JPH0880862A - 車両の後輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、４輪操舵の車両において特に後輪
操舵制御が応答性良好に且つ高精度に実行される車両の
後輪操舵装置を提供することを目的とする。 【構成】ＥＣＵ16で制御される電動モータ15により後輪
操舵機構14を駆動し、後輪13の操舵を行う。ＥＣＵ16に
は後輪舵角センサ17からのアナログ状操舵角検出信号、
モータ回転角センサ18からのディジタル状回転角検出信
号、さらに車速センサ20から車速信号が供給され、後輪
舵角とディジタル状回転角検出信号に基づく後輪操舵速
度、さらに車速に基づいて目標後輪操舵角が算出され、
電動モータ15の駆動指令電流が出力される。そして、後
輪13が目標後輪操舵角に一致されるように後輪操舵機構
が駆動されるもので、特に後輪操舵速度がディジタル的
なモータ回転角センサ18からの出力の微分値が用いられ
るようにすることで、後輪操舵の信頼性が向上されるよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特に後輪を電動モー
タを駆動源として用いて操舵する、車両の４輪操舵装置
における特に後輪操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステアリング操作に対応して前輪を操舵
すると共に、このステアリング操舵角並びに車両の走行
速度に対応して求められた目標操舵角に一致するように
後輪を操舵制御する４輪操舵制御の車両が知られてい
る。すなわち、ステアリング操舵角センサからの検出信
号に基づいて前輪操舵角を検出し、さらに車速センサか
らの検出信号に基づいて車両の走行速度を検出し、この
両検出信号に基づいて後輪の目標操舵角を算出するもの
で、この目標後輪操舵角に対応して後輪が操舵制御され
る。この様な後輪操舵を行う後輪操舵機構は、その駆動
源として電動モータが使用されるもので、求められた目
標後輪操舵角と現実の後輪操舵角との比較により電動モ
ータの駆動制御を行い、後輪操舵角が目標後輪操舵角に
一致されるように制御している。

【０００３】この様な後輪の操舵制御を行うに際して、
実際の後輪の操舵角を検出するために、例えばポテンシ
ョメータ等によるアナログ出力を得るアブソリュート型
の後輪舵角センサが用いられる。この様なアブソリュー
ト型の後輪舵角センサを用いて後輪を操舵制御する電動
モータを制御する場合、この制御に際して必要な後輪操
舵の速度は、後輪操舵角センサからのアナログ出力を微
分することにより得られる。

【０００４】しかし、この様な車両に装備されるアナロ
グ出力を得る操舵角センサからの検出信号には、多くの
ノイズ成分が含まれている。この様にノイズ成分を多く
含んだ操舵角信号を微分するようにしたのでは、さらに
ノイズ成分を多く含んだ後輪操舵速度信号が得られるよ
うになり、高精度で且つ応答性のよいモータ制御を行う
ことが困難となって、これは後輪操舵制御の信頼性にも
影響する。

【０００５】

【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、後輪の操舵速度がディジタ
ル的な要素によって高精度に検出されるようにして、信
頼性の高い４輪操舵の車両における後輪操舵装置を提供
しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る車両の後
輪操舵装置は、電動モータにより後輪操舵機構を駆動す
るものであり、この後輪の絶対操舵角をアナログ式の後
輪舵角検出機構で検出すると共に、電動モータの相対回
転角をディジタル出力で得るインクリメント型のモータ
回転角検出機構で検出し、さらにステアリング角度検出
機構で車両の前輪操舵角を検出する。そして、後輪操舵
角算出手段でこれら検出機構で検出された車速並びに前
輪操舵角に基づいて後輪の目標操舵角を算出し、この算
出された後輪の目標操舵角と前記後輪の舵角が一致され
るように前記電動モータをフィードバック制御するもの
で、後輪舵角は前記後輪操舵角検出機構からの検出信号
を用い、後輪の操舵速度はモータ回転角検出機構からの
検出信号から算出される値を用いて、電動モータの駆動
電流を求める。

