(57)【要約】  複数のリンク（１０〜１３）にて構成されかつ車両の前後方向に配置された前アーム（７）及び後アーム（８）よって、前輪（２Ｌ、２Ｒ）が取り付けられる車輪取付部（３Ｌ、３Ｒ）と車体の一部であるアーム取付部（１４）とを連結する左右のアーム機構（５Ｌ、５Ｒ）と、舵角に対応する各リンクの角度が定まるように左右のアーム機構（５Ｌ、５Ｒ）を互いに独立して駆動するサーボモータ（２１〜２３）と、を備え、仮想キングピン軸の設定位置を変更できるとともに、ステアリングホイールの操舵操作量に対応した舵角が得られるように各サーボモータ（２１〜２３）を制御する際に、操舵操作量の増加に対して舵角が増加する相関関係が維持される範囲内で各リンクの角度を変化させる。
2010140237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに回転自在に連結された複数のリンクにて構成されかつ車両の前後方向に配置された前アーム及び後アームによって、車輪が取り付けられる車輪取付部と車体とを連結する左右のアーム機構と、前記車輪の舵角に対応する各リンクの角度が定まるように前記左右のアーム機構を互いに独立して駆動するアーム駆動手段と、前記舵角の中心となる仮想キングピン軸の設定位置を変更できる仮想キングピン軸設定手段と、前記仮想キングピン軸の前記設定位置で、操舵部材に対する操舵操作量に対応した前記舵角が得られるように前記アーム駆動手段を制御する舵角制御手段と、を備え、
前記舵角制御手段は、前記操舵操作量の増加に対して前記舵角が増加する相関関係が維持される範囲内で各リンクの角度が変化するように、前記アーム駆動手段を制御する、車両のステアリング装置。
【請求項２】
前記相関関係として、前記操舵操作量の増加に対して前記舵角が比例して増加する区間を含む関係が設定されている、請求項１に記載のステアリング装置。
【請求項３】
前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更前後で、前記操舵操作量の増加に対する前記舵角の増加の程度が変化するように、互いに異なる前記相関関係が前記設定位置毎に対応付けられている、請求項１又は２に記載のステアリング装置。
【請求項４】
前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更を前記仮想キングピン軸設定手段に指示する変更指示手段と、前記舵角が与えられた操舵中に、前記変更指示手段からの指示が行われた場合に前記仮想キングピン軸設定手段による前記設定位置の変更を禁止する変更禁止手段と、を更に備える請求項１〜３のいずれか一項に記載のステアリング装置。
【請求項５】
前記変更禁止手段は、前記仮想キングピン軸設定手段に対する前記設定位置の変更の禁止を、前記操舵中から前記車両を直進させる前記操舵部材の中立位置へ復帰した場合に解除する、請求項４に記載のステアリング装置。
【請求項６】
前記変更禁止手段による前記設定位置の変更の禁止を前記操舵中に強制的に解除する強制解除手段を更に備える請求項４に記載のステアリング装置。
【請求項７】
前記舵角が与えられた操舵中に、前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更を遅らせる遅延時間を、前記操舵部材に対する操作速度が速いほど長くなるように設定する変更遅延時間設定手段を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のステアリング装置。
【請求項８】
トレッド及びトー角の少なくとも一つを、各リンクの角度を変化させることによって変更可能なジオメトリ設定手段と、前記舵角が与えられた操舵中に、前記ジオメトリ設定手段による前記トレッド及び前記トー角のそれぞれの変更を遅らせる遅延時間を、前記操舵部材に対する操作速度が速いほど長くなるように設定する変更遅延時間設定手段と、を更に備える、請求項７に記載のステアリング装置。
【請求項９】
前記車両の使用者が視認可能な状態で設けられ、前記仮想キングピン軸の設定位置として設定可能な複数の位置を視覚的に表示する表示手段と、前記複数の位置のうちのいずれか一つを選択的に指示する指示手段を前記表示手段上で移動可能に表示させる表示制御手段と、前記複数の位置のいずれか一つと前記指示手段の指示位置とを関連付ける使用者による所定操作を受け付ける入力手段と、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合にその操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として前記仮想キングピン軸設定手段に設定させる設定制御手段と、を更に備える、請求項１に記載のステアリング装置。
【請求項１０】
前記表示手段には、前記複数の位置として、左右のいずれか一方の車輪に関する位置が表示されており、
前記設定制御手段は、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合、その操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の設定位置として左右の車輪のそれぞれに対して前記仮想キングピン軸設定手段に設定させる、請求項９に記載のステアリング装置。
【請求項１１】
前記前アーム及び前記後アームのそれぞれは、一端部が前記車輪取付部に対して前記車両の前後方向に離された一対の車輪側連結点にて回転自在に連結され、他端部が前記車体に対して前記前後方向に離された一対の車体側連結点にて回転自在に連結されており、
前記複数のリンクは中間連結点にて回転自在に互いに連結されている請求項１〜１０のいずれか一項に記載のステアリング装置。
【請求項１２】
前記アーム駆動手段は、各アーム機構における前記車体側連結点、前記中間連結点及び前記車輪側連結点の総数から３を減算した個数の連結点のそれぞれに対応付けて配置されたリンク駆動装置を有し、各リンク駆動装置は、対応する連結点の回りに前記リンクを回転駆動して該リンクの角度を規定する、請求項１１に記載のステアリング装置。
【請求項１３】
車輪の舵角の中心となる仮想キングピン軸の設定位置を変更できる車両のステアリング装置に適用される設定装置であって、
前記仮想キングピン軸の設定位置として設定可能な複数の位置を視覚的に表示する表示手段と、前記複数の位置のうちのいずれか一つを選択的に指示する指示手段を前記表示手段上で移動可能に表示させる表示制御手段と、前記複数の位置のいずれか一つと前記指示手段の指示位置とを関連付ける使用者による所定操作を受け付ける入力手段と、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合にその操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として前記ステアリング装置に設定させるための設定指示信号を出力する設定制御手段と、を備える車両のステアリング装置の設定装置。
【請求項１４】
前記表示手段には、前記複数の位置として、左右のいずれか一方の車輪に関する位置が表示されており、
前記設定制御手段は、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合、その操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として左右の車輪のそれぞれに対して前記ステアリング装置に設定させるための信号を前記設定指示信号として出力する、請求項１３に記載の設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の車輪を操舵するための装置及びその設定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車体と片側の車輪取付部とを伸縮可能な一対の前後アームで連結し、それらの前後アームの長さを適宜に変化させることにより、仮想キングピン軸を可変とするステアリング装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来のステアリング装置においては、旋回時にアーム長さが不足して大きな舵角が取れないことがある。また、従来のステアリング装置は、運転者によるステアリングホイールに対する操舵操作量に応じて車輪の舵角を対応づけているが、操舵操作量が変化した場合にその変化に対して舵角をどのように変化させるか明らかでないため、操舵フィーリングが安定しないおそれがある。また、従来のステアリング装置は、仮想キングピン軸の位置を任意に変化させるために、仮想キングピン軸の位置をどのような方法で設定するか不明である。【０００５】
