JP4964181B2 - 旋回制御装置及び旋回制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、旋回制御装置及び旋回制御方法に関するものである。

従来、車両を走行させる際には、タイヤと路面との間の摩擦によって、タイヤが転がる方向を表すタイヤの向きと逆方向に転がり抵抗が発生する。また、車両を旋回させるために、運転者がステアリングホイールを操作して、タイヤの向きを変えると、タイヤと路面との間の摩擦によって、タイヤの向きに対して垂直の方向に横力が発生する。したがって、車両の旋回時には、前記転がり抵抗と横力との合力がタイヤ力となってタイヤに加わる。

このとき、前記タイヤ力におけるタイヤの進行方向に対して垂直の方向の成分はコーナリングフォースとなり、該コーナリングフォースは、車両を旋回させる際に遠心力に抗して必要になる求心力として機能する。また、前記タイヤ力におけるタイヤの進行方向の成分はコーナリング抵抗となり、該コーナリング抵抗は、車両の走行抵抗として機能する。

ところで、車両を旋回させる際に消費されるエネルギーを小さくするためには、前記コーナリング抵抗を小さくするのが好ましいが、該コーナリング抵抗を小さくするためには、車両を旋回させるときのタイヤの向きとタイヤの進行方向とが成す角度、すなわち、スリップ角を小さくする必要がある。

ところが、スリップ角を小さくすると、コーナリングフォースがその分小さくなり、旋回性が低下して、車両の旋回状態を維持することができなくなってしまう。

そこで、前輪にキャンバ角を付与することによって、キャンバスラストを発生させ、コーナリングフォースを維持したままスリップ角を小さくし、コーナリング抵抗を小さくするようにした車両が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−１５４７３号公報

しかしながら、前記従来の車両においては、キャンバスラストを発生させた分だけスリップ角を小さくする必要があるので、車両の旋回速度を表す値、すなわち、ヨーレートを十分に大きくすることができない。

本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、車両を旋回させる際に消費されるエネルギーを小さくすることができ、ヨーレートを十分に大きくすることができる旋回制御装置及び旋回制御方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の旋回制御装置おいては、車両のボディと、該ボディに対して回転自在に配設された車輪と、前記ボディと前記車輪との間に配設され、該車輪にキャンバ角を付与する車輪駆動部と、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵部材と、該操舵部材の操作量を検出する操作量検出部と、該操作量検出部によって検出された操作量が第１の閾値以上であると判断されると、前記操作量が第１の閾値以上である間、前記車輪のうちの後輪に、操舵方向と反対側にタイヤを傾ける方向のキャンバ角を付与するキャンバ角付与処理手段とを有する。

本発明の他の旋回制御装置においては、さらに、前記操作量が前記第１の閾値より大きい第２の閾値以上であるかどうかを判断する操作量判定処理手段を有する。

そして、前記キャンバ角付与処理手段は、前記操作量が第２の閾値以上である場合、前記車輪のうちの前輪に、操舵方向側にタイヤを傾ける方向のキャンバ角を付与する。

本発明の更に他の旋回制御装置においては、さらに、前記車輪駆動部は、前記操舵部材の操作量に基づいて車輪に舵角を付与する。

本発明の旋回制御方法においては、車両のボディ、該ボディに対して回転自在に配設された車輪、前記ボディと前記車輪との間に配設され、該車輪にキャンバ角を付与する車輪駆動部、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵部材、及び該操舵部材の操作量を検出する操作量検出部を備えた車両に適用される。

そして、該操作量検出部によって検出された操作量が第１の閾値以上であると判断されると、前記操作量が第１の閾値以上である間、前記車輪のうちの後輪に、操舵方向と反対側にタイヤを傾ける方向のキャンバ角を付与する。

本発明によれば、旋回制御装置においては、車両のボディと、該ボディに対して回転自在に配設された車輪と、前記ボディと前記車輪との間に配設され、該車輪にキャンバ角を付与する車輪駆動部と、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵部材と、該操舵部材の操作量を検出する操作量検出部と、該操作量検出部によって検出された操作量が第１の閾値以上であると判断されると、前記操作量が第１の閾値以上である間、前記車輪のうちの後輪に、操舵方向と反対側にタイヤを傾ける方向のキャンバ角を付与するキャンバ角付与処理手段とを有する。

この場合、前記操作量検出部によって検出された操作量が第１の閾値以上であると判断されると、前記操作量が第１の閾値以上である間、前記車輪のうちの後輪に、操舵方向と反対側にタイヤを傾ける方向のキャンバ角が付与されるので、車輪に発生させられるキャンバスラストによって車両にヨーレートが与えられる。したがって、車輪の操舵だけによる旋回と比較してコーナリング抵抗が少なくなるので、消費されるエネルギーを小さくすることができ、車両の走行性を向上させることができる。また、操舵方向と反対側に向けてキャンバスラストが発生させられるので、ヨーレートを十分に大きくすることができる。

