説明

車体の姿勢制御装置

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は旋回走行時の車体のロールを抑えてフラツトに保つ、応答性の優れた車体の姿勢制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特開昭61-18172号公報や特開昭62-198511 号公報に開示される車体の姿勢制御装置では、旋回走行時の遠心力による車体姿勢の変化を抑えるために、横加速度に比例した制御力を油圧式懸架機構へ作用させて、車体を一定の姿勢に保つているが、横加速度センサの検出遅れ、油圧回路の応答遅れなどにより、特に旋回運動初期には車体姿勢をフラツトに保てないという欠点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】本発明の目的は上述の問題に鑑み、旋回運動初期は舵角速度と車速から予測した横加速度に基づき姿勢制御を行い、定常状態では実際の横加速度に比例した姿勢制御を行うことにより、旋回運動初期の応答性を改善し、タイヤがスリツプするような限界的旋回運動でも正確な姿勢制御を可能にする、車体の姿勢制御装置を提供することにある。
【0004】
【問題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の構成は舵角、車速、横加速度、前後加速度をそれぞれ検出する検出手段と、舵角速度と車速から予測横加速度を求める横加速度予測手段と、舵角と車速と検出された横加速度と前後加速度とから前後軸のコーナリングフオースの割合を求める移動荷重配分手段と、前記横加速度予測手段により求めた予測横加速度と前記コーナリングフオースの割合とから前後軸のロール制御トルクを求める第1のロール制御トルク算出手段と、前記検出手段から検出された横加速度と前記コーナリングフオースの割合とから前後軸のロール制御トルクを求める第2のロール制御トルク算出手段と、前記検出手段から検出された横加速度と前記コーナリングフオースの割合とから前後軸のロール制御トルクを求める第2のロール制御トルク算出手段と、第1,第2のロール制御トルク算出手段により求めたロール制御トルクに対応して各車輪の油圧式懸架機構の油量を加減する油量制御弁とを具備する車体の姿勢制御装置において、旋回運動初期には第1のロール制御トルク算出手段から求めたロール制御トルクに対応して前記油量制御弁を制御し、旋回運動中は第2のロール制御トルク算出手段から求めたロール制御トルクに対応して前記油量制御弁を制御することを特徴とする。
【0005】
【作用】旋回運動初期に、舵角(ハンドル切り角)速度と車速から横加速度予測手段により横加速度を求める一方、舵角と車速と横加速度と前後加速度から移動荷重配分手段により前後軸のコーナリングフオースの割合を求める。予測した横加速度とコーナリングフオースの割合からロール制御トルク算出手段により前後軸のロール制御トルクを求める。ロール制御トルクに対応して各車輪の油圧式懸架機構の油量を加減すれば、旋回走行、特に旋回運動初期に応答性の優れたロール制御を行うことができ、車両の操縦安定性が向上される。
【0006】
【発明の実施例】図1は本発明に係る車体の姿勢制御装置のブロツク図、図2は油圧式懸架機構の油圧回路図である。図2に示すように、機関により駆動される油圧ポンプ4は、油槽2から油を吸い込み、管5から逆止弁6を経て管7の蓄圧器8へ供給する。管7への油圧を所定値に保つために、油圧監視手段Aが備えられる。つまり、管5の油圧を検出する油圧センサ9の検出値が所定値を超えると、圧力制御弁12が切り換わり、管5の圧油の一部が管10、圧力制御弁12、管13、フイルタ27を経て油槽2へ戻される。また、油圧ポンプ4の吐出口の油圧が異常に高くなると、管5の圧油の一部が公知の逃し弁26、フイルタ27を経て油槽2へ戻される。
【0007】管7の圧油は左右の前輪と左右の後輪(図2R>2には左後輪だけを代表して示す)25の各油圧式懸架機構19へそれぞれ供給される。油圧式懸架機構19はシリンダ23にピストン22を嵌装し、ピストン22から上方へ突出するロツド24を車体20に結合する一方、シリンダ23から下方へ突出するロツドを車輪25のナツクルに連結してなる。シリンダ23の壁部と車体20との間にばね21が介装される。車体20とナツクルとの間に、車体20と車輪25との上下変位量を検出する車高センサ28が配設される。なお、左右の前輪、左右の後輪の各懸架機構19を特定する場合は、FL,FR,RL,RRの添字を付けることにする。
【0008】管7の圧油は逆止弁14、一般的な中立位置閉鎖型の電磁比例圧力制御弁からなる油量制御弁16、絞り18aを経て蓄圧器18へ供給され、さらに油圧式懸架機構19のロツド24とピストン22の内部通路を経てシリンダ23の下端室へ供給される。シリンダ23の下端室へ供給される油圧は、油圧センサ17により検出される。油量制御弁16が切り換わると、シリンダ23の下端室の油は油量制御弁16、逆止弁15、管13、フイルタ27を経て油槽2へ戻される。
【0009】前後・左右の車輪を支持する各油圧式懸架機構19は独立に、逆止弁14,15、油量制御弁16、絞り18a、蓄圧器18、油圧センサ17、車高センサ28を備えている。
【0010】車体(ばね上)のロール量(角度)、車体のピツチ量(角度)、車体重心の上下位置をそれぞれφ2 ,θ2 ,x2 とし、車軸(ばね下)のロール量、車軸のピツチ量、車軸(左右中心)の上下位置をそれぞれφ1 ,θ1 ,x1 とすると、車体と車軸の相対的なロール変位量Δφ、ピツチ変位量Δθ、上下変位量Δxは、次式で表される。
【0011】
φ2=φ1+Δφθ2=θ1+Δθx2=x1+Δx停車中の平均的な車高をh、各車輪の車高センサ28の検出値をhFL,hFR,hRL,hRR、各車輪の車高変化がロール変位量Δφ、ピツチ変位量Δθに及ぼす影響度を表す係数をk11,k12,k21,k22とすると、ロール変位量Δφ、ピツチ変位量Δθ、上下変位量Δxは、式1になる。
【0012】
Δφ=kφ{k11(hFL−hFR)+k12(hRL−hRR)}
Δθ=kθ{k21(hFL+hFR)−k22(hRL+hRR)}
Δx=kx(hFL+hFR+hRL+hRR−4h) ……(式1)
ただし、kφ,kθ,kxはゲインである。各係数k11,k12,k21,k22は前後軸の負担荷重、ばね21のばね定数などを勘案して実験的に求める。
【0013】一般に、路面入力に対し車体をフラツトに保つ条件は、極低周波入力に対しては、Δφ→0 Δφ/φ1→0Δθ→0 Δθ/θ1→0Δx→0 Δx/x1→0高周波入力に対しては、Δφ→−φ1 Δφ/φ1→−1Δθ→−θ1 Δθ/θ1→−1Δx→−x1 Δx/x1→−1と考えられる。
【0014】そこで、路面入力に対し車体をフラツトに保つための振動制御量、すなわちロール制御トルクF12、ピツチ制御トルクF22、上下制御力F32は、
【0015】
【式2】


