JP2024017372A - Steering system and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操舵システムおよび車両に関し、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な操舵角に制御することで、燃費の改善および走行性の安定と冗長性の向上を図る技術に関する。 The present invention relates to a steering system and a vehicle, and relates to a technique that improves fuel efficiency, stabilizes running performance, and improves redundancy by controlling left and right wheels to appropriate steering angles according to driving conditions.
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。
車両のジオメトリには、(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。
In a typical vehicle such as an automobile, a steering wheel and a steering device are mechanically connected, and both ends of the steering device are connected to the respective left and right wheels by tie rods. Therefore, the turning angle of the left and right wheels due to the movement of the steering wheel is determined by the initial settings.
There are two types of vehicle geometry: (1) "parallel geometry," in which the left and right wheels have the same turning angle, and (2) "parallel geometry," in which the turning angle of the inner wheel is greater than that of the outer turning wheel in order to keep the center of turning in one place. Ackermann geometry is known.
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。 Ackermann geometry uses a steering angle difference between the left and right wheels so that each wheel turns around a common point, in order to make the vehicle turn smoothly when turning at low speeds where the centrifugal force acting on the vehicle can be ignored. is set. However, in turning at high speeds where centrifugal force cannot be ignored, it is desirable for the wheels to generate cornering force in a direction that balances the centrifugal force, so parallel geometry is preferable to Ackermann geometry.
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。しかし、この場合、低速域では左右輪の舵角差が不足して外輪の舵角が過大となり、高速域では内輪の舵角が過大となる。このように内外輪の車輪横力配分に不要な偏りがあると、走行抵抗の悪化による燃費悪化及びタイヤの早期摩耗の原因となり、また内外輪を効率的に利用できないので、コーナリングのスムーズさが損なわれるといった課題がある。 As mentioned above, the steering system of a typical vehicle is mechanically connected to the wheels, so it can generally only have a single, fixed steering geometry, which is somewhere between Ackermann geometry and parallel geometry. It is often set to a typical geometry. However, in this case, in a low speed range, the steering angle difference between the left and right wheels is insufficient and the steering angle of the outer wheel becomes excessive, and in a high speed range, the steering angle of the inner wheel becomes excessive. If there is an unnecessary bias in the distribution of wheel lateral force between the inner and outer wheels, it will worsen the running resistance, leading to poor fuel efficiency and premature tire wear. Also, since the inner and outer wheels cannot be used efficiently, cornering will not be smooth. There are issues such as damage.
特許文献１では、第一の制御手段と、第二の制御手段との間の通信異常が発生した場合、第二の制御手段に含まれるデジタルプロセッサをリセット状態にし、操舵用の電動モータ駆動手段に供給する電力を遮断する手段を備えている。
特許文献２では、左右後輪における一方の後輪のトー角センサの異常が検出されたとき、異常が検出された一方の後輪を操舵範囲限度に操舵させ、さらに他方の後輪をトー角センサが異常した側の後輪と同位相に操舵させることで車両の異常な挙動を回避する手段が提案されている。
In
In
特許文献１のように、異常が発生した時点でアクチュエータの電源を遮断すると、前輪および後輪のトー角に関係なくアクチュエータは停止し、極端なトーイン状態、極端なトーアウト状態等のトー角の状態によってはコーナリング時の限界性能および直進安定性が低下し、車両が不安定になる可能性がある。
As in
特許文献２のように、一方の後輪のトー角センサの異常が発生したとき、他方の後輪をトー角センサの異常が発生した側の後輪と同位相に操舵させてしまうと、高速域でハンドルを後輪と逆位相に操舵した場合にコーナリング時の限界性能が下がる。このため、車両が不安定になる可能性がある。
As in
本発明の目的は、左右輪のいずれか一方のアクチュエータの異常時において、車両の安定性を高めることができる操舵システムおよび車両を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a steering system and a vehicle that can enhance the stability of the vehicle when the actuator of either the left or right wheel is abnormal.
