JPH1148736A - 接地荷重制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 旋回時の安定した運動状態をより一層高め
る。 【解決手段】 車体４とタイヤ１との間の上下方向相対
距離を能動的に変化させるためのアクチュエータ５と、
車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ３１と、
舵角センサ３３と、車速センサ３４と、各センサの検出
値に基づき規範ヨーレイトを算出する規範ヨーレイト演
算部３５とを設け、実ヨーレイトと規範ヨーレイトとの
差が大きくなったら、車両の旋回中に生じるスピンやプ
ラウアウト傾向であると判断でき、それらの挙動状態か
らの復帰対象の車輪のアクチュエータを上下方向相対距
離を増大させる向きに制御する。スピンの場合には後輪
を、プラウアウトの場合には前輪を、それぞれ接地荷重
を増加させることで車両の上記不安定な挙動から復帰さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接地荷重制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のサスペンションにおける
減衰力を自動的に制御するようにした装置があり、例え
ば特開平３−１１４９１４号に開示されているものがあ
る。その装置では、ばね上・ばね下の両者間に流体シリ
ンダを配設し、各流体シリンダへの供給流量を制御する
ことにより車両のサスペンション特性を可変にした所謂
アクティブサスペンションを用いて、各流体シリンダの
流体の圧力を検出する手段と、この手段に基づき車両の
重量バランスを検出する手段を設け、この重量バランス
から車両旋回時には車体前部の荷重移動量が車体後部の
荷重移動量よりも大きくなるように制御ゲインを変更
し、適切なアンダーステア特性となるように制御してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術においては、前後のロール剛性の配分を動的に
制御することで、４輪の接地荷重のうち荷重に余裕のあ
るタイヤに負担の割合を増やすものであり、４輪の合計
荷重の大きさは変えずに、その前後輪のバランスを最適
化するようにしている。そのため、旋回時に４輪の最適
バランス状態からさらに厳しい旋回状態に移った時に
は、車両はスピン・プラウアウトといった運動状態に移
行してしまうという問題がある。

【０００４】本発明は、このような従来技術に課せられ
た問題点を解消するべく案出されたものであり、その主
な目的は、旋回時の安定した運動状態をより一層高める
ことのできる接地荷重制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明に於いては、ばね上質量とばね下質量
との少なくともいずれか一方の運動速度を制御するべく
車体と車軸との間の上下方向相対距離を能動的に変化さ
せることにより車輪の接地荷重を増減するためのアクチ
ュエータと、車両の実ヨーレイトを検出するヨーレイト
検出手段と、車両の舵角を検出する舵角検出手段と、車
両の車速を検出する車速検出手段とを有し、前記舵角と
前記車速とにより車両の規範ヨーレイトを算出し、前記
規範ヨーレイトと前記実ヨーレイトとの両者間に所定値
以上の差が生じた場合であって、前記規範ヨーレイトよ
りも前記実ヨーレイトの方が低い場合には前記車両の前
輪側の接地荷重を増大させ、前記規範ヨーレイトよりも
前記実ヨーレイトの方が高い場合には前記車両の後輪側
の接地荷重を増大させるように前記アクチュエータを制
御するものとした。

【０００６】このようにすることにより、旋回中に車輪
が横方向の限界特性を超えてスピン・プラウアウトの挙
動に移行する可能性及び当該移行途上にあると判断でき
ると共に、ヨーレイト・舵角・車速から各挙動のいずれ
かであることを判断でき、スピン傾向の場合には後輪
を、プラウアウト傾向の場合には前輪を、それぞれの対
象となる各輪の接地荷重を増加させるように対応するア
クチュエータを制御することができ、車両の旋回中に生
じる運転者の望む旋回挙動を高い旋回Ｇまで確保するこ
とができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【０００８】図１は、本発明が適用される能動型懸架装
置の要部の概略構成を模式的に示している。車軸と一体
をなすタイヤ１は、上下のサスペンションアーム２・３
により、車体４に対して上下動可能に支持されている。
そして下サスペンションアーム３と車体４との間には、
油圧駆動によるリニアアクチュエータ５が設けられてい
る。

