JP2009161099A - 後輪トー角可変車両 - Google Patents

Abstract

【課題】左右の後輪トー角可変制御装置の一方が故障した場合であっても、後輪にタイヤの過剰磨耗が生じないように車両の直進性を確保する後輪トー角可変車両を提供する。
【解決手段】後輪５のトー角を左右独立して変化させる一対の後輪トー角可変制御装置１０Ｌ，１０Ｒを備えた後輪トー角可変式の自動車Ｖにおいて、左右の後輪トー角可変制御装置１０Ｌ，１０Ｒの一方が故障した場合、故障していない側の後輪５を故障した側の後輪５と平行となるようにトー角制御するように構成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両の後輪トー角を独立して変化させる左右一対の後輪トー角可変制御装置に関する。

４輪自動車では一般に、操縦安定性を確保するために前輪にトー角が設定されており、進行方向を変更する場合には左右の前輪を操舵する。近年では、制動時の安定性や加速時の応答性を高めるため、或いは、高速旋回走行時の斜め走りを防止し、低速旋回走行時に小回りできるように、後輪のトー角を制御可能なトー角可変制御装置を搭載した自動車が開発されている。

このようなトー角可変制御装置として、後輪を支持する懸架装置におけるラテラルリンクあるいはトレーリングリンクの車体との連結部に直線変位する電動アクチュエータを左右両後輪にそれぞれ設け、これらを伸縮駆動することによって左右両輪のトー角を個々に変化させることができるように構成したものが知られている（特許文献１参照）。

そして本出願人は、左右独立制御方式のトー角可変制御装置の制御方法として、トー角制御に関する異常が左右一方の後輪に発生した場合、両後輪を左右対称となるようにトー角制御する方法を特許願２００６−２２８５５２として出願している。
特開平９−３０４３８号公報

しかしながら、上記の如く故障時に両後輪が左右対称となるようにトー角制御した場合、両後輪のタイヤ横力が互いに打ち消し合うために車両の直進性は確保されるが、両後輪は引きずりを起こした状態となるため、タイヤに過剰磨耗が生じてしまう。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、左右の後輪トー角可変制御装置の一方が故障した場合であっても、後輪にタイヤの過剰磨耗が生じないように車両の直進性を確保する後輪トー角可変車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、後輪のトー角を独立して変化させる左右一対の後輪トー角可変制御装置を備えた後輪トー角可変車両において、一方の後輪トー角可変制御装置が故障した場合、故障していない側の後輪を故障した側の後輪と平行となるようにトー角制御するように構成する。

本発明によれば、左右の後輪トー角可変制御装置の一方が故障して固着した場合であっても、タイヤの過剰磨耗を回避できる上、車体の向きが進行方向からずれた状態となりながらも車両の直進性を確保することができる。

≪実施形態の構成≫
＜自動車の全体構成＞
以下、図面を参照して、本発明に係る後輪トー角可変車両の一実施形態について詳細に説明する。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤや電動アクチュエータ等については、それぞれ数字の符号に左右を示す添字ＬまたはＲを付して、例えば、後輪５Ｌ（左）、後輪５Ｒ（右）と記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５と記す。

図１は実施形態に係る左右一対の後輪トー角可変制御装置１０Ｌ，１０Ｒを備えた自動車Ｖの概略構成図である。自動車Ｖは、タイヤ２Ｌ，２Ｒが装着された前輪３Ｌ・３Ｒと、タイヤ４Ｌ，４Ｒが装着された後輪５Ｌ，５Ｒとを備えており、これら前輪３Ｌ，３Ｒおよび後輪５Ｌ，５Ｒが、左右のフロントサスペンション６Ｌ，６Ｒおよびリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒによってそれぞれ車体１に懸架されている。

また、自動車Ｖには、ステアリングホイール８の操舵により、ラックアンドピニオン機構を介して左右の前輪３Ｌ，３Ｒを直接転舵する前輪操舵装置９と、左右のリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒに対して設けられた左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを伸縮駆動することにより、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を個別に変化させる左右一対の後輪トー角可変制御装置１０Ｌ，１０Ｒとが備わっている。

