JP2018114819A - 車両用サスペンション装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】操縦安定性の向上と車両の運動性能の向上を両立することができる車両用サスペンション装置を提供する。【解決手段】ロールセンター高さをアクチュエータ７の制御によって調整可能なサスペンション１と、ロールセンター制御手段１６を備える。この制御手段１６は、車速情報と路面情報に基づいて所定の基準によりサスペンション１のロールセンター高さを定める走行状態対応高さ決定手段１５と、この手段１５により定められたロールセンター高さになるようにアクチュエータ７を制御するアクチュエータコントローラ１３とを備える。【選択図】図２

Description

この発明は、走行中にロールセンター位置の高さを調整できる車両用サスペンション装置に関する。
従来、車高を維持したまま前後輪のロールセンター位置の高さ（以下、「ロールセンター高さ」と称することがある）を調整可能な車両用サスペンション装置を用い、車両停止時のバネ上質量及びバネ上重心点の変化に応じて懸架機構における前後輪のロールセンター高さを調整することで、積載条件が変化しても旋回走行時に所望のロール挙動を得ようとするものがある（特許文献１）。
２００７−０２２２８７号公報
宇野高明著、「車両運動性能とシャシーメカニズム」、第１４刷、２０１４年５月２９日、グランプリ出版
特許文献１では、車高を維持したまま前後輪のロールセンター高さを調整可能な車両用サスペンションを用いて、車両停止時のバネ上質量及びバネ上重心点の変化に応じて懸架機構における前後輪のロールセンター高さを調整することで、積載条件が変化しても旋回走行時に所望のロール挙動を得ようとしている。
ここで、図１２に示すように、車輪に外力（横力）Ｆｙが加わると車輪に上下力Ｆｚが発生する。この上下力はロールセンターＣｆの位置と地面との成す角θと横力Ｆｙによって決まり、式(1) で示される。
Ｆｚ＝Ｆｙ tanθ (1)
このような横力は、悪路などで発生する。特許文献１では、旋回走行時のロール挙動のみを考慮してロールセンター高さを決定しており、車輪に外力が加わった際の上下力を考慮していないため、車両の操縦安定性が低下してしまう。
例えば、バネ上重心点が高くなったときにはロールセンター位置を上げてロール挙動を変化させるが、車輪に作用する外力によって発生する上下力が大きくなるため車両がふらつきやすくなり、車両の操縦安定性が低下してしまう。
この発明は、上記課題を解消し、操縦安定性の向上と車両の運動性能の向上を両立することができる車両用サスペンション装置を提供することを目的とする。
この発明の車両用サスペンション装置は、車両のロールセンター高さをアクチュエータ７により調整可能なように前輪または後輪を支持するサスペンション１と、このサスペンション１の前記ロールセンター高さを、前記アクチュエータ７の制御によって調整するロールセンター制御手段１６とを備える車両用サスペンション装置において、
前記ロールセンター制御手段１６は、
車速または車速の推定情報である車速情報と、走行している路面に係る情報である路面情報に基づいて所定の基準により前記サスペンション１のロールセンター高さを定める走行状態対応高さ決定手段１５と、この手段１５により定められたロールセンター高さになるように前記サスペンション１の前記アクチュエータ７を制御するアクチュエータコントローラ１３とを備える。
前記「車速の推定情報」は、例えば、走行している道路の制限速度の情報であっても良い。この場合、その制限速度で走行しているであろうとして、車速の代わりに用いることになる。前記「路面情報」は、例えば、舗装路、一般的な非舗装路、凹凸の多い路面等の区別の情報であり、サスペンション１のストロークの変化量や車体の上下方向の加速度等の検出値から得られる。前記「所定の基準」は、設計により適宜定められる。
この構成によると、速度および路面の状態から判る走行状態に応じて、サスペンション１のロールセンター高さが制御される。そのため、速度情報および路面情報とロールセンター高さとの関係を適切な関係に適宜設定しておいて、その関係と速度情報および路面情報とを照らしてロールセンター高さを変更することで、車両の操縦安定性が向上する。
