CN111902332A - 操舵系统和具有它的车辆 - Google Patents

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Abstract

提供一种可提高车辆的直行性时的行驶稳定性，并且改善小转弯性能的操舵系统。操舵系统(101)包括：第1操舵装置(11)；第2操舵装置(150)，该第2操舵装置(150)具有机构部(150a)和控制部(150b)，该机构部(150a)通过操舵用促动器的驱动，分别对左右的车轮进行操舵，该控制部(150b)控制操舵用促动器；车辆信息检测部(110)，该车辆信息检测部检测车辆的速度和操舵角度。控制部(150b)具有转舵角度控制机构(37)，该转舵角度控制机构(37)通过对应于车辆的速度和操舵角度，按照已确定的规则控制操舵用促动器，以控制左右的车轮的转舵角度。

Description

操舵系统和具有它的车辆
相关申请
本申请要求申请日为2018年3月27日、申请号为JP特愿2018－059170号的申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。
技术领域
本发明涉及操舵系统和具有它的车辆，本发明涉及可进行车辆的小转弯的技术等。
背景技术
在普通的汽车等的车辆中，方向盘和操舵装置以机械方式连接，另外，操舵装置的两端通过系杆与相应的左右轮连接。由此，依赖于方向盘的运动的左右轮的切角通过初始的设定而确定。作为车辆的几何，人们知道有(1)左右轮的切角相同的“平行几何”；(2)为了使转弯中心为1个部位，以大于转弯外轮车轮角度的程度切取转弯内轮车轮角度的“阿克曼几何(ackermann geometry：アッカ－マンジオメトリ)”。
车辆的几何影响行驶性的稳定和安全性。关于对应于行驶状况可改变转向几何的机构，人们提出有比如，专利文献1、2。在专利文献1中，使转向节臂和接头位置相对地变化，使转向几何变化。在专利文献2中，可采用2个马达，以任意的角度使前束角和外倾角的两者倾斜。
对于阿克曼几何，在可忽略作用于车辆上的离心力的低速区域的转弯中，为了顺利地使车辆转弯，按照各轮将共同的一点作为中心而转弯的方式设定左右轮的转舵角差。但是，在无法忽略离心力的高速区域的转弯中，由于人们希望车轮在平衡离心力的方向产生转向力，故与阿克曼几何相比较，最好为平行几何。
由于像前述那样，普通的车辆的操舵装置以机械方式与车轮连接，故无法只获取一般固定的单一的转向几何，在许多的场合，设定在阿克曼几何与平行几何的中间的几何。
为了减小最小半径，必须要求增加方向盘的操作量，以较大程度对车轮进行操舵，但是，由于因引擎或变速箱的场所的占取，轮外壳的尺寸具有限制，产生妨碍，故车轮的最大转舵角度具有界限。
按照专利文献1、2的方案，可变更转向几何，但是具有下述的课题。
在专利文献1中，使转向节臂和接头位置相对地变化，使转向几何变化，但是，在这样的部分中，设置获得使车辆的几何变化的大的力的马达促动器这一点在空间的限制的方面，是非常困难的。另外，该位置的变化造成的车轮角的变化小，而为了获得大的效果，必须要求以较大程度变化，即，以较大程度运动。
在专利文献2中，由于采用2个马达，故不仅产生马达个数的增加带来的成本的上升，而且控制复杂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2009－226972号公报
专利文献2：DE102012206337A说明书
发明内容
发明要解决的课题
在车轮和操舵装置以机械方式连接的车辆中，无法在行驶中变更车轮的前束角。另外，由于左右的车轮以机械方式连接，故无法进行使仅仅一侧的转舵量增加等的方面的自由的操舵。
为了减小最小半径而实现小转弯，必须要求增加方向盘的操作量，以较大程度对车轮进行操舵，但是，由于因引擎或变速箱的场所的占取，轮外壳的尺寸具有限制，轮胎和轮外壳相互妨碍，故车轮的最大转舵角度具有界限。
在具有过去的辅助的转舵功能的机构中，由于其目的在于在车辆中自由地变更车轮的前束角或外倾角，故形成大而复杂的结构。另外，结构部件数量多，难以确保刚性，为了确保刚性，机构整体大型化，重量增加。
本发明的目的在于提供一种可提高车辆的直行性时的行驶稳定性，并且改善小转弯性能的操舵系统和具有操舵系统的车辆。
用于解决课题的技术方案
为了容易理解，在下面，参照实施方式的标号而进行说明。
本发明的操舵系统101为车辆100所装备的操舵系统，该操舵系统包括：
第1操舵装置11，该第1操舵装置11按照操舵指令装置200、200A所输出的操舵量的指令，对上述车辆100的车轮9进行操舵；
第2操舵装置150，该第2操舵装置150具有：机构部150a，该机构部150a通过设置于上述车辆100的轮胎外壳105的内部的操舵用促动器5的驱动，分别地对左右的车轮9、9进行操舵；控制部150b，该控制部150b控制上述操舵用促动器5；
车辆信息检测部110，该车辆信息检测部110检测车辆信息，该车辆信息具有上述车辆100的速度和上述第1操舵装置的操舵角度；
上述控制部150b具有转舵角度控制机构37，该转舵角度控制机构37通过对应于上述车辆100的上述速度和上述操舵角度，按照已确定的规则，控制上述操舵用促动器5，以控制上述左右的车轮9、9的转舵角度。
