WO2019189097A1 - ステアリングシステムおよびこれを備えた車両 - Google Patents

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WO2019189097A1
WO2019189097A1 PCT/JP2019/012715 JP2019012715W WO2019189097A1 WO 2019189097 A1 WO2019189097 A1 WO 2019189097A1 JP 2019012715 W JP2019012715 W JP 2019012715W WO 2019189097 A1 WO2019189097 A1 WO 2019189097A1
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vehicle
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wheel
turning
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PCT/JP2019/012715
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大場　浩量
教雄 石原
聡 宇都宮
佑介 大畑
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a steering system and a vehicle equipped with the steering system, and to a technology that enables a small turning of the vehicle.
  • the steering wheel and the steering device are mechanically connected, and both ends of the steering device are connected to the left and right wheels by tie rods. Therefore, the turning angle of the left and right wheels due to the movement of the handle is determined by the initial setting.
  • the geometry of the vehicle is (1) “parallel geometry” in which the left and right wheels have the same turning angle, and (2) the turning inner wheel angle is turned larger than the turning outer wheel angle in order to make the turning center one place. Ackermann geometry is known.
  • Patent Documents 1 and 2 have been proposed regarding a mechanism in which the steering geometry is variable in accordance with the traveling state.
  • the steering geometry is changed by relatively changing the knuckle arm and the joint position.
  • Patent Document 2 two motors are used, and both the toe angle and the camber angle can be tilted to an arbitrary angle.
  • the Ackermann geometry is the difference in rudder angle between the left and right wheels so that each wheel turns around a common point in order to smoothly turn the vehicle when turning at low speeds where the centrifugal force acting on the vehicle can be ignored. Is set. However, in high-speed turning where the centrifugal force cannot be ignored, it is desirable that the wheels generate a cornering force in a direction that balances with the centrifugal force. Therefore, the parallel geometry is preferable to the Ackermann geometry.
  • Patent Document 1 the knuckle arm and the joint position are relatively changed to change the steering geometry.
  • a motor actuator that obtains such a large force that the vehicle geometry is changed in such a portion. It is very difficult due to space constraints. Further, the change in the wheel angle due to the change at this position is small, and in order to obtain a large effect, it is necessary to change it greatly, that is, to move it greatly.
  • Patent Document 2 since two motors are used, not only the cost increases due to the increase in the number of motors, but also the control becomes complicated.
  • JP 2009-226972 A German Patent Application Publication No. 10201206337
  • the toe angle of the wheel cannot be changed during traveling. Further, since the left and right wheels are mechanically connected, it is not possible to steer freely, for example, by increasing the turning amount on only one side.
  • the conventional mechanism having an auxiliary steering function has a large and complicated structure because it aims to freely change the toe angle or camber angle of a wheel in a vehicle.
  • it is difficult to ensure rigidity because of the large number of components, and the entire mechanism is increased in size and weight to ensure rigidity.
  • An object of the present invention is to provide a steering system and a vehicle equipped with the same that can improve the running stability when the vehicle goes straight and improve the turning performance.
  • a steering system 101 of the present invention is a steering system provided in a vehicle 100, A first steering device 11 for steering the wheels 9 of the vehicle 100 in accordance with a steering amount command output by the steering command devices 200 and 200A;
  • a second part has a mechanism part 150a for individually steering left and right wheels 9 by driving a steering actuator 5 provided in a tire housing 105 of the vehicle 100, and a control part 150b for controlling the steering actuator 5.
  • Steering device 150 of A vehicle information detection unit 110 that detects vehicle information including a speed of the vehicle 100 and a steering angle of the first steering device;
  • the control unit 150b controls the steering angle of the left and right wheels 9, 9 by controlling the steering actuator 5 according to a predetermined rule according to the speed and the steering angle of the vehicle 100.
  • Rudder angle control means 37 is provided.
  • the predetermined rule is determined as a control rule using, for example, a map or an arithmetic expression for setting the relationship between the vehicle speed and the steering angle and the driving amount (for example, driving current) of the steering actuator.
  • the first steering device 11 steers the wheel in accordance with the steering amount command output by the steering command devices 200 and 200A.
  • the steering command devices 200 and 200A for example, a driver's steering wheel or an automatic steering command device can be applied. Adjustment of the direction of the vehicle 100 by such a steering command device or the like can be performed similarly to a conventional vehicle.
  • the second steering device 150 drives the steering actuator 5 provided in the tire housing 105 to steer the left and right wheels 9 and 9 individually.
  • the turning angle control means 37 is, for example, slightly toe-in when the vehicle is traveling straight from the speed and steering angle of the vehicle 100 obtained from the vehicle information detection unit 110. By controlling the steering actuator 5 so as to become, it is possible to improve the running stability when the vehicle goes straight.
  • the turning angle control means 37 can improve the turning performance of the vehicle by appropriately adjusting (increasing) the turning angle of the left and right wheels 9 and 9 according to the vehicle running condition when the vehicle is turning. it can.
  • the “Ackermann geometry” of the vehicle cuts the wheel angle of the inner turning wheel to be larger than the wheel angle of the outer turning wheel so that the turning center is set at one place. . Therefore, the turning outer wheel can be increased without changing the size of the tire housing, and thereby the minimum turning radius can be reduced.
  • the steering angle control means may control the steering actuator so as to increase only the outer turning wheel among the left and right wheels when the vehicle turns.
  • the turning outer wheel can be increased without changing the size of the tire housing, and thereby the minimum turning radius can be reduced. Therefore, the small turning performance of the vehicle can be improved easily and reliably.
  • the mechanism 150a of the second steering device 150 is A hub unit body 2 having a hub bearing 15 for supporting the wheel 9; A unit support member 3 provided on the undercarriage frame component 6 of the suspension device 12 and rotatably supporting the hub unit body 2 about a turning axis A extending in the vertical direction; The steering unit 5 may be provided to rotate the hub unit body 2 about the turning axis A.
  • the hub unit body 2 including the hub bearing 15 that supports the wheels 9 can be freely rotated around the turning axis A within a certain range by driving the steering actuator 5. For this reason, steering can be performed independently for each wheel, and the toe angle of the wheel 9 can be arbitrarily changed according to the traveling state of the vehicle 100.
  • the rudder angle difference between the left and right wheels 9, 9 can be changed according to the traveling speed.
  • the steering geometry can be changed during traveling, such as parallel geometry for turning in a high speed region and Ackermann geometry for turning in a low speed region.
  • the wheel angle can be arbitrarily changed during traveling, it is possible to improve the motion performance of the vehicle 100 and travel stably and safely.
  • the turning angle of the left and right steered wheels the turning radius of the vehicle 100 in turning traveling can be reduced, and the turning performance can be improved.
  • the control unit 150b of the second steering device 150 outputs an auxiliary steering control unit 151 that outputs a current command signal according to a given steering angle command signal, and a current command signal input from the auxiliary steering control unit 151.
  • the actuator drive control units 31R and 31L that drive and control the steering actuator 5 by outputting a current corresponding to the above may be provided.
  • the auxiliary steering control unit 151 outputs a current command signal corresponding to the given steering angle command signal.
  • the actuator drive control units 31R and 31L drive and control the steering actuator 5 by outputting a current corresponding to the current command signal input from the auxiliary steering control unit 151. Therefore, it is possible to arbitrarily change the wheel angle in addition to steering by a driver's steering wheel operation or the like.
  • the mechanism 150a of the second steering device 150 may steer either one or both of the left and right front wheels 9, 9 and the left and right rear wheels 9, 9.
  • the mechanism portion 150a When the mechanism portion 150a is applied to the left and right front wheels 9, 9, the direction of the wheels 9 is steered together with the entire hub unit by a driver's handle operation or the like.
  • auxiliary steering with a slight angle is added to this steering. Can be performed independently for each wheel.
  • the mechanism portion 150a is applied to the left and right rear wheels 9, 9, 9, the entire hub unit is not steered, but the auxiliary steering function enables steering at a slight angle independently for each wheel, like the front wheels.
