JP6297306B2 - 車両 - Google Patents

Description

この発明は、車輪、特に、通常走行モードとその場旋回等の特殊な走行モードとの間で切り替え可能な、インホイールモータ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。

この転舵機構として、例えば特許文献１に示す構成のものがある。この転舵機構は、タイロッドとナックルアームを用いる左右車輪のステアリングリンク機構を前輪側または後輪側の少なくとも一方に備え、タイロッド長さ、左右のタイロッド間距離または各車輪とナックルアームのなす角度のいずれかを変化させるアクチュエータを設けることで、通常走行、平行移動、小回りのすべての走行をスムーズに行い得るようにしている。

特許文献２に示す転舵機構は、前後輪の左右車輪間に配置され、軸心周りに回転可能なステアリングシャフトと、このステアリングシャフトを左右２分割した間に、分割されたステアリングシャフトの回転方向を正逆方向で切り替える正逆切り替え手段を備えている。この切り替え手段によって、舵角９０度、横方向移動等を可能としている。

特許文献３には、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輪転舵車両の技術について示されている。また、特許文献４には、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について示されている。

特許文献５に係る転舵機構は、左右に独立して移動可能な２つのラックバーを持ち、前記ラックバーのそれぞれを左右いずれかの車輪にタイロッドを介して接続し、前記ラックバーは同期ギアボックスに保持される同期ギアにより、同期ギアボックスに対して反対に移動可能としている。この２つのラックバーには、このラックバーに噛み合うピニオンギアがそれぞれ設けられ、両ピニオンギアの間には、両ピニオンギアの回転軸を結合又は分離可能とする連結機構が設けられている。この連結機構を結合すると、両ラックバーを一体として同方向に同距離だけ移動する、すなわち左右の車輪を同方向に転舵することができる。その一方で、この連結機構を分離すると、両ラックバーを反対方向に同距離移動する、すなわち左右の車輪を逆方向に転舵することができる。

特開平０４−２６２９７１号公報 特許第４６３５７５４号公報 実用新案登録第２６００３７４号公報 特開２００３−１２７８７６号公報 特願２０１３−１５８８７６（未公開）

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に記載の技術は、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の技術は、従来の４輪転舵機構の一例であって後輪転舵を可能としているが、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の技術は、トー調整が可能である反面、車両の横方向移動、小回り等には対応できない。

また、特許文献５に係る転舵機構は、特許文献１〜４の上記課題を解決すべく、出願人が考案したものであり、簡便な機構で横方向移動、小回り等の特殊走行モードを実現している。特に、通常の走行モードから横方向移動、小回りの各モードに変更する際は、左右の前輪の前端同士が、及び、左右の後輪の後端同士が互いに接近するように各車輪の転舵がなされる。

このような特殊走行モードへの変更は、車輪ｗに設けたインホイールモータＭが停止した状態で、運転者によるステアリング操作又はモード変更用アクチュエータの作動のみによって行うこともできる。しかしながら、図７に示すように、キングピン軸Ｐ（操舵の回転軸）の地上との接点をＰ’とタイヤＴの接地中心をＴ’としたときに、両者の位置が一致していないこと（スクラブ半径Ｓ≠０であること）を条件として、インホイールモータＭの駆動力でタイヤＴを回転させて、車輪ｗのキングピン軸Ｐ周りの転舵をアシストすることにより、その転舵をよりスムーズに行うことができる。なお、運転者がステアリングを操作せずに、又はモード変更用アクチュエータを作動させずに、インホイールモータＭの駆動力のみでも転舵は可能である。

このインホイールモータＭのアシストを受けて、例えば図１２に示すように、前輪ＦＬ、ＦＲのみが特殊走行モード（本図ではその場旋回モード）となるように転舵した場合、この前輪ＦＬ、ＦＲに設けられたインホイールモータによって、前輪ＦＬ、ＦＲには、車両前進方向に進む力Ｆｘとキングピン軸周りに転舵する力Ｍｐが発生する。例えば、路面状況等により転舵する力Ｍｐが十分に伝達されなかった場合、転舵する力Ｍｐよりも車両前進方向に進む力Ｆｘの方が大きくなって、車両が不用意に前進する問題が生じ得る。本図では、前輪ＦＬ、ＦＲのみを転舵した場合について示したが、後輪ＲＬ、ＲＲの転舵が前輪ＦＬ、ＦＲの転舵に遅れてなされた場合も、同様に車両が前進する問題が生じ得る。さらに、前輪ＦＬ、ＦＲを特殊走行モードから通常の走行モードに変更する際には、上記とは逆に、車両が不用意に後退する問題が生じ得る。

