(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイール（１１）の操作による前輪（Ｗｆ）の操舵に連動してアクチュエータ（１６）で後輪（Ｗｒ）を操舵する車両用後輪操舵装置において、  アクチュエータ（１６）から後輪（Ｗｒ）に駆動力を伝達する動力伝達経路に、アクチュエータ（１６）側から後輪（Ｗｒ）側への駆動力の伝達を許容して逆方向の駆動力の伝達を阻止する不可逆ギヤ機構（４２）および不可逆クラッチ機構（５１）を配置し、前記不可逆クラッチ機構（５１）は前記不可逆ギヤ機構（４２）よりも後輪（Ｗｒ）側に配置されることを特徴とする車両用後輪操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールの操作による前輪の操舵に連動してアクチュエータで後輪を操舵する車両用後輪操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる車両用後輪操舵装置は、例えば特開平６−１２７４０９号公報により公知である。
【０００３】
ところで、車両用後輪操舵装置のアクチュエータの制御系に異常が発生した場合、後輪の転舵角を固定して四輪操舵状態から前輪操舵状態に切り換えることで、車両が支障なく走行を継続できるようにする必要がある。このとき、異常が発生したときの後輪の転舵角が小さい場合（例えば、１°以下）には、そのままアクチュエータへの通電を遮断し、また異常が発生したときの後輪の転舵角が大きい場合には、アクチュエータを一時的に駆動して後輪の転舵角をゼロに戻した後に、アクチュエータへの通電を遮断するようになっている。
【０００４】
このように後輪の転舵角を固定した状態で車両が走行するとき、路面からの荷重によって後輪の転舵角が変化してしまうと、その後の車両の走行に支障が発生する可能性がある。そこで従来は、アクチュエータから後輪への駆動力伝達経路にウオームギヤを配置し、正常時にアクチュエータ側から後輪側への駆動力の伝達を許容しながら、異常時に後輪側からアクチュエータ側への駆動力の伝達を阻止することで、後輪の転舵角の変化を防止していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ウオームギヤだけで後輪側からアクチュエータ側への駆動力の逆伝達を阻止することは困難であり、走行を継続する間に後輪の転舵角が外力等により次第に変化する可能性があった。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、アクチュエータで後輪を操舵する車両用後輪操舵装置において、後輪の転舵角が外力等により不用意に変化するのを防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ステアリングホイールの操作による前輪の操舵に連動してアクチュエータで後輪を操舵する車両用後輪操舵装置において、アクチュエータから後輪に駆動力を伝達する動力伝達経路に、アクチュエータ側から後輪側への駆動力の伝達を許容して逆方向の駆動力の伝達を阻止する不可逆ギヤ機構および不可逆クラッチ機構を配置し、前記不可逆クラッチ機構は前記不可逆ギヤ機構よりも後輪側に配置されることを特徴とする車両用後輪操舵装置が提案される。
【０００８】
上記構成によれば、アクチュエータから後輪に駆動力を伝達する動力伝達経路に不可逆ギヤ機構および不可逆クラッチ機構を配置したので、後輪側からアクチュエータ側に逆伝達される駆動力を不可逆クラッチ機構および不可逆ギヤ機構の両方で遮断し、後輪の転舵角が変化するのを確実に防止することができるだけでなく、不可逆クラッチ機構および不可逆ギヤ機構の一方が故障した場合でも駆動力の逆伝達を阻止する機能を維持することができる。特に、不可逆ギヤ機構よりも少ないガタで駆動力の逆伝達を阻止する不可逆クラッチ機構を、不可逆ギヤ機構よりも後輪寄りの位置に配置したので、路面からの荷重に対する後輪の剛性を効果的に高めることができる。
【０００９】
尚、実施例のウオームギヤ４２は本発明の不可逆ギヤ機構に対応する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１１】
図１〜図６は本発明の第１実施例を示すもので、図１は四輪操舵車両の全体構成を示す図、図２は後輪のステアリングギヤボックスの平面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図４に対応する作用説明図、図６はウオームギヤの正効率および逆効率を示すグラフである。
