JPH10338013A - 接地荷重制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の時間継続して各輪の接地荷重を増大さ
せ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、
その慣性力の反力によってタイヤの接地荷重を増大させ
ると共に、車体と車軸との間の上下方向相対距離の伸長
限度に達したならば直ちに収縮させる運動を、左右のア
クチュエータ間に位相差をつけて連続的に繰り返し行わ
せるものとする。これによると、接地面に対する慣性力
による加荷重が周期的に断続することになるので、タイ
ヤのグリップ力の発生限界を所望の時間に渡って引き上
げることができ、しかも左右のアクチュエータが車体を
上昇させる推力を発生するタイミングにずれを生じさせ
ることができるので、アクチュエータへの供給動力を節
約し得る。

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】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
とが考えられるが、懸架装置のストローク限度内でのア
クチュエータの作動時間は極めて短いため、これによる
接地荷重の増大にしても瞬間的なものにとどまってい
た。

【０００６】このような知見に鑑み、本発明の主な目的
は、所望の時間継続して各輪の接地荷重を増大させるこ
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、その慣性力の反力によってタイヤの接地荷
重を増大させるものとすると共に、車体と車軸との間の
上下方向相対距離の伸長限度に達したならば直ちに収縮
させる運動を、左車輪のアクチュエータと右車輪のアク
チュエータとの間に位相差をつけて連続的に繰り返し行
わせるものとした。これによると、接地面に対する慣性
力による加荷重が周期的に断続することになるので、タ
イヤのグリップ力の発生限界を所望の時間に渡って引き
上げることができ、しかも左右のアクチュエータが車体
を上昇させる推力を発生するタイミングにずれを生じさ
せることができるので、アクチュエータへの供給動力を
節約し得る。特に、荷重増大運動時の作動時間よりも戻
し運動時の作動時間を大きくすることにより、戻し運動
時の加速度による接地荷重の減少を抑制することができ
る。またストロークの限度近傍で速度を漸減するクッシ
ョン制御を加えることにより、懸架スプリングを併用し
た能動型懸架装置の場合にばね反力を減衰させてスプリ
ングの残留エネルギによる突き上げを抑制し得る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された実施
例を参照して本発明の構成について詳細に説明する。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】ＥＣＵ１８においては、前後加速度センサ
２７の信号を急制動判断部２８に入力し（ステップ
１）、この値から現状が所定の急制動状態下にあるか否
かを判断する（ステップ２）。ここで急制動中と判定さ
れた場合は、目標荷重演算部２４に入力したばね上加速
度センサ２２とばね下加速度センサ２３との信号を参照
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）。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）。これによ
り、タイヤのグリップ力が一時的に増大するので、ロッ
ク限界が引き上げられて制動距離が短縮される。

【００１５】次に本発明の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

【００１６】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^**

【００１７】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。

【００１８】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４参照）、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

【００１９】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^**

【００２０】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。

【００２１】さて、上述のようにしてアクチュエータ５
の伸張加速度で発生した見掛け上の加荷重は、アクチュ
エータ５のピストンロッド１１のストロークエンドに到
達したところで消滅する。そこで本発明においては、ピ
ストンロッド１１が伸張限度に達すると直ちに収縮させ
る往復運動を繰り返すことにより、接地面に加わる慣性
力による反力荷重が周期的に断続するものとした（図５
参照）。

【００２２】一方、左車輪と右車輪とのそれぞれに設け
られたアクチュエータ５を同時に伸長させるためには極
めて大きな動力を要するので、左右のアクチュエータの
伸縮運動の間に例えばＴｆ時間だけ位相差をつけ、少な
くとも加荷重運動を行う区間を左右でずらすものとし
た。これにより、収縮時は車体が下降しようとする重力
分だけ動力が少なくて済むので、所要供給動力を節約す
ることができる。

