JP2012206553A - 車両用制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の走行安定性と回頭性とを両立できる車両用制御装置を提供すること。
【解決手段】後輪2RL,2RRのキャンバ角を調整するキャンバ角調整装置44を備える車両1において、キャンバ角調整手段によりキャンバ角調整装置44が作動されて後輪2RL,2RRのキャンバ角が調整され後輪2RL,2RRにネガティブキャンバが付与されると、車両1のステア特性がオーバーステア傾向からアンダーステア傾向へ変化する。その結果、車両1の走行安定性を向上できる。また、車両1のステア特性がオーバーステア傾向のときは、コーナリング時における車両1の回頭性が向上する。これにより車両1の走行安定性と回頭性とを両立できる。
【選択図】図7

Description

本発明は、車輪のキャンバ角を調整するキャンバ角調整装置を備えた車両に用いられる車両用制御装置に関し、特に、車両の走行安定性と回頭性とを両立できる車両用制御装置に関するものである。
従来より、車両の走行状態に応じて車輪のキャンバ角を調整することで、車両の走行安定性を確保する技術が知られている。この種の技術に関し、例えば、特許文献1には、車速を検出し、所定の車速以上において後輪にネガティブキャンバを付与することで、コーナリング走行時における車両の限界性能を向上させる技術が開示されている。
特開昭60−193781号公報
しかしながら、上述した特許文献1に開示される技術では、ネガティブキャンバによって後輪に発生するキャンバスラストを利用して車両の走行安定性は確保できるが、コーナリング時において回頭性が低下することがあるという問題点があった。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、車両の走行安定性と回頭性とを両立できる車両用制御装置を提供することを目的としている。
課題を解決するための手段および発明の効果
この目的を達成するために請求項1記載の車両用制御装置によれば、前輪および後輪と、その後輪のキャンバ角を調整するキャンバ角調整装置とを備える車両において、キャンバ角調整手段によりキャンバ角調整装置が作動されて後輪のキャンバ角が調整され後輪にネガティブキャンバが付与されると、車両のステア特性がオーバーステア傾向からアンダーステア傾向へ変化する。車両のステア特性をオーバーステア傾向からアンダーステア傾向に変化させることにより、車両の走行安定性(外乱に対する安定な走行性)を向上できる。また、車両のステア特性がオーバーステア傾向のときは、コーナリング時における車両の回頭性が向上し、その結果、操縦性(運転者の意思通りに車両を操縦できる性能)を向上できる。これにより、車両の走行安定性と回頭性とを両立できる効果がある。
請求項2記載の車両用制御装置によれば、車両は、キャンバ角調整手段によりキャンバ角調整装置が作動され後輪のキャンバ角が調整されて後輪にネガティブキャンバが付与されることにより、等価コーナリングパワー増幅率が増加するものである。また、その等価コーナリングパワー増幅率の増加は、リア等価コーナリングパワー増幅率の増加量がフロント等価コーナリングパワー増幅率の増加量より大きいように設定されている。その結果、車両は、リア等価コーナリングパワー増幅率の増加に見合うように、フロント等価コーナリングパワー増幅率を相対的に大きめに設定できる。
フロント等価コーナリングパワー増幅率を相対的に大きく設定し、かつ車両のステア特性をオーバーステア傾向に設定することにより、請求項1の効果に加え、車両の操縦性、特にアジリティ(俊敏性)を向上できる効果がある。さらに、後輪のキャンバ角が調整されて後輪にネガティブキャンバが付与されることにより走行安定性を向上できるので、車両の走行安定性と操縦性とを両立できる効果がある。
なお、「コーナリングパワー」は、単位スリップ角あたりのコーナリングフォースであり、「等価コーナリングパワー増幅率」はタイヤ自体のもつコーナリングパワーをサスペンション系やステアリング系がどれだけ増幅しているかの指標である。「フロント等価コーナリングパワー増幅率」、「リア等価コーナリングパワー増幅率」は、フロントタイヤ自体またはリアタイヤ自体のもつコーナリングパワーをサスペンション系やステアリング系がどれだけ増幅しているかの指標である。
請求項3記載の車両用制御装置によれば、車両は、後輪のキャンバ角が調整されて後輪にネガティブキャンバが付与される前は、フロント等価コーナリングパワー増幅率がリア等価コーナリングパワー増幅率より大きい値に設定されているので、前輪のサスペンションやステアリングの剛性等が、後輪のサスペンションの剛性等に比べて高く設定される。これにより車両の操縦性、特にアジリティを向上できる。
さらに、車両は、後輪のキャンバ角が調整されて後輪にネガティブキャンバが付与されることにより、リア等価コーナリングパワー増幅率がフロント等価コーナリングパワー増幅率より大きい値に設定される。これにより、後輪のキャンバ角が調整されて後輪にネガティブキャンバが付与されることで、コーナリング時に車両をスピンし難くでき、請求項2の効果に加え、車両の操縦安定性を向上できる効果がある。
請求項4記載の車両用制御装置によれば、車両は、キャンバ角調整手段によりキャンバ角調整装置が作動され後輪のキャンバ角が調整されて後輪にネガティブキャンバが付与される前は、リア等価コーナリングパワー増幅率は1.1以下に設定される。これにより、後輪のキャンバ角が調整されて後輪にネガティブキャンバが付与される前のキャンバ角を小さくできる(略ニュートラルキャンバにできる)。その結果、請求項2又は3の効果に加え、後輪のキャンバ角が調整されて後輪にネガティブキャンバが付与される前の後輪に偏磨耗を生じ難くできる効果がある。さらに、フロント等価コーナリングパワー増幅率は0.9以下に設定されるので、請求項2又は3の効果に加え、車両が過剰なオーバーステア傾向になることを防止でき、車両の操縦安定性を確保できる効果がある。
請求項5記載の車両用制御装置によれば、走行速度取得手段により車両の走行速度が取得され、走行速度判断手段により車両の走行速度が所定の走行速度以上であるか判断される。判断の結果、車両の走行速度が所定の走行速度以上である場合に、キャンバ角調整手段によりキャンバ角調整装置が作動され、後輪のキャンバ角が調整されて後輪にネガティブキャンバが付与される。
これにより、請求項1から4のいずれかの効果に加え、車両の走行速度が所定の走行速度以上であるときは、後輪に発生するキャンバスラストを利用して車両の走行安定性を向上できる効果がある。これに対し、車両の走行速度が所定の走行速度未満であるときは、回頭性の良いきびきびとした車両挙動を実現できる効果がある。
ここで、スポーツカータイプの車両は一般に操縦性に優れるが、特に車両の走行速度が大きくなると高い運転技量が必要とされる。また、ツーリングカータイプの車両は走行安定性に優れる反面、操縦性に乏しいとされる。これに対し、請求項5記載の車両用制御装置によれば、高い運転技量のない運転者でも、スポーツカーのような軽快感とツーリングカーのような安定感とを得ることができる効果がある。
請求項6記載の車両用制御装置によれば、車両は、転がり抵抗係数9.0N/kN以下、かつ、ウェットグリップ性能110%以上の低燃費タイヤが装着されている。低燃費タイヤは車両の燃費を向上できる一方、一般に操縦安定性に乏しいが、本発明の車両用制御装置が搭載された車両に装着されることにより、請求項1から5のいずれかの効果に加え、操縦安定性を確保しつつ車両の燃費を向上できる効果がある。
なお、転がり抵抗係数は、JIS D4234:2009(ISO28580)によるタイヤへの荷重に対する転がり抵抗の比率である。また、ウェットグリップ性能は、2009年に発行されたEU規則Wet Gripグレーディング試験法(案)(TEST METHOD FOR TYRE WET GRIP GRADING(C1 TYRES))に基づき算出された基準タイヤ対比によるウェットグリップ指数である。
車両用制御装置が搭載される車両を模式的に示した模式図である。 懸架装置の正面図である。 第1実施の形態における車両用制御装置の電気的構成を示したブロック図である。 フロント等価コーナリングパワー増幅率とリア等価コーナリングパワー増幅率との関係を模式的に示した模式図である。 走行状態判断処理を示すフローチャートである。 スピン状態判断処理を示すフローチャートである。 キャンバ制御処理を示すフローチャートである。 第2実施の形態における車両用制御装置の電気的構成を示したブロック図である。 状態量判断処理を示すフローチャートである。 キャンバ制御処理を示すフローチャートである。
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施の形態における車両用制御装置100が搭載される車両1を模式的に示した模式図である。なお、図1の矢印U−D,L−R,F−Bは、車両1の上下方向、左右方向、前後方向をそれぞれ示している。
まず、車両1の概略構成について説明する。車両1は、図1に示すように、車体フレームBFと、その車体フレームBFを支持する複数(本実施の形態では4輪)の車輪2と、それら複数の車輪2の内の一部(本実施の形態では、左右の前輪2FL,2FR)を回転駆動する車輪駆動装置3と、各車輪2を車体フレームBFに懸架する複数の懸架装置4と、複数の車輪2の内の一部(本実施の形態では、左右の前輪2FL,2FR)を操舵する操舵装置5とを主に備えて構成されている。
