JP5433023B2 - 車両の後輪トー角制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の後輪のトー角を左右別々に変化させる後輪トー角制御装置に係り、走行状態などに応じて左右のトー角の応答性に差が生じることを防止する技術に関する。
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輪操舵車両が開発されている。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、これら電動アクチュエータを駆動することによって左右両後輪のトー角を個別に可変制御できるように構成したものが知られている(例えば、特許文献1)。
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アクチュエータが一般的に用いられている。例えば、本出願人は、伸縮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2)。この種の電動アクチュエータを用いて後輪のトー角を変化させる場合、一般的に、電動アクチュエータの作動量(変位値)を検出し、目標後輪トー角に応じた目標作動量と検出した実測値とを比較してフィードバック制御を行っている。
特開平9−30438号公報 特開2008−164017号公報
しかしながら、車両の走行状態や搭載荷重などが変化すると、電動アクチュエータに加わる軸力が変化するため、伸縮動に必要なモータトルクの変化によって電動アクチュエータの作動速度が変化する。例えば、左右の電動アクチュエータに作動方向に対して異なる方向の軸力が作用すると、一方の電動アクチュエータは作動速度が速くなり、他方の電動アクチュエータは作動速度が遅くなる。つまり、左右の電動アクチュエータの追従性能に差が生じる。このような状態になると、例えば、左右の後輪を同一の目標トー角へ変化させようとしても、トー変化に要する時間に左右輪で差が生じ、トー角の応答性が左右輪で異なった車両特性となる。したがって、走行フィールが悪化する。
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トー角の応答性に左右輪で差が生じることを防止し、車両の走行フィールの向上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、第1の発明は、左右の電動アクチュエータ(11)によって車両(V)の後輪(5)のトー角を個別に変化させる後輪トー角制御装置(10)であって、車両の運動状態に応じて後輪の目標トー角を設定する目標トー角設定手段(83)と、目標トー角に基づいて電動アクチュエータの目標作動量を設定する目標作動量設定手段(87)と、電動アクチュエータの実作動量を検出する作動量検出手段(17)と、作動量検出手段による実作動量と目標作動量とに基づいて、電動アクチュエータの制御量を設定する制御量設定手段(89)と、電動アクチュエータの軸力に関わる値に基づいて制御量を補正する補正手段(90・93・94)とを備えたことを特徴とする。ここで、電動アクチュエータの軸力に関わる値としては、車体の横加速度や、前後加速度、ヨーレイト、車速、後輪にかかる荷重を算出するためのサスペンションストロークなどを用いることができる。
この発明によれば、補正手段が電動アクチュエータの軸力に関わる値に基づいて制御量を補正することにより、車両の走行状態や搭載荷重などに応じて左右の電動アクチュエータに異なる軸力が作用していても、電動アクチュエータの追従性能を高めて左右の後輪のトー角応答性を均等にすることができる。
また、第2の発明は、第1の発明に係る後輪トー角制御装置(10)において、補正手段(90・93)は、電動アクチュエータの駆動方向と軸力の方向とが異なる場合に、制御量を補正することを特徴とする。
電動アクチュエータの追従性能が左右で異なる場合には、両電動アクチュエータの制御量を補正することも考えられるが、このような補正を行うと、追従性能が高い側の電動アクチュエータの作動速度を低下させることになる。そこでこの発明によれば、駆動方向と軸力の方向とが異なることによって作動速度が低下する側の電動アクチュエータについて制御量を補正することで、軸力によって作動速度が低下しない側の電動アクチュエータの追従性能を維持しつつ、左右の電動アクチュエータの追従性能を近づけることができる。
また、第3の発明は、第1または第2の発明に係る後輪トー角制御装置(10)において、補正手段(90)は、車体(1)の横加速度に基づいて制御量を補正することを特徴とする。
電動アクチュエータの軸力を変化させる要素は種々考えられるが、タイヤの横力によるものが最も大きく影響すると考えられる。そこで、この発明によれば、タイヤの横力によって直接的にもたらされる車体の横加速度に基づいて制御量を補正することにより、応答性の高い補正を実現できる。
また、第4の発明は、第1の発明に係る後輪トー角制御装置(10)において、補正手段(94)は、作動量検出手段による実作動量に基づいて制御量を補正することを特徴とする。
