(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ためのアクチュエータの伸縮加速度で車体に上下方向の慣性力を発生させ、その反力をタイヤと路面との間に作用する接地荷重に一時的に加える接地荷重制御手段を備え、予め定められた経路を保って走行可能な自動車用経路走行制御される車両において、
車輪のスリップを判定する手段を有し、
前記車輪のスリップが判定されかつ車両が前記経路からずれたことを判定した時に、前記接地荷重制御手段により前記スリップと判定された車輪の前記アクチュエータに対して接地荷重を増大させる制御を行うことを特徴とする接地荷重制御装置。
【請求項２】
前記経路から逸脱して走行した際に車両を前記経路上に戻すべく操舵制御を行う場合に、操舵輪の接地荷重を増加させるように前記接地荷重制御手段により制御することを特徴とする請求項１に記載の接地荷重制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め定められた経路を保って走行可能な自動車用経路走行制御される車両の接地荷重制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、予め定められた経路上を自動走行可能にしたレーンキーピングシステムが知られている。これは、路面に描かれた白線などを例えばモニタカメラで検知して、車両の自律走行を可能にする技術である。
【０００３】
また、旋回走行に対する制御を行うものとして、コーナリング・スピード・コントロールが知られている。これは、運転者によるブレーキ操作とは別個に独立して車両を減速制御する手段と、ＮＡＶＩシステムなどの道路情報認知手段とを有し、カーブに過速度状態で進入しないように、カーブの手前で予め安全な速度まで減速するように制御して予め定められた経路を保って旋回可能としたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術にあっては、轍や横風などの外乱により所定の経路から逸脱した際に外乱の大きさにより復帰に時間がかかる場合があった。また、旋回中に、例えば１輪だけ低μ路に踏み入れてしまった場合に車両の挙動が不安定になって、復帰までに時間がかかるという場合もある。さらに、上記従来の旋回制御にあっては、カーブの路面の摩擦係数（μ）までは予測できないため、マージンをとって必要以上の減速を行う必要があった。
【０００５】
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、自動車用経路走行制御における適切な制御及び安定した運動状態を確保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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明に於いては、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ためのアクチュエータの伸縮加速度で車体に上下方向の慣性力を発生させ、その反力をタイヤと路面との間に作用する接地荷重に一時的に加える接地荷重制御手段を備え、予め定められた経路を保って走行可能な自動車用経路走行制御される車両において、車輪のスリップを判定する手段を有し、前記車輪のスリップが判定されかつ車両が前記経路からずれたことを判定した時に、前記接地荷重制御手段により前記スリップと判定された車輪の前記アクチュエータに対して接地荷重を増大させる制御を行うものとした。特に、前記経路から逸脱して走行した際に車両を前記経路上に戻すべく操舵制御を行う場合に、操舵輪の接地荷重を増加させるように前記接地荷重制御手段により制御すると良い。
【０００７】
このようにすることにより、外乱の影響により車輪がスリップして車両が予め定められた経路から逸脱した場合には、スリップした車輪の接地荷重を増大させる制御を行うことにより、予め定められた経路に戻すのに好適なタイヤのグリップ力が増大するため自動走行制御の効果を高めることができる。また、所定の経路から逸脱した場合に、復帰させるべく操舵角を制御した際に、操舵輪の接地荷重を増大させることから、その応答性を高めることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
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。車軸と一体をなすタイヤ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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
ＥＣＵ１８においては、ばね上加速度センサ２２とばね下加速度センサ２３との各信号が目標荷重演算部２４に入力していると共に、ヨーレイトセンサ３１・横Ｇセンサ３２・舵角（操舵角）センサ３３・車速センサ３４・車輪速センサ３５の各信号が車両挙動判定及び復帰荷重演算部３６に入力し、その車両挙動判定及び復帰荷重演算部３６からの出力信号が目標荷重演算部２４に入力するようになっている。
【００１５】
また、車両挙動判定及び復帰荷重演算部３６には、路面μ推定手段としての路面μ推定部３７と、旋回半径検出手段としてのＮＡＶＩ装置３８とからの各信号が入力するようになっている。なお、路面μ推定部３７は、例えば操舵した際の操舵力とその反力とを比較して、反力が所定値以下の場合には路面μが低いと推定されるため、そのようにして路面μを推定するものであって良い。また、ＮＡＶＩ装置３８によれば、予め定められた経路に対する自車の位置を認識することができることから、カーブ走行中であればその旋回半径を検出することができる。
