WO2019065780A1

WO2019065780A1 - ステアリングシステム

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Publication number: WO2019065780A1
Application number: PCT/JP2018/035797
Authority: WO
Inventors: 教雄石原; 佑介大畑; 大場　浩量
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2019059364A; JP6990079B2

Abstract

操舵量指令により操舵される車両の向き対して車両の状態に応じてその補正を可能とし、車両の走行安定性を維持する。操舵指令装置(200)が出力する操舵の指令に従い車両(101)の車輪を転舵させる第１のステアリング装置(140)の他に、第２のステアリング装置(150)を備える。第２のステアリング装置(150)は、タイヤハウジング内に設けられ電動モータ(27)の駆動により車輪(2)を転舵させる機構部(150a)、および前記電動モータ(27)を制御する制御部(150b)からなる。この制御部(150b)は、車両情報検出部(110)により検知される車両(101)の状態を表す車両情報に基づいて、前記電動モータ(27)を制御する。

Description

ステアリングシステム

関連出願

　本出願は、２０１７年９月２７日出願の特願２０１７－１８５８６９の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　この発明は、車両に設けられるステアリングシステムに関するものであり、特に、運転者や操舵支援装置等の操作により車輪を転舵させるステアリング装置の他に、補助転舵用のステアリング装置を備えるステアリングシステムに関する。

　自動車に代表される車両においては、ハンドルとステアリング装置とが機械的に接続され、ハンドルに対する回転操作により、ステアリング装置が車輪の転舵を行う。

特開２００９－２２６９７２号公報独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書特開２０１４－０６１７４４号公報特開２０１６－１４７５１３号公報

　しかしながら、ハンドルとステアリング装置とが機械的に接続されている車両においては、路面の凹凸などによる車輪からの逆入力により、ハンドルがとられ、車両がふらついてしまうという問題がある。またコーナリング時においては、運転者の習熟度や、路面等の環境条件のバラつきで、走行安定性やハンドル操作に対する追従性が低下するという問題がある。

　ハンドル操作によらずに、道路の方向や障害物等の車両周辺状況等をセンサ類により認識して操舵指令を自動生成する操舵指令装置を備えた自動または半自動運転の車両があるが、前記車輪からの逆入力があった場合に、前記の車両のふらつきを生じる恐れがあり、車両進行方向を大きく変更することを可能としたステアリング装置の制御だけでは、車両の走行安定性を維持することが難しい。

　この発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、操舵量指令により操舵される車両の向きに対して車両の状態に応じてその補正を可能とし、車両の走行安定性を維持することが可能であり、さらに前記補正を行うにつき、制御出力の異常監視機能を備え、装置の異常により却って走行安定性を低下させることを未然に防止できるステアリングシステムを提供することである。

　以下、本発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。

　この発明のステアリングシステム１００は、車両１０１が備えるステアリングシステムであって、
　操舵指令装置２００，２００Ａが出力する操舵量の指令に従い前記車両１０１を転舵させる第１のステアリング装置１４０と、
　前記車両１０１の左右のタイヤハウジング１０５内にそれぞれ設けられ電動モータ２７の駆動により補助転舵として車輪２を転舵させる左右の機構部１５０ａ，１５０ａ、およびこれら左右の機構部１５０ａ，１５０ａを制御する一つの補助転舵制御部１５０ｂを有する第２のステアリング装置１５０と、
　前記車両１０１の状態を表す車両情報を検出する車両情報検出部１１０とを備え、
　前記第２のステアリング装置１５０の前記補助転舵制御部１５０ｂは、
　前記車両情報および前記左右の機構部１５０ａ，１５０ａの転舵角の情報に基づき前記左右の機構部１５０ａ，１５０ａに行わせる補助転舵の指令を生成する旋回制御部１５１と、前記補助転舵の指令に従い前記左右の機構部１５０ａ，１５０ａの前記電動モータ２７，２７をそれぞれ制御する左輪用および右輪用のモータ制御装置１７５，１７０とを有し、
　前記左輪用および右輪用のモータ制御装置１７５，１７０は、それぞれ異常検出部１７６，１７１を有し、これら異常検出部１７６，１７１は、相互に状態を監視する。

　この構成によれば、モータ駆動される第２のステアリング装置１５０を備え、第２のステアリング制御装置１５０の制御部１５０ｂは車両情報に基づいて前記電動モータ２７を制御する。そのため、滑りなどによって車両１０１が意図しない方向に移動する場合に、前記車両情報により得られる車両１０１の状態に応じて、例えば前記操舵指令装置２００，２００Ａが出力する操舵量や車速に合わせて、車両１０１の向きを補正することが可能となる。このため、第１のステアリング装置１４０だけでは対処が困難な車両１０１のふらつきを補正することが可能となる。これにより、車両１０１の安定性が向上する。

