JP4788470B2 - 車両制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両制御装置に関し、特に、車輪の駆動力を路面に適切に伝達させる車両制御装置に関する。
左右の駆動輪の一方が路面から浮くなどして駆動力を路面に適切に伝達することができなくなると、接地している他方の駆動輪もディファレンシャルによって路面に駆動力を伝達することができなくなり、車輪のスタック状態に陥る。車輪がこのようなスタック状態に陥ると車両は走行不能状態となる。これに対して、走行する路面に多少の凹凸がある場合でも、サスペンションが車両の質量やバネの付勢力などによって伸縮することでスタック状態となることが抑制されている。
しかし、路面の凹凸が非常に大きい極悪路(モーグル)を車両が走行するときは、路面の凹凸深さがサスペンションの伸縮可能長さを超え、サスペンションが伸縮しても車輪から路面に適切に駆動力が伝達されない場合が生じ得る。デフロック機構を設けることによってこのようなスタック状態から車両を脱出させることは可能であるがコストは増加する。このため、たとえば特許文献1では、車体と車軸との間の上下方向相対距離を伸長させる運動と収縮させる運動とを連続的に繰り返し行わせる接地荷重制御装置が提案されている。また、たとえば特許文献2では、車輪の一つがスタック状態に陥っているとき、その車輪と車体との間に配設された流体アクチュエータの流体室内へ流体を供給し、またはその対角線上に位置する車輪と車体との間に配設された流体アクチュエータの流体室内から流体を排出させる自動車のサスペンション装置が提案されている。
特開平10−278531号公報 特開昭62−4620号公報
近年、車高の調整などため、サスペンションの伸縮を制御する技術の開発が進められている。このため、デフロック機構などを設けるコストを低減しつつこのような技術を利用して車輪のスタック状態をより効果的に回復させる技術の開発が求められている。
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、デフロック機構などを設けるコストを低減しつつ車輪のスタック状態を効果的に回復させることにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両制御装置は、路面に適切に接地していない車輪である不接地車輪を検出する不接地車輪検出手段と、車輪の周辺の車両部分に上方向または下方向への慣性力を発生させる慣性力発生手段と、を備える。前記慣性力発生手段は、対角位置に位置する2つの不接地車輪が検出された場合、実質的に同じタイミングで、一方の不接地車輪の周辺の車両部分に下方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺の車両部分に上方向への慣性力を発生させる動作と、実質的に同じタイミングで、一方の不接地車輪の周辺の車両部分に上方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺の車両部分に下方向への慣性力を発生させる動作と、を交互に繰り返す。
この態様によれば、このような動作を繰り返すことによって車両の揺動を徐々に大きくして不接地車輪を路面に適切に接地させることができる。
本発明の別の態様もまた、車両制御装置である。この装置は、路面に適切に接地していない車輪である不接地車輪を検出する不接地車輪検出手段と、車輪の周辺の車両部分に上方向または下方向への慣性力を発生させる慣性力発生手段と、を備える。前記慣性力発生手段は、サスペンションを伸縮させる伸縮アクチュエータと、前記伸縮アクチュエータの作動を制御する伸縮制御部を有する。前記伸縮制御部は、対角に位置する2つの不接地車輪が検出された場合、検出された不接地車輪を支持するサスペンションを収縮または伸長させるよう前記伸縮アクチュエータの作動を制御することによって、実質的に同じタイミングで、一方の不接地車輪の周辺の車両部分に下方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺の車両部分に上方向への慣性力を発生させる。この態様によれば、サスペンションを伸縮させる伸縮アクチュエータを利用して、スタック状態を効果的に回復させることができる。
