CN105539050B - 车辆的簧上振动抑制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆的簧上振动抑制装置，能够兼顾齿撞击声产生的抑制和簧上振动的抑制。电动机ECU对驾驶员要求制动驱动力(Fdrv)是否进入了第一阈值(Fref1)以上且第二阈值(Fref2)以下的齿撞击声产生区域(R)进行判断(S11)。电动机ECU在判定为驾驶员要求制动驱动力(Fdrv)进入了齿撞击声产生区域(R)的情况下，将制振用制动驱动力(Fpbc)设定为零(S12)，并且向减震器(ECU70)发送表示减震器的衰减力的增加要求的衰减力增加要求信号(Crequp)(S13)。

Description

车辆的簧上振动抑制装置
技术领域
本发明涉及应用于通过电动机在车轮产生制动驱动力的车辆的簧上振动抑制装置。
背景技术
以往以来，已知有控制对车轮进行驱动的电动机来抑制簧上振动的所谓的簧上制振控制。例如，在专利文献1所提出的装置中，使电动机输出在为了使车辆行驶所需的行驶用转矩上叠加用于抑制簧上振动的制振控制用转矩而得到的转矩。随着簧上振动，制振控制用转矩的值正负交替变化。因此，有时电动机的输出转矩正负交替变化。在该情况下，由于电动机转矩的反转，产生在电动机输出轴设置的减速齿轮的齿隙消失时的齿撞击声。
于是，在专利文献1所提出的装置中，在预测到电动机转矩会正负交替变化的情况下，禁止叠加制振控制用转矩。由此，能够抑制齿撞击声的产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010—125986号公报
发明内容
然而，在专利文献1所提出的装置中，在预测到电动机转矩会正负交替变化的情况下，仅是禁止簧上制振控制，因此在该禁止期间无法抑制簧上振动。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于兼顾齿撞击声的抑制和簧上振动的抑制。
为了实现上述目的，本发明的特征在于：一种车辆的簧上振动抑制装置，具备：
电动机(30)，经由齿轮至少向左右前轮或左右后轮传递转矩来产生制动驱动力；
目标制动驱动力运算单元(50)，运算包含车辆的行驶所要求的基本要求制动驱动力(Fdrv)和簧上制振控制所需要的制振用制动驱动力(Fpbcreq)的目标制动驱动力(Freq)；
电动机控制单元(50，32)，按照所述目标制动驱动力控制所述电动机的动作；
减震器(23)，使簧上振动衰减；以及
减震器控制单元(70)，控制所述减震器的衰减力，
所述车辆的簧上振动抑制装置具备：状况判定单元(S11)，对所述基本要求制动驱动力是否进入了齿撞击声产生区域进行判定，所述齿撞击声产生区域是为了判定是否处于有可能产生所述齿轮的齿撞击声的状况而设定的负的第一设定值以上且正的第二设定值以下的区域，
所述车辆的簧上振动抑制装置构成为，在判定为所述基本要求制动驱动力进入了所述齿撞击声产生区域的情况下，所述目标制动驱动力运算单元将所述目标制动驱动力所包含的制振用制动驱动力设定为零(S12)，所述减震器控制单元使所述减震器的衰减力增加(S13)。
在本发明中，具备至少在左右前轮或左右后轮上产生制动驱动力的电动机。电动机经由齿轮向驱动轮(至少向左右前轮或左右后轮)传递转矩，由此在驱动轮上产生制动驱动力。制动驱动力是表示驱动力和制动力并且在不需要指定制动力和驱动力的某一方的情况下使用的用语。车轮的制动驱动力的一部分通过悬架转换成车体的上下方向的力。因此，通过控制该制动驱动力，能够抑制簧上振动(车体的振动)。
目标制动驱动力运算单元运算包含车辆的行驶所要求的基本要求制动驱动力以及簧上制振控制所需要的制振用制动驱动力的目标制动驱动力。基本要求制驱动力例如是基于驾驶员的加速器操作量设定的驾驶员要求制动驱动力。另外，制振用制动驱动力例如基于车体的振动状态的推定值和检测值的至少一方设定。目标制动驱动力例如基于基本要求制动驱动力和制振用制动驱动力的总和设定。
电动机控制单元按照所述目标制动驱动力控制电动机的动作。由此，在车辆的行驶过程中，能够抑制簧上振动。
随着簧上振动，制振用制动驱动力的值正负交替地反转。制振用制动驱动力在作为驱动力起作用时为正值，在作为制动力起作用时为负值。因此，在基本要求制动驱动力的绝对值小的情况下，目标制动驱动力的值会正负交替地反转。由此，电动机转矩反复地过零，产生齿轮的齿隙消失时的齿撞击声。于是，状况判定单元对基本要求制动驱动力是否进入负的第一设定值以上且正的第二设定值以下的齿撞击声产生区域进行判定。该齿撞击声产生区域是为了判定是否处于有可能产生齿轮的齿撞击声的状况而设定的。该情况下，第一设定值和第二设定值设定为绝对值相同的正负值即可，但并非一定设定为绝对值相等的值。
在判定为基本要求制动驱动力进入了齿撞击声产生区域的情况下，目标制动驱动力运算单元将目标制动驱动力中包含的制振用制动驱动力设定为零。由此，能够抑制齿撞击声的产生。同时，减震器控制单元使减震器的衰减力增加。因此，在不进行簧上制振控制时，通过减震器的衰减力也能够使簧上振动迅速衰减。
其结果，根据本发明，能够兼顾齿撞击声的产生的抑制和簧上振动的抑制。
本发明的一个方面的特征在于：所述车辆的簧上振动抑制装置构成为，在判定为所述基本要求制动驱动力进入了所述齿撞击声产生区域的情况下，所述减震器控制单元设定与所述簧上制振控制所需要的制动驱动力的绝对值对应的所述衰减力的增加量(S13’)。
