JPH06115444A - 電動式４輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、特に後輪操舵用にブラシレスモー
タを使用した場合、このモータの磁極センサ異常検知時
に確実に停止制御できるようにした電動式４輪操舵装置
を提供することを目的とする。 【構成】後輪操舵の方向信号ａ並びにブラシレスモータ
の磁極センサの各相の信号のｂ〜ｄに基づいて相切替え
回路32でモータ駆動用ブリッジのＦＥＴオン信号を出力
する。信号ｂ〜ｄはセンサ異常検出回路33に供給し、セ
ンサ異常検出時にセンサ異常検知保持回路35を制御して
その /Ｑ出力をローレベルに反転し、この状態が保持さ
れるようにする。そして、相切替え回路32からのオン信
号の供給されるモータ停止回路36の出力を禁止し、ゲー
ト駆動回路31からの出力を禁止してブラシレスモータを
停止設定させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特に後輪操舵の駆動
源としてブラシレスモータを使用した電動式４輪操舵装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の４輪操舵装置にあっては、前輪を
操舵するステアリングの操作状況並びに車速に基づいて
後輪の操舵角を求め、油圧等を用いた後輪操舵アクチュ
エータによって後輪を操舵している。この場合、後輪操
舵角は電子的な制御回路によって求められるもので、こ
の様な制御回路からの指令に対応して後輪が円滑に操舵
制御されるように、例えば特開昭６１−１４６６８１号
公報に示されるように、直流電動モータを後輪操舵の駆
動源として用いることが提案されている。

【０００３】４輪操舵における後輪操舵装置は、車両の
安定走行制御上で非常に重要な保安部であるため、この
後輪操舵装置の駆動源として使用される電動モータにお
いても、充分な信頼性が要求される。この様な目的のた
めに、ブラシを持たない構造のブラシレスモータを後輪
操舵機構の駆動源として使用することが考えられる。こ
の様なブラシレスモータにあっては、その回転子の位置
を検出するために磁極センサが設けられているもので、
この磁極センサからの検出信号に基づいて、このブラシ
レスモータの回転角制御が可能とされ、後輪操舵角の制
御を高精度に実行できるようになる。

【０００４】しかし、この様なブラシレスモータにおい
てその磁極センサが故障した場合を考えると、回転子の
位置に対応した正規の固定子巻線に対して通電制御する
ことができなくなる。このため、回転子はトルクを失っ
て停止するようになるが、実際にはモータに対する負荷
の状態や回転子の速度によっては、その慣性によって回
転子は即刻停止せず、しばらくその回転が継続されるよ
うになる。そして、その回転の継続に伴って正常な磁極
センサからの検出信号が検出されるようになって、磁極
センサに故障が生じたにもかかわらずブラシレスモータ
が停止制御されず、後輪操舵の信頼性に問題を生ずる。

【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、後輪操舵の駆動源としてブ
ラシレスモータが効果的に使用できるようにするもので
あり、この場合このブラシレスモータの磁極センサに障
害が発生したような場合に、このブラシレスモータが速
やかに且つ確実に停止制御することができて、後輪操舵
の信頼性が確実に確保されるようにした電動式４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】この発明に係る電動式４
輪操舵装置は、各磁極に対応して磁極センサが設定され
たブラシレスモータによって後輪操舵アクチュエータを
駆動するもので、このモータは複数のスイッチング素子
をブリッジ接続して構成したモータ駆動回路によって制
御されるようにする。このモータ駆動回路のブリッジを
構成する各スイッチング素子に対するオン信号を、磁極
センサそれぞれからの検出信号さらに後輪操舵の方向信
号に基づいてブリッジ制御信号発生手段で発生し、前記
オン信号を前記複数のスイッチング素子それぞれにゲー
ト信号を結合する複数のゲート駆動回路に供給する。ま
た、前記磁極センサそれぞれからの検出信号を監視し、
これら磁極センサのいずれかが異常であることを検出す
ると共に、センサ異常検知保持手段でこの異常検出信号
を保持し、モータ停止制御手段においてセンサ異常検知
保持手段の出力によって前記複数のゲート駆動回路から
の出力を禁止するようにしている。