本発明の他の旋回制御装置においては、さらに、前記操作量が前記第１の閾値より大きい第２の閾値以上であるかどうかを判断する操作量判定処理手段を有する。

そして、前記キャンバ角付与処理手段は、前記操作量が第２の閾値以上である場合、前記車輪のうちの前輪に、操舵方向側にタイヤを傾ける方向のキャンバ角を付与する。

この場合、前記操作量が第２の閾値以上である場合に、後輪に、操舵方向と反対側にタイヤを傾ける方向のキャンバ角が、前輪に、操舵方向側にタイヤを傾ける方向のキャンバ角が付与されるので、車輪にキャンバスラストを発生させることができ、ヨーレートを確実に大きくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図２は本発明の実施の形態における車両の概念図、図３は本発明の実施の形態における車輪駆動部ユニットの平面図、図４は本発明の実施の形態におけるアクチュエータの動作を説明する図である。

図において、１１は車両の本体を表すボディ、ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢは、ボディ１１に対して回転自在に配設された前方左側、前方右側、後方左側及び後方右側の車輪であり、互いに独立させて回転させることができるようになっている。そして、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦによって前輪が、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢによって後輪が構成される。

また、１３は操舵装置としてのステアリングホイール、１４は加速操作部材としてのアクセルペダル、１５は減速操作部材としてのブレーキペダルであり、運転者がステアリングホイール１３を操作して回転させると、該ステアリングホイール１３の回転に応じて車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに舵角が付与されるので、車両を旋回させることができる。また、運転者がアクセルペダル１４を踏み込むと、該アクセルペダル１４の踏込量に応じて車両を加速させることができ、運転者がブレーキペダル１５を踏み込むと、ブレーキペダル１５の踏込量に応じて車両を制動することができる。なお、前記舵角は、ステアリングホイール１３の回転に応じて車輪ＷＬＦ、ＷＲＦの向きが変化させられたときに、車両の前後方向と車輪ＷＬＦ、ＷＲＦの向きとが成す角度である。

そして、１６は車両の全体の制御を行う制御部、３１〜３４は、ボディ１１と各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢとの間にそれぞれ配設され、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢを独立させて回転させ、かつ、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢに舵角を独立させて形成し、キャンバ角を独立させて付与する車輪駆動部、３８は、舵角を形成し、キャンバ角を付与するために油圧を発生させる油圧制御部である。

なお、前記ステアリングホイール１３、制御部１６、車輪駆動部３１〜３４、旋回制御装置３８等によって旋回制御装置が、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢ及び各車輪駆動部３１〜３４によって、前方左側、前方右側、後方左側及び後方右側の車輪駆動部ユニット４１〜４４が構成される。また、前記各車輪駆動部３１〜３４は各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢに対応させて配設されるようになっているが、ボディ１１における所定の１箇所に配設することもできる。

次に、前記各車輪駆動部ユニット４１〜４４の構造について説明する。この場合、各車輪駆動部ユニット４１〜４４の構造は互いに等しいので、車輪駆動部ユニット４１についてだけ説明する。

図３において、４１は車輪駆動部ユニットであり、該車輪駆動部ユニット４１は車輪ＷＬＦ及び車輪駆動部３１を備え、前記車輪ＷＬＦは、アルミニウム合金等によって形成されたホイール１８、及び該ホイール１８の外周に嵌（かん）合させて配設されたタイヤ１９を備え、前記車輪駆動部３１は、円形の形状を有する車輪駆動板としてのキャンバプレート４５、該キャンバプレート４５に取り付けられ、ホイール１８内に収容された走行用の駆動部としてのモータ（ホイールモータ）４６、前記キャンバプレート４５を揺動させる揺動用の駆動部としてのアクチュエータ４７、前記キャンバプレート４５とアクチュエータ４７とを連結する連結部材としてのジョイント部（ユニバーサルジョイント）５１等を備える。

前記モータ４６は、前記キャンバプレート４５に固定されたステータ４８、該ステータ４８内に配設され、回転自在に配設された図示されないロータ、該ロータに取り付けられ、先端にホイール１８が固定された出力軸４９等を備える。そして、前記アクセルペダル１４が踏み込まれると、アクセルペダル１４の踏込量に比例してモータ４６が駆動され、回転速度が増減させられる。

また、前記アクチュエータ４７は、第１〜第３の駆動部材としての油圧シリンダ５３〜５５を備え、該各油圧シリンダ５３〜５５は、前記ボディ１１に固定されたシリンダ部６１〜６３、及び該各シリンダ部６１〜６３に対して進退自在に配設されたロッド部６４〜６６を備え、該各ロッド部６４〜６６はジョイント部５１を介してキャンバプレート４５と連結される。

ところで、前記キャンバプレート４５の中心Ｏを通り、車両の前後方向（長さ方向）に延びる軸をｘａ軸とし、車両の左右方向（幅方向）に延びる軸をｙａ軸とし、車両の上下方向（高さ方向）に延びる軸をｚａ軸としたとき、前記油圧シリンダ５３〜５５を駆動し、各ロッド部６４〜６６を矢印Ａ、Ｂ方向に進退させることによって、キャンバプレート４５を、ｘａ軸を中心にして矢印Ｃ、Ｄ方向に回動させたり、ｚａ軸を中心にして矢印Ｅ、Ｆ方向に回動させたりすることができる。そのために、前記キャンバプレート４５におけるｚａ軸上の上端の近傍の所定の位置を第１の位置ｓｔ１とし、該第１の位置ｓｔ１より車両の前後方向における後側の所定の位置を第２の位置ｓｔ２とし、前記第１の位置ｓｔ１より車両の前後方向における前側の所定の位置を第３の位置ｓｔ３としたとき、第１〜第３の位置ｓｔ１〜ｓｔ３に各ジョイント部５１が配設され、該各ジョイント部５１を介してキャンバプレート４５と各ロッド部６４〜６６とが全方向に回動自在に連結される。なお、本実施の形態において、前記第１〜第３の位置ｓｔ１〜ｓｔ３は、前記キャンバプレート４５の円周方向において等ピッチ角で、１２０〔°〕の間隔を置いて設定される。

