JP3648771B2

JP3648771B2 - 車両用スタビライザ制御装置

Info

Publication number: JP3648771B2
Application number: JP27407094A
Authority: JP
Inventors: 伸介佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JPH08132844A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は車両用スタビライザ制御装置に係り、特にスタビライザと接続されたアクチュエータによりスタビライザの剛性を可変することにより車両のロール特性を向上させる車両用スタビライザ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両にはサスペンションバネを硬くすることなくロール剛性を高めることができるトーションバネ状のスタビライザが使用されている。
ところが、スタビライザはトーションバネであるために一定の捩じり剛性を有しているため、車両のロール剛性を高めるには限界がある。仮に、スタビライザのロール剛性を高めると、急操舵時にロールダンピングが悪い特性を示す。
【０００３】
このような不具合を解消するものとして、例えば特開昭６３−２２６１５号公報に開示されたサスペンションの制御方法が知られている。同公報に開示されたサスペンションの制御方法では、ロール時にスタビライザの剛性とショックアブソーバの減衰力とを同時に高くして、ロール量の低減とダンピングの向上を図る構成とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記した従来構成のサスペンションの制御装置では、減衰力の可変要素がショックアブソーバのみであり、スタビライザはバネ効果のみしか有していなかったため、ロール時の路面が悪路の場合にショックアブソーバの減衰力を高くすると、上下方向の減衰力もこれに伴い高くなってしまい、乗り心地が低下してしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、スタビライザを横加速度に基づくバネ力相当と横加速度変化率に基づく減衰力相当の制御量に基づいて制御することにより、乗り心地及びロールダンピング特性を共に良好としうる車両用スタビライザ制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理図である。
上記課題を解決するために本発明では、同図に示されるように、
車両のロール振動を抑制するスタビライザ(A1)と、このスタビライザ(A1)を操作して車両のロール特性を可変するアクチュエータ(A2)とを具備する車両用スタビライザ制御装置において、
車両旋回時の横方向加速度を演算する横方向加速度演算手段(A3)と、
横方向加速度の変化率を演算する変化率演算手段(A4)と、
上記横方向加速度演算手段(A3)により演算される横方向加速度に基づきバネ力相当の目標制御量を演算すると共に、上記変化率検出手段(A4)により演算される横方向加速度の変化率に基づき減衰力相当の目標制御量を演算する目標制御量演算手段(A5)と、
この目標制御量演算手段(A5)で演算されるバネ力相当の目標制御量及び減衰力相当の目標制御量に基づき上記アクチュエータ(A2)の特性を可変制御するアクチュエータ制御手段(A6)と
を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】
上記構成とされた車両用スタビライザ制御装置では、スタビライザを横加速度（ロール角）に基づくバネ力相当と、横加速度変化率（ロール角速度）に基づく減衰力相当の制御量に基づいてスタビライザを制御するため、ロール剛性（ばね定数）をあげた場合でも減衰係数を高くすることができ、よってダンピング特性及び乗り心地を共に良好とすることができる。
