JP2005306249A - 車両操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、乗り心地などを悪化させずに、車体ロール時の車体上方移動を効果的に抑制することのできる車両操舵制御装置を提供することにある。
【解決手段】 本発明の車両操舵制御装置は、サスペンション機構２によって車体に支持された左右前後輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲと、左右前後輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲの操舵角をそれぞれ独立して制御可能な全輪独立操舵制御手段３，４と、車体のロール状態を検出するロール検出手段５とを備えており、全輪独立操舵制御手段３，４は、ロール検出手段５によって車体がロールしていることが検出された場合に、左右前輪ＦＬ，ＦＲ又は左右後輪ＲＬ，ＲＲの少なくとも一方をトーアウトさせることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の左右前後輪の操舵角を制御する車両操舵制御装置に関する。

車両が旋回する際には、旋回外側に向けて旋回慣性力が車体に働き、車体がロールする。また、路面にうねりがあるような場合も車体にロールが生じ得る。［特許文献１］には、このロールを抑制する技術が開示されている。［特許文献１］に記載の技術は、ロール角が大きくなったときに後輪を操舵することでロール角の増大を抑制するものである。
特開平５−１３１９４６号公報

車体ロール時には、車体が浮き上がる現象も生じ得る。この現象は、ジャッキアップされるとも表現される。ジャッキアップすると車両重心位置が高くなるため、車両操安性上好ましくない。上述した［特許文献１］に記載の技術は、ロール角の増大抑制のみを考慮しており、バウンス（車体の上方移動）の抑制に関しては考慮されていない。

車体のバウンスを抑制するために、サスペンションショックアブソーバの減衰力を制御する方法もあるが、微低速時のサスペンションショックアブソーバ減衰力の制御は難しい。また、サスペンションショックアブソーバ減衰力を上げすぎると、サスペンションショックアブソーバから異音が発生したり、乗り心地がゴツゴツして悪化するといった弊害が発生する。このため、サスペンションショックアブソーバ減衰力を大きく上げることもできない。従って、本発明の目的は、乗り心地などを悪化させずに、車体ロール時の車体上方移動を効果的に抑制することのできる車両駆動力制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の車両操舵制御装置は、サスペンション機構によって車体に支持された左右前後輪と、左右前後輪の操舵角をそれぞれ独立して制御可能な全輪独立操舵制御手段と、車体のロール状態を検出するロール検出手段とを備えており、全輪独立操舵制御手段は、ロール検出手段によって車体がロールしていることが検出された場合に、左右前輪又は左右後輪の少なくとも一方をトーアウトさせることを特徴としている。なお、車両は、少なくとも、前後左右に一つずつ車輪を有していれば良い。また、前輪及び後輪の双方をトーアウトさせても良いことは言うまでもない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両操舵制御装置において、全輪独立操舵制御手段が、前記ロール検出手段によって検出された車体ロール状態が大きいほど、車体ロール状態が小さい場合に比べて、トーアウト量を大きくすることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の車両操舵制御装置において、車両に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段をさらに備えており、全輪独立操舵制御手段が、右輪トーアウト補正量及び左輪トーアウト補正量とに配分してトーアウト量を実現し、横加速度検出手段によって検出された車両横加速度に基づいて左右輪のトーアウト配分を決定することを特徴としている。

請求項１に記載の車両操舵制御装置によれば、左右輪をトーアウトとすることで、車体に作用する車体を持ち上げようとする力（引き下げようとする力）を制御して、車体の上方移動を抑制する。ロール検出手段としては、例えば、車体−車輪間の距離を検出するストロークセンサや、ロール状態を横加速度から推定する際に横加速度を検出する横加速度センサなどが挙げられる。

請求項２に記載の車両操舵制御装置によれば、ロール状態が大きいほど（著しいほど）、トーアウト量を大きくして車体を持ち上げようとする力をより低減させ（車体を引き下げようとする力をより増大させ）、より効果的に車体の上方移動を抑制する。また、ロール状態が小さい場合には、車体の上方移動を抑制するためのトーアウト量は少なくて済む。このため、ロール状態が小さいほどトーアウト量が小さくなり、タイヤの摩耗を抑制できると共に、車輪の回転抵抗を低減して燃費の悪化をも抑制できる。なお、ロール状態が大きい（著しい）とは、車輪に対する車体の横方向の傾きが大きいことを言う。