　また、前記第２のステアリング装置１５０の制御部である補助転舵制御部１５０ｂは、左右の機構部１５０ａ，１５０ａの前記電動モータ２７，２７を制御する左輪用および右輪用のモータ制御装置１７５，１７０とを有しているが、これらモータ制御装置１７５，１７０は、それぞれ異常検出部１７６，１７１を有し、両異常検出部１７６，１７１は、相互監視を行うことにより両モータ制御装置１７５，１７０の少なくとも一方が異常であると判定する。例えば、いずれか片方のモータ制御装置１７５，１７０の電源が失陥してしまった場合、もう片方のモータ制御装置１７５，１７０の制御を停止することで、運転者は安全にハンドルを使って、路肩など安全な場所に車両を移動させることができる。これと同様に、片方のモータ制御装置１７５，１７０が目標角度とは異なる異常な動作をした場合は、両方のモータ制御装置１７５，１７０の制御を停止することで、運転者のハンドル操作によって車両を確実に停止できる状態まで移動させることができ、安全を確保することができる。

　この発明において、前記操舵指令装置２００，２００Ａが、運転者により操舵の操作がなされる手動の装置、例えばハンドル２００であってもよい。この場合、モータ駆動される第２のステアリング装置１５０を備え、第２のステアリング装置１５０の制御部１５０ｂは車両情報に基づいて前記電動モータ２７を制御するため、滑りなどによって車両１０１が意図しない方向に移動する場合に、前記車両情報により得られる車両１０１の状態に応じて、例えばハンドル２００の操作量に合わせて、車両１０１の向きを補正することが可能となる。このため、運転者がハンドル２００の操作を行わなくても、車両１０１のふらつきを補正することが可能となる。これにより、車両１０１の安定性が向上する。

　この発明において、前記第１のステアリング装置１４０は、左右の車輪２を連動して転舵させる装置であり、前記第２のステアリング装置１５０は、左右の車輪２を独立して転舵可能な装置であってもよい。第１のステアリング装置１４０が左右の車輪２を連動して転舵させる構成であることで、運転者のハンドル２００の操作による車両１０１の向きの調整や、自動の操舵指令装置２００Ａによる車両１０１の向きの調整が、従来の車両１０１と同様に行える。第２のステアリング装置１５０は、左右の車輪２を独立して転舵可能であるため、トー角を調整することが可能であって、これによりハンドル操作の機敏性や自動の操舵指令装置２００Ａによる制御の機敏性等を車両１０１の状態に応じて調整できる。

　この発明において、前記第１のステアリング装置１４０と、前記第２のステアリング装置１５０とは、同一の車輪２の転舵を行う装置であってもよい。例えば、第１のステアリング装置１４０で前輪の転舵を行う場合に、第１のステアリング装置１４０の転舵による転舵角に対して、第２のステアリング装置１５０により、その転舵角の微調整を行うようにしてもよい。

　この発明において、前記第１のステアリング装置１４０と、前記第２のステアリング装置１５０とは、互いに異なる車輪２を転舵させる装置であってもよい。例えば第１のステアリング装置１４０が前輪転舵を行う装置である場合に、第２のステアリング装置１５０が後輪転舵を行う装置であってもよい。この構成の場合、第１のステアリング装置１４０と第２のステアリング装置１５０とが同じ車輪２を転舵させる構成とする場合に比べて、機構部１５０ａの構成が簡素にできる。

　この発明において、前記車両情報は、車速の情報、操舵角の情報、車高の情報、実ヨーレートの情報、実横加速度の情報、アクセル指令値、およびブレーキ指令値を含む情報であってもよい。車両１０１の状態の情報として、車速の情報、操舵角の情報、車高の情報、実ヨーレートの情報、実横加速度の情報、アクセル指令値、およびブレーキ指令値を用いると、車両１０１の状態に応じた第２のステアリング装置１５０の制御がより一層適切に行え、さらなる車両１０１の安定性の向上等が得られる。なお、本明細書において、車速の情報を「車速情報」、操舵角の情報を「操舵角情報」、車高の情報を「車高情報」、実ヨーレートの情報を「実ヨーレート情報」、実横加速度の情報を「実横加速度情報」と称する場合がある。

　この発明において、前記第２のステアリング装置１５０を２つ備え、一方の前記第２のステアリング装置１５０_１と、前記第１のステアリング装置１４０とは同一の車輪２の転舵を行い、他方の前記第２のステアリング装置１５０_２と、前記第１のステアリングシステム１４０とは互いに異なる車輪２の転舵を行うものであってもよい。このように、ステアリングシステム１００が複数の第２のステアリング装置１５０_１，１５０_２を備えていることにより、より高度に４輪を独立して転舵することが可能となり、車両１０１の走行安定性をより一層向上させることが可能となる。

　この発明において、前記両モータ制御装置１７５，１７０の前記異常検出部１７６，１７１は、左右各々の前記モータ制御装置１７５，１７０において右輪転舵量情報および左輪転舵量情報に基づいて演算されたモータ目標位置を比較し、演算結果が不一致の場合、少なくとも一方が異常であると判定するようにしてもよい。両演算結果のモータ目標位置は一致しているべきであり、不一致の場合は異常である。この一致か不一致かにより判定することで、容易に異常の判定が行える。

　この発明において、前記第２のステアリング装置１５０の前記補助転舵制御部１５０ｂは、前記異常検出部１７６，１７１による異常判定の結果、異常と判定されたときには、即時に制御を中止するようにしてもよい。制御を停止することで、補助転舵が行われず、第１のステアリング装置だけで転舵が行われる。補助転舵の機能を失った状態となるだけであり、操舵指令装置２００，２００Ａが出力する操舵量の指令による転舵は行われるので、前記制御が停止されても、走行上の支障はない。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。

