JP7700761B2 - Steering system - Google Patents
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Description
本発明は、ステアリングシステムに関する。 The present invention relates to a steering system.
車輪のトー角を調整する技術として、例えば特開２０１０－２６０４５９号公報に後輪トー角制御装置が開示されている。この装置は、アクセル開度を一定にした状態で左右の後輪を対称状態に保持したまま左右の電動アクチュエータを駆動し、車速が最大となったストローク量検出値を基準ストローク量として設定する。 As a technology for adjusting the toe angle of the wheels, for example, JP 2010-260459 A discloses a rear wheel toe angle control device. With this device, the accelerator opening is kept constant and the left and right rear wheels are kept symmetrical while driving the left and right electric actuators, and the stroke amount detection value at which the vehicle speed is maximized is set as the reference stroke amount.
しかしながら、上記装置では、適正なトーイン量を算出するためには、継続してアクセル開度を一定に保たなければならない。これによれば、交通の流れに応じた走行ができない可能性がある。また、坂道等、路面勾配が変化するところでは、意図せず車速が変化してしまい、基準の検出精度の低下が懸念される。このように、従来技術では、例えばサスペンションの交換の後、トーイン量が０になる転舵角がわからず、トーイン量を所望の値に調整することが容易ではなかった。 However, in the above device, in order to calculate the appropriate toe-in amount, the accelerator opening must be kept constant continuously. This may result in the vehicle not being able to drive in accordance with the flow of traffic. Furthermore, on hills or other roads where the road gradient changes, the vehicle speed may change unintentionally, raising concerns about a decrease in the accuracy of the reference detection. Thus, with conventional technology, for example, after replacing the suspension, it is not possible to know the steering angle at which the toe-in amount becomes zero, and it is not easy to adjust the toe-in amount to the desired value.
本発明の目的は、単輪独立転舵において、トーイン量が０になる転舵角を容易に検出することができるステアリングシステムを提供することである。 The object of the present invention is to provide a steering system that can easily detect the steering angle at which the toe-in amount becomes zero when steering a single wheel independently.
本発明のステアリングシステムにおいて、コントローラは、対称転舵処理及び基準設定処理を実行するように構成されている。前記対称転舵処理は、車両が直進中であり且つ左転舵輪及び右転舵輪に駆動力モーメントが発生していない状態で、前記左転舵輪の転舵角及び前記右転舵輪の転舵角を左右対称で維持しつつ、左制御電流及び右制御電流を連続的に又は段階的に変化させる処理である。前記基準設定処理は、左電流センサの検出値の正負が反転した際の左転舵角センサの検出値、及び右電流センサの検出値の正負が反転した際の右転舵角センサの検出値に基づいて、又は、前記左電流センサの検出値と前記右電流センサの検出値とが一致し且つ前記左転舵角センサの検出値と前記右転舵角センサの検出値とが一致した際の前記左転舵角及び前記右転舵角に基づいて、トーイン量が０になる前記左転舵角及び前記右転舵角を設定する処理である。 In the steering system of the present invention, the controller is configured to execute a symmetrical steering process and a reference setting process. The symmetrical steering process is a process for continuously or stepwise changing the left control current and the right control current while maintaining the steering angles of the left and right steered wheels symmetrical when the vehicle is traveling straight and no driving force moment is generated in the left and right steered wheels. The reference setting process is a process for setting the left and right steering angles at which the toe-in amount becomes 0 based on the detection value of the left steering angle sensor when the positive and negative of the detection value of the left current sensor are inverted and the detection value of the right steering angle sensor when the positive and negative of the detection value of the right current sensor are inverted, or based on the left and right steering angles when the detection value of the left current sensor and the detection value of the right current sensor match and the detection value of the left steering angle sensor and the detection value of the right steering angle sensor match.
車両直進中において、車輪にはトーイン量に応じたニューマチックトレールによって、キングピン軸線回りのモーメント（セルフモーメント）が発生する。コントローラは、当該セルフモーメントを打ち消してトーイン量を保持するために、左右の転舵モータに互いに正負が異なる制御電流すなわち保持電流を供給する必要がある。横断勾配がない平坦路では、車両直進中、左右の転舵角が一致し且つ左右の保持電流が一致するのは、保持電流が０であるときである。保持電流が０のとき、セルフモーメントが発生していないと推定でき、トーイン量が０であると判定できる。また、制御電流を検出する電流センサの値の正負が反転した際の転舵角が、トーイン量が０となる転舵角であると判定できる。 When the vehicle is traveling straight, a moment (self-moment) around the kingpin axis is generated on the wheels by the pneumatic trail according to the toe-in amount. In order to cancel this self-moment and maintain the toe-in amount, the controller needs to supply control currents, i.e. holding currents, of opposite positive and negative to the left and right steering motors. On a flat road with no transverse gradient, when the vehicle is traveling straight, the left and right steering angles match and the left and right holding currents match when the holding current is zero. When the holding current is zero, it can be assumed that no self-moment is occurring and it can be determined that the toe-in amount is zero. It can also be determined that the steering angle at which the positive and negative values of the current sensor that detects the control current are reversed is the steering angle at which the toe-in amount is zero.
