JP4539866B2 - 転舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、前後左右輪を独立して転舵する転舵アクチュエータを備えた転舵装置に関する。

従来から、例えば、特許文献１には、左右で摩擦係数が異なる路面（いわゆるμスプリット路）を走行中に制動力を付与した場合に発生する左右制動差による車両の偏向を抑える車両用転舵装置が提案されている。
この転舵装置では、左右制動力差を推定し、その左右制動力差に起因するヨーモーメントを打ち消す方向に制動力差制御量を演算する。そして、制動力差制御量を転舵制御量に加算して車輪の転舵角を制御している。
また、特許文献２には、転舵アクチュエータが失陥した場合に、失陥していない残りの転舵アクチュエータを制御して、車両の偏向を修正する４輪独立転舵装置が提案されている。
特開２００５−１１２２８５ 特開２００１−３２２５５７

しかしながら、こうした転舵装置においては、１輪が転舵不能になった場合、制動時における車両の減速能力が正常時に比べて劣ってしまう。つまり、従来の転舵装置は、μスプリット路を走行中に１輪が転舵不能になりブレーキ制動をかけた場合、転舵不能輪を有効利用してヨーモーメントを打ち消すように転舵制御していないため、本来転舵不能輪で発生させる分のヨー打消し成分を正常輪側の転舵制御にて補うようにしなければならない。このため、制動時に車輪に発生する力の減速方向成分が少なくなり、車両の減速度（車両の速度減少率：以下、減速Ｇと呼ぶ）が小さくなってしまう。

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、転舵不能となった車輪に対しても制動時にヨーモーメントを抑制させる方向の力を発生させて車両のヨーイングを抑制するとともに、車両の減速Ｇを大きくすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、前後左右輪の転舵角を独立して調整する転舵アクチュエータと、上記転舵アクチュエータを駆動制御する転舵制御手段とを備えた転舵装置において、後輪の左右いずれか一方が転舵不能となる転舵異常を検出する転舵異常検出手段と、左側輪と右側輪とにおける接地路面との間の摩擦係数の相違状態を検出する左右摩擦係数相違状態検出手段と、上記転舵異常検出手段により上記後輪の左右いずれか一方の転舵異常が検出されたとき、上記左右摩擦係数相違状態検出手段により左側輪と右側輪とにおける接地路面との間の摩擦係数が相違していると判断された場合には、転舵不能となっている車輪以外の上記転舵アクチュエータを駆動制御して、上記転舵不能となった車輪が車両進行方向に対して所定の車輪スリップ角が得られるように車体にスリップ角を与える異常時転舵制御手段とを備えたことにある。

上記のように構成した本発明においては、転舵制御手段が転舵アクチュエータを駆動制御する。例えば、車輪の転舵角を検出しその転舵角が目標転舵角となるように転舵アクチュエータを駆動制御する。そして、転舵異常検出手段により後輪の左右いずれか一方の転舵不能状態が検出され、しかも、左右摩擦係数相違状態検出手段により左側輪と右側輪とにおける接地路面との間の摩擦係数（左側輪とその接地路面との間の摩擦係数と、右側輪とその接地路面との間の摩擦係数）が相違していると判断された場合には、異常時転舵制御手段が、転舵不能となっている車輪以外の転舵アクチュエータを駆動制御して、転舵不能となった車輪が車両進行方向に対して所定の車輪スリップ角が得られるように車体にスリップ角を与える。

左右で摩擦係数の相違するμスプリット路上での走行中に制動をかけた場合、車両にヨーモーメントが発生するが、本発明によれば、このヨーモーメントを転舵不能輪を含めた前後左右輪にて減らし、かつ大きな減速Ｇが得られるように転舵不能輪のスリップ角を設定することができる。つまり、制動時に転舵不能輪を含む左右前後輪により、車両に発生するヨーモーメントを抑え、かつ、大きな減速Ｇが得られるように、転舵不能輪だけを制動時に備えて前もって所定方向に向けておくことができる。
この場合、転舵不能輪に所定のスリップ角が発生するように、転舵不能輪以外の転舵アクチュエータを駆動制御して車体にスリップ角を発生させる。
従って、制動時には、転舵不能輪を転舵制御できなくても、その車体スリップ角を維持したまま他の正常輪の転舵制御により転舵不能輪を含む左右前後輪にて車両に発生するヨーモーメントを抑え、かつ、大きな減速Ｇを得ることができる。
例えば、制動時に転舵不能輪も含めた左右前後輪で各車輪に発生するヨー方向分力を互いに打ち消しあい、かつ略最大の減速Ｇが得られるような左右前後輪毎の車両進行方向に対する最適角度を左右摩擦係数相違状態に応じて求め、転舵不能輪におけるこの最適角度が転舵不能輪の車輪スリップ角となるように正常な転舵アクチュエータを駆動制御して車体にスリップ角を与える。そして、実際の制動時には、正常輪をこの求められた最適向きに転舵する制動時転舵制御手段を備えるとよい。
この結果、μスプリット路を走行中に後輪の一方が転舵不能になっても、車両の挙動を安定させた状態で早く車両を停止させることができ安全性が向上する。

