JP2511188B2 - 四輪操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は操舵角の車両の運動性能を自在に制御できる
ようにした四輪操舵装置に関するものであり、特に車体
に設けたヨーレイトセンサーの故障を検知するシステム
を有する四輪操舵装置に関するものである。

（従来の技術） 従来から四輪操舵制御装置としては例えば、特開昭55
−91457号公報及び特開昭57−70774号公報に開示される
ように、所定の車速値を境に、車両が同車速値より低速
にて走行しているとき、操舵比を後輪操舵角が前輪操舵
角に対し逆相になる値に設定し、又車両が所定の車速値
より高速にて走行しているとき、操舵比を後輪操舵角が
前輪操舵角に対し同相になる値に設定するようにしたも
のが提案されている。

この四輪操舵制御装置によれば、低速走行時に車両の
回転半径を小さくすることができ、車両の小廻り性能を
向上することができる。又、中高速走行時に車両の回転
半径を大きくして車両のレーンチェンジを迅速、且つ容
易に行うことができる。

しかしながら、上記従来の装置は、単に車速により前
後輪転舵比を決定する後輪操舵制御装置であるため、横
風や路面外乱を受けたときに操舵比を変更することがで
きないという問題点を有していた。そこで最近ではこの
ような問題点を解消するために車速センサー、舵角セン
サーに加えて外乱を検知するヨーレイトセンサーを設
け、これら３つのセンサーからの信号に基づいて後輪転
舵を制御するシステムが提案されている。このように公
知例としては特開昭60−161256号がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記ヨーレイトセンサーを有する後輪
操舵システムにあっては、ヨーレイトセンサーが故障し
た場合は横風等の外乱に対して効果を充分に発揮するこ
とができず、加えてヨーレイトセンサーが故障した状態
で後輪の制御を行うことは走行上極めて危険な状態とな
るという問題がある。またこのような事態に対処するた
めのヨーレイトセンサーの故障を検知する有効な手段も
実現されていない。

本発明はこのような問題点を解決するためになされた
もので、実車走行により車速に対するヨーレイト変化率
境界値及びハンドル角加速度に対するヨーレイト変化率
境界値を予め求めておき、車両走行時にヨーレイトセン
サーからの信号に基づいて算出したヨーレイト変化率が
前述の各ヨーレイト変化率境界値を越えているか否かを
判断することにより、ヨーレイトセンサーの故障を検知
し、ヨーレイトセンサーが故障していると判断された場
合には、後輪を中立位置に戻すようにして走行安全性を
確保しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） このため本発明は、車速センサーと、前輪の操舵角を
検出するための操舵角センサーと、車体のヨー運動を検
出するヨーレイトセンサーと、前記各センサーが検出し
た検出値に応じて適当な後輪舵角を演算する電子制御装
置と、前記電子制御装置からの信号によって制御される
後輪操舵機構と、前記電子制御装置内に設けられたヨー
レイトセンサー故障検出手段とを備え、前記ヨーレイト
センサー故障検出手段は、舵角速度にもとづいて算出さ
れるヨーレイト変化率が、予め舵角速度に対応して求め
てあるヨーレイト変化率境界値の範囲から外れた時には
ヨーレイトセンサーが故障と判断することを特徴とする
ものであり、これを課題解決の手段とするものである。

（作用） 操舵角が小さいときには、車速に対するヨーレイト変
化率が、予め求めてあるその車速に対するヨーレイト変
化率境界値を越えているか否かを判断し、越えていると
きにはヨーレイトセンサーが故障していると判定する。

また、ハンドルが大きく旋回された状態のときは、ハ
ンドル角速度の絶対値に対するヨーレイト変化率が、予
め求めてあるそのハンドル角速度の絶対値に対するヨー
レイト変化率境界値を越えているか否かを判断し、越え
ているときはヨーレイトセンサーが故障していると判定
する。

そして、上記いずれの場合でもヨーレイトセンサーが
故障していると判定されると、後輪転舵用の方向切換弁
のバルブ駆動ソレノイドがOFFとなり後輪が中立位置に
復帰する。

