JP2718098B2 - 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） この発明に係る四輪操舵装置は、自動車の操舵装置と
して利用し、自動車の進路を変更する場合に前輪だけで
なく後輪の向きも変える様にする事で、回転半径を小さ
くしたり、或は走行安定性を保持するものである。

（従来の技術） 狭い道での進路変更を容易に行なえる様にすべく自動
車の回転半径を小さくする為、或は、高速走行時に於け
る進路変更でも車両の安定性を保持する為、ステアリン
グホイールを操作した場合に前輪だけでなく後輪も動か
す四輪操舵装置が、近年使用される様になって来てい
る。

この様な四輪操舵装置の構造として従来から、次の
（ａ）〜（ｄ）に示す４種類のものが、一般的に使用さ
れている。

（ａ）前輪用の操舵装置と後輪用の操舵装置とを機械的
に結合し、前輪の動きに応じて後輪を、一定の関係で動
かすもの。

（ｂ）前輪用の操舵装置と後輪用の操舵装置とを油圧回
路により結合し、前輪の動きに応じて後輪を、一定の関
係で動かすもの。

（ｃ）前輪用の操舵装置と後輪用の操舵装置とを油圧機
構により結合してはいるが、後輪が前輪とは独立に動き
得るもの。

（ｄ）前輪用の操舵装置と後輪用の操舵装置とを電気的
にのみ結合しており、後輪が前輪とは独立に動き得るも
の。

これら従来から知られている４種類の四輪操舵装置の
うち、回転半径を小さくする為、後輪の舵角も大きくす
る必要がある場合は、（ａ）（ｂ）の何れかを採用し、
後輪の舵角を大きくする必要のない場合は、一般的に
（ｃ）（ｄ）の何れかを採用する。

これは、（ｃ）（ｄ）２種類の四輪操舵装置の場合に
は、後輪を前輪と独立して制御する為、故障に伴なっ
て、高速走行時等に後輪が大きく操舵された場合に危険
であるのに対し、（ａ）（ｂ）２種類の四輪操舵装置の
場合には、運転者の意志により操舵される前輪と後輪と
が互いに関連してのみ動き、上述の様な危険がない為で
ある。

（発明が解決しようとする課題） 従来から使用されている様な、上述した（ａ）（ｂ）
２種類の四輪操舵装置の場合には、後輪が、運転者の意
志により操舵される前輪と関連してのみ動く為、高速走
行時等に於ける安定性の向上を、必ずしも十分に図る事
ができない。

即ち、前輪の動きと後輪の動きとを互いに関連させる
場合、前輪の舵角が小さい場合には前後輪の位相を同じ
にして（前後輪を同方向に回転させ）、高速走行時に於
けるレーンチェンジ等を安定して行なえる様にする。こ
れに対して、前輪の舵角が大きくなった場合には、前後
輪の位相を逆にして（前後輪を逆方向に回転させ）、車
両の回転半径を小さくし、車庫入れ等を容易に行なえる
様にする。ところが、高速走行時に、予め組み入れてお
く事のできない要因が加わった場合、（従来の二輪操舵
装置の場合よりは格段に安定してはいるが）必ずしも十
分に車両の安定性を確保できなくなる。

例えば、高速走行時に横風を受けたり、或は高速コー
ナリング時に後輪が横滑りを起こした場合、或は飛び出
し等により予期しない急な操舵（急ハンドル）が行なわ
れた場合等でも、後輪を微妙に操舵する事により、車両
の安定性を確保する事ができるが、この場合は、後輪を
前輪とは独立して操舵する事が必要である。ところが、
前記（ａ）（ｂ）２種類の四輪操舵装置の場合、後輪を
前輪と独立しては操舵できない為、この様な場合に対処
する事ができない。

前記（ｃ）（ｄ）２種類の四輪操舵装置の場合は、こ
の様な場合にも対処できるが、安全性の面から、後輪の
舵角を大きくできず、車両の回転半径をあまり小さくで
きない事は、前述の通りである。