根据本发明的一个方面，在判定为基本要求制动驱动力进入齿撞击声产生区域的情况下，设定与簧上制振控制所需的制振用制动驱动力的绝对值相对应的衰减力的增加量。例如，在制振用制动驱动力的绝对值大的情况下，与制振用制动驱动力的绝对值小的情况相比，衰减力的增加量(对通常的衰减力的叠加量)被设定得较大。由此，能够适当地进行在不进行簧上制振控制时的簧上振动的衰减。
本发明的一个方面的特征在于：所述车辆的簧上振动抑制装置构成为，在判定为所述基本要求制动驱动力进入了所述齿撞击声产生区域的情况下，在所述簧上制振控制所需要的制振用制动驱动力的绝对值为预先设定的设定值以下时，所述减震器控制单元将所述衰减力的增加量设定为零，在所述绝对值超过所述设定值时，所述减震器控制单元以所述绝对值越大则所述衰减力的增加量越大的方式设定所述衰减力的增加量。
在进行簧上制振控制的情况下，以抑制簧上共振频率附近的振动的方式设定制振用制动驱动力。另一方面，减震器控制单元通常并不是进行仅特定于簧上振动的衰减的减震器的衰减力控制，而进行综合考虑了车辆状态的衰减力控制。例如，以使车辆姿态适当的方式控制减震器的衰减力。因此，在不进行基于制动驱动力的簧上制振控制时，若根据制振用制动驱动力的绝对值设定衰减力的增加量，则存在本来要发挥的功能下降、乘坐舒适度恶化的风险。
于是，在本发明的一个方面中，在簧上制振控制所需的制振用制动驱动力的绝对值为预先设定的设定值以下的情况下，将衰减力的增加量设定为零。即，不增加减震器的衰减力。因此，减震器控制单元在簧上振动小的情况下，能够适当地发挥本来的功能。该情况下，簧上振动对驾驶员产生的影响小，因此不存在问题。
另外，在簧上制振控制所需的制振用制动驱动力的绝对值超过设定值的情况下，以绝对值越大则衰减力的增加量越大的方式设定衰减力的增加量。因此，能够抑制带给驾驶员不适感那样的簧上振动。因此，根据本发明的一个方面，能够良好地使簧上振动的抑制和适当的衰减力控制相平衡。
本发明的一个方面的特征在于，所述车辆的簧上振动抑制装置构成为，在判定为所述基本要求制动驱动力进入了所述齿撞击声产生区域的情况下，所述簧上制振控制所需要的制振用制动驱动力的绝对值越大，所述减震器控制单元相对于所述绝对值的增加越增大所述衰减力的增加量的增加程度。
在本发明的一个方面中，簧上制振控制所需的制振用制动驱动力的绝对值越大，就越增大衰减力的增加量相对于绝对值的增加的增加程度。因此，在簧上振动小的阶段中，衰减力的增加量被设定为非常小的值，因此，减震器控制单元能够发挥本来的功能。另外，当簧上振动变大时，衰减力的增加量被设定为大的值，因此能够抑制使驾驶员产生不适感那样的簧上振动。因此，根据本发明的一个方面，能够良好地使簧上振动的抑制和适当的衰减力相平衡。另外，由于能够不设置衰减力的增加量急剧增加的点，因此不易使驾驶员产生不适感。
在上述说明中，为了便于发明的理解，对与实施方式相应的发明的结构，将实施方式中使用的标号加上括号而进行了标注，但是发明的各构成要素不限于由所述标号限定的实施方式。
附图说明
图1是搭载有本实施方式涉及的车辆用制动驱动力控制装置的车辆的概略构成图。
图2是表示电动机ECU的功能的控制框图。
图3是表示驾驶员要求制动驱动力的映射的图。
图4是说明簧上振动的力学模型的说明图。
图5是表示齿撞击声抑制控制例程的流程图。
图6是表示驾驶员要求制动驱动力、制振控制用制动驱动力、目标制动驱动力、衰减力增加要求信号的图。
图7是表示作为变形例的齿撞击声抑制控制例程的流程图。
图8是表示衰减力要求增加量设定映射的图。
图9是表示另一衰减力要求增加量设定映射的图。
图10是表示另一衰减力要求增加量设定映射的图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1概略示出搭载有本实施方式的车辆的簧上振动抑制装置的车辆1的结构。
车辆1具备左前轮10f1、右前轮10fr、左后轮10rl、右后轮10rr。左前轮10f1、右前轮10fr、左后轮10rl、右后轮10rr通过各自独立的悬架20f1、20fr、20rl、20rr而悬架于车体B。
悬架20fl、20fr、20rl、20rr具备：由悬架臂等构成的连杆机构21fl、21fr、21rl、21rr，其作为连结车体B和车轮10fl、10fr、10rl、10rr的连结机构；用于支承上下方向的载荷并吸收冲撞的悬架弹簧22fl、22fr、22rl、22rr；以及使簧上(车体B)的振动衰减的减震器23fl、23fr、23rl、23rr。悬架20fl、20fr、20rl、20rr可采用横臂式悬架和/或支柱式悬架等公知的四轮独立悬架方式的悬架。
以下，关于各车轮10fl、10fr、10rl、10rr、悬架20fl、20fr、20rl、20rr、连杆机构21fl、21fr、21rl、21rr、悬架弹簧22fl、22fr、22rl、22rr、减震器23fl、23fr、23rl、23rr，在不需要特定任意的部件的情况下，将这些部件称作车轮10、悬架20、连杆机构21、悬架弹簧22、减震器23。另外，在要区分并特定各车轮10fl、10fr、10rl、10rr中的前轮10fl、10fr和后轮10rl、10rr的情况下，将前轮10fl、10fr称作前轮10f，将后轮10rl、10rr称作后轮10r或者驱动轮10r。
本实施方式的车辆1是后轮驱动车辆，作为后轮10的驱动源具备电动机30。此外，车辆1只要是作为车轮10的驱动源具备电动机的车辆即可，例如，也可以是具有将电动机和发动机组合的驱动源的混合动力车辆。另外，也可以是将电动机组入到车轮10的轮毂电动机方式的车辆。另外，车辆不限于后轮驱动车辆，也可以应用前轮驱动车辆、四轮驱动车辆。