そして、前記油圧制御部３８によって油圧を発生させ、前記各シリンダ部６１〜６３に対して選択的に給排することによって、車輪ＷＬＦに舵角及びキャンバ角を付与することができる。すなわち、図３に示されるように、車輪ＷＬＦが図示されない路面に対して垂直に、かつ、ボディ１１に対して平行に置かれる状態を中立状態としたとき、該中立状態において、ロッド部６４を所定の量だけ矢印Ａ方向に移動（後退）させ、ロッド部６５、６６を同じ量だけ矢印Ｂ方向に移動（前進）させると、車輪ＷＬＦは矢印Ｃ方向に回動させられ、車輪ＷＬＦに負の値のキャンバ角（ネガティブキャンバ）が付与される。また、前記中立状態において、ロッド部６４を所定の量だけ矢印Ｂ方向に移動させ、ロッド部６５、６６を同じ量だけ矢印Ａ方向に移動させると、車輪ＷＬＦは矢印Ｄ方向に回動させられ、車輪ＷＬＦに正の値のキャンバ角（ポジティブキャンバ）が付与される。

さらに、前記中立状態において、ロッド部６５を所定の量だけ矢印Ａ方向に移動させ、ロッド部６６を同じ量だけ矢印Ｂ方向に移動させると、車輪ＷＬＦは矢印Ｅ方向に回動させられ、車輪ＷＬＦに正の値の舵角（トウアウト）が付与される。また、前記中立状態において、ロッド部６４を所定の量だけ矢印Ｂ方向に移動させ、ロッド部６６を同じ量だけ矢印Ａ方向に移動させると、車輪ＷＬＦは矢印Ｆ方向に回動させられ、車輪ＷＬＦに負の値の舵角（トウイン）が付与される。

なお、本実施の形態においては、走行用の駆動部としてモータ４６が配設されるようになっているが、該モータ４６に代えてエンジンを使用することができる。その場合、エンジンによって発生させられた回転を、プロペラシャフト、ディファレンシャル装置、ドライブシャフト等の回転伝達系を介して駆動輪として機能する車輪に伝達することができる。

次に、前記構成の車両の制御装置について説明する。

図１は本発明の実施の形態における車両の制御ブロック図である。

図において、１６は制御部、ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢは車輪、２０は、運転者がステアリングホイール１３を操作したときの操舵方向における操作量を検出する操作量検出部としての操作量センサ、ｓ１は各シリンダ部６１（図３）に対して油圧の給排を行う制御弁、ｓ２は各シリンダ部６２に対して油圧の給排を行う制御弁、ｓ３は各シリンダ部６３に対して油圧の給排を行う制御弁、ε１は各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに付与された舵角を検出する舵角検出部としての舵角センサ、ε２は各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢのキャンバ角を検出するキャンバ角検出部としてのキャンバ角センサである。

本実施の形態においては、運転者がステアリングホイール１３を操作したときの操作量に基づいてアクチュエータ４７が駆動され、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに舵角が付与されるようになっているが、ステアリングホイール１３を操作することによって直接各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦを揺動させて舵角を付与することができる。なお、前記舵角センサε１によって舵角を検出することができるほかに、制御部１６の図示されない舵角検出処理手段が舵角検出部として機能し、舵角を検出することができる。この場合、前記舵角検出処理手段は、舵角検出処理を行い、操作量を読み込み、図示されない記憶装置に配設された舵角マップを参照し、ステアリングホイール１３の操作量に基づいて各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに付与された舵角を検出することができる。なお、本実施の形態において、ステアリングホイール１３の操作量と各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに付与された舵角とは必ずしも一致しない。

前記制御部１６は、ステアリングホイール１３の操作量が操作量センサ２０によって検出されると、アクチュエータ４７を駆動し、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに前記操作量に応じた舵角を付与する。付与された舵角は舵角センサε１によって検出され、制御部１６に送られ、フィードバック制御が行われる。また、制御部１６は、後述されるように、アクチュエータ４７を駆動し、検出された舵角に応じたキャンバ角を各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢに付与する。付与されたキャンバ角は、キャンバ角センサε２によって検出され、制御部１６に送られ、フィードバック制御が行われる。

次に、車両を旋回させるに当たり、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢにキャンバ角を付与したときの旋回特性について説明する。

図５は本発明の実施の形態におけるキャンバスラストの発生のメカニズムを説明する図、図６は本発明の実施の形態における車輪にキャンバ角を付与したときのコーナリング抵抗を説明する第１の図、図７は本発明の実施の形態における車輪にキャンバ角を付与したときのコーナリング抵抗を説明する第２の図、図８は本発明の実施の形態における車輪にキャンバ角を付与したときのコーナリング抵抗を説明する第３の図である。この場合、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢのうちの車輪ＷＬＦについて説明する。

