JPH0234476A - 車両の後輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、後輪を電動機により操舵する車両の後輪操舵
装置に関する。

（従来の技術） 車両には、前輪を操舵する２輪操舵（２ＷＳ）車両や前
輪と共に後輪をも操舵する４輪操舵（４ＷＳ）車両があ
る。

上記４輪操舵車両における後輪操舵装置としては、例え
ば実開昭８２−２５２７７号公報に記載されている様に
、電動機によって後輪を操舵するいわゆる電動機式のも
のが知られている。

かかる電動機式のものにおいては、電動機は、一般に車
両に搭載されたバッテリを電源とし、その電源から電力
の供給を受けて作動するように構成される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記電源たるバッテリは必ずしも常に所定の
電圧（正常電圧）を維持し得るものではなく、種々の原
因により電圧低下を来たす場合がある。

そして、その様にバッテリの電圧が低下すると、電動機
の回転速度やトルクが低下し、適正な後輪操舵（予め与
えられた特性通りの操舵）が困難になるという不都合が
生じる。即ち、電動機の回転速度が低下すれば後輪の操
舵速度が低下し、また電動機のトルクが低下すれば後輪
の大舵角操舵が不可能となり、適正な後輪操舵が困難と
なる。なお、電動機式の後輪操舵装置には、通常後輪を
常時中立位置（直進位置）に向けて付勢するセンタリン
グバネ等が設けられており、後輪を大舵角操舵するため
にはこのセンタリングバネを大きく撓まさなければなら
ずその分大きなトルクが必要となる。

また、バッテリの電圧が低下した場合にそのまま電動機
による後輪操舵を継続するといわゆるバッテリ上りとな
り、かつそのバッテリを電源とする他の種々の機器に支
障が生じるという問題もある。

本発明の目的は、上記事情に鑑み、バッテリ電圧が低下
した場合であってもバッテリ上りを防止しつつ可能な限
り電動機による適正な後輪操舵を行なうことのできる車
両の後輪操舵装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る車両の後輪操舵装置は、上記目的を達成す
るため、第１図に示す様に、 電動機３２によって後輪６Ｌ、６Ｒを操舵する後輪操舵
手段２２と、 上記後輪操舵手段２２による後輪６Ｌ、６Ｒの操舵を制
御する制御手段２４と、 上記電動機３２に電力を供給する電源の電圧を検出する
電源電圧検出手段９０と、 上記制御手段２４に設けられた、上記電源電圧検出手段
９０によって検出された電源電圧が正常状態から低下し
た場合電源電圧が正常である場合に比して上記電動機３
２による後輪６Ｌ、６Ｒの操舵を規制する規制部２４ａ
とを備えて成ることを特徴とする。

上記電動機による後輪の操舵を規制するとは、大電力の
消費を回避すべく操舵を制限することを意味し、例えば
操舵角を減少させたり、操舵領域を減少させたり、（例
えば車速が所定値以下の場合は操舵しない）する等が該
当する。

（作　　用） 電動機の電源であるバッテリの電圧が低下した場合、例
えば直ちに後輪操舵を中止するようにすれば、バッテリ
上りやそれに付随する問題も生じないし、また適正な後
輪操舵が行なわれず、その結果後輪が予期しない操舵状
態となり著るしく操縦性が低下する場合が生じ得る等の
問題も生じない反面、その後輪操舵中止時点から４輪操
舵のメリットも全く享受することができなくなる。

しかるに、本発明ではバッテリ電圧が低下した場合には
後輪操舵を中止するのではなく、規制するようにしてい
る。

この様に電圧低下に応じて後輪操舵を規制すれば、後輪
操舵による大電力の消費は回避でき、その結果バッテリ
電圧の低下時に後輪操舵を行なってもバッテリ上り及び
それに関連する不都合を回避できる。

