WO2010140237A1 - 車両のステアリング装置及びその設定装置 - Google Patents

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WO2010140237A1
WO2010140237A1 PCT/JP2009/060187 JP2009060187W WO2010140237A1 WO 2010140237 A1 WO2010140237 A1 WO 2010140237A1 JP 2009060187 W JP2009060187 W JP 2009060187W WO 2010140237 A1 WO2010140237 A1 WO 2010140237A1
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steering
setting
change
virtual kingpin
kingpin axis
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PCT/JP2009/060187
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English (en)
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浩 渋谷
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トヨタ自動車株式会社
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    • B60G2400/41—Steering angle

Definitions

  • the present invention relates to a device for steering a vehicle wheel and a setting device therefor.
  • the arm length is insufficient when turning, and a large steering angle may not be obtained.
  • the conventional steering device associates the steering angle of the wheel according to the steering operation amount with respect to the steering wheel by the driver, but how to change the steering angle with respect to the change when the steering operation amount changes. Since it is not clear whether it is changed, the steering feeling may not be stable. Further, in the conventional steering device, in order to arbitrarily change the position of the virtual kingpin axis, it is unclear how to set the position of the virtual kingpin axis.
  • an object of the present invention is to provide a vehicle steering device and a setting device for the vehicle that can secure a larger steering angle than before and have a stable steering feeling.
  • a vehicle steering apparatus includes a wheel mounting portion to which a wheel is attached and a vehicle body by a front arm and a rear arm that are configured by a plurality of links that are rotatably connected to each other and that are disposed in the front-rear direction of the vehicle.
  • Left and right arm mechanisms to be connected arm driving means for driving the left and right arm mechanisms independently of each other so that the angle of each link corresponding to the steering angle of the wheel is determined, and a virtual kingpin serving as the center of the steering angle
  • a virtual kingpin axis setting means capable of changing a setting position of the axis, and a steering angle for controlling the arm driving means so as to obtain the steering angle corresponding to a steering operation amount with respect to a steering member at the setting position of the virtual kingpin axis.
  • Control means, the steering angle control means each link within a range in which a correlation in which the steering angle increases with respect to an increase in the steering operation amount is maintained. As the angle is changed, and controls the arm driving means.
  • each arm mechanism is driven by the arm driving means to change the angle of each link in various ways, so that the required steering angle centered on the position of the virtual kingpin axis arbitrarily set can be obtained.
  • the steering angle given to the wheels changes within a range in which the correlation in which the steering angle increases with respect to the increase in the steering operation amount with respect to the steering member is changed, so that the steering feeling is stabilized.
  • the correlation between the steering operation amount and the steering angle may be non-linear as long as one increases and the other increases.
  • a relationship including a section in which the steering angle increases in proportion to the increase in the steering operation amount may be set.
  • the operation of the steering member and the behavior of the vehicle naturally correspond in the section, so that the steering feeling is good.
  • the correlations different from each other are such that the degree of increase in the steering angle with respect to an increase in the steering operation amount is changed before and after the setting position of the virtual kingpin axis is changed. It may be associated with each setting position. By changing the position of the virtual kingpin axis, the magnitude of the lateral force of the vehicle generated with respect to the same rudder angle changes. For this reason, if the correlation between the steering operation amount and the steering angle is fixed to one, there is a possibility that the change in the steering feeling becomes large before and after the setting position of the virtual kingpin axis is changed.
  • the correlation between the steering operation amount and the steering angle that are different from each other is associated with each position of the virtual kingpin axis, a change in steering feeling can be suppressed before and after the change of the set position. As a result, the stability of the steering feeling is improved.
  • the change instruction means for instructing the virtual kingpin axis setting means to change the setting position of the virtual kingpin axis, and the change instruction during steering given the steering angle And a change prohibiting unit that prohibits a change of the set position by the virtual kingpin axis setting unit when an instruction is issued from the unit.
  • it is prohibited to change the position of the virtual kingpin shaft during steering. That is, during steering, the position of the virtual kingpin axis is maintained in the state before the change even when an instruction to change the setting position of the virtual kingpin axis is given. Therefore, unexpected behavior can be prevented from occurring in the vehicle during steering.
  • ⁇ Prohibition of changing the setting position of the virtual kingpin axis may be released at any time other than during steering.
  • the change prohibiting unit may cancel the prohibition of the change of the setting position with respect to the virtual kingpin axis setting unit when the steering member returns to the neutral position of the steering member that advances the vehicle straight from the steering.
  • the setting of the virtual kingpin axis is changed along with the release of the prohibition of change, so that the first half of the continuous corner having an inflection point such as an S-shaped corner. It is possible to steer at the position of the virtual kingpin axis that is different between the corner of the second half and the second half of the corner.
  • the steering may be forcibly steered in the opposite direction toward the second half of the corner.
  • the setting position of the virtual kingpin axis Is effective because it can be changed to a position suitable for the second half of the corner.
  • Prohibiting the change of the setting position of the virtual kingpin axis during steering is advantageous in that it stabilizes the behavior of the vehicle being steered.
  • a compulsory canceling unit that forcibly cancels prohibition of the change of the setting position by the change prohibiting unit during the steering may be further provided.
  • the prohibition of changing the setting position of the virtual kingpin axis can be canceled during steering by the forcible release means.
  • the condition for forcibly canceling the change of the setting position can be, for example, that the operation means such as an input button mounted on the vehicle is operated by the user.
  • the delay time for delaying the change of the setting position of the virtual kingpin shaft during steering given the steering angle is increased as the operation speed with respect to the steering member increases.
  • a change delay time setting means for setting to may be further provided. If the setting position of the virtual kingpin axis is suddenly changed during steering, unexpected behavior is likely to occur. According to this aspect, the higher the operation speed with respect to the steering member, the longer the delay time. Therefore, it is possible to mitigate changes in the behavior of the vehicle when changing the setting position of the virtual kingpin axis during steering.
  • At least one of the tread and the toe angle can be changed by changing the angle of each link, and during the steering with the steering angle, There may be further provided a change delay time setting means for setting a delay time for delaying the change of each of the tread and the toe angle by the geometry setting means so that the operation speed with respect to the steering member increases.
  • cornering performance may be improved by changing the geometry such as tread and toe angle for each corner. For example, by changing the tread during steering so that the turning outer wheel comes out, the roll is reduced and the ground contact load of the wheel is reduced, so the cornering speed may be faster than when the tread is kept constant. is there.
  • the display means is provided in a state that is visible to a user of the vehicle, and visually displays a plurality of positions that can be set as the setting position of the virtual kingpin axis.
  • Display control means for movably displaying an instruction means for selectively indicating any one of a plurality of positions on the display means; any one of the plurality of positions and an instruction position of the instruction means;
  • An input unit that accepts a predetermined operation by a user that associates the virtual kingpin axis, and when the input unit accepts the predetermined operation, the virtual kingpin axis setting unit sets a position corresponding to the operation as the set position of the virtual kingpin axis And a setting control means.
  • the change or setting of the position of the virtual kingpin axis can be performed by a visual operation by the user (driver or passenger). For this reason, since the operation by the user becomes intuitive, there is an advantage that the position of the virtual kingpin axis can be easily set.
  • the display means a display device such as a liquid crystal display used in a navigation system mounted on a vehicle may be used, or may be provided independently for setting a virtual kingpin axis.
  • the input unit can be realized as a touch panel type device that accepts a touch operation that a user touches on the display unit, or can accept an operation on an operation unit such as a switch provided separately from the display unit. It is also possible to realize the input means as a device that can be used.
  • the display means displays positions related to any one of the left and right wheels as the plurality of positions
  • the setting control means when the input means accepts the predetermined operation
  • the position corresponding to the operation may be set by the virtual kingpin axis setting means for each of the left and right wheels as the virtual kingpin axis setting position.
  • the virtual kingpin axis setting position for the left and right wheels can be set by performing a predetermined operation for the wheel on one side, so when the user is forced to perform the same operation on the left and right wheels. Compared to the troublesomeness of the operation.
  • each of the front arm and the rear arm is rotatable at a pair of wheel side connection points whose one end is separated from the wheel mounting portion in the front-rear direction of the vehicle. And the other end is rotatably connected at a pair of vehicle body side connection points that are separated from the vehicle body in the front-rear direction, and the plurality of links are rotatable at intermediate connection points. It may be connected. According to this aspect, it is possible to adjust the distance between the vehicle body side connection point and the wheel side connection point in a larger range as compared with the case where each of the front arm and the rear arm is configured by a single link. It becomes. Thereby, a steering angle larger than before can be given to a wheel.
  • the arm drive means includes link drive devices arranged in association with the same number of connection points as the total number of vehicle body side connection points, intermediate connection points, and wheel side connection points, and each link drive device.
  • the link angle can also be defined by rotationally driving the link around the corresponding connecting point.
  • a servo motor can be used as the link driving means.
  • the arm drive means is a link drive arranged in association with each of the number of connection points obtained by subtracting 3 from the total number of the vehicle body side connection points, the intermediate connection points, and the wheel side connection points in each arm mechanism.
  • each link driving device may rotationally drive the link about a corresponding connecting point to define an angle of the link.
  • each arm mechanism since each of the front arm and the rear arm includes at least two links, each arm mechanism includes a pair of vehicle body side connection points, a pair of wheel side connection points, and a pair of intermediate connection points. It is configured as a link mechanism having a total of six connection points.
  • the number excluding 3 from the total number of connection points If the angle of the link is defined around the connection point, the positions of the remaining three connection points are also uniquely determined. That is, if the angle of the link is defined by the link driving device, the angles of the links around the other three connection points are also uniquely determined, and therefore it is not necessary to actively control the positions of these connection points. . As a result, the number of link driving devices necessary for operating the arm mechanism can be minimized, and the device can be reduced in size and control can be facilitated.
  • a setting device is a setting device applied to a steering device for a vehicle that can change a setting position of a virtual kingpin axis that is the center of a steering angle of a wheel, and can be set as a setting position of the virtual kingpin axis.
  • Display means for visually displaying the position, display control means for selectively indicating any one of the plurality of positions on the display means, display control means, and the plurality of positions
  • An input unit that accepts a predetermined operation by a user that associates any one of the positions with the indication position of the indication unit, and a position corresponding to the operation when the input unit accepts the predetermined operation, the position of the virtual kingpin axis Setting control means for outputting a setting instruction signal for causing the steering device to set the setting position.
  • This setting device can change or set the position of the virtual kingpin axis by visual operation by the user. For this reason, since the operation by the user becomes intuitive, there is an advantage that the position of the virtual kingpin axis can be easily set.
  • this setting device it can be realized as an in-vehicle device mounted on a vehicle, or an in-vehicle device such as a personal computer provided separately from the vehicle or a remote device that can be remotely operated with respect to the steering device of the vehicle. Can also be realized as a distinct setting device.
  • the input unit can be realized as a touch panel type device that accepts a touch operation that a user touches on the display unit, or a device that can accept an operation on an operation unit such as a switch provided separately from the display unit. It is also possible to realize.
  • the display means displays a position related to one of the left and right wheels as the plurality of positions
  • the setting control means is configured such that the input means performs the predetermined operation. May be output as the setting instruction signal for causing the steering device to set the position corresponding to the operation as the setting position of the virtual kingpin axis for each of the left and right wheels.
  • the user can make the steering device set the setting position of the virtual kingpin axis for the left and right wheels by performing a predetermined operation for the wheel on one side. Compared with the case where the user is forced, the troublesomeness of the operation can be reduced.
  • shaft is set to the front-and-back end of a front wheel, respectively, and turns left.
  • shaft of a turning inner ring is set to the front-wheel center, and the virtual kingpin axis
  • the flowchart which shows an example of a tread setting routine. 7 is a flowchart showing an example of a toe angle setting routine.
  • FIG. 1 shows a state of a steering device according to an embodiment of the present invention when the vehicle is traveling straight.
  • the reference numerals indicating the respective components are attached with subscripts L and R to distinguish left and right, but in the following description, the subscripts are omitted unless it is particularly necessary to distinguish left and right.
  • a steering apparatus 1 in FIG. 1 is for steering left and right front wheels 2L, 2R of a passenger car. Front wheels 2L and 2R as wheels are respectively attached to wheel attachment portions 3L and 3R.
  • the wheel mounting portions 3L, 3R are configured as assembly parts including spindles 4L, 4R that are the rotation centers of the front wheels 2L, 2R.
  • the wheel mounting portion 3 may be an in-wheel motor. In that case, the output shaft of the in-wheel motor constitutes the spindle 4.
  • the steering device 1 includes left and right arm mechanisms 5L and 5R provided corresponding to the left and right wheel mounting portions 3, respectively.
  • the arm mechanisms 5L and 5R are configured symmetrically across the center line CL in the front-rear direction of the vehicle.
  • the left arm mechanism 5L includes a pair of front arms 7L and a rear arm 8L arranged in the vehicle front-rear direction (vertical direction in FIG. 1).
  • the front arm 7L has a configuration in which one end of each of the two inner links 10L and the outer link 11L is rotatably connected to each other at an intermediate connection point Mf
  • the rear arm 8L has two inner links 12L and outer links 13L. The one end of each of these is rotatably connected to each other at an intermediate connection point Mr.
  • each of the front arm 7L and the rear arm 8L includes a plurality of links 10L, 11L, or 12L, 13L from the vehicle body side connection points Bf, Br to the wheel side connection points Wf, Wr via the intermediate connection points Mf, Mr. Are connected in series.
  • the front arm 7L and the rear arm 8L are configured symmetrically with respect to the axle center line AX.
  • the axle center line AX is a straight line in the vehicle width direction connecting the spindles 4L, 4R when the front wheels 2L, 2R are in the straight traveling state.
  • the right arm mechanism 5R has a pair of front arm 7R and rear arm 8R arranged in the front-rear direction of the vehicle.
  • the front arm 7R has a configuration in which one end of each of the two inner links 10R and the outer link 11R is rotatably connected to each other at an intermediate connection point Mf
  • the rear arm 8R has two inner links 12R and outer links 13R. The one end of each of these is rotatably connected to each other at an intermediate connection point Mr.
  • the other ends of the inner links 10R, 12R are rotatably connected to a pair of vehicle body side connection points Bf, Br separated from each other in the front-rear direction with respect to the arm mounting portion 14 which is a part of the vehicle body.