図５において、Ｔｒは車輪ＷＬＦのタイヤ１９の図示されないトレッドの中心、ＧＮＤは路面、θはキャンバ角である。

車輪ＷＬＦにキャンバ角θを付与すると、図５に示されるように、車輪ＷＬＦにスリップ角が付与されていなくても、トレッドの中心Ｔｒを上方から見ると、矢印Ｈで示されるような楕（だ）円の軌跡を描く。この場合、仮に、キャンバ角θが付与された車輪ＷＬＦを、路面ＧＮＤに沿って自由に移動させると、接地面の中心も、同様に矢印Ｈで示されるような楕円の軌跡を描くが、実際には、接地面の中心は、矢印Ｋで示されるような直線の軌跡を描く。したがって、トレッドの中心Ｔｒの描く楕円と接地面の中心が描く直線とによってタイヤ１９に剪（せん）断変形が生じ、該剪断変形に応じた横力が、キャンバスラストとして発生する。

次に、車両を旋回させるときのコーナリング抵抗について説明する。

図６において、Ｍは車両を旋回させるときのタイヤ１９の進行方向、Ｎはタイヤ１９の進行方向Ｍに対して垂直の方向、Ｒはタイヤ１９が転がる方向を表すタイヤ１９の向き、Ｓはタイヤ１９の向きＲに対して垂直の方向、β１はスリップ角である。前記車両を直進走行させているときにステアリングホイール１３を操作して、車輪ＷＬＦに所定の舵角を付与すると、舵角に応じてタイヤ１９の向きＲが変化する。このとき、タイヤ１９は路面ＧＮＤ上を滑り、進行方向Ｍに向けて移動する。前記スリップ角β１は、このときのタイヤ１９の向きＲと進行方向Ｍとが成す角度である。

ところで、車両を走行させる際には、タイヤ１９と路面ＧＮＤとの間の摩擦によって、タイヤの向きＲと逆方向に転がり抵抗Ｆｒが発生する。また、車両を旋回させるために、運転者がステアリングホイール１３（図２）を操作して、タイヤ１９の向きＲを変えると、タイヤ１９と路面ＧＮＤとの間の摩擦によって、タイヤ１９の向きＲに対して垂直の方向Ｓに横力Ｆｓが発生する。したがって、車両の旋回時に、前記転がり抵抗Ｆｒと横力Ｆｓとの合力がタイヤ力Ｆｔとなってタイヤ１９に加わる。

このとき、前記タイヤ力Ｆｔにおけるタイヤ１９の進行方向Ｍに対して垂直の方向Ｎの成分はコーナリングフォースＦｎとなり、該コーナリングフォースＦｎは車両を旋回させる際に遠心力に抗して必要になる求心力として機能する。また、前記タイヤ力Ｆｔにおけるタイヤ１９の進行方向Ｍの成分はコーナリング抵抗Ｆｍとなり、該コーナリング抵抗Ｆｍは、車両の走行抵抗として機能する。

ところで、車両を旋回させる際に消費されるエネルギーを小さくするためには、前記コーナリング抵抗Ｆｍを小さくするのが好ましいが、該コーナリング抵抗Ｆｍを小さくするためには、スリップ角β１を小さくする必要がある。

ところが、スリップ角β１を小さくすると、コーナリングフォースＦｎがその分小さくなり、旋回性が低下して車両の旋回状態を維持することができなくなってしまう。

その場合、車輪ＷＬＦにキャンバ角θを付与すると、タイヤ１９にキャンバスラストが発生させられ、前記横力Ｆｓがその分大きくなるので、コーナリングフォースＦｎを維持したままスリップ角β１を小さくし、コーナリング抵抗Ｆｍを小さくすることができる。

すなわち、図７に示されるように、車両の旋回時に、車輪ＷＬＦに正の値のキャンバ角θを、操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向に付与すると、スリップ角β１を維持した状態で、転がり抵抗Ｆｒは変化しないが、キャンバ角θを付与した分だけ横力Ｆｓが大きくなる。したがって、タイヤ力Ｆｔが大きくなり、コーナリングフォースＦｎ及びコーナリング抵抗Ｆｍも、その分大きくなる。

そこで、図８に示されるように、図６における車輪ＷＬＦにキャンバ角θを付与しない状態と同じ大きさのコーナリングフォースＦｎを発生させた状態で、スリップ角を小さくし、β２とすることができる。その結果、コーナリング抵抗Ｆｍを小さくすることができる。このように、車両の旋回時に、車輪ＷＬＦにキャンバ角θを、操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向に付与することによって、スリップ角をβ１からβ２に小さくすることができるので、車両の旋回性を向上させることができ、消費されるエネルギーを小さくすることができる。

次に、車両の旋回時に、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢに操舵角及びキャンバ角θを選択的に付与したときの旋回性について評価する。

