JP2015009688A - 車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のコストの低減を図ることができる、車体構造を提供する。【解決手段】ステアリングギヤ２１は、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤであり、前端部が後端部よりも左側に位置するように、車幅方向と交差する方向に延びている。第１タイロッド２３の一端部２３Ｆは、右側のナックル１３Ｒのナックルアーム１５に連結されている。第１タイロッド２３の他端部２３Ｒは、ステアリングギヤ２１のラックバー２６の後端部に連結されている。【選択図】図２

Description

本発明は、車体構造、とくに小型車両に好適な車体構造に関する。

車両のステアリング機構の型式には、ステアリングギヤの両端部にタイロッドが連結されるエンドテイクオフ式、ステアリングギヤの中央部にタイロッドが連結されるセンタテイクオフ式、ステアリングギヤにセンタアームを介してタイロッドが連結されるセンタアーム式などがある。

特開平１１−９９９５３号公報

いずれの型式のステアリング機構であっても、普通車や軽自動車に広く用いられているものは、車幅が特に小さい車両（たとえば、タンデム式２シータのシティコミュータ）に搭載することが困難である。車幅が特に小さいと、ステアリングギヤの配置が困難なためである。そのため、車幅が特に小さい車両では、専用のステアリングギヤを設計せざるを得ず、車両の開発コストおよび製造コストが高くつく。

本発明の目的は、車両のコストの低減を図ることができる、車体構造を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車体構造は、ステアリングシャフトと、車幅方向と交差する方向に延び、ステアリングシャフトの回動に伴って移動する直動部材と、キングピンを中心に回動可能に設けられ、車輪を保持するナックルと、一端部がナックルにおけるキングピンよりも車幅方向の内側の位置に連結され、他端部が直動部材の後端部に連結されたタイロッドとを含む。

この構成によれば、ステアリングシャフトの回動に伴って、直動部材が移動する。そして、直動部材の移動により、タイロッドがナックルを回動させ、車輪（操舵輪）が左右に転舵される。

直動部材が車幅方向と交差する方向に延びるように配置されるので、車幅が特に小さい車両においても、直動部材を備えるステアリングギヤとして、既存のステアリングギヤ（たとえば、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤまたはボールスクリュー式のステアリングギヤ）を用いることができる。そのため、専用のステアリングギヤを新たに開発および製造する必要がないので、車両のコスト（開発コストおよび製造コスト）の低減を図ることができる。

また、この車体構造が採用された車両が前面衝突すると、たとえば、車体の前部の押し潰された部分により、直動部材の前端部が後方に押圧される。そして、その押圧力により、直動部材が後方に移動する。直動部材の後方への移動に伴って、タイロッドがナックルを後方に引く。これにより、ナックルがキングピンを中心に回動し、ナックルの回動に伴って、車輪の向きが変わる。

たとえば、タイロッドの一端部が車輪の左側に配置されるナックル（たとえば、右側の車輪を保持するナックル）に連結されている場合には、直動部材の後方への移動に伴って、ナックルがキングピンを中心に上方から見て反時計回りに回動するので、その車輪が左を向く。逆に、タイロッドの一端部が車輪の右側に配置されるナックル（たとえば、左側の車輪を保持するナックル）に連結されている場合には、直動部材の後方への移動に伴って、ナックルがキングピンを中心に上方から見て時計回りに回動するので、その車輪が右を向く。

よって、車両が使用される地域において、左側通行が定められているときには、タイロッドの一端部が車輪の左側に配置されるナックルに連結された構成を採用すれば、車両の前面衝突時に車輪を左に向けることができ、前面衝突後の車両の進行方向を常に左に変化させることができる。その結果、前面衝突後に、車両が道路の中央を越えて右側の対向車線にはみ出すことを抑制できる。

また、車両が使用される地域において、右側通行が定められているときには、タイロッドの一端部が車輪の右側に配置されるナックルに連結された構成を採用すれば、車両の前面衝突時に車輪を右に向けることができ、前面衝突後の車両の進行方向を常に右に変化させることができる。その結果、前面衝突後に、車両が道路の中央を越えて左側の対向車線にはみ出すことを抑制できる。

ナックルが左右１対で設けられる場合、車体構造は、左右のナックル間に架設されて、左右のナックルを連動して転舵させるための第２のタイロッドを含むことが好ましい。

また、車体構造は、直動部材の前端部が接続され、車両の前面衝突時の衝撃を受ける衝撃受け部材をさらに含むことが好ましい。これにより、車両の前面衝突時の衝撃を衝撃受け部材を介して直動部材に良好に入力させることができる。その結果、前面衝突時に、車輪の向きを良好に変えることができ、車両が道路の中央を越えて左側の対向車線にはみ出すことを一層抑制できる。

