JPH02109777A - 後輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、車両の後輪を操舵する後輪操舵装置の改良
に関し、特に、走行安定性や操舵応答性を損なうことな
く、後輪の大転舵を小出力で行えるようにしたものであ
る。

〔従来の技術〕

車両の後輪を操舵する従来の技術としては、例えば特開
昭６２−２２５４６８号公報に記載されたものが知られ
ている。

この従来の技術は、後輪を転舵可能に構成された後輪操
舵系と、この後輪操舵系を駆動する電動モータと、前輪
操舵系の操舵トルク及び車速に応じて電動モータを制御
するコントローラと、後輪が直進状態となる位置に向け
て後輪操舵系を付勢するスプリングとを備えていて、コ
ントローラから電動モータに電流が供給されると、スプ
リングの付勢力（反力）に抗しながら後輪操舵系が駆動
するから、後輪を転舵することができた。

この場合、電動モータの出力トルクはコントローラから
供給される電流値に比例し、且つスプリングのバネ定数
は変位量に係わらず一定であるから、後輪の転舵角は電
動モータの出力トルク（電動モータに供給される電流値
）に比例する。

そして、このような従来の技術では、車両走行時に路面
から受ける外力により後輪が不意に転舵されないように
、スプリングに初期荷重を与えるか、或いはスプリング
に高バネ定数のものを使用する等して、スプリング反力
を大きくする必要があった。

なお、後輪操舵装置を備えた車両（４輪操舵車両）では
、低速走行時の旋回性能や、高速走行時の操舵応答性、
走行安定性等が向上されるように、低速走行時には後輪
を前輪と逆方向（逆位相）で且つ比較的大きく転舵し、
高速走行時にはそれを同方向（同位相）又は前輪とは関
係なくコーナリングフォースを増加させる方向で且つ比
較的小さく転舵することが望ましい制御方式である。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、スプリングに初期荷重を与えた場合には
、路面からの外乱に対して強くなって車両の安定性は向
上するが、電動モータの出力トルクがスプリングの初期
荷重以上にならなければ後輪を転舵することができなく
なってしまうため、高速走行時に操舵応答性を向上させ
るという目的には好ましくなく、また、高バネ定数のス
プリングを使用した場合には、車両安定性及び操舵応答
性は満足できるが、低速走行時に行う比較的大転舵の後
輪操舵時に、そのときのスプリング変位量に比例したト
ルクを電動モータが出力しなければ後輪を必要量転舵す
ることができないので、出力トルクの大きな大型の電動
モータや、実際には車載不可能な大容量のバッテリ等が
必要であった。

そのため、上記従来の技術は、このような技術的な課題
を解決しなければ現実的には使用することができなかっ
た。

そこでこの発明は、従来技術が有するこのような未解決
の課題に着目してなされたものであり、車両安定性や操
舵応答性を損なうことなく、後輪大転舵時のアクチュエ
ータの負荷を低減できる後輪操舵装置を提供することを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明は、車両の後輪に
舵角を発生する舵角可変機構と、この舵角可変機構を駆
動するアクチュエータと、前記車両の前輪の操舵状況及
び前記車両の走行状況に応じて前記アクチュエータを制
御するアクチュエータ制御手段と、前記後輪が直進状態
となる位置に向けて前記舵角可変機構を付勢する付勢手
段と、を備えた後輪操舵装置において、前記付勢手段を
、変位量が小さい領域では高バネ定数で、その変位量が
所定変位量を越えると低バネ定数となる弾性体で構成す
ると共に、前記所定変位量を、前記アクチュエータ制御
手段が前記後輪を小転舵制御する場合の前記付勢手段の
最大変位量よりも大きく設定した。

〔作用〕

付勢手段を構成する弾性体は、変位量が小さければ高バ
ネ定数であるから、路面から後輪に外乱が入力されても
、変位量が小さい領域では弾性体が舵角可変機構に与え
る反力が大きいので後輪がふらつ（ようなことはないし
、高バネ定数であれば弾性体に初期荷重を与える必要が
ないから、後輪を小転舵制御する場合に、アクチュエー
タにより舵角可変機構が素早く駆動して、後輪が応答良
く転舵される。

