JP2010234935A

JP2010234935A - 車両の後輪トー角制御装置

Info

Publication number: JP2010234935A
Application number: JP2009084125A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Sasaki; 仁佐々木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP5313739B2

Abstract

【課題】実用的な後輪トー角制御装置をもって横風安定性を的確に高めること。
【解決手段】車体が横風を受けたことが検出されると、バンプトーインを生じる側の後輪のトー角制御をトーアウト方向に行う横風補償制御部２８を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の車両の後輪トー角制御装置に関し、特に、左右後輪のトー角を個別に可変設定することができる後輪トー角制御装置に関する。

自動車等の車両には、サスペンションのジオメトリに起因してバンプ側の車輪がトーイン方向に動くバンプトーイン特性を有するものがある。バンプトーイン特性を有する自動車等の車両が走行中に横風を受けると、車体のロールによって風下側の車輪がバンプトーインを生じる。特に、風下側の車輪にバンプトーインが付くことと、旋回中に旋回内輪にバンプトーインが付くこととが重なると、旋回方向に大きいヨーメントが生じ、車両挙動が不安定になることがある。

横風安定性を高めるアライメントとして、キャンバ角を可変設定してキャンバスラスト力を用いて横風に起因するヨーモーメントを打ち消すものがある（例えば、特許文献１）。

特開平５−１７８０５１２号公報

しかしながら、タイヤ横力におけるキャンバスラスト力は、トー変化によるタイヤ横力に比べて小さく、ヨーモーメントを打ち消すためには、過大なキャンバ角を設定する必要があり、実用的でない。

本発明が解決しようとする課題は、実用的な後輪トー角制御装置をもって横風安定性を的確に高めることである。

本発明による後輪トー制御装置は、バンプトーイン特性を有する車両の左右後輪のトー角をアクチュエータによって個別に可変設定する後輪トー制御装置であって、車体が横風を受けたことを検出する横風検出手段と、前記横風検出手段によって車体が横風を受けたことが検出された場合には、バンプトーインを生じる側の後輪のトー角制御をトーアウト方向に行う横風補償制御手段とを有する。

本発明による後輪トー制御装置は、好ましくは、前記横風補償制御手段は、前記横風検出手段によって検出される横風の強さが所定値未満の場合にはトー角がゼロになるように前記後輪のトー角制御を行い、前記横風の強さが所定値以上の場合にはトー角がトーアウトになるように前記後輪のトー角制御を行う。

本発明による後輪トー制御装置は、好ましくは、前記横風補償制御手段は、前記横風検出手段によって検出される横風の強さが所定値未満の場合と、前記横風の強さが所定値以上で、且つ前輪操舵角が所定値以上の場合には、トー角がゼロになるように前記後輪のトー角制御を行い、前記横風の強さが所定値以上で、且つ前輪操舵角が所定値未満の場合には、トー角がトーアウトになるように前記後輪のトー角制御を行う。

本発明による後輪トー制御装置は、好ましくは、車両に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段を有し、前記横風検出手段は横風の検出に前記横加速度検出手段によって検出される横加速度の微分値を用いる。

本発明による後輪トー制御装置は、好ましくは、車両に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段を有し、前記横風補償制御手段は、前記横加速度検出手段によって検出される横加速度よりロール角を算出し、当該ロール角より前記バンプトーインを生じる側の後輪のサスペンションダンパのストローク量を算出し、当該ストローク量より当該後輪のトー角を求め、当該トー角に基づいて前記トー角制御を行う。

本発明による後輪トー制御装置によれば、車体が横風を受けたことが検出されると、バンプトーインを生じる側の後輪のトー角制御をトーアウト方向に行うので、バンプトーインを打ち消す方向の後輪トー角制御が行われる。これにより、ヨーモーメントを抑制して車両挙動の安定化が図られ、操縦安定性が改善される。

本発明による後輪トー角制御装置が適用される四輪自動車の一つの実施例を示す全体構成図。本実施例による後輪トー角制御装置の制御系を示すブロック線図。本実施例による後輪トー角制御装置の処理ルーチンを示すフローチャート。本実施例におけるサスペンションストローク・トー角特性を示すグラフ。