自動車Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２の他、車速センサ１３や、操舵量センサ１４、ヨーレイトセンサ１５、横加速度センサ１６の他、図示しない種々のセンサが設置されており、各センサの検出信号はＥＣＵ１２に入力して車両の制御に供される。なお、操舵量センサ１４はステアリングホイール８の操舵量を検出しており、その検出値から前輪３の転舵角が算出される。

ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線を介して各センサ１３〜１６等や、電動アクチュエータ１１と接続されている。ＥＣＵ１２は、各センサ１３〜１６等の検出結果に基づいて後輪トー角を算出し、各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの変位量を決定した上で後輪５のトー角制御を行う。

各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒには、トー角センサとして、出力ロッドのストローク位置を検出するストロークセンサ１７Ｌ，１７Ｒがそれぞれ設置されている。ストロークセンサ１７Ｌ，１７Ｒの信号がＥＣＵ１２に入力することで、電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒのフィードバック制御が行われる。これにより、各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは、ＥＣＵ１２によって決定された所定量だけ伸縮動し、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を正確に変化させる。

このように構成された自動車Ｖによれば、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪５Ｌ，５Ｒのトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる他、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪５Ｌ，５Ｒを左右に転舵することも可能である。例えば、自動車Ｖは、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、加速時に後輪５をトーアウトに、制動時に後輪５をトーインに変化させ、高速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と同相に、低速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と逆相にトー角制御（転舵）して、操縦性を高めるべく後輪トー角制御を行う。

＜後輪トー角可変制御装置＞
次に、後輪トー角可変制御装置の具体的構成について図２および図３を参照して説明する。図２は左側リヤサスペンション７Ｌの斜視図であり、図３は左側リヤサスペンション７Ｌの背面図である。ダブルウィッシュボーン式のリヤサスペンション７は、後輪５を回転自在に支持するナックル２１と、ナックル２１を上下動可能に車体１に連結するアッパアーム２２およびロアアーム２３と、後輪５のトー角を変化させるべくナックル２１と車体１とに連結された電動アクチュエータ１１と、後輪５の上下動を緩衝する懸架スプリング付きダンパ２４等で構成されている。

アッパアーム２２およびロアアーム２３は、基端がそれぞれゴムブッシュジョイント２５，２６を介して車体１に連結され、先端がそれぞれボールジョイント２７，２８を介してナックル２１の上部および下部に連結されている。電動アクチュエータ１１は、基端がゴムブッシュジョイント２９を介して車体１に連結され、先端がゴムブッシュジョイント３０を介してナックル２１の後部に連結されている。懸架スプリング付きダンパ２４は、上端が車体１に固定され、下端がゴムブッシュジョイント３１を介してナックル２１の上部に連結されている。

このような構成を採ることにより、電動アクチュエータ１１Ｌが伸長駆動されると、ナックル２１の後部が車幅方向外側に回動することにより、後輪５Ｌのトー角は車両進行方向に対して内向き（トーイン側）に変化し、電動アクチュエータ１１Ｌが収縮駆動されると、ナックル２１の後部が車幅方向内側に回動することにより、後輪５Ｌのトー角は車両進行方向に対して外向き（トーアウト側）に変化する。

次に、図４を参照して電動アクチュエータ１１およびストロークセンサ１７について説明する。図４は電動アクチュエータ１１の縦断面図である。電動アクチュエータ１１は、車体１側のゴムブッシュジョイント２９が形成された第１ハウジング３２ａ、および複数のボルト３３で第１ハウジング３２ａに締結された第２ハウジング３２ｂからなるハウジング３２と、第２ハウジング３２ｂに伸縮自在に支持され、ナックル２１側のゴムブッシュジョイント３０が形成された出力ロッド３５とを備えている。第１ハウジング３２ａの内部には駆動源であるブラシ付きのＤＣモータ４１が収容され、ボルト３６で第１ハウジング３２ａに締結されている。第２ハウジング３２ｂの内部には遊星歯車式の減速機５１と、弾性を有するカップリング５６と、台形ねじを用いた送りねじ機構６１とが収容されている。ＤＣモータ４１が駆動されると、回転軸４２の回転が減速機５１によって減速され、送りねじ機構６１によって直線運動に変換されて出力ロッド３５が直線駆動される。

