JP2671990B2 - 車両の後輪操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、後輪を操舵する車両の後輪操舵装置に関す
るものである。

（従来の技術） 車両のなかには、いわゆる四輪操舵（4WS）と呼ばれ
るように、前輪と共に後輪をも転舵するようにしたもの
がある。

この四輪操舵においては、その後輪の操舵機構とし
て、前輪転舵機構と後輪転舵機構とを機械的に連結した
機械式と、実開昭62−25275号公報に見られるように、
後輪転舵機構に例えば電動モータ等の電磁式駆動手段を
連係させて、この駆動手段の駆動力で後輪を転舵するよ
うにした電気式とに大別される。そして、この電磁式の
ものにおいては、駆動手段の容量を極力小さくし得るよ
うに、駆動手段と後輪転舵機構との間に減速機構を介在
させることも提案されている（実開昭62−25277号公報
参照）。

上記電気式のものにあっては、後輪操舵が専ら電気的
に制御されるため、この制御系の故障等のフェイルセー
フに対しては十分に検討を加える必要がある。かかる観
点から、特開昭61−202977号公報に見られるように、後
輪転舵機構に、該後輪転舵機構を常時中立方向に付勢す
る中立保持手段を付設することが提案されている。この
提案は、制御系に何らかの故障が発生したときには、後
輪操舵の制御を中止して、上記中立保持手段により後輪
を強制的に中立位置に復帰させようとする考えに基づく
ものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、後輪転舵機構の駆動源となる駆動手段に
は、たとえ間に減速機構を介在させたとしても、後輪を
転舵させるのにかなり大きな負荷が加わることになり、
とりわけ後輪の転舵抵抗が大きくなる低速時に駆動手段
への負荷が大となる。したがって、駆動手段の耐久性と
いう点からは、駆動手段には必要以上の大きな負荷が加
わらなうようにすることが重要となる。

一方、駆動手段へ極めて大きな負荷が加わる状態とし
て、後輪が事実上転舵不能になってしまうときが考えら
れる。すなわち、後輪が側溝や深いわだちにはまり込ん
でしまった場合、駆動手段で後輪を転舵させるには事実
上不可能となる。したがって、このような場合に駆動手
段により後輪を無理に転舵させようとすると、駆動手段
が破損する大きな原因となる。

したがって、本発明の目的は、駆動手段に無理な負担
をかけることを防止して、この駆動手段の故障を未然に
防止し得るようにした車両の後輪操舵装置を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段、作用） 前述の目的を達成するため、本発明にあっては次のよ
うな構成としてある。すなわち、第８図にブロック図的
に示すように、 後輪を転舵させるための後輪転舵機構と、 前記後輪転舵機構に連係され、該後輪転舵機構を変位
させる駆動源としての駆動手段と、 後輪の実際の転舵角を検出する後輪転舵角検出手段
と、 あらかじめ定めた条件にしたがって後輪の目標転舵角
を決定する目標転舵角決定手段と、 前記後輪転舵角検出手段で検出される実際の後輪の転
舵角が前記目標転舵角となるように前記駆動手段を制御
する駆動制御手段と、 前記駆動制御手段による制御を行った際に、所定時間
以上経過したにも拘わらず後輪の実際の転舵角が目標転
舵角と一致しなかったときに、前記駆動手段の制御を中
断させる中断手段と、 車速検出手段と、 前記車速検出手段で検出される車速が低車速のときに
前記中断手段が作動されたときに、車速が高車速となっ
たときに該中断手段の作動を中止させて前記駆動制御手
段の制御を再開させる駆動制御復帰手段と、 を備えているような構成としてある。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、後輪が
側溝等にはまり込んで転舵させることが無可能な場合
は、駆動手段による駆動を中断させることによりこの駆
動手段に対して無理な負担を強いないようにし、もって
駆動手段の故障を未然に防止することができる。

また、車速が大きくなったことにより後輪が転舵不能
状態から脱出したことを確認して、通常の制御へ復帰さ
せることができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。

第１図において、1Rは右前輪、1Lは左前輪、2Rは右後
輪、2Lは左後輪であり、左右の前輪1R、1Lは前輪転舵機
構Ａにより連係され、また左右の後輪2R、2Lは後輪転舵
機構Ｂにより連係されている。

