JP2021127065A - 転舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 実用性の高い単輪独立転舵装置を提供する。
【解決手段】 電動モータ３６ａと、その電動モータの動作を車輪１２の転舵動作に変換する動作変換機構４４と、その電動モータへの供給電流を制御することでその電動モータの動作位置に応じた車輪の転舵を実現させるコントローラとを備えて、車両が備える複数の車輪のうちの１つを他の車輪とは独立して転舵する転舵装置３４において、電動モータの動作位置の基準となる基準動作位置を設定する基準設定処理として、（ａ）カメラによって撮像された車輪の画像のデータに依拠して取得されたその車輪の転舵位置に基づく第１基準設定処理と、（ｂ）車両の走行中において車輪が特定若しくは任意の転舵位置に維持されているときの電動モータへの供給電流に基づく第２基準設定処理との両方を行う。迅速、かつ、充分に正確な電動モータの基準動作位置の設定が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に搭載されて、その車両が有する１つの車輪を転舵する転舵装置に関する。

転舵装置では、例えば、ステアリング操作部材の操作位置に対応する転舵位置に車輪を転舵するようにされており、ステアリング操作部材が直進状態位置（車両を直進させるときの操作位置であり、中立位置と呼ぶこともできる）にあるときには、車輪も直進状態位置（車両が直進するときに位置すべき転舵位置であり、中立位置と呼ぶこともできる）に位置させられる。下記特許文献では、カメラによって左右１対の車輪を同時に撮像することによって得られた画像データに基づいて、それら１対の車輪の転舵における対称度を算出し、その対称度に基づいて、センサによって検出されるステアリング操作部材の操作位置の補正を行っている。

特開２０１５−６９２４５号広報

昨今、電動モータが発生させる力によって、１つの車輪を独立して転舵させる転舵装置（以下、「単輪独立転舵装置」という場合がある）が検討されており、その単輪独立転舵装置では、左右の車輪をそれぞれ保持する１対のステアリングナックルを連結する部材が設けられていないため、左右の車輪の間で転舵位置のズレが発生し易い。また、単輪独立転舵装置では、転舵位置を検出するためのセンサを設ける必要がないというメリットを享受すべく、車輪の転舵位置と特定の関係にある電動モータの動作位置に基づいて、その動作位置に応じた車輪の転舵を実現するようにすることが可能である。一方で、転舵装置では、車両の作動が停止している間、すなわち、イグニッションスイッチ（以下、「ＩＧスイッチ」という場合がある）がＯＦＦ状態とされている間は、省エネの観点から当該転舵装置への電力の供給が断たれることが一般的である。ところが、電動モータの動作位置に基づいて車輪の転舵制御を行う単輪独立転舵装置では、当該転舵装置への電力の供給が断たれた場合、コントローラは、モータの動作位置を見失ってしまう。ＩＧスイッチがＯＦＦ状態とされている間に車輪に外力が加わって車輪が転舵された場合、コントローラは、ＩＧスイッチがＯＮ状態とされた後に、正確な転舵制御を実行できない。そのことを考慮して、上記特許文献に記載されているように、車輪の撮像によって車輪の転舵位置を推定して、その推定に基づいて電動モータの動作位置を設定するという手法を採用することも考えられる。しかしながら、撮像による車輪の転舵位置の推定は比較的精度が低いため、上記手法を採用したとしても、充分に正確な転舵制御が実行できない可能性がある。電動モータの動作位置を、充分に正確な車輪の転舵位置に基づいて設定できれば、単輪独立転舵装置の実用性は向上する。本発明は、そのような実情の下になされたものであり、実用性の高い単輪独立転舵装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の転舵装置は、
車両が備える複数の車輪のうちの１つを、他の車輪とは独立して転舵する転舵装置であって、
駆動源としての電動モータと、その電動モータの動作を車輪の転舵動作に変換する動作変換機構と、その電動モータへの供給電流を制御することでその電動モータの動作位置に応じた車輪の転舵を実現させるコントローラとを備え、
前記コントローラが、
前記電動モータの動作位置の基準となる基準動作位置を設定する基準設定処理として、（ａ）カメラによって撮像された車輪の画像データに依拠して取得されたその車輪の転舵位置に基づく第１基準設定処理と、（ｂ）車両の走行中において車輪が特定若しくは任意の転舵位置に維持されているときの電動モータへの供給電流に基づく第２基準設定処理との両方を行うように構成される。

本発明の転舵装置は、車輪の画像データに依拠する上記第１基準設定処理に加え、電動モータへの供給電力に依拠する上記第２基準設定処理を実行可能とされている。車両が走行しているときには、路面から、車輪に、当該車輪を直進状態位置に位置させる向きの力（以下、「セルフアライニングトルク」という場合がある）が作用する。車輪の転舵位置を維持するためには、セルフアライニングトルクに対抗する力を電動モータが発生させなければならず、電動モータには何某かの電流（以下、「維持電流」という場合がある）が供給される。セルフアライニングトルクの大きさは、車輪の転舵位置と車両の走行速度（以下、「車速」という場合がある）とに依存し、維持電流の大きさは、セルフアライニングトルクの大きさに依存する。第２基準設定処理は、そのことを利用して、車輪の転舵位置を推定し、その推定に基づいて、電動モータの動作位置の基準となる基準動作位置を設定する処理である。上記第１基準設定処理は、比較的迅速かつ簡便に行えるという利点を有する。それに対して、上記第２基準設定処理によれば、安定した供給電流の把握に対してある程度の時間を必要とするものの、車輪の転舵位置を充分に正確に把握でき、充分に正確な電動モータの基準動作位置の設定が可能となる。そのように特性の異なる２種の基準設定処理が実行可能とされていることで、本発明の転舵装置は、実用性の高いものとなる。

