JPH07144652A - 車両の４輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、電動モータを使用した４輪操舵装
置に係るもので、特にメインの制御系に異常が発生した
ときに、補助用の電動モータで後輪が中立位置に確実に
復帰制御される車両の４輪操舵装置を提供することを目
的とする。 【構成】車両状態を検出するセンサの検出信号に基づき
後輪操舵角を算出し、第１の電動モータ16を回転制御し
て後輪を操舵する４輪操舵装置において、この後輪の操
舵制御系に異常が発生したときにクラッチ23で後輪操舵
ユニットに結合される第２の電動モータ25を設ける。こ
の第２の電動モータ25には切り換えスイッチ32を介して
駆動電流が供給される。この切り換えスイッチ32は後輪
操舵する回転軸で回転されるスライド接点を備えた回転
板と固定接点板とを有し、後輪の中立位置付近の角度α
の前後で、第２の電動モータ25の駆動電流の極性が反転
されて、前記中立位置で第２の電動モータ25が停止され
るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、前輪の操舵に対応す
るヨーレートセンサ、さらには車速センサ等からの検出
信号に基づいて後輪の操舵角を制御するもので、特に電
動モータによって後輪操舵する車両の４輪操舵装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】前輪の操舵状態や車速に対応して後輪を
操舵する４輪操舵の車両が種々開発されている。この様
な４輪操舵装置において、後輪はステアリングの操舵状
態と共に車速さらにはヨーレートに対応して求められる
後輪操舵情報に基づいて操舵されるもので、その操舵機
構としては油圧機構を用いたものと共に、制御性の簡易
さと共にエネルギー消費の少ない電動モータによる後輪
操舵機構が提案されている。

【０００３】この様な電動モータを使用した後輪操舵装
置にあっては、マイクロコンピュータ等によって構成さ
れた制御回路において、ステアリングの操舵角情報、車
速情報、さらにはヨーレートセンサからの検出情報に基
づいて後輪操舵角を算出し、この算出された後輪操舵角
に対応して電動モータを駆動するもので、この電動モー
タの回転がピニオンギヤやラック歯を介してロッドに伝
達され、このロッドによって適宜リンク機構を駆動し、
後輪の操舵角を可変制御している。

【０００４】この場合、後輪を操舵するための主たる電
動モータの他に、この主たる電動モータの故障時に使用
される補助用電動モータを用意するようにした２モータ
を使用するシステムによって、フェイルセーフが実現さ
れるようにしている。すなわち、通常においては各種セ
ンサ類からの検出信号に基づいて算出された後輪操舵デ
ータによって主たる電動モータを駆動制御して後輪操舵
するものであるが、何等かの故障によって主たる電動モ
ータによる後輪操舵が正常に行われない状況となった場
合、補助の電動モータをクラッチ機構によって後輪操舵
機構に結合し、この補助の電動モータによって後輪の操
舵角を中立位置に戻すような動作が行われるようにして
いる。

【０００５】この場合、後輪の操舵機構に対して設けら
れている回転角センサやストロークセンサによって後輪
の操舵角を検出し、後輪が中立の操舵角位置に設定され
るように補助の電動モータの駆動制御が行われるもので
あるが、この２つのセンサのいずれが故障しているかを
即座に判定することがでない。もし回転角センサが故障
ならばストロークセンサを用いて操舵角を中立位置に戻
す制御が行われるようにすればよいが、さらに続いてス
トロークセンサに異常が生じた場合には、後輪が所望の
中立位置とは異なる操舵角に転舵される虞がある。