电动机30例如使用无刷电动机。电动机30的输出转矩经由减速齿轮31传递到传动轴15。传动轴15的转矩经由差动装置16、驱动轴17rl、17rr向后轮10rl、10rr传递。
电动机30与电动机驱动器32连接。电动机驱动器32例如是变换器，将从电池40供给的直流电流变换成交流电力，并将该交流电流向电动机30供给。由此，电动机30被进行驱动控制而产生转矩，对后轮10r施加驱动力。将这样地向电动机30进行电力供给来使其产生驱动转矩的情况称作力行。
另外，电动机30也能够作为发电机发挥功能，通过后轮10r的旋转进行发电，并将发电电力经由电动机驱动器32而再生到电池40。由该电动机30的发电产生的制动转矩对后轮10r施加制动力。在本说明书中，驱动力是正的制动驱动力，制动力是负的制动驱动力。
此外，各车轮10设置有摩擦制动装置(通过利用液压进行动作的汽缸来产生摩擦制动力的制动装置)，但是由于其与本发明没有直接关系，因此省略图示和说明。
电动机驱动器32与电动机控制用电子控制单元50连接。电动机控制用电子控制单元50(以下，称作电动机ECU50)具备由CPU、ROM、RAM等构成的微型计算机作为主要部分，执行各种程序来独立地控制电动机30的动作。电动机ECU50构成为：连接检测驾驶员为了使车辆1行驶而进行操作的操作状态的操作状态检测装置80和检测车辆1的运动状态的运动状态检测装置85，并输入从这些检测装置80、85输出的检测信号。
操作状态检测装置80包括根据加速踏板的踩踏量(或者，角度和压力等)检测驾驶员的加速器操作量的加速器传感器、基于制动器踏板的踩踏量(或者，角度和压力等)检测驾驶员的制动器操作量的制动器传感器、以及检测驾驶员操作转向盘的转向盘操作量的转向盘角度传感器等。
运动状态检测装置85包括检测作为各车轮10的旋转速度的车轮速度的车轮速度传感器、基于四轮的车轮速度运算并检测作为车体B的行驶速度的车速的车速传感器、检测车体B的偏航角速度的偏航角速度传感器、检测各车轮位置下的车体B(簧上)的上下方向的加速度的簧上加速度传感器、检测车体B的左右方向上的横向加速度的横向加速度传感器、检测车体B的俯仰角速度的俯仰角速度传感器、检测车体B的翻滚角速度的翻滚角速度传感器、检测各悬架20的行程量的行程传感器、以及检测各车轮10的簧下的上下方向上的上下加速度的簧下加速度传感器等。此外，关于包含有方向要素的传感器值，根据其符号识别方向。另外，当讨论传感器值的大小时，使用传感器值的绝对值。
在各车轮10设置的减震器23是衰减力可变式的液压阻尼器，例如，使在减震器23内的活塞设置的旋转阀旋转，从而使油路的开度可变而使衰减力可变。减震器23可以是能够连续改变衰减力的减震器，也可以是能够分级改变衰减力的减震器。减震器23与衰减力控制用电子控制单元70连接。衰减力控制用电子控制单元70(以下，称作减震器ECU70)具备由CPU、ROM、RAM等构成的微型计算机作为主要部分，并执行各种程序来独立地控制各减震器23的衰减力。
减震器ECU70与操作状态检测装置80和运动状态检测装置85连接，构成为被输入从这些检测装置80、85输出的检测信号。另外，减震器ECU70以能够收发信号的方式与电动机ECU50连接。减震器ECU70例如实施根据车速切换为最佳的衰减力的车速感应控制、预测由制动器操作引起的车辆的俯冲并减小俯冲的防俯冲控制、预测车辆加速时的伏下并减小伏下的防伏下控制、使车辆转弯时的翻滚姿态适当的翻滚姿态控制、抑制簧上共振的簧上制振控制、抑制簧下共振的下制振控制、根据车辆的侧滑状态切换衰减力的VSC协调控制、以及根据运动模式和正常模式切换衰减力的模式切换控制等。
接下来，对由电动机ECU50实施的簧上制振控制进行说明。当在车辆1的行驶期间由于路面的凹凸等而外部干扰作用于车轮10时，该外部干扰经由悬架20传递至车体3。由此，车体6在簧上共振频率(例如，1.5Hz)附近产生振动。将该振动称作簧上振动。簧上振动包括车辆的重心位置处的上下方向(z方向)的分量(称作弹跳振动)、以及绕通过车辆重心的左右方向轴的俯仰方向(θ方向)的分量(称作俯仰振动)。在产生簧上振动时，会产生弹跳振动和俯仰振动的至少一者。另外，簧上振动在随着驾驶员的加速操作而电动机30输出的转矩发生变动的情况下也会发生。
车轮10的制动驱动力的一部分通过悬架20(主要是连杆机构21)被变换成车体6的上下方向的力。因此，对于簧上振动，通过与簧上振动同步地改变电动机30输出的转矩，能够经由悬架20在车体B上产生抑制簧上振动的方向的力。由于本实施方式的车辆1是后轮驱动车辆，因此，尤其能够有效地产生抑制俯仰振动的方向的力。于是，对于电动机ECU50，在根据驾驶员的加速操作而设定的驾驶员要求制动驱动力上加上用于抑制簧上振动的制振用制动驱动力，并将该累加后的制动驱动力设定为目标制动驱动力，对电动机30进行驱动控制以使车轮10产生目标制动驱动力。
电动机ECU50使用预先构建的簧上振动的运动模型，根据该运动模型算出簧上振动的状态变量。簧上振动的状态变量是指将与驾驶员要求制驱动力对应的驾驶员要求驱动转矩(换算成驱动轮10r的车轮转矩的值)以及当前的车轮转矩的推定值输入到运动模型时的、车体B的变位z、θ以及它们的变化率dz/dt、dθ/dt。电动机ECU50以状态变量收敛于零的方式修正驾驶员要求制动驱动力，并基于修正后的驾驶员要求制动驱动力控制电动机的输出。该驾驶员要求制动驱动力的修正量相当于用于抑制簧上振动的簧上制振控制量。
