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JP4155299B2 - 車両の減衰力制御装置 - Google Patents

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JP4155299B2 JP2005371493A JP2005371493A JP4155299B2 JP 4155299 B2 JP4155299 B2 JP 4155299B2 JP 2005371493 A JP2005371493 A JP 2005371493A JP 2005371493 A JP2005371493 A JP 2005371493A JP 4155299 B2 JP4155299 B2 JP 4155299B2
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Description

本発明は、減衰力を変更可能なショックアブソーバを備えた車両の減衰力制御装置に関する。
この種の車両の減衰力制御装置として、車体に4輪がショックアブソーバを含んでなる懸架装置により懸架され、前記各ショックアブソーバの減衰力が車両の旋回状態に応じて個別に変更可能とされたものがあり、例えば下記特許文献1に記載されている。この減衰力制御装置においては、旋回内側の仮想点に車体の浮き上がりを抑制する浮き上がり抑制用ショックアブソーバおよび車体のロールを抑制するロール抑制用ショックアブソーバが配置された仮想の車両モデルを、実際の車両モデルに適合させるようにしている。
特許第3509544号
上記特許文献1に記載された減衰力制御装置では、車両旋回時に、旋回内輪側の車体の浮き上がりを抑制しながら車体のロールを抑制すべく、旋回内輪側のショックアブソーバの減衰力が旋回外輪側のショックアブソーバの減衰力に比して相対的に高く設定されるようになっている。このため、車両旋回時における車両重心の上昇が抑制されるので、車体のロールを抑制し、かつ車両旋回時における操縦性を向上させることが可能である。
しかし、上記特許文献1に記載された減衰力制御装置では、車両に作用する横加速度と車体の姿勢変化、例えば車体のロールとの位相差(時間差)については何ら考慮されていないので、横加速度の発生に対して車体姿勢が大きく遅れて変化する場合があり、車両旋回時における車両の乗り心地が十分に確保されないおそれがある。
本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、車両旋回時に車両に作用する横加速度と車体の姿勢変化との位相差を考慮して各ショックアブソーバの減衰力を制御することにより、車両旋回時における車両の乗り心地を向上させ得る減衰力制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、車体に4輪が各ショックアブソーバを含んでなる懸架装置により懸架され、前記各ショックアブソーバの減衰力が車両の旋回状態に応じて個別に変更可能とされた車両の減衰力制御装置において、車両の前後方向軸線回りの車体の実ロール角を検出するロール角検出手段と、車両の左右方向軸線回りの車体の実ピッチ角を検出するピッチ角検出手段と、車両旋回時にて車両に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段と、前記横加速度検出手段により検出された横加速度を用いて、前記横加速度の増加に従って増加する車両の前後方向軸線回りの車体の目標ロール角を設定する目標ロール角設定手段と、前記目標ロール角設定手段により設定された目標ロール角を用いて、前記目標ロール角の増加に従って増加する車両の左右方向軸線回りの車体の目標ピッチ角を設定する目標ピッチ角設定手段と、前記ロール角検出手段により検出された車体の実ロール角および前記ピッチ角検出手段により検出された車体の実ピッチ角が、それぞれ前記目標ロール角設定手段により設定された目標ロール角および前記目標ピッチ角設定手段により設定された目標ピッチ角となるように前記各ショックアブソーバに要求される減衰力を設定する目標減衰力設定手段と、前記目標減衰力設定手段により設定された目標減衰力に応じて前記各ショックアブソーバの減衰力を制御する減衰力制御手段とを備えていることにある。
これによれば、車両旋回時にて車両に作用する横加速度と車体のロールとの位相を一致させながら、車体のロールと車体のピッチングとの位相を一致させることが可能となって、車両旋回時におけるロール感を向上させながらピッチング感をも向上させることが可能である。
また、本発明の他の特徴は、前記目標減衰力設定手段が、車両旋回時にて懸架装置から車体に作用するジャッキアップ力を計算するジャッキアップ力計算手段と、前記ショックアブソーバの減衰力に前記ジャッキアップ力計算手段により計算されたジャッキアップ力を加味して目標減衰力を計算するジャッキアップ対応目標減衰力計算手段とを備えることにある。この場合、前記ジャッキアップ力計算手段は、例えば、車両旋回時にて後輪側懸架装置から車体に作用する後輪側ジャッキアップ力を計算するものであり、前記ジャッキアップ対応目標減衰力計算手段は、前記計算された後輪側ジャッキアップ力を打ち消す向きの力を後輪側の目標減衰力とするものであるとよい。
車両旋回時には、通常、車体に対してジャッキアップ力すなわち車輪に発生した横力に起因して懸架装置のジオメトリ変化から車体を持ち上げる向きの力が作用する。したがって、車両旋回時に車体に作用するジャッキアップ力を計算し、計算されたジャッキアップ力を加味して目標減衰力を設定し、設定された目標減衰力に応じて各ショックアブソーバの減衰力を制御するようにすれば、例えば、車体の後輪側の上下変位をゼロとしながら、車体の姿勢を前傾に維持することが可能となって、上記したように車両旋回時における車両の乗り心地を向上させながら、しかも車両の操縦安定性を向上させることが可能である。
a.第1実施形態
以下、本発明の第1実施形態について図面を用いて説明する。図1は同第1実施形態に係る車両の減衰力制御装置の全体を表す概略図であって、この減衰力制御装置は、車体BD(ばね上部材)と左右前後輪FL,FR,RL,RRとの間にて、懸架装置としてのショックアブソーバ10、コイルスプリング20およびロアアームLA(ばね下部材)をそれぞれ備えている。
