JPH02155874A - 車両用操舵装置およびその適用車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、大きな操舵角で滑らかに小回り走行できると
ともにほぼ真横に平行移動できる車両用操舵装置および
その適用車両に関する。

〔従来の技術〕

近低　自動車においては、車両旋回時等に前輪を操舵す
るとともに後輪も操舵する、いわゆる４輪操舵（４ＷＳ
）機構を取り入れた車両が出現してきている。このよう
な車両用操舵装置によれば、高速走行時にレーンチェン
ジ等のために車両が小旋回するとき、前輪と後輪とを同
位相に操舵することにより、車体を進行方向に対して大
きく内側に向けることなく求心力を発生することができ
る。

このため、車体の揺れが少なくなるので、走行安定性を
向上させることができるようになり、車両は滑らかに旋
回するようになる。また低速走行時において車庫入れ等
のための小回り走行を行うために前輪と後輪とを逆位相
に操舵したり、縦列駐車等のための平行移動を行うため
に前輪と後輪とを同位相に操舵することにより、機動性
を向上させることができるようになる。

ところで、４輪車が滑らかに旋回するためには４輪とも
同じ旋回中心を持つことが必要である。

そのために従来のステアリング機構では、例えばナック
ルアームとタイロッドとを備えたステアリングリンク機
構が採用されている。

第１０図に示すように、このステアリングリンク機構は
、タイロッドエンドＯ１ａ、Ｏ１ａにてタイロッド０１
とナックルアーム０２とを相対回動自在に連結し、ナッ
クルアーム０２の他端を左右輪のキングピン０３に連結
する構造となっている。そして、このステアリングリン
ク機構のタイロッド０１に、例えばラックアンドピニオ
ン、ウオーム歯車あるいは油圧シリンダによってステア
リングハンドルによる操舵トルクを伝えることにより、
このタイロッド０１を左右に移動させ、このタイロッド
０１の左右動によりナックルアーム０２が回動するよう
になっている。これにより、左右の車輪が左右に操舵さ
れるようになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このようなステアリングリンク機構では
、第１０図に示すように、タイロッド０１とナックルア
ーム０２とが一直線上になると、それ以上は車輪を操舵
することができなくなる。

すなわち、この状態が車輪操舵の可能な限界であり、そ
の操舵角αの限界角度は、通常約４５°前後である。こ
のように車輪操舵に限界があると、小回りのための操舵
が制限されてしまう。

また、仮に車輪の操舵角αがこのような限界角度を超え
て、例えば９０°まで可能にした場合でも、操舵角αを
９０°にすると、車体に設けられた駆動源からの駆動力
によっては車輪を駆動させることはできなくなるという
問題が生じてしまう。

そこで、本出願人はこのような問題を解決したステアリ
ング機構及びその適用車両を先に特許出願している（特
願昭６３−１６５４９８号）。

この特許出願のステアリング機構及びその適用車両にお
いては、ハンドルの操舵角をリンク機構を介してメカニ
カルに車輪に伝達するにあたって、増速ギアで増速する
ようにしているとともに各車輪に独立して走行用駆動モ
ータを設けるようにしている。

したがって、増速ギアによって車輪を増速させることに
より９０’以上操舵することができるようになるばかり
でな（、車輪を９０°操舵したときに駆動モータによっ
て回転駆動することができるようになる。

そこで、このような増速ギアを用いたステアリング機構
を前輪及び後輪に用いれば、前輪とともに後輪をも９０
’操舵することができ、車両を小回り走行させたり、真
横へ平行移動させたりすることが可能となる。

しかしながら、このようなステアリング機構を前後輪に
設けようとした場合、次のような問題がある。

すなわち、例えば車両を小回り走行させるときには、後
輪を前輪に対して逆位相に操舵する必要があるのに対し
て、車両を所望の方向に平行移動させるときには、後輪
を前輪に対して同位相に操舵する必要がある。しかも、
その前後輪の操舵角比の絶対値の大きさも小回り走行と
平行移動どで変える必要があるばかりでなく、同じ小回
り走行あるいは平行移動でも、前輪の操舵角の大きさに
応じてこの操舵角比の絶対値を変える必要がある。

更に高速走行時にレーンチェンジ等のため車輪を操舵す
るにあたっても、車体が揺れないようにするために、後
輪を前輪と同位相に設定する必要があるばかりでなく、
操舵角比も車速に応じて適宜設定する必要がある。