图2示出了表示电动机ECU50的微型计算机的功能的控制框图。电动机ECU50具备驾驶员要求制动驱动力运算部51、簧上制振控制量运算部60、制振控制限制部52、累加部53、以及电动机控制部54。首先，对各部分的概略的功能及相互的关联进行说明。
驾驶员要求制动驱动力运算部51被输入由加速器传感器检测的加速器开度θa和由车速传感器检测的车速V，并参照图3所示的驾驶员要求制动驱动力映射，来运算驾驶员要求制动驱动力Fdrv。该驾驶员要求制动驱动力映射是一个例子，并具有设定加速器开度θa越大就越增大、车速V越高就越减小的驾驶员要求制动驱动力Fdrv的特性。驾驶员要求制动驱动力运算部51将算出的驾驶员要求制动驱动力Fdrv向制振控制限制部52、累加部53、以及簧上制振控制量运算部60供给。
簧上制振控制量运算部60基于驱动轮10r的车轮速度的变动(车轮转矩的变动)推定簧上振动，运算抑制簧上振动所需的簧上制振控制量即要求制振用制动驱动力Fpbcreq，并将算出的要求制振用制动驱动力Fpbcreq向制振控制限制部52供给。
制振控制限制部52基于驾驶员要求制动驱动力来限制簧上制振控制，其运算对要求制振用制动驱动力Fpbcreq施加了限制的制振用制动驱动力Fpbc，并将算出的制振用制动驱动力Fpbc向累加部53供给。
累加部53将驾驶员要求制动驱动力Fdrv和制振用制动驱动力Fpbc累加，将该累加结果设定为最终的目标制动驱动力Freq，并将目标制动驱动力Freq向电动机控制部54供给。制振用制动驱动力Fpbc成为以不产生簧上振动的方式对驾驶员要求制动驱动力Fdrv进行修正的控制量。
电动机控制部54运算驱动轮10产生目标制动驱动力Freq所需的电动机转矩，并将用于使与电动机转矩对应的目标电流在电动机30中流动的驱动控制信号(例如，PWM控制信号)向电动机驱动器32输出。在目标制动驱动力Freq为正、即表示驱动力的情况下，从电池40经由电动机驱动器32向电动机30通电。由此，电动机30的驱动转矩传递至车轮10r，车轮10r产生驱动力。另一方面，在目标制动驱动力Freq为负、即表示制动力的情况下，电动机30作为发电机进行动作，电动机30的发电电力经由电动机驱动器32再生到电池40。由此，电动机30的再生制动转矩传递到车轮10r，车辆10r产生制动力。
由于目标制动驱动力中包含簧上制振用的制振用制动驱动力Fpbc，因此通过按照目标制动驱动力Freq对电动机30进行驱动控制，能够抑制簧上振动。
接下来，对簧上制振控制量运算部60进行说明。簧上制振控制量运算部60具备车轮转矩换算部61、前馈控制部62、反馈控制部63、以及制动驱动力换算部64。此外，关于簧上制振控制量运算部60，在日本特开2010—132254号公报中作为“簧上制振控制部”详细进行了记载。因此，关于上述公报中记载的簧上制振控制量的各种运算方法，可被并入到本申请说明书中。
车轮转矩换算部61将驾驶员要求制动驱动力Fdrv换算成驱动轮10r的驾驶员要求车轮转矩Tdrv，并将驾驶员要求车轮转矩Tdrv向前馈控制部62供给。
前馈控制部62具有最佳调节器的结构。在前馈控制部62中，具备车体B的簧上振动的运动模型被构建的运动模型部62a，驾驶员要求车轮转矩Tdrv被输入至运动模型部62a。在运动模型部62a中，算出车体B的状态变量对所输入的驾驶员要求车轮转矩Tdrv的响应，并计算使该状态变量收敛到最小的驾驶员要求车轮转矩Tdrv的修正量。
反馈控制部63使用由驱动轮10r的车轮速传感器检测的车轮旋转速度ω或车轮速度r·ω的时间微分值，通过下式计算驱动轮10r的推定车轮转矩Tw。在此，M是车辆的质量，r是驱动轮10r的半径。
Tw＝M·r2.dω/dt
反馈控制部63将推定车轮转矩Tw乘以FB增益。FB增益是用于调整与运动模型部62a中的驾驶员要求车轮转矩Tdrv之间的贡献平衡的增益。推定车轮转矩Tw乘以FB增益而得到的值作为外部干扰输入，而被累加到驾驶员要求车轮转矩Tdrv，被输入至运动模型部62a。由此，在前馈控制部62中，能够算出反映了外部干扰的驾驶员要求车轮转矩Tdrv的修正量。以下，将推定车轮转矩Tw乘以FB增益而得到的值改称作推定车轮转矩Tw。
驾驶员要求车轮转矩Tdrv的修正量被供给到制动驱动力换算部64。制动驱动力换算部64将驾驶员要求车轮转矩Tdrv的修正量换算成制动驱动力的单位，并将表示换算后的制动驱动力的要求制振用制动驱动力Fpbceq供给到制振控制限制部52。该要求制振用制动驱动力Fpbcreq表示使簧上振动不产生所需的控制量。
簧上制振控制量运算部60假定簧上振动(弹跳振动和俯仰振动)的运动模型，存储以驾驶员要求车轮转矩Tdrv和推定车轮转矩Tw(外部干扰)为输入的弹跳方向和俯仰方向的状态变量的状态方程式。簧上制振控制量运算部60根据该状态方程式，使用最佳调节理论，确定弹跳方向和俯仰方向的状态变量收敛于零的输入(车轮转矩值)，并基于该车轮转矩值运算驾驶员要求制动驱动力Fdrv的修正量、即簧上制振控制量。
作为这样的运动模型，例如可列举以下的模型：如图4所示，将车体B视作质量M和惯性力矩I的刚体S，该刚体S由弹性系数kf和衰减率cf的前轮悬架20f、以及弹性率kr和衰减率cr的后轮悬架20r支承。关于该情况下的车辆重心Cg上的弹跳方向的运动方程式和俯仰方向的运动方程式，可分别表示为式(1a)、式(1b)。
【式1】