ショックアブソーバ10は、左右前後輪FL〜RRに連結されたロアアームLAと、車体BDとの間にそれぞれ介装されていて、シリンダ11の下端にてロアアームLAに連結されるとともに、同シリンダ11に上下動可能に挿入されたピストンロッド12の上端にて車体BDに固定されている。コイルスプリング20は、ショックアブソーバ10と並列に設けられている。ロアアームLAは、図示を省略するアッパアーム、ナックル等と共に車体BDに左右前後輪FL〜RRを連結するためのリンク機構を構成している。
シリンダ11は、その内周面上を液密的に摺動するピストン13により上下室R1,R2に区画されている。ピストン13には、可変絞り機構30が組み付けられている。可変絞り機構30は、その一部を構成するアクチュエータ31の作動により、絞り量が変更されてシリンダ11の上下室R1,R2間を連通させる連通路の開度を複数段階に切り換える。この切り換え段階に応じて、連通路の開度が大きくなるとショックアブソーバ10の減衰力がソフト側に設定され、連通路の開度が小さくなると同ショックアブソーバ10の減衰力がハード側に設定されるようになっている。
次に、アクチュエータ31の作動を制御する電気制御装置について説明する。この電気制御装置は、電子制御ユニット40を備えている。電子制御ユニット40は、CPU,ROM,RAMなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品としており、イグニッションスイッチのオン後の所定時間毎に図2のロール制御プログラムを繰り返し実行してアクチュエータ31の作動を制御する。この電子制御ユニット40には、ばね上加速度センサ41fl,41fr,41rl,41rr、車高センサ42fl,42fr,42rl,42rr、横加速度センサ43および操舵角センサ44が接続されている。
ばね上加速度センサ41fl,41fr,41rl,41rrは、左右前後輪FL,FR,RL,RRに対応した車体BDにそれぞれ組み付けられていて、同組み付け位置における車体BDの絶対空間に対する上下方向のばね上加速度Gzfl,Gzfr,Gzrl,Gzrrをそれぞれ検出する。このばね上加速度センサ41fl〜41rrによって検出されたばね上加速度Gzfl〜Gzrrは、正により車両に対して上方向への加速度が発生していることを表し、負により車両に対して下方向への加速度が発生していることを表す。車高センサ42fl,42fr,42rl,42rrは、左右前後輪FL,FR,RL,RRに対応したロアアームLAと車体BDとの間にそれぞれ設けられていて、車体BDに対する左右前後輪FL〜RRの相対的な変位(ストローク)Xfl,Xfr,Xrl,Xrrをそれぞれ検出する。この車高センサ42fl〜42rrによって検出されたストロークXfl〜Xrrは、ロアアームLAと車体BD間の間隔が狭まる方向を正とし、間隔が広がる方向を負とする。
横加速度センサ43は、車両の左右方向の横加速度Gyを検出する。この横加速度センサ43によって検出された横加速度Gyは、正により車両に対して右方向への加速度が発生していることを表し、負により車両に対して左方向への加速度が発生していることを表す。操舵角センサ44は、図示省略する操舵ハンドルの操舵角δを検出する。この操舵角δは、正負の値により操舵ハンドルの左方向および右方向の操舵時の操舵角をそれぞれ表す。
次に、上記のように構成した第1実施形態の作動について説明する。乗員がイグニッションキーを操作してイグニッションスイッチがオンすると、電子制御ユニット40は、図2のロール制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行し始める。
このロール制御プログラムは、車両に作用する横加速度Gyと車体BDに発生するロールとの位相差がゼロになることを制御目標として車体BDのロールを制御するものであり、ステップS10にて実行が開始され、ステップS11にて車高センサ42fl,42fr,42rl,42rrにより検出された車体BDに対する左右前後輪FL,FR,RL,RRのストロークXi(i=fl,fr,rl,rr)をそれぞれ入力する。また、横加速度センサ43によって検出された車両の横加速度Gyを入力して、ステップS12に進む。
ステップS12においては、横加速度センサ43によって検出された車両の横加速度Gyを用いて目標ロール角θr*を計算する。この目標ロール角θr*の計算においては、電子制御ユニット40内のROM内に設けられた目標ロール角テーブルを参照して、横加速度Gyの絶対値|Gy|に応じて変化する車体BDの目標ロール角θr*を計算する。この目標ロール角テーブルは、図4に示すように、車両旋回時に車両に作用する横加速度Gyによって一義的に定まる目標ロール角θr*を記憶していて、この目標ロール角θr*は横加速度Gyの増加に従って線形的に増加する特性を有する。なお、この目標ロール角テーブルを利用するのに代えてまたは加えて、横加速度Gyに応じて変化する目標ロール角θr*を関数により予め定義しておき、同関数を利用して目標ロール角θr*を計算するようにしてもよい。
ステップS12の処理後、ステップS13にて実ロール角計算プログラムの実行により実ロール角θrを計算する。この実ロール角計算プログラムは、車両旋回時にて車体BDの一姿勢である実ロール角を計算するものであり、図3に示すように、ステップS30にて実行が開始され、ステップS31にてばね上加速度センサ41fl,41fr,41rl,41rrにより検出されたばね上加速度Gzfl,Gzfr,Gzrl,Gzrrをそれぞれ入力する。
ステップS32においては、車体BDの左輪側および右輪側重心点のばね上加速度GozlおよびGozrを、次式1および次式2を用いて計算する。
Gozl=(Gzfl・Lr+Gzrl・Lf)/L …式1
Gozr=(Gzfr・Lr+Gzrr・Lf)/L …式2
ここで、Lは車両のホイールベースを表し、Lf,Lrはそれぞれ水平面内での前後車軸と車体BDの重心点間の距離を表す。
ステップS33においては、車体BDの重心点を通る車両の前後方向軸線回りのロール角加速度θrddを、次式3を用いて計算する。
θrdd=( Gozl−Gozr)/T …式3
