CN111886146A - 悬架控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供悬架控制装置，通过将基于路面输入的相对位移和基于驾驶员的车辆操作的相对位移分开，能够提高弹簧上速度的推定精度。本发明的悬架控制装置具有控制各个衰减力调整式缓冲器的衰减特性的控制装置。控制装置具有：外力计算部，其由从物理量提取部输出的物理量算出作用于车身的总外力；操作力计算部，其算出伴随着车辆操作引起的负荷移动而施加于各个衰减力调整式缓冲器上的操作起因力；车辆动作提取装置，其从外力计算部算出的总外力分出由操作力计算部算出的操作起因力，求出由路面输入引起的外力。

Description

悬架控制装置
技术领域
本发明涉及搭载在例如机动车等车辆上并控制车辆振动的悬架控制装置。
背景技术
一般来说，作为搭载在机动车等车辆上的悬架控制装置，已知有如下结构，在车身与各车轴之间设置能够调节衰减力的衰减力调节式缓冲器，并且基于来自车高传感器的检测信号可变地控制该缓冲器的衰减力特性(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开平5－38922号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1的现有技术中公开了由车高传感器的信息和车辆CAN信号推定弹簧上状态量的结构。但是，这种情况下的弹簧上状态量是混合了由驾驶员的操作产生的弹簧上位移(转向、制动)和由路面输入产生的相对位移的值。因此，弹簧上状态量的推定精度有可能降低。
本发明的目的在于提供悬架控制装置，该悬架控制装置能够分出基于路面输入的相对位移和基于驾驶员的车辆操作的相对位移，能够提高在乘坐舒适度控制中贡献率高的弹簧上速度的推定精度。
用于解决技术问题的手段
根据本发明一实施方式提供悬架控制装置。该悬架控制装置具有：衰减力调整式缓冲器，其分别配置在车辆的车身与各个车轮之间，根据来自外部的指令使衰减特性变化；物理量提取部，其检测或推定基于所述车身与各个所述车轮之间的相对位移的物理量；控制装置，其控制各个所述衰减力调整式缓冲器的衰减特性；所述控制装置具有：外力计算部，其由从所述物理量提取部输出的所述物理量算出作用在所述车身上的总外力；操作力计算部，其算出伴随着车辆操作引起的负荷移动而施加到各个所述衰减力调整式缓冲器上的操作起因力；车辆动作提取单元，其从由所述外力计算部算出的所述总外力分出由所述操作力计算部算出的所述操作起因力，求出由路面输入引起的外力。
根据本发明一实施方式，能够从由外力计算部算出的总外力分出由操作力计算部算出的操作起因力，求出由路面输入引起的外力。换言之，通过从例如利用车高传感器等物理量提取部检测推定的车身与车轮之间的相对位移(物理量)减去由驾驶员的操作引起的惯性力产生的相对位移，能够分出基于路面输入的相对位移和基于驾驶员操作的相对位移，能够提高在乘坐舒适度控制中贡献率高的弹簧上速度的推定精度。
附图说明
图1是表示适用了第一实施方式的悬架控制装置的机动车的立体图；
图2是表示在图1的机动车中用于状态推定部的设计的车辆模型的说明图；
图3是进行图1所示的机动车的乘坐舒适度控制的控制器的控制框图；
图4是将图3中的状态推定部具体化表示的控制框图；
图5是表示基于横向加速度的机动车的负荷移动的说明图；
图6是表示基于前后加速度的机动车的负荷移动的说明图；
图7是表示悬架装置的动作原理的示意图；
图8是用时序图表示4轮各自的相对位移的特性线图；
图9是用时序图表示机动车的转向角、弹簧上位移、弹簧上速度及指令电流特性的特性线图；
图10是表示机动车弹簧上的上下加速度相对于振动频率特性的特性线图；
图11是将第二实施方式的状态推定部具体化表示的控制框图；
图12是将第三实施方式的状态推定部的一部分具体化表示的控制框图；
图13是将第四实施方式的状态推定部的一部分具体化表示的控制框图；
图14是将图13中的减震器响应延迟计算部具体化表示的控制框图；
图15是表示考虑到第四实施方式的响应延迟的衰减力特性的特性线图；
图16是表示第五实施方式的控制指令响应延迟计算部的控制框图；
图17是表示考虑了第五实施方式的控制指令的响应延迟的电流值特性的特性线图。
具体实施方式
以下，以适用于4轮机动车的情况为例，根据附图详细说明本发明实施方式的悬架控制装置。
另外，为了避免说明的繁琐化，在车辆的各车轮位置等上，在标记上附加表示左前(FL)、右前(FR)、左后(RL)、右后(RR)的注脚进行说明。在对左前、右前、左后、右后进行统称时，从标记中省略注脚进行说明。同样，将表示前(F)、后(R)的注脚附加于标记进行说明。在对前后进行总称时，从标记中省略注脚进行说明。
图中，车身1构成车辆(机动车)的车身。在车身1的下侧，例如图2所示，设有左前轮2FL、右前轮2FR、左后轮2RL、右后轮2RR(以下统称为车轮2)。车轮2构成为包含轮胎3。轮胎3例如作为吸收路面的细小凹凸的弹簧起作用。
如图2所示，在左前轮2FL与右前轮2FR之间，为了进行车身1的滚动抑制等而设置了稳定器4F。在左后轮2RL与右后轮2RR之间也同样设置有稳定器4R。该稳定器4是设置在车辆上的稳定机构。稳定器4经由左右分开的一对安装垫等安装在车身1上。前侧的稳定器4F由于产生滚动或者在左前轮2FL与右前轮2FR之间产生上下动作的差，产生由于扭转刚度引起的稳定器反力。同样地，后侧的稳定器4R是由于产生滚动或在左后轮2RL与右后轮2RR之间产生上下动作的差而产生由扭转刚性引起的稳定器反力。
