JPH055663U - 電動式四輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バッテリーの消耗を防止して、車両の走行に支
障を来したり、後輪に舵角が付与されたままの状態とな
るのを防止する。 【構成】バッテリーの電圧に応じて、後輪に付与し得る
舵角の最大値である舵角制限値を求め、後輪に対してこ
の舵角制限値を越えた舵角を付与しない。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案に係る電動式四輪操舵装置は、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。

【０００２】

【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走行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、電動モータ等を組み込んだ電 動式アクチュエータにより後輪への舵角付与を行なう、電動式の四輪操舵装置も 従来から研究されている。

【０００３】 例えば、本考案者は先に、図４に示す様な電動式四輪操舵装置を考案した（平 成２年特許願第２３５５５３号）。この先考案に係る電動式四輪操舵装置は、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動モータにより行 ない、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うもの である。

【０００４】 この先考案に係る電動式四輪操舵装置に於いては、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（図４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。

【０００５】 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、前輪舵角 センサ８、８が支持されており、この前輪舵角センサ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出自在としてい る。尚、前輪舵角センサ８、８を２個設けるのは、一方の前輪舵角センサ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 。

【０００６】 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（図４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）に亙って挿通されている。この後輪用出力軸１１は、軸方向（図 ４の左右方向）に変位する事により、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１２、１２ により結合されている。

【０００７】 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１３、１３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１３、１３は、各後輪９、９の着力点１４、１４（タイヤ下面と地面 との接触面の中心）よりも距離ｌだけ、車両の前進方向（図４の上方向）後方（ 同図下方）に位置させている。

【０００８】 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（図４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（図４ の下端）にはウォームホイール１８を固設している。

【０００９】 又、電動式アクチュエータを構成する為、前記ハウジング１０の外面に電動モ ータ１９を支持固定している。そして、この電動モータ１９の回転駆動軸（図示 せず）により、電磁クラッチ２０を介して回転駆動される出力軸２１には、ウォ ーム２２を固設し、このウォーム２２を前記ウォームホイール１８と噛合させる 事で、前記出力軸２１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。尚、前記電動モータ１９を含む電気部品は、 図示しないバッテリーから通電される。

【００１０】 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２１ 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２１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、前記各後輪９、９に付与した舵角 をそのまま保持する際に、後述するセンタリングスプリング２３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２４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２５に入力している。

【００１１】 前記伝達軸１６の一端には２個の変位センサ２６、２６を設けて、前記後輪用 出力軸１１の変位量を、伝達軸１６を介して検出自在としている。これら２個の 変位センサ２６、２６から送り出される検出信号は、前記前輪舵角センサ８、８ の検出信号、及び車速を検出する車速センサ２７からの検出信号と共に、前記電 動モータ１９への通電を制御する制御器２５に入力している。尚、前記変位セン サ２６、２６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。

【００１２】 そして、前記制御器２５は、前記車速センサ２７により検出される車両の走行 速度が一定値（例えば４０km/h）以下の場合にのみ、前記電磁クラッチ２０を繋 ぎ、前記前輪舵角センサ８、８と車速センサ２７とからの信号に基づいて、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 ２４からの信号に基づいて、前記電動モータ１９への通電を制御する。又、伝達 軸１６の端部に設けられた変位センサ２６、２６は、実際に後輪９、９に付与さ れた舵角を検出して、その検出値を前記制御器２５に入力する。

【００１３】 又、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１ １の中間部に、互いに間隔をあけて１対の座板２８、２８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２８、２８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 位置に戻せるだけの弾力を有するセンタリングスプリング２３を設けている。

【００１４】 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２９、 ２９を形成しており、前記１対の座板２８、２８の外側面外周寄り部分を、それ ぞれ段部２９、２９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２８、２８を挟む位置には、１対のストップリング３０、 ３０を止着して、後輪用出力軸１１に対する各座板２８、２８の移動を制限して いる。更に、前記１対の座板２８、２８の外側面と、前記段部２９、２９及びス トップリング３０、３０との間には、皿板ばね３１、３１を設けている。