発明の態様

上記電動モータの動作位置は、例えば、その電動モータが回転型モータの場合には、モータ軸の回転角度位置、すなわち、電動モータのモータ回転角を意味する。同様に、車輪の転舵位置は、簡単に言えば、車輪の転舵角を意味する。さらに言えば、電動モータの動作位置は、基準動作位置からの動作量と考えることができ、その基準動作位置は、典型的には、車両が直進している状態における動作位置である直進状態位置として設定することができる。同様に、車輪の転舵位置は、基準転舵位置からの転舵量と考えることができ、その基準転舵位置は、典型的には、車両が直進している状態の転舵位置である直進状態位置として設定することができる。車輪の転舵位置についての基準転舵位置と、電動モータの動作位置についての基準動作位置とを整合させれば、例えば、ステアリング操作部材の操作（以下、「ステアリング操作」という場合がある）に基づいて電動モータの動作位置を制御することで、ステアリング操作に応じて、車輪の転舵位置を適切に制御することが可能となるのである。第１基準設定処理および第２基準設定処理の２つの基準設定処理は、いずれも、車輪の転舵位置と電動モータの動作位置とを整合させるべく、電動モータの基準動作位置を設定する処理と考えることができる。

コントローラによる基本的な転舵制御は、車輪が転舵されるべき転舵位置に対応する電動モータの動作位置である目標動作位置を決定し、その目標動作位置に対する実際の電動モータの動作位置の偏差である動作位置偏差に基づいて、前記電動モータへの供給電流を決定するようにすればよい。車輪が転舵されるべき転舵位置である目標転舵位置、若しくは、上記目標動作位置は、例えば、運転者によるステアリング操作に基づいて決定すればよい。具体的には、動作位置偏差に基づいて、フィードバック制御則に従って、電動モータへの供給電流を決定すればよい。なお、前述のように、車両の走行中において車輪が直進状態位置からある転舵量だけ転舵された場合、そのときの転舵位置を維持するためには、車輪を直進状態位置に戻そうとする力であるセルフアライニングトルクに対抗する力を車輪に付与するような電流を電動モータに供給することが望ましい。したがって、コントローラは、ステアリング操作の程度が変化していない場合においても、車輪の転舵位置を目標転舵位置に維持するために必要な維持電流が電動モータに供給されるように、電動モータへの供給電流を制御することが望ましいのである。そのためには、上記フィードバック制御則に従った供給電流の決定式における積分項のゲインを適正化すればよい。

第１基準設定処理は、先に説明したように、第２基準設定処理と比較して、電動モータの基準動作位置の設定精度には劣るものの、簡便に、言い換えれば、迅速に行うことができる。その利点から、第１基準設定処理は、いち早く転舵制御を開始するために、車両の作動が開始されたとき、すなわち、ＩＧスイッチがＯＮ状態とされたときに行うことが望ましい。ＩＧスイッチがＯＦＦ状態とされている場合における車輪への外力の作用を考慮すれば、第１基準設定処理は、車両の作動が開始された都度行うことがより望ましい。

第１基準設定処理は、例えば、車両の作動が開始されたときのステアリング操作部材の操作状態に基づいて目標転舵位置を決定し、その目標転舵位置と、そのときの車輪の画像データに基づいて取得された転舵位置との差に基づいて、行ってもよく、また、例えば、車両の作動が停止されたときの車輪の転舵位置を記憶し、その記憶された転舵位置と、車両の作動が開始されたときに車輪の画像データに基づいて取得された転舵位置との差に基づいて行うようにされてもよい。

一方で、第２基準設定処理は、車両の走行中において、電動モータへ実際に供給されている電流と、車輪の転舵位置と車両の走行速度とに関連付けられた標準電流との差に基づいて行うことが可能である。その標準電流は、例えば、車輪がある転舵位置に維持されているときに、そのときの車速と車輪の目標転舵位置とに基づいて、そのときのセルフアライニングトルクと対抗すべくそのときに電動モータに供給すべき電流として決定してもよく、また、例えば、車両の走行時において実際に検出された電動モータへの供給電流として、詳しくは、特定の車速で車両が走行し、かつ、車輪の転舵位置が特定の位置に維持されているときの電流として記憶するようにしてもよい。ちなみに、セルフアライニングトルクが殆ど作用せず、標準電流と実際に電動モータに供給されている電流との差が把握し易いことを考慮すれば、第２基準設定処理は、車両が特定の速度で直進しているときに行うことが望ましい。

実施例の転舵装置を含んで構成された車両用車輪配設モジュールを示す斜視図である。 （ａ）は、図１に示す車輪配設モジュールが１対の前輪の各々に対して搭載された車両の構成を示す模式図であり、（ｂ）は、前輪を撮像可能なカメラが車両のドアミラーに配設されている様子を示す斜視図である。 カメラによって撮像された車輪の画像を模式的に示す図である。 実施例の転舵装置において実行される転舵制御プログラムのフローチャートである。 実施例の転舵装置において実行される始動処理プログラムおよび終末処理プログラムのフローチャートである。 実施例の転舵装置において実行される転舵位置調整プログラムのフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例である転舵装置を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕に記載された形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。

［Ａ］転舵装置のハード構成
実施例の転舵装置は、図１に示す車両用車輪配設モジュール１０（以下、単に、「モジュール１０」という場合がある）に組み込まれている。モジュール１０は、タイヤ１２ａが装着されたホイール１２ｂを車体に配設するためのモジュールである。ホイール１２ｂ自体を車輪と考えることができるが、本実施例においては、便宜的に、タイヤ１２ａが装着されたホイール１２ｂを車輪１２と呼ぶこととする。

本モジュール１０は、車輪回転駆動装置としての車輪駆動ユニット１４を有している。車輪駆動ユニット１４は、ハウジング１４ａと、ハウジング１４ａに内蔵された駆動源としての電動モータおよびその電動モータの回転を減速する減速機（ともに図示を省略する）と、ホイール１２ｂが取り付けられるアクスルハブ（図では隠れて見えない）とを有している。車輪駆動ユニット１４は、ホイール１２ｂのリムの内側に配置されるものであり、いわゆるインホイールモータユニットと呼ばれるものである。車輪駆動ユニット１４は、よく知られた構造のものであるため、それについてのここでの説明は省略する。

