JP4722959B2 - 後輪トー角可変車両 - Google Patents

Description

本発明は、左右後輪のトー角を独立して変化させる一対の後輪トー角可変制御装置を備えた後輪トー角可変車両に関し、特に、後輪トー角可変制御装置が制御不能となった場合の操縦安定性を確保するための制御技術に関する。

４輪自動車では一般に、操縦安定性を確保するために前輪にトー角が設定されており、進行方向を変更する場合には左右の前輪を操舵する。近年では、制動時の安定性や加速時の応答性を高めるため、或いは、高速旋回走行時の斜め走りを防止し、低速旋回時の回頭性を高めるべく、後輪のトー角を制御可能なトー角可変制御装置を搭載した自動車が開発されている。

このようなトー角可変制御装置として、後輪を支持する懸架装置におけるラテラルリンクあるいはトレーリングリンクの車体との連結部に直線変位する電動アクチュエータを左右後輪にそれぞれ設け、これらを伸縮駆動することによって左右両輪のトー角を個別に可変制御できるように構成したものが知られている（特許文献１参照）。

ところで、電動アクチュエータを送りねじ機構で構成すると、故障の発生によって後輪トー角制御装置が制御不能となった場合、ねじのセルフロック機能によってアクチュエータがその状態で固定され、後輪トー角を制御できなくなる。そこで例えば、左右独立制御方式のトー角可変制御装置の一方に異常が発生した場合の後輪トー角制御方法として、故障の発生していない側のアクチュエータを、左右後輪が対称となるようにトー制御する方法が特許願２００６−２２８５５２として特願本出願人によって提案されている。
特開平９−３０４３８号公報

しかしながら、一方の後輪がトーアウト状態でトー制御不能となった場合、車両は旋回時にオーバーステア傾向を示すだけでなく、横風等の外乱に対する直進安定性も低下してしまう。特に車両の運動特性として、トーアウト量が大きいほど安定性が低下し、また、同じトーアウト量であっても車速が高いほど安定性が低下する傾向がある。したがって、高速走行時に後輪がトーアウト状態で制御不能になると、車両の安定性が著しく低下する虞があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、左右の後輪トー角可変制御装置の一方が故障した場合に、操縦安定性の悪化を抑制できる後輪トー角可変車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、左右後輪に対してそれぞれ設けられ、対応する後輪のトー角を可変制御する後輪トー角可変制御装置を備えた後輪トー角可変車両であって、左右後輪に対してそれぞれ設けられ、対応する後輪のトー角を検出するトー角検出手段と、許容できる車速の上限値を最高車速として設定する最高車速設定手段とを備え、前記最高車速設定手段は、少なくとも一方の後輪がトーアウト状態で制御不能となった場合、前記最高車速を正常時の最高車速よりも低く設定し、且つ前記トー角検出手段によって検出された左右後輪のトーアウト角の合計値が大きいほど前記最高車速を低く設定するように構成する。

上記構成の後輪トー角可変車両においては、前記トー角検出手段によって検出された左右後輪のトー角のうち一方がトーアウト側であり、他方がトーイン側である場合、一方のトーアウト角から他方のトーイン角を減算した値が大きいほど前記最高車速を低く設定するように構成すると良い。

また、上記構成の後輪トー角可変車両においては、前記最高車速設定手段は、前記トー角検出手段が故障した場合、前記最高車速を最大トーアウト角に対応する最高車速と同一に設定するように構成する。

本発明によれば、左右の後輪トー角可変制御装置の少なくとも一方がトーアウト状態で制御不能となった場合に、最高車速を正常時よりも低く設定することにより、操縦安定性の悪い高速走行を抑止することができる。また、後輪のトーアウト量が大きいほど、最高車速を低く設定することにより、所定の操縦安定性を確保するとともに、故障発生後にも可能な限り不自由のない車両性能を確保することが可能となる。

