(57)【要約】【課題】精度よくスポイラの制御を行う。【解決手段】スポイラ２１は、車幅方向の軸回りに回動可能に車両に取り付けられ、迎角が可変である。スポイラ駆動部２２は、スポイラ２１を回転駆動する。トルクセンサ１２は、スポイラ駆動部２２に加わるトルクをスポイラトルクＴmとして検出する。迎角設定部３１は、トルクセンサ１２によって検出されたスポイラトルクＴmに基づいて、スポイラ２１の迎角αを設定する。駆動制御部３３は、迎角設定部３１によって設定されたスポイラ２１の迎角αに基づいて、スポイラ駆動部２２を制御する。【選択図】図１
2006282056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車幅方向の軸回りに回動可能に取り付けられ、迎角が可変のスポイラと、
回転軸からの動力を前記スポイラに伝達し、前記スポイラを前記車幅方向の軸回りに回転駆動する駆動手段と、
前記駆動手段の回転軸に加わるトルクをスポイラトルクとして検出するトルク検出手段と、
前記トルク検出手段によって検出されたスポイラトルクに基づいて、前記スポイラの迎角を設定する迎角設定手段と、
前記迎角設定手段によって設定されたスポイラの迎角に基づいて、前記駆動手段を制御する制御手段と
を有することを特徴とするスポイラ制御装置。
【請求項２】
車速を検出する車速検出手段と、
前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて、前記駆動手段の回転軸に加わるスポイラトルクの目標値を目標トルクとして設定するトルク設定手段とをさらに有し、
前記迎角設定手段は、前記トルク検出手段によって検出されたスポイラトルクが、前記トルク設定手段によって設定された目標トルクに近づくように、前記スポイラの迎角を設定することを特徴とする請求項１に記載されたスポイラ制御装置。
【請求項３】
前記トルク設定手段は、周囲が無風状態であることを条件に、前記車速と、当該車速に対して最適なダウンフォースを得るための前記スポイラトルクとの対応関係を有しており、当該対応関係に基づいて、前記目標トルクを設定することを特徴とする請求項２に記載されたスポイラ制御装置。
【請求項４】
前記迎角設定手段は、前記トルク検出手段によって検出されたスポイラトルクが、前記トルク設定手段によって設定された目標トルクよりも大きい場合には、前記スポイラの迎角が現在値より小さくなるように、前記スポイラの迎角を設定し、前記トルク検出手段によって検出されたスポイラトルクが、前記トルク設定手段によって設定された目標トルクよりも小さい場合には、前記スポイラの迎角が現在値より大きくなるように、前記スポイラの迎角を設定することを特徴とする請求項２または３に記載されたスポイラ制御装置。
【請求項５】
車両の車幅方向の軸回りに回動可能に取り付けられて、迎角可変のスポイラを制御するスポイラ制御装置において、
回転軸からの動力を前記スポイラに伝達し、当該スポイラを前記車幅方向の軸回りに回転駆動する駆動手段の前記回転軸に加わるトルクに基づいて、当該駆動手段を制御することにより、前記スポイラの迎角を調整することを特徴とするスポイラ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に取り付けられるスポイラを制御するスポイラ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スポイラによってダウンフォースを与えることにより、接地加重を増加させ、操縦安定性の向上を図るスポイラ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このスポイラ制御装置では、車両表面に取り付けられた風圧センサからの検出に基づいて、スポイラに加わる風圧を特定することにより、スポイラに加わるダウンフォースを特定し、この特定されたダウンフォースに基づいて、スポイラの迎角が設定される。
【特許文献１】特開平０２−２８０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、風圧センサの出力値から特定されるダウンフォースと、実際のスポイラに加わるダウンフォースとの間には、誤差が生じる可能性があり、スポイラ制御の精度が低下するといった不都合がある。なぜならば、風圧センサの出力値は、センサの設置場所に応じて大きく値が変化するからである。例えば、車体の前部に風圧センサを取り付けた場合には、横風の検出が困難となるばかりでなく、先行車によって発生した乱気流（カルマン渦）の影響を受け、スポイラに加わる正確な風圧を検出することが困難となる。また、ボディーピラー、フェンダー、スポイラ下面などに風圧センサを取り付けた場合は、本来の風速よりも速い気流が流れ、負圧となるため、風圧の検出事態が困難となる可能性がある。