JP2014133430A - 後輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後輪の転舵角を中立位置に戻す際に、より迅速にロック部材の係合凸部を後輪転舵軸の係合凹部に係合させることのできる後輪操舵装置を提供する。
【解決手段】後輪転舵軸３１の軸方向移動を規制可能なロック装置４１は、後輪転舵軸３１に形成された係合凹部５５に係合可能な係合凸部５４を有する可動鉄心５３、可動鉄心５３をストローク方向に往復動させて係合凸部５４を係合凹部５５に係脱させるソレノイド４３、及び可動鉄心５３のストローク位置に応じた荷重を出力する荷重センサ６１を有する。そして、後輪転舵軸３１は、該後輪転舵軸３１における係合凹部５５の軸方向一方側に設けられた第１当接面８１に係合凸部５４が当接したときの可動鉄心５３のストローク位置と、係合凹部５５の軸方向他方側に設けられた第２当接面８２に係合凸部５４が当接したときの可動鉄心５３のストローク位置とが一致しないように形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、後輪操舵装置に関する。

従来、旋回性能の向上等を目的として、運転者のステアリング操作による前輪の転舵に対応して後輪を転舵する四輪操舵（４ＷＳ）車両が提案されている。こうした四輪操舵車両に搭載される後輪操舵装置としては、軸方向移動することにより後輪を転舵させる後輪転舵軸と、後輪転舵軸を軸方向移動させる転舵軸駆動装置とを備えたものが知られている。そして、後輪操舵装置には、後輪転舵軸の軸方向移動を後輪の転舵角の中立位置で規制するロック装置が設けられたものがあり、例えば中高速走行時において所謂尻振り現象の発生が防止されている。例えば特許文献１には、後輪転舵軸に対して接離する方向に移動（ストローク）可能なロックピンを備え、該ロックピンを後輪転舵軸に形成された係合穴に係合させることにより、該後輪転舵軸の軸方向移動を規制するロック装置が設けられた後輪操舵装置が開示されている。

特許文献１の後輪操舵装置では、後輪転舵軸における係合穴の軸方向両側に設けられたロックピンが当接する当接面が、それぞれ係合穴に近づくにつれて該係合穴の底面に徐々に近づくように傾斜して形成されている（同文献、第１図参照）。そして、後輪操舵装置の作動を制御する制御装置は、ロックピンのストローク位置を検出しており、後輪の転舵角を中立位置に戻す際には、後輪転舵軸を軸方向一方側に移動させ、ロックピンのストローク位置が係合穴の底面に近づいたら、そのまま後輪転舵軸を移動させてロックピンを係合穴に係合させる。一方、後輪転舵軸を軸方向一方側に移動させ、ロックピンのストローク位置が係合穴の底面から遠ざかったら、後輪転舵軸を反対の軸方向他端側に移動させてロックピンを係合穴に係合させる。これにより、舵角センサ等によって後輪の転舵角を検出しなくても、迅速に後輪の転舵角を中立位置に戻すことが可能となっている。

実開平４−６２２８０号公報

ところで、上記特許文献１の構成では、後輪転舵軸を軸方向移動させたときのストローク位置の変化に基づいて、ロックピンが係合穴に近づいているか否か、すなわち後輪の転舵角が中立位置に近づいているか否かを判定している。そのため、後輪の転舵角を中立位置に戻す際に、一旦、該転舵角が中立位置から遠ざかるように後輪転舵軸を軸方向移動させてしまうことがあり、この点においてなお改善の余地があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、後輪の転舵角を中立位置に戻す際に、より迅速にロック部材の係合凸部を後輪転舵軸の係合凹部に係合させることのできる後輪操舵装置を提供することにある。

