JPH06219300A - 電動モータ駆動式四輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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、後輪舵角制御開始時
にモータへの不要な電流発生と後輪舵角の急変を防止す
ること。 【構成】 ステアリング舵角の中立位置が算出され、且
つ、後輪舵角位置が中立位置で後輪舵角目標値が中立域
であると判断された時、電動モータａに対し後輪舵角目
標値と後輪舵角検出値との偏差に応じたモータ制御電流
の出力を開始するモータ駆動制御手段ｈを設けた。

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に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、パワーシリンダにより後輪舵角を
制御するパワーシリンダ駆動式四輪操舵装置としては、
例えば、特開平２−２９９９７６号公報や実公平２−２
４７００号公報に記載のものが知られている。

【０００３】前者の従来出典には、高い制御精度を保ち
ながら制御開始時期の早期化を達成させる目的で、ステ
アリング舵角の中立位置が検出されたら直ちに後輪舵角
制御を開始する技術が開示されている。

【０００４】また、後者の従来出典には、前輪を操舵し
たまま車両を駐車した後で車両を発進させる場合、後輪
が急に操舵するのを防止する目的で、ステアリングハン
ドルが中立状態を検出するまで後輪の操舵作動を禁止す
る技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術を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適用した場合、前者の装置で
は、ステアリング舵角の中立位置検出のみを制御開始条
件とするため、後輪舵角検出値や後輪舵角目標値が後輪
舵角中立位置から外れている場合、制御開始と同時に後
輪舵角が急変するし、電動モータに不要な電流が発生す
る。

【０００６】また、後者の装置では、ステアリングハン
ドルが中立状態を検出するまで、つまり後輪舵角目標値
が後輪舵角中立位置となるまで制御開始を禁止するよう
にしているため、禁止解除した時点で後輪の舵角位置が
中立位置にない時、後輪舵角検出値と後輪舵角目標値と
に大きな偏差が算出され、上記同様に、制御開始と同時
に後輪舵角が急変するし、電動モータに不要な電流が発
生する。

【０００７】上記問題が発生する理由は、後輪を電動モ
ータを使って操舵するシステムは、パワーシリンダのよ
うにセンタリングスプリングにより制御停止中に後輪の
中立位置復帰がなされなく、後輪が前回の制御終了時の
舵角位置のままとなる点と、算出により得られるステア
リング舵角中立位置とステアリング舵角実測値との幅に
より得られるステアリング舵角を用いて後輪舵角目標値
が算出され、この後輪舵角目標値を得るために、後輪舵
角目標値と後輪舵角検出値の偏差に応じたフィードバッ
ク制御によりモータへの電流値を決定している点とでパ
ワーシリンダ駆動式とは異なることによる。

【０００８】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、後輪舵角制御開始時にモータへの不要な電流発生と
後輪舵角の急変を防止することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の電動モータ駆動式四輪操舵装置では、ステアリ
ング舵角の中立位置が算出され、且つ、後輪舵角位置が
中立位置で後輪舵角目標値が中立域であると判断された
時、電動モータに対し後輪舵角目標値と後輪舵角検出値
との偏差に応じたモータ制御電流の出力を開始するモー
タ駆動制御手段を設けた。

【００１０】即ち、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、ステアリング舵角実測値と中立域
を検出するステアリング舵角検出手段ｂと、後輪舵角を
検出する後輪舵角検出手段ｃと、ステアリング舵角を含
む所定の入力情報に基づいて後輪舵角目標値を演算する
後輪舵角目標値演算手段ｄと、直進走行を保つステアリ
ング舵角中立位置が算出されているかどうかを判断する
ステアリング舵角中立位置算出判断手段ｅと、後輪舵角
位置が中立位置にあるかどうかを判断する後輪舵角中立
位置判断手段ｆと、後輪舵角目標値が中立域であるかど
うかを判断する後輪舵角目標値中立域判断手段ｇと、ス
テアリング舵角の中立位置が算出され、且つ、後輪舵角
位置が中立位置で後輪舵角目標値が中立域であると判断
された時、前記電動モータａに対し後輪舵角目標値と後
輪舵角検出値との偏差に応じたモータ制御電流の出力を
開始するモータ駆動制御手段ｈとを備えている。

【００１１】

【作用】イグニッションＯＮ時、ステアリング舵角中立
位置算出判断手段ｅにおいて、ステアリング舵角実測値
と中立域を検出するステアリング舵角検出手段ｂからの
検出値に基づいて直進走行を保つステアリング舵角中立
位置が算出されているかどうかが判断され、後輪舵角中
立位置判断手段ｆにおいて、後輪舵角位置が中立位置に
あるかどうかが判断され、後輪舵角目標値中立域判断手
段ｇにおいて、後輪舵角目標値演算手段ｄからの後輪舵
角目標値が中立域であるかどうかが判断される。

