JP5432984B2 - 車両の後輪トー角制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、後輪トー角可変装置を用いて自動車のトー角を車両の挙動に応じて制御する後輪トー角制御装置に関する。

後輪を支持する左右のサスペンションアームを車幅方向にスライド変位させることによって左右の後輪を対称的に操舵する車両の後輪操舵装置において、車速や前輪舵角、制動状態等の車両の運動状態に応じて後輪をトーインに制御するとともに、トーイン角度を、それぞれ車速や、前輪舵角に応じて段階的に変化させる技術が知られている（特許文献１参照）。これによれば、低速走行時に車両の回頭性を高めるとともに高速走行時に走行安定性を高め、旋回時の車体の尻振りおよび制動時の走行安定性低下の効果的な防止が図られる。

また、近年、車両の回頭性や操縦安定性を向上させるために、後輪のトー角を左右個別に可変制御する後輪トー角可変装置を備えた４輪操舵車両も開発されている。後輪トー角可変装置としては、後輪を支持するサスペンションにおけるラテラルリンクあるいはトレーリングリンクの車体との連結部に電動アクチュエータを左右後輪にそれぞれ設けたものや（例えば、特許文献２）、ダブルウィッシュボーン式のサスペンションにおいて、アッパーアームおよびロアアームの先端にボールジョイントを介してナックルを支持させ、ナックルと車体とを連結する電動アクチュエータを左右後輪にそれぞれ設けたもの（例えば、特許文献３）が知られている。これら後輪トー角可変装置はいずれも、電動アクチュエータを駆動することによって左右両輪のトー角を個別に可変制御することができる。

後輪トー角可変装置の電動アクチュエータとしては、電動モータと送りねじ機構とを用いた直動型の伸縮式のアクチュエータが一般的に用いられる。そして、本出願人は、伸縮式のアクチュエータを大型化することなく、出力ロッドの脱落を防止する発明を提案している（特許文献３）。このような電動アクチュエータを用いて車両部位を駆動する場合、送りねじ機構の雄ねじと雌ねじとの接触面には静止摩擦力が働くため、停止状態から作動を開始する際にこの静止摩擦力が抵抗力となって電動アクチュエータの追従性能を低下させることになる。そのため、静止摩擦力に打ち勝ち、電動アクチュエータの追従性を確保するために、起動時にはＰＷＭ制御される電動アクチュエータのデューティー比を増大させる制御がなされている（例えば、冷却ファン駆動モータに対するものとして特許文献４を参照されたい）。

特開平０５−１７８２３１号公報 特開平９−３０４３８号公報 特開２００８−１６４０１７号公報 特開２００６−２９９８１０号公報

しかしながら、後輪トー角可変装置として用いられる電動アクチュエータは、車体とサスペンション部材との間に設けられるため、走行状態に応じて作用する軸力が変化し、軸力の変化に伴って最大静止摩擦力も変化する。したがって、例え電動アクチュエータの起動時に静止摩擦力に打ち勝つ出力となるようにＰＷＭ制御におけるデューティー比を設定していたとしても、旋回走行時など、電動アクチュエータに大きな軸力が作用しているときは、電動アクチュエータを駆動しようとしても出力が不足して作動しない、あるいは作動に遅れが生じるおそれがあった。

他方、後輪トー角可変装置を搭載した車両では、前輪舵角や車速等から算出された目標後輪トー角に検出された実後輪トー角を追従させる制御が実行される。一般的には目標後輪トー角と実後輪トー角との偏差に基づいてＰＩＤフィードバック制御が実行され、後輪操舵をするための電動アクチュエータを駆動する入力電圧が決定される。この入力電圧をもって電動アクチュエータがＰＷＭ制御され、後輪操舵が実行される。しかしながら、車両旋回時には電動アクチュエータに軸力が負荷されるため、電動アクチュエータの追従性能が低下するおそれがあった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、車両の走行状態によって後輪操舵をするための電動アクチュエータに軸力が負荷されても、後輪トー角の追従性が低下することを防止し、車両挙動の安定化を図ることのできる後輪トー角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、本発明は、電動アクチュエータ（１１）によって車両（Ｖ）の後輪トー角（δｒ）を可変制御する後輪トー角制御装置（１２）において、目標後輪トー角（δｒｔｇｔ）を設定する目標後輪トー角設定手段（２１）と、実後輪トー角（δｒａｃｔ）を検出する実後輪トー角検出手段（１７）と、目標後輪トー角（δｒｔｇｔ）と実後輪トー角（δｒａｃｔ）との偏差（ｅ）に基づいて、目標後輪トー角を達成するために設定された操作量（Ｄ）をもって電動アクチュエータを駆動制御する駆動制御手段（２２，１２４）と、電動アクチュエータに対する負荷を検出するための負荷検出手段（２４，１２３）と、電動アクチュエータに対する負荷に応じて操作量を補正するための補正手段（２５，１２０）とを備えるように構成する。

この発明によれば、車両の走行状態によって電動アクチュエータに対する負荷が変化しても、電動アクチュエータに対する操作量が補正手段によって増強補正されるため、電動アクチュエータの追従性能の低下を防止できる。

