(57)【要約】【課題】４輪に舵角を与える車両において転舵状態の異常を速やかに検知すること、及び連結機構の結合及び分離状態の異常を速やかに検知すること。【解決手段】ラックバー５３と噛み合う第一及び第二ピニオンギア６２、６５の回転とともに回転する移動量検出用ギア７１と、この移動量検出用ギア７１の回転に伴って回転するパルサギア７２と、このパルサギア７２の回転量を検出する磁気センサ７０とから、転舵状態の異常を検知する移動量検出手段７３を構成する。また、第一及び第二ピニオンギア６２、６５の間に設けられ両ギア６２、６５を結合又は分離する連結機構６３に設けられた突起部７６ａと、この連結機構６３の結合及び分離状態において突起部７６ａと対向する位置に設けられ、結合又は分離状態を検知する誘導型近接センサ７７ａ、７７ｂとから、連結機構６３の連結及び分離状態の異常を検知する連結状態検出手段７８を構成する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方又は後方の左右車輪（ｗ）に接続され、その左右車輪（ｗ）を転舵するタイロッド（１２、２２）と、
前記左右車輪（ｗ）のタイロッド（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）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、
前記対のラックバー（５３、５４）をそれぞれのラックバー（５３、５４）のラックの歯の並列方向に沿って、左右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、
前記ラックバー（５３、５４）の左右方向への移動量を検出する移動量検出手段（７３）と、
を備えたステアリング装置。
【請求項２】
前記ラックバー動作手段（６０）が、
ステアリングシャフト（３）に直接又は他部材を介して間接的に取り付けられ、前記一方のラックバー（５３）に噛み合う第一ピニオンギア（６２）と、
前記第一ピニオンギア（６２）と同軸上に設けられ、前記他方のラックバー（５４）に噛み合う第二ピニオンギア（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）の間に設けられ、両ギア（６２、６５）を互いに結合又は分離自在とする連結機構（６３）と、
を備え、
前記移動量検出手段（７３）が、
前記第一ピニオンギア（６２）又は前記第二ピニオンギア（６５）の少なくとも一方に噛み合う移動量検出用ギア（７１）と、
前記移動量検出用ギア（７１）の回転角を検出する回転角度検出手段と、
を備えた請求項１に記載のステアリング装置。
【請求項３】
前記回転角度検出手段が、
前記移動量検出ギア（７１）の回転を伝達するパルサギア（７２）と、
前記パルサギア（７２）の回転量を前記移動量検出ギア（７１）の回転角に変換する磁気センサ（７０）と、
を備えた請求項２に記載のステアリング装置。
【請求項４】
前記回転角度検出手段が、ロータリー式磁気エンコーダである請求項２に記載のステアリング装置。
【請求項５】
前記左右車輪（ｗ）の転舵角度を、前記移動量検出手段（７３）の出力から算出する演算手段（８３）を設けた請求項１から４のいずれか一項に記載のステアリング装置。
【請求項６】
走行モードに対応する前記車輪（ｗ）の目標転舵角度と、前記演算手段（８３）によって算出した前記車輪（ｗ）の実際の現状転舵角度とを比較し、前記目標転舵角度と前記現状転舵角度との差を運転者に表示する表示部を備える請求項５に記載のステアリング装置。
【請求項７】
モード切替用アクチュエータ（３２）、通常転舵用アクチュエータ（３１）、及びインホイールモータ（Ｍ）のうち、少なくとも１つがステアリング（２）の操作をアシストして転舵を行う請求項１から６のいずれか一項に記載のステアリング装置。
【請求項８】
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前記車輪（ｗ）の目標転舵角度と、前記演算手段（８３）によって算出した前記車輪（ｗ）の実際の現状転舵角度とを比較し、前記目標転舵角度と前記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を行う請求項５に記載のステアリング装置。
【請求項９】
前記対のラックバー（５３、５４）に併設された移動量検出手段（７３）によって検出された前記対のラックバー（５３、５４）の移動量、又は、モード切替用アクチュエータ（３２）に設けられたセンサによって得られた前記対のラックバー（５３、５４）の移動量の少なくとも１つから、前記モード切替用アクチュエータ（３２）に対する駆動指令に前記フィードバック制御を行う請求項８に記載のステアリング装置。
【請求項１０】
前記対のラックバー（５３、５４）に併設された移動量検出手段（７３）によって検出された前記対のラックバー（５３、５４）の移動量、又は、通常転舵用アクチュエータ（３１）に設けられたセンサによって得られた前記対のラックバー（５３、５４）の移動量の少なくとも１つから、前記通常転舵用アクチュエータ（３１）に対する駆動指令に前記フィードバック制御を行う請求項８に記載のステアリング装置。
【請求項１１】
前記対のラックバー（５３、５４）に併設された移動量検出手段（７３）によって検出された前記対のラックバー（５３、５４）の移動量、又は、前記インホイールモータ（Ｍ）に設けられたセンサ（８４）によって測定された回転角を前記演算手段（８３）に伝え、モータコントローラ（８２）より得られたインホイールモータ（Ｍ）の回転角が所定の範囲内となるように、インホイールモータ（Ｍ）に対する駆動指令に前記フィードバック制御を行う請求項８に記載のステアリング装置。
【請求項１２】
前記ステアリング（２）の操作、前記モード切替用アクチュエータ（３２）、前記通常転舵用アクチュエータ（３１）、又は前記インホイールモータ（Ｍ）のうち少なくとも１つのアシストによって、前記フィードバック制御を行う請求項９から１１のいずれか一項に記載のステアリング装置。
【請求項１３】
前方又は後方の左右車輪（ｗ）に接続され、その左右車輪（ｗ）を転舵するタイロッド（１２、２２）と、
前記左右車輪（ｗ）のタイロッド（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）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、
前記対のラックバー（５３、５４）をそれぞれのラックバー（５３、５４）のラックの歯の並列方向に沿って、左右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、
を備え、
さらに前記ラックバー動作手段（６０）が、
