JP2009255910A

JP2009255910A - 後輪トー角制御装置

Info

Publication number: JP2009255910A
Application number: JP2009071668A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Sasaki; 博章佐々木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: US20090243237A1; EP2105371A1; EP2105371B1; JP4633175B2; DE602009000048D1; US7871085B2

Abstract

【課題】左右の後輪にコーナリングパワーの差が生じた場合にも安定したステアリング特性を維持する。
【解決手段】左右の後輪５ｌ，５ｒに対して電動アクチュエータ１１ｌ，１１ｒをそれぞれ有する後輪トー角可変式の自動車Ｖに設けられ、電動アクチュエータ１１の駆動制御に供される後輪トー角制御装置１０において、左右の後輪５ｌ，５ｒのコーナリングパワーを検出する手段として、タイヤ空気圧判定部２３およびタイヤ種類判定部２４を備え、タイヤ空気圧判定部２３およびタイヤ種類判定部２４によって一方の後輪５にコーナリングパワーの低下が判定された場合、他方の後輪５のトー角θを、スリップ角αが大きくなる向きに補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、左右両後輪のトー角を変化させる後輪トー角可変車両において後輪トー角制御に供される後輪トー角制御装置に関し、特に、後輪タイヤのコーナリングパワーの変化に応じて後輪トー角を制御する技術に関する。

４輪自動車では一般に、操縦安定性を確保すべく前輪にトー角が設定されているとともに、進行方向を変更する場合には左右の前輪を操舵する。近年では、制動時の安定性や加速時の応答性を高めるため、或いは、高速旋回走行時の斜め走りを防止し、低速旋回時の回頭性を高めるべく、後輪のトー角を制御可能な後輪トー角可変制御装置を搭載した自動車が開発されている。

このような後輪トー角可変制御装置として、後輪を支持する懸架装置のラテラルリンクあるいはトレーリングリンクと車体との連結部に直線変位する電動アクチュエータを左右の後輪にそれぞれ設け、これら電動アクチュエータを伸縮駆動することによって左右両後輪のトー角を個別に可変制御できるように構成したものが知られている（特許文献１参照）。

ところで、自動車の車輪は一般に、ホイールに装着した中空構造の合成ゴム製タイヤに圧縮空気を充填することにより、走行時における路面の凹凸による衝撃の車体への伝達を抑制するとともに、路面との接地面積を小さくして小さな抵抗で自動車が走行できるようにしている。タイヤの状態は、自動車の操縦性に大きな影響を与えるため、常時監視されることが望ましく、これまでにも様々なタイヤ状態の検出方法が提案されている。例えば、歯車などの回転検出部が形成された回転体を車輪に一体に設け、回転検出部の通過を検出して車輪速度を検出する車輪速度検出手段の検出結果を基準値と比較することにより、タイヤ状態を判定するタイヤ異常検出装置が知られている（特許文献２参照）。
特開平９−３０４３８号公報特開平１０−７１８１９号公報

しかしながら、走行距離の増大や運転状態、路面状態などに応じて次第に空気圧が低下し、タイヤの性能が低下することがある。また、空気漏れやパンクなどによってテンポラリタイヤを装着した場合にもタイヤ性能は低下する。テンポラリタイヤは正常なタイヤに比べて磨耗が早いため、テンポラリタイヤを装着したまま自動車が走行を続けると、タイヤ性能の低下がより顕著になる。このようにして一方の車輪のタイヤ性能が低下すると、左右輪のコーナリングパワーに差が生じ、自動車は旋回走行や蛇行走行する際に旋回方向によってステアリング特性が変わる運転しずらい車両特性となってしまう。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、左右両後輪のトー角を変化させる後輪トー角可変車両において、左右の後輪のコーナリングパワーに差が生じた場合にも安定したステアリング特性を維持できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、左右の後輪に対してトー角可変手段をそれぞれ有する後輪トー角可変車両に設けられ、前記トー角可変手段の駆動制御に供される後輪トー角制御装置であって、左右の後輪のコーナリングパワーを検出するコーナリングパワー検出手段を備え、前記コーナリングパワー検出手段によって一方の後輪にコーナリングパワーの低下が検出された場合、他方の後輪のトー角を、スリップ角が大きくなる向きに変化させるように構成する。

上記構成の後輪トー角制御装置においては、前記コーナリングパワー検出手段によって一方の後輪にコーナリングパワーの低下が検出された場合、当該他方の後輪のトー角を、スリップ角が小さくなる向きに変化させると良い。

