(57)【要約】【課題】複雑な機構を用いることなく、陸上、水上における前進、後退、横方向移動、小回り等に対応できるようにする。【解決手段】車輪ｗを駆動するインホイールモータ駆動装置Ｍを少なくとも後輪に備え、インホイールモータ駆動装置Ｍによって駆動される車輪ｗにスクリュー部ｓを形成し、左右車輪ｗにそれぞれ接続されたタイロッド１２，２２を介してその左右車輪ｗを転舵するステアリング装置１０，２０により、左右車輪ｗの各々が車両１のキングピン軸Ｐを中心軸として進行方向に対して少なくとも左右にそれぞれ９０度までの転舵が可能であり、インホイールモータ駆動装置Ｍ及びステアリング装置１０，２０を、浮力のある船体構造の車両１に取り付けて駆動力を車輪ｗに伝達することにより、車輪ｗの転動による陸上走行モード、スクリュー部ｓの回転に伴う推進力による水上航行モードとを切り替え可能にした水陸両用車のインホイールモータ付転舵システムとした。【選択図】図２
2016022756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を駆動する駆動用電動モータと車輪用軸受を有するインホイールモータ駆動装置を少なくとも後輪に備え、前記インホイールモータ駆動装置によって駆動される車輪にスクリュー部が形成されており、
少なくとも前記後輪の左右車輪にそれぞれ接続されたタイロッドを介してその左右車輪を転舵するステアリング装置により、前記左右車輪の各々が、車両のフレームに支持された上下方向のキングピン軸を中心軸として進行方向に対して少なくとも左右にそれぞれ９０度までの転舵が可能であり、
前記インホイールモータ駆動装置の駆動力により、前記車輪の転動による陸上走行モード、前記スクリュー部の回転に伴う推進力による水上航行モードとを切り替え可能にしたことを特徴とする水陸両用車のインホイールモータ付転舵システム。
【請求項２】
前記左右車輪の一方に接続された前記タイロッドに第１のラックバーが、他方に接続された前記タイロッドに第２のラックバーが接続され、前記第１のラックバー及び第２のラックバーに噛合しその第１のラックバーと第２のラックバーとをラックの並列方向に沿って相対移動可能に保持する共通のギア部材が設けられ、
前記第１のラックバーに噛合する第１のピニオンギア、及び、前記第２のラックバーに噛合する第２のピニオンギアを備え、前記第１のピニオンギアと第２のピニオンギアの間に結合及び分離が可能でその結合及び分離の動作確認が可能な連結機構を備え、前記第１のラックバーと前記第２のラックバーを、車両の直進方向に対して左右方向へ一体に又は互いに左右反対方向へ移動させることにより前記左右車輪の転舵を可能としたステアリング装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水陸両用車のインホイールモータ付転舵システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水陸両用車のインホイールモータ付転舵システムを用い、前記ステアリング装置で前記左右車輪を転舵することにより、前記水上航行モードにおける水上での推進力の方向、及び、進路方向の操舵を可能としたことを特徴とする水陸両用車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ステアリング装置とインホイールモータ駆動装置を備えた水陸両用車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンやモータ等の原動機の駆動力により、陸上走行用のタイヤホイールと水上航行用のスクリュープロペラをそれぞれ回転できるようにした水陸両用車が研究、開発されつつある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、原動機により回転駆動する駆動軸と、駆動軸にジョイント角度を変化可能に連結した駆動輪と、スクリュープロペラ状に形成した駆動輪のホイールディスク部と、ジョイント角度を変化させるジョイント角度変化手段とを備えた水陸両用車両が記載されている。
【０００４】
陸上走行時には、原動機の駆動力を駆動輪に伝達させて路面等を走行し、水上航行時には、ジョイント角度変化手段によって駆動軸に対する駆動輪のジョイント角度を変化させて、水上航行に必要な推進力及び浮力を得ている。
【０００５】
また、特許文献２〜４にも、各種の水陸両用車両用推進装置、ならびに自動操舵装置、自動操舵方法および自動操舵プログラム、水陸両用車用のパワートレイン構造、推進システム等が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１３６５１９号公報
【特許文献２】特開２００７−１２５９６０号公報
【特許文献３】特開平５−２０８６０５号公報
【特許文献４】特許第４８０２０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３に記載された発明は、原動機の駆動力を、ドライブシャフトからホイール又はスクリュープロペラへ伝達して、それらに回転力を与える構造となっている。
【０００８】
しかし、ドライブシャフトからなる構造は、ホイールへの回転伝達経路の途中に設けたジョイントの舵角が小さく、スクリュープロペラの角度変化量に制限がある。このため、水上での各方位への円滑な操舵、小回りには限界がある。
【０００９】
また、原動機が、船体内又は車両室内に配置された場合、ドライブシャフトを船体外に引き出して出力軸とする設計構造とする必要があり、複雑な駆動伝達構成となり船体構造として設計面で不利である。
【００１０】
特許文献４に記載された発明では、水上での推進力を与えるスクリュープロペラが、車両後部に配置されるので、操舵には、別途の舵板が必要になる。舵板による操舵では、水上での小回り操作が容易に行えないという問題もある。
【００１１】