また、規制はされていても後輪はその規制の範囲内では
操舵されるので、限られた範囲内ではあるが依然として
４輪操舵のメリットを享受できる。

かつ、後輪操舵は規制されているのでその後輪操舵に大
電力は不要であり、従ってその後輪操舵は規制された範
囲内で特性通りの適正な制御が行なわれ、予期しない後
輪操舵状態の発生を防止できる。

（実　施　例） 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細
に説明する。

第２図は本発明の一実施例を備えた４輪操舵装置の一例
を示す概略図である。

第２図に図示の４輪操舵装置は、左右の前輪２Ｌ、２Ｒ
を操舵する前輪操舵装置４と左右の後輪６Ｌ、６Ｒを操
舵する後輪操舵装置８とを備えて成る。

前輪操舵装置４は、車幅方向に延設され、両端部が左右
１対のタイロッドＩＯＬ、ＩＯＲおよびナックルアーム
Ｌ２Ｌ、　１２Ｒを介して左右１対の前輪２Ｌ、２Ｈに
連結された前輪操舵軸１４と、該操舵軸１４上に形成さ
れたラック歯（図示せず）に噛合するピニオン１６が一
端部に設けられると共に他端部にステアリングホイール
１８が設けられたステアリングシャフト２０とから成り
、ステアリングホイール１Ｂのハンドル操作により、前
輪操舵軸１４を車幅方向に変位させて前輪２Ｌ、２Ｒを
操舵するように構成されている。

後輪操舵装置８は、後輪６Ｌ、６Ｒを操舵する後輪操舵
手段２２と、該後輪操舵手段２２を制御する制御手段２
４と、車速検出手段２Ｂや前輪舵角検出手段２８等の上
記後輪操舵手段制御用の各種の情報を上記制御手段２４
に入力する情報入力手段群と、以下に述べる電動機３２
の電源であるバッテリ８８の電圧を検出するバッテリ電
圧検出手段９０とで構成されている。

上記後輪操舵手段２２は、後輪操舵軸３０と電動機であ
るサーボモータ３２とを備えて成る。

上記後輪操舵軸３０は、車幅方向に延設され、両端部が
左右１対のタイロッド３４Ｌ、　３４Ｒおよびナックル
アーム３ｆｉＬ、　３６Ｒを介して左右１対の後輪６Ｌ
、６Ｒに連結され、該後輪操舵軸３０の車幅方向のスト
ローク変位により後輪６Ｌ、６Ｒが操舵される。また、
この後輪操舵軸３０には、該軸３０を中立位置に復帰さ
せるべく付勢する中立位置復帰手段であるセンタリング
バネ手段３８が設けられている。

上記後輪操舵軸３０の軸線方向のストローク変位は上記
サーボモータ３２によって行なわれる。即ち、上記サー
ボモータ３２は、ステップモータから成り、ブレーキ手
段４０．クラッチ手段４２および減速歯車４４から成る
駆動力伝達系を介してポールスクリュ手段４６に回転を
伝達し、該ポールスクリュ手段４６を介して上記センタ
リングバネ手段３８の付勢力に抗して後輪操舵軸３０を
中立位置から駆動する、即ちストローク変位させるよう
に構成されている。

上記ブレーキ手段４０は、上記サーボモータ３２と後輪
操舵軸３０との間の駆動力伝達系をロックして後輪操舵
軸３０を所定の変位状態に保持するものである。即ち、
定常操舵時（目標後輪舵角が変化しないとき）には後輪
操舵軸３０を所定の変位状態に保持する必要があるが、
それをサーボモータ３２１；よるサーボロックではなく
このブレーキ手段４０によって行なうことにより消費電
力の節約を図ろうとするものである。本実施例における
ブレーキ手段４０は、サーボモータの出力軸をロックす
る電磁ブレーキにより構成されている。

上記クラッチ手段４２は、所定の異常発生時サーボモー
タ３２と後輪操舵軸３０との間の駆動力伝達系を切断し
て後輪操舵軸３０をフリーとし、もって該操舵軸３０を
上記センタリングバネ手段３８により中立位置に復帰さ
せて２ＷＳ状態とし、いわゆるフェイルセーフを図ろう
とするものである。