本発明によれば、直動部材を備えるステアリングギヤとして、既存のステアリングギヤを用いることができるので、車両の開発および製造に要するコストの低減を図ることができる。

車両の図解的な平面図である。 本発明の一実施形態に係る車体構造の図解的な平面図であり、前輪が転舵されていない状態（直進時の状態）を示す。 図２に示される車体構造の図解的な平面図であり、前輪が左に転舵されている状態を示す。 車両の左旋回走行中に右輪がバンプしたときのホイールセンタ、ナックルおよびタイロッドエンドの軌跡を概念的に示す図である。 車両の右旋回走行中に右輪がリバウンドしたときのホイールセンタ、ナックルおよびタイロッドエンドの軌跡を概念的に示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、車両１の図解的な平面図である。

車両１は、小型の電気自動車であり、たとえば、都市内の移動や近郊からの通勤などの市街地走行に使用されるシティコミュータである。車両１の寸法は、たとえば、全長×全幅×全高＝約２５００×約１０００×約１５００ｍｍである。

車両１は、車体２を備えている。車体２には、車室３が形成されている。車室３内には、前部座席４および後部座席５が前後に並べて設けられている。

車体２の左前部、右前部、左後部および右後部には、それぞれホイールハウス（タイヤハウス）６ＬＦ，６ＲＦ，６ＬＲ，６ＲＲが設けられている。各ホイールハウス６ＬＦ，６ＲＦ，６ＬＲ，６ＲＲは、車体２の側面から車幅方向内側に凹んでいる。

左前部のホイールハウス６ＬＦおよび右前部のホイールハウス６ＲＦには、それぞれ前輪７Ｌ，７Ｒが収容されている。前輪７Ｌ，７Ｒは、車両１の進行方向を変更するために転舵される舵取り用の車輪である。

左後部のホイールハウス６ＬＲおよび右後部のホイールハウス６ＲＲには、それぞれ後輪８Ｌ，８Ｒが収容されている。後輪８Ｌ，８Ｒには、それぞれ車幅方向に延びるドライブシャフト（図示せず）の左端部および右端部が接続されている。ドライブシャフトには、車体２の後端部に配置されたモータ（図示せず）の駆動力が入力される。すなわち、後輪８Ｌ，８Ｒは、車両１の走行のための駆動力が入力される駆動輪である。

図２は、本発明の一実施形態に係る車体構造１１の図解的な平面図であり、前輪７Ｌ，７Ｒが転舵されていない状態（直進時の状態）を示す。図３は、図２に示される車体構造１１の図解的な平面図であり、前輪７Ｌ，７Ｒが左に転舵されている状態を示す。

車両１には、車体構造１１が適用されている。

車体構造１１は、左右１対のロアアーム１２Ｌ，１２Ｒおよび左右１対のナックル１３Ｌ，１３Ｒを含む。

ロアアーム１２Ｌ，１２Ｒは、左右対称をなし、左右方向に間隔を空けて、それぞれ前後方向に延びるように設けられている。ロアアーム１２Ｌ，１２Ｒの各後端部は、車体２（図１参照）に、車幅方向（左右方向）に延びる共通の回動軸線Ｃを中心に回動可能に支持されている。これにより、ロアアーム１２Ｌ，１２Ｒは、各後端部を支点に、上下方向に揺動可能に設けられている。すなわち、車両１では、リーディング式のサスペンションが採用されている。左側のロアアーム１２Ｌは、途中部で左側に湾曲し、その先端側の部分が左側に延びている。右側のロアアーム１２Ｒは、途中部で右側に湾曲し、その先端側の部分が右側に延びている。

左側のナックル１３Ｌは、ロアアーム１２Ｌの先端部に、上下方向に延びるキングピン１４Ｌを中心に回動可能に支持されている。右側のナックル１３Ｒは、ロアアーム１２Ｒの先端部に、上下方向に延びるキングピン１４Ｒを中心に回動可能に支持されている。ナックル１３Ｌ，１３Ｒは、それぞれ前輪７Ｌ，７Ｒを保持している。また、左側のナックル１３Ｌには、キングピン１４Ｌの左側で左右方向に延びるナックルアーム１５が一体的に形成されている。

また、車体構造１１は、ステアリングギヤ２１、ステアリングシャフト２２、第１タイロッド２３および第２タイロッド２４を含む。

ステアリングギヤ２１は、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤであり、ギヤハウジング２５およびラックバー２６を備えている。

