JP2010202052A - 車両の車輪位置変更装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 段差乗り越え時の車両の前後方向振動を抑制できる車両の車輪位置変更装置を提供する。
【解決手段】 車輪390を車体に懸架する車輪ユニット300と、車輪ユニット300を車体100に対して水平方向へ移動させる車輪ユニット移動アクチュエータ350と、走行中に車輪390が通過する路面の段差を検出する路面段差検出手段（振動検出センサ320，段差検出センサ400）と、を備え、車輪ユニット移動アクチュエータ350は、路面段差検出手段により段差が検出された場合、当該段差に乗り上げる車輪390の輪荷重が低下する方向へ車輪ユニット300を移動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の車輪位置変更装置に関する。

特許文献１には、路面段差通過時における車両の前後方向振動抑制を目的とし、段差を通過する車輪の車輪速変動を減少させる方向に車輪の駆動力を補正する技術が開示されている。

特開２００５−２０８３１号公報

段差通過時における車両の前後方向振動の周波数は、50〜60Hz程度の高周波であるため、上記特許文献１に開示されたモータによる駆動力補正では、前後方向振動を抑制できない場合がある。
本発明の目的は、段差乗り越え時の車両の前後方向振動を抑制できる車両の車輪位置変更装置を提供することにある。

本発明では、段差に乗り上げる車輪の輪荷重が低下する方向へ懸架装置を移動させる。

よって、段差に乗り上げる車輪の輪荷重を小さくすることで、車輪が段差に乗り上げるときの車輪から車両への前後方向入力を小さくでき、段差乗り越え時の車両の前後方向振動を抑制できる。

実施例１の車輪位置変更装置を適用した車両の構成図である。 実施例１の車輪取り付け構造を示す側面図である。 実施例１の輪荷重変更方法を示す図である。 実施例１の車両前後方向距離の変更方向を示す図である。 段差乗り上げ時の車輪ユニット300の速度変化を示すタイムチャートである。 実施例２の車輪位置変更装置を適用した車両の構成図である。 実施例３の車輪位置変更装置を適用した車両の構成図である。

以下、本発明の車両の車輪位置変更装置を実施するための形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
［全体構成］
図１は、実施例１の車輪位置変更装置を適用した車両の構成図であり、車体100の下部には４つの車輪ユニット（懸架装置）300をそれぞれ配置している。以下の説明では、各車輪ユニット300のうち、車両前方側に位置する車輪ユニット300の車輪390を前輪、車両後方側に位置する車輪ユニット300の車輪390を後輪という。

実施例１の車両は、車体100、操舵角センサ110、ステアリングホイール120、アクセル開度センサ130、アクセルペダル140、ブレーキストロークセンサ150、ブレーキペダル160、車輪ユニット300、車輪ユニット位置センサ310、振動検出センサ（路面段差検出手段）320、駆動アクチュエータ330、転舵アクチュエータ340、車輪ユニット移動アクチュエータ（車輪移動装置）350、車輪390、段差検出センサ（路面段差検出手段）400、コントローラ500を備えている。

操舵角センサ110は、ステアリングホイール120の操作量（操舵角）を検出する。アクセル開度センサ130は、アクセルペダル140の操作量を検出する。ブレーキストロークセンサ150は、ブレーキペダル160の操作量を検出する。
車輪ユニット位置センサ310は、各車輪ユニット300の車輪ユニット移動軌道上の位置を検出する。

振動検出センサ320は、例えば、Gセンサを用い、車両の前後方向振動から対応する車輪390が段差に乗り上げたことを検出する。
駆動アクチュエータ330は、各車輪ユニット300にそれぞれ設け、車輪390を駆動する。駆動アクチュエータ330としては、例えば、インホイールモータを用いる。
転舵アクチュエータ340は、各車輪ユニット300にそれぞれ設け、車輪390の転舵角を変更する。転舵アクチュエータ340としては、例えば電動モータを用いる。