本モジュール１０は、マクファーソン型サスペンション装置（「マクファーソンストラット型」とも呼ばれる）を含んで構成されている。このサスペンション装置において、車輪駆動ユニット１４のハウジング１４ａは、車輪を回転可能に保持するとともに車体に対しての上下動が許容されたキャリアとして、さらに言えば、ハウジング１４ａは、後に説明する転舵装置におけるステアリングナックルとして機能し、車体に対する上下動が許容される。したがって、サスペンション装置は、サスペンションアームであるロアアーム１６と、車輪駆動ユニット１４のハウジング１４ａと、ショックアブソーバ１８と、サスペンションスプリング２０とを含んで構成されている。

サスペンション装置自体は一般的な構造のものであるため、簡単に説明すれば、ロアアーム１６は、いわゆるＬアームと呼ばれる形状のものであり、基端部が車両前後方向において２つの部分に分かれており、その基端部において、第１ブッシュ２２，第２ブッシュ２４を介して、アーム回動軸線ＬＬのまわりに回動可能に、車体のサイドメンバー（図示を省略）に支持されている。ロアアーム１６の先端部は、第１ジョイントであるアーム連結用ボールジョイント２６（以下、「第１ジョイント２６」という場合がある）を介して、車輪駆動ユニット１４のハウジング１４ａの下部に回動可能に連結されている。

ショックアブソーバ１８は、下端部が、車輪駆動ユニット１４のハウジング１４ａに固定的に支持され、上端部が、アッパサポート２８を介して、車体のタイヤハウジングの上部に支持されている。サスペンションスプリング２０の上端部も、アッパサポート２８を介して車体のタイヤハウジングの上部に支持されており、サスペンションスプリング２０の下端部は、ショックアブソーバ１８にフランジ状に設けられたロアサポート１８ａによって支持されている。つまり、サスペンションスプリング２０とショックアブソーバ１８とは、ロアアーム１６と車体との間に、互いに並列的に配設されているのである。

本モジュール１０は、ブレーキ装置を有しており、そのブレーキ装置は、ホイール１２ｂとともにアクスルハブに取り付けられて車輪１２とともに回転するディスクロータ３０と、そのディスクロータ３０を跨ぐようにして車輪駆動ユニット１４のハウジング１４ａに保持されたブレーキキャリパ３２とを含んで構成されている。詳しい説明は省略するが、このブレーキキャリパ３２は、摩擦部材としてのブレーキパッドと、電動モータを有してその電動モータの力でブレーキパッドをディスクロータ３０に押し付けることで車輪１２の回転を止めるためのブレーキアクチュエータとを有しており、当該ブレーキ装置は、いわゆる電動モータの発生させる力に依存して制動力を発生させる電動ブレーキ装置とされているのである。

さらに、本モジュール１０は、本発明の実施例である転舵装置３４を有している。転舵装置３４は、左右１対の車輪１２のうちの片方のみを他方とは独立して転舵するための単輪独立転舵装置であり、概ね、先に説明したようにステアリングナックルとして機能する車輪駆動ユニット１４のハウジング１４ａ（以下、転舵装置３４の構成要素として扱う場合には、「ステアリングナックル１４ａ」という場合がある。）と、ロアアーム１６の基端部に近い位置においてロアアーム１６に配設された転舵アクチュエータ３６と、その転舵アクチュエータ３６とステアリングナックル１４ａとを連結するタイロッド３８とを含んで構成されている。

転舵アクチュエータ３６は、駆動源としての電動モータである転舵モータ３６ａと、転舵モータ３６ａの回転を減速する減速機３６ｂと、転舵モータ３６ａの減速機３６ｂを介した回転によって回動させられてピットマンアームとして機能するアクチュエータアーム３６ｃとを含んで構成されている。タイロッド３８の基端部は、第２ジョイントであるロッド基端部連結用ボールジョイント４０（以下、「第２ジョイント４０」という場合がある）を介して、アクチュエータアーム３６ｃに連結され、タイロッド３８の先端部は、第３ジョイントであるロッド先端部ボールジョイント４２（以下、「第３ジョイント４２」という場合がある）を介して、ステアリングナックル１４ａが有するナックルアーム１４ｂに連結されている。

本転舵装置３４においては、上記アッパサポート２８の中心と、第１ジョイント２６の中心とを結ぶ線が、キングピン軸線ＫＰとなる。転舵モータ３６ａを動作させることで、図に太矢印で示すように、転舵アクチュエータ３６が有するアクチュエータアーム３６ｃは、アクチュエータ軸線ＡＬまわりに回動し、その回動がタイロッド３８によって伝達されてステアリングナックル１４ａはキングピン軸線ＫＰまわりに回動させられる。つまり、図に太矢印で示すように、車輪１２が転舵されるのである。このような構造から、本転舵装置３４では、アクチュエータアーム３６ｃ，タイロッド３８，ナックルアーム１４ｂ等を含んで、転舵モータ３６ａの回転動作を車輪１２の転舵動作に変換する動作変換機構４４を備えているのである。

転舵装置３４は、転舵アクチュエータ３６がロアアーム１６に配設されている。そのため、モジュール１０の車体への組み付け作業を簡便に行うことが可能となる。端的に言えば、ロアアーム１６の基端部を車体のサイドメンバーに取り付け、アッパサポート２８を車体のタイヤハウジングの上部に取り付けることで、当該モジュール１０を車両に搭載することができるのである。つまり、本モジュール１０は、車両に対する搭載性において優れたモジュールとされているのである。

