WO2002047936A1 - Mecanisme de direction pour voiture electrique - Google Patents

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Hiroshi Shimizu
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Japan Science And Technology Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a steering mechanism for an electric vehicle having a tandem-hol suspension.
  • an electric vehicle is a vehicle that can run using only the driving force of the electric motor 101, and a secondary battery is used as a power source to supply the electric motor 101.
  • Those using batteries (batteries) are called electric vehicles A in a narrow sense, those using engine generators are called series hybrid vehicles B, and those using fuel cells are called fuel cell vehicles C.
  • 102 is a wheel
  • 103 is a controller
  • 104 is a secondary battery
  • 201 is an engine
  • 202 is a generator
  • 310 is a hydrogen supply source
  • 30 2 is a fuel cell.
  • an electric vehicle is a vehicle that can run using only the driving force of a rotary electric motor, and uses a secondary battery, a fuel cell, and an internal combustion engine as a power source to supply the electric motor. It is defined as a car that uses a generator, a solar cell, etc., or a combination of these.
  • vehicles that use only secondary batteries in mind such as vehicles, fuel cells, internal combustion engine generators, and vehicles that use solar cells as a power source are naturally included. Background art
  • the reason for using a tandem wheel type suspension is that the conventional one wheel is replaced with two wheels, so the ground contact with the road surface is good and a large acceleration force can be obtained.
  • the vehicle can continue to run, reducing the input transmitted from the road surface to the vehicle body through each wheel, thereby improving ride comfort. It is. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a steering mechanism for an electric vehicle having a tandem wheel type suspension and capable of performing a smooth turning operation in a steering mechanism of an electric vehicle having a steering unit for each of the left and right wheel sets.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention in order to achieve the above object,
  • the steering mechanism for an electric vehicle according to (2) further comprising: a motor control controller that controls a motor drive current of each of the steering units according to a control output of the general control controller.
  • the integrated control controller includes a sensor for inputting a detection value for controlling the steering means. It is characterized by a combination of a shift position sensor, a wheel set steering angle sensor, a horizontal rate sensor, a lateral acceleration sensor, and a longitudinal acceleration sensor according to the control target.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an electric vehicle.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a steering system corresponding to a tandem wheel suspension controlled by a general control controller and a motor control controller, showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a steering system corresponding to a tandem wheel type suspension controlled by a general control controller and a motor control controller according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a steering angle control mode characteristic of the transmission form of steering angle data according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a steering angle control mode characterized by a physical transmission form of steering angle data according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a steering angle control mode characteristic of another physical transmission form of steering angle data according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an embodiment characterized by consistent steering angle control according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing an embodiment characterized by another consistent steering angle control according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing an embodiment characterized by simple steering angle control according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a steering system corresponding to a tandem wheel type suspension controlled by a general control controller and a motor control controller showing a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram of a steering system corresponding to a tandem wheel suspension controlled by a controller.
  • the present invention is directed to a vehicle having at least one tandem wheel type suspension and one set of right and left wheels, each set of right and left wheels always including steering means including a steering wheel, and adopting an embodiment of six or eight wheels.
  • the embodiment of the present invention will be described based on a vehicle in which all the left and right wheels have an evening wheel suspension and one steering wheel and the remaining three steering means.
  • Each wheel has a motor in the wheel of each wheel, and the front and rear wheels are supported in pairs by a tandem wheel suspension.
  • the front left and right front wheels RFF and LFF, the front left and right rear wheels RFR and LFR, the front left and right rear wheels RRF and LRF, and the rear left and right rear wheels RRR and LRR are controlled as a pair of wheels when steering angle control. Is done.
  • the axle of each wheel is provided with a rotational position sensor 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, respectively.
  • the output of these rotational position sensors is controlled by the general control controller. Is input to L50.
  • the front front wheel steering means is configured to operate the power steering device 21 or the like by operating the steering wheel 20 to manually steer the front front wheels RFF and LFF.
  • the front rear wheel steering means has an electric motor 33, and the electric motor 33 is driven by a worm gear 36 for reduction, which is fixed to a motor shaft, and a rotation-to-movement conversion means 30. Both ends of the moving shaft such as tie rods are connected to the front rear wheels RFR and LFR via levers and knuckle arms, etc. It is composed of
  • the rear front wheel steering means has an electric motor 34, and this electric motor 34 is connected to the left and right moving shafts via a reduction worm 37 fixed to the motor shaft and a rotation-movement converting means 31. Then, both ends of the moving shaft are connected to the rear front wheels RRF and LRF via levers, knuckles, etc., and are configured so that the rear front wheels are automatically steered directly by motor drive.
  • the rear rear wheel steering means has an electric motor 35, and the electric motor 35 is driven by a worm gear 38 for reduction, which is fixed to a motor shaft, and a rotation-movement conversion means 32, which is used for the left and right.
  • the two ends of the moving shaft are connected to the rear rear wheels RRR and LRR via levers, knuckle arms, etc., and are configured to directly and automatically steer the rear rear wheels by motor driving.
  • the wheels RFR, LFR, RRF, LRF, RRR, and LRR are set to a predetermined steering angle with respect to the external road surface force due to the irreversibility of the worm gears 36, 37, and 38. To hold.
  • Rotational position sensors 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 that detect the wheel speed N of each of the eight wheels as a control system, and detect the steering angle 6 of the steering wheel Steering angle sensor 22, front rear wheel steering angle sensor 6 to detect front rear wheel steering angle EFR, rear front wheel steering angle sensor 7 to detect rear front wheel steering angle ERF, and rear rear wheel steering angle ERR Rear rear wheel steering angle sensor 8, longitudinal acceleration sensor 3 for detecting longitudinal acceleration GX of the vehicle, lateral acceleration sensor 4 for detecting lateral acceleration Gy of the vehicle 4, and furthermore, the angular velocity of the vehicle according to the rotational state of the vehicle It has a rate sensor 5 for detecting torque. These sensor signals are input to the general controller 50 and are subjected to comprehensive electrical processing.
