JP6165857B2 - 三輪自動車のための操舵および制御システム - Google Patents

Description

本出願は、２０１２年７月１０日に出願された米国仮出願第６１／６７０，７０４号明細書の利得を主張するものであり、その全体が参照することによってここに統合されている。

本開示は自動車技術の分野、特にチルトステアリング三輪自動車のための操舵および制御システムに関する。

従来のシステムにおいては、傾斜した三輪自動車が旋回を開始した場合に、自動車の乗員室が傾斜を開始している。乗員室の傾斜は、その次に前輪のカウンターステアに機械的に連動する。

米国特許第６，４３５，５２２号明細書

しかしながら、非常に巨大な力が、自動車の傾斜を開始するために必要である。このことは、自動車の傾斜アクチュエータに高荷重を負荷する。

本開示の一実施形態は、三輪自動車を提供している。三輪自動車は、単一の前輪と、２つの後輪と、乗員室と、電子操舵制御ユニットと、三輪自動車の旋回に関連した操舵入力デバイスにおいて受け取った入力に対応して、電子信号を電子操舵制御ユニットに送信するように構成された操舵入力デバイスと、を具備し、電子操舵制御ユニットは、電子信号の受け取りに反応して前輪にカウンターステアを当て、前輪のカウンターステアは、三輪自動車の旋回の方向に乗員室を傾斜させることを開始する。

別の実施形態は、三輪自動車のための電子操舵制御ユニットを提供している。電子操舵制御ユニットは、操舵入力デバイスにおいて受け取られた入力に対応した第１電子信号を受け取るように構成された入力ユニットであって、第１電子信号は前記三輪自動車の旋回に関連している、入力ユニットと、三輪自動車の単一の前輪の操舵を制御するアクチュエータアームに連結された出力ユニットであって、入力ユニットからの第１電子信号の受け取りに応答して、出力ユニットは、アクチュエータアームに第２電子信号を送信して、前輪にカウンターステアを当てるように構成されており、前輪のカウンターステアは、三輪自動車の旋回の方向に三輪自動車の乗員室の傾斜を開始させる、出力ユニットと、を含んでいる。

一実施形態による三輪自動車の例を示した図である。 所定の実施形態による三輪自動車の操舵システム構成を概略的に示した線図である。 一実施形態による電子後輪操舵を含んだ自動車を概略的に示した線図である。 一実施形態による、直接傾斜とカウンターステアを伴った傾斜との要求トルクの比較を示した概念図である。 一実施形態による三輪自動車を示した概念図である。 一実施形態による、低速時の三輪自動車の操舵を概念的に示した図である。 一実施形態による、高速時の三輪自動車の操舵を概念的に示した図である。 一実施形態による回転アクチュエータの例を概念的に示した図である。 一実施形態による操舵制御システムを概念的に示した図である。 一実施形態による、後輪操舵と電子安定性制御の使用との間の比較を概念的に示した図である。 一実施形態による、後輪操舵と電子安定性制御の使用との間の比較を概念的に示した図である。

ここに記載されたいくつかの実施形態は、全体的に２つの後輪と１つの前輪とを備えた三輪自動車に関する。図１は、一実施形態による三輪自動車１００の例である。自動車１００の後部セクション１０２は、２つの後輪１０４および後輪１０４を駆動するモータを含んでいる。自動車１００の前部セクション１０６は、乗員室１０８および前輪１１０を含んでいる。前部セクション１０６は、長手軸の周りに後部１０２に対して回転可能であり、旋回の際に前部セクション１０６は傾斜することが可能である。

多様な実施形態によれば、自動車１００はドライブ−バイ−ワイヤシステムを使用しており、操舵、モータ制御、および前部セクション１０６の傾斜は、センサ、アクチュエータ、およびコンピュータのシステムによって制御されている。加速および減速入力と同様に操舵輪入力は電子制御ユニット（「ＥＣＵ」）によって受けられ、次いで信号を算出して、自動車１００の操舵、傾斜、および推進を制御する多様なアクチュエータならびにモータに送信される。例えば、各車輪における操舵各センサ、操舵輪トルクセンサ、および速度センサからの側定値は、旋回時の傾斜角の決定に寄与している。ドライブ−バイ−ワイヤシステムは、操舵輪に接続された操舵フィードバックアクチュエータを通じて触知性のフィードバックを運転者に提供し、旋回時に運転者に操舵フィードバックを提供することも可能である。

多様な実施形態においては、開示されたドライブ−バイ−ワイヤシステムは複数の欠陥検出方法を備えている。例えば、エンコーダは一般的に傾斜モータおよび前輪操舵モータのようなモータ内に組み込まれている。エンコーダは、ＥＣＵに傾斜角および前輪旋回角の位置の情報を提供する。絶対傾斜角センサおよびリニア位置センサのような冗長なセンサが使用されて、傾斜角および前輪旋回角の測定値の任意の誤りまたは不一致を個々に検出している。

一実施形態においては、自動車の前部を傾斜させるために、単一のアクチュエータが自動車の後部および前部に連結されている。アクチュエータはウォームギアとして記載されており、後部に対して自動車の前部を傾斜させるために配置された単一の又は冗長なモータによって回転される。