ただし、k1 〜k6 は定数で与えられると仮定すると、次の運動方程式が成り立つ。
【0016】
【式2a】


ただし、

上の方程式を変形し、ラプラス変換し、ラプラス演算子をsで表すと、式3になる。
【0017】
【式3】


ここで、極低周波の入力に対する応答は上の伝達関数においてs→0とした場合に相当し、高周波の入力にに対する応答は上の伝達関数においてs→∞とした場合に相当するから、

となり、車体がフラツトとなる条件を満していることが分る。
【0018】しかし、式2のみにより制御を行う場合は、定数k1 〜k6 の値をある程度大きくしないと、停車前後の姿勢をフラツトに維持できなくなる恐れがある。また、定数k1 〜k6 の値が大きすぎると、低周波入力での乗り心地に悪影響を及ぼす恐れがある。
【0019】そこで、式4で表すように、積分項を追加することにより、定常偏差を取り除く。
【0020】
【式4】


ただし、k7 〜k9 は定数上述のフイードバツク制御を行えば、車速一定の直進走行での路面入力に対して車体をフラツトに保つことができる。
【0021】しかし、旋回走行時と加減速時には応答が間に合わず、車体に姿勢変化が生じる。そこで、次のような横加速度、前後加速度に対応した比例制御を付加する。車両が凹凸のない平坦な路面を走行していると仮定すると、車体のロールとピツチについて、次の運動方程式が成り立つ。
【0022】
【式5】




