JP2006168438A - 前後輪舵角比補正手段を備えた自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の前輪と一対の後輪とがその間に前後輪舵角比を伴って操舵される４輪操舵車に於いて、運転者による操舵に基づかない異常ヨーモーメントが車体に作用したとき、４輪操舵車に可能な操舵特性を生かして異常モーメントを打ち消し、車輌の安定走行を図る。
【解決手段】前輪操舵角、目標ヨーレート、目標スリップ角、実測ヨーモーメントに基づいて実測ヨーモーメントに対応する前後輪舵角比を算出し、前後輪舵角比を算出値に合わせるよう補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、４輪操舵式の自動車に係り、特に前後輪舵角比が可変に補正される自動車に係る。

電動機により車輪を駆動する自動車に於いて、左右一対の車輪の各々を一つの電動機により個別に駆動する構造が、電動機と内燃機関とを駆動源とするハイブリッド車ではあるが、下記の特許文献１に記載されている。この特許文献に記載の自動車に於いては、内燃機関と２つの電動機の各々に対し個別に制御用コンピュータが設けられており、これらのコンピュータの作動が相互に関連付けられることにより、これら複数の原動機のいずれかに故障が生じたときの駆動力不足が他の原動機によりカバーされるようになっている。
特許第３０１３９９１号公報

自動車に於いて左右一対の車輪の各々を一つの電動機により個別に駆動すれば、各電動機を車輪に同軸に隣接して配置し、電動機により車輪を直接駆動することにより、一対の車輪を一つの電動機により駆動する場合に比して駆動構造が簡単になるという利益が得られる。かかる電動機による車輪の個別直接駆動による駆動構造簡単化の利益は、該車輪が操舵輪である場合、電動機が車輪と一体となって操舵用に傾動されればよく、駆動力伝達経路の途中に操舵用の傾動継手を要しないことから、尚更大である。

しかし、４輪自動車に於いて電動機による車輪の個別駆動がなされると、例えば電動機が断線等の故障を起こし、その出力トルクに異常をきたす等の事情により、車体に異常なヨーモーメントが作用し、走行不安定が生ずるという恐れがある。同様の不都合は、車輪がそれぞれ個別に設けられた発電機により回生制動される構造に於いても生ずる虞れがある。

本発明は、車輪の電動機による個別駆動或は発電機による個別制動に於ける電動機または発電機の故障の場合を含み、４輪自動車に於いて車体に異常モーメントが作用したとき、特に自動車が４輪操舵車である場合に、それに可能な操舵特性を生かして異常モーメントを打ち消し、車輌の安定走行を図ることを課題としている。

上記の課題を解決するものとして、本発明は、一対の前輪と一対の後輪とがその間に前後輪舵角比を伴って操舵される４輪操舵式の自動車にして、運転者による操舵に基づかないヨーモーメントが車体に作用したとき、該ヨーモーメントを打ち消すように前後輪舵角比を補正する手段を備えていることを特徴とする自動車を提案するものである。

前記前後輪舵角比補正手段は、前輪操舵角と車体の目標ヨーレートと車体の目標スリップ角と車体に作用しているヨーモーメントの検出値とに基づいて前後輪舵角比のあるべき値を演算により算出し、前後輪舵角比を該算出値に合わせるよう補正するようになっていてよい。

一対の前輪と一対の後輪の少なくとも一つが電動機により個別に駆動されるようになっている場合、それらの電動機の少なくとも一つに異常が生じたとき前記前後輪舵角比補正手段が作動されるようになっていてよい。その場合、前記電動機異常が生じたとき前記前後輪舵角比補正手段は所定の時間の経過を待って前後輪舵角比を補正するようになっていてよく、またその場合、前記前後輪舵角比補正手段は、電動機異常が生じたとき、所定の時間が経過するまで前後輪舵角比のあるべき値を算出し、前記所定時間が経過したときから前後輪舵角比を該算出値に補正するようになっていてよい。