ステアリングシャフト（３）に直接又は他部材を介して間接的に取り付けられ、前記一方のラックバー（５３）に噛み合う第一ピニオンギア（６２）と、
前記第一ピニオンギア（６２）と同軸上に設けられ、前記他方のラックバー（５４）に噛み合う第二ピニオンギア（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）の間に設けられ、両ギア（６２、６５）を互いに結合又は分離自在とする連結機構（６３）と、
を備え、
前記連結機構（６３）の連結状態検出手段（７８）を備えたステアリング装置。
【請求項１４】
前記連結機構（６３）が、
前記第一ピニオンギア（６２）又は前記第二ピニオンギア（６５）のいずれかの側に設けられる固定部（６３ｂ）と、
前記第一ピニオンギア（６２）又は前記第二ピニオンギア（６５）のうち前記固定部（６３ｂ）を設けた側の反対側に設けられ、前記固定部（６３ｂ）と同軸に軸方向に相対移動して前記固定部（６３ｂ）と嵌合する移動部（６３ａ）と、
を備え、
前記連結状態検出手段（７８）が、
前記移動部（６３ａ）の外周に設けられた検出部（７６）と、
前記固定部（６３ｂ）と前記移動部（６３ａ）とが結合及び分離した状態において前記検出部（７６）と対向する位置に設けられ、前記検出部（７６）が近接した際に検出信号を発信するセンサ部（７７）と、
を備えた請求項１３に記載のステアリング装置。
【請求項１５】
前記検出部（７６）が前記移動部（６３ａ）の外周部の外径方向に突出して設けられた突起部（７６ａ）であるとともに、前記センサ部（７７）が前記検出部（７６）との接近に伴う磁気損失を検出する誘導型近接センサ（７７ａ、７７ｂ）である請求項１４に記載のステアリング装置。
【請求項１６】
前記検出部（７６）が磁石であるとともに、前記センサ部（７７）が磁気検出素子である請求項１４に記載のステアリング装置。
【請求項１７】
前記連結機構（６３）に対して走行モードの切り替えの指示を発し、予め決めた所定時間を経過しても、前記センサ部（７７）で前記検出部（７６）から前記切り替え後の前記検出信号を受信できない際に走行モードの切り替え異常が生じたと判断し、連結機構（６３）に動作停止信号を発する異常時制御機構を備えた請求項１４から１６のいずれか一項に記載のステアリング装置。
【請求項１８】
前方又は後方の左右車輪（ｗ）に接続され、その左右車輪（ｗ）を転舵するタイロッド（１２、２２）と、
前記左右車輪（ｗ）のタイロッド（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）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、
前記対のラックバー（５３、５４）をそれぞれのラックバー（５３、５４）のラックの歯の並列方向に沿って、左右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、
前記ラックバー（５３、５４）の左右方向への移動量を検出する移動量検出手段（７３）と、
を備え、さらに前記ラックバー動作手段（６０）が、
ステアリングシャフト（３）に直接又は他部材を介して間接的に取り付けられ、前記一方のラックバー（５３）に噛み合う第一ピニオンギア（６２）と、
前記第一ピニオンギア（６２）と同軸上に設けられ、前記他方のラックバー（５４）に噛み合う第二ピニオンギア（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）の間に設けられ、両ギア（６２、６５）を互いに結合又は分離自在とする連結機構（６３）と、
を備え、
前記連結機構（６３）の連結状態検出手段（７８）を備えたステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
この転舵機構として、例えば特許文献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また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い得るようにしている。
【０００４】
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。
【０００５】
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、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。
【０００６】
特許文献５に係る転舵機構は、左右に独立して移動可能な２つのラックバーを持ち、前記ラックバーのそれぞれを左右いずれかの車輪にタイロッドを介して接続し、前記ラックバーは同期ギアボックスに保持される同期ギアにより、同期ギアボックスに対して反対に移動可能としている。この２つのラックバーには、このラックバーに噛み合うピニオンギアがそれぞれ設けられ、両ピニオンギアの間には、両ピニオンギアの回転軸を結合又は分離可能とする連結機構が設けられている。この連結機構を結合すると、両ラックバーを一体として同方向に同距離だけ移動する、すなわち左右の車輪を同方向に転舵することができる。その一方で、この連結機構を分離すると、両ラックバーを反対方向に同距離移動する、すなわち左右の車輪を逆方向に転舵することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０４−２６２９７１号公報
【特許文献２】特許第４６３５７５４号公報
【特許文献３】実用新案登録第２６００３７４号公報
【特許文献４】特開２００３−１２７８７６号公報
【特許文献５】特願２０１３−１５８８７６（未公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
また、この種の車両では、通常、主転舵車輪である前輪を車両の所定の進行方向に転舵可能であり、従転舵車輪である後輪は、車両の前後方向と並行に設定されている。このため、この車両の前輪を転舵し旋回させると、前輪と後輪とが旋回円に一致しない。したがって、低車速時には内輪差により後輪が旋回円の内側に入る姿勢で車両が旋回し、高車速時には遠心力により前輪が旋回円の内側に入る姿勢で車両が旋回することになる。すなわち、前輪を車両の進行方向である旋回方向に転舵しても、車両の姿勢を旋回方向に一致させ操向することができないという問題がある。そこで、前輪のみならず後輪をも転舵することにより、走行性を向上させる４輪転舵機構（４輪転舵装置）を有する車両がある。
【００１０】
