JP5484447B2 - 車両の後輪トー角制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の左右後輪のトー角を制御する後輪トー角制御装置に関し、特に、電動式の後輪トー角制御装置に関する。

自動車等の車両において、車体と左右後輪のナックル、ハブキャリア等の車輪側部材とを接続するように設けられた電動アクチュエータを有し、当該電動アクチュエータの伸縮動作により、左右の後輪のトー角を可変設定する後輪トー角制御装置が知られている（特許文献１、２参照）。

後輪トー角制御装置は、前輪の操舵状態や車両の走行状態、挙動に応じて左右後輪のトー角を制御することにより、後輪舵角やトーイン・トーアウトを可変設定し、旋回性能、操縦安定性の向上に寄与する。

後輪トー角制御装置に用いられる電動アクチュエータとしては、電動モータと送りねじとにより構成され、電動モータの回転を送りねじによって直線運動に変換し、リニア出力を行うものがある。

上述のような電動アクチュエータによる後輪トー角制御装置を装備した車両において、サーキット走行のような限界走行を続けた場合や、小刻みなステアリング操作による走行を続けたような場合には、その走行状態（前輪の操舵状態）に追随して左右後輪のトー角の変更が頻繁に行われることから、電動モータの負荷が増大し、負荷増大に伴って電動モータのブラシ温度が上昇する。ブラシ温度の上昇は、電動モータの性能低下や熱損傷、故障を招く原因になる。

このことに対して、電動モータのブラシ温度をモータ電流値から推定したり、温度センサにより計測したりし、ブラシ温度が所定のモータ保護温度まで上昇すれば、トー角をゼロにする中立位置にゆっくり戻したのち電動モータの駆動を停止し、その後、ブラシ温度がモータ保護温度より低い温度に下がれば、電動モータを駆動の再開してトー角制御を再開すると云う保護ロジックを、後輪トー角制御装置のコントローラに採用することが考えられている。ブラシ温度が所定のモータ保護温度まで上昇した時に、トー角を中立位置にゆっくり戻すのは、トー角を中立位置に急激に戻すと、車両挙動を乱す可能性があるからである。

日本国特許庁公開特許公報（Ａ）特開平９(1997)−３０４３８ 日本国特許庁公開特許公報（Ａ）特開２００８−５５９２１

上述の保護ロジックが採用されると、ブラシ温度が所定のモータ保護温度まで上昇すれば、どのような運転状態下にあってもトー角をゆっくりと中立位置に戻すことが行われるため、次のような不具合を生じることがある。旋回中にトー角を中立位置に戻し始めると、トー角が中立位置に戻り切らないうちに車両を直進させようと、ステアリングホイールを中立位置（直進位置）に戻しても、車両が斜め走りをしてしまい、操舵に関して運転者に違和感を与えることになる。

また、ブラシ温度がモータ保護温度より低い温度にまで下がれば、どのような運転状態下であっても、トー角制御がいきなり再開されるため、操舵に関して運転者に違和感を与えることがある。

本発明が解決しようとする課題は、操舵に関して運転者に違和感を与えることなく電動アクチュエータ（電動モータ）の熱保護を適切に行うことである。

本発明による後輪トー角制御装置は、車両の左右後輪のトー角を電動アクチュエータによって可変設定する後輪トー角制御装置であって、乗員の運転操作量と車両の運動状態量との少なくとも一方に基づいて後輪トー角の制御目標値を演算する制御目標トー角演算手段と、前記制御目標値に基づいて前記電動アクチュエータの操作量を演算する操作量演算手段と、前記電動アクチュエータの温度を検出するアクチュエータ温度検出手段と、前記アクチュエータ温度検出手段によって検出された温度の上昇に応じて前記操作量を低減するアクチュエータ保護制御手段とを有する。

本発明による後輪トー角制御装置は、好ましい一つの実施形態として、前記アクチュエータ保護制御手段は、前記アクチュエータ温度検出手段によって検出された温度の上昇に応じて前記操作量を漸減する。

本発明による後輪トー角制御装置は、好ましい他の一つの実施形態として、前記アクチュエータ保護制御手段は、前記アクチュエータ温度検出手段によって検出された温度が所定温度に達した場合には、前記電動アクチュエータの駆動を停止する。

本発明による後輪トー角制御装置は、好ましいもう一つの実施形態として、前記アクチュエータ保護制御手段は、前記電動アクチュエータの制御ゲインの可変設定するものであり、前記アクチュエータ温度検出手段によって検出された温度の上昇に応じて前記制御ゲインを低減し、当該制御ゲインの設定によって前記操作量を低減する。

