CN103079849A - 车辆的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种车辆的控制装置，包括：连接车辆的簧上部件（10）和簧下部件（20），产生与簧上部件和簧下部件的相对位移相应的弹簧力、且能够可变地控制弹簧力的弹簧机构（30A）；及连接簧上部件和簧下部件，产生使簧上部件和簧下部件的相对运动衰减的衰减力、且能够可变地控制衰减力的衰减机构（30B），基于与车辆的簧上振动有关的第一物理量及与车辆的簧下振动有关的第二物理量来控制弹簧机构及衰减机构。

Description

车辆的控制装置

技术领域

本发明涉及车辆的控制装置。

背景技术

以往，人们提出了进行车辆的减振控制的技术。在专利文献1中公开了根据簧上部件的速度、簧上部件相对于簧下部件的相对位移量等所组成的状态量来计算目标衰减力以控制阻尼器（damper）的衰减力这一技术。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本专利特开2000-148208号公报

发明内容

关于在车辆的减振控制中使簧上部件的振动抑制和簧下部件的振动抑制得以兼顾这一点，以往尚未进行充分的研究。例如，在基于簧上部件的振动来控制悬架装置的衰减力时，有时候簧下部件的振动增加。

本发明的目的在于提供一种能够使簧上部件的振动抑制和簧下部件的振动抑制得以兼顾的车辆的控制装置。

本发明的车辆的控制装置，其特征是，包括：弹簧机构，连接车辆的簧上部件和簧下部件，产生与所述簧上部件和所述簧下部件的相对位移相应的弹簧力，且能够可变地控制所述弹簧力；及衰减机构，连接所述簧上部件和所述簧下部件，产生使所述簧上部件和所述簧下部件的相对运动衰减的衰减力，且能够可变地控制所述衰减力，基于与所述车辆的簧上振动有关的第一物理量及与所述车辆的簧下振动有关的第二物理量来控制所述弹簧机构及所述衰减机构。

在上述车辆的控制装置中，优选是：基于所述簧上振动的频率及所述簧下振动的频率来控制所述弹簧机构及所述衰减机构。

在上述车辆的控制装置中，优选是：所述第二物理量是所述车辆的车轮的接地载荷变动量，基于所述车辆的簧上加速度及簧下加速度而算出所述接地载荷变动量。

在上述车辆的控制装置中，优选是：控制所述弹簧机构以抑制在所述车辆上产生的低频振动。

在上述车辆的控制装置中，优选是：控制所述衰减机构以抑制在所述车辆上产生的高频振动。

在上述车辆的控制装置中，优选是：基于所述第一物理量及所述第二物理量，对所述弹簧机构及所述衰减机构分别进行与频率相应的加权来控制所述弹簧机构及所述衰减机构

在上述车辆的控制装置中，优选是：对包含所述弹簧机构及所述衰减机构在内的所述车辆的运动模型应用H∞控制理论来决定所述弹簧力及所述衰减力的目标值。

在上述车辆的控制装置中，优选是：将铅垂方向上的路面的位移速度作为针对所述运动模型的扰动输入来决定所述弹簧力及所述衰减力的目标值。

本发明的车辆的控制装置，其特征是，包括：弹簧机构，连接车辆的簧上部件和簧下部件，产生与所述簧上部件和所述簧下部件的相对位移相应的弹簧力，且能够可变地控制所述弹簧力；及衰减机构，连接所述簧上部件和所述簧下部件，产生使所述簧上部件和所述簧下部件的相对运动衰减的衰减力，且能够可变地控制所述衰减力，基于所述车辆的簧上振动及所述车辆的簧下振动来协调控制所述弹簧机构及所述衰减机构。

本发明的车辆的控制装置，其特征是，包括：弹簧机构，连接车辆的簧上部件和簧下部件，产生与所述簧上部件和所述簧下部件的相对位移相应的弹簧力，且能够可变地控制所述弹簧力；及衰减机构，连接所述簧上部件和所述簧下部件，产生使所述簧上部件和所述簧下部件的相对运动衰减的衰减力，且能够可变地控制所述衰减力，对包含所述弹簧机构及所述衰减机构在内的所述车辆的运动模型应用H∞控制理论来控制所述弹簧机构及所述衰减机构。

发明效果

本发明所涉及的车辆的控制装置，基于与车辆的簧上振动有关的第一物理量及与车辆的簧下振动有关的第二物理量来控制弹簧机构及衰减机构。因而，根据本发明所涉及的车辆的控制装置，可取得能够使簧上部件的振动抑制和簧下部件的振动抑制得以兼顾的效果。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的减振控制系统的单轮模型的图。

图2是表示基于巴特沃斯滤波器的针对簧上G的权数函数的图。

图3是表示基于巴特沃斯滤波器的针对接地载荷变动的权数函数的图。

图4是表示针对增益调整后的簧上G的权数函数的图。

图5是表示针对增益调整后的接地载荷变动的权数函数的图。

图6是表示利用实施方式的车辆的控制装置进行的控制的结构的框图。

图7是表示利用车辆的控制装置进行的控制的流程的流程图。

图8是表示进行实施方式的减振控制时的簧上振动的图。

图9是表示进行实施方式的减振控制时的接地载荷变动量的图。

图10是表示关于减振控制系统的单轮模型的其他例子的图。

图11是表示以簧上振动的降低为目标来控制衰减机构的衰减力时的簧上振动的一例的图。

图12是表示以簧上振动的降低为目标来控制衰减机构的衰减力时的接地载荷变动量的一例的图。

具体实施方式

下面，一边参照附图一边详细地说明本发明实施方式的车辆的控制装置。此外，本发明并非由实施方式所限定。另外，在下述实施方式的构成要素中包含本领域技术人员能够容易地设想的或者实质上相同的内容。

