JP4930146B2 - 車両用制御装置及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、その場旋回可能な車両を制御する車両用制御装置、及びその車両用制御装置により制御される車両に関し、その場旋回時における車輪の磨耗やエネルギーロスを低減させ得る車両用制御装置、及びその車両用制御装置により制御される車両に関する。

４輪を独立操舵及び独立可能に構成した車両が、例えば、特開昭５３−４０９２９号公報（特許文献１）に記載されている。このように４輪を独立操舵及び独立可能に構成することにより、車両の車体中心を旋回中心とする旋回（以下、かかる旋回を「その場旋回」と称する）が可能となる。

図８は、特許文献１に記載される車両など、４輪を独立操舵及び独立可能に構成した車両によって行われていた従来におけるその場旋回を説明する模式図である。従来におけるその場旋回では、図８（ａ）に示すように、まず、前左右輪２ＦＬ，２ＦＲを矢印Ｔｉ方向にトウインさせ、後左右輪２ＲＬ，２ＲＲを矢印Ｔｏ方向にトウアウトさせて、図８（ｂ）に示すように、車体中心Ｃｃと旋回中心Ｃｔとを一致させる。

即ち、各車輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲをそれぞれ独立して操舵し、各車輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲの進行方向を、車体中心Ｃｃと各車輪中心Ｏｆｌ，Ｏｆｒ，Ｏｒｌ，Ｏｒｒとを結ぶ直線に直交させる。

ここで、この車体中心Ｃｃと各車輪中心Ｏｆｌ，Ｏｆｒ，Ｏｒｌ，Ｏｒｒとを結ぶ直線は、車体中心Ｃｃと各車輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲの設置位置とに応じて決定される。例えば、図８（ａ）に示すように、車体中心Ｃｃに対し、前方（矢印ＦＷＤ）に距離Ｌ、右方向（矢印Ｒ）に距離Ｗの位置に設置されている右車輪２ＦＲの場合、車体中心Ｃｃと車輪中心Ｏｆｒとを結ぶ直線と、車体中心Ｃｃから車両の前進方向（矢印ＦＷＤ）に対して直交する方向に延びる直線との角度φは、φ＝ｔａｎ−１（Ｌ／Ｗ）により表すことができる。

次いで、車体中心Ｃｃと旋回中心Ｃｔとを一致させた後、前後の左車輪２ＦＬ，２ＲＬに順方向（矢印Ｒ１）に回転駆動し、前後の右車輪２ＦＲ，２ＲＲを逆方向（矢印Ｒ２）に回転駆動させることにより、車両は右旋回（矢印Ａ方向）にその場旋回する（図８（ｂ）参照）。なお、前後の左車輪２ＦＬ，２ＲＬに逆方向に回転駆動し、前後の右車輪２ＦＲ，２ＲＲを順方向に回転駆動させた場合には、その場旋回の旋回方向は左旋回（矢印Ｂ方向）となる。
特開昭５３−４０９２９号公報

しかしながら、上述した従来のその場旋回では、４つの車輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲの内の２輪（図８（ｂ）に示す右旋回の場合には、右前輪２ＦＲと左後輪２ＲＬ）について、操舵動作における駆動方向（右前輪２ＦＲの場合は矢印Ｔｉ方向、左後輪２ＲＬの場合は矢印Ｔｏ方向）と、その後の旋回動作における駆動方向（右前輪２ＦＲの場合は矢印Ｒ２方向、左後輪２ＲＬの場合は矢印Ｒ１方向）とが逆方向であるため、無駄な据え切り動作を行うことになる。その場旋回では、かかる無駄な据え切り動作が必要となる分、エネルギーロスの発生及び車輪の磨耗が生じることになる。

さらには、車輪の接地幅が、車輪の内側（車輪における車両の内側となる側）の旋回半径と外側（車輪における車両の外側となる側）の旋回半径とに違いを生じさせるので、その場旋回時には、車輪の内側にすべりが生じ、エネルギーロスを発生させると共に、車輪を磨耗させる。

このように、その場旋回は、車両の旋回半径を小さくすることができるものの、エネルギーロスが発生し易く、車輪が磨耗し易いという問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、その場旋回時における車輪の磨耗やエネルギーロスを低減させ得る車両用制御装置、及びその車両用制御装置により制御される車両を提供することを目的としている。

この目的を達成するために、請求項１記載の車両用制御装置は、複数の車輪と、それら複数の車輪をそれぞれ独立に回転駆動する車輪駆動装置と、前記複数の車輪のトウ角をそれぞれ独立に調整するトウ角調整装置と、前記複数の車輪のキャンバ角をそれぞれ独立に調整するキャンバ角調整装置とを備える車両を制御するものであって、その場旋回の実行指示を検出する実行指示検出手段と、その実行指示検出手段により実行指示が検出された場合に、前記キャンバ角調整装置を作動させ、前記各車輪のキャンバ角をネガティブキャンバ又はポジティブキャンバのいずれか一方に調整するキャンバ角調整手段と、前記実行指示検出手段により実行指示が検出された場合に、前記その場旋回の旋回中心位置に基づいて、トウ角の指令値を決定するトウ角指令値決定手段と、そのトウ角指令値決定手段により決定された指令値に基づいて前記トウ角調整装置を作動させ、前記各車輪のトウ角を調整するトウ角調整手段と、前記キャンバ角調整手段によりキャンバ角が調整されると共に、前記トウ角調整手段によりトウ角が調整された前記各車輪に対し、前記車輪駆動装置を作動させて回転駆動させることで、その場旋回を行う車輪駆動手段と、を備えている。

請求項２記載の車両用制御装置は、請求項１記載の車両用制御装置において、前記キャンバ角調整手段は、前記各車輪のキャンバ角をネガティブキャンバに調整する。

請求項３記載の車両用制御装置は、請求項１又は２に記載の車両用制御装置において、前記各車輪の接地幅及び回転半径に基づいて、キャンバ角の指令値を決定するキャンバ角指令値決定手段を備え、前記キャンバ角調整手段は、前記キャンバ角指令値決定手段により決定された指令値に基づいてキャンバ角を調整する。

