JPH0569835A - 車輌の電動補助操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ４ＷＳシステムの後輪操舵機構が動かなくな
った時に後輪の向きを中央に戻す。駆動に必要なエネル
ギ−を最小限にし装置を小型化する。 【構成】 後輪操舵軸１に、第１の機構を介して主モ−
タＭ１を結合し、第２の機構を介して副モ−タＭ２を結
合する。第１の機構にはウォ−ム９，ウォ−ムホイ−ル
５ｂ，ナット５，ボ−ルねじ５ａ，６，１ａを設け、第
２の機構にはウォ−ム１４，ウォ−ムホイ−ル１１ｂ，
スプライン１１ａ，１ｂを設ける。通常はＭ１を駆動し
ナット５を回転させて操舵軸１を回転させずに左右に移
動させ、故障時にはＭ２を駆動しスプラインを介して操
舵軸１を回転させ、ボ−ルねじにより操舵軸１を左右に
移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車の４輪操
舵（４ＷＳ）装置に使用しうる電動補助操舵装置に関
し、特に故障時の対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車においては、操舵時に前輪と同時
に後輪をも補助的に動かすことによって、前輪のみの操
舵時に比べて走行安定性を改善したり最小回転半経を小
さくした４輪操舵装置が、様々な構成で提案され実用化
されている。この種の４輪操舵装置においては、後輪の
向きを変えるために、機械式，油圧式，又は電動式の後
輪操舵駆動機構が用いられる。これらの駆動方式の中
で、電動式は省燃費の点で有利である。

【０００３】この種の従来技術は、例えば特開昭６１−
８９１７１号公報に開示されている。しかし、電動式の
後輪操舵駆動機構の場合、後輪操舵をしている時に例え
ば電気モ−タが故障して動かなくなると、後輪が操舵さ
れたままの状態で固定される。このような状況では、自
動車の運転は非常に難しい。つまり、自動車が進行方向
に対して左右方向に少し操舵された状態で常時走行する
ことになるので、通常の運転はできない。

【０００４】このような不都合をなくするため、例えば
特開昭６１−２０２９７７号公報においては、電気モ−
タの故障時に後輪の向きを自動的に中央に戻すセンタリ
ングばねを設けている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６１−２０２９
７７号公報のようにセンタリングばねを設ければ、確か
に電気モ−タ等の故障時には後輪の向きが自動的に中央
に戻されるので安全である。しかしながら、センタリン
グばねは、後輪の向きが中央に戻るような力を常時操舵
機構に与えるので、そのような装置では正常時に後輪を
操舵する時であっても、センタリングばねを撓ませるだ
けの力を通常より余計に加えなければ操舵できないの
で、エネルギ−の損失が大きく、大型の電気モ−タを必
要とし、後輪操舵の応答性の低下も避けられない。

【０００６】従って本発明は、車輌の電動補助操舵装置
において、駆動源等に故障が発生した場合に、車輪の向
きを中央に戻すことを可能にするとともに、正常時に操
舵駆動エネルギ−の無駄な消費をなくすることを課題と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願の第１番の発明においては、車輌上に左右方向
への直線移動及びその軸を中心とした回転運動が自在な
状態で支持され、操舵する車輪と係合された操舵軸；該
操舵軸を駆動する主電気駆動手段；前記操舵軸を駆動す
る副電気駆動手段；前記主電気駆動手段及び副電気駆動
手段の一方の駆動軸と前記操舵軸との間に介在され、互
いに係合関係にあるウォ−ム及びウォ−ムホイ−ル、な
らびに該ウォ−ムホイ−ルと結合され前記操舵軸の外周
に配置されたナット及び操舵軸の外側に形成され前記ナ
ットと係合する凹凸を含み、前記主電気駆動手段及び副
電気駆動手段の一方の駆動力を前記操舵軸の左右方向へ
の動きに変換して該操舵軸に伝達する第１の駆動力伝達
機構；及び前記主電気駆動手段及び副電気駆動手段の他
方の駆動軸と前記操舵軸との間に介在され、互いに係合
関係にあるウォ−ム及びウォ−ムホイ−ル、ならびに該
ウォ−ムホイ−ルと前記操舵軸とを回転方向に係合する
スプライン機構を含み、前記主電気駆動手段及び副電気
駆動手段の他方の駆動力を前記操舵軸の回転方向への動
きに変換して該操舵軸に伝達する第２の駆動力伝達機
構；を設ける。