在式(1a)、(1b)中，Lf、Lr分别表示从车辆重心Cg到前轮轴的距离和从车辆重心Cg到后轮轴的距离，r表示车轮半径。另外，h表示从路面到车辆重心Cg的距离。此外，在式(1a)中，右边的第一项和第二项是来自前轮轴的力的分量，右边的第三项和第四项是来自后轮轴的力的分量。另外，在式(1b)中，左边的第一项是来自前轮轴的力的力矩分量，第二项是来自后轮轴的力的力矩分量，第三项是由驱动轮10rl、10rr产生的车轮转矩T(＝Tdrv+Tw)施加于车辆重心Cg周围的力的力矩分量。
式(1a)、(1b)将车体B的变位z、θ及它们的变化率dz/dt、dθ/dt作为状态变量矢量X，如下式(2a)所示，可改写为线性系统的状态方程式的形式。
dX(t)/dt＝A·X(t)+B·u(t)…(2a)
在该式(2a)中，X(t)、A、B分别如下所示。
矩阵A的各元素a1～a4和b1～b4通过分别在上式(1a)、(1b)中归纳z、θ、dz/dt、dθ/dt的系数，如下所示。
a1＝-(kf+kr)/M
a2＝-(cf+cr)/M
a3＝-(kf·Lf-kr·Lr)/M
a4＝-(cf·Lf-cr·Lr)/M
b1＝-(Lf·kf-Kr·kr)/I
b2＝-(Lf·cf-Lr·cr)/I
b3＝-(Lf2·kf-Lr2·kr)/I
b4＝-(Lf2·cf-Lr2·cr)/I
另外，式(2a)的u(t)为
u(t)＝T，是由该式(2a)表示的系统的输入。
因此，根据式(1b)，矩阵B的元素p1为
p1＝h/(I.r)
在式(2a)的状态方程式中，当将u(t)如下式(2b)那样设定时，式(2a)表示为下式(2c)。
u(t)＝-K·X(t)…(2b)
dX(t)/dt＝(A-BK)·X(t)…(2c)
因此，在将X的初始值X0(t)设定为X0＝(0，0，0，0)(设为在转矩被输入之前没有振动)，求解状态变量矢量X(t)的微分方程式(式2c)时，若确定了X(t)、即弹跳方向和俯仰方向的变位以及使它们的时间变化率的大小收敛于零的增益X，则抑制簧上振动的转矩值u(t)就被确定。
增益K能够使用最佳调节理论确定。根据该理论，当由下式(3a)表示的二次形式的评价函数(积分范围在0～∞)的值为最小时，在状态方程式(2a)中X(t)稳定地收敛。
J＝∫（ＸTＱＸ＋uTRu)dt…(3a)
另外，还已知使该评价函数J为最小的矩阵K通过
K＝R-1·BT·P给出。
在此，P是由下式表示的黎卡提方程式的解。
-dP/dt＝ATP+PA+Q-PBR-1BTP
该黎卡提方程式可通过在线性系统的领域中已知的任意的方法求解，由此，增益K被确定。
此外，评价函数和黎卡提方程式中的Q、R分别是任意设定的半正定对称矩阵、正定对称矩阵，并且是由系统的设计者确定的评价函数的加权矩阵。例如，在该运动模型的情况下，Q、R设置为
【式3】
在上式(3a)中，如果将状态变量矢量X(t)的分量中的特定的分量(例如，dz/dt、dθ/dt)的范数(大小)设定得比其他的分量(例如，2、0〉的范数大，则范数被设定得较大的分量会相对更稳定地收敛。另外，若增大Q的分量的值，则过渡特性重视、即状态变量矢量X(t)的值迅速地收敛于稳定值，若增大R的值，则可减低消耗能量。
在簧上制振控制量运算部60中，通过由运动模型部62a使用转矩输入值求解式(2a)的微分方程式，来算出状态变量矢量X(t)。然后，以上述那样使状态变量矢量X(t)收敛于零或者最小值的方式确定的增益K乘以作为运动模型部62a的输出的状态矢量X(t)而得到的值U(t)被供给到制动驱动力换算部64。制动驱动力换算部64运算将值U(t)换算成制动驱动力的单位后的要求制振用制动驱动力Fpbcreq。
在簧上制振控制量运算部60中，由于构成共振系统，相对于任意的输入，状态变量矢量X(t)的值实质上仅成为系统的固有频率的分量。因此，通过使用将值U(t)换算成制动驱动力的单位后的要求制振用制动驱动力Fpbcreq，以从驾驶员要求制动驱动力Fdrv去除固有频率的分量的方式，修正驾驶员要求制动驱动力Fdrv，由此减低引起簧上振动的分量。该情况下，要求制振用制动驱动力Fpbcreq在固有频率的分量被去除的方向上设定其符号。在本实施方式中，由于簧上共振频率为1.5Hz，因此可减低该频率的簧上振动。
因此，如果将在要求制振用制动驱动力Fpbcreq累加(叠加)驾驶员要求制动驱动力Fdrv而得到的值设定为目标制动驱动力Freq而对电动机30进行驱动控制，则能够抑制簧上共振频率下(在本实施方式中，例如，1.5Hz)的簧上振动。
另外，在驾驶员要求制动驱动力Fdrv的大小(绝对值)较小的情况下，目标制动驱动力Freq的值正负交替反转。即，目标制动驱动力Freq在驱动力和制动力之间交替反转。由此，电动机转矩重复过零，从而产生减速齿轮31的齿隙消失时的齿撞击声。
为了抑制这样的齿撞击声的产生，在本实施方式中，设置有制振控制限制部52。制振控制限制部52输入由簧上制振控制量运算部60算出的要求制振用制动驱动力Fpbcreq和由驾驶员要求制动驱动力运算部51算出的驾驶员要求制动驱动力Fdrv。制振控制限制部52基于驾驶员要求制动驱动力Fdrv，判断是否处于有可能产生齿撞击声的状况，并根据需要设定对要求制振用制动驱动力Fpbcreq进行了限制的制振用制动驱动力Fpbc(最终的簧上制振控制量)，同时向减震器ECU70输出衰减力的增加要求信号。
以下，对制振控制限制部52所实施的处理进行详细说明。图5表示制振控制限制部52实施的簧上制振限制处理例程。簧上制振限制处理例程以规定的运算周期被反复实施。
