JP2019171914A - ステアリングシステムおよびこれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】指令に対する追従性が高く効率が高い簡単な装置で、車両旋回時の操縦安定性を向上することができるステアリングシステムおよびこれを備えた車両を提供する。【解決手段】このステアリングシステム１０１は、車両のタイヤハウジング内に設けられた操舵用アクチュエータの駆動により左右の車輪を個別に操舵させる第２のステアリング装置１５０を備えた車両１００のステアリングシステムであり、ステアリング角度および車速を含む車両情報を検出する車両情報検出部１１０を備える。第２のステアリング装置１５０は、車両の旋回時に、ステアリング角度および車速に応じて操舵用アクチュエータを制御して左右の車輪のトー角を調整することで、車両の前後の荷重バランスを制御する制御部１５０ｂを有する。【選択図】図９

Description

この発明は、ステアリングシステムおよびこれを備えた車両に関し、車両旋回時の操縦安定性の向上を図る技術に関する。

車両を操舵させるときの操縦安定性を向上させる機構として、車両の左右駆動輪に伝達する駆動力の配分をコントロールする制御システムがある（特許文献１〜３）。

特開２０１７−００９０２７号公報 特開２０１７−１００５０４号公報 特開２０１８−００１８４５号公報

特許文献１では、エンジンの駆動力を多数の減速機およびギヤを介して伝達しているため、効率および指令に対する追従性が劣るという課題がある。
特許文献２では、４輪にそれぞれモータを使用する構成となっているため、コントローラをそれぞれ必要とし、制御が複雑になることでコストが高くなるという課題がある。
特許文献３では、左右独立に駆動するために複数のモータを採用し、左右輪の駆動力配分をコントロールするために多数の減速機およびギヤを使用する複雑な機構を用いているため、コストが高くなるという課題がある。

電動ブレーキバイワイヤシステムを使って同様に車両の前後バランスを変化させることができるが、システムの電源の異常時に安全性を確保することに課題がある。また、通常ブレーキを使って同様に車両の前後バランスを変化させることができるが、油圧の応答遅れが生じる場合がある。

この発明の目的は、指令に対する追従性が高く効率が高い簡単な装置で、車両旋回時の操縦安定性を向上することができるステアリングシステムおよびこれを備えた車両を提供することである。

この発明のステアリングシステム１０１は、車両１００のタイヤハウジング１０５内に設けられた操舵用アクチュエータ５の駆動により左右の車輪９，９を個別に操舵させるステアリング装置１５０を備えた車両１００のステアリングシステムにおいて、
ステアリング角度および車速を含む車両情報を検出する車両情報検出部１１０を備え、
前記ステアリング装置１５０は、前記車両１００の旋回時に、前記ステアリング角度および車速に応じて前記操舵用アクチュエータ５を制御して前記左右の車輪９，９のトー角を調整することで、前記車両１００の前後の荷重バランスを制御する制御部１５０ｂを有する。

この構成によると、制御部１５０ｂは、車両１００の旋回時に、ステアリング角度および車速に応じて操舵用アクチュエータ５，５を制御して車輪９，９のトー角をトーインまたはトーアウトに適切に調整する。これにより、走行抵抗を増やし、車両１００に減速Ｇを発生させて荷重を前輪９，９のタイヤに移すことで前輪タイヤの接地力が上がり、運転者の意図した通りの旋回が可能となり、操縦安定性を向上することができる。
またタイヤハウジング１０５内に設けられた操舵用アクチュエータ５の駆動によりトー角調整するため、操舵用アクチュエータ５から作用点までの損失が少なく、かつ指令に対する追従性を高くすることができ効率を高めることができる。したがって、この構成によると、多数の減速機およびギヤを使用する従来技術に対し、指令に対する追従性が高く効率が高い簡単な装置で車両旋回時の操縦安定性を向上し得る。

前記車両１００の前輪９，９を操舵させる第１のステアリング装置１１と、
前記操舵用アクチュエータ５および前記制御部１５０ｂを含む前記ステアリング装置である第２のステアリング装置１５０と、を備え、
前記制御部１５０ｂは、前記車両情報に基づいて、前記左右の車輪９，９の前記操舵用アクチュエータ５，５を左右個別に制御するものであってもよい。

この構成によると、第１のステアリング装置１１は、例えば、操舵指令装置２００，２００Ａが出力する操舵量の指令に従い車輪を操舵させる。操舵指令装置２００，２００Ａとして、例えば、運転者のハンドルまたは自動の操舵指令装置等を適用し得る。このような操舵指令装置等による車両１００の向きの調整が、従来の車両と同様に行える。
第２のステアリング装置１５０は、タイヤハウジング１０５内に設けられた操舵用アクチュエータ５を駆動することで、左右の車輪９，９を個別に操舵させる。この第２のステアリング装置１５０の制御部１５０ｂは、車両情報検出部１１０から得られた車速情報から、左右の車輪９，９の操舵用アクチュエータ５を左右個別に制御することで、例えば、車両１００の高速直進時の走行安定性を向上させることができ、車両１００の低速旋回時に車両１００の小回り性能を向上させることができる。

前記第２のステアリング装置１５０は、
車輪９を支持するハブベアリング１５を有するハブユニット本体２と、
懸架装置１２の足回りフレーム部品６に設けられ、前記ハブユニット本体２を上下方向に延びる転舵軸心Ａ回りに回転自在に支持するユニット支持部材３と、
前記ハブユニット本体２を前記転舵軸心Ａ回りに回転駆動させる前記操舵用アクチュエータ５と、を備えるものであってもよい。