次いで、各部の詳細構成について説明する。車輪2は、図1に示すように、車両1の前方側(矢印F方向側)に位置する左右の前輪2FL,2FRと、車両1の後方側(矢印B方向側)に位置する左右の後輪2RL,2RRとを備えている。なお、本実施の形態では、左右の前輪2FL,2FRは、車輪駆動装置3により回転駆動される駆動輪として構成される一方、左右の後輪2RL,2RRは、車両1の走行に伴って従動される従動輪として構成されている。
また、車輪2は、図1に示すように、左右の前輪2FL,2FR及び左右の後輪2RL,2RRが全て同じ形状および特性に構成され、そのトレッドの幅(図1左右方向の寸法)が同一の幅に構成されている。本実施の形態では、車輪2は転がり抵抗係数9.0N/kN以下、かつ、ウェットグリップ性能110%以上の低燃費タイヤが装着されている。
車輪駆動装置3は、上述したように、左右の前輪2FL,2FRを回転駆動するための装置であり、後述するように電動モータ3aにより構成されている(図3参照)。また、電動モータ3aは、図1に示すように、デファレンシャルギヤ(図示せず)及び一対のドライブシャフト31を介して左右の前輪2FL,2FRに接続されている。
運転者がアクセルペダル61を操作した場合には、車輪駆動装置3から左右の前輪2FL,2FRに回転駆動力が付与され、それら左右の前輪2FL,2FRがアクセルペダル61の操作量に応じて回転駆動される。なお、左右の前輪2FL,2FRの回転差は、デファレンシャルギヤにより吸収される。
懸架装置4は、路面から車輪2を介して車体フレームBFに伝わる振動を緩和するための装置、いわゆるサスペンションとして機能するものであり、伸縮可能に構成され、図1に示すように、左右の後輪2RL,2RRに対応してそれぞれ設けられている。また、本実施の形態における懸架装置4は、車輪2のキャンバ角を調整するキャンバ角調整機構としての機能を兼ね備えている。
ここで、図2を参照して、懸架装置4の詳細構成について説明する。図2は、懸架装置4の正面図である。なお、ここでは、キャンバ角調整機構として機能する構成のみについて説明し、サスペンションとして機能する構成については周知の構成と同様であるので、その説明を省略する。また、各懸架装置4の構成は、左右の後輪2RL,2RRにおいてそれぞれ共通であるので、右の後輪2RRに対応する懸架装置4を代表例として図2に図示する。但し、図2では、理解を容易とするために、ドライブシャフト31等の図示が省略されている。
懸架装置4は、図2に示すように、ストラット41及びロアアーム42を介して車体フレームBFに支持されるナックル43と、駆動力を発生するRRモータ44RRと、そのRRモータ44RRの駆動力を伝達するウォームホイール45及びアーム46と、それらウォームホイール45及びアーム46から伝達されるRRモータ44RRの駆動力によりナックル43に対して揺動駆動される可動プレート47とを主に備えて構成されている。
ナックル43は、車輪2を操舵可能に支持するものであり、図2に示すように、上端(図2上側)がストラット41に連結されると共に、下端(図2下側)がボールジョイントを介してロアアーム42に連結されている。
RRモータ44RRは、可動プレート47に揺動駆動のための駆動力を付与するものであり、DCモータにより構成され、その出力軸44aにはウォーム(図示せず)が形成されている。
ウォームホイール45は、RRモータ44RRの駆動力をアーム46に伝達するものであり、RRモータ44RRの出力軸44aに形成されたウォームに噛み合い、かかるウォームと共に食い違い軸歯車対を構成している。
アーム46は、ウォームホイール45から伝達されるRRモータ44RRの駆動力を可動プレート47に伝達するものであり、図2に示すように、一端(図2右側)が第1連結軸48を介してウォームホイール45の回転軸45aから偏心した位置に連結される一方、他端(図2左側)が第2連結軸49を介して可動プレート47の上端(図2上側)に連結されている。
可動プレート47は、車輪2を回転可能に支持するものであり、上述したように、上端(図2上側)がアーム46に連結される一方、下端(図2下側)がキャンバ軸50を介してナックル43に揺動可能に軸支されている。
上述したように構成される懸架装置4によれば、RRモータ44RRが駆動されると、ウォームホイール45が回転すると共に、ウォームホイール45の回転運動がアーム46の直線運動に変換される。その結果、アーム46が直線運動することで、可動プレート47がキャンバ軸50を揺動軸として揺動駆動され、車輪2のキャンバ角が調整される。
なお、本実施の形態では、各連結軸48,49及びウォームホイール45の回転軸45aが、車体フレームBFから車輪2に向かう方向(矢印R方向)において、第1連結軸48、回転軸45a、第2連結軸49の順に一直線上に並んで位置する第1キャンバ状態と、回転軸45a、第1連結軸48、第2連結軸49の順に一直線上に並んで位置する第2キャンバ状態(図2に示す状態)とのいずれか一方のキャンバ状態となるように車輪2のキャンバ角が調整される。これにより、車輪2のキャンバ角が調整された状態では、車輪2に外力が加わったとしても、アーム46を回動させる方向の力は発生せず、車輪2のキャンバ角を維持することができる。
また、本実施の形態では、第1キャンバ状態において、車輪2のキャンバ角がマイナス方向の所定の角度(本実施の形態では−4.5°、以下「第1キャンバ角」と称す)に調整され、車輪2にネガティブキャンバが付与される。一方、第2キャンバ状態(図2に示す状態)では、車輪2のキャンバ角が−1.5°(以下「第2キャンバ角」と称す)に調整される。
図1に戻って説明する。左右の前輪2FL,2FRは、懸架装置104により車体フレームBFに懸架される。懸架装置104は、左右の前輪2FL,2FRのキャンバ角を調整する機能が省略されている点(即ち、図2に示す懸架装置4において、RRモータ44RRによる伸縮機能が省略されている点)を除き、その他の構成は懸架装置4と同じ構成であるので、その説明を省略する。
操舵装置5は、運転者によるステアリング63の操作を左右の前輪2FL,2FRに伝えて操舵するための装置であり、いわゆるラック&ピニオン式のステアリングギヤとして構成されている。この操舵装置5によれば、運転者によるステアリング63の操作(回転)は、まず、ステアリングコラム51を介してユニバーサルジョイント52に伝達され、ユニバーサルジョイント52により角度を変えられつつステアリングギヤ比可変装置53に伝達される。ステアリングギヤ比可変装置53から出力軸(図示せず)が突出しており、この出力軸に連結されたステアリングボックス54のピニオン54aに回転運動として伝達される。そして、ピニオン54aに伝達された回転運動は、ラック54bの直線運動に変換され、ラック54bが直線運動することで、ラック54bの両端に接続されたタイロッド55が移動する。その結果、タイロッド55がナックル56を押し引きすることで、車輪2に所定の舵角が付与される。
ステアリングギヤ比可変装置53は、走行状態に応じてステアリングギヤ比を任意に変化させる装置であり、車輪2の操舵に必要なステアリング63の操舵量を調整することができる。ステアリングギヤ比は、ラック&ピニオン式のステアリングギヤの場合、ステアリング63の全回転角度と左右の前輪2FL,2FRの切れ角との比を表す。なお、ステアリングギヤ比を変更する方法や手段は、任意のものを適用できる。
アクセルペダル61及びブレーキペダル62は、運転者により操作される操作部材であり、各ペダル61,62の操作状態(踏み込み量、踏み込み速度など)に応じて、車両1の走行速度や制動力が決定され、車輪駆動装置3が駆動制御される。ステアリング63は、運転者により操作される操作部材であり、その操作状態(ステア角、ステア角速度など)に応じて、操舵装置5により左右の前輪2FL,2FRが操舵される。
車両用制御装置100は、上述したように構成される車両1の各部を制御するための装置であり、例えば、各ペダル61,62やステアリング63の操作状態に応じてキャンバ角調整装置44(図3参照)を作動制御する。
次いで、図3を参照して、車両用制御装置100の詳細構成について説明する。図3は、車両用制御装置100の電気的構成を示したブロック図である。車両用制御装置100は、図3に示すように、CPU71、ROM72及びRAM73を備え、それらがバスライン74を介して入出力ポート75に接続されている。また、入出力ポート75には、車輪駆動装置3等の装置が接続されている。
CPU71は、バスライン74により接続された各部を制御する演算装置であり、ROM72は、CPU71により実行される制御プログラム(例えば、図4から図7に図示されるフローチャートのプログラム)や固定値データ等を記憶する書き換え不能な不揮発性のメモリである。
RAM73は、制御プログラムの実行時に各種のデータを書き換え可能に記憶するためのメモリであり、図3に示すように、キャンバフラグ73a、走行状態フラグ73b及びスピンフラグ73cが設けられている。
キャンバフラグ73aは、車輪2のキャンバ角が第1キャンバ角に調整された状態にあるか否かを示すフラグであり、CPU71は、このキャンバフラグ73aがオンである場合に、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角に調整された状態にあると判断する。
走行状態フラグ73bは、車両1の走行状態が所定の走行状態であるか否かを示すフラグであり、後述する走行状態判断処理(図5参照)の実行時にオン又はオフに切り替えられる。なお、本実施の形態における走行状態フラグ73bは、車両1の走行速度が所定の走行速度以上である場合にオンに切り替えられ、CPU71は、この走行状態フラグ73bがオンである場合に、車両1の走行速度が所定の走行速度以上であると判断する。