また、弾性体のバネ定数は、その変位量が所定値を越え
ると小さくなるので、アクチュエータの出力トルクが小
さくても、後輪を大転舵することができる。

そして、弾性体のバネ定数が小さくなる所定変位量を、
アクチュエータ制御手段が後輪を小転舵制御する場合の
弾性体の最大変位量よりも太き（設定しているから、小
転舵制御時の弾性体は確実に高バネ定数を維持する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図乃至第３図は、本発明の一実施例を示したもので
あり、この実施例は、油圧式のパワーステアリング装置
を前輪操舵系に備えると共に、電動モータの出力により
後輪操舵系を駆動させる４輪操舵車両に本発明を採用し
たものである。

先ず、構成を説明すると、第１図において、１０ａは図
示しないエンジンによって駆動される油圧ポンプ、１０
ｂはリザーバタンクであり、これら油圧ポンプ１０ａ及
びリザーバタンク１０ｂ間には、４つの流路を環状に接
続して構成される油圧ブリッジ回路１１の一方の対向す
る接続点が接続されている。但し、油圧ポンプｌｏａは
、車速か上昇する（エンジンが高回転数となる）に従っ
て、その吐出油量が低下するように構成されている。

油圧ブリッジ回路１１の４つの流路のそれぞれには、操
縦者がステアリングホイール１３を操作することによっ
て発生する操舵トルクに応じてその絞り面積が連続して
変化する可変絞りＩＲｌＩＬ、２Ｒ，２Ｌが介挿されて
おり、この油圧ブリッジ回路１１及び可変絞りＩＲ，Ｉ
Ｌ、２Ｒ，２Ｌによって、後述する前輪操舵用パワーシ
リンダに供給する油圧を制御するコントロールパルプ１
２が構成される。

即ち、可変絞りＩＲ，ＩＬ、２Ｒ，２Ｌは、ステアリン
グホイール１３の例えば左方向の操舵によって可変絞り
ＩＬ、２Ｌの２つが、右方向の操舵によって可変絞りＩ
Ｒ，２Ｒの２つが、それぞれ連動し且つ前輪操舵系に発
生する操舵トルクの大きさに応じてその絞り面積が縮小
する方向に変化するように構成されている。

そして、油圧ブリッジ回路１１の他方の対向する接続点
は、前輪操舵用パワーシリンダ１４の左右の圧力室１４
Ｌ、１４Ｒにそれぞれ接続されていて、このパワーシリ
ンダ１４には、圧力室１４Ｌ、ｌｄＲ間の差圧に応じて
摺動するピストン１４ａが内在する。また、このピスト
ン１４ａには、両端にサイドロッド１５が揺動可能に連
結されたピストンロッド１４ｂが固定されていて、さら
にこのサイドロッド１５の外端には、前輪１７を回転自
在に支持するナックルアーム１６がボールジヨイントを
介して連結されている。

一方、ステアリングシャフト１３と一体に回動するステ
アリングシャフト１３ａの下端部には、図示しないピニ
オン軸が一体に形成されると共に、ステアリングギヤボ
ックス１日内において、ピストンロッド１４ｂに一体に
形成されたラック軸が螺合しており、これらによって公
知のラックピニオン式ステアリングギヤが構成される。

一方、後輪２０も、前輪操舵系と同様にサイドロッド２
１に連結されたナックルアーム２２によって回動自在に
支持されていて、サイドロッド２１の内端にはタイロッ
ド２３の外端が揺動可能に連結されていて、これらサイ
ドロッド２１．ナックルアーム２２及びタイロッド２３
によって舵角可変機構としての後輪操舵系が構成される
。

さらに、タイロッド２３には、電動モータ２４の回転力
をタイロッド２３の進退方向の力に変換する減速機構２
５と、後に詳細に説明するように、複数のスプリング（
付勢手段）が内在するスプリングケース２６とが設けら
れている。

減速機構２５は、図示はしないが、例えば電動モータ２
４の出力軸に同軸に固定された駆動歯車と、タイロッド
２３の外周面に形成されたボールネジに噛合し且つ回動
のみ可能なボールナツトと、このポールナツトに同軸に
固定され且つ駆動歯車に噛合する従動歯車等を備えてい
る。