ドライブ−バイ−ワイヤシステムは、高速旋回の初期ステージ、または傾斜旋回の際に、前輪にカウンターステアを当てることが可能である。カウンターステアは、傾斜した旋回を誘起するために、知覚できないように旋回とは反対の方向に前輪を操舵することである。カウンターステアは、自動車の前部セクションの傾斜を誘起するために必要なトルク量を大幅に減少する。傾斜が開始した後で、前輪は旋回し、旋回を完成させることが可能である。

傾斜型三輪自動車には、高速旋回の際に、後輪のトラクションを喪失する傾向がある。ある実施形態においては、開示されたデザインは、トラクション制御システムをドライブ−バイ−ワイヤシステムに統合することによって、この問題を解決している。例えば、トラクション制御システムは自動車ブレーキシステムを使用して旋回の際に内輪を減速し、後輪の路面への接触および高速旋回の際の自動車の制御を維持している。

電子操舵および傾斜制御システム
ここに記載されたいくつかの実施形態は、三輪自動車を傾斜させるための電子制御システムを提供しており、種類豊富なセンサからの入力に基づいて、幅広い範囲の運転状態において傾斜および操舵制御の最適化が可能である。ここに記載されたいくつかの実施形態は、三輪自動車を傾斜させるための制御システムおよび制御ルーチンを提供している。例えば、制御ルーチンは、自動車の傾斜旋回に連動する操舵およびカウンターステアに応じた安定制御を含んでいる。

一実施形態はヨーイングセンサを使用して、傾斜型三輪自動車を制御している。さらに、ヨーイングセンサは他のセンサと組み合わせて使用され、ドライブ−バイ−ワイヤシステムを実行している。自動車内のＥＣＵは、（例えば以下に提供された）複数のセンサからの入力を受け取り、計算を実行して、自動車の制御の不安定性または喪失を導き得る状態を制御および／または予測する。このことは従来のアプローチを使用しては不可能であり、それは先行のシステムにおいては、この手のデータ処理は任意の洗練された規則において実行されないためである。

図２および図３は、本開示の幾つかの実施形態に従った三輪自動車の操舵システムの構成を図式的に示している。双方の図は、前部に１つの車輪１３後部に電気モータ３１、駆動モータコントローラ３０、可変トランスミッション３２、後部駆動シャフト２６、２６ａを装備した２つの車輪２７、２７ａを備えた三輪自動車の構成を記載しており、内燃モータまたは２つのハイブリッド結合である。

セクションＡ（ステア−バイ−ワイヤステアリングアセンブリ）、Ｂ（前輪アセンブリ）、およびＣ（傾斜制御アセンブリ）は自動車の前部セクションまたは「乗員室」を具備し、一方でセクションＤ（推進モジュール／後輪ステアリング）は別個の推進モジュールである。これらの２つのセクションは、自動車の長手軸に沿って傾斜アクチュエータギアボックス１９を介して連結されている。乗員室は、推進モジュールに対して直立位置に維持されている。低速時には、乗員室の傾斜はほぼ皆無であり、一方で高速時には、乗員室は４５°まで傾斜可能である。

自動車の構成は、電子操舵制御ユニット（「ＥＳＣ」または「Ｅ」）を含み、このユニットは操舵および自動車の安定性の機能の管理に関与している。自動車は、ＥＳＣ（Ｅ）に情報を提供する複数のセンサも含んでいる。これらのセンサは操舵角センサ３、操舵トルクセンサ４、各車輪に対応した複数の車輪速度センサ１４、２９、および２９ａ、横加速度センサ３６、ヨーイング速度センサ３５、ロールセンサ３４、バンク角センサ３７、および前部操舵アーム位置センサ３３を含んでいる。当然に、自動車の他の実施形態はより多くの、またはより少ないセンサを含み得る。感知された状態および操舵意図は調整された信号に変換され、その信号は自動車の操作を示し、ＥＳＣ（Ｅ）に送信される。

前輪操舵アクチュエータ８は、前輪操舵アクチュエータモータコントローラ１１および前輪操舵モータ１０を介してＥＳＣ（Ｅ）によって駆動される。前輪１３の操舵角はアクチュエータロッド９および操舵アーム１２によって制御され、リニア位置センサ３３を介してＥＳＣによって確認される。前ブレーキキャリパ１４は、前輪にも連結されている。通常運転においては、前輪１３に当てられたカウンターステアの量は、操舵入力デバイス１、操舵シャフト２、操舵角センサ３、操舵トルクセンサ４、操舵ギアボックス６、および／または車輪速度センサ１５、２９、および２９ａによって測定された自動車の速度を介した運転者の意図に基づいている。

