車輪角度調整装置
【課題】重心の位置に偏りがある車両において制動時に発生する偏向を抑制する技術を提供する。
【解決手段】車輪角度調整装置は、車両の重心が車両の中心位置から車両の左右方向にずれている重心の位置ずれにもとづいて車輪のトー角を調整するトー角調整手段を備える。トー角調整手段は、左前輪および右前輪のトー角の平均と、左後輪および右後輪のトー角の平均とを略同一となるように調整し、かつ、左右の車輪のうち車両の左右方向において車両の重心に近い側の車輪のトー角を遠い側の車輪のトー角よりトーイン方向になるように調整する。
【解決手段】車輪角度調整装置は、車両の重心が車両の中心位置から車両の左右方向にずれている重心の位置ずれにもとづいて車輪のトー角を調整するトー角調整手段を備える。トー角調整手段は、左前輪および右前輪のトー角の平均と、左後輪および右後輪のトー角の平均とを略同一となるように調整し、かつ、左右の車輪のうち車両の左右方向において車両の重心に近い側の車輪のトー角を遠い側の車輪のトー角よりトーイン方向になるように調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に設けられる車輪角度調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には制動時の安定性が求められる。これに対し、たとえば特許文献１には、車両重心の左右方向のずれに起因して制動時に生じる車両の偏向を、左右輪に付与する制動力の差、あるいは前後輪の操舵により発生させるヨーモーメントによって低減する技術が開示されている。この技術では、車両の直進制動時の減速度を取得し、取得した減速度に応じて車両重心のずれによるヨーモーメントの低減に必要なヨーモーメントを求め、得られたヨーモーメントが発生するように左右輪に制動力差を付与し、あるいは前後輪を操舵していた。
【０００３】
また、特許文献２には、左側の前後輪の制動力の和と右側の前後輪の制動力の和とが均等になるように各車輪に制動力を配分することで、直進制動時のヨーモーメントの発生を回避する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０３７２５９号公報
【特許文献２】特開平０５−２６２２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に開示された技術では、左右輪の制動力を異ならせる構成、前後輪を運転者の操舵とは独立に転舵可能とする構成、車両の減速度に応じて発生させる左右輪の制動力差あるいは舵角を制御する構成等が必要であった。また、特許文献２に開示された技術では、各車輪にそれぞれ独自の比率で制動力を配分する構成が必要であった。したがって、従来の技術では、その方法を実現するための構成が複雑であるという課題があった。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、重心の位置に偏りがある車両において制動時に発生する偏向を抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車輪角度調整装置は、車両の重心が車両の中心位置から車両の左右方向にずれている重心の位置ずれにもとづいて車輪のトー角を調整するトー角調整手段を備える。この態様によると、トー角を調整することで車両の制動時に発生する偏向を抑制することができる。
【０００８】
トー角調整手段は、左前輪および右前輪のトー角の平均と、左後輪および右後輪のトー角の平均とを略同一となるように調整し、かつ、左右の車輪のうち車両の左右方向において車両の重心に近い側の車輪のトー角を遠い側の車輪のトー角よりトーイン方向に調整してもよい。これにより、車両の制動時に発生する重心回りのヨー方向のモーメントを小さくすることができる。
【０００９】
トー角調整手段は、運転者によって操作される操舵ハンドルの操作量に応じて車輪を操舵するための転舵角を算出する転舵角算出手段と、転舵角に応じて車輪を転舵する転舵手段と、重心の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段と、重心の位置ずれ量にもとづいて目標スラスト角を算出する目標スラスト角算出手段と、目標スラスト角と転舵角算出手段により算出された転舵角とにもとづいて新たな転舵角を算出する転舵角調整手段と、を含んでもよい。転舵手段は、新たな転舵角により車輪を転舵する。これにより制動時に発生する偏向をより効果的に抑制することができる。
【００１０】
トー角調整手段は、車輪の接地荷重を検出する荷重検出手段と、車両に与えられる横加速度を検出する横加速度検出手段と、を含んでもよい。位置ずれ量算出手段は、接地荷重と横加速度にもとづいて重心の位置ずれ量を算出してもよい。これにより、重心の位置ずれ量が変化しても重心の位置ずれ量を精度よく算出することができる。
【００１１】
トー角調整手段は、運転者が車両に乗車したことを検出するごとに各車輪のトー角を調整してもよい。これにより乗車数や荷物により車両の重心の位置が変化しても、制動時に発生する偏向を抑制することができる。
【００１２】
トー角調整手段は、車輪が連結されるとともに、車体に連結されるトーションビーム式の懸架機構を含んでもよい。懸架機構は、トレーリングアームと、トレーリングアームの一端部に連結するブッシュと、ブッシュの軸孔に挿入される軸部と、軸部の両端を支持し、車体に取り付けられるブラケットと、軸部が挿入される環状部材と、を有してもよい。環状部材は、重心の位置ずれが車両の中心位置から右側である場合に、ブッシュより右側に配置され、重心の位置ずれが車両の中心位置から左側である場合に、ブッシュより左側に配置されてもよい。これにより、トーションビーム式の懸架機構が設けられた車輪に対してもトー角を調整することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、重心位置に偏りがある車両における制動時の安定性をトー角を調整することで向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る四輪の車両の模式図である。
【図２】車両の直進制動時に偏向が発生するメカニズムを説明するための模式図である。
【図３】重心Ｇと車両の進行方向Ｓ１と車輪のトー角との関係を説明する図である。
【図４】第１実施形態に係る車両の各車輪のトー角を説明する図である。
【図５】第２実施形態に係る懸架機構を模式的に示す図である。
【図６】第２実施形態に係る懸架機構を模式的に示す図である。
【図７】第３実施形態に係る車輪のトー角を調整する制御を示すフローチャートである。
【図８】横加速度と接地荷重左右差との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、実施形態に係る四輪の車両１０の模式図である。この車両１０には、車輪のトー角を調整するトー角調整部を少なくとも備える車輪角度調整装置が含まれる。
【００１６】
車両１０は、左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ、右後輪ＲＲからなる車輪を備える。右ハンドル車の車両１０の車体１２と各車輪ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲの間には、懸架機構１４ａ、１４ｂ（これらをとくに区別しない場合は「懸架機構１４」という）がそれぞれ設けられている。懸架機構１４によって車輪を弾性支持することで、車輪の衝撃が車体１２に直接的に伝達されることが防止される。懸架機構１４は、車両のばね上とばね下の間に減衰力を発生させる。
【００１７】
車輪の接地荷重を検出するための荷重センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ（とくに区別しない場合は「荷重センサ２２」という）が各車輪に組み込まれている。荷重センサ２２は、接地荷重に加えて、車両１０にかかる横力を検出してもよい。荷重センサ２２の検出結果は、車体１２に備えられる電子制御装置１００（以下「ＥＣＵ１００」という）に送られる。
【００１８】
運転者によって操作される操舵ハンドル１８には操舵角センサ２４が設けられており、操舵ハンドルの操作量を検出してＥＣＵ１００に送信する。
【００１９】
ＥＣＵ１００の転舵角算出部は操舵角センサ２４の検出結果に応じて転舵角を算出する。ＥＣＵ１００は、前輪用の転舵機構２０ａおよび後輪用の転舵機構２０ｂ（とくに区別しない場合は「転舵機構２０」という）に転舵角に応じた駆動信号を供給し、転舵機構２０はその駆動信号に応じて車輪を転舵する。この転舵機構２０は車輪のトー角を調整可能である。
【００２０】