請求項３に記載の車両操舵制御装置によれば、車両に作用する横加速度に応じてトーアウト量を左右に配分することで、車体の上方移動を抑制しつつも、確実に車両の旋回を行うことができる。旋回時には車輪回転方向に対して横方向にコーナリングパワーが発生することで車両は旋回する。このコーナリングパワーは車輪の接地荷重に依存し、接地荷重は車両横加速度に依存する。また、トーアウトさせることで作用する車体上方移動を抑制する力を効果的に発生させる際には、左右輪に発生するコーナリングフォースはできるだけ均等となるように制御されることが好ましい。コーナリングフォースは、各車輪の接地荷重と車体進行方向に対する操舵角（トーアウト量）に依存する。このため、横加速度に基づいてトーアウト量の左右配分比を決定することで、車体の上方移動抑制と車両の旋回とをバランス良く制御することができる。

本発明の車両操舵制御装置の一実施形態について以下に説明する。本実施形態の制御装置を有する車両構成図を図１に示す。図１に示されるように、車両１は、左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ、右後輪ＲＲの四つの車輪を持っている。各車輪は、サスペンションアーム２を介して車体（図示せず）に支持されている（ストラットサスペンションの場合は、ショックアブソーバも介して車体に支持される）。この車両１は、各車輪の操舵角を独立して制御することのできる四輪独立操舵機構（いわゆる４ＷＳシステム）を備えている。各車輪毎に各車輪の操舵角を変更するアクチュエータ３が配設されている。

アクチュエータ３の本体は車体に取り付けられており、本体からは電気エネルギーを用いて伸縮するロッドが突出されている。このロッドの先端が各車輪のハブキャリアにピボット接続されている。後述するＥＣＵ４からの駆動信号に基づいて、バッテリ（図示せず）からの電力によってロッドを伸縮させることで、各車輪の操舵角を変更できる。各サスペンションアーム２と車体との間には、ストロークセンサ５が配設されている。各ストロークセンサ５によって、左右前後輪毎のサスペンションストロークが検出される。このサスペンションストロークから、車体のロール状態が分かる。ここでは、サスペンションストロークからロール角を求め、このロール角で車体のロール状態を把握している。即ち、ストロークセンサ５がロール検出手段として機能している。

これらのストロークセンサ５やアクチュエータ３は、４ＷＳシステムを総合的に制御する電子コントロールユニット（Electrical Control Unit：ＥＣＵ）４に接続されている。ＥＣＵ４には、４ＷＳシステムの制御上、必要な情報量を検出するその他のセンサ類も接続されている。具体的には、車両に作用するヨーを検出するヨーセンサ６、車両に作用する前後加速度と横加速度をそれぞれ検出する前後Ｇセンサ７及び横Ｇセンサ８、運転者によって操作されたステアリングホイールの操舵角を検出する舵角センサ９、各車輪の回転速度を検出する車輪速センサ１０などである。

車輪速センサ１０は、図１では一つだけ配設されているように図示されているが、各車輪毎に設けられており、四つの車輪速センサの検出結果から車両１の走行速度（車速）も算出されるこれらのセンサによって検出されるヨー、加速度、ステアリングホイール舵角、車輪速などに基づいて、四輪の操舵角が制御される。即ち、これらのセンサ類と、上述したＥＣＵ４及びアクチュエータ３などとが、全輪独立操舵制御手段がとして機能している。なお、前輪操舵に際して、アクセル開度やブレーキ操作量、エンジン状態などが利用される場合もある。

次に、本制御装置によるロール時のトーアウト制御について説明する。全輪独立操舵制御においては、まず、上述したヨーや加速度などの各種情報量に基づいて、各輪の基本操舵量が決定される。そして、ロール状態に応じて、前輪及び後輪をそれぞれトーアウトさせるトーアウト補正量が決定され、このトーアウト補正量が基本操舵量に対して反映される。即ち、基本操舵量をトーアウト補正量で補正することで、ロール時にトーアウト状態を形成させる。なお、本発明におけるトーアウトとは、左右一対の各車輪の中心を通り、車両進行方向に平行な平面上において、各車輪の半径を示す線の前端同士を結ぶ距離が、後端同士を結んだ距離よりも長い状態を言う。即ち、車両が直進状態である場合のみならず、左右輪が操舵状態にある場合でもトーアウトとなり得る。

旋回時（ロール発生時）のジャッキアップ現象を模式的に示した図を図２に示す。図２は、左旋回時の車両１を後方から示した図である。図２では、紙面手前左側から紙面奥左側に旋回しており、図２中右側が旋回外側となる。このとき、車両１には、図２中矢印Ｘで示される旋回慣性力が作用する。この旋回慣性力と車両重心Ｇの位置との関係で、車体は右側が下がるようにロールする。旋回外輪では、タイヤ接地点における横力（サイドフォース）と接地荷重との合力が、タイヤ接地点とロールセンターとを結んだ線より下向きになると、車体を持ち上げる力（ジャッキアップ力）が生じる。

