JP2008105599A - サスペンション装置、自動車および車両運動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、車両全体の運動に生ずる変化を抑制すること。
【解決手段】自動車１は、車体１Ａと各駆動輪のサブフレームとが、車幅方向および車両前後方向に距離を調節可能であると共に、車体１Ａに対するサブフレームの角度を調節可能な構造を有し、車両の走行状態に応じて、４輪に対し、車体１Ａをヨー方向に回転させたり、車両前後方向および左右方向に平行移動させたりすることができる。また、４輪に対して車体１Ａを運動させる際、この車体運動による慣性力を４輪の転舵（トー角変化）によって打ち消す制御を行う。したがって、車輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、車両全体の運動に生ずる変化を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪と車体とを連結するサスペンション装置、それを備えた自動車および車両運動制御方法に関する。

従来、曲線路走行時等の車両運動状態に応じて、運転者の視線方向を制御する技術が知られている。
例えば、特許文献１には、操舵時に運転者が感じる車両の運動感覚に関し、視覚と運動知覚（体感）それぞれの認知特性において車両ヨー運動周波数依存性が異なるという実験的事実に基づき、視覚と運動知覚との間に乖離が生ずると想定される車両運動状態では、運転者の車両運動感覚が向上するよう、運転者の視線方向を誘導する技術が記載されている。

この技術においては、運転席に備えられた可動機構を駆動することによって、運転席をヨー方向に回転させ、運転者の向きを制御している。また、車体やキャビンに可動機構を備え、これらをヨー方向に回転させることによっても運転者の向きを変えることができる。
特開平６−９２１５９号公報

しかしながら、上述のように４輪に対して車体（運転席やキャビン等の車体の一部あるいは車体全体）をヨー方向に回転させる等、４輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させると、その反動が車輪に作用し、車両全体の運動に変化を生じさせる可能性がある。
本発明の課題は、車輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、車両全体の運動に生ずる変化を抑制することである。

以上の課題を解決するため、本発明に係るサスペンション装置は、
運転席を有する車体と、車体と車輪とを連結し、車体に対する車輪の前後左右方向の位置および姿勢を変化させる駆動手段を備えたサスペンション機構と、車両の走行状態に応じて、車体のヨー方向の向きを設定する車体姿勢演算手段と、前記サスペンション装置の駆動手段を制御して、設定された車両中心点と各車輪との位置関係を維持しつつ、前記車体姿勢演算手段によって設定されたヨー方向の向きに各車輪に対して車体を回転させると共に、各車輪をその車体の回転運動に応じた反作用力が発生する姿勢に制御するサスペンション制御手段とを備えることを特徴としている。

また、本発明に係る自動車は、
運転席を有する車体と、運転席の前部位置に設置され、操舵操作が入力されるステアリングホイールと、車体と車輪とを連結し、車体に対する車輪の前後左右方向の位置および姿勢を変化させる駆動手段を備えたサスペンション機構と、車両の走行状態に応じて、車体のヨー方向の向きを設定する車体姿勢演算手段と、前記サスペンション装置の駆動手段を制御して、設定された車両中心点と各車輪との位置関係を維持しつつ、前記車体姿勢演算手段によって設定されたヨー方向の向きに各車輪に対して車体を回転させると共に、各車輪をその車体の回転運動に応じた反作用力が発生する姿勢に制御するサスペンション制御手段とを備えることを特徴としている。

また、本発明に係る車両運動制御方法は、
車体を車輪に対して前後左右あるいはヨー方向に相対運動させる車体運動ステップと、車体の相対運動によって各車輪に働く力を打ち消す反作用力を、各車輪において発生させる反作用力発生ステップとを含むことを特徴としている。

本発明に係るサスペンション装置によれば、サスペンション機構に備えられた駆動手段によって、車体に対する車輪の前後左右方向の位置および姿勢が変化可能であり、サスペンション制御手段によって、車体姿勢演算手段が設定した車体のヨー方向の向きに、設定された車両中心点と各車輪との位置関係が維持されつつ、各車輪に対して車体を回転される。また、このとき、サスペンション制御手段によって、各車輪は、車体の回転運動に応じた反作用力を発生する姿勢に制御される。

したがって、車輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、その相対運動による慣性力を各車輪において発生される反作用力によって打ち消すことができ、車両全体の運動に生ずる変化を抑制することが可能となる。
また、本発明に係る自動車によれば、サスペンション機構に備えられた駆動手段によって、車体に対する車輪の前後左右方向の位置および姿勢が変化可能であり、ステアリングホイールに入力された操舵操作に応じて、サスペンション制御手段によって、車体姿勢演算手段が設定した車体のヨー方向の向きに、設定された車両中心点と各車輪との位置関係が維持されつつ、各車輪に対して車体を回転される。また、このとき、サスペンション制御手段によって、各車輪は、車体の回転運動に応じた反作用力を発生する姿勢に制御される。