ここで、Tは車両のホイールトレッドを表す。ステップS34においては、式3を用いて計算されたロール角加速度θrddを2階時間積分して、実ロール角θrを計算する。なお、実ロール角θrは、正により車体BDが右方向へロールしていることを表し、負により車体BDが左方向へロールしていることを表す。ステップS34の処理後、ステップS35にてこの実ロール角計算プログラムの実行を一旦終了する。
図2のロール制御プログラムに戻って、ステップS13の処理後、ステップS14にて目標ロール角θr*から実ロール角θrを減算して、修正ロール角Δθrを計算する(Δθr=θr*−θr)。次に、ステップS15にて修正ロール角Δθrを2階時間微分して、修正ロール角加速度Δθrddを計算する(Δθrdd=d2(Δθr)/dt2)。
ステップS15の処理後、ステップS16においては、次式4を用いて、ロール角の修正に必要な修正ロールモーメントΔMrを計算する。
ΔMr=Ir・Δθrdd +Kr・Δθr …式4
ここで、Irは車体BDの重心点を通る車両の前後方向軸線回りの慣性モーメントを表し、Krはロール剛性を表す。また、ΔMrの符号は、ロール角の増加側と同じ向きである場合を正とし、ロール角の減少側と同じ向きである場合を負とする。
ステップS16の処理後、ステップS17においては、次式5を用いて修正ロールモーメントΔMrを車両の前後で振り分け、車両の前後で必要とされる各ロールモーメントの和として表す。
(ΔDfin−ΔDfout)・Tf/2 +(ΔDrin−ΔDrout)・Tr/2=ΔMr …式5
ここで、Tf,Trはそれぞれ前輪のホイールトレッドおよび後輪のホイールトレッドを表す。また、ΔDfin,ΔDfoutは、それぞれ前輪側旋回内輪および前輪側旋回外輪に対応したショックアブソーバ10に必要とされる修正減衰力を表し、ΔDrin,ΔDroutは、それぞれ後輪側旋回内輪および後輪側旋回外輪に対応したショックアブソーバ10に必要とされる修正減衰力を表す。各修正減衰力ΔDfin〜ΔDroutの符号は、車体BDに対して上向きに力が作用することになる場合を正、車体BDに対して下向きに力が作用することになる場合を負とする。
そして、この第1実施形態では、各ショックアブソーバ10の修正減衰力を均等に与えるようにしている。すなわち、それぞれの修正減衰力の大きさをΔDと仮定し、上記式5を次式6または次式7に置き換えて、修正減衰力ΔDを計算するようにしている。これにより、修正減衰力ΔDが次式8のように表される。
{(ΔD−(−ΔD)}・Tf/2 +{(ΔD−(−ΔD)}・Tr/2=ΔMr …式6
{(−ΔD)−ΔD}・Tf/2 +{(−ΔD)−ΔD}・Tr/2=−ΔMr …式7
ΔD=ΔMr/(Tf+Tr) …式8
この式6は、例えば、車両の左方向旋回走行時にて修正ロールモーメントΔMrが正であるとき、ロール角の増加側である右方向へのロールが更に許容されるように、旋回内輪である左前後輪FL,RLに対応したショックアブソーバ10にてそれぞれ正の修正減衰力ΔDが必要とされ、旋回外輪である右前後輪FR,RRに対応したショックアブソーバ10にてそれぞれ負の修正減衰力(−ΔD)が必要とされる場合に適用される。また、例えば、車両の右方向旋回走行時にて修正ロールモーメントΔMrが正であるとき、ロール角の増加側である左方向へのロールが更に許容されるように、旋回内輪である右前後輪FR,RRに対応したショックアブソーバ10にてそれぞれ正の修正減衰力ΔDが必要とされ、旋回外輪である左前後輪FL,RLに対応したショックアブソーバ10にてそれぞれ負の修正減衰力(−ΔD)が必要とされる場合にも適用される。
一方、式7は、例えば、車両の左方向旋回走行時にて修正ロールモーメントΔMrが負であるとき、ロール角の増加側である右方向へのロールが規制されるように、旋回内輪である左前後輪FL,RLに対応したショックアブソーバ10にてそれぞれ負の修正減衰力(−ΔD)が必要とされ、旋回外輪である右前後輪FR,RRに対応したショックアブソーバ10にてそれぞれ正の修正減衰力ΔDが必要とされる場合に適用される。また、例えば、車両の右方向旋回走行時にて修正ロールモーメントΔMrが負であるとき、ロール角の増加側である左方向へのロールが規制されるように、旋回内輪である右前後輪FR,RRに対応したショックアブソーバ10にてそれぞれ負の修正減衰力(−ΔD)が必要とされ、旋回外輪である左前後輪FL,RLに対応したショックアブソーバ10にてそれぞれ正の修正減衰力ΔDが必要とされる場合にも適用される。
ステップS17の処理後、ステップS18においては、車体BDに対する左右前後輪FL,FR,RL,RRのストロークXi(i=fl,fr,rl,rr)をそれぞれ時間微分して、ストローク速度Xid(i=fl,fr,rl,rr)を計算し、各ストローク速度Xidと、例えば可変絞り機構30の絞り量を表す検出信号とを用いて、現時点における各ショックアブソーバ10の減衰力Di(i=fl,fr,rl,rr)を計算する。具体的には、電子制御ユニット40内のROM内に設けられた減衰力テーブルを参照して、ストローク速度Xidに応じて変化する各ショックアブソーバ10の減衰力Diを計算する。この減衰力テーブルは、図5に示すように、複数の代表的な可変絞り機構30の絞り量毎に、ストローク速度Xidが「0」から正の所定値へ増加するにつれて増加するショックアブソーバ10の減衰力Diと、ストローク速度Xidが「0」から負の所定値へ減少するにつれて減少するショックアブソーバ10の減衰力Diとを記憶している。減衰力Diの大きさは、同一のストローク速度Xidに対して、可変絞り機構30の絞り量が大きくなるに従ってsoft側からhard側に向けて大きくなる。
ステップS19においては、ステップS18で計算されたショックアブソーバ10の減衰力Diを用いて、次式9によりショックアブソーバ10の目標減衰力Di*を設定する。
Di*=Di±ΔD(i=fl,fr,rl,rr) …式9
上記式9においては、修正ロールモーメントΔMrが正であるとき、旋回内輪側の目標修正減衰力Di*を(Di+ΔD)として計算し、旋回外輪側の目標修正減衰力Di*を(Di−ΔD)として計算する。これとは逆に、修正ロールモーメントΔMrが負であるとき、旋回内輪側の目標修正減衰力Di*を(Di−ΔD)として計算し、旋回外輪側の目標修正減衰力Di*を(Di+ΔD)として計算する。