ここで、左右輪をトーアウトさせると、図３に示されるように、旋回外輪は旋回外側に向けて補正されることとなり、コーナリングフォース（横滑り角が小さいときはサイドフォースと近似）は減り、これに伴ってジャッキアップ力が減る。なお、図３中、トーアウトさせる前のタイヤの状態が点線で示されており、トーアウト補正後のタイヤの状態が実線で示されている。なお、ここでは分かりやすくするため、トーアウト補正前の状態はトーアウトもトーインもしていない状態として示されている。一方、旋回内輪は旋回内側に向けて補正されることとなり、コーナリングフォースは増え、これに伴ってジャッキダウン力が増える。この結果、車体を下方に移動させる力が増え、車体の上方移動が抑制される。

次に、トーアウト補正制御量をどのように決定するか、トーアウト量をどのように左右輪に配分するかについて説明する。このときの流れを模式的に示したのが図４である。なお、以下では、左右前輪及び左右後輪の一方についてトーアウト量を決定する流れを説明するが、他方についても同様である。ただし、車両重量配分などの影響で使用するマップなどは異なる場合もある。

まず、図４左側「トーアウト補正量」に示されるように、ストロークセンサ５によって左右輪のサスペンションストローク量を検出し、これらから平均ストローク量を算出する。平均ストローク量は、左右のストロークの平均であり、車体がどの程度上方に移動しているか、即ちバウンスしているかを示す量である。この平均ストローク長の時間変化から、バウンス速度が算出される。また、平均ストローク量から、車体のロールセンタの左右タイヤ接地点を結ぶ線（面）からの高さとなるロールセンタ高が求められる。

そして、このバウンス速度と車体のロールセンタ高とから、図５に示されるマップを用いて基本トーアウト量δ₀が求められる。なお、この基本トーアウト量δ₀は片輪あたりのトーアウト量である。図５に示されるように、ロールセンタ高が低いほど、基本トーアウト量δ₀は大きくなる。これは、ロールセンター高が低いとトーアウトによって生じる上下力（ジャッキアップ抑制力）が小さくなるためである。また、バウンス速度が速いほど、基本トーアウト量δ₀は大きくなる。これは、ジャッキアップを抑制するための減衰の効果を増大させるために、バウンス速度に比例した上下力（ジャッキアップ抑制力）を発生させるためである。

基本トーアウト量δ₀は、車体に作用する旋回外側に向けて作用する力Ｆ^＊に比例して設定されている。外向き力が大きいほど、トーアウト量を大きくして車体の上方移動量を抑制するためである。基本トーアウト量δ₀と外向き力Ｆ^＊との間には、下記式（１）の関係がある。なお、ここで、Ｃｎはタイヤ特性値、Ｗは輪荷重であり、双方とも車両諸元で決まる定数である。なお、Ｃｎ＝Ｃｐ／Ｗであり、Ｃｐはコーナリングパワー、ＷはＣｐ計測時の輪荷重である。Ｃｐは荷重センサで直接求めても良いし、例えば、車両の進行方向とタイヤの向いている方向でできる角度（タイヤ横滑り角）等から求めることができる。ここでは、あらかじめ実験等を通して作成した図５のマップを用いて、バウンス速度と車体のロールセンタ高とから外向き力Ｆ^＊に比例する基本トーアウト量δ₀を求めていることになる。

次に、決定された基本トーアウト量δ₀の左右配分を決定する。トーアウトさせると、旋回内輪側では舵角増によってコーナリングフォースが増大し、旋回外輪側では舵角減よるコーナリングフォースの減少が生じる。旋回内外輪でこの増減分が互いに補償されればいいが、決定された基本トーアウト量δ₀を単純に左右均等に配分したのでは、所望のコーナリングフォースが得られない場合もある。また、旋回状態によって左右輪の接地荷重も変化するが、同一舵角でも接地荷重が変わればコーナリングフォースも変わる。

そこで、これらのことを考慮して左右配分を決定する必要がある。図４中央の「左右配分」に示されるように、まず、横Ｇセンサ８によって横加速度が検出される。横加速度からは、左右輪の接地荷重が類推できる。そこで、検出した横加速度からは内外輪のＣｐ（コーナリングパワー：タイヤ横滑り角に対するコーナリングフォースの立ち上がり勾配［比例部］）が算出でき、これから左右（内外）輪配分Ｎ_in，Ｎ_outが決定される。ここでは、横加速度（旋回加速度）ａから、図５のマップを用いて直接、内輪側配分Ｎ_in，外輪側配分Ｎ_outを求める。

なお、左右（内外）輪配分Ｎ_in，Ｎ_outと旋回加速度ａとの間には、下記式（２）の関係がある。なお、ここで、ｍは車両重量、Ｈは重心高、Ｔはトレッド幅、Ｊはロール合成配分であり、何れも車両諸元で決まる定数である。また、Ｗ_inは旋回内輪の輪荷重、Ｗ_outは旋回外輪の輪荷重である。ここでは、あらかじめ実験等を通して作成した図５のマップを用いて、バウンス速度と車体のロールセンタ高とから外向き力Ｆ^＊に比例する基本トーアウト量δ₀を求めていることになる。