右ハンドル車の車両１０の重心Ｇは、車両１０の前後に沿った中心位置を示す中心線Ｃより右側にある。車両の構造が左右対称である車両であれば、車両を偏向させるような外的な要因がない限り、直進制動時に車両が偏向することはないはずである。しかし、現実には、車両に搭載されている各種装置の搭載位置が左右対称ではなく、また乗員や荷物も偏って積載されることが多いため、車両の重量分布が左右対称になることは少ない。つまり、重心が車両の中心から左右いずれかにずれている。図１に示す矢印Ｓは車輪のトー角に対する車両１０の進行方向を示す。
【００２１】
図２は、車両の直進制動時に偏向が発生するメカニズムを説明するための模式図である。なお、以下の図面において同様の構成については同一の符号を付し、その説明および図示は適宜省略する。重心が左右いずれかにずれた状態で、左右の車輪に等しいブレーキトルクが加えられると、車両の重心回りにヨー方向のモーメントが発生するので、直進制動時であっても車両が偏向する。
【００２２】
図２では、右ハンドルの車両で乗員が運転者一名であるときの車両１０を示す。この場合、重心Ｇは、車体の中心線Ｃよりも右側にずれて位置することになる。ブレーキがかけられたとき、左右の車輪に加わる制動力が等しい（すなわち、Ｄ１＝Ｄ２＞Ｄ３＝Ｄ４）と仮定する。重心回りのヨー方向のモーメントは、重心からの各車輪ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲの距離と制動力との積で表されるから、重心Ｇが右寄りであるとき、重心Ｇには図示するように反時計回りのモーメントＭが発生する。左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬと重心Ｇまでの間隔が、右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲと重心Ｇまでの間隔より長いため、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬにより生じる重心回りのモーメントが大きくなるからである。したがって、車体は図の左方向ＢＬに偏向する。
【００２３】
実施形態では、この偏向を抑制するため、車両１０の重心Ｇが車両１０の中心位置から左右方向にずれている重心Ｇの位置ずれにもとづいて車輪のトー角を調整するトー角調整部を備える。なお、車両１０の左右方向とは、たとえば左前輪ＦＬの中心と、右前輪ＦＲの中心を結ぶ直線に平行な方向である。なお、実施形態でのトー角は、左右方向と直交する車両１０の前後方向を基準に、反時計回りをプラスとして、時計回りをマイナスとして説明する。トーアウトとは車輪前端が車輪の中心より外側に位置する状態で、トーインとは車輪前端が車輪の中心より内側に位置する状態である。右輪ではトーインがプラスとなり、左輪ではトーアウトがプラスとなる。
【００２４】
図３は、重心Ｇと車両の進行方向Ｓ１と車輪のトー角との関係を説明する図である。進行方向Ｓ１と車両１０の中心線Ｃとの角度（以下、スラスト角という）はθ１である。点Ｐは左前輪ＦＬおよび右前輪ＦＲの中点である。スラスト角は中心線Ｃを基準として、左側（車両の上方からみて反時計回り）にプラス、右側（車両の上方からみて時計回り）にマイナスである。図３に示す車両１０の進行方向Ｓ１は、各車輪のトー角によって定められている。つまり、トー角調整部は、各車輪のトー角を調整することで、プラスのスラスト角θ１となるように設定する。
車両１０の直進中においては、スラスト角θ１は、以下の式で示される。
θ１＝（ＱＦＲ＋ＱＦＬ）／２＝（ＱＲＲ＋ＱＲＬ）／２
【００２５】
ここで、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬのトー角をトーアウト側に変化させることで、重心回りのモーメントを小さくすることができる。また右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲのトー角をトーイン側に変化させることで、重心回りのモーメントを大きくすることができる。なお左前輪ＦＬをトーアウト側に、右後輪ＲＲをトーイン側に変化させ、右前輪ＦＲをトーイン側に、左後輪ＲＬをトーアウト側に変化させてもよい。いずれのトー角の変化も、重心Ｇが右側にずれている場合に重心回りのモーメントを小さくする。なお、前輪に後輪より大きな制動力が付与されるため、前輪の重心回りのモーメントへの寄与度が後輪より大きい。このように、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬのトー角をトーアウト側に変化させた場合、および右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲのトー角をトーイン側に変化させた場合、スラスト角がプラス側に変化し、重心Ｇが右側にずれている車両１０の制動時の偏向を抑制することができる。
【００２６】
重心Ｇが中心線Ｃに近づくほど、重心回りのモーメントは小さくなる。車輪の前後の間隔、たとえば左前輪ＦＬの中心と左後輪ＲＬの中心との間隔をＬとする。また車両１０に付与する制動力のうち前輪に付与される割合をＢｆとし、前輪制動力割合Ｂｆという。また、車両１０の接地荷重のうち前輪に付与される割合をＬｆとし、前輪荷重割合Ｌｆという。このとき、スラスト角θ１となるように車輪のトー角を調整すると、以下に示す式（１）に示す距離だけ、重心Ｇを中心線Ｃに近づけた効果を有する。
sinθ１・Ｌ（Ｂｆ−Ｌｆ） ・・・（１）
なお、（Ｂｆ−Ｌｆ）は前輪と後輪との配分の差なので、前輪ではなく後輪で算出しても同じ値となる。式（１）に示す距離と、重心Gの位置ずれ量が等しければ、重心回りのヨー方向のモーメントをキャンセルすることができる。
車輪のトー角を調整して制動時の偏向を抑制する方法について具体的に説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図４は、第１実施形態に係る車両１０の各車輪のトー角を説明する図である。第１実施形態では、トー角調整部が、左前輪ＦＬおよび右前輪ＦＲのトー角の平均値と、左後輪ＲＬおよび右後輪ＲＲのトー角の平均値とを、略同一となるように調整する。なおかつ、トー角調整部は、重心Ｇが車両１０の中心位置Ｃから左右方向にずれている場合、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬ（左車輪）、または右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲ（右車輪）のうち、左右方向において重心Ｇに近い方の車輪前端を遠い方より、中心位置Ｃに近くなるように調整する。すなわち、重心Ｇに近い側の車輪のトー角を遠い側よりトーイン側に調整する。
【００２８】
第１実施形態に係るトー角調整部は、初期のアライメントとして車両１０の出荷までにあらかじめトー角を調整してもよい。重心Ｇの位置ずれが車両の出荷時に生じている場合に、事前に制動時の偏向を抑制するように対応することができる。このときの車両１０の重心Gは、車両１０に運転手が一人乗車した状態の位置であってよい。
【００２９】
トー角調整部は、ＥＣＵ１００および転舵機構２０を含んでよく、ＥＣＵ１００および転舵機構２０により車輪のトー角を調整する。またトー角調整部は、その他の従来技術、たとえば特開２０１０−１７３５７７号公報や特開２００７−３３１６２６号公報に記載の車輪のトー角を調整する技術を用いてトー角を調整してもよい。
【００３０】
たとえば、図４に示すように重心Ｇが車両１０の中心位置Ｃから右側にずれている場合、トー角調整部は、左前輪ＦＬのトーアウト角ｔ１より右前輪ＦＲのトーアウト角ｔ２の方が小さくなるよう設定し、左後輪ＲＬのトーイン角ｔ３より右後輪ＲＲのトーイン角ｔ４の方が大きくなるよう設定する。
【００３１】
図４に示す態様では、右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲのトー角が左車輪よりトーイン側に調整されているため、トー角調整部により調整した各車輪のトー角により定められる進行方向Ｓ２が左側を向いており、スラスト角がθ２となる。これにより制動時に発生する重心回りのモーメントが打ち消し合うように作用するため、制動時の偏向を抑えることができる。スラスト角θ２となるように調整する各車輪のトー角はあらかじめ定められた数値であってよく、ＥＣＵ１００にあらかじめ保持されてよい。
【００３２】
第１実施形態に係るトー角調整部は、運転者の車両１０への乗車時ごとにトー角を調整してよい。たとえば、ＥＣＵ１００はイグニッションスイッチがオンされると、運転者が車両１０に乗車したと検出してよい。運転者の車両１０への乗車を検出すると、ＥＣＵ１００は転舵機構２０を制御してスラスト角θ２となるように車輪のトー角を調整する。この態様によっても、車両１０の制動時の偏向を抑制することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る懸架機構１４ｂを模式的に示す図である。図５（ａ）は車両１０の後部を上面からみた図であり、図５（ｂ）は左輪用ブッシュ機構３０ａの断面図である。この懸架機構１４ｂは、一端が車体１２に他端が後輪に取り付けられるトーションビーム式である。図５に示す車両１０は右ハンドルであり、重心Ｇも中心位置Ｃから右方向にずれている。