また、本発明の他の特徴は、上記異常時転舵制御手段は、上記転舵不能となった車輪の目標車輪スリップ角を、上記転舵不能輪の接地路面との摩擦係数がその左右反対側輪の接地路面との摩擦係数に対して大きい場合には、その相違度合が大きいほど車両進行方向よりも外側に向けて設定し、上記転舵不能輪の接地路面との摩擦係数がその左右反対側輪の接地路面との摩擦係数に対して小さい場合には、その相違度合が大きいほど車両進行方向よりも内側に向けて設定する目標車輪スリップ角設定手段と、上記転舵不能輪の転舵角を検出する転舵角検出手段とを備え、上記目標車輪スリップ角設定手段により設定された目標車輪スリップ角と、上記舵角検出手段により検出された転舵不能輪の転舵角とに基づいて車体スリップ角を決定することにある。

これによれば、左右の接地路面の摩擦係数の相違度合いに応じて適正に転舵不能輪の目標スリップ角が設定されるため、車両に発生するヨーモーメントの低減と高い減速Ｇの発生とを一層良好に行うことができる。

以下、本発明の一実施形態に係る転舵装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る４輪独立転舵車両における転舵装置を概略的に示している。

この車両は、左右前輪Ｗfl，Ｗfr及び左右後輪Ｗrl，Ｗrrをそれぞれ独立して転舵するための転舵機構１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを備えている。

転舵機構１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、左右前輪Ｗfl，Ｗfr及び左右後輪Ｗrl，Ｗrrにそれぞれ組み付けられるとともに一体的に垂直軸回りに回動して、各輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrr（以下、これらを総称する場合には単に車輪Ｗと呼ぶ）をそれぞれ転舵するナックル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを備えている。各ナックル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、サスペンション１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにより支持される。本実施形態では、ダブルウイッシュボーン式サスペンションを用いるが、ストラット式サスペンションなど他の方式のものであっても採用できる。

このサスペンション１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、車体ＢＤの左右両側で上下方向に揺動可能に軸支され車幅外方向に延びる上下一対のサスペンションアーム１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１，１２ｄ１を備える。
この上下一対のサスペンションアーム１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１，１２ｄ１は、それぞれその先端部に設けたボールジョイント１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを介してナックル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを連結し、各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrを鉛直軸回りに回転可能に支持する。
尚、サスペンションアーム１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１，１２ｄ１の下段アームと車体ＢＤとの間には、図示しないが、路面から受ける衝撃を吸収し乗心地を高めるバネ装置と、バネ装置の上下振動に対して減衰力を発生させるショックアブソーバとを備える。

左右前輪Ｗfl，Ｗfrのナックル１１ａ，１１ｂは後方に延設され、各ナックル１１ａ，１１ｂの各後端部には、ピン１４ａ，１４ｂが垂直方向を軸線方向にしてそれぞれ立設固定されている。左右後輪Ｗrl，Ｗrrのナックル１１ｃ，１１ｄは前方に延設され、各ナックル１１ａ，１１ｂの各前端部には、ピン１４ｃ，１４ｄが垂直方向を軸線方向にしてそれぞれ立設固定されている。

各ピン１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、転舵アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄにより駆動アーム１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを介して車両幅方向に駆動されるようになっている。転舵アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、電動モータ及び同モータの回転を直線運動に変換してピン１５ａ１，１５ｂ１，１５ｃ１，１５ｄ１を車両幅方向に駆動する変換機構をハウジング１５ａ２，１５ｂ２，１５ｃ２，１５ｄ２内にそれぞれ収容している。ピン１５ａ１，１５ｂ１，１５ｃ１，１５ｄ１は、ハウジング１５ａ２，１５ｂ２，１５ｃ２，１５ｄ２に車幅方向に沿って設けたガイド孔１５ａ３，１５ｂ３，１５ｃ３，１５ｄ３から突出していて、同ガイド孔１５ａ３，１５ｂ３，１５ｃ３，１５ｄ３に沿って車幅方向に変位する。駆動アーム１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、各内側端にてピン１５ａ１，１５ｂ１，１５ｃ１，１５ｄ１の軸線回りに回動可能に組み付けられているとともに、各外側端にてピン１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの軸線回りに回動可能に組み付けられていて、ピン１５ａ１，１５ｂ１，１５ｃ１，１５ｄ１の車幅方向の変位により、水平面上を揺動しながらピン１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ及びナックル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを介して各輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrをそれぞれ転舵する。

