JP3454277B2 - 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、特に後
輪舵角センサの異常検知技術に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、電動モータを用いたパワーステア
リング制御システムで、フィードバック情報として制御
に用いられる操舵力センサの異常検知技術としては、例
えば、特開昭６３−８２８７５号公報に記載のものが知
られている。 【０００３】上記従来出典には、２個の操舵力センサを
用い、各センサ毎に変化率を演算する手段を有し、各セ
ンサ毎の変化率に差を生じた時に最小の変化率を示した
センサを異常とする異常検知技術が示されているし、ま
た、２個の操舵力センサからのセンサ出力が予め設定し
てある所定範囲を超えた時、超えたセンサを異常とする
異常検知技術が示されている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記前
者の従来技術にあっては、２つの操舵力センサからのセ
ンサ信号の変化率のみを見て検知するものであるため、
センサ信号が全く同様に変化するが、一方から出力され
るセンサ信号と他方から出力されるセンサ信号とに大き
なオフセットがあり、本来、一方のセンサが異常である
場合には、変化率のみを見たとしても正常と判断され、
センサ異常の誤検知をする。 【０００５】また、後者の従来技術にあっては、予め設
定する所定範囲を超えているかどうかにより検知するも
のであるため、この所定範囲はセンサ出力としてあり得
る広い出力範囲に設定せざるを得ず、信号出力方向や信
号出力幅が異常であっても所定範囲内の信号出力を行な
っている限りセンサ異常を検出できず、事実上、信号線
の断線あるいはショートによるセンサ異常を検知できる
に過ぎない。 【０００６】さらに、２つのセンサを設けてセンサ異常
を検知する場合、一般的な手法として両センサ信号の出
力の絶対値差を求め、その差が異常判断しきい値より大
きい時にセンサ異常を検知する方法が考えられる。 【０００７】しかし、この場合、センサ信号の出力方向
が考慮されていないため、２つのセンサ信号が互いに逆
方向に出ている場合、センサ異常の発生から相当時間遅
れてセンサ異常が検知されることになる。 【０００８】つまり、センサ異常の判断しきい値として
は、センサのバラツキや経時変化を考慮した場合、ある
程度大きな値に設定せざるを得なく、一方のセンサから
プラス方向に異常判断しきい値に相当するセンサ信号が
出て、他方のセンサからマイナス方向に異常判断しきい
値に相当するセンサ信号が出ている時、センサ信号の絶
対値比較ではゼロとなり正常と判断され、この状態から
さらに、両センサ信号が異常判断しきい値に相当する信
号離れた時、センサ異常の発生から相当時間遅れてやっ
とセンサ異常が検知されることになる。 【０００９】この結果、後輪舵角センサ信号がフィード
バック情報として後輪舵角制御に直接用いられ、この後
輪舵角センサの異常が車両挙動に及ぼす影響の大きな電
動モータ駆動式四輪操舵装置にあっては、異常発生から
の検知遅れがあると、異常検知後のフェールセーフ処理
によりその時点での後輪舵角位置に固定されることにな
り、その後の車両挙動にとって好ましくない。 【００１０】つまり、電動モータ駆動式四輪操舵装置で
は、誤検知なく早期に後輪舵角センサの異常検知が要求
されるのに対し、従来の異常検知手法ではこの要求に応
えることができない。 【００１１】そこで、本出願人は、上記問題点を解決す
るべく、特願平５−９０１４号（平成５年１月２２日出
願）において、メイン後輪舵角センサとサブメイン後輪
舵角センサからの２つのセンサ値の変化の方向及び量を
監視することでメイン後輪舵角センサの異常を検知する
技術を提案した。 【００１２】しかし、この異常検知技術にあっても、セ
ンサ値のみを用いているため、例えば、メイン後輪舵角
センサは正常であるが、異常監視のために用いるサブ後
輪舵角センサにノイズが入力された場合、メイン後輪舵
角センサの固定故障モードと誤検知し、メイン後輪舵角
