CN102666260B - 车辆的后轮束角控制装置 - Google Patents

Abstract

提供一种后轮束角控制装置，防止因车辆的行驶状态而在束角的响应性上在左右轮上产生差，实现车辆的行驶感觉的提高。后轮束角控制装置(10)具备：控制指示角度运算单元(83)，其对应于车辆(V)的运动状态来设定后轮(5)的目标束角；角度-长度转换单元(87)，其基于目标束角来设定电动执行器(11)的目标动作量；行程传感器(17)，其对电动执行器(11)的实际动作量进行检测；马达位置反馈能率运算单元(89)，其基于行程传感器(17)检测到的实际动作量和目标动作量，设定电动执行器(11)的控制量；及修正单元(90)，其修正控制量。修正单元(90)基于作为与电动执行器(11)的轴力有关的值的修正车身(1)的横向加速度来修正控制量。

Description

车辆的后轮束角控制装置

技术领域

本发明涉及一种使车辆的后轮的束角(toe-angle)左右分别变化的后轮束角控制装置，涉及一种防止对应于行驶状态等而在左右的束角的响应性上产生差的技术。

背景技术

近年来，为了提高车辆的转向容易度(回頭性)或操纵稳定性，开发出一种具备对后轮的束角进行可变控制的后轮束角可变装置的四轮掌舵车辆。作为后轮束角可变装置，公知如下装置：在支承后轮的悬挂上的横向联杆(ラテラルリンク)或者纵向联杆(トレ一リングリンク)的与车身的连结部上将电动执行器分别设置于左右后轮，通过驱动这些电动执行器，能够分别对左右两后轮的束角进行独立可变控制(例如，专利文献1)。

作为电动执行器，一般采用的是使用了电动马达和进给丝杠机构的直动型的伸缩执行器。例如，本申请人提出一种在不使伸缩执行器大型化的情况下，防止输出杆的脱落的发明(专利文献2)。在使用这种电动执行器来使后轮的束角变化的情况下，一般而言，检测电动执行器的动作量(变位值)，将对应于目标后轮束角的目标动作量和检测出的实测值进行比较而进行反馈控制。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-30438号公报

专利文献2：日本特开2008-164017号公报

但是，当车辆的行驶状态或搭载载荷等发生变化时，由于施加给电动执行器的轴力发生变化，所以根据伸缩运动所需要的马达转矩的变化，电动执行器的动作速度发生变化。例如，当对左右的电动执行器作用有相对于动作方向不同的方向的轴力时，一方的电动执行器的动作速度变快，另一方的电动执行器的动作速度变慢。即，在左右的电动执行器的追随性能上产生差。若变成这样的状态，例如，即便想要使左右的后轮向同一目标束角变化，在左右轮，在束角变化所需时间上产生差，束角的响应性在左右轮上成为不同的车辆特性。因此，行驶感觉恶化。

发明内容

本发明是鉴于这样的背景而提出的，目的在于提供一种防止因车辆的行驶状态而在束角的响应性上在左右轮上产生差，能够实现车辆的行驶感觉的提高的后轮束角控制装置。

为了解决上述问题，第一发明为一种后轮束角控制装置(10)，其通过左右的电动执行器(11)使车辆(V)的后轮(5)的束角分别独立地变化，其特征在于，其具备：

目标束角设定机构(83)，其对应于车辆的运动状态来设定后轮的目标束角；

目标动作量设定机构(87)，其基于目标束角来设定电动执行器的目标动作量；

动作量检测机构(17)，其对电动执行器的实际动作量进行检测；

控制量设定机构(89)，其基于动作量检测机构检测到的实际动作量和目标动作量，设定电动执行器的控制量；以及

修正机构(90、93、94)，其基于与电动执行器的轴力有关的值，以使相对于所述左右的电动执行器的所述目标动作量使所述实际动作量追随的追随性能相互接近的方式，修正控制量，

所述修正机构在所述电动执行器的驱动方向和轴力的方向不同的情况下，修正所述控制量。

在此，作为与电动执行器的轴力有关的值，可使用车身的横向加速度或前后加速度、偏航率、车速、用于算出施加于后轮的载荷的悬挂行程等。

根据本发明，修正机构通过基于与电动执行器的轴力有关的值来修正控制量，由此，即便对应于车辆的行驶状态或搭载载荷等而在左右的电动执行器上作用有不同的轴力，也能够提高电动执行器的追随性能而使左右的后轮的束角响应性均等。

