JP2548788B2

JP2548788B2 - 車両の４輪操舵装置

Info

Publication number: JP2548788B2
Application number: JP552289A
Authority: JP
Inventors: 聖司西山; 弘小倉; 秀一小菅; 譲二山口; 瑞穂杉山; 陽一兵藤
Original assignee: Toyota Motor Corp; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-01-12
Filing date: 1989-01-12
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPH02185866A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、車両の前輪に対し、後輪を所定の舵角比で
操舵する車両の４輪操舵装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、車両の４輪操舵装置において、故障時の安全を
確保するため、特開昭60−78870号公報に示されるよう
に故障時は後輪を中立（前輪と後輪の舵角比を零）とす
るもの、あるいは特開昭60−85077号公報に示されるよ
うに故障時は舵角比を同相最大値に制御するものが公知
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前者のものは、舵角比が同相のときに故障
が発生すると、後輪が逆相方向へ動作するため、車両高
速時の安全性に問題がある。

また、後者のものは、故障後無条件で直ちに舵角比が
同相最大値となり、車両の回転半径が大きくなりすぎ、
ハンドリングが悪いという問題がある。

本発明は、上記問題を解決しようとするもので、故障
の際にも車両高速時の安全性が良好で、かつ車両のハン
ドリングも良好な車両の４輪操舵装置を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、このため第14図に示すように、前輪と共に
後輪を操舵し、前輪と後輪の舵角比を制御するようにし
た車両の４輪操舵装置において、後輪操舵を制御する制御系が故障したことを検出する
故障検出手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記走行状態検出手段の出力に応じで前記舵角比を同
相方向又は逆相方向に制御する第１の制御手段と、前記故障検出手段の出力により前記制御系が故障して
いると判定した場合、前記走行検出手段の出力に応じて
舵角比を同相方向への変化は許容し、逆相方向への変化
は禁止する第２の制御手段を備えるという技術的手段を
採用する。

〔作用〕

本発明によれば、制御系の故障の際は、走行状態検出
手段（例えば車速センサ）の出力に応じて舵角比を同相
方向への変化は許容し、逆相方向への変化は禁止してい
るので、後輪が逆相方向へ動作されることがなく、かつ
走行状態に応じて同相方向へは動作するため車両の安全
性が向上する。また、無条件で直ちに舵角比が同相最大
値となるようなことがなく、故障時の舵角比または走行
条件に応じてそれより同相側に制御された舵角比となる
ため、車両の回転半径が大きくなりすぎることがなく、
ハンドリングが向上する。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例により説明する。第１
図において、車両１は右前輪2,左前輪3,右後輪4,左後輪
５を備えており、前輪2,3及び後輪4,5は連係して動作す
る。

ハンドル11の動きは、公知のギアボックス12に伝達さ
れ、前輪が操舵される。前輪用ギアボックス12は、シャ
フト14により後輪用ギアボックス15に連結されており、
ハンドル11の操作により後輪4,5に操舵される。

ここで、前輪の操舵角θｆに対し、後輪の操舵角θｒ
とすると、前輪と後輪の舵角比Ｋは、θr/θｆとなる。
舵角比Ｋはギアボックス15に設けられたアクチュエータ
16により調整可能となっており、また舵角比Ｋはポテン
ショメータ等からなる舵角比センサ20によって検出され
る。

主車速センサ21,副車速センサ22は、車両の車速を電
磁ピックアップ等により検出するもので、主車速センサ
21はトランスミッションに取付けられ、副車速センサ22
は車輪のいずれかに取付けられている。

制御回路30は、制御手段，故障検出手段を構成するも
ので、マイクロコンピュータ，バックアップ回路などか
ら構成され、舵角比センサ20,車速センサ21,22の検出信
号に基づいて舵角比Ｋを制御する。舵角比Ｋは、例えば
第２図に示すように低車速域では逆相に制御され、高車
速域では同相に制御される。ここで、第２図に示す特性
は、低車速域で車速に対する舵角比の変化率（特性カー
ブの傾き）は大きく、逆に高車速域でその変化率は小さ
く設定されている。

次に、第３図〜第６図により、後輪用ギアボックス15
及びアクチュエータ16について説明する。第３図
（ａ），（ｂ）においてアクチュエータ16は、制御回路
30からの電気信号により舵角比Ｋを調整するもので、直
流モータからなる主モータ61と副モータ62を備えてい
る。

