JPH09286342A

JPH09286342A - 走行操舵装置

Info

Publication number: JPH09286342A
Application number: JP12104496A
Authority: JP
Inventors: Naoya Murota; 直哉室田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構造で円滑な走行及び操舵をすること
ができる走行操舵装置を提供すること。【解決手段】車輪駆動用の駆動力を付勢する駆動モー
タ３と、この駆動モータ３に係合され且つ鉛直方向に延
設される駆動軸５と、この駆動軸５の駆動力を車輪７に
伝達すると共に駆動軸５回りに回動して車輪７を操舵す
る走行操舵伝達機構９とを備え、この走行操舵伝達機構
９に駆動軸５と同心に従動ギヤ１１を固定し、従動ギヤ
１１の近傍に車輪を操舵するための操舵モータ１３を併
設すると共に、この操舵モータ１３に操舵ギヤ１５を装
備し、この操舵ギヤ１５を従動ギヤ１１に係合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は走行操舵装置に係
り、特に車両に装備されて車両の走行及び操舵を行う走
行操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両の走行操舵装置として
は、以下のようなものがある。即ち、車両、特にラジオ
コントロール車両においては、図８に示すように、前輪
の左右両輪５３ａ，５３ｂを操舵ロッド５５で連結し、
この操舵ロッド５５を操舵用サーボ装置５７で制御して
操舵していた。そして、後輪は駆動専用にのみ用いて操
舵できないようになっていた。

【０００３】また、その他の走行操舵装置としては、図
９に示すように、工事用重機等に見られるように、いわ
ゆるキャタピラ６１ａ，６１ｂを用いるものがあった。
即ち、キャタピラ６１ａ，６１ｂを有する車両において
は、走行方向を変化させる場合には、左右のキャタピラ
の回転数に差を生じさせたり、または一方のキャタピラ
のみを完全に停止させて、左右相互のキャタピラの速度
に不均衡を生じさせることにより行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
従来例には以下のような不都合が有った。即ち、操舵用
サーボによって操舵ロッドを操作する方式の車両におい
ては、その構造上の理由から、最大の操舵角が所定値に
制限される、という不都合を生じていた。また、最大操
舵角走行時においては、旋回力の増大と共に、路面との
摩擦が増大して、結果として路面に悪影響を与える、と
いう不都合も生じていた。加えて、操舵の際には車輪の
接地面近傍を中心として車輪が操舵されるので、この時
の路面と車輪との摩擦力が増大し、大きな操舵力を発生
するための大型の操舵用サーボが必要となる、という不
都合を生じていた。

【０００５】また、上記した操舵用サーボを用いる方式
では、車輪に駆動力を付勢するためのドライブシャフト
や操舵ロッド等の部材を必要とするために、操舵系の構
造が複雑となり、これらを収納するために大きな空間を
必要として、装置全体が大型化してしまう、という不都
合を生じていた。

【０００６】一方、キャタピラ等を用いた車両の場合に
は、上記した如く、左右のキャタピラの回転差を利用し
て車両を操舵する。このため、旋回走行中には、キャタ
ピラと路面とが滑り接触して大きな摩擦力が発生する。
この結果、旋回のために大きなエネルギーを必要とする
と共に、路面に対しても悪影響を及ぼす、という不都合
を生じていた。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に、簡易な構造で円滑な走行及び操舵をす
ることができる走行操舵装置を提供することを、その目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の発明では、車輪駆動用の駆動力
を付勢する駆動モータと、この駆動モータに係合され且
つ鉛直方向に延設される駆動軸と、この駆動軸の駆動力
を車輪に伝達すると共に駆動軸回りに回動して車輪を操
舵する走行操舵伝達機構とを備え、この走行操舵伝達機
構に駆動軸と同心に従動ギヤを固定し、従動ギヤの近傍
に車輪を操舵する操舵モータを併設すると共に、この操
舵モータに操舵ギヤを装備し、この操舵ギヤを従動ギヤ
に噛合する、という構成を採っている。