この発明の第１の実施形態に係るステアリングシステムの概念構成の概略を示す説明図である。同ステアリングシステムの概念構成を示すブロック図である。同ステアリングシステムの第２のステアリング装置における旋回制御部の概念構成を示すブロック図である。同ステアリングシステムにおける第２のステアリング装置の機構部の一例を示す垂直断面図である。横軸加速度／規範横加速度およびタイヤ角度と摩擦係数の関係例を示すグラフである。この発明の第２の実施形態に係るステアリングシステムの概念構成の概略を示す説明図である。同ステアリングシステムの概念構成を示すブロック図である。同ステアリングシステムの第２のステアリング装置における旋回制御部の概念構成を示すブロック図である。この発明の第３の実施形態に係るステアリングシステムの概念構成の概略を示す説明図である。同ステアリングシステムの概念構成を示すブロック図である。この発明のさらに他の実施形態に係るステアリングシステムの概念構成の概略を説明するブロック図である。

　［実施形態１］
　この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１は、この実施形態に係るステアリングシステム１００を搭載した自動車等の車両１０１の概念構成を示す説明図である。車両１０１は、前輪となる左右の車輪２，２と、後輪となる左右の車輪２，２とを有する４輪車両であり、駆動方式は、前輪駆動、後輪駆動、４輪駆動のいずれであってもよい。

　このステアリングシステム１００は、車両１０１の転舵を行うためのシステムであり、第１のステアリング装置１４０と、第２のステアリング装置１５０と、車両情報検出部１１０とを備える。第１のステアリング装置１４０は、ハンドル２００等の操舵指令装置に対する運転者の操作により、車両１０１の転舵輪となる車輪２，２を転舵させる装置であり、この実施形態では前輪操舵形式とされている。

　第２のステアリング装置１５０は、車両状態に応じた制御によって補助的な転舵を行う装置であり、機構部１５０ａと補助転舵制御部１５０ｂとでなる。機構部１５０ａは、補助転舵の対象となる車輪２，２毎に設けられる機構であり、車両１０１のタイヤハウジング１０５内に設けられて電動モータ２７の駆動により車輪２を転舵させる。補助転舵制御部１５０ｂは、電動モータ２７を、車両情報検出部１１０により検出された車両の状態を表す車両情報に基づいて制御する。車両情報検出部１１０は、車両の状態を検出する手段であり、各種のセンサ類の群を称している。車両情報検出部１１０の検出した車両情報は、メインのＥＣＵ１３０を介して第２のステアリング装置１５０の制御部１５０ｂに転送される。

　＜ＥＣＵ１３０の構成＞
　ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１３０は、車両１０１の全体の協調制御や統括制御を行う制御装置であり、ＶＣＵ（Vehicle Control Unit）とも称される。ＥＣＵ１３０は、車両情報検出部１１０から入力される車速情報、操舵角情報、車高情報、実ヨーレート情報、実横加速度情報、アクセル指令値、およびブレーキ指令値に基づいて、第２のステアリング装置１５０を制御する。

　＜第１のステアリング装置１４０の構成＞
　第１のステアリング装置１４０は、上記のように運転者によるハンドル２００に対する入力に応じて、車両１０１の前輪となる左右の車輪２，２を連動して転舵させるシステムであり、ステアリングシャフト３２、ラックアンドピニオン（図示せず）、タイロッド３３等、周知の機械的な構成を備える。運転者がハンドル２００に対して回転入力を行うと、ステアリングシャフト３２も連動して回転する。ステアリングシャフト３２が回転すると、ラックアンドピニオンによってステアリングシャフト３２と連結されているタイロッド３３が車幅方向に移動することで、車輪２の向きが変わり、左右の車輪２，２を連動して転舵することが可能である。

　＜第２のステアリング装置１５０の構成概略＞
　第２のステアリング装置１５０は、左右の車輪２，２を独立して転舵可能な装置であり、その機構部１５０ａとして右輪ハブユニット１８０（図２）および左輪ハブユニット１８５を備える。これら右輪ハブユニット１８０および左輪ハブユニット１８５は、タイヤハウジング１０５内に設けられた補助転舵用アクチュエータ６（図４）の電動モータ２７により車輪の転舵を行う。なお、この実施形態では、第１のステアリング装置１４０と、第２のステアリング装置１５０とは、同一の車輪を転舵する場合、すなわち前輪２，２を転舵する場合について説明する。

　　＜第２のステアリング装置１５０の機構部１５０ａの具体的構成例＞
　第２のステアリング装置１５０の機構部１５０ａは、前記のように右輪ハブユニット１８０および左輪ハブユニット１８５からなるが、これら右輪ハブユニット１８０および左輪ハブユニット１８５は、いずれも、図４に示す補助転舵機能付きのハブユニット１として構成されている。このハブユニット１は、車輪２の支持用のハブベアリング３を有するハブベアリング部組立部品４と、補助転舵用アクチュエータ６とを備える。ハブベアリング部組立部品４は、上下方向に延びる補助転舵軸心Ａ回りに回転自在に、上下２箇所で回転許容支持部品７，７を介してナックル２２に支持されている。補助転舵軸心Ａは、車輪２の回転軸心Ｏとは異なる軸心であり、主な転舵を行うキングピン軸Ｋとも異なっている。車輪２は、ホイール８とタイヤ９とでなる。補助転舵用アクチュエータ６は、ナックル２２に固定されている。

