JPH1120446A - 接地荷重制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特定の車輪の接地荷重を効率的に増大させて
動力を節約することのできる接地荷重制御装置を提供す
る。 【解決手段】 車体の運動状況や路面状況に応じて選択
された車輪の車軸と車体との間に設けたアクチュエータ
に上下方向加速度を発生させ、その時のばね上質量ある
いはばね下質量の慣性力の反力により、当該車輪の接地
荷重を一時的に増大させると共に、他の車輪と車体との
間に設けたアクチュエータの動作を拘束して当該車輪の
車軸と車体との間の上下方向相対距離の変動が抑制され
たリジッド状態とするものとする。これにより、車体に
発生する慣性力を特定車輪の接地面に集中的に作用させ
ることができ、特定車輪の接地荷重を効率良く高めるこ
とが可能となるので、供給動力を節約しつつ車両の運動
性を高める上に大きな効果が得られる。

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
て接地荷重を増大させることのできる接地荷重制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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（能動型懸架装
置）が、既に実用化されている。

【０００３】この例えば特表昭６０−５００６６２号公
報に提案されている如き従来の能動型懸架装置によるも
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、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ことが一般的であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述の如き
従来の能動型懸架装置は、その時の車両挙動に応じた各
輪の荷重配分を車両総重量の範囲内で最適化し得るにと
どまり、タイヤのグリップ力の余裕をトータル的に高め
ることのできるものではなかった。

【０００５】そこで、車体と車軸との間の上下方向相対
距離をアクチュエータによって伸縮させる時の加速度で
ばね上質量またはばね下質量に慣性力を発生させ、この
慣性力の反力で見掛け上の輪重を増大させて接地荷重を
高めることが考えられる。ところが、接地荷重増大運動
によって発生する慣性力が接地荷重増大運動を行わない
車輪側に分散して作用するものであると、特定の車輪の
接地荷重を増大させ得るとしても所望のグリップ力を得
るのに多大な動力を要することになり、何らかの対策が
望まれる。

【０００６】本発明は、このような発明者の知見に鑑み
案出されたものであり、その主な目的は、特定の車輪の
接地荷重を効率的に増大させて動力を節約することので
きる接地荷重制御装置を提供することにある。

【０００７】

【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、車体の運動状況や路面状況
に応じて選択された車輪の車軸と車体との間に設けたア
クチュエータに上下方向加速度を発生させ、その時のば
ね上質量あるいはばね下質量の慣性力の反力により、当
該車輪の接地荷重を一時的に増大させると共に、他の車
輪と車体との間に設けたアクチュエータの動作を拘束し
て当該車輪の車軸と車体との間の上下方向相対距離の変
動が抑制されたリジッド状態とするものとした。

【０００８】これによると、制御目的に応じてタイヤの
グリップ力を引き上げたいと判断された特定の車輪以外
の車輪側をリジッド状態とした上で、特定車輪側に上下
方向加速度を発生させることにより、そのとき車体に発
生する慣性力を特定車輪の接地面に集中的に作用させる
ことができ、特定車輪の接地荷重を効率良く高めること
が可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面を参照して本発
明の構成を詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明が適用される能動型懸架装
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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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
信号に基づき、図２に示す制御アルゴリズムに従って制
御される。

【００１５】ＥＣＵ１８では、先ず、車両の運動状態や
路面状況を検出するためのセンサ２７の信号が制御車輪
特定部２８に入力され（ステップ１）、制御目的を達成
するのに効果的な車輪が特定される（ステップ２）。セ
ンサ２７の検出対象は、制御目的に応じて異なり、例え
ば、制御目的が制動時のロック防止にあれば、車速並び
に車輪速であり、これら車速と車輪速との比較からロッ
クしそうなタイヤの判別がなされる。

【００１６】次に制御車輪選択部２８にて選択されたタ
イヤの懸架装置に設けられたばね上加速度センサ２２と
ばね下加速度センサ２３との目標荷重演算部２４への入
力信号を参照して仮の目標荷重を内部的に発生させ（ス
テップ３）、この値と荷重センサ２０の信号（実荷重）
との偏差を演算し（ステップ４）、この差分を安定化演
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
ストロークの限界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（ステップ
５）。

【００１７】そして、この調整された信号により、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
（ステップ６）。

【００１８】このとき、他の車輪側のサーボ弁１０は、
全ポートが全閉した中立位置にあり、アクチュエータ５
のシリンダは不動状態にある。これにより、車体に発生
する慣性力が他の車輪側に分散することなく特定の車輪
に効率的に荷重を加えることができる。

【００１９】次に接地荷重増大制御の原理について説明
する。図４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

【００２０】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^** 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。

【００２１】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５参照）、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 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・（Ｚ1−Ｚ2） ＝Ｍ2・Ｚ2^**＋Ｍ1・Ｚ1^** 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。

