JP2007230427A - 車輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】故障の発生時に車輪の舵角を制限するロック装置を有する車輪操舵装置において、車輪に与えられる制駆動力によって車輪の舵角を中立位置へ復帰させる。
【解決手段】車輪の舵角は直動アクチュエータにより操舵される。ロック装置は、直動アクチュエータに異常が検出されたときその作動をロックする。力方向判定部１１０は、車両の制駆動により直動アクチュエータが設けられた車輪に生じる力の方向を検出し、車輪を中立位置に戻す方向の力か否かを判定する。ロック制御部１０４は、検出された方向が中立位置に戻す方向であるとき、ロック装置を解除する。ロック制御部１０４は、中立位置判定部１０６によって車輪が中立位置へ復帰したと判定されたとき、ロック装置を再び作動させる。
【選択図】図５

Description

本発明は車輪操舵装置に関し、より詳細には故障の発生時に舵角を制限するロック機構を有する車輪操舵装置に関する。

従来、車両の走行安定性を向上するために、運転者によるステアリングホイールの操作にしたがった前輪操舵に加えて後輪の操舵装置を備える四輪操舵車（４ＷＳ）が知られている。このような四輪操舵車では、サーボモータ等を駆動することによって、車両の走行状態に応じた操舵角を後輪に与える。

後輪を転舵するためのサーボモータや制御装置などに故障が発生すると、後輪の操舵角が意図された角度に定まらず、車両の走行安定性を低下させてしまうおそれがある。そこで、四輪操舵車には、故障の発生時に後輪の操舵角を中立位置に復帰させる機構が備えられていることが望まれる。例えば、特許文献１には、前輪側での転舵角に応じて後輪側を転舵させる後輪転舵装置において、後輪側舵取りリンク機構の動きに連動するロッドをスプリング手段により常に中立位置に復帰させるようにしたものが開示されている。これによると、モータの故障時などに、後輪側の中立状態を確保し、前輪のみでの二輪操舵状態を維持できるとしている。
実開平１−１３４５７５号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、ロッドが常時中立位置方向に付勢されているため、ロッドを駆動するアクチュエータの駆動力が余分に必要になり、アクチュエータの大型化につながるという問題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、故障の発生時に舵角を制限するロック装置を有する車輪操舵装置において、重量の増加を招く大型のアクチュエータを使用することなく車輪の舵角を中立位置へ復帰させる技術を提供することにある。

本発明のある態様は、車輪操舵装置である。この装置は、車輪の舵角を変化させる転舵アクチュエータと、前記転舵アクチュエータに異常が検出されたとき該転舵アクチュエータの作動をロックするロック部と、車両の制駆動により前記転舵アクチュエータが設けられた車輪に生じる力の方向を検出し、車輪を中立位置に戻す方向の力か否かを判定する力方向判定部と、検出された方向が中立位置に戻す方向であるとき、前記ロック部を解除するロック制御部と、車輪の中立位置への復帰を判定する中立位置判定部と、を備える。前記ロック制御部は、車輪が中立位置へ復帰したと判定されたとき、前記ロック部を再び作動させる。

この態様によると、故障が発生して車輪の転舵がロックされた場合であっても、運転者がアクセルペダルまたはブレーキペダルを踏んで車速を変更するといった操作を加えると、その操作が検出され一時的に車輪転舵のロックを解除する。舵角が中立位置に復帰したら、車輪の転舵を再びロックする。このように、車両の走行中に通常発生する制動力や駆動力を利用して車輪の舵角を変化させるので、舵角を中立位置に復帰させるための手段を別途設ける必要がない。
なお、「車輪の中立位置」とは、車輪に与えられている舵角が初期に設定されるトー角と等しい状態にある位置のことをいう。

