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WO2015016059A1 - ステアリング装置及びそれを備えた車両 - Google Patents

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WO2015016059A1
WO2015016059A1 PCT/JP2014/068793 JP2014068793W WO2015016059A1 WO 2015016059 A1 WO2015016059 A1 WO 2015016059A1 JP 2014068793 W JP2014068793 W JP 2014068793W WO 2015016059 A1 WO2015016059 A1 WO 2015016059A1
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WO
WIPO (PCT)
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rack bar
steering
rack
pinion gear
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2014/068793
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大場　浩量
石河　智海
泰介 井木
裕也 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by NTN Corp, NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Corp
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Priority to US14/908,786 priority patent/US9919730B2/en
Priority to EP14832318.1A priority patent/EP3028927B1/en
Publication of WO2015016059A1 publication Critical patent/WO2015016059A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B62D3/126—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type characterised by the rack
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    • B60K2007/0038—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor moving together with the wheel axle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K7/00—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • B60K2007/0092—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor axle being coaxial to the wheel axle

Definitions

  • the present invention relates to a steering device that steers either a front wheel or a rear wheel, and more particularly to a steering device that includes a four-wheel steering mechanism and a vehicle including the steering device.
  • Ackerman-Jantou type is used to steer the wheels using a steering link mechanism that connects the left and right wheels (hereinafter collectively referred to as "wheels” including tires, wheels, hubs, in-wheel motors, etc.)
  • wheels including tires, wheels, hubs, in-wheel motors, etc.
  • This steering mechanism uses a tie rod and a knuckle arm so that the left and right wheels have the same turning center when the vehicle turns.
  • a steering mechanism provided with an actuator that changes either the length of the tie rod, the distance between the left and right tie rods, or the angle formed by each wheel and the knuckle arm. According to this steering mechanism, all of normal traveling, parallel movement, and small traveling can be smoothly performed, and the response is excellent (for example, see Patent Document 1 below).
  • the steering mechanism is arranged between the left and right wheels of the front and rear wheels, and includes a rack bar that is rotatable about an axis and divided into left and right, and a forward / reverse switching means between the two divided rack bars. There is.
  • the forward / reverse switching means can transmit the rotation of one of the divided rack bars to the other in the forward / reverse direction. According to this steering mechanism, movements such as a steering angle of 90 degrees and lateral movement are possible (for example, see Patent Document 2 below).
  • a line extending vertically from the rotation line of each wheel gathers at the turning center of the vehicle. Smooth running is possible.
  • the lateral movement of the vehicle transverse movement in the lateral direction with the vehicle facing in the front-rear direction
  • steering the wheel in a direction of 90 degrees with respect to the front-rear direction is a problem with the length of the steering link. It is difficult to interfere with other members. Further, even if one of the left and right wheels is steered at 90 degrees, the other wheel is not completely parallel to the one wheel, and smooth running is difficult.
  • the front wheels that are main steered wheels can be steered in a predetermined traveling direction of the vehicle, and the rear wheels that are follower steered wheels are set in parallel with the longitudinal direction of the vehicle. ing. For this reason, when the front wheel of this vehicle is steered and turned, the front wheel and the rear wheel do not coincide with the turning circle. Accordingly, at low vehicle speeds, the vehicle turns in a posture in which the rear wheels enter the inside of the turning circle due to the inner wheel difference, and at high vehicle speeds, the vehicle turns in a posture in which the front wheels enter the inside of the turning circle by centrifugal force.
  • Patent Document 1 As a vehicle having a four-wheel steering mechanism (a so-called 4WS vehicle), for example, the technique described in Patent Document 1 allows the vehicle to move in the lateral direction, turn around, and the like.
  • an actuator for changing the length of the tie rod, the distance between the left and right tie rods, or the angle formed by the wheel and the knuckle arm is provided, the number of actuators is large and the control is complicated.
  • Patent Document 2 not only has a complicated structure due to its mechanism, but also uses a large number of gears to steer the wheels by the rotation of the rack bar. For this reason, rattling is likely to occur, and it is difficult to smoothly steer the wheels.
  • Patent Document 3 is an example of a conventional four-wheel steering mechanism. Although the rear wheel can be steered, it is difficult to move in the lateral direction with this mechanism alone for the same reason described above. Further, although Patent Document 4 can perform toe adjustment, it cannot cope with a lateral movement or a small turn of the vehicle.
  • an object of the present invention is to make it possible to cope with lateral movement, small turn, etc. without using a complicated mechanism in a vehicle that gives a steering angle to four wheels.
  • a steering apparatus includes a tie rod connected to the left and right wheels of a front wheel or a rear wheel, and a pair of racks respectively connected between the tie rods of the left and right wheels.
  • the pair of rack bars can be steered in the same direction in the left-right direction by operating the pair of rack bars integrally in the left-right direction with respect to the straight traveling direction of the vehicle.
  • a steering apparatus characterized by comprising rack bar operating means capable of moving the same distance in the opposite direction along the parallel direction of the teeth is employed.
  • the pair of rack bars By connecting the wheels to the pair of rack bars that can be moved independently from each other via tie rods, the pair of rack bars can be fixed together in normal driving mode and operate without a sense of incongruity with conventional steering operations. By moving the pair of rack bars in different directions, various driving modes such as small turn, spot turn, and side running can be realized. Further, by using a pair of rack bars that can be switched between separation and fixation, the cost can be reduced without using complicated mechanisms and controls. That is, in a vehicle that gives a steering angle to the four wheels, the front and rear wheels can be steered to the same or opposite phase steering angle without using a complicated mechanism, and can respond to lateral movement and small turns.
  • the rack bar operating means meshes with the pair of rack bars, and converts the movement of one rack bar in one direction with respect to the parallel direction to the movement of the other rack bar in the other direction. Can be provided.
  • the rack bar may include a synchronization rack gear that meshes with the synchronization gear, and a steering rack gear that receives a driving force for moving the one rack bar in the parallel direction.
  • the rack bar may be formed by integrally forming the synchronization rack gear and the steering rack gear, but the synchronization rack gear and the steering rack gear formed separately are fixed integrally. If it is, the manufacture is easy.
  • the rack bar operating means includes a first pinion gear and a second pinion gear that are directly or indirectly attached to the steering shaft via another member, the first pinion gear meshes with the one rack bar, and the second pinion
  • the gear is configured to mesh with the other rack bar, and a configuration can be adopted in which the rotation of the steering shaft can be set to be input only to the one rack bar through the first pinion gear.
  • the rack bar operation means includes a first pinion gear and a second pinion gear that are directly or indirectly attached to an actuator that operates in conjunction with the operation of the steering.
  • the second pinion gear meshes with the one rack bar, and the second pinion gear meshes with the other rack bar, and the movement of the actuator is set to be input only to the one rack bar through the first pinion gear.
  • a possible configuration can be employed.
  • connection mechanism is connected to the first pinion gear and the second pinion gear via the first pinion gear.
  • the one rack bar and the other rack bar are integrally moved in the same direction in the left-right direction with respect to the straight traveling direction of the vehicle.
  • the wheel can be steered in the same direction around the kingpin axis.
  • the one rack bar and the other rack bar are respectively moved in opposite directions in the left-right direction with respect to the straight traveling direction of the vehicle.
  • the left and right wheels can be steered in the opposite direction around the kingpin axis.
  • the steering device composed of each of these components can be a vehicle that is applied to at least front wheels or rear wheels, or both front wheels and rear wheels.
  • a normal wheel can be steered by the integral movement of the pair of rack bars in the left-right direction, and the pair of rack bars are opposite to each other, that is, in the directions opposite to each other in the left-right direction.
  • Such a function is particularly effective when an in-wheel motor is provided on a wheel to which the steering device having the above-described configurations is connected.
  • the operating angle is limited (usually 50 degrees (50 degrees) or less). Since it is easy, by providing an in-wheel motor, the running pattern which cannot be performed by the conventional mechanism described in Patent Document 4 can be easily realized.
  • an in-wheel motor is provided on at least one of the left and right wheels to which the steering device having the above-described configuration is connected, and each of the left and right wheels is rotated around a kingpin shaft supported by a vehicle frame.
  • the left and right wheels are moved by moving the one rack bar and the other rack bar in the opposite directions in the left-right direction with respect to the straight traveling direction of the vehicle by the driving force of the in-wheel motor. It is possible to adopt a configuration in which the wheel is steered around the kingpin axis.
