車両用ステアリングシステム
【課題】単一の前輪とその前輪より車両後方側に配設された左右輪とを有する車両の実用性を向上させるための車両用ステアリングシステムを提供することを課題とする。
【解決手段】(A)前輪１２Ｆを回転可能に保持する前輪保持具と、(B)上下方向に延び、下端部において前輪保持具に固定され、その下端部より上方に設けられた被支持部５２において車体４６に支持された転舵軸５６と、(C)その転舵軸５６をそれの軸線回りに回転させることで前輪１２Ｆを転舵させる前輪転舵装置５４と、(D)転舵軸５６をそれの被支持部５２を支点に動かすことで、平面視において前輪１２Ｆの車体に対する位置を変更する前輪位置変更装置８０とを備えさせる。車両の旋回時において、前輪１２Ｆを旋回外側に移動させるとともに、前輪１２Ｆをそれの上方が旋回内側に向かうように傾倒させ、車両の転倒を防止することが可能である。
【解決手段】(A)前輪１２Ｆを回転可能に保持する前輪保持具と、(B)上下方向に延び、下端部において前輪保持具に固定され、その下端部より上方に設けられた被支持部５２において車体４６に支持された転舵軸５６と、(C)その転舵軸５６をそれの軸線回りに回転させることで前輪１２Ｆを転舵させる前輪転舵装置５４と、(D)転舵軸５６をそれの被支持部５２を支点に動かすことで、平面視において前輪１２Ｆの車体に対する位置を変更する前輪位置変更装置８０とを備えさせる。車両の旋回時において、前輪１２Ｆを旋回外側に移動させるとともに、前輪１２Ｆをそれの上方が旋回内側に向かうように傾倒させ、車両の転倒を防止することが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自身の前方部に配設された単一の前輪とその前輪より後方において自身の左右にそれぞれ配設された左輪および右輪とを有する車両に関し、特に、その車両に搭載されるステアリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、単一の前輪と、それの後方に設けられた左輪，右輪とを有する車両において、その車両のステアリングシステムとして、下記特許文献１に記載されているようなものが存在する。そのステアリングシステムは、車両の旋回時の安定性に鑑みてなされたものであり、旋回時に前輪を傾倒させるように構成されたものである。また、近年では、下記特許文献２に記載されたような車両、つまり、３つの車輪に加えて左輪，右輪の後方に設けられた単一の後輪を有する車両も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００１−５１６６７３号公報
【特許文献２】中国授権公告号ＣＮ１３０４２３７Ｃ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような車両は、車輪の配置が、左右２つの前輪，左右２つの後輪を有する通常の車両とは異なり、車両の前方部に車輪が１つしかないことから、その車両に搭載されるステアリングシステムにおいて、前輪に係る部分の構成を特別に配慮することが望ましい。つまり、上述のような車両（以下、「特殊車輪配置車両」という場合がある）に搭載されるステアリングシステムは、充分な改良の余地が残されており、何らかの改良を施すことにより、特殊車輪配置車両の実用性を向上させることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、特殊車輪配置車両の実用性を向上させるための車両用ステアリングシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の車両用ステアリングシステムは、上記特殊車輪配置車両のためのステアリングシステムであって、(A)前輪を回転可能に保持する前輪保持具と、(B)上下方向に延び、下端部において前輪保持具に固定され、その下端部より上方に設けられた被支持部において車体に支持された転舵軸と、(C)転舵軸をそれの軸線回りに回転させることで前輪を転舵させる前輪転舵装置と、(D)転舵軸をそれの被支持部を支点に動かすことで、平面視において前輪の車体に対する位置を変更する前輪位置変更装置とを備えている。
【発明の効果】
【０００６】
上記特殊車輪配置車両は、車両の前方に単一の車輪しか配置されていないため、車両の斜め前方へ転倒しやすい。本発明のステアリングシステムによれば、車両の旋回時において、前輪を旋回外側に移動させるとともに、前輪をそれの上方が旋回内側に向かうように傾倒させることが可能であるため、車両の転倒を防止することが可能となる。また、例えば、前輪を前後方向に移動させることにより、車両のホイールベースを変更することが可能である。したがって、そのような利点を有することで、本発明のステアリングシステムを搭載する特殊車輪配置車両は、実用性の高いものとなる。
【発明の態様】
【０００７】
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から何某かの構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項ないし（６）項の各々が、請求項１ないし請求項６の各々に相当する。
【０００８】
（１）自身の前方部に配置された単一の前輪と、その前輪より後方において自身の左右にそれぞれ配置された左輪および右輪とを有する車両に搭載されたステアリングシステムであって、
前記前輪を回転可能に保持する前輪保持具と、
上下方向に延び、下端部において、前記前輪保持具に固定され、その下端部より上方に設けられた被支持部において、前記車両の車体に支持された転舵軸と、
前記転舵軸をそれの軸線回りに回転させることで、前記前輪を転舵させる前輪転舵装置と、
前記転舵軸をそれの前記被支持部を支点に動かすことで、平面視において前記前輪の前記車体に対する位置を変更する前輪位置変更装置と
を備えた車両用ステアリングシステム。
【０００９】
本項の態様のシステムが対象とする車両は、上述した特殊車輪配置車両であり、その車両は、上記前輪，左輪，右輪のみを有する三輪車両であってもよく、さらに、左輪，右輪の後方に配置された単一の後輪を有する車両（以下、「菱形車輪配置車両」という場合がある）であってもよい。
【００１０】
本項のシステムにおける「転舵軸」は、概して上下方向に延びる状態で、車体に支持されていればよい。つまり、転舵軸は、鉛直である必要はなく、ある程度傾斜した状態で設けられていてもよい。そして、その転舵軸は、上記「前輪転舵装置」によって軸線回りに回転させられ、前輪が転舵されるように構成される。その前輪転舵装置は、ステアリング操作部材に加えられる運転者の操作力によって前輪を転舵させるように構成された装置であってもよく、駆動源を有してステアリング操作部材と機械的に分離され、そのステアリング操作部材の操作に応じて、駆動源を制御しつつその駆動源の力によって前輪を転舵させるように構成されたものであってもよい。いわゆるステアバイワイヤ型の装置であってもよいのである。なお、ステアリング操作部材は、ステアリングホイールを始め、ジョイスティック，レバー等、種々の形式のものを採用可能である。
【００１１】
また、転舵軸は、それに設けられた「被支持部」のある一点を支点とした動きが許容され、上記「前輪位置変更装置」によって動かされる。その被支持部は、転舵軸の下端部より上方に設けられればよく、例えば、転舵軸の上端部が被支持部とされ、前輪位置変更装置が、その被支持部の下方を保持して、転舵軸を動かすような構成とすることが可能である。また、転舵軸の中間に被支持部が設けられ、前輪位置変更装置が、転舵軸の上端部を保持して、転舵軸を動かすような構成とすることも可能である。
【００１２】
本項の態様の「前輪位置変更装置」は、具体的な構成が特に限定されるものではなく、後に説明する種々の構成の装置を採用することが可能である。例えば、その前輪位置変更装置は、前輪が平面視において弧を描くように、転舵軸を動かす構成とすることが可能であり、前輪がある直線上を移動するように、転舵軸を動かす構成とすることも可能である。なお、前者の態様について、より具体的に言えば、被支持部を通って転舵軸に交差する方向に延びる軸線回りに、転舵軸を回動させる構成とすることが可能である。
【００１３】
本項の態様のステアリングシステムは、前輪を直進時の向きから９０°変更できるように設計できるため、車両の旋回半径を小さくすることができる。また、本項のステアリングシステムは、後に詳しく説明するが、前輪位置変更装置によって、前輪を前後方向に移動させることで、ホイールベースを変更することが可能であるとともに、前輪を車幅方向に移動させることで、車両の転倒を防止すること等が可能である。なお、前輪位置変更装置は、前輪の車幅方向における位置を変化させる構成とすることで、前輪の位置だけでなく、前輪の路面との垂線に対してなす角度であるキャンバー角をも変更させるものとなる。
