WO2011070634A1 - 車両制御装置 - Google Patents

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WO2011070634A1
WO2011070634A1 PCT/JP2009/006823 JP2009006823W WO2011070634A1 WO 2011070634 A1 WO2011070634 A1 WO 2011070634A1 JP 2009006823 W JP2009006823 W JP 2009006823W WO 2011070634 A1 WO2011070634 A1 WO 2011070634A1
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tire
control device
gear ratio
steering gear
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PCT/JP2009/006823
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香村伸吾
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トヨタ自動車株式会社
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    • B60G2800/96ASC - Assisted or power Steering control

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control device that controls the behavior of a vehicle, particularly a vehicle body.
  • Patent Document 1 discloses that a spring top is obtained from the relationship between the damping coefficient of the shock absorber and the vertical acceleration on the spring, and the relationship between the damping coefficient of the shock absorber and the longitudinal acceleration on the spring.
  • a specific damping coefficient Ct that minimizes the sum of the vectors of vertical acceleration and sprung longitudinal acceleration is calculated and stored in advance.
  • a damping force control device is described that sets the damping coefficient of a shock absorber to a specific damping coefficient Ct when vibration in the unsprung resonance frequency band exceeds a threshold value.
  • Patent Document 1 in addition to vertical vibration, vibration in the front-rear direction (direction parallel to the traveling direction) can also be suppressed. However, vibrations also occur in the left-right direction (the direction orthogonal to the traveling direction). There is also a problem that the ride comfort is deteriorated when vibration in the left-right direction occurs.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a vehicle control device capable of improving the riding comfort of a vehicle.
  • the present invention provides a vehicle control device that controls the operation of a vehicle including a vehicle body and a tire that supports the vehicle body and contacts a grounding surface, Based on the detection result of the driving condition detecting means for detecting the driving condition that affects the left and right vibration of the vehicle body, the suspension geometry adjusting means for adjusting the suspension geometry of the vehicle, and the detection result of the driving condition detecting means Control means for controlling the operation of the means.
  • the suspension geometry adjusting means is preferably vehicle height adjusting means for adjusting the height between the vehicle body and the tire.
  • control means stores a relationship between the control amount of the suspension geometry calculated in advance and the detection result, and calculates the control amount based on the relationship and the detection result.
  • the control means cancels the lateral force applied to the center of gravity of the vehicle body tire and the lateral force applied to the contact point with the ground contact surface of the tire.
  • the suspension geometry condition is stored, and based on the detection result of the driving condition detecting means, the lateral force applied to the center of gravity of the vehicle body tire and the contact point between the tire and the ground contact surface It is preferable to control the operation of the suspension geometry adjusting means so as to satisfy the suspension geometry condition of the vehicle body that cancels the force of the vehicle.
  • the present invention provides a vehicle control device that controls the operation of a vehicle including a vehicle body and a tire that supports the vehicle body and contacts a grounding surface, Based on the detection result of the driving condition detecting means for detecting the driving condition affecting the left and right vibration of the vehicle body, the steering gear ratio adjusting means for adjusting the steering gear ratio of the vehicle, and the detection result of the driving condition detecting means, Control means for controlling the operation of the ratio adjusting means.
  • control means stores a relationship between a control amount of a steering gear ratio calculated in advance and a detection result, and calculates the control amount based on the relationship and the detection result.
  • control means for each of the driving conditions, the steering gear ratio that cancels the lateral force applied to the center of gravity of the vehicle body tire and the lateral force applied to the contact point with the ground contact surface of the tire And a left-right force applied to the center of gravity of the vehicle body tire and a left-right force applied to the contact point of the tire with the ground contact surface based on the detection result of the driving condition detecting means. It is preferable to control the operation of the steering gear ratio adjusting means so that the steering gear ratio of the vehicle body cancels out.
  • the driving condition detecting means is means for detecting a vehicle speed.
  • the operating condition detecting means is preferably means for detecting a resonance frequency in the vertical direction.
  • the driving condition detecting means is means for detecting the state of the traveling road surface.
  • the left and right vibrations of the vehicle body are vibrations generated due to a force acting on the tire from the road surface.
  • the vehicle control device can suppress the vibration of the vehicle body, and has the effect of improving riding comfort.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an embodiment of a vehicle having a vehicle control device.
  • FIG. 2 is a plan view showing the schematic configuration of the vehicle shown in FIG. 1 in more detail.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the force acting on the tire contact surface and the force acting on the center of gravity.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the position of the tire and the angle.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the vehicle speed.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the angle and the vehicle height.
  • FIG. 7 is a graph showing the result of calculating the relationship between the vehicle height and the vehicle speed.
  • FIG. 8 is a graph showing the results of measuring the relationship between vehicle height and vibration.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an embodiment of a vehicle having a vehicle control device.
  • FIG. 2 is a plan view showing the schematic configuration of the vehicle shown in FIG. 1
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the unsprung vertical resonance frequency.
  • FIG. 10 is a graph showing the result of calculating the relationship between the vehicle height and the unsprung vertical resonance frequency.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the tire cornering power.
  • FIG. 12 is a graph showing the result of calculating the relationship between the vehicle height and the tire cornering power.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the vehicle speed.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the angle and the steering gear ratio.
  • FIG. 15 is a graph showing the result of calculating the relationship between the steering gear ratio and the vehicle speed.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the unsprung vertical resonance frequency.
  • FIG. 17 is a graph showing the result of calculating the relationship between the steering gear ratio and the unsprung vertical resonance frequency.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the tire cornering power.
  • FIG. 19 is a graph showing the result of calculating the relationship between the steering gear ratio and the tire cornering power.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an embodiment of a vehicle having a vehicle control device according to this embodiment
  • FIG. 2 is a plan view showing the schematic configuration of the vehicle shown in FIG. 1 in more detail.
  • the vehicle 1 includes two tires 2, two tires 3, a steering wheel 4, an ECU 5, a vehicle body 9, and a vehicle control device 10.
  • the vehicle control apparatus 10 includes a control unit 30, suspensions 31, 32, 33, 34, an air compressor 35, a steering gear ratio adjusting unit (hereinafter simply referred to as “gear ratio adjusting unit”) 36, and a resolver. 40R, 40L, 41R, 41L, a vehicle speed detection sensor 42, and a road surface state detection sensor 43.
  • the vehicle 1 is provided with various components required for vehicles, such as a drive source, a brake, an accelerator, a seat, in addition to the said component.
  • the tire 2 is two tires serving as front wheels.
  • One tire 2 is connected to the vehicle body 9 via a suspension 31, and the other tire 2 is connected to a vehicle body 9 via a suspension 32.
  • the tire 3 is two tires that serve as rear wheels.
  • One tire 3 is connected to the vehicle body 9 via a suspension 33 and the other tire 3 is connected to a vehicle body 9 via a suspension 34.
  • the vehicle 1 has at least one of the tire 2 and the tire 3 connected to a drive source, and travels on the road surface by rotating the tire with the drive source.
  • Steering 4 is an operation unit that operates the traveling direction by an operator, and the operation of the steering 4 is transmitted to the tire 2. Specifically, when the steering 4 is rotated, the angle of the tire 2 changes, and the traveling direction of the vehicle 1 is switched.
  • the gear ratio adjusting unit 36 is disposed between the steering 4 and the tire 2, and the force and the rotation angle input from the steering 4 are amplified by the gear ratio adjusting unit 36, so that the tire 2 is a power steering mechanism that transmits the power to 2.
  • the gear ratio adjusting unit 36 will be described later.
  • the ECU 5 is an electronic control unit that controls the operation of each part of the vehicle, and includes a control means 30 of the vehicle control device 10 described later.
  • the ECU 5 includes a microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output port device and a driving circuit which are connected to each other by a bidirectional common bus in a normal format.
  • the vehicle body 9 is a so-called body on which an operator and passengers sit, and is supported by the tires 2 and 3 via suspensions 31, 32, 33, and 34 of the vehicle control means 10.
  • the control means 30 is built in the ECU 5, and based on the detection results of the resolvers 40R, 40L, 41R, 41L, the vehicle speed detection sensor 42, and the road surface state detection sensor 43, the suspensions 31, 32, 33, 34, the air compressor 35, controlling the operation of the gear ratio adjusting means 36.
  • the suspensions 31, 32, 33, and 34 have the same basic configuration except that the arrangement positions and the connected tires are different. Therefore, the configuration of the suspension 31 will be described as a representative.
  • the suspension 31 includes an elastic body (for example, a spring) and damping force generation means (for example, a damper).
  • the suspension 31 is attached between the tire 2 and the vehicle body 9, and from the road surface that is input to the vehicle body 9 via the tire 2. Shock shock.
  • the air compressor 35 is connected to the suspensions 31, 32, 33, and 34, and supplies air into the suspensions 31, 32, 33, and 34.
  • a valve V1 is disposed in a pipe connecting the air compressor 35 and the suspension 31
  • a valve V2 is disposed in a pipe connecting the air compressor 35 and the suspension 32.
  • a valve V3 is disposed on the pipe connecting the suspension 33
  • a valve V4 is disposed on the pipe connecting the air compressor 35 and the suspension 34.
