JPH1134627A - 接地荷重制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 旋回初期の回頭性及び旋回終期の収束性を向
上する。 【解決手段】 車体４とタイヤ１との間の上下方向相対
距離を能動的に変化させるためのアクチュエータ５と、
車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ３１と、
横Ｇセンサ３２と、舵角センサ３３と、車速センサ３４
と、各センサの検出値に基づき旋回状態を判定する旋回
状態判定部３５とを設け、旋回初期を判定したら前輪の
旋回方向外側の車輪の接地荷重を増大させるようにアク
チュエータ５を制御し、旋回終期を判定したら後輪の接
地荷重を増大させるようにアクチュエータ５を制御す
る。 【効果】 旋回初期に前輪のタイヤの横力を大きくして
ヨーレイトの立ち上がりを早くし、旋回初期の回頭性を
向上させ、旋回後期には後輪の接地荷重を増大させて旋
回終了時の収束性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接地荷重制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車技術会学術公演前刷集８９
２１３２に示されるように、ばね上・ばね下の両質量間
に流体シリンダを配し、各流体シリンダへの供給流量を
制御することにより、車両のサスペンション特性を可変
できる所謂アクティブサスペンションを用いた構造に
し、ロール剛性配分を旋回の回頭時（初期）と収束時
（終期）とで、車体の前後にそれぞれ取り付けた横Ｇセ
ンサの信号により可変制御し、過渡的なステア特性制御
を行うようにしたものがある。

【０００３】また、実際の運転時に熟練運転者が旋回初
期に軽くブレーキを踏み、車両の前部に荷重移動を起こ
しながら旋回することがあるが、これは荷重移動を巧妙
に利用したステア特性制御の好例である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術においては、車両前後のロール剛性配分を動的
に制御することで４輪の接地荷重の内、荷重に余裕のあ
るタイヤに負担の割合を増やす手法にとどまり、タイヤ
の接地荷重の大きさを変化させるものではないため、４
輪のトータルの大きさは変えずにその前後のバランスを
最適化する技術にとどまっている。そのため、高Ｇでの
旋回領域などの４輪のバランスを保てない状況では効果
を確保できないという問題がある。

【０００５】また、前記したように旋回初期に軽いブレ
ーキ操作の後に旋回するドライブテクニックは、運転者
の技量に負うところが大きく、一般的ではなく、さらに
旋回終期の収束時における有効なドライブテクニックは
ない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、運転技量に負うところが無く、旋回初期の回頭性及
び旋回終期の収束性を向上することを実現するために、
本発明に於いては、ばね上質量とばね下質量との少なく
ともいずれか一方の運動速度を制御するべく車体と車軸
との間の上下方向相対距離を能動的に変化させるための
アクチュエータと、車両の旋回状態を検出するための旋
回検出手段とを有し、前記旋回検出手段により旋回初期
を判定した場合には前輪の接地荷重を増大させると共
に、前記旋回検出手段により旋回終期を判定した場合に
は後輪の接地荷重を増大させるように前記アクチュエー
タを制御するものとした。特に、前記前輪の接地荷重を
増大させる際に、前記前輪の旋回方向外側の車輪の接地
荷重を増大させるように前記アクチュエータを制御する
と良い。

【０００７】このようにすることにより、前輪及び後輪
にそれぞれアクチュエータを配設して、それぞれの車体
と車軸との間の上下方向相対距離を能動的に変化させる
ことができるようにして、旋回初期を判断したら前輪側
のアクチュエータにより前輪の接地荷重を増大させ、旋
回終期を判断したら後輪側のアクチュエータにより後輪
の接地荷重を増大させることができ、旋回初期には前輪
のタイヤの横力を大きくしてヨーレイトの立ち上がりを
早くして応答性の良い旋回を行い、旋回終期には後輪の
接地荷重を大きくすることにより安定性を確保すること
ができる。特に、旋回初期の前輪の旋回方向外輪の接地
荷重を増大させることにより、旋回初期の車体の姿勢変
化を好適に抑制し得る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【０００９】図１は、本発明が適用される能動型懸架装
置の要部の概略構成を模式的に示している。車軸と一体
をなすタイヤ１は、上下のサスペンションアーム２・３
により、車体４に対して上下動可能に支持されている。
そして下サスペンションアーム３と車体４との間には、
油圧駆動によるリニアアクチュエータ５が設けられてい
る。