【００３４】
懸架機構１４は、主な構成として左輪用トレーリングアーム２８ａ、右輪用トレーリングアーム２８ｂ、トーションビーム２６、左輪用ブッシュ機構３０ａおよび右輪用ブッシュ機構３０ｂを備える。以下適宜、左輪用トレーリングアーム２８ａおよび右輪用トレーリングアーム２８ｂをトレーリングアーム２８と称し、左輪用ブッシュ機構３０ａおよび右輪用ブッシュ機構３０ｂをブッシュ機構３０と称する。
【００３５】
トレーリングアーム２８は、パイプ状の部材であり、車両前後方向を長手方向として配置されている。左輪用トレーリングアーム２８ａの車両前方側の端部には左輪用ブッシュ機構３０ａが取り付けられており、左輪用ブッシュ機構３０ａを介して左輪用トレーリングアーム２８ａは車体側に揺動可能にかつ弾性的に連結されている。同様に右輪用トレーリングアーム２８ｂの車両前方側の端部には右輪用ブッシュ機構３０ｂが取り付けられており、右輪用ブッシュ機構３０ｂを介して右輪用トレーリングアーム２８ｂは車体側に弾性的に連結されている。
【００３６】
左輪用トレーリングアーム２８ａは、連結部材（不図示）を介して左後輪ＲＬに連結され、右輪用トレーリングアーム２８ｂは、連結部材（不図示）を介して右後輪ＲＲに連結される。トレーリングアーム２８には車体１２に連結するショックアブソーバ（不図示）が取り付けられてよい。
【００３７】
図５（ｂ）に示すように、左輪用ブッシュ機構３０ａは、ブラケット３２、ブッシュ３４、軸部３６、内筒部３８および環状部材４０を備える。ブラケット３２の外面は車体１２に取り付けられる。ブラケット３２の第１平面３２ａおよび第２平面３２ｂには軸孔が形成されている。
【００３８】
軸部３６は、棒形状に形成され、両端がブラケット３２の軸孔に挿入されてブラケット３２に支持される。内筒部３８は、円筒形状に形成され、軸部３６を内挿し、ブラケット３２内に収容される。内筒部３８の軸方向長さは、第１平面３２ａと第２平面３２ｂとの間隔より小さい。
【００３９】
ブッシュ３４は、円柱形状に形成され、中央に軸孔が形成される。ブッシュ３４は弾性を有し、ブッシュ３４の側面はトレーリングアーム２８の一端に連結される。ブッシュ３４の軸孔には内筒部３８および軸部３６が挿入され、ブラケット３２内に収容される。軸部３６と内筒部３８は相対回転可能である。ブッシュ３４の軸方向長さは第１平面３２ａと第２平面３２ｂとの間隔より小さい。
【００４０】
環状部材４０は、いわゆるワッシャのような円盤形状をしており、中央に軸孔が形成されている。環状部材４０の軸孔には軸部３６が挿入される。環状部材４０の左側にブッシュ３４および内筒部３８が配置され、環状部材４０の右側にブラケット３２の第２平面３２ｂが配置される。環状部材４０は左側から内筒部３８の一端に、右側から第２平面３２ｂに挟まれて支持されている。なお、右輪用ブッシュ機構３０ｂも左輪用ブッシュ機構３０ａと同様である。
【００４１】
車両１０では重心Ｇのずれが中心線Ｃより右側である。環状部材４０はブッシュ機構３０の右側に配置される。これにより、環状部材４０がない場合と比べてトレーリングアーム２８の一端がともに左方向にずれ、左後輪ＲＬのトー角がトーアウト方向となり、右後輪ＲＲのトー角がトーイン方向となる。したがって、進行方向Ｓ３のスラスト角が左側にθ３となり、制動時に発生する回転方向のモーメントを小さくするように作用するため、制動時の偏向を抑えることができる。このように、環状部材４０を有する懸架機構１４はシンプルな構成でトー角調整部として機能することができる。なお、左後輪ＲＬは必ずトーアウトとなる必要はなく、左後輪ＲＬのトーインが右後輪ＲＲのトーインよりも小さくなればよい。
【００４２】
図６は、第２実施形態に係る懸架機構１４ｂを模式的に示す図である。図６（ａ）は車両１０の後部を上面からみた図であり、図６（ｂ）は左輪用ブッシュ機構３０ｃの断面図である。図６に示す車両１０は左ハンドル車であり、図５に示した態様とは重心Ｇの位置が異なり、重心Ｇが中心位置Ｃから左方向にずれている。
【００４３】
車両１０では重心Ｇのずれが中心線Ｃより左側である。環状部材４０はブッシュ機構３０の左側に配置される。環状部材４０の右側にブッシュ３４および内筒部３８が配置され、環状部材４０の左側にブラケット３２の第１平面３２ａが配置される。環状部材４０は右側から内筒部３８の一端に、左側から第１平面３２ａに挟まれて支持されている。なお、右輪用ブッシュ機構３０ｄも左輪用ブッシュ機構３０ｃと同様である。
【００４４】
これにより、環状部材４０がない場合と比べてトレーリングアーム２８の一端がともに右方向にずれ、左後輪ＲＬのトー角がトーイン方向となり、右後輪ＲＲのトー角がトーアウト方向となる。したがって、進行方向Ｓ４のスラスト角が右側にθ４となり、制動時に発生する回転方向のモーメントを小さくするように作用するため、制動時の偏向を抑えることができる。このように、環状部材４０はシンプルな構成でトー角調整部として機能することができる。
【００４５】
第２実施形態では、重心Ｇの位置ずれが右側か左側かどうかにもとづいて環状部材４０を取り付ける位置を変更し、車輪のトー角をあらかじめ調整することができる。図５および図６に示すように、右ハンドルおよび左ハンドルの両方に同じ部材を用いて対応することができる。またトー角を調整する転舵機構２０ｂがなくとも、懸架機構１４のブッシュ機構３０においてトー角を調整することができる。
【００４６】
第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせることも可能である。たとえば、ＥＣＵ１００は、環状部材４０により調整したスラスト角θ３または後輪のトー角をあらかじめ保持し、スラスト角θ２からスラスト角θ３を減算した角度をもとに各車輪のトー角を調整する。
【００４７】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る車両１０は、図１で示すように前輪用の転舵機構２０ａおよび後輪用の転舵機構２０ｂを備える。ＥＣＵ１００は、転舵機構２０の駆動を制御することで、車両１０の重心Ｇにもとづいて各車輪のトー角を制御する。少なくともＥＣＵ１００および転舵機構２０がトー角調整部として機能する。
【００４８】
ＥＣＵ１００は車両の重心Ｇの左右方向における位置ずれを次のようにして算出する。ＥＣＵ１００は、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬの接地荷重を検知する荷重センサ２２ａ、２２ｃで検知された左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬの接地荷重Ｗｌと、右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲの接地荷重を検知する荷重センサ２２ｂ、２２ｄで検知された右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲの接地荷重Ｗｒと、を取得する。ここで、各車輪の接地荷重には、車両１０の重心Ｇが車両１０の中心線Ｃからずれることで差が生じ得る。また、各車輪の接地荷重には、路面の傾斜や旋回にともなう荷重移動によっても差が生じ得る。
【００４９】
そこで、ＥＣＵ１００は、荷重センサ２２の検出結果から車両１０に与えられた横力を取得する。横力を車両１０の質量（全荷重）で除算すると横加速度αが得られる。なお、荷重センサ２２以外の横加速度検出手段を用いてよい。たとえば、車体１２に横加速度センサ（不図示）を設け、横加速度センサにより車両１０に加わる横加速度αを取得する。そして、ＥＣＵ１００は、左右輪の接地荷重差（Ｗｒ−Ｗｌ）から、横加速度αにより推定される路面傾斜や旋回にもとづく接地荷重差を差し引いて、重心Ｇの位置ずれにもとづく接地荷重差を抽出する。そして、ＥＣＵ１００は、重心Ｇの位置ずれにもとづく接地荷重差から重心Ｇの位置を取得し、この重心Ｇの位置から目標スラスト角θを算出して、目標スラスト角θをその時点での各車輪の転舵角に加えて新たな転舵角を算出し、新たな転舵角となるように転舵機構２０を制御する。目標スラスト角θは、重心Ｇの位置ずれに起因する制動時の偏向を抑制するために目標とするスラスト角であって、各車輪のトー角に応じた車両の進行方向の車両の中心線に対する角度をいう。
【００５０】
図７は、第３実施形態に係る車輪のトー角を調整する制御を示すフローチャートである。図８は、横加速度と接地荷重左右差との関係を示す図である。図７に示す制御フローは、たとえばイグニッションがオンされると所定の時間間隔で継続的に実行されてよい。また、運転者が乗車したことを検出するごとに実行されてよく、たとえば車両１０の運転席のドアが閉じられ、かつイグニッションがオンであることを検出すると、運転者が乗車したとみなして実行される。
