JP2009208718A - 後輪独立操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータやセンサの故障が生じた場合でも、タイヤの偏磨耗の原因が生じたり、車両の安定な操縦性を損ねることのないように構成された後輪独立操舵制御装置を提供する。
【解決手段】 一方の後輪のアクチュエータ或いはセンサの故障が検出された場合、他方の後輪を適切に転舵し、確実なフェールセーフ対応或いはトー角制御のメリットの継続的な活用を可能にする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、車両のトー角を、車両の挙動に応じて制御することにより車両の走行安定性を改善するための装置に関し、特に、アクチュエータやセンサの故障に対応するように構成された後輪独立操舵制御装置に関する。

左右の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油圧シリンダなどの直線変位アクチュエータを設け、これを伸縮駆動することにより、左右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トー角可変制御装置が知られている（特許文献１、２を参照されたい）。

このようなトー角可変制御装置においては、システムが故障した際にも車両の走行に支障を来さないようにするためのフェールセーフ機構が必要であり、例えば文献１に記載の油圧アクチュエータは、ピストンロッドが収縮方向へばね付勢されており、油圧の供給が断たれると自動的にトー角がゼロになるように構成されている。
特公平８−２５４８２号公報 特開平９−３０４３８号公報

しかしながら、アクチュエータとしては必ずしも油圧式のものが用いられるとは限らず、しかもトー角をゼロに復元するためには、かなり大型のばねが必要となり、それよりも簡便な構造が望まれる。また、他方の後輪のトー角が不明であったり、或るトー角で膠着しているような場合には、一方の後輪のトー角をゼロにしたとしても、タイヤの偏磨耗の原因となったり、車両の安定な操縦が困難となることが考えられる。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的は、構造の複雑化や大型化を招かず、しかも無用な動力の増大を招かずにフェールセーフ機構を構築することのできる後輪独立操舵制御装置を提供することにある。

本発明の主な第２の目的は、アクチュエータやセンサの故障が生じた場合でも、タイヤの偏磨耗の原因が生じたり、車両の安定な操縦性を損ねることのないように構成された後輪独立操舵制御装置を提供することにある。

このような発明は、本発明によれば、車両の左右後輪を独立に操舵制御する後輪独立操舵制御装置であって、前記各後輪を転舵するためのアクチュエータと、前記各後輪の転舵範囲の限度を規定するストッパと、前記各後輪の転舵角を検出するトー角センサと、前記車両の状態及び前記トー角センサの出力に応じて前記アクチュエータを駆動する制御ユニットと有し、前記制御ユニットが、前記トー角センサの故障を検出する手段を有し、かつ該手段により前記左右後輪の一方のトー角センサの故障が検出されたとき、前記一方の後輪を前記転舵範囲限度に転舵し、前記左右後輪の他方の後輪を、前記一方の後輪と同位相の同一転舵角に転舵することを特徴とする後輪独立操舵制御装置を提供することにより達成される。

これによれば、トー角センサが故障し、通常のトー角制御が不可能になったにも関わらず、左右後輪が同位相の同一舵角に保持されることになり、ステアリングホイールの中立位置が偏るが、後輪が互いに平行となり、実質的にトー角０の状態で走行することができ、タイヤの偏磨耗や、車両の異常な挙動を回避することができる。

本発明の別の側面によれば、前記制御ユニットが、前記トー角センサの故障を検出する手段を有し、かつ該手段により前記左右後輪の一方のトー角センサの故障が検出されたとき、前記一方の後輪の駆動を停止し、前記左右後輪の他方の後輪のみを転舵制御するようにしている。

これにより、左右後輪の一方のみとは言え、トー角制御を維持することが出来、故障にも関わらず、安定な車両の操縦性を維持することができる。この場合でも、前記各後輪の転舵範囲の限度を規定するストッパを更に有し、前記制御ユニットが、当該車両の操縦安定性を好適に実行することが出来ないと判断したとき、故障したトー角センサの側の前記一方の後輪を前記転舵範囲限度に転舵し、前記左右後輪の他方の後輪を、前記一方の後輪と同位相又は逆位相の同一転舵角に転舵し、前記左右後輪の他方の後輪のみを転舵制御することにより、故障時に於ける確実なフェールセーフ対応及びトー角制御のメリットの継続的な活用を両立させることができる。

