JP4586962B2 - 車両の姿勢制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両のロールを抑制する車両の姿勢制御装置に関する。
従来から、例えば下記特許文献1に記載されているように、4輪の駆動トルクを個別に制御可能な車両は知られている。この車両においては、4輪の駆動トルクを個別に制御することにより車両の旋回性能を向上させることができる。
特開2002−301939号公報
しかし、上記した車両においては、車両のロールについては何ら考慮されていない。したがって、車両のロールを抑制するためには、コイルスプリングのばね定数を大きくしたり、アブソーバの減衰力を高く設定する必要があり、ロール時における乗り心地が悪くなるという問題がある。
本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、4輪の駆動トルクを個別に制御することにより車両のロールを抑制してロール時における乗り心地を向上させることが可能な車両の姿勢制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、サスペンション装置によって車体に懸架された4輪の駆動トルクを個別に制御して車両の走行姿勢を制御可能な車両の姿勢制御装置であって、車両のロールを検出するロール検出手段と、前記検出された車両のロールに応じて、車体のロールによって車体が上昇した側の前後輪に車両の前後方向に互いに逆方向の力を発生させて、上昇した側の車体に下方向の力を発生させるように前記上昇した側の前後輪の駆動トルクに差をつけ、または車両のロールによって車体が下降した側の前後輪に車両の前後方向に互いに逆方向の力を発生させて、下降した側の車体に上方向の力を発生させるように前記下降した側の前後輪の駆動トルクに差をつけ、車体に対してロールと反対方向に力を作用させる駆動トルク制御手段とを設けたことにある。
ロール検出手段によって検出された車両のロールに応じて、前後輪の駆動トルクに差をつければ、車体に対してロールと反対方向に力を作用させることができる。すなわち、4輪はサスペンション装置によって車体に懸架されているので、前後輪の駆動トルクに差をつければ、前後輪間に発生する車両の前後方向の力をサスペンション装置を介して車体に作用させることができる。これにより、車両のロールが抑制されてロール時における乗り心地を向上させることができる。
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図1は車両の左側部分を示す概略側面図である。
車両の前後左右輪Wfl,Wrl,Wfr,Wrrは、それぞれサスペンション装置Sfl,Srl,Sfr,Srrによって車体BDに懸架されている(図2参照)。サスペンション装置Sfl,Srl,Sfr,Srrは、車両の左右で同様に構成されているので、車両の左側に位置するサスペンション装置Sfl,Srlについてのみ具体的に説明して、車両の右側に位置するサスペンション装置Sfr,Srrの詳しい説明を省略する。
前側のサスペンション装置Sflは、アッパアーム11およびロアアーム12を備えている。アッパアーム11は、内側端11a,11bにて車体BDに略車両前後方向の軸線回りに回動可能に組み付けられるとともに、外側端11cにて左前輪Wflを支持するキャリア13に回動可能に組み付けられている。ロアアーム12は、内側端12a,12bにて車体BDに略車両前後方向の軸線回りに回動可能に組み付けられるとともに、外側端12cにてキャリア13に回動可能に組み付けられている。
アッパアーム11の内側端11a,11bの軸線と、ロアアーム12の内側端12a,12bの軸線とは、左前輪Wflの接地点Qよりも車両の上方および後方に位置する交点Oで交わる。交点Oは、車体BDに対する左前輪Wflの瞬間中心であり、例えば、左前輪Wflの接地点Qに車両前方への力が作用したときは、交点Oには交点Oと接地点Qを結ぶ線分OQ方向に前方への力に応じた力が作用する。これに対して、左前輪Wflの接地点Qに車両後方への力が作用したときは、交点Oには線分QO方向に後方への力に応じた力が作用する。
