JP2009214774A - 後輪転舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高価なヨーレートセンサを必要とすることなく、かつノイズの影響を受け難い、車両の走行安定性を改善するための後輪転舵制御装置を提供する。
【解決手段】車体の重心前後に横加速度センサを配置し、それらの出力信号に基づいてヨーレート微分値を計算することができる。しかも、それによって、ヨーレートセンサを用いた場合のように、出力信号を直接微分する必要が無く、ノイズの影響を最小化することができる。更に、ノイズの影響が少ないことから、強いローパスフィルタを用いたり、不感帯を設ける必要もなくなり、位相遅れが少なくなり、車両安定化の性能を向上させることができる。また、後輪を転舵することにしたため、比較的時間遅れを伴うことなくヨーモーメントを発生することができるため、より一層車両安定化の性能を向上させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両のトー角を、車両の挙動に応じて制御することにより車両の走行安定性を改善するための装置に関する。

不整路面或いは横風などの影響により車両に外力が加わると、車両を横方向に変位させようとする力に加えて、車両の方向を変えようとするヨーモーメントが発生する。そのような場合、従来は、運転者が車両の走行方向を修正する操舵操作を行い、車両の走行方向を所要の方向に維持するようにしていた。しかしながら、このような修正操舵操作が必要となることは、運転操作の快適性を損ねる。

そこで、車両の操舵状態に応じて規範ヨーレートを設定し、前輪転舵角を補正したり、後輪を転舵したり、左右輪への駆動力の分配を適宜変更することにより、内部的ヨーモーメントを発生し、車両が規範ヨーレートに従った挙動を示すようすることが提案されている。それにより、路面状態や外乱に関わらず、車両が運転者の意図に従った挙動を示すようにすることができる。しかしながら、このような従来技術に於いては、ヨーレートセンサの値を微分してヨーレート微分値を計算する必要があり、比較的高コストのヨーレートセンサが必要となるばかりでなく、ヨーレートセンサは通常ノイズが大きく、その信号を微分するためには、折点周波数の低い（強い）ローパスフィルタが必要で、結果として信号に位相遅れが生じ、十分に車両の安定化を図ることが困難であった。
特開平７−１６３６０７号公報

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的は、高価なヨーレートセンサを必要とすることなく、かつノイズの影響を受け難い、車両の走行安定性を改善するための後輪転舵制御装置を提供することにある。

本発明の主な第２の目的は、ノイズの影響を受け難いことから、センサの出力信号をローパスフィルタにより処理することに伴う応答遅れを回避し得るような、車両の走行安定性を改善するための後輪転舵制御装置を提供することにある。

このような発明は、本発明によれば、 後輪転舵装置を備えた車両に於ける後輪転舵制御装置であって、車体の重心よりも前方に設けられた前方横加速度センサと、車体の重心よりも後方に設けられた後方横加速度センサと、車両の後輪を転舵するための後輪転舵装置と、前記両横加速度センサの出力に基づき、前記車体に外乱として加わる外部ヨーモーメントを算出し、算出されたヨーモーメントをキャンセルさせるのに必要な内部ヨーモーメントを発生するための指令信号を前記後輪転舵装置に供給する制御装置とを有することを特徴とする装置を提供することにより達成される。

このように、車体の重心前後に横加速度センサを配置し、それらの出力信号に基づいてヨーレート微分値を計算することができる。しかも、それによって、ヨーレートセンサを用いた場合のように、出力信号を直接微分する必要が無く、ノイズの影響を最小化することができる。更に、ノイズの影響が少ないことから、強いローパスフィルタを用いたり、不感帯を設ける必要もなくなり、位相遅れが少なくなり、車両安定化の性能を向上させることができる。また、後輪を転舵することようにしたため、比較的時間遅れを伴うことなくヨーモーメントを発生することができるため、より一層車両安定化の性能を向上させることができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

以下、図面を参照して、後輪トー角可変制御装置に適用された本発明の一実施例について詳しく説明する。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤや電動アクチュエータ等については、それぞれ数字の符号に左右を示す添字ＬまたはＲを付して、例えば、後輪５Ｌ（左）、後輪５Ｒ（右）と記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５と記す。