電動アクチュエータの追従性能が左右で異なる場合には、作動量検出手段で検出した実作動量に基づいて制御量を補正することで、追従性能が低い側の電動アクチュエータの作動速度を向上させ、左右の後輪のトー角応答性を均等にすることができる。
本発明によれば、車両の走行状態によってトー角の応答性が左右の後輪で異なることを防止し、走行フィールの向上を図ることができる。
本発明に係る後輪トー角制御装置を備えた車両の概略構成図である。 図1に示した右側のリヤサスペンションの正面図である。 図2に示した電動アクチュエータの縦断面図である。 第1実施形態に係るECUの概略構成を示すブロック図である。 図3に示した電動アクチュエータの軸力と横加速度との関係を示すグラフである。 図4に示したECUの補正ユニットの特性を示すマップである。 第1実施形態の変形例に係るECUの概略構成を示すブロック図である。 第2実施形態に係るECUの概略構成を示すブロック図である。 図8に示したECUの補正ユニットの特性を示すマップである。
以下、本発明にかかる後輪トー角制御装置10を適用した車両Vの一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、車両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とを備えた4輪自動車であり、前輪3L・3R及び後輪5L・5Rが、左右のフロントサスペンション6L・6R及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。
この車両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を駆動することにより、後輪5L・5Rのトー角を個別に変化させる左右一対の後輪トー角制御装置10L・10Rとが備わっている。
また、この車両Vには、電動アクチュエータ11を駆動制御して後輪5のトー角を制御するECU(Electronic Control Unit)12と、車速センサ13、前輪舵角センサ14、ヨーレイトセンサ15、横加速度センサ16、前後加速度センサ18、アクセルペダルセンサ19、及びブレーキ圧センサ20と、その他の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に入力して車両の制御に供される。
ECU12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、通信回線を介して各センサ13〜20等や、電動アクチュエータ11L・11Rと接続されている。ECU12は、各センサ13〜20等の検出結果に基づいて目標後輪トー角を算出し、各電動アクチュエータ11L・11Rの目標ストローク位置(変位値)を決定した上で後輪5L・5Rのトー角制御を行う。
電動アクチュエータ11L・11R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、この電動アクチュエータ11L・11Rには、出力ロッドのストローク位置を検出するストロークセンサ17L・17Rがそれぞれ設置されている。ストロークセンサ17L・17Rの信号がECU12に入力することで、電動アクチュエータ11L・11Rのフィードバック制御が行われる。これにより、各電動アクチュエータ11L・11Rは、ECU12によって決定された目標ストローク位置へと伸縮動作し、後輪5L・5Rのトー角を変化させる。
このように構成された車両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。例えば、車両Vは、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、加速時に後輪5L・5Rをトーアウトに、制動時に後輪5L・5Rをトーインに変化させ、高速旋回走行時に後輪5L・5Rを前輪舵角と同相に、低速旋回走行時に後輪5L・5Rを前輪舵角と逆相にトー角制御(転舵)して、操縦性を高めるべく後輪トー角制御を行う。
図2に示すように、リヤサスペンション7Rは、ダブルウィッシュボーン型のものであり、後輪5Rを回転自在に支持するナックル21と、ナックル21を上下動可能に車体1に連結するアッパアーム22及びロアアーム23と、後輪5Lのトー角を変化させるべくナックル21と車体1とに連結された電動アクチュエータ11Rと、後輪5Rの上下動を緩衝する懸架スプリング付きダンパ24等で構成されている。
アッパアーム22及びロアアーム23は、基端がそれぞれゴムブッシュジョイント25・26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27・28を介してナックル21の上部及び下部に連結されている。電動アクチュエータ11Lは、基端がゴムブッシュジョイント29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30を介してナックル21の前部に連結されている。懸架スプリング付きダンパ24は、上端が車体1に取り付けられ、下端がゴムブッシュジョイント31を介してナックル21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11Rが伸長駆動されると、ナックル21の前部が車幅方向外側に回動することにより、後輪5Rのトー角は車両進行方向に対して外向き(トーアウト側)に変化し、電動アクチュエータ11Rが収縮駆動されると、ナックル21の前部が車幅方向内側に回動することにより、後輪5Lのトー角は車両進行方向に対して内向き(トーイン側)に変化する。
