JP4977152B2

JP4977152B2 - 後輪操舵制御装置

Info

Publication number: JP4977152B2
Application number: JP2009028265A
Authority: JP
Inventors: 崇西岡
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2029-02-10
Also published as: EP2216190A1; US8670900B2; EP2216190B1; US20100204888A1; JP2010184518A

Description

本発明は、車両の左右後輪のトー角を変更する後輪操舵制御装置に関するものである。

４輪自動車では、近年、車両の走行安定性の向上などを図る目的で、左右の後輪のトー角（舵角）を個別に変化させる後輪操舵制御装置を設けることが行われている。この種の後輪操舵制御装置においては、出力軸を軸方向に直線的に進退動作させる直動型の電動アクチュエータを左右後輪にそれぞれ設け、これらを伸縮駆動することによって左右両輪のトー角を個々に変化させるように構成したものが知られている（特許文献１参照）。

特開平９−３０４３８号公報

アクチュエータが後輪を支持するアームの一部を構成する場合には、トー角を変更するべくアクチュエータが収縮することによって、アーム長は短くなる。そのため、車両が凹凸の大きい悪路を走行しているときに、アクチュエータが収縮駆動される操舵制御がなされると、バンプ時およびリバンプ時のトレッド変化が大きくなり、乗り心地を悪化させてしまう問題がある。

本発明は以上の問題を鑑みてなされたものであり、悪路走行時の乗り心地を改善することができる車両の後輪操舵制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の発明は、車体（１）と後輪（３ｒｌ，３ｒｒ）との間に介装され、伸縮することによって前記後輪のトー角を変更するアクチュエータ（電動アクチュエータ８）を備えた車両の操舵制御装置（６）であって、前記車両が走行している路面の状態を推定する路面状態推定手段（路面状態推定部６３）を有し、前記路面状態推定手段によって悪路判定がなされた場合、前記アクチュエータを中立状態に維持することを特徴とする。ここで、アクチュエータの中立状態とは、アクチュエータが伸張も収縮もしていない基準となる状態をいう。また、悪路とは、路面の起伏が大きい状態や、路面に凹凸が多い状態をいう。

この構成によれば、悪路を車両が走行している場合には、アクチュエータの収縮を禁止して、アーム長が短くなることを防止し、バンプ時およびリバンプ時のトレッド変化の増大を防止することができる。そのため、悪路走行時に操舵制御装置が乗り心地に悪影響を与えることが防止される。

第２の発明は、車体（１）と後輪（３ｒｌ，３ｒｒ）との間に介装され、伸縮することによって前記後輪のトー角を変更するアクチュエータ（電動アクチュエータ８）を備えた車両の操舵制御装置（６）であって、前記車両が走行している路面の状態を推定する路面状態推定手段（路面状態推定部６３）を有し、前記路面状態推定手段によって悪路判定がなされた場合、前記アクチュエータを伸張状態に維持することを特徴とする。

この構成によれば、悪路を車両が走行している場合には、アクチュエータを伸張させて、アーム長を伸張し、バンプ時およびリバンプ時のトレッド変化を小さくすることができる。そのため、悪路走行時の乗り心地を向上させることができる。

第３の発明は第1の発明または第２の発明において、車輪と前記車体との間にばね下制振手段（ダンパ４）が介装され、前記路面状態推定手段は、前記ばね下制振手段の制御量（Ｄｗ）に基づいて路面状態を推定することを特徴とする。

この構成によれば、車両に設けられるばね下制御手段の制御量を利用して、路面状態を推定するため、付加的に路面状態を検出するためのセンサを設ける必要がなく、部品点数の削減およびコストの削減が図れる。

以上の構成によれば、悪路を車両が走行している場合には、アクチュエータの収縮は禁止され、アーム長が短くなることに起因する乗り心地の悪化が防止される。

実施形態に係るリア操舵制御装置を備えた４輪自動車の概略構成図である。実施形態に係る左側リヤサスペンションの斜視図である。実施形態に係るリア操舵制御装置の電動アクチュエータの縦断面図である。実施形態に係るＥＣＵの要部を示すブロック図である。実施形態に係るに係るリア操舵制御の手順を示すフロー図である。