これらの場合、前記コーナリングパワー検出手段が、左右の後輪の空気圧を検出する空気圧検出手段と、左右の後輪に装着されたタイヤの種類を判定するタイヤ種類判定手段との少なくとも一方を含むように構成すると良い。

なお、コーナリングパワーとは、単位スリップ角あたりの横力（コーナリングフォース）のことである。すなわち、図７に示すように、横軸にスリップ角αをとり、縦軸に横力をとったグラフにおいて、スリップ角αの増大に比例して横力が大きくなる直線部の傾きがコーナリングパワーであり、タイヤ性能の重要な指標の１つとなる。

本発明によれば、左右一方の後輪にコーナリングパワーの低下が検出された場合に他方の後輪のトー角をスリップ角が大きくなる向きに変化させることにより、旋回走行時のステアリング特性を通常時のものに近づけ、所定の操縦安定性を確保することが可能となる。

また、左右一方の後輪にコーナリングパワーの低下が検出された場合にコーナリングパワーが低下した側の後輪のトー角をスリップ角が小さくなる向きに変化させることにより、コーナリングパワーが低下した後輪の横力を減少させ、タイヤのバーストやリム落ちを予防できる。

更に、コーナリングパワー検出手段として、左右の後輪の空気圧を検出する空気圧検出手段と、左右の後輪に装着されたタイヤの種類を判定するタイヤ種類判定手段との少なくとも一方を採用することにより、コーナリングパワーの検出を可能とし、更に両手段を採用すれば、操縦安定性を一層向上させることができる。

後輪トー角制御装置を備えた自動車の概略構成図後輪トー角制御装置の概略ブロック図スリップ角の説明図前輪と同相に転舵された後輪の目標トー角の説明図前輪と逆相に転舵された後輪の目標トー角の説明図目標後輪トー角補正手順を示すフローチャートコーナリングパワーを示すグラフ

以下、図面を参照して、本発明に係る後輪トー角制御装置１０を備えた後輪トー角可変車両の一実施形態について詳細に説明する。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材や要素、例えば後輪トー角などについては、それぞれ符号の数字に左右を示す添字ｌまたはｒを付して、例えば、左側後輪５ｌ、右側後輪５ｒ、左側トー角θｌ、右側トー角θｒと記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５または後輪５ｌ，５ｒ、トー角θまたはトー角θｌ，θｒと記す。

図１は実施形態に係る後輪トー角制御装置１０を備えた自動車Ｖの概略構成図である。自動車Ｖは、タイヤ２ｌ，２ｒが装着された前輪３ｌ，３ｒと、タイヤ４ｌ，４ｒが装着された後輪５ｌ，５ｒとを備えており、これら前輪３ｌ，３ｒおよび後輪５ｌ，５ｒが、左右のフロントサスペンション６ｌ，６ｒおよびリヤサスペンション７ｌ，７ｒによってそれぞれ車体１に懸架されている。

また、自動車Ｖは、ステアリングホイール８の操舵により、ラックアンドピニオン機構を介して前輪３を直接転舵する前輪操舵装置９と、左右のリヤサスペンション７ｌ，７ｒに設けられた左右の電動アクチュエータ１１ｌ，１１ｒを伸縮駆動することにより、左右の後輪５ｌ，５ｒのトー角θｌ，θｒを個別に変化させる後輪トー角制御装置１０とを備えている。詳細な図示は省略するが、電動アクチュエータ１１は、車体１側に連結されたハウジングや、ハウジング内に収容されたモータ、減速機、台形ねじを用いた送りねじ機構、送りねじ機構の雌ねじ部材を構成するとともに、後輪５側に連結された出力ロッドなどから構成されており、モータの回転運動を送りねじ機構でスラスト運動に変換することにより直線的に伸縮動する。なお、送りねじ機構は、ねじのリード角と摩擦角との関係を利用したセルフロック機能を備えており、出力ロッド側から入力があっても逆差動しない構造となっている。

自動車Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２や、左右の後輪５に対して設けられたタイヤ空気圧センサ１３ｌ，１３ｒおよび車輪回転速度センサ１４ｌ，１４ｒの他、図示しない種々のセンサが設置されており、各センサの検出信号はＥＣＵ１２に入力して車両の制御に供される。ＥＣＵ１２は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバなどから構成されており、通信回線を介して各センサ１３，１４や、後述するＭＣＵ（Motor Control Unit）１５などと接続されている。ＥＣＵ１２は、各センサの検出結果に基づいて左右の後輪５の目標トー角θｌｔ，θｒｔを設定し、ＭＣＵ１５に対して駆動制御信号を出力することにより、後輪５のトー角制御を左右別々に行うことができる。

