JP2010228692A - 車両挙動制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】操舵制御装置によってロール挙動が大きくなることを防ぐ車両挙動制御装置を提供する。
【解決手段】後輪操舵制御のような操舵制御手段22の制御値から、当該制御手段に起因する車体の横加速度を推定し、この横加速度からロールモーメントを推定し、その推定結果に基づいてロール抑制手段4,30のフィードフォワード制御を行う。このため、操舵制御に伴うロールを遅滞なく抑制し、運転フィーリングを向上させることができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、4輪車両に搭載される車両挙動制御装置に係り、詳しくは、操舵制御手段とサスペンション装置とを協調させて車体のロールを効果的に抑制する技術に関する。
近年、ステアリングホイールの操作に応じて前輪のみが操舵される旧来の前輪操舵車両に代わり、操縦安定性を高めたり、操舵に対する横加速度に応答性を向上させたりするため、前輪と後輪とが操舵される4輪操舵車両が種々開発されている(特許文献1参照)。また、自動車のサスペンションに用いられる筒型ダンパとして、乗り心地や操縦安定性の向上を図るべく、減衰力を段階的あるいは無段階に可変制御できる減衰力可変型のものが種々開発されている(特許文献2参照)。減衰力可変ダンパを装着した車両では、車両の走行状態に応じてダンパの減衰力を可変制御することにより、操縦安定性や乗り心地の向上を図ることが可能となる。
特開2001−80538号公報 特開2006−321259号公報
上述のように、4輪操舵によって車両の横加速度の応答性は向上するが、車両のロール挙動が追従できず、乗り心地の悪化がもたらされることがあった。これを改善するために、減衰力可変ダンパを採用した自動車では、ロールが大きくなるときには減衰力を大きくすることによってロール剛性を高めて対応していた。しかし、減衰力可変ダンパの減衰力を高めても実際にロール剛性が高まるまでの応答遅れが大きく、制御方法を改善する余地があった。
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、操舵制御装置によってロール挙動が大きくなることを防ぐ車両挙動制御装置を提供することを目的とする。
第1の発明に係る車両挙動制御装置は、4輪車両(V)に搭載され、左右前輪(3fl,3fr)と左右後輪(3rl,3rr)との少なくとも一方を操舵制御する操舵制御手段(22)と、車体のロール抑制に供されるロール抑制手段(4fl,4fr,4rl,4rr,30)とを含む車両挙動制御装置であって、前記操舵制御手段(22)の制御量に基づき、前記操舵制御手段に起因する車体(1)の横加速度を推定する横加速度推定手段(33)と、前記横加速度推定手段(33)の推定結果に基づき、車体(1)のロールモーメントを推定するロールモーメント推定手段(34)とを備え、前記ロール抑制手段(4fl,4fr,4rl,4rr,30)は、前記ロールモーメント推定手段(34)の推定結果に基づくフィードフォワード制御を行うことを特徴とする。特に、前記ロール抑制手段は、アクティブダンパと、アクティブサスペンションと、アクティブスタビライザとの少なくともいずれか1つであるであるとよい。
本発明によれば、ロール抑制手段が操舵制御手段の制御量に基づきフィードフォワード制御されるため、遅滞なくロールを抑制することができ、運転フィーリングを向上させることができる。
実施形態に係る4輪自動車の概略構成図である。 実施形態に係るECUの要部を示すブロック図である。 実施形態に係るロール制御の手順を示すフローチャートである。 コーナーリングパワーと横方向荷重移動との関係を示すグラフである。
以下、図面を参照して、本発明を4輪操舵自動車(以下、単に自動車と記す)に適用した一実施形態について、図面を参照して説明する。説明にあたり、4本の車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤやサスペンション等については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して、例えば、左前輪3fl、右前輪3fr、左後輪3rl、右後輪3rrと記すとともに、総称する場合には車輪3と記す。
≪実施形態の構成≫
<自動車の概略構成>
図1は、実施形態に係る自動車(車両)Vの概略構成図である。図1を参照すると、自動車Vの車体1にはタイヤ2が装着された車輪3が前後左右に設置されており、これら各車輪3がサスペンションアームやスプリング、減衰力可変ダンパ(以下、単にダンパと記す)4等からなるサスペンション5によって車体1に懸架されている。自動車Vには、左右後輪3rl,3rrの操舵にそれぞれ供される左右後輪操舵機構6l,6rと、各ダンパ4fl,4fr,4rl,4rrや左右後輪操舵機構6l,6r等を駆動制御するECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)20とが設置されている。
