JPH06107210A - 後輪絶対舵角センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電子制御電動式４輪操舵システムにおいて、後
輪舵角センサが故障時にもなお、制御装置に後輪の中立
位置を検出するための信号を供給するフェールセーフ機
構を備えた後輪絶対舵角センサの提供。 【構成】後輪の操舵角を検出する後輪絶対舵角センサ
に、後輪の中立位置において出力信号の切替えが行なわ
れるスイッチ手段が別途設けられたことを特徴とする絶
対舵角センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、後輪絶対舵角センサに
係り、より詳細には、電子制御電磁式４ＷＳ（四輪操
舵）において後輪の実際の転舵角を検出するセンサとは
別途に、後輪の中立位置を検出するための信号を出力す
るスイッチ手段を設けることにより後輪操舵機構のフェ
イルセーフ機構を備えた後輪絶対舵角センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】車両、例えば自動車の前輪と共に後輪を
も操舵する機構を有する四輪操舵システムにおいて、後
輪操舵機構を電気モータ等により電磁的に駆動するよう
にしたものがある。

【０００３】かかる電子制御電動式４ＷＳにおいては、
例えば実開平３−３３７７４公報に記載されるように、
後輪操舵装置は駆動源である電気モータの回転量及び方
向を検出するエンコーダと、操舵ロッドの位置を検出す
る絶対位置センサとを有し、制御装置はこれらのセンサ
出力に基づき後輪の操舵を電子的に制御する。

【０００４】しかし、後輪の中立位置からの転舵角を検
出する絶対位置センサの故障というシステム異常時に
は、制御装置は後輪の中立位置の検出が行なえない。

【０００５】また、例えば特開平１−２２９７６８公報
には、電気モータの回転位置を検出するエンコーダと後
輪操舵機構の機械的変位を検出する舵角センサとから成
るフェールセーフ機構が開示されているが、後輪舵角セ
ンサ系統故障の処置態様としては、圧縮ばね等の機械的
な中立保持手段による操舵ロッドの強制的な中立位置へ
の復帰が提案されているだけであり、しかも後輪の舵角
センサ信号出力は１系統であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、後輪操舵装置における後輪舵角センサが故障時に
もなお、後輪操舵機構の制御装置に後輪の中立位置を検
出するための信号を供給するフェールセーフ機構を備え
た後輪絶対舵角センサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、後輪の転舵角を検出する後輪絶対舵角セ
ンサに、後輪の中立位置において出力信号の切替えが行
なわれるスイッチ手段が別途設けられたことを特徴とす
る絶対舵角センサを提供する。

【０００８】また、本発明は、後輪の操舵位置信号とし
て、中立位置に対して時計方向及び反時計方向の転舵に
それぞれ対応した少なくとも２値から成る信号を出力す
るスイッチ手段を備えた絶対舵角センサを提供する。

【０００９】さらに、本発明は、後輪操舵機構を駆動す
るための電動モータと後輪の操舵を駆動するラック軸と
の間に介在される減速器の軸に同心的に配設される導電
性のパターンと、該パターン上に摺接され該減速器の軸
に連動して回動する摺動子とから成ると共に、前記パタ
ーンが中立点に対して一側にのみ配設されているスイッ
チ手段を備えた絶対舵角センサを提供する。

【００１０】さらにまた本発明は、スイッチ手段が、後
輪操舵機構を駆動するための電動モータと後輪の操舵を
駆動するラック軸との間に介在される減速器の軸に連動
する摺動子を有するポテンショメータから成る後輪絶対
舵角センサと同心的に配設されている絶対舵角センサを
提供する。

【００１１】

【作用】本発明の絶対舵角センサにおいては、後輪の中
立位置にて出力が切り替わるスイッチ手段が後輪舵角セ
ンサとは別途設けられているために、該後輪舵角センサ
が故障というシステム異常時において後輪操舵機構を制
御するための制御装置は、該スイッチ手段の出力信号の
遷移点を検出することによって、電子的な制御によって
後輪を中立位置に復帰することができる。

【００１２】また、本発明におけるスイッチ手段は、後
輪が中立位置に対して時計方向または反時計方向に転舵
された場合に操舵位置に対応した信号を出力するため、
後輪舵角センサの故障時においても、制御装置はスイッ
チ手段の出力信号から、後輪が中立位置に対していずれ
の向きに操舵されているかをただちに判別できる。

