JPH05116639A - 四輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハンドル操作時に後輪舵角を高速操安制御用
電動モータ及び低速小回り制御用電動モータにより制御
する四輪操舵装置において、低速側制御系の失陥時、フ
ェールセーフを確保した上で、その後の高速走行におけ
る車両安定性の確保を図ること。 【構成】 低速側制御系ｄの失陥時、正常である高速側
制御系ｇにより中立復帰させ、中立復帰後は、高速側制
御系ｇによる後輪舵角制御をそのまま継続する手段とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハンドル操作時に後輪
舵角を高速操安制御用電動モータ及び低速小回り制御用
電動モータにより制御する四輪操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速操安制御用電動モータ及び低速小回
り制御用電動モータの２つの電動モータを動力源とする
モータステアリング機構を後輪に有する四輪操舵装置と
しては、例えば、図５のブロック図に記載されるような
装置が考えられる。

【０００３】尚、上述の２つのモータを有する機構とし
ては、１９８９年９月発行の「トヨタセリカ新型車解説
書」の第２−１５頁に示すようなものがある。

【０００４】図５において、ＲＡＳ_H は高速操安制御用
電動モータを駆動させることによる後輪舵角、ＲＡＳ_L
は低速小回り制御用電動モータを駆動させることによる
後輪舵角、ＲＡＳは両者の総和による後輪舵角であり、
このような装置で、例えば、低速走行時に低速小回り制
御用電動モータや低速側モータドライバ等の低速側制御
系に失陥が生じた場合、図７のタイムチャートに示すよ
うに、高速側制御系により後輪舵角を中立位置に戻し、
それ以降は、一般に周知のフェールセーフ処理に従って
後輪舵角制御の全てが停止されることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな四輪操舵装置のフェールセーフ技術にあっては、低
速側制御系の失陥により高速側制御系による後輪舵角制
御も停止してしまう為、その後、高速走行した場合、後
輪舵角制御による車両安定性の効果が得られなくなる。

【０００６】本発明は、上記のような問題に着目してな
されたもので、ハンドル操作時に後輪舵角を高速操安制
御用電動モータ及び低速小回り制御用電動モータにより
制御する四輪操舵装置において、低速側制御系の失陥
時、フェールセーフを確保した上で、その後の高速走行
における車両安定性の確保を図ることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の四輪操舵装置では、低速側制御系の失陥時、正
常である高速側制御系により中立復帰させ、中立復帰後
は、高速側制御系による後輪舵角制御をそのまま継続す
る手段とした。

【０００８】即ち、図１のクレーム対応図に示すよう
に、後輪のモータステアリング機構ａに設けられた高速
操安制御用電動モータｂ及び低速小回り制御用電動モー
タｃと、前記低速小回り制御用電動モータｃを駆動制御
する低速側制御系ｄの失陥有無を検出する低速側制御系
失陥検出手段ｅと、前記低速側制御系失陥検出手段ｅに
より低速側制御系ｄの失陥が検出された時、高速操安制
御用電動モータｂを用いて後輪舵角の中立位置復帰制御
を行なう中立位置復帰手段ｆと、前記中立位置復帰手段
ｆにより中立位置に復帰した後、復帰した位置を中立位
置として高速操安制御用電動モータｂを駆動制御する高
速側制御系ｇよる後輪舵角制御を継続する低速側制御系
失陥対応制御手段ｈとを備えていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】例えば、低速走行時に後輪舵角追従値が後輪舵
角目標値と異なることで、低速側制御系失陥検出手段ｅ
において、低速小回り制御用電動モータｃを駆動制御す
る低速側制御系ｄの失陥が検出された場合、まず、中立
位置復帰手段ｆにおいて、高速操安制御用電動モータｂ
を用いて失陥時に残っていた中立ズレ量を復帰させる後
輪舵角の中立位置復帰制御が行なわれる。そして、中立
位置復帰手段ｆにより中立位置に復帰した後、低速側制
御系失陥対応制御手段ｈにおいて、復帰した位置を中立
位置として高速操安制御用電動モータｂを駆動制御する
高速側制御系による後輪舵角制御が継続される。

