JP2933697B2

JP2933697B2 - 車両の後輪操舵装置

Info

Publication number: JP2933697B2
Application number: JP25848890A
Authority: JP
Inventors: 伸竹原; 龍也秋田; 博志大村
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1999-08-16
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JPH04133865A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、車両の後輪操舵装置に関し、特にモータの
駆動力で後輪を転舵させるものに係わる。

（従来の技術）従来より、車両の後輪操舵装置として、例えば特開昭
57−44568号公報及び特開昭61−46763号公報等に開示さ
れるように、電動モータと、該モータの駆動力を後輪側
に伝達して後輪を転舵させる転舵機構と、ハンドル舵角
や車速等に応じて上記電動モータの作動を制御するコン
トローラとを備えてなるものは知られている。この種の
後輪操舵装置は、前輪の操舵力をロッド等を介して後輪
側に伝達して後輪を転舵させるタイプのものに比べて、
前輪舵角が零のときにも後輪を転舵させることができる
など、後輪操舵制御上の自由度が大きいという利点があ
る。

そして、この種の後輪操舵装置においては、電動モー
タのフェイル対策として、通常、転舵機構に、電動モー
タから後輪への動力伝達を遮断するクラッチと、後輪を
中立位置に付勢するセンタリングバネとが設けられてい
る。

（発明が解決しようとする課題）ところが、この場合、センタリングバネのプリセット
荷重はかなり大きな値に設定されているため、旋回走行
中に電動モータが故障すると後輪が急激に中立位置に戻
されることから安全性が懸念される。また、大きなプリ
セット荷重に対応して電動モータが大型化・大出力化す
るとともに、後輪の操舵が迅速性に欠けたものになると
いう問題もある。

そこで、このような問題を解決するために、２つの電
動モータを並列的に設け、一方の電動モータが故障した
とき他方の電動モータを予備的に使用するようにするこ
とが考えられる。しかし、このものでは、電動モータの
動力伝達系を切換えるためのクラッチが必要であるた
め、装置が大型化する。また、予備の電動モータは希に
しか使用されず、その作動の管理上も不具合がある。

本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、２つのモータに適切に組合わせ
て使用して、装置の小型化及び後輪操舵の迅速性を図り
ながら、電動モータの故障時の安全性を確保し得る車両
の後輪操舵装置を提供せんとするものである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、請求項（１）記載の発明
は、車両の後輪操舵装置として、少なくともハンドル舵
角に応じて制御される第１モータと、前後輪転舵比に相
当するギヤ比を変更するギヤ比可変機構と、該ギヤ比可
変機構を駆動して上記ギヤ比を制御する第２モータと、
上記第１モータの駆動量と第２モータの駆動量とを乗算
した分操舵力を後輪側に伝達して転舵させる転舵機構
と、上記第１及び第２モータのうちの一方のモータの故
障時他方のモータの駆動量を零とするよう両モータを制
御する故障時制御手段と、上記ギヤ比を中車速時に大き
く、高車速時に小さくするよう上記第２モータを制御す
る第２モータ制御手段とを備える構成にしたものであ
る。

また、請求項（２）記載の発明は、上記請求項（１）
記載の発明における第２モータ制御手段を下記のように
変更する。すなわち、第２モータ制御手段は、上記ギヤ
比を中車速時に大きく、低車速時及び高車速時に小さく
するよう第２モータを制御するものとする。

さらに、請求項（３）記載の発明は、上記請求項
（２）記載の発明の構成に加えて、第２モータ制御手段
に対し上記ギヤ比の変更を指令するギヤ比補正手段を備
えるものである。

（作用）上記の構成により、本発明では、通常、第１モータは
ハンドル舵角等に応じて制御され、第２モータは、第２
モータ制御手段によって車速に応じて制御され、この両
モータの駆動量の乗算量に相当する操舵力が転舵機構を
介して後輪側に伝達され、後輪が転舵される。