（実施例） 以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例
について説明する。

第１図は本実施例装置のシステム構成を描いたブロッ
ク図である。図において前輪操舵機構80はステアリング
ホイール81に接続されている。ステアリングホイール81
が回されると、右前輪FRと左前輪FLの向きが変化する。
また、図中SP2は変速機の出力軸から車速を検出する駆
動輪車速センサー、SP1は後輪近傍に配設された従動輪
車速センサー、ST1はステアリングのステアリング角と
ステアリング角速度を検出するステアリングセンサー、
ST2は後輪舵角を検出する後輪舵角センサー、YAWはヨー
レイトを検出するヨーレイトセンサーであり、これら各
センサーからの信号は電子制御装置ECUに入力される。
電子制御装置ECUは入力信号に基づいて目標後輪舵角を
演算した後、目標舵角に相当する電流を油圧制御ユニッ
トに流す。

以下、第２図を参照して、油圧制御ユニット10及びパ
ワーシリンダ20について詳細に説明する。

オイルポンプ11はドレン18から作動油を吸入し、後輪
の向きを変えるために必要な作動油を電磁切換弁12に供
給する。オイルポンプ11は車両のエンジン91により駆動
される。オイルポンプ11が発生した油圧は電磁切換弁12
のコモンポート13に送られる。

電磁切換弁12はソレノイドSOL1とSOL2、及びスプール
弁SPL1を備えている。電子制御装置ECUがソレノイドSOL
1に通電すると、スプール弁SPL1がソレノイドSOL1に向
かって吸引され、図示左方へ移動する。また、電子制御
装置ECUがソレノイドSOL2に通電すると、ソレノイドSOL
2に向かってスプール弁SPL1が吸引され、図示右方へ移
動する。更に電子制御装置ECUがソレノイドSOL1にもSOL
2にも通電しない時には、スプール弁SPL1がスプリング1
9a,19bの力によって、両ソレノイドSOL1,SOL2のほぼ中
間の位置、即ち中立位置に保持される。

電磁切換弁12にはパワーシリンダ20が接続されてい
る。パワーシリンダ20は略円筒状のボディ21と、ボディ
21の両端を密閉する密閉部材22,23と、密閉部材22,23に
対して摺動自在に支持された操舵ロッド24を備える。ま
た、密閉部材22と23の間には隔壁25が強固に固定されて
いる。隔壁25はボディ21に形成された段付部21aとＯリ
ング29の間に挾持されている。また、操舵ロッド24には
摺動ピストン26が強固に固定されている。

操舵ロッド24には一対のリテーナ31,32が挿入されて
いる。リテーナ31,32の間にはリターナスプリング33が
配設されている。

リテーナ31と摺動ピストン26の間には、スリーブ34が
挿入されている。スリーブ34は操舵ロッド24の外周に摺
動自在に挿入されている。従って、摺動ピストン26が密
閉部材23に向かって移動する時には、スリーブ34及びリ
テーナ31が摺動ピストン26と一体になって摺動する。こ
の時、リテーナ32は密封部材23に当接しており移動不可
能なので、リターンスプリング33が圧縮される。

リテーナ32は操舵ロッド24に固定されたＯリング35に
当接している。従って、摺動ピストン26が密閉部材22に
向かって移動する時には、スリーブ32が摺動ピストン26
と一体になって摺動する。この時リテーナ31はボディ21
に形成された段付部21bに当接しており移動不可能なの
で、リターンスプリング33が圧縮される。

なお、段付部21bの位置は、リテーナ31と段付部21bが
当接した位置において後輪が直進位置になるように定め
る。また、Ｏリング35の位置はリテーナ32と密閉部材23
が当接した位置において後輪が直進位置になるように定
める。

スプール弁SPL1がソレノイドSOL2側に移動すると、出
力ポート14にドレンポート15が接続され、出力ポート16
にコモンポート13が接続される。この時、オイルポンプ
11から供給された作動油がチャンバー27に供給され、し
かもチャンバー28内の作動油がドレン18に排出されるの
で、摺動ピストン26が密封部材22に向かって移動する。

逆にスプール弁SPL2がソレノイドSOL1側に移動する
と、出力ポート14にコモンポート13が接続され、出力ポ
ート16にドレンポート17が接続される。この時、オイル
ポンプ11から供給された作動油がチャンバー28に供給さ
れ、しかもチャンバー27内の作動油がドレン18に排出さ
れるので、摺動ピストン26が密封部材23へ向かって移動
する。

