JP5131681B2 - 車両の後輪トー角可変制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、後輪トー角が可変制御される後輪トー角可変車両に設けられ、前記後輪トー角の制御に供される後輪トー角制御装置に関する。

前輪のみを操舵する車両においては、低速で旋回走行する場合、前後輪のタイヤにはすべり角が殆ど生じないため、車体の進行方向は前輪舵角の２分の１となって、車体の向きと進行方向との間にはずれ（以下、車体すべり角と記す）が発生している。一方、高速で旋回走行する場合、各タイヤには、大きなコーナリングフォースを発生させるために大きなすべり角が必要となる。この場合、前輪はハンドルを大きく切ることですべり角を大きくすることができるが、後輪は遠心力によって車体後部がコーナー外側へ流されること、いわゆる「斜め走り」をすることによってすべり角を大きくせざるを得ない。そのため、車体すべり角は低速走行時と正負が逆になり、高速旋回時の車体すべり角は、車速が高くなるほど斜め走りが激しくなる。

ここで、前輪のみを操舵する車両の車体すべり角βの定常値は次式で与えられる。
β＝｛〔（１−ｍ／ｌ）・（ｌ_ｆ／ｌ_ｒｋ_ｒ）・Ｖ^２〕／（１＋ＡＶ^２）｝・（δ_ｆ・ｌ_ｒ／ｌ）・・・（１）
但し、m：車両質量、ｌ：ホイールベース、ｌ_ｆ、ｌ_ｒ：重心軸間距離、δ_ｆ：前輪舵角、Ａ：スタビリティファクタ、Ｖ：車速である。
そして、車体すべり角βの特性を、アンダーステア、ニュートラルステア、オーバーステアの各特性についてグラフにすると、図４のように表される。なお、図４の縦軸は車体すべり角β／前輪舵角δ_ｆを表し、横軸は車速Ｖを表している。図から判るように、β／δ_ｆは、車速が０のときにはステア特性に拘わらず２分の１であり、車速が高くなるに連れて負の値に変化してゆく。そして、式１及び図３から判るように、車体すべり角βは、いずれのステア特性においても車速Ｖに応じて減少する特性を持つ。

このように、車速Ｖによって車体すべり角βが大きく変化した場合、ドライバの運転操作が困難となる。そこで、操作性の向上を図るべく、左右の後輪トー角を個別に変化させる後輪トー角制御装置が知られている（特許文献１参照）。この装置は、左右の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油圧シリンダなどの直線変位アクチュエータを設け、これを伸縮駆動する構成を採っている。

特許文献１に記載の技術を始めとして、後輪操舵装置の簡易型として計画される従来の後輪トー角制御装置では、車両の旋回時における車両挙動に対応して後輪舵角を制御しており、前輪舵角、横加速度、あるいはヨーレイトに応じて後輪舵角の制御目標値を定めることが一般的であり、例えば車体すべり角が０になるように後輪舵角を制御するものが知られている（特許文献２参照）。
特公平８−２５４８２号公報 特許第３１７９２７１号公報

特許文献２に記載のパラメータを用いた後輪トー角制御装置によれば、前輪舵角を操作して横加速度、或いはヨーレイトを変化させることにより、運転者の意思が後輪トー角制御に反映される反面、実際の走行環境の変化、即ち、路面状態の変化や、タイヤ特性、積載荷重などの車両特性の変化に対応して車体すべり角を高精度に制御するのは困難であった。

本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、路面状態やタイヤ特性あるいは車両重量に拘わらず後輪トー角を適正に制御することにより、車両安定性の向上を実現した、車両の後輪トー角制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、後輪トー角が可変制御される後輪トー角可変車両に設けられ、前記後輪トー角の制御に供される後輪トー角制御装置において、前輪舵角を検出する前輪舵角検出手段と、実車体すべり角を検出する実車体すべり角検出手段と、前記前輪舵角検出手段の検出結果に基づき、目標車体すべり角を設定する目標車体すべり角設定手段と、前記目標車体すべり角と前記実車体すべり角との差に基づき、目標後輪トー角を設定する目標後輪トー角設定手段とを備えるものとした。

また、請求項２の発明は、請求項１の後輪トー角可変制御装置において、実車体すべり角検出手段を対地センサとするものとした。

このような本発明によれば、路面状態やタイヤ特性あるいは車両重量の変化に拘わらず、車体すべり角が目標値となるように後輪トー角を適正に制御することができる。したがって、適正な車両の挙動制御が行われて車両安定性が向上するとともに、ドライバに違和感を与えることのない車両の操作性向上が実現される。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、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、後輪５Ｌ（左）、後輪５Ｒ（右）と記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５と記す。