  • the vehicle according to the present invention includes the steering system having the above-described configuration. Therefore, each effect mentioned above about the steering system of this invention is acquired.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a conceptual configuration of a steering system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a mechanism portion of a second steering device and its surroundings in the steering system of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a horizontal cross-sectional view showing a configuration of a mechanism portion and the like of the second steering device of FIG.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the external appearance of the mechanism part of the 2nd steering apparatus of FIG. It is a disassembled front view of the mechanism part of the 2nd steering apparatus of FIG. It is a side view of the mechanism part of the 2nd steering apparatus of FIG. It is a top view of the mechanism part of the 2nd steering apparatus of FIG. It is the VIII-VIII sectional view taken on the line of FIG. It is a block diagram which shows the conceptual structure of the steering system of FIG. It is a graph which shows the relationship between a vehicle speed and the upper limit of a cutting angle. It is a graph which shows the relationship between a steering angle and a trimming coefficient.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a conceptual configuration of a vehicle 100 such as an automobile equipped with a steering system 101 according to this embodiment.
  • the vehicle 100 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 101 is a system for steering the vehicle 100, and includes a first steering device 11, a second steering device 150 that is a steering device that individually steers left and right wheels 9, 9, and a vehicle. And an information detection unit 110.
  • the first steering device 11 is a device that steers the left and right wheels 9 and 9 that are the steered wheels of the vehicle 100 by a driver's operation with respect to a steering command device such as the handle 200.
  • the first steering device 11 is a front wheel steering type. ing.
  • the second steering device 150 is a device that performs auxiliary steering by control according to the state of the vehicle 100, and includes a mechanism unit 150a and a control unit 150b.
  • the mechanism part 150a is a mechanism provided for each of the wheels 9 and 9 that are targets of auxiliary steering.
  • the mechanism 150a is provided in the tire housing 105 of the vehicle 100, and individually steers the wheels 9 by driving the steering actuator 5 (FIG. 2).
  • the control unit 150b performs control based on vehicle information representing the state of the vehicle 100 detected by the vehicle information detection unit 110.
  • the steering system 101 The left and right wheels 9 and 9 serving as the front wheels of the vehicle 100 are mechanically interlocked, and the left and right wheels 9 and 9 serving as the front wheels of the vehicle 100 are connected to the left and right wheels 9 according to the steering amount command output by the steering command device.
  • the first steering device 11 that is steered by changing the angles of the knuckles 6 and 6 that are left and right underbody frame parts of the suspension device 12 on which the suspension device 9 is installed, By driving auxiliary steering actuators (steering actuators 5 (FIG. 2)) provided for the left and right wheels 9, 9, the wheels 9, 9 with respect to the knuckles 6, 6 as the underbody frame parts are driven.
  • the vehicle information detection unit 110 is a means for detecting the state of the vehicle 100 and refers to a group of various sensors.
  • the vehicle information detected by the vehicle information detection unit 110 is transferred to the control unit 150b of the second steering device 150 via the main ECU 130.
  • the ECU 130 is a control device that performs overall cooperative control or overall control of the vehicle 100, and is also referred to as a VCU.
  • the first steering device 11 is a system for steering the left and right wheels 9 and 9 that are the front wheels of the vehicle 100 in conjunction with each other in response to an input to the steering wheel 200 by the driver, and includes a steering shaft 32, a rack and pinion (see FIG. (Not shown) and a tie rod 14 or the like, which has a known mechanical configuration.
  • the steering shaft 32 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 is moved in the vehicle width direction by the rack and pinion, so that the direction of the wheels 9 is changed, and the left and right wheels 9, 9 are steered in conjunction with each other. It is possible.
  • second steering device 150 can steer the left and right wheels 9 and 9 independently.
  • a right wheel hub unit 1R and a left wheel hub unit 1L are provided as a mechanism portion 150a 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 a steering actuator 5 (FIG. 2) provided in the tire housing 105.
  • the mechanism portion 150a of the second steering device 150 includes the right wheel hub unit 1R and the left wheel hub unit 1L as described above, and both the right wheel hub unit 1R and the left wheel hub unit 1L are shown in FIG. It is configured as a functional hub unit 1.
  • the hub unit 1 includes a hub unit main body 2, a unit support member 3, a rotation allowable support component 4, and a steering actuator 5.
  • the unit support member 3 is provided integrally with a knuckle 6 that is a suspension frame part.
  • the actuator body 7 of the steering actuator 5 is provided on the inboard side of the unit support member 3, and the hub unit body 2 is provided on the outboard side of the unit support member 3.
  • the hub unit 1 (FIG. 2) 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 body 2 is supported by 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 turning axis A extending in the vertical direction.
  • the turning axis A is an axis different from the rotation axis O of the wheel 9, and is different from the kingpin axis that performs main steering.
  • 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. 2) 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 has a small angle ( As a mechanism for steering about ⁇ 5 deg), the knuckle 6 of the suspension device 12 is integrally provided.
  • the first steering device 11 is of a rack and pinion type, but any type of steering device may be used.
  • the strut suspension mechanism that directly fixes the shock absorber to the knuckle 6 is applied to the suspension device 12, 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 wheels 9, an outer ring 16, and an arm portion 17 (FIG. 4) that is a turning 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. 2).
  • 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 16a fitted to the outer peripheral surface of the outer ring 19, and a trunnion shaft-shaped mounting shaft portion that protrudes upward and downward from the outer periphery of the annular portion 16a. 16b, 16b.
  • Each attachment shaft portion 16 b is provided coaxially with the turning shaft center A.
  • each wheel 9 is provided with a brake 21 which is a brake device for braking the vehicle.
  • the brake 21 includes a brake rotor 21a and a brake caliper 21b.
  • the brake caliper 21b is mounted on two upper and lower brake caliper mounting portions 22 (FIG. 6) 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 in 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. 7) 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 (FIG. 8) is fitted into this fitting hole.
  • the unit support member 3 is indicated by a one-dot chain line.
  • each mounting shaft portion 16 b in 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, the initial preload is set so as not to be released.
  • 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. Even in that case, 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 steering actuator 5 via the joint portion 8. As a result, when the linear motion output portion 25a of the steering actuator 5 advances and retreats, the hub unit body 2 rotates around the turning axis A (FIG. 2), that is, is steered.
  • the steering actuator 5 includes an actuator body 7 that rotates the hub unit body 2 about the turning axis A (FIG. 2).
  • the actuator body 7 converts a motor 26, a speed reducer 27 that decelerates the rotation of the motor 26, and a forward / reverse rotation output of the speed reducer 27 into a reciprocating linear motion of the linear motion output unit 25a.
  • a linear motion mechanism 25 a linear motion mechanism 25.
  • 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, a rack and pinion mechanism, or the like can be used.
  • a feed screw mechanism using a trapezoidal screw slide screw is used. Since the linear motion mechanism 25 includes a feed screw mechanism that uses a sliding screw of the trapezoidal screw, 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 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. 3). 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.
  • vehicle information detection section 110 detects vehicle information and outputs it to ECU 130.
  • the vehicle information detection unit 110 includes a vehicle speed detection unit 111, a steering angle detection unit 112, a vehicle height detection unit 113, an actual yaw rate detection unit 114, an actual lateral acceleration detection unit 115, an accelerator pedal sensor 116, and a brake pedal sensor 117.
  • the vehicle speed detection unit 111 detects the speed of the vehicle (vehicle speed) based on the output of a sensor (not shown) such as a speed sensor attached to the inside of a transmission provided in the vehicle, and sends vehicle speed information (simply “ It is also called “vehicle speed”.
  • the steering angle detection unit 112 detects a steering angle (steering angle) based on the output of a sensor (not shown) such as a resolver attached to a motor unit included in the first steering device 11, for example, and sends the steering angle to the ECU 130.
  • Information also simply referred to as “steering angle” or “wheel angle” is output.
  • the vehicle height detection unit 113 measures the distance between the chassis of the vehicle 100 (FIG. 1) and the ground using a laser displacement meter, or the angle of the upper arm or lower arm (not shown) in the suspension device 12 (FIG. 1) of the vehicle 100.
  • the vehicle height of each wheel 9 (FIG. 1) to be steered by the second steering device 150 is detected by a method of detecting the angle with an angle sensor. Then, the vehicle height detection unit 113 outputs the detected vehicle height to the ECU 130 as vehicle height information.
  • the actual yaw rate detection unit 114 detects the actual yaw rate based on the output of a sensor such as a gyro sensor attached to the vehicle 100 (FIG. 1), for example, and outputs the actual yaw rate information to the ECU 130.
