JP3007514B2

JP3007514B2 - 車両の後輪操舵装置

Info

Publication number: JP3007514B2
Application number: JP18918493A
Authority: JP
Inventors: 洋中島; 真一田川; 康生上原; 正弘米谷
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 2000-02-07
Anticipated expiration: 2015-02-07
Also published as: JPH0717422A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電動モータによって後輪
の操舵機構を駆動制御する車両の後輪操舵装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両の前輪操舵に加え、後輪
も操舵させることにより車両の操縦性能を向上させる後
輪操舵装置が知られており、これに対する種々の保護装
置が提案されている。例えば、実開昭６１−６７２７８
号公報には、車速を検出する手段と、後輪の操舵角度を
検出する手段と、車速検出手段よりの出力信号に基づく
最大操舵角度と後輪操舵角度検出手段よりの出力信号に
基づく実操舵角度とを比較して実操舵角度が最大操舵角
度を超えた場合に信号を出力する制御手段を設けた４輪
操舵車両のフェイルセーフ装置が開示されている。

【０００３】また、上記のような後輪操舵装置において
は、ブラシの劣化によるモータの耐久性の低下に鑑み、
ブラシレスモータの利用が注目されている。このブラシ
レスモータは例えば特開平２−１１１２２０号公報に開
示されており、同公報においては、回転子の単位時間当
りの回転数変化率の最大値を設定しておき、実際の回転
数の変化率とこの設定値とを比較することで、位置検出
が正常であるか否かを判定し、異常の場合にはモータを
緊急停止させることとし、位置検出信号が正常に検出で
きなかった場合でもインバータ電力変換素子の破壊や回
転子の永久磁石の減磁を未然に防止できるようにした保
護装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の後輪操舵装置に
おいては、上記実開昭６１−６７２７８号公報に記載の
装置のように、車速が大となるに従って制御舵角範囲を
小さくするように制限されている。然し乍ら、仮令制御
舵角範囲内であっても後輪の舵角が急変すると車両挙動
に影響するおそれがある。例えば図２１において後輪の
目標舵角が実線で示すように変化する場合に、後輪に対
し大きな負荷が加えられた状態から急に動きだして負荷
が小さくなったときには、破線で示したように実際の舵
角（実舵角）がｔａ時点で急変し、車両挙動に影響を与
えることになる。

【０００５】そこで、本発明は、車両の後輪操舵装置に
おいて、後輪の目標舵角と実舵角の各々の変化率を比較
することにより、実舵角に急激な変化があったときには
後輪の操舵角を適切に制限し、安定した操舵作動を確保
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、図２０に構成の概要を示すように、後輪
ＲＷに連結した操舵機構ＳＭと、この操舵機構ＳＭを駆
動制御する電動モータＭが設けられている。また、後輪
ＲＷの目標舵角を設定する目標舵角設定手段Ｓ１と、後
輪ＲＷが実際に操舵される実舵角を検出する実舵角検出
手段Ｓ２と、目標舵角と実舵角の比較結果に応じて電動
モータＭの出力を制御する制御手段Ｓ３を備えている。
そして、目標舵角の変化率を演算する目標舵角変化率演
算手段Ｓ４と、実舵角の変化率を演算する実舵角変化率
演算手段Ｓ５と、この実舵角変化率演算手段Ｓ５にて演
算された実舵角変化率が、目標舵角変化率演算手段Ｓ４
にて演算された目標舵角変化率に所定値を加えた値以上
となったときには制御手段Ｓ３に対し電動モータＭの出
力を制限するように制御する出力制限手段Ｓ６とを備え
たものである。

【０００７】上記の車両の後輪操舵装置において、目標
舵角変化率演算手段Ｓ３にて演算された目標舵角変化率
が，電動モータＭによる後輪ＲＷに対する許容舵角変化
率を超えたときには、この許容舵角変化率を目標舵角変
化率として用いることとするとよい。

【０００８】また、本発明は、車両の後輪に連結した操
舵機構と、該操舵機構を駆動する電動モータと、前記後
輪の目標舵角を設定する目標舵角設定手段と、前記後輪
が実際に操舵される実舵角を検出する実舵角検出手段
と、前記目標舵角と前記実舵角の比較結果に応じて前記
電動モータの出力を制御する制御手段を備えた車両の後
輪操舵装置において、前記目標舵角の変化加速度を演算
する目標舵角変化加速度演算手段と、前記実舵角の変化
加速度を演算する実舵角変化加速度演算手段と、該実舵
角変化加速度演算手段にて演算された実舵角変化加速度
が、前記目標舵角変化加速度演算手段にて演算された目
標舵角変化加速度に所定値を加えた値以上となったとき
には前記制御手段に対し前記電動モータの出力を制限す
るように制御する出力制限手段とを備えたものとしても
よい。更に、同装置において、前記目標舵角変化加速度
演算手段にて演算された目標舵角変化加速度が，電動モ
ータによる後輪に対する許容舵角変化加速度を超えたと
きには、この許容舵角変化加速度を目標舵角変化加速度
として用いることとするとよい。

【０００９】

【作用】上記の構成になる車両の後輪操舵装置において
は、目標舵角設定手段Ｓ１にて後輪ＲＷの目標舵角が設
定されると共に、実舵角検出手段Ｓ２にて後輪ＲＷが実
際に操舵される実舵角が検出される。そして、制御手段
Ｓ３により目標舵角と実舵角の比較結果に応じて電動モ
ータＭの出力が制御され、操舵機構ＳＭが駆動制御され
る。一方、目標舵角設定手段Ｓ１及び実舵角検出手段Ｓ
２の設定値及び検出値に基づき、目標舵角変化率演算手
段Ｓ４及び実舵角変化率演算手段Ｓ５にて夫々目標舵角
の変化率と実舵角の変化率が演算される。更に、出力制
限手段Ｓ６にて実舵角変化率と目標舵角変化率に所定値
を加えた値とが比較され、前者が後者以上になったとき
には、制御手段Ｓ３に対し電動モータＭの出力が制限さ
れるように制御される。