  • each of the front arm 7R and the rear arm 8R includes a plurality of links 10R, 11R, or 12R, 13R from the vehicle body side connection points Bf, Br to the wheel side connection points Wf, Wr via the intermediate connection points Mf, Mr. Are connected in series.
  • the front arm 7R and the rear arm 8R are configured to be symmetric with respect to the axle center line AX.
  • each arm mechanism 5 includes six link elements, that is, the wheel attachment portion 33, the links 10 to 13 and the arm attachment portion 14 with six connection points Bf, Mf, Wf, Wr, Mr, It is configured as a six-joint link mechanism that is rotatably connected to each other by Br.
  • the steering device 1 is provided with an arm driving device 20 as arm driving means for driving the arm mechanisms 5L and 5R independently of each other.
  • the arm drive device 20 includes a first servo motor 21, a second servo motor 22, and a third servo motor 23 as the arm mechanism 5 as a link drive device that rotationally drives the links 10, 12, and 13 to define their angles. It is prepared for each.
  • the first servo motor 21 rotationally drives the inner link 10 around the connection point Bf with respect to the arm mounting portion 14, and the second servo motor 22 drives the inner link 12 around the connection point Br with respect to the arm mounting portion 14.
  • the third servomotor 23 rotates the outer link 13 around the connection point Mr with respect to the inner link 12 of the rear arm 8.
  • each arm mechanism 5 the servo motors 21 to 23 adjust the angles of the links 10, 12, and 13 to adjust the position of the virtual kingpin axis of the front wheel 2 and the wheel mounting portion 3 with respect to the front-rear direction center line CL.
  • the inclination (the steering angle of the front wheel 2) can be uniquely determined.
  • the front wheels 2L and 2R are directed in the straight direction.
  • the arms 10 to 13 of the arm mechanisms 5L and 5R are bilaterally symmetric, and in each arm mechanism 5, the wheel side connection points Wf and Wr are aligned in the front-rear direction.
  • the distances from the longitudinal center line CL of the vehicle to the center lines AL and AR of the front wheels 2L and 2R are equal to each other.
  • FIG. 2 shows an example of the state of the steering device 1 when turning left.
  • the left front wheel 2L is steered around the virtual kingpin axis KpL set on the rear end and on the center line AL
  • the right front wheel 2R is set on the virtual kingpin axis KpR set on the front end and the center line AR.
  • the operation of the servomotors 21 to 23 when steering from the straight traveling state of FIG. 1 to the state of FIG. 2 is as follows. First, regarding the left arm mechanism 5L, the first servo motor 21L is driven to rotate the link 10L counterclockwise around the connection point Bf, and the second servo motor 22L moves the link 12L around the connection point Br.
  • the third servomotor 23L is driven to rotate in the clockwise direction, and rotates the link 13L in the counterclockwise direction until the length of the front arm 7L (the distance between the connection points Bf and Wf) is substantially maximized. Driven.
  • the first servomotor 21R is driven to rotate the link 10R counterclockwise around the connection point Bf, and the second servomotor 22R moves the link 12R around the connection point Br.
  • the third servo motor 23R is driven to rotate clockwise until the length of the rear arm 8R (distance between the connecting points Br and Wr) is substantially maximized. Is done.
  • FIG. 2 shows an example of steering of the front wheel 2.
  • the virtual kingpin axis Kp is moved forward and backward of the front wheel 2 by appropriately driving the servo motors 21 to 23 of each arm mechanism 5. It can be set not only at the end but also at any position.
  • the left front wheel 2L which is a turning inner wheel, sets a virtual kingpin axis KpL at the center of the ground contact surface and steers the front wheel 2L around it
  • the right front wheel which is a turning outer wheel 2R can also set a virtual kingpin axis KpR at the same position as in FIG. 2 and steer the front wheel 2R around it.
  • the virtual kingpin axis Kp can be set at an optimal position according to the vehicle loading situation, front-rear weight distribution, vehicle speed, road surface condition, and the like.
  • the setting of the virtual kingpin axis Kp for example, when a large steering angle is required, it is conceivable to set the virtual kingpin axis Kp as illustrated in FIG.
  • the virtual kingpin axis Kp is set at the approximate center of the ground contact surface of the front wheel 2 as in the left front wheel 2L of FIG.
  • the steering torque can be minimized.
  • the left and right arm mechanisms 5L and 5R can be driven independently of each other, so that the Ackermann rate can be adjusted.
  • the Ackermann rate is the ratio of the left and right rudder angles when turning.
  • the four-wheel steering function can be easily realized by applying the steering device 1 of the present embodiment to the front and rear wheels.
  • the tread between the front wheels 2L and 2R can also be changed. That is, if the servomotors 21 to 23 are driven so that the wheel side connection points Wf and Wr are equally displaced in the direction of the axle center line AX, the tread can be connected to the tread in FIG. 1 without changing the steering angle of the front wheels 2.
  • the tread can be enlarged as indicated by the imaginary line, or the enlarged tread can be reduced again.
  • the toe angles of the front wheels 2L and 2R defined at the neutral position where the vehicle goes straight can be changed.
  • the state shown in FIG. 1 is a state in which the toe angle is 0, but by driving the servo motors 21 to 23 so that the wheel side connection points Wf and Wr are inclined symmetrically with respect to the longitudinal center line CL, The toe angle can be changed to a toe-in or toe-out state.
  • the steering device 1 can also function as a brake device that decelerates the vehicle speed.
  • connection structure may be determined so that the arms 7 and 8 can rotate around the vertical axis of the vehicle.
  • the arms 7 and 8 may be able to rotate somewhat around the horizontal axis with respect to the wheel mounting portion 3 or the arm mounting portion 14.
  • the vertical movement of the front wheels 2L, 2R relative to the vehicle body may be allowed by allowing the arms 7, 8 to be displaced in the vertical direction with respect to the wheel mounting portion 3 or the arm mounting portion 14.
  • the arm mechanism 5 may function as a suspension by providing a spring and a damping device between the vehicle body and the arms 7 and 8.
  • the front wheels 2 may be supported by a suspension mechanism provided separately from the steering device 1, and the steering device 1 may be in charge of only the steering drive of the front wheels 2.
  • FIG. 4 is a block diagram of the control system.
  • the control system of the steering device 1 includes a steering controller (hereinafter abbreviated as a controller) 30 as steering angle control means for controlling the operation of the servomotors 21 to 23 in conjunction with the operation of the steering wheel SH.
  • the controller 30 is configured as a computer unit.
  • the controller 30 is connected to the left and right servomotors 21 to 23 as control targets.
  • the controller 30 is connected to a state detection device 31 for detecting various states to be referred to in the control of the servomotors 21 to 23.
  • the state detection device 31 includes a steering angle sensor 32 that can detect each of an operation angle (steering operation amount) from a neutral position (a straight traveling position) of the steering wheel SH and an operation speed thereof.
  • the steering operation amount here includes information that can identify the operation direction from the neutral position of the steering wheel SH.
  • the state detection device 31 may include various sensors that detect parameters indicating the vehicle motion state (hereinafter referred to as vehicle motion parameters) such as the vehicle speed sensor 33 and the yaw rate sensor 34.
  • vehicle motion parameters indicating the vehicle motion state
  • a vehicle motion parameter to be referred to, a vehicle body slip angle, a lateral G, and the like may be appropriately selected in addition to the vehicle speed and the yaw rate.
  • the state detection device 31 may be provided with a sensor that detects the front and rear wheel axle loads of the vehicle or a sensor that detects the road surface state.
  • FIG. 5 is a view showing the appearance of the information input device 35.
  • the information input device 35 is incorporated in an in-vehicle device 41 mounted on a dashboard 40 of the vehicle.
  • the in-vehicle device 41 is a known device including various systems such as a navigation system and an audio system.
  • the in-vehicle device 41 is provided with a liquid crystal display 42 as display means for displaying information used in various systems to the user in a state that is visible to the user such as the driver P1 and the passenger P2. ing.
  • the display content of the liquid crystal display 42 is appropriately switched for each system executed by the in-vehicle device 41.
  • FIG. 5A shows an example of the display content of the liquid crystal display 42 when the information input device 35 functions on the in-vehicle device 41.
  • an image 46 depicting the peripheral structure including the right front wheel and the front and rear arms is displayed.
  • a pointer 47 as an instruction means for instructing the position of the settable virtual kingpin axis.
  • the screen 42a of the liquid crystal display 42 is provided with touch panel type input means.
  • the pointer 47 moves on the screen 42a.
  • the movement control of the pointer 47 is performed by a display control unit 36 as a display control unit provided in the information input device 35 shown in FIG. 4, and the display control unit 36 displays the pointer 47 based on the information of the input unit. To control.
  • the position is highlighted as shown in part A of FIG. 5, and the designated position of the pointer 47 is emphasized.
  • the user taps (tap) the screen 42a in a state where one designated position that is a setting candidate is highlighted, the position is determined as the virtual kingpin axis setting position.
  • the confirmed information is temporarily held in an output unit 37 as a setting control means provided in the information input device 35, and the held confirmed information is subjected to various processes in the output unit 37 and then set instructing signal SG1. Is output as The setting instruction signal SG1 is input to the controller 30 in FIG.
  • the controller 30 executes a setting process described later so that the position of the virtual kingpin axis is set at a position corresponding to the setting instruction signal SG1.
  • the information input device 35 uses the setting instruction signal SG1 to instruct the controller 30 to change the setting position of the virtual kingpin axis, and the controller 30 changes the position of the virtual kingpin axis based on the setting instruction signal SG1. Therefore, the information input device 35 also functions as a change instruction unit according to the present invention. In this setting process, when the setting position on the right side is instructed, the setting position on the left side on the opposite side is also set at the same time.
  • the setting instruction signal SG1 output from the output unit 37 has a function that allows the controller 30 to set the positions of both the left and right virtual kingpin axes with one of the left and right setting information. Thereby, since the user is not forced to perform the same operation on each of the left and right, the troublesomeness of the operation is reduced.
  • the information input device 35 can also send a tread and toe angle setting instruction to the controller 30 by operating the screen 42a of the liquid crystal display 42 in the same manner as described above for setting and changing the geometry such as the tread and toe angle. It is configured as follows. As shown in part A of FIG. 5, the screen 42a displays a plurality of button images 48 corresponding to a plurality of modes in which the setting values of the tread and the toe angle are defined in advance. The mode to be set is determined by tapping the screen 42a while moving the pointer 47 on the screen 42a so as to overlap the button image 48.
  • a plurality of modes prepared in advance in the information input device 35 include a standard tread mode for setting the tread to a standard value, a large tread mode for setting the tread to a value larger than the standard value, and a tread having a value smaller than the standard value.
  • the information input device 35 can input specific numerical values for the tread and toe angles on the screen 42a in addition to the mode selection.
  • the determined information is temporarily held in the output unit 37.
  • the held confirmation information is subjected to various processes in the output unit 37 and then output as setting instruction signals SG 21 and SG 22 and input to the controller 30.
  • the setting instruction signal SG21 includes tread information corresponding to the selected mode
  • the setting instruction signal SG22 includes toe angle information corresponding to the selected mode.
  • the information input device 35 is incorporated in the in-vehicle device 41, but the same function as that of the information input device 35 is distinguished from the in-vehicle device 41. It can also be realized as an external input device. In such a case, the information input device 35 functions as the setting device of the present invention.
  • the input means is not limited to a touch panel type, and the input means is an input device that accepts an operation on an operation unit such as a keyboard or a button provided separately from the display means such as the liquid crystal display 42 or an input device capable of voice input. Can also be realized.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a steering control routine executed by the controller 30 to steer the front wheels 2.
  • this routine it is first determined in step S11 whether or not the steering wheel SH has been operated based on the output signal from the steering angle sensor 32. If there is no steering operation, the process is suspended, and if there is a steering operation, the process proceeds to the next step S12.
  • step S12 the position of the virtual kingpin axis set in the virtual kingpin axis position setting routine described later is read.
  • geometry information including at least one of a tread and a toe angle set in a tread setting routine and a toe angle setting routine described later is read.
  • step S12 and step S13 After the position and geometry information of the virtual kingpin axis is read in step S12 and step S13, the steering operation amount of the steering wheel SH is detected in step S14, and in step S15, the steering operation amount and the virtual kingpin axis are detected.
  • the steering angles of the front wheels 2L and 2R corresponding to the position and geometry information are calculated.
  • step S15 a relationship in which the steering angle increases with respect to the increase in the steering operation amount is set.
  • step S15 the steering angle is calculated within a range in which the correlation is maintained. Is done.
  • the correlation includes a plurality of different modes, and each mode is associated with each set position of the virtual kingpin axis. Therefore, when the setting position of the virtual kingpin axis is changed, the degree of increase in the steering angle with respect to the increase in the steering operation amount changes before and after the change.
  • the steering operation amount and the steering angle at which the optimum steering feeling is obtained for each virtual kingpin axis position are specified in advance by computer simulation or experiment, and the correspondence relationship between these specified values is shown in a table.
  • Data is created for each set position of the virtual kingpin axis, and a group of table data is stored in the ROM of the controller 30. Then, the controller 30 reads out the table data corresponding to the set position of the virtual kingpin axis read out in step S12, and calculates the steering angle based on the table data. Correlation is realized.
  • Each aspect included in the above correlation includes a section in which the steering angle increases in proportion to the increase in the steering operation amount. Therefore, since the operation of the steering wheel SH and the behavior of the vehicle naturally correspond in that section, the steering feeling becomes good.
  • the section at which the steering wheel SH starts to be turned (section close to the neutral position) is set nonlinearly so that the steering operation amount and the steering angle are not proportional to each other. The section is continuously connected to the proportional section.
  • step S16 the drive amounts of the servomotors 21 to 23 are determined so that the rudder angle calculated in step S15 is obtained at the set position of the virtual kingpin axis read out in step S12. In accordance with the amount, the servomotors 21 to 23 are driven in step S17. Thereafter, the process returns to step S11, and the same procedure is repeated thereafter.
  • the controller 30 functions as the steering angle control means according to the present invention by executing the routine of FIG. When the tread and toe angles are changed from the initial values, the drive amount of each servo motor is corrected so that the calculated steering angle can be realized, thereby reflecting the setting change of the tread and toe angles. .