自動車が低速の場合には、カウンターステアは当てられず、自動車は単に意図した移動の方向において前輪に追従する。高速時には、旋回方向は全体的に自動車の傾斜角に基づいている。この旋回方法はオートバイの旋回に類似しており、自動車のような車両の「旋回」と「傾斜旋回」との間の顕著な差異を提供している。運転者の介入は必要とされず、それはＥＳＣが速度、操舵角、および操舵入力に基づいた運転者の意図を解釈するためである。抵抗の形式の操舵フィードバックは、アクチュエータ５および５ａによって運転者に提供されるので、運転者は「旋回」と「傾斜旋回」との間の差異を感じることが無い。フィードバックアクチュエータ５、５ａは、モータコントローラによって制御されたモータである。ＥＳＣは、操舵フィードバックコントローラ７を介してフィードバックコマンドをフィードバックアクチュエータ５、５ａを指揮する。この通信は双方向で行われ、操舵フィードバックコントローラ７もＥＳＣにトルクおよび位置データを中継する。

傾斜旋回においては、前輪のカウンターステアが傾斜旋回を開始させると、傾斜アクチュエータは、要求された旋回に必要な対象傾斜角度に傾斜モータ２１によって回動軸２０に対して乗員室をロールさせる。傾斜モータ２１はウォームネジ１７とともに乗員室に搭載１８されて、傾斜モータコントローラ１６によって制御され、一方で前輪１３は直線進行位置に戻る。通常運転操作の下では、これに必要とされるトルクはゼロに近い。そのような場合、アクチュエータは傾斜旋回を「調整している」として最も良く記載され得る。傾斜旋回の脱出はカウンターステアによっても実行され、この場合、ＥＳＣによって傾斜旋回へと前輪を旋回させ、且つ傾斜アクチュエータを使用して乗員室を直立位置へと持ち込む。

一実施形態においては、操縦の間の後部の安定制御は、統合された電子安定制御機器またはモジュールを介してＥＳＣによって実行されている。不安定状態または自動車のヨーイング、ロール、もしくは横加速度の目安を超えた状態の検出によって、ブレーキ力が後部キャリパ２８、２８ａに選択的に負荷され、自動車を意図したコースに戻す。

それとは異なり、図３に示されたように、後部の安定性制御は、後輪操舵モータコントローラ２２によって制御された後輪操舵アーム２５、２５ａを介した後輪操舵アセンブリ２４を介して達成されている。この実施形態においては、後輪操舵は傾斜角に基づいて計算され、後輪操舵アクチュエータ（ＲＷＳ）２３を介して制御されている。電子安定性制御も、この構成において実行され得る。

傾斜に連動するカウンターステア
いくつかの実施形態においては、自動車の転倒のしきい値は、単に重心（ＣＧ）の高さとタイヤによって伝達可能な最大側方力との間の関係によって確立されている。近年のタイヤは、０．８程度の高さに摩擦係数を発展することが可能であり、このことは、自動車が、タイヤが粘着力を喪失する（すなわち０．８Ｇ（標準重力の単位））前に自動車自身の重量の８０％に等しい側方力を生じる旋回を切り抜けることが可能であることを意味している。自動車の有効なハーフトレッドに関連したＣＧ高さは、長さ／高さ（Ｌ／Ｈ）比を決定し、その比は自動車の転倒に必要とされる側方力を決定している。タイヤの側方力許容性が転倒に必要な側方力よりも小さい限り、自動車が転倒する前に自動車はスライドする。

急速な旋回の開始は、自動車の本体にロール加速度を与え、本体に安定状態のロール角を超えさせ得る。このことは、横滑りしている自動車が突然トラクションを再獲得して、再度旋回し始める場合に、および一方向における急な旋回に続いて反対方向に等しく急な旋回（すなわちスラローム旋回）をする場合に、突然の操舵入力とともに生じる。自動車のロールモーメントは、ロール中心上の重心の垂直変位に依存している。行き過ぎたロールの度合いは、慣性のロールモーメントとサスペンションのロール減衰特性との間の釣り合いに依存している。５０％の（臨界）減衰を有する自動車は、ゼロ減衰の同一の自動車の約３分の１だけ大きい転倒しきい値を有する。

ロール角の定常状態の超過は、自動車が転倒に対して安全性の高い安定性を有していたとしても、内輪を路面から持ち上げ得る。持ち上がりが生じると、転倒に対する自動車の抵抗は指数関数的に減少し、回復不可能となり得る状態に急速に陥る。慣性のロールモーメントは、スラローム旋回の際の数値よりもはるかに大きくなり、サスペンションの力は反発し、逆旋回は一方の極限から他方の極限へとロール限界を通じて本体を側方に投げ出すように結合する。ロール角の定常状態の超過にかかわった慣性力は、旋回速度自身によって生じた慣性力を超え得る。

図４は、一実施形態による、直接傾斜対カウンターステアを伴った傾斜に関するトルク要求の比較を示した概念的な線図である。図４に示されたように、前輪カウンターステアの使用は、操舵操作の際のアクチュエータ速度およびトルク要求に大きな影響を有する。図４の左側の線図に示されたように、ＩＳＯ標準のカウンターステア無しの１００ｋｍ／ｈｒでのスラローム操縦は、最大毎秒４９°のみの傾斜速度とともに、最大１０００Ｎｍの利用可能な傾斜トルクを必要とする。それに対して、図４の右側の線図に示されたように、カウンターステアを伴って、同一の操縦は、一桁小さい１００Ｎｍのみの利用可能な傾斜トルクを必要とする。傾斜速度または操縦速度も、毎秒８２°程度の大きさまで顕著に増大する。

