JP6298242B2 - サスペンション装置及び車両 - Google Patents
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Description
また、本発明は、上述したサスペンション装置が設けられる車両に関する。
一般的な車両の場合、サスペンション装置は、車輪を回転可能に支持するハブベアリングハウジングを、車体とハブベアリングに対してそれぞれ揺動可能とされた複数のサスペンションリンクで支持するとともに、車輪のストロークに応じたバネ反力を発生するサスペンションスプリング、ストローク速度に応じた減衰力を発生するダンパ等が設けて構成されている。
例えば、特許文献1には、タイヤを懸架するタイヤユニットを車体に対して相対的に移動可能とすることが記載されている。
また、特許文献2には、積載荷重が変化した場合であってもトー角、キャンバ角を標準状態となるようにアクチュエータで補正することが記載されている。
本発明の課題は、可変ジオメトリ制御の自由度を向上したサスペンション装置、及び、このようなサスペンション装置を有する車両を提供することである。
請求項1に係る発明は、車体に対して車輪を相対変位可能に支持するサスペンション装置であって、前記車体に対して固定される車体側部材と前記車輪が取り付けられる車輪側部材との間を複数のリニアアクチュエータを介して接続したパラレルリンク機構部を有し、前記パラレルリンク機構部の制御中心を、前記車輪の中心部と実質的に一致させ、前記車輪を前記車輪側部材に対して上下方向にストローク可能に取り付けるとともに、前記車輪と前記車輪側部材との間に前記パラレルリンク機構部の前記リニアアクチュエータよりも応答性が高い衝撃吸収手段を設け、前記パラレルリンク機構部は、6本のリニアアクチュエータを有して構成されるヘキサポッドであり、前記車輪は前輪であり、前記パラレルリンク機構部は、前記車輪側部材が前記車体側部材に対して車両前方側かつ下方側となるように配置されることを特徴とするサスペンション装置である。
請求項2に係る発明は、車体に対して車輪を相対変位可能に支持するサスペンション装置であって、前記車体に対して固定される車体側部材と前記車輪が取り付けられる車輪側部材との間を複数のリニアアクチュエータを介して接続したパラレルリンク機構部を有し、前記パラレルリンク機構部の制御中心を、前記車輪の中心部と実質的に一致させ、前記車輪を前記車輪側部材に対して上下方向にストローク可能に取り付けるとともに、前記車輪と前記車輪側部材との間に前記パラレルリンク機構部の前記リニアアクチュエータよりも応答性が高い衝撃吸収手段を設け、前記パラレルリンク機構部は、6本のリニアアクチュエータを有して構成されるヘキサポッドであり、前記車輪は後輪であり、前記パラレルリンク機構部は、前記車輪側部材が前記車体側部材に対して車両後方側かつ下方側となるように配置されることを特徴とするサスペンション装置である。
これによれば、車体に対する車輪の位置、姿勢、挙動を高い自由度で制御することが可能となり、可変ジオメトリ制御の自由度を向上することができる。
また、6自由度を有するヘキサポッドによって可変ジオメトリ制御の自由度をより向上することができる。
これによれば、上述した効果を確実に得ることができる。
ここで、車輪への入力に相関するパラメータとして、例えば車輪ハブ部に設けた6分力センサから得た車輪作用力の6分力や、車輪ハブ部に設けた加速度センサから得た加速度を用いることができる。
これによれば、周波数帯域に応じて振動吸収手段とパラレルリンクとで分担して制振制御を行なうことによって、効果的に乗り心地を改善することができる。
これによれば、車体に対する車輪の位置、姿勢、挙動を高い自由度で制御することが可能となり、可変ジオメトリ制御の自由度を向上することができる。
また、例えばZ軸を車軸とほぼ平行に配置する場合に対して、車輪のステア角を大きくして、停止転回などを容易に行うことが可能となる。
これによれば、各車輪の駆動力を個別に制御して様々な走行制御を行なうことが可能となる。また、車輪のステア角、キャンバ角等を大きく変化させた場合であっても、ドライブシャフトの等速ジョイント揺動角などの制約を受けることなく駆動を行うことができる。
これによれば、タイヤの限界コーナリングパワーを超えないように、駆動トルク及びタイヤ姿勢を制御することで、車両の走行安定性を損なわない範囲で最大限の駆動力を発生させることが可能となり、車両の走行性を向上することができる。
これによれば、上述した各発明の効果を有するサスペンション装置を備えた車両を提供することができる。
