JPH06104459B2 - 車両の四輪操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車等の車両の四輪操舵装置に係わり、よ
り詳細には、前輪操舵機構と後輪操舵機構との連結に差
動歯車装置を介し、３モードのモータ作動制御を用いた
四輪操舵装置に係わる。

［従来の技術］ 従来、車両の四輪操舵装置において前輪操舵に連動して
後輪の操舵制御を行うために、油圧式、機械式、電動
式、機械式と電動式との複合式の制御機構が提案され又
は用いられているが、それ等の装置は構造が複雑化して
いる。

これに対して、前輪操舵機構と後輪操舵機構との連結に
差動歯車装置を用いることにより装置の複雑化を抑えた
四輪操舵装置も提案されている（特開昭59−81272号公
報及び特開昭60−197471号公報）。

この種の従来提案されている四輪操舵装置を第６図に示
す。

第６図中、101はステアリングホイール（図示せず）に
一端側で連結されたステアリングシヤフトであり、ステ
アリングシヤフト101のA,B方向の操舵回転はピニオン10
2及びラツク103を介してラツクバー103のC,D方向の並進
に変換され、前輪（図示せず）の右又は左方向の転舵を
行わしめる。ステアリングシャフト101の延設部104はド
ライブピニオンギア105を介して差動歯車装置106のリン
グギア107に接続されている。差動歯車装置106の第一サ
イドギア108はシヤフト109の一端に取り付けられたウオ
ームギア110に噛合するウオーム111を介してモータ112
の出力軸113に接続されている。尚、モータ112は車速、
操舵方向及び前輪舵角等に関する情報に基づいてモータ
112の回転方向及び回転数を制御し常に通電駆動するモ
ータ制御機構114に接続されている。差動歯車装置106の
第二のサイドギア115はシヤフト116を介して後輪操舵機
構（図示せず）に接続されており、該シヤフト116のＥ
又はＦ方向の回転により後輪（図示せず）を右又は左方
向に転舵する。

この四輪操舵装置117では、リングギア107の回転数を
Ｎ、シヤフト109の回転数をN1、シヤフト116の回転数を
N2とすると、N2＝2N−N1であり、車速が所定値よりも低
い場合にはシヤフト109をN1＞2Nで回転させるようにモ
ータ112を回転させて後輪を前輪とは逆方向に転舵さ
せ、車速が所定値に一致している場合にはシヤフト109
をN1＝2Nで回転させるようにモータ112を駆動して後輪
を転舵させず二輪操舵を行わせ、車速が所定値よりも高
い場合にはシヤフト109をN1＜2Nで回転させるようにモ
ータ112を駆動して後輪を前輪と同位相に転舵させてい
る。

［従来技術の問題点］ しかし乍、上記の如き四輪操舵装置117では、ウオーム1
11及びウオームギア110を介してモータ112と差動歯車装
置106のサイドギア108とが連結されているため、操舵時
には常に電力が使われるのみならずウオームギア110か
らウオーム111に対して逆向き回転が伝達され難い故、
モータ112の回転駆動が適切になされない場合、例えば
車両に搭載したモータ用電源（電池）の出力が低下した
場合、N1＜2Nになつて高速走行モードの同位相操舵しか
行われなくなる虞れがある。

本発明は前記諸点に鑑みなされたものであり、その目的
とするところは、車速に応じて前輪の操舵方向に対して
逆位相、無位相、又は同位相の３モードに後輪の操舵を
行い得、構造が比較的シンプル且つコンパクトであり、
フエールセーフに動作し得る四輪操舵装置を提供するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、前記した目的は、後輪を中立位置に復
帰させる復帰機構を更に有しており、前記一方のサイド
ギアと前記モータの出力軸との連結は、該一方のサイド
ギアから該モータ出力軸へ、及び該モータ出力軸から該
一方のサイドギアへの両方向の動力の伝達が可能な動力
伝達機構によつて行われており、車速が所与の範囲より
も低い場合、後輪の転舵位を前輪の転舵位相に対して逆
位相にすべく前記モータを回転駆動し、車速が前記所与
の範囲に一致する場合、後輪の転舵を禁止すべく、リン
グギアに与えられた回転力をモータ側に逃がすように前
記モータの出力軸を空転させ、車速が前記所与の範囲よ
りも高い場合、後輪の転舵位相を前輪の転舵位相と同位
相にすべくモータに回転制動をかけるように、モータ制
御機構を構成してなる車両の四輪操舵装置によつて達成
される。