以下、本発明をリア操舵制御装置を備えた４輪自動車に適用した一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は実施形態に係るリア操舵制御装置を備えた４輪自動車の概略構成図である。説明にあたり、４本の車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤやサスペンション等については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して、例えば、左前輪３ｆｌ、右前輪３ｆｒ、左後輪３ｒｌ、右後輪３ｒｒと記すとともに、総称する場合には車輪３と記す。

図１に示すように、自動車Ｖの車体１にはタイヤ２が装着された車輪３が前後左右に設置されている。各車輪３は、ナックル７に軸支され、サスペンションアームやスプリング、減衰力可変ダンパ（以下、単にダンパと記す）４等からなるサスペンション５によって車体１に懸架されている。ダンパ４は、ＭＲＦ（Magneto-Rheological Fluid：磁気粘性流体）を作動液とするテレスコピック型であり、ピストンに組み込まれた磁気流体バルブへの供給電流を制御することにより、その減衰力が無段階かつ瞬時に変化する。

自動車Ｖには、ステアリングホイール１９の操舵により、ラックアンドピニオン機構を介して左右の前輪３ｆｌ，３ｆｒを直接転舵する前輪操舵装置９と、左右のリヤサスペンション５ｒｌ，５ｒｒに対して設けられた左右の電動アクチュエータ８ｌ，８ｒを駆動することにより、後輪３ｒｌ，３ｒｒのトー角を個別に変化させる左右一対の後輪操舵制御装置６ｌ，６ｒとが備わっている。電動アクチュエータ８ｌ，８ｒは、出力ロッドが軸方向に直線的に進退動作する直動型のアクチュエータであり、伸縮動作によって後輪３ｒｌ，３ｒｒのトー角を変化させる。

後輪操舵制御装置６ｌ，６ｒは、左右の電動アクチュエータ８ｌ，８ｒを同時に対称的に変位させることにより、左右後輪３ｒｌ，３ｒｒのトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる他、左右の電動アクチュエータ８ｌ，８ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、左右後輪３ｒｌ・５Ｒを左右に転舵することができる。

ダンパ４や後輪操舵制御装置６を含む各種システムは、自動車Ｖに設けられたＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０によって制御される。ＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線を介して後述する各センサや、ダンパ４、電動アクチュエータ８等と接続されている。

自動車Ｖには、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサ１０、車速を検出する車速センサ１１、横加速度を検出する横Ｇセンサ１２、前後加速度を検出する前後Ｇセンサ１３、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ１４等が車体１の適所に設置されるとともに、ホイールハウス付近の車体の上下加速度を検出する上下Ｇセンサ（上下運動量検出手段）１５と、ダンパ４のストローク速度およびストローク位置を検出するストロークセンサ１６とが各車輪３ごとに設置されている。また、電動アクチュエータ８には、その作動量（すなわち、左右後輪３ｒｌ，３ｒｒの実舵角）を検出するポジションセンサ（リニアエンコーダ）１７が設置されている。また、後輪側ナックル７には、左右後輪３ｒｌ，３ｒｒの上下加速度（ばね下加速度）を検出するばね下Ｇセンサ１８が設置されている。

図２は、実施形態に係る左側リヤサスペンション５ｒｌの斜視図である。なお、右側リヤサスペンション５ｒｒなどは、これと左右対称に現れる。

図２に示すように、このリヤサスペンション５ｒｌは、ダブルウィッシュボーン型のものであり、後輪３ｒｌを回転自在に支持するナックル７と、ナックル７を上下動可能に車体１に連結するアッパアーム２１及びロアアーム２２と、後輪３ｒｌのトー角を変化させるべくナックル７と車体１とに連結された電動アクチュエータ８ｌと、ナックル７と車体１とに連結されたダンパ４等で構成されている。ダンパ４には懸架スプリング４ａが取り付けられている。

アッパアーム２１及びロアアーム２２は、基端がそれぞれゴムブッシュジョイント２３，２４を介して車体１に連結され、先端がそれぞれボールジョイント２５，２６を介してナックル７の上部及び下部に連結されている。電動アクチュエータ８ｌは、基端がゴムブッシュジョイント２７を介して車体１に連結され、先端がゴムブッシュジョイント２８を介してナックル７の後部に連結されている。ダンパ４は、上端がゴムブッシュ（図示しない）を介して車体１に固定され、下端がゴムブッシュジョイント２９を介してナックル７の上部に連結されている。