【００１０】あるいは、目標舵角設定手段Ｓ１及び実舵
角検出手段Ｓ２の設定値及び検出値に基づき、目標舵角
変化加速度演算手段（図示せず）及び実舵角変化加速度
演算手段（図示せず）にて夫々目標舵角の変化加速度と
実舵角の変化加速度が演算され、出力制限手段にて実舵
角変化加速度と目標舵角変化加速度に所定値を加えた値
とが比較され、前者が後者以上になったときには、制御
手段Ｓ３に対し電動モータＭの出力が制限されるように
制御される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例に係る車両の後輪操
舵装置について図面を参照しながら説明する。図１は後
輪操舵装置を搭載した車両の構成を示すもので、前輪１
３，１４は前輪操舵機構１０によりステアリングホイー
ル１９の回動操作に応じて操舵される。前輪操舵機構１
０には、そのラックの移動量を検出する第１前輪舵角セ
ンサ１７が設けられると共に、ステアリングホイール１
９が取り付けられた操舵軸に、第２前輪舵角センサ２０
が設けられており、これらのセンサにより前輪の操舵量
が検出される。第１前輪舵角センサ１７としては、例え
ばポテンショメータ等のリニアセンサが用いられ、第２
前輪舵角センサ２０としては、回転時にパルスを発する
ロータリエンコーダ等のステアリングセンサが用いられ
ている。

【００１２】後輪１５，１６には後輪操舵機構１１が接
続されており、モータ１２の回転に応じて操舵される。
モータ１２の端部には、モータ１２の回転角度を検出す
る磁極センサ１８が設けられている。また、後輪操舵軸
たるラック軸２５に後輪舵角センサ２１が設けられてお
り、これにより後輪１５，１６の実際の舵角が検出され
る。この後輪舵角センサ２１は後輪操舵機構１１に内蔵
することとしてもよい。更に、車両の速度を検出する２
系統の第１車速センサ２２、第２車速センサ２３、及び
車両のヨーレートを測定するヨーレートセンサ２４が設
けられている。上記モータ１２は電子制御装置９からの
信号によって制御されるように構成されている。即ち、
電子制御装置９には、第１前輪舵角センサ１７、第２前
輪舵角センサ２０、磁極センサ１８、後輪舵角センサ２
１、第１車速センサ２２、第２車速センサ２３、ヨーレ
ートセンサ２４の各センサ出力が供給され、これらの出
力に応じてモータ１２の回転量が設定され、モータ１２
に制御信号が供給される。

【００１３】本実施例の後輪舵角センサ２１は図２に示
すように後輪操舵機構１１内に内蔵されている。後輪操
舵機構１１のハウジング３８にはカバー３６が固定され
ており、このカバー３６上に、磁極センサ１８、モータ
１２のモータハウジング４０及び後輪舵角センサ２１が
一体に設けられている。図２の後輪操舵機構１１の背面
からみた部分断面図である図３に明らかなように、ラッ
ク軸２５が車両の進行方向に対して直角に設けられてお
り、ラック軸２５の両端部はボールジョイント５３を介
して後輪のナックルアームに接続されている。ラック軸
２５の両端部はブーツ２８によって保護されている。ハ
ウジング３８の図示右端にはチューブ３９が嵌着されて
いる。異なる長さのラック軸２５を設ける場合には、チ
ューブ３９を交換することにより、ハウジング３８を変
更することなく対応することができる。ラック軸２５に
はラック２６が形成されており、このラック２６は、車
両の前後方向に延びるピニオン２７と噛合する。そし
て、ラックガイド３１がラック２６方向に付勢された状
態で、ラックガイドカバー３２がハウジング３８に固定
され、これによりラック２６がピニオン２７側に押圧さ
れている。尚、ピニオン２７は図４に示すようにギヤ２
９に焼きばめ（圧入）により固定され、ピン３７により
相対回転が阻止される。

【００１４】図４に示すように、後輪舵角センサ２１は
ポテンショメータを内蔵し、ギヤ２９の面と平行に設け
られている。軸５４には、レバー３３を介してピン３４
が設けられ、このピン３４は、ギヤ２９に形成された孔
３５に嵌合されている。これにより、ギヤ２９が回転す
ると軸５４も回転し、この軸５４の回転角度が後輪舵角
センサ２１によって検出される。一方、軸５４の回転角
度即ちギヤ２９の回転量はラック軸２５の横移動量に比
例する。而して、後輪舵角センサ２１により後輪の舵角
量が検出されることとなる。

【００１５】図３に示すように、モータ１２のモータ軸
４１の先端にピニオン３０が設けられており、このピニ
オン３０にギヤ２９が噛合し、ハイポイドギヤを構成し
ている。このハイポイドギヤは、モータ１２のモータ軸
４１の回転をギヤ２９の回転として伝えるが、ラック軸
２５（図４）側からギヤ２９に回転力が加えられたとき
には、モータ１２のモータ軸４１が回転しないように逆
効率零になるように設定されている。また、ピニオン３
０とギヤ２９は、減速比を大きくとるようにＨＲＨ（ハ
イレシオハイポイド）ギヤを構成している。ギヤ比は、
モータ１２の極数や、操舵角の分解能等により定められ
るため車両によって異なるが、本実施例では６７対１に
設定されている。