これによれば、車両の加速性能を向上することができる。
これによれば、車両の制動性能を向上することができる。
これによれば、車輪を横方向にスリップさせる抵抗を利用することによって、圧雪路や泥濘路での制動性能を向上することができる。
これによれば、キャンバスラスト力を旋回に利用することが可能となり、車両の旋回性能を向上することができる。
これによれば、車両を通る鉛直軸回りに車両を回転させる停止転回が可能となり、利便性が向上する。
これによれば、車両前方側において衝撃吸収に利用可能なストロークを確保するとともに、車高を高くして大型車の車体下部等への潜り込みを防止することができ、車両の前面衝突性能を向上することができる。
これによれば、車両後方側において衝撃吸収に利用可能なストロークを確保することができ、車両の被追突性能を向上することができる。
これによれば、車両の側面衝突性能を向上することができる。
例えば、各車輪に衝突を受けた側とは反対側に傾斜するキャンバ角を付与したり、車両が走行中である場合には、衝突から逃げる方向にステア角を付与することができる。
これによれば、車両の側面衝突性能をより向上することができる。
これによれば、姿勢制御によって横転防止を図るとともに、横転が避けられない場合には、車輪を引き込めることによって車体に作用する加速度を軽減することができる。
図1は、実施例のサスペンション装置の構成を示す模式図である。
実施例においては、車両は例えば4輪の自動車であって、左右の前輪、後輪をそれぞれ以下説明するサスペンション装置によって支持している。
図1に示すように、車輪50を支持するサスペンション装置1は、パラレルリンク機構部10、スイングアーム20、ダンパ30、ハブ40等を有して構成されている。
このヘキサポッドの制御中心は、ダンパ30のストローク中立位置における車輪50の中心と実質的に一致するように配置されている。
車輪側部材12は、車体側部材11と間隔を隔てて対向して配置された円盤状の部材であって、スイングアーム20を介して車輪50が取付られる部材である。
リニアアクチュエータ13は、両端部が車体側部材11及び車輪側部材12に揺動可能に接続されている。
リニアアクチュエータ13は、6本が設けられ、ストロークを協調制御することによって、車体側部材11に対して車輪側部材12を、直交3軸回りの回動、及び、直交3軸方向への並進からなる6自由度で相対変位させることが可能となっている。
リニアアクチュエータ13は、そのZ軸が車輪50の回転中心軸に対して略直交するように配置されている。
前輪用のサスペンション装置1においては、パラレルリンク機構部10は、車輪側部材12が車体側部材11に対して車両前方側かつ下方側となるように配置される。
後輪用のサスペンション装置1においては、パラレルリンク機構部10は、車輪側部材12が車体側部材11に対して車両後方側かつ下方側となるように配置される。
スイングアーム20は、車輪側部材12に対して、車輪50の回転中心軸と実質的に平行な軸回りに揺動可能となっている。
スイングアーム20は、このような揺動によって車輪側部材12に対して車輪50を上下方向に相対変位させることが可能となっている。
ダンパ30は、減衰力可変式のVCMダンパ(アクティブダンパ)であって、例えば車輪50のストロークにして最大20mm程度の高周波の小変位に対する制振効果を重視したものである。
ダンパ30は、ハブ40に設けられた加速度センサ及び6分力センサの入力から、ハイパスフィルタを介して制御信号を生成し、高周波成分をキャンセルするように正負減衰力を制御される。
ハブ40には、加速度センサ及び車輪50の6分力を検出する6分力センサが設けられている。
また、ハブ40には、車輪50に駆動力を付与するインホイールモータが設けられている。
以下、各車輪のサスペンション装置1に、添え字fl,fr,rl,rrを付して説明する。
以下、この車両におけるサスペンション装置1の制御について説明する。
制御システムは、協調制御ユニット100、運転操作装置110、環境認識装置120等を有して構成されている。
上述したように、各サスペンション装置1は、6本のリニアアクチュエータ13、1本のダンパ30、1基のインホイールモータを有する。
これらを制御するため、リニアアクチュエータ13の変位センサ及び電流(推進力)センサ、ダンパ30の電流(推進力)センサ及び軸方向加速度センサ、インホイールモータの電流(トルク)センサ、ホールセンサ(回転数センサ)、ホイールセンタ回りの6分力センサが設けられる。