【００２２】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６参照）、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７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。

【００２３】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＋Ｆz4） となり、ピッチング慣性力は Ｉyθ^*＝Ｍy ＝Ｌf・（−Ｆz1−Ｆz2） −Ｌr・（−Ｆz3−Ｆz4） となる。

【００２４】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できる
ことが分かる。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。

【００２５】次に、以上の接地荷重増大制御においてこ
の接地荷重増大制御を行う車輪以外の車輪をリジッド状
態とすることによって効率的な接地荷重の増大制御が行
われる原理について説明する。

【００２６】まず、図６に示すように、ピッチ面につい
て考えると、接地荷重増大制御を行う特定車輪と異なる
車輪側がリジッド状態でないと、特定車輪側にアクチュ
エータ推力Ｆが加えられた際に、近似的にピッチの慣性
主軸のまわりにピッチ慣性Ｉｐによる回転力が生じ、図
６中想像線で示すように車体が回転する。一方、図７に
示すように、特定車輪と異なる車輪側をリジッド状態に
すると、このリジッド状態の車輪を中心として図７中想
像線で示すように車体が回転するため、ピッチ慣性はＩ
ｐ＋ｍｌ²となり、回転慣性が大きくなる。この原理は
特定の制御車輪１輪以外の残りの３輪を全てリジッドに
する場合にも拡張して考えることができ、ピッチ並びに
ロールの慣性主軸以外の軸回りの回転力が生じ、回転慣
性力が大きく取り出せることがわかる。

【００２７】例えば、車両旋回時のスピンを防止するた
めには、前輪のタイヤ接地荷重を減少させるか、後輪の
タイヤ接地荷重を増加させて、モーメントの前後バラン
スを均等にすれば良い。そこで、旋回中の車両の各タイ
ヤの接地荷重（＝グリップ力）分布を概念的に示す図８
のように、後輪の旋回外側車輪のアクチュエータを伸張
動作させてタイヤ接地荷重を図の実線で示される状態か
ら図の想像線で示される状態に増大させるものとし、こ
のとき同時に残りの３輪をリジッド状態にすることによ
り、最も効率的にスピン限界を引き上げることが可能と
なる。

【００２８】なお、上記実施例は、制御目的を達成する
上で効果的と判断される１輪を選択して他の車輪を全て
リジッドにする場合について説明したが、本発明は、要
するに特定の車輪に対する荷重増大運動がより一層効率
的に行われるように制御するものであり、荷重増大運動
が行われる車輪は１輪に限定されるものでもなく、また
残りの車輪を全てリジッドにするとは限らない。このリ
ジッドとする車輪の選択は、車体の運動状態や路面状況
にもよるが、通常、荷重増大運動が行われる車輪に対し
て対角位置にあるものが効果的である。

【００２９】さらに上記実施例は、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
を得ることができる。

【００３０】これに加えて、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ができる。例えば、
ばね下、ばね上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、ばね下、ばね上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、ばね下、ばね上両加速度を
間接的に求めることもできる。またＥＣＵについても、
ディジタル、アナログ、並びに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。

【００３１】

【発明の効果】このように本発明によれば、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を接地面
に作用させることにより、特定の車輪側の接地荷重を車
両重量の範囲を超えて増大させると共に、残りの車輪の
少なくとも１つをリジッドにすることにより、特定車輪
側における上下方向加速度によって発生する慣性力を特
定車輪側の接地面に集中的に作用させることで、特定車
輪側の接地荷重を効率良く高めることができるので、供
給動力を節約しつつ車両の運動性を高める上に大きな効
果が得られる。

【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】本発明の制御フロー図。

【図３】接地荷重増大制御の原理を説明するためのモデ
ル図。

【図４】一般的な能動型懸架装置のモデル図。

【図５】力、モーメント、並びに座標系の向きの関係を
示す説明図。

【図６】接地荷重増大制御車輪以外の車輪をリジッド状
態にしない場合の車体の挙動を示すモデル図。

【図７】接地荷重増大制御車輪以外の車輪をリジッド状
態にした場合の車体の挙動を示すモデル図。

【図８】旋回時の概念的な接地荷重分布図。

【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 センサ ２８ 制御車輪特定部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の車輪の各車軸と車体との間の上
   下方向相対距離を能動的に変化させる複数のアクチュエ
   ータを備え、 前記複数の車輪の中から車体の運動状態並びに路面状況
   に応じて選択された特定の車輪に対応した前記アクチュ
   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当該特定車輪の接地荷重に加えると
   共に、 当該特定車輪を除く前記複数の車輪のうちの少なくとも
   一輪に対応した前記アクチュエータの動作を拘束して当
   該車輪の車軸と車体との間の上下方向相対距離の変化を
   抑制することを特徴とする接地荷重制御装置。