JP2008055921A - 車両の後輪トー角可変制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の旋回状態を判別せずに後輪のトー角を適正に制御することのできる車両の後輪トー角可変制御装置を提供する。
【解決手段】左右後輪のトー角を個々に変化させる左右のアクチュエータ５Ｌ・５Ｒを備える車両の後輪トー角可変制御装置において、アクセルペダル或いはブレーキペダルの操作量センサ９・１０の出力がアクチュエータの制御条件に含まれるものとし、アクセルペダルの操作量に係わる値が所定値以上のときはトーアウトに、ブレーキペダルの操作量に係わる値が所定値以上のときはトーインになるようにアクチュエータを制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、左右後輪のトー角を個々に変化させるための車両の後輪トー角可変制御装置に関するものである。

左右の後輪を支持する懸架装置におけるラテラルリンク、あるいはトレーリングリンクの車体との連結部に油圧シリンダなどの直線変位アクチュエータを設け、これを伸縮駆動することにより、左右輪のトー角を個々に変化させることができるように構成したトー角可変制御装置が知られている（特許文献１、２を参照されたい）。
特公平８−２５４８２号公報 特開平９−３０４３８号公報

上記文献に記載の技術を始めとして、従来の後輪トー角可変制御装置は、後輪操舵装置の簡易型として計画されることが一般的であり、車両の旋回時における車両挙動に対応して後輪のトー角を制御しており、前輪舵角、横加速度、或いはヨーレイトに応じて後輪トー角の制御目標値を定めていた。

これによると、横加速度やヨーレイトは車体が向きを変えることで発生するものなので、これらに応じてトー角の制御量を決めていたのでは、応答遅れが大きくなってしまう。また、直進時に横風を受けたり路面の凹凸を通過したりする際に前輪を転舵したときにも後輪トー角が変化すると、直進安定性を損ねることもあり得る。

本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、車両の旋回状態を判別せずに後輪のトー角を適正に制御することのできる車両の後輪トー角可変制御装置を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、左右後輪のトー角を個々に変化させる左右のアクチュエータ５Ｌ・５Ｒを備える車両の後輪トー角可変制御装置において、アクセルペダル或いはブレーキペダルの操作量センサ９・１０の出力がアクチュエータの制御条件に含まれるものとし、アクセルペダルの操作量に係わる値が所定値以上のときはトーアウト方向にアクチュエータを制御し（請求項１）、ブレーキペダルの操作量に係わる値が所定値以上のときはトーイン方向にアクチュエータを制御する（請求項２）ものとした。特に、車両に作用する前後方向加速度の検出器７を有し、該検出器の出力をアクチュエータの制御条件に含むもの（請求項３）としたり、ロール剛性可変制御装置を有する場合は、該ロール剛性可変制御装置の作動状態を前記アクチュエータの制御条件に含むもの（請求項４）としたりすると良い。

このような本発明によれば、前輪の操舵に関係なく、加減速の状況に応じて後輪のトー角を適切に制御することができるので、応答遅れが無く旋回性・直進性を共に向上する上に大きな効果を奏することができる。また、ロール剛性の可変制御装置を備える場合は、ロール剛性の変化が旋回特性に与える影響をトー角制御によって補正することができるので、ロール剛性可変制御との協調により、乗り心地と操縦性とをより一層高次元に両立することができる。
しかも本発明によれば、リアサスペンションの幾何学的特性に起因して加速時のノーズリフト並びに減速時のノーズダイブによるトー角変化が後輪に生ずるが、これをトー角可変制御にてより好ましい特性に補正することができるので、リアサスペンションの設計自由度が高まる。
さらに、本発明制御によれば、運動性能ばかりでなく、直進時のタイヤの滑り角を最小化することでタイヤの転がり抵抗を低減することができるので、燃費の向上にも寄与するところ大である。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明が適用された車両の概要を示している。この車両Ｖは、ステアリングホイール１の操舵によって左右の前輪２Ｌ・２Ｒを直接転舵する前輪操舵装置３と、左右の後輪４Ｌ・４Ｒを車体に支持する後輪懸架装置における左右の例えばラテラルリンクの長さを個々に変化させて後輪４Ｌ・４Ｒのトー角を個々に変化させる左右のアクチュエータ５Ｌ・５Ｒと、各アクチュエータ５Ｌ・５Ｒの変位量から各後輪４Ｌ・４Ｒのトー角を個々に検知する左右のトー角センサ６Ｌ・６Ｒと、車体に作用する前後加速度を検知する加速度センサ７と、ステアリングホイール１の操舵角を検知する操舵角センサ８と、アクセルペダルに付設されたアクセルペダル操作量センサ９と、ブレーキペダルに付設されたブレーキペダル操作量センサ１０と、各センサの出力に基づいて各アクチュエータ５Ｌ・５Ｒの変位を制御するコントロールユニット１１とからなっている。なお、各車輪２Ｌ・２Ｒ・４Ｌ・４Ｒに付設した車輪速センサの信号を取得し、これらから前後加速度を演算によって求めることも可能である。

