JPH04118377A - 四輪操舵装置 - 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事で、回転半径を小さくしたり
、或は車両の走行安定性を保てる様にするものである。

（従来の技術） 狭い道での進路変更を容易に行なえる様に、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が保たれる様にする為、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た
。

又、後輪の操舵中心をこの後輪の着力点（接地点）より
も車両の前進方向後方に位置させる（オフセットする）
と共に、前記後輪に舵角を付与する為の後輪用出力軸を
、軸方向に亙る若干の変位自在に弾性的に支持する事に
より、高速走行時に於ける進路変更の際、遠心力に基づ
き後輪に前輪と同じ位相で舵角を付与して車両の安定性
を保持する事も、例えば実公平１−４１６５６号公報に
記載されている様に従来から提案され、一部で使用され
ている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記公報に記載された従来構造の場合、前輪
用の操舵機構と後輪用の操舵機構とを機械的に結合する
事により、前輪に一定以上の舵角が付与された場合には
、車速に関係なく一定の関係で後輪に舵角を付与する構
造の為、車速によっては、後輪に必ずしも最適な舵角を
付与出来ない場合がある。

前輪用の操舵機構と後輪用の操舵機構とを電気的に関連
させ、後輪に付与する舵角を、前輪に付与する舵角だけ
でなく車速に応じても変える様にすれば、後輪への舵角
付与を常に最適な条件で行なえるが、単に前輪用の操舵
機構と後輪用の操舵機構とを電気的に関連させた場合、
所謂フェイルセーフ機構を充実させる必要上、費用が嵩
む事が避けられない。

即ち、前輪用の操舵機構と後輪用の操舵機構とを電気的
に関連させ、高速走行時に於ける後輪への舵角付与も電
気的に制御する場合、高速走行時に制御器が故障した場
合にも、車両が危険な状態とならない様にする為に、二
重、三重のフェイルセーフ機構を組み込まなければなら
ず、費用が嵩んでしまう。

本発明の四輪操舵装置は、車両の走行速度が比較的低い
場合にのみ、後輪への舵角付与を電気的に制御し、高速
走行時に於ける進路変更の際には、遠心力に基づいて後
輪に舵角を付与する、所謂コンプライアンスステア機構
により後輪への舵角付与を行なわせる事で、上述の様な
不都合を解消するものである。

（課題を解決する為の手段） 本発明の四輪操舵装置は、前輪に付与される舵角を検知
する舵角センサと、軸方向に変位する事により後輪に舵
角を付与する後輪用出力軸と、この後輪用出力軸を減速
機構を介して軸方向に亙り変位させる電動モータと、車
速を検出する車速センサと、前記舵角センサと車速セン
サとからの信号に基づいて、前記電動モータへの通電を
制御する制御器とを有する。

そして、前記制御器は、車速センサにより検出される車
速が一定値以下の場合にのみ、前記電動モータへの通電
に基づく後輪への舵角付与を自在としている。これと共
に、前記減速機構を可逆性を有するものとし、前記後輪
の操舵中心をこの後輪の着力点よりも車両の前進方向後
方に位置させ、且つ、前記後輪用出力軸を車体に対して
、軸方向に亙る若干の変位自在に弾性的に支持している
。

（作　　用） 上述の様に構成される本発明の四輪操舵装置の作用は、
次の通りである。

車両が一定速度以下で走行する場合には制御器が、舵角
センサと車速センサとからの信号に基づぃて、電動モー
タへの通電を制御し、必要に応じて後輪に所望の舵角を
付与する。

又、車両が一定速度を越えて走行する場合には、舵角セ
ンサと車速センサとからの信号に拘らず、電動モータに
よる後輪への舵角付与は行なわれなくなる。

この様に、車両が一定速度を越えて走行する場合に於い
て進路変更が行なわれると、遠心力に基づいて後輪に前
輪と同じ位相で舵角が付与され、進路変更時に於ける車
両の安定・性が保持される。

