WO2019181663A1 - Steering system and vehicle equipped with same - Google Patents
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Definitions
- the present invention adds a mechanism for adding auxiliary steering of ⁇ several degrees or less to a normal steering device, and improves the responsiveness of the vehicle to a driver's steering operation, and a vehicle equipped with the steering system About.
- Patent Documents 1 and 2 have been proposed as techniques for improving such responsiveness.
- Patent Document 1 describes a vehicle behavior control device that controls the behavior of a vehicle whose front wheels are steered, in addition to reflecting the driver's intention in the behavior of the vehicle, and further improving the stability and riding comfort of the vehicle posture. It is a device for controlling the vehicle behavior.
- the steering device in this document is a steering device that transmits rotation of a steering wheel to a front wheel, and includes a steering wheel side mechanism and a wheel side mechanism that steers a front wheel that is mechanically separated from the steering wheel side mechanism.
- the steering wheel side mechanism is provided with a first steering angle sensor for detecting the rotational steering angle of the steering wheel, and the wheel side mechanism is provided with a second steering angle sensor for detecting a steering angle corresponding to steering of the front wheels. .
- the steering speed is calculated from the output of the first steering angle sensor and the output of the second steering angle sensor, and the steering generated in the vehicle is steering corresponding to the steering operation that the driver has intentionally performed, or disturbance Based on the outputs of the first and second steering angle sensors, the steering speed is determined based on the result of the determination.
- Patent Document 2 describes that two motors are used in one wheel to adjust both the toe angle and the camber angle of the wheel.
- the present invention solves the above-mentioned problems, and its object is to control the angle of the left and right front wheels according to the vehicle speed and the steering command angle while having a mechanical structure with a simple structure and ensuring safety. It is possible to provide a steering system and a vehicle capable of improving the responsiveness of the vehicle to a steering operation or a steering command from an automatic driving device.
- the left and right wheels 9, 9 which is a front wheel of the vehicle 101 is mechanically interlocked, the right and left wheels as the front wheels of the vehicle 101 in accordance with the steering indication angle [delta] h by rotation or electrical signals of the handle 200
- a first steering device 11 that steers 9 and 9 by changing the angle of the left and right underbody frame parts 6 and 6 of the suspension device 12 on which the left and right wheels 9 and 9 are installed;
- auxiliary steering actuators 5, 5 provided for the left and right wheels 9, 9, the angles of the wheels 9, 9 with respect to the underbody frame parts 6, 6 are changed to change the left and right wheels 9.
- a second steering device 150 which detects the vehicle information including the vehicle speed V and the steering instruction angle [delta] h of the vehicle 101
- a steering system 100 comprising: The second steering device 150, the front wheel steering angle [delta] which is obtained by numerical model M of vehicle motion based on the steering instruction angle [delta] h and information of the vehicle speed V, is steered by the first steering device 11
- An auxiliary turning control unit 151 that controls the auxiliary turning actuator 5 so as to turn by an additional turning steering angle ⁇ 2 that is a difference from the actual steering angle ⁇ 1 of the front wheels 9, 9. It is characterized by that.
- This steering is the same as general vehicle steering.
- the steering by the second steering device 150 is added to the steering angle ⁇ 1 by the first steering device 11 by the control by the auxiliary steering control unit 151.
- the second steering device 150 based on the information of the steering instruction angle [delta] h and the vehicle speed V, as a numerical model M of the vehicle motion, i.e. dynamic model by the response best steering angle (ideal steering angle)
- the auxiliary steering actuator 5 is controlled so as to steer only the steering angle ⁇ 2 which is the difference between the obtained steering angle ⁇ and the steering angle ⁇ 1 of the actual wheels 9 and 9 steered by the first steering device 11.
- the second steering device 150 is corrected by the second steering device 150. Therefore, it is possible to improve the responsiveness to the steering operation or the steering command from the automatic driving device.
- the second steering device 150 corrects steering by normal steering operation as described above, the maximum turning angle may be limited to, for example, ⁇ several degrees ( ⁇ 2 to ⁇ 5). . Therefore, unlike the conventional steer-by system, even when the auxiliary steering actuator 5 cannot be operated correctly due to a power failure or the like, the influence on the traveling direction of the vehicle 101 is small and safety is ensured.
- the second steering device 150 adds steering of an angle of ⁇ several degrees or less, and only one auxiliary steering actuator 5 is required. Therefore, both the conventional toe angle and camber angle are adjusted. Compared to the mechanism, a simple structure is sufficient. Further, since the steering angle is corrected within ⁇ several degrees, the response to the steering wheel operation can be improved without causing the driver to feel danger.
- a two-wheel model is used for the control by which the auxiliary steering control unit 151 of the second steering device 150 determines and steers the steering angle ⁇ 2 of the additional steering. (14) may be used.
- ⁇ 2 Steering angle of additional steering as a difference ⁇ h : Steering instruction angle
- V Vehicle speed
- n Steering instruction angle and front wheel steering Ratio to angle (gear ratio)
- ⁇ damping rate
- ⁇ n natural frequency (vehicle natural frequency) ⁇ 1 , ⁇ 2 ,
- I Yaw moment of inertia of vehicle s: Complex variable in Laplace transform
- the following equation (27) is used for the control for obtaining the steering angle ⁇ hb of the additional turning by the auxiliary turning control unit 151 of the second steering device 150 and turning it. Also good.
- the steering stability performance of the tire can be effectively used. .
- the auxiliary steering control unit 151 includes the steering angles ⁇ of the left and right front wheels determined by the numerical model of the vehicle motion, and the actual front wheels steered by the first steering device 11. Even if the auxiliary steering actuators 5 and 5 are controlled so that they are steered only by the individual steering angles ( ⁇ 2L , ⁇ 2R ) of the additional steering that are the respective differences from the respective left and right steering angles ⁇ 1. Good. In this case, when turning the vehicle, for example, by finely changing the left and right steering angles, the running characteristics of the vehicle are changed, and the load applied to each of the wheels 9, 9 can be finely controlled. Further improvements in vehicle performance can be expected.
- the second steering device 150 is connected to the hub unit body 2 having the wheel bearing hub bearing 15 and the suspension frame component 6 or a part of the suspension frame component 6.
- a unit support member 3 configured as The hub unit main body 2 is supported by the unit support member 3 via a rotation-allowing support component 4 so as to be rotatable around an auxiliary turning axis A extending in the vertical direction, and is driven by the auxiliary turning actuator 5.
- a hub unit with an auxiliary turning function rotated around the auxiliary turning axis A may be used.
- the second steering device 150 is connected to the hub unit main body 2 having the wheel bearing mounting hub bearing 15 and the underbody frame part 6 or a part of the underbody frame part 6.
- a mechanism unit 150a having a unit support member 3 configured to support the hub unit body 2 with respect to the undercarriage frame component 6 so that the angle of the hub unit body 2 can be changed, the auxiliary turning control unit 151, and the auxiliary turning control.
- a control device unit 150b having motor control devices 170 and 175 for driving the auxiliary steering actuator 5 by outputting a drive current corresponding to the motor command signal output by the unit 151 may be used.
- the second steering device 150 By configuring the second steering device 150 to include the mechanism unit 150a and the control unit 150b as described above, while using a mechanical mechanism that has a simple structure and ensures safety, the vehicle speed V and in accordance with the steering instruction angle [delta] h separately control the angle of the left and right wheels, is possible to improve the responsiveness of the vehicle relative to steering operation of the driver can be realized with a simple configuration.
- the auxiliary steering actuator 5 of the second steering device 150 may include a reverse input prevention mechanism 25b.
- the reverse input prevention mechanism 25b When the reverse input prevention mechanism 25b is provided, when an abnormality occurs in the control system, the control of the auxiliary steering actuator 5 is stopped immediately, and the reverse input from the road surface is prevented, thereby preventing the hub unit from moving. Fluctuation can be suppressed, and the vehicle can be moved to a state where it can be surely stopped by the driver's steering operation, and safety can be ensured.
- the reverse input prevention mechanism 25b can be easily configured by using a trapezoidal screw as a mechanism for transmitting the operation of the auxiliary turning actuator 5.
- the vehicle of the present invention is a vehicle equipped with the steering system 100 having any one of the above-described configurations of the present invention. According to the vehicle of this configuration, by using a mechanical mechanism which structure is to ensure simple and safe to the steering system 100 to control the steering angle of the left and right front wheels in accordance with the vehicle speed V and the steering instruction angle [delta] h Thus, the responsiveness of the vehicle 101 to the steering operation of the driver and the steering command from the automatic driving device can be improved.
- FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a conceptual configuration of a steering system and a vehicle equipped with the system according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the conceptual structure of the steering system. It is a figure which shows the premise of the conceptual structure of the auxiliary steering control part of the steering system. It is a block diagram which shows the conceptual structure of the auxiliary steering control part of the steering system. It is explanatory drawing of the four-wheel model of the vehicle. It is explanatory drawing of the two-wheel model which converted the same four-wheel model.
- FIG. 1 is a diagram schematically showing a conceptual configuration of a vehicle 101 such as an automobile equipped with a steering system 100 according to this embodiment.
- the vehicle 101 is a four-wheel vehicle having left and right wheels 9 and 9 as front wheels and left and right wheels 9 and 9 as rear wheels, and the driving method is any of front wheel drive, rear wheel drive, and four wheel drive. It may be.
- the steering system 100 is a system for steering the vehicle 101, and includes a first steering device 11, a second steering device 150, and a vehicle information detection unit 110.
- first steering device 11 is mechanically interlocked with the handle 200, and the left and right wheels 9, 9 that are the front wheels according to the steering instruction angle that is the handle angle are connected to the left and right feet on which the left and right wheels 9, 9 are installed.
- This device is steered by changing the angle of the rotating frame parts 6 and 6.
- the suspension frame parts 6 and 6 are knuckles in this embodiment.
- the first steering device 11 has a known mechanical configuration such as a steering shaft 32 to which a handle 200 is attached, a rack and pinion (not shown), a tie rod 14 and the like. When the driver inputs rotation to the handle 200, the steering shaft 32 also rotates in conjunction with it.
