JPH0585372A - 車両用後輪転舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブラシレスモータを用いて後輪を転舵しつ
つ、搭載上の制約を小さくし、かつ安価な車両用後輪転
舵装置を提供すること。 【構成】 ブラシレスモータ１の回転はウォームギア３
とウォームホイール４によって減速されて、ピニオンギ
ア５に伝達されるようになっており、その減速比は５
０：１であるので、モータ回転角に対して後輪転舵角の
関係は、モータ回転角８５０deg で後輪転舵角１deg 相
当となっている。すなわち、ブラシレスモータ１が５０
回転するとピニオンギア５が１回転するようになってい
る。つまり、ブラシレスモータ１が８５０deg 回転する
と後輪が１deg 転舵される。さらにブラシレスモータ１
には、ブラシレスモータ１の回転角θ_B を検出する磁極
センサ７が取り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動モータを用いて後
輪を転舵する車両の後輪転舵装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電動モータを用いて後輪を転
舵する装置はさまざま提案されており（例えば特開平１
−２２９７６８号公報）、その電動モータとしてはステ
ップモータやＤＣモータが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】後輪転舵装置を含む車
両の操舵系システムは、重要保安部品として管理されな
ければならず、特に後輪転舵機構を変位させる電動モー
タの信頼性に対しては十分な検討が必要となる。例え
ば、ＤＣモータを用いて後輪を転舵する場合、ブラシの
耐久性やブラシ摩耗による軸ロックに対する信頼性が低
いという問題がある。またステップモータでは、ロータ
とステータ間のクリアランスが小さく軸ロックに対して
信頼性が低く、また低出力であり、別途油圧源が必要と
なるという問題がある。従って後輪転舵機構を転舵する
電動モータには、上記問題のないブラシレスモータを用
いることが望まれる。

【０００４】ブラシレスモータでは、ブラシと整流子と
いう機械的なスイッチの代わりに、ロータの回転角を検
出してインバータ等でコイルに流れる電流を切り換えて
いる。従って、ブラシレスモータには、ロータの回転角
を検出すべくホール素子を備えた磁極センサが取り付け
られている。この磁極センサは、電流の流れているホー
ル素子にロータの磁界が作用したとき、電圧が生ずるこ
とを利用してロータの回転角を検出する。しかし、磁極
センサは分解能が低いので、通常、回転角信号をさらに
精密に検出する分解能の高いエンコーダが取り付けられ
ている。これにより、精度良くロータの回転角を検出す
ることができる。

【０００５】このため、ブラシレスモータを用いて後輪
転舵を行う場合、磁極センサおよびエンコーダが必要な
ため、車両搭載上の制約が大きくなり過ぎるという欠点
がある上に、高価となるという問題を有している。

【０００６】そこで本発明は上記問題に鑑みてなされた
ものであって、ブラシレスモータを用いて後輪を転舵す
るという初期の目的を達成しつつ、搭載上の制約を小さ
くし、かつ安価な車両用後輪転舵装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の車両用後輪転舵装置は、車両の走行状態を検
出する走行状態検出手段と、後輪を転舵する後輪転舵手
段と、前記後輪転舵手段を変位させる駆動源としてのブ
ラシレスモータと、前記後輪転舵手段と前記ブラシレス
モータ間に設けられ、前記ブラシレスモータの回転変位
量に対する前記後輪転舵手段の変位量を小さくする減速
手段と、前記ブラシレスモータに取り付けられ、前記ブ
ラシレスモータの磁極を検出することにより前記ブラシ
レスモータの回転角を検出する磁極センサと、前記車両
の走行状態と、前記ブラシレスモータの回転角に基づい
て前記ブラシレスモータを制御する制御手段と、を備え
ることをその要旨とする。

