JPH05330446A - 後輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 後輪が要求されている最大転舵角よりも大き
く転舵されないように舵角を確実に制限することを目的
とする。 【構成】 横方向に摺動可能に配置され後輪を操舵可能
なシャフト１と、車両の前後方向に延びる軸を中心に回
転可能に配置されシャフト１に噛み合うピニオンと、ピ
ニオン４と同軸に且つ一体形成され配置されたピニオン
４側にギア歯を備えピニオン４と一体回転するハイポイ
ドギアのギア５と、ハイポイドギアのギア５と噛み合う
ハイポイドギアのピニオン６と、ハイポイドギアのピニ
オン６に連結されてハイポイドギアのピニオン６を回転
させるブラシレス型のモータ１０と、ハイポイドギアの
ギア５に設けられた一対の舵角規制用のストッパ１８に
対して対して突出係合可能に配置され軸方向にラック歯
が形成された舵角規制ピン１９と、ラック歯に噛合して
舵角規制ピン１９を軸方向に駆動するピニオンギア２０
ａと、ピニオンギア２０ａを回転させる舵角規制用モー
タ２０とからなる舵角規制機構を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気モータの回転動力
により車輪を操舵駆動する装置であり、例えば自動車の
４輪操舵（４ＷＳ）システムの後輪操舵駆動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の技術としては、例えば、
実開昭６４−４４２７０号公報がある。これは、操舵規
制機構として、歯車に周方向に形成された溝と、該溝に
抜き差しされるピンと、該ピンを駆動する操舵規制用ア
クチュエータとを有し、操舵規制用アクチュエータはピ
ンと一体的に形成したプランジヤと、プランジヤを歯車
側へ付勢するスプリングと、電磁ソレノイドと、これら
のプランジヤ，スプリング，および電磁ソレノイドを収
容するとともにハウジングに固定されたケースからな
り、電磁ソレノイドの非励磁状態にてピンを溝内に挿入
し、且つ同ソレノイドの励磁状態にて同ピンを溝から引
き抜き、ピンの出し入れすることにより後輪が所定の最
大転舵角よりも大きく転舵されないように舵角を制限す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の従来技
術においては、後輪転舵用モータによって駆動される歯
車に設けられた溝に形成されている長孔（ストロークの
長さ）に対してソレノイドピンを突出するようにしてい
るが、ソレノイドを用いたピンではピンの突出量が少な
く最大転舵角よりも大きく転舵することを防止する上で
確実制に欠けていた。また、確実に転舵角を制限するた
めピンの突出量を大きくするには、ソレノイドが大型化
し、且つ作動音が大きくなってしまうといった問題があ
った。

【０００４】そこで、本発明は、四輪操舵装置におい
て、上記問題を解決すること、つまり後輪が所定の最大
転舵角よりも大きく転舵されないように舵角を確実に制
限することをその技術的課題とする。

【０００５】

【発明の構成】

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の操舵駆動装置
は、横方向に摺動可能に配置され後輪を操舵可能な出力
ラックと、車両の前後方向に延びる軸を中心に回転可能
に配置され、出力ラックに噛み合うピニオンと、ピニオ
ンんと同軸に且つ一体に形成され配置されピニオン側に
ギア歯を備えピニオンと一体回転するハイポイドギアの
ギアと、ハイポイドギアのギアと噛み合うハイポイドギ
アのピニオンと、ハイポイドギアのピニオンに連結され
ハイポイドギアのピニオンを回転させるブラシレス型の
モータと、モータの回転を後輪へ転舵する出力ラックに
伝達するハイポイドギアのギアとを備え、出力ラックの
変位に応じて後輪の操舵角検出する後輪操舵角センサ
と、ハイポイドギアのギアに設けられた一対の舵角規制
用のストッパと、ストッパに対して突出係合可能に配置
され軸方向にラック歯が形成されたピンと、ラック歯に
噛合してピンを軸方向に駆動する舵角規制用モータと、
舵角規制用モータに連結されたピニオンギアからなる舵
角規制機構を備えるものである。

【０００７】

【作用】上述した本発明の技術的手段によれば、出力ラ
ックにハイポイドギア（ギア＋ピニオン）を介してブラ
シレスモータが常時連結されており、ブラシレスモータ
を駆動することにより出力ラックを左右方向に動かして
車輪の向きを変える。