この構成によると、車輪９を支持するハブベアリング１５を含むハブユニット本体２を、操舵用アクチュエータ５の駆動により、前記転舵軸心Ａ回りに一定の範囲で自由に回転させることができる。このため、車輪毎に独立して操舵が行え、また車両１００の走行状況に応じて、車輪９のトー角を任意に変更することができる。
また、旋回走行時に、走行速度に応じて左右輪９，９の舵角差を変えることができる。例えば高速域の旋回走行においてはパラレルジオメトリとし、低速域の旋回走行においてはアッカーマンジオメトリとする等、走行中にステアリングジオメトリを変化させることができる。このように走行中に車輪角度を任意に変更することができるため、車両１００の運動性能を向上させ、安定・安全に走行することが可能となる。さらに、左右の操舵輪の操舵角度を適切に変えることで、旋回走行における車両１００の旋回半径を小さくし、小回り性能を向上させることもできる。

前記第２のステアリング装置１５０の前記制御部１５０ｂは、与えられた操舵角指令信号に応じた電流指令信号を出力する補助操舵制御部１５１と、この補助操舵制御部１５１から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して前記操舵用アクチュエータ５を駆動制御するアクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌとを有するものであってもよい。
この構成によると、補助操舵制御部１５１は、与えられた操舵角指令信号に応じた電流指令信号を出力する。アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、補助操舵制御部１５１から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して操舵用アクチュエータ５を駆動制御する。したがって、運転者のハンドル操作等による操舵に付加して車輪角度を任意に変更することができる。

この発明の車両１００は、この発明の上記の構成のステアリングシステム１０１を備えている。そのため、この発明のステアリングシステム１０１につき前述した各効果が得られる。

この発明のステアリングシステムは、車両のタイヤハウジング内に設けられた操舵用アクチュエータの駆動により左右の車輪を個別に操舵させるステアリング装置を備えた車両のステアリングシステムにおいて、ステアリング角度および車速を含む車両情報を検出する車両情報検出部を備え、前記ステアリング装置は、前記車両の旋回時に、前記ステアリング角度および車速に応じて前記操舵用アクチュエータを制御して前記左右の車輪のトー角を調整することで、前記車両の前後の荷重バランスを制御する制御部を有する。このため、指令に対する追従性が高く効率が高い簡単な装置で、車両旋回時の操縦安定性を向上することができる。

この発明の車両は、この発明の上記の構成のステアリングシステムを備えているため、指令に対する追従性が高く効率が高い簡単な装置で、車両旋回時の操縦安定性を向上することができる。

この発明の第１の実施形態に係るステアリングシステムの概念構成を概略示す図である。 同ステアリングシステムにおける第２のステアリング装置の機構部およびその周辺の構成を示す縦断面図である。 同第２のステアリング装置の機構部等の構成を示す水平断面図である。 同第２のステアリング装置の機構部の外観を示す斜視図である。 同第２のステアリング装置の機構部の分解正面図である。 同第２のステアリング装置の機構部の正面図である。 同第２のステアリング装置の機構部の平面図である。 図６のVIII - VIII線断面図である。 同ステアリングシステムの概念構成を示すブロック図である。 同第２のステアリング装置により操舵可能な前輪の作動範囲とステアリング角度との関係を示す図である。 車速と前輪の補正舵角係数との関係を示す図である。 車両旋回時における車両と車輪の動作を時系列で模式的に示す図である。 トー角制御する処理の前段の過程を示すフローチャートである。 トー角制御する処理の後段の過程を示すフローチャートである。 同第２のステアリング装置の補助操舵制御部の構成を示すブロック図である。 実横加速度／規範横加速度およびタイヤ角度と摩擦係数の関係例を示すグラフである。 この発明の第２の実施形態に係るステアリングシステムの概念構成を概略示す図である。 この発明の第３の実施形態に係るステアリングシステムの概念構成を概略示す図である。

［第１の実施形態］
この発明の実施形態を図１ないし図１６と共に説明する。
図１は、この実施形態に係るステアリングシステム１０１を搭載した自動車等の車両１００の概念構成を概略示す図である。車両１００は、前輪となる左右の車輪９，９と、後輪となる左右の車輪９，９とを有する４輪車両であり、駆動方式は、前輪駆動、後輪駆動、４輪駆動のいずれであってもよい。

このステアリングシステム１０１は、車両１００の操舵を行うためのシステムであり、第１のステアリング装置１１と、左右の車輪９，９を個別に操舵させるステアリング装置である第２のステアリング装置１５０と、車両情報検出部１１０とを備える。
第１のステアリング装置１１は、ハンドル２００等の操舵指令装置に対する運転者の操作により車両１００の操舵輪となる左右の車輪９，９を操舵させる装置であり、この実施形態では前輪操舵形式とされている。

第２のステアリング装置１５０は、車両１００の状態に応じた制御によって補助的な操舵を行う装置であり、機構部１５０ａと、制御部１５０ｂとを有する。機構部１５０ａは、補助操舵の対象となる車輪９，９毎に設けられる機構である。この機構部１５０ａは、車両１００のタイヤハウジング１０５内に設けられて操舵用アクチュエータ５（図２）の駆動により車輪９を個別に操舵させる。制御部１５０ｂは、車両情報検出部１１０により検出された車両１００の状態を表す車両情報に基づいて制御する。