ＭＣＵ１５は、ＥＣＵ１２から出力された駆動制御信号に基づいて電動アクチュエータ１１を駆動制御する駆動制御手段や、左右の電動アクチュエータ１１に流れる電流値を検出する電流検出手段、左右の電動アクチュエータ１１に設置されたストロークセンサ１６の検出値と電流検出手段の検出値とに基づき、電動アクチュエータ１１の故障を検知する故障検知手段などを含んでいる。

ストロークセンサ１６ｌ，１６ｒは、近接配置されたマグネットの位置を差動変圧から検出することにより、各電動アクチュエータ１１のストローク量を検出し、検出結果をＭＣＵ１５に入力する。ＭＣＵ１５は、ストロークセンサ１６により検出された実ストローク量とＥＣＵ１２により設定された後輪５の目標トー角θｔに基づく目標ストローク量との差に基づいて電動アクチュエータ１１の駆動制御を行い、後輪５ｌ，５ｒを所望のトー角θｌ，θｒへと変化させる。

このように構成された自動車Ｖによれば、左右の電動アクチュエータ１１を同時に対称的に変位させることにより、左右の後輪５のトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる他、左右の電動アクチュエータ１１の一方を伸ばして他方を縮めれば、左右の後輪５を左右に転舵することも可能である。例えば自動車Ｖは、操縦安定性を高めるべく、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、加速時には後輪５をトーアウトに、制動時には後輪５をトーインに変化させ、高速旋回走行時には後輪５を前輪３と同相に、低速旋回走行時には後輪５を前輪３と逆相にトー変化（転舵）させる。

図２に示すように、後輪トー角制御装置１０を構成するＥＣＵ１２は、入力インタフェース２１と、目標後輪トー角設定部２２と、タイヤ空気圧判定部２３と、タイヤ種類判定部２４と、目標後輪トー角補正部２５と、出力インタフェース２６とを構成要素として備えている。

入力インタフェース２１には、タイヤ空気圧センサ１３が検出した空気圧信号や、車輪回転速度センサ１４が検出した回転速度信号の他、図示しない各種センサの検出信号が入力する。目標後輪トー角設定部２２は、入力インタフェース２１から入力した車速や、前輪舵角、車体の前後加速度などに基づいて左右の後輪５ｌ，５ｒの目標トー角θｌｔ，θｒｔを設定する。

タイヤ空気圧判定部２３は、タイヤ空気圧センサ１３が検出した空気圧信号に基づいて左右の後輪５の空気圧が所定値以下に低下したか否かを判定する。タイヤ種類判定部２４は、タイヤ空気圧センサ１３が検出した空気圧信号および車輪回転速度センサ１４の回転速度信号に基づいて左右の後輪５のタイヤ種類を判定する。タイヤ種類の判定は、例えば、テンポラリタイヤにもタイヤ空気圧センサ１３が設置されている場合、タイヤ空気圧が所定値以上であるにも拘わらず車輪回転速度が速い場合にタイヤ径の小さなテンポラリタイヤが装着されているものと判定したり、正常な空気圧よりも高い空気圧が検出された場合にテンポラリタイヤが装着されているものと判定したりすることにより行われ、テンポラリタイヤにタイヤ空気圧センサ１３が設置されていない場合、一方のタイヤ空気圧が検出されない場合にテンポラリタイヤが装着されているものと判定することにより行われる。

目標後輪トー角補正部２５は、タイヤ空気圧判定部２３の判定結果およびタイヤ種類判定部２４の判定結果に基づいて、目標後輪トー角設定部２２により設定された左右の後輪５の目標トー角θｌｔ，θｒｔを補正する。なお、詳細については後述するが、後輪５の目標トー角θｔの補正は、タイヤ空気圧判定部２３により空気圧の低下が判定されるか、タイヤ種類判定部２４によりテンポラリタイヤの装着が判定された場合、その後輪５のコーナリングパワーが低下しているものと捉え、コーナリングパワーが低下した後輪５のトー角θを、スリップ角αが小さくなる向きに補正するとともに、コーナリングパワーが低下した後輪５と反対側の後輪５のトー角θを、スリップ角αが大きくなる向きに補正する。

そして、目標後輪トー角補正部２５で補正された目標トー角θｔは、出力インタフェース２６を介してＭＣＵ１５へ出力され、電動アクチュエータ１１の目標ストローク量に変換されて電動アクチュエータ１１の制御目標値として利用される。