図５は、一実施形態による三輪自動車の概念的な線図である。非傾斜式三輪自動車の転倒に対する安全マージンを形成する単純な方法は、ＣＧ高さ、そのホイールベースに沿った配置、および有効な自動車のハーフトレッドを使用して基本コーンを構成することである。最大横Ｇ荷重は、タイヤの摩擦係数によって決定される。最大旋回力を路面に向かって投影した結果は、コーンの底辺を形成する。例えば、自動車のＣＧを横切って作用する１．０Ｇの荷重は、路面に向かって４５°の投影をもたらす。コーンの底辺が有効なハーフトレッドの外側に落ちた場合、自動車は横滑りする前に転倒するだろう。コーンの底辺が有効なハーフトレッドの内側に落ちた場合、自動車は転倒する前に横滑りするだろう。

いくつかの実施においては、自動車は１Ｆ２Ｒ（１つのフロントタイヤ、２つのリアタイヤ）デザインであり、１つの前輪および乗員室は傾斜して旋回し、一方で２つの横並びの車輪およびパワートレインを担持した後部セクションは、傾斜しない。２つのセクションは機械的回動軸によって連結されている。傾斜式三輪自動車は、転倒に対して増強された抵抗性およびしばしば四輪自動車を超えるより大きなコーナリングパワーを提供する。アクティブ傾斜システムは、自動車が高い転倒安定性を得るために幅広且つ低いレイアウトを必要としないことを意味している。自動車の傾斜した旋回を許容することは、ＣＧ配置および対向した車輪の間の離間の選択においてより大きな自由度を提供する。

このタイプの自動車の転倒しきい値は、独立して設けられた２つのセクションの各々の転倒しきい値に依存している。非傾斜セクションは、従来のベースコーン解析にしたがって振る舞う。その長さ／高さ比は、転倒しきい値を決定している。傾斜セクションに傾斜限界が無いと仮定すると、傾斜セクションはオートバイとして振る舞い、釣り合った旋回に必要な角度に傾斜する。傾斜セクションの重心の高さは、有効傾斜限界が無い限り、重要である。

いくつかの実施形態においては、傾斜式三輪自動車の転倒しきい値は、同一の動態作用および幾何形状的関係によって決定され、それらは傾斜の効果が方程式の一部となることを除いて、従来の自動車の転倒しきい値を決定している。傾斜角が旋回時の力のベクトルに一致している限り、まさにオートバイのように、自動車は意味のある転倒しきい値を有しない。言い換えると、非傾斜式自動車の場合のように、旋回時の結果の車外への投影が無い。

着々と旋回が進行すると、自動車は旋回力と釣り合ったままとなる必要性から、さらに大きい角度に傾斜する。結果的に、トラックの幅は自由傾斜状態の下において転倒安定性に概して無関係である。しかしながら、傾斜限界を有する自動車のために、旋回速度が最大傾斜角によって釣り合うことが可能な速度を超えて増加した場合、結果は車外に移動し始める。傾斜限界を超えると、荷重は従来の自動車のように車外の車輪に伝達される。

有効な傾斜限界の無い自動車の転倒しきい値は、非傾斜セクションの転倒しきい値によって概して決定される。しかしながら、傾斜セクションは正のまたは負の影響を有し、それらは横並びの車輪の中心線との交点における回動軸の上昇に依存している。回動軸（すなわち傾斜セクションのロール軸）が、車輪の中心よりも高い位置において軸中心線に突出した場合、非傾斜セクションによって確立された転倒しきい値を減少させる。回動軸が横並びの車輪の中心よりも低い位置に突出した場合、旋回速度が増加したときに、転倒しきい値は実質的には増加する。言い換えると、自動車はより鋭い旋回においてより転倒に抵抗するようになる。回動軸が車軸の中心線に突出した場合、傾斜セクションは非傾斜セクションによって確立された転倒しきい値に影響を与えない。

本発明の実施形態は、傾斜を誘起するために、前輪にカウンターステアを当てている。カウンターステアは、自転車乗りまたはオートバイ乗りのような単一トラックの車両運転者に使用される技術であり、所望の方向と逆に瞬間的に操舵する（左に操舵して右に旋回する）ことによって、与えられた方向に向かって旋回を開始する。

特許文献１は、「カウンターステア」としてより一般的に参照される「逆操舵」を有するシステムを開示している。この操舵法は、傾斜操舵を開始するために、オートバイに採用されている。しかしながら、特許文献１におけるシステムは、後部傾斜アクチュエータからの油圧信号に頼って、前輪の逆操舵を制御している。言い換えると、特許文献１における自動車は、前輪カウンターステアが当てられる前に、実際には傾斜を開始しなければならない。

それとは対照的に、ここに開示された実施形態はカウンターステアを使用して傾斜を誘起し、前輪は自動車が傾斜する前に操舵される。前輪のカウンターステアは、自動車本体を傾斜させるために必要なトルク量を大幅に減少させる。特許文献１のシステムにおいては、高い程度（１０００Ｎｍ（ニュートン・メートル）程度）のトルクが、前輪が逆操舵可能となる前に、自動車の傾斜を開始するために必要とされる。そうすることは、巨大な油圧アクチュエータおよび高圧の油圧を自動車に必要とする。

