JP2956221B2 - 車体の姿勢制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加減速を伴う車両の旋回
走行（コーナリング）時、遠心力が車体に及ぼす突上げ
力を抑え、車体をフラツトに保つ車体の姿勢制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開昭62-198511 号公報に開示される車
体の姿勢制御装置では、旋回走行時遠心力による車体の
姿勢変化を抑えるために、横加速度に比例した制御力を
油圧式懸架機構へ作用させて、車体を一定の姿勢に保持
している。しかし、上述の姿勢制御装置では、車体のロ
ールを抑えることはできても、油圧式懸架機構の幾何学
的構造と旋回走行時のコーナリングフオースが左右の車
輪で異なることとに起因する、車体を浮上させるような
突上げ力（ジヤツキングアツプフオース）を抑えること
は不可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】本発明の目的は上述
の問題に鑑み、前後１対の横加速度センサの検出値に比
例した制御力を左右の車輪の油圧式懸架機構へ加え、旋
回走行時の車体の浮上りを防止する、車体の姿勢制御装
置を提供することにある。

【０００４】

【問題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の構成は各車輪の車高変化から車体のロール
変位量、ピツチ変位量、上下変位量をそれぞれ求める相
対変位量算出手段と、舵角と車速と車体前部の横加速度
と車体後部の横加速度とから前後軸のコーナリングフオ
ースの割合を求める移動荷重配分算出手段と、前記相対
変位量算出手段と前後加速度と前記移動荷重配分算出手
段との演算結果から車体をフラツトに保つためのロール
制御トルク、ピツチ制御トルク、上下変位力をそれぞれ
求める振動制御量算出手段と、車体前部の横加速度と車
体後部の横加速度とコーナリングフオースの割合とから
車体引下げ力を求める車体引下げ力算出手段と、前記振
動制御量算出手段と前記車体引下げ力算出手段との演算
結果から油圧式懸架機構の制御油量を求める油量算出手
段と、前記油量算出手段の演算結果から各油圧式懸架機
構の油量を加減する油量制御弁とを具備することを特徴
とする。

【０００５】

【作用】本発明では車体の前後部に配設した１対の横加
速度センサの検出値からコーナリグフオースの割合を求
め、コーナリグフオースの割合から求めた車体引下げ力
を各車輪の油圧式懸架機構に加え、左右の車輪の相対的
横移動による車体の浮上を抑える。

【０００６】各車輪の車高変化から相対変位量算出手段
により車体と車軸との間の相対的なロール変位量、ピツ
チ変位量、上下変位量を求め、舵角、車速、車体前後部
の横加速度、前後加速度から移動荷重配分算出手段によ
りコーナリングフオースの割合（左右の車輪への荷重配
分量）を求め、振動制御量算出手段によりロール制御ト
ルク、ピツチ制御トルク、上下制御力についての振動制
御量を求める。車体前後部の横加速度とコーナリングフ
オースの割合から車体引下げ力算出手段により車体引下
げ力を求め、振動制御量と車体引下げ力から油量算出手
段により各車輪の制御油量を求め、各車輪の分担する制
御油量に対応して油量制御弁を駆動し、各車輪の油圧式
懸架機構の油量を加減し、車体をほぼフラツトに保つ。

【０００７】

【発明の実施例】図１は本発明に係る車体の姿勢制御装
置のブロツク図、図２は油圧式懸架機構の油圧回路図で
ある。図２に示すように、機関により駆動される油圧ポ
ンプ４は、油槽２から油を吸い込み、管５から逆止弁６
を経て管７の蓄圧器８へ供給する。管７への油圧を所定
値に保つために、油圧監視手段Ａが備えられる。つま
り、管５の油圧を検出する油圧センサ９の検出値が所定
値を超えると、圧力制御弁１２が切り換わり、管５の圧
油の一部が管１０、圧力制御弁１２、管１３、フイルタ
２７を経て油槽２へ戻される。また、油圧ポンプ４の吐
出口の油圧が異常に高くなると、管５の圧油の一部が公
知の逃し弁２６、フイルタ２７を経て油槽２へ戻され
る。