例えば、悪路のような凹凸が大きい路面を走行する場合には、車輪に作用する外力が大きくなる。そのため車速情報と路面情報から、悪路を走行しているときのように車輪８に作用する外力が大きいと推定される場合には、前後輪のロールセンター位置を下降させる（地面に近づける）ことで、車輪８に作用する外力によって作用する上下力を小さくする。各車輪８に作用する上下力を小さくすることで、車両のふらつきを抑え、車両の操縦安定性が向上する。
一方、車両の速度が高い場合には、旋回中の車両には大きな横加速度が作用し、車両横方向の慣性力が大きくなる。そのため車速情報と路面情報から、高い車速で走行しているときのように旋回時に車両横方向の慣性力が大きいと推定される場合には、前後の車輪８のロールセンター位置を上昇させる（地面から遠ざける）ことで、旋回時に車両に作用するロールモーメントを小さくする。旋回時に発生するロールモーメントを小さくすることで、車両のロール量が減少し、旋回内輪の接地性を確保できるため、車両の運動性能が向上する。
このように、車両の走行状態に応じてロールセンター高さを調整することで、操縦安定性の向上と車両の運動性能の向上を両立することができる。
この発明において、前記走行状態対応高さ決定手段１５は、前記車速情報と前記路面情報に基づいて所定の評価基準により走行状態の評価値を算出する走行状態評価値算出手段１１と、この手段１１で算出された走行状態の評価値に従って前記サスペンション１のロールセンター高さを定めるロールセンター位置決定手段１２とを有するようにしても良い。
上記のように車速情報と路面情報に基づいて所定の評価基準により走行状態の評価値を算出し、この評価値に従ってサスペンション１のロールセンター高さを制御することで、より適切にかつ簡単にロールセンター高さの制御が行える。前記「所定の評価基準」は、設計により適宜定められる。
この発明において、前記走行状態対応高さ決定手段１５は、旋回走行時に、車両の速度が速くなるに従ってロールセンター位置を上昇させ、車輪に作用する横力が定められた値よりも大きくなるときはロールセンター位置を下降させるように、前記ロールセンター高さを定めるようにしても良い。
上記のように、旋回走行時に、車両の速度が速くなるに従ってロールセンター位置を上昇させることで、車両の運動性能が向上する。
この発明において、前記走行状態対応高さ決定手段１５は、前記車両情報と前記路面情報の両方またはいずれか一方に、車両の外部から取得される情報を利用するようにしても良い。
車両の外部から取得される情報は、例えば、カーナビゲーションやＥＴＣ（電子料金システ）から得られる走行中の道路の制限速度、道路交通情報、高速道路の出入り口等の道路情報や、ＧＰＳ（全地球測位システム）等を利用した位置情報である。これらの情報を利用することで、車両が測定手段を持たなくても、前記車両情報や前記路面情報を得ることができる。前記「車速情報」は、車速と前記道路情報を含む情報を言うが、車速の情報のみであっても良い
この発明において、前記サスペンション１は、走行中に車高の調整を可能にする機構を有していても良い。
車両の車高とロールセンター位置を同時に調整することで、より効果的に車両の運動性能と操縦安定性を両立することができる。前記走行中に車高の調整を可能にする機構としては、車高調整機能付きのショックアブソーバーユニット等を用いることができる。
この発明において、前記アクチュエータ７が電動モータ７ａを駆動源とするものであっても良い。前記アクチュエータ７には、油圧式の装置と電動モータとが採用できるが、電動モータであると、応答性良く、かつ細かに制御することが可能である。
この発明の車両用サスペンション装置は、車両のロールセンター高さをアクチュエータにより調整可能なように前輪または後輪を支持するサスペンションと、このサスペンションの前記ロールセンター高さを、前記アクチュエータの制御によって調整するロールセンター制御手段とを備える車両用サスペンション装置において、 前記ロールセンター制御手段は、 車速または車速の推定情報である車速情報と、走行している路面に係る情報である路面情報とに基づいて所定の基準により前記サスペンションのロールセンター高さを決定する走行状態対応高さ決定手段と、この決定されたロールセンター高さになるように前記サスペンションの前記アクチュエータを制御するアクチュエータコントローラとを備えるため、操縦安定性の向上と車両の運動性能の向上を両立することができる。