  • a motor controller 60 for controlling the driving of the large motor current of the electric motors 33, 34, 35 is provided separately. Then, each motor drive control signal, brake signal, differential limiting signal is output from the integrated controller 50, and a steering control signal is output to the motor controller 60.
  • a vehicle behavior target value setting unit 51 to which the wheel speed N, the steering angle 0, the front rear wheel steering angle EFR, the rear front wheel steering angle ERF, the rear rear wheel steering angle ERR, and the longitudinal acceleration Gx are input.
  • the vehicle behavior target value setting section 51 calculates the vehicle speed and determines the traveling state of acceleration or deceleration, the steering state of the front rear wheels RFR and LFR, the rear front wheels RRF and LRF, the rear rear wheels RRR and LRR, and the like. .
  • a target value a of vehicle behavior excellent in vehicle stability at high speed or deceleration, turning performance at low speed, and the like is quantitatively set.
  • It also has a vehicle behavior actual value calculation unit 52 to which the lateral acceleration Gy and the vehicle speed are input, and also calculates the actual value b of the change state when the vehicle behavior actually changes due to disturbance such as turning or side wind. Is calculated.
  • the target value a and the actual value b of the above vehicle behavior, wheel speed N, longitudinal acceleration GX are The target value a is compared with the actual value b at the time of acceleration at each vehicle speed to quantitatively determine whether the vehicle behavior is stable or unstable.
  • a total drive torque limit c corresponding to the difference between the two is obtained, and a motor control signal corresponding to the limit c is transmitted to the in-wheel motor control means 1. Output to 8.
  • the wheel speed N, the longitudinal acceleration Gx, and the total drive torque limit c are input to the brake force setting unit 56, and when the limit c is large by referring to the total drive torque limit c from the vehicle speed and the acceleration state. Further, the braking force: f is determined, and this braking signal is output to the automatic braking means 19.
  • the target value a and the actual value b are input to the all-wheel steering angle setting unit 57.
  • the target front rear wheel steering angle EFR, rear front wheel steering angle ERF, and rear rear wheel steering angle ERR are obtained according to the deviation between the target value a and the actual value b, and the front rear wheel of this target is obtained.
  • the steering control signal of the steering angle EFR, the rear front wheel steering angle ERF, and the rear rear wheel steering angle ERR is output to the controller 60.
  • the motor control controller 60 has a motor current setting unit 61 to which a steering control signal is input, and sets a target according to the front rear wheel steering angle EFR, the rear front wheel steering angle ERF, and the rear rear wheel steering angle ERR. Set the current It. This current signal is input to the drive unit 62 so that a predetermined large motor current I flows through the electric motors 33, 34, and 35.
  • the signals of various sensors are always input to the general controller 50, the target value a of the vehicle behavior is set, and the actual value b is calculated. Is done.
  • the left and right in-wheel motor drive current values e and the target wheel steering angle E are set based on the target value a and the actual value b of the vehicle behavior. Therefore, if the actual value b deviates from the target value a and the vehicle behavior becomes unstable during straight-ahead or turning, a drive current value e corresponding to the deviation between the two is output to the left and right in-wheel motors. . For this reason, unnecessary operation of the left and right wheels is limited, and drive control is performed to achieve vehicle stability.
  • the actual value b deviates from the target value a
  • the target rear wheel steering angle E is set according to the difference between the two, and this steering control signal is output to the motor control controller 60. Therefore, the motor control controller 60 sets a target motor current It corresponding to the target rear wheel steering angle E, and the driving unit 62 generates a large motor for the electric motor 31 of the rotation-to-movement conversion means 30. Current flows.
  • the front rear wheel, rear front wheel, and rear rear wheel are steered directly in a predetermined relationship by the rotational force of the drive current value e of the left and right in-wheel motors, and steering is performed to achieve vehicle stability. Controlled. Also, at extremely low speed turns, the in-wheel motor steers the rear front wheels and rear rear wheels in opposite phases, enabling a small turn.
  • each wheel pair is controlled by the electric motor with a worm gear instructed by the general control controller 50 based on the output of the steering angle sensor 22.
  • the steering means comprising a motor with a worm gear and rotation-movement conversion means in FIG. 2
  • a steering means comprising steering wheels is provided, that is, a steering means comprising a plurality of steering wheels is provided.
  • the remaining motor steering means are provided so that they can be linked to each other.
  • the steering booster is an electric booster, which is mounted on only one steering shaft and the power is distributed to each steering shaft, or a booster is mounted on each steering shaft.
  • a flexible wire is used to transmit force from the steering wheel to each steering shaft, and a flexible wire is used to transmit force from each steering shaft to another steering shaft. Some are used.
  • the last row steering axis can be switched to the opposite phase at low speed and the same phase at high speed.
  • the steering angle of the steering wheel 71 is transmitted to a steering angle sensor (mouth encoder) 72, a pulley 73, a torque sensor (torsion torque sensor) 74, and a gearbox 75.
  • a steering angle sensor mouth encoder
  • a pulley 73 pulley
  • a torque sensor torque torque sensor
  • gearbox 75 gearbox
  • the rotation angle transmitted to the gearbox 75 is transmitted to an evening rod or the like via a shaft with a motor 77 interposed therebetween to steer the wheels.
  • the rotation angle of the motor 77 is fed back to the torque sensor 74 via the gearbox 75 to perform feedback control.
  • the following steering angle control (2) and (2) is performed.
  • the controllers 76a and 76b which control the steering shafts of the other wheels, especially the front left and right rear wheels and the rear left and right rear wheels, use the values detected by the steering angle sensor 78 and the steering angle of the steering wheel 71.
  • the detected value of 2 is input, and the booster action is applied to motors 77 b and 77 c.
  • a gearbox 75a is provided on the left and right front wheel steering shafts.
  • the gearbox 77a is provided with a booster motor 77a, a pulley 73a and a torque sensor 74a. Since the pulley-73 a is connected to the pulley 73 by a wire, the steering angle of the steering wheel 71 can be reproduced. The reproduced steering angle is detected by the torque sensor 74a. Based on this detection value, the controller 76a issues a command to generate a boosting action on the motor 77a, and feeds back to the torque sensor 74a via the gearbox 75a to obtain a feedback signal. Performs knock control.
