JP5314670B2 - 車両のトー角制御装置 - Google Patents
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Description
このような車両においては、左右の後輪に設定するトー角の目標値を左右独立に算出する制御部が、トー角制御装置に備わって、車両の左右の後輪を左右独立に転回可能なアクチュエータに、目標値を指令値とする指令を与えて後輪を転回し、後輪のトー角を設定する。
そこで、本発明は、片側の後輪のトー角が、制御部が算出する目標値に設定できない場合であっても、車両の運動性能の低下を軽減できる車両のトー角制御装置を提供することを課題とする。
2(2L、2R) 後輪
3 操向ハンドル
26 舵角センサ(舵角検出手段)
30 アクチュエータ
37 トー角変更制御ECU
38 ストロークセンサ(トー角検出部)
110 転舵手段
120(120L、120R) トー角制御装置
130 操舵制御ECU
130c トー角制御ECU(制御部)
131 補正角度演算部(補正部)
SV 車速センサ(車速検出手段)
ST トルクセンサ
SG 横Gセンサ
V 車両
本実施形態に係るトー角制御装置を備える車両を、図1から図5を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係るトー角制御装置を備えた4輪の車両の概略図であり、図2は転舵手段の構成図であり、図3は左後輪側のトー角制御装置の構成図であり、図4はトー角制御装置のアクチュエータの構成図である。
車速センサSVは、車両Vの車速VSを検出する機能を有することから、請求の範囲に記載の車速検出手段になる。
舵角センサ26は、前輪1(転舵輪)の転舵角を検出する機能を有することから、請求の範囲に記載の舵角検出手段になる。
なお、電動機4が備わらない場合、車両Vは、電動機駆動回路23とレゾルバ25を備えない構成であってもよい。
操舵制御ECU130は、車速センサSV、差動増幅回路21、及び横GセンサSG(図1参照)と信号線で接続され、車速センサSVが検出する車速VS、差動増幅回路21が出力するトルク信号T、及び横GセンサSGが検出する横加速度が入力される。そして、操舵制御ECU130は、電動機4が備わる場合、車速センサSVが検出する車速VSや、トルクセンサSTが検出するピニオントルクTPなどに基づいて電動機4を駆動するためのDUTY信号を算出し、電動機駆動回路23に入力する機能を有する。
レゾルバ25は、電動機4の電動機回転角θmを検出し、角度信号θを出力するものであり、例えば、磁気抵抗変化を検出するセンサを図示しない回転子の周方向に等間隔の複数の凹凸部を設けた磁性回転体に近接させたものがある。
トー角制御装置120L、120R(120)は、左右の後輪2L、2Rにそれぞれ取り付けられるものであり、図3では、左側の後輪2Lに取り付けられる左側のトー角制御装置120Lを示している。図3に示すように、トー角制御装置120Lは、アクチュエータ30およびトー角変更制御装置(以下、トー角変更制御ECUと称する)37を備えている。なお、右側のトー角制御装置120R(図1参照)は、図3に示す左側のトー角制御装置120Lと左右対称である以外は、同等の構成とする。
トレーリングアーム13は、クロスメンバ12に装着される車体側アーム13aと、後輪2Lに固定される車輪側アーム13bとが、略鉛直方向の回転軸13cを介して連結されて構成されている。これにより、トレーリングアーム13が車幅方向へ変位することが可能となっている。
電動機31は、正逆両方向に回転可能なブラシモータやブラシレスモータなどで構成されている。
減速機構33は、例えば、2段のプラネタリギア(図示せず)などが組み合わされて構成されている。
送りねじ部35は、円筒状に形成されたロッド35aと、スクリュー溝35bが形成されてロッド35aの内部に挿入されるナット35cと、スクリュー溝35bと噛合してロッド35aを軸方向に移動可能に支持するスクリュー軸35dとを備えて構成されている。スクリュー軸35dは、減速機構33および電動機31とともに細長形状のケース本体34内に収容され、減速機構33の一端が電動機31の出力軸と連結され、他端がスクリュー軸35dと連結されている。
