JP2765720B2 - 車両の後輪操舵とパワーステアリングの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ステアリングホイールの操作に応じ、車速
に対応して予め設定された後輪転舵特性に基づいて後輪
を転舵する後輪転舵機構と、車速に対応してアシスト力
が変化するパワーステアリング機構とを備えた車両の後
輪操舵とパワーステアリングの制御装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、例えば特開昭60−193771号公報に示されるよう
に、ステアリングホイールのハンドル操作に応じて後輪
を前輪とともに転舵させ、かつ前輪に対する後輪の転舵
比を予め設定された後輪転舵特性に基づいて変化させる
ように構成された後輪転舵機構が知られている。上記後
輪転舵特性は、通常、低車速時に後輪を前輪と逆位相方
向に転舵して車両の回頭性を向上させ、高車速時に後輪
を前輪と同位相方向に転舵して車両の走行安定性を向上
させるように設定されている。

また、前輪を転舵するステアリング装置の操舵力を補
助するパワーステアリング機構を設けるとともに、この
パワーステアリング機構のアシスト力を車速に応じて変
化させるように構成することにより車両の運転状態に対
応させて操舵安定性および操舵応答性を向上させること
が行なわれている（特開昭55−55059号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記後輪操舵機構は、車両の走行状態に重大な影響を
与える後輪の転舵制御を実行するものであるため、車速
に対応した迅速かつ緻密な制御を行なう制御ユニットを
設けることが要求される。これに対して、上記パワース
テアリング機構は、ステアリング装置の操作力を補助す
るにすぎないため、それほど緻密な制御を要求されな
い。したがって従来は、後輪操舵機構を制御する制御ユ
ニットと、パワーステアリング機構を制御する制御ユニ
ットとが別々に設けられ、それぞれの処理能力に応じた
制御を実行するように構成され、かつ、それぞれの制御
ユニットに車速信号を出力する車速検出手段も別個に設
けられていたため、制御装置の全体構成が複雑であると
いう問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
であり、簡単な構成で後輪転舵機構およびパワーステア
リング機構をそれぞれ適正に制御することができる車両
の後輪転舵とパワーステアリングの制御装置を提供する
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、車速に応じて後輪の転舵量を変更するよう
に制御する第１アクチュエータを備えた後輪転舵機構
と、車速に応じてアシスト力を変化させるように制御す
る第２アクチュエータを備えた前輪用のパワーステアリ
ング機構とを有する車両において、車速を検出する車速
検出手段の検出信号がそれぞれ入力される第１制御手段
および第２制御手段を制御ユニット内に配設し、上記第
１制御手段より、上記車速検出手段の検出信号に基づい
て第１アクチュエータを制御し、かつ上記第２制御手段
より、第１制御手段の異常の有無を判定してこの異常発
生時に第１アクチュエータの制御を停止させるととも
に、上記車速検出手段の検出信号に基づいて第２アクチ
ュエータを制御するように構成したものである。

〔作用〕

上記構成の本発明によれば、同一の車速検出手段から
の出力信号に応じ、単一の制御ユニットによって後輪転
舵機構およびパワーステアリング機構の両方がそれぞれ
車速に対応して適正に制御されることになる。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る車両の後輪操舵とパワーステ
アリングの制御装置の実施例を示している。上記車両
は、ステアリングホイール１のハンドル操作に応じて前
輪2L,2Rを転舵するステアリング装置３と、上記前輪2L,
2Rの転舵に応じて後輪4L,4Rを転舵する後輪転舵機構５
と、上記ステアリング装置３の操舵力を補助するパワー
ステアリング機構６とを備えている。

上記ステアリング装置３は、車幅方向に伸びるラック
軸７と、このラック軸７の両端部にそれぞれ連結された
左右一対のタイロッド８およびナックルアーム９と、先
端部にラック軸７の歯と噛合するピニオン10が設けられ
たステアリングシャフト11とを備えている。そして上記
ステアリングホイール１によりステアリングシャフト11
が回転駆動されることにより、ラック軸７が左右にスラ
イド変位して上記ナックルアーム９に連結された前輪2
L,2Rが左右に転舵されるようになっている。

