JP2006315584A - 車高変化を時系列的に把握する車輌 - Google Patents

Abstract

【課題】サスペンションが車高の変更を行う空気ばねを備え、サスペンションの作動に係るパラメータが車高の変化を検出しつつマイクロコンピュータにてばねの弾性係数やショックアブソーバの減衰係数を織り込んだ演算による推定値として求められる場合に、その時々刻々に変化するパラメータの値をより正確に推定するよう改良された車輌を提供する。
【解決手段】空気ばねによる車高変更中には微小時間毎に微小量ずつ車高が時系列的に変化するものとしてエアサスペンションの作動に係るパラメータを把握する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気ばねによる車高変更機能を備えたエアサスペンションにより車輪上に懸架された車体を有する車輌に係る。

車輪上に車体を懸架するサスペンションに於けるばねとして空気ばねを用いたエアサスペンションが知られている。空気ばねは充填される空気の量に応じて長さを変えることができるので、エアサスペンションは、多くの場合、車高変更機能を有するサスペンションとして実施されている。

一方、車輌の走行安定性は車輪の路面に対するグリップ力に依存し、それは車輪の接地荷重により左右されるので、車輌の加速時や旋回時に車輪の空転が予測され或いは検知されたとき、車体と車輪の間に作用するアクチュエータを作動させ、ばね上質量やばね下質量の慣性を利用して車輪の接地荷重を高めることが下記の特許文献１に記載されている。また下記の特許文献２には、車輪の接地荷重を接地荷重検出手段により検出し、接地荷重が減小したときにはサスペンションに組み込まれたショックアブソーバの減衰力を増大させることにより接地荷重を増大させることが記載されている。
特開平１１-３４６２８ 特開平１１-１５１９２３

サスペンションの作動に係るパラメータであって、例えば、車輪の接地荷重の如く直接検出することができないものは、車高その他の検出可能なパラメータの変化を検出しつつマイクロコンピュータにてばねの弾性係数やショックアブソーバの減衰係数を織り込んだ演算を行うことにより推定値として求められている。その場合、空気ばねを用い、空気ばねに充填される空気の量を変えることにより車高の変更が行われるエアサスペンションを備えた車輌に於いては、空気ばねによる車高の変更に伴って車高と空気ばねの弾性係数との間の関係が変化するので、このことが考慮されない演算では、算出されたパラメータにかなりの誤差が生ずる恐れがある。このことは、パラメータが車輪の接地荷重の如くその瞬時の値が車輌の走行安定性に直接影響するものであるときには、特に注意されるべきである。

本発明は、上記の事情に着目し、サスペンションが車高の変更を行う空気ばねを備え、サスペンションの作動に係るパラメータが車高の変化を検出しつつマイクロコンピュータにてばねの弾性係数やショックアブソーバの減衰係数を織り込んだ演算による推定値として求められる場合に、その時々刻々に変化するパラメータの値をより正確に推定するよう改良された車輌を提供す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、空気ばねによる車高変更機能を備えたエアサスペンションにより車輪上に懸架された車体を有する車輌にして、前記空気ばねによる車高変更中には微小時間毎に微小量ずつ車高が時系列的に変化するものとして前記エアサスペンションの作動に係るパラメータが把握されるようになっていることを特徴とする車輌を提案するものである。

前記微小時間および前記微小量はそれぞれ予め定められた微小時間および予め定められた微小量とされ、車高の前記時系列的変化は、前記微小時間を周期とし、前記空気ばねによる車高変更の目標偏差を前記微小量にて除した回数だけ行われてよい。この場合、前記微小時間と前記微小量とは前記微小時間に対する前記微小量の比が前記空気ばねによる車高変更速度に整合するよう設定されてよい。

前記パラメータは車輪の接地荷重であってよい。

空気ばねによる車高変更機能を備えたエアサスペンションにより車輪上に懸架された車体を有する車輌に於いて、空気ばねによる車高変更中には微小時間毎に微小量ずつ車高が時系列的に変化するものとしてエアサスペンションの作動に係るパラメータが把握されるようになっていれば、空気ばねへの空気の充填量が変えられることにより空気ばねによる車高変更が行なわれている最中にも、時々刻々に計測される車高変化より空気ばね自身の長さの変化を分別して車高変化に対応するばね力の変化を算出することができ、エアサスペンションの作動に係るパラメータをその変化の途中に於いても常時正確に把握することができる。

