JP2006321296A - 車両のロール抑制装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ロール抑制装置のロール抑制制御精度を向上させる。
【解決手段】前,後スタビライザECUにおいて、B1において読み込んだ車高に基づいて、重心高さを演算する(B4)。また、読み込んだ車高に基づいてB2で取得したエアばねの有効受圧面積と、エアばね内圧(B5)とに基づいて、車輪荷重を演算し(B6)、それに基づいてばね上質量を演算する(B7)。上記重心高さ,ばね上質量,横加速度(B10〜B13)およびその他車両諸元に基づいて、ロールモーメントを演算し(B15)、スタビライザ装置により発生させるべきロール抑制モーメントを決定する(B16)。そのロール抑制モーメントを発生させるために必要なスタビライザ装置のアクチュエータの回転角度を演算し(B17)、出力する(B18)。ロール抑制装置において、重心高さの変化が考慮されるようにすることにより、ロール抑制制御精度を向上させ得る。
【選択図】図5
【解決手段】前,後スタビライザECUにおいて、B1において読み込んだ車高に基づいて、重心高さを演算する(B4)。また、読み込んだ車高に基づいてB2で取得したエアばねの有効受圧面積と、エアばね内圧(B5)とに基づいて、車輪荷重を演算し(B6)、それに基づいてばね上質量を演算する(B7)。上記重心高さ,ばね上質量,横加速度(B10〜B13)およびその他車両諸元に基づいて、ロールモーメントを演算し(B15)、スタビライザ装置により発生させるべきロール抑制モーメントを決定する(B16)。そのロール抑制モーメントを発生させるために必要なスタビライザ装置のアクチュエータの回転角度を演算し(B17)、出力する(B18)。ロール抑制装置において、重心高さの変化が考慮されるようにすることにより、ロール抑制制御精度を向上させ得る。
【選択図】図5
Description
本発明は、車両のロール剛性を変更するロール剛性変更装置とそのロール剛性変更装置を制御する制御装置とを含み、車両のローリングを抑制するロール抑制装置に関するものである。
この種のロール抑制装置は下記特許文献1等により既に知られている。この文献に記載のロール抑制装置は、アクティブスタビライザ装置と制御装置とを含み、制御装置はコントローラ,横加速度検出器,操舵角検出器,車両重量出力手段によって構成されている。車両重量出力手段は、ショックアブソーバおよびコイルスプリングと車体との間に設けられたロードセルにより構成されている。アクティブスタビライザ装置は、左輪と右輪とにそれぞれ対応する2つのスタビライザ部材と、それらスタビライザ部材の基端部間に設けられた油圧ロータリアクチュエータとを含むものとされている。制御装置は、横加速度検出器や操舵角検出器の検出結果に基づいて油圧ロータリアクチュエータへの供給油圧を制御し、車両のローリングを抑制するのであるが、その際、車両重量出力手段の出力に基づいて制御指令値を補正する。これにより、車重(車両重量)の変化にかかわらず、一様なローリング抑制を実現することができる。
特開平9−123728号公報
しかしながら、上記ロール抑制装置には未だ改良の余地がある。ロール抑制制御に車重の変化は考慮されているが、車高の変化が考慮されていないからである。車両のローリングは、車重、厳密には車両のばね上部の質量の影響のみならず、車高、厳密には重心高さの影響を受けるのであるが、上記ロール抑制装置においては、重心高さの影響が考慮されていないため、十分なロール抑制制御の精度が得られない場合があるのである。本発明は、この事実に鑑みて、車両のロール剛性を変更するロール剛性変更装置とそのロール剛性変更装置を制御する制御装置とを含むロール抑制装置の制御精度を向上させることを課題としてなされたものである。
上記課題を解決するために、本発明に係るロール抑制装置は、(a)車両の重量に対応する量である車重対応量を取得する車重対応量取得部と、(b)車高に対応する量である車高対応量を取得する車高対応量取得部と、(c)車両の旋回状態に対応する量である旋回状態対応量を取得する旋回状態対応量取得部と、(e)少なくとも、それら車重対応量取得部,車高対応量取得部および旋回状態対応量取得部により取得された車重対応量,車高対応量および旋回状態対応量に基づいて、前記ロール剛性変更装置の制御量を決定する制御量決定部とを含むように構成される。
この構成のロール抑制装置においては、車重対応量および旋回状態対応量のみならず、車高対応量にも基づいてロール剛性変更装置の制御量が決定されるため、車高の変化に伴って重心高さが変化した場合でも制御量が適切に決定され、高いロール抑制制御精度が得られる。
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明(以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。)の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載,実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
なお、以下の各項において、(1)項が請求項1に相当し、(5)項,(6)項の少なくとも一方が請求項2に相当し、(13)項と(14)項とを合わせたものが請求項3に相当する。
(1)車両のロール剛性を変更するロール剛性変更装置とそのロール剛性変更装置を制御する制御装置とを含み、車両のローリングを抑制するロール抑制装置であって、
前記制御装置が、
車両の重量に対応する量である車重対応量を取得する車重対応量取得部と、
車高に対応する量である車高対応量を取得する車高対応量取得部と、
