WO2016117585A1 - Steering apparatus - Google Patents
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- WO2016117585A1 WO2016117585A1 PCT/JP2016/051520 JP2016051520W WO2016117585A1 WO 2016117585 A1 WO2016117585 A1 WO 2016117585A1 JP 2016051520 W JP2016051520 W JP 2016051520W WO 2016117585 A1 WO2016117585 A1 WO 2016117585A1
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- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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- B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
- B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
- B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
Definitions
- This invention relates to a steering device that steers wheels.
- a steering mechanism called Ackermann-Jantou type that steers the wheels using a steering link mechanism that connects the left and right wheels (hereinafter collectively referred to as "wheels” including tires, wheels, hubs, etc.) There is.
- This steering mechanism uses a tie rod and a knuckle arm so that the left and right wheels have the same turning center when the vehicle turns.
- This steering mechanism for example, there is a configuration shown in Patent Document 1 below.
- This steering mechanism has a steering link mechanism for left and right wheels using a tie rod and a knuckle arm on at least one of the front wheel side and the rear wheel side, and the tie rod length, the distance between the left and right tie rods, or each wheel and the knuckle arm.
- the steering mechanism shown in the following Patent Document 2 is disposed between the left and right wheels of the front and rear wheels, and can rotate around the axis, and the rotation of the divided steering shaft between the left and right divided steering shafts.
- Forward / reverse switching means for switching the direction between forward and reverse directions is provided. This switching means enables a steering angle of 90 degrees, lateral movement, and the like.
- Patent Document 3 discloses a technology of a four-wheel steered vehicle in which an actuator is operated in accordance with the steering of the front wheels to steer the rear wheels.
- Patent Document 4 discloses a technique of a steering mechanism in which a toe adjustment of the left and right wheels is performed by moving a rack housing connecting the left and right wheels in the front-rear direction to improve running stability.
- a line extending vertically from the rotation line of each wheel gathers at the turning center of the vehicle. Smooth running is possible.
- the lateral movement of the vehicle transverse movement in the lateral direction with the vehicle facing in the front-rear direction
- steering the wheel in a direction of 90 degrees with respect to the front-rear direction is a problem with the length of the steering link. It is difficult to interfere with other members. Further, even if one of the left and right wheels is steered at 90 degrees, the other wheel is not completely parallel to the one wheel, and smooth running is difficult.
- Patent Document 1 With the technique described in Patent Document 1, it is possible to move the vehicle in the lateral direction, turn around, and the like.
- an actuator for changing the length of the tie rod, the distance between the left and right tie rods, or the angle formed by the wheel and the knuckle arm is provided, the number of actuators is large and the control is complicated.
- the technique described in Patent Document 2 not only has a complicated structure due to its mechanism, but also uses a large number of gears to steer the wheels by the rotation of the rack bar. For this reason, rattling is likely to occur, and it is difficult to smoothly steer the wheels.
- Patent Document 3 is an example of a conventional four-wheel steering mechanism and enables rear wheel steering, but it is difficult to move laterally for the same reason described above only with this mechanism. Furthermore, while the technique of Patent Document 4 allows toe adjustment, it cannot cope with lateral movement of the vehicle, small turn, and the like.
- the present invention has an object to deal with special turning such as lateral movement and small turn without using a complicated mechanism in a vehicle that gives a steering angle to four wheels, and the amount of turning is accurately determined. It is an object to make it possible to control it.
- the present invention includes a tie rod connected to the left and right wheels of a front wheel or a rear wheel and steering the left and right wheels, a pair of rack bars respectively connected to the tie rods of the left and right wheels, A synchronous gear device that meshes with a pair of rack bars, and converts the movement of one rack bar in one direction with respect to the parallel direction of the teeth of the rack to the movement of the other rack bar in the other direction;
- Rack bar operation means capable of moving in the opposite direction along the parallel direction of the rack teeth of the rack bar, a synchronous gear box that holds the synchronous gear device and is movable along the parallel direction, and A rack case that holds the pair of rack bars and is fixed to the vehicle frame; and a fixing mechanism that is held by the rack case.
- the fixing mechanism is a pair of fixing mechanisms arranged at both ends of the synchronous gear box, and the linear mechanism is the position of the synchronous gear box when the vehicle is traveling straight, and the fixing mechanism is A configuration in which a first fixed portion that restricts movement of the synchronous gearbox in one direction from the gearbox position when traveling straight and a second fixed portion that restricts movement of the synchronous gearbox in the other direction forms a pair. Can be adopted.
- the first fixing portion when the synchronous gearbox is in a position shifted in one direction from the straight-running gearbox position, the first fixing portion is set to an unregulated state in which the movement of the synchronous gearbox is not restricted.
- the first fixed portion moves the synchronous gearbox in one direction from the linear gearbox position.
- the second fixing portion does not restrict the movement of the synchronous gear box when it is set to a restricting state to be restricted and the synchronous gear box is in a position shifted in a different direction from the gear box position during the straight traveling.
- Said second fixing portion when Tsu can adopt a configuration that is set in the restricted state to restrict movement of the synchronous gearbox from the straight running gearbox position the other direction.
- first fixing portion and the second fixing portion are each provided with a detection mechanism that detects whether the restricted state or the unregulated state.
- the pair of rack bars By connecting the wheels to the pair of rack bars that can be moved independently from each other via tie rods, the pair of rack bars can be fixed together in normal driving mode and operate without a sense of incongruity with conventional steering operations.
- various travel modes such as lateral movement and small turn can be realized.
- the cost can be reduced without using complicated mechanisms and controls. That is, in a vehicle that gives steering angles to four wheels, the front and rear wheels are steered to the same or opposite phase rudder angle without using a complicated mechanism, and special steering such as lateral movement and small turning is supported. Can do.
- a rack case fixed to the vehicle frame and holding a pair of rack bars a synchronous gear box that holds a synchronous gear device between the pair of rack bars and is movable in a parallel direction, and is held by the rack case. Since the pair of fixing mechanisms arranged at both ends of the synchronous gear box are provided, the movement of the synchronous gear box in the left-right direction can be restricted by the fixing mechanism when the pair of rack bars are moved in opposite directions. For this reason, even in harsh driving situations such as when a load is applied to one of the left and right wheels, the difference in the amount of movement of the pair of rack bars can be eliminated, and the front wheels or rear wheels are set to the opposite phase steering angle. When turning, the left and right turning amounts can be accurately controlled.
- FIG. 2A is a plan view showing a normal driving mode (normal steering mode) in the vehicle of FIG. 2A.
- FIG. 2A is a plan view showing the small turn mode in the vehicle of FIG. 2A.
- FIG. 2A is a plan view showing an in-situ turn mode in the vehicle of FIG. 2A
- FIG. 2A is a plan view showing a lateral movement (parallel movement) mode in the vehicle of FIG. 2A.
- Sectional view showing the support state of the wheel The perspective view which shows the steering device which concerns on this invention
- Side view of the separated state showing details of the rack bar operating means of the steering device
- Front view showing the inside of the steering device
- FIG. 15A is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 15A showing the fixing mechanism and the lock pin retracted.
- FIG. 15A is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 15A showing the fixing mechanism and the lock pin protruding.
- Explanatory drawing showing the action of the fixing mechanism Explanatory drawing showing the action of the fixing mechanism
- the in-wheel motor M is mounted in the wheels of all the wheels w in the front, rear, left, and right sides of the vehicle 1. By providing the in-wheel motor M, various travel patterns are possible.
- FIG. 1 shows an image diagram of a vehicle 1 using the steering device of the present invention. It shows a two-seater (side-by-side two-seat) vehicle body with ultra-compact mobility.
- the vehicle 1 can steer the wheels w through the steering shaft 3 by operating the steering 2.
- the present invention is not limited to ultra-compact mobility and can also be applied to ordinary vehicles.
- FIGS. 2A and 2B are schematic plan views showing the drive system and control path of the vehicle 1.
- the steering devices 10 and 20 of the present application are connected to the left and right wheels (FL and FR) of the front wheels and the left and right wheels (RL and RR) of the rear wheels via tie rods 12 and 22, respectively.
- a steering device 10 for a front wheel is a general vehicle (see FIG. 2A) provided with a steering shaft 3 or a steer-by-wire type vehicle (see FIG. 2B) provided with an actuator such as a motor that is operated by a rotating operation of the steering 2. ).
- normal steering can be performed by operating the pinion gear shaft linked to the steering device 10 for the front wheels.
- the steering device 20 for the rear wheels is operated by operating a pinion gear shaft linked to the steering device 20 for the rear wheels by an actuator (steer-by-wire) such as a motor that is operated by the rotation operation of the steering 2.
- This rear-wheel steering device 20 can be employed in any type of vehicle shown in FIGS. 2A and 2B.
- a vehicle equipped with the steering devices 10 and 20 of the present invention only on either the front wheels or the rear wheels can be adopted, or the steering device 20 of the present invention is equipped only on the rear wheels, and the front wheels are normal.
- a vehicle equipped with a general steering device can also be used.
- the front and rear steering devices 10 and 20 are each provided with two rack bars for turning the left and right wheels w.
