JPH0825476B2 - 車両の４輪操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車両の４輪操舵装置に関し、更に詳細に
は、ステアリングホイールの操作に応じて前輪および後
輪を転舵させるとともに、この前後輪の転舵比を車速に
対応した転舵比特性に応じて変化させるように構成され
た車両の４輪操舵装置の改良に関する。

（従来技術） 車両の４輪操舵装置は、例えば特公昭60−44185号公
報に記載されているように、通常低速旋回時に前後輪の
転舵比を逆位相に制御してステアリング特性をオーバス
テア傾向に設定することにより、車両の回頭性を高め、
高速旋回時に転舵比を同位相に制御してステアリング特
性をアンダステアを強める方向に設定することにより車
両の走行安定性を高めるように、予め車速に応じて設定
された所定の転舵比特性に基づいて前輪に対する後輪の
舵角を変化させるように構成されている。

車両においては、オートクルーズ機能を備えたものが
あるが、オートクルーズ走行中は、単にステアリングハ
ンドルを操作するのみであるから、一般に、運転者の注
意力が通常運転時より散漫になっている。一方、このオ
ートクルーズ走行中に、登り坂があると、車速が下が
り、これによって転舵比が逆位相側に変位してしまい、
このようなときに、ステアリングハンドルを急激に操作
すると、操舵のし過ぎという問題が生じやすくなる。

（発明の目的） 本発明は、オートクルーズ走行中も危険なく操舵を行
なうことのできる車両の４輪操舵装置を提供することを
目的とするものである。

（発明の構成） 上記目的を達成するため本発明は、ドライバーがスロ
ットル操作を行うことなく車速を設定された特定車速に
維持するよう制御するオートクルーズ機能を備えた車両
に設けられ、所定の走行パラメータに基づいて設定され
た後輪転舵特性になるように後輪を転舵するように構成
された車両の４輪操舵装置において、オートクルーズ走
行状態であることを検出する検出手段と、この検出手段
によって車両がオートクルーズ走行状態であることが検
出された際、上記所定の走行パラメータの変化に対する
後輪転舵の変化速度が小さくなるように補正して車両挙
動を鈍くする補正手段と、を有することを特徴としてい
る。

（発明の作用・効果） 上記のように構成された本発明においては、車両がオ
ートクルーズ走行状態にあることを検出した際、所定の
走行パラメータの変化に対する後輪転舵の変化速度が小
さくなるように補正して車両挙動を鈍くするようにした
ので、オートクルーズ走行中の安全性を確保することが
でき、危険性を回避することができる。

（実施例） 以下、添付図面を参照しつつ本発明の好ましい実施例
による車両の４輪操舵装置について説明する。

第１図および第２図は、本発明の実施例による車両の
４輪操舵装置の概略構成を示し、前輪1L、1Rおよび後輪
2L、2Rはそれぞれ前輪転舵機構３および後輪転舵機構12
に支承されている。

上記前輪転舵機構３は、左右一対のナックルアーム4
L、4Rおよびタイロッド5L、5Rと、この左右のタイロッ
ド5L、5Rを連結するリレーロッド６とからなっている。
また、この前輪転舵機構３にはラックピニオン式のステ
アリング機構７を介してステアリングホイール10が連結
されている。すなわち、上記ステアリング機構７はリレ
ーロッド６に形成されたラック８と、上端にステアリン
グホイール10が連結されるとともに下端に上記ラック８
と噛み合うピニオン９が取付けられたステアリングシャ
フト11とを備え、ステアリングホイール10の操作に応じ
て左右の前輪1L、1Rを転舵するように構成されている。

一方、上記後輪転舵機構12は上記前輪転舵機構３と同
様に、左右のナックルアーム13L、13Rおよびタイロッド
14L、14R同士を連結するリレーロッド15とを有し、さら
に油圧式のパワーステアリング機構16とを備えている。
このパワーステアリング機構16は、車体に固定されかつ
上記リレーロッド15をピストンロッドとするパワーシリ
ンダ17を備え、このパワーシリンダ17内は上記リレーロ
ッド15に一体に取付けられたピストン17aによって２つ
の油圧室17b、17cに区画され、この油圧室17b、17cはそ
れぞれ配管18、19を介してコントロールバルブ20に接続
されている。また、このコントロールバルブ20にはリザ
ーブタンク21に至る油供給管22および油排出管23の２本
の配管が接続され、上記油供給管22には図示しないエン
ジンにより駆動される油圧ポンプ24が配設されている。
上記コントロールバルブ20は、公知のスプールバルブ式
のもので構成され、上記リレーロッド15に連結部材25を
介して一体的に取付けられた筒状のバルブケーシング20
aと、このバルブケーシング20a内に嵌装された図示しな
いスプールバルブとを備え、スプールバルブの移動に応
じてパワーシリンダ17の一方の油圧室17b（17c）に油圧
ポンプ24からの圧油を供給してリレーロッド15に対する
駆動力をアシストするものである。なお、上記パワーシ
リンダ17内にはリレーロッド15をニュートラル位置（後
輪2L、2Rの舵角θＲが０となる位置）に付勢するリター
ンスプリング17d、17dが装着されている。