【０００９】リニアアクチュエータ５は、シリンダ／ピ
ストン式のものであり、シリンダ内に挿入されたピスト
ン６の上下の油室７・８に可変容量型油圧ポンプ９から
供給される作動油圧をサーボ弁１０で制御することによ
り、ピストンロッド１１に上下方向の推力を発生させ、
これによってタイヤ１の中心（車軸）と車体４との間の
相対距離を自由に変化させることができるようになって
いる。

【００１０】ポンプ９からの吐出油は、ポンプ脈動の除
去および過渡状態での油量を確保するためのアキュムレ
ータ１２に蓄えられた上で、各輪に設けられたアクチュ
エータ５に対し、各アクチュエータ５に個々に設けられ
たサーボ弁１０を介して供給される。

【００１１】この油圧回路には、公知の能動型懸架装置
と同様に、アンロード弁１３、オイルフィルタ１４、逆
止弁１５、圧力調整弁１６、およびオイルクーラ１７な
どが接続されている。

【００１２】なお、サーボ弁１０は、電子制御ユニット
（ＥＣＵ）１８から発せられる制御信号をサーボ弁ドラ
イバ１９を介してソレノイド１０ａに与えることによ
り、油圧アクチュエータ５に与える油圧と方向とが連続
的に制御されるものであり、車体４とピストンロッド１
１との接続部に設けられた荷重センサ２０、車体４と下
サスペンションアーム３との間に設けられたストローク
センサ２１、車体側の上下加速度を検出するばね上加速
度センサ２２、およびタイヤ側の上下加速度を検出する
ばね下加速度センサ２３の信号をＥＣＵ１８で処理した
信号に基づいて制御される。

【００１３】ＥＣＵ１８においては、ばね上加速度セン
サ２２とばね下加速度センサ２３との各信号が目標荷重
演算部２４に入力していると共に、ヨーレイトセンサ３
１・横Ｇセンサ３２・舵角センサ３３・車速センサ３４
の各信号が規範ヨーレイト演算部３５に入力し、その規
範ヨーレイト演算部３５からの出力信号が目標荷重演算
部２４に入力するようになっている。その目標荷重演算
部２４で、上記各信号を参照して仮の目標荷重を求め、
この値と荷重センサ２０の信号との差分を安定化演算部
２５で処理した後、変位制限比較演算部２６でストロー
クセンサ２１の信号を参照してアクチュエータ５のスト
ロークの限界内での制御が行われるようにサーボ弁ドラ
イバ１９に与える指令値を調整する。

【００１４】そしてこの調整された指令信号により、目
標荷重と実荷重とが等しくなるようにサーボ弁１０を駆
動してアクチュエータ５にストロークを発生させ、タイ
ヤ接地荷重を増大させる向きの上下加速度を、ばね上質
量とばね下質量との少なくともいずれか一方に発生させ
る。

【００１５】次に本発明の原理について説明する。図２
のモデルにおいて、 Ｍ2：ばね上質量 Ｍ1：ばね下質量 Ｚ2：ばね上座標 Ｚ1：ばね下座標 Ｋt：タイヤのばね定数 Ｆz：アクチュエータ推力 とし、下向きを正方向とすると、ばね上質量Ｍ2並びに
ばね下質量Ｍ1の運動方程式は、それぞれ次式で与えら
れる。ただし式中の＊マークは一階微分を表し、＊＊マ
ークは二階微分を表す。

【００１６】Ｍ2・Ｚ2^**＝−Ｆz Ｍ1・Ｚ1^**＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz

【００１７】従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えら
れる。

【００１８】 Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1^**＝Ｍ2・Ｚ2^**＋Ｍ1
・Ｚ1^**

【００１９】つまり接地荷重Ｗは、ばね上慣性力とばね
下慣性力との和となるので、アクチュエータ５の伸縮加
速度を制御してばね上質量とばね下質量との少なくとも
いずれか一方の慣性力を変化させることにより、接地荷
重Ｗを変化させることができる。従って、アクチュエー
タ５の伸縮加速度を制御することにより、接地荷重Ｗを
タイヤ毎に一時的に増大させることが可能となる。な
お、サスペンションストロークを２００mmとしてアクチ
ュエータ５に１トンの推力を発生させた場合、約０．２
秒間作動させることができる。