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of a virtual kingpin axis position setting routine.
  • this routine first, in step S21, it is determined whether or not the operation instruction signal SG1 from the information input means 35 has been input. If the operation instruction signal SG1 is not input, the process is suspended, and if there is an input, the process proceeds to the next step S22.
  • step S22 it is determined whether or not steering is being performed with a steering angle. This determination can be realized by referring to a signal from the steering angle sensor 32 and determining whether or not the value is 0, that is, whether or not the steering wheel SH is in the neutral position. If the vehicle is being steered, the process proceeds to step S23. If not, the process proceeds to step S24.
  • a change prohibition flag F1 provided for prohibiting the setting change of the position of the virtual kingpin axis is set.
  • the change prohibition flag F1 is a variable assigned to a storage area such as the RAM of the controller 30. When this flag F1 is set, it means that setting change is prohibited, and when this flag F1 is cleared, that prohibition is prohibited. This means release, that is, permission to change settings.
  • the change prohibition flag F1 is cleared.
  • step S25 it is determined whether or not the change prohibition flag F1 is set. If the change prohibition flag F1 is set, the process returns to step S21 without changing the position of the virtual kingpin axis. If the change prohibition flag F1 is not set, the change prohibition is permitted. Therefore, the process proceeds to step S26, and the position of the virtual kingpin axis is set at a position corresponding to the instruction content of the operation instruction signal SG1. Is set. In step S26, the position is set for both the left and right front wheels as described above. Thereafter, the process is returned to step S21, and the same procedure is repeated thereafter.
  • the position change of the virtual kingpin axis during steering is prohibited by setting the change prohibition flag F1, and the prohibition is canceled in response to the return from the steering to the neutral position. Then, along with the release, the setting position is changed in step S26. Therefore, in a continuous corner having an inflection point such as an S-shaped corner, steering can be performed at different virtual kingpin axis positions between the first half corner and the second half corner. In such a continuous corner, even if the lateral G remains when the first half of the corner is cleared, the steering may be forcibly steered in the opposite direction toward the second half of the corner.
  • the setting position of the virtual kingpin axis Is effective because it can be changed to a position suitable for the second half of the corner.
  • the controller 30 functions as the virtual kingpin axis setting means according to the present invention by executing the routine of FIG. 6 together with the routine of FIG. 7, and as the change prohibiting means according to the present invention by executing the routine of FIG. To do.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of a tread setting routine.
  • the basic structure of this routine is the same as that of FIG. That is, first, at step S31, it is determined whether or not the operation instruction signal SG21 from the information input means 35 has been input. If the operation instruction signal SG21 is not input, the process is suspended, and if there is an input, the process proceeds to the next step S32. In step S32, it is determined whether or not steering is being performed with a given steering angle. If the vehicle is being steered, the process proceeds to step S33. If not, the process proceeds to step S34.
  • a change prohibition flag F21 provided to prohibit tread setting change is set.
  • the change prohibition flag F21 is a variable assigned to a storage area such as the RAM of the controller 30. When this flag F21 is set, it means that setting change is prohibited, and when this flag F21 is cleared, that prohibition is prohibited. This means release, that is, permission to change settings.
  • the change prohibition flag F21 is cleared.
  • step S35 it is determined whether or not the change prohibition flag F21 is set. If the change prohibition flag F21 is set, the process returns to step S31 without changing the tread. If the change prohibition flag F21 is not set, the setting change is permitted, so the process proceeds to step S36, and a tread according to the instruction content of the operation instruction signal SG21 is set. Thereafter, the process is returned to step S31, and the same procedure is repeated thereafter.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of the toe angle setting routine.
  • the basic structure of this routine is the same as the routine of FIGS. That is, first, in step S41, it is determined whether or not the operation instruction signal SG22 from the information input means 35 has been input. If there is no input of operation instruction signal SG22, the process is suspended, and if there is an input, the process proceeds to the next step S42. In step S42, it is determined whether or not steering is being performed with a given steering angle. If the vehicle is being steered, the process proceeds to step S43. If not, the process proceeds to step S44.
  • a change prohibition flag F22 provided to prohibit toe angle setting change is set.
  • the change prohibition flag F22 is a variable assigned to a storage area such as the RAM of the controller 30. When this flag F22 is set, it means that setting change is prohibited, and when this flag F22 is cleared, that prohibition is prohibited. This means release, that is, permission to change settings.
  • the change prohibition flag F22 is cleared.
  • step S45 it is determined whether or not the change prohibition flag F22 is set. If the change prohibition flag F22 is set, the process returns to step S41 without changing the toe angle. If the change prohibition flag F22 is not set, the setting change is permitted, so the process proceeds to step S46, and a tread according to the instruction content of the operation instruction signal SG22 is set. Thereafter, the process returns to step S41, and the same procedure is repeated thereafter.
  • the controller 30 executes the routine of FIG. 6 together with at least one of the routines of FIG. 8 and FIG. 9, it functions as the geometry setting means according to the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system of the steering apparatus according to the second embodiment.
  • the steering device of the present embodiment is provided with release switches 51 to 53 that are operated to forcibly release the prohibition of setting change.
  • the first release switch 51 is a switch for releasing the setting change prohibition of the virtual kingpin axis position
  • the second release switch 52 is a switch for releasing the tread setting change prohibition
  • the third release switch 53 is a setting of the toe angle. This is a switch for canceling the change prohibition.
  • Each of the release switches 51 to 53 is configured as a push button, and predetermined forced release signals SG31, SG32, and SG33 are input to the controller 30 by a pressing operation on the release switches 51 to 53.
  • the release switches 51 to 53 are attached to the steering wheel SH. It should be noted that these release switches 51 to 53 can be operated on the screen 42a of the liquid crystal display 42 by incorporating them in the information input device 35.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of a change prohibition cancellation routine executed by the controller 30 in order to forcibly cancel the position change prohibition of the virtual kingpin axis.
  • this routine first, in step S51, it is determined whether or not the forced release signal SG31 is input. That is, it is determined whether or not the first release switch 51 for releasing the setting change prohibition of the position of the virtual kingpin axis has been pushed. If the forcible release signal SG31 is input, the process proceeds to step S52. If the forcible release signal SG31 is not input, the process proceeds to step S53.
  • step S52 the change prohibition flag F1 for managing prohibition of the position change of the virtual kingpin axis is cleared. As a result, the change of the position of the virtual kingpin axis is permitted. Therefore, even if steering is in progress, a negative determination is made in step S25 of the routine of FIG. 7, so the position of the virtual kingpin axis is set in step S26. Is done. Note that the position of the virtual kingpin axis set at the time of this setting is related to the input timing of the forcible release signal SG31, the position of the virtual kingpin axis before the change, and the vehicle motion parameters such as the vehicle speed and yaw rate in advance. The position stored in is selected.
  • step S53 determines whether the forcible release signal SG32 has been input. If it is determined in step S53 that the forcible release signal SG32 has been input, the process proceeds to step S54 and the change prohibition flag F21 is cleared. Thereby, a negative determination is made in step S35 of FIG. 8, and a tread is set in step S36. If it is determined in step S55 that the forcible release signal SG33 has been input, the process proceeds to step S56 and the change prohibition flag F22 is cleared. Thereby, a negative determination is made in step S45 of FIG. 9, and a toe angle is set in step S46.
  • the controller 30 functions as a forced release means according to the present invention by executing the routine of FIG.
  • the routine of FIG. In general, in corners where the steering direction is the same, such as a spoon corner, and the steering needs to be increased or returned, if you want to change the setting position of the virtual kingpin axis when increasing or returning, or the behavior of the vehicle during the steering There may be benefits to making changes. According to the present embodiment, it is possible to meet such needs, so that the convenience of the steering device can be improved. Further, in a continuous corner such as an S-shaped corner, cornering performance may be improved by changing a geometry such as a tread or a toe angle for each corner.
  • the geometry such as the tread and the toe angle can be changed during the steering, so that it can be expected to appropriately cope with such a situation.
  • the controller 30 is caused to execute a routine programmed to generate the one corresponding to the above-described release signal regardless of the user's intention, and the setting change is forcibly released. Can also be done.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of the change prohibition release routine according to the third embodiment.
  • vehicle motion parameters are detected in step S61.
  • the parameters detected here are the vehicle speed V, the yaw rate Yr, and the operation speed Sv of the steering wheel SH used in the subsequent processing. These are detected based on output signals from the sensors 32 to 34 of the state detection device 31 shown in FIG.
  • step S62 it is determined whether or not the forcible release signal SG31 is input. If the forcible release signal SG31 is input, the process proceeds to step S63. If the forcible release signal SG31 is not input, the process proceeds to step S67. In step S63, it is determined whether or not the virtual kingpin axis position change permission condition is satisfied. This permission condition is satisfied when the vehicle speed V and the yaw rate Yr satisfy the following conditions. That is, the condition is when both V ⁇ Kkpv and Yr ⁇ Kkpyr hold.
  • Kkpv is a virtual kingpin axis position change permission reference speed.
  • This reference speed Kkpv corresponds to an upper limit value of speed at which a certain level of safety can be ensured even if the position of the virtual kingpin axis is changed during steering.
  • Kkpyr is a virtual kingpin axis position change permission reference yaw rate.
  • This reference yaw rate Kkpyr corresponds to the upper limit value of the yaw rate that can ensure a certain level of safety even if the position of the virtual kingpin axis is changed during steering.
  • step S64 a change delay time Tkp for delaying the position change of the virtual kingpin axis is set.
  • This delay time Tkp is set by substituting the operation speed Sv detected in step S61 into the following equation 1.
  • the relaxation coefficient A may be a constant or a variable as long as it is a positive value.
  • the delay time Tkp is set to be slower as the operation speed Sv of the steering wheel SH is faster.
  • step S65 a delay process for holding the process for the delay time Tkp set in step S64 is executed. Then, in the next step S66, the change prohibition flag F1 is cleared.
  • a negative determination is made in step S25 of FIG. 7, and the position of the virtual kingpin axis is set in step S26.
  • the setting here is stored in the controller 30 in advance in association with the input timing of the forcible release signal SG31, the position of the virtual kingpin axis before the change, and the vehicle motion parameters such as the vehicle speed and the yaw rate, as in the second embodiment. Is selected as the setting position of the virtual kingpin axis.
  • step S67 it is determined whether or not the forced release signal SG32 is input. If the forcible release signal SG32 is input, the process proceeds to step S68. If the forcible release signal SG32 is not input, the process proceeds to step S72. In step S68, whether or not the tread change permission condition is satisfied is determined. This permission condition is satisfied when the vehicle speed V and the yaw rate Yr satisfy the following conditions. That is, the condition is when both V ⁇ Ktrdv and Yr ⁇ Ktrdyr are satisfied.
  • Ktrdv is a tread change permission reference speed.
  • the reference speed Ktrdv corresponds to an upper limit value of speed at which a certain level of safety can be ensured even if the tread is changed during steering.
  • Ktrdyr is a tread change permission reference yaw rate.
  • the reference yaw rate Ktrdyr corresponds to the upper limit value of the yaw rate that can ensure a certain level of safety even if the tread is changed during steering. If the tread change permission condition is satisfied, the process proceeds to step S69. If the tread change permission condition is not satisfied, the process returns to step S61 without canceling the tread change prohibition.
  • step S69 a change delay time Ttrd for delaying the tread change is set.
  • This delay time Ttrd is set by substituting the operation speed Sv detected in step S61 into the following equation 2.
  • the relaxation coefficient B may be a constant or a variable as long as it is a positive value.
  • the delay time Ttrd is set so as to become slower as the operation speed Sv of the steering wheel SH is faster.
  • step S70 a delay process for holding the process for the delay time Ttrd set in step S69 is executed. Then, in the next step S71, the change prohibition flag F21 is cleared. Thereby, a negative determination is made in step S35 of FIG. 8, and a tread is set in step S36.
  • step S72 it is determined whether or not the forced release signal SG33 is input. If the forcible release signal SG33 is input, the process proceeds to step S73. If the forcible release signal SG333 is not input, the process returns to step S61. In step S73, it is determined whether or not the toe angle change permission condition is satisfied.
  • This permission condition is satisfied when the vehicle speed V and the yaw rate Yr satisfy the following conditions. That is, the condition is when both V ⁇ Ktiov and Yr ⁇ Ktioyr are satisfied.
  • Ktiov is a toe angle change permission reference speed.
  • This reference speed Ktiov corresponds to an upper limit value of speed at which a certain level of safety can be ensured even if the toe angle is changed during steering.
  • Ktioyr is a toe angle change permission reference yaw rate.
  • the reference yaw rate Ktioyr corresponds to the upper limit value of the yaw rate that can ensure a certain level of safety even if the toe angle is changed during steering.
  • step S74 a change delay time Ttio for delaying toe angle change is set.
  • This delay time Ttio is set by substituting the operation speed Sv detected in step S61 into the following equation 3.
  • the relaxation coefficient C may be a constant or a variable as long as it is a positive value.
  • the delay time Ttio is set to be slower as the operation speed Sv of the steering wheel SH is faster.
  • step S75 a delay process for holding the process for the delay time Ttio set in step S74 is executed. Then, in the next step S76, the change prohibition flag F22 is cleared. Thereby, a negative determination is made in step S45 of FIG. 9, and a toe angle is set in step S46.
  • the controller 30 functions as a change delay time setting unit according to the present invention by executing the routine of FIG.
  • the links 10 to 13 are all shown linearly, but the actual links 10 to 13 are not limited to such simple shapes.
  • An example showing the steering device 1 of FIG. 1 more specifically is shown in FIG.
  • the link 12L of the rear arm 8L is formed as a member bent in an L shape.
  • a line segment connecting the vehicle body side connection point Br and the intermediate connection point Mr corresponds to the link 12L in FIG.
  • the drive amount (operating angle) of the servo motors 21 to 23 for realizing the required steering angle varies depending on the shape and dimensions of the links 10 to 13.
  • 14 and 15 are diagrams showing the correspondence between the drive amounts of the servo motors 21L to 23L and the steering angle in the example of FIG. 13, and FIG. 14 shows the position of the virtual kingpin shaft at the center of the ground contact surface of the front wheel 2L.
  • FIG. 15 shows a case where the position of the virtual kingpin axis is set at the front and rear ends of the front wheel 2L.