したがって、各車輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、その相対運動による慣性力を各車輪において発生される反作用力によって打ち消すことができ、車両全体の運動に生ずる変化を抑制することが可能となる。
また、本発明に係る車両運動制御方法によれば、車輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、車体が発生する慣性力を車輪において吸収でき、車両全体の運動に変化を生じさせることを抑制できる。

以下、図を参照して本発明を適用した自動車の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
（構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る自動車１の構成を示す概略図である。
図１において、自動車１は、前後左右の駆動輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲと車体１Ａとが、サブフレーム４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲそれぞれを介して連結された構造を有し、サブフレーム４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲと車体１Ａとは、後述するように、車体運動用アクチュエータおよび平面摺動機構を介して連結されている。

図２は、自動車１のサスペンション構造の具体例を示す図である。
なお、自動車１のサスペンション構造は、前後左右の駆動輪それぞれにおいて同様であるため、左前輪部分を例に挙げて説明する。
図２において、自動車１のサスペンション構造は、インホイールモータ３ＦＬを備える駆動輪２ＦＬと、駆動輪２ＦＬを駆動するインホイールモータ３ＦＬと、駆動輪２ＦＬの上方に配置される水平板部およびその車両内側端部から車両下方に延びる垂直板部を有するサブフレーム４ＦＬと、駆動ロッドおよびそれを駆動するシリンダを有し、車体１Ａとサブフレーム４ＦＬとを連結する車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１〜５ＦＬ−３と、一端をインホイールモータ３ＦＬの下端に連結され、他端をサブフレーム４ＦＬの垂直板部下端に連結されたロアアーム６ＦＬと、ロアアーム６ＦＬの上面に下端を固定され、サブフレーム４ＦＬの水平板部下面に上端を固定されたストラット７ＦＬと、サブフレーム４ＦＬの垂直板部側面にシリンダを固定され、駆動ロッドの先端をボールジョイントを介してタイロッド９ＦＬの一端に連結された転舵用アクチュエータ８ＦＬと、転舵用アクチュエータ８ＦＬの駆動ロッド先端とボールジョイントを介して連結されると共に、インホイールモータ３ＦＬの車両後方側端部にボールジョイントを介して連結されたタイロッド９ＦＬとを有している。

図２に示す構成のうち、ロアアーム６ＦＬとインホイールモータ３ＦＬとの連結部は、インホイールモータ３ＦＬが垂直軸の周りに回転可能に構成されている。また、ロアアーム６ＦＬとサブフレーム４ＦＬとの連結部は、サブフレーム４ＦＬの垂直板部下端の車両前後方向に沿う軸を中心にロアアーム６ＦＬが車両上下方向に揺動可能に構成されている。

車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１〜５ＦＬ−３は、車体１Ａおよびサブフレーム４ＦＬそれぞれとの連結部において、水平方向に揺動可能な構成とされており、車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１，５ＦＬ−２は、駆動ロッドの先端をサブフレーム４ＦＬの垂直板部における車両内側面に連結されていると共にシリンダの端部を車体１Ａの左側面と連結され、これら車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１，５ＦＬ−２は、同一の高さ位置で車両前後方向に並べて配設されている。また、車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−３は、駆動ロッドの先端をサブフレーム４ＦＬの垂直板部における車両前側側面に連結されていると共にシリンダの端部をサブフレーム４ＦＬ前方に位置する車体１Ａの側面に連結されている。なお、車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−３も、車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１，５ＦＬ−２と同一の高さ位置に配設されている。

サブフレーム４ＦＬの水平板部上面と、それに対向する車体１Ａの下面との間には、ベアリングを介してサブフレーム４ＦＬと車体１Ａとを平面運動させる平面摺動機構が形成されており、この平面摺動機構を介して、サブフレーム４ＦＬが車体１Ａの荷重を支持している。
上記の構成により、駆動輪２ＦＬは、インホイールモータ３ＦＬによって駆動されると共に、駆動輪２ＦＬに車両上下方向の外力が入力されると、ロアアーム６ＦＬが車両上下方向に揺動することに対応して、ストラット７ＦＬのコイルスプリングおよびダンパが外力を吸収する。また、転舵用アクチュエータ８ＦＬが駆動ロッドをストロークさせることにより、タイロッド９ＦＬを介してインホイールモータ３ＦＬを垂直軸周りに回転させ、サブフレーム４ＦＬに対して駆動輪２ＦＬが転舵される。さらに、転舵用アクチュエータ８ＦＬの動作により、駆動輪２ＦＬの転舵に加え、駆動輪２ＦＬのトー角調整が行われる。

また、車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１，５ＦＬ−２が駆動ロッドを軸方向に駆動すると、車体１Ａとサブフレーム４ＦＬとの距離が変化し、その変位と対応して車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−３も駆動ロッドの軸方向距離を変化可能である。さらに、車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１〜５ＦＬ−３それぞれの駆動ロッドを個別に調整すると、車体１Ａに対するサブフレーム４ＦＬの相対角度が変化する。
即ち、各駆動輪のサブフレーム４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲにおける車体運動用アクチュエータを統合して制御することにより、４輪に対して車幅方向に車体１Ａを平行移動させたり、４輪に対して車体１Ａをヨー方向に回転運動させたりすることができる。

