JP2011098650A - 車両用サスペンション制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の旋回性能の向上を図る上で有利な車両用サスペンション制御装置を提供する。
【解決手段】車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を抑制すると判定された場合は、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を上げた状態の第１の減衰力Ｆ１としてロールを抑制することにより、ロールステアを抑制し、旋回性能を高めることができる。また、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を促進すると判定された場合は、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を下げた状態の第２の減衰力Ｆ２としてロールを促進することにより、ロールステアを促進し、旋回性能を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は車両用サスペンション制御装置に関する。

従来より、車両が旋回する際のステアリングの操舵角やロールレートなどを検出すると共に、それら検出結果を用いて、サスペンションの減衰特性やばね特性を制御することにより、車体のロールを抑制し、あるいは、ロールの速やかな収束を図る技術が提案されている（特許文献１、２参照）。

特開２００７−１０６２５７号公報 特開平特開８−３７３８２号公報

ところで、車体がロール等によりサスペンションのストロークが変化すると、ロールステア等のアライメント変化により、車両の旋回運動が大きな影響を受ける。
上記従来技術では、単に車体のロールを抑制あるいは速やかな収束を図ることにより、乗り心地の向上を図ることに留まるものであり、如何にして車両の旋回性能の向上を図るかについては考慮されていないものであった。
そこで、本発明者らは車両の旋回運動がアライメント変化によって大きな影響を受けることに着目し、アライメント変化を積極的に利用することで車両の旋回性能の向上を図ることができることを見出した。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、車両の旋回性能の向上を図る上で有利な車両用サスペンション制御装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明の車両用サスペンション制御装置は、車両を構成する車輪と車体との間に設けられ、サスペンションのストローク変化によって、アライメント変化が生じるように構成されたサスペンションと、前記サスペンションに減衰力が調整可能な減衰力可変ショックアブソーバを備え、前記車両の旋回方向に対し、前記車両のアライメント変化の方向が旋回を促進するか、抑制するかを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて前記減衰力可変ショックアブソーバの減衰力を調整する減衰力調整手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、車両の旋回方向に対し車体のアライメント変化の方向が車両の旋回を促進するか、抑制するかの判定結果に基づいて減衰力可変ショックアブソーバの減衰力を調整するようにした。
したがって、車両の旋回を促進させる方向のアライメント変化を促進すると共に、車両の旋回を抑制させる方向のアライメント変化を抑制することによって車両の旋回性能を高めることができる。

本発明の実施の形態の車両用サスペンション制御装置３０の構成を示す説明図である。 本実施の形態における操舵角α及び操舵角速度ｄαとロール角φ及びロールレートｄφと減衰力との関係を示す図である。 本実施の形態の車両用サスペンション制御装置３０の動作フローチャートである。 本実施の形態の車両用サスペンション制御装置３０の実験結果を示す図である。

次に本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。
まず、本実施の形態の車両用サスペンション制御装置が搭載される車両１０について説明する。
車両１０は、車体１２と、４つの車輪１４と、各車輪１４と車体１２との間に設けられた後述する４つのサスペンション１６と、ステアリングホイール１８とを含んで構成されている。
４つの車輪１４は、左右の前輪１４Ａ、１４Ｂと、左右の後輪１４Ｃ、１４Ｄとで構成されている。
ステアリングホイール１８は、運転者が左右の前輪１４Ａ、１４Ｂを操舵する際に操作されるものである。

サスペンション１６は、不図示の構造部材と、弾性部材２０と、減衰力可変ショックアブソーバ２２と、アクチュエータ２４とを含んで構成されている。
前記構造部材は、車体１２と車輪１４とを接続するアームやリンクなどで構成されている。
弾性部材２０は、車体１２と車輪１４との間に設けられたコイルスプリングなどで構成されている。
減衰力可変ショックアブソーバ２２は、減衰力が調整可能なショックアブソーバ（可変ダンパ）で構成されている。
このような減衰力可変ショックアブソーバ２２として従来公知のさまざまな構造のものが使用可能である。
アクチュエータ２４は、後述するＥＣＵ３６の制御により減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を調整するために動作するものである。