  • the position of the virtual kingpin axis is set at the front and rear ends of the front wheel 2L because the position of the virtual kingpin axis is at the front end of the front wheel 2L by right steering, and the position of the virtual kingpin axis at the opposite left steering is the position of the front wheel 2L. This means that it is set at the rear end (see FIG. 2).
  • the solid line indicates the drive amount of the first servo motor 21L
  • the broken line indicates the drive amount of the second servo motor 22L
  • the alternate long and short dash line indicates the drive amount of the third servo motor 23L.
  • each servomotor 21L to 23L is positive in the clockwise direction, and the steering angle is positive in the right direction.
  • the drive amounts of the servomotors 21L to 23L that realize the same rudder angle differ depending on the position of the virtual kingpin axis. Further, it can be seen that, regardless of the position of the virtual kingpin axis, each servo motor 21L to 23L operates nonlinearly in the process of changing the rudder angle.
  • the position of the virtual kingpin shaft is set at the front and rear ends of the front wheel 2L, the setting position is switched between the right steering and the left steering. Operation changes with cusps.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various forms.
  • the servo motors 21 to 23 are arranged at the wheel side connection points Wf and Wr and one other connection point, respectively. It suffices if they are associated with each other.
  • Each of the front arm 7 and the rear arm 8 may have a configuration in which three or more links are rotatably connected to each other at an intermediate connection point. Even when the number of links is increased, if the link angle around the number of connecting points obtained by subtracting 3 from the total number of connecting points is defined by the link driving device, the angles of the links around the remaining three connecting points are unambiguous. It will be determined.
  • link drive units are also arranged at at least one of the remaining three connection points, and the operation of each link drive unit is controlled so that there is no contradiction in link angles with link drive units at other connection points. May be.
  • link drive devices arranged in association with the same number of connection points as the total number of vehicle body side connection points Bf and Br, intermediate connection points Mf and Mr, and wheel side connection points Wf and Wr are provided.
  • the link angle can also be defined by rotationally driving the link around the corresponding connecting point.
  • the link driving device is not limited to an example using a servo motor, and various actuators and driving mechanisms may be appropriately used as long as the link can be rotationally driven around a connection point to define the angle.
  • a link driving device may be provided that transmits the rotational motion of any one of the servo motors to another connection point by a motion transmission mechanism such as a gear mechanism to change the angle of the link around the connection point.
  • a motion transmission mechanism such as a gear mechanism to change the angle of the link around the connection point.
  • at least one of the links may be a direct acting actuator that can expand and contract.
  • a plurality of sets of the steering device of the present invention may be installed in the vertical direction of the vehicle so that the arm mechanisms can be driven independently of each other.
  • the camber angle, caster angle and toe angle are changed by three-dimensionally operating the virtual kingpin shaft. Can do.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Transportation (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)

Abstract

　複数のリンク（１０～１３）にて構成されかつ車両の前後方向に配置された前アーム（７）及び後アーム（８）よって、前輪（２Ｌ、２Ｒ）が取り付けられる車輪取付部（３Ｌ、３Ｒ）と車体の一部であるアーム取付部（１４）とを連結する左右のアーム機構（５Ｌ、５Ｒ）と、舵角に対応する各リンクの角度が定まるように左右のアーム機構（５Ｌ、５Ｒ）を互いに独立して駆動するサーボモータ（２１～２３）と、を備え、仮想キングピン軸の設定位置を変更できるとともに、ステアリングホイールの操舵操作量に対応した舵角が得られるように各サーボモータ（２１～２３）を制御する際に、操舵操作量の増加に対して舵角が増加する相関関係が維持される範囲内で各リンクの角度を変化させる。

Description

車両のステアリング装置及びその設定装置
　本発明は、車両の車輪を操舵するための装置及びその設定装置に関する。
　車体と片側の車輪取付部とを伸縮可能な一対の前後アームで連結し、それらの前後アームの長さを適宜に変化させることにより、仮想キングピン軸を可変とするステアリング装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００７－８２８５号公報
　上述した従来のステアリング装置においては、旋回時にアーム長さが不足して大きな舵角が取れないことがある。また、従来のステアリング装置は、運転者によるステアリングホイールに対する操舵操作量に応じて車輪の舵角を対応づけているが、操舵操作量が変化した場合にその変化に対して舵角をどのように変化させるか明らかでないため、操舵フィーリングが安定しないおそれがある。また、従来のステアリング装置は、仮想キングピン軸の位置を任意に変化させるために、仮想キングピン軸の位置をどのような方法で設定するか不明である。
　そこで、本発明は従来よりも舵角を大きく確保でき、かつ操舵フィーリングが安定した車両のステアリング装置及びその設定装置を提供することを目的とする。
　本発明の車両のステアリング装置は、互いに回転自在に連結された複数のリンクにて構成されかつ車両の前後方向に配置された前アーム及び後アームによって、車輪が取り付けられる車輪取付部と車体とを連結する左右のアーム機構と、前記車輪の舵角に対応する各リンクの角度が定まるように前記左右のアーム機構を互いに独立して駆動するアーム駆動手段と、前記舵角の中心となる仮想キングピン軸の設定位置を変更できる仮想キングピン軸設定手段と、前記仮想キングピン軸の前記設定位置で、操舵部材に対する操舵操作量に対応した前記舵角が得られるように前記アーム駆動手段を制御する舵角制御手段と、を備え、前記舵角制御手段は、前記操舵操作量の増加に対して前記舵角が増加する相関関係が維持される範囲内で各リンクの角度が変化するように、前記アーム駆動手段を制御するものである。
　このステアリング装置によれば、アーム駆動手段にて各アーム機構を駆動して各リンクの角度を種々に変化させることにより、任意に設定された仮想キングピン軸の位置を中心とした所要の舵角を車輪に与えることができる。前アーム及び後アームのそれぞれが複数のリンクを回転自在に連結した構成を有しているため、前アーム及び後アームのそれぞれを単一のリンクにて構成した場合と比較して、車体及び車輪取付部間の距離をより大きな範囲で調整できる。そのため、従来よりも大きな舵角を車輪に与えることができる。車輪に与えられる舵角は、操舵部材に対する操舵操作量の増加に対して舵角が増加する相関関係が維持される範囲内で変化するので操舵フィーリングが安定する。
　操舵操作量と舵角との相関関係は一方が増加した場合に他方が増加する関係であれば非線形的であってもよい。また、前記相関関係として、前記操舵操作量の増加に対して前記舵角が比例して増加する区間を含む関係が設定されてもよい。この態様においては、操舵操舵量と舵角とが比例する区間を含むため、その区間において操舵部材の操作と車両の挙動とが自然に対応するので操舵フィーリングが良好になる。
　本発明のステアリング装置の一態様において、前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更前後で、前記操舵操作量の増加に対する前記舵角の増加の程度が変化するように、互いに異なる前記相関関係が前記設定位置毎に対応付けられていてもよい。仮想キングピン軸の位置が変わることにより、同一の舵角に対して発生する車両の横力の大きさが変化する。このため、操舵操作量と舵角との相関関係を一つに固定すると、仮想キングピン軸の設定位置の変更前後で操舵フィーリングの変化が大きくなるおそれがある。この態様によれば、互いに異なる操舵操作量と舵角との相関関係が仮想キングピン軸の位置毎に対応付けられているため、その設定位置の変更前後で操舵フィーリングの変化を抑制できる。これにより、操舵フィーリングの安定性が向上する。
　本発明のステアリング装置の一態様においては、前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更を前記仮想キングピン軸設定手段に指示する変更指示手段と、前記舵角が与えられた操舵中に、前記変更指示手段からの指示が行われた場合に前記仮想キングピン軸設定手段による前記設定位置の変更を禁止する変更禁止手段と、を更に備えてもよい。この態様によれば、仮想キングピン軸の位置が操舵中に変更することが禁止される。すなわち、操舵中においては仮想キングピン軸の設定位置の変更が指示された場合でも仮想キングピン軸の位置は変更前の状態に保持される。従って、操舵中に予想外の挙動が車両に生じることを防止できる。
　仮想キングピン軸の設定位置の変更禁止は操舵中以外の適時に解除してよい。例えば、前記変更禁止手段は、前記仮想キングピン軸設定手段に対する前記設定位置の変更の禁止を、前記操舵中から前記車両を直進させる前記操舵部材の中立位置へ復帰した場合に解除してよい。この場合には、操舵部材の中立位置への復帰に応答して変更禁止の解除とともに仮想キングピン軸の設定位置が変更されるため、Ｓ字コーナー等のように変曲点を持つ連続コーナーにおいて前半のコーナーと後半のコーナーとの間で異なる仮想キングピン軸の位置で操舵できる。こうした連続コーナーにおいて、前半のコーナーをクリアした際に横Ｇが残っていても、後半のコーナーに向けて反対方向に強引に操舵する場合があるが、このような場合に仮想キングピン軸の設定位置を後半のコーナーに適した位置に変更できるため有効である。
　仮想キングピン軸の設定位置の変更を操舵中に禁止することは操舵中の車両の挙動を安定させる点で有利であるが、スプーンコーナー等のように操舵方向が同じで操舵の切り増し又は戻しを要するコーナーにおいては、切り増し又は戻し時に敢えて仮想キングピン軸の設定位置を変更したい場合、あるいは操舵中に敢えて車両の挙動変化を起こした方がメリットがある場合もある。このような場合に対応するため、前記変更禁止手段による前記設定位置の変更の禁止を前記操舵中に強制的に解除する強制解除手段を更に備えてもよい。この場合、強制解除手段によって仮想キングピン軸の設定位置の変更禁止を操舵中に解除できる。従って、強制解除手段を設けた場合には、上述のニーズに応えることができるため、ステアリング装置の利便性を向上できる。設定位置の変更を強制的に解除する条件としては、例えば車両に搭載された入力ボタン等の操作手段が使用者に操作されたことをその条件とすることができる。