【０００６】この様な問題点に対処するため、例えば特
開平３−１６４３７６号に開示された後輪操舵装置にお
いては、例えば後輪操舵角の検出手段を３組用意し、こ
の３つの検出手段からの検出信号の多数決を取ることに
よって、後輪の操舵角が正確に検出されるようにしてい
る。しかし、この様に検出用のセンサ機構を多数個設置
することは、装置の構成を複雑化すると共に処理系のハ
ードウエアおよびソフトウエアが繁雑化する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、特に多数個のセンサ機構を
設置することなく、特に後輪の操舵角の中立位置が確実
に検出することができ、補助用の電動モータによる後輪
の中立位置復帰が確実に実行することができるようにし
て、４輪操舵の信頼性が確実に確保されるようにした車
両の４輪操舵装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る車両の４
輪操舵装置は、制御手段において車両の走行状態を検出
するセンサ機構からの検出信号に基づいて後輪の操舵角
を算出し、後輪操舵機構を制御するもので、制御手段か
らの指令によって主制御用の第１の電動モータを回転制
御して前記操舵機構を駆動するように構成すると共に、
制御手段からの指令に基づいて選択的に前記操舵機構に
連結される第２の電動モータを設け、この第２の電動モ
ータによって後輪が中立操舵位置に駆動される。ここ
で、第２の電動モータによって駆動されるスイッチ機構
を設け、このスイッチ機構によって後輪の操舵角が中立
位置とされた状態で、第２の電動モータの回転方向が反
転する方向に切換えられ、中立位置に戻されるようにす
る。

【０００９】

【作用】この様に構成される車両の４輪操舵装置によれ
ば、制御手段からの指令によって第１の電動モータが回
転駆動されて、ステアリング角やヨーレートセンサから
の検出信号に基づいて算出された後輪操舵角データに基
づいて後輪が操舵駆動される。ここで、この様な後輪操
舵系統において障害が発生したような場合には、クラッ
チ機構等によって選択的に連結される第２の電動モータ
によって後輪が操舵されるものであるが、この第２の電
動モータによっては後輪が中立位置に操舵されて、安全
走行状態が確保されるようにする。この場合、この第２
の電動モータによる後輪操舵の動作に伴ってスイッチ機
構が作動される。このスイッチ機構においては、後輪が
中立位置付近に操舵された状態で第２の電動モータの回
転方向を反転する切換え指令が発生されるものであり、
後輪の操舵角の中立位置に向けて第２の電動モータが動
作制御されて、このスイッチ機構によって後輪の中立操
舵角位置が確実に設定され、車両の走行安定性が確保さ
れて４輪操舵機構の信頼性が向上される。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１はその構成を示すもので、前輪111 と11
2 および後輪121 と122 を備えた４輪操舵の車両13にお
いて、前輪111 および112 はステアリング14の操作によ
って操舵され、この車両13の進行方向が設定される。こ
の４輪操舵の車両13の後輪121 および122 は、後輪操舵
ユニット15により操舵されるもので、この後輪操舵ユニ
ット15は主操舵用の第１の電動モータ16を備え、この電
動モータ16の回転軸には一体的に回転されるようにして
ウォームギア17が設けられている。

【００１１】このウォームギア17はウォームホイール18
に噛合され、このウォームホイール18の回転軸に同軸の
ピニオンギア19がラック歯20に噛合される。このラック
歯20はロッド21と一体的に設けられ、第１の電動モータ
16が回転されたときに、その回転方向に応じた方向で且
つその回転量に対応したストロークで、ロッド21がその
軸線の方向に駆動される。このロッド21は後輪121 およ
び122 の操舵機構を構成するもので、ロッド21の両端が
後輪121 および122 それぞれに結合されるリンク機構22
1 および222 に連結され、ロッド21の移動方向並びに移
動量に応じて、後輪121 および122 の操舵角が設定され
る。

【００１２】ウォームギア17は、さらにクラッチ23を介
して減速歯車機構24に選択的な結合されるもので、この
減速歯車機構24には補助用の第２の電動モータ25の回転
軸が連結される。ここで、クラッチ23は常時は切り離さ
れているものであるが、結合された状態で第２の電動モ
ータ25の回転力が減速歯車機構24を介してウォームギア
17に伝達され、後輪121 および122 の操舵のために作用
される。

【００１３】後輪操舵用の主電動機である第１の電動モ
ータ16には、その回転軸に結合されるようにして回転角
センサ26設けられ、この回転角センサ26からの検出信号
はマイクロコンピュータ等によって構成した制御回路27
に入力される。この制御回路27から第１の電動モータ16
に対して回転駆動指令が出力されるもので、この制御回
路27にはこの車両13に作用するヨーレートを検出するヨ
ーレートセンサ28からの出力信号、さらに車速センサ29
からの車速検出信号が入力される。