また、インホイールモータには、安全性確保のため、モータ用温度センサが設けられる。
各独立素子は、上位素子を介さずに各輪の情報を互いにやり取りできることが好ましいため、マルチレーン接続とされている。
運転操作装置110は、ドライバから旋回要求(ステアリング操作)、加速要求(アクセル操作)、制動要求(ブレーキ操作)などが入力され、これらの各要求を協調制御ユニット100に伝達する。
パラレルリンク機構部10の制御において、制御目的は、車輪50のホイールセンタベクトルであり、構造による量的制限はあるものの、6自由度を有する。
このホイールセンタベクトルは、例えばホイールセンタ外向きの有顔ベクトルで定義することが容易である。
右前輪であればWfrであり、その大きさ|Wfr|は、軸トルク又は軸速度とすることで、車両運動制御式の基本とすることができる。また、クオータニオンも利用することができる。
協調制御ユニット100は、ホイールセンタベクトル(Wfr,Wfl,Wrr,Wrl)の4つを主目的値として、上記各要素を制御する。
このため、位置制御としては、演算、逆演算の効率や高速化にのみ差別化要因が存在する。
速度、加速度制御の場合には、リニアアクチュエータ13を誘導式とした場合に、路バスト性の確保が重要となる。
定常走行時(恒常制御下)においては、6分力センサの出力と加速度センサの出力に対してローパスフィルタ処理を施した値に基づいて制御信号を生成し、車体Bに伝わる各振動をキャンセルするようにリニアアクチュエータ13のストロークを制御する。
恒常制御では、通常のモータの場合には、6分力センサの出力から、タイヤモデルを介して計算した許容最大CP(コーナリングパワー)を超えないように駆動トルクを制御する。
実施例のサスペンション装置は、実質的に全ての要素が能動素子によって構成されているため、停止時や走行時に、最適な姿勢とサスペンションジオメトリをとることができる。
理論的には、通常車両のどのような特性も、ソフトウェア制御によって乗り味を再現させることができる。
また、衝突やロールオーバ(横転)に対しても、各輪のサスペンション装置1の協調制御によって、乗員等へのダメージを抑制することができる。
<発進・加速制御>
運転操作装置110から所定以上の加速要求が入力された場合、協調制御ユニット100は、前輪50fr、50flを車体Bに近づけ、後輪50rr、50rlを車体Bから遠ざけるとともに、前輪用のサスペンション装置1fr、1fl側の車高を下げ、後輪用のサスペンション装置1rr、1rl側の車高を上げて、前輪50fr、50flの接地荷重が後輪50rr、50rlの接地荷重に対して相対的に増加するように車体Bの姿勢を制御する。
その後、各車輪の接地荷重に応じて、タイヤ発生力が推定摩擦円を超えないように各インホイールモータに駆動力を発生させる。
運転操作装置110から所定以上の減速要求が入力された場合、協調制御ユニット100は、前輪50fr、50flを車体Bから遠ざけ、後輪50rr、50rlを車体Bに近づけるとともに、前輪用のサスペンション装置1fr、1fl側の車高を上げ、後輪用のサスペンション装置1rr、1rl側の車高を下げて、前輪50fl、50rrの接地荷重が後輪50rr、50rlの接地荷重に対して相対的に減少するように車体Bの姿勢を制御する。
その後、各車輪の接地荷重に応じて、タイヤ発生力が推定摩擦円を超えないように各インホイールモータに回生制動力を発生させる。
なお、このようなインホイールモータを用いた回生制動に代えて、運動エネルギーを摩擦部材によって熱に変換して放出する液圧式、電動式などのブレーキを用いてもよい。
また、圧雪路、泥濘地などの不整路を走行中に所定以上の制動要求があった場合には、右前輪50fr、右後輪50rrを左側にステアし、左前輪50fl、左後輪50rlを右側にステアするとともに、各車輪のキャンバ角をネガティブ側に傾斜させるボーゲン姿勢をとることによって、タイヤが横方向にスリップする抵抗を制動に用いて制動距離を短縮することが可能である。
協調制御手段100は、運転操作装置110からの旋回要求に基づいて、各車輪の計算上のCPを最大とするように、各車輪のキャンバ角、トー角(ステア角)を制御する。
特に、急旋回においては、予備姿勢を作り、キャンバスラストを利用して高い旋回性能を得ることができる。
実施例においては、静止状態で360度どの方向にも車体Bを回転させることができる。
速度によりキャンバ角を付与しつつ、Wfr、−Wflは最大限X前方に向け、Wrr、−Wrlは最大限X後方に向けることによって、右転回時のタイヤ消耗を小さくし、静かに回ることができる。なお、左転回時は符号の正負が逆となる。
