JP4624151B2

JP4624151B2 - 自動車の操舵装置

Info

Publication number: JP4624151B2
Application number: JP2005085891A
Authority: JP
Inventors: 健安井; 貴行豊島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: JP2006264511A

Description

本発明は、自動車の操舵装置に関する。

自動車の操舵装置において、ステアリングホイールへの入力を電気的に検出し、この検出値に基づいて各操舵輪の操舵回転を電動機で行う、いわゆるステアバイワイヤ方式のものが提案されている（例えば特許文献１参照）。このステアバイワイヤ方式の操舵装置では、電動機の回転軸に固定されたピニオンギヤでラックギアを駆動し、このラックギアの移動でテコ・クランク機構を介して操舵輪を操舵回転させるようになっている。
特開昭６２−１２４６１号公報

上記のように、電動機の回転軸に固定されたピニオンギヤでラックギアを駆動し、このラックギアの移動でテコ・クランク機構を介して操舵輪を操舵回転させる構造の操舵装置であると、構造が複雑になるとともに、大型になって重量も増大し、さらには伝達効率も低下してしまうという問題があった。

したがって、本発明は、構造を簡素化できるとともに、小型化および軽量化ができ、さらには伝達効率を向上させることができる自動車の操舵装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、各操舵輪（例えば実施形態における車輪２１）を操舵回転の中心である操舵軸（例えば実施形態におけるキングピン７０）と同軸に配置された被動歯車（例えば実施形態におけるギア７１）と電動機（例えば実施形態における回転アクチュエータ６８）の回転軸（例えば実施形態における回転軸６９）に固定された駆動歯車（例えば実施形態におけるウォームギア７２）とを前記電動機で操舵回転させる自動車の操舵装置であって、一対のアッパアーム（例えば実施形態におけるアッパアーム４９）とロアアーム（例えば実施形態におけるロアアーム５２）とで構成されるダブルウイッシュボーン型懸架装置（例えば実施形態における懸架装置１６，１７）を有しており、前記一対のアッパアームとロアアームの先端側にはナックル（例えば実施形態におけるナックル５４）が取り付けられ、前記ナックルの前記一対のアッパアームとロアアームの反対側であって、前記ナックルの上下方向略中央部には前記電動機がその回転軸を略水平に配置して取り付けられたことを特徴としている。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記懸架装置は鉛直方向に沿う回転軸（例えば実施形態における回動軸２７，２８）により、車体に対して回転可能に支持されていることを特徴としている。

請求項１に係る発明によれば、各操舵輪をそれぞれの操舵回転の中心である操舵軸と同軸に配置された歯車を介して電動機で操舵回転させるため、操舵回転を駆動するためにテコ・クランク機構やラックギア等が不要になる。したがって、構造を簡素化できるとともに、小型化および軽量化ができ、さらには伝達効率を向上させることができる。しかも、テコ・クランク機構と違い、フルストローク位置でのロックが実質的に起きないので車輪が周辺と干渉しない範囲で最大限操舵可能となる。

また、電動機の回転軸に固定された歯車および操舵軸と同軸に配置された歯車の一対で操舵輪を操舵回転させるため、確実に構造を簡素化できるとともに、確実に小型化および軽量化ができ、さらには確実に伝達効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態を図面を参照して以下に説明する。
図１および図２は、自動車１１を示すもので、この自動車１１は、図３に示すように、中央に配置されるセンタフレーム１２と、センタフレーム１２上に搭載されるキャビン１３とを有している。なお、キャビン１３は乗員が乗車するためのもので、以下における前後左右はキャビン１３における前後左右である。

自動車１１は、キャビン１３の下側においてセンタフレーム１２の両側に配置されるバッテリあるいは燃料電池を収納したエネルギボックス１４と、図１に示すリアシート１５の下側に設けられたパワーコントロールユニット２２と、図３および図４に示すように、センタフレーム１２の前端部の左右からそれぞれ外方に水平に延出する一対の懸架装置１６と、センタフレーム１２の後端部の左右からそれぞれ外方に水平に延出する一対の懸架装置１７と、一対の懸架装置１６および一対の懸架装置１７のそれぞれの先端に設けられる操舵装置１８と、各操舵装置１８にそれぞれ支持される電動式のインホイールモータ（走行駆動装置，制動装置）２０と、各インホイールモータ２０にそれぞれ取り付けられる車輪（操舵輪）２１とを有している。なお、インホイールモータ２０としては、例えば特開平８−１６８２０８号公報に開示されたもの等がある。