車両の走行速度が一定値を越えた場合に電動モータによ
る舵角付与を停止する為の機構は、簡単なもので済む為
、当該機構の信頼性は十分に確保出来、更にこの機構部
分に付加するフェイルセーフ機構も、簡単でしかも極め
て信頼性の高いものとする事が出来る。

（実施例） 次に、図示の実施例を説明しつつ、本発明を更に詳しく
説明する。

第１〜４図は本発明の四輪操舵装置の実施例を示してお
り、第１図は全体構成を示す部分横断平面図、第２図は
第１図のＡ部拡大図、第３図は後輪用出力軸の軸方向に
亙る変位量と後輪用出力軸の軸方向に加わるばね荷重と
の関係を示す線図、第４図は車速と舵角比との関係を示
す線図である。

運転席に設けられたステアリングホイール１の動きは、
ステアリングシャフト２によりステアリングギヤ３に伝
えられて、前輪用出力軸４を軸方向（第１図の左右方向
）に亙って変位させ、この前輪用出力軸４の両端部にそ
れぞれ連結された左右１対のナックルアーム５．５を介
して、前輪６．６に所望の舵角を付与する。

前記ステアリングシャフト２を挿通したステアリングコ
ラム７には、舵角センサ８．８が支持されており、この
舵角センサ８．８が検出するステアリングシャフト２の
回転角から、前輪６．６に付与される舵角を検知自在と
している。尚、舵角センサ８．８を２個設けるのは、一
方の舵角センサ８が故障した場合にも所望の制御を行な
える様にするフェイルセーフを図る為である。

又、車両の後部床面には、後輪９．９への舵角付与機構
を納める為のハウジング１０が、車両の幅方向（第１〜
２図の左右方向）に亙る変位を不能として、支持されて
いる。そして、このハウジング１０の内側に後輪用出力
軸１１が、左右方向（車両の幅方向）に亙って押通され
ている。この後輪用出力軸１１は、軸方向（左右方向）
に変位する事に伴なって前記後輪９．９に舵角を付与す
るもので、後輪用出力軸１１の左右両端部と各後輪９．
９とは、ナックルアーム１３．１３により結合されてい
る。そして、前記後輪用出力軸１１が軸方向に変位する
事に伴なって、各後輪９．９が操舵中心１４．１４を中
心として揺動し、前記後輪用出力軸１１の変位量に見合
う舵角が、前記各後輪９．９に付与される様にしている
。又、各後輪９．９の操舵中心１４．１４は、各後輪９
．９の着力点１２．１２（タイヤ下面と地面との接触面
の中心）よりも距離Ａだけ、車両の前進方向（第１図の
上方向）後方（同図下方）に位置させている。

一方、前記後輪用出力軸１１の中間部で、前記ハウジン
グ１０の内側に位置する部分には、ラック歯１５を固設
している。又、前記ハウジング１０の中間部内側に、前
記後輪用出力軸１１と捻れの位置関係で回転自在に支持
された伝達軸１６の一端部（第１〜２図の上端部）には
ピニオン歯１７を固設し、このピニオン歯１７を、前記
ラック歯１５と噛合させている。又、前記伝達軸１６の
他端（第１〜２図の下端）にはウオームホイール１８を
固設している。

又、前記ハウジング１０の外面に固定された電動モータ
１９により、電磁クラッチ３１を介して回転駆動される
出力軸２０にはつオーム２１を固設し、このウオーム２
１を前記ウォームホィール１８と噛合させる事で、前記
出力軸２０の回転により、前記後輪用出力軸１１を軸方
向に亙って変位させる減速機構を構成している。この減
速機構は、動力の伝達方向に可逆性を有するものとし、
前記出力軸２０の回転に伴ない、後輪用出力軸１１を軸
方向に変位させる他、後輪用出力軸１１の軸方向の変位
に伴なって、前記出力軸２０を回転させる様にしている
。但し、前記減速機構の逆効率は低く抑える事により、
後述するセンタリングスプリング２５の圧縮による荷重
が、そのまま前記電動モータ１９に加わらない様にして
いる。