この場合、車両を左右方向の一方、本実施の形態においては、左方向に旋回させるに当たり、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに舵角を付与し、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢにキャンバ角θを付与しないパターンを標準パターンとし、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに舵角を付与し、各車輪ＷＬＦ、ＷＬＢに正の値のキャンバ角θ（操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θ）を、各車輪ＷＲＦ、ＷＲＢに負の値のキャンバ角θ（操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θ）を付与するパターンをパターンI とし、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに舵角を付与し、車輪ＷＬＦに正の値のキャンバ角θ（操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θ）を、車輪ＷＲＦに負の値のキャンバ角θ（操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θ）を付与するパターンをパターンIIとし、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに舵角を付与し、車輪ＷＬＦに正の値のキャンバ角θ（操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θ）を、車輪ＷＲＢに正の値のキャンバ角θ（操舵方向と反対側に側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θ）を、車輪ＷＲＦに負の値のキャンバ角θ（操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θ）を、車輪ＷＬＢに負の値のキャンバ角θ（操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θ）を付与するパターンをパターンIII とし、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに舵角を付与し、車輪ＷＬＢに負の値のキャンバ角θ（操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θ）を、車輪ＷＲＢに正の値のキャンバ角θ（操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θ）を付与するパターンをパターンIVとする。

この場合、４輪モデルを構築し、各パターンについてステップ応答解析による解析を行い、解析によって取得されたヨーレートの最大値を比較することにより旋回性を評価した。そして、解析を行うに当たり、必要となるタイヤ力Ｆｔ（図６）として、タイヤ１９を図示されない路面・タイヤ走行模擬試験装置に搭載し、実際に発生するタイヤ力Ｆｔを測定した値を使用した。

図９は本発明の実施の形態における４輪モデルを示す図、図１０は本発明の実施の形態における前後方向のタイヤ力マップを示す図、図１１は本発明の実施の形態における左右方向のタイヤ力マップを示す図である。なお、図１０において、横軸にスリップ角βを、縦軸にキャンバ角θを、高さ軸に前後力係数ηｘを、図１１において、横軸にスリップ角βを、縦軸にキャンバ角θを、高さ軸に左右力係数ηｙを採ってある。

本実施の形態においては、模型車両を模擬した６自由度の４輪モデルを構築した。該４輪モデルにおいては、図９に示されるように、車両１０が一つの剛体として表され、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢ（図９においては、車輪ＷＬＦ、ＷＬＢだけが示されている。）のタイヤ１９の位置にタイヤ力Ｆｔ（図６）が入力される。座標系は、車両１０の重心に固定した座標を基準とし、車両１０の前後方向にｘ軸が、車両１０の左右方向にｙ軸が、車両１０の高さ方向にｚ軸が設定され、ｘ軸を中心にロール方向が、ｙ軸を中心にピッチ方向が、ｚ軸を中心にヨー方向が採られる。また、慣性モーメントについては、二本吊り法によって測定した。

前記４輪モデルを定式化するために、以下の運動方程式を使用する。該運動方程式において、ｍは車両１０の重量、Ｉ_x はロール方向における車両１０のイナーシャ、Ｉ_y はピッチ方向における車両１０のイナーシャ、Ｉ_z はヨー方向における車両１０のイナーシャ、ｕは車両１０の長さ方向の速度、ｖは車両１０の幅方向の速度、ｗは車両１０の高さ方向の速度、ｐはロール角速度、ｑはピッチ角速度、ｒはヨーレートを表すヨー角速度、Ｌ_f は前輪重心間距離、Ｌ_r は後輪重心間距離、ｂ_f はフロントトラック、ｂ_r はリヤトラック、ｈ_f はフロントロールセンタ高さ、ｈ_r はリヤロールセンタ高さ、ｈ_RCはロールセンタ高さ、ｇは重力加速度、Ｆ_x1〜Ｆ_x4は各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢに発生する前後力、Ｆ_y1〜Ｆ_y4は各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢに発生する左右力、Ｆ_z1〜Ｆ_z4は各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢに発生する垂直力である。

この場合、車両１０の前後方向に関する並進の運動方程式は、
ｍ（ｄｕ／ｄｔ−ｖ・ｒ）＝Ｆ_x1＋Ｆ_x2＋Ｆ_x3＋Ｆ_x4 ……（１）
で表され、車両１０の左右方向の運動方程式は、
ｍ（ｄｖ／ｄｔ−ｕ・ｒ）＝Ｆ_y1＋Ｆ_y2＋Ｆ_y3＋Ｆ_y4 ……（２）
で表され、車両１０の垂直方向の運動方程式は、
ｍ・ｄｕ／ｄｔ＋ｍ・ｇ＝Ｆ_z1＋Ｆ_z2＋Ｆ_z3＋Ｆ_z4 ……（３）
で表され、車両１０のロール方向の運動方程式は、
Ｉ_x ・ｄｐ／ｄｔ＝（Ｆ_y1＋Ｆ_y2）ｈ_f ＋（Ｆ_y3＋Ｆ_y4）ｈ_r
＋（Ｆ_z1−Ｆ_z2）ｂ_f ／２＋（Ｆ_z3−Ｆ_z4）ｂ_r ／２
……（４）
で表され、車両１０ピッチ方向の運動方程式は、
Ｉ_y ・ｄｑ／ｄｔ＝−（Ｆ_z1＋Ｆ_z2）Ｌ_f ＋（Ｆ_z3＋Ｆ_z4）Ｌ_r
−（Ｆ_x1＋Ｆ_x2＋Ｆ_x3＋Ｆ_x4）ｈ_RC ……（５）
で表され、車両１０のヨー方向の運動方程式は、
Ｉ_z ・ｄｒ／ｄｔ＝（Ｆ_y1＋Ｆ_y2）Ｌ_f −（Ｆ_y3＋Ｆ_y4）Ｌ_r
＋（Ｆ_x2−Ｆ_x1）ｂ_f ／２＋（Ｆ_x4−Ｆ_x3）ｂ_r ／２
……（６）
で表される。