【００５１】
まず、ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに記憶されている右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲの接地荷重Ｗｒ、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬの接地荷重Ｗｌ、および横加速度αを削除する（Ｓ１０１）。
【００５２】
続いて、ＥＣＵ１００のセンサ情報取得部は、右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲの接地荷重Ｗｒ、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬの接地荷重Ｗｌ、および横加速度αを所定の間隔で繰り返しサンプリングしてＲＯＭに記憶する（Ｓ１０２）。接地荷重Ｗｒ，Ｗｌおよび横加速度αは、路面の起伏などの影響で変動するため、時間平均をとったりローパスフィルタで変動成分をある程度除去してサンプリングする。所定時間が経過した後、図８に示すように、ＥＣＵ１００の位置ずれ量算出部は記憶された情報から左右輪の接地荷重差Ｗｒ−Ｗｌと横加速度αの回帰直線Ｒを最小二乗法などで計算して、その切片ΔＷを算出する（Ｓ１０３）。
【００５３】
回帰直線Ｒは、傾きをＩ、ｙ切片をΔＷとすると、以下の式（２）で表すことができる。なお、ｙ軸が接地荷重左右差（Ｗｒ−Ｗｌ）であり、ｘ軸が横加速度αである。
ｙ＝Ｉ・α＋ΔＷ ・・・（２）
【００５４】
回帰直線Ｒのｙ切片ΔＷは、横加速度αが０のときの接地荷重差であるから、重心位置Ｇのずれにもとづく左右輪の接地荷重差に相当する。したがって、右車輪と左車輪のトレッドをＴとすると、中心線からの重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄ（重心の左右方向における偏り）は、以下の式（３）で表すことができる。位置ずれ量Ｇｄにより重心Ｇの位置が定まる。
Ｇｄ＝ΔＷ・Ｔ／２（Ｗｒ＋Ｗｌ） ・・・（３）
【００５５】
ＥＣＵ１００の位置ずれ量算出手段は、上記式（３）にもとづいて重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄを算出し、ＥＣＵ１００の目標スラスト角算出手段は、算出された位置ずれ量Ｇｄをもとに、車両進行の目標とする目標スラスト角θを算出する（Ｓ１０４）。
【００５６】
上記の式（１）では車両進行中に重心Ｇの位置ずれを低減する距離を表し、この距離が重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄと等しければ、重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄによる重心回りのモーメントをキャンセルすることができる。したがって、式（１）と式（３）により、以下の式（４）が表される。
sinθ・Ｌ（Ｂｆ−Ｌｆ）＝ΔＷ・Ｔ／２（Ｗｒ＋Ｗｌ） ・・・（４）
【００５７】
目標スラスト角θは数度程度と小さいため、sinθ≒θと近似することができる。したがって、目標スラスト角θは以下の式（５）に示すことができる。
θ≒ΔＷ・Ｔ／｛２（Ｗｒ＋Ｗｌ）・Ｌ（Ｂｆ−Ｌｆ）｝ ・・・（５）
ＥＣＵ１００の目標スラスト角算出手段は位置ずれ量Ｇｄにもとづいて目標スラスト角θを算出する。
【００５８】
ＥＣＵ１００の転舵角調整部は、転舵角算出部により算出された各車輪の転舵角それぞれに目標スラスト角θを加えるよう調整して、ＥＣＵ１００の転舵制御部は、目標スラスト角θを加えた各車輪の転舵角にもとづいて転舵機構２０を制御する（Ｓ１０５）。これにより、ＥＣＵ１００は、以上のプロセスを繰り返すことで、重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄにもとづく制動時の偏向を抑制することができる。
【００５９】
なお、ＥＣＵ１００は、目標スラスト角θが閾値を越えた場合は、閾値を目標スラスト角とみなしてよい。閾値は、目標スラスト角θを加えることで運転者が運転に違和感を感じない程度の値に設定され、実験等により定められる。
【００６０】
また、転舵機構２０の操舵角の最大可動範囲を超えた場合はそれ以上制御できない。したがって、ＥＣＵ１００は、目標スラスト角θを加えた各車輪の転舵角が転舵機構２０の転舵角の最大可動角を超えた場合、転舵機構２０の最大可動角を各車輪の転舵角とみなして制御する。
【００６１】
なお、ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭに予め記憶されている、左右輪の接地荷重差ΔＷと重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄとが対応付けられたマップを用いることで、接地荷重差ΔＷからずれ量Ｇｄを取得してもよい。
【００６２】
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態および変形例を組み合わせたり、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などの変形を加えることも可能であり、そのような組み合わせられ、もしくは変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれる。上述の各実施形態および変形例同士の組合せによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
【００６３】
第３実施形態において、ＥＣＵ１００は制動時のみトー角を調整する。ここで、制動時の偏向は車速が高い場合に大きくなるため、所定の速度以上である場合にＥＣＵ１００はトー角を調整してよい。これにより、効果的に偏向を抑えることができる。
【符号の説明】
【００６４】
ＦＬ 左前輪、 ＦＲ 右前輪、 ＲＬ 左後輪、 ＲＲ 右後輪、 １０ 車両、 １２ 車体、 １４ａ、１４ｂ 懸架機構、 １８ 操舵ハンドル、 ２０ａ、２０ｂ 転舵機構、 ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 荷重センサ、 ２４ 操舵角センサ、 ２６ トーションビーム、 ２８ａ、２８ｂ トレーリングアーム、 ３０ａ、３０ｂ ブッシュ機構、 ３２ ブラケット、 ３４ ブッシュ、 ３６ 軸部、 ３８ 内筒部、 ４０ 環状部材、 １００ ＥＣＵ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に設けられる車輪角度調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には制動時の安定性が求められる。これに対し、たとえば特許文献１には、車両重心の左右方向のずれに起因して制動時に生じる車両の偏向を、左右輪に付与する制動力の差、あるいは前後輪の操舵により発生させるヨーモーメントによって低減する技術が開示されている。この技術では、車両の直進制動時の減速度を取得し、取得した減速度に応じて車両重心のずれによるヨーモーメントの低減に必要なヨーモーメントを求め、得られたヨーモーメントが発生するように左右輪に制動力差を付与し、あるいは前後輪を操舵していた。
【０００３】
また、特許文献２には、左側の前後輪の制動力の和と右側の前後輪の制動力の和とが均等になるように各車輪に制動力を配分することで、直進制動時のヨーモーメントの発生を回避する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０３７２５９号公報
【特許文献２】特開平０５−２６２２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に開示された技術では、左右輪の制動力を異ならせる構成、前後輪を運転者の操舵とは独立に転舵可能とする構成、車両の減速度に応じて発生させる左右輪の制動力差あるいは舵角を制御する構成等が必要であった。また、特許文献２に開示された技術では、各車輪にそれぞれ独自の比率で制動力を配分する構成が必要であった。したがって、従来の技術では、その方法を実現するための構成が複雑であるという課題があった。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、重心の位置に偏りがある車両において制動時に発生する偏向を抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車輪角度調整装置は、車両の重心が車両の中心位置から車両の左右方向にずれている重心の位置ずれにもとづいて車輪のトー角を調整するトー角調整手段を備える。この態様によると、トー角を調整することで車両の制動時に発生する偏向を抑制することができる。