【００２０】一般的には、アクチュエータの消費エネル
ギを節約するために車両重量を支持する懸架スプリング
と減衰力発生用ダンパとを併用するが（図３参照）、そ
の場合には、 Ｋs：懸架スプリングのばね定数 Ｃ：ダンパの減衰係数 とすると、ばね上質量Ｍ2並びにばね下質量Ｍ1の運動方
程式は、それぞれ次式で与えられる。

【００２１】 Ｍ2・Ｚ2^**＋Ｃ・（Ｚ2^*−Ｚ1^*）＋Ｋs・（Ｚ2−Ｚ1） ＝−Ｆz Ｍ1・Ｚ1^**＋Ｃ・（Ｚ1^*−Ｚ2^*）＋Ｋs・（Ｚ1−Ｚ2）
＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz

【００２２】従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えら
れる。

【００２３】 Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1 ＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1^**＋Ｃ・（Ｚ1^*−Ｚ2^*）＋Ｋs・（Ｚ
1−Ｚ2） ＝Ｍ2・Ｚ2^**＋Ｍ1・Ｚ1^**

【００２４】つまり接地荷重Ｗは、上記と同様に、アク
チュエータの伸縮加速度を制御することによって変化さ
せることができることが分かる。

【００２５】実際の車両の慣性力は、上下方向運動のみ
ならず、ローリング運動およびピッチング運動によって
も発生する。ここでばね上質量の重心点を通る各軸回り
の回転運動を、 ロールレイト：φ ピッチレイト：θ ヨーレイト：γ とし、重心位置を基準とした前後方向中心線と左右方向
中心線から各輪の接地中心までの距離をそれぞれＬf、
Ｌr、Ｔf／２、Ｔr／２とし（図４参照）、各輪のアク
チュエータの推力を、Ｆz1（前左）、Ｆz2（前右）、Ｆ
z3（後右）、Ｆz4（後左）とし、力、モーメント、並び
に座標系の向きを図５に示すものとすれば、ローリング
モーメントは、 Ｍx＝Ｔf／２・（−Ｆz1＋Ｆz2）−Ｔf／２・（−Ｆz3
＋Ｆz4） となり、ピッチングモーメントは、 Ｍy＝Ｌf・（−Ｆz1−Ｆz2）−Ｌr・（−Ｆz3−Ｆz4） となる。

【００２６】また、 ローリング慣性モーメント：Ｉx ピッチング慣性モーメント：Ｉy とすれば、ローリング慣性力は、 Ｉxφ^*＝Ｍx ＝Ｔf／２・（−Ｆz1＋Ｆz2）−Ｔf／２・（−Ｆz3＋Ｆ
z4） となり、ピッチング慣性力は Ｉyθ^*＝Ｍy ＝Ｌf・（−Ｆz1−Ｆz2）−Ｌr・（−Ｆz3−Ｆz4） となる。

【００２７】さらに上下運動の慣性力は、 Ｍ2・Ｚ2^**＝−Ｆz1−Ｆz2−Ｆz3−Ｆz4 となり、これらの慣性力の少なくとも１つを制御するこ
とにより、ローリング運動およびピッチング運動を含む
場合の接地荷重も、各タイヤについて個々に制御できる
ことが分かる。なお、従来のものは、４輪に荷重を配分
するため、ローリング慣性力、ピッチング慣性力、並び
に上下運動の慣性力は発生せず、これらの値は０とな
る。

【００２８】上記実施例は、アクチュエータとして油圧
駆動のシリンダ装置を用いるものを示したが、これはリ
ニアモータ或いはボイスコイルなどの如きその他の電気
式の推力発生手段を用いても、あるいはカム機構やばね
手段を用いて加速度を発生させても、同様の効果を得る
こともできる。