車輪ユニット移動アクチュエータ350は、各車輪ユニット300を、車輪ユニット移動軌道上に沿って移動させる。実施例１では、車輪ユニット移動軌道を、車両重心を中心とする水平な円形に設定しており、各車輪390は、車両重心を中心とする１つの環状軌道上をそれぞれ独立に移動することとなる。なお、車輪ユニット移動軌道を実現する構造については後述する。
段差検出センサ400は、例えば、レーザレーダやカメラ等を用い、自車前方の路面形状に基づいて、自車前方の路面段差を検出する。

コントローラ500は、アクセル開度センサ130およびブレーキストロークセンサ150からの信号と、車輪速から求まる車速とに基づいて、駆動アクチュエータ330を駆動し、車速を制御する。また、操舵角センサ110からの信号に応じて、転舵アクチュエータ340を駆動し、車両の進行方向を制御する。

また、コントローラ500は、振動検出センサ320により車輪390が段差に乗り上げたことを検出した場合、または段差検出センサ400により車両前方に段差を検出した場合、車輪390が段差を乗り上げる際に生じる車両の前後方向振動を抑制すべく、車輪ユニット移動アクチュエータ350を駆動し、各車輪位置を変更する。この車輪位置変更ロジックについては後述する。

［車輪取り付け構造］
図２は、実施例１の車輪取り付け構造を示す側面図である。
サスペンションフレーム600の車輪側支持端600aは、車輪390を支持する。車体100の底面（または他のサスペンションフレームの底面）には、ベアリング610を設け、サスペンションフレーム600の車体側支持端600bを車体100に対し回動自在に支持する。

車輪390を懸架するサスペンションアーム650は、車体100の側面中央部に沿って環状に設けたリニアモータ・スライダ615により、車体100に対し相対回転可能に支持する。実施例１のリニアモータ・スライダ615は、図１の車輪ユニット移動アクチュエータ350に相当し、リニアモータの水平方向の推力により車輪390を車体100に対して相対的に移動させる。

車輪390の転舵軸を支持するロッド620は、その中央部を、ベアリング630を介してサスペンションフレーム600に支持し、その上端部を、ボールジョイント640を介してサスペンションアーム650に支持する。このサスペンションアーム650は、サスペンションフレーム600に対し上下方向回動可能である。
ロッド620には、ステアリングギア660を連結し、サスペンションフレーム600に固定した転舵アクチュエータ340を駆動することで、車輪390を転舵する。

［車輪位置変更ロジック］
以下、実施例１の車輪位置変更ロジックについて説明する。
（輪荷重変更）
図３に、実施例１の輪荷重変更方法を示す。
コントローラ500は、前輪が段差に乗り上げる前に段差検出センサ400によって段差が検出された場合、図３(a)に示すように、前輪が段差に乗り上げる前に、車両重心Mと前輪との車両前後方向距離Lfが大きくなるように前輪の車輪ユニット300を移動させる。この場合、車体100に対し、前輪および後輪を車両前方側へ移動させる。前輪のみ車両前方側へ移動させてもよい。このように、前輪と車両重心Mとの距離を大きくすることで、前輪の輪荷重が小さくなるため、段差から前輪への前後方向入力を小さくできる。

また、コントローラ500は、前輪の車輪ユニット300に取り付けた振動検出センサ320により前輪が段差に乗り上げたことを検出した場合、図３(b)に示すように、後輪が段差に乗り上げる前に、車両重心Mと後輪との車両前後方向距離Lrが大きくなるように後輪の車輪ユニット300を移動させる。この場合、車体100に対し、前輪および後輪を車両後方側へ移動させる。後輪のみ車両後方側へ移動させてもよい。このように、後輪と車両重心Mとの距離を大きくすることで、後輪の輪荷重が小さくなるため、段差から後輪への前後方向入力を小さくできる。