上記後輪転舵機構５は、車両の運転状態を検出する後
輪舵角センサ12、ホイール舵角センサ13、前輪舵角セン
サ14および車速センサ15,16と、制御ユニット17の主要
部を構成する８ビットのマイクロプロセッサ18からなる
第１制御手段と、制御ユニット17の補助部を構成する４
ビットのバックアップ回路19からなる第２制御手段と、
制御ユニット17から出力される制御信号に応じて後輪4
R,4Lを転舵する後輪転舵部20とを備えている。この後輪
転舵部20は、両端部が後輪4R,4Lにタイロッド21および
ナックルアーム22を介して連結された後輪操作ロッド23
と、この後輪操作ロッド23を車幅方向にスライド変位さ
せる駆動源となるサーボモータ24からなる第１アクチュ
エータと、このサーボモータ24の駆動力を上記後輪操作
ロッド23に伝達する減速機構25とを備えている。

上記サーボモータ24は、ステッピングモータからな
り、第２図に示すように、その出力軸が歯車列26とボー
ルねじ27とからなる減速機構25を介して後輪操作ロッド
23に連結されている。そして、上記サーボモータ24が制
御ユニット17から出力される制御信号に応じて回転する
ことにより、後輪4L,4Rの転舵を行なうようになってい
る。この後輪4L,4Rの転舵量は、上記減速機構25の作動
量を検出する後輪舵角センサ12と、サーボモータ24の回
転角を検出するロータリエンコーダ28とから出力される
検出信号に基づいて演算され、これによって後述するよ
うに後輪転舵部20の作動状態がフィードバック制御され
る。また、上記サーボモータ24と減速機構25との間には
ブレーキ29が設けられ、後輪4L,4Rを一定舵角状態に保
持する際に上記制御ユニット17から出力される制御信号
に応じてこのブレーキ29を作動させることにより、サー
ボモータ24の駆動力が減速機構25に伝達されるのを阻止
するように構成されている。

また、上記サーボモータ24と減速機構25との間にはク
ラッチ30が設けられ、かつ後輪操作ロッド23には、上記
クラッチ30が離脱状態となった際に、後輪4L,4Rを中立
位置に復帰させる中立位置復帰手段31が設けられてい
る。この中立位置復帰手段31は、所定間隔を置いて後輪
操作ロッド23にセットボルト等により固着された一対の
ホルダー32,32と、このホルダー32,32間に設置されたセ
ンタリングスプリング33と、このセンタリングスプリン
グ33の両端部に配設されたリテーナ34,34と、車体に固
定された一対のストッパ35,35とを備え、前輪2L,2Rが中
立位置にある場合には左右のリテーナ34,34がそれぞれ
ストッパ35,35に当接した状態に保持されるようになっ
ている。そして後輪操作ロッド23が左右いずれかの一方
にスライド変位すると、これに応じて他方のリテーナ34
がストッパ35から離間してセンタリングスプリング33が
圧縮されるため、その反作用により後輪操作ロッド23が
中立位置に付勢されるように構成されている。

上記制御ユニット17は、現在の車速と、予め設定され
た後輪転舵特性とに基づいて前輪2L,2Rに対する後輪4L,
4Rの転舵比を読出し、これに応じた制御信号を上記サー
ボモータ24に出力して後輪転舵制御を実行するものであ
る。すなわち、上記制御ユニット17は、ステアリングホ
イール１の操作量を検出するホイール舵角センサ13およ
び前輪2L,2Rの回転速度を検出する車速センサ15から出
力される検出信号に応じ、前輪2L,2Rの転舵角と、現在
の車速とを検出し、これらの値と上記後輪転舵特性とに
基づいて後輪4L,4Rの目標転舵角を読出し、この目標転
舵角に対応した制御信号をサーボモータ24に出力すると
ともに、このサーボモータ24の作動状態を上記ロータリ
エンコーダ28から出力される検出信号に応じて常時監視
し、後輪4L,4Rの転舵状態をフィードバック制御するよ
うに構成されている。