（实施方式）

参照图1到图12就实施方式进行说明。本实施方式涉及车辆的控制装置。图1是表示本实施方式所涉及的减振控制系统的单轮模型的图。

本实施方式的车辆的控制装置1-1基于车辆的簧上振动及簧下振动来分别控制弹簧机构及衰减机构。弹簧力及衰减力的目标值基于H∞控制理论来决定。在H∞控制逻辑中，将簧上特性（加速度、速度、位移）和簧下的接地载荷变动量作为评价输出来同时设计控制逻辑。通过着眼于簧上特性的低频响应的控制逻辑来运算可变弹簧力的目标值。另外，通过着眼于簧下接地载荷变动量的高频响应的控制逻辑来运算可变衰减力的目标值。在控制逻辑的设计中，基于簧上特性和接地载荷变动的传递函数来分别设计对应于低频及高频的滤波器。

根据本实施方式的车辆的控制装置1-1，通过同时控制与车辆乘坐舒适性性能有关的簧上振动及与接地性（接触地面性）有关的接地载荷变动，就可同时使乘坐舒适性和接地性（操纵性）得以提高。

图1所示的单轮模型是包含弹簧机构和衰减机构的车辆的运动模型。如图1所示那样，在车辆的簧上部件10和簧下部件20之间设有悬架装置30。簧上部件10是由悬架装置30所支承的部件，包含车身。簧下部件20是在比悬架装置30靠车轮40侧配置的部件，包含被连结于车轮40的转向节及连结于转向节的下臂等。

悬架装置30具有弹簧机构30A及衰减机构30B。弹簧机构30A和衰减机构30B并行设置。弹簧机构30A连接簧上部件10和簧下部件20，产生与簧上部件10和簧下部件20的相对位移相应的弹簧力，并使该弹簧力作用于簧上部件10及簧下部件20。另外，弹簧机构30A能够可变地控制弹簧系数k，即可变地控制弹簧力。簧上部件10和簧下部件20的相对位移是指簧上部件10和簧下部件20在悬架装置30的行程方向上接近或者分离这一方向的相对位移。

弹簧机构30A的弹簧系数k包含线性弹簧系数k₀和非线性弹簧系数k_v。线性弹簧系数k₀是簧上部件10和簧下部件20的相对位移与弹簧力线性地对应的弹簧系数。非线性弹簧系数k_v是被可变地控制的弹簧系数，相对于簧上部件10和簧下部件20的相对位移使弹簧力非线性地变化。也就是说，通过对与线性弹簧系数k₀相应的弹簧力加上与非线性弹簧系数k_v相应的弹簧力，就能够使弹簧机构30A所产生的弹簧力相对于规定的相对位移增减。

衰减机构30B连接簧上部件10和簧下部件20，产生使簧上部件10和簧下部件20的相对运动衰减的衰减力。衰减机构30B能够可变地控制衰减系数c，即可变地控制衰减力。簧上部件10和簧下部件20的相对运动是指簧上部件10和簧下部件20在悬架装置30的行程方向上接近或者分离这一方向的相对运动。衰减机构30B通过产生与该相对运动中的簧上部件10和簧下部件20的相对速度相应的衰减力而使相对运动衰减。

衰减机构30B的衰减系数c包含线性衰减系数c₀和非线性衰减系数c_v。线性衰减系数c₀是簧上部件10和簧下部件20的相对速度与衰减力线性地对应的衰减系数。非线性衰减系数c_v是被可变地控制的衰减系数，相对于簧上部件10和簧下部件20的相对速度使衰减力非线性地变化。也就是说，通过对与线性衰减系数c₀相应的衰减力加上与非线性衰减系数c_v相应的衰减力，能够使衰减机构30B所产生的衰减力相对于规定的相对速度增减。

作为弹簧机构30A，例如使用能够可变地控制弹簧系数的空气悬架机构。空气悬架机构例如具有介于簧上部件10和簧下部件20之间的空气室，此空气室作为弹簧起作用。压缩空气从压缩机经由空气配管被提供给空气室。可变地控制弹簧系数的单元例如能够设为可变地控制将空气悬架机构的空气室和压缩机进行连接的空气配管的流路面积的执行器。此外，弹簧机构30A并非限定于此，还可以使用能够可变地控制弹簧系数的其他弹簧机构。

作为衰减机构30B，例如使用能够可变地控制衰减系数的减振器（shock absorber）机构。减振器机构例如具备：被连接到簧上部件10或者簧下部件20的一方并密封了差动流体的缸体；及被连接到另一方并具有在缸体内往复运动的活塞部的活塞杆。可变地控制衰减系数的单元例如能够设为通过使活塞部的回转阀进行旋转以使连通活塞上室和下室的油路的流路面积可变的执行器。此外，衰减机构30B并非限定于此，还可以使用能够可变地控制衰减系数的其他衰减机构。在本实施方式的悬架装置30中，衰减机构30B的衰减系数的控制响应性高于弹簧机构30A的弹簧系数的控制响应性。

在图1中，F₀是与线性弹簧系数k₀及线性衰减系数c₀相对应的悬架装置30的产生力（无控制产生力）。无控制产生力F₀例如取弹簧力及衰减力的控制范围内的中间常数。另外，F_v是与非线性弹簧系数k_v及非线性衰减系数c_v相对应的悬架装置30的产生力（有控制产生力）。有控制产生力F_v是基于可变常数设计的产生力。