次に、自動車１の制御系統について説明する。
図３は、自動車１の制御系統の構成を示すブロック図である。
図３において、自動車１は、操舵角センサ１０と、速度センサ２０と、横加速度センサ３０と、車体姿勢演算回路４０と、サスペンション作動量演算回路５０と、アクチュエータ駆動回路６０と、車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１〜５ＦＬ−３，５ＦＲ−１〜５ＦＲ−３，５ＲＬ−１〜５ＲＬ−３，５ＲＲ−１〜５ＲＲ−３とを備えている。なお、図３には図示しないが、自動車１は、操舵角センサ１０および速度センサ２０の検出結果に基づいて、車両の転舵を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）が４輪の転舵角を算出し、その算出結果に応じて、各車輪に設置された転舵用アクチュエータ８ＦＬ，８ＦＲ，８ＲＬ，８ＲＲを駆動することにより、車両の進行方向を制御している。

操舵角センサ１０は、ステアリングコラムに設置されたエンコーダあるいはポテンショメータ等によって構成されており、運転者による操舵入力角度を検出し、検出結果を車体姿勢演算回路４０に出力する。
速度センサ２０は、車軸に設置されたパルス発生器から発生されるパルス信号を検出することにより、自動車１の車速を検出し、検出結果を車体姿勢演算回路４０に出力する。
横加速度センサ３０は、半導体加速度センサ等を用いて車両の横加速度を検出するセンサであり、検出した横加速度を車体姿勢演算回路４０に出力する。

車体姿勢演算回路４０は、車両の走行状態、即ち、操舵角センサ１０によって入力された操舵入力角度と、速度センサ２０によって入力された車速と、横加速度センサ３０によって入力された横加速度とから、自動車１の旋回軌跡と、その旋回状態における４輪に対する車体１Ａの向き（以下、「ヨー角姿勢」という。）を算出する。このとき、車体姿勢演算回路４０は、後述する車体姿勢演算方法に従って、４輪に対する車体１Ａの向きを算出する。そして、車体姿勢演算回路４０は、算出した旋回軌跡および車体１Ａの向き（ヨー角姿勢）をサスペンション作動量演算回路５０に出力する。

サスペンション作動量演算回路５０は、車体姿勢演算回路４０によって入力された旋回軌跡および車体１Ａのヨー角姿勢に応じて、駆動輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲそれぞれの転舵角および車体１Ａとの距離を算出する。このとき、サスペンション作動量演算回路５０は、車体姿勢演算回路４０と同様に、後述する車体姿勢演算方法に従って、駆動輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲそれぞれの転舵角を算出する。そして、サスペンション作動量演算回路５０は、算出した駆動輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲそれぞれの転舵角および車体１Ａとの距離をアクチュエータ駆動回路６０に出力する。

アクチュエータ駆動回路６０は、サスペンション作動量演算回路５０によって入力された駆動輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲそれぞれの転舵角および車体１Ａとの距離を基に、車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１〜５ＦＬ−３，５ＦＲ−１〜５ＦＲ−３，５ＲＬ−１〜５ＲＬ−３，５ＲＲ−１〜５ＲＲ−３それぞれの作動量を算出し、各車体運動用アクチュエータを、算出した作動量だけ作動させる。

（車体運動制御方法）
次に、本実施形態における車体運動の制御方法について説明する。
図４は、ドライバの運転制御モデルの概念を示す図である。
図４に示すように、ドライバは、走行コースを視覚認識して車両を操作し、車両運動により自らの視覚情報にフィードバックを受けると共に、車体運動により運動情報にフィードバックを受ける。
したがって、ドライバの運転感覚を向上させるためには、この視覚と運動感覚の調和を維持する必要がある。

図５は、ドライバの前方注視点のイメージを示す図である。
図５に示すように、ドライバは、走行コース上の自車前方に視点を置き、その位置に自車を進行させようとする。この点は前方注視点と呼ばれる。なお、本実施形態においては、自車から前方注視点までの距離を前方注視点距離Ｌと表す。
前方注視点距離Ｌは、一般的に速度に比例して増大すると考えられる。したがって、走行速度と走行コースが決まれば、前方注視点を設定することが可能である。そこで、車両の運転感覚を向上させるために、４輪に対し、車体全体を前方注視点方向に回転させ、所定のヨー角を付与することにより、より少ない頭部動作で前方注視点にドライバの視覚を誘導できることとなる。

図６は、車体運動時における車両全体重心と車体重心との関係を示す概念図である。
図６に示すように、路面平面に平行な面内で、車両全体重心に対して車体を相対的に２次元移動させる際には、車体重心が車両全体重心に対して相対加速度をもつために、車輪において矢印で示す方向に加速度が発生する。
例えば、図６（ａ）の直進状態（車両全体重心に対して車体を２次元移動させない状態）に対して、図６（ｂ）では、車両全体重心に対して、車体を右横方向に並進移動させている。その際、車両全体重心に対して車体の相対加速度を発生させるための作用力は各車輪のアクチュエータによって生成されるが、このアクチュエータの作用力は、各車輪と路面との摩擦によって吸収する必要がある。