上記前輪転舵機構３のリレーロッド６には上記ステア
リング機構７を構成するラック８とは別位置にラック26
が形成され、このラック26には車体前後方向に延びる回
転軸28の前端に取付けたピニオン27が噛み合わされ、こ
の回転軸28の後端は転舵比制御機構29を介して上記後輪
転舵機構12に連結されている。

上記転舵比制御機構29は、第２図に示すように、車体
に対し車幅方向に摺動自在に保持されたコントロールロ
ッド30を有し、このコントロールロッド30の一端は上記
コントロールバルブ20のスプールバルブに連結されてい
る。また、転舵比制御機構29は、基端部がＵ字状ホルダ
31に支持ピン32を介して摺動自在に支承された摺動アー
ム33を備え、上記ホルダ31は車体に固定されたケーシン
グ（図示せず）に上記コントロールロッド30の移動軸線
と直交する回動軸線を持つ支持軸35を介して回動自在に
支持されている。上記揺動アーム33の支持ピン32は上記
両軸線の交差部に位置して回動軸線と直交する方向に延
びており、ホルダ31を支持軸35回りに回動させることに
より、その先端の支持ピン32とコントロールロッド30の
移動軸線とのなす傾斜角、つまり支持ピン32を中心とす
る揺動アーム33の揺動軌跡面が移動軸線と直交する面
（以下、基準面という）に対してなす傾斜角を変化させ
るようになされている。

また、上記揺動アーム33の先端部にはボールジョイン
ト36を介してコネクティングロッド37の一端が連結さ
れ、このコネクティングロッド37の他端部はボールジョ
イント38を介して上記コントロールロッド30の他端部に
連結されており、揺動アーム33先端の車幅方向の変位に
応じてコントロールロッド30を車幅方向に変位させるよ
うになされている。

上記コネクティングロッド37は、そのボールジョイン
ト36に近い部位において回転付与アーム40にボールジョ
イント41を介して摺動可能に支持されている。この回転
付与アーム40は、上記移動軸線上に支持軸42を介して回
動自在に支持した大径の傘歯車43と一体に設けられ、こ
の傘歯車43には第２図に示すように上記回転軸42の後輪
に取付けた傘歯車44が噛合されており、ステアリングホ
イール10の回動を回転付与アーム40に伝達するようにな
されている。このため、ステアリングホイール10の回動
角に応じた量だけ回転付与アーム40およびコネクティン
グロッド37が移動軸線回りに回動し、これに伴って揺動
アーム33が支持ピン32を中心にして揺動された場合、こ
の支持ピン32の軸線がコントロールロッド30の移動軸線
と一致しているときには、揺動アーム33先端のボールジ
ョイント36は上記基準面上を揺動するのみで、コントロ
ールロッド30は静止状態に保持されるが、ピン32の軸線
が移動軸線に対し傾斜して揺動アーム33の揺動軌跡面が
基準面からずれていると、このピン32を中心にした揺動
アーム33の揺動に伴ってボールジョイント36が車幅方向
に変位して、この変位はコネクティングロード37を介し
てコントロールロッド30に伝達され、このコントロール
ロッド30が移動軸線に沿って移動して、コントロールバ
ルブ20のスプールバルブを作動させるように構成されて
いる。すなわち、ピン32の軸線を中心とした揺動アーム
33の揺動角が同じであっても、コントロールロッド30の
左右方向の変位はピン32の傾斜角つまりホルダ31の回動
角の変位に伴って変化する。