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、精度よくスポイラの制御を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決するために、本発明は、スポイラと、駆動手段と、トルク検出手段と、迎角設定手段と、制御手段とを有するスポイラ制御装置を提供することである。このスポイラ制御装置において、スポイラは、車両の車幅方向の軸回りに回動可能に取り付けられ、迎角が可変である。駆動手段は、回転軸からの動力をスポイラに伝達し、このスポイラを車幅方向の軸回りに回転駆動する。トルク検出手段は、駆動手段の回転軸に加わるトルクをスポイラトルクとして検出する。迎角設定手段は、トルク検出手段によって検出されたスポイラトルクに基づいて、スポイラの迎角を設定する。制御手段は、迎角設定手段によって設定されたスポイラの迎角に基づいて、駆動手段を制御する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、スポイラトルクを検出することで、スポイラに作用する風圧を精度よく特定することができるので、スポイラに作用する風圧、すなわち、車両の車速と、走行環境の風速とを考慮して、スポイラの迎角を調整することができる。これにより、精度よくスポイラ制御を行うことが可能となり、車両の安定性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るスポイラ制御装置１０を含む車両の全体構成図である。この車両は、エンジンまたはモータといった駆動源からの動力を車輪に伝達することにより走行する。この車両に搭載されているスポイラ制御装置１０は、スポイラ装置２０と、制御部３０とを主体に構成されている。
【０００８】
スポイラ装置２０は、車両の後部に設けられており、スポイラ２１と、スポイラ駆動部（駆動手段）２２とで構成されている。スポイラ２１は、車両の車幅方向の軸回りに回動可能に取り付けられており、この軸回りに回動することにより、迎角が可変となっている。ここで、迎角は、スポイラ２１の翼弦長と、車両の車長方向とのなす角である。スポイラ駆動部２２は、回転軸からの動力をスポイラ２１に伝達し、このスポイラ２１を車幅方向の軸回りに回転駆動するアクチュエータであり、例えば、電動モータを用いることができる。このスポイラ駆動部２２が必要に応じて駆動することにより、スポイラ２１の迎角を適宜調整することができる。スポイラ駆動部２２は、車両の走行状態に応じて、制御部３０によってその駆動状態が制御される。なお、このスポイラ２１は、予め決められた迎角の範囲内でしか回動しないように、その迎角の範囲が規制されている。なぜならば、迎角が大きくなりすぎた場合には、ストールを起こし、ダウンフォースが著しく低下してしまうからである。
【０００９】
図２は、スポイラ２１を説明する説明図である。同図において、Ｖは車速であり、αはスポイラ２１の迎角であり、Ｒは空気抵抗であり、Ｄはダウンフォースである。また、Ｏは、スポイラ２１の回転支点となる点であり、ピッチングモーメントが変化しない空力中心点に設定されている。さらに、Ｔは、回転支点回りのスポイラ２１のトルク、すなわち、スポイラ駆動部２２である電動モータの出力軸に加わるトルクである。
【００１０】
車両の速度が増加し、車体回りの流速が速くなると、スポイラ２１には、車長方向に空気抵抗Ｒが加わるとともに、車高方向にダウンフォースＤが加わる。また、スポイラ２１には、図２に示す状態において、スポイラ２１を反時計回りに回転させようとする力（トルクＴ）が加わる。スポイラ２１に加わるトルクＴは、下式に示す関係を満たす。
【００１１】
（数式１）
トルクＴ＝風圧×スポイラ前面投影面積×モーメント係数×翼弦長
同数式から分かるように、スポイラ２１に加わる風圧（空気密度×流速）が大きい程、スポイラ２１には大きなトルクＴが加わる。
【００１２】
図３は、制御部３０を示すブロック構成図である。制御部３０としては、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。制御部３０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、スポイラ駆動部２２を制御する制御量等に関する演算を行う。そして、制御部３０は、この演算によって算出された制御量（制御信号）をスポイラ駆動部２２に対して出力する。制御部３０には、車両の走行状態を検出するために、センサ１１〜１３を含む各種センサからのセンサ信号が入力されている。舵角センサ１１は、操舵輪である前輪の舵角を検出するセンサである。トルクセンサ（トルク検出手段）１２は、スポイラ２１を回転駆動するスポイラ駆動部２２の回転軸に加わるトルク（例えば、電動モータの出力軸に加わるトルク）をスポイラトルクとして検出センサであり、スポイラ駆動部２２の出力軸に取り付けられて、スポイラ装置２０と一体化されている。車速センサ（車速検出手段）１３は、自車両の車速を検出するセンサである。また、この制御部３０には、ドライバによって操作可能なスイッチ１４からの信号も入力されている。このスイッチ１４は、必要に応じてドライバによって操作され、スポイラ制御をオンとオフとで切り替えるスイッチである。