【００１４】
（２）前記前輪位置変更装置が、
前記前輪の車幅方向における位置が変化するように、前記転舵軸を動かすように構成された(1)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００１５】
本項の態様のシステムが搭載される車両は、先に述べた特殊車輪配置車両であり、車両の前方に単一の車輪しか配設されていないため、旋回時において、車両の斜め前方へ転倒する虞がある。本項の態様のシステムは、前輪を車幅方向に移動させることが可能とされているため、例えば、車両旋回時に前輪を旋回外側に移動させることによって、車両が斜め前方への転倒する可能性を低減し、車両の転倒を防止することが可能となる。詳しく言えば、本項の態様は、前輪を、左輪と右輪とのうちの旋回外輪のものの位置と前輪の直進時位置とを結ぶ直線から遠ざけることにより、車両の旋回時の転倒を防止することが可能である。
【００１６】
また、前輪を旋回外側に移動させると、前輪は、それの上方が旋回内側に向かって傾倒することになる。つまり、車両の旋回時に車体に作用する遠心力の一部が、転舵軸の方向に作用し、その遠心力の一部を前輪保持具が有するサスペンションによって受け持つことが可能であるため、本項のシステムを搭載する特殊車輪配置車両は、旋回時における車両の安定性に優れたものとなる。
【００１７】
（３）前記前輪位置変更装置が、
前記前輪の前後方向における位置が変化するように、前記転舵軸を動かすように構成された(1)項または(2)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００１８】
本項の態様は、前輪を前後方向に移動させることが可能とされた態様である。本項の態様によれば、例えば、ホイールベースを短くして、車両の旋回半径を小さくすることが可能である。また、ホイールベースを長くして、車両の走行時の安定性を確保することが可能である。
【００１９】
（４）前記前輪位置変更装置が、
上方からの視点において前記前輪が弧を描くように、前記転舵軸を動かすように構成された(1)項ないし(3)項のいずれか１つに記載の車両用ステアリングシステム。
【００２０】
本項の態様においては、前輪が車幅方向と前後方向との両方向に移動することになる。つまり、本項の態様は、先に述べた前輪の車幅方向における位置を変化させる態様において得られる効果と、前後方向における位置を変化させる態様において得られる効果との両者が、得られることになる。なお、本項の態様は、前輪が円や楕円の周りの少なくとも一部を移動する態様であってもよく、前輪が円あるいは楕円の周りを１周するような構成であってもよい。
【００２１】
（５）前記前輪位置変更装置が、
前記転舵軸に交差する方向に延び、一端部において、その転舵軸の前記被支持部から離れた箇所に連結され、他端部において、上下方向に延びる回転軸線回りの回転が許容された状態で前記車体に支持されたアームと、
そのアームを前記回転軸線回りに回転させる駆動源と
を有する(4)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００２２】
本項の態様は、前輪が弧を描くような構成の前輪位置変更装置を具体化した態様である。本項の態様によれば、比較的簡便な構造で、前輪が弧を描くように構成することが可能である。本項の態様における「駆動源」は、電磁モータ等の電磁的なアクチュエータや、空気圧，油圧等の流体圧を利用したアクチュエータ等、種々のものを採用可能である。
【００２３】
（６）当該車両用ステアリングシステムが、
サンギヤとリングギヤとプラネタリギヤを有するプラネタリギヤ機構と、前記サンギヤを回転させる第１駆動源と、前記リングギヤを回転させる第２駆動源とを備え、
前記プラネタリギヤが、前記転舵軸の前記被支持部から離れた箇所においてその転舵軸に相対回転不能に連結されるように構成され、そのプラネタリギヤが、自転することにより前記前輪が転舵されるとともに、前記サンギヤの周りを公転することにより前記前輪の位置が変更されるように構成されることで、
当該車両用ステアリングシステムが、前記前輪転舵装置と前記前輪位置変更装置とを備えるものとされた(4)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００２４】
本項の態様において、プラネタリギヤの自転の回転量と、サンギヤおよびリングギヤに対するプラネタリギヤの位置とは、サンギヤの回転量とリングギヤの回転量とによって定まることになる。つまり、サンギヤの回転量とリングギヤの回転量とを制御することで、前輪の転舵量と前輪の位置とを制御することが可能である。したがって、本項の態様は、サンギヤを回転させる第１駆動源と、リングギヤを回転させる第２駆動源との両者が、協働して、前輪の転舵量と前輪の位置とを変更する構成とされている。
【００２５】
（７）前記転舵軸の前記被支持部が、その転舵軸の上端部とされた(1)項ないし(6)項のいずれか１つに記載の車両用ステアリングシステム。
【００２６】
本項の態様は、転舵軸がそれの上端部において車体に保持された態様である。本項の態様においては、転舵軸の上端部が車体に対して移動不能であるため、例えば、その転舵軸の上端部にステアリングシャフトをユニバーサルジョイント等を介して連結することで、ステアリング操作部材に加えられる運転者の操作力によって前輪を転舵させる構成の前輪転舵装置とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】請求可能発明の第１実施例である車両用ステアリングシステムが搭載された車両の概略側面図である。
【図２】図１に示す車両用ステアリングシステムが搭載された車両の概略平面図である。
【図３】図１に示す車両の前輪およびそれに対して設けられた位置変更装置および転舵装置を示す側面図である。
【図４】図３に示す前輪位置変更装置を示す斜視図である。
【図５】図３に示す前輪位置変更装置を示す平面図（図３におけるＡ−Ａ断面）である。
【図６】第１実施例の車両用ステアリングシステムによる前輪の動きを示す平面図である。
【図７】車両の前輪を、旋回時においてその際の進行方向からの視点において示す図である。
【図８】請求可能発明の第２実施例である車両用ステアリングシステムを示す側面図である。
【図９】第２実施例の車両用ステアリングシステムによる前輪の動きを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、請求可能発明の代表的な実施形態を、いくつかの実施例として、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。
【実施例１】
【００２９】
図１，２に、第１実施例の車両用ステアリングシステムが搭載された車両を示す。本車両は、菱形車輪配置の車両であり、次世代コミュータとして期待されている。本車両は、車体１０と、それの前方部に設けられた前輪１２Ｆと、その前輪１２Ｆの後方において車体１０の左部，右部にそれぞれ設けられた左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒと、それら左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒの後方に設けられた後輪１２Ｒとを有している。当該車両の平面視を示す図２から解るように、前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒは、車幅方向における中央に配設されている。なお、以下の説明において、前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒの区別を要しない場合には、車輪１２と総称し、左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒの区別を要しない場合には、車輪１４と総称することとする。前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒ，左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒに関係する構成要素，パラメータ等についても同様とする。
【００３０】