車両の旋回状態に対応する量である旋回状態対応量を取得する旋回状態対応量取得部と、
少なくとも、それら車重対応量取得部,車高対応量取得部および旋回状態対応量取得部により取得された車重対応量,車高対応量および旋回状態対応量に基づいて、前記ロール剛性変更装置の制御量を決定する制御量決定部と
を含むことを特徴とするロール抑制装置。
(2)前記車重対応量取得部が、前記車重対応量として車両のばね上部の質量を取得するばね上質量取得部を含む(1)項に記載のロール抑制装置。
(3)前記車重対応量取得部が、車両の複数の車輪にそれぞれ対応する複数のエアばね内のエア圧を検出する複数のエア圧センサを含み、それら複数のエア圧センサにより検出された複数のエア圧に基づいて前記車重対応量を取得するものである(1)項または(2)項に記載のロール抑制装置。
サスペンション装置がエアばねを含むものである場合には、エアばね内のエア圧に基づけば容易に各車輪の荷重を検出することができる。なお、エアばねが車高の変化に伴って、すなわち、エアばねの高さ変化に伴って有効受圧面積が変化するものである場合には、車重対応量取得部を、さらに、車高センサと、その車高センサにより検出された車高に基づいて有効受圧面積を求める有効受圧面積取得部とを含み、前記複数のエア圧と有効受圧面積とに基づいて車重対応量を取得するものとすることが望ましい。車重対応量や有効受圧面積は演算により取得したり、マップにより取得したりすることができる。
(4)前記車重対応量取得部が、前記ばね上部の3個所以上の車高を検出する3つ以上の車高センサを含み、それら車高センサにより検出された3つ以上の車高とサスペンションスプリングのばね特性とに基づいて前記車重対応量を取得するものである(1)項または(2)項に記載のロール抑制装置。
3つ以上の車高センサにより3つ以上の車高を検出すれば、車体の上下方向位置を検出することができ、その上下方向位置とサスペンションスプリングのばね特性とに基づけば各車輪の荷重を取得することができ、車輪の荷重が取得できれば、車重対応量を取得することができる。
(5)前記車高対応量取得部が、前記車高対応量として、車両のばね上部の重心高さを取得する重心高さ取得部を含む(1)項ないし(4)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
(6)前記車高対応量取得部が、前記車高対応量として、車体のローリング中心線であるロールセンタの高さを取得するロールセンタ高取得部を含む(1)項ないし(5)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
(7)前記車高対応量取得部が、前記ばね上部の3個所以上の車高を検出する3つ以上の車高センサを含み、それら3つ以上の車高センサにより検出された3つ以上の車高に基づいて前記車高対応量を取得するものである(1)項ないし(6)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
3つ以上の車高センサにより3つ以上の車高を検出すれば、車体の上下方向位置を検出することができ、所望の車高対応量を取得することができる。(5)項の重心高さでも、(6)項のロールセンタ高さでも取得できるのである。
(8)前記旋回状態対応量取得部が、前記旋回状態対応量として横加速度を取得する横加速度取得部を含む(1)項ないし(7)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
(9)前記横加速度取得部が、前記横加速度を検出する横加速度センサとヨーレイトを検出するヨーレイトセンサとの少なくとも一方を含む(8)項に記載のロール抑制装置。
横加速度センサによれば実際の横加速度を直接取得することができるが、ヨーレイトセンサによる場合には、検出されたヨーレイトに基づいて実際の横加速度を演算することができる。
(10)前記旋回状態対応量取得部が、車両の操舵量を検出する操舵量検出器と、車両の走行速度を取得する車速取得部とを含み、それら操舵量検出器と車速取得部とにより取得された操舵量と車速とに基づいて前記旋回状態対応量を取得するものである(1)項ないし(9)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
旋回状態対応量には横加速度,ヨーレイト等が対応するが、車輪の路面に対するスリップが特に大きくない状況では、操舵量と車速とに基づけば所望の旋回状態対応量を取得することができる。車両の旋回開始時は横加速度,ヨーレイトが小さく、徐々に増大するが、それらの増大には遅れがある。したがって、本項が(8)項に従属する態様では、旋回開始当初は、操舵量と車速とに基づいて取得された旋回状態対応量が採用され、後に横加速度センサあるいはヨーレイトセンサの検出結果が採用されるようにすることが望ましい。
(11)前記ロール剛性変更装置が、スタビライザバーとそのスタビライザバーの弾性ねじり量を変更するアクチュエータとを備え、車両の前輪側と後輪側との少なくとも一方に設けられたアクティブスタビライザ装置を含む(1)項ないし(10)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
「スタビライザバーの弾性ねじり量を変更する」とは、アクチュエータが中立位置にある状態における弾性ねじり量とは異なる弾性ねじり量にするということであり、結局、車体の同じローリング状態に対してスタビライザバーの弾性ねじり量を変更することになる。
ロール剛性変更装置は、ショックアブソーバやエアばね等スタビライザ装置以外の構成要素によっても構成することができる。しかし、スタビライザ装置にロール剛性変更用のアクチュエータを設けることによって、アクティブスタビライザ装置とすることが特に有効である。