  • the air pressure supplied to the suspensions 31, 32, 33, 34 can be adjusted by adjusting the opening / closing of the valves V1, V2, V3, V4.
  • the suspension 31, 32, 33, 34, the air compressor 35, and the valves V1, V2, V3, V4 constitute vehicle height adjusting means. Accordingly, the vehicle height of the vehicle body 9 can be adjusted by changing the total length of the suspensions 31, 32, 33, 34 by adjusting the air pressure supplied to the suspensions 31, 32, 33, 34 by the control means 30. it can.
  • the gear ratio adjusting means 36 is a mechanism for adjusting the gear ratio for transmitting the force input to the steering 4 to the tire 2.
  • the gear ratio adjusting means 36 is configured by combining a motor and a speed reducer, and uses a power steering mechanism of a so-called variable gear ratio steering (VGRS) method that can change the gear ratio linearly. ing.
  • VGRS variable gear ratio steering
  • Resolvers 40R, 40L, 41R, and 41L are sensors that measure the rotational speed of tires (wheels).
  • the resolver 40R measures the rotational speed of one tire 2
  • the resolver 40L measures the rotational speed of the other tire 2
  • the resolver 41R measures the rotational speed of one tire 3
  • the rotational speed of the tire 3 is measured.
  • the resolvers 40R, 40L, 41R, 41L send the measurement results to the control means 30.
  • the control means 30 determines whether the vehicle body 9 is vibrating based on the detection results of the resolvers 40R, 40L, 41R, and 41L. It is possible to detect whether vibration is occurring.
  • the left-right direction is a direction parallel to a straight line connecting one tire 2 and the other tire 3, and is a direction parallel to the road surface and perpendicular to the traveling direction of the vehicle. Further, left and right vibrations of the vehicle body are generated due to a force acting on the tire from the road surface (that is, road surface input) or the like during traveling.
  • control means 30 calculates the unsprung resonance frequency based on the measurement result of the tire rotational speed detected by the resolver. That is, in the vehicle control device 10, a combination of the resolvers 40R, 40L, 41R, 41L and the calculation function of the control means 30 becomes an unsprung resonance frequency detection sensor.
  • the unsprung resonance frequency is a resonance frequency of vibration generated between the tire (wheel) and the vehicle body, and the resonance frequency of vibration in the vertical direction is detected.
  • the vehicle speed detection sensor 42 is a sensor that detects the traveling speed of the vehicle 1.
  • the vehicle speed detection sensor 42 may be provided with a sensor that detects the vehicle speed independently, but may be provided with a sensor that detects the traveling speed of the vehicle 1 based on the detection values of the resolvers 40R, 40L, 41R, and 41L. Good. That is, an arithmetic device that detects the traveling speed based on the measurement result of the resolver may be provided as a sensor.
  • the road surface state detection sensor 43 is a detection sensor that detects the state of the road surface on which the vehicle 1 is traveling.
  • the road surface state detection sensor 43 includes a sensor that determines whether or not it is raining. Specifically, a sensor that detects whether the wiper is operating can be used.
  • the road surface state detection sensor 43 may be any sensor that can detect or estimate the friction coefficient between the road surface and the tire, and various sensors can be used.
  • the vehicle control device 10 is configured as described above.
  • FIG. 3 is an explanatory view for explaining the force acting on the tire contact surface and the force acting on the center of gravity
  • FIG. 4 is an explanatory view showing the relationship between the position of the tire and the angle.
  • the horizontal axis is the length from the support point
  • the vertical axis is the height difference from the reference point.
  • the support point is the distance from the point supporting the tire.
  • one tire 2 will be described as an example.
  • the force acting when the tire 2 is supported by the suspension 31 and the tire 2 is divided into a force acting by contacting the grounding surface 62.
  • the tire 2 is the force acting by being supported by the force F I by the suspension 31, the force acting between the tire 2 and the ground plane 62 and the force F J.
  • the force F I may be replaced by a force acting on the center of gravity of the tire 2.
  • a force proportional to the unsprung mass and vibration acts on the center of gravity 60 (point I), and a side slip force is generated at the contact point (contact point, point J) with the contact surface 62.
  • (Friction force) specifically, a tire lateral spring and a cornering force act. Further, these forces act in a direction inclined by a certain angle from a direction perpendicular to the ground contact surface 62.
  • the action point of F I, angle gamma and I tilted, the point of action of F J are the angle gamma J inclination.
  • the angle ⁇ I and the angle ⁇ J vary depending on the vehicle height. Specifically, the vehicle height increases, i.e.
  • suspension gap between the tire and the vehicle body is wider elongation (which moves in the negative direction in FIG. 4), the angle gamma I and the angle gamma J is increased. Further, it the vehicle height is low, i.e. suspension shrinks, the interval between the tire and the vehicle body is narrowed (the movement in a positive direction in FIG. 4), the angle gamma I and the angle gamma J is reduced.
  • the unsprung mass is m
  • the tire lateral spring constant is K
  • the cornering power is P
  • the vehicle speed is U
  • the lateral angular velocity is ⁇ (frequency ⁇ 2 ⁇ )
  • the reference point is the reference.
  • the angle ⁇ I and the angle ⁇ J at the vehicle height Z A can be expressed as the following Expression 2.
  • Equation 4 Equation 4 below.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the vehicle speed
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the angle and the vehicle height
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the vehicle height and the vehicle speed. It is a graph which shows the result.
  • FIG. 5 and FIG. 6 are relationships derived in advance by experiments, measurements, and calculations.
  • the left / right force is a force acting in the left / right direction at points J and I
  • the left / right displacement is the amount of displacement in the left / right direction at points J and I.
  • the horizontal axis is the vehicle speed (km / h)
  • the vertical axis is the left / right force / left / right displacement (N / mm) and the I point left / right force / J point left / right force
  • the height (mm) was taken, and the vertical axis was the angle and ⁇ J / ⁇ I.
  • the vehicle height was the difference from the reference height.
  • the left / right force / left / right displacement at point I and the left / right force / left / right displacement at point J vary depending on the vehicle speed.
  • the I point left / right force / J point left / right force also changes depending on the vehicle speed.
  • the angle ⁇ I and the angle ⁇ J vary with the vehicle height
  • the angle ⁇ J / angle ⁇ I also varies with the vehicle height.
  • FIG. 7 is a graph showing the result of calculating the relationship between the vehicle height and the vehicle speed.
  • the horizontal axis is the vehicle speed (km / h)
  • the vertical axis is the vehicle height (mm).
  • the control means 30 stores the relationship shown in FIG. 7 as a graph and a map, calculates an appropriate vehicle height from the stored vehicle speed detected by the vehicle speed detection sensor 42, and becomes the calculated vehicle height.
  • the suspension 31, 32, 33, 34 is controlled by switching the air pressure supplied from the air compressor 35 and the opening / closing of the valves V 1, V 2, V 3, V 4.
  • the vehicle control apparatus 10 decreases the vehicle height. That is, if the vehicle speed is higher than the vehicle speed at the time when the condition was detected immediately before, an appropriate vehicle height is calculated from the map corresponding to the speed change, and the vehicle height is calculated. Thus, based on the relationship shown in FIG. 7, the vehicle control device 10 lowers the vehicle height as the speed increases, and increases the vehicle height as the speed decreases.
  • the vehicle control device 10 may adjust the vehicle height based on the detection result of the vehicle speed detection sensor 42 at regular time intervals or constantly, or when the vehicle speed changes more than a certain value. Also good.
  • the vehicle 1 can be set to an appropriate vehicle height, vibration in the left-right direction can be suppressed, and so-called left-right bobble vibration can be reduced.
  • the bobble vibration By suppressing the bobble vibration, the ride comfort of the vehicle can be made more comfortable.
  • FIG. 8 is a graph showing the results of measuring the relationship between vehicle height and vibration.
  • the horizontal axis represents frequency (Hz) and the vertical axis represents lateral acceleration ((m / s 2 ) 2 / Hz).
  • the graph shown in FIG. 8 is a calculation result obtained by measuring vibration and analyzing the frequency of vibration for two different vehicle heights.
  • the two different vehicle heights are a vehicle height when the vehicle height is controlled by the vehicle control device 10 of the present embodiment and a vehicle height that is not controlled.
  • the vehicle 1 can reduce the acceleration in the left-right direction by about 10 dB by changing the magnitude of vibration greatly depending on the vehicle height and setting the vehicle to an appropriate vehicle height.
  • vehicle height was adjusted based on the vehicle speed, it is not limited to this, You may adjust vehicle height based on the other parameter which comprises Formula 5.
  • the vehicle control device 10 is provided with a vehicle height sensor that detects the vehicle height, detects how many centimeters the vehicle height is, the vehicle height set to the vehicle height, and the like, and based on the detection result. It is preferable to adjust the vehicle height. Thus, by providing the vehicle height sensor and adjusting the vehicle height based on the detection result, the vehicle height can be controlled more appropriately.
  • the suspension height is changed by air pressure to adjust the vehicle height.
  • the present invention is not limited to this. It is good also as an apparatus which changes the height of a suspension with oil pressure.