本車両では、前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒが転舵輪とされており、左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒは転舵輪とはされていない。また、左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒが駆動輪（車両を駆動するために回転駆動される車輪）とされてはいるものの、前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒは、駆動輪とはされていない。同様に、左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒが制動輪（車両を制動するために回転が制動される車輪）とされてはいるものの、前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒは、制動輪とはされていない。
【００３１】
本車両には、運転者が当該車両を操作するための操作部材として、３つの操作部材が設けられている。その１つが、車両に旋回動作を行わせるためのステアリング操作部材であるステアリングホイール２０であり、もう１つが、車両を加速させるためのアクセル操作部材であるアクセルペダル２２，さらにもう１つが、車両を減速させるためのブレーキ操作部材であるブレーキペダル２４である。ちなみに、本車両は、前進ばかりでなく後退も可能であるが、本明細書が冗長となることを避けるべく、以下の説明では、前進についてのみ説明することとする。
【００３２】
本実施例のステアリングシステムは、前輪１２Ｆに対応する部分に特徴を有するものであるため、その前輪１２Ｆに関して説明する。図３に示すように、前輪１２Ｆは、ホイール本体３０と、タイヤ３２とから構成されている。ホイール本体３０は、１対の液圧式のショックアブソーバ３４によって、左右から挟持されている（図７参照）。詳しく言えば、ホイール本体３０のハブ部３６に設けられたアクスル３８が、１対のショックアブソーバ３４の各々の下端部に設けられた軸受部４０によって回転可能に保持されていることで、前輪１２Ｆは回転可能とされているのである。
【００３３】
１対のショックアブソーバ３４の各々の上端部は、車幅方向に延びる支持板４２に固定されており、支持板４２は、１対のショックアブソーバ３４の上端部を繋ぐものとなっている。支持板４２には、シャフト４４の下端部が固定的に付設されており、そのシャフト４４が、上方に延び、車体１０に設けられた支持部４６に支持されている。詳しく言えば、そのシャフト４４は、それの上端部において電磁モータ５０に同軸的にかつ回転可能に保持され、その電磁モータ５０が、等速ジョイント５２を介して支持部４６に回転不能かつ傾動可能に支持されている。つまり、電磁モータ５０が、シャフト４４を軸線回りに回転させることで、前輪１２Ｆは転舵される。したがって、その電磁モータ５０を含んで前輪転舵装置５４が構成され、電磁モータ５０の作動が制御されることで、前輪１２Ｆを任意の転舵角へと転舵するように構成されている。また、シャフト４４と電磁モータ５０とは、等速ジョイント５２を支点に動かれるように構成されており、それらシャフト４４と電磁モータ５０とを含んで構成される軸が、転舵軸５６として機能する。
【００３４】
１対のショックアブソーバ３４の各々は、ロアチューブ６０とアッパチューブ６２とを有し、それらが相対移動可能とされていることで、伸縮可能とされている。ロアチューブ６０には、下部リテーナ６４が固定され、その下部リテーナ６４と上部リテーナとして機能する支持板４６とによって、１対のサスペンションスプリング６６の各々が挟持されている。このような構成により、前輪１２Ｆは、弾性的に上下に揺動可能とされている。つまり、１対のショックアブソーバ３４，１対のサスペンションスプリング６６，支持板３２等を含んで、前輪１２Ｆを回転可能に保持する前輪保持具が構成されている。
【００３５】
また、図４の斜視図にも示すように、シャフト４４は、中間部において、２本のアーム７０，７２により保持されている。それらのうちの一方のアーム７０は、通常時において、水平かつ前後方向（図３における左右方向）に延び、後方側の端部７０ａ（以下、後端部７０ａという場合がある）が車体に１０に支持され、前方側の端部７０ｂ（以下、前端部７０ｂという場合がある）が、シャフト４４を保持している。そして、そのアーム７０は、後方側の端部７０ａを中心として、回転可能に車体１０に支持されており、図５の平面図に示すように、前端部７０ｂが水平面上に円弧（図５における二点鎖線）を描くように、動作可能となっている。アーム７０の後端部７０ａには、電磁モータ７４が配設されており、その電磁モータ７４が発生させる力によって、アーム７０が回転させられる。それにより、前輪１２Ｆは、図６に示すように、弧を描くように動作することになるのである。
【００３６】
また、もう一本のアーム７２は、概して前後方向に延び、後方側の端部においてボールジョイント７６を介して車体１０に回転可能かつ揺動可能に支持されている。そのアーム７２は、ガイド穴７８を有し、そのガイド穴７８によってシャフト４４を案内し、自身の延びる方向に沿った動きを許容するものとなっている。
【００３７】
上記のような構成から、本ステアリングシステムは、転舵軸５６をそれの被支持部である等速ジョイント５２を支点に動かすことで、平面視において前輪１２Ｆの車体１２に対する位置を変更する前輪位置変更装置８０を備えるものとなっている。その前輪位置変更装置８０は、２本のアーム７０，７２と、駆動源としての電磁モータ７４とを含んで構成される。そして、その前輪位置変更装置８０は、上述したように、前輪１２Ｆが弧を描くように、転舵軸を動作させるものとなっており、前輪１２Ｆの車体１０に対する位置を、車幅方向および前後方向に変化させることが可能となっている。
【００３８】
次に、本ステアリングシステムの制御、具体的には、前輪転舵装置５４と前輪位置変更装置８０との制御について、簡単に説明する。それら前輪転舵装置５４と前輪位置変更装置８０とは、ステアリングホイール２０の操作に基づいて、詳しくは、ステアリングホイール２０の操作量である操作角θに基づいて制御される。まず、前輪１２Ｆの目標となる転舵角δ*が、操作角θに基づいて決定される（δ*＝ｆ(θ)）。なお、その目標転舵角δ*は、直進時の前輪１２Ｆの転向角度位置に対する転向角である。そして、前輪１２Ｆの転舵角が、その目標転舵角δ*となるように、電磁モータ５０が制御される。
【００３９】
一方、前輪位置変更装置８０は、前輪１２Ｆを、転舵軸５６がちょうど前後方向に延びている状態における位置である中立位置から旋回外側に移動させるように制御される。図５，６に示すように、右旋回時においては、左周りに、アーム７０を回転させるべく、電磁モータ７４が制御される。なお、そのアーム７０の回転角φは、操作角θに応じて決定される（φ*＝ｇ(θ)）。
【００４０】
菱形車輪配置車両は、前方に単一の車輪１２Ｆしか配設されていないため、車両の重心位置（静止状態においては、車体の重心位置とほぼ同じ位置であると考えることができる）から前輪１２Ｆと左輪１４Ｌとを結ぶ直線までの距離，重心位置から前輪１２Ｆと右輪１４Ｒとを結ぶ直線までの距離が、重心位置から左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒまでの車幅方向の距離より短く、特に、車両の斜め前方へ転倒しやすい。具体的には、例えば、制動旋回中に、車体１０に斜め前方への力が作用すると、車両が転倒する可能性があるのである。本ステアリングシステムにおいては、車両の旋回中に、前輪１２Ｆを旋回外側に移動させるため、車両の斜め前方への転倒が防止されることになる。
【００４１】
図７は、右旋回する際に、その旋回方向における車両の前方側からの視点において、前輪１２Ｆを示す図である。この図からも分かるように、前輪１２Ｆは、前輪位置変更装置８０によって旋回外側に移動させられると、路面との垂線に対する前輪１２Ｆの角度であるキャンバー角αも変更される。より詳しく言えば、前輪１２Ｆは、旋回外側に移動させられると、上方側が旋回内側に向いて傾倒することになるのである。したがって、旋回中に車体１０に作用する遠心力と重力との合力が、転舵軸５６の方向に作用することになるため、本システムが搭載される車両は、旋回時における安定性に優れたものとなっている。
【００４２】
また、本ステアリングシステムは、その場旋回等の低速で車両を旋回させる場合には、前輪位置変更装置８０により、アーム７０を１８０°まで回転させるようになっている。それにより、前輪１２Ｆは、図３に二点鎖線で示す位置に変更される。つまり、通常の走行時に比較して、ホイールベースが短くされ、旋回半径が小さくされるようになっている。逆に言えば、本ステアリングシステムによれば、通常の走行時において、車両のホイールベースが長くされ、車両の走行時の安定性が確保されることになるのである。
