JP2008168743A - 車体挙動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車体に働くジャッキアップ力を効果的に抑制して車体の浮き上がりを防止し、走行安定性を向上すると共に良好なロール感を得る。
【解決手段】旋回中であるとき、旋回内輪のグリップ余裕があるか否かを判断し（Ｓ６）、旋回内輪にグリップ余裕がある場合、車体に対して垂直方向に入力される力を、タイヤ前後力及び横力に基づいて演算し（Ｓ７）、左右差があるか否かを調べる（Ｓ８）。そして、左右差があり、制動中でない場合、左右差がゼロになるように旋回内輪の転舵角を、左右輪の転舵角を独立して制御可能な左右独立操舵装置を利用して補正する（Ｓ１０）。これにより、車体の横方向に入力される力の左右差を低減してジャッキアップ力を抑制し、走行安定性を向上することができ、また、ジャッキダウン力を働かせて良好なロール感を得ることができ、運転フィーリングを向上することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両旋回中に発生する車体のジャッキアップ力を抑制する車体挙動制御装置に関する。

一般に、自動車等の車両においては、旋回中に車体を浮き上がらせるような力がジャッキアップ力として発生し、走行安定性を損なう原因となっている。このため、従来から、車体のロール高を下げたり、ロール剛性を高めることで対処しているが、乗り心地の悪化に繋がってしまう。

これに対処するに、例えば、特許文献１には、左右の車輪のトー角を個別に調整可能なトー角調整手段を備え、旋回中の横加速度が小さい所定の領域で、旋回内輪の横力を増大し且つ旋回外輪の横力を減少するように左右の車輪のトー角を制御することで、ジャッキアップ力を抑制する技術が提案されている。
特開２００５−１７０２７６号公報

特許文献１の技術では、トー角制御によって旋回内輪の横力を増大し、旋回外輪の横力を減少させ、タイヤ横力の内外輪差を小さくするようにしている。しかしながら、本来は、タイヤ横力ではなく車体に対して垂直方向に働く力で考えるべきであり、また、制御輪が駆動輪である場合の考慮がなされていない。このため、車体に働くジャッキアップ力を効果的に抑制して良好なロール感を得るには、不十分と言わざるを得ない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車体に働くジャッキアップ力を効果的に抑制して車体の浮き上がりを防止し、走行安定性を向上すると共に良好なロール感を得ることのできる車体挙動制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による車体挙動制御装置は、車両の左右の車輪の転舵角或いはトー角を互いに独立して可変可能な操舵手段と、車両旋回時に、上記左右の車輪がそれぞれ発生する前後力及び横力に起因して車体の横方向に入力される力が左右で等しくなるよう、上記操舵手段を介して上記左右の車輪の転舵角或いはトー角を補正する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明による車体挙動制御装置は、車体に働くジャッキアップ力を効果的に抑制して車体の浮き上がりを防止し、走行安定性を向上すると共に良好なロール感を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の一形態に係り、図１は左右独立操舵装置の概略構成図、図２はタイロッド周辺の概略拡大図、図３は伸縮機構部の構成を示す説明図、図４は左右輪の発生タイヤ力を示す説明図、図５は転舵角補正処理のフローチャートである。

本発明の車体挙動制御装置は、車両に搭載された操舵装置やトー角制御装置を利用し、車体に働くジャッキアップ力を抑制して車体の浮き上がりを効果的に防止するものであり、更には、ジャッキダウン力を働かせて良好なロール感を得ることができる。本形態においては、図１に示すような左右独立操舵装置１０を用いて車体のジャッキアップ力を抑制する例について説明する。

図１に示す左右独立操舵装置１０は、左右の前輪１１，１２に、それぞれ、伸縮機構部２５を介して軸方向に伸縮可能なタイロッド１３，１４が連結され、これらのタイロッド１３，１４が電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１５の両端部に連結される主要構成を有している。ＥＰＳ１５には、ステアリングシャフト１６を介してステアリングホイール１７が連結され、ステアリング操作に連動する操舵軸を形成している。