換言すれば、ステアリングシステム１０１は、
車両１００の前輪となる左右の車輪９，９が機械的に連動し、前記操舵指令装置が出力する操舵量の指令に従い車両１００の前輪となる左右の車輪９，９を、これら左右の車輪９，９が設置される懸架装置１２の左右の足回りフレーム部品であるナックル６，６の角度変更によって操舵する第１のステアリング装置１１と、
左右の車輪９，９に対してそれぞれ設けられた補助操舵用のアクチュエータ（操舵用アクチュエータ５（図２））を駆動することで前記足回りフレーム部品であるナックル６，６に対する車輪９，９の角度を変えて左右の車輪９，９を個別に操舵させる第２のステアリング装置１５０と、
後述する車両情報検出部１１０と、を備える。

車両情報検出部１１０は、車両１００の状態を検出する手段であり、各種のセンサ類の群を称している。車両情報検出部１１０の検出した車両情報は、メインのＥＣＵ１３０を介して第２のステアリング装置１５０の制御部１５０ｂに転送される。
ＥＣＵ１３０は、車両１００の全体の協調制御または統括制御を行う制御装置であり、ＶＣＵとも称される。

＜第１のステアリング装置１１の構成＞
第１のステアリング装置１１は、運転者によるハンドル２００に対する入力に応じて、車両１００の前輪となる左右の車輪９，９を連動して操舵させるシステムであり、ステアリングシャフト３２、ラックアンドピニオン（図示せず）、タイロッド１４等、周知の機械的な構成を備える。運転者がハンドル２００に対して回転入力を行うと、ステアリングシャフト３２も連動して回転する。ステアリングシャフト３２が回転すると、ラックアンドピニオンによってステアリングシャフト３２と連結されているタイロッド１４が車幅方向に移動することで、車輪９の向きが変わり、左右の車輪９，９を連動して操舵することが可能である。

＜第２のステアリング装置１５０の概略構成＞
図１および図９に示すように、第２のステアリング装置１５０は、左右の車輪９，９を独立して操舵可能である。この第２のステアリング装置１５０の機構部１５０ａとして右輪ハブユニット１Ｒおよび左輪ハブユニット１Ｌを備える。これら右輪ハブユニット１Ｒおよび左輪ハブユニット１Ｌは、タイヤハウジング１０５内に設けられた操舵用アクチュエータ５（図２）により車輪９，９の操舵を行う。

＜第２のステアリング装置１５０の機構部１５０ａの具体的構成例＞
第２のステアリング装置１５０の機構部１５０ａは、前述のように右輪ハブユニット１Ｒおよび左輪ハブユニット１Ｌを備えるが、これら右輪ハブユニット１Ｒおよび左輪ハブユニット１Ｌは、いずれも図２に示す操舵機能付ハブユニット１として構成されている。
同図２に示すように、このハブユニット１は、ハブユニット本体２と、ユニット支持部材３と、回転許容支持部品４と、操舵用アクチュエータ５とを備える。足回りフレーム部品であるナックル６に一体にユニット支持部材３が設けられている。

図５に示すように、このユニット支持部材３のインボード側に、操舵用アクチュエータ５のアクチュエータ本体７が設けられ、ユニット支持部材３のアウトボード側に、ハブユニット本体２が設けられる。ハブユニット１（図２）を車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい、車両の車幅方向中央側をインボード側という。
図３および図４に示すように、ハブユニット本体２とアクチュエータ本体７とはジョイント部８により連結されている。通常、このジョイント部８は、防水、防塵のために図示外のブーツが取り付けられている。

図２に示すように、ハブユニット本体２は、上下方向に延びる転舵軸心Ａ回りに回転自在なように、上下二箇所で回転許容支持部品４，４を介してユニット支持部材３に支持されている。転舵軸心Ａは、車輪９の回転軸心Ｏとは異なる軸心であり、主な操舵を行うキングピン軸とも異なっている。通常の車両は、車両走行の直進安定性の向上を目的としてキングピン角度が１０〜２０度で設定されているが、この実施形態のハブユニット１は、前記キングピン角度とは別の角度（軸）の転舵軸を有する。車輪９は、ホイール９ａとタイヤ９ｂとを備える。

図１に示すように、この実施形態のハブユニット１（図２）は、第１のステアリング装置１１による前輪となる左右の車輪９，９の操舵に付加して左右輪個別に微小な角度（約±５ｄｅｇ）を操舵させる機構として、懸架装置１２のナックル６に一体に設けられる。第１のステアリング装置１１は、ラックアンドピニオン式とされるが、どのタイプのステアリング装置でも構わない。懸架装置１２は、例えば、ショックアブソーバーをナックル６に直接固定するストラット式サスペンション機構を適用しているが、マルチリンク式サスペンション機構、その他のサスペンション機構を適用してもよい。

＜ハブユニット本体２について＞
図２に示すように、ハブユニット本体２は、車輪９の支持用のハブベアリング１５と、アウターリング１６と、後述の操舵力受け部であるアーム部１７（図４）とを備える。
図８に示すように、ハブベアリング１５は、内輪１８と、外輪１９と、これら内外輪１８，１９間に介在したボール等の転動体２０とを有し、車体側の部材と車輪９（図２）とを繋ぐ役目をしている。

このハブベアリング１５は、図示の例では、外輪１９が固定輪、内輪１８が回転輪となり、転動体２０が複列とされたアンギュラ玉軸受とされている。内輪１８は、ハブフランジ１８ａａを有しアウトボード側の軌道面を構成するハブ輪部１８ａと、インボード側の軌道面を構成する内輪部１８ｂとを有する。図２に示すように、ハブフランジ１８ａａに、車輪９のホイール９ａがブレーキロータ２１ａと重なり状態でボルト固定されている。内輪１８は、回転軸心Ｏ回りに回転する。

