JP2008126998A - 全車輪の車軸方向を完全に集中させる操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は四輪車等の全車輪の旋回中心を完全に一点に集中させて、車輪をリンク駆動により操向させ、しかも回転半径をゼロ又はゼロ近くとする操舵装置の実用化。
【解決手段】（イ）車輪を操向させる左右のロッド７，６を軸（制御軸１２）により結合しＶ状に屈折自在とする。
（ロ）左右のロッド７，６の長さを調節して、全車輪の旋回中心を完全に一点に集中させて動かしたときの、軸（制御軸１２）の移動軌跡より制御しやすい形を選択し、それに合致した逆Ｖ状のカム溝２１を設ける。
（ハ）そのカム溝２１内に嵌合した上記の軸（制御軸１２）をレバーなどで両方向に移動させ、左右のロッド７，６により両車輪を操向し操舵する。
以上のように構成してどの操舵位置でも全車輪の旋回中心を一致させる。
【選択図】図２

Description

四輪車などの全車輪の車軸を完全に一点に集中させて旋回し、且つ車体の回転半径をゼロ又はその近くで旋回可能にする操舵装置の技術。

例えば前車輪を操向する場合、そのリンク（ナックルアーム）の延長線がリャアクスルの中心で交わるようにして、全車輪が同心円上を動くようにする所謂アッカーマン・ジャントウー方式がある。しかしこれは近似的状態のもので実際は全車軸は一点に集中せず、操向角度が大きくとなるほど乖離する。また回転する側の車輪を９０度前後操向して、停止位置で車体を旋回させることはリンク方式の操舵装置では困難であった。

発明が解決しようとする課題

四輪車などの全車輪の車軸方向をどの操舵位置でも完全に一点に集中させ、車体を停止位置でも全方向に旋回できる、リンクによる操舵装置の実用化。

課題を解決するための手段

（イ）左右の車輪に取り付けられる操向用のタイロッドの中央部を、軸結合によってＶ状に屈折可能に結合する。
（ロ）タイロッドの長さを調節してその軸（制御軸１２）の前後位置を選択し、全車軸が完全に一致した状態で移動する軸の移動軌跡に合致し、制御しやすいＶ状カム溝２１の形状を選択する。
（ハ）上記の軸（制御軸１２）を屈折可能なレバーなどによりカム溝２１内を左右に移動させて車輪を操向する。