≪実施形態の構成≫
＜自動車の概略構成＞
図１は、実施形態に係る後輪トー角制御装置が適用された後輪トー角可変車両１の概要を示している。この後輪トー角可変車両１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、それぞれサスペンションアームや、スプリング、ダンパ等からなる前輪懸架装置６Ｌ，６Ｒおよび後輪懸架装置７Ｌ，７Ｒによって車体に懸架されている。また、後輪トー角可変車両１は、ステアリングホイール８の操舵によって左右の前輪３Ｌ，３Ｒを直接転舵する前輪操舵装置９と、左右の後輪懸架装置７Ｌ，７Ｒにおける左右のトレーリングアーム１０Ｌ，１０Ｒに連結されて個別に変長されることにより、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を個別に変化させる左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒとを備えている。

後輪トー角可変車両１には、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２の他、車速センサ１３や、ステアリングホイール８の操舵角を検知する操舵角センサ１４（前輪舵角検出手段）、実車体すべり角、即ち車体の向きと実際の進行方向の角度差を検出する対地センサ１５、各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの変位量から各後輪５Ｌ，５Ｒのトー角をそれぞれ検知する左右のトー角センサ１６Ｌ，１６Ｒが設置されており、これらの検出信号もＥＣＵ１２に入力する。ＥＣＵ１２は、これら各センサの出力に基づいて各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを変長させ、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を制御する。

各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは、減速機付き電動モータとねじ機構とを組み合わせた回転運動／直線運動変換装置、あるいは流体圧でピストンロッドを直線駆動するシリンダ装置など、公知の適宜な直線変位アクチュエータを用いることができる。また各トー角センサ１６Ｌ，１６Ｒは、ポテンショメータなど、公知の変位センサを適用できるが、耐久性を考慮すると、電磁式など非接触センサが良い。対地センサ１５は、直進方向および横方向の速度を測定する空間フィルタ式速度検出器を用いて横すべり角を測定する公知のセンサを適用することができる。

このように構成された後輪トー角可変車両１によれば、左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪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上、左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪５Ｌ，５Ｒを左右に転舵することも可能である。

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（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して各アクチュエータ１１や各センサ１３〜１６等と接続されている。

＜後輪トー角制御装置の概略構成＞
図２は実施形態に係る後輪トー角制御装置２０の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、後輪トー角制御装置２０は、車速センサ１３と、操舵角センサ１４と、対地センサ１５と、左右のトー角センサ１６Ｌ，１６Ｒと、ＥＣＵ１２と、左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒとから構成されている。

ＥＣＵ１２は、車速センサ１３や操舵角センサ１４、対地センサ１５、トー角センサ１６Ｌ，１６Ｒ等が接続する入力インタフェース２１と、操舵角センサ１４の検出値に基づき、目標車体すべり角β_idealを設定する目標車体すべり角設定部２２と、目標車体すべり角β_idealと対地センサ１５の検出値とから目標後輪トー角θ_idealを算出する目標後輪トー角設定部２３と、目標後輪トー角θ_idealなどに基づいて各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの駆動信号を生成する駆動信号生成部２４と、駆動信号生成部２４が生成した駆動信号をアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒに出力する出力インタフェース２５とから構成されている。

＜実施形態の作用＞
次に、本実施形態に係る後輪トー角制御装置２０による後輪トーの制御の手順について、図３を参照しながら説明する。後輪トー角可変車両１が運転を開始すると、ＥＣＵ１２は、所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）をもって、図３のフローチャートに示す後輪トー角処理を実行する。

後輪トー角制御を開始すると、先ずステップ１において、目標車体すべり角設定部２２は、次式に表す処理を行って、即ち、車体すべり角伝達特性Ｇに前輪舵角δ_ｆを乗算して目標車体すべり角β_idealを設定する。
β_ideal＝Ｇ・δ_ｆ・・・（２）
車体すべり角伝達特性Ｇは、車両１の目標車体すべり角特性として予め設定された関数であり、車体すべり角β／前輪舵角δ_ｆと車速Ｖとの関係（図４のグラフに相当）を表すものである。具体的には、車速センサ１３の検出結果（車速Ｖ）に基づいて、前記車体すべり角β／前輪舵角δ_ｆが算出される。目標車体すべり角設定部２２は、この値に操舵角センサ１４の検出値（前輪舵角δ_ｆ）を乗算することにより、目標車体すべり角β_idealを算出する。

なお、車体すべり角伝達特性Ｇを用いる代わりにマップを用いて目標車体すべり角β_idealを設定してもよい。この場合、目標車体すべり角設定部２２が、ＲＯＭに格納されたマップを検索し、検索結果に前輪舵角δ_ｆを乗算することにより、目標車体すべり角β_idealが設定される。また、車速Ｖに拘わらず目標車体すべり角特性が一定となるように、車体すべり角伝達特性Ｇに所定の係数を用いてもよい。

次に、ステップ２において、目標後輪トー角設定部２３が、次式に基づき、目標後輪トー角θ_idealを求める。即ち、目標車体すべり角設定部２２によって算出された目標車体すべり角β_idealから対地センサ１５の検出値（実車体すべり角β_act）を減算し、この値に所定の係数Ｋを乗算することによって目標後輪トー角θ_idealを算出する。
θ_ideal＝Ｋ（β_ideal−β_act）・・・（３）