本発明の更に別の側面によれば、車両の左右後輪を独立に操舵制御する後輪独立操舵制御装置であって、前記各後輪を転舵するためのアクチュエータと、前記各後輪の転舵角を検出するトー角センサと、前記車両の状態及び前記トー角センサの出力に応じて前記アクチュエータを駆動する制御ユニットと有し、前記制御ユニットが、前記アクチュエータの故障を検出する手段を有し、かつ該手段により前記左右後輪の一方のアクチュエータの停止故障が検出されたとき、前記他方の後輪を、前記一方の後輪と同位相の同一転舵角に転舵することを特徴とする後輪独立操舵制御装置が提供される。

これによれば、トー角アクチュエータが故障し、通常のトー角制御が不可能になったにも関わらず、左右後輪が同位相の同一舵角に保持されることになり、ステアリングホイールの中立位置が偏るが、後輪が互いに平行となり、実質的にトー角０の状態で走行することができ、タイヤの偏磨耗や、車両の異常な挙動を回避することができる。

所望に応じて、前記他方の後輪を、前記一方の後輪と同位相の同一転舵角に転舵した後に、前記制御ユニットが、当該車両の操縦安定性を好適に実行することが出来ないと判断したときに、前記左右後輪の他方の後輪のみを転舵制御することができる。これによれば、故障時に於ける確実なフェールセーフ対応及びトー角制御のメリットの継続的な活用を両立させることができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

以下、図面を参照して、本発明に基づく後輪独立操舵制御装置の好適実施例について詳しく説明する。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は実施形態に係る後輪独立操舵制御装置１０を適用した自動車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後輪独立操舵制御装置１０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、前輪舵角センサ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、舵角センサ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、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（トー角センサ）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。

次に、後輪独立操舵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。

この電動アクチュエータ１１に於いては、出力ロッド３５の直線運動の範囲は、ボルト６６が第２ハウジング３２ｂに画定されたストッパ部１０１ａ、１０１ｂに衝当することにより規定される。また、図示されていないが、懸架装置の適所に、ナックル２１等のトー角変位を規制するストッパ部を設けることもできる。

このような後輪独立操舵制御装置によれば、各後輪を逆位相で対称的に転舵したり、同位相で同一角度を転舵したり或いは各後輪を独立に転舵することが可能である。特に、両後輪を同位相に転舵することにより、後輪に対する横力を自在に発生することが出来るため、車両の操縦安定性を改善したり、或いはヨーレート規範制御等に好適に適用することが可能である。

≪第１実施例≫
図５は、上記した後輪独立操舵制御装置１０の第１実施例に基づく制御構造を示す概略ブロック図である。自動車Ｖに搭載されたＥＣＵ１２は、規範ヨーレート演算器１２ａと、ＰＩＤ制御器１２ｂと、切替器１２ｃとを含む。車速センサ１３及び舵角センサ１４の出力は規範ヨーレート演算器１２ａに入力され、規範ヨーレート演算器１２ａから出力される規範ヨーレートと、ヨーレイトセンサ１５から出力される実ヨーレートとの偏差が、ＰＩＤ制御器１２ｂに入力され、ＰＩＤ制御器１２ｂは、この偏差を解消する向きに電動アクチュエータ１１を駆動するための駆動信号を発生する。後輪の実トー角を検出するトー角センサ１７の出力は、ＰＩＤ制御器１２ｂによるフィードバック制御のためにＰＩＤ制御器１２ｂに供給される。切替器１２ｃは、通常開状態にある。

尚、左右後輪のそれぞれについて互いに同一の制御構造が備えられているが、図５では、説明に必要な範囲のみを図示し、制御構造の一部が図示省略されている。いずれにせよ、通常は、このように各後輪のトー角を制御し、様々な条件下に於いて、車両の操縦安定性を好適に維持することができる。