【０００８】

【作用】上記構成により、減速手段によってブラシレス
モータの回転変位量に対する後輪転舵手段の変位量が小
さくされるので、ブラシレスモータの回転変位量は減速
されて後輪転舵手段に伝達される。従って、ブラシレス
モータの回転角を検出する分解能が低くても後輪転舵手
段の変位に与える影響は極めて小さい。よって、走行状
態検出手段によって検出される車両の走行状態と磁極セ
ンサによって検出されるブラシレスモータの回転角に基
づいたブラシレスモータの制御によって信頼性を損なう
ことなく後輪を転舵することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例を用いて詳細
に説明する。図１、図９は実施例の構成図である。図１
において、３相６極コイルを使用したブラシレスモータ
１のロータシャフト２にウォームギア３が連結されてお
り、このブラシレスモータ１の回転と共にウォームギア
３が回転する。ウォームギア３は、同じく減速手段であ
るウォームホイール４と噛み合っており、ウォームホイ
ール４の中心軸にはウォームホイール４と共に回転する
ピニオンギア５が配設されている。ピニオンギア５とリ
アステアリングラック６はラックアンドピニオン形式で
噛み合っており、リアステアリングラック６は図示しな
い車両の左右後輪のナックルアームにタイロッドを介し
て連結されている。そして、制御手段である図９の制御
回路１２からブラシレスモータ１を駆動させるための駆
動回路１３に制御信号が出力され、ブラシレスモータ１
が通電されて正方向あるいは逆方向に回転することに応
じて、リアステアリングラック６が軸方向（図１中左右
方向）に変位し、後輪が転舵される。なお、上記構成に
おいて、ウォームギア３、ウォームホイール４、及びピ
ニオンギア５、リアステアリングラック６が減速手段に
相当し、ピニオンギア５、リアステアリングラック６が
後輪転舵手段に相当し、制御回路１２が制御手段に相当
する。

【００１０】このときウォームホイール４の回転角θ_U
は、回転角センサ８によって検出されている。この回転
角センサ８は、図２に示すように、ウォームホイール４
が中立位置よりも右に回転しているときＨの信号を出力
し、中立位置よりも左に回転しているときＬの信号を出
力する。そして、ウォームホイール４が中立位置にある
時、信号レベルがＨ→ＬあるいはＬ→Ｈと変化するよう
になっている。

【００１１】ブラシレスモータ１は、図３に示すように
コイル１ｃ、およびステータ１ｄが固定されており、モ
ータロータ１ｂ内に出力軸１ａに沿って備えられた永久
磁石が回転し、その回転は制御回路１２によって制御さ
れている。また上記したブラシレスモータ１の回転はウ
ォームギア３とウォームホイール４によって減速され
て、ピニオンギア５に伝達されるようになっており、そ
の減速比は５０：１となっている。すなわち、ブラシレ
スモータ１が５０回転するとピニオンギア５が１回転す
るようになっている。さらにブラシレスモータ１には、
ブラシレスモータ１の回転角θ_B を検出する磁極センサ
７が取り付けられており、その取り付け状況を図３、図
４に示す。図４は図３をＢ方向に切断した断面図であ
る。

【００１２】磁極センサ７には、出力軸１ａと同軸上に
ブラシレスモータ１の回転と一体で回転する磁極センサ
用マグネット７ａが６極配設されている。さらに、図４
に示すように磁極センサ７はホールＩＣ７ｂを備えてお
り、電流の流れているホールＩＣ７ｂに磁極センサ用マ
グネット７ａの磁界が作用したとき、電圧を生ずること
によってパルス信号を出力し、ブラシレスモータ１の回
転角θ_B を検出するようになっている。

【００１３】ところで前述したように、磁極センサ７が
ブラシレスモータ１の回転角θ_B を検出する分解能は低
い。しかしながら、本実施例ではブラシレスモータ１の
回転速度とピニオンギア５の回転速度の減速比は５０：
１となっており、またウォームホイール４とピニオンギ
ア５の径、及びラックアンドピニオンの進み角の関係で
減速比はモータ回転角に対して後輪舵角の関係は、モー
タ回転角８５０deg で後輪舵角１deg 相当となってお
り、モータ回転角から後輪舵角に相当するリアステアリ
ングラックのストローク量までの減速比が充分大きくな
っている。それ故、ブラシレスモータ１の回転角θ_Bに
誤差が生じたとしても、その誤差はリアステアリングラ
ックストローク量においては充分小さくなる。従って、
エンコーダを用いてブラシレスモータ１の回転角θ_B を
検出しなくとも、リアステアリングラック６をきめ細や
かに変位させて後輪を転舵することができる。