空気充填量が変えられることによる空気ばね自身の長さの変化は、空気ばねの内部へ通じる空気流路の抵抗や圧縮空気源の空気圧等の条件によって定まるほぼ一定の速度にて生ずるので、前記微小時間および前記微小量がそれぞれ上記の条件に基づいて予め定められた適当な微小時間および微小量とされ、車高の前記時系列的変化が、前記微小時間を周期とし、空気ばねによる車高変更の目標偏差を前記微小量にて除した回数だけ行われるようになっていれば、車高変更中の空気ばね自身の長さの変化に追従してエアサスペンションの作動に係るパラメータを把握することができる。この場合、上記の適当な微小時間および微小量として、微小時間に対する微小量の比が空気ばねによる車高変更速度に整合するよう設定されれば、車高変更中の空気ばね自身の長さの変化に時間的に正しくに追従してエアサスペンションの作動に係るパラメータを把握することができる。

前記パラメータが車輪の接地荷重であれば、空気ばねによる車高変更中にも絶えず正確に接地荷重を把握し、車高変更中にも絶えず車輪の路面に対するグリップ力を正確に把握した車輌の走行安定化制御を行うことができる。

図１は、本発明に係る車輌のサスペンションを左右１対の車輪について示す概略図である。車輪上に車体を懸架するサスペンションは、空気ばねとショックアブソーバとが並置され、左右の車輪間には、その間に異なるバウンドまたはリバウンドが生じたとき捩れにより左右の車輪間に弾性復元力を作用させるスタビライザが張り渡されている。車輪はその周縁にタイヤを備えているので、車輪は路面より一つのばねを介して支持されている。尚、本発明はこの図のように模型化される車輌の作動に要旨を有するものであり、図１に示されている構造そのものは、この技術の分野に於いては周知の構造である。

図１に於いて、ＬおよびＲはそれぞれ各パラメータが左輪および右輪に係るものであることを示すものとし、ＭwLおよびＭwRはそれぞれ左輪および右輪の質量（ばね下質量）、またＭbLおよびＭbRはそれぞれ車体の質量のうち左輪および右輪に掛かる質量（ばね上質量）を表すものとする。ＸwLおよびＸwRはそれぞれ左輪および右輪の基準位置（例えば軸心位置）の路面からの距離、ＸwsLおよびＸwsRはそれぞれ車輌が静止した状態にあるときのＸwLおよびＸwRの値、ＸwoLおよびＸwoRはそれぞれ車輪に荷重が掛からないとしたときのＸwLおよびＸwRの値を表すものとする。また、ＸbLおよびＸbRはそれぞれ左輪および右輪の位置での車体の或る基準点の位置の路面からの距離、ＸbsLおよびＸbsRはそれぞれ車輌が静止した状態にあるときのＸbLおよびＸbRの値、ＸboLおよびＸboRはそれぞれ、車体が別途の手段により懸垂され、空気ばねに荷重が掛からず、空気ばねが自由に伸張した状態にあるとしたときのＸbLおよびＸbRの値を表すものとする。ＸwL、ＸwR、ＸbL、ＸbRはそれぞれ適当な高さセンサまたは距離センサにより検出されてよい。

また左輪および右輪に於けるタイヤの弾性係数をそれぞれＫtirLおよびＫtirRとし、左輪および右輪に対する空気ばねの弾性係数をそれぞれＫsusLおよびＫsusRとし、左輪および右輪に対するショックアブソーバの減衰係数をそれぞれＣdanLおよびＣdanRとする。また左輪と右輪の間に作用するスタビライザの捩り弾性係数をＫstaとし、重力加速度をｇとする。

以上のパラメータ表記によれば、左輪および右輪の接地荷重はそれぞれ下記の式（１）により表される。
左輪接地荷重（＝ＫtirL×(ＸwoL−ＸwL)）
＝(ＭbL＋ＭwL)×g
＋ＭwL×d²ＸwL/dt²
＋ＫsusL×{(ＸwL−ＸwoL)/(ＸbL−ＸboL)}
＋ＣdanL×d(ＸwL−ＸbL)/dt
＋Ｋsta×{(ＸwL−ＸbL)−(ＸwR−ＸbR)} … … （１）