スピンフラグ73cは、車両1にスピンしようとするモーメントが生じるか否かを判断するフラグであり、後述するスピン状態判断処理(図6参照)の実行時にオン又はオフに切り替えられる。なお、本実施の形態におけるスピンフラグ73cは、車両1にスピンしようとする所定のモーメントが生じる場合にオンに切り替えられ、CPU71は、このスピンフラグ73cがオンである場合に、スピンしようとする所定のモーメントが車両1に生じていると判断する。
車輪駆動装置3は、上述したように、左右の前輪2FL,2FR(図1参照)を回転駆動するための装置であり、それら左右の前輪2FL,2FRに回転駆動力を付与する電動モータ3aと、その電動モータ3aをCPU71からの指示に基づいて駆動制御する駆動制御回路(図示せず)とを主に備えている。但し、車輪駆動装置3は、電動モータ3aに限られず、他の駆動源を採用することは当然可能である。他の駆動源としては、例えば、油圧モータやエンジン等が例示される。
キャンバ角調整装置44は、後輪2FR,2RRのキャンバ角を調整するための装置であり、上述したように、各懸架装置4の可動プレート47(図2参照)に揺動のための駆動力をそれぞれ付与する合計2個のRLモータ及びRRモータ44RL,44RRと、それら各モータ44RL,44RRをCPU71からの指示に基づいて駆動制御する駆動制御回路(図示せず)とを主に備えている。
ステアリングギヤ比可変装置53は、ステアリングギヤ比を変化させる装置である。ステアリングギヤ比が小さいときは、必要な実舵角が素早く得られ、ステアリング63の少ない操舵量で前輪2FL,2FRの最大舵角まで操舵できる。これによりステアリング63の操舵量を低減できると共に操縦性を向上できる。また、ステアリングギヤ比が大きいときは、ステアリング63の操舵量に対する前輪2FL,2FRの舵角変化が小さくなるため、車両1の安定性を確保できる。
加速度センサ装置80は、車両1の加速度を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、前後方向加速度センサ80a及び左右方向加速度センサ80bと、それら各加速度センサ80a,80bの検出結果を処理してCPU71に出力する出力回路(図示せず)とを主に備えている。
前後方向加速度センサ80aは、車両1(車体フレームBF)の前後方向(図1矢印F−B方向)の加速度、いわゆる前後Gを検出するセンサであり、左右方向加速度センサ80bは、車両1(車体フレームBF)の左右方向(図1矢印L−R方向)の加速度、いわゆる横Gを検出するセンサである。なお、本実施の形態では、これら各加速度センサ80a,80bが圧電素子を利用した圧電型センサとして構成されている。
また、CPU71は、加速度センサ装置80から入力された各加速度センサ80a,80bの検出結果(前後G、横G)を時間積分して、2方向(前後方向および左右方向)の速度をそれぞれ算出すると共に、それら2方向成分を合成することで、車両1の走行速度を取得することができる。
ヨーレートセンサ装置81は、車両1のヨーレートを検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、車両1の重心を通る鉛直軸(図1矢印U−D方向軸)回りの車両1(車体フレームBF)の回転角速度を検出するヨーレートセンサ81aと、そのヨーレートセンサ81aの検出結果を処理してCPU71に出力する出力回路(図示せず)とを主に備えている。
ロール角センサ装置82は、車両1のロール角を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、車両1の重心を通る前後軸(図1矢印F−B方向軸)回りの車両1(車体フレームBF)の回転角を検出するロール角センサ82aと、そのロール角センサ82aの検出結果を処理してCPU71に出力する出力回路(図示せず)とを主に備えている。
なお、本実施の形態では、ヨーレートセンサ81a及びロール角センサ82aがサニャック効果により回転角速度および回転角を検出する光学式ジャイロセンサにより構成されている。但し、他の種類のジャイロセンサを採用することは当然可能である。他の種類のジャイロセンサとしては、例えば、機械式や流体式などのジャイロセンサが例示される。
サスストロークセンサ装置83は、各懸架装置4の伸縮量を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、各懸架装置4の伸縮量をそれぞれ検出する合計2個のRL〜RRサスストロークセンサ83RL,83RRと、それら各サスストロークセンサ83RL,83RRの検出結果を処理してCPU71に出力する出力回路(図示せず)とを備えている。
なお、本実施の形態では、各サスストロークセンサ83RL,83RRがひずみゲージとして構成されており、これら各サスストロークセンサ83RL,83RRは、各懸架装置4のショックアブソーバ(図示せず)にそれぞれ配設されている。
CPU71は、サスストロークセンサ装置83から入力された各サスストロークセンサ83RL,83RRの検出結果(伸縮量)に基づいて、後輪2RL,2RRの接地荷重を取得する。即ち、後輪2RL,2RRの接地荷重と懸架装置4の伸縮量とは比例関係を有しているので、懸架装置4の伸縮量をXとし、懸架装置4の減衰定数をkとすると、後輪2RL,2RRの接地荷重Fは、F=kXとなる。
接地荷重センサ装置84は、後輪2RL,2RRの接地荷重を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、後輪2RL,2RRの接地荷重をそれぞれ検出する合計2個のFL〜RR接地荷重センサ84RL,84RRと、それら各接地荷重センサ84RL,84RRの検出結果を処理してCPU71に出力する出力回路(図示せず)とを備えている。
なお、本実施の形態では、各接地荷重センサ84RL,84RRがピエゾ抵抗型の荷重センサとして構成されており、これら各接地荷重センサ84RL,84RRは、各懸架装置4のショックアブソーバ(図示せず)にそれぞれ配設されている。
サイドウォール潰れ代センサ装置85は、後輪2RL,2RRのタイヤサイドウォールの潰れ代を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、後輪2RL,2RRのタイヤサイドウォールの潰れ代をそれぞれ検出する合計2個のRL〜RRサイドウォール潰れ代センサ85RL,85RRと、それら各サイドウォール潰れ代センサ85RL,85RRの検出結果を処理してCPU71に出力する出力回路(図示せず)とを備えている。
なお、本実施の形態では、各サイドウォール潰れ代センサ85RL,85RRがひずみゲージとして構成されており、これら各サイドウォール潰れ代センサ85RL,85RRは、後輪2RL,2RR内にそれぞれ配設されている。
アクセルペダルセンサ装置61aは、アクセルペダル61の操作量を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、アクセルペダル61の踏み込み量を検出する角度センサ(図示せず)と、その角度センサの検出結果を処理してCPU71に出力する出力回路(図示せず)とを主に備えている。
ブレーキペダルセンサ装置62aは、ブレーキペダル62の操作量を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、ブレーキペダル62の踏み込み量を検出する角度センサ(図示せず)と、その角度センサの検出結果を処理してCPU71に出力する出力回路(図示せず)とを主に備えている。
ステアリングセンサ装置63aは、ステアリング63の操作量を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、ステアリング63のステア角を検出する角度センサ(図示せず)と、その角度センサの検出結果を処理してCPU71に出力する出力回路(図示せず)とを主に備えている。
なお、本実施の形態では、各角度センサが電気抵抗を利用した接触型のポテンショメータとして構成されている。また、CPU71は、各センサ装置61a,62a,63aから入力された各角度センサの検出結果(操作量)を時間微分して、各ペダル61,62の踏み込み速度およびステアリング63のステア角速度を取得することができる。更に、CPU71は、取得したステアリング63のステア角速度を時間微分して、ステアリング63のステア角加速度を取得することができる。
図3に示す他の入出力装置90としては、例えば、GPSを利用して車両1の現在位置を取得すると共にその取得した車両1の現在位置を道路に関する情報が記憶された地図データに対応付けて取得するナビゲーション装置などが例示される。
次いで、車両1のステア特性について説明する。車両1のステア特性は、例えば、式(1)に示すスタビリティファクタAにより表すことができる。式(1)によれば、車両1のステア特性が、A>0のときはアンダーステア傾向であることを示し、A<0のときはオーバーステア傾向であることを示している。一般的な車両(ツーリングカー)はA=0.002程度に設定されている。
Figure 2012206553
ここで、g:重力加速度、L:車両1のホイールベース、Cf:フロント正規化等価コーナリングパワー、Cr:リア正規化等価コーナリングパワーである。なお、正規化等価コーナリングパワーは、単位荷重当たりの等価コーナリングパワーである。また、等価コーナリングパワーは、ロールステアやコンプライアンスステアを含むコーナリングパワーである。