前記力方向判定部は、車両に対する制動指示または駆動指示を取得して、前記転舵アクチュエータが設けられた車輪に生じる力の方向を推定してもよい。

車両の前輪に制動力と駆動力を付与する前輪制駆動部と、車両の後輪に制動力と駆動力を付与する後輪制駆動部と、前記転舵アクチュエータが設けられた車輪を中立位置へ復帰させる方向の力を生ぜしめるべく前輪または後輪のいずれか一方の車輪に制動力または駆動力を付与するとともに、他方の車輪には発生させた制動力または駆動力を減ずる駆動力または制動力を付与するように、前記前輪制駆動部と前記後輪制駆動部とに指示する前後輪協調制御部と、をさらに備えてもよい。

こうすると、故障が発生して車輪の転舵がロックされた場合に、運転者によるアクセルペダルやブレーキペダルの操作がない場合でも自動的に車輪に制動力または駆動力を付与するので、車輪を迅速に中立位置に復帰させることが可能になる。また、一方の車輪に付与した制動力または駆動力を減ずる駆動力または制動力を、同時に別の車輪に付与するため、前後輪協調制御部による制御が実施されていることが運転者に気付かれにくい。

本発明によれば、故障の発生時に舵角を制限するロック機構を有する車輪操舵装置において、車輪に与えられる制駆動力によって車輪の操舵角を中立位置へ復帰させることができる。

本発明の一実施形態は、前輪の操舵に加えて後輪も操舵させることで車両の操縦性能を向上させた、いわゆる四輪操舵車の後輪操舵装置に関するものである。このような車両では、比較的低車速では後輪を前輪の操舵角とは逆方向に操舵することで、車両の旋回半径を小さくできる。高車速では、後輪を前輪の操舵角と同方向に操舵して走行安定性を向上する。以下、本実施形態による後輪操舵用の車輪操舵装置について説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る車輪操舵装置１００の構成を示す軸方向断面図である。車輪操舵装置１００は、図示しない車両の後輪を操舵するために設置される。車輪操舵装置１００は、直動アクチュエータ１０と、直動アクチュエータ１０の出力軸３２に接続されるタイロッド５０と、直動アクチュエータ１０を図示しないサスペンションに固定するためのブッシュ４８とから構成される。

直動アクチュエータ１０は、駆動源であるサーボモータ１４の回転運動を出力軸３２の軸方向の直線運動に変換することで、出力軸長を可変とするアクチュエータである。直動アクチュエータ１０の出力軸３２には、左右いずれかの後輪のタイロッド５０の一端に接続される。タイロッド５０の他端は、左後輪または右後輪を支持するナックルアーム（図示せず）に連結される。ナックルアームは、それぞれキングピンを支点として回転する。

直動アクチュエータ１０は、サーキュラスプライン２８、フレクスプライン２６、およびフレクスプライン２６を楕円形に撓めてサーキュラスプライン２８に部分的に噛み合わせる波動発生器２０を含む。サーキュラスプライン２８、フレクスプライン２６および波動発生器２０により波動歯車装置が構成される。波動歯車装置はハウジング３０で覆われている。

サーボモータ１４は、回転軸１２、ロータおよびステータを含む。回転軸１２は、サーボモータ１４の部分で直径が大きくなり、回転軸の外周に永久磁石１６を所定個数貼り付けることで、ロータを構成している。ロータの周囲には、積層された電磁鋼板で形成される鉄心１８ａと、鉄心１８ａに形成された各ティース部に巻回配置される３相のコイルスロットに巻回されたコイル１８ｂとで構成されるステータが配置される。サーボモータ１４は、ブッシュ４８と結合されているハウジング４６によりその周囲を覆われている。回転軸１２は、ハウジング４６に取り付けられた軸受４２、４４によって軸支される。

コイル１８ｂにバッテリ等の電源（図示せず）から電力を供給すると、ロータとステータとの間における磁気作用によりロータが回転し、回転軸１２を回転させる。回転角センサ５２は、ロータの絶対回転角を検出して図示しない電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）に出力するセンサである。

図２は、波動歯車装置の拡大断面図である。波動発生器２０は、楕円形状のウェーブコア２２の外周に可撓性の軸受２４を嵌合したものである。サーボモータ１４の回転軸１２はウェーブコア２２と同軸上で連結されており、波動発生器２０は回転軸１２とともに回転する。ウェーブコア２２は、剛性の低いフレクスプライン２６を軸受２４を介して楕円形状に撓める。