このような構成を採ることにより、電動アクチュエータ８ｌが伸長駆動されると、ナックル７の後部が車幅方向外側に回動することにより、後輪３ｒｌのトー角は車両進行方向に対して内向き（トーイン側）に変化し、電動アクチュエータ８ｌが収縮駆動されると、ナックル７の後部が車幅方向内側に回動することにより、後輪３ｒｌのトー角は車両進行方向に対して外向き（トーアウト側）に変化する。

図３は、実施形態に係る電動アクチュエータ８ｌの縦断面図である。図３に示すように、電動アクチュエータ８ｌは、車体１側のゴムブッシュジョイント２７が形成された第１ハウジング３０ａ、及び複数のボルト３１で第１ハウジング３０ａに締結された第２ハウジング３０ｂからなるハウジング３０と、第２ハウジング３０ｂに伸縮自在に支持され、ナックル７側のゴムブッシュジョイント２８が形成された出力ロッド３２とを備えている。第１ハウジング３０ａの内部には駆動源であるブラシ付きのＤＣモータ３４が収容され、ボルト３５で第１ハウジング３０ａに締結されている。第２ハウジング３０ｂの内部には遊星歯車式の減速機３６と、弾性を有するカップリング３７と、台形ねじを用いた送りねじ機構３８とが収容されている。ＤＣモータ３４が駆動されると、回転軸３４ａの回転が減速機３６によって減速され、送りねじ機構３８によって直線運動に変換されて出力ロッド３２が直線駆動される。

第２ハウジング３０ｂの外周面に設けられたポジションセンサ１７は、出力ロッド３２の外周面に取り付けられたボルト３９によって出力ロッド３２に固着されたマグネット４１と、センサハウジング４２内に収容された差動変圧器４３とから構成されている。差動変圧器４３は、出力ロッド３２の直線駆動方向と平行に延在するようにマグネット４１に近接して配置され、両端が第２ハウジング３０ｂに固着されている。差動変圧器４３には、図示しない１次コイルと、１次コイルの軸方向両端に近接する同一巻き数の２つの２次コイルとが巻装されており、マグネット４１が１次コイルの長手方向に移動した際に生じる差動電圧を検出することにより、出力ロッド３２の伸縮ストロークが求められる。

図４は、実施形態に係るＥＣＵ２０の要部を示すブロック図である。ＥＣＵ２０は、各センサ１０〜１８の検出信号が入力する入力インタフェース５１と、ダンパ４の減衰力制御を行う減衰力制御部５２と、電動アクチュエータ８の操舵制御を行う後輪操舵制御部５３と、減衰力制御部５２や後輪操舵制御部５３からの駆動電流の出力に供される出力インタフェース５４とを有している。

減衰力制御部５２は、姿勢変化抑制部５５と、第１制御電流設定部５６と、ばね下制振部５７と、第２制御電流設定部５８と、目標電流選択部５９とを有している。姿勢変化抑制部５５は、スカイフック制御部６０、ロール制御部６１、ピッチ制御部６２とを有し、各センサ１０〜１６の検出信号に基づき、それぞれスカイフック制御目標値Ｄｓｈ、ロール制御目標値Ｄｒ、ピッチ制御目標値Ｄｐを算出する。第１制御電流設定部５６は、３つの制御目標値Ｄｓｈ，Ｄｒ，Ｄｐから、ダンパ４のストローク速度の方向と符号が等しく、絶対値が最も大きいものを第１目標減衰力Ｄｔｇｔ１として設定し、所定の第１制御電流マップから第１目標減衰力Ｄｔｇｔ１とストロークセンサ１６から入力したストローク速度とに対応する第１制御電流Ｉｔｂ１を検索し設定する。