- the rack bar connected to the right wheel w with respect to the front-rear direction of the vehicle is the first rack bar 53
- the rack bar connected to the left wheel w is the second rack bar 54.
- the direction indicated by the arrow on the left side of the page is the forward direction of the vehicle. The same applies to FIGS. 3 to 6 showing various operation modes.
- the connecting members 11 and 21 of the rack bars 53 and 54 are connected to the left and right wheels w of the front wheel or the rear wheel via tie rods 12 and 22, respectively.
- Various members such as a knuckle arm are appropriately interposed between the tie rods 12 and 22 and the wheel w.
- FIG. 7 shows a connection state between the wheel w in which the in-wheel motor M is accommodated and the tie rods 12 and 22. All the wheels w can be steered around a kingpin axis P formed by connecting the centers of the ball joints BJ provided at the tips of the upper arm UA and the lower arm LA supported by the frame of the vehicle 1, respectively. ing.
- the motor unit 101, the speed reducer 102, and the wheel bearing 103 are arranged in series in this order from the inner side of the vehicle body toward the wheel w.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are rack cases (steering cylinders) 50 that extend in the left-right direction with respect to the straight traveling direction (front-rear direction) of the vehicle. Is held in.
- the rack case 50 includes a front cover 52 and a rear cover 51, and is directly or indirectly screwed to a frame (chassis) (not shown) of the vehicle 1 via a flange 50a.
- boots are provided for preventing foreign matter from entering the movable portion from the connecting portion between the tie rods 12 and 22 and the first rack bar 53 and the second rack bar 54 to the rack case 50. ing.
- the steering devices 10 and 20 mesh with the first rack bar 53 and the second rack bar 54, respectively, and move the rack teeth of one rack bar in one direction with respect to the parallel direction of the rack teeth in the other direction of the other rack bar.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 can be moved in the opposite direction along the parallel direction of the teeth of the respective racks through the synchronous gear device 57 for converting the movement into
- a possible rack bar operating means 60 and a synchronous gear box 66 that holds the synchronous gear device 57 and is movable along the parallel direction are provided.
- the synchronous gear box 66 is in a state in which it can move along the parallel direction of the rack teeth with respect to the rack case 50 immobile on the vehicle body 1.
- the steering devices 10 and 20 include a pair of fixing mechanisms 80 that are held by the rack case 50 and arranged at both ends of the synchronous gear box 66.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are, as shown in FIGS. 2A and 2B, the normal steering actuator 31 that is directly based on the operation of the steering 2 performed by the driver or interlocked with the operation of the steering 2. By this operation, it can be moved by the same distance in the same direction in the left-right direction. By this movement, the left and right wheels w are steered in the same direction in the left and right during normal travel.
- the driving force of the normal steering actuator 31 that operates based on the operation of the steering 2 is input to the steering input shaft 33 (see FIG. 8) of the steering devices 10 and 20 as a rotational force.
- the steering input shaft 33 is connected to the steering shaft 3 via a steering joint (not shown).
- the steering devices 10 and 20 include rack bar operation means 60 as shown in FIGS. 8, 9A, and 9B.
- the rack bar operating means 60 is operated by the mode switching actuator 32 (see FIGS. 2A and 2B), and is the left-right direction with respect to the straight traveling direction of the vehicle 1, that is, the direction in which the rack expands / contracts
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 have a function of moving the same distance in opposite directions (in opposite directions) along the same distance.
- the synchronization gear device 57 is a rack gear of the pair of rack bars 53, 54 facing each other, that is, for synchronizing the synchronization rack gear 53 a of the first rack bar 53 and the second rack bar 54.
- First synchronization gears 55 that mesh with the rack gears 54a are provided.
- the first synchronization gear 55 includes three gears 55a, 55b, and 55c that are arranged in parallel at regular intervals along the parallel direction of the rack teeth of the first rack bar 53 and the second rack bar 54.
- gears 56 a and 56 b constituting the second synchronization gear 56 are arranged between the adjacent gears 55 a and 55 b of the first synchronization gear 55 and between the gears 55 b and 55 c, respectively.
- the second synchronization gear 56 does not mesh with the synchronization rack gear 53 a of the first rack bar 53 or the synchronization rack gear 54 a of the second rack bar 54, and meshes only with the first synchronization gear 55.
- the second synchronization gear 56 is for moving the three gears 55a, 55b, 55c of the first synchronization gear 55 in the same direction by the same angle.
- the synchronous gear device 57 including the first synchronous gear 55 and the second synchronous gear 56 is housed in a synchronous gear box 66.
- the rotation shafts of the first synchronization gear 55 and the second synchronization gear 56 are held in a synchronization gear box 66.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 include steering rack gears 53b and 54b, respectively, in addition to the synchronization rack gears 53a and 54a.
- the synchronizing rack gears 53a and 54a may be formed of a member integrated with the steering rack gears 53b and 54b, or may be formed as separate members and fixed integrally by a fixing means such as a bolt.
- the first rack bar 53 When the first rack bar 53 is moved from the state shown in FIG. 13A to the state shown in FIG. 13B by the input of the driving force from the rack bar operating means 60, the first synchronization gear 55 is connected to the second rack bar 54. The force is transmitted via (55a, 55b, 55c), and the second rack bar 54 similarly moves from the state shown in FIG. 13A to the state shown in FIG. 13B.
- the coupling mechanism 63 (described later) provided in the rack bar operation means 60 is in a separated state as shown in FIG. 10A, and the turning angle of the wheel w is relative to the vehicle longitudinal direction. After a predetermined angle (90 degrees in the state where the rack bars 53 and 54 are shown in FIG.
- FIG. 10B the connecting mechanism 63 is connected as shown in FIG. 10B.
- the rack bars 53 and 54 are integrally moved by the same distance in the same direction in the left-right direction by the operation of the steering 2.
- 13A and 13B are views of FIG. 11 viewed from the opposite side.
- the rack bar operation means 60 of the front wheel steering device 10 is driven through the steering input shaft 33 by the driving force of the normal steering actuator 31 that operates in conjunction with the rotation operation (see FIG. 1) of the steering 2 performed by the driver.
- rotation is transmitted to the first rotating shaft 61 provided in the rack bar operating means 60 by the driving force of the mode switching actuator 32 that operates in conjunction with the operation of the mode switching means 42 provided in the vehicle 1. Yes.
- the rack bar operation means 60 of the rear wheel steering device 20 is driven by the driving force of the normal steering actuator 31 that operates in conjunction with the rotational operation of the steering 2 performed by the driver, through the steering input shaft 33, or The rotation is transmitted to the first rotating shaft 61 provided in the rack bar operating means 60 by the driving force of the mode switching actuator 32 that operates in conjunction with the operation of the mode switching means 42 provided in the vehicle 1.
- the rack bar operating means 60 includes a first pinion gear 62 attached to the first rotary shaft 61 so as to be integrally rotatable.
- the rack bar operation means 60 includes a second rotation shaft 64 arranged on the same straight line as the first rotation shaft 61 and a second pinion gear 65 attached to the second rotation shaft 64 so as to be integrally rotatable. .
- the first pinion gear 62 meshes with the steering rack gear 53b of the first rack bar 53
- the second pinion gear 65 meshes with the steering rack gear 54b of the second rack bar 54. It is like that.
- the connecting mechanism 63 that can be coupled and separated from each other is provided between the first pinion gear 62 and the second pinion gear 65.
- the coupling mechanism 63 has a function of switching the first rotating shaft 61 and the second rotating shaft 64 between a state in which the first rotating shaft 61 and the second rotating shaft 64 can be relatively rotated (separated state (FIG. 10A)) and a state in which relative rotation is impossible (coupled state (FIG. 10B)).
- the connecting mechanism 63 includes a moving part 63a provided on the first rotating shaft 61 side and a fixed part 63b provided on the second rotating shaft 64 side.
- the moving part 63a is pressed against the fixed part 63b side by an elastic member such as a spring (not shown), and the convex part 63c on the moving part 63a side is coupled to the concave part 63d on the fixed part 63b side of the coupling mechanism 63.
- the shafts 61 and 64 are integrally rotatable. Note that the projections 63c may be provided on the fixed portion 63b side, and the recesses 63d may be provided on the moving portion 63a side, with the concave / convex forming portions reversed.
- the connection between the fixing part 63b and the moving part 63a is separated.
- the rotating shaft 61 and the second rotating shaft 64 can be rotated independently.
- the first pinion gear 62 and the second pinion gear 65 can rotate independently.
- the first pinion gear 62 meshes with the first rack bar 53
- the second pinion gear 65 meshes with the second rack bar 54.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are engaged with each other by a first synchronization gear 55.
- the first rack bar 53 moves in the lateral direction (one direction) along the parallel direction of the rack teeth, that is, the left-right direction of the vehicle.
- the first synchronization gear 55 rotates
- the second rack bar 54 moves in the opposite direction (the other direction) from the first rack bar 53 by the same distance.
- the second pinion gear 65 rotates as the second rack bar 54 moves.