スプール弁SPL1が中立位置にある時、出力ポート14と
16にコモンポート13が接続される。この時、オイルポン
プ11から供給された作動油がチャンバー27と28に等しく
供給されるので、摺動ピストン26はリターンスプリング
33の力によって直進位置へ向かって移動する。

このように、電子制御装置ECUはソレノイドSOL1,SOL2
に通電することにより後輪の向きを変化させることがで
きる。

続いて、前述の電子制御装置内のヨーレイトセンサー
の故障判断システムについて詳述すると、第３図はヨー
レイトセンサー故障判断システムのブロック図であり、
YAWはヨーレイトセンサー、１はヨーレイト変化率算出
手段、２は車速に対するヨーレイト変化率境界値、３は
ハンドル角速度に対するヨーレイト変化率境界値、４は
算出ヨーレイト変化率と上記各境界値α_１又はα_２とを
比較し、ヨーレイトセンサーの故障を判断する故障判断
手段である。

ヨーレイトセンサーYAWはヨーレイトジャイロ等で構
成されており、車体のヨーレイトを刻々検出している。

ヨーレイト変化率算出手段１は、前述のヨーレイトセ
ンサーからの今回のヨーレイト値と前回のヨーレイト値
の値をｎ回とり、その平均値を算出するものであり、こ
れによってその時々のヨーレイト変化率が得られる。な
おヨーレイト変化率を使用したのは車体の挙動を瞬時に
判断するためである。

車速に対するヨー角加速度境界値２は第４図に示すグ
ラフに基づいて決定される。このグラフは操舵角の絶対
値がε以内にある場合（具体的にはステアリングがニュ
ートラル状態のとき）、横風、路面状態等によって通常
発生し得る車速に対応したヨーレイト変化率を予め実車
走行試験によって求め、これを基にしきい値となる車速
に対応するヨーレイト変化率境界値をグラフ化したもの
である。従って図中斜線範囲が正常判断領域となる。

また操舵角に対するヨーレイト変化率境界値３は、第
５図に示すグラフに基づいて決定される。このグラフは
操舵角の絶対値がεを越えている場合（具体的にステア
リングが切られている状態のとき）、横風、路面状態等
によって通常発生し得る操舵角速度に対応したヨーレイ
ト変化率を予め実車走行試験によって求め、これを基に
しきい値となる操舵角に対応するヨーレイト変化率境界
値をグラフ化したものである。従って図中斜線範囲が正
常判断領域となる。

故障判断手段４はヨーレイトセンサーの故障を判断す
るためのものであり、故障判断は次の２つの場合にわけ
て行なう。

操舵角が不感帯域にあるとき（具体的にはほぼハン
ドルが中立状態にあり、車両が直進をしている状態のと
き）、算出されたヨーレイト変化率が予め求めてある車
速に対するヨー角加速度境界値を越えているときにはヨ
ーレイトセンサーが故障と判断する。

操舵角が不感帯域以外にあるとき（具体的にはハン
ドルが回転され、車両が旋回している状態）算出ヨーレ
イト変化率が予め求めてあるハンドル角速度に対するヨ
ーレイト変化率境界値を越えているときに故障と判断す
る。