また、スプリングケース２６は、第２図に拡大図示する
ように、タイロッド２３と同軸の円筒状をなしていて、
弾性体としての３つのスプリング２７ａ、２７ｂ及び２
８が内在しており、これらの内、２つのスプリング２７
ａ及び２７ｂは比較的高バネ定数（２００ｋｇ／ｍｍ）
であり、１つのスプリング２８は比較的低バネ定数（１
０ｋｇ／ｍｍ）である。

そして、スプリング２７ａ及び２７ｂは、タイロッド２
３に固定されたストッパ２３ａ及び２３ｂ間のみを摺動
可能なスプリングホルダ２９ａ。

２９ｂと、スプリングケース２８の内端面との間に介在
し、且つ他のスプリング２８は、スプリングホルダ２９
ａ及び２９ｂ間に、初期荷重ｋｏが与えられた状態で介
在している。但し、タイロッド２３に軸方向の力が入力
されていない状態であると、これらスプリング２７ａ、
２７ｂ及び２８の付勢力（反力）により、タイロッド２
３が中立位置に保持され、後輪２０は直進状態となり、
且つ、スプリング２８に与えた初期荷重に、とタイロッ
ド２３に入力された力とが等しくなった時点で、スプリ
ング２７ａ又は２７ｂが完全に変形しきるように構成さ
れている。

従って、タイロッド２３に軸方向の力が入力されると、
その入力された力がスプリング２８に与えた初期荷重に
０に達するまでは、高バネ定数のスプリング２７ａ及び
２７ｂが変形しつつタイロッド２３が軸方向（第１図左
右方向）に移動するが、力が上記所定荷重に０を越えた
後は、低バネ定数のスプリング２８が縮小しつつタイロ
ッド２３が軸方向に移動する。

つまり、各スプリング２７ａ、２７ｂ及び２８により後
輪操舵系に生じる反力と、タイロッド２３の変位量との
関係をグラフにした第３図に示すように、反力がスプリ
ング２８に与えた初期荷重に０に達するまで（変位量が
第３図Ｐ点未満）は、反力に対して変位量は緩やかに変
化し、初期荷重に０を越えた後（変位量が第３図Ｐ点以
上）は急峻に変化するようになる。なお、この実施例で
は、変位３１Ｐを３．５　ｔｒｍに設定しており、これ
が、本発明における高バネ定数と低バネ定数との間の境
界となる所定変位量に対応する。

ここで、通常の４輪操舵車両にあっては、車両の低速走
行時には、後輪２０を前輪１７とは逆方向（逆位相）で
且つ比較的大きく転舵して、車両の旋回性能を向上させ
、また、車両の高速走行時には、後輪２０を前輪１７と
は同方向（同位相）で且つ比較的小さく転舵して、車両
の操舵応答性や走行安定性を向上させるのが一般的な制
御方法であり、この実施例でも、逆位相制御時には後輪
２０を前輪１７とは逆方向に大転舵（後輪舵角で１度以
下、タイロッド２３の変位量で３ｍｍ以下、即ち、第３
図Ｑ点以下）し、同位相制御時には後輪２０を前輪１７
とは同方向に小転舵（後輪舵角で５度以下、タイロッド
２３の変位量で１５ｍｍ以下、即ち１．第３図Ｒ点以下
）するものである。つまり、上記Ｑ点が、本発明におけ
る後輪を前輪と同位相に制御する場合の付勢手段の最大
変位量に対応する。

そして、アクチュエータ制御手段としての制御装置３０
があり、これは、マイクロコンピュータ。

インタフェース回路、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器（図
示せず）等を備えると共に、例えば図示しない変速機の
出力軸回転数に応じたパルス信号でなる車速検出信号Ｄ
Ｖを出力する車速センサ３１と、ステアリングホイール
１３の回動位置を検出して操舵角に応じたパルス信号で
なる操舵角検出信号Ｄθを出力する舵角センサ３２とが
接続されていて、両センサ３１及び３２から供給される
各検出信号ＤＶ及びＤθに基づいて所定の演算を実行し
、電動モータ２４に対する制御信号（駆動電流）を出力
する。つまり、この実施例では、車両の走行状況として
車速を用い、前輪の操舵状況として舵角を用いている。