【０００７】

【作用】この様に構成される車両の後輪操舵装置にあっ
て、アブソリュート型後輪舵角センサを用いて、後輪操
舵機構を駆動する電動モータを制御する場合、制御に必
要な後輪操舵角は後輪舵角センサによって検出できるも
のであるが、後輪の操舵速度を後輪舵角センサからのア
ナログ出力を微分して求めるようにすると、このアナロ
グ出力にはノイズ成分が多く含まれているものであるた
め、微分することによりさらにノイズ成分が多く含む後
輪操舵速度となり、高精度で且つ応答性のよい後輪操舵
が困難となる。しかし、後輪操舵機構を駆動する電動モ
ータの回転角を検出するインクリメント型のモータ回転
角検出機構からの検出信号を、微分することにより後輪
操舵速度が検出されるようにしているものであるため、
精度の高い後輪操舵速度が確実に得られるようになっ
て、応答性の良好な信頼性の高い後輪操舵が可能とされ
る。

【０００８】

【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は車両の４輪操舵のシステム構成を示す
もので、ステアリング11の操作に対応して前輪12が操舵
される。また、この車両の後輪13は後輪操舵機構14によ
って操舵されるもので、この後輪操舵機構14は電動モー
タ15を駆動源として備えている。すなわち、この電動モ
ータ15と後輪操舵機構14とは減速歯車機構を介して結合
され、電動モータ15の回転角度に比例した量だけ後輪13
が操舵される。したがって、この電動モータ15の回転角
を微分した値は、後輪13の操舵量を微分した値、すなわ
ち後輪操舵速度に対応する。

【０００９】この電動モータ15は、電子制御ユニット
（ＥＣＵ）16からの指令に基づいて回転制御されるもの
で、後輪13の操舵はＥＣＵ16によって求められた目標後
輪操舵角に基づき実行される。ここで、後輪操舵機構14
には後輪舵角センサ17が設けられ、さらに電動モータ15
に対してはモータ回転角センサ18が設けられているもの
で、これら後輪舵角センサ17およびモータ回転角センサ
18それぞれからの検出信号がＥＣＵ16に入力される。

【００１０】前輪12を操舵するステアリング11にはステ
アリングセンサ19が設けられ、また車両には車速センサ
20が設けられて、ステアリングセンサ19からのステアリ
ング角検出信号、および車速センサ20からの車速信号は
ＥＣＵ16に入力される。そして、このＥＣＵ16にあって
は、後輪舵角センサ17およびモータ回転角センサ18それ
ぞれからの検出信号、さらにステアリングセンサ19から
のステアリング角検出信号、および車速センサ20からの
車速信号を用いて、後輪13の目標操舵角を演算する。Ｅ
ＣＵ16は、結合されるセンサ類の異常判定手段も内蔵
し、センサ類に異常が検出されたときには警告ランプ21
を点灯して、ドライバに警告を与える。

【００１１】この様な４輪操舵システムにおいて使用さ
れるモータ回転角センサ18は、例えば図２で示されるよ
うにインクリメント型に構成される。すなわち、この回
転角センサ18は電動モータ15の回転軸31と一体的に回転
される円盤32を備え、この円盤32には回転軸32を中心と
した円周に沿う線に対応して、等間隔で多数のスリット
331 、332 、…が形成されているもので、この円盤32の
外周縁の一部を取り囲むようにして、光学的なスリット
読取り器35が設定される。

【００１２】図３の（Ａ）は、この回転角センサ18を構
成する円盤32の一部を拡大して示すもので、スリット33
1 、332 、…はそれぞれその周方向の長さと等しい間隔
で配置されている。そして、例えばスリット331 の後縁
のＡ点、およびスリット332と333 との中間位置のＢ点
に対応して、読取り器35のフォトインタラプタが設定さ
れるようにする。具体的には、スリット331 、332 、…
の配置周期が角速度θによって設定されたものとする
と、Ａ点およびＢ点の角度差が“θ＋θ／４”に設定さ
れるようにする。

【００１３】この様に構成されるモータ回転角センサ18
において、読取り器35にＡ点およびＢ点にそれぞれ対応
して設定されるフォトインタラプタで検出されるＡ相お
よびＢ相の信号は、同図の（Ｂ）で示されるようにθ／
２のパルス幅で発生され、このＡ相検出信号とＢ相検出
信号との間にθ／４の位相差が存在する。

