JPH06227421A - 車両の前後輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】各制御切替時、両電磁クラッチの切離しチェッ
クを二重に検出する安全性、信頼性の高い前後輪操舵制
御装置を提供する。 【構成】図１は車両の前後輪操舵装置の構成図で、低速
時にパワステ前輪制御、所定車速以上で後輪操舵制御を
行う。前輪制御から後輪制御に切替る際、前輪用電磁ク
ラッチ８の切離しを、回転角センサーと、モーターが回
動される発電により異常を確認するというフェールセー
フを組入れた二重チェックを行う。後輪制御から前輪制
御に切替る場合は、後輪用電磁クラッチ10の切離しを、
モーターの微小駆動による電流で、クラッチ固着があれ
ば負荷のある値となって確認検知される。また同時に後
輪舵角センサーも出力変化を生じ、この信号によっても
異常を検知でき、やはり二重のチェック体制がとれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両の車輪操舵装置に関
し、いわゆる４ＷＳ（四輪ステアリング）と呼ばれる機
構を備える車両のうちで、一つのモーター動力を前輪操
舵（前輪パワーステアリング）と後輪操舵とに切り換え
て使用する操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として、特公平4-63771 号公
報に示される四輪操舵装置がある。これは上記装置の基
本構造を発明したものであり、車両の低速走行時、前輪
操舵に合わせて動力を前輪操舵機構にクラッチでつなげ
て操舵援用装置（前輪パワーステアリング）として用
い、中高速走行時には動力を後輪操舵機構に別のクラッ
チでつなげて前輪操舵に対応させて後輪操舵を行い、車
両の走行性能を向上させようとするものである。この装
置の制御を行うために車速センサー、操舵角センサー、
トルクセンサー、後輪舵角センサー、及びモーターの回
転角センサーが備付けられた構造となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記装
置は動力伝達機構であるクラッチの異常時に対する対策
がなく、例えばクラッチの焼付け固着などが生じた場合
の検出は行われていない。

【０００４】従って本発明の目的は、本システムにおい
てフェールセーフを考慮した安全性の高いシステム動作
を有する装置を提供することにある。その中でも特に電
磁クラッチの切離し監視の信頼性を高めることを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明の構成は、一つのモーターと前輪用電磁クラッ
チと後輪用電磁クラッチとを有して前輪操舵機構と後輪
操舵機構とにモーターの出力を伝達する構造であり、車
速センサー、モーターの回転角センサーとモーター駆動
電流検出手段、および後輪操舵機構に設けられた後輪舵
角センサーを有する車両の前後輪操舵装置において、該
車両のエンジン始動後および走行中に、車速センサーの
所定の速度値に応じて前輪操舵モードと後輪操舵モード
とを切換えて前後輪操舵装置の制御を行う手段と、モー
ターの駆動端子に発生する電圧を検出する電圧検出手段
と、制御が行われている間の前輪操舵モードから後輪操
舵モードに切り換わる時に両電磁クラッチが回転未伝達
の制御状態で、電圧検出手段の値が零であること、及び
回転角センサーの出力が無変化であることで、前輪用電
磁クラッチの切離しが確実であると判定する手段と、制
御が行われている間の、後輪操舵モードから前記前輪操
舵モードに切り換わる時に、両電磁クラッチが回転未伝
達の制御状態で、モーターを駆動した際の電流値が無負
荷時の範囲であること、及び後輪舵角センサーの出力が
無変化であることで、後輪用電磁クラッチの切離しが確
実であると判定する手段とを有することを特徴とする。

【０００６】

【作用】モーターの異常はモーター内の回転角センサー
の出力値及びモーター駆動電流値が正常範囲内かどうか
で検出される。前輪用電磁クラッチの固着が生じた場合
はモーターの切離しが異常となるため、モーターの回転
センサーが前輪操舵の動きに合わせて出力することで異
常を検出し、また後輪用電磁クラッチの固着が生じた場
合は後輪操舵制御を終えた後にモーターをわずかに駆動
した際に生じる後輪舵角センサーの出力で異常を検出す
る。またモーターが無通電にもかかわらず回転するので
駆動端子に電圧を発生し、これによっても異常を検出で
きる。

