JP2009214678A - Vehicle body attitude control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変減衰力ダンパ或いはアクチュエータを備えたものを含む様々な形式の懸架装置について用い得る車体姿勢制御装置に関する。 The present invention relates to a vehicle body posture control device that can be used for various types of suspension devices including those equipped with variable damping force dampers or actuators.
車両の姿勢制御を行うためには、車両の姿勢変化の原因となる力或いは加速度を遅れなく検知し、懸架装置の可変懸架要素を操作し、車両の姿勢変化を制御する必要がある。車両の姿勢変化の原因となる力或いは加速度を求める方法としては、センサにより実測する方法や、車両の状態変数から推定する方法が知られている。センサにより実測する方法は、原因となる力或いは加速度を正確に検出できるが、ノイズの影響を受ける問題があり、ノイズが好適な制御を妨げる場合がある。一方、車両の状態変数から推定する方法では、使用する車両モデルのパラメータの設定や、車両の作動条件によっては実際の値から大きく外れた推定値を与える場合がある。 In order to control the posture of the vehicle, it is necessary to detect the force or acceleration that causes the change in the posture of the vehicle without delay, operate the variable suspension element of the suspension device, and control the change in the posture of the vehicle. As a method for obtaining a force or acceleration that causes a change in the posture of the vehicle, a method of actually measuring with a sensor or a method of estimating from a state variable of the vehicle is known. The method of actually measuring with a sensor can accurately detect the force or acceleration that causes the problem, but there is a problem of being affected by noise, and the noise may hinder suitable control. On the other hand, in the method of estimating from the state variables of the vehicle, an estimated value greatly deviating from the actual value may be given depending on the setting of the parameters of the vehicle model to be used and the operating conditions of the vehicle.
特許文献1には、車体のロールを抑制するためにアクチュエータを制御するアクティブロール制御が開示されており、路面の凹凸によるロールモーメントに対しては、それが車両の旋回状態を反映するものではないことから、ロール制御を行わないようにすることが開示されている。その際には実測値である実ロールモーメント、推定値である推定ロールモーメントの両者に重み付けを行ったものの和に基づいてアクティブロール制御を実行することについて言及されているが、具体的にどのような処理を行うかについては開示されていない。
特許文献2には、路面状態に応じて推定横加速度のマップを持ち替える技術が開示されている。しかしながら、推定値であることに変わりはなく、あらゆる路面状態に対応するためには、多数のマップが必要となり、システムを複雑化するか或いは低い制御精度に甘んずるかのいずれかを選択しなければならない。
本願発明者は、上記したように、車両の姿勢制御を行う際に、ロールモーメント、横加速度等の車両の状態変数の実測値或いは推定値を用いた場合に、実測値或いは推定値を用いることにそれぞれ一長一短があることに着目し、車両の走行状態によっていずれかを優先的に採用することにより、最適な姿勢制御が可能になるのではないかという知見を得た。 As described above, the inventor of the present application uses the measured value or estimated value when the measured value or estimated value of the vehicle state variable such as roll moment and lateral acceleration is used when controlling the attitude of the vehicle. Focusing on the merits and demerits of each, the knowledge that the optimal attitude control would be possible by preferentially adopting one of them depending on the running state of the vehicle was obtained.
このような従来技術の問題点及び発明者の知見に鑑み、本発明の主な目的は、ロールモーメント或いは横加速度等の状態変数の実測値及び推定値を、走行状態に応じていずれかを優先的に採用するべきか適切に判断し、あらゆる走行条件下に於いて好適に作動可能な車体姿勢制御装置を提供することにある。 In view of such problems of the prior art and the inventor's knowledge, the main object of the present invention is to prioritize either the measured value or estimated value of a state variable such as roll moment or lateral acceleration depending on the running state. It is an object of the present invention to provide a vehicle body attitude control device that appropriately determines whether or not it should be employed and can be suitably operated under all traveling conditions.
本発明の第2の目的は、状態変数の実測値を検出するためのセンサのノイズによる影響を最小化し、しかも良好な応答性を発揮する車体姿勢制御装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a vehicle body posture control apparatus that minimizes the influence of noise of a sensor for detecting an actual value of a state variable and that exhibits good responsiveness.