- the tie rod 14 connected to the steering shaft 32 by the rack and pinion moves in the vehicle width direction, so that the suspension frame 12 and the suspension frame component 6 are installed on the suspension frame component 6.
- the direction of the wheel 9 is changed, and the left and right wheels 9 and 9 can be steered in conjunction with each other.
- the second steering device 150 is a device that performs auxiliary steering by control according to the state of the vehicle 101, and includes a mechanism portion 150 a that is a mechanical structure portion, and a control device portion 150 b that controls the mechanism portion 150 a.
- the mechanism portion 150a is a mechanism provided for each of the wheels 9 and 9 to be auxiliary-steered, and is provided in the tire housing 105 of the vehicle 101 to drive the wheels 9 individually by driving the auxiliary-steering actuator 5.
- the underbody frame component 6 is steered. As shown in FIGS.
- the mechanism unit 150a is connected to the hub unit body 2 having the hub bearing 15 and the suspension frame part 6 or is configured as a part of the suspension frame part 6 to form a hub unit. It is configured as a hub unit with an auxiliary turning function having a unit support member 3 that supports the main body 2 with respect to the undercarriage frame component 6 so that the angle can be changed.
- the auxiliary steering actuator 5 includes a reverse input prevention mechanism 25b (see FIG. 8) that prevents reverse input in which an external force from the road surface enters the motor 26 serving as a drive source.
- the second steering device 150 is configured as a hub unit with an auxiliary turning function as described above, and has one auxiliary turning axis A different from the rotation axis of the wheel 9 in the hub unit. Further, the auxiliary turning actuator 5 in the hub unit is turned around the auxiliary turning axis A. The left and right wheels 9, 9 can be steered independently.
- control device unit 150 b includes an auxiliary turning control unit 151 that controls the auxiliary turning actuator 5 based on the vehicle information representing the state of the vehicle 101 detected by the vehicle information detection unit 110.
- the vehicle information detection unit 110 is means for detecting the state of the vehicle 101 and refers to a group of various sensors.
- the vehicle information detected by the vehicle information detection unit 110 is transferred to the auxiliary turning control unit 151 of the second steering device 150 via the main ECU 130.
- a vehicle speed detection unit 111 that detects a vehicle speed that is a traveling speed of the vehicle 101 (FIG. 1), and a steering instruction that is a rotation angle of the handle 200.
- a steering instruction angle detection unit 112 that detects an angle is provided.
- the vehicle speed detection unit 111 detects the vehicle speed of the vehicle, for example, based on the output of a sensor (not shown) such as a speed sensor attached to the inside of a transmission included in the vehicle, and outputs the vehicle speed to the ECU 130.
- the steering instruction angle detection unit 112 detects the steering angle based on the output of a sensor (not shown) such as a resolver attached to the motor unit included in the first steering device 11 and outputs the detected steering angle to the ECU 130.
- ECU 130 is a control device that performs overall cooperative control or overall control of vehicle 101 (FIG. 1), and is also referred to as VCU.
- the auxiliary steering control unit 151 may be provided as a part of the ECU 130, but in this example, is provided as a dedicated ECU different from the ECU 130.
- Control device section 150b As shown in FIG. 2, the control unit 150b outputs a drive current corresponding to the auxiliary steering control unit 151 and a motor command signal output by the auxiliary steering control unit 151 to generate a right wheel and a left wheel hub. Motor control devices 170 and 175 for the right and left wheels that drive the auxiliary steering actuators 5 and 5 in the units 1R and 1L are provided.
- auxiliary steering control unit 151 As shown in FIGS. 3A and 3B, the auxiliary steering control unit 151, steering angle and [delta] of the wheel determined by the numerical model M of vehicle motion based on the information of the steering instruction angle [delta] h and the vehicle speed V, the first steering
- the auxiliary steering actuators 5 and 5 for the left and right wheels are steered by the steering angle ⁇ 2 of the additional steering which is a difference from the steering angle ⁇ 1 of the actual wheel 9 steered by the device 11 (FIG. 2). It is a means to control.
- Auxiliary steering control unit 151 an auxiliary turning angle calculation unit 151a having a difference operation unit 151aa for converting the steering angle [delta] 2 of the additional turning from numerical model M of the vehicle motion becomes the difference, the auxiliary steering the steering angle [delta] 2 corner calculating unit 151a is calculated and a control command output section 151b configured to output as the motor command signal.
- Auxiliary steering control unit 151 the control based on the steering instruction angle [delta] h and information of the vehicle speed V using the numerical model M, using the following equation (14) to control to improve the responsiveness of the steering, the front wheels Formula (27) is used for the control which uses a tire effectively.
- Equations (14) and (27) are equations derived using the numerical model M.
- the auxiliary turning control unit 151 does not include the numerical model M itself, and includes Expressions (14) and (27).
- symbol of Formula (14) is defined as follows.
- ⁇ 2 Steering angle of additional steering as a difference ⁇ h : Steering instruction angle
- V Vehicle speed
- n Steering instruction angle and front wheel steering Ratio with angle ⁇ : Damping rate
- ⁇ n Vibration frequency (natural frequency of vehicle) ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 : Parameter k r : Tire cornering power per rear wheel l r : Distance between vehicle center of gravity and rear wheel axle l: Distance between front wheel axle and rear wheel axle (l f + l r )
- I Yaw moment of inertia of vehicle s: Complex variable in Laplace transform
- the auxiliary turning actuator 5 is controlled so as to turn by the steering angle ⁇ 2 which is the difference obtained by the above equation (14).
- ⁇ 2 which is the difference obtained by the above equation (14).
- Expressions (1) and (2) are rewritten into Expressions (5) and (6).
- These formulas (5) and (6) are other examples of the numerical model of vehicle motion referred to in the claims.
- the steering angle [delta] which is obtained from the numerical model of the left and right wheels 9, 9 the same value, and also the steering angle [delta] 2 additional steered left and right wheels the same.
- ⁇ (s), r (s), ⁇ (s), and ⁇ h (s) are the slip angle ⁇ of the vehicle center of gravity, yaw angular velocity r, front wheel steering angle ⁇ , steering
- Expressions (7) and (8) are obtained.
- K f and K r indicate tire cornering power per front wheel and rear wheel.
- Equation (9) and (10) are obtained.
- ⁇ n represents the natural frequency of the vehicle response to steering
- ⁇ represents the attenuation rate of the vehicle response to steering.
- G ⁇ ⁇ (0) is a side slip angle gain constant, which indicates the value of the side slip angle ⁇ with respect to the steering angle ⁇ of the front wheels.
- G ⁇ r (0) is a yaw angular velocity gain constant, and indicates the value of the yaw angular velocity r with respect to the steering angle ⁇ of the front wheels.
- the lateral acceleration y ⁇ can be expressed by Expression (11) by assuming that ⁇ is small.
- Expression (12) is obtained by performing Laplace transform on Expression (11) and substituting Expressions (9) and (10).
- G ⁇ y ⁇ (0) is a lateral acceleration gain constant, which indicates the value of the lateral angular velocity y ⁇ with respect to the steering angle ⁇ of the front wheels.
- the control law of the steering angle of the front wheels that improves the steering responsiveness is shown in the formula (13).
- the parameters ⁇ 1 , ⁇ 2 , and ⁇ 3 correspond to the damping rate ⁇ , the natural frequency ⁇ , and the lateral acceleration y ⁇ , respectively, and if the values of ⁇ 1 , ⁇ 2 , and ⁇ 3 are small, Assuming that, the following equation (13) is derived.
- the parameters ⁇ 1 , ⁇ 2 , and ⁇ 3 it is possible to simultaneously improve the responses of the side slip angle ⁇ , the yaw angular velocity r, and the lateral acceleration y ⁇ .
- equation (14) the control law for determining the steering angle ⁇ 2 of the additional turning performed using the second steering device 150 is represented by equation (14).
- FIG. 6 shows the analysis results of the yaw angular velocity r and the lateral acceleration y ⁇ when the lane change is 2.5 [m] by sine steering of 0.5 [Hz].
- ⁇ 1 ⁇ 0.2
- ⁇ 2 0.2
- ⁇ 3 1.
- the curve data shown in black is controlled, and the curve data shown in gray is the result without control. It can be seen that the yaw angular velocity and lateral acceleration rise faster with control, and the steering response is improved.
- the steering angles of the left and right wheels 9 and 9 are the same.
- the left and right wheels 9 and 9 are generally Different values ( ⁇ 2L , ⁇ 2R ). In that case, even if the left and right wheels are additionally steered with different values, the steering angle ⁇ 2 of one additional steering is obtained from the different left and right values, and both left and right are determined by the steering angle ⁇ 2.
- the wheels 9 and 9 may be additionally steered.
- 15 and 16 show the analysis results of the turning trajectory and lateral acceleration when steering is performed at a vehicle speed of 40 [km / h] and ramp steps of 0.5 [s] and 120 [deg].
- Solid line data is the result of control
- dotted line data is the result of no control. It can be seen that the control increases the outer ring whose load increases during turning and cuts back the inner ring whose load decreases, resulting in a smaller turning radius.
- the vehicle running characteristics are changed by slightly changing the left and right steering angles, and the load applied to each wheel 9, 9 (inner wheel, outer wheel) is changed finely. Control is possible, and further improvement in vehicle motion performance can be expected. Further, by calculating the steering angle ⁇ hb of the additional turning using the above equation (27) and controlling the left and right second steering devices 150 at minute angles, the performance of the tire can be effectively used. .
- the hub unit with an auxiliary turning function as the second steering device 150 has an auxiliary turning axis A different from the rotation axis of the wheel 9 in the hub unit.
- the auxiliary turning actuator 5 disposed in the hub unit 1 can be rotated about the auxiliary turning axis A. With this mechanism, the toe angle of the wheels 9 and 9 attached to the hub unit 1 can be freely adjusted with a simple structure without changing the basic structure of the existing vehicle.