また、一対の前輪と一対の後輪の少なくとも一つが発電機により個別に制動されるようになっている場合、それらの発電機の少なくとも一つに異常が生じたとき前記前後輪舵角比補正手段が作動されるようになっていてよい。その場合にも、前記発電機異常が生じたとき前記前後輪舵角比補正手段は所定の時間の経過を待って前後輪舵角比を補正するようになっていてよく、またその場合、前記前後輪舵角比補正手段は、電動機異常が生じたとき、所定の時間が経過するまで前後輪舵角比のあるべき値を算出し、前記所定時間が経過したときから前後輪舵角比を該算出値に補正するようになっていてよい。

前記前後輪舵角比補正手段は前輪操舵角と後輪操舵角とを支点の周りに傾動するてこ部材のてこ比により関連付ける機構を含み、前後輪舵角比の補正は前記のてこ比を変えることにより行われるようになっていてよい。

上記いずれの場合にも、一対の前輪が運転者により直接操舵され、一対の後輪が一対の前輪の操舵に伴って前記前後輪舵角比補正手段を介して操舵されるようになっていてよい。

一対の前輪と一対の後輪とがその間に前後輪舵角比を伴って操舵される４輪操舵式の自動車に於いて、運転者による操舵に基づかないヨーモーメントが車体に作用したとき、該ヨーモーメントを打ち消すように前後輪舵角比を補正する手段を備えていれば、運転者による操舵に基づかないヨーモーメントが車体に作用したとき、それを前後輪舵角比の補正により打ち消し、そのようなヨーモーメントの作用により自動車の走行が不安定になることを防止することができる。

前記前後輪舵角比補正手段が、前輪操舵角と車体の目標ヨーレートと車体の目標スリップ角と車体に作用しているヨーモーメントの検出値とに基づいて前後輪舵角比のあるべき値を演算により算出し、前後輪舵角比を該算出値に合わせるよう補正するようになっていれば、自動車の走行状態を運転者による操舵状態に合わせ、車体のヨーレートおよびスリップ角をそれぞれの好ましい目標値に合わせつつ、運転者による操舵に基づかないヨーモーメントを打ち消すことができる。

一対の前輪と一対の後輪の少なくとも一つが電動機により個別に駆動され、或は発電機により個別に制動されるようになっており、前記電動機または発電機（電動機と発電機が電動発電機により与えられるときには電動発電機）の一つに異常が生じたとき前記前後輪舵角比補正手段が作動されるようになっていれば、常時は不要な制御を行なうことなく、発電機または発電機或は電動発電機に故障が生じ、運転者による操舵に基づかないヨーモーメントが車体に作用する事態が生じたときのみ、車輌の走行を安定して維持すべく的確に対処することができる。この場合、電動機故障または発電機故障が生じたとき前後輪舵角比補正手段は所定の時間が経過したときから前後輪舵角比を補正するようになっていれば、電動機故障または発電機故障に対する前後輪舵角比の補正に適切な遅れ時間をとり、電動機または発電機の故障による異常ヨーモーメントの作用によって車体が偏向しようとするのに合わせて前後輪舵角比を補正して車体偏向を適正に抑えることができる。更に、この場合、前後輪舵角比の算出は電動機故障または発電機故障が検出されたときから開始されれば、前後輪舵角比の算出に十分な時間をとることができ、前後輪舵角比の算出に要するコンピュータの容量を節約することができる。

前記前後輪舵角比補正手段が前輪操舵角と後輪操舵角とを支点の周りに傾動するてこ部材のてこ比により関連付ける機構を含み、前後輪舵角比の補正が前記のてこ比を変えることにより行われるようになっていれば、摩擦伝動の如き強力な押付け力を要することなく、また使用に伴うずれを生ずることなく、前後輪舵角比を安定して無段に変更することができる。

一対の前輪が運転者により直接操舵され、一対の後輪が一対の前輪の操舵に伴って前記前後輪舵角比補正手段を介して操舵されるようになっていれば、運転者による操舵作動に何らの影響を及ぼすことなく、前後輪舵角比の補正により後輪の舵角を変えて異常ヨーモーメントを打ち消すヨーモーメントを発生させることができる。

