JPH06211152A

JPH06211152A - 車輌の操舵装置

Info

Publication number: JPH06211152A
Application number: JP5007056A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tagawa; 川真一田; Hiroshi Nakajima; 島洋中; Yasuo Uehara; 原康生上; Hideo Inoue; 上秀雄井
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 1993-01-19
Filing date: 1993-01-19
Publication date: 1994-08-02
Also published as: DE4401333C2; US5457632A; DE4401333A1

Abstract

(57)【要約】【目的】ヨ−レ−ト検出信号が異常のときの補助操舵
の急激な変化を防止する。【構成】補助操舵車輪の主操舵対応の第１舵角を決定
する、第１舵角算出手段(20)；ヨ−角速度および車輌速
度に基づいて、検出ヨ−角速度対応の第２舵角を決定す
る第２舵角算出手段(50)；第１舵角および第２舵角を含
む目標舵角(AGLA)を決定する第３舵角算出手段(54)；ヨ
−角速度検出信号の正，誤を判定し誤と判定したとき誤
信号を発生する信号異常検出手段(71,72)；誤信号に応
答してその発生直前の目標舵角を保持し誤信号が発生し
ている間該保持した目標舵角を基準とした所定範囲（保
持目標舵角±α)内に、目標舵角を制限するリミッタ手
段(73〜80)；補助操舵車輪の実舵角を目標舵角にするフ
ィ−ドバック制御手段(60)；等を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主操舵車輪の操舵に連
動して、補助操舵車輪の向きを調整する車輌の操舵装置
に関し、いわゆる自動車の４輪操舵システムに利用しう
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車の４輪操舵システムにお
ける補助操舵車輪（通常は後輪）の操舵においては、主
操舵車輪（通常は前輪）の操舵角に応じて、目標舵角を
設定し、この目標舵角とセンサで検出した補助操舵車輪
の実舵角との差分に応じて、電気モ−タを付勢し、補助
操舵車輪の向きが目標舵角と一致するように制御してい
る。

【０００３】ところで操舵が急激であると、車輌の重心
軸（垂直線）廻りの回転（ヨ−角速度すなわちヨ−レ−
ト）が速く、これにより横滑りを生ずるなど操縦性が損
なわれることがある。特開昭５９−１０００６２号公報
には、ヨ−角センサを車輌に備えて、車輌のヨ−レ−ト
に対応して補助操舵を制御する示唆があるが具体的な提
示は見られない。特開昭６０−１６１２５６号公報に
は、操舵角θに対するヨ−レ−トＹsの比（ヨ−レ−ト
ゲイン；ここではＹs/θ）が、操舵周波数（Ｈｚ）に対
応して、それが１．０Ｈｚ前後で最も大きく、それより
小さい領域と大きい領域で小さくなることが示されてい
る。特開昭６０−１６１２５６号公報には、安定した操
縦性を得るためにはこのヨ−レ−トゲインＹs/θを一定
に維持するのが良いとして、ヨ−レ−ト（ヨ−角速度）
に対応する補助操舵量の関係を規定する制御ゲインＫ１
を車速の上昇につれて大きくするとか、運転者の手動操
作による指示で変更する示唆がある。

【０００４】一方、特開昭６０−１２４５７２号公報に
は、主操舵角Ｓおよび車速Ｆに対応して目標角速度（ヨ
−レ−ト）を算出し、かつヨ−レ−トセンサで実際のヨ
−レ−トを検知して、実際のヨ−レ−トが目標角速度に
合致するように補助操舵量を定める補助操舵制御が提案
されている。しかし、主操舵角Ｓおよび車速Ｆに対応し
た目標角速度すなわち運転状態に最適なヨ−レ−トの提
示はない。特開昭６３−１９２６６７号公報には、上記
特開昭６０−１２４５７２号公報のヨ−レ−トフィ−ド
バック制御ではドライバの操舵からヨ−レ−ト発生なら
びに該ヨ−レ−トの検出までに時間遅れがありこれによ
り操縦安定性は必ずしも改善されないとした上で、上記
時間遅れを算出してこれに対応して制御出力に遅れを与
えるヨ−レ−トフィ−ドバック制御を提示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】実測ヨ−レ−トに対応
してそれが適値に収束するように補助操舵する場合、ヨ
−レ−トセンサ，信号線，信号処理回路等が故障する
と、当然のことながら、補助操舵がエラ−となる。した
がってフェ−ルセ−フのため、ヨ−レ−ト信号の正，誤
を判定し、誤と判定したときには補助操舵は停止するこ
とが考えられるが、ヨ−レ−ト信号監視回路の正，誤判
定信号の、正から誤への反転に連動して補助操舵量を零
とすると、その直前が比較的に大きい補助操舵量を出力
していた場合に急激な補助操舵量変化を生じ、車体進行
方向が変化しかつ横Ｇが発生する。

【０００６】本発明は、この種の補助操舵の急激な変化
を防止することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の車輌の操舵装置
は、主操舵車輪の実舵角を検出する主操舵角検出手段(P
F)；車輌のヨ−角速度を検出するヨ−レ−ト検出手段(Y
S)；車輌速度を検出する車速検出手段(41)；主操舵角検
出手段(PF)が検出した実舵角および車輌速度に基づい
て、補助操舵車輪の主操舵対応の第１舵角を決定する、
第１舵角算出手段(20)；ヨ−レ−ト検出手段(YS)が検出
したヨ−角速度および車速検出手段が検出した車輌速度
に基づいて、検出ヨ−角速度対応の第２舵角を決定する
第２舵角算出手段(50)；第１舵角および第２舵角を含む
目標舵角(AGLA)を決定する第３舵角算出手段(54)；ヨ−
角速度検出信号の正，誤を判定し誤と判定したとき誤信
号を発生する信号異常検出手段(71,72)；誤信号に応答
してその発生直前の目標舵角を保持し誤信号が発生して
いる間該保持した目標舵角を基準とした所定範囲（保持
目標舵角±α)内に、目標舵角を制限するリミッタ手段
(73〜80)；補助操舵車輪の実舵角を検出する補助操舵角
検出手段(PR)；補助操舵車輪の向きを調整する補助操舵
角調整機構(10)；補助操舵角調整機構(10)を駆動する駆
動手段(M1)；および、該駆動手段(M1)を介して、第３舵
角算出手段(54)が決定した目標舵角に補助操舵角検出手
段(RS)が検出した実舵角が合致する方向に補助操舵角調
整機構(10)を駆動するフィ−ドバック制御手段(60)；を
備える。