(12)前記アクティブスタビライザ装置が、左輪と右輪とにそれそれ対応する2つのスタビライザ部材と、それら2つのスタビライザ部材の基端部同士の間に設けられ、それら基端部に相対回転を付与するロータリアクチュエータとを含み、そのロータリアクチュエータの回転により前記2つのスタビライザ部材の弾性ねじり量を変更するものであり、前記制御量決定部が前記制御量として前記ロータリアクチュエータの回転角度を決定するものである(11)項に記載のロール抑制装置。
ロータリアクチュエータとして油圧ロータリアクチュエータを採用し、供給油圧や電磁油圧制御弁への供給電流が制御量として決定されるようにすることも、電動モータとその電動モータの回転を減速する減速装置とを備えたものとすることも可能である。いずれの場合にも、ロータリアクチュエータ,電動モータ,減速装置等にロータリエンコーダを設け、これにより検出された回転角と指令回転角とが等しくなるように、電磁油圧制御弁や電動モータへの供給電流が制御されるようにすることが望ましい。
なお、アクティブスタビライザ装置としては本項のもの以外にも、例えば、トーションバー部とその両端から車両前後方向の成分を有する方向に延び出した一対のアーム部とを備えた一体的なスタビライザバーのトーションンバー部を、車両の横方向の回転軸線のまわりに回転可能、かつ、車両の前後方向の回動軸線のまわりに回動可能に車体に連結するとともに、その一部位とは別の一部位と車体との間に液圧シリンダ等のアクチュエータを設けて、その一部位と車体との上下方向の距離を変更することにより、一体的なスタビライザバーの弾性ねじり量を変更する形式のもの等、他の形式のものの採用も可能である。
(13)当該ロール抑制装置が、車輪を保持する車輪保持部材と車体との間に設けられたサスペンションスプリングを含み、前記制御量決定部が、そのサスペンションスプリングの弾性力に基づくロール抑制モーメントである第二ロール抑制モーメントを取得する第二ロール抑制モーメント取得部を含み、その第二ロール抑制モーメントを加味して前記ロール剛性変更装置の制御量を決定する(1)項ないし(12)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
制御量決定部を、第二ロール抑制モーメントを加味してロール剛性変更装置の制御量を決定するものとすれば、一層、ロール抑制制御の精度を向上させることができる。
(14)前記サスペンションスプリングが非線形ばね特性を有するものであり、前記第二ロール抑制モーメント取得部が、その非線形ばね特性に基づいて前記第二ロール抑制モーメントを取得するものである(13)項に記載のロール抑制装置。
サスペンションスプリングが非線形ばね特性を有するものである場合には、第二ロール抑制モーメントを加味してロール剛性変更装置の制御量を決定することが一層重要となる。
(15)前記第二ロール抑制モーメント取得部が、前記サスペンションスプリングの弾性係数を取得する弾性係数取得部を備えた(13)項または(14)項に記載のロール抑制装置。
(16)前記サスペンションスプリングがエアばねである(13)項ないし(15)項に記載のロール抑制装置。
前記制御装置が、
車両の重量に対応する量である車重対応量を取得する車重対応量取得部と、
車高に対応する量である車高対応量を取得する車高対応量取得部と、
車両の旋回状態に対応する量である旋回状態対応量を取得する旋回状態対応量取得部と、
少なくとも、それら車重対応量取得部,車高対応量取得部および旋回状態対応量取得部により取得された車重対応量,車高対応量および旋回状態対応量に基づいて、前記ロール剛性変更装置の制御量を決定する制御量決定部と
を含むことを特徴とするロール抑制装置。
(2)前記車重対応量取得部が、前記車重対応量として車両のばね上部の質量を取得するばね上質量取得部を含む(1)項に記載のロール抑制装置。
(3)前記車重対応量取得部が、車両の複数の車輪にそれぞれ対応する複数のエアばね内のエア圧を検出する複数のエア圧センサを含み、それら複数のエア圧センサにより検出された複数のエア圧に基づいて前記車重対応量を取得するものである(1)項または(2)項に記載のロール抑制装置。
サスペンション装置がエアばねを含むものである場合には、エアばね内のエア圧に基づけば容易に各車輪の荷重を検出することができる。なお、エアばねが車高の変化に伴って、すなわち、エアばねの高さ変化に伴って有効受圧面積が変化するものである場合には、車重対応量取得部を、さらに、車高センサと、その車高センサにより検出された車高に基づいて有効受圧面積を求める有効受圧面積取得部とを含み、前記複数のエア圧と有効受圧面積とに基づいて車重対応量を取得するものとすることが望ましい。車重対応量や有効受圧面積は演算により取得したり、マップにより取得したりすることができる。
(4)前記車重対応量取得部が、前記ばね上部の3個所以上の車高を検出する3つ以上の車高センサを含み、それら車高センサにより検出された3つ以上の車高とサスペンションスプリングのばね特性とに基づいて前記車重対応量を取得するものである(1)項または(2)項に記載のロール抑制装置。
3つ以上の車高センサにより3つ以上の車高を検出すれば、車体の上下方向位置を検出することができ、その上下方向位置とサスペンションスプリングのばね特性とに基づけば各車輪の荷重を取得することができ、車輪の荷重が取得できれば、車重対応量を取得することができる。
(5)前記車高対応量取得部が、前記車高対応量として、車両のばね上部の重心高さを取得する重心高さ取得部を含む(1)項ないし(4)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