当簧上制振限制处理例程启动时，制振控制限制部52在步骤S11中读入驾驶员要求制动驱动力Fdrv，并对驾驶员要求制动驱动力Fdrv是否进入成为第一阈值Fref1且第二阈值Fref2以下的范围进行判断。第一阈值Fref1以上且第二阈值Fref2以下的范围是为了判定是否处于有可能产生齿撞击声的状况而设定的范围。以下，将该范围称作齿撞击声产生区域R。
齿撞击声产生区域R如图6的上面的图所示，是夹着零在正侧和负侧以相同程度的幅度设定的驾驶员要求制动驱动力Fdrv的范围。因此，设定齿撞击声产生区域R的下限的第一阈值Fref1是负值，设定上限的第二阈值Fref2是绝对值与第一阈值Fref1相同(可以不完全一致，但优选是相同程度的值)的正值。
另外，设定该齿撞击声产生区域R的第一阈值Fref1和第二阈值Fref2的绝对值被设定为与进行簧上制振控制时的要求制振用制动驱动力Fpbcreq的最大值相当的值(例如，50N)。
制振控制限制部52在判定为驾驶员要求制动驱动力Fdrv进入齿撞击声产生区域R的情况下(S11：是)，在步骤S12中，将制振用制动驱动力Fpbc设定为零(Fpbc←0)。即，与由簧上制振控制量运算部60运算的要求制振用制动驱动力Fpbcreq无关，将用于进行簧上制振控制的制振用制动驱动力Fpbc设定为零。因此，该情况下，驾驶员要求制动驱动力Fdrv将直接被设定为目标制动驱动力Freq。由此，禁止基于电动机30的制动驱动力的簧上制振控制。
接下来，制振控制限制部52在步骤S13中向减震器ECU70发送表示衰减力的增加要求的衰减力增加要求信号Crequp。在该实施方式中，衰减力增加要求信号Crequp是表示衰减力的增加要求的有无的信号，例如，在有衰减力的增加要求的情况下，输出ON信号(高电平信号)，在无衰减力的增加要求的情况下，输出OFF信号(为低电平信号)。因此，在步骤S13中，输出ON信号作为衰减力增加要求信号Crequp。
减震器ECU70在该衰减力增加要求信号Crequp是ON信号的情况下，增加四轮的减震器23的衰减力。该情况下，减震器ECU70使减震器23的衰减比提高与电动机ECU50在簧上制振控制中分担的制振力相当的衰减比。在本实施方式中，使衰减比提高的量是固定值，例如，设定为值0.05。减震器ECU70例如在0.1～0.5的范围内控制减震器的衰减比，在衰减力增加要求信号Crequp为ON信号的情况下，使该衰减比提高0.05。
另一方面，制振控制限制部52在判定为驾驶员要求制动驱动力Fdrv没有进入齿撞击声产生区域R的情况下(S11：否)，在步骤S14中，将要求制振用制动驱动力Fpbcreq设定为制振用制动驱动力Fpbc(Fpbc←Fpbcreq)。即，将由簧上制振控制量运算部60运算的要求制振用制动驱动力Fpbcreq设定为用于进行簧上制振控制的制振用制动驱动力Fpbc。因此，该情况下，在驾驶员要求制动驱动力Fdrv累加制振用制动驱动力Fpbc(＝Fpbcreq)而得到的目标制动驱动力Freq会被设定。因此，实施基于电动机30的制动驱动力的簧上制振控制。
接下来，制振控制限制部52在步骤S15中向减震器ECU70输出表示无衰减力的增加要求的OFF信号作为衰减力增加要求信号Crequp。该情况下，减震器ECU70不提高四轮的减震器23的衰减比，而使用通常的衰减比控制减震器23的衰减力。
图6是表示驾驶员要求制动驱动力Fdrv、要求制振用制动驱动力Fpbcreq、目标制动驱动力Freq、衰减力增加要求信号Crequp的波形的图。在时刻t0，由于驾驶员要求制动驱动力Fdrv没有进入齿撞击声产生区域R，因此目标制动驱动力Freq被设定为在驾驶员要求制动驱动力Fdrv累加要求制振用制动驱动力Fpbcreq而得到的值。由此，实施基于电动机30的制动驱动力的簧上制振控制。该情况下，即使要求制振用制动驱动力Fpbcreq正负反转，目标制动驱动力Freq也不会过零。因此，不会产生减速齿轮31的齿撞击声。另外，衰减力增加要求信号Crequp为OFF信号。由此，减震器ECU70实施不提高减震器23的衰减比的通常的衰减力控制。
在时刻t1，驾驶员要求制动驱动力Fdrv进入齿撞击声产生区域R。由此，制振用制动驱动力Fpbc被设定零，因此目标制动驱动力Freq成为与驾驶员要求制动驱动力Fdrv相同的值。由此，禁止基于电动机30的制动驱动力的簧上制振控制。因此，即使要求制振用制动驱动力Fpbcreq正负反转，制振用制动驱动力Fpbc也被维持在零，因此，目标制动驱动力Freq不会正负地反复进行反转。因此，抑制减速齿轮31的齿撞击声。另外，衰减力增加要求信号Crequp从OFF信号切换为ON信号。由此，减震器ECU70使减震器23的衰减比提高与电动机ECU50在簧上制振控制中分担的制振力相当的衰减比。因此，能够使簧上振动迅速地衰减。
在时刻t2，驾驶员要求制动驱动力Fdrv脱离齿撞击声产生区域R。由此，如上所述，在此开始基于电动机30的制动驱动力的簧上制振控制，并且减震器23的衰减力控制返回通常的控制。
根据以上所说明的本实施方式的车辆用制动驱动力控制装置，在驾驶员要求制动驱动力Fdrv进入齿撞击声产生区域R的情况下，禁止基于电动机30的制动驱动力的簧上制振控制，取而代之，提高减震器23的衰减比。因此，能够兼顾齿撞击声的产生的抑制以及簧上振动的抑制。
<簧上制振限制处理例程的变形例>