≪第1実施形態≫
図3に示すように、電動アクチュエータ11Rは、車体1側のゴムブッシュジョイント29が形成された第1ハウジング32a、及び複数のボルト33で第1ハウジング32aに締結された第2ハウジング32bからなるハウジング32と、第2ハウジング32bに伸縮自在に支持され、ナックル21側のゴムブッシュジョイント30が形成された出力ロッド35とを備えている。第1ハウジング32aの内部には駆動源となる電動モータ41が収容され、ボルト36で第1ハウジング32aに締結されている。第2ハウジング32bの内部には遊星歯車式の減速機51と、弾性を有するカップリング56と、台形ねじを用いた送りねじ機構61とが収容されている。電動モータ41が駆動されると、回転軸42の回転が減速機51によって減速され、送りねじ機構61によって直線運動に変換されて出力ロッド35が直線駆動される。
第2ハウジング32bの外周面に設けられたストロークセンサ17Rは、出力ロッド35の外周面に取り付けられたボルト66によって出力ロッド35に固着されたマグネット71と、センサハウジング72内に収容された差動変圧器73とから構成されている。差動変圧器73は、出力ロッド35の直線駆動方向と平行に延在するようにマグネット71に近接して配置され、両端が第2ハウジング32bに固着されている。差動変圧器73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71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35の伸縮ストローク位置が求められる。
図4は、上記した後輪トー角制御装置10の制御部を示す概略ブロック図である。ECU12は、車体速度演算ユニット92、制御指示角度演算ユニット83、故障診断ユニット85、演算制御指示調停ユニット86、角度−長さ変換ユニット87、フェールセーフ動作ユニット88、モータ位置フィードバックデューティ演算ユニット89、補正ユニット90及びECU出力ユニット91を有する。
車速センサ13および各車輪に設けられた車輪速センサ82の出力は、車体速度演算ユニット92により車体速度に変換される。車体速度演算ユニット92により変換された車体速度、前輪舵角センサ14、ヨーレイトセンサ15、横加速度センサ16、前後加速度センサ18、アクセルペダルセンサ19及びブレーキ圧センサ20の出力は、制御指示角度演算ユニット83に送られ、制御指示角度演算ユニット83による制御出力から、所定の協調制御ロジックに基づき統括制御出力、すなわち目標後輪トー角が得られる。目標後輪トー角は、演算制御指示調停ユニット86に送られ、目標後輪トー角が、与えられた車体速度に対して適正な範囲に抑制される。具体的には、車体速度に応じて許容される左右後輪トー角の合計値の上限が規定され、左右後輪トー角の合計値がこの上限値以下、すなわち通常制御範囲内に保たれるようにする。演算制御指示調停ユニット86の出力値(角度値)は角度−長さ変換ユニット87に入力され、電動アクチュエータ11の出力ロッド35の変位を測定するストロークセンサ17の出力に対応する変位値に変換される。
このように、演算制御指示調停ユニット86により、車体速度に応じて許容される左右後輪トー角の合計値の上限を規定することにより、その理由の如何に関わらず、過大なトー角の発生を防止することができ、システムの信頼性を向上できる。この構成は、別途設けられるフェールセーフ構造のバックアップとして、或いはその一部とすることができる。また、上限が規定される対象としては、左右後輪トー角の合計値に限らず、左右後輪のそれぞれのトー角に対して上限を設けるようにしても良い。
角度−長さ変換ユニット87の出力はフェールセーフ動作ユニット88に送られ、後記する故障診断ユニット85から得られる前回値を参照し、前回値がフェール状態を示す場合には、目標後輪トー角の出力を遮断する。前回値がフェール状態を示さない場合には、目標後輪トー角の出力とストロークセンサ17の出力との間の偏差をモータ位置フィードバックデューティ演算ユニット89に送り、電動アクチュエータ11を駆動するためのデューティ信号(制御量信号)を発生する。電動アクチュエータ11のモータに供給される電流を検出するための電流センサ81の出力も、モータ位置フィードバックデューティ演算ユニット89に送られ、所要のフィードバック制御に利用される。
モータ位置フィードバックデューティ演算ユニット89の出力は、補正ユニット90を介して、ECU出力ユニット91に送られ、電動アクチュエータ11のモータに電流が供給される。また、横加速度センサ16の出力が補正ユニット90に送られる。補正ユニット90は、電動アクチュエータ11の駆動方向と外力による軸力との方向が相反する場合に、モータ位置フィードバックデューティ演算ユニット89のデューティ信号を、横加速度センサ16の検出値に応じて補正する。以下に補正ユニット90による補正について説明する。