モジュール１０は、例えば、図２（ａ）に模式的に示すように、車両の左右２つの車輪１２（以下、「前輪１２」という場合がある）の各々に対して配置することができる。車輪１２の転舵に関して言えば、この車両では、２つのモジュール１０の各々の転舵装置３４は、個別に、コントローラである転舵電子制御ユニット（以下、「転舵ＥＣＵ」と略す場合があり、図では、「Ｓ−ＥＣＵ」と示されている。）５０によって制御される。具体的には、各モジュール１０の転舵装置３４の転舵モータ３６ａの制御が、つまり、転舵モータ３６ａへの供給電流の制御が、対応する転舵ＥＣＵ５０によって行われる。したがって、転舵ＥＣＵ５０をも含んで転舵装置３４が構成されていると考えることができるのである。ちなみに、転舵ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するコンピュータ、転舵モータ３６ａの駆動回路（例えば、転舵モータ３６ａがブラシレスＤＣモータである場合にはインバータである）等を含んで構成されている。

本車両は、２つの前輪１２にそれぞれ対応する２つの転舵装置３４を含んで構成される実施例のステアリングシステムが搭載されていると考えることができる。このステアリングシステムは、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステムであり、その構成要素として、運転者のステアリング操作を受け付けるための操作装置５２を有している。操作装置５２は、ステアリング操作部材としてのステアリングホイール５４と、そのステアリングホイール５４の回転角である操作角をステアリング操作部材の操作位置として検出するためのステアリングセンサ５６と、ステアリングホイール５４に操作反力を付与する反力付与装置５８と、当該操作装置５２のコントローラである操作電子制御ユニット（以下、「操作ＥＣＵ」と略す場合があり、図では、「Ｏ−ＥＣＵ」と示されている。）６０とを有している。各転舵ＥＣＵ５０，操作ＥＣＵ６０は、ＣＡＮ（car area network or controllble area network）６２に接続されており、そのＣＡＮ６２を介して互いに通信可能とされている。

また、図２（ｂ）に示すように、本車両には、左右のドアミラー７０の各々の下部に当該車両の周囲を監視するためのカメラ７２が配設されている。それらのカメラ７２は、１対の前輪１２をそれぞれ撮像可能とされている。それらのカメラ７２によってそれぞれ撮像されて画像処理ユニット７４によって処理された前輪１２の画像データは、ＣＡＮ６２を介して、それぞれ、転舵ＥＣＵ５０が受け取り可能とされている。

［Ｂ］ステアリングシステムの制御
i）転舵制御
転舵装置３４の転舵ＥＣＵ５０は、運転者のステアリング操作に応じた転舵位置ψに車輪１２を転舵するための転舵制御を実行する。詳しく言えば、ステアリングセンサ５６の検出に基づくステアリングホイール５４の操作角、すなわち、ステアリング操作位置δを、ステアリング操作の程度として、ＣＡＮ６２を介して操作ＥＣＵ６０から入手し、その入手したステアリング操作位置δに基づいて、車輪１２において実現させるべき転舵位置ψである目標転舵位置ψ^*を決定し、車輪の転舵位置ψがその目標転舵位置ψ^*となるように、転舵モータ３６ａへの供給電流Ｉを制御する。ステアリング操作位置δは、車両を直進させるための位置である直進状態位置を基準操作位置δ₀とし、その基準操作位置δ₀からの位置変化量、すなわち、ステアリング操作量と考えることできる。ちなみに、ステアリングセンサ５６は、電力の供給が断たれても、再度電力を供給すれば、同じ基準操作位置δ₀からの３６０°を超えたステアリングホイール５４の操作角を常に検出可能とされている。また、転舵位置ψは、いわゆる転舵角と同義であり、車両の直進状態において位置させられるべき位置である直進状態位置を基準転舵位置ψ₀として、その基準転舵位置ψ₀からの位相変位量、すなわち、転舵量と考えることができる。なお、ステアリング操作位置δ，転舵位置ψは、厳密には、基準操作位置δ₀，基準転舵位置ψ₀を挟んだ左右において正負が反対の値となる。

ちなみに、ステアリング操作位置δに代えて、ステアリング操作の程度として、ステアリングホイール５４に運転者が加えるトルク、すなわち、ステアリング操作力を採用し、そのステアリング操作力に基づいて目標転舵位置ψ^*を決定するようにしてもよい。また、詳しい説明は省略するが、例えば、自動運転によって車輪１２を転舵する場合には、転舵ＥＣＵ５０が、自動運転システム側からの情報によって目標転舵位置ψ^*を取得し、その取得した目標転舵位置ψ^*に基づいて車輪１２を転舵するようにすればよい。

目標転舵位置ψ^*に対する実際の転舵位置ψの偏差である転舵位置偏差Δψに基づいて、車輪１２を目標転舵位置ψ^*に転舵させる若しくは維持させるために必要なアクチュエータ３６の力である必要転舵トルクＴｑを決定すればよいのであるが、本転舵装置３４では、実際の転舵位置ψを検出するための転舵位置センサを有していない。そのため、車輪１２の転舵位置ψと転舵モータ３６ａの動作位置との間に特定の関係があることを利用して、転舵モータ３６ａの動作位置に基づいて、必要転舵トルクＴｑを決定する。詳しく言えば、転舵モータ３６ａの動作位置は、転舵モータ３６ａが回転型のモータであるため、モータ軸の角度位置、すなわち、モータ回転角θである。一方で、モータの動作位置は、モータの動作量、詳しくは、モータの動作位置の基準動作位置からの変化量と考えることができ、モータ回転角θは、基準動作位置である基準モータ回転角θ₀からの変位角と考えることができる。モータ回転角θは、３６０°を超えて累積され、また、基準モータ回転角θ₀は、車両を直進状態とするための位置である直進状態モータ回転角に設定される。さらに言えば、本転舵装置３４では、転舵モータ３６ａとステアリングナックル１４ａとは、機械的に連結されており、転舵モータ３６ａのモータ回転角θの変化量と、車輪の転舵位置ψの変化量との間には、特定の関係が存在する。大まかには、それらの間には、減速機３６ａの減速比等に依拠する一定の比に基づく関係が成立していると考えることができる。その関係を利用して、本転舵装置３４では、転舵位置ψを直接的に制御するのではなく、モータ回転角θの制御によって、転舵位置ψを制御しているのである。なお、モータ回転角θも、厳密には、基準モータ回転角θ₀を挟んだ左右において正負が反対の値となる。