接下来，对簧上制振限制处理例程的变形例进行说明。在上述的实施方式的簧上制振限制处理例程中，以如下方式进行控制，电动机ECU50向减震器ECU70输出表示衰减力的增加要求的有无的衰减力增加要求信号Crequp，减震器ECU70在衰减力增加要求信号Crequp为ON信号的情况下，使减震器23的衰减比提高规定量。相对于此，在变形例中，构成为：通过使电动机ECU50所输出的衰减力增加要求信号Crequp包含表示减震器23的衰减力要求增加量的信息，来使减震器23的衰减力的增加量(衰减比的提高量)可变。
图7表示作为变形例的由制振控制限制部52实施的簧上制振限制处理例程。在该变形例中，取代实施方式中的簧上制振限制处理例程的步骤S13、步骤S15的处理，而加入步骤S13’、步骤S 15’的处理。以下，关于实施方式中与簧上制振限制处理例程相同的处理，在图中标注相同的步骤标号并省略说明。
制振控制限制部52在判定为驾驶员要求制动驱动力Fdrv进入齿撞击声产生区域R的情况下(S11：是)，在步骤S12中，将制振用制动驱动力Fpbc设定为零(Fpbc←0)，使该处理进入到步骤S13’。制振控制限制部52在步骤S13’中运算与要求制振用制动驱动力的绝对值相应的衰减比增加要求量Cup。该要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值表示在取正负值的同时进行振动的要求制振用制动驱动力Fpbcreq的振幅。
图8是表示要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值和衰减比增加要求量Cup之间的关系的图。在该例中，衰减比增加要求量Cup被设定为与要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值成比例的值。制振控制限制部52通过函数或映射等来存储表示要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值和衰减比增加要求量Cup之间的关系(以下，称作衰减比增加特性)的关系创建数据，并使用该关系创建数据计算衰减比增加要求量Cup。
制振控制限制部52向减震器ECU70输出包含表示计算出的衰减比增加要求量Cup的信息的衰减力增加要求信号Crequp。衰减力增加要求信号Crequp在上述的实施方式中是表示高电平/低电平的标志信号，但在该变形例中是表示衰减比增加要求量Cup的值的信号。
在被输入衰减力增加要求信号Crequp时，减震器ECU70按照该衰减力增加要求信号Crequp所表示的衰减比增加要求量Cup，对四轮的减震器23的衰减比叠加衰减比增加要求量Cup。由此，在基于电动机30的制动驱动力的簧上制振控制被禁止的期间中，要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值越大，即簧上振动的程度越大，减震器23的衰减比越被增加。因此，能够根据簧上振动的程度适当地进行簧上振动的衰减。
另一方面，在判定为驾驶员要求制动驱动力Fdrv没有进入齿撞击声产生区域R的情况下(S11：否)，制振控制限制部52在步骤S14中将要求制振用制动驱动力Fpbcreq设定为制振用制动驱动力Fpbc(Fpbc←Fpbcreq)，并使该处理进入到步骤S15’。制振控制限制部52在步骤S15’中向减震器ECU70输出将衰减比增加要求量Cup设定为零的衰减力增加要求信号Crequp。由此，减震器ECU70不提高减震器23的衰减比，而使用在通常的衰减力控制中设定的衰减比控制减震器23的衰减力。
<衰减比增加特性的变形例1>
由电动机ECU50进行的簧上制振控制用于抑制簧上共振频率(例如，1.5Hz)附近的车体振动。另一方面，由减震器ECU70进行的衰减力控制并不是进行仅特定于簧上振动的衰减的减震器23的衰减力控制。即，如上所述，也进行车速感应控制、滚动姿态控制、簧下制振控制、VSC协调控制、模式切换控制等。因此，在基于电动机30的制动驱动力的簧上制振控制被禁止时，若使减震器23的衰减比与要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值成比例地增加，则会对所有的频率带的振动增加衰减系数，因此存在本来想要发挥的功能下降、乘坐舒适度恶化的风险。
以下，说明对衰减比增加特性进行改良的例子。图9表示衰减比增加特性的变形例1。在该衰减比增加特性中，具有以下特性：在要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值为预先设定的设定值Fa以下的范围中，衰减比增加要求量Cup被设定为零，在要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值超过设定值Fa的范围中，衰减比增加要求量Cup与要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值的增加成比例地增加。即，对要求制振用制动驱动力Fpbcreq设有不敏感带。
在簧上振动小的情况下，簧上振动对驾驶员产生的影响(驾驶员感到不适的程度)小。因此，通过使用变形例1的衰减比增加特性，在簧上振动小的情况下，能够适当发挥减震器ECU70所具有的本来的功能。另外，在簧上振动增大到不可忽视的程度的情况下，由于要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值越大其值就越大的衰减比增加要求量Cup被设定，因此，即使基于电动机30的制动驱动力的簧上制振控制被禁止，也能够使簧上的振动迅速衰减。因此，根据该变形例1，能够良好地使簧上振动的抑制和适当的衰减力控制相平衡。