そしてヨーレイトセンサーが故障と判断された場合に
は第２図に示す左右方向切換バルブのソレノイドへの通
電が停止され、後輪は中立位置に保持される。

以上のように構成されたヨーレイトセンサー故障シス
テムがどのようにして動作するかを第６図のフローチャ
ートを用いて説明する。

車両を始動させるために、図示しないイグニッション
スイッチを閉成するとステップ101においてヨーレイト
センサー故障判断プログラムの実行が開始される。ステ
ップ102において車速センサー、ハンドル舵角センサ
ー、ヨーレイトセンサー等の各センサーからの信号が電
子制御装置内に入力され、ステップ103においてヨーレ
イト信号が本故障判断プログラムに入力される。ステッ
プ104において、操舵角の絶対値がハンドル角不感帯角
εと比較され、操舵角の絶対値がεよりも小さいとき
（ハンドルがほぼ中立状態にあるとき）は、ステップ10
5に進みここで時々刻々算出されるヨーレイト変化率
と車速に対するヨーレイト変化率の境界値α_１とが比較
される。ここでヨーレイト変化率はヨーレイト変化率
算出手段から得られた値であり、境界値α_１は第４図の
グラフによってその時の車速に対応した境界値を求めた
ものである。ヨーレイト変化率が境界値α_１よりも小
さいときは、この変化率が正常値にあると判断され、
従ってヨーレイトセンサーも正常であると判断され、ス
テップ107に進む。ステップ106では通常制御を行なうた
めに電子制御装置により目標後輪舵角を演算し、ステッ
プ107でソレノイドを駆動し、ステップ108でアクチュエ
ータを作動する。後輪が転舵すると後輪舵角はステップ
109で検出され、続いてステップ110で後輪が目標舵角に
達したか否かを判断し、後輪が目標舵角に達していない
場合には再び同じプログラム処理が行われ、後輪が目標
舵角に達した時には、このプログラムを終了する。

ヨーレイト変化率が境界値α_１よりも大きいとき
は、ヨーレイト変化率が異常であると判断し、従ってヨ
ーレイトセンサーが故障であると判断する。この場合に
はステップ112に進み、ソレノイド駆動が停止され続い
てステップ113,114へ進み後輪はセンサースプリングの
バネ力によってニュートラル位置に復帰する。また操舵
角の絶対値がハンドル角不感帯角εよりも大きいとき
は、ハンドルが操作され、車両が旋回中であるとしてス
テップ111に進む。ステップ111では時々刻々算出される
ヨーレイト変化率と、その時の操舵角加速度に対する
ヨーレイト変化率境界値α_２とが比較される。ここでハ
ンドル角速度に対するヨーレイト変化率境界値α_２は第
４図のグラフによってその時のハンドル角速度に対する
境界値α_２を求めたものである。算出ヨーレイト変化率
が境界値α_２よりも小さいときはステップ106に進
み、前述したと同じ後輪の通常制御を行なう。また算出
ヨーレイト変化率が境界値α_２よりも大きいときは、
ヨーレイトセンサーが異常であると判断し、前述したと
同じように後輪の転舵を中止する。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように本発明によれば、予め実車走行
により走行状態に応じたヨーレイト変化率の境界値α₁,
α_２を求めておき、この境界値と算出されるヨーレイト
変化率とを比較するだけでヨーレイトセンサーの故障を
検知できるため、車両の走行安定性が確保でき、またヨ
ーレイトの異常信号が入力されても、車両の挙動に影響
を及ぼすことなく安全に走行できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシステム構成を描いたブロック図、第
２図は油圧制御ユニットの構成図、第３図はヨーレイト
センサーの故障検出手段のブロック図、第４図は車速に
対するヨーレイト変化率境界値を示すグラフ、第５図は
ハンドル角速度に対すヨーレイト変化率境界値を示すグ
ラフ、第６図はヨーレイトの故障を検出するためのフロ
ーチャートである。 図の主要部分の説明 １……ヨーレイト変化率算出手段 ２……車速に対するヨーレイト変化率境界値 ３……ハンドル角速度に対するヨーレイト変化率境界値 ４……ヨーレイトセンサー故障判断手段 80……前輪操舵機構 81……ステアリングホイール SP1……従動輪車速センサー SP2……駆動輪車速センサー ST1……ステアリングセンサー ST2……後輪舵角センサー YAW……ヨーレイトセンサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 瑞穂 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 審査官 山口 直 (56)参考文献 特開 平１−229764（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−64872（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−147783ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車速センサーと、前輪の操舵角を検出する
   ための操舵角センサーと、車体のヨー運動を検出するヨ
   ーレイトセンサーと、前記各センサーが検出した検出値
   に応じて適当な後輪舵角を演算する電子制御装置と、前
   記電子制御装置からの信号によって制御される後輪操舵
   機構と、前記電子制御装置内に設けられたヨーレイトセ
   ンサー故障検出手段とを備え、前記ヨーレイトセンサー
   故障検出手段は、舵角速度にもとづいて算出されるヨー
   レイト変化率が、予め舵角速度に対応して求めてあるヨ
   ーレイト変化率境界値の範囲から外れた時にはヨーレイ
   トセンサーが故障と判断することを特徴とする四輪操舵
   装置。