ここで、各車輪ユニット300の移動に伴い、各車輪の輪荷重および車両重心Mと各車輪との相対位置が変化するため、これにより車両の運動特性が変化し、車両挙動がドライバの予期しないものとなるおそれがある。そこで、コントローラ500は、車輪ユニット300の移動に伴う車両挙動変化を打ち消すように駆動アクチュエータ330と転舵アクチュエータ340の少なくとも一方を制御する。
また、コントローラ500は、ドライバが運転操作入力を変更した場合には、車両の運動特性が変化しないように、車輪ユニット300の移動を停止する。

（左右輪の車両前後方向位置の変更）
上記輪荷重変更に加え、コントローラ500は、同時に段差に乗り上げる車輪数を減らすように左右輪の車両重心Mからの車両前後方向距離を変更する。図４に車両前後方向距離の変更方法を示す。

ここで、左右輪の重心からの車両前後方向距離の差ΔLは、右前輪（左前輪）が段差に乗り上げたときに生じる車両の振動を左前輪（右前輪）が段差に乗り上げたときの段差からの入力により打ち消し得る距離とする。
具体的には、右前輪（左前輪）が段差に乗り上げたときに生じる振動の周期をT[SEC]とすると、T/2[SEC]後に左前輪（右前輪）が段差に乗り上げるようにする。よって、車速V[m/s]で走行中の場合、下記の式(1)を満足するようにΔLを決定する。
ΔL=T/2×V …(1)

また、別の方法として、右前輪（左前輪）が段差に乗り上げたときに生じる振動の振幅がピークを超えてから左前輪（右前輪）が段差に乗り上げるようにしてもよい。
具体的には、右前輪（左前輪）が段差に乗り上げたときから振動の振幅がピークとなるまでの時間をtとすると、車速V[m/s]で走行中の場合、下記の式(2)を満足するようにΔLを決定する。
ΔL>t×V …(2)
なお、左右後輪についても上記と同様の手法でΔLを決定し、車両前後方向位置を変更する。

図５は、段差乗り上げ時の車輪ユニット300の速度変化を示すタイムチャートである。例えば、前輪が段差に乗り上げた後、後輪が段差に乗り上げるまでに後輪の輪荷重を小さくすべく、重心Mと後輪との距離LrをΔX[m]だけ大きくする場合について説明する。

前輪が段差に乗り上げたときの車輪間距離をL[m]、車速をV[m/x]とする。前輪が段差に乗り上げてから後輪が段差に乗り上げるまでの時間をt[sec]、後輪の平均速度をVr[m/s]とすると、t=L/Vr、ΔX=(V-Vr)tであるから、下記の式(3)を満足するように車輪ユニット300の動作速度を決定する。
Vr=LV(ΔX+L) …(3)
ここで、図５に示すように、後輪が段差に乗り上げるときには、車体100と同じ速度、すなわち、車速と同一速度であることが望ましい。

次に、実施例１の車輪位置変更装置が解決しようとする課題について説明する。
上記特許文献１では、段差に乗り上げた車輪の車輪速変動が抑制されるようにモータの駆動力補正を行っているが、段差通過時における車両の前後方向振動の周波数は、50〜60Hz程度の高周波であるため、モータの駆動力補正では、振動を抑制できない場合がある。つまり、振動を効果的に抑制するためには、シャフトを含めた伝達系全体としての応答性を高める必要があるが、シャフト剛性を高めるには限界があるため、シャフト剛性を高めることなく、車両の前後方向振動を抑制して欲しいとのニーズがある。

これに対し、実施例１の車輪位置変更装置では、振動検出センサ320または段差検出センサ400により路面段差が検出された場合、コントローラ500は、車輪ユニット移動アクチュエータ350を駆動し、当該段差に乗り上げる車輪390の輪荷重が低下する方向へ車輪ユニット300を移動させる輪荷重変更を実施する。

つまり、段差に乗り上げる車輪390の輪荷重を小さくすることで、車輪390が段差に乗り上げるときの車輪390から車体100への前後方向入力を小さくできるため、シャフト剛性を高めることなしに、車両の前後方向振動を効果的に抑制できる。

