JP2012101577A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の操舵負担を軽減することができる車両の操舵装置を提供すること。
【解決手段】三輪自転車１１の操舵装置は、ペダル４０からの動力により駆動される無段変速装置３０と、無段変速装置３０の変速比を調節する調節手段Ｒと、を備える。無段変速装置３０は、ペダル４０からの動力が入力されるとともに右後輪１５Ｒに動力伝達可能に連結された入力軸３３と、入力軸３３の回転が伝達されるとともに左後輪１５Ｌに動力伝達可能に連結された出力軸３５と、を有する。そして、無段変速装置３０は、調節手段Ｒにより決定された変速比に応じて入力軸３３と出力軸３５に回転速度差を生じさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操舵装置に関する。

左右後輪の回転を制御可能にした三輪自転車として、例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１に開示の三輪自転車は、１つの前輪と、左右の２つの後輪とを有し、それら左右の後輪車軸の間にべべルギヤを設けることによって、左右後輪の回転速度を差動的に変化させるようになっている。

実開昭５６−１４６６９２号公報

ところが、特許文献１に開示の三輪自転車の操舵は、前輪に直結されたハンドルを手で操作して行っており、例えば、上肢不自由者のようにハンドルを操作することが困難な者にとっては操舵しづらいものである。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転者の操舵負担を軽減することができる車両の操舵装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、駆動源からの動力により駆動される一対の車輪を有する車両の操舵装置であって、前記駆動源からの動力により駆動される変速装置と、前記変速装置の変速比を調節する調節手段と、を備え、前記変速装置は、前記駆動源からの動力が入力されるとともに一方の車輪に動力伝達可能に連結された第１の回転軸と、第１の回転軸の回転が伝達されるとともに他方の車輪に動力伝達可能に連結された第２の回転軸と、を有し、前記変速装置は、前記調節手段により決定された変速比に応じて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸に回転速度差を生じさせることを要旨とする。

上記発明によれば、駆動源からの動力により第１の回転軸が回転するとともに、この第１の回転軸の回転は、変速装置を介して第２の回転軸に伝達される。そして、左進又は右進時は、調節手段を操作して決定された変速比に応じて、変速装置により第１の回転軸と第２の回転軸との間に回転速度差が生じ、この回転速度差に基づいて一対の車輪間には回転速度差が生じ、この回転速度差に基づいて車両の左進又は右進が可能になる。よって、運転者が、操舵輪に直結のハンドルを直接操作して操舵輪を操舵させる場合と比べると、運転者の操舵負担を軽減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両の操舵装置において、前記一対の車輪は、該車輪の前進方向及び後進方向に回転可能に前記第１及び第２の回転軸に動力伝達可能に連結されていることを要旨とする。

一対の車輪が、例えば、前進方向への回転のみを伝達可能なワンウェイクラッチを介して第１及び第２の回転軸に連結されていると、第１の回転軸と第２の回転軸との間に回転速度差が生じた場合、遅い側の回転軸に連結された車輪には、速い側の回転軸に連結された車輪とは逆方向へのトルクが作用する。この場合、遅い側の車輪においては、後進方向への回転が付与され、ワンウェイクラッチに空回りが発生してしまい、空回りにより遅い側の車輪が進行方向へ連れ回りして回転速度が上昇し、変速装置により付与された回転速度差が小さくなってしまう。しかし、上記発明では、一対の車輪それぞれは、第１及び第２の回転軸に対し前進方向及び後進方向の回転を伝達可能に連結され、ワンウェイクラッチのような一方向連結と異なることから、上述の空回り発生を回避することができる。その結果として、空回りに起因した回転速度差の減少を防止して、操舵性能の低下を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両の操舵装置において、前記駆動源は、ペダルであることを要旨とする。
上記発明によれば、ペダルを踏み込むことで、手を使わずに変速装置に動力を付与することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の車両の操舵装置において、前記一対の車輪に一体の車軸それぞれにはスプロケットが設けられ、各車輪には、各スプロケットを介して各回転軸の回転が伝達されることを要旨とする。

上記発明によれば、第１及び第２の回転軸と、各車輪とを、動力伝達可能に容易に連結することができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の車両の操舵装置において、前記変速装置は、少なくとも１つの転動体と、前記転動体が回転しつつ摺接する第１摺接面を有するとともに、前記第１の回転軸と一体回転する第１の支持部材と、前記転動体が回転しつつ摺接する第２摺接面を有するとともに、前記第２の回転軸と一体回転する第２の支持部材と、を有し、前記転動体を駆動させ、該転動体の回転軸を中心とした前記第１及び第２摺接面の作用半径を調節することで、前記第１及び第２の回転軸の回転速度に差を生じさせるとともに、前記転動体が前記調節手段により駆動されることを要旨とする。