【０００８】また本願の第２番の発明においては、更
に、前記操舵軸の位置もしくは移動を検知する検知手段
を設け、該検知手段が出力する信号に基づいて異常の有
無を識別するとともに、正常時には所定の入力信号に基
づいて前記主電気駆動手段を付勢して副電気駆動手段を
消勢し、異常検出時には、前記主電気駆動手段を消勢し
副電気駆動手段を付勢して操舵軸を所定の位置に動かす
電子制御手段を設ける。更に第３番の発明においては、
前記ウォ−ム及びウォ−ムホイ−ルを駆動軸から操舵軸
への動力伝達を可能とし、操舵軸から駆動軸への動力伝
達を不可能とするようにその逆効率をゼロになるように
構成し、第４番の発明においては前記ウォ−ムを前記駆
動軸に形成し、前記ウォ−ムホイ−ルは前記ナットおよ
びスプライン機構側に形成し、第５番の発明において
は、前記操舵軸により操舵される車輪を車輌の後輪と
し、更に、前輪舵角を測定する測定手段を備え、前記電
子制御手段は前記測定手段の測定量に基づいて後輪の目
標舵角を求め該目標舵角に応じて前記主電気駆動手段を
付勢するように構成し、第６番の発明においては、前記
電子制御手段は、所定時間以内に前記検知手段により検
出した実舵角と前記目標舵角とが一致しない場合、異常
と判断するように構成する。

【０００９】

【作用】本発明においては、操舵軸に第１及び第２の駆
動力伝達機構を介して、主電気駆動手段及び副電気駆動
手段が結合されており、主電気駆動手段及び副電気駆動
手段のいずれを駆動しても、操舵軸を左右方向に動かし
て車輪の向きを変えることができる。つまり、主電気駆
動手段及び副電気駆動手段の一方を利用して後輪を操舵
している時にそれが故障した場合であっても、主電気駆
動手段及び副電気駆動手段の他方を利用して後輪を操舵
し車輪の向きを中央に戻すことが可能である。

【００１０】一例として、主電気駆動手段を第１の駆動
力伝達機構を介して操舵軸に結合し、副電気駆動手段を
第２の駆動力伝達機構を介して操舵軸に結合し、主電気
駆動手段を通常の駆動に利用し副電気駆動手段を異常時
の駆動に利用する場合を想定して説明する。正常時に
は、主電気駆動手段を駆動することにより、第１の駆動
力伝達機構のウォ−ム及びウォ−ムホイ−ルを介して力
がナットに伝達され、該ナットが回転する。このナット
は操舵軸と係合しているが、操舵軸は回転方向には動か
ない。つまり、操舵軸に結合された第２の駆動力伝達機
構においては、回転方向の力はスプライン機構を介し
て、ウォ−ムホイ−ルとウォ−ムとに伝わるが、ウォ−
ムホイ−ルとウォ−ムとの間の減速比が非常に大きいの
で、前者が動こうとしても後者は動かず、結局、操舵軸
は回転しない。このため、ナットが回転すると、それに
係合する操舵軸はその軸方向（左右方向）に直線移動
し、それに結合された車輪（通常は後輪）が操舵され
る。一方、主電気駆動手段を停止した状態で副電気駆動
手段を駆動すると、第２の駆動力伝達機構のウォ−ム，
ウォ−ムホイ−ル，及びスプライン機構を介して、駆動
力が操舵軸を回転する方向に伝達される。その場合、第
１の駆動力伝達機構のウォ−ムとウォ−ムホイ−ルとの
間の減速比が非常に大きいので、操舵軸に係合するナッ
トは回転しない状態に保持される。このため、ナットに
対し回転する操舵軸は、ナットに対し軸方向（左右方
向）に移動して車輪（後輪）を操舵する。

