JP2009226985A - 車体姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 あらゆる局面に於いて、車両の前後方向加速度に遅れなく応答し得る車体姿勢制御装置を提供する。
【解決手段】 車両の駆動トルクに対応する状態変数を、エンジン回転数センサ、吸気圧センサ、吸入空気量センサ、スロットル開度センサ、変速装置のギヤ比センサの少なくとも一つの出力に基づいて決定する。それにより、位相遅れが小さく、制御偏差が小さく、しかもパワー消費が最小化された車体姿勢制御装置が実現する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、可変減衰力ダンパ或いはアクチュエータを備えたものを含む様々な形式の懸架装置について用い得る車体姿勢制御装置に関する。

車両の乗り心地や操縦安定性を改善するために車体の姿勢を制御することが有用であることが知られている。例えば、車両の加減速時に車両のピッチを抑制するような様々なピッチ制御装置が知られている。例えば、特許文献１には、前後加速度センサを用い、その出力の微分値に基づいて、可変減衰力ダンパを制御し、車体のピッチ運動を制御することが提案されている。
特開２００６−０６９５２７号公報

しかしながら特許文献１に記載された発明では、車両が加速し始めてからの計測になるため、ピッチ抑制制御において遅れが発生し、それが乗員の乗り心地に違和感を与える虞があった。また、車両が傾斜している場合には、前後加速度が誤検知される場合がある。

特許文献２には、車両の姿勢制御装置に於いて、アクセル開度センサ、ブレーキ踏力センサ及び車速センサの出力から車両の前後方向加速度を推定することが提案されている。これによれば、位相遅れを改善しているが、アクセルに関わらない車両挙動を検出することができないため、ピッチ制御が様々な車両の挙動に対応できず、乗員の乗り心地を改善する効果が必ずしも十全でない。例えば、エンジンブレーキにより負の加速度が発生した場合に対応することができない。また、変速機によりギヤ比が変更された場合も、それを考慮できない。特に、（Ｄｒｉｖｅ ｂｙ Ｗｉｒｅ）システム等に於いては、アクセルペダル踏み込み量と、実際のアクセル開度或いは駆動力が高度に非線形になることがあり、意図どおりの制御を行えない場面が発生する。
特開昭６０−０６４０１４号公報

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、あらゆる局面に於いて、車両の前後方向加速度に遅れなく応答し得る車体姿勢制御装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、車両の様々な挙動に対応し得るような車体姿勢制御装置を提供することにある。

このような目的は、本発明によれば、各車輪と車体との間にそれぞれ設けられた可変懸架要素と、車両の所定の状態変数を検出する手段と、前記状態変数に基づき、前記可変懸架要素を制御する制御ユニットとを有する車体姿勢制御装置であって、前記状態変数が車両の駆動トルクに対応する変数を含み、かつエンジン回転数センサ、吸気圧センサ、吸入空気量センサ、スロットル開度センサ、変速装置のギヤ比センサの少なくとも一つの出力に基づいて決定されることを特徴とする車体姿勢制御装置を提供することにより達成される。

このように、エンジン或いは動力系よりの情報に基づき、車両の駆動トルクを推定或いは予測することにより、あらゆる局面に於いて、車両の前後方向加速度に遅れなく応答することができ、また車両の様々な挙動に対応することが可能となる。また、加速度センサを用いた場合には、検出信号にかなりのノイズが含まれ、適正な制御が困難となる場合があるが、本発明によれば、そのような問題を回避することができる。また、検出精度を高めるためには、前記状態変数を、補機によるエンジン出力損失、駆動系に於ける動力伝達損失、ブレーキ油圧、吸気温度及び外気圧等の補正因子を考慮して定めると良い。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１は本発明が適用された車両の懸架装置を模式的に示すダイヤグラム図である。四輪の自動車の各車輪Ｗを懸架する懸架装置Ｓは、車輪Ｗを、ナックル３を介して車体１に対して上下動自在に支持する懸架アーム６と、懸架アーム６と車体１との間に直列に配置されたコイルばね２と、コイルばね２に対して並列に懸架アーム６と車体１との間に配置されたダンパ４とを有する。ダンパ４は、オイルを満たしたシリンダの内部をピストンが移動する際に、その移動速度に応じた荷重（減衰力）を発生する形式のものであるが、本実施例に於いて、例えばＭＲＦ流体を利用した可変減衰ダンパをなし、そのアクチュエータ５に、電子制御ユニットＥＣＵからの制御信号を適宜印加し、その減衰特性を変更することにより所要の車体姿勢制御を行う。