車輌が静止状態にあるとき、左輪については、下記の式（２）が成立し、また左輪に対応する空気ばねについては、下記の式（３）が成立する。
ＫtirL×(ＸwoL−ＸwsL)＝(ＭbL＋ＭwL)×g … … （２）
ＫsusL×{(ＸwsL−ＸwoL)−(ＸbsL−ＸboL)}＝ＭbL×ｇ … … （３）

同様に、右輪については、上記の式（１）、（２）、（３）に対応して下記の式（４）、（５）、（６）が成立する。
右輪接地荷重（＝ＫtirR×(ＸwoR−ＸwR)）
＝(ＭbR＋ＭwR)×g
＋ＭwR×d²ＸwR/dt²
＋ＫsusR×{(ＸwR−ＸwoR)/(ＸbR−ＸboR)}
＋ＣdanR×d(ＸwR−ＸbR)/dt
＋Ｋsta×{(ＸwR−ＸbR)−(ＸwL−ＸbL)} … … （４）
ＫtirR×(ＸwoR−ＸwsR)＝(ＭbR＋ＭwR)×g … … （５）
ＫsusR×{(ＸwsR−ＸwoR)−(ＸbsR−ＸboR)}＝ＭbR×ｇ … … （６）

図２は、図１に示す車輌に於いて、エアサスペンションの作動に係るパラメータとして車輪の接地荷重が算出される場合の、その一つの算出態様をフローチャートにて示している。かかるフローチャートに沿う演算作動は、車輌の図には示されていないマイクロコンピュータを備えた電気式制御装置（ＥＣＵ）により、車輌の運行中、適当な周期にて繰り返されてよい。尚、図２のフローチャートは左輪に対するものとして示されているが、左輪は前左輪と後左輪を総称したものであり、図示のフローチャートに沿う演算作動は、実際には、前左輪と後左輪に対し個別に交互に或いは並行して行われるものとする。また前右輪および後右輪に対しても、これと同様の作動がこれと交互に或いはこれと並行して行われるものとする。

作動が開始されると、ステップ１０に於いて、フラグＦが１にセットされているか否かが判断される。フラグＦは作動の開始時に０にリセットされており、作動が後述のステップ７０に至ったとき１にセットされるものである。従って、最初の答はノー（Ｎ）であり、作動はステップ２０へ進む。ステップ２０に於いては、電気式制御装置により別途行われる車高制御により指令された車高の目標変更値ΔＨvtLの絶対値が或る小さな所定の下限値ΔＨcより大きいか否かが判断される。答がノーであるとき、即ち、車高の目標変更値ΔＨvtLの絶対値がΔＨc以下であるときは、本発明による車高変更に対する格別の考慮を要しないときであり、そのときには以下のステップ３０〜１１０によるＸbsLの算出やＸboLの変更は行わず、直接ステップ１２０へ進んでそのときの各パラメータの値に基づいて接地加重の算出が行われる。ステップ２０の答がイエス（Ｙ）であれば、作動はステップ３０へ進む。

ステップ３０に於いては、車高変更目標値ΔＨvtLの絶対値を或る所定の微小な値Δｈにて除した値の整数部分をとって整数値Ｎsが算出される。この場合、微小値Δｈの大きさが、フローの繰返し周期との関連に於いて、周期に対するΔｈの比が空気ばねによる車高変更速度に整合するよう設定されれば、車高の変更に時間的に正しく追従して以下のステップによりＸbsLを算出し、ＸboLを変更することができる。

次いで作動はステップを４０へ進み、車高変更目標値ΔＨvtLが正の値であるか否かが判断される。答がイエスであれば、作動はステップ５０へ進み、係数ｋの値が１とされ、答がノーであれば、作動はステップ６０へ進み、係数ｋの値が−１とされる。いずれの場合にも、次いで作動はステップを７０へ進み、ここでフラグＦが１にセットされる。フラグＦが１にセットされると、次回からのフローはステップ１０よりステップ２０〜７０をバイパスしてステップ８０へ進むようになる。