上記発明によれば、転動体を駆動させることで、第１及び第２摺接面の作用半径を変更し、変速比を変更することができるため、変速比の変更を衝撃の無い、無段状態で行うことができる。

本発明によれば、運転者の操舵負担を軽減することができる。

実施形態の操舵装置を備えた三輪自転車を示す模式図。 （ａ）は右進する場合の無段変速装置を示す模式図、（ｂ）は左進する場合の無段変速装置を示す模式図。

以下、本発明の操舵装置を、車両としての三輪自転車の操舵装置に具体化した一実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。なお、以下の説明において、「前」「後」「左」「右」は、三輪自転車を運転する運転者を基準とした「前」「後」「左」「右」として説明する。

図１に示すように、三輪自転車１１のフレーム１２前部には前輪１３が回転可能に支持されている。また、フレーム１２後端部に固設されたＵ字状のサポートフレーム１４の左側部（一側部）には、車輪としての左後輪１５Ｌが左車軸１６Ｌを介して回転可能に支持されるとともに、サポートフレーム１４の右側部（他側部）には、車輪としての右後輪１５Ｒが右車軸１６Ｒを介して回転可能に支持されている。

左車軸１６Ｌには、左スプロケット１７Ｌが固定されるとともに、右車軸１６Ｒには右スプロケット１７Ｒが固定されている。また、フレーム１２のほぼ中央にはサポート軸受１９が支持されるとともに、このサポート軸受１９には従動軸２０が回転可能に支持されている。従動軸２０の左右両端部それぞれには従動スプロケット２１Ｌ，２１Ｒが固定されている。そして、左側の従動スプロケット２１Ｌと、左車軸１６Ｌの左スプロケット１７Ｌとには、従動チェーン２２が掛け渡されている。

また、フレーム１２において、サポート軸受１９より斜め前方には、無段変速装置３０が配設されている。図１及び図２に示すように、無段変速装置３０のケーシング３０ａには、第１の支持部材を形成する入力ディスク３２が回転可能に支持されるとともに、第２の支持部材を形成する出力ディスク３４が回転可能に支持されている。入力ディスク３２と出力ディスク３４の間には、転動体として２つのボール３１が介在されている。

図２に示すように、ボール３１は、入力ディスク３２の入力側支持面３２ａと、出力ディスク３４の出力側支持面３４ａに支持されている。また、各ボール３１は回転することで、入力側支持面３２ａの周縁に湾曲形成された第１摺接面３２ｂと、出力側支持面３４ａの周縁に形成された第２摺接面３４ｂに対し摺接可能になっている。さらに、各ボール３１の回転軸をボール回転軸３１ａとして図示すると、ボール回転軸３１ａはボール３１の回転に伴い傾きが変更されるようになっている。

また、入力ディスク３２には、第１の回転軸としての入力軸３３が固定されるとともに、出力ディスク３４には、第２の回転軸としての出力軸３５が固定されている。また、無段変速装置３０の入力軸３３にはコントローラ２７が設けられるとともに、このコントローラ２７にはワイヤＷが接続されている。無段変速装置３０は、コントローラ２７に対するワイヤＷの抜き差しによって、ボール回転軸３１ａの傾きを調節可能になっている。ワイヤＷには、その操作用の操作レバー３６が固定されている。

そして、操作レバー３６の操作により、ワイヤＷがコントローラ２７に対して抜き差しされると、無段変速装置３０内のネジ機構が駆動されてボール３１が回転する結果、ボール回転軸３１ａの傾きが調節されるようになっている。ボール回転軸３１ａの傾きが変更されると、ボール回転軸３１ａから、第１及び第２摺接面３２ｂ，３４ｂの周縁への接触部に至るまでの距離である第１及び第２摺接面３２ｂ，３４ｂの作用半径ｒ１，ｒ２が変更される。その結果、無段変速装置３０の変速比が変更され、入力軸３３の回転速度が、変速比に応じた回転速度に変更されて出力軸３５に伝達されるようになっている。なお、ボール回転軸３１ａが傾いておらず、第１摺接面３２ｂと第２摺接面３４ｂの作用半径ｒ１，ｒ２が同じ場合は、出力軸３５には、入力軸３３の回転速度がそのまま伝達されるようになっている。よって、本実施形態では、コントローラ２７、ワイヤＷ、及び操作レバー３６により、無段変速装置３０の変速比を調節する調節手段Ｒが構成されている。