そこで、この発明は、４輪のホイール又はスクリュープロペラに舵角を与える水陸両用車両において、複雑な機構を用いることなく、陸上、水上における前進、後退、横方向移動、小回り等に対応できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、この発明は、車輪を駆動する駆動用電動モータと車輪用軸受を有するインホイールモータ駆動装置を少なくとも後輪に備え、前記インホイールモータ駆動装置によって駆動される車輪にスクリュー部が形成されており、少なくとも前記後輪の左右車輪にそれぞれ接続されたタイロッドを介してその左右車輪を転舵するステアリング装置により、前記左右車輪の各々が、車両のフレームに支持された上下方向のキングピン軸を中心軸として進行方向に対して少なくとも左右にそれぞれ９０度までの転舵が可能であり、前記インホイールモータ駆動装置の駆動力により、前記車輪の転動による陸上走行モード、前記スクリュー部の回転に伴う推進力による水上航行モードとを切り替え可能にしたことを特徴とする水陸両用車のインホイールモータ付転舵システムを採用した。
【００１３】
この構成によれば、車両の車輪がスクリュー部、すなわち、スクリュープロペラ構造を備えており、陸上ではその車輪による陸上走行が、水上ではスクリュープロペラの作用で推進力を得て水上航行が可能である。
【００１４】
また、進行方向に対して左右にそれぞれ９０度の転舵を可能にしたステアリング装置と、駆動用電動モータと車輪用軸受を有するインホイールモータ駆動装置とを併せて採用したことにより、水上での推進力の発生方向、流水を生じさせる方向を自在に切替え可能とできる。このため、複雑な機構を用いることなく、陸上、水上における前進、後退、横方向移動、小回り等に対応できるようになる。
【００１５】
さらに、インホイールモータ駆動装置によるスクリュー部の回転数を制御し、さらに、ステアリング操作により車輪とともにスクリュー部を転舵することにより、水上における進行方向をコントロールできる。少なくとも後輪の車輪にインホイールモータ駆動装置とスクリュー部が備えられていればよく、水上の航行条件に応じて、最大４輪にインホイールモータ駆動装置とスクリュー部を装着することができる。
【００１６】
上記の構成において、前記左右車輪の一方に接続された前記タイロッドに第１のラックバーが、他方に接続された前記タイロッドに第２のラックバーが接続され、前記第１のラックバー及び第２のラックバーに噛合しその第１のラックバーと第２のラックバーとをラックの並列方向に沿って相対移動可能に保持する共通のギア部材が設けられ、前記第１のラックバーに噛合する第１のピニオンギア、及び、前記第２のラックバーに噛合する第２のピニオンギアを備え、前記第１のピニオンギアと第２のピニオンギアの間に結合及び分離が可能でその結合及び分離の動作確認が可能な連結機構を備え、前記第１のラックバーと前記第２のラックバーを、車両の直進方向に対して左右方向へ一体に又は互いに左右反対方向へ移動させることにより前記左右車輪の転舵を可能としたステアリング装置を備えた構成を採用することができる。
【００１７】
また、これらのステアリング装置で前記左右車輪を転舵することにより、前記水上航行モードにおける水上での推進力の方向、及び、進路方向の操舵を可能とした水陸両用車を採用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、車両の進行方向に対して左右にそれぞれ９０度の転舵を可能にしたステアリング装置と、駆動用電動モータと車輪用軸受を有するインホイールモータ駆動装置とを併せて採用したことにより、水上での推進力の発生方向、流水を生じさせる方向を自在に切替え可能とできる。このため、複雑な機構を用いることなく、陸上、水上における前進、後退、横方向移動、小回り等に対応できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の一実施形態を示す車両を示し、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面図
【図２】同実施形態の平面図
【図３】タイヤハウス内の車輪の支持状態を示す斜視図
【図４】転舵角０度の車輪とステアリング装置の外観を示す斜視図
【図５】インホイールモータ駆動装置とスクリュープロペラの詳細を示す車輪断面図
【図６】陸上走行モードの通常走行モードでのステアリング装置の位置関係とタイヤ位置を表す平面図
【図７】陸上走行モードのその場旋回モード、水上航行モードの水上斜行移動モードでのステアリング装置の位置関係とタイヤ位置を表す平面図
【図８】陸上走行モードの横方向移動時でのステアリング装置の位置関係とタイヤ位置を表す平面図
【図９】水上航行モードの通常航行モード（前進後退時）でのステアリング装置の位置関係とタイヤ位置を表す平面図
【図１０】ステアリング装置の外観を示す斜視図
【図１１】ステアリング装置の内部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図
【図１２】（ａ）（ｂ）は、ステアリング装置のラックバー動作手段の詳細を示す正面図
【図１３】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１４】（ａ）〜（ｆ）は、ステアリング装置連結機構部の側面図と平面図
【図１５】ステアリング装置を示し、（ａ）は対のラックバーが近接した状態を示す平面図、（ｂ）はラックバーが開いた状態を示す平面図
【図１６】スクリュープロペラ付きの車輪を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）はスクリュープロペラの側面図、（ｃ）はホイールの断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態は、水陸両用車、及び、その水陸両用車のインホイールモータ付転舵システムである。以下、水陸両用車を「車両１」と称する。
【００２１】