【００１３】
制御部３０は、これを機能的に捉えた場合、迎角設定部（迎角設定手段）３１と、最適トルク設定部（トルク設定手段）３２と、駆動制御部（制御手段）３３とで構成される。迎角設定部３１は、トルクセンサ１２によって検出されるスポイラトルクＴmに基づいて、スポイラ２１の迎角αを設定する。本実施形態では、この迎角設定部３１は、スポイラ２１の迎角αを設定する際には、舵角センサ１１によって検出される舵角Ｘと、後述する最適トルク設定部３２によって設定される目標トルクＴtとを参照する。最適トルク設定部３２は、車速センサ１３によって検出される車速Ｖに基づいて、スポイラ駆動部２２の回転軸に加わるスポイラトルクＴmの目標値である目標トルクＴtを設定する。駆動制御部３３は、迎角設定部３１によって設定されたスポイラ２１の迎角αに基づいて、スポイラ駆動部２２の駆動量を演算し、この演算によって算出された制御量（制御信号）をスポイラ駆動部２２に対して出力する。
【００１４】
図４は、制御部３０によるスポイラ制御の概念を説明する説明図である。この制御部３０は、検出されたスポイラトルクＴmが、目標トルクＴtに近づくように、スポイラ２１の迎角αを調整するフィードバックシステムを構成している。具体的には、最適トルク設定部３２によって設定される、車速Ａkm／hにおける目標トルクＴtをフィードバックシステムに入力すると、出力としては、検出されたスポイラトルクＴmを出力する。そして、現在のスポイラトルクＴmが目標トルクＴtに比べて小さければ、スポイラトルクＴmを増大させる方向にスポイラ２１の迎角αを調整する。一方、現在のスポイラトルクＴmが目標トルクＴtに比べて大きければ、スポイラトルクＴmを減少させる方向に、スポイラ２１の迎角αを調整する。その後、再度検出したスポイラトルクＴmを目標トルクＴtとして比較し、同様にスポイラ２１の迎角αを調整することにより、スポイラトルクＴmを次第に目標トルクＴtに収束させている。
【００１５】
図５は、本実施形態に係るスポイラ制御ルーチンを示すフローチャートである。同図に示す処理は、所定間隔毎に呼び出され、制御部３０によって実行される。まず、ステップ１において、迎角設定部３１は、スイッチ１４がオン状態、すなわち、ドライバによってスポイラ制御が指示されているか否かが判定される。このステップ１において肯定判定された場合、すなわち、スイッチ１４がオン状態である場合には、ステップ２に進む。一方、ステップ１において否定判定された場合、すなわち、スイッチ１４がオフ状態である場合には、ステップ２以降の処理をスキップして、本ルーチンを抜ける。
【００１６】
ステップ２において、各種の検出値が読み込まれる。このステップ２において読み込まれる検出値としては、舵角センサ１１による舵角Ｘ、トルクセンサ１２によるスポイラトルクＴm、および車速センサ１３による車速Ｖである。
【００１７】
ステップ３において、舵角Ｘ（絶対値）が所定の判定値Ｘth以下であるか否かが判定される。燃費向上といった観点から、直進状態ではスポイラ２１による空気抵抗を抑制すべく、迎角αを最小にする。そのため、この判定値Ｘthには、車両が直進状態と見なせるような舵角Ｘの最大値が、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。このステップ３において肯定判定された場合、すなわち、車両が直進状態とみなせる場合には（｜Ｘ｜≦Ｘth）、ステップ４に進む。一方、ステップ３において否定判定された場合、すなわち、車両が直進状態とみなせない場合には（｜Ｘ｜＞Ｘth）、ステップ５に進む。
【００１８】
ステップ４において、迎角設定部３１は、スポイラ２１の迎角αを、スポイラ２１が取りうる迎角αの範囲内のうちの最小迎角αminに設定し、本ルーチンを抜ける。設定された迎角α（最小迎角αmin）は、駆動制御部３３に出力され、そして、駆動制御部３３は、最小迎角αminを実現するためのスポイラ駆動部２２の制御量を演算する。そして、駆動制御部３３は、この制御量に応じた制御信号をスポイラ駆動部２２に対して出力し、この出力された制御信号に応じてスポイラ駆動部２２が駆動することにより、スポイラ２１の迎角αが最小迎角αminに調整される。
