JP2023024291A - ４輪独立操舵装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】４輪を独立して操舵操作するためのインタフェースと作動メカニズムを実現する４輪独立操舵装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】操舵ホイールのチルト操作による操舵モーションを実現するモーションモジュールと、前記操舵モーションに伴う操舵信号を検出し、検出された操舵信号に基づいて４輪の操舵挙動または懸架挙動を制御する制御器と、を備える４輪独立操舵装置及びその制御方法が開示される。【選択図】図１

Description

本発明は、４輪を独立して操舵操作するためのインタフェースと作動メカニズムを実現する４輪独立操舵装置及びその制御方法に関する。

既存の車両は、２つのモード（直進、左／右ターン）のみにおいてホイールを操舵するため、少ない操作系だけを利用して直観的に運転できる。これに対し、４輪独立操舵システム（４ＷＳ）は、各車輪を独立して制御可能であるので、様々な車両の挙動を作ることができる。

最近、４輪独立操舵システムと関連するハードウェアの開発に集中しているが、４ＷＳの挙動を機構的に操作および制御できる操舵機構や作動メカニズムが不足しているのが現状である。

すなわち、４輪を独立して操舵するためのユーザインタフェースに対する構造が不足し、４輪をそれぞれ別の方向に操舵する技術および制御シナリオも不足している問題がある。

そこで、４輪独立操舵システムを現実化して量産するためには、４輪を自由自在に操作可能なインタフェースと共に作動メカニズムの技術が必要である。

上記の背景技術として説明された事項は、本発明の背景の理解を促進するためのものであり、この技術分野における通常の知識を有する者には既に知られている従来技術に該当することを認めるものと受け止められてはならないであろう。

韓国１０－２０１９－０１１５８４５Ａ 米国１０９１３４９１Ｂ２ 米国１０７８７１９２Ｂ１ 米国１００２９７２８Ｂ２

本発明は、前述したような問題を解決するためになされたもので、４輪を独立して操舵操作するためのインタフェースと作動メカニズムを実現する４輪独立操舵装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するための本発明の４輪独立操舵装置の構成は、
操舵ホイールのチルト操作による操舵モーションを実現するモーションモジュールと、前記操舵モーションに伴う操舵信号を検出し、検出された操舵信号に基づいて４輪の操舵挙動または懸架挙動を制御する制御器と、を備えることを特徴としてもよい。

前記操舵モーションは、操舵コラムに対する操舵ホイールのローリングモーションとピッチングモーションのうちの少なくとも一つを備えてもよい。

前記操舵ホイールと操舵コラムに設けられ、互いに近接して設けられた磁性体及び磁場測定センサーをさらに備え、前記制御器は、前記操舵ホイールの操舵モーションによる磁性体と磁場測定センサーとの距離の変化に応じて磁場測定センサーで検出される磁場の変化に基づいて、操舵信号を検出してもよい。

前記磁場測定センサーが操舵コラムの外面に固定され、前記磁性体が磁場測定センサーを包み込む形状に形成された操舵ホイールの下端の内面に設けられてもよい。

前記磁性体と磁場測定センサーが、操舵ホイールと操舵コラムの軸を基準として円周方向に沿って少なくとも２つ設けられてもよい。

前記磁性体は、大きさがいずれも異なってもよい。

前記モーションモジュールが、操舵ホイールと操舵シャフトとの間において相対回転が拘束される状態に連結され、前記操舵シャフトに反力モーターが設けられて操舵ホイールに反力トルクを与えてもよい。

前記モーションモジュールは、操舵シャフトの上端に固定されるモジュールハウジングと、操舵ホイールの下端に固定されて操舵モーションが行われる第１のモーション部材と、左右に第１のモーション部材の左右が挿入され、前後がモジュールハウジングの前後に挿入されて、モジュールハウジングに対する第１のモーション部材の前後ピッチングモーションを許容する第２のモーション部材と、前後に第１のモーション部材の前後が挿入され、左右がモジュールハウジングの左右に挿入されて、モジュールハウジングに対する第２のモーション部材の左右ローリングモーションを許容する第３のモーション部材と、を備えてもよい。

前記操舵ホイールの操舵モーション方向に設けられて、操舵ホイールの操舵モーション過程におけるモーションモジュールとの衝突を防ぐストッパーを備えてもよい。

前記操舵ホイールの操舵モーション方向に対して弾性復元力を与えるリターンスプリングを備えてもよい。

前記リターンスプリングは、操舵ホイールとモーションモジュールとの間に連結されてもよい。

前記操舵モーション機能を活性化させるモーションスイッチをさらに備え、
前記制御器は、前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵モーションにより検出された操舵信号に基づいて４輪の操舵挙動または懸架挙動を制御してもよい。

前記モーションスイッチは、操舵ホイールの左右に設けられてもよい。

前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵ホイールを左側または右側の方向にローリングモーションする操舵モーションの場合、４輪が左右に整列され、前記操舵モーション機能の非活性化の際に、４輪が復元操舵されてもよい。

前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵ホイールを前方対角方向にローリング及びピッチングモーションする操舵モーションの場合、４輪が当該対角方向に向かって整列され、前記操舵モーション機能の非活性化の際に、４輪が復元操舵されてもよい。

前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵ホイールを回転させる場合、車両のその場での回転が可能であるように４輪が操舵され、前記操舵モーション機能の非活性化の際に、４輪が復元操舵されてもよい。

前記操舵モーション機能を活性化させた状態で前記操舵ホイールを一方にピッチングモーションする操舵モーションの場合、サスペンションが上昇して車両の地上高が高くなり、前記操舵モーション機能を活性化させた状態で前記操舵ホイールを他方にピッチングモーションする操舵モーションの場合、サスペンションが下降して車両の地上高が低くなる場合がある。