本発明の一側面によれば、電動アクチュエータは、電動モータ（３７）と動力伝達機構（３９）とを有するものであり、補正手段は、電動モータの出力（Ｆ）が電動アクチュエータに対する負荷に応じた動力伝達機構の最大静止摩擦力（Ｆｆｍａｘ）よりも大きくなるように操作量を補正する（Ｄｃｍｄ＞Ｄｓ）構成とすることができる。かかる構成によれば、車両の走行状態に応じた動力伝達機構の最大静止摩擦力の上昇に起因して電動アクチュエータの応答性能が低下することを防止できる。したがって、走行状態に関わらずに車両挙動の安定化を図ることができる。

本発明の一側面によれば、電動アクチュエータは送りねじ機構（３９）を有する伸縮アクチュエータであり、電動アクチュエータの軸力（Ｆａ）を検出するための軸力検出手段（１６）をさらに備え、負荷検出手段（２４）は、電動アクチュエータの軸力に基づいて電動アクチュエータに対する負荷（Ｆｆｍａｘ）を検出する構成とすることができる。かかる構成によれば、伸縮アクチュータを採用することで動力伝達機構の小型化を可能にしつつ、電動アクチュエータの軸力に基づいて動力伝達機構の諸元から直接的に電動アクチュエータの負荷を求めることができる。

本発明の一側面によれば、軸力検出手段が、車体の横加速度（Ｇｙ）、車体の前後加速度（Ｇｘ）、車速（ｖ）および路面状態量（μ）のうちの少なくとも１つを検出する構成とすることができる。かかる構成によれば、送りねじ機構の最大摩擦力、すなわち電動アクチュエータの始動時に必要な目標制御量を推定することができ、これらパラメータを複数用いるようにすれば、最大摩擦力の推定精度を高めることもできる。

本発明の一側面によれば、操作量は、ＰＷＭ制御におけるデューティー比である構成とすることができる。かかる構成によれば、かかる構成によれば、直流電源を備えた車両において応答性能の高い後輪トー角制御を容易に実現することができる。

本発明の一側面によれば、補正手段は、電動アクチュエータの始動時に所定期間にわたって操作量を補正する構成とすることができる。かかる構成によれば、補正手段による操作量の補正を容易に実現し、電動アクチュエータが始動し得るように設定された所定期間後には、増強補正を終了して余分なエネルギ消費を抑制することができる。

本発明の一側面によれば、電動アクチュエータの始動を検出する始動検出手段（１７）をさらに備え、補正手段は、電動アクチュエータの始動時に電動アクチュエータの始動が検出されるまで操作量の補正を継続する構成とすることができる。かかる構成によれば、増強補正の期間を必要最小限にして余分なエネルギの消費を防止できるとともに、何らかの過渡的な原因によって操作量の増強補正をもってしても電動アクチュエータが始動しないような場合であっても、この原因が無くなった後に電動アクチュエータを確実に始動させることができる。

また、本発明の一側面によれば、補正手段（１２０）は、目標後輪トー角の微分値（ｄδｒｔｇｔ）に係数（ｋ）が乗じられた補償項（ｋ×ｄδｒｔｇｔ）を算出し、該補償項を目標後輪トー角（δｒｔｇｔ）に加算することで、操作量を補正する構成とすることができる。かかる構成によれば、目標後輪トー角の微分値に関わる補償項がフィードフォワードで付加されることにより、目標後輪トー角の位相が電動アクチュエータの作動速度に応じて進むため、電動アクチュエータの負荷が増えても追従遅れを改善することができる。

本発明の一側面によれば、電動アクチュエータは伸縮アクチュエータであり、電動アクチュエータの軸力（Ｆａ）を検出するための軸力検出手段（１６）をさらに備え、補正手段（１２０）は、電動アクチュエータの軸力に応じた補償項（ｋ×ｄδｒｔｇｔ）を算出し、該補償項を目標後輪トー角（δｒｔｇｔ）に加算することで、操作量を補正する構成とすることができる。かかる構成によれば、電動アクチュエータの軸力に応じた補償項がフィードフォワードで付加されることにより、目標後輪トー角の位相が走行状態によって変化する電動アクチュエータの軸力に応じて進むため、軸力に起因して電動アクチュエータの負荷が増えても追従遅れを改善することができる。

本発明の一側面によれば、補正手段は、目標後輪トー角の微分値（ｄδｒｔｇｔ）に、電動アクチュエータの軸力に関わる値に応じた係数（ｋ）が乗じられた補償項（ｋ×ｄδｒｔｇｔ）を算出し、該補償項を目標後輪トー角（δｒｔｇｔ）に加算することで、操作量を補正する構成とすることができる。かかる構成によれば、電動アクチュエータの作動速度および電動アクチュエータの軸力に応じた補償項がフィードフォワードで付加されることにより、電動アクチュエータの作動状態および車両の走行状態に関わらず電動アクチュエータの追従遅れを改善することができる。