センタフレーム１２は、前後方向に長い矩形枠状をなすフレーム本体２３と、フレーム本体２３の前端部の上面および下面に固定される一対（上側のみ図示）の支持板２４と、フレーム本体２３の後端部の上面および下面に固定される一対（上側のみ図示）の支持板２５とを有している。そして、前端部の上下の支持板２４には、左右対称の位置に鉛直方向に沿う一対の回動軸２７が配設されており、各回動軸２７にそれぞれアーム状の懸架装置１６が回転可能に支持されている。同様に、後端部の上下の支持板２５にも、左右対称の位置に鉛直方向に沿う回動軸２８が配設されており、各回動軸２８にそれぞれアーム状の懸架装置１７が回転可能に支持されている。これにより、一対の懸架装置１６および一対の懸架装置１７はすべて水平旋回可能となっている。

センタフレーム１２には、前部にシリンダ３１から前方に延出するピストン３２を有する電動式の伸縮アクチュエータ３３が、後部にシリンダ３５から後方に延出するピストン３６を有する電動式の伸縮アクチュエータ３７がそれぞれ取り付けられている。

前側の伸縮アクチュエータ３３は、図４に示すように、前方に延出するピストン３２の先端部の左右対称の位置に鉛直方向に沿う一対の回動軸３９を有しており、各回動軸３９にそれぞれアーム４０の一端側が水平旋回可能に支持されている。これらアーム４０の他端側は前側の懸架装置１６のうちの左右方向同側のものの中間部に回動軸４１を介して鉛直軸周りに回転可能に連結されている。

後側の伸縮アクチュエータ３７は、後方に延出するピストン３６の先端部の左右対称の位置に鉛直方向に沿う一対の回動軸４２を有しており、各回動軸４２にそれぞれアーム４３の一端側が水平旋回可能に支持されている。これらアーム４３の他端側は後側の懸架装置１７のうちの左右方向同側のものの中間部に回動軸４４を介して鉛直軸周りに回転可能に連結されている。

これにより、伸縮アクチュエータ３３がピストン３２を伸縮させることで左右のアーム４０を介して左右の懸架装置１６を回動軸を２７を中心に左右対称に水平旋回させることになり、伸縮アクチュエータ３７がピストン３６を伸縮させることで左右のアーム４３を介して左右の懸架装置１７を回動軸２８を中心に左右対称に水平旋回させることになる。これにより、伸縮アクチュエータ３３，３７およびアーム４０，４３が、懸架装置１６，１７を車輪２１に対し反対側の回動軸２７，２８を中心に水平旋回させる旋回装置４５を構成している。

一対の懸架装置１６および一対の懸架装置１７は、それぞれ、基端側が回動軸２７，２８の対応するものに支持されるベース部４７となっており、図５に示すように、ベース部４７の先端側の上部の両側に、ベース部４７の延出方向に直交しかつ水平に沿って設けられた一対の回動軸４８と、各回動軸４８を中心に基端側において回動可能に設けられた一対のアッパアーム４９とを有している。また、ベース部４７の先端側の下部の両側に、ベース部４７の延出方向に直交しかつ水平に沿って設けられた一対の図６に示す回動軸５１と、各回動軸５１を中心に基端側において回動可能に設けられた一対のロアアーム５２とを有している。そして、一対のアッパアーム４９の先端側にはこれらに直交しかつ水平に沿って回動軸５３が設けられており、一対のロアアーム５２の先端側にもこれらに直交しかつ水平に沿って回動軸５５が設けられている。そして、これら両回動軸５３および両回動軸５５を介してナックル５４が支持されている。これにより、一対の懸架装置１６および一対の懸架装置１７は、ダブルウイッシュボーンタイプの懸架装置となっている。

また、一対のロアアーム５２の基端側の中間所定位置にはこれらを橋架するピン５６が設けられており、一対のロアアーム５２の先端側の中間所定位置にもこれらを橋架するピン５７が設けられている。そして、先端側のピン５７と基端側のピン５６との間に、コイルスプリングとショックアブソーバとを有するダンパユニット５９と、リンク６０とが設けられている。

リンク６０は、図５および図６に示すように、ロアアーム５２の基端側のピン５６からナックル５４側に斜め上方に延出する傾斜延出部６１と、傾斜延出部６１の上端から略鉛直に沿って上方に延出する中間延出部６２と、中間延出部６２の上端からナックル５４側に延出する外側延出部６３とを有しており、ピン５６に対し回動可能に支持されている。そして、このリンク６０の外側延出部６３の先端にピン５６と平行な回動軸６５を介してダンパユニット５９の一端側が回動可能に支持されており、ダンパユニット５９の他端側がロアアーム５２の先端側のピン５７に回動可能に支持されている。さらに、リンク６０の傾斜延出部６１と中間延出部６２との間にピン５６と平行に設けられた回動軸６４を介してリンク６６の一端側が回動可能に連結されており、このリンク６６の他端側はピン５６と平行な回動軸６７においてベース部４７に回動可能に支持されている。

