(57)【要約】      （修正有）【課題】応答性よくサスペンション制御を行うことにより、姿勢変化を効果的に抑制する。【解決手段】車輪を懸架するサスペンションは、車体の姿勢変化に影響を与えるサスペンション特性を調整することができる。検出部８は、車輪に作用する垂直荷重を直接的に検出する。第１のセンサ９は、車両の状態を示す車両状態量を検出する。第２のセンサ１０は、ドライバーの操作状態を示す操作状態量を検出する。推定部７０は、車両の挙動をモデル化した車両運動モデルに基づいて、検出された車両状態量及び操作状態量から垂直荷重を推定する。制御部７１は、検出された垂直荷重と、推定された垂直荷重とを比較し、この比較結果に基づいて、サスペンション特性を制御する。【選択図】図２
2006131062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サスペンション装置において、
車輪を懸架するとともに、車体の姿勢変化に影響を与えるサスペンション特性を調整可能なサスペンションと、
前記車輪に作用する垂直荷重を直接的に検出する検出部と、
車両の状態を示す車両状態量を検出する第１のセンサと、
車両の挙動をモデル化した車両運動モデルに基づいて、前記検出された車両状態量から前記垂直荷重を推定する推定部と、
前記検出された垂直荷重と、前記推定された垂直荷重とを比較し、当該比較結果に基づいて、前記サスペンション特性を制御する制御部と
を有することを特徴とするサスペンション装置。
【請求項２】
サスペンション装置において、
車輪を懸架するとともに、車体の姿勢変化に影響を与えるサスペンション特性を調整可能なサスペンションと、
前記車輪に作用する前後力、横力および垂直荷重を直接的に検出する検出部と、
車両諸元および少なくとも前記検出された前後力または前記検出された横力に基づいて、車両の状態を示す車両状態量を推定することにより、前記垂直荷重を推定する推定部と、
前記検出された垂直荷重と、前記推定された垂直荷重とを比較し、当該比較結果に基づいて、前記サスペンション特性を制御する制御部と
を有することを特徴とするサスペンション装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記推定された垂直荷重よりも前記検出された垂直荷重が小さい場合、前記サスペンションが縮み側への変位に抗するように前記サスペンション特性を制御し、前記推定された垂直荷重よりも前記検出された垂直荷重が大きい場合、前記サスペンションが伸び側への変位に抗するように前記サスペンション特性を制御することを特徴とする請求項１または２に記載されたサスペンション装置。
【請求項４】
前記サスペンションは、前記サスペンション特性として減衰力を調整可能なダンパーを有しており、
前記制御部は、前記推定された垂直荷重よりも前記検出された垂直荷重が小さい場合、前記ダンパーの減衰力を現在の状態よりも大きくし、前記推定された垂直荷重よりも前記検出された垂直荷重が大きい場合、前記サスペンション特性として前記ダンパーの減衰力を現在の状態よりも小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたサスペンション装置。
【請求項５】
前記サスペンションは、前記サスペンション特性としてばね力を調整可能なサスペンションであり、
前記制御部は、前記推定された垂直荷重よりも前記検出された垂直荷重が小さい場合、前記ばね力を現在の状態よりも大きくし、前記推定された垂直荷重よりも前記検出された垂直荷重が大きい場合、前記ばね力を現在の状態よりも小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたサスペンション装置。
【請求項６】
ドライバーの操作状態量を検出する第２のセンサをさらに有し、
前記推定部は、前記前出された車両状態量と、前記検出された操作状態量とに基づいて、前記垂直荷重を推定することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載されたサスペンション装置。
【請求項７】
サスペンション制御方法において、
車輪に作用する垂直荷重を直接的に検出する第１のステップと、
車両の状態を示す車両状態量を検出する第２のステップと、
車両の挙動をモデル化した車両運動モデルに基づいて、前記検出された車両状態量から前記垂直荷重を推定する第３のステップと、