車両１の概要は、車輪ｗ内に設けられた電動モータユニット（以下、「インホイールモータ駆動装置Ｍ」と称する。）により、その車輪ｗを駆動して走行可能な電気自動車であって、進行方向に対して左右それぞれに少なくとも９０度までの転舵を可能にした４輪転舵機構からなるステアリング装置（以下、この進行方向に対して９０度まで転舵可能にした４輪転舵機構からなるステアリング装置を「ステアリング装置１０，２０」と称する。）を備えたものである。
【００２２】
インホイールモータ駆動装置Ｍは、駆動用電動モータとその出力軸を支える車輪用軸受等を有し、車輪ｗ毎の独立した駆動ユニットとなっている。その制御は、車体ｂ側に設けた電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０等によって行うことができるようになっている。
【００２３】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、車体ｂは、水上に浮かぶことができる浮力のある船体構造である。その車体ｂに、インホイールモータ駆動装置Ｍ、ステアリング装置１０，２０を備える。この実施形態の車両１は、図２に示すように、前後の駆動輪間にそれぞれステアリング装置１０，２０を備え、前後左右すべての車輪ｗのホイールｖ内に、モータハウジングを介してインホイールモータ駆動装置Ｍを装着している。
【００２４】
また、インホイールモータ駆動装置Ｍ付きの車輪ｗのホイールｖに、スクリュープロペラからなるスクリュー部ｓを装備させている。このスクリュープロペラを形成したホイールｖに関し、以下、インホイールモータ駆動装置Ｍ、ホイールｖ、ホイールｖに形成されたスクリュー部ｓ等を含めて総合的に、「インホイールスクリュープロペラ」と称する。
【００２５】
このインホイールスクリュープロペラにより、水上での推進力と水流方向の変化（舵）を発生させ、車両１の水上航行、水上操舵を可能にしている。また、陸上では、これら車輪ｗは路面走行の動力源となり、車輪ｗのタイヤが路面等に接地しながら回転することにより、車両１の陸上走行を可能にしている。
【００２６】
図１は、この実施形態の車両１のイメージ図を示す。この実施形態では、２人乗車（横並び二人乗り）の小型水陸両用車をイメージしているが、小型に限定するものではなく、大型車両にも適用可能である。図の車体ｂは、水上航行をイメージした状態であり、ステアリング装置２０により後輪の左右輪（ＲＬ，ＲＲ）は、進行方向に対し９０度転舵した状態である。この状態で、水面ｕの下に位置するインホイールスクリュープロペラの回転により、前進後退移動可能である状態を示す。なお、前輪の左右輪（ＦＬ，ＦＲ）は、進行方向と同方向、すなわち、転舵角度０度の状態である。
【００２７】
図中の符号２はステアリングを、符号３はステアリングシャフトを、符号４はタイヤハウスを、符号５はフロントドアを、符号６ａはフロントガラスを、符号６ｂはリアガラスを、符号６ｃはフロントワイパーを示す。また、符号７は航行時の左右動を抑制する安定板を、符号８ａはヘッドライトを、符号８ｂ，８ｃはテールランプ（ブレーキランプ兼用）を、符号９はサイドミラーを示す。
【００２８】
図２は、車両１の駆動系及び制御経路を示す平面図である。前輪の左右輪（ＦＬ，ＦＲ）及び後輪の左右輪（ＲＬ，ＲＲ）に、それぞれタイロッド１２，２２を介して、ステアリング装置１０，２０が連結されている。ステアリング装置１０，２０は、車体ｂの底面に形成された凹部に収容されている。
【００２９】
前輪用のステアリング装置１０は、運転者が行うステアリング２の操作に基づいて、モータ等のアクチュエータの駆動力又はステアリング２の回転とともに回転するステアリングシャフト３の回転力によって、左右車輪ｗを通常転舵をさせる。また、場面によっては、モード切替の操作に基づいて、モータ等のアクチュエータの駆動力によって、左右車輪ｗを転舵をさせる。さらに、後輪用のステアリング装置２０は、ステアリング２の操作又はモード切替の操作に基づいて、モータ等のアクチュエータの駆動力によって、左右車輪ｗを転舵をさせる。これらの転舵により、陸上走行モード、水上航行モードの各モードに切替可能としている。
【００３０】
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のラックバー５３と、右側の車輪ｗに接続されるラックバーを第二のラックバー５４と称する。なお、図２において紙面右側が車両の前方方向になる。後の図６〜図９においても同様である。
【００３１】
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がヒンジ接続されている。タイロッド１２，２２と車輪ｗとの間には、適宜ナックルアーム等の各種部材が介在する。
【００３２】
図５は、インホイールモータ駆動装置Ｍが収容された車輪ｗとタイロッド１２，２２との接続状態を示す。すべての車輪ｗは、それぞれ車両のフレームに支持されたアッパーアームＵＡとロアアームＬＡの先端に備えられたボールジョイントＢＪの中心線を結んだキングピン軸Ｐを中心軸として、転舵が可能となっている。インホイールモータ駆動装置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、１１３、車輪用軸受１０３等を直列に有している。
【００３３】
図３及び図４は、車体ｂのホイールハウス内における車輪ｗの支持状態を示す。図中の符号１０４はケーブル支持具を、符号１０５は中継ボックスを、符号１０６は制御用のケーブルを示す。また、符号１０７はブレーキディスクを、符号１０９はホイールｖとスクリュー部ｓとをハブに固定するホイール固定ボルトを、符号１１０はブレーキキャリパを示す。ホイールｖとスクリュー部ｓは、複数本のホイール固定ボルト１０９によって、ハブに固定される。図４に示す符号１１４はアッパーブラケットを、符号１１５は同じくロアブラケットを示す。
【００３４】