図２に示すように、アクチュエータ５の作動を制御する電子制御ユニットＥＣＵには、ばね上加速度を検出するばね上加速度センサ１３、ダンパ４の変位（ストローク）を検出するダンパ変位センサ１４及び車両の横加速度を検出する横加速度センサ１５からの信号が供給される。更に、エンジンの回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ１７、エンジンの吸気負圧ＰＢを検出する吸気負圧センサ１８及びエンジンと車輪Ｗとの間に介在する動力伝達系のギヤ比を検出するギヤ比センサ１９からの信号も、電子制御ユニットＥＣＵに供給される。ギヤ比センサ１９は、変速機のギヤ位置或いは変速比を検出するものであって良い。これらの信号に基づいて電子制御ユニットＥＣＵはダンパ４のアクチュエータ５に供給する電流を制御してダンパ４の減衰力を任意に変更することができる。

電子制御ユニットＥＣＵは、スカイフック乗心地制御部３１と、ロール姿勢制御部３２と、ピッチ姿勢制御部３３と、ばね下制御部３５とを備える。ばね上加速度センサ１３が出力するばね上加速度は積分手段２１で積分されてばね上上下速度となり、スカイフック乗心地制御部３１に入力される。ダンパ変位センサ１４が出力するダンパ変位はばね下制御部３５に直接入力されるとともに、微分手段２２で微分されてダンパ速度となり、スカイフック乗心地制御部３１及びばね下制御部３５に入力される。横加速度センサ１５が出力する横加速度は微分手段２３で微分されて横加速度微分値となり、ロール姿勢制御部３２に入力される。

電子制御ユニットＥＣＵは、更に、駆動トルク演算部２０を有し、原動機であるエンジンの回転速度センサ１７、吸気負圧センサ１８及びエンジン後段の変速装置のギヤ比センサ１９からの信号が供給され、所定の数式或いはマップにより、エンジンの出力トルクを求め、更に車両の質量を考慮して、車両の前後加速度を出力する。駆動力演算部２０は、エンジンの出力トルクを求める際に、補機によるエンジン出力損失、駆動系に於ける動力伝達損失、ブレーキ油圧、吸気温度及び外気圧等のエンジンの出力トルクに影響を及ぼし得る補正因子を考慮すると良い。また、駆動力演算部２０は、車両の前後加速度を演算する際には、車輪即ちタイヤの外径及び車両の荷重（乗員及び積載物の重量）を考慮するものであって良い。

なお、エンジン負荷を検出するセンサは、吸気負圧センサ１８以外に、エアフローセンサに代表される吸入空気量センサ４１、あるいはスロットル開度センサ４２であってもよい。吸入空気量センサ４１の出力は、吸気負圧センサ１８の出力より応答性がよいから、姿勢制御に好適である。

ダンパ変位センサ１４の出力は、微分手段２２により微分されてダンパ速度に変換され、ダンパ速度は、更にロール姿勢制御部３２及びピッチ姿勢制御部３３にも供給される。

横加速度センサ１５により検出された横加速度は、微分手段２３により微分されて横加速度変化率に変換され、ロール姿勢制御部３２に入力され、（比例定数）×（横加速度微分値）によりロール制御目標荷重（ロール制御を行うためにダンパ４に発生させるべき目標減衰力）を算出する。更に、ダンパ変位を微分手段２２により微分して得られたダンパ速度を参照して、ロール制御目標荷重を発生するのに必要なロール制御電流を所定のマップから検索し、得られたロール制御電流をハイセレクト手段２６に出力する。