  • FIGS. 4 and 5 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the diameter of the front pulley 73 and the diameter of the rear pulley 73a in the second embodiment is larger than the diameter of the front burry 73.
  • a steering wheel with a long steering stroke can be used. Since a small-sized pulley 73 can be allocated to the wheel 71, the steering angle can be transmitted in accordance with the movement of the steering wheel 71.
  • the detected value of the steering angle in the second embodiment is performed by a gearbox and a mouth, which are physical transmission means instead of a pulley.
  • the steering angle of the steering wheel 71 is transmitted from the gearbox 75 via a rod to gearboxes 75a, 75b, and 75c provided on other steering shafts.
  • the transmission of the steering angle can be made of a rigid rod, instead of a physical transmission means, in particular, a material that is not easily bent like a wire, so that the steering angle can be transmitted more accurately.
  • the controllers 76a, 76b, and 76c feedback the detected values of the torque sensors 74a, 74b, and 74c and perform feedback control.
  • this embodiment is characterized in that the entire steering system is controlled based on the detection value of one steering angle sensor.
  • the steering shaft 79 is connected to the steering shaft 81 via (1) directly or (2) via a gear box 75 of a steering gear, and a steering angle sensor 78 detects displacement of the steering shaft 81.
  • the steering angle of the steering shaft 79 is detected by a steering angle sensor 78, and is input to all the steering systems as a single detected value.
  • the controllers 76, 76a, 76b, 76c of the respective steering systems are connected to the motors 77, 77a based on the detection values of the steering angle sensors 78 corresponding to the steering angles. , 77 b and 77 c are controlled so as to exert a boosting action. As a result, each steering system is controlled using one detected value as common data, so that consistent control can be performed for all steering systems.
  • the controller 76 inputs the steering angle of the steering shaft 79 as the detection value of the steering angle sensor 78, and based on this detection value, the motor 7 Controls 7 and steers shaft 8
  • the controller 76 performs feedback control by feeding back the rotation angle of the steering shaft 81 as a detection value of the steering angle sensor 78 via the gearbox 75 as a control result. Also, the detection values of the steering angle sensors 78 are only available for all other steering systems.
  • the controller 76, 76a, 76b, 76c is connected to each motor 77, 76
  • the steering shafts 8 1, 8 1 a, 8 1 b, 8 1 are controlled by controlling 77 a, 77 b, 77 c. Is driven to rotate. At this time, the amount of rotation of each steering shaft 81, 81a, 81b, 81c is feedback-controlled by the detected value of each steering angle sensor 78a, 78b, 78c. Steering can be eliminated.
  • This embodiment is characterized in that one steering angle detection value is used as a single input value, and the entire steering system is controlled by a single controller.
  • the steering angle of the steering shaft 79 is detected by a steering angle sensor 72.
  • the controller 76 controls the motors 77, 77a, 77b, 77c of each steering system based on the detected values.
  • the output of the controlled motor 77 is detected by the torque sensor 74 via the steering shaft and the gearbox 75.
  • the detection data of the steering force is fed back to the controller 76, and the steering force is reduced. Is controlled so as to play.
  • the entire steering system can be controlled by a single controller based on the single steering angle detection data, so that the steering can be coordinated as a whole.
  • a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 and FIG.
  • the steering angle of the steering wheel 71 or the joystick is detected by the steering angle sensor 72 and input to the controller 76.
  • the controller 76 controls the steering angles of the steering motors 83, 83a, 83b, 83c provided for each wheel based on the detected values.
  • the output of 83c is detected by the steer angle sensors 84, 84a, 84b, 84c and fed back to the controller 76 for controlling the steering of all the wheels.
  • the controller 76 forms a feedback control system based on the detection values of the steering angle sensor 72 and the detection values of the steering angle sensors 84, 84a, 84b, 84c.
  • Each wheel is equipped with steering motors 83, 83a, 83b, 83c in common, and the motors are used as first support brackets 86, 83, 83a, 83b, 83c.
  • the first support member 86 is supported by a second support member 89 via a universal joint 90, and the second support member 89 is supported by suspensions 92, 92a.
  • Moor for steering 8 3, 8 3 The a, 83b, and 83c are fixed to the first support bracket 86, and the motor shaft has a male screw groove 88 formed on the opposite side through the first support bracket 86.
  • a cylindrical body 91 provided with a female screw portion 87 to be screwed into the male screw groove 88 is pivotally supported by the second support metal member 89 in a self-rotating manner.
  • the motor for steering 8 3, 8 3 a, 8 3 b, and 8 3 c is driven in the forward and reverse directions, the external thread groove 88 of the shaft is connected to the cylindrical body 91 that is supported by the second support bracket 89.
  • the wheel is steered by being inserted and removed while being screwed into the female screw groove 87.
  • Steering angle sensors 84, 84a, 84b, 84c are provided on the cylinder 91, and a steering tube is provided for the shafts of the shafts 83, 83a, 83b, 83c.
  • the steer angle is detected in accordance with the degree of the departure distance from the body 91.
  • the steering mechanism can be made compact and simple.
  • steering control can be performed directly by a control command from the controller, accurate control with little control error can be performed.
  • the steering mechanism is configured to perform smooth turning operations.
  • a comprehensive control controller that comprehensively processes the signals of various sensors and outputs drive control and steering control signals based on vehicle behavior, and responds to steering control signals
  • the motor control controller for controlling the motor current of the electric motor of the electric wheel steering means is separately provided, so that the control system of the integrated control controller is small and compact.
  • the motor control controllers separately, it is possible to optimally control the large motor current of the electric wheel steering means. Also, it can easily cope with the presence or absence of motorized wheel steering means, small steering load, large and small vehicles, and changes in the capacity of large vehicles. In the case of tandem wheel suspension, turning and steering Can be smoothed.
  • a smooth turning operation can be performed by providing an interlocking mechanism with the first axis on the other axis of the first axis.