【０００８】
トー角調整手段は、左前輪および右前輪のトー角の平均と、左後輪および右後輪のトー角の平均とを略同一となるように調整し、かつ、左右の車輪のうち車両の左右方向において車両の重心に近い側の車輪のトー角を遠い側の車輪のトー角よりトーイン方向に調整してもよい。これにより、車両の制動時に発生する重心回りのヨー方向のモーメントを小さくすることができる。
【０００９】
トー角調整手段は、運転者によって操作される操舵ハンドルの操作量に応じて車輪を操舵するための転舵角を算出する転舵角算出手段と、転舵角に応じて車輪を転舵する転舵手段と、重心の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段と、重心の位置ずれ量にもとづいて目標スラスト角を算出する目標スラスト角算出手段と、目標スラスト角と転舵角算出手段により算出された転舵角とにもとづいて新たな転舵角を算出する転舵角調整手段と、を含んでもよい。転舵手段は、新たな転舵角により車輪を転舵する。これにより制動時に発生する偏向をより効果的に抑制することができる。
【００１０】
トー角調整手段は、車輪の接地荷重を検出する荷重検出手段と、車両に与えられる横加速度を検出する横加速度検出手段と、を含んでもよい。位置ずれ量算出手段は、接地荷重と横加速度にもとづいて重心の位置ずれ量を算出してもよい。これにより、重心の位置ずれ量が変化しても重心の位置ずれ量を精度よく算出することができる。
【００１１】
トー角調整手段は、運転者が車両に乗車したことを検出するごとに各車輪のトー角を調整してもよい。これにより乗車数や荷物により車両の重心の位置が変化しても、制動時に発生する偏向を抑制することができる。
【００１２】
トー角調整手段は、車輪が連結されるとともに、車体に連結されるトーションビーム式の懸架機構を含んでもよい。懸架機構は、トレーリングアームと、トレーリングアームの一端部に連結するブッシュと、ブッシュの軸孔に挿入される軸部と、軸部の両端を支持し、車体に取り付けられるブラケットと、軸部が挿入される環状部材と、を有してもよい。環状部材は、重心の位置ずれが車両の中心位置から右側である場合に、ブッシュより右側に配置され、重心の位置ずれが車両の中心位置から左側である場合に、ブッシュより左側に配置されてもよい。これにより、トーションビーム式の懸架機構が設けられた車輪に対してもトー角を調整することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、重心位置に偏りがある車両における制動時の安定性をトー角を調整することで向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る四輪の車両の模式図である。
【図２】車両の直進制動時に偏向が発生するメカニズムを説明するための模式図である。
【図３】重心Ｇと車両の進行方向Ｓ１と車輪のトー角との関係を説明する図である。
【図４】第１実施形態に係る車両の各車輪のトー角を説明する図である。
【図５】第２実施形態に係る懸架機構を模式的に示す図である。
【図６】第２実施形態に係る懸架機構を模式的に示す図である。
【図７】第３実施形態に係る車輪のトー角を調整する制御を示すフローチャートである。
【図８】横加速度と接地荷重左右差との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、実施形態に係る四輪の車両１０の模式図である。この車両１０には、車輪のトー角を調整するトー角調整部を少なくとも備える車輪角度調整装置が含まれる。
【００１６】
車両１０は、左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ、右後輪ＲＲからなる車輪を備える。右ハンドル車の車両１０の車体１２と各車輪ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲの間には、懸架機構１４ａ、１４ｂ（これらをとくに区別しない場合は「懸架機構１４」という）がそれぞれ設けられている。懸架機構１４によって車輪を弾性支持することで、車輪の衝撃が車体１２に直接的に伝達されることが防止される。懸架機構１４は、車両のばね上とばね下の間に減衰力を発生させる。
【００１７】
車輪の接地荷重を検出するための荷重センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ（とくに区別しない場合は「荷重センサ２２」という）が各車輪に組み込まれている。荷重センサ２２は、接地荷重に加えて、車両１０にかかる横力を検出してもよい。荷重センサ２２の検出結果は、車体１２に備えられる電子制御装置１００（以下「ＥＣＵ１００」という）に送られる。
【００１８】
運転者によって操作される操舵ハンドル１８には操舵角センサ２４が設けられており、操舵ハンドルの操作量を検出してＥＣＵ１００に送信する。
【００１９】
ＥＣＵ１００の転舵角算出部は操舵角センサ２４の検出結果に応じて転舵角を算出する。ＥＣＵ１００は、前輪用の転舵機構２０ａおよび後輪用の転舵機構２０ｂ（とくに区別しない場合は「転舵機構２０」という）に転舵角に応じた駆動信号を供給し、転舵機構２０はその駆動信号に応じて車輪を転舵する。この転舵機構２０は車輪のトー角を調整可能である。
【００２０】
右ハンドル車の車両１０の重心Ｇは、車両１０の前後に沿った中心位置を示す中心線Ｃより右側にある。車両の構造が左右対称である車両であれば、車両を偏向させるような外的な要因がない限り、直進制動時に車両が偏向することはないはずである。しかし、現実には、車両に搭載されている各種装置の搭載位置が左右対称ではなく、また乗員や荷物も偏って積載されることが多いため、車両の重量分布が左右対称になることは少ない。つまり、重心が車両の中心から左右いずれかにずれている。図１に示す矢印Ｓは車輪のトー角に対する車両１０の進行方向を示す。
【００２１】
図２は、車両の直進制動時に偏向が発生するメカニズムを説明するための模式図である。なお、以下の図面において同様の構成については同一の符号を付し、その説明および図示は適宜省略する。重心が左右いずれかにずれた状態で、左右の車輪に等しいブレーキトルクが加えられると、車両の重心回りにヨー方向のモーメントが発生するので、直進制動時であっても車両が偏向する。
【００２２】
図２では、右ハンドルの車両で乗員が運転者一名であるときの車両１０を示す。この場合、重心Ｇは、車体の中心線Ｃよりも右側にずれて位置することになる。ブレーキがかけられたとき、左右の車輪に加わる制動力が等しい（すなわち、Ｄ１＝Ｄ２＞Ｄ３＝Ｄ４）と仮定する。重心回りのヨー方向のモーメントは、重心からの各車輪ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲの距離と制動力との積で表されるから、重心Ｇが右寄りであるとき、重心Ｇには図示するように反時計回りのモーメントＭが発生する。左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬと重心Ｇまでの間隔が、右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲと重心Ｇまでの間隔より長いため、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬにより生じる重心回りのモーメントが大きくなるからである。したがって、車体は図の左方向ＢＬに偏向する。
【００２３】
実施形態では、この偏向を抑制するため、車両１０の重心Ｇが車両１０の中心位置から左右方向にずれている重心Ｇの位置ずれにもとづいて車輪のトー角を調整するトー角調整部を備える。なお、車両１０の左右方向とは、たとえば左前輪ＦＬの中心と、右前輪ＦＲの中心を結ぶ直線に平行な方向である。なお、実施形態でのトー角は、左右方向と直交する車両１０の前後方向を基準に、反時計回りをプラスとして、時計回りをマイナスとして説明する。トーアウトとは車輪前端が車輪の中心より外側に位置する状態で、トーインとは車輪前端が車輪の中心より内側に位置する状態である。右輪ではトーインがプラスとなり、左輪ではトーアウトがプラスとなる。
【００２４】
図３は、重心Ｇと車両の進行方向Ｓ１と車輪のトー角との関係を説明する図である。進行方向Ｓ１と車両１０の中心線Ｃとの角度（以下、スラスト角という）はθ１である。点Ｐは左前輪ＦＬおよび右前輪ＦＲの中点である。スラスト角は中心線Ｃを基準として、左側（車両の上方からみて反時計回り）にプラス、右側（車両の上方からみて時計回り）にマイナスである。図３に示す車両１０の進行方向Ｓ１は、各車輪のトー角によって定められている。つまり、トー角調整部は、各車輪のトー角を調整することで、プラスのスラスト角θ１となるように設定する。
車両１０の直進中においては、スラスト角θ１は、以下の式で示される。