フレクスプライン２６の外周面の一部にはねじ山３８が形成されており、サーキュラスプライン２８の内周面の一部には、ねじ山３８と噛み合うねじ溝４０が形成されている。ここで、ねじ山３８とねじ溝４０とはねじれ角が異なっている。楕円形状に変形されたフレクスプライン２６のねじ山３８は、その楕円の長軸上の２点でねじ溝４０と噛み合う。波動発生器２０が回転するとその噛合の位置が周方向に移動する。具体的には、例えば波動発生器２０がサーボモータ１４の側から見て反時計方向に回転すると、噛合の位置は時計方向に移動する。回転軸１２の回転に起因して噛合の位置が移動すると、フレクスプライン２６とサーキュラスプライン２８とは相対回転し、ねじれ角の異なるねじ山３８およびねじ溝４０の作用によって、サーキュラスプライン２８は軸方向に移動する。なお、サーキュラスプライン２８は軸周りの回転が規制されており、また、フレクスプライン２６は軸方向に移動しないよう固定されている。

サーキュラスプライン２８は円筒形状をなし、片側（図２では右側）が天板で塞がれている。出力軸３２は、そのサーキュラスプライン２８の天板に結合され、サーキュラスプライン２８と同軸上に軸方向に滑動可能に保持される。これにより、出力軸３２は、サーキュラスプライン２８とともに軸方向に移動する。なお、サーキュラスプライン２８および出力軸３２は、高い剛性を有するような厚み、太さをもって形成される。

サーキュラスプライン２８の外周は、ブッシュ３４で支持され、出力軸３２の外周も図示しないブッシュで支持される。これらブッシュの間には、出力軸３２を安定して滑動させるための十分な出力支持スパンが確保されている。

ブッシュ３４は、サーキュラスプライン２８の軸方向の移動は許容しつつ、周方向の回転を規制する。つまり、ねじ山３８とねじ溝４０の噛合の位置が周方向に移動すると、サーキュラスプライン２８には上述した軸方向の力とともに周方向に回転する力も働くが、ブッシュ３４によってその回転が規制されるので、サーキュラスプライン２８が回転することはない。

後輪の操舵角は、図示しないＥＣＵからの指令に基づいて制御される。なお、本実施形態にかかるＥＣＵの具体的な構成については図５を参照して後述する。

運転者によりステアリングホイール（図示せず）が操作されると、それに応じて車両の前輪が操舵されるとともに、操舵角や車速等が所定のセンサにより取得されてＥＣＵに送られる。ＥＣＵは、所定のアルゴリズムにしたがって左右後輪の最適な操舵角を計算し、操舵角に応じた出力信号をサーボモータ１４を駆動する電力変換装置に伝達する。電力変換装置は、出力信号に応じた電流制御または電圧制御により、サーボモータ１４を駆動する。サーボモータ１４は操舵角に対応する回転数だけ回転し、波動歯車装置によってこの回転数に相当するストロークの出力軸３２の直線運動に変換される。この直線運動は、タイロッド５０を介してナックルアームのキングピン周りの回動に変換され、後輪を左右に操舵させる。

以上説明したような車輪操舵装置１００を左右の後輪にそれぞれ設けることによって、左右の後輪を単独で転舵させ、車両の走行状態等に応じて操舵角をきめ細かく制御することが可能になる。

ところで、このような車輪操舵装置を備える車両においては、直動アクチュエータのサーボモータの故障や、ＥＣＵとサーボモータの信号経路の断線などが発生した場合、後輪の操舵ができなくなるという問題がある。このようなとき、直動アクチュエータをフリーにしておくと、運転者がステアリング操作をしていないにもかかわらず、走行中の車両の制動、駆動や路面からの入力によって操舵角が随時変化することになる。これは、走行安定性の観点から好ましくない。