請求項４記載の車両は、複数の車輪と、それら複数の車輪をそれぞれ独立に回転駆動する車輪駆動装置と、前記複数の車輪のトウ角をそれぞれ独立に調整するトウ角調整装置と、前記複数の車輪のキャンバ角をそれぞれ独立に調整するキャンバ角調整装置と、請求項１から３のいずれかに記載の車両用制御装置とを備えている。

請求項１記載の車両用制御装置によれば、その場旋回の実行指示が実行指示検出手段によって検出された場合には、キャンバ角調整手段によってキャンバ角調整装置が作動されて、各車輪のキャンバ角が調整される。

その一方で、その場旋回の実行指示が実行指示検出手段によって検出された場合には、トウ角の指令値が、トウ角指令値決定手段により、その場旋回の旋回中心位置に基づいて決定され、そのように決定された指令値に基づいて、トウ角調整手段によってトウ角調整装置が作動され、各車輪のトウ角がそれぞれ調整される。

そして、キャンバ角調整手段によりキャンバ角がネガティブキャンバ又はポジティブキャンバのいずれか一方に調整されると共に、トウ角調整手段によりトウ角が調整された各車輪に対し、車輪駆動手段による車輪駆動装置の作動によって回転駆動が付与されると、トウ角調整手段によって各車輪に付与されたトウ角によって、車両はその場旋回されることになる。

ここで、各車輪には、キャンバ角調整手段によってネガティブ又はポジティブのキャンバ角が付与されている。車輪にネガティブ又はポジティブのキャンバ角が付与されると、その車輪の接地幅は付与前に比べて狭くなる。よって、各車輪の接地幅が狭くなった分だけ、その場旋回時における車輪の内側（車輪における車両の内側となる側）の旋回半径と外側（車輪における車両の外側となる側）の旋回半径との差を、キャンバ角の付与前（例えば、車輪に傾きが与えられていない場合）に比べて小さくすることができる。その結果、その場旋回時における車輪のすべりを抑制することができ、エネルギーロスの発生を低減させることができると共に、接地幅が狭くなることにより、車輪の磨耗を低減させることができるという効果がある。

請求項２記載の車両用制御装置によれば、請求項１記載の車両用制御装置の奏する効果に加えて、次の効果を奏する。キャンバ角調整手段によりキャンバ角を調整する場合には、各車輪のキャンバ角がネガティブキャンバに調整される。即ち、各車輪は、車両の内側に向けて傾けられる。

車輪が車両の内側に向けて傾けられると、車輪の内側（車輪における車両の内側となる側）は、車輪に傾きが与えられていない場合に比べて潰れるので、車輪の内側の回転半径が車輪に傾きが与えられていない場合における車輪の回転半径に比べ小さくなる。その結果、車輪の内側の回転数が車輪の外側の回転数より増える（又は、車輪の内側の円周が車輪の外側の円周より減る）ことになる。よって、かかる回転数の差によって、その場旋回時に生じる車輪のすべりを有効に抑制することができるので、エネルギーロスの発生及び車輪の磨耗をさらに低減させることができるという効果がある。

請求項３記載の車両用制御装置によれば、請求項１又は２に記載の車両用制御装置の奏する効果に加えて、次の効果を奏する。キャンバ角の指令値は、キャンバ角指令値決定手段により、各車輪の接地幅及び回転半径に基づいて決定され、そのように決定された指令値に基づいて、キャンバ角調整手段によるキャンバ角の調整が行われる。

よって、キャンバ角の指令値がその場旋回時における各車輪の接地幅及び回転半径に基づいて決定されるので、その場旋回時における車輪のすべりなどの車輪への悪影響が抑制され、エネルギーロスの発生及び車輪の磨耗を有効に低減させることができるという効果がある。

請求項４記載の車両によれば、請求項１から３のいずれかに記載の車両用制御装置を有しているので、請求項１から３のいずれかに記載の車両用制御装置が奏する効果と同様の効果を奏する。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態における車両用制御装置１００が搭載される車両１を示す模式図である。なお、図１の矢印ＦＷＤは、車両１の前進方向を示す。

まず、車両１の概略構成について説明する。車両１は、図１に示すように、車体フレームＢＦと、その車体フレームＢＦに支持される複数（本実施形態では４輪）の車輪２と、それら各車輪２を独立に回転駆動する車輪駆動装置３と、各車輪２の操舵駆動及びキャンバ角の調整等を行うキャンバ角調整装置４とを主に備えている。なお、詳細は後述するが、車両１は、車輪２のトウ角及びキャンバ角を車両用制御装置１００により制御することにより、エネルギーのロスや車輪２の磨耗が従来に比べて低減されたその場旋回を行うことができるように構成されている。

次いで、各部の詳細構成について説明する。車輪２は、図１に示すように、車両１の進行方向前方側に位置する左右の前輪２ＦＬ，２ＦＲと、進行方向後方側に位置する左右の後輪２ＲＬ，２ＲＲとの４輪を備え、これら前後輪２ＦＬ〜２ＲＲは、車輪駆動装置３から回転駆動力を付与されて、それぞれ独立に回転可能に構成されている。

車輪駆動装置３は、各車輪２を独立に回転駆動するための回転駆動装置であり、図１に示すように、４個の電動モータ（ＦＬ〜ＲＲモータ３ＦＬ〜３ＲＲ）を各車輪２に（即ち、インホイールモータとして）配設して構成されている。運転者がアクセルペダル５２を操作した場合には、各車輪駆動装置３から回転駆動力が各車輪２に付与され、各車輪２がアクセルペダル５２の操作量に応じた回転速度で回転される。

また、車輪２（前後輪２ＦＬ〜２ＲＲ）は、キャンバ角調整装置４によりトウ角（舵角）とキャンバ角とが調整可能に構成されている。キャンバ角調整装置４は、各車輪２のトウ角とキャンバ角とを調整するための駆動装置であり、図１に示すように、各車輪２に対応する位置に合計４個（ＦＬ〜ＲＲアクチュエータ４ＦＬ〜４ＲＲ）が配置されている。