上記後輪転舵特性は、第３図に示すように、低車速時
に後輪4L,4Rを前輪2L,2Rと逆位相方向に転舵させて車両
の回頭性を高めるようにするため、転舵比が負の値に設
定され、車速が所定値となった時点で、転舵比が０とな
り、前輪2L,2Rの舵角に関係なく後輪4L,4Rが中立位置に
保持されるようになっている。また、高車速時には、後
輪4L,4Rを前輪2L,2Rと同位相方向に転舵させて車両の走
行安定性を向上させるようにするため、転舵比が正の値
に設定されている。

上記後輪転舵制御を実行するために車両の運転状態を
検出する各種の検出手段は、フェイルセーフのために二
重構造となっている。すなわち、第１図に示すように、
上記ホイール舵角センサ13に対してはラック軸７の変位
量に応じて前輪2L,2Rの転舵角を検出する前輪舵角セン
サ14が付加され、上記車速センサ15に対しては推力軸の
回転速度に応じて車速を検出する車速センサ16が付加さ
れ、上記ロータリエンコーダ28に対しては減速機構26の
作動量に応じて後輪4L,4Rの転舵角を検出する後輪舵角
センサ12が付加されている。そして、例えばホイール舵
角センサ13の検出信号に応じて検出された前輪2L,2Rの
転舵角と、前輪舵角センサ14の検出信号に応じて検出さ
れた前輪2L,2Rの転舵角が大きく相違する場合には、検
出手段に故障が発生したと判定して上記中立位置復帰手
段31により、後輪4L、4Rを中立位置に復帰させる等のフ
ェイルセーフモード時の制御を実行するようになってい
る。

また、上記制御ユニット17には、手動変換機を有する
車両においてシフトレバーがニュートラル位置に操作さ
れ、あるいはクラッチペダルが踏み込まれたことを検出
するニュートラルスイッチ37と、自動変速機を備えた車
両においてそのレンジ位置がニュートラルあるいはパー
キング位置にあることを検出するインヒビタースイッチ
38と、ブレーキペタルが踏込まれたことを検出するブレ
ーキスイッチ39と、エンジンが運転状態にあることを検
出するエンジンスイッチ40と、オルタネータの発電の有
無を表示するＬ端子41とからそれぞれ出力される信号が
入力される。すなわち、第４図に示すように、上記車速
センサ15,16、各スイッチ36〜40およびＬ端子41からの
出力信号がバッファ42を介して制御ユニット17のマイク
ロプロセッサ18に入力され、かつホイール舵角センサ1
3、前輪角センサ14および後輪舵角センサ15からの出力
信号がバッファ42およびA/D変換器43を介して上記マイ
クロプロセッサ18に入力され、さらにロータリエンコー
ダ28からの信号がインタフェース44を介して上記マイク
ロプロセッサ18に入力されるようになっている。

そして、オルタネータのＬ端子41からの出力信号に応
じて制御ユニット17による制御動作が開始され、マイク
ロプロセッサ18において生成された制御信号が、モータ
制御回路45を介してサーボモータ24に伝達され、またブ
レーキ駆動回路46を介してブレーキ29に伝達され、ある
いはクラッチ駆動回路47を介してクラッチ30に伝達され
る。

上記各検出手段の検出値に応じて制御装置の各部に異
常が生じたことがマイクロプロセッサ18において判別さ
れると、このマイクロプロセッサ18から出力される制御
信号に応じて、リレー駆動回路48が作動してコイル49へ
の通電が停止されるとともにクラッチ駆動回路47によっ
てクラッチ30が離脱状態とされる。この結果、リレー50
の接点が切替えられてバッテリー51からモータ駆動回路
45への給電が停止されるとともに、警告ランプ52が点灯
され、かつ中立位置復帰手段31によって後輪4L,4Rを中
立位置に復帰させる等の制御が実行される。なお、上記
サーボモータ24の駆動制御に支障のない異常が生じた場
合には、マイクロプロセッサ18から出力される制御信号
に応じ、トランジスタ53にベース電流が流れて警告ラン
プ52が点灯されるとともに、サーボモータ24が駆動され
て後輪4L,4Rを中立位置に復帰させる等の制御が実行さ
れる。