センサが異常であると判定するおそれがある。 【００１３】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、監視に用いられる後輪舵角センサにノイズが生じた
場合でも誤検知することなく早期に制御に用いられる後
輪舵角センサの異常検知することにある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の電動モータ駆動式四輪操舵装置では、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、前記電動
モータａと後輪ｂとの間に介装される後輪ステアリング
機構ｃと、前記後輪ステアリング機構ｃの可動位置に設
けられ、そのセンサ値を後輪舵角制御の位置決めフィー
ドバック情報として制御に用いるメイン後輪舵角センサ
ｄと、前記メイン後輪舵角センサｄとは別の位置の後輪
ステアリング機構ｃに設けられ、そのセンサ値をメイン
後輪舵角センサｄの異常監視のために用いるサブ後輪舵
角センサｅと、各種車両運動状態から後輪舵角目標値を
演算する後輪舵角目標値演算手段ｆと、リア舵角メイン
センサ値と後輪舵角目標値との差がゼロとなるように前
記電動モータａに対しサーボ電流を出力する後輪舵角駆
動制御手段ｇと、リア舵角サブセンサ値が同一方向にの
み変化している間のサーボ電流を積算するサーボ電流積
算手段ｈと、リア舵角サブセンサ値が所定舵角量まで変
化する間にサーボ電流積算値が所定値以上となった時、
前記メイン後輪舵角センサｄが異常であると検知する後
輪舵角センサ監視手段ｉと、を備えていることを特徴と
する。 【００１５】 【作用】旋回走行時、後輪舵角目標値演算手段ｆにおい
て、各種車両運動状態から後輪舵角目標値が演算され、
後輪舵角駆動制御手段ｇにおいて、メイン後輪舵角セン
サｄからのリア舵角メインセンサ値と後輪舵角目標値と
の差がゼロとなるように電動モータａに対しサーボ電流
を出力する、つまり、リア舵角メインセンサ値を後輪舵
角制御の位置決めフィードバック情報として用いること
で後輪舵角が制御される。 【００１６】そして、メイン後輪舵角センサｄからのセ
ンサ値が固定故障等により異常となった時には、サーボ
電流積算手段ｈにおいて、サブ後輪舵角センサｅからの
リア舵角サブセンサ値が同一方向にのみ変化している間
に後輪舵角駆動制御手段ｇから出力されるサーボ電流が
積算され、後輪舵角センサ監視手段ｉにおいて、リア舵
角サブセンサ値が所定舵角量まで変化する間にサーボ電
流積算値が所定値以上となった時、メイン後輪舵角セン
サｄが異常であると検知される。 【００１７】また、メイン後輪舵角センサｄが正常であ
るにもかかわらず、サブ後輪舵角センサｅにノイズが入
り、リア舵角サブセンサ値が急激に変化した場合には、
後輪舵角センサ監視手段ｉにおいて、リア舵角サブセン
サ値の変化量が所定舵角量を超えてしまうか、あるい
は、サーボ電流積算値が所定値未満となり、異常検知条
件を満足しないことで、メイン後輪舵角センサｄは正常
と判定される。 【００１８】したがって、メイン後輪舵角センサｄから
のセンサ値が固定故障等により異常となった時、リア舵
角サブセンサ値にサーボ電流を加えた判断により、異常
検知条件を満足した時点で直ちにメイン後輪舵角センサ
ｄの異常が検知されると共に、リア舵角サブセンサ値に
ノイズが入った時にも誤判断することなく精度良く確実
にメイン後輪舵角センサｄの異常を検知することができ
る。 【００１９】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 【００２０】まず、構成を説明する。 【００２１】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。 【００２２】図２において、１，２は前輪、３，４は後
輪（後輪ｂに相当）、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（後輪ステアリン
