JP5180895B2

JP5180895B2 - サスペンション制御装置

Info

Publication number: JP5180895B2
Application number: JP2009094147A
Authority: JP
Inventors: 崇古市
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2029-04-08
Also published as: JP2010241345A

Description

この発明は、車輪を車体に懸架するサスペンションを制御するサスペンション制御装置に関する。

従来から、車両の旋回性等を向上させることを目的として、後輪のトー角を制御するＲＴＣ（ＲｅａｒＴｏｅＣｏｎｔｒｏｌ：後輪のトー角の駆動制御）装置等の四輪操舵装置が種々提案されている。

例えば、特許文献１に開示されているＲＴＣ装置では、操向ハンドルの操舵角、前輪の転舵角、車両の横加速度及び車両のヨーレート等の状態量から旋回状態を判断し、旋回状態が大きいほど後輪のトー角の変化速度を小さく設定するように制御し、トー角変更中の車両の走行安定性を向上させるようにしている。

また、特許文献２には、所定車速以上で、ハンドル操舵角に対する前輪の実舵角が車速が高くなるほど小さくなるように前輪の舵角を制御することで、車両操縦性の即応性を向上させた車両の操舵制御方法が提案されている。

特開２００８−２０１１７３号公報特開昭６０−１６１２５４号公報

ハンドル操舵角に対する車両操縦性の即応性を向上させるためには、車両にかかる横Ｇ（横加速度）及びヨーレートがハンドル操舵角に対して線形になる（比例する）ように制御することが好ましい。

ところで、実走行時においては、車両の旋回時には車両がロールし、車両のロール量に応じてサスペンションが移動し車輪に力が加わりトー角が変化する、いわゆるロールステアが発生する。

また、実走行時においては、路面の凹凸等により車両のサスペンションが上下動する場合にも、サスペンションのストローク量に応じてトー角が変化する、いわゆるストロークステアが発生する。

このロールステアやストロークステアが発生している走行状態においても、ハンドル操舵角に対する車両操縦性の即応性を向上させるため、車両にかかる横Ｇ及びヨーレートがハンドル操舵角に対して線形になるように制御することが好ましい。

この場合、ロール量の単位時間あたりの変化量であるロール速度や、ストローク量の単位時間当たりの変化量であるストローク速度が低い場合には、上述した特許文献１に係る後輪トー角制御（ＲＴＣ装置による制御）、あるいは特許文献２に係る前輪舵角制御により、車両にかかる横Ｇ及びヨーレートがハンドル操舵角に対して線形になるように制御することができる。

しかしながら、急旋回時や、段差乗り越え等による路面からの突き上げ等により、ロール速度、ストローク速度が高い場合には、上記した後輪トー角制御や前輪舵角制御の制御応答が追いつかず（制御応答が遅れ）、車両にかかる横Ｇ及びヨーレートがハンドル操舵角に対して線形になるように制御することができなくなるという課題がある。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、急旋回時や、路面からの突き上げ等により、ロール速度、ストローク速度が高い場合においても、ハンドル操舵角に対して車両にかかる横Ｇ及びヨーレートが線形になるように制御することを可能とするサスペンション制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係るサスペンション制御装置においては、車両の姿勢変化の抑制制御を行うサスペンションを制御するサスペンション制御手段と、前記車両の車輪の舵角を変更する舵角変更手段と、前記車両の走行時に生じる前記車輪の舵角変化の速度が予め設定された前記舵角変更手段による該車輪の舵角変更速度よりも大きいか否かを判定する判定手段と、を備え、前記判定手段にて前記舵角変化の速度が前記舵角変更速度よりも大きいと判定された場合に、前記サスペンション制御手段は、前記サスペンションによる前記車両の姿勢変化の抑制制御を強めることにより上述した課題を解決する。