そこで、この発明は、４輪に舵角を与える車両において、その走行モードの変更の際に、車両が不用意に前進又は後退しないようにすることを課題とする。

この課題を解決するために、この発明においては、左右の前輪を左右逆方向に転舵可能とする前輪用のステアリング装置と、前記前輪用のステアリング装置の作動と同時に、左右の後輪を左右逆方向に、かつ前輪の転舵方向と左右逆方向に転舵可能とする後輪用のステアリング装置と、前記前輪又は後輪のうち少なくとも一方に設けられたインホイールモータと、を備えた車両を構成した。

このように、前後輪のステアリング装置を同時に作動させると、インホイールモータのアシストを受けて、通常の走行モードから横方向移動等の特殊走行モードに変更する際に、前輪には車両前進方向の力Ｆｘが作用する一方で、後輪にはこれとは逆に車両後退方向の力−Ｆｘが作用する。逆に特殊走行モードから通常の走行モードに変更する際は、前輪及び後輪にそれぞれ逆方向の力−Ｆｘ、Ｆｘが作用する。この車両の前後方向に逆向きの力が同時に作用することにより前後方向の力が相殺され、走行モードの変更の際に、車両が不用意に前進又は後退するのを防止することができる。

なお、この構成においては、前後の車輪にインホイールモータを設け、前後のインホイールモータからの駆動力が同時に車輪ｗに伝わるようにするのが最も好ましいが、例えば、左右の前輪にのみインホイールモータを設け、左右の後輪にはインホイールモータを設けない構成とすることも許容される。この構成の場合、後輪には駆動力が作用しないものの、前輪とは逆位相に転舵することにより、前輪にインホイールモータによる駆動力を与えたことに起因する前進又は後退の力を弱める作用を発揮し得るためである。

ここでいう同時とは、完全に同時であることを要求するものではなく、例えば、インホイールモータを作動させてから、車輪が実際に回転するまで若干のタイムラグがある場合は、そのタイムラグ程度の遅延は許容するという意味である。実際に車輪が回転を開始していなければ、車両が不用意に前進又は後退する問題は生じないからである。このタイムラグの時間は、インホイールモータの出力の大小等、種々の要因によって変動する。

前記構成においては、前記前輪用及び後輪用のステアリング装置が、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にそれぞれ接続された対のラックバーと、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の他方向への動きに変換する同期ギアと、前記対のラックバーをそれぞれのラックバーのラックの歯の並列方向に沿って、左右反対方向へ移動させることが可能なラックバー動作手段と、を備え、さらに、前記ラックバー動作手段が、前記一方のラックバーに噛み合う第一ピニオンギアと、前記他方のラックバーに噛み合う第二ピニオンギアと、前記第一及び第二ピニオンギアの回転軸を結合又は分離する連結機構と、を備えた構成とするのが好ましい。

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、横方向移動等、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。

左右の前輪を左右逆方向に転舵するとともに、左右の後輪を左右逆方向に、かつ前輪の転舵方向と逆方向に転舵可能とするステアリング装置を備えた車両において、前輪用及び後輪用のステアリング装置を同時に作動させて走行モードの変更を行うようにした。このようにすることで、走行モード変更時に、車両が不用意に前進又は後退するのを防止することができ、車両の安全性を一層高めることができる。

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 この発明に係る車両を示す平面図 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 この発明に係る車両に用いられるステアリング装置の実施形態を示し、（ａ）は下方からの斜視図、（ｂ）は上方からの斜視図 実施形態に係るステアリング装置の内部を示し、（ａ）は背面図、（ｂ）は平面図 実施形態に係るステアリング装置を示す背面図であって、（ａ）は対のラックバーが接近した状態、（ｂ）は対のラックバーが開いた状態 実施形態に係るステアリング装置を示す側面図であって、（ａ）は連結機構が分離した状態、（ｂ）は連結機構が結合した状態 図２の車両において前輪のみをその場旋回モードとした状態を示す平面図