【００１４】駆動回路１３内は、公知のブラシレスモー
タ駆動回路であって図５（３相２極コイルを使用した場
合）に示すようになっており、３相インバータを磁極セ
ンサ７の出力信号に同期してシーケンシャルに駆動する
ことで、目的の方向へモータを正転、あるいは逆転す
る。また、駆動回路１３内には、後述する電流指令値Ｉ
とモータ実電流を比較してモータ駆動用の電解効果トラ
ンジスタＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２を駆動す
るデューティーを算出するハード回路が備えられてい
る。なお、参考のため図５，図６に３相２極コイルを使
用したブラシレスモータ駆動方法を示す。

【００１５】制御回路１２は各センサからの信号を入力
してブラシレスモータ１を制御する回路である。制御回
路１２の内部をブロック図で示すと図７のようになる。
制御回路１２は、走行状態検出手段としてのハンドル舵
角センサ９、車速センサ１０、ヨーレイトセンサ１１か
らの信号を入力し、これらの信号に基づいて目標とする
後輪転舵角θ_M を演算する後輪指令転舵角算出部、磁極
センサ７、および回転角センサ８からの信号を入力して
実際の後輪転舵角θ_Z を演算する後輪実転舵角位置算出
部、後輪指令転舵角算出部および後輪実転舵角算出部に
て演算された結果を入力し、両者の結果を比較してブラ
シレスモータ１に通電する電流値Ｉを演算するモータ指
令電流算出部を備えている。

【００１６】さて、制御回路１２が後輪を所定の位置に
制御する場合、実際の後輪転舵角θ _Z を検出するセンサ
が必要となるが、制御回路１２は後輪実転舵角算出部に
磁極センサ７からのパルス信号を入力することによりブ
ラシレスモータ１の回転角θ _P を検出し、これから後輪
転舵角θ_Z を算出する。なぜなら、ブラシレスモータ１
の回転角θ_B とリアステアリングラック６のストローク
の関係は減速比等を考慮すれば一意に定まり、また、リ
アステアリングラック６のストロークと後輪転舵角θ_Z
の関係も一意に定まるので、ブラシレスモータ１の回転
角θ_Bと後輪転舵角θ_Z の関係も一意に定めることがで
きるからである。ただし、磁極センサ７にて検出される
ブラシレスモータ１の回転角θ_B は、相対的なモータ回
転角であり、このままでは後輪の絶対的な転舵角を得る
ことができない。そこで、回転角センサ８を用い、信号
レベルが変化する時を後輪位置の中立として磁極センサ
７から得られるブラシレスモータ１の回転角θ_B を０と
補正する。この補正は制御回路１２が起動イニシャル処
理のひとつとして実行する。なお、磁極センサ７からの
信号はパルス信号であるため、後輪転舵角θ_Z はディジ
タル信号となる。

【００１７】そして、制御回路１２は、後輪指令転舵角
算出部にハンドル舵角センサ９、車速センサ１０、ヨー
レイトセンサ１１からの信号を入力し、これらの信号に
基づいて目標後輪転舵角θ_M を算出する。後輪指令転舵
角算出部および後輪実転舵角算出部にて演算された結果
はモータ指令電流算出部に入力され、モータ指令電流算
出部は両者の結果を比較して駆動回路１３に通電する電
流指令値Ｉを算出する。

【００１８】図８にモータ指令電流算出部の詳細なブロ
ック図を示す。図８において、図７に示す各種車両状態
を検出するセンサ信号より目標とする後輪転舵角θ_M が
算出され、またブラシレスモータ１の回転角θ_P から実
際の後輪転舵角θ_Z が算出されると、両者を比較して、
その差に応じたモータ電流指令（比例項）が算出され
る。また、実際の後輪転舵角θ_Z を定時間毎に差分を取
り、例えば４点差分法により後輪転舵角速度を算出す
る。この後輪転舵角速度に応じた電流指令（微分項）を
前記比例項に加算して電流指令値Ｉを算出する。