前轮侧的悬架装置5被安装在车身1与车轮2(左前轮2FL、右前轮2FR)之间。如图1、图2所示，悬架装置5通过作为悬架弹簧的螺旋弹簧6、和作为衰减力调整式缓冲器的减震力调整式减震器(以下称为减震器7)构成，所述衰减力调整式减震器与所述螺旋弹簧6并列且分别安装在车身1与两个车轮2(左前轮2FL、右前轮2FR)之间。后轮侧的悬架装置8被安装在车身1与车轮2(左后轮2RL、右后轮2RR)之间。悬架装置8具有作为悬架弹簧的螺旋弹簧9和与该螺旋弹簧9并列地设置在车身1与车轮2(左后轮2RL、右后轮2RR)之间的减震器7。
另外，前、后轮侧的悬架装置5、8也可以是代替作为悬架弹簧的螺旋弹簧6、9，使用例如空气悬架的空气弹簧(未图示)的结构。在这种情况下，通过向左前轮2FL、右前轮2FR、左后轮2RL、右后轮2RR侧的各个空气弹簧供给或排出工作流体(压缩空气)，能够调整作为车轮2与车身1之间的距离的车高。
这里，在前后轮侧的悬架装置5、8中，各减震器7使用例如半主动减震器等减衰力调整式的油压缓冲器而构成。在这些减震器7中，为了将发生减震力的特性(衰减特性)从硬的特性(硬特性)调整为软的特性(软特性)，附设有由衰减力调整阀等构成的促动器7A。各减震器7根据来自外部的指令驱动促动器7A，通过可变地控制动作流体的流动，使衰减特性发生变化。具体地，减震器7根据车身1与车轮2之间的相对速度和目标衰减系数(校正衰减系数)来调整其减震力特性(即衰减特性)。即，控制器11输出对应于相对速度和目标衰减系数的指令电流i(参照图3)。减震器7产生与从控制器11输出的指令电流i对应的衰减力。
车高传感器10在车身1的各车轮(左前轮2FL、右前轮2FR、左后轮2RL、右后轮2RR)侧共计设有4个。这些车高传感器10是车高检测装置，分别地检测出对应于悬架装置5、8的伸长或缩小的车高作为各车轮2侧的车高。共计4个车高传感器10向控制器11输出各个车高的检测信号。这些车高传感器10构成物理量提取部，其检测、推定基于车身1与各车轮2之间的相对位移的物理量(即，上下方向的力及/或上下位置)。但是，一般求出相对位移的加速度传感器等不包含在物理量提取部中。作为物理量提取部的具体例，除了车高传感器以外，例如也可以是各车轮侧的负载传感器。除此之外，如果能算出相对位移，则在使用了激光式传感器的系统结构中也能够适用。
控制器11由微型计算机等构成，构成控制减震器7的衰减特性的控制装置。控制器11的输入侧与车高传感器10连接，并且与传送以车辆的加减速、车速、转向角为代表的各种车辆信息的CAN12(Controller Area Network)连接。控制器11可经由CAN12取得车辆的加减速、车速、转向角等信息。另外，控制器11的输出侧与减震器7的促动器7A连接。控制器11根据所述车高、加减速、车速及转向角等信息来推定车身1的弹簧上速度。控制器11基于推定的弹簧上速度来计算减震器7应发生的衰减特性。控制器11将与根据运算结果的衰减特性相应的指令电流i向促动器7A输出，控制减震器7的衰减特性。
如图3所示，控制器11包括推定车辆状态的状态推定部13和基于状态推定部13的推定结果求出衰减特性(即指令电流i)的运算部14。该运算部14根据作为状态推测部13的推定结果的后述的路面干扰相对位移推定所述弹簧上速度，基于推定的弹簧上速度来求出减震器7应发生的衰减特性。此外，控制器11的运算部14将与所述衰减特性对应的指令电流i输出到促动器7A，可变地控制减震器7的衰减特性。
如图4所示，控制器11的状态推定部13具有：作为外力计算部的外力计算部15，其根据从各车高传感器10输出的车高传感器值(即基于物理量提取部的物理量)和CAN信息算出在车身1上作用的总外力(例如包括路面输入和源于驾驶员的输入)；信号处理部16，其处理来自CAN12的信号；作为上下力计算部的上下力计算部17，其求出车身1的上下力；减震器衰减力推定部18；前轮弹簧力推定部19；上下的相对加速度计算部20，其根据通过驾驶员输入而在弹簧上产生的力的合力算出驾驶员输入引起的上下相对加速度；相对速度计算部21；相对位移计算部22；以及作为路面干扰相对位移计算部的车辆动作提取部23。另外，在作为基于物理量提取部的物理量而使用了车高传感器值的情况下，从外力计算部15输出的值成为包含由总外力引起的车高变化量的总车高值。
所述信号处理部16包含：FB控制指令部16A，其基于来自CAN12或控制器11测得的实际指令值的信号，输出FB(反馈)控制指令；横向加速度计算部16B，其基于来自CAN12的信号(例如车辆的转向角信号及车速信号等)算出作用于车辆的横向加速度Ay；弹簧上质量计算部16C；前后加速度计算部16D。
这里，前后加速度计算部16D基于来自CAN12的信号(例如车辆的加速信号及/或减速信号等)计算作用于车辆上的前后加速度Ax。所述弹簧上质量计算部16C根据来自CAN12的信号来推定车身1的质量(弹簧上质量M)。此时，车身1的质量(弹簧上质量M)也可以采用预先决定的值。另外，也可以使用车高传感器的值(车高值)来计算。
状态推定部13的上下力计算部17例如包括前轮顶起力推定部17A、基于横向加速度Ay的负荷变化计算部17B、前轮抗前倾尾倾力推定部17C以及基于前后加速度Ax的负荷变化计算部17D。上下力计算部17与减震器减震力推定部18以及前轮弹簧力推定部19一同构成外力计算部。该外力计算部算出伴随着车辆操作(包括由驾驶员进行的运转操作、无驾驶员的自动运转操作)引起的负荷移动而施加到各车轮的减震器7(衰减力调整式缓冲器)上的操作起因力。