上述したロール制御電流の算出と同様にして、車両の急加速時におけるノーズアップや急制動時におけるノーズダウンを抑制するために、ピッチ姿勢制御部３３は、駆動力演算部２０により推定された車両前後加速度を微分手段２４で微分して得た前後加速度微分値からピッチ制御目標荷重（ピッチ制御を行うためにダンパ４に発生させるべき目標減衰力）を算出し、ピッチ制御目標荷重及びダンパ速度に基づき、所定のマップからピッチ制御電流を検索し、得られたピッチ制御電流をハイセレクト手段２６に出力する。

ハイセレクト手段２６には、ロール制御電流及びピッチ制御電流に加えて、スカイフック乗心地制御部３１からのスカイフック制御電流（スカイフック制御を行うための目標電流）も入力される。ハイセレクト手段２６は、ロール制御電流、ピッチ制御電流及びスカイフック制御電流のうちの何れか大きい方を出力する。そしてハイセレクト手段２６が出力するハイセレクト値と、ばね下制御部３５が出力するばね下制御電流（ばね下制御を行うための目標電流）とが加算手段２７で加算され、その加算値に基づいてダンパ４のアクチュエータ５の作動が制御される。

このように、ロール制御電流、ピッチ制御電流及びスカイフック制御電流のうちの何れか大きいものがハイセレクト手段２６により選択されてアクチュエータ５に出力されるので、ロール制御電流、ピッチ制御電流及びスカイフック制御電流のいずれかを選択している間に、いずれか異なるものの制御電流が、それを超えて増加すると、その時点で、そのような制御電流が選択されるようになる。従って、何れの場合にも、その切換時にハイセレクト手段２６が出力するハイセレクト電流が不連続に急変することがないため、ダンパ４のアクチュエータ５の作動がドライバに違和感を与えることが回避される。

尚、スカイフック制御では、制御ゲインを変更してもばね上共振周波数である１Ｈｚ近傍の振動伝達率が変化するだけであり、ばね下共振周波数である１０Ｈｚ近傍の振動伝達率を制御できないという問題がある。ばね下制御部３５はこの問題を解消するために設けられたもので、ばね下共振領域での振動を把握して制御する指標としてダンパ速度とダンパ変位との積に着目し、（比例定数）×（ダンパ速度）×（ダンパ変位）によりばね下制御電流を算出し、このばね下制御電流は加算手段２７においてハイセレクト手段２６が出力するハイセレクト電流に加算される。その結果、特にダンパ速度およびダンパ変位が大きい場合に、スカイフック制御とは独立して、１０Ｈｚ近傍のばね下共振領域の振動を抑制することが可能になる。

このように、本実施例によれば、前後加速度センサ値を使用する代わりに、推定駆動トルクから計算した加速度を用いることにより、より更に位相を進めることができる。図３は、車両が停止状態から加速したときの、前後加速度センサ値及び推定駆動トルク値に基づき決定された加速度値を比較するもので、前後加速度センサ値に基づく場合には、車速がある程度高まった時点で、加速度値がピーク値に到達するが、推定駆動トルク値に基づく場合には、車速が殆ど０である内に既にピーク値に到達することが示されている。従って、本実施例によれば、従来よりも位相遅れの少ない姿勢制御、特にピッチ運動の制御が可能となる。

このように、位相遅れの小さい応答が可能であることから、所要の姿勢制御のためにタイムリーに操作量を加えることができ、制御偏差を最小化し得ることができ、特に不整路に於いて乗心地を大幅に向上することができる。しかも、全体として、操作量の大きさが抑制される。即ち、比較的小さなパワー消費により、所要の制御動作を行うことになる。図４は、本実施例による制御動作に於ける操作量の大きさを従来技術のものと対比するもので、本実施例によれば、操作量が小さく、しかも時間遅れが小さいことが示されている。