【０００８】
【実施例】
次に本発明の実施例について図面と共に説明する。
図２及び図３は、本発明発明の一実施例である車両用スタビライザ制御装置が適用された車両用姿勢制御装置の全体構成を示すもので、ここでは車両の前輪側スタビライザに油圧シリンダ制御を適用した実施例を示している。
同図に示すように、車両用姿勢制御装置１は、前輪側スタビライザ装置２、油圧装置３およびこれらを制御する電子制御装置４から構成されている。
【０００９】
前輪側スタビライザ装置２では、左前車輪６は左前輪ショックアブソーバ７および左前輪サスペンションアーム８により車体９に支持されている。また、右前輪１０は右前輪ショックアブソーバ１１および右前輪サスペンションアーム１２により車体９に支持されている。
更に、前輪側スタビライザ１３のトーション部は、車体９にボルト等で固定された軸受け１４，１５により車体９に回転自在に支持されている。前輪側スタビライザ１３の一端部１３ａは、連結距離の調整が可能なシリンダユニット１６を介して右前輪ショックアブソーバ１１のばね下部に結合される。
【００１０】
前輪側スタビライザ１３の一端部１３ａと右前輪ショックアブソーバ１１のばね下部との間の連結距離は、電子制御装置４の制御信号に応じて、油圧回路３からの圧油の供給を受け、前輪側のシリンダユニット１６の伸縮によって調整可能な構成とされている。
前輪側スタビライザ１３の他の端部１３ｂは、リンクロッド１７を介して左前輪ショックアブソーバ７のばね下部に装着されている。また、車両の操舵を行うために、ステアリングホイール１８の操作に応じて左右前車輪６，１０の向きを変更する操舵機構１９も配設されている。
【００１１】
車両用姿勢制御装置１は検出器として、車両の走行速度を検出する車速センサ４１、操舵角度を検出する操舵角センサ４２、シリンダユニット１６がその中立位置（ピストンストロークの中点）に対して伸び側にあるか縮み側にあるかを検出するストローク伸縮スイッチ４３等を備える。これら各検出器からの信号は電子制御装置４に入力され、電子制御装置４は油圧装置３を制御駆動することによって、前輪側スタビライザ装置２を調節する。
【００１２】
シリンダユニット１６は、図３に示されるように、ロッド２７が右前輪コイルスプリング１１ａに並設された右前輪ショックアブソーバ１１のばね下部に装着され、シリンダ２１が前輪側スタビライザ１３の一端部１３ａに結合された構成とされている。従って、前輪側スタビライザ装置２は、シリンダユニット１６のピストン２２の所定ストローク量に亘る移動により、前輪側スタビライザ１３の捩り量も変更し、捩り反力を増加させることで見かけの捩り剛性を変化させるように構成されている。
【００１３】
上記シリンダユニット１６は、図４に示すように、電子制御装置４の制御信号に応じて油圧装置３から供給される圧油により作動する。
油圧装置３は、エンジン３０により駆動される油圧ポンプ３１が、リザーバタンク３４から作動油を吸入し、管路３３ａ、制御弁（４ポート３位置電磁弁）３２、管路３３ｃ，３３ｄを介してシリンダユニット１６に圧油を供給する。制御弁３２は、電子制御装置４からの制御信号に応じて、中立位置３２ａ、伸長位置３２ｂ、収縮位置３２ｃの３位置およびそれらの任意の中間位置に切り換えられる。
【００１４】
ここで、制御弁３２の構成について簡単に説明する。制御弁３２は、例えばスプール弁の構造を有しており、２つのリニアソレノイドを有する構成である。この２つのニリアソレノイドのうちの一方にのみ通電すると、スプール弁は中立位置３２ａから伸長位置３２ｂ側へ動き、他方にのみ通電すると収縮位置３２ｃ側へ動き、このスプール弁の移動量を通電電流によって変更できる。
【００１５】