次に、ステップS20においては、ステップS19で設定した各目標減衰力Di*に応じて、それぞれ対応したアクチュエータ31の作動を制御して可変絞り機構30の絞り量を変更する。ステップS20の処理後、ステップS21にて、このロール制御プログラムの実行を終了する。
この第1実施形態においては、横加速度センサ43により検出された横加速度Gyに応じて、ステップS12の処理により車両旋回時における車体BDの目標ロール角θr*が設定される。そして、ステップS13の処理で得られた車体BDの実ロール角θrが、設定された目標ロール角θr*となるように、ステップS14〜ステップS19の処理により各ショックアブソーバ10に要求される目標減衰力Di*が設定され、設定された各目標減衰力Di*に応じて、ステップS20の処理により各ショックアブソーバ10の減衰力Diが制御される。これにより、車両旋回時にて車両に作用する横加速度Gyと車体BDのロールとの位相を一致させることができ、車両旋回時におけるロール感すなわちロール時のスムーズなフィーリングを向上させることができる。
(第1変形実施形態)
上記第1実施形態では、ステップS17の処理に際して、式5を具体的に式6または式7に置き換えて実行するようにしたので、修正減衰力ΔDを簡易に求めることができた。しかし、これに限らず、例えば以下のようにして修正減衰力ΔDfin〜ΔDroutを求めるようにしてもよい。なお、他の部分に関しては、上記第1実施形態と同じであるため、説明を省略する。
この第1変形実施形態では、4輪のショックアブソーバ10の修正減衰係数を均等に与えるようにしている。すなわち、修正減衰係数の大きさをΔCと仮定し、上記式5を具体的に次式10に置き換えて、修正減衰係数ΔCを次式11を用いて計算するようにしている。これにより、修正減衰力ΔDfin〜ΔDroutが、次式12〜15のように表される。
(ΔC・Xfind−ΔC・Xfoutd)・Tf/2 +(ΔC・Xrind−ΔC・Xroutd)・Tr/2=ΔMr
…式10
ΔC=2ΔMr/{(Xfind−Xfoutd)・Tf+(Xrind−Xroutd)・Tr} …式11
ΔDfin=ΔC・Xfind …式12
ΔDfout=ΔC・Xfoutd …式13
ΔDrin =ΔC・Xrind …式14
ΔDrout =ΔC・Xroutd …式15
ただし、前輪側旋回内輪、前輪側旋回外輪、後輪側旋回内輪および後輪側旋回外輪の各ストロ−ク速度を表すXfind,Xfoutd,Xrind,Xroutdは、横加速度Gyおよび操舵角δの向きに応じて左右前後輪FL,FR,RL,RRに対応したストロ−ク速度Xid(i=fl,fr,rl,rr)に基づいて計算される。
ステップS17の処理後は、上記第1実施形態と同様、ステップS18にて現時点における各ショックアブソーバ10の減衰力Diを計算し、ステップS19にて各減衰力Diと修正減衰力ΔDfin〜ΔDroutをそれぞれ加算して、目標減衰力Di*を計算する。ステップS19の処理後、ステップS20にて目標減衰力Di*に応じて、対応した各アクチュエータ31の作動を制御して可変絞り機構30の絞り量を変更する。ステップS20の処理後、ステップS21にて、このロール制御プログラムの実行を終了する。この第1変形実施形態においても、上記第1実施形態と同様、車両旋回時におけるロール感を向上させることができる。
(第2変形実施形態)
上記第1変形実施形態では、ステップS17の処理に際して、式5を具体的に式10に置き換えて実行するようにしたので、修正減衰力ΔDfin〜ΔDroutを簡易に求めることができた。しかし、これに限らず、例えば以下のようにして修正減衰力ΔDf,ΔDrを求めるようにしてもよい。なお、他の部分に関しては、上記第1実施形態と同じであるため、説明を省略する。
この第2変形実施形態では、ロール減衰率ζを車両の前後で一致させ、車両の前後にてそれぞれ左右輪のショックアブソーバ10の修正減衰力を均等に与えるようにしている。すなわち、前輪側にて左右輪のショックアブソーバ10の修正減衰力をΔDfと仮定し、後輪側にて左右輪のショックアブソーバ10の修正減衰力をΔDrと仮定し、上記式5を具体的に下記式20および式21に置き換えて、修正減衰力ΔDf,ΔDrを計算するようにしている。まず、ロール減衰率ζを車両の前後で一致させているため、次式16が得られる。
Figure 0004155299
ここで、ΔMrf,ΔMrrは、それぞれ前輪側および後輪側の修正ロールモーメントであり、ΔMrf+ΔMrr=ΔMrの関係を有する。また、Irf,Irrは、それぞれ前輪側および後輪側のロール慣性モーメントであり、Irf+Irr=Irの関係を有する。また、Krf,Krrは、それぞれ前輪側および後輪側のロール剛性であり、Krf+Krr=Krの関係を有する。
次に、前輪側の修正ロールモーメントΔMrfの後輪側の修正ロールモーメントΔMrrに対する比をλとすると、修正ロールモーメント比λが次式17のように表される。
Figure 0004155299
ここで、hf,hrは、それぞれ前輪側および後輪側のロールアーム長であり、mf,mrは、それぞれ前輪側および後輪側の車体BDの質量である。上記式17から、前輪側の修正ロールモーメントΔMrfが次式18のように表され、後輪側の修正ロールモーメントΔMrrが次式19のように表される。
ΔMrf=ΔMr・λ/(λ+1) …式18
ΔMrr=ΔMr/(λ+1) …式19
上記式18および式19を用いて、前輪側の左右輪のショックアブソーバ10の修正減衰力ΔDfが次式20のように表され、後輪側の左右輪のショックアブソーバ10の修正減衰力ΔDrが次式21のように表される。
ΔDf=ΔMrf/Tf …式20
ΔDr=ΔMrr/Tr …式21
ステップS17の処理後は、上記第1実施形態と同様、ステップS18にて現時点における各ショックアブソーバ10の減衰力Diを計算し、ステップS19にて修正ロールモーメントΔMrf,ΔMrrの向きに応じて各減衰力Diと修正減衰力ΔDf,ΔDrとをそれぞれ加算または減算して、目標減衰力Di*を計算する。ステップS19の処理後、ステップS20にて目標減衰力Di*に応じて、対応した各アクチュエータ31の作動を制御して可変絞り機構30の絞り量を変更する。ステップS20の処理後、ステップS21にて、このロール制御プログラムの実行を終了する。この第2変形実施形態においても、上記第1実施形態と同様、車両旋回時におけるロール感を向上させることができる。
(第3変形実施形態)