各アクチュエータ５Ｌ・５Ｒは、減速機付き電動モータとねじ機構とを組み合わせた回転運動／直線運動変換装置、あるいは流体圧でピストンロッドを直線駆動するシリンダ装置など、公知の適宜な直線変位アクチュエータを用いることができる。また各トー角センサ６Ｌ・６Ｒは、ポテンショメータなど、公知の変位センサを適用できるが、耐久性を考慮すると、電磁式など非接触センサが良い。

このように構成されたトー角可変制御装置によれば、左右のアクチュエータ５Ｌ・５Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪４Ｌ・４Ｒ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上、左右のアクチュエータ５Ｌ・５Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪４Ｌ・４Ｒを左右に転舵することもできる。

各後輪４Ｌ・４Ｒに与えるトー角の目標値は、走行状況に対応した最適値が予め設定されたマップを、現在のアクセルペダル操作量、ブレーキペダル操作量、及び前後加速度などの値に基づいて検索して求める。そして、各トー角センサ６Ｌ・６Ｒの出力（実トー位置）をフィードバックしつつ目標トー位置との偏差から各アクチュエータ５Ｌ・５Ｒの発生するべき最適トルクを演算し、それを実現するために電流をフィードバックしつつ電動モータをデューティー制御する。このように多重フィードバックループを設けることにより、高応答で安定した制御を可能にしている。

次に、旋回中に加減速度が発生した際の車両の運動について説明する。
旋回中の各車輪の荷重（Ｗfl〜Ｗrr）は、下式で表される。
Ｗfl（左前輪）＝Ｗf／２−Ｋφf／（Ｋφf＋Ｋφr）・ｈ・Ｗ・αy／ｄf−ｈ・Ｗ・αx／（２・Ｌ）
Ｗfr（右前輪）＝Ｗf／２＋Ｋφf／（Ｋφf＋Ｋφr）・ｈ・Ｗ・αy／ｄf−ｈ・Ｗ・αx／（２・Ｌ）
Ｗrl（左後輪）＝Ｗr／２−Ｋφr／（Ｋφf＋Ｋφr）・ｈ・Ｗ・αy／ｄr＋ｈ・Ｗ・αx／（２・Ｌ）
Ｗrr（右後輪）＝Ｗr／２＋Ｋφr／（Ｋφf＋Ｋφr）・ｈ・Ｗ・αy／ｄr＋ｈ・Ｗ・αx／（２・Ｌ）
但し、Ｗ：車両重畳、ｈ：垂心高、Ｋφf，Ｋφr：前後のロール剛性、ｄf，ｄr：前後のトレッド、Ｗf，Ｗr：前後軸荷重、αx：前後加速度、αy：横加速度、Ｌ：ホイールベースである。

ここで、横力は、荷重および横加速度に比例するので、前後の横力（ＣＦf，ＣＦr）は、下式で表される。
ＣＦf＝（Ｗfl＋Ｗfr）・αy＝（Ｗf−ｈ・Ｗ・αx／Ｌ）・αy
ＣＦr＝（Ｗrl＋Ｗrr）・αy＝（Ｗr＋ｈ・Ｗ・αx／Ｌ）・αy

このときヨーモーメント（MＬ）は、重心位置からのそれぞれの腕の長さ（Ｌf，Ｌr，Ｌf＋Ｌr＝Ｌ）及び横力によって以下のように計算できる。
MＬ＝−Ｌf・ＣＦf＋Ｌr・ＣＦr
＝（−Ｌf・Ｗf＋Ｌr・Ｗr）・αy＋ｈ・Ｗ・（Ｌf＋Ｌr）・αx・αy／Ｌ
＝ｈ・Ｗ・αx・αy ・・・（１）

次に、後輪の卜ー角が旋回に及ばす影響について考える。
後輪にトー角（θ）がついているとき、後輪の左右の横力はそれぞれ、下式で表される。
ＣＦrl＝−Ｋrl・（β＋Ｌr・γ／Ｖ＋θ）／２
ＣＦrr＝−Ｋrr・（β＋Ｌr・γ／Ｖ−θ）／２
但し、β：重心滑り角、γ：ヨーレート、Ｖ：車速、Ｋrl，Ｋrr：後輪左右のコーナリングパワーである。