また、この実施例における制御装置３０は、車両の低速
走行時（１０ｋｍ／ｈ以下）には、後輪２０を前輪１７
とは逆方向に転舵（前輪の操舵角に応じて５度以下）す
る一方、高速走行時（１０ｋｍ／ｈ以上）には、後輪２
０を前輪１７と同方向に転舵（前輪の操舵角に応じて１
度以下）するような制御信号を出力するものである。

次に、本実施例の動作を説明する。

今、車両が停車していて、ステアリングホイール１３を
操舵しておらず、前輪１７が直進走行状態の中立位置に
あるものとする。この状態では、前輪操舵系の操舵トル
クは零であるから、コントロールバルブ１２の各可変絞
りは全開状態を維持し、前輪操舵用パワーシリンダ１４
の左右の圧力室１４Ｌ及び１４Ｒ間に差圧は発生しない
ので、前輪操舵系に操舵補助トルクは付与されず、よっ
て、前輪１７は直進走行状態を維持する。

また、車速センサ３１が出力する車速検出信号ＤＶと、
舵角センサ３２が出力する舵角検出信号Ｄθとが供給さ
れる制御装置３０では、前輪１７が直進走行状態、即ち
前輪舵角が零であると判断されるため、電動モータ２４
に対する制御信号も零であり、従って、電動モータ２４
によって後輪操舵系のタイロッド２３に軸方向の力は発
生しないから後輪２０は直進走行状態を維持する。

この停車状態で、ステアリングホイール１３を例えば左
切りして所謂据切り状態とすると、そのときの操舵トル
クに応じてコントロールパルプ１２の可変絞りＩＬ及び
２Ｌの絞り面積が縮小方向に変化するため、パワーシリ
ンダ１４の左圧力室１４Ｌ内が昇圧し、右圧力室１４Ｒ
内が降圧するから、ピストンロッド１４ｂに第１図左方
向への付勢力（操舵補助トルク）が発生し、もって、ス
テアリング操作を軽く行うことができる。

そして、舵角センサ３２は、前輪操舵系の左方向への操
舵を検出し、その舵角検出信号Ｄθを制御装置３０に供
給するため、制御装置３０は、後輪２０を右方向へ操舵
、即ちタイロッド２３を第１図左方向へ変位させるよう
な制御信号を電動モータ２４に出力するから、後輪２０
は、前輪１７とは逆位相に（右方向へ）転舵される。

このとき、前輪１７の操舵角が充分大きいものとし、制
御装置３０は後輪２０を大転舵（５度程度）するものと
すると、タイロッド２３を、第３図におけるＰ点を越え
てＲ点付近まで変位させるような制御信号を電動モータ
２４に供給する。

すると、タイロッド２３の変位量がＰ点に達するまでは
、高バネ定数のスプリング２７ａの反力に抗しながら変
位するため、電動モータ２４に必要な出力トルクは大き
くなるが、変位量がＰ点を越えると、低バネ定数のスプ
リング２８の反力に抗しながら変位するので、Ｐ点から
Ｒ点に変位するために電動モータ２４に必要な出力トル
クは小さくて済む。結局、電動モータ２４は、第３図に
示す反力に、に打ち勝つ力を出力することが可能であれ
ば、後輪２０を必要量転舵することができるので、従来
の後輪操舵装置に比べて、小型（小出力）の電動モータ
で、本発明を採用したこの４輪操舵車両は実現可能であ
る。

そして、この据切り状態から徐々に車速を上昇させると
、前輪１７が左方向に転舵され、且つ後輪２０が右方向
に転舵されているため、車両は小さな半径で旋回するこ
とができるから、車庫入れやＵターン等の利便性が向上
する。

次に、車両が低速（１０ｋｍ／ｈ以下）で直進走行して
いるものとすると、上記停車時と同様に前輪操舵系の操
舵トルクは零であるため、前輪１７は直進状態を維持し
、且つ、舵角センサ３２からは舵角零の舵角検出信号Ｄ
θが出力されるので、後輪２０も直進状態を維持する。