［作用及び効果］ 本発明の四輪操舵装置では、前輪の操舵情報及び後輪転
舵制御用モータの出力が差動歯車装置を介して後輪操舵
機構に伝達され後輪の転舵が制御される故、操舵装置が
シンプル且つコンパクトに形成され得るのみならず、前
記一方のサイドギアと前記モータの出力軸との連結は、
該一方のサイドギアから該モータ出力軸へ、及び該モー
タ出力軸から該一方のサイドギアへの両方向の動力の伝
達が可能な動力伝達機構によつて行われており、車速が
所与の範囲よりも低い場合後輪の転舵位相を前輪の転舵
位相に対して逆位相にすべく前記モータを通電して回転
駆動し、車速が前記所与の範囲に一致する場合、後輪の
転舵を禁止すべく、リングギアに与えられた回転力をモ
ータ側に逃がすように前記モータの通電を切つて出力軸
を空転させ、車速が前記所与の範囲よりも高い場合、後
輪の転舵位相を前輪の転舵位相と同位相にすべくモータ
に電気的に回転制動をかけるように、モータ制御機構を
構成してなる故に、車速に応じて前輪の操舵方向に対し
て逆位相時のみ電力通電によるモータドライブとし、無
位相時には通電を止めフリーとし、又は同位相時には前
輪の操舵動力を用いる３モードで後輪の操舵を行い得
る。しかも、本発明の四輪操舵装置は、後輪を中立位置
に復帰させる復帰機構を有するので、前述のようにモー
ターの通電が切られてその出力軸が空転せしめられる場
合、復帰機構の作用により、後輪を中立位置に戻し得
る。また、モータ制御機構によるモータの回転駆動能が
低下乃至なくなつた場合にも、後輪は無位相の中立に戻
り保持される故フエールセーフに動作し得る。

［実施例］ 次に、本発明による好ましい一実施例の四輪操舵装置を
図面に基づいて説明する。

第１図から第５図中、１は動力操舵機構からなる前輪操
舵機構（図示せず）の前輪操舵力の一部を伝達するよう
に該前輪操舵機構に連結された連動軸であり、この連動
軸１は前輪51（第３図から第５図）が右又は左に操舵さ
れるのに応じて該前輪舵角の大きさに比例する回転角だ
けＧ、又はＨ方向に回転される。２は差動歯車装置であ
り、この差動歯車装置２のハウジングと一体的なベベル
ギアからなるリングギア３には連動軸１の一端に取り付
けられたベベルギア４が噛合している。

５は車両50（第３図等）の走行速度Ｊを検出して速度信
号Ｊを出力する車速センサ、６は前輪51の舵角Ｋ（方向
及び大きさを含む）を検出して舵角信号Ｋを出力する舵
角センサであり、７は車速信号Ｊ及び舵角信号Ｋに応じ
て、後述の如くサーボモータ乃至ステツプモータ８の回
転駆動を制御するモータ制御機構である。モータ８にDC
サーボを用いての制御は、車速センサ５のＪ信号と舵角
信号の操舵角度及び操舵方向のＫ信号に準じて電源60を
PWM回路で通電制御し、モータ８を回転駆動させ、制動
時にはモータ８の空転によつて生ずる発電電圧を回生
し、上記の両センサ信号に基きPWM回路で短絡制御して
モータ８に回転制動を掛る。ステツプモータ８の場合に
は、パルス数発信制御でモータ８を駆動し、制動時には
モータ８の回転ステツプ停動時のホールデイングトルク
を利用する。このモータ制御機構７は、車速Ｊが所与の
第一の基準速度J1よりも低い場合、後輪52の転舵位相を
前輪51の転舵位相に対して逆位相にするような回転方向
及び角度変化でモータ８を通電して回転駆動し、車速Ｊ
が所与の基準車速範囲J2（但し、J1J2J3に一致する
場合、後輪52の転舵を禁止すべく、リングギア３に与え
られた回転力をモータ８側に逃がすようにモータ８への
電力供給を止め出力軸10を空転させ、車速Ｊが第二の所
与の基準車速J3よりも高い場合、後輪52の転舵位相を前
輪51の転舵位相と同位相にすべくモータ８に回転制動サ
ーボモータでは発電制動、ステツプモータではホールデ
イング制動をかけるように構成されている。尚、９はモ
ータ８の回転量を検出するエンコーダであり、60は車両
50に搭載されたモータ駆動用の電池及びオルタネータの
発電電源である。

モータ８の出力軸10には平歯車11が一体的に取り付けら
れており、この平歯車11は差動歯車装置３の第一のサイ
ドギア12と一体的なシヤフト13に固定された別の平歯車
14と噛合している。この平歯車11,14はモータ８の出力
軸10と差動歯車装置３の第一のサイドギア12との間で相
互に動力の伝達が行われ得る電力伝達機構を形成してい
る。