【０００７】

【作用】この様に構成される電動式４輪操舵装置によれ
ば、前輪の操舵角および車両走行速度に基づいて後輪操
舵角目標が求められ、この操舵角目標に基づいてモータ
駆動回路を構成するブリッジのスイッチング素子が制御
されて、後輪操舵用のブラシレスモータが駆動され、後
輪が操舵目標に対応して舵角制御される。この場合、後
輪操舵用のブラシレスモータの磁極センサの状況が常に
監視されているもので、磁極センサのいずれかに異常が
検出されると、その異常検出状態がセンサ異常検知保持
回路において保持されるようになり、このセンサ異常検
知保持回路の出力によってブリッジの各スイッチング素
子に対応するゲート駆動回路の出力が禁止される。した
がって、以後モータが慣性等によって回転が継続され
て、正常な磁極センサからの検出信号が検知されても、
ブラシレスモータの停止制御状態は保持され、後輪操舵
角が安全な中立位置に設定されるように制御することが
可能とされ、４輪操舵の信頼性が確保されるようにな
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４輪操舵装置のシステム構成を示すも
ので、ステアリング11で前輪12が操舵されるようにする
と共に、後輪13は後輪操舵アクチュエータ14によって操
舵され、この後輪操舵アクチュエータ14はブラシレスモ
ー15により駆動されるようにしている。このブラシレス
モータ15には、その回転子の位置を検出する磁極センサ
16が設けられ、この磁極センサ16からの検出信号は、マ
イクロコンピュータ等を含み構成された制御装置17に入
力される。

【０００９】ステアリング11には、その操舵角を検出す
る操舵角センサ18を設け、また後輪操舵アクチュエータ
14には、後輪操舵角を検出する後輪舵角センサ19が設け
られる。また、この車両の走行速度を検出する車速セン
サ20と共に、前輪12の回転速度を検出している車輪速セ
ンサ21が設けられ、これらセンサ18〜21それぞれからの
検出信号も制御装置17に入力される。

【００１０】制御装置17においては、入力される各種セ
ンサ類、特に操舵角センサ18および車速センサ20からの
検出信号に基づいて後輪目標操舵角を演算し、この目標
操舵角に対応してブラシレスモータ15を制御するもの
で、このモータ15の回転状態は磁極センサ16で検出さ
れ、また後輪操舵角は後輪舵角センサ19において監視さ
れて、後輪13が目標操舵角に操舵制御されるようにして
いる。

【００１１】図２および図３は、それぞれ制御装置17で
構成されるブラシレスモータ15の制御回路171 およびモ
ータ駆動回路172 を示すもので、モータ駆動回路172 は
電界効果型トランジスタＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 によって構
成された３相ブリッジを含み構成される。そして制御回
路171 においては、この３相ブリッジを構成するトラン
ジスタＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 それぞれに対応するゲート信
号を出力するゲート信号出力回路311 〜316 からなるゲ
ート駆動回路31を備える。

【００１２】この制御回路171 には、後輪13の操舵方向
を示す方向信号ａと共に、磁極センサ16からのＭＰＵ相
信号ｂ、ＭＰＶ相信号ｃ、ＭＰＷ相信号ｄが入力され、
これらの信号は相切替え回路32に供給される。方向信号
ａは、制御装置17を構成するＣＰＵにおいて算出される
後輪操舵目標に対応して得られるもので、このＣＰＵか
らはさらにラッチ回路クリア信号ｅ、および操舵角を指
令するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）がこの制御回路
171 に入力される。

【００１３】相切替え回路32は、方向信号ａおよび磁極
センサ16からの検出信号ｂ〜ｄの４つの信号に基づき、
ブラシレスモータ駆動回路172 の３相ブリッジを構成す
る６つの電界効果型トランジスタＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 を
駆動する信号を生成する。ここで、実施例では３相ブリ
ッジを６つの電界効果型トランジスタによって構成した
が、これはバイポーラトランジスタ等の他のスイッチン
グ素子によって構成することもできる。

【００１４】磁極センサ16からの検出信号ｂ〜ｄは、そ
れぞれさらにセンサ異常検出回路33に供給され、このセ
ンサ異常検出回路33からの異常検出信号は、インバータ
34で反転してセンサ異常検知保持回路35に供給する。こ
のセンサ異常検知保持回路35は、Ｊ−Ｋフリップフロッ
プによって構成されるもので、その /ＣＫ（但し、 /は
反転論理を示す）端子にインバータからの出力が入力さ
れる。このＪ−Ｋフリップフロップの負論理出力 /Ｑは
Ｊ、Ｋ入力に供給され、 /ＣＲ端子にはラッチ回路クリ
ア信号ｅが入力される。