【００４３】
なお、上記実施例のステアリングシステムは、前輪転舵装置５４が、ステアバイワイヤ型の装置とされていたが、転舵軸の上端部に、ステアリングシャフトをユニバーサルジョイント等を介して連結し、ステアリングホイール２０の回転を転舵軸に直接伝達する構成とすることも可能である。また、上記実施例のステアリングシステムは、転舵軸５６がそれの上端部において支持され、前輪位置変更装置８０が、その転舵軸５６の中間部を保持して転舵軸５６を動かすように構成されていた。それに対して、転舵軸の上方側を、車体１０の支持部４６からさらに上方に延び出すようにし、前輪位置変更装置が、その転舵軸の上方に延び出した部分を保持して、転舵軸５６を動かすように構成することも可能である。つまり、転舵軸は、それの上端部において車体１０に支持されているものに限らず、それの中間部において支持されたものであってもよい。ちなみに、本ステアリングシステムが搭載された車両において、前後輪１２は、制動輪とされていなかったが、それらも制動輪とされてもよい。また、左右輪１４は、転舵輪とされていなかったが、それらも転舵輪とされてもよい。
【実施例２】
【００４４】
図８，９に、第２実施例のステアリングシステムを示す。図８は、そのステアリングシステムの側面図であり、図９は、そのシステムが備える前輪位置変更装置の要部と、その前輪位置変更装置による前輪１２Ｆの動きを示す概略図である。ただし、その図７において、前輪位置変更装置の要部については、断面図としている。本実施例のステアリングシステムは、前輪転舵装置および前輪位置変更装置を除き、第１実施例のシステムと略同様の構成であるため、本実施例の説明においては、第１実施例のシステムと同じ構成要素については、同じ符号を用いて対応するものであることを示し、それらの説明は省略するあるいは簡略に行うものとする。
【００４５】
本実施例のステアリングシステムにおいては、転舵軸１００は、下端部において、前輪保持具を構成する支持板４２に固定されており、上端部において、ボールジョイント１０２を介して車体１０の支持部４６に回転可能かつ揺動可能に支持されている。その転舵軸１００は、それの中間部に、プラネタリギヤ機構１１０に連結されている。
【００４６】
そのプラネタリギヤ機構１１０は、３種のギヤである、サンギヤ１１２，リングギヤ１１４，４つのプラネタリギヤ１１６を含んで構成されている。サンギヤ１１２は、それの回転軸が、第１駆動源である電磁モータ１２０のモータ軸に連結され、その電磁モータ１２０によって回転させられる。サンギヤ１１２には、図９に示すように、周方向に４等配した位置の各々において、４つのプラネタリギヤ１１６の各々が噛合しており、それら４つのプラネタリギヤ１１６は、図示を省略するキャリアによって支持されている。また、リングギヤ１１４は、それの内周部に形成された内歯が、４つのプラネタリギヤ１１６と噛合する状態で支持されている。そのリングギヤ１１４には、それの外周部にも歯が形成されて、その外歯は、第２駆動源である電磁モータ１２２のモータ軸に連結されたギヤ１２４と噛合する構造とされている。
【００４７】
転舵軸１００は、４つのプラネタリギヤ１１６のうちの１つのものに連結されている。詳しく言えば、そのプラネタリギヤ１１６と転舵軸１００とは、等速ジョイント１３０を介して連結されており、それらの相対回転を禁止しつつ、プラネタリギヤ１１６に対する転舵軸１００の傾きが許容される構造となっている。また、転舵軸１００の外周面と、等速ジョイント１３０の内周面とには、スプラインが形成されており、転舵軸１００は、等速ジョイント１３０に対して、軸方向に摺動可能とされている。
【００４８】
例えば、プラネタリギヤ機構１１０のサンギヤ１１２とリングギヤ１１４との一方を固定した状態で、他方を回転させれば、プラネタリギヤ１１６が、サンギヤ１１２の周りを公転することになる。つまり、転舵軸１００が、ボールジョイント１０２を支点に動かされ、転舵軸１００の下端部が周回させられること、つまり、前輪１２Ｆが周回させられることになるのである。また、上記の場合において、プラネタリギヤ１１６は、サンギヤ１１２の周りを公転するのに伴って、自転することにもなる。つまり、転舵軸１００が軸線回りに回転させられ、前輪１２Ｆが転舵されることになるのである。そして、サンギヤ１１２の回転量とリングギヤ１１４の回転量との両者を調整することで、つまり、２つの電磁モータ１２０，１２２を制御することによって、前輪１２Ｆを、任意の転舵角とするとともに、任意の位置に変更することが可能とされているのである。
【００４９】
本システムにおいては、転舵軸１００は、それが連結されたプラネタリギヤ１１６が最も後方に位置する場合に、車体１０に対して垂直になるように構成されている。なお、その状態における前輪１２Ｆの位置を、図８に二点鎖線で示している。つまり、その状態において、車両のホイールベースは最も短くなり、逆に、転舵軸１００が連結されたプラネタリギヤ１１６が、最も前方に位置する場合に、車両のホイールベースは最も長くなる。そのことを利用して、第１実施例のシステムと同様に、低速で旋回する場合には、前輪１２Ｆを最も後方に位置させ、旋回半径を小さくするとともに、通常の走行時においては、車両のホイールベースを長くして、車両の走行時の安定性を確保することが可能とされている。
【００５０】
また、本ステアリングシステムにおいても、前輪１２Ｆの位置を車幅方向に移動させることが可能であるため、第１実施例のシステムと同様に、車両の旋回時において、前輪１２Ｆの位置を、旋回外側に移動させるとともに、前輪１２Ｆのキャンバー角を変更することが可能となっている。それにより、本システムを搭載する車両の斜め前方への転倒を防止することが可能とされているのである。
【符号の説明】
【００５１】
１０：車体 １２Ｆ：前輪 １２Ｒ：後輪 １４Ｌ：左輪 １４Ｒ：右輪 ２０：ステアリングホイール ３０：ホイール本体 ３２：タイヤ ３４：ショックアブソーバ ４２：支持板 ４４：シャフト ４６：支持部 ５０：電磁モータ（駆動源） ５２：等速ジョイント（被支持部） ５４：前輪転舵装置 ５６：転舵軸 ７０：アーム ７２：アーム ７４：電磁モータ ８０：前輪位置変更装置 １００：転舵軸 １０２：ボールジョイント（被支持部） １１０：プラネタリギヤ機構 １１２：サンギヤ １１４：リングギヤ １１６：プラネタリギヤ １２０：電磁モータ（第１駆動源） １２２：電磁モータ（第２駆動源）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自身の前方部に配設された単一の前輪とその前輪より後方において自身の左右にそれぞれ配設された左輪および右輪とを有する車両に関し、特に、その車両に搭載されるステアリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、単一の前輪と、それの後方に設けられた左輪，右輪とを有する車両において、その車両のステアリングシステムとして、下記特許文献１に記載されているようなものが存在する。そのステアリングシステムは、車両の旋回時の安定性に鑑みてなされたものであり、旋回時に前輪を傾倒させるように構成されたものである。また、近年では、下記特許文献２に記載されたような車両、つまり、３つの車輪に加えて左輪，右輪の後方に設けられた単一の後輪を有する車両も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００１−５１６６７３号公報
【特許文献２】中国授権公告号ＣＮ１３０４２３７Ｃ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような車両は、車輪の配置が、左右２つの前輪，左右２つの後輪を有する通常の車両とは異なり、車両の前方部に車輪が１つしかないことから、その車両に搭載されるステアリングシステムにおいて、前輪に係る部分の構成を特別に配慮することが望ましい。つまり、上述のような車両（以下、「特殊車輪配置車両」という場合がある）に搭載されるステアリングシステムは、充分な改良の余地が残されており、何らかの改良を施すことにより、特殊車輪配置車両の実用性を向上させることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、特殊車輪配置車両の実用性を向上させるための車両用ステアリングシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の車両用ステアリングシステムは、上記特殊車輪配置車両のためのステアリングシステムであって、(A)前輪を回転可能に保持する前輪保持具と、(B)上下方向に延び、下端部において前輪保持具に固定され、その下端部より上方に設けられた被支持部において車体に支持された転舵軸と、(C)転舵軸をそれの軸線回りに回転させることで前輪を転舵させる前輪転舵装置と、(D)転舵軸をそれの被支持部を支点に動かすことで、平面視において前輪の車体に対する位置を変更する前輪位置変更装置とを備えている。