  • a mechanism for adjusting the vehicle height by a mechanism other than the suspension can also be used.
  • Example 2 will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the second embodiment is an example in which the vehicle height is adjusted based on the measurement result of the unsprung resonance frequency.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the unsprung vertical resonance frequency
  • FIG. 10 calculates the relationship between the vehicle height and the unsprung vertical resonance frequency. It is a graph which shows the result.
  • the horizontal axis is the unsprung resonance frequency (Hz)
  • the vertical axis is the left / right force / left / right displacement (N / mm) and the I point left / right force / J point left / right force
  • the vertical axis is the vehicle height (mm).
  • the left / right force / left / right displacement at point I and the left / right force / left / right displacement at point J also vary depending on the unsprung resonance frequency.
  • the I-point left / right force / J-point left / right force also changes depending on the unsprung resonance frequency.
  • the greater the unsprung resonance frequency the greater the I point left / right force / J point left / right force.
  • control means 30 stores the relationship shown in FIG. 10 as a graph and a map. From the relationship stored with the unsprung resonance frequency calculated based on the detection result of the resolver, an appropriate vehicle height is stored. And the air pressure supplied from the air compressor 35 and the opening and closing of the valves V1, V2, V3, and V4 are switched to control the suspensions 31, 32, 33, and 34 so that the calculated vehicle height is obtained.
  • the vehicle control device 10 when the vehicle control device 10 detects that the unsprung resonance frequency is increasing, the vehicle control device 10 decreases the vehicle height. In other words, if the frequency is higher than the unsprung resonance frequency when the condition was detected immediately before, an appropriate vehicle height is calculated from the map corresponding to the frequency change, and the vehicle height is calculated as the vehicle height. . Thus, based on the relationship shown in FIG. 10, the vehicle control device 10 decreases the vehicle height as the unsprung resonance frequency increases, and increases the vehicle height as the unsprung resonance frequency decreases. Note that the vehicle control device 10 performs the adjustment of the vehicle height based on the detection result of the unsprung resonance frequency at regular intervals or when the unsprung resonance frequency changes more than a certain value. You may do it.
  • the vehicle 1 can be adjusted to an appropriate vehicle height by adjusting the vehicle height based on the detection result of the unsprung resonance frequency, so that vibration in the left-right direction can be suppressed. It is possible to reduce the buzzing vibration. By suppressing the bobble vibration, the ride comfort of the vehicle can be made more comfortable.
  • the method for detecting the unsprung resonance frequency is not limited to the present embodiment, and may be detected from measurement results other than the wheel speed detected by the resolver.
  • a sensor that directly detects unsprung vibration may be provided, and the unsprung resonance frequency may be detected from the detection result.
  • conditions such as tire pressure and suspension elastic force
  • the unsprung resonance frequency may be detected based on the conditions.
  • Example 3 is an example in which the vehicle height is adjusted based on the measurement result of tire cornering power (hereinafter also referred to as “tire CP”).
  • tire CP tire cornering power
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the tire cornering power
  • FIG. 12 is a graph showing the result of calculating the relationship between the vehicle height and the tire cornering power.
  • the horizontal axis is the tire CP
  • the vertical axis is the left / right force / left / right displacement (N / mm) and the I point left / right force / J point left / right force
  • FIG. The vertical axis is the vehicle height (mm).
  • the left / right force / left / right displacement at point I and the left / right force / left / right displacement at point J also vary depending on the tire CP.
  • the I point left / right force / J point left / right force also changes depending on the tire CP.
  • the larger the tire CP the smaller the I point left / right force / J point left / right force.
  • control means 30 stores the relationship shown in FIG. 12 as a graph and a map, calculates the tire CP from the road surface state detected by the road surface state detection sensor, and stores the calculated result and the relationship.
  • the suspension 31, 32, 33, 34 is controlled by calculating an appropriate vehicle height and switching the air pressure supplied from the air compressor 35 and the opening / closing of the valves V 1, V 2, V 3, V 4 so that the calculated vehicle height is obtained. To do.
  • the vehicle control device 10 increases the vehicle height when detecting that the tire CP is rising. That is, if the tire CP is higher than the tire CP when the condition was detected immediately before, an appropriate vehicle height is calculated from the map corresponding to the change in the tire CP, and the vehicle height calculated To do. Thus, based on the relationship shown in FIG. 12, the vehicle control device 10 increases the vehicle height as the tire CP increases, and decreases the vehicle height as the tire CP decreases. Note that the vehicle control device 10 may adjust the vehicle height based on the detection result of the tire CP at regular time intervals, always, or when the tire CP changes more than a certain level. Good.
  • the vehicle 1 can be set to an appropriate vehicle height, and vibration in the left-right direction can be suppressed. Vibration can be reduced. By suppressing the bobble vibration, the ride comfort of the vehicle can be made more comfortable.
  • the tire CP corresponding to each detection result may be set in advance, and the vehicle height calculated based on the tire CP may be adjusted.
  • the vehicle height control is not limited to linearly changing in accordance with the detection result.
  • the vehicle height value may be set for each fixed range of the detection result numerical value. That is, the vehicle height may be adjusted in stages.
  • Example 4 will be described with reference to FIGS.
  • the vehicle height is adjusted based on the measurement result of the vehicle speed
  • the steering gear ratio is adjusted based on the measurement result of the vehicle speed.
  • Equation 6 N is the steering gear ratio
  • P is the cornering power
  • P 0 is the cornering power of the tire alone
  • K ⁇ is the torsional rigidity of the steering
  • L is the caster It is the sum of a trail and a pneumatic trail.
  • the vehicle control apparatus 10 controls the steering gear ratio so as to satisfy the above expression 8 based on the detection result.
  • FIGS. 13 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the vehicle speed
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the angle and the steering gear ratio
  • FIG. 15 is the relationship between the steering gear ratio and the vehicle speed. It is a graph which shows the result of having calculated.
  • FIGS. 13 to 15 show relationships derived in advance by experiments, measurements, and calculations. 13
  • the horizontal axis is the vehicle speed (km / h)
  • the vertical axis is the left / right force / left / right displacement (N / mm) and the ideal CP gain
  • FIG. 14 is the horizontal axis is the steering gear ratio
  • the vertical axis is CP amplification factor was used.
  • the horizontal axis is the vehicle speed (km / h)
  • the vertical axis is the steering gear ratio.
  • the lateral force / lateral displacement at point I and the lateral force / lateral displacement at point J vary with vehicle speed.
  • the ideal left / right force / left / right displacement at the point J also changes depending on the vehicle speed.
  • the ideal CP amplification factor also changes depending on the vehicle speed.
  • the ideal CP gain is a CP gain that can appropriately suppress vibration in the left-right direction.
  • the ideal CP gain increases as the vehicle speed increases.
  • the CP amplification factor varies depending on the steering gear ratio. Specifically, as the steering gear ratio increases, the CP gain increases, and as the steering gear ratio decreases, the CP gain decreases.
  • the control means 30 stores the relationship shown in FIG. 15 as a graph and a map, calculates an appropriate steering gear ratio from the stored vehicle speed detected by the vehicle speed detection sensor 42, and calculates the calculated gear ratio.
  • the steering gear ratio is adjusted by the gear ratio adjusting means 36.
  • the vehicle control device 10 detects that the vehicle speed is rising as a result of detection by the vehicle speed detection sensor 42, the vehicle control device 10 increases the steering gear ratio. In other words, if the vehicle speed is higher than the vehicle speed when the condition was detected immediately before, an appropriate steering gear ratio is calculated from the map corresponding to the speed change, and the steering gear ratio is calculated as the calculated steering gear ratio. . Thus, based on the relationship shown in FIG. 15, the vehicle control device 10 increases the steering gear ratio as the speed increases, and decreases the steering gear ratio as the speed decreases.
  • the vehicle control device 10 may adjust the steering gear ratio based on the detection result of the vehicle speed detection sensor 42 at regular time intervals or constantly, or when the vehicle speed changes more than a certain value. May be.
  • the vehicle 1 to have an appropriate steering gear ratio and an appropriate tire cornering power.
  • the relationship of the above formula 7 can be satisfied, the force acting in the left-right direction can be offset, the vibration in the left-right direction can be suppressed, and so-called left-right bobble vibration is reduced. be able to.
  • the bobble vibration By suppressing the bobble vibration, the ride comfort of the vehicle can be made more comfortable.
  • Example 5 is an example in which the steering gear ratio is adjusted based on the measurement result of the unsprung resonance frequency.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the unsprung vertical resonance frequency
  • FIG. 17 calculates the relationship between the steering gear ratio and the unsprung vertical resonance frequency. It is a graph which shows the result. 16, the horizontal axis is the unsprung resonance frequency (Hz), the vertical axis is the left / right force / left / right displacement (N / mm), and the ideal CP gain, and FIG. 17 is the unsprung resonance frequency (Hz).
  • the vertical axis is the steering gear ratio.
  • the left / right force / left / right displacement at point I, the left / right force / left / right displacement at point J, and the ideal left / right force / left / right displacement at point J also vary depending on the unsprung resonance frequency.