図１は実施形態に係る後輪トー角可変制御装置１０を適用した自動車Ｖの概略構成図である。自動車Ｖは、タイヤ２Ｌ，２Ｒが装着された前輪３Ｌ・３Ｒと、タイヤ４Ｌ，４Ｒが装着された後輪５Ｌ，５Ｒとを備えており、これら前輪３Ｌ，３Ｒおよび後輪５Ｌ，５Ｒが、左右のフロントサスペンション６Ｌ，６Ｒおよびリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒによってそれぞれ車体１に懸架されている。

また、自動車Ｖには、ステアリングホイール８の操舵により、ラックアンドピニオン機構を介して左右の前輪３Ｌ，３Ｒを直接転舵する前輪操舵装置９と、左右のリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒに対して設けられた左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを伸縮駆動することにより、のトー角を個別に変化させる後輪トー角可変制御装置１０とが備わっている。

自動車Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２の他、車速センサ１３や、操舵量センサ１４、ヨーレイトセンサ１５、重心位置よりも所定距離前方の車体部分に設けられた前方横加速度センサ１６ａ及び重心位置よりも所定距離後方の車体部分に設けられた後方横加速度センサ１６ｂの他、図示しない種々のセンサが設置されており、各センサの検出信号はＥＣＵ１２に入力して車両の制御に供される。なお、操舵量センサ１４はステアリングホイール８の操舵量を検出しており、その検出値から前輪３の転舵角が算出される。

ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線を介して各センサ１３〜１６等や、電動アクチュエータ１１と接続されている。ＥＣＵ１２は、各センサ１３〜１６等の検出結果に基づいて後輪トー角を算出し、各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの変位量を決定した上で後輪５のトー角制御を行う。

各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒには、出力ロッドのストローク位置を検出するストロークセンサ１７Ｌ，１７Ｒ（トー角センサ）がそれぞれ設置されている。ストロークセンサ１７Ｌ，１７Ｒの信号がＥＣＵ１２に入力することで、電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒのフィードバック制御が行われる。これにより、各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは、ＥＣＵ１２によって決定された所定量だけ伸縮動し、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を正確に変化させる。

このように構成された自動車Ｖによれば、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪５Ｌ，５Ｒのトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる他、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪５Ｌ，５Ｒを、同一方向に、かつ同一角度（或いは異なる角度）をもって左右に転舵することも可能である。例えば、自動車Ｖは、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、加速時に後輪５をトーアウトに、制動時に後輪５をトーインに変化させ、高速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と同相に、低速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と逆相にトー角制御（転舵）して、操縦性を高めるべく後輪トー角制御を行うことができる。本実施例に於いては、後記するように、車両の走行安定性を改善するために、両後輪５Ｌ，５Ｒを対称的に転舵するようにしている。

次に、後輪トー角可変制御装置の具体的構成について図２および図３を参照して説明する。図２は左側リヤサスペンション７Ｌの斜視図であり、図３は左側リヤサスペンション７Ｌの背面図である。ダブルウィッシュボーン式のリヤサスペンション７は、後輪５を回転自在に支持するナックル２１と、ナックル２１を上下動可能に車体１に連結するアッパアーム２２およびロアアーム２３と、後輪５のトー角を変化させるべくナックル２１と車体１とに連結された電動アクチュエータ１１と、後輪５の上下動を緩衝する懸架スプリング付きダンパ２４等で構成されている。

アッパアーム２２およびロアアーム２３は、基端がそれぞれゴムブッシュジョイント２５，２６を介して車体１に連結され、先端がそれぞれボールジョイント２７，２８を介してナックル２１の上部および下部に連結されている。電動アクチュエータ１１は、基端がゴムブッシュジョイント２９を介して車体１に連結され、先端がゴムブッシュジョイント３０を介してナックル２１の後部に連結されている。懸架スプリング付きダンパ２４は、上端が車体１に固定され、下端がゴムブッシュジョイント３１を介してナックル２１の上部に連結されている。