そこで、車輪操舵装置１００には、故障が発生したときに、その時点で直動アクチュエータ１０の回転軸１２をロックして車輪の舵角を制限する舵角制限機構が設けられている。図１および図２を参照して、本実施形態の舵角制限機構５５は、サーキュラスプライン２８の内側に設けられる。舵角制限機構５５は、ＥＣＵからの指令に応じて棒状のストッパ５８が突出するロック装置５４と、ロック装置５４をサーキュラスプライン２８の天板に固定する支柱２７と、ストッパ５８が係合する被係合ドラム５６とを含む。舵角制限機構５５は、サーボモータ１４などに故障が発生したとき、直動アクチュエータ１０に接続されている車輪の舵角を所定の範囲内に制限する。

図３は、舵角制限機構５５の拡大図である。被係合ドラム５６は、回転軸１２の先端に同軸に取り付けられ、全体として略円筒形状である。ロック装置５４は、被係合ドラム５６の円筒側面に対面して位置するよう、支柱２７により支えられている。ロック装置５４は、内部にソレノイドコイルを備えており、コイルの内側に磁性体で作成された棒状のストッパ５８が収容される。ストッパ５８は、非通電時にはソレノイドコイルから下方に突出するように、図示しないスプリングによって下向きに付勢されている。ＥＣＵからの指令に応じてソレノイドコイルが通電されると、ストッパが磁気によって吸引されて、スプリングの力に抗してソレノイドコイル内部に引き込まれる。通電を止めると、スプリングによる付勢力によってストッパ５８がソレノイドコイルから突出する。このように、ソレノイドコイルへの通電および遮断により、ストッパ５８を図３の上下方向に移動する。

ストッパ５８は、被係合ドラム５６の回転面に多数形成された凹部にその先端が収容されることによって、被係合ドラム５６と係合する。これによって、直動アクチュエータの作動がロックされ、車輪の舵角が制限される。この凹部は、被係合ドラム５６の円筒表面に列上に配置されている。

図４は、図３中で点線で囲った領域「Ａ」の詳細を示す。図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。図示するように、被係合ドラム５６の面５６ａには、面５６ａから突出するように、略立方体形状の多数のブロック５６ｂが配置される。二つのブロック５６ｂの間に形成される凹部に、ストッパ５８の先端が収容される。

ロック装置５４は、支柱２７により直動アクチュエータ１０のサーキュラスプライン２８に固定されているため、出力軸３２の直線方向の移動とともに移動する。そのため、回転軸１２の回転量と、それに伴うサーキュラスプライン２８およびロック装置５４の直線方向の移動量とで決まる、ロック装置のストッパ５８の先端の変位に対応した位置にブロックが配置される必要がある。したがって、被係合ドラム５６の円筒表面のブロックの配列は、図３に示すようにらせん状になる。

なお、図３では、わかりやすさのためにらせんの巻き数は３回程度としているが、実際の直動アクチュエータでは、直線方向のストローク量を細かく調整するためにモータを多数回回転させる必要があり、被係合ドラムのらせんの巻き数はこの回転数に合わせた数になることに注意されたい。
また、舵角制限機構は上記のものに限定されず、他の形状のものを使用してもよい。例えば、出力軸３２に歯車を設けておき、この歯車にロック装置５４のストッパ５８を係合させることで車輪の舵角をロックしてもよい。

サーボモータ等に故障が生じたとき、ＥＣＵは、ロック装置５４のソレノイドコイルへの通電を遮断する。すると、ストッパ５８がスプリングに付勢されてロック装置５４から突出し、被係合ドラム５６に形成された凹部と係合する。ソレノイドコイルに通電すると、コイルの吸引力によりストッパ５８が被係合ドラム５６の凹部から引き抜かれ、非係合状態になる。

再び図４を参照すると、被係合ドラム５６の表面において両側のブロックにより形成された凹部は、列の前後方向ともに略直角の壁面を有する。ストッパ５８の先端がこの凹部にある状態では、車輪に外力が加わると、タイロッド５０、出力軸３２、波動発生器２０を経由して、回転軸１２を回転させる力が働く。このとき、ストッパ５８は両側のブロック５６ｂにより移動が妨げられる。したがって、走行中に車輪に発生する力に対して車輪の舵角を規制するロックが働く。