例えば、運転者がステアリング５４を操作した場合には、キャンバ角調整装置４の一部（例えば、前輪２ＦＬ，２ＦＲ側のみ）又は全部が駆動され、ステアリング５４の操作量に応じたトウ角を車輪２に付与する。これにより、車輪２の操舵動作が行われ、車両１が所定の方向へ旋回される。

また、キャンバ角調整装置４は、車両１の走行状態（例えば、定速走行時または加減速時、或いは、直進時または旋回時）や車輪２が走行する路面Ｇの状態（例えば、乾燥路面時と雨天路面時）などの状態変化に応じて、車両用制御装置１００により作動制御され、車輪２のキャンバ角を調整する。

また、詳細は図５を参照しつつ後述するが、運転者がその場旋回スイッチ５６を操作してオンした場合には、制御装置１００の制御によりキャンバ角調整装置４が駆動されて、各車輪２のトウ角（舵角）が、その場旋回可能な角度に調整されると共に、各車輪２のキャンバ角が、その場旋回時のエネルギーロスや車輪２の磨耗を抑制できる角度に調整される。

ここで、図２を参照して、車輪駆動装置３とキャンバ角調整装置４との詳細構成について説明する。図２（ａ）は、車輪２の断面図であり、図２（ｂ）は、車輪２のトウ角（舵角）及びキャンバ角の調整方法を模式的に説明する模式図である。

なお、図２（ａ）では、車輪駆動装置３に駆動電圧を供給するための電源配線などの図示が省略されている。また、図２（ｂ）中の仮想軸Ｘｆ−Ｘｂ、仮想軸Ｙｌ−Ｙｒ、及び、仮想軸Ｚｕ−Ｚｄは、それぞれ車両１の前後方向、左右方向、及び、上下方向にそれぞれ対応する。

図２（ａ）に示すように、車輪２（前後輪２ＦＬ〜２ＲＲ）は、ゴム状弾性材から構成されるタイヤ２ａと、アルミニウム合金などから構成されるホイール２ｂとを主に備えて構成され、ホイール２ｂの内周部には、車輪駆動装置３（ＦＬ〜ＲＲモータ３ＦＬ〜３ＲＲ）がインホイールモータとして配設されている。

車輪駆動装置３は、図２（ａ）に示すように、その前面側（図２（ａ）左側）に突出された駆動軸３ａがホイール２ｂに連結固定されており、駆動軸３ａを介して、回転駆動力を車輪２へ伝達可能に構成されている。また、車輪駆動装置３の背面には、キャンバ角調整装置４（ＦＬ〜ＲＲアクチュエータ４ＦＬ〜４ＲＲ）が連結固定されている。

キャンバ角調整装置４は、複数本（本実施形態では３本）の油圧シリンダ４ａ〜４ｃを備えており、それら３本の油圧シリンダ４ａ〜４ｃのロッド部は、車輪駆動装置３の背面側（図２（ａ）右側）にジョイント部（本実施形態ではユニバーサルジョイント）６０を介して連結固定されている。なお、図２（ｂ）に示すように、各油圧シリンダ４ａ〜４ｃは、周方向略等間隔（即ち、周方向１２０度間隔）に配置されると共に、１の油圧シリンダ４ｂは、仮想軸Ｚｕ−Ｚｄ上に配置されている。

これにより、各油圧シリンダ４ａ〜４ｃが各ロッド部をそれぞれ所定方向に所定長さだけ伸長駆動又は収縮駆動することで、車輪駆動装置３が仮想軸Ｘｆ−Ｘｂ，Ｚｕ−Ｘｄを揺動中心として揺動駆動され、その結果、各車輪２に所定のキャンバ角とトウ角（舵角）とが付与される。

例えば、図２（ｂ）に示すように、車輪２が中立位置（車両１の直進状態）にある状態で、油圧シリンダ４ｂのロッド部が収縮駆動され、かつ、油圧シリンダ４ａ，４ｃのロッド部が伸長駆動されると、車輪駆動装置３が仮想線Ｘｆ−Ｘｂ回りに回転され（図２（ｂ）矢印Ａ）、車輪２にマイナス方向（ネガティブキャンバ）のキャンバ角（車輪２の中心線が仮想線Ｚｕ−Ｚｄに対してなす角度）が付与される。一方、これとは逆の方向に油圧シリンダ４ｂ及び油圧シリンダ４ａ，４ｃがそれぞれ伸縮駆動されると、車輪２にプラス方向（ポジティブキャンバ）のキャンバ角が付与される。

また、車輪２が中立位置（車両１の直進状態）にある状態で、油圧シリンダ４ａのロッド部が収縮駆動され、かつ、油圧シリンダ４ｃのロッド部が伸長駆動されると、車輪駆動装置３が仮想線Ｚｕ−Ｚｄ回りに回転され（図２（ｂ）矢印Ｂ）、車輪２にトウイン傾向のトウ角（車輪２の中心線が車両１の基準線に対してなす角度であり、車両１の進行方向とは無関係に定まる角度）が付与される。一方、これとは逆の方向に油圧シリンダ４ａ及び油圧シリンダ４ｃが伸縮駆動されると、車輪２にトウアウト傾向のトウ角が付与される。

なお、ここで例示した各油圧シリンダ４ａ〜４ｃの駆動方法は、上述した通り、車輪２が中立位置にある状態から駆動する場合を説明するものであるが、これらの駆動方法を組み合わせて各油圧シリンダ４ａ〜４ｃの伸縮駆動を制御することにより、車輪２に任意のキャンバ角及びトウ角を付与することができる。従って、このキャンバ角調整装置４は、本願発明におけるトウ角調整装置としても機能する。

図１に戻って説明する。アクセルペダル５２及びブレーキペダル５３は、運転者により操作される操作部材であり、各ペダル５２，５３の踏み込み状態（踏み込み量、踏み込み速度など）に応じて、車両１の走行速度や制動力が決定され、車輪駆動装置３の作動制御が行われる。