ステップ８０に於いては、作動の開始時に０にリセットされたカウント値Ｎが１だけ増分される。

次いで作動はステップを９０へ進み、カウント値ＮがＮs＋１より小さいか否かが判断される。答がイエスである間、制御はステップ１００へ進み、ＸbsLの値が微小値ｋΔｈだけ変更される。ｋが＋１であれば、この変更はＸbsLをΔｈだけ増大させることであり、ｋが−１であれば、この変更はＸbsLをΔｈだけ減小させることである。

次いで作動はステップを１１０へ進み、上記の式（３）に基づいてＸboLがＸbsLの変化に応じて変化するＸbsLの関数ｆ(ＸbsL)として求められる。式（３）に於いて、ＫsusLは空気ばねの自由長に対するばね定数であり、空気ばねへの空気の充填量の増減により空気ばねの自由長が変化しても一定と見てよく、空気ばねの設計に応じた既知の値である。ＸwsLはＸwLの車輌静止時の値であり、車輌の運行開始時または運行途中の車輌一時停止時に適当な高さセンサによる検出により知られる値である。ＸwoLは車輪に荷重が掛からない状態でのＸwLの値であり、これはタイヤの空気圧の変化に拘わらず一定と見てよく、車輪の設計およびタイヤの型に応じた既知の値である。車体質量ＭbLは乗員の数や積荷に応じて随時変化する。ＭbLは式（２）に基づいて随時算出された値とされてよい。式（２）に於いて、タイヤの弾性係数ＫtirLはタイヤの空気圧により多少変化するが、ＭbLの見積に対するその誤差は無視されてよいと考えられる。従って、式（３）よりＸboLはＸbsLの関数ｆ(ＸbsL)として求められる。

次いで、ステップ１２０に於いて、上記の式（１）に基づいて、接地加重が、ＸwL、ＸwRおよびＸbL、ＸbRを時間と共に変化するパラメータとし、ＸboLを車高変更時には時系列的に変化するパラメータとして算出される。この場合、作動がステップ８０〜１１０を経てステップ１２０に至る間、ＸbsLおよびＸboLの値は毎回ステップ１００および１１０にて算出される値に変更され、接地加重はその都度僅かずつ変更されたＸboLの値に基づいて算出される。

かくして、本発明によれば、空気ばねによる車高変更機能を備えたエアサスペンションにより車輪上に懸架された車体を有する車輌に於いて、空気ばねによる車高変更中には、車輪の接地加重の如きエアサスペンションの作動に係るパラメータが、微小時間毎に微小量ずつ変更されたＸboLの値に基づいて車高が時系列的に変化するものとして把握される。

車高変更目標値ΔＨvtLに対するＸbsLおよびＸboLの微小時間毎の微小量ずつの時系列的変更が終了し、カウント値ＮがＮsに達すると、ステップ９０の答はイエスからノーに転ずるので、これより作動はステップ１３０へ進み、カウント値ＮおよびフラグＦはそれぞれ０にリセットされ、次回の車高変更に備えられる。

以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる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。

本発明に係る車輌のサスペンションを左右１対の車輪について示す概略図。 図１に示す車輌に於いてエアサスペンションの作動に係るパラメータとして車輪の接地荷重が算出される場合の一つの算出態様を示すフローチャート。

Claims (4)

1. 空気ばねによる車高変更機能を備えたエアサスペンションにより車輪上に懸架された車体を有する車輌にして、前記空気ばねによる車高変更中には微小時間毎に微小量ずつ車高が時系列的に変化するものとして前記エアサスペンションの作動に係るパラメータが把握されるようになっていることを特徴とする車輌。
2. 前記微小時間および前記微小量はそれぞれ予め定められた微小時間および予め定められた微小量とされ、車高の前記時系列的変化は、前記微小時間を周期とし、前記空気ばねによる車高変更の目標偏差を前記微小量にて除した回数だけ行われることを特徴とする請求項１に記載の車輌。
3. 前記微小時間と前記微小量とは前記微小時間に対する前記微小量の比が前記空気ばねによる車高変更速度に整合するよう設定されることを特徴とする請求項２に記載の車輌。
4. 前記パラメータは前記車輪の接地荷重であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の車輌。
   

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