本実施形態では、直動アクチュエータに故障が発生したために車輪の舵角が中立位置からずれてロックされた場合に、車輪を中立位置に復帰させる制御を実施する。具体的には、車輪に制動力または駆動力を付与したときに地面から車輪に加わる反力が車輪を中立位置に戻す方向の力である場合、すなわち車輪の舵角の絶対値を小さくする方向の制動力または駆動力が車輪に加えられた場合、ストッパを被係合ドラムの凹部から引き抜くことによって、ロックを解除する。車輪が中立位置に復帰したことを確認すると、再びストッパを被係合ドラムの凹部に突出させて、車輪をロックする。

図５は、実施の形態１に係るＥＣＵ１５０のうち、車輪の中立位置復帰制御に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。なお、ＥＣＵは車両の任意の場所に搭載される。

アクチュエータ異常検出部１０２は、直動アクチュエータ１０に発生する異常を検出する。異常の種類には、サーボモータ１４の故障、サーボモータ１４の断線、サーボモータ１４を駆動する電力変換装置とＥＣＵ１５０との通信経路の異常などを含むが、これに限定されない。

中立位置判定部１０６は、直動アクチュエータ１０に設けられた回転角センサ５２や、出力軸３２のストローク量を検出するアクチュエータストロークセンサ１２２の検出値に基づいて、直動アクチュエータ１０に連結されている車輪が中立位置にあるか否かを判定する。これらのセンサの代わりに、車輪の舵角を直接検出するセンサを車輪や懸架装置に設置しておいてもよい。

制駆動操作検出部１０８は、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ１２４、運転者によるブレーキペダルの操作量を検出するブレーキストロークセンサ１２６の検出値にしたがって、車両に付与されている制駆動力を検出する。なお、制駆動操作検出部１０８は、これらセンサの代わりに、加速度センサ（図示せず）により検知された車両の前後加速度に基づいて、車両の制動または駆動を検出してもよい。

力方向判定部１１０は、制駆動操作検出部１０８により検出された制駆動力によって車輪に生じる力の方向を推定し、その方向が車輪を中立位置に戻す方向であるか否かを判定する。

ロック制御部１０４は、ロック装置５４のソレノイドコイルへの通電と非通電とを切り換えることによって、舵角制限機構５５による車輪のロックの作動と解除を制御する。アクチュエータ異常検出部１０２により直動アクチュエータ１０に異常が検出されると、ロック制御部１０４は車輪をロックする。車輪が中立位置以外の場所でロックされた後、力方向判定部１１０により車輪を中立位置に戻す方向の力が発生したと判定されると、ロック制御部１０４は車輪の転舵のロックを解除する。中立位置判定部１０６により、車輪が中立位置に復帰したと判定されると、ロック制御部１０４は再び車輪の転舵をロックする。

図６（ａ）、（ｂ）は、力方向判定部１１０によって、制動力または駆動力により車輪に発生する力が車輪を中立位置に復帰させる方向であるかを判定する方法を示す。図６（ａ）は、接地面が車輪の回転中心より前側、すなわち車両進行方向側にある場合を示している。この場合、車輪に駆動力を付与すると、発生するモーメントにより車輪は中立位置に戻される。したがって、図６（ａ）の状態にある車輪では、駆動力が車輪を中立位置に戻す方向の力となる。図６（ｂ）は、接地面が車輪の回転中心より後側にある場合を示している。この場合、車輪に制動力を付与すると、発生するモーメントにより車輪は中立位置に戻される。したがって、図６（ｂ）の状態にある車輪では、制動力が車輪を中立位置に戻す方向の力となる。なお、車輪の接地面と回転中心の関係は、車輪のキングピン中心などのアライメントで決定される。力方向判定部１１０は、アライメントを表す関係式を保持して制動力または駆動力が検出される都度、車輪に発生する力の方向を判定してもよいし、予め制動力または駆動力と発生する力の方向との関係を記憶しておき、これに基づいて力の方向を判定してもよい。

