JP5796735B2 - 後輪操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、前後輪の両方が転舵可能な四輪操舵車に適用可能な後輪操舵装置に関する。

前後輪の両方が転舵可能な四輪操舵車が知られている。四輪操舵車は、前輪に加えて後輪も転舵させることによって、駐車時などの低速走行状態において、小さな旋回半径で小回りすることができる。これにより、たとえば縦列駐車の際に、何度もハンドルを切り返さなくて済む。
このような四輪操舵車において後輪を操舵する後輪操舵装置が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１には、四輪操舵車の一例が示されている。具体的には、車体の後部には、後輪が取り付けられた左右１対のナックルシャフトが転舵自在に取り付けられていて、これらのナックルシャフトは、タイロッドによって連結されている。また、各ナックルシャフトには、車体に取り付けられたステアシリンダのピストンロッドが連結されており、ピストンロッドのストロークに応じて、各ナックルシャフトが後輪を伴って転舵する。特許文献１に記載の四輪操舵車では、これらのナックルシャフト、タイロッドおよびステアリングシリンダが、後輪操舵装置を構成している。

特開２００６−３５９１７号公報

四輪操舵車が高速走行している場合には、車体を安定させるために、後輪の転舵角が零の中立状態で、後輪の転舵がロックされていることが望ましい。しかし、予期せぬトラブル等によって、後輪の転舵角が零に戻りきっていない状態で後輪の転舵がロックされてしまうことも想定される。このような場合、後輪の転舵がロックされた後に、後輪を中立状態まで復帰させることができるとよい。

この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、中立状態に戻りきる前に後輪の転舵がロックされた場合に、後輪を中立状態まで確実に復帰させることができる後輪操舵装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、前後輪（２，３）の両方が転舵可能な四輪操舵車（１）に適用可能な後輪操舵装置（１１）であって、１対の後輪間に連結されており、車幅方向にスライドすることによって１対の後輪を転舵させる連結アーム（４０）、前記連結アームに設けられ、外側からピンが嵌まり込むことのできる凹部（６１）、前記連結アームが車幅方向にスライドしない中立位置にあるときに前記凹部に対向する位置に設けられていて、進出状態にあるときには前記凹部に嵌まり込んで前記連結アームのスライドをロックし、退避状態にあるときには前記凹部から外れて前記連結アームのスライドロックを解除するピン部材（６３）、および車速が所定速度以下の低速状態にある場合には前記ピン部材を退避状態とし、車速が前記所定速度を上回ると前記ピン部材を進出状態とする進退制御手段（２５）を含み、前記連結アームには、前記凹部を中心に前記連結アームの長さ方向の両側に連設され、前記進出状態のピン部材を前記凹部へ案内するためのガイド溝（６２）が形成されていて、前記ガイド溝は、前記凹部へ向けて階段状に徐々に深くなっていることを特徴とする、後輪操舵装置である。

請求項２記載の発明は、前記ガイド溝を階段状に深くさせるように構成された複数の段部を含み、前記所定速度が高くなるのに応じて、隣り合う前記段部の先端をつなぐ直線の前記車幅方向に対する傾斜角度が大きく設定されていることを特徴とする、請求項１記載の後輪操舵装置である。

請求項３記載の発明は、前記ガイド溝は、前記長さ方向に関して前記凹部に近い第１領域（Ａ）と、前記長さ方向に関して前記第１領域よりも前記凹部から遠い第２領域（Ｂ）とを含み、前記第２領域における前記傾斜角度は、前記第１領域における前記傾斜角度よりも大きいことを特徴とする、請求項２記載の後輪操舵装置である。
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１記載の発明によれば、連結アームが中立位置にあるときには、１対の後輪は、それぞれの転舵角が零となった中立状態にある。ここで、車速が所定速度を上回った高速状態にある場合には、ピン部材が進出状態になることで、連結アームが中立位置でロックされるので、後輪が中立状態でロックされて転舵できなくなる。一方、車速が所定速度以下の低速状態にある場合には、ピン部材が退避状態になることで連結アームのスライドロックが解除されるので、後輪の転舵が可能になる。

万が一だが、連結アームが中立位置にない場合、つまり、後輪が中立状態に戻りきる前にピン部材が進出状態になって連結アームに当接することで、連結アームのスライド（後輪の転舵）がロックされることが想定される。
このようなことが発生したとしても、四輪操舵車がしばらく直進を続ければ、後輪が路面から受ける反力（いわゆるセルフアライニングトルク）によって中立状態へ戻ろうとし、これに応じて連結アームが中立位置へ戻ろうとする。ここで、連結アームには、進出状態のピン部材を凹部へ案内するためのガイド溝が形成されている。そのため、ピン部材は、後輪が中立状態に戻りきる前に進出状態になったとしても、中立位置へ戻ろうとする連結アームのガイド溝に案内されることで凹部に嵌まり込むことができ、これに応じて、連結アームがロックされた位置が中立位置まで矯正されるので、後輪を中立状態まで確実に復帰させることができる。