ステアリング５４は、運転者により操作される操作部材であり、その操作状態（回転角度、回転速度など）に応じて、車両１の旋回半径などが決定され、キャンバ角調整装置４の作動制御が行われる。

その場旋回スイッチ５６は、運転者により操作される操作部材であり、その操作状態（例えば、操作位置など）によりオンとオフとが切り替えられる。運転者の操作によりその場旋回スイッチ５６がオンされると、制御装置１００により実行されるその場旋回処理（図５参照）により車両１のその場旋回が開始され、その後、運転者の操作によりその場旋回スイッチ５６がオフされると、実行中のその場旋回が終了する。

車両用制御装置１００は、上述のように構成された車両１の各部を制御するための車両用制御装置であり、例えば、各ペダル５２，５３の操作状態を検出し、その検出結果に応じて車輪駆動装置３を作動させることで、各車輪２の回転速度を制御する。

あるいは、運転者によりその場旋回スイッチ５６がオンされた場合に、後述するその場旋回処理（図５参照）を実行し、キャンバ角調整装置４を駆動して、各車輪２のトウ角（舵角）及びキャンバ角を調整する。

ここで、図３を参照して、車両用制御装置１００の詳細構成について説明する。図３は、車両用制御装置１００の電気的構成を示すブロック図である。車両用制御装置１００は、図３に示すように、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２及びＲＡＭ７３を備え、これらはバスライン７４を介して入出力ポート７５に接続されている。また、入出力ポート７５には、車輪駆動装置３等の複数の装置が接続されている。

ＣＰＵ７１は、バスライン７４により接続された各部を制御する演算装置である。ＲＯＭ７２は、ＣＰＵ７１により実行される制御プログラムや固定値データ等を格納した書き換え不能な不揮発性のメモリであり、ＲＡＭ７３は、制御プログラムの実行時に各種のデータを書き換え可能に記憶するためのメモリである。なお、ＲＯＭ７２内には、図５に図示されるフローチャート（その場旋回処理）のプログラム（図示せず）が格納されていると共に、接地幅変化率マップ７２ａと回転半径変化率マップ７２ｂとが格納されている。

ここで、図４を参照しつつ、接地幅変化率マップ７２ａ及び回転半径変化率マップ７２ｂについて説明する。図４（ａ）は、接地幅変化率マップ７２ａの内容を示す模式図であり、図４（ｂ）は、回転半径変化率マップ７２ｂの内容を示す模式図である。

接地幅変化率マップ７２ａは、車輪２のキャンバ角と車輪２の接地幅の変化率（０≦α≦１）とを対応付けたマップである。ここで、図４（ａ）に示す接地幅変化率マップ７２ａの横軸は、車輪２のキャンバ角（度）を示し、縦軸は、車輪２の接地幅の変化率（０≦α≦１）を示す。なお、横軸の左端は、キャンバ角の初期状態（本実施形態では、０度、即ち、車輪２に傾きが与えられていない状態）に対応し、右側へ向かうほど車輪２の傾き（キャンバ角）が大きい。

図４（ａ）に示すように、接地幅変化率マップ７２ａは、キャンバ角が初期状態（本実施形態では０度）にある車輪２の接地幅の変化率を１とし、キャンバ角が大きくなるに従い減少する。つまり、接地幅変化率マップ７２ａは、車輪２の接地幅が、車輪２の傾きが大きくなるに従って狭くなることを示す。

回転半径変化率マップ７２ｂは、車輪２のキャンバ角と、車輪２における傾き方向側（例えば、ネガティブキャンバであれば、車輪２における車両１の内側となる側）の回転半径の変化率（０≦β≦１）とを対応付けたマップである。

ここで、図４（ｂ）に示す回転半径変化率マップ７２ｂの横軸は、車輪２のキャンバ角（度）を示し、縦軸は、車輪２の回転半径の変化率（０≦β≦１）を示す。なお、横軸の左端は、キャンバ角の初期状態（本実施形態では、０度）に対応し、右側へ向かうほど車輪２の傾き（キャンバ角）が大きい。

図４（ｂ）に示すように、回転半径変化率マップ７２ｂは、キャンバ角が初期状態（本実施形態では０度）である車輪２の接地幅の変化率を１とし、キャンバ角が大きくなるに従い減少する。つまり、回転半径変化率マップ７２ｂは、車輪２における傾き方向側の回転半径が、車輪２の傾きが大きくなるに従って小さくなることを示す。

詳細は後述するが、その場旋回処理（図５参照）において、ＣＰＵ７１は、これらの接地幅変化率マップ７２ａの内容及び回転半径変化率マップ７２ｂの内容に基づいて、その場旋回に最適なキャンバ角の指令値を決定する。

図３に戻って説明する。車輪駆動装置３は、上述したように、各車輪２（図１参照）を回転駆動するための装置であり、各車輪２に回転駆動力を付与する４個のＦＬ〜ＲＲモータ３ＦＬ〜３ＲＲと、それら各モータ３ＦＬ〜３ＲＲをＣＰＵ７１からの命令に基づいて駆動制御する駆動回路（図示せず）とを主に備えている。

キャンバ角調整装置４は、上述したように、各車輪２のトウ角とキャンバ角とを調整するための駆動装置であり、各車輪２（車輪駆動装置３）に角度調整のための駆動力を付与する４個のＦＬ〜ＲＲアクチュエータ４ＦＬ〜４ＲＲと、それら各アクチュエータ４ＦＬ〜４ＲＲをＣＰＵ７１からの命令に基づいて駆動制御する駆動回路（図示せず）とを主に備えている。

なお、ＦＬ〜ＲＲアクチュエータ４ＦＬ〜４ＲＲは、３本の油圧シリンダ４ａ〜４ｃと、それら各油圧シリンダ４ａ〜４ｃにオイル（油圧）を供給する油圧ポンプ４ｄ（図１参照）と、その油圧ポンプから各油圧シリンダ４ａ〜４ｃに供給されるオイルの供給方向を切り換える電磁弁（図示せず）と、各油圧シリンダ４ａ〜４ｃ（ロッド部）の伸縮量を検出する伸縮センサ（図示せず）とを主に備えて構成されている。