以下に、本発明による後輪トー角制御装置の実施例を、図１〜図３を参照して説明する。

まず、本発明による後輪トー角制御装置が適用される四輪自動車を、図１を参照して説明する。

本実施例の四輪自動車１は、左右の前輪４Ｌ、４Ｒと、左右の後輪６Ｌ、６Ｒとを有する。前輪４Ｌ、４Ｒは、各々、タイヤ３Ｌ、３Ｒを装着され、左右のフロントサスペンション７Ｌ、７Ｒによって車体２より懸架され、ナックル９Ｌ、９Ｒによって車体２に対して転向自在に取り付けられている。後輪６Ｌ、６は、各々、タイヤ５Ｌ、５Ｒを装着され、左右のリヤサスペンション８Ｌ、８Ｒによって車体２より懸架され、ナックル２１Ｌ、２１Ｒによって車体２に対して転向自在に取り付けられている。

四輪自動車１は、ステアリングホイール１１の操舵によって左右の前輪４Ｌ、４Ｒを直接的に転舵操作するラック＆ピニオン式の前輪操舵装置１０を備えている。前輪操舵装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されたステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２に取り付けられたピニオン１３と、ピニオン１３に噛合する歯部（図示省略）を有して車幅方向に往復動可能に設けられたラック軸１４とを有する。ラック軸１４の両端は左右のタイロッド１５Ｌ、１５Ｒによって左右のナックル９Ｌ、９Ｒに連結されている。左右の前輪４Ｌ、４Ｒは、ステアリングホイール１１の回転操作によってラック軸１４が車幅方向に移動することにより、転舵（転向）される。

ステアリングシャフト１２には前輪４Ｌ、４Ｒの実操舵角に相当するステアリングホイール１１の回転角である操舵角を検出する操舵角センサ５１が設けられている。以降、操舵角センサ５１は、前輪操舵角を示すセンサ信号を出力するものとする。また、ステアリングシャフト１２には運転者によるステアリングホイール１１の操作によってステアリングシャフト１２に作用するトルク、つまり操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ５３が設けられている。

四輪自動車１は、一端を車体２に連結され、他端を左側の後輪６Ｌのナックル２１Ｌに連結された左側のトー角制御用の電動アクチュエータ４０Ｌと、一端を車体２に連結され、他端を右側の後輪６Ｒのナックル２１Ｒに連結された右側のトー角制御用の電動アクチュエータ４０Ｒとを有する。左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒは、電動モータ（ＤＣモータ）と送りねじとにより構成され、電動モータの回転を送りねじによって直線運動に変換し、送りねじの直線運動により伸縮動作し、伸縮量に応じて左右の後輪６Ｌ、６Ｒのトー角を個別に独立して変化させる。

電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒには、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの実ストローク量を検出するストロークセンサ５２Ｌ、５２Ｒが取り付けられている。

四輪自動車１には、車速を検出する車速センサ５４と、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ５５と、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサ５６と、ブレーキペダルの踏込量を検出するブレーキセンサ５７と、車体２に作用する横加速度を検出する横加速度センサ（横Ｇセンサ）５８と、各々設置されている。

左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒは、後輪操舵制御装置（ＥＣＵ）１００によって制御される。後輪操舵制御装置１００は、マイクロコンピュータを含む電子制御式のものであり、上述の各センサが出力するセンサ信号を取り込む入力インタフェース部２１と、制御目標トー角演算部２２と、制御偏差演算部２３と、操作量演算部２４と、駆動電流出力部２５と、出力インタフェース部２６と、横風検出部２７と、横風補償制御部２８とを有する。

制御目標トー角演算部２２は、通常時制御として、乗員の運転操作量と車両の運動状態量、本実施例では、操舵角センサ５１により検出された前輪実操舵角、車速センサ５２により検出された車速、ヨーレイトセンサ５５により検出されたヨーレイト、アクセルセンサ５６により検出されたアクセルペダル踏込量、ブレーキセンサ５７により検出されたブレーキペダル踏込量横Ｇセンサ５８により検出された横加速度をパラメータとして、予め設定された後輪トー角制御則に従って左右後輪６Ｌ、６Ｒのトー角制御の目標値を個々に演算する。制御目標トー角演算部２２は、左右後輪６Ｌ、６Ｒのトー角制御目標値を各々左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御目標ストローク量に換算する。

制御偏差演算部２３は、制御目標トー角演算部２２によって演算された左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御目標ストローク量と、ストロークセンサ５２Ｌ、５２Ｒより検出された電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの実ストローク量との差である制御偏差を、各電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒ毎に演算する。

操作量演算部２４は、制御偏差演算部２３で算出された左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御偏差が各々ゼロに近づくように、所定ゲインによる比例制御等によって電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの操作量を個々に演算する。