ガイド溝は、凹部へ向けて階段状に徐々に深くなっているとよい。
請求項２記載の発明によれば、後輪が中立状態に戻りきる前に進出状態になったピン部材は、傾斜が急なガイド溝に案内されることで凹部に速やかに嵌まり込むので、後輪を中立状態まで速やかに復帰させることができる。

請求項３記載の発明によれば、後輪が中立状態に戻りきる前に進出状態になったピン部材は、ガイド溝において傾斜が急な第２領域に案内されることで凹部側へ速やかに向うので、後輪を中立状態近傍まで速やかに復帰させることができる。
そして、ガイド溝が深くなる度合いを、第１領域に比べて第２領域において高くすれば、ガイド溝の傾斜は、第２領域では急であるものの、第１領域では緩やかになる。この場合、ガイド溝が深くなる度合いが第１領域および第２領域の全域に亘って一律に高い場合に比べて、ガイド溝全体を浅くすることができる。これにより、ガイド溝が設けられる連結アームを、強度が高くない安価な材料で形成することができる。

図１は、この発明の一実施形態に係る四輪操舵車１の模式的な平面図であって、四輪操舵車１が低速で直進している状態を示している。 図２は、四輪操舵車１の模式的な平面図であって、四輪操舵車１が低速で旋回している状態を示している。 図３は、四輪操舵車１の模式的な平面図であって、四輪操舵車１が高速で直進している状態を示している。 図４は、図２において後輪３が転舵したままロックした状態を示している。 図５（ａ）は、図４において前輪２を中立状態に戻した様子を示しており、図５（ｂ）は、図５（ａ）の要部拡大図であり、図５（ｃ）〜図５（ｅ）は、四輪操舵車１が直進走行するのに従って図５（ａ）の要部の状態が時系列順に変わっていく様子を示している。 図６は、凹部６１およびガイド溝６２の付近における後側ラック軸４０の要部断面図であり、図６（ａ）は、第１の変形例に係るガイド溝６２を示し、図６（ｂ）は、第２の変形例に係るガイド溝６２を示し、図６（ｃ）は、第３の変形例に係るガイド溝６２を示し、図６（ｄ）は、第４の変形例に係るガイド溝６２を示し、図６（ｅ）は、第５の変形例に係るガイド溝６２を示し、図６（ｆ）は、第６の変形例に係るガイド溝６２を示している。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る四輪操舵車１の模式的な平面図であって、四輪操舵車１が低速で直進している状態を示している。図２は、四輪操舵車１の模式的な平面図であって、四輪操舵車１が低速で旋回している状態を示している。
なお、以下では、図１における四輪操舵車１の姿勢を基準として、四輪操舵車１の方向を規定する。具体的には、図１では、紙面左側が四輪操舵車１の左側で、紙面右側が四輪操舵車１の右側で、紙面上側が四輪操舵車１の前側で、紙面下側が四輪操舵車１の後側である。図１の左右方向が四輪操舵車１の車幅方向である。図示された太線矢印は、四輪操舵車１の進行方向を示している（図２や、後述する図３〜図５においても同様）。

図１を参照して、四輪操舵車１は、左右１対の前輪２と、左右一対の後輪３と、四輪操舵システム４とを含んでいる。
前輪２および後輪３のそれぞれは、円筒状のホイール５と、ホイール５に取り付けられる円筒状または円柱状のハブ６と、ホイール５に外嵌される環状のタイヤ７とを含んでいる。前輪２および後輪３のそれぞれの回転軸方向は、ホイール５、ハブ６およびタイヤ７の軸線方向と一致している。

四輪操舵システム４は、前輪操舵装置１０と、後輪操舵装置１１とを含んでいる。
前輪操舵装置１０は、ステアリングホイール１２と、入力軸１３と、トーションバー１４と、出力軸１５と、中間軸１６と、ピニオン軸１７と、前側ピニオン１８と、前側ラック軸１９と、タイロッド２０と、ナックルアーム２１と、ウォームホイール２２と、ウォーム２３とを含んでいる。さらに、前輪操舵装置１０は、第１電動モータ２４と、進退制御手段としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）２５と、トルクセンサ２６と、車速センサ２７とを含んでいる。

ステアリングホイール１２は、入力軸１３に連結されていて、入力軸１３は、トーションバー１４を介して出力軸１５につながっている。入力軸１３、トーションバー１４および出力軸１５は、同軸状に配置されていて、これらのまとまりは、ステアリングシャフト２８を構成している。ステアリングホイール１２を回転させると（操舵すると）、ステアリングシャフト２８がステアリングホイール１２とともに回転する。この際、トーションバー１４が捩れることによって、入力軸１３および出力軸１５は回転方向においてずれるように相対的に変位する。出力軸１５は、ユニバーサルジョイント２９を介して中間軸１６につながっていて、中間軸１６は、ユニバーサルジョイント３０を介してピニオン軸１７につながっている。ピニオン軸１７には、前側ピニオン１８が連結されている。