- the coupling mechanism 63 separates the first pinion gear 62 and the second pinion gear 65
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are moved in opposite directions in the left and right direction with respect to the straight traveling direction of the vehicle.
- the left and right wheels can be steered in opposite directions around the kingpin axis P (see FIG. 7), that is, in directions opposite to each other.
- the rack bar operating means 60 also functions as means for moving the first rack bar 53 and the second rack bar 54 together during normal operation.
- the rotation of the steering 2 is not transmitted to the steering shaft 3.
- the transmission may be allowed.
- the normal steering actuator 31 can also serve as the mode switching actuator 32. That is, at the time of mode switching, the first rotating shaft 61 may be rotated by the driving force of the normal steering actuator 31 via the steering shaft 3.
- the mode switching actuator 32 can also serve as the driving force of the in-wheel motor M disposed on the left and right of the steering 2. Furthermore, the normal steering actuator 31, the mode switching actuator 32, or the left and right in-wheel motors M can also assist each other.
- the steering devices 10 and 20 include rack bar movement amount detection means 70 that detects the movement amount of one of the pair of rack bars.
- the rack bar movement amount detection means 70 detects the movement amount of the first rack bar 53 in the left-right direction. Installation of the rack bar movement amount detection means 70 is omitted from the second rack bar 54.
- the first pinion gear 62 that meshes with the steering rack gear 53 b of the first rack bar 53 is meshed with a movement amount detection gear 71, and the movement amount detection gear 71 is rotated by the rotation of the movement amount detection gear 71.
- a pulsar gear 72 that rotates with the rotation is provided.
- a magnetic sensor 73 is provided at a position facing the pulsar gear 72.
- the magnetic sensor 73 includes a detection element and a detection coil for converting a change in the magnetic field into an electric signal, and measures the amount of rotation of the pulsar gear 72.
- the magnetic sensor 73, the movement amount detection gear 71, and the pulsar gear 72 constitute a movement amount detection means 70 that detects the movement amount of the first rack bar 53 to the left and right.
- the movement amount detection gear 71 rotates along with the rotation, and the rotation of the movement amount detection gear 71 further rotates. Accordingly, the pulsar gear 72 rotates. Then, an electric signal is generated from the magnetic sensor 73, and the rotational speed of the pulsar gear 72 and further the turning angle of the left and right wheels w are calculated from the electric signal by the steering devices 10 and 20 and the electronic control unit 40. It can be calculated from the means.
- an auxiliary gear 74 that meshes with the steering rack gear 54b of the second rack bar 54 is further provided, and the auxiliary gear 74 and the second pinion gear 65 are directly or via other gears. It is preferable to be configured to indirectly mesh with each other.
- the auxiliary gear 74 is provided, the overlapping range of the rack teeth of the first rack bar 53 and the second rack bar 54 in the parallel direction becomes small, and the second pinion gear 65 and the turning rack gear 54b are not meshed. In this case, the auxiliary gear 74 can mesh with the steering rack gear 54b to move the second rack bar 54.
- the operation angle of the steering wheel 2 by the driver or the target turning angle of the wheel w corresponding to the traveling mode is compared with the actual current turning angle of the wheel w calculated by the calculation means, and the target turning angle and the current turning angle are compared.
- Feedback control is performed so that the difference from the rudder angle is less than or equal to a predetermined value.
- the pulsar gear 72 is used, but a magnetic encoder can also be used. Since the pulsar gear 72, the magnetic encoder, and the magnetic sensor 73 are not easily affected by dust, dust, etc., even when used in the vehicle 1, high detection accuracy can always be maintained. In an environment (configuration) in which measures such as dust or dust are taken, an optical rotation sensor can be employed.
- the steering devices 10 and 20 are fixed to the rack case 50 attached to the frame so that the synchronous gear box 66 for storing the synchronous gear device 57 is not moved to a predetermined position.
- a fixing mechanism 80 that prevents relative movement between the rack case 50 and the synchronous gear box 66 is provided. By providing this fixing mechanism 80, a difference occurs between the intended turning angle and the actual turning angle due to the influence of the road surface condition (inclination of the left and right tire contact surfaces, difference in friction state, etc.). Can be prevented.
- the fixing mechanism 80 is used during special turning (when the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are moved in opposite directions along the parallel direction of the rack teeth), during straight traveling, during normal turning, etc.
- the synchronous gear box 66 has a function of restricting movement of the rack teeth in the parallel direction.
- the fixing mechanism 80 of this embodiment is based on the straight-running gearbox position, which is the position of the synchronous gearbox 66 when the vehicle is straight running, in one direction from the straight-running gearbox position, for example,
- the first fixed portion 81 that restricts the movement of the synchronous gear box in the right direction of the vehicle body
- the second fixed portion 86 that restricts the movement of the synchronous gear box 66 in the other direction, for example, the left direction of the vehicle body. is doing.
- the straight-running gearbox position is usually set at a position where the center of the vehicle body in the width direction and the center of the synchronization gearbox 66 in the length direction (in parallel direction of the rack teeth) coincide with each other.
- the first fixing portion 81 and the second fixing portion 86 of the fixing mechanism 80 are fixed to both ends of the rack case 50.
- the first fixing portion 81 and the second fixing portion 86 of the fixing mechanism 80 are provided at both ends in the length direction of the synchronous gear box 66. As shown in FIGS. 15A to 15C, the first and second fixing portions 81 and 86 are moved in and out by the operations of the electromagnetic solenoids 82 and 87, respectively. It consists of lock pins 83 and 88.
- the left and right lock pins 83 and 88 protrude toward the synchronous gear box 66 when the electromagnetic solenoids 82 and 87 are turned on, and restrict the predetermined movement of the synchronous gear box 66 in the left-right direction of the vehicle body.
- this state is referred to as a regulated state.
- the left and right lock pins 83 and 88 are retracted when the excitation operation of the electromagnetic solenoids 82 and 87 is turned off, and the movement of the synchronous gear box 66 in the left-right direction of the vehicle body is not restricted.
- This state is hereinafter referred to as an unregulated state.
- the lock pins 83 and 88 are held by a lock pin case 84 (see FIG. 8) fixed to the rack case 50.
- FIGS. 15A to 15C Details of the fixing mechanism 80 are shown in FIGS. 15A to 15C.
- 15A is a side view of the fixing mechanism 80 viewed from the side of the lock pins 83 and 88, and FIGS. 15B and 15C show operations of the lock pins 83 and 88 in the II cross-sectional view of FIG. 15A.
- FIG. 15B shows a state in which the electromagnetic solenoids 82 and 87 are de-energized and the lock pins 83 and 88 are retracted (retracted) by the restoring force of the coil spring 85.
- FIG. 15C shows a state in which the lock pins 83 and 88 protrude (advance) due to the excitation operation of the electromagnetic solenoids 82 and 87. In this manner, the lock pins 83 and 88 are protruded and retracted depending on whether the electromagnetic solenoids 82 and 87 are excited.
- the fixing mechanism 80 includes a detection mechanism 89 (see FIG. 8) for detecting whether the first fixing portion 81 and the second fixing portion 86 are in a restricted state or an unregulated state, respectively.
- the detection mechanism 89 is a lock pin sensor that detects whether each of the lock pins 83 and 88 is in a protruding state or a retracted state.
- this lock pin sensor for example, a non-contact type sensor using light, magnetism, or the like may be used, and an engagement element that engages with the lock pins 83 and 88 is provided, and the lock pins 83 and 88 protrude and retract. It may be a contact type sensor that detects the movement of the engaging member accompanying the movement of the.
- the position of the magnet attached to the lock pins 83 and 88 is detected by the magnetic sensor as the strength of the magnetic force, and the projection and retraction operation states of the lock pins 83 and 88 are detected. .
- FIGS. 16A and 16B The positional relationship between the synchronous gear box 66 and the lock pins 83 and 88 is shown in FIGS. 16A and 16B.
- FIG. 16A the electromagnetic gear 82 of the first fixed portion 81 (see FIGS. 15A to 15C) and the second state with the synchronous gear box 66 shifted from the gear box position to the left in the vehicle body width direction as the initial state.
- Both electromagnetic solenoids 87 of the fixed part 86 are excited. This excitation is instructed by the electronic control unit 40 in accordance with various driving situations and steering operations performed by the driver.
- the lock pin 83 of the first fixing portion 81 cannot protrude due to the side surface 66b of the synchronous gear box 66 being an obstacle.
- the lock pin 88 of the second fixing portion 86 protrudes because there is no obstacle.
- the detection mechanism 89 detects the state of the left and right lock pins 83, 88, so that the synchronous gear box 66 is biased to the left without detecting the amount of movement of each rack bar 53, 54. It can be determined that it is in a state.
- the movement amount detection means 70 detects the movement amount of the first rack bar 53 in each of the normal turning and special turning scenes.
- the movement amount of the second rack bar 54 is the same as the movement amount of the first rack bar 53.
- the position of the synchronous gear box 66 is unknown, the amount of movement of the second rack bar 54 is unknown. Therefore, as described above, the amount of movement of the second rack bar 54 is clarified by fixing the synchronous gear box 66 to the gear box position at the time of straight traveling and performing predetermined steering, and appropriately switching the traveling mode. It becomes possible. All these determinations and controls are performed by the electronic control unit 40.