この発明の一実施形態に係る車両用サスペンション装置の模式図である。 同車両用サスペンション装置のロールセンター制御手段の概念構成を示すブロック図である。 同車両用サスペンション装置のロールセンター位置の説明図である。 同車両用サスペンション装置のロールセンター位置下降状態を示す模式図である。 同車両用サスペンション装置を搭載した車両を側方から見たロールセンター位置等の説明図である。 同車両用サスペンション装置の旋回走行状態の動作説明図である。 同車両用サスペンション装置のマップの一例の説明図である。 同車両用サスペンション装置のマップの他の例の説明図である。 同車両用サスペンション装置の走行状態評価値とロールセンター位置との関係を示すグラフである。 同車両用サスペンション装置のアクチュエータの一例の説明図である。 この発明の他の実施形態に係る車両用サスペンション装置を示す模式図である。 ロールセンターの説明図である。
この発明の一実施形態を図１ないし図９と共に説明する。この車両用サスペンション装置は、サスペンション１と、このサスペンション１を制御するロールセンター制御手段１０とで構成される。
サスペンション１は、ロールセンター高さをアクチュエータ７により調整可能なように車輪８を支持することができる形式であれば良いが、この例では、ダブルウィッシュボーン式サスペンションを採用している。車輪８を回転自在に支持するナックル２は、サスペンション１の上下一対のアッパーアーム３およびロアアーム４を介して車体５に連結されている。アッパーアーム３およびロアアーム４は、車体５側が揺動自在なように、基端で支軸回りに回動自在に支持されており、このアッパーアーム３およびロアアーム４の揺動に応じて車輪８が上下にストロークする。また、アッパーアーム３と車体５との間に設けられたショックアブソーバーユニット６によって、車体５が弾性的に上下動作可能に支持され、かつその上下方向のストロークが減衰される。ロアアーム４は、車体５側の支持点が、車体上下方向に伸縮可能なアクチュエータ７を介して車体５に連結されている。したがって、ロアアーム４の車体側の支持点はアクチュエータ７の伸縮に応じて車体上下方向に移動する。
アクチュエータ７は、ロアアーム４を連結した可動端が上下に移動する装置であり、駆動源として電動モータもしくは油圧シリンダ等の油圧機器を備え、前記ロールセンター制御手段１０によって制御される。電動機を駆動源とする場合は、アクチュエータ７は、例えば、図１０に示すように電動モータ７ａと、ボールねじ機構等の正逆回転を直線往復動作に変換する直動機構７ｂとで構成され、直動機構７ｂの可動端７ｂａにロアアーム４が連結される。アクチュエータ７が油圧シリンダ等の油圧機器である場合、ロールセンター制御手段１０は、油圧路に設けられたサーボバルブ等のバルブ（図示せず）を制御する。
ロールセンター制御手段１０は、各種センサの情報に基づきアクチュエータ７を位置制御する。ロールセンター制御手段１０は、例えばコンピュータからなる専用のＥＣＵとして、または車両の全体の統括制御を行うメインＥＣＵ（図示せず）の一部として設けられる。なお、左右のアクチュエータ７，７により、ロールセンター調整手段１６が構成される。
ここで、車両の前後輪のロールセンター位置について、図３を用いて説明する。右側のアッパーアーム３およびロアアーム４の各々の延長線の交点が、車輪接地点の瞬間回転中心Ａであり、瞬間回転中心Ａと右側の車輪接地点Ｂ、左右反対側の瞬間回転中心Ａ′と車輪接地点Ｂ′とを結んだ直線同士の交点が、ロールセンターＣである。すなわち、４輪の各サスペンション１にてアクチュエータ７を伸縮させることで、ロアアーム４の支持点の位置を上下に調整することにより、前輪ロールセンター位置Ｃｆ（図５参照）および後輪ロールセンター位置Ｃｒを変化させることが可能である。
例えば、アクチュエータ７によってロアアーム４の支持点Ｐの位置を下降させたときを図４に示す。図４のようにロアアーム４の支持点Ｐの位置を下降させると、ロールセンターＣ＊が基準位置よりも低くなる。
