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技術 省燃費操舵装置

出願人 岡田元浩
発明者 岡田元浩
出願日 2013年4月2日 (7年8ヶ月経過) 出願番号 2013-086920
公開日 2014年10月27日 (6年2ヶ月経過) 公開番号 2014-201302
状態 特許登録済
技術分野 操向リンク系及び4WS
主要キーワード 調節ストローク 対抗トルク 発散振動 移動平均速度 電動サーボモーター 手回し 慣性誘導 制御箱
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年10月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

2輪で操舵する自動車転がり抵抗の軽減を図る。

解決手段

走行中に、転がり抵抗を測定しながら、アッカーマンリンクを調節する。

概要

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請求項1

2輪で操舵する自動車又は自転車であって、走行中に、アッカーマンリンクを調節して、転がり抵抗の軽減を図る、ステアリング装置

技術分野

0001

本発明は自動車燃費性能を向上させる操舵装置に関する。

0002

本発明は二輪操舵自転車の駆動労力軽減にも利用する。

背景技術

0003

自動車の燃費性能を向上させる手段としては、空気抵抗の低減、動力源高効率化が図られるが、本発明は、転がり抵抗の減少に依り、更なる省エネ化を図るものである。

発明が解決しようとする課題

0004

前2輪で操舵する、標準の4輪車は、トーイン角を与える事に依り、直線走行時にも、左右の車輪微小横滑り角を与えて押し合わせ、横滑りエネルギー減衰力として、車の走行定性を図って来た。

0005

然し、最近の省エネ化の要求の中で、そのエネルギーロスが無視出来なく成って来た。

0006

一方、昭和30年まで多用された、大型3輪トラックや、側車付き自動2輪車は、操舵輪一輪の為、トーインに依るロスは無いが、平面は3点で決まるため、砂利道雪道凹凸路で、大きく車体が揺れて、乗り心地が悪く危険でもあり、曲線路滑り易い路面状態の際、操舵輪が横滑りすれば、冗長性が無い為、スピンの危険も大きく、曲線路で大きな遠心力が掛かった状態で急ブレーキ掛ければ、斜め前方転倒する危険も大きく、更にトーインが無く、ジャイロ効果のみに頼って居る為、高速走行時、操舵方向発散振動を起こす危険も有り、昭和30年頃には市場から姿を消し、側車付き自動2輪車共々、運転免許ジャンル廃止された。

0007

更に、一般に走行抵抗は「3点法惰行」で計測されるが、その際、3点間を両手放しで走行しないと、綺麗な線図に乗らず、軽くでもハンドルに触ると、走行抵抗は著しく増大して、特異点と成る。

0008

是の原因を鋭意研究の結果、両手放しの場合は、水平路面では、トーインに依り、左右輪の横滑り角がバランスを保って居るが、通常の路面は、雨水の排水の為、若干左下がりに傾いて居り、折角のトーイン効果では持ちこたえられず、進路が左に曲がって行く傾向が有る。是に対抗する為、上記の様に修正ハンドルを切ると走行抵抗が大に増大するので、3点法惰行の一点目に差し掛かる前に、車の向きを少し右向きにして両手放しにすると、2点目を通過する時には車の向きがほぼ真っ直ぐに成り、3点目を通過する時、少し左向きに成ります。そうすれば、車速と走行抵抗との関係が、綺麗な線を形成する事が判りました。
しかし、是の様な走法は実路では使えませんし、この様な走行条件を満たす、台上試験ダイナミックアライナーも存在しません。

0009

更に、設計上の制約から、操舵輪の左右を結ぶアッカーマン機構を正確に適用する事が難しい場合も有り、又、アッカーマン自体も、幾何学的に近似である事から来る、不要な横滑りも転がり抵抗に悪影響を及ぼす事が判った。

0010

更に、前輪駆動車の場合は、力行時と惰行時でトーインが変化し易く、制動時にもトーインの変化に依る進路の狂い、所謂「ハンドル取られ」が起きる場合も有る。

課題を解決するための手段

0011

現行の4輪車の操舵系は、トーインで左右から押す事で、操舵系やホイールベアリング遊びを取る構造が多いが、是を止め、例えば右ハンドル車の場合は、右前輪を、以前の丸ハンドルの大型3輪トラックの様に、1輪操舵で、遊びの少ない安定した走行が可能な構造とする。この為には、一部の前輪駆動車の様に、キングピン延長線が地面と交わる点が、車輪の中心面内に有る。所謂「横トレール・ゼロ」の設計が望ましく、更には、2輪車や、3輪トラックの様に、キングピンの中心軸全体が、操舵輪の中心面内に位置する事が望ましい。