添付の図１は、本発明を、一対の前輪の各々が一対の電動発電機の各々により個別に駆動あるいは制動され、一対の後輪が内燃機関により共に駆動されるようになっている４輪操舵式の自動車に於いて実施した実施の形態を示す概略図である。尚、本発明の対象は、上記の通り、一対の前輪と一対の後輪とがその間に前後輪舵角比を伴って操舵される４輪操舵式の自動車であるので、本発明を実施する自動車としては、この図１に示す如く内燃機関と電動機とを駆動源とする所謂ハイブリッド車、或は電動機のみにより車輌駆動を行う電気自動車だけでなく、内燃機関のみを駆動源とする従来の自動車も含まれる。しかし運転者による操舵に基づかないヨーモーメントが車体に作用する事態が生ずる可能性は、車輪の少なくとも一つが電動機により個別に駆動され或は発電機により制動される自動車に於いて、他の自動車に於けるよりも高いと思われる。

図１に於いて、１０は内燃機関であり、従来通り、変速装置１２、プロペラシャフト１４、差動装置１６、一対の車軸１８Ｌ，１８Ｒを経て左後輪２０Ｌおよび右後輪２０Ｒが駆動されるようになっている。２２Ｌ、２２Ｒは左前輪、右前輪であり、図にて幾分解図的に示されている如く、従来通りステアリングホイール２４よりステアリングギア２６、タイロッド２８、ナックルアーム３０Ｌ，３０Ｒを経て左右の操舵方向に偏向されるようになっている。左前輪２２Ｌおよび右前輪２２Ｒは、更にそれぞれ電動発電機３２Ｌおよび３２Ｒにより個別に駆動され或いは制動され得るようになっている。

左右の前輪２２Ｌおよび２２Ｒを左方向または右方向に偏向させる前輪操舵用タイロッド２８の図にて右向きまたは左向きの操舵変位は、図２により詳細に示されている如く、直角変位変換装置３４により変位伝達ロッド３６の図にて上向きまたは下向きの変位に変換され、それが前後輪舵角比変更装置３８により変位伝達ロッド４０の図にて下向きまたは上向きの変位に変換され、それが直角変位変換装置４２により後輪操舵用タイロッド４４の図にて左向きまたは右向きの変位に変換され、それがナックルアーム４６Ｌ，４６Ｒを経て左右の後輪２０Ｌおよび２０Ｒに伝達され、これら左右の後輪２０Ｌおよび２０Ｒを左右の前輪２２Ｌおよび２２Ｒの偏向方向とは逆の方向に偏向させるようになっている。

直角変位変換装置３４は、図には示さない車体により支持された枢軸４８の周りに枢動するアングル部材５０を有し、該アングル部材がその一方の腕部に設けられた長孔５２にて前輪操舵用タイロッド２８に装着されたピン５４と係合し、その他方の腕部に設けられた長孔５６にて変位伝達ロッド３６の一端に装着されたピン５８と係合していることにより、前輪操舵用タイロッド２８の図にて右向きまたは左向きの操舵変位を変位伝達ロッド３６の図にて上向きまたは下向きの変位に変換するようになっている。

前後輪舵角比変更装置３８は、アクチュエータ６０を有し、図には示されていない車体により支持されたそのシリンダ部６２より突き出たピストンロッド６４が支持する枢軸６６により枢支されたてこ部材６８が、その一方の腕部に設けられた長孔７０にて変位伝達ロッド３６の他端に装着されたピン７２と係合し、その他方の腕部に設けられた長孔７４にて変位伝達ロッド４０の一端に装着されたピン７６と係合していることにより、アクチュエータ６０に於けるピストンロッド６４の押出し変位に応じて変化する変位伝達比にて変位伝達ロッド３６の図にて上向きまたは下向きの変位を変位伝達ロッド４０の図にて下向きまたは上向きの変位に変換するようになっている。

直角変位変換装置４２は、図には示さない車体により支持された枢軸７８の周りに枢動するアングル部材８０を有し、該アングル部材がその一方の腕部に設けられた長孔８２にて変位伝達ロッド４０の他端に装着されたピン８４と係合し、その他方の腕部に設けられた長孔８６にて後輪操舵用タイロッド４４に装着されたピン８８と係合していることにより、変位伝達ロッド４０の図にて下向きまたは上向きの変位を後輪操舵用タイロッド４４の図にて左向きまたは右向きの変位に変換するようになっている。