(6)前記車高対応量取得部が、前記車高対応量として、車体のローリング中心線であるロールセンタの高さを取得するロールセンタ高取得部を含む(1)項ないし(5)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
(7)前記車高対応量取得部が、前記ばね上部の3個所以上の車高を検出する3つ以上の車高センサを含み、それら3つ以上の車高センサにより検出された3つ以上の車高に基づいて前記車高対応量を取得するものである(1)項ないし(6)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
3つ以上の車高センサにより3つ以上の車高を検出すれば、車体の上下方向位置を検出することができ、所望の車高対応量を取得することができる。(5)項の重心高さでも、(6)項のロールセンタ高さでも取得できるのである。
(8)前記旋回状態対応量取得部が、前記旋回状態対応量として横加速度を取得する横加速度取得部を含む(1)項ないし(7)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
(9)前記横加速度取得部が、前記横加速度を検出する横加速度センサとヨーレイトを検出するヨーレイトセンサとの少なくとも一方を含む(8)項に記載のロール抑制装置。
横加速度センサによれば実際の横加速度を直接取得することができるが、ヨーレイトセンサによる場合には、検出されたヨーレイトに基づいて実際の横加速度を演算することができる。
(10)前記旋回状態対応量取得部が、車両の操舵量を検出する操舵量検出器と、車両の走行速度を取得する車速取得部とを含み、それら操舵量検出器と車速取得部とにより取得された操舵量と車速とに基づいて前記旋回状態対応量を取得するものである(1)項ないし(9)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
旋回状態対応量には横加速度,ヨーレイト等が対応するが、車輪の路面に対するスリップが特に大きくない状況では、操舵量と車速とに基づけば所望の旋回状態対応量を取得することができる。車両の旋回開始時は横加速度,ヨーレイトが小さく、徐々に増大するが、それらの増大には遅れがある。したがって、本項が(8)項に従属する態様では、旋回開始当初は、操舵量と車速とに基づいて取得された旋回状態対応量が採用され、後に横加速度センサあるいはヨーレイトセンサの検出結果が採用されるようにすることが望ましい。
(11)前記ロール剛性変更装置が、スタビライザバーとそのスタビライザバーの弾性ねじり量を変更するアクチュエータとを備え、車両の前輪側と後輪側との少なくとも一方に設けられたアクティブスタビライザ装置を含む(1)項ないし(10)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
「スタビライザバーの弾性ねじり量を変更する」とは、アクチュエータが中立位置にある状態における弾性ねじり量とは異なる弾性ねじり量にするということであり、結局、車体の同じローリング状態に対してスタビライザバーの弾性ねじり量を変更することになる。
ロール剛性変更装置は、ショックアブソーバやエアばね等スタビライザ装置以外の構成要素によっても構成することができる。しかし、スタビライザ装置にロール剛性変更用のアクチュエータを設けることによって、アクティブスタビライザ装置とすることが特に有効である。
(12)前記アクティブスタビライザ装置が、左輪と右輪とにそれそれ対応する2つのスタビライザ部材と、それら2つのスタビライザ部材の基端部同士の間に設けられ、それら基端部に相対回転を付与するロータリアクチュエータとを含み、そのロータリアクチュエータの回転により前記2つのスタビライザ部材の弾性ねじり量を変更するものであり、前記制御量決定部が前記制御量として前記ロータリアクチュエータの回転角度を決定するものである(11)項に記載のロール抑制装置。
ロータリアクチュエータとして油圧ロータリアクチュエータを採用し、供給油圧や電磁油圧制御弁への供給電流が制御量として決定されるようにすることも、電動モータとその電動モータの回転を減速する減速装置とを備えたものとすることも可能である。いずれの場合にも、ロータリアクチュエータ,電動モータ,減速装置等にロータリエンコーダを設け、これにより検出された回転角と指令回転角とが等しくなるように、電磁油圧制御弁や電動モータへの供給電流が制御されるようにすることが望ましい。
なお、アクティブスタビライザ装置としては本項のもの以外にも、例えば、トーションバー部とその両端から車両前後方向の成分を有する方向に延び出した一対のアーム部とを備えた一体的なスタビライザバーのトーションンバー部を、車両の横方向の回転軸線のまわりに回転可能、かつ、車両の前後方向の回動軸線のまわりに回動可能に車体に連結するとともに、その一部位とは別の一部位と車体との間に液圧シリンダ等のアクチュエータを設けて、その一部位と車体との上下方向の距離を変更することにより、一体的なスタビライザバーの弾性ねじり量を変更する形式のもの等、他の形式のものの採用も可能である。
(13)当該ロール抑制装置が、車輪を保持する車輪保持部材と車体との間に設けられたサスペンションスプリングを含み、前記制御量決定部が、そのサスペンションスプリングの弾性力に基づくロール抑制モーメントである第二ロール抑制モーメントを取得する第二ロール抑制モーメント取得部を含み、その第二ロール抑制モーメントを加味して前記ロール剛性変更装置の制御量を決定する(1)項ないし(12)項のいずれかに記載のロール抑制装置。
制御量決定部を、第二ロール抑制モーメントを加味してロール剛性変更装置の制御量を決定するものとすれば、一層、ロール抑制制御の精度を向上させることができる。