そこで、本発明は従来よりも舵角を大きく確保でき、かつ操舵フィーリングが安定した車両のステアリング装置及びその設定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の車両のステアリング装置は、互いに回転自在に連結された複数のリンクにて構成されかつ車両の前後方向に配置された前アーム及び後アームによって、車輪が取り付けられる車輪取付部と車体とを連結する左右のアーム機構と、前記車輪の舵角に対応する各リンクの角度が定まるように前記左右のアーム機構を互いに独立して駆動するアーム駆動手段と、前記舵角の中心となる仮想キングピン軸の設定位置を変更できる仮想キングピン軸設定手段と、前記仮想キングピン軸の前記設定位置で、操舵部材に対する操舵操作量に対応した前記舵角が得られるように前記アーム駆動手段を制御する舵角制御手段と、を備え、前記舵角制御手段は、前記操舵操作量の増加に対して前記舵角が増加する相関関係が維持される範囲内で各リンクの角度が変化するように、前記アーム駆動手段を制御するものである。【０００７】
このステアリング装置によれば、アーム駆動手段にて各アーム機構を駆動して各リンクの角度を種々に変化させることにより、任意に設定された仮想キングピン軸の位置を中心とした所要の舵角を車輪に与えることができる。前アーム及び後アームのそれぞれが複数のリンクを回転自在に連結した構成を有しているため、前アーム及び後アームのそれぞれを単一のリンクにて構成した場合と比較して、車体及び車輪取付部間の距離をより大きな範囲で調整できる。そのため、従来よりも大きな舵角を車輪に与えることができる。車輪に与えられる舵角は、操舵部材に対する操舵操作量の増加に対して舵角が増加する相関関係が維持される範囲内で変化するので操舵フィーリングが安定する。【０００８】
操舵操作量と舵角との相関関係は一方が増加した場合に他方が増加する関係であれば非線形的であってもよい。また、前記相関関係として、前記操舵操作量の増加に対して前記舵角が比例して増加する区間を含む関係が設定されてもよい。この態様においては、操舵操舵量と舵角とが比例する区間を含むため、その区間において操舵部材の操作と車両の挙動とが自然に対応するので操舵フィーリングが良好になる。【０００９】
本発明のステアリング装置の一態様において、前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更前後で、前記操舵操作量の増加に対する前記舵角の増加の程度が変化するように、互いに異なる前記相関関係が前記設定位置毎に対応付けられていてもよい。仮想キングピン軸の位置が変わることにより、同一の舵角に対して発生する車両の横力の大きさが変化する。このため、操舵操作量と舵角との相関関係を一つに固定すると、仮想キングピン軸の設定位置の変更前後で操舵フィーリングの変化が大きくなるおそれがある。この態様によれば、互いに異なる操舵操作量と舵角との相関関係が仮想キングピン軸の位置毎に対応付けられているため、その設定位置の変更前後で操舵フィーリングの変化を抑制できる。これにより、操舵フィーリングの安定性が向上する。【００１０】
本発明のステアリング装置の一態様においては、前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更を前記仮想キングピン軸設定手段に指示する変更指示手段と、前記舵角が与えられた操舵中に、前記変更指示手段からの指示が行われた場合に前記仮想キングピン軸設定手段による前記設定位置の変更を禁止する変更禁止手段と、を更に備えてもよい。この態様によれば、仮想キングピン軸の位置が操舵中に変更することが禁止される。すなわち、操舵中においては仮想キングピン軸の設定位置の変更が指示された場合でも仮想キングピン軸の位置は変更前の状態に保持される。従って、操舵中に予想外の挙動が車両に生じることを防止できる。【００１１】
仮想キングピン軸の設定位置の変更禁止は操舵中以外の適時に解除してよい。例えば、前記変更禁止手段は、前記仮想キングピン軸設定手段に対する前記設定位置の変更の禁止を、前記操舵中から前記車両を直進させる前記操舵部材の中立位置へ復帰した場合に解除してよい。この場合には、操舵部材の中立位置への復帰に応答して変更禁止の解除とともに仮想キングピン軸の設定位置が変更されるため、Ｓ字コーナー等のように変曲点を持つ連続コーナーにおいて前半のコーナーと後半のコーナーとの間で異なる仮想キングピン軸の位置で操舵できる。こうした連続コーナーにおいて、前半のコーナーをクリアした際に横Ｇが残っていても、後半のコーナーに向けて反対方向に強引に操舵する場合があるが、このような場合に仮想キングピン軸の設定位置を後半のコーナーに適した位置に変更できるため有効である。【００１２】
仮想キングピン軸の設定位置の変更を操舵中に禁止することは操舵中の車両の挙動を安定させる点で有利であるが、スプーンコーナー等のように操舵方向が同じで操舵の切り増し又は戻しを要するコーナーにおいては、切り増し又は戻し時に敢えて仮想キングピン軸の設定位置を変更したい場合、あるいは操舵中に敢えて車両の挙動変化を起こした方がメリットがある場合もある。このような場合に対応するため、前記変更禁止手段による前記設定位置の変更の禁止を前記操舵中に強制的に解除する強制解除手段を更に備えてもよい。この場合、強制解除手段によって仮想キングピン軸の設定位置の変更禁止を操舵中に解除できる。従って、強制解除手段を設けた場合には、上述のニーズに応えることができるため、ステアリング装置の利便性を向上できる。設定位置の変更を強制的に解除する条件としては、例えば車両に搭載された入力ボタン等の操作手段が使用者に操作されたことをその条件とすることができる。【００１３】
本発明のステアリング装置の一態様においては、前記舵角が与えられた操舵中に、前記仮想キングピン軸の前記設定位置の変更を遅らせる遅延時間を、前記操舵部材に対する操作速度が速いほど長くなるように設定する変更遅延時間設定手段を更に備えてもよい。仮想キングピン軸の設定位置が操舵中に急変されると予想外の挙動が生じ易い。この態様によれば、操舵部材に対する操作速度が速いほど遅延時間が長くなるので、操舵中に仮想キングピン軸の設定位置を変更する際の車両の挙動変化を緩和することができる。【００１４】
本発明のステアリング装置の一態様においては、トレッド及びトー角の少なくとも一つを、各リンクの角度を変化させることによって変更可能なジオメトリ設定手段と、前記舵角が与えられた操舵中に、前記ジオメトリ設定手段による前記トレッド及び前記トー角のそれぞれの変更を遅らせる遅延時間を、前記操舵部材に対する操作速度が速いほど長くなるように設定する変更遅延時間設定手段と、を更に備えてもよい。Ｓ字コーナー等の連続コーナーにおいては、コーナー毎にトレッドやトー角などのジオメトリを変化させた方がコーナリング性能が向上する場合もある。例えば、旋回外輪が外側に出るように操舵中にトレッドを変更することにより、ロールが低減されて車輪の接地荷重も減るため、トレッドを一定に維持する場合に比べてコーナリングスピードが速くなることがある。もっとも、トレッドやトー角等のジオメトリが操舵中に急変されると予想外の挙動が生じ易い。この態様によれば、操舵部材に対する操作速度が速いほどジオメトリ変更時間が長くなってジオメトリの急変が防止できるので、操舵中のジオメトリ変更に伴う挙動変化を緩和できる。【００１５】
本発明のステアリング装置の一態様においては、前記車両の使用者が視認可能な状態で設けられ、前記仮想キングピン軸の設定位置として設定可能な複数の位置を視覚的に表示する表示手段と、前記複数の位置のうちのいずれか一つを選択的に指示する指示手段を前記表示手段上で移動可能に表示させる表示制御手段と、前記複数の位置のいずれか一つと前記指示手段の指示位置とを関連付ける使用者による所定操作を受け付ける入力手段と、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合にその操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として前記仮想キングピン軸設定手段に設定させる設定制御手段と、を更に備えてもよい。この態様によれば、仮想キングピン軸の位置の変更又は設定を使用者（運転者や同乗者）による視覚的な操作によって行うことができる。このため、使用者による操作が直感的なものとなるので、仮想キングピン軸の位置設定が容易になる利点がある。表示手段としては、車両に搭載されるナビゲーションシステムで利用される液晶ディスプレイ等の表示装置を利用してもよいし、仮想キングピン軸の設定用に独自に設けることもできる。また、入力手段としては、使用者が表示手段上に触れるタッチ操作を受け付けるタッチパネル式の装置として実現することもできるし、表示手段とは別に設けられたスイッチ等の操作部に対する操作を受け付けることができる装置として入力手段を実現することも可能である。【００１６】
この態様において、前記表示手段には、前記複数の位置として、左右のいずれか一方の車輪に関する位置が表示されており、前記設定制御手段は、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合、その操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の設定位置として左右の車輪のそれぞれに対して前記仮想キングピン軸設定手段に設定させてもよい。この場合には、片側の車輪に関する所定操作を行うことにより、左右の車輪に関する仮想キングピン軸の設定位置を設定することができるので、左右の車輪に対して同様の操作を使用者に強いる場合に比べて操作の煩わしさを緩和できる。【００１７】