本実施例におけるクラッチ手段４２は、直列に配設され
たノーマルオーブン（無通電時切断）型電磁クラッチ４
２Ａとノーマルクローズ（無通電時接続）型電磁クラッ
チ４２Ｂとで構成されている。

なお、この様にクラッチ手段４２を直列に配設されたノ
ーマルオーブン型電磁クラッチ４２Ａとノーマルクロー
ズ型電磁クラッチ４２Ｂとの２個のクラッチにより構成
したのは、切断信頼性の向上と消費電力の節約を図るた
めである。

即ち、まずクラッチを２個直列に設けることにより、一
方のクラッチが焼付等により切断不能となっても他方の
クラッチで駆動力伝達系を切断することができ、切断信
頼′性の大幅な向上が図られる。また、２個直列に設け
るにあたって例えば２個共ノーマルオープン型とすると
、平常時（非異常発生時）双方に通電しなければならず
消費電力が倍になる。これに対し、２個共ノーマルクロ
ーズ型にすると消費電力の問題はなくなるが、例えばク
ラッチ電源がフェイルした場合等に切断不能となる。よ
って、一方をノーマルクローズ型とすることにより消費
電力の節約を図りつつ他方をノーマルオーブン型とする
ことにより電源フェイル時等における切断信頼性の向上
を図ることができる。

上記ポールスクリュ手段４６は、ポールナツト４８と、
操舵軸３０に刻設されたポールネジ５０と、両者４８．
５０の間に介在せしめられたボール５２とから成り、上
記ポールナツト４８は上記減速歯車４４と噛合する歯車
５４に固着されて該歯車５４と一体的に回転すると共に
操舵軸３０の軸線方向は変位不能とされ、もって上記サ
ーボモータ３２によりこのポールナツト４８が回転せし
められるとそれに応じて操舵軸３０が軸線方向にストロ
ーク変位せしめられる。

上記センタリングバネ手段３８は、操舵軸３０に所定間
隔を置いて設けられた１対のストッパ５６．５８と、操
舵軸３０に遊嵌されて両ストッパ５８．５８内に配設さ
れ、該両ストッパ５６．５８によって拡開方向の移動を
規制された１対のバネ受け６０．８２と、両バネ受け８
０．６２間に圧縮状態で配設されたセンタリングバネ６
４と、上記両バネ受け６０．８２が上記両ストッパ５６
．５８に当接している状態において該ストッパ５６．５
８と同様に両バネ受け８０．８２の拡開方向の移動を規
制すべく該両バネ受け６０．８２に当接するケーシング
側ストッパ部ｅｅ、ｅｓとを備えて成り、センタリング
バネ６４の圧縮荷重（プリセット荷重）により操舵軸３
０は常に中立位置に向けて付勢されている。

上記サーボモータ３２による後輪操舵は、制御手段２４
内の制御部２４ｂによって制御される。該制御部２４ｂ
による後輪操舵の基本制御はいわゆる車速感応型制御で
あり、車速と前輪舵角とを制御パラメータとし、前輪操
舵に応じて後輪を操舵すると共にその際の操舵比（後輪
舵角／前輪舵角）を車速に応じて変更するものである。

車速に応じた操舵比の変更の一例としては第３図に示す
ような場合がある。同図に示す制御特性を付与したとき
には、前輪舵角に対する後輪舵角は、車速が大きくなる
に従って同位相方向へ変化する、例えば車速４（ｌｌ！
ｎ／　ｈを境にして逆位相から同位相へ変化することと
なり、このようすを第４図に示す。なお、図示の制御特
性においては、車速が４０ＫＩｎ／　ｈ未満の逆位相操
舵領域に前輪舵角が所定値θ１になるまでは後輪を操舵
しない不感帯が設けられている。