このような目的は、本発明によれば、各車輪と車体との間にそれぞれ設けられた可変懸架要素と、車両の所定の状態変数を検出する手段と、前記状態変数に基づき前記可変懸架要素を制御する制御ユニットとを有する車体姿勢制御装置であって、前記状態変数を検出する実状態変数センサと、前記車両の運動状態に基づき前記状態変数を推定する推定状態変数算出手段と、前記車両の運動パラメータを求める運動パラメータ判定手段とを有し、前記状態変数を、前記運動パラメータ判定手段により判定された運動パラメータに応じて定められた前記推定状態変数及び前記実状態変数の加重平均値として決定することを特徴とする車体姿勢制御装置を提供することにより達成される。この場合、状態変数は、横加速度、前後加速度及びヨーレートから選択されたものからなるものであって良く、運動パラメータが、路面摩擦係数及び路面の凹凸の度合から選択されたものからなるものであって良い。 According to the present invention, such an object is achieved by a variable suspension element provided between each wheel and the vehicle body, means for detecting a predetermined state variable of the vehicle, and the variable suspension element based on the state variable. A control unit for controlling the vehicle, a real state variable sensor for detecting the state variable, an estimated state variable calculating means for estimating the state variable based on a motion state of the vehicle, and the vehicle A motion parameter determination means for obtaining a motion parameter of the motion parameter, and the state variable as a weighted average value of the estimated state variable and the actual state variable determined according to the motion parameter determined by the motion parameter determination means This is achieved by providing a vehicle body attitude control device characterized in that it is determined. In this case, the state variable may be selected from the lateral acceleration, the longitudinal acceleration, and the yaw rate, and the motion parameter is selected from the road friction coefficient and the degree of unevenness of the road surface. Good.
発明者の実験によれば、路面摩擦係数が比較的大きいときには、横加速度センサ等の状態変数センサのノイズが高くなる傾向にあり、路面摩擦係数が比較的小さいときには、状態変数センサのノイズが低くなる傾向にあることが見出されている。逆に、路面摩擦係数が比較的大きいときには、推定横加速度等の状態変数の精度が高くなる傾向にあり、路面摩擦係数が比較的小さいときには、推定状態変数の精度が低くなる傾向にあることが見出されている。路面の凹凸の度合も、路面摩擦係数の大きさの度合と同様の影響を及ぼす。従って、路面摩擦係数が大きくなるに応じて、前記加重平均値に於ける実横加速度等の実状態変数の重みを大きくするようにして、路面摩擦係数の大きさに関わらず、常に最大限の制御精度を確保することができる。 According to the inventor's experiment, when the road surface friction coefficient is relatively large, the noise of the state variable sensor such as the lateral acceleration sensor tends to be high, and when the road surface friction coefficient is relatively small, the noise of the state variable sensor is low. It has been found that Conversely, when the road surface friction coefficient is relatively large, the accuracy of state variables such as estimated lateral acceleration tends to increase, and when the road surface friction coefficient is relatively small, the accuracy of estimated state variables may tend to decrease. Has been found. The degree of unevenness on the road surface has the same effect as the degree of the road surface friction coefficient. Therefore, as the road surface friction coefficient increases, the weight of the real state variable such as the actual lateral acceleration in the weighted average value is increased so that the maximum value is always obtained regardless of the size of the road surface friction coefficient. Control accuracy can be ensured.
本発明の好適実施例は、特に、車両のロール制御を行なうための車体姿勢制御装置に於いて、状態変数が横加速度を含み、運動パラメータが路面摩擦係数を含むものとするものからなる。 The preferred embodiment of the present invention comprises, in particular, a vehicle body posture control apparatus for performing vehicle roll control, in which the state variable includes lateral acceleration and the motion parameter includes a road surface friction coefficient.