【００１５】相切替え回路32からのトランジスタＦＥＴ
1 、ＦＥＴ3 、ＦＥＴ5 にそれぞれ対応するオン信号
は、モータ停止回路36を構成するアンド回路361 、363
、365にそれぞれ供給し、またトランジスタＦＥＴ2 、
ＦＥＴ4 、ＦＥＴ6 にそれぞれ対応するオン信号は、Ｐ
ＷＭ信号回路37を構成するアンド回路372 、374 、376
にそれぞれ供給する。そして、このアンド回路372 、37
4 、376 それぞれからの出力を、モータ停止回路36のア
ンド回路362 、364 、366 に供給するもので、このモー
タ停止回路36を構成するアンド回路361 〜366 それぞれ
からの出力を、ゲート信号出力回路311 〜316 に供給す
る。

【００１６】モータ停止回路36を構成するアンド回路36
1 〜366 には、それぞれセンサ異常検知保持回路35を構
成するＪ−Ｋフリップフロップの /Ｑ出力をゲート信号
として供給してリセット状態でゲート信号が与えられら
れるようにし、セットされたときには /Ｑがローレベル
となってアンド回路361 〜366 それぞれからの出力が禁
止されるようにする。

【００１７】また、ＰＷＭ信号回路37を構成するアンド
回路372 、374 、376 にはそれぞれＰＷＭ信号を供給
し、トランジスタＦＥＴ2 、ＦＥＴ4 、ＦＥＴ6 のそれ
ぞれのオン信号のハイレベルのときに、対応するゲート
信号出力回路312 、314 、316にＰＷＭ信号が供給され
るようにする。

【００１８】このゲート信号出力回路311 〜316 それぞ
れからの出力信号は、図３で示すようにそれぞれ３相ブ
リッジを構成するトランジスタＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 のそ
れぞれに供給されるもので、トランジスタＦＥＴ1 、Ｆ
ＥＴ3 、ＦＥＴ5 はそれぞれゲート出力回路311 、313
、315 からのオン信号１、３、５によりオンされる。
またトランジスタＦＥＴ2 、ＦＥＴ4 、ＦＥＴ6 は、そ
れぞれゲート信号出力回路312 、314 、316 からのＰＷ
Ｍ信号２、４、６によってオン・オフされる。

【００１９】この様に制御される３相ブリッジの入力端
には、バッテリ電源22が接続され、出力端間に３相ブラ
シレスモータ15が接続されるもので、このブラシレスモ
ータ15が相切替え回路32からの出力に基づいて回転駆動
され、後輪13が操舵されるようになる。

【００２０】図４は方向信号ａおよび磁極センサ16から
の検出信号ｂ〜ｄそれぞれの信号パターンに対するトラ
ンジスタＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 の駆動パターンを示してい
る。すなわち、相切替え回路32に対する入力ａ〜ｄの信
号パターンに対して、この図で示す組み合わせによって
トランジスタＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 を駆動することによ
り、ブラシレスモータ15が安定して回転制御される。

【００２１】図５は相切替え回路32の具体的なロジック
を示し、図６はセンサ異常検出回路33のロジックを示す
もので、磁極センサ16のＭＰＵ相信号、ＭＰＶ相信号、
ＭＰＷ相信号の全てがハイレベルとされた状態で異常信
号が出力され、また全てのセンサ信号がローレベルとさ
れた状態でセンサ異常信号が出力されるようになってい
る。

【００２２】ここで、センサの断線等によって磁極セン
サ16の出力が異常とされるときのトランジスタＦＥＴ1
〜ＦＥＴ6 の駆動パターンとブラシレスモータ15の動き
について説明する。図７はブラシレスモータ15の正回転
時において磁極センサ16のＭＰＶ相が異常となった場合
を示しているもので、ＭＰＶ相からの検出信号は常に
“０”を出力している例を示している。

【００２３】この例において、ＦＥＴ駆動モードの１お
よび２までは、ＭＰＵ相およびＭＰＷ相からの出力が存
在して正常時と同じであるが、モード３においてＭＰＶ
相出力が存在しないため、トランジスタＦＥＴ1 はオン
状態が継続され、またトランジスタＦＥＴ3 はオフ状態
が継続されている。したがって、ブラシレスモータ15の
回転子（永久磁石）の位置に対して適正な固定子コイル
が励磁されないものであり、このためこのモータ15の発
生トルクは減少するようになる。

【００２４】次のモード４においては、磁極センサ16の
全ての相が“０”となり、この様な組み合わせに対する
ブリッジの駆動パターンが存在しないため、全てのトラ
ンジスタＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 がオフとされる。したがっ
て、モータ15の発生トルクは“０”となり、モータ15は
停止する方向に制御される。

