JP2005178653A - 後輪電動車両の後輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後輪電動車両の後輪駆動用モータを利用して、安価に後輪を操舵し得るような構成を提供し、後輪電動車両の旋回走行安定性および収斂性の向上を安価に実現する。
【解決手段】後輪1L,1Rの駆動時は、後輪操舵用クラッチ13を解放すると共に後輪駆動用クラッチ８を締結し、電動モータ５により後輪1L,1Rを駆動することで車両を４輪駆動走行させる。旋回走行安定性や収斂性の向上に対する要求が発生して後輪操舵が必要な時は、クラッチ８を解放し、クラッチ13を締結し、電動モータ５からの回転を操舵用減速機11により減速し、運動変換機構12（操舵用アーム16および操舵用ロッド17）に向かわせる。機構12への減速モータ回転は、操舵用アーム16および操舵用ロッド17により車両前後方向の直線運動に変換され、この直線運動が操舵用ロッド17を介しトーションビーム2aの一端に入力され、両弾性ブッシュ３の変形量の差によりサスペンション装置２を介し後輪1L,1Rを操舵し得る。
【選択図】図４

Description

本発明は、前輪を内燃機関などの主動力源により駆動し、トーションビーム式サスペンション装置により車体に懸架した後輪を、当該サスペンション装置の付近に配置した電動モータにより駆動する、電動４輪駆動車両などの後輪電動車両に有用な後輪操舵装置に関するものである。

後輪電動車両としては従来、例えば非特許文献１に記載のような電動４輪駆動車両が知られている。
この電動４輪駆動車両は、前輪を内燃機関などの主動力源により駆動し、後輪を電動モータからの動力により減速機を介して駆動する。

ところで、この電動４輪駆動車両にあっては、運転者からの指令により、または、前輪のホイールスピンが発生していなくいとの判定結果により、車両の４輪駆動が必要でないと指令された場合は、電動モータによる後輪駆動を行わないようにし、４輪駆動による燃費の悪化を抑制する制御が行われている。
「自動車技術」Vol.57、No.2、2003（第95〜100頁）

しかし、従来の後輪駆動車両においては上記の通り、後輪駆動用の電動モータが使用されるのは、前輪のホイールスピンが生じやすい発進時と、前輪が低摩擦路面上にあってホイールスピンした時との、極限られた条件の時にのみで、殆どの間は後輪駆動用の電動モータが使われない待機しているといったような状態になる。

一方で電動４輪駆動車両にあっても、一般車両と同様に、前輪の主操舵時に後輪を補助操舵することにより車両の旋回走行安定性を向上させ、且つ、収斂性を向上させる要求があり、この要求のためには常識的には後輪操舵装置を、専ら後輪操舵の用に供する油圧式や電動式の専用アクチュエータを付加して構成することになる。

本発明は、後輪駆動車両の場合上記の通り、後輪駆動用の電動モータが常時使用されている訳ではないこと、そして特に、後輪の補助操舵により車両の旋回走行安定性を向上させる要求があるのは主に比較的高速での走行中であり、この走行中は前輪のホイールスピンを生ずることがなくて電動モータが殆ど後輪駆動を行っていないことから、
後輪駆動用の電動モータを後輪補助操舵に兼用し得るような構成を提案し、もって、新たに後輪操舵専用のアクチュエータを追加することなく後輪補助操舵を可能ならしめ、この後輪補助操舵による車両の旋回走行安定性と収斂性の向上とを安価に実現しようとするものである。

この目的のため、本発明による後輪電動車両の後輪操舵装置は、請求項１に記載のごとくに構成する。
先ず、前提となる後輪電動車両を説明するに、これは、
前輪を主動力源により駆動し、後輪をトーションビーム式サスペンション装置により車体に懸架すると共に、該トーションビーム式サスペンション装置の付近に配置した電動モータにより駆動するものである。