また、フロント正規化等価コーナリングパワーCf、リア正規化等価コーナリングパワーCrは、式(2)で表すことができる。
Figure 2012206553
ここで、e:フロント等価コーナリングパワー増幅率、e:リア等価コーナリングパワー増幅率、Cpf:フロントタイヤ正規化コーナリングパワー、Cpr:リアタイヤ正規化コーナリングパワーである。
フロントタイヤ正規化コーナリングパワーCpf、リアタイヤ正規化コーナリングパワーCprは、単位荷重当たりのタイヤ自体のコーナリングパワーであり、タイヤの種類によって変わる値である。この値は、タイヤ(トレッド)の材料、幅、パターン等により変えることが可能であり、一般に、スタッドレスタイヤ、低燃費タイヤ、ノーマルタイヤ、スポーツタイヤの順に大きくなる。なお、車両1は、フロントタイヤ正規化コーナリングパワーCpf、リアタイヤ正規化コーナリングパワーCprが同一のタイヤを装着することが可能であり、フロントタイヤとリアタイヤのトレッド等を異ならせることにより、正規化コーナリングパワーの異なるタイヤを装着することも可能である。
等価コーナリングパワー増幅率は、タイヤ自体のもつコーナリングパワーをサスペンション等がどの程度増幅するかを示す指標である。フロントタイヤ正規化コーナリングパワーCpf、リアタイヤ正規化コーナリングパワーCprが同一の値であっても、フロント等価コーナリングパワー増幅率e及びリア等価コーナリングパワー増幅率eを異ならせることにより、フロント正規化等価コーナリングパワーCf、リア正規化等価コーナリングパワーCrを任意に設定できる(式(2)参照)。その結果、スタビリティファクタAを任意に設定できる(式(1)参照)。従って、フロント等価コーナリングパワー増幅率e及びリア等価コーナリングパワー増幅率eの設定を変えることで、車両1のステア特性を変えることができる。
次に、図4を参照して、車両1の等価コーナリングパワー増幅率について説明する。図4は、フロント等価コーナリングパワー増幅率eとリア等価コーナリングパワー増幅率eとの関係を模式的に示した模式図である。図4の横軸はフロント等価コーナリングパワー増幅率eを示し、縦軸はリア等価コーナリングパワー増幅率eを示している。
図4において、右上がりの直線lは、フロント等価コーナリングパワー増幅率eとリア等価コーナリングパワー増幅率eとが同一の値の関数を示している。直線lより下の領域(e<e)は、車両1のステア特性がオーバーステア傾向(OS)であることを示し、直線lより上の領域e>eは、車両1のステア特性がアンダーステア傾向(US)であることを示している。一般に車両1がオーバーステア傾向(OS)であれば、回頭性が良くアジリティに優れ、アンダーステア傾向(US)であれば車両1は安定性に優れている。
車両1は、後輪2RL,2RR(図1参照)のキャンバ角が調整されて後輪2RL,2RRにネガティブキャンバが付与される前(第2キャンバ角のとき)は、フロント等価コーナリングパワー増幅率eがリア等価コーナリングパワー増幅率eより大きい値に設定されている(図4のe)。そのため、前輪2FL,2FRのサスペンションやステアリングの剛性等が、後輪2RL,2RRのサスペンションの剛性等に比べて高く設定することができる。これにより車両1の操縦性、特にアジリティを向上できる。
さらに、車両1は、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角に調整されて後輪2RL,2RRにネガティブキャンバが付与されることで、後輪2RL,2RRに発生するキャンバスラストにより、リア等価コーナリングパワー増幅率eがフロント等価コーナリングパワー増幅率eより大きい値に設定される(図4のe)。これにより、後輪2RL,2RRのキャンバ角が調整されて後輪2RL,2RRにネガティブキャンバが付与されることでコーナリング時に車両1をスピンし難くでき、車両1の操縦安定性を向上できる。
さらにリア等価コーナリングパワー増幅率eが増加することで、リア正規化等価コーナリングパワーCrが増加する(式(2)参照)。一方、フロント等価コーナリングパワー増幅率eはほぼ不変なので、フロント正規化等価コーナリングパワーCfもほぼ不変である(式(2)参照)。このリア正規化等価コーナリングパワーCrの増加に見合うように、車両1は、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第2キャンバ角のときのフロント(正規化)等価コーナリングパワーを相対的に大きめに設定できる。
式(2)に示すように、フロント正規化等価コーナリングパワーCfは、フロント等価コーナリングパワー増幅率eに依存する。そのため、車両1のフロント等価コーナリングパワー増幅率(図4のe)、従来の一般的な車両(ツーリングカー)のフロント等価コーナリングパワー増幅率(図4のe)に比べて大きい値に設定できる。このように、フロント等価コーナリングパワー増幅率を、従来の一般的な車両のフロント等価コーナリングパワー増幅率に比べて相対的に大きく設定し、かつ車両1のステア特性をオーバーステア傾向に設定することにより、車両1の操縦性、特にアジリティ(俊敏性)を向上できる。さらに、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角に調整されて後輪2RL,2RRにネガティブキャンバが付与されることにより、車両1の走行安定性を向上できる。その結果、車両1の走行安定性と操縦性とを両立できる。
また、本実施の形態によれば、車両1は転がり抵抗係数9.0N/kN以下、かつ、ウェットグリップ性能110%以上の低燃費タイヤが装着されている。低燃費タイヤは車両1の燃費を向上できる一方、タイヤ自体のコーナリングパワーは小さいため、操縦安定性に乏しい。しかしながら、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角に調整されて後輪2RL,2RRにネガティブキャンバが付与されることで、リア等価コーナリングパワー増幅率eを増加させることができる。その結果、後輪2RL,2RRのキャンバ角を第1キャンバ角に調整することによりリア等価コーナリングパワーを増加させ(式(2)参照)、操縦安定性を確保しつつ車両1の燃費を向上できる。
なお、車両1は、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第2キャンバ角に調整されているとき(後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角に調整されて後輪2RL,2RRにネガティブキャンバが付与される前)、リア等価コーナリングパワー増幅率は1.1以下に設定されている。これにより、第2キャンバ角を略ニュートラルキャンバにできる。その結果、第2キャンバ角に調整されているときの後輪2RL,2RRに偏磨耗を生じ難くできる。
また、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第2キャンバ角に調整されているときの車両1のフロント等価コーナリングパワー増幅率は0.9以下に設定されている。これにより、車両1が過剰なオーバーステア傾向になることを防止でき、車両1の操縦安定性を確保できる。
次いで、図5を参照して、走行状態判断処理について説明する。図5は、走行状態判断処理を示すフローチャートである。この処理は、車両用制御装置100の電源が投入されている間、CPU71によって繰り返し(例えば、0.2秒間隔で)実行される処理であり、車両1の走行速度が所定の走行速度以上であるか否かを判断する処理である。
CPU71は、走行状態判断処理に関し、まず、車両1の走行速度を取得し(S1)、その取得した車両1の走行速度が所定の速度以上であるか否かを判断する(S2)。なお、S2の処理では、S1の処理で取得した車両1の走行速度と、ROM72に予め記憶されている閾値とを比較して、現在の車両1の走行速度が所定の速度以上であるか否かを判断する。
その結果、車両1の走行速度が所定の速度より小さいと判断される場合には(S2:No)、走行状態フラグ73bをオフして(S4)、この走行状態判断処理を終了する。一方、S2の処理の結果、車両1の走行速度が所定の速度以上であると判断される場合には(S2:Yes)、走行状態フラグ73bをオンして(S3)、この走行状態判断処理を終了する。
次いで、図6を参照して、スピン状態判断処理について説明する。図6は、スピン状態判断処理を示すフローチャートである。この処理は、車両用制御装置100の電源が投入されている間、CPU71によって繰り返し(例えば、0.2秒間隔で)実行される処理であり、車両1がスピンを生じるおそれがあるか否かを判断する処理である。
CPU71は、スピン状態判断処理に関し、まず、車両1の横Gが所定の加速度以下であるか否かを判断する(S11)。なお、S11の処理では、加速度センサ装置80(左右方向加速度センサ80b)により検出された車両1の横Gと、ROM72に予め記憶されている閾値とを比較して、現在の車両1の横Gが所定の加速度以下であるか否かを判断する。その結果、車両1の横Gが所定の加速度より大きいと判断される場合には(S11:No)、車両1はスピンを生じるおそれがあると判断されるので、スピンフラグ73cをオンして(S16)、このスピン判断処理を終了する。