そして、図５に示すように前輪ロールセンターＣｆと後輪ロールセンターＣｒを結んだ直線がロール軸Ｌとなる。重心高さをｈｇ、重心Ｇの真下に位置するロール軸Ｌ上の点Ｃｇ（以下、「ロールセンターＣｇ」と称す）、地面からロールセンターＣｇまでの高さをｈＣｇとすれば、重心Ｇに力が作用する際のモーメントの腕の長さΔｈは、以下の式(2) で示される。
Δｈ＝ｈｇ−ｈＣｇ …(2)
また、図６に示すように、旋回走行時の遠心力Ｆｇｙが重心Ｇに作用するときに、ロールセンターＣｇ周りにロールモーメントＭＲが発生する。ロールモーメントＭＲによって、車両全体としてはロール軸Ｌ（図５参照）を中心にロール運動をする。ロールモーメントＭＲは式(3) で示される。
ＭＲ＝Ｆｇｙ・Δｈ …(3)
すなわち、ロールセンター位置が高くなる（地面から遠ざかる）ほどΔｈh が小さくなるためロールモーメントＭＲが小さくなる。従って、車両の速度が高いときのような、旋回時の車両の慣性力（横加速度）が大きくなる場合には、ロールセンター位置を上げることで車両のロール量を小さくすることが望ましい。旋回時のロール量を小さくすることで、旋回内輪の接地性を確保し、車両の運動性能を向上させることができる。
一方、車輪に外力（横力）が加わると上下力が発生する（前記非特許文献１参照）。このような横力は、悪路などで発生する。上下力ΔＦｚは、ロールセンター位置Ｃｆと地面との成す角θと横力Ｆｙによって決まり、式(4) で示される。
ΔＦｚ＝Ｆｙtan θ …(4)
すなわち、ロールセンター位置が低くなる（地面に近づく）ほどtan θが小さくなり、上下力ΔＦｚが小さくなるため、車体がふらつきにくくなる。従って、悪路のような車輪に作用する外力が大きくなる場合には、ロールセンター位置を下げることで車両をふらつき難くすることが好ましく、これにより車両の操縦安定性を向上させることができる。
次に、図２と共に、ロールセンター制御手段１０を説明する。ロールセンター制御手段１０は、走行状態対応高さ決定手段であるロールセンター位置決定手段１５と、アクチュエータコントローラ１３とを備える。ロールセンター位置決定手段１５は、車速または車速の推定情報である車速情報、および走行している路面に係る情報である路面情報に基づいて所定の基準により前記サスペンション１のロールセンター位置の高さｈｃ（ｈＣｇ、ｈｃｆ、ｈｃｒ）を決定する。アクチュエータコントローラ１３は、ロールセンター位置決定手段１５により決定されたロールセンター高さＨＣｇになるように前記サスペンション１の前記アクチュエータ７を駆動・保持するように制御する。
前記ロールセンター位置決定手段１５は、前記車速の情報と路面の情報から走行状態評価値を算出する走行状態評価値算出手段１１と、算出された走行状態評価値に応じてロールセンター位置の高さｈＣｇを決定するロールセンター位置決定手段１２とで構成される。
ロールセンター制御手段１０は、上記の他に、車速の情報を取得する車速情報取得手段１７と、路面の情報を取得する路面情報取得手段１８とを備えている。
車速情報取得手段１７は、車両に備えられたセンサ１９もしくは車両外部から情報を受信することで車速情報を取得する。例えば、カーナビ（カーナビゲーション装置）やＥＴＣ等の外部情報受信手段２０から走行中の道路の制限速度など、道路情報を基に車速情報を取得する。前記外部情報受信手段２０から得られる位置情報を利用して車速を取得するようにしても良い。前記「車速情報」は、車速と前記道路情報を含む情報を言うが、車速の情報のみでも良い
路面情報取得手段１８は、車両に備えられたセンサもしくは車両外部から情報を受信できる機器から路面情報を取得する。例えば、サスペンション１のストローク変化量（基準位置からのストローク変位量）をサスペンションストロークセンサ２１によって監視し、ある時間内のストローク変化量の振幅によって路面の凹凸を判断することで路面情報を取得する。また、車両に備えられたジャイロ等の加速度センサ２２から得られる上下加速度から路面情報を取得するものであっても良い。この他に、車速情報と同様に、カーナビやＥＴＣ等の前記外部情報受信手段２０から受信した道路情報を基に路面情報を取得してもよい。前記「路面情報」は、走行している路面の凹凸の程度を示す情報である。