前記操舵モーション機能の活性化の際に、現在の４輪の操舵または懸架状態及び車両の走行状態を、ディスプレイ装置を介して表示してもよい。

前記操舵ホイールの操舵モーションの際に、操舵モーションが反映された４輪の操舵または懸架予想状態及び車両の走行予想状態を、ディスプレイ装置を介して表示してもよい。

本発明の４輪独立操舵装置の他の構成は、操舵ホイールと操舵シャフトとの間において相対回転が拘束される状態に連結され、前記操舵ホイールのチルト操作による操舵モーションを実現するモーションモジュールと、前記操舵シャフトを包み込む形状に固定された操舵コラムと、前記操舵ホイールと操舵コラムに設けられ、互いに近接して設けられた磁性体及び磁場測定センサーと、前記操舵シャフトに設けられて操舵ホイールに反力トルクを与える反力モーターと、を備えてもよい。

本発明の４輪独立操舵装置の制御方法の構成は、制御器が操舵モーション機能の活性化有無を判断する活性化判断ステップと、制御器が、操舵モーション機能の活性化の判断の際に、操舵ホイールのチルト操作による操舵モーションに伴う操舵信号を検出する操舵信号検出ステップと、制御器が、操舵モーションに伴う操舵信号の検出の際に、検出された操舵信号に基づいて４輪の操舵挙動または懸架挙動を制御する挙動制御ステップと、を含んでもよい。

前記操舵モーション機能の活性化の際に、現在の４輪の操舵または懸架状態及び車両の走行状態を、ディスプレイ装置を介して表示してもよい。

前記操舵モーション機能を活性化させた状態での前記操舵ホイールの操舵モーションの際に、操舵モーションが反映されるべき４輪の操舵または懸架予想状態及び車両の走行予想状態を、ディスプレイ装置を介して表示してもよい。

前記操舵信号検出ステップは、前記操舵ホイールの操舵モーションによる磁性体と磁場測定センサーとの距離の変化に応じて磁場測定センサーで検出される磁場の変化に基づいて、操舵信号を検出してもよい。

前記操舵信号検出ステップは、操舵コラムに固定された磁場測定センサーにより操舵ホイールに設けられた磁性体の磁場強度を確保するステップと、操舵ホイールの操舵モーションの際に、操舵角及び磁性体の磁場強度の変化に基づいて、当該操舵モーションに対する操舵信号を検出するステップと、を含んでもよい。

前記操舵モーションに対する操舵信号は、操舵モーション磁場マップにより検出してもよい。

前記操舵モーション機能の非活性化の際に、操舵モーションに対する操舵信号を検出しなくてもよい。

本発明では、上記課題解決手段により、車両の様々な挙動を作成するための操舵操作を、操舵ホイールのローリングモーション及びピッチングモーションなどの追加的な操舵操作を通じて実現することにより、４輪独立操舵装置に適したインタフェースを実現して操舵操作の利便性及び商品性を向上させることができるという効果を奏する。

また、操舵モーションによる４輪の操舵状態と車両の状態を運転者にディスプレイして、商品性をさらに改善することができるという利点を有する。

本発明による４輪独立操舵装置の構造を示す図である。 図１の操舵ホイールのピッチングモーションによる作動状態を示す図である。 本発明による４輪を操舵作動させるロードホイールアクチュエータを概念的に示す図である。 本発明による磁性体の配置構造を示す図である。 本発明による操舵ホイールの回転角度別の磁場の強度を示す図である。 本発明によるモーションモジュールの斜視図である。 本発明によるモーションモジュールの分解斜視図である。 本発明によるモーションスイッチ及びリターンスプリングの配置構造を示す図である。 本発明により４輪を９０°方向に操舵する操舵モーションを説明するための図である。 図９による４輪の操舵の動き及び、車両の状態を説明するための図である。 図９による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ－Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）に表示される画面を示す図である。 図９による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ－Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）に表示される画面を示す図である。 本発明により４輪を４５°方向に操舵する操舵モーションを説明するための図である。 図１２による４輪の操舵の動き及び、車両の状態を説明するための図である。 図１２による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でＨＵＤに表示される画面を示す図である。 図１２による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でＨＵＤに表示される画面を示す図である。 本発明により４輪を±４５°の方向に操舵する操舵モーションを説明するための図である。 図１５による４輪の操舵の動き及び、車両の状態を説明するための図である。 図１５による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でＨＵＤに表示される画面を示す図である。 図１５による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でＨＵＤに表示される画面を示す図である。 本発明によりサスペンションを上昇または下降させるために操舵する操舵モーションを説明するための図である。 図１８によるサスペンションの高さ調節の動きを説明するための図である。 図１８による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でＨＵＤに表示される画面を示す図である。 図１８による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でＨＵＤに表示される画面を示す図である。 本発明の４輪独立操舵装置の制御系のブロック図である。 本発明による４輪独立操舵装置の制御フローを全体的に説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明による４輪独立操舵装置の構造を示す図であり、図２は、図１に操舵ホイール１０のピッチングモーションによる作動状態を示す図であり、図３は、本発明による４輪１１０を操舵作動させるロードホイールアクチュエータ１２０を概念的に示す図である。

同図を参照すると、本発明の４輪独立操舵装置は、操舵ホイール１０のローリングモーションとピッチングモーションのうちの少なくとも一つを備える操舵モーションを実現するモーションモジュール２０と、前記操舵モーションに伴う操舵信号を検出し、検出された操舵信号に基づいて４輪１１０の操舵挙動または懸架挙動を制御する制御器（ＣＲ）と、を備えてなる。

好ましくは、モーションモジュール２０が操舵ホイール１０のローリング及びピッチング操作を機構的に許容するように構成される。また、制御器（ＣＲ）が操舵ホイール１０の操舵モーションの方向を認識し、ロードホイールアクチュエータ１２０に作動信号を印加して、４輪１１０に操舵トルクを与えたり、サスペンションに作動信号を印加したりできる。