次に、上記した目標トー角θｔの補正について具体的に説明する。まず、スリップ角は、タイヤの向きとタイヤが進む向きとの間の角度であり、図３に示すように、自動車Ｖが前輪３を転舵して極低速で走行する場合、前輪３および後輪５は実線矢印で示すようにタイヤの向きと一致する方向に進み、スリップ角αは０となる。そして、車体１は旋回中心Ｏを中心とする半径Ｒの円に沿って旋回する。自動車Ｖが車速を上げていくと、自動車Ｖに遠心力が作用し、前輪３および後輪５は破線矢印で示すようにタイヤの向きよりも旋回外側の方向へ進み、スリップ角αが生じる。そして、車体１は半径Ｒよりも大きな半径の円に沿って旋回することとなる。スリップ角αは車速が高いほど、或いは旋回半径が小さいほど大きくなる。

図４に示すように、高速旋回走行時などに後輪５が前輪３と同相に転舵されている場合、後輪５は、旋回内側へ転舵され、タイヤの向きよりも旋回外側へ開いたスリップ角αを有する。そして（Ａ）に示すように、例えば右旋回走行中に左側後輪５ｌのコーナリングパワーが低下した場合、左側後輪５ｌの目標トー角θｌｔは、スリップ角αが小さくなる旋回外向き、すなわちトー角θｌが小さくなる向きに補正され、右側後輪５ｒの目標トー角θｒｔは、スリップ角αが大きくなる旋回内向き、すなわちトー角θｒが大きくなる向きに補正される。また、（Ｂ）に示すように、例えば右旋回走行中に右側後輪５ｒのコーナリングパワーが低下した場合、右側後輪５ｒの目標トー角θｒｔは、スリップ角αが小さくなる旋回外向き、すなわちトー角θｒが小さくなる向きに補正され、左側後輪５ｌの目標トー角θｌｔは、スリップ角が大きくなる旋回内向き、すなわちトー角θｌが大きくなる向きに補正される。

一方、図５に示すように、自動車Ｖが低速旋回中などに後輪５が前輪３と逆相に転舵されている場合、後輪５は、旋回外側へ転舵され、図４と同様にタイヤの向きよりも旋回外側へ開いたスリップ角αを有する。そして（Ａ）に示すように、例えば右旋回走行中に左側後輪５ｌのコーナリングパワーが低下した場合、左側後輪５ｌの目標トー角θｌｔは、スリップ角αが小さくなる旋回外向き、すなわちトー角θｌが大きくなる向きに補正され、右側後輪５ｒの目標トー角θｒｔは、スリップ角αが大きくなる旋回内向き、すなわちトー角θｒが小さくなる向きに補正される。また、（Ｂ）に示すように、例えば右旋回走行中に右側後輪５ｒのコーナリングパワーが低下した場合、右側後輪５ｒの目標トー角θｒｔは、スリップ角αが小さくなる旋回外向き、すなわちトー角θｒが大きくなる向きに補正され、左側後輪５ｌの目標トー角θｌｔは、スリップ角が大きくなる旋回内向き、すなわちトー角θｌが小さくなる向きに補正される。

なお、図示は省略するが、後輪５のトー角が０に設定されている場合にも、図４、図５に示す場合と同様に、旋回走行中に一方の後輪５のコーナリングパワーが低下した場合、コーナリングパワーが低下した側の後輪５の目標トー角θｔは、スリップ角αが小さくなる向き、すなわち旋回外輪であればトーアウトに、旋回内輪であればトーインに設定され、コーナリングパワーが低下していない側の後輪５の目標トー角θｔは、スリップ角αが大きくなる向き、すなわち旋回外輪であればトーインに、旋回内輪であればトーアウトに設定される。

次に、図６を参照して後輪トー角制御装置１０による目標後輪トー角補正処理の手順について説明する。自動車Ｖはエンジンを始動すると、所定のインターバルで以下の目標後輪トー角補正処理を行う。

ＥＣＵ１２は先ず、タイヤ空気圧判定部２３において、後輪５のタイヤ空気圧Ｐｌ，Ｐｒが所定の空気圧以下に低下したか否かを判定する（ステップ１）。この判定では、左右どちらかの後輪５のタイヤ空気圧Ｐが低下した場合にタイヤ空気圧Ｐの低下あり（Ｙｅｓ）と判定し、左右の後輪５共にタイヤ空気圧Ｐが低下していない場合および、左右の後輪５共にタイヤ空気圧Ｐが低下した場合に、タイヤ空気圧Ｐの低下なし（Ｎｏ）と判定する。