【００１６】図５に示すように、モータ１２のモータ軸
４１はモータハウジング４０内に回動可能に支持されて
いる。モータ軸４１の回りには４極の磁石４２が固定さ
れている。また、モータハウジング４０には、磁石４２
に対向してコア４３が固定されており、コア４３にはモ
ータ巻線４４が巻回されている。図５のＡ−Ａ断面を示
す図６に明らかなように、コア４３には中心方向に延出
する１２本の突起４３ａが形成されており、モータ巻線
４４はこの突起４３ａに巻回される。モータ巻線４４の
結線は、磁極センサ１８側からモータ巻線４４を見た図
７に示すように、巻線４４ａと４４ｄ，４４ｂと４４
ｅ，４４ｃと４４ｆの一端はそれぞれ端子Ｕ，Ｖ，Ｗに
接続されている。巻線４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，巻線４
４ｄ，４４ｅ，４４ｆの他端は電気的に接続されてい
る。モータ巻線４４はそれぞれの系統ごとにターミナル
４５を介してワイヤーハーネス４６に接続されている。

【００１７】モータハウジング４０の一端は開口端とな
っており、ここに磁極センサ１８が取付けられる。磁極
センサ１８の基板４９は、ホルダ４７（図９に示す）に
よって、モータハウジング４０の開口端に固定され、こ
の開口端にカバー４８が設けられる。一方、モータ１２
のモータ軸４１の端部にはロータ５２が固定されてお
り、このロータ５２には磁石５１が設けられている。磁
石５１は、図８に示すように、４極の円板状に形成され
ている。基板４９には、図９に示すように、３個のホー
ルＩＣ５０が、それぞれ６０度ずつずれて配置されてい
る。これら３個のホールＩＣ５０の出力は、後述の電子
制御装置９において、磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ
として使用される。

【００１８】即ち、モータ軸４１が回転すると、図１０
に「磁石５１回転状態」として示すように、ホールＩＣ
（図示ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）に対して相対的に磁石５１が
回転し、磁極センサ１８の三つの出力である磁極センサ
信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが図示のようにハイレベル（Ｈ）
とローレベル（Ｌ）間で変化する。図１０はモータ１２
が時計回り（ＣＷ）に回転している状態を示す。モータ
１２が反時計回り（ＣＣＷ）に回転するときには図示右
から左へ向かう方向に磁極センサ１８の磁極センサ信号
ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが切り換わる。而して、この磁極セン
サ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの切り換わりに同期してモータ
巻線４４の巻線電流を切換えればモータ１２が回転す
る。尚、図１０に示したモータ１２の回転時の巻線電流
の方向については後述する。

【００１９】図１１は電子制御装置９の構成を示すもの
で、電子制御装置９には車載のバッテリ５９が接続され
ている。即ち、バッテリ５９が、ヒューズ及び電源端子
ＰＩＧＡを介してモータドライバ５に接続されると共
に、ヒューズ、イグニッションスイッチＩＧＳＷ及び電
源端子ＩＧＡを介してモータドライバ５及び定電圧レギ
ュレータ５５に接続されている。この定電圧レギュレー
タ５５から定電圧Ｖｃｃ１が出力される。

【００２０】電子制御装置９は、制御手段であるマイク
ロプロセッサ１を有し、このマイクロプロセッサ１は定
電圧Ｖｃｃ１により作動する。前述の第１前輪舵角セン
サ１７、第２前輪舵角センサ２０、第１車速センサ２
２、第２車速センサ２３、ヨーレートセンサ２４、磁極
センサ１８及び後輪舵角センサ２１の出力が、インター
フェース５７を介してマイクロプロセッサ１に入力され
る。ここでは、第１前輪舵角センサ１７の出力をθｆ
１、第２前輪舵角センサ２０の出力をθｆ２、第１車速
センサ２２の出力をＶ１、第２車速センサ２３の出力を
Ｖ２、ヨーレートセンサ２４の出力をγ、磁極センサ１
８の三つの出力信号をＨＡ，ＨＢ，ＨＣ、そして後輪舵
角センサ２１の出力をθｒとしている。

【００２１】尚、電子制御装置９に接続されるモータ
は、前述の機構では１２で表したが、図１１以後の回路
図においてはモータをＭで表わす。モータＭの各相の端
子Ｕ，Ｖ，Ｗは電子制御装置９のモータドライバ５に接
続されている。モータドライバ５に対しては電源端子Ｐ
ＩＧＡ及びＩＧＡから電力が供給される。そして、モー
タドライバ５には、マイクロプロセッサ１から出力され
た信号である相切換信号群Ｌ１（Ｌ１は相切換信号ＬＡ
１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ
２１からなる信号群）及びパルス幅変調（Pulse Width
Modulation）信号ＰＷＭ１が入力される。

【００２２】モータドライバ５は図１２に示すように構
成されており、上述の相切換信号群Ｌ１及びパルス幅変
調信号ＰＷＭ１により制御される。ハイサイド側を制御
するための相切換信号ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１は
異常電流制限回路８８を介してゲート駆動回路Ｇ１１に
入力される。通常は、これらの入力信号が異常電流制限
回路８８を介してそのまま出力側から出力される。ゲー
ト駆動回路Ｇ１１はパワーＭＯＳＦＥＴのトランジスタ
ＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１をオン−オフ駆動する回
路である。また、ゲート駆動回路Ｇ１１は昇圧も行な
い、トランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１のゲー
トに昇圧した電圧を与えると共に、昇圧電圧を昇圧電圧
値ＲＶ１として出力する。トランジスタＴＡ１１，ＴＢ
１１，ＴＣ１１は、電源端子ＰＩＧＡからパターンヒュ
ーズＰＨ、チョークコイルＴＣ及び抵抗Ｒｓを介して得
られる高電圧が、それぞれモータＭの三相の各端子Ｕ，
Ｖ，Ｗに供給されるように接続されている。尚、トラン
ジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１，ＴＡ２１，ＴＢ
２１，ＴＣ２１のゲートとソース間には、ツェナーダイ
オードが挿入されており、パワーＭＯＳＦＥＴの保護に
供されている。即ち、電源電圧が何らかの原因で２０Ｖ
を越えると、パワーＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間電
圧が２０Ｖを越え、パワーＭＯＳＦＥＴが破壊されるの
で、これを防ぐためにツェナーダイオードが配設されて
いる。