ちなみに、前記ロードホイールアクチュエータ１２０（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ）が、左右側の前輪及び後輪を含む４輪１１０（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ）のそれぞれに個別に備えられることにより、制御器（ＣＲ）で印加される作動信号に従って、４輪１１０（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ）を独立して操舵作動させることができるようになる。

すなわち、既存の操舵ホイールの場合、操舵シャフトを中心に回転操作のみ可能で前輪を操舵したが、本発明は、操舵シャフト３０を中心に回転操作だけでなく、操舵ホイール１０を左右のローリング方向と前後のピッチング方向に操作して操舵モーションを実現し、当該操舵モーションに伴う操舵信号を検出して車両の挙動を制御する。

このように、車両の様々な挙動を作成するための操舵操作を、操舵ホイール１０の追加の操舵操作により実現することにより、４輪独立操舵装置に適したインタフェースを実現して操舵操作の利便性を向上させる。

さらに、本発明では、磁性体１１が有する磁場を用いて操舵ホイール１０の操舵モーションを検出する。

そのため、本発明は、前記操舵ホイール１０と操舵コラム４０に設けられ、互いに近接して設けられた磁性体１１及び磁場測定センサー４１をさらに備えてなる。

そこで、前記制御器（ＣＲ）は、前記操舵ホイール１０の操舵モーションによる磁性体１１と磁場測定センサー４１との距離の変化に応じて磁場測定センサー４１で検出される磁場の変化に基づいて、操舵信号を検出することができる。

つまり、操舵ホイール１０の操舵モーション操作だけでなく、回転操舵操作に応じて磁性体１１と磁場測定センサー４１との間の物理的距離が変化すると、磁場測定センサー４１で検出される磁場の強度が変化することにより、変化した磁場の強度に基づいて操舵ホイール１０の操舵操作に対応する操舵信号を検出できるようになる。

図４は、本発明による磁性体１１の配置構造を示す図である。

図１及び図４を参照して、磁性体１１と磁場測定センサー４１の結合構造について説明すると、前記磁場測定センサー４１が操舵コラム４０の外面に固定され、前記磁性体１１が磁場測定センサー４１を包み込む形状に形成された操舵ホイール１０の下端の内面に設けられる構造となる。

また、前記磁性体１１と磁場測定センサー４１が、操舵ホイール１０と操舵コラム４０の軸を基準として円周方向に沿って等角を成して少なくとも２つ設けられてもよい。

具体的には、操舵シャフト３０を包み込む形状に操舵コラム４０が固定され、前記操舵コラム４０の上端の外周面に沿って磁場測定センサー４１が固定される。

前記磁場測定センサー４１は、磁場の強度をホール効果を利用して検出する３次元磁場センサー（３Ｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｎｓｏｒ）であって、必要に応じて１次元磁場センサー（１Ｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｎｓｏｒ）で構成されてもよい。

また、前記磁場測定センサー４１は、１８０°間隔で２つ設けられてもよく、９０°間隔で４つ、または精密な位置及び磁場強度の認識のために４５°間隔で８つ設けられてもよい。

さらに、前記磁性体１１は、磁石又は磁気単極子（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｏｎｏｐｏｌｅ）であり得て、前記操舵ホイール１０の下端中央が溝状に形成され、前記溝の下端内周面に沿って固定される。

このような磁性体１１の大きさは、同一に形成されてもよいが、全て異なるように形成されてもよい。

すなわち、磁場の大きさでも操舵ホイール１０の操舵角が計算されるので、操舵角センサー８０の故障の際に、二重安全装置として使用できる。これは、以下でさらに説明する。

ちなみに、操舵角センサー８０が操舵コラム４０の上端に設けられて操舵ホイール１０の操舵角を検出でき、操舵シャフト３０の下端にはトルクセンサ９０が設けられて操舵ホイール１０の操舵トルクを検出できる。

図５は、本発明による操舵ホイール１０の回転角度別の磁場の強度を示す図である。

同図を参照して、磁場測定センサー４１によって操舵ホイール１０の操舵モーションを検出する原理を説明すると、操舵ホイール１０のローリング及びピッチングモーションのない状態での磁場強度を基準として、磁性体１１が磁場測定センサー４１に近づくと磁場の強度が強くなり、磁性体１１が磁場測定センサー４１から離れると磁場の強度が弱くなる。

そこで、操舵ホイール１０のローリングモーション、ピッチングモーションに応じた操舵モーションの場合、磁性体１１の移動に伴う磁場測定センサー４１との距離の変化に応じて磁場測定センサー４１別に磁場の強度が大きくか小さく変化しながら検出される。

したがって、検出された磁場強度を磁場マップに適用して操舵ホイール１０の当該操舵モーションを検出できるようになる。

さらに、操舵ホイール１０のヨーイングモーション（回転）による操舵モーションの場合、操舵角センサー８０によって操舵ホイール１０の回転角度を把握できるので、磁場の強度変化を検出しなくても操舵ホイール１０のヨーイングモーションを検出することができる。

ただし、自律走行モードやＳＢＷシステムにおいて操舵角センサー８０の故障の際に、操舵角センサー８０の誤作動によって走行が不可能になり得る。

この場合、磁性体１１の大きさがいずれも異なるように設定された構造では、磁場測定センサー４１を介して測定される磁場強度の変化を利用して操舵角が計算されるので、操舵装置のフェイルセーフ機能を付与して二重安全装置として使用できるのみならず、操舵ホイール１０のヨーイングモーションを検出することもできる。

一方、図１を参照すると、前記モーションモジュール２０が、操舵ホイール１０と操舵シャフト３０との間において相対回転が拘束される状態に連結され、前記操舵シャフト３０に反力モーター５０が設けられて操舵ホイール１０に反力トルクを与えることができる。

すなわち、操舵ホイール１０の下部にモーションモジュール２０が結合され、前記モーションモジュール２０の下端に操舵シャフト３０が結合される。

したがって、操舵ホイール１０の回転の際に、モーションモジュール２０と操舵シャフト３０が拘束回転することで、反力モーター５０から提供される反力トルクが、モーションモジュール２０を介して操舵ホイール１０に提供される。