これにより、左右後輪６Ｌ、６Ｒのトー角が制御目標値のトー角になる追従制御が行われる。この追従制御として、左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒを相互に対称的に変位させることにより、左右後輪６Ｌ、６Ｒのトーイン／トーアウトを、適宜な条件の下に自由に選択設定することができる。この他、左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、左右後輪６Ｌ、６Ｒを左右に転舵することも可能である。具体例として、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、加速時には後輪６Ｌ、６Ｒをトーアウトに、制動時には後輪６Ｌ、６Ｒをトーインに変化させ、また高速走行旋回時には後輪６Ｌ、６Ｒを前輪舵角と同相に、低速走行旋回時には後輪６Ｌ、６Ｒを前輪舵角と逆相にトー角制御（転舵）して、操縦性を高める後輪トー角制御を行うことができる。

横風検出部２７は、車体が横風を受けたことを検出するものであり、本実施例では、横Ｇセンサ５８によって検出される、車両に作用する横加速度Ｇｙの微分値Ｊｙ（絶対値）によって車体が横風を受けたことと、横風の強さを定量的に検出する。

横風補償制御部２８は、横風検出部２によって車体が横風を受けたことを検出したことにより起動し、前述の通常時制御に凌駕して横風補償のための後輪トー角制御を行う。横風補償のための後輪トー角制御は、横風による車体２のロールによってバンプトーインを生じる側の後輪のトー角制御をトーアウト方向に行う。

横風補償のための具体的な一つの制御則は、横風検出部２７によって検出される横風の強さが所定値未満の場合には、トー角がゼロになるように、バンプトーインを生じる側の後輪のトー角制御を行い、横風の強さが所定値以上の場合には、トー角がトーアウトになるように、同後輪のトー角制御を行う。

この制御則では、横風によるバンプトーインを打ち消し、トー角をゼロにすることにより、ヨーモーメントが抑制される。これにより、車両挙動の安定化が図られ、操縦安定性が改善される。さらに横風が強い場合には、トーアウトの操作量を大きくしてトーアウトの設定を行うことで、横風とは逆方向のヨーモーメントを発生し、レーンキープのための直進走行性能を高める効果を発揮する。

横風補償のための具体的な一つの制御則は、横風検出部２７によって検出される横風の強さが所定値未満の場合と、横風の強さが所定値以上で、且つ操舵角センサ５１によって検出される前輪操舵角δが所定値以上の場合には、トー角がゼロになるように、バンプトーインを生じる側の後輪のトー角制御を行い、横風の強さが所定値以上で、且つ前輪舵角δが所定値未満の直進走行時に近い場合には、トー角がトーアウトになるように、同後輪のトー角制御を行。

この制御則では、横風が強い場合にトーアウトの設定を行うことが、前輪舵角δが所定値未満の直進走行時に近い場合の限られる。これは、旋回時にトーアウト設定が行われる
と、車両挙動が不安定になることを避けるためである。また、運転者が修正操舵を行った場合には、トー角がゼロになるように制限することによって、より安全な車両挙動を実現することができる。

また、本実施例では、横風の検出を、横加速度Ｇｙの微分値Ｊｙを用いて行っているので、車両挙動が大きく乱される前に、横風補償のための後輪トー角制御を開始することができる。

横風補償制御部２８は、上述した横風補償制御を行うために、制御対象の後輪のトー角の現在値を把握する必要がある。このことに対して、本実施例では、横Ｇセンサ５８によって検出される横加速度Ｇｙよりロール角φを算出し、当該ロール角φより、制御対象の後輪、つまり、バンプトーインを生じる側の後輪のサスペンションダンパのストローク量（サスペンションストローク量）Ｙを算出し、当該ストローク量Ｙより当該後輪のトー角θｔを求める。

横加速度Ｇｙによるロール角φの演算式は、下式（１）により表される。

φ（Ｓ）＝｛Ｋ_φ／（１＋２ζ_φω_φＳ＋ω_φ ^２Ｓ^２）｝Ｇｙ …（１）

但し、Ｋ_φ：ロール剛性、ζ_φ：ロール減衰係数、ω_φ：ロール共振振動数、Ｓ：ラプラス演算子である。

ロール角φからサスペンションストローク量Ｙは下式（２）によって算出することができる。

Ｙ＝（Ｔ／２）φ …（２）

但し、Ｔ：トレッドである。

サスペンションストローク量Ｙとトー角θｔとの関係は、サスペンションのジオメンリにより決まるのであり、サスペンションストローク・トー角特性の一例を図４に示している。このサスペンションストローク・トー角特性を示すデータマップを横風補償制御部２８が有していることにより、マップ検索によってサスペンションストローク量Ｙよりトー角θｔを求めることができる。