前轮顶起力推定部17A基于由横向加速度计算部16B求出的横向加速度Ay，通过后述的数10～17式，推定运算而求出顶起降下力JFFL、JFFR、JFRL、JFRR。基于横向加速度Ay的负荷变化计算部17B基于弹簧上质量计算部16C算出的弹簧上质量M和上述横向加速度Ay，根据后述的数3～7式，算出施加到各车轮2上的负荷ΔW(即，车轮负载ΔWFL、ΔWFR、ΔWRL、ΔWRR)的变化。
前轮抗前倾尾倾力推定部17C基于由前后加速度计算部16D求出的前后加速度Ax，根据后述的数22～29式，对抗前倾尾倾力GFFL、GFFR、GFRL、GFRR进行推定运算而求出。基于前后加速度Ax的负荷变化计算部17D根据基于弹簧上质量计算部16C的弹簧上质量M和上述前后加速度Ax，根据后述的数18、19式，算出以前后加速度Ax在各车轮上产生的负荷ΔWAx的变化。
状态推定部13的减震器减震力推定部18构成衰减特性判断部，其基于来自FB控制指令部16A的指令和由后述的相对速度计算部21(弹簧上速度推定部)求出的作为推定弹簧上速度的相对速度(ΔX21 offset/dt)，求出各车轮的减震器7的衰减特性。换言之，减震器衰减力推定部18如下述的数2式那样地通过推定运算来求出减震器衰减力Fda。其中，系数c是衰减系数。
【数1】
Figure BDA0002680811310000071
【数2】
Figure BDA0002680811310000072
前轮弹簧力推测部19具有推定运算基于由后述的相对位移计算部22求出的相对位移(ΔX21 offset)作用于前轮(左前轮2FL、右前轮2FR)上的弹簧力Fsp作为前轮弹簧力(Fsp＝kΔX21 offset)的功能。系数k是弹簧常数。在减震器减震力推定部18与相对速度计算部21之间设有延迟计算器24。另外，在前轮弹簧力推定部19与相对位移计算部22之间设有其他的延迟计算器25。
上下相对加速度计算部20如后述的数34式那样地将上下力计算部17算出的上下力(即，由前轮顶起力推定部17A求出的顶起降下力JFFL、JFFR、JFRL、JFRR、由负载变化计算部17B算出的施加在各车轮2上的负荷ΔW的变化、由前轮抗前倾尾倾力推定部17C求出的抗前倾尾倾力GFFL、GFFR、GFRL、GFRR、以及由荷重变化计算部17D算出的荷重ΔWAx的变化)、由减震器减震力推定部18求出的基于上述数2式的减震器衰减力Fda、由前轮弹簧力推定部19求出的前轮弹簧力(Fsp＝kΔX21 offset)相加，并将各自的力(ΔW，ΔWAx，JF，GF)相加而求出操作起因力的合力Ma，通过将该合力Ma除以质量M来计算相对加速度a。
【数3】
Figure BDA0002680811310000073
【数4】
Figure BDA0002680811310000074
图4所示的相对速度计算部21对由相对加速度计算部20算出的相对加速度a进行积分而算出相对速度(ΔX21offset/dt)。相对位移计算部22对由相对速度计算部21算出的相对速度(ΔX21offset/dt)进行积分，算出相对位移(ΔX21 offset)。
车辆动作提取部23构成车辆动作提取部，其从由上述外力计算部15算出的上述总外力分出由上述操作力计算部算出的上述操作起因力，求出由路面输入引起的外力。换言之，车辆动作提取部23通过从车高传感器10的传感器值中减去基于驾驶员操作的相对位移(ΔX21offset)，来计算由路面干扰引起的相对位移(即，路面干扰相对位移)。
换言之，控制器11(控制装置)的状态推测部13包括：求出车身1的上下力的作为上下力计算部的上下力计算部17；根据由上下力计算部17求出的上下力计算加速度a的作为加速度计算部的相对加速度计算部20；由相对加速度计算部20算出的加速度a推定作为车身1的弹簧上速度的相对速度(ΔX21 offset/dt)的作为弹簧上速度推定部的相对速度计算部21；基于由相对速度计算部21求出的相对速度(ΔX21 offset/dt)求出各车轮的减震器7的衰减特性作为基于上述数2式的减震器衰减力Fda的减震器衰减力推定部18(衰减特性判断部)。
其中，上下力计算部17(例如，前轮顶起力推定部17A、基于横向加速度Ay的负荷变化计算部17B、前轮抗前倾尾倾力推定部17C以及基于前后加速度Ax的负荷变化计算部17D)与减震器衰减力推定部18以及前轮弹簧力推测部19一同构成外力计算部，该外力计算部伴随着车辆操作(包括由驾驶员进行的运转操作、无驾驶员的自动驾驶操作)引起的负荷移动而施加到各车轮的减震器7(衰减力调整式缓冲器)上的操作起因力。
例如，如图5所示，由横向加速度Ay产生的负荷移动和顶起降下力，如图6所示，由前后加速度Ax产生的负荷移动和抬升/下降力来计算在车辆行驶中由驾驶员的操作产生的相对位移动。图5和图6是施加了这些力的状况的示意图。
如图5所示，若在车身1与车轮2之间，将由横向加速度Ay产生的相对位移设为ΔX21 offset，则如以下数5、6式所示地，通过从车高传感器10的检测值(相对位移X21)进行加减计算，算出乘坐舒适度控制用的相对位移X21 left、X21 right。
【数5】
Figure BDA0002680811310000081
【数6】
Figure BDA0002680811310000091