【００１１】第２番の発明においては、操舵軸の位置も
しくは動きを検出することによって、異常発生の有無を
識別し、異常が検出されると、電子制御手段が自動的に
主電気駆動手段と副電気駆動手段とを切換えて、操舵軸
を動かし車輪の向きを中央に戻す。

【００１２】

【実施例】この実施例では、自動車用の４輪操舵システ
ムについて説明する。まず概略を説明すると、この実施
例では、自動車の前輪はドライバのハンドル（ステアリ
ングホイ−ル）操作によって機械的に操舵され、後輪は
前輪の舵角に応じてその舵角が決定される。後輪操舵系
は、電気モ−タにより自動的に駆動される。電気モ−タ
は２つ備わっており、一方は通常の駆動制御に利用さ
れ、他方は故障時の駆動制御に利用される。

【００１３】図１に後輪操舵機構の主要部分を示し、そ
のII−II線断面を図２に示す。主として図１を参照しこ
の機構を説明する。シャフト１は、左端がボ−ルジョイ
ント２Ｌを介して、左後輪の舵角を調整するナックルア
−ム３Ｌと接続され、右端がボ−ルジョイント２Ｒを介
して、右後輪の舵角を調整するナックルア−ム３Ｒと接
続されている。またシャフト１は、車体に固定されたハ
ウジング４の内部に、以下に説明するギア機構を介して
支持されており、電気モ−タＭ１又はＭ２を駆動するこ
とにより、左右方向に移動し、各ナックルア−ム３Ｌ，
３Ｒを動かして左後輪及び右後輪の向きを変える。

【００１４】シャフト１の左側にはウォ−ム１ａが形成
してあり、その外側にナット５が配置されている。ナッ
ト５の内壁には螺旋状に溝５ａが形成してあり、この溝
５ａ内に配置された多数のボ−ル６を介して、ウォ−ム
１ａと溝５ａとが係合し、シャフト１とナット５とが噛
み合っている。つまり、ウォ−ム１ａと溝５ａとボ−ル
６とでボ−ルねじを構成している。ナット５は、ベアリ
ング７及び８を介してハウジングに支持されており、シ
ャフト１の軸を中心として回動自在であり、軸方向には
移動しないように支持されている。またナット５にはウ
ォ−ムホイ−ル５ｂが形成されており、これが電気モ−
タＭ１の駆動軸に連結されたウォ−ム９と噛み合ってい
る。ウォ−ム９とウォ−ムホイ−ル５ｂとで構成される
ウォ−ムギアにおいては、逆効率がゼロになるように、
つまりウォ−ム９の回転駆動によりウォ−ムホイ−ル５
ｂを動かすことはできるが、ウォ−ムホイ−ル５ｂの回
転によりウォ−ム９を動かすことはできないように構成
してある。

【００１５】従って、電気モ−タＭ１を駆動すれば、ウ
ォ−ム９が回動し、その力がウォ−ムホイ−ル５ｂを介
してナット５に伝達され、ナット５が回動する。後述す
るように、電気モ−タＭ１を駆動する時にはシャフト１
は回動しないので、ナット５が回動すると、それに伴な
ってシャフト１が左右方向に移動し、後輪の向きが変わ
る。