【００１２】そして、モータ駆動制御手段ｈにおいて、
ステアリング舵角の中立位置が算出され、且つ、後輪舵
角位置が中立位置で後輪舵角目標値が中立域であると判
断された時、電動モータａに対し後輪舵角目標値と後輪
舵角検出手段ｃからの後輪舵角検出値との偏差に応じた
モータ制御電流の出力が開始される。

【００１３】したがって、後輪舵角制御は、ステアリン
グ舵角の中立位置算出条件と後輪舵角位置の中立位置条
件と後輪舵角目標値中立域条件の３条件が揃った直進走
行時に開始されることになり、後輪舵角制御開始時に電
動モータａへの不要な電流発生と後輪舵角の急変が防止
される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】まず、構成を説明する。

【００１６】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。

【００１７】図２において、１，２は前輪、３，４は後
輪、５は機械式前輪ステアリング機構、６は電動式後輪
ステアリング機構である。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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（後輪
舵角検出手段ｃに相当）及びリア舵角サブセンサ２７か
らのセンサ信号と、ステアリングセンサ２８（ステアリ
ング舵角検出手段ｂに相当）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、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
るセンサである。

【００２３】また、前記ステアリングセンサ２８は、図
６に示すように、ステアリングシャフト８に固定された
センサディスク２８ａと、該センサディスク２８ａに開
穴された舵角検出用スリット２８ｂ及び中立位置検出用
スリット２８ｃと、舵角検出用スリット２８ｂの位置に
配置された第１光センサ２８ｄ及び第２光センサ２８ｅ
と、中立位置検出用スリット２８ｃの位置に配置された
第３光センサ２８ｆとを有して構成されている。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】次に、作用を説明する。

【００２８】［後輪舵角制御作動］図５は４ＷＳコント
ロールユニット１４により行なわれる後輪舵角制御作動
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。

【００２９】ステップ５０のイグニッションスイッチ２
５のＯＦＦからＯＮへのスイッチ動作により後述する処
理が開始される。

【００３０】ステップ５１では、４ＷＳコントロールユ
ニット１４の初期チェック（例えば、ＣＰＵ初期チェッ
クなど）が行なわれる。

【００３１】ステップ５２では、リレー出力ドライバ１
４ｋからの出力によりハイキャスリレー３４を駆動さ
せ、モータ電源を確保する。

【００３２】ステップ５３では、リア舵角メインセンサ
２６からのセンサ値に基づいてリア舵角中立位置復帰処
理を行なうかどうかのリア舵角中立位置復帰開始判断が
行なわれる（後輪舵角中立位置判断手段ｆに相当）。

【００３３】ステップ５４では、ステップ５３でリア舵
角中立位置のズレがありリア舵角中立位置復帰処理を行
なうと判断された時、リア舵角中立位置復帰終了判断が
なされるまでモータ１５を駆動してリア舵角を中立位置
に戻す。

【００３４】具体的なリア舵角中立位置復帰処理は、３
０msec毎にリア舵角中立位置復帰時の目標値を算出し、
モータサーボをかけるスロープ処理により行なわれる。
リア舵角中立位置復帰終了判断は、リア舵角メインセン
サ２６からのセンサ値が中立域にある状態が所定時間
（３６０msec）以上続いた場合に終了と判断される。

【００３５】ステップ５５では、ステアリング舵角θの
基準となるステアリング舵角中立最新値θcnが算出され
ているかどうかが判断される（ステアリング舵角中立位
置算出判断手段ｅに相当）。

【００３６】このステアリング舵角中立最新値θcnは、
図７に示すように、第１光センサ２８ｄ及び第２光セン
サ２８ｅから出力されるセンサ信号のパルスカウントに
よるステアリング舵角実測値と、図８に示すように、第
３光センサ２８ｆから出力される中立域センサ信号を用
い、特開平２−２９９９７７号公報に記載されている手
法による別のルーチンで算出される。

【００３７】ステップ５６では、ステップ５５での舵角
中立最新値θcnの算出を条件として、車速Ｖとステアリ
ング舵角θに基づいてリア舵角目標値δｒが算出される
（後輪舵角目標値演算手段ｄに相当）。

【００３８】このリア舵角目標値δｒは、例えば、旋回
初期、一瞬後輪を逆相に転舵し、その後、後輪を同相に
転舵する位相反転制御則等により算出される。

【００３９】ステップ５７では、ステップ５５でステア
リング舵角中立最新値θcnが未算出と判断された時、リ
ア舵角目標値δｒの初期化が行なわれる。

【００４０】ステップ５８では、下記に示すリア舵角制
御開始条件が判断される（後輪舵角制御開始条件判断手
段ｃに相当）。

【００４１】このリア舵角制御開始条件は、車速が２０
km/h以上で、且つ、リア舵角目標値δｒが０±０．０１
度を満足した後、目標モータ回転角と中立モータ回転角
との偏差が設定値以上となった時である（後輪舵角目標
値中立域判断手段ｇに相当）。

