(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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アクチュエータの伸張加速度で上下方向の慣性力を車体に発生させ、その反力をタイヤと路面との間に作用する接地荷重に加える接地荷重制御手段と、発進時または走行中にいずれかの車輪が空転することを予測及び／または車輪が空転していることを検出する車輪空転検出手段と、車輪が発生する駆動力をタイヤと路面との間のスリップ率により決まるピーク値付近となるように制御するトラクション制御手段とを有する車両制御装置であって、
前記車輪空転検出手段が車輪が空転することを予測及び／または車輪が空転していることを検出した際には、前記トラクション制御手段による車輪駆動力の制御に優先して前記接地荷重制御手段による車輪の接地荷重増大制御を行うことを特徴とする車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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アクチュエータの伸張加速度で車体に上下方向の慣性力を発生させ、その反力によって接地荷重を一時的に増大させることのできる接地荷重制御手段と、車輪が発生する駆動力をタイヤと路面との間のスリップ率により決まるピーク値付近となるように制御するトラクション制御手段とを具備する車両制御装置に関し、特に加速性能及び旋回性能の向上に寄与し得る車両制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平５−２１４９７４号公報に開示されているように、車両発進時等の急加速時に、タイヤが発生する駆動力を、タイヤと路面との間のスリップ率により決まるピーク値付近となるように制御し、タイヤをスリップさせないようにして安定に効率良く加速するようにしたトラクション制御装置が良く知られている。
【０００３】
一方、ストロークを能動的に変化させることのできる直線摺動型アクチュエータを車体と車軸との間に設け、その時の車両の運動状態に応じた各タイヤの接地荷重配分が予め定めた目標値となるようにアクチュエータのストロークをフィードバック制御するものとしたアクティブサスペンションシステムが、既に実用化されている。
【０００４】
例えば特表昭６０−５００６６２号公報に提案されている如き従来のアクティブサスペンションシステムによるものは、基本的には走行中の車体の姿勢変化を抑制するように油圧アクチュエータの推力（ストローク）を制御するものであり、直進時はばね上質量の重心位置の変化を抑制するように路面の凹凸にタイヤを追従させ、制動時や加速時はピッチングを抑制するように前後車軸間の荷重移動量を制御し、旋回時はローリングを抑制するように各タイヤ間の荷重移動量を制御することが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、タイヤのグリップ力Ｆは、タイヤと路面との間の摩擦係数μとタイヤの接地面に加わる垂直荷重Ｗとの積（Ｆ＝μＷ）で与えられる。つまり車両の運動性を大きく左右するタイヤのグリップ力は、タイヤと路面との間の摩擦係数が一定ならば、接地荷重に比例すると言える。
【０００６】
しかるに、上述の如きトラクション制御装置にあっては、接地荷重が一定であるため、その時の車両挙動に応じた各輪の駆動力配分を路面とタイヤとで決まる摩擦係数の範囲内で最適化し得るにとどまり、これを超えてタイヤのグリップ力の余裕を更に高めることのできるものではなかった。
【０００７】
また、同様に上述の如きアクティブサスペンションシステムにあっても、その時の車両挙動に応じた各輪の荷重配分を車両重量の範囲内で最適化し得るにとどまり、車両重量の範囲を超えてタイヤのグリップ力の余裕を更に高めることのできるものではなかった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術に課せられた問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、特に発進時等の加速時や旋回時に安定して高い性能を得ることが可能な車両制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、車体と車軸との間に設けたアクチュエータの伸張加速度で車体に垂直方向の慣性力を発生させ、その反力によってタイヤの接地荷重を一時的に増大させる接地荷重制御手段と、発進時または走行中にいずれかの車輪が空転することを予測及び／または車輪が空転していることを検出する車輪空転検出手段と、車輪が発生する駆動力をタイヤと路面との間のスリップ率により決まるピーク値付近となるように制御するトラクション制御手段とを有する車両制御装置を、前記車輪空転検出手段が車輪が空転することを予測及び／または車輪が空転していることを検出した際には、前記トラクション制御手段による車輪駆動力の制御に優先して前記接地荷重制御手段による車輪の接地荷重増大制御を行うことを特徴とするものとした。
【００１０】