また、この転舵装置は、車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrを転舵するために、運転者によって回動操作される操舵ハンドル３１を備える。この操舵ハンドル３１は、操舵軸３２の上端に固定されており、操舵軸３２の下端は、電動モータおよび減速機構からなる反力アクチュエータ３３が接続される。反力アクチュエータ３３は、運転者による操舵ハンドル３１の回動操作に対して反力を付与するものである。

さらに、この車両は、転舵アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄおよび反力アクチュエータ３３を制御するための転舵制御装置４０を備えている。転舵制御装置４０は、主要部をマイクロコンピュータにより構成するもので、操舵角センサ４１、車輪舵角センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ、操舵トルクセンサ４３、車速センサ４４、ヨーレートセンサ４５、横加速度センサ４６、車輪速センサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを接続する。また、転舵制御装置４０は、各転舵アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを駆動するための駆動回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ、および操舵ハンドル３１に操舵反力を付与する反力アクチュエータ３３を駆動する駆動回路５１を接続する。

操舵角センサ４１は、操舵ハンドル３１に接続された操舵軸３２に組み付けられて、操舵ハンドル３１の中立位置からの回転角を検出して操舵角θとして出力する。操舵トルクセンサ４３も、操舵軸３２に組み付けられて操舵ハンドル３１に付与されたトルクを検出して操舵トルクＴとして出力する。
車輪舵角センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ（以下、これらを総称するときは単に車輪舵角センサ４２と呼ぶ）は、転舵アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ（以下、これらを総称するときは単に転舵アクチュエータ１５と呼ぶ）に組み込まれて、各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの中立位置からの転舵角δfl，δfr，δrl，δrr（以下、これらを総称するときは単に転舵角δと呼ぶ）を検出する。

車速センサ４４は、車速Ｖを検出して出力する。ヨーレートセンサ４５は、車両のヨーレートγを検出して出力する。横加速度センサ４６は、車両の横加速度Ｇｙを検出して出力する。
車輪速センサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄは、各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrのそれぞれの回転速度を検出し車輪速信号ωfl，ωfr，ωrl，ωrrとして出力する。

転舵制御装置４０は、操舵角θ、車速Ｖに応じた各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの目標転舵角を予め目標転舵角テーブルとして記憶しておき、走行中、この目標転舵角テーブルを参照して各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの目標転舵角を算出する。そして、車輪舵角センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄにて検出した実際の転舵角δfl，δfr，δrl，δrrとの偏差に応じて転舵アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄをフィードバック制御することにより、各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrを目標転舵角に設定する。

次に、本発明の特徴となるμスプリット路を走行中に後輪Ｗrl，Ｗrrの一方が転舵不能となったときの制御について説明する。
まず、制動時に発生する車両のヨーモーメントについて説明する。
図２（ａ）は、右側接地路面が左側接地路面に比べて車輪Ｗとの摩擦係数μが大きい路面（以下、右高μスプリット路と呼ぶ）を走行中において、ブレーキ制動を加えたときの各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrに働く力を表したものである。この図からわかるように、ブレーキ制動力が車輪に加わると、各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrには後方への制動力だけでなく破線矢印に示すヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrが働く。従って、右高μスプリット路においては、各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrに働くヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrにより車両には右方向にヨーモーメント（車両重心を通る鉛直軸まわりの車両回転力）が生じる。

そこで、図２（ｂ）に示すように、各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの転舵角を調整することにより、車両のヨーイングを防止する。つまり、各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrのヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrが打ち消しあうように（破線矢印ベクトルの合計が０になるように）各車輪Ｗの転舵角を調整する。また、同時に、減速Ｇが最大となるように、つまり、図２（ｂ）における実線矢印ベクトルの後ろ向き（図面真下方向）成分の和が最大となるように転舵角を設定する。

各車輪Ｗの最適転舵角は、各車輪Ｗに発生するヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrが互いに打ち消しあい、しかも最大の減速Ｇが得られるように設定するが、その算出にあたっては、左輪Ｗfl，Ｗrlと接地路面との間の左μｌと、右輪Ｗrl，Ｗrrと接地路面との間の右μｒとから収束計算により求める。従って、走行中においては、常時左右の摩擦係数μｌ，μｒを推定し、その推定した摩擦係数μｌ，μｒに基づいて各車輪Ｗの最適転舵角を算出する。この場合、収束計算を走行中に行ってもよいが、転舵制御装置４０内のマイクロコンピュータの演算負担を軽くするために、種々のケースにおける摩擦係数（μｌ，μｒ）をもとに予め収束計算により４輪Ｗの最適転舵角を求め、その結果を算出マップとして記憶素子に記憶しておいて、走行中には算出マップを参照して各車輪Ｗの最適転舵角を算出するようにしてもよい。

