JP2015098288A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の走行安定性を確保しつつ、その製造コストの抑制を図ること。【解決手段】転舵力発生手段と、左右車輪ｗを左右に転舵するステアリング装置１０、２０と、を備え、このステアリング装置１０、２０が、左右車輪ｗを転舵するタイロッド１２、２２と、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、対のラックバー５３、５４を、同一方向又は逆方向に同距離移動させるラックバー動作手段６０と、を備え、前記転舵力発生手段の転舵力によって、対のラックバー５３、５４の両方を同時に移動するようにした車両を構成する。このステアリング装置１０、２０によって左右車輪ｗを同時に転舵するため、誤動作によって左右いずれかの車輪ｗが転舵して、走行安定性が損なわれるのが防止されるとともに、単独の転舵力発生手段からの転舵力で左右車輪ｗを転舵するので、車両の製造コストの抑制を図ることができる。【選択図】図２

Description

この発明は、前輪又は後輪のどちらかを転舵するステアリング装置、特に４輪転舵機構からなるステアリング装置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タイロッドとナックルアームを用いるものである。

この種の転舵機構として、特許文献１には、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、これによって舵角９０度、横移動を可能とした構成が示されている。また、特許文献２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輪転舵車両が示されている。

さらに、特許文献３、４には、各車輪にそれぞれ転舵用アクチュエータ（転舵機構）を設け、各車輪を独立して任意の角度に転舵可能とした構成が示されている（図１２中の符号７０（転舵用アクチュエータ）、符号７１（転舵機構）参照）。このように、各車輪を独立して転舵可能とすることにより、その場回転等の特殊な運転モードを可能としている。

特許第４６３５７５４号公報 実用新案登録第２６００３７４号公報 特開２０１２−０１７０９３号公報 特許第５１５７３０５号公報

一般的なアッカーマン・ジャント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ドライブシャフトなどの他部材との干渉から困難である。仮に左右の車輪のうち一方の車輪を９０度に操舵したとしても、他方の車輪は一方の車輪と完全に平行にはならず、スムーズな横方向移動は困難である。

また、特許文献２に記載の構成は、ハンドルの回転をタイヤ側に延びるステアリングシャフトの回転に変換した上で、アッカーマン・ジャント式が成立するように、非円形の車輪走行歯車及び交差軸歯車を用いてその動力伝達を行っている。このように、タイヤを転舵するために複数の歯車を使用しているため、構造が複雑となる上に、歯車同士の間でガタが発生しやすく、円滑な車輪の転舵が困難となる問題がある。しかも、非円形の歯車は、高精度を維持しつつ製造するのが難しく、その場回転モード、横方向移動モード時に使用する正逆切替機構は電磁石を使用しており機構が複雑であるため、この歯車や正逆切替機構を採用することに伴うコスト高が避けられない問題もある。

また、特許文献４、５に記載の構成は、各車輪を独立して転舵できるため、横方向移動モードやその場回転モードなどの走行モードに容易に変更できるメリットがある反面、転舵機構が誤作動した場合に問題が生じる。例えば、図１３に示すように、ステアリング２を操作していないにもかかわらず右前輪のみが誤作動により右向きに転舵した場合、車両の右折状態と直進状態が同時に生じた矛盾状態となり、車両の走行安定性が損なわれる問題がある。ここでは、車両の直進中に誤作動が生じた状態を例示したが、横方向移動モード等の他の特殊走行モードにおいて誤作動が生じた場合も同様の問題が生じる。

そこで、この発明は、車両の走行安定性を確保しつつ、その製造コストの抑制を図ることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明において、転舵力発生手段と前側又は後側の少なくとも一方の左右車輪を左右に転舵するステアリング装置と、を備え、前記ステアリング装置が、前記左右車輪に接続され、この左右車輪を転舵するタイロッドと、前記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を、同一方向又は逆方向に同距離移動させるラックバー動作手段と、を備え、前記転舵力発生手段の転舵力によって、前記対のラックバーの両方を同時に移動するようにした車両を構成した。