前輪転舵機構Ａは、実施例では、それぞれ左右一対の
ナックルアーム3R、3Lおよびタイロッド4R、4Lと、該左
右一対のタイロッド4R、4L同志を連結するリレーロッド
５とから構成らえている。この前輪転舵機構Ａにはステ
アリング機構Ｃが連係されており、ステアリング機構Ｃ
は、実施例ではラックアンドピニオン式とされて、その
構成要素であるピニオン６は、シャフト７を介してハン
ドル８に連結されている。これにより、ハンドル８を右
に切るような操作をしたときは、リレーロッド５が第１
図左方へ変位して、ナックルアーム3R、3Lがその回動中
心3R′、3L′を中心にして上記ハンドル８の操作変位量
つまりハンドル舵角に応じた分だけ同図時計方向に転舵
される。同様に、ハンドル８を左に切る操作をしたとき
は、この操作変位量に応じて、左右前輪1R、1Lが左へ転
舵されることとなる。

後輪転舵機構Ｂも、前輪転舵機構Ａと同様に、それぞ
れ左右一対のナックルアーム10R、10Lおよびタイロッド
11R、11Lと、該タイロッド11R、11L同志を連結するリレ
ーロッド12とを有し、このリレーロッド12には中立保持
手段13が付設されている。中立保持手段13は、第３図に
示すように、車体14に固定されたケーシング15を有し、
ケーシング15内には一対のばね受け16a、16bが遊嵌され
て、これらばね受け16a、16bの間に圧縮ばね17が配設さ
れている。上記リレーロッド12はケーシング15を貫通し
て延び、このリレーロッド12には一対の鍔部12a、12bが
間隔をおいて形成され、該鍔部12a、12bにより上記ばね
受け16a、16bを受止する構成とされて、リレーロッド12
は圧縮ばね17によって常時中立方向に付勢されている。
勿論圧縮ばね17はコーナリング時のサイドフォースに打
ち勝つだけのばね力を備えるものとされている。

上記後輪転舵機構Ｂは、後輪2R、2Lを転舵させる駆動
源としてのサーボモータ20に連係されている。より具体
的には、リレーロッド12とサーボモータ20との連係機構
中に、リレーロッド12側から順に、歯車列21a及びボー
ルねじ21bを含む減速機構21と、クラッチ22と、ブレー
キ機構23が介在されている。これにより、クラッチ22に
よって適宜サーボモータ20と後輪転舵機構Ｂとの連係を
機械的に切断し得る構成とされ、また上記ブレーキ機構
23によりサーボモータ20の出力軸を把持して該出力軸の
回転をロックさせ得るようにされている。

以上の構成により、クラッチ22が接続状態にあるとき
には、サーボモータ20の正回転あるいは逆回転により、
リレーロッド12が第１図中左方あるいは右方へ変位し
て、ナックルアーム10R、10Lがその回動中心10R′、10
L′を中心にして上記サーボモータ20の回転量に応じた
分だけ同図時計方向あるいは反時計方向に転舵されるこ
ととなる。他方、上記クラッチ22が切断された状態にあ
るときには、上記中立保持手段13によって後輪2R、2Lは
強制的に中立位置に復帰され、この中立位置で保持され
ることとなる。つまり、クラッチ22が断たれたときに
は、前輪1R、1Lのみが転舵される、いわゆる2WSの車両
ということになる。

後輪操舵の制御は、ここでは車速感応とされて、車速
に応じた転舵比の変更の一例としては第３図に示すよう
な場合がある。この第３図に示す制御特性を付与したと
きには、ハンドル舵角に対する後輪転舵角は、車速が大
きくなるに従って同位相方向へ変化することとなる。こ
の様子を第４図に示してある。このような制御をなすべ
く、コントロールユニットＵには、基本的には、ハンド
ル舵角センサ30、車速センサ31、並びに上記サーボモー
タ20の回転位置を検出するエンコーダ32からの信号が入
力され、コントロールユニットＵではハンドル舵角と車
速とに基づいて目標後輪舵角を演算し、必要とする後輪
操舵量に対応する制御信号がサーボモータ20に出力され
る。そして、サーボモータ20の作動が適正になされてい
るか否かをエンコーダ32によって常時監視しつつ、つま
りフィードバック制御の下で後輪の2R、2Lの転舵がなさ
れるようになっている。