【０００９】以上のように構成されたことで、先ず、主
制御部に所定の走行に関する指令が入力されると、これ
に応じて主制御部が速度指令と操舵指令を生成する。こ
のとき例えば、直進すべき指令が入力された場合には、
主制御部が速度指令を駆動モータに伝達し、駆動モータ
が回転する。これにより、駆動軸及び所定の歯車を介し
て車輪に駆動力が伝達され、直進の場合にはそのまま走
行する。

【００１０】一方、主制御部に操舵すべき指令が入力さ
れると、主制御部は操舵指令を生成してこれを操舵モー
タに伝達する。そして、操舵モータが回転して操舵ギヤ
及び従動ギヤを介して走行操舵伝達機構を回動させる。
これと同時に、駆動モータにも速度指令が入力されて所
定の駆動力が車輪に伝達される。これにより、所定の舵
角で車両が走行して、旋回動作が実現される。

【００１１】また、請求項２記載の発明では、操舵モー
タに操舵モータの回転を停止させる回転停止手段を設け
るという構成を採り、その他の構成は請求項１記載の発
明と同様である。以上のように構成したことにより、直
進時または一定舵角での走行時には、回転停止手段の作
用により操舵モータの回転が強制的に停止される。この
ため、直進及び一定舵角での走行がより安定したものと
なる。

【００１２】更に、請求項３記載の発明では、走行操舵
装置を少なくとも二組設け、操舵モータによって各車輪
を操舵方向に操舵すると共に、駆動モータによって各車
輪に操舵動作を補助するように駆動力を付勢するという
構成を採り、その他の構成は請求項１または２記載の発
明と同様である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図面に基づ
いて説明する。先ず、図１に示すように、走行操舵装置
１は、車輪駆動用の駆動力を付勢する駆動モータ３と、
この駆動モータ３に係合され且つ鉛直方向に延設される
駆動軸５と、この駆動軸５の駆動力を車輪７に伝達する
と共に駆動軸５回りに回動して車輪７を操舵する走行操
舵伝達機構９とを備え、この走行操舵伝達機構９に駆動
軸５と同心に従動ギヤ１１を固定し、従動ギヤ１１の近
傍に車輪を操舵するための操舵モータ１３を併設すると
共に、この操舵モータ１３に操舵ギヤ１５を装備し、こ
の操舵ギヤ１５を従動ギヤ１１に噛合することを特徴と
している。

【００１４】以上をより詳細に説明すると、図１に示す
ように、車両を構成するシャーシ１７には、車両を走行
させるための駆動モータ３が装備されている。この駆動
モータ３は、回転軸３ａが鉛直下方に向くようにシャー
シ１７に固定されている。そして、回転軸３ａの先端に
は、図１に示すように、駆動軸５と係合されるための係
合部３ｂが形成されている。ここで、図１においては駆
動モータ３の固定機構については省略しているが、所定
のネジ部材等で固定するようにしてもよい。また、本実
施形態では、上記したように駆動モータ３の回転軸３ａ
が鉛直下方を向いているが、本発明はこれに限定される
ものではなく、後述する駆動軸５に駆動力を伝達できる
ものであれば、その方向は不問である。

【００１５】上記した駆動モータ３の近傍には、操舵モ
ータ１３が配設されている。この操舵モータ１３は、後
述する走行操舵伝達機構９（以下「ギヤボックス」とい
う）を介して車輪７を操舵するためのものである。この
ため、操舵モータ１３の回転軸１３ａには、後述する操
舵ギヤ１５に操舵力を伝達できるように、所定のスプラ
インが形成されている。また、操舵モータ１３は、本実
施形態においては、その回転軸１３ａが駆動モータ３の
回転軸３ａに平行となるように併設されているが、これ
は操舵力の伝達機構を簡易に構成するためであるので、
その配置位置や方向は上記のものに限定されるものでは
ない。ここで、図１においては操舵モータ１３の固定機
構については省略しているが、駆動モータ３の場合と同
様に、所定のネジ部材等で固定するようにしてもよい。