【００１２】
図１に示すように、四輪操舵車両Ｖは操舵可能な左右の前輪Ｗｆ，Ｗｆと、前輪Ｗｆ，Ｗｆの操舵に連動して操舵可能な左右の後輪Ｗｒ，Ｗｒとを備える。前輪Ｗｆ，Ｗｆは、ドライバーによるステアリングホイール１１の操作がステアリングシャフト１２、ステアリングギヤボックス１３、ステアリングロッド１４および左右のタイロッド１５Ｌ，１５Ｒを介して伝達されることで操舵され、ドライバーのステアリング操作をアシストするパワーステアリング装置が必要に応じて付加される。後輪Ｗｒ，Ｗｒは電気モータよりなるアクチュエータ１６で操舵されるもので、アクチュエータ１６の駆動力がステアリングギヤボックス１７、ステアリングロッド１８および左右のタイロッド１９Ｌ，１９Ｒを介して伝達される。
【００１３】
後輪Ｗｒ，Ｗｒを操舵するアクチュエータ１６は電子制御ユニットＵにより制御される。電子制御ユニットＵにはステアリングホイール１１の操舵角を検出する操舵角センサＳａと、車速を検出する車速センサＳｂと、後輪Ｗｒ，Ｗｒの転舵角（つまりステアリングロッド１８の位置）を検出する転舵角センサＳｃとからの信号が入力され、電子制御ユニットＵはそれらの信号に基づいてアクチュエータ１６の作動を制御するとともに、警報手段２０の作動を制御する。
【００１４】
具体的には、後輪Ｗｒ，Ｗｒの転舵角は前輪Ｗｆ，Ｗｆの転舵角（つまり操舵角センサＳａで検出した操舵角）に対して所定の比率を有しており、かつ前記比率は車速センサＳｂで検出した車速が大きいときに小さくなり、車速が小さいときに大きくなるように設定される。これにより、車庫入れ等を行う場合には後輪Ｗｒ，Ｗｒの転舵角を大きくして小回りが利くようにし、高速道路等を走行する場合には後輪Ｗｒ，Ｗｒの転舵角を小さくして車両の走行安定性を高めることができる。
【００１５】
またアクチュエータ１６の制御系に異常が発生した場合には、転舵角センサＳｃで検出した後輪Ｗｒ，Ｗｒの転舵角がゼロ（中立位置）となるようにアクチュエータ１６を作動させ、その位置でアクチュエータ１６への通電を遮断するとともに、警報手段２０を作動させてドライバーに警報が発せられる。このように後輪Ｗｒ，Ｗｒの操舵が不能になったときに、その転舵角をゼロ（中立位置）に戻すことにより、それ以後は前輪操舵車両として走行を継続することができる。
【００１６】
次に、図２〜図４に基づいて後輪Ｗｒ，Ｗｒのステアリングギヤボックス１７の構造を説明する。
【００１７】
ステアリングギヤボックス１７は、ステアリングロッド１８を摺動自在に支持するケーシング２１と、ケーシング２１の上面開口部にボルト２２…で結合したカバー２３とを備えており、ケーシング２１に一対のボールベアリング２４，２５で支持した出力軸２６に一体に形成したピニオン２６ａが、ステアリングロッド１８に一体に形成したラック１８ａに噛合する。出力軸２６の下端は下側のボールベアリング２５に対してナット２７で軸方向に位置決めされ、そのナット２７の下方がケーシング２１にねじ結合したキャップ２８で覆われる。
【００１８】
ケーシング２１に出力軸２６と直交する方向に形成した貫通孔２１ａに、先端に摺動部材２９を備えた押圧部材３０が摺動自在に嵌合する。前記貫通孔２１ａの開口端にねじ結合したばね座３１との間に配置したスプリング３２により、押圧部材３０はステアリングロッド１８に向けて付勢されており、その先端の摺動部材２９がステアリングロッド１８の背面に摺動自在に当接することで、ステアリングロッド１８の摺動抵抗を増加させることなくラック１８ａおよびピニオン２６ａの噛合関係を適正に保持することができる。
【００１９】
出力軸２６の上部に同軸に配置された入力軸３３の上端が、ケーシング２１のカバー２３にボールベアリング３４を介して支持される。入力軸３３の上端はナット３５によりボールベアリング３４に対して軸方向に位置決めされ、そのナット３５の上方がカバー２３にねじ結合したキャップ３６で覆われる。ケーシング２１に一対のボールベアリング３７，３８を介してウオーム軸３９が支持されており、ウオーム軸３９に一体に形成したウオーム４０が入力軸３３に一体に形成したウオームホイール４１に噛合する。ウオーム４０およびウオームホイール４１よりなるウオームギヤ４２は、本発明の不可逆ギヤ機構を構成する。