【発明の効果】
【０００６】
上記特殊車輪配置車両は、車両の前方に単一の車輪しか配置されていないため、車両の斜め前方へ転倒しやすい。本発明のステアリングシステムによれば、車両の旋回時において、前輪を旋回外側に移動させるとともに、前輪をそれの上方が旋回内側に向かうように傾倒させることが可能であるため、車両の転倒を防止することが可能となる。また、例えば、前輪を前後方向に移動させることにより、車両のホイールベースを変更することが可能である。したがって、そのような利点を有することで、本発明のステアリングシステムを搭載する特殊車輪配置車両は、実用性の高いものとなる。
【発明の態様】
【０００７】
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から何某かの構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項ないし（６）項の各々が、請求項１ないし請求項６の各々に相当する。
【０００８】
（１）自身の前方部に配置された単一の前輪と、その前輪より後方において自身の左右にそれぞれ配置された左輪および右輪とを有する車両に搭載されたステアリングシステムであって、
前記前輪を回転可能に保持する前輪保持具と、
上下方向に延び、下端部において、前記前輪保持具に固定され、その下端部より上方に設けられた被支持部において、前記車両の車体に支持された転舵軸と、
前記転舵軸をそれの軸線回りに回転させることで、前記前輪を転舵させる前輪転舵装置と、
前記転舵軸をそれの前記被支持部を支点に動かすことで、平面視において前記前輪の前記車体に対する位置を変更する前輪位置変更装置と
を備えた車両用ステアリングシステム。
【０００９】
本項の態様のシステムが対象とする車両は、上述した特殊車輪配置車両であり、その車両は、上記前輪，左輪，右輪のみを有する三輪車両であってもよく、さらに、左輪，右輪の後方に配置された単一の後輪を有する車両（以下、「菱形車輪配置車両」という場合がある）であってもよい。
【００１０】
本項のシステムにおける「転舵軸」は、概して上下方向に延びる状態で、車体に支持されていればよい。つまり、転舵軸は、鉛直である必要はなく、ある程度傾斜した状態で設けられていてもよい。そして、その転舵軸は、上記「前輪転舵装置」によって軸線回りに回転させられ、前輪が転舵されるように構成される。その前輪転舵装置は、ステアリング操作部材に加えられる運転者の操作力によって前輪を転舵させるように構成された装置であってもよく、駆動源を有してステアリング操作部材と機械的に分離され、そのステアリング操作部材の操作に応じて、駆動源を制御しつつその駆動源の力によって前輪を転舵させるように構成されたものであってもよい。いわゆるステアバイワイヤ型の装置であってもよいのである。なお、ステアリング操作部材は、ステアリングホイールを始め、ジョイスティック，レバー等、種々の形式のものを採用可能である。
【００１１】
また、転舵軸は、それに設けられた「被支持部」のある一点を支点とした動きが許容され、上記「前輪位置変更装置」によって動かされる。その被支持部は、転舵軸の下端部より上方に設けられればよく、例えば、転舵軸の上端部が被支持部とされ、前輪位置変更装置が、その被支持部の下方を保持して、転舵軸を動かすような構成とすることが可能である。また、転舵軸の中間に被支持部が設けられ、前輪位置変更装置が、転舵軸の上端部を保持して、転舵軸を動かすような構成とすることも可能である。
【００１２】
本項の態様の「前輪位置変更装置」は、具体的な構成が特に限定されるものではなく、後に説明する種々の構成の装置を採用することが可能である。例えば、その前輪位置変更装置は、前輪が平面視において弧を描くように、転舵軸を動かす構成とすることが可能であり、前輪がある直線上を移動するように、転舵軸を動かす構成とすることも可能である。なお、前者の態様について、より具体的に言えば、被支持部を通って転舵軸に交差する方向に延びる軸線回りに、転舵軸を回動させる構成とすることが可能である。
【００１３】
本項の態様のステアリングシステムは、前輪を直進時の向きから９０°変更できるように設計できるため、車両の旋回半径を小さくすることができる。また、本項のステアリングシステムは、後に詳しく説明するが、前輪位置変更装置によって、前輪を前後方向に移動させることで、ホイールベースを変更することが可能であるとともに、前輪を車幅方向に移動させることで、車両の転倒を防止すること等が可能である。なお、前輪位置変更装置は、前輪の車幅方向における位置を変化させる構成とすることで、前輪の位置だけでなく、前輪の路面との垂線に対してなす角度であるキャンバー角をも変更させるものとなる。
【００１４】
（２）前記前輪位置変更装置が、
前記前輪の車幅方向における位置が変化するように、前記転舵軸を動かすように構成された(1)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００１５】
本項の態様のシステムが搭載される車両は、先に述べた特殊車輪配置車両であり、車両の前方に単一の車輪しか配設されていないため、旋回時において、車両の斜め前方へ転倒する虞がある。本項の態様のシステムは、前輪を車幅方向に移動させることが可能とされているため、例えば、車両旋回時に前輪を旋回外側に移動させることによって、車両が斜め前方への転倒する可能性を低減し、車両の転倒を防止することが可能となる。詳しく言えば、本項の態様は、前輪を、左輪と右輪とのうちの旋回外輪のものの位置と前輪の直進時位置とを結ぶ直線から遠ざけることにより、車両の旋回時の転倒を防止することが可能である。
【００１６】
また、前輪を旋回外側に移動させると、前輪は、それの上方が旋回内側に向かって傾倒することになる。つまり、車両の旋回時に車体に作用する遠心力の一部が、転舵軸の方向に作用し、その遠心力の一部を前輪保持具が有するサスペンションによって受け持つことが可能であるため、本項のシステムを搭載する特殊車輪配置車両は、旋回時における車両の安定性に優れたものとなる。
【００１７】
（３）前記前輪位置変更装置が、
前記前輪の前後方向における位置が変化するように、前記転舵軸を動かすように構成された(1)項または(2)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００１８】
本項の態様は、前輪を前後方向に移動させることが可能とされた態様である。本項の態様によれば、例えば、ホイールベースを短くして、車両の旋回半径を小さくすることが可能である。また、ホイールベースを長くして、車両の走行時の安定性を確保することが可能である。
【００１９】
（４）前記前輪位置変更装置が、
上方からの視点において前記前輪が弧を描くように、前記転舵軸を動かすように構成された(1)項ないし(3)項のいずれか１つに記載の車両用ステアリングシステム。
【００２０】
本項の態様においては、前輪が車幅方向と前後方向との両方向に移動することになる。つまり、本項の態様は、先に述べた前輪の車幅方向における位置を変化させる態様において得られる効果と、前後方向における位置を変化させる態様において得られる効果との両者が、得られることになる。なお、本項の態様は、前輪が円や楕円の周りの少なくとも一部を移動する態様であってもよく、前輪が円あるいは楕円の周りを１周するような構成であってもよい。
【００２１】
（５）前記前輪位置変更装置が、
前記転舵軸に交差する方向に延び、一端部において、その転舵軸の前記被支持部から離れた箇所に連結され、他端部において、上下方向に延びる回転軸線回りの回転が許容された状態で前記車体に支持されたアームと、
そのアームを前記回転軸線回りに回転させる駆動源と
を有する(4)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００２２】
本項の態様は、前輪が弧を描くような構成の前輪位置変更装置を具体化した態様である。本項の態様によれば、比較的簡便な構造で、前輪が弧を描くように構成することが可能である。本項の態様における「駆動源」は、電磁モータ等の電磁的なアクチュエータや、空気圧，油圧等の流体圧を利用したアクチュエータ等、種々のものを採用可能である。