第２ハウジング３２ｂの外周面に設けられたストロークセンサ１７は、出力ロッド３５の外周面に取り付けられたボルト６６によって出力ロッド３５に固着されたマグネット７１と、センサハウジング７２内に収容された差動変圧器７３とから構成されている。差動変圧器７３は、出力ロッド３５の直線駆動方向と平行に延在するようにマグネット７１に近接して配置され、両端が第２ハウジング３２ｂに固着されている。差動変圧器７３には、図示しない１次コイルと、１次コイルの軸方向両端に近接する同一巻き数の２つの２次コイルとが巻装されており、マグネット７１が１次コイルの長手方向に移動した際に生じる差動電圧を検出することにより、出力ロッド３５の伸縮ストロークが求められる。

＜後輪トー角可変制御装置の機能的構成＞
図５は左右一対の後輪トー角可変装置１０の概略ブロック図である。図５に示すように、自動車Ｖに搭載されたＥＣＵ１２は、入力インタフェース８０と、装置故障判定部８１と、センサ故障判定部８２と、直進走行判定部８３と、トー角推定部８４と、トー角設定部８５と、出力インタフェース８６とを有している。

入力インタフェース８０には、左右のストロークセンサ１７や、車速センサ１３、操舵量センサ１４、ヨーレイトセンサ１５、および横加速度センサ１６等からの各種信号が入力する。装置故障判定部８１は、これら各種信号および左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒに流れる電流値から、左右の後輪トー角可変制御装置１０の一方に生じた故障を判定する。センサ故障判定部８２は、左右の各ストロークセンサ１７Ｌ，１７Ｒからの信号や、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒに流れる電流値等に基づいてストロークセンサ１７の故障を判定する。

直進走行判定部８３は、ヨーレイトセンサ１５および横加速度センサ１６の検出値が略０であり、車速センサ１３の検出値が所定値以上であるときに直進走行中であることを判定する。トー角推定部８４は、直進走行時における操舵量センサ１４の検出値に基づいて、後述する故障したストロークセンサ１７側の後輪トー角Ａｄｅｇを推定する。

トー角設定部８５は、センサ故障判定部８２の判定結果や、トー角推定部８４の推定結果、その他、各センサ１３〜１７等の検出値に基づいて、各モードに則った左右の後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を設定する。出力インタフェース８６は、トー角設定部８５が設定したトー角を図示しないモータコントロールユニットに対して電気信号として出力する。これにより、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは、ＥＣＵ１２の指令に従うモータコントローラユニットによって駆動制御される。

≪実施形態の作用効果≫
以下、本実施形態の作用を説明する。図６は実施形態に係る後輪トー角可変式の自動車Ｖによる後輪トー角制御手順を示すフローチャートである。自動車Ｖはエンジンを始動すると、所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）をもって、図６のフローチャートに示す後輪トー角制御を行う。

ＥＣＵ１２は先ず、後輪トー角可変制御装置１０の左右一方の可変部に生じた故障の発生有無を示す装置故障発生フラグがＯＮとなっている否かを装置故障判定部８１において判定する（ステップＳＴ１）。装置故障発生フラグがＯＦＦとなっている場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１２はトー角設定部８５を介して通常モードのトー角制御を行う（ステップＳＴ２）。すなわち、上記したように、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、後輪５をトーアウト若しくはトーインに、或いは前輪舵角と同相若しくは逆相にトー角（転舵）制御する。そして、ＥＣＵ１２は上記手順を繰り返す。

一方、ステップＳＴ１でセンサ故障フラグがＯＮとなっている場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１２は、左右いずれかのストロークセンサ１７の故障の発生有無を示すセンサ故障フラグがＯＮとなっているか否かをセンサ故障判定部８２において判定する（ステップＳＴ３）。センサ故障フラグがＯＦＦとなっている場合（Ｎｏ）、すなわち、左右のストロークセンサ１７に故障が生じてない場合、ＥＣＵ１２は、故障していない側の後輪トー角が設定済みであることを示すトー角設定フラグがＯＮであるか否かを判定する（ステップＳＴ４）。