後側のサスペンション装置Srlは、アッパアーム14,15およびロアアーム16を備えている。アッパアーム14,15は、それぞれ内側端14a,15aにて車体BDに略車両前後方向の軸線回りに回動可能に組み付けられるとともに、外側端14b,15bにて左後輪Wrlを支持するキャリア17に回動可能に組み付けられている。ロアアーム16は、内側端16aにて車体BDに略車両前後方向の軸線回りに回動可能に組み付けられるとともに、外側端16bにてキャリア17に回動可能に組み付けられている。
アッパアーム14,15の内側端14a,15aを結ぶ軸線と、ロアアーム16の内側端16aの軸線とは、左後輪Wrlの接地点Rよりも車両の上方および前方に位置する交点Pで交わる。交点Pは、車体BDに対する左後輪Wrlの瞬間中心であり、例えば、左後輪Wrlの接地点Rに車両後方への力が作用したときは、交点Pには交点Pと接地点Rを結ぶ線分PR方向に後方への力に応じた力が作用する。これに対して、左後輪Wrlの接地点Rに車両前方への力が作用したときは、交点Pには線分RP方向に前方への力に応じた力が作用する。
車両の前後左右輪Wfl,Wrl,Wfr,Wrrには、図2に示すように、図示しない車輪側部材に固定された電動モータ21,22,23,24の回転軸が一体的に組み付けられている。電動モータ21,22,23,24は、減速機を内蔵しており、それらの回転により前後左右輪Wfl,Wrl,Wfr,Wrrをそれぞれ独立に駆動する。
次に、電動モータ21,22,23,24の駆動トルクを制御する電気制御装置について説明する。この電気制御装置は、横方向加速度センサ31を備えている。横方向加速度センサ31は、車両の左右方向の横方向加速度Gyを検出するものであり、コントローラ32に接続されている。この横方向加速度センサ31によって検出された横方向加速度Gyは、正により車両に対して右方向への加速度が発生していることを表し、負により車両に対して左方向への加速度が発生していることを表す。なお、横方向加速度センサ31に代えて、他の車両の運動状態を用いて横方向加速度Gyを計算するようにしてもよい。例えば、車速を検出する車速センサおよびハンドル操舵角を検出する操舵角センサを設け、検出された車速および操舵角から横方向加速度Gyを計算するようにしてもよい。
コントローラ32は、CPU、ROM、RAMなどを主要構成部品とするマイクロコンピュータにより構成されている。このコントローラ32は、図3のロール抑制制御プログラムを実行することにより、電動モータ21,22,23,24の作動を制御する。このコントローラ32には、横方向加速度センサ31に加えて、駆動回路33,34,35,36もそれぞれ接続されている。これらのコントローラ32および駆動回路33,34,35,36にはバッテリ37から電力が供給されるようになっている。
駆動回路33,34,35,36には、電動モータ21,22,23,24に流れる電流を検出する電流センサ33a,34a,35a,36aがそれぞれ接続されている。駆動回路33,34,35,36は、コントローラ32の指示により、電流センサ33a,34a,35a,36aとの協働により電動モータ21,22,23,24をトルク制御して前後左右輪Wfl,Wrl,Wfr,Wrrを駆動する。この場合、車両にロールが発生していないときは、前後左右輪Wfl,Wrl,Wfr,Wrrを同じ駆動トルクで駆動するようになっている。なお、電流センサ33a,34a,35a,36aに代えて、前後左右輪Wfl,Wrl,Wfr,Wrrに対する駆動トルクを検出するトルクセンサを設けてもよい。
次に、上記のように構成した実施形態の動作を説明する。コントローラ32は、所定の短時間ごとに図3のロール抑制制御プログラムを繰り返し実行している。このプログラムの実行はステップS10にて開始され、ステップS12にて、横方向加速度センサ31から横方向加速度Gyを表す検出信号を入力する。
次に、ステップS14にて、ステップS12で入力した横方向加速度Gyに基づいて、コントローラ32内に設けられたロール角テーブルを参照して、車体BDのロール角RAおよびロール方向を計算する。このロール角テーブルは、図4に示すように、横方向加速度Gyが「0」から正の所定値へ増加するにつれて比例的に増加するロール角RAと、横方向加速度Gyが「0」から負の所定値へ減少するにつれて比例的に減少するロール角RAとを記憶している。ただし、車体BDのロール方向は、ロール角RAの正により車体BDの右方向へロールしていることを表し、ロール角RAの負により車体BDの左方向へロールしていることを表す。
