JP2010058618A - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】キングピン軸の下方向きの延長線と、キングピン軸に対応する転舵輪の接地面との交点が、転舵輪のタイヤのトレッド面よりも車両の車幅方向内側に位置するように構成され、操舵時に転舵輪WFL,WFRがキングピン軸を中心として回動することで中立位置から移動するように構成された懸架装置を備えた車両用操舵装置であって、車両の旋回時に、旋回方向内側となる転舵輪が中立位置から移動する移動量と、旋回方向外側となる転舵輪が中立位置から移動する移動量と、を求め、これらの移動量の比または差に応じて、それぞれの転舵輪に加える制駆動力を制御するようにした。
【選択図】図1
Description
また、キングピン軸のキングピン角は、所定角度に設定されており、路面とキングピン軸の延長線との交点と、タイヤのトレッド面の接地面中心の差であるキングピンオフセット(以下、KPオフセットと称す)を決定している。
前記した交点がタイヤ接地点の内側にあるポジティブスクラブでは、抵抗の大きい側の前輪にヨーイングモーメントを打ち消そうとするモーメントが発生するため、車体の向きを保ち易いという特徴がある。
また、操舵ハンドルを切ると、前記した交点を中心に前輪が回転するので、タイヤ接地点は路面に円弧を描くように回転する。この円弧の半径は、KPオフセットを小さくすることによって小さくなり、その結果、タイヤを引きずる量を少なくすることができる。このことは、据え切り等、低速時の操舵ハンドルの操作を軽くすることに寄与する。
例えば、制動時には、旋回方向内側の転舵輪が、制動方向と同じ側(車両後方側)に転がろうとするので、制動力がこれを邪魔する力として作用することはないが、旋回方向外側の転舵輪では、旋回方向内側の転舵輪とは逆に制動方向と逆の側(車両前方側)に転がろうとするので、制動力がこれを邪魔するような力として作用することとなる。
本発明では、このような制動時において、これらの転舵輪の移動量の比または差に応じて、旋回方向外側となる転舵輪に作用させる制動力を、旋回方向内側となる転舵輪に作用させる制動力よりも小さな制動力となるように制御する。これによって、操舵時に、旋回方向外側となる転舵輪が車両の前方側へ転がろうとする力が、制動力によって邪魔されにくくなり、転舵輪が前方方向へスムーズに転がるようになる。したがって、制動を伴う低速時の転舵に必要な力を低減することができる。
本発明では、このような駆動時において、これらの転舵輪の移動量の比または差に応じて、旋回方向内側となる転舵輪に作用させる駆動力を、旋回方向外側となる転舵輪に作用させる駆動力よりも小さな駆動力となるように制御する。これによって、操舵時に、旋回方向内側となる転舵輪が車両の後方側へ転がろうとする力が、駆動力によって邪魔されにくくなり、転舵輪が後方方向へスムーズに転がるようになる。したがって、駆動を伴う低速時の転舵に必要な力を低減することができる。
なお、前記したように、転舵輪側の制動力を小さく、後輪側の制動力を大きくなるように設定したが、車両全体としてみたときに、これらの制動力が車両全体で所望の制動力となるように設定することができるので、車両の制動作用を好適に確保しつつ、低速時の転舵に必要な力をより一層低減した車両用操舵装置が得られる。
図1は本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置が適用される車両の模式図、図2は車両用操舵装置を構成するストラット式の懸架装置の例を左前輪について示した概要図、図3は同じく懸架装置を左外側から見た概要図である。また、図4は同じく懸架装置の模式図であり、(a)は後方側から見た模式図であり、(b)は上方から見た模式図である。
車体の前部に搭載したエンジンENGにトランスミッションTMが接続されており、トランスミッションTMに駆動力配分装置10が接続されている。エンジンENGの駆動力は、トランスミッションTMを介して駆動力配分装置10に伝達され、駆動力配分装置10によって左右の転舵輪WFL、WFRに任意の比率で伝達される。