本発明のさらに別の態様もまた、車両制御装置である。この装置は、路面に適切に接地していない車輪である不接地車輪を検出する不接地車輪検出手段と、車輪の周辺の車両部分に上方向または下方向への慣性力を発生させる慣性力発生手段と、車輪を駆動しても車両が走行しない走行不能状態を検出する走行不能状態検出手段と、各々の車輪の周辺におけるバネ上部材とバネ下部材との距離を検出する車高センサと、を備える。前記不接地車輪検出手段は、走行不能状態が検出された場合、前記検出された距離が所定の値を超える車輪を不接地車輪として検出し、前記慣性力発生手段は、対角に位置する2つの不接地車輪が検出された場合、実質的に同じタイミングで、一方の不接地車輪の周辺の車両部分に下方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺の車両部分に上方向への慣性力を発生させる。4輪駆動車の場合、4輪のうち1つの車輪のみが不接地車輪となった場合でも、双方の前輪または双方の後輪が適切に接地していることから車両は走行可能となる。このため、4輪駆動車が走行不能状態となった場合、対角に位置する2つの車輪が不接地車輪となったと判断することができる。この態様によれば、このような4輪駆動車の特性を利用して簡易に不接地車輪を検出することができる。
本発明のさらに別の態様もまた、車両制御装置である。この装置は、路面に適切に接地していない車輪である不接地車輪を検出する不接地車輪検出手段と、車輪の周辺の車両部分に上方向または下方向への慣性力を発生させる慣性力発生手段と、車輪を駆動しても車両が走行しない走行不能状態を検出する走行不能状態検出手段と、各々の車輪の周辺におけるバネ上部材とバネ下部材との距離を検出する車高センサと、を備える。前記不接地車輪検出手段は、4輪駆動車である車両に設けられ、走行不能状態が検出された場合、対角に位置する2つの車輪であって、他方の対角に位置する2つの車輪よりも前記検出された距離が大きい2つの車輪を不接地車輪として検出し、前記慣性力発生手段は、対角に位置する2つの不接地車輪が検出された場合、実質的に同じタイミングで、一方の不接地車輪の周辺の車両部分に下方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺の車両部分に上方向への慣性力を発生させる。この態様によれば、4輪駆動車だけでなく前輪駆動車若しくは後輪駆動車のような2輪駆動車においても簡易に不接地車輪を検出することができる。
本発明の車両制御装置によれば、デフロック機構などを設けるコストを低減しつつ車輪のスタック状態を効果的に回復させることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態(以下、「実施形態」という。)について詳細に説明する。
図1は、本発明の車両制御装置30の一実施形態を備える車両10の全体構成図である。車両制御装置30は、車輪速センサ16、車高センサ18、電磁サスペンション20、サスペンション制御部22、および電子制御ユニット(以下「ECU」という)24を備える。
車両10は、車体12と、車体12の前後左右に設けられた車輪14とを備える。「右前輪と左前輪」および「右後輪と左後輪」の各々はディファレンシャル(図示せず)を介して車軸(図示せず)によって連結されている。本実施形態に係る車両10は4つの車輪の各々が駆動される4輪駆動車である。本実施形態に係る車両10は、前輪の車軸に介在するフロントデフ、および後輪の車軸に介在するリアデフの双方にデフロック機構は設けられていない。
車輪速センサ16、車高センサ18、電磁サスペンション20、サスペンション制御部22、およびECU24は車体12に搭載される。ECU24は、CPUを含むマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶するROMと、一時的にデータを記憶するRAMと、各種信号の送受信が行われる入出力ポートと、を有する。車輪速センサ16はピックアップコイル型のものが採用されており、車軸に設けられたパルサの外周の凹凸を検出することにより車輪14の各々の回転速度を検出する。なお、ホールIC型の車輪速センサが採用されてもよいことは勿論である。車輪速センサ16はECU24に接続されており、その検出結果はECU24に出力される。
車両10は、車輪14、車軸、およびこれらを支持するロアアーム(図示せず)などの、いわゆるバネ下部材と、ボディー部分(図示せず)などのバネ上部材とによって構成される。電磁サスペンション20は、車輪14の各々に対応して4つ設けられ、バネ下部材とバネ上部材とに両端が固定される。これによって、バネ上部材は電磁サスペンション20を介してバネ下部材に支持される。電磁サスペンション20はバネ上部材の質量によって適度に圧縮されており、路面の状況などに応じて伸縮することにより、車両室内に搭乗している者の乗り心地を向上させ、運転者の操縦安定性を確保する。