- the auxiliary steering actuator 5 has a reverse input prevention function 25b, and the maximum turning angle of the hub unit 1 with the auxiliary turning function is limited to ⁇ several degrees necessary for the correction operation. Therefore, when the power supply of one of the motor control devices 170 and 175 shown in FIG. 3B is lost, the control of the other motor control device 170 and 175 is stopped, so that the hub unit The turning angle is fixed, and the driver can safely move the vehicle to a safe place such as the road shoulder using the steering wheel. Therefore, a mechanism for safety measures in the event of system failure can be omitted or simplified.
- the second steering device 150 can steer the left and right wheels 9 and 9 independently.
- a right wheel hub unit 1 ⁇ / b> R (FIG. 2) and a left wheel hub unit 1 ⁇ / b> L (FIG. 2) are provided as a mechanism portion 150 a serving as a hub unit with an auxiliary turning function of the second steering device 150.
- the right wheel hub unit 1 ⁇ / b> R and the left wheel hub unit 1 ⁇ / b> L steer the wheels 9 and 9 by the auxiliary steering actuator 5 (FIG. 7) provided in the tire housing 105.
- the mechanism 150a serving as a hub unit with an auxiliary turning function of the second steering device 150 includes the right wheel hub unit 1R and the left wheel hub unit 1L as described above, and these right wheel hub unit 1R and left wheel hub unit 1L.
- the hub unit 1 includes a hub unit main body 2, a unit support member 3, a rotation allowable support component 4, and an auxiliary steering actuator 5.
- the unit support member 3 is provided integrally with the knuckle which is the underbody frame component 6.
- the actuator main body 7 of the auxiliary steering actuator 5 is provided on the inboard side of the unit support member 3, and the hub unit main body 2 is provided on the outboard side of the unit support member 3.
- the hub unit 1 (FIG. 7) is mounted on the vehicle
- the vehicle width direction outer side of the vehicle is referred to as an outboard side
- the vehicle width direction center side of the vehicle is referred to as an inboard side.
- the hub unit main body 2 and the actuator main body 7 are connected by a joint portion 8.
- the joint portion 8 is provided with a boot (not shown) for waterproofing and dustproofing.
- the hub unit main body 2 is attached to the unit support member 3 via the rotation-allowing support parts 4 and 4 at two upper and lower positions so as to be rotatable around the auxiliary turning axis A extending in the vertical direction. It is supported.
- the auxiliary turning axis A is an axis different from the rotation axis O of the wheel 9 and is also different from the kingpin axis that performs steering of the first steering device.
- the kingpin angle is set to 10 to 20 degrees for the purpose of improving the straight running stability of the vehicle traveling.
- the hub unit 1 of this embodiment has an angle (axis) different from the kingpin angle. It has a steering shaft.
- the wheel 9 includes a wheel 9a and a tire 9b.
- the hub unit 1 (FIG. 7) of this embodiment is added to the steering of the left and right wheels 9, 9 as front wheels by the first steering device 11, and ⁇ 5 degrees or less for each of the left and right wheels individually.
- the first steering device 11 is of a rack and pinion type, but any type of steering device may be used.
- the suspension device 12 uses, for example, a strut suspension mechanism that directly fixes the shock absorber to the underbody frame component 6, but a multi-link suspension mechanism or other suspension mechanisms may be applied.
- the hub unit main body 2 includes a hub bearing 15 for supporting the wheel 9, an outer ring 16, and an arm portion 17 (FIG. 10) that is a steering force receiving portion described later.
- the hub bearing 15 includes an inner ring 18, an outer ring 19, and rolling elements 20 such as balls interposed between the inner and outer rings 18, 19. 7).
- the hub bearing 15 is an angular ball bearing in which the outer ring 19 is a fixed ring, the inner ring 18 is a rotating ring, and the rolling elements 20 are in a double row.
- the inner ring 18 includes a hub ring portion 18a having a hub flange 18aa and constituting a race surface on the outboard side, and an inner ring portion 18b constituting a race surface on the inboard side.
- the wheel 9a of the wheel 9 is bolted to the hub flange 18aa so as to overlap the brake rotor 21a.
- the inner ring 18 rotates around the rotation axis O.
- the outer ring 16 includes an annular portion 16 a fitted to the outer peripheral surface of the outer ring 19, and a trunnion shaft-like mounting shaft portion provided so as to protrude vertically from the outer periphery of the annular portion 16 a. 16b, 16b.
- Each attachment shaft portion 16b is provided coaxially with the auxiliary turning shaft center A.
- the brake 21 includes a brake rotor 21a and a brake caliper 21b.
- the brake caliper 21b is attached to two upper and lower brake caliper attachment portions 22 (FIG. 12) formed integrally with the outer ring 19 so as to project into an arm shape.
- each rotation-allowing support component 4 is composed of a rolling bearing.
- a tapered roller bearing is applied as the rolling bearing.
- the rolling bearing includes an inner ring 4a fitted to the outer periphery of the mounting shaft portion 16b, an outer ring 4b fitted to the unit support member 3, and a plurality of rolling elements 4c interposed between the inner and outer rings 4a and 4b.
- the unit support member 3 includes a unit support member main body 3A and a unit support member combined body 3B.
- a substantially ring-shaped unit support member assembly 3B is detachably fixed to the end of the unit support member main body 3A on the outboard side.
- Partial concave spherical fitting hole forming portions 3a are respectively formed on the upper and lower portions of the side surface of the inboard side of the unit support member assembly 3B.
- partial concave spherical fitting hole forming portions 3Aa are respectively formed on the upper and lower portions of the outboard side end of the unit support member main body 3A.
- the unit support member combined body 3B is fixed to the outboard side end of the unit support member main body 3A, and the fitting hole forming portions 3a and 3Aa (FIG. 13) are combined with each other for each upper and lower portion.
- a fitting hole is formed continuously around the entire circumference.
- the outer ring 4b is fitted in this fitting hole.
- the unit support member 3 is indicated by a one-dot chain line.
- each mounting shaft portion 16b of the outer ring 16 is formed with a female screw portion extending in the radial direction, and is provided with a bolt 23 that is screwed into the female screw portion.
- a disc-like pressing member 24 is interposed on the end surface of the inner ring 4a, and a preload is applied to each rotation-allowing support component 4 by applying a pressing force to the end surface of the inner ring 4a by a bolt 23 that is screwed into the female screw portion. Giving. Thereby, the rigidity of each rotation permission support component 4 can be improved. Even when the weight of the vehicle acts on the hub unit 1, the initial preload is set so as not to escape.
- the rolling bearing of the rotation-allowing support component 4 is not limited to the tapered roller bearing, and an angular ball bearing can be used depending on use conditions such as a maximum load. In such a case as well, a preload can be applied in the same manner as described above.
- the arm portion 17 is a portion serving as an action point for applying a steering force to the outer ring 19 of the hub bearing 15, and is integrated with a part of the outer periphery of the annular portion 16 a or a part of the outer periphery of the outer ring 19. Protrusively.
- the arm portion 17 is rotatably connected to the linear motion output portion 25 a of the auxiliary steering actuator 5 via the joint portion 8.
- the linear output part 25a of the auxiliary turning actuator 5 advances and retreats, whereby the hub unit body 2 rotates around the auxiliary turning axis A (FIG. 7), that is, is turned.
- the auxiliary turning actuator 5 has an actuator body 7 that drives the hub unit body 2 to rotate about the auxiliary turning axis A (FIG. 7).
- the actuator body 7 converts the motor 26, the speed reducer 27 that decelerates the rotation of the motor 26, and the forward / reverse rotation output of the speed reducer 27 into the reciprocating linear motion of the linear motion output unit 25a.
- the motor 26 is, for example, a permanent magnet type synchronous motor, but may be a DC motor or an induction motor.
- the reduction gear 27 can use a wrapping type transmission mechanism such as a belt transmission mechanism or a gear train, and a belt transmission mechanism is used in the example of FIG.
- the reducer 27 includes a drive pulley 27a, a driven pulley 27b, and a belt 27c.
- a drive pulley 27 a is coupled to the motor shaft of the motor 26, and a driven pulley 27 b is provided in the linear motion mechanism 25.
- the driven pulley 27b is disposed in parallel to the motor shaft.
- the driving force of the motor 26 is transmitted from the drive pulley 27a to the driven pulley 27b via the belt 27c.
- the drive pulley 27a, the driven pulley 27b, and the belt 27c constitute a winding-type speed reducer 27.
- a feed screw mechanism such as a slide screw or a ball screw, or a rack and pinion mechanism can be used.
- a trapezoidal screw slide screw is used as the feed screw mechanism that also serves as the reverse input prevention mechanism 25b.
- the feed screw mechanism used is used. Since the linear motion mechanism 25 includes a feed screw mechanism using a sliding screw of the trapezoidal screw as the reverse input prevention mechanism 25b, the effect of preventing reverse input from the tire 9b can be enhanced.
- the actuator body 7 including the motor 26, the speed reducer 27, and the linear motion mechanism 25 is assembled as a semi-assembly and is detachably attached to the case 6b with bolts or the like.
- a mechanism that directly transmits the driving force of the motor 26 to the linear motion mechanism 25 without using a reduction gear is also possible.
- the reverse input preventing mechanism 25b may be a worm gear or the like, and the linear motion mechanism 25 may have a structure that does not have a reverse input blocking function such as a ball screw.
- the case 6b is integrally formed with the unit support member main body 3A as a part of the unit support member 3.
- the case 6 b is formed in a bottomed cylindrical shape, and is provided with a motor housing portion that supports the motor 26 and a linear motion mechanism housing portion that supports the linear motion mechanism 25.
- a fitting hole for supporting the motor 26 at a predetermined position in the case is formed in the motor housing portion.
- the linear motion mechanism accommodating portion is formed with a fitting hole for supporting the linear motion mechanism 25 at a predetermined position in the case, a through hole for allowing the linear motion output portion 25a to advance and retreat.