また、上記制御ユニット17には、マイクロプロセッサ
18自体に異常が生じたことを検出し、異常が生じたこと
が確認された場合にその制御動作を停止させるバックア
ップ回路19が、上記マイクロプロセッサ18とは独立して
設けられている。すなわち、上記バックアップ回路19に
は、後輪舵角センサ12、ホイール舵角センサ13、前輪舵
角センサ14および車速センサ15,16からの信号がバッフ
ァ42等を介して入力され、これらの信号に基づいて後輪
転舵機構５が車両の走行状態に応じて適正に作動してい
るか否かの監視をマイクロプロセッサ18とは別個に行な
い、後輪転舵制御が正常に行なわれていないとの判定が
なされた場合に、警告ランプ52を点灯させるとともに、
クラッチ30を非締結状態とする制御信号がバックアップ
回路19から出力され、これによって後輪4L,4Rを中立位
置に復帰させる非正常時の後輪転舵制御が実行されるよ
うになっている。

さらに、上記バックアップ回路19は、マイクロプロセ
ッサ18にハイもしくはロー信号を出力するとともに、こ
れに対応したマイクロプロセッサ18の出力信号が入力さ
れ、これによってマイクロプロセッサ18の暴走判定を行
ない、マイクロプロセッサ18が異常であるとの判定がな
されると、マイクロプロセッサ18による後輪転舵制御を
リセットする制御信号を後輪転舵部20に出力するように
構成されている。

また、上記バックアップ回路19は、車速に応じてパワ
ーステアリング機構６のアシスト力を制御するアシスト
力制御手段としての機能を有し、車両の運転状態に応じ
て上記パワーステアリング機構６のコントロールバルブ
54からなる第２アクチュエータを駆動するバルブ駆動回
路55に制御信号を出力するように構成されている。

上記パワーステアリング機構６は、第５図に示すよう
に、ステアリング装置３のラック軸７上に付設されたシ
リンダ装置56を有し、そのシリンダ57が車体に固定され
るとともに、このシリンダ57の内部を区画するピストン
58がラック軸７と一体に設けられている。上記シリンダ
57内の区画室59,60は、配管61,62を介してステアリング
シャフト11上のコントロールバルブ54に接続されてい
る。このコントロールバルブ54には、オイルポンプ63の
吐出側より伸びる配管64と、リザーブタンク65に連通す
る配管66とがそれぞれ接続されている。

上記コントロールバルブ54は、第６図に示すように、
切替バルブ67と反力機構68とを備えている。そして上記
切替バルブ67は、ステアリングホイール１の回転操作方
向に応じて上記シリンダ装置56の区画室59,60のいずれ
に圧油を供給するかを判定するものである。また、反力
機構68は、配管64から分岐した配管69に連通する反力室
70と、この反力室70内の圧力を受けて押圧されるピスト
ン71とを有し、反力室70内の圧力が大きくなる程、ステ
アリングホイール１に連結されたトーションバーに対す
る拘束力が大きくなるように構成されている。そしてこ
の結果、高車速時に上記パワーステアリング機構６のア
シスト力が弱められてステアリングホイール１を回転さ
せるのに大きな力が必要となる。また、上記配管69には
リリーフ用の配管66に連通する分岐管72が設けられ、こ
の配管66および分岐管72には、互いに連動して作動する
反力圧可変手段を構成する可変絞り73,74がそれぞれ設
けられている。

上記可変絞り73,74は、通常車速に応じてその開度が
変化し、一方の可変絞り73が車速の増大に応じてその開
度が増加すると、他方の可変絞り74の開度が減少し、こ
れに応じて反力室70の圧力が大きくなって上記アシスト
力が弱められるように構成されている。すなわち、車速
センサ15,16からの出力信号に応じて検出された現在の
車速と、予め設定された反力特性とに基づき、上記反力
機構68に生じさせるべき反力圧がバックアップ回路19に
おいて読出され、この反力圧に対応した制御信号がバッ
クアップ機構19からコントロールバルブ54の可変絞り7
3,74に出力され、これらの開度を制御するようになって
いる。上記反力特性は、第７図示すように、車速に応じ
て反力圧が上昇し、高車速時には低車速時に比べてパワ
ーステアリング機構６のアシスト力が弱められるように
構成されている。