一実施形態においては、所定の速度しきい値（例えば３０ｋｍ／ｈｒ（１時間当たりのキロメートル））より低い速度では、自動車は前輪を曲げることによって旋回へと導く。図６は、一実施形態による、低速時における三輪自動車の操舵を示した概念図である。低速時には、自動車は十分に安定し、この速度までで傾斜することなく安全に旋回する。カウンターステア値は目安の車輪偏向にますます影響を及ぼし、このしきい値の限界においてアンダーステアの度合いを形成する。図６に示されたように、時間Ａにおいて自動車は前進しており、時間Ｂにおいて自動車は旋回しており、時間Ｃにおいて自動車は再度前進している。図６の時間チャートに示されたように、低速において旋回を完了させる場合、自動車には傾斜が与えられない。前輪は旋回の方向に操舵され、後輪は操舵されない。

しかしながら、速度しきい値を超えると（例えば３０ｋｍ／ｈｒより上）、アクティブ前輪操舵は効果的に機能しない。カウンターステアは電子操舵制御（ＥＳＣ）によって使用され、傾斜操舵を開始し、制御する。

図７は、一実施形態による、高速時における三輪自動車の操舵を示した概念図である。所定のしきい値よりも高い速度、例えば３０ｋｍ／ｈｒにおいては、操舵輪角度およびトルクは傾斜開始として解釈される。三輪自動車の運転者が（例えば操舵輪または連動したジョイスティックを曲げることによって）高速での旋回に自動車を従事させる場合、カウンターステアが使用されて、自動車の速度、ヨーイング、ロール、および横加速度の変化に従ったこれらの入力に基づいて、傾斜を開始させる。後輪操舵は、傾斜角と機械的に連動している。ピークトルク荷重は、一般的にロール開始時およびロール回復時に生じる。いくつかの実施形態においては、可能性のある例外は低速時における回避行動であり、そのときには、傾斜は自動車の安定性を維持するための補助となる。

図７に示されたように、時間Ａにおいて自動車は前進しており、時間Ｂにおいて自動車はカウンターステアを使用して旋回を開始しており、時間Ｃにおいて自動車は前輪を真っ直ぐにして旋回しており、時間Ｄにおいて自動車は旋回の方向において旋回操舵を完了しており、時間Ｅにおいて自動車は再度前進している。図７のタイミングチャートに示されたように、時間Ｂにおいて自動車は路面に向かって傾斜の工程にあり、時間Ｃにおいて傾斜は安定し、時間Ｄにおいて自動車は傾斜から脱するところである。時間Ｂにおいて、前輪はカウンターステアを当てており、時間Ｃにおいて前輪は前を向いており、時間Ｄにおいて前輪は旋回の方向に操舵されている。また、図示されたように、後輪操舵は傾斜量に基づき、且つ対応している。いくつかの実施形態においては、皆無かそれに近いヨーイングが、傾斜の事象の際に推進モジュールに与えられる。アクチュエータ速度、およびそれ故に操舵応答は、荷重に連動している。調整されたステアリングにおいては、従来のアプローチと比較して、トルク荷重は比較的低い。毎秒８０°程度の傾斜速度が達成可能である。カウンターステアは専用アクチュエータによって実行され、傾斜速度に悪影響を与えない。

いくつかの実施形態は、単一の電気アクチュエータを使用して、三輪自動車の傾斜角を制御している。いくつかの場合においては、単一の電気アクチュエータは、コスト削減およびシステム全体の効率化を促進する。従来のアプローチ（すなわち傾斜、次いでカウンターステアのアプローチ）は、傾斜を開始するために非常に大きな力を必要とする。「カウンターステア、次いで傾斜」の枠組みは、ここでは単一のアクチュエータを許容し、それはより小さいトルクが必要とされるためである。いくつかの実施においては、単一の電気アクチュエータはウォームギア駆動を備えている。

自動車の傾斜を駆動する単一のアクチュエータを使用することによって、本発明の実施形態は、相互接続された２つの駆動要素を具備した動力アシスト傾斜要素を必要としない。さらに、開示された自動車の単一のアクチュエータは、中立位置に関する第１限界位置および一方向または反対方向への傾斜に関する第２限界位置を有しない。開示された自動車のアクチュエータは、中立位置にある場合に、あらゆる限界を有しない。実際に、中立位置においては、アクチュエータはその動作の範囲の中心に向かっており、アクチュエータは左または右に移動して、いずれかの方向に自動車を傾斜させることが可能である。

開示された自動車のアクチュエータは概略異なっており、限界位置への単なる移動によって作動されない。いくつかの実施においては、開示された自動車のアクチュエータはウォームギアを回転させて、異なった位置へカラーを移動させる。

後輪操舵
一実施形態においては、自動車は、自動車の傾斜角度に機械的にリンクした後輪操舵を使用することが可能である。後輪を傾けて旋回に持ち込むことによって、このことはスリップが誘起する自動車の後部の揺動を防止している。例示的な一実施形態においては、自動車の前フレームと後軸との間の物理的接続が存在し、自動車の前フレームが傾斜した場合に、この接続は後輪の操舵を機械的に連動する。