【００１６】
そして、上記目標荷重演算部２４で、上記各信号を参照し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。
【００１７】
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にストロークを発生させ、タイヤ接地荷重を増大させる向きの上下加速度を、ばね上質量とばね下質量との少なくともいずれか一方に発生させる。
【００１８】
次に本発明の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。
【００１９】
Ｍ2・Ｚ2**＝−Ｆz
Ｍ1・Ｚ1**＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz
【００２０】
従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えられる。
【００２１】
Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1**
＝Ｍ2・Ｚ2**＋Ｍ1・Ｚ1**
【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の伸縮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】
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３参照）、その場合には、
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。
【００２４】
Ｍ2・Ｚ2**＋Ｃ・（Ｚ2*−Ｚ1*）＋Ｋs・（Ｚ2−Ｚ1）
＝−Ｆz
Ｍ1・Ｚ1**＋Ｃ・（Ｚ1*−Ｚ2*）
＋Ｋs・（Ｚ1−Ｚ2）＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz
【００２５】
従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えられる。
【００２６】
Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1
＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1**＋Ｃ・（Ｚ1*−Ｚ2*）
＋Ｋs・（Ｚ1−Ｚ2）
＝Ｍ2・Ｚ2**＋Ｍ1・Ｚ1**
【００２７】
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。
【００２８】
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４参照）、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５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。
【００２９】
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
Ｉyθ*＝Ｍy
＝Ｌf・（−Ｆz1−Ｆz2）
−Ｌr・（−Ｆz3−Ｆz4）
となる。
【００３０】
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できることが分かる。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。
【００３１】
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。
【００３２】
次に、上記アクチュエータ５を用いることによる車両自動走行時の車輪のスリップや旋回時のスピンなどの車両の挙動不安定状態からの復帰を行う制御を図６のフロー図に基づいて以下に示す。第１ステップＳＴ１では車速センサ３４により車速信号を読み込み、第２ステップＳＴ２では車輪速センサ３５により各輪の車輪速信号を読み込み、第３ステップＳＴ３ではＮＡＶＩ装置３８により検出された旋回半径を読み込み、第４ステップＳＴ４では舵角センサ３３により操舵角信号を読み込み、第５ステップＳＴ５ではヨーレイトセンサ３１によりヨーレイト信号を読み込み、第６ステップＳＴ６では横Ｇセンサ３２により横Ｇ信号を読み込む。
【００３３】
そして、第７ステップＳＴ７では、路面μを考慮して規範ヨーレイトと規範横Ｇとを演算する。ここで、路面μを考慮した演算を行っているのは、車速と旋回半径から規範ヨーレイト及び規範横Ｇを求めることができるが、操舵角をさらにな加えることで路面μを推定し、規範ヨーレイトと規範横Ｇとの値をより正確にするためである。
【００３４】
第８ステップＳＴ８では、規範ヨーレイトと実ヨーレイトとの差、及び規範横Ｇと実横Ｇとの差から経路ずれを判定する。そして、経路ずれがしきい値より小さい場合には通常の自動操舵で修正可能であることから第１ステップＳＴ１に戻り、大きい場合には通常の自動操舵では修正に時間がかかるため積極的に修正するべく第９ステップＳＴ９に進み、その第９ステップＳＴ９で、アクチュエータ５を制御して接地荷重増加制御を行う。
【００３５】
上記フロー制御の第２ステップＳＴ２で車輪速信号の読み込みを行っているが、それは接地荷重制御の対象車輪を選ぶためであり、スリップが生じると横力が減少することになる。なお、車輪速を読み込まずに、全車輪の接地荷重を同時にアップすることも可能である。