そして、駆動力配分装置10に内蔵された図示しないクラッチ機構の左右のクラッチが、その締結力を調整されて選択的に締結されるようになっており、その締結によってエンジンENGの駆動力が、左右の転舵輪WFL、WFRに任意の比率で伝達されるようになっている。このような駆動力配分装置10の作用によって、左右の転舵輪WFL、WFRに伝達される駆動力に差を持たせることが可能となっている。
以下では、左側の転舵輪WFLにおける懸架装置30を例に説明する。なお、右側の転舵輪WFRにおける懸架装置30は、左側の転舵輪WFLの懸架装置30に対して左右対称に構成されるため詳細な説明は省略する。
ストラットアセンブリ31の下端部には、ステアリングナックル35のダンパ保持部35aが固定接合されており、このステアリングナックル35には、車軸アセンブリやハブ36が保持されている。そして、ステアリングナックル35の下部側のナックルロアアーム部35cは、転舵輪WFLの幅よりも更に車幅方向内側にまで延伸されており、その端部がA形のロアアーム33の尖端部分とでロアボールジョイント部34を構成している。これによりステアリングナックル35は、上下方向および後記するキングピン軸AK回りの方向に回動自在に接合されている。
本実施形態では、転舵輪WFL、WFRの直進性が確保される状態(操舵ハンドルH(図1参照)が操作されない状態)にあるときを転舵輪WFL、WFRの中立位置としている。
例えば、図6に示すように、左方向に操舵ハンドルH(図1参照)が操舵操作されつつ制動操作されると、旋回方向内側となる左側の転舵輪WFLでは、制動方向と同じ側(車両後方側)に転がろうとするので、制動力がこれを邪魔する力として作用することはないが、旋回方向外側となる右側の転舵輪WFRでは、旋回方向内側である転舵輪WFLとは逆に制動方向と逆の側(車両前方側)に転がろうとするので、制動力がこれを邪魔するような力として作用することとなる。
一方、車両の低速走行時において、転舵操作されつつ駆動操作(アクセルペダルAPがオン、図1参照)された状態では、旋回方向外側となる右側の転舵輪WFRが、駆動方向と同じ側に転がろうとするので、駆動力がこれを邪魔する力として作用することはないが、旋回方向内側となる左側の転舵輪WFLでは、旋回方向外側である転舵輪WFRとは逆に駆動方向と逆の側に転がろうとするので、駆動力がこれを邪魔するような力として作用することとなる。
本実施形態では、このような制駆動時において、転舵輪WFLや転舵輪WFRが転がろうとするときに、制動力や駆動力によってこれらが邪魔されにくくなるように、後記する制御装置50によって駆動力配分装置10やブレーキ制御ユニット40の制御を行っている。これらの制御の詳細は後記する。
なお、転舵輪WFL、WFRの転舵は、図示しないパワーステアリング用の電動モータの回転をボールねじ機構等によってラック軸の直線運動に変換し、それをタイロッド9(図2参照)を介して転舵輪WFL、WFRの転舵運動に変換することによって行われる。
ちなみに、操舵力が本質に弱くてよいので、パワーステアリングを省略することが可能である。
ここで、転舵輪WFL、WFRおよび後輪WRL、WRRには、車輪速センサ53・・・が設けられている。車輪速センサ53・・・は、車輪速度を単位時間あたりのパルス数として検出するものであり、車輪速を示す信号を出力する。車輪速センサ53・・・から出力された信号は、制御装置50に設けられた車速算出部56(図5参照)にそれぞれ入力され、車速(車体速度)の算出に用いられる。