前側ラック軸１９は、車幅方向に沿って長手であり、車幅方向において所定範囲内でスライド可能である。前側ラック軸１９の長手方向途中（ここでは、長手方向中央）には、ラック３１が当該長手方向に亘って形成されている。前側ピニオン１８とラック３１とが噛み合っており、ラックアンドピニオン機構が構成されている。前側ラック軸１９の長手方向両端には、タイロッド２０が連結されている。

ナックルアーム２１は、各前輪２のハブ６に取り付けられている。ナックルアーム２１には、四輪操舵車１の車体１Ａから延びるキングピン３２が挿通されており、各前輪２は、キングピン３２を中心に転舵することができる。また、左側の前輪２のナックルアーム２１においてキングピン３２より後側の部分は、リンクピン３３を介して左側のタイロッド２０に連結されており、右側の前輪２のナックルアーム２１においてキングピン３２より後側の部分は、リンクピン３３を介して右側のタイロッド２０に連結されている。

ウォームホイール２２は、出力軸１５に対して一体化されている。ウォーム２３は、ウォームホイール２２と噛み合っている。ウォーム２３には、第１電動モータ２４の出力軸（図示せず）が連結されている。第１電動モータ２４が駆動されると、ウォーム２３が回転し、これに伴って、ウォームホイール２２が回転する。ウォームホイール２２は、回転することによって、ステアリングシャフト２８およびステアリングホイール１２に補助トルクを与える。なお、第１電動モータ２４とステアリングシャフト２８との間には、ウォームホイール２２およびウォーム２３以外の伝達機構が介在されていてもよい。

ＥＣＵ２５は、第１電動モータ２４の駆動を制御する。トルクセンサ２６は、ステアリングホイール１２を回転させたときに、回転方向において入力軸１３と出力軸１５との間で生じる相対的な変位量に基づいて、ステアリングホイール１２の回転トルク（操舵トルクともいう）を検出する。車速センサ２７は、四輪操舵車１の車速（進行速度）を検出する。

図１では、左右の前輪２は、転舵しておらず、中立状態（転舵角が零の状態）にある。このときの車幅方向における前側ラック軸１９の位置を中立位置という。前側ラック軸１９が中立位置にあるとき、前側ピニオン１８は、ラック３１の長手方向中央部分と噛み合っている。この状態で、ステアリングホイール１２をいずれかの方向（ここでは、図１における時計回りの方向）へ回転させると、ステアリングシャフト２８、中間軸１６、ピニオン軸１７および前側ピニオン１８がステアリングホイール１２と共回りする。そして、前側ピニオン１８の回転に伴って前側ラック軸１９が車幅方向におけるいずれか（ここでは、左側）へスライドする。前側ラック軸１９のスライドに連動して、各前輪２のナックルアーム２１においてタイロッド２０につながった部分が前側ラック軸１９のスライド方向へ変位し、これに伴って、左右の前輪２は、キングピン３２を中心として転舵する。左右の前輪２が転舵した後の状態が図２に示されている。図２では、前輪２の転舵角αが図示されている。

この状態で、ステアリングホイール１２を、先程回転させたときと同じ量だけ逆向きに回転させると、図１に示すように、前側ラック軸１９が中立位置に戻るとともに、左右の前輪２が中立状態に戻る。
ここで、ステアリングホイール１２を回転させる際、ＥＣＵ２５は、トルクセンサ２６が検出した操舵トルク、および、車速センサ２７が検出した車速に基づいて、ステアリングホイール１２に必要な補助トルクの大きさを算出する。そして、ＥＣＵ２５は、当該大きさの補助トルクがウォームホイール２２からステアリングシャフト２８（ステアリングホイール１２）に与えられるように、第１電動モータ２４の駆動を制御する。このように、前輪操舵装置１０は、いわゆる電動パワーステアリング装置を構成しているので、乗り手は、軽い力でステアリングホイール１２を回転させることによって、前輪２を転舵させることができる。

後輪操舵装置１１は、連結アームとしての後側ラック軸４０と、タイロッド４１と、ナックルアーム４２と、後側ピニオン４３と、ピニオン軸４４と、ウォームホイール４５と、ウォーム４６と、第２電動モータ４７と、ステアリングセンサ５１と、ラック軸センサ５２とを含んでいる。さらに、後輪操舵装置１１は、前述したＥＣＵ２５や車速センサ２７も含んでいる。

後側ラック軸４０は、車幅方向に沿って長手であり、車幅方向において所定範囲内でスライド可能である。後側ラック軸４０の長手方向途中（ここでは、長手方向中央）には、ラック４８が当該長手方向に亘って形成されている。後側ラック軸４０の長手方向両端には、タイロッド４１が連結されている。
ナックルアーム４２は、各後輪３のハブ６に取り付けられている。ナックルアーム４２には、四輪操舵車１の車体１Ａから延びるキングピン４９が挿通されており、各後輪３は、キングピン４９を中心に転舵することができる。また、左側の後輪３のナックルアーム４２においてキングピン４９より後側の部分は、リンクピン５０を介して左側のタイロッド４１に連結されており、右側の後輪３のナックルアーム４２においてキングピン４９より後側の部分は、リンクピン５０を介して右側のタイロッド４１に連結されている。そのため、後側ラック軸４０は、タイロッド４１およびナックルアーム４２を介して、左右１対の後輪３間に連結されている。