これにより、ナックル５４は、アッパアーム４９およびロアアーム５２によって姿勢を略一定に維持された状態で上下動することになり、上方に移動した際に図６に二点鎖線で示すようにリンク６０がダンパユニット５９を押し縮め、下方に移動した際に図６に一点鎖線で示すようにリンク６０がダンパユニット５９を引き延ばす。

ナックル５４には、図７に示すように、電動式の回転アクチュエータ（電動機）６８がその回転軸６９を略水平に配置して取り付けられており、また、ナックル５４には、略鉛直方向に沿って操舵回転の中心となるキングピン（操舵軸）７０が回転可能に支持されている。キングピン７０には、図７に示すように、中間所定位置に同軸状にギア（歯車）７１が固定されており、回転アクチュエータ６８の回転軸６９には、このギア７１に直交状態で噛み合うウォームギア（歯車）７２が固定されている。そして、キングピン７０にインホイールモータ２０がその取付部７４において固定されている。

これにより、回転アクチュエータ６８の駆動でウォームギア７２が回転するとこれに噛み合うギア７１と一体にキングピン７０が回動し、ナックル５４に対してインホイールモータ２０がキングピン７０を中心に操舵回転する。つまり、回転アクチュエータ６８、ウォームギア７２、ギア７１およびキングピン７０が車輪２１を操舵回転させる操舵装置１８を構成している。この操舵装置１８は、車輪２１をその操舵回転の中心であるキングピン７０と同軸に配置されたギア７１を介して回転アクチュエータ６８で操舵回転させることになり、回転アクチュエータ６８の回転軸６９に固定されたウォームギア７２および操舵軸であるキングピン７０と同軸に配置されたギア７１の一対のみで車輪２１を操舵回転させる。なお、回転アクチュエータ６８をキングピン７０に設けられたギア７１と平行に配置し回転軸６９にこのギア７１に平行に噛み合うギアを固定しても良い。

インホイールモータ２０は、車輪２１の内側に配設された状態で車輪２１を支持しており、車輪２１を円周方向に転動回転させたり、車輪２１の転動回転を制動したりする。

以上により、本実施形態の自動車１１は、車輪２１を転動回転させるとともに車輪２１の転動回転を制動するインホイールモータ２０、車輪２１を操舵回転させる操舵装置１８および車輪２１を車体側のセンタフレーム１２に支持する懸架装置１６，１７を各車輪２１毎にそれぞれ独立して備えており、全懸架装置１６，１７を車輪２１に対し反対側を中心に水平旋回させる旋回装置４５を備えている。

そして、図３に示すように、すべてのインホイールモータ２０、両伸縮アクチュエータ３３，３７およびすべての回転アクチュエータ６８を独立して制御可能な制御ユニット７６が、センタフレーム１２の両伸縮アクチュエータ３３，３７の間に配設されている。また、ナックル５４に車輪２１の円周方向に沿って延在して上側を覆うフェンダ７７が取り付けられる。さらに、キャビン１３の後側には着脱式の図１に示すトランク７８が取り付けられる。なお、本実施形態の自動車１１は、キャビン１３に設けられたステアリングホイール８０の操舵を電気的に検出しこれに応じて制御ユニット７６が操舵装置１８を制御するとともに、キャビン１３に設けられた図示略のアクセルペダルおよびブレーキペダルの操作を電気的に検出しこれに応じて制御ユニット７６がインホイールモータ２０を制御する、いわゆるバイワイヤ方式のものである。なお、制御ユニット７６は、一対の懸架装置１６および一対の懸架装置１７にそれぞれ独立して設けられた各操舵装置１８をそれぞれ独立して制御可能となっている。

制御ユニット７６の制御により、本実施形態の自動車１１は、複数の運転形態を選択可能となっており、以下に各運転形態について説明する。なお、制御ユニット７６は、選択した各運転形態に応じて旋回装置４５による懸架装置１６，１７の旋回と操舵装置１８による車輪２１の操舵回転とを連携して制御する。

