JP3904289B2 - 接地荷重制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変速時における車両の運動制御に適する接地荷重制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
滑り易い路面を走行する際の車両の不安定な挙動を防止するために、例えばエンジンの出力を制御するようにしたものがある。その制御では、駆動輪の空転を検出するセンサを設けておき、滑り易い路面で空転が生じたことを検出したら、エンジンの出力を一時的に絞るなどしてタイヤが再びグリップを回復するように動作させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のものでは、タイヤの空転が発生してから初めて上記エンジン出力を絞るなどの制御を行うため、例えば滑りやすい路面での旋回中にシフトアップを行った場合に発生する駆動輪の空転に対しては、応答遅れが生じるため、駆動輪の空転を避けることができず、その際に車両の挙動が乱されるという問題がある。
【０００４】
また、上記走行中にシフトダウンを行った場合には、タイヤ回転数の方がミッション側回転数よりも低くなることから、急激に大きなエンジンブレーキが発生して、車両挙動が不安定になる虞がある。そのため、上記制御によりエンジン出力を絞ることが考えられるが、ドライバビリティが悪化するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、このような従来技術に課せられた問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、車両のシフトチェンジにおける車両挙動の安定性を確保する接地荷重制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明に於いては、ばね上質量とばね下質量との少なくともいずれか一方の運動速度を制御するべく車体と車軸との間の上下方向相対距離を能動的に変化させ、伸縮加速度を発生させることで当該車体に上下方向の慣性力を発生させ、その反力により駆動輪のタイヤ（１）と路面との間に作用する接地荷重（Ｗ）を変化させるためのアクチュエータ（５）と、駆動輪のタイヤ回転数（ＴＮ）を検出するタイヤ回転数検出手段（３１）と、前記タイヤ回転数（ＴＮ）との比較を行うべく整合を取るためにエンジン回転数およびシフト位置に応じて算出するミッション側回転数（ＭＮ）を検出するミッション側回転数検出手段（３２・３３）とを有し、前記タイヤ回転数（ＴＮ）が前記ミッション側回転数（ＭＮ）より小さくかつシフトダウンする時には、前記アクチュエータ（５）の収縮加速度を変化させることにより前記駆動輪のタイヤ接地荷重（Ｗ）を減少させ、また、前記タイヤ回転数（ＴＮ）が前記ミッション側回転数（ＭＮ）より大きくかつシフトアップする時には、前記アクチュエータの伸張加速度を変化させることにより前記駆動輪のタイヤ接地荷重を増加させるものとした。
【０００７】
このようにすることにより、例えば滑りやすい路面で旋回中にシフトアップを行った場合にはタイヤ空転が発生する可能性があるため、その場合には駆動輪のタイヤ接地荷重を増加させることにより、路面に対するグリップ力を増大して空転を防止することができる。また、走行中にシフトダウンを行った場合にはタイヤ接地荷重が大きいと急激に大きなエンジンブレーキが発生して車両挙動が不安定になり易いが、駆動輪のタイヤ接地荷重を減少させることにより、駆動力の変動を吸収することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明が適用される能動型懸架装置の要部の概略構成を模式的に示している。車軸と一体をなすタイヤ１は、上下のサスペンションアーム２・３により、車体４に対して上下動可能に支持されている。そして下サスペンションアーム３と車体４との間には、油圧駆動によるリニアアクチュエータ５が設けられている。
【００１０】
リニアアクチュエータ５は、シリンダ／ピストン式のものであり、シリンダ内に挿入されたピストン６の上下の油室７・８に可変容量型油圧ポンプ９から供給される作動油圧をサーボ弁１０で制御することにより、ピストンロッド１１に上下方向の推力を発生させ、これによってタイヤ１の中心（車軸）と車体４との間の相対距離を自由に変化させることができるようになっている。
【００１１】
ポンプ９からの吐出油は、ポンプ脈動の除去および過渡状態での油量を確保するためのアキュムレータ１２に蓄えられた上で、各輪に設けられたアクチュエータ５に対し、各アクチュエータ５に個々に設けられたサーボ弁１０を介して供給される。
【００１２】
この油圧回路には、公知の能動型懸架装置と同様に、アンロード弁１３、オイルフィルタ１４、逆止弁１５、圧力調整弁１６、およびオイルクーラ１７などが接続されている。