ギヤハウジング２５は、たとえば、略円筒状をなしている。ギヤハウジング２５は、平面視において、左右のロアアーム１２Ｌ，１２Ｒの間に配置されて、前端部が後端部よりも左側に位置するように、車幅方向と交差する方向に延びている。ギヤハウジング２５は、車体２（図１参照）に固定されている。

ラックバー２６は、ギヤハウジング２５に挿通されて、ギヤハウジング２５の長手方向に往復移動可能に設けられている。ラックバー２６の途中部には、ラックギヤ（図示せず）が形成されている。ラックギヤには、ピニオン（図示せず）が噛合している。車両１の直進時には、図２に示されるように、ラックバー２６の後端部は、ロアアーム１２Ｌ，１２Ｒの後端部と前後方向における同じ位置、つまりロアアーム１２Ｌ，１２Ｒの回動軸線Ｃ上に位置する。

ステアリングシャフト２２の下端部は、ギヤハウジング２５内において、ピニオンに連結されている。ステアリングシャフト２２の上端部は、車室３（図１参照）内に突出して、車室３内の前部座席４の前方に配置されている。ステアリングシャフト２２の上端部には、ステアリングホイール（図示せず）が取り付けられている。

第１タイロッド２３の一端部（以下、「タイロッドエンド」という。）２３Ｆは、ボールジョイント２７を介して、右側のナックル１３Ｒのナックルアーム１５に連結されている。第１タイロッド２３の他端部２３Ｒは、ボールジョイント２８を介して、ラックバー２６の後端部（ラックエンド）に連結されている。

第２タイロッド２４は、左右のナックル１３Ｌ，１３Ｒ間に架設されて、車幅方向に延びている。第２タイロッド２４の左端部は、キングピン１４Ｌの前方において、ボールジョイント２９を介して、ナックル１３Ｌに連結されている。第２タイロッド２４の右端部は、キングピン１４Ｒの前方において、ボールジョイント３０を介して、ナックル１３Ｒに連結されている。

前部座席４に着座した運転者Ｄ（図１参照）により、ステアリングホイールが左に切られると、ステアリングシャフト２２の回動に連動して、図３に示されるように、ラックバー２６が後方に移動する。ラックバー２６の後方への移動に伴って、第１タイロッド２３がナックル１３Ｒのナックルアーム１５を後方に引く。これにより、ナックル１３Ｒが上方から見て反時計回りに回動し、このナックル１３Ｒの回動に伴って、右側の前輪７Ｒが左を向く。また、ナックル１３Ｒの回動に伴って、第２タイロッド２４が左側に移動し、第２タイロッド２４がナックル１３Ｌを左側に押す。これにより、ナックル１３Ｌが上方から見て反時計回りに回動し、このナックル１３Ｌの回動に伴って、左側の前輪７Ｌが左を向く。

逆に、運転者Ｄにより、ステアリングホイールが右に切られると、ステアリングシャフト２２の回動に連動して、ラックバー２６が前方に移動する。ラックバー２６の前方への移動に伴って、第１タイロッド２３がナックル１３Ｒのナックルアーム１５を前方に押す。これにより、ナックル１３Ｒが上方から見て時計回りに回動し、このナックル１３Ｒの回動に伴って、右側の前輪７Ｒが右を向く。また、ナックル１３Ｒの回動に伴って、第２タイロッド２４が右側に移動し、第２タイロッド２４がナックル１３Ｌを右側に引く。これにより、ナックル１３Ｌが上方から見て時計回りに回動し、このナックル１３Ｌの回動に伴って、左側の前輪７Ｌが右を向く。

また、ラックバー２６の前端部は、金属板からなる衝撃受け部材３１に接続されている。衝撃受け部材３１は、たとえば、前輪７Ｌ，７Ｒよりも前方において、上下方向および左右方向に延びている。

なお、衝撃受け部材３１は、車両１に新たに追加して設けられてもよいし、たとえば、フロントバンパを保持する車体フレームであってもよい。

車両１が前面衝突すると、車体２の前部の押し潰された部分により、衝撃受け部材３１が後方に押圧される。そして、その押圧力が衝撃受け部材３１を介してラックバー２６に伝達され、ラックバー２６が後方に移動する。ラックバー２６の後方への移動に伴って、第１タイロッド２３がナックル１３Ｒのナックルアーム１５を後方に引く。これにより、ナックル１３Ｒが上方から見て反時計回りに回動し、ナックル１３Ｒの回動に伴って、右側の前輪７Ｒが左を向く。また、ナックル１３Ｒの回動に伴って、第２タイロッド２４が左側に移動し、第２タイロッド２４がナックル１３Ｌを左側に押す。これにより、ナックル１３Ｌが上方から見て反時計回りに回動し、このナックル１３Ｌの回動に伴って、左側の前輪７Ｌが左を向く。これにより、前面衝突後は、車両１の進行方向が常に左に変化する。したがって、左側通行が定められた地域で車両１が使用される場合に、前面衝突後に、車両１が道路の中央を越えて右側の対向車線にはみ出すことを抑制できる。