このような後輪操舵制御をなすべく、上記制御部２４ｂ
には、前記車速検出手段２６、前輪舵角検出手段２８お
よび上記サーボモータ３２の回転位置を検出するロータ
リエンコーダ７２からの信号が入力され、制御部２４ｂ
では、前輪舵角と車速とに基づいて目標後輪舵角を演算
し、必要とする後輪舵角に対応する制御信号がサーボモ
ータ３２に出力される。

そして、サーボモータ３２の作動が適正になされている
か否かをロータリエンコーダ７２によって常時監視しつ
つ、つまりフィードバック制御の下で後輪の６Ｌ、６Ｒ
の操舵がなされるようになっている。

上記制御部２４ｂは、上記サーボモータ３２の外に、上
記ブレーキ手段４０およびクラッチ手段４２の作動制御
も行なう。ブレーキ手段４０の制御は、上述の如く定常
操舵時サーボモータの出力軸をロックして後輪操舵軸３
０を所定の変位状態に保持すべく行なわれ、クラッチ手
段４２の制御は上述の如く所定の異常発生時切断状態と
して後輪操舵軸３０をセンタリングバネ手段３８により
中立位置に復帰させフェイルセーフを図るべく行なわれ
る。

なお、上記制御手段２４には、ニュートラルクラッチス
イッチ７６、インヒビタースイッチ７８、ブレーキスイ
ッチ８０および゛エンジンスイッチ８２からのＯＮ・Ｏ
ＦＦ信号やオルタネータのし端子８４からの発電の有無
を示す信号が入力されるように構成されている。８６は
異常発生時に点灯せしめられる警告ランプである。

上記制御手段２４には、上記第３図および第４図に示す
基本制御特性に従って後輪操舵の制御を行なう上記制御
部２４ｂと共に規制部２４ａが設けられている。該規制
部２４ａは、上記バッテリ電圧が正常状態から低下した
場合バッテリ電圧が正常である場合に比して上記サーボ
モータ３２による後輪の操舵を規制するものである。

上記バッテリ電圧の正常とは、上記第３図および第４図
に示す基本制御特性に従って後輪操舵の制御を行なって
も特に支障が生じない電圧状態をいい、例えば１２Ｖの
バッテリの場合例えばＩＯＶ以上が正常ということがで
きる。

上記バッテリ電圧が正常である場合の後輪操舵は上記基
本制御特性に従って行なわれるものであり、従って上記
バッテリ電圧が正常である場合に比してサーボモータ３
２による後輪の操舵を規制するとは、上記基本制御特性
に基づく操舵に、比して規制するということである。

また、操舵を規制するとは、前述の如く後輪操舵による
大電力の消費を回避すべく後輪操舵を制限する、つまり
大電力を消費するような操舵は止める方向に制限すると
いう意味である。

規制の態様としては種々のものが考えられるが、例えば
操舵角を減少させたり操舵領域を減少させる態様を採用
することができる。

操舵角を減少させるにあたっては、例えば第５図に示す
様な、バッテリ電圧によって１から０までの間で変化す
る特性を有する係数ｆ　（Ｖ）を設定し、下式によって
定まる目標後輪舵角θＲＴに従って後輪を制御するよう
にすれば良い。ただし、下式におけるθＲＴＮは上記基
本制御特性に基づく基本目標後輪舵角である。

θＲＴ−ｆ　（Ｖ）ＸθＲＴＮ この制御によれば、バッテリ電圧が低下してそれが８Ｖ
〜ＩＯＶの間にある場合、その電圧に応じて定まるｆ　
（Ｖ）によって目標後輪舵角が減少せしめられ、かつバ
ッテリ電圧が８Ｖ以下になったら後輪操舵は中止され、
２ＷＳ状態となる。後輪舵角を小さくすれば、上記セン
タリングバネ６４を撓まず量も小さくなり、その分消費
電力の減少を図ることができる。

上記操舵領域を減少させる態様としては、所定電圧以下
となった場合、低車速時における後輪操舵を禁止するも
のや前輪舵角が所定値以上の場合後輪舵角を減少させる
態様を挙げることができる。