また、コントローラ500は、段差に同時に乗り上げる車輪数を減らすように左右輪の車両前後方向位置を変更する。つまり、左右前輪および左右後輪が段差に乗り上げるタイミングをずらす。例えば、左右前輪または左右後輪が段差に同時に乗り上げた場合、両車輪390からの前後方向入力が合成されて車両の前後方向振動が大きくなる。これに対し、左右輪が段差に乗り上げるタイミングをずらすことで、上記振幅の増大を防止できる。
さらに、左右輪が段差に乗り上げるタイミングを調整する際、振動のピークをずらす手法や、逆位相の振動を発生させて振動を小さく抑える手法等を用いることができる。

次に、実施例１の車両の車輪位置変更装置の効果を以下に列挙する。
(1) 車輪390を車体100に懸架する車輪ユニット300と、車輪ユニット300を車体100に対して水平方向へ移動させる車輪ユニット移動アクチュエータ350と、走行中に車輪390が通過する路面の段差を検出する路面段差検出手段（振動検出センサ320，段差検出センサ400）と、を備え、車輪ユニット移動アクチュエータ350は、路面段差検出手段により段差が検出された場合、当該段差に乗り上げる車輪390の輪荷重が低下する方向へ車輪ユニット300を移動させる。

このため、段差に乗り上げる車輪390の輪荷重を小さくすることで、車輪390が段差に乗り上げるときの車両への前後方向入力を小さくでき、段差乗り越え時の車両の前後方向振動を抑制できる。また、車輪390が段差に乗り上げるために必要な駆動力を低減できるため、燃費向上を図ることができる。

(2) 車輪ユニット移動アクチュエータ350は、段差に乗り上げる車輪390と車両重心Mとの相対前後方向距離が大きくなる方向へ車輪ユニット300を移動させる。このため、段差に乗り上げる車輪390の輪荷重を小さくでき、車両の前後方向振動を抑制できる。

(3) 車輪ユニット移動アクチュエータ350は、段差に同時に乗り上げる車輪390の数が減少する方向へ車輪ユニット300を移動させる。このため、段差に乗り上げる車輪390の数を減少させた分だけ車両への前後方向入力を小さくできる。

(4) 車輪ユニット移動アクチュエータ350は、左右一方の車輪390が段差を通過したときに発生した車両の前後方向振動を、次に当該段差を通過する左右他方の車輪390が段差を通過するときに発生する車両の前後方向振動で打ち消すように車輪ユニット300を移動させる。このため、車両の前後方向振動の振幅を小さくできる。

(5) 車輪ユニット移動アクチュエータ350は、左右一方の車輪390が段差を通過したときの車両の前後方向振動の振幅がピークを超えた後、左右他方の車輪390が段差に乗り上げるように車輪ユニット300を移動させる。このため、左右一方の車輪390からの入力と左右他方の車輪390からの入力との合成により前後方向振動の振幅が大きくなるのを防止できる。

(6) 路面段差検出手段は、車両の前後方向振動に基づいて段差を検出する振動検出センサ320を備える。このため、一般的に用いられるGセンサを使用して段差を検出でき、コストが抑えられる。

(7) 路面段差検出手段は、自車両前方の路面形状に基づいて段差を検出する段差検出センサ400を備える。このため、前輪が段差に乗り上げる前に段差を検出できる。

(8) 車輪ユニット移動アクチュエータ350は、車速、自車と段差との距離および車輪ユニット300の必要移動量に基づいて、車輪390が段差に乗り上げる前に、必要移動量分だけ車輪ユニット300が移動するような車輪ユニット300の移動速度を決定する。このため、車速にかかわらず、車輪390が段差に乗り上げる前に当該車輪390の輪荷重を小さくしておくことができる。