【００２３】一方、ローサイド側を制御するための相切
換信号ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１は、パルス幅変調
信号合成回路８９及び異常電流制限回路８８を介してゲ
ート駆動回路Ｇ２１に接続されている。パルス幅変調信
号合成回路８９は相切換信号ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ
２１をそれぞれパルス幅変調信号ＰＷＭ１と合成する回
路である。ゲート駆動回路Ｇ２１はＭＯＳＦＥＴのトラ
ンジスタＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１をオン−オフ駆
動する回路であり、これらのトランジスタＴＡ２１，Ｔ
Ｂ２１，ＴＣ２１は、モータＭの三相の各端子Ｕ，Ｖ，
Ｗとバッテリ５９のグランド間が接続されるように配置
されている。トランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１
１，ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１の各々には保護用の
ダイオードＤ３乃至Ｄ８が接続されている。トランジス
タＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１に供給される電圧は、
同時に電圧ＰＩＧＭ１として出力される。

【００２４】この電圧ＰＩＧＭ１と、ゲート駆動回路Ｇ
１１の昇圧電圧値ＲＶ１との差が２Ｖ程度に下がると、
ＭＯＳＦＥＴのトランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ
１１，ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１のオン抵抗が増
え、異常発熱をおこす場合がある。従って、電圧ＰＩＧ
Ｍ１と昇圧電圧値ＲＶ１との差が所定値以下となった場
合には全トランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１，
ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１をオフさせるようにする
とよい。尚、トランジスタＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２
１のソースには大電流が流れるので、マイクロプロセッ
サ等の弱電回路部のグランドは、これらのグランドとは
別系統の配線とすることが望ましい。

【００２５】抵抗Ｒｓの両端には電流検出回路８６が接
続されており、抵抗Ｒｓに流れる電流値が検出される。
電流検出回路８６は、抵抗Ｒｓに流れる電流値が１８Ａ
以上のとき過電流と判定し、出力信号ＭＯＣ１として過
電流信号を出力すると共に、パルス幅変調信号合成回路
８９に過電流信号を与え、ローサイド側で制限をかけ
る。また、電流検出回路８６は抵抗Ｒｓに流れる電流値
が２５Ａ以上のとき異常電流と判定し、出力信号ＭＳ１
として異常電流信号を出力する。異常電流が発生した場
合には、異常電流制限回路８８に異常電流信号を与え、
ハイサイド及びローサイド側で制限をかける。この場
合、全てのトランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１
１，ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１を異常電流検出時か
ら一定時間オフさせてやればよい。この一定時間は、予
想される最大電流に対してＦＥＴの安全動作領域内とな
るように設定するとよい。電流検出回路８６にて検出さ
れた電流値はピークホールド回路１０１に与えられ、ピ
ークホールド回路１０１から電流値のピーク値がピーク
信号ＭＩ１として出力される。このピークホールド回路
１０１はリセット信号ＤＲ１が切り替わるタイミングで
リセットされる。

【００２６】次に、図１０を参照してモータＭの回転動
作について説明する。磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ
の状態に応じて、相切換信号のパターンを表１のように
設定することによりモータＭが回転する。時計方向の回
転（ＣＷ）は右切り、反時計方向の回転（ＣＣＷ）は左
切りに設定してある。先ず、表１における右回転の順１
のように、磁極センサ信号が（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）＝
（Ｈ，Ｌ，Ｈ）の場合には、相切換信号は（ＬＡ１１，
ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１）
＝（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）として出力される。この
状態は図１０の図示Ａの範囲の状態に対応し、三つのホ
ールＩＣに対する磁石５１の相対的回転位置関係から明
らかなように、磁極センサ信号ＨＡ及びＨＣがハイレベ
ル（Ｈ）となっている。巻線電流の方向はＵ相からＶ相
となり、モータＭの回転に伴い磁石５１は図示時計方向
に回転する。磁石５１が３０度程回転すると、磁極セン
サ信号ＨＡがハイレベルからローレベルに切り換わる。
これに応じ、相切換信号が（ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ
１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１）＝（Ｌ，Ｌ，
Ｈ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）に切換えられ、モータＭは更に３０度
回転し、磁極センサ信号ＨＢがハイレベルとなる。この
ようにして、図１０の左方の状態から右方の状態に進
み、モータＭが連続して回転することとなる。而して、
モータＭに対し時計方向の回転（ＣＷ）又は反時計方向
の回転（ＣＣＷ）を与えるには、表１の上段又は下段の
順に従って相切換信号のパターンを切換えればよい。

【表１】

【００２７】マイクロプロセッサ１は、図１３に示すよ
うに、目標舵角演算部６０、モータサーボ制御部６１、
相切換制御部６２、磁極センサ異常判定部６３，オープ
ン制御部６４及びスイッチＳＷ１を有する。目標舵角演
算部６０はヨーレート値γ、車速Ｖ及びステアリング角
θｓから目標舵角値ＡＧＬＡを求める。図１３には示し
ていないが、車速Ｖは第１及び第２車速センサ２２，２
３の出力値Ｖ１，Ｖ２に基づいて演算される。このと
き、二つの車速値の平均を車速Ｖとしてもよいし、二つ
の車速値の内最大値を車速Ｖとしてもよい。このように
車速を２系統で検出することにより、車速センサの異常
を検出することができる。また、図１３には示していな
いが、前輪舵角θｓは第１及び第２前輪舵角センサ１
７，２０の出力値θｆ１，θｆ２に基づいて演算され
る。この場合において、通常は第１前輪舵角センサ１７
としてポテンショメータが用いられるが、ポテンショメ
ータは精度が荒い。一方、第２前輪舵角センサ２０とし
てロータリエンコーダを用いると、舵角量を精度よく検
出できるものの、初期舵角量を検出することができな
い。そこで、第１前輪舵角センサ１７で第２前輪舵角セ
ンサ２０の出力の絶対値を求めることとし、絶対値を求
めた後は第２前輪舵角センサ２０の出力をステアリング
角θｓとしている。