本発明によれば、車両の走行状態によって電動アクチュエータに負荷される軸力が変化しても、後輪トー角の追従性が低下することを防止し、車両挙動の安定化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る４輪自動車の概略構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る後輪トー角制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る横加速度と実施形態に係る電動アクチュエータの軸力との関係を示すマップである。 本発明の第１実施形態に係る目標デューティー比補正処理のフロー図である。 本発明の第１実施形態に係る後輪トー角制御装置による後輪トー角の応答性を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態に係る後輪トー角制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る車両直進時と旋回時の後輪トー角を制御する電動アクチュエータへの負荷を表す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る横加速度と電動アクチュエータへの軸力との関係を表すチャートである。 本発明の第２実施形態に係る横加速度と目標後輪トー角に乗ずる係数との関係を表すチャート（マップ）である。 本発明の第２実施形態と比較例について指示後輪トー角と実後輪トー角とを比較したタイムチャートである。

以下、本発明にかかる後輪トー角可変制御装置１０を適用した自動車Ｖの実施形態について図面を参照して説明する。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤや電動アクチュエータ等については、それぞれ数字の符号に左右を示す添字ＬまたはＲを付して、例えば、後輪５Ｌ（左）、後輪５Ｒ（右）と記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５と記す。

図１に示すように、自動車Ｖは、タイヤ２Ｌ，２Ｒが装着された前輪３Ｌ，３Ｒと、タイヤ４Ｌ，４Ｒが装着された後輪５Ｌ，５Ｒとを備えており、これら前輪３Ｌ，３Ｒおよび後輪５Ｌ，５Ｒが、左右のフロントサスペンション６Ｌ，６Ｒおよびリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒによってそれぞれ車体１に懸架されている。

また、自動車Ｖには、ステアリングホイール８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３Ｌ，３Ｒ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７Ｌ，７Ｒに対して設けられた左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを伸縮駆動することにより、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角δｒを個別に変化させる後輪トー角可変制御装置１０Ｌ，１０Ｒとが備わっている。

各後輪トー角可変制御装置１０を構成する各電動アクチュエータ１１は、直動型の周知のものであるため詳細な図示は省略するが、例えば特許文献３に開示された電動アクチュエータを適用することができる。各電動アクチュエータ１１は、図１の拡大図に示すように、車体１側に連結されたハウジング３２内に収容されてパルス幅変調（Pulse Width Modulation、以下、ＰＷＭと記す）制御されるブラシ付きのＤＣモータ３７、ＤＣモータ３７の出力軸と送りねじ機構３９の雄ねじとの間に介装された減速機３８、送りねじ機構３９の雌ねじを構成し、後輪５側に連結される出力ロッド３５等から構成される。

自動車Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２の他、車速センサ１３や、前輪舵角センサ１４、ヨーレートセンサ１５、横加速度センサ１６の他、図示しない種々のセンサが設置されており、各センサの検出信号はＥＣＵ１２に入力されて車両の各種制御に供される。なお、前輪舵角センサ１４はステアリングホイール８の操舵量を検出しており、その検出値から前輪舵角δｆが算出される。横加速度センサ１６は車体１の左右方向の横加速度Ｇｙを検出する。ここで、ＥＣＵ１２は後輪トー角制御装置を構成し、横加速度センサ１６は電動アクチュエータ１１の軸力Ｆａを検出する軸力検出手段を構成している。

また、各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒには、出力ロッド３５のストローク位置を検出する後輪トー角センサ１７Ｌ，１７Ｒがそれぞれ設置されている。後輪トー角センサ１７は、近接配置されたマグネットの位置を差動変圧から検出することにより、各電動アクチュエータ１１のストローク量を検出し、その検出結果がＥＣＵ１２に入力して実後輪トー角δｒａｃｔとして利用される。

なお、ＥＣＵ１２は一種のコンピュータであり、演算を実行するプロセッサ（ＣＰＵ）、各種データを一時記憶する記憶領域およびプロセッサによる演算の作業領域を提供するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、プロセッサが実行するプログラムおよび演算に使用する各種のデータが予め格納されている読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、およびプロセッサによる演算の結果およびエンジン系統の各部から得られたデータのうち保存しておくものを格納する書き換え可能な不揮発性メモリの他、各種ドライバや周辺回路、入出力インタフェース等を備えている。そして、ＥＣＵ１２は、通信回線（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して各センサ１３〜１７や電動アクチュエータ１１等と接続されており、各センサ１３〜１６の検出結果に基づいて電動アクチュエータ１１Ｌ，１１ＲをＰＷＭ方式で駆動制御し、左右の後輪５Ｌ，５Ｒのトー角制御を行う。

このように構成された自動車Ｖによれば、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪５Ｌ，５Ｒ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１１Ｌ，１１Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪５Ｌ，５Ｒを左右に転舵することも可能である。具体的には、ＥＣＵ１２は、自動車Ｖの操縦安定性を高めるべく、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、加速時には後輪５をトーアウトに、減速時には後輪５をトーインに変化させ、所定の車速よりも高速での旋回走行時には後輪５を前輪３と同相に、所定の車速よりも低速での旋回走行時には後輪５を前輪３と逆相にトー変化（転舵）させる。