- the unit support member main body 3A includes the case 6b, a shock absorber mounting portion 6c serving as a shock absorber mounting portion, and a steering device coupling serving as a coupling portion of the first steering device 11 (FIG. 8). Part 6d.
- the shock absorber mounting portion 6c and the steering device coupling portion 6d are also integrally formed with the unit support member main body 3A.
- a shock absorber mounting portion 6c is formed on the upper portion of the outer surface portion of the unit support member main body 3A so as to protrude.
- a steering device coupling portion 6d is formed on the side surface portion of the outer surface portion of the unit support member main body 3A so as to protrude.
- the embodiment is means for instructing the steering instruction angle [delta] h of the first steering device 11 has been explained the case is a handle 200, means for instructing steering instruction angle [delta] h, the automatic operation device (Fig. (Not shown).
- the first steering device 11 may have a structure in which the left and right wheels 9 and 9 serving as front wheels are mechanically interlocked, and the steering that drives a steering actuator (not shown) by operating the handle 200 is used. It may be a by-wire system.
- SYMBOLS 2 ... Hub unit main body, 3 ... Unit support member, 5 ... Actuator for auxiliary steering, 6 ... Suspension frame component, 9 ... Wheel, 11 ... First steering device, 12 ... Suspension device, 15 ... Hub bearing, 25b
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
Abstract
Description
本出願は、2018年3月20日出願の特願2018-053064、2018年9月25日出願の特願2018-178253、および、2019年3月6日出願の特願2019-040354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。 This application is priority to Japanese Patent Application No. 2018-053064 filed on Mar. 20, 2018, Japanese Patent Application No. 2018-178253 filed on Sep. 25, 2018, and Japanese Patent Application No. 2019-040354 filed on Mar. 6, 2019. And is hereby incorporated by reference in its entirety as part of this application.
この発明は、通常のステアリング装置に対して、±数度以下の補助的な転舵を加える機構を付加し、運転者のハンドル操作に対する車両の応答性を向上させるステアリングシステムおよびそれを備えた車両に関する。 The present invention adds a mechanism for adding auxiliary steering of ± several degrees or less to a normal steering device, and improves the responsiveness of the vehicle to a driver's steering operation, and a vehicle equipped with the steering system About.
従来の一般的なステアリング装置は、ハンドルの回転に機械的に連動する足回りフレーム部品の角度を変更させ、前輪の操舵を行うものであるが、運転者のハンドル操作に対して車両が進行方向を変える応答性が今一つ低い。このような応答性を向上させる技術として、特許文献1,2が提案されている。
The conventional general steering device changes the angle of the underbody frame parts that are mechanically interlocked with the rotation of the steering wheel to steer the front wheels. The responsiveness to change is still low.
特許文献1は、前輪が操舵される車両の挙動を制御する車両用挙動制御装置において、ドライバの意思を車両の挙動に反映させるだけではなく、車両姿勢の安定感や乗り心地が一層向上するように車両挙動を制御する装置である。
同文献における操舵装置は、ステアリングホイールの回転を前輪に伝達する操舵装置であって、ステアリングホイール側機構とこれと機械的に分離されている前輪を操舵する車輪側機構を備える。
前記ステアリングホイール側機構には、ステアリングホイールの回転操舵角を検出する第1舵角センサが設けられ、前記車輪側機構には前輪の操舵に対応する操舵角を検出する第2舵角センサを備える。前記第1舵角センサの出力と第2舵角センサの出力とから操舵速度を算出し、車両において生じた転舵が、ドライバが意思をもって行ったステアリング操作に対応する操舵であるか、或いは外乱による前輪の転舵に対応する操舵であるかを、上記第1及び第2舵角センサの出力に基づいて判断し、この判断結果に基づいて操舵速度を決定する。
The steering device in this document is a steering device that transmits rotation of a steering wheel to a front wheel, and includes a steering wheel side mechanism and a wheel side mechanism that steers a front wheel that is mechanically separated from the steering wheel side mechanism.
The steering wheel side mechanism is provided with a first steering angle sensor for detecting the rotational steering angle of the steering wheel, and the wheel side mechanism is provided with a second steering angle sensor for detecting a steering angle corresponding to steering of the front wheels. . The steering speed is calculated from the output of the first steering angle sensor and the output of the second steering angle sensor, and the steering generated in the vehicle is steering corresponding to the steering operation that the driver has intentionally performed, or disturbance Based on the outputs of the first and second steering angle sensors, the steering speed is determined based on the result of the determination.
特許文献2には、1つのホイール内において、モータを2個使用し、車輪のトー角とキャンバー角の両方を調整することが記載されている。
特許文献1のようなステアバイワイヤシステムを用いた構成では、走行中に電源が失陥した場合など、車両の操作ができなくなることが考えられ、安全性に課題がある。
また、特許文献2等の補助的な転舵機能を備えた機構では、車輪のトー角やキャンバー角を自由に変更することを目的としているため、複雑な構成となっている。特許文献2の場合は、モータを2個使っているため、モータ個数の増大によるコスト増が生じるだけでなく、1つの車輪内でトー角とキャンバー角の両方を制御するために、複雑で大きな機構になる。
In the configuration using the steer-by-wire system as in
Moreover, since the mechanism provided with the auxiliary steering function of
この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、構造が簡単でかつ安全性を確保した機械的な機構を備えながら、車両速度と操舵指示角に合わせて左右前輪の角度を制御でき、ハンドル操作や自動運転装置からの操舵指令に対する車両の応答性を向上させることができるステアリングシステムおよび車両を提供することである。 The present invention solves the above-mentioned problems, and its object is to control the angle of the left and right front wheels according to the vehicle speed and the steering command angle while having a mechanical structure with a simple structure and ensuring safety. It is possible to provide a steering system and a vehicle capable of improving the responsiveness of the vehicle to a steering operation or a steering command from an automatic driving device.
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。 Hereinafter, in order to facilitate understanding, the present invention will be described with reference to the reference numerals of the embodiments for convenience.
この発明のステアリングシステム100は、車両101の前輪となる左右の車輪9,9が機械的に連動し、ハンドル200の回転または電気信号による操舵指示角δhに従い車両101の前輪となる左右の車輪9,9を、これら左右の車輪9,9が設置される懸架装置12の左右の足回りフレーム部品6,6の角度変更によって操舵する第1のステアリング装置11と、
前記左右の車輪9,9に対してそれぞれ設けられた補助転舵用アクチュエータ5,5を駆動することで前記足回りフレーム部品6,6に対する車輪9,9の角度を変えて前記左右の車輪9,9を個別に転舵させる第2のステアリング装置150と、
前記車両101の車両速度Vおよび操舵指示角δhを含む車両情報を検出する車両情報検出部110と、
を備えたステアリングシステム100であって、
前記第2のステアリング装置150は、前記操舵指示角δhと前記車両速度Vの情報に基づき車両運動の数値モデルMにより求まる前記前輪の操舵角δと、前記第1のステアリング装置11で操舵される実際の前輪9,9の操舵角δ1との差分となる追加転舵の操舵角δ2だけ転舵させるように前記補助転舵用アクチュエータ5を制御する補助転舵制御部151を有する、ことを特徴とする。
By driving
A vehicle
A
The
この構成によると、第1のステアリング装置11により、操舵指示角δhに従い左右の足回りフレーム部品6,6が機械的に連動して角度変更し、前輪である左右の車輪9,9が足回りフレーム部品6,6と共に操舵される。例えば、運転者によるハンドル200の回転に機械的に連動して、左右の足回りフレーム部品6が角度変更し、足回りフレーム部品6,6と共に前輪となる車輪9,9が操舵される。この操舵は、一般的な車両の操舵と同じである。この第1のステアリング装置11による操舵角δ1に対して、第2のステアリング装置150による転舵が、補助転舵制御部151による制御によって加えられる。
According to this configuration, the
この場合に、第2のステアリング装置150では、操舵指示角δhと車両速度Vの情報に基づき、車両運動の数値モデルM、つまり動力学モデルにより応答最良の操舵角(理想の操舵角)として求まる操舵角δと、第1のステアリング装置11で操舵される実際の車輪9,9の操舵角δ1との差分となる操舵角δ2だけ転舵させるように補助転舵用アクチュエータ5を制御する。すなわち、旋回時に、操舵指示角δhと走行速度に応じて、車両の動力学モデルに基づく適切なタイヤ角になるように、第2のステアリング装置150によって補正する。そのため、ハンドル操作や自動運転装置からの操舵指令に対する応答性を改善することが出来る。
第2のステアリング装置150は、上記のように通常のハンドル操作による操舵を補正するものであるため、最大転舵角は、例えば±数度(±2~±5)に制限された構成でよい。そのため、従来のステアバイシステムと異なり、電源の失陥等で補助転舵用アクチュエータ5を正しく動作させることができなくなった場合でも、車両101の走行方向への影響は小さく、安全性が確保される。第2のステアリング装置150は、±数度以下の角度の転舵を加えるものであり、その補助転舵用アクチュエータ5も一つで済むため、従来のトー角とキャンバー角との両方を調整する機構に比べて、簡単な構造で済む。また、±数度以下の転舵角度の補正であるため、運転者に危険を感じせることなく、前記ハンドル操作に対する応答性の改善が行える。
このように、構造が簡単でかつ安全性を確保した機構を用いながら、車両速度Vと操舵指示角δhに合わせて左右輪9,9の転舵角度を制御し、運転者のハンドル操作または自動運転装置からの操舵指令に対する車両101の応答性を向上させることが可能となる。
In this case, the
Since the
Thus, while using the mechanism structure is to ensure simple and safe, and controls the steering angle of the left and
この発明のステアリングシステム100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151により前記追加転舵の操舵角δ2を求めて転舵させる制御に、2輪モデルを用いた、次の式(14)を用いてもよい。
In the
ここで、
δ2:差分となる追加転舵の操舵角
δh:操舵指示角
V:車両速度
Vβ=0:舵角に対する横滑り角βが0となる時の車両速度
n:操舵指示角と前輪の操舵角との比(ギアレシオ)
ζ:減衰率
ωn:固有振動数(車両の固有振動数)
α1,α2,α3:パラメータ
kr:後輪1輪あたりのタイヤコーナリングパワー
