JP3746792B2 - 車両挙動制御装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、空気入りタイヤを有する自動車にそなえられ、タイヤの状態に影響を与えつつ、車両に関する制御を行なう車両挙動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、車両の所要の情報から制御量を設定されることにより、車両を制御する、例えば、4輪操舵(4WS)制御装置や電子制御サスペンション(ECS)等の車両制御装置が提案されている。
このうち、4WS制御装置には、サスペンション部に後輪を操舵させるステアリング機構を設け、ケーブルによるフロントサスペンション機構と機械的に連動した操舵と、パルスモータによる電子制御とを組み合わせて、従来の2WS機構の車両に比べて旋回性能および操縦安定性能を共に向上させるようにしたものがある。
【0003】
このような、従来の4WS制御装置の要部構成は、例えば図8に示す機能ブロック図によって表される。
すなわち、この4WS制御装置は、図8に示すように、車両の前輪の操舵角を検出する前輪操舵角センサ101と、車体のヨー角を検出するヨー角センサ102と、車速を検出する車速センサ103と、これら前輪操舵角センサ101〜車速センサ103からの検出検出情報に基づいて、車両の後輪の操舵角を算出する後輪操舵角算出手段104とをそなえて構成されている。
【0004】
このような構成により、上記の4WS制御装置では、駆動系やサスペンション制御によるヨー方向の車両の運動への影響と車速による車両の運動の影響とを考慮に入れて(フィードバックさせて)、前輪の操舵角に伴った後輪の操舵角が決定される。従って、この決定された後輪の操舵角により、旋回性能および操縦安定性能を共に向上させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図7に示すように、タイヤの応答性を示すコーナリングパワーは、タイヤにかかる荷重が一定の場合において、タイヤの空気圧の低下に伴って低下し、従って、タイヤの応答性が悪くなることが知られている。そして、タイヤの応答性が変化すれば、車両の状態変化を招き、上述の4WSやECS(電子制御サスペンション)等の車両制御装置による制御に影響する。
【0006】
しかしながら、上述の従来の4WS制御装置等の車両制御装置における制御は、車速やヨー角等についてはこれをフィードバックさせて行なっていたが、タイヤの状態は一定の空気圧の状態と仮定していた。
したがって、タイヤの状態、つまりタイヤの空気圧の変動に対応して変化するタイヤの応答性を直接考慮に入れることなく制御しており、このタイヤの応答性が変化した場合、これに起因した車両の状態変化が発生してはじめてこれを検知でき、この車両の状態変化が発生した後でないと制御を行なうことができなかった。このような、所謂フィードバック制御では、目標制御の完了に時間がかかる上、車両の安定性を悪化させることもある、という課題がある。
【0007】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、タイヤの空気圧を検出しながら、これに基づいて、タイヤの空気圧状態に起因する車両の状態変化が発生する前に、これを防ぐ予見制御(フィードフォワード制御)を行なうことができるようにして、制御速度の向上や制御時の車両安定性の向上を実現できるようにした、車両挙動制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の本発明の車両挙動制御装置では、車両の4輪操舵機構に基づく挙動を制御する車両挙動制御装置において、車両の所要の情報に基づき該車両の挙動にかかる制御量として前輪の操舵量に対する後輪の操舵量を設定する制御量設定手段と、該車両のタイヤの空気圧を検出する空気圧検出手段と、該空気圧検出手段によって検出された空気圧情報に基づき各車輪の空気圧に相関するコーナリングパワーを算出するとともに、この算出値と標準空気圧に相関するコーナリングパワーとの差を算出して、この差に基づいて補正量を算出し、該補正量によって該制御量を補正する制御量補正手段と、該制御量補正手段により補正された制御量に基づき該車両の所要の要素に制御指令を行なう制御指令手段とをそなえ、該空気圧検出手段が、該車両における前後左右輪のタイヤの空気圧をそれぞれ検出しうる空気圧センサをそなえるとともに、該制御量補正手段は、該空気圧センサにて検出された前輪左右輪のタイヤの空気圧P fL ,P fR および予め設定された前輪の適正な空気圧P fn に相関する各コーナリングパワーCpの値を用いて、式