ちなみに、ホイールスピードセンサー１００を介して検出される車速と、操舵角センサー８０で検出される操舵角及び操舵角速度に基づいて反力トルクを生成することができる。

図６は、本発明によるモーションモジュール２０の斜視図であり、図７は、本発明によるモーションモジュール２０の分解斜視図である。

同図を参照すると、前記モーションモジュール２０は、操舵シャフト３０の上端に固定されるモジュールハウジング２１と、操舵ホイール１０の下端に固定されて操舵モーションが行われる第１のモーション部材２２と、左右に第１のモーション部材２２の左右が挿入され、前後がモジュールハウジング２１の前後に挿入されて、モジュールハウジング２１に対する第１のモーション部材２２の前後ピッチングモーションを許容する第２のモーション部材２３と、前後に第１のモーション部材２２の前後が挿入され、左右がモジュールハウジング２１の左右に挿入されて、モジュールハウジング２１に対する第２のモーション部材２３の左右ローリングモーションを許容する第３のモーション部材２４と、を備えてなる。

例えば、第１のモーション部材２２の上端が操舵ホイール１０の下端中央に締結固定され、操舵シャフト３０の上端がモジュールハウジング２１の底中央に締結固定される。

また、前記第１のモーション部材２２の左右に円柱状に突出したＹ軸突起２２ｂが、第２のモーション部材２３の左右に形成されたＹ軸穴２３ｂに挿入され、前記第２のモーション部材２３の前後に円柱状に突出したＸ軸突起２３ａが、モジュールハウジング２１の前後に形成されたＸ軸穴２１ａに挿入されることにより、Ｘ軸を基準として左右ローリングモーションを実現する。

さらに、前記第１のモーション部材２２の前後に円柱状に突出したＸ軸突起２２ａが、第３のモーション部材２４の前後に形成されたＸ軸穴２４ａに挿入され、前記第３のモーション部材２４の左右に円柱状に突出したＹ軸突起２４ｂが、モジュールハウジング２１の左右に形成されたＹ軸穴２１ｂに挿入されることにより、Ｙ軸を基準として前後ピッチングモーションを実現する。

すなわち、モーションモジュール２０を介して車両の左右方向挙動であるローリングモーションと、車両の前後方向の挙動であるピッチングモーションとを実現する。

ちなみに、前記モーションモジュール２０と同じ方向に操舵モーションを許容する他の構造が適用されてもよく、このような構造も本発明の実施可能な範囲内に含まれるものである。

さらに、図１のように、本発明は、前記操舵ホイール１０の操舵モーション方向に設けられて、操舵ホイール１０の操舵モーションの過程におけるモーションモジュール２０との衝突を防ぐストッパー１２を備えてなる。

好ましくは、前記ストッパー１２は、ゴム材質で形成され、前記ストッパー１２がモーションモジュール２０のモジュールハウジング２１と向き合う操舵ホイール１０の下端内面に固定され、場合によって前記モジュールハウジング２１の外面に固定されてもよい。

すなわち、図２に示すように、過度な操舵ホイール１０の操舵モーション発生の際に、磁性体１１と磁場測定センサー４１との間の衝突による損傷を防止する。

また、図８は、本発明によるモーションスイッチ７０とリターンスプリング６０の配置構造を示す図である。

同図を参照すると、前記操舵ホイール１０の操舵モーション方向に対して弾性復元力を与えるリターンスプリング６０を備えてなる。

好ましくは、前記リターンスプリング６０は、操舵ホイール１０とモーションモジュール２０との間に放射状に多数連結され得るものであって、操舵ホイール１０のセンタリングを支援するために高剛性で設定されてもよい。

続いて、図８を参照すると、本発明は、前記操舵モーション機能を活性化させるモーションスイッチ７０をさらに備え、前記制御器（ＣＲ）は、前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵モーションにより検出された操舵信号に基づいて４輪１１０が操舵挙動または懸架挙動を制御できる。

前記モーションスイッチ７０は、操舵ホイール１０の左右に設けられてもよい。

すなわち、運転者が左右のモーションスイッチ７０を同時に押すか、いずれかのモーションスイッチ７０を押すことでON作動させる操舵モーション機能が活性化される。

このように、操舵モーションの機能が活性化される場合、操舵ホイール１０の操舵モーション方向を検出できるようになる。

図９は、本発明により４輪１１０を９０°方向に操舵する操舵モーションを説明するための図であり、図１０は、図９による４輪１１０の操舵の動き及び、車両の状態を説明するための図面である。

同図を参照すると、前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵ホイール１０を左側または右側の方向にローリングモーションする場合、４輪１１０が左右に整列され、前記操舵モーション機能の非活性化の際に、４輪１１０が復元操舵されるように構成される。

また、図１１ａ及び図１１ｂは、図９による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でディスプレイ装置に表示される画面を示す図である。

同図を参照すると、前記操舵モーション機能の活性化の際に、現在の４輪１１０の操舵または懸架状態及び車両の走行状態を、ディスプレイ装置を介して表示する。

さらに、前記操舵ホイール１０の操舵モーションの際に、操舵モーションが反映された４輪１１０の操舵または懸架予想状態及び車両の走行予想状態を、ディスプレイ装置を介して表示することになる。

ちなみに、操舵ホイール１０の操舵モーションの際に、ディスプレイ装置を介して車両の状態を表示する機能は、後述する他の操舵モーション全てに適用される。

また、前記ディスプレイ装置は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ－Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ））、クラスタ（Ｃｌｕｓｔｅｒ）であってもよく、特に、メインセンターフェイシア（Ｃｅｎｔｅｒ Ｆａｓｃｉａ Ｄｉｓｐｌａｙ）、またはクラスタとＡＶＮ（Ａｕｄｉｏ、Ｖｉｄｅｏ、Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）／センターインフォメーションディスプレイ（ＣＩＤ：Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）が一つに統合されたディスプレイ装置であってもよい。このように、本発明は、前記のような様々なディスプレイ装置に映像を表示でき、このような映像再生方法及び構造も本発明の実施可能な範囲内に含まれるものである。