ステップＳＴ４でトー角設定フラグが未だ設定されていない場合には（Ｎｏ）、ＥＣＵ１２は、可変部に故障が発生した側の後輪５のトー角（Ａｄｅｇ）をストロークセンサ１７の検出値から取得し（ステップＳＴ５）、トー角設定部８５において、故障していないストロークセンサ側の後輪５を、故障したストロークセンサ側の後輪５と平行、すなわち同一方向且つ推定した後輪トー角Ａｄｅｇと同一角度に設定すると共に、トー角設定フラグをＯＮにする（ステップＳＴ６）。そして、ＥＣＵ１２は上記手順を繰り返す。

一方、ステップＳＴ４でトー角設定フラグが既に設定されている場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１２は、故障モードのトー角制御として、故障していないストロークセンサ側の後輪５のトー角を、ステップＳＴ６で設定された角度（Ａｄｅｇ）に保持し（ステップＳＴ７）、上記手順を繰り返す。

ステップＳＴ３でセンサ故障フラグがＯＮとなっている場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１２は、故障していないストロークセンサ側の後輪トー角が設定済みであることを示すトー角設定フラグがＯＮであるか否かを判定する（ステップＳＴ８）。トー角設定フラグがＯＮである場合（Ｙｅｓ）、すなわち、故障していないストロークセンサ側の後輪５のトー角が既に設定されている場合、ＥＣＵ１２は、故障モードのトー角制御として、故障していないストロークセンサ側の後輪５のトー角を、後述するステップＳＴ１３で設定された角度（Ａｄｅｇ）に保持し（ステップＳＴ７）、上記手順を繰り返す。

一方、ステップＳＴ８でトー角設定フラグがＯＦＦである場合（Ｎｏ）、すなわち、故障していないストロークセンサ側の後輪５のトー角が未設定である場合、ＥＣＵ１２はステップＳＴ９ステップＳＴ１３に示すトー角推定モードの制御を行う。

具体的には、電動アクチュエータ１１を駆動することにより、ＥＣＵ１２は故障していないストロークセンサ側の後輪５のトー角を０に制御する（ステップＳＴ９）。次に、直進走行判定部８３において、自動車Ｖが直進走行中であるか否かを判定し（ステップＳＴ１０）、直進走行中でないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１２は上記手順を繰り返す。なお、ここで言う直進走行とは、車体１の軸線Ｘ方向に沿って直線的に進む場合だけでなく、車体１の軸線Ｘ方向と異なる方向に直線的に進む、いわゆる「斜め走り」の状態も含むものである。

ステップＳＴ１０で自動車Ｖが直進走行中であると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１２は、操舵量センサ１４の検出値を読み込んで前輪３の転舵角δｆを取得する（ステップＳＴ１１）。このとき、図７に示すように、例えば故障したストロークセンサ側の後輪５Ｒが車体１の軸線Ｘ方向からトーアウト側（進行方向右側）に１．５ｄｅｇ傾いた状態で固着していたならば、自動車Ｖの直進状態は左右の前輪３が右へ略０．７５ｄｅｇ転舵された位置で確保される。したがって、自動車Ｖは車体１の軸線Ｘから０．７５ｄｅｇ右の方向へ向けて直進走行することとなる。

次にＥＣＵ１２は、トー角推定部８４において、故障したストロークセンサ側の後輪トー角Ａｄｅｇを推定する（ステップＳＴ１２）。この際、式（１）に表すように、故障して固着した後輪５のトー角は、前輪転舵角δｆの略２倍であると推定され得る。
Ａ（ｄｅｇ）＝δｆ×２ ・・・（１）
例えば図７に示すように、ステアリングホイール８の操舵量から求めた前輪転舵角δｆが右０．７５ｄｅｇであった場合、故障していないストロークセンサ側の後輪５Ｌのトー角が０ｄｅｇであるため、固着した側の後輪５トー角Ａｄｅｇは、前輪転舵角δｆの２倍の１．５ｄｅｇ、右（トーアウト）であると推定される。