另外，在电动执行器的追随性能左右不同的情况下，虽然也考虑修正两电动执行器的控制量，但若进行这样的修正，则使追随性能高的一侧的电动执行器的动作速度下降。因此，根据本发明，对由于驱动方向和轴力的方向不同而使得动作速度下降的一侧的电动执行器修正控制量，由此，能够在维持因轴力而动作速度不降低的一侧的电动执行器的追随性能的同时，使左右的电动执行器的追随性能接近。

另外，第二发明的特征在于，在第一发明的后轮束角控制装置(10)中，修正机构(90)基于车身(1)的横向加速度来修正控制量。

虽然考虑了各种使电动执行器的轴力变化的要素，但认为轮胎的横向力造成的影响最大。因此，根据本发明，通过基于由轮胎的横向力而直接引起的车身的横向加速度，修正控制量，由此能够实现响应性高的修正。

另外，第三发明的特征在于，在第一发明的后轮束角控制装置(10)中，修正机构(94)基于动作量检测机构检测到的实际动作量来修正控制量。

在电动执行器的追随性能左右不同的情况下，通过基于由动作量检测机构检测的实际动作量来修正控制量，由此，可使追随性能低的一侧的电动执行器的动作速度提高，使左右的后轮的束角响应性变均等。

发明效果

根据本发明，能够防止因车辆的行驶状态而使得束角的响应性在左右的后轮不同的情况，能够实现行驶感觉的提高。

附图说明

图1是具备本发明的后轮束角控制装置的车辆的概略构成图。

图2是图1所示的右侧的后悬挂的主视图。

图3是图2所示的电动执行器的纵剖面图。

图4是表示第一实施方式的ECU的概略构成的框图。

图5是表示图3所示的电动执行器的轴力和横向加速度的关系的坐标图。

图6是表示图4所示的ECU的修正单元的特性的位图。

图7是表示第一实施方式的变形例的ECU的概略构成的框图。

图8是表示第二实施方式的ECU的概略构成的框图。

图9是表示图8所示的ECU的修正单元的特性的位图。

具体实施方式

以下，参照附图对适用本发明的后轮束角控制装置10的车辆V的一实施方式进行说明。在说明中，对于车轮或相对于它们配置的部件、即轮胎或电动执行器等，分别在数字的符号上添加表示左右的脚标L或R，例如，记为后轮5L(左)、后轮5R(右)，并且在总称的情况下，例如，记为后轮5。

如图1所示，车辆V是具备：装配有轮胎2L、2R的前轮3L、3R；及装配有轮胎4L、4R的后轮5L、5R的四轮机动车，前轮3L、3R及后轮5L、5R分别由左右的前悬挂6L、6R及后悬挂7L、7R悬架在车身1上。

车辆V具备：通过方向盘8的掌舵，经齿轮齿条机构对左右的前轮3L、3R进行直接转舵的前轮掌舵装置9；以及通过驱动相对于左右的后悬挂7L、7R而设置的左右的电动执行器11L、11R，从而使后轮5L、5R的束角分别独立变化的左右一对的后轮束角控制装置10L、10R。

另外，在该车辆V中设有：对电动执行器11进行驱动控制而控制后轮5的束角的ECU(Electronic Control Unit)12；车速传感器13、前轮舵角传感器14、偏航率传感器15、横向加速度传感器16、前后加速度传感器18、油门传感器19及制动圧传感器20；以及其他的未图示的各种传感器。各传感器的检测信号输入给ECU12并用于车辆的控制。

ECU12由微机或ROM、RAM、周边电路、输入输出接口、各种驱动器等构成，并通过通信线路与各传感器13～20等或电动执行器11L、11R连接。ECU12基于各传感器13～20等的检测结果算出目标后轮束角，在决定了各电动执行器11L、11R的目标行程位置(变位值)后，进行后轮5L、5R的束角控制。

电动执行器11L、11R是输出杆在轴向上直线地进行进退动作的直动型的执行器，在该电动执行器11L、11R上分别设有对输出杆的行程位置进行检测的行程传感器17L、17R。通过将行程传感器17L、17R的信号输入ECU12，进行电动执行器11L、11R的反馈控制。由此，各电动执行器11L、11R向由ECU12决定的目标行程位置进行伸缩动作，使后轮5L、5R的束角变化。

根据如此构成的车辆V，通过使左右的电动执行器11L、11R同时对称地变位，从而能够在适当的条件下自由控制两后轮5L、5R的前束/后束，此外，若使左右的电动执行器11L、11R的一方伸展而使另一方缩回，则还能够左右转舵两后轮5L、5R。例如，车辆V基于由各种传感器把握的车辆的运动状态，在加速时使后轮5L、5R变为后束，在制动时使后轮5L、5R变为前束，在高速转弯行驶时与前轮舵角同相地对后轮5L、5R进行角控制(转舵)，在低速转弯行驶时与前轮舵角逆相地对后轮5L、5R进行束角控制(转舵)，从而为提高操纵性而进行后轮束角控制。

