WO1988004251A1 - Electric rear wheel steering apparatus - Google Patents

Description

明 細 書

電動式後輪操舵装置

技術分野

この発明は、 自動車の前輪操舵に連動して作動し、 後 輪をモータで操舵駆動する電動式後輪操舵装置に関する も のであ る 。

背景技術

従来、 この種の電動式後輪操舵装置はハ ン ドル状態セ ンサゃ車速セ ンサの信号に基づいて後輪の操舵角を指示 し、 後輪が指示通 りの操舵速度と操舵角にな っているか のフ ィ ー ドバッ ク信号を得て後輪操舵指示角と後輪実舵 角との誤差を検出し、 後輪の操舵駆動を行う モー タへの " 印加電圧を決定する演算を行う 閉ループ制御が一般的に 行われていた。

しかしながら実際の自動車においては上記各セ ンサが 自動車の各部に広範囲に取付け られているので、 これら を配線で接続する必要がある。 このため、 これら各セ ン ザの故障や配線の故障等の異常が発生する と後輪を操舵 する必要のない時であ つても無制御に後輪操舵された り、 逆に電源線等の断線でモータが駆動されず後輪の位置が 定ま らない等の危険な状態が発生する恐れがある という 問題点があ った。

この発明は上記の問題点を解決するためになされた も ので、 各種セ ンサの故障やモータ への電源遮断等の異常 が発生した場合で も制御不能状態を防止でき る電動式後 輪操舵装置を得るこ と を目的とする。

発明の開示

この発明に係る電動式後輪操舵装置は、 後輪を操舵駆 動するモータ と逆転効率 0 以下のウォーム減速機との間 に電磁ク ラ ッ チを配設し、 かつ所定動作以外の異常と判 断した場合はモータの通電を遮断する と共に電磁クラ ッ チを離脱状態と させる コ ン ドロールュニ ッ トを備えたも のである。

この こ と によ っ て、 各セ ンサの故障や電源線の断線等 の異常が生じた場合、 コ ン ト ロ ールユニッ トはモータ を 停止させると共に電磁クラ ッチを難脱状態とする。 この ため後輪操舵はその位置で固定され、 後輪の制御不能状 態が防止される。

図面の簡単な説明

第 1 図はこの発明の一実施洌による電動式後輸操舵装 置の構成図、 第 2図は同電動式後輪操舵装置の要部を示 すプロッ ク搆成図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、 図面に従って本発明をよ り詳細に説明する。 第 1 図はこの発明の一実施冽による電動式後輪操舵装 置の搆成を示す図である。 図において、 1 はハ ン ドル、 2 はこのハ ン ドル 1 の操舵 トルク を伝達する ステア リ ン グシ ャ フ ト、 3 は内部にラ ッ クア ン ドビニオン等の運動 方向変換機構を内蔵した前輪操舵用ギヤボ ッ ク ス、 ⁴ は こ の前輪操舵用ギヤボ ッ ク ス ³ に接続された前輪操舵甩 タ イ ロ ッ ド、 5 は前輪、 6 はナ ッ ク ルアームで、 タ イ 口 ッ ド 4 に連結さ れて前輪 ⁵ を転舵する も のである。

ま た 7 は内部に ラ ッ ク ア ン ド ピニオ ンの運動方向変換 機搆を内蔵した後輪操舵用ギヤボ ッ ク ス、 8 は後輪操舵 弔タ イ ロ ッ ド、 9 は後輪、 1 0 は タ イ ロ ッ ド 8 に連結さ れて後輪 9 を転舵するナ ッ ク ルアームであ る。

1 1 は後輪 ⁹ を操舵するための駆動源であ る D C 乇一 タ、 1 2 は こ のモータ 1 1 の出力を機械的に結合または 離脱さ せる電磁ク ラ ッ チ、 1 3 は この電磁ク ラ ッ チ .1 2 を介してモータ 1 1 の出力を入力する ウ ォーム と ウ ォー ム ホ イ ルによ る運動方向変換機構を有する減速機、 1 4 は こ の減速機 1 3 の減速後の回転角 を検出する後輪操舵 角セ ンサ、 1 5 は モー タ 1 1 の電磁ク ラ ッ チ 1 2 と は反 対側の出力軸に結合され、 モータ 1 1 の回転方向 と回転 速度を検出するモータ 回転速度セ ンサ、 1 6 はス テ ア リ ン グシ ャ フ ト 2 の途中に配設され、 ノヽ ン ドル 1 の操舵方 向， 操舵角 ， 操舵 ト ルク ， 操舵速度等の う ち少な く と も その一つを検出する操舵状態セ ンサ、 1 7 は車速を検出 する車速セ ンサ、 2 0 は上記各種セ ンサの入力信号に基 づき モータ 1 1 と電磁ク ラ ッ チ 1 2 と の駆動信号を送出 する コ ン ト ロールュニ ッ トである。