【００２０】
ケーシング２１に前記アクチュエータ１６がボルト４３，４３で固定されており、アクチュエータ１６の回転軸１６ａにウオーム軸３９が直列に結合される。従って、アクチュエータ１６を駆動すると、回転軸１６ａに接続されたウオーム軸３９と共にウオーム４０が回転し、ウオームに４０に噛合するウオームホイール４１が回転することで入力軸３３が回転する。
【００２１】
ウオームホイール４１の下面を窪まして形成した凹部４１ａに、入力軸３３側から出力軸２６側への駆動力の伝達を許容し、出力軸２６側から入力軸３３側への駆動力の伝達を規制する不可逆クラッチ機構５１が配置される。以下、不可逆クラッチ機構５１の構造の一例を説明する。
【００２２】
不可逆クラッチ機構５１は、ケーシング２１に固定されたアウター部材５２と、出力軸２６に固定されてアウター部材５２の内周に同軸に配置されたインナー部材５３とを備えており、入力軸３３の下端がボールベアリング５４を介してインナー部材５３の内周に相対回転自在に支持される。概略円筒状のインナー部材５３の外周面には４５°間隔で８個の平坦面５３ａ…が形成さており、各々の平坦面５３ａと円筒状のアウター部材５２の内周面との間に、スプリング５５で相互に離反する方向に付勢された一対のニードルころ５６Ａ，５６Ｂが配置される。
【００２３】
ウオームホイール４１の凹部４１ａから軸方向に突出する複数のピン５７…が、インナー部材５３の端面に形成した複数のピン孔５８…に緩く嵌合しており、ピン５７…とピン孔５８…との間には環状の隙間α（図４参照）が形成される。またウオームホイール４１の凹部４１ａから軸方向に突出する複数の係合解除突起５９…が、対をなすニードルころ５６Ａ，５６Ｂの円周方向両側に、それぞれ隙間βを介して臨んでいる。隙間α，βの関係はα＞β（図４参照）に設定される。
【００２４】
次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。
【００２５】
前輪Ｗｆ，Ｗｆの操舵に伴って後輪Ｗｒ，Ｗｒを操舵すべくアクチュエータ１６が作動すると、その回転軸１６ａの回転はウオーム軸３９およびウオーム４０を介してウオームホイール４１に伝達される。ウオームホイール４１が図５の矢印Ａ方向に回転すると、図４に示す隙間αが隙間βよりも大きく設定されていることから、ウオームホイール４１と一体のピン５７…がインナー部材５３のピン孔５８…に当接する前に、ウオームホイール４１と一体の係合解除突起５９…が一方のニードルころ５６Ａ…を押圧し、スプリング５５…の弾発力に抗して他方のニードルころ５６Ｂ…に向けて移動させる。その結果、前記一方のニードルころ５６Ａ…はインナー部材５３の平坦面５３ａ…とアウター部材５２の内周面とにより区画された楔状の空間に噛み込むことが阻止され、やがて隙間αが詰まってウオームホイール４１のピン５７…がインナー部材５３のピン孔５８…に当接する。しかして、ウオームホイール４１の矢印Ａ方向の回転は、ピン５７…からピン孔５８…を介してインナー部材５３に伝達され、そこから出力軸２６、ピニオン２６ａおよびラック１８ａを介してステアリングロッド１８に伝達され、後輪Ｗｒ，Ｗｒを左右一方に操舵する。
【００２６】
逆に、ウオームホイール４１が図５の矢印Ｂ方向に回転すると、ウオームホイール４１と一体の係合解除突起５９…が他方のニードルころ５６Ｂ…を押圧し、スプリング５５…の弾発力に抗して一方のニードルころ５６Ａ…に向けて移動させるため、前記他方のニードルころ５６Ｂ…はインナー部材５３の平坦面５３ａ…とアウター部材５２の内周面とにより区画された楔状の空間に噛み込むことが阻止される。従って、隙間αが詰まってウオームホイール４１のピン５７…がインナー部材５３のピン孔５８…に当接すると、ウオームホイール４１の矢印Ｂ方向の回転は、ピン５７…からピン孔５８…を介してインナー部材５３に伝達され、そこから出力軸２６、ピニオン２６ａおよびラック１８ａを介してステアリングロッド１８に伝達され、後輪Ｗｒ，Ｗｒを左右他方に操舵する。
【００２７】
以上のように、アクチュエータ１６が左右何れの方向に回転した場合でも、その駆動力が不可逆クラッチ機構４１を介して支障なく伝達されることで、後輪Ｗｒ，Ｗｒを左右何れの方向にも操舵することができる。
【００２８】