このように車速センサ15,16からの出力信号に応じ、
単一の制御ユニット17によって後輪転舵機構５およびパ
ワーステアリング機構６をそれぞれ制御するように構成
し、車速に対応した後輪転舵制御およびアシスト制御を
実行するようにしたため、上記車速センサ15,16および
バッファ42等が共有化されて回路構成が簡略化されると
ともに、使用する制御ユニットの個数が減少し、別々の
制御ユニットを設けた場合に比べて制御装置の全体構成
を簡略化することができる。

そして、上記のように制御ユニット17のマイクロプロ
セッサ18によって後輪転舵機構５を制御し、このマイク
ロプロセッサ18の異常を監視するバックアップ回路19に
よってパワーステアリング機構６を制御するように構成
したため、上記マイクロプロセッサ18による後輪転舵制
御の応答性を低下させることなく、簡単な構成でパワー
ステアリング機構６の制御を実行できるという利点があ
る。すなわち、上記マイクロプロセッサ18によって後輪
転舵機構５およびパワーステアリング機構６の両方を制
御するように構成することもできるが、この場合には上
記マイクロプロセッサ18に、迅速かつ緻密な制御が要求
される後輪転舵の制御機能およびその異常検出機能に加
えてアシスト力の制御機能をもたせる必要があり、上記
後輪転舵制御に要する時間が長くなり、あるいは応答性
を低下させることなく、上記両制御を実行するためにマ
イクロプロセッサ18のビット数を16ビットに変更する必
要があり、構造が複雑になる、これに対し、上記のよう
に制御ユニット17のマイクロプロセッサ18によって後輪
転舵機構５を制御するとともに、バックアップ回路19に
よってパワーステアリング機構６を制御するように構成
した場合には、上記パワーステアリング機構６の制御は
車速に対応した単純な制御を実行すればよいとともに、
バックアップ回路19にはその異常を検出する機能を付加
する必要がないため、バックアップ回路19のビット数を
増加することなく、車速に対応したアシスト力の制御を
マイクロプロセッサ18による後輪転舵制御と並行して実
行することができ、簡単な構成で制御応答性を低下させ
ることなく上記両制御を実行することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、同一の車速検出手段か
らの出力信号に応じ、単一の制御ユニットによって後輪
転舵機構およびパワーステアリング機構の両方をそれぞ
れ制御するように構成したため、簡単な構成で車速に対
応した後輪転舵制御およびアシスト力制御を実行するこ
とができ、制御装置の製造コストを安価におさえること
ができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例を示す全体構成図、第２図は後
輪転舵機構の要部を示す概略図、第３図は後輪の転舵制
御に使用される後輪転舵特性を示す特性図、第４図は制
御装置の具体構造を示すブロック図、第５図はパワース
テアリング機構の全体構成を示す概略図、第６図はコン
トロールバルブの具体構造を示す概略図、第７図はパワ
ーステアリング機構における反力特性を示す特性図であ
る。 １……ステアリングホイール、2L,2R……前輪、4L,4R…
…後輪、５……後輪転舵機構、６……パワーステアリン
グ機構、15,16……車速センサ（車速検出手段）、17…
…制御ユニット、18……マイクロプロセッサ（主制御回
路）、19……バックアップ回路（副制御回路）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車速に応じて後輪の転舵量を変更するよう
   に制御する第１アクチュエータを備えた後輪転舵機構
   と、車速に応じてアシスト力を変化させるように制御す
   る第２アクチュエータを備えた前輪用のパワーステアリ
   ング機構とを有する車両において、車速を検出する車速
   検出手段の検出信号がそれぞれ入力される第１制御手段
   および第２制御手段を制御ユニット内に配設し、上記第
   １制御手段より、上記車速検出手段の検出信号に基づい
   て第１アクチュエータを制御し、かつ上記第２制御手段
   より、第１制御手段の異常の有無を判定してこの異常発
   生時に第１アクチュエータの制御を停止させるととも
   に、上記車速検出手段の検出信号に基づいて第２アクチ
   ュエータを制御するように構成したことを特徴とする車
   両の後輪操舵とパワーステアリングの制御装置。