(14)前記サスペンションスプリングが非線形ばね特性を有するものであり、前記第二ロール抑制モーメント取得部が、その非線形ばね特性に基づいて前記第二ロール抑制モーメントを取得するものである(13)項に記載のロール抑制装置。
サスペンションスプリングが非線形ばね特性を有するものである場合には、第二ロール抑制モーメントを加味してロール剛性変更装置の制御量を決定することが一層重要となる。
(15)前記第二ロール抑制モーメント取得部が、前記サスペンションスプリングの弾性係数を取得する弾性係数取得部を備えた(13)項または(14)項に記載のロール抑制装置。
(16)前記サスペンションスプリングがエアばねである(13)項ないし(15)項に記載のロール抑制装置。
以下、請求可能発明のいくつかの実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例の他、上記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。
図1に、一実施例としてのロール抑制システムを含むサスペンションシステムの一部を概念的に示す。本サスペンションシステム10は、車両の前輪側、後輪側の各々に配設され、それぞれがロール抑制装置として機能する2つのスタビライザ装置14,14′(後輪側の構成要素の符号に′を付けることとする)を含んでいる。スタビライザ装置14,14′はそれぞれ、両端部において左,右の前輪16および後輪16′を保持する車輪保持部材(図2参照)に連結されたスタビライザバー20,20′を備えている。それらスタビライザバー20、20′は、中央部で分割されており、一対のスタビライザ部材、すなわち左スタビライザ部材22,22′と右スタビライザ部材24,24′とを含んでいる。それら一対のスタビライザ部材22,22′および24,24′がアクチュエータ30,30′を介して相対回転可能に接続されている。本スタビライザ装置14、14′は、アクティブスタビライザ装置の一形態であり、アクチュエータ30,30′が、左,右のスタビライザ部材22,22′と24,24′とを相対回転させることによって(図の矢印を参照)、スタビライザバー20,20′全体の弾性力を変化させ、車体のロール抑制を行うものである。
図2には、前輪側のスタビライザ装置14の車幅方向の中央から左側の車輪16にかけての部分が概略的に示されている。本サスペンションシステム10は、それぞれが4つの車輪16,16′の各々に対して設けられた4つの独立懸架式の主サスペンション部34を含んでいる。図示の主サスペンション部34は、一般によく知られたダブルウィシュボーン式のものであり、一端部が車体に回動可能に連結され、他端部が車輪16に連結された車輪保持部材としてのアッパアーム42およびロアアーム44を備えている。それらアッパアーム42およびロアアーム44は、車輪16と車体との接近離間(相対的な上下動)に伴い、上記一端部(車体側)を中心に回動させられ、上記他端部(車輪側)が車体に対して上下させられる。また、主サスペンション部34は、ショックアブソーバ46と、サスペンションスプリング48(本装置では「エアばね」である)とを備えている。それらショックアブソーバ46およびサスペンションスプリング48は、それぞれが、車体側の部材と車輪側の部材とに連結されている。このような構造により、主サスペンション部34は、車輪16に車体を弾性的に支持させるとともに、それらの接近離間に伴う振動に対する減衰力を発生させる機能を果たす。また、この主サスペンション部34と前記スタビライザ装置14,14′とによってサスペンション装置36,36′が構成されている。
スタビライザ装置14,14′は、先に説明した一対のスタビライザ部材である左スタビライザ部材22,22′と右スタビライザ部材24,24′とをそれぞれ備える。各スタビライザ部材22,22′,24,24′は、それぞれ、略車幅方向に延びるトーションバー部60と、そのトーションバー部60と一体化されて概ね車両前方あるいは後方に延びるアーム部62とに区分することができる。各スタビライザ部材22,22′,24,24′のトーションバー部60は、アーム部62に近い箇所においてそれぞれ支持部材66に回転可能に支持され、それら支持部材66は車体の一部であるスタビライザ装置配設部64に固定的に設けられている。それらトーションバー部60の端部(車幅方向における中央側の端部)の間には、前述のアクチュエータ30,30′が配設されており、後に詳しく説明するように、各トーションバー部60の端部は、それぞれ、そのアクチュエータ30,30′に接続されている。一方、アーム部62の端部(トーションバー部60側とは反対側の端部)は、上述のロアアーム44に設けられたスタビライザバー連結部68に、それと相対回転可能に連結されている。
アクチュエータ30,30′は、図3に模式的に示すように、電動モータ70と、電動モータ70の回転を減速する減速装置72とを含んでいる。これら電動モータ70および減速装置72は、アクチュエータ30,30′のハウジング74内に収容されている。ハウジング74は、ハウジング保持部材76によって回転可能かつ軸方向(車幅方向)に移動不能に保持され、ハウジング保持部材76はスタビライザ装置配設部64に固定的に配設されている。図2から解るように、ハウジング74の両端部の各々から、2つの出力軸80,82の各々が延び出させられている。それら出力軸80,82のハウジング74から延び出した突出端部が、それぞれ、各スタビライザ部材22,22′,24,24′の端部と、セレーション嵌合によって相対回転不能に接続されている。また、図3から解るように、一方の出力軸80は、ハウジング74の端部に固定されており、他方の出力軸82は、ハウジング74内に延び入る状態で配設されるとともに、ハウジング74に対して回転可能かつ軸方向に移動不能に支持されている。その出力軸82のハウジング74内に位置する端部が、後に詳しく説明するように、減速装置72に接続されている。