【００１９】
ステップ５において、迎角設定部３１は、スポイラトルクＴmと、目標トルクＴtとを比較し、スポイラトルクＴmが目標トルクＴtよりも大きいか否かを判定する。この目標トルクＴtは、最適トルク設定部３２によって設定される値であり、車速Ｖに応じて一義的に決定される。図６は、目標トルクＴtと、車速Ｖとの対応関係を示す説明図である。同図に示す曲線Ａは、周囲が無風状態であることを条件に、車速Ｖと、車速Ｖに対して最適なダウンフォースＤを得るためのスポイラトルクＴmとの対応関係を示しており、予め実験やシミュレーションを通じて取得されている。最適トルク設定部３２には、この曲線Ａに示すような対応関係が格納されており、最適トルク設定部３２は、この対応関係に基づいて、車速Ｖに対応するスポイラトルクＴmの最適値を、目標トルクＴtとして設定する。
【００２０】
このステップ５において肯定判定された場合、すなわち、スポイラトルクＴmが目標トルクＴtよりも大きい場合には（Ｔm＞Ｔt）、ステップ６に進む。そして、ステップ６において、迎角設定部３１は、スポイラ２１の迎角αが現在値よりも小さくなるように、その迎角αを設定する。具体的には、迎角設定部３１は、現在の迎角αから所定の角度Δαを減じた値（α−Δα）を、スポイラ２１の迎角αとして設定する。なぜならば、図６の曲線Ｂで示すように、目標トルクＴtよりもスポイラトルクＴmが大きい場合には、迎角αを小さくし、空気抵抗Ｒを低減させることにより、燃費の向上を図った方が有利だからである。一方、ステップ５において否定判定された場合、すなわち、スポイラトルクＴmが目標トルクＴt以下である場合には（Ｔm≦Ｔt）、ステップ７に進む。
【００２１】
ステップ７において、迎角設定部３１は、スポイラトルクＴmが目標トルクＴtよりも小さいか否かを判定する。このステップ７において肯定判定された場合、すなわち、スポイラトルクＴmが目標トルクＴtよりも小さい場合には（Ｔm＜Ｔt）、ステップ８に進む。そして、ステップ８において、迎角設定部３１は、スポイラ２１の迎角αが現在値よりも大きくなるように、その迎角αを設定する。具体的には、迎角設定部３１は、現在の迎角αに所定の角度Δαを加えた値（α＋Δα）を、スポイラ２１の迎角αとして設定する。なぜならば、図６の曲線Ｃで示すように、目標トルクＴtよりもスポイラトルクＴmが小さい場合には、迎角αを大きくし、ダウンフォースＤを増加させることにより、安定性の向上を図った方が有利だからである。一方、ステップ７において否定判定された場合、すなわち、スポイラトルクＴmが目標トルクＴt以上である場合には（Ｔm≧Ｔt）、本ルーチンを抜ける。
【００２２】
上述したステップ６または８において、設定された迎角αは、駆動制御部３３に出力され、そして、駆動制御部３３は、設定された迎角αを実現するためのスポイラ駆動部２２の制御量を演算する。そして、駆動制御部３３は、この制御量に応じた制御信号をスポイラ駆動部２２に対して出力し、この出力された制御信号に応じてスポイラ駆動部２２が駆動することにより、スポイラ２１の迎角αが迎角設定部３１によって設定された値に調整される。
【００２３】
このルーチンを繰り返すことにより、制御部３０のフィードバック機能により、スポイラトルクＴmが目標トルクＴtに近づくようにスポイラ２１の迎角αが調整される。図７は、本制御ルーチンが実行されることによるスポイラトルクＴの時系列的な推移を示す説明図である。実線で示すスポイラトルクＴmは、制御部３０のフィードバック機能により、ある車速Ａに対するスポイラトルクＴmの最適値である目標トルクＴt1に収束し、また、時間ｔ1からｔ2にかけて、車速Ａが車速Ｂに変化した場合には、その後には、車速Ｂに対するスポイラトルクＴmの最適値である目標トルクＴt2に収束する。
【００２４】
このように、本実施形態によれば、スポイラ制御装置１０には、トルクセンサ１２が設けられており、このトルクセンサ１２によって、スポイラ２１に加わるトルク、すなわち、スポイラ駆動部２２に加わるスポイラトルクＴmが検出される。このスポイラトルクＴmには、スポイラ２１に作用する風圧、すなわち、車両の車速と、走行環境の風速とが反映されている。そのため、このスポイラトルクＴmを用いてスポイラ２１の迎角αを設定することにより、走行環境の風速も考慮して、スポイラ２１の迎角αを調整することができる。すなわち、相対流速を無風状態に補正することができるので、精度よくスポイラ２１を制御することができる。
【００２５】