この構成によって、通電するソレノイドの選択によりシリンダユニット１６の伸長，収縮を選択でき、更に通電電流の大きさによってシリンダユニット１６の流出側の管路につながるポートの開口面積を変化させて、シリンダユニット１６からの流出油量を調節できる。すなわち制御弁３２は、三位置方向切換弁の機能とメータアウト油圧回路の流量制御機能を一つの弁で実現する。
【００１６】
電子制御装置４はマイクロコンピュータ等から構成され、各種センサからの信号を入力する入力部４ｄ、これらの入力信号に基づいて演算処理を行う中央演算処理部（ＣＰＵ）４ａ、演算用プログラム、固定データ等を記憶する読出し専用記憶部（ＲＯＭ）４ｂ、演算結果や制御状態等を一時的に記憶する記憶部（ＲＡＭ）４ｃ、演算結果に基づいて前記制御弁３２に制御信号を出力する出力部４ｅ、およびこれら各部を相互に接続するコモンバス４ｆ等から構成される。
【００１７】
この電子制御装置４の入力部には、車速を検出する車速センサ４１、ステアリングホイールの回転角度（操舵角）を検出する操舵角センサ４２、およびシリンダユニット１６伸縮状態を検出する伸縮スイッチ４３の信号が入力される。
伸縮スイッチ４３としては、例えば次のような構成で実現できる。即ち、シリンダユニット１６のピストンロッド２７を例えば鉄とステンレスといった磁性材料と非磁性材料をまん中でつなぎ合わせた構成とし、さらにシリンダ２１の上部にはピストンロッド２７が内心となるように導線を巻いたコイルを設置する。
【００１８】
このような構成でコイルのインダクタンスを計測すると、内心が鉄のような磁性材料の場合とステンレスのような非磁性材料の場合とでは大きく異なった値となる。そこで直列に抵抗を接続して、パルス電圧入力に対する出力応答の時定数を計測、共振周波数の計測、交流電圧入力に対する電流の位相差計測等の手段によってインダクタンスを計測する回路及びインダクタンスの大きい側（磁性材料側）、小さい側（非磁性材料側）を判定するしきい値回路を電子制御装置４の入力部４ｄに設けておけば良い。
【００１９】
このような構成の伸縮スイッチは、単一のコイルによってセンサ部が実現できるため、温度、振動等の環境条件が厳しい車両のばね下部であっても使用することができる。
次に、上記構成とされた車両用姿勢制御装置１の基本的な作動及び制御方法について説明する。
【００２０】
まず、直進走行について説明する。直進走行では、図４の制御弁３２は中立位置３２ａの状態に設定される。このとき油圧ポンプ３１から吐出される圧油は、管路３３ａ、制御弁３２、管路３３ｂを経てリザーバ３４に戻る。一方、管路３３ｃ，３３ｄは制御弁３２によって遮断されるため、シリンダユニット１６の上下室２５，２６は油密状態に保たれ、ピストン２２はシリンダ２１内で固定される。すなわちシリンダユニット１６は伸縮不能に固定され、リンクロッド１７と同様に一種の剛体の働きをすることになり、スタビライザ１３はその固有の捩り剛性を発揮して車両の走行安定性を確保できる。
【００２１】
次に旋回時について説明する。旋回時には車速と操舵角の大きさに応じて、後に詳述するようにバネ力相当の目標伸縮量を決定し、更に車速と操舵角速度の大きさに応じてあらかじめ定めた関係に従って、減衰力相当の目標伸縮量を決定してシリンダユニット１６の目標伸縮量を決める。その値に応じてシリンダユニットを伸長または収縮させるように、油圧装置３を駆動する。
【００２２】
即ち、伸長モードでは、制御弁３２を伸長位置３２ｂ側へ駆動するリニアソレノイドに通電する。この時制御弁３２においてシリンダユニット１６の下室２６につながった管路３３ｄへ接続するポートは直ちに全開となって、ポンプ３１からの圧油を管路３３ａ、制御弁３２、管路３３ｄを経てシリンダユニット１６の下室２６へ供給する。
【００２３】
一方、シリンダユニット１６の上室２５につながる制御弁３２のポートは、通電電流の大きさに伴ってその開口面積が増大するように作動するのでピストン２２が上方へ移動しようとする時に、管路３３ｃを通って流出する油量が調節される。