電動モータ70は、ハウジング74の内周壁に沿って一円周上に固定して配置された複数のステータコイル84と、ハウジング74に回転可能に保持された中空状のモータ軸86と、モータ軸86の外周においてステータコイル84と向き合うようにして一円周上に固定して配設された永久磁石88とを含んでいる。電動モータ70は、ステータコイル84がステータとして機能し、永久磁石88がロータとして機能するDCブラシレスモータである。
減速装置72は、波動発生器(ウェーブジェネレータ)90,フレキシブルギヤ(フレクススプライン)92およびリングギヤ(サーキュラスプライン)94を備え、波動歯車装置(ハーモニックドライブ機構(登録商標),ハーモニックギヤ機構,ストレイン・ウェーブ・ギヤリング機構等とも呼ばれる)として構成されている。波動発生器90は、楕円状カムの外周にボール・ベアリングが嵌められたものであり、モータ軸86の一端部の外周に固定されている。フレキシブルギヤ92は、周壁部が弾性変形可能なカップ形状を成すものとされており、周壁部の開口側の外周に複数の歯が形成されている。このフレキシブルギヤ92は、先に説明した出力軸82に支持されている。さらに詳しくは、出力軸82は、モータ軸86を貫通しており、それから延び出た端部にフレキシブルギヤ92の底部が固着されることで、フレキシブルギヤ92と出力軸82とが接続されているのである。リングギヤ94は、概してリング状をなし、その内周に複数(フレキシブルギヤの歯数よりやや多い数、例えば2つ多い数)の歯が形成されており、ハウジング74に固定されている。フレキシブルギヤ92は、その周壁部が波動発生器90に外嵌して楕円状に弾性変形させられ、楕円の長軸方向に位置する2箇所においてリングギヤ94と噛合し、他の箇所では噛合しない状態とされている。波動発生器90が1回転(360度)すると、フレキシブルギヤ92とリングギヤ94とが、それらの歯数の差分だけ相対回転させられる。
以上の構成から、電動モータ70が回転させられる場合、つまり、ロータリアクチュエータたるアクチュエータ30,30′が作動する場合に、左スタビライザ部材22,22′と右スタビライザ部材24,24′との各トーションバー部60が相対回転させられ、左スタビライザ部材22,22′と右スタビライザ部材24,24′とによって構成されて1つのスタビライザバー20,20′と観念できるものが捩じられることになる。このねじりにより生じる力は、左右の各々の車輪16と車体とを接近あるいは離間させる力として作用することになる。つまり、本スタビライザ装置14,14′では、アクチュエータ30,30′の作動によって、スタビライザバー20,20′の弾性力を変化させ、前輪側および後輪側のロール剛性を個別に制御し得るようにされているのである。
以上説明した前輪側のスタビライザ装置14(サスペンション装置36)は、前スタビライザECU(電子制御装置)100によって制御され、また、後輪側のスタビライザ装置14′(サスペンション装置36′)は、後スタビライザECU100′によって相互に独立して制御される。したがって、図1および図4に示すように、前輪側のアクチュエータ(前アクチュエータ)30は前スタビライザECU100に接続され、後輪側のアクチュエータ(後アクチュエータ)30′は後スタビライザECU100′に接続されている。また、前スタビライザECU100と後スタビライザECU100′とは、通信手段によって相互に情報のやり取りが可能である。
前スタビライザECU100と後スタビライザECU100′とはそれぞれ基本的に同じ構造を有するものであり、コンピュータを主体とし、コンピュータはCPU104,ROM106,RAM108および入出力部110を備えている。入出力部110には、車速検出装置としての車速センサ112、操舵部材としての操舵ハンドルの操舵量を検出する操舵量検出装置たる操舵角センサ114、車両の横方向の加速度を検出する横加速度センサ116,前後左右の車輪16,16′に対応してそれぞれ設けられた4つの車高センサ118,各車輪16,16′に対応してそれぞれ設けられた4つのサスペンションスプリング(エアばね)48内のエア圧をそれぞれ検出する圧力検出装置たるエア圧センサ120等が接続されている。入出力部110にはさらに、図示を省略する駆動回路を介して前記前(あるいは後)アクチュエータ30,(30′)が接続されている。各アクチュエータ30,30′には、エンコーダ126,126′がそれぞれ設けられており、駆動回路は目標回転角に基づいて決定されるコンピュータからの駆動指令値たる回転角指令値(永久磁石88とステータコイル84との相対回転角の指令値)と、エンコーダ126,126′による検出回転角とが等しくなるように、アクチュエータ30,30′を制御する。
本実施例のスタビライザ装置14,14′によれば、アクチュエータ30,30′の作動によって、車両旋回時における車体のロールモーメントに対抗するモーメントを発生させ、車体のローリングを抑制することができる。ロールモーメントが演算され、そのロールモーメントに対抗して車体のローリングを設計通り抑制するに適したスタビライザバー20,20′の捻り角度が決定される。この決定は、前スタビライザECU100と後スタビライザECU100′とにおいてそれぞれ行われる。そのために、スタビライザECU100,100′は図5の機能ブロック図で表される機能を有する。