この低速直進走行状態で、ステアリングホイール１３を
、例えば左方向に転舵して左旋回状態とすると、上記据
切り時と同様にパワーシリンダ１４が作動して操舵系に
左操舵方向への操舵補助トルクが発生するから、ステア
リングホイール１３は軽く操舵することができる。また
、後輪２０も上記据切り時と同様に前輪１７とは逆位相
に右方向に転舵されるから、車両の旋回半径を小さくす
ることができ、もって、旋回性能が向上する。

なお、停車時又は低速走行時にステアリングホイール１
３を右方向に操舵した場合でも、上記と同様に後輪２０
は前輪１７とは逆位相に転舵されるため、車両の旋回性
能が向上する。

そして、低速走行状態からさらに車速か上昇して、車両
が高速走行状態になったとする。

この高速走行状態であっても、ステアリングホイール１
３を操舵していなければ、上記据切り時及び低速走行時
と同様に、前輪１７及び後輪２０は直進状態を維持する
。

この高速直進走行状態で、例えば後輪２０が走行路面上
の突起に乗り上げる等して、後輪２０の直進走行を乱す
外乱が後輪操舵系に入力された場合を考える。

このとき、路面から入力された外乱により後輪２０が転
舵されてしまうと、走行安定性が損なわれて、車両は危
険な状態となってしまうが、本実施例では、タイロッド
２３の変位量が小さい範囲（第３図Ｐ点以下、即ち、外
乱がスプリング２８に与えた初期荷重に０以下）では、
タイロッド２３には、高バネ定数のスプリング２７ａ及
び２７ｂにより大きな反力が与えられているため、極端
に大きな外乱が入力されない限り、後輪２０の直進状態
は維持することができるので、走行安定性を良好に保つ
ことができる。

そして、この高速走行状態で、例えば車線変更を行う等
のために、ステアリングホイール１３を小転舵したもの
とする。

この場合、高速走行状態（エンジンが高回転状ＤＩ）で
あるため、上述したように、油圧ポンプｌＯａの吐出油
量が低下しているから、パワーシリンダ１４に供給され
る作動油は少量であり、従って、大きな操舵補助トルク
は発生しないので、ステアリングホイール１３が軽くな
り過ぎて前輪１７がふらつくようなことはない。

また、制御装置３０は、車速センサ３１から供給される
車速検出信号ＤＶに基づいて車両が高速走行状態である
と判断するから、舵角センサ３２から供給される舵角検
出信号Ｄθに応じて、後輪２０を同位相で且つ小転舵す
るような制御信号を電動モータ２４に出力するので、車
両は安定した状態で車線変更等を行うことができる。

しかも、この同位相制御時におけるタイロッド２３の最
大変位量は第３図のＱ点であるため、初期荷重を与えて
いないスプリング２７ａ及び２７ｂが変形しつつタイロ
ッド２３が変位するものであるから、電動モータ２４の
出力に素早く応動してタイロッド２３を変位させること
ができる。このため、例えば、緊急回避等のようにステ
アリングホイール１３を急転舵する場合であっても、反
応良く後輪２０が転舵されるから、良好な操舵応答性を
発揮することができる。

さらに、上記実施例では、同位相制御時におけるタイロ
ッド２３の最大変位ＩＱ（＝３ｍｍ）よりも、低バネ定
数のスプリング２８が変形し始めるタイロッド２３の変
位量Ｐ（＝３．５ａｕａ）の方を大きくなるように設定
しているため、例えば、後輪操舵系の構成部品の寸法、
精度のバラツキや、電動モータ２４に供給される駆動電
流のオーバシュート等によって、タイロッド２３の変位
量がＱ点を若干越えてしまった場合であっても、それが
Ｐ点を越えない限り高バネ定数を維持するので、高速走
行時に後輪２０が大転舵され、車両の挙動が不安定にな
ることはない。

このように、上記実施例にあっては、車両の走行安定性
や操縦応答性を良好、に保つと共に、小さな出力で後輪
２０を大転舵することができる。

さらに、上記実施例では、例えば制御装置３０や各セン
サ等の異常が検出された場合に電動モータ２４の制御を
中止しても、高バネ定数のスプリング２７ａ及び２７ｂ
の反力により、後輪２０は直進状態を維持するため、通
常の２輪操舵車両と同様の状態にすることができる。