【００１４】その他、この図では特に示していないがス
テアリング14の操舵角を検出するステアリングセンサ、
後輪121 および122 を操舵するロッド21の動きを検出す
るストロークセンサ等が適宜設けられ、これらセンサ類
で検出されたヨーレート、車速等の情報に基づいて、制
御回路27が後輪121 および122 の操舵角を演算する。こ
の制御回路27からは、この演算結果に対応した指令信号
を出力して、第１の電動モータ16にその演算結果に対応
した駆動指令を出力する。そして、回転角センサ26から
の回転角検出信号、さらにストロークセンサからの後輪
操舵角に対応した信号が、フィードバックデータとして
制御回路27に入力される。

【００１５】制御回路27は、一連の制御系の異常判定を
行う監視回路30を備え、この監視回路30において制御系
において異常が検出されたときに指令が与えられる補助
制御回路31をも備えている。そして、この補助制御回路
31においては、制御系に異常が検出されたときにクラッ
チ23に結合指令を与えると共に、第２の電動モータ25に
駆動指令を与えるもので、この第２の電動モータ25の回
転は、ピニオンギア19に同軸的に設けられた切り換えス
イッチ32によって制御される。

【００１６】すなわち、監視回路30において制御系の異
常が判定されたときには、クラッチ23を結合すると共に
補助制御回路31からの指令によって第２の電動モータ25
が回転され、後輪121 および122 の操舵角位置が中立位
置に戻されるような後輪操舵制御が行われる。この場
合、後輪121 および122 の操舵角中立位置は切り換えス
イッチ32によって検知され、この切り換えスイッチ32か
らの出力によって第２の電動モータ25の回転方向が切り
換え制御されて、後輪121 および122 の操舵角が中立位
置に設定されるようにする。

【００１７】図２はこの切り換えスイッチ32を取り出し
て示したもので、ピニオンギア19の回転軸191 と一体的
に回転される回転板35が設けられ、この回転板35と同軸
的位置に固定接点板36が設けられる。そして、回転板35
にはそれぞれ図示しない直流電源の＋Ｂおよび接地（Ｇ
ＮＤ）に接続されるスライド接点371 および372 を取り
付け、このスライド接点371 および372 それぞれの先端
の接点部分が、固定接点板36に形成した固定接点にスラ
イド接触されるようにする。

【００１８】ここで、固定接点板36には回転軸線を中心
にして特定される角度αの範囲の両側で、それぞれ一対
の円弧接点ライン381 および382 と、391 および392 が
形成されているもので、角度αの範囲の両側で接点ライ
ン381 が392 に接続され、接点ライン382 が391 に接続
されるように外側および内側が交差される。そして、接
点ライン381 および382 が第２の電動モータ25の電源ラ
インに接続される。

【００１９】ここで、角度αは後輪121 および122 の操
舵角、例えば“±１度”に相当する角度範囲であり、後
輪121 および122 の操舵角中立位置に対応して設定され
るもので、スライド接点371 および372 が固定接点を構
成する接点ライン381 および382 に接触した状態で、第
２の電動モータ25が正の方向に回転され、スライド接点
371 および372 が接点ライン391 および392 に接触した
状態で、第２の電動モータ25が負の方向に回転される。
そして、スライド接点371 および372 が角度αの範囲に
ある状態では、第２の電動モータ25に駆動電力が供給さ
れず、この第２の電動モータ25は停止制御される。

【００２０】図３はこの切り換えスイッチ32部分の電気
回路を示すもので、補助制御回路３１からの第２の電動
モータ２５の駆動電力は、切り換えスイッチ32を介して
第２の電動モータ25に供給され、切り換えスイッチ32の
スライド接点371 および372 の接触位置に対応した回転
方向で、この第２の電動モータ25が回転される。

【００２１】この様に構成される装置においては、切り
換えスイッチ32を回転式に構成し、その取り付け位置を
ピニオンギア19に対して同軸的に設定したので、例えば
回転ボリュームのように構成されるストロークセンサ
（回転角センサ26の異常検出等のために用いられる）と
一体化した状態で構成される。しかし、この切り換えス
イッチ32は実施例で示したような回転式に限らず、例え
ば直線的にスライドさせる構成とし、その接点をスライ
ドさせるためのレバー機構を、ラック歯20やロッド21の
ような直線移動する部位に取り付けるように構成するこ
ともできる。