更に、本実施例によれば、エンジン出力に関連するデータばかりでなく、ギヤ比或いは変速比も考慮するものであることから、従来よりも的確に車両の前後方向加速度に対応する状態変数を求めることができる。また、エンジンブレーキなどのアクセルに関わらない車両挙動を的確に考慮することができる。図６は、アクセル位置にあまり変化がない場合でも、ギヤ比を変更すると、それが的確に駆動トルクに基づく車両の前後加速度に反映されることを示している。言うまでもなく、本発明によれば、従来必ずしも考慮されなかったＭＴ車のギヤシフトや、ＡＴ車の自動変速動作中の加速度変化、更にはエンジンブレーキも的確に感知し、好適な制御動作が維持される。

また、加速度センサを用いた場合、路面の傾斜の影響を受け、誤検出の可能性がある。加速度センサを用いた場合のもう１つの問題は、その出力にかなりのノイズが含まれることである。いうまでもなく、ノイズは安定かつ高精度の制御の妨げであり、ノイズを除去するためにフィルターを用いれば、応答遅れの問題が発生する。本発明によれば、そのような問題が回避される。

更に、本発明は、従来形式のワイヤやリンクによりスロットルペダルの踏み込み量をスロットルに伝達するものばかりでなく、スロットルペダル踏み込み量とエンジン出力との間の関係の非線形性が顕著であるＤＢＷ（Ｄｒｉｖｅ ｂｙ Ｗｉｒｅ）システムにも好適に適用することができる。また、上記実施例では、本発明が、可変減衰力ダンパを用いた懸架装置に適用されたが、あらゆる種類のフルアクティブ或いはセミアクティブ形式の懸架装置に適用可能である。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

車両の懸架装置のモデルを示すダイヤグラム図である。 本発明に基づく車体姿勢制御装置の制御系のブロック図である。 本発明の車体姿勢制御装置の応答性の速さを比較するグラフである。 本発明の車体姿勢制御装置の操作量の大きさを比較するグラフである。 本発明の車体姿勢制御装置が変速時の加速度変化を的確に検出することを示すグラフである。

符号の説明

１ 車体
２ ばね
３ ナックル
４ ダンパ
５ アクチュエータ
６ 懸架アーム
１４ ダンパ変位センサ
１５ 横加速度センサ
１７ 回転速度センサ
１８ 吸気負圧センサ
１９ ギヤ比センサ
２０ 駆動トルク演算部
２１ 積分手段
２２〜２４ 微分手段
２６ ハイセレクト手段
３２ ロール姿勢制御部
３３ ピッチ姿勢制御部
４１ 吸入空気量センサ
４２ スロットル開度センサ
Ｓ 懸架装置
Ｗ 車輪

Claims (3)

1. 各車輪と車体との間にそれぞれ設けられた可変懸架要素と、
   車両の所定の状態変数を検出する手段と、
   前記状態変数に基づき、前記可変懸架要素を制御する制御ユニットとを有する車体姿勢制御装置であって、
   前記状態変数が車両の駆動トルクに対応する変数を含み、かつエンジン回転数センサ、吸気圧センサ、吸入空気量センサ、スロットル開度センサ、変速装置のギヤ比センサの少なくとも一つの出力に基づいて決定されることを特徴とする車体姿勢制御装置。
2. 前記状態変数を、補機によるエンジン出力損失、駆動系に於ける動力伝達損失、ブレーキ油圧、吸気温度及び外気圧等の補正因子を考慮して定めることを特徴とする請求項１に記載の車体姿勢制御装置。
3. 前記可変懸架要素が、可変減衰ダンパを含むことを特徴とする請求項１に記載の車体姿勢制御装置。

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