【００２８】図１４はモータサーボ制御部６１の制御ブ
ロック図を示すもので、微分部９０において目標舵角値
ＡＧＬＡが微分されて微分値ＳＡＧＬＡが求められ、微
分ゲイン設定部９１にて目標舵角値の微分値ＳＡＧＬＡ
の絶対値に基づき微分ゲインＹＴＤＩＦＧＡＩＮが求め
られる。微分値ＳＡＧＬＡの絶対値が４（ｄｅｇ／ｓｅ
ｃ）以下の場合には微分ゲインは０に、微分値ＳＡＧＬ
Ａの絶対値が１２（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上の場合には微
分ゲインは４に設定され、微分値ＳＡＧＬＡの絶対値が
４乃至１２（ｄｅｇ／ｓｅｃ）の場合には微分ゲインは
０乃至４の値になる。

【００２９】一方、モータＭの回転角度θｍが磁極セン
サ１８の出力に基づいて演算される。図１４には示して
いないが、モータＭの回転角度θｍは磁極センサ１８の
出力値ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ及び後輪舵角センサ２１の出力
値θｒに基づいて求められる。通常は、後輪舵角センサ
２１としてポテンショメータが用いられるが、ポテンシ
ョメータは精度が荒く、磁極センサ１８は舵角量を精度
よく検出できるが、初期舵角量を検出することができな
い。そこで、後輪舵角センサ２１で磁極センサ１８の絶
対値を求め、絶対値を求めた後は磁極センサ１８の出力
変化からモータＭの回転角度θｍを求めることとしてい
る。回転角度θｍはバッファ１００を介して実舵角値Ｒ
ＡＧＬとして減算部９２に供給される。尚、本実施例に
おいては、電動モータの回転センサとして、磁極センサ
１８を使用しているが、発光ダイオードを利用した光パ
ルス式のセンサ等のエンコーダを用いることとしてもよ
い。

【００３０】減算部９２においては目標舵角値ＡＧＬＡ
から実舵角値ＲＡＧＬが減算され、舵角偏差ΔＡＧＬが
求められる。この舵角偏差ΔＡＧＬは偏差舵角不感帯付
与部９３を介して処理される。偏差舵角不感帯付与部９
３は、舵角偏差ΔＡＧＬの絶対値が所定値Ｅ２ＰＭＡＸ
以下の場合に舵角偏差値ＥＴＨ２を０として処理するも
のであり、舵角偏差ΔＡＧＬの値が小さいときには制御
を停止させるものである。得られた舵角偏差値ＥＴＨ２
は比例部９６及び微分部９４に送られる。比例部９６で
は舵角偏差値ＥＴＨ２を所定の比例ゲインだけ積算し、
比例項ＰＡＧＬＡを得る。また、微分部９４では舵角偏
差値ＥＴＨ２を微分し、舵角偏差微分値ＳＥＴＨ２を得
る。この舵角偏差微分値ＳＥＴＨ２と前述の微分ゲイン
ＹＴＤＩＦＧＡＩＮとが積算部９５にて積算され、微分
項ＤＡＧＬＡが得られる。そして、比例項ＰＡＧＬＡと
微分項ＤＡＧＬＡが加算部９７にて加算され、舵角値Ｈ
ＰＩＤが得られる。

【００３１】舵角値ＨＰＩＤは偏差舵角リミッタ９８に
より舵角制限がかけられる。偏差舵角リミッタ９８は、
舵角値ＨＰＩＤに比例して制御量ＡＮＧを設定すると共
に、制御量ＡＮＧが１．５ｄｅｇ以上または−１．５ｄ
ｅｇ以下にならないように設定するものである。制御量
ＡＮＧはパルス幅変調変換部９９にてパルス幅変調信号
に変換され、モータドライバ５に供給される。モータド
ライバ５はパルス幅変調信号に応じてモータＭを回転さ
せるもので、これによりモータＭがサーボ制御される。
また、舵角偏差はＰＤ制御される。この内、微分項の微
分ゲインは目標舵角値の微分値に応じて変更される。微
分ゲインは目標舵角値の微分値が小さいときには０とな
り、この場合の制御は比例項のみによって行なわれる。
尚、上記ＰＤ制御に積分項を追加することとしてもよ
い。また、モータＭの回転角度θｍは電源電圧の変動に
よっても変化するので、バッテリ電圧を測定し、バッテ
リ電圧に応じて制御量ＡＮＧを補正するようにしてもよ
い。

【００３２】上記目標舵角値ＡＧＬＡを目標舵角θｔで
表し、その微分値をＤθｔで表すと、このＤθｔは目標
舵角θｔの変化率（変化速度）であり、目標舵角変化率
ということができる。また、実舵角値ＲＡＧＬを実舵角
θｒで表し、その微分値をＤθｒで表すとＤθｒは実舵
角変化率ということになる。これらの値θｔ，Ｄθｔ，
θｒは出力制限手段たるリミッタ１０２に供給され、こ
こでθｒの微分値である実舵角変化率Ｄθｒが求められ
ると共に、後述する図１９のフローチャートに従ってパ
ルス幅変調変換部９９のパルス幅変調信号が制御され，
モータＭの出力電圧が制御される。