電磁サスペンション20は、対応するサスペンション制御部22により制御され、自身が伸縮することによって対応する車輪14の上下動をコントロールする。したがって、電磁サスペンション20は、サスペンションを伸縮させる伸縮アクチュエータとして機能する。
この電磁サスペンション20は、サスペンション制御部22からの指示に応じて車輪14の上下動を適宜コントロールすることが可能な任意の構成とすることができる。例えば、電磁式アブソーバを電磁サスペンション20として用いることが可能であり、そのような電磁式アブソーバの一例として、モータと、モータの回転軸と一体的に設けられたボールネジと、このボールネジに螺合するボールネジナットと、このボールネジナットと一体的に設けられた電磁ロッドと、この電磁ロッドを摺動可能に保持するアウターシェルとを有するものが挙げられる。また、サスペンション制御部22によって電気的に制御可能な油圧式アブソーバやコイルスプリングなどを組み合わせたものも電磁サスペンション20として用いることが可能である。
サスペンション制御部22は、ECU24から送られてくるサスペンション制御指令に基づいて対応する電磁サスペンション20のストロークを制御し、車輪14の上下動を適宜コントロールする。例えば電磁サスペンション20が上述の電磁式アブソーバを含んで構成される場合、サスペンション制御部22は、電磁式アブソーバのモータ回転軸の回転量をECU24からのサスペンション制御指令に応じて調整することにより、対応する車輪14の上下動をコントロールすることができる。
車高センサ18は、車輪14の各々に対応して4つ設けられ、車輪14の各々の周辺におけるバネ上部材としてのボディー部分とバネ下部材としてのロアアームとの距離を検出する。車高センサ18は、ボディー部分に固定された回転センサ(図示せず)と、この回転センサの検出軸に固定された揺動アーム(図示せず)と、一端がこの揺動ロッドに回動可能に連結され、他端がロアアームに連結された連結軸(図示せず)とを有している。車高センサ18は、ボディー部分とロアアームとの距離の変動を、揺動ロッドの回転角度として検出する。車高センサ18はECU24に接続されており、その検出結果はECU24に出力される。
車両が凹凸の深さが大きい極悪路(モーグル)を走行する場合には、対角に位置する2つの車輪14が路面から浮くなど路面と適切に接地していない状態となる可能性がある。この場合、車輪がスタック状態に陥り車両が走行できない状態となる。このため、本実施形態に係る車両制御装置30は、対角に位置する2つの不接地車輪が検出された場合、実質的に同じタイミングで、一方の不接地車輪の周辺の車両部分としてのロアアームやボディ部分などに下方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺の車両部分としてのロアアームやボディ部分などに上方向への慣性力を発生させる。以下、車両制御装置30の動作手順について詳細に説明する。
図2は、本発明の車両制御装置30の一実施形態の動作手順を示すフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、車両10の電源がオンになったとき、たとえばイグニッションスイッチがオンにされたときに開始し、その後、車両10の電源がオンになっている間所定時間毎に繰り返される。
まずECU24は、車輪速センサ16の検出結果を利用して、車両10が走行不能か否かを判定する(S11)。本実施形態に係る車両10は4輪駆動車であることから、対角に位置する2つの車輪14が不接地車輪となった場合にのみ車両10が走行不能状態となる。このように車両10が走行不能状態となった場合、不接地車輪となった2つの車輪14は回転し、接地している残りの2つの車輪14は回転しない状態となる。このため、ECU24は、2つの車輪の回転が検出されるが、他の2つの車輪の回転が検出されない場合に、車両10が走行不可能状態と判定する。このように車輪速センサ16およびECU24は、車両10の走行不能状態を検出する走行不能状態検出手段として機能する。車両10が走行可能と判定された場合(S11のN)、車両10のスタック状態を回復させる必要がないことから本フローチャートにおける処理を終了する。