　この補助転舵機能付ハブユニットは、前輪となる車輪２，２の第１のステアリング装置１４０（図１参照）による転舵に付加して左右輪個別に微小角転舵させる機構としてナックル２２に設置される。懸架装置２１は、この例ではダブルウイッシュボーン式であり、ショックアブソーバ（図示せず）を介して接続されたアッパーアームとロアアームとを有し、これらアッパーアームとロアアームの先端間で傾斜したキングピン軸Ｋ回りに回動自在に前記ナックル２２が設置されている。懸架装置２１は、この他に独立懸架式など、他の種々の形式が採用できる。ナックル２２は、第１のステアリング装置１４０（図１参照）のタイロッド３３に回転可能に連結されている。

　ハブベアリング３は、内輪１２と外輪１１とこれら内外輪間に介在したボール等の転動体１３とで構成されている。ハブベアリング３は、図示の例では、外輪１１が固定輪、内輪１２が回転輪となり、転動体１３が複列とされたアンギュラ玉軸受とされている。内輪１２のハブフランジに、車輪２のホイール８がブレーキロータ１４と重なり状態でボルト固定されている。内輪１２は、回転軸心Ｏ回りに回転する。ブレーキロータ１４は、ブレーキキャリパ（図示せず）とでブレーキを構成する。なお、補助転舵機能付ハブユニット１を非転舵輪に用いる場合は、ナックル２２に取付ける代わりに、懸架装置における転舵機能を持たない車輪用軸受取付け部材（図示せず）に設置される。

　ハブベアリング部組立部品４は、この補助転舵機能付きのハブユニットにおける補助転舵軸心Ａ周りに回転する部分であり、ハブベアリング３と、前記回転許容支持部品７の回転側部品と、補助転舵力受け部（図示せず）とを備える。回転許容支持部品７は、この例では複列アンギュラ玉軸受とされているが、球面滑り軸受等であってもよい。

　ハブベアリング部組立部品４の補助転舵軸心Ａは、上下方向に延びるが、キングピン軸Ｋとは異なる方向であり、例えば鉛直方向である。この実施形態では、補助転舵軸心Ａは、キングピン軸Ｋの延長線と路面Ｓとの交点位置ＰＫと、補助転舵軸心Ａの延長線と路面Ｓとの交点位置ＰＡが、共にタイヤ接地面９ａ内に位置するように設計されている。これらの交点位置ＰＫ，ＰＡは、互いに一致していることが、タイヤのすべりを最小とするために最適である。

　補助転舵用アクチュエータ６は、その直動出力部が進退することで、ハブベアリング部組立部品４を前記補助軸心Ａ回りに回転、つまり補助転舵させる。補助転舵用アクチュエータ６は、電動モータ２７と、この電動モータ２７の回転を減速する減速機２８と、この減速機の正逆の回転出力を往復直線動作に変換する直動機構（図示せず）とで構成される。電動モータ２７は、例えば永久磁石型同期モータとされるが、直流モータであっても、誘導モータであってもよい。前記直動機構は、滑りねじまたはボールねじ等の送りねじ機構、またはラック・ピニオン機構等とされる。

　ハブベアリング部組立部品４のナックル２２に対する補助転舵の範囲は、ストッパ（図示せず）により規制される。ハブベアリング部組立部品４の補助転舵可能角度の許容範囲は、僅かな角度でよく、例えば±５度以下とされる。

　＜車両情報検出部１１０の構成概略＞
　図２に示すように、車両情報検出部１１０は、車速検出部１１１、操舵角検出部１１２、車高検出部１１３、実ヨーレート検出部１１４、実横加速度検出部１１５、アクセルペダルセンサ１１６、およびブレーキペダルセンサ１１７を備える。車速検出部１１１は、例えば車両が備えるトランスミッションの内部に取り付けられたスピードセンサ等のセンサの出力に基づいて、車速を検出し、ＥＣＵ１３０へ車速情報を出力する。操舵角検出部１１２は、例えば後述する第１のステアリング装置１４０が備えるモータ部に取り付けられたレゾルバ等のセンサの出力に基づいて操舵角を検出し、ＥＣＵ１３０へ操舵角情報を出力する。

　車高検出部１１３は、車両１０１のシャーシと地面との距離をレーザ変位計により測定する方法、あるいは前記アッパーアームまたはロアアームの角度を角度センサにより検出する方法等により、後述する第２のステアリング装置１５０により転舵される各車輪２の車高を検出する。そして車高検出部１１３は、検出した車高を車高情報としてＥＣＵ１３０へ出力する。実ヨーレート検出部１１４は、例えば車両に取り付けられたジャイロセンサ等のセンサの出力に基づいて、実ヨーレートを検出し、ＥＣＵ１３０へ実ヨーレート情報を出力する。実横加速度検出部１１５は、例えば車両１０１に取り付けられたジャイロセンサ等のセンサの出力に基づいて、実横加速度を検出し、ＥＣＵ１３０へ実横加速度情報を出力する。

　アクセルペダルセンサ１１６は、運転者によるアクセルペダルへの入力を検出し、検出した値をアクセル指令値としてＥＣＵ１３０へ出力する。ブレーキペダルセンサ１１７は、運転者によるブレーキペダルへの入力を検出し、検出した値をブレーキ指令値としてＥＣＵ１３０へ出力する。