  • a smooth turning operation can be performed by providing a steering mechanism on two or more axes.
  • [D] By providing separate motor control controllers, it is possible to optimally control the motor current with a large electric wheel steering means. In addition, it can easily cope with the presence or absence of equipment for electric wheel steering, small steering loads, large loads on small cars, and changes in the capacity of large cars. Also, in a tandem wheel suspension, turning and steering can be smoothed.
  • the steering mechanism for an electric vehicle has a tandem wheel suspension, and can perform a smooth turning operation in an electric vehicle steering mechanism having steering means for each of the left and right wheel sets. This is suitable as a steering mechanism of an electric vehicle without exhaust gas, which can prevent the occurrence of exhaust gas.

Description

電気自動車の操舵機構 技術分野
本発明は、 タンデムホ ル式サスペンションを有する電気自動車の操舵機構 に関するものである。
第 1図に示すように、 電気自動車明とは、 電動機 1 0 1の駆動力のみを用いて走 行が可能な車であり、 その電動機 1 0細 1に供給する電力源として、 二次電池 （バ ッテリー） を用いるものを狭義の電気自動車 A、 エンジン発電機を用いるものを シリ一ズハイプリッド車 B、 燃料電池を用いるものを燃料電池車 Cと呼ぶことに する。 なお、 第 1図において、 1 0 2は車輪、 1 0 3はコントローラ、 1 0 4は 二次電池、 2 0 1はエンジン、 2 0 2は発電機、 3 0 1は水素供給源、 3 0 2は 燃料電池である。
このように、 電気自動車とは、 回転式電気電動機の駆動力のみを用いて走行が 可能な車であり、 その電気電動機に供給する電力源として、 二次電池、 燃料電池、 内燃機関を用いた発電機、 太陽電池等およびこれらを組み合わせたものを使用し た車と定義する。 ただし、 以下の説明では、 二次電池のみを用いた電気自動車を 念頭におくカヾ、 燃料電池、 内燃機関発電機、 太陽電池を電力源とする車も当然に 含まれる。 背景技術
モ一夕リゼ一シヨンによる空気汚染を防止する一つの決め手として完全電気自 動車の開発が急務となってきている。 自然環境の保全は 2 1世紀の大きな目標で あることを認識して、 本出願の発明者は 1 9 8 0年代からその研究に着手し、 そ の成果をあげつつある。
一方、 インホイ一ルドライブで、 ノくッテリーを床下に組み込んだノくッテリ一ビ ルトイン式フレーム （B B F ) で、 かつ各車輪を前後 2個に分離するタンデムホ ィール式サスペンションの電気自動車は、 理想的な構造の 1つとして本出願の発 明者が既に提案済みである。
タンデムホイ一ル式サスペンションを採用する理由は、 従来の 1輪が 2輪とな るので、 路面への接地性が良好となり、 大きな加速力を得ることができるからで ある。 また、 レ、くつかの車輪が破損しても走行を続けることができ、 路面から各 車輪を通じて車体に伝えられる入力を軽減させることができ、 結果として、 乗り 心地の向上を図ることができるからである。 発明の開示
しかしながら、 タンデムホイール式サスペンションを採用すると車輪の数が多 くなるので、 滑らかな旋回動作をするためには、 多くの車輪にステアリング機構 の操舵力を伝達することが必要になる。 第 1軸のほかに、 第 2軸、 第 3軸、 第 4 軸、 …に連動機構を設けるか、 複数の軸の操舵を可能とできるなら、 滑らかな旋 回動作を得ることができる。
本発明は、 上記状況に鑑みて、 タンデムホイール式サスペンションを有し、 左 右車輪組毎に操舵手段を有する電気自動車の操舵機構において、 滑らかな旋回動 作を行うことができる電気自動車の操舵機構を提供することを目的とする。 本発明は、 上記目的を達成するために、
〔 1〕 タンデムホイール式サスペンションを有し、 左右車輪組毎に操舵手段を 有する電気自動車の操舵機構において、 前記操舵手段をステアリングホイールに よる操舵手段とモータによる操舵手段により構成したことを特徴とする。
〔2〕 上記 〔1〕 記載の電気自動車の操舵機構において、 前記ステアリングホ ィールの操舵角を検出する操舵角センサと、 少なくとも前記操舵角センサの出力 を入力して前記操舵手段を制御する総合制御コントロ一ラとを備えたことを特徴 とする。
〔3〕 上記 〔2〕 記載の電気自動車の操舵機構において、 前記総合制御コント ローラの制御出力に応じてそれぞれの前記操舵手段のモ一夕駆動電流を制御する モー夕制御コントローラを備えたことを特徴とする。
〔4〕 上記 〔2〕 記載の電気自動車の操舵機構において、 前記総合制御コント ローラが前記操舵手段を制御するために検出値を入力するセンサを、 各車輪の回 転位置センサ、 車輪組の舵角センサ、 ョ一レートセンサ、 横加速度センサ、 前後 加速度センサのうちから制御対象に応じた組み合わせとすることを特徴とする。 図面の簡単な説明