主モータ61は、ウォームギア63を有しており、モータ
61が回転するとウォームギア63,ギア64,遊星ギア65を介
してシャフト66が回転駆動される。

また、主モータ61より出力の小さい副モータ62もウォ
ームギア67を有しており、モータ62が回転するとウォー
ムギア67,ギア68,65を介してシャフト66が回転駆動され
る。ここで副モータ62の減速比は主モータ61側より大き
くし、低出力をカバーしている。

ギアボックス15は、第３図の状態で車両が直進（θｆ
＝０）の状態を示しており、ハンドル11を回すと、シャ
フト14が回転し、シャフト14と一体のドーナツ状ディス
ク51が回動する。このディスク51が回動すると、ハウジ
ングにスライド可能に設けられた制御部材52は第３図
（ａ）の矢印方向に移動し、例えば第５図に示す状態と
なる。この移動にロッド53が追従して、図中左右に移動
し後輪を操舵する。

また、シャフト66の回転は、ウォームギア55,ギア56
を介して制御部材52を第３図（ｂ）の矢印方向に回動さ
せる。この回動により舵角比Ｋが調整されるが、この動
作はギア57,58を介して舵角比センサ20に伝達され、舵
角比Ｋが検出される。

第４図（ａ），（ｂ）は、舵角比Ｋが零（中立）の場
合を示しており、主モータ61又は副モータ62の回転によ
り制御部材52が回動してシャフト14の軸方向と対応する
位置に調整されている。このため、シャフト14が回動
し、ディスク51が第４図（ａ）で示すように傾斜しても
ロッド53は作動せず後輪は中立状態に保たれる。

第５図（ａ），（ｂ）は、舵角比Ｋが同相側（最大）
の場合を示しており、モータ61又は62の回転により制御
部材52が回動してシャフト14の軸方向と直交する上方位
置に調整されている。このため、シャフト14が回転しデ
ィスク51が第５図（ａ）で示すように傾斜すれば、制御
部材52及びロッド53が図中左方向へ移動し、後輪が前輪
と同相方向に操舵される。

第６図（ａ），（ｂ）は、舵角比Ｋが逆相側（最大）
の場合を示しており、モータ61又は62の回転により制御
部材52が回動してシャフト14の軸方向と直交する下方位
置に調整されている。このため、シャフト14が回転し、
ディスク51が第６図（ａ）で示すように傾斜すれば、制
御部材52及びロッド53が図中右方向へ移動し、後輪が前
輪と逆方向に操舵される。このようにして、モータ61又
は62により制御部材52を移動させ、舵角比を同相最大値
〜０〜逆相最大値の間で調整することができる。

次に第７図により、制御回路30の詳細について説明す
る。制御回路30は、主回路30A,バックアップ回路30Bか
らなり、電源は車載バッテリ23から第１イグニッション
スイッチ24を経て主回路30Aへ、別系統の第２イグニッ
ションスイッチ25を経てバックアップ回路30Bへ供給さ
れる。

主回路30Aにおいて、マイクロコンピュータ（以下マ
イコンと称す）31は、CPU,ROM,RAM,I/Oインターフェー
ス等を持つ公知のもので、主／副車速センサ21,22から
のパルス信号を処理し、車速を演算する。また、舵角比
センサ20のアナログ出力電圧は、A/Dコンバータ32を介
してマイコン31に入力され、現在の舵角比として処理さ
れる。舵角比センサ20の出力特性は第10図（ａ）に示す
ように舵角比に対してリニアに変化する特性を持ち、通
常は使用範囲の電圧を出力するが、異常時には機械的可
動範囲の内で、使用範囲外の電圧を出力する。

リセット発生回路32は、公知の安全回路で、マイコン
31の電源電圧が低下したとき、マイコン31のＷ端子から
出力されるウォッチドッグパルス信号（以下W/D信号と
いう）が停止したとき等にリセット信号を発生し、マイ
コン31の▲▼端子等へ供給する。

主回路30Aは、舵角比制御用の主モータ61を制御する
が、マイコン31の端子A,Bからの出力によりアンプA₃〜A
₆を介してトランジスタT₃〜T₆をオン／オフすることに
より主モータ61を正／逆転させる。また、マイコン31は
端子Ｃからの出力により、アンプA₁,トランジスタT₁を
介して常開型主モータリレー33をオン／オフさせること
によって主モータ電源をオン／オフする。なお、主モー
タ電流の状態は、公知の過電流検出回路34により監視さ
れており、過電流信号はマイコン31に入力されている。