前記ステップS14の処理後、ステップS16にてロール角RAが「0」であるか否かを判定する。いま、車両が平らな路面を直進走行している場合には、車両にロールが発生していないので、ステップS16にて「No」と判定して、ステップS28にてこのプログラムの実行を終了する。なお、この状態では、図示しないプログラムの実行により、コントローラ32は駆動回路33,34,35,36との協働により電動モータ21,22,23,24の回転を制御し、前後左右輪Wfl,Wrl,Wfr,Wrrに回転駆動している。
次に、車両が直進走行している状態から左方向に旋回し始める場合について説明する。この場合には、車両の左方向への旋回に伴い車両に対する右方向への横方向加速度Gyが徐々に大きくなり、図6(A)に示すように、車体BDが右方向へロールし始める。これにより、車体BDのロール角RAが正となるので、ステップS16にて「No」と判定し、ステップS18にて「Yes」と判定して、ステップS20およびステップS22の処理を実行する。
ステップS20においては、コントローラ32内に設けられた駆動トルク変更テーブルを参照し、車体BDのロール角RAに応じた前後左輪Wfl,Wrlの駆動トルク変更分ΔTrを計算して、前後左輪Wfl,Wrlの駆動トルクを前記計算した駆動トルク変更分ΔTrだけ変更する。この駆動トルク変更テーブルは、図5に示すように、ロール角RAの絶対値|RA|の増加に従って徐々に増加する駆動トルク変更分ΔTrを記憶している。前記駆動トルク変更分ΔTrの計算後、左前輪Wflに対する駆動トルクを駆動トルク変更分ΔTrだけ増加させ、左後輪Wrlに対する駆動トルクを駆動トルク変更分ΔTrだけ減少させる。
ステップS22においては、前後右輪Wfr,Wrrに対する駆動トルクを前記計算した駆動トルク変更分ΔTrだけ変更する。この場合、車体BDのロール角RAに応じて、右前輪Wfrに対する駆動トルクを同駆動トルク変更分ΔTrだけ減少させ、右後輪Wrrに対する駆動トルクを同駆動トルク変更分ΔTrだけ増加させる。
したがって、旋回内側の前後左輪Wfl,Wrlには、図6(B)に示すように、駆動トルク変更分ΔTrの増減に応じてそれぞれ車両の前後方向に大きさが同じで互いに逆方向の力ΔFが発生する。また、旋回外側の前後右輪Wfr,Wrrにも、駆動トルク変更分ΔTrの増減に応じてそれぞれ車両の前後方向に大きさが同じで互いに逆方向の力ΔFが発生する。
これにより、旋回内側すなわち車両のロールによって車体BDが上昇した左側には、図6(C)に示すように、左側のサスペンション装置Sfl,Srlにより規定される各瞬間中心に下方向の力が発生する。また、旋回外側すなわち車両のロールによって車体BDが下降した右側には、図6(D)に示すように、右側のサスペンション装置Sfr,Srrにより規定される各瞬間中心に上方向の力が発生する。その結果、車体BDの右方向へのロールが抑制されることになる。この場合、前後左右輪Wfl,Wrl,Wfr,Wrrに発生する力ΔFは、車両全体として見ればその和が「0」であるので、車両に対して前後方向の加速度が発生することはなく、また前記ΔFは車両の前後左右で互いに逆方向に発生するので、車両に対してヨーイングモーメントが生じることもない。
ステップS22の処理後、ステップS28にてこのプログラムの実行を終了する。車両の左旋回が続いている場合には、上記ステップS20,22の処理が繰り返し実行されることにより、車体BDの右方向へのロールが抑制されて同ロール時における乗り心地を向上させることができる。
次に、車両が直進走行している状態から右方向に旋回し始める場合について説明する。この場合には、車両の右方向への旋回に伴い車両に対する左方向への横方向加速度Gyが徐々に大きくなり、図7(A)に示すように、車体BDが左方向へロールし始める。これにより、車体BDのロール角RAが負となるので、ステップS16,18にてともに「No」と判定して、ステップS24およびステップS26の処理を実行する。