δ rf =δ r ・[{2Cp(P fn )}/{Cp(P fL )+Cp(P fR )}−1]
により、該制御量δ r に対する第1補正量δ rf を算出するとともに、該空気圧センサにて検出された後輪左右輪のタイヤの空気圧P rL ,P rR および予め設定された後輪の適正な空気圧P rn に相関する各コーナリングパワーCpの値を用いて、式
δ rr =δ r ・[{2Cp(P rn )}/{Cp(P rL )+Cp(P rR )}−1]
により、該制御量δ r に対する第2補正量δ rr を算出し、上記の第1補正量δ rf および第2補正量δ rr を用いて、式
δ=δ r +δ rf +δ rr
によって、該制御量δ r を制御量δに補正することを特徴としている。
【0009】
また請求項記載の本発明の車両挙動制御装置では、該制御量補正手段は、該空気圧センサにて検出された前輪左右輪のタイヤの空気圧PfL,PfRが、予め設定された前輪の適正な空気圧Pfnでない場合に、該第1補正量δrfを算出するとともに、該空気圧センサにて検出された後輪左右輪のタイヤの空気圧PrL,PrRが、予め設定された後輪の適正な空気圧Prnでない場合に、該第2補正量δrrを算出することを特徴としている。
【0010】
【作用】
上述の本発明の請求項1記載の車両挙動制御装置では、制御量設定手段において車両の所要の情報に基づき、該車両の挙動にかかる制御量として前輪の操舵量に対する後輪の操舵量が設定される。制御量補正手段においては、空気圧検出手段によって検出された空気圧情報に基づき各車輪の空気圧に相関するコーナリングパワーを算出するとともに、この算出値と標準空気圧に相関するコーナリングパワーとの差を算出して、この差に基づいて補正量を算出し、算出した補正量によって、上述の制御量設定手段で設定される制御量を補正する。制御指令手段では、制御量補正手段で補正された制御量に基づき該車両の所要の要素に制御指令を行なう。
また、制御量補正手段において、前輪左右輪のタイヤの空気圧PfL,PfRおよび前輪の適正な空気圧Pfnに相関する各コーナリングパワーCpの値を用いて算出された第1補正量δrfと、後輪左右輪のタイヤの空気圧PrL,PrRおよび後輪の適正な空気圧Prnに相関する各コーナリングパワーCpの値を用いて算出された第2補正量δrrと、を用いて、式
δ=δr+δrf+δrr
によって、該制御量δrを制御量δに補正する。
さらに、請求項記載の本発明の車両挙動制御装置では、該制御量補正手段において、前輪左右輪のタイヤの空気圧PfL,PfRが前輪の適正な空気圧Pfnでない場合に該第1補正量δrfを算出するとともに、後輪左右輪のタイヤの空気圧PrL,PrRが後輪の適正な空気圧Prnでない場合に該第2補正量δrrを算出する。
【0011】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
本発明の車両制御装置(車両挙動制御装置)としての4WS制御装置は、例えば図2に示すように、ステアリングホイール(ハンドル)1の操作に応じて作動する前輪操舵系2と油圧シリンダ等のアクチュエータ3によって動作する後輪操舵系4とをそなえている。
【0012】
すなわち、前輪5L,5Rを連結するように配設された前輪操舵用タイロッドには、ラック・アンド・ピニオン等の図示しない機械式駆動機構のほかに、パワーステアリング用の油圧シリンダ6が付設されている。これにより、ハンドル1を操舵すると、ハンドル1の操舵状態に応じて油圧シリンダ6がパワーアシストすることにより、前輪5L,5Rを操舵できるようになっている。
【0013】
また、後輪7L,7Rを連結するように配設された後輪操舵用タイロッドには、後輪操舵用のアクチュエータ(油圧シリンダ)3が付設され、このアクチュエータ3には、後輪操舵用電磁式バルブ8が設けられている。これにより、この後輪操舵用バルブ8に電気制御信号を与えてバルブ開度を制御すると、このバルブ開度に応じて後輪7L,7Rを操舵できるようになっている。
【0014】
ところで、図1,2に示すように、この4WS車両の後輪操舵系4を制御するために、コントローラ9が設けられている。このコントローラ9は、後輪の操舵量を設定する後輪操舵量設定部(制御量設定手段)9a,制御量補正部(制御量補正手段)9b,後輪操舵量設定部9aで設定され制御量補正部9bで補正された制御量に基づき後輪操舵用電磁式バルブ8に制御指令を行なう制御信号出力部(制御指令手段)9c及び4つの車輪速度センサ10FL,10FR,10RL,10RRからの車輪速度情報に基づいて車速を検出する車速検出部10をそなえている。
【0015】
