JPH1159157A - 接地荷重制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 障害物等の回避のための制動や旋回操
作時に安定して高い性能を得ることが可能な車両制御装
置を提供する。 【解決手段】 運転者のブレーキ、ハンドル等の動作
速度またはその動作速度と姿勢を保持せんとする力とを
検出し、これを回避動作としてその結果に基づき制動
時、旋回時にばね上、ばね下両加速度の一方、或いは両
方をアクチュエータが発生する推力によって直接制御し
てばね上、ばね下両質量の一方、或いは両方の慣性力を
発生させてこれの反力を接地面に作用させることによ
り、各輪の接地荷重を一時的に増大させ、タイヤのグリ
ップ力の発生限界を高め、安定に効率良く制動または旋
回することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ばね上質量とばね
下質量との少なくともいずれか一方に加速度を発生させ
て接地荷重を一時的に増大させることのできる接地荷重
制御手段を具備する接地荷重制御装置に関し、特に加速
性能及び旋回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、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。

【０００３】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、例えば直進時はばね上質
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。また、緊急時、衝突をさけるための操舵や制動を
行う際には、必ずしも運転者はタイヤのグリップ力を考
慮した適切な操舵や制動を行うことはできないことか
ら、上記したような各タイヤ間の荷重移動量を制御して
車体を安定させることは重要であるが、このような衝突
をさけるための操舵や制動動作は、車両の制動または操
舵限界は考慮されていないものの回避する方向の操作で
あることから、このような操作は可能な限り車体挙動に
反映させることが望ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
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
は、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、車両重量の範囲
を超えてタイヤのグリップ力の余裕を更に高めることの
できるものではない。

【０００５】また、特開平９−３９７５５号公報には、
運転者のブレーキ操作の速度などから衝突の回避を目的
とするブレーキ操作（パニックブレーキ）であるか否か
を検出し、パニックブレーキの場合には例えばブレーキ
アシスト量を増やすようにしたものが開示されている
が、上記同様、その時の車両挙動に応じた車輪のブレー
キングの効率を最適化し得るにとどまり、車両重量の範
囲を超えてタイヤのグリップ力の余裕を更に高めてブレ
ーキングの性能を向上することのできるものではない。

【０００６】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。

【０００７】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本発明者らの知見に鑑み案出さ
れたものであり、その主な目的は、特に障害物等の回避
のための制動や旋回操作時に安定して高い性能を得るこ
とが可能な接地荷重制御装置を提供することにある。

【０００８】

【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、アクセルの戻り速度、ブレ
ーキペダルが踏まれる速度及び操舵速度など運転者の運
転操作に係る動作速度を検出し、この動作速度が、通常
操作時の速度よりも大きい速度である場合、障害物等の
回避行動と判断し、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、その反力によってタイヤの接地荷重を一時的に増大
させるものとした。また、これに加えてステアリングシ
ャフトの軸線方向に運転者から加えられる力、フットレ
ストに加わる力、ブレーキペダルに加わる力、運転席の
シートバックに加わる力など、運転者の姿勢を保持しよ
うとする力を検出し、この力が通常操作時よりも大きい
場合に、上記動作速度があまり大きくなくても障害物等
の回避行動と判断することで、より正確に回避行動の判
断ができる。

【０００９】これによると、運転者の回避行動が検出さ
れた場合に車両重量を超えた荷重をタイヤの接地面に一
時的に加えることで、タイヤのグリップ力の発生限界が
引き上げられ、緊急制動時、旋回時の一時的な制動性
能、旋回性能が向上する。

【００１０】

【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。

【００１１】図１は、本発明が適用された車両の能動型
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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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１
１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。