(9) 車輪ユニット移動アクチュエータ350は、車輪390が段差に乗り上げるときの当該車輪390の車輪速が車速と一致するように車輪ユニット300の移動速度を決定する。このため、車輪速超過による段差からの前後方向入力増大、車輪速不足による段差乗り上げ後の意図しない車両重心Mと車輪390との距離の増大を防止できる。

(10) 車輪ユニット移動アクチュエータ350は、後輪が段差に乗り上げる前に、路面段差検出手段が次に段差を検出した場合、後輪と段差までの距離、前輪と次の段差までの距離および車輪ユニット300の動作速度の最大値に基づいて、次の段差通過時の前輪の輪荷重の合計と段差通過時の後輪の輪荷重の合計とが最も小さくなるように車輪ユニット300を移動させる。このため、段差が連続した場合でも、段差に乗り上げる車輪390の輪荷重の最大値を小さくでき、前後方向振動の振幅のピークを抑制できる。

(11) 車輪ユニット300の移動による車両の運動特性の変化を打ち消す方向へ各車輪390の制駆動力または転舵角の少なくとも一方を変更する。このため、車両挙動特性の変動を抑制でき、ドライバの意図する車両挙動を実現できる。

(12) 車輪ユニット移動アクチュエータ350は、ドライバの運転操作入力変化を検出した場合、車輪ユニット300の動作を停止する。このため、ドライバの運転操作入力が変化する過渡状態において、車輪位置変更に伴う車両挙動の変動を抑制できる。

図６は、実施例２の車輪位置変更装置を適用した車両の構成図であり、実施例２では、１つのシャシユニット700により各車輪390を支持している。シャシユニット700は、車体100に対して相対移動可能である。シャシ移動アクチュエータ710は、シャシユニット700を車体100に対して相対移動させる。このシャシ移動アクチュエータ710は、コントローラ500により駆動制御される。シャシユニット700は、振動検出センサ320および段差検出センサ400を１つずつ備える。

実施例２の車両の車輪位置変更装置では、振動検出センサ320および段差検出センサ400により段差が検出された場合、車体100に対してシャシユニット700を車両前後方向へ移動させることで、段差に乗り上げる車輪390の輪荷重を変更することができる。なお、４つの車輪390を同時に移動させる構成であるため、段差に同時に乗り上げる車輪390の数を減らすことはできないが、実施例１に対して車輪390を移動させるアクチュエータの数を1/4に減らすことができるため、コストダウンを図ることができる。

図７は、実施例３の車輪位置変更装置を適用した車両の構成図であり、実施例３では、前輪の位置は固定とし、後輪のみ後輪ユニット800により車体100に対して相対移動可能とした。
実施例３の振動検出センサ320および段差検出センサ400は、後輪ユニット800に配置している。後輪移動アクチュエータ810は、後輪ユニット800を車体100に対して相対移動させる。この後輪移動アクチュエータ810は、コントローラ500により駆動制御される。後輪ユニット800は、振動検出センサ320および段差検出センサ400を、それぞれ１つずつ備える。

実施例３では、振動検出センサ320および段差検出センサ400により段差が検出された場合、車体100に対して後輪ユニット800を車両前後方向へ移動させることで、段差に乗り上げる車輪390の輪荷重を変更することができる。なお、後輪のみを移動させる構成であるため、実施例１および実施例２の構成と比較して輪荷重を変えるための後輪の移動量は大きくなるが、４輪を１つのアクチュエータで移動させる実施例２に対して後輪移動アクチュエータ810を小さくできる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、車輪移動装置は、懸架装置を少なくとも車体に対して水平方向へ移動させる構成であればよい。例えば、車両の前後方向で水平面に対し、斜めに移動させる構成でも適用することができる。