本発明のサスペンション制御装置によれば、段差乗り越えにより大きなストロークステアが発生した場合や急旋回により大きなロールステアが発生した場合に、サスペンションによる車両の姿勢変化の抑制制御（姿勢制御）を強めるようにしているので、ストロークステアやロールステアを姿勢制御により低減させることができる。このため、舵角変更手段が負担する舵角補正量を軽減することができる。これにより、急激なストロークステアやロールステアが車両に発生したとしても、ハンドル操舵角に対する横Ｇ及びヨーレートの変化の線形性を確保することができ、ハンドル操舵角に対する車両操縦性の即応性を損なうことがない。その結果、運転者に違和感を与えることを防止できる。

本発明のサスペンション制御装置の一形態において、前記サスペンションは、前記車両の姿勢変化の抑制制御を減衰力の調整により行う減衰力可変ダンパを有し、前記減衰力可変ダンパのストローク量を検出するストローク検出手段と、前記ストローク検出手段にて検出されたストローク量に基づいて前記舵角変化の速度を算出する速度算出手段と、を備え、前記判定手段は、前記速度算出手段にて算出された前記舵角変化の速度が所定値以上であるか否かを判定し、前記速度算出手段にて算出された前記舵角変化の速度が所定値以上であると判定された場合に、前記サスペンション制御手段は、前記減衰力可変ダンパによる減衰力を増加し、前記速度算出手段にて算出された前記舵角変化の速度が所定値未満であると判定された場合に、前記舵角変更手段は、前記車輪の舵角を変更してもよい。

この形態によれば、舵角変更手段、例えば、後輪のトー角を制御するＲＴＣ（ＲｅａｒＴｏｅＣｏｎｔｒｏｌ）装置や前輪の舵角を制御するＡＦＳ（ＡｃｔｉｖｅＦｒｏｎｔＳｔｅｅｒ）装置によりストロークステア分の舵角変化を補正しきれない場合に、減衰力可変ダンパによりストローク量の変化を抑制してストロークステアを低減するようにしている。このため、ハンドル舵角に対する横Ｇ及びヨーレートの線形性を確保することができ、ハンドル操舵角に対する車両操縦性の即応性を損なうことがない。その結果、運転者に違和感を与えることを防止することができる。

この発明によれば、急旋回時や、路面からの突き上げ等により、ロール速度やストローク速度が高い場合においても、サスペンションによる姿勢変化の抑制制御を強めることで、車両にかかる横Ｇ及びヨーレートがハンドル操舵角に対して線形になるように制御することができる。

よって、ハンドル操舵角に対する車両操縦性の即応性を損なうことがなく、運転者に違和感を与えることを防止することができる。

本発明に係る実施形態例の車両の要部を示す図である。サスペンション及び舵角変更機構の制御ブロック図である。後輪側アクチュエータの拡大断面図である。ＥＣＵの制御を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態例について図１〜図４を参照しながら説明する。図１に示すように、車両（四輪自動車）１０には、駆動輪である一対の前輪１２Ｌ、１２Ｒと、非駆動輪である一対の後輪１４Ｌ、１４Ｒと、一対の前輪１２Ｌ、１２Ｒを操舵するためのステアリング部１６と、一対の前輪１２Ｌ、１２Ｒのそれぞれに設けられた前輪側アーム部１８Ｌ、１８Ｒと、一対の後輪１４Ｌ、１４Ｒのそれぞれに設けられた後輪側アーム部２０Ｌ、２０Ｒと、前輪側アーム部１８Ｌ、１８Ｒと車体２２とに接続する前輪側サスペンション２４Ｌ、２４Ｒと、後輪側アーム部２０Ｌ、２０Ｒと車体２２とに接続する後輪側サスペンション２６Ｌ、２６Ｒと、後輪側アーム部２０Ｌ、２０Ｒに設けられた後輪舵角変更機構２８Ｌ、２８Ｒと、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０とが設けられている。なお、以下の説明では、左右の区別をしない場合には、添付符号「Ｌ」及び「Ｒ」を省略する。

前輪１２及び後輪１４（以下、単に車輪と記すことがある。）は、舵角α、θが変更できるように構成されている。

ステアリング部１６は、前輪１２の舵角αを変更する前輪舵角変更機構３２を有している。前輪舵角変更機構３２は、前輪側アクチュエータ３４と不図示の歯車機構を有しており、前輪側アクチュエータ３４の作用で前輪１２の舵角αを変更する。また、前輪舵角変更機構３２は、前輪側アクチュエータ３４の性能や前記歯車機構の構成によって前輪１２の舵角αを変更する変更速度（単位時間当たりに変更できる舵角α）が所定範囲に定められており、その所定範囲内の変更速度で舵角αを変更する。

