(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の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運動速度を制御するべく車体と各輪の車軸との間の上下方向相対距離を能動的に変化させ、伸縮加速度を発生させることで前記車体に当該伸縮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加えるためのアクチュエータと、車体スリップ角を認識するための車体スリップ角認識手段とを有し、
前記車体スリップ角が所定の範囲を超えた場合に、前輪の接地荷重を後輪の接地荷重よりも相対的に減少させるべく、前記前輪のサスペンションに縮み側の力を発生させるか、または前記後輪のサスペンションに伸び側の力を発生させるか、あるいはそれら両方を行うように前記アクチュエータの伸縮加速度を変化させることを特徴とする接地荷重制御装置。
【請求項２】
左右輪間に制動力差を生じさせることにより車体のヨーモーメントを制御するヨーモーメント制御手段が設けられ、
前記車体スリップ角が所定の範囲を超えた場合に、さらに前記ヨーモーメント制御手段により、前記車体のスリップ角を減少させる向きに前記ヨーモーメントを働かせるように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、旋回中の車両の運動制御に適する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、自動車のサスペンションにおける減衰力を自動的に制御するようにした装置があり、例えば特開平３−１１４９１４号に開示されているものがある。その装置では、ばね上・ばね下の両者間に流体シリンダを配設し、各流体シリンダへの供給流量を制御することにより車両のサスペンション特性を可変にした所謂アクティブサスペンションを用いている。そのようなアクティブサスペンションを用いて、旋回中の車両の運動制御を理想的に行うべく、理想的な車両挙動となるような規範ヨーレイトを設定しておき、その規範ヨーレイトに対して実際の挙動がずれている場合にはアクティブサスペンションにより接地荷重を制御して上記補正を行うことが考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したようなヨーレイトフィードバックによる制御にあっては、規範ヨーレイトを任意の路面μを想定して設定しているため、実際の路面μがそれより高い場合には車両挙動はドリフト傾向になり、また実際の路面μが低い場合にはスピン傾向を示し、それぞれ極端な場合には経路逸脱やスピンを起こしてしまうという問題がある。
【０００４】
また、ヨーレイトや車体スリップ角及び横Ｇといった車両の状態量を検出し、車両が異常な挙動（ドリフトやスピン）を示した場合には、それらを是正するように、制動力の左右差で旋回特性を調節してヨーモーメントを制御するようにしたものがある。しかしながら、そのヨーモーメント制御はタイヤと路面との摩擦力に依存するため、例えば過大な車体スリップ角が発生している車両にあっては、制御効果が低下してしまうという問題がある。
【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、旋回中の車両における運動制御の安定性を確保し得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、車両の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運動速度を制御するべく車体と各輪の車軸との間の上下方向相対距離を能動的に変化させ、伸縮加速度を発生させることで前記車体に当該伸縮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加えるためのアクチュエータと、車体スリップ角を認識するための車体スリップ角認識手段とを有し、前記車体スリップ角が所定の範囲を超えた場合に、前輪の接地荷重を後輪の接地荷重よりも相対的に減少させるべく、前記前輪のサスペンションに縮み側の力を発生させるか、または前記後輪のサスペンションに伸び側の力を発生させるか、あるいはそれら両方を行うように前記アクチュエータの伸縮加速度を変化させるものとした。特に、左右輪間に制動力差を生じさせることにより車体のヨーモーメントを制御するヨーモーメント制御手段が設けられ、前記車体スリップ角が所定の範囲を超えた場合に、さらに前記ヨーモーメント制御手段により、前記車体のスリップ角を減少させる向きに前記ヨーモーメントを働かせるように制御すると良い。
【０００７】
このようにすることにより、車体スリップ角が所定の範囲を超えてスピンなどを起こしそうになった場合には、前輪接地荷重を減少させるように、例えば前輪サスペンションのみを縮ませたり、または後輪サスペンションのみを伸ばしたり、あるいはそれら両方を行って、各輪の接地荷重の変化を、タイヤ横力を通じてヨーモーメントとして、車体スリップ角が減少するように作用させることができる。また、左右輪間に制動力差を生じさせて車体のヨーモーメントを制御するヨーモーメント制御手段を用いる場合に、上記アクチュエータによる制御を行うことにより、ヨーモーメント制御手段によるヨーモーメント制御の効果を増大させることができる。
【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。また、車体進行方向に対する車体の前後方向軸線の傾きである車体スリップ角を検出する車体スリップ角センサを構成する車速センサ３１・横加速度センサ３２・ヨーレイトセンサ３３の各信号が車体スリップ角算出部３４に入力しており、これらにより、車体スリップ角算出手段が構成されている。
【００１５】
車体スリップ角算出部３４では、上記各センサ３１・３２・３３の信号による車速Ｖ、横加速度Ｇ、及びヨーレイトγの各値に基づき、車体の進行方向に対する車体の前後方向軸線の傾き角としての車体スリップ角βを以下の式から、算出している。
β＝∫（γ−Ｇ／Ｖ）ｄｔ
【００１６】
そして、車体スリップ角算出部３４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おり、その目標荷重演算部２４では、上記車体スリップ角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】
また、上記車体スリップ角算出部３４からの出力信号は外部のブレーキコントロールユニット３５に入力している。このブレーキコントロールユニット３５は、各輪（図では１輪のみ示している）を制御するものであり、車輪のブレーキ３６を制御して左右各輪間の制動力を変えることにより、制動力をもってヨーモーメントを制御するものである。
【００１８】