【００１０】リニアアクチュエータ５は、シリンダ／ピ
ストン式のものであり、シリンダ内に挿入されたピスト
ン６の上下の油室７・８に可変容量型油圧ポンプ９から
供給される作動油圧をサーボ弁１０で制御することによ
り、ピストンロッド１１に上下方向の推力を発生させ、
これによってタイヤ１の中心（車軸）と車体４との間の
相対距離を自由に変化させることができるようになって
いる。

【００１１】ポンプ９からの吐出油は、ポンプ脈動の除
去および過渡状態での油量を確保するためのアキュムレ
ータ１２に蓄えられた上で、各輪に設けられたアクチュ
エータ５に対し、各アクチュエータ５に個々に設けられ
たサーボ弁１０を介して供給される。

【００１２】この油圧回路には、公知の能動型懸架装置
と同様に、アンロード弁１３、オイルフィルタ１４、逆
止弁１５、圧力調整弁１６、およびオイルクーラ１７な
どが接続されている。

【００１３】なお、サーボ弁１０は、電子制御ユニット
（ＥＣＵ）１８から発せられる制御信号をサーボ弁ドラ
イバ１９を介してソレノイド１０ａに与えることによ
り、油圧アクチュエータ５に与える油圧と方向とが連続
的に制御されるものであり、車体４とピストンロッド１
１との接続部に設けられた荷重センサ２０、車体４と下
サスペンションアーム３との間に設けられたストローク
センサ２１、車体側の上下加速度を検出するばね上加速
度センサ２２、およびタイヤ側の上下加速度を検出する
ばね下加速度センサ２３の信号をＥＣＵ１８で処理した
信号に基づいて制御される。

【００１４】ＥＣＵ１８においては、ばね上加速度セン
サ２２とばね下加速度センサ２３との各信号が目標荷重
演算部２４に入力していると共に、ヨーレイトセンサ３
１・横Ｇセンサ３２・舵角センサ３３・車速センサ３４
の各信号が旋回状態判定部３５に入力し、その旋回状態
判定部３５からの出力信号が目標荷重演算部２４に入力
するようになっている。これらヨーレイトセンサ３１・
横Ｇセンサ３２・舵角センサ３３・車速センサ３４及び
旋回状態判定部３５により旋回検出手段が構成されてい
る。

【００１５】上記目標荷重演算部２４で、上記各信号を
参照して仮の目標荷重を求め、この値と荷重センサ２０
の信号との差分を安定化演算部２５で処理した後、変位
制限比較演算部２６でストロークセンサ２１の信号を参
照してアクチュエータ５のストロークの限界内での制御
が行われるようにサーボ弁ドライバ１９に与える指令値
を調整する。

【００１６】そしてこの調整された指令信号により、目
標荷重と実荷重とが等しくなるようにサーボ弁１０を駆
動してアクチュエータ５にストロークを発生させ、タイ
ヤ接地荷重を増大させる向きの上下加速度を、ばね上質
量とばね下質量との少なくともいずれか一方に発生させ
る。

【００１７】次に本発明の原理について説明する。図２
のモデルにおいて、 Ｍ2：ばね上質量 Ｍ1：ばね下質量 Ｚ2：ばね上座標 Ｚ1：ばね下座標 Ｋt：タイヤのばね定数 Ｆz：アクチュエータ推力 とし、下向きを正方向とすると、ばね上質量Ｍ2並びに
ばね下質量Ｍ1の運動方程式は、それぞれ次式で与えら
れる。ただし式中の＊マークは一階微分を表し、＊＊マ
ークは二階微分を表す。