アーム部１８、２０は、車輪１２、１４に設けられたナックル３６（図２参照）に接続された状態で車幅方向に延びている。

図２に示すように、後輪舵角変更機構２８は、後輪１４の舵角θを変更するためのものであって、後輪側アーム部２０を車幅方向に移動させる後輪側アクチュエータ３８を有している。図３に示すように、後輪側アクチュエータ３８は、縦長形状のケース本体４０と、送りねじ機構４２と、ケース本体４０に収容された減速機構４４及び電動機４６とを備えている。ケース本体４０は、ボールジョイント４８を介して不図示のクロスメンバに接続している。送りねじ機構４２には、ケース本体４０の長手方向に延びて円筒状に形成されたロッド部５０と、ロッド部５０内に設けられたボールねじ部５２と、ロッド部５０の内面に固定された状態でボールねじ部５２と噛み合うナット部５４とを備えている。ロッド部５０は、その先端がケース本体４０から突出した状態でケース本体４０に収容されており、ケース本体４０に対して長手方向に移動可能とされている。また、ロッド部５０の先端は、金属製のボールジョイント５６を介してアーム部２０に接続されている。ボールねじ部５２は、減速機構４４を介して電動機４６に接続されている。減速機構４４は、例えば不図示のプラネタリギア等が組み合わされて構成されている。電動機４６は、正逆両方向に回転可能に構成されている。また、後輪舵角変更機構２８は、電動機４６の性能や減速機構４４及び送りねじ機構４２の構成によって後輪１４の舵角θを変更する変更速度（単位時間当たりに変更できる舵角θ）が所定範囲に定められており、その所定範囲内の変更速度で舵角θを変更する。

次に、図２を参照して後輪側サスペンション２６について説明する。なお、前輪側サスペンション２４は、後輪側サスペンション２６と同一構成をしているのでその構成及び動作の説明を省略する。

後輪側サスペンション２６は、車両１０の姿勢制御を行うためのものであって、ダンパ５８と、弾性部材６０と、ダンパストロークセンサ６２とを有する。ダンパ５８は、ＭＲＦ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ＲｈｅｏｌｏｇｉｃａｌＦｌｕｉｄ：磁性流体）を作動流体とする減衰力可変ダンパとして形成されており、磁性流体が充填されたシリンダ６４と、シリンダ６４に摺動可能に収容されたピストン６６と、ピストン６６の一端面に接続されたピストンロッド６８と、車体２２に接続された状態でピストン６６の摺動方向にシリンダ６４を移動可能に支持する支持部７０とを有している。これにより、シリンダ６４は、ピストン６６の一端面とシリンダ６４の内面とから形成される第１室７２と、ピストン６６の他端面とシリンダ６４の内面とから形成される第２室７４とに区画される。シリンダ６４の一端部はアーム部２０に接続されており、シリンダ６４の他端部は支持部７０内に位置している。ピストン６６には、第１室７２と第２室７４とを連通する連通孔７６が形成されるとともに、連通孔７６を流通する磁性流体に磁界を生じさせる電磁石７８が設けられている。つまり、ピストン６６は、ＭＬＶ（ＭａｇｎｅｔｉｚａｂｌｅＬｉｑｕｉｄＶａｌｖｅ：磁気流体バルブ）として機能する。弾性部材６０は、ダンパ５８の周囲に取り付けられてシリンダ６４を支持部７０側に付勢する。弾性部材６０としては、圧縮コイルばね等が用いられる。ダンパストロークセンサ６２は、後輪１４の上下動に伴うシリンダ６４の変位量（ストローク量Ｙ）に対応した信号を出力する。ダンパストロークセンサ６２の一端部は車体２２に接続されており、ダンパストロークセンサ６２の他端部はアーム部２０に接続されている。