転舵比算出手段54は、転舵量取得部54aと、記憶部54bと、転舵比算出部54cとを備えている。転舵量取得部54aは、操作角検出センサ22からの電圧値を入力し、その電圧値に基づいて左右の転舵輪WFL、WFRの転舵量を取得する機能を具備している。転舵量取得部54aは、操作角検出センサ22からの電圧値の大きさに基づいて左右の転舵輪WFL、WFRの転舵量を算出するようになっており、ここでは、記憶部54bに予め記憶されたマップや関数に基づいて左右の転舵輪WFL、WFRの転舵量を取得する。つまり、操作角が検出されれば、左右の転舵輪WFL、WFRの転舵量が導き出される。
ここで、本実施形態の懸架装置30では、図6に示すように、キングピン軸AK周りに転舵輪WFL、WFRが回動するように構成されているので、左右の転舵輪WFL、WFRの転舵量は、転舵輪WFL、WFRが直進方向に配置された状態を中立位置として、その中立位置からキングピン軸AK周りに回動して移動した移動量を基準として用いている。具体的に、転舵量は、左右の転舵輪WFL、WFRが中立位置にあるときのアクスル中心軸AXCと、転舵されて移動した位置におけるアクスル中心軸AXC’との成す角度θ1、θ2で表される。
ここで、図5に示す記憶部54bに予め記憶されたマップや関数としては、例えば、前記電圧値の大きさに基づいて前記した角度θ1、θ2が定まるようにされたマップ、関数、テーブル等を用いることができる。なお、アッカーマン特性により、内側輪となる転舵輪WFLの転舵量θ1と、外側輪となる転舵輪WFRの転舵量θ2との間には、θ1>θ2の関係が成り立つ。
SC ← 外側輪の転舵量 / 内側輪の転舵量 = θ2 / θ1 ・・・(1)
このようにして転舵比算出部54cで算出された転舵比SCは、制駆動力算出手段55に出力される。
BOUT ← BFR × SC ・・・(2)
BIN ← BFL / SC ・・・(3)
制動力算出部55Aで算出された制動力BOUT、BINは、ブレーキ制御ユニット40に出力される。
POUT ← PFR × SC ・・・(4)
PIN ← PFL / SC ・・・(5)
スロットル開度センサ51は、スロットルペダルSPの開度を検出するセンサであり、スロットルペダルSPが踏み込まれて駆動操作されたときに、そのことを示す信号を制御装置50に出力する。
ブレーキセンサ52は、ブレーキペダルBPが踏み込み量を検出するセンサであり、ブレーキペダルBPが踏み込まれて制動操作されたときに、そのことを示す信号を制御装置50に出力する。
また、制御装置50に設けられた車速算出部56は、車輪速センサ53からの信号を入力して、転舵輪WFL、WFR、後輪WRL、WRRの車輪速度を計算し、この車輪速度から車体速度を推定する。推定した車体速度は、制駆動力算出手段55に出力される。
一方、ステップS4において、制御装置50が転舵操作中ではない(No)と判定したときには、リターンに進みステップS1以下を繰り返す。
なお、前記したステップS2、S3をステップS4(Yes)の後にもってきてもよい。
ステップS6で、制動操作中である(Yes)と判定したときには、ステップS7に移行し、算出した転舵比SCに基づき、外側輪の制動力を算出するとともに、ステップS8に移行して、内側輪の制動力を算出する。これらの算出は、制動力算出部55Aによって行われ、外側輪制動力算出部55a1で、外側輪(転舵輪WFR)に付与する制動力BOUTが、前記式(2)により求められ、また、内側輪制動力算出部55a2で、内側輪(転舵輪WFL)に付与する制動力BINが前記式(3)により求められる。
ここで、図8(a)は、付与される制動力BOUT、BINの大きさを矢印の大きさ(長さ)で模式的に表した模式図である。前記した転舵比SCの特性から、旋回方向内側となる左側の転舵輪WFLには、大きな制動力BINが作用するようになっており、これとは逆の旋回方向外側となる右側の転舵輪WFRには、小さな制動力BOUTが作用するようになっている。
前記したように、旋回方向内側となる左側の転舵輪WFLでは、制動方向と同じ側(車両後方側)に転がろうとするので、制動力がこれを邪魔する力として作用することはないが、旋回方向外側となる右側の転舵輪WFRでは、旋回方向内側である転舵輪WFLとは逆に制動方向と逆の側(車両前方側)に転がろうとするので、制動力がこれを邪魔するような力として作用することとなる。