【００１８】Ｍ2・Ｚ2^**＝−Ｆz Ｍ1・Ｚ1^**＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz

【００１９】従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えら
れる。

【００２０】Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1^**＝Ｍ2
・Ｚ2^**＋Ｍ1・Ｚ1^**

【００２１】つまり接地荷重Ｗは、ばね上慣性力とばね
下慣性力との和となるので、アクチュエータ５の伸縮加
速度を制御してばね上質量とばね下質量との少なくとも
いずれか一方の慣性力を変化させることにより、接地荷
重Ｗを変化させることができる。従って、アクチュエー
タ５の伸縮加速度を制御することにより、接地荷重Ｗを
タイヤ毎に一時的に増大させることが可能となる。な
お、サスペンションストロークを２００mmとしてアクチ
ュエータ５に１トンの推力を発生させた場合、約０．２
秒間作動させることができる。

【００２２】一般的には、アクチュエータの消費エネル
ギを節約するために車両重量を支持する懸架スプリング
と減衰力発生用ダンパとを併用するが（図３参照）、そ
の場合には、 Ｋs：懸架スプリングのばね定数 Ｃ：ダンパの減衰係数 とすると、ばね上質量Ｍ2並びにばね下質量Ｍ1の運動方
程式は、それぞれ次式で与えられる。

【００２３】Ｍ2・Ｚ2^**＋Ｃ・（Ｚ2^*−Ｚ1^*）＋Ｋs・
（Ｚ2−Ｚ1）＝−Ｆz Ｍ1・Ｚ1^**＋Ｃ・（Ｚ1^*−Ｚ2^*）＋Ｋs・（Ｚ1−Ｚ2）
＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz

【００２４】従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えら
れる。

【００２５】Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1^**＋Ｃ
・（Ｚ1^*−Ｚ2^*）＋Ｋs・（Ｚ1−Ｚ2）＝Ｍ2・Ｚ2^**＋
Ｍ1・Ｚ1^**

【００２６】つまり接地荷重Ｗは、上記と同様に、アク
チュエータの伸縮加速度を制御することによって変化さ
せることができることが分かる。

【００２７】実際の車両の慣性力は、上下方向運動のみ
ならず、ローリング運動およびピッチング運動によって
も発生する。ここでばね上質量の重心点を通る各軸回り
の回転運動を、 ロールレイト：φ ピッチレイト：θ ヨーレイト：γ とし、重心位置を基準とした前後方向中心線と左右方向
中心線から各輪の接地中心までの距離をそれぞれＬf、
Ｌr、Ｔf／２、Ｔr／２とし（図４参照）、各輪のアク
チュエータの推力を、Ｆz1（前左）、Ｆz2（前右）、Ｆ
z3（後右）、Ｆz4（後左）とし、力、モーメント、並び
に座標系の向きを図５に示すものとすれば、ローリング
モーメントは、 Ｍx＝Ｔf／２・（−Ｆz1＋Ｆz2）−Ｔf／２・（−Ｆz3
＋Ｆz4） となり、ピッチングモーメントは、 Ｍy＝Ｌf・（−Ｆz1−Ｆz2）−Ｌr・（−Ｆz3−Ｆz4） となる。

【００２８】また、 ローリング慣性モーメント：Ｉx ピッチング慣性モーメント：Ｉy とすれば、ローリング慣性力は、 Ｉxφ^*＝Ｍx＝Ｔf／２・（−Ｆz1＋Ｆz2）−Ｔf／２・
（−Ｆz3＋Ｆz4） となり、ピッチング慣性力は Ｉyθ^*＝Ｍy＝Ｌf・（−Ｆz1−Ｆz2）−Ｌr・（−Ｆz3
−Ｆz4） となる。

【００２９】さらに上下運動の慣性力は、 Ｍ2・Ｚ2^**＝−Ｆz1−Ｆz2−Ｆz3−Ｆz4 となり、これらの慣性力の少なくとも１つを制御するこ
とにより、ローリング運動およびピッチング運動を含む
場合の接地荷重も、各タイヤについて個々に制御できる
ことが分かる。なお、従来のものは、４輪に荷重を配分
するため、ローリング慣性力、ピッチング慣性力、並び
に上下運動の慣性力は発生せず、これらの値は０とな
る。