更に、ＥＣＵ１２はトー角設定部８５において、故障していないストロークセンサ側の後輪５を、故障したストロークセンサ側の後輪５と平行、すなわち同一方向且つ推定した後輪トー角Ａｄｅｇと同一角度に設定すると共に、トー角設定フラグをＯＮにする（ステップＳＴ１３）。すると、図８に示すように、左右の後輪５は、共に１．５ｄｅｇ右に転舵された平行な状態となり、ステアリングハンドルおよび前輪の中立位置は直進走行状態を保つために、後輪５と同一方向同一角度となる。そして、ＥＣＵ１２は上記手順を繰り返す。

このように、電動アクチュエータ１１による左右の可変部の一方が故障した場合には、ストロークセンサ１７の検出値にから、また、左右のストロークセンサ１７の一方が故障した場合には、トー角推定モードの制御による推定から、故障した側の後輪トー角Ａｄｅｇが取得される。そして、故障していない側の後輪５を故障した側の後輪５と平行となるように故障モードのトー角制御をすることにより、後輪５のタイヤ４に過剰磨耗が生じることが防止される上、車体１の軸線Ｘ方向が車両進行方向とずれた状態となりながらも自動車Ｖの直進性が確保される。

≪変形実施形態１≫
図９に示すように、前輪操舵装置９を、ステアリングホイール８を枢支するステアリングコラム９ａと、前輪３に連結され、電動アクチュエータで前輪３を転舵するステアリングギヤ９ｂとが機構的に分離したステアバイワイヤ方式としてもよい。この場合、前輪３は、ステアリングコラム９ａに設置された操舵量センサ１４の検出値に基づいて、ステアリングギヤ９ｂによって転舵される。ステアリングギヤ９ｂには、前輪３の実転舵角を検出する転舵角センサ１８が設けられる。このように、操舵量センサ１４と転舵角センサ１８との両方が設置されている場合、或いは転舵角センサ１８のみが設置されている場合、前記した後輪トー角Ａｄｅｇの推定に際し、操舵量センサ１４の検出結果の代わりに、或いは操舵量センサ１４の検出結果と共に転舵角センサ１８の検出結果を用いてもよい。その他については、上記実施形態と同一の構成および作用であるので説明は省略する。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、直進走行状態の判定方法やその基準、前輪転舵角から故障した側の後輪トー角の算出式等は、上記実施形態のものに限られず適宜変更可能である。また、上記実施形態では、トー角センサとして直線変位量を検出する作動コイル型のトロークセンサを用いたが、ポテンショメータやリニアエンコーダ等、他の原理によるストロークセンサや、角度センサ等の検出対象の異なるセンサを用いてもよい。更にこれら変更の他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

左右一対の後輪トー角可変制御装置を備えた自動車の概略構成図 リヤサスペンションの斜視図 リヤサスペンションの背面図 電動アクチュエータの縦断面図 左右一対の後輪トー角可変制御装置のブロック図 後輪トー角可変制御手順を示すフローチャート 直進走行時における車輪状態の説明図 直進走行時における車輪状態の説明図 変形実施形態による左右一対の後輪トー角可変制御装置を備えた自動車の概略構成図

符号の説明

Ｖ 自動車
１ 車体
３ 前輪
５ 後輪
１０ 後輪トー角可変制御装置
１１ 電動アクチュエータ
１２ ＥＣＵ
１４ 操舵量センサ
１７ ストロークセンサ（トー角センサ）
１８ 転舵角センサ
８４ トー角推定部

Claims (1)

1. 後輪のトー角を独立して変化させる左右一対の後輪トー角可変制御装置を備えた後輪トー角可変車両であって、
   一方の後輪トー角可変制御装置が故障した場合、故障していない側の後輪を故障した側の後輪と平行となるようにトー角制御することを特徴とする後輪トー角可変車両。

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