４輪転舵機構を有する車両（いわゆる４ＷＳ車）として、例えば、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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、特許文献５は、特許文献１〜４の上記課題を解決すべく、出願人が考案したものであり、路面状況が良好であれば４輪転舵機構に何ら問題はない。しかし、道路や雪道等の過酷な路面状況において、左右車輪の接地面の摩擦状態が極端に異なる場合には、車輪をスムーズに所望角度に転舵できない問題が生じ得る。すなわち、それぞれのラックバーが左右車輪にそれぞれ接続されていることから、左右車輪の接地面の傾斜や摩擦状態の違い等によって、転舵操作の際に、片方のラックバーが停止もしくは左右車輪が異なる転舵速度で転舵し、左右車輪が対称に転舵できず、最終的に目標とする車輪角度とならないことがある。例えば、左車輪と接地面の摩擦力が、右車輪と接地面の摩擦力に比べて大きい場合、左車輪が転舵せず（左車輪に接続されたラックバーが移動することなく）、右車輪のみが大きく転舵する（本来、左車輪に接続されたラックバーが移動すべき分まで、右車輪に接続されたラックバーが移動する）ことが生じ得る。
【００１３】
また、モード切替用アクチュエータやインホイールモータの駆動力等を用いて転舵する場合、転舵装置に対して、路面状況や積載荷重に対応した適切な大きさの転舵力を作用させないと、転舵力が不足した場合に転舵を完了できなかったり、逆に転舵力が過剰となった場合に、転舵装置を破損したりする問題が生じ得る。
【００１４】
その一方で、インホイールモータを備えた一般的な車両では、インホイールモータは、モータの回転を制御するインバータと、そのための演算や車両コントローラとの通信等を行うＣＰＵを持つユニットとから構成されるモータコントローラにより制御される。そして、このモータコントローラは、車両の走行制御ユニットを備えた車両コントローラにより制御される。車両コントローラが、運転者のアクセルペダルの操作量を検知し、それに基づき適切なトルク値（若しくはこれに類する値）を演算してモータコントローラに指令を発し、この指令を受けたモータコントローラからモータに電力が供給され、このモータから出力されたトルクによって車輪が駆動されて車両が走行する。
【００１５】
このとき、モータコントローラからモータに供給される電力は、車両コントローラから出力されるトルク値のみによって、すなわち、運転者の速度判断に基づいて行われるアクセルペダルの操作量のみによって決まる。それゆえに、インホイールモータの駆動力を用いて転舵する場合においても、速度や回転角度による指示ではなく、適切なトルク値（若しくはそれに類する値）を演算してモータコントローラに指令を発する必要がある。
【００１６】
また、この転舵においては、連結機構を結合又は分離状態を切り替える必要があるが、何らかの異常が発生して切り替えの途中で連結機構が停止した場合、駆動力の伝達が確実になされず、車輪を所定の転舵角度に転舵できないだけでなく、この連結機構を損傷する恐れもある。
【００１７】
そこで、この発明は、４輪に舵角を与える車両において転舵状態の異常を速やかに検知し、いかなる路面状況や積載荷重においてもスムーズに転舵を行うことを第一の課題とし、連結機構の結合及び分離状態の異常を速やかに検知することを第二の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の第一の課題を解決するために、この発明においては、前方又は後方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、左右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、前記ラックバーの左右方向への移動量を検出する移動量検出手段と、を備えたステアリング装置を構成した。
【００１９】
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、対のラックバーを別方向に移動することで、小回り、その場旋回、横方向移動など、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に対応することができる。
【００２０】
さらに、ラックバーの左右方向への移動量を検出する移動量検出手段を設けたことにより、例えば、左右車輪の接地面の傾斜等によって、左右一方の車輪のみが大きく転舵した場合、その左右の転舵量の違いを、対のラックバーの移動量の違いとして検出することができる。このようにラックバーの移動量の違いを検出することにより、転舵が正常に行われていないことを運転者が速やかに知ることができ、その対処（例えば、走行モードの変更をやり直す等）を行うことができる。
【００２１】
前記各構成においては、前記ラックバー動作手段が、ステアリングシャフトに直接又は他部材を介して間接的に取り付けられ、前記一方のラックバーに噛み合う第一ピニオンギアと、前記第一ピニオンギアと同軸上に設けられ、前記他方のラックバーに噛み合う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の間に設けられ、両ギアを互いに結合又は分離自在とする連結機構と、を備え、前記移動量検出手段が、前記第一ピニオンギア又は前記第二ピニオンギアの少なくとも一方に噛み合う移動量検出用ギアと、前記移動量検出用ギアの回転角を検出する回転角度検出手段と、を備えた構成とすることができる。
【００２２】
前記各構成においては、前記回転角度検出手段が、前記移動量検出ギアの回転を伝達するパルサギアと、前記パルサギアの回転量を前記移動量検出ギアの回転角に変換する磁気センサと、を備えた構成とすることができる。
【００２３】
あるいは、前記回転角度検出手段が、ロータリー式磁気エンコーダである構成とすることもできる。
【００２４】
前記各構成においては、前記左右車輪の転舵角度を、前記移動量検出手段の出力から算出する演算手段を設けた構成とすることができる。
【００２５】
前記演算手段を備える構成においては、走行モードに対応する前記車輪の目標転舵角度と、前記演算手段によって算出した前記車輪の実際の現状転舵角度とを比較し、前記目標転舵角度と前記現状転舵角度との差を運転者に表示する表示部を備える構成とすることができる。
【００２６】
また、前記各構成においては、モード切替用アクチュエータ、通常転舵用アクチュエータ、及びインホイールモータのうち、少なくとも１つがステアリングの操作をアシストして転舵を行う構成とすることができる。
【００２７】
また前記各構成においては、運転者によるステアリングの操作角度、又は走行モードに対応する前記車輪の目標転舵角度と、前記演算手段によって算出した前記車輪の実際の現状転舵角度とを比較し、前記目標転舵角度と前記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を行う構成とすることができる。
【００２８】