【００３０】上記実施例は、アクチュエータとして油圧
駆動のシリンダ装置を用いるものを示したが、これはリ
ニアモータ或いはボイスコイルなどの如きその他の電気
式の推力発生手段を用いても、あるいはカム機構やばね
手段を用いて加速度を発生させても、同様の効果を得る
こともできる。

【００３１】次に、上記アクチュエータ５を用いること
による車両旋回時の本発明に基づく制御を図６のフロー
図に基づいて以下に示す。第１ステップＳＴ１から第４
ステップＳＴ４において、ヨーレイトセンサ３１・横Ｇ
センサ３２・舵角センサ３３・車速センサ３４によりヨ
ーレイト・横Ｇ・舵角・車速の各信号を読み込む。例え
ば、車速が生じている時に舵角が発生することにより旋
回状態に入ったことが分かり、横Ｇの大きさで旋回の大
きさが分かる。

【００３２】次の第５ステップＳＴ５では、ヨーレイト
センサ３１・横Ｇセンサ３２・舵角センサ３３の各信号
に基づき旋回初期及び旋回方向の判定を行う。旋回初期
であると判定されたら第６ステップＳＴ６に進む。第６
ステップＳＴ６ではその時の車両運動状態で決まる車両
前輪の必要接地荷重を演算し、さらに、その必要接地荷
重値に対してばね下加速度センサ２３とばね上加速度セ
ンサ２２との各信号を参照して、内部的な仮の目標荷重
を求め、荷重センサ２０の信号をフィードバックし、安
定化演算部２５を介してストロークセンサ２１の信号と
比較してサスペンション変位の限界内で制御が行われる
ように調整し、サーボ弁ドライバ１９を介してサーボ弁
１０を駆動制御して、前輪の旋回方向外側の車輪に所望
の接地荷重を生じさせる。

【００３３】第６ステップＳＴ６の次（または前記第５
ステップＳＴ５で旋回初期ではないと判定された場合）
である第７ステップＳＴ７では、ヨーレイトセンサ３１
・横Ｇセンサ３２・舵角センサ３３の各信号に基づき旋
回終期の判定を行う。旋回終期であることを判定されな
かったら第１ステップＳＴ１に戻り、旋回終期であると
判定されたら第８ステップＳＴ８に進む。

【００３４】第８ステップＳＴ８ではその時の車両運動
状態で決まる車両後輪の必要接地荷重を演算し、さらに
上記第６ステップＳＴ６と同様の処理を行って、後輪に
所望の接地荷重を生じさせる。このようにして、旋回時
の接地荷重制御を行う。

【００３５】第６ステップＳＴ６及び第８ステップＳＴ
８で行う旋回中の車両の各タイヤの接地荷重（＝グリッ
プ力）分布を図７に概念的に示す。図に示されるよう
に、旋回初期には前輪の旋回方向外側のタイヤ接地荷重
を図の実線で示される状態から図の想像線で示される状
態に増加させ、旋回終期には後輪のタイヤ接地荷重を図
の実線で示される状態から図の想像線で示される状態に
増加させると良い。

【００３６】ところで、ステア特性は車両の旋回時にお
いて前輪のトータルの横力による重心回りのモーメント
と後輪のトータルの横力によるモーメントとのバランス
の関係で定まるものであることから、その挙動を制御す
るには、前輪のタイヤ接地荷重と後輪のタイヤ接地荷重
との大きさを制御して、出力可能な横力のバランスを制
御すれば良い。したがって、旋回初期の処理を行う第６
ステップＳＴ６において、上記説明では前輪の旋回方向
外側の車輪の接地荷重を増加させるようにしたが、前輪
の接地荷重を増大させても良く、その際に前輪の旋回方
向外側の車輪の接地荷重をより一層増大させたり、ある
いは後輪荷重を減少させる接地荷重制御を行っても良
い。同様に旋回終期の処理を行う第８ステップＳＴ８に
おいて、上記説明では後輪の接地荷重を増加させるよう
にしたが、前輪接地荷重を減少させる接地荷重制御を行
っても良い。