0012

そして反対側の左前輪は「ゼロ・トーイン」として、走行抵抗を低減させ、右前輪のコーナリングフォース不足した場合や、凹凸路での補佐機能を狙う設計とする。

0013

具体的にはタイロッドの途中に、長さを微調節する装置を設ける。調節の方法は油圧シリンダーを使用する場合。アブソリュートエンコーダー、又はA相、B相、Z相を有するインクリメンタル・エンコーダーを備えたデジタル電動サーボモーターを使用し、ボールねじ、又はラック・ピニオン方式で伸縮させる。

0014

伸縮の指令は、手回しダイアルを備え、ダイアルの回転角に応じて、遠隔操作で伸縮させる他、調節ストロークの中央、Z点に強制復帰させるボタンを有し、デフォルトは、Z点の復帰の場合と、前回使用時の位置とする場合が有り、又、コンピューターを介しても指令できる。伸縮の位置は、専用のカウンター、又は、カーナビ画面デジタル表示される。

0015

微調節の効果の測定は、主として、直線平坦路を定速で安定走行して居る場合に行い、微調節前後の走行抵抗を比較して判断する。測定は3点法惰行と同様の手法で行う。点間距離は、高速の場合は各50メーター、低速では各10メーター程度とする。現在、スピード・メーター・ケーブルが廃れ、変速機箱から、歯車電磁パルス信号を取り出して波形整形して利用するのが普通で有る。その際、デジタル表示する場合のリフレッシュレートは1.5秒より早くすると、ちらついて読み取り難い為、1.5秒が標準とされて居る。1.5秒間の測定パルスが、丁度Km/hに成る為には、3600秒割る1.5秒で、1Km走行当り2400パルスを発する必要が有る。しかし、歯車の歯数とタイヤ外形の関係で、丁度2400パルスとする事は難しい為、パルス数は若干多めとし、其の分1.5秒より若干早めに計測を終了し、コンピューターに記憶させて、1.5秒間隔で表示させるのが普通で有る。3点法惰行では、2区間時間差を求めるので、有効桁数が大巾に減少するので、各区間の分解脳は6桁以上必要で有る。1Km当り2400パルスとすれば、50m走行時120パルスを発する。一方100Km/hで走行して居れば、50mを1.8秒で通過するので、タイムペースを10マイクロ秒として、スピード・メーターの120パルス間隔の時間を計れば180000と成り、6桁の分解能が得られる。詰まり、100Km/hが、100.000Km/h迄計れて居る事に成る。

0016

従って、最も基本的な操作法としては、上記3点法惰行を、地上で3点間を設定する代わりに、車上で3点を設定する形で、両手放しで2区間分の惰行データーを取り、微調ダイアルを動かして、再度3点法惰行を行って、前回と比較し、走行抵抗が最小に成るダイアル位置を求める。2区間の速度差が最小に成った場合が、最小の転がり抵抗状態で有るから、毎回の3点法惰行の速度差とダイアル位置の組み合わせデーターを取り、速度差最小のデーターを更新して記憶し表示させ、最適位置を求める。

0017

以上に次いで、力行時の最適ダイアル位置を求めるには、電動車や、ハイブリッド車モーター駆動とし、定電圧定電流制御にして、上記3点法惰行と同様にして最適値探る定速度制御にして、電力を測定する場合も有る。エンジン駆動の場合は、クルーズコントロールを定速度制御にして、駆動軸トルクを測る場合も有る。

0018

ハンドルを軽く切った際から、フル操舵までのアッカーマンの誤差は、同様に駆動力を測定して、各ハンドル回転角に対応する最適ダイアル位置を求めて記憶させ、自動修正させる場合も有る。此れに依り、省エネ効果に加えて、滑り止め塗装を施したスーパー駐車場などで、大きくを切った際、不快な音を発するのを防ぐ。

