JP3006088B2 - 車体の姿勢制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は加減速を伴う旋回走行時、遠心力が車体に及
ぼす突上げ力（ジヤツキング・アツプ・フオース）を抑
えて重心を下げ、かつ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。

［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、車体をフラツトに保つている。しか
し、上述の姿勢制御装置では、車体のロールを一定に保
持することはできても、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
力を抑えることはできない。

［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、横加速度に比例し
た引下げ力を前後軸の車輪の油圧式懸架機構へ分配して
加えることにより、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。

［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
変位量を求める相対変位量算出手段と、舵角、車速、前
後加速度、横加速度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
量算出手段と前記移動荷重配分算出手段の演算結果と横
加速度と前後加速度と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、上下変位力を求
める振動制御量算出手段と、横加速度から車体引下げ力
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の演算結果から各油圧
式懸架機構の制御油量を求める油量算出手段と、該油量
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備えることを特徴とする。

［作用］ 本発明では、各車輪の車高センサの検出値から相対変
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、舵角セン
サ、車速センサ、横加速度センサ、前後加速度センサの
各検出値から移動荷重配分算出手段により前後の車輪荷
重の配分量を求め、相対変位量と移動荷重配分量から振
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、上下制御力を求め、横加速度センサの検出値か
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
の油圧式懸架機構の制御油量を求め、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。

［発明の実施例］ 第１図は本発明に係る車体の姿勢制御装置のブロツク
図、第２図は油圧式懸架機構の油圧回路図である。第２
図に示すように、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、油圧制御弁12が切り換わり、管５の圧油の一部が
管10、油圧制御弁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。

管７の圧油は左右の前輪と左右の後輪（第２図には左
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、F
L,FR,RL,RRの添字を付けることにする。

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16、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。

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16、絞り18a、蓄圧器1
8、油圧センサ17、車高センサ28を備えている。

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φ2,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φ１、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。

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わす
係数をk11,k12,k21,k22とすると、オール変位量Δφ、
ピツチ変位量Δθ、車軸の上下変位量Δｘは、次式にな
る。

Δφ＝ｋφ｛k11（hFL−hFR）＋k12（hRL−hRR）｝ Δθ＝ｋθ｛k11（hFL−hFR）−k12（hRL−hRR）｝ Δｘ＝kx（hFL＋hFR＋hRL＋hRR−4h） …（１） ただし、ｋφ,kθ,kxはゲインである。各係数k11,k1
2,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。

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。

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F12、ピツチ制
御トルクF22、上下制御力F32は、 −F12＝−k1・Δφ−k2・Δ′ −F22＝−k3・Δθ−k4・Δ′ −F32＝−k5・Δｘ−k6・Δ′ …（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。

ＩX・Δ２″＝−k1・Δφ−k2・Δ′ ＩY・Δ２″＝−k3・Δθ−k4・Δ′ m2・Δ２″＝−k5・Δｘ−k6・Δ′ 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、次式になる。

Δφ／φ１＝−１＋（k1＋k2・ｓ）／（k1＋k2・ｓ＋ＩX・s²） Δθ／θ１＝−１＋（k3＋k4・ｓ）／（k3＋k4・ｓ＋ＩY・s²） Δx/x1＝−１＋（k5＋k6・ｓ）／（k5＋k6・ｓ＋m2・s²） …（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、 ｓ→０の時 Δφ／φ１→−１＋１→０ Δθ／θ１→−１＋１→０ Δx/x1→−１＋１→０ ｓ→∞の時 Δφ／φ１→−１＋０→−１ Δθ／θ１→−１＋０→−１ Δx/x1→−１＋０→−１ 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。

しかし、（２）式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。

そこで、（４）式で表すように、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、 −F12＝k1・Δφ−k2・Δφ′−k7∫Δφdt −F22＝k3・Δθ−k4・Δθ′−k8∫Δθdt −F32＝k5・Δｘ−k6・Δｘ′−k9∫Δxdt …（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。

しかし、旋回走行時の横加速度と加減速時の前後加速
度とに対しては応答が間に合わず、車体の姿勢変化が生
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。

ＩX・φ″＝m2・hR・ＧYS＋m2・ｇ・hR・φ＋F11−kS1・φ ＩY・φ″＝m2・hP・ＧXS＋m2・ｇ・hP・φ＋F21−kS2・θ …（５） ただし、hR ：車体重心とロール中心の高低差 hP ：車体重心とピツチ中心の高低差 F11 :ロール制御トルク F21 :ピツチ制御トルク kS1 :ばね21のロール剛性係数 kS2 :ばね21のピツチ剛性係数 ＧYS：横加速度センサの検出値 ＧXS：前後加速度センサの検出値 （５）式において、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・sinθの積）である。