一方、S11の処理の結果、車両1の横Gが所定の加速度以下であると判断される場合には(S11:Yes)、車両1のヨーレートが所定のヨーレート以下であるか否かを判断する(S12)。なお、S12の処理では、ヨーレートセンサ装置81により検出された車両1のヨーレートと、ROM72に予め記憶されている閾値とを比較して、現在の車両1のヨーレートが所定のヨーレート以下であるか否かを判断する。その結果、車両1のヨーレートが所定のヨーレートより大きいと判断される場合には(S12:No)、車両1はスピンを生じるおそれがあると判断されるので、スピンフラグ73cをオンして(S16)、このスピン判断処理を終了する。
一方、S12の処理の結果、車両1のヨーレートが所定のヨーレート以下であると判断される場合には(S12:Yes)、車両1のロール角が所定のロール角以下であるか否かを判断する(S13)。なお、S13の処理では、ロール角センサ装置82により検出された車両1のロール角と、ROM72に予め記憶されている閾値とを比較して、現在の車両1のロール角が所定のロール角以下であるか否かを判断する。その結果、車両1のロール角が所定のロール角より大きいと判断される場合には(S12:No)、車両1はスピンを生じるおそれがあると判断されるので、スピンフラグ73cをオンして(S16)、このスピン判断処理を終了する。
一方、S13の処理の結果、車両1のロール角が所定のロール角以下であると判断される場合には(S13:Yes)、ステアリング63の操作速度(ステア角速度)が所定の速度以下であるか否かを判断する(S14)。なお、S14の処理では、ステアリング63の操作量を時間微分して取得されるステアリング63の操作速度と、ROM72に予め記憶されている閾値とを比較して、現在のステアリング63の操作速度が所定の速度以下であるか否かを判断する。その結果、ステアリング63の操作速度が所定の速度より大きいと判断される場合には(S14:No)、車両1はスピンを生じるおそれがあると判断されるので、スピンフラグ73cをオンして(S16)、このスピン判断処理を終了する。
一方、S14の処理の結果、ステアリング63の操作速度が所定の速度以下であると判断される場合には(S14:Yes)、ステアリング63の操作加速度(ステア角加速度)が所定の加速度以下であるか否かを判断する(S15)。なお、S15の処理では、ステアリング63の操作速度を時間微分して取得されるステアリング63の操作加速度と、ROM72に予め記憶されている閾値とを比較して、現在のステアリング63の操作加速度が所定の加速度以下であるか否かを判断する。
その結果、ステアリング63の操作加速度が所定の加速度より大きいと判断される場合には(S15:No)、車両1はスピンを生じるおそれがあると判断されるので、スピンフラグ73cをオンして(S16)、このスピン判断処理を終了する。一方、S15の処理の結果、ステアリング63の操作加速度が所定の加速度以下であると判断される場合には(S15:Yes)、スピンフラグ73cをオフして(S17)、この偏摩耗荷重判断処理を終了する。
次いで、図7を参照して、キャンバ制御処理について説明する。図7は、キャンバ制御処理を示すフローチャートである。この処理は、車両用制御装置100の電源が投入されている間、CPU71によって繰り返し(例えば、0.2秒間隔で)実行される処理であり、左右の後輪2RL,2RRのキャンバ角を調整する処理である。
CPU71は、キャンバ制御処理に関し、まず、走行状態フラグ73bがオンであるか否かを判断し(S21)、走行状態フラグ73bがオンであると判断される場合には(S21:Yes)、キャンバフラグ73aがオンであるか否かを判断する(S22)。その結果、キャンバフラグ73aがオフであると判断される場合には(S22:No)、RL〜RRモータ44RL,44RRを作動させて、左右の後輪2RL,2RRのキャンバ角を第1キャンバ角に調整し、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与すると共に(S23)、キャンバフラグ73aをオンして(S24)、このキャンバ制御処理を終了する。
これにより、車両1の走行状態が所定の条件を満たす場合、即ち、車両1の走行速度が所定の走行速度以上であり、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第2キャンバ角の状態で車両1が加速、制動または旋回すると車両1の走行安定性が低下すると判断される場合には、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与することで、後輪2RL,2RRに発生するキャンバスラストを利用して、車両1のステア特性をオーバーステア傾向からアンダーステア傾向に変化させ、車両1の走行安定性を確保することができる。
一方、S22の処理の結果、キャンバフラグ73aがオンであると判断される場合には(S22:Yes)、車輪2のキャンバ角は既に第1キャンバ角に調整されているので、S23及びS24の処理をスキップして、このキャンバ制御処理を終了する。
これに対し、S21の処理の結果、走行状態フラグ73bがオフであると判断される場合には(S21:No)、スピンフラグ73cがオンであるか否かを判断し(S25)、スピンフラグ73cがオンであると判断される場合には(S25:Yes)、キャンバフラグ73aがオンであるか否かを判断する(S26)。その結果、キャンバフラグ73aがオフであると判断される場合には(S26:No)、RL〜RRモータ44RL,44RRを作動させて、左右の後輪2RL,2RRのキャンバ角を第1キャンバ角に調整し、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与する(S27)。次いで、キャンバフラグ73aをオンして(S28)、このキャンバ制御処理を終了する。
これにより、車両1の走行速度が所定の走行速度以上でない場合であっても、車両1にスピンが発生するおそれがある場合には、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与することで、後輪2RL,2RRの横剛性を利用して、車両1の走行安定性を確保することができる。一方、S26の処理の結果、キャンバフラグ73aがオンであると判断される場合には(S26:Yes)、後輪2RL,2RRのキャンバ角は既に第1キャンバ角に調整されているので、S27及びS28の処理をスキップして、このキャンバ制御処理を終了する。
一方、S25の処理の結果、スピンフラグ73cがオフであると判断される場合には(S25:No)、キャンバフラグ73aがオンであるか否かを判断する(S29)。その結果、キャンバフラグ73aがオンであると判断される場合には(S29:Yes)、RL〜RRモータ44RL,44RRを作動させて、左右の後輪2RL,2RRのキャンバ角を第2キャンバ角に調整し、後輪2RL,2RRへのネガティブキャンバの付与を解除する(S30)。次いで、キャンバフラグ73aをオフして(S31)、このキャンバ制御処理を終了する。
これにより、車両1の走行速度が所定の走行速度に達しておらず、さらに車両1にスピンが発生するおそれがない場合、即ち、車両1の走行安定性を優先して確保する必要がない場合には、後輪2RL,2RRへのネガティブキャンバの付与を解除することで、キャンバスラストの影響を回避する。その結果、車両1のステア特性をオーバーステア傾向に維持し、車両1の回頭性を確保できる。また、車両1のアジリティを確保し、操縦性を優先して確保できる。
また、後輪2RL,2RRへのネガティブキャンバの付与を解除し、後輪2RL,2RRのキャンバ角を第2キャンバ角に調整することで、後輪2RL,2RRに偏磨耗が生じることを抑制できる。
一方、S29の処理の結果、キャンバフラグ73aがオフであると判断される場合には(S29:No)、後輪2RL,2RRのキャンバ角は既に第2キャンバ角に調整されているので、S30及びS31の処理をスキップして、このキャンバ制御処理を終了する。
以上説明したように、第1実施の形態によれば、車両1の走行状態が所定の条件を満たす(高速走行)と判断される場合に、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角に調整され、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバが付与されるので、後輪2RL,2RRに発生するキャンバスラストを利用して、車両1の走行安定性を確保できる。
また、車両1の走行状態が所定の条件を満たしていない(低速〜中速走行)と判断され、且つ、車両1がスピンを起こすおそれがないと判断される場合には、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第2キャンバ角(第1キャンバ角よりも絶対値が小さいキャンバ角)に調整され、後輪2RL,2RRへのネガティブキャンバの付与が解除される。このときの車両1のステア特性はオーバーステア傾向に設定されているので、車両1の操縦性を確保できる。さらに、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第2キャンバ角に調整されるので、タイヤの偏摩耗を抑制でき、タイヤの寿命を向上できる。
また、タイヤ自体のコーナリングパワーの小さい低燃費タイヤを装着した車両1であっても、フロント等価コーナリングパワー増幅率を大きい値に設定することにより、フロント等価コーナリングパワーを増加させ、操縦性を向上させることができる。さらに、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角に調整されて後輪2RL,2RRにネガティブキャンバが付与されることで、リア等価コーナリングパワーが増加されるので、高い走行安定性を実現できる。その結果、高い運転技量のない運転者でも、スポーツカーのような軽快感とツーリングカーのような安定感とを得ることができ、さらに車両1の燃費も向上できる。