後側ピニオン４３は、後側ラック軸４０のラック４８と噛み合っており、これよって、ラックアンドピニオン機構が構成されている。後側ピニオン４３は、ピニオン軸４４に連結されている。
ウォームホイール４５は、ピニオン軸４４および後側ピニオン４３と一体化されている。ウォーム４６は、ウォームホイール４５と噛み合っている。ウォーム４６には、第２電動モータ４７の出力軸（図示せず）が連結されている。第２電動モータ４７が駆動されると、ウォーム４６およびウォームホイール４５が回転することによって、後側ピニオン４３が回転し、後側ピニオン４３の回転に連動して、後側ラック軸４０がスライドする。ＥＣＵ２５は、第２電動モータ４７の駆動を制御する。なお、第２電動モータ４７の出力軸（図示せず）が後側ピニオン４３に直接つながっていてもよい。

ステアリングセンサ５１は、ステアリングホイール１２の回転方向および回転量を検出する。ラック軸センサ５２は、車幅方向における後側ラック軸４０の位置を検出する。
図１では、左右の後輪３は、転舵しておらず、中立状態にある。このときの車幅方向における後側ラック軸４０の位置を中立位置という。後側ラック軸４０が中立位置にあるとき、後側ピニオン４３は、ラック４８の長手方向中央部分と噛み合っている。この状態で、ステアリングホイール１２をいずれかの方向（ここでは、図１における時計回りの方向）へ回転させると、ＥＣＵ２５は、第２電動モータ４７を駆動させる。このとき、ＥＣＵ２５は、ステアリングセンサ５１が検出したステアリングホイール１２の回転方向および回転量と、車速センサ２７が検出した車速とに基づいて、第２電動モータ４７のロータ（図示せず）の回転方向および第２電動モータ４７の回転数または回転速度を制御する。このような第２電動モータ４７の駆動により、後側ピニオン４３が回転して、後側ラック軸４０を車幅方向におけるいずれか（ここでは、右側）へスライドさせる。後側ラック軸４０のスライドに連動して、各後輪３のナックルアーム４２においてタイロッド４１につながった部分が後側ラック軸４０のスライド方向へ変位し、これに伴って、左右の後輪３は、キングピン４９を中心として転舵する。左右の後輪３が転舵した後の状態が図２に示されている。図２では、後輪３の転舵角βが図示されている。ここで、後側ラック軸４０は、車幅方向にスライドすることによって左右の後輪３を転舵させている。

この状態で、ステアリングホイール１２を、先程回転させたときと同じ量だけ逆向きに回転させると、第２電動モータ４７の駆動によって、図１に示すように、後側ラック軸４０が中立位置に戻るとともに、左右の後輪３が中立状態に戻る。
このように、この四輪操舵車１は、前輪２および後輪３の両方が転舵可能である。ちなみに、後輪３の転舵は、ステアリングホイール１２を回転させる人力ではなく、第２電動モータ４７の駆動によって行われる。また、図２に示すように、前輪２の転舵方向（図２では右向き）と後輪３の転舵方向（図２では左向き）とを逆にすれば、前輪２の転舵方向へ向けて、四輪操舵車１をより小さい回転半径で小回りさせることができる。また、設定に応じて、前輪２および後輪３を同じ方向へ転舵させることもでき、この場合には、四輪操舵車１を、前後方向に対して左右に傾斜する方向へ直線移動（斜め移動）させることができる。四輪操舵車１を、このように小回りさせたり、斜め移動させたりすることによって、円滑に駐車することができる。なお、前輪２および後輪３の両方が転舵する場合、一般的に前輪２の転舵角αは後輪３の転舵角βよりも大きくなるが、転舵角αと転舵角βとが同じになってもよい。また、ステアリングホイール１２を回転させたときに前輪２および後輪３のそれぞれが転舵を開始するタイミングにずれがあってもよい。

図１を参照して、後輪操舵装置１１は、さらに、転舵ロック機構６０を含んでいる。
図３は、四輪操舵車１の模式的な平面図であって、四輪操舵車１が高速で直進している状態を示している。図４は、図２において後輪３が転舵したままロックした状態を示している。図５（ａ）は、図４において前輪２を中立状態に戻した様子を示しており、図５（ｂ）は、図５（ａ）の要部拡大図であり、図５（ｃ）〜図５（ｅ）は、四輪操舵車１が直進走行するのに従って図５（ａ）の要部の状態が時系列順に変わっていく様子を示している。