  • the ideal CP gain also changes depending on the unsprung resonance frequency. In this embodiment, the ideal CP gain increases as the unsprung resonance frequency increases.
  • control means 30 stores the relationship shown in FIG. 17 as a graph and a map. From the relationship stored with the unsprung resonance frequency calculated based on the detection result of the resolver, an appropriate steering gear is stored. The ratio is calculated and adjusted by the gear ratio adjusting means 36 so that the calculated steering gear ratio is obtained.
  • the vehicle control device 10 when the vehicle control device 10 detects that the unsprung resonance frequency is increasing, the vehicle control device 10 increases the steering gear ratio. In other words, if the frequency is higher than the unsprung resonance frequency when the condition was detected immediately before, an appropriate steering gear ratio is calculated from the map corresponding to the frequency change, and the steering gear ratio is calculated. Ratio. Thus, based on the relationship shown in FIG. 17, the vehicle control device 10 increases the steering gear ratio as the unsprung resonance frequency increases, and decreases the steering gear ratio as the unsprung resonance frequency decreases. Note that the vehicle control device 10 may adjust the steering gear ratio based on the detection result of the unsprung resonance frequency at regular time intervals or always, or when the unsprung resonance frequency changes more than a certain value. You may make it perform.
  • the vehicle 1 can be set to an appropriate steering gear ratio, and vibrations in the left-right direction can be suppressed.
  • the bobble vibration in the left-right direction can be reduced.
  • Example 6 is an example which adjusts a steering gear ratio based on the measurement result of tire cornering power.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the force acting in the left-right direction and the tire cornering power
  • FIG. 19 is a graph showing the result of calculating the relationship between the steering gear ratio and the tire cornering power.
  • the horizontal axis is the tire cornering power
  • the vertical axis is the left / right force / left / right displacement (N / mm) and the ideal CP amplification factor
  • FIG. 19 is the horizontal axis is the tire cornering power
  • the vertical axis is the steering gear ratio. It was. Note that the tire cornering power on the horizontal axis in FIGS. 18 and 19 is the cornering power of the tire according to the above-described formula 6.
  • the left / right force / left / right displacement at point I, the left / right force / left / right displacement at point J, and the ideal left / right force / left / right displacement at point J also vary depending on the tire cornering power.
  • the I ideal CP gain also changes depending on the tire cornering power.
  • the ideal CP gain decreases as the tire cornering power increases.
  • control means 30 stores the relationship shown in FIG. 19 as a graph and map, calculates the tire CP from the road surface state detected by the road surface state detection sensor, and stores the calculation result and the stored relationship. Then, an appropriate steering gear ratio is calculated and adjusted by the gear ratio adjusting means 36 so that the calculated steering gear ratio is obtained.
  • the vehicle control device 10 when the vehicle control device 10 detects that the tire CP is rising, it lowers the steering gear ratio. That is, if the tire CP is higher than the tire CP when the condition was detected immediately before, an appropriate steering gear ratio is calculated from the map corresponding to the change of the tire CP, and the steering gear ratio is calculated. Gear ratio. Thus, based on the relationship shown in FIG. 19, the vehicle control device 10 decreases the steering gear ratio as the tire CP increases, and increases the steering gear ratio as the tire CP decreases. The vehicle control device 10 may adjust the steering gear ratio based on the detection result of the tire CP at regular time intervals or constantly, or when the tire CP changes more than a certain value. Also good.
  • the vehicle 1 can be set to an appropriate steering gear ratio, and vibration in the left-right direction can be suppressed.
  • Directional vibration can be reduced.
  • the ride comfort of the vehicle can be made more comfortable.
  • the vehicle height or the steering gear ratio is adjusted based on one parameter, but the present invention is not limited to this.
  • the vehicle height may be adjusted based on a plurality of parameters, or the steering gear ratio may be adjusted based on the plurality of parameters.
  • the first to third embodiments may be combined, and the fourth to sixth embodiments may be combined.
  • the detected parameter may be any driving condition that affects the left and right vibrations of the vehicle body, and is not limited to the six embodiments described above.
  • the vehicle height or the steering gear ratio is controlled.