【００２３】図５において、例えば車高が概ね中立位置
で接地荷重増大制御を開始する場合は、ストロークセン
サ２１の信号に基づいて、先ず右前輪のアクチュエータ
５の可能伸長ストロークに応じてクッション制御（後述
する）の開始点が設定され、その点まではアクチュエー
タの能力や乗員に与える影響などを考慮して定めた最大
加速度以下、かつ所要の加荷重が得られる加速度で伸長
運動が加えられる。ここで一般的にばね上重量がばね下
重量に比して圧倒的に大きいので、アクチュエータ５の
力は、ばね上慣性重量の反力として右前輪の接地面に加
わる（図６−ａ参照）。

【００２４】アクチュエータ５の機械的なストロークエ
ンドにそのままの速度で達すると大きな衝撃力を発する
ので、ストロークエンドの手前近傍から速度を徐々に緩
めるクッション制御を加えて緩衝する。特に、懸架スプ
リングを併用した能動型懸架装置（図４のモデル）にこ
のクッション制御を適用した場合、懸架スプリングのば
ね反力を減衰させられるので、懸架スプリングの残留エ
ネルギによる突き上げを抑制し得る。

【００２５】伸長限度に到達したならば直ちに収縮運動
に転じるが、この時はばね下質量が圧倒的に小さいため
に収縮運動の加速度が大きいと接地荷重が低下してしま
うので、これを抑制するために、伸長運動時の作動時間
よりも収縮運動時の作動時間を大きくする（Ｔｄ＞Ｔ
ｓ）。そして収縮側のストロークエンドに到達する直前
に上記と同様のクッション制御を加える。また右前輪が
収縮運動に転じると同時に左前輪のアクチュエータの伸
長運動を開始する。このアクチュエータ５の力は、上記
と同様にばね上慣性重量の反力として左前輪の接地面に
加わる（図６−ｂ参照）。

【００２６】この往復運動を、左右のアクチュエータ間
でＴｆ時間の位相差をもって繰り返すことにより、接地
荷重増大制御を所望の時間に渡って実質的に継続するこ
とができる。

【００２７】なお、図６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。図
６は前輪の接地荷重を通常時に比して増大させた場合を
示しているが、例えば、降坂路での急制動の場合は、後
輪荷重が減少傾向となるので、この場合は、上記の手法
で後輪の接地荷重を増大させれば良い。

【００２８】また上記実施例は、制動時の接地荷重を増
大させた場合について説明したが、本発明は、要するに
その時の車両の運動状態や路面の状態などに応じて最適
な荷重分布が得られるように各アクチュエータを個々に
制御するものであり、制動時のロック防止に限らず、加
速時のトラクションや、旋回時のコーナリングフォース
を増大させる制御にも、等しく適用可能であることは言
うまでもない。

【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、ある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、ある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、車両重量の範囲を超えて
タイヤの接地荷重を増大させる制御を、懸架装置のスト
ローク長さに関わらず、周期的に継続させることがで
き、しかも左右のアクチュエータが車体を上昇させる推
力を発生するタイミングにずれを生じさせることによ
り、アクチュエータへの供給動力を節約し得る。従っ
て、本発明により、タイヤのグリップ力限界を走行条件
に応じてより一層高めた状態の継続を、比較的少ない動
力供給をもって実現し得るので、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】本発明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】懸架装置のストロークの時間経過に対する変化
を示す概念的なグラフ。

【図６】急制動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 前後加速度センサ ２８ 急制動判断部

Claims (3)

【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よってばね上質量
   とばね下質量との少なくともいずれか一方に発生させた
   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によってタイヤの接地荷重
   を変化させると共に、 前記車体と車軸との間の上下方向相対距離を伸長させる
   運動と収縮させる運動とを、左車輪のアクチュエータと
   右車輪のアクチュエータとの間に位相差をつけて連続的
   に繰り返し行わせることを特徴とする接地荷重制御装
   置。
2. 【請求項２】 荷重増大運動時の作動時間よりも戻し運
   動時の作動時間を大きくしたことを特徴とする請求項１
   に記載の接地荷重制御装置。
3. 【請求項３】 伸長と収縮との両ストローク限度の近傍
   に運動速度を漸減させるクッション区間を設けたことを
   特徴とする請求項１に記載の接地荷重制御装置。