ここで、請求項（１）記載の発明の場合、後輪操舵の
応答性が要求される中車速時には、第２モータは、前後
輪転舵比に相当するギヤ比を大きくするようつまり大き
な駆動量を出力するように制御されることにより、後輪
は大きな操舵力でもって迅速に操舵される一方、応答性
よりも安全性が強く要求される高車速時には、第２モー
タは、上記ギヤ比を小さくするようつまり駆動量を小さ
く出力するように制御されることにより、後輪は小さな
操舵力により緩やかに操舵される。また、請求項（２）
記載の発明の場合、後輪操舵に大きな抵抗力が作用する
低車速時には、第２モータは、上記ギヤ比を小さくする
ように制御されるこれにより、モータに大きな負荷がか
かることはなく、後輪がスムーズに操舵される。さら
に、請求項（３）記載の発明の場合、上記ギヤ比は、ギ
ヤ比補正手段により場合に応じて適宜変更され、安全性
と迅速性との両立化をより高い次元で図ることができる
ことになる。

一方、第１及び第２モータのいずれか一方が故障した
とき、故障時制御手段によって他方のモータの駆動量が
零にされ、両モータの駆動量の乗算量である操舵力も零
となるので、後輪の転舵角が零となる２輪操舵状態が実
現される。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる後輪操舵装置を備
える車両の操舵系の全体構成を示す。この車両の操舵系
は、左右の前輪1L,1Rを操舵する前輪操舵装置Ａと、左
右の後輪2L,2Rを操舵する後輪操舵装置Ｂとにより構成
されている。

上記前輪操舵装置Ａは、それぞれ左右一対のナックル
アーム3L,3R及びタイロッド4L,4Rと、該左右一対のタイ
ロッド4L,4R同士を連結するリレーロッド５と、該リレ
ーロッド５上に形成されたラック歯（図示せず）に噛合
するピニオン６が一端部に設けられ、他端部にステアリ
ングホイール７が設けられたステアリングシャフト８と
を備え、ステアリングホイール７のハンドル操作により
リレーロッド５が車幅方向に変位して、前輪1L,1Rが操
舵される構成になっている。

一方、上記後輪操舵装置Ｂは、それぞれ、左右一対の
ナックルアーム11L,11R及びタイロッド12L,12Rと、該左
右一対のタイロッド12L,12R同士を連結するリレーロッ
ド13と、該リレーロッド13を軸方向（つまり車幅方向）
に変位させて左右の後輪2L,2Rを操舵する後輪操舵機構
部14と、該後輪操舵機構部14（詳しくは後述の第１及び
第２モータ37、48の作動）を制御する制御部を構成する
コントロールユニット15とを備えている。

また、21はハンドル舵角を検出するハンドル舵角セン
サ、22は車速を検出する車速センサ、23及び24はそれぞ
れ車体前部及び車体後部の横加速度を検出する横加速度
センサ、25はブレーキスイッチ、26はアクセルスイッチ
であり、これらのセンサ21〜24並びにスイッチ25,26か
らの信号は、上記コントロールユニット15に入力され
る。また、コントロールユニット15には、後輪操舵機構
部14の各種センサ、つまりエンコーダ27、ギヤ比センサ
28及び後輪舵角センサ29からの信号も入力される。

上記後輪操舵機構部14の具体的構成は、第２図ないし
第６図に示す。これらの図において、リレーロッド13の
左右両端は、それぞれボールジョイント31を介してタイ
ロッド12L,12Rに連結されているとともに、リレーロッ
ド13にはセクターギヤ32がスプライン結合により軸方向
に相対移動可能にかつ回転一体に装着されている。上記
セクターギヤ32は、シャフト33上に設けられたボールス
クリュー34の外周に形成されたギヤ部34Aと噛合してお
り、シャフト33は、一組のベベルギヤ35,36を介して第
１モータ37に駆動連結されている。しかして、第１モー
タ37の正逆回転によりボールスクリュー34がシャフト33
上を軸方向に移動し、セクターギヤ32を介してリレーロ
ッド13がその軸廻りに回転するようになっている。上記
第１モータ37にはエンコーダ27が取付けられ、該エンコ
ーダ27から第１モータ37の作動情報がコントロールユニ
ット15に出力される。