  • the mechanism can be adjusted so as to satisfy the relationship of the above expression 3, for example, the adjusting means for adjusting the suspension geometry of the vehicle. You can adjust with. That is, any adjustment means that changes the resonance frequency or the tire cornering power can be set as a control target.
  • the mechanism that adjusts the tire air pressure and the mechanism that adjusts the elasticity of the suspension are controlled, and each mechanism adjusts the tire air pressure and the elasticity of the suspension to change the resonance frequency and tire cornering power.
  • the bull feeling can be suppressed by setting the vehicle suspension geometry to an appropriate state.
  • the vehicle control device according to the present invention is useful for a vehicle such as an automobile, and is particularly suitable for suppressing vibration of the vehicle.
  • Vehicle control apparatus 30
  • Control means 31, 32, 33, 34 Suspension 35
  • Air compressor 36
  • Steering gear ratio adjustment means 42
  • Vehicle speed detection sensor 43
  • Road surface state detection sensor 40R, 40L, 41R, 41L Resolver V1, V2, V3, V4 Valve 60
  • Center of gravity 62
  • Ground plane 62

Landscapes

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Abstract

 車両への乗り心地を向上させることができる車両制御装置を提供することを目的とする。車体と、車体を支持し、接地面と接触するタイヤとを有する車両の動作を制御する車両制御装置であって、車体の左右の振動に影響を与える運転条件を検出する運転条件検出手段と、車両のサスペンションジオメトリーを調整するサスジオメトリ調整手段と、運転条件検出手段の検出結果に基づいて、サスジオメトリ調整手段の動作を制御する制御手段と、を有する構成とすることで、上記目的を達成する。

Description

車両制御装置
 本発明は、車両、特に車体の挙動を制御する車両制御装置に関する。
 自動車等の車両では、走行時にばね下が振動し、いわゆるブルブル振動が発生する。このブルブル振動を抑制する装置として、特許文献1には、ショックアブソーバの減衰係数とばね上の上下加速度との関係、および、ショックアブソーバの減衰係数とばね上の前後加速度との関係から、ばね上上下加速度とばね上前後加速度のベクトルの和が最小となる特定減衰係数Ctを予め計算して記憶しておく。ばね下共振周波数帯域の振動が閾値を上回った場合、ショックアブソーバの減衰係数を特定減衰係数Ctに設定する減衰力制御装置が記載されている。
特開2009-137545号公報
 特許文献1では、上下振動に加え、前後方向(走行方向に平行な方向)の振動も抑制することができる。しかしながら、振動は、左右方向(走行方向に直交する方向)にも発生する。左右方向の振動が発生した場合も乗り心地が悪くなるという問題がある。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両への乗り心地を向上させることができる車両制御装置を提供することを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、車体と、前記車体を支持し、接地面と接触するタイヤとを有する車両の動作を制御する車両制御装置であって、前記車体の左右の振動に影響を与える運転条件を検出する運転条件検出手段と、前記車両のサスペンションジオメトリーを調整するサスジオメトリ調整手段と、前記運転条件検出手段の検出結果に基づいて、サスジオメトリ調整手段の動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
 ここで、前記サスジオメトリ調整手段は、車体とタイヤと間の高さを調整する車高調整手段であることが好ましい。
 また、前記制御手段は、予め算出したサスペンションジオメトリーの制御量と検出結果との関係を記憶しており、前記関係と、前記検出結果に基づいて、前記制御量を算出することが好ましい。
 ここで、前記制御手段は、前記運転条件毎に、前記車体タイヤの重心にかかる左右方向の力と、前記タイヤの前記接地面との接触点にかかる左右方向の力とを相殺する前記車体のサスペンションジオメトリーの条件を記憶しており、前記運転条件検出手段の検出結果に基づいて、前記車体タイヤの重心にかかる左右方向の力と、前記タイヤの前記接地面との接触点にかかる左右方向の力とを相殺する前記車体のサスペンションジオメトリーの条件となるように、サスジオメトリ調整手段の動作を制御することが好ましい。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、車体と、前記車体を支持し、接地面と接触するタイヤとを有する車両の動作を制御する車両制御装置であって、前記車体の左右の振動に影響を与える運転条件を検出する運転条件検出手段と、前記車両のステアリングギヤ比を調整するステアリングギヤ比調整手段と、前記運転条件検出手段の検出結果に基づいて、ステアリングギヤ比調整手段の動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
 ここで、前記制御手段は、予め算出したステアリングギヤ比の制御量と検出結果との関係を記憶しており、前記関係と、前記検出結果に基づいて、前記制御量を算出することが好ましい。
 また、前記制御手段は、前記運転条件毎に、前記車体タイヤの重心にかかる左右方向の力と、前記タイヤの前記接地面との接触点にかかる左右方向の力とを相殺する前記ステアリングギヤ比の条件を記憶しており、前記運転条件検出手段の検出結果に基づいて、前記車体タイヤの重心にかかる左右方向の力と、前記タイヤの前記接地面との接触点にかかる左右方向の力とを相殺する前記車体のステアリングギヤ比となるように、ステアリングギヤ比調整手段の動作を制御することが好ましい。
 また、前記運転条件検出手段は、車速を検出する手段であることが好ましい。
 また、前記運転条件検出手段は、上下方向の共振周波数を検出する手段であることが好ましい。
 また、前記運転条件検出手段は、走行する路面の状態を検出する手段であることが好ましい。
 また、前記車体の左右の振動は、前記路面から前記タイヤに作用する力に起因して発生する振動であることが好ましい。
 本発明にかかる車両制御装置は、車体の振動を抑制することができ、乗り心地を向上させることができるという効果を奏する。
図1は、車両制御装置を有する車両の一実施例の概略構成を示す斜視図である。 図2は、図1に示す車両の概略構成をより詳細に示す平面図である。 図3は、タイヤの接地面に作用する力及び重心に作用する力を説明するための説明図である。 図4は、タイヤの位置と、角度との関係を示す説明図である。 図5は、左右方向に働く力と車速との関係を示すグラフである。 図6は、角度と車高との関係を示すグラフである。 図7は、車高と車速との関係を算出した結果を示すグラフである。 図8は、車高と振動との関係を計測した結果を示すグラフである。 図9は、左右方向に働く力とばね下の上下方向共振周波数との関係を示すグラフである。 図10は、車高とばね下の上下方向共振周波数との関係を算出した結果を示すグラフである。 図11は、左右方向に働く力とタイヤコーナリングパワーとの関係を示すグラフである。 図12は、車高とタイヤコーナリングパワーとの関係を算出した結果を示すグラフである。 図13は、左右方向に働く力と車速との関係を示すグラフである。 図14は、角度とステアリングギヤ比との関係を示すグラフである。 図15は、ステアリングギヤ比と車速との関係を算出した結果を示すグラフである。 図16は、左右方向に働く力とばね下の上下方向共振周波数の関係を示すグラフである。 図17は、ステアリングギヤ比とばね下の上下方向共振周波数との関係を算出した結果を示すグラフである。 図18は、左右方向に働く力とタイヤコーナリングパワーの関係を示すグラフである。 図19は、ステアリングギヤ比とタイヤコーナリングパワーとの関係を算出した結果を示すグラフである。
 以下に、本発明にかかる車両制御装置について、実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
 図1は、本実施例にかかる車両制御装置を有する車両の一実施例の概略構成を示す斜視図であり、図2は、図1に示す車両の概略構成をより詳細に示す平面図である。図1及び図2に示すように、車両1は、2つのタイヤ2と、2つのタイヤ3、ステアリング4、ECU5、及び車体9と、車両制御装置10とを有する。また、車両制御装置10は、制御手段30と、サスペンション31、32、33、34と、エアコンプレッサ35と、ステアリングギヤ比調整手段(以下、単に「ギヤ比調整手段」という。)36と、レゾルバ40R、40L、41R、41Lと、車速検出センサ42と、路面状態検出センサ43と、を有する。なお、車両1は、説明は省略するが、上記構成要素に加え、駆動源、ブレーキ、アクセル、座席等、車両に必要な種々の構成要素を備えている。
 タイヤ2は、前輪となる2つのタイヤであり、一方のタイヤ2は、サスペンション31を介して、他方のタイヤ2はサスペンション32を介して、車体9と連結されている。また、タイヤ3は、後輪となる2つのタイヤであり、一方のタイヤ3はサスペンション33を介して、他方のタイヤ3はサスペンション34を介して、車体9と連結されている。また、車両1は、タイヤ2とタイヤ3の少なくとも一方が、駆動源と連結されており、駆動源によりタイヤを回転させることで、路面上を走行する。
 ステアリング4は、操作者によって走行方向を操作する操作部であり、ステアリング4の操作は、タイヤ2に伝達される。具体的には、ステアリング4が回転されると、タイヤ2の角度が変化し、車両1の走行方向が切り替えられる。ここで、車両1は、ステアリング4と、タイヤ2との間にギヤ比調整手段36が配置されており、ステアリング4から入力された力、回転角をギヤ比調整手段36で増幅させて、タイヤ2に伝達するパワーステアリング機構である。なお、ギヤ比調整手段36については、後ほど説明する。