≪第１実施形態≫
次に図２〜図５を参照して本発明に係る第１実施形態について説明する。本実施形態の後輪トー角制御装置は、ＥＣＵ１２によって実現できる。なお、図２では本実施形態にかかる要部を示しており、例えば、特許文献１に開示される、車両の左右後輪の目標後輪トー角を設定する目標後輪トー角設定手段と、車両の挙動にかかる車両状態量を検出する状態量検出手段とを備え、目標後輪トー角と検出された実後輪トー角との偏差に基づいて車両の左右後輪のトー角を変化させる後輪トー角制御装置の一般的な構成については説明を省略する場合がある。また、これら図面では、電動アクチュエータ１１等について左右を区別することなく示しているが、実際にはＥＣＵ１２は左右の電動アクチュエータ１１のそれぞれについて同様の機能を有し、同様の制御を行う。第２実施形態においても同様である。また、以下の説明では補正処理前後のデューティー比Ｄを明確にするため、補正処理前のデューティー比Ｄを「目標デューティー比Ｄｔｇｔ」と、補正処理後のデューティー比Ｄを「指示デューティー比Ｄｃｍｄ」として説明する。

図２に示すように、ＥＣＵ１２は、図示しない入力インタフェースを介して入力された車速ｖや前輪舵角δｆなどに基づいて目標後輪トー角δｒｔｇｔを設定する目標後輪トー角設定部２１と、後輪トー角センサ１７によって検出された実後輪トー角δｒａｃｔと目標後輪トー角δｒｔｇｔとに基づいて制御指示値（デューティー比Ｄ）を設定し、設定した制御指示値をもって電動アクチュエータ１１を駆動制御するＰＩＤ制御部２２とを備えている。

ＰＩＤ制御部２２は、デューティー比設定部２３と、最大静止摩擦力算出部２４と、デューティー比補正部２５とを備えている。デューティー比設定部２３は、後輪トー角センサ１７によって検出された実後輪トー角δｒａｃｔと目標後輪トー角δｒｔｇｔとの偏差ｅ、その積分値および微分値に基づいてＰＷＭ制御における目標デューティー比Ｄｔｇｔを設定する。

最大静止摩擦力算出部２４は、横加速度センサ１６によって検出された横加速度Ｇｙに基づいて電動アクチュエータ１１（送りねじ機構３９）に作用する軸力Ｆａを推定し、推定した軸力Ｆａに送りねじ機構３９の静止摩擦係数μを乗じて最大静止摩擦力Ｆｆｍａｘを算出する。電動アクチュエータ１１の軸力Ｆａの推定は、横加速度Ｇｙをアドレスとして、リヤサスペンション７のサスペンションジオメトリに基づいて予め設定された横加速度Ｇｙと電動アクチュエータ１１の軸力Ｆａとの関係を示す図３のマップを参照することにより行われる。例えば、電動アクチュエータ１１が、後輪５のキングピンに対し、横力が作用するタイヤ４の接地部と同じ側（前方または後方）に設けられている場合、図３に示すように、旋回外側への横加速度Ｇｙが大きくなるほど軸力Ｆａが圧縮（縮み）側に大きくなり、直進走行時、すなわち横加速度Ｇｙが０の時にはポジティブキャンバーによってわずかに引張（伸び）側に軸力Ｆａが作用することとなる。

デューティー比補正部２５は、電動アクチュエータ１１の始動時に、電動アクチュエータ１１がその負荷に打ち勝って作動する、すなわちＤＣモータ３７の出力Ｆが電動アクチュエータ１１の最大静止摩擦力Ｆｆｍａｘよりも大きくなって停止状態から作動を開始するのに必要なデューティー比の下限値（以下、始動デューティー比Ｄｓと呼称する）と目標デューティー比Ｄｔｇｔとを比較し、目標デューティー比Ｄｔｇｔが始動デューティー比Ｄｓよりも小さい場合、目標デューティー比Ｄｔｇｔを始動デューティー比Ｄｓの値に補正する。つまり、デューティー比Ｄを増強補正する。そして、デューティー比補正部２５は、補正により得られた指示デューティー比Ｄｃｍｄを電動アクチュエータ１１に対して出力する。

なお、デューティー比補正部２５が補正を行う始動時とは、デューティー比が０の停止状態から最初に電流を流し始めたＰＷＭの１サイクルに限られることなく、電動アクチュエータ１１の特性に応じて電流を流し始めた作動初期の所定サイクルまたは所定時間として定めればよい。本実施形態では、１００ｍｓ程度の補正時間が始動時として設定されている。

次に、図４を参照してＥＣＵ１２による目標デューティー比補正処理について説明する。自動車Ｖがエンジンを始動すると、ＥＣＵ１２は所定の周期で以下の目標デューティー補正処理を繰り返す。ＥＣＵ１２は先ず、目標後輪トー角設定部２１において、目標後輪トー角δｒｔｇｔを設定し（ステップＳ１）、デューティー比設定部２３において、目標後輪トー角δｒｔｇｔと実後輪トー角δｒａｃｔとに基づいて目標デューティー比Ｄｔｇｔを設定する（ステップＳ２）。次にＥＣＵ１２は、デューティー比補正部２５において、電動アクチュエータ１１の始動時であるか否かを判定し（ステップＳ３）、始動時でないと判定された場合（Ｎｏ）、ステップＳ２で設定した目標デューティー比Ｄｔｇｔをそのまま指示デューティー比Ｄｃｍｄとして出力して（ステップＳ７）本処理を終了する。