車両Vが旋回すると、路面とタイヤ4L・4Rの摩擦により後輪5L・5Rには同一方向の横力が作用する。本実施形態のリヤサスペンション7L・7Rでは、ボールジョイント27・28を結ぶキングピン軸K(図2参照)に対して、横力が作用するタイヤ4L・4Rの接地部と電動アクチュエータ11L・11Rとが同じ側にあるため、タイヤ4L・4Rに作用する横力が電動アクチュエータ11L・11Rに同一方向の軸力を生じさせる。また、車両Vが直進走行をしているときにも、タイヤの回転抵抗やリヤサスペンション7L・7Rの諸元により、電動アクチュエータ11L・11Rには軸力が生じる。
図5は、本実施形態のリヤサスペンション7L・7Rにおける電動アクチュエータ11L・11Rと横加速度との関係を示すグラフである。図示するように、直進走行時、つまり横力=0のときには、左右の電動アクチュエータ11L・11Rに引張方向の軸力が生じ、右旋回時には、旋回外側となる左側電動アクチュエータ11Lの軸力が圧縮側に変化してゆき、左旋回時には、旋回外側となる右側電動アクチュエータ11Rの軸力が圧縮側に変化してゆく。したがって、旋回外側の電動アクチュエータ11の軸力は小さくなるが、旋回外側と内側との間で軸力に差が生じる。そして、旋回走行中に後輪5L・5Rを前輪3L・3Rと逆相に転舵する場合には、旋回内側の電動アクチュエータ11の作動方向と軸力の方向とが相反するため、作動速度が遅れることになる。
そこで、補正ユニット90では、電動アクチュエータ11に作用する軸力に関わる値として、軸力と図5に示す関係にある横加速度に基づいてデューティ信号を補正する。つまり、図6に示すような、リヤサスペンション7L・7Rの諸元に応じ、横加速度に対応させてデューティ補正値を設定したマップを参照し、横加速度センサ16の検出値をアドレスとして検索したデューティ補正値を、モータ位置フィードバックデューティ演算ユニット89により算出されたデューティ値に加算する。具体的には、旋回走行中に後輪5L・5Rを前輪3L・3Rと逆相に転舵する場合には、(A)に示すように、旋回内側の電動アクチュエータ11についてデューティ補正値を加算し、旋回走行中に後輪5L・5Rを前輪3L・3Rと同相に転舵する場合には、(B)に示すように、旋回外側の電動アクチュエータ11についてデューティ補正値を加算する。なお、図6では、電動アクチュエータ11を縮み側へ駆動するときのデューティをマイナスとし、縮み側に加算するディーティ補正値をマイナスとして表示している。
また、この車両Vには、図4に示すようにVSA(車両挙動安定化制御システム)84が備えられており、様々なセンサの出力に基づき、車両の挙動が不安定になり、或いは不安定になることが予測された状況下に於いては、左右輪の制動力及び又は駆動力の分配比を調整し、車両Vの挙動を改善する。故障診断ユニット85は、様々なセンサの出力に基づき、電動アクチュエータ11の出力ロッド35の変位を測定するストロークセンサ17の出力を評価し、後輪トー角制御装置10の故障の有無を検出する。故障が検出された場合には、ECU出力として警告灯を点灯する。同時にフェール信号を発生し、所定のフェール動作を引き起こすとともに、フェール信号を非揮発性メモリに記憶し、フェールセーフ動作ユニット88のための前回値として利用する。
このように、車体1の横加速度に応じ、電動アクチュエータ11に作用する軸力による作動速度の低下を勘案して、補正ユニット90がデューティ値を補正することにより、軸力に反して作動する電動アクチュエータ11の作動速度の低下が防止される。また、補正ユニット90が電動アクチュエータ11の駆動方向と軸力の方向とが異なる場合に制御量を補正することにより、軸力による作動速度の低下が生じない側の電動アクチュエータ11の追従性能を維持しつつ、左右の電動アクチュエータ11L・11Rの追従性能を近づけることができる。これらにより、左右の後輪5の切れ角速度を近づけ、トー角応答性を車両Vの走行フィールの向上および挙動の安定化が図られる。
≪変形例≫
次に、図7を3参照して第1実施形態の変形例について説明する。なお、上記第1実施形態と異なる点にのみ言及し、第1実施形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。第2実施形態についても同様とする。
本変形例では、モータ位置フィードバックデューティ演算ユニット89の出力側に設けられた補正ユニット90に代えて、制御ユニット93が制御指示角度演算ユニット83と並列的に設けられている。制御ユニット93には横加速度センサ16からの検出信号が入力しており、制御ユニット93は、横加速度センサ16の検出値に対応して図6に示したデューティ補正値と同様の特性に設定された目標後輪トー角補正値マップを参照して、電動アクチュエータ11の駆動方向と外力による軸力との方向が相反する場合に、制御指示角度演算ユニット83で求められる目標後輪トー角に加算すべき目標後輪トー角補正値を出力する。