【００４２】ステップ５９では、ステップ５８の条件が
成立した場合あるいは既に成立している場合、車速が２
km/h以下かどうかというリア舵角制御終了条件が判断さ
れる。

【００４３】ステップ６０では、ステップ５９の条件が
不成立である場合、リア舵角目標値δｒとリア舵角セン
サ値δrSENとの差による後輪舵角偏差δεを用いた下記
の式によりモータ制御電流値ＩＭが演算される。

【００４４】ＩＭ＝Ｌ・δε−ｍ・ｄ（θＭ）＋Ｋｐ Ｌ；比例定数 ｍ；ダンピング定数 ｄ（θＭ）；モータ回転角速度 Ｋｐ；フリクション補正定数 ステップ６１では、上記モータ制御電流値ＩＭによるモ
ータ制御電流が出力される。

【００４５】なお、ステップ６０及びステップ６１は、
モータ駆動制御手段ｈに相当する。

【００４６】ステップ６２では、ステップ５７でリア舵
角目標値δｒの初期化が行なわれた場合、ステップ５８
でリア舵角制御開始条件が未成立の場合、ステップ５９
でリア舵角制御終了条件が成立した場合、モータ制御電
流の初期化が行なわれる。

【００４７】ステップ６３では、モータ制御電流の出力
が禁止される。

【００４８】ステップ６４では、イグニッションスイッ
チ２５がＯＦＦまたはフェイルセーフが成立しているか
どうかが判断され、Ｎｏの場合には、ステップ５５から
の処理が繰り返され、Ｙｅｓの場合には、ステップ６５
へ進み、リア舵角制御が禁止される。

【００４９】［後輪舵角制御開始作用］旋回時には、図
５に示す上記後輪舵角制御作動にしたがって後輪舵角が
制御されるが、車速条件以外の条件に着目して後輪舵角
制御の開始作用について説明する。

【００５０】図５のフローチャートの判断ステップ５３
におけるリア舵角が中立位置にあるという条件と、判断
ステップ５５におけるステアリング舵角中立最新値θcn
が算出済みであるという条件と、判断ステップ５８にお
けるリア舵角目標値δｒが０±０．０１度であるという
条件を共に満足しないことにはモータ制御電流の出力が
開始されない。なお、リア舵角が中立位置にあるという
条件を満足しない時には、ステップ５４のリア舵角中立
位置復帰処理により強制的にリア舵角の中立位置復帰が
なされ、ステップ５５の判断に入る前に必ずリア舵角の
中立位置条件を満足する状況を作り出すようにしてい
る。

【００５１】つまり、後輪を電動モータを使って操舵す
るシステムは、自動的に後輪舵角位置の中立位置復帰が
なされないし、上記ステップ６０のモータ制御電流値Ｉ
Ｍの算出式から明らかなように、後輪舵角位置をフィー
ドバックし、モータ制御電流値ＩＭを算出している。

【００５２】したがって、制御開始時にリア舵角センサ
値δrSENが中立位置になかったり、リア舵角目標値δｒ
が中立域になければ、不要な電流が発生し、後輪舵角が
急変してしまう。また、ステアリング舵角θの中立位置
が算出されていない場合、ステアリング舵角θを入力情
報として算出されるリア舵角目標値δｒの算出精度が損
なわれ、制御精度を低下させる。

【００５３】これに対し、上記のように３つの条件を共
に満足しないことにはモータ制御電流の出力が開始され
ないようにしていることで、後輪舵角制御開始時にモー
タ１５への不要な電流の発生を防止できると共に後輪舵
角の急変を防止することができる。

【００５４】なお、走行中において後輪舵角制御を再開
する時には、リア舵角が中立位置にあるという条件を判
断しないで再開するようにしているが、これは後輪舵角
の変化がリア舵角目標値中立域条件により必ず中立位置
方向へ変化するものであり、加えて、走行中であること
で違和感も少ないことによる。

【００５５】［車速条件による後輪舵角制御作用］旋回
時には、図５に示す上記後輪舵角制御作動にしたがって
後輪舵角が制御されるが、リア舵角制御開始条件とリア
舵角制御終了条件に共に含まれる車速条件に着目して後
輪舵角制御作用を述べる。

【００５６】まず、リア舵角制御開始条件の車速は２０
km/hであり、リア舵角制御終了条件の車速は２km/hであ
り、両車速条件にヒステリシスが設けられ、この条件に
したがってモータ制御電流の出力並びに出力停止がなさ
れる。