図５に示す符号１１１はインホイールモータ駆動装置Ｍのモータ部１０１、減速機１０２、１１３、車輪用軸受１０３等を収容するインホイールモータハウジングを示す。インホイールモータ駆動装置Ｍの出力軸１００は、インホイールモータハウジング１１１から外側へ突出している。符号１１２は出力軸１００を支えるハブベアリングを、符号１０２、１１３は駆動力を伝達する遊星プラネタリギアを示す。符号１１６はモータ部１０１の出力軸１００の回転角を検出するレゾルバを、符号１１７はステータを、符号１１８はロータを示す。
【００３５】
第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、図１０に示すように、各ステアリング装置１０、２０において、車両の直進方向（前後方向）に対して左右方向に伸びるラックケース（ステアリングシリンダ）５０内に収容されている。ラックケース５０は車両１の図示しないフレーム（シャーシ）に支持されて、車体ｂの底面の凹部に収容されている。
【００３６】
なお、ラックケース５０の車両１への支持は、例えば、ラックケース５０に設けられたフランジ部を介して、車両１のフレームに直接、又は、間接的にネジ固定とすることができる。
【００３７】
第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、ラックケース５０内を車両の直進方向に対して左右方向へ一体に移動可能である。この動作は、前述のように、運転者が行うステアリング２の操作に基づき、アクチュエータ３１の動作によって行われる。この動作により、通常走行時、左右車輪を左右同方向に転舵させることができる。
【００３８】
また、ステアリング装置１０，２０は、図１１に示すように、それぞれラックバー動作手段６０を備えている。ラックバー動作手段６０は、車両の直進方向に対する左右方向、すなわち、ラックの伸縮する方向（ラックの歯の並列する方向）に沿って、第一のラックバー５３と第二のラックバー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や同方向へ移動させる機能を有する。
【００３９】
ラックバー動作手段６０は、図１１（ａ）に示すように、対のラックバーの互いに対向するラックギア、すなわち、第一のラックバー５３の同期用ラックギア５３ａと第二のラックバー５４の同期用ラックギア５４ａにそれぞれ噛み合う第一の同期ギア５５を備える。第一の同期ギア５５は、２つのラックバー５３，５４に噛合する共通部材（同期ギア）である。
【００４０】
第一の同期ギア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。第一のラックバー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、そのラックの歯の並列方向に対して一方向へ動けば、その動きを第二のラックバー５４の他方向への動きに変換する。また、第二のラックバー５４の前記他方向への移動量を、第一のラックバー５３の前記一方向への移動量と同じとすることができる。
【００４１】
なお、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、第一の同期ギア５５の隣り合うギア５５ａ，５５ｂ間、ギア５５ｂ，５５ｃ間には、それぞれ、第二の同期ギア５６を構成するギア５６ａ，５６ｂが配置されている。第二の同期ギア５６は、第一のラックバー５３の同期用ラックギア５３ａや第二のラックバー５４の同期用ラックギア５４ａには噛み合わず、第一の同期ギア５５にのみ噛み合っている。第二の同期ギア５６は、第一の同期ギア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。この第二の同期ギア５６によって、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、スムーズに相対移動することが可能となる。
【００４２】
また、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、図１２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。
【００４３】
第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、それぞれ、別体で形成された同期用ラックギア５３ａ，５４ａと前記転舵用ラックギア５３ｂ，５４ｂを、ボルト軸等の固定手段で一体に固定したものとしてよい。
【００４４】
転舵用ラックギア５３ｂ，５４ｂは、各ラックバー５３，５４を、車両１のフレームに対して、前記ラックの歯の並列方向に沿って移動させるための駆動力の入力手段として機能する。
【００４５】
ラックバー動作手段６０からの駆動力の入力により、第一のラックバー５３が、図１５（ａ）に示す状態から、図１５（ｂ）に示す状態へと移動すると、第二のラックバー５４には、第一の同期ギア５５を介してその力が伝達され、第二のラックバー５４は、同じく図１５（ａ）に示す状態から、図１５（ｂ）に示す状態へと移動する。なお、図１５（ｂ）は図１５（ａ）を反対側（裏側）からみたものである。
【００４６】
次に、前輪及び後輪の各ラックバー動作手段６０の構成、及び、モード切替時の作用について説明する。
【００４７】
前輪のステアリング装置１０のラックバー動作手段６０は、運転者が行うステアリング２の回転動作に連動して動作する前輪用のアクチュエータ３１の駆動力によって、又は、車両１が備えるモード切替手段４１の操作に連動して動作する同アクチュエータ３１の駆動力によって回転する第一の回転軸６１と、その第一の回転軸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。このアクチュエータ３１の動作軸から、第一の回転軸６１側へ回転が伝達されるようになっている。
【００４８】
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後輪用のアクチュエータ３１の駆動力によって、又は、車両１が備えるモード切替手段４１の操作に連動して動作する同アクチュエータ３１の駆動力によって回転する第一の回転軸６１と、その第一の回転軸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。このアクチュエータ３１の動作軸から、第一の回転軸６１側へ回転が伝達されるようになっている。