図3にロールの場合を示すように、式5の右辺の第1項は車体重心に作用する横加速度(前後加速度)が車体をロール(ピツチ)させるモーメント、第2項は車体のロール(ピツチ)に伴う車体重心に作用する重力加速度が車体をロール(ピツチ)させるモーメントmgとhRsinφの積(mgとhPsinθの積)である。
【0023】したがつて、車体のロール、ピツチをそれぞれ0とするためのロール制御トルクF11、ピツチ制御トルクF21は、次式で表される。
【0024】
−F11=mhRGYS+mhRφ−kS1φ−F21=mhPGXS+mhPθ−kS2θ凹凸のない平坦な路面では路面入力はないから、タイヤの上下方向の撓みを無視し、φ=Δφ,θ=Δθとおくと、ロール制御トルクF11、ピツチ制御トルクF21は、次式で表される。
【0025】
−F11=mhRGYS+mhRΔφ−kS1Δφ −F21=mhPGXS+mhPΔθ−kS2Δθ ……(式5a)
しかし、上述の制御においても、センサの応答遅れ、油圧回路の応答遅れなどがあるため、旋回運動初期には車体をフラツトに保てないことがある。
【0026】そこで、本発明は旋回運動初期の横加速度を予測する。つまり、旋回運動初期の舵角速度と車速から横加速度予測手段により予測横加速度を求め、横加速度予測手段により求めた予測横加速度GYCから車体のロールに対する制御量を求め、油圧式懸架機構への油量を加減する。いま、車体のロールが無視できるほど小さいと仮定すると、次の運動方程式が成り立つ。
【0027】
【式6】




上の運動方程式から舵角速度 dδH/dtに対する車体の横すべり角βの伝達関数を求めると、次式で表される。
【0028】
【式7】


また、 GY=V(dβ/dt+r)=Vdβ/dt+Vrと表される。
【0029】


ここで、旋回運動初期にはV(dβ/dt)が支配的であることに注目し、伝達関数GBEを次のような次数の低い式で近似する。
【0030】
GBE=G´BE=GC(V)/{1+sTC(V)}
ただし、GC(V)は次の式8で表される車速の関数、TC(V)は図4に示すような車速の関数である。
【0031】
【式8】


以上により旋回運動初期の予測横加速度GYCは、次式により求められる。
【0032】
GYC=GBE(dδ/dt)V+GYSしたがつて、旋回運動初期のロール制御トルクF11は、式5aから次のように書き換えられる。
【0033】
−F11=mhRGYC+mhRΔφ−kS1Δφここで、ロール制御トルクF11を前後軸に、前後軸のコーナリングフオースの割合に配分すれば、適正なステア特性が得られる。
【0034】車両の旋回運動初期の車速が一定で、舵角δが小さいと仮定すると、ヨー角速度r、前輪コーナリングフオースCF 、後輪コーナリングフオースCR は、次のようになる。
【0035】