【００１４】したがって、電動モータ15の正回転および
逆回転にそれぞれ対応して、この回転センサ18から、図
４で示すようなＡ相信号およびＢ相信号が発生される。
そして、この様な出力信号に基づいてカウンタを駆動す
るインクリメント信号が発生されるもので、例えばＡ相
信号がローレベルでＢ相信号が立ち上がるとき、および
Ｂ相信号がハイレベルでＡ相信号が立ち下がるときに、
電動モータ15の回転角度を示すカウンタのインクリメン
ト信号が発生される。すなわち、電動モータ15の回転角
がこのカウンタの計数値として出力され、電動モータ15
の正転時においてはその計数値が上昇する。

【００１５】また、逆にＡ相信号がハイレベルでＢ相信
号が立ち下がるとき、およびＢ相信号がローレベルでＡ
相信号が立ち下がったときに、デクリメント信号が発生
されてカウンタをカウントダウンするもので、電動モー
タ15の逆転時においては、カウンタの計数値が減少さ
れ、その計数値に基づいて電動モータ15の回転角位置が
求められる。

【００１６】図５はＥＣＵ16における後輪操舵を行う処
理の流れを示すもので、まずステップ101 で車速並びに
前輪12の操舵角が入力され、次のステップ102 ではこの
入力された車速と前輪12の操舵角に基づいて、目標後輪
操舵角θｒ^* を演算する。ここで、ステップ101 におい
てさらにヨーレートのような車両状態を検出する信号が
入力されている場合には、ステップ102 でこのヨーレー
トを含む検出信号に基づいて、目標後輪操舵角θｒ^* を
演算させるようにすることができる。

【００１７】次に、ステップ103 で後輪操舵角センサ17
からの検出信号に基づく後輪13の操舵角θｒを入力す
る。この操舵角センサ17からは、後輪13の操舵角に対応
した電圧のアナログ状の検出信号が入力されるもので、
この検出信号は例えば図６で示すように後輪操舵角θｒ
に対応した電圧信号とされ、この信号はＥＣＵ16に設定
されるＡ／Ｄコンバータによってディジタル信号に変換
されて、後輪13の操舵角値としてＥＣＵ16に取り込まれ
る。そして、ステップ104 で求められた目標後輪操舵角
θｒ^* と後輪操舵角θｒとの差“θｒ^* −θｒ”を演算
する。

【００１８】ステップ105 では、後輪操舵用の駆動源と
して用いられる電動モータ15の回転角センサ18からのデ
ィジタル状の検出信号を入力する。そして、ステップ10
6 でこの回転角センサ18からの出力信号を、所定の微分
アルゴリズムによって微分して後輪操舵速度・θｍを演
算するもので、ステップ107 でステップ104 で求めた
“θｒ^* −θｒ”と、ステップ106 で求めた後輪操舵角
速度・θｍとに基づいて電動モータ15駆動のための指令
電流Ｉｍ^* を演算する。ステップ108 では、この指令電
流Ｉｍ^* をモータ駆動回路に対して出力するもので、例
えばＤ／Ａ変換器でアナログ信号に変換して出力され
る。

【００１９】図７は後輪13を操舵するための電動モータ
15の駆動回路を示しているもので、ステアリングセンサ
19からの前輪操舵角信号、車速センサ20から車速信号、
さらにヨーレートセンサ22からのヨーレート信号が目標
後輪操舵角演算回路30に入力され、目標後輪操舵角θｒ
^* が求められる。この目標後輪操舵角θｒ^* は、後輪13
部で検出された後輪操舵角θｒと比較され、所定の定数
を乗じた後に電動モータ15の回転角センサからの検出信
号に基づいて求められた後輪操舵速度との対応で、モー
タ15の駆動指令電流Ｉｍ^* が算出されてモータ駆動回路
31に供給され、電動モータ15がこの指令電流Ｉｍ^* に対
応して回転角制御されて、後輪13が操舵される。

【００２０】ここで、後輪操舵機構14を駆動する電動モ
ータ15の指令電流Ｉｍ^* は、車速並びに前輪12の操舵角
に基づき算出される目標後輪操舵角θｒ^* と、後輪舵角
センサ17で検出される後輪操舵角θｒと、モータ回転角
センサ18の検出値に基づいて算出される後輪操舵速度・
θｍから、次のような数式から求められる。