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。

−F11＝m2・hP・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、ほぼ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。

−F11＝m2・hP・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 …（６） ただし、k13,k14,k23,k24は定数 したがって、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。

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Ｃ
F、後輪コーナリングフオースＣRは、次のようになる。

ｒ＝ＧY/V−βｓ ただし、−β＝ＧX/GY ＣF＝−kF（β＋lF・r/V−δ） ＣR＝−kR（β−lR・r/V） ただし、V :車速 β :車体の横すべり角 ＧX：旋回による前後加速度 ＧY：旋回による横加速度 kF :前輪コーナリングパワー kR :後輪コーナリングパワー ｌF：前軸・車体重心間距離 ｌR：後軸・車体重心間距離 δ :実舵角 ここで、ほぼＧY＝ＧYSではあるが、前後加速度セン
サの検出値ＧXSには車両が加減速される時の前後加速度
成分が含まれ、ＧX＝ＧXSとはならないので、補正する
ことが好ましい。そこで、旋回走行による前後加速度Ｇ
Xを、車速Ｖの変化率Ｖ′の関数とおく。

ＧX＝ＧXS−kG・Ｖ′ ただし、kGは調整ゲイン また、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比kCF,kCRは、次式のようにな
る。

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。

F11F＝kV6・KCR・F11 F11R＝kV7・kCF・F11 …（７） ただし、kV6,kV7は調整ゲイン 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。

F21F＝kV8・F21 F21R＝kV9・F21 …（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。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。

本発明によれば、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を求めて油圧式懸架機構へ
加える。前後軸の車輪に加えるべき車体引下げ力F31F,F
31Rは、次式で与えられる。

F31F＝kV10・ＧYS F31R＝kV11・ＧYS …（９） 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。

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 …（10） ただし、kV1〜kV5は定数 本発明は上述の原理により、第１図に示すように、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、前後加速度補正手段34に
より前後加速度センサ29の検出値を車速に関連して補正
し、舵角センサ30、車速センサ31、横加速度センサ32、
前後加速度センサ29の各検出値から移動荷重配分算出手
段33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、補正さ
れた前後加速度、横加速度センサ32の検出値、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32の検出値から車体引下げ力
算出手段38により車体引下げ力を求め、油量算出手段40
により各車輪の制御すべき車高すなわち各油圧式懸架機
構19の制御油量を求め、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。

第３図はマイクロコンピユー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〜p22は制御プログラムのステツプを表す。p1
1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、油圧制御弁12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、油
圧制御弁12を閉じて出力油圧ｐmを上げ所定値に保ち、
本プログラムへ戻る。

p14で各車輪の荷重を油圧センサ17から、各車輪を車
高の車高センサ28から、前後加速度を前後加速度センサ
29から、横加速度を横加速度センサ32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、p15で相対変位量算出手段35により車体（ばね上）
と車軸（ばね下）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。p16で車速セ
ンサ31と前後加速度センサ29の信号に基づき、前後加速
度補正手段34により、前後加速度センサ29の検出値ＧXS
に補正を加えた前後加速度ＧXを求める。p17で移動荷重
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比kCF,kCRを求め
る。

p18で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,F22、上下制御力F32を求める。p19
で車体引下げ力算出手段38により車体引下げ力F31L,F31
Rを求める。p20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ＶFL,VFR,VRL,VRRを求める。p21
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、p22で終
了する。

第４図に示すように、実際には、各車輪の油圧式懸架
機構19（第４図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。第４図において、kVL1〜kVL3はゲイン、
kSは油圧センサ17のゲイン、ＧVL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。

［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、上下変位量を求める相対
変位量算出手段と、舵角、車速、前後加速度、横加速度
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記移
動荷重配分算出手段の演算結果と横加速度と前後加速度
と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、上下変位力を求める振動制御量算出
手段と、横加速度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
げ力算出手段の演算結果から各油圧式懸架機構の制御油
量を求める油量算出手段と、該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
備えたものであるから、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】

第１図は本発明に係る車体の姿勢制御装置のブロツク
図、第２図は油圧式懸架機構の油圧回路図、第３図は同
制御装置の制御プログラムの流れ図、第４図は各車輪の
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。 16:油量制御弁、19:油圧式懸架機構、28:車高センサ、2
9:前後加速度センサ、31:車速センサ、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、上下変位量を求める相対変位量算出
   手段と、舵角、車速、前後加速度、横加速度から前後軸
   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記移動荷重配分
   算出手段の演算結果と横加速度と前後加速度とから車体
   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、上下変位力を求める振動制御量算出手段と、横
   加速度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
   段の演算結果から各油圧式懸架機構の制御油量を求める
   油量算出手段と、該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備えること
   を特徴とする車体の姿勢制御装置。