lr:車両重心と後輪車軸の距離
l:前輪車軸と後輪車軸の距離(lf+lr)
I:車両のヨー慣性モーメント
s:ラプラス変換における複素変数
here,
δ 2 : Steering angle of additional steering as a difference δ h : Steering instruction angle V: Vehicle speed V β = 0 : Vehicle speed when side slip angle β with respect to the steering angle is 0 n: Steering instruction angle and front wheel steering Ratio to angle (gear ratio)
ζ: damping rate ω n : natural frequency (vehicle natural frequency)
α 1 , α 2 , α 3 : Parameter k r : Tire cornering power per rear wheel l r : Distance between vehicle center of gravity and rear wheel axle l: Distance between front wheel axle and rear wheel axle (l f + l r )
I: Yaw moment of inertia of vehicle s: Complex variable in Laplace transform
上記式(14)を用いると、発明の詳細な説明欄で詳しく説明するように、操舵指示角δhと車両速度Vの情報に基づき、車両運動の数値モデルにより求まる前輪の理想の操舵角δと、前記第1のステアリング装置11で操舵される実際の車輪9,9の操舵角δ1との差分となる追加転舵の操舵角δ2、つまり補助的に加える操舵角δを適切に求めることができる。そのため、運転者のハンドル操作に対する車両の応答性の向上が良好に得られる。
Using the above equation (14), as described in detail in the detailed description section of the present invention, based on the information of the steering instruction angle [delta] h and the vehicle speed V, the steering angle of the front wheels of the ideal calculated by numerical model of vehicle motion [delta] And the steering angle δ 2 of the additional turning that is the difference between the actual steering angle δ 1 of the
この発明のステアリングシステム100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151により前記追加転舵の操舵角δhbを求めて転舵させる制御に、次式(27)を用いてもよい。
この発明のステアリングシステム100において、前記補助転舵制御部151は、前記車両運動の数値モデルにより求まる前記前輪の左右それぞれの操舵角δと、前記第1のステアリング装置11で操舵される実際の前輪の左右それぞれの操舵角δ1とのそれぞれの差分となる追加転舵の個別の操舵角(δ2L、δ2R)だけ転舵させるように前記補助転舵用アクチュエータ5,5を制御してもよい。この場合、車両の旋回時に、例えば、左右の操舵角を微妙に変化させることで車両の走行特性を変化させ、それぞれの車輪9,9に掛かる荷重を変化させるなど、細かな制御が可能となり、さらなる車両運動性能の改善が期待できる。
In the
この発明のステアリングシステム100において、前記第2のステアリング装置150は、車輪取付用のハブベアリング15を有するハブユニット本体2と、前記足回りフレーム部品6と連結されまたは足回りフレーム部品6の一部として構成されたユニット支持部材3とを備え、
前記ハブユニット本体2は、上下方向に延びる補助転舵軸心A回りに回転自在に回転許容支持部品4を介して前記ユニット支持部材3に支持され、前記補助転舵用アクチュエータ5の駆動により前記補助転舵軸心A回りに回転させられる補助転舵機能付ハブユニットであってもよい。
第2のステアリング装置150を上記構成とすることで、既存の車両の基本構造を変更することなく、簡単な構造で、ハブユニット本体2に取付けられた車輪9,9のトー角度を自由に調整することができる。
In the
The hub unit
By configuring the
この発明のステアリングシステム100において、前記第2のステアリング装置150は、車輪取付用のハブベアリング15を有するハブユニット本体2、および前記足回りフレーム部品6と連結されまたは足回りフレーム部品6の一部として構成されて前記ハブユニット本体2を前記足回りフレーム部品6に対して角度変更可能に支持するユニット支持部材3を有する機構部150aと、前記補助転舵制御部151、およびこの補助転舵制御部151が出力するモータ指令信号に応じた駆動電流を出力して前記補助転舵用アクチュエータ5を駆動するモータ制御装置170,175を有する制御装置部150bとを備える構成であってもよい。
第2のステアリング装置150を上記のような機構部150aと制御装置部150bとを備える構成とすることで、構造が簡単でかつ安全性を確保した機械的な機構を用いながら、車両速度Vと操舵指示角δhに合わせて左右輪の角度を別々に制御し、運転者のハンドル操作に対する車両の応答性を向上させることが、簡素な構成で実現できる。
In the
By configuring the
この発明のステアリングシステム100において、前記第2のステアリング装置150の前記補助転舵用アクチュエータ5が逆入力防止機構25bを備えていてもよい。
前記逆入力防止機構25bを備えていると、制御系に異常が発生した場合、瞬時に補助転舵用アクチュエータ5の制御を停止するだけで、路面からの逆入力を防止することでハブユニットのふらつきを抑え、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。前記逆入力防止機構25bは、前記補助転舵用アクチュエータ5の動作を伝える機構に台形ネジを用いることなどで、簡単に構成することができる。
In the
When the reverse
この発明の車両は、この発明の上記いずれかの構成のステアリングシステム100を装備した車両である。
この構成の車両によると、ステアリングシステム100に構造が簡単でかつ安全性を確保した機械的な機構を用いて、車両速度Vと操舵指示角δhに合わせて左右前輪の転舵角度を制御し、運転者のハンドル操作や自動運転装置からの操舵指令に対する車両101の応答性を向上させることができる。
The vehicle of the present invention is a vehicle equipped with the
According to the vehicle of this configuration, by using a mechanical mechanism which structure is to ensure simple and safe to the
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、この発明に含まれる。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、この発明に含まれる。 Any combination of at least two configurations disclosed in the claims and / or the specification and / or the drawings is included in the present invention. In particular, any combination of two or more of each claim in the claims is included in the invention.
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。 The present invention will be understood more clearly from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments and drawings are for illustration and description only and should not be used to define the scope of the present invention. The scope of the invention is defined by the appended claims. In the accompanying drawings, the same reference numerals in a plurality of drawings indicate the same or corresponding parts.
この発明の一実施形態を図1ないし図16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の概念構成を概略示す図である。車両101は、前輪となる左右の車輪9,9と、後輪となる左右の車輪9,9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。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a conceptual configuration of a
このステアリングシステム100は、車両101の操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11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。
The
<第1のステアリング装置11の構成>
第1のステアリング装置11は、ハンドル200に機械的に連動し、ハンドル角である操舵指示角に従い前輪となる左右の車輪9,9を、これら左右の車輪9,9が設置される左右の足回りフレーム部品6,6の角度変更によって操舵する装置である。足回りフレーム部品6,6は、この実施形態ではナックルである。
第1のステアリング装置11は、ハンドル200が取付けられた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14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14が車幅方向に移動することで、懸架装置12の足回りフレーム部品6と共に、この足回りフレーム部品6に設置された車輪9の向きが変わり、左右の車輪9,9を連動して操舵することが可能である。
<Configuration of
The
The
<第2のステアリング装置150の概略構成>
第2のステアリング装置150は、車両101の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、機械構造部分である機構部150aと、この機構部150aを制御する制御装置部150bとを有する。
機構部150aは、補助転舵の対象となる車輪9,9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内に設けられて補助転舵用アクチュエータ5の駆動により車輪9を個別に、前記足回りフレーム部品6に対して転舵させる。機構部150aは、図1および図7に示すように、ハブベアリング15を有するハブユニット本体2、および前記足回りフレーム部品6と連結されまたは足回りフレーム部品6の一部として構成されてハブユニット本体2を足回りフレーム部品6に対して角度変更可能に支持するユニット支持部材3を有する補助転舵機能付のハブユニットとして構成される。補助転舵用アクチュエータ5は、その駆動源となるモータ26に路面からの外力が入る逆入力を阻止する逆入力防止機構25b(図8参照)を備える。
<Schematic configuration of
The
The
第2のステアリング装置150は、上記のように補助転舵機能付のハブユニットとして構成されるが、このハブユニット内に車輪9の回転軸とは異なる1つの補助転舵軸心Aを持つ。また、ハブユニット内の補助転舵用アクチュエータ5によって前記補助転舵軸心Aを中心として転舵させる。左右の車輪9,9を独立して転舵可能である。
The
機構部150aの詳細は、後に図7~図14と共に説明する。
図1において、制御装置部150bは、車両情報検出部110により検出された車両101の状態を表す車両情報に基づいて、補助転舵用アクチュエータ5を制御する補助転舵制御部151を有する。
Details of the
In FIG. 1, the
<車両情報検出部110>
車両情報検出部110は、車両101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の補助転舵制御部151に転送される。
図2に示すように、車両情報検出部110として、この実施形態では、車両101(図1)の走行速度である車両速度を検出する車速検出部111と、ハンドル200の回転角である操舵指示角を検出する操舵指示角検出部112とが設けられている。
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たスピードセンサ等のセンサ(図示せず)の出力に基づいて、この車両の車両速度を検出し、ECU130へ出力する。
操舵指示角検出部112は、例えば第1のステアリング装置11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(図示せず)の出力に基づいて操舵角を検出し、ECU130へ出力する。
<Vehicle
The vehicle
As shown in FIG. 2, as the vehicle
The vehicle
The steering instruction
<ECU130>
ECU130は、車両101(図1)の全体の協調制御または統括制御を行う制御装置であり、VCUとも称される。前記補助転舵制御部151は、前記ECU130の一部として設けられていてもよいが、この例では前記ECU130とは別の専用のECUとして設けられている。
<
<制御装置部150b>
図2に示すように、制御装置部150bは、前記補助転舵制御部151、およびこの補助転舵制御部151が出力するモータ指令信号に応じた駆動電流を出力して右輪および左輪のハブユニット1R,1Lにおける補助転舵用のアクチュエータ5,5を駆動する右輪用および左輪用のモータ制御装置170,175を有する。
<
As shown in FIG. 2, the
<補助転舵制御部151>
図3Aおよび図3Bに示すように、補助転舵制御部151は、操舵指示角δhと車両速度Vの情報に基づき車両運動の数値モデルMにより求まる車輪の操舵角δと、第1のステアリング装置11(図2)で操舵される実際の車輪9の操舵角δ1との差分となる追加転舵の操舵角δ2だけ転舵させるように前記左右輪の補助転舵用アクチュエータ5,5を制御する手段である。
補助転舵制御部151は、前記車両運動の数値モデルMから前記差分となる追加転舵の操舵角δ2を換算する差分演算部151aaを有する補助転舵角演算部151aと、この補助転舵角演算部151aが演算した操舵角δ2を前記モータ指令信号として出力する制御指令出力部151bとを有する。
<Auxiliary turning
As shown in FIGS. 3A and 3B, the auxiliary
Auxiliary
補助転舵制御部151は、前記数値モデルMを用いた操舵指示角δhと車両速度Vの情報に基づく制御において、操舵の応答性を改善する制御に次の式(14)を用い、前輪タイヤを効果的に利用する制御に式(27)を用いる。式(14)、式(27)は前記数値モデルMを用いて導き出された数式である。補助転舵制御部151は、前記数値モデルM自体は有しておらず、式(14)、式(27)を備える。
ここで、式(14)の各符号は次のように定義される。
δ2:差分となる追加転舵の操舵角
δh:操舵指示角
V:車両速度
Vβ=0:舵角に対する横滑り角βが0となる時の車両速度
n:操舵指示角と前輪の操舵角との比
ζ:減衰率
ωn:有振動数(車両の固有振動数)
α1,α2,α3:パラメータ
kr:後輪1輪あたりのタイヤコーナリングパワー
lr:車両重心と後輪車軸の距離
l:前輪車軸と後輪車軸の距離(lf+lr)
I:車両のヨー慣性モーメント
s:ラプラス変換における複素変数
Here, each code | symbol of Formula (14) is defined as follows.