このように、転舵力発生手段によって、対のラックバーの両方を同時に移動することによって、左右車輪の片方だけ転舵した状態とならない。このため、図１３において示したように、左右の車輪の転舵に矛盾状態が生じて、車両の走行安定性が損なわれるのを防止することができる。また、左右車輪が転舵力発生手段とステアリング装置を共有しているため、特許文献４、５に示すように各車輪に転舵用アクチュエータなどを設けた場合と比較して、部品コストの削減を図ることもできる。

前記構成においては、前記転舵力発生手段による転舵力が、運転者によるステアリングの回転操作に伴って生じる回転力、又は、ステアリングの回転操作に伴って作動する転舵用アクチュエータによる回転力のいずれかとするのが好ましい。

前記各構成においては、前記ラックバー動作手段が、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、前記一方のラックバーに噛合する第一ピニオンギアと、前記他方のラックバーに噛合する第二ピニオンギアと、前記第一ピニオンギアと前記第二ピニオンギアとの間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。

通常の走行モードにおいては、前記連結機構を結合することにより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同様に左右車輪を同位相に転舵することができる。その一方で、横方向移動モードやその場回転モードなどの特殊走行モードにおいては、前記連結機構を分離して対のラックバーを別方向に移動することで、左右車輪を逆位相に転舵することができる。このように、結合又は分離が自在の連結機構を用いることにより、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に転舵し、横方向移動などに対応することができる。

前記各構成においては、前側及び後側の車両の両方に同一の前記ステアリング装置を設けるのが好ましい。このようにすれば、前後の車輪の転舵特性が類似して転舵安定性が向上するとともに、部材を共通化することによって車両の製造コストの抑制を図ることができる。

転舵力発生手段と、車両の前側又は後側の少なくとも一方の左右車輪を左右に転舵するステアリング装置と、を備え、前記ステアリング装置が、前記左右車輪に接続され、この左右車輪を転舵するタイロッドと、前記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を、同一方向又は逆方向に同距離移動させるラックバー動作手段と、を備え、前記転舵力発生手段の転舵力によって、前記対のラックバーの両方を同時に移動するようにした車両を構成した。このようにすることで、左右の車輪が常に同時に転舵するため、例えば４輪のうち１輪のみ誤作動により転舵する状況が生じず、車両の走行安定性が損なわれるのを防止することができる。

この発明に係る車両のイメージ図 この発明の実施形態を示し、（ａ）は一般車両の平面図、（ｂ）はステアバイワイヤ方式の車両の平面図 図２（ａ）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（ａ）の車両において小回りモードを示す平面図 図２（ａ）の車両においてその場回転モードを示す平面図 図２（ａ）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 ステアリング装置の外観を示す斜視図 ステアリング装置のラックバー動作手段の詳細を示し、（ａ）は分離状態の正面図、（ｂ）は結合状態の正面図 ステアリング装置の内部を示す正面図 ステアリング装置の内部を示し、（ａ）は対のラックバーが最も近接した状態の平面図、（ｂ）は対のラックバーが開いた状態の平面図 従来技術に係る車両の概略を示す平面図 図１２に示した車両において、右前輪が誤作動により転舵した状態を示す平面図

この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態において、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。

図１は、この発明に係る車両１のイメージ図を示す。超小型モビリティで２人乗車（横並び二人乗り）の車体を示している。車両１はステアリング２の操作によって、ステアリングシャフト３を介して車輪ｗを転舵できるようになっている。ただし、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、第一実施形態の車両１の駆動系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、それぞれステアリング装置１０、２０を連結させたものである。