【００１６】ＥＣＵ１８には、回避行動検出部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、アクセル
の戻り速度を検出するアクセル速度センサ２９、ブレー
キペダルが踏まれる速度を検出するブレーキ速度センサ
３１及び操舵速度センサ３４のいずれか１つまたは２つ
以上からの信号に基づき回避行動検出部２７にて運転者
の動作速度が検出され、その程度が判断される。また、
回避行動検出部２７ではステアリングシャフトの軸線方
向に運転者から加えられる力を検出するステアリング軸
線方向力センサ２８、フットレストに加わる力を検出す
るフットレスト踏力センサ３０、ブレーキペダルに加わ
る力を検出するブレーキ力センサ３２及び運転席のシー
トバックに加わる力を検出するシートバック圧力センサ
３３のいずれか１つまたは２つ以上からの信号に基づき
運転者の姿勢を保持しようとする力も検出される。そし
て、運転者の動作速度及び運転者の姿勢保持力から判断
された回避行動予測信号または回避行動検出信号と、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にストロークを発生させ、タイヤ接地荷
重を増大させる向きの上下加速度を、ばね上質量とばね
下質量との少なくともいずれか一方に発生させる。

【００１７】これを図２のフローチャートに示す。この
フローチャートでは、説明を簡便にするためにアクセル
戻り速度を省略してブレーキ踏み込み速度及び操舵速度
で運転者の動作速度検出を行うものとする。ステップ１
にて上記各センサにより運転者の何らかの挙動開始が検
知されたら、ステップ２にてセンサ３１、３４により、
ブレーキ踏み込み速度、操舵速度を動作速度として検出
し、そのいずれの速度も第１の所定速度（ａ１、ｂ１）
未満、即ち通常速度（ブレーキ踏み込み速度＜ａ１、か
つ操舵速度＜ｂ１）であれば、後の処理をスキップして
終了し、そうでなければステップ３に進む。そして、ス
テップ３にてブレーキ踏み込み速度、操舵速度の少なく
ともいずれか一方が、通常速度よりも大きい第２の所定
速度（ａ２、ｂ２：ａ２＞ａ１、ｂ２＞ｂ１）以上（ａ
２≧ブレーキ踏み込み速度、またはｂ２≧操舵速度）で
あったらステップ５に進み、後記する原理の接地荷重増
加処理を行う。また、そうでなければ、即ちブレーキ踏
み込み速度、操舵速度の一方または両方が第１の所定速
度と第２の所定速度との間（ａ２＞ブレーキ踏み込み速
度≧ａ１、またはｂ２＞操舵速度≧ｂ１）であると判断
し、運転者の姿勢保持力をセンサ２８、３０、３２、３
３にて検出し、そのいずれかが各々に定められた所定の
力よりも大きければ、ステップ５に進み、そうでなけれ
ば後の処理をスキップして終了する。

【００１８】従って、運転者のいずれかの動作速度が非
常に大きい場合には、その姿勢保持力とは無関係に接地
荷重増加処理を行い、いずれかの動作速度が通常よりも
或る程度大きいが、通常動作の可能性もある場合には運
転者の姿勢保持力が大きいか否か、即ち緊張して踏ん張
っているか否かにより回避行動を判断し、必要に応じて
接地荷重増加処理を行うこととなる。

【００１９】尚、実際には図示されない各輪の車輪速セ
ンサ、車速センサ、操舵角センサ（上記操舵速度センサ
と共用可）、ヨーレートセンサ、横加速度センサなどか
らの信号に基づき車両の挙動状態を検出し、上記回避行
動検出部２７にて回避行動が予測または検出され、かつ
そのままでは所要の制動、旋回が行えないと判断した場
合にタイヤの接地荷重を一時的に増大させても良い。

【００２０】また、実際には回避行動の予測または検出
時に、各センサ２８〜３４からの検出値の大きさ、変化
の程度などからその切迫度を判定し、その程度に応じ
て、また車両の挙動状態に応じてタイヤの接地荷重を適
切に増大させるように制御することが望ましい。

【００２１】次に、接地荷重を一時的に増加させる原理
について説明する。図３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

【００２２】従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えら
れる。 Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1^** ＝Ｍ2・Ｚ2^**＋Ｍ1・Ｚ1^**

【００２３】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。

【００２４】図４に示すように、例えば急制動の場合、
通常でも後輪荷重が減少傾向となるために後輪がロック
し易くなるが、上記の手法で後輪の接地荷重を通常時に
比して増大させることにより、後輪のロックが防止され
るので、制動距離の短縮化により一層寄与することがで
きる。図４は、後輪側の接地荷重のみを増大させた場合
を例示しているが、その時の車両の運動状態や路面の状
態などに応じて、制動距離の短縮に最適となる荷重分布
が得られるように、各アクチュエータを個々に制御すれ
ば良いことは言うまでもない。