マイコン31は、端子Ｄから主モータ61の異常時にバッ
クアップ回路30Bに制御信号を供給して副モータ62の制
御も可能なように構成されている。また、コンデンサ
C₁,C₂,ダイオードD₁,D₂からなる整流回路及びトランジ
スタT₂からなるスイッチング回路を有し、バックアップ
回路30Bからの信号により、異常時マイコン31のＣ出力
と無関係にトランジスタT₁をオフして主モータリレー33
をオフさせるように構成されている。

バックアップ回路30Bは、主回路30Aに故障が生じた場
合に副モータ62を動作させ、舵角比を安全側に制御する
ための回路である。

副モータ62は、トランジスタT₇により副モータリレー
35をオン／オフすることにより制御される。副モータ62
は舵角比を同相側へ調整する方向のみ回転し、逆転はし
ない。また、副モータ回路の断線は、公知の断線検出回
路36により検出され、断線信号はマイコン31に入力され
る。

回路30Bは、リセット回路32のリセット信号を監視す
る第１モニタ回路37,マイコン31のW/D信号を監視する第
２モニタ回路38及びこれらの回路動作の同期をとるクロ
ックパルス発生回路39を有している。

第１モニタ回路37は、公知のフリップフロップ，カウ
ンタ等から構成され、ａ端子にリセット信号、端子に
抵抗R₁,コンデンサC₃により作られる電源V_B投入信号,CK
端子にクロックパルス信号がそれぞれ入力される。

そして、第１モニタ回路37は、第８図に示すように時
刻t₁で示す電源投入後、端子入力が１レベルになった
状態で、ａ端子入力が０レベルの期間が一定時間T₀以上
継続すると、ｂ端子出力が１レベルとなる。また、時刻
t₂で示すようにａ端子入力が１レベルになるとｂ端子出
力は０レベルとなる。

第２モニタ回路38も公知のフリップフロップ，カウン
タ等から構成され、ｅ端子にW/D信号，端子にリセッ
ト信号,CK端子にクロックパルス信号がそれぞれ入力さ
れる。

そして、第２モニタ回路38は、第９図に示すように、
リセット信号が解除された後、つまり１レベルのときに
W/D信号の監視を行う。このW/D信号は、マイコン31の正
常動作時は１レベル期間T₀,0レベル期間T₀の信号とな
る。モニタ回路38は、W/D信号の１レベル,0レベルのそ
れぞれの期間を計測する。W/D信号が乱れ、１レベル期
間が期間T₁で示すように期間T₀より長くなったり、１レ
ベル期間が期間T₂で示すように期間T₀より短くなった
り、あるいは０レベル期間が期間T₃で示すように期間T₀
より短くなったり、０レベル期間が期間T₄,T₅で示すよ
うに期間T₀より長くなる等、規定範囲外になると、ｆ端
子より１レベル信号を出力する。また、時刻t₃で示すよ
うに端子入力が０レベルになると、ｆ端子出力も０レ
ベルとなる。

ｂ端子及びｆ端子の出力信号は、NORゲートG₁を介し
てRSフリップフロップF/Fのセット端子に入力され
る。フリップフロップF/Fのリセット端子には、電源
電圧V_B投入時に抵抗R₂とコンデンサC₄によって作られる
電源投入信号が入力される。フリップフロップのＱ端子
出力信号は、ORゲートG₂を介してアンプA₇に伝達され、
さらにANDゲートG₃を介してトランジスタT₂に伝達され
る。なお、ORゲートG₂にはマイコン31のＤ端子出力信号
が入力され、ANDゲートG₃にはクロックパルス信号が入
力されている。

上記構成において、その作動を第11図及び第12図に示
すフローチャートに基づいて説明する。

〔正常動作時〕

車両走行開始時に、ステップ100でマイコン31は初期
化を行い、その後走行中は主，副車速センサ21,22から
信号を取り込み、ステップ101,102でそれぞれ車速デー
タ１（以下車速１という），車速データ２（以下車速２
という）を演算する。主，副車速センサ21,22が共に正
常であるので、走行中は車速1,2共に零でなく、ステッ
プ103,104を通過してステップ109で車速として車速１を
採用する。

主，副モータ61,62が共に正常であるのでステップ110
〜112を通過して、ステップ116で舵角比センサ20の出力
信号から舵角比を読出す。舵角比センサ20は、正常であ
るので、その値は使用範囲内となり、ステップ119で読
出した値を現在の舵角比として設定する。