このような補正ユニット93を設けることにより、軸力により電動アクチュエータ11の作動が遅れると、フェールセーフ動作ユニット88から出力される目標後輪トー角とストロークセンサ17の出力値との間の偏差が大きくなるため、デューティの絶対値を大きくして左右の後輪5の切れ角速度に差が生じることを抑制できる。
≪第2実施形態≫
次に、図8を参照して本発明の第2実施形態について説明する。図8に示すように、本実施形態では、補正ユニット94にストロークセンサ17の検出信号が入力している。補正ユニット94は、左右の電動アクチュエータ11のストローク位置を比較し、図9に示すようにストロークの遅れ量に対応してデューティ補正値が設定されたマップを参照して、作動が遅れている側の電動アクチュエータ11に対してデューティ補正値を付加してモータ位置フィードバックデューティ演算ユニット89からのデューティ信号を補正する。つまり、補正ユニット94は、ストロークセンサ17の出力値から求めた偏差を電動アクチュエータの軸力に関わる値として用いて電動アクチュエータ11に対する制御量を補正している。そして、補正ユニット94は補正したデューティ信号をECU出力ユニット91に出力する。
このような補正ユニット94を設けることにより、軸力によって作動が遅れている側の電動アクチュエータ11の作動速度を速め、左右どちからの電動アクチュエータ11の作動遅れによって左右の後輪5の切れ角速度に差が生じることを抑制できる。
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、上記実施形態では、電動アクチュエータ11の軸力に関わる値として、車体1の横加速度を用いているが、この他にも、車体1のヨーレイトや前後加速度、車速や、後輪5にかかる荷重を算出するためのサスペンションストロークなど、異なるパラメータを用いて電動アクチュエータ11のデューティを補正してもよい。この場合、1つのパラメータのみを用いてもよいし、複数のパラメータを組み合わせて用いてもよい。また、上記実施形態では、横加速度をアドレスとして検索するマップを用いてデューティ補正値を求めているが、車両Vの特性に応じた車両モデルを構築し、各種パラメータから軸力を算出するようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、駆動方向と軸力の方向とが相反する側の電動アクチュエータ11のみについてデューティ信号の補正を行うため、後輪5L・5Rを前輪3L・3Rと同相または逆相に転舵する場合には、一方の電動アクチュエータ11についてのみデューティ値を補正しているが、両方の電動アクチュエータ11L・11Rについてデューティ値の補正を行う形態としてもよい。これら変更の他、各装置の具体的構成や配置、補正手法など、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。
V 車両
1 車体
5L・5R 後輪
10L・10R 後輪トー角制御装置
11L・11R 電動アクチュエータ
12 ECU
16 横加速度センサ
17L・17R ストロークセンサ(作動量検出手段)
83 制御指示角度演算ユニット(目標トー角設定手段)
87 角度−長さ変換ユニット(目標作動量設定手段)
89 モータ位置フィードバックデューティ演算ユニット(制御量設定手段)
90・93・94 補正ユニット(補正手段)

Claims (4)

  1. 左右の電動アクチュエータによって車両の後輪のトー角を個別に変化させる後輪トー角制御装置であって、
    車両の運動状態に応じて前記後輪の目標トー角を設定する目標トー角設定手段と、
    前記目標トー角に基づいて前記電動アクチュエータの目標作動量を設定する目標作動量設定手段と、
    前記電動アクチュエータの実作動量を検出する作動量検出手段と、
    前記作動量検出手段による実作動量と前記目標作動量とに基づいて、前記電動アクチュエータの制御量を設定する制御量設定手段と、
    前記電動アクチュエータの軸力に関わる値に基づいて、前記左右の電動アクチュエータの前記目標作動量に対して前記実作動量を追従させる追従性能を互いに近づけるように前記制御量を補正する補正手段と
    を備えたことを特徴とする後輪トー角制御装置。
  2. 前記補正手段は、前記電動アクチュエータの駆動方向と軸力の方向とが異なる場合に、前記制御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。
  3. 前記補正手段は、車体の横加速度に基づいて前記制御量を補正することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の後輪トー角制御装置。
  4. 前記補正手段は、前記作動量検出手段による実作動量に基づいて前記制御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。
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