JP3013640B2 - 電動モータ駆動式四輪操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動モータにより後輪
舵角を制御する電動モータ駆動式四輪操舵装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動モータにより後輪舵角を制御
する電動モータ駆動式四輪操舵装置としては、例えば、
特開平４−３２１４７０号公報に記載のものが知られて
いる。上記従来出典には、直進走行時における電力消費
の無駄を解消すると共に電動モータの耐久性を向上させ
る目的で、舵角目標値に基づいて直進走行を判断し、直
進走行時には強制的にモータ電流をカットする技術が開
示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電動モータ駆動式四輪操舵装置において、後輪舵角
制御の開始と終了とが同じ車速で行なわれる場合、その
車速の近辺で車速が変化する時、制御の開始と終了が繰
り返されるハンチングが生じ、制御安定性に欠けてしま
う。

【０００４】また、極低速時において、リア舵角目標値
がゼロであっても、リア舵角を検出するポテンショメー
タの誤差や路面凹凸等で、フィードバック制御によりモ
ータ駆動指令値が出力される。この時、タイヤの負荷が
高く、モータ駆動電流が多く必要である。

【０００５】本発明は、上記課題に着目してなされたも
ので、その目的とするところは、電動モータにより後輪
舵角を制御する電動モータ駆動式四輪操舵装置におい
て、車両停車時に後輪舵角を中立位置近傍に戻しなが
ら、車速の変化に対して制御安定性を確保することがで
きると共に消費エネルギの低減を図ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の電動モータ駆動式四輪操舵装置では、モータ駆
動制御の開始と終了の車速条件として、開始側を高車速
とし終了側を車両停止直前の低車速とするヒステリシス
を設定し、この車速条件にしたがってモータ駆動制御を
行なうモータ駆動制御手段を設けた。

【０００７】即ち、図１のクレーム対応図に示すよう
に、モータ制御電流の印加による駆動で後輪舵角を制御
する電動モータａと、車速を検出する車速検出手段ｂ
と、車速検出値が第１設定車速以上であるかどうかを判
断する後輪舵角制御開始条件判断手段ｃと、車速検出値
が第１設定車速より低く車両停止直前の車速の第２設定
車速以下であるかどうかを判断する後輪舵角制御終了条
件判断手段ｄと、制御開始条件を満足することで前記電
動モータａへのモータ制御電流の出力を開始し、制御終
了条件を満足することで前記電動モータａへのモータ制
御電流の出力を停止するモータ駆動制御手段ｅとを備え
ている。

【０００８】

【作用】車両走行時、後輪舵角制御開始条件判断手段ｃ
において、車速検出手段ｂからの車速検出値が第１設定
車速以上であるかどうかが判断され、モータ駆動制御手
段ｅにおいて、後輪舵角の制御を開始する制御開始条件
を満足することで電動モータａへのモータ制御電流の出
力が開始される。

【０００９】そして、後輪舵角制御終了条件判断手段ｄ
において、車速検出手段ｂからの車速検出値が第１設定
車速より低く車両停止直前の車速の第２設定車速以下で
あるかどうかが判断され、モータ駆動制御手段ｅにおい
て、後輪舵角の制御を終了する制御終了条件を満足する
ことで電動モータａへのモータ制御電流の出力が停止さ
れる。

【００１０】したがって、制御開始条件である第１設定
車速と制御終了条件である第２設定車速とにヒステリシ
スが設けられていることで、制御開始と制御終了の車速
条件同じ車速の場合のような制御の開始と終了が繰り返
されるハンチングが防止され、制御安定性が確保され
る。

【００１１】また、走行開始時や後輪舵角制御終了後の
走行時、他の制御開始条件である後輪舵角中立位置条件
や後輪舵角目標値設定条件等を満足していても車速検出
値が第１設定車速以上でない限り、電動モータａへのモ
ータ制御電流が出力されず、制御開始条件や制御終了条
件に車速を含まない場合やある低車速を条件とする場合
に比べ、モータ制御電流の出力時間が大幅に短縮され、
消費エネルギの低減が図られる。