すなわち、モーションスイッチ７０をＯＮ操作すると、図１１ａに示すように、現在、４輪１１０の状態と操舵の状態がディスプレイ装置を介して表示される。

この状態で、図９に示すように、車両右側の水平移動のために、操舵ホイール１０を右方向にローリングモーション操作すると、当該操舵モーション意図が反映された結果を、図１１ｂにおけるディスプレイ装置を介して示す。

その後、一定時間が経過するか、モーションスイッチ７０による別の操作の際に、４輪１１０が図１０のように９０°回転する。

続いて、運転者がアクセルペダルを踏むと、車が右に移動し、移動完了時にモーションスイッチ７０をＯＦＦさせると、４輪１１０が９０°回転する前の状態に復元操舵される。

次に、図１２は、本発明により４輪１１０を４５°方向に操舵する操舵モーションを説明するための図であり、図１３は、図１２による４輪１１０の操舵の動き及び、車両の状態を説明するための図であり、図１４ａ及び図１４ｂは、図１２による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でディスプレイ装置に表示される画面を示す図である。

同図を参照すると、前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵ホイール１０を前方対角方向にローリング及びピッチングモーションする場合、４輪１１０が当該対角方向に向かって整列され、前記操舵モーション機能の非活性化の際に、４輪１１０が復元操舵される。

すなわち、モーションスイッチ７０をＯＮ操作すると、図１４ａに示すように、現在４輪１１０の状態と操舵の状態とがディスプレイ装置を介して表示される。

この状態で、図１２に示すように、右側４５°の方向への進入などのために、操舵ホイール１０をローリングモーションとピッチングモーションとが混合された前方右側対角方向に操作すると、当該操舵モーションモーション意図が反映された結果を、図１４ｂにおけるディスプレイ装置を介して示す。

その後、一定時間が経過するか、モーションスイッチ７０による別の操作の際に、４輪１１０が図１３のように４５°回転する。

続いて、運転者がアクセルペダルを踏むと、車が右前方に移動し、移動完了時にモーションスイッチ７０をＯＦＦさせると、４輪１１０が４５°回転する前の状態に復元操舵される。

特に、このような車両の対角移動の際に、車両の経路が従来に比べて大幅に減少することで、より速い時間内に車線変更及び追い越しが可能な点で、操縦安定性、旋回安定性及び燃費向上に貢献することが可能である。

さらに、図１５は、本発明により４輪１１０を±４５°の方向に操舵する操舵モーションを説明するための図であり、図１６は、図１５による４輪１１０の操舵の動き及び、車両の状態を説明するための図であり、図１７ａ及び図１７ｂは、図１５による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でディスプレイ装置に表示される画面を示す図である。

同図を参照すると、前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵ホイール１０を回転する場合、車両のその場での回転が可能であるように操舵され、前記操舵モーション機能の非活性化の際に、４輪１１０が復元操舵され得る。

例えば、前後軸間距離が同じで左右輪の距離が同じ場合に、４輪１１０が±４５°の方向に操舵される。

すなわち、モーションスイッチ７０をＯＮ操作すると、図１７ａに示すように、現在４輪１１０の状態と操舵状態がディスプレイ装置を介して表示される。

この状態において、車両の１８０°回転のために、図１５に示すように操舵ホイール１０を左旋回操作すると、当該操舵モーション意図が反映された結果を、図１７ｂにおけるディスプレイ装置を介して示す。

その後、一定時間が経過するか、モーションスイッチ７０による別の操作の際に、４輪１１０が図１６のように±４５°回転する。

次いで、運転者がアクセルペダルを踏むと、車両がその場で回転し、回転の完了時にモーションスイッチ７０をＯＦＦさせると、４輪１１０が±４５°回転する前の状態に復元操舵される。

また、図１８は、本発明によりサスペンションを上昇または下降させるために操舵する操舵モーションを説明するための図であり、図１９は、図１８によるサスペンションの高さ調節の動きを説明するための図であり、図２０ａ及び図２０ｂは、図１８による機能活性化状態及び、操舵モーション操作状態でディスプレイ装置に表示される画面を示す図である。

同図を参照すると、前記操舵モーション機能を活性化させた状態で前記操舵ホイール１０を後方にピッチングモーションする場合、サスペンションが上昇して車両の地上高が高くなり、前記操舵モーション機能を活性化させた状態で前記操舵ホイール１０を前方にピッチングモーションする場合、サスペンションが下降して車両の地上高が低くなる。

例えば、上記のサスペンションは、制御器（ＣＲ）の制御指令によって上下の高さ調節が可能なサスペンションであり得るものであって、本発明の制御器（ＣＲ）からサスペンション制御器にサスペンションの高さ調節に必要な信号を印加すると、サスペンション制御器がサスペンションに作動指令信号を印加して、サスペンションの高さを昇降させることができるようになる。

すなわち、モーションスイッチ７０をＯＮ操作すると、図２０ａに示すように、現在の車両の状態がディスプレイ装置を介して表示される。

この状態では、車両のガレージ上昇のために、図１８のように操舵ホイール１０を後方にピッチング操作すると、その操舵モーションの意図が反映された結果を、図２０ｂに示すように、ディスプレイ装置を介して示す。

その後、一定時間が経過するか、モーションスイッチ７０による別の操作の際に、サスペンションが一定の高さに上昇し、車両の地上高が高くなる。

逆に、操舵ホイール１０を前方にピッチング操作すると、サスペンションが下降し、車両の地上高が再び低くなる。

このように、本発明は、既存の操舵に追加の操舵モーション機能を付加して、水平移動モード、隣の車線への追い越し又は方向転換モード、その場での回転モード、地上高変更モードなどのさまざまな車両の挙動のためのインタフェース技術を実現することにより、車両の商品性を大きく向上させることができる。