【００１６】シャフト１の右側には外スプライン１ｂが
形成してあり、その外側に筒状の回転子１１が配置され
ている。回転子１１の内壁には、外スプライン１ｂと係
合する内スプライン１１ａが形成されており、シャフト
１と回転子１１とは軸方向では相対移動自在であり、回
転方向では両者は常時係合している。回転子１１は、ベ
アリング１２及び１３を介して、ハウジング４に回動自
在に支持されており、軸方向には動かないように支持さ
れている。また回転子１１にはウォ−ムホイ−ル１１ｂ
が形成されており、これが電気モ−タＭ２の駆動軸に連
結されたウォ−ム１４と噛み合っている。ウォ−ム１４
とウォ−ムホイ−ル１１ｂとで構成されるウォ−ムギア
においては、逆効率がゼロになるように、つまりウォ−
ム１４の回転駆動によりウォ−ムホイ−ル１１ｂを動か
すことはできるが、ウォ−ムホイ−ル１１ｂの回転によ
りウォ−ム１４を動かすことはできないように構成して
ある。

【００１７】従って、電気モ−タＭ２を駆動すれば、ウ
ォ−ム１４が回動し、その力がウォ−ムホイ−ル１１ｂ
を介して回転子１１に伝達され、回転子１１が回動す
る。シャフト１は常時回動可能であるので、回転子１１
が回動すると、スプラインを介して力が伝達され、シャ
フト１がその軸を中心として回動する。一方、シャフト
１の左側はボ−ルねじを介してナット５に支持されてい
るので、シャフト１が回動すると、それに伴なってシャ
フト１がその軸方向、つまり左右方向に移動し、後輪の
向きが変わる。

【００１８】つまりこの実施例では、電気モ−タＭ１と
Ｍ２のいずれを駆動してもシャフト１を移動させて後輪
を操舵することができる。この実施例では、電気モ−タ
Ｍ１を通常駆動用の主モ−タとして利用し、電気モ−タ
Ｍ２を故障時駆動用の副モ−タとして利用している。主
モ−タＭ１を駆動する時には、副モ−タＭ２を駆動しな
いので、ウォ−ム１４及びウォ−ムホイ−ル１１ｂは回
動せず、従ってシャフト１も回動せず、シャフト１は軸
方向の移動のみ可能になる。

【００１９】シャフト１の中央部には、後輪の舵角を検
出するための位置センサ（ポテンショメ−タ）ＰＲの検
出部に直結されたボ−ル１５が常時係合しており、シャ
フト１のハウジング４に対する左右方向の相対位置に応
じた電気信号を該センサが出力するようになっている。
また図示しないが、前輪の操舵機構にも舵角を検出する
ためのセンサ（図３のＰＦ：ポテンショメ−タ）が備わ
っている。

【００２０】４輪操舵システムの電気回路の構成を図３
に示す。図３を参照して説明する。前輪舵角センサＰＦ
の出力する電気信号はＡ／Ｄ変換器１０を介して、また
後輪舵角センサＰＲの出力する電気信号はＡ／Ｄ変換器
５０を介して、それぞれ制御装置（マイクロコンピュ−
タを含む制御ユニット）２０に印加される。制御装置２
０は、モ−タドライバ３０を介して電気モ−タ（主モ−
タ）Ｍ１を制御し、モ−タドライバ４０を介して電気モ
−タ（副モ−タ）Ｍ２を制御する。

【００２１】制御装置２０の処理の概略を図４に示す。
図４を参照して説明する。電源がオンすると、ステップ
１１で初期化を実行する。これによって電気モ−タＭ１
及びＭ２は停止状態になる。ステップ１２では、前輪舵
角センサＰＦの出力する電気信号に基づいて、現在の前
輪の舵角を検出する。ステップ１３では、所定の制御理
論に基づいて決定された計算式により、ステップ１２で
検出された前輪の舵角に対応付けられた後輪の目標舵角
を算出する。ステップ１４では、後輪舵角センサＰＲの
出力する電気信号に基づいて、現在の後輪の実舵角を検
出する。ステップ１５では、ステップ１４で検出された
後輪の実舵角がステップ１３で求めた目標舵角と一致す
るか否かを識別する。一致しない時には、ステップ１８
を通ってステップ１７に進む。ステップ１７では、後輪
の実舵角を目標舵角に近づける方向に主モ−タＭ１を駆
動する。後輪の実舵角が目標舵角と一致しない間、ステ
ップ１４，１５，１８及び１７の処理を繰り返す。後輪
の実舵角が目標舵角と一致すると、ステップ１６で主モ
−タＭ１の駆動を停止し、ステップ１２の処理に戻り、
以下同様に処理を繰り返す。