【００１２】また、後輪舵角制御終了条件を車両停止直
前の車速の第２設定車速以下としているため、車両停車
時に後輪舵角を中立近傍に戻すことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１４】まず、構成を説明する。

【００１５】図２は本発明実施例の電動モータ駆動式四
輪操舵装置が適用された車両を示す全体システム図、図
３は実施例の電動モータ駆動式四輪操舵装置の電動式後
輪ステアリング機構を示す図、図４は実施例装置の４Ｗ
Ｓコントロールユニットを中心とする電子制御系システ
ム図である。

【００１６】図２において、１，２は前輪、３，４は後
輪、５は機械式前輪ステアリング機構、６は電動式後輪
ステアリング機構である。

【００１７】前記機械式前輪ステアリング機構５は、ド
ライバによって操舵されるステアリングホイール７から
ステアリングシャフト８を介して入力される操舵力を図
外のパワーステアリングにより増大し、増大した操舵力
をラックシャフト９からサイドロッド１０，１１及びナ
ックルアーム１２，１３を介して伝達し、前輪１，２に
舵角を与える機構としている。

【００１８】前記電動式後輪ステアリング機構６は、４
ＷＳコントロールユニット１４からのモータ出力によっ
て制御されるハイキャスモータ１５（電動モータａに相
当）の回転力をウォーム１６及びウォームホイール１７
により減速し、ウォームホイール１７の回転運動をピニ
オンシャフト１８のギア部とラックシャフト１９のギア
部との噛合によりラックシャフト１９の直線運動に変換
し、ラックシャフト１９からサイドロッド２０，２１及
びナックルアーム２２，２３を介して伝達し、後輪３，
４に舵角を与える機構としている。

【００１９】前記４ＷＳコントロールユニット１４は、
図４に示すように、電源回路１４ａ、センサ電源回路１
４ｂ、入力インターフェース１４ｃ、ＣＰＵ１、ＣＰＵ
２、監視回路１４ｄ、Ｄ／Ａ変換１４ｅ，１４ｆ，１４
ｇ，１４ｈ，１４ｉ、ＣＰＵ出力監視回路１４ｊ、リレ
ー出力ドライバ１４ｋ、モータ出力ドライバ１４ｍ、パ
ワステソレノイド出力ドライバ１４ｎを有する。

【００２０】前記電源回路１４ａには、バッテリ２４か
ら直接のバッテリ電源と、イグニッションスイッチ２５
からのイグニッション電源が入力される。

【００２１】前記入力インターフェース１４ｃには、ポ
テンショメータによるリア舵角メインセンサ２６及びリ
ア舵角サブセンサ２７からのセンサ信号と、ステアリン
グセンサ２８からのセンサ信号と、車速センサ２９（車
速検出手段ｂに相当）からのセンサ信号と、ストップラ
ンプスイッチ３０，ブレーキスイッチ３１及びインヒビ
ットスイッチ３２からのスイッチ信号が入力される。こ
こで、リア舵角メインセンサ２６は前記ピニオンシャフ
ト１８の回転量を検出するセンサであり、前記リア舵角
サブセンサ２７は前記ラックシャフト１９のストローク
量を検出するセンサである。

【００２２】前記リレー出力ドライバ１４ｋは、監視回
路１４ｄからの監視出力とワーニングバルブ３３からの
ワーニングバルブ出力を入力し、ハイキャスリレー３４
に対しハイキャスリレー出力を送出する。

【００２３】前記モータ出力ドライバ１４ｍは、ハイキ
ャスリレー３４を介したモータ電源により駆動され、Ｃ
ＰＵ１からＤ／Ａ変換１４ｇ，１４ｈを介した後輪舵角
指令を入力し、ハイキャスモータ１５に対しモータ出力
を送出する。

【００２４】前記パワステソレノイド出力ドライバ１４
ｎは、ＣＰＵ１からＤ／Ａ変換１４ｉを介したパワステ
指令を入力し、パワステソレノイド３５に対しパワステ
ソレノイド出力を送出する。