【００２１】 Ｉｍ^* ＝Ｋｍｐ（θｒ^* −θｒ）−Ｋｍｄ・（・θｍ） ただし、Ｉｍ^* ：モータ指令電流 θｒ^* ：目標後輪操舵角 θｒ ：後輪操舵角 ・θｍ：後輪操舵速度 Ｋｍｐ、Ｋｍｄ：定数 この様にして後輪13を操舵する電動モータ15が、このモ
ータ15の回転角センサ18の検出値に基づいて求められた
後輪操舵速度・θｍと、後輪13を操舵する後輪操舵機構
14に設定される後輪舵角センサ17からの検出信号θｒを
用いることによって回転制御されるもので、後輪13の操
舵角制御が制御よく且つ応答性良好に実行される。

【００２２】図８は後輪操舵速度等に異常が生じた場合
の処理の流れを示しているもので、この処理は後輪操舵
速度が予め設定された所定値を越えた場合、またモータ
回転角変化率に異常が生じた場合にこの処理が実行され
る。

【００２３】まず、ステップ201 においてモータ15の回
転速度を求めるもので、モータ回転角センサ18の前回の
処理における検出値θｍ(n-1) とそのときのタイマ値Ｔ
n-1、さらに今回の処理における検出値θｍ(n) とその
ときのタイマ値Ｔn を用いて算出されるもので、この値
は後輪操舵速度・θｍに対応する。

【００２４】ステップ202 では、ステップ201 で算出さ
れた後輪操舵速度・θｍと、予め設定されている所定値
Ａとを比較する。このステップ202 において、後輪操舵
速度・θｍが所定値Ａに対して“・θｍ≧Ａ”の関係で
あることが判定されれば、モータ回転角変化率が異常で
あると判断する。そして、ステップ203 で後輪舵角セン
サ17の前回処理における検出値θｒ(n-1) と今回の検出
値θｒ(n) 、さらにこの両者の検出時のタイマ値ｔn-1
とｔn を用いて、後輪舵角センサ変化率を算出するもの
で、この値は後輪操舵速度・θｒに相当する。すなわ
ち、この燐操舵速度が所定値Ａを越えた場合において、
後輪舵角センサ17の検出値に基づいて後輪操舵速度・θ
ｒを演算する。

【００２５】ステップ204 においては、ステップ202 で
後輪操舵速度・θｍが所定値Ａを越える毎にカウンタの
計数値を“１”増やす。そして、次のステップ205 でそ
のカウント値と予め設定した値Ｂとを比較し、そのカウ
ント値が値Ｂより大きいと判定されたならば、モータ回
転角センサ18が異常と判断して、ステップ206 で後輪操
舵を停止する。また、このステップ205 でモータ回転角
センサ18の異常が判定されたときにステップ206 で後輪
操舵を停止するのではなく、後輪舵角センサ17の検出値
を用いて、後輪13を中立位置に復帰させる制御を行わせ
るようにしてもよい。

【００２６】またステップ202 において、後輪操舵速度
が所定値Ａを越えるモータ回転角センサ18の変化率に異
常が生じたときに、ステップ204 において所定のカウン
タの計数値を歩進するように説明したが、ステップ202
においてモータ回転角変化率異常が検出されたときのタ
イマ値を用いて、ステップ202 においてモータ回転角セ
ンサ変化率異常が検出されている時間が、設定された所
定の時間を越えたと判断されたときに、ステップ206 の
処理が実行されるようにしてもよい。この場合において
も、後輪舵角センサ17の検出値を用いて、後輪13を中立
位置に復帰させる制御を行わせるようにしてもよい。

【００２７】ステップ202 において、後輪操舵速度・θ
ｍが所定値Ａを越えないと判定されたときは、ステップ
207 においてカウンタの値を“０”にリセットする。し
たがって、モータ回転角センサ18の変化異常が連続して
起こった場合においてのみ、モータ回転角センサ18異常
と判断されて、所定の処理が実行される。また、ステッ
プ207 においてカウンタの値をリセットした後、さらに
ステップ205 でカウンタ値が設定値Ｂより小さいと判定
されたときは、ステップ208 に進んで通常の後輪操舵制
御を継続させる。