- the first fixing portion 81 moves the synchronous gear box 66.
- the non-regulated state is set to the non-regulated state
- the synchronous gear box 66 reaches the gear box position when the synchronous gear box 66 travels in the other direction from the state
- the first fixing portion 81 66 is set to a restricted state that restricts movement in one direction from the gearbox position when traveling straight.
- the second fixing portion 86 is set to an unregulated state in which the movement of the synchronous gear box 66 is not restricted.
- the second fixing portion 86 moves the synchronous gearbox 66 from the gearbox position when traveling straight to the other direction. It is set to a restricted state for restricting movement.
- the fixing mechanism 80, the detection mechanism 89, the rack bar operation means 60, and the like exhibit a function of eliminating the shift of the synchronous gear box 66 in the vehicle body width direction under the control of the electronic control unit 40.
- a deviation canceling means of the synchronous gear box 66 is configured.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 of the front wheel steering device 10 can be moved integrally, that is, the coupling mechanism 63 is coupled.
- the entire rack case 50 of the steering device 10 moves integrally in the left-right direction within the holding case attached to the frame of the vehicle 1.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are integrally formed in the same direction.
- the left and right wheels w of the front wheels are steered to a predetermined angle.
- FIG. 3 shows the case of turning to the right.
- the driver can operate the steering 2 through the front wheel steering device 10 to make a straight turn, right turn, left turn, and other necessary turning according to each scene.
- the small turning mode is shown in FIG.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 of the rear-wheel steering device 20 can be moved together, that is, the coupling mechanism 63 is coupled.
- the steering device 20 moves integrally in the left-right direction within a holding case attached to the frame of the vehicle 1.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are also integrated in the same direction and at the same distance.
- the left and right wheels w of the rear wheels are steered to a predetermined angle.
- the rear wheels and the front wheels are steered in opposite phases (in FIG. 4, the front wheels are steered to the right and the rear wheels are steered to the left) and have a smaller turning radius than in the normal travel mode. Small turning is possible.
- 4 shows a state in which the rear wheels and the front wheels are steered by the same angle in opposite phases, the steered angles may be different between the front and rear.
- spot turn mode The spot turn mode is shown in FIG.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 can be operated separately.
- the driving force is input from the mode switching actuator 32 to the first pinion gear 62, and the first rack bar 53 and the second rack bar 54 move the same distance in opposite directions. That is, if the first synchronization bar 55 is interposed between the first rack bar 53 and the second rack bar 54 and the first rack bar 53 moves in one direction in the left-right direction, the second rack bar 54 Move in the direction.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are moved in opposite directions, and the coupling mechanism 63 is coupled and fixed at a position where the central axes of all the four front and rear wheels w are substantially directed to the vehicle center as shown in FIG.
- the vehicle center does not move from the place (or almost does not move) by the driving force of the in-wheel motor M provided on each wheel w. ), So-called in-situ turning is possible.
- each wheel w is equipped with an in-wheel motor M. However, if at least one wheel w is equipped with an in-wheel motor M, and that one in-wheel motor M is activated, in-situ turning is performed. Is possible.
- the lateral movement mode is shown in FIG. Similarly to the in-situ turning mode, the coupling mechanism 63 is separated, and the mode switching actuator 32 is arranged so that all the four front and rear wheels w are directed in a direction of 90 degrees with respect to the straight traveling direction (the left-right direction with respect to the straight traveling direction of the vehicle).
- the coupling mechanism 63 is coupled at the position where the wheel w is 90 degrees, and the pair of rack bars 53 and 54 are fixed.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 in the steering devices 10 and 20 are integrated with respect to the straight traveling direction by the driving force of the normal steering actuator 31 or the operation of the steering 2. It is possible to finely adjust the direction of the wheel w (tire angle) by moving the wheel w to the left and right.
- FIG. 6 shows the positional relationship between the front and rear wheel steering devices 10 and 20 and the direction of the wheels w in the lateral movement mode.
- the first rack bar 53 and the second rack bar 54 further project outward as compared with the in-situ turning mode, and the connection portion of the tie rods 12 and 22 to the wheel w is the outermost side in the vehicle width direction. It is a driving mode located in the. Even in this lateral movement mode, the direction (tire angle) of the wheel w can be finely adjusted by the driving force of the normal steering actuator 31 or the operation of the steering 2.
- the actuator driver 30 can change the rear wheel mode switching actuator based on the output of the electronic control unit 40.
- the left and right wheels w (RL, RR) of the rear wheels are set to a state (toe-in state) where the front side is slightly closed from the parallel state. Thereby, the stable high-speed driving
- This toe adjustment may be automatically performed based on the determination of the traveling state such as the vehicle speed and the load applied to the axle by the electronic control unit 40, or input to the mode switching means 42 provided in the cab. It may be performed based on this.
- the driving mode can be switched by operating the mode switching means 42 by the driver.
- the mode switching means 42 may be, for example, a switch, lever, joystick, etc. that can be operated by the driver.
- this mode switching means 42 is used as appropriate when switching between the above-described travel modes. By operating the mode switching means 42 in the passenger compartment, it is possible to select the normal traveling mode, the spot turn mode, the lateral movement mode, the small turn mode, and the like. If switching can be performed by a switch operation or the like, safer operation is possible.
- the front wheel steering device 10 requires the electronic control unit 40 in the left and right directions of the first rack bar 53 and the second rack bar 54 based on information from the sensor 41 accompanying the rotation operation of the steering wheel 2. Calculate and output the amount of motion. Based on the output, the front wheel normal steering actuator 31 is commanded to move the rack case 50 containing the first rack bar 53 and the second rack bar 54 integrally in the left-right direction, and to move the left and right wheels w in the required direction. Steer only to the required angle.
- the electronic control unit 40 In special steering, in the front and rear wheel steering devices 10 and 20, information from the sensor 41 that detects the steering angle or steering torque of the steering wheel 2 in the driver's seat, input from the mode switching means 42, rack bar movement Based on the information from the amount detection means 70, the electronic control unit 40 outputs the required amount of operation of the first rack bar 53 and the second rack bar 54 in the left-right direction. Alternatively, the necessary movement amounts of the first rack bar 53 and the second rack bar 54 are output based on the determination of the traveling state by the electronic control unit 40 itself. Based on the output, the actuator driver 30 can steer the front and rear wheels in a predetermined direction through the normal steering actuator 31 and the mode switching actuator 32.
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Abstract
Description
この発明は、車輪を転舵するステアリング装置に関するものである。 This invention relates to a steering device that steers wheels.
左右の車輪(以下、タイヤ、ホイール、ハブ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・ジャントウ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ように、タイロッドとナックルアームを用いるものである。 A steering mechanism called Ackermann-Jantou type that steers the wheels using a steering link mechanism that connects the left and right wheels (hereinafter collectively referred to as "wheels" including tires, wheels, hubs, etc.) There is. This steering mechanism uses a tie rod and a knuckle arm so that the left and right wheels have the same turning center when the vehicle turns.
この転舵機構として、例えば、下記特許文献1に示す構成のものがある。この転舵機構は、タイロッドとナックルアームを用いる左右車輪のステアリングリンク機構を、前輪側または後輪側の少なくとも一方に備え、タイロッド長さ、左右のタイロッド間距離、又は、各車輪とナックルアームのなす角度のいずれかを変化させるアクチュエータを設けることで、通常走行、平行移動、小回りのすべての走行をスムーズに行うことができるようにしている。
As this steering mechanism, for example, there is a configuration shown in
下記特許文献2に示す転舵機構は、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ている。この切り替え手段によって、舵角90度、横方向移動等を可能としている。
The steering mechanism shown in the following
下記特許文献3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輪転舵車両の技術について示されている。また、下記特許文献4には、左右車輪間を結ぶラックハウジングを前後方向に移動させることで、左右車輪のトー調整を行い、走行安定性を高めた転舵機構の技術について示されている。
一般的なアッカーマン・ジャントウ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他部材との干渉から困難である。また、仮に、左右の車輪のうち一方の車輪を90度に操舵した場合でも、他方の車輪は一方の車輪と完全に平行にはならず、スムーズな走行が困難である。 According to a general Ackermann-Jantou-type steering link mechanism, during normal driving, a line extending vertically from the rotation line of each wheel (the center line in the width direction of the wheel) gathers at the turning center of the vehicle. Smooth running is possible. However, when the lateral movement of the vehicle (transverse movement in the lateral direction with the vehicle facing in the front-rear direction) is obtained, steering the wheel in a direction of 90 degrees with respect to the front-rear direction is a problem with the length of the steering link. It is difficult to interfere with other members. Further, even if one of the left and right wheels is steered at 90 degrees, the other wheel is not completely parallel to the one wheel, and smooth running is difficult.