走行状態評価値算出手段１１は、前記車速情報と路面情報から走行状態評価値を算出する。例えば、車速の情報と路面の情報から図７のようにあらかじめ定めたマップに基づき走行状態評価値を算出する。同図のマップは、縦横にセルが並ぶマトリクスで構成され、評価値が高くなるに従ってセルの色を濃くして示している。走行状態評価値は、車速の情報から得られる車速が速いほど、また路面情報から得られる路面の凹凸が少ないほど、高い値とされている。このマップにおいて、悪路のような車輪に作用する外力が大きいと判断される場合には走行状態評価値＜０とする。一方、車両の速度が高いときのような、旋回時に車両の慣性力が大きいと判断される場合には走行状態評価値＞０とする。ここで、図８のように、ある車速以上となったときには走行状態評価値≧０となるように走行状態評価値を制限してもよい。もちろん、マップではなく計算式から走行状態評価値を算出してもよい。
ロールセンター位置決定手段１２は、走行状態評価値によって、例えば図９のようにロールセンター評価値と線形の関係になるようにロールセンター高さを決定する。走行状態評価値＜０の場合には、前後輪のロールセンター位置を下降させる（地面に近づける）と決定する。走行状態評価値＜０となるような走行状態の場合は、悪路を走行しているような場合であり、車輪に作用する外力が大きくその外力によって車輪に作用する上下力ΔFｚが大きい。そのため、ロールセンター位置を下降させて、上下力ΔＦｚを小さくし、車両のふらつきを抑えることで車両の操縦安定性を向上させる。
走行状態評価値＞０の場合には、前後輪のロールセンターＣｆ，Ｃｒ（図５参照）の高さ位置を上昇させる（地面から遠ざける）と決定する。走行状態評価値＞０となるような走行状態の場合は、車両の速度が高いときのような場合であり、旋回時の車両の慣性力（横加速度）が大きくなるためロールモーメントＭＲが大きくなりロール量も大きい。そのため、ロールセンター位置を上昇させ、ロールモーメントＭＲを小さくし、車両のロール量を減少させることで旋回内輪の接地性を確保して車両の運動性能を向上させる。なお、走行状態評価値＝０となる場合は、ロールセンター位置を基準位置に保つ。
アクチュエータコントローラ１３は、ロールセンター位置決定手段１２の決定に従うように、アクチュエータ７を位置制御する。
上記構成の車両用サスペンション装置によると、速度および路面の状態から判る走行状態に応じて、サスペンション１のロールセンター高さが制御される。そのため、速度情報および路面情報とロールセンター高さとの関係を前記マップ等で適切な関係に適宜設定しておいて、その関係と速度情報および路面情報とを照らし、ロールセンター高さを変更することで、車両の操縦安定性が向上する。
例えば、悪路のような凹凸が大きい路面を走行する場合には、車輪８に作用する外力が大きくなる。そのため車速情報と路面情報から、悪路を走行しているときのように車輪８に作用する外力が大きいと推定される場合には、前後輪のロールセンター位置を下降させる（地面に近づける）ことで、車輪８に作用する外力によって作用する上下力を小さくする。各車輪８に作用する上下力を小さくすることで、車両のふらつきを抑え、車両の操縦安定性が向上する。
一方、車両の速度が高い場合には、旋回中の車両には大きな横加速度が作用し、車両横方向の慣性力が大きくなる。そのため車速情報と路面情報から、高い車速で走行しているときのように旋回時に車両横方向の慣性力が大きいと推定される場合には、前後の車輪８のロールセンター位置を上昇させる（地面から遠ざける）ことで、旋回時に車両に作用するロールモーメントを小さくする。旋回時に発生するロールモーメントを小さくすることで、車両のロール量が減少し、旋回内輪の接地性を確保できるため、車両の運動性能が向上する。
このように、車両の走行状態に応じてロールセンター高さを調整することで、操縦安定性の向上と車両の運動性能の向上を両立することができる。
上記の実施形態では、ダブルウィッシュボーン式のサスペンション１を採用しているが、これに限定されるものではなく、ロールセンター位置を調整できるサスペンションであれば、如何なる形式のサスペンションでもこの発明を適用することができる。また、上記の実施形態では前輪および後輪の両方のサスペンション１によりロールセンター位置を調整するようにしたが、前輪のみまたは後輪のみのサスペンション１によりロールセンター位置を調整するようにしても良い。
また、車高調整機能付きのサスペンションと組み合わせて、ロールセンター位置の調整と車高調整を組み合わせても良い。車両の車高とロールセンター位置を同時に調整することで、より効果的に車両の運動性能と操縦安定性を両立することができる。