この発明に係る車両１には、前後輪の転舵を同時に行うことができる限りにおいて、どのようなステアリング装置を用いても構わないが、図８から図１１において詳しく説明するステアリング装置１０、２０を用いるのが特に好ましい。以下、これらの各図に示すステアリング装置１０、２０を採用した車両について、ステアリング装置１０、２０の作用や、各走行モードとしたときの車輪ｗの挙動について詳しく説明する。

この発明に係る車両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。前後輪のうち、前輪又は後輪の２輪のみ、インホイールモータＭを備えた構成とすることもできる。

図１は、この発明に係るステアリング装置を用いた車両１のイメージ図を示す。この車両１は、２人乗車（横並び二人乗り）の超小型モビリティである。この車両１の車輪ｗの転舵は、ステアリング２を操作しステアリングシャフト３を軸周りに回転することによってなされる。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、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、この発明に係るステアリング装置１０、２０をそれぞれ連結したものである。

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。この転舵に際しては、ステアリング２の操作やアクチュエータの動作に加えて、各車輪ｗに設けたインホイールモータＭの駆動力でタイヤＴを回転させて、車輪ｗのキングピン軸Ｐ周りの転舵をアシストするようになっている。なお、運転者によるステアリング２の操作又はモータ等のアクチュエータを動作させずに、インホイールモータＭの駆動力のみでも転舵は可能である。

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１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。図３から図６においても同様である。なお、この図３から図６に示す各走行モードについては、後ほど詳しく説明する。

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。本図中に示すように、キングピン軸Ｐ（操舵の回転軸）の地上との接点をＰ’とタイヤＴの接地中心をＴ’としたときに、両者の位置が一致していないこと（スクラブ半径Ｓ≠０であること）を条件として、車輪ｗに設けたインホイールモータＭの駆動力でタイヤＴを回転させて、車輪ｗのキングピン軸Ｐ周りの転舵をアシストすることができる。

この発明に係るステアリング装置１０、２０の実施形態について説明する。第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、図８（ａ）（ｂ）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。ラックケース５０は、前部カバー５２と後部カバー５１とからなり、車両１の図示しないフレーム（シャーシ）に、フランジ部５０ａを介して直接又は間接的にネジ固定されている。

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。第一回転軸６１（ピニオン軸）は、ステアリングシャフト３に、図示しないステアリングジョイントを介して接続される。

第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、図２に示すように、運転者が行うステアリング２の操作に基づき直接、あるいは、ステアリング２の操作に連動する通常転舵用アクチュエータ３１の動作によって、左右同方向に一体に同距離だけ移動させることができる。この移動により、通常走行時において、左右車輪ｗが左右同方向に転舵する。

このステアリング装置１０、２０は、図９（ａ）に示すように、ラックバー動作手段６０を備えている。このラックバー動作手段６０は、車両１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、第一ラックバー５３と第二ラックバー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を有する。

ラックバー動作手段６０は、図９（ａ）（ｂ）に示すように、対のラックバー５３、５４の互いに対向するラックギア、すなわち、第一ラックバー５３の同期用ラックギア５３ａと第二ラックバー５４の同期用ラックギア５４ａにそれぞれ噛み合う第一同期ギア５５を備える。

第一同期ギア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、この第一ラックバー５３の歯の並列方向に対して一方向へ動くと、その動きが第二ラックバー５４の他方向への動きに変換される。また、第二ラックバー５４の前記他方向への移動量は、第一ラックバー５３の前記一方向への移動量と同じである。

なお、図９（ａ）（ｂ）に示すように、第一同期ギア５５の隣り合うギア５５ａ、５５ｂ間、ギア５５ｂ、５５ｃ間には、それぞれ、第二同期ギア５６を構成するギア５６ａ、５６ｂが配置されている。第二同期ギア５６は、第一ラックバー５３の同期用ラックギア５３ａや第二ラックバー５４の同期用ラックギア５４ａには噛み合わず、第一同期ギア５５にのみ噛み合っている。第二同期ギア５６は、第一同期ギア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。この第二同期ギア５６によって、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を、スムーズに相対移動することが可能となる。

また、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、図１０（ｂ）に示すように、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。この同期用ラックギア５３ａ、５４ａと、転舵用ラックギア５３ｂ、５４ｂを一体に形成してもよいし、これらを別部材として形成し、ボルト等の固定手段で一体に固定してもよい。