まず、車両の直進定速走行中または停止中に実行される処理(図5において破線で囲まれた領域内に記載された処理)について説明する。ブロック1(以下、「B1」で表す。他のブロックについても同じ)において、4つの車高センサ118によって検出された車高が読み込まれ、その読み込まれた車高に基づいて、B2においてサスペンションスプリング(エアばね)48の有効受圧面積が取得される。エアばねの有効受圧面積は、車高の変化に伴って変化するものであり、例えば、車高と有効受圧面積との関係を表すマップを利用して取得することができる。また、上記読み込まれた車高と、B3に、前,後スタビライザECU100,100′に予め記憶されているその他の車両諸元とに基づいて、B4において、車両のばね上部の重心高さと、車体のローリング中心線であるロールセンタの高さとが演算される。ロールセンタの高さとしては、前輪16と後輪16′との回転軸線である両ホイールセンタの位置における高さ(ホイールセンタと直交する鉛直線とロールセンタとの交点の高さ)と、重心位置における高さとが演算される。
B5において、エア圧センサ120により検出された4つのサスペンションスプリング48内のエア圧が読み込まれ、B6において、上述のようにして読み込まれたサスペンションスプリング48の有効受圧面積とエア圧(エアばね内圧)とに基づいて、各車輪16,16′の荷重が演算される。各車輪16,16′の荷重Wは、例えば、サスペンションスプリング48の有効受圧面積Aとエア圧Pとの積(P×A)で求めることができる。
B6で演算された車輪荷重に基づいて、B7において、車両のばね上部の質量が演算される。また、上述のようにして演算された車輪荷重と、既に記憶されている車両諸元とに基づいて、B8において重心前後位置が演算される。
また、B2とB5とにおいてそれぞれ取得されたサスペンションスプリング48の有効受圧面積と内部のエア圧とに基づき、B9においてスタビライザ装置14,14′以外の部分によるロール剛性が演算される。サスペンションスプリング48によってもロール抑制モーメントが発生させられ、後に説明するように、このサスペンションスプリング48のロール剛性とスタビライザ装置14,14′のロール剛性とを共に考慮した上で、後に説明するロール抑制モーメントが決定されるため、B9が実行されるのである。
以上説明したB1,B2,B4〜B9は、車両の直進定速走行中または停止中に実行される。
また、B2とB5とにおいてそれぞれ取得されたサスペンションスプリング48の有効受圧面積と内部のエア圧とに基づき、B9においてスタビライザ装置14,14′以外の部分によるロール剛性が演算される。サスペンションスプリング48によってもロール抑制モーメントが発生させられ、後に説明するように、このサスペンションスプリング48のロール剛性とスタビライザ装置14,14′のロール剛性とを共に考慮した上で、後に説明するロール抑制モーメントが決定されるため、B9が実行されるのである。
以上説明したB1,B2,B4〜B9は、車両の直進定速走行中または停止中に実行される。
B15において、前輪側および後輪側についてそれぞれロールモーメントが演算される。ロールモーメントの演算には、横加速度推定値および横加速度検出値が使用されるとともに、前記B1〜B9において取得された諸量が使用される。B10において操舵角センサ114によって検出された操舵角が読み込まれるとともに、B11において車速センサ112によって検出された車速が読み込まれ、これら検出結果に基づいて、B12において横加速度が推定される。また、B13において横加速度センサ116により直接検出された横加速度が読み込まれる。当初は横加速度推定値に基づいて、後には横加速度検出値に基づいて、ロールモーメントが演算される。当初推定値が使用されるのは、横加速度の発生が遅れるため、横加速度検出値のみに基づいてスタビライザ装置14,14′が制御されると、制御遅れにより、ローリングが良好に抑制され得ないからである。横加速度=α×横加速度推定値+(1−α)×横加速度検出値として横加速度を求め、制御に使用される。αは当初1で、時間の経過につれて0に近づく係数である。
B15の前輪側および後輪側のロールモーメントmf,mrの演算はそれぞれ、図6に示す式によって行われる。この式における各記号はそれぞれ、図7に示すように、次のものを表す。
wb:B7で取得されるばね上質量
hb:重心アーム長(B4で取得される重心高から重心位置におけるロールセンタ高を引いた差)
l:ホイールベース,
lf,lr:B8で取得される重心前後位置(前輪側,後輪側のホイールセンタから重心位置までの前後方向における距離)
hf:前輪側のロールセンタ高
hr:後輪側ロールセンタ高
df:前輪側のトレッド
dr:後輪側のトレッド
kφf:前輪側のロール剛性
kφr:後輪側のロール剛性
β:旋回横加速度
wb:B7で取得されるばね上質量
hb:重心アーム長(B4で取得される重心高から重心位置におけるロールセンタ高を引いた差)
l:ホイールベース,
lf,lr:B8で取得される重心前後位置(前輪側,後輪側のホイールセンタから重心位置までの前後方向における距離)
hf:前輪側のロールセンタ高
hr:後輪側ロールセンタ高
df:前輪側のトレッド
dr:後輪側のトレッド
kφf:前輪側のロール剛性
kφr:後輪側のロール剛性
β:旋回横加速度
B15において演算されたロールモーメントmf,mrと、前述のB9において演算されたサスペンションスプリング48に基づくロール剛性とを共に考慮した上で、B16において、ロールモーメントmf,mrに対抗してローリングを設計通り抑制するに必要なロール抑制モーメントが決定される。なお、ローリングを完全に防止するようにロール抑制モーメントを発生させることも可能であるが、本実施例では、ロール抑制モーメントは、設計上予定されたローリングが生じることを許した状態で、ちょうどロールモーメントと釣り合うように決定される。ロールモーメントmf,mrに対応して許容すべきことが設計上定められているロール角が生じた状態で、サスペンションスプリング48により発生させられるロール抑制モーメントが演算され、その演算されたロール抑制モーメントがロールモーメントmf,mrから差し引かれて、スタビライザ装置14,14′が各々発生させるべきロール抑制モーメントが演算されるのである。