つまり、上室２５から一定量の油の流出があってはじめてピストン２２が移動できるので、リニアソレノイドの通電電流を変えることでピストン２２の移動量を調節することができる。しかも、通電電流の大きさと流出油量すなわちピストンの移動量の関係は予め知ることができるので、電子制御装置４は、出力する通電電流の大きさと通電時間とからピストン２２の位置を予測計算できることになる。
【００２４】
従って、この予測位置が目標位置に速やかに達するように通電電流を制御する。しかも予測計算は、実際のピストン２２の動きを先に知ることができるので、油圧装置３の応答遅れ分を補償して駆動することができる。
そして目標位置に達したと判定された時点で、リニアソレノイドへの通電を終了する。この時、制御弁３２は中立位置３２ａの状態に戻り、シリンダユニット１６の上下室２５，２６は再び油密状態に保たれ、ピストン２２は目標位置で固定される。この伸長によって右旋回時には、シリンダユニット１６の伸長モードが車両にスタビライザ１３への捩り剛性を積極的に発生させることになり、定常的には車体のロール角φは減少する。
【００２５】
また収縮モードでは、制御弁３２を収縮位置３２ｃ側へ駆動するリニアソレノイドに通電する。この時制御弁３２においてシリンダユニット１６の上室２５につながった管路３３ｃへ接続するポートは直ちに全開となって、ポンプ３１からの圧油を管路３３ａ，制御弁３２、管路３３ｃを経てシリンダユニット１６の上室２５へ供給する。
【００２６】
一方、シリンダユニット１６の下室２６につながる制御弁３２のポートは、通電電流の大きさに伴ってその開口面積が増大するように作動し、ピストン２２が下方へ移動しようとする時に、管路３３ｄを通って流出する油量が調節される。従って、伸長モードの場合と同様にピストン位置が予測され、ピストン２が目標位置に達したと判定された時点で通電を終了し、ピストン２２が目標位置で固定される。
【００２７】
この収縮によって左旋回時には、シリンダユニット１６の収縮モードが車両にスタビライザ１３の捩り剛性を積極的に発生させることになり、定常的には車体のロール角は減少する。
次に、本装置における具体的な制御方法について、図５のフローチャートに従って説明する。図５は、制御の全体の流れを示すフローチャートである。この制御の処理は、油圧装置３の応答時間に比べて十分早い周期（例えは８ｍｓｅｃ）で繰り返し実行される。
【００２８】
図５の処理が起動すると、先ずステップ１００において、車速Ｖ、操舵角θ等の信号を読み込む。この車速Ｖ及び操舵角θは、車両の現在の運転状態（例えば旋回中か、或いは直進中か等）を知るために用いられるものである。
続くステップ１１０では、旋回横加速度Ｇが演算される。後述するように本実施例では、ステップ１２０で実施される車両が現在旋回走行中か否かの判断結果によって、その後の処理が変わる構成とされている。また、車両が旋回走行中か否かの判断は、旋回横加速度Ｇにより判断することができる。よって、ステップ１１０では旋回横加速度Ｇを演算する構成とされている。
【００２９】
旋回横加速度Ｇの演算は、ステップ１００で読み込まれた車速Ｖ及び操舵角θに基づき下式から求められる。
【００３０】
【数１】

によって求める。
尚、ここで操舵角θ₁は、ステアリングホイール１８から操舵車輪６及び１０までに至る操舵系の遊び分及び操舵力が操舵車輪等の捩れに吸収されて転舵に寄与しない分などの、いわゆる操舵の不感帯域の角度をステアリングホイール１８の回転角（ステップ１００で読み込んだ操舵角θ）から差し引いた値（結果が負になる時はゼロとする。）である。操舵不感帯の大きさは、車両の諸元等によって決まるもので、低速程大きく車速が大きくなるに従って小さな値となるもので、予め求めたマップにより算出している。
【００３１】
続くステップ１１５においては、下式に基づき旋回横加速度の変化率Ｇ’を求める。
【００３２】
【数２】