【０００８】管７の圧油は左右の前輪と左右の後輪（図
２には左後輪だけを代表して示す）２５の各油圧式懸架
機構１９へそれぞれ供給される。油圧式懸架機構１９は
シリンダ２３にピストン２２を嵌装し、ピストン２２か
ら上方へ突出するロツド２４を車体２０に結合する一
方、シリンダ２３から下方へ突出するロツドを車輪２５
のナツクルに連結してなる。シリンダ２３の壁部と車体
２０との間にばね２１が介装される。車体２０とナツク
ルとの間に、車体２０と車輪２５との上下変位量を検出
する車高センサ２８が配設される。なお、左右の前輪、
左右の後輪の各懸架機構１９を特定する場合は、FL，F
R，RL，RRの添字を付けることにする。

【０００９】管７の圧油は逆止弁１４、一般的な中立位
置閉鎖型の電磁比例圧力制御弁からなる油量制御弁１
６、絞り１８ａを経て蓄圧器１８へ供給され、さらに油
圧式懸架機構１９のロツド２４とピストン２２の内部通
路を経てシリンダ２３の下端室へ供給される。シリンダ
２３の下端室へ供給される油圧は、油圧センサ１７によ
り検出される。油量制御弁１６が切り換わると、シリン
ダ２３の下端室の油は油量制御弁１６、逆止弁１５、管
１３、フイルタ２７を経て油槽２へ戻される。

【００１０】前後・左右の車輪を支持する各油圧式懸架
機構１９は独立に、逆止弁１４，１５、油量制御弁１
６、絞り１８ａ、蓄圧器１８、油圧センサ１７、車高セ
ンサ２８を備えている。

【００１１】車体（ばね上）のロール量（角度）、車体
のピツチ量（角度）、車体重心の上下位置をそれぞれφ
2 ，θ2 ，ｘ2 とし、車軸（ばね下）のロール量、車軸
のピツチ量、車軸（左右中心）の上下位置をそれぞれφ
1 ，θ1 ，ｘ1 とすると、車体と車軸との間の相対的な
ロール変位量Δφ、ピツチ変位量Δθ、車軸の上下変位
量Δｘは、次式で表される。

【００１２】 φ2＝φ1＋Δφ θ2＝θ1＋Δθ ｘ2＝ｘ1＋Δｘ 停車中の平均的な車高をｈ、各車輪の車高センサ２８の
検出値をｈFL，ｈFR，ｈRL，ｈRR、各車輪の車高変化が
ロール変位量Δφ、ピツチ変位量Δθに及ぼす影響度を
表す係数をｋ11，ｋ12，ｋ21，ｋ22とすると、ロール変
位量Δφ、ピツチ変位量Δθ、車軸の上下変位量Δｘ
は、式１になる。

【００１３】 Δφ＝ｋφ｛ｋ11（ｈFL−ｈFR）＋ｋ12（ｈRL−ｈRR）｝ Δθ＝ｋθ｛ｋ21（ｈFL＋ｈFR）−ｋ22（ｈRL＋ｈRR）｝ Δｘ＝ｋｘ（ｈFL＋ｈFR＋ｈRL＋ｈRR−４ｈ） ……（式１） ただし、ｋφ，ｋθ，ｋｘはゲインである。各係数ｋ1
1，ｋ12，ｋ21，ｋ22は前後軸の荷重負担、ばね２１の
ばね定数などを勘案して実験的に求める。

【００１４】一般に、路面入力に対し車体をフラツトに
保つ条件は、極低周波入力に対しては、 Δφ→０ Δφ／φ1→０ Δθ→０ Δθ／θ1→０ Δｘ→０ Δｘ／ｘ1→０ 高周波入力に対しては、 Δφ→−φ1 Δφ／φ1→−１ Δθ→−θ1 Δθ／θ1→−１ Δｘ→−ｘ1 Δｘ／ｘ1→−１ と考えられる。