また、車両1の走行状態が所定の条件を満たしていない(低速〜中速走行)と判断される場合であっても、車両1がスピンを起こすおそれがあると判断される場合には、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角に調整され、後輪2RL,2RRへネガティブキャンバが付与される。そのため、後輪2RL,2RRに発生するキャンバスラストを利用して、車両1の走行安定性を確保できる。よって、車両1の走行安定性と操縦性とを両立できる。
なお、図7に示すフローチャート(キャンバ制御処理)において、請求項1記載の第1キャンバ角調整手段としてはS23,S27の処理が、請求項5記載の走行速度判断手段としてはS21の処理がそれぞれ該当する。図5に示すフローチャート(走行状態判断処理)において、請求項5記載の走行速度取得手段としてはS1の処理が該当する。
次いで、図8から図10を参照して、第2実施の形態について説明する。第1実施の形態では、後輪2RL,2RRのキャンバ角が調整される前後において、フロント等価コーナリングパワー増幅率が略一定の場合について説明した。さらに、キャンバ制御処理において、アクセルペダル61やブレーキペダル62等の操作量と、後輪2RL,2RRのキャンバ角の調整とが直接の関係を有しない場合について説明した。
これに対し、第2実施の形態では、後輪2RL,2RRのキャンバ角が調整される前後において、フロント等価コーナリングパワー増幅率を変化させる場合について説明する。さらに、キャンバ制御処理において、アクセルペダル61やブレーキペダル62等の操作量にも応じて、後輪2RL,2RRのキャンバ角を調整する場合について説明する。なお、第2実施の形態で説明する車両用制御装置200は、第1実施の形態における車両1に搭載される車両用制御装置100に代えて搭載されるものとして説明する。なお、第1実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
まず、図8を参照して、第2実施の形態における車両用制御装置200の電気的構成について説明する。図8は車両用制御装置200の電気的構成を示したブロック図である。ROM272はCPU71により実行される制御プログラムや固定値データ等を記憶する書き換え不能な不揮発性のメモリであり、ROM272には、図8に示すようにギヤ比メモリ272aが設けられている。
ギヤ比メモリ272aは、ステアリングギヤ比可変装置53により可変されるステアリングギヤ比が記憶されるメモリである。本実施の形態では、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角に調整されたときのステアリングギヤ比N1、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第2キャンバ角に調整されたときのステアリングギヤ比N2(但しN1>N2)が設定されている。
RAM273は、図8に示すように、キャンバフラグ73a、走行状態フラグ73b、スピンフラグ73cに加え、状態量フラグ73dが設けられている。状態量フラグ73dは、車両1の状態量が所定の条件を満たすか否かを示すフラグであり、後述する状態量判断処理(図9参照)の実行時にオン又はオフに切り替えられる。
次に図9を参照して、状態量判断処理について説明する。図9は、状態量判断処理を示すフローチャートである。この処理は、車両用制御装置200の電源が投入されている間、CPU71によって繰り返し(例えば、0.2秒間隔で)実行される処理であり、車両1の状態量が所定の条件を満たすかを判断する処理である。
CPU71は、状態量判断処理に関し、まず、アクセルペダル61の操作量(踏み込み量)、ブレーキペダル62の操作量(踏み込み量)及びステアリング63の操作量(ステア角)をそれぞれ取得し(S41、S42、S43)、それら取得した各ペダル61,62の操作量およびステアリング63の操作量の内の少なくとも1の操作量が所定の操作量以上であるか否かを判断する(S44)。なお、S44の処理では、S41〜S43の処理でそれぞれ取得した各ペダル61,62の操作量およびステアリング63の操作量と、それら各ペダル61,62の操作量およびステアリング63の操作量にそれぞれ対応してROM272に予め記憶されている閾値(本実施の形態では、車輪2のキャンバ角が第2キャンバ角の状態で車両1が加速、制動または旋回する場合に、車輪2がスリップする恐れがあると判断される限界値)とを比較して、現在の各ペダル61,62の操作量およびステアリング63の操作量が所定の操作量以上であるか否かを判断する。
その結果、各ペダル61,62の操作量およびステアリング63の操作量の内の少なくとも1の操作量が所定の操作量以上であると判断される場合には(S44:Yes)、状態量フラグ73dをオンして(S45)、この状態量判断処理を終了する。即ち、この状態量判断処理では、各ペダル61,62の操作量およびステアリング63の操作量の内の少なくとも1の操作量が所定の操作量以上である場合に、車両1の状態量が所定の条件を満たすと判断する。一方、S44の処理の結果、各ペダル61,62の操作量およびステアリング63の操作量のいずれもが所定の操作量より小さいと判断される場合には(S44:No)、状態量フラグ73dをオフして(S46)、この状態量判断処理を終了する。
次いで、図10を参照して、キャンバ制御処理について説明する。図10は、キャンバ制御処理を示すフローチャートである。この処理は、車両用制御装置200の電源が投入されている間、CPU71によって繰り返し(例えば、0.2秒間隔で)実行される処理であり、左右の後輪2RL,2RRのキャンバ角を調整する処理である。
CPU71は、キャンバフラグ73aがオフであると判断される場合には(S22:No)、RL〜RRモータ44RL,44RRを作動させて、左右の後輪2RL,2RRのキャンバ角を第1キャンバ角に調整し、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与する(S23)。次いで、ROM272に予め記憶されているステアリングギヤ比N1を読み込み、ステアリングギヤ比可変装置53を作動させて、ステアリングギヤ比をN1に設定する(S51)。次いで、キャンバフラグ73aをオンして(S24)、このキャンバ制御処理を終了する。
これにより、車両1の走行状態が所定の条件を満たす場合、即ち、車両1の走行速度が所定の走行速度以上であり、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第2キャンバ角の状態で車両1が加速、制動または旋回すると車両1の走行安定性が低下すると判断される場合には、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与することで、後輪2RL,2RRに発生するキャンバスラストを利用して、リア等価コーナリングパワー増幅率e(図4参照)を増加させることができる。これにより、車両1のステア特性をアンダーステア傾向に変化させ、車両1の走行安定性を確保できる。さらに、ステアリングギヤ比可変装置53を作動させてステアリングギヤ比をN2からN1に設定することにより(N1>N2)、フロント等価コーナリングパワー増幅率e(図4参照)を増加させることができる。これにより車両1の操縦性(操安キャパシティ)も向上させることができる。
また、CPU71は、スピンフラグ73cがオンであると判断される場合であって(S25:Yes)、キャンバフラグ73aがオフであると判断される場合には(S26:No)、RL〜RRモータ44RL,44RRを作動させて、左右の後輪2RL,2RRのキャンバ角を第1キャンバ角に調整し、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与する(S27)。次いで、ROM272に予め記憶されているステアリングギヤ比N1を読み込み、ステアリングギヤ比可変装置53を作動させて、ステアリングギヤ比をN1に設定する(S52)。次いで、キャンバフラグ73aをオンして(S28)、このキャンバ制御処理を終了する。
これにより、車両1の走行速度が所定の走行速度以上でない場合であっても、車両1にスピンが発生するおそれがある場合には、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与することで、後輪2RL,2RRの横剛性を利用して、車両1の走行安定性を確保することができる。さらに、ステアリングギヤ比可変装置53を作動させてステアリングギヤ比をN2からN1に設定することにより(N1>N2)、フロント等価コーナリングパワー増幅率e(図4参照)を増加させることができる。これにより車両1の操縦性(操安キャパシティ)も向上させることができる。