尚、上式においてθ’は操舵角速度であり、下式により求められる値である。
【００３３】
【数３】

続くステップ１２０では、車両が現在旋回運転中であるか否かが判定される。この旋回中であるか否かの判定は、旋回横加速度Ｇの値に基づいて行われる。即ち、旋回横加速度ＧがＧ≠０なら旋回中であると判定し、Ｇ＝０なら旋回中ではないと判定する。この判定で旋回中と判定された場合には、ステップ１３０以下に進んで旋回中の処理を行う。
【００３４】
ステップ１３０では、旋回中の特性を改善するのに必要なシリンダユニット１６の目標伸縮量（目標ストローク）Ｓ_Tを求める。この目標伸縮量（目標ストローク）Ｓ_Tは、先ずステップ１１０で求められた旋回横加速度Ｇ、及びステップ１１５で求められた旋回横加速度変化率Ｇ’に基づき、下式より目標ストローク量Ｓを演算する。
【００３５】
【数４】

上式において、Ｋ₂Ｇで示される値はバネ力相当の目標制御量であり、またＫ₃Ｇ’で示される値は減衰力相当の目標制御量である。即ち、ステップ１３０で演算される目標ストローク量Ｓは、従来から行われている旋回横加速度Ｇ（横方向振動量）に基づくバネ力相当の目標制御に加え、旋回横加速度の変化率Ｇ’（横方向振動量の変化率）に基づく減衰力相当の目標制御をも行う構成となる。
【００３６】
上記の数４に示される式により目標ストローク量Ｓが求められると、シリンダユニット１６の中心位置を現す値Ｓ₀を用いて、Ｓ_T＝Ｓ₀±Ｓの計算を行うことにより目標伸縮量Ｓ_Tを求める。
尚、上式の符号は、図２に示したようにシリンダユニット１６が車両の右側（運転席側）に装着されている場合には、右旋回のときシリンダを伸ばすという意味で＋（プラス）を採り、左旋回のときシリンダを縮めるという意味で−（マイナス）を採る。
【００３７】
上記したＳ＝Ｋ₂Ｇ＋Ｋ₃Ｇ’で示される式用いて目標伸縮量Ｓ_Tを設定すると、シリンダユニット１６を最大ストローク範囲まで目標伸縮量Ｓ_Tに従うように調節することによって、所定の旋回横加速度までの範囲において、車体のロール特性を改善することが可能である。
ここで、従来から行われている旋回横加速度Ｇに基づくバネ力相当の目標制御に加え、旋回横加速度の変化率Ｇ’に基づく減衰力相当の目標制御を行う構成としたことによる作用について説明する。
【００３８】
いま、車両のロール系慣性モーメントをＩ，ロールの減衰項をＣ，ロールのバネ項をＫとすると、スタビライザ１３の減衰係数ζは、下式により求めることができる。
【００３９】
【数５】

ここで、減衰係数ζに着目すると、従来のようにバネ力相当の目標制御のみを行っていた構成（減衰力相当の目標制御を行わない構成）は、数４に示される式において、Ｋ₃Ｇ’＝０としたのと等価であり、従ってロールのバネ項Ｋのみによる制御となる。
【００４０】
この制御において、スタビライザ１３によるロール剛性を増大させるためにロールのバネ項Ｋを大きくすると、上記の数５より減衰係数ζは低下することとなる。その結果、ステップ応答は図６に矢印Ａで示されるような特性となり、ダンピング特性が悪化してしまう。
これに対し、本実施例の如くバネ力相当の目標制御量Ｋ₂Ｇ及び減衰力相当の目標制御量Ｋ₃Ｇ’を共に反映させて目標伸縮量Ｓ_Tを演算することにより、上記した数５におけるロールの減衰項Ｃとロールのバネ項Ｋとを共に制御することが可能となる。よって、ロール剛性を増大させるためにロールのバネ項Ｋを大きくしても、ロールの減衰項Ｃを大きく設定することにより、即ち減衰力相当の目標制御量Ｋ₃Ｇ’を目標伸縮量Ｓ_Tの演算に反映させることにより減衰係数ζを向上させることが可能となり、例えば図６に矢印Ｂで示す特性を得ることが可能となる。従って、ダンピング特性及び乗り心地を共に良好とすることができる。
【００４１】
一方、ステップ１２０において、旋回中でないと判定された場合には、処理はステップ２５０へ進んでシリンダユニット１６の目標伸縮量Ｓ_Tを中立値Ｓ₀に設定する。