本実施の形態の前提として、サスペンション１６は、車両１０が旋回することにより車体１２がロールした場合に、フロント側の車輪（左右の前輪１４Ａ、１４Ｂ）のうちバンプ側（サスペンション１６が圧縮される側）の車輪がトーアウト方向に変化し、リア側の車輪（左右の後輪１４Ｃ、１４Ｄ）のうちバンプ側の車輪がトーイン方向に変化するように構成されている。言い換えると、このような車輪のアライメント変化が生じるようにサスペンションジオメトリーが設定されている。
すなわち、車両１０が左右に旋回することで生じるロールステア、言い換えると、車体１２が車両１０の旋回による横力の作用によってロールすることによって生じるトー変化は、車両１０の旋回を抑制する方向に作用する。
このようなロールステアが生じるようにサスペンションジオメトリーが設定されることにより、旋回時における外乱安定性の向上が図られ、したがって、旋回時の安定性が確保されている。

次に、本実施の形態の車両用サスペンション制御装置３０について説明する。
車両用サスペンション制御装置３０は、前記の減衰力可変ショックアブソーバ２２と、ステアリングアングルセンサ３２と、ロールレートセンサ３４と、ＥＣＵ３６などを含んで構成されている。

ステアリングアングルセンサ３２は、車体１２に設けられ、ステアリングホイール１８の操舵角αを検出してＥＣＵ３６に供給するものである。
本実施の形態では、操舵角αの正負の符号を次のように定義する。
すなわち、前輪１４Ａ、１４Ｂが直進方向となるステアリングホイール１８の操作位置を操作基準位置とし、この操作基準位置での操舵角αを０度とする。
前輪１４Ａ、１４Ｂの左向き（左旋回方向）に対応する反時計回り方向にステアリングホイール１８が回動された場合の操舵角αの符号を正とする。
前輪１４Ａ、１４Ｂの右向き（右旋回方向）に対応する時計回り方向にステアリングホイール１８が回動された場合の操舵角αの符号を負とする。
本実施の形態では、操舵角αの変化する方向、つまり操舵角速度ｄαの符号を車両１０の旋回方向を示す指標とする。

ロールレートセンサ３４は車体１２に設けられ、車体１２のロール角φの角速度であるロールレートｄφを検出してＥＣＵ３６に供給するものである。
本実施の形態では、ロールレートｄφを検出する場合、ロール角φの正負の符号を次のように定義する。
すなわち、ロールが生じていない車体１２のロール角φを０度（基準位置）とし、車体１２がロール角φの基準位置よりも右方向にロールされたときのロール角φの符号を正とし、車体１２がロール角φの基準位置よりも左方向にロールされたときのロール角φの符号を負とする。
本実施の形態では、ロール角φの変化する方向、つまりロールレートｄφの符号を車両１０のアライメント変化の方向を示す指標とする。
また、ロールレートセンサ３４は特許請求の範囲のロールレート検出手段を構成している。

ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３６は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納するＲＯＭ、ワーキングエリアを提供するＲＡＭ、周辺回路とのインタフェースをとるインタフェース部などがバスによって接続されたマイクロコンピュータによって構成されるものである。
ＥＣＵ３６は、前記ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより機能する。
ＥＣＵ３６は、ステアリングアングルセンサ３２から供給される操舵角αに基づいて操舵角αの角度速である操舵角速度ｄαを演算によって求める。
したがって、本実施の形態では、ステアリングアングルセンサ３２とＥＣＵ３６は、特許請求の範囲の操舵角速度検出手段を構成している。
また、ＥＣＵ３６は、操舵角速度ｄαとロールレートｄφとに基づいて減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を上げた状態の第１の減衰力Ｆ１と、第１の減衰力Ｆ１よりも減衰力を下げた状態の第２の減衰力Ｆ２とに切り替えるものである。
より詳細には、ＥＣＵ３６は、アクチュエータ２４を介して減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力の切り替えを行う。
したがって、本実施の形態では、ＥＣＵ３６は、特許請求の範囲の減衰力調整手段を構成している。