  • the pair of rack bars By connecting the wheels to the pair of rack bars that can be moved independently from each other via tie rods, the pair of rack bars can be fixed together in normal driving mode and operate without a sense of incongruity with conventional steering operations. By moving the pair of rack bars in different directions, various driving modes such as small turn, spot turn, and side running can be realized. Further, by using a pair of rack bars that can be switched between separation and fixation, the cost can be reduced without using complicated mechanisms and controls. That is, in a vehicle that gives a steering angle to the four wheels, the front and rear wheels can be steered to the same or opposite phase steering angle without using a complicated mechanism, and can respond to lateral movement and small turns.
  • the top view which shows 1st embodiment of this invention The top view which shows normal driving mode (normal steering mode) in the vehicle of FIG.
  • FIG. 2 is a plan view showing the small turn mode in the vehicle of FIG.
  • FIG. 2 is a plan view showing a lateral movement (parallel movement) mode in the vehicle of FIG.
  • Sectional view showing the support state of the wheel (A) (b) is a perspective view which shows the external appearance of a steering device The inside of a steering device is shown, (a) is a top view, (b) is a front view The steering device is shown, (a) is a plan view showing a state where a pair of rack bars are close to each other, (b) is a plan view showing a state where the pair of rack bars is opened. (A) (b) is a front view which shows the detail of the rack bar operation
  • an in-wheel motor M is mounted in the front and rear, left and right wheels w of the steering device for driving wheels of the vehicle 1.
  • the in-wheel motor M By providing the in-wheel motor M, various travel patterns are possible.
  • FIG. 1 shows an image diagram of a vehicle 1 using the steering device of this embodiment. It shows a two-seater (side-by-side two-seat) vehicle body with ultra-compact mobility.
  • the vehicle 1 can steer the wheels w through the steering shaft 3 by operating the steering 2.
  • the present invention is not limited to ultra-compact mobility and can also be applied to ordinary vehicles.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing the drive system and control path of the vehicle 1 of the first embodiment.
  • steering devices 10 and 20 of the present invention are connected to front left and right wheels (FL and FR) and rear left and right wheels (RL and RR) via tie rods 12 and 22, respectively.
  • the steering device 10 for the front wheels is normally steered by operating the steering 2, and the steering device 20 for the rear wheels is a four-wheel steering mechanism that enables steering according to the travel mode by an actuator such as a motor. I have.
  • a vehicle equipped with the steering device of the present invention only on the front wheel or the rear wheel can also be adopted, or the steering device of the present invention is equipped only on the rear wheel, and the front wheel is a normal general vehicle.
  • a vehicle equipped with a simple steering device can also be used.
  • the front and rear steering devices 10 and 20 are each provided with two rack bars for turning the left and right wheels w.
  • the rack bar connected to the left wheel w in the longitudinal direction of the vehicle is the first rack bar 53
  • the rack bar connected to the right wheel w is the second rack bar. 54.
  • FIG. 2 the direction indicated by the arrow on the left side of the page is the forward direction of the vehicle. The same applies to FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, and FIG.
  • the connecting members 11 and 21 of the rack bars 53 and 54 are hingedly connected to the left and right wheels w of the front wheel or the rear wheel via tie rods 12 and 22, respectively.
  • Various members such as knuckle arms are appropriately interposed between the tie rods 12 and 22 and the wheels w.
  • FIG. 7 shows a connection state between the wheel w in which the in-wheel motor M is accommodated and the tie rods 12 and 22. All the wheels w can be steered with the kingpin axis P connecting the center line of the ball joint BJ provided at the tip of the upper arm UA and the lower arm LA supported by the vehicle frame as the central axis. Yes.
  • the motor unit 101, the speed reducer 102, and the wheel bearing 103 are arranged in series in this order from the inner side of the vehicle body toward the wheel w.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are rack cases (steering cylinders) that extend in the left-right direction with respect to the straight traveling direction (front-rear direction) of the vehicle. ) 50 (see FIG. 8).
  • the rack case 50 is supported by a frame (chassis) (not shown) of the vehicle 1.
  • the support of the rack case 50 to the vehicle 1 can be directly or indirectly screwed to the frame of the vehicle 1 via a flange portion provided in the rack case 50, for example.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 can move integrally in the left and right directions in the rack case 50 with respect to the straight traveling direction of the vehicle.
  • This operation is performed by the operation of the normal steering actuator 31 based on the operation of the steering 2 performed by the driver. With this operation, the left and right wheels can be steered in the same direction on the left and right during normal travel.
  • the steering devices 10 and 20 are each provided with a rack bar operating means 60.
  • the rack bar operating means 60 moves the first rack bar 53 and the second rack bar 54 to each other along the left-right direction with respect to the straight traveling direction of the vehicle, that is, the direction in which the rack extends and contracts (the direction in which the rack teeth are parallel). It has a function of moving the same distance in the opposite direction (opposite directions) and a function of moving in the same direction.
  • the rack bar operating means 60 is for synchronizing the rack gears of the pair of rack bars facing each other, that is, the synchronization rack gear 53a of the first rack bar 53 and the second rack bar 54.
  • a first synchronization gear 55 is provided which meshes with the rack gear 54a.
  • the first synchronous gear 55 includes three gears 55a, 55b, and 55c that are arranged in parallel at a constant interval along the parallel direction of the rack teeth of the rack bars 53 and 54. If the first rack bar 53 is moved in one direction with respect to the parallel direction of the rack teeth by the driving force input from the rack bar operating means 60, the movement of the first rack bar 53 in the other direction of the second rack bar 54 will be described. Convert to motion. Further, the amount of movement of the second rack bar 54 in the other direction can be the same as the amount of movement of the first rack bar 53 in the one direction.
  • the gears constituting the second synchronous gear 56 are respectively provided between the adjacent gears 55a and 55b of the first synchronous gear 55 and between the gears 55b and 55c. 56a and 56b are arranged.
  • the second synchronization gear 56 does not mesh with the synchronization rack gear 53 a of the first rack bar 53 or the synchronization rack gear 54 a of the second rack bar 54, and meshes only with the first synchronization gear 55.
  • the second synchronization gear 56 is for moving the three gears 55a, 55b, 55c of the first synchronization gear 55 in the same direction by the same angle. By this second synchronization gear 56, the first rack bar 53 and the second rack bar 54 can smoothly move relative to each other.
  • first rack bar 53 and the second rack bar 54 include steering rack gears 53b and 54b, respectively, in addition to the synchronization rack gears 53a and 54a.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are respectively fixed to the synchronizing rack gears 53a, 54a and the steering rack gears 53b, 54b which are separately formed by a fixing means such as a bolt shaft. It may be good.
  • the steering rack gears 53b and 54b function as input means for driving force for moving the rack bars 53 and 54 along the parallel direction of the rack teeth with respect to the frame of the vehicle 1.
  • FIG. 10B is a view of FIG. 10A viewed from the opposite side.
  • the rack bar operation means 60 of the front wheel steering device 10 is driven by the driving force of the mode switching actuator 32 that operates in conjunction with the rotation operation of the steering 2 performed by the driver, or the vehicle 1
  • the first rotating shaft 61 that rotates and the first rotating shaft 61 rotate integrally with the driving force of the mode switching actuator 32 that operates in conjunction with the operation of the mode switching means 42 provided.
  • a first pinion gear 62 which can be attached. The rotation is transmitted from the operating shaft of the mode switching actuator 32 to the first rotating shaft 61 side via the steering shaft 3.
  • the rack bar operation means 60 of the steering device 20 for the rear wheels is also the mode switching means provided in the vehicle 1 by the driving force of the mode switching actuator 32 that operates in conjunction with the rotational operation of the steering 2 performed by the driver.
  • the first rotation shaft 61 that rotates by the driving force of the mode switching actuator 32 that operates in conjunction with the operation of 42, and the first pinion gear 62 that is attached to the first rotation shaft 61 so as to be integrally rotatable. .
  • the rotation is transmitted from the operating shaft of the mode switching actuator 32 to the first rotating shaft 61 side via the steering shaft 3 (see also FIG. 11).
  • the rack bar operation means 60 includes a second rotation shaft 64 arranged on the same straight line as the first rotation shaft 61, and a second pinion gear 65 attached to the second rotation shaft 64 so as to be integrally rotatable. Prepare.
  • FIG. 8 (a) and 8 (b) are overall views of the steering devices 10 and 20.
  • FIG. A first rack bar 53 and a second rack bar 54 are accommodated between the front cover 52 and the rear cover 51.
  • a boot is provided from the tie rods 12 and 22 to the rack case 50 to prevent foreign matter from entering the movable portion.
  • the first rotating shaft 61 (pinion shaft) is connected to the operating shaft of the mode switching actuator 32 via a steering joint.