上述已确定的规则比如采用设定车速和操舵角度与操舵用促动器的驱动量(比如，驱动电流)的关系的图(map)或运算式等，作为控制规则而确定。
按照该方案，第1操舵装置11按照操舵指令装置200、200A所输出的操舵量的指令，对车轮进行操舵。作为操舵指令装置200、200A，可采用比如驾驶员的方向盘或自动的操舵指令装置等。这样的操舵指令装置等对车辆100的朝向的调整按照与过去的车辆相同的方式进行。
第2操舵装置150通过驱动设置于轮胎外壳105的内部的操舵用促动器5，分别地对左右的车轮9、9进行操舵。该第2操舵装置150的控制部150b中的转舵角度控制机构37根据从车辆信息检测部110而获得的车辆100的速度和操舵角度，在车辆的高速直行时，比如以刚好处于内束的状态的方式控制操舵用促动器5，由此，可提高车辆的直行时的行驶稳定性。转舵角度控制机构37通过在车辆转弯时，对应于车辆行驶的状况，适当地调整(增加)左右的车轮9、9的转舵角度，可提高车轮的小转弯性能。
在车辆的“阿克曼几何”中，由于为了使转弯中心为1个部位，以大于转弯外轮的车轮角度的方式，切取转弯内轮的车轮角度，故车轮与轮外壳(轮胎外壳)的相互妨碍发生于内轮侧。于是，转弯外轮可在不使轮胎外壳的尺寸变化的情况下增加其转舵量，由此，可降低最小转弯半径。
上述转舵角度控制机构也可以下述的方式控制上述操舵用促动器，该方式为：在上述车辆的转弯时，增加上述左右的车轮中的仅仅转弯外轮的转舵量。在此场合，可像前述那样，在不使轮胎外壳的尺寸变化的情况下，增加转弯外轮的转角，由此，可降低最小转弯半径。因此，可简单并且确实地提高车辆的小转弯性能。
上述第2操舵装置150中的上述机构部150a还可包括：
轮毂单元本体2，该轮毂单元本体2具有支承车轮9的轮毂轴承15；
单元支承部件3，该单元支承部件3设置于悬架装置12的行走支架部件6上，以围绕在上下方向延伸的转舵轴心A而自由旋转的方式支承上述轮毂单元本体2；
上述操舵用促动器5，该操舵用促动器5围绕上述转舵轴心A而旋转驱动上述轮毂单元本体2。
按照本方案，可通过操舵用促动器5的驱动，使包括支承车轮9的轮毂轴承15的轮毂单元本体2围绕上述转舵轴心A，在一定的范围内自由地旋转。由此，可针对每个车轮独立地进行操舵，另外对应于车辆100的行驶状况，任意地变更车轮9的前束角。
还有，在转弯行驶时，可与行驶速度相对应改变左右轮9、9的舵角差。在高速区域的转弯行驶中，处于平行几何的状态，比如，可在低速区域的转弯行驶中，处于阿克曼几何的状态等，在行驶中，使转向几何变化。由于可像这样，于行驶中任意地变更车轮角度，故可提高车辆100的运动性能，可稳定而安全地行驶。另外，可通过适当地改变左右的操舵角的转舵角度，减小转弯行驶的车辆100的转弯半径，提高小转弯性能。
上述第2操舵装置150中的上述控制部150b也可具有：辅助操舵控制部151，该辅助操舵控制部151输出与已提供的操舵角指令信号相对应的电流指令信号；促动器驱动控制部31R、31L，该促动器驱动控制部31R、31L输出与从该辅助操舵控制部151而输入的电流指令信号相对应的电流，驱动控制上述操舵用促动器5。
按照该方案，辅助操舵控制部151输出与已提供的操舵角度信号相对应的电流指令信号。促动器驱动控制部31R、31L输出与从辅助操舵控制部151而输入的电流指令信号相对应的电流，驱动控制操舵用促动器5。于是，可以附加于驾驶员的方向盘操作等的操舵上的方式，任意地变更车辆角度。
上述第2操舵装置150中的上述控制部150a也可对左右的前轮9、9和左右的后轮9、9中的任意一者或两者进行操舵。在将上述机构部150a用于左右的前轮9、9的场合，通过驾驶员的方向盘操作等，将车轮9的方向与轮毂单元整体一起地进行操舵，但是，可以附加于该操舵上的方式，针对每个车轮，独立地进行稍稍角度的辅助操舵。在将上述机构部150a用于左右的后轮9、9的场合，轮毂单元整体不进行操舵，而通过辅助操舵功能与前述的场合相同，针对每个车轮，独立地进行稍稍的角度的操舵。
本发明的车辆包括上述方案的操舵系统。由此，获得针对本发明的操舵系统而描述的各项效果。
权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。
附图说明
根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。
图1为以概略方式表示本发明的第1实施方式的操舵系统的构思方案的图；
图2为表示图1的操舵系统中的第2操舵装置的机构部和其周边的结构的纵向剖视图；
图3为表示图2的第2操舵装置的机构部等的结构的水平剖视图；
图4为表示图2的第2操舵装置的机构部的外观的立体图；
图5为表示图2的第2操舵装置的机构部的分解主视图；
图6为表示图2的第2操舵装置的机构部的侧视图；
图7为表示图2的第2操舵装置的机构部的俯视图；
图8为沿图6中的VIII－VIII线的剖视图；
图9为表示图1的操舵系统的构思方案的方框图；
图10为表示车速和增加切角的上限值的关系的曲线图；
图11为表示转向角度和增加系数的上限值的关系的曲线图；
图12为分阶段地表示在图2的第2操舵装置的控制部中，控制转舵角度的处理的流程图；