別の実施形態においては、各後輪は、傾斜アクチュエータと後輪操舵との両方を調節する別個のモータコントローラによって操舵されることが可能である。

また別の実施形態においては、後輪は、傾斜アクチュエータと後輪操舵との両方を調整する単一のモータコントローラによって操舵されることが可能である。いくつかの実施においては、そのようなシステムは、３３°を傾斜の限界とし得る。単一のアクチュエータアームは、自動車の前フレームの傾斜角に基づいて、ＥＳＣによって電子制御される。

さらに別の実施形態においては、回転アクチュエータが後輪の操舵を制御するために使用されてもよい。図８は、一実施形態による回転アクチュエータの一例の概念図である。モータ８０４の回転動作は、チルトギア８０１をその軸の周りにプラス４５°またはマイナス４５°回転させるウォームネジ８０２を駆動する。アクチュエータギアボックス８０３は乗員室セクションに搭載され、一方で後部推進モジュールはチルトギア８０１のコアに堅固に取り付けられている。頑丈なベアリング８０５、８０５ａはアセンブリの円滑な回転動作を確実にしている。リニアアクチュエータのように、このデザインは自己ロック式であり、精密な且つ反復可能な位置決めを可能にしている。

別の実施形態においては、後輪は安定制御システム、またはトラクション制御システム（ＴＣＳ）を使用して操舵されることが可能である。ＴＣＳの一例において、速度センサは各車輪の速度を測定する。回転速度センサは、垂直軸周りの自動車の回転（すなわちヨーイング）を測定する。操舵輪に取り付けられた操舵角センサは、運転者の操舵の意思を判定する。制御ユニットは速度センサ、回転速度センサ、および操舵角センサからの信号を受け取り、および信号をそれらのセンサに送信して、ブレーキ時にブレーキ圧力を増加および／または減少させる油圧ユニットを制御する。一例においては、旋回内側の後輪の速度は制御（例えば減速）されて、自動車の後部の安定性を調節する。このことは、後輪操舵ラックアセンブリ、操舵可能車輪ハブ、および他のサスペンション要素の必要性を排除している。別の実施においては、旋回時の内側後輪の減速の代わりに、外側後輪が増速されて安定性を制御することが可能である。さらに別の実施においては、内側後輪の減速と外側後輪の増速との組み合わせが実施されてもよい。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、一実施形態による後輪操舵とトラクション制御の使用との間の比較を示した概念図である。

図１０Ａにおいては、後輪操舵は傾斜角と機械的にリンクしている。
時間（１）において、自動車は旋回にアプローチしている。運転者は、トルクを操舵輪にかけ始めている。
時間（２）において、自動車の速度に基づいて、油圧は乗員室を傾斜させて旋回させ始め、前輪にカウンターステアを当てさせている。この状態は、傾斜の油圧が中荷重乃至高荷重となっている。
時間（３）において、前輪は先の位置に戻っている。傾斜角は、運転者の操舵輪トルク入力に応じて増大している。後輪は、傾斜か増大した場合に機械的に旋回に操舵する。この状態において、アンダーステアが懸念を残している。

図１０Ｂにおいては、アクティブステアリング制御、トラクション制御、および安定性制御が、状態および運転者の意図に応答している。
時間（１）において、自動車は旋回にアプローチしている。安定性制御およびトラクション制御が活動している。運転者は、操舵輪をきり始める
時間（２）において、自動車の速度、計算された運転者の意図、および他の動態作用に基づいて、前輪にカウンターステアを当てて、乗員室を傾斜させて旋回に持ち込んでいる。傾斜アクチュエータの荷重は最小、例えばゼロ近傍である。トルクフィードバックはそれに応じて操舵を増大している。
時間（３）において、前輪は先の位置に戻っている。この操舵システムは、旋回制御を維持する必要があるので、後輪の速度を制御している。

ハンド−ホイール入力コントローラ（操舵インターフェイス）
図９は、一実施形態による操舵制御システムを示した概念図である。本開示のいくつかの実施形態は、一般的な四輪車のものに類似したハンド−ホイール９０２を具備した操舵コントローラを設けている。別の実施においては、ジョイスティックがハンド−ホイールの代わりに操舵を制御するために使用されてもよい。自動車のように、操舵コントローラは、操縦の間に自動車の方向を制御するために使用されている。開示されたような操舵コントローラは、２つの冗長的なアクチュエータ９０４を使用し、それらは互いに対して１８０°の関係を有し、同様の構成（例えば同一であるが正反対の構成）とされ、同様のまたは同一の機能を発揮する。アクチュエータ９０４は、操舵力および制御フィードバックを提供するだけでなく、操舵角を測定するためにも作用する。操舵の意図９０６および操舵トルク入力９０８は、操舵制御システム内のセンサによって測定される。操舵フィードバック９１０は、ステアリングコラムに戻されて、ハンド−ホイールに送信されることが可能である。したがって、操舵位置センサが組み付けられた個別のシャフトは必要なく、それは双方のアクチュエータが独自の光エンコーダを含み、操舵角を直接測定することが可能なためである。