このフィードバック制御を行う構成においては、前記対のラックバーに併設された移動量検出手段によって検出された前記対のラックバーの移動量、又は、モード切替用アクチュエータに設けられたセンサによって得られた前記対のラックバーの移動量の少なくとも１つから、前記モード切替用アクチュエータに対する駆動指令に前記フィードバック制御を行う構成とすることができる。
【００２９】
あるいは、前記対のラックバーに併設された移動量検出手段によって検出された前記対のラックバーの移動量、又は、通常転舵用アクチュエータに設けられたセンサによって得られた前記対のラックバーの移動量の少なくとも１つから、前記通常転舵用アクチュエータに対する駆動指令に前記フィードバック制御を行う構成とすることもできる。
【００３０】
あるいは、前記対のラックバーに併設された移動量検出手段によって検出された前記対のラックバーの移動量、又は、前記インホイールモータに設けられたセンサによって測定された回転角を前記演算手段に伝え、モータコントローラより得られたインホイールモータの回転角が所定の範囲内となるように、インホイールモータに対する駆動指令に前記フィードバック制御を行う構成とすることもできる。
【００３１】
このように、インホイールモータの駆動力を用いる構成においては、前記インホイールモータに設けられたセンサによって測定された回転角を前記モータコントローラに伝え、このインホイールモータの回転角が所定の範囲内となるように、前記インホイールモータに供給される電力の電流値に前記フィードバック制御を行う構成とすることができる。
【００３２】
前記演算手段を設ける構成においては、運転者によるステアリングの操作角度、又は走行モードに対応する前記車輪の目標転舵角度と、前記演算手段によって算出した前記車輪の実際の現状転舵角度とを比較し、前記目標転舵角度と前記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を行うことでスムーズに転舵することができる。
【００３３】
さらに、上記の第二の課題を解決するために、前方又は後方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、左右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、を備え、さらに前記ラックバー動作手段が、ステアリングシャフトに直接又は他部材を介して間接的に取り付けられ、前記一方のラックバーに噛み合う第一ピニオンギアと、前記第一ピニオンギアと同軸上に設けられ、前記他方のラックバーに噛み合う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の間に設けられ、両ギアを互いに結合又は分離自在とする連結機構と、を備え、前記連結機構の連結状態検出手段を備えたステアリング装置を構成した。
【００３４】
連結機構の連結状態検出手段を備えたことにより、何らかの異常な状態が発生して、連結機構の結合又は分離状態が不完全な場合に、その状態を検出することができる。このため、結合又は分離状態が不完全なまま動作を継続して、車輪を所定角度に転舵できなかったり、連結機構を損傷したりする不具合を回避することができる。
【００３５】
前記連結機構と前記連結状態検出手段を設ける構成においては、前記連結機構が、前記第一ピニオンギア又は前記第二ピニオンギアのいずれかの側に設けられる固定部と、前記第一ピニオンギア又は前記第二ピニオンギアのうち前記固定部を設けた側の反対側に設けられ、前記固定部と同軸に軸方向に相対移動して前記固定部と嵌合する移動部と、を備え、前記連結状態検出手段が、前記移動部の外周に設けられた検出部と、前記固定部と前記移動部とが結合及び分離した状態において前記検出部と対向する位置に設けられ、前記検出部が近接した際に検出信号を発信するセンサ部と、を備えた構成とすることができる。
【００３６】
前記検出部と前記センサ部を設ける構成においては、前記検出部が前記移動部の外周部の外径方向に突出して設けられた突起部であるとともに、前記センサ部が前記検出部との接近に伴う磁気損失を検出する誘導型近接センサとすることができる。あるいは、前記検出部が磁石であるとともに、前記センサ部が磁気検出素子とすることもできる。
【００３７】
前記連結機構と前記連結状態検出手段を設ける構成においては、前記連結機構に対して走行モードの切り替えの指示を発し、予め決めた所定時間を経過しても、前記センサ部で前記検出部から前記切り替え後の前記検出信号を受信できない際に走行モードの切り替え異常が生じたと判断し、連結機構に動作停止信号を発する異常時制御機構を備えた構成とすることができる。
【００３８】
また、前方又は後方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、左右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、前記ラックバーの左右方向への移動量を検出する移動量検出手段と、を備え、さらに前記ラックバー動作手段が、ステアリングシャフトに直接又は他部材を介して間接的に取り付けられ、前記一方のラックバーに噛み合う第一ピニオンギアと、前記第一ピニオンギアと同軸上に設けられ、前記他方のラックバーに噛み合う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の間に設けられ、両ギアを互いに結合又は分離自在とする連結機構と、を備え、前記連結機構の連結状態検出手段を備えたステアリング装置を構成することもできる。
【００３９】
このように、ラックバーの移動量検出手段と、連結機構の連結状態検出機構を併設することで、連結機構の連結状態を確認した上で、ラックバーの移動量の違いを検出することができる。このため、４輪に舵角を与える車両の走行モードの変更や転舵操作を一層スムーズに行うことができる。
【発明の効果】
【００４０】
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、対のラックバーを別方向に移動することで、小回り、その場旋回、横方向移動など、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。
【００４１】
さらに、ラックバーの左右方向への移動量を検出する移動量検出手段を設けたことにより、道路状態に関連して転舵が正常に行われていないことを運転者が速やかに知ることができ、スムーズにその対処を行うことができる。演算手段を設ける構成においては、走行モードに対応する前記車輪の目標転舵角度と、前記演算手段によって算出した前記車輪の実際の現状転舵角度とを比較し、前記目標転舵角度と前記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を行うことでスムーズに転舵することができる。また、連結機構の連結状態検出手段を備えたことにより、何らかの異常な状態が発生して、連結機構の結合又は分離状態が不完全な場合に、その状態を検出することができる。このため、結合又は分離状態が不完全なまま動作を継続して、車輪を所定角度に転舵できなかったり、連結機構を損傷したりする不具合を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この実施形態のステアリング装置を用いた車両のイメージ図