次に、後輪Ｗrl，Ｗrrの片側一方が転舵不能状態となった場合について考える。
例えば、図３（ａ）に示すように、右高μスプリット路を走行中に、右後輪Ｗrrが転舵不能となり車体前後方向に対して内向き（トーイン）にロックしてしまった場合には、転舵不能輪Ｗrrに内向きの力が発生して車両にヨーモーメントが発生する。そこで、左後輪転舵アクチュエータ１５ｃを駆動制御して左後輪Ｗrlも内側に転舵することで、左後輪Ｗrlに内向きの力を発生させて、転舵不能輪Ｗrrの内向きの力を相殺し車両のヨーモーメントを消して車体スリップ角を０にすることができる。

この状態で各車輪Ｗにブレーキ制動を加えると、図３（ｂ）に示すように、左右接地路面の摩擦係数μｌ，μｒの相違から各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrにヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrが発生する。この場合、転舵不能輪である右後輪Ｗrrを外向きに転舵できないため、他の３車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrlを使って車両のヨーモーメントを打ち消すようにすることが考えられる。
しかしながら、このように車体スリップ角を０にしたまま、正常である３車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrlを使って各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrに発生するヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrが互いに打ち消しあうように転舵制御した場合、減速Ｇを大きくすることができない。なぜなら、本来転舵不能輪Ｗrrで発生させるヨー方向打消し分力Ｙrrを正常輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl側にて補うようにしなければならないからである。

そこで、本実施形態においては、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、ブレーキ制動時に備えて予め車体ＢＤにスリップ角βを付けて転舵不能輪Ｗrrをヨーモーメントを打ち消す方向に向けておくことで上述の問題を解決する。
つまり、転舵不能輪Ｗrrを摩擦係数（μｌ，μｒ）に応じた最適舵角に制御する代わりに、転舵不能輪Ｗrrが車両進行方向に対して最適車輪スリップ角α＊が得られるように正常輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrlの転舵角δfl，δfr，δrlを制御して車体ＢＤの向きを調整するのである。

図３（ｃ）は、転舵不能輪Ｗrrが最適車輪スリップ角α＊になるように車体スリップ角βをつけて走行しているときの各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの状態を表す。この場合、高μ路側の転舵不能輪Ｗrrを車両進行方向に対して外側（トーアウト）に向け、さらに、転舵不能輪Ｗrrと左右反対輪となる左後輪Ｗrlを同様にトーアウトにする。
車両進行方向に対する右方向の車体スリップ角βは、車輪舵角センサ４２ｄにより検出される転舵不能輪Ｗrrの左向きの転舵角δＫ（以下、故障舵角δＫと呼ぶ）と、転舵不能輪Ｗrrの車両進行方向に対する外向きの最適車輪スリップ角α＊との和により求められる。
β＝δＫ＋α＊

転舵不能輪Ｗrrの最適車輪スリップ角α＊は、摩擦係数（μｌ，μｒ）に応じて導き出され、本実施形態においては、転舵不能輪側の摩擦係数をμＡ、左右反対輪側の摩擦係数をμＢとすると、図７のマップに示すように、μＡ／μＢの値から決定される。
このマップから分かるように、転舵不能輪側の摩擦係数が左右反対輪側の摩擦係数よりも大きく、しかも摩擦係数の相違度が大きいほど、最適車輪スリップ角α＊は車両進行方向に対して大きく外側に向けて設定され、逆に、転舵不能輪側の摩擦係数が左右反対輪側の摩擦係数よりも小さく、しかも摩擦係数の相違度が大きいほど、最適車輪スリップ角α＊は車両進行方向に対して大きく内側に向けて設定される。
そして、図３（ｃ）に示すように、算出された車体スリップ角βにて車両走行を行う。つまり、ブレーキ制動に備えて、転舵不能輪Ｗrrの方向を、制動時に４輪Ｗにてヨーモーメントを打ち消す方向に前もって向けておく。この場合、左右前輪Ｗfl，Ｗfrは、車体スリップ角βと等しい角度の転舵角δfl，δfrで左方向に転舵される。

この状態から、ブレーキ制動が加わると、図３（ｄ）に示すように正常な３輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrlを摩擦係数（μｌ，μｒ）に応じて決定される目標転舵角に制御する。つまり、車体スリップ角βを維持したまま、転舵不能輪Ｗrrを含む４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrにより各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrに発生するヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrが互いに打ち消され、かつ４輪にて減速Ｇが最も大きくなるように正常な車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrlを転舵制御する。この場合、車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrlの目標転舵角は、摩擦係数（μｌ，μｒ）に基づいて収束計算により求めてもよいが、種々の摩擦係数（μｌ，μｒ）に応じた４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの最適転舵角を記憶した算出マップを参照して求めてもよい。