また、操舵モーションによる４輪１１０の操舵状態と車両の状態を運転者にディスプレイして商品性をより一層向上させることができる。

一方、図２１は、本発明の４輪独立操舵装置の制御系のブロック図である。

同図に示すように、操舵角センサー８０、トルクセンサ９０、モーションスイッチ７０、磁場測定センサー４１、ホイールスピードセンサー１００などを介して車両の走行状態を反映する入力信号が検出され、検出された入力信号がコンバーターに入力されると、コンバーターを介して車両制御モジュールが処理できる信号に変換して車両制御モジュールに伝達する。

そこで、車両制御モジュールから操舵制御器（ＣＲ）、サスペンション制御器、及び走行制御器に必要な情報が入力され、入力された情報に基づいて各制御器で制御指令信号を発生させる。

特に、本発明の制御器（ＣＲ）において生成された指令に応じて反力モーター５０を制御し、サスペンションを制御し、ロードホイールアクチュエータ１２０を制御することができる。

一方、図２１は、本発明による４輪独立操舵装置の制御フローを全体的に説明するためのフローチャートである。

同図を参照すると、本発明は、制御器（ＣＲ）が、操舵ホイール１０の操舵モーション機能の活性化有無を判断する活性化判断ステップと、制御器（ＣＲ）が、操舵モーション機能の活性化の判断の際に、操舵ホイール１０のローリングモーション、ピッチングモーションを含む操舵モーションに伴う操舵信号を検出する操舵信号検出ステップと、制御器（ＣＲ）が、操舵モーションに伴う操舵信号の検出の際に、検出された操舵信号に基づいて４輪１１０の操舵挙動または懸架挙動を制御する挙動制御ステップと、を含んでなる。

すなわち、運転者がモーションスイッチ７０をＯＮ作動して操舵モーションの機能を活性化させた状態で、操舵シャフト３０を中心として回転操作だけでなく、操舵ホイール１０を左右のローリング方向と前後のピッチング方向に操作して操舵モーションを実現し、当該操舵モーションに伴う操舵信号を検出して車両の挙動を制御する。

したがって、車両の様々な挙動を作成するための操舵操作を、操舵モーション機能の活性化と操舵ホイール１０の追加の操舵操作により実現することにより、４輪独立操舵装置に適したインタフェースを実現して操舵操作の利便性及び車両の商品性を向上させる。

ちなみに、本発明の例示的な実施形態による制御器（ＣＲ）は、車両の様々な構成要素の動作を制御するように構成されたアルゴリズム又は前記アルゴリズムを再生するためのソフトウェア指令に関するデータを格納するように構成された不揮発性メモリ（図示せず）及びメモリに保存されたデータを使用して、後述する動作を行うように構成されたプロセッサ（図示せず）により実現され得る。ここで、メモリ及びプロセッサは、個々のチップで実現されてもよい。代替的には、メモリ、およびプロセッサは、互いに統合された単一のチップで実現されてもよい。プロセッサは、１つ以上のプロセッサの形態をとってもよい。

また、前記操舵モーション機能の活性化の際に、現在の４輪１１０の操舵または懸架状態及び車両の走行状態を、ディスプレイ装置を介して表示することができる。

また、前記操舵モーション機能を活性化させた状態で前記操舵ホイール１０の操舵モーションの際に、操舵モーションが反映されるべき４輪１１０の操舵または懸架予想状態及び車両の走行予想状態を、ディスプレイ装置を介して表示することができる。

さらに、ディスプレイ装置としてヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を介して映像をディスプレイする場合は、ナビゲーション情報、自律走行情報、ライダー及びレーダー情報、サスペンション地上高変位情報、車速情報、駆動トルク情報、操舵角情報などをさらに表示することができる。

特に、本発明の前記操舵信号検出ステップは、前記操舵ホイール１０の操舵モーションによる磁性体１１と磁場測定センサー４１との距離の変化に応じて磁場測定センサー４１で検出される磁場の変化に基づいて、操舵信号を検出することができる。

具体的には、前記操舵信号検出ステップは、操舵コラム４０に固定された磁場測定センサー４１により操舵ホイール１０に設けられた磁性体１１の磁場強度を確保するステップと、操舵ホイール１０の操舵モーションの際に、操舵角及び磁性体１１の磁場強度の変化に基づいて、当該操舵モーションに対する操舵信号を検出するステップと、を含んでなる。

さらに、前記操舵モーションに対する操舵信号は、操舵モーション磁場マップにより検出され得る。

一方、前記操舵モーション機能の非活性化の際に、操舵モーションに対する操舵信号を検出しないように制御することができる。

以下では、図２１を参照して、本発明による４輪独立操舵装置を制御する過程を全体的に説明することにする。

車両の運行過程では、ホイールスピードセンサー１００とナビゲーション情報などを入力されて車速を計算する（Ｓ１０）。

これと共に、操舵角センサー８０を介して操舵角及び操舵角速度を確保する（Ｓ１１）。

そこで、計算された車速と、操舵角及び操舵角速度に基づいて反力トルクを計算し、計算された反力トルクを、反力モーター５０を介して操舵ホイール１０に提供する（Ｓ１２）。

このような車両の運行過程では、モーションスイッチ７０の操作を判断して操舵モーションの機能が活性化されているか否かを判断する（Ｓ１３）。

ステップＳ１３の判断結果、操舵モーションの機能が活性化されたと判断した場合、現在の４輪１１０の操舵状態または懸架状態及び車両の走行状態を、ディスプレイ装置を介して表示する（Ｓ１４）。

また、磁場測定センサー４１を用いて各磁性体１１の磁場強度を計算する（Ｓ１５）。

次いで、運転者の操舵モーションの操作有無をモニタリングし（Ｓ１６）、モニタリングの過程で操舵ホイール１０の操舵モーションを行うと、車両の状態が当該操舵モーションの実行条件を満たしているか否かを判断する（Ｓ１７）。