18はリングギア３及び第一のサイドギア12と同心の第二
のサイドギアであり、第二のサイドギア18は、第一のサ
イドギア12と同様にシヤフト13に直交する軸15の周りで
回転される二つのベベルギア16,17に噛合しており、該
第二のサイドギア18に固定されたシヤフト19内のボール
スクリユ20を介してラツク・ピニオン装置からなる後輪
転舵機構のラツクバー21に連結されている。尚、22はラ
ツクバー21を中立位置に復帰させる復帰機構であり、該
復帰機構22は車体50と一体的な取り付け部23に一端で支
持され、ラツクバー21に他端で支持された弾性部材24,2
5からなる。

次に、以上の如き構造を有する車両50の四輪操舵装置30
の動作について説明する。

尚、以下では説明の簡明化のために前輪51を右方に操舵
する場合に限つて説明する。前輪51を左方に操舵する場
合は各部材の回転方向又は並進方向が逆転するのみでそ
の他の点については実質的に同様である。

前輪51を右方に操舵すると、第３図中破線で示す如く、
右方操舵速度及び操舵角度に比例して連動軸１はＧ方向
に回転され、差動歯車装置２のリングギア３がＬ方向に
回転される。

車速センサ５からの車速信号Ｊが所定の第一基準速度J1
よりも低い場合、制御機構７は、第３図に実線で示す如
く、モータ８を回転駆動して、モータ８の出力軸10をＭ
方向に回転させる。（尚第３図から第５図において実線
で示す回転方向はモータ８の回転駆動力に起因する回転
の方向を示し、破線で示す回転方向は連動軸１からの回
転駆動力に起因する回転の方向をしめす。）出力軸10の
Ｍ方向回転に伴い、平歯車11,14を介してシヤフト13が
Ｌ方向に回転される。ここで、制御機構７による出力軸
10の回転角制御は、復帰機構20によつて規定される中立
位置からのリングギア３の回転角をＰとし、第一サイド
ギア12の回転角P1とした場合、P1＞2Pになるように行わ
れる。この場合、ベベルギア16,17のＱ方向回転を介し
て第二サイドギア18がＭ方向に回転され、ラツクバー21
がＲ方向に並進され、後輪52が左方に転舵される。従つ
て、前輪51と後輪52とが逆位相になり、小さい回転半径
で車両50の操舵が行われ得る。尚、以上において、モー
タ８の出力軸10の時間に依存する回転角変化は、舵角セ
ンサ６からの前輪51の舵角信号Ｋの時間変化によつて決
定される。

このように、モータ出力によるモータ操舵で逆位相操舵
を行うのは、前輪51の舵角が一定の場合の後輪52の舵角
乃至舵角比の車速依存を示す第２図において、符号Ｉで
示す低車速領域に対応する。尚、低車速領域Ｉにおいて
車速Ｊに依存して後輪52の舵角乃至舵角比が第２図の破
線（右操舵の場合）61乃至実線（左操舵の場合）62で示
す如く連続的に変化するように、制御装置７によるモー
タ８の回転の速度乃至大きさの制御が行われる。

車速センサ５からの車速信号Ｊが基準速度範囲J2（J1
J2J3:第２図の場合J1＝J2＝J3＝30Km/h）に一致する
場合、第４図に示す如く、モータ８の出力軸10はその出
力側からみて負荷がゼロ（無負荷）になるように自由回
転状態に設定される。従つて、連動軸１のＧ方向の回転
力によつてリングギア３がＬ方向に回転されるが、平歯
車14,11を介して出力軸10に連結されたシヤフト13及び
第一サイドギア12が実質的に無負荷で回転され得る故、
リングギア３のＬ方向回転はベベルギア16のＧ方向回転
及びベベルギア17のＱ方向回転を介して第一サイドギア
12に伝達され、第一サイドギア12、シヤフト13及び平歯
車14をＬ方向に回転させ、モータ８の出力軸10をＭ方向
に回転させる。この間、復帰機構22によつてR,S方向移
動が抑制され、且つ路面から転舵に抗する負荷を受ける
後輪52側のギア18及びシヤフト19は回転されない。従つ
て、後輪52は操舵されず、ニユートラル位置にあり、実
質的に二輪操舵が行われる。

この中車速領域Ｊ＝J2での操舵は、第２図において符号
IIで示す領域乃至車速に対応し、ここでは転舵比はゼロ
である。

車速センサ５からの車速信号Ｊが第二の基準速度J3より
も高い場合、第５図に示す如く、制御装置７によつて、
モータ８に該モータ８の出力軸10の回転を抑制乃至阻止
する制動がかけられる故、出力軸10に平歯車14,11を介
して連結されたシヤフト13及びサイドギア12の回転は抑
制乃至阻止される。従つて、連動軸１のＧ方向回転に伴
うリングギア３のＬ方向回転は、ベベルギア16のＱ方向
回転及びベベルギア17のＧ方向回転を介して第二のサイ
ドギア18に伝達され、サイドギア18及びシヤフト19をＬ
方向に回転させ、ラツクバー21をＳ方向に並進させて、
後輪52を左方に転舵させる。即ち、車両50の高速走行状
態においては、後輪52は前輪51と同位相に操舵される。
ここで、操舵角の大きさ乃至舵角比は、車速信号Ｊ及び
舵角信号Ｋに基づいて制御装置７によつて制御される。