本発明による後輪トー角制御装置によれば、電動アクチュエータの温度が上昇すると、その温度上昇に応じて電動アクチュエータの操作量が低減することが行われ、電動アクチュエータの温度が保護温度になって初めて電動アクチュエータの操作量をゼロにまで低減することを開始するものでないから、操舵に関して運転者に違和感を与えることなく電動アクチュエータの熱保護を適切に行うことができる。

本発明による後輪トー角制御装置が適用される四輪自動車の一つの実施例を示す全体構成図。 本実施例による後輪トー角制御装置の制御系を示すブロック線図。 本実施例による後輪トー角制御装置の電動モータ保護用ゲインの特性を示すグラフ。 本実施例による後輪トー角制御装置の動作特性を示すタイムチャート。 本実施例による後輪トー角制御装置の処理ルーチンを示すフローチャート。

以下に、本発明による後輪トー角制御装置の実施例を、図１〜図５を参照して説明する。

まず、本発明による後輪トー角制御装置が適用される四輪自動車を、図１を参照して説明する。

本実施例の四輪自動車１は、左右の前輪４Ｌ、４Ｒと、左右の後輪６Ｌ、６Ｒとを有する。前輪４Ｌ、４Ｒは、各々、タイヤ３Ｌ、３Ｒを装着され、左右のフロントサスペンション７Ｌ、７Ｒによって車体２により懸架され、ナックル９Ｌ、９Ｒによって車体２に対して転向自在に取り付けられている。後輪６Ｌ、６は、各々、タイヤ５Ｌ、５Ｒを装着され、左右のリヤサスペンション８Ｌ、８Ｒによって車体２により懸架され、ナックル２１Ｌ、２１Ｒによって車体２に対して転向自在に取り付けられている。

四輪自動車１は、ステアリングホイール１１の操舵によって左右の前輪４Ｌ、４Ｒを直接的に転舵操作する前輪操舵装置１０を備えている。前輪操舵装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されたステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２に取り付けられたピニオン１３と、ピニオン１３に噛合する歯部を有して車幅方向に往復動可能に設けられたラック軸１４とを有する。ラック軸１４の両端はタイロッド１５によって左右のナックル９Ｌ、９Ｒに連結されている。左右の前輪４Ｌ、４Ｒは、ステアリングホイール１１の回転操作によってラック軸１４が車幅方向に移動することにより、転舵（転向）される。

ステアリングシャフト１２には前輪４Ｌ、４Ｒの実操舵角に相当するステアリングホイール１１の回転角である操舵角を検出する操舵角センサ５１が設けられている。以降、操舵角センサ５１は、前輪実操舵角を示すセンサ信号を出力するものとする。

四輪自動車１は、一端を車体２に連結され、他端を左側の後輪６Ｌのナックル２１Ｌに連結された左側のトー角制御用の電動アクチュエータ４０Ｌと、一端を車体２に連結され、他端を右側の後輪６Ｒのナックル２１Ｒに連結された右側のトー角制御用の電動アクチュエータ４０Ｒとを有する。左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒは、電動モータ（ＤＣモータ）と送りねじとにより構成され、電動モータの回転を送りねじによって直線運動に変換し、送りねじの直線運動により伸縮動作し、伸縮量に応じて左右の後輪６Ｌ、６Ｒのトー角を個別に独立して変化させる。

電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒには、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの実ストローク量を検出するストロークセンサ５２Ｌ、５２Ｒと、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒのモータ部の温度を検出する温度センサ５３Ｌ、５３Ｒとが取り付けられている。

四輪自動車１には、車速を検出する車速センサ５４、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ５５、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサ５６、ブレーキペダルの踏込量を検出するブレーキセンサ５７が各々設置されている。

左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒは、後輪操舵制御装置（ＥＣＵ）１００によって制御される。後輪操舵制御装置１００は、マイクロコンピュータを含む電子制御式のものであり、上述の各センサが出力するセンサ信号を取り込む入力インタフェース部２１と、制御目標トー角演算部２２と、制御偏差演算部２３と、操作量演算部２４と、温度補償ゲイン演算部２５と、駆動電流出力部２６と、出力インタフェース部２７とを有する。

制御目標トー角演算部２２は、通常時制御として、乗員の運転操作量と車両の運動状態量、本実施例では、操舵角センサ５１により検出された前輪実操舵角、車速センサ５２により検出された車速、ヨーレイトセンサ５５により検出されたヨーレイト、アクセルセンサ５６により検出されたアクセルペダル踏込量、ブレーキセンサ５７により検出されたブレーキペダル踏込量をパラメータとして、予め設定された後輪トー角制御則に従って左右後輪６Ｌ、６Ｒのトー角制御の目標値を個々に演算する。制御目標トー角演算部２２は、左右後輪６Ｌ、６Ｒのトー角制御目標値を各々左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御目標ストローク量に換算する。

