JP2008195349A - 車両挙動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両において、カーブ走行時の操舵応答性を高めると共に車体に伝わる振動騒音の上昇を抑制すること。
【解決手段】車両挙動制御装置１０は、車両に搭載され、車両の挙動制御を行う。車両挙動制御装置１０では、車両が備える車輪が転舵される際に、車両に搭載されたエンジンの重量とエンジン及びエンジンを車体に弾性支持するエンジンマウントを含むエンジン懸架系における車幅方向の共振周波数の所定値とに基づいてエンジンマウントの車幅方向のバネ定数を変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の挙動制御を行う車両挙動制御装置に関する。

従来から、車両においてエンジンを弾性支持するエンジンマウントの剛性を走行状態に合わせて変化させる技術が知られている。下記特許文献１には、車両のカーブ走行時における操舵応答性を高めるために、車両の旋廻状態を検出すると、エンジンマウントの車幅方向の剛性を高める装置について開示されている。
特開平５−６９７４８号公報

上記特許文献１に記載された装置のように、エンジンマウントの剛性を闇雲に高めると、エンジンの振動騒音が車体に伝達しやすくなるという問題がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、カーブ走行時における操舵応答性を高めると共に車体に伝わる振動騒音の上昇を抑制できる車両挙動制御装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、エンジン及びエンジンマウントを含むエンジン懸架系の影響を加味して操舵応答性について解析を行った。その結果、エンジン懸架系における車幅方向の共振周波数が操舵応答性の悪化に影響を及ぼしていることを見出した。エンジン懸架系に限らず、車両に搭載される重量部材と重量部材を車体に弾性支持する弾性部材とを含む重量部材懸架系における車幅方向の共振周波数が、操舵応答性に悪影響を及ぼしている。

そこで本発明の車両挙動制御装置は、車両に搭載され、車両の挙動制御を行う車両挙動制御装置において、車両の車輪が転舵されることを検出する検出手段と、車両に搭載された重量部材及び重量部材を車体に弾性支持する弾性部材を含む重量部材懸架系における車幅方向の共振周波数と重量部材の重量とに基づいて、弾性部材の車幅方向のバネ定数を変更するバネ定数変更手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の車両挙動制御装置では、車輪が転舵される際に、重量部材の重量と重量部材懸架系における車幅方向の共振周波数の所定値とに基づいて、弾性部材の車幅方向のバネ定数を変更する。これにより、操舵応答性の悪化を招かないように、上記共振周波数を適切な所定値に設定することができる。また、上記バネ定数の値を適切な所定値に設定するようにバネ定数が変更されるので、必要以上にバネ定数を高くすることがない。よって、車体に伝わる振動騒音の上昇を抑制することができる。

好ましくは、バネ定数変更手段は、車輪が転舵される際に、エンジン重量ｍと上記バネ定数Ｋとによって式（１）のように表される共振周波数ｆが所定値となるようにバネ定数を変更する。

例えば、重量部材とはエンジンであり、弾性部材とはエンジンマウントである。

本発明の車両挙動制御装置によれば、カーブ走行時における操舵応答性を高めると共に車体に伝わる振動騒音の上昇を抑制することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の車両挙動制御装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態の車両挙動制御装置が搭載される車両のエンジン懸架系について説明する。図１は、本実施形態の車両挙動制御装置が搭載される車両のエンジン懸架系を示す概念図である。本実施形態に係る車両１は４つの車輪を備え、図１において２輪にモデル化して示されている。車両１のモデルでは、車体３の前後に前輪５Ｆ及び後輪５Ｒがそれぞれ取り付けられている。車両１に搭載されているエンジン（重量部材）７は、車体３に対してエンジンマウント（弾性部材）９によって弾性支持されている。エンジンマウント９は、ゴム等で形成された弾性部材である。バネ定数Ｋ_ｅｆは、エンジンマウント９の車幅方向かつフロント側のバネ定数であり、バネ定数Ｋ_ｅｒは、エンジンマウント９の車幅方向かつリア側のバネ定数である。

前輪５Ｆは、運転者によるハンドルの操舵に応答して駆動されるパワーステアリング装置（図示せず）によって転舵される。前輪５Ｆが転舵されることによって、車両１が曲がるようになる。ハンドルの操舵角δ_Ｈに対して車両１のヨーレートγの操舵応答性を示す伝達関数Ｇ(ｓ)は、次のように示すことができる。

式（２）において、Ａは、車両１のデータによって定まる定数である。Ｆ_１(ｓ)，Ｆ_２(ｓ)，Ｆ_３(ｓ)，Ｆ_４(ｓ)は、車両１のデータによって定まるラプラス積分項である。車両１のデータとは、バネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｆ及びエンジン７の重量を含む車両の特性を示す値である。式（１）で示される伝達関数Ｇ(ｓ)の各係数のうちＦ_３(ｓ)，Ｆ_４(ｓ)は、バネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｆ及びエンジン７の重量を含む係数である。すなわち、Ｆ_３(ｓ)，Ｆ_４(ｓ)は、エンジン７及びエンジンマウント９を含むエンジン懸架系のパラメータを含む係数である。