如图2所示，后悬挂7R为双横臂式，其由如下部分等构成：将后轮5R支承为旋转自如的关节21；将关节21以能够上下运动的方式连结于车身1的上部臂22及下部臂23；为使后轮5L的束角变化而连结于关节21和车身1的电动执行器11R；以及对后轮5R的上下运动进行缓冲的带悬架弹簧减震器24。

上部臂22及下部臂23的基端分别经橡胶套管接头25、26而连结于车身1，上部臂22及下部臂23的前端分别经球接头27、28而连结于关节21的上部及下部。电动执行器11L的基端经橡胶套管接头29而连结于车身1，电动执行器11L的前端经橡胶套管接头30而连结于关节21的前部。带悬架弹簧减震器24的上端安装于车身1，带悬架弹簧减震器24的下端经橡胶套管接头31而连结于关节21的上部。

通过采用这样的构成，当电动执行器11R被驱动伸长时，关节21的前部向车宽方向外侧转动，由此，后轮5R的束角相对于车辆行进方向朝外(后束侧)变化，当电动执行器11R被驱动收缩时，关节21的前部向车宽方向内侧转动，由此，后轮5L的束角相对于车辆行进方向朝内(前束侧)变化。

《第一实施方式》

如图3所示，电动执行器11R具备：外壳32，其由形成车身1侧的橡胶套管接头29的第一外壳32a及被多个螺栓33紧固在第一外壳32a上的第二外壳32b构成；输出杆35，其伸缩自如地被支承于第二外壳32b，且形成关节21侧的橡胶套管接头30。在第一外壳32a的内部收容作为驱动源的电动马达41，电动马达41被螺栓36紧固在第一外壳32a上。在第二外壳32b的内部收容有行星齿轮式的减速器51、具有弹性的联轴器56、使用梯形螺纹的进给丝杠机构61。当驱动电动马达41时，旋转轴42的旋转被减速器51减速，并由进给丝杠机构61转换为直线运动，从而对输出杆35进行直线驱动。

在第二外壳32b的外周面设置的行程传感器17R由磁铁71和差动变圧器73构成，磁铁71被在输出杆35的外周面安装的螺栓66固定安装在输出杆35上，差动变圧器73被收容在传感器外壳72内。差动变圧器73以与输出杆35的直线驱动方向平行延伸的方式相对于磁铁71接近配置，两端被固定安装于第二外壳32b。在差动变圧器73上卷装有未图示的1次线圈以及与1次线圈的轴向两端接近的匝数相同的两个2次线圈，通过对磁铁71沿1次线圈的长度方向移动时产生的差动电圧进行检测，从而求出输出杆35的伸缩行程位置。

图4是表示上述的后轮束角控制装置10的控制部的概略框图。ECU12具有：车身速度运算单元92、控制指示角度运算单元83、故障诊断单元85、运算控制指示调停单元86、角度-长度转换单元87、故障自动保险动作单元88、马达位置反馈能率(duty)运算单元89、修正单元90及ECU输出单元91。

车速传感器13以及在各车轮上设置的车轮速传感器82的输出被车身速度运算单元92转换为车身速度。由车身速度运算单元92转换的车身速度、前轮舵角传感器14、偏航率传感器15、横向加速度传感器16、前后加速度传感器18、油门传感器19及制动圧传感器20的输出被送往控制指示角度运算单元83，从控制指示角度运算单元83的控制输出，基于规定的协调控制逻辑，可得到统括控制输出、即目标后轮束角。目标后轮束角被送往运算控制指示调停单元86，目标后轮束角相对于提供的车身速度被抑制在适当的范围内。具体地说，规定对应于车身速度而允许的左右后轮束角的合计值的上限，保证左右后轮束角的合计值在该上限值以下、即通常控制范围内。运算控制指示调停单元86的输出值(角度值)被输入给角度-长度转换单元87，并被转换为与行程传感器17的输出相对应的变位值，行程传感器17测定电动执行器11的输出杆35的变位。

如此，通过由运算控制指示调停单元86，规定对应于车身速度而允许的左右后轮束角的合计值的上限，由此，不管何种理由，都能够防止过大的束角的产生，可以提高系统的可靠性。该构成可以作为另外设置的故障自动保险构造的备份，或其一部分。另外，作为规定上限的对象，不限于左右后轮束角的合计值，也可以对左右后轮的各自的束角设置上限。