車体Bへの乗員乗降時においては、車体Bを路面に対して下げ、また、乗降用のドア側を下げるよう傾斜させることによって、乗降性を改善することができる。
環境認識装置120が前面衝突の前兆を検出した場合、前輪50fr、50flを車体Bに対して前方側へ繰り出すとともに、後輪用のサスペンション装置1rr、1rl側の車高を高くすることによって、前面衝突時の安全性を向上することができる。
環境認識装置120が被追突の前兆を検出した場合、後輪50rr、50rlを車体Bに対して後方側へ繰り出すことによって、被追突時の安全性を向上することができる。
環境認識装置120が側面衝突の前兆を検出した場合、左右のうち衝突側のサスペンション装置の車高を上げるとともに、反対側のサスペンション装置で姿勢を制御しつつ、タイヤ横力摩擦を下げるようにキャンバ角、トー角を付与して車両が衝突側から逃げやすいようにする。
また、横転しそうになった場合には、極力姿勢制御によって横転を防止するが、横転が避けられない場合には、全てのリニアアクチュエータ13を最短状態まで縮めることによって車輪を車体B側に引き寄せ、転倒時に車体Bに作用する加速度を抑制する。
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)実施例のサスペンション装置は、パラレルリンク機構として6本のリニアアクチュエータを用いたヘキサポッドを用いているが、これに限らず、他の構成のパラレルリンク機構を用いてもよい。例えば3本のリニアアクチュエータを用いたトリポッドを用いてもよい。
(2)実施例において、車両は例えば乗用車であるが、これに限らず、商用車、作業車両、軍用車両や、車両型のロボット等であってもよい。
(3)制御の具体的な内容や、制御に用いるパラメータ等は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することが可能である。
(4)実施例において、車両は例えば前後左右に車輪を配置した4輪車であったが、本発明はこれに限らず、3輪車や、5輪以上の車両にも適用することができる。
1(1fl、1fr、1rl、1rr) サスペンション装置
10 パラレルリンク機構 11 車体側部材
12 車輪側部材 13 リニアアクチュエータ
20 スイングアーム 30 ダンパ
40 ハブ
50(50fl、50fr、50rl、50rr) 車輪
100 協調制御ユニット 110 運転操作装置
120 環境認識装置
Claims (18)
- 車体に対して車輪を相対変位可能に支持するサスペンション装置であって、
前記車体に対して固定される車体側部材と前記車輪が取り付けられる車輪側部材との間を複数のリニアアクチュエータを介して接続したパラレルリンク機構部を有し、
前記パラレルリンク機構部の制御中心を、前記車輪の中心部と実質的に一致させ、
前記車輪を前記車輪側部材に対して上下方向にストローク可能に取り付けるとともに、前記車輪と前記車輪側部材との間に前記パラレルリンク機構部の前記リニアアクチュエータよりも応答性が高い衝撃吸収手段を設け、
前記パラレルリンク機構部は、6本のリニアアクチュエータを有して構成されるヘキサポッドであり、
前記車輪は前輪であり、前記パラレルリンク機構部は、前記車輪側部材が前記車体側部材に対して車両前方側かつ下方側となるように配置されること
を特徴とするサスペンション装置。 - 車体に対して車輪を相対変位可能に支持するサスペンション装置であって、
前記車体に対して固定される車体側部材と前記車輪が取り付けられる車輪側部材との間を複数のリニアアクチュエータを介して接続したパラレルリンク機構部を有し、
前記パラレルリンク機構部の制御中心を、前記車輪の中心部と実質的に一致させ、
前記車輪を前記車輪側部材に対して上下方向にストローク可能に取り付けるとともに、前記車輪と前記車輪側部材との間に前記パラレルリンク機構部の前記リニアアクチュエータよりも応答性が高い衝撃吸収手段を設け、
前記パラレルリンク機構部は、6本のリニアアクチュエータを有して構成されるヘキサポッドであり、
前記車輪は後輪であり、前記パラレルリンク機構部は、前記車輪側部材が前記車体側部材に対して車両後方側かつ下方側となるように配置されること
を特徴とするサスペンション装置。 - 前記車輪への入力に相関するパラメータを検出してハイパスフィルタ処理を施すことによって制御信号を生成し、高周波成分をキャンセルするように前記衝撃吸収手段を制御する制振制御手段を備えること