【００１５】 各皿板ばね３１、３１を完全に押し潰す為に要する弾力は、前記センタリング スプリング２３が圧縮され始める際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、図５に直線ａで示す様に、先ず皿 板ばね３１、３１が変位し（押し潰され）、何れか（変位方向先端側）の皿板ば ね３１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２３が、同図に 直線ｂで示す様に、１対の座板２８、２８の間で圧縮され始める様にしている。 但し、各皿板ばね３１、３１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 予想される最大横荷重Ｆ_MAX よりも少し大きくしている。

【００１６】 上述の様に構成される先考案の電動式四輪操舵装置に於いては、車両が一定速 度（例えば４０km/h）以下で走行する場合には制御器２５が、前輪舵角センサ８ 、８と車速センサ２７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に所望の舵角を付与する。この際、電磁クラッチ２ ０に通電して、この電磁クラッチ２０を繋いだ状態のままとする。

【００１７】 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、図６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 ２６、２６によって検出し、その検出値を制御器２５に入力して、フェイルセー フを図る。

【００１８】 尚、図６の縦軸に表わされた舵角比とは、後輪に付与される舵角θ_R と前輪に 付与される舵角θ_F との比（θ_R ／θ_F ）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、下の領域では逆位相となる。

【００１９】 一方、車両が前記一定速度（４０km/h）を越えて走行する場合には、前記電磁 クラッチ２０への通電が停止されて、この電磁クラッチ２０の接続が断たれる。 これに伴なって、前輪舵角センサ８、８と車速センサ２７とからの信号に拘らず 、制御器２５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。

【００２０】 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。

【００２１】 例えば、ステアリングホイール１の操作に基づき、前輪６、６を図４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 図４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１４、１４を含む鉛直面上に加わる。一 方、各後輪９、９の操舵中心１３、１３は、前記着力点１４、１４よりも距離ｌ 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・ｌなるモーメ ントで、図４の矢印γ方向に操舵される。

【００２２】 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（図４の左方）の皿板ばね３１が圧縮される。 従って、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３１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。

【００２３】 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、図 ６に破線ｄで示す様に、常に前輪６、６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。

【００２４】 又、皿板ばね３１、３１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。この様に、高速走行時に於いては電動モータ１ ９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２０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、簡単でしかも信頼性の高いものとする事が出来る。

【００２５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、例えば上述の様に構成され作用する先考案に係る電動式四輪操舵装 置を含む、電動モータにより後輪に舵角付与を行なう電動式四輪操舵装置を、実 際に自動車に組み込む場合に於いては、次に述べる様な点で、より実用性を高め る事が望まれている。

【００２６】 即ち、上記先考案に係る構造を含む電動式四輪操舵装置に於いては、前輪６、 ６に舵角が付与された場合には、バッテリーの容量に関係なく、後輪９、９に対 して前輪６、６に付与された舵角に応じた舵角を付与する。

【００２７】 後輪９、９に舵角を付与する為の電動モータ１９は、かなりの大電流を消費す る為、バッテリーの容量が不足しているにも拘らず後輪９、９への舵角付与を行 なった場合、前記バッテリーの容量がますます減少して、自動車を停止した後再 始動する際に、セルモータを駆動出来なくなる等、自動車の運行に支障を来す恐 れがある。

【００２８】 又、前記先考案に係る構造と異なり、センタリングスプリングを設けない構造 に於いては、後輪に舵角を付与した状態でバッテリーが消耗し切った場合、後輪 に舵角が付与された状態のままとなる恐れがある。