第 2 図は上記コ ン ト ロ ールュニ ッ ト 2 0 の内部構成と 電気配線および減速機構部とギヤボ ッ ク ス ⁷ 内部の構成 示す図である。 この第 2 図において、 1 8， 1 9はキ一 ス ィ ツチおよびヒューズで、 これらは車載のバッ テ リ 21 とコ ン ト 口 ールュニ ッ ト 2 0 との間に接続されている。

13a, 13 b は減速機 1 3の内部を構成するゥ オームおよび このウォーム 13 aに嚙合い運動方向変換機能も有するゥ オー ホィ ルで、 逆転効率が 0 以下になっている。 7 a はこのウォームホ イ ル 13 b に固定されたピニオン、 7 b はこのビニオン ⁷ a軸の回転力を直線推力に変換するラ ッ クで、 これら ピニオン 7 aおよびラッ ク 7 b によ り ギ ャボッ ク ス 7 の内部が構成きれている。

201 はコ ン ト ロ ールュニ ッ ト 2 0 に内蔵されたフ エ一 ルセーフ リ レーで、 駆動コ イ ル 201 a と常開接点 201 b とを有している。 202はモータ 1 1への印加電圧の方向 を切替えるパワ ー ト ラ ン ジスタュニッ ト、 203 はマ イ ク 口 コ ン ピ ュ ータ 204用の電源回路、 205 はノヽ ン ドル操舵 状態セ ンサ 1 6からの状態信号（操舵方向， 操舵角， 操 舵トルク ， 操舵速度等） をマイ クロ コ ンビュータ 204用 の入力信号に変換する入力 レ 回路に相当するハン ドル 状態信号入力回路、 20S は車速セ ンサ 1 7 か らの車速信 号の入力 1/ 回路を形成する車速信号入力回路、 ²07は 後輪操舵角セ ンサ : I 4からの後輪操舵角度信号の入力 I ZF回路を形成する後輪操.砣信号入力回路、 208 はモー タ回耘速度セ ンサ 1 ⁵ からのモータ回転速度信号の入力 Ι/Τ回路を形成する モータ 回転信号入力回路、 209 はマ ィ ク 口 コ ン ビ ュ 一 タ 204 の判断に よ つ て上記フ ェールセ ー フ リ レー 201 の駆動コ ィ ル 20 laを通電、 遮断する フエ ールセー フ リ レー駆動回路、 210 はマイ ク ロ コ ン ピュ ー タ 204 の指示によ り 、 モータ 1 1 を右方向に回転させる よ う パ ワ ー ト ラ ン ジス タ ュニ ッ ト 202 を駆動するノヽ⁰ ヮ 一 ト ラ ン ジ ス タ駆動回路 （ 右 ） 、 211 はこれと は逆にモー タ 1 1 を左方向に回転させる よ う ノ、。 ワ ー ト ラ ン ジスタ ュ ニ ッ ト 202 を駆動するパ ワ ー ト ラ ン ジス タ駆動回路（左）、 212はマ イ ク 口 コ ンピ ュ ータ 204の指示によ り 電磁ク ラ ツ チ 1 2 の作動を オン Zオフ 制御する電磁ク ラ ッ チ駆動回 路である。

次に上記構成の電動式後輪操舵装置の動作について説 明する。 先ず、 ハ ン ドル 1 を右 （ または左 ） に操舵する と 、 操舵 ト ルクはス テ ア リ ングシ ャ フ ト ² を介してギヤ ボ ッ ク ス 3 に伝達され、 回転運動が直線運動に変換され てタ イ ロ ッ ド 4 を右 （ または左 ） に駆動し、 ナ ッ クルァ ーム 6 を介して前輪 5 を右 （ または左 ） に転舵する。 こ の時、 ステア リ ン グシ ャ フ ト 2 の途中に配設された操舵 状態セ ンサ 1 6 か らハ ン ドル 1 の操舵時の各種情報を検 出 し、 コ ン ト ロ ールユニ ッ ト 2 0 へ操舵状態信号を出力 する。 コ ン ト ロ ールュニ ッ ト 2 0 は操舵セ ンサ 1 6 力 ら 、