ここで、後輪操舵量設定部9aは、車速検出部10,ヨー角センサ11,パワステ圧センサ等のフロント操舵角を検出しうる手段13からの検出信号を入力し、これらの信号に基づいて旋回性能や操縦安定性能等が向上するような制御量δrが設定されるようになっている。
さらに、制御量補正部9bは、後述する4つの空気圧センサ(空気圧検出手段)12FL,12FR,12RL,12RRからの検出信号を入力し、これらの検出信号に基づいて前述の制御量δrを補正するものである。
【0016】
具体的には、前輪5L,5Rのタイヤが適正な空気圧でない場合若しくは後輪7L,7Rのタイヤが適正な空気圧でない場合は、それぞれ、式(1)による補正量δrf若しくは式(2)による補正量δrrを算出して、式(3)によって制御量δ r を補正量δ rf ,δ rr で補正するようになっている。
Figure 0003746792
ここで、PfL,PfRは、それぞれ空気圧センサ12FL,12FRで検出された前輪左右輪のタイヤの空気圧であり、PrL,PrRは、それぞれ空気圧センサ12RL,12RRで検出された後輪左右輪のタイヤの空気圧であり、Pfn,Prnはそれぞれ前後輪の適正な空気圧としての標準空気圧であり、Cpは、図7で示した空気圧によるコーナリングパワーの値である。
【0017】
したがって、制御信号出力部9cは、後輪操舵用電磁式バルブ8に対して、後輪操舵量設定部9aで設定された制御量に、タイヤが適正な空気圧でない場合には、制御量補正部9bで補正を施した上で制御信号として出力するようになっている。
ところで、空気圧センサ12FL,12FR,12RL,12RRは、図3の(a),(b)に示すように空気入りタイヤ21にそなえられている。ここで、図3の(a)は、上記の空気圧センサ12FL,12FR,12RL,12RRをそなえたタイヤ21の横断面図であり、図3の(b)は、そのタイヤ21の縦断面図である。
【0018】
この図3(a),(b)に示すように、空気圧センサ12FL,12FR,12RL,12RRは、それぞれタイヤ21に固定されたタイヤ側コイル部23と、ホイール22の内側の、図示しない車両(車軸)側に固定された車両側コイル部24とをそなえて構成されている。
ここで、タイヤ側コイル部23及び車両側コイル部24の詳細は、図4及び図5に示すようになっている。
【0019】
すなわち、タイヤ側コイル部23は、コンデンサ23aとコイル23bとが直列に接続され、LC回路が形成されている。
また、車両側に固定された車両側コイル部24は、コイル24a,コンデンサ24b,スイッチ24c及び周波数/電圧変換部24dをそなえて構成され、コイル24a,コンデンサ24b及びスイッチ24cにより、共振回路としてのLC回路が構成されている。
【0020】
ここで、図5に示すように、タイヤ側コイル部23において、タイヤ21中の空気は空気孔23cから侵入して、タイヤの空気圧によって、コンデンサ23aの一方の電極123aが上下するようになっている。これにより、タイヤ側コイル部23は、コンデンサ23aの容量が空気圧に応じて変化する可変容量となっているのである。
【0021】
また、車両側コイル部24は、車両側に固定されているため、タイヤ21の回転により、タイヤ側コイル部23と対向する場合としない場合とがある。タイヤ側コイル部23と対向する場合において、コイル24aはコイル23bの近傍となるように設置することにより、磁気結合するようになっている。
そして、スイッチ24cは、周期的にON/OFFとなるように構成されているが、車両側コイル部24がタイヤ側コイル部23に対向する場合において、スイッチ24cがONとなった場合は、タイヤ側コイル部23におけるコンデンサ23a及びコイル23bの影響を受けて共振周波数が変化するようになっている。
【0022】
さらに、周波数/電圧変換部24dは、上記の磁気結合が起因して、コンデンサ23a及びコイル23bの値の影響を受けて変化した車両側コイル部24の共振周波数について電圧値に変換させて、タイヤ21の空気圧情報として出力するようになっている。
したがって、測定された共振周波数がタイヤの空気圧が標準値の場合の共振周波数と比べて増減している場合は、その変化を求めることによりコンデンサ23aの変化を求めることができ、これにより、タイヤの空気圧を検出することができるのである。
【0023】
このような構成により、本車両制御装置としての4WS制御装置では、ハンドル1の操作に応じて前輪操舵系2が作動し、アクチュエータ3によって後輪操舵系4が動作するが、この後輪操舵系4の制御は図6に示すフローチャートに従って行なわれる。