したがって、車両から見た座標系での運動方程式は、
ｍ（ｄｕ／ｄｔ−ｖ・ｒ）＝ΣＦ_x
ｍ（ｄｖ／ｄｔ−ｕ・ｒ）＝ΣＦ_y
ｍ・ｄｕ／ｄｔ＋ｍ・ｇ＝ΣＦ_z
Ｉ_x ・ｄｐ／ｄｔ＝（Ｆ_y2＋Ｆ_y1）ｈ_f ＋（Ｆ_y4＋Ｆ_y3）ｈ_r
＋（Ｆ_z1−Ｆ_z2）ｂ_f ／２＋（Ｆ_z3−Ｆ_z4）ｂ_r ／２
Ｉ_y ・ｄｑ／ｄｔ＝−（Ｆ_z2＋Ｆ_z1）Ｌ_f ＋（Ｆ_z4＋Ｆ_z3）Ｌ_r
−（Ｆ_x1＋Ｆ_x2＋Ｆ_x3＋Ｆ_x4）ｈ_RC
Ｉ_z ・ｄｒ／ｄｔ＝（Ｆ_y2＋Ｆ_y1）Ｌ_f −（Ｆ_y4＋Ｆ_y3）Ｌ_r
＋（Ｆ_x2−Ｆ_x1）ｂ_f ／２＋（Ｆ_x4−Ｆ_x3）ｂ_r ／２
……（７）
となる。

一方、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢについて前後方向のタイヤ力マップ及び左右方向のタイヤ力マップを作成するために、タイヤ１９を前記路面・タイヤ走行模擬試験装置に搭載し、スリップ角β及びキャンバ角θを変化させて、実際に発生するタイヤ力Ｆｔを、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢに発生する前後力Ｆ_x1〜Ｆ_x4、左右力Ｆ_y1〜Ｆ_y4及び垂直力Ｆ_z1〜Ｆ_z4として測定した。そして、各車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢについて、前後力Ｆ_x1〜Ｆ_x4をそれぞれ垂直力Ｆ_z1〜Ｆ_z4で除算して前後力係数ηｘを算出し、左右力Ｆ_y1〜Ｆ_y4をそれぞれ垂直力Ｆ_z1〜Ｆ_z4で除算して左右力係数ηｙを算出し、前後方向のタイヤ力マップ及び左右方向のタイヤ力マップにおいてプロットした。

続いて、前記各パターンについて、舵角及びキャンバ角θを設定し、前記各タイヤ力マップを利用し、前記各運動方程式を解くことによって各パターンについてヨー角速度ｒを算出した。

そのために、本実施の形態においては、車速Ｖを２．５〔ｍ／ｓ〕とし、舵角を１８〔°〕とし、キャンバ角θを１０〔°〕とし、車両１０の重量ｍを所定の値に設定し、重量ｍに対応させて垂直力Ｆ_z1〜Ｆ_z4を算出した。また、スリップ角βを、舵角、車速Ｖ等に基づいて算出した。

続いて、前記前後方向のタイヤ力マップ及び左右方向のタイヤ力マップを参照して、スリップ角β及びキャンバ角θに対応する前後力係数ηｘ及び左右力係数ηｙを読み出し、前後力係数ηｘに車両１０の重量ｍに基づいて算出された垂直力Ｆ_z1〜Ｆ_z4を乗算して前後力Ｆ_x1〜Ｆ_x4を算出し、左右力係数ηｙに垂直力Ｆ_z1〜Ｆ_z4を乗算して左右力Ｆ_y1〜Ｆ_y4を算出した。

このようにして算出された前後力Ｆ_x1〜Ｆ_x4及び左右力Ｆ_y1〜Ｆ_y4を前記各運動方程式に代入して、運動方程式を解き、各パターンにおけるヨー角速度ｒの最大値、すなわち、最大ヨーレートｒｍａｘを算出した。

その結果、パターンIII 、IVにおける最大ヨーレートｒｍａｘが、標準パターン及びパターンI 、IIにおける最大ヨーレートｒｍａｘより大きいことが分かった。

パターンI においては、車輪ＷＬＦに正の値のキャンバ角θが、車輪ＷＲＦに負の値のキャンバ角θが、操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向に付与されるので、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに操舵方向側に向けてキャンバスラストが発生するが、車輪ＷＬＢにも正の値のキャンバ角θが、車輪ＷＲＢにも負の値のキャンバ角θが付与されるので、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢにも操舵方向側に向けてキャンバスラストが発生してしまう。したがって、車両１０は旋回方向に平行移動することになるので、最大ヨーレートｒｍａｘを大きくすることができない。

また、パターンIIにおいては、車輪ＷＬＦに正の値のキャンバ角θが、車輪ＷＲＦに負の値のキャンバ角θが、操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向に付与されるので、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに旋回方向と同方向に向けてキャンバスラストが発生するが、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢにはキャンバ角θが付与されないので、キャンバスラストが発生しない。そこで、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢにキャンバスラストが発生しない分、舵角を大きくする必要があるが、舵角を大きくすると、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦにおいてタイヤ１９の路面ＧＮＤに対するグリップ力が限界値に近くなるので、横力Ｆｓを大きくすることができない。したがって、最大ヨーレートｒｍａｘを大きくすることができない。