接着，将弹簧上重心G的高度设为hg[m]，将横向加速度设为Ay[m/s2]，将由滚动产生的滚转角设为θroll[deg]，将作为车辆重量的弹簧上质量设为M[kg]，将车辆宽度设为T[m]，可根据以下数7～10式计算施加在各车轮2上的负荷ΔW(即，车轮负载ΔWFL，ΔWFR，ΔWRL，ΔWRR)。图2所示的车辆宽度T的一半宽度T/2的尺寸相当于数7～10式中的宽度TF1、TFr、TRl、TRr的尺寸。在这种情况下，为了简化，如以下的数11式那样，将角度设为零(θroll＝0)而计算滚动角θroll。
【数7】
Figure BDA0002680811310000092
【数8】
Figure BDA0002680811310000093
【数9】
Figure BDA0002680811310000094
【数10】
Figure BDA0002680811310000095
【数11】
Figure BDA0002680811310000096
通过由上述数7～10式算出的横向加速度Ay产生的各车轮的负载ΔW(即，车轮负载ΔWFL、ΔWFR、ΔWRL、ΔWRR)的变化，如以下的数12、13式所示，与将各车轮的弹簧上质量M乘以相对加速度ay的值相等，因此能够由在各车轮产生的负载ΔW算出相对加速度ay，通过对该值进行积分来计算相对位移(ΔX21 offset)。
【数12】
Figure BDA0002680811310000097
【数13】
Figure BDA0002680811310000098
另外，在横向加速度Ay为正(Ay＞0)的情况下，可以用以下数14～17式来表示顶起降下力JFFL、JFFR、JFRL和JFRR。其中，系数PCF1、NCFr、PCRR和NCRR是比例系数。
【数14】
JFF1＝PCF1×Ay
【数15】
JFFR＝-NCFr×Ay
【数16】
JFRL＝PCR1×Ay
【数17】
JFRR＝-NCRr×Ay
在横向加速度Ay为零以下(Ay≤0)的情况下，通过下述数18～21式计算顶起降下力JFFL、JFFR、JFRL、JFRR。其中，系数NCF1、PCFr、NCRR和PCRR是比例系数。
【数18】
JFF1＝NCF1×Ay
【数19】
JFFR＝-PCFr×Ay
【数20】
JFRL＝NCR1×Ay
【数21】
JFRR＝-PCRr×Ay
另一方面，如图6所示，将由前后加速度Ax产生的相对位移设为ΔX21 Offset，作为弹簧上重心G的高度hg、轴距的尺寸Lwbs，将前后加速度设为Ax[m/s2]，将由间距产生的节距角设为θpitch[deg]，将作为车辆重量的弹簧上质量设为M[kg]时，可通过以下的数22式来计算通过前后加速度Ax在各车轮上产生的负载ΔWAx的变化。另外，为了简化而产生的俯仰角θpitch，如下述的数23式那样，设为与零大致相等的值(θpitch≈0)。
【数22】
Figure BDA0002680811310000101
【数23】
Figure BDA0002680811310000111
由前后加速度Ax产生的相对加速度ax可表示为以下的数24式，由前后加速度Ax在各车轮上产生的负载ΔWAx的变化可表示为以下的数25式。
【数24】
Figure BDA0002680811310000112
【数25】
Figure BDA0002680811310000113
通过由前后加速度Ax产生的俯冲下坐(ダイブ·スクオット)，在车身1侧的弹簧上产生基于悬架几何的升降力(即抗前倾尾倾力GFFL、GFFR、GFRL、GFRR)。该力GFFL、GFFR、GFRL和GFRR与前后加速度Ax有比例关系。因此，在前后加速度Ax为正(Ax＞0)的情况下，抗前倾尾倾力GFFL、GFFR、GFRL、GFRR可通过以下数26～29式来算出。其中，系数ACF1、ACFr、ACR1、ACRr是车辆加速时的比例系数。
【数26】
GFFL＝-ACF1×Ax
【数27】
GFFK＝-ACFr×Ax
【数28】
GFRL＝ACR1×Ax
【数29】
GFRR＝ACRr×Ax
在前后加速度Ax为零以下(Ax≤0)的情况下，抗前倾尾倾力GFFL、GFFR、GFRL、GFRR可通过以下数30～33式来计算。其中，系数DCF1、DCFr、DCR1、DCRr是车辆减速时的比例系数。
【数30】
GFFL＝DCF1×Ax
【数31】
GFFR＝DCFr×Ax
【数32】
GFRL＝-DCR1×Ax
【数33】
GFRR＝-DCRr×Ax
图4所示的上下相对加速度计算部20，将根据上述数14～21式由前轮顶起力推定部17A求出的顶起降下力JFFL、JFFR、JFRL、JFRR、通过上述数7～13式由负载变化计算部17B算出的施加在各车轮2上的负荷ΔW的变化、通过上述数26～33式由前轮抗前倾尾倾力推定部17C求出的抗前倾尾倾力GFFL、GFFR、GFRL、GFRR、由负载变化计算部17D算出的负荷ΔWAx的变化、通过上述数26～33式由减震器衰减力推定部18求出的减震器衰减力Fda、由前轮弹簧力推定部19求出的前轮弹簧力(kΔX21offset)如后述的数34式那样合计，并加上各自的力(ΔW，ΔWAx，JF，GF)求出操作起因力的合力Ma。在此基础上，上下的相对加速度计算部20通过将合力Ma除以质量M如上述数3、4式那样算出相对加速度a。
【数34】
Figure BDA0002680811310000121
第一实施方式的悬架控制装置具有如上所述的构成，接下来说明其控制动作。
控制器11的状态推定部13根据各车高传感器10的车高信息和来自CAN12的信号来推定弹簧上状态量。但是，这种情况下的弹簧上状态量，例如如图7所示的悬架装置5、8的动作原理图那样，只要不分出由驾驶员的操作而产生的弹簧上位移(转向、制动)和由于路面输入而产生的相对位移，就可能导致弹簧上状态量的推定精度下降。