ラックバー動作手段６０から入力された駆動力により、第一ラックバー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、第二ラックバー５４には、第一同期ギア５５を介してその力が伝達され、第二ラックバー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。この移動の際には、車輪ｗに設けたインホイールモータＭを駆動させて、その駆動力でタイヤＴを回転させて、車輪ｗの転舵をアシストすることができる。また、ラックバー動作手段６０から入力された駆動力ではなく、インホイールモータＭの駆動力のみでも転舵は可能である。なお、この移動の際は、後述する連結機構６３は分離されている。

ラックバー５３、５４が図１０（ｂ）に示す状態になった後に、連結機構６３を連結する。このように連結することによって、両ラックバー５３、５４は一体となり、ステアリング２の操作によって、左右同方向に同距離だけ移動させることができる。

次に、ラックバー動作手段６０の作用について詳しく説明する。

前輪のステアリング装置１０のラックバー動作手段６０は、運転者が行うステアリング２の回転動作に伴って直接回転する第一回転軸（ピニオンギア軸）６１を備える（図１０（ｂ）参照）。このように、運転者が行うステアリング２の回転動作に伴って第一回転軸６１を直接回転させる代わりに、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、第一回転軸６１側へ回転が伝達されるように切り替えることもできる。

後輪のステアリング装置２０のラックバー動作手段６０は、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回転軸６１と、その第一回転軸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。第一回転軸６１には、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、回転が伝達されるようになっている。

ラックバー動作手段６０は、第一回転軸６１と同一直線上に配置される第二回転軸６４と、その第二回転軸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。

第一ピニオンギア６２は、図１０（ｂ）に示すように、第一ラックバー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との間には、互いに結合及び分離が可能な連結機構６３が設けられている。この連結機構６３は、第一回転軸６１と第二回転軸６４とを相対回転可能な状態（分離状態（図１１（ａ）参照））と相対回転不能な状態（結合状態（図１１（ｂ）参照））とに切り替える機能を有する。

連結機構６３は、本図に示すように、第一回転軸６１側に設けられた移動部６３ａと、第二回転軸６４側に設けられた固定部６３ｂとを備える。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が一体に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を本図における軸方向上向き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とを独立して回転可能な状態、すなわち、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５とを独立して回転可能な状態とすることができる。

このとき、第一ピニオンギア６２は第一ラックバー５３に噛合しており、第二ピニオンギア６５は第二ラックバー５４に噛合している。さらに、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、第一同期ギア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。第一ラックバー５３が横方向に移動することで、第一同期ギア５５が回転し、第二ラックバー５４が第一ラックバー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、第二ラックバー５４の移動に伴って回転する。

このように、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５の結合状態と分離状態を連結機構６３で切り替えることで、対のラックバー５３、５４が一体に同方向に同距離動く状態と、別々に反対方向へ動く状態との変更を容易に行うことができる。

すなわち、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５に介して設けられた連結機構６３を結合した状態とし、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によって駆動力を与えると、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を車両の直進方向に対して左右同方向へ同距離だけ一体に動かすことができる。このとき、左右車輪ｗは、キングピン軸Ｐ（図７参照）周りに同方向へ転舵する。なお、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４が一体に動くため、両ラックバー５３、５４に介して設けられた第一同期ギア５５は回転しない。

その一方で、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５に介して設けられた連結機構６３による連結を分離した状態とし、第一ラックバー５３と第二ラックバー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ができる。このとき、左右車輪ｗは、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する。

この構成においては、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、第一ラックバー５３と第二ラックバー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、第一ピニオンギア６２及び第一同期ギア５５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の駆動力が第一ピニオンギア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、ステアリング２の回転がステアリングシャフト３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、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、通常転舵用アクチュエータ３１の駆動力によって第一回転軸６１を回転するようにしてもよい。

以下、これらの各構成からなるステアリング装置１０、２０を、車両１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の第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を一体移動可能な状態、つまり連結機構６３が結合した状態（図１１（ｂ）参照）とする。この状態でステアリング２を操作すると、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、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４も一体に同方向に同距離動いて、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の第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を一体移動可能な状態、つまり連結機構６３が結合した状態とする（図１１（ｂ）参照）。前輪と同じく、ステアリング２を操作するとその操作に連動して、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、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４も一体に同方向に同距離動いて、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（本図においては、前輪が右に転舵、後輪は左に転舵）しており、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、前後輪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が分離されることで（図１１（ａ）参照）、第一ラックバー５３と第二ラックバー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から駆動力が第一ピニオンギア６２に入力されて、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は互いに相反する方向に同距離移動する。すなわち、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４との間に第一同期ギア５５が介在することによって、第一ラックバー５３が左右方向一方向へ移動すれば、第二ラックバー５４は他方向へ移動する。