又、電動モータ１９には回転角センサ３２を付設して、
この電動モータ１９の回転量を検出自在とし、その検出
値を次述する制御器２４に人力している。

前記伝達軸１６の一端には２個の変位センサ２２．２２
を設けて、前記後輪用出力軸１１の変位量を、伝達軸１
６を介して検出自在としている。

これら２個の変位センサ２２．２２から送り出される検
出信号は、前記舵角センサ８．８の検出信号、及び車速
を検知する車速センサ２３からの出力信号と共に、前記
電動モータ１９への通電を制御する制御器２４に入力し
ている。尚、前記変位センサ２２．２２を２個設けるの
も、やはりフェイルセーフを図る為である。

そして、前記制御器２４は、前記車速センサ２３により
検出される車両の走行速度が一定値（例えは４０　ｋｍ
／ｈ）以下の場合にのみ、前記舵角センサ８．８と車速
センサ２３とからの信号に基づき、前記電動モータ１９
による後輪９．９への舵角付与を行なう。この際、回転
角センサ３２からの信号により、前記電動モータ１９へ
の通電を制御する。

更に、前記後輪用出力軸１１を車体に固定のハウジング
１０に対して、軸方向（第１〜２図の左右方向）に亙る
若干の変位自在に、且つ弾性的に支持している。

即ち、前記後輪用出力軸１１の中間部に、互いに間隔を
あけて１対の座板２６．２６を、後輪用出力軸１１の軸
方向に亙る変位を自在として外嵌保持すると共に、両座
板２６．２６の内側面同士の間に、前記電動モータ１９
の故障時にも、前記後輪用出力軸１１を中立位置に戻す
為のセンタリングスプリング２５を設けている。又、前
記ハウジング１０の内周面には、互いに間隔をあけて１
対の段部２７．２７を形成しており、前記１対の座板２
６．２６の外側面外周寄り部分を、それぞれ段部２７．
２７に対向させている。又、前記後輪用出力軸１１の中
間部外周面で、前記１対の座板２６．２６を挟む位置に
は、１対のストップリング２８．２８を止着して、後輪
用出力軸１１に対する各座板２６．２６の移動を制限し
ている。

更に、前記１対の座板２６．２６の外側面と、前記段部
２７．２７及びストップリング２８．２８との間には皿
板ばね２９．２９を設けている。

各皿板ばね２９．２９の弾力は、前記センタリングスプ
リング２５の弾力よりも小さくして、ハウジング１０に
対して後輪用出力軸１１が変位した場合には、第３図に
直線ａで示す様に、先ず皿板ばね２９．２９が変位し、
何れか（変位方向先端側）の皿板ばね２９が完全に押し
潰されてから、前記センタリングスプリング２５が、同
図に直線すで示す様に、１対の座板２６．２６の間で圧
縮され始める様にしている。但し、各皿板ばね２９．２
９が完全に圧縮された場合に於けるばね荷重は、予想さ
れる運転状態に於いて発生する遠心力に基づき、後輪用
出力軸１１に加わると予想される最大積荷ＩＪｊＦＭＡ
ｘよりも少し大きくしている。

上述の柱に構成される本発明の四輪操舵装置の作用は、
次の通りである。

車両が一定速度（例えば４０　ｋｍ／ｈ）以下で走行す
る場合には制御器２４が、舵角センサ８．８と車速セン
サ２３とからの信号に基づいて、電動モータ１９への通
電を制御し、必要に応じて後輪９．９に所望の舵角な付
与する。この際、電磁クラッチ３１には通電して、この
電磁クラッチ３１をつないだ状態のままとする。

即ち、車両が低中速で走行する場合には、車両の旋回性
を向上させる為、後輪９．９に対して前輪６．６とは逆
位相の舵角を付与するが、後輪９．９に付与する舵角は
、第４図に実線Ｃで示す様に、車速が速くなる程小さく
する。この場合に於いて、後輪９．９に付与される舵角
は、伝達軸１６の一端に設けた変位センサ２２．２２に
よって検出され、その検出値は制御器２４に人力して、
フェイルセーフを図る。