  • a sensor such as a gyro sensor attached to the vehicle 100 (FIG. 1), for example, and outputs the actual yaw rate information to the ECU 130.
  • the actual lateral acceleration detection unit 115 detects actual lateral acceleration based on the output of a sensor such as a gyro sensor attached to the vehicle 100 (FIG. 1), for example, and outputs actual lateral acceleration information to the ECU 130.
  • the accelerator pedal sensor 116 detects an input to the accelerator pedal 210 by the driver, and outputs the detected value to the ECU 130 as an accelerator command value.
  • the brake pedal sensor 117 detects an input to the brake pedal 220 by the driver as a brake depression force, and outputs the detected value to the ECU 130 as a brake command value.
  • the ECU 130 outputs vehicle information including the steering angle command signal to the control unit 150b of the second steering device 150.
  • the control unit 150b of the second steering device 150 acquires vehicle information including vehicle speed information, steering angle information, vehicle height information, actual yaw rate information, actual lateral acceleration information, an accelerator command value, and a brake command value from the ECU 130. Based on the acquired vehicle information, the auxiliary steering control unit 151 controls the right wheel actuator drive control unit 31R and the left wheel actuator drive control unit 31L, so that the right wheel hub unit 1R and the left wheel hub unit are controlled. The left and right wheels can be independently steered by driving the motors 26 provided in each of the 1Ls.
  • control unit 150b the relationship between each information such as the steering angle information as the vehicle information and the command value for driving the motor 26 is determined as a control rule using, for example, a map or an arithmetic expression. Control using rules.
  • the control unit 150b is provided as a dedicated ECU, for example, but may be provided as a part of the main ECU 130.
  • the auxiliary steering control unit 151 in the control unit 150 b includes a turning angle control unit 37.
  • the steering angle control means 37 controls the steering actuator 5 (FIG. 2) according to a predetermined rule according to the vehicle speed and the steering angle acquired from the ECU 130, thereby adjusting the steering angle of the left and right wheels 9, 9. Control. Specifically, the turning angle control unit 37 acquires the wheel angle ⁇ T that is steered by the first steering device 11 connected to the handle 200 from the steering angle detection unit 112 via the ECU 130. Further, the turning angle control means 37 obtains the vehicle speed from the vehicle speed detection unit 111 via the ECU 130.
  • the vehicle speed and the upper limit value ⁇ smax of the wheel angle increment ⁇ s are set to have a relationship as shown in FIG. 10, for example.
  • the upper limit value of the wheel angle increase angle is B deg, and gradually increases as the vehicle speed increases from VL km / h to decrease the upper limit value of the angle.
  • 0 deg is set.
  • B deg, VL km / h, and VH km / h are different values depending on vehicle information.
  • the steering angle and the additional coefficient ⁇ s are set to have a relationship as shown in FIG. 11, for example.
  • the increase coefficient ⁇ s is a coefficient that determines the increase amount of the wheel angle. In the extremely low steering angle range (0 to ⁇ h1 deg) at the time of turning, the increase coefficient is set to c (c is set to 0 to less than 1.0 and is arbitrarily determined by a test or the like). This is to avoid the fact that, when the steering angle is small, the change in the toe angle of the wheel with respect to the steering wheel operation amount by the driver is too large, and the running of the vehicle fluctuates.
  • the increase coefficient is increased as the steering angle increases, and the increase coefficient is set to 1.0 at ⁇ h2 deg.
  • the turning coefficient of the turning inner wheel is set to gradually decrease as the steering angle increases so that the turning inner wheel does not interfere with the inside of the tire housing 105 (FIG. 1). ing.
  • the turning inner wheel is prevented from interfering with the tire housing 105 (FIG. 1), and the additional coefficient of the outer turning wheel is 1.0, so that only the outer turning wheel is increased. Therefore, the minimum turning radius can be reduced without changing the size of the tire housing 105 (FIG. 1).
  • FIG. 12 is a flowchart showing step-by-step the process of controlling the turning angle. This will be described with reference to FIGS. 9 to 11 as appropriate.
  • step S1 Yes
  • step S2 the turning angle control means 37 sets the upper limit value ⁇ smax of the wheel angle increase angle as the maximum Bdeg when the vehicle speed is in the low speed range (V ⁇ VLkm / h) (step S1: Yes) ( The process proceeds to step S2) and step S3.
  • step S4: Yes the turning angle control unit 37 sets the upper limit value of the additional angle according to the increase in the vehicle speed (step S5), and proceeds to step S3.
  • step S6: Yes the turning angle control means 37 sets the upper limit value ⁇ smax of the additional angle to 0 ° deg (step S7). If it is determined that the vehicle speed is not in the high speed range (step S6: No), the process returns to step S1.
  • step S3 If it is determined in step S3 that the steering angle is in the extremely low steering angle range (step S3: Yes), the rounding coefficient is set to c (step S8), and the process proceeds to step S9. If it is determined that the steering angle is in the low steering angle range (step S3: No, step S10: Yes), the larger the steering angle is, the larger the increasing coefficient is set (step s11), and then the process proceeds to step S9. When the steering angle is between ⁇ h2 and ⁇ h3 (step S12: Yes), the trimming coefficient is set to 1.0 (step S13). Thereafter, the process proceeds to step S9.
  • step S12 When the steering angle is equal to or greater than ⁇ h3 (step S12: No, step S14: Yes), only the turning outer wheel is increased (step S15).
  • the turning angle control means 37 determines the wheel angle increase amount ⁇ s by multiplying the increase coefficient ⁇ s by the upper limit value ⁇ smax of the increase angle (step S9). Thereafter, the process proceeds to step S16.
  • the controller 150b calculates the driving conditions (such as the current flowing through the motor 26) of each steering actuator (step S16), and drives each steering actuator (step S17). Thereafter, the process returns to step S1.
  • the auxiliary steering control unit 151 performs control for independently steering the left and right wheels as shown in FIG. 13 below in addition to the control according to the vehicle speed and the steering angle (control shown in FIG. 12 and the like).
  • the control shown in FIG. 13 and the control shown in FIG. 12 and the like may be switched according to the operation of the driver or the vehicle situation, or may be executed in parallel.
  • the auxiliary steering control unit 151 includes a reference lateral acceleration calculation unit 152, a right wheel tire angle calculation unit 153, a left wheel tire angle calculation unit 154, a right wheel road surface friction coefficient calculation unit 155, and a target yaw rate calculation unit 156.
  • the right wheel tire angle calculation unit 153 and the left wheel tire angle calculation unit 154 acquire steering angle information and vehicle height information from the ECU 130 at a predetermined cycle.
  • the right wheel tire angle calculation unit 153 and the left wheel tire angle calculation unit 154 calculate the current angle of the tire that the second steering device 150 (FIG. 9) steers based on the acquired steering angle information and vehicle height information. Then, the calculated tire angle information is output to the reference lateral acceleration calculation unit 152.
  • the standard lateral acceleration calculation unit 152 calculates the standard lateral acceleration based on the vehicle speed information acquired from the ECU 130 and the tire angle information.
  • the reference lateral acceleration calculation unit 152 outputs the calculated reference lateral acceleration as reference lateral acceleration information to the right wheel road surface friction coefficient calculation unit 155 and the left wheel road surface friction coefficient calculation unit 157.
  • FIG. 14 is a diagram showing a map for calculating the road surface friction coefficient, and this map is stored in the right wheel road surface friction coefficient calculation unit 155 and the left wheel road surface friction coefficient calculation unit 157 shown in FIG.
  • the right wheel road surface friction coefficient calculation unit 155 and the left wheel road surface friction coefficient calculation unit 157 calculate road surface friction coefficients based on the actual lateral acceleration information acquired from the ECU 130 and the reference lateral acceleration information input from the reference lateral acceleration calculation unit 152. I do. Specifically, when the reference lateral acceleration information is input from the reference lateral acceleration calculation unit 152, the right wheel road surface friction coefficient calculation unit 155 and the left wheel road surface friction coefficient calculation unit 157 receive the right wheel tire angle calculation unit 153 and the left wheel tire. Tire angle information is acquired from the angle calculation unit 154.