　＜第２のステアリング装置１５０の補助転舵制御部１５０ｂ＞
　第２のステアリング装置１５０の補助転舵制御部１５０ｂは、ＥＣＵ１３０から車速情報、操舵角情報、車高情報、実ヨーレート情報、実横加速度情報、アクセル指令値、およびブレーキ指令値を含む車両情報取得する。そして、補助転舵制御部１５０ｂは、取得した車両情報に基づいて、旋回制御部１５１が右輪モータ制御装置１７０、左輪モータ制御装置１７５を制御することで、右輪ハブユニット１８０、および左輪ハブユニット１８５が備える電動モータ２７を駆動し、左右の車輪を独立して転舵可能な装置である。なお、前記電動モータ２７は、台形ネジやウォームギヤ等の逆入力を遮断できる伝達要素を介して、車輪２を転舵してもよい。また、第２のステアリング装置１５０は、車輪２の向きの補正を目的とするため、転舵の範囲は±数度に制限されている。

　＜旋回制御部１５１の制御＞
　次に、旋回制御部１５１が行う制御について説明する。図３は、旋回速度制御部１５１の構成を示すブロック図である。同図に示すように、旋回制御部１５１は、規範横加速度計算部１５２、右輪タイヤ角度計算部１５３、左輪タイヤ角度計算部１５４、右輪路面摩擦係数計算部１５５、目標ヨーレート計算部１５６、左輪路面摩擦係数計算部１５７、目標ヨーレート補正部１５８、目標左右輪タイヤ角度計算部１５９、右輪指令値計算部１６０、および左輪指令値計算部１６１を備える。

　右輪タイヤ角度計算部１５３および左輪タイヤ角度計算部１５４は、所定の周期で、ＥＣＵ１３０から操舵角情報および車高情報を取得する。右輪タイヤ角度計算部１５３および左輪タイヤ角度計算部１５４は、操舵角情報および車高情報を取得すると、取得した操舵角情報および車高情報に基づいて、第２のステアリング装置１５０が転舵を行うタイヤ（車輪２）の現在の角度を算出する。そして、右輪タイヤ角度計算部１５３および左輪タイヤ角度計算部１５４は、算出したタイヤ角度情報を規範横加速計算部１５２に出力する。

　規範横加速度計算部１５２は、ＥＣＵ１３０から取得した車速情報、ならびに右輪タイヤ角度計算部１５３および左輪タイヤ角度計算部１５４から入力されるタイヤ角度情報に基づいて、規範横加速度の計算を行う。すなわち、規範横加速度計算部１５２は、右輪タイヤ角度計算部１５３および左輪タイヤ角度計算部１５４からタイヤ角度情報で表されるタイヤ角度、車速情報で表される車速とに基づいて、規範横加速度の計算を行う。そして、規範横加速度計算部１５２は、算出した規範横加速度を規範横加速度情報として右輪路面摩擦係数算出部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７に出力する。

　図５は、例えば、右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７に記憶されている路面摩擦係数を算出するためのマップに含まれる関係の元となる特性を表す図であり、実横加速度／規範横加速度と、タイヤ角度と、摩擦係数との関係を表す特性図である。

　図３の右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７は、ＥＣＵ１３０から取得する実横加速度情報および規範横加速度計算部１５２から入力される規範横加速度情報に基づいて、路面摩擦係数の計算を行う。具体的には、右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７は、規範横加速度計算部１５２から規範横加速度情報と、右輪タイヤ角度計算部１５３および左輪タイヤ角度計算部１５４からタイヤ角度情報を取得し、図５を用いて説明したマップに基づいて、実横加速度／規範横加速度とタイヤ角度とから、路面摩擦係数を算出する。そして、右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７は、算出した右輪の路面摩擦係数である右輪路面摩擦係数情報と、左輪の路面摩擦係数である左輪路面摩擦係数情報を目標ヨーレート補正部１５８に出力する。

　目標ヨーレート計算部１５６は、所定の周期でＥＣＵ１３０から車速情報および操舵角情報を取得し、取得する車速情報および操舵角情報に基づいて、目標ヨーレートを計算する。そして、目標ヨーレート計算部１５６は、算出した目標ヨーレートを目標ヨーレート情報として目標ヨーレート補正部１５８に出力する。

　目標ヨーレート補正部１５８は、右輪路面摩擦係数計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７から、右輪路面摩擦係数情報および左輪路面摩擦係数情報と、目標ヨーレート計算部１５６から目標ヨーレート情報を取得し、右輪路面摩擦係数情報および左輪路面摩擦係数情報で表される路面摩擦係数に応じて目標ヨーレートの補正を行う。そして、目標ヨーレート補正部１５８は、補正後の目標ヨーレートを補正後ヨーレート情報として目標左右輪タイヤ角度計算部１５９へ出力する。

　目標左右輪タイヤ角度計算部１５９は、目標ヨーレート補正部１５８から補正後ヨーレート情報と、ＥＣＵ１３０から実ヨーレート情報、アクセル指令値およびブレーキ指令値と、右輪路面摩擦係数計算部１５５から右輪路面摩擦係数情報、左輪路面摩擦係数計算部１５７から左輪路面摩擦係数情報を取得し、左右輪のタイヤ角度の目標値である目標左右輪タイヤ角度を計算する。具体的には、目標左右輪タイヤ角度計算部１５９は、下記式（１）に基づいて、左右それぞれのタイヤの目標の角度を算出する。