前記検出された垂直荷重と、前記推定された垂直荷重とを比較し、当該比較結果に基づいて、車輪を懸架するサスペンションの車体の姿勢変化に影響を与えるサスペンション特性を制御する第４のステップと
を有することを特徴とするサスペンション制御方法。
【請求項８】
前記第４のステップは、前記推定された垂直荷重よりも前記検出された垂直荷重が小さい場合、前記サスペンションが縮み側への変位に抗するように前記サスペンション特性を制御し、前記推定された垂直荷重よりも前記検出された垂直荷重が大きい場合、前記サスペンションが伸び側への変位に抗するように前記サスペンション特性を制御するステップであることを特徴とする請求項７に記載されたサスペンション制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サスペンション装置およびサスペンション制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、乗り心地の向上、或いは、車両の操安性の向上といった観点から、サスペンションの特性を動的に制御し、車体の姿勢変化を抑制するサスペンション装置が知られている（例えば、特許文献１）。この類のサスペンション装置では、車輪に作用する垂直荷重に基づいてサスペンション特性を制御する関係上、ドライバーの操作にともなう荷重移動をサスペンションのストローク量から特定する。そして、このストローク量が目標ストローク量となるように、サスペンション特性、例えば、ダンパーの減衰力や、サスペンションのばね力等が制御される。
【特許文献１】特開平１１−４２９１８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、サスペンションのストローク量を検出する手法では、姿勢変化が生じた後でなければ荷重移動、すなわち、車体の姿勢を変化させる力を捉えることができず、制御の応答性が低いという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、応答性よくサスペンション制御を行うことにより、姿勢変化を効果的に抑制することである。
【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、第１の発明は、サスペンション装置を提供する。このサスペンション装置は、車輪を懸架するとともに、車体の姿勢変化に影響を与えるサスペンション特性を調整可能なサスペンションと、車輪に作用する垂直荷重を直接的に検出する検出部と、車両の状態を示す車両状態量を検出する第１のセンサと、車両の挙動をモデル化した車両運動モデルに基づいて、検出された車両状態量から垂直荷重を推定する推定部と、検出された垂直荷重と、推定された垂直荷重とを比較し、この比較結果に基づいて、サスペンション特性を制御する制御部とを有する。
【０００６】
また、第２の発明は、サスペンション装置を提供する。このサスペンション装置は、車輪を懸架するとともに、車体の姿勢変化に影響を与えるサスペンション特性を調整可能なサスペンションと、車輪に作用する前後力、横力および垂直荷重を直接的に検出する検出部と、車両諸元および少なくとも検出された前後力または検出された横力に基づいて、車両の状態を示す車両状態量を推定することで、垂直荷重を推定する推定部と、検出された垂直荷重と、推定された垂直荷重とを比較し、比較結果に基づいて、サスペンション特性を制御する制御部とを有する。
【０００７】
ここで、第１の発明または第２の発明において、制御部は、推定された垂直荷重よりも検出された垂直荷重が小さい場合、サスペンションが縮み側への変位に抗するようにサスペンション特性を制御し、推定された垂直荷重よりも検出された垂直荷重が大きい場合、サスペンションが伸び側への変位に抗するようにサスペンション特性を制御することが好ましい。
【０００８】
また、第１の発明または第２の発明において、サスペンションは、サスペンション特性として減衰力を調整可能なダンパーを有していてもよい。この場合、制御部は、推定された垂直荷重よりも検出された垂直荷重が小さい場合、ダンパーの減衰力を現在の状態よりも大きくし、推定された垂直荷重よりも検出された垂直荷重が大きい場合、サスペンション特性としてダンパーの減衰力を現在の状態よりも小さくすることが好ましい。
【０００９】