が成り立つ。ここで、横加速度GY は横加速度センサの検出値GYSと等しい、つまりGY=GYSとしても差し支えないが、前後加速度GXについては前後加速度センサの検出値GXSに車速変化に伴う加減速度成分が含まれるので、 GX=GXSとはならない。
【0036】そこで、車速Vの変化率dV/dtを考慮して、次式により横加速度GX を求める。
【0037】
GX=GXS−kGdV/dtただし、kGは調整ゲイン全体のコーナリングフオースに対する前後軸のコーナリングフオースの割合kCF,kCRは、次式のようになる。
【0038】
kCF=CF/(CF+CR)
kCR=CR/(CF+CR)
したがつて、車体のロールを0とするためのロール制御トルクF11を、前軸のロール制御トルクF11F と後軸のロール制御トルクF11R に、前後軸のコーナリングフオースの割合に配分すると、次式のようになる。
【0039】
F11F=kV6kCRF11 F11R=kV7kCFF11 ……(式9)
ただし、kV6,kV7は調整ゲイン以上のようにして求めたロール制御トルクF11F ,F11R は、コーナ進入時にはF11F<F11Rとなり、後軸の移動荷重が前軸の移動荷重よりも大きくなり、オーバステア気味となり、コーナ離脱時には反対の特性となり、アンダステア気味となる。
【0040】以上の結果から各車輪へ加えるべき制御量(油圧式懸架機構の制御油量)VFL,VFR,VRL,VRRは、次式で表される。
【0041】
VFL=−kV1F12−kV2F22+kV5F32+F11F VFR=+kV1F12−kV2F22+kV5F32+F11F VRL=−kV3F12+kV4F22+kV5F32+F11R VRR=+kV3F12+kV4F22+kV5F32+F11R ……(式10)
ただし、kV1〜kV5は定数本発明は上述の原理により、図1に示すように、各車輪の車高センサ28の検出値から相対変位量算出手段35により車体(ばね上)と車軸(ばね下)との間の相対的なロール変位量、ピツチ変位量、上下変位量を求め、舵角センサ30、車速センサ31、横加速度センサ32の各検出値から移動荷重配分算出手段33により前後軸のコーナリングフオースの割合を求め、舵角センサ30と車速センサ31の検出値から横加速度予測手段42により予測横加速度GYCを求め、予測横加速度GYC、前後軸のコーナリングフオースの割合、横加速度センサ32の検出値、前後加速度センサ29の検出値、ロール変位量、ピツチ変位量、上下変位量から、ロール制御トルク算出手段36、ピツチ制御トルク算出手段37、振動制御量算出手段39によりロール制御トルク、ピツチ制御トルク、上下制御力を求め、以上の結果から油量算出手段40により各車輪の分担する制御油量を求め、制御油量に対応して油量制御弁16を駆動し、各車輪の油圧式懸架機構19の油量を加減し、これにより旋回走行時の遠心力による車体の姿勢変化を抑え、車体の姿勢をほぼフラツトに保つものである。
【0042】図5はマイクロコンピユ―タからなる電子制御装置により、上述の制御を行う制御プログラムの流れ図である。この制御プログラムは所定時間ごとに繰り返し実行する。p11〜p21は制御プログラムの各ステツプを表す。p11で制御プログラムを開始し、p12で初期化を行い、p13で割込プログラムに移り、油圧監視手段Aにより油圧ポンプ4の出力油圧pm を読み込み、出力油圧pm が所定値pcよりも大きい場合は、圧力制御弁12を開いて圧力を下げ、出力油圧pm が所定値pc よりも小さい場合は、圧力制御弁12を閉じて出力油圧pm を上げ、これにより所定値に保ち、本プログラムへ戻る。
【0043】p14で各車輪の荷重を油圧センサ17から、各車輪の車高を車高センサ28から、前後加速度を前後加速度センサ29から、横加速度を横加速度センサ32から、車速を車速センサ31から、舵角を舵角センサ30からそれぞれ読み込み、p15で舵角と車速から横加速度予測手段42により横加速度GYCを求める。
【0044】p16で相対変位量算出手段35により車体と車軸との相対的なロール変位量Δφ、ピツチ変位量Δθ、上下変位量Δxを求める。p17で舵角、車速、横加速度、前後加速度から移動荷重配分算出手段33により全体のコーナリングフオースに対する前後軸のコーナリングフオースの割合kCF,kCRを求める。
【0045】p18で横加速度GYC、コーナリングフオースの割合kCF,kCR、横加速度GY、前後加速度GX 、ロール変位量Δφ、ピツチ変位量Δθ、上下変位量Δxから、ロール制御トルク算出手段36、ピツチ制御トルク算出手段37、振動制御量算出手段39により、車体をフラツトに保つためのロール制御トルクF11F ,F11R ,F12、ピツチ制御トルクF21,F22、上下制御力F32を求める。
【0046】p19で油量算出手段40により、各車輪の油圧式懸架機構19の制御油量VFL,VFR,VRL,VRRを求める。p20で制御油量VFL,VFR,VRL,VRRに基づき油量制御弁16を駆動し、油圧式懸架機構19の油量を加減し、p21で終了する。
【0047】図6に示すように、実際には、各車輪の油圧式懸架機構19(図6には左前輪の場合を示す)へ加えられる油量信号は、制御油量に対応する直流電圧またはデユーテイ比のパルス電圧として各油量制御弁16の電磁コイルへ加えられ、車高を加減する。この時各車輪の油圧式懸架機構19へ加えられる油圧pは油圧センサ17により検出され、電圧として油量制御弁16の電磁コイルへフイードバツクされる。図6において、kVL1 〜kVL3 はゲイン、kS は油圧センサ17のゲイン、GVLは油量制御弁16の伝達関数、GACT は油圧式懸架機構19の伝達関数である。
【0048】
【発明の効果】本発明は上述のように、舵角、車速、横加速度、前後加速度をそれぞれ検出する検出手段と、舵角速度と車速から予測横加速度を求める横加速度予測手段と、舵角と車速と検出された横加速度と前後加速度とから前後軸のコーナリングフオースの割合を求める移動荷重配分手段と、前記横加速度予測手段により求めた予測横加速度と前記コーナリングフオースの割合とから前後軸のロール制御トルクを求める第1のロール制御トルク算出手段と、前記検出手段から検出された横加速度と前記コーナリングフオースの割合とから前後軸のロール制御トルクを求める第2のロール制御トルク算出手段と、前記検出手段から検出された横加速度と前記コーナリングフオースの割合とから前後軸のロール制御トルクを求める第2のロール制御トルク算出手段と、第1,第2のロール制御トルク算出手段により求めたロール制御トルクに対応して各車輪の油圧式懸架機構の油量を加減する油量制御弁とを具備する車体の姿勢制御装置において、旋回運動初期には第1のロール制御トルク算出手段から求めたロール制御トルクに対応して前記油量制御弁を制御し、旋回運動中は第2のロール制御トルク算出手段から求めたロール制御トルクに対応して前記油量制御弁を制御するものであり、特に直進走行から旋回走行へ移る時、舵角速度と車速から予測した横加速度に基づきロール制御を行うものであるから、遠心力による車体の姿勢変化に対して応答性が優れ、操縦安定性が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る車体の姿勢制御装置のブロツク図である。
【図2】油圧式懸架機構の油圧回路図である。
【図3】旋回走行時車体に生じるロールを説明する車体の背面図である。
【図4】横加速度予測手段の演算内容の一部を示す線図である。
【図5】姿勢制御装置の制御プログラムの流れ図である。
【図6】各車輪の油圧式懸架機構に備えられるフイードバツク制御機構のブロツク線図である。
【符号の説明】
16:油量制御弁 19:油圧式懸架機構 28:車高センサ 29:前後加速度センサ 30:舵角センサ 31:車速センサ 32:横加速度センサ 33:移動荷重配分算出手段 35:相対変位量算出手段 36:ロール制御トルク算出手段 37:ピツチ制御トルク算出手段 39:振動制御量算出手段 42:横加速度予測手段