また、左右の後輪トー角可変制御装置の少なくとも一方がトーアウト状態で制御不能となった場合には後輪のトーアウト量が大きいほど前記最高車速を低く設定し、トー角検出手段が故障した場合には最高車速を最大トーアウト量に対応する最高車速と同一に設定することにより、故障発生時のトー角が不明であっても、所定の操縦安定性を確保することができる。

≪実施形態の構成≫
＜自動車の全体構成＞
以下、図面を参照して、本発明に係る後輪トー角可変車両の一実施形態について詳細に説明する。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、左側後輪５Ｌ、右側後輪５Ｒと記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５または後輪５Ｌ，５Ｒと記す。

図１は実施形態に係る左右一対の後輪トー角可変制御装置１０Ｌ，１０Ｒを備えた自動車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前輪３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、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を個別に変化させる左右の後輪トー角可変制御装置１０Ｌ，１０Ｒとを備えている。詳細な図示は省略するが、電動アクチュエータ１１は、車体１側に連結されたハウジングや、ハウジング内に収容されたモータ、減速機、台形ねじを用いた送りねじ機構、送りねじ機構の雌ねじ部材を構成するとともに、後輪５側に連結された出力ロッド等から構成されており、モータの回転運動を送りねじ機構でスラスト運動に変換することにより直線的に伸縮動する。なお、送りねじ機構は、ねじのリード角と摩擦角との関係によりセルフロック機能を備えており、出力ロッド側から入力があっても逆差動しない構造となっている。

自動車Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２や、車速センサ１３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。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等や、後述するＭＣＵ（Motor Control Unit）１４と接続されている。ＥＣＵ１２は、各センサ１３等の検出結果に基づいて後輪５の目標トー角を算出し、各電動アクチュエータ１１のストローク量を算出した上でＭＣＵ１４に対して駆動制御信号を出力することにより、後輪５Ｌ，５Ｒのトー制御を左右別々に行う。

ＥＣＵ１２は、各センサ１３等の検出結果に基づいてエンジンＥに設けられた燃料噴射装置１５を制御することにより、自動車Ｖの最高速度を規制する。最高速度は、正常時には例えば１８０ｋｍ／ｈとされているが、自動車Ｖの状態に応じ、許容できる車速の上限値としてＥＣＵ１２によって可変的に設定される。

ＭＣＵ１４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、ＥＣＵ１２から出力された駆動制御信号に基づいて電動アクチュエータ１１を駆動制御する駆動制御手段や、左右の電動アクチュエータ１１に流れる電流値を検出する電流検出手段、左右の電動アクチュエータ１１に設置されたストロークセンサ１６の検出値と電流検出手段の検出値とに基づき、電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの故障を検知する故障検知手段等を含んでいる。ＭＣＵ１４は、電動アクチュエータ１１の故障を検知した場合、アクチュエータ故障信号をＥＣＵ１２へ向けて出力し、ストロークセンサ１６の検出信号を受け取れない場合または検出信号が検出可能範囲を超える場合、センサ故障信号をＥＣＵ１２へ向けて出力する。

トー角検出手段としてストロークセンサ１６Ｌ，１６Ｒは、近接配置されたマグネットの位置を差動変圧から検出することにより、各出力ロッドのストローク量を検出する。電動アクチュエータ１１は、ストロークセンサ１６の検出信号がＭＣＵ１４にフィードバックされることにより、ＥＣＵ１２が算出したストローク量だけ伸縮動して左右後輪５Ｌ，５Ｒを所望のトー角へと変化させる。

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、左右後輪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、左右後輪５Ｌ，５Ｒを左右に転舵することも可能である。例えば自動車Ｖは、操縦安定性を高めるべく、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、加速時には後輪５をトーアウトに、制動時には後輪５をトーインに変化させ、高速旋回走行時には後輪５を前輪舵角と同相に、低速旋回走行時には後輪５を前輪舵角と逆相にトー変化（転舵）させる。