すなわち、ステップA1で、後輪操舵量設定部9aにおいて、前輪操舵角センサ13からの出力される前輪操舵角情報を入力し、ステップA2で、ヨー角センサ11からのヨー角情報を入力し、ステップA3で、車速検出部10からの車速情報とを入力し、ステップA4で、これらの情報に基づいて所定の角度だけ後輪を操舵制御するための制御量δrが設定される。
【0024】
したがって、ステップA1〜ステップA4までの処理過程は、従来の4WS制御装置と同様のものであることがわかる。
ステップA4で、前輪操舵角情報,ヨー角及び車速に基づいた制御量δr が設定されると、ステップA5において、制御量補正部9bが、空気圧センサ12FL,12FR,12RL,12RRからの、4輪のタイヤの空気圧情報PfL,PfR,PrL,PrRを入力する。
【0025】
次に、ステップA6で、前左右輪のタイヤの空気圧PfL,PfRが、いずれも適正な空気圧値としての標準空気圧Pfnであるが否かが判断され、この前左右輪のタイヤの空気圧PfL,PfRの少なくともいずれかが標準空気圧Pfnでない場合は、ステップA7で、ステップA4で求めた制御量δr に対して、式(1)に示すような補正量δrfを計算する。
【0026】
一方、前左右輪のタイヤの空気圧PfL,PfRが、ともに標準空気圧Pfnである場合は、実質的には補正量δrfを計算しない。このようにして、適宜補正量δrfが計算されると、ステップA8で、後左右輪のタイヤの空気圧PrL,PrRが、ともに適正な空気圧値としての標準空気圧Prnであるか否かが判断される。後左右輪のタイヤの空気圧PrL,PrRの少なくともいずれかが標準空気圧Prnでない場合は、ステップA9で、ステップA4で求めた制御量δr に対して、式(2)に示すような補正量δrrを計算する。
【0027】
一方、後左右輪のタイヤの空気圧PrL,PrRが、ともに標準空気圧Prnである場合は実質的には補正量δrrを計算しない。このようにして、適宜補正量δrrが計算されると、ステップA10で、ステップA7,A9で計算された補正量δrf,δrrがあれば、これをステップA4で設定された制御量に加えて、補正された後輪を操舵制御するための制御量δとする。
【0028】
なお、ステップA10における制御量δの計算において、ステップA7またはステップA9における補正量の計算がされていないものがある場合は、その補正量はないものとして計算される。
その後、ステップA10で、補正された後輪を操舵制御するための制御量δが計算されると、その制御量δだけ後輪を操舵する旨の制御信号は、制御信号出力部9cから後輪操舵用電磁式バルブ8に対して出力され、ステップA11で後輪操舵が行なわれる。
【0029】
なお、このフローチャートでは、タイヤの空気圧が標準空気圧であると補正量を計算しないようにしているが、常に式(1),(2)により補正量を計算して、この補正量に基づき補正を行なうようにしてもよい。この場合には、タイヤの空気圧が標準空気圧であれば補正量が0になり、実質的には補正が行なわれないことになる。
【0030】
従って、自動車の旋回性,操縦安定性の向上を目的として搭載された4WS制御装置において、タイヤの空気圧の値を検出しておき、タイヤの状態に起因する車両の状態変化が発生する前に、これを防ぐ予見制御を行なうことができるので、後輪操舵の制御速度や車両安定性が飛躍的に向上する利点がある。
なお、本実施例においては、4WS制御装置においてタイヤの空気圧に基づいた予見制御を行なった場合について説明したが、本発明の車両制御装置は、電子制御サスペンション(ECS)の制御をはじめとして他の車両制御においても、同様に適用でき、タイヤの空気圧に基づく予見制御による種々の効果が期待できる。
【0031】
例えば、電子制御サスペンションを搭載された車両については、各タイヤの空気圧が正常である場合のばね定数や減衰力を補正すればよい。さらに、このようなばね定数や減衰力による補正は、上述のような4WS制御を行なう4輪操舵車両に用いることも考えられる。
【0032】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の車両挙動制御装置によれば、制御量設定手段,空気圧検出手段,制御量補正手段および制御指令手段をそなえたことにより、空気圧検出手段によって検出された空気圧情報に基づき各車輪の空気圧に相関するコーナリングパワーを算出するとともに、この算出値と標準空気圧に相関するコーナリングパワーとの差を算出して、この差に基づいて補正量を算出し、算出した補正量によって制御量を補正して、4輪操舵機構に制御指令を行なうことができるので、タイヤの空気圧状態に起因する車両の状態変化が発生する前に、これを防ぐ予見制御を行なうことができるので、制御動作を起こす速度や、旋回性,車両安定性等の、目的とする制御効果が飛躍的に向上する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる車両制御装置としての4WS制御装置の要部を模式的に示す図である。