次に、図２を参照して操舵角α及び操舵角速度ｄαとロール角φ及びロールレートｄφと減衰力との関係について説明する。
図２のグラフにおいて、横軸は経過時間Ｔを示し、縦軸は操舵角αおよびロール角φを示している。
操舵角αは０度を境にして正の値（上側）が左旋回に対応し、負の値（下側）が右旋回に対応している。
ロール角φは０度を境にして正の値（上側）が右ロールに対応し、負の値（下側）が左ロールに対応している。
グラフ中、実線が操舵角αを示し、破線がロール角φを示している。
図２の表の行において、判定結果は、車両１０の旋回方向に対し、車体１２のアライメント変化の方向が車両１０の旋回を促進させるかどうかの判定結果を示し、操舵角速度ｄαは車両１０の旋回方向を示す指標を示し、ロールレートｄφは車体１２のアライメント変化の方向を示す指標を示し、減衰力は車両１０の旋回方向が示す指標と車体１２のアライメント変化の方向を示す指標に応じた調整すべき減衰力を示している。
また、図２の表の列は、図２のグラフの破線で分けた領域に対応しており、各領域における各行の値の状態を示している。

図２のグラフは、運転者が一定周期でステアリングホイール１８を反時計回りと時計回りとに交互に回動させることにより、車両１０がスラローム走行した場合を示している。
ステアリングホイール１８を切り込むと、操舵角αが正あるいは負の傾きをもって変化する。
また、ステアリングホイール１８を切り返すと、操舵角αの傾きが正から負に切り替わり、あるいは、操舵角αの傾きが負から正に切り替わる。
ロール角φは、操舵角αの変化に対して時間遅れをもって追従して変化している。

したがって、ステアリングホイール１８を切り込むと、車体１２は時間遅れをもってロールし、車体１２のロールが時間経過と共に増大する（ロール角φの絶対値が増大する）。
車体１２のロールが増大すると、前述した車体１２のロールステアが車両１０の旋回を抑制する方向に増大するため、車両１０は旋回しにくくなる。
一方、ステアリングホイール１８を切り返すと、車体１２は時間遅れをもってロールし、ロール角φが正または負のピークに到達したのち車体１２のロール方向が反転するが、ロール角φが正または負のピークに到達するまでの期間は車体１２のロール方向はステアリングホイール１８の切り返し前と変化しない。
そのため、ステアリングホイール１８を切り返して車両１０の旋回方向が反転した直後は、車体１２のロールによるロールステアの変化する方向が前記とは逆に車両１０の旋回を促進する方向に増大するため、車両１０は旋回しやすくなる。

上述の現象をまとめると、ステアリングホイールを切り込んでいる期間は、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を抑制する方向となるため、車両１０は旋回しにくくなる。
一方、ステアリングホイールを切り返している期間は、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を促進する方向となるため、車両１０は旋回しやすくなる。
つまり、車体１２がロールすることでロールステアが旋回に作用する車両１０は、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を促進する方向であることが車両１０をより旋回しやすくする上で好ましい。
したがって、ステアリングホイールを切り込んで、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を抑制する状態では、ロールを抑制することにより、ロールステアによる車両１０の旋回の抑制を抑えることが可能となる。
また、ステアリングホイールを切り返して、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を促進する状態では、ロールを促進することにより、ロールステアによる車両１０の旋回の促進を促すことが可能となる。
そこで、本発明は、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を調整することにより車体１２のロールの促進／抑制を通してロールステアを促進／抑制することで車両１０の旋回性能の向上を図るようにしたものである。
言い換えると、車両１０の旋回を促進させる方向のアライメント変化を促進すると共に、車両１０の旋回を抑制させる方向のアライメント変化を抑制することによって車両１０の旋回性能の向上を図るようにしたものである。