【０００８】なお上記括弧内に示した記号は、後述する
実施例中の対応する要素の符号を参考までに示したもの
であるが、本発明の各構成要素は実施例中の具体的な要
素のみに限定されるものではない。

【０００９】

【作用】第１舵角算出手段(20)が、主操舵角検出手段(P
F)が検出した実舵角および車輌速度に基づいて補助操舵
車輪の主操舵対応の第１舵角を決定し、第２舵角算出手
段(50)が、ヨ−レ−ト検出手段(YS)が検出したヨ−角速
度および車速検出手段が検出した車輌速度に基づいて補
助操舵車輪の検出ヨ-レ-ト対応の第２舵角を決定し、第
３舵角算出手段(54)が、第１舵角算出手段(20)が決定し
た第１舵角と第２舵角算出手段(50)が決定した第２舵角
を含む目標舵角(AGLA)を決定する。そして、フィ−ドバ
ック制御手段(60)が、駆動手段(M1)を介して、第３舵角
算出手段(54)が決定した目標舵角(AGLA)に補助操舵角検
出手段(RS)が検出した実舵角が合致する方向に補助操舵
角調整機構(10)を駆動する。これにより、主操舵角検出
手段(PF)が検出した実舵角，ヨ−レ−ト検出手段(YS)が
検出したヨ−角速度および車速検出手段が検出した車輌
速度に対応した目標舵角(AGLA)が決定されて、フィ−ド
バック制御手段(60)により、補助操舵車輪の向きが目標
舵角(AGLA)に設定される。

【００１０】信号異常検出手段(71,72)が、ヨ−角速度
検出信号のを判定して誤信号を発生すると、リミッタ手
段(73〜80)が、誤信号に応答してその発生直前の目標舵
角を保持し誤信号が発生している間該保持した目標舵角
を基準とした所定範囲（保持目標舵角±α)内に目標舵
角(AGLA)を制限する。これにより、誤信号が発生したと
きの補助操舵量の変化は車輌の走行に支障を与えない。
加えて、誤信号発生直前の補助操舵量(保持目標舵角)が
比較的に大きくても、誤信号が発生している間、該補助
操舵量（保持値）を基準にした所定範囲（保持目標舵角
±α)内でしか補助操舵(AGLA)の変動を許さない。

【００１１】

【実施例】自動車の４輪操舵システムに本発明を適用し
た実施例のシステム全体の構成を図１に示す。まず、図
１を参照してシステムの概略を説明する。前側の車輪Ｔ
ＦＬ及びＴＦＲは、ドライバがステアリングホイ−ルＷ
Ｈを回すことによって、手動で操舵することができる。
即ち、ステアリングホイ−ルＷＨが回転すると、それに
連結された軸ＳＳが回転し、図示しないラック＆ピニオ
ン機構を介して、軸ＳＳと連結されたロッドＦＳＲが左
右方向に移動する。ロッドＦＳＲの左右方向の移動に伴
なって、車輪ＴＦＬ及びＴＦＲの向きが変わる。一方、
後側の車輪ＴＲＬ及びＴＲＲの向きも調整可能になって
おり、この操舵は前輪側の舵角および車速に応じて自動
的に調整されるように構成されている。

【００１２】前輪側ステアリング機構の軸ＳＳ先端のピ
ニオン近傍には、ドライバのステアリングホイ−ル操作
による、前輪の操舵角を検出するための前輪舵角センサ
が設置されている。また、後輪の操舵角は、前輪の操舵
角および車速に応じて調整することが望ましいので、後
側の車輪ＴＲＬ及びＴＲＲの近傍には、それぞれの車輪
の回転速度を検出するための車輪速センサＶＬ及びＶＲ
が設置されている。更に、ヨ−レ−トをフィ−ドバック
する舵角補正制御を実施するため、ヨ−レ−トセンサＹ
Ｓが車輌に搭載されている。

【００１３】後輪の操舵機構には電気モ−タＭ１があ
り、これを駆動することによって、ロッド１が左右方向
に移動し、後輪ＴＲＬ及びＴＲＲの向きが変わる。ま
た、電気モ−タＭ１が故障した場合に、後輪の操舵位置
を中央に戻すために、補助用の電気モ−タＭ２と電磁ク
ラッチＣＬが設けられている。後輪の操舵機構には、そ
の操舵角を検出するための後輪舵角センサＰＲが備わっ
ている。また電気モ−タＭ１には、その駆動軸の回転を
検出するセンサＲＳが備わっている。