これに対して、パターンIII においては、車輪ＷＬＦに正の値のキャンバ角θが、車輪ＷＲＦに負の値のキャンバ角θが、操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向に付与されるので、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに操舵方向側に向けてキャンバスラストが発生するとともに、車輪ＷＬＢに負の値のキャンバ角θが、車輪ＷＲＢに正の値のキャンバ角θが、操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向に付与され、これに伴い、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに操舵方向と反対側に向けてキャンバスラストが発生する。この場合、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢにおいてタイヤ１９の路面ＧＮＤに対するグリップ力を大きくすることができるので、標準パターンと比較して、最大ヨーレートｒｍａｘを大きくすることができる。

また、パターンIVにおいては、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦにキャンバ角θは付与されず、キャンバスラストは発生しないが、舵角による横力Ｆｓが発生する。また、車輪ＷＬＢに負の値のキャンバ角θが、車輪ＷＲＢに正の値のキャンバ角θが、操舵方向と反対側に向けてタイヤ１９を傾ける方向に付与されるので、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに旋回方向と逆方向に向けてキャンバスラストが発生する。この場合も、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢにおいてタイヤ１９の路面ＧＮＤに対するグリップ力を大きくすることができるので、標準パターンと比較して、最大ヨーレートｒｍａｘを大きくすることができる。

そこで、本実施の形態において、制御部１６の図示されない旋回制御処理手段は、旋回制御処理を行い、車両の旋回時に、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに、操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向にキャンバ角θを付与する。

図１２は本発明の実施の形態における旋回制御処理手段の動作を示すフローチャート、図１３は本発明の実施の形態における車輪の状態を示す第１の図、図１４は本発明の実施の形態における車輪の状態を示す第２の図である。

まず、前記旋回制御処理手段の舵角取得処理手段は、舵角取得処理を行い、舵角センサε１（図１）によって検出された舵角を読み込む。続いて、前記旋回制御処理手段の操舵判定処理手段は、操舵判定処理を行い、舵角が旋回判断用の閾値としての第１の閾値（遊び舵角）以上であるかどうかを判断する。舵角が第１の閾値以上である場合、前記旋回判定処理手段は、運転者によってステアリングホイール１３が操作されていると判断する。

運転者によってステアリングホイール１３が操作されている場合、前記旋回制御処理手段の舵角判定処理手段は、舵角判定処理を行い、舵角が第１の閾値より大きく設定された、旋回用の閾値としての第２の閾値以上であるかどうかを判断する。

舵角が前記第１の閾値以上であり、かつ、第２の閾値より小さい場合、前記旋回制御処理手段のキャンバ角付与処理手段は、キャンバ角付与処理を行い、アクチュエータ４７（図３）を駆動し、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢ（後輪）に、操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θを付与する。このとき、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ（前輪）にスリップ角β及びキャンバ角θのいずれも付与されない。

この場合、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦにスリップ角を付与することなく、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに発生するキャンバスラストによって車両を旋回させることができるので、コーナリング抵抗を小さくすることができる。したがって、車両の旋回時に消費されるエネルギーを小さくすることができる。

一方、舵角が第２の閾値以上である場合、前記旋回判定処理手段は、運転者が車両を大きく旋回させようとしていると判断する。運転者が車両を大きく旋回させようとしている場合、前記舵角判定処理手段は、舵角が第２の閾値より大きく設定された、旋回アシスト用の閾値としての第３の閾値以上であるかどうかを判断する。

舵角が第２の閾値以上であり、かつ、第３の閾値より小さい場合、前記キャンバ角付与処理手段は、アクチュエータ４７を駆動し、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに、操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θを付与し、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θを付与する。このとき、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦにスリップ角βは付与されない。

この場合、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦにスリップ角を付与することなく、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢに発生するキャンバスラストによって車両を旋回させることができるので、コーナリング抵抗を小さくすることができる。したがって、車両の旋回時に消費されるエネルギーを小さくすることができる。また、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに発生するキャンバスラストだけでなく、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに発生するキャンバスラストによって車両を旋回させることができるので、車両の旋回性を向上させることができる。

一方、舵角が第３の閾値以上である場合、前記旋回判定処理手段は、運転者が車両を更に大きく旋回させようとしていると判断する。運転者が車両を更に大きく旋回させようとしている場合、図１３に示されるように、前記キャンバ角付与処理手段は、アクチュエータ４７を駆動し、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに、操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θを付与し、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θを付与する。また、前記旋回制御処理手段のスリップ角付与処理手段は、スリップ角付与処理を行い、アクチュエータ４７を駆動し、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに操舵方向側にスリップ角βを付与する。

この場合、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢに発生するキャンバスラストによって車両を旋回させることができるので、車両の旋回性を向上させることができる。

なお、図１４に示されるように、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに、操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θを付与し、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに操舵方向側にスリップ角βを付与し、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに、操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θを付与しないようにすると、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに発生する横力、及び車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに発生するキャンバスラストによって車両を旋回させることができるので、車両の旋回性を更に向上させることができる。

このように、本実施の形態においては、舵角が第３の閾値以上である場合に、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに操舵方向側にスリップ角βが付与され、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢのうちの少なくとも車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに、操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θが付与されるので、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに発生するキャンバスラストによって車両を旋回させることができる。したがって、車両の旋回性を向上させることができ、ヨーレートｒを大きくすることができる。