電動機31からの動力が、減速機構33を介してスクリュー軸35dに伝達されてスクリュー軸35dが回転することで、ロッド35aがケース本体34に対して図示左右方向(軸方向)に伸縮自在に動作するようになっている。また、アクチュエータ30にはブーツ36が取り付けられて、外部からの埃や水などの異物が侵入しないようになっている。
そして、アクチュエータ30は、後輪2Lを転回することで、後輪2Lのトー角を変化させる機能を有する。
トー角変更制御ECU37には、車両V(図1参照)に搭載された図示しないバッテリなどの電源から電力が供給される。また、操舵制御ECU130、電動機駆動回路23にも前記とは別系統でバッテリなどの電源から電力が供給される(図示せず)。
図5に示すように、トー角変更制御ECU37はアクチュエータ30(図1参照)を駆動制御する機能を有し、制御部81と電動機駆動回路83とを含んで構成されている。また、各トー角変更制御ECU37は、トー角制御ECU130cと通信線を介して接続され、他方のトー角変更制御ECU37とも通信線を介して接続されている。
目標電流算出部81aは、トー角制御ECU130cが算出した後輪2Lのトー角(または後輪2Rのトー角)の目標値を信号として出力した目標値信号に基づいて目標電流信号を算出し、電動機制御信号生成部81cに出力する。目標電流信号とは、アクチュエータ30(図4参照)を所望の作動量(後輪2L、2Rを所望のトー角にする伸縮量)に設定するのに必要な電流信号である。
目標電流算出部81aでは、目標電流信号を参照信号として使用し、自身が備わる側の後輪2(図1参照)のトー角の目標値信号とストロークセンサ38から入力される位置情報と参照信号である目標電流信号とに基づいて、目標電流が指示するトー角に対する偏差から目標電流信号を補正するための補正電流信号を算出する。そして、補正電流信号を目標電流信号に加算して補正し、補正後の目標電流信号を電動機制御信号生成部81cに出力する。
このように目標電流信号を補正することにより、後輪2L(または2R)の転回に要する電流値が車速VS、路面環境、車両Vの運動状態、タイヤの磨耗状態などによって変化するのをフィードバックして、左右の後輪2L、2Rを目標のトー角に設定制御することができる。
そして、トー角制御ECU130cには、補正角度演算部131が備わる。補正角度演算部131の詳細は後記する。
または、例えば、操舵制御ECU130を制御するプログラムに組み込んだソフトウェアロジックでトー角制御ECU130cを構成してもよい。
以上のことより、トー角制御ECU130cは、請求の範囲に記載の制御部になる。
この技術は、公知の技術として開示されており、詳細な説明は省略する。
以下、トー角制御装置120で設定される後輪2のトー角の実際の値を実角度θTと称し、左後輪2Lの実角度を左実角度θTL、右後輪2Rの実角度を右実角度θTRと称する。
なお、図6の(a)、(b)は、車両V(図1参照)が右旋回をする場合を例示したもので、左後輪2L(図1参照)が旋回外輪になる場合を示す。
また、図6の(a)、(b)の横軸は時間を示し、縦軸の上側は後輪2が左方向に転回するトー角を示し、縦軸の下側は後輪2が右方向へ転回するトー角を示す。
このように、旋回外輪になる左後輪2Lの左方向への転回量が不足すると、左後輪2Lのトー角は、トー角制御ECU130cが算出した左制御指示角CθLに設定されず、左実角度θTL(図6の(a)に一点鎖線で示す)と左制御指示角CθLに偏差ΔθLが生じる。すなわち、左後輪2Lのトー角を左制御指示角CθLと同等に設定できない。
そして、左後輪2Lのトー角が左制御指示角CθLと同等に設定されないことで低下する横力を、右後輪2Rに発生する横力の増大で補填する。
補正角度演算部131は、例えば、トー角制御ECU130cを制御するプログラムに組み込んだソフトウェアロジックで構成できるが、これに限定されず、ハードウェアロジックによって構成してもよい。
以下、右補正角度演算部132について説明するが、左補正角度演算部133は、右補正角度演算部132と左右対称である以外は、右補正角度演算部132と同等に動作する。