電動発電機３２Ｌおよび３２Ｒは、マイクロコンピュータを備えた自動車全体の電子式制御装置９０により制御されるインバータ９２を経てバッテリ９４より電流を供給されて電動機として作動して対応する前輪を駆動し、或いはインバータ９２を経てバッテリ９４を充電する発電機として作動して対応する前輪を制御することができるようになっている。電子式制御装置９０は、車輌の運転状態に関する種々の情報を示す信号を与えられて所定の運転制御を行い、その一環としてインバータを制御して前輪の電動駆動または回生制動を行うが、特に本発明に関しては、変速機１２の出口に於ける車輪駆動軸回転速度を検出する車速センサー９６より車速Ｖを示す信号、操舵角センサー９８より運転者による前輪の操舵角δｆを示す信号、図には示されていないヨーレートセンサーより車体のヨーレートγを示す信号を与えられる他、電動発電機３２Ｌまたは３２Ｒに断線等の故障が生じたときそれを検出する電動発電機異常検出センサー１００Ｌまたは１００Ｒより異常信号を与えられ、そのとき以下に例示する要領にて前後輪舵角比ｋを算出し、それに基づいて前後輪舵角比変更装置３８を作動させて前後輪舵角比を算出された値ｋに合わせる制御を行なうようになっている。

電子式制御装置９０による前後輪舵角比ｋの算出に当っては、先ず前輪の操舵角δｆと車速Ｖとに基づき、予め準備された適当なマップ等を参照し、操舵角δｆと車速Ｖの種々の組合せに対し望まれる車体のヨーレートが目標ヨーレートγtとしてδｆとＶの関数ｆ_γ(δｆ,Ｖ)の形に於いて求められる。次いで、同じく操舵角δｆと車速Ｖとに基づき、予め準備された適当なマップ等を参照し、操舵角δｆと車速Ｖの種々の組合せに対し望まれる車体のスリップ角βが目標スリップ角βtとしてδｆとＶの関数ｆ_β(δｆ,Ｖ)の形に於いて求められる。

次いで、上記のヨーレートセンサーにより検出された車体のヨーレートγの時間による微分値dγ/dtが算出され、それに基づいて車体に作用しているをヨーモーメントＭが算出される。

そして上記の目標ヨーレートγt、目標スリップ角βt、ヨーモーメントＭを変数とし、下記の式１によりヨーモーメントＭに対応する前後輪舵角比ｋの値が算出される。

上記の式はラプラス演算子Ｓによる演算式であり、ここで、Ｇγfは前輪によるヨーレートゲイン、Ｇγrは後輪によるヨーレートゲイン、Ｇβfは前輪によるスリップ角ゲイン、Ｇβrは後輪によるスリップ角ゲイン、Ｇγmはヨーレート制御系のヨーレートゲイン、Ｇβmはヨーレート制御系のスリップ角ゲイン、Ｔγfは前輪によるヨーレート時定数、Ｔγrは後輪によるヨーレート時定数、Ｔβfは前輪によるスリップ角時定数、Ｔβrは後輪によるスリップ角時定数、ωnは車体の固有周波数、ζは車体の減衰比である。これらのゲイン、時定数、固有周波数、減衰比は各車輌に固有の値として、予め解析や実験により求められる。

図３は本発明による前後輪舵角比補正手段を作動させる要領の一例を示すフローチャートである。

このフローチャートによる制御は自動車の運転が開始されると同時に開始される。制御が開始されると、ステップ１０に於いて電動発電機故障センサー１００Ｌまたは１００Ｒからの信号に基づき電動発電機３２Ｌまたは３２Ｒに断線等の異常があるか否かが判断される。答がノー（Ｎ）である間、制御はこれにて終了し、本発明による制御は実質的には行われない。電動発電機３２Ｒまたは３２Ｒに断線等の故障が生じ、電動発電機故障センサー１００Ｌまたは１００Ｒから故障信号が発せられることによりステップ１０の答がイエス（Ｙ）になると、制御はステップ２０へ進み、フラグＦ１が１にセットされる。フラグＦ１は制御の開始時には０にリセットされているので制御が最初にステップ２０へ進んだときには答はノーであり、制御はステップ３０へ進む。