このため、前輪の操舵角に応じて後輪を操舵する場合、
前輪の操舵角を単にメカニカルな構造で後輪に伝達する
ようにした場合（ごは、これらの全ての要求に応えるよ
うに構成することはきわめて離しい。仮に、これらの要
求にメカニカルな構造のみで応えることができたとして
も、そのステアリング機構はきわめて複雑な構造となら
ざるを得なく、実用的のものではなくなる。

このように、従来は、後輪操舵角を十分に大きくとるよ
うにすることができないので、車両を例えばきわめて小
さい回転半径で小回り走行させることができないばかり
でなく、真横へ平行移動させるようなこともできなかっ
た。

本発明は上記問題を解決するものであって、その目的は
、車輪を９０°以上操舵させることができる車両用操舵
装置を提供することである。

本発明の他の目的は後輪を９０°以上操舵することがで
きるとともに、後輪の操舵角の位相および操舵角比を前
輪の操舵角に対し所望に応じて自由に設定することがで
きるようにしながら、しかも構造が簡単な車両用操舵装
置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、高速走行時の走行安定性およ
び低速走行時の小回りや平行移動等の機動性を十分に備
えた車両を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

そのために請求項１の発明の車両用操舵装置は、例えば
第１〜２図を参照して示すと、ステアリング機構を、車
輪（１４，１５）を車体フレーム（１）に対して上下方
向軸回りに相対回転自在に支持せしめる車輪支持手段（
２，３，５，１６，１７）とこの車輪支持手段（２，３
，５，１６，１７）を介して前記車輪（１４，１５）を
操舵する車輪操舵用モータ（１８）とにより構成したこ
とを特徴としている。

また、請求項２の発明は、このようなステアリング機構
を後輪（１４ａ、１４ｂ）を操舵する後輪ステアリング
機構に採用していることを特徴としている。

更に、請求項３の発明は、前輪（１４ｃ、１４ｄ）を操
舵する前輪ステアリング機構と、後輪（１４ａ、１４ｂ
）を車体フレームに対して上下軸回りに相対回転自在に
支持する後輪支持手段およびこの後輪支持手段を介して
前記後輪（１４ａ。

１４ｂ）を操舵する後輪操舵用モータとからなる後輪ス
テアリング機構と、走行用駆動モータを前記前輪（１４
ｃ、１４ｄ）および後輪（１４ａ、１４ｂ）の各車輪に
対して独立に取り付けたことを特徴としている。

（作用および発明の効果〕 このような構成をした請求項１の発明においては、車輪
（１４，１５）を支持する車輪支持手段（２，３，５，
１６，、１７）が車輪操舵用モータ（１８）によって上
下軸回りに回動するようになる。その場合、車輪支持手
段（２，３，５，１６゜１７）が回動するにあたっては
何等制限を受けることがないので少なくとも９０°以上
、上下軸回りに回動することができるようになる。した
がって、車輪（１４，１５）も少なくとも操舵角が９０
°になるまで操舵することが可能となる。

そして、このようなステアリング機構を請求項２の発明
のように後輪ステアリング機構に用いれことにより、後
輪（１４ａ、１４ｂ）を支持する後輪支持手段が後輪操
舵用モータ（１８ａ、１８ｂ）によって上下軸回りに９
０°以上回動するようになる。したがって、後輪（１４
ａ、１４ｂ）も少なくとも９０°までは操舵することが
可能となる。

そして、後輪（１４ａ、１４ｂ）を後輪操舵用モータ（
１８ａ、１８ｂ）により操舵するので、後輪（１８ａ、
１８ｂ）の操舵角を設定するためには、後輪操舵用モー
タ（１８ａ、１８ｂ）を電気的に制御すればよいことに
なる。したがって、後輪操舵用モータ（１８ａ、１８ｂ
）を制御するための電気配線を単に設けるだけでよいの
で、操舵装置は簡単な構造とすることができるようにな
る。

しかも前輪（１８ｃ、１８ｄ）の操舵角αおよび車両速
度を検出するだけでこ収らの値に応じて後輪（１８ａ、
１８ｂ）を逆位相または同位相に簡単に制御することが
できるばかりでなく、その操舵角比も自由にかつ簡単に
設定することができるようになる。

また請求項３の発明によれば、前輪（１８ｃ。

１８ｄ）および後輪（１８ａ、１８ｂ）の各車輪に走行
用駆動モータを独立して設けているので、たとえ車輪が
９０°操舵されても、その車輪を滑らかに回転すること
ができるようになる。これにより、車両は真横に平行移
動することができるようになる。