【００１３】
なお、サーボ弁１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８から発せられる制御信号をサーボ弁ドライバ１９を介してソレノイド１０ａに与えることにより、油圧アクチュエータ５に与える油圧と方向とが連続的に制御されるものであり、車体４とピストンロッド１１との接続部に設けられた荷重センサ２０、車体４と下サスペンションアーム３との間に設けられたストロークセンサ２１、車体側の上下加速度を検出するばね上加速度センサ２２、およびタイヤ側の上下加速度を検出するばね下加速度センサ２３の信号をＥＣＵ１８で処理した信号に基づいて制御される。
【００１４】
ＥＣＵ１８においては、ばね上加速度センサ２２とばね下加速度センサ２３との各信号が目標荷重演算部２４に入力していると共に、駆動輪の回転数を検出するタイヤ回転数センサ３１と、エンジンの出力軸の回転数を検出するミッション側回転数センサ３２と、シフト位置を検出するシフトセンサ３３との各信号が車両挙動判定部３４に入力し、その車両挙動判定部３４の出力信号が目標荷重演算部２４に入力するようになっている。その目標荷重演算部２４で、上記各信号を参照して仮の目標荷重を求め、この値と荷重センサ２０の信号との差分を安定化演算部２５で処理した後、変位制限比較演算部２６でストロークセンサ２１の信号を参照してアクチュエータ５のストロークの限界内での制御が行われるようにサーボ弁ドライバ１９に与える指令値を調整する。
【００１５】
そしてこの調整された指令信号により、目標荷重と実荷重とが等しくなるようにサーボ弁１０を駆動してアクチュエータ５にストロークを発生させ、タイヤ接地荷重を増大させる向きの上下加速度を、ばね上質量とばね下質量との少なくともいずれか一方に発生させる。
【００１６】
次に本発明の原理について説明する。図２のモデルにおいて、
Ｍ2：ばね上質量
Ｍ1：ばね下質量
Ｚ2：ばね上座標
Ｚ1：ばね下座標
Ｋt：タイヤのばね定数
Ｆz：アクチュエータ推力
とし、下向きを正方向とすると、ばね上質量Ｍ2並びにばね下質量Ｍ1の運動方程式は、それぞれ次式で与えられる。ただし式中の＊マークは一階微分を表し、＊＊マークは二階微分を表す。
【００１７】
Ｍ2・Ｚ2^**＝−Ｆz
Ｍ1・Ｚ1^**＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz
【００１８】
従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えられる。
【００１９】
Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1^**
＝Ｍ2・Ｚ2^**＋Ｍ1・Ｚ1^**
【００２０】
つまり接地荷重Ｗは、ばね上慣性力とばね下慣性力との和となるので、アクチュエータ５の伸縮加速度を制御してばね上質量とばね下質量との少なくともいずれか一方の慣性力を変化させることにより、接地荷重Ｗを変化させることができる。従って、アクチュエータ５の伸縮加速度を制御することにより、接地荷重Ｗをタイヤ毎に一時的に増大させることが可能となる。なお、サスペンションストロークを２００mmとしてアクチュエータ５に１トンの推力を発生させた場合、約０．２秒間作動させることができる。
【００２１】
一般的には、アクチュエータの消費エネルギを節約するために車両重量を支持する懸架スプリングと減衰力発生用ダンパとを併用するが（図３参照）、その場合には、
Ｋs：懸架スプリングのばね定数
Ｃ：ダンパの減衰係数
とすると、ばね上質量Ｍ2並びにばね下質量Ｍ1の運動方程式は、それぞれ次式で与えられる。
【００２２】
Ｍ2・Ｚ2^**＋Ｃ・（Ｚ2^*−Ｚ1^*）＋Ｋs・（Ｚ2−Ｚ1）＝−Ｆz
Ｍ1・Ｚ1^**＋Ｃ・（Ｚ1^*−Ｚ2^*）＋Ｋs・（Ｚ1−Ｚ2）＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz
【００２３】
従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えられる。
【００２４】
Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1^**＋Ｃ・（Ｚ1^*−Ｚ2^*）＋Ｋs・（Ｚ1−Ｚ2）
＝Ｍ2・Ｚ2^**＋Ｍ1・Ｚ1^**
【００２５】
つまり接地荷重Ｗは、上記と同様に、アクチュエータの伸縮加速度を制御することによって変化させることができることが分かる。
【００２６】
実際の車両の慣性力は、上下方向運動のみならず、ローリング運動およびピッチング運動によっても発生する。ここでばね上質量の重心点を通る各軸回りの回転運動を、