ステップ３０に於いては、電子式制御装置９０のマイクロコンピュータ内に組み込まれたタイマーにより、異常が発生してからの経過時間を計測する異常判定タイムカウントが開始される。このとき制御はステップ４０へ進み、フラグＦ１が１にセットされ、制御はステップ５０へ進む。またこれ以後制御はステップ２０よりステップ３０および４０をバイパスしてステップ５０へ進む。

ステップ５０に於いては、操舵角センサー９８により検出された運転者による操舵角であって前輪に対する操舵角を示すδfと車速センサー９６により検出された車速Ｖとに基づいて、電子式制御装置９０のマイクロコンピュータに予め記憶されたマップ等を参照し、操舵角δfと車速Ｖの値に対し望まれる車体のヨーレートおよびスリップ角の目標値である目標ヨーレートγtおよび目標スリップ角βtが算出される。

次いで制御はステップ６０へ進み、図には示されていないヨーレートセンサーにより検出された車体のヨーレートγの時間的変化率に基づいて現在車体に作用しているヨーモーメントＭの値が算出される。

次いで制御はステップ７０へ進み、上記の操舵角δf、目標ヨーレートγt、目標スリップ角βt、ヨーモーメントＭに基づき、上記の式１に示す関係よりヨーモーメントＭに対する前後輪舵角比ｋの値が算出される。

次いで制御はステップ８０へ進み、フラグＦ２が１であるか否かが判断される。フラグＦ２もまた制御の開始時に０にリセットされており、後のステップ１００に於いて１にセットされるので、それ迄ステップ８０の答はノーであり、制御はステップを９０へ進む。

ステップ９０に於いては、ステップ３０にて開始された異常判定タイムカウントが所定のカウント値に達したか否か、即ちタイムカウントアップであるか否かが判断される。答がノーである間、各回の制御はこれにて終了する。そして、電動発電機に異常が発生してから所定の時間が経過してなおステップ１０にて電動発電機の異常が引き続き検出されているとき、ステップ９０の答がイエスとなり、このとき制御はステップ１００へ進み、フラグＦ２を１にセットした後ステップ１１０へ進み、ステップ７０にて算出された前後輪舵角比ｋの補正が実行される。これは、電子式制御装置９０により前後輪舵角比変更装置３８を制御し、前後輪舵角比変更装置３８によって設定される前輪の操舵角δfに対する後輪の操舵角δrの比δr／δfをステップ７０にて算出されたｋの値に合わせることにより行われる。尚、異常判定タイムカウントが満了した後は、ステップ９０および１００はバイパスされる。

上記の如く電動発電機の異常が検出されたとき、前後輪舵角比の補正の実行を所定時間遅らせるようにしたのは、電動発電機に断線等の故障が発生しても、そのことによって車体に作用するヨーモーメントに変化が生ずるには幾分かの時間遅れがあることに対処したものである。ステップ３０および９０によるタイムカウントは、そのような遅れ時間に適合して行われる。尚、上記の例では、電動発電機の故障が検出されたとき、前後輪舵角比の算出は直ちに開始されるようになっているが、電子式制御装置に於けるマイクロコンピュータの容量に余裕があり、前後輪舵角比の算出に時間を要しない場合には、前後輪舵角比の算出も所定時間の経過を待って開始されるようになっていてよい。

以上に於いては本発明を特に一対の前輪と一対の後輪の少なくとも一つが電動発電機により個別に駆動され或は制動されるようになっている場合に、該電動発電機の一つに異常が生じたことにより、車体に運転者による操舵に基づかないヨーモーメントが作用したとき、前後輪舵角比補正手段が作動される一つの実施の形態について詳細に説明したが、上に例示した如き前後輪舵角比補正手段は路面のスリップ等の他の原因により車体に運転者による操舵に基づかないヨーモーメントが作用したときにも作動されてよく（この場合、異常ヨーモーメントの発生を検出することが困難であれば、例えば、前後輪舵角比の算出と補正は常時行われればよい）、上に説明した実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