　本発明のステアリング装置の一態様においては、前記舵角が与えられた操舵中に、前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更を遅らせる遅延時間を、前記操舵部材に対する操作速度が速いほど長くなるように設定する変更遅延時間設定手段を更に備えてもよい。仮想キングピン軸の設定位置が操舵中に急変されると予想外の挙動が生じ易い。この態様によれば、操舵部材に対する操作速度が速いほど遅延時間が長くなるので、操舵中に仮想キングピン軸の設定位置を変更する際の車両の挙動変化を緩和することができる。
　本発明のステアリング装置の一態様においては、トレッド及びトー角の少なくとも一つを、各リンクの角度を変化させることによって変更可能なジオメトリ設定手段と、前記舵角が与えられた操舵中に、前記ジオメトリ設定手段による前記トレッド及び前記トー角のそれぞれの変更を遅らせる遅延時間を、前記操舵部材に対する操作速度が速いほど長くなるように設定する変更遅延時間設定手段と、を更に備えてもよい。Ｓ字コーナー等の連続コーナーにおいては、コーナー毎にトレッドやトー角などのジオメトリを変化させた方がコーナリング性能が向上する場合もある。例えば、旋回外輪が外側に出るように操舵中にトレッドを変更することにより、ロールが低減されて車輪の接地荷重も減るため、トレッドを一定に維持する場合に比べてコーナリングスピードが速くなることがある。もっとも、トレッドやトー角等のジオメトリが操舵中に急変されると予想外の挙動が生じ易い。この態様によれば、操舵部材に対する操作速度が速いほどジオメトリ変更時間が長くなってジオメトリの急変が防止できるので、操舵中のジオメトリ変更に伴う挙動変化を緩和できる。
　本発明のステアリング装置の一態様においては、前記車両の使用者が視認可能な状態で設けられ、前記仮想キングピン軸の設定位置として設定可能な複数の位置を視覚的に表示する表示手段と、前記複数の位置のうちのいずれか一つを選択的に指示する指示手段を前記表示手段上で移動可能に表示させる表示制御手段と、前記複数の位置のいずれか一つと前記指示手段の指示位置とを関連付ける使用者による所定操作を受け付ける入力手段と、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合にその操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として前記仮想キングピン軸設定手段に設定させる設定制御手段と、を更に備えてもよい。この態様によれば、仮想キングピン軸の位置の変更又は設定を使用者（運転者や同乗者）による視覚的な操作によって行うことができる。このため、使用者による操作が直感的なものとなるので、仮想キングピン軸の位置設定が容易になる利点がある。表示手段としては、車両に搭載されるナビゲーションシステムで利用される液晶ディスプレイ等の表示装置を利用してもよいし、仮想キングピン軸の設定用に独自に設けることもできる。また、入力手段としては、使用者が表示手段上に触れるタッチ操作を受け付けるタッチパネル式の装置として実現することもできるし、表示手段とは別に設けられたスイッチ等の操作部に対する操作を受け付けることができる装置として入力手段を実現することも可能である。
　この態様において、前記表示手段には、前記複数の位置として、左右のいずれか一方の車輪に関する位置が表示されており、前記設定制御手段は、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合、その操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の設定位置として左右の車輪のそれぞれに対して前記仮想キングピン軸設定手段に設定させてもよい。この場合には、片側の車輪に関する所定操作を行うことにより、左右の車輪に関する仮想キングピン軸の設定位置を設定することができるので、左右の車輪に対して同様の操作を使用者に強いる場合に比べて操作の煩わしさを緩和できる。
　本発明のステアリング装置の一態様において、前記前アーム及び前記後アームのそれぞれは、一端部が前記車輪取付部に対して前記車両の前後方向に離された一対の車輪側連結点にて回転自在に連結され、他端部が前記車体に対して前記前後方向に離された一対の車体側連結点にて回転自在に連結されており、前記複数のリンクは中間連結点にて回転自在に互いに連結されてもよい。この態様によれば、前アーム及び後アームのそれぞれを単一のリンクにて構成した場合と比較して、車体側連結点と車輪側連結点間の距離をより大きな範囲で調整することが可能となる。これにより、従来よりも大きな舵角を車輪に与えることができる。
　この態様においては、アーム駆動手段が、車体側連結点、中間連結点及び車輪側連結点の総数と同数の連結点のそれぞれに対応付けて配置されたリンク駆動装置を有し、各リンク駆動装置が対応する連結点の回りにリンクを回転駆動してそのリンクの角度を規定することもできる。このリンク駆動手段としてはサーボモータを利用することも可能である。また、全ての連結点にリンク駆動装置を設けなくても、数個の連結点の回りのリンクの角度を規定することによって、リンク駆動装置が設けられていない連結点の位置を一義的に定めることができる。
　例えば、前記アーム駆動手段は、各アーム機構における前記車体側連結点、前記中間連結点及び前記車輪側連結点の総数から３を減算した個数の連結点のそれぞれに対応付けて配置されたリンク駆動装置を有し、各リンク駆動装置は、対応する連結点の回りに前記リンクを回転駆動して該リンクの角度を規定してもよい。本発明においては、前アーム及び後アームのそれぞれが最低でも２本のリンクを含んでいるため、各アーム機構では、一対の車体側連結点、一対の車輪側連結点及び一対の中間連結点を合計した６個の連結点を有するリンク機構として構成される。車輪側連結点間は１本のリンクとみなすことができ、かつ、車体側連結点間は車体に固定された１本のリンクとみなすことができるので、連結点の総数から３を除外した個数の連結点の回りにリンクの角度を規定すれば、残る３個の連結点の位置も一義的に定まる。すなわち、リンク駆動装置にてリンクの角度を規定すれば、他の３個の連結点の回りのリンクの角度も一義的に定まるので、それらの連結点の位置を能動的に制御する必要はない。これにより、アーム機構を操作するために必要なリンク駆動装置の個数を必要最小限とし、装置の小型化、制御の容易化を図ることができる。
　本発明の設定装置は、車輪の舵角の中心となる仮想キングピン軸の設定位置を変更できる車両のステアリング装置に適用される設定装置であって、前記仮想キングピン軸の設定位置として設定可能な複数の位置を視覚的に表示する表示手段と、前記複数の位置のうちのいずれか一つを選択的に指示する指示手段を前記表示手段上で移動可能に表示させる表示制御手段と、前記複数の位置のいずれか一つと前記指示手段の指示位置とを関連付ける使用者による所定操作を受け付ける入力手段と、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合にその操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として前記ステアリング装置に設定させるための設定指示信号を出力する設定制御手段と、を備えるものである。
　この設定装置によれば、仮想キングピン軸の位置の変更又は設定を使用者による視覚的な操作によって行うことができる。このため、使用者による操作が直感的なものとなるので、仮想キングピン軸の位置設定が容易になる利点がある。この設定装置としては、車両に搭載される車載装置として実現することもできるし、車両とは別に設けられたパーソナルコンピュータや、車両のステアリング装置に対して遠隔操作可能な遠隔装置等の車載装置とは区別される設定装置として実現することも可能である。入力手段としては、使用者が表示手段上に触れるタッチ操作を受け付けるタッチパネル式の装置として実現することもできるし、表示手段とは別に設けられたスイッチ等の操作部に対する操作を受け付けることができる装置として実現することも可能である。
　本発明の設定装置の一態様において、前記表示手段には、前記複数の位置として、左右のいずれか一方の車輪に関する位置が表示されており、前記設定制御手段は、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合、その操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として左右の車輪のそれぞれに対して前記ステアリング装置に設定させるための信号を前記設定指示信号として出力してもよい。この場合には、使用者が片側の車輪に関して所定操作を行うことにより、左右の車輪に関する仮想キングピン軸の設定位置をステアリング装置に設定させることができるので、左右の車輪に対して同様の操作を使用者に強いる場合に比べて操作の煩わしさを緩和できる。
本発明の一形態に係るステアリング装置の車両直進時における状態を示す図。 仮想キングピン軸を前輪の前後端にそれぞれ設定して左旋回する様子を示す図。 旋回内輪の仮想キングピン軸を前輪中央に、旋回外輪の仮想キングピン軸を前輪前端にそれぞれ設定して左旋回する様子を示す図。 第１の形態に係るステアリング装置の制御系の概略構成を示すブロック図。 図４の情報入力装置の外観を示した図。 図４の操舵コントローラが実行するステアリング制御ルーチンを示すフローチャート。 仮想キングピン軸位置設定ルーチンの一例を示したフローチャート。 トレッド設定ルーチンの一例を示すフローチャート。 トー角設定ルーチンの一例を示すフローチャート。 第２の形態に係るステアリング装置の制御系の概略構成を示したブロック図。 第２の形態に係る変更禁止解除ルーチンの一例を示したフローチャート。 第３の形態に係る変更禁止解除ルーチンの一例を示したフローチャート。 図１のステアリング装置を具体化した一例を示す図。 仮想キングピン軸の位置が前輪の接地面の中央に設定された場合における各サーボモータの駆動量と舵角との対応関係を示した図。 仮想キングピン軸の位置が前輪の前後端に設定された場合における各サーボモータの駆動量と舵角との対応関係を示した図。
（第１の形態）
　図１は本発明の一形態に係るステアリング装置の車両直進時における状態を示している。なお、添付図面では、各構成要素を示す参照符号に添え字Ｌ、Ｒを付して左右を区別するが、以下の説明において特に左右を区別する必要がない場合には添え字を省略することがある。図１のステアリング装置１は、乗用車の左右の前輪２Ｌ、２Ｒを操向するためのものである。車輪としての前輪２Ｌ、２Ｒはそれぞれ車輪取付部３Ｌ、３Ｒに取り付けられている。車輪取付部３Ｌ、３Ｒは、前輪２Ｌ、２Ｒの回転中心となるスピンドル４Ｌ、４Ｒを含んだアッセンブリ部品として構成される。あるいは、車輪取付部３はインホイールモータであってもよく、その場合にはインホイールモータの出力軸がスピンドル４を構成する。
　ステアリング装置１は、左右の車輪取付部３にそれぞれ対応して設けられた左右のアーム機構５Ｌ、５Ｒを備えている。アーム機構５Ｌ、５Ｒは車両の前後方向中心線ＣＬを挟んで対称的に構成されている。左側のアーム機構５Ｌは、車両の前後方向（図１において上下方向）に並べられた一対の前アーム７Ｌ及び後アーム８Ｌを有している。前アーム７Ｌは２本の内側リンク１０Ｌ及び外側リンク１１Ｌのそれぞれの一端を中間連結点Ｍｆにて互いに回転自在に連結した構成を有し、後アーム８Ｌは２本の内側リンク１２Ｌ及び外側リンク１３Ｌのそれぞれの一端を中間連結点Ｍｒにて互いに回転自在に連結した構成を有している。内側リンク１０Ｌ、１２Ｌの他端は、車体の一部であるアーム取付部１４に対して前後方向に離された一対の車体側連結点Ｂｆ、Ｂｒにて回転自在に連結されている。外側リンク１１Ｌ、１３Ｌの他端は、車輪取付部３Ｌに対して前後方向に離された一対の車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒにて回転自在に連結されている。つまり、前アーム７Ｌ及び後アーム８Ｌのそれぞれは、車体側連結点Ｂｆ、Ｂｒから中間連結点Ｍｆ、Ｍｒを経由して車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒまで複数のリンク１０Ｌ、１１Ｌ、又は１２Ｌ、１３Ｌを直列に連結した構成を有している。前アーム７Ｌと後アーム８Ｌとは車軸中心線ＡＸに対して前後対称に構成されている。車軸中心線ＡＸは、前輪２Ｌ、２Ｒが直進状態にあるときのスピンドル４Ｌ、４Ｒを結ぶ車幅方向の直線である。
　同様に、右側のアーム機構５Ｒは、車両の前後方向に並べられた一対の前アーム７Ｒ及び後アーム８Ｒを有している。前アーム７Ｒは２本の内側リンク１０Ｒ及び外側リンク１１Ｒのそれぞれの一端を中間連結点Ｍｆにて互いに回転自在に連結した構成を有し、後アーム８Ｒは２本の内側リンク１２Ｒ及び外側リンク１３Ｒのそれぞれの一端を中間連結点Ｍｒにて互いに回転自在に連結した構成を有している。内側リンク１０Ｒ、１２Ｒの他端は、車体の一部であるアーム取付部１４に対して前後方向に離された一対の車体側連結点Ｂｆ、Ｂｒにて回転自在に連結されている。外側リンク１１Ｒ、１３Ｒの他端は、車輪取付部３Ｒに対して前後方向に離された一対の車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒにて回転自在に連結されている。つまり、前アーム７Ｒ及び後アーム８Ｒのそれぞれは、車体側連結点Ｂｆ、Ｂｒから中間連結点Ｍｆ、Ｍｒを経由して車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒまで複数のリンク１０Ｒ、１１Ｒ、又は１２Ｒ、１３Ｒを直列に連結した構成を有している。前アーム７Ｒと後アーム８Ｒとは車軸中心線ＡＸに対して前後対称に構成されている。
　以上から明らかなように、各アーム機構５は、６本のリンク要素、つまり車輪取付部３３、リンク１０～１３及びアーム取付部１４を６個の連結点Ｂｆ、Ｍｆ、Ｗｆ、Ｗｒ、Ｍｒ、Ｂｒで相互に回転自在に連結した６節リンク機構として構成されている。ステアリング装置１には、アーム機構５Ｌ、５Ｒを互いに独立して駆動するアーム駆動手段として、アーム駆動装置２０が設けられている。アーム駆動装置２０は、リンク１０、１２、１３を回転駆動してそれらの角度を規定するリンク駆動装置として、第１サーボモータ２１、第２サーボモータ２２、及び第３サーボモータ２３をアーム機構５毎に備えている。第１サーボモータ２１はアーム取付部１４に対して内側リンク１０を連結点Ｂｆの回りに回転駆動し、第２サーボモータ２２はアーム取付部１４に対して内側リンク１２を連結点Ｂｒの回りに回転駆動する。そして、第３サーボモータ２３は、後アーム８の内側リンク１２に対して外側リンク１３を連結点Ｍｒの回りに回転駆動する。これらのサーボモータ２１～２３にてリンク１０、１２、１３の角度を一義的に規定することにより、５つの連結点Ｂｆ、Ｂｒ、Ｍｆ、Ｍｒ、Ｗｒの位置が一義的に定まり、その結果、残る１つの連結点Ｗｆの位置も一義的に定まる。つまり、各アーム機構５においては、サーボモータ２１～２３にてリンク１０、１２、１３の角度を調整することにより、前輪２の仮想キングピン軸の位置及び前後方向中心線ＣＬに対する車輪取付部３の傾き（前輪２の舵角）を一義的に定めることができる。