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
図1は本発明が適用された車両の懸架装置を模式的に示すダイヤグラム図である。四輪の自動車の各車輪Wを懸架する懸架装置Sは、車輪Wを、ナックル3を介して車体1に対して上下動自在に支持する懸架アーム6と、懸架アーム6と車体1との間に直列に配置されたコイルばね2と、コイルばね2に対して並列に懸架アーム6と車体1との間に配置されたダンパ4とを有する。ダンパ4は、オイルを満たしたシリンダの内部をピストンが移動する際に、その移動速度に応じた荷重(減衰力)を発生する形式のものであるが、本実施例に於いて、例えばMRF流体を利用した可変減衰ダンパをなし、そのアクチュエータ5に、電子制御ユニットECUからの制御信号を適宜印加し、その減衰特性を変更することにより所要の車体姿勢制御を行う。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a vehicle suspension system to which the present invention is applied. A suspension system S for suspending each wheel W of a four-wheeled vehicle includes a
図2に示すように、アクチュエータ5の作動を制御する電子制御ユニットECUには、ばね上加速度を検出するばね上加速度センサ13、ダンパ4の変位(ストローク)を検出するダンパ変位センサ14及び車両の前後加速度を検出する前後加速度センサ16からの信号が供給される。
As shown in FIG. 2, the electronic control unit ECU that controls the operation of the
電子制御ユニットECUは、スカイフック乗心地制御部31と、ロール姿勢制御部32と、ピッチ姿勢制御部33と、ばね下制御部35とを備える。ばね上加速度センサ13が出力するばね上加速度は積分手段21で積分されてばね上上下速度となり、スカイフック乗心地制御部31に入力される。ダンパ変位センサ14が出力するダンパ変位はばね下制御部35に直接入力されるとともに、微分手段22で微分されてダンパ速度となり、スカイフック乗心地制御部31及びばね下制御部35に入力される。前後加速度センサ16が出力する前後加速度は微分手段24で微分されて前後加速度微分値となり、ピッチ姿勢制御部33に入力される。
The electronic control unit ECU includes a skyhook riding
この車体姿勢制御装置は、更に、横加速度センサ15、路面摩擦係数推定部41、前輪舵角センサ42、車速センサ43及びヨーレートセンサ44を有する。路面摩擦係数推定部41は、特許文献3及び4等に開示されているような公知形式のものであって良く、電子制御ユニットECUにそのような機能を持たせておくと良い。
電子制御ユニットECUは、更に、前輪舵角センサ42及び車速センサ43の出力から横加速度を推定する横加速度推定部45を有する。横加速度センサ15から得られる実横加速度信号及び横加速度推定部45から得られる推定横加速度信号は、加重平均演算部47に供給され、路面摩擦係数推定部41の出力を参照して、両信号に重み付けを行った平均即ち加重平均を行なう。図4は、このような加重平均を行なう際の重み付け係数を示す。即ち、推定横加速度の重みをw(0から1の間の数値)とし、推定横加速度及び実横加速度をそれぞれAe、Amとしたときに、加重平均された合成横加速度は、w・Ae+(1−w)・Amにより与えられる。
The electronic control unit ECU further includes a lateral
図示された実施例では、推定横加速度の重みを路面摩擦係数に応じて連続的に変化するようにしたが、路面摩擦係数が所定値以下のときには実横加速度を採用し、路面摩擦係数が所定値を超えたときには推定横加速度を採用するように2者択一的に横加速度を決定するようにしても良い。このように横加速度を持ち替える際の車両の挙動の急変を回避するためには、持ち替える際の閾値にヒステリシスを設けたり、持ち替えが時間的に徐々に行なわれるようにすることが考えられる。 In the illustrated embodiment, the weight of the estimated lateral acceleration is continuously changed according to the road surface friction coefficient. However, when the road surface friction coefficient is a predetermined value or less, the actual lateral acceleration is adopted, and the road surface friction coefficient is predetermined. Alternatively, the lateral acceleration may be determined alternatively so that the estimated lateral acceleration is adopted when the value is exceeded. In order to avoid a sudden change in the behavior of the vehicle when the lateral acceleration is changed in this way, it is conceivable to provide hysteresis for the threshold value when changing the vehicle or to gradually change the time.