また、横断勾配がある路面では、車輪に重力によるモーメント（重力モーメント）が加わった分、全体的に保持電流が正又は負の方向にシフトする。しかし、左右の保持電流が同じだけシフトするため、左右の転舵角が一致し且つ左右の保持電流が一致する際の転舵角が、トーイン量が０になる転舵角であることは変わらない。したがって、平坦路でも傾斜面でも、コントローラは、対称転舵処理の結果に基づいて、左右の転舵角が一致し且つ左右の保持電流が一致する際の転舵角を、トーイン量が０になる転舵角として設定する。また、電流センサの値の正負が反転した際の左転舵角と右転舵角との中間点が、トーイン量０の転舵角と判定できる。このように、本発明によれば、単輪独立転舵において、例えばサスペンション装置の交換後に、トーイン量が０になる転舵角を容易に検出することができる。 In addition, on road surfaces with a transverse gradient, the moment of gravity (gravity moment) is applied to the wheels, and the overall holding current shifts in the positive or negative direction. However, since the left and right holding currents shift by the same amount, the steering angle at which the left and right steering angles match and the left and right holding currents match remains the steering angle at which the toe-in amount becomes zero. Therefore, whether on a flat road or an inclined surface, the controller sets the steering angle at which the left and right steering angles match and the left and right holding currents match as the steering angle at which the toe-in amount becomes zero based on the results of the symmetric steering process. In addition, the midpoint between the left steering angle and the right steering angle when the positive and negative values of the current sensor are reversed can be determined to be the steering angle at which the toe-in amount becomes zero. In this way, according to the present invention, in single-wheel independent steering, for example after replacing a suspension device, the steering angle at which the toe-in amount becomes zero can be easily detected.
以下、本発明を実施するための形態として、本発明の一実施形態であるステアリングシステム１を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。
Below, as a form for implementing the present invention, a
本実施形態のステアリングシステム１は、単輪独立転舵型（左右独立転舵型）のステアバイワイヤシステムである。図１に示すように、ステアリングシステム１は、左転舵装置２Ａと、右転舵装置２Ｂと、左転舵コントローラ（「左転舵制御部」に相当する）３Ａと、右転舵コントローラ（「右転舵制御部」に相当する）３Ｂと、操作装置４と、反力コントローラ５と、を備えている。ステアリングシステム１は、左転舵装置２Ａ及び右転舵装置２Ｂと操作装置４とが機械的に連結されていないステアバイワイヤシステムである。
The
車両内の通信は、ＣＡＮ１００を用いて行われる。本実施形態において、転舵輪は前輪１１、１２であり、左転舵輪が左前輪１１であり、右転舵輪が右前輪１２である。左転舵装置２Ａは、左前輪１１を転舵する装置である。右転舵装置２Ｂは、左転舵装置２Ａとは独立して右前輪１２を転舵する装置である。左転舵装置２Ａと右転舵装置２Ｂとは、同じ構成であるため、右転舵装置２Ｂの構成を説明し、左転舵装置２Ａの構成の説明を省略する。なお、本実施形態では後輪１３、１４も転舵輪（トーイン量調整済み）であって独立転舵可能に構成されている。
Communication within the vehicle is performed using CAN 100. In this embodiment, the steered wheels are
図２に示すように、右転舵装置２Ｂは、ステアリングナックル２１と、転舵アクチュエータ２２と、タイロッド２３と、を備えている。ステアリングナックル２１は、右前輪１２を回転可能に保持する部材である。ステアリングナックル２１は、後述するインホイールモータユニット７のハウジングである。
As shown in FIG. 2, the
転舵アクチュエータ２２は、ロアアーム９１の基端部側の部位に設置されている。転舵アクチュエータ２２は、転舵モータ２２１と、減速機２２２と、アクチュエータアーム２２３と、回転角センサ２２４と、を備えている。転舵モータ２２１は、駆動源としての電動モータである。転舵モータ２２１は、例えば、ブラシレスＤＣモータである。
The
減速機２２２は、転舵モータ２２１の回転を減速するギヤ装置である。アクチュエータアーム２２３は、減速機２２２を介した転舵モータ２２１の回転により回動するアーム部材である。アクチュエータアーム２２３は、ピットマンアームとして機能する。タイロッド２３は、ステアリングナックル２１に設けられたナックルアーム２１１と転舵アクチュエータ２２のアクチュエータアーム２２３とを接続する部材である。
The
回転角センサ２２４は、転舵モータ２２１の回転角を検出する。転舵モータ２２１の回転角と、右前輪１２の転舵角との間には、特定の関係性がある。このため、各転舵コントローラ３Ａ、３Ｂは、転舵モータ２２１の回転角に基づいて、転舵モータ２２１に対応する車輪の転舵角を演算することができる。つまり、回転角センサ２２４は、転舵角センサといえる。なお、転舵角センサは、転舵角を直接的に検出するセンサであってもよい。