グ機構ｃに相当）である。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】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。 【００２７】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（メイ
ン後輪舵角センサｄに相当）及びリア舵角サブセンサ２
７（サブ後輪舵角センサｅに相当）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、そのセンサ値を後輪舵角
制御の位置決めフィードバック情報として制御に用いら
れる。また、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り、
リア舵角メインセンサ２６の異常監視のために用いられ
る。 【００２８】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。 【００２９】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。 【００３０】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。 【００３１】次に、作用を説明する。 【００３２】［モータ制御電流監視作動］図５は４ＷＳ
コントロールユニット１４のＣＰＵ２及び監視回路１４
ｄにより行なわれるリア舵角センサ異常監視作動の流れ
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。 【００３３】ステップ５０では、リア舵角メインセンサ
２６とリア舵角サブセンサ２７からリア舵角メインセン
サ値θ１とリア舵角サブセンサ値θ２が読み込まれる。 【００３４】ステップ５１では、ステアリングセンサ２
８や車速センサ２９からの情報に基づく各種運動状態に
より後輪舵角目標値θｓが演算される（後輪舵角目標値
演算手段ｆに相当）。 【００３５】ステップ５２では、リア舵角メインセンサ
値θ１と後輪舵角目標値θｓの偏差Δθに応じてΔθ＝
０となるように、ハイキャスモータ１５へサーボ電流Ｉ
outを出力してのサーボ制御が行なわれる（後輪舵角駆
動制御手段ｇに相当）。 【００３６】ステップ５３では、リア舵角サブセンサ値
θ２が同一方向に変化しているかどうかが判断される。
例えば、５msec前のリア舵角サブセンサ値θ２と今回の
リア舵角サブセンサ値θ２との差の符号により判断され
る。 【００３７】ステップ５４では、ステップ５３でリア舵
角サブセンサ値θ２が同一方向に変化していると判断さ
れた時、サーボ電流積算値∫Ｉout が、∫Ｉout ＝∫Ｉ
out＋Ｉout の式により演算される。但し、サーボ電流
積算値∫Ｉout は、左右方向の極性を有する。 【００３８】ステップ５５では、ステップ５３でリア舵
角サブセンサ値θ２が同一方向に変化していないと判断
された時、∫Ｉout ＝０とされ、ステップ５４で積算さ
れた値がクリアされる。 【００３９】尚、ステップ５３〜ステップ５５は、サー
ボ電流積算手段ｈに相当する。 【００４０】ステップ５６では、リア舵角サブセンサ値
θ２の変化量が０．４°以下で、かつ、リア舵角メイン
センサ値θ１の変化方向がリア舵角サブセンサ値θ２と
同一方向の変化であり、変化量が０．１°以下であるか
どうかが判断される。 【００４１】ステップ５７では、ステップ５６の条件を
満足する時、サーボ電流積算値∫Ｉout が設定値θ０を
超えているかどうかが判断される。 【００４２】ここで、設定値θ０としては、例えば、リ
ア舵角サブセンサ値θ２と同一方向に０．４°操舵する
のに必要な電流値×５０％の値により与えられる。 【００４３】ステップ５８では、ステップ５７の条件を
２回連続して満足しているかどうかが判断される。 【００４４】ステップ５９では、ステップ５８の条件を
満足した場合、リア舵角メインセンサ２６が固定故障で
あると判定し、ハイキャスモータ１５へのサーボ電流Ｉ
outの出力を遮断すると共に、ワーニングバルブ３３
（警告灯）を点灯するフェールセーフ指令が出力され
る。 【００４５】尚、ステップ５６〜ステップ５９は、後輪