上記基本的制御は、フェイルセーフのために、その制
御系が２重構成とされている。つまり上記ハンドル舵角
センサ30に対して前輪舵角センサ34が付加され、車速セ
ンサ31に対して第２の車速センサ35が付加され、エンコ
ーダ32に対して、クラッチ22よりもリレーロッド12側の
部材の機械的変位を検出する後輪舵角センサ36が付加さ
れて、これらセンサ30〜36において、対応するセンサの
両者が同一の値を検出したときのみ後輪操舵を行なうよ
うにされている。すなわち、上記センサ30〜36におい
て、例えば第１の車速センサ31で検出した車速と第２の
車速センサ35で検出した車速とが異なるときには、故障
発生ということで後述するフェイルモード時の制御によ
って後輪2R、2Lを中立状態に保持するようになってい
る。

また、各種の故障検出のために、コントロールユニッ
トＵには、スイッチ37〜40からのオン・オフ信号が入力
され、またオルタネータのＬ端子41からは発電の有無を
表す信号が入力される。ここで上記スイッチ37はニュー
トラルクラッチスイッチ、スイッチ38はインヒビタ−ス
イッチ、スイッチ39はブレーキスイッチ、スイッチ40は
エンジンスイッチである。ここで、ニュートラルスイッ
チ37は、手動変速機を備えた車両において、手動変速機
のシフト位置がニュートラルあるいはクラッチペダルを
踏み込んだときにオフ信号が出力され、それ以外はオン
信号が出力されるようになっている。インヒビタ−スイ
ッチ38は、自動変速機を備えた車両において、そのレン
ジがニュートラル（Ｎ）あるいはパーキング（Ｐ）にあ
るときには、オン信号が出力され、走行レンジにあると
きにはオフ信号が出力されるようになっている。ブレー
キスイッチ39はブレーキペダルを踏み込んだときにオン
信号が出力され、エンジンスイッチ40はエンジンが運転
状態にあるときオン信号が出力されるようになってい
る。

上記制御系をブロック図で示せば、第５図のようにな
る。すなわち、マイクロプロセッサ50はＩとIIの２重構
造とされ、このマイクロプロセッサ50には、車速センサ
31、35及びスイッチ37〜40並びにオルタネータのＬ端子
41からの信号がバッファ51を介して入力され、またセン
サ30、34、36からの信号がA/D変換器52を介して入力さ
れ、エンコーダ32からの信号がインターフェース53を介
して入力される。他方マイクロプロセッサ50において生
成された信号は、駆動回路54を介してサーボモータ29に
送出され、またブレーキ駆動回路55を介してモータブレ
ーキ23に送出され、あれいはクラッチ駆動回路56を介し
てクラッチ22に送出される。この後輪操舵の制御は、オ
ルタネータのＬ端子41からの信号がハイ（Hi）となった
ことを条件に開始されるようになっている。尚、同図中
符号57はバッテリー、58はイグニッションキースイッ
チ、59はリレーで、４輪操舵の制御系に何らかの故障が
発生したときには、リレー駆動回路60の作動によってコ
イル61への通電が停止され、この結果リレー59のＢ接点
が閉成されて警告ランプ62の点灯がなされる。

次に故障とその処置について説明すると、ここでは、
故障の発生箇所に対応した処置を施すこととされ、処置
の態様としては以下の２つの態様がある。

処置態様Ａ（第１フェイルモード時の制御） 後輪2R、2Lの制御及びその位置判定が依然として可能
な場合の態様である。すなわち、モータ20によって中立
に復帰させることが可能なときには、このモータ20によ
って中立復帰を行うようになっている。具体的には、本
処置の内容は、次のようになっている 警告ランプ62の点灯の後に、 サーボモータ20の駆動により後輪2R、2Lは中立位置に
戻され その後モータブレーキ23の締結がなされる。