【図２】この発明に係る車両を示す平面図であって、（ａ）は一般車両、（ｂ）はステアバイワイヤ方式の車両
【図３】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４】図２（ａ）の車両において小回りモードを示す平面図
【図５】図２（ａ）の車両においてその場旋回モードを示す平面図
【図６】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
【図７】車輪の支持状態を示す断面図
【図８】この発明に係るステアリング装置の第一実施形態を示す斜視図
【図９】第一実施形態に係るステアリング装置の内部を示し、（ａ）は背面図、（ｂ）は平面図
【図１０】第一実施形態に係るステアリング装置の内部を示す正面図であって、（ａ）は対のラックバーが接近した状態、（ｂ）は対のラックバーが開いた状態
【図１１】第一実施形態に係る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）は分離状態の側面図、（ｂ）は結合状態の側面図
【図１２】この発明に係るステアリング装置の第二実施形態を示す背面図
【図１３】この発明に係るステアリング装置の第三実施形態を示す斜視図
【図１４】第三実施形態に係る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）は結合状態の側面図、（ｂ）は分離状態の側面図
【図１５】第三実施形態に係るステアリング装置の内部を示す平面図
【図１６】インホイールモータを搭載した車両の通常走行時の制御フローを示す図
【図１７】インホイールモータの駆動力によって転舵する際の制御フローを示す図
【図１８】モード切替用アクチュエータの駆動力によって転舵する際の制御フローを示す図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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。
【００４４】
図１は、この実施形態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。
【００４５】
図２は、第一実施形態の車両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。
【００４６】
本願に係る前輪用のステアリング装置は、ステアリングシャフトを備えた一般車両（本図（ａ）参照）、又はステアリング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（本図（ｂ）参照）のいずれにも採用することができ、前輪用のステアリング装置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は、ステアリング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は、本図（ａ）（ｂ）のいずれのタイプの車両にも採用することができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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において紙面左側の矢印が示している方向が車両の前方方向になる。図３から図６においても同様である。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
この発明に係るステアリング装置１０、２０の第一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内に収容されている。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。
【００５２】
このステアリング装置１０、２０には、図９で詳しく説明するように磁気センサ７０が設けられており、この磁気センサ７０でラックバー５３、５４の動きを検出することによって、左右車輪ｗが適切に転舵しているかどうか判断できるようになっている。なお、図示されていないが、タイロッド１２、２２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。第一回転軸６１（ピニオン軸）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。
【００５３】
第一ラックバー５３と第二ラックバー５４は、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。
【００５４】
このステアリング装置１０、２０は、図９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、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。
【００５５】
ラックバー動作手段６０は、図９（ａ）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。
【００５６】
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。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、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。
【００５７】
なお、図９（ａ）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を、スムーズに相対移動することが可能となる。
【００５８】
また、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。この同期用ラックギア５３ａ、５４ａと、転舵用ラックギア５３ｂ、５４ｂを一体に形成してもよいし、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。
【００５９】