図７は、実施の形態１に係る車輪中立位置復帰制御のフローチャートである。まず、中立位置判定部１０６は、舵角制限機構５５により直動アクチュエータ１０がロックされたときに、車輪の舵角が中立位置からずれいているか否かを判定する（Ｓ１０）。車輪が中立位置にあれば（Ｓ１０のＮ）、このフローを終了する。車輪が中立位置からずれていれば（Ｓ１０のＹ）、制駆動操作検出部１０８は、運転者による制動操作、駆動操作を検出する（Ｓ１２）。これら操作が検出されなければ（Ｓ１２のＮ）、検出されるまでＳ１２を繰り返す。制動操作または駆動操作が検出されると（Ｓ１２のＹ）、力方向判定部１１０は、その操作により車輪に発生する力が、車輪を中立位置に戻す方向の力であるか否かを判定する（Ｓ１４）。車輪を中立位置に戻す方向の力でなければ（Ｓ１４のＮ）、Ｓ１２に戻る。車輪を中立位置に戻す方向の力であれば（Ｓ１４のＹ）、ロック制御部１０４はロックを解除する（Ｓ１６）。これによって、制動力または駆動力の付与により車輪に発生する力によって、車輪の舵角の変化が可能になる。

中立位置判定部１０６は、車輪が中立位置に復帰したか否かを判定する（Ｓ１８）。今回の制動力または駆動力の付与では車輪が中立位置に復帰しきらなかった場合（Ｓ１８のＮ）、Ｓ１２からの処理を繰り返す。車輪が中立位置に復帰した場合（Ｓ１８のＹ）、ロック制御部１０４はロック装置５４を再びロックさせる（Ｓ２０）。こうして、中立位置にある状態で車輪がロックされることになる。

以上説明したように、実施の形態１では、故障の発生時に操舵角を規制する舵角制限機構を設けた車輪操舵装置において、故障が発生して舵角制限機構により車輪がロックされた場合であっても、車輪に与えられる力によって車輪の舵角を中立位置に戻すことができる。つまり、運転者がアクセルペダルまたはブレーキペダルを踏んで車速を変更するといった操作を加えると、ＥＣＵによりその操作が検出され、一時的に車輪の転舵のロックを解除する。操舵角が中立位置に復帰したら、車輪を再びロックする。このように、車両の走行中に通常発生する制動力や駆動力を利用するので、舵角を中立位置に復帰させるための手段を別途設ける必要がない。
したがって、直動アクチュエータに故障が発生し、舵角制限機構によって舵角のついた状態でロックがかかってしまった場合でも、車輪の舵角を中立位置にまで戻すことで車両の走行に与える影響を最小限にすることができ、車両の走行安定性の向上に寄与する。

なお、本実施の形態の車輪操舵装置では直動アクチュエータの故障時に舵角をロックしてしまうことから、上述したように四輪操舵車の後輪に使用されることが好ましい。しかしながら、車両の前輪に使用することが妨げられるものではなく、他の適切な手段とともに適用可能である。

実施の形態２．
実施の形態２の車輪操舵装置は、いわゆるハイブリッド車両に対して適用される。ハイブリッド車両は、エンジンの他に、前輪用モータと後輪用モータを備える。ＥＣＵによる制御のもと、図示しない電力変換装置を介してバッテリから前輪用モータおよび後輪用モータに電力を供給することで、前輪用モータの出力により左右の前輪を、後輪用モータにより左右の後輪を駆動することができる。また、前後輪にはそれぞれ液圧ブレーキユニットからブレーキオイルの供給を受けて作動するディスクブレーキユニットが設けられている。ハイブリッド車両では、ディスクブレーキによる制動の他、前輪用モータまたは後輪用モータの回生電力をバッテリに蓄電することによる回生ブレーキも利用できる。このようなハイブリッド車両は当業者に周知であるので、詳細な説明を省略する。舵角を制御する車輪操舵装置が後輪に設けられる点は、実施の形態１と同様である。
なお、前輪および後輪にそれぞれ独立して制動力と駆動力とを与えることができれば、ハイブリッド車両以外の車両に対しても本実施形態を適用できる。