本発明のステアリング装置の一態様において、前記前アーム及び前記後アームのそれぞれは、一端部が前記車輪取付部に対して前記車両の前後方向に離された一対の車輪側連結点にて回転自在に連結され、他端部が前記車体に対して前記前後方向に離された一対の車体側連結点にて回転自在に連結されており、前記複数のリンクは中間連結点にて回転自在に互いに連結されてもよい。この態様によれば、前アーム及び後アームのそれぞれを単一のリンクにて構成した場合と比較して、車体側連結点と車輪側連結点間の距離をより大きな範囲で調整することが可能となる。これにより、従来よりも大きな舵角を車輪に与えることができる。【００１８】
この態様においては、アーム駆動手段が、車体側連結点、中間連結点及び車輪側連結点の総数と同数の連結点のそれぞれに対応付けて配置されたリンク駆動装置を有し、各リンク駆動装置が対応する連結点の回りにリンクを回転駆動してそのリンクの角度を規定することもできる。このリンク駆動手段としてはサーボモータを利用することも可能である。また、全ての連結点にリンク駆動装置を設けなくても、数個の連結点の回りのリンクの角度を規定することによって、リンク駆動装置が設けられていない連結点の位置を一義的に定めることができる。【００１９】
例えば、前記アーム駆動手段は、各アーム機構における前記車体側連結点、前記中間連結点及び前記車輪側連結点の総数から３を減算した個数の連結点のそれぞれに対応付けて配置されたリンク駆動装置を有し、各リンク駆動装置は、対応する連結点の回りに前記リンクを回転駆動して該リンクの角度を規定してもよい。本発明においては、前アーム及び後アームのそれぞれが最低でも２本のリンクを含んでいるため、各アーム機構では、一対の車体側連結点、一対の車輪側連結点及び一対の中間連結点を合計した６個の連結点を有するリンク機構として構成される。車輪側連結点間は１本のリンクとみなすことができ、かつ、車体側連結点間は車体に固定された１本のリンクとみなすことができるので、連結点の総数から３を除外した個数の連結点の回りにリンクの角度を規定すれば、残る３個の連結点の位置も一義的に定まる。すなわち、リンク駆動装置にてリンクの角度を規定すれば、他の３個の連結点の回りのリンクの角度も一義的に定まるので、それらの連結点の位置を能動的に制御する必要はない。これにより、アーム機構を操作するために必要なリンク駆動装置の個数を必要最小限とし、装置の小型化、制御の容易化を図ることができる。【００２０】
本発明の設定装置は、車輪の舵角の中心となる仮想キングピン軸の設定位置を変更できる車両のステアリング装置に適用される設定装置であって、前記仮想キングピン軸の設定位置として設定可能な複数の位置を視覚的に表示する表示手段と、前記複数の位置のうちのいずれか一つを選択的に指示する指示手段を前記表示手段上で移動可能に表示させる表示制御手段と、前記複数の位置のいずれか一つと前記指示手段の指示位置とを関連付ける使用者による所定操作を受け付ける入力手段と、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合にその操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として前記ステアリング装置に設定させるための設定指示信号を出力する設定制御手段と、を備えるものである。【００２１】
この設定装置によれば、仮想キングピン軸の位置の変更又は設定を使用者による視覚的な操作によって行うことができる。このため、使用者による操作が直感的なものとなるので、仮想キングピン軸の位置設定が容易になる利点がある。この設定装置としては、車両に搭載される車載装置として実現することもできるし、車両とは別に設けられたパーソナルコンピュータや、車両のステアリング装置に対して遠隔操作可能な遠隔装置等の車載装置とは区別される設定装置として実現することも可能である。入力手段としては、使用者が表示手段上に触れるタッチ操作を受け付けるタッチパネル式の装置として実現することもできるし、表示手段とは別に設けられたスイッチ等の操作部に対する操作を受け付けることができる装置として実現することも可能である。【００２２】
本発明の設定装置の一態様において、前記表示手段には、前記複数の位置として、左右のいずれか一方の車輪に関する位置が表示されており、前記設定制御手段は、前記入力手段が前記所定操作を受け付けた場合、その操作に対応した位置を前記仮想キングピン軸の前記設定位置として左右の車輪のそれぞれに対して前記ステアリング装置に設定させるための信号を前記設定指示信号として出力してもよい。この場合には、使用者が片側の車輪に関して所定操作を行うことにより、左右の車輪に関する仮想キングピン軸の設定位置をステアリング装置に設定させることができるので、左右の車輪に対して同様の操作を使用者に強いる場合に比べて操作の煩わしさを緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一形態に係るステアリング装置の車両直進時における状態を示す図。
【図２】仮想キングピン軸を前輪の前後端にそれぞれ設定して左旋回する様子を示す図。
【図３】旋回内輪の仮想キングピン軸を前輪中央に、旋回外輪の仮想キングピン軸を前輪前端にそれぞれ設定して左旋回する様子を示す図。
【図４】第１の形態に係るステアリング装置の制御系の概略構成を示すブロック図。
【図５】図４の情報入力装置の外観を示した図。
【図６】図４の操舵コントローラが実行するステアリング制御ルーチンを示すフローチャート。
【図７】仮想キングピン軸位置設定ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図８】トレッド設定ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図９】トー角設定ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図１０】第２の形態に係るステアリング装置の制御系の概略構成を示したブロック図。
【図１１】第２の形態に係る変更禁止解除ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図１２】第３の形態に係る変更禁止解除ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図１３】図１のステアリング装置を具体化した一例を示す図。
【図１４】仮想キングピン軸の位置が前輪の接地面の中央に設定された場合における各サーボモータの駆動量と舵角との対応関係を示した図。
【図１５】仮想キングピン軸の位置が前輪の前後端に設定された場合における各サーボモータの駆動量と舵角との対応関係を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の形態）
図１は本発明の一形態に係るステアリング装置の車両直進時における状態を示している。なお、添付図面では、各構成要素を示す参照符号に添え字Ｌ、Ｒを付して左右を区別するが、以下の説明において特に左右を区別する必要がない場合には添え字を省略することがある。図１のステアリング装置１は、乗用車の左右の前輪２Ｌ、２Ｒを操向するためのものである。車輪としての前輪２Ｌ、２Ｒはそれぞれ車輪取付部３Ｌ、３Ｒに取り付けられている。車輪取付部３Ｌ、３Ｒは、前輪２Ｌ、２Ｒの回転中心となるスピンドル４Ｌ、４Ｒを含んだアッセンブリ部品として構成される。あるいは、車輪取付部３はインホイールモータであってもよく、その場合にはインホイールモータの出力軸がスピンドル４を構成する。
【００２５】
ステアリング装置１は、左右の車輪取付部３にそれぞれ対応して設けられた左右のアーム機構５Ｌ、５Ｒを備えている。アーム機構５Ｌ、５Ｒは車両の前後方向中心線ＣＬを挟んで対称的に構成されている。左側のアーム機構５Ｌは、車両の前後方向（図１において上下方向）に並べられた一対の前アーム７Ｌ及び後アーム８Ｌを有している。前アーム７Ｌは２本の内側リンク１０Ｌ及び外側リンク１１Ｌのそれぞれの一端を中間連結点Ｍｆにて互いに回転自在に連結した構成を有し、後アーム８Ｌは２本の内側リンク１２Ｌ及び外側リンク１３Ｌのそれぞれの一端を中間連結点Ｍｒにて互いに回転自在に連結した構成を有している。内側リンク１０Ｌ、１２Ｌの他端は、車体の一部であるアーム取付部１４に対して前後方向に離された一対の車体側連結点Ｂｆ、Ｂｒにて回転自在に連結されている。外側リンク１１Ｌ、１３Ｌの他端は、車輪取付部３Ｌに対して前後方向に離された一対の車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒにて回転自在に連結されている。つまり、前アーム７Ｌ及び後アーム８Ｌのそれぞれは、車体側連結点Ｂｆ、Ｂｒから中間連結点Ｍｆ、Ｍｒを経由して車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒまで複数のリンク１０Ｌ、１１Ｌ、又は１２Ｌ、１３Ｌを直列に連結した構成を有している。前アーム７Ｌと後アーム８Ｌとは車軸中心線ＡＸに対して前後対称に構成されている。車軸中心線ＡＸは、前輪２Ｌ、２Ｒが直進状態にあるときのスピンドル４Ｌ、４Ｒを結ぶ車幅方向の直線である。