図２に示すように、ＥＣＵ３０は、前輪側アクチュエータ３４を制御するとともに、上述した電磁石７８及び電動機（図３参照）４６に電流を供給する。また、ＥＣＵ３０は、前輪舵角制御部８０と、後輪舵角制御部８２と、記憶部８４と、ステア速度算出部８６と、ステア速度判定部８８と、ダンパ制御信号算出部９０と、ダンパ制御部９２とを有する。前輪舵角制御部８０は、前輪側アクチュエータ３４を制御する。後輪舵角制御部８２は、電動機４６の回転方向を制御するとともに、電動機４６に導かれる電流を制御する。記憶部８４には、ステア量算出用マップデータと、判定用データとが記憶されている。ステア量算出用マップデータとしては、ダンパストローク量Ｙとステア量Ｒとの関係を予め記述したマップデータが利用される。なお、このマップデータは、アーム部１８、２０やサスペンション２４、２６等の構成に基づいて作成される。ステア量Ｒには、ロールステア量及びストロークステア量が含まれる。判定用データとしては、左側前輪１２Ｌの舵角αの最大変更速度Ａ、右側前輪１２Ｒの舵角αの最大変更速度Ａ、左側後輪１４Ｌの舵角θの最大変更速度Ｂ及び右側後輪１４Ｒの舵角θの最大変更速度Ｂが利用される。ステア速度算出部８６は、ダンパストロークセンサ６２から出力された信号を参照して取得されるダンパストローク量Ｙに基づいてステア速度ｄＲを算出する。ステア速度ｄＲは、ダンパストローク量Ｙとステア量算出用マップデータとから求められるステア量Ｒを微分することで算出することができる。ステア速度判定部８８は、ステア速度ｄＲが所定の判定値よりも大きいか否かを判定する。所定の判定値としては、記憶部８４に記憶されている判定用データが用いられる。ダンパ制御信号算出部９０は、ステア量Ｒに基づいてダンパ制御信号Ｐを算出する。ダンパ制御部９２は、ダンパ制御信号Ｐに基づいて電磁石７８に導かれる電流を制御する。

次に、図３を参照しながら後輪側アクチュエータ３８の基本動作について説明する。例えば、電動機４６が正方向に回転すると、電動機４６の回転力が減速機構４４によって増幅された状態でボールねじ部５２に伝達されてボールねじ部５２が回転する。ボールねじ部５２が回転すると、ボールねじ部５２に噛み合っているナット部５４がロッド部５０と一体にロッド部５０がケース本体４０内に入り込む方向（後輪１４から離れる方向）に移動するとともに、ボールジョイント５６、アーム部２０及びナックル３６を介してロッド部５０に接続されている後輪１４が車幅方向内側に移動する（図２参照）。一方、電動機４６を逆方向に回転させると、上述した動作説明と同様にして、後輪１４が車幅方向外側に移動する。これにより、後輪１４の舵角θが変更される。

また、図２を参照しながら、ダンパ５８の基本動作について説明する。例えば、後輪１４が段差乗り越えをした場合、後輪１４に生じた衝撃がサスペンション２６に伝達され、弾性部材６０にてその衝撃が緩衝されるとともにダンパ５８にて弾性部材６０の振動（ばね下振動）が減衰される。ばね下振動は、磁性流体が連通孔７６を流通する際に生じる抵抗を利用して減衰されるが、この具体的な原理は周知であるので敢えてここでは説明しない。ＥＣＵ３０が電磁石７８に電流を供給すると、連通孔７６を流通する磁性流体に磁界が生じるので、磁界を受けた磁性流体の粘性が上昇する。これにより、減衰力を変化させることができる。

次に、図４のフローチャートを参照しながらＥＣＵ３０の制御について説明する。なお、以下の説明において、左側前輪１２Ｌに対応するデータには「ｆｌ」を、右側前輪１２Ｒに対応するデータには「ｆｒ」を、左側後輪１４Ｌに対応するデータには「ｒｌ」を、右側後輪１４Ｒに対応するデータには「ｒｒ」をそれぞれ添付して説明することがある。また、ＥＣＵ３０は以下に説明する制御ルーチンを所定の周期で実行する。