本発明は、かかる後輪電動車両に対し、後輪操舵用クラッチを介して上記電動モータの回転を入力され、このモータ回転を車両前後方向の直線運動に変換する運動変換機構を設け、
この直線運動を前記トーションビーム式サスペンション装置のトーションビームに作用させて、該トーションビームの車体支持部における弾性変形を介し後輪を操舵するよう構成した構成に特徴づけられる。

かかる本発明の構成になる後輪電動車両の後輪操舵装置においては、運動変換機構が、後輪操舵用クラッチを介して入力された後輪駆動用電動モータの回転を車両前後方向の直線運動に変換し、この直線運動がトーションビーム式サスペンション装置のトーションビームに作用して該トーションビームの車体支持部を弾性変形させることで後輪を操舵することができる。

かかる後輪の操舵により車両の旋回走行安定性と収斂性の向上とを実現することができるが、これらを、後輪駆動用電動モータの利用により、従って後輪操舵アクチュエータの追加に頼ることなく、安価に実現することができる。

しかも上記の後輪操舵により車両の旋回走行安定性と収斂性を向上させる要求があるのは比較的高速での走行中であり、この走行中は前輪のホイールスピンを生ずることがなくて電動モータが後輪駆動を行う必要がないことから、後輪操舵に後輪駆動用の電動モータを兼用するといえども、上記の後輪操舵で後輪駆動が犠牲になることはない。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例になる後輪操舵装置を具えた電動４輪駆動車両の後輪部分を示し、1Lは左後輪、1Rは右後輪である。
ここで電動４輪駆動車両は、図示せざる左右前輪を内燃機関などの主動力源により駆動されるものとする。

左右後輪1L，1Rはそれぞれ、共通なトーションビーム式サスペンション装置２により車体（図示せず）に懸架する。
これがためトーションビーム式サスペンション装置２は、車幅方向に延在するそのトーションビーム2aを挟んでこれから車両前方に延在する二股基端部2bを環状弾性ブッシュ３を介して車体側ブラケット４に取り付ける。
そして、トーションビーム式サスペンション装置２のトーションビーム2aを挟んでこれから車両後方に延在する二股先端部2cに左右後輪1L，1Rを回転自在に取り付ける。

なお環状弾性ブッシュ３のうち、後輪操舵力を入力される側の弾性ブッシュ（図１の実施例では図の上方にある弾性ブッシュ）は、車両前後方向両側にすぐりを形成するなどして車両前後方向に弾性変形し易くし、この弾性変形を介して、トーションビーム式サスペンション装置２の対応する側における車体取り付け点（図の上方にある基端部2b）を、対応する車体側ブラケット４に対し車両前後方向に相対変位し易くするのが良い。

かかるトーションビーム式サスペンション装置２の付近に配置して車体に電動モータ５を取り付け、この電動モータ５をステータ5aとロータ5bとで構成する。
ロータ5bの両端からモータ出力軸5c,5dを突出させ、一方のモータ出力軸5cを後輪駆動用とし、他方のモータ出力軸5dを後輪操舵用とする。

これがため、上記一方のモータ出力軸5cは後輪駆動用減速機６を介して左右後輪1L,1Rのドライブシャフト7L,7Rに駆動結合し、この後輪駆動用減速機６は、後輪駆動用クラッチ８を経てモータ出力軸5cからのモータ回転を入力される減速歯車組９と、これからの減速モータ回転を左右後輪1L,1Rのドライブシャフト7L,7Rに振り分けるディファレンシャルギヤ装置10とで構成する。

他方のモータ出力軸5dは、後輪操舵用減速機11を介して運動変換機構12に連結する。
後輪操舵用減速機11は、後輪操舵用クラッチ13を介してモータ出力軸5dからのモータ回転を入力される減速歯車組14と、これからの減速モータ回転を運動変換機構12に伝達する出力軸15とで構成する。