このモータ８の回転制動制御下での前輪操舵力の一部に
よる後輪52の同位相操舵領域は、第２図中符号IIIで示
す高車速領域に対応する。尚、高車速領域IIIにおいて
車速Ｊに依存して後輪52の舵角乃至舵角比が線61,62で
示す如く連続的に変化するように制御装置７によるモー
タ８の回転速度乃至大きさの制動制御が行われる。

また、本実施例では、前輪51と後輪52の舵角比を車速セ
ンサ５のＪ信号をパラメータとして制御し、車速感応の
後輪舵角にしたが、舵角センサ６のＫ信号を用いた、舵
角、または、車速と舵角の複合情報をパラメータにした
３モード感応の後輪操舵を行うようにしてもよい。

また、モータ８としてコアーレス構造の回転子を用いる
場合、マグネツト吸引の磁気粘着がなくなるのと軽量化
によつて、無通電時の空転効率を高くし得、無位相モー
ド時における前輪操舵の際の負荷を軽くし得る。

以上の本発明の一実施例の四輪操舵装置30では、前輪操
舵機構と後輪操舵機構とが差動歯車装置２で連結されて
いるため、操舵装置がシンプルでコンパクトな構造にな
り製作コストが低く抑えられ得るのみならず、電気的モ
ータ制御機構７と組み合わせることにより、車速感応舵
角制御を、後輪52の舵角が逆位相、無位相乃至同位相に
なるようにまた舵角が連続的に変化するように比較的容
易に行い得る。しかも四輪操舵装置30では、モータ８の
空転及びホールデイング制動を利用して後輪52の無位相
乃至同位相転舵を行うようにしているために、電源60が
正常に動作しなくなつた場合等でも、フエールセーフに
二輪操舵に入り得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による好ましい一実施例の四輪操舵装置
の説明図、第２図は第１図の四輪操舵装置の操舵特性を
車速に依存する後輪の舵角乃至（前輪の舵角に対する後
輪の）舵角比として示す説明図、第３図から第５図は第
１図の操舵装置の車速に応じた動作を、車速が低い場
合、中程度の場合、及び高い場合について詳細に示す動
作説明図、第６図は従来提案されている四輪操舵装置の
断面説明図である。 １……連動軸、２……差動歯車装置、７……モータ制御
機構、８……モータ、10……出力軸、11,14……平歯
車、13,19……シヤフト、21……後輪操舵用ラツクバ
ー、50……車両、51……前輪、52……後輪。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】差動歯車装置（２）と、 前輪の操舵方向及び舵角に対応する回転を差動歯車装置
   （２）のリングギア（３）に伝達するように一端側で前
   輪操舵機構に連結されていると共に他端側に前記差動歯
   車装置（２）のリングギア（３）と噛合する歯車（４）
   が取り付けられている連動軸（１）と、 リングギア（３）と同心の前記差動歯車装置（２）の二
   つのサイドギア（12,18）のうちの一方のサイドギア（1
   2）に出力軸（10）が連結されたモータ（８）と、 車速（Ｊ）及び前輪の操舵方向（Ｋ）に応じてモータ
   （８）の回転駆動を制御するモータ制御機構（７）と、 前記二つのサイドギア（12,18）のうちの他方のサイド
   ギア（18）に連結されており、該他方のサイドギア（1
   8）に伝達される回転の方向及び大きさに応じて後輪の
   転舵方向及び舵角を制御する後輪操舵機構（21）と、 後輪（52）を中立位置に復帰させる復帰機構（22）とを
   有しており、 前記一方のサイドギア（12）と前記モータ（８）の出力
   軸（10）との連結は、該一方のサイドギア（12）からモ
   ータ出力軸（10）へ、及び該モータ出力軸（10）から該
   一方のサイドギア（12）への両方向の動力の伝達が可能
   な動力伝達機構（11,14）によって行われており、 前記モータ制御機構（７）は、車速（Ｊ）が所与の範囲
   よりも低い場合、後輪（52）の転舵位相を前輪（51）の
   転舵位相に対して逆位相にすべく前記モータ（８）を回
   転駆動し、車速（Ｊ）が前記所与の範囲に一致する場
   合、後輪（52）の転舵を禁止すべく、リングギア（３）
   に与えられた回転力をモータ（８）側に逃がすように前
   記モータ（８）の出力軸（10）を空転させ、車速が前記
   所与の範囲よりも高い場合、後輪の転舵位相を前輪の転
   舵位相と同位相にすべくモータに回転制動をかけるよう
   に構成されている車両の四輪操舵装置。