このブレーキ制動時においては、転舵不能輪Ｗrrは、転舵駆動することができないが、すでに車体スリップ角βが調整されて、転舵不能輪Ｗrrを含む４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrにより各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrに発生するヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrが互いに打ち消され、かつ４輪にて減速Ｇが最も大きくなるような車輪スリップ角α＊に設定されているため転舵する必要がない。
従って、正常である３輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrlだけでなく転舵不能輪Ｗrrをも有効に利用して、車両のヨーモーメントを消すとともに大きな減速Ｇを発生させることが可能となる。この結果、制動時に車両の挙動を安定させることができると共に、早く車両を停止させることができ、安全性が向上する。

次に、右高μスプリット走行中に右後輪Ｗrrが大きく外側に向いて故障したケースについて考える。
図４（ａ）は、右高μスプリット走行中に右後輪Ｗrrが大きくトーアウトしてロックしたときの各車輪Ｗの状態を表す。
この場合、転舵不能輪Ｗrrの左右反対輪となる左後輪Ｗrlを転舵アクチュエータ１５ｃによりトーアウトにして車体スリップ角を０にするが、転舵不能輪Ｗrrのトーアウト角が大きいため、左右の摩擦係数の相違度が大きい場合には左後輪Ｗrlの操舵制御でも補正しきれない。従って、自然に転舵不能輪Ｗrrのスリップ角が小さくなる方向に車体ＢＤが傾く。

そこで、本実施形態においては、先の例と同様に、転舵不能輪Ｗrrが車両進行方向に対して最適車輪スリップ角α＊が得られるように正常輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrlの転舵角を制御して車体ＢＤの向き（車体スリップ角β）を調整する。つまり、ブレーキ制動時に転舵不能輪Ｗrrを含む４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrにより車両に発生するヨーモーメントが打ち消され、かつ４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrにて減速Ｇが最も大きくなるような向きに、転舵不能輪Ｗrrだけをブレーキ制動に備えて前もって向けておく。
この場合、車両進行方向に対して、車体ＢＤは左向きに、転舵不能輪Ｗrrは外側に向けられる。そして、車両進行方向に対する左方向の車体スリップ角βは、転舵不能輪Ｗrrの右向きの故障転舵角δＫと、転舵不能輪Ｗrrの車両進行方向に対する外向きの最適車輪スリップ角α＊との差により求められる。
β＝δＫ−α＊
従って、図４（ｃ）に示すように、ブレーキ制動時に各車輪Ｗを摩擦係数（μｌ，μｒ）に応じた最適転舵角に調整したときに、転舵不能輪Ｗrrを転舵できなくても、転舵不能輪Ｗrrを含む４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrにより各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrに発生するヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrが互いに打ち消され、かつ４輪にて最も大きな減速Ｇが得られる。この結果、制動時における車両挙動の安定性と良好な減速性能とを両立することができ安全性が向上する。

次に、右高μスプリット走行中に左後輪Ｗrlが外側に向いて故障したケースについて考える。
図５（ａ）は、右高μスプリット走行中に左後輪Ｗrlがトーアウトしてロックしたときの各車輪Ｗの状態を表す。
この場合、転舵不能輪Ｗrlの左右反対輪となる右後輪Ｗrrを転舵アクチュエータ１５ｄによりトーアウトにすることで車体スリップ角を０にすることができる。
しかしながら、図５（ｂ）に示すように、制動時には、転舵不能輪Ｗrlで反時計回りのヨー方向分力Ｙrlを発生させにくく、車両のヨーイングを防止するためには、他の３輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrrにて車両のヨーモーメントが打ち消されるように転舵角を調整する必要がある。
従って、他の３輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrrが転舵不能輪Ｗrlのヨー方向分力の不足分を補う分だけ減速方向分力（実線矢印の後ろ向き成分）が少なくなり減速Ｇが小さくなってしまう。

そこで、本実施形態においては、図５（ｃ）に示すように、先の例と同様に、転舵不能輪Ｗrlが車両進行方向に対して最適車輪スリップ角α＊が得られるように正常輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrrの転舵角を制御して車体の向き（車体スリップ角β）を調整する。つまり、ブレーキ制動時に、転舵不能輪Ｗrlを含む４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrにより車両に発生するヨーモーメントが打ち消され、かつ４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrにて減速Ｇが最も大きくなるような向きに、転舵不能輪Ｗrlだけ前もって向けておく。
この場合、車両進行方向に対して、車体ＢＤは右向きに、転舵不能輪Ｗrrは内側に向けられる。そして、車両進行方向に対する右方向の車体スリップ角βは、転舵不能輪Ｗrlの左向きの故障転舵角δＫと、転舵不能輪Ｗrlの車両進行方向に対する内向きの最適車輪スリップ角α＊との和により求められる。
β＝δＫ＋α＊
この場合、左右前輪Ｗfl，Ｗfrは、車体スリップ角βと等しい角度の転舵角δfl，δfrで左方向に転舵される。
従って、ブレーキ制動時には、図５（ｄ）に示すように、各車輪Ｗを摩擦係数（μｌ，μｒ）に応じた最適転舵角に調整するが、転舵不能輪Ｗrlを転舵できなくても、転舵不能輪Ｗrlを含む４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrにより各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrに発生するヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrが互いに打ち消され、かつ４輪にて最も大きな減速Ｇが得られる。この結果、制動時における車両挙動の安定性と良好な減速性能とを両立することができ安全性が向上する。