本発明の四輪操舵装置は、この様な不都合を解消する
為に考えたもので、後輪の舵角を大きくする事は、前輪
の舵角との関連のみで行なえ、後輪を小さく操舵する事
は、前輪の操舵とは独立して行なえる様にしたものであ
る。

（課題を解決する為の手段） 本発明の四輪操舵装置は、ステアリングホイールの動
きに応じ、前輪の舵角に対応する長さだけ軸方向に移動
する入力側ロッドと、軸方向に亙る移動により、後輪を
操舵する出力側ロッドと、両端部を入力側ロッドと出力
側ロッドとにそれぞれ枢支した第一の連結ロッドと、シ
リンダにスプールを内蔵して成り、このスプールの軸方
向に亙る移動により、圧油供給ポート及び排出ポートと
第一のポート及び第二のポートとの連通を切り換える油
圧切換弁と、上記スプールと共に軸方向に移動する部分
に一端を枢支した第二の連結ロッドと、この第二の連結
ロッドと上記第一の連結ロッドとの中間部同士を揺動自
在に結合する枢支部材と、上記出力側ロッドを囲む位置
に設けられ、この出力側ロッドの中間部外周面に固定し
たピストンを、油密に且つ軸方向に亙る移動自在に嵌装
した油圧シリンダと、この油圧シリンダ内の、ピストン
の両側に位置する第一、第二の室と上記油圧切換弁の第
一、第二のポートとを結ぶ、第一、第二の油圧通路と、
上記第二の連結ロッドの他端に結合され、この第二の連
結ロッドを介して、上記油圧切換弁のスプールを軸方向
に亙って移動させる駆動手段と、ステアリングホイール
の回転角度、ステアリングホイールの回転角速度、前輪
の操舵装置に発生する反力の大きさ、車体の横方向に加
わる加速度、車体に加わる応力のうちから選択される１
乃至は複数の要素を検出するセンサと、このセンサの検
出信号に応じて上記駆動手段を動かす制御器とから構成
する。

（作 用） 上述の様に構成する本発明の四輪操舵装置の場合、先
ず、前輪と後輪とを関連させて操舵する際には、前輪の
操舵操作に伴なって入力側ロッドが軸方向に移動し、こ
の入力側ロッドに一端を、出力側ロッドに他端を、それ
ぞれ枢支した第一の連結ロッドが、中間に設けた枢支部
材を中心として揺動し、上記出力側ロッドを軸方向に移
動させる。この結果、出力側ロッドにより後輪が、前輪
と関連しつつ操舵される。

但し、この場合実際には、先ず第一の連結ロッドが上
記出力側ロッドの枢支部を中心として揺動し、第二の連
結ロッドを介して、上記第一の連結ロッドの中間に設け
た枢支部材と共に軸方向に移動するスプールが、第一、
第二の両連結ロッドに加わるトルクによって軸方向に変
位し、油圧切換弁のポートを切り換える。この瞬間に
は、未だ出力側ロッドは動いていない。

上記油圧切換弁のポート切り換えに伴ない、第一、第
二の油圧通路を介して油圧シリンダへの圧油の給排が行
なわれると、初めてピストンを介して出力側ロッドが軸
方向に移動する。この際に於ける移動方向と移動量と
は、上記第二の連結ロッドとスプールとを結合している
枢支部材の変位を解消するものになる。即ち、油圧切換
弁を通じて油圧シリンダに圧油を給排する事により、第
一、第二の両連結ロッドに加わったトルクに基づく枢支
部材の変位を補正（解消）する。

この変位補正は、実際には瞬時に行なわれる為、第一
の連結ロッドが、あたかも位置固定の、第二の連結ロッ
ドとの結合部に設けた枢支部材を中心として回動した如
く、入力側ロッドの動きが出力側ロッドにそのまま伝え
られ、後輪の操舵を、前輪の操舵と関連させつつ行な
う。従って、この場合の後輪の舵角は、安全性を考慮し
ても、十分に大きくする事が可能になる。