  • the right wheel road surface friction coefficient calculation unit 155 and the left wheel road surface friction coefficient calculation unit 157 calculate the road surface friction coefficient from the actual lateral acceleration / reference lateral acceleration and the tire angle based on the map (FIG. 14).
  • the right wheel road surface friction coefficient calculating unit 155 and the left wheel road surface friction coefficient calculating unit 157 include right wheel road surface friction coefficient information that is the calculated road surface friction coefficient of the right wheel and left wheel road surface friction coefficient information that is the road surface friction coefficient of the left wheel. And output to the target yaw rate correction unit 158.
  • the target yaw rate calculation unit 156 calculates a target yaw rate based on vehicle speed information and steering angle information acquired from the ECU 130 at a predetermined cycle, and outputs the calculated target yaw rate to the target yaw rate correction unit 158 as target yaw rate information.
  • the target yaw rate correction unit 158 receives the target yaw rate calculation unit 156 from the target yaw rate calculation unit 156.
  • the yaw rate information is acquired, and the target yaw rate is corrected according to the road surface friction coefficient represented by the right wheel road surface friction coefficient information and the left wheel road surface friction coefficient information.
  • the target yaw rate correction unit 158 outputs the corrected target yaw rate to the target left and right wheel tire angle calculation unit 159 as corrected yaw rate information.
  • the target left and right wheel tire angle calculation unit 159 When the corrected left and right wheel tire angle calculation unit 159 receives the corrected yaw rate information, the target left and right wheel tire angle calculation unit 159 acquires the actual yaw rate information, the accelerator command value, and the brake command value from the ECU 130, and the right wheel road surface friction coefficient information and the left wheel road surface friction coefficient information. And the target left and right wheel tire angle, which is the target value of the tire angle of the left and right wheels, is calculated. Specifically, the target left and right wheel tire angle calculation unit 159 calculates the target angle of each of the left and right tires based on the following formula (1).
  • ⁇ y is the actual vehicle yaw rate amount represented by the actual yaw rate information
  • X A is the accelerator command value
  • X B is the brake command value
  • ⁇ R is the right wheel road surface friction coefficient
  • ⁇ L is the left wheel.
  • ⁇ tR1 the target tire angle of the right wheel
  • ⁇ tL1 is the target tire angle of the left wheel.
  • the target left and right wheel tire angle calculation unit 159 outputs the calculated target tire angles of the left and right wheels to the right wheel command value calculation unit 160 and the left wheel command value calculation unit 161 as target tire angle information.
  • the right wheel command value calculation unit 160 and the left wheel command value calculation unit 161 represent the current tire angle from the right wheel tire angle calculation unit 153 and the left wheel tire angle calculation unit 154.
  • Tire angle information is acquired, and the target tire angle represented by the target tire angle information is compared with the current tire angle. If there is a deviation as a result of comparing the target tire angle with the current tire angle, right wheel steering indicating the amount by which each of the right wheel hub unit 1R (FIG. 9) and the left wheel hub unit 1L (FIG. 9) is steered. Amount information and left wheel steering amount information are generated.
  • the right wheel command value calculation unit 160 outputs the generated right wheel steering amount information (current command signal) to the right wheel actuator drive control unit 31R, and the left wheel command value calculation unit 161 generates the generated left wheel steering amount information ( Current command signal) is output to the left wheel actuator drive control section 31L.
  • Each actuator drive control unit 31R, 31L includes an inverter. Each actuator drive control unit 31R, 31L controls the current to the motor 26 (FIG. 9) of each steering actuator based on the right wheel steering amount information and the left wheel steering amount information. Specifically, as shown in FIGS. 9 and 13, each actuator drive control unit 31R, 31L receives the right wheel steering amount information and the left wheel steering amount information from the right wheel command value calculation unit 160 and the left wheel command value calculation unit 161. Is acquired, the position information of each motor 26 representing the turning angle of the current right wheel hub unit 1R and left wheel hub unit 1L is acquired, and the motor 26 is based on the right wheel steering amount information and the left wheel steering amount information. The target position is determined, and the current flowing to each motor 26 is controlled.
  • each actuator drive control unit 31R, 31L outputs a current corresponding to the current command signal input from the auxiliary steering control unit 151 to drive-control the steering actuator 5.
  • the actuator drive controllers 31R and 31L control the power supplied to the coil of the motor 26.
  • the actuator drive control units 31R and 31L constitute, for example, a half bridge circuit using a switch element (not shown), and perform PWM control for determining a motor applied voltage based on an ON-OFF duty ratio of the switch element. Thereby, in addition to steering by the driver's steering wheel operation, the angle of the wheel can be minutely changed.
  • the first steering device 11 steers the wheels 9 and 9 in accordance with the steering amount command output from the steering command device.
  • the steering command device for example, the driver's handle 200 or an automatic steering command device can be applied. Adjustment of the direction of the vehicle 100 by such a steering command device or the like can be performed similarly to a conventional vehicle.
  • the second steering device 150 drives the steering actuator 5 provided in the tire housing 105 to steer the left and right wheels 9 and 9 individually.
  • the turning angle control means 37 is, for example, slightly in a toe-in state when the vehicle goes straight from the vehicle speed and the steering angle obtained from the vehicle information detection unit 110. By controlling the steering actuator 5 at the same time, it is possible to improve the running stability when the vehicle is traveling straight.
  • the turning angle control means 37 can improve the turning performance of the vehicle by appropriately adjusting (increasing) the turning angle of the left and right wheels 9 and 9 according to the vehicle running condition when the vehicle is turning. it can.
  • the “Ackermann geometry” of the vehicle cuts the wheel angle of the turning inner wheel larger than the wheel angle of the turning outer wheel in order to make the turning center one place, the interference between the wheel 9 and the tire housing 105 occurs on the inner wheel side. Therefore, the turning outer wheel can be increased without changing the size of the tire housing 105, thereby reducing the minimum turning radius.
  • the hub unit body 2 including the hub bearing 15 can be freely rotated around the turning axis A within a certain range by driving the steering actuator 5. .
  • steering can be performed independently for each wheel, and the toe angle of the wheel 9 can be arbitrarily changed according to the traveling state of the vehicle 100.
  • the rudder angle difference between the left and right wheels 9, 9 can be changed according to the traveling speed.
  • the steering geometry can be changed during traveling, such as parallel geometry for turning in a high speed region and Ackermann geometry for turning in a low speed region.
  • the wheel angle can be arbitrarily changed during traveling, it is possible to improve the motion performance of the vehicle 100 and travel stably and safely.
  • the turning angle of the left and right steered wheels the turning radius of the vehicle 100 in turning traveling can be reduced, and the turning performance can be improved.
  • the steering system 101 is the first embodiment in that the first steering device 11 and the second steering device 150 steer different wheels 9 from each other. Is different. That is, in the steering system 101, the first steering device 11 steers the left and right front wheels 9 and 9 of the vehicle 100, and the second steering device 150 steers the left and right rear wheels 9 and 9 of the vehicle 100. .
  • the mechanism portion 150 b of the second steering device 150 is installed in the rear wheel tire housing 105.
  • the steering system 101 according to the third embodiment is different from the first embodiment in that it includes two second steering devices 150 1 and 150 2 .
  • One second steering device 150 1, as well as the first steering device 11 performs steering of the left and right wheels 9, 9 are front wheels, a second steering device 150 2 on the other are rear left and right The wheels 9, 9 are steered. That is, the second steering device 150 1 on one performs the same operation as the second steering device 150 according to the first embodiment, the second steering device 150 2 on the other, to a second embodiment The same operation as that of the second steering device 150 is performed.
  • this steering system 101 by providing a plurality of (two in this example) second steering devices 150 1 and 150 2 , it becomes possible to more independently independently steer four wheels, It is possible to improve the running stability of the vehicle 100 and reduce the fuel consumption.
  • the left and right wheels are each provided with a second steering device that can be steered independently, and each wheel is independently driven by a steering actuator.
  • These steering devices may be, for example, steer-by-wire types that are not mechanically coupled to the steering command device.
  • the steering command device is the handle 200.
  • a manual steering command device other than the handle 200 for example, a joystick may be used.
  • the steering command device 200A may be used.
  • This automatic steering command device 200A is a device that recognizes a vehicle surrounding situation from the vehicle surrounding situation detection means 230 and automatically generates a steering command.