CPU71は、スピンフラグ73cがオフであると判断される場合は(S25:No)、次に、状態量フラグ73bがオンであるか否かを判断する(S53)。状態量フラグ73dがオンであると判断される場合には(S53:Yes)、キャンバフラグ73aがオンであるか否かを判断する(S54)。その結果、キャンバフラグ73aがオフであると判断される場合には(S54:No)、RL〜RRモータ44RL,44RRを作動させて、左右の後輪2RL,2RRのキャンバ角を第1キャンバ角に調整し、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与する(S55)。次いで、ROM272に予め記憶されているステアリングギヤ比N1を読み込み、ステアリングギヤ比可変装置53を作動させて、ステアリングギヤ比をN1に設定する(S56)。次に、キャンバフラグ73aをオンして(S57)、このキャンバ制御処理を終了する。
これにより、車両1の状態量が所定の条件を満たす場合、即ち、各ペダル61,62の操作量およびステアリング63の操作量の内の少なくとも1の操作量が所定の操作量以上であり、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第2キャンバ角の状態で車両1が加速、制動または旋回すると車輪2がスリップする恐れがあると判断される場合には、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与することで、後輪2RL,2RRに発生するキャンバスラストを利用して、車両1の走行安定性を確保することができる。さらに、ステアリングギヤ比可変装置53を作動させてステアリングギヤ比をN2からN1に設定することにより(N1>N2)、フロント等価コーナリングパワー増幅率e(図4参照)を増加させることができる。これにより車両1の操縦性(操安キャパシティ)も向上させることができる。
一方、S54の処理の結果、キャンバフラグ73aがオンであると判断される場合には(S54:Yes)、後輪2RL,2RRのキャンバ角は既に第1キャンバ角に調整されているので、S55〜S57の処理をスキップして、このキャンバ制御処理を終了する。
一方、S53の処理の結果、状態量フラグ73dがオフであると判断される場合には(S53:No)、キャンバフラグ73aがオンであるか否かを判断する(S29)。その結果、キャンバフラグ73aがオンであると判断される場合には(S29:Yes)、RL〜RRモータ44RL,44RRを作動させて、左右の後輪2RL,2RRのキャンバ角を第2キャンバ角に調整し、後輪2RL,2RRへのネガティブキャンバの付与を解除する(S30)。次いで、ROM272に予め記憶されているステアリングギヤ比N2を読み込み、ステアリングギヤ比可変装置53を作動させて、ステアリングギヤ比をN2に設定する(S58)。次に、キャンバフラグ73aをオフして(S31)、このキャンバ制御処理を終了する。
これにより、車両1の走行速度が所定の走行速度に達しておらず、車両1にスピンが発生するおそれもなく、車両1の状態量も所定の条件を満たさない場合、即ち、車両1の走行安定性を優先して確保する必要がない場合には、後輪2RL,2RRへのネガティブキャンバの付与を解除することで、キャンバスラストの影響を回避する。その結果、車両1のステア特性をオーバーステア傾向に維持し、車両1の回頭性を確保できる。また、車両1のアジリティを確保し、操縦性を優先して確保できる。
また、後輪2RL,2RRへのネガティブキャンバの付与を解除し、後輪2RL,2RRのキャンバ角を第2キャンバ角に調整することで、後輪2RL,2RRに偏磨耗が生じることを抑制できる。
さらに、ステアリングギヤ比可変装置53を作動させてステアリングギヤ比をN1からN2に設定することにより(N1>N2)、フロント等価コーナリングパワー増幅率e(図4参照)を減少させることができる。これにより、車両1のステア特性を少し弱めのオーバーステア傾向に設定し、走行安定性の変化を抑制できる。
以上説明したように、第2実施の形態によれば、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第2キャンバ角から第1キャンバ角に調整され、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバが付与されるときは、ステアリングギヤ比可変装置53を作動させてステアリングギヤ比がN2からN1に設定される(N1>N2)。これにより、フロント等価コーナリングパワー増幅率e(図4参照)を増加させることができ、車両1の操縦性(操安キャパシティ)も向上させることができる。
また、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角から第2キャンバ角に調整され、後輪2RL,2RRへのネガティブキャンバの付与が解除されるときは、ステアリングギヤ比可変装置53を作動させてステアリングギヤ比がN1からN2に設定される(N1>N2)。これにより、フロント等価コーナリングパワー増幅率eを減少させることができ、車両1のオーバーステア傾向を少し弱めることで走行安定性の変化を抑制できる。
さらに、車両1の状態量が所定の条件を満たす場合、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与することで、後輪2RL,2RRに発生するキャンバスラストを利用して車両1の走行安定性を確保することができる。
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
上記各実施の形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。例えば、上記各実施の形態で説明した第1キャンバ角および第2キャンバ角の値は任意に設定することができる。
上記各実施の形態では、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角または第2キャンバ角のいずれかに調整されるキャンバ角調整装置44を備える車両1の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、キャンバ角を連続的に任意の角度に変化させるように調整可能な機構を備えるキャンバ角調整装置を備える車両に適用することは当然可能である。これにより、操縦性と走行安定性とを両立させるためのきめ細かな設定が可能となる。
上記各実施の形態では、後輪2RL,2RRのキャンバ角が調整可能な車両1について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、前輪2FL,2FR及び後輪2RL,2RRのキャンバ角を調整可能な車両に適用することは当然可能である。前輪2FL,2FRのキャンバ角を可変にすることにより、フロント等価コーナリングパワー増幅率を可変にすることができる。その結果、操縦性と走行安定性とを両立させるための設定の幅が広がり、運転者の操舵感に応じたフロント等価コーナリングパワー増幅率およびリア等価コーナリングパワー増幅率の設定が可能となる。
上記各実施の形態では、スピン状態判断処理(図6参照)において、車両1の横G、ヨーレート等と所定の加速度やヨーレート等とを比較することによって車両1がスピンするか否かを判断する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の判断方法を採用することは当然可能である。他の判断方法としては、例えば、車両1が旋回をするときの目標ヨーレートと実ヨーレートとを比較し、実ヨーレートと目標ヨーレートとのずれ量が所定量を超えると車両1がスピンすると判断することが可能である。同様に横G、横すべり角等を指標とすることも可能である。旋回時の目標値(予測値)と実測値とを比較することにより、車両1がスピンをするか否かを判断することにより、検出精度をより高めることが可能である。
この場合、目標ヨーレートは、車両1の走行速度V及びステアリング63の操作量(ステア角)から、予測される車両1の目標旋回円の旋回半径Rを算出し、この旋回半径Rの目標旋回円を車両1が旋回するときの予測値(目標ヨーレート)ωとして、ω=V/Rの計算式から算出することができる。なお、実ヨーレートは、ヨーレートセンサ装置81の出力から取得できる。
また、横加速度を指標とする場合、横加速度の実測値(実横加速度)は左右方向加速度センサ80b(加速度センサ装置80)を用いて検出できる。また、横加速度の予測値(目標横加速度)Aは、A=V2/Rの計算式から算出できる。なお、Vは車両の走行速度であり、Rは車両1の旋回半径Rである。旋回半径Rは、車両1の走行速度V及びステアリング63の操作量(ステア角)から算出できる。
また、横滑り角を指標とする場合、横滑り角は慣性の向きと車両1又は車輪2の向きとの角度差であるから、横滑り角の予測値(目標横滑り角)は、サスストロークセンサ装置83から入力された検出結果(伸縮量)に基づいて取得される各車輪2の接地荷重、ステアリング63の操作量(ステア角)等から算出できる。また、横滑り角の実測値(実横滑り角)は対地車速センサ(図示せず)、左右方向加速度センサ80b(加速度センサ装置80)、ヨーレートセンサ81a(ヨーレートセンサ装置81)等を用いて検出できる。
上記各実施の形態においては、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第1キャンバ角に調整されてネガティブキャンバが付与されることで、リア等価コーナリングパワー増幅率e>フロント等価コーナリングパワー増幅率eとなり、後輪2RL,2RRのキャンバ角が第2キャンバ角に調整されてネガティブキャンバの付与が解除されることで、e<eとなる場合について説明した。即ち、直線l(図4参照)はe=k・e(但し、比例定数k=1)の関数であった。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、車両1の設計に応じて、比例定数kは任意の値を採用できる。例えば、走行安定性を優先するのであればk>1の任意の値を採用することが可能であり、操縦性を優先するのであればk<1の任意の値を採用することが可能である。