ここで、図６に示されるように、例えば、左側後輪の電動アクチュエータ１１ｆが故障し、トー角が或る一定値に固定されたとする。その原因としては、機械的な故障、電源異常、モータ故障等が考えられる。本実施例の電動アクチュエータ１１では、電源異常等によりモータが停止すると、対応する後輪が外力を受けた場合でも、そのトー角が一定値に固定される。故障時に後輪のトー角が固定されないような形式のアクチュエータが用いられた場合には、ブレーキ、ロックピンなどを用いて、故障側の後輪のトー角が固定されるようにしても良い。いずれにせよ、この場合、必要に応じて、センサやアクチュエータの故障診断を行い、故障の個所を特定することが望ましい。

アクチュエータ１１ｆの故障が確認されると、正常な側の切替器１２ｃが閉じられ、正常側のアクチュエータ１１ｇの駆動信号に、故障側のトー角センサ１７ｆの出力が加算される。同時に、正常側のトー角センサ１７ｇの出力に対して、故障側のトー角センサ１７ｆの出力が減算される。従って、図６に示されるように、故障側の後輪のトー角が固定されると、正常な側の電動アクチュエータ１１ｇの中立位置が、故障側のトー角の分だけオフセットすることとなる。従って、正常側の後輪のトー角が、同位相かつ同一角度（新たな中立トー角）に転舵され（トーイン・トーアウト量＝０）、しかも、所望に応じて、正常側の後輪を、この新たな中立トー角を中心として、通常通りに制御することができる。

しかしながら、故障時に於いては、一方の後輪のみ有効に制御されることとなり、通常とは異なる挙動が引き起こされることになる。そこで、所望に応じて、故障時には、（例えば、制御ゲインを小さくしたり、ヨーレートの偏差の入力値に対して、通常よりも大きい不感帯を設けるなど、）ＰＩＤ制御器１２ｂのパラメータを変更し、より無難な応答性を選択し得るようにすると良い。

≪第２実施例≫
図７は、上記した後輪独立操舵制御装置１０の第２実施例に基づく制御構造を示す概略ブロック図である。図５に対応する部分については同様の符合を付し、その詳しい説明を省略する。また、この場合も、左右後輪のそれぞれについて互いに同一の制御構造が備えられているが、図７では、説明に必要な範囲のみを図示し、制御構造の一部が図示省略されている。

ＥＣＵ１２は、規範ヨーレート演算器１２ａと、ＰＩＤ制御器１２ｂと、マップ１２ｄとを含む。車速センサ１３及び舵角センサ１４の出力は規範ヨーレート演算器１２ａに入力され、規範ヨーレート演算器１２ａから出力される規範ヨーレートと、ヨーレイトセンサ１５から出力される実ヨーレートとの偏差が、ＰＩＤ制御器１２ｂに入力され、ＰＩＤ制御器１２ｂは、この偏差を解消する向きに電動アクチュエータ１１を駆動するための駆動信号を発生する。後輪の実トー角を検出するトー角センサ１７の出力は、ＰＩＤ制御器１２ｂによるフィードバック制御のためにＰＩＤ制御器１２ｂに供給される。マップ１２ｄは、例えば、ヨーレイトが所定値以下のときには、０％出力を発生し、ヨーレイトが所定値を超えたときには１００％出力を発生するものであって良い。

本実施例の作動要領を以下に説明する。図８に示されるように、左側後輪のトー角センサ１７が故障し、左側後輪のトー角が不明になったとする。この場合も、センサやアクチュエータの故障診断を行い、故障の個所を特定することが望ましい。

センサの故障が確認されると、先ず、故障側のアクチュエータ１１を停止、かつ固定する。次に、正常側の後輪のトー角を０とし、トー角制御を中止する。必要に応じて、この段階で、車両を整備工場に持ち込むことが考えられる。この状態で、車両の挙動が、或る程度以上乱れた場合には、トー角０を中心としてトー角制御を行う。これにより、故障時に於ける確実なフェールセーフ対応及びトー角制御のメリットの継続的な活用を両立させることができる。