【０００８】また、後輪が所定の最大転舵角よりも大き
く転舵されるないような舵角規制機構を備え、舵角規制
用モータはハイポイドギアのギアと係合関係であるの
で、前輪の舵角等により目標舵角を算出し目標値に近傍
すると後輪舵角規制センサの出力する電気信号に基づい
て後輪の実舵角を検出し、舵角規制用モータを駆動さ
せ、舵角規制用モータにより、ピンをハイポイドギアの
ギアに突出させて転舵角を規制する。

【０００９】

【実施例】まず概略を説明すると、この実施例では、自
動車の前輪はドライバのハンドル（ステアリングホイー
ル）操作によって機械的に操舵され、後輪は前輪の舵角
等に応じてその舵角が決定される。後輪操舵系は、モー
タにより自動的に駆動される。モータは２つ備えてお
り、一方は通常の駆動制御に利用され、他方は故障時の
駆動制御に利用される。

【００１０】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づ
き説明する。

【００１１】先ず、図１を参照すると、シャフト１は車
体に固定されたハウジング２の内部に支持されており、
軸方向つまり左右方向に移動自在になっている。シャフ
ト１が左右方向に移動すると、各左後輪および右後輪の
向きが変わる。シャフト１は、以下に説明する駆動力伝
達機構を介して、モータが接続されており、モータを駆
動することによって後輪の自動操舵が行われる。

【００１２】図１に図示された矢印Ａを図３にて示すシ
ャフト１には、ラック１ａが形成されており、シャフト
１は筒状部材２６を介してスクリュ２７で支持されてい
る。

【００１３】シャフト１には、摺動方向に対し垂直方向
に延びる軸を中心に回転可能にピニオン４が配置され、
シャフト１のラック１ａとピニオン４の歯４ｇとが噛み
合っている。筒状部材２６とスクリュ２７の間には圧縮
コイルスプリング３が筒状部材２６を介してシャフト１
を常時ピニオン４に押し付けている。ピニオン４の軸幹
４ｓには、同軸にピニオン４に対して一方向にずれてハ
イポイドギアのギア５が一体に固着されている。このハ
イポイドギアのギア５は浸炭焼入鋼で作られたものであ
る。またハイポイドギアのギア５には、そのギア５のシ
ャフト１側にはハイポイドギアのピニオン６が配置され
ハイポイドギアのギア５と噛み合っている。ハイポイド
ギアのピニオン６は、浸炭焼入鋼で作られたものであ
り、モータシャフト７と一体的に成形されそのピニオン
６の軸上にマグネット８が配置されている。マグネット
８には、外周にモータ巻線９が設けられている。更にモ
ータ巻線９の外周にはコア２６が設けられている。コア
２６の外周にはコア２６を保持するとともにシャフト１
を保持するハウジング２が形成されている。つまり、ハ
ウジング２にはブラシレス型のモータ１０が収納されて
いる。 図１に図示された矢印Ｃを図５にて示すブラシ
レスモータ１０は、その右端にはモータの回転量を検知
するホールＩＣ１２がブラシレスモータ１０の出力軸側
に配設されている。ホールＩＣ１２の出力は電子制御装
置ＥＣＵ１３へ入力される。ホールＩＣ１２は、一方が
主センサとしてシャフト１の位置を検知する機能を備え
るとともに、他方がその出力信号を確認する副センサと
して機能し、ブラシレスモータ１０の監視するような構
成としている。

【００１４】従って、ブラシレスモータ１０のモータシ
ャフト７が回転するとともにハイポイドギアのピニオン
６が回転し、ハイポイドギアのギア５へ伝達される。ハ
イポイドギアのギア５が回転することにより、ピニオン
４が回転しシャフト１が軸方向へ移動して後輪の転舵が
行われる。

【００１５】尚、ギア５およびピニオン６とで構成され
るハイポイドギアにおいては、逆効率が０になるよう
に、つまりハイポイドギアのピニオン６の回転駆動によ
りハイポイドギアのギア５を動かすことはできるが、ハ
イポイドギアのギア５の回転によりハイポイドギアのピ
ニオン６を動かすことはできないように構成してある。

【００１６】従って路面からの反力が大きい場合であっ
ても、その力によってハイポイドギアのギア５が回転す
ることはないので、ブラシレスモータ１０に大きな外力
が印加される恐れはない。

【００１７】また、図４に示すハウジング２の右端部に
は、開口部２ａおよび２ｂとを有しており、開口部２ａ
の開口端面と筒部の開口端面は、略同一平面上に配置さ
れている。従って、開口部２ａは、モータ巻線９を開口
部２ａの開口端面から挿入可能になっている。開口部２
ｂは、ハウジング２と一体に形成され、開口部２ｂの開
口端からシャフト１に沿って延びており、ラックガイド
１１が挿入されている。ラックガイド１１にはラックブ
ッシュ１８にて固定されている。