【００２９】 本考案の電動式四輪操舵装置は、この様な事情に鑑みて考案されたものである 。

【００３０】

【課題を解決する為の手段】

本考案の電動式四輪操舵装置は、前述した従来の、或は先考案に係る電動式四 輪操舵装置と同様に、前輪に付与された舵角を検出する前輪舵角センサと、この 前輪舵角センサから送り込まれた信号に基づいて、後輪に付与すべき舵角を算出 し、その算出結果に基づく指令信号を出力する制御器と、この指令信号に基づい て後輪に舵角付与を行なう、電動式アクチュエータと、この電動式アクチュエー タに通電する為のバッテリーとを備える。

【００３１】 更に、本考案の電動式四輪操舵装置に於いては、前記バッテリーの電圧を検出 する為の電源電圧検出手段を設け、この電源電圧検出手段の検出信号を前記制御 器に入力している。そして、この制御器は、前記電源電圧検出手段から送り込ま れる、上記バッテリーの電圧を表わす信号によって、この電圧が高い場合には前 記後輪に大きな舵角を付与する事を可能とし、前記電圧が少し低い場合には、前 記後輪に小さな舵角のみ付与する事を可能とし、前記電圧が低い場合には、前記 後輪への舵角付与を不能とする機能を有する事を特徴としている。

【００３２】

【作用】

上述の様に構成される本考案の電動式四輪操舵装置の場合、バッテリーの電圧 が低い場合には、後輪に付与する舵角を小さくするか、又は後輪に対して全く舵 角を付与しない事により、バッテリーの消耗を防止する。

【００３３】

【実施例】

図１は本考案の電動式四輪操舵装置が、後輪に舵角付与を行なう際の制御状態 の１例を示している。本考案の電動式四輪操舵装置は、図示しないバッテリーの 電圧を、やはり図示しない電圧計等の電源電圧検出手段により検出し、この電源 電圧検出手段の検出信号を、制御器２５（図４）に入力している。

【００３４】 そしてこの制御器２５は、図１に示す様な判定並びに指示を行なう事により、 車速の変化に応じ後輪９、９（図４）に対して、舵角付与を行なう。

【００３５】 先ず、ステップ１に於いて、前輪舵角センサ８、８（図４）から送り込まれる 信号を制御器２５に読み込み、ステップ２に於いて、この信号に基づいて、バッ テリーの電圧が十分であったと仮定した場合に、後輪９、９に付与すべき舵角（ 後輪一次舵角）を演算する。次いで、ステップ３に於いて、電源電圧検出手段か らの検出信号を読み取り、ステップ４に於いて、この検出信号に基づき、後輪に 付与し得る舵角の最大値（舵角制限値）を求める。即ち、このステップ４では、 現時点に於けるバッテリーの電圧に基づき、このバッテリーに加える事の出来る 負担を勘案し、前記舵角制限値を求める。この舵角制限値は、仮に後輪に付与し ても、バッテリーの能力が損なわれない範囲で定められる。

【００３６】 上述の様に、ステップ２で後輪一次舵角を演算し、ステップ４で舵角制限値を 求めたならば、次いでステップ５に於いて、（後輪一次舵角と舵角制限値とを求 める順序は逆でも良い。）、これら後輪一次舵角と舵角制限値との大きさを判定 し、小さい方の舵角を後輪に付与する。

【００３７】 即ち、後輪一次舵角が舵角制限値よりも小さい場合には、ステップ６に示す様 に、後輪一次舵角を後輪に付与すべき舵角として採用し、舵角制限値が後輪一次 舵角よりも小さい場合には、ステップ７に示す様に、舵角制限値を後輪に付与す べき舵角として採用する。

【００３８】 そして、ステップ８に於いて電動式アクチュエータへの通電を行ない、前記ス テップ６又はステップ７で採用された、後輪一次舵角又は舵角制限値を、後輪に 付与する。

【００３９】 以下、前記制御器２５に内蔵されたパルス発生器の信号等に基づき、車両が走 行している間中、所定時間（１秒又はそれ以下の短時間）毎に、上記ステップ１ 〜８を繰り返し行なう。