次に、後輪を前輪とは独立して操舵する場合には、セ
ンサからの信号に基づいて制御器が駆動手段に信号を送
る。そして、この駆動手段が、第二の連結ロッドを介し
て油圧切換弁のスプールを、センサが検出した外乱の方
向と大きさとに応じ、適当な方向に適当な長さだけ移動
させる。

この結果、スプールの動きに伴なって油圧切換弁のポ
ートが切り換わり、第一、第二の油圧通路を介して油圧
シリンダへの圧油の給排を行なって、ピストンを介して
出力側ロッドを軸方向に移動させる。この為、後輪の操
舵を、前輪とは独立して行なう。

上記出力側ロッドが、後輪を適切に操舵するのに必要
且つ十分な量だけ軸方向に移動すると、第一、第二の両
連結ロッドの中間部同士を結合している枢支部材を介し
て軸方向に移動するスプールとシリンダとの相対的変位
に基づいて、油圧切換弁のポートが切り換わる。そし
て、油圧シリンダへの圧油の給排が停止して、後輪の舵
角を固定する。

（実施例） 第１〜５図は、本発明の実施例を示している。入力側
ロッド１は、ステアリングホイールの動きに応じ、前輪
の舵角に対応する長さ（バリアブルレシオギアの採用等
により、必ずしも比例しない。）だけ、軸方向（第１図
の左右方向）に移動する。又、出力側ロッド２は、軸方
向（同左右方向）に亙る移動により、後輪を操舵する。
これら入力側、出力側、両ロッド１、２は、互いにほぼ
平行に配置しているが、次に述べる第一の連結ロッド３
との相対的変位を自在とする為、少なくとも一方のロッ
ド１（又は２）は、若干の揺動自在として車体に支持し
ている。但し、第一の連結ロッド３を、十分な剛性を保
持しつつ、若干の伸縮が自在な構造としたり、第一の連
結ロッド３の両端部と入力側、出力側、両ロッド１、２
との枢支部ａ、ｂを、長孔とピンとの係合等により、第
一の連結ロッド３の軸方向に亙り若干の変位自在な構造
とすれば、入力側、出力側、両ロッド１、２を車体に対
して揺動自在に支持する必要はなくなる。

上述の様な入力側ロッド１と出力側ロッド２とに、両
端部をそれぞれ枢支した第一の連結ロッド３の中間部に
は、枢支部材４を介して第二の連結ロッド５の中間部を
結合している。そして、この第二の連結ロッド５の一端
を、油圧切換弁６のスプール７の端部に枢支している。

シリンダ８内にスプール７を、軸方向に亙る変位を自
在として内蔵して成る油圧切換弁６のシリンダ８には、
圧油ポンプ９の吐出口に通じる圧油供給ポート10と、油
タンク11に通じる排出ポート12と、後述する油圧シリン
ダ13の第一、第二の室14、15に通じる第一、第二のポー
ト16、17とを、それぞれ形成している。そして、上記ス
プール７の軸方向に亙る変位に基づき、圧油供給ポート
10及び排出ポート12と、第一のポート16及び第二のポー
ト17との連通を切り換える様にしている。

又、スプール７の一端面を突設した突出杆18の基端部
と先端部とに外嵌した止め輪19、19の外周縁部を、シリ
ンダ８の内周面に形成した段部20、20に対向させると共
に、両止め輪19、19の間に圧縮ばね21を設けている。そ
して、この構成により、外力が加わらない限り上記スプ
ール７を中立位置（第１〜２図に示す位置）に保持す
る、第一のセンタリング機構を構成している。そして、
上記中立位置では、圧油供給ポート10と排出ポート12と
が直接連通して、後述する油圧シリンダ13の何れの室1
4、15にも、圧油の給排が行なわれない様にしている。

又、出力側ロッド２の中間部周囲にも、同様の止め輪
22、22と圧縮ばね23とを設け、各止め輪22、22の外周縁
を、次述する油圧シリンダ13の内周面に形成した段部2
4、24に対向させる事により、第二のセンタリング機構
を構成している。そして、この第二のセンタリング機構
により、外力が加わらない限り上記出力側ロッド２を中
立位置に保持し、後輪に舵角を付与しない様にしてい
る。