ダンパ変位センサ14の出力は、微分手段22により微分されてダンパ速度に変換され、ダンパ速度は、更にロール姿勢制御部32及びピッチ姿勢制御部33にも供給される。
The output of the
加重平均演算部47から得られた合成横加速度は、フィルタ48を経て、微分手段23により微分されて横加速度変化率に変換され、ロール姿勢制御部32に入力され、(比例定数)×(横加速度微分値)によりロール制御目標荷重(ロール制御を行うためにダンパ4に発生させるべき目標減衰力)を算出する。そのとき、車速センサ43から得られる車速信号及びヨーレートセンサ44からフィルタ46を経て得られるヨーレート信号もロール姿勢制御部32に供給される。このように、ロール制御にヨーレート補正項を付加することにより、特に低速域に於けるロール制御信号の立ち上がり応答を改善することができる。ロール制御目標荷重を算出する際にヨーレートを考慮する手法については特許文献5を参照されたい。更に、ダンパ変位を微分手段22により微分して得られたダンパ速度を参照して、ロール制御目標荷重を発生するのに必要なロール制御電流を所定のマップから検索し、得られたロール制御電流をハイセレクト手段26に出力する。
上述したロール制御電流の算出と同様にして、車両の急加速時におけるノーズアップや急制動時におけるノーズダウンを抑制するために、ピッチ姿勢制御部33は、前後加速度センサ16からの車両前後加速度信号を微分手段24で微分して得た前後加速度微分値からピッチ制御目標荷重(ピッチ制御を行うためにダンパ4に発生させるべき目標減衰力)を算出し、ピッチ制御目標荷重及びダンパ速度に基づき、所定のマップからピッチ制御電流を検索し、得られたピッチ制御電流をハイセレクト手段26に出力する。
Similar to the calculation of the roll control current described above, the pitch
ハイセレクト手段26には、ロール制御電流及びピッチ制御電流に加えて、スカイフック乗心地制御部31からのスカイフック制御電流(スカイフック制御を行うための目標電流)も入力される。ハイセレクト手段26は、ロール制御電流、ピッチ制御電流及びスカイフック制御電流のうちの何れか大きい方を出力する。そしてハイセレクト手段26が出力するハイセレクト値と、ばね下制御部35が出力するばね下制御電流(ばね下制御を行うための目標電流)とが加算手段27で加算され、その加算値に基づいてダンパ4のアクチュエータ5の作動が制御される。
In addition to the roll control current and the pitch control current, a sky hook control current (target current for performing the sky hook control) from the sky hook riding
このように、ロール制御電流、ピッチ制御電流及びスカイフック制御電流のうちの何れか大きいものがハイセレクト手段26により選択されてアクチュエータ5に出力されるので、ロール制御電流、ピッチ制御電流及びスカイフック制御電流のいずれかを選択している間に、いずれか異なるものの制御電流が、それを超えて増加すると、その時点で、そのような制御電流が選択されるようになる。従って、何れの場合にも、その切換時にハイセレクト手段26が出力するハイセレクト電流が不連続に急変することがないため、ダンパ4のアクチュエータ5の作動がドライバに違和感を与えることが回避される。
Thus, since any one of the roll control current, pitch control current, and skyhook control current is selected by the high
尚、スカイフック制御では、制御ゲインを変更してもばね上共振周波数である1Hz近傍の振動伝達率が変化するだけであり、ばね下共振周波数である10Hz近傍の振動伝達率を制御できないという問題がある。ばね下制御部35はこの問題を解消するために設けられたもので、ばね下共振領域での振動を把握して制御する指標としてダンパ速度とダンパ変位との積に着目し、(比例定数)×(ダンパ速度)×(ダンパ変位)によりばね下制御電流を算出し、このばね下制御電流は加算手段27においてハイセレクト手段26が出力するハイセレクト電流に加算される。その結果、特にダンパ速度およびダンパ変位が大きい場合に、スカイフック制御とは独立して、10Hz近傍のばね下共振領域の振動を抑制することが可能になる。
In Skyhook control, even if the control gain is changed, only the vibration transmissibility in the vicinity of 1 Hz which is the sprung resonance frequency is changed, and the vibration transmissibility in the vicinity of 10 Hz which is the unsprung resonance frequency cannot be controlled. There is. The
このように、本実施例によれば、路面の状況に関わらず、常に最大限に高い制御精度を確保し、しかもノイズによる影響を最小化するような車体姿勢制御装置が提供される。また、路面摩擦係数が変化したときには、推定横加速度と実横加速度との配分比を適正にし、しかも連続的に変化させることができ、切換え時の違和感や実信号とのズレを低減でき、乗心地の悪化を防止することができる。図4は、合成横加速度の加重平均に於ける重み付けを変えたときの合成横加速度及び目標減衰力の時間的変化を比較するグラフである。図4(a)は横加速度センサ15の出力波形を示し、図4(b)このデータをそのまま利用した場合の目標減衰力の時間的変化を示す。センサ出力にかなりのノイズが含まれているため、目標減衰力も激しい変化を示す。即ち、制御操作量が大きくなりがちで、偏差が大きくなり、アクチュエータの電流消費が増大する。図4(c)は実横加速度に0.1の重みを、推定横加速度に0.9の重みを与えた場合の合成横加速度の波形を示し、図4(d)このデータを利用した場合の目標減衰力の時間的変化を示す。図4(a)、(b)に比較して合成横加速度の波形及び目標減衰力の時間的変化が比較的緩やかとなる。従って、制御操作量が小さく済み、偏差が抑制され、アクチュエータの電流消費が減少する。