上記課題を解決する後輪操舵装置は、軸方向移動することにより後輪を転舵させる後輪転舵軸と、前記後輪転舵軸を軸方向移動させる転舵軸駆動装置と、前記後輪転舵軸の軸方向移動を規制可能なロック装置と、を備えたものにおいて、前記ロック装置は、前記後輪転舵軸に形成された係合凹部に係合可能な係合凸部を有するロック部材、前記ロック部材を往復動させて前記係合凸部を前記凹部に係脱させるロックアクチュエータ、及び前記ロック部材のストローク位置を検出するストロークセンサを有し、前記後輪転舵軸は、該後輪転舵軸における前記係合凹部の軸方向一方側に設けられた第１当接面に前記係合凸部が当接したときのストローク位置と、前記係合凹部の軸方向他方側に設けられた第２当接面に前記係合凸部が当接したときのストローク位置とが一致しないように形成されたことを要旨とする。

上記構成によれば、係合穴の軸方向一方側の第１当接面と軸方向他方向側の第２当接面とで、ロック部材が当接したときのストローク位置が一致しないため、ロック部材のストローク位置によって、該ロック部材が係合凹部に対して軸方向のどちら側に位置しているかを検出することが可能になる。これにより、後輪の転舵角を中立位置に戻す際に、ロック部材が係合凹部から遠ざかる方向に後輪転舵軸を軸方向移動させることなく、より迅速にロック部材の係合凸部を係合凹部に係合させることができる。

上記後輪操舵装置において、前記第１及び第２当接面は、該各当接面における軸方向の任意の二位置に前記係合凸部が当接したときのストローク位置が一致しないようにそれぞれ形成されることが好ましい。

上記構成によれば、ロック部材のストローク位置と後輪転舵軸の軸方向位置とが一対一の関係で対応づけられるようになる。したがって、ロック部材のストローク位置に基づいて後輪の転舵角を検出することが可能になる。

本発明によれば、後輪の転舵角を中立位置に戻す際に、より迅速にロック部材の係合凸部を後輪転舵軸の係合凹部に係合させることができる。

四輪操舵車両の概略構成図。 一実施形態のロック装置近傍の断面図。 一実施形態の可動鉄心（ロック部材）のストローク位置を示す模式図。 別例のロック装置近傍の断面図。

以下、後輪操舵装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両１には、前輪２Ｆを転舵する前輪操舵装置３と、後輪２Ｒを転舵する後輪操舵装置４とが搭載されている。すなわち、車両１は、運転者のステアリング操作による前輪２Ｆの転舵に対応して後輪２Ｒを転舵する四輪操舵（４ＷＳ）車両として構成されており、その旋回性能の向上等が図られている。

先ず、前輪操舵装置の機械的構成について説明する。
前輪操舵装置３は、ステアリングホイール１１が固定されるステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２の回転に応じて軸方向移動することにより前輪２Ｆの転舵角を変更する前輪転舵軸（ラック軸）１３とを備えている。なお、ステアリングシャフト１２は、ステアリングホイール１１側から順にコラム軸１４、中間軸１５、及びピニオン軸１６を連結してなる。また、前輪操舵装置３は、前輪転舵軸１３が往復動可能に挿通される略円筒状の前輪側ハウジング１７を備えている。

詳しくは、前輪転舵軸１３とピニオン軸１６とは、前輪側ハウジング１７内に所定の交叉角をもって配置されており、前輪転舵軸１３に形成されたラック歯１３ａとピニオン軸１６に形成されたピニオン歯１６ａとが噛合されることでラックアンドピニオン機構２１が構成されている。また、前輪転舵軸１３の両端には、その軸端部に設けられたボールジョイント２２を介してタイロッド２３がそれぞれ回動可能に連結されている。そして、タイロッド２３の先端は、前輪２Ｆが組み付けられた図示しないナックルに連結されている。したがって、前輪操舵装置３では、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト１２の回転がラックアンドピニオン機構２１により前輪転舵軸１３の軸方向移動に変換され、この軸方向移動がタイロッド２３を介してナックルに伝達されることにより、前輪２Ｆの転舵角が変更される。また、ボールジョイント２２が前輪側ハウジング１７に当接することで、前輪転舵軸１３の軸方向移動が規制されるようなっており、この前輪転舵軸１３の移動が規制される位置での転舵角が前輪２Ｆの最大転舵角となる。