図６（ｃ）では、車体を車両全体重心に対して加速させる方向に移動させているが、この場合にも各輪に前後方向の反作用力が作用することになるので、車両全体の運動を変化させないためには、この反作用力分をタイヤの制駆動力として吸収する必要がある。
図６（ｄ）では、後輪付近を中心としてヨー角方向に角加速度を発生させているが、この場合にも、車両全体運動を変化させないためには、前輪に発生するアクチュエータ作用力の反作用力分を前輪と路面との摩擦によって吸収する必要がある。

図７は、車体が車両全体重心に対して運動する際に、その運動が車両運動に与える影響の概念を示す図であり、図７においては、左旋回中の車両において車体が車両全体重心に対して運動する場合の例を示している。
図７に示すように、車両が運動状態にある場合（図７の場合には旋回状態）、各車輪がその運動を維持するために路面との間で力（横力等）を発生している。このとき、車体が車両全体重心に対して運動することにより、車体に慣性力が働くことになるが、この慣性力は車両の内部では打ち消せないため、最終的にはタイヤがその反作用力を受けることになる。すると、本来タイヤが発生している力と、車体運動の慣性力のうち、各車輪における分担分の和が、そのタイヤにおいて車両全体運動に影響することとなる。即ち、車体が車両全体重心に対して運動することにより、本来想定していた車両運動とは異なる挙動を示すことになる。
そこで、本発明においては、車体を車両全体重心に対して運動させる際に、各車輪において、その反作用を吸収させる転舵制御を行うことにより、車両運動を維持しつつ、車体運動を行うものとする。

（車体姿勢演算方法）
以下、車両全体重心に対して車体を運動させるための制御量を具体的に演算する方法について説明する。
図８は、本実施形態において設定する車両の運動中心を示す図である。
上述のように、本実施形態においては、車体を車両全体重心に対して運動させるにあたり、車両の幾何学運動中心を設定し、車体部分での過渡運動の発生に対して、車両の幾何学運動中心の運動が影響を受けないように車輪を制御する。この幾何学運動中心としては、種々の点を設定することが可能であるが、本実施形態では、ホイールベースとトレッドで構成される長方形を想定し、この長方形の面心を仮想の運動中心（幾何学運動中心）とする。
なお、車両の運動中心は、車体上の任意点（例えば運転者の乗車位置等）に設定することができる。

図９は、図８において設定した幾何学運動中心と各車輪との配置関係を相対的に変化させることなく、４輪に対して車体を運動させる場合の制御ロジック示す図である。
上述のように、仮想の運動中心（幾何学運動中心）を基準とした対地車両運動を変化させることなく、４輪に対する車体の運動を実現させるには、車体運動の慣性力を各車輪で打ち消す必要がある。その際、前後輪ともに左右輪が車軸で連結されている場合と同様に、左右輪で車体の慣性力を負担すればよいと考えることができる。これにより、車体は左右輪を連結した仮想の軸線上を移動していくと想定できる。車両を平面モデルとして捉え、操舵による過渡運動時の車体姿勢制御を考えると、車体の運動は、横運動とヨー運動に二分される。
まず、横運動を考えると、このときに車体が発生する慣性力Ｆ_ＢＹは、

となる。
このとき、前輪および後輪の仮想左右連結軸に加わる慣性力の反作用力は、軸に加わる車体荷重の比率に応じて、

となるように制御すればよい。
次に、ヨー運動について考える。
車体に加わる慣性力によるモーメントは、車体のヨー慣性モーメントと車体の車両仮想中心軸に対する相対角加速度とから、

となる。
このとき、前輪および後輪の仮想左右連結軸に加わる慣性力の反作用力は、

となるように制御すればよい。
したがって、上述の横運動およびヨー運動の合成された慣性力を打ち消すためには、各仮想車軸に作用する力の１／２ずつを左右輪で同方向に分担すればよい。
この際、左右輪が同じ方向に同じ大きさの反作用力を発生させることで、車両全体の運動（仮想中心とタイヤ配置で決定される運動）が、４輪に対する車体の過渡運動の影響を受けることを防止できる。
即ち、タイヤ特性の線形領域においては、必要となるタイヤスリップ角付加分α_ｆ、α_ｒは以下のようになる。

したがって、車両全体の運動に影響を与えることなく、４輪に対して車体を運動させる場合、（７）、（８）式に従うスリップ角を前後輪に付加すればよい。

（制御フローチャート）
次に、自動車１における車体運動制御処理のフローチャートについて説明する。
図１０は、自動車１の車体姿勢演算回路４０およびサスペンション作動量演算回路５０において実行される車体運動制御処理のフローチャートを示す図である。
図１０に示す処理は、自動車１のイグニションオンと共に開始される。
図１０において、処理が開始されると、車体姿勢演算回路４０は、操舵角センサ１０、速度センサ２０および横加速度センサ３０から、操舵入力角度、車速および横加速度をそれぞれ取得する（ステップＳ１）。