そのようなシステムは、実際には完全に電子的であるため、力のフィードバック、入力トルク、および入力制御速度は動的に調節されることが可能である。このことは、自動車速度、運転状況の関数として、または使用者の好みと同じくらい単純に実行され得る。操舵コントローラの二重アクチュエータデザインは、アクチュエータの損傷の場合に、残りのアクチュエータが、ハイエンドのフィードバックトルクのわずかな損失のみですべてのシステム要求を完全に実行することが可能であることを提供している。操舵制御は影響を受けない。１つの実施においては、二重アクチュエータデザインは、軍事航空機を含んだ航空機に実施されることが可能である。

ここに開示された実施形態は、油圧ベースの操舵機構を含んでいる。いくつかの実施形態によれば、自動車はドライブ−バイ−ワイヤシステムを使用して実施可能であり、操舵、モータ制御、および前部セクションの傾斜は、センサ、アクチュエータ、およびコンピュータのシステムによって制御される。操舵輪入力ならびにアクセルおよびブレーキ入力は電子制御ユニット（「ＥＣＵ」）によって受け取られ、次いでコンピュータ信号が自動車の操舵、傾斜、および推進を制御する多様なアクチュエータおよびモータに送信される。例えば、操舵角センサ、操舵輪トルクセンサ、および各車輪の速度センサからの測定値は、旋回において傾斜角の決定に寄与する。ドライブ−バイ−ワイヤシステムは、操舵輪に接続された操舵フィードバックアクチュエータを通じて知覚的フィードバックを運転者にも提供し、旋回時に操舵フィードバックを運転者に提供している。

ここに引用された、公開、特許出願、および特許を含んだすべての参照文献は、各参照文献が個別に且つ具体的に示されて参照によって含められ、ここにその全体が記述されるように、同一の範囲を参照することによってここに統合されている。

発明の記載との関連において（特に以下の特許請求の範囲との関連において）、「１つ」、「１つ」、および「その」、ならびに類似の指示対象の用語の使用は、ここに示されまたは文脈によって明確に矛盾しない限り、単一および複数の双方をカバーするように構成されている。「具備する」、「備える」、「含む」、および「包含する」の用語は、開放端用語（すなわち「含んでいるが限定されない」の意味）として構成されている。ここでの数値範囲の記載は、ここに示され、且つ別個の数値の各々が、ここに個別に記載されたように明細書内に含まれる限り、単に範囲内に入った別個の数値の各々の参照の簡単な方法として提供する目的である。ここに記載されたすべての方法は、ここに示され、または明確に矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行されることが可能である。ここに提供された任意のおよびすべての例または例示的な用語（例えば「〜のような」）は、単に発明をより良く示すことを目的としており、主張されない限り発明の範囲の限定を提起するものではない。明細書中の用語は、本発明の実施に不可欠な任意の非請求要素を示すものとして解釈されるべきではない。

この発明の好適な実施形態は、本発明を実施するために発明者に知られた最良の形態を含んでここに記載されている。それらの好適な実施形態の変化は、これまでの記載を読んだ上で、当業者には明らかになり得る。本発明は、当業者がそのような変化を適切に採用することを期待しており、発明者は、発明がここに詳細に記載された以外の他の実施を意図している。したがって、この発明は、適用法によって許容された個々に添付された特許請求の範囲に記載された主題のすべての改良および等価物を含んでいる。さらに、すべての可能な変化における前述の要素の任意の組み合わせは、ここに示され、または文脈によって明確に矛盾しない限り、本発明によって包含されるものである。

１ ・・・操舵入力デバイス
２ ・・・操舵シャフト
３ ・・・操舵角センサ
４ ・・・操舵トルクセンサ
６ ・・・操舵ギアボックス
８ ・・・前輪操舵アクチュエータ
９ ・・・アクチュエータロッド
１０ ・・・前輪操舵モータ
１１ ・・・前輪操舵アクチュエータモータコントローラ
１２ ・・・操舵アーム
１３，２７，２７ａ ・・・車輪
１４ ・・・前ブレーキキャリパ
１５，２９，２９ａ ・・・車輪速度センサ
１７，８０２ ・・・ウォームネジ
１９，８０３ ・・・傾斜アクチュエータギアボックス
２０ ・・・回動軸
２１ ・・・傾斜モータ
２２ ・・・後輪操舵モータコントローラ
２３ ・・・後輪操舵アクチュエータ
２４ ・・・後輪操舵アセンブリ
２５，２５ａ ・・・後輪操舵アーム
２６，２６ａ ・・・後部駆動シャフト
３０ ・・・駆動モータコントローラ
３１ ・・・電気モータ
３２ ・・・可変トランスミッション
３３ ・・・前部操舵アーム位置センサ
３４ ・・・ロールセンサ
３５ ・・・ヨーイングレートセンサ
３６ ・・・横加速度センサ
３７ ・・・バンク角センサ
１００ ・・・三輪自動車
１０２ ・・・後部セクション
１０４ ・・・後輪
１０６ ・・・前部セクション
１０８ ・・・乗員室
１１０ ・・・前輪
８０４ ・・・モータ
９０２ ・・・ハンド−ホイール
９０４ ・・・アクチュエータ