【００１３】さらに、本発明における後輪絶対舵角セン
サはポテンショメータ（分圧器）として構成され、電動
モータの回転駆動軸と連結されたハイポイドギアのピニ
オンに同心的に抵抗体パターンが配設され、ポテンショ
メータの摺動子は該ギアピニオンの回動に連動して抵抗
体パターン上を摺動する。

【００１４】本発明におけるスイッチ手段においては、
中立位置に対し時計方向または反時計方向の転舵角のう
ちいずれか一側にのみ導電性パターンが配され、スイッ
チ手段の摺動子は、その一端が例えば電源電圧に接続さ
れた導電性パターン上を、他端が例えば接地パターン上
を前記した後輪絶対角センサの摺動子と連動して摺動
し、中立位置を境に導通状態から遮断状態に切替わるス
イッチとして構成される。

【００１５】

【実施例】以下に添付した図面を参照して本発明の実施
例について詳説する。

【００１６】図１には、ポテンショメータから成る後輪
絶対舵角センサと、中立位置検出用のスイッチ手段の構
成略図が示されている。

【００１７】ポテンショメータの摺動子２４は、その一
端が抵抗体２５上を、他端が集電部２６を、後述される
減速器４０のピニオン軸４２の正転または逆転に連動し
て中立点２９に対し時計方向または反時計方向に摺動す
る。

【００１８】図２（Ｂ）は、ポテンショメータのリニア
信号端子２１の出力電圧を後輪の舵角の変位についてプ
ロットしたものである。

【００１９】リニア信号端子２１には、電源端子２２に
印加された所定の電圧が摺動子２４の回転角に比例して
分圧された電圧が出力される。

【００２０】後に説明されるように、減速器４０の軸の
回転角は、減速器下流に配された後輪を操舵駆動するラ
ック軸５０の軸方向の変位に比例し、且つラック軸の変
位は後輪の転舵角に比例する。

【００２１】摺動子２４が中立点に対して反時計方向に
抵抗体２５の接地端子側の端点に位置するときは、後輪
は例えば反時計方向の最大舵角に対応し、摺動子２４が
中立点に対して時計方向に抵抗体２５の電源端子側の端
点に位置するときは、後輪は例えば時計方向の最大舵角
に対応する。

【００２２】したがって、リニア信号端子２１の出力電
圧は、例えば反時計方向の最大転舵角を基準とした後輪
の舵角に比例する。

【００２３】なお、図１に示すように、半弧状に配され
た抵抗体２５の両端側にはそれぞれ電源端子２２と接地
端子２３との間に固定抵抗部２８が直列に接続されてい
る。

【００２４】このため、電源端子２２を介して抵抗体２
５に印加される電圧は、電源端子２２の電圧から所定レ
ベル分だけ電圧降下されている。

【００２５】そして、固定抵抗部２８の接続により、抵
抗体２５の最小分圧電圧は接地電位から所定レベル分だ
けオフセットを有する。

【００２６】これらの固定抵抗部２８の挿入により舵角
センサの出力電圧は、図２（Ｂ）に示すように、後輪の
使用舵角範囲内において予め定めるレベル範囲にクラン
プされている。

【００２７】これは、後輪操舵機構を制御する電子制御
装置が、センサ出力の電圧レベルが該範囲内にないこと
を以て、後輪の舵角センサを故障と判定するためであ
る。

【００２８】また、図１には、本発明の後輪絶対舵角セ
ンサとは別途設けられた摺動子１３とスイッチパターン
１４から成るスイッチ手段が示されている。

【００２９】スイッチ手段の摺動子１３はスイッチパタ
ーン１４上を、舵角センサ用の摺動子と共に減速器４０
の軸の回動に連動して摺動する。

【００３０】図１に示すように、スイッチパターン１４
は中立点２９に対して図示左側にのみパターンが配され
ている。

【００３１】このため、スイッチ信号用の摺動子１３が
中立点２９に対して図示左側に位置するときはスイッチ
端子１１は接地され、中立点に対し図示右側に位置する
ときはスイッチ端子１１はオープンとなって接地端子１
２との接続は遮断される。