【図2】本発明の一実施例にかかる車両制御装置としての4WS制御装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図3】本発明の一実施例にかかる車両制御制御装置としての4WS制御装置における空気圧センサを示す図である。
【図4】本発明の一実施例にかかる車両制御制御装置としての4WS制御装置における空気圧センサの要部を示す図である。
【図5】本発明の一実施例にかかる車両制御制御装置としての4WS制御装置における空気圧センサの要部を示す図である。
【図6】本発明の一実施例にかかる車両制御制御装置としての4WS制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図7】空気圧による、車両にかかる力を説明するための図である。
【図8】従来の4WS制御装置を示す図である。
【符号の説明】
1 ステアリングホイール
2 前輪操舵系
3 アクチュエータ
4 後輪操舵系
5L,5R 前輪
6 パワーステアリング用油圧シリンダ
7L,7R 後輪
8 後輪操舵用電磁式バルブ
9 コントローラ
9a 後輪操舵量設定部(制御量設定手段)
9b 制御量補正部(制御量補正手段)
9c 制御信号出力部(制御指令手段)
10FL,10FR,10RL,10RR 車輪速度センサ
11 ヨー角センサ
12FL,12FR,12RL,12RR 空気圧センサ
13 パワステ圧センサ
21 タイヤ
22 ホイール
23 タイヤ側コイル部
23a,24b コンデンサ
23b,24a コイル
24c スイッチ
24d 周波数/電圧変換部
24 車両側コイル部
123a 電極

Claims (2)

  1. 車両の4輪操舵機構に基づく挙動を制御する車両挙動制御装置において、
    車両の所要の情報に基づき、該車両の挙動にかかる制御量として前輪の操舵量に対する後輪の操舵量を設定する制御量設定手段と、
    該車両のタイヤの空気圧を検出する空気圧検出手段と、
    該空気圧検出手段によって検出された空気圧情報に基づき各車輪の空気圧に相関するコーナリングパワーを算出するとともに、この算出値と標準空気圧に相関するコーナリングパワーとの差を算出して、この差に基づいて補正量を算出し、該補正量によって該制御量を補正する制御量補正手段と、
    該制御量補正手段により補正された制御量に基づき該車両の所要の要素に制御指令を行なう制御指令手段とをそなえ
    該空気圧検出手段が、該車両における前後左右輪のタイヤの空気圧をそれぞれ検出しうる空気圧センサをそなえるとともに、
    該制御量補正手段は、
    該空気圧センサにて検出された前輪左右輪のタイヤの空気圧P fL ,P fR および予め設定された前輪の適正な空気圧P fn に相関する各コーナリングパワーCpの値を用いて、式
    δ rf =δ r ・[{2Cp(P fn )}/{Cp(P fL )+Cp(P fR )}−1]
    により、該制御量δ r に対する第1補正量δ rf を算出するとともに、
    該空気圧センサにて検出された後輪左右輪のタイヤの空気圧P rL ,P rR および予め設定された後輪の適正な空気圧P rn に相関する各コーナリングパワーCpの値を用いて、式
    δ rr =δ r ・[{2Cp(P rn )}/{Cp(P rL )+Cp(P rR )}−1]
    により、該制御量δ r に対する第2補正量δ rr を算出し、
    上記の第1補正量δ rf および第2補正量δ rr を用いて、式
    δ=δ r +δ rf +δ rr
    によって、該制御量δ r を制御量δに補正する
    ことを特徴とする、車両挙動制御装置。
  2. 該制御量補正手段は、
    該空気圧センサにて検出された前輪左右輪のタイヤの空気圧PfL,PfRが、予め設定された前輪の適正な空気圧Pfnでない場合に、該第1補正量δrfを算出するとともに、
    該空気圧センサにて検出された後輪左右輪のタイヤの空気圧PrL,PrRが、予め設定された後輪の適正な空気圧Prnでない場合に、該第2補正量δrrを算出することを特徴とする、請求項記載の車両挙動制御装置
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