  • the first pinion gear 62 meshes with the steering rack gear 53b of the first rack bar 53
  • the second pinion gear 65 meshes with the steering rack gear 54b of the second rack bar 54. It has become.
  • a connecting mechanism 63 that can be coupled and separated from each other is provided between the first pinion gear 62 and the second pinion gear 65.
  • the coupling mechanism 63 has a function of switching the first rotating shaft 61 and the second rotating shaft 64 between a state in which relative rotation is possible (separated state) and a state in which relative rotation is impossible (coupled state).
  • the connecting mechanism 63 includes a second rotating shaft 64 and a moving portion 63a on the first rotating shaft 61 side.
  • the moving part 63a is pressed against the fixed part 63b side by an elastic member such as a spring (not shown), and the convex part 63c on the moving part 63a side is coupled to the concave part 63d on the fixed part 63b side of the coupling mechanism 63.
  • the shafts 61 and 64 are integrally rotatable. Note that the projections 63c may be provided on the fixed portion 63b side, and the recesses 63d may be provided on the moving portion 63a side, with the concave and convex portions being reversed.
  • the connection between the fixed part 63b and the moving part 63a is separated.
  • the first rotating shaft 61 and the second rotating shaft 64 can rotate independently. That is, the first pinion gear 62 and the second pinion gear 65 can rotate independently (the separated state).
  • FIG. 11 shows the separated state.
  • the first pinion gear 62 meshes with the first rack bar 53
  • the second pinion gear 65 meshes with the second rack bar 54.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are engaged with each other by a first synchronization gear 55.
  • the first rack bar 53 moves in the lateral direction (one direction) along the parallel direction of the rack teeth, that is, the left-right direction of the vehicle.
  • the first synchronization gear 55 rotates
  • the second rack bar 54 moves in the opposite direction (the other direction) from the first rack bar 53 by the same distance.
  • the second pinion gear 65 is freely rotated by the movement of the second rack bar 54.
  • the rotation mechanism of the steering 2 performed by the driver in a state where the coupling mechanism 63 couples the first rack bar 53 and the second rack bar 54 via the first pinion gear 62 and the second pinion gear 65.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 By moving the first rack bar 53 and the second rack bar 54 integrally in the same direction in the left-right direction with respect to the straight traveling direction of the vehicle by the driving force of the normal steering actuator 31 operating in conjunction with The left and right wheels w can be steered in the same direction around the kingpin axis P (see FIG. 7).
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 move together so that the first synchronization gear 55 does not rotate.
  • the coupling mechanism 63 separates the first pinion gear 62 and the second pinion gear 65
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are opposite to each other in the left-right direction with respect to the straight traveling direction of the vehicle.
  • the left and right wheels can be steered in the opposite direction around the kingpin axis P (see FIG. 7), that is, in directions opposite to each other.
  • the rotation due to the operation of the steering wheel 2 during normal operation is input to the first rotation shaft 61 through the rotation of the steering shaft 3.
  • the rack bar operating means 60 also functions as means for moving the first rack bar 53 and the second rack bar 54 together during normal operation.
  • the driving force of the mode switching actuator 32 is input to the rack bars 53 and 54 through rotation of the pinion gears 62 and 65, respectively.
  • the rotation of the steering shaft 3 may not be transmitted to the steering 2. The transmission may be allowed.
  • the normal steering actuator 31 can also serve as the mode switching actuator 32. That is, the normal steering actuator 31 may input rotation to the first rotation shaft 61 via the steering shaft 3 at the time of mode switching.
  • the mode switching actuator 32 can also play its role by the driving force of the in-wheel motor M arranged on the left and right of the steering. Furthermore, the normal steering actuator 31, the mode switching actuator 32, or the left and right in-wheel motors M can also assist each other.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 of the front-wheel steering device 10 can be moved integrally at the wheel position in the straight traveling state shown in FIG. 2, that is, the coupling mechanism 63 in FIG. .
  • the entire rack case 50 of the steering device 10 moves integrally in the left-right direction within the holding case attached to the frame of the vehicle 1.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 move together as the steering device 10 moves in the left-right direction with respect to the straight traveling direction by the driving force of the normal steering actuator 31 or the operation of the steering 2. Then, as shown in FIG. 3, the left and right wheels w of the front wheels are steered to a predetermined angle.
  • FIG. 3 shows the case of turning to the right. That is, when the two rack bars 53 and 54 are completely fixed together, it is possible to travel equivalent to a normal vehicle. In the normal travel mode, the driver can operate the steering 2 through the front wheel steering device 10 to make a straight turn, right turn, left turn, and other necessary turning according to each scene.
  • the small turning mode is shown in FIG.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 of the rear wheel steering device 20 can be moved together, that is, the connecting mechanism 63 in FIG. It will be in the state.
  • the steering device 20 moves integrally in the left-right direction within a holding case attached to the frame of the vehicle 1.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are also moved together, As shown in FIG. 4, the left and right wheels w of the rear wheels are steered to a predetermined angle. At this time, the rear wheels and the front wheels are steered in opposite phases (in the figure, the front wheels are steered to the right and the rear wheels are steered to the left), allowing a small turning with a smaller turning radius than in the normal travel mode. It becomes. 4 shows a state in which the rear wheels and the front wheels are steered by the same angle in opposite phases, the steered angles may be different between the front and rear.
  • spot turn mode The spot turn mode is shown in FIG.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 can be operated separately.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 move the same distance in opposite directions. That is, if the first synchronous gear 55 is interposed between the first rack bar 53 and the second rack bar 54, the first rack bar 53 moves in one direction in the left-right direction.
  • the bar 54 moves in the other direction.
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are moved in directions opposite to each other, and as shown in FIG. 5, the coupling mechanism 63 is moved at a position where the central axes of all four front and rear wheels w are substantially directed to the vehicle center. Bond and fix. Since the central axes of all the four wheels w are substantially directed to the vehicle center, the vehicle center is in a certain state (or substantially not moved) by the driving force of the in-wheel motor M provided on each wheel w. ), So-called in-situ turning is possible.
  • each wheel w is equipped with an in-wheel motor M. However, if at least one wheel w is equipped with an in-wheel motor M, and that one in-wheel motor M is activated, in-situ turning is performed. Is possible.
  • the side running mode is shown in FIG. Similarly to the in-situ turning mode, the coupling mechanism 63 is separated (see FIG. 11), and all four front and rear wheels w are directed in a direction of 90 degrees with respect to the straight traveling direction (left and right direction with respect to the straight traveling direction of the vehicle).
  • the coupling mechanism 63 (refer FIG. 11) is couple
  • the first rack bar 53 and the second rack bar 54 in the steering devices 10 and 20 are moved in the straight direction by the driving force of the normal steering actuator 31 or the operation of the steering 2.
  • the direction (tire angle) of the wheels w is moved them in the left-right direction.
  • FIG. 6 shows the positional relationship between the front and rear wheel steering devices 10 and 20 and the direction of the wheels w in the lateral running mode.
  • the pair of rack bars 53 and 54 protrudes outward as compared with the in-situ turning mode, and the connecting portion of the tie rods 12 and 22 to the wheels w is located on the outermost side in the vehicle width direction. Mode. Even in the lateral running mode, the direction (tire angle) of the wheel w can be finely adjusted by the driving force of the normal steering actuator 31 or the operation of the steering 2.
  • the actuator driver 30 can change the rear wheel mode switching actuator based on the output of the ECU 40. 32, the left and right wheels w (RL, RR) of the rear wheels are set to a state (toe-in state) where the front side is slightly closed from the parallel state. Thereby, the stable high-speed driving
  • This toe adjustment may be automatically performed based on the determination of the traveling state such as the vehicle speed and the load applied to the axle by the ECU 40, or may be performed based on the input from the mode switching means 42 provided in the cab. You may be made to be.
  • the driving mode can be switched by operating the mode switching means 42 by the driver.
  • the mode switching means 42 may be, for example, a switch, lever, joystick, etc. that can be operated by the driver.
  • Switching mode Note that the mode switching means 42 is used as appropriate when switching between the above-described travel modes. By operating the mode switching means 42 in the passenger compartment, it is possible to select a normal running mode, an in-situ turn mode, a side running mode, a small turn mode, and the like. If switching can be performed by a switch operation or the like, safer operation is possible.
  • the ECU 40 calculates and outputs the required amount of movement of each rack bar 53, 54 in the left-right direction based on information from the sensor 41 accompanying the rotation operation of the steering wheel 2. Based on the output, the front wheel normal steering actuator 31 is commanded to move the rack case 50 accommodating the rack bars 53 and 54 integrally in the left-right direction, and the left and right wheels w are rotated in the necessary direction by the required angle. Rudder.