本発明の操舵システムは、車輪９を上下方向に延びる転舵軸心Ａ回りに回転駆動させる操舵用アクチュエータ５と、この操舵用アクチュエータ５を制御する制御装置２９と、を備えた操舵システムであって、
前記制御装置２９は、左右輪である各車輪９を一対の操舵用アクチュエータ５，５により独立に操舵制御する機能を有すると共に、前記左右輪のタイヤ角度情報を取得する機能を有し、前記制御装置２９は、前記一対の操舵用アクチュエータ５，５のうちいずれか一方の操舵用アクチュエータ５の異常を検出したとき、取得した前記タイヤ角度情報に基づいて、他方の操舵用アクチュエータ５を継続して制御する。
前記「タイヤ角度情報」は、例えば、舵角センサ等から取得した車輪のタイヤ角度である操舵角だけでなく、モータ角度、出力ロッドの直動位置等のタイヤ角度に相当する位置情報を含む。
The steering system of the present invention includes a
The
The "tire angle information" includes, for example, not only the steering angle, which is the tire angle of the wheel, obtained from a steering angle sensor, but also positional information corresponding to the tire angle, such as the motor angle and the linear motion position of the output rod.
この構成によると、制御装置２９は、左右輪のいずれか一方の操舵用アクチュエータ５の異常を検出したとき、左右輪のタイヤ角度情報に基づいて、他方の操舵用アクチュエータ５を継続して制御する。この場合、左右輪のタイヤ角度情報を考慮した異常処理を行い、車両１０を安定して走行可能なトー角で停止することで、車両の走行安定性の向上を図ることが可能となる。
According to this configuration, when the
車輪９を回転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、懸架装置１２（１２Ｒ）の足回りフレーム部品６（６Ｒ）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、および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操舵用アクチュエータ５を有する操舵機能付ハブユニット１を備え、
前記各操舵用アクチュエータ５は、モータ２６と、このモータ２６の回転出力を出力ロッド２５ａの直進運動に変換する直動機構２５とを有し、前記出力ロッド２５ａが進退することで、前記各車輪９における前記ハブユニット本体２が前記転舵軸心Ａ回りにそれぞれ回転駆動されるものとしてもよい。
The hub unit
Each of the
前記制御装置２９は、検出した一方の操舵用アクチュエータ５の異常が定められた異常ではないと判断したとき、前記一方の操舵用アクチュエータ５を再度作動させるリトライ動作を行ってもよい。
前記「定められた異常」とは、操舵用アクチュエータとしての機能が喪失した異常であり、例えば、モータ角度センサの異常等の重篤な異常である。
この場合、操舵システムは継続して動作可能であるため、制御装置２９は一方の操舵用アクチュエータ５をリトライ動作させることで一方の操舵用アクチュエータ５を正常に復帰させ得る。
When the
The "predetermined abnormality" is an abnormality in which the steering actuator loses its function, and is, for example, a serious abnormality such as a motor angle sensor abnormality.
In this case, since the steering system can continue to operate, the
前記制御装置２９は、リトライ動作の回数を計数し計数したリトライ回数が規定回数に達したとき、前記一方の操舵用アクチュエータ５の制御を停止してもよい。
前記「規定回数」は、設計等によって任意に定める回数であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な回数を求めて定められる。
この場合、リトライ回数が規定回数に達したときは、異常な一方の操舵用アクチュエータ５の復帰が見込めないと判断してこの操舵用アクチュエータ５の制御を停止することで冗長性を確保し得る。
The
The "prescribed number of times" is the number of times arbitrarily determined by design or the like, and is determined by finding an appropriate number of times by, for example, testing and/or simulation.
In this case, when the number of retries reaches a predetermined number, it is determined that one of the
前記制御装置２９は、検出した一方の操舵用アクチュエータ５の異常が定められた異常であると判断したとき、前記一方の操舵用アクチュエータ５の制御を停止してもよい。
前記「定められた異常」とは、操舵用アクチュエータとしての機能が喪失した異常であり、例えば、モータ角度センサの異常等の重篤な異常である。
この場合、異常な一方の操舵用アクチュエータ５の制御を遅滞なく停止することで冗長性を確保し得る。
The
The "predetermined abnormality" is an abnormality in which the steering actuator loses its function, and is, for example, a serious abnormality such as a motor angle sensor abnormality.