 ECU5は、車両の各部の動作を制御する電子制御ユニットであり、後述する車両制御装置10の制御手段30を備えている。ECU5は、通常の形式の、双方向コモン・バスにより相互に連結されたCPU、ROM、RAM及び入出力ポート装置を有するマイクロコンピュータ及び駆動回路を備えている。また、車体9は、操作者や乗客が座る筐体いわゆるボディーであり、車両制御手段10のサスペンション31、32、33、34を介して、タイヤ2、3に支持されている。
 次に、車両制御装置10を構成する各部について説明する。制御手段30は、ECU5に内蔵されており、レゾルバ40R、40L、41R、41L、車速検出センサ42、路面状態検出センサ43での検出結果に基づいて、サスペンション31、32、33、34、エアコンプレッサ35、ギヤ比調整手段36の動作を制御する。
 サスペンション31、32、33、34は、配置位置、連結しているタイヤが異なる点を除いて、基本的構成は、同様であるので、代表してサスペンション31の構成を説明する。サスペンション31は、弾性体(例えばばね)と減衰力発生手段(例えばダンパー)とで構成され、タイヤ2と車体9との間に取り付けられて、タイヤ2を介して車体9へ入力される路面からの衝撃を緩衝する。
 エアコンプレッサ35は、サスペンション31、32、33、34と接続されており、サスペンション31、32、33、34内に空気を供給する。また、エアコンプレッサ35とサスペンション31とを接続している配管には、バルブV1が配置され、エアコンプレッサ35とサスペンション32とを接続している配管には、バルブV2が配置され、エアコンプレッサ35とサスペンション33とを接続している配管には、バルブV3が配置され、エアコンプレッサ35とサスペンション34とを接続している配管には、バルブV4が配置されている。バルブV1、V2、V3、V4の開閉を調整することで、サスペンション31、32、33、34に供給する空気圧を調整することができる。
 本実施例では、サスペンション31、32、33、34とエアコンプレッサ35と、バルブV1、V2、V3、V4とで車高調整手段が構成される。これにより、制御手段30によりサスペンション31、32、33、34に供給する空気圧を調整することで、サスペンション31、32、33、34の全長を変化させて、車体9の車高を調整することができる。
 ギヤ比調整手段36は、ステアリング4に入力された力をタイヤ2に伝達するギヤ比を調整する機構である。ギヤ比調整手段36は、モータと減速機とを組み合わせて構成され、ギヤ比をリニアに変更することができる、いわゆるギヤ比可変ステアリング(VGRS(Variable Gear Ratio Steering))方式のパワーステアリング機構を用いている。
 レゾルバ40R、40L、41R、41Lは、タイヤ(車輪)の回転速度を計測するセンサである。レゾルバ40Rは、一方のタイヤ2の回転速度を計測し、レゾルバ40Lは、他方のタイヤ2の回転速度を計測し、レゾルバ41Rは、一方のタイヤ3の回転速度を計測し、レゾルバ41Lは、他方のタイヤ3の回転速度を計測する。レゾルバ40R、40L、41R、41Lは、計測結果を制御手段30に送る。
 ここで、制御手段30は、レゾルバ40R、40L、41R、41Lの検出結果に基づいて、車体9が振動しているか、具体的には、車体9とタイヤ2、3との間で左右方向の振動が発生しているかを検出することができる。ここで、左右方向とは、一方のタイヤ2と他方のタイヤ3とを結んだ直線と平行な方向であり、路面に平行で、かつ、車両の走行方向に直交する方向である。また、車体の左右の振動は、走行時等に、路面からタイヤに作用する力(つまり、路面入力)等に起因して発生する。
 また、制御手段30は、レゾルバで検出されたタイヤの回転速度の計測結果に基づいて、ばね下共振周波数を算出する。つまり、車両制御装置10は、レゾルバ40R、40L、41R、41Lと制御手段30の演算機能との組み合わせが、ばね下共振周波数検出センサとなる。ここで、ばね下共振周波数とは、タイヤ(車輪)と車体との間で発生する振動の共振周波数であり、上下方向の振動の共振周波数を検出する。
 車速検出センサ42は、車両1の走行速度を検出するセンサである。なお、車速検出センサ42は、独立して車速を検出するセンサを設けてもよいが、レゾルバ40R、40L、41R、41Lの検出値に基づいて車両1の走行速度を検出するセンサを設けてもよい。つまり、レゾルバの計測結果に基づいて、走行速度を検出する演算装置をセンサとして設けてもよい。
 路面状態検出センサ43は、車両1が走行している路面の状態を検出する検出センサである。なお、路面状態検出センサ43としては、雨が降っているか否かを判定するセンサがある。具体的には、ワイパが動作しているかを検出するセンサを用いることができる。なお、路面状態検出センサ43としては、路面とタイヤとの摩擦係数を検出または推定することができるセンサであればよく、種々のセンサを用いることができる。車両制御装置10は、以上のような構成である。
 次に、車両制御装置10の動作について説明する。ここで、図3は、タイヤの接地面に作用する力及び重心に作用する力を説明するための説明図であり、図4は、タイヤの位置と、角度との関係を示す説明図である。ここで、図4では、横軸を支持点からの長さとし縦軸を基準地点との高さの差としている。なお、支持点とはタイヤを支持している点からの距離である。なお、以下では、一方のタイヤ2を例として説明する。
 まず、図3に示すように車両が左右方向に振動する場合に、タイヤ2に作用する左右方向の力をモデル化すると、タイヤ2がサスペンション31により支持されていることで作用する力と、タイヤ2が接地面62に接触することで作用する力とに分けられる。ここで、本実施例では、タイヤ2がサスペンション31により支持されていることで作用する力を力Fとし、タイヤ2と接地面62との間に作用する力を力Fとする。なお、力Fは、タイヤ2の重心に作用する力に置き換えることができる。
 ここで、重心60(I点)には、ばね下質量と振動に比例する力(つまり、慣性力)が作用し、接地面62との接地点(接触点、J点)では、横滑りの力(摩擦力)、具体的には、タイヤの横ばねと、コーナリングフォースが作用する。また、これらの力は、接地面62に垂直な方向から一定角度傾斜した方向に働く。具体的には、Fの作用点では、角度γ傾斜し、Fの作用点では、角度γ傾斜している。なお、図4に示すように、角度γと、角度γとは、車高によって角度が変化する。具体的には、車高が高くなる、つまりサスペンションが伸びてタイヤと車体との間隔が広くなる(図4中マイナス方向に移動する)と、角度γと角度γは、大きくなる。また、車高が低くなる、つまりサスペンションが縮んで、タイヤと車体との間隔が狭くなる(図4中プラス方向に移動する)と、角度γと角度γは、小さくなる。
 以上の関係から、ばね下質量をmとし、タイヤ横ばね定数をKとし、コーナリングパワーをPとし、車速をUとし、左右方向の角速度をω(周波数×2π)とし、基準点を基準とした車高をZとすると、力Fと力Fとは、下記式1のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 また、標準車高の角度を角度γI0と角度γJ0とすると、車高Zにおける角度γと角度γとは、下記式2のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ここで、式1において、力Fの式のγの項と、力Fの式のγの項とが等しい関係となると、タイヤ2に作用する左右方向の力を相殺し、車両1及び車体9を左右方向に振動させる力を低減することができる。具体的には、下記式3の関係を満たすことで左右方向の振動を抑制することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 上記式3に、式2を代入すると下記式4となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 さらに、上記式4を展開して、左辺がZのみとなる式とすると下記式5となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 本実施例の車両制御装置10は、検出結果に基づいて、上記式5を満たすように車高Zを制御する。以下、図5から図7を用いて、車速検出センサ42の検出結果に基づいて、車高を調整する一例を説明する。図5は、左右方向に働く力と車速との関係を示すグラフであり、図6は、角度と車高との関係を示すグラフであり、図7は、車高と車速との関係を算出した結果を示すグラフである。ここで、図5及び図6は、実験、計測、演算により予め導き出されている関係である。また、左右力とは、J点、I点で左右方向に作用する力であり、左右変位とは、J点、I点における左右方向の変位量である。また、図5は、横軸を車速(km/h)とし、縦軸を左右力/左右変位(N/mm)及びI点左右力/J点左右力とし、図6は、横軸を車高(mm)とし、縦軸を角度及びγ/γとした。なお、車高は、基準高さに対する差とした。
 図5に示すように、I点における左右力/左右変位、J点における左右力/左右変位は、車速によって変化する。これにより、I点左右力/J点左右力も車速によって変化する。本実施例では、車速が大きくなるほど、I点左右力/J点左右力も大きくなる。また、図6に示すように、角度γと、角度γとは、車高によって変化し、角度γ/角度γも車高によって変化する。具体的には、車高が高くなる、つまり、リバウンド方向(マイナス方向)に変化すると、角度γ/角度γの値は小さくなり、車高が低くなる、つまり、バウンド方向(プラス方向)に変化すると、角度γ/角度γの値は大きくなる。
 以上、上記式5及び図5及び図6の算出結果に基づいて、車速と車高との関係を算出すると、図7に示す関係となる。ここで、図7は、車高と車速との関係を算出した結果を示すグラフである。図7は、横軸を車速(km/h)とし、縦軸を車高(mm)とした。車両1は、車高と車速とが図7に示す関係を満たす状態で走行している場合は、左右方向の振動を抑制することができる。
 制御手段30は、図7に示す関係をグラフ、マップとして記憶しており、車速検出センサ42により検出した車速と記憶している関係から、適切な車高を算出し、算出した車高となるように、エアコンプレッサ35から供給する空気圧、バルブV1、V2、V3、V4の開閉を切り替えて、サスペンション31、32、33、34を制御する。
 一例としては、車両制御装置10は、車速検出センサ42で検出した結果、車速が上昇していることを検出したら、車高を低くする。つまり、直前に条件を検出した際の車速よりも高い速度となっていたら、その速度変化に対応して、マップから適正な車高を算出し、車高を算出した車高とする。このように、車両制御装置10は、図7に示す関係に基づいて、速度が速くなるほど、車高を低くし、速度が遅くなるほど、車高を高くする。なお、車両制御装置10は、車速検出センサ42の検出結果に基づいた車高の調整を一定時間間隔で行っても、常時行うようにしても、車速が一定以上変化した場合に行うようにしてもよい。
 これにより、車両1を適正な車高とすることができ、左右方向の振動を抑制することができ、いわゆる左右方向のブルブル振動を低減することができる。ブルブル振動を抑制できることで、車両の乗り心地をより快適にすることができる。