＜後輪トー角可変制御装置の機能的構成＞
図２は左右一対の後輪トー角可変制御装置１０の概略ブロック図である。図示すように、自動車Ｖに搭載されたＥＣＵ１２は、入力インタフェース５１と、故障判定部５２と、最高車速設定部５３と、出力インタフェース５４とを構成要素として備えている。

入力インタフェース５１には、車速センサ１３が検出した車速信号や、ＭＣＵ１４が出力した左右のストロークセンサ１６Ｌ，１６Ｒの検出信号、アクチュエータ故障信号およびセンサ故障信号が入力する。故障判定部５２は、ＭＣＵ１４から入力した各種信号に基づいて後輪トー角制御装置１０の作動状態を判定する。最高車速設定部５３は、故障判定部５２の判定結果および車速信号に基づいて最高車速Ｖ_ｍａｘを設定する。設定された最高車速信号が出力インタフェース５４を介して燃料噴射装置１５へ出力されることにより、燃料噴射装置１５による噴射燃料量等の制御がなされ、自動車Ｖの車速が規制される。

≪実施形態の作用効果≫
次に、本実施形態の作用を説明する。図３は実施形態に係る後輪トー角可変式の自動車Ｖによる最高車速設定手順を示すフローチャートである。自動車Ｖは走行中に、アクチュエータ故障信号またはセンサ故障信号をＭＣＵ１４から受け取ると、図３に示す後輪最高車速設定処理を行う。

ＥＣＵ１２は先ず、故障判定部５２において、後輪トー角が制御不能か否かを判定する（ステップ１）。この判定では、左右どちらか若しくは両方のアクチュエータ１１についてのアクチュエータ故障信号、または左右どちらか若しくは両方のストロークセンサ１６についてのセンサ故障信号がＭＣＵ１４から入力された場合には、後輪トー角制御不能（Ｙｅｓ）と判定し、これら信号のいずれも入力されない場合のみ、後輪トー角制御可能（Ｎｏ）と判定する。したがって、本実施形態ではＮｏと判定されることはない。但し、ここには示さないが、フォールトトレラント設計によっていずれかの故障信号が入力された場合でも制御可能と判定するようにすることも可能である。

一方、ステップ１で後輪トー角制御不能（Ｙｅｓ）と判定された場合、故障判定部５２は、制御不能原因がストロークセンサ１６の故障であるか否か判定する（ステップ２）。この判定では、左右どちらか若しくは両方のストロークセンサ１６についてのセンサ故障信号が入力されている場合に、ストロークセンサ故障（Ｙｅｓ）と判定し、これら信号のいずれも入力されていない場合に、ストロークセンサ故障なし（Ｎｏ）と判定する。

ステップ２でストロークセンサ故障なし（Ｎｏ）と判定された場合、故障判定部５２は、ＭＣＵ１４を介して入力したストロークセンサ１６の検出結果から、制御不能となった後輪５のトー角θを取得する（ステップ４）。一方、ステップ２でストロークセンサ故障（Ｙｅｓ）と判定された場合、故障判定部５２は、制御不能となった後輪５のトー角θを、電動アクチュエータ１１の構造上取り得る最大のトーアウト角と仮定する（ステップ３）。

ここで、左右のアクチュエータ１１のどちらかのみが故障してトー角制御不能と判定された場合、制御不能となった後輪５のトー角θとは、例えば図４に示すように、制御不能となった右側後輪５Ｒの車軸Ｘに対する角度θを指す。一方、左右のアクチュエータ１１の両方が故障してトー角制御不能と判定された場合、制御不能となった後輪５のトー角θとは、例えば図５に示すように、制御不能となった右側後輪５Ｒの車軸Ｘに対する角度θＲと、制御不能となった左側後輪５Ｌの車軸Ｘに対する角度θＬとの合算角度を指す。図５のように左右の後輪５が共にトーアウト側であるときには両角度が加算されるが、どちらかの後輪５がトーイン側であるときにはその角度は減算される。これは、例えば左右の後輪５がそれぞれトーイン側およびトーアウト側に同一角度だけ切られた状態であれば、高速走行時であっても車両の操縦安定性に与える影響は小さいからである。