【００１６】また、操舵モータ１３には、回転停止手段
１９が係合して配設されている。この回転停止手段１９
は、操舵モータ１３の回転を停止させる機能を有してお
り、具体的には、車両が直進している状態や、一定の操
舵角で走行している状態で機能するようになっている。
また、回転停止手段１９の具体的構成としては特に限定
されるものではないが、例えば、操舵モータ１３のロー
ター（図示略）を機械的に停止させるような電磁スイッ
チ（図示略）等を設けても良いし、また操舵時と逆方向
の電流を供給するような回路（図示略）を設けても良
い。

【００１７】次に、シャーシ１７の下面には、所定のギ
ヤ支持部材２１が配設されている。このギヤ支持部材２
１は板状に構成されており、且つ上記した駆動モータ３
及び操舵モータ１３のそれぞれの回転軸３ａ，１３ａに
対応する位置に貫通孔が形成されている。そして、ギヤ
支持部材２１自体は、シャーシ２１に対してボルト部材
２３によって固定されている。

【００１８】また、ギヤ支持部材２１の一方の貫通孔に
はベアリング２５を介して従動ギヤ１１が係合されてい
る。この従動ギヤ１１は、後述するギヤボックス９を支
持すると共に操舵時にギヤボックス９自体を回動させ、
車輪７を操舵するためのものである。より詳しくは、円
盤状からなるギヤ部と回転中心領域に形成されている中
空円筒状部とから構成されている。そして、ギヤ支持部
材２１の貫通孔に嵌合されているベアリングの内周壁に
圧入されている。

【００１９】上記した従動ギヤ１１の中空円筒状部の内
側には、駆動モータ３の回転軸３ａが挿通されている。
この時、回転軸３ａと円筒状部の内周壁とは摩擦力を生
じないように、所定の隙間を隔ててそれぞれ設置されて
いる。従って、駆動モータ３の回転軸３ａが回転して
も、従動ギヤ１１にはその駆動力が伝達されないように
なっている。

【００２０】また、従動ギヤ１１とギヤ支持部材２１と
の相互間には、所定の舵角検出手段３５が配設されてい
る。この舵角検出手段３５は、従動ギヤ１１の回転角、
即ちギヤボックス９の回転角を検出するためのものであ
り、本実施形態では光学式のエンコーダを用いている。
但し、舵角検出手段３５としてはこれに限定されるもの
ではなく、従動ギヤ１１に回転角度に対応したバーコー
ド等を印刷しておき、これをリーダー等で読み取るよう
にしても良い。

【００２１】従動ギヤ１１の下方には、車輪７を支持す
る走行操舵伝達機構としてのギヤボックス９が配設され
ている。このギヤボックス９は、詳しくは、従動ギヤ１
１の下面に形成されている支持部に、ボルト部材２７に
よって固定されている。これにより、従動ギヤ１１とギ
ヤボックス９とが一体的に回動することとなる。

【００２２】ギヤボックス９の中心には、駆動軸５が鉛
直方向に配設されている。そして、ギヤボックス９の上
下両端部において、ベアリングによって回転自在に支持
されている。また、この駆動軸５は、上記した駆動モー
タ３の回転軸３ａと一直線上に係合し、駆動モータ３の
回転により駆動軸５も回転するようになっている。

【００２３】また、駆動軸５の中間領域には、所定の駆
動軸歯車２９が配設されている。そして、この駆動軸歯
車２９は、車軸３１に固定された車軸歯車３３と噛合し
て、車輪に駆動力を伝達する役割を有している。これら
駆動軸歯車２９と車軸歯車３３とは、それぞれ傘歯形状
に構成されており、本実施形態では、駆動軸５と車軸３
１とが相互に直角となるように支持されている。但し、
駆動力の伝達機構としては以上に限定されるものではな
い。また、本実施形態における駆動軸５は、駆動モータ
３の回転軸５ａと分割されているが、回転軸５ａをその
まま駆動軸５として一体的に構成しても良い。