上記出力側ロッド２を囲む位置には油圧シリンダ13を
設けており、この油圧シリンダ13に、出力側ロッド２の
中間部外周面に固定したピストン25を、油密に且つ軸方
向に亙る移動自在に嵌装している。そして、この油圧シ
リンダ13内でピストン25の両側に位置する、第一、第二
の室14、15と、前記油圧切換弁６の第一、第二のポート
16、17とを、第一、第二の油圧通路26、27により、互い
に接続している。

一方、油圧切換弁６のスプール７の一端にその一端を
枢支し、中間部を第一の連結ロッド３の中間部に、枢支
部材４を介して揺動自在に結合した第二の連結ロッド５
は、前記第一の連結ロッド３の場合と同様の理由によ
り、軸方向に亙る若干の伸縮を自在としている。そし
て、この第二の連結ロッド５の他端部に、ナット片29を
枢着し、このナット片29と、車体に固定の部分に装着し
たステッピングモータ28の出力軸の外周面に形成した雄
螺子部30とを、互いに螺合させている。この為、ステッ
ピングモータ28の回転に伴なって第二の連結ロッド５
が、枢支部材４を中心として揺動し、スプール７を軸方
向に移動させる。

このステッピングモータ28は、制御器31からの指令信
号により、適当な方向に適当な角度（回転数）だけ回転
させられる。即ち、マイクロコンピュータを内蔵した制
御器31は、ステアリングホイールの回転角度、ステアリ
ングホイールの回転角速度、前輪の操舵装置に発生する
反力の大きさ、車体の横方向に加わる加速度（Ｇ）、横
風や傾斜地走行に伴って車体に加わる応力等、車両の運
行に影響を及ぼすもののうちから選択された１乃至は複
数の要素を検出する、１乃至複数個のセンサからの信号
に応じて求められる自動車の運行状況に応じて、上記ス
テッピングモータ28を、適当な方向に、適当な角度（回
転数）だけ回転させる。このステッピングモータ28の回
転に伴なって、第二の連結ロッド５が枢支部材４を中心
として揺動し、更にこの第二の連結ロッド５がスプール
７を、その軸方向に亙って変位させる。

尚、必要に応じ、ステアリングホイールの操作によっ
て軸方向に移動する入力側ロッド１の動きやステッピン
グモータ28の動きはセンサにより検出し、各センサから
の信号を制御器31に入力して、急激なステアリングホイ
ール操作等に対するフェールセーフ機能を持たせる。

次に、上述の様に構成される本発明の四輪操舵装置を
使用して、車両の操舵を行なう場合の作用に就いて説明
する。

先ず、前輪と後輪とを関連させて操舵する場合には、
前輪の操舵操作に伴なって、入力側ロッド１が軸方向に
移動する。そして、この入力側ロッド１と第一の連結ロ
ッド３の一端との枢支部ａが、第４図のa₀位置から、同
図のa₁位置に迄移動すると、第一の連結ロッド３が、出
力側ロッド２との枢支部ｂを中心として揺動する。そし
て、それ迄第４図に実線で示す状態であった第一の連結
ロッド３が、同図に破線で示す様に変位する。これに伴
なって、第一の連結ロッド３と第二の連結ロッド５との
中間部同士を結合している枢支部材４が、第４図のc₀位
置から同図のc₁位置に迄移動する。