【００２３】
（６）当該車両用ステアリングシステムが、
サンギヤとリングギヤとプラネタリギヤを有するプラネタリギヤ機構と、前記サンギヤを回転させる第１駆動源と、前記リングギヤを回転させる第２駆動源とを備え、
前記プラネタリギヤが、前記転舵軸の前記被支持部から離れた箇所においてその転舵軸に相対回転不能に連結されるように構成され、そのプラネタリギヤが、自転することにより前記前輪が転舵されるとともに、前記サンギヤの周りを公転することにより前記前輪の位置が変更されるように構成されることで、
当該車両用ステアリングシステムが、前記前輪転舵装置と前記前輪位置変更装置とを備えるものとされた(4)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００２４】
本項の態様において、プラネタリギヤの自転の回転量と、サンギヤおよびリングギヤに対するプラネタリギヤの位置とは、サンギヤの回転量とリングギヤの回転量とによって定まることになる。つまり、サンギヤの回転量とリングギヤの回転量とを制御することで、前輪の転舵量と前輪の位置とを制御することが可能である。したがって、本項の態様は、サンギヤを回転させる第１駆動源と、リングギヤを回転させる第２駆動源との両者が、協働して、前輪の転舵量と前輪の位置とを変更する構成とされている。
【００２５】
（７）前記転舵軸の前記被支持部が、その転舵軸の上端部とされた(1)項ないし(6)項のいずれか１つに記載の車両用ステアリングシステム。
【００２６】
本項の態様は、転舵軸がそれの上端部において車体に保持された態様である。本項の態様においては、転舵軸の上端部が車体に対して移動不能であるため、例えば、その転舵軸の上端部にステアリングシャフトをユニバーサルジョイント等を介して連結することで、ステアリング操作部材に加えられる運転者の操作力によって前輪を転舵させる構成の前輪転舵装置とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】請求可能発明の第１実施例である車両用ステアリングシステムが搭載された車両の概略側面図である。
【図２】図１に示す車両用ステアリングシステムが搭載された車両の概略平面図である。
【図３】図１に示す車両の前輪およびそれに対して設けられた位置変更装置および転舵装置を示す側面図である。
【図４】図３に示す前輪位置変更装置を示す斜視図である。
【図５】図３に示す前輪位置変更装置を示す平面図（図３におけるＡ−Ａ断面）である。
【図６】第１実施例の車両用ステアリングシステムによる前輪の動きを示す平面図である。
【図７】車両の前輪を、旋回時においてその際の進行方向からの視点において示す図である。
【図８】請求可能発明の第２実施例である車両用ステアリングシステムを示す側面図である。
【図９】第２実施例の車両用ステアリングシステムによる前輪の動きを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、請求可能発明の代表的な実施形態を、いくつかの実施例として、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。
【実施例１】
【００２９】
図１，２に、第１実施例の車両用ステアリングシステムが搭載された車両を示す。本車両は、菱形車輪配置の車両であり、次世代コミュータとして期待されている。本車両は、車体１０と、それの前方部に設けられた前輪１２Ｆと、その前輪１２Ｆの後方において車体１０の左部，右部にそれぞれ設けられた左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒと、それら左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒの後方に設けられた後輪１２Ｒとを有している。当該車両の平面視を示す図２から解るように、前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒは、車幅方向における中央に配設されている。なお、以下の説明において、前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒの区別を要しない場合には、車輪１２と総称し、左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒの区別を要しない場合には、車輪１４と総称することとする。前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒ，左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒに関係する構成要素，パラメータ等についても同様とする。
【００３０】
本車両では、前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒが転舵輪とされており、左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒは転舵輪とはされていない。また、左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒが駆動輪（車両を駆動するために回転駆動される車輪）とされてはいるものの、前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒは、駆動輪とはされていない。同様に、左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒが制動輪（車両を制動するために回転が制動される車輪）とされてはいるものの、前輪１２Ｆ，後輪１２Ｒは、制動輪とはされていない。
【００３１】
本車両には、運転者が当該車両を操作するための操作部材として、３つの操作部材が設けられている。その１つが、車両に旋回動作を行わせるためのステアリング操作部材であるステアリングホイール２０であり、もう１つが、車両を加速させるためのアクセル操作部材であるアクセルペダル２２，さらにもう１つが、車両を減速させるためのブレーキ操作部材であるブレーキペダル２４である。ちなみに、本車両は、前進ばかりでなく後退も可能であるが、本明細書が冗長となることを避けるべく、以下の説明では、前進についてのみ説明することとする。
【００３２】
本実施例のステアリングシステムは、前輪１２Ｆに対応する部分に特徴を有するものであるため、その前輪１２Ｆに関して説明する。図３に示すように、前輪１２Ｆは、ホイール本体３０と、タイヤ３２とから構成されている。ホイール本体３０は、１対の液圧式のショックアブソーバ３４によって、左右から挟持されている（図７参照）。詳しく言えば、ホイール本体３０のハブ部３６に設けられたアクスル３８が、１対のショックアブソーバ３４の各々の下端部に設けられた軸受部４０によって回転可能に保持されていることで、前輪１２Ｆは回転可能とされているのである。
【００３３】
１対のショックアブソーバ３４の各々の上端部は、車幅方向に延びる支持板４２に固定されており、支持板４２は、１対のショックアブソーバ３４の上端部を繋ぐものとなっている。支持板４２には、シャフト４４の下端部が固定的に付設されており、そのシャフト４４が、上方に延び、車体１０に設けられた支持部４６に支持されている。詳しく言えば、そのシャフト４４は、それの上端部において電磁モータ５０に同軸的にかつ回転可能に保持され、その電磁モータ５０が、等速ジョイント５２を介して支持部４６に回転不能かつ傾動可能に支持されている。つまり、電磁モータ５０が、シャフト４４を軸線回りに回転させることで、前輪１２Ｆは転舵される。したがって、その電磁モータ５０を含んで前輪転舵装置５４が構成され、電磁モータ５０の作動が制御されることで、前輪１２Ｆを任意の転舵角へと転舵するように構成されている。また、シャフト４４と電磁モータ５０とは、等速ジョイント５２を支点に動かれるように構成されており、それらシャフト４４と電磁モータ５０とを含んで構成される軸が、転舵軸５６として機能する。
【００３４】
１対のショックアブソーバ３４の各々は、ロアチューブ６０とアッパチューブ６２とを有し、それらが相対移動可能とされていることで、伸縮可能とされている。ロアチューブ６０には、下部リテーナ６４が固定され、その下部リテーナ６４と上部リテーナとして機能する支持板４６とによって、１対のサスペンションスプリング６６の各々が挟持されている。このような構成により、前輪１２Ｆは、弾性的に上下に揺動可能とされている。つまり、１対のショックアブソーバ３４，１対のサスペンションスプリング６６，支持板３２等を含んで、前輪１２Ｆを回転可能に保持する前輪保持具が構成されている。