ロールレイト：φ
ピッチレイト：θ
ヨーレイト：γ
とし、重心位置を基準とした前後方向中心線と左右方向中心線から各輪の接地中心までの距離をそれぞれＬf、Ｌr、Ｔf／２、Ｔr／２とし（図４参照）、各輪のアクチュエータの推力を、Ｆz1（前左）、Ｆz2（前右）、Ｆz3（後右）、Ｆz4（後左）とし、力、モーメント、並びに座標系の向きを図５に示すものとすれば、ローリングモーメントは、
Ｍx＝Ｔf／２・（−Ｆz1＋Ｆz2）−Ｔf／２・（−Ｆz3＋Ｆz4）
となり、ピッチングモーメントは、
Ｍy＝Ｌf・（−Ｆz1−Ｆz2）−Ｌr・（−Ｆz3−Ｆz4）
となる。
【００２７】
また、
ローリング慣性モーメント：Ｉx
ピッチング慣性モーメント：Ｉy
とすれば、
ローリング慣性力は、
Ｉxφ＝Ｍx＝Ｔf／２・（−Ｆz1＋Ｆz2）−Ｔf／２・（−Ｆz3＋Ｆz4）
となり、ピッチング慣性力は
Ｉyθ^*＝Ｍy＝Ｌf・（−Ｆz1−Ｆz2）−Ｌr・（−Ｆz3−Ｆz4）
となる。
【００２８】
さらに上下運動の慣性力は、
Ｍ2・Ｚ2^**＝−Ｆz1−Ｆz2−Ｆz3−Ｆz4
となり、これらの慣性力の少なくとも１つを制御することにより、ローリング運動およびピッチング運動を含む場合の接地荷重も、各タイヤについて個々に制御できることが分かる。なお、従来のものは、４輪に荷重を配分するため、ローリング慣性力、ピッチング慣性力、並びに上下運動の慣性力は発生せず、これらの値は０となる。
【００２９】
上記実施例は、アクチュエータとして油圧駆動のシリンダ装置を用いるものを示したが、これはリニアモータ或いはボイスコイルなどの如きその他の電気式の推力発生手段を用いても、あるいはカム機構やばね手段を用いて加速度を発生させても、同様の効果を得ることもできる。
【００３０】
次に、本発明に基づき上記アクチュエータ５を用いることにより、走行中のシフトチェンジ時の車両の挙動不安定状態になることを防止する制御を図６のフロー図に基づいて以下に示す。第１ステップＳＴ１及び第２ステップＳＴ２において、タイヤ回転数センサ３１及びミッション側回転数センサ３２により駆動輪のタイヤ回転数ＴＮ及びミッション側回転数ＭＮの各信号を読み込む。
【００３１】
第３ステップＳＴ３では、車両挙動判定部３４によりタイヤ回転数ＴＮとミッション側回転数ＭＮとの比較を行う。なお、ミッション側回転数ＭＮとしてエンジン回転数を用い た場合には、タイヤ回転数との整合を取るためにシフト位置信号に応じて係数を乗算して、両者の比較を行えば良い。この第３ステップＳＴ３でタイヤ回転数ＴＮがミッション側回転数ＭＮよりも高かった場合には第４ステップＳＴ４に進み、逆の場合には第５ステップＳＴ５に進む。
【００３２】
第４ステップＳＴ４では、シフトアップされたか否かを判別する。ここで、シフトアップではないと判別された場合には第１ステップＳＴ１に戻り、第１ステップＳＴ１からフローをやり直す。第４ステップＳＴ４でシフトアップされたと判別された場合には、第６ステップＳＴ６に進み、その第６ステップＳＴ６では接地荷重増加制御を行う。
【００３３】
例えば滑りやすい路面でシフトアップを行った場合には、エンジン回転数が駆動輪に伝達されると、タイヤが高回転で回り始めようとするため、上記したように滑りやすい路面ではタイヤの空転が発生してしまう。そのような状態になると、車両の挙動が極めて不安定になる。
【００３４】
それに対して、本発明では第４ステップＳＴ４から第６ステップＳＴ６に進んだ場合には、上記したタイヤ空転によるスリップの発生の可能性があることから、第６ステップＳＴ６で接地荷重を増大させている。このようにすることにより、タイヤから路面に伝達可能な駆動力の最大値が増えるため、スリップの発生を未然に防止し得る。
【００３５】
なお、図示されない車速センサによる車速や、タイヤ回転数ＴＮとミッション側回転数ＭＮとの差の大きさなどにより、スリップを生じさせない荷重を演算し、ばね上加速度センサ２２とばね下加速度センサ２３との各信号を参照して、内部的に求めた仮の目標荷重信号を、荷重センサ２０の信号をフィードバックして安定化演算部２５に入力する。その安定化演算部２５の出力信号とストロークセンサ２１の信号とを変位制限比較演算部２６にて比較することにより、サスペンション変位の限界内で制御が行われるように調整する。そして、変位制限比較演算部２６の信号出力によりサーボ弁ドライバ１９を介してサーボ弁１０を制御して、アクチュエータ５を駆動して所望の接地荷重を発生させ、それによりスリップ状態を未然に防止することを行う。
【００３６】
また、前記第５ステップＳＴ５でシフトダウンではないと判別された場合には第１ステップＳＴ１に戻り、第１ステップＳＴ１からフローをやり直す。第５ステップＳＴ５でシフトダウンされたと判別された場合には、第７ステップＳＴ７に進み、その第７ステップＳＴ７では接地荷重減少制御を行う。