【００２５】しかし、このブラシレスモータ15の回転速
度が大きい時やモータ15外部からの回転を付勢する負荷
等が存在する場合、このモータ15の発生トルクが“０”
であるにもかかわらず、慣性によって回転を継続するよ
うになって、オーバランの状態となり、次のモード５に
移行する。

【００２６】このモード５においては、正常時のオンす
べきトランジスタＦＥＴ2 はオフのままであり、オフで
あるべきトランジスタＦＥＴ4 がオンしてしまうので、
モード３と同様に適正な励磁状態ではないが、モータ15
にトルクが発生する。そして回転子が回転して次のモー
ド６に移行すると、磁極センサ16の検出信号が正常なパ
ターンとなって、ブラシレスモータ15において正規なト
ルクが発生し、回転を続けるようになる。

【００２７】この様なトルク変動を伴ったブラシレスモ
ータ15の回転は、車両に対して異常な音や振動を発生さ
せ、また負荷の状態によってはトルク“０”において回
転子外力によって逆回転させられ、正常な駆動モードと
されたときにまた正転されるようになり、この間に往復
振動を発生させるようになる問題を有する。

【００２８】これに対して実施例においては、駆動モー
ド４の時に磁極センサ16の全ての相の検出信号が“０”
となるものであるため、センサ異常検出回路33において
異常が検出され、このセンサ異常検出回路33からの出力
がハイレベルに設定され、インバータ34で反転されて、
センサ異常検知保持回路35のＪ−Ｋフリップフロップの
/ＣＫにクロックが入力される。そして、このＪ−Ｋフ
リップフロップの /Ｑ出力がローレベルに保持されて、
アンド回路361 〜366 からの出力が禁止され、モータ駆
動回路172 のＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 が全てオフされて、ブ
ラシレスモータ15が停止制御され、この状態が保持され
るようになる。

【００２９】この様な構成とした場合、電源の投入され
た直後においてはＪ−ＫフリップフロップのＱおよび /
Ｑの出力は不定である。したがって制御装置17における
４輪操舵のイニシャルチェックルーチンにおいてラッチ
回路クリア信号ｅを出力し、Ｊ−Ｋフリップフロップを
クリア状態に設定しておく。このクリア信号ｅの入力後
は /Ｑの出力はハイレベルに確定され、モータ停止回路
36の全てのアンド回路361 〜366 にゲート信号が供給さ
れるものであるため、ブラシレスモータ15は駆動可能と
される。

【００３０】そして、このブラシレスモータ15の磁極セ
ンサ16が異常となり、その全ての相の出力がハイレベル
もしくはローレベルとなる状態が検出されると、センサ
異常検出回路33からセンサ異常信号が出力され、反転さ
れてＪ−Ｋフリップフロップに供給されてる。そして、
この信号の立下がりエッジでＪ−Ｋフリップフロップの
Ｑおよび /Ｑ出力が反転され、モータ停止制御がされ
る。

【００３１】その後、センサ異常検出回路33の出力がロ
ーレベルとなっても、 /ＣＫの立上がりエッジではＱお
よび /Ｑは反転しないものであり、またこの状態で /Ｃ
Ｋに再び立下がりエッジが入力される状態となっても、
ＪおよびＫ入力がローレベルとなっているものであるた
め、やはりＱおよび /Ｑは変化しない。

【００３２】したがって、ブラシレスモータ15の磁極セ
ンサ16において１度目に異常が検出された後は、センサ
異常検知保持回路35の出力がローレベルのまま保持さ
れ、したがってブラシレスモータ15の回転子が、センサ
異常検出後においてオーバランし、相切り替え回路32に
おいて正規なＦＥＴ駆動パターンを出力しても、モータ
駆動回路172 のブリッジを構成するトランジスタは全て
オフ状態に保持され、ブラシレスモータ15に対する通電
が停止されてモータトルクが“０”となって、ブラシレ
スモータ15の回転は停止される。この状態では、例えば
後輪操舵アクチュエータ14内の機構によって、後輪13の
舵角は中立位置に設定保持される。

【００３３】実施例においては、相切り替え回路32、セ
ンサ異常検出回路33、センサ異常検知保持回路35、ＰＷ
Ｍ信号回路37、モータ停止回路36等はハードウエアによ
って構成するように説明したが、これらは例えば８ビッ
トや１ビットマイクロコンピュータ等のＣＰＵのソフト
ウエアによって構成できることはもちろんである。