【００３３】図１５に示すように、マイクロプロセッサ
１の割込み端子と通常入力端子が磁極センサ信号ＨＡ，
ＨＢ，ＨＣの入力用に供されている。磁極センサ信号Ｈ
Ａ，ＨＢはイクスクルーシブＯＲ回路ＥＸＯＲ１に入力
し、磁極センサ信号ＨＣとイクスクルーシブＯＲ回路Ｅ
ＸＯＲ１の出力信号はイクスクルーシブＯＲ回路ＥＸＯ
Ｒ２に入力するように接続されている。而して、磁極セ
ンサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの内の何れか一つに変化があ
ると、イクスクルーシブＯＲ回路ＥＸＯＲ２の出力が変
化する。

【００３４】上述のように磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，
ＨＣの内の何れか一つに変化があると、図１３の磁極セ
ンサ異常判定部６３において、図１６に示す磁極センサ
信号エッジ割り込みルーチンが実行される。ここでは、
割り込みがある度に、モータＭの回転数が演算された
後、磁極センサ信号の状態が判別され、今回値として記
憶される。即ち、先ずステップ２０１において、これま
で記憶されていた今回値が前回値として更新され、ステ
ップ２０２にて、磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの入
力端子の状態が読み込まれ、今回値として記憶される。
次に、ステップ２０３にて、表２に示すマップから前回
予測値が読みだされる。後述するように、磁極センサ１
８は磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣのうち何れか一つ
が順に変化するよう構成されている。従って、前回値と
今回値に対して、磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣのう
ちの何れか一つの極性が変化したものになるはずであ
る。

【表２】

【００３５】表２のマップの前回予測値には今回値に対
してありうる状態の全てが記憶されている。具体的に
は、今回値が（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）＝（Ｌ，Ｌ，Ｈ）で
あったとき、前回予測値は（Ｈ，Ｌ，Ｈ）または（Ｌ，
Ｈ，Ｈ）となる。図１６のステップ２０４ではこの前回
予測値と実際の前回値とが比較される。磁極センサ１８
が正常に機能しておれば、前回予測値と前回値は一致す
るはずである。従って、前回予測値と前回値が一致して
おれば、ステップ２０５で磁極センサ異常フラグＦａｂ
ｎがクリア（０）される。前回予測値と前回値が一致し
ていなければ、ステップ２０６にて磁極センサ異常フラ
グＦａｂｎがセット（１）され、この磁極センサ信号エ
ッジ割り込みルーチンが終了する。而して、以後の処理
においては、磁極センサ異常フラグＦａｂｎが１となっ
ていれば、磁極センサ１８に異常有と判定され、磁極セ
ンサ異常フラグＦａｂｎがクリアされておれば、以下に
説明する図１７のルーチンに従って相切換信号パターン
が設定される。

【００３６】図１３の相切換制御部６２においては、図
１７に示すように処理される。先ず、ステップ２１０に
おいて上記磁極センサ異常フラグＦａｂｎが０か否かが
判定され、これがセットされておれば（１であれば）以
下の処理は行なわれない。即ち、磁極センサ１８に異常
が検出されたときには、相切換制御ルーチンは実行され
ない。磁極センサ異常フラグＦａｂｎがセットされてい
ない場合には、ステップ２１１に進み前述の磁極センサ
信号のエッジ割り込みがあったか否かが判定される。割
り込みがあった場合には、ステップ２１２乃至２１４に
て、時計方向の回転をすべきであれば方向フラグＤＩに
値ＣＷがセットされ、反時計方向の回転をすべきであれ
ば方向フラグＤＩに値ＣＣＷがセットされる。回転方向
は前述の舵角値ＨＰＩＤが正か負かで判断可能であり、
ＨＰＩＤ＞０であれば方向フラグＤＩ＝ＣＣＷとされ、
ＨＰＩＤ＜０であれば方向フラグＤＩ＝ＣＷとされる。

【００３７】次に、ステップ２１５にて、下記の表３の
マップに基づき相切換信号パターンがセットされる。相
切換信号は６ビット信号であり、各ビットはハイレベル
「Ｈ」又はローレベル「Ｌ」を取り、下記の表４のよう
に定められている。ステップ２１５では、今まで出力し
ていた相切換信号パターンと方向フラグＤＩの状態に基
づき次回の相切換信号パターンが設定される。例えば、
現状値が（ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，
ＬＢ２１，ＬＣ２１）＝（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）で
あって、ＤＩ＝ＣＷ（時計方向の回転）であれば、次回
値として（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ）が設定される。設
定された相切換信号パターンはマイクロプロセッサ１に
おいては相切換信号群Ｌ１として演算される。制御サイ
クルが早い場合には、この相切換制御のルーチンを前述
の磁極センサ信号エッジ割り込みルーチン内で行なうと
よい。尚、方向フラグ設定時に舵角値ＨＰＩＤがゼロと
なった場合には、相切換はストップモードとされ、（Ｌ
Ａ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，Ｌ
Ｃ２１）＝（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ）とされる。

【表３】

【表４】

【００３８】図１３のオープン制御部６４においては、
図１８に示すように処理される。先ず、ステップ２２０
において、前述の磁極センサ異常フラグＦａｂｎが１か
否かが判定され、０となっていれば以下の処理は行なわ
れない。即ち、磁極センサ１８が正常であるときにはオ
ープン制御ルーチンは実行されない。従って、図１３の
磁極センサ異常判定部６３の判定結果に応じスイッチＳ
Ｗ１が切換えられ、正常時には相切換制御部６２が機能
し上述の相切換制御ルーチンが実行され、異常時にはオ
ープン制御部６４側に切換られオープン制御ルーチンが
実行される。このオープン制御ルーチンにおいては、オ
ープン制御実行中フラグＦｏｐ及びタイマＴが使用され
る。タイマＴに所定時間がセットされると、その後タイ
マＴは次第にデクリメントされ、所定時間後に０とな
る。オープン制御実行中フラグＦｏｐは初期状態で０と
されている。