このような構成を採ることにより、電動アクチュエータ１１Ｌが伸長駆動されると、ナックル２１の後部が車幅方向外側に回動することにより、後輪５Ｌのトー角は車両進行方向に対して内向き（トーイン側）に変化し、電動アクチュエータ１１Ｌが収縮駆動されると、ナックル２１の後部が車幅方向内側に回動することにより、後輪５Ｌのトー角は車両進行方向に対して外向き（トーアウト側）に変化する。

次に、図４を参照して電動アクチュエータ１１およびストロークセンサ１７について説明する。図４は電動アクチュエータ１１の縦断面図である。電動アクチュエータ１１は、車体１側のゴムブッシュジョイント２９が形成された第１ハウジング３２ａ、および複数のボルト３３で第１ハウジング３２ａに締結された第２ハウジング３２ｂからなるハウジング３２と、第２ハウジング３２ｂに伸縮自在に支持され、ナックル２１側のゴムブッシュジョイント３０が形成された出力ロッド３５とを備えている。第１ハウジング３２ａの内部には駆動源であるブラシ付きのＤＣモータ４１が収容され、ボルト３６で第１ハウジング３２ａに締結されている。第２ハウジング３２ｂの内部には遊星歯車式の減速機５１と、弾性を有するカップリング５６と、台形ねじを用いた送りねじ機構６１とが収容されている。ＤＣモータ４１が駆動されると、回転軸４２の回転が減速機５１によって減速され、送りねじ機構６１によって直線運動に変換されて出力ロッド３５が直線駆動される。

第２ハウジング３２ｂの外周面に設けられたストロークセンサ１７は、出力ロッド３５の外周面に取り付けられたボルト６６によって出力ロッド３５に固着されたマグネット７１と、センサハウジング７２内に収容された差動変圧器７３とから構成されている。差動変圧器７３は、出力ロッド３５の直線駆動方向と平行に延在するようにマグネット７１に近接して配置され、両端が第２ハウジング３２ｂに固着されている。差動変圧器７３には、図示しない１次コイルと、１次コイルの軸方向両端に近接する同一巻き数の２つの２次コイルとが巻装されており、マグネット７１が１次コイルの長手方向に移動した際に生じる差動電圧を検出することにより、出力ロッド３５の伸縮ストロークが求められる。

このような後輪トー角可変制御装置によれば、各後輪を逆位相で対称的に転舵したり、同位相で同一角度を転舵したり或いは各後輪を独立に転舵することが可能である。必要に応じて、両後輪を互いに同位相に或いは逆位相に転舵することにより、後輪に対する横力を自在に発生することが出来るため、車両の操縦安定性を改善したり、或いはヨーレート規範制御等に好適に適用することが可能である。

図５は本発明に基づく装置の概略を示すブロック図である。車両の重心よりも前方に配置された前方横Ｇセンサと重心よりも後方に配置された後方横Ｇセンサとからの信号が制御ユニットに供給される。これらの横Ｇセンサは、車両の横加速度を直接検出することができる。ヨーレートセンサを用いても、横加速度を検出することは可能であるが、ヨーレートセンサは通常ノイズが大きく、しかもその信号を微分するためにかなりのノイズが伴うことを避けることが出来ない。そのため、ヨーレートセンサを用いた場合にはローパスフィルタが必要となり、結果として信号に位相遅れが生じ、十分に車両の安定化を図る事が困難である。

図６は、本発明に基づく装置の力学モデルを示すダイヤグラム図である。例えば、重心よりも距離Lp前方の位置にFpの大きさの外乱が横力として加わったとする。このような横力としては、不整路面によるものや、横風等によるものが考えられる。

左右後輪に加わる横力をFrl、Frrとすると、それらは以下の式により表される。
Frl = - (Krl/2)（β + (Lr/V)・γ + θ ） ------- （１ａ）
Frr = - (Krr/2)（β + (Lr/V)・γ - θ ） -------- （１ｂ）
ここで、Krl、Krrは左右後輪のコーナリングパワーであり、βは重心位置に於ける車体横すべり角であり、Lrは後輪と重心間の距離であり、Vは車速であり、γはヨーレートであり、θは後輪トー角である。