　サーボモータ２１～２３により各アーム機構５のリンク１０～１３を最大限に折り畳んだ状態において、前輪２Ｌ、２Ｒは直進方向に向けられる。この直進状態においてアーム機構５Ｌ、５Ｒのアーム１０～１３は左右対称であり、各アーム機構５において車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒは前後方向に一直線に並んでいる。車両の前後方向中心線ＣＬから前輪２Ｌ、２Ｒの中心線ＡＬ、ＡＲまでの距離は互いに等しい。
　図２は左旋回時におけるステアリング装置１の状態の一例を示している。この例において、左前輪２Ｌは、その後端かつ中心線ＡＬ上に設定された仮想キングピン軸ＫｐＬを中心として操舵され、右前輪２Ｒは、その前端かつ中心線ＡＲ上に設定された仮想キングピン軸ＫｐＲを中心として操舵されている。図１の直進状態から図２の状態へと操舵するときのサーボモータ２１～２３の動作は以下の通りである。まず、左側のアーム機構５Ｌに関して、第１サーボモータ２１Ｌはリンク１０Ｌを連結点Ｂｆの回りに反時計方向に回転させるように駆動され、第２サーボモータ２２Ｌはリンク１２Ｌを連結点Ｂｒの回りに時計方向に回転させるように駆動され、第３サーボモータ２３Ｌは前アーム７Ｌの長さ（連結点Ｂｆ、Ｗｆ間の距離）が略最大となる程度までリンク１３Ｌを反時計方向に回転させるように駆動される。一方、右側のアーム機構５Ｒに関して、第１サーボモータ２１Ｒはリンク１０Ｒを連結点Ｂｆの回りに反時計方向に回転させるように駆動され、第２サーボモータ２２Ｒはリンク１２Ｒを連結点Ｂｒの回りに時計方向に回転させるように駆動され、第３サーボモータ２３Ｒは後アーム８Ｒの長さ（連結点Ｂｒ、Ｗｒ間の距離）が略最大となる程度までリンク１３Ｒを時計方向に回転させるように駆動される。
　図２は前輪２の操舵の一例であって、本形態のステアリング装置１によれば、各アーム機構５のサーボモータ２１～２３を適宜に駆動することにより、仮想キングピン軸Ｋｐを前輪２の前後端のみならず任意の位置に設定することができる。例えば、図３に示したように、旋回内輪となる左前輪２Ｌはその接地面の中央に仮想キングピン軸ＫｐＬを設定してその回りに前輪２Ｌを操舵し、その一方で旋回外輪となる右前輪２Ｒは図２と同様の位置に仮想キングピン軸ＫｐＲを設定してその回りに前輪２Ｒを操舵することも可能である。よって、本形態のステアリング装置１によれば、車両の積載状況、前後重量配分、車速、路面状況等に応じた最適な位置に仮想キングピン軸Ｋｐを設定することができる。仮想キングピン軸Ｋｐの設定としては、例えば、大舵角が必要な場合には図２に例示したように仮想キングピン軸Ｋｐを設定することが考えられる。あるいは、駐車場での据え切り時のように前輪２の操舵トルクが大きくなる状況では、図３の左前輪２Ｌのように、前輪２の接地面のほぼ中央に仮想キングピン軸Ｋｐを設定することにより操舵トルクを最小限に抑えることができる。
　しかも、図３の例から明らかなように、本形態では左右のアーム機構５Ｌ、５Ｒを互いに独立して駆動することができるので、アッカーマン率を調整することもできる。アッカーマン率とは、旋回時の左右の舵角の割合である。あるいは、本形態のステアリング装置１を前後輪に適用することにより、四輪操舵機能を容易に実現することができる。
　さらに、本形態のステアリング装置１においては、前輪２Ｌ、２Ｒ間のトレッドも変更することができる。すなわち、車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒが互いに等しく車軸中心線ＡＸの方向に変位するようにサーボモータ２１～２３を駆動すれば、前輪２の舵角を変化させることなく、トレッドを図１中の想像線で示すように拡大し、あるいは拡大されたトレッドを再び縮小することができる。これにより、例えば、一般道路や市街地ではトレッドを小さく設定し、高速道度ではトレッドを拡大して車両の安定性を向上させるといった、走行状況に応じたトレッドの変化を実現することができる。また、ステアリング装置１においては、車両を直進させる中立位置において規定される前輪２Ｌ、２Ｒのトー角を変更することもできる。図１に示した状態はトー角が０の状態であるが、車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒが前後方向中心線ＣＬに対して左右対称に傾くようにサーボモータ２１～２３を駆動することにより、トー角をトーイン又はトーアウトの状態に変更することができる。直進走行中にトー角をトーイン側に大きくすることにより、車速を減速させるブレーキ装置としてステアリング装置１を機能させることもできる。
　なお、各リンク１０～１３の連結点Ｂｆ、Ｂｒ、Ｍｆ、Ｍｒ、Ｗｆ、Ｗｒにおいては、アーム７、８が車両の上下方向の軸線を中心として回転できるように連結構造を定めればよい。但し、ブッシュ、球面軸受等を介して連結することにより、車輪取付部３又はアーム取付部１４に対してアーム７、８が水平方向の軸線の周りにも幾らか回転できるようにしてもよい。車輪取付部３又はアーム取付部１４に対してアーム７、８を上下方向に変位可能とすることにより、車体に対する前輪２Ｌ、２Ｒの上下動を許容してもよい。この場合、車体とアーム７、８との間にばね及び減衰装置を設けることにより、アーム機構５をサスペンションとして機能させてもよい。但し、前輪２をステアリング装置１とは別に設けたサスペンション機構にて支持し、ステアリング装置１は前輪２の操舵駆動のみを担当するようにしてもよい。
　次に、車両に搭載される操舵部材としてのステアリングホイールＳＨ（図５参照）の操作に連係して各アーム７、８を動作させるためにステアリング装置１に設けられる制御系について説明する。図４はその制御系のブロック図である。ステアリング装置１の制御系は、ステアリングホイールＳＨの操作に連係してサーボモータ２１～２３の動作を制御する舵角制御手段として、ステアリングコントローラ（以下、コントローラと略称する。）３０を備えている。コントローラ３０はコンピュータユニットとして構成されている。コントローラ３０には、その制御対象として、上述した左右のサーボモータ２１～２３が接続されている。コントローラ３０には、サーボモータ２１～２３の制御において参照すべき各種の状態を検出するための状態検出装置３１が接続されている。状態検出装置３１は、ステアリングホイールＳＨの中立位置（直進時の位置）からの操作角度（操舵操作量）及びその操作速度のそれぞれを検出できる操舵角センサ３２を含む。なお、ここでいう操舵操作量は、ステアリングホイールＳＨの中立位置からの操作方向を識別可能な情報を含む。その他に、車速センサ３３、ヨーレートセンサ３４といった車両の運動状態を示すパラメータ（以下、車両運動パラメータと呼ぶ。）を検出する各種のセンサを状態検出装置３１に含めてよい。参照されるべき車両運動パラメータとしては、車速、ヨーレートの他にも、車体スリップ角、横Ｇ等を適宜に選択してよい。さらに、車両の前後輪軸荷重を検出するセンサ、あるいは路面状態を検出するセンサが状態検出装置３１に設けられてもよい。
　また、コントローラ３０には、仮想キングピン軸の位置、トレッド、及びトー角を外部入力によって設定及びその変更ができるようにするため、情報入力装置３５が接続されている。図５は情報入力装置３５の外観を示した図である。情報入力装置３５は車両のダッシュボード４０に搭載された車載装置４１に組み込まれている。車載装置４１はナビゲーションシステムやオーディオシステム等の各種システムを含む周知の装置である。車載装置４１には、各種システムで利用される情報を使用者に報知するために表示する表示手段としての液晶ディスプレイ４２が運転者Ｐ１及び同乗者Ｐ２等の使用者に視認可能な状態で設けられている。周知のように、液晶ディスプレイ４２の表示内容は車載装置４１が実行するシステム毎に適宜切り替えられる。
　図５のＡ部は、情報入力装置３５が車載装置４１上で機能している場合の液晶ディスプレイ４２の表示内容の一例を示している。液晶ディスプレイ４２には、右側の前輪及び前後アームを含む周辺構造を描写した画像４６が表示されており、その画像４６には、設定可能な仮想キングピン軸の位置を指示する指示手段としてのポインタ４７が重ねて表示されている。液晶ディスプレイ４２の画面４２ａにはタッチパネル式の入力手段が設けられており、使用者が液晶ディスプレイ４２の画面４２ａをなぞることにより、ポインタ４７が画面４２ａ上を移動する。ポインタ４７の移動制御は図４に示した情報入力装置３５に設けられた表示制御手段としての表示制御部３６にて行われ、その表示制御部３６は入力手段の情報に基づいてポインタ４７の表示を制御する。
　ポインタ４７が仮想キングピン軸の設定可能な位置に移動すると、図５のＡ部に示すようにその位置が反転表示されて、ポインタ４７の指示位置が強調される。その反転表示され得る位置としては、仮想キングピン軸の設定可能な複数の位置に対応して複数個存在する。設定候補である一つの指示位置が反転表示された状態で使用者が画面４２ａ上を軽く叩く（タップする）と、その位置が仮想キングピン軸の設定位置として確定する。その確定情報は、情報入力装置３５に設けられた設定制御手段としての出力部３７へ一旦保持され、その保持された確定情報は出力部３７にて種々の処理を施されてから設定指示信号ＳＧ１として出力される。その設定指示信号ＳＧ１は図４のコントローラ３０に入力される。
　使用者が液晶ディスプレイ４２の画面４２ａ上をなぞってからタップを行うまでの一連の操作によって、仮想キングピン軸の位置設定可能な複数の位置のいずれか一つとポインタ４７が指示した指示位置とが関連付けられる。従って、使用者によるこの一連の操作が本発明に係る所定操作に相当する。このように、本形態の情報入力装置３５によって、仮想キングピン軸の位置の変更又は設定を使用者による視覚的な操作によって行うことができるため、使用者による操作が直感的なものとなるので、仮想キングピン軸の位置設定が容易になる。
　コントローラ３０は設定指示信号ＳＧ１が入力されると、その設定指示信号ＳＧ１に応じた位置に仮想キングピン軸の位置が設定されるように後述の設定処理を実行する。このように、情報入力装置３５は設定指示信号ＳＧ１を利用して仮想キングピン軸の設定位置の変更をコントローラ３０に指示し、その設定指示信号ＳＧ１に基づいてコントローラ３０が仮想キングピン軸の位置を変更することができるため、情報入力装置３５は本発明に係る変更指示手段としても機能する。なお、この設定処理においては、右側の設定位置が指示されると、反対側の左側の設定位置も同時に設定されるようになっている。つまり、出力部３７が出力する設定指示信号ＳＧ１は、左右のうちの一方の設定情報で、左右両方の仮想キングピン軸の位置をコントローラ３０に設定させることができる機能を持つ。これにより、左右のそれぞれに対する同様の操作を使用者に強いることがないので操作の煩わしさが緩和される。
　情報入力装置３５は、トレッドやトー角等のジオメトリの設定及びその変更についても、上記と同様に液晶ディスプレイ４２の画面４２ａに対する操作により、トレッド及びトー角の設定指示をコントローラ３０に送ることができるように構成されている。図５のＡ部に示したように、画面４２ａにはトレッド及びトー角の各設定値が予め規定された複数のモードに対応する複数のボタン画像４８が表示されている。画面４２ａ上のポインタ４７を移動させつつこれらボタン画像４８のいずれか一つに重ねた状態で画面４２ａをタップすることにより設定すべきモードが確定する。情報入力装置３５に予め用意される複数のモードとしては、トレッドを標準値に設定する標準トレッドモード、トレッドを標準値よりも大きな値に設定する大トレッドモード、トレッドを標準値よりも小さな値に設定する小トレッドモード、トー角を０に設定するトー角０モード、トーイン値を小さな値に設定する小トーインモード、トーイン値を大きな値に設定する大トーインモード等が存在する。また、詳しい説明を省略するが、情報入力装置３５はモード選択の他にもトレッド及びトー角について具体的数値の入力も画面４２ａ上で行うことができる。上述した使用者の操作によりこれらのモードのなかから設定すべきモードが確定すると、その確定情報は出力部３７へ一旦保持される。その保持された確定情報は出力部３７にて種々の処理を施されてから設定指示信号ＳＧ２１、ＳＧ２２として出力されて、コントローラ３０に入力される。設定指示信号ＳＧ２１は選択されたモードに対応するトレッドの情報を含んでおり、設定指示信号ＳＧ２２は選択されたモードに対応するトー角の情報を含んでいる。
　なお、本形態では、情報入力装置３５を車載装置４１に組み込んで実施しているが、情報入力装置３５と同様の機能を、車載装置４１とは区別されるパーソナルコンピュータや遠隔操作可能な遠隔装置等の外部入力装置として実現することも可能である。このように実施した場合においては情報入力装置３５が本発明の設定装置として機能する。また、入力手段はタッチパネル式のものに限らず、液晶ディスプレイ４２等の表示手段とは別に設けられたキーボードやボタン等の操作部に対する操作を受け付ける入力装置や音声入力の可能な入力装置として入力手段を実現することも可能である。
　図６は、前輪２を操舵するためにコントローラ３０が実行するステアリング制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンでは、まずステップＳ１１で操舵角センサ３２からの出力信号に基づいてステアリングホイールＳＨが操作されたか否かが判別される。操舵操作がなければ処理を保留し、操舵操作があれば次のステップＳ１２へと処理が進められる。ステップＳ１２では、後述する仮想キングピン軸位置設定ルーチンにて設定された仮想キングピン軸の位置が読み込まれる。次のステップＳ１３では、後述するトレッド設定ルーチン及びトー角設定ルーチンのそれぞれで設定されたトレッド及びトー角の少なくとも一つを含んだジオメトリ情報が読み込まれる。
　ステップＳ１２及びステップＳ１３にて、仮想キングピン軸の位置及びジオメトリ情報が読み込まれた後は、ステップＳ１４でステアリングホイールＳＨの操舵操作量が検出され、続くステップＳ１５で、操舵操作量、仮想キングピン軸の位置及びジオメトリ情報に応じた前輪２Ｌ、２Ｒのそれぞれの舵角が演算される。
　操舵操作量と舵角との相関関係としては操舵操作量の増加に対して舵角が増加する関係が設定されていて、ステップＳ１５においてはその相関関係が維持される範囲内で舵角が演算される。この相関関係には互いに異なる複数の態様が含まれており、各態様は仮想キングピン軸の設定位置毎に対応付けられている。そのため、仮想キングピン軸の設定位置が変更された場合には、その変更前後で操舵操作量の増加に対する舵角の増加の程度が変化する。
　具体的には、仮想キングピン軸の位置毎に最適な操舵フィーリングが得られる操舵操作量と舵角とを予めコンピュータシュミュレーションや実験等で特定し、それらの特定された値の対応関係をテーブルデータとして仮想キングピン軸の設定位置毎に作成し、それら一群のテーブルデータをコントローラ３０のＲＯＭに記憶しておく。そして、コントローラ３０がステップＳ１２で読み出した仮想キングピン軸の設定位置に対応したテーブルデータを読み出し、そのテーブルデータに基づいて舵角を演算することにより、仮想キングピン軸の設定位置毎に異なった態様の相関関係を実現している。
　このように仮想キングピン軸の設定位置毎に互いに異なる相関関係を対応付けているのは次の理由による。即ち、仮想キングピン軸の位置が変わることによって同一の舵角に対して発生する車両の横力の大きさが変化するので、操舵操作量と舵角との相関関係を一つに固定すると仮想キングピン軸の設定位置の変更前後で操舵フィーリングの変化が大きくなるためである。従って、本形態によれば、仮想キングピン軸の位置が変わっても操舵フィーリングの変化が抑制されるため、操舵フィーリングの安定性が向上する。