このように、本発明によれば、高速走行時の走行安定性
を確実に向上させることが可能となるとともに、低速走
行時における小回りや平行移動等の機動性を向上させる
ことが可能となる。

なお、カンコ内の符号は図面と対照するためだけのもの
であって、本発明の構成を何等限定するものではない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は、本発明の車両用操舵装置に用いられるステア
リング機構の一実施例を示す断面図である。

第１図に示されているように、車体フレーム１に、アウ
タチューブ２がボールベアリング３により上下軸回りに
回動自在に支持されている。このアウタチューブ２の上
端部には歯車４が設けられている。またアウタチューブ
２には、インナチューブ５がメタルベアリング６により
嵌合支持されており、このインナチューブ５はアウタチ
ューブ２に対して上下方向に相対移動可能とされてしＡ
る。

インナチューブ５の下端には、モータケース７が固定さ
れており、このモータケース７内には、このケース７に
固定されたステータ８、モータ回転軸９に固定されたロ
ータ１０、プラネタリ減速ギア］１、多板摩擦保合部月
１２等が配設されている。そしてステータ８、回転軸９
およびロータ１０によって走行用駆動モータが構成され
てしする。

また回転軸９の一端は出力軸１３の他端に嵌合しており
、これら回転軸９と出力軸１３とは同一軸上に配設され
ている。そして、両軸９，１３の嵌合部にはプラネタリ
減速ギア１１が配設されていて、モータ回転軸９からプ
ラネタリ減速ギア１１を介して出力軸１３に動力が減速
されて伝達されるようになっている。更に、出力軸１３
の他端には、ホイール１４およびタイヤ１５からなる車
輪が取り付けられている。

このようにして、走行用駆動モータと車輪とが一体に組
み合わされたホイールモータが構成されている。このホ
イールモータにより、ステアリング機構を介して車輪が
９００に操舵されてもその車輪を回転駆動することがで
きるようになる。

アウタチューブ２とモータケース７とは操舵トルクの伝
達リンク１６によって互いに接近および離間可能に連結
されている。またこれらアウタチューブ２とモータケー
ス７との間にはスプリング１７が介設されている。アウ
タチューブ２、インナチューブ５、リンク１６およびス
プリング１７とによって車輪支持手段が構成される。

第２図から明らかなように、この歯車４には操舵用モー
タ１８の回転軸に取り付けられたウオーム歯車１９が噛
み合されている。

このようにして、ステアリング機構が構成さね第１図に
は、左右一対のステアリング機構が車体フレーム１に設
けられている場合が示されている。

そして、第３図に示すように、このステアリング機構は
左右の後輪１４ａ、１４ｂのステアリング機構として用
いられる。これにより、左右の後輪１４ａ、１４ｂは左
右の後輪操舵用モータ１８ａ。

１８ｂによって操舵されるようになる。その場合、アウ
タチューブ２が車体フレーム１に対して自由に回転でき
るようになっているので、後輪１４あ、１４ｂは少なく
とも９０°以上操舵可能となっている。

一方前輪ステアリング機構としては、例えば前述の特許
出願の増速ギアを用いたステアリング機構が用いられて
いる。すなわち左右の前輪１４Ｃ９１４ｄは、操舵ハン
ドル４１を回転すると、その回転はウオームギア４２、
ナックルアーム４３、増速ギア４４を介して右側の前輪
１４ｄに、タイロッド４５、ナックルアーム４６、増速
ギア４７を介して左側の前輪１．４ｃにそれぞれ伝えら
れるようになっている。したがって、前輪１４ｃ、１４
ｄは増速ギア４７．４４によって回転が増速されるので
、前輪１４ｃ、１４ｄも９０’以上操舵することができ
るようになる。

このようにして、車両は前後輪をともに９００操舵刷る
ことにより真横に平行移動することが可能となる。

第４図は前輪１４ｃ、１４ｄの操舵角αに対する後輪操
舵用モータ１８ａ、１８ｂの制御システムの構成例を示
す図である。

第４図に示すように、前輪ステアリングセンサ２０、平
行移動スイッチ２１および車速センサ２２が中央処理制
御ユニット（ＣＰＵ）２３に電気的配線によって接続さ
れている。ステアリングセンサ２０は前輪操舵角αを検
出し、車速センサ２２は車両速度を検出する。また平行
移動スイッチ２１は車両を一般走行モードと平行移動モ
ードとに切り換える。