特許文献1に記載の技術では、車両の横方向移動、小回り等が可能である。しかし、タイロッドの長さ、左右タイロッド間の距離、あるいは、車輪とナックルアームのなす角を変化させるアクチュエータを備えるため、アクチュエータが多く制御が複雑である。また、特許文献2に記載の技術は、その機構上、構造が複雑であるだけでなく、ラックバーの回転で車輪を転舵するために、多数の歯車を使用している。このため、ガタが発生しやすく、円滑に車輪の転舵をすることが困難である。
With the technique described in
また、特許文献3の技術は、従来の4輪転舵機構の一例であって後輪転舵を可能としているが、この機構だけでは上述する同じ理由により横方向移動をすることは困難である。さらに、特許文献4の技術は、トー調整が可能である反面、車両の横方向移動、小回り等には対応できない。
Further, the technology of
そこで、この発明は、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、横方向移動や小回り等の特殊転舵に対応することを課題とし、また、その転舵量を正確に制御できるようにすることを課題とする。 Therefore, the present invention has an object to deal with special turning such as lateral movement and small turn without using a complicated mechanism in a vehicle that gives a steering angle to four wheels, and the amount of turning is accurately determined. It is an object to make it possible to control it.
上記の課題を解決するために、この発明は、前輪又は後輪の左右車輪に接続されその左右車輪を転舵するタイロッドと、前記左右車輪の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装置と、前記対のラックバーをそれぞれのラックバーのラックの歯の並列方向に沿って反対方向へ移動させることが可能なラックバー動作手段と、前記同期ギア装置を保持し前記並列方向に沿って移動可能な同期ギアボックスと、前記対のラックバーを保持し車両のフレーム側に固定されるラックケースと、前記ラックケースに保持された固定機構と、を備え、前記対のラックバーを前記並列方向に沿って反対方向に移動させる際に、前記固定機構により前記同期ギアボックスの前記並列方向への移動を規制することを特徴とするステアリング装置を採用した。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a tie rod connected to the left and right wheels of a front wheel or a rear wheel and steering the left and right wheels, a pair of rack bars respectively connected to the tie rods of the left and right wheels, A synchronous gear device that meshes with a pair of rack bars, and converts the movement of one rack bar in one direction with respect to the parallel direction of the teeth of the rack to the movement of the other rack bar in the other direction; Rack bar operation means capable of moving in the opposite direction along the parallel direction of the rack teeth of the rack bar, a synchronous gear box that holds the synchronous gear device and is movable along the parallel direction, and A rack case that holds the pair of rack bars and is fixed to the vehicle frame; and a fixing mechanism that is held by the rack case. When moving in the opposite direction along the parallel direction, employing a steering apparatus characterized by restricting the movement of the said parallel direction of the synchronous gearbox by the fixing mechanism.
この構成において、前記固定機構は前記同期ギアボックスの両端に配置した一対の固定機構であり、車両直進時における前記同期ギアボックスの位置である直進時ギアボックス位置を基準とし、前記固定機構は、前記直進時ギアボックス位置から一方向への前記同期ギアボックスの移動を規制する第一固定部と、他方向への前記同期ギアボックスの移動を規制する第二固定部とで一対を成す構成を採用することができる。 In this configuration, the fixing mechanism is a pair of fixing mechanisms arranged at both ends of the synchronous gear box, and the linear mechanism is the position of the synchronous gear box when the vehicle is traveling straight, and the fixing mechanism is A configuration in which a first fixed portion that restricts movement of the synchronous gearbox in one direction from the gearbox position when traveling straight and a second fixed portion that restricts movement of the synchronous gearbox in the other direction forms a pair. Can be adopted.
また、前記同期ギアボックスが前記直進時ギアボックス位置よりも一方向へ偏移した位置にある場合に前記第一固定部は前記同期ギアボックスの移動規制をしない不規制状態に設定され、その状態から前記同期ギアボックスの他方向への移動により前記同期ギアボックスが前記直進時ギアボックス位置に至った場合に前記第一固定部は前記同期ギアボックスを前記直進時ギアボックス位置から一方向へ移動規制する規制状態に設定され、且つ、前記同期ギアボックスが前記直進時ギアボックス位置よりも他方向へ偏移した位置にある場合に前記第二固定部は前記同期ギアボックスの移動規制をしない不規制状態に設定され、その状態から前記同期ギアボックスの一方向への移動により前記同期ギアボックスが前記直進時ギアボックス位置に至った場合に前記第二固定部は前記同期ギアボックスを前記直進時ギアボックス位置から他方向へ移動規制する規制状態に設定される構成を採用することができる。 Further, when the synchronous gearbox is in a position shifted in one direction from the straight-running gearbox position, the first fixing portion is set to an unregulated state in which the movement of the synchronous gearbox is not restricted. When the synchronous gearbox reaches the linear gearbox position due to the movement of the synchronous gearbox in the other direction, the first fixed portion moves the synchronous gearbox in one direction from the linear gearbox position. The second fixing portion does not restrict the movement of the synchronous gear box when it is set to a restricting state to be restricted and the synchronous gear box is in a position shifted in a different direction from the gear box position during the straight traveling. It is set to the restricted state, and the synchronous gearbox is moved to the gearbox position when traveling straight by moving the synchronous gearbox in one direction from the state. Said second fixing portion when Tsu can adopt a configuration that is set in the restricted state to restrict movement of the synchronous gearbox from the straight running gearbox position the other direction.
さらに、前記第一固定部及び前記第二固定部に、それぞれ前記規制状態及び前記不規制状態の別を検知する検出機構を備える構成を採用することができる。 Furthermore, it is possible to employ a configuration in which the first fixing portion and the second fixing portion are each provided with a detection mechanism that detects whether the restricted state or the unregulated state.
前記検出機構によって検知された前記第一固定部及び前記第二固定部における前記規制状態及び前記不規制状態の別により、前記同期ギアボックスの前記直進時ギアボックス位置からの左右への偏移の有無及び偏移の方向を判断し、前記同期ギアボックスを前記直進時ギアボックス位置へ向かって移動させる偏移解消手段を備える構成を採用することができる。 Due to the difference between the restricted state and the unrestricted state in the first fixed portion and the second fixed portion detected by the detection mechanism, the shift of the synchronous gear box from the position of the straight gearbox to the left and right is changed. It is possible to adopt a configuration provided with a deviation eliminating means for judging the presence / absence and the direction of deviation and moving the synchronous gear box toward the gear box position when traveling straight.
これらの各構成において、前記固定機構による前記同期ギアボックスの移動の規制は、前記対のラックバーをそれぞれラックの歯の並列方向に沿って反対方向へ移動させる場合に成される構成を採用することができる。 In each of these configurations, a configuration is adopted in which the movement of the synchronous gearbox by the fixing mechanism is restricted when the pair of rack bars are moved in opposite directions along the parallel direction of the rack teeth. be able to.
左右に独立して移動可能な対のラックバーに、それぞれタイロッドを介して車輪を接続したことにより、通常の走行モードにおいては、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違和感がなく作動させ、ラックバー動作手段、同期ギア装置を介して対のラックバーを別方向に移動することで、横方向移動、小回り等、さまざまな走行モードを実現できる。また、分離、固定の切り替えが可能な対のラックバーを用いたことにより、複雑な機構や制御を用いず、低コスト化が可能となる。すなわち、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の舵角に転舵し、横方向移動や小回り等の特殊転舵に対応することができる。 By connecting the wheels to the pair of rack bars that can be moved independently from each other via tie rods, the pair of rack bars can be fixed together in normal driving mode and operate without a sense of incongruity with conventional steering operations. By moving the pair of rack bars in different directions via the rack bar operating means and the synchronous gear device, various travel modes such as lateral movement and small turn can be realized. Further, by using a pair of rack bars that can be switched between separation and fixation, the cost can be reduced without using complicated mechanisms and controls. That is, in a vehicle that gives steering angles to four wheels, the front and rear wheels are steered to the same or opposite phase rudder angle without using a complicated mechanism, and special steering such as lateral movement and small turning is supported. Can do.
さらに、車両のフレーム側に固定され対のラックバーを保持するラックケースと、対のラックバー間の同期ギア装置を保持し並列方向に沿って移動可能な同期ギアボックスと、ラックケースに保持され同期ギアボックスの両端に配置した一対の固定機構とを備えたので、対のラックバーを互いに反対方向へ移動させる際に、固定機構により同期ギアボックスの左右方向の移動を規制することができる。このため、左右の車輪の一方に負荷が掛かっている場合等の過酷な運転状況においても、対のラックバーの移動量の差異をなくすことができ、前輪又は後輪を逆位相の舵角に転舵する際に、左右の転舵量を正確に制御できる。 Furthermore, a rack case fixed to the vehicle frame and holding a pair of rack bars, a synchronous gear box that holds a synchronous gear device between the pair of rack bars and is movable in a parallel direction, and is held by the rack case. Since the pair of fixing mechanisms arranged at both ends of the synchronous gear box are provided, the movement of the synchronous gear box in the left-right direction can be restricted by the fixing mechanism when the pair of rack bars are moved in opposite directions. For this reason, even in harsh driving situations such as when a load is applied to one of the left and right wheels, the difference in the amount of movement of the pair of rack bars can be eliminated, and the front wheels or rear wheels are set to the opposite phase steering angle. When turning, the left and right turning amounts can be accurately controlled.