  • the mode switching means 42 For example, if the mode switching means 42 is operated and the in-situ turning mode is selected, the four wheels w can be steered through the front and rear wheel steering devices 10 and 20 so that the center of the vehicle 1 has a center of rotation. it can. This operation is permitted only when the vehicle 1 is stopped.
  • the ECU 40 calculates and outputs the amount of relative movement of the two rack bars 53 and 54 in the left-right direction. Based on the output, the actuator driver 30 instructs the front / rear wheel mode switching actuator 32 to perform turning.
  • the four wheels w can be steered through the front and rear wheel steering devices 10 and 20 so that the steering angle of the four wheels w is 90 degrees. it can.
  • the ECU 40 calculates and outputs the amount of relative movement of the two rack bars 53 and 54 in the left-right direction. Based on the output, the actuator driver 30 instructs the front / rear wheel mode switching actuator 32 to perform turning.
  • the normal steering actuator 31 may be set to a state where it does not operate as necessary, or the operation of the normal steering actuator 31 is permitted, so that the steering angle can be finely adjusted by the operation. Is possible.
  • the mode switching means 42 is operated and the small turning mode is selected, the front wheels and the rear wheels are steered in opposite phases and can be set so that the small turning is possible.
  • the movement amount in the left-right direction of the rack case 50 that accommodates the pair of rack bars 53 and 54 is similarly calculated and output by the ECU 40 based on the operation of the steering 2 or the like.
  • the actuator driver 30 commands the normal steering actuator 31 and the mode switching actuator 32 for the front and rear wheels to perform the steering.
  • the control of the front wheel steering device 10 is the same as in the normal travel mode.
  • the ECU 40 based on information from the sensor 41 that detects the steering angle or steering torque of the steering wheel 2 in the driver's seat and the input from the mode switching means 42, the ECU 40 A necessary amount of movement of the rack bars 53 and 54 in the left-right direction is output. Alternatively, the necessary amount of movement of the pair of rack bars 53 and 54 is output based on the determination of the running state by the ECU 40 itself. Based on the output, the actuator driver 30 can steer the front and rear wheels in a predetermined direction through the normal steering actuator 31 and the mode switching actuator 32.
  • control of the steering device 20 for the rear wheels adopts a steer-by-wire system in which the steering operation performed by the driver and the mode switching operation are replaced with electric signals for turning.
  • the steering device 10 for the front wheels may be a steer-by-wire system using the normal steering actuator 31 and the mode switching actuator 32 as in the case of the rear wheels.
  • the driver operates as the normal steering actuator 31.
  • a motor or the like connected to the steering 2 or the steering shaft 3 may be provided, and the motor or the like may calculate and assist the torque required to move the rack bars 53 and 54 in the left-right direction due to the rotation of the steering shaft 3. Good.
  • the mode switching actuator 32 is the same as that of the rear wheel.
  • a general steering device using a mechanical rack and pinion mechanism or the like may be employed as a mechanism used for steering in the normal travel mode of the front wheel steering device 10.
  • the present invention in the normal driving mode, it operates without a sense of incongruity with the conventional steering operation, and various driving modes such as on-the-spot turning, lateral movement, and small turn are also possible. As a result, it is possible to perform lateral movement, small turn, etc. at low cost without using a complicated mechanism.

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Abstract

　４輪に舵角を与える車両において、複雑な機構を用いることなく、横方向移動、小回り等に対応できるようにする。前輪又は後輪の左右車輪（ｗ）に接続されその左右車輪（ｗ）を転舵するタイロッド（１２，２２）と、左右車輪（ｗ）のタイロッド（１２，２２）間に接続された対のラックバー（５３，５４）を備え、車両（１）の左右方向へ対のラックバー（５３，５４）を一体に動作することにより左右車輪（ｗ）を左右同方向に転舵させることが可能であり、対のラックバー（５３，５４）をそれぞれそのラックの歯の並列方向に沿って反対方向へ同距離移動させることが可能なラックバー動作手段（６０）を備え、ラックバー動作手段（６０）は、対のラックバー（５３，５４）にそれぞれ噛み合い、一方のラックバー（５３）の前記ラックの歯の並列方向に対する一方向への動きを他方のラックバー（５４）の他方向への動きに変換する同期ギア（５５）を備えるステアリング装置（１０，２０）とした。

Description

ステアリング装置及びそれを備えた車両
　この発明は、前輪又は後輪のどちらかを転舵するステアリング装置、特に４輪転舵機構からなるステアリング装置及びそれを備えた車両に関するものである。