因此，在第一实施方式中，在状态推定部13的上下相对加速度计算部20中，前轮顶起力推定部17A求出的顶起降下力JFFL、JFFR、JFRL、JFRR、负荷变化计算部17B算出的施加在各车轮2上的负荷ΔW的变化、由前轮顶起力推定部17C求出的抗前倾尾倾力GFFL、GFFR、GFRL、GFRR、负荷变化计算部17D算出的负荷ΔWAx的变化、由减震器衰减力推测部18求出的基于上述数2式的减震器衰减力Fda、由前轮弹簧力推定部19求出的前轮弹簧力(Fsp＝kΔX21offset)如上述数34式那样合计，求出操作起因力的合力Ma。然后，通过将该合力Ma除以质量M来计算相对加速度a。
接着，相对速度计算部21根据由相对加速度计算部20算出的相对加速度a来推定并计算作为车身1的弹簧上速度的相对速度(ΔX21 offset/dt)，相对位移动计算部22对上述相对速度(ΔX21 offset/dt)进行积分来计算相对速度(ΔX21 offset/dt)。也就是说，相对位移计算部22作为车辆惯性影响相对位移，算出由驾驶员的操作引起的惯性力、顶起上升、下降及升降机升、降等悬架几何产生的力产生的相对位移(ΔX21 offset)。
在此基础上，车辆动作提取部23从由外力计算部15算出的总外力分出由上述操作力计算部算出的上述操作起因力，求出由路面输入引起的外力。换言之，车辆动作提取部23通过从车高传感器10的传感器值中减去由驾驶员操作引起的相对位移动(ΔX21 offset)，计算由于路面干扰引起的相对位移(即，路面干扰相对位移)。
因此，根据第一实施方式，能够分出基于路面输入的相对位移(基于车高传感器10的传感器值)和基于驾驶员操作的相对位移(ΔX21 offset)，作为路面干扰相对位移，能够算出基于路面干扰的相对位移。由此，通过乘坐舒适度控制，能够提高贡献率高的弹簧上速度的推定精度，能够进行与路面输入对应的有效的乘坐舒适度控制。
换言之，通过从由各车高传感器10计测的传感器值除去车辆行驶时的加减速和由转向这样的驾驶员操作产生的惯性力、由顶起上升、下降和升降等悬架几何产生的力产生的相对位移，能够将由路面输入产生的相对位移信号(即路面干扰相对位移)输入到图3所示的运算部14。
在此基础上，运算部14根据作为状态推定部13的推定结果的路面干扰相对位移来推定上述弹簧上速度，基于推定的弹簧上速度求出减震器7应发生的衰减特性，将与该衰减特性对应的指令电流i输出到促动器7A，能够可变地控制减震器7的衰减特性。
因此，为了验证本实施方式的车辆状态推定的有效性，进行了将本实施方式的悬架控制装置搭载在实际车辆上，在蜿蜒的道路上行驶的行驶测试。图8～图10表示该测试结果的特性。在这种情况下，行驶模式是在蜿蜒的道路上伴随着转弯反复进入、脱离，能够评价基于蜿蜒道路的路面输入和基于操舵的弹簧上的动作的复合性影响。
图8中实线所示的特性线31表示由右前轮2FR侧的路面输入产生的相对位移信号(即路面干扰相对位移)的特性。与此相对，用虚线表示的特性线32表示由右前轮2FR侧的车高传感器10测量的传感器值的特性。接着，图8中实线所示的特性线33表示由左前轮2FL侧的路面输入产生的相对位移信号(即，路面干扰相对位移)的特性。与此相对，用虚线表示的特性线34表示由左前轮2FL侧的车高传感器10测得的传感器值的特性。
图8中用实线表示的特性线35表示由右后轮2RR的路面输入产生的相对位移信号(即路面干扰相对位移)的特性。与此相对，用虚线表示的特性线36表示由右后轮2RR侧的车高传感器10测量的传感器值的特性。接着，图8中实线所示的特性线37表示由左后轮2RL侧的路面输入产生的相对位移信号(即，路面干扰相对位移)的特性。与此相对，虚线所示的特性线34表示由左后轮2RL侧的车高传感器10测量的传感器值的特性。
图8中实线所示的本实施方式的特性线31、33、35、37(路面干扰相对位移)与虚线所示的特性线32、34、36、38(车高传感器10的传感器值)相比，为相对平滑的位移特性，可评价为乘坐舒适度性能提高。
图9中实线所示的特性线39表示在蜿蜒道路的转弯行驶时，本实施方式的转向角的特性。图9中虚线所示的特性线40表示现有技术(即，不分出基于驾驶员操作的相对位移和基于路面输入的相对位移的情况下)的转向角的变化。另外，实线所示的特性线41表示本实施方式(即，分出基于驾驶员操作的相对位移和基于路面输入的相对位移的情况)的弹簧上位移的特性。与此相对，虚线表示的特性线42表示了现有技术的弹簧上位移的特性。
接着，图9中实线所示的特性线43表示在蜿蜒道路的旋转行驶时、本实施方式中的弹簧上速度的特性。与此相对，虚线所示的特性线44表示现有技术的弹簧上速度的特性。另外，实线所示的特性线45表示本实施方式(即，分出基于驾驶员操作的相对位移和基于路面输入的相对位移的情况)的指令电流的特性。虚线所示的特性线46表示现有技术的指令电流的特性。
通过图9所示的特性线40～46，在操作舵输入和蜿蜒道路输入复合而发生的时刻(例如图9中的时间t1～t2)，如虚线所示的现有技术的特性线46那样，可知指令电流表现为误指令。因此，在现有技术中，由于该误指令，乘坐舒适度觉整体恶化。也就是说，在现有技术中，将由驾驶员输入产生的弹簧上位移动判断为因路面输入而引起的位移，并进行了错误的控制。