一対の前輪の各々が電動発電機により個別に駆動あるいは制動され、一対の後輪が内燃機関により共に駆動されるようになっている４輪操舵式の自動車に本発明を適用した実施の形態を示す概略図。 本発明による前後輪舵角比変更装置を一つの実施の形態について示す概略図。 本発明による前後輪舵角比補正手段を作動させる要領の一例を示すフローチャート

符号の説明

１０…内燃機関、１２…変速装置、１４…プロペラシャフト、１６…差動装置、１８Ｌ，１８Ｒ…車軸、２０Ｌ…左後輪、２０Ｒ…右後輪、２２Ｌ…左前輪、２２Ｒ…右前輪、２４…ステアリングホイール、２６…ステアリングギア、２８…前輪操舵用タイロッド、３０Ｌ，３０Ｒ…ナックルアーム、３２Ｌ、３２Ｌ…電動発電機、３４…直角変位変換装置、３６…変位伝達ロッド、３８…前後輪舵角比変更装置、４０…変位伝達ロッド、４２…直角変位変換装置、４４…後輪操舵用タイロッド、４６Ｌ，４６Ｒ…ナックルアーム、４８…枢軸、５０…アングル部材、５２…長孔、５４…ピン、５６…長孔、５８…ピン、６０…アクチュエータ、６２…シリンダ部、６４…ピストンロッド、６６…枢軸、６８…こ部材、７０…長孔、７２…ピン、７４…長孔、７６…ピン、７８…枢軸、８０…アングル部材、８２…長孔、８４…ピン、８６…長孔、８８…ピン、９０…電子式制御装置、９２…インバータ、９４…バッテリ、９６…車速センサー、９８…操舵角センサー、１００，１００ＲＬ…電動発電機故障検出センサー

Claims (10)

1. 一対の前輪と一対の後輪とがその間に前後輪舵角比を伴って操舵される４輪操舵式の自動車にして、運転者による操舵に基づかないヨーモーメントが車体に作用したとき、該ヨーモーメントを打ち消すように前記前後輪舵角比を補正する手段を備えていることを特徴とする自動車。
2. 前記前後輪舵角比補正手段は、前輪操舵角と車体の目標ヨーレートと車体の目標スリップ角と車体に作用しているヨーモーメントの検出値とに基づいて前記前後輪舵角比のあるべき値を演算により算出し、前記前後輪舵角比を該算出値に合わせるよう補正するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
3. 前記一対の前輪と前記一対の後輪の少なくとも一つが電動機により個別に駆動されるようになっており、前記電動機の一つに異常が生じたとき前記前後輪舵角比補正手段が作動されるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車。
4. 前記電動機異常が生じたとき前記前後輪舵角比補正手段は所定の時間の経過を待って前後輪舵角比を補正するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の自動車。
5. 前記電動機異常が生じたとき前記前後輪舵角比補正手段は所定の時間が経過するまで前記前後輪舵角比のあるべき値を算出し、前記所定時間が経過したときから前記前後輪舵角比を該算出値に補正するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の自動車。
6. 前記一対の前輪と前記一対の後輪の少なくとも一つが発電機により個別に制動されるようになっており、前記発電機の一つに異常が生じたとき前記前後輪舵角比補正手段が作動されるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車。
7. 前記発電機異常が生じたとき前記前後輪舵角比補正手段は所定の時間の経過を待って前後輪舵角比を補正するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の自動車。
8. 前記発電機異常が生じたとき前記前後輪舵角比補正手段は所定の時間が経過するまで前記前後輪舵角比のあるべき値を算出し、前記所定時間が経過したときから前記前後輪舵角比を該算出値に補正するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の自動車。
9. 前記前後輪舵角比補正手段は前輪操舵角と後輪操舵角とを支点の周りに傾動するてこ部材のてこ比により関連付ける機構を含み、前後輪舵角比の補正は前記のてこ比を変えることにより行われるようになっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の自動車。
10. 前記一対の前輪が運転者により直接操舵され、前記一対の後輪が前記一対の前輪の操舵に伴って前記前後輪舵角比補正手段を介して操舵されるようになっていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の自動車。
    

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