(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垂直方向の慣性力を車体に発生させ、その反力を各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増大手段と、
車速が基準車速よりも大きく且つタイヤのスリップ率が基準スリップ率より大きい場合にハイドロプレーニングが発生したと判断するハイドロプレーニング状態検出手段とを有し、
前記ハイドロプレーニング状態検出手段によってハイドロプレーニング状態と判断されたタイヤの接地荷重を、前記接地荷重増大手段によって増大させることを特徴とする接地荷重制御装置。
【請求項２】
前記ハイドロプレーニング状態検出手段によりハイドロプレーニング状態と判断された場合は全車輪の接地荷重を同時に増大させ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、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垂直方向の慣性力を発生させ、その反力によってタイヤ（＝車輪）の接地荷重を瞬間的に増大させることのできる接地荷重制御装置に関し、特に車両のハイドロプレーニング発生時の脱出性能の向上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】
従来から車両の高速走行時等に、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走行するようにした所謂トラクションコントロールシステムが知られている。
【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コントロールシステムにあっては、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ることから、特にハイドロプレーニング現象の発生時には、タイヤに所望のグリップ力を回復させることはできなかった。
【０００７】
ここで、ハイドロプレーニング現象とは車両が濡れた路面を走行する際、タイヤと路面との間に水膜が介在して浮いた状態となり、操縦性が著しく低下する現象である。また、特に旋回時にハイドロプレーニング現象が或る程度続くとその状態からタイヤのグリップ力が回復する際にヨーレート変化が起こる。
【０００８】
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、特にハイドロプレーニング現象の発生時には、タイヤに所望のグリップ力を回復させることはできなかった。
【０００９】
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、各輪の接地荷重を一時的に、かつ選択的に増大させることにより、各タイヤのグリップ力の発生限界をより一層高め、特にハイドロプレーニング現象発生時に早期にその脱出を図り、操縦性の低下を防止することが可能な車両制御装置を提供することにある。
【００１０】
【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、高速走行中、ハイドロプレーニング現象が発生したことを検出したら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、その反力によってハイドロプレーニング現象が発生した車輪または全車輪の接地荷重を一時的に増大させるものとした。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、ハイドロプレーニング発生時に早期に水膜を切り、所望のタイヤのグリップ力を回復することができる。また、全車輪同時に接地荷重を増大することで各車輪のグリップの回復時間の差などによるヨーレート変化を抑制し、車体の姿勢の安定化が図れる。
【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。
【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、ハイドロプレーニング検出部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及び従動輪に設けられた車速センサ２９からの信号に基づきハイドロプレーニング検出部２７にて発生するハイドロプレーニング状態信号（ハイドロプレーニングの有無）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垂直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】
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。
Ｍ2・Ｚ2**＝−Ｆz
Ｍ1・Ｚ1**＋Ｋt・Ｚ1＝Ｆz
【００１９】
従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えられる。
0003862357.tif 000002
【００２０】
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。
【００２１】
例えば、前輪駆動車に於いて路面に多量の水溜まりができた状態で高速走行するとハイドロプレーニングが発生して前輪（駆動輪）が空転する。その際、ハイドロプレーニング検出部２７にて各車輪速及び車速等から、車輪の空転が検出され、ハイドロプレーニングが発生していると判断されたら、上記した手法でその空転する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（図３）、ハイドロプレーニングから早期に回復させることができ、前輪の車輪のグリップ力を確保して所要の操縦性能を得ることができる。また、ハイドロプレーニングにあっては直進走行状態であっても車輪のグリップの回復する時間のずれ等によりヨーレートが発生することもあるが、空転する車輪に限定せず、全車輪の接地荷重を通常時に比して一時的に増大させ、これを制御すれば（図４）、全車輪のグリップ力をバランス良く同時に確保できるため、上記ヨーレート変化を抑制でき、車体の姿勢が安定する。ここで、各車輪速とは別に公知の超音波式車速センサ等を設ければ車速を正確に検出できる。尚、後輪駆動車や４輪駆動車の場合にも上記同様であることは言うまでもない。
【００２２】
なお、図３並びに図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。
【００２３】
上記した手順をフローチャートに示すと図５のようになる。即ち、ステップ１、２にて車速及び駆動輪の車輪速を読み込み、ステップ３にてハイドロプレーニング判定のための演算を行う。実際には車速が基準車速（例えばハイドロプレーニングが発生しやすくなる車速）よりも大きく、かつタイヤのスリップ率が基準スリップ率（例えば乾路面での通常のスリップ率）よりも大きくなった場合に「ハイドロプレーニングが発生した」との演算結果を出力する。そして、ステップ４にてハイドロプレーニングが発生したか否かの判断に応じて、ハイドロプレーニング状態でなければステップ１に戻り、上記ステップを繰り返し、ハイドロプレーニング状態であればステップ５に進んでその車輪または全車輪の接地荷重を増加させる。
【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
【００２５】
従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えられる。
0003862357.tif 000003
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、
0003862357.tif 000004
となり、ピッチング慣性力は
0003862357.tif 000005
となる。
【００２９】
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、ハイドロプレーニング脱出時の安定性が一層向上する。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
【発明の効果】
このように本発明によれば、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てその反力を接地面に作用させることにより、ハイドロプレーニング現象発生時にタイヤの接地荷重を一時的に増大させることができる。従って、ハイドロプレーニング現象発生時にタイヤのグリップ力の発生限界を高めることができ、安定に素早く脱出することが可能となる。また、全車輪同時に接地荷重を増大することで各車輪のグリップの回復時間の差などによるヨーレート変化を抑制し、車体の姿勢の安定化が図れる。
【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】本発明が適用された前輪駆動車のハイドロプレーニング現象発生時の概念的な接地荷重分布図。
【図４】本発明が適用された前輪駆動車のハイドロプレーニング現象発生時の概念的な接地荷重分布図。
【図５】本発明が適用された車両のハイドロプレーニング発生の検出・脱出手順を示すフローチャート。
【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  ハイドロプレーニング検出部
２８  車輪速センサ
２９  車速センサ
【図１】
0003862357.tif 000006
【図２】
0003862357.tif 000007
【図３】
0003862357.tif 000008
【図４】
0003862357.tif 000009
【図５】
0003862357.tif 000010
【図６】
0003862357.tif 000011
【図７】
0003862357.tif 000012
【図８】
0003862357.tif 000013