図９（ａ）（ｂ）に示すように、第一及び第二ピニオンギア６２、６５にはそれぞれ移動量検出用ギア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、このパルサギア７２に対向する位置に磁気センサ７０が設けられている。この磁気センサ７０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。この磁気センサ７０、移動量検出用ギア７１、パルサギア７２により、ラックバー５３、５４の左右への移動量を検出する移動量検出手段７３が構成される。
【００６０】
ラックバー５３、５４が左右方向に移動するのに伴って第一及び第二ピニオンギア６２、６５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７０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に設けられた演算手段から算出することができる。
【００６１】
また、図１０（ｂ）において図示するように、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側の移動量検出用ギア７１とが噛み合うように構成するのが好ましい。このように、補助ギア７４を設けることにより、本図に示すように第二ラックバー５４の移動量が大きくなり、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、この補助ギア７４が移動量検出用ギア７１と噛み合った状態が維持される。このため、第二ラックバー５４の移動量を確実に検知することができる。
【００６２】
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、前記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、前記目標転舵角度と前記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。このようにフィードバック制御を行うことにより、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、所定の転舵角度とならない不具合を防止することができる。
【００６３】
上記の実施形態においては、パルサギア７２を使用したが、ロータリー式磁気エンコーダを使用することもできる。パルサギア７２やロータリー式磁気エンコーダ、磁気センサ７０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。
【００６４】
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１０（ａ）に示す状態から、図１０（ｂ）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１０（ａ）に示す状態から、図１０（ｂ）に示す状態へと移動する。この移動の際は、後述する連結機構６３は分離した状態となっており、車輪ｗの転舵角度が９０度（ラックバー５３、５４が図１０（ｂ）に示す状態）になった後に、本図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１０（ａ）（ｂ）は図９（ａ）を前後反対側から見たものである。
【００６５】
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。
【００６６】
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に回転が伝達されるようになっている。
【００６７】
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。第一回転軸６１には、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、回転が伝達されるようになっている。
【００６８】
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。
【００６９】
第一ピニオンギア６２は、図１０（ａ）（ｂ）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。
【００７０】
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（図１１（ａ））と相対回転不能な状態（結合状態（図１１（ｂ））とに切り替える機能を有する。
【００７１】
連結機構６３は、本図に示すように、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。
【００７２】
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を本図における軸方向上向き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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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、第一ピニオンギア６２及び第一同期ギア５５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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
図１６はインホイールモータＭを搭載した車両の通常走行時の一般的な制御フローを示す。車両コントローラ８１がアクセルペダル８０の操作量に基づき、モータコントローラ８２へトルク値の指令を発する。この指令に従って、モータコントローラ８２からインホイールモータＭへ電力が供給される。このときのインホイールモータＭの回転角を、インホイールモータＭに内蔵されたセンサ８４（ここではレゾルバ８４）を用いて測定する。この測定された回転角がモータコントローラ８２に伝えられ、このインホイールモータＭの回転角が所定の値となるように、インホイールモータＭに供給される電力の電流値に対しフィードバック制御を行う。
【００８２】
図１７はインホイールモータＭの駆動力によって転舵する際の制御フローを示す。演算手段８３が、目標転舵角と、移動量検出手段７３によって得られた現状転舵角との差を求め、モータコントローラ８２に適切なトルク値の指令を発する。この演算手段８３は、例えばＥＣＵ４０（図２（ａ）等参照）に含まれる機能であってもよいし、その他の手段でもよい。前述した通常走行時と同様に、インホイールモータＭの回転角を、このインホイールモータＭに内蔵されたセンサ（ここではレゾルバ８４）を用いて測定する。この測定された回転角をモータコントローラ８２に伝え、このインホイールモータＭの回転角が所定値となるように、インホイールモータＭに供給される電力の電流値に対しフィードバック制御（以下、第一フィードバック制御という。）を行う。
【００８３】