【００１４】図２に後輪操舵機構１０の主要部分を示
し、そのIII−III線断面を図３に示す。

【００１５】図２は図３のII−II線断面を示している。
図２及び図３を参照しこの機構を説明する。まず図２を
参照すると、ロッド１は、左端がボ−ルジョイント２Ｌ
を介して、左後輪の舵角を調整するナックルア−ム３Ｌ
と接続され、右端がボ−ルジョイント２Ｒを介して、右
後輪の舵角を調整するナックルア−ム３Ｒと接続されて
いる。またロッド１は、車体に固定されたハウジング４
の内部に支持されており、軸方向つまり左右方向に移動
自在になっている。ロッド１が左右方向に移動すると、
各ナックルア−ム３Ｌ，３Ｒが動き、左後輪及び右後輪
の向きが変わる。ロッド１には、以下に説明する駆動力
伝達機構を介して、電気モ−タ（主モ−タ）Ｍ１が接続
されており、Ｍ１を駆動することによって、後輪の操舵
が実施される。

【００１６】ロッド１にはラック１ａが形成してあり、
該ラック１ａにピニオンギア５ａが噛み合っている。図
３に示すように、ピニオンギア５ａが形成された回転子
５には、径の大きなウォ−ムホイ−ル５ｂも形成されて
いる。更にこのウォ−ムホイ−ル５ｂには、ウォ−ム６
ａが噛み合っている。再び図２を参照すると、ウォ−ム
６ａが形成された駆動軸６の左端には、電気モ−タＭ１
の駆動軸が結合されている。従って、電気モ−タＭ１を
駆動すると、その駆動力によってウォ−ム６ａが回転
し、それと噛み合ったウォ−ムホイ−ル５ｂが回転し、
ウォ−ムホイ−ル５ｂと同軸のピニオン５ａが回転し、
ラック１ａが左右方向に移動して後輪を操舵する。

【００１７】なお、ウォ−ム６ａとウォ−ムホイ−ル５
ｂとで構成されるウォ−ムギアにおいては、逆効率が小
さくなるように構成してある。従って、路面からの反力
が大きい場合であっても、その力によってウォ−ムホイ
−ル５ｂが回転することはないので、電気モ−タＭ１に
大きな外力が印加される恐れはない。

【００１８】駆動軸６の右側には、電磁クラッチＣＬを
備えるギア機構と電気モ−タ（副モ−タ）Ｍ２が設けら
れている。電気モ−タＭ２の駆動軸にはウォ−ム７が形
成されており、該ウォ−ム７にウォ−ムホイ−ル８ａが
噛み合っている。ウォ−ムホイ−ル８ａが形成された回
転子８は、中空に形成されており、その内側に回転子９
が配置されている。回転子８の内壁と回転子９の外周に
形成されたスプライン１２によって回転子８と回転子９
は係合しており、回転方向に対しては両者は連結され、
軸方向には両者は相対移動自在になっている。但し、外
側の回転子８は軸方向には動かないようにハウジング４
に支持されている。

【００１９】回転子８の小径部の外周に装着された圧縮
コイルスプリング１１が、内側の回転子９を右側（矢印
ＡＲ１方向）に常時付勢している。また回転子９に連結
された磁性体コア１３の近傍に電気コイル１４が配置し
てあり、電気コイル１４に通電すると、回転子９はスプ
リング１１の力に対抗して左側（矢印ＡＲ１と逆方向）
に移動する。回転子９には、その左端面に突出する形で
設けられた複数のピン１５が装着されており、駆動軸６
の右端に固着された連結板１６のフランジ部には、ピン
１５と対向する位置に穴１６ａが形成されている。

【００２０】電気コイル１４を通電しない時には、スプ
リング１１の力によって回転子９が右方に移動するの
で、ピン１５と穴１６ａとの係合は生じない。しかし電
気コイル１４に通電すると、回転子９が左方に動きピン
１５が連結板１６のフランジ部に当接する。そして回転
子９が回転するとピン１５は穴１６ａの内部に押し込ま
れる。ピン１５が穴１６ａの内部に入ると、回転子９と
連結板１６とが確実に連結され、回転子９の回転力は連
結板１６を介して駆動軸６に伝達される。電気コイル１
４の通電を停止すれば、再びスプリング１１の力によっ
て回転子９が右方に移動するので、ピン１５と穴１６ａ
との係合は外れる。

【００２１】電気モ−タＭ２を駆動すると、ウォ−ム７
が回転し、それと噛み合ったウォ−ムホイ−ル８ａを介
して回転子８が回転する。回転子８の回転は、スプライ
ン１２を介して内側の回転子９に伝達される。電磁クラ
ッチＣＬの電気コイル１４が通電されていると、ピン１
５と連結板１６とが連結されるので、回転子９の回転が
駆動軸６に伝達され、駆動軸６が回転するので、電気モ
−タＭ１を駆動する場合と同様にして、後輪が操舵駆動
される。

【００２２】電気モ−タＭ２は、ウォ−ム７とウォ−ム
ホイ−ル８ａを介して駆動軸６に連結されるので、電気
モ−タＭ１の場合に比べて小さな力で駆動軸６を動かす
ことができる。逆に電気モ−タＭ１側からみると、電気
モ−タＭ２等は非常に大きな負荷になりうるが、電磁ク
ラッチＣＬをオフにすることによって、連結板１６と回
転子９とが分離されるので、実際の後輪操舵駆動時に
は、電気モ−タＭ２等の影響をなくすることができる。
また、減速比が大きいので電気モ−タＭ２による後輪操
舵系の動作速度はＭ１と比べるとかなり遅くなるが、こ
の実施例では、電気モ−タＭ２は装置の故障時に後輪操
舵系の向きを中央に戻すために利用されるので、高い応
答速度は不要である。

【００２３】図３を参照すると、ハウジング４に装着さ
れた位置センサ（ポテンショメ−タ）ＰＲのロ−タに結
合されたア−ム１７が回転子５に形成された穴に係合し
ている。

【００２４】この位置センサＰＲは後輪の舵角を検出す
るために利用される。また図２に示すように、電気モ−
タＭ１には、その回動量を検出するセンサＲＳが備わっ
ている。