先ず、ＥＣＵ３０は、ダンパストロークセンサ６２から出力された信号を参照してダンパストローク量Ｙｆｌ、Ｙｆｒ、Ｙｒｌ、Ｙｒｒを取得する（ステップＳ１）。

続いて、ステア速度算出部８６は、ステップＳ１で取得したダンパストローク量Ｙｆｌ、Ｙｆｒ、Ｙｒｌ、Ｙｒｒに基づいてステア速度ｄＲｆｌ、ｄＲｆｒ、ｄＲｒｌ、ｄＲｒｒを算出する（ステップＳ２）。ステア速度ｄＲは、ステップＳ１で取得したダンパストローク量Ｙとステア量算出用マップデータとから求めたステア量Ｒを微分することにより算出される。

また、ステア速度判定部８８は、ステップＳ２にて算出されたステア速度ｄＲが所定の判定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。詳しくは、ステア速度判定部８８は、不等式（ｄＲｆｌ≧Ａ、ｄＲｆｒ≧Ａ、ｄＲｒｌ≧Ｂ、ｄＲｒｒ≧Ｂ）が成立するか否かを個別判定する。言い換えれば、ステア速度判定部８８は、車輪１２、１４に生じたステア量Ｒが舵角変更機構２８、３２で補正できるか否かを判定している。具体的には、例えば、車両１０の急旋回や路面からの突き上げ等により左側前輪１２Ｌの舵角αが大きく変化した場合（左側前輪１２Ｌに比較的大きなロールステアやストロークステアが生じた場合）、左側前輪１２Ｌのステア速度ｄＲｆｌが前輪舵角変更機構３２による左側前輪１２Ｌの舵角変更速度Ａ以上となる（ｄＲｆｌ≧Ａ）ので、ステア速度判定部８８は、前輪舵角変更機構３２により左側前輪１２Ｌの舵角αを変更しても補正しきれないと判定する。一方、例えば、左側前輪１２Ｌの舵角αの変化が小さい場合（左側前輪１２Ｌにロールステアやストロークステアが殆ど生じていない場合）、左側前輪１２Ｌのステア速度ｄＲｆｌが前輪舵角変更機構３２による左側前輪１２Ｌの舵角変更速度Ａよりも小さくなるので、ステア速度判定部８８は、前輪舵角変更機構３２だけで左側前輪１２Ｌの舵角αを充分に補正できると判定する。ＥＣＵ３０は、ステア速度ｄＲが所定の判定値以上であると判定された時にステップＳ４に進み、ステア速度ｄＲが所定の判定値よりも小さいと判定された時にステップＳ６に進む。以下の説明では、便宜上、前輪１２に対応するステア速度ｄＲが所定の判定値以上であり（ｄＲｆｌ≧Ａ、ｄＲｆｒ≧Ａ）、かつ後輪１４に対応するステア速度ｄＲが所定の判定値よりも小さい（ｄＲｒｌ＜Ｂ、ｄＲｒｒ＜Ｂ）場合の例について示す。

次に、ダンパ制御信号算出部９０は、比例定数ｋにステア量Ｒを乗算することによりダンパ制御信号Ｐを算出する（ステップＳ４）。今回の制御例では、ダンパ制御信号算出部９０は、前輪１２側のダンパ５８を制御するために必要な信号を算出する（Ｐｆｌ＝ｋ×Ｒｆｌ、Ｐｆｒ＝ｋ×Ｒｆｒ）。ステア量Ｒは、ステップＳ２で利用した値を使えばよい。

続いて、ダンパ制御部９２は、ステップＳ４で算出されたダンパ制御信号Ｐに基づいて電磁石７８に導かれる電流を制御する（ステップＳ５）。今回の制御例では、ダンパ制御部９２は、ダンパ制御信号Ｐｆｌに基づいて左側前輪１２Ｌに対応する電磁石７８に導かれる電流を制御し（磁性流体の粘性を高め）、ダンパ制御信号Ｐｆｒに基づいて右側前輪１２Ｒに対応する電磁石７８に導かれる電流を制御する（磁性流体の粘性を高める）。ステップＳ５の処理が終了後、ＥＣＵ３０は今回の制御ルーチンを終了する。

