JP2679799B2 - 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、この電気式の
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前輪転舵角と後輪転舵角
との関係を示す所定の転舵特性となるように駆動手段と
しての電動モータの作動が制御されることになる。そし
て、上記所定の転舵特性としては、一般に車速感応式の
ものとハンドル舵角応動式のものとが良く知られてい
る。

ところで、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、電気式に後輪を制御する場合、その前提と
して、前輪の転舵角を検出する必要がある。この前輪転
舵角の検出は、一般には、ハンドル舵角を検出すること
により行なっている。

しかしながら、この前輪転舵角の検出に異常が生じる
と、後輪の制御に異常を生じて好ましくないものとな
り、こて点において何等かの対策が望まれることにな
る。すなわち、転舵比特性が車速感応式である場合を考
えると、前輪転舵角が大きくなれば後輪の転舵角が大き
くなるような特性を有し、したがって前輪転舵角検出手
段が前輪の実際の転舵角よりもかなり大きな値として検
出してしまうようなときには、必要以上に後輪が転舵さ
れて好ましくないものとなる。また、転舵比特性がハン
ドル舵角応動式のものである場合を考える。この場合
は、ハンドル舵角が大きくなるほど後輪がより逆位相側
へと転舵、すなわち車両が不安定となる方向へ後輪が転
舵される。したがって、実際の前輪転舵角よりもかなり
大きい値として前輪転舵角を提出してしまった場合は、
車両が不安定となるような方向に後輪が必要以上に転舵
されてしまうことになる。

したがって、本発明の目的は、後輪転舵を電気的に制
御するようにしたものを前提として、前輪転舵角の検出
誤りに基づく後輪の好ましくない転舵を防止し得るよう
にした車両の後輪操舵装置を提供することを目的とす
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、 前輪を転舵させるための前輪転舵機構と、 前記前輪転舵機構に連係され、ハンドルを備えたステ
アリング機構と、 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
させる駆動系としての駆動手段と、 前記前輪転舵機構の機械的変位を検出する第１前輪転
舵角検出手段と、 前記ステアリング機構の機械的変位を検出する第２前
輪転舵角検出手段と、 前記第１前輪転舵角検出手段での検出値と前記第２前
輪転舵角検出手段での検出値との偏差が所定の許容範囲
内の大きさであるか否かを判別する判別手段と、 前記第１、第２の２つの前輪転舵角検出手段により検
出された２つの前輪転舵角のうち、小さい方の前輪転舵
角を選択する前輪転舵角選択手段と、 前記前輪転舵角選択手段により選択された前輪転舵角
に基づいて目標後輪転舵角を決定する目標後輪転舵角決
定手段と、 前記判別手段によって前記所定の許容範囲内の大きさ
であると判別されたときに、後輪が前記目標後輪転舵角
となるように前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、 前記判別手段によって前記所定の許容範囲を越える大
きさであると判別されたときに、前記駆動制御手段によ
る駆動制御を中止させる中止手段と、 を備えた構成としてある。

このように、本発明にあっては、前輪転舵角の検出を
２系統に設けて、検出された２つの前輪転舵角のうち小
さい方の前輪転舵角に基づいて後輪転舵、すなわち安全
確保上好ましい方向に後輪の転舵が制御されることにな
る。

ここで、前輪転舵機構とステアリング機構との間に
は、途中にラックアンドピニオン式やボールナット式な
どのハンドル操作力の方向変換機構が介在されたり、パ
ワーステアリング機構などが介在されている関係上、そ
の機械的変位は遊びの関係上微妙に異なるものとなり、
またこれ等の部分での故障が他の部分の故障に比して生
じ易いものとなる。したがって、前輪転舵機構とステア
リング機構との両方の機械的変位を検出するものとして
おくことにより、例えばステアリング機構のみに第１、
第２の２つの前輪転舵角検出手段を設けておく場合に比
して有利となる。

さらに、一般には、前輪転舵機構部分で検出した前輪
転舵角の方がステアリング機構部分で検出した前輪転舵
角よりも小さく現れるものであり、よって後輪の転舵制
御を前輪の転舵と同時に行なうことができる。すなわ
ち、ステアリング側で制御すると、遊び分で前輪が転舵
されていないにもかかわらず、後輪には制御信号が送ら
れる為、前輪より先に後輪が転舵される可能性がある
が、本発明ではこういう好ましくない形態を同時に防止
できる。