【００３９】ステップ２２１では、オープン制御実行中
フラグＦｏｐの状態が判定され、オープン制御実行中フ
ラグＦｏｐが０であると、次にステップ２２２にて、タ
イマＴが所定時間（例えば１秒）にセットされる。そし
て、タイマＴが０以下になるまでの間、ステップ２２４
にて、相切換信号パターンにモータブレーキパターンが
セットされる。モータブレーキパターンは、（ＬＡ１
１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２
１）＝（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｈ）、（ＬＡ１２，ＬＢ
１２，ＬＣ１２，ＬＡ２２，ＬＢ２２，ＬＣ２２）＝
（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｈ）に設定される。所定時間を
経過すると、ステップ２２５にて、オープン制御実行中
フラグＦｏｐがセット（１）される。この状態でタイマ
Ｔは０以下であるので、ステップ２２７にて表５に示す
マップから次回の相切換信号パターンがセットされる。
次に、ステップ２２８にてタイマＴが再びセットされ
る。ステップ２２６ではタイマＴが０以下のときのみス
テップ２２７を実行させるので、ステップ２２７はタイ
マＴに設定された所定時間毎に実行される。

【００４０】ステップ２２７において、次回値は現状の
相切換信号パターン及び後輪舵角センサ２１の出力する
後輪舵角値θｒと所定値Ａ１との比較結果に応じて設定
される。Ａ１は零に近い値（例えば０．５度）に設定し
てある。例えば、現状の相切換信号パターンが（ＬＡ１
１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２
１）＝（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）であり、後輪舵角値
θｒが−１度であった場合には、次回の相切換信号パタ
ーンは（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ）となる。表５のマッ
プは、後輪舵角値が負の場合は右回転するように、後輪
舵角値が正の場合は左回転するように、設定されてい
る。いずれの場合にも後輪舵角の絶対値が零に近づくよ
うに作用する。後輪舵角の絶対値が所定値Ａ１以下とな
ると、相切換信号パターンは（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，
Ｌ）となり、モータ１２は停止する。よって、オープン
制御ルーチンでは、後輪舵角が零になり中立復帰するよ
うに相切換信号パターンが制御される。

【表５】

【００４１】図１９は図１４のリミッタ１０２における
制御を示すもので、先ずステップ３０１にて後輪１５，
１６の目標舵角θｔが微分され、目標舵角変化率（速
度）Ｄθｔが求められる。続いてステップ３０２にて後
輪１５，１６の実舵角θｒが微分され、実舵角変化率Ｄ
θｒが求められる。次にステップ３０３に進み、目標舵
角変化率Ｄθｔが、モータＭを含む駆動装置による許容
舵角変化率（最大能力速度）Ｄθ_MAXを超えているか否
かが判定され、超えている場合にはステップ３０４にて
許容舵角変化率Ｄθ_MAXが制御対象の目標舵角変化率Ｄ
θｔｃとされる。即ち、この許容舵角変化率Ｄθ_MAXが
上限値とされている。目標舵角変化率Ｄθｔが許容舵角
変化率Ｄθ_MAX以下であれば、ステップ３０５に進み、
その値が制御対象の目標舵角変化率Ｄθｔｃとされる。

【００４２】更に、ステップ３０６において実舵角変化
率Ｄθｒが目標舵角変化率Ｄθｔｃに所定値αを加えた
値（Ｄθｔｃ＋α）と比較され、この値以下であればス
テップ３０７にて実舵角変化率Ｄθｒが目標舵角変化率
Ｄθｔｃと比較され、実舵角変化率Ｄθｒが目標舵角変
化率Ｄθｔｃ以下であればステップ３０８にて通常の後
輪操舵制御が行なわれる。これに対し、ステップ３０６
にて実舵角変化率Ｄθｒが上記の値（Ｄθｔｃ＋α）よ
り大と判定されると、ステップ３０９にてモータＭの出
力電圧が低下するように制御される。即ち、ＰＷＭ信号
のデューティ比を減少するように制御される。一方、ス
テップ３０７にて実舵角変化率Ｄθｒが目標舵角変化率
Ｄθｔｃを超えている（但し、（Ｄθｔｃ＋α）以下）
と判定されたときには、ステップ３１０に進みモータＭ
の出力電圧が保持される。

【００４３】以上説明したように、本実施例において
は、後輪１５，１６の実舵角が急激に変化し実舵角変化
率Ｄθｒが（Ｄθｔｃ＋α）より大となると、モータＭ
の出力電圧が低下するように制御されるので、後輪１
５，１６の操舵角が制限され、車両挙動に影響を与える
ことなく適切に操舵制御される。例えば図２１におい
て、ｔａ時点で後輪１５，１６の実舵角が制限され、目
標舵角との差は大となるものの滑らかな舵角変化とな
り、安定した操舵作動を確保することができる。また、
図１９のフローチャートのステップ３０３乃至３０５に
示すように制御されるので、目標舵角を決定するヨーレ
ート等の検出手段における故障、ノイズ等による検出誤
差に起因して、目標舵角変化率ＤθｔがモータＭによる
後輪１５，１６に対する許容舵角変化率を超える値に設
定され、モータＭの能力以上の出力が要求されるといっ
た事態を回避することができる。

【００４４】上述の実施例においては、目標舵角変化率
Ｄθｔｃ及び実舵角変化率Ｄθｒに基づく制御が行なわ
れるように構成されているが、両変化率（速度）から更
に目標舵角変化加速度及び実舵角変化加速度を求め、こ
れらの変化加速度に基づき図１９と同様に処理すること
としてもよい。