この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。実施形態において、車両1の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。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment, the in-wheel motor M is mounted in the wheels of all the wheels w in the front, rear, left, and right sides of the
図1は、この発明のステアリング装置を用いた車両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。
FIG. 1 shows an image diagram of a
図2A,図2Bは、車両1の駆動系及び制御経路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、それぞれ本願のステアリング装置10、20を連結させたものである。
2A and 2B are schematic plan views showing the drive system and control path of the
本願に係る前輪用のステアリング装置10は、ステアリングシャフト3を備えた一般車両(図2A参照)、又はステアリング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を備えたステアバイワイヤ方式の車両(図2B参照)のいずれにも採用することができる。各例において、前輪用のステアリング装置10とリンクしたピニオンギア軸を操作することで、通常転舵が可能となる。
また、後輪用のステアリング装置20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(ステアバイワイヤ)によって、後輪用のステアリング装置20とリンクしたピニオンギア軸を操作することで、前輪と同様、転舵が可能となる。この後輪用のステアリング装置20は、図2A,図2Bのいずれのタイプの車両にも採用することができる。
A
Further, the
この発明のステアリング装置10、20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20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。
A vehicle equipped with the
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右側の車輪wに接続されるラックバーを第一ラックバー53と、左側の車輪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2A,図2Bにおいて紙面左側の矢印が示している方向が車両の前方方向になる。種々の運転モードを示す図3~図6においても同様である。
The front and
前輪又は後輪の左右車輪wには、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。
The connecting
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1のフレームに支持されたアッパーアームUAおよびロアアームLAの先端に備えられたボールジョイントBJの中心を結んでできるキングピン軸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が順番に直列に配置している。
FIG. 7 shows a connection state between the wheel w in which the in-wheel motor M is accommodated and the
この発明に係るステアリング装置10、20の実施形態について説明する。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内に保持されている。ラックケース50は、前部カバー52と後部カバー51とからなり、車両1の図示しないフレーム(シャーシ)に、フランジ部50aを介して直接又は間接的にネジ固定されている。
Embodiments of the
なお、図示されていないが、タイロッド12、22と第一ラックバー53、第二ラックバー54との接続部からラックケース50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。
Although not shown in the drawings, boots are provided for preventing foreign matter from entering the movable portion from the connecting portion between the
また、ステアリング装置10、20は、第一ラックバー53、第二ラックバー54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装置57と、その同期ギア装置57を介して、第一ラックバー53と第二ラックバー54をそれぞれのラックの歯の並列方向に沿って反対方向へ移動させることが可能なラックバー動作手段60と、同期ギア装置57を保持し、並列方向に沿って移動可能な同期ギアボックス66を備える。同期ギアボックス66は、車体1に不動のラックケース50に対して、ラックの歯の並列方向に沿って移動可能な状態である。
The
さらに、ステアリング装置10、20は、ラックケース50に保持されて同期ギアボックス66の両端に配置した一対の固定機構80を備える。
Furthermore, the
第一ラックバー53と第二ラックバー54は、図2A,図2Bに示すように、運転者が行うステアリング2の操作に基づき直接、あるいは、ステアリング2の操作に連動する通常転舵用アクチュエータ31の動作によって、左右同方向に一体に同距離だけ移動させることができる。この移動により、通常走行時において、左右車輪wが左右同方向に転舵する。この実施形態では、ステアリング2の操作に基づき動作する通常転舵用アクチュエータ31の駆動力が、ステアリング装置10、20のステアリング入力軸33(図8参照)に回転力として入力される。ステアリング入力軸33は、ステアリングシャフト3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。
The
また、このステアリング装置10、20は、図8、図9A,図9Bに示すように、ラックバー動作手段60を備えている。このラックバー動作手段60は、モード切替用アクチュエータ32(図2A,図2B参照)によって動作し、車両1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)へ同距離移動させる機能を有する。
Further, the
同期ギア装置57は、図11及び図12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。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
第一同期ギア55は、第一ラックバー53と第二ラックバー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。第一ラックバー53が、ラックバー動作手段60から入力された駆動力によって、この第一ラックバー53の歯の並列方向に対して一方向へ動くと、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。また、第二ラックバー54の前記他方向への移動量は、通常は、第一ラックバー53の前記一方向への移動量と同じである。
The
なお、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、図12に示すように、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を、スムーズに相対移動することが可能となる。
Note that gears 56 a and 56 b constituting the
これらの第一同期ギア55や第二同期ギア56からなる同期ギア装置57は、同期ギアボックス66内に収納されている。第一同期ギア55や第二同期ギア56の回転軸は、同期ギアボックス66に保持されている。
The
また、第一ラックバー53と第二ラックバー54は、図8、図9A,図9Bに示すように、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。この同期用ラックギア53a、54aを、転舵用ラックギア53b、54bと一体の部材で形成してもよいし、これらを別部材として形成し、ボルト等の固定手段で一体に固定してもよい。
Further, as shown in FIGS. 8, 9A, and 9B, the
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が、図13Aに示す状態から、図13Bに示す状態へと移動すると、第二ラックバー54には、第一同期ギア55(55a、55b、55c)を介してその力が伝達され、第二ラックバー54は、同じく図13Aに示す状態から、図13Bに示す状態へと移動する。この移動の際は、ラックバー動作手段60が備える連結機構63(後述)は、図10Aに示すように分離した状態となっており、車輪wの転舵角度が、車両の前後方向に対して所定角度(ラックバー53、54が図13Bに示す状態では90度)になった後に、図10Bに示すように連結機構63を連結した状態とする。この連結した状態において、両ラックバー53、54は一体となって、ステアリング2の操作によって、左右同方向に同距離だけ移動する。なお、図13A,図13Bは、図11を表裏反対側から見たものである。
When the
次に、ラックバー動作手段60の作用について詳しく説明する。 Next, the operation of the rack bar operation means 60 will be described in detail.
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(図1参照)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、ステアリング入力軸33を通じて、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、ラックバー動作手段60が備える第一回転軸61に回転が伝達されるようになっている。
The rack bar operation means 60 of the front
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通常転舵用アクチュエータ31の駆動力によって、ステアリング入力軸33を通じて、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、ラックバー動作手段60が備える第一回転軸61に回転が伝達されるようになっている。
Similarly, the rack bar operation means 60 of the rear
ラックバー動作手段60は、第一回転軸61に一体回転可能に取り付けられた第一ピニオンギア62を備える。また、ラックバー動作手段60は、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。
The rack bar operating means 60 includes a
第一ピニオンギア62は、図10A,図10B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。
10A and 10B, the
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前記連結機構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(図10A)と相対回転不能な状態(結合状態(図10B)とに切り替える機能を有する。
Furthermore, the connecting
連結機構63は、第一回転軸61側に設けられた移動部63aと、第二回転軸64側に設けられた固定部63bとを備える。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。
The connecting
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から離れる方向に移動部63aを移動させることで、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とを独立して回転可能な状態とすることができる。このとき、第一ピニオンギア62と第二ピニオンギア65が独立して回転可能となる。
By moving the moving
このとき、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の移動に伴って回転する。
At this time, the
このように、第一ピニオンギア62と第二ピニオンギア65とを結合状態と分離状態を連結機構63で切り替えることで、対のラックバー53、54が一体に同方向に同距離動く状態と、別々に反対方向へ動く状態との変更が容易に可能となる。
In this way, by switching the coupled state and the separated state of the
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とを結合した状態で、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一体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が一体に動くため、第一同期ギア55は回転しない。
That is, when the connecting
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方向へそれぞれ反対方向へ動かすことにより、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転舵させることができる。
Further, in a state where the
このように、ラックバー動作手段60は、通常運転時に、第一ラックバー53と第二ラックバー54を一体に移動させる手段としても機能している。
Thus, the rack bar operating means 60 also functions as means for moving the
また、モード切替時に、モード切替用アクチュエータ32の駆動力が、第一ピニオンギア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、ステアリング2の回転がステアリングシャフト3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。
Further, when the driving force of the