　左右の車輪（以下、タイヤ、ホイール、ハブ、インホイールモータ等を含めて総合的に「車輪」と称する。）を結ぶステアリングリンク機構を用いて車輪を転舵するものに、アッカーマン・ジャントウ式と呼ばれる転舵機構がある。この転舵機構は、車両の旋回時に、左右の車輪が同一旋回中心をもつように、タイロッドとナックルアームを用いるものである。
　また、タイロッドの長さ、左右のタイロッド間の距離、又は、各車輪とナックルアームの成す角度のいずれかを変化させるアクチュエータを設けた転舵機構がある。この転舵機構によれば、通常走行、平行移動、小回りのすべての走行がスムーズに行え、かつ、応答性に優れている（例えば、下記特許文献１参照）。
　さらに、前後輪の左右車輪間にそれぞれ配置され、軸心周りに回転可能で左右に２分割されたラックバーと、その２分割されたラックバー間に正逆切り替え手段とを備えた転舵機構がある。正逆切り替え手段は、分割されたラックバーの一方の回転を、他方に正逆方向へ切り替えて伝達することができる。この転舵機構によれば、舵角９０度や、横方向移動等の動きが可能となる（例えば、下記特許文献２参照）。
　なお、前輪の転舵に応じてアクチュエータが作動して、後輪を転舵するようにした４輪転舵車両の技術がある（例えば、下記特許文献３参照）。また、左右車輪間を結ぶラックハウジングを前後方向に移動させることで、左右車輪のトー調整を行い、走行安定性を高めた転舵機構の技術もある（例えば、下記特許文献４参照）。
特開平０４－２６２９７１号公報 特開２００７－２２１５９号公報 実用新案登録第２６００３７４号公報 特開２００３－１２７８７６号公報
　一般的なアッカーマン・ジャントウ式のステアリングリンク機構によれば、通常走行時には、各車輪の回転ライン（車輪の幅方向中心線）から平面視垂直に延びた線が、車両の旋回中心に集まるので、スムーズな走行ができる。しかし、車両の横方向移動（車両が前後方向を向いた状態での横方向への平行移動）を求める場合、車輪を前後方向に対して９０度の方向に操舵することは、ステアリングリンクの長さや他部材との干渉から困難である。また、仮に、左右の車輪のうち一方の車輪を９０度に操舵した場合でも、他方の車輪は一方の車輪と完全に平行にはならず、スムーズな走行が困難である。
　また、この種の車両では、通常、主転舵車輪である前輪を車両の所定の進行方向に転舵可能であり、従転舵車輪である後輪は、車両の前後方向と並行に設定されている。このため、この車両の前輪を転舵し旋回させると、前輪と後輪とが旋回円に一致しない。したがって、低車速時には内輪差により後輪が旋回円の内側に入る姿勢で車両が旋回し、高車速時には遠心力により前輪が旋回円の内側に入る姿勢で車両が旋回することになる。すなわち、前輪を車両の進行方向である旋回方向に転舵しても、車両の姿勢を旋回方向に一致させ操向することができないという問題がある。そこで、前輪のみならず後輪をも転舵することにより、走行性を向上させる４輪転舵機構（４輪転舵装置）を有する車両がある。
　４輪転舵機構を有する車両（いわゆる４ＷＳ車）として、例えば、特許文献１に記載の技術では、車両の横方向移動、小回り等が可能である。しかし、タイロッドの長さ、左右タイロッド間の距離、あるいは、車輪とナックルアームのなす角を変化させるアクチュエータを備えるため、アクチュエータが多く制御が複雑である。また、特許文献２は、その機構上、構造が複雑であるだけでなく、ラックバーの回転で車輪を転舵するために、多数の歯車を使用している。このため、ガタが発生しやすく、円滑に車輪の転舵をすることが困難である。
　また、特許文献３は、従来の４輪転舵機構の一例である。後輪転舵が可能となるが、この機構だけでは上述する同じ理由により横方向移動をすることは困難である。さらに、特許文献４はトー調整が可能であるが、車両の横方向移動、小回り等には対応できない。
　そこで、この発明は、４輪に舵角を与える車両において、複雑な機構を用いることなく、横方向移動、小回り等に対応できるようにすることを課題とする。
　上記の課題を解決するために、この発明のステアリング装置は、前輪又は後輪の左右車輪に接続されその左右車輪を転舵するタイロッドと、前記左右車輪のタイロッド間にそれぞれ接続された対のラックバーを備え、車両の直進方向に対する左右方向へ前記対のラックバーを一体に動作することにより前記左右車輪を左右同方向に転舵させることが可能であり、前記対のラックバーをそれぞれそのラックの歯の並列方向に沿って反対方向へ同距離移動させることが可能なラックバー動作手段を備えることを特徴とするステアリング装置を採用した。
　左右に独立して移動可能な対のラックバーに、それぞれタイロッドを介して車輪を接続したことにより、通常の走行モードにおいては、対のラックバーを一体固定させ従来のステアリング操作と違和感がなく作動させ、対のラックバーを別方向に移動することで、小回り、その場旋回、横走りなど、さまざまな走行モードを実現できる。
　また、分離、固定の切り替えが可能な対のラックバーを用いたことにより、複雑な機構や制御を用いず、低コスト化が可能となる。すなわち、４輪に舵角を与える車両において、複雑な機構を用いることなく、前後輪を同位相又は逆位相の舵角に転舵し、横方向移動や小回りに対応することができる。
　この構成において、前記ラックバー動作手段は、前記対のラックバーにそれぞれ噛み合い、一方のラックバーの前記並列方向に対する一方向への動きを他方のラックバーの他方向への動きに変換する同期ギアを備えるものとできる。
　また、前記ラックバーは、前記同期ギアが噛み合う同期用ラックギアと、前記一方のラックバーを前記並列方向に移動させるための駆動力が入力される転舵用ラックギアを備えるものとすることができる。
　前記ラックバーは、前記同期用ラックギアと前記転舵用ラックギアとを一体に形成したものであってもよいが、別体で形成された前記同期用ラックギアと前記転舵用ラックギアとが一体に固定されているものとすれば、その製造が容易である。
　前記ラックバー動作手段は、ステアリングシャフトに直接又は他部材を介して間接的に取り付けられる第一ピニオンギアと第二ピニオンギアを備え、第一ピニオンギアは前記一方のラックバーに噛み合い、第二ピニオンギアは前記他方のラックバーに噛み合うようになっており、前記ステアリングシャフトの回転が、第一ピニオンギアを通じて前記一方のラックバーにのみ入力されるように設定可能である構成を採用することができる。
　また、前記ラックバー動作手段は、ステアリングの動作に連動して動作するアクチュエータに直接又は他部材を介して間接的に取り付けられた第一ピニオンギアと第二ピニオンギアを備え、第一ピニオンギアは前記一方のラックバーに噛み合い、第二ピニオンギアは前記他方のラックバーに噛み合うようになっており、前記アクチュエータの動きが、第一ピニオンギアを通じて前記一方のラックバーにのみ入力されるように設定可能である構成を採用することができる。
　さらに、前記第一ピニオンギアと前記第二ピニオンギアとの間に、互いに結合及び分離が可能な連結機構を備えた構成を採用することができる。この構成によれば、第一ピニオンギアと第二ピニオンギアとを結合状態と分離状態に切り替えることで、対のラックバーが一体に左右方向へ動く状態と、別々に反対方向へ動く状態との切り替えが容易に可能となる。
　すなわち、前記左右車輪が、それぞれ車両のフレームに支持されたキングピン軸を中心軸として転舵が可能である場合において、前記連結機構が、前記第一ピニオンギアと前記第二ピニオンギアを介して前記一方のラックバーと前記他方のラックバーを結合した状態で、前記一方のラックバーと前記他方のラックバーを車両の直進方向に対して左右方向へそれぞれ同方向へ一体に動かすことにより、前記左右車輪を前記キングピン軸周りに同方向へ転舵させることができる。
　また、前記連結機構が、前記第一ピニオンギアと前記第二ピニオンギアを分離した状態で、前記一方のラックバーと前記他方のラックバーを車両の直進方向に対して左右方向へそれぞれ反対方向へ動かすことにより、前記左右車輪を前記キングピン軸周りに逆方向へ転舵させることができる。
　これらの各構成からなるステアリング装置を、少なくとも前輪又は後輪、あるいは前輪と後輪の両方に適用した車両とすることができる。
　これらの車両では、対のラックバーの左右方向への一体の動きにより通常の車輪の転舵が可能であり、また、対のラックバー同士を反対方向へ、すなわち、左右方向へ互いに相反する方向へ動かすことにより、車両の横方向移動、小回り、その場回転を可能とし、さらには、走行安定性の向上等、種々の効果を発揮できる。
　このような機能は、上記各構成からなるステアリング装置が接続された車輪に、インホイールモータを備えた場合に特に有効である。インホイールモータ以外の駆動方式、すなわち、従来のようなボンネット内に配置したエンジンやモータからの駆動力伝達方式（等速ジョイント）では、作動角に制限（通常５０度（５０ｄｅｇ）以下）が生じやすいので、インホイールモータを備えることで、特許文献４に記載の従来の機構ではできない走行パターンを容易に実現することができる。
　これらの各構成において、上記各構成からなるステアリング装置が接続された左右車輪のうち少なくとも一方にインホイールモータを備え、前記左右車輪は、それぞれ車両のフレームに支持されたキングピン軸を中心軸として転舵が可能である場合において、前記インホイールモータの駆動力により、前記一方のラックバーと前記他方のラックバーを車両の直進方向に対して左右方向へそれぞれ反対方向に動かすことにより、前記左右車輪を前記キングピン軸周りに転舵させる構成を採用することができる。
　この構成によれば、転舵時に、インホイールモータから車輪へ適切なトルクを与えることで転舵力をアシストする構成を採用することができる。例えば、転舵の際に車輪の平面方向への移動を伴う場合（車輪がその場所に停止した状態で転舵するのではなく、路面に沿って横方向移動するような状態）は、このような構成とすることが望ましい。
　左右に独立して移動可能な対のラックバーに、それぞれタイロッドを介して車輪を接続したことにより、通常の走行モードにおいては、対のラックバーを一体固定させ従来のステアリング操作と違和感がなく作動させ、対のラックバーを別方向に移動することで、小回り、その場旋回、横走りなど、さまざまな走行モードを実現できる。また、分離、固定の切り替えが可能な対のラックバーを用いたことにより、複雑な機構や制御を用いず、低コスト化が可能となる。すなわち、４輪に舵角を与える車両において、複雑な機構を用いることなく、前後輪を同位相又は逆位相の舵角に転舵し、横方向移動や小回りに対応することができる。