【００２９】次に、上記アクチュエータ５を用いること
による例えば車両旋回時のスピン・プラウアウト・４輪
ドリフトなどの車両の挙動不安定状態からの復帰を行う
制御を図６のフロー図に基づいて以下に示す。第１ステ
ップＳＴ１から第３ステップＳＴ３において、ヨーレイ
トセンサ３１・舵角センサ３３・車速センサ３４により
ヨーレイト・舵角・車速の各信号を読み込む。

【００３０】第４ステップＳＴ４では、規範ヨーレイト
演算部３５にて舵角・車速の各信号から規範ヨーレイト
γsを算出し、次の第５ステップＳＴ５で、第１ステッ
プＳＴ１で読み込んだ実ヨーレイトγと規範ヨーレイト
γsとの両者間に所定値α以上の差が生じているか否か
を判別する。なお、規範ヨーレイトγsの算出には横Ｇ
の検出値を併せて用いるようにしても良いが、必須では
ない。

【００３１】上記第５ステップＳＴ５で差が所定値αよ
り小さい場合には規範ヨーレイトγsに概ね沿った旋回
を行っていると判断でき、その場合には接地荷重制御を
行わない。大きい場合には、車両がスピンやプラウアウ
ト状態に移行する可能性あるいは移行途上である、すな
わち車両が運転者の望む挙動を達成していないという判
定を行い、第６ステップＳＴ６に進む。

【００３２】上記各挙動状態の判別を、規範ヨーレイト
γsと実ヨーレイトγとの大小の違いにより判断でき、
その判断を第６ステップＳＴ６で行う。この判断の際、
ブレーキ操作が無く、舵角が一定または増加させている
状態であればより高い旋回を要求していることが判る。
そして、γ＞γsの場合にはスピン傾向であり、γ＜γs
の場合にはプラウアウト傾向であると判断できる。γ＞
γsの場合には第７ステップＳＴ７に進み、後輪の接地
荷重を増加する制御を行い、γ＜γsの場合には第８ス
テップＳＴ８に進み、前輪の接地荷重増加制御を行う。

【００３３】第７ステップＳＴ７に進んだ場合には、ス
ピン傾向であることを判定した場合であり、スピン状態
から復帰するための荷重を演算し、ばね上加速度センサ
２２及びばね下加速度センサ２３の各信号を参照して、
内部的に求めた仮の目標荷重信号を、荷重センサ２０の
信号をフィードバックして安定化演算部２５に入力す
る。その安定化演算部２５の出力信号とストロークセン
サ２１の信号とを変位制限比較演算部２６にて比較する
ことにより、サスペンション変位の限界内で制御が行わ
れるように調整する。そして、変位制限比較演算部２６
の信号出力によりサーボ弁ドライバ１９を介してサーボ
弁１０を制御して、アクチュエータ５を駆動して所望の
車輪の接地荷重を増加させ、それによりスピン状態から
の復帰を行う。

【００３４】スピン状態は、車両旋回時において前輪ト
ータルの横力による重心回りのモーメントが後輪トータ
ルの横力によるモーメントを上回る時に起こる挙動であ
る。したがって、その挙動から復帰するには、前輪のタ
イヤ接地荷重を減少させるか、後輪のタイヤ接地荷重を
増加させて、モーメントの前後バランスを均等にすれば
良く、本図示例では後輪の接地荷重を増加させている。
例えば、旋回中の車両の各タイヤの接地荷重（＝グリッ
プ力）分布を概念的に示す図７のように、後輪のタイヤ
接地荷重を図の実線で示される状態から図の想像線で示
される状態に増加させると良い。

【００３５】また、プラウアウトの時には前輪の接地荷
重を増加させるか、後輪外輪の接地荷重を増加させるこ
とでプラウアウトからの復帰が可能である。本図示例で
は、第８ステップＳＴ８に示すように、前輪の接地荷重
を増加させている。