在车辆上设有ECU60、簧上G传感器61及簧下G传感器62。ECU60例如是具有计算机的电子控制单元。ECU60能够作为控制车辆的控制部而发挥功能。簧上G传感器61被配置于簧上部件10。簧上G传感器61能够检测簧上部件10的上下方向的加速度。簧下G传感器62被配置于簧下部件20。簧下G传感器62能够检测簧下部件20的上下方向的加速度。簧上G传感器61及簧下G传感器62被连接到ECU60，表示簧上G传感器61及簧下G传感器62的检测结果的信号被分别输出到ECU60。

ECU60与弹簧机构30A的执行器相连接，能够控制弹簧机构30A的执行器。另外，ECU60与衰减机构30B的执行器相连接，能够控制衰减机构30B的执行器。本实施方式的车辆的控制装置1-1具备弹簧机构30A、衰减机构30B及ECU60。

图1所示的单轮模型的运动方程式用下面的式（1）及式（2）来表示。

m_bx_b''＝k₀（x_w-x_b）＋c₀（x_w'-x_b'）＋k_v（x_w-x_b）＋c_v（x_w'-x_b'）…（1）

m_wx_w''＝-k₀（x_w-x_b）-c₀（x_w'-x_b'）-k_v（x_w-x_b）-c_v（x_w'-x_b'）＋k_t（x_r-x_w）…（2）

其中，x_r、x_w及x_b分别表示路面50的位移、簧下部件20的位移及簧上部件10的位移。在这里，位移就是相对于各自的基准位置的车辆上下方向的位移，例如能够设为铅垂方向上的位移。此外，还可以将悬架装置30的轴方向的移动量设为位移。在下面的说明中，将路面50的位移x_r只记载为“路面位移x_r”，将簧上部件10的位移x_b只记载为“簧上位移x_b”，并将簧下部件20的位移x_w只记载为“簧下位移x_w”。m_b表示簧上部件10的质量（下面只记载为“簧上质量m_b”），m_w表示簧下部件20的质量（下面只记载为“簧下质量m_w”）。另外，k_t表示车轮40的刚度（弹簧常数）。另外，数学公式等中的记号“'”表示一次微分，记号“''”表示二次微分。

另外，若将单轮模型进行状态空间表达，则用下面的式（3）及式（4）来表示。

x_p'＝A_px_p＋B_p1w₁＋B_p2u…（3）

z_p＝C_p1x_p＋D_p11w₁＋D_p12u…（4）

其中，A_p如下述［数学式1］，B_p1如下述［数学式2］，B_p2如下述［数学式3］，x_p如下述［数学式4］，C_p1如下述［数学式5］，D_p11如下述［数学式6］，D_p12如下述［数学式7］，控制输入u如下述［数学式8］，评价输出z_p如下述［数学式9］。另外，扰动输入w₁＝x_r'（路面50的位移速度）。此外，下述［数学式9］的矩阵中的第1行是簧上G，第2行是接地载荷变动量。簧上G是簧上部件10的上下方向的加速度。接地载荷变动量是车轮40的接地载荷的相对于预定的规定状态的接地载荷的变动量。规定状态例如能够设为车辆停止在平坦的路面上时的接地载荷。接地载荷变动量表示簧下的接地性。

在将簧下的接地载荷变动量作为评价输出来设计控制系统时，很难用实车来计测接地载荷变动量。作为计测接地载荷变动量的手段，可考虑使用接地载荷变动传感器的直接计测，但却有成本增大的问题。在本实施方式中，如下面将说明那样，基于簧上加速度（亦记载为“簧上G”）和簧下加速度（亦记载为“簧下G”）来运算接地载荷变动量。由此，就能够一边抑制成本增大一边获得接地载荷变动量，能够使控制精度得以提高。接地载荷变动量Ft能够用从上述式（1）及式（2）所推导的下面的式（5）来表示。

F_t＝k_t（x_r-x_w）＝m_bx_b''＋m_wx_w''…（5）

也就是说，能够基于已知的簧上质量m_b及簧下质量m_w、簧上加速度x_b''和簧下加速度x_w''来运算接地载荷变动量F_t的理论值。由此，就可以不采用接地载荷变动传感器等直接计测的单元，间接地且精度良好地运算接地载荷变动量F_t。此外，在没有簧下G传感器62的情况下，还能基于簧上加速度x_b''和悬架装置30的行程位移通过观测设计来运算接地载荷变动量F_t。

【数学式1】

$A_p=\left(\begin{array}{cccc}0& 0& -1& 0\\ 0& 0& 1& -1\\ \frac{k_t}{m_w}& -\frac{k_0}{m_w}& -\frac{c_0}{m_w}& \frac{c_0}{m_w}\\ 0& \frac{k_0}{m_b}& \frac{c_0}{m_b}& -\frac{c_0}{m_b}\end{array}\right)$

【数学式2】

$B_{\mathrm{pl}}=\left(\begin{array}{c}1\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}\right)$

【数学式3】

$B_{p2}=\left(\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& 0\\ -\frac{{x_w}^{,}-{x_b}^{,}}{m_w}& -\frac{x_w-x_b}{m_w}\\ \frac{{x_w}^{,}-{x_b}^{,}}{m_b}& \frac{x_w-x_b}{m_b}\end{array}\right)$

【数学式4】

$x_p=\left(\begin{array}{c}{x}_r-x_w\\ x_w-x_b\\ {x_w}^{,}\\ {x_b}^{,}\end{array}\right)$

【数学式5】

$C_{p1}=\left[\begin{array}{cccc}0& \frac{k_0}{m_b}& \frac{C_0}{m_b}& -\frac{C_0}{m_b}\\ k_t& 0& 0& 0\end{array}\right]$