<衰减比增加特性的变形例2>
图10表示衰减比增加特性的变形例2。在该衰减比增加特性中，以下的非线性特性被设定：要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值越大，相对于要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值的增加，衰减比增加要求量Cup的增加程度就越大。即，设定了衰减比增加要求量Cup相对于要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值以指数函数(二次函数)增加的衰减比增加特性。因此，在簧上振动小的阶段中，由于衰减比增加要求量Cup被设定为非常小的值(由于实质上设定有相对于要求制振用制动驱动力Fpbcreq的不敏感带)，因此能够适当地发挥减震器ECU70所具有的本来的功能。
另外，当簧上振动增大到不可忽视的程度时，衰减比增加要求量Cup被设定为较大的值，因此能够抑制使驾驶员产生不适感那样的簧上振动。因此，根据该变形例2，能够良好地使簧上振动的抑制和适当的衰减力控制相平衡。另外，由于不存在衰减比增加要求量Cup急剧变化的点，因此不易使驾驶员产生不适感。
以上，对本实施方式涉及的车辆用制动驱动力控制装置进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，能够在不背离本发明的目的的情况下，进行各种变更。
例如，在本实施方式中，采用了使用车辆的运动模型来运算簧上制振控制所需的制振用制动驱动力(要求制振用制动驱动力Fpbcreq)的结构，但是，对于制振用制动驱动力，也可以采用直接检测车体的上下振动并运算抑制车体的上下振动的制振用制动驱动力的结构等。例如，也可以采用以下结构：通过簧上加速度传感器检测车体的上下加速度，根据检测到的上下加速度运算车体的上下速度，并运算与车体的上下速度成比例的大小的制振用制动驱动力。
另外，也可以设定将衰减比增加特性的变形例1(图9)和变形例2(图10)组合而成的衰减比增加特性。例如，也可以使用如下衰减比增加特性，在要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值为预先设定的设定值Fa以下的范围中，衰减比增加要求量Cup被设定为零，在要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值超过设定值Fa的范围中，设定有如下非线性特性：要求制振用制动驱动力Fpbcreq的绝对值越大，相对于要求制振用制动驱动力Fpbcrew的绝对值的增加，衰减比增加要求量Cup的增加程度就越大。
标号说明
1…车辆
10fl、10fr、10rl、10rr…车轮
20fl、20fr、20rl、20rr…悬架
23fl、23fr、23rl、23rr…减震器
30…电动机
31…减速齿轮
32…电动机驱动器
40…电池
50…电动机ECU；
51…驾驶员要求制动驱动力运算部
52…制振控制限制部
53…累加部
54…电动机控制部
60…簧上制振控制量运算部
70…减震器ECU

Claims (3)

1.一种车辆的簧上振动抑制装置，具备：
电动机，经由齿轮至少向左右前轮或左右后轮传递转矩来产生制动驱动力；
目标制动驱动力运算单元，运算包含车辆的行驶所要求的基本要求制动驱动力和簧上制振控制所需要的制振用制动驱动力的目标制动驱动力；
电动机控制单元，按照所述目标制动驱动力控制所述电动机的工作；
减震器，使簧上振动衰减；以及
减震器控制单元，控制所述减震器的衰减力，
其中，
所述车辆的簧上振动抑制装置具备：
状况判定单元，对所述基本要求制动驱动力是否进入了齿撞击声产生区域进行判定，所述齿撞击声产生区域是为了判定是否处于有可能产生所述齿轮的齿撞击声的状况而设定的负的第一设定值以上且正的第二设定值以下的区域，
所述车辆的簧上振动抑制装置构成为，在判定为所述基本要求制动驱动力进入了所述齿撞击声产生区域的情况下，所述目标制动驱动力运算单元将所述目标制动驱动力所包含的制振用制动驱动力设定为零，所述减震器控制单元使所述减震器的衰减力增加，
所述车辆的簧上振动抑制装置构成为，在判定为所述基本要求制动驱动力进入了所述齿撞击声产生区域的情况下，所述减震器控制单元设定与所述簧上制振控制所需要的制动驱动力的绝对值对应的所述衰减力的增加量。
2.根据权利要求1所述的车辆的簧上振动抑制装置，其中，
所述车辆的簧上振动抑制装置构成为，在判定为所述基本要求制动驱动力进入了所述齿撞击声产生区域的情况下，在所述簧上制振控制所需要的制振用制动驱动力的绝对值为预先设定的设定值以下时，所述减震器控制单元将所述衰减力的增加量设定为零，在所述绝对值超过所述设定值时，所述减震器控制单元以所述绝对值越大则所述衰减力的增加量越大的方式设定所述衰减力的增加量。
3.根据权利要求1或2所述的车辆的簧上振动抑制装置，其中，
所述车辆的簧上振动抑制装置构成为，在判定为所述基本要求制动驱动力进入了所述齿撞击声产生区域的情况下，所述簧上制振控制所需要的制振用制动驱动力的绝对值越大，所述减震器控制单元相对于所述绝对值的增加越增大所述衰减力的增加量的增加程度。
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