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、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、通常転舵用アクチュエータ31の駆動力によって第一回転軸61を回転するようにしてもよい。
Furthermore, the
また、モード切替用アクチュエータ32は、ステアリング2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は、互いにアシストすることも可能である。
Further, the
ステアリング装置10、20は、図12、図13A,図13Bに示すように、それぞれ対のラックバーのうち、一方のラックバーの移動量を検出するラックバー移動量検出手段70を備えている。この実施形態では、ラックバー移動量検出手段70は、第一ラックバー53の左右方向への移動量を検出する。第二ラックバー54には、ラックバー移動量検出手段70の設置を省略している。
As shown in FIGS. 12, 13A, and 13B, the
第一ラックバー53の転舵用ラックギア53bに噛み合う第一ピニオンギア62には、移動量検出用ギア71が噛み合っており、この移動量検出用ギア71には、移動量検出用ギア71の回転に伴って回転するパルサギア72が設けられている。さらに、パルサギア72に対向する位置に磁気センサ73が設けられている。磁気センサ73は、磁界の変化を電気信号に変換するための検出素子や検出コイルを備え、パルサギア72の回転量を測定するためのものである。磁気センサ73、移動量検出用ギア71、パルサギア72により、第一ラックバー53の左右への移動量を検出する移動量検出手段70が構成される。
The
第一ラックバー53が左右方向に移動するのに伴って、第一ピニオンギア62が回転すると、この回転に伴って移動量検出用ギア71が回転し、さらにこの移動量検出用ギア71の回転に伴ってパルサギア72が回転する。すると、磁気センサ73から電気信号が発せられて、この電気信号からパルサギア72の回転数、さらには左右車輪wの転舵角度を、このステアリング装置10、20や電子制御ユニット40に設けられた演算手段から算出することができる。
When the
また、図13Bに示すように、第二ラックバー54の転舵用ラックギア54bに噛み合う補助ギア74をさらに設け、この補助ギア74と第二ピニオンギア65とが直接、又は、他のギアを介して間接的に噛み合うように構成するのが好ましい。補助ギア74を設けることにより、第一ラックバー53と第二ラックバー54とのラックの歯の並列方向に対する重複範囲が小さくなり、第二ピニオンギア65と転舵用ラックギア54bが噛み合わなくなった場合においても、補助ギア74が転舵用ラックギア54bに噛み合って、第二ラックバー54を移動させることができる。
Further, as shown in FIG. 13B, an
運転者によるステアリング2の操作角度、又は走行モードに対応する車輪wの目標転舵角度と、演算手段によって算出した車輪wの実際の現状転舵角度とを比較し、目標転舵角度と現状転舵角度との差が予め決めた所定値以下となるようにフィードバック制御が行われる。
The operation angle of the
上記の実施形態においては、パルサギア72を使用したが、磁気エンコーダを使用することもできる。パルサギア72や磁気エンコーダ、磁気センサ73は、塵や埃等の影響を受けにくいため、車両1に使用した場合においても、常に高い検出精度を維持することができる。塵や埃等の対策を行った環境(構成)においては、光学式の回転センサを採用することもできる。
In the above embodiment, the
ここで、ステアリング装置10、20には、フレームに取り付けたラックケース50に対し、同期ギア装置57を収納する同期ギアボックス66を所定位置に動かないように固定することで、転舵の際に、ラックケース50と同期ギアボックス66との間の相対移動が生じないようにする固定機構80が設けられている。この固定機構80を備えたことにより、路面状態の影響(左右のタイヤ接地面の傾斜や摩擦状態の違い等)によって、意図する転舵角度と実際の転舵角度との間に差異が発生するのを防止できる。
Here, the
固定機構80は、特殊転舵時(第一ラックバー53と第二ラックバー54を、ラックの歯の並列方向に沿って反対方向に移動させる際)や直進走行時、通常転舵時等において、同期ギアボックス66が、ラックの歯の並列方向へ移動するのを規制する機能を有する。
The fixing
この実施形態の固定機構80は、図16A,図16Bに示すように、車両直進時における同期ギアボックス66の位置である直進時ギアボックス位置を基準とし、直進時ギアボックス位置から一方向、例えば、車体右方向への同期ギアボックスの移動を規制する第一固定部81と、他方向、例えば、車体左方向への同期ギアボックス66の移動を規制する第二固定部86とで一対を成している。直進時ギアボックス位置は、通常は、車体の幅方向中心と、同期ギアボックス66の長さ方向(ラックの歯の並列方向)中心とが、互いに一致する場所に設定される。固定機構80の第一固定部81と第二固定部86は、ラックケース50の両端に固定されている。
As shown in FIGS. 16A and 16B, the fixing
固定機構80の第一固定部81と第二固定部86は、同期ギアボックス66の長さ方向両端に設けられ、図15A~図15Cに示すように、それぞれ電磁ソレノイド82、87の動作によって出没するロックピン83、88で構成されている。
The
左右のロックピン83、88は、電磁ソレノイド82、87の励磁動作がオンになることによって、同期ギアボックス66側へ向かって突出し、同期ギアボックス66の車体左右方向に対する所定の移動を規制する。この状態を、以下、規制状態という。また、左右のロックピン83、88は、電磁ソレノイド82、87の励磁動作がオフになることよって待避し、同期ギアボックス66の車体左右方向への移動を規制しない状態となる。この状態を、以下、不規制状態という。ロックピン83、88は、ラックケース50に固定されたロックピンケース84(図8参照)によって保持される。
The left and right lock pins 83 and 88 protrude toward the
固定機構80の詳細を、図15A~図15Cに示す。図15Aは、固定機構80のロックピン83、88側から見た側面図、図15B,図15Cは、図15AのI-I断面図でロックピン83、88の動作を示している。図15Bは、電磁ソレノイド82、87が非励磁となり、コイルばね85の復元力によってロックピン83、88が退避(後退)した状態を示す。図15Cは、電磁ソレノイド82、87の励磁動作により、ロックピン83、88が突出(前進)した状態を示す。このように、電磁ソレノイド82、87の励磁の有無によって、ロックピン83、88の突出、退避の動作が行われる。
Details of the
また、固定機構80は、第一固定部81及び第二固定部86に、それぞれ規制状態及び不規制状態の別を検知する検出機構89(図8参照)を備えている。検出機構89は、各ロックピン83、88が、突出した状態にあるか、待避した状態にあるかを検知するロックピンセンサである。このロックピンセンサとしては、例えば、光や磁気等を用いた非接触式センサであってもよいし、ロックピン83、88に係合する係合子を備え、ロックピン83、88の突出、待避の動きに伴う係合子の動きを検知する接触式センサであってもよい。実施形態では、ロックピン83、88に取り付けられた磁石の位置を、磁気センサにて磁力の強弱として検知し、ロックピン83、88の突出、退避の動作状態を検出するものを採用している。
Further, the fixing
同期ギアボックス66とロックピン83、88の位置関係を、図16A,図16Bに示す。図16Aにて、初期状態として同期ギアボックス66が直進時ギアボックス位置から車体幅方向左側へ偏移した状態で、第一固定部81の電磁ソレノイド82(図15A~図15C参照)、第二固定部86の電磁ソレノイド87をともに励磁する。この励磁は、各種の運転状況や運転者が行う転舵操作等に応じて、電子制御ユニット40が指令する。
The positional relationship between the
このとき、第一固定部81のロックピン83は、同期ギアボックス66の側面66bが障害となって突出できない。それに対して、第二固定部86のロックピン88は、障害物がないため突出する。この左右のロックピン83、88の状態を、検出機構89(図8参照)が検出することで、各ラックバー53、54の移動量を検出することなく、同期ギアボックス66が左側に偏った状態であることを判定できる。
At this time, the
そこで、左右の各電磁ソレノイド82、87を励磁したまま、ステアリング入力軸33(図8参照)を通じて、又は、モード切替用アクチュエータ32(図2A,図2B参照)により回転を入力し、同期ギアボックス66が車体幅方向右側へ移動するよう、ラックバー動作手段60を動作させる。すると、同期ギアボックス66は、図16Bの位置まで移動し、同期ギアボックス66の長さ方向端面66aが、突出状態にある第二固定部86のロックピン88に干渉して停止する。
Therefore, with the left and right
このとき、第一固定部81のロックピン83の突出の障害となっていた同期ギアボックス66の側面が、そのロックピン83の対向位置から外れるため、励磁を継続している電磁ソレノイド82の作用により、ロックピン83が突出する。この左右のロックピン83、88の状態を検出機構89(図8参照)が検出することにより、同期ギアボックス66の位置が直進時ギアボックス位置に固定されたことを判定できる。
At this time, the side surface of the
初期状態として同期ギアボックス66が、直進時ギアボックス位置から車体幅方向右側へ偏移した状態の場合、上記手順の左右が逆となる。このため、左右を逆にした同様な手順で、同期ギアボックス66の位置を直進時ギアボックス位置に固定すれば、その固定が成されたことを判定できる。初期状態として同期ギアボックス66が直進時ギアボックス位置にある場合は、左右のロックピン83、88の両方がそのまま突出し、同期ギアボックス66が直進時ギアボックス位置に固定されるので、その固定が成されたことを判定できる。
In the initial state, when the
ここで、通常転舵、特殊転舵の各場面において、図13A,図13Bに示すように、移動量検出手段70は、第一ラックバー53の移動量を検出する。同期ギアボックス66が、直進時ギアボックス位置にある場合は、第二ラックバー54の移動量は、第一ラックバー53の移動量と同じである。しかし、同期ギアボックス66の位置が不明のときは、第二ラックバー54の移動量は不明となってしまう。そこで、上記のように、同期ギアボックス66を直進時ギアボックス位置に固定して所定の転舵を行うことで、第二ラックバー54の移動量が明らかとなり、走行モードの切替を適切に行うことが可能となる。これらの判定や制御は、すべて電子制御ユニット40が行っている。
Here, as shown in FIGS. 13A and 13B, the movement amount detection means 70 detects the movement amount of the
このように、固定機構80を備えたことにより、同期ギアボックス66が直進時ギアボックス位置よりも一方向へ偏移した位置にある場合に、第一固定部81は、同期ギアボックス66の移動規制をしない不規制状態に設定され、その状態から同期ギアボックス66の他方向への移動により同期ギアボックス66が直進時ギアボックス位置に至った場合に、第一固定部81は、同期ギアボックス66を直進時ギアボックス位置から一方向へ移動規制する規制状態に設定される。
また、同期ギアボックス66が直進時ギアボックス位置よりも他方向へ偏移した位置にある場合に、第二固定部86は、同期ギアボックス66の移動規制をしない不規制状態に設定され、その状態から同期ギアボックス66の一方向への移動により同期ギアボックス66が直進時ギアボックス位置に至った場合に、第二固定部86は、同期ギアボックス66を直進時ギアボックス位置から他方向へ移動規制する規制状態に設定される。
As described above, by providing the
Further, when the
さらに、検出機構89によって検知された第一固定部81及び第二固定部86における規制状態及び不規制状態の別により、同期ギアボックス66の直進時ギアボックス位置からの左右への偏移の有無及び偏移の方向を判断し、同期ギアボックス66を直進時ギアボックス位置へ向かって移動させて、同期ギアボックス66の車体幅方向への偏移を解消することができる。このように、固定機構80、検出機構89、ラックバー動作手段60等は、電子制御ユニット40の制御によって、同期ギアボックス66の車体幅方向への偏移を解消する機能を発揮しており、同期ギアボックス66の偏移解消手段を構成している。
Further, whether or not the
以下、これらの各構成からなるステアリング装置10、20を、車両1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。
Hereinafter, several traveling modes when the
(通常走行モード)
図2A,図2B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、つまり連結機構63が結合した状態とする。ステアリング装置10のラックケース50全体が、車両1のフレームに取り付けられた保持ケース内を、左右方向に一体に移動する。
(Normal driving mode)
2A and 2B, the
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も一体に同方向に同距離動いて、図3に示すように、前輪の左右車輪wを所定の角度に転舵する。図3は右に転舵した場合を示す。すなわち、第一ラックバー53と第二ラックバー54を完全に一体固定することで、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。
When the
(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、つまり連結機構63が結合した状態とする。前輪と同じく、ステアリング装置20が、車両1のフレームに取り付けられた保持ケース内を、左右方向に一体に移動する。
(Turn mode)
The small turning mode is shown in FIG. In addition to the operation of the front-
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も一体に同方向に同距離動いて、図4に示すように、後輪の左右車輪wを所定の角度に転舵する。このとき、後輪と前輪とは逆位相に転舵(図4においては、前輪が右に転舵、後輪は左に転舵)しており、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。
When the rear
(その場旋回モード)