そして、上記支持ピン32の移動軸線に対する傾斜角す
なわちホルダ31の基準面に対する傾斜角を変化させるた
めに、ホルダ31の支持軸35には、ウォームホイールとし
てのセクタギヤ45には回転軸46上のウォームギヤ47が噛
合されている。また、上記回転軸46には傘歯車48が取付
けられ、この傘歯車48にはステッピングモータ50の出力
軸50a上に取付けた傘歯車49が噛合されており、ステッ
ピングモータ50を作動させてセクタギヤ45を回動させる
ことにより、ホルダ31の基準面に対する傾斜角を変更さ
せて後輪2L、2Rの舵角θＲを制御し、セククタギヤ45
を、その中心線がウォームギヤ47の回転軸46の中心線と
直角になる中立位置から、車体上方より見て時計回り方
向に回動させた時には、転舵比を後輪2L、2Rが前輪1L、
1Rと同じ方向に向く同位相に制御するように構成されて
いる。

また、上記ホルダ31を支持するケーシングには、上記
回動部材としてのセクタギヤ45の左右両側方にこのセク
タギヤ45の回動範囲を規制するピンからなる逆位相側お
よび同位相側のストッパ部材51、52が取付けられてお
り、セクタギヤ45が逆位相側に回動したときには、その
中立位置からの回転角が例えば−17.5゜となると、セク
タギヤ45が逆位相側ストッパ部材51に当接してそれ以上
の回動が規制され、またセクタギヤ45の同位相側への回
動時には、中立位置からの回動角が例えば20゜になる
と、セクタギヤ45が同位相側のストッパ部材52に当接し
て動きが規制されるように構成されている。そして、上
記セクタギヤ45が上逆位相側のストッパ部材51に当接し
たときのステッピングモータ50の制御位置をその初期位
置とするように構成されている。なお、39は後輪転舵機
構12におけるリレーロッド15の最大移動範囲を規制する
ロッドストッパである。

上記ステッピングモータ50は第３図に示すようにマイ
クロコンピュータ内蔵のコントロールユニット100から
の出力によって作動制御されるように構成されている。
このコントロールユニット100の入力部には、車速Ｖを
検出し、車速信号S_Vを出力する車速センサ101が接続さ
れている。コントロールユニット100は、上記車速セン
サ101からの車速信号S_Vを受け、基準ステップ数演算部1
02において、この車速信号S_Vの値に比例したステッピン
グモータ50の基準作動ステップ数を演算し、基準ステッ
プ数信号S_S0を出力する。このコントロールユニット100
の出力部には、上記基準ステップ数信号S_S0を受け、こ
の信号S_S0で示されるステップ数だけ、ステッピングモ
ータ50を作動させるドライバ103が設けられている。こ
の車速Ｖに応じたステッピングモータ50の作動により、
第４図に符号C₀で示した基準転舵比特性が得られるよう
になっている。この基準転舵比特性C₀によれば、車速に
応じて前後輪1L、2L（1R、2R）の転舵比が変化し、車速
が低い場合には、車両の回頭性を良好にするために、後
輪2L、2Rが前輪1L、1Rに対して逆方向にすなわち逆位相
で転舵されて、転舵比が負となる一方、車速が例えば約
67km/時に達したときには、転舵比が零になり、前輪1
L、1Rの転舵に関係なく後輪2L、2Rの舵角θＲがθＲ＝
０に保たれて車両が通常の２輪操舵状態になる。さらに
車速が高い場合には、コーナリング時の後輪2L、2Rのグ
リップ力を向上させて走行安定性を高めるために、後輪
2L、2Rが前輪1L、1Rと同方向にすなわち同位相に転舵さ
れて、転舵比が正となるように設定されている。

そして、上記コントロールユニット100はイグニッシ
ョンキースイッチ（図示せず）のON操作に伴って車載バ
ッテリから供給される電源をシステム電源として作動す
るものであり、その内部構成を第５図に従って具体的に
説明すると、コントロールユニット100は制御部として
のCPU106と所定の制御データを記憶するROM107とを備
え、上記CPU106は、バッテリ電圧（12V）を5Vの定電圧
に保つ定電圧回路108からの出力電圧によって作動し、C
PU106の暴走を検出するCPU暴走検出部109、出力電圧4.5
V以下に低下したことを検出する電圧低下検出部110およ
びイグニッションキースイッチのON操作開始時にリセッ
ト信号を出力するパワーオンリセット部111からの各出
力を受けてリセットされる。

また、上記車速センサ101の出力信号はインタフェイ
ス112を経て積分フィルタ113に入力され、この積分フィ
ルタ113でチャタリングが除去された後、波形整形回路1
14で信号波形が整形されてCPU106に供給される。

さらに、コントロールユニット100は、上記したよう
に、CPU106の出力を受けてステッピングモータ50を駆動
するステッピングモータドライバ103を有しているとと
もに、CPU106からのカレントダウン指令信号を受けてス
テッピングモータ50に対するバッテリ電源からの出力電
流のモータ50の非制御中（モータ出力軸50aの回転を停
止させているとき）に各相とも例えば100mAに制限する
カレントダウン部116を有している。