δ 2 : Steering angle of additional steering as a difference δ h : Steering instruction angle V: Vehicle speed V β = 0 : Vehicle speed when side slip angle β with respect to the steering angle is 0 n: Steering instruction angle and front wheel steering Ratio with angle ζ: Damping rate ω n : Vibration frequency (natural frequency of vehicle)
α 1 , α 2 , α 3 : Parameter k r : Tire cornering power per rear wheel l r : Distance between vehicle center of gravity and rear wheel axle l: Distance between front wheel axle and rear wheel axle (l f + l r )
I: Yaw moment of inertia of vehicle s: Complex variable in Laplace transform
<操舵の応答性を改善する制御>
上記の式(14)により求めた前記差分となる操舵角δ2だけ転舵させるように補助転舵用アクチュエータ5を制御する。これにより、構造が簡単でかつ安全性を確保した機械的な機構を用いて、車両速度Vと操舵指示角δhに合わせて左右輪の角度を制御し、運転者のハンドル操作に対する車両の応答性を向上させることができる。
前記式(14)の求め方、および式(14)を用いることで応答性が向上する理由を以下に説明する。
<Control to improve steering response>
The
The reason why the responsiveness is improved by using the equation (14) and the equation (14) will be described below.
車両101の重心Gを原点とし車両に固定した座標系について、図4の4輪モデルを参考に横方向の運動は式(1)で示される。また、コーナリングフォースYf1、Yf2、Yr1、Yr2は、重心G周りのヨーイングモーメントとして働くため、車両101の重心Gを通る鉛直軸回りのヨーイング運動は式(2)で示される。
これらの式(1)、(2)が、請求項で言う車両運動の数値モデルの一例である。
With respect to a coordinate system in which the center of gravity G of the
These formulas (1) and (2) are examples of a numerical model of vehicle motion referred to in the claims.
ここで、記号は次のように定義される。
m:車両の慣性質量
V:車両速度
Yf1、Yf2、Yr1、Yr2:各輪のコーナリングフォース
δ:前輪の操舵角
r:車両のヨー角速度
β:車両重心の横すべり角
βf1、βf2、βr1、βr2:各輪の横すべり角
I:車両のヨー慣性モーメント
lf:車両重心と前輪車軸の距離
lr:車両重心と後輪車軸の距離
Here, the symbols are defined as follows.
m: Inertial mass of the vehicle
V: Vehicle speed
Y f1 , Y f2 , Y r1 , Y r2 : Cornering force of each wheel δ: Steering angle of front wheel r: Vehicle yaw angular velocity β: Side slip angle of vehicle center of gravity β f1 , β f2 , β r1 , β r2 : Each wheel Side slip angle
I: Vehicle yaw moment of inertia l f : Distance between vehicle center of gravity and front wheel axle l r : Distance between vehicle center of gravity and rear wheel axle
ここで、簡易的に解くために、図5の前後2輪モデルで検討する。左右輪9,9のコーナリングフォース、横すべり角β(βf1、βf2、βr1、βr2)は、式(3)、(4)により2輪モデルに換算する。
式(3)、(4)を加味して、式(1)、(2)は式(5)、(6)に書き換えられる。
これらの式(5)、(6)が、請求項で言う車両運動の数値モデルの他の一例である。なお、2輪モデルとした場合、左右輪9,9の数値モデルから求まる操舵角δは同じ値となり、追加転舵の操舵角δ2も左右輪同じとなる。
In consideration of Expressions (3) and (4), Expressions (1) and (2) are rewritten into Expressions (5) and (6).
These formulas (5) and (6) are other examples of the numerical model of vehicle motion referred to in the claims. In the case where the two-wheel model, the steering angle [delta] which is obtained from the numerical model of the left and
式(5)、(6)について、β(s)、r(s)、δ(s)、δh(s)を、車両重心
の横すべり角β、ヨー角速度r、前輪の操舵角δ、操舵指示角δhのラプラス変換とすると、式(7)、式(8)を得る。ここで、Kf、Krは、前輪、後輪1輪あたりのタイヤコーナリングパワーを示す。
For equations (5) and (6), β (s), r (s), δ (s), and δ h (s) are the slip angle β of the vehicle center of gravity, yaw angular velocity r, front wheel steering angle δ, steering When the Laplace transform of the instruction angle δ h is performed, Expressions (7) and (8) are obtained. Here, K f and K r indicate tire cornering power per front wheel and rear wheel.
これら式(7)、式(8)をβ(s)、r(s)に関して解くと式(9)、(10)を得る。ここでωnは操舵に対する車両応答の固有振動数、ζは操舵に対する車両応答の減衰率を示す。また、Gδ β(0)は横すべり角ゲイン定数で、前輪の操舵角δに対する横すべり角βの値を示す。Gδ r(0)は、ヨー角速度ゲイン定数で、前輪の操舵角δに対するヨー角速度rの値を示す。 Solving these equations (7) and (8) with respect to β (s) and r (s), equations (9) and (10) are obtained. Here, ω n represents the natural frequency of the vehicle response to steering, and ζ represents the attenuation rate of the vehicle response to steering. G δ β (0) is a side slip angle gain constant, which indicates the value of the side slip angle β with respect to the steering angle δ of the front wheels. G δ r (0) is a yaw angular velocity gain constant, and indicates the value of the yaw angular velocity r with respect to the steering angle δ of the front wheels.
また、横加速度y・・は、βが小さいと仮定することで、式(11)で示すことができる。
式(11)をラプラス変換し、式(9)、(10)を代入して、式(12)が得られる。Gδ
y・・(0)は横加速度ゲイン定数で、前輪の操舵角δに対する横角速度y・・の値を示す。
式(9)、(10)、(12)より、操舵の応答性を改善する前輪の操舵角の制御則を式(13)に示す。このとき、α1、α2、α3の各パラメータは、それぞれ減衰率ζ、固有振動数ω、横加速度y・・に対応しており、α1、α2、α3の値を小さいと仮定すると、式(13)の下式が導かれる。α1、α2、α3の各パラメータを適切に変更することで、横すべり角β、ヨー角速度r、横加速度y・・の応答を同時に改善することができる。
式(13)より、第2のステアリング装置150を用いて行う追加転舵の操舵角δ2を決める制御則は式(14)で表せられる。
α1,α2,α3の各パラメータを変更することで操舵応答性を調整できる。図6に、0.5[Hz]のサイン操舵で2.5[m]のレーンチェンジを行ったときのヨー角速度rと横加速度y・・の解析結果を示す。ここでは、α1=-0.2,α2=0.2,α3=1に設定している。黒色で示す曲線のデータが制御あり、グレーで示す曲線のデータが制御なしの結果である。制御を入れることでヨー角速度及び横加速度の立ち上がりが速くなっており,操舵の応答が改善されたことがわかる。 The steering responsiveness can be adjusted by changing the parameters α 1 , α 2 , and α 3 . FIG. 6 shows the analysis results of the yaw angular velocity r and the lateral acceleration y ··· when the lane change is 2.5 [m] by sine steering of 0.5 [Hz]. Here, α 1 = −0.2, α 2 = 0.2, and α 3 = 1. The curve data shown in black is controlled, and the curve data shown in gray is the result without control. It can be seen that the yaw angular velocity and lateral acceleration rise faster with control, and the steering response is improved.
なお、この例は、2輪モデルを用いた制御式を用いたため、左右の車輪9,9の操舵角が同じとなるが、4輪モデルを用いた場合、一般に左右の車輪9,9に対して異なる値(δ2L、δ2R)となる。その場合、左右の車輪をそれぞれ異なる値で追加転舵を行うようにしても、また異なる左右の値から統一した一つの追加転舵の操舵角δ2を求め、その操舵角δ2で左右両方の車輪9,9の追加転舵を行うようにしてもよい。
In this example, since the control formula using the two-wheel model is used, the steering angles of the left and
更に、ハンドル角と走行速度の情報により、以下の式によって、左右独立に補助転舵機能付ハブユニットを操作することで、極低速時のアッカーマンステアから中高速でのタイヤ荷重移動領域でのタイヤの効果的な利用までを統一的に実現する。
<前輪タイヤを効果的に利用する制御>
Furthermore, by operating the hub unit with auxiliary steering function independently from the left and right sides according to the following formula using the steering wheel angle and travel speed information, tires in the tire load movement region from the Ackerman steer at extremely low speed to the medium load speed Realize the effective use of the system in a unified manner.