次に、車体姿勢演算回路４０は、車両運動から運転者の前方注視点を予測する（ステップＳ２）。ここで、前方注視点の予測手法は、種々のものを採用可能であるが、例えば、前方注視距離Ｌを車速Ｖの関数として表したマップを参照する方法を用いることができる。
そして、車体姿勢演算回路４０は、車体１Ａを前方注視点側に向けるヨー角姿勢を算出する（ステップＳ３）。このとき、車体姿勢演算回路４０は、図５に示す車体中心方向とステップＳ２において予測した前方注視点の方向とがなす角を制御量として算出する。

次に、サスペンション作動量演算回路５０は、ステップＳ３において車体姿勢演算回路４０が算出したヨー角姿勢とするために、現在の車両全体重心に対して車体１Ａを移動させる際に必要となる加速度を算出する（ステップＳ４）。
そして、サスペンション作動量演算回路５０は、ステップＳ４において算出した加速度が、車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１〜５ＦＬ−３，５ＦＲ−１〜５ＦＲ−３，５ＲＬ−１〜５ＲＬ−３，５ＲＲ−１〜５ＲＲ−３の駆動力の限界を上回っているか否かの判定を行う（ステップＳ５）。ステップＳ４において算出された加速度が車体運動用アクチュエータの駆動力の限界を上回っているか否かは、予め規定した駆動力の限界を表す設定値と、ステップＳ４において算出された加速度とを比較することにより判定する。

ステップＳ５において、ステップＳ４で算出された加速度が車体運動用アクチュエータの駆動力の限界を上回っていると判定した場合、サスペンション作動量演算回路５０は、車両全体重心に対して車体１Ａを移動させる際の加速度を予め設定した上限値に固定する（ステップＳ６）。
ステップＳ６の後、および、ステップＳ５において、ステップＳ４で算出された加速度が車体運動用アクチュエータの駆動力の限界を上回っていないと判定した場合、サスペンション作動量演算回路５０は、（１）式に従って車両の横加速度に伴う慣性力Ｆ_ＢＹを算出し、さらに、（２），（３）式に従って前輪および後輪の仮想左右連結軸における反作用力を算出する（ステップＳ７）。

次いで、サスペンション作動量演算回路５０は、車体１Ａのヨー角姿勢を変化させる際のヨー角加速度に伴う慣性モーメントＮ_ＢＺを（４）式に従って算出し、さらに、（５），（６）式に従って前輪および後輪の仮想左右連結軸における反作用力を算出する（ステップＳ８）。
そして、サスペンション作動量演算回路５０は、前輪および後輪の仮想左右連結軸それぞれについて、ステップＳ７において算出した横加速度に関する反作用力とステップＳ８において算出したヨー運動に関する反作用力とを加算する（ステップＳ９）。

さらに、サスペンション作動量演算回路５０は、（７），（８）式に従って、ステップＳ９において算出した反作用力を各車輪において分担するためのタイヤスリップ角を算出する（ステップＳ１０）。このとき、本実施形態においては、前輪および後輪それぞれにおいて、算出したタイヤスリップ角を左右の車輪に均等にトー角として付加する。
その後、ステップＳ１０において算出されたタイヤスリップ角を示す信号がサスペンション作動量演算回路５０からアクチュエータ駆動回路６０に出力され、アクチュエータ駆動回路６０が、車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１〜５ＦＬ−３，５ＦＲ−１〜５ＦＲ−３，５ＲＬ−１〜５ＲＬ−３，５ＲＲ−１〜５ＲＲ−３それぞれを、そのタイヤスリップ角とするための作動量を算出して、各車体運動用アクチュエータを制御する。
ステップＳ１０の後、車体姿勢演算回路４０およびアクチュエータ作動量演算回路５０は車体運動制御処理を繰り返す。

（動作）
次に、自動車１の動作を説明する。
自動車１がイグニションオン状態とされると、車体運動制御処理が開始され、自動車１の運転中は、常時、車体運動制御処理が実行される。
そして、運転者が自動車１を運転し、例えば、直進状態から旋回状態へと操舵操作を行うと、車体姿勢演算回路４０が、その旋回状態に適する前方注視点を予測し、車体１Ａをその前方注視点側に向けるためのヨー角姿勢を算出する。

すると、サスペンション作動量演算回路５０が、現在の車両全体重心に対して車体１Ａを移動させる際に必要となる加速度を算出し、車体運動用アクチュエータ５ＦＬ−１〜５ＦＬ−３，５ＦＲ−１〜５ＦＲ−３，５ＲＬ−１〜５ＲＬ−３，５ＲＲ−１〜５ＲＲ−３の駆動力の限界を上回っていれば、車体１Ａを運動させる際の加速度を上限値に固定し、限界を上回っていなければ、横加速度およびヨー運動に伴う前後輪の仮想左右連結軸における反作用力を算出し、さらに、各車輪のタイヤスリップ角を算出する。