【００１５】そこで、路面入力に対し車体をフラツトに
保つための振動制御量、すなわちロール制御トルクＦ1
2、ピツチ制御トルクＦ22、上下制御力Ｆ32は、

【００１６】

【式２】 ただし、ｋ1 〜ｋ6 は定数で与えられると仮定すると、
次の運動方程式が成り立つ。

【００１７】

【式２ａ】 ただし、 ＩX ：車体ロールに対する慣性モーメント ＩY ：車体ピツチに対する慣性モーメント ｍ2 ：車体質量 上の方程式を変形し、ラプラス変換し、ラプラス演算子
をｓで表すと、式３になる。

【００１８】

【式３】 ここで、極低周波の入力に対する応答は上の伝達関数に
おいてｓ→０とした場合に相当し、高周波の入力にに対
する応答は上の伝達関数においてｓ→∞とした場合に相
当するから、 となり、車体がフラツトとなる条件を満していることが
分る。

【００１９】しかし、式２のみにより制御を行う場合
は、定数ｋ1 〜ｋ6 の値をある程度大きくしないと、車
両停止時の姿勢をフラツトに維持できなくなる恐れがあ
る。また、定数ｋ1 〜ｋ6 の値が大きすぎると、低周波
入力での乗り心地に悪影響を及ぼす恐れがある。

【００２０】そこで、式４で表すように、積分項を追加
することにより、定常偏差を取り除く。つまり、

【００２１】

【式４】 ただし、ｋ7 〜ｋ9 は定数上述のフイードバツク制御を
行えば、車速一定の直進走行での路面入力に対して車体
をフラツトに保つことができる。

【００２２】しかし、旋回走行時の横加速度と加減速時
の前後加速度に対しては応答が間に合わず、車体に姿勢
変化が生じる。そこで、次のような横加速度、前後加速
度に対応した比例制御を付加する。車両が凹凸のない平
坦な路面を走行していると仮定すると、車体のロールと
ピツチについて、次の運動方程式が成り立つ。

【００２３】

【式５】 式５において、右辺の第１項は車体重心に作用する横加
速度（前後加速度）が車体をロール（ピツチ）させるモ
ーメント、第２項は車体のロール（ピツチ）に伴う車体
重心に作用する重力加速度が車体をロール（ピツチ）さ
せるモーメントｍ2・ｇとｈR・sinφの積（ｍ2・ｇとｈP・s
inθの積）である。

【００２４】したがつて、車体のロール、ピツチをそれ
ぞれ０とするためのロール制御トルクＦ11、ピツチ制御
トルクＦ21は、次式で表される。

【００２５】 −Ｆ11＝ｍ2・ｈR・ＧYS＋ｍ2・ｇ・ｈR・φ−ｋS1・φ −Ｆ21＝ｍ2・ｈP・ＧXS＋ｍ2・ｇ・ｈP・θ−ｋS2・θ 凹凸のない平坦な路面では路面入力はないから、タイヤ
の上下方向の撓みを無視し、φ＝Δφ，θ＝Δθとおく
と、ロール制御トルクＦ11、ピツチ制御トルクＦ21は、
次式で表される。

【００２６】 −Ｆ11＝ｍ2・ｈR・ＧYS＋ｍ2・ｇ・ｈR・Δφ−ｋS1・Δφ −Ｆ21＝ｍ2・ｈP・ＧXS＋ｍ2・ｇ・ｈP・Δθ−ｋS2・Δθ −Ｆ11＝ｋ13・ＧYS＋ｋ14・Δφ−ｋS1・Δφ −Ｆ21＝ｋ23・ＧXS＋ｋ24・Δθ−ｋS2・Δθ ……（式６） ただし、ｋ13，ｋ14，ｋ23，ｋ24は定数したがつて、ロ
ール制御トルクＦ11を後述のように前後軸に配分すれば
良好なステア特性が得られる。