なお、前輪操舵装置３は、アシストモータ２５を駆動源としてコラム軸１４を回転駆動する所謂コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成されている。具体的には、アシストモータ２５は、ウォームアンドホイール等からなる減速機構２６を介してコラム軸１４に駆動連結されている。そして、アシストモータ２５の回転を減速機構２６により減速してコラム軸１４に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力としてステアリングシャフト１２に付与する構成になっている。

次に、後輪操舵装置の機械的構成について説明する。
後輪操舵装置４は、軸方向移動することにより後輪２Ｒの転舵角を変更する後輪転舵軸（ラック軸）３１と、後輪転舵軸３１を軸方向移動させる転舵軸駆動装置３２とを備えている。また、後輪操舵装置４は、後輪転舵軸３１が往復動可能に挿通される略円筒状の後輪側ハウジング３３を備えている。

詳しくは、転舵軸駆動装置３２は、その駆動源となる転舵モータ３４と、転舵モータ３４にウォームアンドホイール等の減速機構３５を介して駆動連結されるピニオン軸３６とを備えている。なお、本実施形態の転舵モータ３４には、ブラシレスモータが採用されている。後輪転舵軸３１とピニオン軸３６とは、後輪側ハウジング３３内に所定の交叉角をもって配置されており、後輪転舵軸３１に形成されたラック歯３１ａとピニオン軸３６に形成されたピニオン歯３６ａとが噛合されることでラックアンドピニオン機構３７が構成されている。また、後輪転舵軸３１の両端には、その軸端部に設けられたボールジョイント３８を介してタイロッド３９がそれぞれ回動可能に連結されている。そして、タイロッド３９の先端は、後輪２Ｒが組み付けられた図示しないナックルに連結されている。したがって、後輪操舵装置４では、転舵軸駆動装置３２の駆動に伴うピニオン軸３６の回転がラックアンドピニオン機構３７により後輪転舵軸３１の軸方向移動に変換され、この軸方向移動がタイロッド３９を介してナックルに伝達されることにより、後輪２Ｒの転舵角が変更される。また、ボールジョイント３８が後輪側ハウジング３３に当接することで、後輪転舵軸３１の軸方向移動が規制されるようなっており、この後輪転舵軸３１の移動が規制される位置での転舵角が後輪２Ｒの最大転舵角となる。

また、後輪操舵装置４は、後輪２Ｒの転舵角の中立位置（車両１が直進する転舵角）で後輪転舵軸３１の軸方向移動を規制するロック装置４１を備えている。
図２に示すように、ロック装置４１は、後輪側ハウジング３３に対して後輪転舵軸３１の軸方向と直交する方向に突出する態様で固定されるロックハウジング４２を備えている。ロックハウジング４２は、ソレノイド４３が収容される有底円筒状のソレノイド収容部４４、及びソレノイド収容部４４の底部から後輪転舵軸３１と反対側に突出する有底円筒状の付勢部材収容部４５を有している。一方、後輪側ハウジング３３には、その内外周に貫通した貫通孔４６が形成されている。そして、ロックハウジング４２は、貫通孔４６と同軸上に配置されるようにソレノイド収容部４４の開口端が後輪側ハウジング３３に固定されている。

ソレノイド４３は、ソレノイド収容部４４内に固定される円環状の固定鉄心５１及びソレノイドコイル５２と、これら固定鉄心５１及びソレノイドコイル５２の内周側に収容される円柱状の可動鉄心５３とを備えている。可動鉄心５３の後輪転舵軸３１側の端部には、貫通孔４６を介して後輪側ハウジング３３内に挿入される円柱状の係合凸部５４が形成されている。一方、後輪転舵軸３１の外周面には、係合凸部５４が挿入可能な係合凹部５５が形成されている。そして、可動鉄心５３は、係合凸部５４が係合凹部５５に係合するロック位置（図２中、実線で示す可動鉄心５３の位置）と、係合凸部５４が係合凹部５５から離脱するアンロック位置（図２中、二点鎖線で示す可動鉄心５３の位置）との間で、後輪転舵軸３１の軸線と直交する方向、すなわち後輪転舵軸３１に対して接離する方向（ストローク方向）に往復動（ストローク）可能となっている。なお、貫通孔４６の内周面には、係合凸部５４をストローク方向に往復動可能に支持するブッシュ（滑り軸受）５６が設けられている。