具体的に説明すれば、本転舵装置３４では、転舵ＥＣＵ５０は、目標転舵位置ψ^*に基づいて、モータ回転角θの目標である目標動作位置としての目標モータ回転角θ^*を決定する。一方で、転舵モータ３６ａは、ブラシレスＤＣモータであり、自身への電流供給における相の切換えのためにモータ回転角センサ（例えば、ホールＩＣ，レゾルバ等である）を有している。転舵ＥＣＵ５０は、このモータ回転角センサの検出に基づいて、基準モータ回転角θ₀を基準とした現時点のモータ回転角θである実モータ回転角θを把握する。転舵ＥＣＵ５０は、動作位置偏差として、目標モータ回転角θ^*に対するモータ回転角θの偏差であるモータ回転角偏差Δθを求め、このモータ回転角偏差Δθ（＝θ^*−θ）に基づいて、次式に従って、必要転舵トルクＴｑを決定する。
Ｔｑ＝Ｇ_P・Δθ＋Ｇ_D・（ｄΔθ／ｄｔ）＋Ｇ_I・∫Δθｄｔ
上記式は、モータ回転角偏差Δθに基づくフィードバック制御則に従った式である。第１項，第２項，第３項は、それぞれ、比例項，微分項，積分項であり、Ｇ_P，Ｇ_D，Ｇ_Iは、それぞれ，比例ゲイン，微分ゲイン，積分ゲインである。

必要転舵トルクＴｑと転舵モータ３６ａへの供給電流Ｉとは、特定の関係にある。詳しくは、必要転舵トルクＴｑが転舵モータ３６ａの発揮する力に依存しているため、必要転舵トルクＴｑと供給電流Ｉとは、概ね比例関係にある。そのことに従って、転舵ＥＣＵ５０は、決定された必要転舵トルクＴｑに基づいて、転舵モータ３６ａへの供給電流Ｉを決定し、その電流Ｉを、転舵モータ３６ａに供給する。

車輪１２が転舵された状態で車両が走行しているときには、当該モジュール１０にはサスペンションジオメトリに基づくセフルアライメントトルク、つまり、車輪１２を直進状態位置に位置させようとする力が作用する。したがって、車輪１２を目標転舵位置ψ^*に維持するためには、何某かの電流Ｉを、維持電流として転舵モータ３６ａに供給する必要がある。必要転舵トルクＴｑを決定するための上記式に積分項が存在し、積分ゲインＧ_Iを適正な値に設定すれば、上記式に従って必要転舵トルクＴｑを決定することで車輪１２を目標転舵位置ψ^*に維持するための維持トルクが自ずと決定される。したがって、その維持トルクにより、維持電流も自ずと決定されることになる。

なお、上述のように、必要転舵トルクＴｑを介してモータ回転角偏差Δθに基づいて間接的に供給電流Ｉを決定してもよいが、必要転舵トルクＴｑを用いることなく、下記式に従って、モータ回転角偏差Δθに基づいて、直接的に、供給電流Ｉを決定してもよい。
Ｉ＝Ｇ_P’・Δθ＋Ｇ_D’・（ｄΔθ／ｄｔ）＋Ｇ_I’・∫Δθｄｔ
上記式におけるＧ_P’，Ｇ_D’，Ｇ_I’は、それぞれ，比例ゲイン，微分ゲイン，積分ゲインである。

ii）車輪の転舵位置の推定と基準モータ回転角の設定
先に説明したように、車輪１２の転舵位置ψと、転舵モータ３６ａの動作位置であるモータ回転角θとは、それぞれの直進状態位置、つまり、転舵モータ３６ａの基準モータ回転角θ₀と車輪１２の基準転舵位置ψ₀とを整合させるようにして対応付けられる。詳しく言えば、車輪１２が基準転舵位置ψ₀に位置するときに、モータ回転角θが、基準モータ回転角θ₀となるように設定される。そして、転舵ＥＣＵ５０は、モータ回転角センサの検出によって、基準モータ回転角₀を基準とした現時点のモータ回転角θである実モータ回転角θを把握する。

ところが、上述のように、ＩＧスイッチがＯＦＦ状態とされると、転舵ＥＣＵ５０，転舵モータ３６ａへの電力の供給が断たれ、転舵ＥＣＵ５０は、実モータ回転角θを見失うことになる。詳しく言えば、本転舵装置３４では、比較的大きな減速比の減速機３６ｂが採用されているため、転舵モータ３６ａの１回転に対して車輪１２の転舵位置ψが１〜２°しか変化しない。その一方で、モータ回転角センサは、転舵モータ３６ａの３６０°内の角度位置（位相）しか検出できず、転舵ＥＣＵ５０は、その検出された角度位置と、設定されている基準モータ回転角θ₀とに基づいて、実モータ回転角θを積算している。そのため、電力の供給が遮断された後に再度電力が供給された場合、現在位置している３６０°内において基準モータ回転角θ₀を設定するしかない。例えば、電流の供給が遮断されている間に、車輪１２がある程度動かされると、転舵モータ３６ａが３６０°を超えて回転させられてしまう。転舵モータ３６ａが３６０°を超えて回転させられた場合には、実モータ回転角θを適正に把握することができなくなってしまい、その結果、車輪１２の転舵位置ψの適正な位置からのズレが発生してしまうのである。なお、この車輪１２の転舵位置ψのズレは、モータ回転角θの基準となる基準モータ回転角θ₀の直進状態位置からのズレと考えることもできる。