そして、内輪側トーアウト補正（舵角）量δ_in＝δ₀×Ｎ_in、外輪側トーアウト補正（舵角）量δ_out＝δ₀×Ｎ_outが算出される。図６に示されるように、旋回加速度ａが大きいほど、外輪側トーアウト補正（舵角）量δ_outは小さくなる。これは、旋回加速度ａが大きいほど旋回外側輪の接地荷重が増えるため、外輪側の配分を減らしてもコーナリングフォースを確保できるからである（その分内輪側の配分を増やす）。また、旋回加速度ａが大きいほど、内輪側トーアウト補正（舵角）量δ_inは大きくなる。これは、旋回加速度ａが大きいほど旋回内側輪の接地荷重が減少するため、その分内輪側の配分を増やして舵角増によるコーナリングフォース確保するためである。なお、内輪Ｃｐ及び外輪Ｃｐは、Ｃｎ×Ｗ_in，Ｃｎ×Ｗ_outのことであり、図４の「左右配分」における内輪Ｃｐ及び外輪Ｃｐの算出は、Ｗ_in，Ｗ_outの算出と等価である。

一方、図４右側「４ＷＳ」に示されるように、通常の４ＷＳシステムによって、左右輪（旋回内外輪）の舵角センサ９によって検出されるステアリングホイールの操舵角やその他の情報量（ヨーセンサによって検出される車両ヨーや、前後Ｇセンサ７によって検出される車両前後加速度、横Ｇセンサ８によって検出される車両横加速度ａ、車輪速センサ１０によって検出される車速など）に基づいて、外内輪の基本舵角が決定される。これについては、通常の４ＷＳシステムと同様であるため、ここでの詳しい説明は省略する。

最終的に、４ＷＳシステムによって決定された外内輪の基本舵角に対して、内外輪のトーアウト補正量δ_in，δ_outがそれぞれ反映され、最終的な舵角が決定される。決定された舵角に従って、ＥＣＵ４が各輪のアクチュエータ３を駆動し、各輪を操舵する。最終的な舵角にトーアウト補正量δ_in，δ_outが反映されているので、車輪はトーアウトとなり、上述したように車体の上方移動が抑止される。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した本実施形態では、車体のロール状態を常に検出し、検出されたロール状態（ロール角）に応じて常時トーアウト量を制御するものであった。即ち、ロールが発生している場合は常にトーアウトとなるように制御されるものであった。しかし、ロール状態が所定のロール状態よりも著しくなったときのみ、例えば、ロール角が所定のロール角以上となったときのみトーアウトとなるように制御しても良い。あるいは、ロール状態をロール角ではなく横加速度で判断し、横加速度が所定値以上となったときのみトーアウトとなるように制御しても良い。

本発明の車両操舵制御装置の一実施形態を有する車両の構成図である。 車体のロールの様子を示す模式図である。 旋回時の車輪舵角を示す説明図である。 本発明の車両操舵制御装置の一実施形態における車輪舵角算出の流れを示す説明図である。 ロールセンタ高及びバウンス速度と基本トーアウト量との関係を示すマップである。 旋回加速度と内外輪配分値との関係を示すマップである。

符号の説明

１…車両、２…サスペンションアーム、３…アクチュエータ、４…ＥＣＵ、５…ストロークセンサ、６…ヨーセンサ、７…前後Ｇセンサ、８…横Ｇセンサ、９…舵角センサ、１０…車輪速センサ、ＦＬ…左前輪、ＦＲ…右前輪、ＲＬ…左後輪、ＲＲ…右後輪。

Claims (3)

1. サスペンション機構によって車体に支持された左右前後輪と、
   前記左右前後輪の操舵角をそれぞれ独立して制御可能な全輪独立操舵制御手段と、
   前記車体のロール状態を検出するロール検出手段とを備えており、
   前記全輪独立操舵制御手段は、前記ロール検出手段によって車体がロールしていることが検出された場合に、左右前輪又は左右後輪の少なくとも一方をトーアウトさせることを特徴とする車両操舵制御装置。
2. 前記全輪独立操舵制御手段が、前記ロール検出手段によって検出された車体ロール状態が大きいほど、車体ロール状態が小さい場合に比べて、トーアウト量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の車両操舵制御装置。
3. 車両に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段をさらに備えており、
   前記全輪独立操舵制御手段が、右輪トーアウト補正量及び左輪トーアウト補正量とに配分して前記トーアウト量を実現し、前記横加速度検出手段によって検出された車両横加速度に基づいて左右輪のトーアウト配分を決定することを特徴とする請求項２に記載の車両操舵制御装置。

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