【００３６】なお、本出願の趣旨を逸脱しない範囲で、
使用しているセンサを簡素化することができる。例えば
本実施例ではセンサが冗長構成されているが、ストロー
クセンサ２１を廃止し、ばね下加速度センサ２３・ばね
上加速度センサ２２・ばね下質量・ばね上質量をそれぞ
れ掛け合わせたものを引き算することで、荷重センサ２
０を廃止することも可能である。また、荷重センサ２０
とストロークセンサ２１とから状態推定器を構成し、ば
ね下加速度及びばね上加速度を求めることも可能であ
る。このように、必要に応じて適宜システム構成を変化
させることが可能である。また、図１のＥＣＵはデジタ
ル・アナログ・ハイブリッドの何れでも実現可能であ
る。

【００３７】また、本発明によれば、運転手のみの乗車
状態と定積載状態とで車重変化の大きい車両（例えば多
人数乗車可能なＲＶ車）において、車重の変化によっ
て、車両の挙動が変化してしまうことを、接地荷重を制
御することで防止することもできる。例えば積載量が増
えて、前後輪軸重の最適な割合に対して前輪軸重が後輪
軸重に対して小さくなった場合には前輪の接地荷重を増
加させ、状況によっては、後輪の接地荷重を減少させる
ことで、前後輪が発生するコーナリングフォースのバラ
ンスを適正化でき、安定した走行が可能になる。それら
の制御を、別個の制御構造を設けることなく、前記旋回
中の制御により行うことができる。

【００３８】

【発明の効果】このように本発明によれば、車両が旋回
中にタイヤの横方向の限界特性を越えた場合には、スピ
ンやプラウアウトの挙動になる可能性があるが、その可
能性若しくはその移行途上にあることを、車速と舵角と
から算出した規範ヨーレイトと、ヨーレイトセンサによ
り検出された実ヨーレイトとを比較して判定でき、上記
各挙動を判定した時には、アクチュエータによりばね上
及びばね下加速度の少なくともいずれか一方を直接制御
して、ばね下の接地荷重を任意に制御して、上記挙動か
ら復帰させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される能動型懸架装置の概略シス
テム構成図。

【図２】本発明の原理を説明するためのモデル図

【図３】一般的な能動型懸架装置のモデル図。

【図４】車体重心位置と接地位置との関係を示す説明
図。

【図５】力、モーメント、並びに座標系の向きの関係を
示す図。

【図６】本発明に基づく制御を示すフロー図。

【図７】旋回中の各タイヤの接地荷重の状態を示す図。

【符号の説明】

１ タイヤ ２ 上サスペンションアーム ３ 下サスペンションアーム ４ 車体 ５ アクチュエータ ６ ピストン ７・８ 油室 ９ 油圧ポンプ １０ サーボ弁 １１ ピストンロッド １２ アキュムレータ １３ アンロード弁 １４ オイルフィルタ １５ 逆止弁 １６ 圧力調整弁 １７ オイルクーラ １８ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） １９ サーボ弁ドライバ ２０ 荷重センサ ２１ ストロークセンサ ２２ ばね上加速度センサ ２３ ばね下加速度センサ ２４ 目標荷重演算部 ２５ 安定化演算部 ２６ 変位制限比較演算部 ３１ ヨーレイトセンサ ３２ 横Ｇセンサ ３３ 舵角センサ ３４ 車速センサ ３５ 規範ヨーレイト演算部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ばね上質量とばね下質量との少なくとも
   いずれか一方の運動速度を制御するべく車体と車軸との
   間の上下方向相対距離を能動的に変化させることにより
   車輪の接地荷重を増減するためのアクチュエータと、車
   両の実ヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、車
   両の舵角を検出する舵角検出手段と、車両の車速を検出
   する車速検出手段とを有し、 前記舵角と前記車速とにより車両の規範ヨーレイトを算
   出し、前記規範ヨーレイトと前記実ヨーレイトとの両者
   間に所定値以上の差が生じた場合であって、前記規範ヨ
   ーレイトよりも前記実ヨーレイトの方が低い場合には前
   記車両の前輪側の接地荷重を増大させ、前記規範ヨーレ
   イトよりも前記実ヨーレイトの方が高い場合には前記車
   両の後輪側の接地荷重を増大させるように前記アクチュ
   エータを制御することを特徴とする接地荷重制御装置。