【特許請求の範囲】
【請求項1】舵角、車速、横加速度、前後加速度をそれぞれ検出する検出手段と、舵角速度と車速から予測横加速度を求める横加速度予測手段と、舵角と車速と検出された横加速度と前後加速度とから前後軸のコーナリングフオースの割合を求める移動荷重配分手段と、前記横加速度予測手段により求めた予測横加速度と前記コーナリングフオースの割合とから前後軸のロール制御トルクを求める第1のロール制御トルク算出手段と、前記検出手段から検出された横加速度と前記コーナリングフオースの割合とから前後軸のロール制御トルクを求める第2のロール制御トルク算出手段と、前記検出手段から検出された横加速度と前記コーナリングフオースの割合とから前後軸のロール制御トルクを求める第2のロール制御トルク算出手段と、第1,第2のロール制御トルク算出手段により求めたロール制御トルクに対応して各車輪の油圧式懸架機構の油量を加減する油量制御弁とを具備する車体の姿勢制御装置において、旋回運動初期には第1のロール制御トルク算出手段から求めたロール制御トルクに対応して前記油量制御弁を制御し、旋回運動中は第2のロール制御トルク算出手段から求めたロール制御トルクに対応して前記油量制御弁を制御することを特徴とする、車体の姿勢制御装置。

【図3】
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【図4】
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【図6】
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【図1】
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【図5】
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【図2】
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【特許番号】第2956222号
【登録日】平成11年(1999)7月23日
【発行日】平成11年(1999)10月4日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平2−415878
【出願日】平成2年(1990)12月28日
【公開番号】特開平4−232113
【公開日】平成4年(1992)8月20日
【審査請求日】平成9年(1997)12月25日
【出願人】(000000170)いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【参考文献】
【文献】特開 昭63−11408(JP,A)
【文献】特開 昭60−64014(JP,A)