In this case, redundancy can be ensured by stopping control of the
前記制御装置２９は、各操舵用アクチュエータ５に対応して複数設けられるか、または、全ての操舵用アクチュエータ５を制御可能とする１つの制御装置であってもよい。各操舵用アクチュエータ５に対応して複数の制御装置が設けられる場合、一方の制御装置は他方の制御装置からタイヤ角度情報を取得することで操舵動作を続行し得る。全ての操舵用アクチュエータ５を制御可能とする１つの制御装置が設けられる場合、複数の制御装置を備える構造よりも、部品点数の低減を図り製造コストを低減することが可能となる。
A plurality of
前記制御装置２９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操舵制御部３０と、この操舵制御部３０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３１とを有してもよい。この構成によると、操舵機能付ハブユニット１の操舵用アクチュエータ５を簡単な構成で制御することができる。
The
本発明の車両１０は、本発明の上記いずれかの構成の操舵システムにおける操舵機能付ハブユニット１を用いて前輪９Ｆおよび後輪９Ｒのいずれか一方または両方が支持されている。そのため、本発明の操舵システムにつき前述した各効果が得られる。前輪９Ｆは一般的に操舵輪とされるが、操舵輪に操舵機能付ハブユニット１を適用した場合は、走行中におけるトー角調整に効果的である。また、後輪９Ｒは一般的に非操舵輪とされるが、非操舵輪に適用した場合は、非操舵輪の若干の操舵によって低速走行時における最小回転半径の低減を図ることができる。
In the
本発明の操舵システムは、左右輪のいずれか一方の操舵用アクチュエータの異常を検出したとき、左右輪のタイヤ角度情報を考慮した異常処理を行い、車両を安定して走行可能なトー角で停止することで、車両の走行安定性の向上を図ることが可能となる。 When the steering system of the present invention detects an abnormality in the steering actuator for either the left or right wheels, it performs abnormality processing that takes into account tire angle information for the left and right wheels, and stops the vehicle at a toe angle that allows for stable running. By doing so, it is possible to improve the running stability of the vehicle.
［第１の実施形態］
本発明の実施形態に係る操舵システムを図１ないし図１０と共に説明する。
この操舵システムは、操舵機能付ハブユニットと、この操舵機能付ハブユニットの操舵用アクチュエータを制御する後述する制御装置とを備える。この操舵システムは車両に搭載される。
[First embodiment]
A steering system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
This steering system includes a hub unit with a steering function, and a control device described below that controls a steering actuator of the hub unit with a steering function. This steering system is mounted on a vehicle.
＜操舵機能付ハブユニットの概略構造＞
図１に示すように、この操舵機能付ハブユニット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。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。操舵機能付ハブユニット１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。なお、操舵機能付ハブユニット１を単に、ハブユニット１と言う場合がある。
<Schematic structure of hub unit with steering function>
As shown in FIG. 1, this hub unit with a
図２に示すように、ハブユニット本体２と操舵用アクチュエータ５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. 2, the hub unit
図１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、この実施形態の操舵機能付ハブユニット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. 1, the
＜操舵機能付ハブユニット１の設置箇所＞
この操舵機能付ハブユニット１は、この実施形態では操舵輪、具体的には図１０に示すように、車両１０の前輪９Ｆのステアリング装置１１による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。但し、操舵輪の操舵機能付ハブユニット１において、車両制御の要求によっては、前記微小な角度に限らず例えば１０°～２０°等の比較的大きな角度を左右輪個別に採ることもある。後述する図１２に示す操舵機能付ハブユニット１についても同様である。
<Installation location of
In this embodiment, the
図１０に示すように、ステアリング装置１１は、車体に取り付けられ、運転者のハンドル１１ａの操作、または図示外の自動運転装置、運転支援装置の指令等によって動作し、その進退するタイロッド１４が、図２のユニット支持部材３のステアリング結合部６ｄ（後述する）に連結されている。ステアリング装置１１は、ラック・ピニオン式等とされるが、どのタイプのステアリング装置でも構わない。図１０の懸架装置１２は、例えば、ショックアブソーバをナックル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、ダブルウィッシュボーン式サスペンション機構、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. 10, the