  • the vehicle surrounding state detection means 230 is, for example, a sensor such as a camera or a millimeter wave radar.
  • the automatic steering command device 200A recognizes white lines and obstacles on the road, for example, and generates and outputs a steering command.
  • the automatic steering command device 200A may be a part of a device that performs automatic driving of a vehicle or a device that supports steering by manual driving. Even in a vehicle equipped with such a steering command device 200A that automatically generates a steering command, by providing the second steering device 150, operations that cannot be performed by the first steering device 11, such as toe angle control, can be performed. It is also possible to perform main steering in the traveling direction of the vehicle with the first steering device 11 and to correct it with the second steering device 150, and to correct the vehicle direction with respect to the steering amount command. Thus, it is possible to maintain the running stability of the vehicle.
  • SYMBOLS 2 ... Hub unit main body, 3 ... Unit support member, 5 ... Steering actuator, 6 ... Knuckle (suspension frame part), 9 ... Wheel, 11 ... First steering device, 12 ... Suspension device, 15 ... Hub bearing, 31R, 31L ... Actuator drive control unit, 37 ... Steering angle control means, 100 ... Vehicle, 101 ... Steering system, 105 ... Tire housing, 110 ... Vehicle information detection unit, 150 ... Second steering device, 150a ... Mechanism unit , 150b ... control unit, 151 ... auxiliary steering control unit, 200 ... handle (steering command device), 200A ... automatic steering command device

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Abstract

車両の直進時の走行安定性を向上させると共に、小回り性能を改善することができるステアリングシステムを提供する。ステアリングシステム(101)は、第１のステアリング装置(11)と、操舵用アクチュエータの駆動により左右の車輪を個別に操舵させる機構部(150a)、および操舵用アクチュエータを制御する制御部(150b)を有する第２のステアリング装置(150)と、車両の速度およびステアリング角度を検出する車両情報検出部(110)とを備える。制御部(150b)は、車両の速度およびステアリング角度に応じて、定められた規則に従って操舵用アクチュエータを制御することで左右の車輪の転舵角度を制御する転舵角度制御手段(37)を有する。

Description

ステアリングシステムおよびこれを備えた車両 関連出願
　本出願は、２０１８年３月２７日出願の特願２０１８－０５９１７０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、ステアリングシステムおよびこれを備えた車両に関し、車両の小回りを可能とする技術等に関する。
　一般的な自動車等の車両は、ハンドルとステアリング装置が機械的に接続され、また、ステアリング装置の両端はタイロッドによってそれぞれの左右輪につながっている。そのため、ハンドルの動きによる左右輪の切れ角度は初期の設定によって決まる。車両のジオメトリとしては、(1)左右輪の切れ角度が同じである「パラレルジオメトリ」、(2)旋回中心を１か所にするために旋回内輪車輪角度を旋回外輪車輪角度よりも大きく切る「アッカーマンジオメトリ」が知られている。
　車両のジオメトリは、走行性の安定と安全性に影響する。走行状況に応じてステアリングジオメトリを可変とした機構に関しては、例えば特許文献１，２が提案されている。特許文献１では、ナックルアームとジョイント位置を相対的に変化させて、ステアリングジオメトリを変化させる。特許文献２では、２個のモータを使い、トー角とキャンバー角の両方を任意の角度に傾けることを可能にしている。
　アッカーマンジオメトリは、車両に作用する遠心力を無視できるような低速域での旋回において、車両をスムーズに旋回させるために、各輪が共通の一点を中心として旋回するように左右輪の舵角差を設定している。しかし、遠心力を無視できない高速域の旋回においては、車輪は遠心力とつり合う方向にコーナリングフォースを発生させることが望ましいため、アッカーマンジオメトリよりもパラレルジオメトリとすることが好ましい。
　前述したように一般的な車両の操舵装置は機械的に車輪と接続されているため、一般的には固定された単一のステアリングジオメトリしか取ることができず、アッカーマンジオメトリとパラレルジオメトリとの中間的なジオメトリに設定されることが多い。
　最小半径を小さくするためには、ハンドルの操作量を増加し車輪を大きく操舵させる必要があるが、エンジンまたはトランスミッションとの場所の取り合いによって、ホイールハウジングの大きさには限りがあり干渉してしまうため、車輪の最大転舵角度には限界がある。
　特許文献１，２の提案によると、ステアリングジオメトリを変更させることができるが次の課題がある。
　特許文献１では、ナックルアームとジョイント位置を相対的に変化させてステアリングジオメトリを変化させているが、このような部分で車両のジオメトリを変化させるほどの大きな力を得るモータアクチュエータを備えることは、空間の制約上、非常に困難である。また、この位置での変化による車輪角の変化が小さく、大きな効果を得るためには、大きく変化させる、つまり大きく動かす必要がある。
　特許文献２では、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、制御が複雑になる。
特開２００９－２２６９７２号公報 独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書
　車輪とステアリング装置とが機械的に連結されている車両においては、車輪のトー角を走行中に変更することができない。また、左右の車輪が機械的に連結されているため、片側のみの転舵量を切り増しするなど自由に操舵することができない。
　最小半径を小さく小回りするためには、ハンドルの操作量を増加し車輪を大きく操舵させる必要があるが、エンジンまたはトランスミッションとの場所の取り合いによって、ホイールハウジングの大きさには限りがあり、タイヤとホイールハウジングが干渉してしまうため、車輪の最大転舵角度には限界がある。
　従来の補助的な転舵機能を備えた機構では、車両において車輪のトー角または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、大きく複雑な構成となっている。また、構成部品数が多く剛性を確保することが難しく、剛性を確保するため機構全体が大型化し重量増となる。
　この発明の目的は、車両の直進時の走行安定性を向上させると共に、小回り性能を改善することができるステアリングシステムおよびこれを備えた車両を提供することである。
　以下、便宜上理解を容易にするために、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１０１は、車両１００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１００の車輪９を操舵させる第１のステアリング装置１１と、
　前記車両１００のタイヤハウジング１０５内に設けられた操舵用アクチュエータ５の駆動により左右の車輪９，９を個別に操舵させる機構部１５０ａ、および前記操舵用アクチュエータ５を制御する制御部１５０ｂを有する第２のステアリング装置１５０と、
　前記車両１００の速度および前記第１のステアリング装置のステアリング角度を含む車両情報を検出する車両情報検出部１１０と、を備え、
　前記制御部１５０ｂは、前記車両１００の前記速度および前記ステアリング角度に応じて、定められた規則に従って前記操舵用アクチュエータ５を制御することで前記左右の車輪９，９の転舵角度を制御する転舵角度制御手段３７を有する。
　前記定められた規則は、例えば、車速およびステアリング角度と操舵用アクチュエータの駆動量（例えば駆動電流）との関係を設定するマップまたは演算式等を用いて制御規則として定められている。
　この構成によると、第１のステアリング装置１１は、操舵指令装置２００，２００Ａが出力する操舵量の指令に従い車輪を操舵させる。操舵指令装置２００，２００Ａとして、例えば、運転者のハンドルまたは自動の操舵指令装置等を適用し得る。このような操舵指令装置等による車両１００の向きの調整が、従来の車両と同様に行える。
　第２のステアリング装置１５０は、タイヤハウジング１０５内に設けられた操舵用アクチュエータ５を駆動することで、左右の車輪９，９を個別に操舵させる。この第２のステアリング装置１５０の制御部１５０ｂのうち、転舵角度制御手段３７は、車両情報検出部１１０から得られた車両１００の速度およびステアリング角度から、車両の高速直進時に例えば僅かにトーイン状態となるように操舵用アクチュエータ５を制御することで、車両の直進時の走行安定性を向上させることができる。転舵角度制御手段３７は、車両の旋回時に左右の車輪９，９の転舵角度を車両走行の状況に応じて適切に調整（切り増し）することで、車両の小回り性能を向上させることができる。
　車両の「アッカーマンジオメトリ」は、旋回中心を１箇所にするために旋回内輪の車輪角度を旋回外輪の車輪角度よりも大きく切るため、車輪とホイールハウジング（タイヤハウジング）の干渉は内輪側で発生する。したがって、旋回外輪は、タイヤハウジングの大きさを変化することなく切り増すことが可能となり、これによって、最小回転半径を低減することができる。
　前記転舵角度制御手段は、前記車両の旋回時に前記左右の車輪のうち旋回外輪のみを切り増すように前記操舵用アクチュエータを制御してもよい。この場合、前述のようにタイヤハウジングの大きさを変化することなく旋回外輪を切り増すことが可能となり、これによって、最小回転半径を低減することができる。したがって、車両の小回り性能を簡単且つ確実に向上することができる。
　前記第２のステアリング装置１５０の前記機構部１５０ａは、
　車輪９を支持するハブベアリング１５を有するハブユニット本体２と、
　懸架装置１２の足回りフレーム部品６に設けられ、前記ハブユニット本体２を上下方向に延びる転舵軸心Ａ回りに回転自在に支持するユニット支持部材３と、