一方、舵角制御部８０、８２は、ステップＳ３で判定されたステア速度ｄＲに対応する車輪１２、１４の舵角α、θを制御する（ステップＳ６）。今回の制御例では、後輪舵角制御部８２は、後輪１４の舵角θを制御する。ステップＳ６の処理が終了後、ＥＣＵ３０は今回の制御ルーチンを終了する。なお、今回の制御ルーチンでは、前輪１２のステア速度ｄＲが所定の判定値以上であり、かつ後輪１４のステア速度ｄＲが所定の判定値よりも小さい例について説明したが、各車輪１２、１４のステア速度ｄＲは車両１０の走行状態によって異なるので本形態のＥＣＵ３０の制御がこの例に限定されないのは勿論である。

以上の構成の実施形態においては、段差乗り越えにより大きなストロークステアが発生した場合や急旋回により大きなロールステアが発生した場合に、ステア量Ｒが大きい車輪１２、１４に対応するダンパ５８の電磁石７８に導かれる電流を制御している。これにより、連通孔７６を流通する磁性流体の粘性を変化させることができるので、車両１０の姿勢変化の抑制制御（姿勢制御）を強めることができる。よって、ストロークステアやロールステアを姿勢制御により低減させることができる。このため、舵角変更機構２８、３２が負担する舵角補正量を軽減することができる。これにより、急激なストロークステアやロールステアが車両１０に発生したとしても、ハンドル操舵角に対する横Ｇ及びヨーレートの変化の線形性を確保することができ、ハンドル操舵角に対する車両操縦性の即応性を損なうことがない。その結果、運転者に違和感を与えることを防止できる。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。ＥＣＵの制御において、ダンパ制御が必要な車輪の判定（本実施形態のステップＳ３の処理）は、ステア速度を利用する例に限らない。例えば、ダンパストローク速度を利用してダンパ制御が必要な車輪を判定してもよい。ダンパストローク速度は、ダンパストロークセンサで検出されたダンパストローク量を微分すればよい。また、この場合、ダンパストローク速度が所定の判定値以上にあるか否かを判定すればよい。この時の所定の判定値としては、各車輪の舵角の変更速度に対応するダンパストローク速度を用いればよい。

１０…車両１２Ｌ、１２Ｒ…前輪
１４Ｌ、１４Ｒ…後輪２４Ｌ、２４Ｒ…前輪側サスペンション
２６Ｌ、２６Ｒ…後輪側サスペンション２８Ｌ、２８Ｒ…後輪舵角変更機構
３０…ＥＣＵ３２…前輪舵角変更機構
５８…ダンパ（減衰力可変ダンパ）
６２…ダンパストロークセンサ（ストローク検出手段）
８０…前輪舵角制御部８２…後輪舵角制御部
８６…ステア速度算出部（速度算出手段）８８…ステア速度判定部（判定手段）
９２…ダンパ制御部（サスペンション制御手段）

Claims

車両の姿勢変化の抑制制御を減衰力の調整により行う減衰力可変ダンパを有するサスペンションを制御するサスペンション制御手段と、
前記車両の車輪の舵角を変更する舵角変更手段と、
前記減衰力可変ダンパのストローク量を検出するストローク検出手段と、
前記ストローク検出手段にて検出されたストローク量に基づいて前記車両の走行時に生じる前記車輪の舵角変化の速度を算出する速度算出手段と、
前記速度算出手段にて算出された前記舵角変化の速度が所定値以上であるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記速度算出手段にて算出された前記舵角変化の速度が所定値以上であると前記判定手段にて判定された場合に、前記サスペンション制御手段は、前記減衰力可変ダンパによる減衰力を増加して前記サスペンションによる前記車両の姿勢変化の抑制制御を強め、前記速度算出手段にて算出された前記舵角変化の速度が所定値未満であると前記判定手段にて判定された場合に、前記舵角変更手段は、前記車輪の舵角を変更することを特徴とするサスペンション制御装置。