この状態で、車両の挙動が、更に乱れた場合には、ヨーレイト偏差が所定値を超えると、故障側及び正常側の後輪を一方向に最大デューティをもって駆動し、両後輪のトー角をいずれかの側のストッパにより規定される限度値となるようにする。この場合、両後輪を同時に同相かつ同一トー角に転舵することもできるが、所望に応じて、逐次的に、同相かつ同一トー角に転舵することができる。場合によっては、両後輪がトーインをなすように、逆相かつ同一トー角となるように転舵することもできる。

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。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。

本発明に基づく後輪独立操舵制御装置を備えた自動車の概略構成図である。 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である。 本発明に基づく後輪独立操舵制御装置の第１実施例を示すブロック図である。 本発明の第１実施例の作動要領を示すブロック図である。 本発明に基づく後輪独立操舵制御装置の第２実施例を示すブロック図である。 本発明の第２実施例の作動要領を示すブロック図である。

符号の説明

Ｖ 自動車
１ 車体
３ 前輪
５ 後輪
１０ 後輪独立操舵制御装置
１１ 電動アクチュエータ
１２ ＥＣＵ
１２ａ ヨーレート演算器
１２ｂ ＰＩＤ制御器
１２ｃ 切替器
１２ｄ マップ
１４ 前輪舵角センサ
１７ ストロークセンサ（トー角センサ）

Claims (5)

1. 車両の左右後輪を独立に操舵制御する後輪独立操舵制御装置であって、
   前記各後輪を転舵するためのアクチュエータと、
   前記各後輪の転舵範囲の限度を規定するストッパと、
   前記各後輪の転舵角を検出するトー角センサと、
   前記車両の状態及び前記トー角センサの出力に応じて前記アクチュエータを駆動する制御ユニットと有し、
   前記制御ユニットが、前記トー角センサの故障を検出する手段を有し、かつ該手段により前記左右後輪の一方のトー角センサの故障が検出されたとき、前記一方の後輪を前記転舵範囲限度に転舵し、前記左右後輪の他方の後輪を、前記一方の後輪と同位相の同一転舵角に転舵することを特徴とする後輪独立操舵制御装置。
2. 車両の左右後輪を独立に操舵制御する後輪独立操舵制御装置であって、
   前記各後輪を転舵するためのアクチュエータと、
   前記各後輪の転舵角を検出するトー角センサと、
   前記車両の状態及び前記トー角センサの出力に応じて前記アクチュエータを駆動する制御ユニットと有し、
   前記制御ユニットが、前記トー角センサの故障を検出する手段を有し、かつ該手段により前記左右後輪の一方のトー角センサの故障が検出されたとき、前記一方の後輪の駆動を停止し、前記左右後輪の他方の後輪のみを転舵制御することを特徴とする後輪独立操舵制御装置。
3. 前記各後輪の転舵範囲の限度を規定するストッパを更に有し、前記制御ユニットが、当該車両の操縦安定性を好適に実行することが出来ないと判断したとき、故障したトー角センサの側の前記一方の後輪を前記転舵範囲限度に転舵し、前記左右後輪の他方の後輪を、前記一方の後輪と同位相又は逆位相の同一転舵角に転舵し、前記左右後輪の他方の後輪のみを転舵制御することを特徴とする請求項１に記載の後輪独立操舵制御装置。
4. 車両の左右後輪を独立に操舵制御する後輪独立操舵制御装置であって、
   前記各後輪を転舵するためのアクチュエータと、
   前記各後輪の転舵角を検出するトー角センサと、
   前記車両の状態及び前記トー角センサの出力に応じて前記アクチュエータを駆動する制御ユニットと有し、
   前記制御ユニットが、前記アクチュエータの故障を検出する手段を有し、かつ該手段により前記左右後輪の一方のアクチュエータの停止故障が検出されたとき、前記他方の後輪を、前記一方の後輪と同位相の同一転舵角に転舵することを特徴とする後輪独立操舵制御装置。
5. 前記他方の後輪を、前記一方の後輪と同位相の同一転舵角に転舵した後に、前記制御ユニットが、当該車両の操縦安定性を好適に実行することが出来ないと判断したときに、前記左右後輪の他方の後輪のみを転舵制御することを特徴とする請求項４に記載の後輪独立操舵制御装置。

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