ダンパ4は、MRF(Magneto-Rheological Fluid:磁気粘性流体)を作動液とするテレスコピック型であり、ECU20がピストンに組み込まれた磁気流体バルブへの供給電流を制御することにより、その減衰力が無段階かつ瞬時に変化する。また、後輪操舵機構6は、車体1と後輪側ナックル7との間に介装された直動式の後輪操舵アクチュエータ8を備えており、ECU20が後輪操舵アクチュエータ8への供給電流を制御することにより、左右後輪3rl,3rrを独立して操舵する。
自動車Vには、ステアリングホイール9の操舵角を検出する操舵角センサ10、車速を検出する車速センサ11、横加速度を検出する横Gセンサ12、前後加速度を検出する前後Gセンサ13、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ14等が車体1の適所に設置さている。また、ホイールハウス付近の上下加速度を検出する上下Gセンサ(上下運動量検出手段)15と、サスペンションの変位を検出するサスペンション変位センサ16とが各車輪3ごとに設置されている。また、後輪操舵アクチュエータ8には、その作動量(すなわち、左右後輪3rl,3rrの実舵角)を検出するポジションセンサ(リニアエンコーダ)17が設置されている。
<ECUの概略構成>
図2は、実施形態に係るECU20の要部を示すブロック図である。ECU20は、CPU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、図2に示すように、通信回線(本実施形態では、CAN(Controller Area Network))を介して各センサ10〜17、ダンパ4および後輪操舵アクチュエータ8等と接続されている。図2に示すように、ECU20には、後輪制御部22、ダンパ制御部30、駆動電流生成部40の他、図示しない各制御部が内装されている。ダンパ制御部30は、ダンパ制御量算出部31、ダンパ制御量補正部32、横加速度推定部33、ロールモーメント推定部34およびロール制御量算出部35を有する。
後輪制御部22は、各センサ10〜15,17や図示しないセンサからの入力信号に基づき後輪目標舵角を設定し、後輪目標舵角と後輪実舵角との差から後輪操舵アクチュエータに対する制御量を左右それぞれの後輪について算出する。
次に、ダンパ制御部30について説明する。ダンパ制御量算出部31が、各センサ10〜16や図示しないセンサの入力信号に基づきダンパ4の制御量を算出する。横加速度推定部33は、後輪制御部22からの入力信号に基づき、後輪操舵によって車体1に発生する横加速度を推定する。ロールモーメント推定部34は、横加速度推定部33やサスペンション変位センサ16等の各センサからの入力信号に基づき、車体1のロールモーメントを算定する。ロール制御量算出部35は、ロールモーメント推定部34からの入力信号に基づき、ロールモーメントに抵抗するためのダンパ制御量を算出する。ダンパ制御量補正部32は、ダンパ制御量算出部31およびロール制御量算出部35からの入力信号に基づき、ダンパ制御量算出部31が算出した制御量にロール制御量算出部35が算出した制御量を加算して、ダンパ制御量を補正する。
駆動電流生成部40,40は、後輪制御部22およびダンパ制御量補正部32からの入力信号に基づき、駆動電流を設定し、これを後輪操舵アクチュエータ8l,8rおよびダンパ4fl,4fr,4rl,4rrに出力する。
≪実施形態の作用≫
図3は、実施形態に係る車体1のロールを制御する手順を示すフローチャートである。図3を参照して、本実施形態の作用を説明する。なお、以下の説明の式では、左右方向は車体の前後方向に対して左向き正とし、上下方向は上向きを正とし、ロールの向きは車体の前後方向軸に対して右回りを正とする。
自動車Vの運転者が、自動車Vを旋回させるためにステアリングホイール9を操作し、操舵を行う(ステップS1)。
運転者の操舵によって、前輪3fl、3frが制御されるが、所定の条件の下では、後輪制御部22が左右後輪3rl,3rrの制御量を設定し、その制御量に従い後輪操舵アクチュエータ8l、8rが作動し、個別に左右後輪3rl,3rrを転舵する(ステップS2)。この時、左右後輪3rl,3rrの平均舵角であるリアステア指令値δr(rad)が算出される。
次に、横加速度推定部33が、後輪操舵に起因する車体1の横加速度YG(m・s−2)を推定する(ステップ3)。まず、後輪操舵に起因するコーナーリングフォースYr(N)を、式(1)から求める。
Yr=−Kr・(−δr) ・・・(1)
ここで、Krはコーナーリングパワー(N・rad−1)である。次に、横加速度YGを、式(2)から求める。
YG=Yr/(W/g) ・・・(2)
ここでWは車重(N)であり、gは重力加速度(m・s−2)である。
次に、ロールモーメント推定部34が、後輪操舵に起因する車体1のロールモーメント、すなわち、前後のロール剛性配分から左右前輪3fl,3fr間、および左右後輪3rl,3rr間の荷重移動量を推定する(ステップS4)。計算式は、次の式(3)〜(11)である。
