JP2005262946A - スタビライザ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 迅速且つ円滑に、スタビライザバーの車両への取付端部におけるねじりトルクを制御し、車体ロール運動を適切に抑制する。
【解決手段】 電気モータＭを制御してスタビライザのねじり力を制御するスタビライザ制御装置において、車両状態検出手段の検出結果（横加速度Ｇｙ、ヨーレイトγ、車速Ｖｓ及び操舵角δ）に基づき電気モータＭに対する目標トルク（ｒ）を演算する。一方、トルク推定器ＴＥにて、一対のスタビライザバーの車両への取付端部に発生するねじりトルクを推定する。この推定トルク（ｙ）と目標トルクとの比較結果（偏差ｅ）に応じて、電気モータをフィードバック制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両のスタビライザ制御装置に関し、特に、左右車輪間に配設するスタビライザのねじり剛性を電気駆動のアクチュエータによって可変制御するスタビライザ制御装置に係る。

一般的に、車両のスタビライザ制御装置は、車両の旋回走行中にスタビライザの作用により適切なロールモーメントを外部から付与し、車体のロール運動を低減または抑制するように構成されている。この機能を実現するため、例えば特許文献１には、車両の旋回強さに応じてアクチュエータを駆動・制御してスタビライザの見掛け上のねじり剛性を変化させるスタビライザの効力制御装置が提案されている。具体的には、各種センサ信号から電磁式リニアアクチュエータの推力を算出し、この推力を電流値に変換することにより、目標電流値を設定し、ＰＩＤ制御を実行するように構成されている。そして、３相デルタ結線されたコイルの積層体からなるステータに対し、位置検出手段の出力に基づく同期信号に応じて励磁電流を供給すると共に、実電流をフィードバックすることにより、スタビライザのねじり剛性を最適化するようにアクチュエータが伸縮駆動される旨、記載されている。

更に、特許文献２には、スタビライザバーを二分割し、その半部分間に電気機械式旋回アクチュエータを設けた車両の横揺れ安定化装置が提案されている。即ち、特許文献２においては、予緊張トルクを発生するために使用される電気機械式旋回アクチュエータは、３つの基本構成要素、即ち電動機、減速歯車装置及びそれらの中間に配置されたブレーキから構成され、電動機により発生されたトルクは、減速歯車装置を介して、スタビライザの予緊張のために必要なトルクに変換され、スタビライザ半部分は、軸受を介して電気機械式旋回アクチュエータないしハウジングに直接支持され、そして他方のスタビライザ半部分は、減速歯車装置の出力側（高トルク側）と結合され、且つ軸受内に支持される構成が示されている。

特開２０００−７１７３９号公報 特表２００２−５１８２４５号公報

前掲の特許文献２に記載の装置において、特許文献１に記載のように電流フィードバック制御を行って、電動機（電気モータ）の出力を発生させ、減速歯車装置（減速機）を用いて動力伝達する場合には、以下の問題が生ずる。即ち、電動機に電流を供給することによって発生するモータトルクと、減速歯車装置を介したスタビライザバーの車両への取付端部に発生するねじりトルクは静的には一致するが、過渡的にみれば、通常、モータトルクが発生した後に、スタビライザバーの車両への取付端部でねじりトルクが発生する。そのため、電動機の電流制御によって、その出力たるモータトルクは制御可能であるが、スタビライザバーの車両への取付端部におけるねじりトルクを直接制御することはできず、迅速なトルク制御は至難である。

そこで、本発明は、電気モータ及び減速機を有するアクチュエータを備え、電気モータを制御してスタビライザのねじり力を制御するスタビライザ制御装置において、迅速且つ円滑に、スタビライザバーの車両への取付端部におけるねじりトルクを制御し、車体ロール運動を適切に抑制することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、車両の左右車輪間に配設される一対のスタビライザバーと、電気モータ及び減速機を有し前記一対のスタビライザバーの間に配設されるアクチュエータを具備し、前記一対のスタビライザバーの各々の自由端部を前記車両への取付端部としたスタビライザと、前記車両の運転状態及び運転者による操舵状態を検出する車両状態検出手段を備え、該車両状態検出手段の検出結果に応じて前記電気モータを制御して前記スタビライザのねじり力を制御するスタビライザ制御装置において、前記車両状態検出手段の検出結果に基づき前記電気モータに対する目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを推定するスタビライザ端部トルク推定手段と、該スタビライザ端部トルク推定手段の推定結果のねじりトルクと前記目標トルク演算手段が演算した目標トルクとの比較結果に応じて前記電気モータを制御するフィードバック制御手段を備えることとしたものである。

前記スタビライザ端部トルク推定手段は、請求項２に記載のように、前記電気モータに所定の試験信号を入力したときの前記電気モータの電流を測定するモータ電流測定手段と、前記電気モータに所定の試験信号を入力したときの前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを測定するスタビライザ端部トルク測定手段と、前記電気モータの入力信号と前記モータ電流測定手段の測定結果との間の伝達関数を設定する第１の伝達関数設定手段と、前記電気モータの入力信号と前記スタビライザ端部トルク測定手段の測定結果との間の伝達関数を設定する第２の伝達関数設定手段を備えたものとし、前記第１及び第２の伝達関数設定手段が設定した第１及び第２の伝達関数に基づき、前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを推定するように構成するとよい。