【００４９】
また、ラックバー動作手段６０は、第一の回転軸６１と同一直線上に配置される第二の回転軸６４と、その第二の回転軸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。
【００５０】
図１０は、ステアリング装置１０，２０の全体図である。前部カバー５２と後部カバー５１との間に、第一のラックバー５３や第二のラックバー５４が収容されている。なお、図示されていないが、タイロッド１２，２２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。第一の回転軸６１（ピニオン軸）は、アクチュエータ３１の動作軸に、ステアリングジョイント等を介して接続される。
【００５１】
第一ピニオンギア６２は、図１２に示すように、第一のラックバー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は第二のラックバー５４の転舵用ラックギア５４ｂに噛み合うようになっている。
【００５２】
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、第一の回転軸６１と第二の回転軸６４とを相対回転可能な状態（分離状態）と相対回転不能な状態（結合状態）とに切り替える機能を有する。すなわち、ラックバー動作手段６０は、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５を回転方向に結合及び分離を可能とする連結機構６３を備えている。
【００５３】
連結機構６３は、図１２及び図１３に示すように、第二回転軸６４側の固定部６３ｂと、第一回転軸６１側の移動部６３ａを備える。移動部６３ａは、図示しないバネ等の弾性部材によって固定部６３ｂ側へ押し付けられ、連結機構６３の固定部６３ｂ側の凹部６３ｄに、移動部６３ａ側の凸部６３ｃが結合することで、両回転軸６１，６４が一体で回転可能となっている。なお、凹凸の形成部位を反対にして、固定部６３ｂ側に凸部６３ｃを、移動部６３ａ側に凹部６３ｄを設けてもよい。
【００５４】
図１３（ａ）は、凹部６３ｄと凸部６３ｃが離脱することで、両回転軸６１，６４が相対回転可能となっている分離状態を示す。図１３（ｂ）は、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結合状態を示す。
【００５５】
図示しないプッシュソレノイドなどの駆動源からの外部入力によって、連結機構６３の固定部６３ｂに対して、移動部６３ａを軸方向に移動させることで、固定部６３ｂと移動部６３ａとの連結を分離し、第一回転軸６１と第二回転軸６４とは独立して回転可能な状態となる。すなわち、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５は、それぞれが独立して回転可能となる（前記分離状態）。
【００５６】
このとき、第一ピニオンギア６２は第一のラックバー５３に噛合しており、第二ピニオンギア６５は第二のラックバー５４に噛合している。さらに、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は、第一の同期ギア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、第一のラックバー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。第一のラックバー５３が横方向に移動することで、第一の同期ギア５５が回転し、第二のラックバー５４が第一のラックバー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は第二のラックバー５４の移動により自由に回転している。
【００５７】
また、外部入力が解除され、連結機構６３の固定部６３ｂに対して移動部６３ａが結合すれば、第一回転軸６１と第二回転軸６４とは一体に回転可能な状態となる。すなわち、第一ピニオンギア６２と第二ピニオンギア６５は、一体に回転可能となる（前記結合状態）。
【００５８】
このとき、第一ピニオンギア６２は第一のラックバー５３に噛合しており、第二ピニオンギア６５は第二のラックバー５４に噛合している。このため、第一ピニオンギア６２及び第二ピニオンギア６５に入力された回転で、第一のラックバー５３及び第二のラックバー５４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）へ一体に移動する。
【００５９】
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に切り替えることで、対のラックバー５３，５４が一体に左右方向へ動く状態と、別々に反対方向へ動く状態との切り替えが容易に可能となる。
【００６０】
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、第一のラックバー５３と第二のラックバー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、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を車両の直進方向に対して左右方向へそれぞれ同方向へ一体に動かすことにより、左右車輪ｗをキングピン軸Ｐ周りに同方向へ転舵させることができる。このとき第一のラックバー５３と第二のラックバー５４が一体に動くことにより、第一の同期ギア５５は回転していない。
【００６１】
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、第一のラックバー５３と第二のラックバー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。