ＣＰＵ７１からの指示に基づいて、キャンバ角調整装置４の駆動回路が油圧ポンプを駆動制御すると、その油圧ポンプから供給されるオイル（油圧）によって、各油圧シリンダ４ａ〜４ｃが伸縮駆動される。また、電磁弁がオン／オフされると、各油圧シリンダ４ａ〜４ｃの駆動方向（伸長又は収縮）が切り換えられる。

キャンバ角調整装置４の駆動回路は、各油圧シリンダ４ａ〜４ｃの伸縮量を伸縮センサにより監視し、ＣＰＵ７１から指示された目標値（伸縮量）に達した油圧シリンダ４ａ〜４ｃは、その伸縮駆動が停止される。なお、伸縮センサによる検出結果は、駆動回路からＣＰＵ７１に出力され、ＣＰＵ７１は、その検出結果に基づいて各車輪２の現在のトウ角（舵角）及びキャンバ角を得ることができる。

車両速度センサ装置３２は、路面Ｇに対する車両１の対地速度（絶対値及び進行方向）を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１に出力するための装置であり、前後及び左右方向加速度センサ３２ａ，３２ｂと、それら各加速度センサ３２ａ，３２ｂの検出結果を処理してＣＰＵ７１に出力する制御回路（図示せず）とを主に備えている。

前後方向加速度センサ３２ａは、車両１（車体フレームＢＦ）の前後方向（図１上下方向）の加速度を検出するセンサであり、左右方向加速度センサ３２ｂは、車両１（車体フレームＢＦ）の左右方向（図１左右方向）の加速度を検出するセンサである。なお、本実施形態では、これら各加速度センサ３２ａ，３２ｂが圧電素子を利用した圧電型センサとして構成されている。

ＣＰＵ７１は、車両速度センサ装置３２の制御回路から入力された各加速度センサ３２ａ，３２ｂの検出結果（加速度値）を時間積分して、２方向（前後及び左右方向）の速度をそれぞれ算出すると共に、それら２方向成分を合成することで、車両１の対地速度（絶対値及び進行方向）を得ることができる。

アクセルペダルセンサ装置５２ａは、アクセルペダル５２の操作状態を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１に出力するための装置であり、アクセルペダル５２の踏み込み状態を検出する角度センサ（図示せず）と、その角度センサの検出結果を処理してＣＰＵ７１に出力する制御回路（図示せず）とを主に備えている。

ブレーキペダルセンサ装置５３ａは、ブレーキペダル５３の操作状態を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１に出力するための装置であり、ブレーキペダル５３の踏み込み状態を検出する角度センサ（図示せず）と、その角度センサの検出結果を処理してＣＰＵ７１に出力する制御回路（図示せず）とを主に備えている。

ステアリングセンサ装置５４ａは、ステアリング５４の操作状態を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１に出力するための装置であり、ステアリング５４の操作状態を検出する角度センサ（図示せず）と、その角度センサの検出結果を処理してＣＰＵ７１に出力する制御回路（図示せず）とを主に備えている。

なお、本実施形態では、各角度センサが電気抵抗を利用した接触型のポテンショメータとして構成されている。ＣＰＵ７１は、各センサ装置５２ａ〜５４ａの制御回路から入力された検出結果により各ペダル５２，５３の踏み込み量及びステアリング５４の操作角を得ると共に、その検出結果を時間微分することにより、各ペダル５２，５３の踏み込み速度（操作速度）及びステアリング５４の回転速度（操作速度）を得ることができる。

また、その場旋回スイッチセンサ装置５６ａは、その場旋回スイッチ５６の操作状態を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１に出力するための装置であり、その場旋回スイッチ５６の操作状態（操作位置）を検出するポジショニングセンサ（図示せず）と、そのポジショニングセンサの検出結果を処理してＣＰＵ７１に出力する制御回路（図示せず）とを主に備えている。

図３に示す他の入出力装置３６としては、例えば、各車輪２の接地面が路面から受ける荷重を検出する接地荷重センサ装置や、各車輪２の回転速度を検出する車輪回転速度センサ装置などが例示される。

次に、図５を参照して、上記構成を有する車両１の制御装置１００で実行されるその場旋回処理について説明する、図５は、その場旋回処理を示すフローチャートである。このその場旋回処理は、所定時間毎（例えば、５０ｍｓ毎）に起動する処理であり、まず、車両１が停止状態であるかを確認する（Ｓ１）。

Ｓ１の処理により確認した結果、車両１が停止状態であれば（Ｓ１：Ｙｅｓ）、運転者によってその場旋回スイッチ５６がオンされたかを確認し（Ｓ２）、その場旋回スイッチ５６がオンされた場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、その場旋回に必要な各車輪２（２ＦＬ〜２ＲＲ）のトウ角の指令値を決定する（Ｓ３）。

Ｓ３の処理では、上述した従来におけるその場旋回と同様に、車体中心Ｃｃと旋回中心Ｃｔとを一致させる各車輪２（２ＦＬ〜２ＲＲ）のトウ角を決定する（図８参照）。即ち、各車輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲの進行方向を、車体中心Ｃｃと各車輪中心Ｏｆｌ，Ｏｆｒ，Ｏｒｌ，Ｏｒｒ（図８参照）とを結ぶ直線に直交させるよう、前左右輪２ＦＬ，２ＦＲに対し、トウイン角（トウイン傾向のトウ角）の指令値が決定され、後左右輪２ＲＬ，２ＲＲに対し、トウアウト角（トウアウト傾向のトウ角）の指令値が決定される。

Ｓ３の処理後、接地幅変化率マップ７２ａの内容及び回転半径変化率マップの内容に基づいて、各車輪２（２ＦＬ〜２ＲＲ）に付与するネガティブキャンバ角の指令値を決定する（Ｓ４）。なお、このＳ４の処理による具体的なキャンバ角の決定方法については後述する。

次いで、Ｓ４の処理により決定されたネガティブキャンバ角の指令値をキャンバ角調整装置４へ出力する（Ｓ５）。このＳ５の処理により、ＦＬ〜ＲＲアクチュエータ４ＦＬ〜４ＲＲが指令値に基づいてそれぞれ伸縮駆動されて、各車輪２（２ＦＬ〜２ＲＲ）にネガティブキャンバ角が付与される。