【００３６】
例えば車速と車輪速との差からタイヤのスリップ状態を判定でき、スリップ状態であると判定した場合には、そのスリップ状態から復帰するための荷重を演算し、ばね上加速度センサ２２とばね下加速度センサ２３との各信号を参照して、内部的に求めた仮の目標荷重信号を、荷重センサ２０の信号をフィードバックして安定化演算部２５に入力する。その安定化演算部２５の出力信号とストロークセンサ２１の信号とを変位制限比較演算部２６にて比較することにより、サスペンション変位の限界内で制御が行われるように調整する。そして、変位制限比較演算部２６の信号出力によりサーボ弁ドライバ１９を介してサーボ弁１０を制御して、アクチュエータ５を駆動してスリップ状態のタイヤに所望の接地荷重（＝グリップ力）を発生させ、それによりスリップ状態からの復帰を行う。
【００３７】
また、走行レーンの旋回半径の大きさ・操舵角・車速・路面μと、規範となる横Ｇ及びヨーレイトとの関係から、車両の挙動が異常であると判別されて、横Ｇ及びヨーレイトの各規範値に対して過不足が生じた場合には、これらを打ち消すように、各タイヤの接地荷重を上記したように制御して増大させる。
【００３８】
また、所定の走行経路から逸脱した場合には、自動操舵制御により元の経路に復帰させるように制御するが、その場合において、操舵輪の接地荷重を上記したように制御して増大させることにより、自動操舵時の応答性を向上させることができ、素早い復帰が可能である。
【００３９】
次に、本発明に基づく別の制御を図７のフロー図を参照して以下に示す。図７において、まず第１１ステップＳＴ１１でＮＡＶＩ装置３８により道路形状の事前予測を行い、第１２ステップＳＴ１２では、予測された道路形状に応じた通過安全速度を算出し、第１３ステップＳＴ１３に進む。
【００４０】
第１３ステップＳＴ１３では、カーブに対してオーバースピードであるか否かを判別し、オーバースピードでない場合には第１１ステップＳＴ１１に戻り、上記フローを繰り返す。第１３ステップＳＴ１３でオーバースピードであると判別された場合には第１４ステップＳＴ１４に進み、そこでは減速制御を行う。なお、上記第１１ステップＳＴ１１から第１４ステップＳＴ１４に至る制御は、従来の旋回制御と同様であって良い。
【００４１】
次の第１５ステップＳＴ１５で、減速した結果が十分であったか否かを、上記制御フローと同様に車速と車輪速との差に基づいて、タイヤスリップの発生の有無により判別する。タイヤスリップが発生していない場合には減速に効果があったことから、第１１ステップＳＴ１１に戻り、上記フローを繰り返す。そして、タイヤスリップが発生していると判別された場合には第１６ステップＳＴ１６に進み、修正のための転舵が行われた否かを判定し、修正転舵が行われた場合には第１ステップＳＴ１に戻り、修正転舵が行われなかった場合には第１７ステップＳＴ１７に進み、その第１７ステップＳＴ１７にて上記制御フローにおけるタイヤスリップの場合と同様にして接地荷重の制御を行う。
【００４２】
このようにすることにより、カーブで部分的に滑り易い状態にあった場合でも、滑りの発生したタイヤの接地荷重を増加することで、タイヤ横力を補い、カーブにおいて、路面状況の急変に対しても車両挙動を乱すことなく、安全に通過することができる。
【００４３】
なお、本出願の趣旨を逸脱しない範囲で、使用しているセンサを簡素化することができる。例えば本実施例ではセンサが冗長構成されているが、ストロークセンサ２１を廃止し、ばね下加速度センサ２３・ばね上加速度センサ２２・ばね下質量・ばね上質量をそれぞれ掛け合わせたものを引き算することで、荷重センサ２０を廃止することも可能である。また、荷重センサ２０とストロークセンサ２１とから状態推定器を構成し、ばね下加速度及びばね上加速度を求めることも可能である。このように、必要に応じて適宜システム構成を変化させることが可能である。また、図１のＥＣＵはデジタル・アナログ・ハイブリッドの何れでも実現可能である。
【００４４】
【発明の効果】
このように本発明によれば、轍や横風や路面状態などの外的要因により所定の走行経路から逸脱した場合に、経路走行制御により復帰する際に、該当する車輪の接地荷重を増加することによりグリップ力を高めて、その復帰応答性を向上させることができる。また、経路走行制御において安全に曲がれる速度にてカーブに進入した場合に、そのカーブにおいて路面状況が急変してタイヤスリップが生じても、そのタイヤの接地荷重を増加させてグリップ力を回復することから、上記通常の速度でカーブを通過することができ、不必要にカーブ手前で減速する必要が無くなり、円滑な経路走行が可能になる。
【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】一般的な能動型懸架装置のモデル図。
【図４】車体重心位置と接地位置との関係を示す説明図。
【図５】力、モーメント、並びに座標系の向きの関係を示す説明図。
【図６】本発明に基づく制御を示すフロー図。
【図７】本発明に基づく別の制御を示すフロー図。
【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
３１  ヨーレイトセンサ
３２  横Ｇセンサ
３３  舵角センサ
３４  車速センサ
３５  車輪速センサ
３６  車両挙動判定及び復帰荷重演算部
３７  路面μ推定部
３８  ＮＡＶＩ装置
【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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