図８に示すように、アウターリング１６は、外輪１９の外周面に嵌合された円環部１６ａと、この円環部１６ａの外周から上下に突出して設けられたトラニオン軸状の取付軸部１６ｂ，１６ｂとを有する。各取付軸部１６ｂは、転舵軸心Ａに同軸に設けられる。
図３に示すように、ブレーキ２１は、ブレーキロータ２１ａと、ブレーキキャリパ２１ｂとを有する。ブレーキキャリパ２１ｂは、外輪１９に一体にアーム状に突出して形成された上下二箇所のブレーキキャリパ取付部２２（図６）に取付けられる。

＜回転許容支持部品およびユニット支持部材について＞
図８に示すように、各回転許容支持部品４は転がり軸受から成る。この例では、転がり軸受として、テーパころ軸受が適用されている。転がり軸受は、取付軸部１６ｂの外周に嵌合された内輪４ａと、ユニット支持部材３に嵌合された外輪４ｂと、内外輪４ａ，４ｂ間に介在する複数の転動体４ｃとを有する。

ユニット支持部材３は、ユニット支持部材本体３Ａと、ユニット支持部材結合体３Ｂとを有する。ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端に、略リング形状のユニット支持部材結合体３Ｂが着脱自在に固定されている。ユニット支持部材結合体３Ｂのインボード側側面のうち上下の部分には、部分的な凹球面状の嵌合孔形成部３ａがそれぞれ形成されている。

図７および図８に示すように、ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端のうち上下の部分には、部分的な凹球面状の嵌合孔形成部３Ａａがそれぞれ形成されている。図４に示すように、ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端にユニット支持部材結合体３Ｂが固定され、各上下の部分につき、嵌合孔形成部３ａ，３Ａａ（図７）が互いに組み合わされることにより、全周に連なる嵌合孔が形成される。この嵌合孔に外輪４ｂ（図８）が嵌合されている。なお図４において、ユニット支持部材３を一点鎖線で表す。

図８に示すように、アウターリング１６における各取付軸部１６ｂには、雌ねじ部が径方向に延びるように形成され、この雌ねじ部に螺合するボルト２３が設けられている。内輪４ａの端面に円板状の押圧部材２４を介在させ、前記雌ねじ部に螺合するボルト２３により、内輪４ａの端面に押圧力を付与することで、各回転許容支持部品４にそれぞれ予圧を与えている。これにより各回転許容支持部品４の剛性を高め得る。車両の重量がこのハブユニットに作用した場合でも初期予圧が抜けないように設定される。なお、回転許容支持部品４の転がり軸受は、テーパころ軸受に限るものではなく、最大負荷等の使用条件によってはアンギュラ玉軸受を用いることも可能である。その場合も、上記と同様に予圧を与えることができる。

図３に示すように、アーム部１７は、ハブベアリング１５の外輪１９に操舵力を与える作用点となる部位であり、円環部１６ａの外周の一部または外輪１９の外周の一部に一体に突出する。このアーム部１７は、ジョイント部８を介して、操舵用アクチュエータ５の直動出力部２５ａに回転自在に連結されている。これにより、操舵用アクチュエータ５の直動出力部２５ａが進退することで、ハブユニット本体２が転舵軸心Ａ（図２）回りに回転、つまり操舵させられる。

＜操舵用アクチュエータ５について＞
図４に示すように、操舵用アクチュエータ５は、ハブユニット本体２を転舵軸心Ａ（図２）回りに回転駆動させるアクチュエータ本体７を有する。
図３に示すように、アクチュエータ本体７は、モータ２６と、モータ２６の回転を減速する減速機２７と、この減速機２７の正逆の回転出力を直動出力部２５ａの往復直線動作に変換する直動機構２５とを備える。モータ２６は、例えば永久磁石型同期モータとされるが、直流モータであっても、誘導モータであってもよい。

減速機２７は、ベルト伝達機構等の巻き掛け式伝達機構またはギヤ列等を用いることができ、図３の例ではベルト伝達機構が用いられている。減速機２７は、ドライブプーリ２７ａと、ドリブンプーリ２７ｂと、ベルト２７ｃとを有する。モータ２６のモータ軸にドライブプーリ２７ａが結合され、直動機構２５にドリブンプーリ２７ｂが設けられている。このドリブンプーリ２７ｂは、前記モータ軸に平行に配置されている。モータ２６の駆動力は、ドライブプーリ２７ａからベルト２７ｃを介してドリブンプーリ２７ｂに伝達される。前記各ドライブプーリ２７ａとドリブンプーリ２７ｂとベルト２７ｃとで、巻き掛け式の減速機２７が構成される。

直動機構２５は、滑りねじまたはボールねじ等の送りねじ機構、またはラック・ピニオン機構等を用いることができ、この例では台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構（逆入力防止機構）２５ｂが用いられている。直動機構２５は、前記台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構２５ｂを備えるため、タイヤ９ｂからの逆入力の防止効果を高め得る。なお、前記台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構２５ｂの代わりに、ウォームギヤ等の逆入力防止機構を採用してもよい。この場合にもタイヤ９ｂからの逆入力の防止効果を高め得る。モータ２６、減速機２７および直動機構２５を備えたアクチュエータ本体７は、準組立品として組み立てられてケース６ｂにボルト等により着脱自在に取り付けられる。なおモータ２６の駆動力を、減速機を介さず直接直動機構２５へ伝達する機構も可能である。