図２は、ハンドルの操舵角の周波数と伝達関数Ｇ(ｓ)の各係数との関係を示すグラフである。図２のグラフにおいて、横軸がハンドルの操舵角の周波数を示す。ハンドルの操舵角の周波数とは、運転者によってハンドルの操舵が開始されてから元の位置に戻るまでを１周期としたものである。すなわち、ハンドルの操舵角の周波数が高いということは、操舵速度が速いことを示す。図２のグラフにおいて、縦軸は、式（２）で示される伝達関数Ｇ(ｓ)の各係数Ａ，Ｆ_１(ｓ)，Ｆ_２(ｓ)，Ｆ_３(ｓ)，Ｆ_４(ｓ)のゲインＡ，Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４及び、伝達関数Ｇ(ｓ)のゲインを示す。

図２のグラフにおいて、伝達関数Ｇ(ｓ)のゲインは、実線の曲線ｇ_０で示され、５[Ｈｚ]前後で急激に低下している。この原因は、２点鎖線の曲線ｇ_３で示すＦ_３(ｓ)のゲインＦ３が５[Ｈｚ]前後で急激に低下している為と考えられる。Ｆ_３(ｓ)は、バネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｆ及びエンジンの重量ｍ_ｅを用いて次のように示すことができる。なお、sはラプラス演算子である。

式（３）に示されるように、操舵応答性の低下は、エンジン７の重量ｍ_ｅとエンジンマウント９のバネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｆを含むエンジン懸架系の影響が大きい。特に、５[Ｈｚ]前後の高周波側における操舵応答性の低下は、エンジン懸架系の影響が大きい。

また、Ｆ_４(ｓ)も、バネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｆ及びエンジンの重量ｍ_ｅを用いて次のように示すことができる。なお、Ｂ,Ｃは定数である。

式（３）及び（４）より、バネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｆの和であるバネ定数Ｋ_ｅ＝（Ｋ_ｅｆ＋Ｋ_ｅｆ）を大きく設定すれば、{Ｆ_３(ｓ)×Ｆ_４(ｓ)}の値は１に近づき、５[Hz]前後における伝達関数Ｇ(ｓ)のゲインの低下を抑制することができる。しかしながら、エンジン７から車体３に伝わる振動騒音を低減するためには、バネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｆを小さく設定するのが好ましい。

更に解析を進めた結果、操舵応答性の低下は、式（５）によって示される、エンジン懸架系の車幅方向の共振周波数ｆにおいて発生することが分かった。

そこで、本実施形態の車両１が搭載する車両挙動制御装置では、通常状態においてはエンジン７の振動騒音の観点からバネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｆを小さく設定し、車輪が転舵される際に、操舵応答性を高めると共に車体に伝わる振動騒音の上昇を抑制するように、エンジンマウント９の車幅方向の共振周波数ｆを変更する。図３は、本実施形態に係る車両挙動制御装置の機能ブロック図である。

図３に示すように、本実施形態に係る車両挙動制御装置１０は、操舵角センサ１１、車速センサ１２、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１３、及びバネ定数変更部１５を備える。操舵角センサ１１は、ハンドルの操舵角（ステアリング操舵角）δ_Ｈを検出し、ＥＣＵ１３へ出力する。車速センサ１２は、車両１の速度を検出し、ＥＣＵ１３へ出力する。

ＥＣＵ１３は、走行中に車輪が転舵される際に、エンジンマウント９の車幅方向のバネ定数Ｋ_ｅの目標バネ定数Ｋ_ｕｐを設定する。ＥＣＵ１３は、ステアリング操舵角δ_Ｈが所定値より大きく、且つステアリング操舵角δ_Ｈの変化から算出されるステアリング操舵角速度δ_Ｈ／ｓが所定値より大きく、且つ車速が所定値より大きい場合に、走行中に車輪が転舵されると判断する。すなわち、ＥＣＵ１３は、車輪が転舵されることを検出する検出手段として機能する。

ＥＣＵ１３は、操舵応答性を高めると共に車体に伝わる振動騒音を抑制するように、エンジンマウント９の車幅方向のバネ定数Ｋ_ｅの目標バネ定数Ｋ_ｕｐを設定する。ＥＣＵ１３は、エンジン懸架系における車幅方向の共振周波数が、想定されるハンドルの操舵角の周波数範囲より大きい所定値となるように、目標バネ定数Ｋ_ｕｐを設定する。これにより、想定されるハンドルの操舵角の周波数範囲においては、伝達関数Ｇ（ｓ）のゲインの低下を抑制することができ、操舵応答性の低下を抑制できる。なお、目標バネ定数Ｋ_ｕｐは、通常状態のバネ定数Ｋ_noｒmalより大きい値となる。