本実施形態に係る車両10は4輪駆動車であるため、4つの車輪14のうちいずれか一つの車輪14が路面に適切に接地していない場合でも、車両10は走行不可能とはならない。したがって、4輪駆動車が走行不可能な状態となる場合、対角に位置する2つの車輪14が不接地車輪となった場合に限られる。このため、車両10が走行不能状態であると判定された場合(S11のY)、ECU24は、車高センサ18の検出結果を利用して、対角に位置する2つの車輪であって車高が高い2つの車輪14を、車輪14が路面に適切に接していない不接地車輪として検出する(S12)。したがって、車高センサ18およびECU24は、路面に適切に接地していない車輪である不接地車輪を検出する不接地車輪検出手段として機能する。
本実施形態に係る車両10は4輪全てが駆動輪となるため、本実施形態において「車輪が路面と適切に接地していない状態」とは、車輪14を駆動してもその駆動力が車両10を前進させるほど充分に路面に伝達することができない状態をいう。たとえば、車輪14が路面に全く接地していない場合や、例えばぬかるみに車輪14がはまっている場合のように、車輪14が路面に接地はしているがその駆動力を路面に充分に伝達することができない場合が含まれる。
不支持車輪は、路面から浮いた状態など適切に路面に接地していないため、2つの不接地車輪を支持する電磁サスペンション20は、共に自身の付勢力によって通常伸長している。このためECU24は、路面に2つの不接地車輪が検出されると、まず初期動作として一方の不接地車輪に対応する電磁サスペンション20を収縮させるようサスペンション制御部22に指令を与える。サスペンション制御部22は、ECU24から入力された指令に基づいて電磁サスペンション20を収縮させる(S13)。たとえば対角に位置する右前輪および左後輪が不接地車輪として検出された場合、ECU24は、右前輪近傍に搭載された電磁サスペンション20を収縮させるようサスペンション制御部22に指令を与える。サスペンション制御部22は、この指令に基づいて右前輪近傍に搭載された電磁サスペンション20を収縮させる。
次にECU24は、同じタイミングで、一方の不接地車輪に対応する電磁サスペンション20を伸長させ、他方の不接地車輪に対応する電磁サスペンション20を収縮させるよう、各々の電磁サスペンション20に対応するサスペンション制御部22に指令を与える。サスペンション制御部22は、入力された指令に基づいて、同じタイミングで、一方の不接地車輪に対応する電磁サスペンション20を伸長させ、他方の不接地車輪に対応する電磁サスペンション20を収縮させる(S14)。したがって、ECU24およびサスペンション制御部22は、電磁サスペンション20の伸縮を制御する伸縮制御部として機能する。
たとえばECU24は、同じタイミングで、収縮させた右前輪近傍に搭載された電磁サスペンション20を伸長させ、左後輪近傍に搭載された電磁サスペンション20を収縮させるよう、各々の電磁サスペンション20に対応するサスペンション制御部22に指令を与える。サスペンション制御部22は、入力された指令に基づいて、同じタイミングで、右前輪近傍に搭載された電磁サスペンション20を伸長させ、左後輪近傍に搭載された電磁サスペンション20を収縮させる。
このように電磁サスペンション20を伸縮させることによって、電磁サスペンション20近傍に設けられた車輪14が上下方向に移動する。これによって伸縮させた電磁サスペンション20の周辺の車両部分には、上方向または下方向への慣性力が発生する。したがって、電磁サスペンション20、およびこの作動を制御するサスペンション制御部22とECU24は、車輪の周辺の車両部分に上方向または下方向への慣性力を発生させる慣性力発生手段として機能する。このように、対角に位置する2つの不接地車輪の周辺の車両部分に上下方向の慣性力が与えられることによって、車両10は、接地している2つの車輪14の接地点を結ぶ直線を中心に揺動する。ECU24およびサスペンション制御部22は、不接地車輪のいずれかを適切に接地させるために、電磁サスペンション20を伸縮させて車両10を揺動させる。
このとき、本実施形態のように、対角に位置する2つの不接地車輪の各々の周辺の車両部分に上下逆方向の慣性力を発生させることによって、一つの不接地車輪の周辺において上下方向に慣性力を発生させる場合に比べ効果的に慣性力を発生させることができる。この結果、双方の前輪または双方の後輪をより適切に接地させることができ、たとえばデフロック機構などを設けることなく車輪のスタック状態を効果的に回復させることが可能となる。