　上記の相関関係に含まれる各態様は、操舵操作量の増加に対して舵角が比例して増加する区間を含んでいる。そのため、その区間においてステアリングホイールＳＨの操作と車両の挙動とが自然に対応するので操舵フィーリングが良好になる。また、操舵開始時に唐突な挙動の発生を防止するため、ステアリングホイールＳＨの切り始めの区間（中立位置に近い区間）は、操舵操作量と舵角とが比例しない非線形的に設定されていてその区間は上記の比例区間に連続的に繋がっている。
　ステップＳ１６では、ステップＳ１２で読み出された仮想キングピン軸の設定位置でステップＳ１５で演算された舵角が得られるようにサーボモータ２１～２３のそれぞれの駆動量が決定され、その決定された駆動量に従って、ステップＳ１７でサーボモータ２１～２３が駆動される。この後、ステップＳ１１へと処理が戻され、以下同様の手順が繰り返される。コントローラ３０は図６のルーチンを実行することにより本発明に係る舵角制御手段として機能する。なお、トレッド及びトー角が初期値から変更されている場合には演算された舵角を実現できるように各サーボモータの駆動量が補正され、これによりトレッド及びトー角の設定変更が反映される。
　図７は、仮想キングピン軸位置設定ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンでは、まずステップＳ２１で情報入力手段３５からの操作指示信号ＳＧ１が入力されたか否かが判定される。操作指示信号ＳＧ１の入力がなければ処理を保留し、その入力があれば次のステップＳ２２へ処理が進められる。ステップＳ２２では舵角が与えられた操舵中か否かが判定される。この判定は、操舵角センサ３２からの信号を参照してその値が０であるか否か、つまりステアリングホイールＳＨが中立位置か否かにより実現できる。操舵中である場合は処理がステップＳ２３に、操舵中でない場合は処理がステップＳ２４にそれぞれ進められる。
　ステップＳ２３では、仮想キングピン軸の位置の設定変更を禁止するために設けられた変更禁止フラグＦ１をセットする。変更禁止フラグＦ１はコントローラ３０のＲＡＭ等の記憶領域に割り当てられた変数であり、このフラグＦ１がセットされた場合は設定変更の禁止を意味し、このフラグＦ１がクリアされた場合はその禁止の解除、即ち設定変更の許可を意味する。ステップＳ２４では、変更禁止フラグＦ１がクリアされる。
　続くステップＳ２５では、変更禁止フラグＦ１がセットされているか否かが判定される。変更禁止フラグＦ１がセットされている場合は、仮想キングピン軸の位置の変更が行われることなく処理がステップＳ２１に戻される。変更禁止フラグＦ１がセットされていない場合は、変更禁止が許可されたことになるので、処理がステップＳ２６に進められて、操作指示信号ＳＧ１の指示内容に応じた位置に仮想キングピン軸の位置が設定される。なお、ステップＳ２６においては、上述したように左右の両前輪に関して位置設定される。この後、ステップＳ２１へ処理が戻されて、以下同様の手順が繰り返される。
　このルーチンにおいては、操舵中における仮想キングピン軸の位置変更が変更禁止フラグＦ１がセットされることによって禁止され、その禁止は操舵中から中立位置への復帰に応答して解除される。そして、その解除とともにステップＳ２６において設定位置が変更される。従って、Ｓ字コーナー等のように変曲点を持つ連続コーナーにおいて前半のコーナーと後半のコーナーとの間で異なる仮想キングピン軸の位置で操舵できる。こうした連続コーナーにおいて、前半のコーナーをクリアした際に横Ｇが残っていても、後半のコーナーに向けて反対方向に強引に操舵する場合があるが、このような場合に仮想キングピン軸の設定位置を後半のコーナーに適した位置に変更できるため有効である。コントローラ３０は、図７のルーチンとともに図６のルーチンを実行することにより本発明に係る仮想キングピン軸設定手段として、図７のルーチンを実行することにより、本発明に係る変更禁止手段として、それぞれ機能する。
　図８は、トレッド設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンの基本的な構造は図７のルーチンと同様である。即ち、まずステップＳ３１で情報入力手段３５からの操作指示信号ＳＧ２１が入力されたか否かが判定される。操作指示信号ＳＧ２１の入力がなければ処理を保留し、その入力があれば次のステップＳ３２へ処理が進められる。ステップＳ３２では舵角が与えられた操舵中か否かが判定される。操舵中である場合は処理がステップＳ３３に、操舵中でない場合は処理がステップＳ３４にそれぞれ進められる。
　ステップＳ３３では、トレッドの設定変更を禁止するために設けられた変更禁止フラグＦ２１をセットする。変更禁止フラグＦ２１はコントローラ３０のＲＡＭ等の記憶領域に割り当てられた変数であり、このフラグＦ２１がセットされた場合は設定変更の禁止を意味し、このフラグＦ２１がクリアされた場合はその禁止の解除、即ち設定変更の許可を意味する。ステップＳ３４では、変更禁止フラグＦ２１がクリアされる。
　続くステップＳ３５では、変更禁止フラグＦ２１がセットされているか否かが判定される。変更禁止フラグＦ２１がセットされている場合は、トレッドの変更が行われることなく処理がステップＳ３１に戻される。変更禁止フラグＦ２１がセットされていない場合は、設定変更が許可されたことになるので、処理がステップＳ３６に進められて、操作指示信号ＳＧ２１の指示内容に応じたトレッドが設定される。この後、ステップＳ３１へ処理が戻されて、以下同様の手順が繰り返される。
　図９は、トー角設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンの基本的な構造は図７及び図８のルーチンと同様である。即ち、まずステップＳ４１で情報入力手段３５からの操作指示信号ＳＧ２２が入力されたか否かが判定される。操作指示信号ＳＧ２２の入力がなければ処理を保留し、その入力があれば次のステップＳ４２へ処理が進められる。ステップＳ４２では舵角が与えられた操舵中か否かが判定される。操舵中である場合は処理がステップＳ４３に、操舵中でない場合は処理がステップＳ４４にそれぞれ進められる。
　ステップＳ４３では、トー角の設定変更を禁止するために設けられた変更禁止フラグＦ２２をセットする。変更禁止フラグＦ２２はコントローラ３０のＲＡＭ等の記憶領域に割り当てられた変数であり、このフラグＦ２２がセットされた場合は設定変更の禁止を意味し、このフラグＦ２２がクリアされた場合はその禁止の解除、即ち設定変更の許可を意味する。ステップＳ４４では、変更禁止フラグＦ２２がクリアされる。
　続くステップＳ４５では、変更禁止フラグＦ２２がセットされているか否かが判定される。変更禁止フラグＦ２２がセットされている場合は、トー角の変更が行われることなく処理がステップＳ４１に戻される。変更禁止フラグＦ２２がセットされていない場合は、設定変更が許可されたことになるので、処理がステップＳ４６に進められて、操作指示信号ＳＧ２２の指示内容に応じたトレッドが設定される。この後、ステップＳ４１へ処理が戻されて、以下同様の手順が繰り返される。
　図８及び図９のルーチンによれば、トレッド及びトー角等のジオメトリの設定及び変更が操舵中に禁止される。換言すれば、ジオメトリの設定変更が車両が直進する中立位置の場合に許可される。そのため、操舵中にジオメトリが変化することによって車両に予想外の挙動が発生することを防止できる。コントローラ３０が図８及び図９のルーチンの少なくとも一方とともに図６のルーチンを実行することにより、本発明に係るジオメトリ設定手段として機能する。
（第２の形態）
　次に、本発明の第２の形態について説明する。この形態は、第１の形態で操舵中に禁止された仮想キングピン軸の位置、トレッド及びトー角の設定変更について、これらの禁止を強制的に解除できるようにした制御に特徴を有している。本形態において基本的な物理的構成は第１の形態と同様であり、また基本的な制御についても第１の形態と同一の制御を行うことを前提とする。従って、以下においては第１の形態との共通部分の説明を省略する。
　図１０は、第２の形態に係るステアリング装置の制御系の概略構成を示したブロック図である。図示するように、本形態のステアリング装置には設定変更の禁止を強制的に解除させるために操作される解除スイッチ５１～５３が設けられている。第１解除スイッチ５１は仮想キングピン軸の位置の設定変更禁止解除用のスイッチであり、第２解除スイッチ５２はトレッドの設定変更禁止解除用のスイッチであり、第３解除スイッチ５３はトー角の設定変更禁止解除用のスイッチである。各解除スイッチ５１～５３はいずれも押しボタン式で構成されており、各解除スイッチ５１～５３に対する押し込み操作により所定の強制解除信号ＳＧ３１、ＳＧ３２、ＳＧ３３がコントローラ３０に入力される。操舵中における操作性及び安全性を向上させるため各解除スイッチ５１～５３はステアリングホイールＳＨに取り付けられている。なお、これらの解除スイッチ５１～５３を情報入力装置３５に組み込むことによって、これらを液晶ディスプレイ４２の画面４２ａ上で操作可能とすることもできる。
　図１１は、仮想キングピン軸の位置変更禁止を強制的に解除するためにコントローラ３０が実行する変更禁止解除ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンでは、まずステップＳ５１で強制解除信号ＳＧ３１が入力されたか否かを判定する。即ち、仮想キングピン軸の位置の設定変更禁止解除用の第１解除スイッチ５１が押し込み操作されたか否かを判定する。強制解除信号ＳＧ３１が入力された場合には処理がステップＳ５２に進められ、強制解除信号ＳＧ３１が入力されない場合は処理がステップＳ５３に進められる。
　ステップＳ５２では、仮想キングピン軸の位置変更の禁止を管理する変更禁止フラグＦ１がクリアされる。これにより、仮想キングピン軸の位置変更が許可されるので、仮に操舵中であっても、図７のルーチンのステップＳ２５で否定的判定がなされるので、ステップＳ２６にて仮想キングピン軸の位置が設定される。なお、この設定時において設定される仮想キングピン軸の位置としては、強制解除信号ＳＧ３１の入力タイミング、変更前の仮想キングピン軸の位置、及び車速やヨーレート等の車両の運動パラメータに関連づけて予めコントローラ３０に記憶されている位置が選択される。
　以下同様に、ステップＳ５３で強制解除信号ＳＧ３２が入力されたと判定された場合はステップＳ５４に処理が進められて変更禁止フラグＦ２１がクリアされる。これにより、図８のステップＳ３５で否定的判定がなされて、ステップＳ３６でトレッドが設定される。また、ステップＳ５５で強制解除信号ＳＧ３３が入力されたと判定された場合はステップＳ５６に処理が進められて変更禁止フラグＦ２２がクリアされる。これにより、図９のステップＳ４５で否定的判定がなされて、ステップＳ４６でトー角が設定される。
　このように、本ルーチンによれば原則として操舵中に禁止される仮想キングピン軸の位置変更を例外的に行うことができる。コントローラ３０は、図１１のルーチンを実行することにより本発明に係る強制解除手段として機能する。一般に、スプーンコーナー等のように操舵方向が同じで操舵の切り増し又は戻しを要するコーナーにおいては、切り増し又は戻し時に敢えて仮想キングピン軸の設定位置を変更したい場合、あるいは操舵中に敢えて車両の挙動変化を起こした方がメリットがある場合もある。本形態によれば、こうしたニーズに応えることができるため、ステアリング装置の利便性を向上できる。また、Ｓ字コーナー等の連続コーナーにおいては、コーナー毎にトレッドやトー角などのジオメトリを変化させた方がコーナリング性能が向上する場合もある。例えば、旋回外輪が外側に出るように操舵中にトレッドを変更することにより、ロールが低減されて車輪の接地荷重も減るため、トレッドを一定に維持する場合に比べてコーナリングスピードが速くなることがある。本形態によればトレッドやトー角などのジオメトリを操舵中に変更できるので、こうした状況に適切に対応させることが期待できる。
　なお、本形態では、設定変更の禁止を解除する条件として、解除スイッチ５１～５３に対して操作されたことを設定しているが、こうした操作部材に対する操作に加え又はその代わりに予め決められた特定条件下で設定変更の禁止を解除できるようにすることもできる。また、特定の条件が成立した場合に使用者の意思とは無関係に上述した解除信号に相当するものを生成するようにプログラムされたルーチンをコントローラ３０に実行させて、設定変更の強制的な解除を行うこともできる。
（第３の形態）
　次に、本発明の第３の形態について説明する。この形態は、第２の形態に係る制御の改良に相当し、操舵中における各種の設定変更を安全に行うための制御について特徴を有している。第２の形態と同様に、本形態においても基本的な物理的構成は第１の形態と同様であり、また基本的な制御についても第１の形態と同一の制御を行うことを前提とする。従って、以下においては第１の形態との共通部分の説明を省略する。また、本形態に係る制御系については、第２の形態と同様であるので図１０が適宜参照される。
　図１２は、第３の形態に係る変更禁止解除ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンでは、まずステップＳ６１で車両運動パラメータを検出する。ここで検出するパラメータは、以後の処理で用いる車速Ｖ、ヨーレートＹｒ及びステアリングホイールＳＨの操作速度Ｓｖである。これらは、図１０に示した状態検出装置３１の各センサ３２～３４からの出力信号に基づいて検出される。
　続くステップＳ６２では、強制解除信号ＳＧ３１が入力されたか否かを判定する。強制解除信号ＳＧ３１が入力された場合は処理がステップＳ６３に進められ、強制解除信号ＳＧ３１が入力されていない場合は処理がステップＳ６７に進められる。ステップＳ６３では、仮想キングピン軸の位置変更許可条件の成否を判定する。この許可条件は車速Ｖ及びヨーレートＹｒが次の条件を満たした場合に成立する。即ち、その条件はＶ＜Ｋｋｐｖ及びＹｒ＜Ｋｋｐｙｒがともに成立する場合である。ここで、Ｋｋｐｖは仮想キングピン軸の位置変更許可基準速度である。この基準速度Ｋｋｐｖは操舵中に仮想キングピン軸の位置変更を行っても一定の安全性が確保され得る速度の上限値に相当する。また、Ｋｋｐｙｒは仮想キングピン軸の位置変更許可基準ヨーレートである。この基準ヨーレートＫｋｐｙｒは操舵中に仮想キングピン軸の位置変更を行っても一定の安全性が確保され得るヨーレートの上限値に相当する。位置変更許可条件が成立した場合は処理がステップＳ６４に進められ、位置変更許可条件が成立しない場合は仮想キングピン軸の位置変更の禁止を解除せずに処理がステップＳ６１に戻される。
　ステップＳ６４では、仮想キングピン軸の位置変更を遅らせるための変更遅延時間Ｔｋｐを設定する。この遅延時間Ｔｋｐは、次の式１にステップＳ６１で検出した操作速度Ｓｖを代入することにより設定される。
　　Ｔｋｐ＝Ａ・Ｓｖ　　……１
　ここで、Ａは緩和係数である。この緩和係数Ａは正の値であれば定数でも変数でもよい。式１から明らかなように、遅延時間ＴｋｐはステアリングホイールＳＨの操作速度Ｓｖが速いほど遅くなるように設定される。
　続くステップＳ６５では、ステップＳ６４で設定された遅延時間Ｔｋｐだけ処理を保留する遅延処理が実行される。そして、次のステップＳ６６において変更禁止フラグＦ１がクリアされる。これにより、第２の形態と同様に、図７のステップＳ２５で否定的判定がなされて、ステップＳ２６で仮想キングピン軸の位置が設定される。ここでの設定は、第２の形態と同様に、強制解除信号ＳＧ３１の入力タイミング、変更前の仮想キングピン軸の位置、及び車速やヨーレート等の車両の運動パラメータに関連づけて予めコントローラ３０に記憶されている位置が仮想キングピン軸の設定位置として選択される。