タイロッド１３，１４の伸縮機構部２５は、本形態においては、電動モータで駆動されるボールネジ式のリニアアクチュエータであり、同様の構成で左右対称に配置されている。一方のタイロッド１３側で代表して説明すると、図２に示すように、フロントストラット２０を受けるフロントハウジング２１に、フロントホイール２２を装着するフロントハブ２３が懸架され、このフロントハブ２３に、ナックル２４を介してタイロッド１３の一端となるタイロッドエンド１３ａが連結されている。タイロッド１３の他端は、ＥＰＳ１５のステアリングロッド１５ａに連結され、伸縮機構部２５を介して軸方向に進退動するピストンロッド１３ｂとして形成されている。

図３に示すように、伸縮機構部２５は、タイロッドエンド１３ａが固設される本体部２６と、この本体部２６に取り付けられたアクチュエータとしての電動モータ２７とを主として構成されている。本体部２６内には、電動モータ２７の回転軸２７ａに連結されて回転するギヤと該ギヤに噛合するギヤ群を内蔵したギヤボックス２８が配設されている。尚、電動モータ２７に代えて、油圧で回転する油圧モータでも良い。

ギヤボックス２８からは、ボールネジのネジ軸２９が電動モータ２７の回転軸２７ａと直交する方向に延出されており、ボールネジのネジ軸２９にピストンロッド１３ｂの一端に形成されたボールネジのナット３０が螺合されている。これにより、電動モータ２７の回転によってネジ軸２９が回転すると、ナット３０を介してピストンロッド１３ｂが進退動作してタイロッド１３のタイロッド長が伸縮し、左右独立の操舵が可能となる。

タイロッド１３，１４の各伸縮機構部２５、ＥＰＳ１５は、電子制御装置（ＥＣＵ）５０に接続されている。ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータ及び周辺回路を備えて構成され、車両に備えられた各種のセンサ群５１が接続されている。このセンサ群５１は、例えば、車速を検出する車速センサ、車輪速度を検出する車輪速センサ、ヨーレートを検出するヨーレートセンサ、横加速度を検出するＧセンサ、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ、変速機のパーキング位置を検出するパーキングスイッチ等の車両状態を検出するセンサや、各伸縮機構部２５やＥＰＳ１５の駆動量や駆動状態を検出するセンサ、タイロッド１３，１４の伸縮量や伸縮速度を検出するセンサ、車輪の転舵角を検出するセンサ、ドライバの操舵によるステアリング角を検出するセンサ等である。

また、ＥＣＵ５０は、図示しないネットワーク等を介して車載の他の電子制御装置と双方向通信可能に接続されており、センサ群５１からの情報や、他の制御装置から送信された制御情報に基づいて、左右輪１１，１２に最適な操舵角が付与されるよう、各伸縮機構部２５やＥＰＳ１５を制御し、左右独立の操舵制御を実行する。

この左右の独立操舵制御においては、ＥＣＵ５０は、旋回走行時、左右独立操舵装置１０を制御して車体に働くジャッキアップ力を抑制し、更にはジャッキダウン力を発生させ、車体の浮き上がりを防止して走行安定性を向上させると共に、良好なロール感の取得を可能とする。

車体に働くジャッキアップ力の抑制は、左右輪が発生するタイヤ力を考慮して転舵角を補正することで実施される。すなわち、通常の車両では、図４に示すように、左右の車輪ＳL，ＳRにおいて前後力（駆動力）Ｆｘ_L，Ｆｘ_Rと横力Ｆｙ_L，Ｆｙ_Rとのタイヤ力が発生している（以下、添字Lは左、添字Rは右を表す）。但し、車輪が駆動輪でない場合には、制動時を除いて前後力Ｆｘ_L，Ｆｘ_Rは非常に小さい。

このタイヤ力の車体のジャッキアップ・ジャッキダウンに影響する成分は、車体Ｂに対して横方向に入力される垂直方向成分Ｆｖ_L，Ｆｖ_Rである。そこで、左右独立操舵装置１０を利用して左右輪の転舵角δL，δRを補正することで、垂直方向成分Ｆｖ_L，Ｆｖ_Rの大小関係を制御し、ジャッキアップ力を抑制してジャッキダウン力を働かせることができる。