角度-长度转换单元87的输出被送往故障自动保险动作单元88，参照从后述的故障诊断单元85得到的前次值，在前次值表示故障状态的情况下，切断目标后轮束角的输出。在前次值未表示故障状态的情况下，将目标后轮束角的输出与行程传感器17的输出之间的偏差送往马达位置反馈能率运算单元89，产生用于驱动电动执行器11的能率信号(控制量信号)。用于对供应给电动执行器11的马达的电流进行检测的电流传感器81的输出也被送往马达位置反馈能率运算单元89，并被用于所需要的反馈控制。

马达位置反馈能率运算单元89的输出经修正单元90而被送往ECU输出单元91，对电动执行器11的马达供给电流。另外，横向加速度传感器16的输出被送往修正单元90。在电动执行器11的驱动方向与外力引起的轴力的方向相反的情况下，修正单元90对应于横向加速度传感器16的检测值来修正马达位置反馈能率运算单元89的能率信号。以下，对修正单元90的修正进行说明。

当车辆V转弯时，由于路面和轮胎4L、4R的摩擦而在后轮5L、5R上作用有同一方向的横向力。在本实施方式的后悬挂7L、7R中，相对于连结球接头27、28的中心销轴K(参照图2)，有横向力作用的轮胎4L、4R的接地部与电动执行器11L、11R位于同一侧，因此，作用于轮胎4L、4R的横向力在电动执行器11L、11R上产生同一方向的轴力。另外，当车辆V进行直行行驶时，通过轮胎的旋转阻力或后悬挂7L、7R的诸多因素，也在电动执行器11L、11R上产生轴力。

图5是表示本实施方式的后悬挂7L、7R的电动执行器11L、11R与横向加速度的关系的坐标图。如图所示，在直行行驶时，即在横向力＝0时，在左右的电动执行器11L、11R上产生拉伸方向的轴力，在右转弯时，作为转弯外侧的左侧电动执行器11L的轴力向压缩侧变化，在左转弯时，作为转弯外侧的右侧电动执行器11R的轴力向压缩侧变化。因此，转弯外侧的电动执行器11的轴力虽然变小，但在转弯外侧和内侧之间，在轴力上产生差。而且，在转弯行驶中，在使后轮5L、5R与前轮3L、3R逆相转舵的情况下，转弯内侧的电动执行器11的动作方向与轴力的方向相反，因此动作速度变慢。

因此，在修正单元90中，作为与作用于电动执行器11的轴力有关的值，根据与轴力有图5所示的关系的横向加速度，对能率信号进行修正。即，按照图6所示的、后悬挂7L、7R的诸多因素，参照对应于横向加速度而设定能率修正值的位图，在由马达位置反馈能率运算单元89算出的能率值上，加上将横向加速度传感器16的检测值作为地址进行检索的能率修正值。具体地说，在转弯行驶中使后轮5L、5R与前轮3L、3R逆相转舵的情况下，如图6中(A)所示，对于转弯内侧的电动执行器11加上能率修正值，在转弯行驶中使后轮5L、5R与前轮3L、3R同相转舵的情况下，如图6中(B)所示，对于转弯外侧的电动执行器11加上能率修正值。需要说明的是，在图6中，将电动执行器11向缩回侧驱动时的能率表示为负，加在缩回侧上的能率修正值表示为负。

另外，如图4所示，在该车辆V中具备VSA(车辆举动稳定化控制系统)84，基于各种传感器的输出，在车辆的举动变得不稳定、或预测变得不稳定的状况下，调整左右轮的制动力及/或驱动力的分配比，改善车辆V的举动。故障诊断单元85基于各种传感器的输出，评价对电动执行器11的输出杆35的变位进行测定的行程传感器17的输出，检测后轮束角控制装置10有无故障。在检测到故障的情况下，作为ECU输出点亮警告灯。同时产生故障信号，引起规定的故障动作，并将故障信号存储在非易失性存储器中，作为故障自动保险动作单元88用的前次值加以利用。

如此，通过对应于车身1的横向加速度，考虑作用于电动执行器11的轴力引起的动作速度的下降，修正单元90对能率值进行修正，由此，防止与轴力相反动作的电动执行器11的动作速度的下降。另外，通过修正单元90在电动执行器11的驱动方向和轴力的方向不同的情况下对控制量进行修正，由此，能够在维持不产生轴力引起的动作速度的下降的一侧的电动执行器11的追随性能的同时，使左右的电动执行器11L、11R的追随性能接近。由此，可使左右的后轮5的转向角速度接近，实现束角响应性、车辆V的行驶感觉的提高以及举动的稳定化。