次に、ＥＣＵ１２は、最高車速設定部５３において、ステップ３またはステップ４で取得したトー角θがトーアウト側であるか否かを判定する（ステップ５）。制御不能となった後輪５のトー角θがトーイン側である場合（Ｎｏ）、上記手順を繰り返す。一方、制御不能となった後輪５のトー角θがトーアウト側である場合（Ｙｅｓ）、図６に示すマップを検索して求めた許容速度を最高車速Ｖ_ｍａｘとして設定する（ステップ６）。このマップは、トーアウト量が大きいほど最高車速Ｖ_ｍａｘが低くなるように設定されており、その最大値は正常時の最高車速Ｖ_ｍａｘと等しい１８０ｋｍ／ｈである。そして、ＥＣＵ１２は、設定した最高車速Ｖ_ｍａｘを示す最高車速信号を燃料噴射装置１５へ向けて出力し（ステップ７）、本手順を終了する。

このように、左右の後輪トー角可変制御装置１０の少なくとも一方がトーアウト状態で制御不能となった場合に、最高車速Ｖ_ｍａｘが正常時よりも低く設定されることにより、操縦安定性の悪い高速走行が抑止され、後輪５のトーアウト量が大きいほど、最高車速Ｖ_ｍａｘが低く設定されることにより、所定の操縦安定性が確保されるとともに、故障発生後においても最小限の制限を受けながらも所定の走行性能を確保した上で、走行し続けることができる。また、ストロークセンサ１６が故障した場合には、最高車速Ｖ_ｍａｘを最大トーアウト量に対応する最高車速Ｖ_ｍａｘと同一に設定することにより、故障発生時のトー角が不明であっても、所定の操縦安定性が確保される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

左右一対の後輪トー角可変制御装置を備えた自動車の概略構成図 左右一対の後輪トー角可変制御装置のブロック図 最高車速設定手順を示すフローチャート 右側の後輪が制御不能となった状態を示す平面図 左右の後輪が制御不能となった状態を示す平面図 トーアウト量から許容車速を求めるマップ

符号の説明

Ｖ 自動車
１ 車体
５ 後輪
１０ 後輪トー角可変制御装置
１１ 電動アクチュエータ
１２ ＥＣＵ
１３ 車速センサ
１４ ＭＣＵ
１５ 燃料噴射装置
１６ ストロークセンサ（トー角検出手段）
５２ 故障判定部
５３ 最高車速設定部

Claims (3)

1. 左右後輪に対してそれぞれ設けられ、対応する後輪のトー角を可変制御する後輪トー角可変制御装置を備えた後輪トー角可変車両であって、
   左右後輪に対してそれぞれ設けられ、対応する後輪のトー角を検出するトー角検出手段と、
   許容できる車速の上限値を最高車速として設定する最高車速設定手段とを備え、
   前記最高車速設定手段は、少なくとも一方の後輪がトーアウト状態で制御不能となった場合、前記最高車速を正常時の最高車速よりも低く設定し、且つ前記トー角検出手段によって検出された左右後輪のトーアウト角の合計値が大きいほど前記最高車速を低く設定することを特徴とする後輪トー角可変車両。
2. 前記最高車速設定手段は、前記トー角検出手段によって検出された左右後輪のトー角のうち一方がトーアウト側であり、他方がトーイン側である場合、一方のトーアウト角から他方のトーイン角を減算した値が大きいほど前記最高車速を低く設定することを特徴とする、請求項１に記載の後輪トー角可変車両。
3. 前記最高車速設定手段は、前記トー角検出手段が故障した場合、前記最高車速を最大トーアウト角に対応する最高車速と同一に設定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の後輪トー角可変車両。

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