上記第2変形実施形態では、ステップS17の処理に際して、式5を具体的に式20および式21に置き換えて実行するようにしたので、修正減衰力ΔDf,ΔDrを簡易に求めることができた。しかし、これに限らず、例えば以下のようにして修正減衰力ΔDfin〜ΔDroutを求めるようにしてもよい。なお、他の部分に関しては、上記第1実施形態と同じであるため、説明を省略する。
この第3変形実施形態では、上記第2変形実施形態と同様、ロール減衰率ζを車両の前後で一致させ、上記式16〜式19を用いて、前輪側の修正ロールモーメントΔMrfおよび後輪側の修正ロールモーメントΔMrrをそれぞれ計算する。ただし、この第3変形実施形態では、上記第2変形実施形態と異なり、車両の前後にてそれぞれ左右輪のショックアブソーバ10の修正減衰係数を均等に与えるようにしている。すなわち、前輪側にて左右輪のショックアブソーバ10の修正減衰係数をΔCfと仮定し、後輪側にて左右輪のショックアブソーバ10の修正減衰係数をΔCrと仮定し、ステップS17の処理に際して、上記式5を具体的に次式22および式23に置き換えて実行するようにしている。
ΔCf・(Xfind−Xfoutd)・Tf/2=ΔMrf …式22
ΔCr・(Xrind−Xroutd)・Tr/2=ΔMrr …式23
上記式22および式23を用いて、各修正減衰係数ΔCf,ΔCrが、それぞれ次式24および式25のように計算される。これら修正減衰係数ΔCf,ΔCrを用いて、修正減衰力ΔDfin〜ΔDroutが次式26〜式29のように表される。
ΔCf=2ΔMrf/{(Xfind−Xfoutd)・Tf} …式24
ΔCr=2ΔMrr/{(Xrind−Xroutd)・Tr} …式25
ΔDfin=ΔCf・Xfind …式26
ΔDfout=ΔCf・Xfoutd …式27
ΔDrin =ΔCr・Xrind …式28
ΔDrout =ΔCr・Xroutd …式29
ステップS17の処理後は、上記第1実施形態と同様、ステップS18にて現時点における各ショックアブソーバ10の減衰力Diを計算し、ステップS19にて各減衰力Diと修正減衰力ΔDfin〜ΔDroutをそれぞれ加算して、目標減衰力Di*を計算する。ステップS19の処理後、ステップS20にて目標減衰力Di*に応じて、対応した各アクチュエータ31の作動を制御して可変絞り機構30の絞り量を変更する。ステップS20の処理後、ステップS21にて、このロール制御プログラムの実行を終了する。この第3変形実施形態においても、上記第1実施形態と同様、車両旋回時におけるロール感を向上させることができる。
上記第1実施形態および各変形実施形態においては、目標ロール角テーブルにより横加速度Gyに従って目標ロール角θr*を所定値に設定するに際して、目標ロール角θr*の増加時と減少時とで目標ロール角θr*が同じ値に設定されるように実施した。しかし、目標ロール角θr*を設定する場合には、例えば目標ロール角θr*の増加時と減少時とで目標ロール角θr*が異なる値に設定されるように、良好なロール感が確保される範囲内で若干のヒステリシスを持たせるように実施することも可能である。
b.第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態について説明する。この第2実施形態に係る電子制御ユニット40は、図2のロール制御プログラムの実行することに加えて、図6のピッチング制御プログラムを実行するようになっている。他の部分に関しては、上記第1実施形態等と同じであるため、説明を省略する。
このピッチング制御プログラムは、上記第1実施形態で取得した目標ロール角θr*と車体BDに発生するピッチングとの位相差がゼロになることを制御目標として車体BDのピッチングを制御するものであり、ステップS40にて実行が開始され、ステップS41にて車両の横加速度Gyに応じて計算された目標ロール角θr*を入力して、ステップS42に進む。
ステップS42においては、目標ロール角θr*を用いて目標ピッチ角θp*を計算する。この目標ピッチ角θp*の計算においては、電子制御ユニット40内のROM内に設けられた目標ピッチ角テーブルを参照して、目標ロール角θr*の絶対値|θr*|に応じて変化する車体BDの目標ピッチ角θp*を計算する。この目標ピッチ角テーブルは、図8に示すように、車両旋回時における車両姿勢が極僅かに前傾となるような目標ピッチ角θp*を記憶していて、この目標ピッチ角θp*は目標ロール角θr*によって一義的に定まり、目標ロール角θr*の増加に従って非線形的に増加する特性を有する。なお、この目標ピッチ角テーブルを利用するのに代えてまたは加えて、目標ロール角θr*に応じて変化する目標ピッチ角θp*を関数により予め定義しておき、同関数を利用して目標ピッチ角θp*を計算するようにしてもよい。
ステップS42の処理後、ステップS43にて実ピッチ角計算プログラムの実行により実ピッチ角θpを計算する。この実ピッチ角計算プログラムは、車両旋回時にて車体BDの一姿勢である実ピッチ角を計算するものであり、図7に示すように、ステップS50にて実行が開始され、ステップS51にてばね上加速度センサ41fl,41fr,41rl,41rrにより検出されたばね上加速度Gzfl,Gzfr,Gzrl,Gzrrをそれぞれ入力する。
ステップS52においては、車体前輪側および後輪側のばね上加速度の平均値GzfおよびGzrを、それぞれ次式30および式31を用いて計算する。
Gzf=(Gzfl+Gzfr)/2 …式30
Gzr=(Gzrl+Gzrr)/2 …式31
ステップS53においては、車両のピッチ角加速度θpddを、次式32を用いて計算する。
θpdd=(Gzr−Gzf)/L …式32
ここで、Lは車両のホイールベースを表す。ステップS54においては、上記式32を用いて計算されたピッチ角加速度θpddを2階時間積分して、実ピッチ角θpを計算する。この実ピッチ角θpは、正により車両が前傾姿勢であることを表す。なお、車両旋回状態においては、車両構造などにより、実ピッチ角θpは常に正となる。ステップS54の処理後、ステップS55にてこの実ピッチ角計算プログラムの実行を一旦終了する。
図6のピッチング制御プログラムに戻って、ステップS43の処理後、ステップS44にて目標ピッチ角θp*から実ピッチ角θpを減算して、修正ピッチ角Δθpを計算する(Δθp=θp*−θp)。次に、ステップS45にて修正ピッチ角Δθpを2階時間微分して、修正ピッチ角加速度Δθpddを計算する(Δθpdd=d2(Δθp)/dt2)。