ステップS24においては、前記ステップS20の場合と同様に、駆動トルク変更テーブルを参照し、車体BDのロール角RAの絶対値|RA|に応じた駆動トルク変更分ΔTrを計算する。そして、右前輪Wfrに対する駆動トルクを駆動トルク変更分ΔTrだけ増加させ、右後輪Wrrに対する駆動トルクを駆動トルク変更分ΔTrだけ減少させる。
ステップS26においては、左前輪Wflに対する駆動トルクを前記計算した駆動トルク変更分ΔTrだけ減少させ、左後輪Wrlに対する駆動トルクを同駆動トルク変更分ΔTrだけ増加させる。
したがって、旋回内側の前後右輪Wfr,Wrrには、図7(B)に示すように、駆動トルク変更分ΔTrの増減に応じてそれぞれ車両の前後方向に大きさが同じで互いに逆方向の力ΔFが発生する。また、旋回外側の前後左輪Wfl,Wrlにも、駆動トルク変更分ΔTrの増減に応じてそれぞれ車両の前後方向に大きさが同じで互いに逆方向の力ΔFが発生する。
これにより、旋回内側すなわち車両のロールによって車体BDが上昇した右側においては、図7(C)に示すように、右側のサスペンション装置Sfr,Srrにより規定される各瞬間中心に下方向の力が発生する。また、旋回外側すなわち車両のロールによって車体BDが下降した左側においては、図7(D)に示すように、左側のサスペンション装置Sfl,Srlにより規定される各瞬間中心に上方向の力が発生する。その結果、車体BDの左方向へのロールが抑制されることになる。また、この場合にも、車両に対して前後方向の加速度およびヨーイングモーメントが発生することはない。
ステップS26の処理後、ステップS28にてこのプログラムの実行を終了する。車両の右旋回が続いている場合には、上記ステップS24,S26の処理が繰り返し実行されることにより、車体BDの左方向へのロールが抑制されてロール時における乗り心地を向上させることができる。
次に、車両が旋回状態にはないが、前後左輪Wfl,Wrlが、例えば路面上の障害物に乗り上げることにより、図6(A)に示すように車体BDが右方向にロールし始めた場合には、上記した車両が左方向に旋回し始めたときと同様に、ステップS20,S22の処理が実行される。これにより、車両のロールによって車体BDが上昇した左側においては、図6(C)に示すように、左側のサスペンション装置Sfl,Srlにより規定される各瞬間中心に下方向の力が発生する。また、車両のロールによって車体BDが下降した右側においては、図6(D)に示すように、右側のサスペンション装置Sfr,Srrにより規定される各瞬間中心に上方向の力が発生する。その結果、車体BDの右方向へのロールが抑制される。
同様に、車両が旋回状態にはないが、前後右輪Wfr,Wrrが、例えば路面上の障害物に乗り上げることにより、図7(A)に示すように車体BDが左方向にロールし始めた場合には、上記した車両が右方向に旋回し始めたときと同様に、ステップS24,S26の処理が実行される。これにより、車両のロールによって車体BDが上昇した右側においては、図7(C)に示すように、右側のサスペンション装置Sfr,Srrにより規定される各瞬間中心に下方向の力が発生する。また、車両のロールによって車体BDが下降した左側においては、図7(D)に示すように、左側のサスペンション装置Sfl,Srlにより規定される各瞬間中心に上方向の力が発生する。その結果、車体BDの左方向へのロールが抑制される。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態においては、車両のロール時に前後左輪Wfl,Wrlおよび前後右輪Wfr,Wrrに対する駆動トルクを駆動トルク変更分ΔTrだけそれぞれ増減させるようにして、車両のロールを抑制するようにした。しかし、前後左輪Wfl,Wrlおよび前後右輪Wfr,Wrrのうちの少なくとも片側の前後輪のみに対する駆動トルクを駆動トルク変更分ΔTrだけそれぞれ増減させるようにしてもよい。具体的には、図3に示したプログラムのうち、ステップS20およびステップS22の処理のうちのいずれか一方の処理を省略し、ステップS24およびステップS26の処理のうちのいずれか一方の処理を省略すればよい。