【００３４】また、実施例においてはセンサの異常検出
時に、３相ブリッジを構成する全てのスイッチング素子
をオフ制御するものとしたが、この場合モータ15からの
コイルインタダクタンスによる回生電流はバッテリ電源
22に還流される。しかし、ケーブルが長いものであるた
め、インダクタンスによってサージ電圧が発生し、ラジ
オノイズの原因となる。また、モータ空転により発生す
る誘起電圧はバッテリ電圧より低いので回生電流は生ぜ
ず、モータ15のオーバラン分がある程度存在するように
なる。

【００３５】この様な問題点を解決するには、３相ブリ
ッジ内において電流を消費させるようにすればよい。具
体的には、３相ブリッジの各アームを構成する上下のト
ランジスタのうち、その一方の３個をオフ設定し、他方
の３個をオンすることにより実現できるもので、例えば
図９で示すように構成すればよい。

【００３６】すなわち、相切替え回路32からのＦＥＴ1
、ＦＥＴ3 、ＦＥＴ5 に対応するオン信号をそれぞれ
オア回路411 、413 、425 を介してゲート信号発生回路
311 、313 、315 に供給すると共に、これらのオア回路
411 、413 、415 にセンサ異常検知保持回路35を構成す
るＪ−ＫフリップフロップのＱ出力を供給する。この様
にすればセンサ異常検出回路33でセンサ異常を検出した
ときに、ブリッジのＦＥＴ1 、ＦＥＴ3 、ＦＥＴ5 の全
てがオンに設定される。そして、図２の例と同様にＪ−
Ｋフリップフロップの /Ｑ出力によってアンド回路362
、364 、366 が制御されるものであるため、ＦＥＴ2
、ＦＥＴ4 、ＦＥＴ6 が全てオフ設定され、このブリ
ッジ内で電流が消費され、モータに短絡制動をかけるこ
とができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る電動式４輪
操舵装置によれば、後輪操舵の駆動源としてブラシレス
モータが使用されるものであり、特にこのブラシレスモ
ータの重要な制御要素である磁極センサに異常が発生し
た場合において、その異常検出と共に確実にモータの停
止制御が行えるものであり、後輪操舵の信頼性が確実に
確保され、円滑な４輪操舵が実行されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る電動式４輪操舵装置
のシステム構成を示す図。

【図２】この装置の制御装置における後輪操舵を行う制
御回路を説明する構成図。

【図３】同じくモータ駆動回路を説明する構成図。

【図４】磁極センサ信号およびＦＥＴ駆動パターンを示
す図。

【図５】相切替え回路の具体例を示す構成図。

【図６】センサ異常検出回路の具体例を示す構成図。

【図７】磁極センサ異常時のＦＥＴ駆動パターンを説明
する図。

【図８】センサ異常検知保持回路の動作を説明する信号
波形図。

【図９】この発明の他の実施例における制御回路部を説
明する構成図。

【符号の説明】

11…ステアリング、12…前輪、13…後輪、14…後輪操舵
アクチュエータ、15…ブラシレスモータ、16…磁極セン
サ、17…制御装置、171 …制御回路、172 …ブラシレス
モータ駆動回路、18…操舵角センサ、19…後輪舵角セン
サ、20…車速センサ、21…車輪速センサ、31…ゲート駆
動回路、32…相切替え回路、33…センサ異常検出回路、
34…インバータ、35…センサ異常検知保持回路、36…モ
ータ停止回路、37…ＰＷＭ信号回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 137:00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 後輪を操舵する後輪操舵アクチュエータ
   を駆動するブラシレスモータと、 このブラシレスモータの各磁極に対応して設定された磁
   極センサと、 複数のスイッチング素子をブリッジ接続して構成され、
   このブリッジの入力端に直流電源が接続されると共に、
   出力端に前記ブラシレスモータが接続されるようにした
   モータ駆動回路と、 前記磁極センサそれぞれからの検出信号さらに後輪操舵
   の方向信号に基づいて前記ブリッジを構成する各スイッ
   チング素子に対するオン信号を出力するブリッジ制御信
   号発生手段と、 この制御信号発生手段からのオン信号がそれぞれ供給さ
   れ、前記複数のスイッチング素子それぞれにゲート信号
   を結合する複数のゲート駆動回路と、 前記磁極センサそれぞれからの検出信号を監視し、これ
   ら磁極センサのいずれかが異常であることを検出するセ
   ンサ異常検出手段と、 このセンサ異常検出手段からの異常検出信号を検知して
   保持するセンサ異常検知保持手段と、 このセンサ異常検知保持手段の出力によって前記複数の
   ゲート駆動回路からの出力を禁止するモータ停止制御手
   段と、 を具備したことを特徴とする電動式４輪操舵装置。