また、図１に示すように、入力軸３３には、入力用スプロケット３７が固定されるとともに、出力軸３５には出力用スプロケット３８が固定されている。また、フレーム１２のほぼ中央には、駆動軸用軸受４５が支持されるとともに、この駆動軸用軸受４５には駆動軸３９が回転可能に支持されている。駆動軸３９の右端部には、駆動スプロケット４１が固定されるとともに、駆動軸３９の両端にはペダル４０が固定されている。

そして、駆動軸３９の駆動スプロケット４１と、無段変速装置３０における入力軸３３に固定された入力用スプロケット３７と、右車軸１６Ｒの右スプロケット１７Ｒとには、駆動チェーン４２が掛け渡されている。さらに、無段変速装置３０における出力軸３５の出力用スプロケット３８と、従動軸２０における右側の従動スプロケット２１Ｒには、出力チェーン４３が掛け渡されている。そして、本実施形態では、無段変速装置３０と、無段変速装置３０の変速比を調節する調節手段Ｒとから操舵装置が構成されている。

次に、上記構成の三輪自転車１１の動力伝達経路について説明する。
三輪自転車１１において、ペダル４０の踏み込み動作によって生じる動力が駆動スプロケット４１、駆動チェーン４２、及び入力用スプロケット３７を介して入力軸３３に伝達される。同時に、ペダル４０からの動力は、駆動チェーン４２、右スプロケット１７Ｒ、及び右車軸１６Ｒを介して右後輪１５Ｒに伝達される。

また、入力軸３３に伝達された動力は、無段変速装置３０を介して出力軸３５に伝達されるとともに、出力用スプロケット３８、出力チェーン４３、及び従動スプロケット２１Ｒを介して従動軸２０に伝達される。そして、従動軸２０に伝達された動力は、従動スプロケット２１Ｌ、従動チェーン２２、及び左スプロケット１７Ｌを介して左車軸１６Ｌに伝達され、左後輪１５Ｌに伝達される。その結果、ペダル４０からの動力が各スプロケット及びチェーンよりなる動力伝達経路を伝達して右後輪１５Ｒ及び左後輪１５Ｌに伝達され、左右後輪１５Ｌ，１５Ｒが回転する結果、三輪自転車１１に推力が発生し、前輪１３が回転して三輪自転車１１が前後進するようになっている。

次に、上記三輪自転車１１の右進動作及び左進動作について説明する。
三輪自転車１１を右進させる場合、運転者は、ペダル４０を踏み込みながら、操作レバー３６を右に旋回させる。すると、図２（ａ）に示すように、ワイヤＷがコントローラ２７から引き出されて無段変速装置３０の変速比が変更されると、ワイヤＷの移動量に応じてボール３１が回転するとともにボール回転軸３１ａが傾き、第２摺接面３４ｂの作用半径ｒ２が第１摺接面３２ｂの作用半径ｒ１より大きくなる。すると、出力軸３５の回転速度は、入力軸３３の回転速度より速くなる。その結果、左後輪１５Ｌと右後輪１５Ｒが互いに異なる回転速度で回転し、左後輪１５Ｌの回転速度が、右後輪１５Ｒの回転速度より速くなる。この左右後輪１５Ｌ，１５Ｒの回転速度差により、左右後輪１５Ｌ，１５Ｒに動力差が生じて、三輪自転車１１は右進する。

一方、三輪自転車１１を左進させる場合は、運転者は、ペダル４０を踏み込みながら、操作レバー３６を左に旋回させる。すると、図２（ｂ）に示すように、ワイヤＷがコントローラ２７から引き出されて無段変速装置３０の変速比が変更されると、ワイヤＷの移動量に応じてボール３１が回転するとともにボール回転軸３１ａが傾き、第１摺接面３２ｂの作用半径ｒ１が第２摺接面３４ｂの作用半径ｒ２より大きくなる。すると、出力軸３５の回転速度が、入力軸３３の回転速度より遅くなる。その結果、左後輪１５Ｌの回転速度が、右後輪１５Ｒの回転速度より遅くなり、三輪自転車１１は左進する。