【００３２】図２（Ａ）には、スイッチ信号の出力を舵
角の変位についてプロットした一例が示されている。

【００３３】スイッチ手段の摺動子１３が、図１の図示
左側から中立点２９を経て右側に時計方向に回動すると
き、スイッチ端子１１の出力信号は、後輪の中立位置を
境にして、接地レベルから例えば電源電圧等の所定の電
圧レベルに切り替わる。

【００３４】後輪操舵機構を制御する電子制御装置は、
スイッチ端子１１の出力レベルの遷移またはレベルの変
化を検出することにより、中立位置が判定できると共
に、舵角センサの故障時にも、後輪が中立点に対して反
時計方向、時計方向のいずれに転舵された状態にあるか
をスイッチ端子１１の出力電圧レベルによりただちに判
別できる。

【００３５】図３には、後輪操舵装置の電子制御装置に
実装されたスイッチ信号による後輪の中立位置への復帰
のための制御流れ図が示されている。

【００３６】同図に示すように、後輪の絶対位置センサ
に異常がなければ、後輪の操舵制御は通常の制御に従っ
て行なわれる。

【００３７】しかし、絶対位置センサが異常と判定され
たときには、本発明におけるスイッチ信号出力に基づき
後輪の中立復帰動作が開始される。

【００３８】すなわち、電子制御装置はスイッチ信号の
電圧レベルから後輪の中立位置に対する転舵の向きを判
別し、後輪を中立位置に復帰する向きに操舵すべく電気
モータの回転駆動を制御すると共に、スイッチ信号の一
のレベルから他のレベルへの切替え発生時点を検出して
中立位置で後輪の操舵を停止する。

【００３９】図４には、ハイポイドギアから成る減速器
４０と電気モータ３０、および減速器４０とラックアン
ドピニオンで連結された後輪を操舵駆動するラック軸５
０とから成る後輪操舵機構の構成概略図が示されてい
る。

【００４０】同図に示すように、後輪操舵を回転駆動す
る電気モータ３０と、該電気モータの回転駆動軸と連結
された減速器４０、及び後輪を駆動する出力ラック軸５
０とから成る後輪操舵機構において、本発明の後輪舵角
センサ２０は減速器４０の軸に同心的に且つ出力ピニオ
ン軸４２とその摺動子１３、２４が連動するように配設
されている。

【００４１】出力ラック軸５０は減速器４０と、ラック
アンドピニオンで連結されている。

【００４２】減速器４０はピニオン軸４２に固着されそ
れと一体に回転し、高減速比の減速器４０は好ましくは
ハイポイドギアから構成されている。

【００４３】電気モータ３０の回転駆動軸の一端部に
は、ハイポイドギアのピニオン４１が刻設されており、
このピニオン４１はハイポイドギアのギアと噛み合わさ
れてピニオン軸４２を回転駆動する。

【００４４】電気モータ３０が正転すると減速器４０に
おいてハイポイドギアのピニオン４１が正転してそれと
一体の出力ピニオン軸４２が正転して出力ラック軸５０
が往移動し、電気モータ３０が逆転すると、ハイポイド
ギアのピニオン４１が逆転してそれと一体の出力ピニオ
ン４２が逆転して出力ラック軸５０が復移動する。電気
モータの回転駆動軸の回転量はラック軸５０の軸方向の
直線移動の変位量に比例する。

【００４５】図４に示すように、ラック軸５０の一端に
はタイロッド５１ａが連結され、他端にはタイロッド５
１ｂが連結され、出力ラック軸５０が図示右向きに直線
駆動されるとタイロッド５１ａ、５１ｂが、図示右方に
移動し、これに伴ってナックルアーム５２ａ、５２ｂが
図示反時計方向に回転し、ナックル５３ａ、５３ｂに結
合された後輪５４ａ、５４ｂが接地点に垂直な直線を中
心に反時計方向に回転する。

【００４６】なお、前記した後輪操舵装置では、後輪か
らラック軸５０に伝達された軸方向の変動は、その上流
の電気モ−タ３０と減速器４０には伝達されない。

【００４７】かかる構成において、減速器４０の出力ピ
ニオン軸４２の回転量は、出力ラック軸５０の軸方向の
直線移動量に比例し、またラック軸５０の移動量は後輪
の舵角に比例する。