式３に式２を代入して得られるように、目標車体すべり角設定部２２と目標後輪トー角設定部２３とを経て算出される目標後輪トー角θ_idealは、次式で表されることになる。
θ_ideal＝Ｋ（Ｇ・δ_ｆ−β_act）・・・（４）

次に、ステップ３において、駆動信号生成部２４が、左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを、左右の後輪５Ｌ，５Ｒを目標後輪トー角設定部２３によって算出された目標後輪トー角θ_idealへ変化させるのに必要な左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの制御量を算出するとともに、これらの値に基づき、アクチュエータ駆動信号を生成する。アクチュエータ駆動信号は出力インタフェース２５を介して左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒに向けて出力される。

駆動信号生成部２４には、左右のトー角センサ１６Ｌ，１６Ｒによって検出された左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの実際の変位量（実トー角θ_act）を示す信号が入力されるので（図２参照）、ステップ４では、駆動信号生成部２４が、θ_actがθ_idealと等しいか否か、すなわち、左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒが駆動信号生成部２４によって生成された信号通りに駆動している否かを判定する。θ_actがθ_idealと等しい場合（Ｙｅｓ）には、リターンに進み、上記手順が繰り返される。一方、θ_actがθ_idealと等しくない場合（Ｎｏ）には、θ_actがθ_idealとの差に基づいて、駆動信号生成部２４がアクチュエータの駆動信号を生成する。このように、左右の後輪５Ｌ，５Ｒが目標後輪トー角θ_idealとなっているかのフィードバック制御されることにより、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角の正確な制御が可能になるとともに、アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの異常なども検出することも可能となる。

このように、本実施形態によれば、路面状態やタイヤ特性あるいは車両重量の変化に拘わらず、車体すべり角βが目標値となるように後輪トー角θを適正に制御することができる。したがって、後輪トー角可変車両１の適正な挙動制御が行われて車両安定性が向上するとともに、車両の操作性もドライバに違和感を与えずに向上される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるも
のではない。例えば、上記実施形態では、実車体すべり角検出手段として対地センサを利用しているが、ヨーレイトと横加速度と車速とに基づいて実車体すべり角を算出してもよい。この場合、後輪トー角可変車両がヨーレイトセンサと横加速度センサとを更に備えるように構成し、実車体すべり角β_actは次式により求めればよい。
β_act＝α_ｙ／Ｖ−γ・・・（５）
但し、α_ｙ：横加速度、γ：ヨーレイトである。
このような実施形態とすることにより、高価な対地センサを備えなくとも、対地センサ以外の比較的安価なセンサを利用し、これらセンサの検出値に基づいて算出することによって実際の車体すべり角に略等しい値を求めることができる。したがって、本発明をより低コストで実施することが可能である。

また、上記実施形態では、後輪トー角制御装置を、両後輪におけるトレーリングアームにアクチュエータが連結された後輪トー角可変車両に適用しているが、それ以外の構成からなる後輪トー角可変車両に適用してもよい。さらに、後輪トー角を変化させるアクチュエータについても、左右の後輪にそれぞれ設けられる必要はなく、１つのアクチュエータで左右両後輪を同方向に駆動するような構成であってもよい。その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、車両および後輪トー角制御装置の具体的構成や制御の具体的手法等は適宜変更可能である。

実施形態に係る後輪トー角制御装置が適用された後輪トー角可変車両の概略構成図 実施形態に係る後輪トー角制御装置の概略構成を示すブロック図 実施形態に係る後輪トー角制御の手順を示すフローチャート 横すべり角／操舵角と速度との関係を示すグラフ

符号の説明

１ 後輪トー角可変車両
１１Ｌ，１１Ｒ アクチュエータ
１３ 車速センサ
１４ 操舵角センサ（前輪舵角検出手段）
１５ 対地センサ（実車体すべり角検出手段）
１６Ｌ，１６Ｒ トー角センサ
２０ 後輪トー角制御装置
２２ 目標車体すべり角設定部
２３ 目標後輪トー角設定部
δ_ｆ 前輪舵角
β_act 実車体すべり角
β_ideal 目標車体すべり角
θ_ideal 目標後輪トー角
Ｇ 車体すべり角伝達特性
Ｋ 係数

Claims (2)

1. 後輪トー角が可変制御される後輪トー角可変車両に設けられ、前記後輪トー角の制御に供される後輪トー角制御装置であって、
   前輪舵角を検出する前輪舵角検出手段と、
   車体の向きと進行方向とのなす角度である実車体すべり角を検出する実車体すべり角検出手段と、
   前記前輪舵角検出手段の検出結果に基づき、目標車体すべり角を設定する目標車体すべり角設定手段と、
   前記目標車体すべり角と前記実車体すべり角との差に基づき、目標後輪トー角を設定する目標後輪トー角設定手段とを備え、
   前記目標後輪トー角に基づいて前記後輪トー角を制御することを特徴とする後輪トー角制御装置。
2. 前記実車体すべり角検出手段が対地センサであることを特徴とする、請求項１に記載の後輪トー角制御装置。

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