の信号以外に車速セ ンサ 1 7 か らの車速信号， 後輪操舵 角 セ ンサ 1 4 か らの後輪操舵角度信号およ びモータ 回転 速度セ ンサ 1 5 力 >らのモータ回転信号を入力としてそれ ぞれの状態に最適の後輪操舵角度を演算し、 モータ 1 1 および電磁ク ラ ッ チ 1 2 を駆動して後輪 9 を目標の操舵 角度に制御しょ う とする。 こ こで電磁クラ ッチ 1 ² が駆 動される とクラ ッチは機械的に結合され、 次にモータ 11 力 S駆動される とモータ 1 1 はコ ン ト ロ ールュニッ ト 2 0 の指示に従って右（ または左） に回耘する。 この回転速 度信号は前述したよ う に、 モータ回耘速度セ ンサ 1 5 に よ り コ ン ト ロ ールュニ ッ ト 2 0 へフ ィ ー ドノ ッ ク され、 またモータ 1 1 の回転力は減速機 1 3 に伝達され、 減速 と同時に運動方向が転換されてギヤボ ッ ク ス 7 に伝達さ れる と共に、 後輪操舵角センサ 1 4から後输操舵信号が コ ン ト ロ ールュニ ッ ト 2 0 にフ ィ ー ドノ ッ ク される。 ギ ャボッ ク ス ⁷によ っ て回転運動が直線運動に変換されて タ イ ロ ッ ド 8 およびナ ッ ク ルアーム 1 0 を介して後輪 9 が右（ または左 ） に転舵され、 後輸操舵角度がコン ト口 —ルユニ ッ ト ² 0 の指示する後輪操舵角度と一致すると モータ 1 1 の駆動は停止する。 こ のよ う な動作を繰り返 すこどによ って後輪 9 と前輪 5 の操舵角度に対して一定 の関数で目標角度に制御を行う。

次にコ ン ト ロ ールュニ ッ ト 2 0 の動作について説明す る。 キースィ ッチ 1 8 を閉成するとノ ッ テ リ 2 1 力 らキ 一ス ィ ッ チ 1 8 および電源回路 2 0 3を介してマイ ク ロコ ンピュータ 2 0 4 に電源が供給され、 マイ ク ロ コ ンピュー タ 204 は作動を開始する。 こ こ でマ イ ク ロ コ ン ピ ュ ータ 204 は、 ハ ン ドル操舵状態セ ンサ 1 6 , 車速セ ンサ 1 7 ， 後輪操舵角セ ンサ 1 4 およびモータ 回転速度セ ンサ 1 5 の各信号を、 それぞれハ ン ドル状態信号入力回路 205 , 車速信号入力回路 206 ， 後綸操舵信号入力回路 ²07 およ びモータ回転信号入力回路 208 を介して取込む。 マ イ ク 口 コ ン ピ ュ ータ 204 は上記各セ ンサの情報によ り 、 前後 輪 5 ， 9 の状態と車速およ びモータ 回転速荧すなわち後 輪操舵速度を認識し、 こ の情報によ り後輪 9 の操舵目標 角度およ び シス テム と してのフ ェールセ ー フ作動の要否 を演算によ り算出する。 こ の演算結果に基づいて設定さ れた後輪操舵目標値と後輪操舵角セ ンサ 1 ⁴ によ っ て検 出された後輪実舵角の間に誤差がある場合、 こ の誤差を 打消すよ う右または左方向へモータ 1 1 を回転させるた めの回転指示がマイ ク 口 コ ン ビュ ータ 204 か ら送出され、 パ ワ ー ト ラ ン ジス タ駆動回路 （ 右 ） 210 ( またはパ ワ ー ト ラ ンジス タ駆動回路 （ 左 ） 211 ) がオ ンする。 フ エ一 ルセー フ リ レー駆動回路 209 は シス テムが正常と判断さ れている限 り フ ェールセー フ リ レー 201 の,駆動を行い、 バッ テ リ 2 1 か ら ヒ ュ ーズ 1 9 , 常開接点 201bおよびパ ワ ー ト ラ ンジス タ ュニ ッ ト 202 の ト ラ ン ジス タ を介して モータ 1 1 に給電され、 右 （ または左 ） に回転し、 ゥ ォ ーム 13a ， ウ ォーム ホ イ ル 13b ， ピニオ ン 7 a お よびラ ッ ク 7 b を介して後輪 9 が右 （ または左 ） に転舵される。 そして後輪実舵の誤差が打消される とマイ クロ コ ンビュ —タ 204 はパワ ー ト ラ ンジス タ駆動回路（ 右） 2 1 0 ( ま たはパワ ー ト ラ ンジスタ駆動回路（ 左） 2 1 1 ) を遮断し モータ 1 1 は停止する。 以上の動作を繰り返して後輪を 前輪の操舵角度に対して一定の関敷で目標角度に制御す る