次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ 舵角を読み込む。
ステップＳ２ 舵角が第１の閾値以上であるかどうかを判断する。舵角が第１の閾値以上である場合はステップＳ３に、舵角が第１の閾値より小さい場合はリターンする。
ステップＳ３ 舵角が第２の閾値以上であるかどうかを判断する。舵角が第２の閾値以上である場合はステップＳ４に、舵角が第２の閾値より小さい場合はステップＳ５に進む。
ステップＳ４ 舵角が第３の閾値以上であるかどうかを判断する。舵角が第３の閾値以上である場合はステップＳ６に、舵角が第３の閾値より小さい場合はステップＳ７に進む。
ステップＳ５ 車輪ＷＬＢ、ＷＲＢ（後輪）に操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向に（逆方向の）キャンバ角θを付与し、リターンする。
ステップＳ６ 車輪ＷＬＢ、ＷＲＢ（後輪）に操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向に（逆方向の）キャンバ角θを付与する。
ステップＳ７ 車輪ＷＬＢ、ＷＲＢ（後輪）に操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向に（逆方向の）キャンバ角θを付与する。
ステップＳ８ 車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ（前輪）に操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向に（正方向の）キャンバ角θを付与する。
ステップＳ９ 車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ（前輪）に操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向に（正方向の）キャンバ角θを付与し、リターンする。
ステップＳ１０ 車輪ＷＬＦ、ＷＲＦ（前輪）に操舵方向の（正方向の）スリップ角を付与し、リターンする。

本実施の形態においては、舵角が第２の閾値以上であり、かつ、第３の閾値より小さい場合に、ステップＳ７で、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに、操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θが付与され、ステップＳ８で、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに、操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θが付与されるようになっているが、実際は、各キャンバ角θは同時に付与される。また、舵角が第３の閾値以上である場合に、ステップＳ６で、車輪ＷＬＢ、ＷＲＢに、操舵方向と反対側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θが付与され、ステップＳ８で、車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに、操舵方向側にタイヤ１９を傾ける方向のキャンバ角θが付与され、ステップＳ９で車輪ＷＬＦ、ＷＲＦに操舵方向側にスリップ角βが付与されるようになっているが、実際は、各キャンバ角θ及びスリップ角βは同時に形成される。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における車両の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態における車両の概念図である。 本発明の実施の形態における車輪駆動部ユニットの平面図である。 本発明の実施の形態におけるアクチュエータの動作を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるキャンバスラストの発生のメカニズムを説明する図である。 本発明の実施の形態における車輪にキャンバ角を付与したときのコーナリング抵抗を説明する第１の図である。 本発明の実施の形態における車輪にキャンバ角を付与したときのコーナリング抵抗を説明する第２の図である。 本発明の実施の形態における車輪にキャンバ角を付与したときのコーナリング抵抗を説明する第３の図である。 本発明の実施の形態における４輪モデルを示す図である。 本発明の実施の形態における前後方向のタイヤ力マップを示す図である。 本発明の実施の形態における左右方向のタイヤ力マップを示す図である。 本発明の実施の形態における旋回制御処理手段の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における車輪の状態を示す第１の図である。 本発明の実施の形態における車輪の状態を示す第２の図である。

符号の説明

１０ 車両
１１ ボディ
１３ ステアリングホイール
１６ 制御部
３１〜３４ 車輪駆動部
３８ 油圧制御部
ＷＬＦ、ＷＲＦ、ＷＬＢ、ＷＲＢ 車輪
ε１ 舵角センサ
θ キャンバ角

Claims (4)

1. 車両のボディと、
   該ボディに対して回転自在に配設された車輪と、
   前記ボディと前記車輪との間に配設され、該車輪にキャンバ角を付与する車輪駆動部と、
   車両を操舵するために運転者によって操作される操舵部材と、
   該操舵部材の操作量を検出する操作量検出部と、
   該操作量検出部によって検出された操作量が第１の閾値以上であると判断されると、前記操作量が第１の閾値以上である間、前記車輪のうちの後輪に、操舵方向と反対側にタイヤを傾ける方向のキャンバ角を付与するキャンバ角付与処理手段とを有することを特徴とする旋回制御装置。
2. 前記操作量が前記第１の閾値より大きい第２の閾値以上であるかどうかを判断する操作量判定処理手段を有するとともに、
   前記キャンバ角付与処理手段は、前記操作量が第２の閾値以上である場合、前記車輪のうちの前輪に、操舵方向側にタイヤを傾ける方向のキャンバ角を付与する請求項１に記載の旋回制御装置。
3. 前記車輪駆動部は、前記操舵部材の操作量に基づいて車輪に舵角を付与する請求項１に記載の旋回制御装置。
4. 車両のボディ、該ボディに対して回転自在に配設された車輪、前記ボディと前記車輪との間に配設され、該車輪にキャンバ角を付与する車輪駆動部、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵部材、及び該操舵部材の操作量を検出する操作量検出部を備えた車両の旋回制御方法において、
   該操作量検出部によって検出された操作量が第１の閾値以上であると判断されると、前記操作量が第１の閾値以上である間、前記車輪のうちの後輪に、操舵方向と反対側にタイヤを傾ける方向のキャンバ角を付与することを特徴とする旋回制御方法。

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