【００２５】この実施例では、Ｍ１はブラシレス直流モ
−タであり、センサＲＳは電気モ−タＭ１の磁極の移動
を検出する磁極センサを構成している。このセンサＲＳ
は、電気モ−タＭ１の回転に伴なって三相のパルス信号
を出力する。

【００２６】次に、図９を参照して前輪舵角センサＰＦ
の取付部分の構造を説明する。図９は、前輪側ステアリ
ング機構の軸ＳＳの先端近傍、即ちステアリングギアボ
ックス部分を示しており、図１０は図９のＡ−Ａ線断面
を示している。またＰＦのセンサ組体の構造を図１１に
示す。図９を参照すると、ロッドＦＳＲに形成されたラ
ック７３と、ピニオン７２とによってラック＆ピニオン
機構が構成されている。

【００２７】また、入力軸ＳＳ側のピニオン７２とパワ
−ステアリングバルブ７１との間に、ウォ−ム８２が設
置されており、該ウォ−ム８２と噛み合う位置にウォ−
ムホイ−ル８１が設置されている。図１０に示すよう
に、ウォ−ムホイ−ル８１の軸８３が、前輪舵角センサ
ＰＦに連結されている。図１１に示すように、前輪舵角
センサＰＦの内部には、ポテンショメ−タ基板８６，ブ
ラシホルダ８４及び摺動子８５が備わっており、摺動子
８５とポテンショメ−タ基板８６との当接位置には、抵
抗皮膜が形成してある。入力軸ＳＳが回動し、ウォ−ム
ホイ−ル８１が回動すると、軸８３が回動し、摺動子８
５とポテンショメ−タ基板８６上の抵抗皮膜との当接位
置が変わる。従って、入力操舵角に応じた電気信号を前
輪舵角センサＰＦから出力することができる。この前輪
舵角センサＰＦの検出特性の例を図１２に示す。

【００２８】この４輪操舵システムの電気回路の構成を
図４に示す。図４を参照すると、制御ユニットＥＣＵの
入力端子には、ヨ−レ−トセンサＹＳ，前輪舵角センサ
ＰＦ，後輪舵角センサＰＲ，後輪車輪速センサＶＬ，Ｖ
Ｒ，及び磁極センサＲＳが接続され、ＥＣＵの出力端子
には電気モ−タＭ１，Ｍ２及びソレノイド１４が接続さ
れている。この例では、前輪舵角センサＰＦ及び後輪舵
角センサＰＲは各々ポテンショメ−タであり、ヨ−レ−
トセンサＹＳはアナログ電圧信号を出力するので、それ
らが出力する信号は、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣを介して、マ
イクロコンピュ−タＣＰＵに印加される。また、後輪車
輪速センサＶＬ，ＶＲ，及び磁極センサＲＳが出力する
信号は、パルス信号である。また、各センサの故障（断
線，ショ−ト，検出値異常等）を検出するために、異常
検出器Ｕ１が設けられており、前輪舵角センサＰＦ，後
輪舵角センサＰＲ，後輪車輪速センサＶＬ，ＶＲ，車速
センサＴＭ及び磁極センサＲＳの出力は、異常検出器Ｕ
１にも接続されている。マイクロコンピュ−タＣＰＵ
は、ドライバＤＶ１を介して、電気モ−タＭ１を駆動す
る。

【００２９】異常検出器Ｕ１が異常を検出した場合に
は、ドライバＤＶ１は付勢禁止状態に制御され、中立復
帰制御回路Ｕ２に中立復帰信号が印加される。中立復帰
制御回路Ｕ２は、異常検出器Ｕ１又はマイクロコンピュ
−タＣＰＵから中立復帰信号を受けると、ドライバＤＶ
２を介して電気モ−タＭ２を制御し、ドライバＤＶ３を
介してソレノイド１４を制御し、後輪操舵機構を中立位
置に戻す。後輪操舵機構が中立位置に戻ると、マイクロ
コンピュ−タＣＰＵが中立復帰完了信号を出力するの
で、中立復帰制御回路Ｕ２は電気モ−タＭ２を停止す
る。なお、図４においてはマイクロコンピュ−タＣＰＵ
を１つのブロックのみで示してあるが、実際には、全体
の処理能力を上げるため、独立した２つのマイクロコン
ピュ−タを組合せてＣＰＵを構成してある。

【００３０】この４輪操舵システムの主要制御系の具体
的な構成を図５に示す。なお、この制御系の大部分の処
理はマイクロコンピュ−タＣＰＵのソフトウェアの実行
によって実現されており、一方のマイクロコンピュ−タ
が後輪の目標舵角ＡＧＬＡを生成し、もう一方のマイク
ロコンピュ−タがＡＧＬＡを入力して後輪操舵機構の位
置決めサ−ボ制御（後輪操舵を目標操舵に合致させるフ
ィ−ドバック制御）を実行するように構成してある。