 ここで、図8は、車高と振動との関係を計測した結果を示すグラフである。なお、図8は、横軸を周波数(Hz)、縦軸を左右加速度((m/s/Hz)とした。図8に示すグラフでは、2つの異なる車高について、振動を計測し、振動を周波数解析した計算結果である。なお、2つの異なる車高とは、本実施例の車両制御装置10により車高を制御した場合の車高と、車高を制御していない車高である。図8にグラフで示すように、車両1は、車高によって、振動の大きさが大きく変化し、適切な車高とすることで、左右方向の加速度を10dB程度低減することができる。ここで、上記実施例では、車速に基づいて、車高を調整したが、これに限定されず、式5を構成する他のパラメータに基づいて、車高を調整してもよい。
 なお、車両制御装置10は、車高を検出する車高センサを設け、車高が何センチであるか、車高が設定した車高となっているか等を検出し、その検出結果に基づいて、車高を調整することが好ましい。このように車高センサを設け、検出結果に基づいて車高を調整することで、車高をより適切に制御することができる。
 また上記実施例では、空気圧でサスペンションの高さを変え、車高を調整する機構としたが、これには限定されない。サスペンションの高さを油圧により変える装置としてもよい。またサスペンション以外の機構で車高を調整する機構も用いることができる。
 以下、図9及び図10を用いて、実施例2について説明する。なお、実施例2は、ばね下共振周波数の測定結果に基づいて、車高を調整する例である。ここで、図9は、左右方向に働く力とばね下の上下方向の共振周波数との関係を示すグラフであり、図10は、車高とばね下の上下方向の共振周波数との関係を算出した結果を示すグラフである。ここで、図9は、横軸をばね下共振周波数(Hz)とし、縦軸を左右力/左右変位(N/mm)及びI点左右力/J点左右力とし、図10は、横軸をばね下共振周波数(Hz)とし、縦軸を車高(mm)とした。
 図9に示すように、I点における左右力/左右変位、J点における左右力/左右変位は、ばね下共振周波数によっても変化する。これにより、I点左右力/J点左右力もばね下共振周波数によって変化する。本実施例では、ばね下共振周波数が大きくなるほど、I点左右力/J点左右力も大きくなる。
 次に、式5及び図9及び上述した図6の算出結果に基づいて、ばね下共振周波数と車高との関係を算出すると、図10に示す関係となる。車両1は、車高とばね下共振周波数とが図10に示す関係を満たす状態で走行している場合は、左右方向の振動を抑制することができる。
 本実施例において、制御手段30は、図10に示す関係をグラフ、マップとして記憶しており、レゾルバの検出結果に基づいて算出したばね下共振周波数と記憶している関係から、適切な車高を算出し、算出した車高となるように、エアコンプレッサ35から供給する空気圧、バルブV1、V2、V3、V4の開閉を切り替えて、サスペンション31、32、33、34を制御する。
 一例としては、車両制御装置10は、ばね下共振周波数が上昇していることを検出したら、車高を低くする。つまり、直前に条件を検出した際のばね下共振周波数よりも高い周波数となっていたら、その周波数変化に対応して、マップから適正な車高を算出し、車高を算出した車高とする。このように、車両制御装置10は、図10に示す関係に基づいて、ばね下共振周波数が大きくなるほど、車高を低くし、ばね下共振周波数が小さくなるほど、車高を高くする。なお、車両制御装置10は、ばね下共振周波数の検出結果に基づいた車高の調整を一定時間間隔で行っても、常時行うようにしても、ばね下共振周波数が一定以上変化した場合に行うようにしてもよい。
 このように、ばね下共振周波数の検出結果に基づいて、車高を調整することでも、車両1を適正な車高とすることができ、左右方向の振動を抑制することができ、いわゆる左右方向のブルブル振動を低減することができる。ブルブル振動を抑制できることで、車両の乗り心地をより快適にすることができる。
 また、ばね下共振周波数の検出方法は、本実施例に限定されず、レゾルバで検出した車輪速度以外の計測結果から検出してもよい。例えば、ばね下の振動を直接検出するセンサを設け、その検出結果からばね下共振周波数を検出してもよい。また、ばね下共振周波数に影響を与える条件(タイヤ圧力、サスペンションの弾性力等)を検出し、その条件に基づいてばね下共振周波数を検出してもよい。
 以下、図11及び図12を用いて、実施例3について説明する。なお、実施例3は、タイヤコーナリングパワー(以下「タイヤCP」ともいう。)の測定結果に基づいて、車高を調整する例である。ここで、図11は、左右方向に働く力とタイヤコーナリングパワーとの関係を示すグラフであり、図12は、車高とタイヤコーナリングパワーとの関係を算出した結果を示すグラフである。ここで、図11は、横軸をタイヤCPとし、縦軸を左右力/左右変位(N/mm)及びI点左右力/J点左右力とし、図10は、横軸をタイヤCPとし、縦軸を車高(mm)とした。
 図11に示すように、I点における左右力/左右変位、J点における左右力/左右変位は、タイヤCPによっても変化する。これにより、I点左右力/J点左右力もタイヤCPによって変化する。本実施例では、タイヤCPが大きくなるほど、I点左右力/J点左右力が小さくなる。
 以上、式5及び図11及び上述した図6の算出結果に基づいて、タイヤCPと車高との関係を算出すると、図12に示す関係となる。車両1は、車高とタイヤCPとが図12に示す関係を満たす状態で走行している場合は、左右方向の振動を抑制することができる。
 本実施例において、制御手段30は、図12に示す関係をグラフ、マップとして記憶しており、路面状態検出センサで検出した路面状態からタイヤCPを算出し、算出結果と記憶している関係から、適切な車高を算出し、算出した車高となるように、エアコンプレッサ35から供給する空気圧、バルブV1、V2、V3、V4の開閉を切り替えて、サスペンション31、32、33、34を制御する。
 一例としては、車両制御装置10は、タイヤCPが上昇していることを検出したら、車高を高くする。つまり、直前に条件を検出した際のタイヤCPよりも高いタイヤCPとなっていたら、そのタイヤCPの変化に対応して、マップから適正な車高を算出し、車高を算出した車高とする。このように、車両制御装置10は、図12に示す関係に基づいて、タイヤCPが大きくなるほど、車高を高くし、タイヤCPが小さくなるほど、車高を低くする。なお、車両制御装置10は、タイヤCPの検出結果に基づいた車高の調整を一定時間間隔で行っても、常時行うようにしても、タイヤCPが一定以上変化した場合に行うようにしてもよい。
 このように、タイヤCPの検出結果に基づいて、車高を調整することでも、車両1を適正な車高とすることができ、左右方向の振動を抑制することができ、いわゆる左右方向のブルブル振動を低減することができる。ブルブル振動を抑制できることで、車両の乗り心地をより快適にすることができる。
 なお、路面状態がぬれているか否かのみである場合は、夫々の検出結果に対応するタイヤCPを予め設定しておき、そのタイヤCPに基づいて算出される車高に調整すればよい。また、車高の制御は、検出結果に対応してリニアに変化させることに限定されない。例えば、検出結果の数値の一定の範囲毎に車高の値を設定するようにしてもよい。つまり、車高を段階的に調整するようにしてもよい。
 以下、図13から図15を用いて、実施例4について説明する。ここで、実施例1では、車速の計測結果に基づいて車高を調整したが、本実施例では、車速の計測結果に基づいてステアリングギヤ比を調整する。
 ここで、ステアリングギヤ比とコーナリングパワーとの関係は、下記式6として表すことができる。なお、式6において、Nは、ステアリングギヤ比であり、Pは、コーナリングパワーであり、Pは、タイヤ単体のコーナリングパワーであり、Kθは、ステアリングのねじり剛性であり、Lは、キャスタートレールとニューマティックトレールの和である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 上記式6に示すように、ステアリングギヤ比を変化させることで操舵のためにタイヤと連結している部分の抵抗が変化する。この変化に応じて、タイヤコーナリングパワーも変化する。次に、式6を上述した式3に代入すると、式7となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 さらに、上記式7を展開して、左辺がNのみとなる式とすると下記式8となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 本実施例の車両制御装置10は、検出結果に基づいて、上記式8を満たすようにステアリングギヤ比を制御する。以下、図13から図15を用いて、具体的に説明する。図13は、左右方向に働く力と車速との関係を示すグラフであり、図14は、角度とステアリングギヤ比との関係を示すグラフであり、図15は、ステアリングギヤ比と車速との関係を算出した結果を示すグラフである。ここで、図13から図15は、実験、計測、演算により予め導
き出されている関係である。図13は、横軸を車速(km/h)とし、縦軸を左右力/左右変位(N/mm)及び理想CP増幅率とし、図14は、横軸をステアリングギヤ比とし、縦軸をCP増幅率とした。また、図15は、横軸を車速(km/h)とし、縦軸をステアリングギヤ比とした。
 図13に示すように、I点における左右力/左右変位、J点における左右力/左右変位は、車速によって変化する。また、J点における理想左右力/左右変位も車速によって変化する。これにより、理想CP増幅率も車速によって変化する。ここで、理想CP増幅率とは、左右方向の振動を適切に抑制することができるCP増幅率である。本実施例では、車速が大きくなるほど、理想CP増幅率も大きくなる。また、図14に示すように、CP増幅率は、ステアリングギヤ比によって変化する。具体的には、ステアリングギヤ比が大きくなると、CP増幅率も大きくなり、ステアリングギヤ比が小さくなると、CP増幅率も小さくなる。
 以上、上記式8及び図13及び図14の算出結果に基づいて、車速とステアリングギヤ比との関係を算出すると、図15に示す関係となる。車両1は、ステアリングギヤ比と車速とが図15に示す関係を満たす状態で走行している場合は、左右方向の振動を抑制することができる。
 制御手段30は、図15に示す関係をグラフ、マップとして記憶しており、車速検出センサ42により検出した車速と記憶している関係から、適切なステアリングギヤ比を算出し、算出したギヤ比となるようにステアリングギヤ比を、ギヤ比調整手段36により調整する。
 一例としては、車両制御装置10は、車速検出センサ42で検出した結果、車速が上昇していることを検出したら、ステアリングギヤ比を高くする。つまり、直前に条件を検出した際の車速よりも高い速度となっていたら、その速度変化に対応して、マップから適正なステアリングギヤ比を算出し、ステアリングギヤ比を算出したステアリングギヤ比とする。このように、車両制御装置10は、図15に示す関係に基づいて、速度が速くなるほど、ステアリングギヤ比を高くし、速度が遅くなるほど、ステアリングギヤ比を低くする。なお、車両制御装置10は、車速検出センサ42の検出結果に基づいたステアリングギヤ比の調整を一定時間間隔で行っても、常時行うようにしても、車速が一定以上変化した場合に行うようにしてもよい。
 これにより、車両1を適正なステアリングギヤ比とし、タイヤコーナリングパワーを適正にすることができる。タイヤコーナリングパワーを適正にできることで、上記式7の関係を満足させ、左右方向に働く力を相殺することができ、左右方向の振動を抑制することができ、いわゆる左右方向のブルブル振動を低減することができる。ブルブル振動を抑制できることで、車両の乗り心地をより快適にすることができる。