【００１０】従って、失陥時に残っていた中立ズレ量を
高速操安制御用電動モータｂを用いて中立位置復帰させ
ることで、低速側制御系ｄの失陥に対するフェールセー
フが確保されるし、中立位置復帰後に高速走行を行なう
場合には、高速操安制御用電動モータｂを駆動制御する
高速側制御系ｇによる後輪舵角制御を継続することによ
って車両安定性の確保が図られることになる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１２】構成を説明する。

【００１３】図２は本発明実施例の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。

【００１４】実施例の四輪操舵装置が適用された車両の
前輪１，２の操舵は、図２に示すように、ステアリング
ハンドル３と機械リンク式ステアリング機構４によって
行なわれる。これは、例えば、ステアリングギア、ピッ
トマンアーム、リレーロッド、サイドロッド５，６、ナ
ックルアーム７，８等で構成される。

【００１５】そして、後輪９，１０の転舵は、電動式ス
テアリング装置１１（モータステアリング機構に相当）
によって行なわれる。この後輪９，１０間は、ラックシ
ャフト１２、サイドロッド１３，１４、ナックルアーム
１５，１６により連結され、ラック１２が内挿されたラ
ックチューブ１７には、変速機構１８と高速側モータ１
９（高速操安制御用電動モータに相当）と低速側モータ
２５（低速小回り制御用電動モータ）とフェールセーフ
ソレノイド２０が設けられ、このモータ１９，２５とフ
ェールセーフソレノイド２０は、車速センサ２１，前輪
舵角センサ２２，ストロークセンサ２３，エンコーダ２
４等からの信号を入力するコントローラ２６により駆動
制御される。

【００１６】前記電動式ステアリング装置１１は、ラッ
ク１２が内挿されたラックチューブ１７はブラケットを
介して車体に固定されている。そして、ラック１２の両
端部には、ボールジョイント３０，３１を介してサイド
ロッド１３，１４が連結されている。

【００１７】図３は電動式ステアリング装置１１の具体
的構成を示す断面図で、両モータ１９，２５の共通機構
である変速機構１８は、高速側モータ１９のモータ軸に
連結された高速側モータピニオン３２と、該高速側モー
タピニオン３２に噛合するリングギア３３と、該リング
ギア３３に固定されたサンギアシャフト３４と、低速側
モータ２５のモータ軸に連結された低速側モータピニオ
ン３５と、該低速側モータピニオン３５に噛合するリン
グギア３６と、前記サンギアシャフト３４のサンギア部
３４ａと前記リングギア３６のリングギア部３６ａに噛
み合うピニオン３７と、該ピニオン３７を支持するキャ
リア３８と、該キャリア３８に固定されると共にラック
ギア１２ａに噛み合うラックピニオン３９とによって構
成されている。

【００１８】従って、高速側モータ１９が回転すると、
高速側モータピニオン３２→リングギア３３→サンギア
シャフト３４へと回転が伝達され、入力がサンギア部３
４ａで出力がキャリア３８でリングギア３６を固定の状
態の遊星歯車作用により減速回転でラックピニオン３９
を回転させ、ラックピニオン３９とラックギア１２ａと
の噛み合いによりラックシャフト１２が軸方向へ移動し
て後輪９，１０の転舵が行なわれる。低速側モータ２５
が回転すると、低速側モータピニオン３５→リングギア
３６へと回転が伝達され、入力がリングギア部３６ａで
出力がキャリア３８でサンギア部３４ａを固定の状態の
遊星歯車作用により増速回転でラックピニオン３９を回
転させ、ラックピニオン３９とラックギア１２ａとの噛
み合いによりラックシャフト１２が軸方向へ移動して後
輪９，１０の転舵が行なわれる。

【００１９】この後輪９，１０の転舵量は、ラックシャ
フト１２の移動量、即ち、両モータ１９，２５の回転量
に比例する。しかし、同じ回転量である場合には、変速
機構１８が減速機構として作用する高速側モータ１９の
場合は後輪転舵量が小さく、増速機構として作用する低
速側モータ２５の場合は後輪転舵量が大きくなる。

【００２０】前記フェールセーフソレノイド２０には、
ロックピン２０ａが進退可能に設けられていて、制御入
力情報を得る車速センサ２１や前輪舵角センサ２２のフ
ェール時等には、ラックシャフト１２に形成されたロッ
ク溝１２ｂにロックピン２０ａを嵌入させることでラッ
クシャフト１２を、後輪９，１０が中立舵角位置を保つ
位置に固定するようにしている。