【００２６】
同様に、右側のアーム機構５Ｒは、車両の前後方向に並べられた一対の前アーム７Ｒ及び後アーム８Ｒを有している。前アーム７Ｒは２本の内側リンク１０Ｒ及び外側リンク１１Ｒのそれぞれの一端を中間連結点Ｍｆにて互いに回転自在に連結した構成を有し、後アーム８Ｒは２本の内側リンク１２Ｒ及び外側リンク１３Ｒのそれぞれの一端を中間連結点Ｍｒにて互いに回転自在に連結した構成を有している。内側リンク１０Ｒ、１２Ｒの他端は、車体の一部であるアーム取付部１４に対して前後方向に離された一対の車体側連結点Ｂｆ、Ｂｒにて回転自在に連結されている。外側リンク１１Ｒ、１３Ｒの他端は、車輪取付部３Ｒに対して前後方向に離された一対の車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒにて回転自在に連結されている。つまり、前アーム７Ｒ及び後アーム８Ｒのそれぞれは、車体側連結点Ｂｆ、Ｂｒから中間連結点Ｍｆ、Ｍｒを経由して車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒまで複数のリンク１０Ｒ、１１Ｒ、又は１２Ｒ、１３Ｒを直列に連結した構成を有している。前アーム７Ｒと後アーム８Ｒとは車軸中心線ＡＸに対して前後対称に構成されている。
【００２７】
以上から明らかなように、各アーム機構５は、６本のリンク要素、つまり車輪取付部３３、リンク１０〜１３及びアーム取付部１４を６個の連結点Ｂｆ、Ｍｆ、Ｗｆ、Ｗｒ、Ｍｒ、Ｂｒで相互に回転自在に連結した６節リンク機構として構成されている。ステアリング装置１には、アーム機構５Ｌ、５Ｒを互いに独立して駆動するアーム駆動手段として、アーム駆動装置２０が設けられている。アーム駆動装置２０は、リンク１０、１２、１３を回転駆動してそれらの角度を規定するリンク駆動装置として、第１サーボモータ２１、第２サーボモータ２２、及び第３サーボモータ２３をアーム機構５毎に備えている。第１サーボモータ２１はアーム取付部１４に対して内側リンク１０を連結点Ｂｆの回りに回転駆動し、第２サーボモータ２２はアーム取付部１４に対して内側リンク１２を連結点Ｂｒの回りに回転駆動する。そして、第３サーボモータ２３は、後アーム８の内側リンク１２に対して外側リンク１３を連結点Ｍｒの回りに回転駆動する。これらのサーボモータ２１〜２３にてリンク１０、１２、１３の角度を一義的に規定することにより、５つの連結点Ｂｆ、Ｂｒ、Ｍｆ、Ｍｒ、Ｗｒの位置が一義的に定まり、その結果、残る１つの連結点Ｗｆの位置も一義的に定まる。つまり、各アーム機構５においては、サーボモータ２１〜２３にてリンク１０、１２、１３の角度を調整することにより、前輪２の仮想キングピン軸の位置及び前後方向中心線ＣＬに対する車輪取付部３の傾き（前輪２の舵角）を一義的に定めることができる。
【００２８】
サーボモータ２１〜２３により各アーム機構５のリンク１０〜１３を最大限に折り畳んだ状態において、前輪２Ｌ、２Ｒは直進方向に向けられる。この直進状態においてアーム機構５Ｌ、５Ｒのアーム１０〜１３は左右対称であり、各アーム機構５において車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒは前後方向に一直線に並んでいる。車両の前後方向中心線ＣＬから前輪２Ｌ、２Ｒの中心線ＡＬ、ＡＲまでの距離は互いに等しい。
【００２９】
図２は左旋回時におけるステアリング装置１の状態の一例を示している。この例において、左前輪２Ｌは、その後端かつ中心線ＡＬ上に設定された仮想キングピン軸ＫｐＬを中心として操舵され、右前輪２Ｒは、その前端かつ中心線ＡＲ上に設定された仮想キングピン軸ＫｐＲを中心として操舵されている。図１の直進状態から図２の状態へと操舵するときのサーボモータ２１〜２３の動作は以下の通りである。まず、左側のアーム機構５Ｌに関して、第１サーボモータ２１Ｌはリンク１０Ｌを連結点Ｂｆの回りに反時計方向に回転させるように駆動され、第２サーボモータ２２Ｌはリンク１２Ｌを連結点Ｂｒの回りに時計方向に回転させるように駆動され、第３サーボモータ２３Ｌは前アーム７Ｌの長さ（連結点Ｂｆ、Ｗｆ間の距離）が略最大となる程度までリンク１３Ｌを反時計方向に回転させるように駆動される。一方、右側のアーム機構５Ｒに関して、第１サーボモータ２１Ｒはリンク１０Ｒを連結点Ｂｆの回りに反時計方向に回転させるように駆動され、第２サーボモータ２２Ｒはリンク１２Ｒを連結点Ｂｒの回りに時計方向に回転させるように駆動され、第３サーボモータ２３Ｒは後アーム８Ｒの長さ（連結点Ｂｒ、Ｗｒ間の距離）が略最大となる程度までリンク１３Ｒを時計方向に回転させるように駆動される。
【００３０】
図２は前輪２の操舵の一例であって、本形態のステアリング装置１によれば、各アーム機構５のサーボモータ２１〜２３を適宜に駆動することにより、仮想キングピン軸Ｋｐを前輪２の前後端のみならず任意の位置に設定することができる。例えば、図３に示したように、旋回内輪となる左前輪２Ｌはその接地面の中央に仮想キングピン軸ＫｐＬを設定してその回りに前輪２Ｌを操舵し、その一方で旋回外輪となる右前輪２Ｒは図２と同様の位置に仮想キングピン軸ＫｐＲを設定してその回りに前輪２Ｒを操舵することも可能である。よって、本形態のステアリング装置１によれば、車両の積載状況、前後重量配分、車速、路面状況等に応じた最適な位置に仮想キングピン軸Ｋｐを設定することができる。仮想キングピン軸Ｋｐの設定としては、例えば、大舵角が必要な場合には図２に例示したように仮想キングピン軸Ｋｐを設定することが考えられる。あるいは、駐車場での据え切り時のように前輪２の操舵トルクが大きくなる状況では、図３の左前輪２Ｌのように、前輪２の接地面のほぼ中央に仮想キングピン軸Ｋｐを設定することにより操舵トルクを最小限に抑えることができる。
【００３１】
しかも、図３の例から明らかなように、本形態では左右のアーム機構５Ｌ、５Ｒを互いに独立して駆動することができるので、アッカーマン率を調整することもできる。アッカーマン率とは、旋回時の左右の舵角の割合である。あるいは、本形態のステアリング装置１を前後輪に適用することにより、四輪操舵機能を容易に実現することができる。
【００３２】
さらに、本形態のステアリング装置１においては、前輪２Ｌ、２Ｒ間のトレッドも変更することができる。すなわち、車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒが互いに等しく車軸中心線ＡＸの方向に変位するようにサーボモータ２１〜２３を駆動すれば、前輪２の舵角を変化させることなく、トレッドを図１中の想像線で示すように拡大し、あるいは拡大されたトレッドを再び縮小することができる。これにより、例えば、一般道路や市街地ではトレッドを小さく設定し、高速道度ではトレッドを拡大して車両の安定性を向上させるといった、走行状況に応じたトレッドの変化を実現することができる。また、ステアリング装置１においては、車両を直進させる中立位置において規定される前輪２Ｌ、２Ｒのトー角を変更することもできる。図１に示した状態はトー角が０の状態であるが、車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒが前後方向中心線ＣＬに対して左右対称に傾くようにサーボモータ２１〜２３を駆動することにより、トー角をトーイン又はトーアウトの状態に変更することができる。直進走行中にトー角をトーイン側に大きくすることにより、車速を減速させるブレーキ装置としてステアリング装置１を機能させることもできる。
【００３３】
なお、各リンク１０〜１３の連結点Ｂｆ、Ｂｒ、Ｍｆ、Ｍｒ、Ｗｆ、Ｗｒにおいては、アーム７、８が車両の上下方向の軸線を中心として回転できるように連結構造を定めればよい。但し、ブッシュ、球面軸受等を介して連結することにより、車輪取付部３又はアーム取付部１４に対してアーム７、８が水平方向の軸線の周りにも幾らか回転できるようにしてもよい。車輪取付部３又はアーム取付部１４に対してアーム７、８を上下方向に変位可能とすることにより、車体に対する前輪２Ｌ、２Ｒの上下動を許容してもよい。この場合、車体とアーム７、８との間にばね及び減衰装置を設けることにより、アーム機構５をサスペンションとして機能させてもよい。但し、前輪２をステアリング装置１とは別に設けたサスペンション機構にて支持し、ステアリング装置１は前輪２の操舵駆動のみを担当するようにしてもよい。
【００３４】