Thus, according to the present embodiment, a vehicle body attitude control device that always ensures the highest control accuracy regardless of the road surface condition and minimizes the influence of noise is provided. In addition, when the road surface friction coefficient changes, the distribution ratio between the estimated lateral acceleration and the actual lateral acceleration can be made appropriate and continuously changed, so that a sense of incongruity at the time of switching and a deviation from the actual signal can be reduced. Deterioration of comfort can be prevented. FIG. 4 is a graph comparing temporal changes in the combined lateral acceleration and the target damping force when the weighting in the weighted average of the combined lateral acceleration is changed. 4A shows an output waveform of the
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
1 車体
2 ばね
3 ナックル
4 ダンパ
5 アクチュエータ
6 懸架アーム
14 ダンパ変位センサ
16 前後加速度センサ
15 横加速度センサ
21 積分手段
22〜24 微分手段
26 ハイセレクト手段
32 ロール姿勢制御部
33 ピッチ姿勢制御部
41 路面摩擦係数推定部
42 前輪舵角センサ
43 車速センサ
45 横加速度推定部
47 加重平均演算部
S 懸架装置
W 車輪
DESCRIPTION OF
Claims (6)
車両の所定の状態変数を検出する手段と、
前記状態変数に基づき前記可変懸架要素を制御する制御ユニットとを有する車体姿勢制御装置であって、
前記状態変数を検出する実状態変数センサと、
前記車両の運動状態に基づき前記状態変数を推定する推定状態変数算出手段と、
前記車両の運動パラメータを求める運動パラメータ判定手段とを有し、
前記状態変数を、前記運動パラメータ判定手段により判定された運動パラメータに応じて定められた前記推定状態変数及び前記実状態変数の加重平均値として決定することを特徴とする車体姿勢制御装置。 Variable suspension elements provided between each wheel and the vehicle body,
Means for detecting a predetermined state variable of the vehicle;
A vehicle body attitude control device having a control unit for controlling the variable suspension element based on the state variable,
A real state variable sensor for detecting the state variable;
Estimated state variable calculating means for estimating the state variable based on the motion state of the vehicle;
Motion parameter determining means for determining a motion parameter of the vehicle,
The vehicle body posture control device, wherein the state variable is determined as a weighted average value of the estimated state variable and the actual state variable determined according to the motion parameter determined by the motion parameter determination means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008059787A JP2009214678A (en) | 2008-03-10 | 2008-03-10 | Vehicle body attitude control device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2008059787A JP2009214678A (en) | 2008-03-10 | 2008-03-10 | Vehicle body attitude control device |
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- 2008-03-10 JP JP2008059787A patent/JP2009214678A/en active Pending
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