また、41は前後輪転舵比に相当するギヤ比を変更する
ギヤ比可変機構であって、該ギヤ比可変機構41は、上記
リレーロッド13と一体に形成されかつその軸心から半径
方向に延びるアーム部材42と、該アーム部材42に対応し
てリレーロッド13の外周に配置された環状のリング部材
43とを備えている。上記リング部材43は、リレーロッド
13の軸線と直交する方向に延びる軸部43a,43bを有し、
該軸部43a,43b中心軸としてハウジング44に対し所定の
角度範囲内で回動可能に支持されている。また、リング
部材43の内周面にはボールブッシュ45が摺動可能に設け
られ、該ボールブッシュ45には上記アーム部材42の先端
が係合されている。

上記リング部材43は軸部43aにはセクターギヤ46が回
転一体に装着され、該セクターギヤ46は減速装置47のギ
ヤ47aと噛合しており、上記減速機構47は第２モータ48
に接続されている。そして、上記第２モータ48の駆動力
によりリング部材43がその軸部43a,43b廻りに回動さ
れ、リレーロッド13の軸線に対するリング部材43の傾斜
角（第２図はこの傾斜角が零の状態を示す）の大きさに
応じて上記ギヤ比が決定される。また、上記リング部材
43が所定角度で傾斜しているとき、つまり上記ギヤ比が
零以外の値となるときに上記第１モータ37の作動により
リレーロッド13が回転すると、リング部材43の内周面に
沿ってアーム部材42の先端側のボールブッシュ45が摺動
し、リレーロッド13がその軸方向（車幅方向）に移動す
るようになっており、このリレーロッド13の軸方向移動
量は、上記ギヤ比とリレーロッド13の回転角度とを乗算
した値に比例する。よって、上記リレーロッド13及びタ
イロッド12L,12Rにより、上記第１モータ37の駆動量と
第２モータ48の駆動量とを乗算した分操舵力を後輪側に
伝達して後輪2L,2Rを転舵させる転舵機構49が構成され
ている。

さらに、上記リング部材43の軸部43aにはジョイント5
1を介してギヤ比センサ28が接続されており、該ギヤ比
センサ28においてリング部材43の傾斜角に基づいて上記
ギヤ比が検出され、そのギヤ比情報はギヤ比センサ28か
らコントロールユニット15に出力される。また、上記リ
レーロッド13の外周面にはギヤ部52が形成され、該ギヤ
部２には、後輪舵角センサ29に接続されたピニオン53が
噛合しており、上記後輪舵角センサ29においてリレーロ
ッド13の軸方向移動量に基づいて後輪舵角が検出され、
その後輪舵角情報は後輪舵角センサ29からコントロール
ユニット15に出力される。

一方、上記コントロールユニット15は、上記第１モー
タ37の作動を制御する第１制御部61と、上記第２モータ
48の作動を制御する第２モータ制御手段としての第２制
御部62と、上記第１及び第２モータ37,48のうちの一方
のモータの故障時他方のモータの駆動量を零とするよう
両モータを制御する故障時制御手段としての第３制御部
63とを備えている。

上記第１制御部61による第１モータ37の作動制御は、
その作動によるリレーロッド13の回転角度θ１が下記の
数式（１）に基づいて変化するように行われる。

θ１＝−K1・θＨ＋K2・Ｖ・ …（１）但し、θＨはハンドル舵角、Ｖは車速、はヨーレー
トである。また、係数K1,K2は各々車速に基づいて変更
される変数で、車両の特性によって定まるが、具体的な
一例を示すと、K1は、例えば第７図に示すように、低速
側の実用性のために10Km/h付近までは略0.35であるが、
10Km/hを越えると車速Ｖの増加と共に徐々に大きくなっ
て40Km/h付近で略１となる。80Km/hを越えると、高速側
での直進安定性を確保するために、車速の増加と共に徐
々に減少させ、前輪舵角の変化に対する反応を鈍くして
いる。また、後退走行時には、小回りが要求される5Km/
h以下では略0.35程度とされるが、5Km/hを越えると、安
定性を確保するために車速の増加と共に減少させる。一
方、K2は、第８図に示すように、10Km/hを越えると徐々
に大きくなり、30Km/h付近で0.005まで増加するように
変更される。