【００６２】
すなわち、通常運転時には、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の回転軸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、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を一体に移動させる手段としても機能している。
【００６３】
また、モード切替時には、アクチュエータ３１の駆動力が、ピニオンギア６２，６５の回転を通じてそれぞれのラックバー５３，５４に入力されるようになっている。なお、アクチュエータ３１の駆動力がピニオンギア６２の回転を通じてそれぞれのラックバー５３，５４に入力される際は、そのステアリングシャフト３の回転がステアリング２に伝達されないようにしてもよいし、その伝達を許容するようにしてもよい。
【００６４】
なお、モード切替時に動作するアクチュエータと、通常転舵時に動作するアクチュエータとを別々に設けてもよい。
【００６５】
また、陸上走行時であれば、アクチュエータ３１の機能を、ステアリングの左右に配置されたインホイールモータ駆動装置Ｍの駆動力によって代用することも可能である。あるいは、アクチュエータの機能を、インホイールモータ駆動装置Ｍによってアシストすることも可能である。
【００６６】
図１４（ａ）は、ピニオン軸（第一回転軸６１）の移動部６３ａの側面図で、図１４(ｂ)は、それを軸方向から見た図である。移動部６３ａは、３つの凸部６３ｃを有し、その凸部６３ｃのそれぞれが、同時に、固定部６３ｂに設けられた凹部６３ｃと噛合可能である。
【００６７】
図１４(ｃ)は、ピニオン軸（第二の回転軸６４）の固定部６３ｂの側面図で、図１４（ｄ）〜（ｆ）は、それを軸方向から見た図である。図１４（ｄ）の網掛け部は、陸上走行モードの通常走行モード時に、移動部６３ａの凸部６３ｃが噛合する位置（連結機構部の第一相対回転角度）を示している。図１４（ｅ）の網掛け部は、陸上走行モードの横方向移動モード時に、移動部６３ａの凸部６３ｃと噛合する位置（連結機構部の第二相対回転角度）を示している。また、図１４（ｆ）の網掛け部のような噛合する位置（連結機構部の第三相対回転角度）とすることもできる。図１４（ｄ）（ｅ）（ｆ）のように転舵モードを切り替えても、第一相対回転角度、第二相対回転角度、第三相対回転角度の相互間において、共通できる噛合部を設けることで凹部の数を減らし、強度を確保している。
【００６８】
また、このように、ピニオン軸の固定部６３ｂの凹部６３ｃは、それぞれのモードにおけるピニオン軸の回転角度に適合した設計をすることで、ピニオン軸の回転角度（停止方位）を制御することにより、両者が所定の回転角度（方位）にある場合のみ噛み合うことが可能となり、誤噛合を防止することができる。
【００６９】
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。
【００７０】
（陸上走行時の通常走行モード）
図６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の第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を一体移動可能な状態、つまり図１２の連結機構６３が結合した状態とする。ステアリング装置１０の第一のラックバー５３と第二のラックバー５４とを含むラックユニットが、車体ｂの底面凹部に取り付けられたラックケース（保持ケース）５０内を、左右方向に一体に移動する。
【００７１】
前輪のステアリング装置１０の第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を含むラックユニットが一体に動いて、前輪の左右車輪ｗを所定の角度に転舵する。右への転舵の場合、左への転舵の場合、いずれの場合も、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。
【００７２】
（陸上走行モードの小回りモード）
小回りモードは、前述の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の第一のラックバー５３と第二のラックバー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の第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を含むラックユニットが、車両１のフレームに取り付けられたラックケース５０内を、左右方向に一体に移動する。
【００７３】
後輪のステアリング装置２０が、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、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４も一体に動いて、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しており（例えば、前輪が右転舵、後輪は左転舵）、通常走行モード時よりもより回転半径の小さい小回りが可能となる。なお、後輪と前輪とが逆位相に同角度分だけ転舵した状態としてもよいし、前後で転舵角度を相違させてもよい。
【００７４】
（陸上走行モードのその場旋回モード）
その場旋回モードを図７に示す。連結機構６３が分離されることで、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は別々に動作可能となる。このとき、アクチュエータ３１から第一のピニオンギア６２の入力によって、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４は互いに相反する方向に同距離移動する。すなわち、第一のラックバー５３と第二のラックバー５４との間に第一の同期ギア５５が介在することによって、第一のラックバー５３が左右方向一方向へ動けば、第二のラックバー５４は他方向へ移動する。