可動鉄心５３には、後輪転舵軸３１と反対側に突出してその一部が付勢部材収容部４５内に収容される円柱状の延出部５７が形成されている。延出部５７の先端には、フランジ部５９を有する受け部材６０が固定されている。付勢部材収容部４５内には、その底部に配設されるロードセル等の荷重センサ６１と、荷重センサ６１と受け部材６０との間で自然長から圧縮された状態で配置されるコイルバネ等の付勢部材６２とが収容されている。荷重センサ６１は、可動鉄心５３のストローク位置に応じて変化する付勢部材６２の付勢力を検出する。つまり、本実施形態は、荷重センサ６１がストロークセンサとして機能する。

したがって、ロック装置４１では、付勢部材６２の付勢力によって可動鉄心５３がロック位置に移動し、係合凸部５４が係合凹部５５に係合することで、後輪転舵軸３１の軸方向移動が規制される。これに対し、ソレノイドコイル５２への通電により可動鉄心５３が固定鉄心５１に吸引されてアンロック位置に移動し、係合凸部５４が係合凹部５５から離脱することで、後輪転舵軸３１の軸方向移動の規制が解除される。つまり、本実施形態では、可動鉄心５３がロック部材として機能し、ソレノイド４３がロックアクチュエータとして機能する。

次に、後輪操舵装置の電気的構成について説明する。
図１に示すように、後輪操舵装置４は、転舵軸駆動装置３２及びロック装置４１の作動を制御するＥＣＵ７１を備えている。ＥＣＵ７１には、車両１の車速ＳＰＤを検出する車速センサ７２、及びステアリングホイール１１の操舵角θsを検出するステアリングセンサ７３が接続されている。また、ＥＣＵ７１には、ロック装置４１の荷重センサ６１が接続されており、荷重センサ６１によって検出された付勢部材６２の荷重Ｗが入力される。ＥＣＵ７１は、荷重Ｗに基づいて可動鉄心５３のストローク位置をロック位置とアンロック位置との間で連続的に検出する。そして、ＥＣＵ７１は、これらの状態量に基づいて転舵軸駆動装置３２及びロック装置４１の作動を制御する。

詳述すると、ＥＣＵ７１は、車速ＳＰＤが所定車速未満の低速走行時（例えば、車庫入れ時等）には前輪２Ｆの転舵に対応して後輪２Ｒを転舵し、車速ＳＰＤが所定車速以上の中高速走行時には後輪２Ｒの転舵角を中立位置で保持する。

具体的には、ＥＣＵ７１は、車速ＳＰＤが所定車速未満であり、かつ荷重Ｗに基づいて可動鉄心５３がアンロック位置にあると判定した場合には、操舵角θsに応じて後輪２Ｒの目標転舵角を演算し、後輪２Ｒの実際の転舵角が目標転舵角となるように転舵モータ３４の作動を制御する。なお、本実施形態のＥＣＵ７１は、後述するように可動鉄心５３のストローク位置に基づいて後輪２Ｒの実際の転舵角を検出している。また、ＥＣＵ７１は、荷重Ｗに基づいて可動鉄心５３がロック位置にあると判定した場合には、可動鉄心５３がアンロック位置に移動するようにソレノイド４３の作動を制御し、ロック装置４１による後輪転舵軸３１の軸方向移動の規制を解除してから転舵モータ３４を駆動する。