ＥＣＵ１３は、設定部１７とメモリ１９とを備え、設定部１７がメモリ１９に格納された車両１のデータ等を参照して目標バネ定数Ｋ_ｕｐを設定する。このように、目標バネ定数Ｋ_ｕｐを必要以上に高く設定しないので、エンジンマウント９のバネ定数Ｋ_ｅが高くなることによるエンジンの振動騒音の上昇を抑制できる。例えば、設定部１７は、メモリ１９に格納された共振周波数の所定値及びエンジンの重量ｍ_ｅと式（５）を用いて目標バネ定数Ｋ_ｕｐを設定する。その後、設定部１７は、エンジンマウント９のバネ定数Ｋ_ｅが設定した目標バネ定数Ｋ_ｕｐとなるように、制御電流をバネ定数変更部１５へ出力する。

バネ定数変更部１５は、エンジンマウント９のバネ定数Ｋ_ｅを目標バネ定数Ｋ_ｕｐとなるように変更する。本実施形態のバネ定数変更部１５は、エンジンマウント９と一体となっている。図４は、バネ定数変更部を含むエンジンマウントの概略断面図である。エンジンマウント９は、その外形を構成するゴム部材２１と、ゴム部材２１の内部に設けられたバネ定数変更部１５とを含む。

バネ定数変更部１５は、ゴム部材２１の内部に注入されたＥＲ流体２３と、ＥＲ流体２３中に位置する複数の電極２５と、ＥＲ流体２３をゴム部材２１の内部に封止するための封止部材２７とを含む。ＥＲ流体２３は、電極２５によって電場を加えられると、その電場が強いほど弾性が大きくなる流体である。ＥＲ流体２３の弾性が大きくなることにより、エンジンマウント９のバネ定数Ｋ_ｅが大きくなる。

ＥＣＵ１３から出力される制御電流が、増幅器２９によって増幅され、複数の電極２５間に電圧がかかる。これにより、ＥＲ流体２３に電場が加えられ、バネ定数Ｋ_ｅが変化する。ＥＣＵ１３から出力される制御電流の値を調整することにより、エンジンマウント９のバネ定数Ｋ_ｅを目標バネ定数Ｋ_ｕｐとする。

なお、車両挙動制御装置１０では、バネ定数Ｋ_ｅの変更を行わないように設定するために、エンジンマウント制御スイッチ３１を備える。エンジンマウント制御スイッチ３１がＯＮの場合には、上述したようにバネ定数Ｋ_ｅの制御が行われる。エンジンマウント制御スイッチ３１がＯＦＦの場合には、バネ定数Ｋ_ｅの制御は行わず、バネ定数Ｋ_ｅはエンジン７の振動騒音の観点からバネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｆを小さく設定した状態（バネ定数Ｋ_normal）に保たれる。

引き続いて、本実施形態の車両挙動制御装置１０の動作について説明する。図５は、本実施形態の車両挙動制御装置の動作を示すフローチャートである。

まず、ハンドルが操舵されると、操舵角センサ１１によって操舵角センサ信号がＥＣＵ１３へ入力される（ステップＳ１）。ＥＣＵ１３では、操舵角センサ信号が入力されると、エンジンマウント制御スイッチ３１がＯＦＦの場合（ステップＳ２でＮＯ）、バネ定数Ｋ_ｅの制御を行わず、引き続きバネ定数Ｋ_normalの状態を保つ（ステップＳ３）。

エンジンマウント制御スイッチ３１がＯＮの場合（ステップＳ２でＹＥＳ）であっても、ステアリングの操舵角δ_Ｈが所定値Ｘより大きく且つステアリング操舵角速度δ_Ｈ／ｓが所定値Ｙより大きいという条件を満たさない場合（ステップＳ４でＮＯ）、又は、車速Ｖが所定値Ｚより大きいという条件を満たさない場合（ステップＳ５でＮＯ）は、バネ定数Ｋ_ｅの制御を行わず、引き続きバネ定数Ｋ_normalの状態とする（ステップＳ３）。

エンジンマウント制御スイッチ３１がＯＮの場合（ステップＳ２でＹＥＳ）であって、ステアリングの操舵角δ_Ｈが所定値Ｘより大きく且つステアリング操舵角速度δ_Ｈ／ｓが所定値Ｙより大きいという条件を満たし（ステップＳ４でＹＥＳ）、車速Ｖが所定値Ｚより大きいという条件を満たす場合（ステップＳ５でＹＥＳ）は、ＥＣＵ１３によって目標バネ定数Ｋ_ｕｐが設定され、バネ定数変更部１５によってエンジンマウントの車幅方向のばね定数が目標バネ定数Ｋ_ｕｐに変更される（ステップＳ６）。