【数学式6】

$D_{p11}=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\end{array}\right]$

【数学式7】

$D_{p12}=\left[\begin{array}{cc}\frac{{x_w}^{,}-{x_b}^{,}}{m_b}& \frac{x_w-x_b}{m_b}\\ 0& 0\end{array}\right]$

【数学式8】

$u=\left(\begin{array}{c}{c}_v\\ k_v\end{array}\right)$

【数学式9】

$z_p=\left(\begin{array}{c}{x_b}^{,,}\\ {m_b{x}_b}^{,,}+{m_w{x}_w}^{,,}\end{array}\right)$

将涉及评价输出z_p的频率权数W_s（s）的状态空间表达设为下面的式（6）及式（7）。

x_wt'＝A_wx_wt＋B_wz_p…（6）

z_w＝C_wx_wt＋D_wz_p…（7）

其中，x_wt表示频率权数W_s（s）的状态量，z_w表示频率权数W_s（s）的输出。另外，A_w、B_w、C_w及D_w分别是由控制规格确定的常数矩阵。如上述式（6）及式（7）所示那样，对簧上加速度x_b''及接地载荷变动量F_t分别进行与频率相应的加权。在本实施方式中，基于簧上加速度x_b''及接地载荷变动量F_t，对弹簧机构30A及衰减机构30B分别进行与频率相应的加权来控制弹簧机构30A及衰减机构30B。

此时，非线性H∞状态反馈控制系统中的广义对象的状态空间表达如下面的式（8）及式（9）那样。

x'＝Ax＋B₁w＋B₂u…（8）

z＝Cx＋D₁w＋D₂u…（9）

其中，x如下述［数学式10］，z如下述［数学式11］，A如下述［数学式12］，B₁如下述［数学式13］，B₂如下述［数学式14］，C如下述［数学式15］，D₁如下述［数学式16］，D₂如下述［数学式17］。

【数学式10】

$x=\left[\begin{array}{c}{x}_p\\ x_{\mathrm{wt}}\end{array}\right]$

【数学式11】

z＝[z_w]

【数学式12】

$A=\left[\begin{array}{cc}{A}_p& 0\\ B_w{C}_p& A_w\end{array}\right]$

【数学式13】

$B_1=\left[\begin{array}{c}{B}_{p1}\\ B_w{D}_{p11}\end{array}\right]$

【数学式14】

$B_2=\left[\begin{array}{c}{B}_{p2}\\ B_w{D}_{p12}\end{array}\right]$

【数学式15】

C＝[C_wC₁ C ]

【数学式16】

D₁＝[D_wD_p11]

【数学式17】

D₂＝[D_wD_p12]

从这里，就能够求解下述［数学式18］所示的里卡蒂（Riccati）方程式以求出正定对称解P。里卡蒂方程式例如能够使用已装入MATLAB（注册商标）等公知的数值计算软件的计算机来求出解。

【数学式18】

$\mathrm{PA}+A^{T}P+\frac{1}{{\mathrm{\γ}}^2}{\mathrm{PB}}_1{B}_1^{T}P+C^{T}C+e=0$

其中，γ是正数（例如1），e是无限小正数（例如，10^-6I）。此外，I表示单位矩阵。

从所求得的正定对称解P，根据下述［数学式19］而获得控制输入u。

【数学式19】

$u=\left(\begin{array}{c}{c}_v\\ k_v\end{array}\right)=-B_2^T\mathrm{Px}$

在这里，就频率权数函数的创建例进行说明。在上述式（6）及式（7）的状态空间表达中，矩阵A_w如下述［数学式20］，B_w如下述［数学式21］，C_w如下述［数学式22］，D_w如下述［数学式23］。此外，上述［数学式21］及［数学式22］中的矩阵W用下述［数学式24］来表示。在这里，W_b是簧上振动控制的权数增益，W_s是接地载荷变动控制的权数增益。

【数学式20】

$A_w\left[\begin{array}{cc}{a}_1& \\ & a_2\end{array}\right]$

【数学式21】

$B_w\left[\begin{array}{cc}{b}_1& \\ & b_2\end{array}\right]$

【数学式22】

$C_w\left[\begin{array}{cc}{c}_1& \\ & c_2\end{array}\right]W$

【数学式23】

$D_w\left[\begin{array}{cc}{d}_1& \\ & d_2\end{array}\right]W$

【数学式24】

$W\left[\begin{array}{cc}{W}_b& \\ & W_s\end{array}\right]$

上述［数学式20］、［数学式21］、［数学式22］、［数学式23］的要素是基于带通滤波器等滤波器而设计的。图2是表示基于巴特沃斯滤波器的针对簧上G的权数函数的图，图3是表示基于巴特沃斯滤波器的针对接地载荷变动的权数函数的图。在图2及图3中，横轴表示频率，纵轴表示增益。上述各要素例如能够根据MATLAB的Butterworth滤波器函数｛butter（）｝，通过下面的式（10）及式（11）来进行设计。

［a₁ b₁ c₁ d₁］＝butter（n,［Wn_low1,Wn_high1］）…（10）

［a₂ b₂ c₂ d₂］＝butter（n,［Wn_low2,Wn_high2］）…（11）

其中，n是滤波器的次数（例如1），Wn_low1，Wn_low2，Wn_high1及Wn_high2是滤波器的截止频率。Wn_low1及Wn_high1分别是涉及簧上振动控制的带通滤波器中的低频侧及高频侧的截止频率。另外，Wn_low2及Wn_high2分别是涉及接地载荷变动控制的带通滤波器中的低频侧及高频侧的截止频率。