この結果、第二の連結ロッド５とスプール７との枢支
部ｄが、同図のd₀位置からd₁位置に迄移動し、それ迄第
２図に示す状態であったスプール７とシリンダ８との関
係が、第３図に示した状態に迄変化する。そして、油圧
切換弁６の各ポート10、12、16、17が切り換えられて、
圧油供給ポート10と第一のポート16（或は第二のポート
17）とが、排出ポート12と第二のポート17（或は第一の
ポート16）とが、それぞれ連通する。この為、油圧シリ
ンダ13の第一の室14（或は第二の室15）に圧油が、第一
の油圧通路26（或は第二の油圧通路27）を通じて送り込
まれ、第二の室15（或は第一の室14）から油が、第二の
油圧通路27（或は第一の油圧通路26）を通じて排出され
る。この様に油圧切換弁６が切り換えられた瞬間には、
未だ出力側ロッド２は動いておらず、第一の連結ロッド
３と出力側ロッド２との枢支部ｂは、第４図のb₀位置に
存在する。

上述の様に、スプール７の移動に伴なって油圧切換弁
６の各ポート10、12、16、17が切り換えられ、第一、第
二の油圧通路26、27を介して油圧シリンダ13への圧油の
給排が行なわれると、この油圧シリンダ13に嵌装したピ
ストン25を介して出力側ロッド２が軸方向に移動し、後
輪が操舵される。

出力側ロッド２の移動に伴なって、第一の連結ロッド
３と出力側ロッド２との枢支部ｂが、第４図のb₀位置か
らb₁位置に迄移動し、この第一の連結ロッド３が同図の
鎖線で示す状態になると、第一の連結ロッド３の中間部
と第二の連結ロッド５の中間部とを結合している枢支部
材４が、同図のc₁位置からc₀位置に迄移動する（戻
る）。この結果、第一の連結ロッド３の中間部と、スプ
ール７に一端を枢支した第二の連結ロッド５の中間部と
を互いに結合している、枢支部材４の変位が解消され
る。

この変位補正、即ち、入力側ロッド１と出力側ロッド
２の軸方向に亙る移動により、枢支部材４の位置がc₀→
c₁→c₀と移動する操作は、瞬時に行なわれる。この為、
実際には、第一の連結ロッド３があたかもc₀位置に固定
の枢支部４を中心として、第４図に実線で示した状態か
ら同図に鎖線で示した状態に迄回動した如く、入力側ロ
ッド１の動きが出力側ロッド２にそのまま伝えられる。
そして、後輪の操舵が、前輪の操舵と関連させつつ行な
われる。

従って、この場合の後輪の舵角は、安全性を考慮して
も、十分に大きくする事が可能となり、車両の回転半径
を小さくする事ができる。

次に、後輪を前輪とは独立して操舵する場合には、車
両の状態や操舵状態を検知するセンサからの信号に基づ
いて制御器31が、ステッピングモータ28に信号を送る。
そして、このステッピングモータ28が、雄螺子部30、ナ
ット片29を介して、このナット片29と第二の連結ロッド
５の一端との枢支部ｅを、第５図のe₀位置からe₁位置に
迄移動させる。これに伴なって、第二の連結ロッド５が
枢支部材４を中心として、同図に実線で示す状態から破
線で示す状態に迄回動し、この第二の連結ロッド５の他
端とスプール７との枢支部ｄを、同図のd₂位置からd₃位
置に迄移動させる。これに伴ない、油圧切換弁６のスプ
ール７が、センサが検出した外乱の方向と大きさとに応
じ、適当な方向に適当な長さだけ移動する。

このスプール７の動きに伴なって、油圧切換弁６の各
ポート10、12、16、17が切り換えられる。そして、第
一、第二の油圧通路26、27を介し、油圧シリンダ13への
圧油の給排を行ない、ピストン25を介して出力側ロッド
２を、軸方向に移動させる。

この結果、それ迄第５図のb₂位置に存在していた、出
力側ロッド２と第一の連結ロッド３との枢支部ｂが、同
図のb₃位置に迄移動し、後輪の操舵を、入力側ロッド１
の動きに関係なく、前輪とは独立して行なう。