　前記ハブユニット本体２を前記転舵軸心Ａ回りに回転駆動させる前記操舵用アクチュエータ５と、を備えるものであってもよい。
　この構成によると、車輪９を支持するハブベアリング１５を含むハブユニット本体２を、操舵用アクチュエータ５の駆動により、前記転舵軸心Ａ回りに一定の範囲で自由に回転させることができる。このため、車輪毎に独立して操舵が行え、また車両１００の走行状況に応じて、車輪９のトー角を任意に変更することができる。
　また、旋回走行時に、走行速度に応じて左右輪９，９の舵角差を変えることができる。例えば高速域の旋回走行においてはパラレルジオメトリとし、低速域の旋回走行においてはアッカーマンジオメトリとする等、走行中にステアリングジオメトリを変化させることができる。このように走行中に車輪角度を任意に変更することができるため、車両１００の運動性能を向上させ、安定・安全に走行することが可能となる。さらに、左右の操舵輪の転舵角度を適切に変えることで、旋回走行における車両１００の旋回半径を小さくし、小回り性能を向上させることもできる。
　前記第２のステアリング装置１５０の前記制御部１５０ｂは、与えられた操舵角指令信号に応じた電流指令信号を出力する補助操舵制御部１５１と、この補助操舵制御部１５１から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して前記操舵用アクチュエータ５を駆動制御するアクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌとを有するものであってもよい。
　この構成によると、補助操舵制御部１５１は、与えられた操舵角指令信号に応じた電流指令信号を出力する。アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、補助操舵制御部１５１から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して操舵用アクチュエータ５を駆動制御する。したがって、運転者のハンドル操作等による操舵に付加して車輪角度を任意に変更することができる。
　前記第２のステアリング装置１５０の前記機構部１５０ａは、左右の前輪９，９および左右の後輪９，９のいずれか一方または両方を操舵させるものであってもよい。前記機構部１５０ａを左右の前輪９，９に適用した場合、運転者のハンドル操作等で車輪９の方向がハブユニット全体と共に操舵されるが、この操舵に付加する形で僅かな角度の補助操舵を車輪毎に独立して行うことができる。前記機構部１５０ａを左右の後輪９，９に適用した場合は、ハブユニット全体は操舵しないが、補助操舵機能により、前輪と同様に僅かな角度の操舵を車輪毎に独立して行える。
　この発明の車両は、上記の構成のステアリングシステムを備えている。そのため、この発明のステアリングシステムにつき前述した各効果が得られる。
　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を概略示す図である。 図１の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およびその周辺の構成を示す縦断面図である。 図２の第２のステアリング装置の機構部等の構成を示す水平断面図である。 図２の第２のステアリング装置の機構部の外観を示す斜視図である。 図２の第２のステアリング装置の機構部の分解正面図である。 図２の第２のステアリング装置の機構部の側面図である。 図２の第２のステアリング装置の機構部の平面図である。 図６のVIII-VIII線断面図である。 図１の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。 車速と切り増し角度の上限値との関係を示すグラフである。 ステアリング角度と切り増し係数との関係を示すグラフである。 図２の第２のステアリング装置の制御部において、転舵角度を制御する処理を段階的に示すフローチャートである。 図２の第２のステアリング装置の補助操舵制御部の構成を示すブロック図である。 実横加速度／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を概略示す図である。 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を概略示す図である。
　　［第１の実施形態］
　この発明の実施形態に係る第１の実施形態を図１ないし図１４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１０１を搭載した自動車等の車両１００の概念構成を概略示す図である。車両１００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。
　このステアリングシステム１０１は、車両１００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、左右の車輪９，９を個別に操舵させるステアリング装置である第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１１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１００の転舵輪となる左右の車輪９，９を操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１００の状態に応じた制御によって補助的な操舵を行う装置であり、機構部１５０ａと、制御部１５０ｂとを有する。機構部１５０ａは、補助操舵の対象となる車輪９，９毎に設けられる機構である。この機構部１５０ａは、車両１００のタイヤハウジング１０５内に設けられて操舵用アクチュエータ５（図２）の駆動により車輪９を個別に操舵させる。制御部１５０ｂは、車両情報検出部１１０により検出された車両１００の状態を表す車両情報に基づいて制御する。
　換言すれば、ステアリングシステム１０１は、
　車両１００の前輪となる左右の車輪９，９が機械的に連動し、前記操舵指令装置が出力する操舵量の指令に従い車両１００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であるナックル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、
　左右の車輪９，９に対してそれぞれ設けられた補助操舵用のアクチュエータ（操舵用アクチュエータ５（図２））を駆動することで前記足回りフレーム部品であるナックル６，６に対する車輪９，９の角度を変えて左右の車輪９，９を個別に操舵させる第２のステアリング装置１５０と、
　後述する車両情報検出部１１０と、を備える。
　車両情報検出部１１０は、車両１００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は、車両１００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。
　＜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、運転者によるハンドル２００に対する入力に応じて、車両１００の前輪となる左右の車輪９，９を連動して操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、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。
　＜第２のステアリング装置１５０の概略構成＞
　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を独立して操舵可能である。この第２のステアリング装置１５０の機構部１５０ａとして右輪ハブユニット１Ｒおよび左輪ハブユニット１Ｌを備える。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内に設けられた操舵用アクチュエータ５（図２）により車輪９，９の操舵を行う。
　＜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２に示す操舵機能付ハブユニット１として構成されている。同図２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、操舵用アクチュエータ５とを備える。足回りフレーム部品であるナックル６に一体にユニット支持部材３が設けられている。
　図５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、操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２）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３および図４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。
　図２に示すように、ハブユニット本体２は、上下方向に延びる転舵軸心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。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、主な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。
　図１に示すように、この実施形態のハブユニット１（図２）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微小な角度（約±５ｄｅｇ）を操舵させる機構として、懸架装置１２のナックル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ーをナックル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。
　＜ハブユニット本体２について＞
　図２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、後述の転舵力受け部であるアーム部１７（図４）とを備える。図８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２）とを繋ぐ役目をしている。
　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２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。
　図８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、転舵軸心Ａに同軸に設けられる。
　図３に示すように、各車輪９には、車両を制動するブレーキ装置であるブレーキ２１が設けられている。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６）に取付けられる。
　＜回転許容支持部品およびユニット支持部材について＞
　図８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。
　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。
　図７および図８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４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７）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（図８）が嵌合されている。なお図４において、ユニット支持部材３を一点鎖線で表す。
　図８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。
　図３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、操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、操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が転舵軸心Ａ（図２）回りに回転、つまり操舵させられる。
　＜操舵用アクチュエータ５について＞