前輪用の本案のステアリング装置１０は、転舵力発生手段による転舵力で、ピニオン軸６１（図１０参照）を軸周りに回転することで通常転舵が可能となる。この転舵力発生手段による転舵力として、運転者によるステアリング２の回転操作（一般車両（図２（ａ）参照））に伴って生じる回転力、又はステアリング２の回転操作に伴って作動する転舵用アクチュエータ３１（ステアバイワイヤ方式（図２（ｂ）参照））による回転力のいずれかとすることができる。これらの回転力をピニオン軸６１に入力して、対のラックバーを同時に移動することにより、左右車輪ｗを同時に転舵することができる。

また、後輪用の本案のステアリング装置２０は、ステアリング２の回転操作に伴って作動する転舵用アクチュエータ３１（ステアバイワイヤ方式（同図（ｂ）参照））による回転力をピニオン軸６１（図１０参照）に入力し、このピニオン軸６１を軸周りに回転することで通常転舵が可能となる。後輪用のステアリング装置２０においても、対のラックバーを同時に移動することにより、左右車輪ｗを同時に転舵することができる。図２は、前後輪に本案のステアリング装置１０、２０を採用した４輪転舵装置を備えた車両１を示している。前後輪いずれのステアリング装置１０、２０も、その基本構成は同じである。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。

本図においては、全車輪ｗにインホイールモータＭを採用した構成について示しているが、前輪の２輪のみ、又は後輪の２輪のみ、インホイールモータＭを採用した構成とすることもできる。

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において紙面左向きの矢印が示している方向が、車両の前方方向となる。後の図３〜図６においても同様である。図１０等において示すように、２つのラックバー５３、５４の間には、各ラックバー５３、５４に噛合する同期ギア５５が設けられている。この同期ギア５５は、図１１等において示すように、同期ギアボックス６６によって保持されている。

前輪又は後輪の左右の車輪ｗには、図２に示すように、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がヒンジ接続されている。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を順番に直列に配置することによって構成される。

第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、図８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は車両１の図示しないフレーム（シャーシ）に支持されている。

ラックケース５０の車両１への取付けは、例えば、ラックケース５０に設けられたフランジ部５０ａを介して、車両１のフレームに直接又は間接的にネジ固定とすることができる。

第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、ラックケース５０内を車両の直進方向に対して左右同方向に同距離だけ同時に移動可能である。この動作は、運転者が行うステアリング２の操作に基づき、通常転舵用アクチュエータ３１の動作によって行われる。この動作により、通常走行時、左右車輪を左右同方向に同時に転舵させることができる。

このステアリング装置１０、２０には、ラックケース５０に対して同期ギアボックス６６を固定する固定機構６７が設けられている。この固定機構６７は、固定用アクチュエータ６９を内蔵している。この固定用アクチュエータ６９を作動させ、この作動に伴って押え部（図示せず）を同期ギアボックス６６に押し付けることによって、フレームに固定されたラックケース５０に対し、同期ギアボックス６６を固定することができる。このように同期ギアボックス６６を固定することによって、この直進状態の場合のみならず、ステアリング２をいかなる角度操作した場合においても、左右の車輪転舵角度を同じにすることができる。

図９に示すピニオン軸６１は、ステアリングシャフト３（一般車両の場合（図２（ａ）参照））、もしくは、ステアリング２の回転動作によって作動するモータなどのアクチュエータ３１（ステアバイワイヤ方式の場合（図２（ｂ）参照））に接続される。このピニオン軸６１には一体もしくは一体に回転可能に結合された第一ピニオンギア６２があり、第一ピニオンギア６２に噛合される第一ラックバー５３と、第二ピニオンギア６５に噛合させる第二ラックバー５４を備える。この２つのラックバー５３、５４は互いに平行に伸びている。

また、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５を回転方向に結合及び分離が可能とする連結機構６３を備えている。図９（ａ）は分離した状態、図９（ｂ）は結合した状態を示している。

また、ステアリング装置１０、２０は、図１０に示すように、それぞれラックバー動作手段６０を備えている。ラックバー動作手段６０は、車両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）へ同距離だけ同時に移動させる機能を有する。