その場旋回モードを図5に示す。連結機構63が分離されることで、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から駆動力が第一ピニオンギア62に入力されて、第一ラックバー53と第二ラックバー54は互いに相反する方向に同距離移動する。すなわち、第一ラックバー53と第二ラックバー54との間に第一同期ギア55が介在することによって、第一ラックバー53が左右方向一方向へ移動すれば、第二ラックバー54は他方向へ移動する。
(Spot turn mode)
The spot turn mode is shown in FIG. By separating the
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。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から移動しない状態(又はほぼ移動しない状態)を維持しながら車両の向きを変える、いわゆるその場旋回が可能となる。
The
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、その場旋回が可能である。 In FIG. 5, each wheel w is equipped with an in-wheel motor M. However, if at least one wheel w is equipped with an in-wheel motor M, and that one in-wheel motor M is activated, in-situ turning is performed. Is possible.
(横方向移動モード)
横方向移動モードを図6に示す。その場旋回モードと同様に連結機構63を分離し、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を結合させて、対のラックバー53、54を固定する。
(Lateral movement mode)
The lateral movement mode is shown in FIG. Similarly to the in-situ turning mode, the
このとき、微調整機能として、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、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移動させることで、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。
At this time, as a fine adjustment function, the
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。その場旋回モード時に比べて、さらに、第一ラックバー53と第二ラックバー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。
FIG. 6 shows the positional relationship between the front and rear
(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40が、車両1が高速走行中であることを認識した時は、電子制御ユニット40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。
(Other travel modes)
As another driving mode, for example, when the
このトー調整は、電子制御ユニット40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。
This toe adjustment may be automatically performed based on the determination of the traveling state such as the vehicle speed and the load applied to the axle by the
(モードの切り替え、転舵量の制御)
なお、前述の各走行モードの切り替え時は、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、その場旋回モード、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。
(Mode switching, turning amount control)
It should be noted that this mode switching means 42 is used as appropriate when switching between the above-described travel modes. By operating the mode switching means 42 in the passenger compartment, it is possible to select the normal traveling mode, the spot turn mode, the lateral movement mode, the small turn mode, and the like. If switching can be performed by a switch operation or the like, safer operation is possible.
通常転舵において、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、電子制御ユニット40が第一ラックバー53と第二ラックバー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、第一ラックバー53と第二ラックバー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。
In normal steering, the front
特殊転舵において、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、ラックバー移動量検出手段70からの情報に基づき、電子制御ユニット40が第一ラックバー53と第二ラックバー54の左右方向への必要な動作量を出力する。あるいは、電子制御ユニット40自身による走行状態の判断に基づき、第一ラックバー53と第二ラックバー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転舵することができる。
In special steering, in the front and rear
上記に記載した種々の走行モードは例であり、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。また、固定機構として同期ギアボックスの両端に配置した一対の固定部を示したが、これに限らず、同期ギアボックスに凹部を設け、ラックケースに1つのロックピンを進退可能にして、凹凸嵌合での固定方法等、発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。 The various travel modes described above are examples, and various other controls using these mechanisms are possible. In addition, although a pair of fixing parts arranged at both ends of the synchronous gear box is shown as a fixing mechanism, the present invention is not limited to this, and a concave part is provided in the synchronous gear box so that one lock pin can be advanced and retracted in the rack case. It is possible to add various modifications and variations within the same range as the invention, such as a fixing method, or within an equivalent range.
1 車両
2 ステアリング
3 ステアリングシャフト
12、22 タイロッド
50 ラックケース
53 第一ラックバー
54 第二ラックバー
55 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
66 同期ギアボックス
70 ラックバー移動量検出手段
80 固定機構
89 検出機構
w 車輪
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記対のラックバー(53、54)を前記並列方向に沿って反対方向に移動させる際に、前記固定機構(80)により前記同期ギアボックス(66)の前記並列方向への移動を規制することを特徴とするステアリング装置。 Tie rods (12, 22) connected to the left and right wheels (w) of the front wheels or rear wheels and steering the left and right wheels (w), and pairs connected to the tie rods (12, 22) of the left and right wheels (w), respectively. The rack bar (53, 54) and the pair of rack bars (53, 54) are engaged with each other, and the movement of the rack teeth of one rack bar in one direction relative to the parallel direction of the rack teeth is changed in the other direction of the other rack bar. Synchronous gear device (57) for converting into motion, and rack bar operating means capable of moving said pair of rack bars (53, 54) in opposite directions along the parallel direction of the rack teeth of each rack bar (60), a synchronous gear box (66) that holds the synchronous gear device (57) and is movable in the parallel direction, and holds the pair of rack bars (53, 54) and Frame side Includes rack and casing (50) which is fixed, and the fixing mechanism is held in the rack casing (50) (80), a
When the pair of rack bars (53, 54) are moved in the opposite direction along the parallel direction, the fixing mechanism (80) regulates the movement of the synchronous gear box (66) in the parallel direction. A steering apparatus characterized by the above.
前記同期ギアボックス(66)が前記直進時ギアボックス位置よりも他方向へ偏移した位置にある場合に前記第二固定部(86)は前記同期ギアボックス(66)の移動規制をしない不規制状態に設定され、その状態から前記同期ギアボックス(66)の一方向への移動により前記同期ギアボックス(66)が前記直進時ギアボックス位置に至った場合に前記第二固定部(86)は前記同期ギアボックス(66)を前記直進時ギアボックス位置から他方向へ移動規制する規制状態に設定される請求項2に記載のステアリング装置。 When the synchronous gearbox (66) is in a position shifted in one direction from the linear gearbox position, the first fixing portion (81) does not restrict the movement of the synchronous gearbox (66). When the synchronous gearbox (66) reaches the gearbox position when traveling straight from the state by the movement of the synchronous gearbox (66) in the other direction, the first fixed portion (81) The synchronous gearbox (66) is set to a restricted state for restricting movement in one direction from the gearbox position when traveling straight,
When the synchronous gearbox (66) is in a position shifted in the other direction from the linear gearbox position, the second fixing portion (86) does not restrict the movement of the synchronous gearbox (66). When the synchronous gearbox (66) reaches the gearbox position during straight travel by moving the synchronous gearbox (66) in one direction from the state, the second fixing portion (86) The steering apparatus according to claim 2, wherein the synchronous gearbox (66) is set in a restricted state in which movement of the synchronous gearbox (66) is restricted from the gearbox position in the other direction.
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