【００３１】まず、後輪の目標舵角ＡＧＬＡを生成する
処理について説明する。簡単に言えば、前輪の実舵角に
車速対応の係数（ゲイン）を乗算して主操舵対応の舵角
を算出し、かつ車輌タ−ン時の車輌進行方向のふらつき
を抑止するため車輌ヨ−レ−トに車速対応の係数（ゲイ
ン）を乗算して舵角補正分を算出し、これら算出した舵
角および舵角補正分より目標舵角ＡＧＬＡを定める。詳
しくは、前輪舵角センサＰＦによって検出される前輪舵
角値に、変換部２１Ａ，２１Ｂに通して低角度値は０に
過大角度は飽和値に、不感帯処理およびリミット処理を
施して検出舵角値を制御演算用の舵角値に変換し、一
方、車速Ｖｓに対応するゲインを変換部２２で算出し、
掛算部２３によって制御演算用の舵角値（変換値）に車
速対応ゲインを乗算して実舵角対応の補助操舵舵角（所
要値）を算出する。また、ヨ−レ−トセンサＹＳによっ
て検出されるヨ−レ−トＹsは、変換部５１に通して低
値は０に過大値は飽和値に、不感帯処理およびリミット
処理を施して検出ヨ−レ−トを制御演算用のヨ−レ−ト
値に変換し、一方、車速Ｖｓに対応するゲインを変換部
５２で算出し、掛算部５３によって制御演算用のヨ−レ
−ト（変換値）に車速対応ゲインを乗算して検出ヨ−レ
−ト対応の舵角補正分を算出する。そして、加算器５４
にて、補助操舵舵角（所要値）に検出ヨ−レ−ト対応の
舵角補正分を加えて目標舵角ＡＧＬＡとして、フィ−ド
バック制御部６０に出力する。

【００３２】ここで、変換部５２で発生するゲイン（グ
ラフ）を説明する。車速Ｖｓに対してゲインは図８の
（ｂ）に示すように設定されている。このゲインはその
車輌の操舵に対して発生するヨ−レ−トに対応してお
り、中速域においてピ−クを持つことが知られている。
ただし、このグラフで決定するゲインは個々の実車に適
合させて設定されたものである。ＣＰＵは、図８の
（ｂ）に示す６点の車速対ゲインデ−タ(０，０)〜(Ｖ
ｓ６，Ｇｙ６)と、各時点の車速Ｖｓに基づいて、いわ
ゆる補間法により、車速Ｖｓに対応するゲインＧｙを算
出する。この内容を図８の（ａ）に示す。

【００３３】なお、変換部２１Ａのブロック内に示すグ
ラフは、車速Ｖｓに対応した不感帯値（幅値）を示し、
車速Ｖｓに対応する不感帯値がブロック２１Ａから読み
出されて変換部２１Ｂに与えられる。変換部２１Ｂで
は、変換特性（グラフ）の不感帯幅を、与えられたもの
に設定して、前輪舵角（検出値）を制御演算用の舵角値
（変換値）に変換する。変換部２２のゲイン（グラフ）
は、車速Ｖｓが設定値のとき０、設定値未満では負値、
設定値を越える値では正値であり、負値は前輪舵角に対
して後輪舵角を逆相（向きが反対）とする目標舵角（Ａ
ＧＬＡ）を生成する。正値は前輪舵角に対して後輪舵角
を同相（向きが同じ）とする目標舵角（ＡＧＬＡ）を生
成する。車輌タ−ンが時計廻りの場合の前輪の向き（角
度）を正値としそのとき発生するヨ−レ−トの極性を正
すると、車輌タ−ンによるヨ−レ−トを抑制するための
前記舵角補正分は、負極性のヨ−レ−トを発生するため
のものとなる。すなわち、検出されるヨ−レ−トに対し
て、前記舵角補正分は極逆性の値となる。したがって加
算器５４に与えられる乗算器５３の出力は正，又は負値
であり、加算器５４は、制御演算用の舵角値（変換値：
２２の出力が正，又は負の値であるので変換値も正，又
は負）に、舵角補正分（正，又は値）加算した目標舵角
（ＡＧＬＡ：正又は負）を、異常時保全回路７０に出力
する。ヨ−レ−ト検出信号が正常の場合には、保全回路
７０は、加算器５４の出力目標舵角（ＡＧＬＡ）をその
ままフィ−ドバック制御部６０に出力する。目標舵角Ａ
ＧＬＡが正値であるとこれは後輪の時計廻り方向の操舵
を指示し、負値は反時計方廻り方向の操舵を指示する。
なお、車速Ｖｓは平均車速計算部４１で車輪速センサＶ
Ｒ，ＶＬ及び車速センサＴＭの検出値を用いて計算す
る。

【００３４】異常時保全回路７０においては、ヨ−レ−
ト推定ブロック７１で前輪舵角と車速よりヨ−レ−トを
推定し（推定値Ｙes)、異常判定ブロック７２で、実測
ヨ−レ−ト信号Ｙｅの正，誤を判定する。すなわち、ヨ
−レ−ト推定値Ｙesと実測信号値Ｙｅとを対比して、推
定値Ｙesが大きい値であるのに実測信号値Ｙｅが小さい
値であるときには、誤と判定し、誤を表わす信号（誤信
号）を発生する。この誤信号の立上り点でラッチブロッ
ク７３がそのときの目標舵角ＡＧＬＡをラッチ（メモ
リ）する。一方、出力切換ブロック８０が、誤信号があ
る間、フィ−ドバック制御部６０への出力を、加算器５
４の出力からスイッチブロック７９の出力に切換える。
ラッチした値には加算器７４により所定値αが加算され
て、ラッチ値＋αと加算器５４の出力とが比較ブロック
７６に与えられ、また、ラッチした値から変算器７４に
より所定値αが減算されて、ラッチ値−αと加算器５４
の出力とが比較ブロック７７に与えられる。比較ブロッ
ク７６は加算器５４の出力がラッチ値＋α以下の間はス
イッチブロック７８より加算器５４の出力を出力する
が、加算器５４の出力がラッチ値＋αを越えるとスイッ
チブロック７８よりラッチ値＋αを出力する。比較ブロ
ック７７は加算器５４の出力がラッチ値−α以上の間は
スイッチブロック７９よりスイッチブロック７８の出力
を出力切換ブロック８０に出力するが、加算器５４の出
力がラッチ値−α以下のときには、ラッチ値−αを出力
切換ブロック８０に出力する。