キャビン１３に設けられた図示略の操作部の操作等により、運転形態としてパーキングモードが選択されると、制御ユニット７６が、旋回装置４５の両伸縮アクチュエータ３３，３７をピストン３２，３６の突出量を最小とするように制御し、両伸縮アクチュエータ３３，３７のピストン３２，３６に押されてアーム４０，４３が懸架装置１６，１７を水平旋回させてセンタフレーム１２と直交する姿勢とする。すると、図８に示すように、ホイールベースが短くなり、すべての車輪２１が全体の前後方向における位置をキャビン１３と重ね合わせてキャビン１３の車幅方向側方に配置される。このようにホイールベースを短くすることで駐車スペース、特に前後方向の駐車スペースを縮小でき、図８に示すように駐車することで例えば一台分の駐車スペースに二台駐車することができる。

このとき、制御ユニット７６は、伸縮アクチュエータ３３，３７の伸縮量つまり懸架装置１６，１７の水平旋回量をモニタしており、モード変更後、懸架装置１６，１７の水平旋回量をキャンセルし、キャビン１３に設けられたステアリングホイール８０の操舵角と各懸架装置１６の操舵装置１８による車輪２１の舵角との関係が適正となるように、伸縮アクチュエータ３３による各懸架装置１６の旋回と各懸架装置１６の操舵装置１８による車輪２１の操舵回転とを連携して制御する。また、各懸架装置１７の車輪２１の中心軸が常に左右方向に沿うように、伸縮アクチュエータ３７による各懸架装置１７の旋回と各懸架装置１７の操舵装置１８による車輪２１の操舵回転とを連携して制御する。

また、キャビン１３に設けられた図示略の操作部の操作等により、運転形態として高速走行モードが選択されると、制御ユニット７６が、旋回装置４５の両伸縮アクチュエータ３３，３７をピストン３２，３６の突出量を最大とするように制御し、両伸縮アクチュエータ３３，３７のピストン３２，３６に引かれてアーム４０，４３が懸架装置１６，１７を水平旋回させてセンタフレーム１２に最大限沿う姿勢とする。すると、図９に示すように、ホイールベースが長くなり、すべての車輪２１がキャビン１３と左右方向における位置を重ね合わせてキャビン１３の前後に配置される。このようにホイールベースを長くし、かつトレッドを短くすることで車輪２１による空気抵抗を低減し、高速走行時の燃料消費率を低く抑えることができる。

このときも、制御ユニット７６は、モード変更後、懸架装置１６，１７の水平旋回量をキャンセルし、キャビン１３に設けられたステアリングホイール８０の操舵角と各懸架装置１６の操舵装置１８による車輪２１の舵角との関係が適正となるように、伸縮アクチュエータ３３による各懸架装置１６の旋回と各懸架装置１６の操舵装置１８による車輪２１の操舵回転とを連携して制御する。また、各懸架装置１７の車輪２１の中心軸が常に左右方向に沿うように、伸縮アクチュエータ３７による各懸架装置１７の旋回と各懸架装置１７の操舵装置１８による車輪２１の操舵回転とを連携して制御する。

さらに、キャビン１３に設けられた図示略の操作部の操作等により、運転形態としてワインディング走行モードが選択されると、制御ユニット７６が、旋回装置４５の両伸縮アクチュエータ３３，３７をピストン３２，３６の突出量を中間の所定量とするように制御し、両伸縮アクチュエータ３３，３７のピストン３２，３６でアーム４０，４３が懸架装置１６，１７を水平旋回させてセンタフレーム１２から斜めに延出する姿勢とする。すると、図１０に示すように、ホイールベースが中間で、トレッドも中間で、すべての車輪２１がキャビン１３から前後方向に突出しかつ側方にも突出するように配置される。このとき、自動車１１の重心位置等に併せてホイールベースおよびトレッドを制御することで、操縦安定性を最適にすることができる。

加えて、キャビン１３に設けられた図示略の操作部の操作等により、超信地旋回モードが選択されると、制御ユニット７６が、旋回装置４５の両伸縮アクチュエータ３３，３７をピストン３２，３６の突出量を中間の所定量となるように制御するととともに、これと連携して各懸架装置１７，１８の操舵装置１８を制御することにより、図１１に示すように全ての車輪２１を同じ円周上に配置する。すると、一点を中心に自動車１１が回転する超信地旋回が可能となり、取り回しが容易になる。

加えて、キャビン１３に設けられた図示略の操作部の操作等により、横移動モードが選択されると、制御ユニット７６が、旋回装置４５の両伸縮アクチュエータ３３，３７をピストン３２，３６の突出量を最大となるように制御するととともに、これと連携して各懸架装置１７，１８の操舵装置１８を制御することにより、図１２に示すようにすべての車輪２１を横向きつまり中心軸が車体前後方向に沿う状態に配置する。すると、自動車１１が横向きで移動が可能となり、例えば駐車が容易になる。