ステップ１でタイヤ空気圧Ｐの低下なし（Ｎｏ）と判定された場合、ＥＣＵ１２はタイヤ種類判定部２４において、左右どちらかの後輪５に異径タイヤなどのテンポラリタイヤが装着されているか否か判定する（ステップ２）。この判定では、左右どちらかの後輪５にテンポラリタイヤが装着されている場合にテンポラリタイヤ装着あり（Ｙｅｓ）と判定し、左右どちらの後輪５にもテンポラリタイヤが装着されていない場合および、左右両方の後輪５にテンポラリタイヤが装着されている場合に、テンポラリタイヤ装着なし（Ｎｏ）と判定する。ステップ２でテンポラリタイヤ装着なし（Ｎｏ）と判定された場合、ＥＣＵ１２は本処理を完了する。

一方、ステップ１でタイヤ空気圧Ｐの低下あり（Ｙｅｓ）と判定された場合および、ステップ２でテンポラリタイヤ装着あり（Ｙｅｓ）と判定された場合、ＥＣＵ１２は目標後輪トー角補正部２５において、空気圧の低下やテンポラリタイヤの装着によりコーナリングパワーが低下したタイヤ４が左側後輪５ｌであるか否かを判定した上で（ステップ３）、コーナリングパワーが低下したタイヤ４が左側後輪５ｌである場合（Ｙｅｓ）、車速や前輪舵角などから求めた右側後輪５ｒの目標トー角θｒｔを、右側後輪５ｒのスリップ角αが大きくなる向きに補正するとともに、左側後輪５ｌの目標トー角θｌｔを、左側後輪５ｌのスリップ角αが小さくなる向きに補正し、本処理を終了する。

一方、ステップ３でコーナリングパワーが低下したタイヤ４が右側後輪５ｒである（Ｎｏ）と判定された場合、目標後輪トー角補正部２５は、車速や前輪舵角などから求めた左側後輪５ｌの目標トー角θｌｔを、左側後輪５ｌのスリップ角αが大きくなる向きに補正するとともに、右側後輪５ｒの目標トー角θｒｔを、右側後輪５ｒのスリップ角αが小さくなる向きに補正し、本処理を終了する。

このように、左右一方の後輪５についてタイヤ空気圧Ｐが低下したと判定されるか、或いはテンポラリタイヤが装着されていると判定された場合に、その後輪５のコーナリングパワーが低下しているものとし、他方の後輪５の目標トー角θｔをスリップ角αが大きくなる向きに補正することにより、コーナリングパワーの低下していない後輪５の横力を増大させ、所望の合計横力を左右の後輪５に発生させて旋回時の車両安定性の低下を軽減することができる。また、空気圧低下やテンポラリタイヤの装着が検出された側の後輪５の目標トー角θｔを、スリップ角αが小さくなる向きに補正することにより、コーナリングパワーの低下した後輪５が負担する横力を減少させてバーストやリム落ちの危険性を低減することができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、コーナリングパワー検出手段として、タイヤ空気圧検出手段とタイヤ種類判定手段とを採用しているが、その他のパラメータからコーナリングパワーを検出してもよい。また、空気圧検出手段やタイヤ種類判定手段も上記実施形態のものに限定されるものではなく、各種センサや判定方法を採用することができる。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

Ｖ自動車
１車体
４タイヤ
５後輪
１０後輪トー角制御装置
１１電動アクチュエータ
１２ＥＣＵ
１３タイヤ空気圧センサ
１４車輪回転速度センサ
１５ＭＣＵ
２２タイヤ空気圧判定部
２３タイヤ種類判定部
２５後輪トー角補正部

Claims

左右の後輪に対してトー角可変手段をそれぞれ有する後輪トー角可変車両に設けられ、前記トー角可変手段の駆動制御に供される後輪トー角制御装置であって、
左右の後輪のコーナリングパワーを検出するコーナリングパワー検出手段を備え、
前記コーナリングパワー検出手段によって一方の後輪にコーナリングパワーの低下が検出された場合、他方の後輪のトー角をスリップ角が大きくなる向きに変化させることを特徴とする後輪トー角制御装置。
前記コーナリングパワー検出手段によって一方の後輪にコーナリングパワーの低下が検出された場合、当該一方の後輪のトー角をスリップ角が小さくなる向きに変化させることを特徴とする、請求項１に記載の後輪トー角制御装置。
前記コーナリングパワー検出手段は、左右の後輪の空気圧を検出する空気圧検出手段と、左右の後輪に装着されたタイヤの種類を判定するタイヤ種類判定手段との少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の後輪トー角制御装置。