舵角センサ監視手段ｉに相当する。 【００４６】［通常の旋回走行時］通常の旋回走行時に
は、ステップ５１において、ステアリング舵角や車速に
基づく各種運動状態により後輪舵角目標値θｓが演算さ
れ、ステップ５２において、リア舵角メインセンサ２６
からのリア舵角メインセンサ値θ１と後輪舵角目標値θ
ｓとの偏差Δθがゼロとなるようにハイキャスモータ１
５へサーボ電流Ｉout を出力する、つまり、リア舵角メ
インセンサ値θ１を後輪舵角制御の位置決めフィードバ
ック情報として用いることで後輪舵角が制御され、所期
の旋回回頭性や旋回安定性が達成される。 【００４７】この時、リア舵角メインセンサ２６が正常
であり、リア舵角サブセンサ２７へのノイズ入力もない
場合には、後輪舵角目標値θｓの変化がなく、θｓ＝θ
１が保たれている限りサーボ電流Ｉout はＩout ＝０と
なるし（ステップ５２）、例えば、逆相から同相という
ようにリア舵角サブセンサ値θ２の変化方向が変わって
しまうと、サーボ電流積算値∫Ｉout は∫Ｉout ＝０と
されることによって（ステップ５５）、図５のフローチ
ャートで、リア舵角サブセンサ値θ２の変化量が０．４
°以下の領域でステップ５６の異常検知条件を満足して
もステップ５７のサーボ電流積算値の条件を満足せず、
また、リア舵角サブセンサ値θ２の変化量が０．４°を
超えたらステップ５６の条件を満足せず、リア舵角メイ
ンセンサ２６は正常と判定される。 【００４８】［メイン後輪舵角センサのセンサ値固定故
障時］リア舵角メインセンサ２６からのリア舵角メイン
センサ値θ１が、図６の時刻ｔ１の時点で固定故障状態
となった時には、時刻ｔ１の時点から後輪舵角目標値θ
ｓとリア舵角メインセンサ値θ１とに偏差Δθが生じる
ことでサーボ電流Ｉout が出力し続けられ、サーボ電流
積算値∫Ｉout が増大する。 【００４９】同時に、リア舵角サブセンサ２７からのリ
ア舵角サブセンサ値θ２は、サーボ電流Ｉout の出力に
よる後輪舵角の変化に応じて変化する。 【００５０】したがって、リア舵角サブセンサ値θ２の
変化量が０．４°以下まで変化する間にサーボ電流積算
値∫Ｉout が設定値θ０を超える図６の時刻ｔ２の時点
で、リア舵角メインセンサ２６がセンサ値固定故障によ
り異常であると検知される。 【００５１】つまり、図５のフローチャートで、ステッ
プ５０→ステップ５１→ステップ５２→ステップ５３→
ステップ５４→ステップ５６→ステップ５７の作動が繰
り返され、ステップ５７の条件を満足すると、ステップ
５７の条件満足がステップ５８で２回連続したことをチ
ェックしてステップ５９へ進み、フェールセーフ処理が
行なわれることになる。 【００５２】［サブ後輪舵角センサへのノイズ入力時］
メイン後輪舵角センサ２６が正常であるにもかかわら
ず、サブ後輪舵角センサ２７にノイズが入力され、リア
舵角サブセンサ値θ２が急激に変化した場合には、図７
に示すように、ノイズが入力される時刻ｔ３〜ｔ４の間
で、リア舵角サブセンサ値θ２の変化量が０．４°を超
えてしまう。 【００５３】したがって、図５のフローチャートで、ノ
イズ入力によりステップ５６の条件を満足せず、メイン
後輪舵角センサ２６は正常であると判定される。 【００５４】尚、サブ後輪舵角センサ２７にノイズ入力
があってもリア舵角サブセンサ値θ２の変化量が０．４
°以下である時でも、θｓ＝θ１が保たれている限りサ
ーボ電流Ｉout はＩout ＝０であることで、サーボ電流
積算値条件であるステップ５７の条件を満足せず、メイ
ン後輪舵角センサ２６は正常であると判定される。 【００５５】次に、効果を説明する。 【００５６】（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、
リア舵角サブセンサ値θ２が同一方向に変化していると
判断された時、サーボ電流積算値∫Ｉout が演算され、
リア舵角サブセンサ値θ２の変化量が０．４°以下の間
にサーボ電流積算値∫Ｉout が設定値θ０を超えている
かどうかでメイン後輪舵角センサ２６が異常であると検
知する装置としたため、監視に用いられるサブ後輪舵角
センサ２７にノイズが生じた場合でも誤検知することな