第９図は、上記ギヤ比が一定でリレーロッド13の回転
角度θ１が上述の（１）式に基づいて制御される場合に
おけるハンドル舵角θＨ及び後輪舵角θＲの変化特性の
一例を示す。この図からも判るように、後輪打角θＲ
は、ハンドル舵角θＨ以外にヨーレートや車速Ｖを関
数要素とすることから、ハンドル舵角θＨ及び前輪舵角
と必ずしも比例関係を有していない。

また、上記第２制御部62による上記ギヤ比の可変制御
は、車速に応じて行われるが、その具体的な一例を第10
図に示す。すなわち、この具体例の場合、30Km/h以下の
低車速領域ではギヤ比ｅは低い値で略一定であり、30Km
/hを越えるとギヤ比ｅは急激に増加し、60Km/h付近で最
大値に達する。そして、60Km/hから80Km/hまでの中車速
領域ではギヤ比ｅは最大値で一定であり、80Km/hを越え
る高車速領域ではギヤ比ｅは徐々に減少する。

さらに、上記コントロールユニット15は、上記第２制
御部62に対し、第10図に基づく上記ギヤ比ｅの変更を指
令するギヤ補正手段64を備えている。該ギヤ比補正手段
64によるギヤ比ｅの補正では、第10図に破線で示すよう
に、低車速から中車速への移行領域で車速が減少する
際、ギヤ比ｅが急激に減少しないように、つまり所定量
減速しないとギヤ比ｅが減少しないようにするためのヒ
ステリシスが設けられている。また、高車速領域で車速
が減少する際、ギヤ比ｅが速やかに増加するようにため
のヒステリシスが設けられている。

次に、上記実施例の作動について説明するに、通常、
第１モータ37は第１制御部61により制御されて、リレー
ロッド13の回転角度θ１は、ハンドル舵角等を関数要素
とする数式（１）に基づいて変化する。また、第２モー
タ48は第２制御部62により制御されて、ギヤ比可変機構
41における前後輪転舵比に相当するギヤ比ｅが車速に応
じて変化する。そして、上記リレーロッド13の回転角度
θ１と上記ギヤ比ｅとの乗算した値（θ１・ｅ）、つま
り第１モータ37の駆動量と第２モータ48の駆動量との乗
算量に対応する操舵力が転舵機構49から後輪2L,2Rに伝
達されることにより、後輪2L,2Rが転舵される。

この際、後輪操舵の応答性が要求される中車速時に
は、上記第２モータ48は、上記ギヤ比ｅを大きくするよ
うつまり大きな駆動量を出力するように制御されるの
で、後輪2L,2Rを大きな操舵力でもって迅速に操舵する
ことができる。また、応答性よりも安全性が強く要求さ
れる高車速時には、第２モータ48は、上記ギヤ比ｅを小
さくするようつまり駆動量を小さく出力するように制御
されるので、後輪2L,2Rが小さな操舵力で緩やかに操舵
されることにより、安全性を高めることができる。さら
に、後輪操舵に大きな抵抗力が作用する低車速時には、
第２モータ48は、上記ギヤ比ｅを小さくするように制御
されるので、該モータ48に大きな負荷がかかることはな
く、後輪2L,2Rをスムーズに操舵することができる。

加えて、本実施例の場合、ギヤ比補正手段64によっ
て、低車速から中車速への移行領域で車速が減少する際
に上記ギヤ比ｅが急激に減少しないように、また、高車
速領域で車速が減少する際に上記ギヤ比ｅが速やかに増
加するようにギヤ比ｅの補正が加えられるので、安全性
と迅速性との両立化をより高い次元で図ることができ
る。