そして、算出したタイヤスリップ角に対応するトー角を前後輪に付加すべく、アクチュエータ駆動回路６０が各車体運動用アクチュエータを制御する。
その結果、車体１Ａを４輪に対して変化させ、前方注視点側を向かせることができると共に、その際の車体１Ａの運動により、車両全体の挙動に変化が生ずることを抑制できる。

以上のように、本実施形態に係る自動車１は、車体１Ａと各駆動輪のサブフレームとが、車幅方向および車両前後方向に距離を調節可能であると共に、車体１Ａに対するサブフレームの角度を調節可能な構造を有し、車両の走行状態に応じて、４輪に対し、車体１Ａをヨー方向に回転させたり、車両前後方向および左右方向に平行移動させたりすることができる。また、４輪に対して車体１Ａを運動させる際、この車体運動による慣性力を４輪の転舵（トー角変化）によって打ち消す制御を行う。

したがって、車輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、車両全体の運動に生ずる変化を抑制することができる。
なお、本実施形態においては、車体運動用アクチュエータおよび転舵用アクチュエータが駆動手段を構成し、その車体運動用アクチュエータおよび転舵用アクチュエータと、インホイールモータ、サブフレーム、ロアアームおよびストラットとがサスペンション機構を構成し、車体姿勢演算回路が車体姿勢演算手段を構成し、サスペンション作動量演算回路およびアクチュエータ駆動回路がサスペンション制御手段を構成している。

（第１実施形態の効果）
（１）本発明に係るサスペンション装置によれば、サスペンション機構に備えられた駆動手段によって、車体に対する車輪の前後左右方向の位置および姿勢が変化可能であり、サスペンション制御手段によって、車体姿勢演算手段が設定した車体のヨー方向の向きに、設定された車両中心点と各車輪との位置関係が維持されつつ、各車輪に対して車体を回転される。また、このとき、サスペンション制御手段によって、各車輪は、車体の回転運動に応じた反作用力を発生する姿勢に制御される。
したがって、車輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、その相対運動による慣性力を各車輪において発生される反作用力によって打ち消すことができ、車両全体の運動に生ずる変化を抑制することが可能となる。

（２）サスペンション機構が、サブフレームによって車輪を支持し、車体運動用アクチュエータによって、そのサブフレームを車体に対して前後左右方向に移動する構成であるため、従来のサスペンション構造を活用しつつ、簡単な構成を付加することで、本発明の機能を実現することができる。
（３）サスペンション制御手段が、車輪のトー角変化によって車体の回転運動に対する反作用力を発生させるので、転舵制御と同様の機構を用いて、簡単に反作用力を発生させることができる。
（４）車体姿勢演算手段が、車両の走行状態に応じた前方注視点の方向に車体の向きを設定するので、運転者は、より少ない動作で視線を前方注視点に向けることができる。

（５）本発明に係る自動車によれば、サスペンション機構に備えられた駆動手段によって、車体に対する車輪の前後左右方向の位置および姿勢が変化可能であり、ステアリングホイールに入力された操舵操作に応じて、サスペンション制御手段によって、車体姿勢演算手段が設定した車体のヨー方向の向きに、設定された車両中心点と各車輪との位置関係が維持されつつ、各車輪に対して車体を回転される。また、このとき、サスペンション制御手段によって、各車輪は、車体の回転運動に応じた反作用力を発生する姿勢に制御される。
したがって、各車輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、その相対運動による慣性力を各車輪において発生される反作用力によって打ち消すことができ、車両全体の運動に生ずる変化を抑制することが可能となる。
（６）本発明に係る車両運動制御方法によれば、車輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、車体が発生する慣性力を車輪において吸収でき、車両全体の運動に変化を生じさせることを抑制できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態に係る自動車２は、第１実施形態に係る自動車１に対し、車体１Ａと駆動輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲとを連結するサスペンション構造が異なるものであり、車体運動制御方法および車体姿勢演算方法については同様である。
したがって、以下、自動車２のサスペンション構造を主として説明する。

（構成）
図１１は、本発明の第２実施形態に係る自動車２の構成を示す概略図である。
図１１において、自動車２は、前後左右の駆動輪２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲそれぞれと車体１Ａとが複数（ここでは６本）の直動型アクチュエータを介して連結されたサスペンション構造を有し、これら複数のアクチュエータにおける駆動ロッドの伸縮を制御することで、各駆動輪の転舵角、キャンバ角、トー角および車体１Ａとの距離を調整することが可能となっている。