運動変換機構12は、出力軸15からのモータ減速回転を車両前後方向の直線運動に変換してトーションビーム2aに伝達するもので、図２および図３に明示するごとく、後輪操舵用減速機11の出力軸15に結合した操舵用アーム16と、該アーム16の遊端およびトーションビーム2a間に架設した操舵用ロッド17とにより構成する。
操舵用ロッド17は車両前後方向に延在するよう、そして、好ましくはほぼ水平に配置し、一端を例えばジョイント18により操舵用アーム16の遊端に連節し、他端をジョイント19によりトーションビーム2aに一体の連結ピン20に連節する。
なお連結ピン20は、図１の上方における弾性ブッシュ３に近い側のトーションビーム2aの一端に配置する。

上記の構成とした本実施例の作用を以下に説明する。
発進のため後輪1L,1Rの駆動が必要な時や、低摩擦路面のため低速走行していて前輪のホイールスピンで後輪1L,1Rの駆動が要求された時は、後輪操舵用クラッチ13を解放すると共に後輪駆動用クラッチ８を締結し、電動モータ５により動力制御下で後輪1L,1Rを駆動することにより車両を４輪駆動走行させることができ、発進時に要求される大きな駆動力を発生し得ると共に低摩擦路面での低速走行時における前輪のホイールスピンを解消し得る。

なおかかる発進時や低摩擦路低速走行時は、高速走行時のように旋回走行安定性や収斂性の向上に対する要求がなく、従って、これら発進時や低摩擦路低速走行時に電動モータ５を上記の通り後輪駆動に用いることで、旋回走行安定性や収斂性の向上のための後輪操舵を実行できなくても何ら問題になることはない。

他方で、旋回走行安定性や収斂性の向上に対する要求が発生する高速走行時は、後輪駆動用クラッチ８を解放する。
そして、旋回走行安定性や収斂性の向上が必要な走行状態になった時に後輪操舵用クラッチ13を締結し、電動モータ５を回転方向制御および動力制御することにより後輪1L,1Rを、モータ回転方向に応じた方向へ、また、モータ駆動力に応じた舵角だけ操舵し、旋回走行安定性や収斂性の向上に関する要求を満足させることができる。
なお、かかる旋回走行安定性や収斂性の向上に対する要求が発生する高速走行時は、車両の運動エネルギーが大きくて前輪がホイールスピンすることもなく後輪駆動が不要であるから、電動モータ５が上記の後輪操舵に用いられているため後輪駆動を行うことができなくても問題になることはない。

以下に後輪操舵の動作を詳述する。
後輪操舵用クラッチ13を経て伝達されたモータ回転は、操舵用減速機11で減速（トルク増大）され、出力軸15から運動変換機構12に至る。
出力軸15から運動変換機構12への減速モータ回転は、操舵用アーム16および操舵用ロッド17により車両前後方向の直線運動に変換され、この直線運動が操舵用ロッド17を介しトーションビーム2aを図１の上端において車両前後方向に押圧する。
当該押圧の方向および大きさは、電動モータ５の回転方向および出力トルクにより決まる。

操舵用ロッド17がトーションビーム2aを図１の上端において、図４に矢αで示すごとく車両前方へ押圧する場合について説明する。
この時は図４に示すように、図の上方における弾性ブッシュ３が大きな押圧力を受けて車両前方に大きく変形されるも、図の下方における弾性ブッシュ３は押圧力が小さいため殆ど変形されない。
従ってトーションビーム式サスペンション装置２は、上方における弾性ブッシュ３への押圧力と、下方における弾性ブッシュ３への押圧力との差により、図４に示す角度βだけ水平面内で傾斜され、後輪1L,1Rを二点鎖線位置から実線位置へと操舵することができる。

操舵用ロッド17がトーションビーム2aを図１の上端において、上記とは逆に車両後方へ押圧する場合も、図示しなかったが上記したと同様の作用により、今度はトーションビーム式サスペンション装置２を水平面内で上記と逆の方向に傾斜させ、後輪1L,1Rを逆方向に操舵することができる。