图10中实线所示的特性线47表示本实施方式中的弹簧上加速度的PSD值与振动频率的关系。图10中虚线所示的特性线48表示现有技术(即，未分出基于驾驶员操作的相对位移和基于路面输入的相对位移)的弹簧上加速度的PSD值。由特性线47(本实施方式的弹簧上加速度的PSD值)也可知，与现有技术(特性线48)相比，车辆的乘坐舒适度整体提高。
这样，根据第一实施方式，通过进行分出基于驾驶员操作的相对位移动和基于路面输入的相对位移动的控制，能够提高弹簧上推定精度，提高乘坐舒适性能。换言之，由于现有技术那样的错误指令减少，所以如图10中实线所示的特性线47那样，能够改善在高频区域的乘坐舒适度。
因此，根据第一实施方式，能够提高基于驾驶员的加减速和转向的弹簧上动作的影响而产生的乘坐舒适度控制用的弹簧上速度推定的精度，例如能够提高图1、图2所示的车辆(机动车)的乘坐舒适度性能。另外，通过考虑由悬架几何引起的驾驶员操作产生的顶起降下力和抬升/下降力，能够提高悬架形式和规格中产生的相对位移的推定值的精度。
另外，根据第一实施方式，通过分出基于驾驶员操作的相对位移和基于路面输入的相对位移，能够降低转弯时和加减速时的乘坐舒适度控制的误控制，能够提高乘坐舒适性能。而且，仅由车高传感器10也能够实现与以往使用了弹簧上加速度传感器的系统同等的乘坐舒适度觉性能，能够提高使用了车高传感器10的半主动悬架系统的市场价值。
接着，图11表示了第二实施方式。本实施方式的特征在于，由物理量提取部(车高传感器)算出的位移等推定弹簧上质量，即使在车辆的乘员数量和装载重量发生了变化的情况下，也提高由于弹簧上质量的增减而引起的相对位移值的推定精度的鲁棒性。另外，在第二实施方式中，对与上述第一实施方式相同的构成要素标注相同的标记并省略其说明。
在第二实施方式中采用的状态推定部13的信号处理部51，与上述第一实施方式中叙述的信号处理部16同样，具有：基于来自CAN12的信号计算FB(反馈)控制指令的FB控制指令部51A；基于来自CAN12的信号(例如车辆的转向角信号及车速信号等)算出作用在车辆上的横向加速度Ay的横向加速度计算部51B；弹簧上质量计算部51C；前后加速度计算部51D。
但是，信号处理部51的弹簧上质量计算部51C具有基于来自CAN12的信号(例如包含各车高传感器10的传感器值的信号等)推定并算出车身1的质量(簧上质量M)的功能。此时的弹簧上质量计算部51C，通过使用由使用了车高传感器10的质量推定逻辑推定的质量值，能够提高由于弹簧上质量M的增减而引起的相对位移值的推定精度的鲁棒性。
因此，根据这样构成的第二实施方式，在基于横向加速度Ay的负荷变化计算部17B中，根据基于弹簧上质量计算部51C的弹簧上质量M和横向加速度Ay，通过上述数3～7式算出施加到各车轮2上的负荷ΔW(即车轮负载ΔWFL、ΔWFR、ΔWRL、ΔWRR)的变化时，能够将质量M作为变量，使用由使用了车高传感器10的质量推定逻辑推定的质量值。
另外，在基于前后加速度Ax的负荷变化计算部17D中，也基于弹簧上质量计算部51C的弹簧上质量M和前后加速度Ax，通过上述数18、19式算出以前后加速度Ax在各车轮上产生的负荷ΔWAx的变化时，将质量M作为变量，能够使用质量值，该质量值使用了车高传感器10由质量推定逻辑推定。
另外，上下的相对加速度计算部20(加速度计算部)可使用由上下力计算部17等求出的上下力(操作起因力)和基于弹簧上质量计算部51C(质量计算部)的弹簧上质量M，如上述数3、4式那样地计算相对加速度a。
因此，通过上述数13、25式，在从基于驾驶员的转向的横向加速度、前后加速度导出相对位移的偏移量时，可使用由使用了车高传感器10的质量推定逻辑推定的质量值进行除法运算，能够使基于弹簧上质量M的增减的相对位移值的推定精度的鲁棒性提高。
因此，根据第二实施方式，即使乘员数量和装载重量发生变化，也能够使用从物理量提取部(例如车高传感器10)算出的位移等推定的弹簧上的质量来计算加速度，所以能够直接考虑弹簧上质量M的变化所带来的影响。结果，能够改善重量变化时的推定精度，提高车辆的乘坐舒适度。
图12表示了第三实施方式。本实施方式的特征是，作为由驾驶员的操作引起的惯性力、由悬架几何产生的力，除了上述顶起降下力(JF)、提升/下降力(GF)以外，也考虑作为减震器产生的力的气体反力(KGas)、触发器(KFriction)、油压(KOil)、衰减力响应(Tdelay)等。另外，在第二实施方式中，对与上述第一实施方式相同的构成要素标注相同的标记并省略其说明。
在上下相对加速度计算部20的输入侧连接有上下力计算部17(即，前轮顶起力推定部17A、负荷变化计算部17B、前轮抗前倾尾倾力推定部17C以及负荷变化计算部17D)、减震器衰减力推定部18和前轮弹簧力推定部19。但是，在第三实施方式中，在上下的相对加速度计算部20的输入侧，还连接有稳定器弹簧力推定部61、减震器气体压力推定部62、减震器摩擦推定部63、减震器油弹性力推定部64以及悬架推力推定部65。
稳定器弹簧力推定部61根据滚动或在左前轮2FL与右前轮2FR之间由上下运动的差来推定运算由图2所示的前轮侧的稳定器4F的扭转刚度引起的稳定器反力。另外，关于图2所示的后轮侧的稳定器4R，同样地，根据滚动或在左后轮2RL与右后轮2RR之间的上下运动的差来推定运算由扭转刚性引起的稳定器反力。
减震器气体压力推定部62在前后轮侧的悬架装置5、8中，代替图1、图2所示的螺旋弹簧6、9，采用空气悬架的空气弹簧(未图示)的结构，对左前轮2FL、右前轮2FR、左后轮2RL、右后轮2RR侧的各空气弹簧，作为减震器气体压力推定运算被供给或排出的动作流体(压缩空气)的气体反力(KGas)。