上記車輪の転舵位置ψのズレを発生させないために、本転舵装置３４は、転舵モータ３６ａのモータ回転角θの基準となる基準モータ回転角θ₀を設定する基準設定処理を実行する。基準設定処理は、互いに手法が異なる２つの処理である第１基準設定処理および第２基準設定処理が実行可能とされている。

第１基準設定処理は、車両の作動が開始されたとき、具体的には、ＩＧスイッチがＯＮ状態とされたときに実行され、カメラ７２によって撮像された車輪１２の画像のデータに依拠して推定されたその車輪１２の転舵位置ψに基づいて行われる。

カメラ７２によって得られる車輪１２の画像、詳しくは、右側の前輪１２の画像は、模式的には図３に示すようなものであり、図３（ｂ）は、車輪１２が直進状態位置に位置している状態を、図３（ａ），図３（ｃ）は、それぞれ、直進状態位置から、左側，右側に転舵された状態を示している。カメラ７２で撮像された画像が画像処理ユニット７４で画像処理された画像データに基づいて、転舵ＥＣＵ５０は、ＩＧスイッチがＯＮ状態とされた時点での車輪１２の転舵位置ψを、初期転舵位置ψ_INTとして推定する。この推定された初期転舵位置ψ_INTと、その時点で車輪１２が位置すべき転舵位置ψである初期目標転舵位置ψ^* _INTとを比較し、基準モータ回転角θ₀の設定を行う。

上記の初期目標転舵位置ψ^* _INTは、以下の２つのものから選択される。１つは、ＩＧスイッチがＯＮ状態とされたときのステアリングホイール５４の操作位置であるステアリング操作位置δに基づいて決定されたものであり、もう１つは、先回車両の作動が停止されたときにカメラ７２を利用して推定されて記憶されている車輪１２の転舵位置ψ、すなわち、記憶転舵位置ψ_Mである。初期目標転舵位置ψ^* _INTの選択は、運転者によって行われてもよく、当該車両の製造者，整備者によって行われてもよい。

転舵ＥＣＵ５０は、初期目標転舵位置ψ^* _INTに対する初期転舵位置ψ_INTの偏差である初期転舵位置偏差Δψ_INTを特定し、その偏差Δψ_INT、詳しくは、その偏差Δψ_INTの絶対値が、カメラ７２を利用した検出の検出能に基づいて設定された閾偏差Δψ_TH以上である場合に、転舵位置ψのズレが発生するであろうと認定する。そして、転舵ＥＣＵ５０は、ズレ解消転舵として、その偏差Δψ_INTが無くなるように、転舵モータ３６ａに電流を供給して、車輪１２を転舵する。転舵ＥＣＵ５０は、初期転舵位置偏差Δψ_INTが０となる転舵位置ψまでズレ解消転舵を実行した後、その時点でモータ回転角センサによって検出されるモータ回転角θがその転舵位置ψに対応するモータ回転角θとして検出されるように、基準モータ回転角θ₀を設定する。初期転舵位置偏差Δψ_INTが閾偏差Δψ_TH未満である場合には、転舵ＥＣＵ５０は、その時点で検出されるモータ回転角θが初期目標転舵位置ψ^* _INTに対応するモータ回転角θとなるように、基準モータ回転角θ₀を設定する。このような基準モータ回転角θ₀の設定を行った後、先に説明した転舵制御の実行が許容される。

ちなみに、初期目標転舵位置ψ^* _INTの選択の如何に拘わらず、転舵ＥＣＵ５０は、当該車両の作動が停止させられたとき、すなわち、ＩＧスイッチがＯＦＦ状態とされたときには、カメラ７２によって車輪１２を撮像し、その時点での車輪１２の転舵位置ψを、記憶転舵位置ψ_Mとして記憶する。

先に説明したように、カメラ７２を利用した車輪１２の転舵位置ψの推定精度が決して充分だとは言えないことから、上記第１基準設定処理を実行したとしても、若干の転舵位置ψの上記ズレが残存する可能性がある。転舵位置ψのズレが僅かであっても、例えば、長い間の車両の走行によってタイヤ１２ａが偏摩耗を起こすといった好ましくない現象が生じ得る。第２基準設定処理は、充分に正確な転舵位置ψを実現できる転舵制御を実行するための処理である。この第２基準設定処理は、車両の走行中において車輪１２が特定の転舵位置ψに維持されているときの転舵モータ３６ａへの供給電流Ｉに基づいて行われる。詳しくは、車輪１２の転舵位置ψが、直進状態位置、すなわち、基準転舵位置ψ₀に維持されているときの転舵モータ３６ａへの供給電流Ｉに基づいて行われる。車両の走行中は、上記転舵制御が実行されており、この第２基準設定処理は、転舵制御と並行して行われる。

第２基準設定処理では、転舵ＥＣＵ５０は、車速ｖが特定車速としての設定車速ｖ₀（例えば、４０ｋｍ／ｈ）に、かつ、車両が直進状態（目標転舵位置ψ^*が０である状態）に、ある程度の時間（例えば、１sec）維持されたことを条件に、転舵モータ３６ａへの供給電流Ｉの標準電流Ｉ_STDに対する偏差である電流偏差ΔＩを特定し、その電流偏差ΔＩ（厳密にはそれの絶対値）が閾偏差ΔＩ_TH以上である場合に上記ズレが生じていると認定する。標準電流Ｉ_STDは、基準モータ回転角θ₀が適正に設定されているときの転舵モータ３６ａへの供給電流Ｉであり、車両が直進している状態における標準電流Ｉ_STDは、セルフアライニングトルクが生じないため、相当に小さい値となる。そのため、閾偏差ΔＩ_THを相当に小さい値に設定できるため、上記転舵位置のズレの認定は比較的正確に行われることになる。その認定に基づき、転舵ＥＣＵ５０は、電流偏差ΔＩが０となるように、基準モータ回転角θ₀を調整する。詳しく言えば、上記条件下での電流偏差ΔＩの大きさと転舵位置ψのズレ量との関係は、理論上把握されており、その関係に従って、転舵ＥＣＵ５０は、基準モータ回転角θ₀をシフトさせる。この調整によって、転舵位置ψが充分に正確な転舵制御が実現されることになる。