【００１８】また、図１に図示された矢印Ｃを図５にて
示す中立位置復帰機構は、電磁クラッチ１４を備えるギ
ア機構とブラシレス型のサブモータ１５およびブラシレ
スモータ１０の異常の有無を識別するソレノイドドライ
バ１６を備え、その機構をボルト等にて開口部２ａに取
付られている。また、中立位置復帰機構は今回の本発明
とは関係ないため、更に、先行技術と作用が同一なため
詳細な説明は省略する。

【００１９】サブモータ１５は、減速歯車機構２９を介
してモータシャフト７に連結され、ブラシレスモータ１
０の略軸上に配設されている。サブモータ１５を駆動さ
せる際にブラシレスモータ１０を用いているため、一般
に使用されるモータの場合に比べて小さな力でモータシ
ャフト７を動かすことができる。逆にブラシレスモータ
１０側からみると、サブモータ１５等は非常に大きな負
荷になりうるが、電磁クラッチ１４をオフにすることに
よってモータシャフト７と回転子（図示省略）とが分離
されるので、実際の後輪操舵駆動時には、サブモータ１
５等の影響をなくことができる。また、サブモータ１５
による後輪操舵系の動作速度はブラシレスモータ１０と
比べるとかなり遅くなるが、この実施例では、サブモー
タ１５は装置の故障時に後輪操舵系の向きを中立位置に
復帰させるために利用されるので、高い応答速度は不要
である。

【００２０】本発明の一実施例において、ハウジング２
には後輪舵角センサ１７，舵角規制用ストッパ１８，舵
角規制ピン１９，舵角規制用モータ２０からなる舵角規
制用機構２１を備えている。後輪の舵角を検出する後輪
舵角センサ１７は、図２に示す如くピニオン４の軸幹４
ｓの右端の大径部に嵌挿され、後輪舵角センサ１７はハ
ウジング２に固着されている。後輪舵角センサ１７はシ
ャフト１のハウジング２に対する左右方向の相対位置に
応じた電気信号をセンサが出力するようになっている。
ピニオン４の軸幹４ｓの左端はニードルベアリング（図
示省略）を介してハウジング２で回転自在に支持されて
いる。舵角規制用ストッパ１８は、上記ハイポイドギア
のギア５の外周に切欠部５ａが形成され、その切欠部５
ａの両端部に沿ってゴムからなる一対の弾性部材である
舵角規制用ストッパ１８が取り付けられている。舵角規
制ピン１９は、舵角規制用ストッパ１８に対して突出係
合するように設けられている。また舵角規制ピン１９
は、軸方向にラック歯（図示省略）が形成されている。
舵角規制用モータ２０は、回転軸にピニオンギア２０ａ
を連結し、ピニオンギア２０ａと舵角規制ピン１９のラ
ック歯と噛み合って舵角規制ピン１９を軸方向に駆動す
る。

【００２１】従って、後輪舵角センサ１７により最大転
舵角を演算し、電子制御装置ＥＣＵ１３の電気信号によ
り舵角規制用モータ２０のピニオンギア２０ａが駆動す
ると共に、ピニオンギア２０ａと噛合関係であるラック
歯の舵角規制ピン１９が図２中の右方に移動しハイポイ
ドギアのギア５の切欠部５ａ内に突出してハイポイドギ
アのギア５の回転作動を規制する。また、ここで一般に
車速が約４０ｋｍ／ｈ以下の低速走行時においては最大
転舵角が±約４°程度になるように構成され、一方、４
０ｋｍ／ｈ以上の高速走行時には最大転舵角が±約１°
程度になるように構成されている。ゆえに高速走行時に
おいて、後輪が±１°以上転舵することは高速走行時に
おける操縦性の安定性が損なわれことがあるため、後輪
側の転舵角を制限し得る機構として設けられている。

【００２２】後輪駆動装置の電気回路の構成を図６に示
す。図６を参照して説明する。

【００２３】この実施例では、後輪の目標舵角を決定す
るための情報を、前輪舵角センサ２１，ヨーレート２２
及び車速センサ２３から得ている。前輪舵角センサ２１
およびヨーレート２２の出力する電気信号はＡ／Ｄ変換
器２４を介して車速センサ２３の出力するパルス信号は
直接、電子制御装置ＥＣＵ１３に印加される。また後輪
舵角センサ１７の出力する電気信号はＡ／Ｄ変換器２４
を介して電子制御装置ＥＣＵ１３に印加される。電子制
御装置ＥＣＵ１３は、モータドライバ２５を介してブラ
シレスモータ１０を制御し、モータドライバ２５を介し
てサブモータ１５を制御し、ソレノイドドライバ１６を
介して電磁クラッチ１４を制御する。