【０００７】

【発明の効果】以上述べたように、装置の故障監視が制
御開始時から働き、しかも二重の検出でチェックするた
めフェールセーフが考慮され安全性が高められた制御を
有する前後輪操舵装置を提供できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例を示す四輪車両用の前
後輪操舵装置の構成図で、図２はその動力の切換え機構
を模式的に示した説明図である。図１で、ハンドル１は
操舵稈（ステアリングコラム）３につながっており、運
転者のハンドル操作が操舵稈３を通じてピニオンギヤハ
ウジング５内のピニオンとラックギヤ機構を介して前輪
操舵機構４に伝達され、図示していない車輪を動かす構
造となっている。。操舵稈（ステアリングコラム）３に
はハンドル１の回転を検知する操舵角センサー（ステア
リングセンサー）２が装着されている。また、ここでは
トルクセンサー６がピニオンギヤハウジング５内に装着
され、安全のためにメイン、サブの二系統設置されてい
る。一方、図２のようにモーター７は前輪用クラッチ８
と前輪用減速機９、ピニオン・ラックギヤ機構１９を介
して前輪操舵機構４につなげられ、後輪用クラッチ１
０、後輪用減速機１１、ピニオン・ラックギヤ機構２０
を介して後輪操舵機構１３につなげられている。後輪操
舵機構１３には後輪舵角センサー１２が装着されている
（図１）。これらの機構をＥＣＵ（電子制御ユニット）
モータードライバー１５（以下ＥＣＵと記す）が制御す
るため、このＥＣＵ１５から各電磁クラッチ８、１０、
モーター７に通電する配線が成されている。また、制御
のためにこのＥＣＵ１５には上記の各センサーの信号も
接続されている。また車両のエンジンに装着されている
車速センサー１４の信号も接続される。

【０００９】この操舵機構によって、車両の停止時また
は低速走行時は、モーター７が前輪用電磁クラッチ８で
前輪操舵機構４に接続され、運転者がハンドル１を操作
する時に、前輪操舵機構４に含まれるピニオンギヤハウ
ジング５に取りつけられたトルクセンサー６と操舵角セ
ンサー２からの信号を基に、ハンドル１が楽に操作でき
るようにモーター７の回転力が援用される（前輪パワー
ステアリング）。また、車両が中高速走行時には、モー
ター７が前輪操舵機構４から切り離され、後輪用電磁ク
ラッチ１０によって後輪操舵機構１３に接続され、後輪
舵角センサー１２の出力を基に前輪操舵に合わせて後輪
操舵が行われる（いわゆる４ＷＳ、四輪操舵）。モータ
ー７の出力は各クラッチ８、１０によって伝達されるが
そのままでは高速すぎるため、各減速機９、１１を用い
て伝達される。図２から判るように、前輪や後輪の操舵
角度が左右に振られるためにモーター７は回転を逆転で
きるタイプのものが使用される。モーター７の逆転制御
を行うため、ここでは図３に示すように、ＦＥＴ１８−
１〜４を用いてＥＣＵ１５により通電を逆転させる。

【００１０】ＥＣＵ１５には図３に示されるような各セ
ンサーが接続され、ＥＣＵ１５によってモーター７、前
輪用電磁クラッチ８、後輪用電磁クラッチ１０の通電が
制御される。従ってこれらの駆動電流もＥＣＵ１５によ
って検知される。なお異常検出時のモーター発電電圧検
出は電流検出用のＲ１によってＦＥＴ１８−１、１８−
２をオン状態、ＦＥＴ１８−３、１８−４をオフ状態に
することで行う。

【００１１】ＥＣＵ１５に接続された各センサーの内、
操舵角センサー２とモーター内に装着された回転角セン
サー１６は一回転以上する構造である、及び簡略な構造
であるなどの理由で非接触のホトインタラプタ形式のセ
ンサーが使用されている。（図４(a）にモーターに組み
込まれている回転センサーを示し、その電気的な構成は
図３の１６に示してある。）これらのセンサーは図４
(b) に示す二相の矩形信号Ａ、Ｂを出力し、この位相検
知とパルス数をカウントすることで回転量と回転方向を
検知する。またこの波形の立ち上がり、立ち下がりの時
間間隔を測定して回転速度も検知できる。

