置であって、
   車体メンバに車幅方向外向きに揺動可能に連結されるサスペンションリンクと、このサスペンションリンクにキングピン周りに回動可能に保持されるナックルと、このナックルに回転可能に保持される車輪と、この車輪を保持するナックルに揺動可能に連結されると共に前記ラックに揺動可能に連結されるタイロッドと、車体メンバに車両上下方向に延在する支持軸を介して回動可能に保持され前記ラックに係合して当該ラックのストロークに基づき前記ステアリングと同方向に回動するステアリング追従部材と、このステアリング追従部材の車幅方向に対向する端縁にそれぞれ回動可能に連結され互いに前記支持軸を挟んで対向するサスペンションリンクに揺動可能に保持される２つのコントロールロッドと、前記コントロールロッドを車体メンバに連結して当該コントロールロッドの動作を車幅方向のストロークに規制するリンク部材とを設けたことを特徴とする車両用ステアリング装置。
2. 前記支持軸、前記キングピン及び前記サスペンションリンクと前記コントロールロッドとの連結点を車幅方向に整列させてなることを特徴とする請求項１に記載の車両用ステアリング装置。

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