【００２４】従って、電源がオンすると、ブラシレスモ
ータ１０およびサブモータ１５は停止状態になり、電磁
クラッチ１４は非通電になる。前輪舵角センサ２１、ヨ
ーレートセンサ２２および車速センサ２３の出力する電
気信号に基づいて、各種情報、つまり現在の前輪舵角，
ヨーレート２２および車速を検出し、所定の制御理論に
基づいて決定された計算式により、各種情報に対応付け
られた後輪の目標舵角を算出する。また、後輪舵角セン
サ１７の出力する電気信号に基づいて、現在の後輪の実
舵角を検出し、後輪の実舵角が前記の目標舵角と一致す
るか否かを識別する。

【００２５】一致しない場合は、後輪の実舵角を目標舵
角に近づける方向にブラシレスモータ１０を駆動し、後
輪の実舵角が目標舵角と一致しない間、上述した作動で
繰り返しを行なう。車両の走行速度が所定の車速度にな
ると後輪の舵角が所定の範囲を越えないように電子制御
装置ＥＣＵ１３が舵角規制用モータ２４を駆動させ、舵
角規制ピン２３をハイポイドギアのギア５の切欠部に突
出させると共に、ブラシレスモータ１０の駆動を停止さ
せる。

【００２６】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、後輪が所定
の最大転舵角よりも大きく転舵されないような舵角規制
機構を備えているので、後輪転舵角制御において、後輪
操舵装置に異常が発生しても舵角規制機構によって後輪
の操舵角が所定範囲内に規制されるので操縦性の影響を
最小限にすることができる。また、ピンを舵角規制用モ
ータによって駆動させピンを軸方向にハイポイドギアの
ギアに突出させて転舵角を規制することができる。ま
た、舵角規制機構が小型化となり、舵角規制するときの
作動音がなくなり所期の目的が達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の後輪操舵駆動装置の主要部
分を示す縦断面図である。

【図２】図１のα−α線拡大断面図である。

【図３】図１にて示された矢印Ａの部分詳細図である。

【図４】図１にて示された矢印Ｂの部分詳細図である。

【図５】図１にて示された矢印Ｃの部分詳細図である。

【図６】実施例のシステムの電気回路を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１ シャフト ２ ハウジング ２ａ、２ｂ 開口部 ３ 圧縮コイルスプリング ４ ピニオン ５ ハイポイドギアのギア ６ ハイポイドギアのピニオン ７ モータシャフト ８ マグネット ９ モータ巻線 １０ ブラシレスモータ １１ ラックガイド １２ ホールＩＣ １３ 電子制御装置ＥＣＵ １４ 電磁クラッチ １５ サブモータ １６ パルスセンサ １７ 後輪舵角センサ １８ 舵角規制用ストッパ、１８ａ 弾性部材 １９ 舵角規制ピン ２０ 舵角規制用モータ、２０ａ ピニオンギア ２１ 前輪舵角センサ ２２ ヨーレート ２３ 車速センサ ２４ Ａ／Ｄ変換器 ２５ ドライバ ２６ コア ２７ 筒状部材 ２８ スクリュ ２９ 減速歯車機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮 田 任 康 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 中 島 洋 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 芳 野 寛 一 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 鈴 木 秀 悦 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 北 村 忠 弘 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 杉 山 瑞 穂 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横方向に摺動可能に配置され後輪を操舵
   可能な出力ラックと、 車両の前後方向に延びる軸を中心に回転可能に配置さ
   れ、該出力ラックに噛み合うピニオンと、 該ピニオンと同軸に且つ一体に形成され配置された該ピ
   ニオン側にギア歯を備え該ピニオンと一体回転するハイ
   ポイドギアのギアと、 該ハイポイドギアのギアと噛み合うハイポイドギアのピ
   ニオンと、 該ハイポイドギアのピニオンに連結され該蛇ハイポイド
   ギアのピニオンを回転させるブラシレス型のモータと、 前記ハイポイドギアのギアに設けられた一対の舵角規制
   用のストッパに対して突出係合可能に配置され軸方向に
   ラック歯が形成されたピンと、 該ラック歯に噛合して該ピンを軸方向に駆動するピニオ
   ンギアと、 該ピニオンギアを回転させる舵角規制用モータと、 からなる舵角規制機構を備える後輪操作装置。