一方、ステップＳ３で始動時と判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１２は、最大静止摩擦力算出部２４において、横加速度Ｇｙに基づいて電動アクチュエータ１１の軸力Ｆａを推定したうえで、推定した軸力Ｆａから電動アクチュエータ１１の送りねじ機構３９の最大静止摩擦力Ｆｆｍａｘを算出する（ステップＳ４）。そして、ＥＣＵ１２は、デューティー比補正部２５において、目標デューティー比ＤｔｇｔによるＤＣモータ３７の出力Ｆが最大摩擦力Ｆｆｍａｘ以下であるか否かを判定し（ステップＳ５）、出力Ｆが最大摩擦力Ｆｆｍａｘよりも大きい場合（Ｎｏ）、ステップＳ２で設定した目標デューティー比Ｄｔｇｔをそのまま指示デューティー比Ｄｃｍｄとして出力して（ステップＳ７）本処理を終了する。

ステップＳ５で出力Ｆが最大摩擦力Ｆｆｍａｘ以下であった場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１２は、デューティー比補正部２５において、電動アクチュエータ１１がその負荷に打ち勝って始動できるように、目標デューティー比Ｄｔｇｔを最大静止摩擦力Ｆｆｍａｘに対応する始動デューティー比Ｄｓの値に補正し（ステップＳ６）、補正により得られた指示デューティー比Ｄｃｍｄを出力して（ステップＳ７）本処理を終了する。

次に、図５を参照して本実施形態に係る後輪トー角可変制御装置１０による作用効果について説明する。図５は、横軸に時間を、縦軸に後輪トー角δｒをとったタイムチャートであり、（Ａ）は、従来の後輪トー角可変制御装置を備えた自動車Ｖが旋回走行時に後輪トー角δｒを変化させたものを示し、（Ｂ）は本実施形態に係る後輪トー角可変制御装置１０を備えた自動車Ｖが旋回走行時に後輪トー角δｒを変化させたものを示している。同図に示すように、従来の後輪トー角可変制御装置では、目標後輪トー角δｒｔｇｔと実後輪トー角δｒａｃｔとの間に位相遅れが生じている、すなわち、作動初期の遅れが電動アクチュエータ１１の追従性を悪化させている。これに対し、本実施形態に係る後輪トー角可変制御装置１０では、実後輪トー角δｒａｃｔが目標後輪トー角δｒｔｇｔと略一致して現れており、電動アクチュエータ１１の追従性が良くなっている。

このように、電動アクチュエータ１１の始動時に、指示デューティー比Ｄｃｍｄが始動デューティー比Ｄｓの値より小さくならないように目標デューティー比Ｄｔｇｔを補正することにより、電動アクチュエータ１１が停止状態から直ちに作動可能となる。そして、横加速度Ｇｙに基づいて電動アクチュエータ１１の軸力Ｆａに応じて始動デューティー比Ｄｓを算出し、この始動デューティー比Ｄｓよりも指示デューティー比Ｄｃｍｄが小さくならないように目標デューティー比Ｄｔｇｔを補正することにより、自動車Ｖが旋回走行中などであっても、走行状態に左右されることなく電動アクチュエータ１１の応答性を高めることができる。そして、後輪トー角δｒを高応答に変化させることで後輪トー角可変制御装置１０による自動車Ｖの走行安定性の向上が実現される。

≪第２実施形態≫
次に、図６〜図１０を参照して本発明に係る第２実施形態について説明する。本実施形態の後輪トー角制御装置も、ＥＣＵ１２によって実現できる。なお、図６でも本実施形態にかかる要部を示しており、例えば、特許文献１に開示される、車両の左右後輪の目標後輪トー角を設定する目標後輪トー角設定手段と、車両の挙動にかかる車両状態量を検出する状態量検出手段とを備え、目標後輪トー角と検出された実後輪トー角との偏差に基づいて車両の左右後輪のトー角を変化させる後輪トー角制御装置の一般的な構成については説明を省略する場合がある。また、以下の説明では補正前後の目標後輪トー角を明確にするため、補正前の目標後輪トー角を「目標後輪トー角δｒｔｇｔ」と、補正後の目標後輪トー角を「指示後輪トー角δｒｃｍｄ」として説明する。

図６を参照すると、ＥＣＵ１２は、例えば、入力インタフェース（図示せず）を介して、車速ｖや前輪舵角δｆなどを取得し、目標後輪トー角δｒｔｇｔを算出する。算出された目標後輪トー角δｒｔｇｔは、ＥＣＵ１２に備えられた目標後輪トー角補正部１２０へ送出される。なお、図６では、左後輪５Ｌもしくは右後輪５Ｒの一方を代表として示しているため左右を表す添字Ｌ，Ｒは付していない。

また、ＥＣＵ１２は、入力インタフェース（図示せず）を介して、自動車Ｖの挙動にかかる車両状態量の一つである横加速度センサ１６が検出した横加速度Ｇｙの信号を取得する。入力された横加速度Ｇｙは、目標後輪トー角補正部１２０へ送出される。