この第一フィードバック制御に基づいて、インホイールモータＭに電力が供給され、車輪ｗにトルクが与えられて駆動する。この車輪ｗが駆動されることで、車輪ｗはキングピン軸Ｐを軸とした回転運動を行う。この車輪ｗの回転運動によって、タイロッド１２、２２を介して、各ラックバー５３、５４が移動する。各ラックバー５３、５４の移動量は、このラックバー５３、５４に併設された移動量検出手段７３で検出される。この検出された移動量を演算手段８３に伝え、各ラックバー５３、５４の移動量が所定量となるように、モータコントローラ８２に対して発せられるトルク値の指令に対しフィードバック制御（以下、第二フィードバック制御という。）を行う。
【００８４】
スムーズな転舵を行うためには、インホイールモータＭの制御は、路面状況や積載荷重の変化等の外乱を考慮したフィードバック制御とする必要がある。この路面状況等に対応した適切な大きさの転舵力を作用させないと、転舵力が不足した場合に転舵を完了できなかったり、逆に転舵力が過剰となった場合に、転舵装置を破損したりする問題が生じ得るためである。上記のように、インホイールモータＭの回転角に基づいて、インホイールモータＭへの電力の供給を第一フィードバック制御によって制御しつつ、移動量検出手段７３で検出した各ラックバー５３、５４の移動量に基づいて、演算手段８３に第二フィードバック制御を行う二重のフィードバック制御により、路面状況等の外乱を考慮した、適切かつスムーズな転舵を行うことができる。
【００８５】
なお、本図には図示していないが、レゾルバ８４で測定されたインホイールモータＭの回転角を演算手段８３に伝え、第二フィードバック制御を行う構成とすることも許容される。
【００８６】
一方、図１８はモード切替用アクチュエータ３２の駆動力によって転舵する際の制御フローを示す。演算手段８３が、目標転舵角と、移動量検出手段７３によって得られた現状転舵角の差を求め、モード切替用アクチュエータ３２に適切な駆動力での駆動指令を発する。この演算手段８３は、上記と同様に、例えばＥＣＵ４０（図２（ａ）等参照）に含まれる機能であってもよいし、その他の手段でもよい。モード切替用アクチュエータ３２の駆動に伴って、各ラックバー５３、５４が移動する。各ラックバー５３、５４の移動量は、このラックバー５３、５４に併設された移動量検出手段７３で検出される。この検出された移動量（図１８中の丸数字の１参照）を演算手段８３に伝え、各ラックバー５３、５４の移動量が所定量となるように、モード切替用アクチュエータ３２に対して発せられる駆動指令に対しフィードバックを行う。
【００８７】
この代わりに、モード切替用アクチュエータのモータに回転角センサ等を設け、この回転角センサ等によって得られた回転角等から、各ラックバー５３、５４の移動量を得て、この移動量（図１８中の丸数字の２参照）を演算手段８３に伝えるように構成することもできる。なお、前述のように、モード切替用アクチュエータ３２の代わりに通常転舵用アクチュエータ３１を採用した構成においても、この制御フローは適用可能である。また、インホイールモータＭ、モード切替用アクチュエータ３２、通常転舵用アクチュエータ３１のうち２つ以上を同時または交互に駆動することもできる。
【００８８】
また、演算手段８３による目標転舵角度と現状転舵角度の差を液晶ディスプレイ等の表示装置に表示し、運転者がその表示を見ながらステアリング２を操作して転舵し、走行モードの切り替えを行うこともできる。このとき、インホイールモータＭ、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のうち少なくとも１つが、ステアリング２の操作をアシストすることも可能である。
【００８９】
この発明に係るステアリング装置１０、２０の第二実施形態について説明する。図１２に示すように、このステアリング装置１０、２０は、第一実施形態に係るものと基本的な構成は同じであるが、ステアリングシャフト３に連結されている第一ピニオンギア６２は、従来のステアリング装置において使用されている転舵角検出手段７５によりラックバー５３の位置を算出し、第二ピニオンギア６５のみに移動量検出用ギア７１、パルサギア７２、磁気センサ７０からなる移動量検出手段７３を設けた点において相違している。このように第二ピニオンギア６５側のみに移動量検出用ギア７１等を設けた場合も、第二ラックバー５４の移動量検出を行うことができ、路面状態に起因する転舵の不具合を速やかに発見することができる。しかも、使用する移動量検出手段７３が１セットなので、第一実施形態に係る構成と比較して、安価にステアリング装置１０、２０を構成することができる。
【００９０】
この発明に係るステアリング装置１０、２０の第三実施形態について説明する。図１３から図１５に示すように、このステアリング装置１０、２０に係る連結機構６３は、第一ピニオンギア６２側に形成された移動部６３ａと、第二ピニオンギア６５側に形成された固定部６３ｂが結合又は分離が自在な構成となっている。この移動部６３ａには、その外周方向外側に起立した突起部（検出部）７６が形成されている。この突起部７６ａは、連結機構６３の結合又は分離に伴って、移動部６３ａと一体にその軸方向に動く。連結機構６３の結合状態及び分離状態における移動部６３ａの位置に対向する後部カバー５１には、結合検知用の誘導型近接センサ７７ａ（７７）、分離検知用の誘導型近接センサ７７ｂ（７７）がそれぞれ設けられている。この突起部７６ａと誘導型近接センサ７７ａ、７７ｂにより、連結状態検出手段７８が構成される。誘導型近接センサ７７は、突起部７６ａとの接近に伴う磁気損失を検出することによって、突起部７６ａの接近を検出する。
【００９１】
結合状態（図１４（ａ）参照）では、結合検知用の誘導型近接センサ７７ａが突起部７６ａに接近して検出状態となる一方で、分離検知用の誘導型近接センサ７７ｂが未検出状態となる。これに対し、分離状態（図１４（ｂ）参照）では、結合検知用の誘導型近接センサ７７ａが未検出状態となる一方で、分離検知用の誘導型近接センサ７７ｂが突起部７６ａに接近して検出状態となる。
【００９２】
連結機構６３に摩耗が生じたり、異物が混入したりすると、移動部６３ａの移動に引っ掛かりが生じ、走行モードをスムーズに変更することができないことが生じ得る。そこで、連結機構６３に対してこの走行モードの切り替えの指示を発し、予め決めた所定時間を経過しても、いずれの誘導型近接センサ７７ａ、７７ｂからも切り替え後の検出信号を受信できない場合は、走行モードの切り替え異常が生じたと判断し、このステアリング装置１０、２０に設けられた異常時制御機構から、連結機構６３に対し動作停止信号を発するようにする。この動作停止信号に基づいて連結機構６３の動作を停止することにより、結合又は分離状態が不完全なまま動作を継続して、車輪ｗを所定角度に転舵できなかったり、連結機構６３を損傷したりする不具合を回避することができる。