图13为表示图2的第2操舵装置的辅助操舵控制部的结构的方框图；
图14为表示实际横向加速度/规范横向加速度与轮胎角度和摩擦系数的关系例子的曲线图；
图15为以概略方式表示本发明的第2实施方式的操舵系统的构思方案的图；
图16为以概略方式表示本发明的第3实施方式的操舵系统的构思方案的图。
具体实施方式
[第1实施方式]
根据图1～图14，对本发明的实施方式的第1实施方式进行说明。
图1为以概略方式表示搭载本实施方式的操舵系统101的汽车等的车辆100的构思方案的图。车辆100为包括构成前轮的左右的车轮9、9与构成后轮的左右的车轮9、9的4轮车辆，驱动方式可为前轮驱动、后轮驱动、4轮驱动中的任意者。
该操舵系统101为用于进行车辆100的操舵的系统，该操舵系统101包括第1操舵装置11、第2操舵装置150与车辆信息检测部110，该第2操舵装置150为分别对左右对车轮9、9进行操舵的操舵装置。
第1操舵装置11为下述的装置，该装置通过驾驶员对方向盘200等的操舵指令装置的操作，对构成车辆100的转舵轮的左右的车轮9、9进行操舵，在本实施方式中，第1操舵装置11为前轮操舵式。
第2操舵装置150为通过与车辆100的状态相对应的控制，进行辅助的操舵的装置，该第2操舵装置150包括机构部150a与控制部150b。机构部150a为针对构成辅助操舵的对象的车轮9、9的每个而设置的机构。该机构部150a设置于车辆100的轮胎外壳105的内部，通过操舵用促动器5(图2)的驱动，分别地对车轮9进行操舵。控制部150b根据表示通过车辆信息检测部110而检测的车辆100的状态的车辆信息而进行控制。
换言之，操舵系统101包括：
第1操舵装置11，在该第1操舵装置11中，以机械方式联动有构成车辆100的前轮的左右的车轮9、9，按照上述操舵指令装置所输出的操舵量的指令，通过作为设置该左右的车轮9、9的悬架装置12的左右的行走支架部件的转向节6、6的角度变更，对构成车辆100的前轮的左右的车轮9、9进行操舵；
第2操舵装置150，在该第2操舵装置150中，通过驱动相对左右的车轮9、9而分别设置的辅助转舵用的促动器(操舵用促动器5(图2)，改变车轮9、9相对作为上述行走支架部件的转向节6、6的角度，各自地使左右的车轮9、9操舵；
后述的车辆信息检测部110。
该车辆信息检测部110为检测车辆100的状态的机构，其称为各种的传感器类的组。车辆信息检测部110检测到的车辆信息经由主要的ECU 130，转送给第2操舵装置150的控制部150b。
ECU 130为控制装置，该控制装置进行车辆100的整体的协调控制或综合控制，其也称为VCU。
<第1操舵装置11的结构>
第1操舵装置11为下述的系统，该系统对应于驾驶员的方向盘200的输入，使构成车辆100的前轮的左右的车轮9、9联动，对其进行操舵，第1操舵装置11包括操舵轴32、齿条－小齿轮(在图中没有示出)、系杆14等的公知的机械结构。如果驾驶员对方向盘200进行旋转输入，则操舵轴32也联动地旋转。如果操舵轴32旋转，则可通过齿条－小齿轮而与操舵轴32连接的系杆14在车宽度方向移动，由此，车轮9的朝向变化，以联动方式对左右的车轮9、9进行操舵。
<第2操舵装置150的基本结构>
像图1和图9所示的那样，第2操舵装置150可独立地对左右的车轮9、9进行操舵。第2操舵装置150的机构部150a包括右轮轮毂单元1R和左轮轮毂单元1L。该右轮轮毂单元1R和左轮轮毂单元1L通过设置于轮胎外壳105的内部的辅助转舵用促动器5(图2)进行车轮9、9的转舵。
<第2操舵装置150的机构部150a的具体结构例子>
第2操舵装置150的机构部150a像前述那样，包括右轮轮毂单元1R和左轮轮毂单元1L，但是，该右轮轮毂单元1R和左轮轮毂单元1L均作为图2所示的带有操舵功能的轮毂单元1而构成。像该图2所示的那样，该轮毂单元1包括轮毂单元本体2、单元支承部件3、旋转允许支承部件4与操舵用促动器5。在作为行走支架部件的转向节6上一体地设置单元支承部件3。
像该图5所示的那样，在该单元支承部件3的内侧设置操舵用促动器5的促动器本体7，在单元支承部件3的外侧设置轮毂单元本体2。在轮毂单元1(图2)装载于车辆上的状态，将车辆的车宽度外侧称为外侧，将车辆的车宽方向中间侧称为内侧。像图3和图4所示的那样，轮毂单元本体2和促动器本体7通过接头部8而连接。通常，该接头部8安装有图示之外的工具，以便进行防水、防尘。
像该图2所示的那样，轮毂单元本体2以围绕在上下方向延伸的转舵轴心A而自由旋转的方式，在上下2个部位而经由旋转允许支承部件4、4支承于单元支承部件3上。转舵轴心A为不同于车轮9的旋转轴心O的轴心，其也不同于进行主操舵的主销轴。在普通的车辆中，为了提高车辆行驶的直行稳定性，主销角度设定在10～20度，但是，本实施方式的轮毂单元1包括独立于上述主销角度的角度(轴)的转舵轴。车轮9包括轮9a和轮胎9b。
像图1所示的那样，本实施方式的轮毂单元1(图2)为下述的机构，该机构以附加于第1操舵装置11的构成前轮的左右的车轮9、9的操舵上的方式，使左右轮各自地进行微小的角度(约±5deg)的操舵，一体地设置于悬架装置12的转向节6上。第1操舵装置11为齿条－小齿轮式，但是，无论为什么类型的操舵装置，均没有关系。悬架装置12采用比如将振动吸收器直接地固定于转向节6上的撑杆式悬臂机构，但是，也可采用多连杆式悬臂机构，其它的悬臂机构。