【００３５】
また、図４の斜視図にも示すように、シャフト４４は、中間部において、２本のアーム７０，７２により保持されている。それらのうちの一方のアーム７０は、通常時において、水平かつ前後方向（図３における左右方向）に延び、後方側の端部７０ａ（以下、後端部７０ａという場合がある）が車体に１０に支持され、前方側の端部７０ｂ（以下、前端部７０ｂという場合がある）が、シャフト４４を保持している。そして、そのアーム７０は、後方側の端部７０ａを中心として、回転可能に車体１０に支持されており、図５の平面図に示すように、前端部７０ｂが水平面上に円弧（図５における二点鎖線）を描くように、動作可能となっている。アーム７０の後端部７０ａには、電磁モータ７４が配設されており、その電磁モータ７４が発生させる力によって、アーム７０が回転させられる。それにより、前輪１２Ｆは、図６に示すように、弧を描くように動作することになるのである。
【００３６】
また、もう一本のアーム７２は、概して前後方向に延び、後方側の端部においてボールジョイント７６を介して車体１０に回転可能かつ揺動可能に支持されている。そのアーム７２は、ガイド穴７８を有し、そのガイド穴７８によってシャフト４４を案内し、自身の延びる方向に沿った動きを許容するものとなっている。
【００３７】
上記のような構成から、本ステアリングシステムは、転舵軸５６をそれの被支持部である等速ジョイント５２を支点に動かすことで、平面視において前輪１２Ｆの車体１２に対する位置を変更する前輪位置変更装置８０を備えるものとなっている。その前輪位置変更装置８０は、２本のアーム７０，７２と、駆動源としての電磁モータ７４とを含んで構成される。そして、その前輪位置変更装置８０は、上述したように、前輪１２Ｆが弧を描くように、転舵軸を動作させるものとなっており、前輪１２Ｆの車体１０に対する位置を、車幅方向および前後方向に変化させることが可能となっている。
【００３８】
次に、本ステアリングシステムの制御、具体的には、前輪転舵装置５４と前輪位置変更装置８０との制御について、簡単に説明する。それら前輪転舵装置５４と前輪位置変更装置８０とは、ステアリングホイール２０の操作に基づいて、詳しくは、ステアリングホイール２０の操作量である操作角θに基づいて制御される。まず、前輪１２Ｆの目標となる転舵角δ*が、操作角θに基づいて決定される（δ*＝ｆ(θ)）。なお、その目標転舵角δ*は、直進時の前輪１２Ｆの転向角度位置に対する転向角である。そして、前輪１２Ｆの転舵角が、その目標転舵角δ*となるように、電磁モータ５０が制御される。
【００３９】
一方、前輪位置変更装置８０は、前輪１２Ｆを、転舵軸５６がちょうど前後方向に延びている状態における位置である中立位置から旋回外側に移動させるように制御される。図５，６に示すように、右旋回時においては、左周りに、アーム７０を回転させるべく、電磁モータ７４が制御される。なお、そのアーム７０の回転角φは、操作角θに応じて決定される（φ*＝ｇ(θ)）。
【００４０】
菱形車輪配置車両は、前方に単一の車輪１２Ｆしか配設されていないため、車両の重心位置（静止状態においては、車体の重心位置とほぼ同じ位置であると考えることができる）から前輪１２Ｆと左輪１４Ｌとを結ぶ直線までの距離，重心位置から前輪１２Ｆと右輪１４Ｒとを結ぶ直線までの距離が、重心位置から左輪１４Ｌ，右輪１４Ｒまでの車幅方向の距離より短く、特に、車両の斜め前方へ転倒しやすい。具体的には、例えば、制動旋回中に、車体１０に斜め前方への力が作用すると、車両が転倒する可能性があるのである。本ステアリングシステムにおいては、車両の旋回中に、前輪１２Ｆを旋回外側に移動させるため、車両の斜め前方への転倒が防止されることになる。
【００４１】
図７は、右旋回する際に、その旋回方向における車両の前方側からの視点において、前輪１２Ｆを示す図である。この図からも分かるように、前輪１２Ｆは、前輪位置変更装置８０によって旋回外側に移動させられると、路面との垂線に対する前輪１２Ｆの角度であるキャンバー角αも変更される。より詳しく言えば、前輪１２Ｆは、旋回外側に移動させられると、上方側が旋回内側に向いて傾倒することになるのである。したがって、旋回中に車体１０に作用する遠心力と重力との合力が、転舵軸５６の方向に作用することになるため、本システムが搭載される車両は、旋回時における安定性に優れたものとなっている。
【００４２】
また、本ステアリングシステムは、その場旋回等の低速で車両を旋回させる場合には、前輪位置変更装置８０により、アーム７０を１８０°まで回転させるようになっている。それにより、前輪１２Ｆは、図３に二点鎖線で示す位置に変更される。つまり、通常の走行時に比較して、ホイールベースが短くされ、旋回半径が小さくされるようになっている。逆に言えば、本ステアリングシステムによれば、通常の走行時において、車両のホイールベースが長くされ、車両の走行時の安定性が確保されることになるのである。
【００４３】
なお、上記実施例のステアリングシステムは、前輪転舵装置５４が、ステアバイワイヤ型の装置とされていたが、転舵軸の上端部に、ステアリングシャフトをユニバーサルジョイント等を介して連結し、ステアリングホイール２０の回転を転舵軸に直接伝達する構成とすることも可能である。また、上記実施例のステアリングシステムは、転舵軸５６がそれの上端部において支持され、前輪位置変更装置８０が、その転舵軸５６の中間部を保持して転舵軸５６を動かすように構成されていた。それに対して、転舵軸の上方側を、車体１０の支持部４６からさらに上方に延び出すようにし、前輪位置変更装置が、その転舵軸の上方に延び出した部分を保持して、転舵軸５６を動かすように構成することも可能である。つまり、転舵軸は、それの上端部において車体１０に支持されているものに限らず、それの中間部において支持されたものであってもよい。ちなみに、本ステアリングシステムが搭載された車両において、前後輪１２は、制動輪とされていなかったが、それらも制動輪とされてもよい。また、左右輪１４は、転舵輪とされていなかったが、それらも転舵輪とされてもよい。
【実施例２】
【００４４】
図８，９に、第２実施例のステアリングシステムを示す。図８は、そのステアリングシステムの側面図であり、図９は、そのシステムが備える前輪位置変更装置の要部と、その前輪位置変更装置による前輪１２Ｆの動きを示す概略図である。ただし、その図７において、前輪位置変更装置の要部については、断面図としている。本実施例のステアリングシステムは、前輪転舵装置および前輪位置変更装置を除き、第１実施例のシステムと略同様の構成であるため、本実施例の説明においては、第１実施例のシステムと同じ構成要素については、同じ符号を用いて対応するものであることを示し、それらの説明は省略するあるいは簡略に行うものとする。
【００４５】
本実施例のステアリングシステムにおいては、転舵軸１００は、下端部において、前輪保持具を構成する支持板４２に固定されており、上端部において、ボールジョイント１０２を介して車体１０の支持部４６に回転可能かつ揺動可能に支持されている。その転舵軸１００は、それの中間部に、プラネタリギヤ機構１１０に連結されている。
【００４６】
そのプラネタリギヤ機構１１０は、３種のギヤである、サンギヤ１１２，リングギヤ１１４，４つのプラネタリギヤ１１６を含んで構成されている。サンギヤ１１２は、それの回転軸が、第１駆動源である電磁モータ１２０のモータ軸に連結され、その電磁モータ１２０によって回転させられる。サンギヤ１１２には、図９に示すように、周方向に４等配した位置の各々において、４つのプラネタリギヤ１１６の各々が噛合しており、それら４つのプラネタリギヤ１１６は、図示を省略するキャリアによって支持されている。また、リングギヤ１１４は、それの内周部に形成された内歯が、４つのプラネタリギヤ１１６と噛合する状態で支持されている。そのリングギヤ１１４には、それの外周部にも歯が形成されて、その外歯は、第２駆動源である電磁モータ１２２のモータ軸に連結されたギヤ１２４と噛合する構造とされている。
【００４７】
転舵軸１００は、４つのプラネタリギヤ１１６のうちの１つのものに連結されている。詳しく言えば、そのプラネタリギヤ１１６と転舵軸１００とは、等速ジョイント１３０を介して連結されており、それらの相対回転を禁止しつつ、プラネタリギヤ１１６に対する転舵軸１００の傾きが許容される構造となっている。また、転舵軸１００の外周面と、等速ジョイント１３０の内周面とには、スプラインが形成されており、転舵軸１００は、等速ジョイント１３０に対して、軸方向に摺動可能とされている。
【００４８】