　ここで、θ_ｙは実ヨーレート情報で表される実際の車両のヨーレート量、Ｘ_Ａはアクセル指令値、Ｘ_Ｂはブレーキ指令値、μ_Rは右輪路面摩擦係数、μ_Lは左輪路面摩擦係数、θ_tR1は、右輪の目標タイヤ角度、θ_tL1は、左輪の目標タイヤ角度である。そして、目標左右輪タイヤ角度計算部１５９は、計算した左右輪それぞれの目標タイヤ角度を目標タイヤ角度情報として、右輪指令値計算部１６０および左輪指令値計算部１６１へ出力する。

　右輪指令値計算部１６０および左輪指令値計算部１６１は、目標左右輪タイヤ角度計算部１５９から目標タイヤ角度情報を、右輪タイヤ角度計算部１５３および左輪タイヤ角度計算部１５４から、現在のタイヤ角度を表すタイヤ角度情報を取得する。取得後、目標タイヤ角度情報で表される目標タイヤ角度と、現在のタイヤ角度とを比較し、該比較の結果である偏差量に応じて右輪ハブユニット１８０および左輪ハブユニット１８５のそれぞれを転舵させる量を表す右輪転舵量情報および左輪転舵量情報を生成する。そして、右輪指令値計算部１６０は、生成した右輪転舵量情報を右輪用モータ制御装置１７０へ出力し、左輪指令値計算部１６１は、生成した左輪転舵量情報を左輪用モータ制御装置１７５へと出力する。

　右輪モータ制御装置１７０および左輪モータ制御装置１７５は、インバータを備える。右輪モータ制御装置１７０および左輪モータ制御装置１７５は、旋回制御部１５１の右輪指令値計算部１６０および左輪指令値計算部１６１からの出力に基づいて、右輪ハブユニット１８０、および左輪ハブユニット１８５が備える右輪ハブユニット１８０のモータ、および左輪ハブユニット１８５のモータへの電流を制御する。具体的には、右輪モータ制御装置１７０および左輪モータ制御装置１７５は、右輪指令値計算部１６０および左輪指令値計算部１６１から右輪転舵量情報および左輪転舵量情報が入力されると、現在の右輪ハブユニット１８０、および左輪ハブユニット１８５の転舵角を表す右輪ハブユニット１８０の電動モータ２７、および左輪ハブユニット１８５の電動モータ２７の位置情報を取得し、右輪転舵量情報および左輪転舵量情報に基づいて当該電動モータの目標位置を決定する。そして、右輪モータ制御装置１７０および左輪モータ制御装置１７５は、右輪ハブユニット１８０の電動モータ２７、および左輪ハブユニット１８５の電動モータ２７へ流す電流を出力し、右輪舵角センサ１９０および左輪舵角センサ１９５より、旋回制御部１５１に、右輪ハブユニット１８０および左輪ハブユニット１８５の舵角情報を出力する。

　また、右輪モータ制御装置１７０および左輪モータ制御装置１７５は、それぞれ左輪異常検出部１７１および右輪異常検出部１７６を有し、異常が検出された場合は、第２のステアリング装置１５０は即時に制御を停止する。具体的には、左輪異常検出部１７１および右輪異常検出部１７６は、右輪モータ制御装置１７０および左輪モータ制御装置１７５でそれぞれ計算した左右のモータ目標位置を比較し、モータ目標位置が一致していた場合は正常に動作していると判断する。モータ目標位置が不一致であった場合は、少なくとも一方が異常であると判断して、旋回制御部１５１および他方のモータ制御装置１７０，１７５へ異常信号を出力する。この異常信号に応答して、第２のステアリング装置１５０は即時に制御を停止する。例えば、旋回制御部１５１および他方のモータ制御装置１７０，１７５のいずれもが制御を中止する。また、いずれか一方のモータ制御装置１７５，１７０の電源が失陥してしまった場合も、他方のモータ制御装置１７５，１７０の制御を停止する

　左輪異常検出部１７１および右輪異常検出部１７６は、左右のモータ目標位置の比較の他に、自己を含むモータ制御装置１７０，１７５の前記モータ目標位置についても、定められた正常範囲であるかを監視し、前記正常範囲を逸脱する場合（例えば、取り得ない値になっている場合）は、旋回制御部１５１および他方のモータ制御装置１７０，１７５へ異常信号を出力する。この異常信号に応答して、第２のステアリング装置１５０は即時に制御を停止する。

　＜作用効果＞
　このように、第１の実施形態に係るステアリングシステム１００は、ハンドル２００の操作により車輪２を転舵させる第１のステアリング装置１４０と、車両１０１の状態を表す車両情報を検出する車両情報検出部１１０と、車両のタイヤハウジング１０５内に設けられた電動モータ２７を駆動することで、車輪２を転舵させる第２のステアリング装置１５０とを備える。そして、第２のステアリング装置１５０は、車両情報検出部１１０が検出した車両情報に基づいて、電動モータ２７の駆動を行う。この場合に、第２のステアリング装置１５０は、車両情報検出部１１０が検出した車両情報に基づいて、車両１０１の状況に応じた左右の車輪２と地面の接触面の状態を各々算出し、車両１０１を理想的なラインでコーナリングするための左右各々のタイヤ角度を算出し、左右各々の電動モータの駆動を個別に行う。