【００９３】
この実施形態においては、検出部７６として突起部７６ａを形成するとともに、センサ部７７に誘導型近接センサ７７ａ、７７ｂを採用したが、検出部７６として磁石を、センサ部７７に磁気検出素子を採用することもできる。この磁気検出素子は、塵や埃等の多い環境下においても誤作動の少ない安定した検出能力を発揮することができる。
【００９４】
上記の第一及び第二実施形態で説明したラックバー５３、５４の移動量検出手段７３と、第三実施形態で説明した連結機構６３の連結状態検出手段７８は、一つのステアリング装置１０、２０に併設することもできる。このように両手段を併設することによって、このステアリング装置１０、２０を搭載した車両の転舵性能を一層向上することができる。
【００９５】
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。
【００９６】
（通常走行モード）
図２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（図１１（ｂ）参照）とする。車両１のフレームに取り付けられたステアリング装置１０のラックケース５０内を、第一ラックバー５３と第二ラックバー５４が左右方向に一体に移動する。
【００９７】
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、２つのラックバー５３、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。
【００９８】
（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（図１１（ｂ）参照）。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。
【００９９】
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（本図においては、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。
【０１００】
（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（図１１（ａ）参照）、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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
（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（図１１（ａ）参照）、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（図１１参照）を結合させて、対のラックバー５３、５４を固定する。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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、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。
【０１０６】
（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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
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が収容されたラックケース５０に対し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。
【０１１０】
例えば、モード切替手段４２を操作し、その場旋回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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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が収容されたラックケース５０に対する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。
【０１１３】
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転舵することができる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
この発明では、通常の走行モードにおいては、従来のステアリング操作と違和感なく作動し、且つ、その場旋回、横方向移動、小回り等、さまざまな走行モードをも可能とする。これにより、複雑な機構を用いず、低コストで、横方向移動、小回り等が可能となる。また、ステアリング装置１０、２０に、ラックバー５３、５４の左右への移動量を検出する移動量検出手段７３を設け、左右のラックバー５３、５４の移動量の違いを検出することにより、転舵が正常に行われていないことを運転者が速やかに知ることができ、その対処をスムーズに行うことができる。さらに、連結機構６３に連結状態検出手段７８を併設することにより、何らかの異常な状態が発生して、連結機構６３の結合又は分離状態が不完全な場合に、その状態を検出することができる。このため、結合又は分離状態が不完全なまま動作を継続して、車輪ｗを所定角度に転舵できなかったり、連結機構６３を損傷したりする不具合を回避することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
３  ステアリングシャフト
１２、２２  タイロッド
３１  通常転舵用アクチュエータ
３２  モード切替用アクチュエータ
５３、５４  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
６３ａ  移動部
６３ｂ  固定部
６５  第二ピニオンギア
７０  磁気センサ
７１  移動量検出用ギア
７２  パルサギア
７３  移動量検出手段
７６  検出部
７６ａ  突起部
７７  センサ部
７７ａ、７７ｂ  誘導型近接センサ
７８  連結状態検出手段
８２  モータコントローラ
８３  演算手段
８４  センサ（レゾルバ）
Ｍ  インホイールモータ
ｗ  車輪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2015117005.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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