涉及簧上振动控制的带通滤波器的截止频率基于簧上部件10的振动特性、例如簧上部件10的共振频率来确定。例如，以对簧上部件10的共振频率的簧上振动实行较大的加权这一方式，来确定簧上振动控制的截止频率。针对簧上G的权数函数例如像图2所示那样在1Hz处成为最大，在比其更高频侧，权数随着频率变高而减少。另外，在比1Hz更低频侧，权数随着频率变低而减少，但在规定的频率以下的区域，权数大致恒定。

另外，涉及接地载荷变动控制的带通滤波器的截止频率基于簧下部件20的振动特性、例如簧下部件20的共振频率来确定。例如，以对簧下部件20的共振频率的接地载荷变动实行较大的加权这一方式，来确定接地载荷变动控制的截止频率。针对接地载荷变动的权数函数例如像图3所示那样在10Hz处成为最大，在比其更高频侧，权数随着频率变高而减少。另外，在比10Hz更低频侧，权数随着频率变低而减少。

图2及图3所示的权数函数的最大值分别为1，对这些权数函数乘以权数增益W_b、W_s以创建图4及图5所示的控制用的权数函数。图4是表示针对增益调整后的簧上G的权数函数的图，表示对图2所示的权数函数乘以簧上振动控制的权数增益W_b得到的权数函数。图5是表示针对增益调整后的接地载荷变动的权数函数的图，表示对图3所示的权数函数乘以接地载荷变动控制的权数增益W_s得到的权数函数。簧上振动控制的权数增益W_b例如被设为0.3，接地载荷变动控制的权数增益W_s例如被设为0.2。

这样，依照簧上部件10的振动特性及簧下部件20的振动特性，关于相对而言低频的振动就对簧上振动实行较大的加权，关于相对而言高频的振动就对接地载荷变动实行较大的加权。由此，当在车辆上产生低频振动、例如与簧上部件10的共振频率相对应的振动的情况下，以使簧上振动的抑制优先进行这一方式来控制弹簧机构30A及衰减机构30B。在本实施方式中，根据着眼于簧上振动特性的低频响应的控制逻辑，来运算可变弹簧力。在包含簧上部件10的共振频率的低频区域，控制弹簧机构30A的弹簧系数以抑制簧上部件10的低频响应。例如，通过使弹簧力增加而使低频的振动得以衰减。由此，就可谋求乘坐舒适性的提高。

另外，当在车辆上产生高频振动、例如与簧下部件20的共振频率相对应的振动的情况下，以使接地载荷变动的抑制优先进行这一方式来控制弹簧机构30A及衰减机构30B。在本实施方式中，根据着眼于簧下接地载荷变动量的高频响应的控制逻辑，来运算可变衰减力。在包含簧下部件20的共振频率的高频区域，控制衰减机构30B的衰减系数以抑制接地载荷变动量的高频响应。例如，通过使衰减力增加而使高频的接地载荷变动得以衰减。由此，就可谋求接地性的提高。这样，在本实施方式的减振控制中，基于簧上振动的频率及簧下振动的频率来控制弹簧机构30A及衰减机构30B。

根据本实施方式的车辆的控制装置1-1，就可以兼顾乘坐舒适性的提高和接地性的提高。以往，存在为了抑制簧上振动而以簧上振动的降低作为目标来控制衰减机构的衰减力这一情况，但是在此情况下，有时候簧下的接地载荷变动会变大。这是因为作为悬架产生力的簧上进行减振的力同时成为对簧下进行激振的力。也就是说，针对簧上的减振和针对簧下的激振将会并存，接地载荷变动变得难以抑制。由此，有时候就会在好路上感觉到接地性降低，在差路上感觉到抖动感。

本实施方式的车辆的控制装置1-1能够主要使弹簧机构30A产生针对簧上振动的抑制力，主要使衰减机构30B产生针对簧下的接地载荷变动的抑制力。由此，能够同时抑制簧上振动和接地载荷变动。例如，作为扰动输入即路面位移速度，同时产生簧上共振的振动和簧下共振的振动的路面位移被输入的路面上行驶的情况下，簧上振动和接地载荷变动也同时得以抑制。根据本实施方式的车辆的控制装置1-1，能够在簧上振动及接地载荷变动易于产生的差路上，使乘坐舒适性的提高和接地性的提高得以兼顾。

此外，虽然上述滤波器的截止频率及权数增益W_b、W_s等参数值是基于车辆的振动特性等而预先进行确定以便最大限度兼顾乘坐舒适性的提高和接地性的提高，但是它们也可以被设为依照行驶环境等而可变。例如，在期望接地性的提高的行驶环境、例如雨天时及路面结冰时等路面μ降低的行驶环境下，优选是进行更加重视了接地性的减振控制。另外，还可以使上述参数值依照驾驶者的行驶指向而有所不同。例如，还可以在驾驶者指向机敏的运动行驶时，使用使接地性的提高得以优先的参数值。另外，还可以在加速时及制动时，使用不同于恒速行驶时的参数值、例如使接地性的提高得以优先的参数值。

上述参数值也可以被设为依照行驶状态等而可变。例如，还可以使簧上振动控制的权数增益W_b或者接地载荷变动控制的权数增益W_s的至少任何一方依照车速V而可变。作为一例，还可以使簧上振动控制的权数增益W_b或者接地载荷变动控制的权数增益W_s的至少任何一方依照车速V的增加而变大。例如有一种使簧上G及接地载荷变动量的计测值的阈值根据速度而变化的方法。还可以被设成若上述阈值伴随于速度的增加而增加，则簧上振动控制的权数增益W_b及接地载荷变动控制的权数增益W_s增加。