前者の態様の具体例としては、例えば車速が４０ＫＩｎ
／ｈ以下の逆位相操舵領域における後輪操舵を禁止した
りあるいは車速が１１ｈ／ｈ以下における後輪操舵を禁
止することが考えられる。低車速時における後輪操舵は
路面抵抗が大きく、特に車速が１　／ｌａ／ｈ以下にお
ける後輪操舵は停車中の据切りまたはそれに近い状態で
あるので極めて路面抵抗が大きく、従ってその様な場合
の後輪操舵を禁止することによって大電力の消費を回避
することができる。

後者の態様の具体例としては、例えば所定電圧以下とな
った場合、制御特性を第６図に示す様に変更することが
考えられる。第６図に示す特性は、前輪舵角θＦが所定
値θ２以下の場合には上記基本制御特性通りに後輪を操
舵すると共に前輪舵角θ、が所定値θ２を越えたらそれ
以降は後輪舵角θ８を大きくしないようにするものであ
る。なお、図中破線は変更前の特性を示す。前輪小舵角
時の後輪操舵は４ＷＳのメリットを大いに発揮するもの
であり、従ってその領域では基本制御特性通りに後輪を
操舵すると共にそれ以降は後輪の大舵角操舵を禁止する
ことにより、４ＷＳのメリットをあまり損なうことなく
大電力の消費を回避することができる。

なお、バッテリ電圧が低下し所定の回転速度が得られな
くなると消費電流が増加し、その結果モータの電流制限
が働く場合がある。この電流制限はモータの保護１回路
の保護のためのもので、モータに流すことのできる上限
の電流値を規制するものであり、負荷が異常に大きくな
った場合にも働くことがある。

上記電流制限が働くと、制限値（上限）の電流で後輪を
目標舵角まで操舵することになるが、電流制限が働いて
いるということは本来それ以上の出力トルク、回転速度
が要求されているということであり、従って後輪の操舵
は追従遅れになっていることになる。この後輪の追従遅
れは、一方向のみの操舵であれば問題はないが、中立付
近において切り返しをくり返すと同相制御しなければな
らないところで逆相になってしまう可能性が生じる。よ
って、その様な可能性を回避するため、電流制限が働い
た時にはそれ以上後輪を操舵しないようにするのが良い
。

（発明の効果） 本発明に係る車両の後輪操舵装置は、上記の如く、電動
機の電源であるバッテリの電圧が低下した場合には後輪
の操舵をバッテリ電圧が正常時の操舵に比して規制する
ように構成されているので、該操舵の規制によって大電
力の消費を回避でき、それによってバッテリ上りを回避
できる。また、規制範囲内では後輪の操舵が行なわれる
ので依然として４ＷＳのメリットを享受でき、かつ規制
範囲内の操舵では大電力を必要としないので、規制され
た範囲内で特性通りの制御が可能となり、予期しない後
輪操舵状態の発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概要を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を備えた４輪操舵装置の一例を示す概略図
、 第３図および第４図は第２図に示す実施例の基本的な後
輪操舵制御特性の一例を示す図、第５図は操舵角を減少
させる場合に使用する係数ｆ　（Ｖ）の−例を示す図、 第６図は操舵領域を減少させた制御特性の一例を示す図
である。 ６Ｌ、６Ｒ・・・後輪　　　２２・・・後輪操舵手段２
４・・・制御手段　　　　　２４ａ・・・規制部３２・
・・電動機　　　　　　９０・・・電源電圧検出手段第 団

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電動機によって後輪を操舵する後輪操舵手段と、上記後
   輪操舵手段による後輪の操舵を制御する制御手段と、 上記電動機に電力を供給する電源の電圧を検出する電源
   電圧検出手段と、 上記制御手段に設けられた、上記電源電圧検出手段によ
   って検出された電源電圧が正常状態から低下した場合電
   源電圧が正常である場合に比して上記電動機による後輪
   の操舵を規制する規制部とを備えて成ることを特徴とす
   る車両の後輪操舵装置。