図８は、実施の形態２に係るＥＣＵ２００のうち、車輪の中立位置復帰制御に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。ここに示す各ブロックも、図５と同様にハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できる。

アクチュエータ異常検出部１０２、ロック制御部１０４、中立位置判定部１０６の機能は、図５に示したものと同様である。
定常走行判定部１３０は、車両が定常走行状態にあるか否かを、車速センサや加速度センサ、ステアリングホイールに設けられた操舵角センサなどの検出値に基づいて判定する。

前後輪協調制御部１３２は、前後加速度の発生を抑えつつ前輪と後輪の制駆動力を制御して、後輪の舵角を中立位置に復帰させる制御を実行する。具体的には、前後輪協調制御部１３２は、直動アクチュエータ１０が設けられた後輪を中立位置へ復帰させる方向の力を発生させるために後輪に付与する制動力または駆動力を計算する。そして、計算した制動力または駆動力を後輪に付与するように、後輪用モータに接続される電力変換装置１４０に指令する。
これとともに、前後輪協調制御部１３２は、加速度センサ１２８により検出される車両の前後方向の加速度が変化しないようにするため、後輪に付与した制動力または駆動力を減ずる前輪の駆動力または制動力を計算する。そして、計算した駆動力または制動力を前輪に付与するように、前輪用モータに接続される電力変換装置１４０に指令する。

電力変換装置１４０は、前後輪協調制御部１３２からの指令にしたがって、前輪用モータまたは後輪用モータを駆動するか、または回生電力を発生させることによって、前後輪に制駆動力を発生させる。

なお、前後輪協調制御部１３２は、車速センサにより検出される車速が変化しないように、前輪に付与する駆動力または制動力を計算してもよい。

前後輪協調制御部１３２による制御は、運転者による制動操作または駆動操作とは独立して実行される。したがって、運転者による操作がない場合でも、車輪を迅速に中立位置に復帰させることが可能になる。また、後輪に付与した制動力または駆動力を減ずる駆動力または制動力を同時に前輪に付与するため、前後輪協調制御部１３２による制御が実施されていることが運転者に気付かれにくい。

図９は、実施の形態２に係る車輪中立位置復帰制御のフローチャートである。まず、中立位置判定部１０６は、舵角制限機構５５により直動アクチュエータ１０がロックされたときに、車輪の舵角が中立位置からずれいているか否かを判定する（Ｓ３０）。車輪が中立位置にあれば（Ｓ３０のＮ）、このフローを終了する。車輪が中立位置からずれていれば（Ｓ３０のＹ）、定常走行判定部１３０は、車両が定常走行をしており安定しているか否かを判定する（Ｓ３２）。車両状態が安定していなければ（Ｓ３２のＮ）、安定するまでＳ３２を繰り返す。車両状態が安定していれば（Ｓ３２のＹ）、前後輪協調制御部１３２は、後輪を中立位置に戻す方向の力がかかるように、後輪に制動力または駆動力を付与する（Ｓ３４）。同時に、前後輪協調制御部１３２は、後輪に付与した制動力または駆動力を減ずる駆動力または制動力を前輪に付与する（Ｓ３６）。ロック制御部１０４はロックを解除する（Ｓ３８）。これによって、制動力または駆動力の付与により後輪に発生する力による後輪の舵角の変化が可能になる。

中立位置判定部１０６は、後輪が中立位置に復帰したか否かを判定する（Ｓ４０）。今回の制動力または駆動力の付与では後輪が中立位置に復帰しきらなかった場合（Ｓ４０のＮ）、Ｓ３２からの処理を繰り返す。後輪が中立位置に復帰した場合（Ｓ４０のＹ）、ロック制御部１０４はロック装置５４を再びロックさせる（Ｓ４２）。こうして、中立位置にある状態で後輪がロックされることになる。