標準電流Ｉ_STDについて説明すれば、転舵ＥＣＵ５０は、上記条件下、電流偏差ΔＩが閾偏差ΔＩ_TH未満であるときの供給電流Ｉを、標準電流Ｉ_STDとして繰り返し記憶している。つまり、標準電流Ｉ_STDは、実測値であるため、本第２基準設定処理では、充分に正確に、転舵位置ψのズレを認定し、基準モータ回転角θ₀を調整することが可能となる。

なお、標準電流Ｉ_STDは、実測値に代えて、例えば、上記条件下において理論上求まる電流値を採用してもよい。また、上記第２基準設定処理は、車両が設定車速ｖ₀で直進していることを条件としているが、第２基準設定処理は、その条件に拘ることなく、任意の車速ｖに維持されているとき、或いは、任意の転舵位置ψに維持されているときに、そのときの車速ｖ，転舵位置ψに基づいて上記標準電流Ｉ_STDを理論上の値として決定し、その決定された標準電流Ｉ_STDに対する電流偏差ΔＩに基づいて、基準モータ回転角θ₀を調整するように行ってもよい。

本転舵装置３４では、第１基準設定処理において転舵位置ψのズレが発生すると認定されて上記ズレ解消転舵が実行されたか否かに拘わらず、第２基準設定処理を実行するが、第１基準設定処理においてズレ解消転舵が実行された場合にだけ第２基準設定処理を実行するようにしてもよい。逆に言えば、第１基準設定処理においてズレ解消転舵が実行されなかった場合には、第２基準設定処理を実行しないようにしてもよい。

iii）制御フロー
上記転舵制御，上記第１基準設定処理，上記第２基準設定処理は、各転舵ＥＣＵ５０が、それぞれ、転舵制御プログラム，始動処理プログラム，転舵位置調整プログラムを実行することによって行われる。以下に、それらのプログラムに従った処理について、順次、簡単に説明する。

図４にフローチャートを示す転舵制御プログラムは、転舵ＥＣＵ５０によって、短い時間ピッチ（例えば、数ｍ〜数十ｍsec）で繰り返し実行される。このプログラムに従う処理では、まず、ステップ１（以下、「Ｓ１」と略す。他のステップも同様である）において、ステアリングホイール５４の操作位置δが取得され、続くＳ２において、取得された操作位置δに基づいて、車輪１２の転舵位置ψの制御目標となる目標転舵位置ψ^*が決定され、Ｓ３において、決定された目標転舵位置ψ^*に基づいて、モータ回転角θの制御目標となる目標モータ回転角θ^*が決定される。

次のＳ４において、現時点での転舵モータ３６ａのモータ回転角である実モータ回転角θが、モータ回転角センサの検出に基づいて取得され、Ｓ５において、目標モータ回転角ψ^*に対する実モータ回転角θの偏差であるモータ回転角偏差Δθが決定される。次のＳ６において、決定されたモータ回転角偏差Δθに基づき、フィードバック制御則に関する上述の式に従って、アクチュエータ３６が発生させるべき転舵トルクである必要転舵トルクＴｑが決定され、Ｓ７において、決定された必要転舵トルクＴｑに基づいて、転舵モータ３６ａに供給すべき電流である供給電流Ｉが決定される。そして、Ｓ８において、その決定された供給電流Ｉが、転舵モータ３６ａに供給される。

図５にフローチャートを示す始動処理プログラムは、当該車両のＩＧスイッチがＯＮ状態とされたときに、転舵ＥＣＵ５０によって、１回だけ実行される。このプログラムに従った処理では、まず、Ｓ１１において、先に説明した初期目標転舵位置ψ^* _INTとして何を採用するかを選択するためのフラグである処理選択フラグFSの値が、“１”であるか否かが判定される。処理選択フラグFSは、その値が、ＩＧスイッチがＯＮ状態とされたときのステアリング操作位置δに基づいて決定される目標転舵位置ψ^*を採用する場合に、“０”とされ、上述の記憶転舵位置ψ_Mを採用する場合に、“１”とされるフラグである。処理選択フラグFSの値が“０”である場合には、Ｓ１２，Ｓ１３の処理が実行され、“１”である場合には、Ｓ１４において、記憶転舵位置ψ_Mが初期目標転舵位置ψ^* _INTに決定される。

次のＳ１５では、カメラ７２による車輪１２の撮像指示が発せられ、Ｓ１６において、撮像によって得られた車輪１２の画像データに基づいて、初期転舵位置ψ_INTが推定される。Ｓ１７において、上述の初期転舵位置偏差Δψ_INTが特定され、Ｓ１８において、初期転舵位置偏差Δψ_INTの絶対値が閾偏差Δψ_TH以上であるか否かが判定される。初期転舵位置偏差Δψ_INTの絶対値が閾偏差Δψ_TH以上であると判定された場合には、Ｓ１９において、上述したように、初期転舵位置偏差Δψ_INTに基づくズレ解消転舵が実行された後に、Ｓ２０において、基準モータ回転角θ₀が設定される。Ｓ１８において初期転舵位置偏差Δψ_INTの絶対値が閾偏差Δψ_TH未満であると判定された場合には、ズレ解消転舵は実行されずに、Ｓ２０において、基準モータ回転角θ₀が設定される。基準モータ回転角θ₀の設定がなされた後、Ｓ２１において、転舵制御の実行が許容される。