また、ＣＰＵ２３には、制御マツプ２４が接続されてい
る。この制御マツプ２４には、例えば第５図に示すよう
な一般走行モードでの車速や前輪操舵角αに基づいた後
輪操舵角および第６図に示すような平行移動モードでの
車速や前輪操舵角αに基づいた後輪操舵角がそれぞれ格
納されている。

第５図から明らかなように、一般走行用制御マツブにお
いては、後輪操舵角は前輪操舵角の所定の係数倍（ａｌ
＋　　ａ２＋　”’＋　　ｂｌ、　　ｂ２．　”・）に
設定されている。この制御マツプから明らかなように、
車速が約５０ｋｍ弱の比較的小さいときには後輪操舵角
は前輪操舵角αに対して逆位相となるように設定される
。すなわち、低速走行時には車両が小回りを行うことが
できるようにされており、これにより車庫入れやＵター
ン等が容易となる。また車速か約５０ｋｍハを超えると
後輪操舵角は前輪操舵角αと同位相となるように設定さ
れる。すなわち、高速走行時には車両旋回による揺れを
少なくすることができるようにされており、走行安定性
が向上する。

更に同一速度においては、前輪操舵角αが大きくなるに
つれて操舵角比が同位相域で大きくなるように設定さね
　また逆位相域で小さくなるように設定されている。

一方、第６図から明らかなように、平行移動モードでは
車速に関係なく後輪操舵角が前輪操舵角αと同位相とな
るように設定されている。この場＝１６− 合には、前後輪の操舵角比（ＣＩ＋　　Ｃ２＋　・・・
）は前輪操舵角αが大きくなるにつれて大きくなるよう
に設定されている。このように後輪操舵角を設定するこ
とにより、車両は任意の方向へ平行移動することができ
るようになる。

第４図に示されているように、更にＣＰＵ２３には、左
右の後輪操舵用モータ１８ａ〜１８ｂのモータドライバ
２５ａ〜２５ｂが接続されている。

第７図は車両の平行移動モードにおけるステアリング制
御の処理の流れを説明するための図である。

第７図に示す処理では、まず、車速センサ２２によって
車両速度Ｖが読み込まれるとともに、ステアリングセン
サ２０によって前輪１４ｃ、１４ｄの操舵角αが読み込
まれる。更に、平行移動スイッチ２１により平行移動モ
ードが選択されると、ＣＰＵ２３は第６図に示す平行移
動のための制御マツプを選択する。そして、選択された
制御マツプから、ＣＰＵ２３は各センサ２０，２２から
読み込まれた前輪操舵角αおよび車両速度Ｖに基づいて
最適な後輪操舵角を決定する。

そして、ＣＰＵ２３は決定した後輪操舵角をモータドラ
イバ２５ａ、２５ｂに指示し、これらのモータドライバ
２５ａ、２５ｂは後輪１４ａ、１４ｂが指示された操舵
角となるように後輪操舵用モータ１８ａ、１８ｂを駆動
制御する。

これにより、車両を所望の方向へ平行移動させることが
可能となり、例えば狭い場所にも簡単に縦列駐車をする
ことができるようになる。

また平行移動スイッチ２１により一般走行モードが選択
されると、ＣＰＵ２３は第５図に示す制御マツプを選択
し、この制御マツプから前輪操舵角αおよび車両速度Ｖ
に基づいて最適な後輪操舵角を決定する。そして、ＣＰ
Ｕ２３はこの操舵角をモータドライバ２５　ａ、　　２
５　ｂに指示し、これらのモータドライバ２５　ａ、　
　２５　ｂは後輪１４ａ。

１４ｂがこの操舵角になるように操舵用モータ１８ａ、
１８ｂを駆動制御する。

したがって、高速走行時には前輪１４ｃ、１４ｄに対し
て後輪１４ａ、１４ｂが同位相に操舵さね　車両は車体
の向きと車両走行方向とがほぼ一致するように旋回する
。これにより、例えば高速走行でのレーンチェンジのた
め操舵を行ったとき、車体が揺れるようなことはほとん
どなくなり、走行安定性が向上するようになる。また、
低速においては容易に小回りを行うことができるように
なり、車庫入れ等を簡単に行うことができるようになる
。

第８図は本発明のステアリング機構の他の実施例を示す
断面図、第９図はこのステアリング機構の平面図である
。なお、前述の実施例と同じ構成要素には同じ符号を付
すことにより、その詳細な説明は省略する。