例えば、操舵モーションを介して車両の水平モードまたはその場での回転モードなどを実行したい場合は、車両が停止した状態のときに操舵モーションの実行条件を満たすと判断することができる。言うまでもなく、この他にも操舵モーション別に４輪１１０を駆動したときに車両の安全に必須の車両状態を、操舵モーションの実行条件として設定することができる。

また、ステップＳ１７の判断結果、操舵モーションの実行条件を満たしていない場合は、当該操舵モーションに対する操舵が不可能であることをＨＵＤまたはインストルメントパネルを介して運転者に警告し、車両の状態を、操舵モーションの実行条件を満たす状態に移行するように誘導する（Ｓ１８）。

一方、ステップＳ１７の判断結果、操舵モーションの実行条件を満たしている場合、操舵ホイール１０の操舵モーションによる磁性体１１と磁場測定センサー４１との距離の変化に応じて磁場測定センサー４１で検出される磁場の変化を磁場マップにより検出する（Ｓ１９）。

続いて、磁場の変化、操舵角、及びモーションスイッチ７０の操作入力に基づいて、当該操舵モーションに対する操舵信号を検出する（Ｓ２０）。

次いで、当該操舵モーションが反映されるべき４輪１１０の操舵予想状態または懸架予想状態及び車両の走行予想状態を、ディスプレイ装置を介してディスプレイする（Ｓ２１）。

その後、車速、操舵角、操舵角速度に基づいて４輪１１０操舵のためのロードホイールアクチュエータ１２０の操舵トルクを計算する（Ｓ２２）。前記操舵トルクは、操舵モーション別に異なるように設定されてもよい。

その次に、それぞれのロードホイールアクチュエータ１２０が４輪１１０を独立して操舵駆動する（Ｓ２３）。

続いて、モーションスイッチ７０の操作を判断して、操舵モーションの機能が非活性化されたか否かを判断する（Ｓ２４）。

ステップＳ２４の判断の結果、操舵モーション機能の非活性化の際に、４輪１１０の回転前の状態に復元操舵される（Ｓ２５）。

一方、ステップＳ１３の判断の結果、操舵モーションの機能が活性化されていないと判断する際に、車速、操舵角、操舵角速度に基づいて前輪操舵のためのロードホイールアクチュエータ１２０の操舵トルクを計算する（Ｓ２６）。

そして、前輪を操作するロードホイールアクチュエータ１２０を介して前輪を操舵駆動する（Ｓ２７）。

上述したように、本発明では、車両の様々な挙動を作成するための操舵操作を、操舵ホイールのローリングモーション及びピッチングモーションなどの追加の操舵操作により実現することにより、４輪独立操舵装置に適したインタフェースを実現して操舵操作の利便性及び商品性を向上させることができる。

さらに、操舵モーションによる４輪の操舵状態と車両の状態を運転者にディスプレイして、商品性をさらに向上させることができる。

一方、本発明は、前記した具体例にのみ詳細に説明されたが、本発明の技術思想の範囲内で様々な変形及び修正が可能であることは、当業者にとって明らかであり、このような変形及び修正が添付の特許請求の範囲に属することは当然のことである。

１０ 操舵ホイール
１１ 磁性体
１２ ストッパー
２０ モーションモジュール
２１ モジュールハウジング
２２ 第１のモーション部材
２３ 第２のモーション部材
２４ 第３のモーション部材
３０ 操舵シャフト
４０ 操舵コラム
４１ 磁場測定センサー
５０ 反力モーター
６０ リターンスプリング
７０ モーションスイッチ
８０ 操舵角センサー
９０ トルクセンサ
１００ ホイールスピードセンサー
１１０（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ） ４輪
１２０（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ） ロードホイールアクチュエータ
ＣＲ 制御器

Claims (27)