The
左転舵装置２Ａの回転角センサ（以下「左転舵角センサ」という）２２４は左前輪１１の転舵角を検出し、右転舵装置２Ｂの回転角センサ（以下「右転舵角センサ」という）２２４は右前輪１２の転舵角を検出する。以下、左転舵輪である左前輪１１を転舵する転舵モータ２２１を「左転舵モータ２２１」とも称し、右転舵輪である右前輪１２を左前輪１１とは独立して転舵する転舵モータ２２１を「右転舵モータ２２１」とも称する。
The rotation angle sensor (hereinafter referred to as the "left steering angle sensor") 224 of the
前輪１１、１２のサスペンション装置９は、それぞれ、ロアアーム９１と、ステアリングナックル２１と、ショックアブソーバ９２と、サスペンションスプリング９３と、を含んで構成されている。サスペンション装置９は、例えばマクファーソンストラット式のサスペンション装置である。ロアアーム９１は、車体のサイドメンバー（図示略）に支持されている。ステアリングナックル２１は、ボールジョイント９１１を介して、ロアアーム９１の先端部に回動可能に連結されている。ショックアブソーバ９２は、下端部がステアリングナックル２１に固定的に支持され、上端部がアッパーサポート９４を介して車体に回転可能に支持された部材である。サスペンションスプリング９３は、上端部がアッパーサポート９４を介して車体に回転可能に支持され、下端部がショックアブソーバ９２に設けられたロアサポート９５に支持された部材である。
The
本実施形態において、転舵輪である前輪１１、１２には、駆動装置として、インホイールモータユニット７が搭載されている。インホイールモータユニット７は、ハウジングとして機能するステアリングナックル２１と、駆動モータ７１と、減速機７２と、アクスルハブ（図示略）と、を備えている。駆動モータ７１は、ステアリングナックル２１に内蔵された電動モータである。駆動モータ７１には、回転角センサ（図示略）が設けられている。減速機７２は、駆動モータ７１の回転を減速するギヤ装置である。アクスルハブは、車輪のホイールに取り付けられている。各インホイールモータユニット７は、駆動ＥＣＵ（図示略）から制御電流を供給され、駆動ＥＣＵにより制御される。
In this embodiment, the
本実施形態のステアリングシステム１は、キングピンオフセットδ１が０になるように構成された車両に搭載されている。本実施形態において、サスペンション装置９は、キングピンオフセットδ１が実質的に０になるように設計されている。
The
図２に示すように、キングピン軸線ＫＰは、アッパーサポート９４の中心とボールジョイント９１１の中心とを通る直線である。車両の前後方向をＸ方向、車両の左右方向をＹ方向、車両の上下方向をＺ方向とすると、キングピンオフセットδ１は、図３に示すように、ＹＺ平面において、キングピン軸線ＫＰと接地面との交点と、接地面中心ＳＣとの距離である。接地面は、タイヤの路面に対する接地面である。
As shown in FIG. 2, the kingpin axis KP is a straight line passing through the center of the
本実施形態の車輪の駆動装置がインホイールモータユニット７であるため、その駆動力は接地点入力となる。このため、キングピンオフセットδ１が０に設定された車両では、インホイールモータユニット７により車輪に駆動力が付与されても、キングピン軸線ＫＰ回りのモーメント（駆動力モーメント）Ｍ１が発生しない。つまり、本構成では、駆動力が付与されている状況でも、駆動力が付与されていない状況と同様に、車輪に駆動力モーメントＭ１は発生しない。この構成によれば、後述する基準調整制御は、駆動力付与中でも実行できる。
In this embodiment, the wheel drive device is the in-
操作装置４は、ステアバイワイヤシステムにおける一般的な構造を有するものである。図１に示すように、操作装置４は、ステアリングホイール（操作部材）４１と、ステアリングセンサ４２と、反力付与装置４３と、を備えている。ステアリングセンサ４２は、ステアリングホイール４１の操作位置又は操作量として、ステアリングホイール４１の回転角である操作角を検出するセンサである。例えば、車両の直進状態においてステアリングホイール４１がとる位置を中立位置とした場合に、その中立位置からの左右方向それぞれへの回転角が、ステアリングホイール４１の操作角である。反力付与装置４３は、ステアリングホイール４１に反力（操作に対する反力）を付与する装置である。反力コントローラ５は、ステアリングセンサ４２の検出結果と車速とに基づいて、目標反力を演算し、反力付与装置４３の電動モータ４３１を制御する。
The
（コントローラ）
左転舵コントローラ３Ａ及び右転舵コントローラ３Ｂは、互いに通信可能に接続され、それぞれ、１つ以上のプロセッサ３１ａと１つ以上のメモリ３１ｂを備えた電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。
(controller)
The
左転舵コントローラ３Ａは、転舵要求（例えば、手動運転でのステアリングセンサ４２の検出結果、又は自動運転での自動運転ＥＣＵからの指令値）に基づいて、左転舵装置２Ａを制御する。右転舵コントローラ３Ｂは、転舵要求の検出結果に基づいて、右転舵装置２Ｂを制御する。手動運転の場合、各転舵コントローラ３Ａ、３Ｂは、ステアリングセンサ４２の検出結果に基づいて、目標転舵角を演算し、目標転舵角に基づいて目標制御電流を演算する。各転舵コントローラ３Ａ、３Ｂは、目標制御電流に基づいて、対応する転舵装置（左転舵装置２Ａ又は右転舵装置２Ｂ）の転舵モータ２２１に制御電流を供給する。各転舵コントローラ３Ａ、３Ｂは、例えば、ヨーレートセンサ６１の検出値が目標ヨーレートに近づくように、目標転舵角を演算する。
The
各転舵コントローラ３Ａ、３Ｂには、転舵モータ２２１に供給された制御電流の電流値を検出する電流センサ３０が設けられている。以下、左転舵コントローラ３Ａが転舵モータ２２１に供給する制御電流（「左制御電流」ともいう）を検出する電流センサ３０を「左電流センサ３０」と称し、右転舵コントローラ３Ｂが転舵モータ２２１に供給する制御電流（「右制御電流」ともいう）を検出する電流センサ３０を「右電流センサ３０」と称する。
Each
転舵コントローラ３Ａ、３Ｂは、互いに互いの演算結果を取得し、互いに連携して制御対象を制御することができる。つまり、２つの転舵コントローラ３Ａ、３Ｂは、転舵に関する１セットのコントローラ３を構成しているといえる。本実施形態において、コントローラ３は、左転舵コントローラ３Ａと右転舵コントローラ３Ｂとで構成されている。
The