ケース６ｂは、ユニット支持部材３の一部として、ユニット支持部材本体３Ａに一体に形成されている。ケース６ｂは、有底筒状に形成され、モータ２６を支持するモータ収容部と、直動機構２５を支持する直動機構収容部が設けられている。前記モータ収容部には、モータ２６をケース内所定位置に支持する嵌合孔が形成されている。前記直動機構収容部には、直動機構２５をケース内所定位置に支持する嵌合孔、および、直動出力部２５ａの進退を許す貫通孔等が形成されている。

図４に示すように、ユニット支持部材本体３Ａは、前記ケース６ｂ、ショックアブソーバの取り付け部となるショックアブソーバ取り付け部６ｃ、および第１のステアリング装置１１（図３）の結合部となるステアリング装置結合部６ｄを有する。これらショックアブソーバ取り付け部６ｃおよびステアリング装置結合部６ｄも、ユニット支持部材本体３Ａに一体に形成されている。ユニット支持部材本体３Ａの外表面部における上部に、ショックアブソーバ取り付け部６ｃが突出するように形成されている。ユニット支持部材本体３Ａの外表面部における側面部には、ステアリング装置結合部６ｄが突出するように形成されている。

＜車両情報検出部１１０の構成＞
図９に示すように、車両情報検出部１１０は、車両情報を検出しＥＣＵ１３０へ出力する。車両情報検出部１１０は、車速検出部１１１、操舵角検出部１１２、車高検出部１１３、実ヨーレート検出部１１４、実横加速度検出部１１５、アクセルペダルセンサ１１６、およびブレーキペダルセンサ１１７を備える。

車速検出部１１１は、例えば車両が備えるトランスミッションの内部に取り付けたスピードセンサ等のセンサ（図示せず）の出力に基づいて、この車両の速度（車速）を検出し、ＥＣＵ１３０へ車速情報（単に「車速」とも言う）を出力する。
操舵角検出部１１２は、例えば第１のステアリング装置１１が備えるモータ部に取り付けられたレゾルバ等のセンサ（図示せず）の出力に基づいてステアリング角度（操舵角）を検出し、ＥＣＵ１３０へ操舵角情報（単に「ステアリング角度」または「車輪角度」とも言う）を出力する。

車高検出部１１３は、車両１００（図１）のシャーシと地面との距離をレーザ変位計により測定する方法、あるいは車両１００の懸架装置１２（図１）における図示外のアッパーアームまたはロアアームの角度を角度センサにより検出する方法等により、第２のステアリング装置１５０により操舵される各車輪９（図１）の車高を検出する。そして、車高検出部１１３は、検出した車高を車高情報としてＥＣＵ１３０へ出力する。

実ヨーレート検出部１１４は、例えば車両１００（図１）に取り付けられたジャイロセンサ等のセンサの出力に基づいて、実ヨーレートを検出し、ＥＣＵ１３０へ実ヨーレート情報を出力する。
実横加速度検出部１１５は、例えば車両１００（図１）に取り付けられたジャイロセンサ等のセンサの出力に基づいて、実横加速度を検出し、ＥＣＵ１３０へ実横加速度情報を出力する。アクセルペダルセンサ１１６は、運転者によるアクセルペダル２１０への入力を検出し、検出した値をアクセル指令値としてＥＣＵ１３０へ出力する。ブレーキペダルセンサ１１７は、運転者によるブレーキペダル２２０への入力を検出し、検出した値をブレーキ指令値としてＥＣＵ１３０へ出力する。ＥＣＵ１３０は、操舵角指令信号を含む車両情報を第２のステアリング装置１５０の制御部１５０ｂに出力する。

＜第２のステアリング装置１５０の制御部１５０ｂ＞
第２のステアリング装置１５０の制御部１５０ｂは、ＥＣＵ１３０から、車速情報、操舵角情報、車高情報、実ヨーレート情報、実横加速度情報、アクセル指令値、およびブレーキ指令値を含む車両情報を取得し、取得した車両情報に基づいて、補助操舵制御部１５１が右輪用のアクチュエータ駆動制御部３１Ｒ、左輪用のアクチュエータ駆動制御部３１Ｌを制御することで、右輪ハブユニット１Ｒ、および左輪ハブユニット１Ｌが備えるモータ２６を駆動し、左右の車輪を独立して操舵可能である。

制御部１５０ｂにおいて、前記車両情報である操舵角情報等の各情報と前記モータ２６を駆動する指令値との関係は、例えばマップまたは演算式等を用いて制御規則として定められており、その制御規則を用いて制御を行う。
制御部１５０ｂは、例えば専用のＥＣＵとして設けられるが、メインのＥＣＵ１３０の一部として設けてもよい。

特に、制御部１５０ｂは、車両の旋回時に、ステアリング角度および車速に応じて各操舵用アクチュエータ５（図２）を制御して、前輪となる左右の車輪９，９（図１）のトー角を調整することで、車両の前後の荷重バランスを制御する。具体的には、制御部１５０ｂは、ハンドル２００と連結される第１のステアリング装置１１により操舵される車輪角度（ステアリング角度）θＴを、操舵角検出部１１２からＥＣＵ１３０を介して取得する。