具体的には、以下に説明するように、車両旋回初期には、外輪に対して内輪の転舵角を大きく、もしくは早く発生させることで、車体にジャッキダウン力を発生させる。また、旋回中は、タイヤ力に基づく車体への入力を左右輪で等しくすることで、車体に対する負荷を軽減し、ジャッキアップ力を抑制する。

［旋回初期］
直進状態からドライバの操舵がなされた際、以下の（ａ１），（ａ２）の何れかの手法により車体にジャッキダウン力を発生させ、良好なロール感を出す。

（ａ１）ドライバの操舵によるステアリング角に対して、旋回内輪の転舵角を外輪よりも大きくすることで、内輪が発生する横力を外輪よりも大きくし、ジャッキダウン力を発生させる。

（ａ２）ドライバの操舵によるステアリング角に対して、ステアリング角−旋回内輪転舵角と、ステアリング角−旋回外輪転舵角との間に位相差をつけ、内輪の方が外輪よりも早く切れ始めるように位相を早めることで、ジャッキダウン力を発生させる。

［旋回中］
各輪で生じる力や操作量を検出するセンサ類の有無や推定機能の有無に応じたシステム構成の相違により、以下の（ｂ１），（ｂ２），（ｂ３）に示す何れかの手法を用いて左右輪の転舵角を補正する。

（ｂ１）各輪の前後力Ｆｘ_L，Ｆｘ_Rと横力Ｆｙ_L，Ｆｙ_Rとの合成力のうち車体に対して垂直方向の成分が左右で等しくなるように、左右の転舵角δL，δRの一方或いは両者を補正する。
各輪のタイヤ前後力及び横力を検出する歪みゲージ等の軸力センサ、転舵角を検出するセンサ、或いはこれらを推定する機能を有するシステムに対応する手法である。具体的には、以下の（１）式が成立するように、左右の転舵角δL，δRの一方或いは両者を補正する。尚、駆動力が小さい場合、もしくは転舵輪が従動輪の場合には、タイヤ前後力はゼロとして計算しても良い。
Ｆｘ_L・ｓｉｎδL＋Ｆｙ_L・ｃｏｓδL＝Ｆｘ_R・ｓｉｎδR＋Ｆｙ_R・ｃｏｓδR…(1)

例えば、左旋回を例に取ると、（１）式の左辺の値が小さい場合には、旋回内輪の転舵角δLの大きさを大きくすることで左辺の値を大きくし、（１）式を成立させる。このとき、旋回外輪の転舵角δRの大きさを小さくすることで、右辺の大きさを小さくしても良い。

尚、旋回中に減速（制動）が行われた場合には、タックインを誘発する可能性があるため、旋回外輪の転舵角δRを小さくするか、補正を行わないことが望ましい。また、左右輪の少なくとも一方のタイヤグリップが限界であると判断された場合は、（１）式を成立させるのは困難になるため、この状態では転舵角補正は行わず、グリップ力が回復した後に補正を行う。

タイヤグリップ力を回復させるには、例えば、タイヤグリップに余裕のある輪の転舵角の大きさを大きくし、タイヤグリップに余裕のない輪の転舵角の大きさを小さくすることで、左右輪ともにタイヤグリップに余裕がある状態とすることが可能である。左右輪ともにタイヤグリップに余裕がない場合には、左右輪の少なくとも一方の転舵角を小さくすることで、グリップ力を回復させることが可能である。