本実施例による後輪トー角制御装置の処理ルーチンを、図３を参照して説明する。当該処理ルーチンは、所定時間毎の割り込みルーチンとして呼び出される。

まず、各センサよりセンサ信号を入力する（ステップＳ１１）。

つぎに、横Ｇセンサ５８によって検出された横加速度Ｇｙの微分演算によって、横加速度Ｇｙの微分値Ｊｙを算出する（ステップＳ１２）。微分値Ｊｙは、横風を示すパラメータとして取り扱われる。

つぎに、微分値Ｊｙが、ゼロに近い第１の所定値Ｊｙ１未満であるか否かの判別を行う（ステップＳ１２）。Ｊｙ１＞｜Ｊｙ｜であれば、実質的な横風を受けてなく、横風補償制御を行う必要がないとして、通常の後輪トー角制御を行う（ステップＳ１４）。

これに対し、Ｊｙ１＞｜Ｊｙ｜でなければ、つぎに、微分値Ｊｙが、第１の所定値Ｊｙ１以上で、第１の所定値Ｊｙ１より大きい第２の所定値Ｊｙ２未満であるか否かを判別する（ステップＳ１５）。Ｊｙ２＞｜Ｊｙ｜≧Ｊｙ１であれば、横風補償制御を行う必要がある横風を受けているとして、バンプトーインを生じる側の後輪のトー角をゼロにする横風補償制御を行う（ステップＳ１６）。

これに対し、Ｊｙ２＞｜Ｊｙ｜≧Ｊｙ１でなければ、強い横風を受けているとして、まず、前輪操舵角δが直進走行に近い所定値δ１未満であるか否かの判別を行う（ステップＳ１７）。δ１≦δ１であれば、バンプトーインを生じる側の後輪のトー角をトーアウトに設定する横風補償制御を行う（ステップＳ１８）。δ１≦δ１でなければ、強い横風を受けていても、バンプトーインを生じる側の後輪のトー角をゼロにする横風補償制御を行う（ステップＳ１６）。

６Ｌ、６Ｒ左右後輪
２２制御目標トー角演算部
２３制御偏差演算部
２４操作量演算部
２７横風検出部
２８横風補償制御部
２９フェール処理部
４０Ｌ、４０Ｒ電動アクチュエータ
５１操舵角センサ５１
５２Ｌ、５２Ｒストロークセンサ
５３操舵トルクセンサ
５４車速センサ
５５ヨーレイトセンサ
５６アクセルセンサ
５７ブレーキセンサ
５８横加速度センサ（横Ｇセンサ）
１００後輪操舵制御装置

Claims

バンプトーイン特性を有する車両の左右後輪のトー角をアクチュエータによって個別に可変設定する後輪トー制御装置であって、
車体が横風を受けたことを検出する横風検出手段と、
前記横風検出手段によって車体が横風を受けたことが検出された場合には、バンプトーインを生じる側の後輪のトー角制御をトーアウト方向に行う横風補償制御手段と、
を有する後輪トー制御装置。
前記横風補償制御手段は、前記横風検出手段によって検出される横風の強さが所定値未満の場合にはトー角がゼロになるように前記後輪のトー角制御を行い、前記横風の強さが所定値以上の場合にはトー角がトーアウトになるように前記後輪のトー角制御を行う請求項１に記載の後輪トー制御装置。
前記横風補償制御手段は、前記横風検出手段によって検出される横風の強さが所定値未満の場合と、前記横風の強さが所定値以上で、且つ前輪操舵角が所定値以上の場合には、トー角がゼロになるように前記後輪のトー角制御を行い、前記横風の強さが所定値以上で、且つ前輪操舵角が所定値未満の場合には、トー角がトーアウトになるように前記後輪のトー角制御を行う請求項１に記載の後輪トー制御装置。
車両に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段を有し、
前記横風検出手段は横風の検出に前記横加速度検出手段によって検出される横加速度の微分値を用いる請求項１から３の何れか一項に記載の後輪トー制御装置。
車両に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段を有し、
前記横風補償制御手段は、前記横加速度検出手段によって検出される横加速度よりロール角を算出し、当該ロール角より前記バンプトーインを生じる側の後輪のサスペンションダンパのストローク量を算出し、当該ストローク量より当該後輪のトー角を求め、当該トー角に基づいて前記トー角制御を行う請求項１から４の何れか一項に記載の後輪トー制御装置。