この様にして、出力側ロッド２が、後輪を適切に操舵
するのに必要且つ十分な量だけ軸方向に移動すると、第
一、第二の連結ロッド３、５の中間部同士を結合してい
る枢支部材４が、第５図のc₂位置から同図のc₃位置に迄
移動し、更に第二の連結ロッド５がe₁位置を中心として
破線位置から鎖線位置に迄回動して、この第二の連結ロ
ッド５の他端とスプール７との枢支部ｄが、同図のd₃位
置からd₂位置迄移動する。この為、それ迄第３図に示す
様な状態（各部が第５図の方向に動くと、実際にはスプ
ール７が逆方向に切り換わっている。）であったスプー
ル７とシリンダ８との相対位置関係が、第２図に示す様
な中立状態となる。この結果、油圧シリンダ13への圧油
の給排が停止し、出力側ロッド２がそれ以上は動かなく
なって、後輪の舵角が固定される。外乱が解消された場
合には、逆の動作により後輪の舵角が解消される。

（発明の効果） 本発明の四輪操舵装置は、以上に述べた通り構成され
作用し、後輪の舵角を大きくする事は前輪の舵角との関
連のみで行ない、後輪を小さく操舵する事は前輪の操舵
とは独立して行なう。この為、安全性を確保しつつ車両
の回転半径を小さくできる様にしたまま、高速走行時に
予期しない外乱が加わった場合等に於いても、後輪を微
妙に操舵し、車両の安定性を確保する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は請求項１に記載した発明の実施例を示して
おり、第１図は後輪の操舵機構を示す断面図、第２図は
油圧切換弁の中立状態を、第３図は切り換えられた状態
を、それぞれ示す、第１図のＸ部拡大断面図、第４図は
前輪と後輪とを関連させつつ操舵する場合の、第５図は
後輪を前輪と独立して操舵する場合の、各部の動きを示
すそれぞれ略図である。 1:入力側ロッド、2:出力側ロッド、3:第一の連結ロッ
ド、4:枢支部材、5:第二の連結ロッド、6:油圧切換弁、
7:スプール、8:シリンダ、9:圧油ポンプ、10:圧油供給
ポート、11:油タンク、12:排出ポート、13:油圧シリン
ダ、14:第一の室、15:第二の室、16:第一のポート、17:
第二のポート、18:突出杆、19:止め輪、20:段部、21:圧
縮ばね、22:止め輪、23:圧縮ばね、24:段部、25:ピスト
ン、26:第一の油圧通路、27:第二の油圧通路、28:ステ
ッピングモータ、29:ナット片、30:雄螺子部、31:制御
器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングホイールの動きに応じ、前輪
   の舵角に対応する長さだけ軸方向に移動する入力側ロッ
   ドと、軸方向に亙る移動により、後輪を操舵する出力側
   ロッドと、両端部を入力側ロッドと出力側ロッドとにそ
   れぞれ枢支した第一の連結ロッドと、シリンダにスプー
   ルを内蔵して成り、このスプールの軸方向に亙る移動に
   より、圧油供給ポート及び排出ポートと第一のポート及
   び第二のポートとの連通を切り換える油圧切換弁と、上
   記スプールと共に軸方向に移動する部分に一端を枢支し
   た第二の連結ロッドと、この第二の連結ロッドと上記第
   一の連結ロッドとの中間部同士を揺動自在に結合する枢
   支部材と、上記出力側ロッドを囲む位置に設けられ、こ
   の出力側ロッドの中間部外周面に固定したピストンを、
   油密に且つ軸方向に亙る移動自在に嵌装した油圧シリン
   ダと、この油圧シリンダ内の、ピストンの両側に位置す
   る第一、第二の室と上記油圧切換弁の第一、第二のポー
   トとを結ぶ、第一、第二の油圧通路と、上記第二の連結
   ロッドの他端に結合され、この第二の連結ロッドを介し
   て、上記油圧切換弁のスプールを軸方向に亙って移動さ
   せる駆動手段と、ステアリングホイールの回転角度、ス
   テアリングホイールの回転角速度、前輪の操舵装置に発
   生する反力の大きさ、車体の横方向に加わる加速度、車
   体に加わる応力のうちから選択される１乃至は複数の要
   素を検出するセンサと、このセンサの検出信号に応じて
   上記駆動手段を動かす制御器とから成る四輪操舵装置。