上記各実施の形態では、操舵装置5がラック&ピニオン式のステアリングギヤとして構成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、ボールナット式等の他のステアリングギヤ機構を採用することは当然可能である。
上記第2実施の形態では、ステアリングギヤ比を変更して前輪2FL,2FRの等価コーナリングパワー増幅率(フロント等価コーナリングパワー増幅率)を変更する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の手段によりフロント等価コーナリングパワー増幅率を変更することは当然可能である。
フロント等価コーナリングパワー増幅率を変更する他の手段としては、例えば、車両1の前輪2FL,2FR側に荷重を移動させることにより前輪2FL,2FR側の荷重を相対的に増加させ、フロント等価コーナリングパワー増幅率を増加させる手段を挙げることができる。また、逆に車両1の後輪2RL,2RR側に荷重を移動させることにより前輪2FL,2FR側の荷重を相対的に減少させ、フロント等価コーナリングパワー増幅率を減少させる手段を挙げることもできる。
また、前輪2FL,2FR及び後輪2RL,2RRの空気圧の比率を変更することにより、フロント等価コーナリングパワー増幅率を変更することも可能である。前輪2FL,2FRの空気圧を相対的に低下させることにより、フロント等価コーナリングパワー増幅率を増加できる。
また、上記第2実施の形態では、ステアリングギヤ比を変更することによりステアリング63の操舵量に対する前輪2FL,2FRの切れ角を変更し、それに伴いフロント等価コーナリングパワー増幅率を変更する場合について説明したが、これに限られるものではなく、コンプライアンスステアを利用することによりステアリング63の操舵量に対する前輪2FL,2FRの切れ角を変更し、それに伴いフロント等価コーナリングフォース増幅率を変更することは当然可能である。
上記第2実施の形態では、後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与するときは、ステアリングギヤ比R1をステアリングギヤ比可変装置53に設定する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。後輪2RL,2RRにネガティブキャンバを付与するときに、ステアリングギヤ比R2(但しR1>R2)をステアリングギヤ比可変装置53に設定することは当然可能である。これにより、必要な実舵角を素早く得られるようにできる。
上記第2実施の形態では、アクセルペダル61、ブレーキペダル62及びステアリング63の操作量に基づいて、車両1の状態量が所定の条件を満たすか否かを判断する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、各ペダル61,62及びステアリング63の操作量に代えて、他の状態量に基づいて車両1の状態量が所定の条件を満たすか否かを判断することは当然可能である。他の状態量としては、例えば、各ペダル61,62の操作速度や操作加速度のように、運転者により操作される操作部材の状態を示すものでも良く、或いは、車両1自体の状態を示すものでも良い。車両1自体の状態を示すものとしては、車両1の前後Gなどが例示される。
上記第2実施の形態では、車両1の状態量が所定の条件を満たすか否かを判断する状態量判断処理において、アクセルペダル61の操作量、ブレーキペダル62の操作量およびステアリング63の操作量が所定の操作量以上であるか否かを判断するための各操作量の判断基準を、車輪2のキャンバ角が第2キャンバ角の状態で車両1が加速、制動または旋回する場合に、車輪2がスリップする恐れがあると判断される限界値とする場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、単に車両1の状態量(例えば、各ペダル61,62の操作量やステアリング63の操作量など)に基づいて設定しても良い。
上記各実施の形態では説明を省略したが、車輪2にネガティブキャンバが付与された状態で車両1が走行する場合に、車輪2の接地荷重がタイヤ(トレッド)に偏磨耗を引き起こすおそれのある偏磨耗荷重であるか否かを判断し、所定の偏磨耗荷重であると判断される場合に、車輪2へのネガティブキャンバの付与を解除するように制御することは可能である。この場合、偏摩耗荷重であるか否かを判断する偏摩耗荷重判断処理において、懸架装置4の伸縮量、車両1の前後G、車輪2の接地荷重、タイヤサイドウォールの潰れ代、アクセルペダル61の操作量、ブレーキペダル62の操作量、ステアリング63の操作量、ナビゲーション装置からの情報などを判断基準とすることが可能である。偏摩耗荷重判断処理を実行することにより、タイヤの偏摩耗を抑制することができる。
上記各実施の形態では説明を省略したが、キャンバ制御処理のS30の処理において、左右の後輪2RL,2RRへのネガティブキャンバの付与を解除する場合に、所定時間(例えば3秒など)の経過を待ってから解除しても良い。この場合には、山道などの車両1が頻繁に旋回する道路状況において、車両1が旋回するたびにキャンバ角調整装置44を作動させてしまうことがなく、キャンバ角の頻繁な切り替わりを防止することができる。
100,200 車両用制御装置
1 車両
2FL 左の前輪(前輪の一部)
2FR 右の前輪(前輪の一部)
2RL 左の後輪(後輪の一部)
2RR 右の後輪(後輪の一部)
44 キャンバ角調整装置
44FL FLモータ(キャンバ角調整装置の一部)
44FR FRモータ(キャンバ角調整装置の一部)
44RL RLモータ(キャンバ角調整装置の一部)
44RR RRモータ(キャンバ角調整装置の一部)

Claims (6)

  1. 前輪および後輪と、その後輪のキャンバ角を調整するキャンバ角調整装置と、を備えた車両に用いられる車両用制御装置であって、
    前記キャンバ角調整装置を作動させて前記後輪のキャンバ角を調整して前記後輪にネガティブキャンバを付与するキャンバ角調整手段を備え、
    そのキャンバ角調整手段により前記キャンバ角調整装置が作動され前記後輪のキャンバ角が調整されて前記後輪にネガティブキャンバが付与されることにより、前記車両のステア特性は、オーバーステア傾向からアンダーステア傾向へ変化することを特徴とする車両用制御装置。
  2. 前記車両は、前記キャンバ角調整手段により前記キャンバ角調整装置が作動され前記後輪のキャンバ角が調整されて前記後輪にネガティブキャンバが付与されることにより等価コーナリングパワー増幅率が増加するものであり、
    その等価コーナリングパワー増幅率の増加は、リア等価コーナリングパワー増幅率の増加量が、フロント等価コーナリングパワー増幅率の増加量より大きいことを特徴とする請求項1記載の車両用制御装置。
  3. 前記車両は、前記キャンバ角調整手段により前記キャンバ角調整装置が作動され前記後輪のキャンバ角が調整されて前記後輪にネガティブキャンバが付与される前は、前記フロント等価コーナリングパワー増幅率が前記リア等価コーナリングパワー増幅率より大きい値に設定されており、前記キャンバ角調整手段により前記キャンバ角調整装置が作動され前記後輪のキャンバ角が調整されて前記後輪にネガティブキャンバが付与されることにより、前記リア等価コーナリングパワー増幅率が前記フロント等価コーナリングパワー増幅率より大きい値に設定されることを特徴とする請求項2記載の車両用制御装置。
  4. 前記車両は、前記キャンバ角調整手段により前記キャンバ角調整装置が作動され前記後輪のキャンバ角が調整されて前記後輪にネガティブキャンバが付与される前は、前記リア等価コーナリングパワー増幅率1.1以下、かつ、前記フロント等価コーナリングパワー増幅率0.9以下に設定されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の車両用制御装置。
  5. 前記車両の走行速度を取得する走行速度取得手段と、
    その走行速度取得手段により前記車両の走行速度が所定の走行速度以上であるかを判断する走行速度判断手段とを備え、
    前記キャンバ角調整手段は、前記走行速度判断手段により前記車両の走行速度が所定の走行速度以上であると判断される場合に、前記キャンバ角調整装置を作動させて前記後輪のキャンバ角を調整して前記後輪にネガティブキャンバを付与するものであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の車両用制御装置。
  6. 前記車両は、転がり抵抗係数9.0N/kN以下、かつ、ウェットグリップ性能110%以上の低燃費タイヤが装着されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の車両用制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014231854A (ja) * 2013-05-28 2014-12-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 緩衝器およびこれを用いた車両

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