これによると、車両重量を超えた荷重をタイヤの接地面に一時的に加えることができるので、タイヤのグリップ力の発生限界を所望に応じて引き上げることができ、発進時等の一時的な加速性能、旋回性能が向上する。また、これに加えてタイヤの駆動力を適正制御することで加速性能、旋回性能が最適化される。このとき、タイヤのスリップの発生を共通のセンサで検出し、共通の判断装置で判断することで、構造が簡略化されると共に部品点数を削減できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明が適用された車両の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。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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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１１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。
【００１７】
ＥＣＵ１８には、車輪空転検出部２７と、目標荷重演算部２４と、安定化演算部２５と、変位制限比較演算部２６とが設けられている。そして、駆動輪に設けられた車輪速センサ２８、従動輪に設けられた車速センサ２９、前後方向加速度センサ３０、スロットル開度センサ３１、エンジン回転速度センサ３２、シフトポジションセンサ３３、操舵角センサ３４、ヨーレートセンサ３５及び横加速度センサ３６からの信号に基づき車輪空転検出部２７にて発生する空転予測信号または空転検出信号と、ばね上加速度センサ２２からの信号と、ばね下加速度センサ２３からの信号とを参照して目標荷重演算部２４に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のストロークの範囲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。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に伸張加速度を発生させ、その時に車体に作用する上下方向の慣性力の反力によってタイヤ接地荷重を増大させる。
【００１８】
また、車輪空転検出部２７は、トラクション制御装置を構成するスロットル開度制御装置３７にも接続され、上記空転予測信号または空転検出信号に基づきスロットル開度を抑制する方向に制御する。
【００１９】
ここで、上記車輪空転検出部２７にて車輪の空転が予測または検出されたら、タイヤの接地荷重を増大させるのと同時にスロットル開度を抑制しても良いが、まず、タイヤの接地荷重を増大させ、依然車輪の空転が予測または検出されたらスロットル開度を抑制するように制御すれば、最も効率的に加速または旋回できる。
【００２０】
次に、接地荷重を一時的に増加させる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。
Ｍ2・Ｚ2**＝−Ｆz
Ｍ1・Ｚ1**＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz
【００２１】
従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えられる。
0003779440.tif 000002
【００２２】
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の伸張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。
【００２３】
例えば、前輪駆動車の発進・加速の場合、通常でも前輪荷重が後輪荷重よりもやや大きいが（図３（ａ））、上記の手法で前輪の接地荷重を通常時に比して一時的に増大させることにより（図３（ｂ））、前輪のグリップ力が向上し、加速性能が向上する。また、同様に後輪駆動車の発進・加速の場合には図４（ａ）に示すように上記の手法で後輪の接地荷重を通常時に比して一時的に増大させ、４輪駆動車の場合には図４（ｂ）に示すように前後輪のすべての車輪の接地荷重を通常時に比して一時的に増大させることにより、駆動輪のグリップ力が向上し、加速性能が向上する。
【００２４】
一方、車両の旋回時には図５に示すように、後輪の接地荷重が小さくなり、外側にスピンする傾向にあるが、後輪の接地荷重を各輪の現在の接地荷重に応じて通常時に比して一時的に増大させることにより、各車輪のグリップ力が向上し、旋回性能が向上する。図示したものは前輪駆動車であるが、後輪駆動車、４輪駆動車についてもその程度は異なるもののこれと同様である。
【００２５】
ここで、上記各図は一般的な接地荷重分布の場合について説明したが、例えば前輪駆動車の後輪寄りに比較的重量物を積載した場合など、その荷重分布が変化した場合には荷重センサにてこれを検知し、その分布に応じて各車輪の接地荷重を増大させると良い。
【００２６】
なお、図３、図４及び図５は、タイヤの接地荷重（＝グリップ力）分布を概念的に示し、静荷重の範囲での接地荷重を実線の円で表し、アクチュエータ５のストローク制御で増大した接地荷重を二点鎖線の円で表している。
【００２７】
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６参照）、その場合は、
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。
Ｍ2・Ｚ2**＋Ｃ・（Ｚ2*−Ｚ1*）＋Ｋs・（Ｚ2−Ｚ1）＝−Ｆz
Ｍ1・Ｚ1**＋Ｃ・（Ｚ1*−Ｚ2*）＋Ｋs・（Ｚ1−Ｚ2）＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz
【００２８】