【００２１】作用を説明する。

【００２２】図４は後輪舵角制御系にフェールが発生し
た時にコントローラ２６により行なわれるフェールセー
フ処理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。

【００２３】ステップ４０では、舵角制御系の失陥が検
出される。

【００２４】例えば、高速側舵角制御系Ａ（高速側制御
系に相当）の失陥検出は、高速走行時に後輪舵角追従値
が後輪舵角目標値と異なることにより検出され、また、
低速側舵角制御系Ｂ（低速側制御系に相当）の失陥検出
は、低速走行時に後輪舵角追従値が後輪舵角目標値と異
なることにより検出され、また、センサ系の失陥検出
は、センサ信号がショートや断線等の場合に特有の信号
かどうかにより検出されることになる。

【００２５】ここで、高速側舵角制御系Ａとは、図５に
示すように、コントローラ２６内に設けられる高速側モ
ータドライバと高速側モータ１９と変速機構１１（ギア
３２，３３等）を指す。また、低速側舵角制御系Ｂと
は、図５に示すように、コントローラ２６内に設けられ
る低速側モータドライバと低速側モータ２５と変速機構
１１（ギア３５，３６等）を指す。

【００２６】ステップ４１では、様々な制御系失陥のう
ち低速側舵角制御系Ｂに失陥が発生したかどうかが判断
される（低速側制御系失陥検出手段に相当）。

【００２７】ここで、低速側舵角制御系Ｂとは、図５に
示すように、コントローラ２６内に設けられる低速側モ
ータドライバと低速側モータ２５と変速機構１１を指
す。

【００２８】そして、低速側舵角制御系Ｂ以外の失陥で
ありステップ４１でＮＯと判断された場合には、ステッ
プ４２へ進み、例えば、後輪舵角制御を全て停止し、後
輪９，１０を中立位置に保つ等の他のフェールセーフ処
理が行なわれる。

【００２９】一方、ステップ４１でＹＥＳと判断された
場合には、ステップ４３へ進み、ステップ４３では、低
速側舵角制御系Ｂにより付与された後輪舵角ＲＡＳ_L が
０（零）かどうかが判断される。

【００３０】ステップ４３でＲＡＳ_L ≠０と判断された
場合には、ステップ４４へ進み、ステップ４４では、高
速側舵角制御系Ａによりゆっくり中立へ戻される（中立
位置復帰手段に相当）。

【００３１】そして、失陥発生時に後輪舵角が中立位置
にありステップ４３でＹＥＳと判断された場合、あるい
は、ステップ４４により中立ズレ量が修正されて中立位
置に復帰した場合には、ステップ４５へ進み、ステップ
４５では、低速側舵角制御系Ｂによる後輪舵角制御が停
止される。

【００３２】ステップ４６では、ＲＡＳ_H ＝−ＲＡＳ_L
を中立位置とし、以降において正常である高速側舵角制
御系Ａにより高速時に後輪舵角制御が行なわれる。

【００３３】ここで、ＲＡＳ_H とは高速側舵角制御系Ａ
により付与される後輪舵角であり、中立位置からほぼ±
１°の範囲で高速旋回時に車速と前輪舵角に応じて車両
安定性を増す方向に後輪舵角が付与される。

【００３４】次に、制御系正常時の場合と、走行中にお
いて低速側舵角制御系Ｂで失陥が発生した場合のフェー
ルセーフ作動について説明する。

【００３５】（イ）制御系正常時 高速側舵角制御系Ａも低速側舵角制御系Ｂも正常である
時で、低速走行旋回時には、低速側舵角制御系Ｂにより
前輪舵角に対し逆相の大きな後輪舵角が与えられる後輪
舵角制御が行なわれ、車両の旋回半径が小さくなって、
小回り性が向上する。

【００３６】高速側舵角制御系Ａも低速側舵角制御系Ｂ
も正常である時で、高速走行旋回時には、高速側舵角制
御系Ａにより、例えば、旋回開始時に一瞬逆相とし、そ
の後、同相の後輪舵角を与える後輪舵角制御が行なわ
れ、旋回回頭性を得ながら弱アンダーステア傾向による
車両安定性が得られる。

【００３７】（ロ）低速側舵角制御系失陥時 走行中において低速側舵角制御系Ｂで失陥が発生し、し
かも中立ズレ量がある場合には、ステップ４０→ステッ
プ４１→ステップ４３→ステップ４４→ステップ４５→
ステップ４６へと進む流れとなる。