左右後輪の静荷重Wrl、Wrr は、
Wrl = Wrr = (Lf/2L)・W = (Lf/2L)・W
で表されることから、荷重移動量は、
ΔW = K (Lf/2L)W・αy
となる。但し、Kはロール剛性、トレッド等から決まる定数。両後輪の全体としてのコーナリングパワーをKrとすれば、線形域では、コーナリングパワーが荷重に比例することから、
Krl = Kr{(Lf/2L)W - (K・Lf/2L)W・αy} / (Lf・W/2L)
= Kr(1 - K・αy)
Krr = Kr(1 + K・αy)
これを式（１）に代入すると、
2Frl/Kr = - (1 - K・αy)（β + (Lr/V)γ + θ）
2Frr/Kr = - (1 + K・αy)（β + (Lr/V)γ - θ）
Fr = Frl + Frr = - Kr(β + (Lr/V)γ - K・αy・θ) ------- （２）

次に、車両に外力Fpが、重心からLp前方の位置に作用したとき、これとつり合う前後横力Ff、Frは、次の式により与えられる。
Ff = - (Lp・Fp/L) - (Lr・Fp/L) ------- （３ａ）
Fr = + (Lp・Fp/L) - (Lf・Fp/L) ------- （３ｂ）
ここで、リアのつり合い力をトー角で発生させるものとする。横Ｇがαyのとき、リアに発生する力は、式（２）から
- K・Kr・αy・θ
ここで、I、mを、それぞれ車両の重心周りの慣性２次モーメント、質量とすれば、Lp・Fp = I (dγ/dt)、 Fp = m・αy であることから、つり合いに必要なθは
K・Kr・αy・θ = (1/L)(Lf・m・αy - I(dγ/dt))
により与えられる。即ち、
θ = {(Lf・m)/(K・Kr)}{1 - I(dγ/dt)/(Lf・m・αy)} ------- （４）
一方、前後の横加速度センサの計測値αyf、αyrは、前方横加速度センサ１６ａ及び後方横加速度センサ１６ｂが、それぞれ重心の前方Lf'及び重心の後方Lr'の位置に設置されているとすると、
αyf = αy + (dγ/dt)Lf'
αyr = αy - (dγ/dt)Lr'
であるから、これらから(dγ/dt) 及びαy を解くと、
(dγ/dt) = {1/(Lf' + Lr')}・(αyf - αyr) ------- （５ａ）
αy = {1/(Lf' + Lr')}・(Lr'・αyf + Lf'・αyr) ------- （５ｂ）
式（５ａ）、式（５ｂ）を式（４）に代入すれば、

が得られる。即ち、θ = θ（αyf、αyr）が得られる。

このことから、

のときトーイン制御、

のときトーアウト制御となる。

上記した実施例は、それ自体として実施することも可能であるが、他の任意の形式のトー角制御に重ね合わせるように併用することも可能である。いずれの場合に於いても、車両の走行安定性を改善することが出来、この制御装置と併用される制御についての安定性或いはロバストネスを高める効果もある。以上本発明の特定の実施例について説明したが、本発明は上記に限定されない。

本発明が適用された自動車の後輪トー角可変制御装置を示す概略構成図である。 左側リヤサスペンションの斜視図である。 左側リヤサスペンションの背面図である。 電動アクチュエータの縦断面図である。 本発明に基づく装置の概略を示すブロック図である。 本発明に基づく装置の力学モデルを示すダイヤグラム図である。

符号の説明

５Ｌ，５Ｒ 後輪
１１Ｌ，１１Ｒ 電動アクチュエータ
１２ ＥＣＵ
１６ａ 前方横加速度センサ
１６ｂ 後方横加速度センサ

Claims (1)

1. 後輪転舵装置を備えた車両に於ける後輪転舵制御装置であって、
   車体の重心よりも前方に設けられた前方横加速度センサと、
   車体の重心よりも後方に設けられた後方横加速度センサと、
   車両の後輪を転舵するための後輪転舵装置と、
   前記両横加速度センサの出力に基づき、前記車体に外乱として加わる外部ヨーモーメントを算出し、算出されたヨーモーメントをキャンセルさせるのに必要な内部ヨーモーメントを発生するための指令信号を前記後輪転舵装置に供給する制御装置とを有することを特徴とする装置。

Images