<Control that effectively uses front tires>
パラメータαを適切に変更することで,極低速でのアッカーマンステア条件を満足しながら、中高速での加速度による荷重移動に応じた横滑り角が実現する。
図15,16に、車速40[km/h]、ランプステップ0.5[s]、120[deg]で操舵した場合の旋回軌跡および横加速度の解析結果を示す。
ここでは、α=0.5に設定した解析結果を示した。実線のデータが制御あり,点線のデータが制御なしの結果である。制御により、旋回時に荷重が増加する外輪が切り増され、荷重が減少する内輪が切り戻され、結果として旋回半径が小さくなることがわかる。
By appropriately changing the parameter α, the skid angle corresponding to the load movement due to the acceleration at the medium / high speed is realized while satisfying the Ackermann steer condition at the extremely low speed.
15 and 16 show the analysis results of the turning trajectory and lateral acceleration when steering is performed at a vehicle speed of 40 [km / h] and ramp steps of 0.5 [s] and 120 [deg].
Here, the analysis result set to α = 0.5 is shown. Solid line data is the result of control, and dotted line data is the result of no control. It can be seen that the control increases the outer ring whose load increases during turning and cuts back the inner ring whose load decreases, resulting in a smaller turning radius.
<作用、効果>
操舵の応答の改善のシミュレーション例の結果を説明したが、上記構成のステアリングシステムによると、次の利点が得られる。
走行中に左右の車輪9,9に装備された第2のステアリング装置150を用いて、車両速度Vと操舵指示角δhの情報にもとづいて、上記式(14)を用いて追加転舵の操舵角δ2を演算し、左右の第2のステアリング装置150を微小な角度で制御することで、運転者に危険を感じさせることなく、運転者のハンドル操作に対して車両の応答性の改善することができる。
ここで、2輪モデルを用いた制御式を用いると、左右の車輪9,9の操舵角が同じとなるが、簡易な制御式でコストをかけずに車両の応答を改善することができる。また、4輪モデルを用いると、例えば、左右の操舵角を微妙に変化させることで車両の走行特性を変化させ、それぞれの車輪9,9(内輪、外輪)に掛かる荷重を変化させるなど、細かな制御が可能となり、さらなる車両運動性能の改善が期待できる。
また、上記式(27)を用いて追加転舵の操舵角δhbを演算し、左右それぞれの第2のステアリング装置150を微小な角度で制御することで、タイヤの性能を効果的に利用できる。
<Action, effect>
The result of the simulation example of the improvement of the steering response has been described. According to the steering system configured as described above, the following advantages can be obtained.
Using the
Here, when a control formula using a two-wheel model is used, the steering angles of the left and
Further, by calculating the steering angle δ hb of the additional turning using the above equation (27) and controlling the left and right
第2のステアリング装置150となる補助転舵機能付のハブユニットは、車輪9の回転軸とは異なる補助転舵軸心Aをこのハブユニット内に持ち、図14に示すように、ハブベアリング部は、アウターリング16の上下に設けた取付軸部16b,16bで補助転舵軸心Aの回りに回転可能に保持されている。また、図7に示すように、ハブユニット1に配置された補助転舵用アクチュエータ5によって、この補助転舵軸心Aを中心として回転作動させることが可能である。この機構により、既存の車両の基本構造を変更することなく簡単な構造で、ハブユニット1に取り付けられた車輪9,9のトー角度を自由に調整することができる。
The hub unit with an auxiliary turning function as the
また、図8に示すように、補助転舵用アクチュエータ5は逆入力防止機能25bを備え、かつ補助転舵機能付のハブユニット1の最大転舵角は修正動作に必要な±数度に制限されているので、図3Bに示すモータ制御装置170,175のいずれか一方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170,175の制御を停止することで、ハブユニットの転舵角は固定され、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。したがってシステム失陥時の安全対策のための機構を省略または簡略化できる。
Further, as shown in FIG. 8, the
<第2のステアリング装置150の具体的構成例>
図1および図9に示すように、第2のステアリング装置150は、左右の車輪9,9を独立して転舵可能である。この第2のステアリング装置150の補助転舵機能付ハブユニットとなる機構部150aとして右輪ハブユニット1R(図2)および左輪ハブユニット1L(図2)を備える。これら右輪ハブユニット1Rおよび左輪ハブユニット1L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5(図7)により車輪9,9の転舵を行う。
<Specific Configuration Example of
As shown in FIGS. 1 and 9, the
第2のステアリング装置150の補助転舵機能付ハブユニットとなる機構部150aは、前述のように右輪ハブユニット1Rおよび左輪ハブユニット1Lを備えるが、これら右輪ハブユニット1Rおよび左輪ハブユニット1Lは、いずれも図7に示す補助転舵機能付ハブユニット1として構成されている。
同図7に示すように、このハブユニット1は、ハブユニット本体2と、ユニット支持部材3と、回転許容支持部品4と、補助転舵用アクチュエータ5とを備える。足回りフレーム部品6であるナックルに一体にユニット支持部材3が設けられている。
The
As shown in FIG. 7, the
図11に示すように、このユニット支持部材3のインボード側に、補助転舵用アクチュエータ5のアクチュエータ本体7が設けられ、ユニット支持部材3のアウトボード側に、ハブユニット本体2が設けられる。ハブユニット1(図7)を車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい、車両の車幅方向中央側をインボード側という。
図8および図10に示すように、ハブユニット本体2とアクチュエータ本体7とはジョイント部8により連結されている。通常、このジョイント部8は、防水、防塵のために図示外のブーツが取り付けられている。
As shown in FIG. 11, the actuator
As shown in FIGS. 8 and 10, the hub unit
図7に示すように、ハブユニット本体2は、上下方向に延びる補助転舵軸心A回りに回転自在なように、上下二箇所で回転許容支持部品4,4を介してユニット支持部材3に支持されている。補助転舵軸心Aは、車輪9の回転軸心Oとは異なる軸心であり、第1ステアリング装置操舵を行うキングピン軸とも異なっている。通常の車両は、車両走行の直進安定性の向上を目的としてキングピン角度が10~20度で設定されているが、この実施形態のハブユニット1は、前記キングピン角度とは別の角度(軸)の転舵軸を有する。車輪9は、ホイール9aとタイヤ9bとを備える。
As shown in FIG. 7, the hub unit
図1に示すように、この実施形態のハブユニット1(図7)は、第1のステアリング装置11による前輪となる左右の車輪9,9の操舵に付加して左右輪個別に±数度以下の角度(約±5deg)を転舵させる機構として、懸架装置12の足回りフレーム部品6に一体に設けられる。第1のステアリング装置11は、ラックアンドピニオン式とされるが、どのタイプのステアリング装置でも構わない。懸架装置12は、例えば、ショックアブソーバを足回りフレーム部品6に直接固定するストラット式サスペンション機構を適用しているが、マルチリンク式サスペンション機構、その他のサスペンション機構を適用してもよい。
As shown in FIG. 1, the hub unit 1 (FIG. 7) of this embodiment is added to the steering of the left and
<ハブユニット本体2について>
図7に示すように、ハブユニット本体2は、車輪9の支持用のハブベアリング15と、アウターリング16と、後述の操舵力受け部であるアーム部17(図10)とを備える。
図14に示すように、ハブベアリング15は、内輪18と、外輪19と、これら内外輪18,19間に介在したボール等の転動体20とを有し、車体側の部材と車輪9(図7)とを繋ぐ役目をしている。
<About
As shown in FIG. 7, the hub unit
As shown in FIG. 14, the hub bearing 15 includes an
このハブベアリング15は、図示の例では、外輪19が固定輪、内輪18が回転輪となり、転動体20が複列とされたアンギュラ玉軸受とされている。内輪18は、ハブフランジ18aaを有しアウトボード側の軌道面を構成するハブ輪部18aと、インボード側の軌道面を構成する内輪部18bとを有する。図7に示すように、ハブフランジ18aaに、車輪9のホイール9aがブレーキロータ21aと重なり状態でボルト固定されている。内輪18は、回転軸心O回りに回転する。
In the illustrated example, the hub bearing 15 is an angular ball bearing in which the
図14に示すように、アウターリング16は、外輪19の外周面に嵌合された円環部16aと、この円環部16aの外周から上下に突出して設けられたトラニオン軸状の取付軸部16b,16bとを有する。各取付軸部16bは、補助転舵軸心Aに同軸に設けられる。
図8に示すように、ブレーキ21は、ブレーキロータ21aと、ブレーキキャリパ21bとを有する。ブレーキキャリパ21bは、外輪19に一体にアーム状に突出して形成された上下二箇所のブレーキキャリパ取付部22(図12)に取付けられる。
As shown in FIG. 14, the
As shown in FIG. 8, the
<回転許容支持部品およびユニット支持部材について>
図14に示すように、各回転許容支持部品4は転がり軸受から成る。この例では、転がり軸受として、テーパころ軸受が適用されている。転がり軸受は、取付軸部16bの外周に嵌合された内輪4aと、ユニット支持部材3に嵌合された外輪4bと、内外輪4a,4b間に介在する複数の転動体4cとを有する。
<About rotation-supporting support parts and unit support members>
As shown in FIG. 14, each rotation-allowing
ユニット支持部材3は、ユニット支持部材本体3Aと、ユニット支持部材結合体3Bとを有する。ユニット支持部材本体3Aのアウトボード側端に、略リング形状のユニット支持部材結合体3Bが着脱自在に固定されている。ユニット支持部材結合体3Bのインボード側側面のうち上下の部分には、部分的な凹球面状の嵌合孔形成部3aがそれぞれ形成されている。
The
図13および図14に示すように、ユニット支持部材本体3Aのアウトボード側端のうち上下の部分には、部分的な凹球面状の嵌合孔形成部3Aaがそれぞれ形成されている。図10に示すように、ユニット支持部材本体3Aのアウトボード側端にユニット支持部材結合体3Bが固定され、各上下の部分につき、嵌合孔形成部3a,3Aa(図13)が互いに組み合わされることにより、全周に連なる嵌合孔が形成される。この嵌合孔に外輪4bが嵌合されている。なお図10において、ユニット支持部材3を一点鎖線で表す。
As shown in FIGS. 13 and 14, partial concave spherical fitting hole forming portions 3Aa are respectively formed on the upper and lower portions of the outboard side end of the unit support member
図14に示すように、アウターリング16における各取付軸部16bには、雌ねじ部が径方向に延びるように形成され、この雌ねじ部に螺合するボルト23が設けられている。内輪4aの端面に円板状の押圧部材24を介在させ、前記雌ねじ部に螺合するボルト23により、内輪4aの端面に押圧力を付与することで、各回転許容支持部品4にそれぞれ予圧を与えている。これにより各回転許容支持部品4の剛性を高め得る。車両の重量がこのハブユニット1に作用した場合でも初期予圧が抜けないように設定される。なお、回転許容支持部品4の転がり軸受は、テーパころ軸受に限るものではなく、最大負荷等の使用条件によってはアンギュラ玉軸受を用いることも可能である。その場合も、上記と同様に予圧を与えることができる。
As shown in FIG. 14, each mounting