制御電流は、性質として、転舵角を変更するための変更制御電流と、転舵角を保持するための保持電流とに分けて考えられる。保持電流は、転舵角を目標転舵角で維持するために、走行時に車輪に発生するモーメントを打ち消し続けるための制御電流である。例えば、車輪が所定のトーイン量で直進するように設定されている場合、直進時、車輪にはニューマチックトレールによりトーイン量＝０になる方向へのモーメント（以下「セルフモーメント」ともいう）Ｍ２が加わる。この場合、コントローラ３は、直進時のセルフモーメントＭ２を打ち消してトーイン量を維持するために、保持電流を転舵モータ２２１に供給する。以下、左転舵角を保持するための左制御電流を「左保持電流」とも称し、右転舵角を保持するための右制御電流を「右保持電流」とも称する。
The control current can be divided into a change control current for changing the steering angle and a holding current for maintaining the steering angle. The holding current is a control current for continuously canceling the moment generated in the wheel during driving in order to maintain the steering angle at the target steering angle. For example, if the wheel is set to travel straight with a specified toe-in amount, a moment (hereinafter also referred to as "self moment") M2 in a direction in which the toe-in amount becomes 0 is applied to the wheel during straight traveling due to the pneumatic trail. In this case, the
本実施形態の車両は、横断勾配がない平坦路において、左前輪１１及び右前輪１２に駆動力モーメントＭ１が発生していない状態で、且つ左前輪１１及び右前輪１２のトーイン量が０である際に、車両の直進を保持するための左制御電流（左保持電流）及び右制御電流（右保持電流）が０になるように構成されている。車両は、理論上又は設計上、上記のように構成されればよい。ステアリングシステム１は、このような車両に搭載されている。本実施形態では、キングピンオフセットδ１が０であり且つインホイールモータユニット７により車輪に駆動力が付与されるため、駆動力モーメントＭ１は発生しない。また、平坦路での直進走行で、トーイン量が０であれば、セルフモーメントＭ２は発生しなし。
The vehicle of this embodiment is configured so that when no driving force moment M1 is generated in the
（基準調整制御）
コントローラ３は、基準調整制御を実行可能に構成されている。基準調整制御は、例えばサスペンション装置交換後など、ユーザの操作又は予め設定されたプログラムに基づいて実行される。
(Reference Adjustment Control)
The
基準調整制御は、対称転舵処理、記憶処理、及び基準設定処理を含んでいる。対称転舵処理は、車両が直進中であり且つ左前輪１１及び右前輪１２に駆動力モーメントＭ１が発生していない状態で、左前輪１１の転舵角及び右前輪１２の転舵角を左右対称で維持しつつ、左制御電流及び右制御電流を連続的に又は段階的に変化させる処理である。
The reference adjustment control includes a symmetric steering process, a storage process, and a reference setting process. The symmetric steering process is a process that changes the left control current and the right control current continuously or stepwise while maintaining the steering angles of the
記憶処理は、対称転舵処理において、左電流センサ３０の検出値と左転舵角センサ２２４の検出値との対応関係、及び右電流センサ３０の検出値と右転舵角センサ２２４の検出値との対応関係を記憶する処理である。記憶処理は、対称転舵処理と並行して実行される。コントローラ３は、記憶処理において、例えば自身のメモリ３１ｂにデータを記憶する。
The storage process is a process for storing the correspondence between the detection value of the left
基準設定処理は、記憶処理での記憶結果において、左電流センサ３０の検出値の正負が反転した際（すなわち検出値＝０の際）の左転舵角センサ２２４の検出値、及び右電流センサ３０の検出値の正負が反転した際の右転舵角センサ２２４の検出値に基づいて、トーイン量が０になる左転舵角及び右転舵角を設定する処理である。あるいは、基準設定処理は、記憶処理での記憶結果において、左電流センサ３０の検出値と右電流センサ３０の検出値とが一致し且つ左転舵角センサ２２４の検出値と右転舵角センサ２２４の検出値とが一致した際の左転舵角及び右転舵角に基づいて、トーイン量が０になる左転舵角及び右転舵角を設定する処理である。対称転舵処理実行前の車両直進中の状態が仮の基準となる。
The reference setting process is a process for setting the left and right steering angles at which the toe-in amount becomes 0 based on the detection value of the left
一例として、図４に示すように、サスペンション装置９が交換された直後では、左右の前輪１１、１２のトーイン量が揃っていない可能性がある。しかしながら、図５に示すように、コントローラ３は、車両を直進させるにあたり、直進性が確保されるように、すなわち左右の前輪１１、１２で同一のトーイン量となるように、左右の前輪１１、１２の転舵角を調整する。車両が直進しているか否かについては、例えば自車両の位置情報（例えばＧＰＳ）、ヨーレートセンサ６１の検出値、横加速度センサ６３の検出値、左右の車輪速度センサ６２の検出値、又は自動運転中における自己位置推定結果等に基づいて判定可能である。しかしながら、図５のように、左右の前輪１１、１２が同一のトーイン量となっても、それが所望のトーイン量、すなわち狙ったトーイン量であるか否かは不明であり、直進における所望のトーイン量への調整が困難であった。