【００２２】主モ−タＭ１の駆動系に故障、例えばモ−
タ内部の断線や配線の接触不良が発生すると、主モ−タ
Ｍ１が動かないので、ステップ１７で主モ−タを駆動し
てもいつまでも実舵角が変化せず、ステップ１８でタイ
ムオ−バになる。このような故障の場合には、ステップ
１９で主モ−タＭ１の駆動を停止し、ステップ２１で後
輪の目標舵角を０（中央）に設定した後、ステップ２２
で後輪の実舵角が目標舵角に近づく方向に副モ−タＭ２
を駆動する。ステップ２３で後輪の実舵角を入力し、ス
テップ２４で目標舵角と実舵角とを比較する。後輪の実
舵角が目標舵角と一致するまで、つまり後輪操舵系の操
舵位置が中央に戻るまで、ステップ２２，２３及び２４
の処理を繰り返す。後輪操舵系の操舵位置が中央に戻る
と、ステップ２４から２５に進み、副モ−タＭ２の駆動
を停止する。

【００２３】なお上記実施例のボ−ルねじに代えて、例
えば台形ねじを用いてもよい。台形ねじを用いる方が装
置の低コスト化の点では効果的である。

【００２４】

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、操舵軸
（１）に第１の駆動力伝達機構（１ａ，６，５ａ，５
ｂ，９）を介して主電気駆動手段（Ｍ１）が結合され、
第２の駆動力伝達機構（１ｂ，１１ａ，１１ｂ，１４）
を介して副電気駆動手段（Ｍ２）が結合されており、主
電気駆動手段及び副電気駆動手段のいずれを駆動して
も、操舵軸を左右方向に動かして車輪の向きを変えるこ
とができる。つまり、主電気駆動手段及び副電気駆動手
段の一方を利用して後輪を操舵している時にそれが故障
した場合であっても、主電気駆動手段及び副電気駆動手
段の他方を利用して後輪を操舵し車輪の向きを中央に戻
すことが可能である。しかも、異常時に操舵位置を中央
に戻すためのばね等を設ける必要がないので、必要最小
限の力で後輪を操舵でき、その結果、電気駆動手段の小
型化や操舵応答性の改善が実現する。更に、操舵機構と
電気駆動手段との間にクラッチ等を介在する必要がない
ので、信頼性が高い。また、ウォ−ムギア機構を介して
各電気駆動手段と操舵機構とを接続しているので、車輪
からの反力が電気駆動手段に直接印加されることがな
く、従って路面からの外乱に対して安定した４輪操舵が
可能であり、保舵中にも余分な電力を必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の後輪操舵機構の主要部分を示す縦断
面図である。