《变形例》

下面，参照图7对第一实施方式的变形例进行说明。需要说明的是，仅提及与上述第一实施方式的不同点，对于与第一实施方式相同的要素标注同一符号，省略其说明。对于第二实施方式也同样。

在本变形例中，取代在马达位置反馈能率运算单元89的输出侧设置的修正单元90，将控制单元93与控制指示角度运算单元83并列设置。向控制单元93输入来自横向加速度传感器16的检测信号，控制单元93对应于横向加速度传感器16的检测值，参照被设定成与图6所示的能率修正值同样的特性的目标后轮束角修正值位图，在电动执行器11的驱动方向和外力引起的轴力的方向相反的情况下，应加在由控制指示角度运算单元83求出的目标后轮束角上而输出目标后轮束角修正值。

通过设置这样的修正单元93，当因轴力使得电动执行器11的动作滞后时，从故障自动保险动作单元88输出的目标后轮束角与行程传感器17的输出值之间的偏差变大，因此，能够增大能率的绝对值而抑制在左右的后轮5的转向角速度上产生差。

《第二实施方式》

下面，参照图8对本发明的第二实施方式进行说明。如图8所示，在本实施方式中，向修正单元94输入行程传感器17的检测信号。修正单元94比较左右的电动执行器11的行程位置，如图9所示，参照对应于行程的滞后量设定能率修正值的位图，对动作滞后一侧的电动执行器11附加能率修正值而修正来自马达位置反馈能率运算单元89的能率信号。即，修正单元94将从行程传感器17的输出值求出的偏差作为与电动执行器的轴力有关的值加以利用，修正对电动执行器11的控制量。而且，修正单元94将修正后的能率信号输出给ECU输出单元91。

通过设置这样的修正单元94，加快因轴力而使得动作滞后的一侧的电动执行器11的动作速度，能够抑制由于来自左右某一方的电动执行器11的动作滞后而在左右的后轮5的转向角速度上产生差。

以上说明了具体的实施方式，但本发明不限于上述实施方式，能够在宽范围内变形实施。例如，在上述实施方式中，作为与电动执行器11的轴力有关的值，使用了车身1的横向加速度，但除此之外，也可以使用车身1的偏航率或前后加速度、车速、或者用于算出施加于后轮5的载荷的悬挂行程等不同的参数，来修正电动执行器11的能率。在该情况下，可以仅使用一个参数，也可以组合多个参数来使用。另外，在上述实施方式中，使用将横向加速度作为地址进行检索的位图来求出能率修正值，但是，也可以构筑与车辆V的特性相应的车辆模型，从各种参数算出轴力。进而，在上述实施方式中，由于仅对于驱动方向和轴力的方向相反的一侧的电动执行器11进行能率信号的修正，因此，在将后轮5L、5R与前轮3L、3R同相或逆相转舵的情况下，仅对一方的电动执行器11修正能率值，但也可以是对两方的电动执行器11L、11R进行能率值的修正的形态。除了这些变更以外，对于各装置的具体构成或配置、修正手法等，只要不脱离本发明的主旨的范围，就能适当变更。

符号说明

V       车辆

1       车身

5L、5R  后轮

10L、10R  后轮束角控制装置

11L、11R   电动执行器

12      ECU

16      横向加速度传感器

17L、17R   行程传感器(动作量检测机构)

83      控制指示角度运算单元(目标束角设定机构)

87      角度-长度转换单元(目标动作量设定机构)

89      马达位置反馈能率运算单元(控制量设定机构)

90、93、94    修正单元(修正机构)

Claims (3)

1.一种后轮束角控制装置，其通过左右的电动执行器使车辆的后轮的束角分别独立地变化，其特征在于，其具备：

目标束角设定机构，其对应于车辆的运动状态来设定所述后轮的目标束角；

目标动作量设定机构，其基于所述目标束角来设定所述电动执行器的目标动作量；

动作量检测机构，其对所述电动执行器的实际动作量进行检测；

控制量设定机构，其基于所述动作量检测机构检测到的实际动作量和所述目标动作量，设定所述电动执行器的控制量；以及

修正机构，其基于与所述电动执行器的轴力有关的值，以使相对于所述左右的电动执行器的所述目标动作量使所述实际动作量追随的追随性能相互接近的方式，修正所述控制量，

所述修正机构在所述电动执行器的驱动方向和轴力的方向不同的情况下，修正所述控制量。

2.如权利要求1所述的后轮束角控制装置，其特征在于，

所述修正机构基于车身的横向加速度来修正所述控制量。

3.如权利要求1所述的后轮束角控制装置，其特征在于，

所述修正机构基于所述动作量检测机构检测到的实际动作量来修正所述控制量。