次に、車両に搭載される操舵部材としてのステアリングホイールＳＨ（図５参照）の操作に連係して各アーム７、８を動作させるためにステアリング装置１に設けられる制御系について説明する。図４はその制御系のブロック図である。ステアリング装置１の制御系は、ステアリングホイールＳＨの操作に連係してサーボモータ２１〜２３の動作を制御する舵角制御手段として、ステアリングコントローラ（以下、コントローラと略称する。）３０を備えている。コントローラ３０はコンピュータユニットとして構成されている。コントローラ３０には、その制御対象として、上述した左右のサーボモータ２１〜２３が接続されている。コントローラ３０には、サーボモータ２１〜２３の制御において参照すべき各種の状態を検出するための状態検出装置３１が接続されている。状態検出装置３１は、ステアリングホイールＳＨの中立位置（直進時の位置）からの操作角度（操舵操作量）及びその操作速度のそれぞれを検出できる操舵角センサ３２を含む。なお、ここでいう操舵操作量は、ステアリングホイールＳＨの中立位置からの操作方向を識別可能な情報を含む。その他に、車速センサ３３、ヨーレートセンサ３４といった車両の運動状態を示すパラメータ（以下、車両運動パラメータと呼ぶ。）を検出する各種のセンサを状態検出装置３１に含めてよい。参照されるべき車両運動パラメータとしては、車速、ヨーレートの他にも、車体スリップ角、横Ｇ等を適宜に選択してよい。さらに、車両の前後輪軸荷重を検出するセンサ、あるいは路面状態を検出するセンサが状態検出装置３１に設けられてもよい。
【００３５】
また、コントローラ３０には、仮想キングピン軸の位置、トレッド、及びトー角を外部入力によって設定及びその変更ができるようにするため、情報入力装置３５が接続されている。図５は情報入力装置３５の外観を示した図である。情報入力装置３５は車両のダッシュボード４０に搭載された車載装置４１に組み込まれている。車載装置４１はナビゲーションシステムやオーディオシステム等の各種システムを含む周知の装置である。車載装置４１には、各種システムで利用される情報を使用者に報知するために表示する表示手段としての液晶ディスプレイ４２が運転者Ｐ１及び同乗者Ｐ２等の使用者に視認可能な状態で設けられている。周知のように、液晶ディスプレイ４２の表示内容は車載装置４１が実行するシステム毎に適宜切り替えられる。
【００３６】
図５のＡ部は、情報入力装置３５が車載装置４１上で機能している場合の液晶ディスプレイ４２の表示内容の一例を示している。液晶ディスプレイ４２には、右側の前輪及び前後アームを含む周辺構造を描写した画像４６が表示されており、その画像４６には、設定可能な仮想キングピン軸の位置を指示する指示手段としてのポインタ４７が重ねて表示されている。液晶ディスプレイ４２の画面４２ａにはタッチパネル式の入力手段が設けられており、使用者が液晶ディスプレイ４２の画面４２ａをなぞることにより、ポインタ４７が画面４２ａ上を移動する。ポインタ４７の移動制御は図４に示した情報入力装置３５に設けられた表示制御手段としての表示制御部３６にて行われ、その表示制御部３６は入力手段の情報に基づいてポインタ４７の表示を制御する。
【００３７】
ポインタ４７が仮想キングピン軸の設定可能な位置に移動すると、図５のＡ部に示すようにその位置が反転表示されて、ポインタ４７の指示位置が強調される。その反転表示され得る位置としては、仮想キングピン軸の設定可能な複数の位置に対応して複数個存在する。設定候補である一つの指示位置が反転表示された状態で使用者が画面４２ａ上を軽く叩く（タップする）と、その位置が仮想キングピン軸の設定位置として確定する。その確定情報は、情報入力装置３５に設けられた設定制御手段としての出力部３７へ一旦保持され、その保持された確定情報は出力部３７にて種々の処理を施されてから設定指示信号ＳＧ１として出力される。その設定指示信号ＳＧ１は図４のコントローラ３０に入力される。
【００３８】
使用者が液晶ディスプレイ４２の画面４２ａ上をなぞってからタップを行うまでの一連の操作によって、仮想キングピン軸の位置設定可能な複数の位置のいずれか一つとポインタ４７が指示した指示位置とが関連付けられる。従って、使用者によるこの一連の操作が本発明に係る所定操作に相当する。このように、本形態の情報入力装置３５によって、仮想キングピン軸の位置の変更又は設定を使用者による視覚的な操作によって行うことができるため、使用者による操作が直感的なものとなるので、仮想キングピン軸の位置設定が容易になる。
【００３９】
コントローラ３０は設定指示信号ＳＧ１が入力されると、その設定指示信号ＳＧ１に応じた位置に仮想キングピン軸の位置が設定されるように後述の設定処理を実行する。このように、情報入力装置３５は設定指示信号ＳＧ１を利用して仮想キングピン軸の設定位置の変更をコントローラ３０に指示し、その設定指示信号ＳＧ１に基づいてコントローラ３０が仮想キングピン軸の位置を変更することができるため、情報入力装置３５は本発明に係る変更指示手段としても機能する。なお、この設定処理においては、右側の設定位置が指示されると、反対側の左側の設定位置も同時に設定されるようになっている。つまり、出力部３７が出力する設定指示信号ＳＧ１は、左右のうちの一方の設定情報で、左右両方の仮想キングピン軸の位置をコントローラ３０に設定させることができる機能を持つ。これにより、左右のそれぞれに対する同様の操作を使用者に強いることがないので操作の煩わしさが緩和される。
【００４０】
情報入力装置３５は、トレッドやトー角等のジオメトリの設定及びその変更についても、上記と同様に液晶ディスプレイ４２の画面４２ａに対する操作により、トレッド及びトー角の設定指示をコントローラ３０に送ることができるように構成されている。図５のＡ部に示したように、画面４２ａにはトレッド及びトー角の各設定値が予め規定された複数のモードに対応する複数のボタン画像４８が表示されている。画面４２ａ上のポインタ４７を移動させつつこれらボタン画像４８のいずれか一つに重ねた状態で画面４２ａをタップすることにより設定すべきモードが確定する。情報入力装置３５に予め用意される複数のモードとしては、トレッドを標準値に設定する標準トレッドモード、トレッドを標準値よりも大きな値に設定する大トレッドモード、トレッドを標準値よりも小さな値に設定する小トレッドモード、トー角を０に設定するトー角０モード、トーイン値を小さな値に設定する小トーインモード、トーイン値を大きな値に設定する大トーインモード等が存在する。また、詳しい説明を省略するが、情報入力装置３５はモード選択の他にもトレッド及びトー角について具体的数値の入力も画面４２ａ上で行うことができる。上述した使用者の操作によりこれらのモードのなかから設定すべきモードが確定すると、その確定情報は出力部３７へ一旦保持される。その保持された確定情報は出力部３７にて種々の処理を施されてから設定指示信号ＳＧ２１、ＳＧ２２として出力されて、コントローラ３０に入力される。設定指示信号ＳＧ２１は選択されたモードに対応するトレッドの情報を含んでおり、設定指示信号ＳＧ２２は選択されたモードに対応するトー角の情報を含んでいる。
【００４１】
なお、本形態では、情報入力装置３５を車載装置４１に組み込んで実施しているが、情報入力装置３５と同様の機能を、車載装置４１とは区別されるパーソナルコンピュータや遠隔操作可能な遠隔装置等の外部入力装置として実現することも可能である。このように実施した場合においては情報入力装置３５が本発明の設定装置として機能する。また、入力手段はタッチパネル式のものに限らず、液晶ディスプレイ４２等の表示手段とは別に設けられたキーボードやボタン等の操作部に対する操作を受け付ける入力装置や音声入力の可能な入力装置として入力手段を実現することも可能である。
【００４２】
図６は、前輪２を操舵するためにコントローラ３０が実行するステアリング制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンでは、まずステップＳ１１で操舵角センサ３２からの出力信号に基づいてステアリングホイールＳＨが操作されたか否かが判別される。操舵操作がなければ処理を保留し、操舵操作があれば次のステップＳ１２へと処理が進められる。ステップＳ１２では、後述する仮想キングピン軸位置設定ルーチンにて設定された仮想キングピン軸の位置が読み込まれる。次のステップＳ１３では、後述するトレッド設定ルーチン及びトー角設定ルーチンのそれぞれで設定されたトレッド及びトー角の少なくとも一つを含んだジオメトリ情報が読み込まれる。
【００４３】
ステップＳ１２及びステップＳ１３にて、仮想キングピン軸の位置及びジオメトリ情報が読み込まれた後は、ステップＳ１４でステアリングホイールＳＨの操舵操作量が検出され、続くステップＳ１５で、操舵操作量、仮想キングピン軸の位置及びジオメトリ情報に応じた前輪２Ｌ、２Ｒのそれぞれの舵角が演算される。
【００４４】
操舵操作量と舵角との相関関係としては操舵操作量の増加に対して舵角が増加する関係が設定されていて、ステップＳ１５においてはその相関関係が維持される範囲内で舵角が演算される。この相関関係には互いに異なる複数の態様が含まれており、各態様は仮想キングピン軸の設定位置毎に対応付けられている。そのため、仮想キングピン軸の設定位置が変更された場合には、その変更前後で操舵操作量の増加に対する舵角の増加の程度が変化する。