【００１２】以上のような構成と動作で本装置は機能を
果たすが、その際にシステムの運行上発生すると想定さ
れる故障モードが考えられる。そこで本発明を特徴づけ
る自己診断機能を踏まえた制御を実行させる。それをフ
ローチャートに示したのが図５である。先ず、運転者が
イグニッションをＯＮさせるとＥＣＵ１５が起動し、各
センサーなどを調べる初期チェックをステップ5-1 で行
い、異常があればこの段階で制御を中止し、正常であれ
ばステップ5-2 以降の前輪操舵（パワーステアリング）
制御モードになる。ここで車速が所定値以下（ここでは
40Km/hとした）であればパワーステアリング制御5-3,4
を継続する。ステップ5-4 を一回終えるたびごとに制御
結果のチェックを行う。所定の車速を越えたらステップ
5-5,6 で前輪用電磁クラッチの切離しを確認後に後輪操
舵制御モードに入る。ここで車速が所定値より大きい間
は後輪操舵制御5-8,9 を継続する。またその制御が一回
終了するたびにステップ5-9 で制御結果をチェックす
る。車速が下がって所定値以下になったら、ステップ5-
10,11 で後輪用電磁クラッチ１０の切離しを確認後に、
再びパワーステアリング制御5-2 〜4 を継続する。クラ
ッチに異常があればステップ5-12,13 の警告処理で制御
を終了する。異常時以外、このフローは車両の電源がＯ
ＦＦになるまで続けられる。

【００１３】上記のフローの内、前輪操舵制御が終了し
て前輪用電磁クラッチが切り離されて後輪用クラッチが
接続される際に、前輪用電磁クラッチが何らかの理由に
より切離しが不完全か固着状態になってしまい、そのま
ま後輪操舵制御が実行されるとすると、モーターの回転
は前輪と後輪双方に伝えられ、後輪操舵の動きが前輪に
強制されることになり、安全性を低下させる。従って制
御が切り換わる際は、必ず前輪用電磁クラッチが切り離
されていることを確認しなければならない。そこで上記
のステップ5-5,6 で切離しの確認を行う。その際、確認
に用いるセンサーも何らかの異常を起こす可能性もある
ため、その対策として二重にチェックをする構成とす
る。それが本発明の特徴をなすチェック方式であり、そ
の構成動作は次のようである。

【００１４】前輪操舵であるパワーステアリング制御が
終了して後輪操舵に切り換わる時、モーターは通電が切
られフリーの状態にある。また、車両は所定の速度で走
行している最中であり、必ずハンドル１の操作を伴って
いる。後輪用電磁クラッチが接続される前は、モーター
は回転しない状態にあるはずであるが、前輪用電磁クラ
ッチの切離しが出来なくなるとした場合、運転者のハン
ドル操作に対応してモーターも回転を引き起こす。従っ
てモーターに装着されている回転角センサーはこの時点
で、正常なら出力変化がないはずであるが異常時では出
力変化を伴い、その変化はハンドルの操舵角センサーの
出力と同期するためその異常を検知できる。さらに、モ
ーターはフリーで回転すると発電するため、この起電力
を検知することでも回転が検知でき異常を確認できる。
そのため、万一回転角センサーが故障によって出力変化
を生じなくなったとしても、モーターの発電により異常
を確認できるというフェールセーフを組み入れた二重チ
ェックのクラッチ切離し確認が成されることになり、非
常に安全性のある制御が提供できる。

【００１５】また、後輪操舵制御から前輪制御に切り換
わる場合でも同様な故障モードが想定される。それで図
５のステップ5-10,11 で切離しチェックを行うが、この
場合、後輪操舵制御は中立位置で制御を完了するため、
後輪用電磁クラッチが固着しているとしてもモーターに
は回転力が生じない。そこで図６のフローチャートに示
すような方法で後輪用電磁クラッチの異常を確認する。
即ち、後輪用クラッチの通電を切った後、ステップ6-1
でモーターを駆動し、モーターの立上がりを待つ(6-2)
。この待ち時間は実際には数百msecであり、制御に影
響を及ぼさない。そしてモーター電流が正常値の無負荷
範囲にあるかを判定し(6-3) 、もしクラッチの固着があ
れば負荷がある値となって検知される。また同時に後輪
舵角センサーも出力変化を生じるため、こちらの信号に
よっても異常を検知でき、やはり二重のチェック体制が
とれる。異常があればステップ6-6 以降を実行して、警
告して制御を中止する。