【００４０】 尚、図２〜３は、バッテリーの電圧と舵角制限値との関係を示している。前記 ステップ４に於いては、この図２〜３に示した様な関係に基づいて前記舵角制限 値を求め、前記ステップ５に送る。この図２〜３に示す様に、バッテリーの電圧 が１２Ｖある場合には、電動アクチュエータに通電する事で、バッテリーの機能 が損なわれる恐れはないとして、前記舵角制限値を後輪に付与し得る舵角の最大 値（図示の場合７°）とし、バッテリーの電圧が８Ｖ以下の場合には、前記電動 アクチュエータに通電する事で、前記バッテリーの機能が損なわれるとして、前 記舵角制限値を零にし、後輪への舵角付与を一切行なわない様にする。そして、 バッテリーの電圧が８〜１２Ｖの間の場合には、その電圧に応じて前記舵角制限 値を、連続的に（図２の場合）、或は段階的（図３の場合）に変化させる。

【００４１】 尚、本考案の電動式四輪操舵装置は、電動モータへの通電に基づいて後輪に舵 角を付与する構造のものであれば適用出来る。即ち、本考案が適用される電動式 四輪操舵装置は、前述した先考案に係る電動式四輪操舵装置の様に、コンプライ アンスステア機構を組み込んだものである必要はない。

【００４２】

【考案の効果】

本考案の電動式四輪操舵装置は、以上に述べた通り構成され作用する為、バッ テリーを消耗し切る事で、車両の運行に支障を来したり、或は後輪に舵角が付与 された状態のままとする事がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の電動式四輪操舵装置の作用の１例を示
すフローチャート。

【図２】バッテリーの電圧と舵角制限値との関係の第１
例を示す線図。

【図３】同じく第２例を示す線図。

【図４】先考案に係る電動式四輪操舵装置を示す部分横
断平面図。

【図５】後輪用出力軸の変位量とばね荷重との関係を示
す線図。

【図６】車速と舵角比との関係を示す線図。

【符合の説明】

１ ステアリングホイール ２ ステアリングシャフト ３ 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 前輪舵角センサ ９ 後輪 １０ ハウジング １１ 後輪用出力軸 １２ ナックルアーム １３ 操舵中心 １４ 着力点 １５ ラック歯 １６ 伝達軸 １７ ピニオン歯 １８ ウォームホイール １９ 電動モータ ２０ 電磁クラッチ ２１ 出力軸 ２２ ウォーム ２３ センタリングスプリング ２４ 回転角センサ ２５ 制御器 ２６ 変位センサ ２７ 車速センサ ２８ 座板 ２９ 段部 ３０ ストップリング ３１ 皿板ばね

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 137:00 (72)考案者 清野 薫 群馬県高崎市八幡町1390番地の12

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 前輪に付与された舵角を検出する前輪舵
   角センサと、この前輪舵角センサから送り込まれた信号
   に基づいて、後輪に付与すべき舵角を算出し、その算出
   結果に基づく指令信号を出力する制御器と、この指令信
   号に基づいて後輪に舵角付与を行なう、電動式アクチュ
   エータと、この電動式アクチュエータに通電する為のバ
   ッテリーとを備えた電動式四輪操舵装置に於いて、この
   バッテリーの電圧を検出する為の電源電圧検出手段を設
   け、この電源電圧検出手段の検出信号を前記制御器に入
   力し、この制御器は、前記電源電圧検出手段から送り込
   まれる、上記バッテリーの電圧を表わす信号によって、
   この電圧が高い場合には前記後輪に大きな舵角を付与す
   る事を可能とし、前記電圧が少し低い場合には、前記後
   輪に小さな舵角のみ付与する事を可能とし、前記電圧が
   低い場合には、前記後輪への舵角付与を不能とする機能
   を有する事を特徴とする電動式四輪操舵装置。