さて、後輪Ｗｒ，Ｗｒの操舵系に異常が発生すると、電子制御ユニットＵからの指令で後輪Ｗｒ，Ｗｒの転舵角がゼロになるようにアクチュエータ１６が作動した後、アクチュエータ１６への通電が停止される。この状態で車両Ｖが走行を継続すると、後輪Ｗｒ，Ｗｒが路面から受ける荷重がステアリングロッド１８からラック１８ａ、ピニオン２６ａおよび出力軸２６を介して不可逆クラッチ機構５１のインナー部材５３に伝達される。
【００２９】
インナー部材５３が図４の矢印Ｃ方向に回転しようとすると、一方のニードルころ５６Ａ…がインナー部材５３の平坦面５３ａ…とアウター部材５２の内周面とにより区画された楔状の空間に即座に噛み込むことにより、ケーシング２１と一体のアウター部材５２にインナー部材５３が結合され、インナー部材５３はケーシング２１に回転不能にロックされる。逆に、インナー部材５３が図４の矢印Ｄ方向に回転しようとすると、他方のニードルころ５６Ｂ…がインナー部材５３の平坦面５３ａ…とアウター部材５２の内周面とにより区画された楔状の空間に即座に噛み込むことにより、ケーシング２１と一体のアウター部材５２にインナー部材５３が結合され、インナー部材５３はケーシング２１に回転不能にロックされる。
【００３０】
以上のように、アクチュエータ１６への通電を停止した状態で路面から後輪Ｗｒ，Ｗｒに荷重が加わっても、その荷重による駆動力がアクチュエータ１６に逆伝達されるのを不可逆クラッチ機構５１が阻止するため、後輪Ｗｒ，Ｗｒの転舵角が不用意に変化して走行状態に影響が出るのを防止することができる。
【００３１】
ところで、ウオームギヤ４２はウオーム４０側からウオームホイール４１側に駆動力を伝達するだけで、ウオームホイール４１側からウオーム４０側への駆動力の伝達を阻止する機能を有している。従って、万一不可逆クラッチ機構５１が正常に機能せずに、後輪Ｗｒ，Ｗｒからの駆動力が不可逆クラッチ機構５１を介してウオームギヤ４２に伝達された場合でも、その駆動力のアクチュエータ１６への伝達はウオームギヤ４２において阻止される。
【００３２】
このように、アクチュエータ１６から後輪Ｗｒ，Ｗｒへの駆動力の伝達経路にウオームギヤ４２と不可逆クラッチ機構５１とを直列に配置したので、後輪Ｗｒ，Ｗｒからアクチュエータ１６への駆動力の逆伝達を確実に阻止することができ、また不可逆クラッチ機構５１が故障した場合でもウオームギヤ４２によって駆動力の逆伝達を阻止することができる。特に、ウオームギヤ４２よりも少ないガタで駆動力の逆伝達を阻止する不可逆クラッチ機構５１を、ウオームギヤ４２よりも後輪Ｗｒ，Ｗｒ寄りの位置に配置したので、路面からの荷重に対する後輪Ｗｒ，Ｗｒの剛性を効果的に高めることができる。
【００３３】
図６のグラフは、ウオームギヤ４２の正効率および逆効率が噛合部の摩擦係数によってどのように変化するかを示すものである。ここで、正効率とはウオーム４０側からウオームホイール４１側に駆動力を伝達する場合の効率であり、逆効率とはウオームホイール４１側からウオーム４０側に駆動力を伝達する場合の効率である。ウオームギヤ４２に不可逆機能を持たせるべく、摩擦係数が所定値以上の領域で逆効率がゼロになるように設定すると、それに応じて正効率も低下する特性があることが分かる。
【００３４】
ところで、アクチュエータ１６の停止中に後輪Ｗｒ，Ｗｒの転舵角が変化する理由には、上述した後輪Ｗｒ，Ｗｒ側からアクチュエータ１６側への駆動力の逆伝達の他に、車体振動によりアクチュエータ１６の回転軸１６ａが少しずつ回転することがある。しかしながら、逆効率をゼロに設定したウオームギヤ４２は正効率も低下しているため、車体振動によりアクチュエータ１６の回転軸１６ａが回転しようとしても、その駆動力は正効率が低下したウオームギヤ４２により阻止されて後輪Ｗｒ，Ｗｒに伝達され難くなり、後輪Ｗｒ，Ｗｒの転舵角の変化が防止される。
【００３５】
以上、後輪Ｗｒ，Ｗｒの操舵系に異常が発生してアクチュエータ１６の作動を停止させる場合について説明したが、ウオームギヤ４２および不可逆クラッチ機構５１により駆動力の逆伝達を阻止する機能は、後輪Ｗｒ，Ｗｒの操舵系が正常に機能している場合にも発揮される。例えば、従来は高速直線走行時等に外力により後輪Ｗｒ，Ｗｒの転舵角が変化しないようにアクチュエータ１６に通電して転舵角を保持していたが、本実施例によればアクチュエータ１６への通電を停止してもウオームギヤ４２および不可逆クラッチ機構５１により後輪Ｗｒ，Ｗｒの転舵角の変化が防止されるため、アクチュエータ１６の消費電力の節減に寄与することができる。
【００３６】