 以下、図16及び図17を用いて、実施例5について説明する。なお、実施例5は、ばね下共振周波数の測定結果に基づいて、ステアリングギヤ比を調整する例である。ここで、図16は、左右方向に働く力とばね下の上下方向の共振周波数の関係を示すグラフであり、図17は、ステアリングギヤ比とばね下の上下方向の共振周波数との関係を算出した結果を示すグラフである。図16は、横軸をばね下共振周波数(Hz)とし、縦軸を左右力/左右変位(N/mm)及び理想CP増幅率とし、図17は、横軸をばね下共振周波数(Hz)とし、縦軸をステアリングギヤ比とした。
 図16に示すように、I点における左右力/左右変位、J点における左右力/左右変位、J点における理想左右力/左右変位は、ばね下共振周波数によっても変化する。これにより、理想CP増幅率もばね下共振周波数によって変化する。本実施例では、ばね下共振周波数が大きくなるほど、理想CP増幅率も大きくなる。
 以上、式8及び図16及び上述した図14の算出結果に基づいて、ばね下共振周波数とステアリングギヤ比との関係を算出すると、図17に示す関係となる。車両1は、ステアリングギヤ比とばね下共振周波数とが図17に示す関係を満たす状態で走行している場合は、左右方向の振動を抑制することができる。
 本実施例において、制御手段30は、図17に示す関係をグラフ、マップとして記憶しており、レゾルバの検出結果に基づいて算出したばね下共振周波数と記憶している関係から、適切なステアリングギヤ比を算出し、算出したステアリングギヤ比となるように、ギヤ比調整手段36により調整する。
 一例としては、車両制御装置10は、ばね下共振周波数が上昇していることを検出したら、ステアリングギヤ比を高くする。つまり、直前に条件を検出した際のばね下共振周波数よりも高い周波数となっていたら、その周波数変化に対応して、マップから適正なステアリングギヤ比を算出し、ステアリングギヤ比を算出したステアリングギヤ比とする。このように、車両制御装置10は、図17に示す関係に基づいて、ばね下共振周波数が大きくなるほど、ステアリングギヤ比を高くし、ばね下共振周波数が小さくなるほど、ステアリングギヤ比を低くする。なお、車両制御装置10は、ばね下共振周波数の検出結果に基づいたステアリングギヤ比の調整を一定時間間隔で行っても、常時行うようにしても、ばね下共振周波数が一定以上変化した場合に行うようにしてもよい。
 このように、ばね下共振周波数の検出結果に基づいて、ステアリングギヤ比を調整することでも、車両1を適正なステアリングギヤ比とすることができ、左右方向の振動を抑制することができ、いわゆる左右方向のブルブル振動を低減することができる。ブルブル振動を抑制できることで、車両の乗り心地をより快適にすることができる。
 以下、図18及び図19を用いて、実施例6について説明する。なお、実施例6は、タイヤコーナリングパワーの測定結果に基づいて、ステアリングギヤ比を調整する例である。ここで、図18は、左右方向に働く力とタイヤコーナリングパワーの関係を示すグラフであり、図19は、ステアリングギヤ比とタイヤコーナリングパワーとの関係を算出した結果を示すグラフである。図18は、横軸をタイヤコーナリングパワーとし、縦軸を左右力/左右変位(N/mm)及び理想CP増幅率とし、図19は、横軸をタイヤコーナリングパワーとし、縦軸をステアリングギヤ比とした。なお、図18及び図19の横軸のタイヤコーナリングパワーは、上述した式6のタイヤ単体のコーナリングパワーである。
 図18に示すように、I点における左右力/左右変位、J点における左右力/左右変位、J点における理想左右力/左右変位は、タイヤコーナリングパワーによっても変化する。これにより、I理想CP増幅率もタイヤコーナリングパワーによって変化する。本実施例では、タイヤコーナリングパワーが大きくなるほど、理想CP増幅率が小さくなる。
 以上、式8及び図18及び上述した図14の算出結果に基づいて、タイヤコーナリングパワーとステアリングギヤ比との関係を算出すると、図19に示す関係となる。車両1は、ステアリングギヤ比とタイヤコーナリングパワーとが図19に示す関係を満たす状態で走行している場合は、左右方向の振動を抑制することができる。
 本実施例において、制御手段30は、図19に示す関係をグラフ、マップとして記憶しており、路面状態検出センサで検出した路面状態からタイヤCPを算出し、算出結果と記憶している関係から、適切なステアリングギヤ比を算出し、算出したステアリングギヤ比となるように、ギヤ比調整手段36により調整する。
 一例としては、車両制御装置10は、タイヤCPが上昇していることを検出したら、ステアリングギヤ比を低くする。つまり、直前に条件を検出した際のタイヤCPよりも高いタイヤCPとなっていたら、そのタイヤCPの変化に対応して、マップから適正なステアリングギヤ比を算出し、ステアリングギヤ比を算出したステアリングギヤ比とする。このように、車両制御装置10は、図19に示す関係に基づいて、タイヤCPが大きくなるほど、ステアリングギヤ比を低くし、タイヤCPが小さくなるほど、ステアリングギヤ比を高くする。なお、車両制御装置10は、タイヤCPの検出結果に基づいたステアリングギヤ比の調整を一定時間間隔で行っても、常時行うようにしても、タイヤCPが一定以上変化した場合に行うようにしてもよい。
 このように、タイヤコーナリングパワーの検出結果に基づいて、ステアリングギヤ比を調整することでも、車両1を適正なステアリングギヤ比とすることができ、左右方向の振動を抑制することができ、いわゆる左右方向のブルブル振動を低減することができる。ブルブル振動を抑制できることで、車両の乗り心地をより快適にすることができる。
 なお、上記実施例では、いずれも1つのパラメータに基づいて車高またはステアリングギヤ比を調整したが、これに限定されない。複数のパラメータに基づいて、車高を調整してもよいし、複数のパラメータに基づいてステアリングギヤ比を調整してもよい。例えば、上記実施例1から実施例3を組み合わせてもよく、実施例4から実施例6を組み合わせてもよい。また、検出するパラメータ(検出値)は、車体の左右の振動に影響を与える運転条件であればよく、上述した6つの実施例には限定されない。
 また、上記実施例では、車高またはステアリングギヤ比を制御したが、これに限定されず、上記式3の関係を満たすように調整可能な機構、例えば、車両のサスペンションジオメトリーを調整する調整手段で調整すればよい。つまり、共振周波数や、タイヤコーナリングパワーを変化させる調整手段であれば、制御対象とすることができる。例えば、タイヤの空気圧を調整する機構や、サスペンションの弾性を調整する機構を制御対象とし、各機構により、タイヤの空気圧や、サスペンションの弾性を調整して、共振周波数や、タイヤコーナリングパワーを変化させて、車両のサスペンションジオメトリーを適切な状態にすることで、ブルブル感を抑制することができる。
 以上のように、本発明にかかる車両制御装置は、自動車等の車両に用いるのに有用であり、特に、車両の振動を抑制するのに適している。
  1 車両
  2、3 タイヤ
  4 ステアリング
  5 ECU
  9 車体
 10 車両制御装置
 30 制御手段
 31、32、33、34 サスペンション
 35 エアコンプレッサ
 36 ステアリングギヤ比調整手段
 42 車速検出センサ
 43 路面状態検出センサ
 40R、40L、41R、41L レゾルバ
 V1、V2、V3、V4 バルブ
 60 重心
 62 接地面

Claims (11)

  1.  車体と、前記車体を支持し、接地面と接触するタイヤとを有する車両の動作を制御する車両制御装置であって、
     前記車体の左右の振動に影響を与える運転条件を検出する運転条件検出手段と、
     前記車両のサスペンションジオメトリーを調整するサスジオメトリ調整手段と、
     前記運転条件検出手段の検出結果に基づいて、サスジオメトリ調整手段の動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする車両制御装置。
  2.  前記サスジオメトリ調整手段は、車体とタイヤと間の高さを調整する車高調整手段であることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
  3.  前記制御手段は、予め算出したサスペンションジオメトリーの制御量と検出結果との関係を記憶しており、前記関係と、前記検出結果に基づいて、前記制御量を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の車両制御装置。
  4.  前記制御手段は、前記運転条件毎に、前記車体タイヤの重心にかかる左右方向の力と、前記タイヤの前記接地面との接触点にかかる左右方向の力とを相殺する前記車体のサスペンションジオメトリーの条件を記憶しており、
     前記運転条件検出手段の検出結果に基づいて、前記車体タイヤの重心にかかる左右方向の力と、前記タイヤの前記接地面との接触点にかかる左右方向の力とを相殺する前記車体のサスペンションジオメトリーの条件となるように、サスジオメトリ調整手段の動作を制御することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の車両制御装置。
  5.  車体と、前記車体を支持し、接地面と接触するタイヤとを有する車両の動作を制御する車両制御装置であって、
     前記車体の左右の振動に影響を与える運転条件を検出する運転条件検出手段と、
     前記車両のステアリングギヤ比を調整するステアリングギヤ比調整手段と、
     前記運転条件検出手段の検出結果に基づいて、ステアリングギヤ比調整手段の動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする車両制御装置。
  6.  前記制御手段は、予め算出したステアリングギヤ比の制御量と検出結果との関係を記憶しており、前記関係と、前記検出結果に基づいて、前記制御量を算出することを特徴とする請求項5に記載の車両制御装置。
  7.  前記制御手段は、前記運転条件毎に、前記車体タイヤの重心にかかる左右方向の力と、前記タイヤの前記接地面との接触点にかかる左右方向の力とを相殺する前記ステアリングギヤ比の条件を記憶しており、
     前記運転条件検出手段の検出結果に基づいて、前記車体タイヤの重心にかかる左右方向の力と、前記タイヤの前記接地面との接触点にかかる左右方向の力とを相殺する前記車体のステアリングギヤ比となるように、ステアリングギヤ比調整手段の動作を制御することを特徴とする請求項5または6に記載の車両制御装置。
  8.  前記運転条件検出手段は、車速を検出する手段であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の車両制御装置。
  9.  前記運転条件検出手段は、上下方向の共振周波数を検出する手段であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の車両制御装置。
  10.  前記運転条件検出手段は、走行する路面の状態を検出する手段であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の車両制御装置。
  11.  前記車体の左右の振動は、前記路面から前記タイヤに作用する力に起因して発生する振動であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の車両制御装置。
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