前述の実施例が操舵用モータ１８ａ、１８ｂを左右の後
輪１４　ａ、　　１４　ｂ毎に設けるようにしているの
に対して、この実施例では、一つの操舵用モータ１８に
より左右の後輪１４ａ、１４ｂを作動させるようにして
いる。

すなわち、アウタチューブ２の歯車４には、車体フレー
ム１に回転自在に支持されこの歯車の径よりも大きな径
の歯車２６が噛合されている。これら一対の歯車４，２
６によって増速ギヤ２７が構成されており、この場合歯
車２６が一次側であり、歯車４が二次側である。

一次側歯車２６にはナックルアーム２８の一端が固定さ
れており、ナックルアーム２８の他端にはタイロッド２
９が相対回動可能に連結されている。このタイロッド２
９の他端は、車体フレーム１に左右に摺動可能に支持さ
れているラック３０に相対回動可能に連結されている。

同様に、他側にも一次歯車２６、ナックルアーム２７お
よびタイロッド２８が設けられており、タイロッド２８
の他端が同じラック３０に回動自在に連結されている。

このラック３０には後輪操舵用モータ１８の回転軸に取
り付けられたピニオン３１が噛合されている。

このように構成することにより、一つの操舵用モータ１
８を左右の後輪のステアリング機構に共用することがで
きるようになる。

なお、ラック３０およびピニオン３１の代わりにウオー
ム歯車を用いるようにすることもできる。

また前輪ステアリング機構として前述の特許出願のステ
アリング機構を用いて説明しているが、前輪ステアリン
グ機構にも本発明のステアリング機構を用いるようにす
ることもできる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、簡単
な構造で後輪を操舵角９０°以上にまで操舵することが
可能となる。しかも車輪を９０゜に操舵しても走行用駆
動モータによって車輪を回転することができるので、車
両を例えば左右の真横に簡単に平行移動することができ
るようになる。

また後輪を操舵制御するには後輪制御用モータを制御す
ればよいが、このモータの制御は前輪操舵角と車両速度
とに基づいてＣＰＵによって簡単に行われる。しかもモ
ータ制御信号を送るための配線を設けるだけでよいので
、車両操舵装置は簡単な構造となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車両用操舵装置に用いられるステアリ
ング機構の１実施例を示す断面図、第２図はこのステア
リング機構の一部を示す平面図、第３図は車両用操舵装
置の一例を示す図、第４図は後輪左右のステアリング機
構の各操舵用モータの制御システムの構成例を示す図、
第５図は一般走行モードにおける後輪操舵角の制御マツ
プを示す図、第６図は平行移動モードにおける後輪操舵
角の制御マツプ、第７図は後輪操舵角を決めるための流
れを示す図、第８図はステアリング機構の他の実施例を
示す断面図、第９図はこのステアリング機構の平面図、
第１０図は従来の一般的なステアリングリンク機構の説
明図である。 １・・・車体フレーム、 ２・・・アウタチューブ（車輪支持手段）３・・ボール
ベアリング（同上） ５・・・インナチューブ　（同上） １６・・・操舵トルク伝達リンク（同上）１７・・・ス
プリング（同上） ８・・・ステータ（走行用駆動モータ）９・・・回転軸
（同上） Ｏ・・・ロータ（同上） ４・・・ホイール（車輪） ４ａ、１４ｂ・・・後輪 ５・・・タイヤ（同上） ８・・・車輪操舵用モータ ８ａ、１８ｂ・・・後輪操舵用モータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）車輪を車体フレームに対して上下軸回りに相対回
   転自在に支持する車輪支持手段とこの車輪支持手段を介
   して前記車輪を操舵する車輪操舵用モータとからなるス
   テアリング機構を備えていることを特徴とする車両用操
   舵装置。
2. （２）少なくとも後輪を操舵する後輪ステアリング機構
   を備えている車両用操舵装置において、前記後輪ステア
   リング機構は、前記後輪を車体フレームに対して上下軸
   回りに相対回転自在に支持する後輪支持手段とこの後輪
   支持手段を介して前記後輪を操舵する後輪操舵用モータ
   とを備えていることを特徴とする車両用操舵装置。
3. （３）前輪を操舵する前輪ステアリング機構と、後輪を
   車体フレームに対して上下軸回りに相対回転自在に支持
   する後輪支持手段およびこの後輪支持手段を介して前記
   後輪を操舵する後輪操舵用モータとからなる後輪ステア
   リング機構と、走行用駆動モータを前記前輪および後輪
   の各車輪に対して独立に取り付けたことを特徴とする車
   両。