图6是表示本实施方式的车辆的控制装置1-1中的控制的结构的框图，图7是表示利用车辆的控制装置1-1进行的控制的流程的流程图。如图6所示那样，在以车速V行驶的实车（车辆）上有来自路面的输入（路面位移）。另外，车辆的簧上G由簧上G传感器61检测出并换算成规定位置（例如车轮位置）的加速度。如下面参照图6及图7说明那样，基于簧上G和由簧下G传感器62所检测出的簧下G来进行本实施方式的减振控制。

首先，在步骤S1中，簧上加速度x_b''及簧下加速度x_w''被输入到ECU60。ECU60从簧上G传感器61取得簧上加速度x_b''，从簧下G传感器62取得簧下加速度x_w''。

接着，在步骤S2中，通过ECU60来计算状态量x_p及评价输出z_p。首先，就状态量x_p的算出方法进行说明。ECU60基于接地载荷变动量F_t来计算簧下部件20和路面50的相对位移量（x_r-x_w）。具体而言，根据上述式（5），簧下部件20和路面50的相对位移量（x_r-x_w）用下面的式（12）来表示。

（x_r-x_w）＝（m_bx_b''＋m_wx_w''）／k_t…（12）

ECU60能够根据上述式（12）而算出簧下部件20和路面50的相对位移量（x_r-x_w）。

另外，ECU60通过对从簧上G传感器61所取得的簧上加速度x_b''进行积分，来计算簧上速度x_b'及簧上位移x_b，并通过对从簧下G传感器62所取得的簧下加速度x_w''进行积分，来计算簧下速度x_w'及簧下位移x_w。由此，就分别求得状态量x_p中的簧上部件10和簧下部件20的相对位移量（x_w-x_b）、簧下速度x_w'、簧上速度x_b'。

另外，评价输出z_p能够基于从簧上G传感器61所取得的簧上加速度x_b''及从簧下G传感器62所取得的簧下加速度x_w''而算出。作为评价输出z_p的第1行要素的簧上加速度x_b''是与车辆的簧上振动有关的第一物理量。作为评价输出z_p的第2行要素的接地载荷变动量是与车辆的簧下振动有关的第二物理量。接地载荷变动量可基于簧上加速度x_b''及簧下加速度x_w''和预先存储的簧上质量m_b及簧下质量m_w而算出（参照图6的符号Y1）。步骤S2执行后，就进入步骤S3。

在步骤S3中，通过ECU60来算出非线性衰减系数c_v及非线性弹簧系数k_v。非线性衰减系数c_v及非线性弹簧系数k_v基于在步骤S2算出的状态量x_p及评价输出z_p和根据H∞控制理论所决定的反馈增益（控制器增益）k_nl，通过下述［数学式25］而算出。例如由ECU60根据H∞控制理论来决定反馈增益k_nl。

ECU60取得预先通过适合试验所决定的线性衰减系数c₀、线性弹簧系数k₀及控制目标权数，并决定作为控制常数的线性衰减系数c₀、线性弹簧系数k₀、簧上加速度权数及接地载荷变动量权数。另外，ECU60预先存储有通过同定试验所决定的基于车辆规格的单轮运动方程式即上述式（1）及式（2）和状态方程式、输出方程式等。ECU60根据基于检测结果所取得的簧上加速度x_b''及接地载荷变动量F_t，来求解里卡蒂方程式并决定反馈增益k_nl（参照图6的符号Y2）。ECU60根据所决定的反馈增益k_nl，而算出非线性衰减系数c_v及非线性弹簧系数k_v。

【数学式25】

$u=\left(\begin{array}{c}{c}_v\\ k_v\end{array}\right)=-k_{n1}\left(\begin{array}{c}{x}_p\\ z_p\end{array}\right)$

此外，在步骤S3中，ECU60还可以不是求解里卡蒂方程式，而是取而代之基于预先所存储的各输入的组合与反馈增益k_nl的对应关系来决定反馈增益k_nl。也就是说，还可预先存储从作为输入的线性衰减系数c₀、线性弹簧系数k₀、簧上加速度权数、接地载荷变动量权数、簧上加速度x_b''及接地载荷变动量F_t的组合所求得的反馈增益k_nl，并根据所存储的反馈增益k_nl的值而算出非线性衰减系数c_v及非线性弹簧系数k_v。

接着，在步骤S4中，通过ECU60来决定衰减系数c及弹簧系数k的目标值。衰减系数c的目标值是线性衰减系数c₀和在步骤S3所算出的非线性衰减系数c_v之和。另外，弹簧系数k的目标值是线性弹簧系数k₀和在步骤S3所算出的非线性弹簧系数k_v之和。

接着，在步骤S5中，通过ECU60来分别算出衰减力F_d的目标值及弹簧力F_s的目标值。衰减力F_d的目标值基于在步骤S1所算出的簧上速度x_b'及簧下速度x_w'和在步骤S4所算出的衰减系数c的目标值，通过下面的式（13）而算出。

F_d＝c（x_w'-x_b'）…（13）

另外，弹簧力F_s的目标值基于在步骤S1所算出的簧上位移x_b及簧下位移x_w和在步骤S4所算出的弹簧系数k的目标值，通过下面的式（14）而算出。

F_s＝k（x_w-x_b）…（14）

步骤S5执行后，ECU60就执行步骤S6及S7的弹簧机构30A的控制和步骤S8及S9的衰减机构30B的控制。虽然在本实施方式中，弹簧机构30A的控制和衰减机构30B的控制并行进行，但也可以取而代之，使弹簧机构30A的控制和衰减机构30B的控制按预定的顺序依次进行。