一方、ＥＣＵ７１は、車速ＳＰＤが所定車速以上であり、後輪２Ｒの転舵角が中立位置にない場合には、後輪２Ｒの転舵角が中立位置となるように転舵モータ３４の作動を制御する。そして、ＥＣＵ７１は後輪２Ｒの転舵角が中立位置になったと判定すると、可動鉄心５３がロック位置に移動するようにソレノイド４３の作動を制御し、ロック装置４１によって後輪転舵軸３１の軸方向移動を規制して後輪２Ｒの転舵角を中立位置に保持する。

次に、可動鉄心のストローク位置に基づく後輪の転舵角の検出について説明する。
図２及び図３に示すように、後輪転舵軸３１の軸方向において、係合凹部５５の一方側（図２中、左側）に設けられた第１当接面８１に係合凸部５４が当接したときの可動鉄心５３のストローク位置の範囲と、係合凹部５５の他方側（図２中、右側）に設けられた第２当接面８２に係合凸部５４が当接したときのストローク位置の範囲とが重複しないように形成されている。換言すると、第１及び第２当接面８１，８２は、各当接面８１，８２の全域に亘って、可動鉄心５３のストローク方向において重複しないように形成されている。そして、第１当接面８１は、該第１当接面８１における軸方向の任意の二位置に係合凸部５４が当接したときの可動鉄心５３のストローク位置が一致しないように形成されている。また、第２当接面８２は、該第２当接面８２における軸方向の任意の二位置に係合凸部５４が当接したときの可動鉄心５３のストローク位置が一致しないように形成されている。

具体的には、係合凹部５５は、後輪転舵軸３１の軸線と平行な平面である底面５５ａを有するように凹設されている。そして、係合凹部５５における軸方向一方側の第１側面５５ｂの底面５５ａからの高さは、係合凹部５５における軸方向他方向側の第２側面５５ｃの底面５５ａからの高さよりも低く形成されている。

第１当接面８１は、第１側面５５ｂの上端から連続して軸方向一方側に延びており、後輪転舵軸３１が中立位置から軸方向一方側に移動可能な範囲と略等しい範囲に亘って傾斜して形成されている。なお、本実施形態の第１当接面８１は、係合凹部５５から離間するにつれて底面５５ａからの可動鉄心５３のストローク方向に沿った高さが一定割合で徐々に高くなるように形成されている。そして、第１当接面８１の軸方向一方側の端部での高さは、第２側面５５ｃの高さよりも僅かに低くなるように形成されている。

第２当接面８２は、第２側面５５ｃの上端から連続して軸方向他方側に延びており、後輪転舵軸３１が中立位置から軸方向他方側に移動可能な範囲と略等しい範囲に亘って傾斜して形成されている。なお、本実施形態の第２当接面８２は、係合凹部５５から離間するにつれて底面５５ａからの高さが一定割合で徐々に高くなるように形成されている。

したがって、第１及び第２当接面８１，８２に当接したときの可動鉄心５３のストローク位置は、一致することがなく、かつ係合凹部５５からの軸方向距離の増大に応じてそれぞれ連続的に底面５５ａから遠ざかる。つまり、可動鉄心５３のストローク位置と後輪転舵軸３１の軸方向位置とが一対一の関係で対応づけられるようになる。そして、ＥＣＵ７１は、このように可動鉄心５３のストローク位置と後輪転舵軸３１の軸方向位置とが一対一の関係で対応づけられることを踏まえ、該ストローク位置に基づいて後輪２Ｒの転舵角を検出する。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）ＥＣＵ７１は、可動鉄心５３のストローク位置に基づいて後輪２Ｒの転舵角を検出するため、後輪２Ｒの転舵角を中立位置に戻す際に、可動鉄心５３が係合凹部５５から遠ざかる方向に後輪転舵軸３１を軸方向移動させることなく、より迅速に係合凸部５４を係合凹部５５に係合させることができる。また、可動鉄心５３のストローク位置に基づいて転舵モータ３４の作動を制御して後輪２Ｒを転舵させることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、第１及び第２当接面８１，８２を係合凹部５５から離間するにつれて底面５５ａからの高さが一定割合で徐々に高くなるように形成したが、これに限らず、例えば係合凹部５５に近いほど高さの変化が急峻となるように形成してもよい。また、第１及び第２当接面８１，８２を係合凹部５５に近接するにつれて底面５５ａからの高さが徐々に高くなるように形成してもよい。