【００２４】上記した車軸３１は、ギヤボックス９から
水平方向に突出して配設されている。そして、ギヤボッ
クス９の貫通孔にベアリングを介して回転自在に支持さ
れている。この車軸３１は、一方端に上記した車軸歯車
３３を備えると共に、他方端に車輪７を備えている。

【００２５】上記説明においては、一機の走行操舵装置
１について説明したが、本実施形態においては、これら
の走行操舵装置１を４機備えている。そして通常の車両
と同様に四輪で走行する車両である。従って、以下には
４輪で走行する場合を含めて説明する。また、本発明
は、４輪に限らず、３輪であっても適用は可能である。

【００２６】次に、以上のように構成された走行操舵装
置１の具体的動作について説明する。ここで、説明の便
宜上、図３に示すように、駆動モータ３の時計回り方向
を正回転、操舵モータ１３の時計回り方向を正回転とし
ている。そして特に、図３は、車両の右前輪の場合を示
している。

【００２７】先ず、直進状態での走行操舵装置１の各部
の動作を説明すると、図４に示すように、速度指令が正
方向に付与されると、駆動モータが逆回転する。そし
て、車輪が前進方向に回転駆動される。この時、舵角指
令は付与されておらず、操舵モータ１３も停止してい
る。また、回転停止手段１９も操舵モータ１３の回転を
ロックしている。

【００２８】次に、右操舵走行について説明すると、本
実施形態では、右方向の舵角指令が入力された場合に
は、小回りを実現するために、駆動モータ３を正回転方
向に回転させ、車輪を後退方向に駆動している。また、
舵角指令が右操舵方向に付与されているので、操舵モー
タ１３が逆回転方向に回転する。すると、操舵ギヤ１５
も同様に逆回転方向に回転する。これにより、操舵ギヤ
１５と噛合している従動ギヤ１１は時計回りの正回転方
向に回転する。この結果、ギヤボックス９を介して車輪
７が右方向に操舵される。このとき、操舵モータ１３に
配設されている回転停止手段１９はロックが解除されて
いる。

【００２９】操舵モータ１３が回転して車輪７を操舵し
ている間に、上記した舵角検出手段３５に舵角情報が入
力される。舵角情報としては、従動ギヤ１１の回転に伴
って取得されるパルスの数をカウンタ等（図示略）で計
数し、それをＤ／Ａ変換して電圧値として求める。ま
た、舵角指令も電圧値として付与されているので、図示
しない比較回路で舵角指令の電圧値と舵角検出手段３５
の舵角情報の電圧値とを比較する。そして、これらが同
一値となった時点で舵角指令が無くなり、操舵モータ１
３の回転が停止される。

【００３０】上記したように、本実施形態では右操舵の
際に駆動モータ３を正回転させて車輪を後退方向に駆動
する場合について説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えば、車両の進行方向に対して右側
の車輪と左側の車輪の回転数に差を設けて操舵を補助す
るようにしてもよい。

【００３１】次に、左操舵の場合について説明すると、
左操舵は右操舵と全く逆に制御される。即ち、図４に示
すように、左操舵の場合には、駆動モータ３が逆回転方
向に回転する。また、操舵モータ１３は正回転方向に回
転される。そして、舵角検出手段３５の検出値が操舵指
令の値に一致したときに、操舵モータの回転が停止し、
回転停止手段１９により回転がロックされる。

【００３２】そして最後に、後退の場合には、前進の場
合と駆動モータ３の回転方向を全く逆にすることによ
り、車両が後退する。このとき、回転停止手段１９はロ
ックの状態となっており、車輪の操舵方向は一定に固定
されている。