【００２５】次に、作用を説明する。

【００２６】［後輪舵角制御作動］図５は４ＷＳコント
ロールユニット１４により行なわれる後輪舵角制御作動
の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップにつ
いて説明する。

【００２７】ステップ５０のイグニッションスイッチ２
５のＯＦＦからＯＮへのスイッチ動作により後述する処
理が開始される。

【００２８】ステップ５１では、４ＷＳコントロールユ
ニット１４の初期チェック（例えば、ＣＰＵ初期チェッ
クなど）が行なわれる。

【００２９】ステップ５２では、リレー出力ドライバ１
４ｋからの出力によりハイキャスリレー３４を駆動さ
せ、モータ電源を確保する。

【００３０】ステップ５３では、リア舵角メインセンサ
２６からのセンサ値に基づいてリア舵角中立位置復帰処
理を行なうかどうかのリア舵角中立位置復帰開始判断が
行なわれる。

【００３１】ステップ５４では、ステップ５３でリア舵
角中立位置のズレがありリア舵角中立位置復帰処理を行
なうと判断された時、リア舵角中立位置復帰終了判断が
なされるまでモータ１５を駆動してリア舵角を中立位置
に戻す。

【００３２】具体的なリア舵角中立位置復帰処理は、３
０msec毎にリア舵角中立位置復帰時の目標値を算出し、
モータサーボをかけるスロープ処理により行なわれる。
リア舵角中立位置復帰終了判断は、リア舵角メインセン
サ２６からのセンサ値が中立域にある状態が所定時間
（３６０msec）以上続いた場合に終了と判断される。

【００３３】ステップ５５では、ステアリング舵角θの
基準となるステアリング舵角中立最新値θcnが算出され
ているかどうかが判断される。このステアリング舵角中
立最新値θcnは、例えば、特開平２−２９９９７７号公
報に記載の手法により別のルーチンで算出される。

【００３４】ステップ５６では、ステップ５５でのステ
アリング舵角中立最新値θcnの算出を条件として、車速
Ｖとステアリング舵角θに基づいてリア舵角目標値δｒ
が算出される。

【００３５】このリア舵角目標値δｒは、例えば、旋回
初期、一瞬後輪を逆相に転舵し、その後、後輪を同相に
転舵する位相反転制御則等により算出される。

【００３６】ステップ５７では、ステップ５５で舵角中
立最新値θcnが未算出と判断された時、リア舵角目標値
δｒの初期化が行なわれる。

【００３７】ステップ５８では、下記に示すリア舵角制
御開始条件が判断される（後輪舵角制御開始条件判断手
段ｃに相当）。

【００３８】このリア舵角制御開始条件は、車速が２０
km/h（第１設定車速に相当）以上で、且つ、リア舵角目
標値が０±０．０１度を満足した後、目標モータ回転角
と中立モータ回転角との偏差が設定値以上となった時で
ある。

【００３９】ステップ５９では、ステップ５８の条件が
成立した場合あるいは既に成立している場合、車速が２
km/h（第２設定車速に相当）以下かどうかというリア舵
角制御終了条件が判断される（後輪舵角制御終了条件判
断手段ｄに相当）。

【００４０】ステップ６０では、ステップ５９の条件が
不成立である場合、リア舵角目標値δｒとリア舵角セン
サ値δrSENとの差による後輪舵角偏差δεを用いた下記
の式によりモータ制御電流値ＩＭが演算される。

【００４１】ＩＭ＝Ｌ・δε−ｍ・ｄ（θＭ）＋Ｋｐ Ｌ；比例定数 ｍ；ダンピング定数 ｄ（θＭ）；モータ回転角速度 Ｋｐ；フリクション補正定数 ステップ６１では、上記モータ制御電流値ＩＭによるモ
ータ制御電流が出力される。

【００４２】ステップ６２では、ステップ５７でリア舵
角目標値δｒの初期化が行なわれた場合、ステップ５８
でリア舵角制御開始条件が未成立の場合、ステップ５９
でリア舵角制御終了条件が成立した場合、モータ制御電
流の初期化が行なわれる。