第 1図は、 電気自動車の基本構成を示す図である。
第 2図は、 本発明の第 1実施例を示す総合制御コントロ一ラとモータ制御コン トロ一ラにより制御される、 タンデムホイ一ル式サスペンションに対応した操舵 系の模式図である。
第 3図は、 本発明の第 1実施例を示す総合制御コントローラとモー夕制御コン トローラにより制御される、 タンデムホイ一ル式サスペンションに対応した操舵 系のブロック図である。
第 4図は、 本発明の第 2実施例の操舵角データの伝達形態に特徴のある操舵角 制御態様を示す図である。
第 5図は、 本発明の第 3実施例の操舵角データの物理的伝達形態に特徴のある 操舵角制御態様を示す図である。
第 6図は、 本発明の第 4実施例の操舵角データの他の物理的伝達形態に特徴の ある操舵角制御態様を示す図である。
第 7図は、 本発明の第 5実施例の整合性のある操舵角制御に特徴を有する実施 態様を示す図である。
第 8図は、 本発明の第 6実施例の整合性のある他の操舵角制御に特徴を有する 実施態様を示す図である。
第 9図は、 本発明の第 7実施例の簡単な操舵角制御に特徴を有する実施態様を 示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
第 2図は本発明の第 1実施例を示す総合制御コントロ一ラとモ一夕制御コント ローラにより制御されるタンデムホイ一ル式サスぺンシヨンに対応した操舵系の 模式図、 第 3図は本発明の第 1実施例を示す総合制御コントローラとモ一夕制御 コントローラにより制御されるタンデムホイ一ル式サスぺンシヨンに対応した操 舵系のブロック図である。
本発明は、 タンデムホイール式サスペンションを少なくとも左右 1基ずつ備え、 左右各車輪組はステアリングホイ一ルを含む操舵手段を必ず備え、 6輪か 8輪の 実施態様を取る車両を対象としている。 ここでは左右全車輪が夕ンデムホイ一ル 式サスペンションを備え、 1基のステアリングホイールと残り 3基の操舵手段を 備えた態様の車両を基に本発明の実施態様を説明する。
各車輪は、 それぞれ車輪のホイ一ル内にモータを備え、 タンデムホイール式サ スペンションによって前後 2輪が対になって支持されている。 各車輪の内、 左右 前部前輪 R F Fと L F F、 左右前部後輪 R F Rと L F R、 左右後部前輪 R R Fと L R F、 左右後部後輪 R R Rと L R Rのそれぞれは、 操舵角制御のときは車輪対 として制御される。
各車輪の車軸には、 それぞれ回転位置センサ 1 0， 1 1， 1 2， 1 3 , 1 4 , 1 5， 1 6 , 1 7が設けられ、 これら回転位置センサの出力は総合制御コント口 ーラ 5 0に入力される。
前部前輪操舵手段は、 ステアリングホイール 2 0の操作でパワステ装置 2 1等 を作動して前部前輪 R F Fと L F Fを手動操蛇するように構成される。
前部後輪操舵手段は、 電動モータ 3 3を有し、 この電動モ一タ 3 3がモー夕軸 に軸止された減速用のウォームギア 3 6、 回転一移動変換手段 3 0を介して左右 の移動軸に連結され、 タイロッド等の移動軸の両端がレバ一、 ナックルアーム等 を介して前部後輪 R F Rと L F Rに連結され、 モ一夕駆動により前部後輪を直接 自動操舵するように構成される。
後部前輪操舵手段は、 電動モータ 3 4を有し、 この電動モータ 3 4がモータ軸 に軸止された減速用のウォームギア 3 7、 回転—移動変換手段 3 1を介して左右 の移動軸に連結され、 移動軸の両端がレバ一、 ナックルァ一ム等を介して後部前 輪 R R Fと L R Fに連結され、 モ一夕駆動により後部前輪を直接自動操舵するよ うに構成される。
後部後輪操舵手段は、 電動乇一夕 3 5を有し、 この電動モ一夕 3 5がモータ軸 に軸止された減速用のウォームギア 3 8、 回転—移動変換手段 3 2を介して左右 の移動軸に連結され、 移動軸の両端がレバ一、 ナックルァ―ム等を介して後部後 輪 RRRと LRRに連結され、 モータ駆動により後部後輪を直接自動操舵するよ うに構成される。
また、 異常時にモー夕電源を切った場合には、 ウォームギア 3 6， 37， 3 8 の非可逆性により車輪 RFR， LFR, RRF, LRF， RRR, LRRを路面 外力に対して所定の舵角状態に保持する。
制御系として、 8輪の車輪速 Nを各別に検出する回転位置センサ 1 0, 1 1， 1 2, 1 3, 1 4, 1 5, 1 6， 1 7、 ステアリングホイールの操舵角 6を検出 する操舵角センサ 22、 前部後輪舵角 E F Rを検出する前部後輪舵角センサ 6、 後部前輪舵角 E R Fを検出する後部前輪舵角センサ 7、 後部後輪舵角 E R Rを検 出する後部後輪舵角センサ 8、 車両の前後加速度 G Xを検出する前後加速度セン サ 3、 車両の横加速度 Gyを検出する横加速度センサ 4、 更に車両の回転状態に 応じた回転角速度のョ一レ一トァを検出するョ一レ一トセンサ 5を有する。 これ らセンサ信号は総合制御コントローラ 50に入力して総合的に電気処理される。 また、 電動モータ 33， 34， 35の大きいモータ電流を駆動制御するモ一夕 制御コントローラ 60を各別に有する。 そして、 総合制御コントローラ 50から 各モータ駆動制御信号、 ブレーキ信号、 差動制限信号を出力し、 操舵制御信号を モータ制御コントローラ 60に出力するように構成される。
第 3図において、 総合制御コントローラ 5 0について説明する。