＜ハブユニット本体２について＞
図１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、転舵軸部付き円環部であるアウターリング１６と、操舵力受け部であるアーム部１７（図３）とを備える。
図６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１）とを繋ぐ役目をしている。
<About the
As shown in FIG. 1, the hub unit
As shown in FIG. 6, the hub bearing 15 has an
このハブベアリング１５は、図１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。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 example shown in FIG. 1, the hub bearing 15 is an angular contact ball bearing in which the
図６に示すように、アウターリング（転舵軸部付き円環部）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転舵軸部１６ｂ，１６ｂとを有する。上下の取付軸部である各転舵軸部１６ｂは、転舵軸心Ａに同軸に設けられる。
As shown in FIG. 6, the outer ring (ring part with steering shaft part) 16 includes a
図２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４）に取付けられる。
As shown in FIG. 2, 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６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、円すいころ軸受が適用されている。転がり軸受は、転舵軸部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-permitted support parts and unit support parts>
As shown in FIG. 6, each
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、部分的な円筒状の嵌合孔形成部３Ｂａがそれぞれ形成されている。
The
図５および図６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、部分的な円筒状の嵌合孔形成部３Ａａがそれぞれ形成されている。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３Ａａ，３Ｂａ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３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. 5 and 6, partial cylindrical fitting hole forming portions 3Aa are formed in the upper and lower portions of the outboard side end of the unit support member
図６に示すように、各転舵軸部１６ｂは、中空軸とされて内周孔内に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。すなわち、車両の重量などの外力がハブユニットに作用した場合でも予圧が抜けないように初期予圧が設定されている。これにより各回転許容支持部品４の剛性を高め得る。なお、回転許容支持部品４の転がり軸受は、円すいころ軸受に代えてアンギュラ玉軸受または四点接触玉軸受を用いてもよい。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. 6, each steered
図１に示すように、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、それぞれ回転許容支持部品４，４を介してユニット支持部材３に支持され、各回転許容支持部品４が車輪９のホイール９ａ内に位置する。この例では、各回転許容支持部品４が、ホイール９ａ内でこのホイール９ａの幅方向中間付近に配置される。
As shown in FIG. 1, the upper and lower steered
図２に示すように、アーム部１７は、ハブベアリング１５の外輪１９に補助的な操舵力を与える作用点となる部位であり、アウターリング１６または外輪１９の外周の一部に一体に突出する。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の直動出力部となる出力ロッド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の出力ロッド２５ａが進退（直進運動）することで、ハブユニット本体２が転舵軸心Ａ回りに回転、つまり補助操舵させられる。
As shown in FIG. 2, the
＜操舵用アクチュエータ５＞
図２に示すように、操舵用アクチュエータ５は、左右輪である各車輪９を独立して操舵するための一対の操舵用アクチュエータを有する。左右一対の操舵用アクチュエータは同一構造であり、各アクチュエータを操舵用アクチュエータ５として以下説明する。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回りに回転駆動させる回転駆動源としてのモータ２６と、このモータ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出力ロッド２５ａの往復直線動作（直進運動）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。