図8に示すように、アーム部17は、ハブベアリング15の外輪19に操舵力を与える作用点となる部位であり、円環部16aの外周の一部または外輪19の外周の一部に一体に突出する。このアーム部17は、ジョイント部8を介して、補助転舵用アクチュエータ5の直動出力部25aに回転自在に連結されている。これにより、補助転舵用アクチュエータ5の直動出力部25aが進退することで、ハブユニット本体2が補助転舵軸心A(図7)回りに回転、つまり転舵させられる。
As shown in FIG. 8, the
<補助転舵用アクチュエータ5について>
図10に示すように、補助転舵用アクチュエータ5は、ハブユニット本体2を補助転舵軸心A(図7)回りに回転駆動させるアクチュエータ本体7を有する。
図8に示すように、アクチュエータ本体7は、モータ26と、モータ26の回転を減速する減速機27と、この減速機27の正逆の回転出力を直動出力部25aの往復直線動作に変換する直動機構25とを備える。モータ26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。
<About the
As shown in FIG. 10, the
As shown in FIG. 8, the
減速機27は、ベルト伝達機構等の巻き掛け式伝達機構またはギヤ列等を用いることができ、図8の例ではベルト伝達機構が用いられている。減速機27は、ドライブプーリ27aと、ドリブンプーリ27bと、ベルト27cとを有する。モータ26のモータ軸にドライブプーリ27aが結合され、直動機構25にドリブンプーリ27bが設けられている。このドリブンプーリ27bは、前記モータ軸に平行に配置されている。モータ26の駆動力は、ドライブプーリ27aからベルト27cを介してドリブンプーリ27bに伝達される。前記各ドライブプーリ27aとドリブンプーリ27bとベルト27cとで、巻き掛け式の減速機27が構成される。
The
直動機構25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・ピニオン機構等を用いることができ、この例では逆入力防止機構25bを兼ねる送りねじ機構として、台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構が用いられている。直動機構25は、逆入力防止機構25bとして、前記台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構を備えるため、タイヤ9bからの逆入力の防止効果を高め得る。モータ26、減速機27および直動機構25を備えたアクチュエータ本体7は、準組立品として組み立てられてケース6bにボルト等により着脱自在に取り付けられる。なおモータ26の駆動力を、減速機を介さず直接直動機構25へ伝達する機構も可能である。また、前記逆入力防止機構25bは、ウォームギヤ等とし、直動機構25にボールねじ等の逆入力阻止機能を持たない構成を採用してもよい。
As the
ケース6bは、ユニット支持部材3の一部として、ユニット支持部材本体3Aに一体に形成されている。ケース6bは、有底筒状に形成され、モータ26を支持するモータ収容部と、直動機構25を支持する直動機構収容部が設けられている。前記モータ収容部には、モータ26をケース内所定位置に支持する嵌合孔が形成されている。前記直動機構収容部には、直動機構25をケース内所定位置に支持する嵌合孔、および、直動出力部25aの進退を許す貫通孔等が形成されている。
The
図10に示すように、ユニット支持部材本体3Aは、前記ケース6b、ショックアブソーバの取り付け部となるショックアブソーバ取り付け部6c、および第1のステアリング装置11(図8)の結合部となるステアリング装置結合部6dを有する。これらショックアブソーバ取り付け部6cおよびステアリング装置結合部6dも、ユニット支持部材本体3Aに一体に形成されている。ユニット支持部材本体3Aの外表面部における上部に、ショックアブソーバ取り付け部6cが突出するように形成されている。ユニット支持部材本体3Aの外表面部における側面部には、ステアリング装置結合部6dが突出するように形成されている。
ユニット支持部材3が前記ナックルに一体である例を示したが、別部品として製作したユニット支持部材を前記ナックルに一体的に固定してもよい。
As shown in FIG. 10, the unit support member
Although an example in which the
なお、前記実施形態は、第1のステアリング装置11における操舵指示角δhを指令する手段がハンドル200である場合につき説明したが、操舵指示角δhを指示する手段は、自動運転装置(図示せず)であってもよい。また、第1のステアリング装置11は、前輪となる左右の車輪9,9が機械的に連動する構造であればよく、ハンドル200の操作で転舵用のアクチュエータ(図示せず)を駆動するステアバイワイヤシステムであってもよい。
Incidentally, the embodiment is means for instructing the steering instruction angle [delta] h of the
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。 As described above, the preferred embodiments have been described with reference to the drawings, but various additions, modifications, and deletions are possible without departing from the spirit of the present invention. Therefore, such a thing is also included in the scope of the present invention.
2…ハブユニット本体、3…ユニット支持部材、5…補助転舵用アクチュエータ、6…足回りフレーム部品、9…車輪、11…第1のステアリング装置、12…懸架装置、15…ハブベアリング、25b…逆入力防止機構、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、150…第2のステアリング装置、150a…機構部、150b…制御装置部、151…補助転舵制御部、151a…補助転舵角演算部、151b…制御指令出力部、170,175…モータ制御装置、200…ハンドル
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記左右の車輪に対してそれぞれ設けられた補助転舵用アクチュエータを駆動することで前記足回りフレーム部品に対する車輪の角度を変えて前記左右の車輪を個別に転舵させる第2のステアリング装置と、
前記車両の車両速度および前記操舵指示角を含む車両情報を検出する車両情報検出部と、
を備えたステアリングシステムであって、
前記第2のステアリング装置は、前記操舵指示角と前記車両速度の情報に基づき車両運動の数値モデルにより求まる前記前輪の操舵角と、前記第1のステアリング装置で操舵される実際の前輪の操舵角との差分となる追加転舵の操舵角δ2だけ転舵させるように前記補助転舵用アクチュエータを制御する補助転舵制御部を有する、
ことを特徴とするステアリングシステム。 The left and right wheels that are the front wheels of the vehicle are mechanically interlocked, and the left and right wheels that are the front wheels of the vehicle according to the steering instruction angle by the rotation of the steering wheel or the electric signal are A first steering device for steering by changing the angle of the rotating frame parts;
A second steering device for individually turning the left and right wheels by changing an angle of the wheel with respect to the underbody frame component by driving an auxiliary steering actuator provided for each of the left and right wheels;
A vehicle information detection unit for detecting vehicle information including a vehicle speed of the vehicle and the steering instruction angle;
A steering system comprising:
The second steering device includes a steering angle of the front wheel determined by a numerical model of vehicle motion based on the steering instruction angle and the vehicle speed information, and an actual steering angle of the front wheel steered by the first steering device. An auxiliary turning control unit that controls the auxiliary turning actuator so as to turn only the steering angle δ 2 of the additional turning that is the difference between
A steering system characterized by that.
δ2:差分となる追加転舵の操舵角
δh:操舵指示角
V:車両速度
Vβ=0:舵角に対する横滑り角βが0となる時の車両速度
n:操舵指示角と前輪の操舵角との比
ζ:減衰率
ωn:固有振動数(車両の固有振動数)
α1,α2,α3:パラメータ
kr:後輪1輪あたりのタイヤコーナリングパワー
lr:車両重心と後輪車軸の距離
l:前輪車軸と後輪車軸の距離(lf+lr)
I:車両のヨー慣性モーメント
s:ラプラス変換における複素変数 2. The steering system according to claim 1, wherein a two-wheel model is used for the control to obtain and steer the steering angle δ 2 of the additional turning by the auxiliary turning control unit of the second steering device. Steering system using formula.
δ 2 : Steering angle of additional steering as a difference δ h : Steering instruction angle V: Vehicle speed V β = 0 : Vehicle speed when side slip angle β with respect to the steering angle is 0 n: Steering instruction angle and front wheel steering Ratio to angle ζ: Damping rate ω n : Natural frequency (vehicle natural frequency)
α 1 , α 2 , α 3 : Parameter k r : Tire cornering power per rear wheel l r : Distance between vehicle center of gravity and rear wheel axle l: Distance between front wheel axle and rear wheel axle (l f + l r )
I: Yaw moment of inertia of vehicle s: Complex variable in Laplace transform
前記ハブユニット本体は、上下方向に延びる補助転舵軸心回りに回転自在に回転許容支持部品を介して前記ユニット支持部材に支持され、前記補助転舵用アクチュエータの駆動により前記補助転舵軸心回りに回転させられるステアリングシステム。 5. The steering system according to claim 1, wherein the second steering device is connected to a hub unit main body having a hub bearing for attaching a wheel and the underbody frame component or a foot. A unit support member configured as a part of the rotating frame part,
The hub unit body is supported by the unit support member via a rotation-allowing support component so as to be rotatable around an auxiliary turning axis extending in the vertical direction, and the auxiliary turning axis is driven by driving the auxiliary turning actuator. A steering system that can be rotated around.
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