（ｂ２）各輪の前後力Ｆｘ_L，Ｆｘ_Rと、コーナリングパワｋL，ｋR及び滑り角から推定した横力との合成力のうち車体に対して垂直方向の成分が左右で等しくなるように、左右の転舵角δL，δRの一方或いは両者を補正する。
各輪のタイヤ前後力、転舵角、タイヤ滑り角を検出するセンサ、或いはこれらを推定する機能を有するシステムに対応する手法である。具体的には、以下の（２）式が成立するように、左右の転舵角δL，δRの一方或いは両者を補正する。尚、駆動力が小さい場合、もしくは転舵輪が従動輪の場合は、タイヤ前後力はゼロとして計算しても良い。
Ｆｘ_L・ｓｉｎδL＋ｋL・βL・ｃｏｓδL＝Ｆｘ_R・ｓｉｎδR＋ｋR・βR・ｃｏｓδR…(2)
但し、βL，βR：タイヤ滑り角
この場合の転舵角の補正も、（１）式の場合と同様である。

（ｂ３）左右輪のセルフアライニングトルクＳＡＴが等しくなるように、左右の転舵角δL，δRの一方或いは両者を補正する。
各輪の転舵角やセルフアライニングトルクＳＡＴを検出或いは推定する機能を有するシステムに対応する手法であり、車体への入力を各輪のセルフアライニングトルクＳＡＴで代表する。例えば、左旋回時に、右輪（旋回外輪）に対して左輪（旋回内輪）のセルフアライニングトルクＳＡＴが小さい場合、旋回内輪の転舵角δLの大きさを大きくし、右輪のセルフアライニングトルクＳＡＴと等しくする。このとき、旋回外輪の転舵角δRの大きさを小さくしても良い。

尚、制動時にはタックインが発生する可能性があるため、旋回外輪の転舵角δRを小さくするか、補正を行わないことが望ましい。

また、旋回内輪の転舵角δLの大きさを大きくしても、左輪のセルフアライニングトルクＳＡＴが増加しない場合は、左輪のタイヤグリップが限界であると判断し、左右輪のセルフアライニングトルクＳＡＴを等しくする転舵角補正は行わない。その場合の調整方法は、上で挙げた２つの例と同様である。

以上の転舵角の補正処理は、図５のフローチャートに示すＥＣＵ５０のプログラム処理に従って実行される。次に、この転舵角補正処理について説明する。

この転舵角補正処理は、先ず、ステップＳ１において、センサ群５１からの信号に基づく自車両の運転状態を読み込み、ヨーレートや車輪速等から現在の走行状態を推定し、ステップＳ２で直進走行中か否かを判断する。

その結果、直進走行中であるときには、ステップＳ２からステップＳ３へ進み、旋回を開始しているか否かを判断する。そして、旋回が開始されておらず、直進走行が継続している状態であるときには、実質的に転舵角を補正することなくステップＳ３から本処理を抜け、旋回が開始されているとき、ステップＳ２からステップＳ４へ進んで転舵角補正処理を実行する。

ステップＳ４における旋回初期の転舵角補正処理は、前述した（ａ１）或いは（ａ２）の手法に従って実行され、ドライバの操舵によるステアリング角に対して、旋回内輪の転舵角を増大させるよう補正し、或いは旋回外輪よりも内輪転舵角を早期に発生させるよう補正する。

一方、ステップＳ２において、直進走行中でないと判断した場合には、ステップＳ２からステップＳ５へ進み、旋回中か否かを判断する。その結果、既に旋回を終了して直進走行に復帰中である場合には、転舵角の補正を実施せずにステップＳ５から本処理を抜け、旋回中である場合には、ステップＳ５からステップＳ６へ進み、旋回内輪のグリップ余裕があるか否かを判断する。

旋回内輪のグリップ余裕は、別途処理で各輪のグリップ余裕度をそれぞれ演算し、そのグリップ余裕度の差から判断する。各輪のグリップ余裕度は、例えば、路面摩擦係数、各輪の前後力及び横力、滑り角等に基づいて演算することができ、また、横力やスリップ角に対するセルフアライニングトルクの変化から演算することもできる。

本処理においては、旋回内輪にグリップ余裕がない場合、転舵角の補正を実施せず、ステップＳ６から本処理を抜ける。一方、旋回内輪にグリップ余裕がある場合には、ステップＳ６からステップＳ７へ進み、車体に対して垂直方向に入力される力を左右で演算し、この力の左右差を演算する。この車体に対する垂直方向の力は、前述した（１），（２）式による演算、或いはセルフアライニングトルクＳＡＴによる演算を適宜選択する。