【００４３】ステップ６３では、モータ制御電流の出力
が禁止される。

【００４４】なお、ステップ６０〜ステップ６３は、モ
ータ駆動制御手段ｅに相当する。

【００４５】ステップ６４では、イグニッションスイッ
チ２５がＯＦＦまたはフェイルセーフが成立しているか
どうかが判断され、Ｎｏの場合には、ステップ５５から
の処理が繰り返され、Ｙｅｓの場合には、ステップ６５
へ進み、リア舵角制御が禁止される。

【００４６】［車速条件による後輪舵角制御作用］旋回
時には、図５に示す上記後輪舵角制御作動にしたがって
後輪舵角が制御されるが、リア舵角制御開始条件とリア
舵角制御終了条件に共に含まれる車速条件に着目して後
輪舵角制御作用を述べる。

【００４７】まず、図６に示すように、リア舵角制御開
始条件の車速は２０km/hであり、リア舵角制御終了条件
の車速は２km/hであり、両車速条件にヒステリシスが設
けられ、この条件にしたがってモータ制御電流の出力並
びに出力停止がなされる。

【００４８】この条件の意味は、走行開始時等におい
て、旋回安定性並びに旋回応答性を目指すリア舵角制御
の実効が図られるのは、車速がある程度増してからであ
り、低車速域では前輪操舵のみでも充分に安定性が図ら
れることで、リア舵角制御開始条件の車速は２０km/hと
している。

【００４９】また、リア舵角制御終了条件の車速は２km
/hとしているのは、ほとんど停車状態に近い車速までリ
ア舵角制御を続けることで、なるべくステップ５４での
リア舵角中立位置復帰処理を行なうことなく、次の制御
開始時にリア舵角の中立位置が出ているようにするため
である。

【００５０】このように両車速条件にヒステリシスが設
けらているため、リア舵角制御開始とリア舵角制御終了
の車速条件同じ車速の場合のような制御の開始と終了が
繰り返されるハンチングが防止され、制御安定性が確保
される。

【００５１】また、走行開始時や後輪舵角制御終了後の
走行時、他の制御開始条件である後輪舵角中立位置条件
や後輪舵角目標値設定条件等を満足していても車速が２
０km/h以上とならない限り、モータ１５へのモータ制御
電流が出力されず、リア舵角制御開始条件やリア舵角制
御終了条件に車速を含まない場合やある低車速を条件と
する場合に比べ、モータ制御電流の出力時間が大幅に短
縮され、消費エネルギの低減が図られる。

【００５２】［車速以外の条件による後輪舵角制御開始
作用］旋回時には、図５に示す上記後輪舵角制御作動に
したがって後輪舵角が制御されるが、車速条件以外の条
件に着目して後輪舵角制御開始作用を述べる。

【００５３】図５のフローチャートの判断ステップ５３
でのリア舵角が中立位置であるという条件と、判断ステ
ップ５５でのステアリング舵角中立最新値θcnが算出済
みであるという条件と、判断ステップ５８でのリア舵角
目標値δｒが０±０．０１度であるという条件を共に満
足しないことにはモータ制御電流の出力が開始されな
い。

【００５４】つまり、後輪を電動モータを使って操舵す
るシステムは、センタリングスプリングが内蔵されたパ
ワシリンダ駆動式とは異なり、自動的に後輪舵角が中立
位置に復帰せず、前回の制御終了時点での後輪舵角のま
まとなっているし、上記ステップ６０のモータ制御電流
値ＩＭの算出式から明らかなように、後輪舵角位置をフ
ィードバックし、モータ制御電流値ＩＭを算出してい
る。

【００５５】したがって、制御開始時にリア舵角が中立
位置でなかったり、リア舵角目標値δｒが中立域になけ
れば、不要な電流が発生し、後輪舵角が急変してしま
う。

【００５６】また、ステアリング舵角中立位置が算出さ
れていない場合、中立位置と実測値との差で得られるス
テアリング舵角θを入力情報として算出されるリア舵角
目標値δｒの算出精度が悪くなり、後輪舵角制御精度を
低下させてしまう。