また、第１の発明または第２の発明において、サスペンションは、サスペンション特性としてばね力を調整可能なサスペンションであってもよい。この場合、制御部は、推定された垂直荷重よりも検出された垂直荷重が小さい場合、ばね力を現在の状態よりも大きくし、推定された垂直荷重よりも検出された垂直荷重が大きい場合、ばね力を現在の状態よりも小さくすることが好ましい。
【００１０】
さらに、第１の発明または第２の発明において、ドライバーの操作状態量を検出する第２のセンサをさらに有していてもよい。この場合、推定部は、前出された車両状態量と、検出された操作状態量とに基づいて、垂直荷重を推定する。
【００１１】
また、第３の発明は、サスペンション制御方法を提供する。このサスペンション制御方法は、車輪に作用する垂直荷重を直接的に検出する第１のステップと、車両の状態を示す車両状態量を検出する第２のステップと、車両の挙動をモデル化した車両運動モデルに基づいて、検出された車両状態量から垂直荷重を推定する第３のステップと、検出された垂直荷重と推定された垂直荷重とを比較し、比較結果に基づいて、車輪を懸架するサスペンションの車体の姿勢変化に影響を与えるサスペンション特性を制御する第４のステップとを有する。
【００１２】
ここで、第３の発明において、第４のステップは、推定された垂直荷重よりも検出された垂直荷重が小さい場合、サスペンションが縮み側への変位に抗するようにサスペンション特性を制御し、推定された垂直荷重よりも検出された垂直荷重が大きい場合、サスペンションが伸び側への変位に抗するようにサスペンション特性を制御するステップであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、直接的に検出された垂直荷重と、車両運動モデルにより推定された垂直荷重とが比較され、この比較結果に基づいて、サスペンション特性が制御される。直接的な検出では、姿勢変化が生じる前に垂直荷重を検出することができるので、この値を参照してサスペンション特性を制御することにより、制御の応答性を高めることができる。これにより、コーナリングや加減速にともなう姿勢変化や、路面凹凸にともなう姿勢変化を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本実施形態にかかるサスペンション装置Ａが適用された車両の説明図である。この車両は、前後左右の四輪がそれぞれ駆動される四輪駆動車である。エンジン１のクランクシャフト（図示せず）からの動力は、自動変速機２、センタディファレンシャル装置３を介して、前輪側および後輪側の駆動軸（車軸）４へとそれぞれ伝達される。車軸４に動力が伝達されると、各車輪５には駆動トルクが与えられ、これにより、車輪５に駆動力が加えられる。
【００１５】
個々の車輪５は、車体（ボディ）の姿勢変化に影響を与えるサスペンション特性が調整可能なサスペンション６によってそれぞれ懸架されている。サスペンション６は、スプリング６０と、減衰力可変のショックアブソーバー（以下「ダンパー」という）６１と、電動式のモータ６２とで構成されている。スプリング６０とダンパー６１とは、車体と車軸４との間に並列に設けられており、モータ６２は、ダンパー６１の上部に設けられている。サスペンション特性としてのダンパー６１の減衰力は、モータ６２の出力制御を行うことにより調整することができる。なお、減衰力可変式のダンパー６１の具体的な構成については、例えば、特開平０６−１０６９５０号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。
【００１６】
図２は、制御ユニット７の全体構成を示すブロック図である。制御ユニット７としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御ユニット７は、車輪５に作用する垂直荷重に基づいて、モータ６２の出力制御を行い、これにより、ダンパー６１の減衰力を制御する。この制御ユニット７には、モータ６２の出力制御を行うために各種の検出信号が入力されている。
【００１７】