先ず、 車輪速 N、 操舵角 0、 前部後輪舵角 EFR、 後部前輪舵角 ERF、 後部 後輪舵角 ERR及び前後加速度 Gxが入力される車両挙動目標値設定部 5 1を有 し、 この車両挙動目標値設定部 5 1は車速を算出し、 加速または減速の走行状態、 前部後輪 R F Rおよび L F Rと後部前輪 R R Fおよび L R Fと後部後輪 R R Rお よび LRRの操舵状態等を判断する。 そして、 これらパラメ一夕により高速時や 減速時の車両安定性、 低速時の旋回性等に優れた車両挙動の目標値 aを数量的に 設定する。 また、 横加速度 Gyとョーレートァが入力される車両挙動実際値演算 部 52を有し、 旋回時や横風等の外乱により車両の挙動が実際に変化する場合の 変化状態の実際値 bを同様に数量的に演算する。
上記車両挙動の目標値 aと実際値 b、 車輪速 N、 前後加速度 G Xは全駆動トル ク制限量設定部 5 3に入力し、 各車速での加速時に目標値 aと実際値 bを比較し て車両挙動の安定または不安定の状態を数量的に判断する。 そして、 実際値わが 目標値 aから外れた不安定の場合は、 両者の偏差に応じた全駆動トルク制限量 c を求め、 この制限量 cに応じたモータ制御信号をィンホイールモータ制御手段 1 8に出力する。
また、 車輪速 N、 前後加速度 G x及び全駆動トルク制限量 cはブレーキ力設定 部 5 6に入力し、 車速と加速状態から全駆動トルク制限量 cを参照して制限量 c が大きい場合は、 更にブレーキ力: f を定め、 このブレーキ信号を自動ブレーキ手 段 1 9に出力する。
更に、 前部後輪、 後部前輪および後部後輪操舵が車両挙動の安定性や旋回性に 大きく影響することからその目標値 aと実際値 bは全輪舵角設定部 5 7に入力さ れ、 上述と同様に目標値 aと実際値 bの偏差に応じて目標とする前部後輪舵角 E F R、 後部前輪舵角 E R Fおよび後部後輪舵角 E R Rを求め、 この目標の前部後 輪舵角 E F R、 後部前輪舵角 E R Fおよび後部後輪舵角 E R Rの操舵制御信号を モ一夕制御コントローラ 6 0に出力する。
モータ制御コントローラ 6 0は、 操舵制御信号が入力されるモータ電流設定部 6 1を有し、 前部後輪舵角 E F R、 後部前輪舵角 E R Fおよび後部後輪舵角 E R Rに応じて目標とするモ一夕電流 I tを定める。 この電流信号は駆動部 6 2に入 力されて電動モータ 3 3 , 3 4， 3 5に所定の大きいモ一夕電流 Iを流すように 構成される。
ドライバの操作による車両の加減速を伴う直進、 旋回の 8輪駆動走行時には、 常に各種センサの信号が総合制御コントローラ 5 0に入力され、 車両挙動の目標 値 aが設定され、 実際値 bが演算される。 この車両挙動の目標値 aと実際値 bに より左右のインホイールモータ駆動電流値 eと目標車輪舵角 Eが設定される。 そ こで、 直進、 旋回の走行時に実際値 bが目標値 aから外れて車両挙動が不安定に なると、 両者の偏差に応じた駆動電流値 eが左右のインホイールモ一夕に出力さ れる。 このため左右車輪の不必要な作動が制限されて、 車両安定性を図るように 駆動制御される。
一方、 上述と同様の直進走行時に横風等により実際値 bが目標値 aから外れて 車両挙動が不安定になると、 両者の偏差に応じて目標後輪舵角 Eが設定され、 こ の操舵制御信号がモ一夕制御コントローラ 6 0に出力する。 そこで、 モー夕制御 コントローラ 6 0では目標後輪舵角 Eに応じた目標モータ電流 I tを設定し、 駆 動部 6 2により回転一移動変換手段 3 0の電動モ一夕 3 1に大きいモータ電流が 流れる。
このため左右輪のィンホイールモータの駆動電流値 eの回転力で直接的に前部 後輪、 後部前輪および後部後輪が所定の関係で転舵して、 車両安定性を図るよう に操舵制御される。 また、 極低速の旋回時にはインホイールモータにより後部前 輪および後部後輪が逆相に転舵して、 小回り旋回が可能となる。
上記実施例では、 操舵角センサ 2 2の出力に基づいて総合制御コント口一ラ 5 0により指令されるゥォームギア付電動モータによつてそれぞれの車輪対が舵角 制御されるものを示したが、 他にも種々予定されている。 たとえば、 第 2図のゥ オームギア付モ一夕と回転—移動変換手段とからなる操舵手段の代わりに、 ステ ァリングホイールよりなる操舵手段を設ける、 すなわち複数のステアリングホイ ールからなる操舵手段を残りのモータからなる操舵手段とそれら相互に連動可能 に設ける。
ステアリングの倍力装置は電動方式とし、 これが 1つだけのステアリング軸に 取り付けられ、 その力が各ステアリング軸に分散される場合と、 各ステアリング 軸のそれぞれに倍力装置が取り付けられる場合がある。 ステアリングホイールか ら各ステアリング軸に力を伝える方法として、 可撓性のあるワイヤ一を使ったも の、 および各ステアリング軸から別のステアリング軸に力を伝えるために可撓性 のあるワイヤ一を使ったものがある。 最前列のステアリング軸に対して、 最後列 のステアリング軸が、 低速では逆位相に、 高速では同位相に切ることができるよ うにする。
ステアリングホイールから、 各ステアリングにステアリングの指令を伝えるた めに、 機械的伝達手段、 電気的伝達手段および音波が使われる。 ステアリングの 倍力装置がステアリングロッドを介さずにキングピンに直接取り付けられている ものもある。 安全確保のために、 各キングピン軸が剛体またはワイヤー等で連結 されているものもある。 本発明の第 2実施例を第 4図に基づいて説明する。
第 4図に示すように、 ステアリングホイール 7 1の操舵角は、 操舵角センサ (口一夕リーエンコーダー） 7 2、 プーリー 7 3、 トルクセンサ （ねじり トルク センサ） 7 4およびギアボックス 7 5に伝えられる。 このギアボックス 7 5に伝 えられた回転角度はモータ 7 7を介在するシャフトを介して夕イロッド等に伝え られ車輪を操舵する。 これと同時にモ一夕 7 7の回転角をギアボックス 7 5を介 してトルクセンサ 7 4にフィードバックしてフィードバック制御する。 このフィ ードバック制御と同時に、 以下の①、 ②の操舵角制御が行われる。