く早期に制御に用いられるメイン後輪舵角センサ２６の
異常検知することができる。 【００５７】（２）リア舵角サブセンサ値θ２の変化量
が０．４°以下という判断と同時に、リア舵角メインセ
ンサ値θ１の変化方向がリア舵角サブセンサ値θ２と同
一方向の変化であり、変化量が０．１°以下であるかど
うかの判断を加えているため、メイン後輪舵角センサ２
６の異常のうち、断線やショートに比べて検知が困難な
リア舵角メインセンサ２６からのリア舵角メインセンサ
値θ１の固定故障を早期にしかも確実に検知することが
できる。 【００５８】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。 【００５９】例えば、実施例では、ステップ５６でリア
舵角メインセンサ値変化条件を加え、断線やショートの
検知は２つのセンサ信号比較により別のルーチンにて行
なう例を示したが、このリア舵角メインセンサ値変化条
件を外して、リア舵角メインセンサ値θ１の固定故障ば
かりでなく、断線やショートの異常も検知するようにし
ても良い。 【００６０】異常判断しきい値となる設定値θ０は適用
されるシステム等に応じて適宜設定することができる。 【００６１】 【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、リア舵角メインセンサ値と
後輪舵角目標値との差がゼロとなるように電動モータに
対しサーボ電流を出力する後輪舵角駆動制御手段と、リ
ア舵角サブセンサ値が同一方向にのみ変化している間の
サーボ電流を積算するサーボ電流積算手段と、リア舵角
サブセンサ値が所定舵角量まで変化する間にサーボ電流
積算値が所定値以上となった時、メイン後輪舵角センサ
が異常であると検知する後輪舵角センサ監視手段とを設
けた装置としたため、監視に用いられる後輪舵角センサ
にノイズが生じた場合でも誤検知することなく早期に制
御に用いられる後輪舵角センサの異常検知することがで
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のＣ
ＰＵ２及び監視回路で行なわれるモータ制御電流監視作
動の流れを示すフローチャートである。 【図６】メイン後輪舵角センサのセンサ値固定故障時の
センサ値及びサーボ電流の変化を示すタイムチャートで
ある。 【図７】リア後輪舵角センサにノイズが入力した時のセ
ンサ値及びサーボ電流の変化を示すタイムチャートであ
る。 【符号の説明】 ａ 電動モータ ｂ 後輪 ｃ 後輪ステアリング装置 ｄ メイン後輪舵角センサ ｅ サブ後輪舵角センサ ｆ 後輪舵角目標値演算手段 ｇ 後輪舵角駆動制御手段 ｈ サーボ電流積算手段 ｉ 後輪舵角センサ監視手段

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【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、 前記電動モータと後輪との間に介装される後輪ステアリ
   ング機構と、 前記後輪ステアリング機構の可動位置に設けられ、その
   センサ値を後輪舵角制御の位置決めフィードバック情報
   として制御に用いるメイン後輪舵角センサと、 前記メイン後輪舵角センサとは別の位置の後輪ステアリ
   ング機構に設けられ、そのセンサ値をメイン後輪舵角セ
   ンサの異常監視のために用いるサブ後輪舵角センサと、 各種車両運動状態から後輪舵角目標値を演算する後輪舵
   角目標値演算手段と、 リア舵角メインセンサ値と後輪舵角目標値との差がゼロ
   となるように前記電動モータに対しサーボ電流を出力す
   る後輪舵角駆動制御手段と、 リア舵角サブセンサ値が同一方向にのみ変化している間
   のサーボ電流を積算するサーボ電流積算手段と、 リア舵角サブセンサ値が所定舵角量まで変化する間にサ
   ーボ電流積算値が所定値以上となった時、前記メイン後
   輪舵角センサが異常であると検知する後輪舵角センサ監
   視手段と、 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。