【００３７】また、上記具体例では旋回時の接地荷重の
制御について説明したが、レーンチェンジでも本質的に
は同じであり、上記と同様の制御を行うことにより、同
様の効果を奏し得る。

【００３８】なお、本出願の趣旨を逸脱しない範囲で、
使用しているセンサを簡素化することができる。例えば
本実施例ではセンサが冗長構成されているが、ストロー
クセンサ２１を廃止し、ばね下加速度センサ２３とばね
上加速度センサ２２との差を二階積分することで代用可
能である。また、ばね下加速度センサ２３・ばね上加速
度センサ２２・ばね下質量・ばね上質量をそれぞれ掛け
合わせたものを引き算することで、荷重センサ２０を廃
止することも可能である。また、荷重センサ２０とスト
ロークセンサ２１とから状態推定器を構成し、ばね下加
速度及びばね上加速度を求めることも可能である。この
ように、必要に応じて適宜システム構成を変化させるこ
とが可能である。また、図１のＥＣＵはデジタル・アナ
ログ・ハイブリッドの何れでも実現可能である。

【００３９】

【発明の効果】このように本発明によれば、前後輪の少
なくともいずれか一方を直接制御して、ばね下の接地荷
重を任意に制御することができ、旋回時を判別したら、
その旋回初期に前輪側のアクチュエータを制御して、特
に前輪の旋回方向外側の車輪の接地荷重を増大させ、前
輪のタイヤの横力を大きくしてヨーレイトの立ち上がり
を早くし、旋回初期の回頭性を向上させ、旋回後期には
後輪側のアクチュエータを制御して旋回終了時の収束性
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される能動型懸架装置の概略シス
テム構成図。

【図２】本発明の原理を説明するためのモデル図

【図３】一般的な能動型懸架装置のモデル図。

【図４】車体重心位置と接地位置との関係を示す説明
図。

【図５】力、モーメント、並びに座標系の向きの関係を
示す図。

【図６】本発明に基づく制御を示すフロー図。

【図７】旋回中の各タイヤの接地荷重の状態を示す図。

【符号の説明】 １ タイヤ ２ 上サスペンションアーム ３ 下サスペンションアーム ４ 車体 ５ アクチュエータ ６ ピストン ７・８ 油室 ９ 油圧ポンプ １０ サーボ弁 １１ ピストンロッド １２ アキュムレータ １３ アンロード弁 １４ オイルフィルタ １５ 逆止弁 １６ 圧力調整弁 １７ オイルクーラ １８ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） １９ サーボ弁ドライバ ２０ 荷重センサ ２１ ストロークセンサ ２２ ばね上加速度センサ ２３ ばね下加速度センサ ２４ 目標荷重演算部 ２５ 安定化演算部 ２６ 変位制限比較演算部 ３１ ヨーレイトセンサ ３２ 横Ｇセンサ ３３ 舵角センサ ３４ 車速センサ ３５ 旋回状態判定部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ばね上質量とばね下質量との少なくとも
   いずれか一方の運動速度を制御するべく車体と車軸との
   間の上下方向相対距離を能動的に変化させるためのアク
   チュエータと、車両の旋回状態を検出するための旋回検
   出手段とを有し、 前記旋回検出手段により旋回初期を判定した場合には前
   輪の接地荷重を増大させると共に、前記旋回検出手段に
   より旋回終期を判定した場合には後輪の接地荷重を増大
   させるように前記アクチュエータを制御することを特徴
   とする接地荷重制御装置。
2. 【請求項２】 前記前輪の接地荷重を増大させる際に、
   前記前輪の旋回方向外側の車輪の接地荷重を増大させる
   ように前記アクチュエータを制御することを特徴とする
   請求項１に記載の接地荷重制御装置。