風圧センサを用いてスポイラに作用する風圧を検出することにより、走行環境の風速も考慮してスポイラ２１の角度を制御する手法では、必ずしも、スポイラに作用する風圧を精度よく検出することできないという不都合がある。しかしながら、本実施形態では、スポイラトルクＴmを検出することで、スポイラに作用する風圧を精度よく特定することができるので、このような不都合を解消することができる。そのため、このスポイラトルクＴmに基づいて、スポイラ２１の迎角を設定し、この決定された迎角に基づいて、スポイラ駆動部２２を制御することにより、より精度よくスポイラ２１を制御することができる。これにより、車両の安定性の向上を図ることができる。
【００２６】
また、風圧センサを車両表面に設けた場合には、車両に対する見栄えが悪いという不都合があったが、本実施形態では、スポイラ駆動部２２に加わるトルクを検出する構成であるため、スポイラ装置２０と一体化することができ、このような不都合を解消することができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、最適トルク設定部３２は、車速センサ１３によって検出された車速に基づいて、スポイラトルクＴmの目標値を目標トルクＴtとして設定している。そして、迎角設定部３１は、トルクセンサ１２によって検出されたスポイラトルクＴmが、最適トルク設定部３２によって設定された目標トルクＴtに近づくように、スポイラ２１の迎角αを設定する。これにより、スポイラ２１の迎角αが調整されることにより、スポイラトルクＴmを目標トルクＴtに近づけることができ、目標とするダウンフォースＤがスポイラ２１に作用することで、車両の安定性の向上を図ることができる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、最適トルク設定部３２は、周囲が無風状態であることを条件に、車速Ｖと、車速Ｖに対して最適なダウンフォースＤを得るためのスポイラトルクＴmとの対応関係を有しており、この対応関係に基づいて、目標トルクＴtを設定する。これにより、車速に応じて最適なダウンフォースが得られるようになり、車両の安定性の向上を図ることができる。
【００２９】
なお、車速に加えて風速を考慮する理由は、実際の走行環境では無風状態とは限らないため、車速のみでは、適切なダウンフォースを予測できないからである。例えば、高速で走行している車両に、追い風20m／secの風が吹いている場合には、スポイラ２１には、無風状態と比較して、72km／hもの誤差が生じる。そのため、単に車速ベースでダウンフォースを予測した場合には、スポイラ２１のダウンフォースが小さくなる傾向がある。これに対して、向かい風の場合には、必要以上にダウンフォースが大きくなり、燃費の観点から不利となる傾向がある。
【００３０】
また、本実施形態によれば、迎角設定部３１は、トルクセンサ１２によって検出されたスポイラトルクＴmが、最適トルク設定部３２によって設定された目標トルクＴtよりも大きい場合には、スポイラ２１の迎角αが現在値より小さくなるように、その迎角αを設定し、トルクセンサ１２によって検出されたスポイラトルクＴmが、最適トルク設定部３２によって設定された目標トルクＴtよりも小さい場合には、スポイラ２１の迎角αが現在値より大きくなるように、その迎角αを設定する。これにより、天候状態に応じて走行環境の風速が変化しても、車速Ｖに対する最適なダウンフォースＤを得られるように、スポイラ２１の迎角αを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態に係るスポイラ制御装置１０を含む車両の全体構成図である。
【図２】スポイラ２１を説明する説明図である。
【図３】制御部３０を示すブロック構成図である。
【図４】制御部３０によるスポイラ制御の概念を説明する説明図である。
【図５】本実施形態に係るスポイラ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】目標トルクＴtと、車速Ｖとの対応関係を示す説明図である。
【図７】本制御ルーチンが実行されることによるスポイラトルクＴの時系列的な推移を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０      スポイラ制御装置
１１      舵角センサ
１２      トルクセンサ
１３      車速センサ
１４      スイッチ
２０      スポイラ装置
２１      スポイラ
２２      スポイラ駆動部
３０      制御部
３１      迎角設定部
３２      最適トルク設定部
３３      駆動制御部
【図１】
2006282056.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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