【００３３】次に、本実施形態にかかる走行操舵装置１
によって実現できる各種走行モードについて説明する。
先ず、図５（Ａ）は直進モードを示しており、各走行操
舵装置１は、各車輪を同じ回転数で駆動している。ま
た、このとき、舵角は零になっている。また、図５
（Ｂ）は、斜行モードを示しており、各走行操舵装置１
の舵角が同一であり且つ車輪の回転数も同一である。ま
た、図５（Ｃ）は、超信地旋回モード示しており、各車
輪が車両の中央部を中心とする円の接線方向に操舵され
ている。そして、各車輪の回転は、上記した円周の一方
向になるように設定されている。これにより、車両の中
央部を中心にして回転することができる。

【００３４】また、図５（Ｄ）は第１の旋回モードを示
しており、通常の車両と同様の旋回状態を実現するモー
ドである。即ち、左右の前輪のみ操舵して後輪は操舵し
ない場合である。そして、このとき、前輪の舵角は、旋
回中心方向と垂直になるように設定され、且つ各車輪と
も旋回中心からの距離に比例した回転数に制御されてい
る。また、図５（Ｅ）は、第２の旋回モードを示してお
り、特に、後輪も操舵する場合を示している。この旋回
モードによれば、後輪が前輪の軌跡を追従することがで
きるので、いわゆる内輪差等が発生しない。更に、図５
（Ｆ）は、横移動モードを示している。このモードで
は、各車輪が車両に対して直角方向に操舵され、更に各
車輪は同一回転数で回転するようになっている。この走
行モードによれば、狭い通路などで、方向転換や旋回を
することなく円滑に走行できる。

【００３５】次に、図６は本実施形態にかかる走行操舵
装置１の制御ブロックを示している。この図６から分か
るように、先ず、走行や操舵に関する動作指令が主制御
部３７に入力される。これにより、主制御部３７におい
て速度情報と回転方向情報とからなる速度指令及び舵角
指令が生成される。そして、これら速度指令及び舵角指
令が駆動モータコントローラ３９及び操舵モータコント
ローラ４１に伝達される。そして、駆動モータコントロ
ーラ３９及び操舵モータコントローラ４１は、ドライバ
を介して駆動モータ３及び操舵モータ１３を駆動するよ
うになっている。また、操舵モータコントローラ４１
は、この他回転停止手段１９を制御する。即ち、主制御
部３１により操舵指令が生成されていない場合には、回
転停止手段１９を稼働させておき、操舵モータ１３が回
転しないようにロックしている。また、舵角検出手段３
５によって検出された舵角情報は、操舵モータコントロ
ーラ４１に入力され、目標の舵角になるまで操舵モータ
１３が回転駆動される。

【００３６】また、図７に走行操舵装置１の制御フロー
チャートを示す。先ず、直進動作の入力の有無が判断さ
れる（ステップＳ１）。この時直進動作の入力がされて
いない場合には、次に操舵動作の入力の有無が判断され
る（ステップＳ２）。そして、操舵動作の入力がされて
いない場合には、駆動モータ３及び操舵モータ１３は回
転せずに停止したままの状態を維持する。

【００３７】直進動作の入力がされた場合には、駆動モ
ータ３が起動されて車輪が回転駆動する（ステップＳ
３）。そして、初期の目的点までの移動が判断され（ス
テップＳ４）、未だ到達していない場合には更に駆動モ
ータ３が回転する（ステップＳ３）。

【００３８】また、操舵動作の入力がされた場合には
（ステップＳ２）、回転停止手段１９のロックが解除さ
れ（ステップＳ５）、駆動モータ３及び操舵モータ１３
が起動される（ステップＳ６）。そして、目的の舵角に
到達したか否かが舵角検出手段３５の出力値から判断さ
れ（ステップＳ７）、未だ到達していない場合には、更
に操舵モータ１３が回転する（ステップＳ６）。一方、
所定の舵角になったと判断された場合には、回転停止手
段１９により操舵モータ１３がロックされる（ステップ
Ｓ８）。以上により、走行操舵装置１が制御される。