【００３８】従って、低速走行時において低速側舵角制
御系Ｂで失陥が発生し、その失陥が検出された場合、図
６に示すように、低速側舵角制御系Ｂにより付与されて
いた中立ズレ量と同量で逆方向の後輪舵角−ＲＡＳ_L を
高速側舵角制御系Ａにより与えることで総和による後輪
舵角ＲＡＳとしてはＲＡＳ＝０となるように中立復帰制
御が行なわれる。

【００３９】そして、ＲＡＳ＝０となったら、低速側舵
角制御系Ｂによる後輪舵角制御を停止し、図６に示すよ
うに、ＲＡＳ_H ＝−ＲＡＳ_L を中立位置とし、以降にお
いて正常である高速側舵角制御系Ａにより高速時におけ
る上記同様の後輪舵角制御が行なわれ、高速旋回走行時
の車両安定性が確保される。

【００４０】効果を説明する。

【００４１】（１）ハンドル操作時に後輪舵角を高速側
電動モータ１９及び低速側電動モータ２５により制御す
る四輪操舵装置において、低速側舵角制御系Ｂの失陥
時、正常である高速側舵角制御系Ａにより中立復帰さ
せ、中立復帰後は、高速側舵角制御系による後輪舵角制
御をそのまま継続する装置とした為、低速側舵角制御系
Ｂの失陥時、フェールセーフを確保した上で、その後の
高速走行における車両安定性の確保を図ることができ
る。

【００４２】（２）遊星歯車タイプの変速機構１８と
し、高速側電動モータ１９と低速側電動モータ２５とで
変速機構１８を共用する装置とした為、各電動モータで
独立の変速機構を設ける場合に比べ、電動式ステアリン
グ装置１１をコンパクトに構成することができる。

【００４３】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。

【００４４】例えば、実施例では、高速側電動モータと
低速側電動モータとで変速機構を共用する装置を示した
が、各モータで独立の変速機構を設けたものでも適用す
ることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明にあって
は、ハンドル操作時に後輪舵角を高速操安制御用電動モ
ータ及び低速小回り制御用電動モータにより制御する四
輪操舵装置において、低速側制御系の失陥時、正常であ
る高速側制御系により中立復帰させ、中立復帰後は、高
速側制御系による後輪舵角制御をそのまま継続する手段
とした為、低速側制御系の失陥時、フェールセーフを確
保した上で、その後の高速走行における車両安定性の確
保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】本発明の四輪操舵装置を示すクレーム対応図で
ある。

【図２】実施例の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】実施例装置の電動式ステアリング装置の具体的
構成を示す断面図である。

【図４】実施例装置で後輪舵角制御系にフェールが発生
した時にコントローラにより行なわれるフェールセーフ
処理作動の流れを示すフローチャートである。

【図５】実施例装置の後輪舵角制御系を示すブロック図
である。

【図６】実施例装置を搭載した車両で走行中において低
速側舵角制御系Ｂで失陥が発生した場合の後輪舵角の変
化特性を示すタイムチャートである。

【図７】従来装置を搭載した車両で走行中において低速
側制御系で失陥が発生した場合の後輪舵角の変化特性を
示すタイムチャートである。

【符号の説明】

ａ モータステアリング機構 ｂ 高速操安制御用電動モータ ｃ 低速小回り制御用電動モータ ｄ 低速側制御系 ｅ 低速側制御系失陥検出手段 ｆ 中立位置復帰手段 ｇ 高速側制御系 ｈ 低速側制御系失陥対応制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 後輪のモータステアリング機構に設けら
   れた高速操安制御用電動モータ及び低速小回り制御用電
   動モータと、 前記低速小回り制御用電動モータを駆動制御する低速側
   制御系の失陥有無を検出する低速側制御系失陥検出手段
   と、 前記低速側制御系失陥検出手段により低速側制御系の失
   陥が検出された時、高速操安制御用電動モータを用いて
   後輪舵角の中立位置復帰制御を行なう中立位置復帰手段
   と、 前記中立位置復帰手段により中立位置に復帰した後、復
   帰した位置を中立位置として高速操安制御用電動モータ
   を駆動制御する高速側制御系による後輪舵角制御を継続
   する低速側制御系失陥対応制御手段と、 を備えていることを特徴とする四輪操舵装置。