転舵ロック機構６０は、凹部６１と、ガイド溝６２と、ピン部材６３と、ガイド窪み６４と、付勢部材６５と、アクチュエータ６６とを含んでいる。
凹部６１は、後側ラック軸４０の表面においてラック４８を避けた位置（図１では、ラック４８より左側）に設けられており、後側ラック軸４０の内部へ向けて凹んでいる。
ガイド溝６２は、後側ラック軸４０の表面に形成されていて、詳しくは、凹部６１を中心に後側ラック軸４０の長さ方向（車幅方向）両側に連設されている。つまり、ガイド溝６２は、凹部６１に対して車幅方向両側から連続するように設けられている。図１に示すガイド溝６２は、凹部６１へ向けて階段状に徐々に深くなっている。そのため、ガイド溝６２は、凹部６１の車幅方向両側のそれぞれに、所定数（ここでは、４つ）の段部６７を有している。凹部６１の車幅方向両側のそれぞれにおいて、これらの段部６７は、凹部６１の深さ方向かつ車幅方向において凹部６１へ向けて徐々に接近するように、連なって傾斜している。このような階段状のガイド溝６２および凹部６１のまとまりは、後側ラック軸４０において逆ピラミッド状の断面を形成している。

また、ガイド溝６２全体の車幅方向における寸法は、後側ラック軸４０のスライド範囲（最大ストローク幅ともいう）以上となるように設定されている。
ピン部材６３は、柱状の本体６３Ａと、本体６３Ａから細長く突き出たピン状の先端６３Ｂとを一体的に含んでいる。
ガイド窪み６４は、車体１Ａにおいて後側ラック軸４０を臨む位置に設けられており、後側ラック軸４０から離れる方へ細長く窪んでいる。ピン部材６３は、先端６３Ｂが後側ラック軸４０を臨んだ状態で、ガイド窪み６４内に収容されている。ピン部材６３では、本体６３Ａが先端６３Ｂよりも、ガイド窪み６４の底側に位置している。ピン部材６３は、ガイド窪み６４内に収容された状態で、スライド可能である。

ここで、図１に示すように後側ラック軸４０が車幅方向にスライドしない中立位置にあるときにおいて、ガイド窪み６４内に収容されたピン部材６３（特に先端６３Ｂ）は、凹部６１に後側ラック軸４０の外側からちょうど対向する位置にある。つまり、ピン部材６３（先端６３Ｂ）は、中立位置にある後側ラック軸４０における凹部６１と車幅方向において同じ位置にある。このとき、凹部６１には、後側ラック軸４０の外側からピン部材６３の先端６３Ｂがちょうど嵌まり込むことができる（図３参照）。

前述したようにガイド溝６２全体の車幅方向における寸法は、後側ラック軸４０のスライド範囲以上なので、後側ラック軸４０がスライド可能な範囲内におけるいずれの位置（中立位置を除く）にあっても、ピン部材６３（先端６３Ｂ）は、必ずガイド溝６２に対向するようになっている。
付勢部材６５は、たとえば、圧縮ばねであり、ガイド窪み６４の底とピン部材６３の本体６３Ａとの間に、圧縮した状態で配置されている。付勢部材６５は、伸びようとする付勢力によって、ピン部材６３全体を、ガイド窪み６４からはみ出て後側ラック軸４０の凹部６１へ接近する方向へ付勢している。

アクチュエータ６６は、たとえばソレノイドを含み、ＥＣＵ２５の制御によってＯＮ・ＯＦＦされる。アクチュエータ６６は、ＯＮ状態では、ピン部材６３全体を、ガイド窪み６４内へ押し込む方向（破線矢印方向）へ付勢しており、ＯＦＦになると、この付勢を停止する。そのため、ピン部材６３は、アクチュエータ６６がＯＮのときには、退避状態にあってガイド窪み６４内にほとんど収容されており（図１および図２参照）、アクチュエータ６６がＯＦＦのときには、付勢部材６５のみに付勢されることによって、ガイド窪み６４から後側ラック軸４０へ部分的にはみ出た進出状態になる（図３〜図５参照）。ＥＣＵ２５は、アクチュエータ６６のＯＮ・ＯＦＦを制御することによって、ピン部材６３を退避状態にしたり、進出状態にしたりすることができる。なお、退避状態にあるピン部材６３が後側ラック軸４０のスライドを邪魔することはない。

ピン部材６３では、少なくとも一部分がガイド窪み６４内に常に収容されているので、ピン部材６３は、進出状態と退避状態とにスライド可能であるものの、車幅方向に動くことはできない。そのため、図３に示すように、後側ラック軸４０が中立位置にあるときに進出状態にあるピン部材６３は、先端６３Ｂにおいて凹部６１に嵌まり込み、これによって、中立位置にある後側ラック軸４０のスライドをロックする。逆に、図１に示すように、退避状態にあるときのピン部材６３は、凹部６１から外れて後側ラック軸４０のスライドロックを解除する。

次に、四輪操舵車１が走行している最中における転舵ロック機構６０の動作について説明する。ここで、四輪操舵車１の走行状態を、車速が所定速度（たとえば、１０ｋｍ／ｈ）以下の低速状態と、車速が当該所定速度を上回る高速状態とに区別することにする。駐車させるときの四輪操舵車１は、低速状態にある。ＥＣＵ２５は、車速センサ２７の検出結果に基づいて、四輪操舵車１の走行状態を判別する。