【００２２】図４は制御回路27において実行される後輪
操舵のフェイルセーフ処理の流れを示しているもので、
この車両13のイグニッションスイッチ（ＩＧ）がオンさ
れてスタート処理されると、まずステップ401 において
初期化処理が行われる。この初期化処理においては、制
御回路27を構成するマイクロコンピュータのＣＰＵが回
路のリセットを行うと共に、回転角センサ26および後輪
操舵ユニット15に設定されるストロークセンサの零点チ
ェック等の初期化を行う。

【００２３】ステップ402 では、制御回路27が主の第１
の電動モータ16を所定速度で所定回転させることでクラ
ッチ23の切り離しを行う。したがって、この状態では補
助の第２の電動モータ25が切り離されるものであるた
め、この第２の電動モータ25が負荷として作用されない
ようになる。

【００２４】ステップ403 では、メインの制御回路27の
ＣＰＵと監視回路30のＣＰＵとの間で情報の交換を行
い、そのそれぞれの情報に異常が存在するか否かによっ
てメイン系の異常の有無を判定する。このステップ403
でメイン系の異常がないことが確認されたならば、ステ
ップ404 に進む。このステップ404 では位置センサに異
常がないか否かを検出するもので、ストロークセンサや
回転角センサ26からの信号を取り込み、そのいずれかが
断線等の障害を発生しているか、もしくは両者の出力に
食い違いが存在するか否かによって、位置センサ異常の
判定を行う。

【００２５】ステップ404 において位置センサに異常が
ないと判定されたならば、ステップ405 に進む。このス
テップ405 では補助用の第２の電動モータ25に断線等の
異常の状態、さらに切り換えスイッチ32に断線がないか
どうかを判定する。

【００２６】この判定手段としては、例えば図５で示さ
れるように補助制御回路31内で、リレー311 によって第
２の電動モータ25を非動作状態（リレー接点312 をオ
フ）としているとき、抵抗323 を介して第２電動モータ
25が作動しない程度の微弱電流を、第２の電動モータ25
に流しておく。このとき、後輪121 および122 の操舵角
が、その中立位置より角度α（±１度）より大きく操舵
されているときに、電圧Ｖs が所定値Ｖthより低ければ
正常である。もし、第２の電動モータ25あるいは切り換
えスイッチ32が断線していれば、電圧Ｖs は設定値Ｖth
よりも高くなり、電源Ｅの電圧と同電位となる。すなわ
ち、次の５つの項目の論理積によって第２の電動モータ
25あるいは切り換えスイッチ32の断線が判定できる。

【００２７】(1) 補助制御回路31の非動作状態 (2) ストロークセンサ、回転角センサ26共に正常 (3) ストロークセンサの検出舵角が±１度より大 (4) 回転角センサ26の検出舵角が±１度より大 (5) Ｖs ＞Ｖth ステップ405 においてサブ系に異常がないと判定された
ならば、ステップ406に進んで制御回路27において後輪1
21 および122 の操舵角θr が算出される。この後輪操
舵角θr は、前輪111 および112 の操舵角および車速セ
ンサ29からの車速データに対応した舵角制御や、ヨーレ
ートセンサ28を利用して車両13のヨーレートを目標値に
合わせるようにするヨーレートフィードバック制御等、
いわゆる後輪操舵制御として知られている制御を行うた
めの操舵角である。

【００２８】ステップ407 では実際にステップ406 で求
められた制御の指令値に応じた後輪舵角の位置決めを行
うための第１の電動モータ16の制御を行う。この制御
は、回転角センサ26からの検出値およびその微分値に応
じてこのモータ16の駆動電流を制御するもので、いわゆ
るサーボ制御が実行される。

【００２９】ステップ403 でメイン系において異常が判
定されたならば、ステップ408 に進んでサブ系の異常の
有無が判定される。このステップ408 においては、ステ
ップ405 の処理とは異なり、補助用の第２の電動モータ
25さらに切り換えスイッチ32に短絡障害がないかどうか
を判定する。そして、サブ系に異常が検出されたならば
ステップ409 で制御を停止して図５で示したリレー311
をオフし、サブ系に異常がなければステップ410 に進ん
で切り換えスイッチ32に電源を供給する。

【００３０】このステップ408 の処理は、例えば図５で
示した補助制御回路31において、リレー311 がオンのと
きに、この補助制御回路31から切り換えスイッチ32を介
して第２の電動モータ25に供給される電流Ｉs が、所定
値Ｉthより大であれば過電流とみなし、第２の電動モー
タ25もしくは切り換えスイッチ32に短絡が発生したと判
定する。