そして、ステップＳ８で車体に対して垂直方向に入力される力の左右差があるか否かを調べ、左右差がない場合には、転舵角の補正を実施せずに本処理を抜け、左右差がある場合、ステップＳ９へ進んで制動中か否かを調べる。その結果、制動中でない場合には、ステップＳ１０で左右差がゼロになるように旋回内輪の転舵角を制御し、制動中である場合には、ステップＳ１１で左右差がゼロになるように旋回外輪の転舵角を制御する。但し、タックインを誘発する虞がある場合には、制動中の転舵角補正は実施しなくとも良い。

以上のように、本実施の形態においては、タイロッド長を伸縮可変して左右輪の転舵角を独立して制御可能な左右独立操舵装置１０を利用して、旋回中の各輪の転舵角を補正することで車体の横方向に入力される力の大小関係を制御している。これにより、車体の横方向に入力される力の左右差を低減してジャッキアップ力を抑制し、走行安定性を向上することができ、また、ジャッキダウン力を働かせて良好なロール感を得ることができ、運転フィーリングを向上することができる。

左右独立操舵装置の概略構成図 タイロッド周辺の概略拡大図 伸縮機構部の構成を示す説明図 左右輪の発生タイヤ力を示す説明図 転舵角補正処理のフローチャート

符号の説明

１０ 左右独立操舵装置
５０ 電子制御装置
Ｆｘ_L，Ｆｘ_R 前後力
Ｆｙ_L，Ｆｙ_R 横力
Ｆｖ_L，Ｆｖ_R 垂直方向成分
δL，δR 転舵角
ＳＡＴ セルフアライニングトルク

Claims (8)

1. 車両の左右の車輪の転舵角或いはトー角を互いに独立して可変可能な操舵手段と、
   車両旋回時に、上記左右の車輪がそれぞれ発生する前後力及び横力に起因して車体の横方向に入力される力が左右で等しくなるよう、上記操舵手段を介して上記左右の車輪の転舵角或いはトー角を補正する制御手段と
   を備えることを特徴とする車体挙動制御装置。
2. 上記制御手段は、直進状態からドライバ操舵がなされた旋回初期には、外輪に対して内輪の転舵角或いはトー角を大きくすることを特徴とする請求項１記載の車体挙動制御装置。
3. 上記制御手段は、直進状態からドライバ操舵がなされた旋回初期には、外輪に対して内輪の転舵角或いはトー角の位相を早めることを特徴とする請求項１記載の車体挙動制御装置。
4. 上記制御手段は、上記車体の横方向に入力される力を上記前後力と上記横力との合成力から求めることを特徴とする請求項１，２，３の何れか一に記載の車体挙動制御装置。
5. 上記制御手段は、上記車体の横方向に入力される力を、上記左右の車輪のそれぞれのセルフアライニングトルクで代表し、このセルフアライニングトルクが左右で等しくなるよう、上記操舵手段を介して上記左右の車輪の転舵角或いはトー角を補正することを特徴とする請求項１，２，３の何れか一に記載の車体挙動制御装置。
6. 上記制御手段は、車両旋回中に減速が行われた場合、少なくとも旋回外輪の転舵角或いはトー角を大きくする補正は行わないことを特徴とする請求項１〜５の何れか一に記載の車体挙動制御装置。
7. 上記制御手段は、上記左右の車輪の何れか一方のグリップ力が限界であると判断された場合、グリップ力に余裕のある側の転舵角或いはトー角を増加させると共にグリップ力に余裕のない側の転舵角或いはトー角を減少させ、グリップ力が回復した後に上記補正を行うことを特徴とする請求項請求項１〜５の何れか一に記載の車体挙動制御装置。
8. 上記制御手段は、上記左右の車輪の両方のグリップ力が限界であると判断された場合、上記左右の車輪の少なくとも一方の転舵角或いはトー角を減少させ、グリップ力が回復した後に上記補正を行うことを特徴とする請求項請求項１〜５の何れか一に記載の車体挙動制御装置。

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