ところで、目標後輪トー角δｒｔｇｔは、前輪舵角δｆや車速ｖ等から設定され、旋回時には過渡的に変化する。この目標後輪トー角δｒｔｇｔの過渡的変化が大きいほど電動アクチュエータ１１の負荷が大きくなり、実後輪トー角δｒａｃｔの目標後輪トー角δｒｔｇｔへの追従性能を低下させるおそれがある。したがって、目標後輪トー角δｒｔｇｔを微分した微分値は、追従性能の変化を表す観測量の一つとすることができる。そこで、目標後輪トー角補正部１２０は、入力された目標後輪トー角δｒｔｇｔを微分器１２１によって微分し、微分値ｄδｒｔｇｔを算出する。

また、目標後輪トー角補正部１２０は、予め設定された横加速度Ｇｙと係数ｋとの関係であるマップ１２２に基づいて、入力された横加速度Ｇｙに応じた係数ｋを参照する。係数ｋは、目標後輪トー角の微分値ｄδｒｔｇｔに乗ぜられ、補償項ｋ×ｄδｒｔｇｔが算出される。すなわち、補償項ｋ×ｄδｒｔｇｔにおいて、目標後輪トー角の微分値ｄδｒｔｇｔが比例処理される。

ここで、係数ｋについて、図７〜図９を参照して説明する。図７は一実施例にかかる車両直進時と旋回時の後輪トー角δｒを制御する電動アクチュエータ１１への負荷状態を表しており、自動車Ｖを平面視して後輪５と電動アクチュエータ１１との関係のみを抽出している。図７の（ａ），（ｂ）とも図の上側を自動車Ｖの前方とし、図の左側を自動車Ｖの中心側としている。電動アクチュエータ１１は、一点鎖線で表す後輪５の軸線よりも自動車Ｖの前方側に設けられ、キングピンＫは、後輪５の軸線よりも自動車Ｖの後方側に設けられている。

図７（ａ）を参照すると、自動車Ｖが直進している場合は、電動アクチュエータ１１は予め設定された軸力Ｆａによって、後輪５のトー角の操作を行うことができる。しかしながら、図７（ｂ）のように、自動車Ｖが旋回し、後輪５にタイヤ横力Ｆｙが作用する場合、後輪５の軸線に沿って横力を発生させるタイヤ４の接地部と電動アクチュエータ１１とがキングピンＫに対してともに前方側にある本実施例の状況では、電動アクチュエータ１１に圧縮側の負荷がかかり、電動アクチュエータ１１の軸力Ｆａはタイヤ横力Ｆｙに応じて変化する。

図８は、図７に示す構成の場合であって、通常状態において引張の軸力Ｆａを負荷された電動アクチュエータ１１における横加速度Ｇｙと電動アクチュエータ１１の軸力Ｆａとの関係を表したものである。図８を参照すると、図７（ｂ）の状況のように横加速度Ｇｙが外輪側へ向くと、電動アクチュエータ１１の軸力Ｆａは引張側から圧縮側へ推移し、さらに、横加速度Ｇｙの増大に伴い、電動アクチュエータ１１の軸力Ｆａの増大率が大きくなっている。これは、遠心力による外輪側への荷重移動によって外輪が負担する横力が増大するためである。従来の後輪トー角可変装置を搭載した車両では、前輪舵角δｆや車速ｖ等から算出された目標後輪トー角δｒｔｇｔに、検出された実後輪トー角δｒａｃｔを追従させる制御が実行されているが、この旋回時の軸力変化に起因して、目標後輪トー角δｒｔｇｔに実後輪トー角δｒａｃｔが追従しないおそれがあった。

そこで、図９に示すように、図７における横加速度Ｇｙと電動アクチュエータ１１の軸力Ｆａとの関係に基づき、自動車Ｖの旋回によって電動アクチュエータ１１への軸力Ｆａが大きくなるにつれて、ゲインが大きくなるような係数ｋを予め設定する。このように設定された係数ｋを比例処理される目標後輪トー角の微分値ｄδｒｔｇｔに乗じることによって、横加速度Ｇｙによって変化する電動アクチュエータ１１の軸力変化に応じた補償項ｋ×ｄδｒｔｇｔを得ることができる。なお、図９は、横加速度Ｇｙに応じて係数ｋを参照できるマップであり、ＥＣＵ１２のメモリに予め格納することができる。

再び、図６の機能ブロック図を参照すると、補償項ｋ×ｄδｒｔｇｔは目標後輪トー角δｒｔｇｔに加算され、指示後輪トー角δｒｃｍｄが算出される。このように、目標後輪トー角の微分値ｄδｒｔｇｔと係数ｋとの積を、補償項ｋ×ｄδｒｔｇｔとして目標後輪トー角δｒｔｇｔにフィードフォワードで加算することで、目標後輪トー角δｒｔｇｔよりも位相が適正に進められた所望の指示後輪トー角δｒｃｍｄを得ることができる。つまり、補償項ｋ×ｄδｒｔｇｔを算出するための微分機２１、マップ１２２などが、電動アクチュエータ１１に対する負荷を検出する負荷検出部１２３を構成している。