第一ラックバー５３と第二ラックバー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から移動しない状態（又はほぼ移動しない状態）を維持しながら車両の向きを変える、いわゆるその場旋回が可能となる。

その場旋回モードへの切り替えに伴う転舵においては、前後車輪ｗに設けたインホイールモータＭの駆動力でタイヤＴを回転させて、車輪ｗのキングピン軸Ｐ周りに転舵する。この際、前後車輪ｗのインホイールモータＭに同時に駆動力を発生させることにより、その切り替えに伴って、車両１が不用意に前進する問題を回避することができる。さらに、その場旋回モードから通常の走行モードへの切り替えにおいても、各インホイールモータＭに同時に駆動力を発生させることによって、その切り替えに伴って、車両１が不用意に後退する問題も回避することができる。

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。

（横方向移動モード）
横方向移動モードを図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（ａ）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内の第一ラックバー５３と第二ラックバー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を結合させて（図１１（ｂ）参照）、対のラックバー５３、５４を固定する。

このように連結機構６３を結合させた状態で、ステアリング装置１０、２０内の第一ラックバー５３と第二ラックバー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、横方向移動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。この横方向移動モードにおいても、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。

横方向移動モードへの切り替えに伴う転舵においては、前後車輪ｗに設けたインホイールモータＭの駆動力でタイヤＴを回転させて、車輪ｗのキングピン軸Ｐ周りに転舵する。この際、前後車輪ｗのインホイールモータＭに同時に駆動力を発生させることにより、その切り替えに伴って、車両１が不用意に前進する問題を回避することができる。さらに、横方向移動モードから通常の走行モードへの切り替えにおいても、各インホイールモータＭに同時に駆動力を発生させることによって、その切り替えに伴って、車両１が不用意に後退する問題も回避することができる。

（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、横方向移動モード、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、前後の左右車輪ｗに設けられたインホイールモータＭに同時に駆動力を発生させて、この駆動力で転舵しつつ、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、横方向移動モードを選択すれば、上記と同様に、前後の左右車輪ｗに設けられたインホイールモータＭに同時に駆動力を発生させて、この駆動力で転舵しつつ、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、運転者のステアリング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走行モードは例であり、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、左右の前輪を左右逆方向に転舵するとともに、左右の後輪を左右逆方向に、かつ前輪の転舵方向と逆方向に転舵可能とするステアリング装置を備えた車両において、前輪用及び後輪用のステアリング装置を同時に作動させて走行モードの変更を行うようにした。このようにすることで、走行モード変更時に、車両１が不用意に前進又は後退するのを防止することができ、車両１の安全性を一層高めることができる。

１０、２０ ステアリング装置
１２、２２ タイロッド
５３、５４ ラックバー
５５ 同期ギア
６０ ラックバー動作手段
６２ 第一ピニオンギア
６３ 連結機構
６５ 第二ピニオンギア
Ｍ インホイールモータ
ｗ 車輪

Claims (1)

1. 左右の前輪を左右逆方向に転舵可能とする前輪用のステアリング装置（１０）と、
   前記前輪用のステアリング装置（１０）の作動と同時に、左右の後輪を左右逆方向に、かつ前輪の転舵方向と左右逆方向に転舵可能とする後輪用のステアリング装置（２０）と、
   前記前輪又は後輪のうち少なくとも一方に設けられたインホイールモータ（Ｍ）と、
   を備え、
   前記前輪用及び後輪用のステアリング装置（１０、２０）が、
   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、
   前記左右車輪（ｗ）のタイロッド（１２、２２）にそれぞれ接続された対のラックバー（５３、５４）と、
   前記対のラックバー（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）と、
   前記対のラックバー（５３、５４）をそれぞれのラックバー（５３、５４）のラックの歯の並列方向に沿って、左右反対方向へ移動させることが可能なラックバー動作手段（６０）と、
   を備え、さらに、
   前記ラックバー動作手段（６０）が、前記一方のラックバー（５３）に噛み合う第一ピニオンギア（６２）と、前記他方のラックバー（５４）に噛み合う第二ピニオンギア（６５）と、前記第一及び第二ピニオンギア（６２、６５）の回転軸を結合又は分離する連結機構（６３）と、
   を備えた車両。

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