　ステップＳ６７では、強制解除信号ＳＧ３２が入力されたか否かを判定する。強制解除信号ＳＧ３２が入力された場合は処理がステップＳ６８に進められ、強制解除信号ＳＧ３２が入力されていない場合は処理がステップＳ７２に進められる。ステップＳ６８では、トレッドの変更許可条件の成否を判定する。この許可条件は車速Ｖ及びヨーレートＹｒが次の条件を満たした場合に成立する。即ち、その条件はＶ＜Ｋｔｒｄｖ及びＹｒ＜Ｋｔｒｄｙｒがともに成立する場合である。ここで、Ｋｔｒｄｖはトレッドの変更許可基準速度である。この基準速度Ｋｔｒｄｖは操舵中にトレッドの変更を行っても一定の安全性が確保され得る速度の上限値に相当する。また、Ｋｔｒｄｙｒはトレッドの変更許可基準ヨーレートである。この基準ヨーレートＫｔｒｄｙｒは操舵中にトレッドの変更を行っても一定の安全性が確保され得るヨーレートの上限値に相当する。トレッドの変更許可条件が成立した場合は処理がステップＳ６９に進められ、変更許可条件が成立しない場合はトレッドの変更の禁止を解除せずに処理がステップＳ６１に戻される。
　ステップＳ６９では、トレッドの変更を遅らせるための変更遅延時間Ｔｔｒｄを設定する。この遅延時間Ｔｔｒｄは、次の式２にステップＳ６１で検出した操作速度Ｓｖを代入することにより設定される。
　　Ｔｔｒｄ＝Ｂ・Ｓｖ　　……２
　ここで、Ｂは緩和係数である。この緩和係数Ｂは正の値であれば定数でも変数でもよい。式２から明らかなように、遅延時間ＴｔｒｄはステアリングホイールＳＨの操作速度Ｓｖが速いほど遅くなるように設定される。
　続くステップＳ７０では、ステップＳ６９で設定された遅延時間Ｔｔｒｄだけ処理を保留する遅延処理が実行される。そして、次のステップＳ７１において変更禁止フラグＦ２１がクリアされる。これにより、図８のステップＳ３５で否定的判定がなされて、ステップＳ３６でトレッドが設定される。
　ステップＳ７２では、強制解除信号ＳＧ３３が入力されたか否かを判定する。強制解除信号ＳＧ３３が入力された場合は処理がステップＳ７３に進められ、強制解除信号ＳＧ３３３が入力されていない場合は処理がステップＳ６１に戻される。ステップＳ７３では、トー角の変更許可条件の成否を判定する。この許可条件は車速Ｖ及びヨーレートＹｒが次の条件を満たした場合に成立する。即ち、その条件はＶ＜Ｋｔｉｏｖ及びＹｒ＜Ｋｔｉｏｙｒがともに成立する場合である。ここで、Ｋｔｉｏｖはトー角の変更許可基準速度である。この基準速度Ｋｔｉｏｖは操舵中にトー角の変更を行っても一定の安全性が確保され得る速度の上限値に相当する。また、Ｋｔｉｏｙｒはトー角の変更許可基準ヨーレートである。この基準ヨーレートＫｔｉｏｙｒは操舵中にトー角の変更を行っても一定の安全性が確保され得るヨーレートの上限値に相当する。トー角の変更許可条件が成立した場合は処理がステップＳ７４に進められ、変更許可条件が成立しない場合はトー角の変更の禁止を解除せずに処理がステップＳ６１に戻される。
　ステップＳ７４では、トー角の変更を遅らせるための変更遅延時間Ｔｔｉｏを設定する。この遅延時間Ｔｔｉｏは、次の式３にステップＳ６１で検出した操作速度Ｓｖを代入することにより設定される。
　　Ｔｔｉｏ＝Ｃ・Ｓｖ　　……３
　ここで、Ｃは緩和係数である。緩和係数Ｃは正の値であれば定数でも変数でもよい。式３から明らかなように、遅延時間ＴｔｉｏはステアリングホイールＳＨの操作速度Ｓｖが速いほど遅くなるように設定される。
　続くステップＳ７５では、ステップＳ７４で設定された遅延時間Ｔｔｉｏだけ処理を保留する遅延処理が実行される。そして、次のステップＳ７６において変更禁止フラグＦ２２がクリアされる。これにより、図９のステップＳ４５で否定的判定がなされて、ステップＳ４６でトー角が設定される。
　以上のルーチンによれば、強制解除信号ＳＧ３１～ＳＧ３３が入力されてもステップＳ６３、ステップＳ６８及びステップＳ７３のそれぞれで変更許可条件が成立した場合に限って設定変更の禁止が強制的に解除されるので、操舵中の設定変更時において一定の安全性を確保することができる。また、ステップＳ６５、ステップＳ７０及びステップＳ７５の遅延処理によって、強制解除信号ＳＧ３１～ＳＧ３３が入力されても直ちに変更禁止が解除されずにその解除が遅延される。その遅延時間はステアリングホイールＳＨに対する操作速度が速いほど長くなるので、操舵中に仮想キングピン軸の設定位置等を変更する際の車両の挙動変化を緩和でき安全性が向上する。コントローラ３０は、図１２のルーチンを実行することにより、本発明に係る変更遅延時間設定手段として機能する。
　上記の各形態では、リンク１０～１３をいずれも直線的に示しているが、実際のリンク１０～１３はそのような単純な形状に限らない。図１のステアリング装置１をより具体的に示した一例を図１３に示す。なお、図１３では左側のアーム機構５Ｌのみを示しており、右側のアーム機構５Ｒは対称的に構成される。図１３の例では、後アーム８Ｌのリンク１２ＬがＬ字状に曲がった部材として形成されている。この場合、車体側連結点Ｂｒと中間連結点Ｍｒとを結ぶ線分が図１のリンク１２Ｌに相当する。
　また、所要の舵角を実現するためのサーボモータ２１～２３の駆動量（作動角）はリンク１０～１３の形状及び寸法に応じて変化する。図１４及び図１５は図１３の例における各サーボモータ２１Ｌ～２３Ｌの駆動量と舵角との対応関係を示した図であり、図１４は仮想キングピン軸の位置が前輪２Ｌの接地面の中央に設定された場合を、図１５は仮想キングピン軸の位置が前輪２Ｌの前後端に設定された場合をそれぞれ示している。なお、仮想キングピン軸の位置が前輪２Ｌの前後端に設定されるというのは、右操舵で仮想キングピン軸の位置が前輪２Ｌの前端に、反対の左操舵で仮想キングピン軸の位置が前輪２Ｌの後端にそれぞれ設定されることを意味する（図２参照）。これらの図において、実線は第１サーボモータ２１Ｌの駆動量を、破線は第２サーボモータ２２Ｌの駆動量を、一点鎖線は第３サーボモータ２３Ｌの駆動量をそれぞれ示している。また、各サーボモータ２１Ｌ～２３Ｌの駆動量については時計回りを正とし、舵角は右方向を正としている。これらの図から明らかなように、仮想キングピン軸の位置によって同一の舵角を実現する各サーボモータ２１Ｌ～２３Ｌの駆動量はそれぞれ異なっている。また、仮想キングピン軸の位置がいずれの場合であっても、各サーボモータ２１Ｌ～２３Ｌは舵角を変化させる過程で非線形な作動をしていることが分かる。前輪２Ｌの前後端に仮想キングピン軸の位置を設定した場合には右操舵と左操舵との間でその設定位置が切り替わるため、舵角が０の中立位置を境界として各サーボモータ２１Ｌ～２３Ｌの作動が尖点を伴って変化している。
　本発明は上記各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、サーボモータ２１～２３の位置に関しては、車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒ及び他の一つの連結点にサーボモータ２１～２３をそれぞれ配置する等、６個の連結点のうち３つの連結点にそれぞれ対応付けられていればよい。前アーム７及び後アーム８のそれぞれは、３本以上のリンクを中間連結点にて互いに回転自在に連結した構成でもよい。リンク本数を増加させた場合でも、連結点の総数から３を減算した個数の連結点の回りにおけるリンク角度をリンク駆動装置にて規定すれば、残る３つの連結点の回りのリンクの角度が一義的に定まる。
　もっとも、残る３つの連結点の少なくとも一つにもリンク駆動装置を配置して、他の連結点のリンク駆動装置との間でリンク角度に矛盾が生じないように各リンク駆動装置の動作を制御してもよい。例えば、車体側連結点Ｂｆ、Ｂｒ、中間連結点Ｍｆ、Ｍｒ及び車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒの総数と同数の連結点のそれぞれに対応付けて配置されたリンク駆動装置を設け、各リンク駆動装置が対応する連結点の回りにリンクを回転駆動してそのリンクの角度を規定することもできる。リンク駆動装置はサーボモータを利用する例に限らず、リンクを連結点の回りに回転駆動してその角度を規定できるものであれば各種のアクチュエータ、駆動機構を適宜に利用してよい。また、いずれか一つのサーボモータの回転運動をギア機構等の運動伝達機構によって他の連結点に伝達して当該連結点の回りのリンクの角度を変化させるようなリンク駆動装置を設けてもよい。さらに、リンクの少なくとも一本を伸縮可能な直動型アクチュエータとしてもよい。
　本発明のステアリング装置を車両の上下方向に複数組設置し、各組でアーム機構を互いに独立して駆動できるようにしてもよい。この場合、各組の車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒの位置を互いに独立して設定することができるので、仮想キングピン軸を３次元的に操作してキャンバー角、キャスター角及びトー角を変化させることができる。その場合、各連結点については、球面軸受、ブッシュ等を利用してリンクを連結点の回りに３次元方向に相対回転可能に連結する必要がある。

Claims (14)

  1. 　互いに回転自在に連結された複数のリンクにて構成されかつ車両の前後方向に配置された前アーム及び後アームによって、車輪が取り付けられる車輪取付部と車体とを連結する左右のアーム機構と、前記車輪の舵角に対応する各リンクの角度が定まるように前記左右のアーム機構を互いに独立して駆動するアーム駆動手段と、前記舵角の中心となる仮想キングピン軸の設定位置を変更できる仮想キングピン軸設定手段と、前記仮想キングピン軸の前記設定位置で、操舵部材に対する操舵操作量に対応した前記舵角が得られるように前記アーム駆動手段を制御する舵角制御手段と、を備え、
    　前記舵角制御手段は、前記操舵操作量の増加に対して前記舵角が増加する相関関係が維持される範囲内で各リンクの角度が変化するように、前記アーム駆動手段を制御する、車両のステアリング装置。
  2. 　前記相関関係として、前記操舵操作量の増加に対して前記舵角が比例して増加する区間を含む関係が設定されている、請求項１に記載のステアリング装置。
  3. 　前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更前後で、前記操舵操作量の増加に対する前記舵角の増加の程度が変化するように、互いに異なる前記相関関係が前記設定位置毎に対応付けられている、請求項１又は２に記載のステアリング装置。
  4. 　前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更を前記仮想キングピン軸設定手段に指示する変更指示手段と、前記舵角が与えられた操舵中に、前記変更指示手段からの指示が行われた場合に前記仮想キングピン軸設定手段による前記設定位置の変更を禁止する変更禁止手段と、を更に備える請求項１～３のいずれか一項に記載のステアリング装置。
  5. 　前記変更禁止手段は、前記仮想キングピン軸設定手段に対する前記設定位置の変更の禁止を、前記操舵中から前記車両を直進させる前記操舵部材の中立位置へ復帰した場合に解除する、請求項４に記載のステアリング装置。
  6. 　前記変更禁止手段による前記設定位置の変更の禁止を前記操舵中に強制的に解除する強制解除手段を更に備える請求項４に記載のステアリング装置。
  7. 　前記舵角が与えられた操舵中に、前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更を遅らせる遅延時間を、前記操舵部材に対する操作速度が速いほど長くなるように設定する変更遅延時間設定手段を更に備える、請求項１～３のいずれか一項に記載のステアリング装置。
  8. 　トレッド及びトー角の少なくとも一つを、各リンクの角度を変化させることによって変更可能なジオメトリ設定手段と、前記舵角が与えられた操舵中に、前記ジオメトリ設定手段による前記トレッド及び前記トー角のそれぞれの変更を遅らせる遅延時間を、前記操舵部材に対する操作速度が速いほど長くなるように設定する変更遅延時間設定手段と、を更に備える、請求項７に記載のステアリング装置。
  9. 　前記車両の使用者が視認可能な状態で設けられ、前記仮想キングピン軸の設定位置として設定可能な複数の位置を視覚的に表示する表示手段と、前記複数の位置のうちのいずれか一つを選択的に指示する指示手段を前記表示手段上で移動可能に表示させる表示制御手段と、前記複数の位置のいずれか一つと前記指示手段の指示位置とを関連付ける使用者による所定操作を受け付ける入力手段と、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合にその操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として前記仮想キングピン軸設定手段に設定させる設定制御手段と、を更に備える、請求項１に記載のステアリング装置。
  10. 　前記表示手段には、前記複数の位置として、左右のいずれか一方の車輪に関する位置が表示されており、
    　前記設定制御手段は、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合、その操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の設定位置として左右の車輪のそれぞれに対して前記仮想キングピン軸設定手段に設定させる、請求項９に記載のステアリング装置。
  11. 　前記前アーム及び前記後アームのそれぞれは、一端部が前記車輪取付部に対して前記車両の前後方向に離された一対の車輪側連結点にて回転自在に連結され、他端部が前記車体に対して前記前後方向に離された一対の車体側連結点にて回転自在に連結されており、
    　前記複数のリンクは中間連結点にて回転自在に互いに連結されている請求項１～１０のいずれか一項に記載のステアリング装置。
  12. 　前記アーム駆動手段は、各アーム機構における前記車体側連結点、前記中間連結点及び前記車輪側連結点の総数から３を減算した個数の連結点のそれぞれに対応付けて配置されたリンク駆動装置を有し、各リンク駆動装置は、対応する連結点の回りに前記リンクを回転駆動して該リンクの角度を規定する、請求項１１に記載のステアリング装置。
  13. 　車輪の舵角の中心となる仮想キングピン軸の設定位置を変更できる車両のステアリング装置に適用される設定装置であって、
    　前記仮想キングピン軸の設定位置として設定可能な複数の位置を視覚的に表示する表示手段と、前記複数の位置のうちのいずれか一つを選択的に指示する指示手段を前記表示手段上で移動可能に表示させる表示制御手段と、前記複数の位置のいずれか一つと前記指示手段の指示位置とを関連付ける使用者による所定操作を受け付ける入力手段と、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合にその操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として前記ステアリング装置に設定させるための設定指示信号を出力する設定制御手段と、を備える車両のステアリング装置の設定装置。
  14. 　前記表示手段には、前記複数の位置として、左右のいずれか一方の車輪に関する位置が表示されており、
    　前記設定制御手段は、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合、その操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として左右の車輪のそれぞれに対して前記ステアリング装置に設定させるための信号を前記設定指示信号として出力する、請求項１３に記載の設定装置。
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