【００４８】後輪がその中立位置に対して反時計方向に
操舵されるときには図１に示したリニア信号用の摺動子
２４とスイッチ信号用の摺動子１３は中立点２９に対し
例えば反時計方向に回転され、後輪がその中立位置に対
して時計方向に操舵されるときにはリニア信号用及びス
イッチ信号用の摺動子１３、２４は中立点に対し例えば
反時計方向に回転され、本発明における舵角センサの摺
動子１３、２４の回転量は後輪の舵角に比例する。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
後輪の中立位置において出力信号が切替わるスイッチ手
段を別途設けたことにより、後輪舵角センサにフェール
セーフ機構が備えられ、該後輪舵角センサ故障というシ
ステム異常時において、後輪操舵機構を制御する電子制
御装置は、該スイッチ手段の出力信号の切替え点を検出
することによって後輪を中立位置に復帰する制御が行な
えるという利点を有する。

【００５０】また、本発明によれば、スイッチ手段は、
後輪が中立位置に対し時計方向または反時計方向の向き
に操舵されている状態に対応した信号を出力するため、
後輪舵角センサ故障時においても、制御装置はスイッチ
手段の出力信号から、中立位置に対していずれの向きに
操舵されているかという後輪操舵の状態をただちに判別
できるという利点を有する。

【００５１】さらに、本発明によれば、スイッチ手段は
ポテンショメータから成る後輪絶対舵角センサと共にギ
ア軸に同心的に配設されるパターンと摺動子いう簡易な
構成のために、後輪操舵機構の省スペース化が図られ、
さらに製造コストの低減、製造工程の効率化に貢献する
という利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスイッチ手段と後輪舵角センサの一実
施例を示す構成図。

【図２】（Ａ）は、本発明におけるスイッチ手段の出力
信号と後輪の舵角との関係の一例を図示するグラフ。
（Ｂ）は、本発明における後輪舵角センサの出力信号と
後輪の舵角との関係の一例を図示するグラフ。

【図３】本発明による舵角センサに基づく後輪の中立位
置復帰制御の流れ図。

【図４】本発明の舵角センサが設置されるギアを含む後
輪操舵機構の構成概略図。

【符号の説明】

１１ スイッチ端子 １２ スイッチ用接地端子 １３ スイッチ信号用摺動子 １４ スイッチパターン ２０ 後輪舵角センサ ２１ リニア信号出力端子 ２２ 電源端子 ２３ 接地端子 ２４ 摺動子 ２５ 抵抗体 ２６ 集電部 ２７ 導線 ２８ 固定抵抗部 ２９ 中立点 ３０ 電気モータ ４０ ハイポイドギアのギア（減速器） ４１ ハイポイドギアのピニオン ４２ ピニオン軸 ５０ ラック軸 ５１ａ、５１ｂ タイロッド ５２ａ、５２ｂ ナックルアーム ５３ａ、５３ｂ ナックル ５４ａ、５４ｂ 後輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 武志 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】後輪の転舵角を検出する後輪絶対舵角セン
   サに、出力信号の切替えが後輪の中立位置において行な
   われるスイッチ手段が別途設けられたことを特徴とする
   後輪絶対舵角センサ。
2. 【請求項２】前記スイッチ手段が、後輪の操舵位置信号
   として中立位置に対して後輪の時計方向及び反時計方向
   の転舵にそれぞれ対応した少なくとも２値から成る信号
   を出力することを特徴とする請求項１記載の後輪絶対舵
   角センサ。
3. 【請求項３】前記スイッチ手段が、後輪操舵機構を駆動
   する電動モータと後輪を駆動するラック軸との間に介在
   される減速器の軸に同心的に配設された導電性のパター
   ンと、該パターン上に摺接され該減速器の軸と連動して
   回動する摺動子とから成ると共に、前記パターンが中立
   点に対して一側にのみ配設されていることを特徴とする
   請求項１または２に記載の後輪絶対舵角センサ。
4. 【請求項４】前記スイッチ手段が、前記減速器の軸に連
   動して回動する摺動子を有するポテンショメータから成
   る絶対舵角センサと同心的に配設されたことを特徴とす
   る請求項３記載の後輪絶対舵角センサ。