を特徴とする請求項2に記載のサスペンション装置。 - 前記車輪への入力に相関するパラメータを検出してローパスフィルタ処理を施すことによって制御信号を生成し、前記複数のリニアアクチュエータを制御するパラレルリンク制御手段を備えること
を特徴とする請求項3に記載のサスペンション装置。 - 車体に対して車輪を相対変位可能に支持するサスペンション装置であって、
前記車体に対して固定される車体側部材と前記車輪が取り付けられる車輪側部材との間を複数のリニアアクチュエータを介して接続したパラレルリンク機構部を有し、
前記パラレルリンク機構部の制御中心を、前記車輪の中心部と実質的に一致させ、
前記パラレルリンク機構部のZ軸を、直進状態における前記車輪の回転中心軸と直交させて配置したこと
を特徴とするサスペンション装置。 - 前記車輪の中央部に配置されたインホイールモータを備えること
を特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のサスペンション装置。 - 前記車輪への入力を検出するとともに、タイヤのモデルを用いて計算した許容最大グリップ力を超えないように前記インホイールモータのトルクを制御する駆動制御手段を備えること
を特徴とする請求項6に記載のサスペンション装置。 - 少なくとも3本の車輪のそれぞれを請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のサスペンション装置を介して車体に取り付けるとともに、各サスペンション装置の前記パラレルリンク機構部を協調制御する協調制御手段を備えること
を特徴とする車両。 - 前記協調制御手段は、車両の加速時に、車両前方側に配置された車輪の接地荷重が車両後方側に配置された接地車輪の荷重に対して相対的に増加するように車体姿勢を制御するとともに、
各車輪の駆動力を接地荷重に応じてそれぞれ設定する駆動力配分手段を備えること
を特徴とする請求項8に記載の車両。 - 前記協調制御手段は、車両の制動時に、車両前方側に配置された車輪の接地荷重が車両後方側に配置された接地車輪の荷重に対して相対的に減少するように車体姿勢を制御するとともに、
各車輪の制動力を接地荷重に応じてそれぞれ設定する制動力配分手段を備えること
を特徴とする請求項8又は請求項9に記載の車両。 - 前記協調制御手段は、車両の制動時に、車両の左右にそれぞれ配置された車輪のトー角、キャンバ角の少なくとも一方を、逆方向に変位させること
を特徴とする請求項8から請求項10までのいずれか1項に記載の車両。 - 前記協調制御手段は、各車輪を旋回中心側へ傾斜させる旋回時キャンバ角制御を実行すること
を特徴とする請求項8から請求項11までのいずれか1項に記載の車両。 - 前記協調制御手段は、各車輪の回転中心軸が車両中央部に設けられた一点で実質的に交わるように各車輪を転舵させた状態で、少なくとも一部の車輪に駆動力を付与すること
を特徴とする請求項8から請求項12までのいずれか1項に記載の車両。 - 前面衝突の前兆を検出する前面衝突検出手段を備え、
前記協調制御手段は、前記前面衝突の前兆が検出された場合に、車両前方側に配置された車輪を前記車体に対して前方側に変位させるとともに、車体後部の車高を上昇させること
を特徴とする請求項8から請求項13までのいずれか1項に記載の車両。 - 被追突の前兆を検出する被追突検出手段を備え、
前記協調制御手段は、前記被追突の前兆が検出された場合に、車両後方側に配置された車輪を前記車体に対して後方側に変位させること
を特徴とする請求項8から請求項14までのいずれか1項に記載の車両。 - 側面衝突の前兆を検出する側面衝突検出手段を備え、
前記協調制御手段は、前記側面衝突の前兆が検出された場合に、衝突を受ける側の車高を高くするよう前記車体の姿勢を制御すること
を特徴とする請求項8から請求項15までのいずれか1項に記載の車両。 - 前記協調制御手段は、前記側面衝突の前兆が検出された場合に、各車輪のタイヤ摩擦横力を低下させるように各車輪を変位させること
を特徴とする請求項16に記載の車両。 - 前記協調制御手段は前記車体のロール角が所定値以上となった場合に、前記ロール角を低減するよう前記車体の姿勢を制御するとともに、車体の姿勢制御が不可能となった場合には、各車輪の前記パラレルリンク機構部の前記リニアガイドアクチュエータを短縮する方向に駆動すること
を特徴とする請求項8から請求項17までのいずれか1項に記載の車両。
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