さらに、上記したワインディング走行モードにおいて、走行状況により四つの車輪２１をそれぞれ操舵装置１８で操舵回転させることで、図１３に示すように四輪操舵での走行が可能となる。

以上に述べた実施形態によれば、各車輪２１をそれぞれの操舵回転の中心であるキングピン７０と同軸に配置されたギア７１を介して回転アクチュエータ６８で操舵回転させるため、操舵回転を駆動するためにテコ・クランク機構やラックギア等が不要になるとともにキングピン７０廻りで操舵装置１８が完結する。したがって、構造を簡素化できるとともに、小型化および軽量化ができ、さらには伝達効率を向上させることができる。しかも、テコ・クランク機構と違い、フルストローク位置でのロックが実質的に起きないので車輪２１が周辺と干渉しない範囲で最大限操舵可能となる。

また、回転アクチュエータ６８の回転軸６９に固定されたウォームギア７２およびキングピン７０と同軸に配置されたギア７１の一対のみで車輪２１を操舵回転させるため、確実に構造を簡素化できるとともに、確実に小型化および軽量化ができ、さらには確実に伝達効率を向上させることができる。

加えて、旋回装置４５によって各車輪２１毎に独立して設けられた懸架装置１６，１７を旋回させることで、懸架装置１６，１７の旋回装置４５とは反対側に設けられた車輪２１のホイールベースを長くしたり、短くしたりすることができる。しかも、旋回装置４５が懸架装置１６，１７を水平旋回させるため、ホイールベースの伸縮に関してキャビン１３が上下方向に移動することがない。また、このように懸架装置１６，１７を水平旋回させても、各車輪２１それぞれに独立してインホイールモータ２０および操舵装置１８が設けられているため、支障なく走行できる。したがって、乗降性に影響を与えることなく駐車スペース縮小と操縦安定性確保の両立を図ることができる。

また、所望の運転形態を選択すると、その運転形態に応じて、旋回装置４５による懸架装置１６，１７の旋回と操舵装置１８による車輪２１の操舵回転とが連携することになるため、懸架装置１６，１７を水平旋回させても操舵装置１８を支障なく作動させることができる。

加えて、リンク６０，６６等によってダンパユニット５９の上部取付部を車体骨格部に設けない構造とすることで、キャビン１３から懸架装置１６，１７をオフセットする配置が可能となる。これにより、低床化が図れる。また、懸架装置１６，１７をモジュール化できるため、生産性の向上や組み付け精度の向上が図れる。さらに、ダンパユニット５９の上部取付部を車体骨格部に設けない構造とすることで、ロードノイズの低減が図れる。

さらに、アーム４０，４３で旋回装置４５にリンクを設定することで伸縮アクチュエータ３３，３７への入力を低減でき、旋回装置４５の構造をシンプルかつコンパクトにできる。

本発明の一実施形態が適用された自動車を示す透過側面図である。本発明の一実施形態が適用された自動車を示す斜視図である。本発明の一実施形態が適用された自動車を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態が適用された自動車を示す平面図である。本発明の一実施形態が適用された自動車の懸架装置の先端側を示す斜視図である。本発明の一実施形態が適用された自動車の懸架装置の先端側を示す側面図である。本発明の一実施形態に係る操舵装置を示す平断面図である。本発明の一実施形態が適用された自動車のパーキングモードを示す平面図である。本発明の一実施形態が適用された自動車の高速走行モードを示す平面図である。本発明の一実施形態が適用された自動車のワインディング走行モードを示す平面図である。本発明の一実施形態が適用された自動車の超信地旋回モードを示す平面図である。本発明の一実施形態が適用された自動車の横移動モードを示す平面図である。本発明の一実施形態が適用された自動車の四輪操舵モードを示す平面図である。

符号の説明

１１自動車
２１車輪（操舵輪）
６８回転アクチュエータ（電動機）
６９回転軸
７０キングピン（操舵軸）
７１ギア（歯車）
７２ウォームギア（歯車）

Claims

各操舵輪を操舵回転の中心である操舵軸と同軸に配置された被動歯車と電動機の回転軸に固定された駆動歯車とを前記電動機で操舵回転させる自動車の操舵装置であって、
一対のアッパアームとロアアームとで構成されるダブルウイッシュボーン型懸架装置を有しており、
前記一対のアッパアームとロアアームの先端側にはナックルが取り付けられ、
前記ナックルの前記一対のアッパアームとロアアームの反対側であって、前記ナックルの上下方向略中央部には前記電動機がその回転軸を略水平に配置して取り付けられたことを特徴とする自動車の操舵装置。
前記懸架装置は鉛直方向に沿う回転軸により、車体に対して回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１記載の自動車の操舵装置。