制御偏差演算部２３は、制御目標トー角演算部２２によって演算された左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御目標ストローク量と、ストロークセンサ５２Ｌ、５２Ｒより検出された電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの実ストローク量との差である制御偏差を、各電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒ毎に演算する。

操作量演算部２４は、制御偏差演算部２３で算出された左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御偏差が各々ゼロに近づくように、所定ゲインによる比例制御等によって電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの操作量を個々に演算する。

これにより、左右後輪６Ｌ、６Ｒのトー角が制御目標値のトー角になる追従制御が行われる。この追従制御として、左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒを相互に対称的に変位させることにより、左右後輪６Ｌ、６Ｒのトーイン／トーアウトを、適宜な条件の下に自由に選択設定することができる。この他、左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、左右後輪６Ｌ、６Ｒを左右に転舵することも可能である。具体例として、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６Ｌ、６Ｒをトーアウトに、制動時には後輪６Ｌ、６Ｒをトーインに変化させ、また高速走行旋回時には後輪６Ｌ、６Ｒを前輪舵角と同相に、低速走行旋回時には後輪６Ｌ、６Ｒを前輪舵角と逆相にトー角制御（転舵）して、操縦性を高める後輪トー角制御を行うことができる。

温度補償ゲイン演算部２５は、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒのモータ部の温度に応じた制御ゲイン、つまり温度補償ゲインを設定するものであり、温度センサ５３Ｌ、５３Ｒにより検出される電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒのモータ部の温度のうち高い方の温度（以下、アクチュエータ温度Ｔａｃｃと云う）に応じてアクチュエータ保護のための温度補償ゲインＧｔを演算する。

温度補償ゲインＧｔは、最大値が１、最小値が０であり、図３に示されているように、アクチュエータ温度Ｔａｃｃが、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの耐久温度により決まるアクチュエータ保護温度Ｔｂより所定量低いアクチュエータ保護開始温度Ｔａ未満である場合には、１に設定され、アクチュエータ温度Ｔａｃｃがアクチュエータ保護開始温度Ｔａより高い温度に上昇するに従って、徐々に１以下の正値に低減し、つまり、温度上昇に応じて漸減し、アクチュエータ温度Ｔａｃｃがアクチュエータ保護温度Ｔｂになれば、０になる。これにより、温度補償ゲインＧｔは、アクチュエータ保護開始温度Ｔａとアクチュエータ保護温度Ｔｂとの間において温度の上昇に比例して低減する。

温度補償ゲインＧｔは操作量演算部２４に渡され、操作量演算部２４による操作量の演算に用いられる。これにより、操作量は、温度補償ゲインＧｔ＝１である場合には、温度補償を受けず、温度補償ゲインＧｔが１＞Ｇｔ＞０である場合には、温度補償ゲインＧｔを係数として低減し、温度補償ゲインＧｔ＝０である場合には、ゼロとなり、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの駆動を停止する。温度補償ゲインＧｔは、左輪用の電動アクチュエータ４０Ｌと、右輪用の電動アクチュエータ４０Ｒとで共通（同値）である。

図４は、電動アクチュエータ４０Ｌあるいは４０Ｒの操作量の変化を示している。なお、図４において、破線はアクチュエータ保護制御前の操作量を、実線は温度補償ゲインＧｔによるアクチュエータ保護制御後の操作量を各々示している。図４に示されているように、アクチュエータ温度Ｔａｃｃがアクチュエータ保護温度Ｔｂに上昇するまで（時点ｔ１まで）は、アクチュエータ保護のための操作量低減は行われず、時点ｔ１以降に以降においてアクチュエータ温度Ｔａｃｃがアクチュエータ保護温度Ｔｂより高い温度に上昇すると、その温度に応じて電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの操作量がアクチュエータ保護制御前に比して低減する。

このように、温度補償ゲイン演算部２５と操作量演算部２４とで、アクチュエータ保護制御手段が構成され、アクチュエータ保護制御手段は、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの操作量の低減を、左右後輪の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの双方に同値で行い、温度センサ５３Ｌ、５３Ｒによって検出された温度のうち高い方の温度によって操作量の低減値を決定する。

上述したように、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの操作量がアクチュエータ温度Ｔａｃｃの上昇に応じて徐々に低減することにより、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの負荷がアクチュエータ温度Ｔａｃｃの上昇に応じて低減し、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの熱保護が行われる。