Claims (20)

1. 三輪自動車であって、
   単一の前輪と、
   ２つの後輪と、
   乗員室と、
   電子操舵制御ユニットと、
   前記三輪自動車の旋回に関連した操舵入力デバイスにおいて受け取った入力に対応して、電子信号を前記電子操舵制御ユニットに送信するように構成された操舵入力デバイスと、を具備し、
   前記電子操舵制御ユニットは、前記電子信号の受け取りに反応して前記前輪にカウンターステアを当てるように構成され、前記前輪のカウンターステアは、前記三輪自動車の旋回の方向に前記乗員室を傾斜させることを開始することを特徴とする三輪自動車。
2. 前記電子操舵制御ユニットから受け取った信号に反応して、前記前輪を操舵するように構成された、前記前輪に連結された単一のアクチュエータアームをさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の三輪自動車。
3. 前記後輪は前記乗員室に機械的に連結されており、前記乗員室の傾斜に従って前記三輪自動車の旋回の方向に前記後輪を操舵するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の三輪自動車。
4. 前記後輪に機械的に連結されたアクチュエータアームをさらに具備し、該アクチュエータアームは前記三輪自動車の旋回の方向に前記後輪を操舵するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の三輪自動車。
5. 前記アクチュエータアームは、前記電子操舵制御ユニットから受け取った操舵信号に基づいて、前記三輪自動車の旋回の方向に前記後輪を操舵するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の三輪自動車。
6. 前記後輪に連結され、且つ前記三輪自動車の旋回の方向に前記後輪を操舵するように構成された回転アクチュエータをさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の三輪自動車。
7. 前記回転アクチュエータは、前記電子操舵制御ユニットから受け取った操舵信号に基づいて、前記三輪自動車の旋回の方向に前記後輪を操舵するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の三輪自動車。
8. 前記後輪に連結され、且つ前記電子操舵制御ユニットからの安定性制御信号を受け取るように構成された安定性制御ユニットをさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の三輪自動車。
9. 前記安定性制御ユニットは、前記三輪自動車の旋回の方向に関連して内側後輪の回転を減速させるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の三輪自動車。
10. 前記安定性制御ユニットは、前記三輪自動車の旋回の方向に関連して外側後輪の回転を増速させる構成されていることを特徴とする請求項８に記載の三輪自動車。
11. 前記操舵入力デバイスは、ハンド−ホイールまたはジョイスティックを具備していることを特徴とする請求項１に記載の三輪自動車。
12. 前記操舵入力デバイスに連結されたステアリングコラムと、
    該ステアリングコラムに回転可能に連結され、且つ操舵方向の意図および前記操舵入力デバイスのトルク入力を検出するように構成された２つの冗長的なアクチュエータと、をさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の三輪自動車。
13. 前記電子操舵制御ユニットは、前記三輪自動車がしきい値速度を超過した速度で走行している場合、前記電子信号の受け取りに応答して前記前輪にカウンターステアを当てるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の三輪自動車。
14. 前記しきい値速度は、およそ時速３０キロメートルであることを特徴とする請求項１３に記載の三輪自動車。
15. 三輪自動車のための電子操舵制御ユニットであって、
    操舵入力デバイスにおいて受け取られた入力に対応した第１電子信号を受け取るように構成された入力ユニットであって、前記第１電子信号は前記三輪自動車の旋回に関連している、入力ユニットと、
    前記三輪自動車の単一の前輪の操舵を制御するアクチュエータアームに連結された出力ユニットであって、前記入力ユニットからの前記第１電子信号の受け取りに応答して、前記出力ユニットは、前記アクチュエータアームに第２電子信号を送信して、前記前輪にカウンターステアを当てるように構成されており、前記前輪のカウンターステアは、前記三輪自動車の旋回の方向に前記三輪自動車の乗員室の傾斜を開始させる、出力ユニットと、を具備していることを特徴とする電子操舵制御ユニット。
16. 第３電子信号をモータユニットに送信するように構成された第２出力ユニットをさらに具備し、前記モータユニットは、前記三輪自動車の後輪に連結されたアクチュエータアームを制御し、該アクチュエータアームは、前記三輪自動車の旋回の方向に前記後輪を操舵するように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の電子操舵制御ユニット。
17. 第３電子信号を前記三輪自動車の後輪に連結された回転アクチュエータに送信するように構成された第２出力ユニットをさらに具備し、前記回転アクチュエータは、前記三輪自動車の旋回の方向に前記後輪を操舵するように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の電子操舵制御ユニット。
18. 第３電子信号を前記三輪自動車の後輪に連結された安定性制御ユニットに送信するように構成された第２出力ユニットをさらに具備し、前記安定性制御ユニットは、各々の前記後輪の回転を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の電子操舵制御ユニット。
19. 前記安定性制御ユニットは、前記三輪自動車の旋回の方向に関連して内側後輪の回転を減速するように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の電子操舵制御ユニット。
20. 前記安定性制御ユニットは、前記三輪自動車の旋回の方向に関連して外側後輪の回転を増速するように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の電子操舵制御ユニット。

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