尚、第４図の縦軸に表わされた舵角比とは、後輪に付与
される舵角θ８と前輪に付与される舵角θ、との比（θ
Ｒ／θｒ）で、絶対値が大きい程、後輪に付与される舵
角が大きい事を表わす。

又、横軸よりも上の領域では、前後輪の舵角が同位相と
なり、下の傾城では逆位相となる。

又、車両が一定速度を越えて走行する場合には、前記電
磁クラッチ３１への通電が停止されて、この電磁クラッ
チ３１の接続が断たれる。これに伴なって、舵角センサ
８．８と車速センサ２３とからの信号に拘らず、制御器
２４が後輪９．９の舵角制御を行なう事はなくなる。又
、必要に応じて、電動モータ１９への通電も停止する。

この様に、車両が一定速度を越えて走行する場合に於い
て進路変更が行われると、遠心力に基づいて後輪９．９
に、前輪６．６と同じ位相で舵角が付与され、進路変更
時に於ける車両の安定性が保持される。

例えは、ステアリングホイール１の操作に基づき、前輪
６．６を第１図の矢印α方向に変位させた場合、車両の
進路変更に伴なう遠心力によって後輪９．９が第１図の
右方に振られ、各後輪９．９と路面との摩擦により各後
輪９．９に、同図に矢印βで示す様に、横方向の力Ｆが
加わる。この力Ｆは、後輪９．９と路面との接触面、即
ち、各後輪９．９の着力点１２．１２を含む鉛直面上に
加わる。一方、各後輪９．９の操舵中心１４．１４は、
前記着力点１２．１２よりも距Ｉｌｉ！ｔｆｌだけ車両
の前進方向後方に位置している為、各後輪９．９は、Ｆ
−ｕなるモーメントで、第１図の矢印γ方向に操舵され
る。

この様にして各後輪９．９が矢印γ方向に操舵されるの
に伴ない、後輪用出力軸１１が軸方向に変位して、一方
（第１〜２図の左方）の皿板はね２９が圧縮される。従
りて、各後輪９．９に付与される舵角は、前記横方向の
力Ｆに基づき後輪用出力軸１１の軸方向に加わる力と、
前記皿板ばね２９の圧縮に基づいて後輪用出力軸１１に
加わる力とが釣り合った状態で保持される。

この為、車速が一定値を越えた場合には、後輪９．９に
付与される舵角は、第４図に破線ｄで示す様に、常に前
輪と同じ位相となる。又、この場合に於いて後輪９．９
に付与される舵角の大きさは、車両の進路変更に伴なう
遠心力により後輪９．９に加わる横方向の力Ｆの大きさ
によってのみ定まり、車速や前輪６．６に付与される舵
角の大きさとは（間接的には大きく関係するが）直接は
関係しない。

又、皿板ばね２９．２９の圧縮代は限定されたものであ
る為、後輪９．９に過大な舵角が付与される事はない。

この桜に、高速走行時に於いては電動モータ１９による
後輪９．９への舵角付与は一切行なわず、物理的な力に
よってのみ、後輪９．９への舵角付与を行なうが、車両
の走行速度が一定値を越えた場合に電磁クラッチ３１や
電動モータ１９への通電を停止する為の機構は、簡単な
もので済む為、当該機構の信頼性は十分に確保出来、更
にこの機構部分に付加するフェイルセーフ機構も、簡単
でしかも極めて信頼性の高いものとする事が出来る。

尚、図示の実施例の場合、電動モータ１９と後輪用出力
＠１１との間に設ける減速機構を、ウオーム２１とウォ
ームホィール１８とにより構成する事で、減速機構の連
動率を低く抑えている為、低中速時に電動モータ１９に
より後輪９．９に舵角を付与し、そのままの状態を保持
する際に、前記センタリングスプリング２５の弾力によ
り、前記電動モータ１９に大きな荷重が加わったままと
なる事がない。