【００７５】
第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を互いに逆方向に移動させ、図７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で一定の状態（又はほぼ移動しない状態）を維持しながら向きを変える、いわゆるその場旋回が可能となる。
【００７６】
図７では、それぞれの車輪ｗにインホイールモータ駆動装置Ｍを装備しているが、少なくとも水上航行モードでの駆動が必須となる後輪の１つの車輪ｗにインホイールモータ駆動装置Ｍが装備されていれば、その場旋回が可能である。
【００７７】
（陸上走行モードの横走りモード、横方向移動モード）
横走りモードを図８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いずれかの方向）へ向くように、モード切替手段を操作してアクチュエータ３１から第一のピニオンギア６２への回転の入力によって、ステアリング装置１０、２０内の第一のラックバー５３と第二のラックバー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。
【００７８】
このとき、微調整機能として、ステアリング装置１０、２０内の第一のラックバー５３と第二のラックバー５４を、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。
【００７９】
（その他の走行モード）
その他の走行モードとして、例えば、ＥＣＵ４０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、後輪のアクチュエータ３１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。
【００８０】
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４１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４１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４１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。
【００８１】
（水上航行モードの通常航行モード）
水上航行モードの通常航行モードを図９に示す。前輪については、通常走行モードと同様である。後輪については、横走りモードと同様に、連結機構６３を分離し、左右の車輪ｗ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いずれかの方向）へ向くように、アクチュエータ３１から第一のピニオンギア６２への回転の入力によって、ステアリング装置１０、２０内の第一のラックバー５３と第二のラックバー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。
【００８２】
水上航行モードで車両１を後退させたい場合は、インホイールモータ駆動装置Ｍを制御して、インホイールスクリュープロペラを逆回転させる。
【００８３】
水上航行モードにおける前進及び後退時の操舵は、インホイールモータ駆動装置Ｍを制御して、左右のインホイールスクリュープロペラの回転数をコントロールすることにより、車両１の進行方向を変えることもできるし、それ以外にも、例えば、前輪や後輪のステアリング装置１０，２０によるラックバー５３，５４の相対移動に基づく車輪ｗの微小角度コントロールで、直進方向に対し直角方向に向いている車輪ｗの姿勢を変位させ、その変位により水流に対する揚力変化を発生させて、進行方向を変えることができる。
【００８４】
また、水上航行モードにおいて、図７に示す陸上走行モードにおけるその場旋回モードの車輪ｗ配置を採用することにより、水上斜行移動モードを実現できる。
【００８５】
水上斜行移動モードでは、陸上走行時のその場旋回と同様の位置にステアリング装置１０，２０のラックバー５３，５４を固定して、各車輪ｗのインホイールスクリュープロペラの回転数を別々にコントロールすることにより、直進方向に対して斜め方向への斜行移動が可能となる。
【００８６】
（モードの切り替え）
なお、陸上走行モード、水上航行モードにおける各走行モードの切り替えについては、適宜、モード切替手段４１を使用する。車室内にあるモード切替手段４１を操作することで、陸上走行モードの通常走行モード、その場旋回モード、横走りモード、横方向移動モード、小回りモード等や、水上航行モードの通常航行モード、水上斜行移動モード等を選択することができる。
【００８７】
運転者は、まず、モード切替手段４１を操作し、陸上走行モードと水上航行モードとを選択することができる。陸上走行モードから水上航行モードへの切り替えは、車両１がスロープ等を車輪ｗで走行しながら下ることにより、車体ｂが水上に浮かんだ状態で行う。また、水上航行モードから陸上走行モードへの切り替えは、車体ｂが水上に浮かんだ状態で車輪ｗが水底に接触した時に行い、その後、車両１がスロープ等を車輪ｗで走行しながら上ることにより陸上走行へ移行することができる。
【００８８】
陸上走行モードの通常走行モードや、水上航行モードの通常航行モードにおいて、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、前輪のアクチュエータ３１に指令して、各ラックバー５３，５４を収容するラックケース５０を左右方向へ一体に移動させ、左右車輪ｗを必要方向へ必要角度だけ転舵する。
【００８９】