As an example, as shown in FIG. 4, immediately after the
そこでコントローラ３は、基準調整制御により、トーイン量が０となる転舵角を検出し、その転舵角をトーイン量が０となる基準として設定する。トーイン量が０になる転舵角センサの検出値は、各前輪１１、１２の設置状態（初期状態）により変わり得る。したがって、例えば、基準調整制御により検出されたトーイン量が０に対応する各転舵角センサ２２４の検出値は、コントローラ３での以後の演算において、トーイン量＝０（転舵角＝０）に換算される。
The
（段階的な対称転舵処理）
まず、コントローラ３が転舵角を段階的（ステップ的）に変化させる対称転舵処理について説明する。コントローラ３は、基準調整制御を実行する前提として、車両が直進している状態（図５の状態）における各転舵角センサ２２４の検出値を、仮の基準として、左右同一の転舵角（例えば転舵角＝０）として記憶する。コントローラ３は、基準調整制御において、基準設定処理が完了するまでは、仮の基準に基づいて現在の転舵角を検出する。 コントローラ３は、対称転舵処理において、まず仮の基準の転舵角において、左右の各保持電流（各電流センサ３０の検出値）を検出し、記憶処理として、転舵角と保持電流との対応関係（例えば、転舵角＝０、左保持電流＝Ｉｌ０、右保持電流＝Ｉｒ０）を記憶する。例えば、図６に示すように、転舵角は、仮の基準を０とし、トーアウト方向への変化をプラスとし、トーイン方向への変化をマイナスとする。なお、本構成の車両が横断勾配のない路面を直進した状態で且つ左右の前輪１１、１２が同一のトーイン量である場合、理論上、左右の保持電流の絶対値は同じ値となる。
(Step-by-step symmetric steering process)
First, a symmetrical steering process in which the
コントローラ３は、対称転舵処理の目的として、車両直進中に、（ａ）左右の保持電流が一致し且つ左右の転舵角（トーイン量）が一致する状態を検出するか、あるいは、（ｂ）左保持電流が０になる左転舵角と右保持電流が０になる右転舵角とを検出する。（ａ）の状態は、理論上、左右のトーイン量が０であると判定できる。したがって、コントローラ３は、（ａ）の状態を検出すると、基準設定処理として、その状態での転舵角をトーイン量０の転舵角に設定する（図６及び図８参照）。（ｂ）の場合、理論上、検出された左転舵角と右転舵角との中間の転舵角がトーイン量０の転舵角に相当する。このため、コントローラ３は、（ｂ）の転舵角を検出した場合、基準設定処理として、当該中間の転舵角をトーイン量０の転舵角に設定する（図６及び図８参照）。なお、コントローラ３が路面の横断勾配の有無を判定しているか否か等により、基準の検出方法は変わり得るが、この例では横断勾配の有無の判定をしていないことを前提とする。
For the purpose of symmetrical steering processing, the
保持電流Ｉｌ０、Ｉｒ０がともに０である場合、コントローラ３は、仮の基準の転舵角をトーイン量が０となる転舵角として設定する。保持電流Ｉｌ０、Ｉｒ０が両方とも０でない場合、コントローラ３は、車両直進中、対称転舵処理として、左前輪１１の転舵角及び右前輪１２の転舵角を同時に所定角（例えば０．１度）だけトーアウト方向に変化させる。仮の基準の状態では、多くの場合、前輪１１、１２がトーイン状態であることが想定されるため、コントローラ３は、対称転舵処理においてまずトーアウト方向に転舵角を変更する。本例において、両方の転舵角をトーアウト方向に変化させるために、コントローラ３は、左制御電流をマイナス側に変化させ、右制御電流をプラス側に変化させる。対称転舵処理では、左右対称に転舵角が変化するため、車両の直進状態は維持される。
When both holding currents Il0 and Ir0 are 0, the
コントローラ３は、左右の前輪１１、１２の転舵角を変化させた後、所定時間（例えば数秒）、当該転舵角を保持し、転舵角の保持に必要な制御電流すなわち保持電流を記憶する。コントローラ３は、記憶処理として、転舵角と保持電流との対応関係（例えば、転舵角＝＋０．１、左保持電流＝Ｉｌ１、右保持電流＝Ｉｒ１）を記憶する。以下、対称転舵処理における転舵角を変更する処理を単に「転舵角変更」ともいう。
After changing the steering angle of the left and right
対称転舵処理及び記憶処理では、（ａ）の状態での左右の転舵角又は（ｂ）における左右の転舵角を検出するまで、転舵角保持、検出値の記憶、転舵角変更の処理が繰り返される。なお、本構成の車両が横断勾配のない平坦路を直進している場合（平坦直進状態）、トーイン量０を境にしてセルフモーメントＭ２の向きが反転し、保持電流の正負も反転する。つまり、平坦直進状態では、保持電流が０（実質０を含む）になる転舵角が、トーイン量が０となる転舵角になる。 In the symmetrical steering process and storage process, the processes of holding the steering angle, storing the detected value, and changing the steering angle are repeated until the left and right steering angles in state (a) or the left and right steering angles in state (b) are detected. Note that when a vehicle with this configuration is traveling straight on a flat road with no transverse gradient (flat straight traveling state), the direction of the self moment M2 reverses at the boundary where the toe-in amount is 0, and the positive and negative values of the holding current are also reversed. In other words, in a flat straight traveling state, the steering angle at which the holding current becomes 0 (including essentially 0) is the steering angle at which the toe-in amount becomes 0.