【００４５】
具体的には、仮想キングピン軸の位置毎に最適な操舵フィーリングが得られる操舵操作量と舵角とを予めコンピュータシュミュレーションや実験等で特定し、それらの特定された値の対応関係をテーブルデータとして仮想キングピン軸の設定位置毎に作成し、それら一群のテーブルデータをコントローラ３０のＲＯＭに記憶しておく。そして、コントローラ３０がステップＳ１２で読み出した仮想キングピン軸の設定位置に対応したテーブルデータを読み出し、そのテーブルデータに基づいて舵角を演算することにより、仮想キングピン軸の設定位置毎に異なった態様の相関関係を実現している。
【００４６】
このように仮想キングピン軸の設定位置毎に互いに異なる相関関係を対応付けているのは次の理由による。即ち、仮想キングピン軸の位置が変わることによって同一の舵角に対して発生する車両の横力の大きさが変化するので、操舵操作量と舵角との相関関係を一つに固定すると仮想キングピン軸の設定位置の変更前後で操舵フィーリングの変化が大きくなるためである。従って、本形態によれば、仮想キングピン軸の位置が変わっても操舵フィーリングの変化が抑制されるため、操舵フィーリングの安定性が向上する。
【００４７】
上記の相関関係に含まれる各態様は、操舵操作量の増加に対して舵角が比例して増加する区間を含んでいる。そのため、その区間においてステアリングホイールＳＨの操作と車両の挙動とが自然に対応するので操舵フィーリングが良好になる。また、操舵開始時に唐突な挙動の発生を防止するため、ステアリングホイールＳＨの切り始めの区間（中立位置に近い区間）は、操舵操作量と舵角とが比例しない非線形的に設定されていてその区間は上記の比例区間に連続的に繋がっている。
【００４８】
ステップＳ１６では、ステップＳ１２で読み出された仮想キングピン軸の設定位置でステップＳ１５で演算された舵角が得られるようにサーボモータ２１〜２３のそれぞれの駆動量が決定され、その決定された駆動量に従って、ステップＳ１７でサーボモータ２１〜２３が駆動される。この後、ステップＳ１１へと処理が戻され、以下同様の手順が繰り返される。コントローラ３０は図６のルーチンを実行することにより本発明に係る舵角制御手段として機能する。なお、トレッド及びトー角が初期値から変更されている場合には演算された舵角を実現できるように各サーボモータの駆動量が補正され、これによりトレッド及びトー角の設定変更が反映される。
【００４９】
図７は、仮想キングピン軸位置設定ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンでは、まずステップＳ２１で情報入力手段３５からの操作指示信号ＳＧ１が入力されたか否かが判定される。操作指示信号ＳＧ１の入力がなければ処理を保留し、その入力があれば次のステップＳ２２へ処理が進められる。ステップＳ２２では舵角が与えられた操舵中か否かが判定される。この判定は、操舵角センサ３２からの信号を参照してその値が０であるか否か、つまりステアリングホイールＳＨが中立位置か否かにより実現できる。操舵中である場合は処理がステップＳ２３に、操舵中でない場合は処理がステップＳ２４にそれぞれ進められる。
【００５０】
ステップＳ２３では、仮想キングピン軸の位置の設定変更を禁止するために設けられた変更禁止フラグＦ１をセットする。変更禁止フラグＦ１はコントローラ３０のＲＡＭ等の記憶領域に割り当てられた変数であり、このフラグＦ１がセットされた場合は設定変更の禁止を意味し、このフラグＦ１がクリアされた場合はその禁止の解除、即ち設定変更の許可を意味する。ステップＳ２４では、変更禁止フラグＦ１がクリアされる。
【００５１】
続くステップＳ２５では、変更禁止フラグＦ１がセットされているか否かが判定される。変更禁止フラグＦ１がセットされている場合は、仮想キングピン軸の位置の変更が行われることなく処理がステップＳ２１に戻される。変更禁止フラグＦ１がセットされていない場合は、変更禁止が許可されたことになるので、処理がステップＳ２６に進められて、操作指示信号ＳＧ１の指示内容に応じた位置に仮想キングピン軸の位置が設定される。なお、ステップＳ２６においては、上述したように左右の両前輪に関して位置設定される。この後、ステップＳ２１へ処理が戻されて、以下同様の手順が繰り返される。
【００５２】
このルーチンにおいては、操舵中における仮想キングピン軸の位置変更が変更禁止フラグＦ１がセットされることによって禁止され、その禁止は操舵中から中立位置への復帰に応答して解除される。そして、その解除とともにステップＳ２６において設定位置が変更される。従って、Ｓ字コーナー等のように変曲点を持つ連続コーナーにおいて前半のコーナーと後半のコーナーとの間で異なる仮想キングピン軸の位置で操舵できる。こうした連続コーナーにおいて、前半のコーナーをクリアした際に横Ｇが残っていても、後半のコーナーに向けて反対方向に強引に操舵する場合があるが、このような場合に仮想キングピン軸の設定位置を後半のコーナーに適した位置に変更できるため有効である。コントローラ３０は、図７のルーチンとともに図６のルーチンを実行することにより本発明に係る仮想キングピン軸設定手段として、図７のルーチンを実行することにより、本発明に係る変更禁止手段として、それぞれ機能する。
【００５３】
図８は、トレッド設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンの基本的な構造は図７のルーチンと同様である。即ち、まずステップＳ３１で情報入力手段３５からの操作指示信号ＳＧ２１が入力されたか否かが判定される。操作指示信号ＳＧ２１の入力がなければ処理を保留し、その入力があれば次のステップＳ３２へ処理が進められる。ステップＳ３２では舵角が与えられた操舵中か否かが判定される。操舵中である場合は処理がステップＳ３３に、操舵中でない場合は処理がステップＳ３４にそれぞれ進められる。
【００５４】
ステップＳ３３では、トレッドの設定変更を禁止するために設けられた変更禁止フラグＦ２１をセットする。変更禁止フラグＦ２１はコントローラ３０のＲＡＭ等の記憶領域に割り当てられた変数であり、このフラグＦ２１がセットされた場合は設定変更の禁止を意味し、このフラグＦ２１がクリアされた場合はその禁止の解除、即ち設定変更の許可を意味する。ステップＳ３４では、変更禁止フラグＦ２１がクリアされる。
【００５５】
続くステップＳ３５では、変更禁止フラグＦ２１がセットされているか否かが判定される。変更禁止フラグＦ２１がセットされている場合は、トレッドの変更が行われることなく処理がステップＳ３１に戻される。変更禁止フラグＦ２１がセットされていない場合は、設定変更が許可されたことになるので、処理がステップＳ３６に進められて、操作指示信号ＳＧ２１の指示内容に応じたトレッドが設定される。この後、ステップＳ３１へ処理が戻されて、以下同様の手順が繰り返される。
【００５６】
図９は、トー角設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンの基本的な構造は図７及び図８のルーチンと同様である。即ち、まずステップＳ４１で情報入力手段３５からの操作指示信号ＳＧ２２が入力されたか否かが判定される。操作指示信号ＳＧ２２の入力がなければ処理を保留し、その入力があれば次のステップＳ４２へ処理が進められる。ステップＳ４２では舵角が与えられた操舵中か否かが判定される。操舵中である場合は処理がステップＳ４３に、操舵中でない場合は処理がステップＳ４４にそれぞれ進められる。
【００５７】
ステップＳ４３では、トー角の設定変更を禁止するために設けられた変更禁止フラグＦ２２をセットする。変更禁止フラグＦ２２はコントローラ３０のＲＡＭ等の記憶領域に割り当てられた変数であり、このフラグＦ２２がセットされた場合は設定変更の禁止を意味し、このフラグＦ２２がクリアされた場合はその禁止の解除、即ち設定変更の許可を意味する。ステップＳ４４では、変更禁止フラグＦ２２がクリアされる。
【００５８】
続くステップＳ４５では、変更禁止フラグＦ２２がセットされているか否かが判定される。変更禁止フラグＦ２２がセットされている場合は、トー角の変更が行われることなく処理がステップＳ４１に戻される。変更禁止フラグＦ２２がセットされていない場合は、設定変更が許可されたことになるので、処理がステップＳ４６に進められて、操作指示信号ＳＧ２２の指示内容に応じたトレッドが設定される。この後、ステップＳ４１へ処理が戻されて、以下同様の手順が繰り返される。
【００５９】
図８及び図９のルーチンによれば、トレッド及びトー角等のジオメトリの設定及び変更が操舵中に禁止される。換言すれば、ジオメトリの設定変更が車両が直進する中立位置の場合に許可される。そのため、操舵中にジオメトリが変化することによって車両に予想外の挙動が発生することを防止できる。コントローラ３０が図８及び図９のルーチンの少なくとも一方とともに図６のルーチンを実行することにより、本発明に係るジオメトリ設定手段として機能する。