次に第12図のステップ120において、第２図に示す特
性の車速−舵角比マップを用いて車速に対応する目標舵
角比を算出し、ステップ121で現在舵角比−目標舵角比
を演算して、位置誤差を算出し、ステップ122,123を通
過して、ステップ126で位置誤差に応じて主モータ61を
駆動する。この際、位置誤差が第10図（ｂ）で示す範囲
（斜線部）内に入るように主モータ61を動作させ、所望
の操舵比が得る。

こうして第13図（ａ）に示すような車速の変化に対し
て、舵角比Ｋは第13図（ｂ）の破線で示すように制御さ
れる。

なお、第10図（ｂ）において、舵角比の位置決め誤差
は、中立（舵角比零）付近では大きな値に（誤差＝一定
値ΔＫ）設定され、使用範囲の端部では徐々に小さな値
に設定されている。これは、舵角比の調整を速やかに行
うと、慣性により位置決め誤差が大きくなるが、中立付
近では誤差よりも応答性を重視しているためである。端
部では、機械的なストッパに当たったり、車両の最小回
転半径が変化したりするので、応答性よりも位置決め誤
差を重視する制御特性とする。

次に各種故障発生時の処理について説明する。舵角比
を確認できる故障と、確認できない故障との二つに大別
されるが、まず前者に含まれる各種について説明する。

〔車速センサ故障時〕

走行中に車速センサ21,22のいずれかに故障（例えば
コネクタ外れ，信号線の断線）が生じた時は、そのセン
サ信号により求めた車速１又は車速２の一方が零とな
り、他方が零ではないのでステップ103,105,106の流れ
あるいはステップ103,104,107の流れでステップ108に至
り、ステップ108で車速センサが故障と判定し、故障フ
ラグを立てる。なお、車速１が零の場合ステップ106で
車速２を車速とし、車速２が零の場合、ステップ107で
車速１を車速とする。つまり、故障の起きていない方の
センサから求めた車速を制御に用いる。

次に、ステップ112で故障フラグをみて、ステップ113
へ進み、ステップ113で記憶された最高車速と車速の比
較が行われ、車速＞最高車速の関係が成立するときは、
ステップ114でこの車速を最高車速としてデータを更新
し、ステップ115で最新の最高車速を車速として設定す
る。また、比較の結果、車速＞最高車速の関係が成立し
ないときは、ステップ115へ進み、記憶された最高車速
を車速として設定する。

こうして制御に用いる車速は、電源投入後、実際走行
した最高車速が設定され、この値を用いて以下正常時と
同様の舵角比制御が行われる。こうして、第13図（ａ）
に示す車側の変化に対して、第13図（ｂ）の実線に示す
舵角比に制御される。この結果、車両の車速変化に対し
車両が高速になるにつれて舵角比は同相方向のみ変化
し、逆相方向に変化することはなく、車両高速時の安全
性は確保される。また、故障後直ちに舵角比が同相最大
値になることもなく、車両の回転半径が過大となること
もなく、ハンドリングの悪化が防止される。

〔副モータ断線時〕

断線検出回路36により副モータ62の制御系に断線（又
はコネクタ外れ）が検出されると、マイコン31はステッ
プ110からステップ113へ進み、以下車速センサ故障時と
同様の制御を行う。

〔主モータ故障時〕

過電流検出回路34により主モータ61の過電流状態（過
負荷状態）が検出されるとマイコン31はステップ128か
らステップ130へ進み、主モータ61が故障と判定し、故
障フラグを立てる。同様に、ステップ126で主モータ61
を駆動したにもかかわらず、舵角比センサ20の出力信号
が変化しない場合、ステップ129で主モータ61が動作し
ないと判定し、ステップ130へ進む。

これにより、ステップ111からステップ113へ進み、車
速センサ故障時と同様の車速補正を行う。また、ステッ
プ123からステップ127へ進み、Ｄ端子からゲートG₂へ制
御信号を出力してトランジスタT₇,リレー35をオン／オ
フし、位置誤差に応じて副モータ62を駆動し、舵角比を
制御する。

こうしてこの場合も第13図（ｂ）に示すように舵角比
を制御できる。

次に舵角比を確認できない故障について説明する。

〔舵角比センサ故障時〕

舵角比センサ20の出力信号が第10図（ａ）に示す使用
範囲外の値となった時、第11図のステップ117からステ
ップ118へ進み、舵角比センサ20が故障と判定し、故障
フラグを立てる。そして、第12図のステップ122からス
テップ125へ進み、マイコン31は副モータ62を一定時間
オンして舵角比を同相側の適当な値に固定する。