减震器摩擦推定部63将各减震器7的滑动部中的摩擦阻力作为摩擦(KFriction)进行推定运算。减震器油弹性力推定部64将封入各减震器7内的动作流体(油)的油压(KOil)推定为减震器油弹性力而进行运算。悬架轴力推定部65将作为悬架的构成要素而设置在各减震器7上的轴套和支架作为等价弹簧常数(KBusing)进行推定运算。
另外，前、后轮侧的悬架装置5、8中的衰减力响应(Tdelay)也可以用作提高推定精度的要素。并且，在以下的数35式中，也可以加上前、后轮侧的稳定器4F，4R的稳定器反力。
以下的数35式表示第三实施方式中的悬架装置的运动方程式。其中，衰减力Fd通过下述数36式，由衰减力响应(Tdelay)求出，衰减力Fc通过下述数37式，基于衰减系数c求出。
【数35】
Figure BDA0002680811310000181
【数36】
Figure BDA0002680811310000182
【数37】
Figure BDA0002680811310000183
因此，在这样构成的第三实施方式中，在上下相对加速度计算部20的输入侧，除了前轮弹簧力推定部19等以外，还包括稳定器弹簧力推定部61、减震器气体压力推定部62、减震器摩擦推定部63、减震器油弹性力推定部64以及悬架推力推定部65等进行连接。因此，通过将上述数35式的右栏中记载的各项目例如追加到上述数34式的左栏并相加，在图12所示的上下相对加速度计算部20中，能够提高用质量M除以前的合力Ma的计算(估计)精度。
接着，图13～图15表示了第四实施方式。在本实施方式中，对与上述第三实施方式相同的构成要素标注相同的标记并省略其说明。但是，第四实施方式的特征在于，在减震器衰减力推定部18与上下的相对加速度计算部20之间设置减震器响应延迟计算部71。
在此，减震器响应延迟计算部71如图14所示，包括上升侧的一次延迟要素72以及下降侧的一次延迟要素73和最小值选择部74而构成。最小值选择部74选择经由上升侧的一次延迟要素72进行运算输出的减震器衰减力(图15中虚线所示的特性线75)和经由下降侧的一次延迟要素73进行运算输出的减震器衰减力(图15中用双点划线表示的特性线76)中较小一方的减震器衰减力。
由此，能够从减震器响应延迟计算部71的最小值选择部74，如图15中实线所示的特性线77那样，将考虑到减震器响应延迟的衰减力输出到上下的相对加速度计算部20。另外，向减震器衰减力推定部18输入基于来自CAN12的信号由FB控制指令部16A算出的FB(反馈)控制指令和从相对速度计算部21经由延迟算子24输出的相对速度的信号。
上述数35式中的衰减力Fd具有依赖于各减震器7的机构的响应特性，各减震器7的响应特性有由伸长(伸长行程)和收缩(缩小行程)的相对速度引起的特性、和由指令电流引起的特性。如上述数36式那样，通过考虑这些，能够提高推定精度。例如，图14所示的减震器响应延迟运算部71组合一次延迟元件72、73而构成。
因此，在这样构成的第四实施方式中，如图15中实线所示的特性线77那样，能够推定考虑了响应延迟的衰减力并进行运算，将基于其运算结果的衰减力Fd向上下的相对加速度计算部20输出。因此，能够提高由驾驶员操作引起的相对位移偏置的推定精度。
接着，图16和17表示了第五实施方式。在本实施方式中，对与上述第三实施方式相同的构成要素标注相同的标记并省略其说明。但是，第五实施方式的特征在于，在FB控制指令部16A和减震器衰减力推定部18之间设置控制指令响应延迟运算部81。
在此，如图16所示，控制指令响应延迟运算部81包括上升侧的一次延迟要素82以及下降侧的一次延迟要素83和最小值选择部84而构成。最小值选择部84从FB控制指令部16A经由上升侧的一次延迟要素82输出的控制指令的电流值(图17中虚线所示的特性线85)、经由下降侧的一次延迟元件83从FB控制指令部16A输出的控制指令的电流值(图17中用双点划线表示的特性线86)中选择较小的电流值。
由此，能够从控制指令响应延迟运算部81的最小值选择部84将如图17中实线所示的特性线87那样地考虑了响应延迟的控制指令的电流值相对于减震器衰减力推定部18输出。另外，将考虑到从控制指令响应延迟运算部81(最小值选择部84)输出的响应延迟的控制指令和从相对速度计算部21经由延迟算子24输出的相对速度的信号输入到减震器衰减力推定部18。
由控制器11算出的目标衰减力算出的指令电流(控制指令的电流值)和实际流过电路的电流由于螺线管的温度和晶体管的温度上升，影响指令电流的上升和下降。控制指令响应延迟运算部81如图16所示，通过组合一次延迟要素82、83，通过将指令电流值的响应特性如图17所示地考虑电流的上升、下降，能够正确推定实际发生的衰减力，能够提高由驾驶员操作引起的相对位移偏移的推定精度。
因此，在这样构成的第五实施方式中，如图17中实线所示的特性线87那样，能够推定考虑了响应延迟的控制指令的电流值并进行运算，将基于该运算结果的电流值输出到减震器衰减力推定部18。因此，能够提高由驾驶员操作引起的相对位移偏置的推定精度。
另外，在上述各实施方式中，以构成通过设置在各车轮侧的车高传感器10来检测、推定基于车身1与各车轮2之间的相对位移的物理量(即上下方向的力及/或上下位置)的物理量提取部的情况为例进行了说明。但是，本发明不限于此，也可以例如通过各车轮侧的负载传感器构成物理量提取部。但是，一般求出相对位移的加速度传感器等不包含在物理量提取部中。