また、 上記のよ う に各セ ンサ本体や各セ ンサ間の配線 およびコ ント口一ルュニッ ト 2 0等が正常に動作するの ではなぐ、 何等かの原因で異常が生じた場合、 マイ ク ロ コ ンピュ ータ 20 4の半 {1断によ つ てフ ェールセーフ リ レー 駆動回路 20 9は遮断指示が出される。 これによ り フ エ一 - リレセー フ リ レー 20 1 の駆動コィル 201aは遮断され常開接 点 201bは開路する。 従ってモータ 1 1 および電磁ク ラッ チ 1 2 への通電は遮断され、 モータ 1 1 が停止すると共 に電磁ク ラ ッ チ 1 ²が作動し、 モータ 1 1 の出力軸とゥ オーム 1 3 a との結合を離脱させる。 ウ ォーム 13 a とゥ ォ ームホイル l ³ b とは逆転効率 0 以下であるため固定され、 ビニォ ン 7 a ， ラ ッ ク 7 b も固定されて後輪 9 は後輪転 舵中であ っても故障の位置で転舵しないよ う固定される。 従つて上記フェールセーフ作動後は従来の自動車と同様 に前輪操舵のみで走行すれば良く 、 危険を最小限に抑え る こ とができ る。

また、 ノ ッ テ リ 2 1 か ら ヒ ューズ 1 9 , 常開接点 201b を介してパヮー トランジスタュニッ ト 202 , モータ 1 1 およ び電磁ク ラ ッ チ 1 2 を駆動する回路の一部で断線故 障等を生じた場合 も 同様に後輪 ⁹ はフ ェールセ ーフ作動 点で固定される。

以上のよ う に この発明の電動式後輪操舵装置によれば、 後輪操舵用のモータ と減速機との間に電磁ク ラ ツ チ を設 け、 装置の異常時にはモー タ を停止させる と共に電磁ク ラ ッ チを離脱状態とする よ う にしたので、 各セ ンサの故 障や配線の断線等の異常が生じた場合で も後輪の操舵は その位置で固定され、 従 っ て後輪の異常な動作によ る制 御不能状態を防止でき る と共に、 異常発生後も 前輪によ る修正操舵で引続き走行が可能である等の効果がある。

Claims

求 の 範 囲

1. 前輪の操舵状態に応じて後輪をモータで操舵駆動す る電動式後輪操舵装置において、 ハン ドルの操舵方向， 操舵角， 操舵 トルク， 操舵速度等のう ち少なく と も一つ の操 状態を検出するハン ドル操舵状態セ ンサ、 車速を 検出する車速セ ンサ、 上記モータ の回転方向および回転 速度を検出するモータ回転速度セ ンサ、 後輪の操舵角度 を検出する後輪操舵角センサ、 上記モータ と このモータ の回転力を伝達する逆転効率 0 以下のウォーム減速機と の閭に揷設され、 該モータ の回転力を結合、 離脱させる 電磁ク ラ-ツ チ、 上記ウ ォーム減速機の出力によ り駆動さ れ、 上記後輪を転舵させる後输操舵用ギヤボ ッ クス、 上 記各セ ンサの信号を入力し、 これら各セ ンサの信号に基 づき上記モータ を駆動制御すると共に、 所定動作以外の 異常と判断した場合該モータの通電を遮断しかつ上記電 磁ク ラ ッチを離脱状態と させる コ ン ト ロ ールュニッ トを 備えたことを特徴とする電動式後輸操舵装置。

2. モータおょぴ電磁クラッチへの電源供給ラ イ ンの途 中に配設された常開接点を有するフ ェールセー フ リ レー と、 このフ ェールセー フ リ レーを駆動させる フ ェールセ ーフ リ レー駆動回路とを備え、 コ ン ト ロ ールユニッ トが 各セ ンサの信号によ り装置の異常と判断した場合、 該コ ン ト ロ ールュニッ トは上記フ ェールセーフ リ レー駆動回 路に対しフ ェールセーフ リ レーの遮断信号を送出するこ と を特徴とする請求の範囲第 1 項記載の電動式後輪操舵