(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と、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る接地荷重制御手段と、制動時の各タイヤのスリップ率演算手段とを有し、前記スリップ率演算手段が出力するスリップ率が所定値を超えた時点でタイヤの接地荷重増大制御を実行する接地荷重制御装置であって、
前記タイヤのスリップ率に基づいて作動タイミングが決められたアンチロック・ブレーキ・システムを備え、該アンチロック・ブレーキ・システムの作動が実行されるスリップ率よりも低い値に当該接地荷重増大制御を実行するスリップ率を設定した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Ｖｖとタイヤ周速Ｖｗとの差の車速に対する割合いを表すスリップ率（λ＝（Ｖｖ−Ｖｗ）／Ｖｖ）とタイヤのグリップ力Ｆ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）で与えられるので、制動力の限界は、本質的にその車両の輪重で定まってしまう。従って、タイヤのロックを防止した上でそれ以上の制動距離の短縮化を望むことは、従来のＡＢＳにおいては極めて困難であった。
【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、制動距離のより一層の短縮化を企図し得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、制動時のスリップ率からタイヤがロック傾向にあることを判断すると、車体とタイヤとの間を連結するアクチュエータ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り、見掛け上の輪重を一時的に増大させるものにおいて、タイヤのスリップ率に基づいて作動タイミングが決められたアンチロック・ブレーキ・システムを備え、該アンチロック・ブレーキ・システムの作動が実行されるスリップ率よりも低い値に当該接地荷重増大制御を実行するスリップ率を設定するものとした。このようにすれば、アクチュエータの伸張加速度で発生した車体慣性力の反力による接地荷重の増大は瞬間的なものであり、アクチュエータを収縮させている間に再びスリップ率が高まることが考えられるが、先ず接地荷重の増大制御によってロック限界を高めてより大きな制動力を加えて車速を低下させた後にアンチロック・ブレーキ・システムによるロック抑制作用と連係させることができるので、制動距離の短縮化が可能となる。
【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、以下の制御アルゴリズムに従って制御される。
【００１２】
次に制御アルゴリズムについて図２を参照して説明する。先ず、車速センサ２７と車輪速センサ２８との信号をスリップ率演算手段２９に入力し、制動時のスリップ率λを算出する（ステップ１）、次に、グリップ力Ｆとスリップ率λとの関係を予め定めたマップ３０（図３参照）を参照し、グリップ力が最大値Ｆｍａｘを呈するスリップ率値を超えてグリップ力が低下し始めるスリップ率値λｗになったタイヤの有無判断が行われる（ステップ２）。これによりタイヤがロックしかかっているか否かが判断される。次いでこの判断に従って、ロック傾向にあるタイヤの懸架装置に設けられたばね上加速度センサ２２とばね下加速度センサ２３との目標荷重演算部２４への入力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４参照）、ロック限界が引き上げられて制動距離が短縮される。
【００１３】
なお、図４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４は、後輪側の接地荷重を増大させた場合を例示しているが、ロック傾向大と判断された車輪に対応するアクチュエータを個々に制御することは言うまでもない。
【００１４】
特にスリップ率λに基づいて作動タイミングが決められたＡＢＳを備えた車両においては、上記の接地荷重増大制御を実行するスリップ率λｗを、ＡＢＳの作動が実行されるスリップ率λａよりも低い値に設定すると良い（図３参照）。このようにすれば、アクチュエータ５を伸張させて加速度を発生させた場合、再度加速度を発生させるためにはアクチュエータ５を一旦収縮させる必要があるが、この間に再びスリップ率が高まることが考えられるので、先ずアクチュエータ５の加速度で一時的にロック限界を高めて制動力を十分に作用させた後に、ＡＢＳによるロック抑制作用につなげるようにすることができる。
【００１５】
他方、タイヤがばたつくような悪路を走行する際の接地荷重は、平坦路に比して減少傾向となることがあり、グリップ力Ｆとスリップ率λとの関係が、悪路と平坦路とでは互いに異なったものとなる。従って、悪路において平坦路に対応したスリップ率で上記の制御を実行したのでは十分な制動力が得られない。以下に図５を参照してこの不都合に対処する方法について述べる。
【００１６】
先ず、車体のタイヤ近傍に設けられたマイクロフォンでロードノイズを検出し（ステップ１１）、これより周波数分析回路及びバンドパスフィルタを経て特定周波数域の音圧値を抽出する（ステップ１２）。次いでこの音圧値及び車速と路面状況との関係を予めマップ化したデータベースを参照して現在走行中の路面状況を判断し（ステップ１３）、この判断結果に基づいて、予め用意された路面状況に対応したＦ−λ特性マップ（図６参照）のうちから最適なスリップ率マップを選択する（ステップ１４）。このようにして得られたスリップ率値によって前述したロック傾向の判断を行うことにより、路面状況に応じた最適なタイミングでの接地荷重増大制御の実行が可能となる。
【００１７】
次に本発明の原理について説明する。図７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
【００１８】
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**
【００１９】
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。
【００２０】
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８参照）、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
【００２１】
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**
【００２２】
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。
【００２３】
なお、上記実施例においては、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ができる。
【００２４】
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、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。
【００２５】
【発明の効果】
このように本発明によれば、接地荷重を動的に増大させることでロックしそうなタイヤのグリップ力の発生限界を高めることができるので、制動力を低下させずにタイヤロックを防止することが可能となる上、アクチュエータを収縮させている間に再びスリップ率が高まった場合には、従来に比して車速が低下している状態の時にアンチロック・ブレーキ・システムを作動させることができるので、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。
【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】グリップ力とスリップ率との関係の一例を概念的に示すグラフ。
【図４】急制動時の概念的な接地荷重分布図。
【図５】本発明の別の実施例の制御フロー図。
【図６】グリップ力とスリップ率との関係の別の例を概念的に示すグラフ。
【図７】本発明の原理を説明するためのモデル図。
【図８】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  車速センサ
２８  車輪速センサ
２９  スリップ率演算部
３０  マップ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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