<
As shown in FIG. 2, the
＜減速機２７＞
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２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，ドリブンプーリ２７ｂと、ベルト２７ｃとを有する。モータ２６のロータ軸２６ｂにドライブプーリ２７ａが結合され、直動機構２５の回転自在なナット部３５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、前記ロータ軸２６ｂ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，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について＞
図８に示すように、直動機構２５は、台形ねじまたは三角ねじ等の滑りねじ式の送りねじ機構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３３が用いられている。前記滑りねじの内部には、グリースが封入されている。この直動機構２５は、送りねじ機構３３、回転支持軸受２８と、回り止め部品４３、およびこれらの構成部品を覆うアクチュエータケース３４を有する。
<About the
As shown in FIG. 8, the
送りねじ機構３３は、ナット部３５と、ねじ軸である前記出力ロッド２５ａと、すべり軸受３７とを有する。出力ロッド２５ａは、回り止め部品４３によってユニット支持部材３に対して回り止めされている。ナット部３５は、この外周部の軸方向中間部にドリブンプーリ２７ｂが設けられて軸方向両側の回転支持軸受２８，２８（図２）によりユニット支持部材３に回転自在に支持されている。このナット部３５の内周に雌ねじ部３５ａが設けられている。出力ロッド２５ａの外周には、ナット部３５の前記雌ねじ部３５ａに噛み合う雄ねじ部２５ａａが設けられている。
The
ナット部３５の軸方向両端には、出力ロッド２５ａが摺動可能に貫通するすべり軸受３７，３７が設けられている。各すべり軸受３７は、出力ロッド２５ａの軸方向の移動をガイドすると共に、タイヤ側からの外力が出力ロッド２５ａに入力された場合、出力ロッド２５ａにラジアル方向の力が負荷されることを防止する。
回転支持軸受２８として、この例では、二個の円すいころ軸受が、ドリブンプーリ２７ｂを介して、正面合わせで組み合わされている。これらの回転支持軸受２８，２８（図２）の配置は、背面合わせ、正面合わせのどちらでもよいが、組付け性やシム等による予圧調整の容易さより、正面合わせの配置が好ましい。なお、回転支持軸受２８をアンギュラ玉軸受としてもよい。この場合にも、回転支持軸受２８，２８（図２）の配置は、背面合わせ、正面合わせのどちらでもよい。
In this example, two tapered roller bearings are combined face-to-face as the rotation support bearing 28 via a driven
図７および図８に示すように、回り止め部品４３は、出力ロッド２５ａの後端部であるインボード側端部に設けられた軸状部材である。この回り止め部品４３は、出力ロッド２５ａのインボード側端部において、例えば、上下方向および出力ロッド２５ａの軸方向にそれぞれ直交する方向に延びるように、出力ロッド２５ａに貫通状に嵌合固定されている。回り止め部品４３の外周における軸方向両端部には、環状のすべり軸受４９ａ，４９ｂが嵌合されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
出力ロッド２５ａのインボード側端部のうち、一方のすべり軸受４９ｂに対向する部分には、前記すべり軸受４９ｂの一端面に平行な平坦面（いわゆるＤカット面）５０が形成されている。この出力ロッド２５ａの平坦面５０に前記すべり軸受４９ｂの一端面が当接されると共に、前記すべり軸受４９ｂの他端面を押えるボルト５１が回り止め部品４３に螺合されている。これにより、アクチュエータケース３４に対して、回り止め部品４３、ボルト５１およびすべり軸受４９ａ，４９ｂの位置（図２における上下方向の位置）が所望の位置に規制される。なお前記ボルト５１には、後述する位置センサ用測定ターゲットＴｇが設けられている。
A flat surface (so-called D-cut surface) 50 parallel to one end surface of the
アクチュエータケース３４内には、各すべり軸受４９ａ，４９ｂの外周面をそれぞれ案内する案内面５２ａ，５２ｂを含む略直方体状の案内溝５２が形成されている。換言すれば、回り止め部品４３は、すべり軸受４９ａ，４９ｂを介して、直動機構２５の固定部分であるアクチュエータケース３４の案内面５２ａ，５２ｂに摺動自在に接触する。よって回り止め部品４３を、すべり軸受４９ａ，４９ｂを介してアクチュエータケース３４の案内溝５２に沿って摺動させることで、出力ロッド２５ａを軸方向に往復運動させ得る。
A substantially rectangular parallelepiped-shaped
図２に示すように、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を備えた操舵用アクチュエータ５は、サブアセンブリ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。本実施形態の操舵用アクチュエータ５は、モータ２６、減速機２７および直動機構２５を備えているが、減速機が省略される場合もある。つまりモータ２６の駆動力を、減速機を介さず直接に直動機構２５へ伝達する機構も可能である。また、直動機構２５には、本実施形態に示す台形ねじの他、ボールねじまたはラックアンドピニオン機構等、回転運動を直動運動に変換可能な機構が使用できる。
As shown in FIG. 2, since the
車輪９の角度をより正確に制御するためには、モータ２６の回転角度と直動機構２５の位置を把握することが求められる。そこでこの操舵機能付ハブユニット１には、以下の位置センサ、角度センサが設けられている。
In order to control the angle of the
＜位置センサ＞