また、ステアリングギヤ２１が車幅方向と交差する方向に延びるように配置されるので、車幅が特に小さい車両１においても、ステアリングギヤ２１として、既存のステアリングギヤを用いることができる。そのため、ステアリングギヤ２１を新たに開発および製造する必要がないので、車両１のコスト（開発コストおよび製造コスト）の低減を図ることができる。

また、ロアアーム１２Ｌ，１２Ｒの回動軸線Ｃが車幅方向に延びている。そのため、バンプ時およびリバウンド時に、トレッド（左右の前輪７Ｌ，７Ｒの中心間距離）が変化しない。よって、バンプまたはリバウンドによるトレッドの変化を考慮せずに、ホイールハウス６ＬＦ，６ＲＦを設計することができる。すなわち、ホイールハウス６ＬＦ，６ＲＦのサイズに、バンプまたはリバウンドによるトレッドの変化分の余裕を持たせる必要がないので、その分、ホイールハウス６ＬＦ，６ＲＦのサイズを小さく設計して、車室３内のスペースを増大させることができる。また、バンプ時およびリバウンド時に、トレッドが変化しないので、ラックバー２６の後端部とナックル１３Ｒとの間の車幅方向の距離が変わらず、ナックル１３Ｒが第１タイロッド２３から車幅方向の力を受けない。よって、バンプ時およびリバウンド時に、前輪７Ｒのストロークがスムーズである。

車幅が特に小さい車両１では、小回り性能が重視される。車両１の小回り性能を向上するには、前輪７Ｌ，７Ｒの最大切れ角（最大転舵角）を大きくすればよい。しかしながら、最大切れ角を大きくすると、高速走行時も同じ切れ角であるため、急転舵による直進安定性の低下や車両１の転倒の可能性がある。しかも、バンプ時の前輪７Ｌ，７Ｒの切れ角が最大切れ角を超えることを考慮すると、ホイールハウス６ＬＦ，６ＲＦのサイズに余裕を持たせなければならず、車室３内のスペースが狭くなる。

そのため、車両１では、直進時に、ラックバー２６の後端部、つまり第１タイロッド２３の他端部がロアアーム１２Ｌ，１２Ｒの回動軸線Ｃ上に位置するように、ステアリングギヤ２１の配置などが設計されている。

図４は、車両１の左旋回走行中に右輪がバンプしたときのホイールセンタ、ナックルおよびタイロッドエンドの軌跡を概念的に示す図である。

前輪７Ｌ，７Ｒが左に転舵されている状態では、第１タイロッド２３の他端部２３Ｒの位置がロアアーム１２Ｌ，１２Ｒの回動軸線Ｃ上から後方にずれている。この状態での車両１の旋回走行中に、右の前輪７Ｒがバンプすると、前輪７Ｒの中心であるホイールセンタおよびナックル１３Ｒは、ロアアーム１２Ｒの回動軸線Ｃを中心とする円弧状の軌跡ＴＷ，ＴＮを描くのに対し、タイロッドエンド（第１タイロッド２３の一端部）２３Ｆは、第１タイロッド２３の他端部２３Ｒを中心とする円弧状の軌跡ＴＴを描く。そのため、右側のナックル１３Ｒの軌跡ＴＮは、タイロッドエンド２３Ｆの軌跡ＴＴよりも第１タイロッド２３の他端部２３Ｒ側に位置する。この軌跡ＴＮ，ＴＴの関係から、車両１の左旋回走行中のバンプ時には、空車時（バンプおよびリバウンドしていない状態）と比較して、右側のナックル１３Ｒと第１タイロッド２３の他端部２３Ｒとの距離が短くなることが理解される。右側のナックル１３Ｒと第１タイロッド２３の他端部２３Ｒとの距離が短くなると、第１タイロッド２３がナックル１３Ｒのナックルアーム１５を前方に押す。そのため、ナックル１３Ｒが上方から見て時計回りに回動し、このナックル１３Ｒの回動に伴って、右側の前輪７Ｒが右を向く。また、右側の前輪７Ｒの転舵に伴って、左側の前輪７Ｌが右を向く。その結果、前輪７Ｌ，７Ｒの切れ角が低減する。