<轮毂单元本体2>
像图2所示的那样，轮毂单元本体2包括车轮9的支承用的轮毂轴承15、外环16与作为后述的操舵力接收部的臂部17(图4)。像图8所示的那样，轮毂轴承15包括内圈18、外圈19与夹设于该内外圈18、19之间的滚珠等的滚动体20，其起将车身侧的部件与车轮9(图2)连接的作用。
在图示的例子中，该轮毂轴承15为角接触滚珠轴承，其中，外圈19为固定圈，内圈18为旋转圈，滚动体20为多列。内圈18包括轮毂圈部18a和内圈部18b，该轮毂圈部18a具有轮毂法兰18aa，构成外侧的轨道面，该内圈部18b构成内侧的轨道面。像图2所示的那样，在轮毂法兰18aa上，车轮9的轮9a在与制动盘21a重合的状态，通过螺栓而固定。内圈18围绕旋转轴心O而旋转。
像图8所示的那样，外环16包括圆环部16a和耳轴状的安装轴部16b、16b，该圆环部16a嵌合于外圈19的外周面上，该安装轴部16b、16b从该圆环部16a的外周向上下突出地设置。各安装轴部16b同轴地设置于转舵轴心A处。
像图3所示的那样，在各车轮9上设置作为对车辆进行制动的制动装置的制动器21。制动器21包括制动盘21a与制动钳21b。制动钳21b安装于呈臂状突出而一体地形成于外圈19上的上下2个部位的制动钳安装部22(图6)上。
<旋转允许支承部件和单元支承部件>
像图8所示的那样，各旋转允许支承部件4由滚动轴承构成。在本例子中，滚动轴承采用锥滚子轴承。滚动轴承包括内圈4a、外圈4b和多个滚动体4c，该内圈4a嵌合于安装轴部16b的外周上，该外圈4b嵌合于单元支承部件3上，该多个滚动体4c夹设于内外圈4a、4b之间。
单元支承部件3包括单元支承部件本体3A与单元支承部件连接体3B。在单元支承部件本体3A的外侧端自由装卸地固定有基本环状的单元支承部件连接体3B。在单元支承部件连接体3B的内侧侧面中的上下的部分上，分别形成部分的凹球面状的嵌合孔形成部3a。
像图7和图8所示的那样，在单元支承部件本体3A的外侧端中的上下的部分上，分别形成部分的凹球面状的嵌合孔形成部3Aa。像图4所示的那样，在单元支承部件本体3A的外侧端固定有单元支承部件连接体3B，针对各上下的部分，嵌合孔形成部3a、3a(图7)相互组合，由此在全周上形成连续的嵌合孔。在该嵌合孔中嵌合外圈4b(图8)。另外，在图4中，通过点划线而表示单元支承部件3。
像图8所示的那样，在外环16中的各安装轴部16b上，以在径向延伸的方式形成内螺纹部，设置与该内螺纹部螺合的螺栓23。在内圈4a的端面上夹设圆板状的按压部件24，通过与该内螺纹部螺合的螺栓23，对内圈4a的端面施加按压力，由此，对各旋转允许支承部件4，别施加预压。借此，可提高各旋转允许支承部件4的刚性。即使在车辆的重量作用于轮毂单元上的情况下，仍以不释放的方式设定初始预压。另外，旋转允许支承部件4的滚动轴承不限于锥滚子轴承，也可根据最大负荷等的使用条件，采用角接触滚珠轴承。在此场合，可与上述的场合相同施加预压。
像图3所示的那样，臂部17为构成对轮毂轴承15的外圈19施加操舵力的作用点的部位，一体地突出于圆环部16a的外周的一部分或外圈19的外周的一部分上。该臂部17经由接头部8自由旋转地连接于操舵用促动器5的直线移动输出部25a上。由此，操舵用促动器5的直线移动输出部25a进退，借此，轮毂单元本体2围绕转舵轴心A(图2)而旋转，即，进行操舵。
<操舵用促动器5>
像图4所示的那样，操舵用促动器5包括促动器本体7，该促动器本体7使轮毂单元本体2围绕转舵轴心A(图2)而旋转驱动。
像图3所示的那样，促动器本体7包括马达26、减速器27与直线移动机构25，该减速器27减小马达26的旋转速度，该直线移动机构25将该减速器27的正反的旋转输出变换为直线移动输出部25a的往复直线动作。马达26为比如永久磁铁型同步马达，但是，其也可为直流马达，还可为感应马达。
减速器27可采用皮带传送机构等的卷挂式传递机构或齿轮排等，在图3的例子中，采用皮带传送机构。减速器27包括从动滑轮27a、从动皮带轮27b与皮带27c。在马达26的马达轴上连接从动滑轮27a，在直线移动机构25上设置从动皮带轮27b。该从动皮带轮27b与上述马达轴平行地设置。马达26的驱动力从从动滑轮27a，经由皮带27c传递给从动皮带轮27b。通过上述从动滑轮27a和从动皮带滑轮27b与皮带27c，构成卷挂式的减速器27。
直线移动机构25可采用滑动丝杠或滚珠丝杠等的给进丝杠机构或齿条/小齿轮机构等，在本例子中，使用采用梯形螺丝的滑动丝杠的给进丝杠机构。由于直线移动机构25包括采用上述梯形螺丝的滑动丝杠，故可提高来自轮胎9b的逆输入的防止效果。具有马达26、减速器27和直线移动机构25的促动器本体7作为准组装件而组装，通过螺栓等而自由装卸地安装于外壳6b上。另外，也可为将马达26的驱动力不经由减速器而直接地传递给直线移动机构25的机构。
外壳6b作为单元支承部件3的一部分，与单元支承部件本体3A一体地形成。外壳6b呈带底筒状，设置支承马达26的马达接纳部与支承直线移动机构25的直线机构接纳部。在上述马达接纳部上，形成将马达26支承于外壳内规定位置的嵌合孔。在上述直线机构接纳部中，形成将直线移动机构25支承于外壳内的规定位置处的嵌合孔与允许直线移动输出部25a的进退的通孔等。