図８に示すように、アクチュエータケース３４には、直動機構２５の位置を検出する位置センサ４４が設けられている。位置センサ４４は、出力ロッド２５ａの軸方向の移動量を検出（監視）し位置センサ値として出力可能である。位置センサ４４は、磁気式、光学式、静電容量式等の各種のセンサを用いることができるが、この実施形態では、磁気センサが用いられている。
<Position sensor>
As shown in FIG. 8, the
アクチュエータケース３４内に固定された基板５３に、位置センサ４４が固定され、位置センサ４４は、位置センサ用測定ターゲットＴｇが進退する経路に対向する。また出力ロッド２５ａが定められた軸方向位置（進退位置）のとき、位置センサ４４と位置センサ用測定ターゲットＴｇとが定められたギャップＧｐを隔てて互いに対向する。前記定められた軸方向位置、定められたギャップＧｐは、それぞれ設計等によって任意に定める軸方向位置、ギャップであって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な軸方向位置、ギャップを求めて定められる。
A
回り止め部品４３には、位置センサ用測定ターゲットＴｇとなる永久磁石が設けられている。具体的には、回り止め部品４３に軸方向端部に螺合されたボルト５１の頭部に前記永久磁石が設けられている。またボルト５１は、例えば、樹脂、ステンレス鋼等の非磁性材料から成る。位置センサ４４は、出力ロッド２５ａの進退に伴う前記永久磁石の磁場の変化を読み取り、出力ロッド２５ａの進退位置を検出する。なお前記ボルト５１を省略して回り止め部品４３に直接永久磁石を固定してもよい。
The
＜角度センサ＞
図６に示すように、モータ２６のモータケースには、モータ２６の回転角度である変位量を検出し角度センサ値（タイヤ角度情報）を出力可能な角度センサ５３が設けられている。この角度センサ５３は、ロータ軸２６ｂに嵌合固定された被検出部５３ａと、この被検出部５３ａの半径方向外方でモータケースに固定されて被検出部５３ａを検出するセンサ部５３ｂとを有する。この角度センサ５３として例えばレゾルバが適用される。
<Angle sensor>
As shown in FIG. 6, the motor case of the
＜その他の機構的構成＞
図２に示すように、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、および出力ロッド２５ａの進退を許す貫通孔等が形成されている。
<Other mechanical configurations>
As shown in FIG. 2, the
図３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、およびステアリング装置１１（図２）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。
As shown in FIG. 3, the unit support member
＜制御系について＞
図２に示すように、制御装置２９は、操舵制御部３０と、アクチュエータ駆動制御部３１とを有する。制御装置２９は、左右輪を独立に操舵制御する機能を有する。またこの例では、左右輪用の一対のアクチュエータ５、つまり全てのアクチュエータ５を制御可能とする１つの制御装置２９が適用されている。但し、制御装置２９は、各アクチュエータ５に対応して複数設けられてもよい。
<About the control system>
As shown in FIG. 2, the
操舵制御部３０は、上位制御部３２から与えられた補助操舵角指令信号（指令信号）に応じた電流指令信号を出力する。このとき操舵制御部３０は、位置センサ４４から出力ロッド２５ａの進退位置情報である位置センサ出力を用いてフィードバック制御を行うことで、車輪９の角度を適切にかつ精度良く管理し得る。
操舵制御部３０は、左右輪の角度センサ値（タイヤ角度情報）を取得する機能を有する。なお操舵制御部３０は、左右輪の角度センサ値に代えて、左右のアクチュエータの位置センサ値（タイヤ角度情報）を取得してもよい。制御装置２９の操舵制御部３０は、一対の操舵用アクチュエータ５，５のうちいずれか一方のアクチュエータ５の異常を検出したとき、取得した角度センサ値または位置センサ値に基づいて、他方のアクチュエータ５を継続して制御する。
The
The
上位制御部３２は操舵制御部３０の上位の制御手段であり、この上位制御部３２として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニット（Vehicle Control Unit,略称ＶＣＵ）が適用される。アクチュエータ駆動制御部３１は、操舵制御部３０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３１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３１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９を微小に角度変化することができる。直線走行時にも、それぞれの場面に合わせてトー角の量を調整し得る。なお操舵システムは、運転者のハンドル操作に代えて、図示外の自動運転装置、運転支援装置の指令等によって操舵用アクチュエータ５，５を動作させてもよい。
The higher-
＜フローチャート＞
図９は、この操舵システムの制御を段階的に示すフローチャートである。図２も適宜参照しつつ説明する。
制御装置２９の操舵制御部３０は、車両走行中に、一方のアクチュエータとして左輪（右輪）用の操舵用アクチュエータ５に異常が発生したと判断すると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、定められた異常（例えば、モータ角度センサ異常等の重篤な異常）であるか否かを判断する（ステップＳ２）。操舵制御部３０は、例えば、補助操舵角指令信号に対して角度センサ値が所定の検出範囲内から外れるとき、重篤な異常であると判断する。
<Flowchart>
FIG. 9 is a flowchart showing step-by-step control of this steering system. The description will be made with reference to FIG. 2 as appropriate.