【００２７】車両が車速一定の旋回走行中で、舵角が小
さいと仮定すると、ヨー角速度ｒ、前輪コーナリングフ
オースＣF 、後輪コーナリングフオースＣR は、次のよ
うになる。

【００２８】 が成り立つ。ここで、 ＧY＝ＧYS＝（ｂ・ＧYSF−ａ・ＧYSR）／（ａ＋ｂ） ｒ＝｛（ＹSF−ＧYSR）／（ａ＋ｂ）｝ｓ ただし、ＧYSF：前部横加速度センサの検出値 ＧYSR：後部横加速度センサの検出値 ａ：車体重心・前部横加速度センサ間の距離 ｂ：車体重心・後部横加速度センサ間の距離（図３を参照） により求めることができる。

【００２９】全体のコーナリングフオースに対する前・
後軸のコーナリングフオースの割合ｋCF，ｋCRは、次式
のようになる。

【００３０】 ｋCF＝ＣF／（ＣF＋ＣR） ｋCR＝ＣR／（ＣF＋ＣR） したがつて、車体のロールを０とするためのロール制御
トルクＦ11を、前軸のロール制御トルクＦ11F と後軸の
ロール制御トルクＦ11R に配分すると、次式のようにな
る。

【００３１】 Ｆ11F＝ｋV6・ｋCR・Ｆ11 Ｆ11R＝ｋV7・ｋCF・Ｆ11 ……（式７） ただし、ｋV6，ｋV7は調整ゲイン以上により、ロール制
御トルクＦ１１F，Ｆ１１Rはコーナ進入時には、Ｆ１１
F＜Ｆ１１Eとなり、後軸の移動荷重が前軸の移動荷重よ
りも大きくなり、オーバステア気味となり、コーナ離脱
時には、反対の特性となり、アンダステア気味となる。

【００３２】車両の旋回走行中に速度変化が生じた時の
車体のピツチを抑えるために、ピツチ制御トルクＦ21を
前後軸の車輪に適当に配分する。

【００３３】 Ｆ21F＝ｋV8・Ｆ21 Ｆ21R＝ｋV9・Ｆ21 ……（式８） ただし、ｋV8，ｋV9は調整ゲイン、車両の旋回走行時、
遠心力により左右の車輪の荷重（上下方向の荷重）に差
が生じる。図４に示すように、旋回外側の車輪のコーナ
リングフオースが旋回内側の車輪のコーナリングフオー
スよりも大きくなり、この結果油圧式懸架機構の幾何学
的リンク構成から、左右の車輪の間隔が狭められ、車体
を浮上させる突上げ力が発生する。左右の車輪の荷重の
差は遠心力に比例し、遠心力は車両の横加速度に比例す
るので、突上げ力は車両の横加速度に比例する。車両の
旋回走行時、遠心力が車体に及ぼす突上げ力をキヤンセ
ルするために、車体引下げ力算出手段により車体引下げ
力Ｆ31F ，Ｆ31R を求めて油圧式懸架機構１９へ加え
る。

【００３４】 Ｆ31F＝−ｋV10・ＦYSR Ｆ31R＝−ｋV11・ＦYSF または、 Ｆ31F＝−ｋV10・ＣR Ｆ31R＝−ｋV11・ＣF ただし、ｋV10 ，ｋV11 は調整ゲイン以上の結果から各
車輪へ加えるべき制御量（油圧式懸架機構の制御油量）
ＶFL，ＶFR，ＶRL，ＶRRは、次式で表される。