上記変位制限比較演算部２６で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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２２】
Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1**
＝Ｍ2・Ｚ2**＋Ｍ1・Ｚ1**
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
Ｍ2・Ｚ2**＋Ｃ・（Ｚ2*−Ｚ1*）＋Ｋs・（Ｚ2−Ｚ1）
＝−Ｆz
Ｍ1・Ｚ1**＋Ｃ・（Ｚ1*−Ｚ2*）
＋Ｋs・（Ｚ1−Ｚ2）＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz
【００２６】
従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えられる。
【００２７】
Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1
＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1**＋Ｃ・（Ｚ1*−Ｚ2*）
＋Ｋs・（Ｚ1−Ｚ2）
＝Ｍ2・Ｚ2**＋Ｍ1・Ｚ1**
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
次に、本発明に基づき上記アクチュエータ５を用いて、旋回中の車体スリップ角の過大による車両の挙動不安定状態になることを防止する制御を図６のフロー図に基づいて以下に示す。第１ステップＳＴ１において、前記したように、各センサ３１・３２・３３に基づき車体スリップ角算出部３４で車体スリップ角βを算出する。
【００３４】
次の第２ステップＳＴ２では、第１ステップＳＴ１で算出した車体スリップ角βの大きさが所定の範囲αを超えているか否かを判別する。車体スリップ角βが所定の範囲α内に収まっている場合には第１ステップＳＴ１に戻り、所定の範囲αを超えている場合には第３ステップＳＴ３に進む。
【００３５】
第３ステップＳＴ３に進んだ場合には、車体スリップ角βが過大である場合であることから、車体スリップ角βを減少させるように、アクチュエータ５により接地荷重を制御する。接地荷重を制御して車体スリップ角を減少させるためには、前輪の接地荷重を減少させる。
【００３６】
その場合には、まず、目標荷重演算部２４で車体スリップ角を減少させ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、前輪の接地荷重を減少させるように、アクチュエータ５を駆動して所望の接地荷重を発生させ、それにより車体スリップ過大状態からの復帰を行う。
【００３７】
なお、前輪の接地荷重を減少させるためには、前輪サスペンションに縮み側の力を発生させるか、または後輪サスペンションに伸び側の力を発生させるか、あるいはそれら両方を行うようにしても良い。このようにすることにより、接地荷重の変化がタイヤ横力を通じて、ヨーモーメントとして車体スリップ角が減少する方向に働き、その結果、車両の車体スリップ角が所定の設定範囲内に収まり、車両の挙動が安定する。
【００３８】
また、左右輪のブレーキ力に差を生じさせることにより、ヨーモーメントの制御を行うことができ、それにより車体スリップ角が大きくなった時にそれを減少させることができる。しかしながら、図７（ａ）に示されるように、車体進行方向（図の矢印Ａ）に対してタイヤスリップ角ｂ（車体スリップ角βに対応）が小さい場合には、ブレーキ力によるコントロール幅ＢＣが比較的大きいが、図７（ｂ）に示されるようにタイヤスリップ角ｂが大きい場合には、コントロール幅ＢＣが比較的小さくなってしまう。
【００３９】
それに対して、本発明によれば、上記接地荷重制御を併せることにより、上記部ブレーキ力によるヨーモーメント制御をより一層好適に行うことができる。その制御の一例を図８のフロー図を参照して以下に示す。
【００４０】
図８において、まず第１１ステップＳＴ１１では車両挙動に異常が生じたか否かを判別する。これは、例えば図示されないヨーレイトセンサや横Ｇセンサなどの検出値により、車両のヨー変化を判断することができる。車両挙動に異常が生じたと判断されたら第１２ステップＳＴ１２に進み、第１２ステップＳＴ１２では、上記検出結果に基づいて前記したようにブレーキコントロールユニット３５によりブレーキ３６を制御してヨーモーメント制御を行う。
【００４１】
そして、次の第１３ステップＳＴ１３から第１５ステップＳＴ１５までにより、前記第１ステップＳＴ１から第３ステップＳＴ３までと同じ制御を行う。したがって、車体スリップ角の減少制御だけではなく、ヨーモメント制御も併せて行うことから、例えば最初のサイクルにおいて接地荷重制御を行っても車体スリップ角が所定範囲内に収まらなかった場合でも、次のサイクルでヨーモーメント制御を行うことから、その際のスリップ角が図７（ａ）に示されるように小さくなって、より大きなブレーキコントロール幅ｂにてヨーモーメント制御を行うことができ、車両挙動の異常を好適に正常に戻すことができる。
【００４２】
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。
【００４３】
また、本具体例では、車速・横加速度・ヨーレイトの各センサ３１・３２・３３の信号により車体スリップ角やタイヤスリップ角を算出するようにしたが、車体にスリップ角検出手段を設けて、車体スリップ角を直接的に検出するようにしても良い。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り、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、車体スリップ角を所定の範囲内に収めることができ、極端なドリフト傾向やスピン傾向が発生しなくなり、また、ヨーモーメント制御を併せて行うことにより、互いに車体スリップ角を減少させる制御を行うことから、ヨーモーメント制御及び車体スリップ角減少制御の効果を増大させることができ、旋回中の車両における運動制御の安定性を確保し得る。
【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】（ａ）は、タイヤスリップ角が小さい場合を示す模式図であり、（ｂ）は、タイヤスリップ角が大きい場合を示す模式図である。
【図８】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  車速センサ
３２  横加速度センサ
３３  ヨーレイトセンサ
３４  車体スリップ角算出部
３５  ブレーキコントロールユニット
３６  ブレーキ
【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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