例えば、モード切替手段４１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つの車輪ｗを転舵させることができる。この操作は、陸上走行モードでは車両１の停車中のみ許可される。水上航行モードでは、速度が一定以下の場合に許可される。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、前後輪のアクチュエータ３１に指令して転舵が行われる。
【００９０】
また、陸上走行モードにおいて、モード切替手段４１を操作し、横走りモードを選択すれば、４つの車輪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つの車輪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、前後輪のアクチュエータ３１に指令して転舵が行われる。陸上走行モードから水上航行モードへのモード変更、またその逆のモード変更時も同じである。
【００９１】
さらに、陸上走行モードの通常走行モードや、水上航行モードの通常航行モードにおいて、モード切替手段４１を操作し、小回りモードを選択すれば、前輪と後輪は逆位相に転舵され、小回りが可能となるように設定できる。このとき、後輪のステアリング装置２０において、対のラックバー５３，５４を収容したラックケース５０の左右方向への移動量は、ステアリング２の操作等に基づいて、同じく、ＥＣＵ４０が算出し出力する。その出力に基づき、前後輪のアクチュエータ３１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。
【００９２】
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からの情報や、モード切替手段４１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３１を通じて前後輪を所定の向きに転舵することができる。
【００９３】
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２の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。
【００９４】
前輪のステアリング装置１０として、後輪と同様、アクチュエータ３１を用いたステアバイワイヤ方式としてもよいが、特に、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。モード切替についても後輪と同様である。
【００９５】
なお、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。例えば、この発明のステアリング装置２０を後輪のみに装備し、前輪のステアリング装置の陸上走行モードの通常走行モード及び水上航行モードの通常航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。
【００９６】
上記に記載した種々の運転モードは例であり、それ以外にも、これらの機構を用いた様々な制御が可能となる。
【００９７】
この発明は、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、陸上での通常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、その場回転、横方向移動など、さまざまな走行モードで陸上走行できる。
【００９８】
水上航行モードにおいては、後輪ステアリング装置の対のラックバーを別方向に移動することで、インホイールスクリュープロペラの角度を切替え、水上での推進力、流水方向を自在にコントロール可能となり前進、後退、斜行移動、その場回転など、さまざまな水上航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輪に舵角を与える水陸両用車両において、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、陸上、水上でのインホイールモータ駆動装置及びインホイールスクリュープロペラの姿勢をコントロール可能にした構造となっている。
【符号の説明】
【００９９】
１  車両
２  ステアリング
３  ステアリングシャフト（操作軸）
１０，２０  ステアリング装置
１１，２１  接続用部材
１２，２２  タイロッド
３１  アクチュエータ
４０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４１  モード切替手段
１００  モータ出力軸
１０１  モータ部
１０２  減速機（遊星プラネタリギア）
１０３  車輪用軸受
１０７  ブレーキディスク
１０９  ホイール固定ボルト
１１０  ブレーキキャリパ
１１１  インホイールモータハウジング
１１２  ハブベアリング
ＵＡ  アッパーアーム
ＬＡ  ロアアーム
ＢＪ  ボールジョイント（ロッドアンドベアリング）
ｂ  車体
Ｍ  インホイールモータ駆動装置
ｓ  スクリュー部
ｔ  タイヤ
ｕ  水面
ｖ  ホイール
【図１】
2016022756.tif 000003
【図２】
2016022756.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016022756.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016022756.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016022756.tif 000012
【図１１】
2016022756.tif 000013
【図１２】
2016022756.tif 000014
【図１３】
2016022756.tif 000015
【図１４】
2016022756.tif 000016
【図１５】
2016022756.tif 000017
【図１６】
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