ステップS45の処理後、ステップS46においては、次式33を用いて、ピッチ角の修正に必要な修正ピッチモーメントΔMpを計算する。
ΔMp=Ip・Δθpdd +Kp・Δθp …式33
ここで、Ipは車体BDの重心点を通る車両の左右方向軸線回りの慣性モーメントを表し、Kpはピッチ剛性を表す。また、ΔMpの符号は、車体BDの前傾側を正とし、車体BDの後傾側を負とする。
ステップS46の処理後、図2のステップS17に進み、このステップS17の処理に際して、上記式5を具体的に次式34および式35に置き換えて、修正減衰力ΔDfin〜ΔDroutを計算するようにしている。
(ΔCf・Xfind−ΔCf・Xfoutd)・Tf/2 +(ΔCr・Xrind−ΔCr・Xroutd)・Tr/2=ΔMr
…式34
−(ΔCf・Xfind+ΔCf・Xfoutd)・Lf +(ΔCr・Xrind+ΔCr・Xroutd)・Lr=ΔMp
…式35
上記式34および式35は、次式36のような行列式で表され、この式36を用いて車両の前輪側および後輪側の修正減衰係数ΔCfおよびΔCrが次式37を用いて計算される。
Figure 0004155299
Figure 0004155299
ただし、上記式37において逆行列が成立するためには、Xfind≠XfoutdかつXrind≠Xroutdの条件を満足しなければならない。これは、Xfind=XfoutdかつXrind=Xroutdであるときは、車体BDにロールが発生しないので、上記式37にてロール条件を満たす修正減衰係数ΔCfおよびΔCrが存在しないからである。また、Xfind≠−XfoutdかつXrind≠−Xroutdの条件をも満足しなければならない。これは、Xfind=−XfoutdかつXrind=−Xroutdであるときは、車体BDにピッチングが発生しないので、上記式37にてピッチング条件を満たす修正減衰係数ΔCfおよびΔCrが存在しないからである。各修正減衰力ΔDfin〜ΔDroutは、上記減衰係数ΔCfおよびΔCrを用いて、上記第3変形実施形態と同様、上記式26〜式29のように表される。
ステップS17の処理後は、上記第3変形実施形態と同様、ステップS18にて現時点における各ショックアブソーバ10の減衰力Diを計算し、ステップS19にて各減衰力Diと修正減衰力ΔDfin〜ΔDroutをそれぞれ加算して、目標減衰力Di*を計算する。ステップS19の処理後、ステップS20にて目標減衰力Di*に応じて、対応した各アクチュエータ31の作動を制御して可変絞り機構30の絞り量を変更する。ステップS20の処理後、ステップS21にて、このロール制御プログラムの実行を終了する。
この第2実施形態においては、まず、横加速度センサ43により検出された横加速度Gyに応じて、図2のステップS12の処理により車両旋回時における車体BDの目標ロール角θr*が設定される。次に、設定された目標ロール角θr*に応じて、図6のステップS42の処理により車両旋回時における車体BDの目標ピッチ角θp*が計算される。そして、ステップS43の処理で得られた車体BDの実ピッチ角θpが、設定された目標ピッチ角θp*となるように、ステップS44〜ステップS46,ステップS17〜ステップS19の処理により各ショックアブソーバ10に要求される目標減衰力Di*が設定され、設定された各目標減衰力Di*に応じて、ステップS20の処理により各ショックアブソーバ10の減衰力Diが制御される。これにより、車両旋回時にて車両に作用する横加速度Gy、車体BDのロールおよび車体BDのピッチングとの位相を一致させることができ、車両旋回時におけるロール感を向上させながらピッチング感をも向上させることができる。
上記第2実施形態においては、目標ピッチ角テーブルにより目標ロール角θr*に従って目標ピッチ角θp*を所定値に設定するに際して、目標ピッチ角θp*の増加時と減少時とで目標ピッチ角θp*が同じ値に設定されるように実施した。しかし、目標ピッチ角θp*を設定する場合には、例えば目標ピッチ角θp*の増加時と減少時とで目標ピッチ角θp*が異なる値に設定されるように、良好なピッチ感が確保される範囲内で若干のヒステリシスを持たせるように実施することも可能である。
また、上記第2実施形態では、ステップS42の処理により、目標ロール角θr*に基づいて車体の目標ピッチ角θp*を間接的に設定するように実施したが、横加速度Gyに基づいて車体の目標ピッチ角θp*を直接設定するように実施することも可能である。
c.第3実施形態
次に、本発明の第3実施形態について説明する。この第3実施形態に係る減衰力制御装置は、横加速度センサ43、操舵角センサ44等に加えて、図1に破線で示すように、車速センサ45およびヨーレートセンサ46を備えている。車速センサ45は、車速Vを検出する。ヨーレートセンサ46は、ヨーレートγを検出する。このヨーレートセンサ46によって検出されたヨーレートγは、正により車両重心を通る車両の上下方向軸線回りに反時計回りの角速度が発生していることを表し、負により前記軸線回りに時計回りの角速度が発生していることを表す。また、この第3実施形態に係る電子制御ユニット40は、図2のロール制御プログラムおよび図6のピッチング制御プログラムを実行することに加えて、図9の減衰力制御プログラムを実行するようになっている。他の部分に関しては、上記第1実施形態等と同じである。
上記第1実施形態およびこの変形実施形態に係るロール制御プログラムは、車両に作用する横加速度Gyと車体BDに発生するロール角θrとの位相差がゼロになることを制御目標として各ショックアブソーバ10の減衰力を制御するものであった。また、上記第2実施形態に係るピッチング制御プログラムは、車体BDに発生するロール角θrとピッチ角θpとの位相差がゼロになることを制御目標として各ショックアブソーバ10の減衰力を制御するものであった。この第3実施形態に係る図9の減衰力制御プログラムは、上記した両減衰力制御に加え、車体BDの後輪側の上下変位がゼロになることを制御目標として各ショックアブソーバ10の減衰力を制御するものである。