図１２は、自動車２のサスペンション構造を示す図である。
なお、自動車２のサスペンション構造は、前後左右の駆動輪それぞれにおいて同様であるため、左前輪部分を例に挙げて説明する。
図１２において、自動車２のサスペンション構造は、車体１Ａに固定された６角形のアクチュエータ支持板１Ｂと、アクチュエータ支持板１Ｂの各頂点にボールジョイントを介してシリンダを連結されると共に、インホイールモータ３ＦＬにおいてアクチュエータ支持板１Ｂの各頂点と対向する位置に、駆動ロッドの先端をボールジョイントを介して連結されたアクチュエータ１０１ＦＬ〜１０６ＦＬとを有する構成である。
これら６本のアクチュエータ１０１ＦＬ〜１０６ＦＬはパラレルメカニズムを構成しており、アクチュエータ１０１ＦＬ〜１０６ＦＬを連動させて制御することにより、それによって支持されているホイールインモータ３ＦＬと駆動輪２ＦＬを３次元的に動かすことが可能になる。

図１３は、自動車２のサスペンション構造における動作状態の例を示す図である。
図１３（ａ）においては、アクチュエータ１０１ＦＬ〜１０６ＦＬを制御して駆動輪３ＦＬが転舵された状態となっており、図１３（ｂ）においては、アクチュエータ１０１ＦＬ〜１０６ＦＬをさらに制御して、キャンバ角も変化された状態となっている。

（動作）
次に、自動車２の動作を説明する。
自動車２がイグニションオン状態とされると、車体運動制御処理が開始され、自動車２の運転中は、常時、車体運動制御処理が実行される。
そして、運転者が自動車２を運転し、例えば、直進状態から旋回状態へと操舵操作を行うと、車体姿勢演算回路４０が、その旋回状態に適する前方注視点を予測し、車体１Ａをその前方注視点側に向けるためのヨー角姿勢を算出する。

すると、サスペンション作動量演算回路５０が、現在の車両全体重心に対して車体１Ａを移動させる際に必要となる加速度を算出し、各駆動輪における６本のアクチュエータそれぞれの駆動力の限界を上回っていれば、車体１Ａを運動させる際の加速度を上限値に固定し、限界を上回っていなければ、横加速度およびヨー運動に伴う前後輪の仮想左右連結軸における反作用力を算出し、さらに、各車輪のタイヤスリップ角を算出する。
そして、算出したタイヤスリップ角に対応するトー角を前後輪に付加すべく、アクチュエータ駆動回路６０がアクチュエータを制御する。
その結果、車体１Ａを４輪に対して変化させ、前方注視点側を向かせることができると共に、その際の車体１Ａの運動により、車両全体の挙動に変化が生ずることを抑制できる。

図１４は、車体１Ａを４輪に対してヨー方向へ姿勢変化させることなく、車輪が左に転舵された場合の自動車２の状態を示す図である。
図１４においては、例えば、高速道路での車線変更時等、前方注視点が直進状態とほぼ変わらない場合に、車体１Ａの向きを維持したまま、４輪を転舵して進路を変更する際の動作を示している。
図１５は、車体１Ａを４輪に対してヨー方向へ姿勢変化させつつ、車輪が左に転舵された場合の自動車２の状態を示す図である。
図１５においては、例えば、街中の交差点における左折時等、前方注視点が直進状態から左方向に大きく変化し、車体１Ａの向きを４輪に対して左に回転させつつ、４輪を転舵して進路を変更する際の動作を示している。

ここで、本実施形態に係る自動車２においては、車体１Ａを４輪に対してヨー方向に回転させる際に、各駆動輪をトー角方向に変化させて車体運動の反作用力を発生させることの他、キャンバ角を変化させて車体運動の反作用力を発生させることもできる。このように、キャンバ角を変化させて車体運動の反作用力を発生させることによっても、車両全体の運動が、４輪に対する車体の過渡運動の影響を受けることを防止できる。

以上のように、本実施形態に係る自動車２は、４輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、６本のアクチュエータ１０１ＦＬ〜１０６ＦＬによって構成された６自由度のパラレルメカニズムによって車輪の姿勢を制御し、車体運動の慣性力に対する反作用力を発生させることができる。
そのため、車輪のトー角変化の他、キャンバ角変化といった姿勢変化を利用して、車輪における反作用力を発生させることができ、より適切に車体運動の慣性力を吸収することができる。

即ち、車輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際に、車両全体の運動に生ずる変化をより効果的に抑制することができる。
なお、上記実施形態においては、アクチュエータ支持板と、６本のアクチュエータと、インホイールモータとを１組として６自由度のパラレルメカニズムが構成されている。

（第２実施形態の効果）
（１）６自由度のパラレルメカニズムによって車体と車輪とが連結されているので、車体運動の慣性力をより適切に吸収する車輪姿勢を実現することができる。
（応用例）
上記実施形態においては、転舵角あるいはキャンバ角といった車輪の姿勢変化によって、４輪に対して車体を路面平面と平行に相対運動させる際の、車両全体の運動に生ずる変化を抑制するものとして説明したが、車輪の姿勢変化以外によって、車体運動に対する反作用力を発生することもできる。