在步骤S6中，通过ECU60来决定弹簧机构30A的要求级数。弹簧机构30A可切换成弹簧系数k各自不同的多个级数。级数的切换例如通过由执行器阶段性地切换空气配管的流路面积就可实现。ECU60预先存储有表示悬架装置30的伸缩量x_s、即簧上部件10和簧下部件20的相对位移量（x_w-x_b）与弹簧机构30A在各级数下所产生的弹簧力的对应关系的映射。ECU60基于此映射和在步骤S5所算出的弹簧力F_s的目标值而算出弹簧机构30A的要求级数。

接着，在步骤S7中，通过ECU60来控制弹簧机构30A作为弹簧步骤。ECU60控制弹簧机构30A的执行器以便实现在步骤S6所决定的要求级数。步骤S7执行后，本控制流程就告结束。

另一方面，在步骤S8中，通过ECU60来决定衰减机构30B的要求级数。衰减机构30B可切换成衰减系数c各自不同的多个级数。级数的切换例如通过由衰减机构30B的执行器阶段性地切换连通活塞上室和下室的油路的面积就可实现。ECU60预先存储有表示悬架装置30的伸缩速度x_s'、即簧上部件10和簧下部件20的相对速度（x_w'-x_b'）与衰减机构30B在各级数下所产生的衰减力F_d的对应关系的映射。ECU60基于此映射和在步骤S5所算出的衰减力F_d的目标值而算出衰减机构30B的要求级数。

接着，在步骤S9中，通过ECU60来控制衰减机构30B作为减振器步骤。ECU60控制衰减机构30B的执行器以便实现在步骤S8所决定的要求级数。步骤S9执行后，本控制流程就告结束。

接着，就本实施方式的减振控制所带来的减振效果的模拟结果进行说明。图8是表示进行本实施方式的减振控制时的簧上振动的图，图9是表示进行本实施方式的减振控制时的接地载荷变动量的图。另外，图11是表示以簧上振动的降低为目标来控制衰减机构的衰减力时的簧上振动的一例的图，图12是表示以簧上振动的降低为目标来控制衰减机构的衰减力时的接地载荷变动量的一例的图。在图11及图12中分别表示与本实施方式的减振控制有所不同，不进行弹簧系数的可变控制、且在衰减系数的控制中未考虑接地载荷变动量时的簧上振动及接地载荷变动量。

在图8、图9、图11及图12中分别是横轴表示频率，纵轴表示功率谱密度（Power Spectral Density）。另外，在图8、图9、图11及图12中，虚线分别表示未进行悬架装置的控制时的值，实线表示进行悬架装置的控制时的值。如图11所示那样，通过以簧上振动的降低为目标来控制衰减力，与未进行控制时（虚线）相比较，已进行控制时（实线）的簧上振动降低。但是，如图12中符号R1所示那样，已进行控制时的接地载荷变动量比未进行控制时的接地载荷变动量有所增加。

针对于此，根据本实施方式的车辆的控制装置1-1，不仅如图8所示那样簧上振动得以抑制，而且如图9所示那样簧下的接地载荷变动量也得以抑制。如图8及图9所示那样，在1Hz左右的频带中，簧上振动及接地载荷变动量比未进行控制时分别有所降低。另外，如图9所示那样，在10Hz左右的频带中，接地载荷变动量比未进行控制时有所降低。

这样，根据实施方式的车辆的控制装置1-1，依照车辆上产生的振动来协调控制弹簧机构30A和衰减机构30B。通过基于有关簧上振动的第一物理量即簧上加速度x_b''及有关簧下振动的第二物理量即接地载荷变动量F_t来协调控制弹簧机构30A及衰减机构30B，使簧上振动及接地载荷变动量分别得以降低。因而，本实施方式的车辆的控制装置1-1就可使乘坐舒适性和接地性最大限度地得以兼顾。

在这里，通过利用车辆的控制装置1-1的减振控制，在除簧上共振的频带及簧下共振的频带以外的频带中，振动有可能增加。例如，在簧上共振的频带和簧下共振的频带之间的频带即2-8Hz的中频区域，簧上振动及接地载荷变动量有可能比未进行控制时有所增加。在减振控制的控制逻辑中，优选是以能够抑制这些其他频带下的振动的增加的方式来进行设计。

此外，本实施方式中所公开的运动方程式、状态方程式、输出方程式等仅是一例而已，并不限定于它们。另外，虽然在本实施方式中，根据H∞控制理论来决定弹簧力的目标值及衰减力的目标值，但决定各自的目标值的方法并不限定于此。还可以基于其他的控制理论来算出弹簧力的目标值及衰减力的目标值。

虽然在本实施方式中，有关簧上振动的第一物理量是簧上加速度，有关簧下振动的第二物理量是接地载荷变动量，但并不限定于此。还可以分别采用其他物理量来作为第一物理量及第二物理量。

另外，减振控制系统并不限定于图1所示的系统。例如，悬架装置还可以如图10所示那样是不具有线性衰减系数及线性弹簧系数的装置。图10是表示关于减振控制系统的单轮模型的其他例子的图。

在图10所示的车辆的控制装置1-2中，悬架装置70具有仅用非线性弹簧系数来决定弹簧系数k_s的弹簧机构70A和仅用非线性衰减系数来决定衰减系数c_s的衰减机构70B。在具有这样的悬架装置70的车辆的控制装置1-2中，运动方程式用下面的式（15）及式（16）来表示。

m_bx_b''＝k_s（x_w-x_b）＋c_s（x_w'-x_b'）…（15）

m_wx_w''＝-k_s（x_w-x_b）-c_s（x_w'-x_b'）＋k_t（x_r-x_w）…（16）

也就是说，可以相对于基于图1所示的单轮模型的运动方程式，省略线性弹簧系数及线性衰减系数来确定运动方程式。然后，就能够根据运动方程式（15）、（16）基于H∞控制理论来决定弹簧系数k_s及衰减系数c_s的目标值。