另外，在上述各实施方式中，在状态推测部13中，根据组装了稳定器的车辆模型来推定车身的状态。但是，本发明不限于此，也可以通过省略了稳定器的车辆模型来推定车身的状态。
另外，在上述各实施方式中，以由半主动减震器构成的衰减力调整式减震器7构成衰减力调整式缓冲器的情况为例进行了说明。但是，本发明不限于此，例如也可以使用有源减震器(电促动器、油压促动器中的任一种)构成衰减力调整式缓冲器。
作为基于以上说明的实施方式的悬架控制装置，例如可以考虑以下所述方式的装置。
作为第一方面，悬架控制装置具有：衰减力调整式缓冲器，其分别配置在车辆的车身与各个车轮之间，根据来自外部的指令使衰减特性变化；物理量提取部，其检测或推定基于所述车身与各个所述车轮之间的相对位移的物理量；控制装置，其控制各个所述衰减力调整式缓冲器的衰减特性；所述控制装置具有：外力计算部，其由从所述物理量提取部输出的所述物理量算出作用在所述车身上的总外力；操作力计算部，其算出伴随着车辆操作引起的负荷移动而施加到各个所述衰减力调整式缓冲器上的操作起因力；车辆动作提取单元，其从由所述外力计算部算出的所述总外力分出由所述操作力计算部算出的所述操作起因力，求出由路面输入引起的外力。
作为第二方面，在上述第一方面中，所述操作起因力包括由所述车辆的加减速及转向产生的惯性力或由悬架几何产生的力。作为第三方面，在上述第一方面中，所述物理量提取部具备车高传感器。
作为第四方面，在上述第一方面中，所述控制装置具有：上下力计算部，其求出所述车身的上下力；加速度计算部，其根据由所述上下力计算部求出的上述上下力算出加速度；弹簧上速度推定部，其根据由所述加速度计算部算出的所述加速度推定所述车身的弹簧上速度；衰减特性判断部，其基于由所述弹簧上速度推定部求出的所述弹簧上速度求出各个所述衰减力调整式缓冲器的衰减特性。作为第五方面，在上述第四方面中，还具备根据由所述物理量提取部计算出的位移求出所述车身的质量的质量计算部，所述加速度计算部使用由所述上下力计算部求出的所述上下力和由所述质量计算部求出的所述质量算出所述加速度。
根据该第五方面，通过将由上下力计算部求出的上下力除以由质量计算部求出的质量，能够算出加速度。因此，即使乘员数量和装载重量发生变化，也能够使用由物理量提取部(车高传感器)算出的位移等推定的弹簧上质量来算出加速度，因此能够直接考虑由于弹簧上质量变化的影响。结果，能够改善重量变化时的推定精度，提高车辆的乘坐舒适度。
以上，对本发明的一些实施方式进行了说明，上述发明的实施方式是为了便于理解本发明，并不限定本发明。本发明在不脱离其主旨的情况下可进行变更、改良，并且在本发明中包含其均等物。另外，在能够解决上述课题的至少一部分的范围或者起到效果的至少一部分的范围内，可将权利要求书和说明书中记载的各构成要素任意组合或省略。
本申请基于2018年3月27日申请的日本专利申请号2018-060017号主张优先权。包括2018年3月27日申请的日本专利申请号2018-060017的说明书、权利要求书、附图以及摘要在内的全部公开内容，通过参照整体编入本申请中。
附图标记说明
1：车身
2：车轮
4：稳定器(稳定器机构)
5、8：悬架装置
7：衰减力调整式减震器(衰减力调整式缓冲器)
10：车高传感器(物理量提取部)
11：控制器(控制装置)
13：状态推定部
14：运算部
15：外力计算部(外力计算部)
16：信号处理部
17：上下力计算部(上下力计算部，操作力计算部)
18：减震器衰减力推定部(減衰特性判断部，操作力计算部)
19：前轮弹簧力推定部(操作力计算部)
20：上下的相对加速度计算部(加速度计算部)
21：相对速度计算部(弹簧上速度推定部)
22：相对位移计算部
23：车辆动作提取部(车辆动作提取部)
51C：弹簧上质量计算部(质量计算部)

Claims (5)

1.一种悬架控制装置，其中，具有：
衰减力调整式缓冲器，其分别配置在车辆的车身与各个车轮之间，根据来自外部的指令使衰减特性变化；
物理量提取部，其检测或推定基于所述车身与各个所述车轮之间的相对位移的物理量；
控制装置，其控制各个所述衰减力调整式缓冲器的衰减特性；
所述控制装置具有：
外力计算部，其由从所述物理量提取部输出的所述物理量算出作用在所述车身上的总外力；
操作力计算部，其算出伴随着车辆操作引起的负荷移动而施加到各个所述衰减力调整式缓冲器上的操作起因力；
车辆动作提取单元，其从由所述外力计算部算出的所述总外力分出由所述操作力计算部算出的所述操作起因力，求出由路面输入引起的外力。
2.如权利要求1所述的悬架控制装置，其中，
所述操作起因力包括由所述车辆的加减速及转向产生的惯性力或由悬架几何产生的力。
3.如权利要求1所述的悬架控制装置，其中，
所述物理量提取部具备车高传感器。
4.如权利要求1所述的悬架控制装置，其中，
所述控制装置具有：
上下力计算部，其求出所述车身的上下力；
加速度计算部，其根据由所述上下力计算部求出的上述上下力算出加速度；
弹簧上速度推定部，其根据由所述加速度计算部算出的所述加速度推定所述车身的弹簧上速度；
衰减特性判断部，其基于由所述弹簧上速度推定部求出的所述弹簧上速度求出各个所述衰减力调整式缓冲器的衰减特性。
5.如权利要求4所述的悬架控制装置，其中，
还具备根据由所述物理量提取部计算出的位移求出所述车身的质量的质量计算部，
所述加速度计算部使用由所述上下力计算部求出的所述上下力和由所述质量计算部求出的所述质量算出所述加速度。
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