【００３５】これにより、異常時保全回路７０は、実測
ヨ−レ−ト信号Ｙｅを誤と判定したときには、まずその
ときの目標舵角（加算器５４の出力ＡＧＬＡ）をラッチ
（メモリ）して、その後誤と判定している間、目標舵角
（加算器５４の出力）がラッチ値±αの範囲内にあると
きには目標舵角（加算器５４の出力ＡＧＬＡ）をフィ−
ドバック制御部６０に与えるが、目標舵角（加算器５４
の出力）がラッチ値±αの範囲を外れるときには、上側
に外れるときにはラッチ値＋αを、下側に外れるときに
はラッチ値−αを、フィ−ドバック制御部６０に与え
る。

【００３６】次にフィ−ドバック制御部６０について説
明する。この制御部６０は、切換スイッチブロック８０
が出力する目標舵角ＡＧＬＡと、検出された実舵角ＲＡ
ＧＬとの偏差ΔＡＧＬに応じた制御量を出力するように
構成してある。微分制御系６１の出力ＤＡＧＬＡと比例
制御系６２の出力ＰＡＧＬＡとが加算部３５で加算さ
れ、制御量ＨＰＩＤとして出力される。

【００３７】比例制御系６２においては、入力値ΔＡＧ
Ｌは変換部３１Ｂを通ってＥＴＨ３に変換され、掛算部
３６で比例ゲインＧａ１７と掛算され、その結果が出力
ＰＡＧＬＡになる。この例では、ゲインＧａ１７は定数
である。

【００３８】微分制御系６１においては、入力値ΔＡＧ
Ｌは変換部３１Ａを通ってＥＴＨ２に変換され、減算部
３３において、入力値ＥＴＨ２（最新の値）と遅延部３
２を通った入力値ＥＴＨ２（所定時間前の値）との差分
が計算され、それによってＥＴＨ２の変化速度、即ち微
分値ＳＥＴＨ２が得られる。掛算部３４では、微分値Ｓ
ＥＴＨ２と微分ゲインＹＴＤＩＦＧＡＩＮとを掛けた値
が、微分制御系６１の出力ＤＡＧＬＡとして得られる。

【００３９】微分ゲインＹＴＤＩＦＧＡＩＮは、この例
では、目標舵角ＡＧＬＡの微分値（変化速度）に基づい
て決定される変数である。即ち、減算部３８において、
入力値ＡＧＬＡ（最新の値）と遅延部３７を通った入力
値ＡＧＬＡ（所定時間前の値）との差分が計算され、そ
れによってＡＧＬＡの変化速度、即ち微分値ＳＡＧＬＡ
が得られ、微分値ＳＡＧＬＡを変換部３９に通した結果
が、微分ゲインＹＴＤＩＦＧＡＩＮになる。なお、変換
部３１Ａ，３１Ｂ及び３９の各ブロック内に示すグラフ
は、各々の変換特性を示しており、横軸が入力値、縦軸
が出力値を示している。

【００４０】変換部３１Ａの変換特性を図６に示す。図
６を参照して説明する。まず、入力値ΔＡＧＬの値が正
の領域に注目すると、０からＰ１Ｐまでの範囲では出力
値ＥＴＨ２は０になり、Ｐ１ＰからＰ２Ｐまでの範囲で
は、出力値ＥＴＨ２は入力値ΔＡＧＬに比例して一定の
傾きで変化し、Ｐ２Ｐを越えると出力値ＥＴＨ２は一定
値ＬＰに制限される。同様に入力値ΔＡＧＬの値が負の
領域に注目すると、０からＰ１Ｎまでの範囲では出力値
ＥＴＨ２は０になり、Ｐ１ＮからＰ２Ｎまでの範囲で
は、出力値ＥＴＨ２は入力値ΔＡＧＬに比例して一定の
傾きで変化し、Ｐ２Ｎより小さくなると出力値ＥＴＨ２
は一定値ＬＮに制限される。つまり、入力値のＰ１Ｎと
Ｐ１Ｐとの間は不感帯であり、常にＥＴＨ２が０になる
ので、微分制御系の出力も０になる。なお、変換部３１
Ｂの特性も図６と同様の形になっている。

【００４１】この実施例では、変換部３１Ａ及び３１Ｂ
の不感帯は、調整可能になっており、図５に示す不感帯
調整部４２が、車速Ｖｓの大小に応じて自動的に不感帯
の幅を調整するように構成してある。実際には図６に示
すように、実線で示す中速及び高速の時の特性に比べ
て、仮想線で示す低速の時の特性では、不感帯の幅が大
きくなるように調整される。

【００４２】例えば、自動車を車庫入れする場合のよう
に低速の時には、不感帯範囲の幅が大きくなるので、ド
ライバが頻繁にステアリングホイ−ルを操作したとして
も、小さい舵角変化には反応しないので、後輪の操舵頻
度が低下し、従って後輪の操舵駆動に要するエネルギ−
が低減される。しかし、通常走行時のように車速が中速
又は高速の時には、不感帯範囲の幅が小さくなるので、
目標舵角と実舵角との差が低速時に比べて小さくなり、
後輪の操舵位置決め精度が高くなるので、高い走行安定
性が得られる。

【００４３】図５に示す変換部２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ
及び不感帯調整部２１Ａ，４２に相当する、マイクロコ
ンピュ−タＣＰＵの処理の内容を図７に示す。図７を参
照して説明する。不感帯調整処理（４２）では、まず、
最新の実車速を入力する。そして、まず車速Ｖｓに対応
したブロック２１Ｂ用の不感帯幅値を読出し、同様に車
速Ｖｓに対応したブロック３１Ａ，３１Ｂ用の不感帯幅
値を読出し、各変換ブロック（グラフ）の不感帯幅（変
換特性）を定める（２１Ａ，４２）。つまり、変換部３
１Ａに関しては、例えば図６におけるＰ２Ｎ，Ｐ１Ｎ，
Ｐ１Ｐ及びＰ２Ｐの値を定める。