電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの操作量の低減により、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒによるトー角制御の度合いが低減するが、このトー角制御の度合いは、アクチュエータ温度Ｔａｃｃの上昇に応じて徐々に低減するから、操舵に関して運転者に違和感を与えることがない。

このように、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒのアクチュエータ温度Ｔａｃｃがアクチュエータ保護温度Ｔｂになって初めて電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの操作量をゼロにまで低減することを開始するものでなく、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの操作量をアクチュエータ温度Ｔａｃｃの上昇に応じて徐々に低減するから、操舵に関して運転者に違和感を与えることなく、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの熱保護が適切に行われることになる。

本実施例による後輪トー角制御装置の処理ルーチンを、図５を参照して説明する。当該処理ルーチンは、所定時間毎の割り込みルーチンとして呼び出される。

まず、各センサよりセンサ信号を入力する（ステップＳ１１）。つぎに、操舵角センサ５１、車速センサ５２、ヨーレイトセンサ５５、アクセルセンサ５６、ブレーキセンサ５７のセンサ信号をパラメータとして、予め設定された後輪トー角制御則に従って左右後輪６Ｌ、６Ｒのトー角制御の目標値を個々に演算し、当該トー角制御目標値を各々左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御目標ストローク量に換算する（ステップＳ１２）。

つぎに、左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御目標ストローク量と、ストロークセンサ５５Ｌ、５５Ｒのセンサ信号が示す電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの実ストローク量との差、つまり制御偏差を、各電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒ毎に演算する（ステップＳ１３）。

つぎに、温度センサ５３Ｌ、５３Ｒのセンサ信号が示す温度のうち、高い方の温度に従って、図３に示されているような温度−ゲイン特性に従って温度補償ゲインＧｔを演算する（ステップＳ１４）。

つぎに、左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御偏差に、同じ温度補償ゲインＧｔによってゲインを設定し、左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの操作量を演算し（ステップＳ１５）、操作量に応じた駆動電流を出力する（ステップＳ１６）。これにより、左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒが動作し、トー角制御が行われる。

以上で具体的実施例の説明を終えるが、本発明は、上記実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で変形実施することができる。たとえば、図３に示す温度補償ゲイン特性は、一例であって、アクチュエータ温度Ｔａｃｃに対して二次曲線をもって１以下に低下してもよく、温度補償ゲイン特性はアクチュエータの温度保護仕様に応じて適宜に設定されればよい。また、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒのモータ部の温度検出は、モータ電流値より推定してもよい。また、アクチュエータ温度Ｔａｃｃに応じた操作量の低減は、ゲインに依らずに、他の補正手法によって行われてもよい。

６Ｌ、６Ｒ 左右後輪
２２ 制御目標トー角演算部
２３ 制御偏差演算部
２４ 操作量演算部
２５ 温度補償ゲイン演算部
４０Ｌ、４０Ｒ 電動アクチュエータ
５２Ｌ、５２Ｒ ストロークセンサ
５３Ｌ、５３Ｒ 温度センサ
１００ 後輪操舵制御装置

Claims (2)

1. 車両の左右後輪のトー角を電動アクチュエータによって可変設定する後輪トー角制御装置であって、
   乗員の運転操作量と車両の運動状態量との少なくとも一方に基づいて後輪トー角の制御目標値を演算する制御目標トー角演算手段と、
   前記制御目標値に基づいて前記電動アクチュエータの操作量を演算する操作量演算手段と、
   前記電動アクチュエータの温度を検出するアクチュエータ温度検出手段と、
   前記アクチュエータ温度検出手段によって検出された温度の上昇に応じて前記操作量を低減するアクチュエータ保護制御手段とを有し、
   前記電動アクチュエータは、左側の後輪と右側の後輪とに個別に設けられており、前記アクチュエータ温度検出手段は、左右後輪の電動アクチュエータの各々に設けられており、前記アクチュエータ保護制御手段は、前記操作量の低減を左右後輪の電動アクチュエータの双方に同値で行い、前記アクチュエータ温度検出手段によって検出された温度のうち高い方の温度によって前記操作量の低減値を決定する後輪トー角制御装置。
2. 前記アクチュエータ保護制御手段は、前記電動アクチュエータの制御ゲインの可変設定するものであり、前記アクチュエータ温度検出手段によって検出された温度の上昇に応じて前記制御ゲインを低減し、当該制御ゲインの設定によって前記操作量を低減する請求項１に記載の後輪トー角制御装置。

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