この減衰力制御プログラムの実行はステップS60にて開始され、ステップS61にて、車速センサ45によって検出された車速V、ヨーレートセンサ46によって検出されたヨーレートγおよび横加速度センサ43によって検出された横加速度Gyを入力する。ステップS62においては、車両重心の横滑り角をβとしたとき、車両重心における車両左右方向の運動方程式から、車両重心の横滑り角速度dβ/dtを、次式38を用いて計算する。
dβ/dt=(Gy/V)−γ …式38
次に、ステップS63においては、ステップS62で計算した車両重心の横滑り角速度dβ/dtを時間積分して、車両重心の横滑り角βを計算する。ステップS64においては、後輪が、車両重心の速度成分と、車両重心回りの回転による速度成分を有することを考慮して、後輪の横滑り角βrを次式39を用いて計算する。
βr=(γ・Lr/V)−β …式39
ここで、Lrは車両重心と後車軸間の距離を表す。
ステップS65においては、ステップS64で計算した後輪の横滑り角βrを用いて、次式40に基づいて後輪推定横力Yrを計算する。
Yr=Cr・βr/(ToS+1) …式40
ここで、Crは後輪におけるコーナリングパワーすなわち後輪に発生するコーナリングフォースが横滑り角にほぼ比例して増加する横滑り角の領域内における単位横滑り角当たりの後輪のコーナリングフォースを表す。また、Toは後輪を構成するタイヤの時定数であり、横力がタイヤによる弾性変形に遅れて発生する遅れ時間を考慮したものである。
ステップS66においては、ステップS65で計算した後輪推定横力Yrを用いて、次式41に基づいて車体BDの後輪側に作用する推定ジャッキアップ力Jrを計算する。
Jr=Kjr・Yr2 …式41
ここで、Kjrは後輪側懸架装置のジオメトリ変化を考慮したジャッキアップ係数を表す。
ステップS66の処理後、図2のステップS17に進み、このステップS17の処理に際して、上記式5を具体的に次式42〜式45に置き換えて、修正減衰力ΔCfin・Xfind,ΔCfout・Xfoutd,ΔCrin・Xrind,ΔCrout・Xroutdを計算するようにしている。
(ΔCfin・Xfind−ΔCfout・Xfoutd)・Tf/2=ΔMrf …式42
(ΔCrin・Xrind−ΔCrout・Xroutd)・Tr/2=ΔMrr …式43
−(ΔCfin・Xfind+ΔCfout・Xfoutd)・Lf=ΔMp …式44
ΔCrin・Xrind+ΔCrout・Xroutd=−Jr …式45
ここで、ΔCfin,ΔCfout,ΔCrin,ΔCroutは、それぞれ前輪側旋回内輪、前輪側旋回外輪、後輪側旋回内輪、後輪側旋回外輪の修正減衰係数を表す。なお、上記式42および式43は、上記第2変形実施形態と同様、ロール減衰率ζが車両の前後で一致することを前提として導出されている。
上記式42〜式45から、4輪の修正減衰力修正減衰力ΔCfin・Xfind〜ΔCrout・Xroutdが次式46を用いて計算される。
Figure 0004155299
ステップS17の処理後は、上記第2実施形態と同様、ステップS18にて現時点における各ショックアブソーバ10の減衰力Diを計算し、ステップS19にて各減衰力Diと修正減衰力ΔCfin・Xfind〜ΔCrout・Xroutdををそれぞれ加算して、目標減衰力Di*を計算する。ステップS19の処理後、ステップS20にて目標減衰力Di*に応じて、対応した各アクチュエータ31の作動を制御して可変絞り機構30の絞り量を変更する。ステップS20の処理後、ステップS21にて、このロール制御プログラムの実行を終了する。
この第3実施形態においては、図9のステップS61〜ステップS66の処理により車両旋回時に車体BDに作用する後輪側推定ジャッキアップ力Jrが計算される。次に、図2のステップS17の処理に際して、上記第1および第2実施形態等で用いた条件式に加えて、後輪側の目標減衰力を、後輪側推定ジャッキアップ力Jrを打ち消す向きの力に設定する条件式が付加される(式45参照)。そして、図2のステップS18以降の処理により、設定された目標減衰力Di*に応じて各ショックアブソーバ10の減衰力Diが制御される。これにより、車体BDの後輪側の上下変位をゼロとしながら、車体BDの姿勢を前傾に維持することができ、車両旋回時におけるロール感およびピッチング感をも向上させながら、しかも車両の操縦安定性を向上させることができる。
上記第3実施形態では、図9の減衰制御プログラムの実行により、後輪側推定ジャッキアップ力Jrを計算して、後輪側の目標減衰力を後輪側推定ジャッキアップ力Jrとは反対方向の力に設定したので、各ショックアブソーバ10の減衰力Diの制御により車体BDの後輪側の上下変位をゼロとしながら、車体BDの姿勢を前傾に維持することができた。しかし、これに限らず、例えば、後輪側推定ジャッキアップ力Jrに加えて前輪側推定ジャッキアップ力Jfを加味するようにしてもよい。
この場合には、例えば、現時点で前輪側ショックアブソーバ10に発生している減衰力に前輪側推定ジャッキアップ力Jfを加算して、車体BDの前輪側に作用する上下方向の入力の総和を計算する。次に、この入力の総和による車体BDの重心点を通る車両の左右方向軸線回りの回転モーメントを打ち消すように、車体BDの後輪側に作用する上下方向の入力の総和を計算する。最後に、車体BDの後輪側に作用する上下方向の入力の総和から後輪側推定ジャッキアップ力Jrを減算して、後輪側の目標減衰力を計算するようにするとよい。
これによれば、車体BDの前輪側と後輪側とに作用する上下方向の入力をバランスさせることで、車体BDの姿勢を前傾に維持することが可能であり、車両旋回時におけるロール感およびピッチング感をも向上させながら、しかも車両の操縦安定性を向上させることができる。
以上、本発明の各実施形態等について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記各実施形態等に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、上記第1〜第3実施形態、および第1実施形態の各変形実施形態においては、ばね上加速度センサ41fl,41fr,41rl,41rrによって検出されたばね上加速度Gzfl,Gzfr,Gzrl,Gzrrに基づいて、車両のロール角加速度θrddおよびピッチ角加速度θpddをそれぞれ計算し、計算されたロール角加速度θrddおよびピッチ角加速度θpddをそれぞれ2階時間積分して、実ロール角θrおよび実ピッチ角θpを計算するようにした。しかし、これに限らず、例えば、車高センサ42fl,42fr,42rl,42rrによって検出されたストロークXi(i=fl,fr,rl,rr)に応じて、実ロール角θrおよび実ピッチ角θpを計算するようにしてもよい。