ばね下制振部５７は、車速センサ１１から入力した車速と、ストロークセンサ１６から入力したストローク位置とに基づき各ダンパ４のばね下制御目標値Ｄｗを算出する。第２制御電流設定部５８は、ばね下制御目標値Ｄｗを第２目標減衰力Ｄｔｇｔ２として設定し、所定の第２制御電流マップから第２目標減衰力Ｄｔｇｔ２とストロークセンサ１６から入力したストローク速度とに対応する第２制御電流Ｉｔｂ２を検索し設定する。

目標電流選択部５９は、入力された第１制御電流Ｉｔｂ１と第２制御電流Ｉｔｂ２とを比較し、絶対値の大きい方を目標電流Ｉｔｇｔに設定し、目標電流Ｉｔｇｔに対応した駆動電流を各ダンパ４の磁気流体バルブに供給し、減衰力を制御する。

後輪操舵制御部５３は、路面状態推定部６３と、目標舵角設定部６４と、目標駆動量設定部６５と、駆動電流設定部６６とを有している。路面状態推定部６３は、ばね下制振部５７によって算出されるばね下制御目標値Ｄｗに基づいて、自動車Ｖが現在走行している路面を推定し、その推定結果を路面推定信号として目標舵角設定部６４に出力する。目標舵角設定部６４は、操舵角センサ１０やヨーレイトセンサ１４の検出信号および路面推定信号に基づき後輪目標舵角を設定する。目標駆動量設定部６５は、後輪目標舵角とポジションセンサ１７から入力した後輪実舵角との差に基づき電動アクチュエータ８の目標駆動量を設定する。駆動電流設定部６６は、目標駆動量に基づき電動アクチュエータ８の駆動電流を出力する。

次に、本実施形態の作用について説明する。自動車Ｖが運転を開始すると、ＥＣＵ２０は、所定の制御インターバル（例えば、２ｍｓ）をもって、減衰力制御と後輪操舵制御とを実行する。

減衰力制御は、減衰力制御部５２によって行われる。姿勢変化抑制部５５が、各センサ１０〜１６の検出信号に基づき自動車Ｖの運動状態を判定した後、その判定結果からスカイフック制御目標値Ｄｓｈ、ロール制御目標値Ｄｒ、ピッチ制御目標値Ｄｐを各車輪３についてそれぞれ算出する。次に、第１制御電流設定部５６が、これら３つの制御目標値Ｄｓｈ、Ｄｒ、Ｄｐから、ダンパ４のストローク速度の方向と符号が等しく、絶対値が最も大きいものを第１目標減衰力Ｄｔｇｔ１として選択した後、第１目標減衰力Ｄｔｇｔ１とストローク速度とに基づき第１目標電流マップから第１制御電流Ｉｔｂ１を設定する。また、ばね下制振部５７が、車速とストローク位置とに基づいてばね下制御目標値Ｄｗを算出し、第２制御電流設定部５８がばね下制御目標値Ｄｗを第２目標減衰力Ｄｔｇｔ２として設定し、第２目標減衰力Ｄｔｇｔ２とダンパ４のストローク速度とに基づき第２目標電流マップから第２制御電流Ｉｔｂ２を設定する。そして、目標電流選択部５９が、第１制御電流Ｉｔｂ１と第２制御電流Ｉｔｂ２とのうちで絶対値の大きい方を目標電流Ｉｔｇｔに設定し、各ダンパ４に目標電流Ｉｔｇｔを供給して、減衰力を制御する。

次に、フローチャートを参照して、本実施形態に係る後輪操舵制御を説明する。図５は、実施形態に係るに係る後輪操舵制御の手順を示すフロー図である。なお、後輪操舵制御は、左右後輪３ｒｌ，３ｒｒに対して全く同一の手順で行われるが、説明が煩雑になることを防ぐために左後輪３ｒｌに対してのみ言及する。