指示後輪トー角δｒｃｍｄから、電動アクチュエータ１１に配設された後輪トー角センサ１７によって検知され、入力インタフェース（図示せず）を介して、ＥＣＵ１２に送出された実後輪トー角δｒａｃｔが減算されて偏差ｅが算出される。偏差ｅはＰＩＤ制御器１２４に入力され、ＰＩＤ制御器１２４はこの偏差ｅを解消する向きに電動アクチュエータ１１を駆動するための駆動信号（デューティー比Ｄ）を出力インタフェース（図示せず）を介して発生する。このように、補償項ｋ×ｄδｒｔｇｔがフィードフォワードで加算された指示後輪トー角δｒｃｍｄが電動アクチュエータ１１に対する制御指示値に用いられることで、電動アクチュエータ１１に対するデューティー比Ｄが増強補正され、電動アクチュエータ１１の追従遅れが補償される。

本実施形態にかかる一実施例と、本発明が適用されていない通常の後輪トー角制御装置を搭載した車両にかかる比較例とを比較したグラフを図１０に示す。図１０は、実施例と比較例について車両旋回時の指示後輪トー角δｒｃｍｄ或いは目標後輪トー角δｒｔｇｔと実後輪トー角δｒａｃｔの挙動を比較したタイムチャートである。

図１０を参照すると、比較例では、実線で示す目標後輪トー角δｒｔｇｔに対して一点鎖線で示す実後輪トー角δｒａｃｔの線分に位相遅れが生じている。一方、本発明が適用された実施例では、位相が進められるように目標後輪トー角δｒｔｇｔを補正して得られた破線で示す指示後輪トー角δｒｃｍｄを指示値に用いることで、二点鎖線で示す実後輪トー角δｒａｃｔが目標後輪トー角δｒｔｇｔと一致して、すなわち位相遅れが生じずに現れる。このように、実施例にかかる後輪トー角可変制御装置１０は、車両旋回時に後輪操舵をするための電動アクチュエータ１１に負荷される軸力Ｆａが変化しても、目標後輪トー角δｒｔｇｔにフィードフォワードとして補償項ｋ×ｄδｒｔｇｔを加算した指示後輪トー角δｒｃｍｄを用いてＰＩＤ制御を行うことで、目標後輪トー角δｒｔｇｔに実後輪トー角δｒａｃｔを追従させることができ、安定した４輪操舵車両の運動性能を提供することができる。

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、上記第１実施形態では、電動アクチュエータ１１の軸力Ｆａを検出するために横加速度Ｇｙを用いているが、自動車Ｖに前後加速度センサ１８を設け、前後加速度Ｇｘによる電動アクチュエータ１１の軸力変化を考慮したり、車速ｖに基づいて車体１のリフト量による軸力変化を考慮したり、さらには、路面摩擦係数μなどの路面状態を検出する路面状態検出手段１９を設けて路面状態による軸力変化を考慮してもよい。路面状態検出手段１９としては、路面摩擦係数を直接測定する路面摩擦係数測定装置あるいは、画像計測やレーザ計測など、非接触で路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定装置や、上下加速度センサなどから路面の凹凸状態を検出する路面凹凸検出装置などを用いることができる。

また、上記第１実施形態では、電動アクチュエータ１１の駆動源をＤＣモータ３７とし、ＰＷＭ制御によってＤＣモータ３７を制御しているが、直流電流の印加電圧または起動電流を直接制御する形態としたり、交流モータを用いる形態としたりしてもよい。また、上記第１実施形態では、横加速度Ｇｙから軸力Ｆａを推定し、推定した軸力Ｆａから最大静止摩擦力Ｆｆｍａｘを算出しているが、最大静止摩擦力Ｆｆｍａｘを自動車Ｖの走行状態量から直接算出したりマップ検索により求めたりしてもよい。

また、上記第１実施形態では、電動アクチュエータ１１に作用する軸力Ｆａの方向に関わらず、始動時の目標デューティー比Ｄｔｇｔを常に始動デューティー比Ｄｓの値に補正しているが、軸力Ｆａの方向に応じて始動デューティー比Ｄｓの値を異ならせたり、始動に要する補正時間を異ならせてもよい。或いは、目標デューティー比Ｄｔｇｔを、始動デューティー比Ｄｓよりも所定量あるいは所定倍大きな値に設定するようにしてもよい。さらに、上記第１実施形態では、ＤＣモータ３７の出力Ｆが最大静止摩擦力Ｆｆｍａｘ以下の場合にのみ目標デューティー比Ｄｔｇｔを始動デューティー比Ｄｓの値に補正しているが、最大静止摩擦力Ｆｆｍａｘが小さな場合でも始動時には常に所定のデューティー比以上となるように補正してもよい。

また、上記第１実施形態では、デューティー比補正部２５が電動アクチュエータ１１の始動時に所定時間にわたって目標デューティー比Ｄｔｇｔを補正しているが、後輪トー角センサ１７によって電動アクチュエータ１１の作動が検出するまで補正を継続する形態としてもよい。このような形態とすることにより、デューティー比補正部２５による補正期間を必要最小限にして余分なエネルギの消費を防止できるとともに、何らかの過渡的な原因によって補正した指示デューティー比Ｄｃｍｄをもってしても電動アクチュエータ１１が始動しないような場合であっても、この原因が無くなった後に電動アクチュエータ１１を確実に始動させることができる。

また、上記第２実施形態では、図９に示したように横加速度Ｇｙと係数ｋとの関係をマップとしたが、例えば、前輪舵角センサ１４に遅れフィルターをかけることによって車両の横方向への荷重を表し、この荷重に対応する係数のマップとすることもできる。これら変更の他、各装置の具体的構成や配置など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