車高調整機能付きのサスペンションは、例えば、図１１に示すように、走行中に車高の調整を可能にする機構として、全長を変化させることで車高を調整するショックアブソーバーユニット６Ａを備えた構成とされ、車高制御手段２６により走行中に車高調整が行われる。車高調整機能付きのショックアブソーバーユニット６Ａは、通常のショックアブソーバーユニットの構成に加えて油圧シリンダまたは電動モータと直動機構からの組み合わせによって、可動端が進退駆動することでショックアブソーバーユニット６Ａの全長を変化させる。
車高制御手段２６は、例えば路面と車体間の距離を計測するセンサ（図示せず）やロールレートセンサ等により、路面と車体間の距離等に応じて制御される。ショックアブソーバーユニット６Ａで制御する場合、ロールセンター制御手段１０は、車高制御手段２６の制御による車高の変化を加味して、例えば車高調整によるロールセンターの変動量だけ差し引いてロールセンター制御が行われる。
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以上
１…サスペンション
７…アクチュエータ
２…ナックル
３…アッパーアーム
４…ロアアーム
５…車体
６…ショックアブソーバーユニット
６Ａ…ショックアブソーバーユニット（車高を調整する機構）
７…アクチュエータ
８…車輪
１０…ロールセンター制御手段
１１…走行状態評価値算出手段
１２…ロールセンター位置決定手段
１３…アクチュエータコントローラ
１５…ロールセンター位置決定手段
１７…車速情報取得手段
１８…路面情報取得手段
２０…外部情報受信手段

Claims (6)

  1. 車両のロールセンター高さをアクチュエータにより調整可能なように前輪または後輪を支持するサスペンションと、このサスペンションの前記ロールセンター高さを、前記アクチュエータの制御によって調整するロールセンター制御手段とを備える車両用サスペンション装置において、
    前記ロールセンター制御手段は、
    車速または車速の推定情報である車速情報と、走行している路面に係る情報である路面情報とに基づいて所定の基準により前記サスペンションのロールセンター高さを決定する走行状態対応高さ決定手段と、この決定されたロールセンター高さになるように前記サスペンションの前記アクチュエータを制御するアクチュエータコントローラとを備える車両用サスペンション装置。
  2. 請求項１に記載の車両用サスペンション装置において、前記走行状態対応高さ決定手段は、前記車速情報と前記路面情報に基づいて所定の評価基準により走行状態の評価値を算出する走行状態評価値算出手段と、この手段で算出された走行状態の評価値に従って前記サスペンションのロールセンター高さを定めるロールセンター位置決定手段とを有する車両用サスペンション装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の車両用サスペンション装置において、前記走行状態対応高さ決定手段は、旋回走行時に、車両の速度が速くなるに従ってロールセンター位置を上昇させ、車輪に作用する横力が定められた値よりも大きくなるときはロールセンター位置を下降させるように、前記ロールセンター高さを定める車両用サスペンション装置。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用サスペンション装置において、前記ロールセンター位置決定手段は、前記車両情報と前記路面情報の両方またはいずれか一方に、車両の外部から取得される情報を利用する車両用サスペンション装置。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用サスペンション装置において、前記サスペンションは走行中に車高の調整を可能にする機構を有する車両用サスペンション装置。
  6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用サスペンション装置において、前記アクチュエータの駆動源が電動モータである車両用サスペンション装置。
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