【００４４】次に、まず舵角変換部２１Ｂで検出舵角を
制御演算用の舵角に変換する（２１Ｂ）。そして微分制
御系の変換部３１Ａで、偏差ΔＡＧＬを微分演算用偏差
ＥＴＨ２に変換する。

【００４５】微分制御の変換処理（３１Ａ）では、ま
ず、最新のパラメ−タを入力する。即ち、直前の不感帯
調整処理４２によって調整された最新の変数Ｐ２Ｎ，Ｐ
１Ｎ，Ｐ１Ｐ及びＰ２Ｐの値を入力する。そして、入力
値ΔＡＧＬの値をチェックして、それがどの領域に属す
るかを識別し、その結果に応じた計算を実施して出力値
ＥＴＨ２を求める。即ち、ΔＡＧＬ＞Ｐ２Ｐであれば、
上限値ＬＰをＥＴＨ２にストアし、Ｐ１Ｐ＜ΔＡＧＬ≦
Ｐ２Ｐであれば、（ΔＡＧＬ−Ｐ１Ｐ）×ｋ１をＥＴＨ
２にストアし、Ｐ１Ｎ≦ΔＡＧＬ≦Ｐ１Ｐであれば、Ｅ
ＴＨ２に０をストアし、Ｐ２Ｎ≦ΔＡＧＬ＜Ｐ１Ｎであ
れば、（ΔＡＧＬ−Ｐ１Ｎ）×ｋ１をＥＴＨ２にストア
し、ΔＡＧＬ＜Ｐ２Ｐであれば、下限値ＬＮをＥＴＨ２
にストアする（ｋ１は傾きの定数）。ＥＴＨ２の値が、
偏差ΔＡＧＬの微分演算用の変換値である。

【００４６】次の比例制御の不感帯処理（３１Ｂ）で
も、上記微分制御の場合と同様の処理を実行する。但
し、計算のパラメ−タは比例制御に割り当てられたもの
を使用する。前記舵角変換部２１Ｂでの、検出舵角の制
御演算用の舵角への変換（２１Ｂ）の内容も同様であ
る。

【００４７】再び図５を参照して説明を続ける。加算器
３５から出力される制御量ＨＰＩＤは、変換部４３を通
ってＨＰＩＤ２になり、更に変換部４４を通ってデュ−
ティ値ＤＵＴＹになる。変換部４３はリミッタとして機
能する。また変換部４４は、偏差舵角値からデュ−ティ
値への変換機能を有する。デュ−ティ値ＤＵＴＹは、パ
ルス幅変調（ＰＷＭ）部４５に入力される。パルス幅変
調部４５は、入力値に対応するデュ−ティのパルス信号
を生成し、ドライバＤＶ１に印加する。電気モ−タＭ１
が回転すると、その回転量に応じたパルスが磁極センサ
ＲＳから出力される。舵角変換部４６では、磁極センサ
ＲＳが出力する三相のパルスの位相から回転方向を識別
し、その方向に応じて加算方向又は減算方向にパルス数
を計数し、舵角を計算する。ここで計算される舵角は相
対的なものであるが、予め後輪舵角センサＰＲが出力す
る実舵角を利用して校正を実施しておき、実舵角と同一
の値が得られるように処理する。つまり、舵角変換部４
６は実舵角ＲＡＧＬを出力する。減算部４７は、目標舵
角ＡＧＬＡと実舵角ＲＡＧＬとの差分、即ち舵角偏差Δ
ＡＧＬを制御部３０に入力する。

【００４８】なお上記実施例においては、変換部２１
Ａ，２１Ｂ，２２，３１Ａ，３１Ｂ，５１，５２，の処
理を実行するのに、計算によって、変換結果を求めてい
るが、例えば全ての入力値と出力値との関係をテ−ブル
に記憶しておき、テ−ブルルックアップによって変換結
果を得るように変更してもよい。

【００４９】また上記実施例では、制御の大部分をマイ
クロコンピュ−タＣＰＵのソフトウェアの実行によって
実現しているが、当然のことながら一般の論理回路やア
ナログ回路などで置き替えることも可能である。

【００５０】以上に説明した実施例によれば、例えば自
動車を車庫入れする場合のように低速の時には、変換部
２１Ｂ，３１Ａおよび３１Ｂの不感帯幅が大きくなるの
で、ドライバが頻繁にステアリングホイ−ルを操作した
としても、中立位置近傍の小さい舵角変化には反応しな
いので、また、小さな偏差（目標舵角−後輪検出舵角）
には反応しないので、補助操舵車輪の操舵頻度が低下
し、従って補助操舵車輪の操舵駆動に要するエネルギ−
が低減される。しかし、車速Ｖｓが次第に上昇するにつ
れて不感帯幅が小さくなり、例えば通常走行時のように
車速が中速又は高速の時には、不感帯幅が小さく、中立
位置近傍の小さい舵角変化に反応しまた小さな偏差（目
標舵角−後輪検出舵角）に反応して、後輪自動操舵が行
なわれる。高速であるほど車両方向変更のための操舵量
は少いが、これに対して敏感に後輪自動操舵が行なわ
れ、特に、小さな偏差（目標舵角−後輪検出舵角）に反
応する後輪自動操舵（横風や路面傾斜等により発生する
ヨ−レ−トに反応する進行方向ずれを抑制する後輪自動
操舵）が効果を表わす。加えて、フィ−ドバック制御部
６０がＰＤ制御を行なうので、更には微分（Ｄ）項のゲ
インを目標舵角の変化速度（微分値）に対応して変換部
３９で、変化速度の絶対値が大きいときには大きいゲイ
ンに定めるので、目標舵角の速い変化のとき、すなわち
速い応答が必要なときには、より大きな自動操舵量を出
力することになり、運転状態の速い変化に対しての応答
性が高い。