図３は、車輪５に作用する作用力の説明図である。検出部８は、車輪５に作用する作用力を検出する。説明の便宜上、図２には、検出部８相当のブロックを一つのみ示しているが、実際には、個々の車輪５に対応して検出部８が設けられている。検出部８が検出し得る作用力は、前後力Ｆx、横力Ｆyおよび上下力Ｆzである。前後力Ｆxは、車輪５の接地面に発生する摩擦力のうち車輪中心面に平行な方向に発生する分力であり、横力Ｆyは、車輪中心面に直角な方向に発生する分力である。一方、上下力Ｆzは、鉛直方向に作用する力、いわゆる、垂直荷重である。個々の検出部８は、ひずみゲージと、このひずみゲージから出力される電気信号を処理し、作用力に応じた検出信号を生成する信号処理回路とを主体に構成されている。車軸４に生じる応力は作用力に比例するという知得に基づき、ひずみゲージを車軸４に埋設することにより、作用力が直接的に検出される。なお、検出部８の具体的な構成については、例えば、特開平０４−３３１３３６号公報および特開平１０−３１８８６２号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。
【００１８】
第１のセンサ９は、車速、加速度、横加速度、ヨーレートといった車両の状態を示す各種情報（車両状態量）を検出する。一方、第２のセンサ１０は、ブレーキペダルの踏込量、アクセルペダルの踏込量、ハンドル角度といったドライバーの操作状態を示す各種情報（操作状態量）を検出する。
【００１９】
制御ユニット７であるマイクロコンピュータを機能的に捉えた場合、この制御ユニット７は、推定部７０と、制御部７１とを有する。推定部７０は、操作状態量と車両状態量とに基づいて、個々の車輪５に作用する垂直荷重Ｆz（以下「推定荷重Ｆze」という）を推定する。制御部７１は、車輪５に対応して設けられてるモータ６２のそれぞれを制御対象として、検出された垂直荷重Ｆz（以下「検出荷重Ｆzd」という）と、推定荷重Ｆzeとを比較する。そして、この比較結果に基づいて、所定の制御信号Ｓctがモータ６２に出力される。
【００２０】
図４は、本実施形態にかかるサスペンション制御ルーチンを示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定間隔毎に呼び出され、制御ユニット７によって実行される。なお、本実施形態では、ある単一の車輪５に関する処理手順について説明を行うが、制御ユニット７は、すべての車輪５に対してこの処理手順を実行する。
【００２１】
まず、ステップ１において、各種の検出値が読み込まれる。このステップ１において読み込まれる検出値は、検出部８によって検出される検出荷重Ｆzdと、第１のセンサ９によって検出される車両状態量と、第２のセンサ１０によって検出される操作状態量とである。
【００２２】
ステップ２では、推定荷重Ｆzeが特定される。推定荷重Ｆzeの特定方法としては、例えば、車両運動モデルを用いた手法が挙げられる。車両運動モデルは、ある走行状況における車両のヨー運動、ロール運動といった車両の挙動をモデル化したものであり、車両に関する運動方程式に基づいて、或いは、実験やシミュレーションを通して予め生成されている。この車両運動モデルにより、現在の車両状態量から現在の車体姿勢が特定される。また、この特定された車体姿勢に、ドライバーによる操作状態量を加味することにより、操作による荷重移動を考慮した車輪５の推定荷重Ｆzeが特定される。そのため、制御ユニット７のＲＯＭには、車両状態量および操作状態量と、推定荷重Ｆzeとの対応関係を記述したマップが格納されている。これらの対応関係は、実験やシミュレーションを通じてその適切な関係が予め設定されている。
【００２３】
なお、推定荷重Fzeは、予め記憶している車両諸元（車重、重心高、ホイールベール等）、および、検出結果である前後力Ｆxおよび横力Ｆyの両方または一方に基づいて特定することも可能である。すなわち、推定荷重Ｆzeは、これらのパラメータに基づいて車両状態量を推定することにより、荷重移動を考慮して特定してもよい。
【００２４】
ステップ３では、推定荷重Ｆzeから検出荷重Ｆzdを減算した値が正の値であるか否かが判断される。ステップ３で否定判定された場合、すなわち、推定荷重Ｆzeが検出荷重Ｆzd以下である場合には（Ｆze−Ｆzd≦０）、ステップ４に進む。一方、このステップ３で肯定判定された場合、すなわち、推定荷重Ｆzeが検出荷重Ｆzdよりも大きい場合には（Ｆze−Ｆzd＞０）、ステップ５に進む。
【００２５】
ステップ４では、推定荷重Ｆzeから検出荷重Ｆzdを減算した値が負の値であるか否かが判断される。このステップ４において肯定判定された場合、すなわち、推定荷重Ｆzeが検出荷重Ｆzdよりも小さい場合には（Ｆze−Ｆzd＜０）、ステップ６に進む。一方、ステップ４において否定判定された場合、すなわち、推定荷重Ｆzeと検出荷重Ｆzdとが一致している場合には（Ｆze−Ｆzd＝０）、本ルーチンを抜ける。