ここで横力が荷重に依存して変化することを考慮すると、
後輪の静荷重：Ｗrl0＝Ｗrr0＝Ｌf・Ｗ／（２・Ｌ）
横荷重移動量：ΔＷr＝Ｋφr／（Ｋφf＋Ｋφr）・ｈ・Ｗ・αy／ｄr
＝Ｋ・Ｗ・αy・Ｌf／（２・Ｌ）
なので、
Ｋrl＝Ｋr・（Ｌ−Ｋ・αy）、Ｋrr＝Ｋr・（Ｌ＋Ｋ・αy）
となる。但し、Ｋr：荷重変化のないときのコーナリングパワー、Ｋ：ロール剛性比による係数である。

従って、後軸の合計横力（ＣＦr）は、
ＣＦr＝ＣＦrl＋ＣＦrr＝−Ｋr・（β＋Ｌr・γ／Ｖ−Ｋ・αy・θ）
であり、後輪トー角によって発生するヨーモーメントの合計値（M２）は、
M２＝−Ｋ・Ｋr・αy・θ・Ｌr・・・（２）
となる。

従って、（１）式で示される加減速度による不安定ヨーモーメントを打ち消すためには、トー角θを、
θ＝ｈ・Ｗ・αx／（Ｌr・Ｋr・Ｋ）・・・（３）
とすれば良いことがわかる。

ここで、（３）式の制御則は、旋回時に発生する不安定ヨーモーメント打ち消すための後輪トー角θを、舵角や横加速度、つまり旋回状態と無関係に決められることを示している。ここで、（３）式によって得られる後輪トー角θは、純粋な直進状態では左右の横力アンバランスは釣り合うため、ヨーモーメントを発生せず、セルフステアを生ずるおそれが無く、車両に発生した横加速度に応じて予め準備された状態で、且つ不安定モーメントを打ち消す適正な補正量のヨーモーメントを発生することができるものである。

図２は、本発明装置の制御フローを示している。
先ず、車両が定速走行中か否かを判別し（ステップ１）、速度が変動していると判断された時（No）は、車両が加速中か減速中かを判別する（ステップ２）。そして、現在加速中であると判断された時（Yes）は、現在の車速が、トー角可変制御の実行が許可される所定車速Ｖａに達しているか否かを判別する（ステップ３）。ここで所定車速Ｖａに達していると判断された時（Yes）は、アクセルペダルの操作量に基づいて目標トー角を算出する（ステップ４）。アクセルペダルの操作量に対応したトー角の一例を図３に示す。

この処理により、トー角の目標値は車両の加減速度に比例するが、加速度センサの出力にはノイズ除去処理などに起因する遅れがあり、またアクチュエータの動作にも遅れがあるので、アクセルペダルの操作量に応じたトー角目標値の算出を実行することにより、フィードフォワード的な制御応答性の向上が得られる。なお、フィードフォワード的な制御応答性の向上には、アクセルペダルの操作量の微分値（操作速度）を用いるとより一層効果的であり、また微分値を用いる場合、例えば、図３中のａ（トー角０となるペダル速度）、ｂ（トーアウト最大値となるペダル速度）の値を状況に応じて変化させる、換言すると、ａ、ｂ点の位置を平行移動させたり、ａ〜ｂ間のグラフの傾斜を変えたりするようにしても良い。このようにすれば、例えばペダルの踏み込み速度が高いほど、小さなペダルストロークで大きなトー角変化が与えられることになり、応答性のより一層の向上に寄与することができる。

次に、実際に車両に作用している加速度に基づいて目標トー角を算出する（ステップ５）。加減速度に対応したトー角は、図４に示したように、定速時にややトーインとされ、減速度の増大に応じてトーイン傾向が大きくなり、加速度の増大に応じてトーアウト傾向が大きくなるように設定されている。このとき、アクセルペダルの操作量に基づく目標トー角の値が再評価される。つまり、同一アクセルペダル操作量であっても、走行抵抗によって車両の加速度が違ってくるので、アクセルペダル操作量が大きいのにそれに見合った加速度が生じていない場合は、このステップで目標トー角が修正される。

次にバンプトー角特性を補正する（ステップ６）。この処理は、一般的な独立懸架装置の場合、車輪の上下動、つまりダンパの伸縮に応じてトー角が変化する。この特性はリンクジオメトリの違いや、リンクの車体との連結部に設けるブッシュのコンプライアンスの違いによるものであり、成り行き的な特性しか得られず、理想的トー角特性を実現する上に設計上の制約が大きい。それが本発明装置においては、加速時のノーズリフトの程度に応じた理想的なバンプトー角特性を予め設定しておき、それをアクティブに実現するものとしている。従って、所望のバンプトー角特性を得るのにリンクジオメトリに依存する必要がないので、居住性を重視したリンクレイアウトを採れるなど、懸架装置の設計自由度が高まる。