When the
操舵制御部３０は、検出した左輪（右輪）用の操舵用アクチュエータ５の異常が重篤な異常ではないと判断したとき（ステップＳ２：Ｎｏ）、操舵システムは継続して動作可能であるため、左輪（右輪）用の操舵用アクチュエータ５を再度作動させるリトライ動作を行い（ステップＳ３）、リトライ回数を計数する（ステップＳ４）。この計数したリトライ回数Ｎが規定回数Ａｒに達していなければ（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ１に戻る。
When the
操舵制御部３０は、計数したリトライ回数Ｎが規定回数Ａｒに達したとき（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、左輪（右輪）用の操舵用アクチュエータ５の制御を停止する（ステップＳ６）。またステップＳ２において、操舵制御部３０は、検出した左輪（右輪）用の操舵用アクチュエータ５の異常が重篤な異常であると判断したとき（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、左輪（右輪）用の操舵用アクチュエータ５の制御を停止する（ステップＳ６）。ステップＳ６の後、操舵制御部３０は、角度センサ５３または位置センサ４４から取得した左輪のタイヤ角度Ａと右輪のタイヤ角度Ｂによる車両のトー角Ｃが、安全に走行可能な範囲｜Ｘ｜以下であるか否かを判断する（ステップＳ７）。トー角Ｃが安全に走行可能な範囲｜Ｘ｜以下であるか否かは、例えば、車速やハンドル角等も加味して試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により定められる。前記車速およびハンドル角は、例えば、上位制御部３２から与えられる。
When the counted number of retries N reaches the specified number of times Ar (Step S5: Yes), the
車両のトー角が、安全に走行可能な範囲でない場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、操舵制御部３０は、他方のアクチュエータである右輪（左輪）用の操舵用アクチュエータ５を、車両のトー角が安全に走行可能な範囲まで作動させる（ステップＳ８）。その後ステップＳ７に戻る。車両のトー角が安全に走行可能な範囲に入った場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、操舵制御部３０は、右輪（左輪）用の操舵用アクチュエータ５の制御を停止する（ステップＳ９）。このように、車両のトー角が、安全に走行可能な範囲で制御を停止することで、左右輪どちらかの操舵用アクチュエータ５の異常時においても、車両走行の安定を担保することが可能となる。
If the toe angle of the vehicle is not within the range that allows safe travel (step S7: No), the
＜作用効果＞
以上説明した操舵システムによれば、図１に示す車輪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、転舵軸心Ａ回りに自由に回転させることができる。この回転は、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、すなわちステアリング装置１１（図２）によるキングピン軸回りのナックル６の回転に付加して、補助的な操舵として行われ、また１輪の独立操舵が行える。左右の車輪９，９の補助操舵の角度を異ならせることで、左右の車輪９，９間のトー角を任意に変更することができる。
<Effect>
According to the steering system described above, the hub unit
そのため、操舵機能付ハブユニット１を前輪等の操舵輪および後輪等の非操舵輪のいずれに用いてもよい。操舵輪に用いる場合は、ステアリング装置１１により方向が変化させられる部材に設置されることにより、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、左右の車輪個別の、または左右輪に連動した車輪９の微小な角度変化を行わせる機構となる。補助操舵の角度については、車両の運動性能の向上、走行の安定性向上を図るにつき、僅かな角度で足り、補助操舵可能角度が±５度以下であっても十分に足りる。補助操舵の角度は操舵用アクチュエータ５の制御により行う。
Therefore, the
また、旋回走行時に、走行速度に応じて左右輪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など、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、車両の運動性能を向上させ、安定して走行することが可能となる。旋回走行時における左右の操舵輪の操舵角度を適切に変えることで、車両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。
さらに直線走行時にも、それぞれの場面に合わせてトー角の量を調整することで、低速時にはタイヤを進行方向に真っ直ぐに向け走行抵抗を下げ燃費を悪化させることなく、高速時にはタイヤ角度をトーインとし走行安定性を確保するなど調整が可能である。
Furthermore, during cornering, the steering angle difference between the left and right wheels can be changed depending on the traveling speed. For example, the steering geometry can be changed during driving, such as using parallel geometry when turning at high speeds and Ackermann geometry when turning at low speeds. Since the wheel angle can be arbitrarily changed during driving in this way, the driving performance of the vehicle can be improved and the vehicle can be driven stably. By appropriately changing the steering angles of the left and right steered wheels during turning, the turning radius of the vehicle can be reduced and the tight turning performance can also be improved.
Furthermore, even when driving in a straight line, by adjusting the amount of toe angle according to each situation, at low speeds the tires can be turned straight in the direction of travel to reduce running resistance and reduce fuel consumption, and at high speeds the tire angle can be adjusted to toe-in. Adjustments can be made to ensure driving stability.