また、上記実施形態においては、前側のサスペンション装置Sfl,Sfrにより規定される各瞬間中心が接地点よりも車両の上方および後方に位置するとともに、後側のサスペンション装置Srl,Srrにより規定される各瞬間中心が接地点よりも車両の上方および前方に位置する場合について説明した。しかし、瞬間中心の位置はこれに限らず、例えば前側のサスペンション装置Sfl,Sfrにより規定される各瞬間中心が接地点よりも車両の下方および前方に位置するとともに後側のサスペンション装置Srl,Srrにより規定される各瞬間中心が接地点よりも車両の下方および後方に位置する場合(第1変形例)と、前側のサスペンション装置Sfl,Sfrにより規定される各瞬間中心が接地点よりも車両の上方および前方に位置するとともに後側のサスペンション装置Srl,Srrにより規定される各瞬間中心が接地点よりも車両の上方および後方に位置する場合(第2変形例)と、前側のサスペンション装置Sfl,Sfrにより規定される各瞬間中心が接地点よりも車両の下方および後方に位置するとともに後側のサスペンション装置Srl,Srrにより規定される各瞬間中心が接地点よりも車両の下方および前方に位置する場合(第3変形例)とのうちのいずれの変形例によっても実施することが可能である。
この場合、第1変形例においては、上記した実施形態と同様に、車体BDが上昇した側の前輪(車体BDが下降した側の後輪)に対する駆動トルクを車体BDのロール角RAに応じて駆動トルク変更分ΔTrだけ増加させ、車体BDが上昇した側の後輪(車体BDが下降した側の前輪)に対する駆動トルクを駆動トルク変更分ΔTrだけ減少させることにより、車体BDが上昇した側のサスペンション装置により規定される各瞬間中心に下方向の力(車体BDが下降した側のサスペンション装置により規定される各瞬間中心に上方向の力)を発生させることができる。
ただし、第2および第3変形例においては、上記実施形態および第1変形例とは逆に、車体BDが上昇した側の前輪(車体BDが下降した側の後輪)に対する駆動トルクを車体BDのロール角RAに応じて駆動トルク変更分ΔTrだけ減少させ、車体BDが上昇した側の後輪(車体BDが下降した側の前輪)に対する駆動トルクを駆動トルク変更分ΔTrだけ増加させることにより、車体BDが上昇した側のサスペンション装置により規定される各瞬間中心に下方向の力(車体が下降した側のサスペンション装置により規定される各瞬間中心に上方向の力)を発生させることができる。
本発明の一実施形態に係る姿勢制御装置を有する車両の左側部分を示す概略側面図である。 上記実施形態に係る姿勢制御装置の電気制御装置のブロック図である。 図2のコントローラにより実行されるプログラムのフローチャートである。 横方向加速度に対するロール角の変化特性を示すグラフである。 ロール角に対する駆動トルク変更分の変化特性を示すグラフである。 (A)〜(D)は、車両の右方向へのロール時における姿勢制御を説明するための概略図である。 (A)〜(D)は、車両の左方向へのロール時における姿勢制御を説明するための概略図である。
符号の説明
BD…車体、Sfl,Srl,Sfr,Srr…サスペンション装置、Wfl…左前輪、Wrl…左後輪、Wfr…右前輪、Wrr…右後輪、21,22,23,24…電動モータ、31…横方向加速度センサ、32…コントローラ、33,34,35,36…駆動回路

Claims (1)

  1. サスペンション装置によって車体に懸架された4輪の駆動トルクを個別に制御して車両の走行姿勢を制御可能な車両の姿勢制御装置であって、
    車両のロールを検出するロール検出手段と、
    前記検出された車両のロールに応じて、車体のロールによって車体が上昇した側の前後輪に車両の前後方向に互いに逆方向の力を発生させて、上昇した側の車体に下方向の力を発生させるように前記上昇した側の前後輪の駆動トルクに差をつけ、または車両のロールによって車体が下降した側の前後輪に車両の前後方向に互いに逆方向の力を発生させて、下降した側の車体に上方向の力を発生させるように前記下降した側の前後輪の駆動トルクに差をつけ、車体に対してロールと反対方向に力を作用させる駆動トルク制御手段とを設けたことを特徴とする車両の姿勢制御装置。
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