低速状態では、四輪操舵車１を小回りさせる頻度が高いことから、前輪２だけでなく、後輪３も転舵できるように、ＥＣＵ２５は、ピン部材６３を退避状態にして後側ラック軸４０のスライドロックを解除する（図１参照）。これにより、図２に示すように前輪２だけでなく、後輪３の転舵も可能になるので、低速状態において四輪操舵車１を小回りさせることができる。

一方、図３に示す高速状態では、四輪操舵車１の車体を安定させるためには、後輪３を中立状態でロックして転舵させないほうが望ましいので、ＥＣＵ２５は、まず第２電動モータ４７を駆動させて後側ラック軸４０を中立位置にしてから、ピン部材６３を進出状態にして、後側ラック軸４０を中立位置でロックする。これにより、後輪３が中立状態でロックされて転舵できなくなる。

なお、ＥＣＵ２５は、ラック軸センサ５２による検出結果に基づいて、後側ラック軸４０が中立位置にあるか否かを判別する。また、ＥＣＵ２５は、今まで転舵していた前輪２が中立状態に戻るのに連動して後側ラック軸４０を中立位置に戻すようにしてもよいし、前輪２の転舵状態にかかわらず、四輪操舵車１が低速状態から高速状態に移る直前に後側ラック軸４０を中立位置に戻すようにしてもよい。

ここで、万が一だが、図４に示すように、低速状態において、後側ラック軸４０が中立位置にない場合、つまり、後輪３が中立状態に戻りきる前にピン部材６３が進出状態になって後側ラック軸４０に当接することで、後側ラック軸４０のスライド（後輪３の転舵）がロックされることが想定される。その原因として、ＥＣＵ２５がＯＦＦ指令を出力していないのにアクチュエータ６６が故障によりＯＦＦになることでピン部材６３が進出状態になることが挙げられる。または、ラック軸センサ５２の検出不良によって、後側ラック軸４０が実際には中立位置にないのに、ＥＣＵ２５が、後側ラック軸４０が中立位置にあると判別して、ピン部材６３を進出状態にすることも原因として挙げられる。

このように後輪３が中立状態に戻っていない状態でピン部材６３が進出状態になっても、ピン部材６３が進出した先には、必ずガイド溝６２があるので、進出状態のピン部材６３の先端６３Ｂは、ガイド溝６２に嵌まり込む。図４に示すように、後輪３が目一杯転舵した状態でピン部材６３が進出状態になると、ピン部材６３の先端６３Ｂは、ガイド溝６２の車幅方向における端部に嵌まり込む。図４では、ピン部材６３の先端６３Ｂは、ガイド溝６２の車幅方向における端部（図４における左端部）にある段部６７に係合している。このとき、ピン部材６３の先端６３Ｂが、ガイド溝６２における後側ラック軸４０に当接していることから、後側ラック軸４０のスライドがロックされるとともに、後輪３が転舵したままの状態でロックされる。

このとき、付勢部材６５がピン部材６３をガイド溝６２側へ付勢しているとともに、ピン部材６３の先端６３Ｂがガイド溝６２の段部６７に車幅方向（図４では右側）から係合している。これにより、ピン部材６３の先端６３Ｂがガイド溝６２から外れることで後側ラック軸４０が中立位置からさらに離れ、後輪３の転舵角が大きくなってしまうことを防止できる。

このように後輪３が中立状態に戻りきる前に後輪３の転舵がロックされても、図５（ａ）に示すように、ステアリングホイール１２を操舵して前輪２を中立状態にすれば、四輪操舵車１は低速状態でしばらく直進を続ける。すると、転舵したままロックされている後輪３は、路面から受ける反力によるセルフアライニングトルクを受けることで中立状態まで戻ろうとする。図５（ａ）の場合には、各後輪３は、右向きに転舵しようとする。これに応じて、左右の後輪３間に連結された後側ラック軸４０には、図５（ｂ）に示すように、中立位置へ向かう左向きの力（破線矢印参照）が作用し、後側ラック軸４０が中立位置へ戻ろうとする。ここで、ピン部材６３が付勢部材６５に付勢されてガイド溝６２を押すことで生じる、後側ラック軸４０の左右への動きを妨げようとする力よりも、セルフアライニングトルクにより後側ラック軸４０が動こうとする力の方が大きくなるよう設定しておく。