上記コントロールユニット100は更に、図示していな
いオートクルーズ制御装置の作動・不作動を切換えるオ
ートクルーズスイッチ117に接続されたオートクルーズ
判定部118を備えている。このオートクルーズ判定部118
は、上記オートクルーズスイッチ117からの信号を受
け、オートクルーズ走行状態かを判定し、オートクルー
ズ信号S_Aを出力する。また、上記基準ステップ数演算部
102とドライバ103との間には、転舵比制御の速度、すな
わちモータ50の単位時間当りの回転速度または単位時間
当りのステップ数の制御を行なう制御速度切換部119が
設けられている。この切換部119の入力端には、上記オ
ートクルーズ判定部118が接続されており、この制御速
度切換部119は、ドライバ103をしてモータ50を通常の速
度で作動させる通常制御信号S₀、またはこの通常の速度
より遅い速度で作動させる補正制御信号S_cを出力する。
ドライバ103は、この信号S₀またはS_Cに従って速く、あ
るいは遅くモータ50を回転させ、これによって転舵比制
御の速度を制御する。

次いで、上記コントロールユニット100のCPU106にお
いて行われる信号処理手順について説明する。第６図は
信号処理のプログラムのメインルーチンを示す。イグニ
ッションキースイッチのON操作によるスタートの後、ま
ずステップS₁でシステムの初期化を行い、つぎのステッ
プS₂で、ステッピングモータ50の現在ステップ数MPを58
0に、その目標ステップ数CPを０にそれぞれ設定すると
ともに、モータ位置初期化制御モードの実行を示すフラ
グF₁をF₁＝１にセットする。上記目標ステッフ数CPは、
ステッピングモータ50の制御初期位置、つまりセクタギ
ヤ45が送位相側ストッパ部材51に当接して転舵比が逆位
相側の最大転舵比になっている位置をCP＝０とし、そこ
からモータ50をその目標制御位置に制御するときにモー
タ50に入力されるパルス信号のステップ数を示すもので
あり、また現在ステップ数MPは、モータ50の現在の制御
位置の上記制御初期位置からのステップ数を示すもので
ある。なお、上記フラグF₁は、モータ50をその制御位置
の初期化のために制御するモータ位置初期化制御モード
のときにはF₁＝１にセットされるが、車速に応じて転舵
比を制御する車速感応制御モードのときにはF₁＝０にリ
セットされる。

この後、後に説明するステップS₁₂、S₁₃、S₁₄を介し
て、ステップS₃に進み、上記フラグF₁がF₁＝１か否かの
判定を行う。この判定がF₁＝１であるとき、つまりモー
タ50の位置初期化制御モードを行うときには、ステップ
S₄に進み、上記モータ50に対する目標ステップ数CPが現
在ステップ数MPに等しいか否かを判別し、この判定がCP
≠MPのときにはそのまま上記ステップS₃に戻る。また、
判定がCP＝MPでモータ50の制御位置初期化が終了してい
るときには、ステップS₅に進み、モータ50の目標ステッ
プ数CPおよび現在ステップ数MPをCP＝MP＝０にし、かつ
プラグF₁をF₁＝０にリセットするとともに、このモータ
50の制御位置初期化を１度実行し終わったことを識別す
るためのフラグF₂をF₂＝１にセットした後、上記ステッ
プS₃に戻る。

一方、上記ステップS₃においてF₁＝１でないと判定さ
れ、モータ50を転舵比変更のために制御するときには、
ステップS₆に進んで車速センサ101により検出された走
行車速Ｖが０（停車状態）にあるか否かを判定し、この
判定がYESのときには、ステップS₇においてさらに上記
フラグF₂をF₂＝０であるか否かを判定する。そして、こ
のステップS₇での判定がF₂≠０であるときにはそのまま
上記ステップS₃に戻るが、F₂＝０と判定されて走行車速
Ｖが０の停車時においてモータ50の制御位置初期化を実
行していないことが確認された場合には、ステップS₈で
フラグF₁をF₁＝１にセットし、次のステップS₉でモータ
50の現在ステップ数MPおよび目標ステップ数CPをその制
御初期位置に対応するMP＝580、CP＝０に設定したのち
上記ステップS₃に戻る。