像图4所示的那样，单元支承部件本体3A包括外壳6b、构成振动吸收器的安装部的振动吸收器安装部6c与构成第1操舵装置11(图3)的连接部的操舵装置连接部6d。该振动吸收器安装部6c和操舵装置连接部6d均一体地形成于单元支承部件本体3A上。在单元支承部件本体3A的外表面部的上部上，以突出的方式形成振动吸收器安装部6c。在单元支承部件本体3A的外表面部的侧面部上，以突出的方式形成操舵装置连接部6d。
<车辆信息检测部110的结构>
像图9所示的那样，车辆信息检测部110检测车辆信息，将该车辆信息输出给ECU130。车辆信息检测部110包括车速检测部111、操舵角检测部112、车高检测部113、实际横摆率检测部114、实际横向加速度检测部115、加速踏板检测部116与制动踏板传感器117。
车速检测部111比如根据安装于车辆所设置的变速箱的内部的速度传感器等的传感器(在图中没有示出)的输出，检测该车辆的速度(车速)，将车速信息(也简称为“车速”)输出给ECU 130。
操舵角检测部112比如根据安装于第1操舵装置11所设置的马达部上的分解器等的传感器(在图中没有示出)的输出，检测操舵角度(操舵角)，将操舵角信息(也简称为“操舵角度”或“车轮角度”)输出给ECU 130。
车高检测部113通过借助激光位移计而测定车辆100(图1)的底盘与地面之间的距离的方法，或借助角度传感器而检测车辆100的悬架装置12(图1)中的图示之外的上臂或下臂的角度的方法等，检测通过第2操舵装置150而操舵的各车轮9(图1)的车高。另外，车高检测部113将已检测到的车高作为车高信息，输出给ECU 130。
实际横摆率检测部114比如根据安装于车辆100(图1)上的陀螺仪传感器等的传感器的输出检测实际横摆率，将实际横摆率信息输出给ECU 130。
实际横向加速度检测部115比如根据安装于车辆100(图1)上的陀螺仪传感器等的传感器的输出检测实际横向加速度，将实际横向加速度信息输出给ECU 130。加速踏板检测部116检测驾驶员对加速踏板210的输入，将已检测到的值作为加速指令值输出给ECU 130。制动踏板传感器117将驾驶员对制动踏板220的输入，作为制动踏力而检测，将已检测到的值作为制动指令值，输出给ECU 130。ECU 130将包括操舵角指令信号的车辆信息输出给第2操舵装置150的控制部150b。
<第2操舵装置150的控制部150b>
第2操舵装置150的控制部150b从ECU 130而获得车辆信息、该车辆信息包括车速信息、操舵角信息、车高信息、实际横摆率信息、实际横向加速度信息、加速指令值与制动信息，根据已获得的车辆信息，辅助操舵控制部151通过控制右轮用的促动器驱动控制部31R和左轮用的促动器驱动控制部31L，驱动右轮轮毂单元1R、左轮轮毂单元1L分别设置的马达26，可独立地对左右的车轮进行操舵。
在控制部150b中，作为上述车辆信息的操舵角信息等的各信息与驱动上述马达26的指令值的关系采用比如图(map)、运算式等，作为控制规则而确定，采用该控制规则而进行控制。控制部150b比如作为专用的ECU而设置，但是，其也可作为主要的ECU 130的一部分而设置。
控制部150b中的辅助操舵控制部151包括转舵角度控制部37。该转舵角度控制部37对应于从ECU 130而获得的车速和操舵角度，通过按照已确定的规则控制操舵用促动器5(图2)，控制左右的车轮9、9的转舵角度。具体来说，转舵角度控制部37从操舵检测部112，经由ECU 130而获得车轮角度θT，该车轮角度θT是通过与方向盘200连接的第1操舵装置11而操舵的角度。另外，转舵角度控制部37从车速检测部111经由ECU 130而获得车速。
作为上述已确定的规则，车速、车轮角度的切入增量θs的上限值θsmax设定为比如，图10所示的那样的关系。在车速为低速度区域(0～VL km/h)的场合，车轮角度的切入增加角度的上限值为B deg，从VL km/h，伴随车速的上升，慢慢地减少增加角度的上限值，在车速为高速度区域(大于等于VH km/h)的场合，0deg。B deg、VL km/h、VH km/h为伴随车辆信息而不同的值。
另外，作为已确定的规则，操舵角度和增加系数αθs比如设定为图11所示的那样的关系。上述增加系数αθs为确定车轮角度的切入增量的系数。在转弯时的极低操舵角度区域(0～θh1deg)，增加系数为c(c在0～1的范围内，通过试验等而任意地确定)。该系数的值的处理的目的在于在操舵角度小的场合，避免驾驶员对方向盘操作量的车轮的前束角度变化过大，车辆的行驶晃动的情况。
接着，在低操舵角度区域(θh1～θh2 deg)，按照操舵角度越大，切入增加系数越大，在θh2deg时，切入增加系数为1.0的方式进行设定。在高操舵角度区域(θh3～θhmaxdeg)，按照操舵角度越大，转弯内轮的切入增加系数慢慢地越小的方式进行设定，以便转弯内轮不对轮胎外壳105(图1)的内部造成妨碍。由此，由于防止转弯内轮对轮胎外壳105(图1)的内部造成妨碍，并且转弯外轮的切入增加系数为1.0，故仅仅转弯内轮实现转角增加。于是，在不变更轮胎外壳105(图1)的尺寸的情况下，可减小最小转弯半径。