次に、左右の摩擦係数の相違状態を検出する手段について説明する。
路面と車輪との間の摩擦係数を検出（推定も含む）する技術としては、種々知られている。
例えば、制動力を付与したときの車輪のスリップ状態から路面摩擦係数を求める手法（特開２００１−３１５６３３）や、自動ブレーキ制動時における車輪速の時間変化から路面摩擦係数を求める手法（特開２００１−３５４１２９）など挙げられる。従って、こうした技術を用いて左側輪と右側輪とで路面摩擦係数を別々に求めることで、左右の摩擦係数の相違状態を検知することができる。
他にも、４輪における路面摩擦係数を高精度に推定するものとして、４輪に設けた車輪速センサから出力された各車輪の車輪速信号ωに基づいて車輪速振動Δωを求め、この車輪速振動Δωから路面μ勾配と車輪の振動レベルとを演算し、演算された路面μ勾配と車輪の振動レベルとに基づいて各車輪と路面との間の路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数決定装置が知られている（特開２００２−２７４３５６）。
また、μスプリット路を検出する技術として、４輪の車輪速を個別に検出する手段と、各車輪のスリップ状態が基準状態を超えたことを検出するスリップ検出手段とを備え、スリップ状態の検出された車輪の順序が左前輪と左後輪（又は右前輪と右後輪）が１番目と２番目であり、かつ、左右前輪の速度差および左右後輪の速度差が設定値以上のときに、μスプリット路を走行中であると判断するものも知られている（特開平５−１７８１８１）。

また、摩擦係数は車輪の接地状態によっても変動するため、例えば、各タイヤに空気圧センサを設け、左右輪における空気圧のバランスから左右の摩擦係数の相違状態および相違度合いを推定することもできる。
本実施形態においては、こうした技術のいずれを用いてもよく、要求精度に応じて選択すればよい。また、これらの技術に限定するものでもない。

次に、後輪Ｗrl，Ｗrrの一方が転舵不能になったときに転舵制御装置４０が実行する後輪故障時転舵制御処理について説明する。
図６は、転舵制御装置４０が実行する後輪故障時転舵制御ルーチンを表すもので、転舵制御装置４０の図示しない記憶素子内に制御プログラムとして記憶される。
この後輪故障時転舵制御ルーチンは、イグニッションオン操作により起動し所定の短い周期で繰り返し実行される。

本制御ルーチンが起動すると、まず、転舵制御に必要なパラメータを読み込む（Ｓ１１）。本実施形態においては、車速センサ４４から検出される車速Ｖ、操舵角センサ４１から検出される操舵角θ、車輪舵角センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから検出される実転舵角δfl，δfr，δrl，δrr、ヨーレートセンサ４５から検出されるヨーレートγ、横加速度センサ４６から検出される横加速度Ｇｙ、車輪速センサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄから出力される車輪速ωfl，ωfr，ωrl，ωrrを読み込む。

続いて、後輪Ｗrl，Ｗrrの片側一方が転舵不能になっているか否かを判断する（Ｓ１２）。この判断は、転舵制御装置４０から転舵アクチュエータ１５ｃ，１５ｄに転舵制御指令を出力しているにも関わらず、車輪舵角センサ４２ｃ，４２ｄにて検出される実転舵角δrl，δrrが変化しない場合に、転舵アクチュエータ１５ｃ，１５ｄが転舵不能になっていると判断する。つまり、転舵制御装置４０は、本制御ルーチンと並行して、操舵ハンドル３１の回転操作に応じて転舵アクチュエータ１５を駆動制御する通常転舵制御ルーチンを実行するが、操舵操作に応じた目標転舵角δfl＊，δfr＊，δrl＊，δrr＊と実転舵角δfl，δfr，δrl，δrrとの差の絶対値（｜δfl＊−δfl｜，｜δfr＊−δfr｜，｜δr1＊−δr1｜，｜δrr＊−δrr｜）が所定値以上に所定時間保たれたときに、転舵不能になっていると判断する。
ステップＳ１２において、転舵不能状態が検出されなければ、本制御ルーチンを一旦終了する。
本制御ルーチンは、繰り返し実行され、ステップＳ１２においての判断が「ＹＥＳ」、つまり後輪の片側一方が転舵不能となったと判断した場合には、その処理をステップＳ１３に進める。
以下、転舵不能になった車輪を転舵不能輪ＷＫと呼び、その転舵不能輪ＷＫの左右反対側の車輪を左右反対輪Ｗ０と呼ぶ。