さらに、右補正角度演算部132には、トー角制御ECU130cが、ストロークセンサ38(図4参照)から入力される信号に基づいて算出する左後輪2Lのトー角の実際の値が、左実角度θTLとして入力される。そして、右補正角度演算部132は、減算器132bで左制御指示角CθLから左実角度θTLを減算して偏差ΔθLを算出し、算出された偏差ΔθLは、演算部132aに入力される。
また、演算部132aには、横GセンサSGが検出する、車両V(図1参照)にかかる横加速度が入力される。
この場合、演算部132aは、左制御指示角CθLと左実角度θTLの偏差ΔθLに基づいた補正量を算出する。そして、右補正角度演算部132は、演算部132aが算出した補正量を、トー角制御ECU130cが算出する右制御指示角CθRに、加算器132cで加算して右補正制御指示角C’θRを算出する。
そして、トー角制御ECU130cは、右補正制御指示角C’θRを指令値として右側のトー角制御装置120Rに指令を与え、右後輪2R(図1参照)のトー角が右補正制御指示角C’θRに設定されるように、右後輪2Rを転回する。
これは、左制御指示角CθLと左実角度θTLの偏差ΔθLが大きいほど、右制御指示角CθRを補正する補正量が大きいことが好ましいことによる。
また、左後輪2L(図1参照)のトー角で発生する横力は、車両Vの進行方向に対する横加速度の大きさに依存するので、右制御指示角CθRを補正する補正量のゲインとして横加速度を積算することで、横加速度の大きさによる影響を補正量に反映できる。
この定数は、例えば、あらかじめ実験測定等で設定しておき、トー角制御ECU130cを制御するプログラムにデータとして組み込んでおく方法が考えられる。
または、トー角制御ECU130cに図示しない記憶部を設け、この記憶部に記憶しておいてもよい。
例えば、車両V(図1参照)に図示しないヨーレートセンサを設けて車両Vに発生するヨーレートを検出し、トー角制御ECU130cは、ヨーレートと車速VSを組み込んだ計算式で補正量を算出してもよい。
また、車両V(図1参照)に図示しない荷重センサを設けて車両Vにかかる荷重を検出し、トー角制御ECU130cは、荷重を組み込んだ計算式で補正量を算出してもよい。
この場合、右補正角度演算部132は、左制御指示角CθLと左実角度θTLの偏差ΔθLに対応する補正量を、図示しない記憶部を参照することで算出できる。
すなわち、車両Vが左旋回する場合、図7に示す、補正角度演算部131の左補正角度演算部133は、旋回外輪となる右後輪2R(図1参照)の右実角度θTRと、右側のトー角制御装置120Rに対する右制御指示角CθRの偏差ΔθRを算出する。そして、偏差ΔθRが所定値以上の場合、左補正角度演算部133は、偏差ΔθR×横加速度×定数からなる補正量を算出する。
そして、トー角制御ECU130cは、左補正制御指示角C’θLを指令値として左側のトー角制御装置120L(図1参照)に指令を与え、左後輪2L(図1参照)のトー角が左補正制御指示角C’θLに設定されるように、左後輪2Lを転回する。
なお、車両Vに図示しないヨーレートセンサを設けて車両Vに発生するヨーレートを検出し、トー角制御ECU130cは、検出したヨーレートに基づいて、車両Vの旋回中の判定、及び旋回方向の判定をする構成であってもよい。
左制御指示角CθLは、前記したようにトー角制御ECU130cが前輪1L、1Rの転舵角と車速VSに基づいて算出する。
また、左後輪2Lの左実角度θTLは、左側のトー角制御装置120Lに備わるストロークセンサ38から入力されるロッド35aの動作量に基づいて、トー角制御ECU130cが算出する。
そして、補正角度演算部131は、偏差ΔθLが所定値より小さい場合は(ステップS51→No)、補正量に0を設定する(ステップS53)。
なお、偏差ΔθLの大きさを判定する所定値は限定する値ではなく、車両Vに要求される運動特性などに基づいて適宜設定すればよい。