本実施の形態では、図２の表に示すように、ＥＣＵ３６は、操舵角速度ｄαの符号とロールレートｄφの符号とが一致するか否かによって、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を促進するか、抑制するかを判定するようにした。
したがって、本実施の形態では、ＥＣＵ３６と、ステアリングアングルセンサ３２と、ロールレートセンサ３４とによって、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を促進するか抑制するかを判定する判定手段が構成されている。
そして、ＥＣＵ３６は、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を抑制すると判定した場合には、言い換えると、操舵角速度ｄαとロールレートｄφが同符号の場合には、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を上げた状態の第１の減衰力Ｆ１に設定することで車体１２のロールを抑制する。
一方、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を促進すると判定した場合には、言い換えると、操舵角速度ｄαとロールレートｄφが異符号の場合には、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を第１の減衰力Ｆ１よりも下げた状態の第２の減衰力Ｆ２に設定することで車体１２のロールを促進する。

以下、図３に示すフローチャートに基づいて車両用サスペンション制御装置３０の動作について説明する。
車両１０の走行状態において、図３の処理が繰り返し起動される。
ＥＣＵ３６は、ステアリングアングルセンサ３２から供給される操舵角αを受け付けて入力し（ステップＳ１０）、該操舵角αから操舵角速度ｄαを算出する（ステップＳ１２）。
次いで、ＥＣＵ３６は、ロールレートセンサ３４から供給されるロールレートｄφを受け付けて入力する（ステップＳ１４）。
次いで、ＥＣＵ３６は、操舵角速度ｄαの符号とロールレートｄφの符号とが一致するか否かを判定する（ステップＳ１６）。
具体的には、ＥＣＵ３６は、判定結果Ａ：操舵角速度ｄα＜０かつロールレートｄφ＜０、または、判定結果Ｂ：操舵角速度ｄα≧０かつロールレートｄφ≧０となるか、否かによって、操舵角速度ｄαの符号とロールレートｄφの符号とが一致するか否かを判定する。
ＥＣＵ３６は、ステップＳ１６の判定結果が肯定（Ｙ）ならば、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を抑制する方向であるので、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を上げた状態の第１の減衰力Ｆ１に設定して処理を終了する（ステップＳ１８）。
また、ステップＳ１６の判定結果が否定（Ｎ）ならば、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を促進する方向であるので、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を第１の減衰力Ｆ１よりも下げた状態の第２の減衰力Ｆ２に設定して処理を終了する（ステップＳ２０）。

以上説明したように、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を抑制すると判定された場合は、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を上げた状態の第１の減衰力Ｆ１としてロールを抑制することにより、ロールステアを抑制し、旋回性能を高めることができる。
また、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を促進すると判定された場合は、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を下げた状態の第２の減衰力Ｆ２としてロールを促進することにより、ロールステアを促進し、旋回性能を高めることができる。
言い換えると、車両１０の旋回方向に対し車体１２のアライメント変化の方向が車両１０の旋回を抑制すると判定された場合は、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を上げる方向に変化させアライメント変化を抑制することにより、旋回性能を高めることができる。
また、車両１０の旋回方向に対し車体１２のアライメント変化の方向が車両１０の旋回を促進すると判定された場合は、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を下げる方向に変化させアライメント変化を促進することにより、旋回性能を高めることができる。
したがって、本実施の形態の車両用サスペンション制御装置３０によれば、ロールステアを積極的に利用することで車両１０の旋回性能を高め、これにより運動性能および運転操縦性を確保する上で有利となる。