Ｓ５の処理後、Ｓ３の処理により決定されたトウ角の指令値をキャンバ角調整装置４へ出力する（Ｓ６）。このＳ６の処理により、ＦＬ〜ＲＲアクチュエータ４ＦＬ〜４ＲＲが指令値に基づいてそれぞれ伸縮駆動されて、前左右輪２ＦＬ，２ＦＲにはトウイン角が付与され、後左右輪２ＲＬ，２ＲＲにはトウアウト角が付与される。

Ｓ６の処理後、各車輪２（２ＦＬ〜２ＲＲ）のキャンバ角及びトウ角の調整が終了したか、即ち、各車輪２のキャンバ角及びトウ角がその場旋回可能な角度に調整されたかを確認する（Ｓ７）。

Ｓ７の処理により確認した結果、車輪２（２ＦＬ〜２ＲＲ）のキャンバ角及びトウ角の調整が未だ終了していなければ（Ｓ７：Ｎｏ）、Ｓ４の処理へ移行し、各車輪２（２ＦＬ〜２ＲＲ）のキャンバ角及びトウ角の調整を続行する。

一方、Ｓ７の処理により確認した結果、車輪２（２ＦＬ〜２ＲＲ）のキャンバ角及びトウ角の調整が終了した場合には（Ｓ７：Ｙｅｓ）、その場旋回が右旋回であるか左旋回であるかを確認する（Ｓ８）。なお、本実施形態では、その場旋回の旋回方向は、運転者がその場旋回スイッチ５６をオンした後に、ステアリング５４の操作方向が右であれば右旋回が指定され、左であれば左旋回が指定されるように構成されている。よって、Ｓ８の処理では、運転者がその場旋回スイッチ５６をオンした後にステアリングセンサ装置５４ａにより検出されたステアリング５４の操作方向に基づいて判定を行う。

Ｓ８の処理により確認した結果、その場旋回が右旋回である場合には（Ｓ８：右旋回）、アクセルペダル５２の踏み込み量に応じた回転駆動を、前後の左車輪２ＦＬ，２ＲＬには順方向に付与し、前後の右車輪２ＦＲ，２ＲＲには逆方向に付与するよう、車輪駆動装置３を作動させる（Ｓ９）。このＳ９の処理により、車両１は右方向にその場旋回される。

一方、Ｓ８の処理により確認した結果、その場旋回が左旋回である場合には（Ｓ８：左旋回）、アクセルペダル５２の踏み込み量に応じた回転駆動を、前後の左車輪２ＦＬ，２ＲＬには逆方向に付与し、前後の右車輪２ＦＲ，２ＲＲには順方向に付与するよう、車輪駆動装置３を作動させる（Ｓ１１）。このＳ１１の処理により、車両１は左方向にその場旋回される。

Ｓ９又はＳ１１の処理後、その場旋回の終了が指示されたかを確認する（Ｓ１０）。なお、本実施形態では、ブレーキペダル５３の踏み込みなどにより車両１が停止された後、運転者による操作によってその場旋回スイッチ５６がオフされた場合に、その場旋回が終了するように構成されている。よって、Ｓ１０の処理では、車両１が停止状態とされて、その場旋回スイッチ５６がオフされた場合に、その場旋回の終了が指示されたと判断する。

Ｓ１０の処理により確認した結果、その場旋回の終了が未だ指示されていない場合には（Ｓ１０：Ｎｏ）、Ｓ７の処理へ移行し、その場旋回を続行する。一方で、Ｓ１０の処理により確認した結果、その場旋回の終了が指示された場合には（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、その場旋回処理を終了する。

また、Ｓ１の処理により確認した結果、車両１が停止状態にない場合（Ｓ１：Ｎｏ）、又は、Ｓ２の処理により確認した結果、その場旋回スイッチ５６がオフのままである場合には（Ｓ１：Ｎｏ）、その場旋回を行う状況ではないので、そのまま、その場旋回処理を終了する。

ここで、図６及び図７（ａ）を参照して、上述したその場旋回処理（図５参照）のＳ４において、各車輪２（２ＦＬ〜２ＲＲ）に付与するネガティブキャンバ角の指令値を決定する具体的方法について説明する。

図６は、車輪２にキャンバ角が付与された場合における、車輪２（２ＦＬ〜２ＲＲ）の接地幅及び回転半径の変化を説明するための模式図であり、（ａ）は、車輪２に傾きが与えられていない場合（即ち、キャンバ角が０度である場合）を示し、（ｂ）は、車輪２に角度θのキャンバ角が与えられている場合を示す。また、図７（ａ）は、本実施形態の制御装置１００による制御によって右方向にその場旋回する車両１を示す模式図である。

本実施形態では、車輪２のキャンバ角は初期状態において０度、即ち、傾きが与えられていない状態、即ち、図６（ａ）に示す状態とされている。かかる初期状態にある車輪２を矢印Ｃ方向に傾けて角度θのキャンバ角を与えると、図６（ｂ）に示すように、車輪２における傾き方向とは反対側（矢印Ｓ２の側）の端が路面から浮くので、車輪２の接地幅は、車輪２における傾き方向側（矢印Ｓ１の側）に限定されるために初期状態より狭くなる。

ここで、キャンバ角が０度である車輪２の接地幅をａとし（図６（ａ））、キャンバ角θに対する接地幅の変化率をα（０≦α≦１）とすると、キャンバ角の付された車輪２の接地幅は、初期状態における車輪２の接地幅とキャンバ角θに対する接地幅の変化率αとの積αａ（＝α×ａ）で表される（図６（ｂ））。なお、上述した接地幅変化率マップ７２ａは、この接地幅の変化率αとキャンバ角θとを対応付けたマップである。