例えば、プラネタリギヤ機構１１０のサンギヤ１１２とリングギヤ１１４との一方を固定した状態で、他方を回転させれば、プラネタリギヤ１１６が、サンギヤ１１２の周りを公転することになる。つまり、転舵軸１００が、ボールジョイント１０２を支点に動かされ、転舵軸１００の下端部が周回させられること、つまり、前輪１２Ｆが周回させられることになるのである。また、上記の場合において、プラネタリギヤ１１６は、サンギヤ１１２の周りを公転するのに伴って、自転することにもなる。つまり、転舵軸１００が軸線回りに回転させられ、前輪１２Ｆが転舵されることになるのである。そして、サンギヤ１１２の回転量とリングギヤ１１４の回転量との両者を調整することで、つまり、２つの電磁モータ１２０，１２２を制御することによって、前輪１２Ｆを、任意の転舵角とするとともに、任意の位置に変更することが可能とされているのである。
【００４９】
本システムにおいては、転舵軸１００は、それが連結されたプラネタリギヤ１１６が最も後方に位置する場合に、車体１０に対して垂直になるように構成されている。なお、その状態における前輪１２Ｆの位置を、図８に二点鎖線で示している。つまり、その状態において、車両のホイールベースは最も短くなり、逆に、転舵軸１００が連結されたプラネタリギヤ１１６が、最も前方に位置する場合に、車両のホイールベースは最も長くなる。そのことを利用して、第１実施例のシステムと同様に、低速で旋回する場合には、前輪１２Ｆを最も後方に位置させ、旋回半径を小さくするとともに、通常の走行時においては、車両のホイールベースを長くして、車両の走行時の安定性を確保することが可能とされている。
【００５０】
また、本ステアリングシステムにおいても、前輪１２Ｆの位置を車幅方向に移動させることが可能であるため、第１実施例のシステムと同様に、車両の旋回時において、前輪１２Ｆの位置を、旋回外側に移動させるとともに、前輪１２Ｆのキャンバー角を変更することが可能となっている。それにより、本システムを搭載する車両の斜め前方への転倒を防止することが可能とされているのである。
【符号の説明】
【００５１】
１０：車体 １２Ｆ：前輪 １２Ｒ：後輪 １４Ｌ：左輪 １４Ｒ：右輪 ２０：ステアリングホイール ３０：ホイール本体 ３２：タイヤ ３４：ショックアブソーバ ４２：支持板 ４４：シャフト ４６：支持部 ５０：電磁モータ（駆動源） ５２：等速ジョイント（被支持部） ５４：前輪転舵装置 ５６：転舵軸 ７０：アーム ７２：アーム ７４：電磁モータ ８０：前輪位置変更装置 １００：転舵軸 １０２：ボールジョイント（被支持部） １１０：プラネタリギヤ機構 １１２：サンギヤ １１４：リングギヤ １１６：プラネタリギヤ １２０：電磁モータ（第１駆動源） １２２：電磁モータ（第２駆動源）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の前方部に配置された単一の前輪と、その前輪より後方において自身の左右にそれぞれ配置された左輪および右輪とを有する車両に搭載されたステアリングシステムであって、
前記前輪を回転可能に保持する前輪保持具と、
上下方向に延び、下端部において、前記前輪保持具に固定され、その下端部より上方に設けられた被支持部において、前記車両の車体に支持された転舵軸と、
前記転舵軸をそれの軸線回りに回転させることで、前記前輪を転舵させる前輪転舵装置と、
前記転舵軸をそれの前記被支持部を支点に動かすことで、平面視において前記前輪の前記車体に対する位置を変更する前輪位置変更装置と
を備えた車両用ステアリングシステム。
【請求項２】
前記前輪位置変更装置が、
前記前輪の車幅方向における位置が変化するように、前記転舵軸を動かすように構成された請求項１に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項３】
前記前輪位置変更装置が、
前記前輪の前後方向における位置が変化するように、前記転舵軸を動かすように構成された請求項１または請求項２に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項４】
前記前輪位置変更装置が、
上方からの視点において前記前輪が弧を描くように、前記転舵軸を動かすように構成された請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項５】
前記前輪位置変更装置が、
前記転舵軸と交差する方向に延び、一端部において、その転舵軸の前記被支持部から離れた箇所に連結され、他端部において、上下方向に延びる回転軸線回りの回転が許容された状態で前記車体に支持されたアームと、
そのアームを前記回転軸線回りに回転させる駆動源と
を有する請求項４に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項６】
当該車両用ステアリングシステムが、
サンギヤとリングギヤとプラネタリギヤを有するプラネタリギヤ機構と、前記サンギヤを回転させる第１駆動源と、前記リングギヤを回転させる第２駆動源とを備え、
前記プラネタリギヤが、前記転舵軸の前記被支持部から離れた箇所においてその転舵軸に相対回転不能に連結されるように構成され、そのプラネタリギヤが、自転することにより前記前輪が転舵されるとともに、前記サンギヤの周りを公転することにより前記前輪の位置が変更されるように構成されることで、
当該車両用ステアリングシステムが、前記前輪転舵装置と前記前輪位置変更装置とを備えるものとされた請求項４に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項１】
自身の前方部に配置された単一の前輪と、その前輪より後方において自身の左右にそれぞれ配置された左輪および右輪とを有する車両に搭載されたステアリングシステムであって、
前記前輪を回転可能に保持する前輪保持具と、
上下方向に延び、下端部において、前記前輪保持具に固定され、その下端部より上方に設けられた被支持部において、前記車両の車体に支持された転舵軸と、
前記転舵軸をそれの軸線回りに回転させることで、前記前輪を転舵させる前輪転舵装置と、
前記転舵軸をそれの前記被支持部を支点に動かすことで、平面視において前記前輪の前記車体に対する位置を変更する前輪位置変更装置と
を備えた車両用ステアリングシステム。
【請求項２】
前記前輪位置変更装置が、
前記前輪の車幅方向における位置が変化するように、前記転舵軸を動かすように構成された請求項１に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項３】
前記前輪位置変更装置が、
前記前輪の前後方向における位置が変化するように、前記転舵軸を動かすように構成された請求項１または請求項２に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項４】
前記前輪位置変更装置が、
上方からの視点において前記前輪が弧を描くように、前記転舵軸を動かすように構成された請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項５】
前記前輪位置変更装置が、
前記転舵軸と交差する方向に延び、一端部において、その転舵軸の前記被支持部から離れた箇所に連結され、他端部において、上下方向に延びる回転軸線回りの回転が許容された状態で前記車体に支持されたアームと、
そのアームを前記回転軸線回りに回転させる駆動源と
を有する請求項４に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項６】
当該車両用ステアリングシステムが、
サンギヤとリングギヤとプラネタリギヤを有するプラネタリギヤ機構と、前記サンギヤを回転させる第１駆動源と、前記リングギヤを回転させる第２駆動源とを備え、
前記プラネタリギヤが、前記転舵軸の前記被支持部から離れた箇所においてその転舵軸に相対回転不能に連結されるように構成され、そのプラネタリギヤが、自転することにより前記前輪が転舵されるとともに、前記サンギヤの周りを公転することにより前記前輪の位置が変更されるように構成されることで、
当該車両用ステアリングシステムが、前記前輪転舵装置と前記前輪位置変更装置とを備えるものとされた請求項４に記載の車両用ステアリングシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１１６２６８（Ｐ２０１１−１１６２６８Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７６２００（Ｐ２００９−２７６２００）
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]