ＥＣＵ２０は、上述した減衰力制御と並行し、図５のフローチャートにその手順を示す後輪操舵制御を実行する。最初に、路面状態推定部６３は、ばね下制振部５７から所定の制御インターバル毎に入力されるばね下制御目標値Ｄｗの絶対値が所定の閾値Ｓ１より大きいか否かを判定する（ＳＴ１）。判定がＹｅｓの場合には、前回の積算値Ｉ_ｎ−１に＋１して今回の積算値Ｉ_ｎを算出し（ＳＴ２）、判定がＮｏの場合には、前回の積算値Ｉ_ｎ−１に−１して今回の積算値Ｉ_ｎを算出する（ＳＴ３）。ＳＴ３において積算値Ｉ_ｎを−１した場合には、積算値Ｉ_ｎが０より小さくなったか否かを判定し（ＳＴ４）、積算値Ｉ_ｎが０より小さい場合には積算値Ｉ_ｎを０にする（ＳＴ５）。ＳＴ４およびＳＴ５における処理により積算値Ｉ_ｎの最小値は０となる。

そして、路面状態推定部６３は、積算値Ｉ_ｎが所定の閾値Ｓ２より大きいか否かを判定し、判定がＹｅｓの場合に自動車Ｖが走行している路面が悪路であると推定する（ＳＴ６）。自動車Ｖが悪路を走行している場合には、ばね下の振動を抑制するべくばね下制御目標値の絶対値｜Ｄｗ｜が増加するため、積算値Ｉ_ｎが閾値Ｓ２に達したか否かを判定することによって、路面の状態を推定することができる。路面状態推定部６３は、判定結果を路面推定信号として目標舵角設定部６４に出力する。

目標舵角設定部６４は、入力された路面推定信号の判定結果が悪路である場合には、後輪目標舵角を０°に設定する（ＳＴ７）。なお、アクチュエータは、中立状態、すなわち伸張も収縮もしていない基準となる状態において、後輪舵角が０°となるようにその長さが設定されている。目標駆動量設定部６５および駆動電流設定部６６は、後輪舵角が０°となるように電動アクチュエータ８を制御する。その結果、自動車Ｖは悪路と推定される路面を走行している場合には、電動アクチュエータ８が中立状態に維持され、電動アクチュエータ８の収縮により生じる、バンプ時およびリバンプ時のトレッド変化の増加が防止され、乗り心地の悪化が防止される。

一方、目標舵角設定部６４は、入力された路面推定信号の判定結果が悪路以外の場合には、操舵角センサ１０やヨーレイトセンサ１４の検出信号に基づき後輪目標舵角を設定する（ＳＴ８）。目標駆動量設定部６５および駆動電流設定部６６は、後輪舵角が目標後輪舵角となるように電動アクチュエータ８を制御する。走行する路面が悪路でない場合には、電動アクチュエータ８が収縮してもバンプおよびリバンプが生じないためトレッド変化は生じず、乗り心地が損なわれることはない。

上述した実施形態の変形例として、図５のフロー図のＳＴ７において、後輪目標舵角を、電動アクチュエータ８が伸張するように設定してもよい。この場合には、電動アクチュエータ８が伸張することによって、悪路走行のバンプ時におけるトレッド変化を小さくすることができ、乗り心地を向上させることができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態はばね下制御目標値Ｄｗに基づいて路面状態の推定を行ったが、上下Ｇセンサ１５等の検出信号に基づいて推定を行ってもよい。また、カメラによって路面を撮像し、画像情報から路面状態を推定するようにしてもよい。

１・・車体、３・・車輪、４・・減衰力可変ダンパ（ばね下制振手段）、６・・後輪操舵制御装置、８・・電動アクチュエータ、５２・・減衰力制御部、５３・・後輪操舵制御部、５７・・ばね下制振部、６３・・路面状態推定部（路面状態推定手段）、Ｖ・・自動車

Claims

車体と、アッパアーム及びロアアームを介して前記車体に連結された、後輪を支持するナックルとに連結され、リヤサスペンションの一部をなすと共に、伸縮することによって前記後輪のトー角を変更するアクチュエータを備えた車両の操舵制御装置であって、
前記車両が走行している路面の状態を推定する路面状態推定手段を有し、
前記路面状態推定手段によって、路面の起伏が大きい状態又は路面に凹凸が多い状態である悪路と判定がなされた場合、前記アクチュエータを伸張状態にすることを特徴とする車両の操舵制御装置。
車輪と前記車体との間にばね下制振手段が介装され、
前記路面状態推定手段は、前記ばね下制振手段の制御量に基づいて前記路面の状態を推定することを特徴とする、請求項１に記載の操舵制御装置。