　図４に示すように、操舵用アクチュエータ５は、ハブユニット本体２を転舵軸心Ａ（図２）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３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。
　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３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。
　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、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。
　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。
　図４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３）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。
　＜車両情報検出部１１０の構成＞
　図９に示すように、車両情報検出部１１０は、車両情報を検出しＥＣＵ１３０へ出力する。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、この車両の速度（車速）を検出し、ＥＣＵ１３０へ車速情報（単に「車速」とも言う）を出力する。
　操舵角検出部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）の出力に基づいてステアリング角度（操舵角）を検出し、ＥＣＵ１３０へ操舵角情報（単に「ステアリング角度」または「車輪角度」とも言う）を出力する。
　車高検出部１１３は、車両１００（図１）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、あるいは車両１００の懸架装置１２（図１）における図示外の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、第２のステアリング装置１５０により操舵される各車輪９（図１）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１００（図１）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１００（図１）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２１０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２２０への入力をブレーキ踏力として検出し、検出した値をブレーキ指令値としてＥＣＵ１３０へ出力する。ＥＣＵ１３０は、操舵角指令信号を含む車両情報を第２のステアリング装置１５０の制御部１５０ｂに出力する。
　＜第２のステアリング装置１５０の制御部１５０ｂ＞
　第２のステアリング装置１５０の制御部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を取得し、取得した車両情報に基づいて、補助操舵制御部１５１が、右輪用のアクチュエータ駆動制御部３１Ｒおよび左輪用のアクチュエータ駆動制御部３１Ｌを制御することで、右輪ハブユニット１Ｒ、および左輪ハブユニット１Ｌがそれぞれ備えるモータ２６を駆動し、左右の車輪を独立して操舵可能である。
　制御部１５０ｂにおいて、前記車両情報である操舵角情報等の各情報と前記モータ２６を駆動する指令値との関係は、例えばマップまたは演算式等を用いて制御規則として定められており、その制御規則を用いて制御を行う。制御部１５０ｂは、例えば専用のＥＣＵとして設けられるが、メインのＥＣＵ１３０の一部として設けてもよい。
　制御部１５０ｂにおける補助操舵制御部１５１は、転舵角度制御手段３７を有する。この転舵角度制御手段３７は、ＥＣＵ１３０から取得した車速およびステアリング角度に応じて、定められた規則に従って操舵用アクチュエータ５（図２）を制御することで左右の車輪９，９の転舵角度を制御する。具体的には、転舵角度制御手段３７は、ハンドル２００と連結される第１のステアリング装置１１により操舵される車輪角度θＴを、操舵角検出部１１２からＥＣＵ１３０を介して取得する。また転舵角度制御手段３７は、車速検出部１１１からＥＣＵ１３０を介して車速を得る。
　前記定められた規則として、車速と、車輪角度の切り増し量θｓの上限値θｓｍａｘとが、例えば、図１０に示すような関係に設定されている。車速が低速度域（０～ＶＬｋｍ／ｈ）では車輪角度の切り増し角度の上限値はＢ ｄｅｇとし、ＶＬ ｋｍ／ｈから車速の上昇に従って徐々に切り増し角度の上限値を減少させ、高速度域（ＶＨｋｍ／ｈ以上）では０ ｄｅｇとする。Ｂ ｄｅｇ、ＶＬ ｋｍ／ｈ、ＶＨ ｋｍ／ｈは、車両情報によって異なる値である。
　さらに定められた規則として、ステアリング角度と切り増し係数αθｓとが、例えば、図１１に示すような関係に設定されている。前記切り増し係数αθｓは、車輪角度の切り増し量を決定する係数である。旋回時の極低ステアリング角度域（０～θｈ１ｄｅｇ）では、切り増し係数をｃ（ｃは零～１．０未満で試験等により任意に定められる）としている。これはステアリング角度が小さい場合、運転者によるハンドル操作量に対する車輪のトー角変化が大きすぎて、車両の走行がふらつくことを避けるためである。
　次に低ステアリング角度域（θｈ１～θｈ２ ｄｅｇ）では、ステアリング角度が大きくなる程切り増し係数を大きくしていき、θｈ２ ｄｅｇ時に切り増し係数が１．０となるように設定されている。高ステアリング角度域（θｈ３～θｈｍａｘ ｄｅｇ）では、旋回内輪がタイヤハウジング１０５（図１）内と干渉しないように、ステアリング角度が大きくなる程旋回内輪の切り増し係数が徐々に減少するように設定されている。これによって、旋回内輪がタイヤハウジング１０５（図１）と干渉することを防止すると共に、旋回外輪の切り増し係数は１．０としているため、旋回外輪のみ切り増しが行われる。したがって、タイヤハウジング１０５（図１）のサイズを変更することなく、最小回転半径を小さくし得る。
　図９～図１１に示すように、転舵角度制御手段３７は、車速によって車輪角度の切り増し量θｓの上限値θｓｍａｘを決定する。また転舵角度制御手段３７は、ステアリング角度によって切り増し係数αθｓを決定する。転舵角度制御手段３７は、次式に示すように、切り増し係数αθｓに切り増し角度の上限値θｓｍａｘを乗じることで、車輪角度の切り増し量θｓを決定する。
　θｓ＝αθ・θｓｍａｘ
　このように左右の車輪９，９の転舵角度を制御することで安定して車両を走行することができると共に、旋回半径を小さくすることが可能となる。
　＜フローチャート＞
　図１２は、転舵角度を制御する処理を段階的に示すフローチャートである。図９～図１１も適宜参照しつつ説明する。
　車両走行中において、転舵角度制御手段３７は、車速が低速度域（Ｖ≦ＶＬｋｍ／ｈ）のとき（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、車輪角度の切り増し角度の上限値θｓｍａｘを最大のＢｄｅｇとし（ステップＳ２）、ステップＳ３に移行する。転舵角度制御手段３７は、車速ＶがＶＬ～ＶＨｋｍ／ｈのとき（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、車速の上昇に応じた切り増し角度の上限値とし（ステップＳ５）、ステップＳ３に移行する。転舵角度制御手段３７は、車速が高速度域（ＶＨｋｍ／ｈ以上）では（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、切り増し角度の上限値θｓｍａｘを０ ｄｅｇとする（ステップＳ７）。車速が高速度域ではないとの判定で（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ１に戻る。
　ステップＳ３において、ステアリング角度が極低ステアリング角度域であると判定すると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、切り増し係数をｃとし（ステップＳ８）、ステップＳ９に移行する。低ステアリング角度域であると判定すると（ステップＳ３：Ｎｏ，ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、ステアリング角度が大きくなる程切り増し係数を大きくなる切り増し係数とし（ステップｓ１１）、その後ステップＳ９に移行する。ステアリング角度がθｈ２～θｈ３のとき（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、切り増し係数を１．０とする（ステップＳ１３）。その後ステップＳ９に移行する。
　ステアリング角度がθｈ３以上のとき（ステップＳ１２：Ｎｏ，ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、旋回外輪のみ切り増しを行う（ステップＳ１５）。次に、転舵角度制御手段３７は、切り増し係数αθｓに切り増し角度の上限値θｓｍａｘを乗じることで、車輪角度の切り増し量θｓを決定する（ステップＳ９）。その後ステップＳ１６に移行する。制御部１５０ｂは、各操舵用アクチュエータの駆動条件（モータ２６に流す電流等）を算出し（ステップＳ１６）、各操舵用アクチュエータを駆動する（ステップＳ１７）。その後ステップＳ１に戻る。
　補助操舵制御部１５１は、前述の車速およびステアリング角度に応じた制御（図１２等に示す制御）に加えて以下の図１３に示すように左右の車輪を独立して操舵する制御を行う。この図１３に示す制御と図１２等に示す制御とを、運転者の操作または車両状況等に応じて切替えてもよいし、並行して実行してもよい。
　図１３に示すように、補助操舵制御部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、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（図９）が操舵を行うタイヤの現在の角度を算出し、算出したタイヤ角度情報を規範横加速度計算部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および前記タイヤ角度情報に基づいて、規範横加速度の計算を行う。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計算部１５５および左輪路面摩擦係数計算部１５７に出力する。
　図１４は路面摩擦係数を算出するためのマップを表す図であり、このマップは、図１３に示す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。
　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が入力されると、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する。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、前記マップ（図１４）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。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とを、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、ＥＣＵ１３０から所定の周期で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し、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が入力されると、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。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、前記補正後ヨーレート情報が入力されると、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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、θｙ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、ＸＡはアクセル指令値、ＸＢはブレーキ指令値、μＲは右輪路面摩擦係数、μＬは左輪路面摩擦係数、θｔＲ１は右輪の目標タイヤ角度、θｔＬ１は左輪の目標タイヤ角度である。