θ１＝（ＱＦＲ＋ＱＦＬ）／２＝（ＱＲＲ＋ＱＲＬ）／２
【００２５】
ここで、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬのトー角をトーアウト側に変化させることで、重心回りのモーメントを小さくすることができる。また右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲのトー角をトーイン側に変化させることで、重心回りのモーメントを大きくすることができる。なお左前輪ＦＬをトーアウト側に、右後輪ＲＲをトーイン側に変化させ、右前輪ＦＲをトーイン側に、左後輪ＲＬをトーアウト側に変化させてもよい。いずれのトー角の変化も、重心Ｇが右側にずれている場合に重心回りのモーメントを小さくする。なお、前輪に後輪より大きな制動力が付与されるため、前輪の重心回りのモーメントへの寄与度が後輪より大きい。このように、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬのトー角をトーアウト側に変化させた場合、および右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲのトー角をトーイン側に変化させた場合、スラスト角がプラス側に変化し、重心Ｇが右側にずれている車両１０の制動時の偏向を抑制することができる。
【００２６】
重心Ｇが中心線Ｃに近づくほど、重心回りのモーメントは小さくなる。車輪の前後の間隔、たとえば左前輪ＦＬの中心と左後輪ＲＬの中心との間隔をＬとする。また車両１０に付与する制動力のうち前輪に付与される割合をＢｆとし、前輪制動力割合Ｂｆという。また、車両１０の接地荷重のうち前輪に付与される割合をＬｆとし、前輪荷重割合Ｌｆという。このとき、スラスト角θ１となるように車輪のトー角を調整すると、以下に示す式（１）に示す距離だけ、重心Ｇを中心線Ｃに近づけた効果を有する。
sinθ１・Ｌ（Ｂｆ−Ｌｆ） ・・・（１）
なお、（Ｂｆ−Ｌｆ）は前輪と後輪との配分の差なので、前輪ではなく後輪で算出しても同じ値となる。式（１）に示す距離と、重心Gの位置ずれ量が等しければ、重心回りのヨー方向のモーメントをキャンセルすることができる。
車輪のトー角を調整して制動時の偏向を抑制する方法について具体的に説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図４は、第１実施形態に係る車両１０の各車輪のトー角を説明する図である。第１実施形態では、トー角調整部が、左前輪ＦＬおよび右前輪ＦＲのトー角の平均値と、左後輪ＲＬおよび右後輪ＲＲのトー角の平均値とを、略同一となるように調整する。なおかつ、トー角調整部は、重心Ｇが車両１０の中心位置Ｃから左右方向にずれている場合、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬ（左車輪）、または右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲ（右車輪）のうち、左右方向において重心Ｇに近い方の車輪前端を遠い方より、中心位置Ｃに近くなるように調整する。すなわち、重心Ｇに近い側の車輪のトー角を遠い側よりトーイン側に調整する。
【００２８】
第１実施形態に係るトー角調整部は、初期のアライメントとして車両１０の出荷までにあらかじめトー角を調整してもよい。重心Ｇの位置ずれが車両の出荷時に生じている場合に、事前に制動時の偏向を抑制するように対応することができる。このときの車両１０の重心Gは、車両１０に運転手が一人乗車した状態の位置であってよい。
【００２９】
トー角調整部は、ＥＣＵ１００および転舵機構２０を含んでよく、ＥＣＵ１００および転舵機構２０により車輪のトー角を調整する。またトー角調整部は、その他の従来技術、たとえば特開２０１０−１７３５７７号公報や特開２００７−３３１６２６号公報に記載の車輪のトー角を調整する技術を用いてトー角を調整してもよい。
【００３０】
たとえば、図４に示すように重心Ｇが車両１０の中心位置Ｃから右側にずれている場合、トー角調整部は、左前輪ＦＬのトーアウト角ｔ１より右前輪ＦＲのトーアウト角ｔ２の方が小さくなるよう設定し、左後輪ＲＬのトーイン角ｔ３より右後輪ＲＲのトーイン角ｔ４の方が大きくなるよう設定する。
【００３１】
図４に示す態様では、右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲのトー角が左車輪よりトーイン側に調整されているため、トー角調整部により調整した各車輪のトー角により定められる進行方向Ｓ２が左側を向いており、スラスト角がθ２となる。これにより制動時に発生する重心回りのモーメントが打ち消し合うように作用するため、制動時の偏向を抑えることができる。スラスト角θ２となるように調整する各車輪のトー角はあらかじめ定められた数値であってよく、ＥＣＵ１００にあらかじめ保持されてよい。
【００３２】
第１実施形態に係るトー角調整部は、運転者の車両１０への乗車時ごとにトー角を調整してよい。たとえば、ＥＣＵ１００はイグニッションスイッチがオンされると、運転者が車両１０に乗車したと検出してよい。運転者の車両１０への乗車を検出すると、ＥＣＵ１００は転舵機構２０を制御してスラスト角θ２となるように車輪のトー角を調整する。この態様によっても、車両１０の制動時の偏向を抑制することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る懸架機構１４ｂを模式的に示す図である。図５（ａ）は車両１０の後部を上面からみた図であり、図５（ｂ）は左輪用ブッシュ機構３０ａの断面図である。この懸架機構１４ｂは、一端が車体１２に他端が後輪に取り付けられるトーションビーム式である。図５に示す車両１０は右ハンドルであり、重心Ｇも中心位置Ｃから右方向にずれている。
【００３４】
懸架機構１４は、主な構成として左輪用トレーリングアーム２８ａ、右輪用トレーリングアーム２８ｂ、トーションビーム２６、左輪用ブッシュ機構３０ａおよび右輪用ブッシュ機構３０ｂを備える。以下適宜、左輪用トレーリングアーム２８ａおよび右輪用トレーリングアーム２８ｂをトレーリングアーム２８と称し、左輪用ブッシュ機構３０ａおよび右輪用ブッシュ機構３０ｂをブッシュ機構３０と称する。
【００３５】
トレーリングアーム２８は、パイプ状の部材であり、車両前後方向を長手方向として配置されている。左輪用トレーリングアーム２８ａの車両前方側の端部には左輪用ブッシュ機構３０ａが取り付けられており、左輪用ブッシュ機構３０ａを介して左輪用トレーリングアーム２８ａは車体側に揺動可能にかつ弾性的に連結されている。同様に右輪用トレーリングアーム２８ｂの車両前方側の端部には右輪用ブッシュ機構３０ｂが取り付けられており、右輪用ブッシュ機構３０ｂを介して右輪用トレーリングアーム２８ｂは車体側に弾性的に連結されている。
【００３６】
左輪用トレーリングアーム２８ａは、連結部材（不図示）を介して左後輪ＲＬに連結され、右輪用トレーリングアーム２８ｂは、連結部材（不図示）を介して右後輪ＲＲに連結される。トレーリングアーム２８には車体１２に連結するショックアブソーバ（不図示）が取り付けられてよい。
【００３７】
図５（ｂ）に示すように、左輪用ブッシュ機構３０ａは、ブラケット３２、ブッシュ３４、軸部３６、内筒部３８および環状部材４０を備える。ブラケット３２の外面は車体１２に取り付けられる。ブラケット３２の第１平面３２ａおよび第２平面３２ｂには軸孔が形成されている。
【００３８】
軸部３６は、棒形状に形成され、両端がブラケット３２の軸孔に挿入されてブラケット３２に支持される。内筒部３８は、円筒形状に形成され、軸部３６を内挿し、ブラケット３２内に収容される。内筒部３８の軸方向長さは、第１平面３２ａと第２平面３２ｂとの間隔より小さい。
【００３９】
ブッシュ３４は、円柱形状に形成され、中央に軸孔が形成される。ブッシュ３４は弾性を有し、ブッシュ３４の側面はトレーリングアーム２８の一端に連結される。ブッシュ３４の軸孔には内筒部３８および軸部３６が挿入され、ブラケット３２内に収容される。軸部３６と内筒部３８は相対回転可能である。ブッシュ３４の軸方向長さは第１平面３２ａと第２平面３２ｂとの間隔より小さい。
【００４０】
環状部材４０は、いわゆるワッシャのような円盤形状をしており、中央に軸孔が形成されている。環状部材４０の軸孔には軸部３６が挿入される。環状部材４０の左側にブッシュ３４および内筒部３８が配置され、環状部材４０の右側にブラケット３２の第２平面３２ｂが配置される。環状部材４０は左側から内筒部３８の一端に、右側から第２平面３２ｂに挟まれて支持されている。なお、右輪用ブッシュ機構３０ｂも左輪用ブッシュ機構３０ａと同様である。
【００４１】