操舵機能付ハブユニット１を後輪９Ｒ（図１１）である非操舵輪に適用した場合は、旋回走行時に、舵角を前輪９Ｆ（図１１）と同じ位相にすると、操舵時に発生するヨーを抑え、車両の安定性を高めることができる。直線走行時にも左右独立でトー角を調整することで、走行安定性を確保することができる。
When the
このように車両の挙動を制御するためには、正確に車輪９の舵角を制御する必要があると共に、異常時には左右輪の角度を考慮して、安全に制御を停止させる必要がある。
この実施形態では、車両に装備された、左右輪どちらかの操舵用アクチュエータ５の異常時において、前輪９Ｆ，９Ｆ（図１０）のトー角を考慮した異常処理を行い、車両を安定して走行可能なトー角で停止させる。これにより、操舵システムの冗長性の向上を図ることが可能となる。
In order to control the behavior of the vehicle in this manner, it is necessary to accurately control the steering angle of the
In this embodiment, when there is an abnormality in the
＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施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実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施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、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
<About other embodiments>
In the following description, parts corresponding to those previously described in each embodiment are given the same reference numerals, and redundant description will be omitted. When only a part of the configuration is described, other parts of the configuration are the same as those of the previously described embodiment unless otherwise specified. Identical configurations produce the same effects. It is not only possible to combine the parts specifically described in each embodiment, but also to partially combine the embodiments, as long as the combination does not cause any problems.
＜非操舵輪への適用について＞
操舵機能付ハブユニット１は、非操舵輪に対して用いてもよい。例えば、図１１に示すように、前輪操舵の車両において、後輪９Ｒを支持する懸架装置１２Ｒの車輪用軸受設置部となる足回りフレーム部品６Ｒに設定し、後輪操舵に用いてもよい。非操舵輪の操舵機能付ハブユニット１において、車両制御の要求によっては、前述の微小な操舵角度に限らず例えば１０°～２０°等の比較的大きな角度を左右輪個別に採ることもある。
その他図１４に示すように、操舵機能付ハブユニット１を、操舵輪である左右の前輪９Ｆ，９Ｆおよび非操舵輪である左右の後輪９Ｒ，９Ｒにそれぞれ用いてもよい。
左右の車輪を上下方向に延びる転舵軸心回りに回転駆動させる一対の操舵用アクチュエータを備え、各操舵用アクチュエータを独立に制御する車両に、本操舵システムの異常処理を適用することも可能である。
<About application to non-steering wheels>
The
In addition, as shown in FIG. 14, the
The abnormality processing of this steering system can also be applied to vehicles that are equipped with a pair of steering actuators that drive the left and right wheels to rotate around a steering axis that extends in the vertical direction, and each steering actuator is controlled independently. be.
以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施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。本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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above description, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.
１…操舵機能付ハブユニット、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（アクチュエータ）、６…ナックル（足回りフレーム部品）、６Ｒ…足回りフレーム部品、９…車輪、９Ｆ…前輪、９Ｒ…後輪、１０…車両、１２，１２Ｒ…懸架装置、１５…ハブベアリング、２５…直動機構、２５ａ…出力ロッド、２６…モータ、２９…制御装置、３０…操舵制御部、３１…アクチュエータ駆動制御部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記制御装置は、左右輪である各車輪を一対の操舵用アクチュエータにより独立に操舵制御する機能を有すると共に、前記左右輪のタイヤ角度情報を取得する機能を有し、前記制御装置は、前記一対の操舵用アクチュエータのうちいずれか一方の操舵用アクチュエータの異常を検出したとき、取得した前記タイヤ角度情報に基づいて、他方の操舵用アクチュエータを継続して制御する操舵システム。 A steering system comprising: a steering actuator that rotates wheels around a steering axis extending in the vertical direction; and a control device that controls the steering actuator;
The control device has a function of independently controlling the steering of each wheel, which is the left and right wheels, by a pair of steering actuators, and also has a function of acquiring tire angle information of the left and right wheels. A steering system that, when detecting an abnormality in one of the steering actuators, continuously controls the other steering actuator based on the acquired tire angle information.
前記各操舵用アクチュエータは、モータと、このモータの回転出力を出力ロッドの直進運動に変換する直動機構とを有し、前記出力ロッドが進退することで、前記各車輪における前記ハブユニット本体が前記転舵軸心回りにそれぞれ回転駆動される操舵システム。 2. The steering system according to claim 1, wherein a hub unit body has a hub bearing that rotatably supports a wheel, and a hub unit body is provided on an underbody frame part of a suspension system, and the hub unit body is rotatable about a steering axis extending in a vertical direction. a hub unit with a steering function having a unit support member supported by the hub unit, and a steering actuator that rotationally drives the hub unit main body around the steering axis,
Each of the steering actuators includes a motor and a linear motion mechanism that converts the rotational output of the motor into a linear motion of an output rod, and as the output rod moves forward and backward, the hub unit body of each wheel is moved. A steering system that is rotationally driven around the steering axis.
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