（ｂ）の検出を優先する場合、コントローラ３は、記憶された、１回目の保持電流と２回目の保持電流とを比較する。左右の少なくとも一方において、１回目と２回目とで保持電流の正負が反転している場合、１回目の転舵角と２回目の転舵角との間に保持電流が０となる転舵角があると判定できる。この場合、コントローラ３は、１回目の転舵角と２回目の転舵角との間に対して、所定角を初期値よりも小さくした対称転舵処理を実行する。つまり、コントローラ３は、対称転舵処理において、より細かく転舵角を変更して、保持電流が０になる転舵角を検出する。平坦直進状態では、左右同じトーイン量で左右の保持電流が０になる。
When priority is given to detection of (b), the
コントローラ３は、両方の保持電流で正負の反転を検出できなかった場合、引き続き、左右の前輪１１、１２の転舵角を同時に、所定角だけトーアウト方向に変化させる。そして、コントローラ３は、転舵角を所定時間保持し、その際の転舵角と保持電流との対応関係（例えば、転舵角＝＋０．２、左保持電流＝Ｉｌ２、右保持電流＝Ｉｒ２）を記憶する。コントローラ３は、転舵角変更を繰り返し実行し、必要に応じて保持電流が反転する区間で細かな転舵角変更を実行し、（ａ）の状態の転舵角又は（ｂ）の転舵角を検出する。コントローラ３は、必要に応じて、トーイン方向にも対称転舵処理を実行する。
If
コントローラ３は、例えば図６又は図８に示すように、記憶値（測定値）に基づいて、グラフに記憶値を通る直線又は近似直線を表して、（ａ）の状態の転舵角又は（ｂ）の転舵角を検出してもよい。このように、コントローラ３は、記憶値に基づいて（ａ）、（ｂ）の状態を検出し、トーイン量０の転舵角を検出し、その転舵角を真の基準に設定する。グラフの詳細は後述する。
As shown in FIG. 6 or FIG. 8, for example, the
（連続的な対称転舵処理）
コントローラ３が転舵角を連続的に変化させる対称転舵処理を実行する場合、コントローラ３は、左右の前輪１１、１２の転舵角を同時に、対称的に、仮の基準の状態からトーアウト方向又はトーイン方向に徐々に（ゆっくりと）変化させる。コントローラ３は、例えば、前輪１１、１２の転舵角を所定の転舵角までトーアウト方向に変化させた後に、仮の基準に戻し、その後所定の転舵角までトーイン方向に変化させる。コントローラ３は、段階的に変化させる対称転舵処理では、転舵角を変更後に所定時間その角度を保持するが、この場合には、所定の速度で転舵角を変化させ続け、各センサ３０、２２４の検出値を記憶し続ける。
(Continuous symmetric steering process)
When the
コントローラ３は、対称転舵処理において、各転舵角での保持電流より絶対値が若干高い制御電流を転舵モータ２２１に供給し続けるように、制御電流を変化させる。転舵モータ２２１に保持電流よりも絶対値が若干高い制御電流を供給することで、保持状態からゆっくりと車輪が転舵する。この制御電流は保持電流とほぼ同じ値であり、記憶処理で記憶される転舵角と制御電流との対応関係は、転舵角と保持電流との対応関係と同視できる。したがって、コントローラ３では記憶された対応関係を転舵角と保持電流との対応関係として扱う。コントローラ３は、保持電流の反転を検出し、検出結果に基づいて基準を設定する。なお、転舵角の変更範囲は、転舵角の上限から下限までの範囲よりも小さい範囲に設定されている。
In the symmetrical steering process, the
コントローラ３は、記憶処理として、転舵角と制御電流との対応関係（例えば時系列データ）を記憶する。図６に示すように、記憶処理の結果は、グラフで表すことができる。このグラフでは、一方の軸（ここでは横軸）が転舵角を表し、他方の軸（ここでは縦軸）が制御電流（保持電流）を表している。このグラフにおいて、左前輪１１の記憶値で形成される直線である左直線と、右前輪１２の記憶値で形成される直線である右直線とは、制御電流が反転するところすなわち制御電流が０となるところ（転舵角）で交わる。つまり、制御電流が０となる転舵角は左右で同じとなる。コントローラ３は、基準設定処理として、制御電流が０となった転舵角をトーイン量が０である転舵角（転舵角＝０）すなわち真の基準として設定する。グラフは真の基準を中心に左右対称となる。なお、転舵角を段階的に変化させる対称転舵処理でも、記憶値に基づき図６同様のグラフを描くことができる。
As a storage process, the
コントローラ３は、横軸及び縦軸の一方を転舵角とし、横軸及び縦軸の他方を制御電流の電流値としたグラフにおいて、左転舵角と左保持電流との対応関係をグラフに表した直線である左直線と、右転舵角と右保持電流との対応関係をグラフに表した右直線との交点に対応する転舵角を、トーイン量が０である左転舵角及び右転舵角として設定する。直線は、近似直線を含む概念である。なお、コントローラ３は、保持電流の正負が反転する際の転舵角すなわち保持電流が０のときの転舵角に基づいて、基準を設定してもよい。
In a graph in which one of the horizontal and vertical axes represents the steering angle and the other represents the current value of the control current, the
（横断勾配がある路面での基準調整制御）
図７に示すように、横断勾配がある路面（以下「傾斜面」ともいう）を車両が走行している場合、その傾斜面を直進する車両の車輪には、重力によるモーメント（以下「重力モーメント」ともいう）Ｍ３が加わる。図７の場合、車輪には、左に曲がるように重力モーメントＭ３が加わる。したがって、直進状態を維持するために、転舵モータ２２１には、平坦直進状態で必要な制御電流に加えて、重力モーメントＭ３を打ち消す分の制御電流が必要となる。つまり、傾斜面を直進した状態である傾斜面直進状態の保持電流は、平坦直進状態の保持電流に重力モーメントＭ３を打ち消す分の電流を加えた値となる。
(Reference adjustment control on road surfaces with cross slope)