車両１０では重心Ｇのずれが中心線Ｃより右側である。環状部材４０はブッシュ機構３０の右側に配置される。これにより、環状部材４０がない場合と比べてトレーリングアーム２８の一端がともに左方向にずれ、左後輪ＲＬのトー角がトーアウト方向となり、右後輪ＲＲのトー角がトーイン方向となる。したがって、進行方向Ｓ３のスラスト角が左側にθ３となり、制動時に発生する回転方向のモーメントを小さくするように作用するため、制動時の偏向を抑えることができる。このように、環状部材４０を有する懸架機構１４はシンプルな構成でトー角調整部として機能することができる。なお、左後輪ＲＬは必ずトーアウトとなる必要はなく、左後輪ＲＬのトーインが右後輪ＲＲのトーインよりも小さくなればよい。
【００４２】
図６は、第２実施形態に係る懸架機構１４ｂを模式的に示す図である。図６（ａ）は車両１０の後部を上面からみた図であり、図６（ｂ）は左輪用ブッシュ機構３０ｃの断面図である。図６に示す車両１０は左ハンドル車であり、図５に示した態様とは重心Ｇの位置が異なり、重心Ｇが中心位置Ｃから左方向にずれている。
【００４３】
車両１０では重心Ｇのずれが中心線Ｃより左側である。環状部材４０はブッシュ機構３０の左側に配置される。環状部材４０の右側にブッシュ３４および内筒部３８が配置され、環状部材４０の左側にブラケット３２の第１平面３２ａが配置される。環状部材４０は右側から内筒部３８の一端に、左側から第１平面３２ａに挟まれて支持されている。なお、右輪用ブッシュ機構３０ｄも左輪用ブッシュ機構３０ｃと同様である。
【００４４】
これにより、環状部材４０がない場合と比べてトレーリングアーム２８の一端がともに右方向にずれ、左後輪ＲＬのトー角がトーイン方向となり、右後輪ＲＲのトー角がトーアウト方向となる。したがって、進行方向Ｓ４のスラスト角が右側にθ４となり、制動時に発生する回転方向のモーメントを小さくするように作用するため、制動時の偏向を抑えることができる。このように、環状部材４０はシンプルな構成でトー角調整部として機能することができる。
【００４５】
第２実施形態では、重心Ｇの位置ずれが右側か左側かどうかにもとづいて環状部材４０を取り付ける位置を変更し、車輪のトー角をあらかじめ調整することができる。図５および図６に示すように、右ハンドルおよび左ハンドルの両方に同じ部材を用いて対応することができる。またトー角を調整する転舵機構２０ｂがなくとも、懸架機構１４のブッシュ機構３０においてトー角を調整することができる。
【００４６】
第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせることも可能である。たとえば、ＥＣＵ１００は、環状部材４０により調整したスラスト角θ３または後輪のトー角をあらかじめ保持し、スラスト角θ２からスラスト角θ３を減算した角度をもとに各車輪のトー角を調整する。
【００４７】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る車両１０は、図１で示すように前輪用の転舵機構２０ａおよび後輪用の転舵機構２０ｂを備える。ＥＣＵ１００は、転舵機構２０の駆動を制御することで、車両１０の重心Ｇにもとづいて各車輪のトー角を制御する。少なくともＥＣＵ１００および転舵機構２０がトー角調整部として機能する。
【００４８】
ＥＣＵ１００は車両の重心Ｇの左右方向における位置ずれを次のようにして算出する。ＥＣＵ１００は、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬの接地荷重を検知する荷重センサ２２ａ、２２ｃで検知された左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬの接地荷重Ｗｌと、右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲの接地荷重を検知する荷重センサ２２ｂ、２２ｄで検知された右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲの接地荷重Ｗｒと、を取得する。ここで、各車輪の接地荷重には、車両１０の重心Ｇが車両１０の中心線Ｃからずれることで差が生じ得る。また、各車輪の接地荷重には、路面の傾斜や旋回にともなう荷重移動によっても差が生じ得る。
【００４９】
そこで、ＥＣＵ１００は、荷重センサ２２の検出結果から車両１０に与えられた横力を取得する。横力を車両１０の質量（全荷重）で除算すると横加速度αが得られる。なお、荷重センサ２２以外の横加速度検出手段を用いてよい。たとえば、車体１２に横加速度センサ（不図示）を設け、横加速度センサにより車両１０に加わる横加速度αを取得する。そして、ＥＣＵ１００は、左右輪の接地荷重差（Ｗｒ−Ｗｌ）から、横加速度αにより推定される路面傾斜や旋回にもとづく接地荷重差を差し引いて、重心Ｇの位置ずれにもとづく接地荷重差を抽出する。そして、ＥＣＵ１００は、重心Ｇの位置ずれにもとづく接地荷重差から重心Ｇの位置を取得し、この重心Ｇの位置から目標スラスト角θを算出して、目標スラスト角θをその時点での各車輪の転舵角に加えて新たな転舵角を算出し、新たな転舵角となるように転舵機構２０を制御する。目標スラスト角θは、重心Ｇの位置ずれに起因する制動時の偏向を抑制するために目標とするスラスト角であって、各車輪のトー角に応じた車両の進行方向の車両の中心線に対する角度をいう。
【００５０】
図７は、第３実施形態に係る車輪のトー角を調整する制御を示すフローチャートである。図８は、横加速度と接地荷重左右差との関係を示す図である。図７に示す制御フローは、たとえばイグニッションがオンされると所定の時間間隔で継続的に実行されてよい。また、運転者が乗車したことを検出するごとに実行されてよく、たとえば車両１０の運転席のドアが閉じられ、かつイグニッションがオンであることを検出すると、運転者が乗車したとみなして実行される。
【００５１】
まず、ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに記憶されている右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲの接地荷重Ｗｒ、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬの接地荷重Ｗｌ、および横加速度αを削除する（Ｓ１０１）。
【００５２】
続いて、ＥＣＵ１００のセンサ情報取得部は、右前輪ＦＲおよび右後輪ＲＲの接地荷重Ｗｒ、左前輪ＦＬおよび左後輪ＲＬの接地荷重Ｗｌ、および横加速度αを所定の間隔で繰り返しサンプリングしてＲＯＭに記憶する（Ｓ１０２）。接地荷重Ｗｒ，Ｗｌおよび横加速度αは、路面の起伏などの影響で変動するため、時間平均をとったりローパスフィルタで変動成分をある程度除去してサンプリングする。所定時間が経過した後、図８に示すように、ＥＣＵ１００の位置ずれ量算出部は記憶された情報から左右輪の接地荷重差Ｗｒ−Ｗｌと横加速度αの回帰直線Ｒを最小二乗法などで計算して、その切片ΔＷを算出する（Ｓ１０３）。
【００５３】
回帰直線Ｒは、傾きをＩ、ｙ切片をΔＷとすると、以下の式（２）で表すことができる。なお、ｙ軸が接地荷重左右差（Ｗｒ−Ｗｌ）であり、ｘ軸が横加速度αである。
ｙ＝Ｉ・α＋ΔＷ ・・・（２）
【００５４】
回帰直線Ｒのｙ切片ΔＷは、横加速度αが０のときの接地荷重差であるから、重心位置Ｇのずれにもとづく左右輪の接地荷重差に相当する。したがって、右車輪と左車輪のトレッドをＴとすると、中心線からの重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄ（重心の左右方向における偏り）は、以下の式（３）で表すことができる。位置ずれ量Ｇｄにより重心Ｇの位置が定まる。
Ｇｄ＝ΔＷ・Ｔ／２（Ｗｒ＋Ｗｌ） ・・・（３）
【００５５】
ＥＣＵ１００の位置ずれ量算出手段は、上記式（３）にもとづいて重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄを算出し、ＥＣＵ１００の目標スラスト角算出手段は、算出された位置ずれ量Ｇｄをもとに、車両進行の目標とする目標スラスト角θを算出する（Ｓ１０４）。
【００５６】
上記の式（１）では車両進行中に重心Ｇの位置ずれを低減する距離を表し、この距離が重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄと等しければ、重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄによる重心回りのモーメントをキャンセルすることができる。したがって、式（１）と式（３）により、以下の式（４）が表される。
sinθ・Ｌ（Ｂｆ−Ｌｆ）＝ΔＷ・Ｔ／２（Ｗｒ＋Ｗｌ） ・・・（４）
【００５７】
目標スラスト角θは数度程度と小さいため、sinθ≒θと近似することができる。したがって、目標スラスト角θは以下の式（５）に示すことができる。
θ≒ΔＷ・Ｔ／｛２（Ｗｒ＋Ｗｌ）・Ｌ（Ｂｆ−Ｌｆ）｝ ・・・（５）
ＥＣＵ１００の目標スラスト角算出手段は位置ずれ量Ｇｄにもとづいて目標スラスト角θを算出する。