像图9～图11所示的那样，转舵角控制机构37根据车速确定车轮角度的增加量θs的上限值θsmax。另外，转舵角控制机构37根据操舵角度确定切入增加系数αθs。转舵角控制机构37像下述式所示的那样，通过将切入增加系数αθs与增加角度的上限值θsmax相乘，确定车轮角度的增加量θs。
θs＝αθs·θsmax
通过像这样，控制左右的车轮9、9的转舵角度，车辆可稳定地行驶，并且可减小转弯半径。
<流程图>
图12为分阶段地表示控制转舵角度的处理的流程图，还适当参照图9～图11而进行说明。
在车辆行驶中，转舵角控制机构37在车速位于低速区域(V≤VL km/h)时(步骤S1：是)，车轮角度的切入增加角度的上限值θsmax为最大的B deg(步骤S2)，转到步骤S3。转舵角控制机构37在车速位于VL～VH km/h的范围时(步骤S4：是)，将切入增加角度的上限值作为伴随车速的上升的值(步骤S5)，转到步骤S3。转舵角控制机构37在车速位于高速区域(大于等于VH km/h)时(步骤S6：是)，增加角度的上限值θsmax为0deg(步骤S7)。在判定车速不在高速区域的场合(步骤S6：否)，返回到步骤S1。
如果在步骤S3判定操舵角度在极低操舵角度区域(步骤S3：是)，切入增加系数为c(步骤S8)，转到步骤S9。如果判定车速在低操舵角度区域(步骤S6：否，步骤S10：是)，则形成操舵角度越大，增加系数越大的切入增加系数(步骤S1)，然后，转到步骤S9。在操舵角度位于θh2～θh3的范围时(步骤S12：是)，切入增加系数为1.0(步骤S13)。然后，转到步骤S9。
在操舵角度大于等于θh3时(步骤S12：否，步骤S14：是)，仅仅转弯外轮增加其转舵量(步骤S15)。接着，转舵角控制机构37通过将增加量αθs与切入增加角度的上限值θsmax相乘，确定车轮角度的增加量θs(步骤S9)。然后，转到步骤S16。控制部150b计算各操舵用促动器的驱动条件(流过马达26的电流等)(步骤S16)。驱动各操舵用促动器(步骤S17)。然后，返回到步骤S1。
辅助操舵控制部151不但进行与前述到车速和操舵角度相对应的控制(图12等所示的控制)，而且进行像下述的图13所示的那样，单独地对左右的车轮进行操舵的控制。还可对应于驾驶员的操作或车辆状况等，切换图13所示的控制和图12等所示的控制，也可并行地进行图13所示的控制和图12等所示的控制。
像图13所示的那样，辅助操舵控制部151包括规范横向加速度计算部152、右轮轮胎角度计算部153、左轮轮胎计算计算部154、右轮路面摩擦系数计算部155、目标横摆率计算部156、左轮路面摩擦系数计算部157、目标横摆率补偿部158、目标左右轮轮胎角度计算部159、右轮指令值计算部160与左轮指令值计算部161。
右轮轮胎角度计算部153和左轮轮胎计算计算部154在规定的周期，从ECU 130而获得操舵角信息和车高信息。右轮轮胎角度计算部153和左轮轮胎计算计算部154根据已获得的操舵角信息和车高信息，计算第2操舵装置150(图9)进行操舵的轮胎的当前的角度，将已计算的轮胎角度信息输出给规范横向加速度计算部152。
规范横向加速度计算部152根据从ECU 130而获得的车速信息和上述轮胎角度信息，进行规范横向加速度的计算。规范横向加速度计算部152将已计算的规范横向加速度作为规范横向加速度信息输出给右轮路面摩擦系数计算部155和左轮路面摩擦系数计算部157。
图14为表示用于计算路面摩擦系数的图(map)的图，该图(map)存储于图13所示的右轮路面摩擦系数计算部155和左轮路面摩擦系数计算部157中。
右轮路面摩擦系数计算部155和左轮路面摩擦系数计算部157根据从ECU 130而获得的实际横向加速度信息和从规范横向加速度计算部152而输入的规范横向加速度信息，进行路面摩擦系数的计算。具体来说，右轮路面摩擦系数计算部155和左轮路面摩擦系数计算部157在从规范横向加速度计算部152而输入规范横向加速度信息时，从右轮轮胎角度计算部153和左轮轮胎角度计算部154获得轮胎角度信息。右轮路面摩擦系数计算部155和左轮路面摩擦系数计算部157基于上述图(map)(图14)，根据实际横向加速度/规范横向加速度与轮胎角度计算路面摩擦系数。右轮路面摩擦系数计算部155和左轮路面摩擦系数计算部157将作为已计算的右轮的路面摩擦系数的右轮路面摩擦系数信息与作为已计算的路面摩擦系数的左轮路面摩擦系数信息输出给目标横摆率补偿部158。
目标横摆率计算部156根据从ECU 130以规定的周期而获得的车速信息和操舵角信息计算目标横摆率，将已计算的目标横摆率作为目标横摆率信息输出给目标横摆率补偿部158。
如果从右轮路面摩擦系数计算部155和左轮路面摩擦系数计算部157输入右轮路面摩擦系数信息和左轮路面摩擦系数信息，则目标横摆率补偿部158从目标横摆率计算部156获得目标横摆率信息，对应于通过右轮路面摩擦系数信息和左轮路面摩擦系数而表示的路面摩擦系数，进行目标横摆率的补偿。目标横摆率补偿部158将补偿后的目标横摆率作为补偿后横摆率信息，输出给目标左右轮轮胎角度计算部159。