100 車体
110 操舵角センサ
120 ステアリングホイール
130 アクセル開度センサ
140 アクセルペダル
150 ブレーキストロークセンサ
160 ブレーキペダル
300 車輪ユニット（懸架装置）
310 車輪ユニット位置センサ
320 振動検出センサ（路面段差検出手段）
330 駆動アクチュエータ
340 転舵アクチュエータ
350 車輪ユニット移動アクチュエータ（車輪移動装置）
390 車輪
400 段差検出センサ（路面段差検出手段）
500 コントローラ
600 サスペンションフレーム
600a 車輪側支持端
600b 車体側支持端
610 ベアリング
615 リニアモータ・スライダ
620 ロッド
630 ベアリング
640 ボールジョイント
650 サスペンションアーム
660 ステアリングギア
700 シャシユニット
710 シャシ移動アクチュエータ
800 後輪ユニット
810 後輪移動アクチュエータ

Claims (12)

1. 車輪を車体に懸架する懸架装置と、
   この懸架装置を前記車体に対して水平方向へ移動させる車輪移動装置と、
   走行中に前記車輪が通過する路面の段差を検出する路面段差検出手段と、
   を備え、
   前記車輪移動装置は、前記路面段差検出手段により段差が検出された場合、当該段差に乗り上げる車輪の輪荷重が低下する方向へ前記懸架装置を移動させることを特徴とする車両の車輪位置変更装置。
2. 請求項１に記載の車両の車輪位置変更装置において、
   前記車輪移動装置は、段差に乗り上げる車輪と車両重心との相対前後方向距離が大きくなる方向へ前記懸架装置を移動させることを特徴とする車両の車輪位置変更装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両の車輪位置変更装置において、
   前記車輪移動装置は、段差に同時に乗り上げる車輪の数が減少する方向へ前記懸架装置を移動させることを特徴とする車両の車輪位置変更装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両の車輪位置変更装置において、
   前記車輪移動装置は、車輪が段差を通過したときに発生した車両の前後方向振動を、次に当該段差を通過する車輪が段差を通過するときに発生する車両の前後方向振動で打ち消すように前記懸架装置を移動させることを特徴とする車両の車輪位置変更装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両の車輪位置変更装置において、
   前記車輪移動装置は、車輪が段差を通過したときの車両の前後方向振動の振幅がピークを超えた後、次の車輪が段差に乗り上げるように前記懸架装置を移動させることを特徴とする車両の車輪位置変更装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両の車輪位置変更装置において、
   前記路面段差検出手段は、車両の前後方向振動に基づいて段差を検出することを特徴とする車両の車輪位置変更装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両の車輪位置変更装置において、
   前記路面段差検出手段は、自車両前方の路面形状に基づいて段差を検出することを特徴とする車両の車輪位置変更装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両の車輪位置変更装置において、
   前記車輪移動装置は、車速、自車と段差との距離および前記懸架装置の必要移動量に基づいて、当該車輪が段差に乗り上げる前に、前記必要移動量分だけ前記懸架装置が移動するような前記懸架装置の移動速度を決定することを特徴とする車両の車輪位置変更装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両の車輪位置変更装置において、
   前記車輪移動装置は、車輪が段差に乗り上げるときの当該車輪の車輪速が車速と一致するように前記懸架装置の移動速度を決定することを特徴とする車両の車輪位置変更装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の車両の車輪位置変更装置において、
    前記車輪移動装置は、後輪が段差に乗り上げる前に、前記路面段差検出手段が次に段差を検出した場合、後輪と段差までの距離、前輪と次の段差までの距離および前記懸架装置の動作速度の最大値に基づいて、次の段差通過時の前輪の輪荷重の合計と段差通過時の後輪の輪荷重の合計とが最も小さくなるように前記懸架装置を移動させることを特徴とする車両の車輪位置変更装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の車両の車輪位置変更装置において、
    前記懸架装置の移動による車両の運動特性の変化を打ち消す方向へ各車輪の制駆動力または転舵角の少なくとも一方を変更することを特徴とする車両の車輪位置変更装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の車両の車輪位置変更装置において、
    前記車輪移動装置は、ドライバの運転操作入力変化を検出した場合、前記懸架装置の動作を停止することを特徴とする車両の車輪位置変更装置。

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