また、後輪WRL,WRR側における制動力は、前記した制動力配分により、転舵輪WFL、WFR側よりも小さく(後輪WRL、WRR側が大きく)なるように設定されているので、制動に伴う力が、転舵輪WFL、WFRの転がろうとする力を邪魔する力として作用するのを抑制するとともに、後輪WRL,WRR側において十分な制動を得ることができる。
ステップS9において、駆動操作中である(Yes)と判定したときには、ステップS10に移行し、算出した転舵比SCに基づき、外側輪の駆動力を算出するとともに、ステップS11に移行して、内側輪の駆動力を算出する。これらの算出は、駆動力算出部55Bによって行われ、外側輪駆動力算出部55b1で、外側輪(転舵輪WFR)に付与する駆動力POUTが、前記式(4)により求められ、また、内側輪駆動力算出部55b2で、内側輪(転舵輪WFL)に付与する駆動力PINが前記式(5)により求められる。
ここで、図8(b)は、付与される駆動力POUT、PINの大きさを矢印の大きさ(長さ)で模式的に表した模式図である。前記した転舵比SCの特性から、旋回方向外側の転舵輪WFRが、駆動方向と同じ側に転がろうとするので、駆動力がこれを邪魔する力として作用することはないが、旋回方向内側の転舵輪WFLでは、旋回方向外側の転舵輪WFRとは逆に駆動方向とは逆の側に転がろうとするので、駆動力がこれを邪魔するような力として作用することとなる。
なお、ステップS9で駆動操作中ではない(No)と判定したときには、リターンに進みステップS1以下を繰り返す。
なお、前記したように、転舵輪WFL、WFR側の制動力を小さく、後輪WRL、WRR側の制動力を大きくなるように設定したが、車両全体としてみたときに、これらの制動力が所望の制動力となるように設定することができるので、車両の制動作用を好適に確保しつつ、低速時の転舵に必要な力をより一層低減した車両用操舵装置が得られる。
また、前記実施形態では、操作角検出センサ22からの電圧値の大きさに基づいて左右の転舵輪の転舵量を算出することとしたが、これに限られることはなく、ラックの位置を検出するラック位置センサで検出してもよい。ラック位置センサとしては、ラック位置に対応する信号を出力する、リニアエンコーダやポテンショメータ等のセンサを用いることができる。
また、前記実施形態では、転舵輪WFL、WFR用の懸架装置としてストラット式の懸架装置30を例に説明したが、それに限定されるものではなく、ダブルウイッシュボーン式やマルチリンク式の懸架装置にも適用可能である。
20 操舵装置
30 懸架装置
40 ブレーキ制御ユニット
50 制御装置
54 転舵比算出手段
54c 転舵比算出部
55 制駆動力算出手段
AK キングピン軸
SC 転舵比
WFL、WRL 転舵輪(前輪)
WRL、WRR 後輪
θ1 転舵量(内側輪)
θ2 転舵量(外側輪)
Claims (2)
- キングピン軸の下方向きの延長線と、前記キングピン軸に対応する転舵輪の接地面との交点が、前記転舵輪のタイヤのトレッド面よりも車両の車幅方向内側に位置するように構成され、操舵時に前記転舵輪が前記キングピン軸を中心として回動することで中立位置から移動するように構成された懸架装置を備えた車両用操舵装置であって、
前記車両の旋回時に、
旋回方向内側となる前記転舵輪が前記中立位置から移動する移動量と、
旋回方向外側となる前記転舵輪が前記中立位置から移動する移動量と、を求め、
これらの移動量の比または差に応じて、
それぞれの前記転舵輪に加える制駆動力を制御するようにしたことを特徴とする車両用操舵装置。 - 前記車両の制動時における前記転舵輪側と前記車両の後輪側との制動力配分は、
前記転舵輪側が小さく、前記後輪側が大きくなるように設定されることを特徴とする請求項1に記載の車両用操舵装置。
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