前輪の補正舵角θｓは、図１０に示すように、ステアリング角度θＴに応じて決まる操舵可能な前輪の作動範囲θｓｍａｘと、図１１に示すように、車速に応じて決まる前輪の補正舵角係数（切り増し係数）αθを用いて次式で求められる。
θｓ＝αθ・θｓｍａｘ

＜補正舵角係数αθについて＞
低速度域（０〜ＶＬｋｍ／ｈ以下）では前輪の補正舵角係数αθを「Ａ」とし、ＶＬｋｍ／ｈから車速の上昇に合わせ徐々に補正舵角係数αθを増加させ、高速度域（ＶＨｋｍ／ｈ以上）では補正舵角係数αθを「１．０」とする。係数Ａ、ＶＬｋｍ／ｈ、ＶＨｋｍ／ｈは、車両情報によって異なる値であり、それぞれ試験またはシミュレーションのいずれか一方または両方により定められる。

図９および図１２に示すように、前記により、運転者が第１のステアリング装置１１を操作し、制御部１５０ｂが、車両の旋回開始時に、ステアリング角度および車速に応じて、補正舵角θｓ分だけ前輪９，９のトー角を瞬間的にトーインまたはトーアウト（図１２の例ではトーイン）にすることで、減速Ｇを発生させて車両の前後の荷重バランスを制御する。これにより、車両の旋回前よりもタイヤの荷重を前輪へ移動して前輪のタイヤ接地力を上げることで、車両がスムーズに曲がりやすくなる。補正舵角θｓ分だけ前輪９，９をトーインさせる瞬間的な時間は、例えば、０．５秒以下である。

その後の旋回中において、制御部１５０ｂは、ステアリング角度および車速に応じて各操舵用アクチュエータ５（図２）を制御して、前輪となる左右の車輪９，９の舵角差を変える。例えば、高速域の旋回走行においてはパラレルジオメトリとし、低速域の旋回走行においてはアッカーマンジオメトリとする等、走行中にステアリングジオメトリを変化させることができる。

図１３，図１４は、トー角制御する処理の前後段の過程を示すフローチャートである。図９も適宜参照しつつ説明する。
車両の旋回開始時、制御部１５０ｂは、車速が低速度域であるか否かを判定する（ステップａ１）。低速度域であるとの判定で（ステップａ１：Ｙｅｓ）、制御部１５０ｂは、前輪の補正舵角係数αθを「Ａ」とし（ステップａ４）、後述するステップａ７へ移行する。

車速が中速度域のとき（ステップａ２：Ｙｅｓ）、制御部１５０ｂは、車速の上昇に合わせ徐々に補正舵角係数αθを増加させ（ステップａ５）、その後ステップａ７へ移行する。車速が高速度域のとき（ステップａ３：Ｙｅｓ）、制御部１５０ｂは、補正舵角係数αθを「１．０」とし（ステップａ６）、ステップａ７へ移行する。車速が高速度域でないとの判定で（ステップａ３：Ｎｏ）、ステップａ１へ戻る。

ステップａ７において、制御部１５０ｂは、前述のように前輪の補正舵角θｓを決定する。その後制御部１５０ｂは各操舵用アクチュエータの駆動量（モータ２６に流す電流等）を算出し（ステップａ８）、各操舵用アクチュエータを駆動する（ステップａ９）。定められた時間経過後（ステップａ１０）、制御部１５０ｂは、前輪の補正舵角θｓが一旦「０」ｄｅｇになるように各操舵用アクチュエータを駆動する（ステップａ１１）。その後、ステアリング角度および車速等に応じて、各操舵用アクチュエータの駆動量を演算し（ステップａ１２）、各操舵用アクチュエータを駆動する（ステップａ１３）。その後本処理を終了する。

以上説明したステアリング角度および車速に応じて左右の車輪のトー角を調整する制御に加えて、補助操舵制御部１５１は以下の図１５に示すように左右の車輪を独立して操舵する制御を行う。この図１５に示す制御と図１３および図１４に示す制御とを、運転者の操作または車両状況等に応じて切替えてもよいし、並行して実行してもよい。

図１５に示すように、補助操舵制御部１５１は、規範横加速度計算部１５２、右輪タイヤ角度計算部１５３、左輪タイヤ角度計算部１５４、右輪路面摩擦係数計算部１５５、目標ヨーレート計算部１５６、左輪路面摩擦係数計算部１５７、目標ヨーレート補正部１５８、目標左右輪タイヤ角度計算部１５９、右輪指令値計算部１６０、および左輪指令値計算部１６１を備える。

右輪タイヤ角度計算部１５３および左輪タイヤ角度計算部１５４は、所定の周期で、ＥＣＵ１３０から操舵角情報および車高情報を取得する。右輪タイヤ角度計算部１５３および左輪タイヤ角度計算部１５４は、取得した操舵角情報および車高情報に基づいて、第２のステアリング装置１５０（図９）が操舵を行うタイヤの現在の角度を算出し、算出したタイヤ角度情報を規範横加速度計算部１５２に出力する。

規範横加速度計算部１５２は、ＥＣＵ１３０から取得した車速情報および前記タイヤ角度情報に基づいて、規範横加速度の計算を行う。規範横加速度計算部１５２は、算出した規範横加速度を規範横加速度情報として右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７に出力する。