【００３１】ステップ410 では第２の電動モータ25を駆
動するための電流が切り換えスイッチ32に供給されるも
ので、具体的には図５の補助制御回路31のリレー311 オ
ンの状態とされる。したがって、切り換えスイッチ32の
スライド接点371 および372の固定接点部に対する接触
位置、すなわち後輪121 および122 の操舵角方向に応じ
た極性の駆動電流が第２の電動モータ25に供給され、後
輪121 および122 が操舵角の中心位置に向けて転舵さ
れ、中心位置付近で第２の電動モータ25に対する電流経
路が断たれて、この後輪操舵がこの中立位置で停止され
る。

【００３２】ステップ404 で位置センサの異常が判定さ
れたならば、ステップ408 と同様のステップ411 に進
み、サブ系の異常が判定されたならばステップ412 で制
御を停止し、サブ系に異常がなければステップ413 に進
んで、ステップ410 と同様の処理を行って、後輪121 お
よび122 を中立位置に設定する。

【００３３】ステップ405 でサブ系の断線異常が判定さ
れたならばステップ414 に進み、制御回路27のＣＰＵは
後輪の操舵角指令値θr を、これまでの後輪操舵制御の
指令値を起点として徐々に“０度”に近付けるようにす
る。ステップ415 では指令値θr （位置センサによって
検出した舵角でもよい）が±１度より小さくなったか否
かを判定し、そうであれば後輪舵角が中立位置に復帰が
完了しているので、ステップ416 に進んで制御を停止す
る。指令値θr が±１度以上であると判定されたとき
は、ステップ407 に進んで、第１の電動モータ16による
位置決めサーボが実行されるようにする。このステップ
407 によって後輪121 および122 は第１の電動モータ16
によって中立位置に復帰する。

【００３４】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る車両の４輪
操舵装置によれば、後輪を操舵制御する主たる電動モー
タや位置センサ機構等に異常が発生したときには、第２
の電動モータにより補助操舵ユニットが作動されて、後
輪が確実に中立位置に復帰制御される。この場合、この
中立位置への復帰は切り換えスイッチによって確実に実
行されるものであり、特にこの切り換えスイッチによっ
て後輪の中立位置が確実に検知されて第２の電動モータ
の回転が制御されるため、充分な信頼性が容易に確保さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る車両の４輪操舵装置
を説明するための構成図。

【図２】上記装置に使用される切り換えスイッチを説明
する構成図。

【図３】上記切り換えスイッチ部の回路構成を説明する
図。

【図４】上記装置の後輪操舵制御処理を説明するフロー
チャート。

【図５】補助制御回路部を説明する構成図。

【符号の説明】

111 、112 …前輪、121 、122 …後輪、13…車両、14…
ステアリング、15…後輪操舵ユニット、16…第１の電動
モータ、17…ウォームギア、18…ウォームホイール、19
…ピニオンギア、191 …ピニオンギアの回転軸、20…ラ
ック歯、21…ロッド、221 、222 …リング機構、23…ク
ラッチ、24…減速歯車、25…第２の電動モータ、26…回
転角センサ、27…制御回路、28…ヨーレートセンサ、29
…車速センサ、30…監視回路、31…補助制御回路、32…
切り換えスイッチ。

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センサ機構か
   らの検出信号に基づいて、後輪の操舵角を算出する制御
   手段と、 前記後輪を操舵制御する後輪操舵機構と、 前記制御手段からの指令によって回転制御され、前記操
   舵機構を駆動して前記後輪を操舵する主制御用の第１の
   電動モータと、 前記制御手段からの指令に基づいて選択的に前記操舵機
   構に連結され、前記後輪を中立操舵方向に駆動する補助
   制御用の第２の電動モータと、 前記操舵機構の前記補助制御用の第２の電動モータによ
   って駆動されるスイッチ機構とを具備し、 このスイッチ機構は、前記後輪の操舵角が中立位置とさ
   れた状態で、前記第２の電動モータの回転方向が反転さ
   れるようにする電源切り換え機構を備え、前記第２の電
   動モータによって後輪が中立操舵位置に戻されるように
   したことを特徴とする車両の４輪操舵装置。