【００５７】この条件の意味は、走行開始時等におい
て、旋回安定性並びに旋回応答性を目指すリア舵角制御
の実効が図られるのは、車速がある程度増してからであ
り、低車速域では前輪操舵のみでも充分に安定性が図ら
れることで、リア舵角制御開始条件の車速は２０km/hと
している。

【００５８】また、リア舵角制御終了条件の車速は２km
/hとしているのは、ほとんど停車状態に近い車速までリ
ア舵角制御を続けることで、なるべくステップ５４での
リア舵角中立位置復帰処理を行なうことなく、次の制御
開始時にリア舵角の中立位置が出ているようにするため
である。

【００５９】このように両車速条件にヒステリシスが設
けらているため、リア舵角制御開始とリア舵角制御終了
の車速条件同じ車速の場合のような制御の開始と終了が
繰り返されるハンチングが防止され、制御安定性が確保
される。

【００６０】また、走行開始時や後輪舵角制御終了後の
走行時、他の制御開始条件である後輪舵角中立位置条件
や後輪舵角目標値設定条件等を満足していても車速が２
０km/h以上とならない限り、モータ１５へのモータ制御
電流が出力されず、リア舵角制御開始条件やリア舵角制
御終了条件に車速を含まない場合やある低車速を条件と
する場合に比べ、モータ制御電流の出力時間が大幅に短
縮され、消費エネルギの低減が図られる。

【００６１】次に、効果を説明する。

【００６２】（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、
モータ駆動制御の開始条件として、リア舵角が中立位置
にあるという条件と、ステアリング舵角中立最新値θcn
が算出済みであるという条件と、リア舵角目標値δｒが
０±０．０１度であるという条件を設定し、この３つの
条件を共に満足しないことにはモータ駆動制御を開始し
ない装置としたため、後輪舵角制御開始時にハイキャス
モータ１５への不要な電流の発生を防止できると共に、
後輪舵角の急変を防止することができる。

【００６３】（２）イグニッションＯＮ時にリア舵角が
中立位置にあるという条件を満足しない時には、他の条
件を判断することなく直ちにリア舵角中立位置復帰処理
により強制的にリア舵角の中立位置復帰がなされる装置
としたため、他の条件を満足する限り早期に後輪舵角制
御を開始することができる。

【００６４】（３）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、
モータ駆動制御の開始と終了の車速条件として、開始側
を２０km/hの高車速とし、終了側を２km/hの低車速とす
るヒステリシスを設定し、この車速条件にしたがってモ
ータ駆動制御を行なう装置としたため、車速の変化に対
して制御安定性を確保することができると共に消費エネ
ルギの低減を図ることができる。

【００６５】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。

【００６６】

【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、ステアリング舵角の中立位
置が算出され、且つ、後輪舵角位置が中立位置で後輪舵
角目標値が中立域であると判断された時、電動モータに
対し後輪舵角目標値と後輪舵角検出値との偏差に応じた
モータ制御電流の出力を開始するモータ駆動制御手段を
設けたため、後輪舵角制御開始時にモータへの不要な電
流発生と後輪舵角の急変を防止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で行
なわれる後輪舵角制御作動の流れを示すフローチャート
である。

【図６】実施例装置で用いられたステアリングセンサを
示す図である。

【図７】舵角を検出するセンサ信号の波形図である。

【図８】中立位置を検出するセンサ信号の波形図であ
る。

【符号の説明】

ａ 電動モータ ｂ ステアリング舵角検出手段 ｃ 後輪舵角検出手段 ｄ 後輪舵角目標値演算手段 ｅ ステアリング舵角中立位置算出判断手段 ｆ 後輪舵角中立位置判断手段 ｇ 後輪舵角目標値中立域判断手段 ｈ モータ駆動制御手段

───────────────────────────────────────────────────── 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 113:00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 ステアリング舵角実測値と中立域を検出するステアリン
   グ舵角検出手段と、 後輪舵角を検出する後輪舵角検出手段と、 ステアリング舵角を含む所定の入力情報に基づいて後輪
   舵角目標値を演算する後輪舵角目標値演算手段と、 直進走行を保つステアリング舵角中立位置が算出されて
   いるかどうかを判断するステアリング舵角中立位置算出
   判断手段と、 後輪舵角位置が中立位置にあるかどうかを判断する後輪
   舵角中立位置判断手段と、 後輪舵角目標値が中立域であるかどうかを判断する後輪
   舵角目標値中立域判断手段と、 ステアリング舵角の中立位置が算出され、且つ、後輪舵
   角位置が中立位置で後輪舵角目標値が中立域であると判
   断された時、前記電動モータに対し後輪舵角目標値と後
   輪舵角検出値との偏差に応じたモータ制御電流の出力を
   開始するモータ駆動制御手段と、 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。