例えば、４輪に対して、車体を前後方向に運動させる場合には、駆動力あるいは制動力を用いて、車両全体の運動に生ずる変化を抑制することができる。
即ち、４輪に対して、車体を前方に運動させる場合、車輪には後ろ向きの力が加わるため、これを駆動力によって打ち消し、車両全体の速度が低下することを防止できる。
また、４輪に対して、車体を後方に運動させる場合、車輪には前向きの力が加わるため、これを制動力によって打ち消し、車両全体の速度が上昇することを防止できる。

本発明の第１実施形態に係る自動車１の構成を示す概略図である。 自動車１のサスペンション構造の具体例を示す図である。 自動車１の制御系統の構成を示すブロック図である。 ドライバの運転制御モデルの概念を示す図である。 ドライバの前方注視点のイメージを示す図である。 車体運動時における車両全体重心と車体重心との関係を示す概念図である。 車体が車両全体重心に対して運動する際に、その運動が車両運動に与える影響の概念を示す図である。 本実施形態において設定する車両の運動中心を示す図である。 幾何学運動中心と各車輪との配置関係を相対的に変化させることなく、４輪に対して車体を運動させる場合の制御ロジック示す図である。 自動車１の車体姿勢演算回路４０およびサスペンション作動量演算回路５０において実行される車体運動制御処理のフローチャートを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る自動車２の構成を示す概略図である。 自動車２のサスペンション構造を示す図である。 自動車２のサスペンション構造における動作状態の例を示す図である。 車体１Ａを４輪に対してヨー方向へ姿勢変化させることなく、車輪が左に転舵された場合の自動車２の状態を示す図である。 車体１Ａを４輪に対してヨー方向へ姿勢変化させつつ、車輪が左に転舵された場合の自動車２の状態を示す図である。

符号の説明

１，２ 自動車、２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲ 駆動輪、３ＦＬ インホイールモータ、４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲ サブフレーム、５ＦＬ−１〜５ＦＬ−３，５ＦＲ−１〜５ＦＲ−３，５ＲＬ−１〜５ＲＬ−３，５ＲＲ−１〜５ＲＲ−３ 車体運動用アクチュエータ、６ＦＬ ロアアーム、７ＦＬ ストラット、８ＦＬ 転舵用アクチュエータ、９ＦＬ タイロッド、１０ 操舵角センサ、２０ 速度センサ、３０ 横加速度センサ、４０ 車体姿勢演算回路、５０ サスペンション作動量演算回路、６０ アクチュエータ駆動回路、１０１ＦＬ〜１０６ＦＬ アクチュエータ

Claims (7)

1. 運転席を有する車体と、
   車体と車輪とを連結し、車体に対する車輪の前後左右方向の位置および姿勢を変化させる駆動手段を備えたサスペンション機構と、
   車両の走行状態に応じて、車体のヨー方向の向きを設定する車体姿勢演算手段と、
   前記サスペンション装置の駆動手段を制御して、設定された車両中心点と各車輪との位置関係を維持しつつ、前記車体姿勢演算手段によって設定されたヨー方向の向きに各車輪に対して車体を回転させると共に、各車輪をその車体の回転運動に応じた反作用力が発生する姿勢に制御するサスペンション制御手段と、
   を備えることを特徴とするサスペンション装置。
2. 前記サスペンション機構は、
   各車輪を支持するサブフレームと、
   前記サブフレームを車体に対して前後左右方向に移動可能に連結する車体運動用アクチュエータと、
   前記車輪を転舵する転舵用アクチュエータと、
   を備えることを特徴とする請求項１記載のサスペンション装置。
3. 前記サスペンション機構は、車輪と車体とを並列な複数本のアクチュエータによって連結した６自由度のパラレルメカニズムによって構成されていることを特徴とする請求項１記載のサスペンション装置。
4. 前記サスペンション制御手段は、各車輪のトー角を変化させることによって、ヨー方向の向きに各車輪に対して車体を回転させる際の回転運動に応じた反作用力を発生させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のサスペンション装置。
5. 前記車体姿勢演算手段は、車両の走行状態に基づいて設定される前方注視点の方向に車体の向きを設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のサスペンション装置。
6. 運転席を有する車体と、
   運転席の前部位置に設置され、操舵操作が入力されるステアリングホイールと、
   車体と車輪とを連結し、車体に対する車輪の前後左右方向の位置および姿勢を変化させる駆動手段を備えたサスペンション機構と、
   車両の走行状態に応じて、車体のヨー方向の向きを設定する車体姿勢演算手段と、
   前記サスペンション装置の駆動手段を制御して、設定された車両中心点と各車輪との位置関係を維持しつつ、前記車体姿勢演算手段によって設定されたヨー方向の向きに各車輪に対して車体を回転させると共に、各車輪をその車体の回転運動に応じた反作用力が発生する姿勢に制御するサスペンション制御手段と、
   を備えることを特徴とする自動車。
7. 車体を車輪に対して前後左右あるいはヨー方向に相対運動させる車体運動ステップと、
   車体の相対運動によって各車輪に働く力を打ち消す反作用力を、各車輪において発生させる反作用力発生ステップと、
   を含むことを特徴とする車両運動制御方法。

Images