虽然在本实施方式中，根据H∞控制逻辑来决定弹簧系数及衰减系数，但也可以取而代之基于簧上振动及接地载荷变动量直接决定弹簧系数及衰减系数。例如，在车辆上有低频的振动输入时加大弹簧力以抑制簧上的低频响应（簧上的共振频率区域）。此时，衰减力设为较小的力（例如0）。另一方面，在车辆上有高频的振动输入时加大衰减力以抑制接地载荷变动量的高频响应（簧下的共振频率区域）。此时，弹簧力设为较小的力（例如0）。通过这样基于所输入的振动的频率适宜决定弹簧系数及衰减系数，就能够使车辆的乘坐舒适性的提高和接地性的提高得以兼顾。所输入的振动的频率与弹簧系数及衰减系数的对应关系，例如可预先基于实验结果等进行确定。

此外，频率与使之产生的力的组合并不限定于上述组合。例如，既可以在有低频的振动输入时加大衰减力、且减小弹簧力，也可以在有高频的振动输入时加大弹簧力、且减小衰减力。也就是说，可以根据簧上部件10的振动特性及簧下部件20的振动特性，基于簧上振动特性来控制弹簧机构30A及衰减机构30B的一方并基于簧下振动特性来控制另一方。

上述的实施方式中所公开的内容能够适宜进行组合来执行。

【产业上的可利用性】

如以上那样，本发明所涉及的车辆的控制装置在车辆的振动抑制上有用，尤其适合于兼顾簧上部件的振动抑制和簧下部件的振动抑制。

【标号说明】

1-1车辆的控制装置

10簧上部件

20簧下部件

30悬架装置

30A弹簧机构

30B衰减机构

40车轮

60ECU

c₀线性衰减系数

c_v非线性衰减系数

F_t接地载荷变动量（第二物理量）

k₀线性弹簧系数

k_v非线性弹簧系数

k_t车轮的弹簧系数

m_b簧上质量

m_w簧下质量

x_b簧上位移

x_w簧下位移

x_b'簧上速度

x_w'簧下速度

x_b''簧上加速度（第一物理量）

x_w''簧下加速度

W_b簧上振动控制的权数增益

W_s接地载荷变动控制的权数增益

Claims (10)

1.一种车辆的控制装置，其特征在于，包括：

弹簧机构，连接车辆的簧上部件和簧下部件，产生与所述簧上部件和所述簧下部件的相对位移相应的弹簧力，且能够可变地控制所述弹簧力；及

衰减机构，连接所述簧上部件和所述簧下部件，产生使所述簧上部件和所述簧下部件的相对运动衰减的衰减力，且能够可变地控制所述衰减力，

基于与所述车辆的簧上振动有关的第一物理量及与所述车辆的簧下振动有关的第二物理量来控制所述弹簧机构及所述衰减机构。

2.如权利要求1所述的车辆的控制装置，其中，

基于所述簧上振动的频率及所述簧下振动的频率来控制所述弹簧机构及所述衰减机构。

3.如权利要求1所述的车辆的控制装置，其中，

所述第二物理量是所述车辆的车轮的接地载荷变动量，

基于所述车辆的簧上加速度及簧下加速度而算出所述接地载荷变动量。

4.如权利要求1所述的车辆的控制装置，其中，

控制所述弹簧机构以抑制在所述车辆上产生的低频振动。

5.如权利要求1所述的车辆的控制装置，其中，

控制所述衰减机构以抑制在所述车辆上产生的高频振动。

6.如权利要求2所述的车辆的控制装置，其中，

基于所述第一物理量及所述第二物理量，对所述弹簧机构及所述衰减机构分别进行与频率相应的加权来控制所述弹簧机构及所述衰减机构。

7.如权利要求6所述的车辆的控制装置，其中，

对包含所述弹簧机构及所述衰减机构在内的所述车辆的运动模型应用H∞控制理论来决定所述弹簧力及所述衰减力的目标值。

8.如权利要求7所述的车辆的控制装置，其中，

将铅垂方向上的路面的位移速度作为针对所述运动模型的扰动输入来决定所述弹簧力及所述衰减力的目标值。

9.一种车辆的控制装置，其特征在于，包括：

弹簧机构，连接车辆的簧上部件和簧下部件，产生与所述簧上部件和所述簧下部件的相对位移相应的弹簧力，且能够可变地控制所述弹簧力；及

衰减机构，连接所述簧上部件和所述簧下部件，产生使所述簧上部件和所述簧下部件的相对运动衰减的衰减力，且能够可变地控制所述衰减力，

基于所述车辆的簧上振动及所述车辆的簧下振动来协调控制所述弹簧机构及所述衰减机构。

10.一种车辆的控制装置，其特征在于，包括：

弹簧机构，连接车辆的簧上部件和簧下部件，产生与所述簧上部件和所述簧下部件的相对位移相应的弹簧力，且能够可变地控制所述弹簧力；及

衰减机构，连接所述簧上部件和所述簧下部件，产生使所述簧上部件和所述簧下部件的相对运动衰减的衰减力，且能够可变地控制所述衰减力，

对包含所述弹簧机构及所述衰减机构在内的所述车辆的运动模型应用H∞控制理论来控制所述弹簧机构及所述衰减机构。

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