本実施形態に係る車両10は4輪駆動車であるため、対角に位置する2つの不接地車輪のいずれかが適切に接地することにより、車輪14のスタック状態を回復させることができ、車両10を走行可能状態とすることができる。このためECU24は、電磁サスペンション20が伸縮動作している間に不接地車輪のいずれかが適切に接地したか否かを判定する(S15)。いずれかの不接地車輪が適切に接地すれば車両10は走行可能状態となる。したがって、ECU24は、車輪速センサ16の検出結果から、4つの車輪14のうち3つの車輪14が回転していると判定した場合に、不接地車輪のいずれかが適切に接地したと判定する。不接地車輪のいずれかが適切に接地したと判定された場合(S15のY)、本フローチャートにおける処理を終了する。
不接地車輪のいずれも適切に接地していないと判定された場合(S15のN)、ECU24は、同じタイミングで、伸長させた一方の不接地車輪に対応する電磁サスペンション20を収縮させ、収縮させた他方の不接地車輪に対応する電磁サスペンション20を伸長させるよう、各々の電磁サスペンション20に対応するサスペンション制御部22に指令を与える。サスペンション制御部22は、入力された指令に基づいて、同じタイミングで、一方の不接地車輪に対応する電磁サスペンション20を収縮させ、他方の不接地車輪に対応する電磁サスペンション20を伸長させる(S16)。
たとえばECU24は、同じタイミングで、伸長させた右前輪近傍に搭載された電磁サスペンション20を収縮させ、収縮させた左後輪近傍に搭載された電磁サスペンション20を伸長させるよう、各々の電磁サスペンション20に対応するサスペンション制御部22に指令を与える。サスペンション制御部22は、入力された指令に基づいて、同じタイミングで、右前輪近傍に搭載された電磁サスペンション20を収縮させ、左後輪近傍に搭載された電磁サスペンション20を伸長させる。
ECU24は、S15と同様に、電磁サスペンション20が伸縮動作している間に不接地車輪のいずれかが適切に接地したか否かを判定する(S17)。不接地車輪のいずれかが適切に接地したと判定した場合(S17のY)、本フローチャートにおける処理を終了する。
不接地車輪のいずれもが適切に接地していないと判定された場合(S17のN)、S14の処理に戻る。ECU24およびサスペンション制御部22は、不接地車輪のいずれかが適切に接地するまで、S14乃至S16の動作を繰り返すよう電磁サスペンション20の伸縮を制御する。
すなわち、ECU24およびサスペンション制御部22は、不接地車輪のいずれかが適切に接地するまで、一方の不接地車輪の周辺のボディー部分等に下方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺のボディー部分等に上方向への慣性力を発生させる動作と、一方の不接地車輪の周辺のボディー部分等に上方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺のボディー部分等に下方向への慣性力を発生させる動作と、を交互に繰り返すよう電磁サスペンション20の伸縮を制御する。このような動作を繰り返すことによって、車両10の揺動を徐々に大きくして不接地車輪を適切に接地させることができる。また、一度に大きな慣性力を発生させる必要性を低減することができるため、慣性力を発生させるための機構のコストを低減することができ、またこのような機構の大型化を抑制することができる。
本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。
車両10は2輪駆動車であってもよい。この場合、ECU24は、車輪速センサ16の検出結果を利用して、駆動輪の一方が回転しており他方が回転していない場合に、車両10が走行不可能状態と判定する。また、ECU24は、車高センサ18の検出結果を利用して、ロアアームとボディ部分との距離が所定の値を超える車輪14を不接地車輪として検出する。図2のS15およびS17において、ECU24は、駆動輪のいずれもが適切に接地したか否かを判定する。このときECU24は、車輪速センサ16の検出結果を利用して駆動輪のいずれもが回転しているか否かを判定することにより、駆動輪のいずれもが適切に接地したか否かを判定する。これによって、2輪駆動車において、対角に位置する2つの車輪14が不接地車輪となった場合においても、これら2つの車輪14周辺の車両部分の各々に上下逆方向の慣性力を発生させることにより、効果的に車輪14のスタック状態を回復させることができる。