この実施形態のステアリング装置を用いた車両のイメージ図 この発明の第一の実施形態を示す平面図 図２の車両において通常走行モード（通常の転舵モード）を示す平面図 図２の車両において小回りモードを示す平面図 図２の車両においてその場旋回モードを示す平面図 図２の車両において横方向移動（平行移動）モードを示す平面図 車輪の支持状態を示す断面図 （ａ）（ｂ）はステアリング装置の外観を示す斜視図 ステアリング装置の内部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図 ステアリング装置を示し、（ａ）は対のラックバーが近接した状態を示す平面図、（ｂ）は対のラックバーが開いた状態を示す平面図 （ａ）（ｂ）はステアリング装置のラックバー動作手段の詳細を示す正面図
　この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。実施形態において、車両１の駆動輪のステアリング装置には、前後左右すべての車輪ｗのホイール内にインホイールモータＭを装着している。インホイールモータＭを備えたことにより、様々な走行パターンが可能となる。
　図１は、この実施形態のステアリング装置を用いた車両１のイメージ図を示す。超小型モビリティで２人乗車（横並び二人乗り）の車体を示している。車両１はステアリング２の操作によって、ステアリングシャフト３を介して車輪ｗを転舵できるようになっている。ただし、この発明は、超小型モビリティに限定されるものではなく、通常車両にも適応可能である。
　図２は、第一の実施形態の車両１の駆動系及び制御経路を示す平面略図である。この実施形態は、前輪の左右輪（ＦＬ，ＦＲ）及び後輪の左右輪（ＲＬ，ＲＲ）にタイロッド１２，２２を介して、それぞれ本案のステアリング装置１０，２０を連結させたものである。
　前輪用のステアリング装置１０には、ステアリング２の操作によって通常転舵をさせ、後輪用のステアリング装置２０は、モータ等のアクチュエータによって走行モードに応じた転舵を可能とする４輪転舵機構を備えている。
　ただし、この発明のステアリング装置を、前輪又は後輪のどちらかのみに装備する車両も採用可能であるし、あるいは、この発明のステアリング装置を後輪のみに装備し、前輪には通常の一般的なステアリング装置を装備する車両も採用可能である。
　前輪と後輪の各ステアリング装置１０，２０には、左右の車輪ｗを転舵するために２つのラックバーが備えられている。以下、前輪及び後輪共に、車両の前後方向に対して左側の車輪ｗに接続されるラックバーを第一のラックバー５３と、右側の車輪ｗに接続されるラックバーを第二のラックバー５４と称する。なお、図２において紙面左側の矢印が示している方向が車両の前方方向になる。後の図３、図４、図５、図６においても同様である。
　前輪又は後輪の左右車輪ｗには、それぞれタイロッド１２，２２を介して各ラックバー５３，５４の接続用部材１１、２１がヒンジ接続されている。タイロッド１２，２２と車輪ｗとの間には、適宜ナックルアーム等の各種部材が介在する。
　図７は、インホイールモータＭが収容された車輪ｗとタイロッド１２，２２との接続状態を示す。すべての車輪ｗは、それぞれ車両のフレームに支持されたアッパーアームＵＡとロアアームＬＡの先端に備えられたボールジョイントＢＪの中心線を結んだキングピン軸Ｐを中心軸として、転舵が可能となっている。インホイールモータＭは、車体内側から車輪ｗに向かって、モータ部１０１、減速機１０２、車輪用軸受１０３が順番に直列に配置している。
　第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、図８に示すように、各ステアリング装置１０、２０において、車両の直進方向（前後方向）に対して左右方向に伸びるラックケース（ステアリングシリンダ）５０内に収容されている（図８参照）。ラックケース５０は車両１の図示しないフレーム（シャーシ）に支持されている。
　なお、ラックケース５０の車両１への支持は、例えば、ラックケース５０に設けられたフランジ部を介して、車両１のフレームに直接又は間接的にネジ固定とすることができる。
　第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、ラックケース５０内を車両の直進方向に対して左右方向へ一体に移動可能である。この動作は、運転者が行うステアリング２の操作に基づき、通常転舵用アクチュエータ３１の動作によって行われる。この動作により、通常走行時、左右車輪を左右同方向に転舵させることができる。
　また、ステアリング装置１０，２０は、図９に示すように、それぞれラックバー動作手段６０を備えている。ラックバー動作手段６０は、車両の直進方向に対する左右方向、すなわち、ラックの伸縮する方向（ラックの歯の並列する方向）に沿って、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を互いに反対方向（相反する方向）へ同距離移動させる機能や同方向へ移動させる機能を有する。
　ラックバー動作手段６０は、図９（ａ）に示すように、対のラックバーの互いに対向するラックギア、すなわち、第一のラックバー５３の同期用ラックギア５３ａと第二のラックバー５４の同期用ラックギア５４ａにそれぞれ噛み合う第一の同期ギア５５を備える。
　第一の同期ギア５５は、ラックバー５３，５４のラックの歯の並列方向に沿って一定の間隔で並列する三つのギア５５ａ，５５ｂ，５５ｃからなる。第一のラックバー５３がラックバー動作手段６０から入力された駆動力によって、そのラックの歯の並列方向に対して一方向へ動けば、その動きを第二のラックバー５４の他方向への動きに変換する。また、第二のラックバー５４の前記他方向への移動量を、第一のラックバー５３の前記一方向への移動量と同じとすることができる。
　なお、図９（ａ）（ｂ）に示すように、第一の同期ギア５５の隣り合うギア５５ａ，５５ｂ間、ギア５５ｂ，５５ｃ間には、それぞれ、第二の同期ギア５６を構成するギア５６ａ，５６ｂが配置されている。第二の同期ギア５６は、第一のラックバー５３の同期用ラックギア５３ａや第二のラックバー５４の同期用ラックギア５４ａには噛み合わず、第一の同期ギア５５にのみ噛み合っている。第二の同期ギア５６は、第一の同期ギア５５の３つのギア５５ａ，５５ｂ，５５ｃを、同方向に同角度だけ動かすためのものである。この第二の同期ギア５６によって、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、スムーズに相対移動することが可能となる。
　また、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、同期用ラックギア５３ａ，５４ａとは別に、それぞれ転舵用ラックギア５３ｂ，５４ｂを備えている。
　第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、それぞれ、別体で形成された同期用ラックギア５３ａ，５４ａと前記転舵用ラックギア５３ｂ，５４ｂを、ボルト軸等の固定手段で一体に固定したものとしてよい。
　転舵用ラックギア５３ｂ，５４ｂは、各ラックバー５３，５４を、車両１のフレームに対して、前記ラックの歯の並列方向に沿って移動させるための駆動力の入力手段として機能する。
　ラックバー動作手段６０からの駆動力の入力により、第一のラックバー５３が、図１０（ａ）に示す状態から、図１０（ｂ）に示す状態へと移動すると、第二のラックバー５４には、第一の同期ギア５５を介してその力が伝達され、第二のラックバー５４は、同じく図１０（ａ）に示す状態から、図１０（ｂ）に示す状態へと移動する。なお、図１０（ｂ）は図１０（ａ）を反対側からみたものである。
　次に、ラックバー動作手段６０の作用について説明する。
　前輪のステアリング装置１０のラックバー動作手段６０は、図１に示すように、運転者が行うステアリング２の回転動作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ３２の駆動力によって、又は、車両１が備えるモード切替手段４２の操作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ３２の駆動力によって、図１１に示すように、回転する第一の回転軸６１と、その第一の回転軸６１に一体回転可能に取り付けられる第一ピニオンギア６２とを備える。モード切替用アクチュエータ３２の動作軸からステアリングシャフト３を介して、第一の回転軸６１側へ回転が伝達されるようになっている。
　後輪のステアリング装置２０のラックバー動作手段６０は、同じく、運転者が行うステアリング２の回転動作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ３２の駆動力によって、又は、車両１が備えるモード切替手段４２の操作に連動して動作するモード切替用アクチュエータ３２の駆動力によって回転する第一の回転軸６１と、その第一の回転軸６１に一体回転可能に取り付けられる第一ピニオンギア６２とを備える。モード切替用アクチュエータ３２の動作軸からステアリングシャフト３を介して、第一の回転軸６１側へ回転が伝達されるようになっている（同じく図１１参照）。
　ラックバー動作手段６０は、第一の回転軸６１と同一直線上に配置される第二の回転軸６４と、その第二の回転軸６４に一体回転可能に取り付けられた第二ピニオンギア６５を備える。
　図８（ａ）（ｂ）は、ステアリング装置１０，２０の全体図である。前部カバー５２と後部カバー５１との間に、第一のラックバー５３や第二のラックバー５４が収容されている。なお、図示されていないが、タイロッド１２，２２からラックケース５０にかけて、可動部への異物の侵入を防止するためのブーツが備えられている。第一の回転軸６１（ピニオン軸）は、モード切替用アクチュエータ３２の動作軸に、ステアリングジョイントを介して接続される。
　第一ピニオンギア６２は、図１１に示すように、第一のラックバー５３の転舵用ラックギア５３ｂに噛み合い、第二ピニオンギア６５は第二のラックバー５４の転舵用ラックギア５４ｂに噛み合うようになっている。