一方、上記第１及び第２モータ37,48のいずれか一方
が故障したとき、第３制御部63は、その故障を後輪操舵
機構部14の各種センサ（つまりエンコーダ27,ギヤ比セ
ンサ28及び後輪舵角センサ29）からの信号に基づいて検
知し、故障していない他方のモータの駆動量を零にする
ように制御する。つまり、第１モータ37が故障したとき
は第２モータ48の駆動量ひいてはギヤ比可変機構41にお
ける上記ギヤ比ｅが零となり、第２モータ48が故障した
ときは第１モータ37の駆動量ひいてはリレーロッド13の
回転角度θ１が零となる。これにより、第１及び第２モ
ータ37,48のいずれの故障時にも、後輪2L,2Rの転舵角が
零となる２輪操舵状態が実現されるので、安全性を確保
することができる。

しかも、後輪2L,2Rの転舵角を零とする際、故障して
いないモータ37または48の駆動量はモータ故障時のある
値から次第に減少するので、センタリングバネのプリセ
ット荷重でリレーロッド13を中立位置に戻す場合の如く
後輪2L,2Rが急激に戻されることはなく、安全性の向上
をより高めることができる。

さらに、上記リレーロッド13を軸方向に移動させて後
輪2L,2Rを操舵する際には、従来の如くプリセット荷重
に抗するような大きな操舵力を必要としないので、モー
タ38,48の小型化・低出力化を図ることができるととも
に、後輪操舵の迅速性を高めることができる。また、セ
ンタリングバネやクラッチ等を必要とせず、後輪操舵装
置の小型化等にも寄与することができる。

第11図は、第２制御部62に対し上記ギヤ比ｅの変更を
指令するギヤ比補正手段64の変形例に係わる制御フロー
を示す。

この制御フローにおいては、先ず、ステップS1で第１
モータ37または第２モータ48が異常であるか否かを判定
し、その判定がYESの故障時には、ステップS2で前後輪
転舵比に相当するギヤ比を零にし、直ちに制御を中止す
る。一方、判定がNOのときには、ステップS3でフラグが
「１」であるか否かを判定し、その判定がNOのときに
は、ステップS4でハンドル舵角θＨの絶対値が所定値θ
HOよりも大きいか否かを判定する。このステップS4の判
定がYESのときには、ステップS5でハンドル舵角速度
Ｈの絶対値が所定値HOよりも大きいか否かを判定する
一方、判定がNOのときには、ステップS6でブレーキスイ
ッチがONであるか否かを判定する。尚、ステップS6で
は、ブレーキスイッチがONであるか否かを判定する代り
に、車速から減速時又は加速時であるか否かを判定する
ようにしてもよい。

そして、上記ステップS5の判定がYESのときには、ス
テップS7で上記ギヤ比を10％増加し、続いてステップS8
で第２モータ48の制御を禁止する。しかる後、ステップ
S9でフラグを「１」にセットしリターンする。また、ス
テップS5の判定がNOのときには、ステップS10で第２モ
ータ48の制御を禁止した後にリターンし、ステップS6の
判定がNOのときにはそのままリターンする。

一方、上記ステップS3の判定がYESのとき、つまり、
既にステップS7で上記ギヤ比が10％増加されているとき
には、ステップS11でタイムアップするのを待った後、
ステップS12でフラグを「０」にセットし、続いてステ
ップS13で通常のギヤ比に戻し、リターンする。尚、ス
テップS11では、タイムアップをする代りに、ハンドル
舵角θＨ又はハンドル舵角速度Ｈが零であるか否かを
判定するようにしてもよい。

従って、このような制御フローに基づいてギヤ比補正
手段64から第２制御部62に上記ギヤ比ｅの変更指令が発
せられる場合は、ドライバーが車両のスピンを回避すべ
く旋回性が特に必要とするとき、つまりハンドル舵角θ
Ｈ及びハンドル舵角速度Ｈが共に大きいとき、あるい
はブレーキ制動時でハンドル舵角θＨが小さくときなど
に、上記ギヤ比ｅが通常の制御時よりも10％増加して、
後輪操縦が迅速に行われるので、スピンを回避する上で
非常に有効であり、安全性の向上を高めることができ
る。

（発明の効果）以上の如く、本発明における車両の後輪操舵装置によ
れば、第１モータの駆動量と第２モータの駆動量との乗
算量に相当する操舵力を後輪側に伝達して後輪を転舵
し、一方のモータの故障時には他方のモータの駆動力を
零とすることにより後輪の転舵角を零とするので、モー
タ故障時の安全性を確保することができるとともに、セ
ンタスプリングバネ及びクラッチを省いて装置の小型化
及び後輪操舵の迅速化等を図ることができる。