【００６０】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態について説明する。この形態は、第１の形態で操舵中に禁止された仮想キングピン軸の位置、トレッド及びトー角の設定変更について、これらの禁止を強制的に解除できるようにした制御に特徴を有している。本形態において基本的な物理的構成は第１の形態と同様であり、また基本的な制御についても第１の形態と同一の制御を行うことを前提とする。従って、以下においては第１の形態との共通部分の説明を省略する。
【００６１】
図１０は、第２の形態に係るステアリング装置の制御系の概略構成を示したブロック図である。図示するように、本形態のステアリング装置には設定変更の禁止を強制的に解除させるために操作される解除スイッチ５１〜５３が設けられている。第１解除スイッチ５１は仮想キングピン軸の位置の設定変更禁止解除用のスイッチであり、第２解除スイッチ５２はトレッドの設定変更禁止解除用のスイッチであり、第３解除スイッチ５３はトー角の設定変更禁止解除用のスイッチである。各解除スイッチ５１〜５３はいずれも押しボタン式で構成されており、各解除スイッチ５１〜５３に対する押し込み操作により所定の強制解除信号ＳＧ３１、ＳＧ３２、ＳＧ３３がコントローラ３０に入力される。操舵中における操作性及び安全性を向上させるため各解除スイッチ５１〜５３はステアリングホイールＳＨに取り付けられている。なお、これらの解除スイッチ５１〜５３を情報入力装置３５に組み込むことによって、これらを液晶ディスプレイ４２の画面４２ａ上で操作可能とすることもできる。
【００６２】
図１１は、仮想キングピン軸の位置変更禁止を強制的に解除するためにコントローラ３０が実行する変更禁止解除ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンでは、まずステップＳ５１で強制解除信号ＳＧ３１が入力されたか否かを判定する。即ち、仮想キングピン軸の位置の設定変更禁止解除用の第１解除スイッチ５１が押し込み操作されたか否かを判定する。強制解除信号ＳＧ３１が入力された場合には処理がステップＳ５２に進められ、強制解除信号ＳＧ３１が入力されない場合は処理がステップＳ５３に進められる。
【００６３】
ステップＳ５２では、仮想キングピン軸の位置変更の禁止を管理する変更禁止フラグＦ１がクリアされる。これにより、仮想キングピン軸の位置変更が許可されるので、仮に操舵中であっても、図７のルーチンのステップＳ２５で否定的判定がなされるので、ステップＳ２６にて仮想キングピン軸の位置が設定される。なお、この設定時において設定される仮想キングピン軸の位置としては、強制解除信号ＳＧ３１の入力タイミング、変更前の仮想キングピン軸の位置、及び車速やヨーレート等の車両の運動パラメータに関連づけて予めコントローラ３０に記憶されている位置が選択される。
【００６４】
以下同様に、ステップＳ５３で強制解除信号ＳＧ３２が入力されたと判定された場合はステップＳ５４に処理が進められて変更禁止フラグＦ２１がクリアされる。これにより、図８のステップＳ３５で否定的判定がなされて、ステップＳ３６でトレッドが設定される。また、ステップＳ５５で強制解除信号ＳＧ３３が入力されたと判定された場合はステップＳ５６に処理が進められて変更禁止フラグＦ２２がクリアされる。これにより、図９のステップＳ４５で否定的判定がなされて、ステップＳ４６でトー角が設定される。
【００６５】
このように、本ルーチンによれば原則として操舵中に禁止される仮想キングピン軸の位置変更を例外的に行うことができる。コントローラ３０は、図１１のルーチンを実行することにより本発明に係る強制解除手段として機能する。一般に、スプーンコーナー等のように操舵方向が同じで操舵の切り増し又は戻しを要するコーナーにおいては、切り増し又は戻し時に敢えて仮想キングピン軸の設定位置を変更したい場合、あるいは操舵中に敢えて車両の挙動変化を起こした方がメリットがある場合もある。本形態によれば、こうしたニーズに応えることができるため、ステアリング装置の利便性を向上できる。また、Ｓ字コーナー等の連続コーナーにおいては、コーナー毎にトレッドやトー角などのジオメトリを変化させた方がコーナリング性能が向上する場合もある。例えば、旋回外輪が外側に出るように操舵中にトレッドを変更することにより、ロールが低減されて車輪の接地荷重も減るため、トレッドを一定に維持する場合に比べてコーナリングスピードが速くなることがある。本形態によればトレッドやトー角などのジオメトリを操舵中に変更できるので、こうした状況に適切に対応させることが期待できる。
【００６６】
なお、本形態では、設定変更の禁止を解除する条件として、解除スイッチ５１〜５３に対して操作されたことを設定しているが、こうした操作部材に対する操作に加え又はその代わりに予め決められた特定条件下で設定変更の禁止を解除できるようにすることもできる。また、特定の条件が成立した場合に使用者の意思とは無関係に上述した解除信号に相当するものを生成するようにプログラムされたルーチンをコントローラ３０に実行させて、設定変更の強制的な解除を行うこともできる。
【００６７】
（第３の形態）
次に、本発明の第３の形態について説明する。この形態は、第２の形態に係る制御の改良に相当し、操舵中における各種の設定変更を安全に行うための制御について特徴を有している。第２の形態と同様に、本形態においても基本的な物理的構成は第１の形態と同様であり、また基本的な制御についても第１の形態と同一の制御を行うことを前提とする。従って、以下においては第１の形態との共通部分の説明を省略する。また、本形態に係る制御系については、第２の形態と同様であるので図１０が適宜参照される。
【００６８】
図１２は、第３の形態に係る変更禁止解除ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンでは、まずステップＳ６１で車両運動パラメータを検出する。ここで検出するパラメータは、以後の処理で用いる車速Ｖ、ヨーレートＹｒ及びステアリングホイールＳＨの操作速度Ｓｖである。これらは、図１０に示した状態検出装置３１の各センサ３２〜３４からの出力信号に基づいて検出される。
【００６９】
続くステップＳ６２では、強制解除信号ＳＧ３１が入力されたか否かを判定する。強制解除信号ＳＧ３１が入力された場合は処理がステップＳ６３に進められ、強制解除信号ＳＧ３１が入力されていない場合は処理がステップＳ６７に進められる。ステップＳ６３では、仮想キングピン軸の位置変更許可条件の成否を判定する。この許可条件は車速Ｖ及びヨーレートＹｒが次の条件を満たした場合に成立する。即ち、その条件はＶ＜Ｋｋｐｖ及びＹｒ＜Ｋｋｐｙｒがともに成立する場合である。ここで、Ｋｋｐｖは仮想キングピン軸の位置変更許可基準速度である。この基準速度Ｋｋｐｖは操舵中に仮想キングピン軸の位置変更を行っても一定の安全性が確保され得る速度の上限値に相当する。また、Ｋｋｐｙｒは仮想キングピン軸の位置変更許可基準ヨーレートである。この基準ヨーレートＫｋｐｙｒは操舵中に仮想キングピン軸の位置変更を行っても一定の安全性が確保され得るヨーレートの上限値に相当する。位置変更許可条件が成立した場合は処理がステップＳ６４に進められ、位置変更許可条件が成立しない場合は仮想キングピン軸の位置変更の禁止を解除せずに処理がステップＳ６１に戻される。
【００７０】
ステップＳ６４では、仮想キングピン軸の位置変更を遅らせるための変更遅延時間Ｔｋｐを設定する。この遅延時間Ｔｋｐは、次の式１にステップＳ６１で検出した操作速度Ｓｖを代入することにより設定される。
【００７１】
Ｔｋｐ＝Ａ・Ｓｖ    ……１
【００７２】
ここで、Ａは緩和係数である。この緩和係数Ａは正の値であれば定数でも変数でもよい。式１から明らかなように、遅延時間ＴｋｐはステアリングホイールＳＨの操作速度Ｓｖが速いほど遅くなるように設定される。
【００７３】
続くステップＳ６５では、ステップＳ６４で設定された遅延時間Ｔｋｐだけ処理を保留する遅延処理が実行される。そして、次のステップＳ６６において変更禁止フラグＦ１がクリアされる。これにより、第２の形態と同様に、図７のステップＳ２５で否定的判定がなされて、ステップＳ２６で仮想キングピン軸の位置が設定される。ここでの設定は、第２の形態と同様に、強制解除信号ＳＧ３１の入力タイミング、変更前の仮想キングピン軸の位置、及び車速やヨーレート等の車両の運動パラメータに関連づけて予めコントローラ３０に記憶されている位置が仮想キングピン軸の設定位置として選択される。
【００７４】