　さらに、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５との間に、互いに結合及び分離が可能な連結機構６３を備えている。連結機構６３は、第一の回転軸６１と第二の回転軸６４とを相対回転可能な状態（分離状態）と相対回転不能な状態（結合状態）とに切り替える機能を有する。
　連結機構６３は、図１１に示すように、第二回転軸６４と、第一回転軸６１側の移動部６３ａを備える。移動部６３ａは、図示しないバネ等の弾性部材によって固定部６３ｂ側へ押し付けられ、連結機構６３の固定部６３ｂ側の凹部６３ｄに、移動部６３ａ側の凸部６３ｃが結合することで、両回転軸６１，６４が一体で回転可能となっている。なお、凹凸の形成部位を反対にして、固定部６３ｂ側に凸部６３ｃを、移動部６３ａ側に凹部６３ｄを設けてもよい。
　図示しないプッシュソレノイドなどの駆動源からの外部入力によって、連結機構６３の固定部６３ｂに対して、移動部６３ａを軸方向に移動させることで、固定部６３ｂと移動部６３ａとの連結を分離し、第一回転軸６１と第二回転軸６４とは独立して回転可能な状態となる。すなわち、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５は、それぞれが独立して回転可能となる（前記分離状態）。図１１は、その分離状態を示している。
　このとき、第一ピニオンギア６２は第一のラックバー５３に噛合しており、第二ピニオンギア６５は第二のラックバー５４に噛合している。さらに、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、第一の同期ギア５５によって噛合されている。このため、第一ピニオンギア６２に入力された回転で、第一のラックバー５３がラックの歯の並列方向、すなわち、車両の左右方向に沿って横方向（一方向）へ移動する。第一のラックバー５３が横方向に移動することで、第一の同期ギア５５が回転し、第二のラックバー５４が第一のラックバー５３と反対方向（他方向）へ同距離だけ移動する。このとき第二ピニオンギア６５は第二のラックバー５４の移動により自由に回転している。
　このように、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５とを結合状態と分離状態に切り替えることで、対のラックバー５３，５４が一体に左右方向へ動く状態と、別々に反対方向へ動く状態との切り替えが容易に可能となる。
　すなわち、連結機構６３が、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５を介して、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を結合した状態で、運転者が行うステアリング２の回転動作に連動して動作する通常転舵用アクチュエータ３１の駆動力によって、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を車両の直進方向に対して左右方向へそれぞれ同方向へ一体に動かすことにより、左右車輪ｗをキングピン軸Ｐ（図７参照）周りに同方向へ転舵させることができる。このとき第一のラックバー５３と第二のラックバー５４が一体に動くことにより、第一の同期ギア５５は回転していない。
　また、連結機構６３が、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５を分離した状態で、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を車両の直進方向に対して左右方向へそれぞれ反対方向へ動かすことにより、左右車輪をキングピン軸Ｐ（図７参照）周りに逆方向へ、すなわち、互いに相反する方向へ転舵させることができる。
　すなわち、この実施形態では、通常運転時のステアリング２の操作による回転が、ステアリングシャフト３の回転を通じて第一の回転軸６１に入力されるようになっている。ラックバー動作手段６０は、通常運転時に、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を一体に移動させる手段としても機能している。
　また、モード切替時には、モード切替用アクチュエータ３２の駆動力が、ピニオンギア６２，６５の回転を通じてそれぞれのラックバー５３，５４に入力されるようになっている。なお、モード切替用アクチュエータ３２の駆動力がピニオンギア６２の回転を通じてそれぞれのラックバー５３，５４に入力される際は、そのステアリングシャフト３の回転がステアリング２に伝達されないようにしてもよいし、その伝達を許容するようにしてもよい。
　さらに、モード切替用アクチュエータ３２の役割を、通常転舵用アクチュエータ３１が兼ねることも可能である。すなわち、通常転舵用アクチュエータ３１が、モード切替時において、ステアリングシャフト３を介して第一の回転軸６１に回転を入力するようにしてもよい。
　また、モード切替用アクチュエータ３２は、ステアリングの左右に配置されたインホイールモータMの駆動力によってその役割をすることも可能である。さらに、これら通常転舵用アクチュエータ３１、モード切替用アクチュエータ３２、若しくは左右のインホイールモータMは、互いにアシストをすることも可能である。
　以下、これらの各構成からなるステアリング装置を、車両に装着した場合のいくつかの走行モードについて説明する。
（通常走行モード）
　図２に示す直進状態の車輪位置で、前輪のステアリング装置１０の第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を一体移動可能な状態、つまり図１１の連結機構６３が結合した状態とする。ステアリング装置１０のラックケース５０全体が、車両１のフレームに取り付けられた保持ケース内を、左右方向に一体に移動する。
　ステアリング装置１０が、通常転舵用アクチュエータ３１の駆動力又はステアリング２の操作によって、直進方向に対して左右方向に動くことで、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４も一体に動いて、図３に示すように、前輪の左右車輪ｗを所定の角度に転舵する。図３は、右に転舵した場合を示す。すなわち、２つのラックバー５３，５４を完全に一体固定することで、通常の車両と同等の走行が可能となる。通常走行モードでは、運転者のステアリング２の操作により、前輪のステアリング装置１０を通じて、直進、右折、左折、その他、各場面に応じた必要な転舵が可能である。
（小回りモード）
　小回りモードを図４に示す。図３に示す前輪のステアリング装置１０の動作に加え、後輪のステアリング装置２０の第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を一体移動可能な状態、つまり図１１の連結機構６３が結合した状態とする。前輪と同じく、ステアリング装置２０が、車両１のフレームに取り付けられた保持ケース内を、左右方向に一体に移動する。
　後輪のステアリング装置２０が、通常転舵用アクチュエータ３１の駆動力によって、直進方向に対して左右方向に動くことで、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４も一体に動いて、図４に示すように、後輪の左右車輪ｗを所定の角度に転舵する。このとき、後輪と前輪とは逆位相に転舵しており（図中において、前輪が右転舵、後輪は左転舵）、通常走行モード時よりもより回転半径の小さい小回りが可能となる。なお、図４では、後輪と前輪とが逆位相に同角度分だけ転舵した状態を示しているが、前後で転舵角度を相違させてもよい。
（その場旋回モード）
　その場旋回モードを図５に示す。連結機構６３（図１１参照）が分離されることで、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は別々に動作可能となる。このとき、モード切替用アクチュエータ３２から第一のピニオンギア６２の入力によって、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は互いに相反する方向に同距離移動する。すなわち、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４との間に第一の同期ギア５５が介在することによって、第一のラックバー５３が左右方向一方向へ動けば、第二のラックバー５４は他方向へ移動する。
　第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を互いに逆方向に移動させ、図５に示すように、前後４つの車輪ｗすべての中心軸がほぼ車両中心を向く位置で、連結機構６３を結合固定させる。４つの車輪ｗすべての中心軸がほぼ車両中心を向いているため、それぞれの車輪ｗに備えられたインホイールモータＭの駆動力によって、車両中心がその場所で一定の状態（又はほぼ移動しない状態）を維持しながら向きを変える、いわゆるその場旋回が可能となる。
　図５では、それぞれの車輪ｗにインホイールモータＭを装備しているが、少なくとも１つの車輪ｗにインホイールモータＭが装備され、その一つのインホイールモータＭが作動すれば、その場旋回が可能である。
（横走りモード）
　横走りモードを図６に示す。その場旋回モードと同様に、連結機構６３を分離し（図１１参照）、前後４つの車輪ｗすべてが直進方向に対して９０度の方向（車両の直進方向に対する左右方向）へ向くように、モード切替用アクチュエータ３２から第一のピニオンギア６２への回転の入力によって、ステアリング装置１０、２０内の第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を反対方向へ移動させる。そして、車輪ｗが前記９０度となった位置で連結機構６３（図１１参照）を結合させて、対のラックバー５３，５４を固定する。
　このとき、微調整機能として、ステアリング装置１０、２０内の第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を、通常転舵用アクチュエータ３１の駆動力又はステアリング２の操作によって、直進方向に対して一体に左右方向へ移動させることで、車輪ｗの向き（タイヤ角度）を微調整することが可能となる。
　図６は、横走りモードでの前後輪のステアリング装置１０，２０の位置関係と、車輪ｗの向きを示す。その場旋回モード時に比べて、さらに、対のラックバー５３，５４が外側に張り出しており、タイロッド１２，２２の車輪ｗへの接続部が、車両の幅方向に対して最も外側に位置する走行モードである。