上述のようにして決定されたスタビライザ装置14,14′が各々発生させるべきロール抑制モーメントと、ロールモーメントmf,mrに対応して許容すべきことが設計上定められているロール角とに基づいて、B17において、上記ロール抑制モーメントを発生させるためのアクチュエータ30,30′の回転角度が演算され、B18において、そのアクチュエータ30,30′の回転角度が出力される。
本実施例によれば、車両のロールモーメントが、横加速度およびばね上質量のみならず、車高(重心高さ)にも基づいて演算されるため、車両の質量および重心高さの変化にかかわらず高精度のローリング抑制を実現できる。
以上の説明から明らかなように、本実施例においては、スタビライザ装置14,14′がロール剛性変更装置を構成し、前,後スタビライザECU100,100′が制御装置を構成している。ロール抑制装置は、上記ロール剛性変更装置と制御装置とを含むものである。前,後スタビライザECU100,100′の、図5におけるB1,B2,B5,B6,B7として機能する部分と、車高センサ118およびエア圧センサ120とが車重対応量取得部たるばね上質量取得部を構成しており、特に、B2として機能する部分が有効受圧面積取得部を構成している。前,後スタビライザECU100,100′のB1,B3およびB4として機能する部分と、車高センサ118とが車高対応量取得部たる重心高さ取得部およびロールセンタ高取得部を構成している。前,後スタビライザECU100,100′のB10〜B12のブロックとして機能する部分と、車速取得部たる車速センサ112および操舵量検出器たる操舵角センサ114とが、旋回状態対応量取得部たる横加速度取得部を構成している。また、前,後スタビライザECU100,100′のB13として機能する部分と、横加速度センサ116とも横加速度取得部を構成している。
また、前,後スタビライザECU100,100′のB15〜B17として機能する部分が制御量決定部を構成しており、そのうち、B16において、ロールモーメントmf,mrに対応して許容すべきことが設計上定められているロール角が生じた状態で、サスペンションスプリング48により発生させられるロール抑制モーメントを演算する部分が第二ロール抑制モーメント取得部を構成している。サスペンションスプリング48が非線形ばね特性を有するサスペンションスプリングの一例であり、そのサスペンションスプリング48により発生させられるロール抑制モーメントが、ロール剛性変更装置たるスタビライザ装置14,14′とは別の装置により発生させられる第二ロール抑制モーメントなのであって、本実施例の制御量決定部は、その第二ロール抑制モーメントを加味してロール剛性変更装置の制御量を決定するものとなっているのである。
10:サスペンションシステム 14,14′:スタビライザ装置 20,20′:スタビライザバー 22,22′:左スタビライザ部材 24,24′:右スタビライザ部材 30,30′:アクチュエータ 36,36′:サスペンション装置 48:サスペンションスプリング 100:前スタビライザECU 100′:後スタビライザECU 112:車速センサ 114:操舵角センサ 116:横加速度センサ 118:車高センサ 120:エア圧センサ
Claims (3)
- 車両のロール剛性を変更するロール剛性変更装置とそのロール剛性変更装置を制御する制御装置とを含み、車両のローリングを抑制するロール抑制装置であって、
前記制御装置が、
車両の重量に対応する量である車重対応量を取得する車重対応量取得部と、
車高に対応する量である車高対応量を取得する車高対応量取得部と、
車両の旋回状態に対応する量である旋回状態対応量を取得する旋回状態対応量取得部と、
少なくとも、それら車重対応量取得部,車高対応量取得部および旋回状態対応量取得部により取得された車重対応量,車高対応量および旋回状態対応量に基づいて、前記ロール剛性変更装置の制御量を決定する制御量決定部と
を含むことを特徴とするロール抑制装置。 - 前記車高対応量取得部が、前記車高対応量として車両のばね上部の重心高さを取得する重心高さ取得部と、前記車高対応量として車体のローリング中心線であるロールセンタの高さを取得するロールセンタ高取得部との少なくとも一方を含む請求項1に記載のロール抑制装置。
- 当該ロール抑制装置が、車輪を保持する車輪保持部材と車体との間に設けられた非線形ばね特性を有するサスペンションスプリングを含み、前記制御量決定部が、そのサスペンションスプリングの弾性力に基づくロール抑制モーメントである第二ロール抑制モーメントを取得する第二ロール抑制モーメント取得部を備え、その第二ロール抑制モーメントを加味して前記ロール剛性変更装置の制御量を決定する請求項1または2に記載のロール抑制装置。
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US8579312B2 (en) | 2009-02-12 | 2013-11-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Attachment structure of stabilizer link |
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-
2005
- 2005-05-17 JP JP2005144637A patent/JP2006321296A/ja not_active Withdrawn
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