以上説明したように、実施の形態２によれば、故障の発生時に操舵角を規制する舵角制限機構を設けた車輪操舵装置において、故障が発生して舵角制限機構により車輪がロックされた場合であっても、運転者の操作とは独立して車輪に制動力または駆動力を与えることによって、車輪の舵角を中立位置に戻すことができる。したがって、直動アクチュエータに故障が発生し、舵角制限機構によって舵角のついた状態でロックがかかってしまった場合でも、車輪の舵角を迅速に中立位置にまで戻すことができ、車両の走行安定性の向上に寄与する。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態はあくまで例示であり、実施の形態どうしの任意の組合せ、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスの任意の組合せなどの変形例もまた、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

車輪に制動力または駆動力を加えても、車輪が中立位置にまで完全には戻りきらなかったことが中立位置判定部１０６により判定された場合、ロック制御部１０４はその時点で車輪をロックしてもよい。こうすれば、その後車輪が中立位置とは逆の方向に舵角変化することを避けることができる。

実施の形態では、車輪操舵装置として直動アクチュエータを用いたものを述べたが、本発明は、ロック装置を備え車輪の舵角変化を防止するものであれば、他の形態のアクチュエータを使用した車輪操舵装置にも適用できる。

実施の形態１に係る車輪操舵装置の構成を示す軸方向断面図である。 波動歯車装置の拡大断面図である。 舵角制限機構の拡大図である。 図３中で点線で囲った領域「Ａ」の詳細を示す図である。 実施の形態１に係るＥＣＵのうち車輪の中立位置復帰制御に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。 （ａ）、（ｂ）は、制動力または駆動力により車輪に発生する力が車輪を中立位置に復帰させる方向であるかを判定する方法を示す。 実施の形態１に係る車輪中立位置復帰制御のフローチャートである。 実施の形態２に係るＥＣＵのうち車輪の中立位置復帰制御に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態２に係る車輪中立位置復帰制御のフローチャートである。

符号の説明

１０ 直動アクチュエータ、 １２ 回転軸、 １４ サーボモータ、 ２０ 波動発生器、 ３２ 出力軸、 ５０ タイロッド、 ５２ 回転角センサ、 ５４ ロック装置、 ５５ 舵角制限機構、 ５６ 被係合ドラム、 ５８ ストッパ、 １００ 車輪操舵装置、 １０２ アクチュエータ異常検出部、 １０４ ロック制御部、 １０６ 中立位置判定部、 １０８ 制駆動操作検出部、 １１０ 力方向判定部、 １３０ 定常走行判定部、 １３２ 前後輪協調制御部、 １５０、２００ ＥＣＵ。

Claims (3)

1. 車輪の舵角を変化させる転舵アクチュエータと、
   前記転舵アクチュエータに異常が検出されたとき該転舵アクチュエータの作動をロックするロック部と、
   車両の制駆動により前記転舵アクチュエータが設けられた車輪に生じる力の方向を検出し、車輪を中立位置に戻す方向の力か否かを判定する力方向判定部と、
   検出された方向が中立位置に戻す方向であるとき、前記ロック部を解除するロック制御部と、
   車輪の中立位置への復帰を判定する中立位置判定部と、を備え、
   前記ロック制御部は、車輪が中立位置へ復帰したと判定されたとき、前記ロック部を再び作動させることを特徴とする車輪操舵装置。
2. 前記力方向判定部は、車両に対する制動指示または駆動指示を取得して、前記転舵アクチュエータが設けられた車輪に生じる力の方向を推定することを特徴とする請求項１に記載の車輪操舵装置。
3. 車両の前輪に制動力と駆動力を付与する前輪制駆動部と、
   車両の後輪に制動力と駆動力を付与する後輪制駆動部と、
   前記転舵アクチュエータが設けられた車輪を中立位置へ復帰させる方向の力を生ぜしめるべく前輪または後輪のいずれか一方の車輪に制動力または駆動力を付与するとともに、他方の車輪には発生させた制動力または駆動力を減ずる駆動力または制動力を付与するように、前記前輪制駆動部と前記後輪制駆動部とに指示する前後輪協調制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車輪操舵装置。

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