また、上記ステップS₆において、走行車速Ｖが０では
なく車両が走行状態であると判定されたときにはステッ
プS₁₀に進み、読み込んだ車速Ｖに基づきステッピング
モータ50の目標ステップ数CPを演算し、これを記憶し、
次のステップS₁₁で上記両フラグF₁、F₂を共に０にリセ
ットした後、上記ステップS₁₂に戻る。このステップＳ
において、オートクルーズ走行状態かを判定し、この判
定がNOのとき、すなわち通常走行状態のときには、後に
第７図を参照して説明するインタラプトルーチンのため
のタイムＴを設定値１に設定し、一方この判定がYESの
ときには、タイムＴを上記設定値１より大きな値の設定
値２に設定する。これにより、オートクルーズ走行状態
のときには、通常時よりも遅い速度で、転舵比の設定制
御を行なう。

第７図はCPU106に内蔵されているタイマにセットされ
た時間がすなわち上記タイムＴ経過したときに上記メイ
ンルーチンに対して割込み処理されるインタラプトルー
チンを示し、このルーチンによって上記ステッピングモ
ータドライバ103としての機能が果される。この第１イ
ンタラプトルーチンでは、まず最初のステップS₂₀でモ
ータ50の目標ステップ数CPが現在ステップ数MPと等しい
かどうかを判定する。この判定がCP＝MPのとき、つまり
モータ50へのパルス信号の出力が不要でモータ50をその
制御位置に保持するときには、ステップS₂₁に進んでカ
レントダウン指令信号をカレントダウン部116に出力す
ることにより、モータ50への印加電圧を低下させてその
発熱量を抑え、次いでステップS₂₂で次回の割込み処理
を発生させる上記タイマをセットしたのち上記メインル
ーチンにおける割込み後のステップに復帰する。

また、上記ステップS₂₀での判定がCP≠MPであるとき
には、ステップS₂₃に進んで上記カレントダウン部116に
対するカレントダウン指令信号の出力を解除したのち、
ステップS₂₄に進み、上記モータ50の目標ステップ数CP
と現在ステップ数MPとの大小関係を判定する。この判定
がCP＞MPであるときには、ステップS₂₅に進んでモータ5
0が転舵比の同位相方向に１ステップだけ動くようにそ
の励磁相を切り換え、次いでステップS₂₆で現在ステッ
プ数MPをMP←MP＋１に更新したのち上記ステップS₂₂に
移る。一方、上記ステップS₁₆での判定がCP＜MPである
ときには、ステップS₂₇に進んでモータ50が転舵比の逆
位相方向に１ステップだけ動くようにその励磁相を切り
換え、ステップS₂₈で現在ステップ数MPをMP←MP−１に
更新したのち上記ステップS₁₄に移る。以上を繰り返す
ことにより、ステッピングモータ50を目標ステップ数CP
だけ作動し、これにより、その時の車速および前後Ｇの
大きさに応じた転舵比で後輪2L、2Rの舵角θＲが設定さ
れることとなる。

以上説明した実施例においては、メカニカルな転舵比
制御機構29を用いたが、第４図に示した基準転舵比特性
C₀を予め記憶しておくとともに、ステアリングホイール
の回転角θ_Ｈ、車速Ｖを検出して、これらθ_Ｈ、Ｖを上
記特性C₀に照し、コントロールユニット100において、
後輪の舵角を決定するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る車両の４輪操舵装置の実施例を示
す概略構成図、第２図は上記操舵装置の模式斜視図、第
３図はコントロールユニットの機能を示すブロック図、
第４図は車速と転舵比との特性図、第５図はコントロー
ルユニットの具体的構成を示すブロック図、第６図は上
記コントロールユニット内のCPUで処理されるメインル
ーチンを示すフローチャート、第７図は、上記CPUで処
理されるインタラプトルーチンを示すフローチャートで
ある。 1L、1R……前輪 2L、2R……後輪 29……転舵比制御機構 101……基準ステップ数演算部 117……前後Ｇセンサ 118……付加ステップ数演算部 119……目標ステップ数演算部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドライバーがスロットル操作を行うことな
   く車速を設定された特定車速に維持するよう制御するオ
   ートクルーズ機能を備えた車両に設けられ、所定の走行
   パラメータに基づいて設定された後輪転舵特性になるよ
   うに後輪を転舵するように構成された車両の４輪操舵装
   置において、 オートクルーズ走行状態であることを検出する検出手段
   と、 この検出手段によって車両がオートクルーズ走行状態に
   あることが検出された際、上記所定の走行パラメータの
   変化に対する後輪転舵の変化速度が小さくなるように補
   正して車両挙動を鈍くする補正手段と、 を有することを特徴とする車両の４輪操舵装置。