　上記の構成によれば、第２のステアリング装置１５０を設けたことにより、コーナリング時など滑りなどによって車両１０１が意図しない方向に移動する場合、ハンドル２００の操作量に合わせて、車両１０１の向きを補正することが可能となる。また、第２のステアリング装置１５０は左右独立したステアリング装置である為、左右各々のトー角を個別に調整することが可能であり、通常走行時の直進安定性の向上や、コーナリングでの操縦安定性を向上することが出来る。

　また、コーナリング時においては、車両情報に応じて運転者のハンドル操作を、より効率的に車両１０１が曲がれる様、左右各々の転舵量を補正することで理想のラインでコーナリングが可能となり、運転者のハンドル操作負荷を軽減できるため、車両１０１の操縦安定性が向上するという効果を奏する。直進安定性について、従来の車両では、車両がわずかにふらついた場合に、運転者がふらつきを補正するために修正転舵を行う必要があったが、この実施形態に係る第２のステアリング装置１５０を備える車両１０１では、運転者が、ハンドル２００の操作を行わなくても、車両１０１のふらつきを補正することが可能となる。そのため、車両１０１の直進安定性が向上するという効果を奏する。

　また、これら左右独立して制御される第２のステアリング装置１５０は、左右それぞれのモータ制御装置１７５，１７０の異常状態を相互監視しており、いずれかのモータ制御装置１７５，１７０に異常が発生した場合、瞬時にモータ制御装置１７５，１７０の制御を停止する。制御を停止しても、第２のステアリング装置１５０の転舵範囲を±数度程度に制限し、台形ネジ等により路面からの逆入力を防止すれば、制御を停止した状態でハブユニット１８０，１８５のふらつきは防止可能であり、運転者のハンドル操作によって車両１０１を確実に停止できる状態まで移動させて、安全を確保することができる。

　〔実施形態２〕
　次に、この発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下では、第１の実施形態と同じ部位については、同じ符号を付し、その説明を省略する。図６は、この実施形態に係るステアリングシステム１００の概要を示す説明図、図７はその構成を示すブロック図である。この実施形態に係るステアリングシステム１００は、第１のステアリングシステム１４０と第２のステアリングシステム１５０が異なる車輪２を転舵する点で、第１の実施形態とは異なる。すなわち、この実施形態に係るステアリングシステム１００は、第１のステアリングシステム１４０が車両１０１の前輪となる車輪２の転舵を行い、第２のステアリングシステム１５０が車両の後輪となる車輪２の転舵を行う。

　図８は、この実施形態に係る旋回速度制御部１５１の構成を示すブロック図である。
　旋回制御部１５１は、ＥＣＵ１３０から車両情報として、車速情報、操舵角情報、実ヨーレート情報、実横加速度情報、アクセル指令値、およびブレーキ指令値を取得し、右輪モータ制御装置１７０および左輪モータ制御装置１７５の制御を行う。この実施形態に係る旋回制御部１５１の目標左右輪タイヤ角度計算部１５９は、下記式（２）に基づいて、左右それぞれのタイヤの目標の角度を算出する。

　このように、第２のステアリングシステム１５０が第１のステアリングシステム１４０とは異なる車輪２の転舵を行う場合であっても、第２のステアリングシステム１５０は、第１のステアリングシステム１４０の操舵角度や車速に応じて転舵させることができ、車両の走行安定性を向上させることが可能となる。

　〔実施形態３〕
　図９は、この実施形態に係るステアリングシステム１００を装備した車両の概念構成を示す説明図、図１０は、同ステアリングシステム１００の構成を示すブロック図である。この実施形態において、特に説明する事項の他は、第１の実施形態と同様である。この実施形態に係るステアリングシステム１００は、２つの第２のステアリング装置１５０_１、１５０_２を備えている点で、第１の実施形態に係るステアリングシステム１００と異なる。ここで、一方の第２のステアリング装置１５０_１は、第１のステアリング装置１４０と同じ車輪２の転舵を行い、他方の第２のステアリング装置１５０_２は、第１のステアリング装置１４０とは異なる車輪２の転舵を行う。

　すなわち、一方の第２のステアリング装置１５０_１は、第１の実施形態に係る第２のステアリング装置１５０と同様の動作を行い、他方の第２のステアリング装置１５０_２は、第２の実施形態に係る第２のステアリング装置１５０と同様の動作を行う。このように、この実施形態のステアリングシステム１００は、複数の第２のステアリング装置１５０_１、１５０_２を備えていることにより、より高度に４輪を独立して転舵することが可能となり、車両１０１の走行安定性を向上させることが可能となる。

　なお、前記各実施形態は、操舵指令装置がハンドル２００である場合につき説明したが、ハンドル２００以外の手動の操舵指令装置、例えばジョイスティックであってもよく、また例えば図１１に示すような、更に他の実施形態としての自動の操舵指令装置２００Ａであってもよい。