【００２５】また、図５（ａ）に示すように、例えば車
両の旋回時には操舵輪としての前輪の接地荷重が後輪よ
りも大きいが、前輪の接地荷重を現在の接地荷重よりも
通常時に比して一時的に増大させることにより操舵輪の
グリップ力が向上し、操舵限界が一時的に高くなり、旋
回性能が向上する。逆に図５（ｂ）に示すように、後輪
の接地荷重を現在の接地荷重よりも通常時に比して一時
的に増大させることによりそのグリップ力が向上し、ス
ピンの発生を防止して旋回安定性が向上する。尚、図示
したものは前輪駆動車であるが、後輪駆動車、４輪駆動
車についてもその程度は異なるもののこれと同様であ
る。

【００２６】ここで、図４、図５では、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。

【００２７】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

【００２８】従って、タイヤ接地荷重Ｗは次式で与えら
れる。 Ｗ＝−Ｋt・Ｚ1 ＝−Ｆz＋Ｍ1・Ｚ1^**＋Ｃ・（Ｚ1^*−Ｚ2^*）＋Ｋs・（Ｚ
1−Ｚ2） ＝Ｍ2・Ｚ2^**＋Ｍ1・Ｚ1^**

【００２９】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。

【００３０】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）、Ｆ
z3（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。

【００３１】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、 Ｉxφ^*＝Ｍx ＝Ｔf／２・（−Ｆz1＋Ｆz2）−Ｔf／２・（−Ｆz3＋Ｆ
z4） となり、ピッチング慣性力は Ｉyθ^*＝Ｍy ＝Ｌf・（−Ｆz1−Ｆz2）−Ｌr・（−Ｆz3−Ｆz4） となる。

【００３２】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、一層制動時、旋回時の安定性が向上する。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。

【００３３】尚、上記実施形態は、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。

【００３４】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。

【００３５】

【発明の効果】このように本発明によれば、運転者の動
作速度を検出し、また必要に応じて運転者の姿勢保持力
を検出し、その結果に基づき障害物等の回避行動と判断
したら制動時、旋回時にばね上、ばね下両加速度の一
方、或いは両方をアクチュエータが発生する推力によっ
て直接制御してばね上、ばね下両質量の一方、或いは両
方の慣性力を発生させてこれの反力を接地面に作用させ
ることにより、各輪の接地荷重を一時的に増大させ、タ
イヤのグリップ力の発生限界を高め、安定に効率良く制
動または旋回することが可能となる。

【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】本発明の作動要領を説明するためのフローチャ
ート。

【図３】本発明の原理を説明するためのモデル図。

【図４】本発明が適用された前輪駆動車の制動時の概念
的な接地荷重分布図。

【図５】（ａ）、（ｂ）とも本発明が適用された前輪駆
動車の旋回時の概念的な接地荷重分布図。

【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 危険回避行動検出部 ２８ ステアリング軸線方向力センサ ２９ アクセル速度センサ ３０ フットレスト踏力センサ ３１ ブレーキ速度センサ ３２ ブレーキ力センサ ３３ シートバック圧力センサ ３４ 操舵速度センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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に推力を与えてばね
   上質量とばね下質量との少なくともいずれか一方に加速
   度を発生させ、該加速度に基づく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の反力をタイヤ
   と路面との間に作用する接地荷重に加える接地荷重制御
   手段と、 運転者の運転操作に係る動作速度を検出する手段とを有
   し、 運転者の運転操作に係る動作速度が、通常操作時の速度
   よりも大きい速度である場合に前記接地荷重制御手段に
   より各車輪の接地荷重を増大させるようになっているこ
   とを特徴とする接地荷重制御装置。
2. 【請求項２】 運転者がその姿勢を保持しようとする力
   を検出する手段を更に有し、 運転者の運転操作に係る動作速度が前記通常操作時の速
   度よりも大きい速度であり、かつ運転者がその姿勢保持
   力が通常操作時の力よりも大きい力である場合に前記接
   地荷重制御手段により各車輪の接地荷重を増大させるよ
   うになってい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。