ラックバー動作手段６０は、図１０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。図９で示した連結機構６３による第一及び第二ピニオンギア６２、６５の連結を分離状態としつつ、第一ラックバー５３をラックバー動作手段６０から入力された駆動力によって、そのラックの歯の並列方向に対して一方向へ動かすと、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。

なお、図１０、図１１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は、スムーズに相対移動することが可能となる。

また、図９に示すように、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、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。

第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、それぞれ、別体で形成された同期用ラックギア５３ａ、５４ａと前記転舵用ラックギア５３ｂ、５４ｂを、ボルト軸等の固定手段で一体に固定したものとしてよい。

転舵用ラックギア５３ｂ、５４ｂは、各ラックバー５３、５４を、車両１のフレームに対して、前記ラックの歯の並列方向に沿って移動させるための駆動力の入力手段として機能する。

図１１（ａ）に示す状態（直進状態）から、図１１（ｂ）に示す状態（後で説明する横方向移動モードの状態）へと移動するためには、連結機構６３を分離した後、ラックバー動作手段６０からの駆動力の入力により、第一ラックバー５３を一方向に移動する。すると、第二ラックバー５４には、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４の両方に噛合している第一同期ギア５５を介してその力が伝達され、この第二ラックバー５４は、第一ラックバーと逆方向に同距離だけ同時に移動する。

直進状態においては（図１１（ａ）参照）、直進状態のタイヤ（ラックバー）位置で連結機構６３が噛合することで、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５が回転固定される。そして、ステアリング２を回転させてステアリングシャフト３を回転すると、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、フレームに取り付けられたラックケース５０内を左右同方向に同距離だけ同時に移動する。

また、横方向移動モードの状態においては（図１１（ｂ）参照）、連結機構６３が分離され第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、同期ギアボックス６６内の同期ギア５５にそれぞれ噛合している。この同期ギア５５の噛合によって、それぞれのラックバー５３、５４は、同期ギアボックス６６に対して逆方向に同距離移動する。ここで、同期ギアボックス６６をフレームに固定されたラックケース５０に対して固定しておくと、左右車輪ｗ（タイヤ）の接地面に傾斜や摩擦状態の違い等があっても、同期ギアボックス６６に対して、対のラックバー５３、５４を左右反対方向に同距離だけ同時に移動することができる。したがって、それぞれのラックバー５３、５４にタイロッド１２、２２を介して接続される左右の車輪ｗは常に同じ角度で移動（転舵）されることとなる。

次に、ラックバー動作手段６０の作用について説明する。

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９参照）。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、同じく、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。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、第一回転軸６１側へ回転が伝達されるようになっている（図９参照）。

ラックバー動作手段６０は、第一回転軸６１と一体もしくは結合された第一ピニオンギア６２と、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。

図８は、ステアリング装置１０、２０の全体を示す外観斜視図である。前部カバー５２と後部カバー５１との間に、第一ラックバー５３や第二ラックバー５４が収容されている。なお、図示されていないが、タイロッド１２、２２取り付け部からラックケース５０（ケース前部５１、ケース後部５２）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は、モード切替用アクチュエータ３２の動作軸に、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。

第一ピニオンギア６２は、図９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、互いに結合及び分離が可能な連結機構６３を備えている。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）と相対回転不能な状態（結合状態）とに切り替える機能を有する。

連結機構６３は、図９に示すように、第二回転軸６４側の固定部６３ｂと、第一回転軸６１側の移動部６３ａ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が一体で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を軸方向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とは独立して回転可能な状態となる。すなわち、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５は、それぞれが独立して回転可能となる（前記分離状態）。図９（ａ）は、連結機構６３の分離状態を示し、図９（ｂ）はその結合状態を示している。