図５は、車両１の右旋回走行中に右輪がリバウンドしたときのホイールセンタ、ナックルおよびタイロッドエンドの軌跡を概念的に示す図である。

前輪７Ｌ，７Ｒが右に転舵されている状態では、第１タイロッド２３の他端部２３Ｒの位置がロアアーム１２Ｌ，１２Ｒの回動軸線Ｃ上から前方にずれている。この状態での車両１の旋回走行中に、右の前輪７Ｒがリバウンドすると、ホイールセンタおよびナックル１３Ｒは、ロアアーム１２Ｒの回動軸線Ｃを中心とする円弧状の軌跡ＴＷ，ＴＮを描くのに対し、タイロッドエンド２３Ｆは、第１タイロッド２３の他端部２３Ｒを中心とする円弧状の軌跡ＴＴを描く。そのため、右側のナックル１３Ｒの軌跡ＴＮは、タイロッドエンド２３Ｆの軌跡ＴＴよりも第１タイロッド２３の他端部２３Ｒ側と反対側に位置する。この軌跡ＴＮ，ＴＴの関係から、車両１の右旋回走行中のリバウンド時には、空車時と比較して、右側のナックル１３Ｒと第１タイロッド２３の他端部２３Ｒとの距離が長くなることが理解される。右側のナックル１３Ｒと第１タイロッド２３の他端部２３Ｒとの距離が長くなると、第１タイロッド２３がナックル１３Ｒのナックルアーム１５を後方に引く。そのため、ナックル１３Ｒが上方から見て反時計回りに回動し、このナックル１３Ｒの回動に伴って、右側の前輪７Ｒが左を向く。また、右側の前輪７Ｒの転舵に伴って、左側の前輪７Ｌが左を向く。その結果、前輪７Ｌ，７Ｒの切れ角が低減する。

これにより、左旋回走行中に右の前輪７Ｒがバンプしたときおよび右旋回走行中に右の前輪７Ｒがリバウンドしたとき、いずれの場合でも、前輪７Ｌ，７Ｒの切れ角が低減する。その結果、車両１の旋回走行中に、車両１がアンダーステア傾向を示す。よって、車両１の旋回安定性を向上させることができる。さらには、旋回走行中の前輪７Ｌ，７Ｒの切れ角が低減するので、その分、ホイールハウス６ＬＦ，６ＲＦのサイズを小さく設計して、車室３内のスペースを増大させることができる。

また、車両１の直進走行中におけるバンプ時およびリバウンド時には、右側のナックル１３Ｒと第１タイロッド２３の他端部２３Ｒとの距離が変化しないので、前輪７Ｌ，７Ｒの切れ角が変化しない。よって、車両１の直進安定性を向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、右側通行が定められた地域で車両１が使用される場合、その車両１には、図２に示される車体構造１１と左右反転された構成の車体構造が採用されるとよい。この車体構造が採用された車両１では、前面衝突時に、前輪７Ｌ，７Ｒが右を向く。よって、前面衝突後に、車両１が道路の中央を越えて左側の対向車線にはみ出すことを抑制できる。

また、車両１に、リーディング式のサスペンションが採用された構成を取り上げたが、トレーリング式のサスペンションが採用されてもよい。

さらにまた、ステアリングギヤ２１として、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤに代えて、ボールスクリュー式のステアリングギヤが採用されてもよい。

また、車両１として、シティコミュータを取り上げた。しかしながら、車体構造１１が適用される車両は、軽自動車などの小型車両であってもよいし、小型車両以外の車両であってもよい。また、車体構造１１は、電気自動車に限らず、エンジン車、ハイブリッドカー、レンジエクステンデッド電気自動車および燃料電池車など、種々の車両に適用することができる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 車両
７Ｒ 前輪（車輪）
１１ 車体構造
１３Ｒ ナックル
２２ ステアリングシャフト
２３ 第１タイロッド（タイロッド）
２６ ラックバー（直動部材）

Claims (1)

1. ステアリングシャフトと、
   車幅方向と交差する方向に延び、前記ステアリングシャフトの回動に伴って移動する直動部材と、
   キングピンを中心に回動可能に設けられ、車輪を保持するナックルと、
   一端部が前記ナックルにおける前記キングピンよりも車幅方向の内側の位置に連結され、他端部が前記直動部材の後端部に連結されたタイロッドとを含む、車両構造。

Images