続くステップ２６０では、シリンダユニット１６のピストン位置制御（ストローク制御）を行う。この処理は、シリンダユニット１６のピストン２２の位置Ｓ_Aを、ステップ１３０または２５０で求めた目標伸縮量Ｓ_Tに一致させるように油圧装置３を駆動する制御である。
【００４２】
尚、本実施例では、次のような予測制御を行っている。即ち、制御弁３２への通電電流値とそのときにシリンダユニット１６から流出する流量の関係が予めわかっているので、その関係に基づいてピストン位置Ｓ_Aの予測値Ｓ_Cを求める。そしてこの予測値Ｓ_Cと目標伸縮量Ｓ_Tとの差がゼロになるように油圧装置３を制御することが行われている。
【００４３】
また、シリンダユニット１６にはそのピストンの中立通過を検出する伸縮スイッチ４３を備えており、このスイッチ信号により、先の予測値Ｓ_Cに補正を加え、実際のピストン位置Ｓ_Aに極めて近い値を得るようにしている。
また、上記した本実施例では、横加速度と横加速度の変化率により、目標制御量を決定したが、ロール角、ロール角速度を検出しそれに基づくマップにより横加速度と横加速度の変化率を演算し目標制御量を決定する構成としてもよい。また、各輪のストロークからロール角、ロール角速度を演算し、これに基づき目標制御量を決定する構成としてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、スタビライザを横加速度に基づくバネ力相当と、横加速度変化率に基づく減衰力相当の制御量に基づいてスタビライザを制御するため、ロール剛性をあげた場合でも減衰係数を高くすることができ、よってダンピング特性及び乗り心地を共に良好とすることができるという特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理図である。
【図２】本発明の一実施例の平面視した構成を示す全体構成図である。
【図３】本発明の一実施例の正面視した構成を示す全体構成図である。
【図４】本発明の一実施例の油圧回路及び電気回路を示す説明図である。
【図５】電子制御装置の制御を示すフローチャートである。
【図６】減衰係数によるステップ応答の差を示すグラフである。
【符号の説明】
２スタビライザ装置
３油圧装置
４電子制御装置
１３スタビライザ
１６シリンダユニット
４１車速センサ
４２操舵角センサ
４３ストローク伸縮スイッチ
５１，５２減衰力制御アクチュエータ

Claims

車両のロール振動を抑制するスタビライザと、該スタビライザを操作して車両のロール特性を可変するアクチュエータとを具備する車両用スタビライザ制御装置において、
車両旋回時の横方向加速度を演算する横方向加速度演算手段と、
該横方向加速度の変化率を演算する変化率演算手段と、
該横方向加速度演算手段により演算される横方向加速度に基づきバネ力相当の目標制御量を演算すると共に、該変化率検出手段により演算される該横方向加速度の変化率に基づき減衰力相当の目標制御量を演算する目標制御量演算手段と、
該目標制御量演算手段で演算されるバネ力相当の目標制御量及び減衰力相当の目標制御量に基づき該アクチュエータの特性を可変制御するアクチュエータ制御手段と
を設けたことを特徴とする車両用スタビライザ制御装置。
請求項１記載の車両用スタビライザ制御装置において、
前記横方向加速度演算手段は、車速と操蛇角速度に基づき車両旋回時の横方向加速度を演算することを特徴とする車両用スタビライザ制御装置。
請求項１記載の車両用スタビライザ制御装置において、
前記横方向加速度演算手段は、ロール角と、ロール角速度に基づき車両旋回時の横方向加速度を演算することを特徴とする車両用スタビライザ制御装置。
請求項１記載の車両用スタビライザ制御装置において、
前記横方向加速度演算手段は、各輪のストロークに基づき車両旋回時の横方向加速度を演算することを特徴とする車両用スタビライザ制御装置。