また、三輪自転車１１を左進から直進に戻す場合、又は右進から直進に戻す場合、操作レバー３６を左進又は右進操作の状態から元に戻す。すると、ワイヤＷがコントローラ２７に戻され無段変速装置３０の変速比が変更されるとともに、第１摺接面３２ｂの作用半径ｒ１と、第２摺接面の作用半径ｒ２が同じになる。すると、出力軸３５の回転速度と、入力軸３３の回転速度が同じになる結果、左後輪１５Ｌと右後輪１５Ｒが同じ回転速度で回転し、左右後輪１５Ｌ，１５Ｒの動力差が無くなり、三輪自転車１１は直進する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）操舵装置として、ペダル４０から左右後輪１５Ｌ，１５Ｒへの動力伝達経路に、各後輪１５Ｌ，１５Ｒに動力連結された入力軸３３と出力軸３５の間に回転速度差を生じさせる無段変速装置３０を設けるとともに、この無段変速装置３０の変速比を調節可能とする調節手段Ｒを設けた。そして、無段変速装置３０により生じた入力軸３３と出力軸３５の回転速度差により、左右後輪１５Ｌ，１５Ｒに回転速度差を生じさせ、その回転速度差に基づいて三輪自転車１１を操舵することができる。したがって、運転者は調節手段Ｒの操作レバー３６を操作するだけで三輪自転車１１を操舵することができ、前輪１３に直結されたハンドルを直接操作して三輪自転車１１を操舵する場合と比べると、運転者の操舵負担を軽減することができる。その結果として、例えば、手の力が弱かったり、腕を動かせなかったりするといった上肢不自由者であっても、三輪自転車１１を操舵することができる。

（２）例えば、ペダル４０からの動力が、入力軸３３から右後輪１５Ｒへ、及び出力軸３５から左後輪１５Ｌへ、ワンウェイクラッチを介して前進方向への回転のみを伝達可能にされていると、無段変速装置３０によって回転速度が遅くされた後輪においては、後進方向へのトルクが作用することから、ワンウェイクラッチに空回りが発生してしまう。この空回りが発生すると、遅い側の後輪は、三輪自転車１１の前進に伴って前進方向へ連れ回りしてしまい左右後輪での回転速度差が小さくなってしまう。しかし、本実施形態では、無段変速装置３０の入力軸３３と右後輪１５Ｒとは、各スプロケット３７，１７Ｒ及び駆動チェーン４２によりリジットに連結され、出力軸３５と左後輪１５Ｌとは、各スプロケット３８，２１Ｒ，２１Ｌ，１７Ｌ及び各チェーン４３，２２によりリジットに連結されている。このため、前後進方向への動力を、入力軸３３から右後輪１５Ｒへ、及び出力軸３５から左後輪１５Ｌへ直接伝達することができることから、上述の空回りの発生を防止することができる。その結果として、遅い側の後輪に後進方向へのトルクを作用させ、左右後輪１５Ｌ，１５Ｒ間に大きな回転速度差を生じさせ、操舵性能の低下を防止することができる。さらには、運転者には、回転速度差に基づく路面抵抗が、操舵反力として操作レバー３６を介して伝わるため、操舵していることを体感することができる。

（３）無段変速装置３０は、入力軸３３が一体化された入力ディスク３２と、出力軸３５が一体化された出力ディスク３４と、両ディスク３２，３４の間に介在されたボール３１とを備える。そして、ボール３１を回転させ、ボール回転軸３１ａの傾きを調節することで、入力ディスク３２における第１摺接面３２ｂの作用半径ｒ１、及び出力ディスク３４における第２摺接面の作用半径ｒ２を変更することができる。よって、無段変速装置３０を用いることで、変速比の変更を衝撃の無い、無段状態で行うことができる。さらには、変速比の値は、ボール３１の回転（ボール回転軸３１ａの傾き）に伴う各摺接面３２ｂ，３４ｂの作用半径ｒ１，ｒ２が直接反映されるため、操作レバー３６の操作量を直接反映した操舵を行うことができる。

（４）本実施形態の三輪自転車１１は、ペダル４０の踏み込み動作により、無段変速装置３０に動力を付与するため、操作レバー３６の操作以外は、手による動作を必要せずに三輪自転車１１を操舵することができる。

（５）無段変速装置３０の入力軸３３と右後輪１５Ｒとは、各スプロケット３７，１７Ｒ及び駆動チェーン４２によりリジットに連結され、出力軸３５と左後輪１５Ｌとは、各スプロケット３８，２１Ｒ，２１Ｌ，１７Ｌ及び各チェーン４３，２２によりリジットに連結されている。このため、入力軸３３と右後輪１５Ｒ、及び出力軸３５と左後輪１５Ｌを前後進方向への回転を伝達可能に容易に連結することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 入力軸３３と右後輪１５Ｒ、及び出力軸３５と左後輪１５Ｌは、チェーンの代わりにベルトを用いて動力伝達可能に連結されていてもよい。