図５には、車両の作動が停止させられた際の転舵位置ψを記憶転舵位置ψ_Mとして記憶するための終末処理プログラムのフローチャートも示されている。この終末処理プログラムは、ＩＧスイッチがＯＦＦ状態とされたときに、転舵ＥＣＵ５０によって、１回だけ実行される。このプログラムに従う処理では、Ｓ３１において、カメラ７２による車輪１２の撮像指示が発せられ、Ｓ３２において、撮像によって得られた車輪１２の画像データに基づいて、車両の作動が停止させられた時点での転舵位置ψが推定される。そして、Ｓ３３において、推定された転舵位置ψが、記憶転舵位置ψ_Mとして、転舵ＥＣＵ５０に記憶される。

図６にフローチャートを示す転舵位置調整プログラムは、転舵ＥＣＵ５０によって、転舵制御プログラムと並行して、短い時間ピッチ（例えば、数ｍ〜数十ｍsec）で繰り返し実行される。このプログラムに従う処理では、まず、Ｓ４１，Ｓ４２において、車速ｖが設定車速ｖ₀であるか否か、目標転舵位置ψ^*が０であるか否かすなわち車両が直進状態にあるか否かが、判定される。車両が設定車速ｖ₀で直進している場合には、Ｓ４３において、タイムカウンタTCがカウントアップされる。タイムカウンタTCは、車両が設定車速ｖ₀で直進している状態がどの程度継続しているかを示すカウンタである。Ｓ４４においてタイムカウンタTCが閾値TC_THに到達したと判定された場合、条件が充足されたとして、Ｓ４５において、その時点において実際に転舵モータ３６ａへ供給されている電流Ｉが特定される。そして、Ｓ４６において、上述したように、標準電流Ｉ_STDが特定される。続くＳ４７において、電流偏差ΔＩ（＝Ｉ_STD−Ｉ）の絶対値が閾偏差ΔＩ_TH以上であるか否かが判定され、電流偏差ΔＩの絶対値が閾偏差ΔＩ_TH以上である場合には、Ｓ４８において、上述したように、電流偏差ΔＩに基づく基準モータ回転角θ₀の調整が行われる。この基準モータ回転角θ₀の調整の後、Ｓ４９において、タイムカウンタTCがリセットされて、当該プログラムの１回の実行が終了させられる。

Ｓ４７において電流偏差ΔＩの絶対値が閾偏差ΔＩ_TH以上ではないと判定された場合には、Ｓ５０において、その時点において転舵モータ３６ａに実際に供給されている電流Ｉが、標準電流Ｉ_STDとして記憶される。Ｓ４４においてタイムカウンタTCが閾値TC_THに到達していないと判定された場合には、タイムカウンタTCのリセットが行われずして、当該プログラムの１回の実行が終了させられる。Ｓ４１，Ｓ４２において、車速ｖが設定車速ｖ₀ではない、若しくは、車両が直進状態ではないと判定された場合には、タイムカウンタTCがリセットされて、当該プログラムの１回の実行が終了させられる。

１０：車両用車輪配設モジュール １２：車輪 １４：車輪駆動ユニット １４ａ：ハウジング（ステアリングナックル） １４ｂ：ナックルアーム ３４：転舵装置 ３６：転舵アクチュエータ ３６ａ：転舵モータ〔電動モータ〕〔駆動源〕 ３６ｂ：減速機 ３６ｃ：アクチュエータアーム ３８：タイロッド ４４：動作変換機構 ５０：転舵電子制御ユニット（転舵ＥＣＵ）〔コントローラ〕 ５２：操作装置 ５４：ステアリングホイール 〔ステアリング操作部材〕 ５６：ステアリングセンサ ７０：ドアミラー ７２：カメラ ７４：画像処理ユニット

Claims (8)

1. 車両が備える複数の車輪のうちの１つを、他の車輪とは独立して転舵する転舵装置であって、
   駆動源としての電動モータと、その電動モータの動作を車輪の転舵動作に変換する動作変換機構と、その電動モータへの供給電流を制御することでその電動モータの動作位置に応じた車輪の転舵を実現させるコントローラとを備え、
   前記コントローラが、
   前記電動モータの動作位置の基準となる基準動作位置を設定する基準設定処理として、（ａ）カメラによって撮像された車輪の画像データに依拠して取得されたその車輪の転舵位置に基づく第１基準設定処理と、（ｂ）車両の走行中において車輪が特定若しくは任意の転舵位置に維持されているときの電動モータへの供給電流に基づく第２基準設定処理との両方を行うように構成された転舵装置。
2. 前記コントローラが、
   車輪が転舵されるべき転舵位置に対応する電動モータの動作位置である目標動作位置を決定し、その目標動作位置に対する実際の前記電動モータの動作位置の偏差である動作位置偏差に基づいて、前記電動モータへの供給電流を決定するように構成された請求項１に記載の転舵装置。
3. 前記コントローラが、
   車両の走行中において、車輪の転舵位置を目標転舵位置に維持するために必要な維持電流が前記電動モータに供給されるように、前記電動モータへの供給電流を制御するように構成された請求項２に記載の転舵装置。
4. 前記コントローラが、
   前記第１基準設定処理を、車両の作動が開始されたときに行うように構成された請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の転舵装置。
5. 前記コントローラが、
   車両の作動が停止されたときの車輪の転舵位置を記憶し、前記第１基準設定処理を、その記憶された転舵位置と、車両の作動が開始されたときに車輪の画像データに基づいて取得された転舵位置との差に基づいて行うように構成された請求項４に記載の転舵装置。
6. 前記コントローラが、
   前記第２基準設定処理を、前記電動モータへ実際に供給されている電流と、車輪の転舵位置と車両の走行速度とに関連付けられた標準電流との差に基づいて行うように構成された請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の転舵装置。
7. 前記コントローラが、
   車両の走行時において実際に検出された前記電動モータへの供給電流を、前記標準電流として記憶するように構成された請求項６に記載の転舵装置。
8. 前記コントローラが、
   前記第２基準設定処理を、車両が特定速度で直進しているときに行うように構成された請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の転舵装置。

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