As shown in Fig. 7, when a vehicle is traveling on a road surface with a transverse gradient (hereinafter also referred to as an "inclined surface"), a moment due to gravity (hereinafter also referred to as a "gravity moment") M3 is applied to the wheels of the vehicle traveling straight on the inclined surface. In the case of Fig. 7, gravity moment M3 is applied to the wheels so as to turn to the left. Therefore, in order to maintain a straight traveling state, steering
傾斜面直進状態において、コントローラ３が連続的な対称転舵処理を実行した場合、例えば図８に示すようなグラフが形成される。重力モーメントＭ３を打ち消して直進するため、右直線及び左直線がともに上方にシフトされている。左右の値が同じだけシフトするため、トーイン量が０になる転舵角は、右直線と左直線の交点における転舵角となる。すなわち、左制御電流と右制御電流とが一致し且つ左転舵角と右転舵角とが一致した際の、左転舵角及び右転舵角がトーイン量＝０となる転舵角（真の基準）である。別の求め方として、左制御電流が反転した際（左制御電流＝０）の左転舵角と、右制御電流が反転した際（右制御電流＝０）の右転舵角との中間点の転舵角がトーイン量＝０の転舵角となる。このように、路面が傾斜していても、左直線と右直線の交点に対応する転舵角を算出することで、トーイン量が０になる転舵角を検出することができる。
When the
本実施形態の制御の一例として、図９に示すように、コントローラ３は、車両が直進中であるか否かを判定する（Ｓ１）。判定は、例えば、自車両の位置データ（ＧＰＳ）の軌跡又はヨーレートセンサ６１の検出値等に基づいて行われる。車両が直進中である場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、コントローラ３は、対称転舵処理を実行する（Ｓ２）。コントローラ３は、記憶処理として、対称転舵処理の結果を記憶する（Ｓ３）。コントローラ３は、基準設定処理として、記憶処理で記憶された記憶値に基づいて、トーイン量が０になる転舵角（基準）を設定する（Ｓ４）。コントローラ３は、車両直進において、左右の前輪１１、１２が所望のトーイン量となるように、設定した基準に基づいて対称転舵処理を実行する（Ｓ５）。
As an example of the control of this embodiment, as shown in FIG. 9, the
このように、平坦路でも傾斜面でも、コントローラ３は、対称転舵処理の結果に基づいて、トーイン量が０になる転舵角を設定する。本実施形態によれば、単輪独立転舵において、例えばサスペンション装置の交換後に、トーイン量が０になる転舵角を容易に検出することができる。
In this way, whether on a flat road or an inclined surface, the
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、駆動装置は、インホイールモータユニット７でなく、車輪でなく車体に設けられた（オンボードの）エンジンやモータであってもよい。この場合、例えば、キングピンオフセットδ１が０で、キャスタートレールが０で、キャンバ角が０である車両であれば、対象輪に駆動力がかかっていない状態で、トーイン量が０であるときに制御電流（保持電流）が０になるサスペンションジオメトリとなる。オンボードの駆動装置では、車輪に駆動力が付与されることにより駆動力モーメントＭ１が発生するため、基準調整制御は、駆動力が車輪に付与されていない状態で実行される。この場合、コントローラ３は、例えば、後輪駆動の車両における前輪、又は駆動力が加わっておらず減速している状態での車輪に対して、基準調整制御を実行することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the drive device may be an (on-board) engine or motor provided on the vehicle body instead of the wheel, instead of the in-
また、コントローラ３は、例えば横加速度センサ６３の検出値又は対称転舵処理中の左右の保持電流の絶対値に基づき、横断勾配の有無を判定してもよい。コントローラ３は、車両直進中、横加速度センサの検出値が０である場合、路面に横断勾配がないと判定できる。また、コントローラ３は、車両直進中、対称転舵処理における左右の保持電流の絶対値が等しい場合、路面に横断勾配がないと判定できる。コントローラ３は、走行路面に横断勾配がないと判定した場合、左右の保持電流が０になる転舵角をトーイン量が０になる転舵角と判定してもよい。また、コントローラ３は、横断勾配がない場合、対称転舵処理において左右の保持電流の絶対値が小さくなる方向（トーイン方向又はトーアウト方向）に制御電流を変更してもよい。例えば、コントローラ３は、対称転舵処理において、左右の保持電流の絶対値が大きくなっている場合、転舵角の変更方向を変えてもよい。これにより、余分な対称転舵処理を省くことができる。コントローラ３は、横断勾配があると判定した場合、例えば上記実施形態のように基準を検出してもよい。また、コントローラ３は、横断勾配が変化した場合、基準調整制御を中断してもよい。
The
１…ステアリングシステム、２２１…転舵モータ（左転舵モータ、右転舵モータ）、２２４…転舵角センサ（左転舵角センサ、右転舵角センサ）３…コントローラ、３Ａ…左転舵コントローラ（左転舵制御部）、３Ｂ…右転舵コントローラ（右転舵制御部）、３０…電流センサ（左電流センサ、右電流センサ）。 1...Steering system, 221...Steering motor (left steering motor, right steering motor), 224...Steering angle sensor (left steering angle sensor, right steering angle sensor), 3...Controller, 3A...Left steering controller (left steering control unit), 3B...Right steering controller (right steering control unit), 30...Current sensor (left current sensor, right current sensor).