① 他の車輪、 特に左右後部前輪と左右後部後輪の操舵用シャフトを制御する コントローラ 7 6 a， 7 6 bは、 舵角センサ 7 8の検出値とステアリングホイ一 ル 7 1の操舵角を検出するステアリングシャフト 7 9に設けた操舵角センサ （口 一夕リーエンコーダー、 ポテンショメ一夕一等） 7 2の検出値を入力して、 モー 夕 7 7 b、 7 7 cに倍力作用を出すとともに、 舵角センサ （口一タリーェンコ一 ダ一、 ポテンショメータ一等） 7 8 b , 7 8 cの検出値をフィードバックしてフ イードバック制御を行う。
② 左右前部後輪操舵用シャフトには倍力用のモ一夕 7 7 aとプーリ一 7 3 a とトルクセンサ 7 4 aを連設したギアボックス 7 5 aが設けられている。 プーリ - 7 3 aは、 プーリ一 7 3とワイヤで連結されているので、 ステアリングホイ一 ル 7 1の操舵角を再現できる。 再現された操舵角をトルクセンサ 7 4 aで検出す る。 この検出値に基づいてコントローラ 7 6 aは、 モータ 7 7 aに倍力作用を生 じる指令を出すと共に、 ギアボックス 7 5 aを介してトルクセンサ 7 4 aにフィ —ドバックしてフィ一ドノくック制御を行う。
ステアリングホイ一ル 7 1の操舵角の検出値を異なる電気的手段と物理的手段 により伝達することにより、 いずれかの伝達系が故障しても他の伝達系が活きて レ、るので操舵不能の状態にはならない。
本発明の第 3実施例を第 4図及び第 5図に基づいて説明する。
第 5図に示すように、 前記第 2実施例における前方プーリー 7 3と後方プーリ - 7 3 aの直径を、 前方ブーリ— 7 3の直径より後方プ—リー 7 3 aの直径が大 きくなるようにする。 この構成により、 操舵ストロークの長いステアリングホイ ール 7 1に小径のプ一リー 7 3を割り当てることができるので、 ステアリングホ ィ一ル 7 1の動きに合わせた操舵角の伝達を行うことができる。
本発明の第 4実施例を第 4図及び第 6図に基づいて説明する。
この実施例は、 第 2実施例における操舵角の検出値をプ一リ一の代わりの物理 的な伝達手段であるギアボックスと口ッドで行うものである。 ステアリングホィ —ル 7 1の操舵角はギアボックス 7 5からロッドを介して他の操舵シャフトに設 けたギアボックス 7 5 a , 7 5 b , 7 5 cに伝達される。 この構成により、 操舵 角の伝達が物理的な伝達手段、 特にワイヤのように曲がりやすいものでなく、 剛 体のロッドで構成できるので、 より正確な操舵角の伝達が行える。 同時に、 コン トロ一ラ 7 6 a， 7 6 b , 7 6 cは、 トルクセンサ 7 4 a , 7 4 b , 7 4 cの検 出値をフィ一ドバックしてフィードバック制御する。
本発明の第 5実施例を第 7図に基づいて説明する。
第 7図に示すように、 この実施例では、 1つの舵角センサの検出値を基にして 全操舵系を制御するところに特徴がある。 ステアリングシャフト 7 9は、 ①直接 又は②ステアリングギアのギアボックス 7 5を介して操舵シャフト 8 1に連結さ れ、 舵角センサ 7 8が操舵シャフト 8 1の変位を検出する。
①上記 「直接」 の場合：
ステアリングシャフト 7 9の操舵角は、 舵角センサ 7 8により検出され、 唯一 の検出値として全操舵系に入力される。 各操舵系のコント口一ラ 7 6 , 7 6 a , 7 6 b， 7 6 cは、 前記操舵角に応じた舵角センサ 7 8の検出値に基づいてモ一 夕 7 7， 7 7 a , 7 7 b , 7 7 cを倍力作用を奏するように制御する。 この結果、 1つの検出値を共通のデータとして各操舵系を制御するので、 全操舵系について 整合のとれた制御ができる。
②上記 「さらにステアリングギアのギアボックス 7 5を介する」 場合： コントロ一ラ 7 6は、 ステアリングシャフト 7 9の操舵角を舵角センサ 7 8の 検出値として入力し、 この検出値に基づいてモータ 7 7を制御し操舵シャフト 8
1を駆動する。 コントローラ 7 6はこの制御結果である操舵シャフト 8 1の回転 角をギアボックス 7 5を介して舵角センサ 7 8の検出値としてフィードバックし フィードバック制御を行う。 また、 舵角センサ 7 8の検出値は他の全操舵系の唯 —の入力値とし、 各コントローラ 76， 7 6 a, 7 6 b, 7 6 cは各モータ 7 7，
77 a, 7 7 b, 7 7 cを制御し操舵シャフト 8 1 , 8 1 a, 8 1 b, 8 1 。を 回転駆動する。 その際各操舵シャフト 8 1， 8 1 a， 8 1 b, 8 1 cの回転量は それぞれの舵角センサ 7 8 a， 78 b, 78 cの検出値によりフィードバック制 御されるので、 異常な操舵をなくすことができる。
本発明の第 6実施例を第 8図に基づいて説明する。
この実施例では、 1つの操舵角検出値を唯一の入力値とし、 唯一のコントロー ラで全操舵系を制御する点に特徴がある。
ステアリングシャフト 7 9の操舵角は操舵角センサ 72で検出される。 コント 口一ラ 76は、 前記検出された検出値を基に各操舵系のモ一夕 7 7, 77 a, 7 7 b, 77 cを制御する。 制御されたモータ 77の出力は操舵シャフトおよびギ ァボックス 7 5を介してトルクセンサ 74で検出された操舵力の検出デ一夕は、 コントローラ 76にフィードバックされ、 操舵力を軽減するため、 倍力作用を奏 するように制御される。 なお、 このシステムにおいては、 唯一の操舵角検出デー 夕を基に唯一のコントローラにより全操舵系を制御することができるので、 全体 的に整合がとれた操舵が行える。
本発明の第 7実施例を第 4図及び第 9図に基づいて説明する。
第 9図に示すように、 ステアリングホイール 7 1またはジョイスティックの操 舵角は操舵角センサ 72で検出され、 コントローラ 7 6に入力される。 コント口 ーラ 7 6は、 その検出値に基づいて各車輪毎に設けたステア用モー夕 8 3， 8 3 a, 8 3 b, 8 3 cを操舵角制御する。 ステア用モー夕 8 3， 8 3 a, 8 3 b,