図４は本実施の形態の車両用サスペンション制御装置３０の実験結果を示す図である。
図４において、横軸は操舵角αを示し、縦軸はヨーレートｄｙを示す。
実験条件は次のとおりである。
スラローム走行を、車速：１２０ｋｍ／ｈ、振幅：２０度、周波数：１Hzのsin操舵で行った。
図中、実線は本実施の形態の車両用サスペンション制御装置３０を使用して減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を制御した場合の測定結果を示す。
一点鎖線は、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を上げた状態の第１の減衰力Ｆ１に固定（ハード固定）した場合の測定結果を示す。
破線は、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を下げた状態の第２の減衰力Ｆ２に固定（ソフト固定）した場合の測定結果を示す。

図４の結果において、楕円の傾きは、操舵角αに対するヨーレートｄｙのゲインの大きさ(操舵ゲイン)を表しており、楕円の幅の狭さは、操舵角αに対するヨーレートｄｙの遅れの小ささ(追従性)を表している。
したがって図４から明らかなように、ハード固定では、操舵ゲインを高くできる反面、操舵角αに対するヨーレートｄｙの追従性を高める上で不利がある。
ソフト固定では、操舵ゲインが低下する反面、操舵角αに対するヨーレートｄｙの追従性を高める上で有利となる。
本実施の形態では、ハード固定並みの操舵ゲインと、ソフト固定並みの追従性とを両立することができ、旋回性能を確保する上でハード固定、ソフト固定に比較して有利となっている。
言い換えると、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を抑制すると判定された場合は、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を上げた状態の第１の減衰力Ｆ１としてロールを抑制することにより、ステアリングの切り込み時に旋回性能としての回頭性を高める上で有利となる。
また、車両１０の旋回方向に対し車体１２のロールステアの変化する方向が車両１０の旋回を促進すると判定された場合は、減衰力可変ショックアブソーバ２２の減衰力を下げた状態の第２の減衰力Ｆ２としてロールを促進することにより、ステアリングの切り返し時に旋回性能としての操舵−ヨーレートの応答性を高める上で有利となる。

１０……車体、１２……車体、１４……車輪、１６……サスペンション、２２……減衰力可変ショックアブソーバ、３０……車両用サスペンション制御装置。

Claims (4)

1. 車両を構成する車輪と車体との間に設けられ、ストローク変化によって、アライメント変化が生じるように構成されたサスペンションと、
   前記サスペンションに減衰力が調整可能な減衰力可変ショックアブソーバを備え、
   前記車両の旋回方向に対し、前記車両のアライメント変化の方向が旋回を促進するか、抑制するかを判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定結果に基づいて前記減衰力可変ショックアブソーバの減衰力を調整する減衰力調整手段を有する、
   ことを特徴とする車両用サスペンション制御装置。
2. 前記判定手段は、ステアリングの操舵角の角速度である操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、前記車両のアライメント変化を検出するアライメント変化検出手段とを含んで構成され、
   前記判定手段は、前記操舵角速度に基づき決定された旋回方向と前記車両のアライメント変化の方向が互いに一致した場合に、前記車両の旋回方向と前記車両のアライメント変化の方向が旋回を促進すると判定し、前記操舵角速度に基づき決定された旋回方向と前記車両のアライメント変化の方向が互いに一致しない場合に、前記車両の旋回方向と前記車両のアライメント変化の方向が旋回を抑制すると判定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンション制御装置。
3. 前記アライメント変化検出手段は、前記車両のロールレートを検出するロールレート検出手段を備え、前記ロールレート検出手段で検出したロールレートをもとにアライメント変化の方向を決定する、
   ことを特徴とする請求項２記載の車両用サスペンション制御装置。
4. 前記車両は、該車両のアライメント変化のロールステアが定常旋回時に旋回を抑制する方向に設定され、
   前記減衰力調整手段は、
   前記車両の旋回方向に対し、前記車両のアライメント変化の方向が旋回を促進すると前記判定手段により判定された場合は、減衰力を下げる方向に減衰力を調整し、
   前記車両の旋回方向に対し、前記車両のアライメント変化の方向が旋回を抑制すると前記判定手段により判定された場合は減衰力を上げる方向に減衰力を調整する、
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンション制御装置。

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