【００３５】 ＶFL＝−ｋV1・Ｆ12−ｋV2・Ｆ22＋ｋV5・Ｆ32＋Ｆ11F−Ｆ21F＋Ｆ31F ＶFR＝＋ｋV1・Ｆ12−ｋV2・Ｆ22＋ｋV5・Ｆ32＋Ｆ11F−Ｆ21F＋Ｆ31F ＶRL＝−ｋV3・Ｆ12＋ｋV4・Ｆ22＋ｋV5・Ｆ32＋Ｆ11R＋Ｆ21R＋Ｆ31R ＶRR＝＋ｋV3・Ｆ12＋ｋV4・Ｆ22＋ｋV5・Ｆ32＋Ｆ11R＋Ｆ21R＋Ｆ31R ……（式１０） ただし、ｋV1〜ｋV5は定数本発明は上述の原理により、
図１に示すように、各車輪の車高センサ２８の検出値か
ら相対変位量算出手段３５により車体と車軸との間の相
対的なロール変位量、ピツチ変位量、上下変位量を求
め、舵角センサ３０、車速センサ３１、横加速度センサ
３２ａ，３２ｂの各検出値から移動荷重配分算出手段３
３により前後軸のコーナリングフオースの割合を求め、
ロール変位量、ピツチ変位量、上下変位量、前後加速度
センサ２９、前横加速度センサ３２ａ，後横加速度セン
サ３２ｂの各検出値、前後軸のコーナリングフオースの
割合から振動制御量算出手段３９によりロール制御トル
ク、ピツチ制御トルク、上下制御力を求め、横加速度セ
ンサ３２ａ，３２ｂの検出値とコーナリングフオースの
割合から車体引下げ力算出手段３８により車体引下げ力
を求め、以上の結果に基づき各車輪の分担する制御油量
を求め、各車輪の制御油量に対応して油量制御弁１６を
駆動し、各車輪の油圧式懸架機構１９の油量を加減し、
これにより旋回走行時遠心力が車体に及ぼす突上げ力を
抑え、車体をほぼフラツトに保つものである。

【００３６】図５はマイクロコンピユ―タからなる電子
制御装置により、上述の制御を行う制御プログラムの流
れ図である。この制御プログラムは所定時間ごとに繰り
返し実行する。ｐ11〜ｐ21は制御プログラムのステツプ
を表す。ｐ11で制御プログラムを開始し、ｐ12で初期化
を行い、ｐ13で割込プログラムに移り、油圧監視手段Ａ
により油圧ポンプ４の出力油圧ｐm を読み込み、出力油
圧ｐm が所定値ｐc よりも大きい場合は、圧力制御弁１
２を開いて圧力を下げ、出力油圧ｐm が所定値ｐc より
も小さい場合は、圧力制御弁１２を閉じて出力油圧ｐm
を上げ、これにより所定値に保ち、本プログラムへ戻
る。

【００３７】ｐ14で各車輪の荷重を油圧センサ１７か
ら、各車輪の車高を車高センサ２８から、前後加速度を
前後加速度センサ２９から、横加速度を前後１対の横加
速度センサ３２ａ，３２ｂから、車速を車速センサ３１
から、舵角を舵角センサ３０からそれぞれ読み込み、ｐ
15で相対変位量算出手段３５により車体重心と車軸中心
との相対的なロール変位量Δφ、ピツチ変位量Δθ、上
下変位量Δｘを求める。

【００３８】ｐ16で車速、舵角、車体前後部の横加速
度、前後加速度から移動荷重配分算出手段３３により全
体のコーナリングフオースに対する前後軸のコーナリン
グフオースの割合ｋCF，ｋCRを求める。

【００３９】ｐ17でロール変位量Δφ、ピツチ変位量Δ
θ、上下変位量Δｘ、横加速度、コーナリングフオース
の割合ｋCF，ｋCRから振動制御量算出手段３９により、
車体をフラツトに保つためのロール制御トルクＦ11F ，
Ｆ11R ，Ｆ12、ピツチ制御トルクＦ21F ，Ｆ21R ，Ｆ2
2、上下制御力Ｆ32を求める。

【００４０】ｐ18で車体引下げ力算出手段３８により車
体引下げ力Ｆ31F ，Ｆ31R を求め、ｐ19で油量算出手段
４０により、各車輪の油圧式懸架機構１９の制御油量Ｖ
FL，ＶFR，ＶRL，ＶRRを求める。ｐ20で制御油量ＶFL，
ＶFR，ＶRL，ＶRRに基づき各油量制御弁１６を駆動し、
各油圧式懸架機構１９の油量を加減し、ｐ21で終了す
る。