1. 操舵ホイールのチルト操作による操舵モーションを実現するモーションモジュールと、
   前記操舵モーションに伴う操舵信号を検出し、検出された操舵信号に基づいて４輪の操舵挙動または懸架挙動を制御する制御器と、を備える、４輪独立操舵装置。
2. 前記操舵モーションは、操舵コラムに対する操舵ホイールのローリングモーションとピッチングモーションのうちの少なくとも一つを備えることを特徴とする、請求項１に記載の４輪独立操舵装置。
3. 前記操舵ホイールと操舵コラムに設けられ、互いに近接して設けられた磁性体及び磁場測定センサーをさらに備え、
   前記制御器は、前記操舵ホイールの操舵モーションによる磁性体と磁場測定センサーとの距離の変化に応じて磁場測定センサーで検出される磁場の変化に基づいて、操舵信号を検出することを特徴とする、請求項２に記載の４輪独立操舵装置。
4. 前記磁場測定センサーが操舵コラムの外面に固定され、
   前記磁性体が磁場測定センサーを包み込む形状に形成された操舵ホイールの下端の内面に設けられたことを特徴とする、請求項３に記載の４輪独立操舵装置。
5. 前記磁性体と磁場測定センサーが、操舵ホイールと操舵コラムの軸を基準として円周方向に沿って少なくとも２つ設けられることを特徴とする、請求項３に記載の４輪独立操舵装置。
6. 前記磁性体は、大きさがいずれも異なることを特徴とする、請求項５に記載の４輪独立操舵装置。
7. 前記モーションモジュールが、操舵ホイールと操舵シャフトとの間において相対回転が拘束される状態に連結され、
   前記操舵シャフトに反力モーターが設けられて操舵ホイールに反力トルクを与えることを特徴とする、請求項１に記載の４輪独立操舵装置。
8. 前記モーションモジュールは、
   操舵シャフトの上端に固定されるモジュールハウジングと、
   操舵ホイールの下端に固定されて操舵モーションが行われる第１のモーション部材と、
   左右に第１のモーション部材の左右が挿入され、前後がモジュールハウジングの前後に挿入されて、モジュールハウジングに対する第１のモーション部材の前後ピッチングモーションを許容する第２のモーション部材と、
   前後に第１のモーション部材の前後が挿入され、左右がモジュールハウジングの左右に挿入されて、モジュールハウジングに対する第２のモーション部材の左右ローリングモーションを許容する第３のモーション部材と、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の４輪独立操舵装置。
9. 前記操舵ホイールの操舵モーション方向に設けられ、操舵ホイールの操舵モーション過程におけるモーションモジュールとの衝突を防ぐストッパーを備えることを特徴とする、請求項１に記載の４輪独立操舵装置。
10. 前記操舵ホイールの操舵モーション方向に対して弾性復元力を与えるリターンスプリングを備えることを特徴とする、請求項１に記載の４輪独立操舵装置。
11. 前記リターンスプリングは、操舵ホイールとモーションモジュールとの間に連結されることを特徴とする、請求項１０に記載の４輪独立操舵装置。
12. 前記操舵モーション機能を活性化させるモーションスイッチをさらに備え、
    前記制御器は、前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵モーションにより検出された操舵信号に基づいて４輪の操舵挙動または懸架挙動を制御することを特徴とする、請求項１に記載の４輪独立操舵装置。
13. 前記モーションスイッチは、操舵ホイールの左右に設けられることを特徴とする、請求項１２に記載の４輪独立操舵装置。
14. 前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵ホイールを左側または右側の方向にローリングモーションする操舵モーションの場合、４輪が左右に整列され、
    前記操舵モーション機能の非活性化の際に、４輪が復元操舵されることを特徴とする、請求項１２に記載の４輪独立操舵装置。
15. 前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵ホイールを前方対角方向にローリング及びピッチングモーションする操舵モーションの場合、４輪が当該対角方向に向かって整列され、
    前記操舵モーション機能の非活性化の際に、４輪が復元操舵されることを特徴とする、請求項１２に記載の４輪独立操舵装置。
16. 前記操舵モーション機能を活性化させた状態で操舵ホイールを回転させる場合、車両のその場での回転が可能であるように４輪が操舵され、
    前記操舵モーション機能の非活性化の際に、４輪が復元操舵されることを特徴とする、請求項１２に記載の４輪独立操舵装置。
17. 前記操舵モーション機能を活性化させた状態で前記操舵ホイールを一方にピッチングモーションする操舵モーションの場合、サスペンションが上昇して車両の地上高が高くなり、
    前記操舵モーション機能を活性化させた状態で前記操舵ホイールを他方にピッチングモーションする操舵モーションの場合、サスペンションが下降して車両の地上高が低くなることを特徴とする、請求項１２に記載の４輪独立操舵装置。
18. 前記操舵モーション機能の活性化の際に、現在の４輪の操舵または懸架状態及び車両の走行状態を、ディスプレイ装置を介して表示することを特徴とする、請求項１２に記載の４輪独立操舵装置。
19. 前記操舵ホイールの操舵モーションの際に、操舵モーションが反映された４輪の操舵または懸架予想状態及び車両の走行予想状態を、ディスプレイ装置を介して表示することを特徴とする、請求項１２に記載の４輪独立操舵装置。
20. 操舵ホイールと操舵シャフトとの間において相対回転が拘束される状態に連結され、前記操舵ホイールのチルト操作による操舵モーションを実現するモーションモジュールと、
    前記操舵シャフトを包み込む形状に固定された操舵コラムと、
    前記操舵ホイールと操舵コラムに設けられ、互いに近接して設けられた磁性体及び磁場測定センサーと、
    前記操舵シャフトに設けられ、操舵ホイールに反力トルクを与える反力モーターと、を備える、４輪独立操舵装置。
21. 請求項１に記載の４輪独立操舵装置を制御する方法であって、
    制御器が操舵モーション機能の活性化有無を判断する活性化判断ステップと、
    制御器が、操舵モーション機能の活性化の判断の際に、操舵ホイールのチルト操作による操舵モーションに伴う操舵信号を検出する操舵信号検出ステップと、
    制御器が、操舵モーションに伴う操舵信号の検出の際に、検出された操舵信号に基づいて４輪の操舵挙動または懸架挙動を制御する挙動制御ステップと、を含む、４輪独立操舵装置の制御方法。
22. 前記操舵モーション機能の活性化の際に、現在の４輪の操舵または懸架状態及び車両の走行状態を、ディスプレイ装置を介して表示することを特徴とする、請求項２１に記載の４輪独立操舵装置の制御方法。
23. 前記操舵モーション機能を活性化させた状態での前記操舵ホイールの操舵モーションの際に、操舵モーションが反映されるべき４輪の操舵または懸架予想状態及び車両の走行予想状態を、ディスプレイ装置を介して表示することを特徴とする、請求項２１に記載の４輪独立操舵装置の制御方法。
24. 前記操舵信号検出ステップは、
    前記操舵ホイールの操舵モーションによる磁性体と磁場測定センサーとの距離の変化に応じて磁場測定センサーで検出される磁場の変化に基づいて、操舵信号を検出することを特徴とする、請求項２１に記載の４輪独立操舵装置の制御方法。
25. 前記操舵信号検出ステップは、
    操舵コラムに固定された磁場測定センサーにより操舵ホイールに設けられた磁性体の磁場強度を確保するステップと、
    操舵ホイールの操舵モーションの際に、操舵角及び磁性体の磁場強度の変化に基づいて、当該操舵モーションに対する操舵信号を検出するステップと、を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の４輪独立操舵装置の制御方法。
26. 前記操舵モーションに対する操舵信号は、操舵モーション磁場マップにより検出することを特徴とする、請求項２５に記載の４輪独立操舵装置の制御方法。
27. 前記操舵モーション機能の非活性化の際に、操舵モーションに対する操舵信号を検出しないことを特徴とする、請求項２１に記載の４輪独立操舵装置の制御方法。

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