これにより、後側ラック軸４０は、車幅方向において、中立位置側（図５では左側）へ向けてピン部材６３に対して相対移動する。このとき、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示すように、ピン部材６３の先端６３Ｂは、ガイド溝６２にガイドされることで、ガイド溝６２内において徐々に凹部６１側へ近付いていく。ピン部材６３の先端６３Ｂに着目すると、ピン部材６３の先端６３Ｂは、ガイド溝６２内において、凹部６１に近い側の段部６７へと順に受け渡されることによって、凹部６１へ向けて車幅方向へずれつつ、ガイド溝６２内へ深く進出していく。このように、ガイド溝６２は、進出状態のピン部材６３を凹部６１へ案内している。そして、ピン部材６３が凹部６１に近付くのに応じて、後側ラック軸４０が中立位置へ徐々に近付いていくとともに、後輪３が中立状態へ徐々に近付いていく。ここで、ピン部材６３の先端６３Ｂが、凹部６１に近い側の段部６７に受け渡されると、その都度、受け渡される直前の段部６７に対して車幅方向（図５（ａ）〜図５（ｄ）では右側）から係合するので、凹部６１から離れる方向へずれないようになっている。

そして、最終的に、ピン部材６３の先端６３Ｂは、図５（ｅ）に示すように、凹部６１に嵌まり込む。このとき、図３に示すように、後側ラック軸４０が中立位置まで戻るとともに、左右の後輪３が中立状態まで戻る。後側ラック軸４０が中立位置まで戻った状態では、ピン部材６３の先端６３Ｂが凹部６１に嵌まり込んで後側ラック軸４０のスライドをロックしているので、後側ラック軸４０は中立位置に固定され、後輪３は中立状態で固定される。

このように、ピン部材６３は、後輪３が中立状態に戻りきる前に進出状態になったとしても、中立位置へ戻ろうとする後側ラック軸４０のガイド溝６２に案内されることで凹部６１に嵌まり込むことができ、これに応じて、後側ラック軸４０がロックされた位置が中立位置まで矯正されるので、後輪３を中立状態まで確実に復帰させることができる。
次に、変形例について説明する。

図６は、凹部６１およびガイド溝６２の付近における後側ラック軸４０の要部断面図であり、図６（ａ）は、第１の変形例に係るガイド溝６２を示し、図６（ｂ）は、第２の変形例に係るガイド溝６２を示し、図６（ｃ）は、第３の変形例に係るガイド溝６２を示し、図６（ｄ）は、第４の変形例に係るガイド溝６２を示し、図６（ｅ）は、第５の変形例に係るガイド溝６２を示し、図６（ｆ）は、第６の変形例に係るガイド溝６２を示している。

図６（ａ）〜図６（ｆ）のそれぞれにおいて、ガイド溝６２は、前述したように階段状であってもよいが（点線部分参照）、実線で示すように凹部６１へ向けて直線状に徐々に深くなっていてもよい。ガイド溝６２が直線状に深くなる場合には、ガイド溝６２の溝壁６２Ａは、車幅方向に対して傾斜しつつ凹部６１へ向かうテーパー面となる。
そして、後輪３の最大転舵角が小さければ、その分、後側ラック軸４０の車幅方向へのスライド範囲も狭くなるので、ガイド溝６２の車幅方向における寸法も小さくなる。後輪３の最大転舵角が相対的に小さい場合は、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示されており、後輪３の最大転舵角が相対的に大きい場合は、図６（ｄ）〜図６（ｆ）に示されている。図６（ｄ）の場合では、図６（ａ）の場合に比べて、後輪３の最大転舵角が大きくなる分、ガイド溝６２の車幅方向における寸法Ｘが大きくなっている。同様に、図６（ｅ）の場合では、図６（ｂ）の場合に比べて、後輪３の最大転舵角が大きくなる分、ガイド溝６２の車幅方向における寸法が大きくなっており、図６（ｆ）の場合では、図６（ｃ）の場合に比べて、後輪３の最大転舵角が大きくなる分、ガイド溝６２の車幅方向における寸法が大きくなっている。

また、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して、後輪３の最大転舵角に差がなくても、ピン部材６３が進出状態になるときの車速（低速状態と高速状態との境界における車速の上限）が高くなるのに応じて、ガイド溝６２が深くなる度合いが高く設定されている。「ガイド溝６２が深くなる度合いが高い」とは、ガイド溝６２が直線状に徐々に深くなっている場合には、車幅方向に対するガイド溝６２の溝壁６２Ａの傾斜角度γが大きくなっていることであり、ガイド溝６２が階段状に徐々に深くなっている場合には、隣り合う段部６７の先端をつなぐ直線Ｙ（前述した溝壁６２Ａ上に位置することになる）の傾斜角度γが大きくなっていることである。傾斜角度γが大きくなっていることは、溝壁６２Ａや直線Ｙの傾斜が急になっていることを意味する。

図６（ａ）の場合において、ピン部材６３が進出状態になるときの車速が高くなるのに応じて、図６（ｂ）では、ガイド溝６２が深くなる度合いが高く設定されている。同様に、図６（ｄ）の場合において、ピン部材６３が進出状態になるときの車速が高くなるのに応じて、図６（ｅ）では、ガイド溝６２が深くなる度合いが高く設定されている。ガイド溝６２が階段状（点線部分参照）である場合、ガイド溝６２が深くなる度合いが高くなるようにするために、ガイド溝６２における各段部６７の段差（ガイド溝６２の深さ方向における寸法）を大きくしたり、隣り合う段部６７の間隔（車幅方向における各段部６７の寸法）を小さくしたり、段部６７の数を増やしたりすることができる。