連結機構６３の分離により第一ピニオンギア６２、第二ピニオンギア６５が相対回転可能なとき、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）へ同距離だけ同時に移動する。このとき第二ピニオンギア６５は第二ラックバー５４の移動により自由に回転している。

このように、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５とを連結機構６３により結合状態と分離状態に切り替えることで、対のラックバー５３、５４が一体に左右方向へ動く状態と、別々に反対方向へ動く状態との切り替えが容易に可能となる。

すなわち、連結機構６３が、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５を介して、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を結合した状態で、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の駆動力によって、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同時に動かすことにより、左右車輪ｗをキングピン軸Ｐ（図７参照）周りに同方向へ同時に転舵させることができる。このとき、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４が一体に動くことにより、第一同期ギア５５は回転していない。

また、連結機構６３が、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５を分離した状態で、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反対方向へ同距離だけ同時に動かすことにより、左右車輪をキングピン軸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同時に転舵させることができる。

すなわち、この実施形態では、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（連結機構６３が結合状態）に、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を同方向に同距離だけ同時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、ピニオンギア６２、６５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、そのステアリングシャフト３の回転がステアリング２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、通常転舵用アクチュエータ３１が、モード切替時において、ステアリングシャフト３を介して第一回転軸６１に回転を入力するようにしてもよい。

また、モード切替用アクチュエータ３２は、ステアリングの左右に配置されたインホイールモータＭの駆動力によってその役割をすることも可能である。さらに、これら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、若しくは左右のインホイールモータＭのいずれか、もしくは、いくつかの転舵操作力を用いて、転舵させることも可能である。

以下、これらの各構成からなるステアリング装置を、車両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（ａ）（ｂ）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のラックケース５０によって保持された第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を一体移動可能な状態、つまり図９の第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５を互いに結合又は分離が可能な連結機構６３が結合した状態とする。すると、車両のフレームに取り付けられたラックケース５０内の対のラックバー５３、５４は、左右の同方向に同距離だけ同時に移動する。

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も同方向に同距離だけ同時に移動して、図３に示すように、前輪の左右車輪ｗを所定の角度に同時に転舵する。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を連結機構によって完全に一体動作可能とすることで、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のラックケース内５０の第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を同方向に同距離移動可能な状態、つまり図９の連結機構６３が結合した状態とする。前輪と同じく、車両のフレームに取り付けられたラックケース５０内の対のラックバー５３、５４は、左右方向に同方向に同距離だけ同時に移動する。

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、直進方向に対して第一ラックバー５３と第二ラックバー５４が左右同方向に同距離だけ同時に動いて、図４に示すように、後輪の左右車輪ｗを所定の角度に同時に転舵する。このとき、後輪と前輪とは逆位相に転舵しており（図中において、前輪が右転舵、後輪は左転舵）、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、前後で転舵角度を相違させてもよい。

（その場回転モード）
その場回転モードを図５に示す。固定機構６７によってラックケース５０に対して同期ギアボックス６６をその直進時に設定される位置で固定するとともに、連結機構６３（図９参照）を分離することで、ラックケース５０内の第一ラックバー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からピニオンギア６２の入力によって、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４に介在して設けた第一同期ギア５５の作用により、両ラックバー５３、５４は互いに相反する方向に同距離だけ同時に移動し、左右車輪ｗは逆方向に同時に転舵する。このように、固定機構６７によってラックケース５０に対して同期ギアボックス６６を固定することによって、タイヤの接地面の傾斜や摩擦状態の違い等があっても、対のラックバー５３、５４を、固定された同期ギアボックス６６を基準として、左右反対方向に同距離だけ同時に移動することができる。このため、左右車輪ｗを速やかに目標とする車輪角度とすることができ、舵角制御を安定的に行うことができる。

第一ラックバー５３と第二ラックバー５４を互いに逆方向に同距離だけ同時に移動させ、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。このとき、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で一定の状態（又はほぼ移動しない状態）を維持しながら向きを変える、いわゆるその場回転が可能となる。また、ラックケース５０に対して同期ギアボックス６６を固定した状態で保持したままとすることで、安定したその場回転が可能となる。