このように、車輪２にキャンバ角が付されて車輪２が傾けられたことにより、その場旋回時における旋回半径は、図７（ａ）に示すように、車輪２における傾き方向側の端が描く軌跡の旋回半径をＬとすると、車輪２が接地している領域における傾き方向とは反対側（矢印Ｓ２の側）の端が描く軌跡の旋回半径はＬ＋αａで表される。

一方、車輪２を矢印Ｃ方向に傾けて角度θのキャンバ角を与えた場合には、図６（ｂ）に示すように、車輪２における傾き方向側（矢印Ｓ１の側）が荷重によって潰されるため、車輪２における傾き方向側の回転半径は初期状態より小さくなる。

そのため、キャンバ角が０度である車輪２（図６（ａ））の回転半径が幅方向一律にｂであるのに対し、キャンバ角の付された車輪２（図６（ｂ））では、接地している領域のうち、傾き方向とは反対側（矢印Ｓ２の側）の端から、傾き方向側（矢印Ｓ１の側）の端へ向かうに従い、回転半径が縮径する。

このとき、キャンバ角θに対する回転半径の変化率をβ（０≦β≦１）とすると、キャンバ角の付された車輪２における傾き方向側の端の回転半径は、初期状態における車輪２の回転半径ｂとキャンバ角θに対する回転半径の変化率βとの積βｂ（＝β×ｂ）で表される（図６（ｂ））。なお、上述した回転半径変化率マップ７２ｂは、この回転半径の変化率βとキャンバ角θとを対応付けたマップである。

上述したその場旋回処理（図５参照）のＳ４では、変化率α，βが、その場旋回をする上で最適な値となるようなキャンバ角θを決定する。

つまり、（１）車輪２における傾き方向側の端が描く軌跡の旋回半径と、車輪２が接地している領域における傾き方向とは反対側（矢印Ｓ２の側）の端が描く軌跡の旋回半径との比率である｛Ｌ／（Ｌ＋αａ）｝と、（２）車輪２が接地している領域における傾き方向とは反対側の端の円周と、車輪２における傾き方向側の端の円周との比率である｛２πｂ／２πβｂ｝、即ち、｛ｂ／βｂ｝との差が最も小さくなるようなキャンバ角θを、接地幅変化率マップ７２ａ及び回転半径変化率マップ７２ｂに基づいて決定する。

このように決定される各車輪２のキャンバ角θは、各車輪２の接地幅及び旋回半径をその場旋回に対して最適化されているため、その場旋回時における車輪２のすべりなどの車輪２への悪影響を抑制し、その結果として、その場旋回時におけるエネルギーロスの発生や各車輪２の磨耗を有効に抑制（低減）する。

次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して、本実施形態の制御装置１００が実行するその場旋回の利点について説明する。図７（ａ）は、本実施形態の制御装置１００による制御によって右方向にその場旋回する車両１を示す模式図であり、図７（ｂ）は、従来のその場旋回によって右方向に旋回する車両を示す模式図である。

上述したように、本実施形態の制御装置１００は、その場旋回を実行する際に、初期状態のキャンバ角が０度である各車輪２（２ＦＬ〜２ＲＲ）にネガティブキャンバ角を付与するので、各車輪２の接地幅（αａ：図７（ａ）参照）が初期状態の接地幅（ａ：図７（ｂ）参照）に比べて狭くなる。

よって、各車輪２の接地幅が狭くなった分だけ、車輪２における傾き方向側の端が描く軌跡（車輪２における車両１の内側となる側の端が描く軌跡）の旋回半径と、車輪２が接地している領域における傾き方向とは反対側（車輪２における車両１の外側となる側の端が描く軌跡）の端が描く軌跡の旋回半径との差を、初期状態に比べて小さくすることができる（図７（ａ）及び図７（ｂ）参照）。

そのため、その場旋回時における各車輪２のすべりが抑制されるので、従来のその場旋回に比べ、エネルギーロスの発生を低減できる。また、接地幅が狭くなったことにより、従来のその場旋回に比べ、各車輪２の磨耗を低減できる。

特に、本実施形態の制御装置１００は、その場旋回を実行する際に、ネガティブキャンバを付与するので、各車輪２が車両１の内側に向けて傾けられることになる。このように、各車輪２が車両１の内側に向けて傾けられると、車輪２における傾き方向側が荷重によって潰されるため、車輪２における傾き方向側の端の回転半径が、車輪２が接地している領域における傾き方向とは反対側の端の回転半径より小さくなる。

その結果、各車輪２の内側（各車輪２における車両１の内側となる側）の回転数が、各車輪２の外側（各車輪２における車両１の外側となる側）の回転数より増えることになる。よって、かかる回転数の差によって、その場旋回時に生じる各車輪２のすべりを有効に抑制することができるので、エネルギーロスの発生及び車輪の磨耗をより有効に低減させることができる。

以上説明したように、本実施形態の制御装置１００によれば、その場旋回を実行する際に、各車輪２に対し、初期状態より大きなキャンバ角を付与するので、従来のその場旋回に比べ、各車輪２の接地幅を狭めることができ、その結果として、エネルギーロスの発生及び各車輪２の磨耗を低減することができる。

また、上述したその場旋回処理（図５）によれば、Ｓ５の処理の結果として、先にネガティブキャンバが付与されてから、Ｓ６の処理によるトウ角の付与が行われる。このように、トウ角を付与する前にネガティブキャンバが付与されることにより、車輪２の接地幅（接地面）をより狭くした状態でトウ角の付与が行われることになり、トウ角付与時の車輪の磨耗を有効に抑制することができる。

なお、本実施形態において、請求項１記載の実行指示検出手段としては、Ｓ２の処理が該当し、請求項１記載のキャンバ角調整手段としては、Ｓ５の処理が該当し、請求項１記載のトウ角指令値決定手段としては、Ｓ３の処理が該当し、請求項１記載のトウ角調整手段としては、Ｓ６の処理が該当し、請求項１記載の車輪駆動手段としては、Ｓ９，Ｓ１１の処理が該当する。また、本実施形態において、請求項３記載のキャンバ角指令値決定手段としては、Ｓ４の処理が該当する。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