【００２６】
ステップ５では、モータ６２に所定の制御信号Ｓctが出力され、ダンパー６１の減衰力が現在の状態よりも大きくなるように、モータ６２の出力制御が行われる。これに対して、ステップ６では、モータ６２に所定の制御信号Ｓctが出力され、ダンパー６１の減衰力が現在の状態よりも小さくなるように、モータ６２の出力制御が行われる。これらのステップ５，６における出力制御手法としては、検出荷重Ｆzdと推定荷重Ｆzeとの差を減少させるように、現在の出力値にステップ値を加算する（または減算する）制御や、ＰＩＤ（Proportional Integral and Derivative）制御等を用いることができる。
【００２７】
図５は、操舵時における外輪側の垂直荷重の変化を示す説明図である。同図には、推定荷重Ｆzeの経時的な推移が点線で示されており、検出荷重Ｆzdの経時的な推移が実線と破線とで示されている。実線の検出荷重Ｆzdは、本実施形態の検出手法に相当する直接的な手法による検出値の推移であり、破線の検出荷重Ｆzdは、サスペンションのストローク変化に基づく検出値、すなわち、間接的な手法による検出値の推移である。同図から分かるように、間接手法による検出荷重Ｆzdは、直接手法によるそれと比較して、検出値の立ち上がりが遅延する傾向にある。なぜならば、間接的な検出荷重Ｆzdは、車体が姿勢変化した後に、すなわち、サスペンション６のストローク量が変化した後に垂直荷重の変化が特定されるため、直接的な検出荷重Ｆzdと比較して応答性が低いからである。一方、推定荷重Ｆzeは、ドライバーが操作を行うと、これにともなう荷重移動を実際の荷重移動よりも早く特定することができる。
【００２８】
そこで、本実施形態では、現在の荷重（すなわち、検出荷重）Ｆzdと推定荷重Ｆzeとの差を減らすように、ダンパー６１の減衰力が制御される。例えば、コーナリングにおいてドライバーによってステアリング操作が行われた場合、外輪側の車輪５は、推定荷重Ｆzeが検出荷重Ｆzdよりも大きくなり、内輪側の車輪５は、推定荷重Ｆzeが検出荷重Ｆzdよりも小さくなる。このケースでは、外輪側のダンパー６１の減衰力は増加され、外輪側のサスペンション６には、縮み側への変位に抗する力が発生する（それ故に、車体の沈み込みが抑制される）。一方、内輪側のダンパー６１の減衰力は減少され、内輪側のサスペンション６には、伸び側への変位に抗する力が発生する（それ故に、車体の浮き上がりが抑制される）。これにより、コーナリング時または加減速時における車体の姿勢変化が抑制されるため、操安性の向上を図ることができる。
【００２９】
また、路面の凹凸を乗り越える場合には、推定荷重Ｆzeは検出荷重Ｆzdよりも小さくなる。なぜならば、車両運動モデルに基づく推定演算では、定常状態を想定した車両挙動が再現されるため、推定荷重Ｆzeには、路面の凹凸の影響までは反映されていないからである。このケースでは、凹凸を乗り越える車輪５のダンパー６１の減衰力は減少され、サスペンション６には伸び側への変位に抗する力、すなわち、縮み側への変位を許容するような力が与えられる。これにより、路面凹凸にともなう姿勢変化が抑制されるため、乗り心地の向上を図ることができるとともに、車輪５の路面追従性を高めることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、直接的に垂直荷重Ｆzを検出している関係上、間接的な手法と比較して、垂直荷重Ｆzを応答性よく検出することができる。そのため、この直接的な検出値である検出荷重Ｆzdに基づいて、制御を行うことにより、従来よりも応答性の高いサスペンション制御を行うことができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、推定荷重Ｆzeを特定する際には、車両状態量に加えて、操作状態量が用いられる。これにより、ドライバーの操作に対応するタイミングで車両の挙動を推定することができる。このため、より早く推定荷重Ｆzeを特定することが可能となり、この値Ｆzeを用いて制御を行うことにより、制御精度の向上を図ることができる。なお、本実施形態では、推定荷重Ｆzeをマップを用いて特定したが、この値をリアルタイム処理で算出してもよい。また、推定荷重Ｆzeを特定する際には、操作状態量を用いずに、車両状態量のみで特定することも可能である。