【００４５】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で以下に記載の効果を奏する。即ち、本発明の車両の後
輪操舵装置においては、目標舵角と実舵角の比較結果に
応じて電動モータの出力を制御すると共に、実舵角変化
率（又は、実舵角変化加速度）が目標舵角変化率（又
は、目標舵角変化加速度）に所定値を加えた値以上とな
ったときには電動モータの出力を制限するように制御す
ることとしているので、実舵角に急激な変化があったと
きには後輪の操舵角を適切に制限することができ、安定
した操舵作動を確保することができる。

【００４６】また、目標舵角変化率が、電動モータによ
る後輪に対する許容舵角変化率を超えたときには、この
許容舵角変化率を目標舵角変化率として用いることとし
たものにおいては、実舵角検出手段の検出誤差等に起因
する異常操舵作動を防止することができ、フェイルセー
フ機能を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。

【図２】本発明の一実施例に使用する後輪操舵機構の正
面図である。

【図３】図２の後輪操舵機構の部分断面図である。

【図４】図２の後輪操舵機構の断面図である。

【図５】本発明の一実施例に使用するモータの断面図で
ある。

【図６】本発明の一実施例に使用するモータの断面図で
ある。

【図７】図５，６のモータの巻線説明図である。

【図８】本発明の一実施例に使用する磁石の正面図であ
る。

【図９】本発明の一実施例に使用する磁極センサの基板
の正面図である。

【図１０】本発明の一実施例に係る電動モータの作動説
明図である。

【図１１】本発明の一実施例に使用する電子制御装置の
回路構成図である。

【図１２】図１１の電子制御装置のドライバの回路構成
図である。

【図１３】図１１の電子制御装置のマイクロプロセッサ
の機能ブロック図である。

【図１４】図１３のマイクロプロセッサのモータサーボ
制御部の機能ブロック図である。

【図１５】図１１の電子制御装置の磁極センサ入力回路
の回路構成図である。

【図１６】本発明の一実施例における磁極センサ信号エ
ッジ割り込みのフローチャートである。

【図１７】本発明の一実施例における相切換制御のフロ
ーチャートである。

【図１８】本発明の一実施例におけるオープン制御のフ
ローチャートである。

【図１９】本発明の一実施例における図１４のリミッタ
における制御のフローチャートである。

【図２０】本発明の構成の概要を示すブロック図であ
る。

【図２１】従来の後輪操舵装置における後輪の舵角制御
状況を示すグラフである。

【符号の説明】

１マイクロプロセッサ５モータ
ドライバ９電子制御装置１２モータ
（電動モータ）１７，２０第１，第２前輪舵角センサ１８磁極センサ（回転センサ）２１後輪舵
角センサ２２，２３第１，第２車速センサ５５定電圧
レギュレータ５７インターフェース５９バッテ
リ６０目標舵角演算部６１モータ
サーボ制御部６２相切換制御部６３磁極セ
ンサ異常判定部６４オープン制御部８６電流検
出回路８８異常電流制限回路８９パルス
幅変調信号合成回路９０，９４微分部９１微分ゲ
イン設定部９２減算部９３偏差舵
角不感帯付与部９５積算部９６比例部９７加算部９８偏差舵
角リミッタ９９パルス幅変調変換部１００バッ
ファ１０１ピークホールド回路１０２リミッタＡＧＬＡ目標舵角値ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ磁極センサ信号Ｌ１相切換
信号群ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，
ＬＣ２１相切換信号Ｍモータ（電動モータ）ＰＷＭ１パルス幅変調信号Ｕ，Ｖ，Ｗ
端子Ｖ車速 γ ヨーレー
ト値 θｓステアリング角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上原康生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)発明者米谷正弘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)参考文献特開平４−19272（ＪＰ，Ａ) 特開平４−293675（ＪＰ，Ａ) 特開平４−342666（ＪＰ，Ａ) 実開平５−582（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/00 B62D 7/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の後輪に連結した操舵機構と、該操
舵機構を駆動する電動モータと、前記後輪の目標舵角を
設定する目標舵角設定手段と、前記後輪が実際に操舵さ
れる実舵角を検出する実舵角検出手段と、前記目標舵角
と前記実舵角の比較結果に応じて前記電動モータの出力
を制御する制御手段を備えた車両の後輪操舵装置におい
て、前記目標舵角の変化率を演算する目標舵角変化率演
算手段と、前記実舵角の変化率を演算する実舵角変化率
演算手段と、該実舵角変化率演算手段にて演算された実
舵角変化率が、前記目標舵角変化率演算手段にて演算さ
れた目標舵角変化率に所定値を加えた値以上となったと
きには前記制御手段に対し前記電動モータの出力を制限
するように制御する出力制限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】前記目標舵角変化率演算手段にて演算さ
れた目標舵角変化率が、前記電動モータによる前記後輪
に対する許容舵角変化率を超えたときには、該許容舵角
変化率を前記目標舵角変化率として用いることとしたこ
とを特徴とする請求項１記載の車両の後輪操舵装置。
【請求項３】車両の後輪に連結した操舵機構と、該操
舵機構を駆動する電動モータと、前記後輪の目標舵角を
設定する目標舵角設定手段と、前記後輪が実際に操舵さ
れる実舵角を検出する実舵角検出手段と、前記目標舵角
と前記実舵角の比較結果に応じて前記電動モータの出力
を制御する制御手段を備えた車両の後輪操舵装置におい
て、前記目標舵角の変化加速度を演算する目標舵角変化
加速度演算手段と、前記実舵角の変化加速度を演算する
実舵角変化加速度演算手段と、該実舵角変化加速度演算
手段にて演算された実舵角変化加速度が、前記目標舵角
変化加速度演算手段にて演算された目標舵角変化加速度
に所定値を加えた値以上となったときには前記制御手段
に対し前記電動モータの出力を制限するように制御する
出力制限手段とを備えたことを特徴とする車両の後輪操
舵装置。