なお、上記実施例では、後輪操舵系を電動モータ２４で
駆動させる場合について説明しているが、これに限定さ
れるものではなく、前輪操舵系と同様に、流体圧式のパ
ワーシリンダで駆動させるようにしてもよいし、逆に、
前輪操舵系に、パワーシリンダ１４に代えて別の電動モ
ータを採用することも可能である。

また、本実施例では、電動モータ２４を、その出力軸が
タイロッド２３に対して平行になるように設置している
が、垂直になるように設置しても構わない。

さらに、上記実施例では、スプリング２８に与えた初期
荷重に０とタイロッド２３に入力された力とが等しくな
った時点で、スプリング２７ａ又は２７ｂが完全に変形
しきるように構成して、第３図に示す特性を実現してい
るが、これに限定されるものではなく、例えば、上記時
点になると、スプリングホルダ２９ａ及び２９ｂのスプ
リング２８を受ける面とは逆側の面が当接するストッパ
、或いは、上記時点になるとスプリング２７ａ及び２７
ｂの変形を阻止するストッパ等を、スプリングケース２
６の内周面に設ければ、第３図に示す特性を得ることが
できる。

またさらに、上記実施例では、前輪操舵系の舵角と、車
速とに基づいて後輪操舵系を制御する場合について説明
したが、これに限定されるものではなく、前輪操舵系に
発生する操舵トルクや、走行路面摩擦係数等を考慮して
、後輪操舵系を制御するようにしてもよい。

また、高速走行時、後輪を、前輪との位相に特にこだわ
る事なく、車両のコーナリングフォースが増加する方向
に制御してもよい。その場合、通常の旋回走行では後輪
は前輪と同位相になるが、ドライバーがカウンターステ
ア操作を行った時には、後輪は、前輪に対して逆位相と
なる。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明の後輪操舵装置によれば、
付勢手段の反力に抗しつつ後輪を操舵する後輪操舵装置
において、付勢手段を、変位量が小さい領域では高バネ
定数で、その変位量が所定変位量を越えると低バネ定数
となる弾性体で構成すると共に、前記所定変位量を、後
輪を小転舵制御する場合の前記付勢手段の最大変位量よ
りも大きく設定したため、高速走行時の走行安定性や操
舵応答性を良好にすると共に、後輪の大転舵を小出力で
行うことができ、さらには、高速走行時に後輪が大転舵
され難くなって車両の挙動が不安定にならない、という
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す構成図、第２図はこ
の実施例の要部を示す一部破断断面図、第３図は後輪操
舵系に発生する反力と後輪操舵系のタイロッドの変位量
との関係を示すグラフである。 １３・・・ステアリングホイール、１５．２１・・・サ
イドロッド、１６．２２・・・ナックルアーム、１７・
・・前輪、２０・・・後輪、２３・・・タイロッド、２
３ａ。 ２３ｂ・・・ストッパ、２４・・・電動モータ（アクチ
ュエータ）、２６・・・スプリングケース、２７ａ、２
７ｂ、２Ｂ・・・スプリング（弾性体、付勢手段）、２
９ａ、２９ｂ・・・スプリングホルダ、３０・・・制御
装置（アクチュエータ制御手段）、３１・・・車速セン
サ、３２・・・舵角センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）車両の後輪に舵角を発生する舵角可変機構と、こ
   の舵角可変機構を駆動するアクチュエータと、前記車両
   の前輪の操舵状況及び前記車両の走行状況に応じて前記
   アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、
   前記後輪が直進状態となる位置に向けて前記舵角可変機
   構を付勢する付勢手段と、を備えた後輪操舵装置におい
   て、 前記付勢手段を、変位量が小さい領域では高バネ定数で
   、その変位量が所定変位量を越えると低バネ定数となる
   弾性体で構成すると共に、前記所定変位量を、前記アク
   チュエータ制御手段が前記後輪を小転舵制御する場合の
   前記付勢手段の最大変位量よりも大きく設定したことを
   特徴とする後輪操舵装置。