ステップＳ６７では、強制解除信号ＳＧ３２が入力されたか否かを判定する。強制解除信号ＳＧ３２が入力された場合は処理がステップＳ６８に進められ、強制解除信号ＳＧ３２が入力されていない場合は処理がステップＳ７２に進められる。ステップＳ６８では、トレッドの変更許可条件の成否を判定する。この許可条件は車速Ｖ及びヨーレートＹｒが次の条件を満たした場合に成立する。即ち、その条件はＶ＜Ｋｔｒｄｖ及びＹｒ＜Ｋｔｒｄｙｒがともに成立する場合である。ここで、Ｋｔｒｄｖはトレッドの変更許可基準速度である。この基準速度Ｋｔｒｄｖは操舵中にトレッドの変更を行っても一定の安全性が確保され得る速度の上限値に相当する。また、Ｋｔｒｄｙｒはトレッドの変更許可基準ヨーレートである。この基準ヨーレートＫｔｒｄｙｒは操舵中にトレッドの変更を行っても一定の安全性が確保され得るヨーレートの上限値に相当する。トレッドの変更許可条件が成立した場合は処理がステップＳ６９に進められ、変更許可条件が成立しない場合はトレッドの変更の禁止を解除せずに処理がステップＳ６１に戻される。
【００７５】
ステップＳ６９では、トレッドの変更を遅らせるための変更遅延時間Ｔｔｒｄを設定する。この遅延時間Ｔｔｒｄは、次の式２にステップＳ６１で検出した操作速度Ｓｖを代入することにより設定される。
【００７６】
Ｔｔｒｄ＝Ｂ・Ｓｖ    ……２
【００７７】
ここで、Ｂは緩和係数である。この緩和係数Ｂは正の値であれば定数でも変数でもよい。式２から明らかなように、遅延時間ＴｔｒｄはステアリングホイールＳＨの操作速度Ｓｖが速いほど遅くなるように設定される。
【００７８】
続くステップＳ７０では、ステップＳ６９で設定された遅延時間Ｔｔｒｄだけ処理を保留する遅延処理が実行される。そして、次のステップＳ７１において変更禁止フラグＦ２１がクリアされる。これにより、図８のステップＳ３５で否定的判定がなされて、ステップＳ３６でトレッドが設定される。
【００７９】
ステップＳ７２では、強制解除信号ＳＧ３３が入力されたか否かを判定する。強制解除信号ＳＧ３３が入力された場合は処理がステップＳ７３に進められ、強制解除信号ＳＧ３３３が入力されていない場合は処理がステップＳ６１に戻される。ステップＳ７３では、トー角の変更許可条件の成否を判定する。この許可条件は車速Ｖ及びヨーレートＹｒが次の条件を満たした場合に成立する。即ち、その条件はＶ＜Ｋｔｉｏｖ及びＹｒ＜Ｋｔｉｏｙｒがともに成立する場合である。ここで、Ｋｔｉｏｖはトー角の変更許可基準速度である。この基準速度Ｋｔｉｏｖは操舵中にトー角の変更を行っても一定の安全性が確保され得る速度の上限値に相当する。また、Ｋｔｉｏｙｒはトー角の変更許可基準ヨーレートである。この基準ヨーレートＫｔｉｏｙｒは操舵中にトー角の変更を行っても一定の安全性が確保され得るヨーレートの上限値に相当する。トー角の変更許可条件が成立した場合は処理がステップＳ７４に進められ、変更許可条件が成立しない場合はトー角の変更の禁止を解除せずに処理がステップＳ６１に戻される。
【００８０】
ステップＳ７４では、トー角の変更を遅らせるための変更遅延時間Ｔｔｉｏを設定する。この遅延時間Ｔｔｉｏは、次の式３にステップＳ６１で検出した操作速度Ｓｖを代入することにより設定される。
【００８１】
Ｔｔｉｏ＝Ｃ・Ｓｖ    ……３
【００８２】
ここで、Ｃは緩和係数である。緩和係数Ｃは正の値であれば定数でも変数でもよい。式３から明らかなように、遅延時間ＴｔｉｏはステアリングホイールＳＨの操作速度Ｓｖが速いほど遅くなるように設定される。
【００８３】
続くステップＳ７５では、ステップＳ７４で設定された遅延時間Ｔｔｉｏだけ処理を保留する遅延処理が実行される。そして、次のステップＳ７６において変更禁止フラグＦ２２がクリアされる。これにより、図９のステップＳ４５で否定的判定がなされて、ステップＳ４６でトー角が設定される。
【００８４】
以上のルーチンによれば、強制解除信号ＳＧ３１〜ＳＧ３３が入力されてもステップＳ６３、ステップＳ６８及びステップＳ７３のそれぞれで変更許可条件が成立した場合に限って設定変更の禁止が強制的に解除されるので、操舵中の設定変更時において一定の安全性を確保することができる。また、ステップＳ６５、ステップＳ７０及びステップＳ７５の遅延処理によって、強制解除信号ＳＧ３１〜ＳＧ３３が入力されても直ちに変更禁止が解除されずにその解除が遅延される。その遅延時間はステアリングホイールＳＨに対する操作速度が速いほど長くなるので、操舵中に仮想キングピン軸の設定位置等を変更する際の車両の挙動変化を緩和でき安全性が向上する。コントローラ３０は、図１２のルーチンを実行することにより、本発明に係る変更遅延時間設定手段として機能する。
【００８５】
上記の各形態では、リンク１０〜１３をいずれも直線的に示しているが、実際のリンク１０〜１３はそのような単純な形状に限らない。図１のステアリング装置１をより具体的に示した一例を図１３に示す。なお、図１３では左側のアーム機構５Ｌのみを示しており、右側のアーム機構５Ｒは対称的に構成される。図１３の例では、後アーム８Ｌのリンク１２ＬがＬ字状に曲がった部材として形成されている。この場合、車体側連結点Ｂｒと中間連結点Ｍｒとを結ぶ線分が図１のリンク１２Ｌに相当する。
【００８６】
また、所要の舵角を実現するためのサーボモータ２１〜２３の駆動量（作動角）はリンク１０〜１３の形状及び寸法に応じて変化する。図１４及び図１５は図１３の例における各サーボモータ２１Ｌ〜２３Ｌの駆動量と舵角との対応関係を示した図であり、図１４は仮想キングピン軸の位置が前輪２Ｌの接地面の中央に設定された場合を、図１５は仮想キングピン軸の位置が前輪２Ｌの前後端に設定された場合をそれぞれ示している。なお、仮想キングピン軸の位置が前輪２Ｌの前後端に設定されるというのは、右操舵で仮想キングピン軸の位置が前輪２Ｌの前端に、反対の左操舵で仮想キングピン軸の位置が前輪２Ｌの後端にそれぞれ設定されることを意味する（図２参照）。これらの図において、実線は第１サーボモータ２１Ｌの駆動量を、破線は第２サーボモータ２２Ｌの駆動量を、一点鎖線は第３サーボモータ２３Ｌの駆動量をそれぞれ示している。また、各サーボモータ２１Ｌ〜２３Ｌの駆動量については時計回りを正とし、舵角は右方向を正としている。これらの図から明らかなように、仮想キングピン軸の位置によって同一の舵角を実現する各サーボモータ２１Ｌ〜２３Ｌの駆動量はそれぞれ異なっている。また、仮想キングピン軸の位置がいずれの場合であっても、各サーボモータ２１Ｌ〜２３Ｌは舵角を変化させる過程で非線形な作動をしていることが分かる。前輪２Ｌの前後端に仮想キングピン軸の位置を設定した場合には右操舵と左操舵との間でその設定位置が切り替わるため、舵角が０の中立位置を境界として各サーボモータ２１Ｌ〜２３Ｌの作動が尖点を伴って変化している。
【００８７】
本発明は上記各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、サーボモータ２１〜２３の位置に関しては、車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒ及び他の一つの連結点にサーボモータ２１〜２３をそれぞれ配置する等、６個の連結点のうち３つの連結点にそれぞれ対応付けられていればよい。前アーム７及び後アーム８のそれぞれは、３本以上のリンクを中間連結点にて互いに回転自在に連結した構成でもよい。リンク本数を増加させた場合でも、連結点の総数から３を減算した個数の連結点の回りにおけるリンク角度をリンク駆動装置にて規定すれば、残る３つの連結点の回りのリンクの角度が一義的に定まる。
【００８８】
もっとも、残る３つの連結点の少なくとも一つにもリンク駆動装置を配置して、他の連結点のリンク駆動装置との間でリンク角度に矛盾が生じないように各リンク駆動装置の動作を制御してもよい。例えば、車体側連結点Ｂｆ、Ｂｒ、中間連結点Ｍｆ、Ｍｒ及び車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒの総数と同数の連結点のそれぞれに対応付けて配置されたリンク駆動装置を設け、各リンク駆動装置が対応する連結点の回りにリンクを回転駆動してそのリンクの角度を規定することもできる。リンク駆動装置はサーボモータを利用する例に限らず、リンクを連結点の回りに回転駆動してその角度を規定できるものであれば各種のアクチュエータ、駆動機構を適宜に利用してよい。また、いずれか一つのサーボモータの回転運動をギア機構等の運動伝達機構によって他の連結点に伝達して当該連結点の回りのリンクの角度を変化させるようなリンク駆動装置を設けてもよい。さらに、リンクの少なくとも一本を伸縮可能な直動型アクチュエータとしてもよい。
【００８９】
本発明のステアリング装置を車両の上下方向に複数組設置し、各組でアーム機構を互いに独立して駆動できるようにしてもよい。この場合、各組の車輪側連結点Ｗｆ、Ｗｒの位置を互いに独立して設定することができるので、仮想キングピン軸を３次元的に操作してキャンバー角、キャスター角及びトー角を変化させることができる。その場合、各連結点については、球面軸受、ブッシュ等を利用してリンクを連結点の回りに３次元方向に相対回転可能に連結する必要がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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