〔マイコン故障時〕

マイコン31へ電源が供給されなかったり、その他の故
障でリセット状態が継続し続けたり、W/D信号に乱れが
生じると、ｂ端子あるいはｆ端子の出力信号が１レベル
となり、これはNORゲートG₁を介してフリップフロップF
/Fに入力され、ラッチされる。この故障情報は電源がオ
フになるまで保持される。

フリップフロップF/FのＱ出力は、１レベルとなり、O
RゲートG₂を介してトランジスタT₇をオンし、リレー36
をオンし、副モータ62を回転させて舵角比を同相方向に
調整する。この場合、同相最大値まで舵角比を変化させ
る。

フリップフロップF/FのＱ出力信号は、ANDゲートG₃を
オンし、クロックパルス信号を出力する。この信号は、
コンデンサC₁,C₂,ダイオードD₁,D₂で整流され、トラン
ジスタT₂をオンさせる。この結果、トランジスタT₁がオ
ンし、リレー33がオフし、主モータ電源が遮断され、主
モータ61の暴走が防止される。

なお、上記実施例ではバックアップ回路30Bをフリッ
プフロップ，ゲート等を用いたデジタル回路で構成した
が、アナログ回路でも構成できるし、別のマイコンでも
構成できる。

また、舵角比センサは、１個用いるよう構成したが、
バックアップ舵角比センサを追加し、舵角比センサ故障
時は、バックアップセンサの出力を用いるようにしても
よく、こうすれば舵角比センサ故障は舵角比を確認でき
る障害となる。

また、走行状態検出手段として車速センサを用いた
が、車両の横G,ヨーレート，荷重等他のセンサを用いる
こともできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、故障・障害が発
生しても車両高速時の安定性が確保でき、かつ良好なハ
ンドリングが得られるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
車速−舵角比特性を示すグラフ、第３図（ａ），（ｂ）
〜第６図（ａ），（ｂ）は、ギアボックスを示す断面
図、第７図は制御回路を示す電気回路図、第８図及び第
９図は作動説明に供するタイムチャート、第10図
（ａ），（ｂ）は作動説明に供するグラフ、第11図及び
第12図は作動説明に供するフローチャート、第13図は作
動説明に供するタイムチャート、第14図は本発明の構成
を示すブロック図である。 2,3……前輪、4,5……後輪,21,22……主，副車速セン
サ,30……制御回路,30A……主回路,30B……バックアッ
プ回路,61,62……主，副モータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小菅秀一愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者山口譲二愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (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 (72)発明者兵藤陽一愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭62−168762（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−85278（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】前輪と共に後輪を操舵し、前輪と後輪の舵
角比を制御するようにした車両の４輪操舵装置におい
て、後輪操舵を制御する制御系が故障したことを検出する故
障検出手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記走行状態検出手段の出力に応じで前記舵角比を同相
方向又は逆相方向に制御する第１の制御手段と、前記故障検出手段の出力により前記制御系が故障してい
ると判定した場合、前記走行状態検出手段の出力に応じ
て舵角比を同相方向への変化は許容し、逆相方向への変
化は禁止する第２の制御手段を備えることを特徴とする
車両の４輪操舵装置。
【請求項２】前輪と共に後輪を操舵し、前輪と後輪の舵
角比を制御するようにした車両の４輪操舵装置におい
て、車両の車速を検出する主車速センサ及び副車速センサ
と、前記舵角比を同相方向又は逆相方向に調整するための主
モータと、前記舵角比を同相方向のみに調整するための副モータ
と、前記主又は副車速センサ、主又は副モータの故障を検出
する故障検出手段と、前記主又は副車速センサの出力信号に応じて、前記主モ
ータを駆動し、かつ前記故障手段の出力により前記主又
は副車速センサの一方の故障と判断した場合、前記主又
は副車速センサの他方の出力に応じて前記主モータを駆
動し舵角比を同相方向のみに制御し、かつ前記故障検出
手段の出力により前記主モータの故障と判定した場合、
車両走行中における最高速度に応じて舵角比を設定し、
前記副モータを駆動して該設定した舵角比まで後輪の同
相方向の変化を許容するとともに、後輪の逆相方向の変
化を禁止する主制御手段と、前記主制御手段の動作を監視し、前記主制御手段の故障
時には前記副モータを駆動し、前記主モータの駆動を遮
断して舵角比を同相方向のみに制御するバックアップ制
御手段とを備えることを特徴とする車両の４輪操舵装
置。