　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、前記各目標タイヤ角度情報が入力されると、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、現在のタイヤ角度を表すタイヤ角度情報を取得し、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する。目標タイヤ角度と現在のタイヤ角度とを比較した結果、偏差がある場合には、右輪ハブユニット１Ｒ（図９）および左輪ハブユニット１Ｌ（図９）のそれぞれを操舵させる量を表す右輪操舵量情報および左輪操舵量情報を生成する。右輪指令値計算部１６０は、生成した右輪操舵量情報（電流指令信号）を右輪用のアクチュエータ駆動制御部３１Ｒへ出力し、左輪指令値計算部１６１は、生成した左輪操舵量情報（電流指令信号）を左輪用のアクチュエータ駆動制御部３１Ｌへ出力する。
　各アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌはインバータを備える。各アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、前記右輪操舵量情報および前記左輪操舵量情報に基づいて、各操舵用アクチュエータのモータ２６（図９）への電流を制御する。具体的には、図９および図１３に示すように、各アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、右輪指令値計算部１６０および左輪指令値計算部１６１から右輪操舵量情報および左輪操舵量情報が入力されると、現在の右輪ハブユニット１Ｒ、および左輪ハブユニット１Ｌの転舵角を表す各モータ２６の位置情報を取得し、右輪操舵量情報および左輪操舵量情報に基づいてモータ２６の目標位置を決定し、各モータ２６へ流す電流の制御を行う。
　すなわち、図４に示すように、各アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、補助操舵制御部１５１から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して操舵用アクチュエータ５を駆動制御する。アクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、モータ２６のコイルに供給する電力を制御する。このアクチュエータ駆動制御部３１Ｒ，３１Ｌは、例えば、図示外のスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路を構成し、前記スイッチ素子のＯＮ－ＯＦＦデューティ比によりモータ印加電圧を決定するＰＷＭ制御を行う。これにより、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、車輪を微小に角度変化することができる。
　＜作用効果＞
　以上説明したステアリングシステム１０１によれば、第１のステアリング装置１１は、操舵指令装置が出力する操舵量の指令に従い車輪９，９を操舵させる。操舵指令装置として、例えば、運転者のハンドル２００または自動の操舵指令装置等を適用し得る。このような操舵指令装置等による車両１００の向きの調整が、従来の車両と同様に行える。
　第２のステアリング装置１５０は、タイヤハウジング１０５内に設けられた操舵用アクチュエータ５を駆動することで、左右の車輪９，９を個別に操舵させる。この第２のステアリング装置１５０の制御部１５０ｂのうち、転舵角度制御手段３７は、車両情報検出部１１０から得られた車速およびステアリング角度から、車両の高速直進時に例えば僅かにトーイン状態となるように操舵用アクチュエータ５を制御することで、車両の直進時の走行安定性を向上させることができる。転舵角度制御手段３７は、車両の旋回時に左右の車輪９，９の転舵角度を車両走行の状況に応じて適切に調整（切り増し）することで、車両の小回り性能を向上させることができる。
　車両の「アッカーマンジオメトリ」は、旋回中心を１箇所にするために旋回内輪の車輪角度を旋回外輪の車輪角度よりも大きく切るため、車輪９とタイヤハウジング１０５の干渉は内輪側で発生する。したがって、旋回外輪は、タイヤハウジング１０５の大きさを変化することなく切り増すことが可能となり、これによって、最小回転半径を低減することができる。
　第２のステアリング装置１５０の機構部１５０ａにおいて、ハブベアリング１５を含むハブユニット本体２を、操舵用アクチュエータ５の駆動により、前記転舵軸心Ａ回りに一定の範囲で自由に回転させることができる。このため、車輪毎に独立して操舵が行え、また車両１００の走行状況に応じて、車輪９のトー角を任意に変更することができる。
　また、旋回走行時に、走行速度に応じて左右輪９，９の舵角差を変えることができる。例えば高速域の旋回走行においてはパラレルジオメトリとし、低速域の旋回走行においてはアッカーマンジオメトリとする等、走行中にステアリングジオメトリを変化させることができる。このように走行中に車輪角度を任意に変更することができるため、車両１００の運動性能を向上させ、安定・安全に走行することが可能となる。さらに、左右の操舵輪の転舵角度を適切に変えることで、旋回走行における車両１００の旋回半径を小さくし、小回り性能を向上させることもできる。
　＜他の実施形態について＞
　以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
　　［第２の実施形態］
　図１５に示すように、この第２の実施形態に係るステアリングシステム１０１は、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とが互いに異なる車輪９を操舵する点で、第１の実施形態とは異なる。すなわち、このステアリングシステム１０１は、第１のステアリング装置１１が車両１００の左右の前輪９，９の操舵を行い、第２のステアリング装置１５０が車両１００の左右の後輪９，９の操舵を行う。第２のステアリング装置１５０の機構部１５０ｂは、後輪のタイヤハウジング１０５内に設置されている。
　　［第３の実施形態］
　図１６に示すように、この第３の実施形態に係るステアリングシステム１０１は、二つの第２のステアリング装置１５０１、１５０２を備えている点で、第１の実施形態とは異なる。一方の第２のステアリング装置１５０１は、第１のステアリング装置１１と同じく、前輪である左右の車輪９，９の操舵を行い、他方の第２のステアリング装置１５０２は、後輪である左右の車輪９，９の操舵を行う。すなわち、一方の第２のステアリング装置１５０１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１５０２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。
　このステアリングシステム１０１によれば、複数（この例では二つ）の第２のステアリング装置１５０１、１５０２を備えていることにより、より複雑に４輪を独立して操舵することが可能となり、車両１００の走行安定性の向上および燃費の低減を図ることが可能となる。
　さらに他の実施形態に係るステアリングシステムを備える車両として、左右の各車輪がそれぞれ独立して操舵可能なステアリング装置である第２のステアリング装置を備え、各車輪が操舵用アクチュエータにより各々独立して駆動可能とされ、これらのステアリング装置は、例えば、操舵指令装置と機械的に連結されていないステアバイワイヤ形式であってもよい。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９に示すような自動の操舵指令装置２００Ａであってもよい。この自動の操舵指令装置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、カメラまたはミリ波のレーダ等のセンサ類である。
　自動の操舵指令装置２００Ａは、例えば道路上の白線および障害物を認識し、操舵指令を生成して出力する。自動の操舵指令装置２００Ａは、車両の自動運転を行う装置の一部であっても、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１１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を第１のステアリング装置１１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。
　以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
２…ハブユニット本体、３…ユニット支持部材、５…操舵用アクチュエータ、６…ナックル（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、３１Ｒ，３１Ｌ…アクチュエータ駆動制御部、３７…転舵角度制御手段、１００…車両、１０１…ステアリングシステム、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…制御部、１５１…補助操舵制御部、２００…ハンドル（操舵指令装置）、２００Ａ…自動の操舵指令装置

Claims (6)

  1. 　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の車輪を操舵させる第１のステアリング装置と、
    　前記車両のタイヤハウジング内に設けられた操舵用アクチュエータの駆動により左右の車輪を個別に操舵させる機構部、および前記操舵用アクチュエータを制御する制御部を有する第２のステアリング装置と、
    　前記車両の速度および前記第１のステアリング装置のステアリング角度を含む車両情報を検出する車両情報検出部と、を備え、
    　前記制御部は、前記前記車両の前記速度および前記ステアリング角度に応じて、定められた規則に従って前記操舵用アクチュエータを制御することで前記左右の車輪の転舵角度を制御する転舵角度制御手段を有するステアリングシステム。
  2. 　請求項１に記載のステアリングシステムにおいて、前記転舵角度制御手段は、前記車両の旋回時に前記左右の車輪のうち旋回外輪のみを切り増すように前記操舵用アクチュエータを制御するステアリングシステム。
  3. 　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２のステアリング装置の前記機構部が、
    　車輪を支持するハブベアリングを有するハブユニット本体と、
    　懸架装置の足回りフレーム部品に設けられ、前記ハブユニット本体を上下方向に延びる転舵軸心回りに回転自在に支持するユニット支持部材と、
    　前記ハブユニット本体を前記転舵軸心回りに回転駆動させる前記操舵用アクチュエータと、を備えるステアリングシステム。
  4. 　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の前記制御部は、与えられた操舵角指令信号に応じた電流指令信号を出力する補助操舵制御部と、この補助操舵制御部から入力された電流指令信号に応じた電流を出力して前記操舵用アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御部とを有するステアリングシステム。
  5. 　請求項１ないし請求項４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機構部は、左右の前輪および左右の後輪のいずれか一方または両方を操舵させるステアリングシステム。
  6. 　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を備えた車両。
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