以上のようにして最終的な目標トー角が得られる（ステップ７）。

他方、ステップ３で、車速が規定値に達しないと判断される（No）間は、デフォルト設定の所定のトー角目標値が与えられる（ステップ８）。

最終的な目標トー角が決まったならば、ロール剛性可変制御の有無が判別され（ステップ９）、ロール剛性可変制御がなされている時（Yes）は、それに応じた目標トー角の補正（（３）式の係数Ｋをロール剛性比に応じて持ち替える）がなされる（ステップ１０）。

ステップ１０の処理は、ロール剛性可変制御は、例えば各輪のショックアブソーバの減衰力を互いに異ならせたり（例えば特開平５−３１９６０５７号公報を参照されたい）、左右のサスペンションアームを連結するスタビライザの見かけ上の捩り剛性を変化させたり（特開２０００−７１７３９号公報を参照されたい）して旋回時や路面の凹凸を通過するときの車両姿勢の変化をなるべく少なくするためのものであり、ロール剛性が変化すると、旋回時のステアリング特性が変化するので、それを補正するための処理である。

そして目標トー角と実トー角との偏差や現状の運転状況に応じたアクチュエータの適正作動速度を予め設定されたマップなどを検索して決定し、目標トー角が実現されるようにアクチュエータをフィードバック制御する（ステップ１１）。

他方、ステップ２で減速中と判断された時（No）は、加速中と同様の処理で、ブレーキペダルの操作量（操作速度）、並びに減速度に応じた最適トー角目標値が算出され、且つ減速時のノーズダイブによる車両姿勢変化に対応したリバウンド補正が加えられた上で目標トー角が決定される（ステップ１２〜ステップ１７）。

一般に屈曲路の走行は、スローイン、ファーストアウトが良しとされている。これに対し、一般的な車両のステアリング特性は、ヨーモーメントが作用しているときに制動するとオーバーステア傾向となり、加速するとアンダーステア傾向となる。即ち、転舵しつつの制動、或いは転舵しつつの加速は、むしろ旋回挙動の安定性を損なう要因となることもあり得る。

それが本発明装置のトー角制御によると、（１）式に示した不安定ヨーモーメントは、（２）式で打ち消されるようになっており、（３）式に示された通り、後輪トー角θが前後加速度によって変化する。つまり、一定車速では、図４に示したようにややトーインとなるように設定されているのが、減速しつつ旋回を開始すると後輪のトー角がイン方向に制御されてオーバーステアが抑制され、且つ旋回終期に加速すると後輪のトー角がアウト方向に制御されてアンダーステアが抑制されることとなる。これにより、スムーズに旋回進路を確保することができる。しかも本発明によれば、（３）式によって得られる後輪トー角θを直進時にも与えることにより、ヨーモーメント並びにセルフステアを抑制し得るので、加減速時の直進性を高める上にも寄与するものである。

本発明が適用される車両の概略構成図である。 本発明装置の制御フロー図である。 トー角とアクセルペダル操作量（操作速度）との関係の一例を示すグラフである。 トー角と加減速度との関係の一例を示すグラフである。

符号の説明

４Ｌ・４Ｒ 後輪
５Ｌ・５Ｒ アクチュエータ
６Ｌ・６Ｒ トー角センサ
７ 加速度センサ
９ アクセルペダル操作量センサ
１０ ブレーキペダル操作量センサ
１１ コントロールユニット

Claims (4)

1. 左右後輪のトー角を個々に変化させる左右のアクチュエータを備える車両の後輪トー角可変制御装置であって、
   アクセルペダルの操作量に係わる値が前記アクチュエータの制御条件に含まれ、
   前記アクセルペダルの操作量に係わる値が所定値以上のときはトーアウト方向に前記アクチュエータが制御されることを特徴とする車両の後輪トー角制御装置。
2. 左右後輪のトー角を個々に変化させる左右のアクチュエータを備える車両の後輪トー角可変制御装置であって、
   ブレーキペダルの操作量に係わる値が前記アクチュエータの制御条件に含まれ、
   前記ブレーキペダルの操作量に係わる値が所定値以上のときはトーイン方向に前記アクチュエータが制御されることを特徴とする車両の後輪トー角制御装置。
3. 車両に作用する前後方向加速度の検出器を有し、該検出器の出力が前記アクチュエータの制御条件に含まれることを特徴とする請求項１若しくは２に記載の車両の後輪トー角可変制御装置。
4. ロール剛性可変制御装置を有し、該ロール剛性可変制御装置の作動状態が前記アクチュエータの制御条件に含まれることを特徴とする請求項1乃至３のいずれか１つに記載の車両の後輪トー角可変制御装置。

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