またウオームギヤ４２のウオームホイール４１の内部に不可逆クラッチ機構５１を配置したので、ウオームギヤ４２および不可逆クラッチ機構５１を相互に独立して配置する場合に比べてスペースを節減し、後輪操舵装置全体を小型化することができる。
【００３７】
次に、図７および図８に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００３８】
第２実施例の後輪Ｗｒ，Ｗｒのステアリングギヤボックス１７は、アッパーハウジング６１およびロアハウジング６２を備えており、入力軸３３の上部はアッパーハウジング６１にボールベアリング６３を介して支持され、入力軸３３の下部はロアハウジング６２の上面にベアリングホルダ６４で保持したボールベアリング６５に支持される。ロアハウジング６２の上面に、第１実施例のアウター部材５２に対応する固定部材６６がボルト６７で固定される。ロアハウジング６２に一対のボールベアリング２４，２５で支持した出力軸２６の上端に、第１実施例のインナー部材５３に対応する従動部材６８が固定される。固定部材６６の内部で、入力軸３３の下端に固定した駆動部材６９と、出力軸２６の上端に固定した従動部材６８とが上下方向に対峙する。
【００３９】
固定部材６６の内周面と従動部材６８の外周に形成した８個の平坦面６８ａ…との間に、各々一対のニードルころ５６Ａ，５６Ｂと、それらのニードルころ５６Ａ，５６Ｂを相互に離反する方向に付勢するスプリング５５とが配置される。駆動部材６９の下面から軸方向に突出する複数のピン５７…が、従動部材６８の端面に形成した複数のピン孔５８…に緩く嵌合しており、ピン５７…とピン孔５８…との間には環状の隙間αが形成される。また駆動部材６９から軸方向に突出する複数の係合解除突起５９…が、対をなすニードルころ５６Ａ，５６Ｂの円周方向両側に、それぞれ隙間βを介して臨んでいる。
【００４０】
しかして、本実施例によっても、第１実施例の不可逆クラッチ機構５１と実質的に同一構造を有する不可逆クラッチ機構５１の作用により、アクチュエータ１６側（駆動部材６９側）から駆動輪Ｗｒ，Ｗｒ側（従動部材６８）側への駆動力の伝達を許容し、その逆方向の駆動力の伝達を阻止することができ、不可逆クラッチ機構５１がウオームホイール４１の外部に配置されていることを除いて、第１実施例と同様の作用効果を発揮することができる。
【００４１】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４２】
例えば、不可逆ギヤ機構は実施例のウオームギヤ４２に限定されず、ハイポイドギヤ等の他種のギヤ機構であっても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、アクチュエータから後輪に駆動力を伝達する動力伝達経路に不可逆ギヤ機構および不可逆クラッチ機構を配置したので、後輪側からアクチュエータ側に逆伝達される駆動力を不可逆クラッチ機構および不可逆ギヤ機構の両方で遮断し、後輪の転舵角が変化するのを確実に防止することができるだけでなく、不可逆クラッチ機構および不可逆ギヤ機構の一方が故障した場合でも駆動力の逆伝達を阻止する機能を維持することができる。特に、不可逆ギヤ機構よりも少ないガタで駆動力の逆伝達を阻止する不可逆クラッチ機構を、不可逆ギヤ機構よりも後輪寄りの位置に配置したので、路面からの荷重に対する後輪の剛性を効果的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  四輪操舵車両の全体構成を示す図
【図２】  後輪のステアリングギヤボックスの平面図
【図３】  図２の３−３線断面図
【図４】  図３の４−４線断面図
【図５】  図４に対応する作用説明図
【図６】  ウオームギヤの正効率および逆効率を示すグラフ
【図７】  本発明の第２実施例に係る、前記図３に対応する図
【図８】  図７の８−８線断面図
【符号の説明】
１１        ステアリングホイール
１６        アクチュエータ
４２        ウオームギヤ（不可逆ギヤ機構）
５１        不可逆クラッチ機構
Ｗｆ        前輪
Ｗｒ        後輪
【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】
0004104346.tif 000008
【図８】
0004104346.tif 000009