図１６は路面摩擦係数を算出するためのマップを表す図であり、このマップは、図１５に示す右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７に記憶されている。
右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７は、ＥＣＵ１３０から取得する実横加速度情報および規範横加速度計算部１５２から入力される規範横加速度情報に基づいて、路面摩擦係数の計算を行う。具体的には、右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７は、規範横加速度計算部１５２から規範横加速度情報が入力されると、右輪タイヤ角度計算部１５３および左輪タイヤ角度計算部１５４からタイヤ角度情報を取得する。右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７は、前記マップ（図１６）に基づいて、実横加速度／規範横加速度とタイヤ角度とから、路面摩擦係数を算出する。右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７は、算出した右輪の路面摩擦係数である右輪路面摩擦係数情報と、左輪の路面摩擦係数である左輪路面摩擦係数情報とを、目標ヨーレート補正部１５８に出力する。

目標ヨーレート計算部１５６は、ＥＣＵ１３０から所定の周期で取得する車速情報および操舵角情報に基づいて、目標ヨーレートを計算し、算出した目標ヨーレートを目標ヨーレート情報として目標ヨーレート補正部１５８に出力する。
目標ヨーレート補正部１５８は、右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７から、右輪路面摩擦係数情報および左輪路面摩擦係数情報が入力されると、目標ヨーレート計算部１５６から目標ヨーレート情報を取得し、右輪路面摩擦係数情報および左輪路面摩擦係数情報で表される路面摩擦係数に応じて目標ヨーレートの補正を行う。目標ヨーレート補正部１５８は、補正後の目標ヨーレートを補正後ヨーレート情報として目標左右輪タイヤ角度計算部１５９へ出力する。

目標左右輪タイヤ角度計算部１５９は、前記補正後ヨーレート情報が入力されると、ＥＣＵ１３０から実ヨーレート情報、アクセル指令値およびブレーキ指令値を取得し、右輪路面摩擦係数情報および左輪路面摩擦係数情報を取得し、左右輪のタイヤ角度の目標値である目標左右輪タイヤ角度を計算する。具体的には、目標左右輪タイヤ角度計算部１５９は、下記式（１）に基づいて、左右それぞれのタイヤの目標の角度を算出する。

式（１）において、θ_ｙは実ヨーレート情報で表される実際の車両のヨーレート量、Ｘ_Ａはアクセル指令値、Ｘ_Ｂはブレーキ指令値、μ_Ｒは右輪路面摩擦係数、μ_Ｌは左輪路面摩擦係数、θ_ｔＲ１は右輪の目標タイヤ角度、θ_ｔＬ１は左輪の目標タイヤ角度である。
目標左右輪タイヤ角度計算部１５９は、計算した左右輪それぞれの目標タイヤ角度を目標タイヤ角度情報として、右輪指令値計算部１６０および左輪指令値計算部１６１へ出力する。

右輪指令値計算部１６０および左輪指令値計算部１６１は、前記各目標タイヤ角度情報が入力されると、右輪タイヤ角度計算部１５３および左輪タイヤ角度計算部１５４から、現在のタイヤ角度を表すタイヤ角度情報を取得し、目標タイヤ角度情報で表される目標タイヤ角度と、現在のタイヤ角度とを比較する。目標タイヤ角度と現在のタイヤ角度とを比較した結果、偏差がある場合には、右輪ハブユニット１Ｒ（図９）および左輪ハブユニット１Ｌ（図９）のそれぞれを操舵させる量を表す右輪操舵量情報および左輪操舵量情報を生成する。右輪指令値計算部１６０は、生成した右輪操舵量情報（電流指令信号）を右輪用のアクチュエータ駆動制御部３１Ｒへ出力し、左輪指令値計算部１６１は、生成した左輪操舵量情報（電流指令信号）を左輪用のアクチュエータ駆動制御部３１Ｌへ出力する。

各アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌはインバータを備える。各アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、前記右輪操舵量情報および前記左輪操舵量情報に基づいて、各操舵用アクチュエータのモータ２６（図９）への電流を制御する。
具体的には、図９および図１５に示すように、各アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、右輪指令値計算部１６０および左輪指令値計算部１６１から右輪操舵量情報および左輪操舵量情報が入力されると、現在の右輪ハブユニット１Ｒ、および左輪ハブユニット１Ｌの操舵角を表す各モータ２６の位置情報を取得し、右輪操舵量情報および左輪操舵量情報に基づいてモータ２６の目標位置を決定し、各モータ２６へ流す電流の制御を行う。

すなわち、図４に示すように、各アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、補助操舵制御部１５１から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して操舵用アクチュエータ５を駆動制御する。アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、モータ２６のコイルに供給する電力を制御する。このアクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、例えば、図示外のスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路を構成し、前記スイッチ素子のＯＮ−ＯＦＦデューティ比によりモータ印加電圧を決定するＰＷＭ制御を行う。これにより、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、車輪を微小に角度変化することができる。

＜作用効果＞
以上説明したステアリングシステム１０１によれば、制御部１５０ｂは、車両１００の旋回時に、ステアリング角度および車速に応じて操舵用アクチュエータ５，５を制御して前輪のトー角をトーインまたはトーアウトに適切に調整する。これにより、走行抵抗を増やし、車両１００に減速Ｇを発生させて荷重を前輪９，９のタイヤに移すことで前輪タイヤの接地力が上がり、運転者の意図した通りの旋回が可能となり、操縦安定性を向上することができる。

またタイヤハウジング１０５内に設けられた操舵用アクチュエータ５の駆動によりトー角調整するため、操舵用アクチュエータ５から作用点までの損失が少なく、かつ指令に対する追従性を高くすることができ効率を高めることができる。したがって、この構成によると、多数の減速機およびギヤを使用する従来技術に対し、指令に対する追従性が高く効率が高い簡単な装置で車両旋回時の操縦安定性を向上し得る。