【００３９】また、本発明の走行操舵装置は、通常の車
両に限られず、工場内でのＡＧＶ，電気自動車、その他
の電動車両そして既存の台車等にも広く適用可能であ
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上のように、駆動軸の回りに
回動可能な走行操舵伝達機構（ギヤボックス）によって
車輪の操舵を行う。このため、操舵の際の路面と車輪と
のすべり接触による摩擦力が最大限に抑制される。この
結果、路面に対してすべり接触に起因する影響が及ばな
いと同時に、操舵の際の操舵力も低減することができ
る、という優れた効果を生じる。

【００４１】また、操舵ロッド等の部材が不要であると
共に、駆動力を操舵のために利用できるので、操舵用モ
ータの負担を軽減することができ、装置の小型軽量化を
実現することができる、という優れた効果を生じる。ま
た、走行操舵伝達機構は駆動軸回りに回動可能であるの
で、柔軟に走行操舵の状態を変更することができ、特
に、狭い場所においても円滑に走行することができる、
という優れた効果を生じる。

【００４２】更には、車輪を駆動軸を中心として３６０
°回転可能に構成したので、いわゆるトレッドの幅を切
り替えることが可能となる。このため、狭い通路等であ
っても容易に走行することができる、という優れた効果
を生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す側方断面図である。

【図２】図１に開示した走行操舵装置と基本的な構成要
素を共通にする走行操舵装置の組立前の状態を示す側方
断面図である。

【図３】図１に開示した走行操舵装置を上方から見た場
合を説明する一部を省略した平面図である。

【図４】本発明の走行操舵装置に速度指令及び操舵指令
が付与された場合の駆動モータ及び操舵モータの動作の
関係を示す図である。

【図５】本発明の走行操舵装置の各走行モードを説明す
る図であり、図５（Ａ）は直進モードを示しており、図
５（Ｂ）は斜行モードを示しており、図５（Ｃ）は超信
地旋回モード示しており、図５（Ｄ）は第１の旋回モー
ドを示しており、図５（Ｅ）は第２の旋回モードを示し
ており、更に、図５（Ｆ）は横移動モードを示してい
る。

【図６】本発明の走行操舵装置の制御ブロックを示す図
である。

【図７】本発明の走行操舵装置の制御フローチャートを
示す図である。

【図８】従来例の走行操舵装置を示す図である。

【図９】他の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１走行操舵装置３駆動モータ５駆動軸７車輪９走行操舵伝達機構（ギヤボックス）１１従動ギヤ１３操舵モータ１５操舵ギヤ１７シャーシ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪駆動用の駆動力を付勢する駆動モー
タと、この駆動モータに係合され且つ鉛直方向に延設さ
れる駆動軸と、この駆動軸の駆動力を前記車輪に伝達す
ると共に前記駆動軸回りに回動して前記車輪を操舵する
走行操舵伝達機構とを備え、この走行操舵伝達機構に前
記駆動軸と同心に従動ギヤを固定し、前記従動ギヤの近傍に操舵モータを併設すると共に、こ
の操舵モータに操舵ギヤを装備し、この操舵ギヤを前記
従動ギヤに噛合することを特徴とした走行操舵装置。
【請求項２】前記操舵モータに操舵モータの回転を停
止させる回転停止手段を設けることを特徴とした請求項
１記載の走行操舵装置。
【請求項３】前記走行操舵装置を少なくとも二組設
け、前記各操舵モータによって各車輪を操舵方向に操舵
すると共に、前記各駆動モータによって各車輪に操舵動
作を補助するように駆動力を付勢することを特徴とした
請求項１または２記載の走行操舵装置。