１ 車体
５ 後輪
１０ 後輪トー角可変制御装置
１１ 電動アクチュエータ
１２ ＥＣＵ（後輪トー角制御装置）
１３ 車速センサ
１６ 横加速度センサ（軸力検出手段）
１７ 後輪トー角センサ（実後輪トー角検出手段、始動検出手段）
１８ 前後加速度センサ
１９ 路面状態検出手段
２１ 目標後輪トー角設定部
２２ ＰＩＤ制御部（駆動制御手段）
２４ 最大静止摩擦力算出部（負荷検出手段）
２５ デューティー比補正部（補正手段）
３７ ＤＣモータ
３９ 送りねじ機構
１２０ 目標後輪トー角補正部（補正手段）
１２３ 負荷検出部
１２４ ＰＩＤ制御器（駆動制御手段）
Ｖ 自動車
δｒ 後輪トー角
δｒｔｇｔ 目標後輪トー角
ｄδｒｔｇｔ 目標後輪トー角の微分値
δｒｃｍｄ 指示後輪トー角
δｒａｃｔ 実後輪トー角
ｅ 偏差
Ｄ デューティー比（操作量）
Ｄｔｇｔ 目標デューティー比
Ｄｃｍｄ 指示デューティー比
Ｄｓ 始動デューティー比
Ｇｙ 横加速度
Ｆ 電動モータの出力
Ｆａ 軸力
Ｆｆｍａｘ 最大静止摩擦力
ｋ 係数
ｋ×ｄδｒｔｇｔ 補償項

Claims (8)

1. 電動アクチュエータによって車両の後輪トー角を可変制御する後輪トー角制御装置であって、
   目標後輪トー角を設定する目標後輪トー角設定手段と、
   実後輪トー角を検出する実後輪トー角検出手段と、
   前記目標後輪トー角と前記実後輪トー角との偏差に基づいて、前記目標後輪トー角を達成するために設定された操作量をデューティー比とするＰＷＭ制御をもって前記電動アクチュエータを駆動制御する駆動制御手段と、
   前記電動アクチュエータに対する負荷を検出するための負荷検出手段と、
   前記電動アクチュエータに対する負荷に応じて前記操作量を補正するための補正手段と
   を備え、
   前記電動アクチュエータは、電動モータと動力伝達機構とを有するものであり、前記補正手段は、前記電動モータの出力が前記電動アクチュエータに対する負荷に応じた前記動力伝達機構の最大静止摩擦力よりも大きくなるように前記操作量を補正するものであることを特徴とする後輪トー角制御装置。
2. 前記電動アクチュエータは送りねじ機構を有する伸縮アクチュエータであり、
   前記電動アクチュエータの軸力を検出するための軸力検出手段をさらに備え、
   前記負荷検出手段は、前記電動アクチュエータの軸力に基づいて前記電動アクチュエータに対する負荷を検出することを特徴とする、請求項１に記載の後輪トー角制御装置。
3. 前記軸力検出手段が、車体の横加速度、車体の前後加速度、車速および路面状態量のうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする、請求項３に記載の後輪トー角制御装置。
4. 前記補正手段は、前記電動アクチュエータの始動時に所定期間にわたって前記操作量を補正することを特徴とする、請求項１に記載の後輪トー角制御装置。
5. 前記電動アクチュエータの始動を検出する始動検出手段をさらに備え、
   前記補正手段は、前記電動アクチュエータの始動時に前記電動アクチュエータの始動が検出されるまで前記操作量の補正を継続することを特徴とする、請求項１に記載の後輪トー角制御装置。
6. 電動アクチュエータによって車両の後輪トー角を可変制御する後輪トー角制御装置であって、
   目標後輪トー角を設定する目標後輪トー角設定手段と、
   実後輪トー角を検出する実後輪トー角検出手段と、
   前記目標後輪トー角と前記実後輪トー角との偏差に基づいて、前記目標後輪トー角を達成するために設定された操作量をもって前記電動アクチュエータを駆動制御する駆動制御手段と、
   前記電動アクチュエータに対する負荷を検出するための負荷検出手段と、
   前記電動アクチュエータに対する負荷に応じて前記操作量を補正するための補正手段と
   を備え、
   前記補正手段は、前記目標後輪トー角の微分値に係数が乗じられた補償項を算出し、該補償項を前記目標後輪トー角に加算することで、前記操作量を補正することを特徴とする後輪トー角制御装置。
7. 前記電動アクチュエータは伸縮アクチュエータであり、
   前記電動アクチュエータの軸力を検出するための軸力検出手段をさらに備え、
   前記補正手段は、前記電動アクチュエータの軸力に応じた補償項を算出し、該補償項を前記目標後輪トー角に加算することで、前記操作量を補正することを特徴とする、請求項８に記載の後輪トー角制御装置。
8. 前記補正手段は、前記目標後輪トー角の微分値に、前記電動アクチュエータの軸力に関わる値に応じた係数が乗じられた補償項を算出し、該補償項を前記目標後輪トー角に加算することで、前記操作量を補正することを特徴とする、請求項９に記載の後輪トー角制御装置。

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