目标左右轮轮胎角度计算部159在输入上述补偿后横摆率信息时，从ECU 130获得实际横摆率信息、加速指令值和制动指令值，获得右轮路面摩擦系数信息和左轮路面摩擦系数信息，计算作为左右轮的轮胎角度的目标值的目标左右轮轮胎角度。具体来说，目标左右轮轮胎角度计算部159根据下述式(1)，计算左右相应的轮胎的目标的角度。
[数学公式1]
θtR1＝ftR(θy，XA，XB，μR)
θtL1＝ftL(θy，XA，XB，μL)…式(1)
在式(1)中，θy表示通过实际横摆率信息而表示的实际的车辆的横摆率量、XA表示加速指令值、XB表示制动指令值、μR表示右轮路面摩擦系数、μL表示左轮路面摩擦系数、θtR1为右轮的目标轮胎角度、θtL1为左轮的目标轮胎角度。
目标左右轮轮胎角度计算部159将已计算的左右轮相应的目标轮胎角度作为目标轮胎角度信息，输出给右轮指令值计算部160和左轮指令值计算部161。
右轮指令值计算部160和左轮指令值计算部161在输入上述各目标轮胎角度信息时，从右轮轮胎角度计算部153和左轮轮胎计算计算部154获得表示现在的轮胎角度的轮胎角度信息，对通过目标轮胎角度信息而表示的目标轮胎角度与现在的轮胎角度进行比较。在对目标轮胎角度与现在的轮胎角度进行比较的结果具有偏差的场合，形成右轮操舵量信息和左轮操舵量信息，该右轮操舵量信息和左轮操舵量信息表示对右轮轮毂单元1R(图9)和左轮轮毂单元1L(图9)的相应单元进行操舵的量。右轮指令值计算部160将已产生的右轮操舵量信息(电流指令信号)输出给右轮用的促动器驱动控制部31R，左轮指令值计算部161将已产生的左轮操舵量信息(电流指令信号)输出给左轮用的促动器驱动控制部31L。
各促动器驱动控制部31R、31L包括逆变器。各促动器驱动控制部31R、31L根据上述右轮操舵量信息和上述左轮操舵量信息，控制各操舵用促动器的马达26(图9)的电流。具体来说，像图9和图13所示的那样，各促动器驱动控制部31R、31L在从右轮指令值计算部160和左轮指令值计算部161输入右轮操舵量信息和左轮操舵量信息时，获得表示现在的右轮轮毂单元1R与左轮轮毂单元1L的转舵角的各马达26的位置信息，根据右轮操舵量信息和左轮操舵量信息，确定马达26的目标位置，进行流向各马达26的电流的控制。
即，像图4所示的那样，各促动器驱动控制部31R、31L输出与从辅助操舵控制部151而输入的电流指令信号相对应的电流，对操舵用促动器5进行驱动控制。促动器驱动控制部31R、31L控制供给到马达26的线圈的电力。该促动器驱动控制部31R、31L构成比如图示之外的采用开关元件的半桥电路，进行通过上述开关元件的ON－OFF占空比而确定马达外加电压的PWM控制。由此，可以附加于驾驶员的方向盘操作的操舵上的方式，使车轮的角度微小地变化。
<作用效果>
按照以上描述的操舵系统101，第1操舵装置11按照操舵指令装置所输出的操舵量的指令，对车轮9、9进行操舵。操舵指令装置可采用比如驾驶员的方向盘200或自动的操舵指令装置等。这样的操舵指令装置对车辆100的朝向的调整与过去的车辆相同地进行。
第2操舵装置150通过驱动设置于轮胎外壳105的内部的操舵用促动器5，分别对左右的车轮9、9进行操舵。该第2操舵装置150的控制部150b中的转舵角控制机构37根据从车辆信息检测部110而获得的车速和操舵角度，以在车辆的高速直行时处于比如内束状态的方式控制操舵用促动器5，由此，可提高车辆的直行时的行驶稳定性。转舵角控制机构37通过在车辆的转弯时，对应于车辆行驶的状况，适当地调整(切入增加)左右的车轮9、9的转舵角度，可提高车辆的小转弯性能。
在车辆的“阿克曼几何”中，以大于转弯外圈的车轮角度的方式切入转弯内轮的车轮角度，以便使转弯中心为1个部位，车轮9和轮胎外壳105的干涉在内轮侧产生。于是，转弯外轮可在不使轮胎外壳105的尺寸变化的情况下增加切入其转舵角，由此，可减小最小旋转半径。
在第2操舵装置150的机构部150a中，可通过操舵用促动器5的驱动，使具有轮毂轴承15的轮毂单元本体2围绕上述转舵轴心A，在一定的范围内自由地旋转。由此，可针对每个车轮单独地进行操舵，另外可对应于车辆100的行驶状况，任意地变更车轮9的前束角。
还有，可在转弯行驶时，对应于行驶速度改变左右轮9、9的舵角差。比如，可在高速区域的转弯行驶中，处于平行几何状态，在低速区域的转弯行驶中，处于阿克曼几何状态等，在行驶中改变转向几何。由于可像这样，在行驶中任意地变更车轮角度，故可提高车辆100的运动性能，可稳定而安全地行驶。还有，还可通过适当地改变左右的操舵轮的转舵角度，减小转弯行驶的车辆100的转弯半径，提高小转弯性能。
<其它的实施方式>
在以下的说明中，对于对应于通过各实施方式而在先说明的事项的部分，采用同一标号，省略重复的说明。在仅仅对结构的一部分进行说明的场合，对于结构的其它的部分，只要没有特别的记载，与在先说明的方式相同。同一结构实现同一作用效果。不仅可进行通过实施的各方式而具体描述的部分的组合，而且如果没有特别地对组合产生妨碍，还可部分地将实施的方式之间组合。
[第2实施方式]
像图15所示的那样，该第2实施方式的操舵系统101与第1实施方式的区别在于：第1操舵装置11和第2操舵装置150对相互不同的车轮9进行操舵。即，在该操舵系统101中，第1操舵装置11进行车辆100的左右的前轮9、9的操舵，第2操舵装置150进行车辆100的左右的后轮9、9的操舵。第2操舵装置150的机构部150b设置于后轮的轮胎外壳105的内部。