ステップＳ１３では、左右輪Ｗと接地路面との間の摩擦係数（μｌ，μｒ）を推定する。例えば、車輪Ｗに制動が発生したときの車輪速センサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄから検出した車輪速ωfl，ωfr，ωrl，ωrrの時間的変化から、左車輪Ｗfl，Ｗrlと右車輪Ｗfr，Ｗrrとで別々に前後輪平均したスリップ率を演算する。そして、この車輪スリップ率から左右の摩擦係数（μｌ，μｒ）を推定する。尚、車輪スリップ率から摩擦係数を推定する技術は周知なので、これ以上の説明を省略する。
この場合、ステップＳ１３では、こうした演算処理をこの時点で行うわけではなく、予めブレーキ制動が働いた都度、摩擦係数（μｌ，μｒ）を算出して更新記憶するようにし、この記憶した最新の摩擦係数（μｌ，μｒ）データを読み出すようにする。
続いて、推定した摩擦係数（μｌ，μｒ）に基づいて、車両がμスプリット路を走行中であるか否かを判断する（Ｓ１４）。例えば、左車輪Ｗfl，Ｗrl側の摩擦係数μｌと右車輪Ｗfr，Ｗrr側の摩擦係数μｒとの差（｜μｌ−μｒ｜）あるいは比（μｌ／μｒまたはμｒ／μｌ）が基準値以上か否かにより判断する。

μスプリット路でないと判断した場合には（Ｓ１４：ＮＯ）、転舵不能輪ＷＫの左右反対側の車輪Ｗ０を転舵不能輪ＷＫと反対向きに転舵する（Ｓ１５）。つまり、転舵不能輪ＷＫの実舵角（故障舵角δＫ）を車輪舵角センサ４２により検出し、その故障舵角δＫと大きさが同じで反対方向に左右反対輪Ｗ０を転舵する。この結果、車体ＢＤは車両進行方向に向けられて走行可能となり、ブレーキ制動時においても車両のヨーイングが防止される。
一方、ステップＳ１４において、μスプリット路であると判断した場合には、次に、最適車体スリップ角βを算出する（Ｓ１６）。

この最適車体スリップ角βは、ブレーキ制動を加えたときに、ヨーイングおよび横方向変位を発生させず、しかも減速Ｇを最大にする各輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの向きを求め、この求められた向きに転舵不能輪ＷＫを向けるための車体スリップ角となる。つまり、転舵不能輪ＷＫも含めた４輪で各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrに発生するヨー方向分力および横方向分力を互いに打ち消しつつ、しかも、最大の減速Ｇが得られるような４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの向きを求め、そこで求められた最適方向に転舵不能輪ＷＫが向くような車体スリップ角である。

例えば、図８に示すように、車輪Ｗに発生する力のうち、ヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrの和を０、かつ、横方向分力Ｓfl，Ｓfr，Ｓrl，Ｓrrの和を０にしつつ、減速方向分力Ｇfl，Ｇfr，Ｇrl，Ｇrrの合計を最大にする４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの最適転舵角δfl＊，δfr＊，δrl＊，δrr＊を、摩擦係数（μｌ，μｒ）により収束計算で求める。
この場合、種々のパターンの摩擦係数（μｌ，μｒ）における４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの最適転舵角δfl＊，δfr＊，δrl＊，δrr＊を予め収束計算により求めておき、その結果を算出マップとして転舵制御装置４０内の記憶素子に記憶しておいて、走行中には算出マップを参照して各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの最適転舵角δfl＊，δfr＊，δrl＊，δrr＊を算出するようにしてもよい。

図７は、その例として、転舵不能輪ＷＫの最適向きを摩擦係数（μｌ，μｒ）に基づいて算出するための算出マップを表す。この例では、転舵不能輪ＷＫの車両進行方向に対する最適車輪スリップ角α＊をμＡ／μＢの値から決定する（μＡ：転舵不能輪ＷＫ側の摩擦係数、μＢ：左右反対輪Ｗ０側の摩擦係数）。
そして、最適車体スリップ角βは、車輪舵角センサ４２により検出される転舵不能輪ＷＫの故障舵角δＫと、転舵不能輪ＷＫの車両進行方向に対する最適車輪スリップ角α＊との加減算により求められる。
ステップＳ１６の算出処理が終了すると、次に、その算出された最適車体スリップ角βとなるように他の３輪Ｗを転舵する。図３（ｃ）、図４（ｂ）、図５（ｃ）は、その状態を表す一例である。