【００５７】これに対し、上記のように３つの条件が共
に満足しないことにはモータ制御電流の出力が開始され
ないようにしていることで、モータ１５への不要な電流
の発生を防止できると共に、後輪舵角の急変を防止する
ことができる。

【００５８】次に、効果を説明する。

【００５９】（１）ハイキャスモータ１５により後輪舵
角を制御する電動モータ駆動式四輪操舵装置において、
モータ駆動制御の開始と終了の車速条件として、開始側
を２０km/hの高車速とし、終了側を車両停止直前の２km
/hの低車速とするヒステリシスを設定し、この車速条件
にしたがってモータ駆動制御を行なう装置としたため、
車両停車時に後輪舵角を中立位置近傍に戻しながら、車
速の変化に対して制御安定性を確保することができると
共に消費エネルギの低減を図ることができる。

【００６０】（２）ハイキャスモータ１５により後輪舵
角を制御する電動モータ駆動式四輪操舵装置において、
モータ駆動制御の開始条件として、リア舵角が中立位置
であるという条件と、ステアリング舵角中立最新値θcn
が算出済みであるという条件と、リア舵角目標値δｒが
０±０．０１度であるという条件を設定し、この３つの
条件を共に満足しないことにはモータ駆動制御を開始し
ない装置としたため、後輪舵角制御開始時にモータ１５
への不要な電流の発生を防止できると共に、後輪舵角の
急変を防止することができる。

【００６１】以上、実施例を図面により説明してきた
が、具体的な構成は実施例に限られるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加等があ
っても本発明に含まれる。

【００６２】例えば、実施例では、開始車速を２０km/h
とし、終了車速を２km/hとする例を示したが、例えば、
開始車速を１０km/h〜２５km/hの範囲内の車速とし、終
了車速を１km/h〜９km/hの範囲内の車速としても良い。

【００６３】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明にあって
は、電動モータにより後輪舵角を制御する電動モータ駆
動式四輪操舵装置において、モータ駆動制御の開始と終
了の車速条件として、開始側を高車速とし終了側を車両
停止直前の低車速とするヒステリシスを設定し、この車
速条件にしたがってモータ駆動制御を行なうモータ駆動
制御手段を設けたため、車両停車時に後輪舵角を中立位
置近傍に戻しながら、車速の変化に対して制御安定性を
確保することができると共に消費エネルギの低減を図る
ことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動モータ駆動式四輪操舵装置を示す
クレーム対応図である。

【図２】本発明実施例の電動モータ駆動式四輪操舵装置
が適用された車両を示す全体システム図である。

【図３】実施例の電動モータ駆動式四輪操舵装置の電動
式後輪ステアリング機構を示す図である。

【図４】実施例装置の４ＷＳコントロールユニットを中
心とする電子制御系システム図である。

【図５】実施例装置の４ＷＳコントロールユニットで行
なわれる後輪舵角制御作動の流れを示すフローチャート
である。

【図６】実施例装置でモータ駆動制御の開始と終了の車
速条件を示すヒステリシス特性図である。

【符号の説明】

ａ 電動モータ ｂ 車速検出手段 ｃ 後輪舵角制御開始条件判断手段 ｄ 後輪舵角制御終了条件判断手段 ｅ モータ駆動制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 113:00 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/00 B62D 5/04 B62D 7/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ制御電流の印加による駆動で後輪
   舵角を制御する電動モータと、 車速を検出する車速検出手段と、 車速検出値が第１設定車速以上であるかどうかを判断す
   る後輪舵角制御開始条件判断手段と、 車速検出値が第１設定車速より低く車両停止直前の車速
   の第２設定車速以下であるかどうかを判断する後輪舵角
   制御終了条件判断手段と、 制御開始条件を満足することで前記電動モータへのモー
   タ制御電流の出力を開始し、制御終了条件を満足するこ
   とで前記電動モータへのモータ制御電流の出力を停止す
   るモータ駆動制御手段と、 を備えていることを特徴とする電動モータ駆動式四輪操
   舵装置。