[第3实施方式]
像图16所示的那样，该第3实施方式的操舵系统101与第1实施方式的区别在于：具有2个第2操舵装置1501、1502。其中一个第2操舵装置1501与第1操舵装置11相同，进行作为前轮的左右的车轮9、9的操舵，另一个第2操舵装置1502进行作为后轮的左右的车轮9、9的操舵。即，其中一个第2操舵装置1501进行与第1实施方式的第2操舵装置150相同的动作，另一个第2操舵装置1502进行与第2实施方式的第2操舵装置150相同的动作。
按照该操舵系统101，通过设置多个(在本例子中为2个)的2个第2操舵装置1501、1502，可更加复杂、独立地对4轮进行操舵，可谋求车辆100的行驶稳定性的提高和单位里程的耗油量的降低。
包括作为还一实施方式的操舵系统的车辆包括下述的第2操舵装置，该第2操舵装置为左右的各车轮可分别独立地操舵的操舵装置，各车轮可通过操舵用促动器分别独立地驱动，这些操舵装置也可为比如没有以机械方式与操舵指令装置连接的线控型。另外，上述各实施方式对操舵指令装置为方向盘200的场合进行了说明，但是，也可为方向盘200以外的手动的操舵指令装置，比如游戏杆(joystick)，另外还可比如图9所示的那样的自动的操舵指令装置200A。该自动的操舵指令装置200A为由车辆周边状况检测机构230识别车辆周边状况等，自动形成操舵指令的装置。车辆周边状况检测机构230比如为照相机或毫米波的雷达等的传感器类。
自动的操舵指令装置200A识别比如道路上的白线和障碍物，形成而输出操舵指令。自动的操舵指令装置200A既可为进行车辆的自动驾驶的装置的一部分，也可为进行手动驾驶的操舵的支援的装置。即使在具有这样的自动地形成操舵指令的操舵指令装置200A的车辆中，还可通过设置第2操舵装置150，进行无法通过前束角控制等的第1操舵装置11而进行的动作，另外通过第1操舵装置11而进行车辆的行驶方向的主操舵，通过第2操舵装置150而对其补偿进行，可对操舵量指令进行车辆的朝向的补偿，可维持车辆的行驶稳定性。
如上面所述，根据实施方式，对用于实施本发明的方式进行了说明，但是，本次公开的实施方式在全部的方面是列举的，并非构成对本申请的限制。本发明的范围不是通过上述的说明，而通过权利要求书而给出，应包括与权利要求等同的含义和权利要求的范围内的全部的变更。
标号的说明：
标号2表示轮毂单元本体；
标号3表示单元支承部件；
标号5表示操舵用促动器；
标号6表示转向节(行走支架部件)；
标号9表示车轮；
标号11表示第1操舵装置；
标号12表示悬架装置；
标号15表示轮毂轴承；
标号31R、31L表示促动器驱动控制部；
标号37表示转舵角度控制机构；
标号100表示车辆；
标号101表示操舵系统；
标号105表示轮胎外壳；
标号110表示车辆信息检测部；
标号150表示第2操舵装置；
标号150a表示机构部；
标号150b表示控制部；
标号151表示辅助转舵控制部；
标号200表示方向盘(操舵指令装置)；
标号200A表示自动的操舵指令装置。

Claims (6)

1.一种操舵系统，该操舵系统为车辆所装备的操舵系统，该操舵系统包括：
第1操舵装置，该第1操舵装置按照操舵指令装置所输出的操舵量的指令，对上述车辆的车轮进行操舵；
第2操舵装置，该第2操舵装置具有：机构部，该机构部通过设置于上述车辆的轮胎外壳的内部的操舵用促动器的驱动，分别地对左右的车轮进行操舵；控制部，该控制部控制上述操舵用促动器；
车辆信息检测部，该车辆信息检测部检测车辆信息，该车辆信息具有上述车辆的速度和上述第1操舵装置的操舵角度；
上述控制部具有转舵角度控制机构，该转舵角度控制机构通过对应于上述车辆的上述速度和上述操舵角度，按照已确定的规则控制上述操舵用促动器，控制上述左右的车轮的转舵角度。
2.根据权利要求1所述的操舵系统，其中，上述转舵角度控制机构以下述的方式控制上述操舵用促动器，该方式为：在上述车辆的转弯时，增加上述左右的车轮中的仅仅转弯外轮的转舵量。
3.根据权利要求1或2所述的操舵系统，其中，上述第2操舵装置中的上述机构部包括：
轮毂单元本体，该轮毂单元本体具有支承车轮的轮毂轴承；
单元支承部件，该单元支承部件设置于悬架装置的行走支架部件上，以围绕在上下方向延伸的转舵轴心而自由旋转的方式支承上述轮毂单元本体；
上述操舵用促动器，该操舵用促动器围绕上述转舵轴心而旋转驱动上述轮毂单元本体。
4.根据权利要求1～3中的任何一项所述的操舵系统，其中，上述第2操舵装置中的上述控制部具有：辅助操舵控制部，该辅助操舵控制部输出与已提供的操舵角指令信号相对应的电流指令信号；促动器驱动控制部，该促动器驱动控制部输出与从该辅助操舵控制部而输入的电流指令信号相对应的电流，驱动控制上述操舵用促动器。
5.根据权利要求1～4中的任何一项所述的操舵系统，其中，上述第2操舵装置中的上述机构部对左右的前轮和左右的后轮中的任意一者或两者进行操舵。
6.一种车辆，该车辆包括根据权利要求1～5中的任何一项所述的操舵系统。
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