また、図2のステップS17の処理に際して、上記第1実施形態では、4輪のショックアブソーバ10の修正減衰力を均等に与え、第1変形実施形態では、4輪のショックアブソーバ10の修正減衰係数を均等に与え、第2変形実施形態では、ロール減衰率ζを車両の前後で一致させて車両の前後にてそれぞれ左右輪のショックアブソーバ10の修正減衰力を均等に与え、第3変形実施形態では、ロール減衰率ζを車両の前後で一致させて車両の前後にてそれぞれ左右輪のショックアブソーバ10の修正減衰係数を均等に与えるようにした。また、上記第2実施形態では、車両の前後にてそれぞれ左右輪のショックアブソーバ10の修正減衰係数を均等に与え、上記第3実施形態では、ロール減衰率ζを車両の前後で一致させて各ショックアブソーバ10の修正減衰係数を独立に与えるようにした。しかし、各修正減衰力を計算する場合には、適宜上記以外の仮定を用いた種々の方法に変更して実施することが可能である。
また、上記第2実施形態および第3実施形態においては、車体BDの姿勢としてロールおよびピッチングを取り上げ、図2のロール制御プログラムおよび図6のピッチング制御プログラムを実行することで、車両旋回時にてロール感およびピッチング感を向上させることができた。しかし、図2のロール制御プログラムの実行を省略して、図6のピッチング制御プログラムのみを実行するようにすることも可能である。
また、上記各実施形態等においては、車両旋回時にて車体BDの挙動に影響を与える車体BDの姿勢として、ロールとピッチングを取り上げたが、これら以外の車体BDの姿勢変化に対しても、上記したロール制御とピッチング制御の場合と同様にして、本発明を適用することも可能である。
本発明の第1実施形態〜第3実施形態、および第1実施形態の変形実施形態に係る車両の減衰力制御装置の全体を表す概略図である。 本発明の第1実施形態〜第3実施形態、および第1実施形態の変形実施形態に係り、図1の電子制御ユニットによって実行されるロール制御プログラムを示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態〜第3実施形態、および第1実施形態の変形実施形態に係り、図1の電子制御ユニットによって実行される実ロール角計算プログラムを示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態〜第3実施形態、および第1実施形態の変形実施形態に係り、前記電子制御ユニット内に設けられた目標ロール角テーブルに記憶されている横加速度に対する目標ロール角の変化特性を示すグラフである。 本発明の第1実施形態〜第3実施形態、および第1実施形態の変形実施形態に係り、前記電子制御ユニット内に設けられた減衰力テーブルに記憶されているストローク速度に対する減衰力の変化特性を示すグラフである。 本発明の第2および第3実施形態に係り、図1の電子制御ユニットによって実行されるピッチング制御プログラムを示すフローチャートである。 本発明の第2および第3実施形態に係り、図1の電子制御ユニットによって実行される実ピッチ角計算プログラムを示すフローチャートである。 本発明の第2および第3実施形態に係り、前記電子制御ユニット内に設けられた目標ピッチ角テーブルに記憶されている目標ロール角に対する目標ピッチ角の変化特性を示すグラフである。 本発明の第3実施形態に係り、図1の電子制御ユニットによって実行される減衰力制御プログラムを示すフローチャートである。
符号の説明
BD…車体、LA…ロアアーム(懸架装置)、FL,FR,RL,RR…左右前後輪、10…ショックアブソーバ(懸架装置)、20…コイルスプリング(懸架装置)、30…可変絞り機構、31…アクチュエータ、40…電子制御ユニット、41fl,41fr,41rl,41rr…ばね上加速度センサ、42fl,42fr,42rl,42rr…車高センサ、43…横加速度センサ、44…操舵角センサ、45…車速センサ、46…ヨーレートセンサ

Claims (2)

  1. 車体に4輪がショックアブソーバを含んでなる懸架装置により懸架され、前記各ショックアブソーバの減衰力が車両の旋回状態に応じて個別に変更可能とされた車両の減衰力制御装置において、
    車両の前後方向軸線回りの車体の実ロール角を検出するロール角検出手段と、
    車両の左右方向軸線回りの車体の実ピッチ角を検出するピッチ角検出手段と、
    車両旋回時にて車両に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段と、
    前記横加速度検出手段により検出された横加速度を用いて、前記横加速度の増加に従って増加する車両の前後方向軸線回りの車体の目標ロール角を設定する目標ロール角設定手段と、
    前記目標ロール角設定手段により設定された目標ロール角を用いて、前記目標ロール角の増加に従って増加する車両の左右方向軸線回りの車体の目標ピッチ角を設定する目標ピッチ角設定手段と、
    前記ロール角検出手段により検出された車体の実ロール角および前記ピッチ角検出手段により検出された車体の実ピッチ角が、それぞれ前記目標ロール角設定手段により設定された目標ロール角および前記目標ピッチ角設定手段により設定された目標ピッチ角となるように前記各ショックアブソーバに要求される減衰力を設定する目標減衰力設定手段と、
    前記目標減衰力設定手段により設定された目標減衰力に応じて前記各ショックアブソーバの減衰力を制御する減衰力制御手段とを備えていることを特徴とする車両の減衰力制御装置。
  2. 請求項1に記載した車両の減衰力制御装置において、
    前記目標減衰力設定手段は、車両旋回時にて懸架装置から車体に作用するジャッキアップ力を計算するジャッキアップ力計算手段と、
    前記ショックアブソーバの減衰力に前記ジャッキアップ力計算手段により計算されたジャッキアップ力を加味して目標減衰力を計算するジャッキアップ対応目標減衰力計算手段とを備えることを特徴とする車両の減衰力制御装置。
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