従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えられる。
0003779440.tif 000003
【００２９】
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。
【００３０】
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７参照）、各輪のアクチュエータの推力を、Ｆz1（前左）、Ｆz2（前右）、Ｆz3（後右）、Ｆz4（後左）とし、力、モーメント、並びに座標系の向きを図８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。
【００３１】
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
0003779440.tif 000004
となる。
【００３２】
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することで、一層急加速時の安定性が向上する。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。
【００３３】
尚、トラクション制御装置の作動要領については公知であることからその詳細な説明を省略する。
【００３４】
次に、駆動輪空転検出部２７による空転予測、検出処理について説明する。まず、車輪速センサ２８、車速センサ２９、前後方向加速度センサ３０、スロットル開度センサ３１、エンジン回転速度センサ３２、シフトポジションセンサ３３、操舵角センサ３４、ヨーレートセンサ３５及び横加速度センサ３６から信号を読み込み、これらに基づき、予め設定されている各データのテーブルと比較してまたは所定の式に各データを当てはめて車両の状態を駆動輪空転検出部２７にて判断し、各車輪の空転を予測し、または既に空転しているか否かを判断する。そして、空転するまたは空転していると判断されたら、路面摩擦係数μを考慮して増加させる接地荷重、即ち付勢接地荷重を算定し、上記した手法により実際に接地荷重を増加させることとなる。ここで、路面摩擦係数μは、上記各検出値、操舵反力等から算定すると良い。
【００３５】
尚、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。
【００３６】
また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で使用センサを簡略化することもできる。例えば、ばね上、ばね下両加速度センサの出力差を二階積分することでも位置検出信号を得ることができるので、ストロークセンサを廃止することができるし、ばね上、ばね下両重量の実測値と、ばね上、ばね下両加速度センサの出力値とを演算することでアクチュエータが発生する力を求めることができるので、荷重センサを廃止することもできる。さらに、荷重センサと変位センサとの信号に基づいて状態推定器を構成し、ばね上、ばね下両加速度を間接的に求めることもできる。さらにＥＣＵについても、ディジタル、アナログ、またはハイブリッドのいずれでも実現可能なことは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、加速時、旋回時に車輪の空転が予測または検知されたら、車体と車軸との間に設けたアクチュエータの伸長加速度で車体に上下方向の慣性力を発生させ、その反力を接地面に作用させることにより、タイヤの接地荷重を一時的に増大させ、タイヤのグリップ力の発生限界を高めることができ、安定に効率良く加速または旋回することが可能となる。また、これとトラクション制御装置を組み合わせ、協働させることにより、一層効率良く加速または旋回することができる。このとき、車輪の空転予測または検出に用いるセンサ、判断手段を共通化することで、構造が簡単になり、部品点数が削減される。
【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】（ａ）は従来の前輪駆動車の発進時の概念的な接地荷重分布図、（ｂ）は本発明が適用された前輪駆動車の発進時の概念的な接地荷重分布図。
【図４】（ａ）は本発明が適用された後輪駆動車の発進時の概念的な接地荷重分布図、（ｂ）は本発明が適用された４輪駆動車の発進時の概念的な接地荷重分布図。
【図５】本発明が適用された前輪駆動車の旋回時の概念的な接地荷重分布図。
【図６】一般的な能動型懸架装置のモデル図。
【図７】車体重心位置と接地位置との関係を示す説明図。
【図８】力、モーメント、並びに座標系の向きの関係を示す説明図。
【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
２７  駆動輪空転予測部
２８  車輪速センサ
２９  車速センサ
３０  前後方向加速度センサ
３１  スロットル開度センサ
３２  エンジン回転速度センサ
３３  シフトポジションセンサ
３４  操舵角センサ
３５  ヨーレートセンサ
３６  横加速度センサ
３７  スロットル開度制御装置
【図１】
0003779440.tif 000005
【図２】
0003779440.tif 000006
【図３】
0003779440.tif 000007
【図４】
0003779440.tif 000008
【図５】
0003779440.tif 000009
【図６】
0003779440.tif 000010
【図７】
0003779440.tif 000011
【図８】
0003779440.tif 000012