(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を備え、該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、その反力をタイヤの接地荷重に加えてタイヤのグリップ力を一時的に増大させる制御を行う接地荷重制御装置であって、
制動時の後輪のみを対象に前記制御を行うことを特徴とする接地荷重制御装置。
【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上下方向の慣性力を車体に発生させ、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装置に関し、特に制動距離の短縮化に寄与し得る接地荷重制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
制動時にタイヤがロックすると操縦性が失われることは良く知られており、特に氷結路や砂利道などのようにタイヤのグリップ力が著しく低下する路面では、タイヤがロックしない範囲で制動することが肝要とされている。このような観点に立脚し、車速とタイヤ周速との差の車速に対する割合いを表すスリップ率とタイヤのグリップ力との相関を利用して、高いグリップ力が得られる範囲にスリップ率を保つことでタイヤのロックを自動的に防止するようにしたアンチロック・ブレーキ・システム（ＡＢＳ）が、既に多くの市販車に搭載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、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。つまり摩擦係数が一定であるならば、タイヤのグリップ力は垂直荷重に正比例し、垂直荷重が小さいほどロック限界も低下すると言える。そのため、上記ＡＢＳでは、本質的にその車両の総重量で定まる範囲内に制動距離の短縮限界があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の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、制動距離をより一層短縮することのできる接地荷重制御装置を提供することにある。
【０００５】
【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、所定の制動状態下にあることを検知すると、車体４と後輪（タイヤ１）との間を連結するアクチュエータ５に伸張加速度を発生させ、その時の反力により、見掛け上の後輪荷重を一時的に増大させるものとした。これにより、後輪のグリップ力が増大してロック限界が引き上げられるので、より大きな制動力を得ることが可能となり、制動距離を短縮することができる。特に、接地荷重に対するグリップ力の関係が非線形となる領域では、もともとの輪重が大きい方が本制御によるグリップ力の増加率は小さくなるので、制動時に接地荷重が減少傾向となる後輪にのみ本制御をかけるものとすれば、制御効率をより一層高めることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された実施例を参照して本発明の構成について詳細に説明する。
【０００７】
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。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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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き、図２に示す制御アルゴリズムに従って制御される。
【００１２】
ＥＣＵ１８においては、前後加速度センサ２７の信号を急制動判断部２８に入力し（ステップ１）、この値から現状が所定の急制動状態下にあるか否かを判断する（ステップ２）。ここで急制動中と判定された場合は、目標荷重演算部２４に入力したばね上加速度センサ２２とばね下加速度センサ２３との信号を参照して仮の目標荷重を内部的に発生させ（ステップ３）、この値と荷重センサ２０の信号（実荷重）との偏差を演算し（ステップ４）、こ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（ステップ５）。そしてこの調整された信号により、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、タイヤ接地荷重を増大させる向きの上下方向慣性力を車体に発生させる（ステップ６）。これにより、タイヤのグリップ力が一時的に増大するので（図３参照）、ロック限界が引き上げられて制動距離が短縮される。
【００１３】
例えば、降坂路での急制動の場合、通常でも後輪荷重が減少傾向となるために後輪がロックし易くなるが、上記の手法で後輪の接地荷重を通常時に比して増大させることにより、後輪のロックが防止されるので、制動距離の短縮化により一層寄与することができる。
【００１４】
なお、図３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。図３は、後輪側の接地荷重のみを増大させた場合を例示しているが、その時の車両の運動状態や路面の状態などに応じて、制動距離の短縮に最適となる荷重分布が得られるように、各アクチュエータを個々に制御すれば良いことは言うまでもない。
【００１５】
次に本発明の原理について説明する。図４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
【００１６】
従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えられる。
Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1**
＝Ｍ2・Ｚ2**＋Ｍ1・Ｚ1**
【００１７】
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。
【００１８】
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５参照）、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
【００１９】
従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えられる。
Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1
＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1**＋Ｃ・（Ｚ1*−Ｚ2*）
＋Ｋs・（Ｚ1−Ｚ2）
＝Ｍ2・Ｚ2**＋Ｍ1・Ｚ1**
【００２０】
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。
【００２１】
なお、上記実施例においては、接地荷重制御を実行する条件として、制動時の減速度のみを用いるものとしたが、本発明装置はあくまでも緊急避難的な対応を目的とするものであり、通常運転時に頻繁に作動することはあまり好ましいことではない。そこで、ブレーキを作動させた時の初速も制御条件に加味したり、前車との車間距離を常時検出し、その時の減速度から算出した制動距離が安全に追突を回避し得る車間距離を上回った場合には本制御を実行するなど、種々の条件を考慮することが実用上は好ましい。特に前車との車間距離を一定に保つクルーズコントロール制御に本発明を適用すれば、予測不能な路面状況の急変に対してとるべき制動距離の余裕度を下げることができるので、車間距離設定を小さくすることができる。従って、これまでは安全対策上車間距離設定をある程度大きめにとらざるを得ないという不都合を払拭し得る。
【００２２】
また、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ができる。
【００２３】
これに加えて、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ができる。例えば、ばね下、ばね上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、ばね下、ばね上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、ばね下、ばね上両加速度を間接的に求めることもできる。また、急制動の判断基準値として、タイヤ周速、ペダル踏力、並びにブレーキ液圧を用いることもできる。さらにＥＣＵについても、ディジタル、アナログ、並びに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。
【００２４】
【発明の効果】
このように本発明によれば、後輪の接地荷重を動的に増大させることで後輪のグリップ力を高めることができるので、より大きな制動力を加えることが可能となり、制動距離の短縮化に大きな効果をもたらすことができる。特に制動時に接地荷重が減少傾向となる後輪にのみ本制御を実行するものとすれば、より高い制御効率が得られる。
【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】本発明の制御フロー図。
【図３】急制動時の概念的な接地荷重分布図。
【図４】本発明の原理を説明するためのモデル図。
【図５】一般的な能動型懸架装置のモデル図。
【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  前後加速度センサ
２８  急制動判断部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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