【００４１】図６に示すように、実際には、各車輪の油
圧式懸架機構１９（図６には左前輪の場合を示す）へ加
えられる油量信号は、制御油量に対応する直流電圧また
はデユーテイ比のパルス電圧として各油量制御弁１６の
電磁コイルへ加えられ、車高を加減する。この時各車輪
の油圧式懸架機構１９へ加えられる油圧ｐは油圧センサ
１７により検出され、電圧として油量制御弁１６の電磁
コイルへフイードバツクされる。図６において、ｋVL1
〜ｋVL3 はゲイン、ｋS は油圧センサ１７のゲイン、Ｇ
VLは油量制御弁１６の伝達関数、ＧACT は油圧式懸架機
構の伝達関数である。

【００４２】

【発明の効果】本発明は上述のように、各車輪の車高変
化から車体のロール変位量、ピツチ変位量、上下変位量
をそれぞれ求める相対変位量算出手段と、舵角と車速と
車体前部の横加速度と車体後部の横加速度とから前後軸
のコーナリングフオースの割合を求める移動荷重配分算
出手段と、前記相対変位量算出手段と前後加速度と前記
移動荷重配分算出手段との演算結果から車体をフラツト
に保つためのロール制御トルク、ピツチ制御トルク、上
下変位力をそれぞれ求める振動制御量算出手段と、車体
前部の横加速度と車体後部の横加速度とコーナリングフ
オースの割合とから車体引下げ力を求める車体引下げ力
算出手段と、前記振動制御量算出手段と前記車体引下げ
力算出手段との演算結果から油圧式懸架機構の制御油量
を求める油量算出手段と、前記油量算出手段の演算結果
から各油圧式懸架機構の油量を加減する油量制御弁とを
具備するものであるから、車体姿勢を精度よく検出し、
車体を常にほぼフラツトに保つことができ、乗り心地と
操縦安定性が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る車体の姿勢制御装置のブロツク図
である。

【図２】油圧式懸架機構の油圧回路図である。

【図３】車体に対する横加速度センサの配置を示す平面
図である。

【図４】車両の旋回走行時車体に作用する突上げ力を表
す背面図である。

【図５】姿勢制御装置の制御プログラムの流れ図であ
る。

【図６】各車輪の油圧式懸架機構に備えられるフイード
バツク制御機構のブロツク線図である。

【符号の説明】

１６：油量制御弁 １９：油圧式懸架機構 ２８：車高
センサ ２９：前後加速度センサ ３０：舵角センサ
３１：車速センサ ３２ａ，３２ｂ：横加速度センサ
３３：移動荷重配分算出手段 ３４：前後加速度補正手
段 ３５：相対変位量算出手段 ３８：車体引下げ力算
出手段 ３９：振動制御量算出手段 ４０：油量算出手
段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各車輪の車高変化から車体のロール変位
   量、ピツチ変位量、上下変位量をそれぞれ求める相対変
   位量算出手段と、舵角と車速と車体前部の横加速度と車
   体後部の横加速度とから前後軸のコーナリングフオース
   の割合を求める移動荷重配分算出手段と、前記相対変位
   量算出手段と前後加速度と前記移動荷重配分算出手段と
   の演算結果から車体をフラツトに保つためのロール制御
   トルク、ピツチ制御トルク、上下変位力をそれぞれ求め
   る振動制御量算出手段と、車体前部の横加速度と車体後
   部の横加速度とコーナリングフオースの割合とから車体
   引下げ力を求める車体引下げ力算出手段と、前記振動制
   御量算出手段と前記車体引下げ力算出手段との演算結果
   から油圧式懸架機構の制御油量を求める油量算出手段
   と、前記油量算出手段の演算結果から各油圧式懸架機構
   の油量を加減する油量制御弁とを具備することを特徴と
   するる車体の姿勢制御装置。