Gf=gf/(gf+gr) ・・・(3)
Gr=gr/(gf+gr) ・・・(4)
Hg=hg−(hf・Wf+hr・Wr)/W ・・・(5)
Kfl=(Gf・Hg・W+hf・Wf)/(tf・g) ・・・(6)
Krl=(Gr・Hg・W+hr・Wr)/(tr・g) ・・・(7)
Wfl=−Kfl・YG ・・・(8)
Wfr=Kfl・YG ・・・(9)
Wrl=−Krl・YG ・・・(10)
Wrr=Krl・YG ・・・(11)
ここで、Gfはフロント剛性配分係数、Grはリア剛性配分係数、gfはフロントロール剛性、grはリアロール剛性、Hgは重心ロール軸間距離(m)、hgは重心高(m)、hfはフロントロールセンター高(m)、hrはリアロールセンター高(m)、Wfはフロント荷重(N)、Wrはリア荷重(N)、Kflはフロント左右荷重移動係数(kg)、Krlはリア左右荷重移動係数(kg)、tfはフロントトレッド(m)、Wflは左前輪3flの荷重移動量(N)、Wfrは右前輪3frの荷重移動量(N)、Wrlは左後輪3rlの荷重移動量(N)、Wrrは右後輪3rrの荷重移動量(N)である。
車重W、フロント荷重Wfおよびリア荷重Wrは各センサの入力信号から推定され、フロントロールセンター高hfおよびリアロールセンター高hrはサスペンション変位センサ16からの入力信号から算出される。また、フロントロール剛性gf、リアロール剛性gr、フロントトレッドtfおよびリアトレッドtrは既定値である。
次に、ロール制御量算出部35が、ロール制御量、すなわち、後輪操舵に起因する、各車輪3fl,3fr,3rl,3rrへの荷重移動量の反力に相当する制御量をそれぞれ算出する(ステップS5)。そして、ダンパ制御量補正部32が、これらをダンパ制御量算出部31が算出した制御量に加え、ダンパ制御量を補正する(ステップS6)。
次に、駆動電流生成部40が、補正された制御量に対応する駆動電流を設定し、各ダンパ4fl,4fr,4rl,4rrにそれぞれ対応する駆動電流を出力し、ダンパ4fl,4fr,4rl,4rrをそれぞれ駆動する(ステップS7)。
≪実施形態の効果≫
本実施形態では、ダンパ4をいわゆるアクティブダンパとして用いるに際して、後輪制御部22の指令値から横加速度を推定し、その横加速度からロールモーメントを推定してフィードフォワード制御を行っている。そのため、後輪操舵時に発生する横加速度によって生じるロールを遅滞なく抑制でき、運転フィーリングを改善することができる。
自動車Vが旋回する時に、後輪制御のために横加速度の応答が速く、大きな横加速度が発生する。そのため、左右荷重移動量が大きくなる(前後輪トータルの左右荷重移動量は、(車両重量)×(横加速度)×(重心高)/(トレッド)として求められる)。一方、図4は、コーナーリングパワーと荷重移動量との関係を概念的に示すグラフである。図4を参照すると、左右荷重移動量が増加するほど、コーナーリングパワーが低下することがわかる。従って、横加速度が大きいと、左右荷重移動量が大きくなってロール剛性が過渡的に下がるということになる。本実施形態では、このような過渡域でのロール剛性の低下を補うことができる。
以上で具体的実施形態に係る説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、自動車や制御装置の具体的構成、制御の具体的手順等について適宜変更可能である。例えば、操舵制御は実施形態のようにリア操舵制御ではなく、フロント操舵制御であってもよい。また、ロール制御手段は、いわゆるアクティブダンパ、アクティブサスペンション、アクティブスタビライザのいずれであってもよく、また、これらを組み合わせたものであっても良い。
V 自動車
4 減衰力可変ダンパ(ロール抑制手段)
8 後輪操舵アクチュエータ
20 ECU
22 後輪制御部(操舵制御手段)
30 ダンパ制御部
32 ダンパ制御量補正部
33 横加速度推定部(横加速度推定手段)
34 ロールモーメント推定部(ロールモーメント推定手段)
35 ロール制御量算出部

Claims (2)

  1. 4輪車両に搭載され、左右前輪と左右後輪との少なくとも一方を操舵制御する操舵制御手段と、車体のロール抑制に供されるロール抑制手段とを含む車両挙動制御装置であって、
    前記操舵制御手段の制御量に基づき、前記操舵制御手段に起因する車体の横加速度を推定する横加速度推定手段と、
    前記横加速度推定手段の推定結果に基づき、車体のロールモーメントを推定するロールモーメント推定手段と
    を備え、
    前記ロール抑制手段は、前記ロールモーメント推定手段の推定結果に基づくフィードフォワード制御を行うことを特徴とする車両挙動制御装置。
  2. 前記ロール抑制手段は、アクティブダンパと、アクティブサスペンションと、アクティブスタビライザとの少なくともいずれか1つであ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。
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