　この横走りモードにおいても、通常転舵用アクチュエータ３１の駆動力又はステアリング２の操作によって、車輪ｗの向き（タイヤ角度）を微調整することが可能である。
（その他の走行モード）
　その他の走行モードとして、例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０が、車両１が高速走行中であることを認識した時は、ＥＣＵ４０の出力に基づき、アクチュエータドライバ３０が、後輪のモード切替用アクチュエータ３２に指令して、後輪の左右輪ｗ（ＲＬ，ＲＲ）を、平行状態よりも前方側がわずかに閉じた状態（トーイン状態）に設定する。これにより、安定した高速走行が可能となる。
　このトー調整は、ＥＣＵ４０による車速や車軸にかかる荷重などの走行状態の判断に基づき自動的に行われるようにしてもよいし、運転室に設けられたモード切替手段４２からの入力に基づいて行われるようにしてもよい。モード切替手段４２を運転者が操作することで、走行モードの切り替えを行うことができる。モード切替手段４２は、例えば、運転者が操作できるスイッチ、レバー、ジョイスティック等であってもよい。
（モードの切り替え）
　なお、前述の各走行モードの切り替え時についても、適宜、このモード切替手段４２を使用する。車室内にあるモード切替手段４２を操作することで、通常走行モード、その場旋回モード、横走りモード、小回りモード等を選択することができる。スイッチ操作等で切り替えが可能とすれば、より安全な操作が可能である。
　通常走行モードにおいて、前輪のステアリング装置１０では、ステアリング２の回転操作に伴うセンサ４１からの情報に基づき、ＥＣＵ４０が各ラックバー５３，５４の左右方向への必要な動作量を算出し出力する。その出力に基づき、前輪の通常転舵用アクチュエータ３１に指令して、各ラックバー５３，５４を収容するラックケース５０を左右方向へ一体に移動させ、左右車輪ｗを必要方向へ必要角度だけ転舵する。
　例えば、モード切替手段４２を操作し、その場旋回モードを選択すれば、車両１の中心部に回転中心を持つように、前後輪のステアリング装置１０，２０を通じて４輪ｗを転舵させることができる。この操作は、車両１の停車中のみ許可される。このとき、２つのラックバー５３，５４の左右方向への相対移動量は、ＥＣＵ４０が算出し出力する。その出力に基づき、アクチュエータドライバ３０が前後輪のモード切替用アクチュエータ３２に指令して転舵が行われる。
　また、モード切替手段４２を操作し、横走りモードを選択すれば、４輪ｗの舵角が９０度になるように、前後輪のステアリング装置１０，２０を通じて４輪ｗを転舵させることができる。このとき、２つのラックバー５３，５４の左右方向への相対移動量は、同じく、ＥＣＵ４０が算出し出力する。その出力に基づき、アクチュエータドライバ３０が前後輪のモード切替用アクチュエータ３２に指令して転舵が行われる。このとき、通常転舵用アクチュエータ３１は、必要に応じて動作しない状態に設定してもよいし、通常転舵用アクチュエータ３１の動作を許可することで、その動作により転舵角の微調整も可能である。
　さらに、モード切替手段４２を操作し、小回りモードを選択すれば、前輪と後輪は逆位相に転舵され、小回りが可能となるように設定できる。このとき、後輪のステアリング装置２０において、対のラックバー５３，５４を収容したラックケース５０の左右方向への移動量は、ステアリング２の操作等に基づいて、同じく、ＥＣＵ４０が算出し出力する。その出力に基づき、アクチュエータドライバ３０が前後輪の通常転舵用アクチュエータ３１、モード切替用アクチュエータ３２に指令して転舵が行われる。前輪のステアリング装置１０の制御は、通常走行モードと同じである。
　このように、前後輪のステアリング装置１０，２０では、運転席のステアリング２の操舵角、若しくは、操舵トルク等を検出するセンサ４１からの情報や、モード切替手段４２からの入力に基づき、ＥＣＵ４０がラックバー５３，５４の左右方向への必要な動作量を出力する。あるいは、ＥＣＵ４０自身による走行状態の判断に基づき、対のラックバー５３，５４の必要な移動量を出力する。その出力に基づき、アクチュエータドライバ３０が、通常転舵用アクチュエータ３１やモード切替用アクチュエータ３２を通じて前後輪を所定の向きに転舵することができる。
　この実施形態では、後輪のステアリング装置２０の制御は、運転者が行うステアリング操作やモード切替の操作を電気信号に置き換えて転舵するステアバイワイヤ方式を採用している。
　前輪のステアリング装置１０として、後輪と同様、通常転舵用アクチュエータ３１、モード切替用アクチュエータ３２を用いたステアバイワイヤ方式としてもよいが、特に、通常転舵用アクチュエータ３１として、運転者が操作するステアリング２、又は、ステアリングシャフト３に連結されたモータ等を備え、そのモータ等が、ステアリングシャフト３の回転によるラックバー５３，５４の左右方向の移動に必要なトルクを算出しアシストする構成としてもよい。このとき、モード切替用アクチュエータ３２については後輪と同様である。
　なお、前輪のステアリング装置１０の通常走行モードにおける転舵に使用する機構として、機械的なラックピニオン機構等を用いた一般的なステアリング装置を採用してもよい。
　上記に記載した種々の運転モードは例であり、それ以外にも、これらの機構を用いた様々な制御が可能となる。
　この発明では、通常の走行モードにおいては、従来のステアリング操作と違和感なく作動し、且つ、その場旋回、横方向移動、小回り等、さまざまな走行モードをも可能とする。これにより、複雑な機構を用いず、低コストで、横方向移動、小回り等が可能となる。
１　車両
２　ステアリング
３　ステアリングシャフト（操作軸）
１０，２０　ステアリング装置
１１，２１　接続用部材
１２，２２　タイロッド
３０　アクチュエータドライバ
３１　通常転舵用アクチュエータ
３２　モード切替用アクチュエータ
４０　電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４１　センサ
４２　モード切替手段
ｗ　車輪

Claims (11)

  1. 　前輪又は後輪の左右車輪に接続されその左右車輪を転舵するタイロッドと、
    　前記左右車輪のタイロッド間にそれぞれ接続された対のラックバーを備え、
    　車両の直進方向に対する左右方向へ前記対のラックバーを一体に動作することにより前記左右車輪を左右同方向に転舵させることが可能であり、
    　前記対のラックバーをそれぞれそのラックの歯の並列方向に沿って反対方向へ同距離移動させることが可能なラックバー動作手段を備えることを特徴とするステアリング装置。
  2. 　前記ラックバー動作手段は、前記対のラックバーにそれぞれ噛み合い、一方のラックバーの前記並列方向に対する一方向への動きを他方のラックバーの他方向への動きに変換する同期ギアを備えた請求項１のステアリング装置。
  3. 　前記ラックバーは、前記同期ギアが噛み合う同期用ラックギアと、前記一方のラックバーを前記並列方向に移動させるための駆動力が入力される転舵用ラックギアを備えた請求項２に記載のステアリング装置。
  4. 　前記ラックバーは、別体で形成された前記同期用ラックギアと前記転舵用ラックギアとが一体に固定された請求項３に記載のステアリング装置。
  5. 　前記ラックバー動作手段は、
    　ステアリングシャフトに直接又は他部材を介して間接的に取り付けられる第一ピニオンギアと第二ピニオンギアを備え、
    　第一ピニオンギアは前記一方のラックバーに噛み合い、
    　第二ピニオンギアは前記他方のラックバーに噛み合うようになっており、
    　前記ステアリングシャフトの回転が、第一ピニオンギアを通じて前記一方のラックバーにのみ入力されるように設定可能である請求項２から４のいずれか一つに記載のステアリング装置。
  6. 　前記ラックバー動作手段は、
    　ステアリングの動作に連動して動作するアクチュエータに直接又は他部材を介して間接的に取り付けられた第一ピニオンギアと第二ピニオンギアを備え、
    　第一ピニオンギアは前記一方のラックバーに噛み合い、
    　第二ピニオンギアは前記他方のラックバーに噛み合うようになっており、
    　前記アクチュエータの動きが、第一ピニオンギアを通じて前記一方のラックバーにのみ入力されるように設定可能である請求項２から４のいずれか一つに記載のステアリング装置。
  7. 　前記第一ピニオンギアと前記第二ピニオンギアとの間に、互いに結合及び分離が可能な連結機構を備えた請求項５又は６に記載のステアリング装置。
  8. 　前記左右車輪は、それぞれ車両のフレームに支持されたキングピン軸を中心軸として転舵が可能であり、前記連結機構が、前記第一ピニオンギアと前記第二ピニオンギアを介して前記一方のラックバーと前記他方のラックバーを結合した状態で、前記一方のラックバーと前記他方のラックバーを車両の直進方向に対して左右方向へそれぞれ同方向へ一体に動かすことにより、前記左右車輪を前記キングピン軸周りに同方向へ転舵させる請求項７に記載のステアリング装置。
  9. 　前記左右車輪は、それぞれ車両のフレームに支持されたキングピン軸を中心軸として転舵が可能であり、前記連結機構が、前記第一ピニオンギアと前記第二ピニオンギアを分離した状態で、前記一方のラックバーと前記他方のラックバーを車両の直進方向に対して左右方向へそれぞれ反対方向へ動かすことにより、前記左右車輪を前記キングピン軸周りに逆方向へ転舵させる請求項７に記載のステアリング装置。
  10. 　前記請求項１から９のいずれか一つに記載のステアリング装置を、少なくとも前輪又は後輪、あるいは前輪と後輪の両方に適用した車両。
  11. 　前記請求項１から９のいずれか一つに記載のステアリング装置が接続された左右車輪のうち少なくとも一方にインホイールモータを備え、前記左右車輪は、それぞれ車両のフレームに支持されたキングピン軸を中心軸として転舵が可能であり、前記インホイールモータの駆動力により、前記一方のラックバーと前記他方のラックバーを車両の直進方向に対して左右方向へそれぞれ反対方向に動かすことにより、前記左右車輪を前記キングピン軸周りに転舵させる請求項１０に記載の車両。
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