本発明を実施例によって説明する。図１は電動車椅子の平面図で、右半分は椅子８を取り除いた状態を示している。左右の前車輪１と後車輪２は段差や悪路にも対応できる前後同径の四輪構成で、片側の後車輪２を最大９０度近く操向して操舵できる。左右の後車輪２は側枠３と一体になった後枠４の両端の支軸１１に軸架され、右ロッド６と左ロッド７の移動により車輪を操向する。点線で示した後車輪２は左前車輪の直下を中心として旋回するときの位置で、全ての車輪の車軸方向はその方向に集中され、左前車輪の接地部を旋回中心として車体を前進で左回転、後進で右回転し全方向に旋回できる。
図２は後車輪の操向手段を説明するもので、操向器５と右ロッド６と左ロッド７による車輪の操作を示している。制御軸１２がＶ状のカム溝２１内のどの位置にあっても、全車軸方向が完全に一点に集中するような形状になっていて、制御軸１２を移動すると右ロッド６と左ロッド７によって右車輪１７と左車輪１８を求められる方向に操向する。点線で示した車輪の位置は駆動軸１３を右方向に、移動範囲の４分の１毎回転させたときの位置を表している。最大左車輪１８を９０度回転させた場合のもので、旋回中心は図１例よりさらに内側になる。リンク方式に基づく制限があるがもう少し内側に旋回中心を置くことも可能である。Ｖ状のカム溝２１はロッドの長さを調節し、制御軸１２の前後位置を変える事によって、その形は変化するので制御軸１２の制御が容易な形状のものを選択する。
カム溝２１の形状を図６で説明する。左右の車輪の中心にある制御軸１２の位置が、左右の操向軸１４と直線上にあるときの、全車軸を一点に集中させるカム溝２１の移動軌跡はＡとａ、ロッドを長くして制御軸１２の位置を下方にずらした例としてＢとｂ、Ｃとｃそして下側のＤのみを示す。何れも上下二本になるが、実線で示したロッド等の配置状態はＢの状態である。リンク駆動ではａｂｃの場合制御は困難である。下方のＡＢＣの場合は、ロッドを長くして下方に移す程その角度は大きく、操向器５の位置が離れ又操舵による操向角度のピッチの偏りが大きくなる。ＢＣ程度の位置がロッドも長くならず、またスムーズな制御が可能である。図１〜５は全てこのような位置関係の場合を示している。また操向軸１４の取り付け位置をより内側にするとＶ状のカム溝はより扁平状となる。また外側にずらすとより急角度の形状となるので、制御しやすいＶ状となる位置を選択する。左右のロッド７，６と車輪との結合部の操向軸１４等は、従来と同様にボールジョイント等に置き換える事ができる。図３と図４は左右のロッドと車輪をこの様に駆動する操向器５の構造例を示している。図２のように配置され車輪を操向する左右のロッド７，６の接合部にある制御軸１２はニードルベアリングを介して、Ｖ状のカム溝２１に転動可能に嵌合している。モーター１０によって左右に回転する駆動軸１３には主アーム１９が取り付けられ、それに従アーム２０が連結軸２４によって結合され、他端は制御軸１２を支架するように取り付けられる。左右のロッド７，６も同様に制御軸１２に嵌合している。カム溝２１を持つカム板２２はケース２３に固定される。この様な構造で駆動軸１３とこれに取り付けられた主アーム１９を右回転させると、従アーム２０により上下を支えられた制御軸１２はカム溝２１内を転動しながら、その上端まで移動する。左回転の場合は同様に下端に移動させる事ができる。その時の主アーム１９と従アーム２０の状態を点線で示している。この例ではカム板２２を中心に設けているが、上下即ち従アーム２０の外側に分割して二枚にしてもよい。
運転制御は現在の電動車椅子などで使用されている運転レバー１５によるものを例示している。前後に傾けて後車輪の電動モーター９により前後進を、左右に傾けて操向用のモーター１０により操向器５を駆動して操舵する。小径のフリーホィールと違い車輪径が大きく、前輪を操向すると乗り降りや操舵時に問題があるので後輪操向としているが、バッテリー１６などの積載スペースは十分にとれる。二輪操舵に限らず四輪やトレーラー等の六輪車でも対応できる。
図５は四輪操向によって操舵する場合の例で、上側の前車輪１と後車輪２の中間を中心として旋回させる場合の、各車輪の向きを点線で示している。その場合の左右のロッドと操向器は対称的に配置されるが、構造や機能は二輪操向の場合と同様である。その際両方の操向器は連結軸２４によって、駆動軸１３は同期に逆方向に回転させる。また二輪操向の場合と同様旋回中心は、スムーズに制御できる範囲で自由に選択できる。当然カム溝２１の形状は前に説明したように変化する。この四輪操向は通常の乗用車にも応用できるが、貨物などの運搬用の台車に装備すると、狭い場所での方向転換など運転操作上非常に効果的である。また高速時に車体に加わる遠心力に対応して必要な車軸方向の旋回中心の前方向えの移動も、カム板２２をカム溝２１の屈折点を中心として若干回転させたり前後にずらすなどして対応できる。四輪操舵の場合は前後の連結軸２４に差動装置を設けても同様の対応ができる。

発明の効果

（イ）車輌下又はその近くを中心として回転半径をゼロ又は極く小半径で旋回でき、狭い場所での停止位置での方向転換が可能となる。
（ロ）全車輪の車軸を完全に一点に集中するように操向して操舵でき、接地面での滑りが少なくタイヤの摩耗を減少できる。
（ハ）リンク機構により車輪を操向するので操舵装置全体が簡潔になる。
（ニ）高速時に必要とされる旋回中心点のずらし等が容易にできる。

は本発明の操舵装置を電動車椅子に適用した例の平面図。 は図１の全車輪の車軸を一点に集中させる操向手段を示す。

は前後四輪を操舵する状態を示す。 はタイロッドの長さを変えた時の制御軸１２の位置と、全車輪の旋回中心を集中させるのに必要な制御軸１２の移動軌跡を表した図。

符号の説明

１ 前車輪 ２ 後車輪 ３ 側枠 ４ 後枠
５ 操向器 ６ 右ロッド ７ 左ロッド ８ 椅子
９ モーター １０ モーター １１ 支軸 １２ 制御軸
１３ 駆動軸 １４ 操向軸 １５ 運転レバー １６ バッテリー
１７ 右車輪 １８ 左車輪 １９ 主アーム ２０ 従アーム
２１ カム溝 ２２ カム板 ２３ ケース ２４ 連結軸

Claims (2)

1. （イ）車輪を操向する左右のタイロッドの中央部を、Ｖ状で自由に屈折できるよう軸により結合する。
   （ロ）全車輪の車軸方向がどの操舵位置にあっても、完全に一点に集中させる上記の軸（制御軸１２）の移動軌跡に合致させた、Ｖ状のカム溝２１に移動又は転動可能にその軸を装着する。
   （ハ）制御軸１２をＶ状のカム溝２１内で、右側または左側に動かす屈折レバー等の駆動装置を設ける。
   以上のように構成された、全車輪の車軸方向を完全に一点に集中させる四輪車等の操舵装置。
2. 四輪操舵の場合、連結する前後の上記装置間に差動装置を設けるか、一方のカム溝２１のＶ状屈折点を中心としてカム溝２１を若干回転変位させる、またはカム溝２１を前後に移動させる手段により、高速運転時に求められる後輪の旋回中心の移動を可能にする上項の操舵装置。

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