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

［第２の実施形態］
図１７に示すように、この第２の実施形態に係るステアリングシステム１０１は、二つの第２のステアリング装置１５０_１、１５０_２を備えている点で、第１の実施形態とは異なる。
一方の第２のステアリング装置１５０_１は、第１のステアリング装置１１と同じ前輪である左右の車輪９，９の操舵を行い、他方の第２のステアリング装置１５０_２は、後輪である左右の車輪９，９の操舵を行う。このステアリングシステム１０１によれば、複数（この例では二つ）の第２のステアリング装置１５０_１、１５０_２を備えていることにより、より複雑に４輪を独立して操舵することが可能となり、車両１００の走行安定性の向上および燃費の低減を図ることが可能となる。

［第３の実施形態］
図１８に示す車両は、前後左右の各車輪９がそれぞれ独立して操舵可能なステアリング装置１５０を備え、全車輪９が操舵用アクチュエータであるモータ２６により各々独立して駆動可能とされている。これらのステアリング装置１５０は、例えば、操舵入力手段と機械的に連結されていないステアバイワイヤ形式である。各車輪９は、各々独立して、走行用のモータＭを含むインホイールモータ駆動装置ＩＷＭにより走行駆動される。運転操作系としては、操舵入力手段およびアクセル操作手段を兼ねるジョイスティック２００Ｂが設置されている。このような車両においても、車両旋回時に、操舵角度（ステアリング角度）および車速に応じて各操舵用アクチュエータを制御して前輪のトー角をトーインまたはトーアウトに適切に調整し得る。

さらに他の実施形態に係るステアリングシステムを備える車両として、左右の各車輪がそれぞれ独立して操舵可能なステアリング装置である第２のステアリング装置を備え、各車輪が操舵用アクチュエータにより各々独立して駆動可能とされ、これらのステアリング装置は、例えば、操舵指令装置と機械的に連結されていないステアバイワイヤ形式であってもよい。
図示しないが、第１のステアリング装置１１が前輪の操舵を行い、第２のステアリング装置１５０が各後輪の操舵を行うステアリングシステムであってもよい。
各実施形態は、例えば図９に示すような自動の操舵指令装置２００Ａであってもよい。この自動の操舵指令装置２００Ａは、車両周辺状況検出手段２３０から車両周辺状況等を認識し、操舵指令を自動生成する装置である。車両周辺状況検出手段２３０は、例えば、カメラまたはミリ波のレーダ等のセンサ類である。

自動の操舵指令装置２００Ａは、例えば道路上の白線および障害物を認識し、操舵指令を生成して出力する。自動の操舵指令装置２００Ａは、車両の自動運転を行う装置の一部であっても、手動運転による操舵の支援を行う装置であってもよい。このような自動で操舵指令を生成する操舵指令装置２００Ａを備えた車両においても、第２のステアリング装置１５０を備えることで、トー角制御等の第１のステアリング装置１１では行えない動作が行え、また車両の走行方向の主な操舵を第１のステアリング装置１１で行い、その補正を第２のステアリング装置１５０で行うようにすることもでき、操舵量指令に対して車両の向きの補正を可能とし、車両の走行安定性を維持することが可能となる。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２…ハブユニット本体、３…ユニット支持部材、５…操舵用アクチュエータ、６…ナックル（足回りフレーム部品）、９…車輪、１１…第１のステアリング装置、１２…懸架装置、１５…ハブベアリング、３１Ｒ，３１Ｌ…アクチュエータ駆動制御部、１００…車両、１０１…ステアリングシステム、１０５…タイヤハウジング、１１０…車両情報検出部、１５０…第２のステアリング装置、１５０ｂ…制御部、１５１…補助操舵制御部

Claims (5)

1. 車両のタイヤハウジング内に設けられた操舵用アクチュエータの駆動により左右の車輪を個別に操舵させるステアリング装置を備えた車両のステアリングシステムにおいて、
   ステアリング角度および車速を含む車両情報を検出する車両情報検出部を備え、
   前記ステアリング装置は、前記車両の旋回時に、前記ステアリング角度および車速に応じて前記操舵用アクチュエータを制御して前記左右の車輪のトー角を調整することで、前記車両の前後の荷重バランスを制御する制御部を有するステアリングシステム。
2. 請求項１に記載のステアリングシステムにおいて、
   前記車両の前輪を操舵させる第１のステアリング装置と、
   前記操舵用アクチュエータおよび前記制御部を含む前記ステアリング装置である第２のステアリング装置と、を備え、
   前記制御部は、前記車両情報に基づいて、前記左右の車輪の前記操舵用アクチュエータを左右個別に制御するステアリングシステム。
3. 請求項２に記載のステアリングシステムにおいて、前記第２のステアリング装置は、
   車輪を支持するハブベアリングを有するハブユニット本体と、
   懸架装置の足回りフレーム部品に設けられ、前記ハブユニット本体を上下方向に延びる転舵軸心回りに回転自在に支持するユニット支持部材と、
   前記ハブユニット本体を前記転舵軸心回りに回転駆動させる前記操舵用アクチュエータと、を備えるステアリングシステム。
4. 請求項２または請求項３に記載のステアリングシステムにおいて、前記第２のステアリング装置の前記制御部は、与えられた操舵角指令信号に応じた電流指令信号を出力する補助操舵制御部と、この補助操舵制御部から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して前記操舵用アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御部とを有するステアリングシステム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のステアリングシステムを備えた車両。

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