また、上記実施形態では、その場旋回の際に、各車輪２にネガティブキャンバが付与される構成としたが、ポジティブキャンバを付与する構成であってもよい。ポジティブキャンバを付与した場合も、車輪２の接地幅は初期状態の接地幅に比べて狭くなるため、エネルギーロスの発生及び各車輪２の磨耗を低減することができる。

また、上記実施形態では、初期状態における車輪２のキャンバ角を０度として説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、初期状態における車輪２のキャンバ角をポジティブキャンバ又はネガティブキャンバに設定することは当然可能である。なお、初期状態における車輪２のキャンバ角をポジティブキャンバ又はネガティブキャンバとした場合であっても、その場旋回時に、車輪２のキャンバ角を初期状態より大きく傾けることにより、接地幅を初期状態に比べて狭くすることができるため、エネルギーロスの発生及び各車輪２の磨耗を低減することができる。

また、上記実施形態におけるその場旋回処理（図５参照）では、Ｓ７の処理によりキャンバ角及びトウ角の調整をが終了したかを確認しつつ、Ｓ５の処理（キャンバ角の付与）及びＳ６の処理（トウ角の付与）を行う構成としたが、Ｓ４の処理により決定されたネガティブキャンバ角の指令値に基づくキャンバ角の付与を先に終了させた後、Ｓ３の処理により決定されたトウ角の指令値に基づくトウ角の付与を行うように構成してもよい。

また、上記実施形態におけるその場旋回処理（図５参照）では、Ｓ５の処理によって先にネガティブキャンバの付与を行い、続いて、Ｓ６の処理によるトウ角の付与を行う構成としたが、先にトウ角を付与し、その後にキャンバ角を付与する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、その場旋回スイッチ５６を設け、停止状態において運転者がその場旋回スイッチ５６をオンしたことをその場旋回開始の契機としたが、その場旋回開始の契機はこれに限定されるものではない。例えば、その場旋回スイッチ５６を設けることなく、停止状態において運転者によるステアリング５４の操作（操舵指令）があった場合にその場旋回を開始するような構成であってもよい。

また、上記実施形態では、その場旋回の旋回方向を、運転者がその場旋回スイッチ５６をオンした後に、ステアリング５４の操作方向により指定するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、その場旋回スイッチ５６に換えて、右旋回用のその場旋回スイッチと左旋回用のその場旋回スイッチを設け、その場旋回の開始と旋回方向の指定とが同時に行われるような構成であってもよい。

本発明の一実施形態における車両用制御装置が搭載される車両を示す模式図である。 （ａ）は車輪の断面図であり、（ｂ）は車輪のトウ角及びキャンバ角の調整方法を模式的に説明する模式図である。 車両用制御装置の電気的構成を示すブロック図である。 （ａ）は、接地幅変化率マップの内容を示す模式図であり、（ｂ）は、回転半径変化率マップの内容を示す模式図である。 その場旋回処理を示すフローチャートである。 車輪にキャンバ角が付与された場合における、車輪の接地幅及び回転半径の変化を説明するための模式図であり、（ａ）は、車輪に傾きが与えられていない場合を示し、（ｂ）は、車輪に角度θのキャンバ角が与えられている場合を示す。 （ａ）は、本発明の制御装置による制御によって右方向にその場旋回する車両を示す模式図であり、（ｂ）は、従来のその場旋回によって右方向に旋回する車両を示す模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、いずれも、従来におけるその場旋回を説明する模式図である。

１００ 車両用制御装置
１ 車両
２ 車輪
２ＦＬ 前輪（車輪、前左車輪）
２ＦＲ 前輪（車輪、前右車輪）
２ＲＬ 後輪（車輪、後左車輪）
２ＲＲ 後輪（車輪、後右車輪）
３ 車輪駆動装置
４ キャンバ角調整装置（キャンバ角調整装置、トウ角調整装置）
４ＦＬ〜４ＲＲ ＦＬ〜ＲＲアクチュエータ（キャンバ角調整装置の一部、トウ角調整装置の一部）

Claims (4)

1. 複数の車輪と、それら複数の車輪をそれぞれ独立に回転駆動する車輪駆動装置と、前記複数の車輪のトウ角をそれぞれ独立に調整するトウ角調整装置と、前記複数の車輪のキャンバ角をそれぞれ独立に調整するキャンバ角調整装置とを備える車両を制御する車両用制御装置であって、
   その場旋回の実行指示を検出する実行指示検出手段と、
   その実行指示検出手段により実行指示が検出された場合に、前記キャンバ角調整装置を作動させ、前記各車輪のキャンバ角をネガティブキャンバ又はポジティブキャンバのいずれか一方に調整するキャンバ角調整手段と、
   前記実行指示検出手段により実行指示が検出された場合に、前記その場旋回の旋回中心位置に基づいて、トウ角の指令値を決定するトウ角指令値決定手段と、
   そのトウ角指令値決定手段により決定された指令値に基づいて前記トウ角調整装置を作動させ、前記各車輪のトウ角を調整するトウ角調整手段と、
   前記キャンバ角調整手段によりキャンバ角が調整されると共に、前記トウ角調整手段によりトウ角が調整された前記各車輪に対し、前記車輪駆動装置を作動させて回転駆動させることで、その場旋回を行う車輪駆動手段と、
   を備えていることを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記キャンバ角調整手段は、前記各車輪のキャンバ角をネガティブキャンバに調整することを特徴とする請求項１記載の車両用制御装置。
3. 前記各車輪の接地幅及び回転半径に基づいて、キャンバ角の指令値を決定するキャンバ角指令値決定手段を備え、
   前記キャンバ角調整手段は、前記キャンバ角指令値決定手段により決定された指令値に基づいてキャンバ角を調整する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用制御装置。
4. 複数の車輪と、
   それら複数の車輪をそれぞれ独立に回転駆動する車輪駆動装置と、
   前記複数の車輪のトウ角をそれぞれ独立に調整するトウ角調整装置と、
   前記複数の車輪のキャンバ角をそれぞれ独立に調整するキャンバ角調整装置と、
   請求項１から３のいずれかに記載の車両用制御装置と、
   を備えていることを特徴とする車両。
   

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