このようにして、本実施形態の車両挙動制御装置１０では、走行中において車輪が転舵される際に、エンジン懸架系における車幅方向の共振周波数が想定されるハンドルの操舵角の周波数範囲より大きい所定値となるように、エンジン７の重量ｍ_ｅに基づいて、エンジンマウント９の車幅方向のバネ定数Ｋ_ｅを変更する。これにより、操舵応答性の悪化を招かないように、上記共振周波数を適切な所定値に設定することができる。且つ、上記バネ定数の値を適切な所定値に設定するようにバネ定数が変更されるので、必要以上にバネ定数を高くすることなく、車体に伝わる振動騒音の上昇を抑制することができる。

図６は、本実施形態の車両挙動制御装置によって得られる操舵応答性を示すグラフである。図６において、横軸はハンドルの操舵角の周波数を示し、縦軸は、操舵応答性を示す伝達関数Ｇ（ｓ）のゲインを示す。車両挙動制御装置１０を搭載しない車両における操舵応答性（車両挙動制御装置１０による制御なしの操舵応答性）を破線で示す。車両挙動制御装置１０を搭載した車両１における操舵応答性（車両挙動制御装置１０によるフィードフォワード制御ありの操舵応答性）を実線で示す。

図６に示されるように、車両挙動制御装置１０を搭載した車両１においては、操舵応答性が改善されている。特に、５[Ｈｚ]付近のゲインが向上している。すなわち、ハンドルの操舵角の高周波領域における操舵応答性が向上している。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、重量部材がエンジンで弾性部材がエンジンマウントである場合について説明したが、重量部材が水素タンクで弾性部材として水素タンクを車体に対して弾性支持する部材としてもよい。このように、本発明の車両挙動制御装置は、重量部材を車両に搭載した場合に、重量部材を車体に支持する弾性部材のバネ定数を重量部材懸架系の車幅方向の共振周波数を考慮して設定するものである。

また、上記実施形態では、ステアリング操舵角、ステアリング操舵角速度、及び車速が所定の条件を満たした場合にエンジンマウント９のバネ定数Ｋ_ｅを変更することとしたが、これに限られない。バネ定数Ｋ_ｅを変更するタイミングは、車両が備える車輪が転舵される際であればよい。例えば、障害物を検知したときにハンドル又は車輪を自動的に操舵するシステムを搭載した車両においては、障害物を検知したときにバネ定数Ｋ_ｅを変更してもよい。

また、上記実施形態では、ＥＲ流体を用いたバネ定数変更部１５によりバネ定数Ｋ_ｅを変更することとしたが、これに限られない。エンジンマウントの車幅方向のバネ定数を変更するものであればよい。

また、上記実施形態では、重量部材懸架系（エンジン懸架系）の車幅方向の共振周波数が設定される所定値は、想定されるハンドルの操舵角の周波数範囲より大きい値としたが、これに限られない。例えば、ハンドルの操舵角の周波数又は車速等に基づいて、所定値を設定してもよい。

本実施形態の車両挙動制御装置が搭載される車両のエンジン懸架系を示す概念図である。 ハンドルの操舵角の周波数と操舵応答性を示す伝達関数の各係数との関係を示すグラフである。 本実施形態の車両挙動制御装置の機能ブロック図である。 本実施形態に係るバネ定数変更部を含むエンジンマウントの概略断面図である。 本実施形態の車両挙動制御装置の動作を示すフローチャートである。 本実施形態の車両挙動制御装置によって得られる操舵応答性を示すグラフである。

符号の説明

１…車両、３…車体、７…エンジン（重量部材）、９…エンジンマウント（弾性部材）、１０…車両挙動制御装置、１３…ＥＣＵ（検出手段）、１５…バネ定数変更部（バネ定数変更手段）、１７…設定部。

Claims (3)

1. 車両に搭載され、前記車両の挙動制御を行う車両挙動制御装置において、
   前記車両の車輪が転舵されることを検出する検出手段と、
   前記車両に搭載された重量部材及び前記重量部材を車体に弾性支持する弾性部材を含む重量部材懸架系における車幅方向の共振周波数と前記重量部材の重量とに基づいて、前記弾性部材の車幅方向のバネ定数を変更するバネ定数変更手段と、
   を備えることを特徴とする車両挙動制御装置。
2. 前記バネ定数変更手段は、前記車輪が転舵される際に、前記重量部材の重量ｍと前記バネ定数Ｋとによって式（１）のように表される前記共振周波数ｆが所定値となるように、前記バネ定数を変更することを特徴とする請求項１に記載の車両挙動制御装置。
   

   
3. 前記重量部材はエンジンであり、前記弾性部材はエンジンマウントであることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両挙動制御装置。

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