処置態様Ｂ（第２フェイルモード時の制御） 後輪2R、2Lの制御及びその位置判定が不能となった場
合の態様である。本処置の内容は、次の通りである。

警告ランプ62の点灯の後に、 クラッチ22をオフにして、サーボモータ20と後輪転舵
機構Ｂとの連係が切断され、 中立保持手段13のばね力によって後輪2R、2Lが中立位
置に復帰するのを待った後に、 クラッチ22の接続がなされる。

尚、好ましくは、クラッチ22を切断した後にモータブ
レーキ23の締結がなされるようになっている。これによ
り、とりあえずモータ20の暴走に伴なう後輪2R、2Lの転
舵が物理的に禁止されることとなる。そして、その後モ
ータ20に対する電源の供給が遮断される。

さて次に、制御ユニットＵの制御内容のうち本発明に
関連した部分の概略について説明する。

制御ユニットＵは、後輪転舵の制御に際しては、前輪
転舵角に基づいて、第４図（第５図）に示す転舵比特性
を実現すべく、後輪2R、2Lの実際の転舵角θＲが目標転
舵角θｒとなるように、モータ20が駆動される（フィー
ドバック制御）。

上記モータ20の駆動を制御した際、所定時間（例えば
３秒）経過したにも拘らず、上記θｒとθＲとが一致し
ない場合は、後輪2R、2Lが側溝や深いわだちにはまり込
んでいるため後輪2R、2Lが転舵不能になっているときで
あるとして、モータ20への電源供給がカットされる（後
輪転舵の制御中断）。なお、この後輪転舵を中断する場
合は、好ましくはクラッチ20を切断して、中立保持手段
13により後輪2R、2Lが中立位置へいつでも復帰し得るよ
うにしておくとよい。

上述した制御の詳細について、第７図に示すフローチ
ャートを参照しつつ詳述する。なお、この第７図では、
後輪2R、2L転舵が不可能になる場合として、後輪3R、3L
が側溝やわだちにはまり込んだ場合と、後輪2R、2Lのタ
イヤハウスに雪や泥が多量に付着して転舵不能になった
場合と、を考慮してある。そして、前者にあっては、車
速が小さいことを条件としてモータ20の駆動を中断させ
ると共に、車速が大きくなった時点で再びモータ20の駆
動制御を再開させるようにしてある。また、上記後者に
あっては、車速が大きいことを条件としてモータ20の駆
動制御を中断すると共に、車速が小さくなったときにモ
ータ20の駆動制御を再開させるようにしてある。

以上のことを前提として、第７図のＱ（ステップ−以
下同じ）１においてシステムイニシャライズされた後、
Q2においてセンサ類からの信号入力がなされる。

Q3においては、後輪の目標θｒが決定されるが、この
θｒは、Q2で入力された前輪転舵角を第４図（第５図）
の転舵比特性にあてはめることにより決定される。な
お、実施例では、この前輪転舵角としてセンサ30と34と
の２つが存在するが、安全正の上でより好ましくなるよ
うに、該両センサ30、34のうち小さい方の値（前輪転舵
角が小となる方の値）を選択して、θｒを決定するよう
にしてある。

Q4においては、目標転舵角θｒが変化したか否か、す
なわち後輪2R、2Lを現在の状態から実際に転舵させなけ
ればならない状態であるか否かが判別される。このQ4の
判別でNOのときは、後輪2R、2Lを現在の状態から転舵さ
せる必要のないときなので、そのままQ2へリターンされ
る。

上記Q4の判別でYESのときは、Q5において、目標転舵
角θｒとなるようにモータ20が駆動される。この後、Q6
において、目標転舵角θｒが、後輪2R、2Lの実際の転舵
角を示すエンコーダ32の出力ENと一致したか否かが判別
される。なお、実施例では、後輪2R、2Lの実際の転舵角
の検出のために、上記エンコーダ32の他にセンサ36を備
えているが、エンコーダ32の分解能の方が高いため、Q6
の判別ではエンコーダ32の出力ENを用いるようにしてあ
る。勿論、このエンコーダ32が故障している場合は、セ
ンサ36の出力をQ6の判別に用いることもできる。そし
て、Q6の判別でYESのときは、Q2にリターンされる。