・上記実施形態では、第１及び第２当接面８１，８２を係合凹部５５から離間するにつれて底面５５ａからの高さが徐々に高くなるように形成したが、これに限らず、次のように形成してもよい。図４に示す例では、第１当接面８１は、底面５５ａからの高さがその全範囲に亘って一定となるように形成され、第２当接面８２は、底面５５ａからの高さが第１当接面８１よりも高い位置で全範囲に亘って一定となるように形成されている。このように構成しても、可動鉄心５３の係合凸部５４が第１当接面８１に当接したときのストローク位置と、第２当接面８２に当接したときのストローク位置とが一致しないため、可動鉄心５３のストローク位置に基づいて可動鉄心５３が係合凹部５５の軸方向のどちら側に位置するかが検出可能となる。これにより、後輪２Ｒの転舵角を中立位置に戻す際に、後輪２Ｒの転舵角を検出しなくても、より迅速に係合凸部５４を係合凹部５５に係合させることができる。

・上記実施形態では、可動鉄心５３のストローク位置を荷重センサ６１により検出される荷重Ｗに基づいて検出したが、これに限らず、例えば可変抵抗器を用いて可動鉄心５３のストローク位置を検出してもよい。

・上記実施形態では、可動鉄心５３のストローク位置に基づいて後輪２Ｒの転舵角を推定したが、これに限らず、例えば転舵モータ３４の回転角や、左右の後輪２Ｒの車輪速差に基づいて後輪２Ｒの転舵角を推定してもよい。また、舵角センサ等によって後輪２Ｒの転舵角を直接検出してもよい。

・上記実施形態では、車速ＳＰＤが所定車速以上の場合に後輪２Ｒの転舵角を中立位置で保持するようにしたが、これ以外の条件が成立した場合に中立位置で保持するようにしてもよい。また、車速ＳＰＤが所定車速未満の場合において、例えば操舵トルクに基づいて後輪２Ｒの転舵角を制御する等、後輪操舵装置４の制御態様は適宜変更可能である。

１…車両、２Ｆ…前輪、２Ｒ…後輪、３…前輪操舵装置、４…後輪操舵装置、３１…後輪転舵軸、３２…転舵軸駆動装置、４１…ロック装置、４３…ソレノイド、５１…固定鉄心、５２…ソレノイドコイル、５３…可動鉄心、５４…係合凸部、５５…係合凹部、５５ａ…底面、５５ｂ…第１側面、５５ｃ…第２側面、６１…荷重センサ、７１…ＥＣＵ、８１…第１当接面、８２…第２当接面。

Claims (2)

1. 軸方向移動することにより後輪を転舵させる後輪転舵軸と、前記後輪転舵軸を軸方向移動させる転舵軸駆動装置と、前記後輪転舵軸の軸方向移動を規制可能なロック装置と、を備えた後輪操舵装置において、
   前記ロック装置は、前記後輪転舵軸に形成された係合凹部に係合可能な係合凸部を有するロック部材、前記ロック部材を往復動させて前記係合凸部を前記凹部に係脱させるロックアクチュエータ、及び前記ロック部材のストローク位置を検出するストロークセンサを有し、
   前記後輪転舵軸は、該後輪転舵軸における前記係合凹部の軸方向一方側に設けられた第１当接面に前記係合凸部が当接したときのストローク位置と、前記係合凹部の軸方向他方側に設けられた第２当接面に前記係合凸部が当接したときのストローク位置とが一致しないように形成されたことを特徴とする後輪操舵装置。
2. 請求項１に記載の後輪操舵装置において、
   前記第１及び第２当接面は、該各当接面における軸方向の任意の二位置に前記係合凸部が当接したときのストローク位置が一致しないようにそれぞれ形成されたことを特徴とする後輪操舵装置。