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、その場回転が可能である。

（横方向移動モード）
横方向移動モードを図６に示す。その場回転モードと同様に、固定機構６７によってラックケース５０に対して同期ギアボックス６６をその直進時の位置で固定するとともに、連結機構６３（図９参照）を分離することで、ラックケース５０内の第一第一ラックバー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からピニオンギア６２の入力によって、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４に介在して設けた第一同期ギア５５の作用により、両ラックバー５３、５４は互いに相反する方向に同距離だけ同時に移動し、左右車輪ｗは逆方向に同時に転舵する。このように、固定機構６７によってラックケース５０に対して同期ギアボックス６６を固定することによって、タイヤの接地面の傾斜や摩擦状態の違い等があっても、対のラックバー５３、５４を左右反対方向に同距離だけ同時に移動することができる。このため、左右車輪ｗを速やかに目標とする車輪角度とすることができ、舵角制御を安定的に行うことができる。

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を反対方向へ同距離だけ同時に移動させる。そして、車輪ｗが前記９０度となった位置で連結機構６３（図９参照）を結合させて、対のラックバー５３、５４を固定する。

このとき、その場回転モード時とは異なり、同期ギアボックス６６をラックケース５０に固定した状態を解除することで、ステアリング装置１０、２０のラックケース５０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同時に移動させて、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。その場回転モード時に比べて、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。

（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、その場回転モード、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、その場回転モードを選択すれば、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、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、運転席のステアリング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自身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左右同時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運転モードは例であり、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、転舵力発生手段と、ステアリング装置１０、２０と、を備え、ステアリング装置１０、２０が左右車輪ｗに接続され、この左右車輪ｗを転舵するタイロッド１２、２２と、対のラックバー５３、５４と、ラックバー動作手段６０と、を備え、転舵力発生手段の転舵力によって、対のラックバー５３、５４の両方を同時に移動するようにした車両１を構成した。このようにすることで、左右車輪ｗが常に同時に転舵するため、例えば４輪のうち１輪のみ誤作動により転舵する状況が生じず、車両１の走行安定性が損なわれるのを防止することができる。

２ ステアリング
１０、２０ ステアリング装置
１２、２２ タイロッド
３１ 転舵用アクチュエータ
５３、５４ ラックバー
５５ （第一）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
ｗ 車輪

Claims (4)

1. 転舵力発生手段と、
   前側又は後側の少なくとも一方の左右車輪（ｗ）を左右に転舵するステアリング装置（１０、２０）と、
   を備え、前記ステアリング装置（１０、２０）が、
   前記左右車輪（ｗ）に接続され、この左右車輪（ｗ）を転舵するタイロッド（１２、２２）と、
   前記タイロッド（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）を、同一方向又は逆方向に同距離移動させるラックバー動作手段（６０）と、
   を備え、前記転舵力発生手段の転舵力によって、前記対のラックバー（５３、５４）の両方を同時に移動するようにした車両。
2. 前記転舵力発生手段による転舵力が、運転者によるステアリング（２）の回転操作に伴って生じる回転力、又は、ステアリング（２）の回転操作に伴って作動する転舵用アクチュエータ（３１）による回転力のいずれかである請求項１に記載の車両。
3. 前記ラックバー動作手段（６０）が、
   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、
   前記一方のラックバー（５３）に噛合する第一ピニオンギア（６２）と、
   前記他方のラックバー（５４）に噛合する第二ピニオンギア（６５）と、
   前記第一ピニオンギア（６２）と前記第二ピニオンギア（６５）との間を結合又は分離する連結機構（６３）と、
   を備えた請求項１又は２に記載の車両。
4. 前側及び後側の車輪（ｗ）の両方に同一の前記ステアリング装置（１０、２０）を設けた請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両。

Images