図６（ｂ）および図６（ｅ）に示すように、車速が高くなるのに応じて、ガイド溝６２が深くなる度合いが高く設定されていれば、後輪３が中立状態に戻りきる前に進出状態になったピン部材６３は、傾斜が急なガイド溝６２に案内されることで凹部６１に速やかに嵌まり込む。そのため、後輪３を中立状態まで速やかに復帰させることができる。
なお、車速が低ければ、後輪３がある程度転舵した状態でロックされていても、そのことが四輪操舵車１の走行に与える影響はそれほど大きくない。そのため、後輪３が早急に中立状態に戻らなくてもよい（図６（ａ）および図６（ｄ）参照）。この場合、ガイド溝６２が深くなる度合いが低くてもよく、その分、ガイド溝６２を浅くすることができる。ガイド溝６２が階段状（点線部分参照）である場合、ガイド溝６２が深くなる度合いが低くなるようにするために、ガイド溝６２における各段部６７の段差を小さくしたり、隣り合う段部６７の間隔を大きくしたり、段部６７の数を減らしたりすることができる。そして、ガイド溝６２を浅くすることで、後側ラック軸４０を、強度が高くない安価な材料で形成することができる。

また、図６（ｃ）では、ガイド溝６２が深くなる度合いは、凹部６１に近い第１領域Ａに比べて、第１領域Ａよりも凹部６１から遠い第２領域Ｂにおいて高くなっている。同様に、図６（ｆ）に示すように、ガイド溝６２が深くなる度合いは、凹部６１に近い第１領域Ａに比べて、第１領域Ａよりも凹部６１から遠い第２領域Ｂにおいて高くなっている。
図６（ｃ）および図６（ｆ）の場合、後輪３が中立状態に戻りきる前に進出状態になったピン部材６３は、ガイド溝６２において傾斜が急な第２領域Ｂに案内されることで凹部６１側へ速やかに向うので、後輪３を中立状態近傍まで速やかに復帰させることができる。

そして、ガイド溝６２が深くなる度合いを、第１領域Ａに比べて第２領域Ｂにおいて高くすれば、ガイド溝６２の傾斜は、第２領域Ｂでは急であるものの、第１領域Ａでは緩やかになる。この場合、ガイド溝６２が深くなる度合いが第１領域Ａおよび第２領域Ｂの全域に亘って一律に高い場合（図６（ｂ）および図６（ｅ）参照）に比べて、ガイド溝６２全体を、深さＣの分だけ浅くすることができる。これにより、ガイド溝６２が設けられる後側ラック軸４０を、強度が高くない安価な材料で形成することができる。

なお、後側ラック軸４０の強度に極力影響を与えないためには、ガイド溝６２を浅くする以外に、ガイド溝６２の車幅方向の寸法を小さく抑えてもよい。
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

１…四輪操舵車、２…前輪、３…後輪、１１…後輪操舵装置、２５…ＥＣＵ、４０…後側ラック軸、６１…凹部、６２…ガイド溝、６３…ピン部材、Ａ…第１領域、Ｂ…第２領域

Claims (3)

1. 前後輪の両方が転舵可能な四輪操舵車に適用可能な後輪操舵装置であって、
   １対の後輪間に連結されており、車幅方向にスライドすることによって１対の後輪を転舵させる連結アーム、
   前記連結アームに設けられ、外側からピンが嵌まり込むことのできる凹部、
   前記連結アームが車幅方向にスライドしない中立位置にあるときに前記凹部に対向する位置に設けられていて、進出状態にあるときには前記凹部に嵌まり込んで前記連結アームのスライドをロックし、退避状態にあるときには前記凹部から外れて前記連結アームのスライドロックを解除するピン部材、および
   車速が所定速度以下の低速状態にある場合には前記ピン部材を退避状態とし、車速が前記所定速度を上回ると前記ピン部材を進出状態とする進退制御手段を含み、
   前記連結アームには、前記凹部を中心に前記連結アームの長さ方向の両側に連設され、前記進出状態のピン部材を前記凹部へ案内するためのガイド溝が形成されていて、
   前記ガイド溝は、前記凹部へ向けて階段状に徐々に深くなっていることを特徴とする、後輪操舵装置。
2. 前記ガイド溝を階段状に深くさせるように構成された複数の段部を含み、
   前記所定速度が高くなるのに応じて、隣り合う前記段部の先端をつなぐ直線の前記車幅方向に対する傾斜角度が大きく設定されていることを特徴とする、請求項１記載の後輪操舵装置。
3. 前記ガイド溝は、前記長さ方向に関して前記凹部に近い第１領域と、前記長さ方向に関して前記第１領域よりも前記凹部から遠い第２領域とを含み、
   前記第２領域における前記傾斜角度は、前記第１領域における前記傾斜角度よりも大きいことを特徴とする、請求項２記載の後輪操舵装置。

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