【００１９】以上述べたように本実施例では、ブラシレ
スモータ１の軸に結合される歯車列の構成でブラシレス
モータ１の回転角に対して後輪転舵角に相当するリアス
テアリングラック６のストローク量が充分大きな減速比
となっているため、磁極センサ７によるブラシレスモー
タ１の回転角θ_B の検出分解能が低くても後輪の転舵角
θ_Z の位置決め制御には殆ど影響を及ぼさなく、エンコ
ーダを取り付ける必要はない。さらに本実施例では、磁
極センサ７によって検出されたブラシレスモータ１の回
転角θ_B から後輪の転舵角θ_Z を算出することができ
る。このとき、後輪の転舵角θ_Z は、ディジタル信号で
あるのでアナログ信号に比べてノイズの影響が少ないと
いう効果がある。

【００２０】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その趣旨を逸脱しない限り例えば以下に示
す如く種々変形可能である。 上記実施例では、磁極センサ７から後輪転舵角θ_Z を
算出する際に、ウォームホイール４の回転角θ_U を検出
する回転角センサ８を用いたが、リアステアリングラッ
ク６の変位量を検出する変位量検出センサや、ウォーム
ギア３の回転角を検出するウォームギア回転角センサを
車両に搭載し、これらを用いて後輪転舵角θ_Z を検出し
ても良い。

【００２１】本発明のブラシレスモータは、実施例で
用いた３相６極コイルに限定されるものではなく、例え
ば６相１２極等の多相多極コイルを使用することができ
る。 ブラシレスモータ１の回転軸からピニオンギア５に伝
達される回転の減速比は５０：１に限定されるものでは
なく、車両に応じて様々な減速比を設定することができ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の車両用後輪
転舵装置では、重要保安部品としてブラシレスモータを
用いているので、装置の信頼性を向上させることができ
る。また、減速手段によってブラシレスモータの回転変
位量に対する後輪転舵手段の変位量が小さくされるの
で、磁極センサによって検出されたブラシレスモータの
回転角の分解能が低くても、実際の後輪転舵角に与える
影響は極めて小さい。従って、エンコーダを用いないく
とも信頼性の高い後輪転舵処理を行うことができるとと
もに、構成部品を少なくして搭載スペースを小さくし、
コストを安くすることができるという優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の要部構成図である。

【図２】回転角センサ８の出力信号波形である。

【図３】ブラシレスモータ１の構成図である。

【図４】図３をＢ方向に切断した断面図である。

【図５】駆動回路１３の構成図である。

【図６】３相２極コイルを使用したブラシレスモータの
駆動図である。

【図７】制御回路１２の内部を示したブロック図であ
る。

【図８】モータ指令電流算出部の詳細なブロック図であ
る。

【図９】実施例の構成図である。

【符号の説明】

１ ブラシレスモータ ２ ロータシャフト ３ ウォームギア ４ ウォームホイール ５ ピニオンギア ６ リアステアリングラック ７ 磁極センサ ８ 回転角センサ ９ ハンドル舵角センサ １０ 車速センサ １１ ヨーレイトセンサ １２ 制御回路 １３ 駆動回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の走行状態を検出する走行状態検出
   手段と、 後輪を転舵する後輪転舵手段と、 前記後輪転舵手段を変位させる駆動源としてのブラシレ
   スモータと、 前記後輪転舵手段と前記ブラシレスモータ間に設けら
   れ、前記ブラシレスモータの回転変位量に対する前記後
   輪転舵手段の変位量を小さくする減速手段と、 前記ブラシレスモータに取り付けられ、前記ブラシレス
   モータの磁極を検出することにより前記ブラシレスモー
   タの回転角を検出する磁極センサと、 前記車両の走行状態と、前記ブラシレスモータの回転角
   に基づいて前記ブラシレスモータを制御する制御手段
   と、 を備えることを特徴とする車両用後輪転舵装置。