又、図示の実施例の場合、ハウジング１０を車体に対し
、車両の幅方向に亙る変位を不能として支持し、このハ
ウジング１０と後輪用出力軸１１との間に、弾性材であ
る皿板ばね２９．２９を設けているが、前記ハウジング
１０と後輪用出力軸１１どの間の皿板ばね２９．２９を
省略し、代りに、前記ハウジング１０を車体に対して、
前記後輪周出力軸１１の軸方向（車両の幅方向）に亙る
、弾性的変位自在に支持する事も出来る。

（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
用する為、後輪に対し状況に応じて最適な舵角付与を行
なう事が出来、しかも比較的簡単なフェイルセーフ機構
を設けるのみで、十分な安全性を確保出来る。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の四輪操舵装置の実施例を示してお
り、第１図は全体構成を示す部分横断平面図、第２図は
第１図のＡ部拡大図、第３図は後輪用出力軸の軸方向に
亙る変位量と後輪用出力軸の軸方向に加わるばね荷重と
の関係を示す線図、第４図は車速と舵角比との関係を示
す線図である。 １ニステアリングホイール、２ニステアリングシヤフト
、３ニステアリングギヤ、４：前輪用出力軸、５：ナッ
クルアーム、６：前輪、７；ステアリングコラム、８：
舵角センサ、９：後輪、１０：ハウジング、１１：後輪
用出力軸、１２：着力点、１３：ナックルアーム、１４
：操舵中心、１５ニラツク歯、１６：伝達軸、１７：ビ
ニオン歯、１８：ウォームホィール、１９：電動モータ
、２０：出力軸、２１：つオーム、２２：変位センサ、
２３：車速センサ、２４：制御器、２５：センタリング
スプリング、２６：座板、２７段部、２８ニストツプリ
ング、２９：皿板ばね、３１：電磁クラッチ、３２：回
転角センサ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）前輪に付与される舵角を検知する舵角センサと、
   軸方向に変位する事により後輪に舵角を付与する後輪用
   出力軸と、この後輪用出力軸を減速機構を介して軸方向
   に亙り変位させる電動モータと、車速を検出する車速セ
   ンサと、前記舵角センサと車速センサとからの信号に基
   づいて、前記電動モータへの通電を制御する制御器とを
   有し、この制御器は、前記車速センサにより検出される
   車速が一定値以下の場合にのみ、前記電動モータへの通
   電に基づく後輪への舵角付与を自在とすると共に、前記
   減速機構を可逆性を有するものとし、前記後輪の操舵中
   心をこの後輪の着力点よりも車両の前進方向後方に位置
   させ、且つ、前記後輪用出力軸を車体に対して、軸方向
   に亙る若干の変位自在に弾性的に支持した四輪操舵装置
   。
2. （２）車両の幅方向に亙る変位を不能として車体に支持
   され、内側に後輪用出力軸を挿通したハウジングと後輪
   用出力軸との間に設けた弾性材により、前記後輪用出力
   軸を車体に対して弾性的に支持した、請求項１に記載の
   四輪操舵装置。
3. （３）後輪用出力軸の中間部に、この後輪用出力軸の軸
   方向に亙る変位を自在として外嵌した１対の座板の内側
   面同士の間に、前記後輪用出力軸を中立位置に戻す為の
   センタリングスプリングを設け、前記１対の座板の外側
   面と、ハウジングの内周面に形成した段部及び前記後輪
   用出力軸の外周面に止着したストップリングとの間に、
   前記センタリングスプリングの弾力よりも小さな弾力を
   有する皿板ばねを、弾性材として設けた、請求項２に記
   載の四輪操舵装置。
4. （４）内側に後輪用出力軸を挿通し、この後輪用出力軸
   との間にセンタリングスプリングを設けたハウジングを
   、前記センタリングスプリングの弾力よりも小さな弾力
   を有する弾性材を介して車体に対し、車両の幅方向に亙
   る変位を自在として弾性的に支持した、請求項１に記載
   の四輪操舵装置。
5. （５）減速機構をウォームとウォームホィールとにより
   構成する事で、減速機構の逆効率を低く抑えた、請求項
   １〜４の何れかに記載の四輪操舵装置。