0019

尚、トーインを廃止した事に依り、短期的安定性が低下する恐れが有る為、慣性誘導式やGPS式、又はハイブリッド式カーナビからの情報を使ってステアリングパワーアシスト装置介入させ、安定性の向上を図る場合も有り、長期的安定性の向上の為、道路脇の白線画像解析して取り込む自動白線追尾装置は既に商品化されて居る為、本装置に付加する場合も有る。

0020

何れの場合も、PIDやファジー、又はニューロ制御を使って、極力ハンドルの急激な操作を抑える事で、走行抵抗の不要な増加を抑える。

0021

更に、一般に右利きのドライバーは、右手のみの片手運転を行う傾向が有り、其の場合、右手の重さが常時ハンドルに加わる為、其れをタイヤの横滑り角で対抗した形での走行を招き、不要な走行抵抗と成って居る場合が有るので、手の荷重をステアリングのパワーアシスト装置のセンサーで検知し、パワーアシスト装置を介して対抗トルクを与え、車輪に影響が及ばない様にする場合も有る。

0022

ハンドル操作が右手のみか、左手のみか、両手かは、赤外線カメラで検知し、対応する対抗トルクを付加する場合も有る。

0023

其らの効果は、上記3点法惰行の測定で監視する事が出来る。又、上記駆動力計の他、瞬間燃費計で監視する場合も有る。云う間でも無く、燃費は走行抵抗と距離の積で決まり、速度や時間は直接は関与しないので、エコ性能は、走行抵抗を測れば足りるのです。
以上は右ハンドル車の場合ですから、左ハンドル車の場合は逆に成ります。

発明の効果

0024

上記の様な転がり抵抗軽減型操舵装置は、従来からの空気抵抗と動力装置の省エネ化に加えて、究極エコカーの完成に資する事ができる。

図面の簡単な説明

0025

本発明の実施形態に係る自動車の操舵機構図。 本発明の実施形態に係る他の実施例の機構図図2ラック中央の結合図

実施例

0026

本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図1は本発明装置の1実施例である。図は、本発明の操舵機構を上から見た平面図で、図の上方が車の進行方向で有る。図で1は、右操舵輪、2は左操舵輪、3はハンドル軸で、図示されないステアリング・ホイールに繋がって居る。4はパワーアシスト装置で、5はピットマンアーム、6は右車輪のキングピン、7は右車輪のナックル・アーム、8はタイロッド・エンド、9はタイロッドで、10は本発明の微調節用シリンダーで、右端はタイロッド9に装着され、左端はタイロッド11を介してタイロッド・エンド12に結合されて居る。13は左車輪のナックル・アーム、14は左車輪のキングピンである。

0027

15は、10とケーブルやホースで結ばれる微調節節用シリンダーの制御箱で、16がダイアル、17は中心位置復帰指示用ボタンである。

0028

18は結果の指示器箱で、窓19は第1区間の通過速度、20は第2区間の通過速度、21は速度差、22は、直前移動平均速度である。その他、図示されない駆動力計と瞬間燃費計を備える場合も有る。

0029

是に依り、上記詳述した通り、各種走行条件下で、速度差21の値が最小と成る様、ダイアル16を、手操作、又はコンピューター制御で調節する。

0030

図2は他の実施例で、図において23は、右側のタイロッド、24はタイロッド・エンド、25は右側の操舵用ラック、26はラック・ハウジング、27は左側の操舵用ラック、28はタイロッド・エンド、29は左側のタイロッド、30はハンドル軸で、上端は、図示されないステアリング・ホイールに結合され下端は図示されないピニオンが結合されて、ラック25と噛み合って居る。

0031

第1図の方式では、操舵力主体は、ハンドル軸3と、パワーアシスト装置4から出力され、微調節用シリンダー10は、誤差の調節のみを行うが、本実施例では、デジタルサーボモーター32は、図示されないピニオンが結合されて居て、ラック27に噛み合って居る。従ってハンドル軸32の回転角から計算した値に、左側の車輪を自立して操舵する事が出来る。但し、両ラックは、ラック・ハウジング26の中央付近で、図3の様に、ピン33で連結されて居り、若し32が故障しても、長穴34の限度を超えて脱調する事は無い様に成って居る。

0032

この方式では、30と32を交換すれば、左ハンドル用として使用する事が出来る。

0033

1、2・・・車輪、 3ハンドル軸、 4・・・パワーアシスト装置
5・・・ピットマン・アーム、 7、13・・・ナックル、アーム
10・・・微調節用シリンダー32・・・サーボモーター

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