ところで本実施例においては、運動変換機構12が、後輪操舵用クラッチ13を介して入力された後輪駆動用電動モータ５の回転を車両前後方向の直線運動に変換し、この直線運動がトーションビーム式サスペンション装置２のトーションビーム2aに作用して、該トーションビーム2aの車体支持部を成す弾性ブッシュ３弾性変形させることで後輪1L,1Rを操舵する構成としたから、
かかる後輪操舵により後輪電動車両の旋回走行安定性と収斂性の向上とを実現することができるが、これらを、後輪駆動用電動モータ５の利用により、従って後輪操舵アクチュエータの追加に頼ることなく、安価に実現することができる。

しかも上記の後輪操舵により車両の旋回走行安定性と収斂性を向上させる要求があるのは比較的高速での走行中であり、この走行中は前輪のホイールスピンを生ずることがなくて電動モータ５が後輪駆動を行う必要がないことから、後輪操舵に後輪駆動用の電動モータ５を兼用するといえども、上記の後輪操舵で後輪駆動が犠牲になることはない。

また本実施例においては、操舵用ロッド17からの車両前後方向直線運動をトーションビーム2aの一端（上端）のみに入力するようにしたから、直線運動をトーションビーム2aの両端に選択的に入力させて後輪操舵を行うような構成に較べ、構成が簡単になってコスト上大いに有利である。
しかも、操舵用ロッド17からの車両前後方向直線運動をトーションビーム2aの一端（上端）のみに入力するのに加え、操舵用ロッド17をほぼ水平に配置して上記直線運動が入力される車両前後方向に一致させれたから、エネルギー効率の良い後輪操舵を行うことができる。

また本実施例においては、前記したごとく弾性ブッシュ３のうち、後輪操舵力を入力される側の弾性ブッシュ（図１の上方にある弾性ブッシュ）をすぐり等の形成により車両前後方向に弾性変形し易くしたから、
この弾性変形を介して、トーションビーム式サスペンション装置２の対応する側における車体取り付け点（図１の上方にある基端部2b）を、対応する車体側ブラケット４に対し車両前後方向に相対変位し易くなり、後輪操舵に要するエネルギー、従って、後輪操舵時における電動モータ５の消費電力を軽減することができる。

更に本実施例では、モータ５からディファレンシャルギヤ装置10までの後輪電動系に後輪駆動用クラッチ８を介在させ、これを後輪操舵時は解放しておくようにしたから、後輪操舵時に僅かな量であるとはいえ、後輪電動系にモータ回転が向かう弊害を回避することができる。

ところで、例えば後輪1L,1Rが脱輪した時などのように、後輪1L,1Rを介しトーションビーム式サスペンション装置２に大きな外力がかかるような状況が発生することも想定される。
このような状況においてはサスペンション装置２自体が大きく上下方向にストロークし、運動変換機構12（操舵用ロッド17および操舵用アーム16）および後輪操舵用減速機11を介し電動モータ５に大きな外力が作用し、電動モータ５の破損を生じるといったことが懸念される。

この懸念を払拭するためには、後輪操舵用クラッチ13として、任意に継続可能なクラッチと、一方向にのみ動力を伝達可能なクラッチとの組み合わせになるクラッチを用い、後者の一方向へのみ動力を伝達可能なクラッチは、電動モータ５から操舵用減速機11および運動変換機構12（操舵用ロッド17および操舵用アーム16）を経てトーションビーム2aに向かう運動を伝達可能とし、逆に、トーションビーム2aから運動変換機構12および操舵用減速機11を経て電動モータ５に向かう運動を電動モータ５に伝達することのないクラッチとする。