上記Q6の判別でNOのときは、Q7において、モータ20を
駆動し始めてから所定時間経過したか否かが判別され
る。このQ7の判別でNOのときは、制御の応答遅れによる
θｒとENとの不一致が考えられるので、Q6にリターンさ
れる。

上記Q7の判別でYESのときは、θｒとENとを一致させ
ることが困難な状況下にあるときである。この場合は、
Q8に移行して、先ずモータ20およびエンコーダ32が正常
であるか否かが判別される。このQ8の判別でYESのとき
は、モータ20の駆動制御を中断させるときである。この
場合は、先ず、Q9において、車速が小さいか否か（例え
ば15Km/h以下であるか否か）が判別される。このQ9の判
別でYESのときは、後輪2R、2Lが側溝や深いわだちには
まり込んだものと考えられる。このときは、Q10におい
て、クラッチ22を切断した後（中立保持手段13により中
立位置復帰が可能な状態に待機）、Q11においてモータ2
0への電源カットがなされる。そして、Q12において車速
が大きくなるのを持って、再びQ2以降の制御が開始され
る。

一方、前記Q9の判別でNOのときは、車速が大きくても
後輪2R、2Lの転舵が不可能なときであり、この場合は後
輪2R、2Lのホイールハウス内に雪や泥が多量に付着して
いるときであると考えられる。このときもQ13でクラッ
チ22を切断した後、Q14でモータ20への電源をカットす
る。そして、車速が小さくなったときに、再びQ2へ戻さ
れる。前記Q8の判別でYESのときは、モータ20、エンコ
ーダ32の少なくとも一方が故障しているときである。こ
の場合は、後輪2R、2Lを正常に転舵制御することが不可
能であるとして、フェイルセーフのための処理がなされ
る（前述した処理態様Ｂの制御）。すなわち警告ランプ
62を点灯させ（Q16）、クラッチ22を切断し（Q17）、ブ
レーキ23を締結し（Q18）、モータ20の電源をカットし
（Q19）、所定時間経過するのを待って（Q20）、再びク
ラッチ22を接続する（Q21）を接続する。

以上実施例について説明したが、後輪転舵機構Ｂの駆
動源としての駆動手段は、電磁式の油圧アクチュエータ
等適宜のものを採択し得る。この場合、制御手段として
は、油圧式のアクチュエータに対する油圧の給排を行な
う切換弁を利用すればよい。すなわち、油圧式アクチュ
エータから圧油の給排が全くなされない状態に切換弁保
持することにより、当該油圧式アクチュエータがロック
される。

【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系統図。 第２図は後輪転舵機構の構成図。 第３図は中立保持手段の拡大断面図。 第４図は後輪操舵の一例である車速感応タイプの制御特
性図。 第５図は車速に応じた後輪舵角変化を示す特性図。 第６図は実施例に係る制御系のブロック図。 第７図は本発明の制御例を示すフローチャート。 第８図は本発明の構成をブロック図的に示す図。 1:前輪 2:後輪 20:サーボモータ（駆動手段） 32:センサ（後輪転舵角検出用） U:コントロールユニット B:後輪転舵機構

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】後輪を転舵させるための後輪転舵機構と、 前記後輪転舵機構に連係され、該後輪転舵機構を変位さ
   せる駆動源としての駆動手段と、 後輪の実際の転舵角を検出する後輪転舵角検出手段と、 あらかじめ定めた条件にしたがって後輪の目標転舵角を
   決定する目標転舵角決定手段と、 前記後輪転舵角検出手段で検出される実際の後輪の転舵
   角が前記目標転舵角となるように前記駆動手段を制御す
   る駆動制御手段と、 前記駆動制御手段による制御を行った際に、所定時間以
   上経過したにも拘わらず後輪の実際の転舵角が目標転舵
   角と一致しなかったときに、前記駆動手段の制御を中断
   させる中断手段と、 車速検出手段と、 前記車速検出手段で検出される車速が低車速のときに前
   記中断手段が作動されたときに、車速が高車速となった
   ときに該中断手段の作動を中止させて前記駆動制御手段
   の制御を再開させる駆動制御復帰手段と、 を備えていることを特徴とする車両の後輪操舵装置。