【００５８】
ＥＣＵ１００の転舵角調整部は、転舵角算出部により算出された各車輪の転舵角それぞれに目標スラスト角θを加えるよう調整して、ＥＣＵ１００の転舵制御部は、目標スラスト角θを加えた各車輪の転舵角にもとづいて転舵機構２０を制御する（Ｓ１０５）。これにより、ＥＣＵ１００は、以上のプロセスを繰り返すことで、重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄにもとづく制動時の偏向を抑制することができる。
【００５９】
なお、ＥＣＵ１００は、目標スラスト角θが閾値を越えた場合は、閾値を目標スラスト角とみなしてよい。閾値は、目標スラスト角θを加えることで運転者が運転に違和感を感じない程度の値に設定され、実験等により定められる。
【００６０】
また、転舵機構２０の操舵角の最大可動範囲を超えた場合はそれ以上制御できない。したがって、ＥＣＵ１００は、目標スラスト角θを加えた各車輪の転舵角が転舵機構２０の転舵角の最大可動角を超えた場合、転舵機構２０の最大可動角を各車輪の転舵角とみなして制御する。
【００６１】
なお、ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭに予め記憶されている、左右輪の接地荷重差ΔＷと重心Ｇの位置ずれ量Ｇｄとが対応付けられたマップを用いることで、接地荷重差ΔＷからずれ量Ｇｄを取得してもよい。
【００６２】
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態および変形例を組み合わせたり、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などの変形を加えることも可能であり、そのような組み合わせられ、もしくは変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれる。上述の各実施形態および変形例同士の組合せによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
【００６３】
第３実施形態において、ＥＣＵ１００は制動時のみトー角を調整する。ここで、制動時の偏向は車速が高い場合に大きくなるため、所定の速度以上である場合にＥＣＵ１００はトー角を調整してよい。これにより、効果的に偏向を抑えることができる。
【符号の説明】
【００６４】
ＦＬ 左前輪、 ＦＲ 右前輪、 ＲＬ 左後輪、 ＲＲ 右後輪、 １０ 車両、 １２ 車体、 １４ａ、１４ｂ 懸架機構、 １８ 操舵ハンドル、 ２０ａ、２０ｂ 転舵機構、 ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 荷重センサ、 ２４ 操舵角センサ、 ２６ トーションビーム、 ２８ａ、２８ｂ トレーリングアーム、 ３０ａ、３０ｂ ブッシュ機構、 ３２ ブラケット、 ３４ ブッシュ、 ３６ 軸部、 ３８ 内筒部、 ４０ 環状部材、 １００ ＥＣＵ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の重心が車両の中心位置から車両の左右方向にずれている、重心の位置ずれにもとづいて車輪のトー角を調整するトー角調整手段を備えることを特徴とする車輪角度調整装置。
【請求項２】
前記トー角調整手段は、左前輪および右前輪のトー角の平均と、左後輪および右後輪のトー角の平均とを略同一となるように調整し、かつ、左右の車輪のうち車両の左右方向において車両の重心に近い側の車輪のトー角を遠い側の車輪のトー角よりトーイン方向になるように調整することを特徴とする請求項１に記載の車輪角度調整装置。
【請求項３】
前記トー角調整手段は、
運転者によって操作される操舵ハンドルの操作量に応じて車輪を操舵するための転舵角を算出する転舵角算出手段と、
転舵角に応じて車輪を転舵する転舵手段と、
前記重心の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段と、
前記重心の位置ずれ量にもとづいて目標スラスト角を算出する目標スラスト角算出手段と、
前記目標スラスト角と前記転舵角算出手段により算出された転舵角とにもとづいて新たな転舵角を算出する転舵角調整手段と、を含み、
前記転舵手段は、前記新たな転舵角により前記車輪を転舵することを特徴とする請求項１または２に記載の車輪角度調整装置。
【請求項４】
前記トー角調整手段は、
車輪の接地荷重を検出する荷重検出手段と、
車両に与えられる横加速度を検出する横加速度検出手段と、を含み、
前記位置ずれ量算出手段は、前記接地荷重と前記横加速度にもとづいて前記重心の位置ずれ量を算出することを特徴とする請求項３に記載の車輪角度調整装置。
【請求項５】
前記トー角調整手段は、運転者が車両に乗車したこと検出するごとに各車輪のトー角を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車輪角度調整装置。
【請求項６】
前記トー角調整手段は、車輪が連結されるとともに、車体に連結されるトーションビーム式の懸架機構を含み、
前記懸架機構は、
トレーリングアームと、
前記トレーリングアームの一端部に連結するブッシュと、
前記ブッシュの軸孔に挿入される軸部と、
前記軸部の両端を支持し、車体に取り付けられるブラケットと、
前記軸部が挿入される環状部材と、を有し、
前記環状部材は、前記重心の位置ずれが車両の中心位置から右側である場合に、前記ブッシュより右側に配置され、前記重心の位置ずれが車両の中心位置から左側である場合に、前記ブッシュより左側に配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の車輪角度調整装置。
【請求項１】
車両の重心が車両の中心位置から車両の左右方向にずれている、重心の位置ずれにもとづいて車輪のトー角を調整するトー角調整手段を備えることを特徴とする車輪角度調整装置。
【請求項２】
前記トー角調整手段は、左前輪および右前輪のトー角の平均と、左後輪および右後輪のトー角の平均とを略同一となるように調整し、かつ、左右の車輪のうち車両の左右方向において車両の重心に近い側の車輪のトー角を遠い側の車輪のトー角よりトーイン方向になるように調整することを特徴とする請求項１に記載の車輪角度調整装置。
【請求項３】
前記トー角調整手段は、
運転者によって操作される操舵ハンドルの操作量に応じて車輪を操舵するための転舵角を算出する転舵角算出手段と、
転舵角に応じて車輪を転舵する転舵手段と、
前記重心の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段と、
前記重心の位置ずれ量にもとづいて目標スラスト角を算出する目標スラスト角算出手段と、
前記目標スラスト角と前記転舵角算出手段により算出された転舵角とにもとづいて新たな転舵角を算出する転舵角調整手段と、を含み、
前記転舵手段は、前記新たな転舵角により前記車輪を転舵することを特徴とする請求項１または２に記載の車輪角度調整装置。
【請求項４】
前記トー角調整手段は、
車輪の接地荷重を検出する荷重検出手段と、
車両に与えられる横加速度を検出する横加速度検出手段と、を含み、
前記位置ずれ量算出手段は、前記接地荷重と前記横加速度にもとづいて前記重心の位置ずれ量を算出することを特徴とする請求項３に記載の車輪角度調整装置。
【請求項５】
前記トー角調整手段は、運転者が車両に乗車したこと検出するごとに各車輪のトー角を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車輪角度調整装置。
【請求項６】
前記トー角調整手段は、車輪が連結されるとともに、車体に連結されるトーションビーム式の懸架機構を含み、
前記懸架機構は、
トレーリングアームと、
前記トレーリングアームの一端部に連結するブッシュと、
前記ブッシュの軸孔に挿入される軸部と、
前記軸部の両端を支持し、車体に取り付けられるブラケットと、
前記軸部が挿入される環状部材と、を有し、
前記環状部材は、前記重心の位置ずれが車両の中心位置から右側である場合に、前記ブッシュより右側に配置され、前記重心の位置ずれが車両の中心位置から左側である場合に、前記ブッシュより左側に配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の車輪角度調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−９６５９９（Ｐ２０１２−９６５９９Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４４０６８（Ｐ２０１０−２４４０６８）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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