この場合、後輪1L,1Rの脱輪などでサスペンション装置２が大きく上下方向にストロークし、運動変換機構12（操舵用ロッド17および操舵用アーム16）および後輪操舵用減速機11を介し電動モータ５に大きな外力が作用しようとしても、この外力を後輪操舵用クラッチ13が電動モータ５に伝達しないよう遮断することから、電動モータ５の破損を防止することができる。

なお、かかる電動モータ５の破損防止の作用効果は、後輪操舵用クラッチ13を上記のようなクラッチの組み合わせにより構成する代わりに、後輪操舵用減速機11内における歯車組14の一部にウォーム＆ウォームギヤ等を用いて、電動モータ５から操舵用減速機11および運動変換機構12（操舵用ロッド17および操舵用アーム16）を経てトーションビーム2aに向かう運動を伝達可能であるが、逆に、トーションビーム2aから運動変換機構12および操舵用減速機11を経て電動モータ５に向かう運動を電動モータ５に向かわせることのないよう後輪操舵用減速機11内における歯車組14を構成することでも同様に達成することができる。

本発明の一実施例になる後輪操舵装置を具えた電動４輪駆動車の後輪部分を示す線図的平面図である。 図１に示す後輪操舵装置を成す運動変換機構の側面図である。 同運動変換機構の斜視図である。 図１に示す電動４輪駆動車の後輪部分を、後輪操舵装置により操舵した状態で示す、図１と同様な線図的平面図である。

符号の説明

1L 左後輪
1R 右後輪
２ トーションビーム式サスペンション装置
2a トーションビーム
2b 二股基端部
2c 二股先端部
３ 環状弾性ブッシュ
４ 車体側ブラケット
５ 電動モータ
5a ステータ
5b ロータ
5c,5d モータ出力軸
６ 後輪駆動用減速機
7L,7R 左右後輪のドライブシャフト
８ 後輪駆動用クラッチ
９ 減速歯車組
10 ディファレンシャルギヤ装置
11 後輪操舵用減速機
12 運動変換機構
13 後輪操舵用クラッチ
14 減速歯車組
15 減速歯車組の出力軸
16 操舵用アーム
17 操舵用ロッド
18,19 ジョイント
20 連結ピン

Claims (5)

1. 前輪を主動力源により駆動し、後輪をトーションビーム式サスペンション装置により車体に懸架すると共に、該トーションビーム式サスペンション装置の付近に配置した電動モータにより駆動するようにした後輪電動車両において、
   後輪操舵用クラッチを介して前記電動モータの回転を入力され、このモータ回転を車両前後方向の直線運動に変換する運動変換機構を設け、
   該直線運動を前記トーションビーム式サスペンション装置のトーションビームに作用させて、該トーションビームの車体支持部における弾性変形を介し後輪を操舵するよう構成したことを特徴とする後輪電動車両の後輪操舵装置。
2. 請求項１に記載の後輪操舵装置において、
   前記直線運動を前記トーションビームの一端に作用させるよう、該トーションビームと前記運動変換機構との間を連結したことを特徴とする後輪電動車両の後輪操舵装置。
3. 請求項１または２に記載の後輪操舵装置において、
   前記電動モータから後輪に至る後輪電動系に後輪駆動用クラッチを介在させたことを特徴とする後輪電動車両の後輪操舵装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の後輪操舵装置において、
   後輪操舵用クラッチとして、任意に継続可能なクラッチと、一方向にのみ運動を伝達可能なクラッチとの組み合わせになるクラッチを用いることを特徴とする後輪電動車両の後輪操舵装置。
5. 請求項４に記載の後輪操舵装置において、
   前記一方向にのみ動力を伝達可能なクラッチは、電動モータから運動変換機構を経てトーションビームに向かう運動を伝達可能とし、逆に、トーションビームから運動変換機構を経て電動モータに向かう運動を電動モータに伝達することのないクラッチであることを特徴とする後輪電動車両の後輪操舵装置。

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