加えて、請求項（１）記載の発明の場合、第２モータ
は、中車速時に大きな駆動量を出力し、高車速時に小さ
な駆動量を出力するので、中車速時での応答性と高車速
時での安全性とを両立化することができる。

また、請求項（２）記載の発明の場合、第２モータ
は、中車速時に大きな駆動量を出力し、低車速時及び高
車速時に小さな駆動量を出力するので、中車速時での応
答性と高車速時での安全性とを両立化することができる
とともに、低車速時での後輪操舵の軽減化を図ることが
できる。

さらに、請求項（３）記載の発明の場合、第２モータ
の駆動量は、モータの仕事率たるギヤ比の変更により適
宜変更することができるので、安全性と迅速性との両立
化をより高い次元で図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は車両の操
舵系の全体構成図、第２図は後輪操舵機構部の断面図、
第３図及び第４図はそれぞれ第２図のIII−III線及びIV
−IV線における断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線にお
ける断面図、第６図は第３図のVI−VI線における断面
図、第７図及び第８図は係数K1,K2の変化を示す図、第
９図はハンドル舵角及び後輪舵角の変化特性を示す図、
第10図はギヤ比の変化を示す図、第11図はギヤ比補正手
段の変形例に係わる制御フローを示すフローチャート図
である。 15……コントロールユニット 37……第１モータ 41……ギヤ比可変機構 48……第２モータ 49……転舵機構 62……第２制御部（第２モータ制御手段） 63……第３制御部（故障時制御手段） 64……ギヤ比補正手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ６２Ｄ 111:00 113:00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともハンドル舵角に応じて制御され
る第１モータと、前後輪転舵比に相当するギヤ比を変更
するギヤ比可変機構と、該ギヤ比可変機構を駆動して上
記ギヤ比を制御する第２モータと、上記第１モータの駆
動量と第２モータの駆動量とを乗算した分操舵力を後輪
側に伝達して後輪を転舵させる転舵機構と、上記第１及
び第２モータのうちの一方のモータの故障時他方のモー
タの駆動量を零とするよう両モータを制御する故障時制
御手段と、上記ギヤ比を中車速時に大きく、高車速時に
小さくするよう上記第２モータを制御する第２モータ制
御手段とを備えたことを特徴とする車両の後輪操舵装
置。
【請求項２】少なくともハンドル舵角に応じて制御され
る第１モータと、前後輪転舵比に相当するギヤ比を変更
するギヤ比可変機構と、該ギヤ比可変機構を駆動して上
記ギヤ比を制御する第２モータと、上記第１モータの駆
動量と第２モータの駆動量とを乗算した分操舵力を後輪
側に伝達して後輪を転舵させる転舵機構と、上記第１及
び第２モータのうちの一方のモータの故障時他方のモー
タの駆動量を零とするよう両モータを制御する故障時制
御手段と、上記ギヤ比を中車速時に大きく、低車速時及
び高車速時に小さくするよう上記第２モータを制御する
第２モータ制御手段とを備えたことを特徴とする車両の
後輪操舵装置。
【請求項３】少なくともハンドル舵角に応じて制御され
る第１モータと、前後輪転舵比に相当するギヤ比を変更
するギヤ比可変機構と、該ギヤ比可変機構を駆動して上
記ギヤ比を制御する第２モータと、上記第１モータの駆
動量と第２モータの駆動量とを乗算した分操舵力を後輪
側に伝達して後輪を転舵させる転舵機構と、上記第１及
び第２モータのうちの一方のモータの故障時他方のモー
タの駆動量を零とするよう両モータを制御する故障時制
御手段と、上記ギヤ比を中車速時に大きく、低車速時及
び高車速時に小さくするよう上記第２モータを制御する
第２モータ制御手段と、該第２モータ制御手段に対し上
記ギヤ比の変更を指令するギヤ比補正手段とを備えたこ
とを特徴とする車両の後輪操舵装置。