次に、ステップＳ１８にて、車輪Ｗに制動が働いたか否かを判断する。この判断は、図示しないブレーキ制御装置からのブレーキ信号を読み込んで判断する。
ブレーキ制動が働かない間は、上述した処理を繰り返す。そして、ブレーキ制動が働くと（Ｓ１８：ＹＥＳ）、例えば、図３（ｄ）、図４（ｃ）、図５（ｄ）に示すように、転舵アクチュエータ１５を駆動して正常輪Ｗを最適転舵角に転舵する。つまり、ステップＳ１６にて最適車体スリップ角βを求める過程で算出した各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrの最適転舵角δfl＊，δfr＊，δrl＊，δrr＊を目標転舵角として転舵アクチュエータ１５を駆動制御する。

従って、車両は、転舵不能輪ＷＫを含む４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrにより各車輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrに発生するヨー方向分力Ｙfl，Ｙfr，Ｙrl，Ｙrrおよび横方向分力Ｓfl，Ｓfr，Ｓrl，Ｓrrが互いに打ち消され、かつ４輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrにて最も大きな減速Ｇが得られる状態となる。
この結果、制動時における車両挙動の安定性と良好な減速性能とを両立することができ安全性が向上する。

以上、本実施形態の転舵装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、本実施形態における後輪故障時転舵制御ルーチンにおいては、ヨー方向分力だけでなく横方向分力も合計が０となるように目標車体スリップ角βを求めているが、横方向分力については省略した形態を採用してもよく、また、必ずしも分力の合計を０にする必要もなく、車両のヨーイングを発生させない程度で大きな減速Ｇが得られる目標車体スリップ角βを算出してもよい。

本発明の実施形態に係る転舵装置の全体構成図である。 車輪正常時における車輪の向きおよび車輪に発生する力を説明する説明図である。 右後輪故障時における車輪の向きおよび車輪に発生する力を説明する説明図であり、（ａ）、（ｂ）は本実施形態と対比するための参考例、（ｃ），（ｄ）は本実施形態を表す。 右後輪故障時における車輪の向きおよび車輪に発生する力を説明する説明図であり、（ａ）は本実施形態と対比するための参考例、（ｂ），（ｃ）は本実施形態を表す。 左後輪故障時における車輪の向きおよび車輪に発生する力を説明する説明図であり、（ａ）、（ｂ）は本実施形態と対比するための参考例、（ｃ），（ｄ）は本実施形態を表す。 後輪故障時における転舵制御ルーチンを表すフローチャートである。 摩擦係数に応じて転舵不能輪の最適車輪スリップ角を導く算出マップを表す。 車輪に発生する力を説明する説明図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…転舵機構、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…ナックル、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…サスペンション、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…転舵アクチュエータ、４０…転舵制御装置、４１…ハンドル操舵角センサ、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ…車輪舵角センサ、４４…車速センサ、４５…ヨーレートセンサ、４６…横加速度センサ、４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ…車輪速センサ、Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrr…車輪。

Claims (2)

1. 前後左右輪の転舵角を独立して調整する転舵アクチュエータと、
   上記転舵アクチュエータを駆動制御する転舵制御手段と
   を備えた転舵装置において、
   後輪の左右いずれか一方が転舵不能となる転舵異常を検出する転舵異常検出手段と、
   左側輪と右側輪とにおける接地路面との間の摩擦係数の相違状態を検出する左右摩擦係数相違状態検出手段と、
   上記転舵異常検出手段により上記後輪の左右いずれか一方の転舵異常が検出されたとき、上記左右摩擦係数相違状態検出手段により左側輪と右側輪とにおける接地路面との間の摩擦係数が相違していると判断された場合には、転舵不能となっている車輪以外の上記転舵アクチュエータを駆動制御して、上記転舵不能となった車輪が車両進行方向に対して所定の車輪スリップ角が得られるように車体にスリップ角を与える異常時転舵制御手段と
   を備えたことを特徴とする転舵装置。
2. 上記異常時転舵制御手段は、
   上記転舵不能となった車輪の目標車輪スリップ角を、上記転舵不能輪の接地路面との摩擦係数がその左右反対側輪の接地路面との摩擦係数に対して大きい場合には、その相違度合が大きいほど車両進行方向よりも外側に向けて設定し、上記転舵不能輪の接地路面との摩擦係数がその左右反対側輪の接地路面との摩擦係数に対して小さい場合には、その相違度合が大きいほど車両進行方向よりも内側に向けて設定する目標車輪スリップ角設定手段と、
   上記転舵不能輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と
   を備え、上記目標車輪スリップ角設定手段により設定された目標車輪スリップ角と、上記舵角検出手段により検出された転舵不能輪の転舵角とに基づいて車体スリップ角を決定することを特徴とする請求項１記載の転舵装置。
   

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