8 3 cの出力はステア角センサ 84, 84 a, 84 b， 8 4 cにより検出されて 全車輪の操舵制御をするコントローラ 7 6へフィードバックされる。 コントロー ラ 7 6は、 操舵角センサ 72の検出値およびステア角センサ 84， 84 a, 8 4 b, 84 cの検出値に基づいてフィ一ドバック制御系を形成する。
各車輪は共通にステア用モータ 8 3， 8 3 a, 8 3 b, 8 3 cを備え、 そのモ —夕 8 3， 8 3 a, 8 3 b, 8 3 cは第 1支持金具 8 6に支持され、 第 1支持金 具 8 6は自在継ぎ手 9 0を介して第 2支持金具 8 9に支持され、 第 2支持金具 8 9はサスペンション 9 2， 9 2 aに支持されている。 ステア用モー夕 8 3， 8 3 a , 8 3 b , 8 3 cは、 第 1支持金具 8 6に固定され、 モータのシャフトは第 1 支持金具 8 6を貫通して反対側で雄ねじ溝 8 8が形成されている。 この雄ねじ溝 8 8に螺合する雌ねじ部 8 7が設けられた筒体 9 1が第 2支持金具 8 9に摇動自 在に軸支されている。 ステア用モ一夕 8 3 , 8 3 a , 8 3 b , 8 3 cを正逆駆動 すると、 モ一夕シャフトの雄ねじ溝 8 8が第 2支持金具 8 9に軸支した筒体 9 1 の雌ねじ溝 8 7に螺合した状態で挿脱することにより、 車輪を操舵制御する。 ス テア角センサ 8 4， 8 4 a , 8 4 b , 8 4 cは筒体 9 1に設けられ、 ステア用モ —夕 8 3 , 8 3 a , 8 3 b， 8 3 cのシャフトの筒体 9 1に対する揷脱距離の程 度に応じてステア角を検出する。 この結果、 操舵機構を小型で簡単な構成とする ことができる。 また、 コントローラからの制御措令により直接操舵制御できるの で、 制御誤差の少ない正確な制御ができる。
この実施態様では、 8輪で説明したが、 6輪の場合も基本的には同様の構成お よび操作、 動作になる。 駆動源は、 インホイ一ルモ一夕で説明したが、 ガソリン エンジン、 ハイブリッドでもよい。
なお、 本発明は上記実施例に限定されるものではなく、 本発明の趣旨に基づい て種々の変形が可能であり、 これらを本発明の範囲から排除するものではない。 以上、 詳細に説明したように、 本発明によれば、 次のような効果を奏すること ができる。
〔A〕 タンデムホイール式サスペンションを採用した電気自動車において、 滑 らかな旋回動作を行うように操舵機構を構成する。 つまり、 駆動制御と操舵制御 を総合的に行う車両において、 各種センサの信号を総合的に処理して車両挙動に 基づき駆動制御と操舵制御の信号を出力する総合制御コントローラと、 操舵制御 信号に応じて電動式車輪操舵手段の電動モ一夕のモータ電流を制御するモータ制 御コントローラと各別に備えて構成されるので、 総合制御コントローラの制御系 が小型コンパクトになる。
このように、 モータ制御コントローラを各別に設けることで、 電動式車輪操舵 手段の大きいモータ電流を最適制御できる。 また、 電動式車輪操舵手段の装備の 有無、 操舵負荷の小さレ、小型車と負荷の大きレ、大型車の容量の変化等に容易に対 応できる。 また、 タンデムホイール式サスペンションにおいて、 旋回および操舵 を滑らかにすることができる。
〔B〕 タンデムホイール式サスペンションを採用した電気自動車において、 第 1軸の他の軸に第 1軸との連動機構を設けることにより、 滑らかな旋回動作を行 わせることができる。
〔C〕 タンデムホイール式サスペンションを採用した電気自動車において、 2 つ以上の軸に操舵機構を設けることにより、 滑らかな旋回動作を行わせることが できる。
〔D〕 モータ制御コントローラを各別に設けることにより、 電動式車輪操舵手 段の大きいモータ電流を最適制御できる。 また、 電動式車輪操舵手段の装備の有 無、 操舵負荷の小さレ、小型車と負荷の大きレ、大型車の容量の変化等に容易に対応 できる。 また、 タンデムホイール式サスペンションにおいて、 旋回および操舵を 滑らかにすることができる。
〔E〕 上記 〔A〕 、 〔B〕 、 〔C〕 、 〔D〕 により、 操作性を向上させること ができるとともに、 滑らかな旋回動作を行わせることができ、 その結果、 乗り心 地の向上を図ることができる。 産業上の利用可能性
本発明の電気自動車の操舵機構は、 タンデムホイ一ル式サスペンションを有し、 左右車輪組毎に操舵手段を有する電気自動車の操舵機構において、 滑らかな旋回 動作を行うことができ、 特に、 地球温暖化を防止することができる排気ガスのな い電気自動車の操舵機構として好適である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . タンデムホイール式サスペンションを有し、 左右車輪組毎に操舵手段を有す る電気自動車の操舵機構において、
前記操舵手段をステアリングホイールによる操舵手段とモ一夕による操舵手段 により構成したことを特徴とする電気自動車の操舵機構。
2 . 請求項 1記載の電気自動車の操舵機構において、 前記ステアリングホイール の操舵角を検出する操舵角センサと、 少なくとも前記操舵角センサの出力を入力 して前記操舵手段を制御する総合制御コントローラとを備えたことを特徴とする 電気自動車の操舵機構。
3 . 請求項 2記載の電気自動車の操舵機構において、 前記総合制御コントローラ の制御出力に応じてそれぞれの前記操舵手段のモ一夕駆動電流を制御するモータ 制御コントローラを備えたことを特徴とする電気自動車の操舵機構。
4 . 請求項 2記載の電気自動車の操舵機構において、 前記総合制御コントローラ が前記操舵手段を制御するために検出値を入力するセンサを、 各車輪の回転位置 センサ、 車輪組の舵角センサ、 ョーレートセンサ、 横加速度センサ、 前後加速度 センサのうちから制御対象に応じた組み合わせとすることを特徵とする電気自動 車の操舵機構。
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