本発明の車両制御装置の一実施形態を備える車両の全体構成図である。 本発明の車両制御装置の一実施形態の動作手順を示すフローチャートである。
符号の説明
10 車両、 12 車体、 14 車輪、 16 車輪速センサ、 18 車高センサ、 20 電磁サスペンション、 22 サスペンション制御部、 24 ECU、 30 車両制御装置。

Claims (4)

  1. 路面に適切に接地していない車輪である不接地車輪を検出する不接地車輪検出手段と、
    車輪の周辺の車両部分に上方向または下方向への慣性力を発生させる慣性力発生手段と、を備え、
    前記慣性力発生手段は、対角位置に位置する2つの不接地車輪が検出された場合、
    実質的に同じタイミングで、一方の不接地車輪の周辺の車両部分に下方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺の車両部分に上方向への慣性力を発生させる動作と、
    実質的に同じタイミングで、一方の不接地車輪の周辺の車両部分に上方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺の車両部分に下方向への慣性力を発生させる動作と、
    を交互に繰り返すことを特徴とする車両制御装置。
  2. 路面に適切に接地していない車輪である不接地車輪を検出する不接地車輪検出手段と、
    車輪の周辺の車両部分に上方向または下方向への慣性力を発生させる慣性力発生手段と、を備え、
    前記慣性力発生手段は、サスペンションを伸縮させる伸縮アクチュエータと、前記伸縮アクチュエータの作動を制御する伸縮制御部を有し、
    前記伸縮制御部は、対角に位置する2つの不接地車輪が検出された場合、検出された不接地車輪を支持するサスペンションを収縮または伸長させるよう前記伸縮アクチュエータの作動を制御することによって、実質的に同じタイミングで、一方の不接地車輪の周辺の車両部分に下方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺の車両部分に上方向への慣性力を発生させることを特徴とする車両制御装置。
  3. 路面に適切に接地していない車輪である不接地車輪を検出する不接地車輪検出手段と、
    車輪の周辺の車両部分に上方向または下方向への慣性力を発生させる慣性力発生手段と、
    車輪を駆動しても車両が走行しない走行不能状態を検出する走行不能状態検出手段と、
    各々の車輪の周辺におけるバネ上部材とバネ下部材との距離を検出する車高センサと、
    を備え、
    前記不接地車輪検出手段は、4輪駆動車である車両に設けられ、走行不能状態が検出された場合、対角に位置する2つの車輪であって、他方の対角に位置する2つの車輪よりも前記検出された距離が大きい2つの車輪を不接地車輪として検出し、
    前記慣性力発生手段は、対角に位置する2つの不接地車輪が検出された場合、実質的に同じタイミングで、一方の不接地車輪の周辺の車両部分に下方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺の車両部分に上方向への慣性力を発生させることを特徴とする車両制御装置。
  4. 路面に適切に接地していない車輪である不接地車輪を検出する不接地車輪検出手段と、
    車輪の周辺の車両部分に上方向または下方向への慣性力を発生させる慣性力発生手段と、
    車輪を駆動しても車両が走行しない走行不能状態を検出する走行不能状態検出手段と、
    各々の車輪の周辺におけるバネ上部材とバネ下部材との距離を検出する車高センサと、
    を備え、
    前記不接地車輪検出手段は、走行不能状態が検出された場合、前記検出された距離が所定の値を超える車輪を不接地車輪として検出し、
    前記慣性力発生手段は、対角に位置する2つの不接地車輪が検出された場合、実質的に同じタイミングで、一方の不接地車輪の周辺の車両部分に下方向への慣性力を発生させ、他方の不接地車輪の周辺の車両部分に上方向への慣性力を発生させることを特徴とする車両制御装置。
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