　図１１の操舵指令装置２００Ａは、車両周辺状況検出手段２３０から車両周辺状況等を認識し、操舵指令を自動生成する装置である。車両周辺状況検出手段２３０は、例えばカメラやミリ波のレーダ等のセンサ類である。操舵指令装置２００Ａは、例えば道路上の白線や障害物を認識し、操舵指令を成形して出力する。操舵指令装置２００Ａは、車両１０１の自動運転を行う装置の一部であっても、また手動運転による操舵の支援を行う装置であってもよい。このような自動で操舵指令を生成する操舵指令装置２００Ａを備えた車両においても、第２のステアリング装置１５０を備えることで、トー角制御等の第１のステアリング装置１４０では行えない動作が行え、また車両の走行方向の主な操舵第１のステアリング装置１４０で行い、その補正を第２のステアリング装置１５０で行うようにすることもでき、操舵量指令に対して車両の向きの補正を可能とし、車両の走行安定性を維持することが可能となる。図１１の実施形態におけるその他の構成、効果は、第１の実施形成と同様である。

　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１…補助転舵機能付きのハブユニット、
２…車輪、
３…ハブベアリング、
４…ハブユニット本体、
５…ユニット支持部材、
６…補助転舵用アクチュエータ、
２２…ナックル、
２１…懸架装置、
２３…アッパーアーム、
２４…ロアアーム、
２７…モータ、
１００…ステアリングシステム、
１０１…車両、
１０５…タイヤハウジング、
１１０…車両情報検出部、
１１１…車速検出部、
１１２…操舵角検出部、
１１３…車高検出部、
１１４…実ヨーレート検出部、
１１５…実横加速度検出部、
１１６…アクセルペダルセンサ、
１１７…ブレーキペダルセンサ、
１３０…ＥＣＵ、
１４０…第１のステアリング装置、
１５０…第２のステアリング装置、
１５０ａ…機構部、
１５０ｂ…制御部、
１５１…旋回制御部、
１５９…目標左右輪タイヤ角度計算部、
１５０_１…第２のステアリング装置、
１５０_２…第２のステアリング装置、
１６０…右輪指令値計算部、
１６１…左輪指令値計算部、
１７０…右輪モータ制御装置、
１７１…左輪異常検出部、
１７５…左輪モータ制御装置、
１７６…右輪異常検出部、
１８０…右輪ハブユニット、
１８５…左輪ハブユニット、
２００…ハンドル（操舵指令装置）、
２００Ａ…操舵指令装置、
Ｋ…キングピン軸、
Ａ…補助転舵軸心

Claims

　車両が備えるステアリングシステムであって、
　操舵指令装置が出力する操舵量の指令に従い前記車両を転舵させる第１のステアリング装置と、
　前記車両の左右のタイヤハウジング内にそれぞれ設けられ電動モータの駆動により補助転舵として車輪を転舵させる左右の機構部、およびこれら左右の機構部を制御する補助転舵制御部を有する第２のステアリング装置と、
　前記車両の状態を表す車両情報を検出する車両情報検出部とを備え、
　前記第２のステアリング装置の前記補助転舵制御部は、
　前記車両情報および前記左右の機構部の転舵角の情報に基づき前記左右の機構部に行わせる補助転舵の指令を生成する旋回制御部と、前記補助転舵の指令に従い前記左右の機構部の前記電動モータをそれぞれ制御する左輪用および右輪用のモータ制御装置とを有し、
　前記左輪用および右輪用のモータ制御装置は、それぞれ異常検出部を有し、これら異常検出部は、相互に状態を監視するステアリングシステム。
　請求項１に記載のステアリングシステムにおいて、前記操舵指令装置が、運転者により操舵の操作がなされる手動の装置であるステアリングシステム。
　請求項１または請求項２に記載のステアリングシステムにおいて、前記第１のステアリング装置は、左右の車輪を連動して転舵させる装置であり、前記第２のステアリング装置は、左右の車輪を独立して転舵可能な装置であるステアリングシステム。
　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のステアリングシステムにおいて、前記第１のステアリング装置と、前記第２のステアリング装置とは、同一の車輪の転舵を行う装置であるステアリングシステム。
　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のステアリングシステムにおいて、前記第１のステアリング装置と、前記第２のステアリング装置とは、互いに異なる車輪を転舵させる装置であるステアリングシステム。
　請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のステアリングシステムにおいて、前記車両情報は、車速の情報、操舵角の情報、車高の情報、実ヨーレートの情報、実横加速度の情報、アクセル指令値、およびブレーキ指令値を含むステアリングシステム。
　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のステアリングシステムにおいて、前記第２のステアリング装置を２つ備え、一方の前記第２のステアリング装置と前記第１のステアリング装置とは同一の車輪の転舵を行い、他方の前記第２のステアリング装置と前記第１のステアリングシステムとは互いに異なる車輪の転舵を行うステアリングシステム。
　請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のステアリングシステムにおいて、前記両モータ制御装置の前記異常検出部は、左右各々の前記モータ制御装置において右輪転舵量情報および左輪転舵量情報に基づいて演算されたモータ目標位置を比較し、演算結果が不一致の場合、少なくとも一方が異常であると判定するステアリングシステム。
　請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のステアリングシステムにおいて、前記第２のステアリング装置の前記補助転舵制御部は、前記異常検出部による異常判定の結果、異常と判定されたときには、即時に制御を中止するステアリングシステム。