【００３２】
また、推定荷重Ｆzeは、少なくとも前後力Ｆxまたは横力Ｆy、および、車両諸元に基づいて特定してもよい。これらの検出値Ｆx，Ｆyには車輪５に作用する力が直接的に反映されているので、車両状態量を応答性よく推定することが可能となり、これにより、推定荷重Ｆzeを精度良く推定することが可能となる。また、検出部８の検出結果を用いることにより、車両諸元である車重、重心高等も推定することができる。そのため、かかる手法によれば、車両諸元が経時的に変化するような状況であっても、これをリアルタイム的に推定することが可能となり、推定荷重Ｆzeの推定精度の向上を図ることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、サスペンション特性を調整する手法としてダンパー６１の減衰力を用いたが、本発明はこれに限定されず、サスペンション６のばね力を調整してもよい。具体的には、推定荷重Ｆzeが検出荷重Ｆzdよりも大きい場合に、ばね力が現在の状態よりも大きくされ、サスペンション６には、縮み側への変位に抗する力が発生する。一方、推定荷重Ｆzeが検出荷重Ｆzdよりも小さい場合には、ばね力が現在の状態よりも小さくされ、サスペンション６には、伸び側への変位に抗するような力が発生する。このようなばね力調整であっても、上述した減衰力調整と同様の効果を奏する。なお、ばね力の調整手法としては、スプリング６０の長さを伸縮させることにより可能である。すなわち、スプリング６０を伸ばすことにより、ばね力は増加し、スプリング６０を縮めることにより、ばね力が減少する。スプリング６０を伸縮させる具体的な構成については、例えば、特開平０５−３８９２２号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。なお、このケースでは、サスペンション６としてエアサスペンションを用い、シリンダ内の流量調整を行うことにより、エアサスペンションの長さを伸縮させたりしてもよい。
【００３４】
本実施形態において、検出部８は、作用力として、三方向に作用する作用力を検出する構成であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、必要となる分力方向に作用する作用力を検出可能であれば足りる。また、この三方向回りのモーメントをも含む六分力を検出する六分力計であってもよい。かかる構成であっても、制御において必要となる作用力は少なくとも検出することができるので、当然ながら問題はない。なお、車輪５に作用する六分力を検出する手法については、例えば、特開２００２−０３９７４４号公報、特開２００２−０２２５７９号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。
【００３５】
また、本実施形態では、検出部８を車軸４に埋設するケースを説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のバリエーションも考えられる。作用力を検出するという観点でいえば、例えば、車輪５を保持する部材、例えば、ハブやハブキャリア等に検出部８を設けてもよい。なお、検出部８をハブ等に設ける手法については、特開２００３−１０４１３９号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態のサスペンション装置が適用された車両の説明図
【図２】サスペンション装置のブロック構成図
【図３】作用力の説明図
【図４】本実施形態にかかるサスペンション制御ルーチンを示すフローチャート
【図５】操舵時における外輪側の垂直荷重の変化例を示す説明図
【符号の説明】
【００３７】
１    エンジン
２    自動変速機
３    ディファレンシャル装置
４    車軸
５    車輪
６    サスペンション
６０  スプリング
６１  ダンパー
６２  モータ
７    制御ユニット
７０  推定部
７１  制御部
８    検出部
９    第１のセンサ
１０    第２のセンサ
Ａ    サスペンション装置
【図１】
2006131062.tif 000003
【図２】
2006131062.tif 000004
【図３】
2006131062.tif 000005
【図４】
2006131062.tif 000006
【図５】
2006131062.tif 000007