勿論、２つの検出手段での検出値の偏差が所定の許容
範囲を越えるような大きさとなったときは、後輪操舵の
制御を中止するようにしてあるので、より一層フェイル
セーフの観点から好ましいものとなる。

（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とから構成されている。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に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はインヒビタース
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。インヒビタースイ
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との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、ある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。

次に故障とその処理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、次に第７図を参照しつつ、本発明の制御例につ
いて説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示
す。

先ず、Q1においてシステムのイニシャライズがなされ
た後、Q2において各センサあるいはスイッチからの信号
が入力される。このとき、ステアリングシャフト７に付
設されたセンサ30の出力（前輪転舵角）がθＨとして、
またリレーロッド５に付設されたセンサ34からの出力
（前輪転舵角）がθＡとして読込まれる。

Q2の後Q3において、上記θＨとθＡとの差分が、許容
範囲となる設定値αよりも小さいか否かが判別される。
このQ7の判別でYESのときは、Q4において、θＡがθＨ
以下であるか否かが判別される。このQ4の判別でYESの
とき、すなわちθＡがθＨ以下のときは、Q5においてこ
のθＡが後輪制御用の前輪転舵角θＦとして設定され
る、逆に、Q4の判別でNOのときは、Q6においてθＨが後
輪制御用の前輪転舵角θＦとして設定される。

Q5あるいはQ6の後は、Q7において、第４図（第５図）
に示す転舵比特性に照して、前輪転舵角θＦに対応する
目標後輪転舵角θｒが決定される。この後は、Q8におい
て、後輪2R2Lがこの目標後輪転舵角θｒとなるようにモ
ータ20がフィードバック制御される。

前記Q3の判別でNOのときには、Q9に移行して、後輪2
R、2Lを中立位置に保持したままの2WSとする（後輪操舵
の禁止で例えばクラッチ20の切断）。なお、このQ9の処
理は、θＨとθＡとが共に所定の設定範囲（上限値ある
いは下限値）を越える大きさの出力を示すときに行なう
ようにしてもよい。なお、θＨとθＲとのいずれか一方
にのみが上記設定範囲を越えたときは、他方の出力を用
いて後輪操舵を行なうようにしてもよく、あるいはこの
場合も後輪転舵を禁止するようにしてもよい。

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、制動手段として
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を
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。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、前
輪転舵角に応じた後輪転舵角がより安全性の高い方向に
設定されることとなり、安全対策上好ましいものとな
る。

前輪操舵系統の遊びを吸収して、前輪が転舵されない
にも拘らず後輪が転舵されてしまうような事態を確実に
防止し得る。

勿論、２つの検出値の偏差が所定の許容範囲以上の大
きさとなったときは、異常発生ということで後輪転舵制
御を中止させるので、フェイルセーフの観点からより一
層好ましいものとなる。

【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） 30:センサ（前輪転舵角検出用） 34:センサ（前輪転舵角検出用） U:コントロールユニット B:後輪転舵機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 137:00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前輪を転舵させるための前輪転舵機構と、 前記前輪転舵機構に連係され、ハンドルを備えたステア
   リング機構と、 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
   せる駆動系としての駆動手段と、 前記前輪転舵機構の機械的変位を検出する第１前輪転舵
   角検出手段と、 前記ステアリング機構の機械的変位を検出する第２前輪
   転舵角検出手段と、 前記第１前輪転舵角検出手段での検出値と前記第２前輪
   転舵角検出手段での検出値との偏差が所定の許容範囲内
   の大きさであるか否かを判別する判別手段と、 前記第１、第２の２つの前輪転舵角検出手段により検出
   された２つの前輪転舵角のうち、小さい方の前輪転舵角
   を選択する前輪転舵角選択手段と、 前記前輪転舵角選択手段により選択された前輪転舵角に
   基づいて目標後輪転舵角を決定する目標後輪転舵角決定
   手段と、 前記判別手段によって前記所定の許容範囲内の大きさで
   あると判別されたときに、後輪が前記目標後輪転舵角と
   なるように前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、 前記判別手段によって前記所定の許容範囲を越える大き
   さであると判別されたときに、前記駆動制御手段による
   駆動制御を中止させる中止手段と、 を備えていることを特徴とする車両の後輪操舵装置。