【００５１】更には、目標舵角の一部分である、ヨ−レ
−トを抑制するための後輪の舵角補正分が、変換部５２
が車速に対応して発生するゲインにより、車輌速度が低
い領域では小さく高い領域では比較的に大きく該低い領
域と高い領域の間の領域では更に大きいので、高速域で
ヨ−レ−ト抑制用の舵角補正分が過分になることなく車
輌進行方向のふらつき（ハンチング）を生じない。中速
域ではヨ−レ−ト抑止用の舵角補正分が十分に発生し運
転者が舵角を戻すときに車輌進行方向のふらつきが現わ
れない。このように適正なヨ−レ−ト対応の舵角補正分
が与えられるので、高速走行で横風等によって進行方向
がふらつくことがなく、中速域での車輌タ−ンが円滑に
なり車輌タ−ン中の進行方向および車輌タ−ン終了のた
めのステアリングの戻しでの進行方向の安定性が高く、
車輌の操縦性が向上する。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、信号異常
検出手段(71,72)が、ヨ−角速度検出信号のを判定して
誤信号を発生すると、リミッタ手段(73〜80)が、誤信号
に応答してその発生直前の目標舵角を保持し誤信号が発
生している間該保持した目標舵角を基準とした所定範囲
（保持目標舵角±α)内に目標舵角(AGLA)を制限する。
これにより、誤信号が発生したときの補助操舵量の変化
は車輌の走行に支障を生じない。加えて、誤信号発生直
前の補助操舵量(保持目標舵角)が比較的に大きくても、
誤信号が発生している間、該補助操舵量（保持値）を基
準にした所定範囲（保持目標舵角±α)内でしか補助操
舵(AGLA)の変動を許さない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のシステム全体の構成を示
すブロック図である。

【図２】図１に示す後輪操舵機構１０の主要部分を示
す断面図である。

【図３】図２のIII−III線断面を示す断面図である。

【図４】図１に示すシステムの電気回路の構成を示す
ブロック図である。

【図５】図４に示す制御系ＥＣＵの詳細な機能構成を
示すブロック図である。

【図６】図５に示す変換部３１Ａの変換特性を示すグ
ラフである。

【図７】図４に示すマイクロコンピュ−タＣＰＵの処
理の一部分を示すフロ−チャ−トである。

【図８】（ａ）は図４に示すマイクロコンピュ−タＣ
ＰＵの処理の他の一部分を示すフロ−チャ−トであり、
（ｂ）は図５に示す変換部５２の変換特性を示すグラフ
である。

【図９】図１に示す前輪のステアリングギアボックス
部分を示す縦断面図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ線断面図である。

【図１１】図９のＡ−Ａ線拡大断面図であり、前輪舵
角センサ組体を示す。

【図１２】図１０に示す前輪舵角センサＰＦの特性を
示すグラフである。

【符号の説明】

１：ロッド１ａ：ラック２Ｌ，２Ｒ：ボ−ルジョイント３Ｌ，３Ｒ：ナ
ックルア−ム４：ハウジング５：回転子５ａ：
ピニオンギア５ｂ：ウォ−ムホイ−ル６：駆動軸６ａ：
ウォ−ム７：ウォ−ム８，９：回転子８ａ：
ウォ−ムホイ−ル１０：後輪操舵機構１１：圧縮コイルスプリン
グ１２：スプライン１４：電気コイル１５：
ピン１６：連結板１６ａ：穴Ｍ１，Ｍ２：電気モ−タＲＳ：磁極セン
サＰＦ：前輪舵角センサＰＲ：後輪舵角
センサＶＲ，ＶＬ：後輪車輪速センサＣＬ：電磁クラ
ッチＹＳ：ヨ−レ−トセンサＥＣＵ：制御ユ
ニットＣＰＵ：マイクロコンピュ−タＤＶ１〜ＤＶ
３：ドライバＡＤＣ：Ａ／Ｄ変換器ＴＦＬ，ＴＦＲ，ＴＲＬ，ＴＲＲ：車輪ＷＨ：ステアリングホイ−ル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ６２Ｄ 137:00 (72)発明者上原康生愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者井上秀雄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

【特許請求の範囲】

【請求項１】主操舵車輪の実舵角を検出する主操舵角検
出手段；車輌のヨ−角速度を検出するヨ−レ−ト検出手
段；車輌速度を検出する車速検出手段；主操舵角検出手
段が検出した実舵角および車輌速度速度に基づいて、補
助操舵車輪の主操舵対応の第１舵角を決定する、第１舵
角算出手段；ヨ−レ−ト検出手段が検出したヨ−角速度
および車速検出手段が検出した車輌速度に基づいて、検
出ヨ−角速度対応の第２舵角を決定する第２舵角算出手
段；第１舵角および第２舵角を含む目標舵角を決定する
第３舵角算出手段；ヨ−角速度検出信号の正，誤を判定
し誤と判定したとき誤信号を発生する信号異常検出手
段；誤信号に応答してその発生直前の目標舵角を保持し
誤信号が発生している間該保持した目標舵角を基準とし
た所定範囲内に、目標舵角を制限するリミッタ手段；
補助操舵車輪の実舵角を検出する補助操舵角検出手段；
補助操舵車輪の向きを調整する補助操舵角調整機構；補
助操舵角調整機構を駆動する駆動手段；および、該駆動手段を介して、第３舵角算出手段が決定した目標
舵角に補助操舵角検出手段が検出した実舵角が合致する
方向に補助操舵角調整機構を駆動するフィ−ドバック制
御手段；を備える、車輌の操舵装置。