Claims (4)
前記左転舵輪とは独立して右転舵輪を転舵する右転舵モータと、
前記左転舵モータに制御電流である左制御電流を供給する左転舵制御部、及び前記右転舵モータに制御電流である右制御電流を供給する右転舵制御部を含むコントローラと、
前記左転舵輪の転舵角である左転舵角を検出する左転舵角センサと、
前記右転舵輪の転舵角である右転舵角を検出する右転舵角センサと、
前記左制御電流の電流値を検出する左電流センサと、
前記右制御電流の電流値を検出する右電流センサと、
を備え、横断勾配がない平坦路において、前記左転舵輪及び前記右転舵輪に駆動力によるキングピン軸線回りのモーメントである駆動力モーメントが発生していない状態で、且つ前記左転舵輪及び前記右転舵輪のトーイン量がともに０である際に、車両の直進を保持するための前記左制御電流及び前記右制御電流がともに０になるように構成された車両に搭載されるステアリングシステムであって、
前記コントローラは、
前記車両が直進中であり且つ前記左転舵輪及び前記右転舵輪に前記駆動力モーメントが発生していない状態で、前記左転舵輪の転舵角及び前記右転舵輪の転舵角を左右対称で維持しつつ、前記左制御電流及び前記右制御電流を連続的に又は段階的に変化させる対称転舵処理と、
前記左電流センサの検出値の正負が反転した際の前記左転舵角センサの検出値、及び前記右電流センサの検出値の正負が反転した際の前記右転舵角センサの検出値に基づいて、又は、前記左電流センサの検出値と前記右電流センサの検出値とが一致し且つ前記左転舵角センサの検出値と前記右転舵角センサの検出値とが一致した際の前記左転舵角及び前記右転舵角に基づいて、トーイン量が０になる前記左転舵角及び前記右転舵角を設定する基準設定処理と、
を実行するように構成されている、
ステアリングシステム。 A left steering motor that steers the left steering wheel;
A right steering motor that steers a right steering wheel independently of the left steering wheel;
a controller including a left steering control unit that supplies a left control current, which is a control current, to the left steering motor, and a right steering control unit that supplies a right control current, which is a control current, to the right steering motor;
a left steering angle sensor that detects a left steering angle that is a steering angle of the left steered wheel;
a right steering angle sensor for detecting a right steering angle which is a steering angle of the right steered wheel;
a left current sensor for detecting a current value of the left control current;
a right current sensor for detecting a current value of the right control current;
a steering system mounted on a vehicle, the steering system being configured so that, on a flat road with no transverse gradient, when a driving force moment, which is a moment around a kingpin axis due to a driving force, is not generated in the left steered wheels and the right steered wheels and when toe-in amounts of the left steered wheels and the right steered wheels are both zero, the left control current and the right control current for maintaining straight traveling of the vehicle are both zero,
The controller:
a symmetric steering process in which the left control current and the right control current are changed continuously or stepwise while maintaining the steering angle of the left steered wheel and the steering angle of the right steered wheel symmetrically in a state in which the vehicle is traveling straight and the driving force moment is not generated in the left steered wheel and the right steered wheel;
a reference setting process for setting the left steering angle and the right steering angle at which the toe-in amount becomes zero, based on a detection value of the left steering angle sensor when the positive and negative signs of the detection value of the left current sensor are inverted and a detection value of the right steering angle sensor when the positive and negative signs of the detection value of the right current sensor are inverted, or based on the left steering angle and the right steering angle when the detection value of the left current sensor and the detection value of the right current sensor match and the detection value of the left steering angle sensor and the detection value of the right steering angle sensor match;
is configured to run
Steering system.
前記車両のキングピンオフセットが０になるように設定されている、
請求項１に記載のステアリングシステム。 The left steered wheel and the right steered wheel are provided with in-wheel motor units as drive devices,
The kingpin offset of the vehicle is set to 0.
2. The steering system of claim 1.
請求項１又は２に記載のステアリングシステム。 the controller sets the steering angles corresponding to the intersections of a left straight line, which is a straight line that represents the correspondence relationship between the left steering angle and the left control current, and a right straight line that represents the correspondence relationship between the right steering angle and the right control current, in a graph in which one of the horizontal axis and the vertical axis represents the steering angle and the other of the horizontal axis and the vertical axis represents the current value of the control current, as the left steering angle and the right steering angle at which the toe-in amount is 0;
A steering system according to claim 1 or 2.
請求項１又は２に記載のステアリングシステム。 When the controller determines that there is no transverse gradient on a road surface based on the lateral acceleration or the left control current and the right control current in the symmetric steering process, the controller changes the control current in the symmetric steering process to a direction in which the absolute values of the left control current and the right control current become smaller, among a toe-in direction and a toe-out direction.
A steering system according to claim 1 or 2.
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