・ 実施形態では、ペダル４０の踏み込みにより生じる動力によって無段変速装置３０の入力軸３３を回転させたが、電動モータや内燃機関等の外部駆動源からの動力により無段変速装置３０の入力軸３３を回転させてもよい。

・ 実施形態では、変速装置として無段変速装置３０に具体化したが、左後輪１５Ｌと右後輪１５Ｒの２つの車輪に回転速度差を生じさせることができるのであれば、変速装置としてはその他の形式の変速装置に代えてもよい。

・ 実施形態では、無段変速装置３０によって左右後輪１５Ｌ，１５Ｒに回転速度差を生じさせて操舵可能にしたが、無段変速装置３０によって回転速度差を生じさせる一対の車輪を、車両前部に設けた一対の前輪としてもよい。この場合、後輪は一対であってもよいし、１つの車輪であってもよい。

・ 実施形態では、無段変速装置３０に２つのボール３１を設けたタイプとしたが、ボール３１の数は任意に変更してもよい。また、ボール３１の代わりに、ディスクを用いてもよい。

・ 実施形態では、操舵装置を車両としての三輪自転車１１に適用したが、操舵装置を車両としての、四輪自転車、四輪自動車、左右二輪の原動機に適用してもよい。
・ 実施形態では、操作レバー３６の操作によりワイヤＷ及びコントローラ２７を操作して無段変速装置３０の変速比を調節可能にしたが、調節手段は変更してもよい。例えば、三輪自転車１１の運転者の腰の角度に連動して無段変速装置３０の変速比を調節可能にしたり、ペダル４０の左右の踏み込み量に連動して無段変速装置３０の変速比を調節可能にしてもよい。

ｒ１，ｒ２…作用半径、Ｒ…調節手段、Ｗ…調節手段を構成するワイヤ、１１…車両としての三輪自転車、１５Ｌ…車輪としての左後輪、１５Ｒ…車輪としての右後輪、１６Ｌ…車軸としての左車軸、１６Ｒ…車軸としての右車軸、１７Ｌ…左スプロケット、１７Ｒ…右スプロケット、２７…調節手段を構成するコントローラ、３０…変速装置としての無段変速装置、３１…転動体としてのボール、３１ａ…回転軸としてのボール回転軸、３２…第１の支持部材としての入力ディスク、３２ｂ…第１摺接面、３３…第１の回転軸としての入力軸、３４…第２の支持部材としての出力ディスク、３４ｂ…第２摺接面、３５…第２の回転軸としての出力軸、３６…調節手段を構成する操作ハンドル、４０…駆動源としてのペダル。

Claims (5)

1. 駆動源からの動力により駆動される一対の車輪を有する車両の操舵装置であって、
   前記駆動源からの動力により駆動される変速装置と、
   前記変速装置の変速比を調節する調節手段と、を備え、
   前記変速装置は、前記駆動源からの動力が入力されるとともに一方の車輪に動力伝達可能に連結された第１の回転軸と、
   第１の回転軸の回転が伝達されるとともに他方の車輪に動力伝達可能に連結された第２の回転軸と、を有し、
   前記変速装置は、前記調節手段により決定された変速比に応じて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸に回転速度差を生じさせることを特徴とする車両の操舵装置。
2. 前記一対の車輪は、該車輪の前進方向及び後進方向に回転可能に前記第１及び第２の回転軸に動力伝達可能に連結されている請求項１に記載の車両の操舵装置。
3. 前記駆動源は、ペダルである請求項１又は請求項２に記載の車両の操舵装置。
4. 前記一対の車輪に一体の車軸それぞれにはスプロケットが設けられ、各車輪には、各スプロケットを介して各回転軸の回転が伝達される請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の車両の操舵装置。
5. 前記変速装置は、少なくとも１つの転動体と、
   前記転動体が回転しつつ摺接する第１摺接面を有するとともに、前記第１の回転軸と一体回転する第１の支持部材と、
   前記転動体が回転しつつ摺接する第２摺接面を有するとともに、前記第２の回転軸と一体回転する第２の支持部材と、を有し、
   前記転動体を駆動させ、該転動体の回転軸を中心とした前記第１及び第２摺接面の作用半径を調節することで、前記第１及び第２の回転軸の回転速度に差を生じさせるとともに、前記転動体が前記調節手段により駆動される請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の車両の操舵装置。

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