すなわち偏差ΔθLが所定値以上の場合、補正角度演算部131は、左後輪2Lの左方向への転回量が不足し、左後輪2Lの左実角度θTL(トー角)が、トー角制御ECU130cが算出した左制御指示角CθLより小さいと判定し、右後輪2Rを転回する右側のトー角制御装置120Rに対する右制御指示角CθRの補正量を算出する。
また定数は、前記したように、あらかじめ実験測定等で設定しておき、例えば補正角度演算部131を構成するプログラムにデータとして組み込んでおけばよい。
そして、補正角度演算部131は、制御を図8のステップS6に進める。
さらに、トー角制御ECU130cは、図8、図9に示すステップを実行し、図6の(a)に示すように、左後輪2L(図1参照)の左実角度θTLと、左側のトー角制御装置120L(図1参照)に対する左制御指示角CθLとに、所定値以上の偏差ΔθLが発生したとき、右側のトー角制御装置120Rに対する右制御指示角CθRを、図6の(b)に実線で示す右補正制御指示角C’θRに補正する。
すなわち、右後輪2Rは、左後輪2L(図1参照)を転回する左側のトー角制御装置120Lに対する左制御指示角CθLと、左後輪2Lの左実角度θTLに偏差ΔθLが発生しない場合より、大きなトー角に設定される。
すなわち、補正角度演算部131の左補正角度演算部133は、右制御指示角CθRと右実角度θTRの偏差ΔθRを算出し、その偏差ΔθRが所定値以上のときは、補正量に、偏差ΔθR×横加速度×定数で求められる値を設定すればよい。
そして、補正角度演算部131の左補正角度演算部133は、算出した補正量を加算器133cで左制御指示角CθLに加算し、左補正制御指示角C’θLを算出する。
そこで、片側のトー角制御装置120に異常が検出された場合、トー角制御ECU130c(図3参照)は、正常な側のトー角制御装置120に対する制御指示角Cθを補正する構成とする。
制御指示角Cθと実角度θTの偏差Δθに対応した補正量の算出は、例えば、旋回中の車両V(図1参照)に対する補正量を算出する場合と同様に、偏差Δθ×横加速度×定数としてもよいし、あらかじめ実験測定で設定しておき、トー角制御ECU130cに備わる図示しない記憶部に記憶しておいてもよい。
前記したように、片側のトー角制御装置120に異常が検出された場合に、正常な側のトー角制御装置120に対する制御指示角Cθを、トー角制御ECU130cが補正することで、車両Vの運動性能の低下を軽減し、運転者は、例えば修理工場まで、安定した走行を維持できるという優れた効果を奏する。
Claims (4)
- トー角を変化させるアクチュエータを左右の後輪にそれぞれ備えるとともに、
前記左右の後輪に設定するトー角の目標値を左右独立に算出し、前記目標値を指令値として前記アクチュエータに指令を与える制御部と、
前記左右の後輪のトー角の実際の値を左右独立に検出するトー角検出部と、
前記左右の後輪の一方に設定するトー角の前記目標値と前記トー角検出部が検出するトー角の実際の値との偏差が所定値以上の場合に、前記左右の後輪の他方に設定するトー角の前記目標値を補正する補正部と、を備えることを特徴とする車両のトー角制御装置。 - 前記制御部は、
前記車両に備わる舵角検出手段が検出する転舵輪の転舵角と、前記車両に備わる車速検出装置が検出する車速と、に基づいて、トー角の前記目標値を算出することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の車両のトー角制御装置。 - 前記車両が旋回する場合、
前記目標値と前記トー角検出部が検出するトー角の実際の値との偏差が、旋回外輪となる前記後輪で前記所定値以上のときに、
前記補正部は、
旋回内輪となる前記後輪に設定するトー角の前記目標値を、前記偏差に対応して補正することを特徴とする請求の範囲第1項または請求の範囲第2項に記載の車両のトー角制御装置。 - 前記車両は、横加速度を検出する横Gセンサを備え、
前記補正部は、前記横Gセンサが検出する横加速度に前記偏差の大きさを積算した値を含んだ補正量を算出するとともに、前記目標値に前記補正量を加算して、前記目標値を補正することを特徴とする請求の範囲第1項乃至請求の範囲第3項のいずれか1項に記載の車両のトー角制御装置。
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