【００２８】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る車両の後輪
操舵装置によれば、電動モータによって後輪を操舵制御
するに際して、後輪操舵速度と後輪の舵角がそれぞれ高
精度に検出できるものであり、信頼性に富む後輪操舵制
御が実行される。また、モータ回転角検出機構の出力値
から後輪操舵速度を算出しているものであるが、この後
輪操舵速度が所定値を越えたと判断されたときに、後輪
舵角検出機構の出力値によって適宜後輪操舵速度が演算
できるものであり、異常値を用いた後輪操舵制御を効果
的に阻止できるようになり、違和感のない４輪操舵が実
行できる。

【００２９】そして、求められた後輪操舵速度が所定値
を越えるようになるモータ回転角変化率の異常が発生し
た場合には、その異常発生状況によって回転角検出機構
の異常と判定して後輪操舵が停止されるものであり、信
頼性に富む４輪操舵制御が行われる。

【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後輪操舵が行
われる、車両の４輪制御のシステム構成を示す図。

【図２】この４輪制御に用いられるモータ回転角センサ
を説明するもので、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図。

【図３】（Ａ）は上記回転角センサの円盤部を一部拡大
して示す図、（Ｂ）はこのセンサから得られるＡ相およ
びＢ相の信号を示す図。

【図４】上記回転角センサの作動状態を説明する信号波
形図。

【図５】上記操舵装置における操舵制御の処理の流れを
説明するフローチャート。

【図６】後輪舵角センサの出力を説明する図。

【図７】電動モータの駆動制御回路の例を示す図。

【図８】モータ回転変化率異常に際しての処理の流れを
説明するフローチャート。

【符号の説明】

11…ステアリング、12…前輪、13…後輪、14…後輪操舵
機構、 15…電動モータ、16…電子制御ユニット、17…
後輪舵角センサ、18…モータ回転角センサ、19…ステア
リングセンサ、20…車速センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷田 哲志 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の走行速度を検出する車速検出機構
   と、 前記車両の後輪を操舵する後輪操舵機構と、 この後輪操舵機構を駆動する電動モータと、 前記後輪の絶対操舵角を検出するアナログ式の後輪舵角
   検出機構と、 前記電動モータの相対回転角を検出するディジタル出力
   を得るインクリメント型のモータ回転角検出機構と、 前記車両の前輪操舵角を検出するステアリング角度検出
   機構と、 前記車速検出機構およびステアリング角度検出機構でそ
   れぞれ検出された車速並びに前輪操舵角に基づいて、後
   輪の目標操舵角を算出する後輪操舵角算出手段と、 前記算出された後輪の目標操舵角と前記後輪の舵角が一
   致されるように前記電動モータをフィードバック制御す
   るモータ駆動手段とを具備し、 前記後輪舵角は前記後輪舵角検出機構からの検出信号を
   用い、前記後輪の操舵速度は前記モータ回転角検出機構
   からの検出信号から算出される値を用いて、前記モータ
   駆動手段でモータ駆動電流が求められるようにしたこと
   を特徴とする車両の後輪操舵装置。
2. 【請求項２】 前記モータ回転角検出機構からの検出信
   号に基づき算出された後輪操舵速度を予め設定された設
   定値と比較する手段を備え、前記後輪操舵速度が前記設
   定値を越えると判定された状態で前記後輪舵角検出機構
   からの検出信号に基づき算出された後輪操舵速度を用い
   て前記モータの駆動電流が求められるようにした請求項
   １記載の車両の後輪操舵装置。
3. 【請求項３】 前記モータ回転角検出機構からの検出信
   号に基づき算出された後輪操舵速度を予め設定された設
   定値と比較し、前記後輪操舵速度が設定値を越える回数
   が所定回数を越えた状態でモータ回転角検出機構の異常
   を判別する手段を備え、この異常判別で前記後輪の操舵
   制御を停止するようにした請求項１記載の車両の後輪操
   舵装置。
4. 【請求項４】 前記モータ回転角検出機構からの検出信
   号に基づき算出された後輪操舵速度を予め設定された設
   定値比較し、前記後輪操舵速度が設定値を越える時間が
   所定時間を越えた状態でモータ回転角検出機構の異常を
   判別する手段を備え、この異常判別で前記後輪の操舵制
   御を停止するようにした請求項１記載の車両の後輪操舵
   装置。