【図２】 図１のII−II線断面図である。

【図３】 実施例のシステムの電気回路を示すブロック
図である。

【図４】 図３の制御装置２０の処理を示すフロ−チャ
−トである。

【符号の説明】

１：シャフト（操舵軸） １ａ：ウォ−ム １
ｂ：外スプライン ２Ｌ，２Ｒ：ボ−ルジョイント ３Ｌ，３Ｒ：ナ
ックルア−ム ４：ハウジング ５：ナット ５
ａ：溝 ５ｂ：ウォ−ムホイ−ル ６：
ボ−ル ７，８：ベアリング ９：ウォ−ム １０，５０：Ａ／Ｄ変換器 １
１：回転子 １１ａ：内スプライン １１ｂ：ウォ−ムホイ−ル １２，１３：ベアリング １
４：ウォ−ム １５：ボ−ル （１ａ，６，５ａ，５ｂ，９：第１の駆動力伝達機構） （１ｂ，１１ａ，１１ｂ，１４：第２の駆動力伝達機
構） ２０：制御装置（電子制御手段） ３０，４０：モ
−タドライバ Ｍ１：電気モ−タ（主電気駆動手段） Ｍ２：電気モ−タ（副電気駆動手段） ＰＦ：前輪舵角センサ ＰＲ：後輪舵角
センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉 山 瑞 穂 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輌上に左右方向への直線移動及びその
   軸を中心とした回転運動が自在な状態で支持され、操舵
   する車輪と係合された操舵軸； 該操舵軸を駆動する主電気駆動手段； 前記操舵軸を駆動する副電気駆動手段；前記主電気駆動
   手段及び副電気駆動手段の一方の駆動軸と前記操舵軸と
   の間に介在され、互いに係合関係にあるウォ−ム及びウ
   ォ−ムホイ−ル、ならびに該ウォ−ムホイ−ルと結合さ
   れ前記操舵軸の外周に配置されたナット及び操舵軸の外
   側に形成され前記ナットと係合する凹凸を含み、前記主
   電気駆動手段及び副電気駆動手段の一方の駆動力を前記
   操舵軸の左右方向への動きに変換して該操舵軸に伝達す
   る第１の駆動力伝達機構；及び前記主電気駆動手段及び
   副電気駆動手段の他方の駆動軸と前記操舵軸との間に介
   在され、互いに係合関係にあるウォ−ム及びウォ−ムホ
   イ−ル、ならびに該ウォ−ムホイ−ルと前記操舵軸とを
   回転方向に係合するスプライン機構を含み、前記主電気
   駆動手段及び副電気駆動手段の他方の駆動力を前記操舵
   軸の回転方向への動きに変換して該操舵軸に伝達する第
   ２の駆動力伝達機構；を備える車輌の電動補助操舵装
   置。
2. 【請求項２】 前記操舵軸の位置もしくは移動を検知す
   る検知手段を含み、該検知手段が出力する信号に基づい
   て異常の有無を識別するとともに、正常時には所定の入
   力信号に基づいて前記主電気駆動手段を付勢して副電気
   駆動手段を消勢し、異常検出時には、前記主電気駆動手
   段を消勢し副電気駆動手段を付勢して操舵軸を所定の位
   置に動かす電子制御手段を備える、前記請求項１記載の
   車輌の電動補助操舵装置。
3. 【請求項３】 前記ウォ−ム及びウォ−ムホイ−ルを駆
   動軸から操舵軸への動力伝達を可能とし、操舵軸から駆
   動軸への動力伝達を不可能とするようにその逆効率をゼ
   ロになるように構成したことを特徴とする、前記請求項
   １記載の車輌の電動補助操舵装置。
4. 【請求項４】 前記ウォ−ムは前記駆動軸に形成され、
   前記ウォ−ムホイ−ルは前記ナットおよびスプライン機
   構側に形成されたことを特徴とする、前記請求項１記載
   の車輌の電動補助操舵装置。
5. 【請求項５】 前記操舵軸により操舵される車輪を車輌
   の後輪とし、更に、前輪舵角を測定する測定手段を備
   え、前記電子制御手段は前記測定手段の測定量に基づい
   て後輪の目標舵角を求め該目標舵角に応じて前記主電気
   駆動手段を付勢することを特徴とする、前記請求項２記
   載の車輌の電動補助操舵装置。
6. 【請求項６】 前記電子制御手段は、所定時間以内に前
   記検知手段により検出した実舵角と前記目標舵角とが一
   致しない場合、異常と判断することを特徴とする、前記
   請求項５記載の車輌の電動補助操舵装置。