【００１６】以上は特別なセンサーを設けずに制御系の
センサー、アクチュエータのみで自己診断を行った例を
示したが、異常検知用のセンサーを取りつけた構成でも
同様な効果の装置を提供できる。図７の別の実施例で
は、モーター７の駆動端子の両端にＲ２とチェックリレ
ー２１とを直列に接続してあり、ＦＥＴ18-1〜4 が全て
オフになってモーター７がフリーになり、クラッチ固着
状態をチェックするステップでチェックリレー２１の接
点を閉じ、モーター７がクラッチ固着による発電を生じ
るとすれば、その生じた発電電圧の検出をＲ２で検知す
るような診断方式としている。正常であればチェックリ
レー２１はオープンされ次の制御に移る。この方式では
発電電圧を感度良く検出できる。

【００１７】以上のように、各制御の切り換わりにおけ
る両電磁クラッチの切離しチェックは二重の検出による
ため安全性の高いものとなり、信頼性の高い前後輪操舵
制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構造図。

【図２】モーター駆動の切換え機構の説明図。

【図３】ＥＣＵ（電子制御ユニット）モータードライブ
の接続図。

【図４】回転角センサーの構造及び回転角センサーの出
力値を示す説明図。

【図５】本発明の全体制御のフローチャート図。

【図６】後輪用クラッチ切離しチェックのフローチャー
ト図。

【図７】別の実施例のＥＣＵ接続図。

【符号の説明】

２ 操舵角センサー（ステアリングセンサー） ３ 操舵稈（ステアリングコラム） ４ 前輪操舵機構 ６ トルクセンサー ７ モーター ８ 前輪用電磁クラッチ １０ 後輪用電磁クラッチ １２ 後輪舵角センサー １３ 後輪操舵機構 １４ 車速センサー １５ ＥＣＵ（電子制御ユニット）モータードライブ １６ 回転角センサー（ホトインタラプタ方式） １８−１〜４ ＦＥＴ ２１ チェックリレー Ｒ１ モーター電流検出・発電電圧検出用抵抗（図３） Ｒ１’モーター電流検出用抵抗（図７） Ｒ２ モーター発電電圧検出用抵抗（図７）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一つのモーターと前輪用電磁クラッチと後
   輪用電磁クラッチとを有して前輪操舵機構と後輪操舵機
   構とに前記モーターの出力を伝達する構造であり、車速
   センサー、前記モーターの回転角センサーとモーター駆
   動電流検出手段、および前記後輪操舵機構に設けられた
   後輪舵角センサーを有する車両の前後輪操舵装置におい
   て、 該車両のエンジン始動後および走行中に、前記車速セン
   サーの所定の速度値に応じて前輪操舵モードと後輪操舵
   モードとを切換えて前記前後輪操舵装置の制御を行う手
   段と、 前記モーターの駆動端子に発生する電圧を検出する電圧
   検出手段と、 前記制御が行われている間の、前記前輪操舵モードから
   前記後輪操舵モードに切り換わる時に、両前記電磁クラ
   ッチが回転未伝達の制御状態で、前記電圧検出手段の値
   が零であること、及び前記回転角センサーの出力が無変
   化であることで、前記前輪用電磁クラッチの切離しが確
   実であると判定する手段と、 前記制御が行われている間の、前記後輪操舵モードから
   前記前輪操舵モードに切り換わる時に、両前記電磁クラ
   ッチが回転未伝達の制御状態で、前記モーターを駆動し
   た際の電流値が無負荷時の範囲であること、及び前記後
   輪舵角センサーの出力が無変化であることで、前記後輪
   用電磁クラッチの切離しが確実であると判定する手段
   と、を有することを特徴とする車両の前後輪操舵装置。