【００３７】
例えば走行中にシフトダウンを行った場合には、その状態でエンジンブレーキが駆動輪に伝達されると、急速に減速し、車体へ大きなショックが伝わり、それによりドライバビリティが悪化する。
【００３８】
それに対して、本発明では第５ステップＳＴ５から第７ステップＳＴ７に進んだ場合には、上記した急激なエンジンブレーキによる車体への大きなショック発生の可能性があることから、第７ステップＳＴ７で接地荷重を減少させている。このようにすることにより、タイヤが発生できる駆動力の最大値が低下するため、エンジンブレーキ時のエンジンの大幅な出力低下を発生させることなく、車体へのショックを低減し得る。
【００３９】
なお、本出願の趣旨を逸脱しない範囲で、使用しているセンサを簡素化することができる。例えば本実施例ではセンサが冗長構成されているが、ストロークセンサ２１を廃止し、ばね下加速度センサ２３・ばね上加速度センサ２２・ばね下質量・ばね上質量をそれぞれ掛け合わせたものを引き算することで、荷重センサ２０を廃止することも可能である。また、荷重センサ２０とストロークセンサ２１とから状態推定器を構成し、ばね下加速度及びばね上加速度を求めることも可能である。このように、必要に応じて適宜システム構成を変化させることが可能である。また、図１のＥＣＵはデジタル・アナログ・ハイブリッドの何れでも実現可能である。
【００４０】
【発明の効果】
このように本発明によれば、車両が滑り易い路面を走行中にシフトアップした場合に、タイヤが空転する可能性がある場合にはタイヤ接地荷重を増大させることから、タイヤが発生可能な駆動力の最大値が増加して、空転を防止でき、例えば滑りやすい路面において旋回中に上記シフトアップを行っても安定した走行状態を確保し得る。また、シフトダウンした場合に、エンジンブレーキが急激に増大する可能性がある場合にはタイヤ接地荷重を減少させることから、タイヤが発生可能な駆動力の最大値が低下して、シフトダウンにより発生した駆動力の変動を吸収することができ、エンジンの大幅な出力低下が起きず、エンジンブレーキ発生時のショックを低減することができ、安定した走行状態を確保し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用される能動型懸架装置の概略システム構成図。
【図２】 本発明の原理を説明するためのモデル図
【図３】 一般的な能動型懸架装置のモデル図。
【図４】 車体重心位置と接地位置との関係を示す説明図。
【図５】 力、モーメント、並びに座標系の向きの関係を示す説明図。
【図６】 本発明に基づく制御を示すフロー図。
【符号の説明】
１ タイヤ
２ 上サスペンションアーム
３ 下サスペンションアーム
４ 車体
５ アクチュエータ
６ ピストン
７・８ 油室
９ 油圧ポンプ
１０ サーボ弁
１１ ピストンロッド
１２ アキュムレータ
１３ アンロード弁
１４ オイルフィルタ
１５ 逆止弁
１６ 圧力調整弁
１７ オイルクーラ
１８ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１９ サーボ弁ドライバ
２０ 荷重センサ
２１ ストロークセンサ
２２ ばね上加速度センサ
２３ ばね下加速度センサ
２４ 目標荷重演算部
２５ 安定化演算部
２６ 変位制限比較演算部
３１ タイヤ回転数センサ
３２ ミッション側回転数センサ
３３ シフトセンサ
３４ 車両挙動判定部

Claims (2)

1. ばね上質量とばね下質量との少なくともいずれか一方の運動速度を制御するべく車体と車軸との間の上下方向相対距離を能動的に変化させ、伸縮加速度を発生させることで当該車体に上下方向の慣性力を発生させ、その反力により駆動輪のタイヤ（１）と路面との間に作用する接地荷重（Ｗ）を変化させるためのアクチュエータ（５）と、駆動輪のタイヤ回転数（ＴＮ）を検出するタイヤ回転数検出手段（３１）と、前記タイヤ回転数（ＴＮ）との比較を行うべく整合を取るためにエンジン回転数およびシフト位置に応じて算出するミッション側回転数（ＭＮ）を検出するミッション側回転数検出手段（３２・３３）とを有し、
   前記タイヤ回転数（ＴＮ）が前記ミッション側回転数（ＭＮ）より小さくかつシフトダウンする時には、前記アクチュエータ（５）の収縮加速度を変化させることにより前記駆動輪のタイヤ接地荷重（Ｗ）を減少させることを特徴とする接地荷重制御装置。
2. 前記タイヤ回転数（ＴＮ）が前記ミッション側回転数（ＭＮ）より大きくかつシフトアップする時には、前記アクチュエータ（５）の伸張加速度を変化させることにより前記駆動輪のタイヤ接地荷重（Ｗ）を増加させることを特徴とする請求項１に記載の接地荷重制御装置。

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