また、前記スタビライザ端部トルク推定手段は、請求項３に記載のように、前記電気モータに所定の試験信号を入力したときの前記電気モータのトルクを測定するモータトルク測定手段と、前記電気モータに所定の試験信号を入力したときの前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを測定するスタビライザ端部トルク測定手段と、前記電気モータの入力信号と前記モータトルク測定手段の測定結果との間の伝達関数を設定する第１の伝達関数設定手段と、前記電気モータの入力信号と前記スタビライザ端部トルク測定手段の測定結果との間の伝達関数を設定する第２の伝達関数設定手段を備えたものとし、前記第１及び第２の伝達関数設定手段が設定した第１及び第２の伝達関数に基づき、前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを推定するように構成してもよい。

あるいは、前記スタビライザ端部トルク推定手段は、請求項４に記載のように、前記電気モータから前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に至るまでの運動方程式を設定する運動方程式設定手段と、前記電気モータのトルクを測定するモータトルク測定手段を備えたものとし、該モータトルク測定手段の測定結果に応じて前記運動方程式に基づき、前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを推定するように構成することもできる。

前記フィードバック制御手段は、請求項５に記載のように、前記フィードバック制御手段から前記アクチュエータまでの動特性及び前記アクチュエータから前記スタビライザバーまでの動特性を数学モデルで表し、該数学モデルと、所望の目標応答に応じて予め設定した規範モデルとの比較結果に応じて、フィードバック制御定数を設定するように構成してもよい。

而して、請求項１に記載のスタビライザ制御装置によれば、車両状態検出手段の検出結果に基づき電気モータに対する目標トルクを演算し、一対のスタビライザバーの車両への取付端部に発生するねじりトルクをスタビライザ端部トルク推定手段にて推定し、その推定結果のねじりトルクと目標トルクとの比較結果に応じて、フィードバック制御手段にて電気モータをフィードバック制御することとしているので、迅速且つ円滑に車体ロール運動の抑制を行なうことができる。上記車両状態検出手段の検出結果である車両の運転状態を表す指標としては、車両の横加速度、ヨーレイト及び車速を含み、運転者による操舵状態を表す指標としては、運転者のステアリング操作による操舵角を含み、例えば、これらに基づいて算出される目標トルクに適切に追従するように制御されるので、迅速且つ円滑な制御が可能となる。

上記のスタビライザ端部トルク推定手段は、請求項２乃至４に記載のように構成すれば、一対のスタビライザバーの車両への取付端部に発生するねじりトルクを容易且つ適切に推定することができる。特に、上記のフィードバック制御手段を請求項５に記載のように構成すれば、適切に制御定数を設定することができる。

以下、本発明の望ましい実施形態を説明する。先ず、本発明の一実施形態に係るスタビライザ制御装置を備えた車両の全体構成について図２を参照して説明すると、車体（図示せず）にロール方向の運動が入力された場合に、ねじりばねとして作用する前輪側スタビライザＳＢｆと後輪側スタビライザＳＢｒが配設される。これら前輪側スタビライザＳＢｆ及び後輪側スタビライザＳＢｒは、車体のロール運動である車体ロール角を抑制するために、各々のねじり剛性がスタビライザアクチュエータＦＴ及びＲＴによって可変制御されるように構成されている。尚、これらのスタビライザアクチュエータ（以下、単にアクチュエータという）ＦＴ及びＲＴは、電子制御装置ＥＣＵ内のスタビライザ制御ユニットＥＣＵ１によって制御される。

図２に示すように各車輪ＷＨxxには車輪速度センサＷＳxxが配設され（添字xxは各車輪を意味し、frは右側前輪、fl左側前輪、rrは右側後輪、rlは左側後輪を示す）、これらが電子制御装置ＥＣＵに接続されており、各車輪の回転速度、即ち車輪速度に比例するパルス数のパルス信号が電子制御装置ＥＣＵに入力されるように構成されている。而して、これらの車輪速度センサＷＳxxの検出車輪速度に基づき車体速度（車速）Ｖｓを推定演算することができる。更に、ステアリングホイールＳＷの操舵角（ハンドル角）δを検出する操舵角センサＳＡ、車両の前後加速度Ｇｘを検出する前後加速度センサＸＧ、車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサＹＧ、車両のヨーレイトγを検出するヨーレイトセンサＹＲ等が電子制御装置ＥＣＵに接続されている。

尚、電子制御装置ＥＣＵ内には、上記のスタビライザ制御ユニットＥＣＵ１のほか、ブレーキ制御ユニットＥＣＵ２、操舵制御ユニットＥＣＵ３等が構成されており、これらの制御ユニットＥＣＵ１乃至３は夫々、通信用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた通信ユニット（図示せず）を介して通信バスに接続されている。而して、各制御システムに必要な情報を他の制御システムから送信することができる。

図３は、スタビライザアクチュエータＦＴの具体的構成例（ＲＴも同様の構成）を示すもので、前輪側スタビライザＳＢｆは左右一対のスタビライザバーＳＢfr及びＳＢflに二分割されており、夫々の一端が取付端部（ＳＢfre及びＳＢfle）として左右の車輪懸架装置（図示せず）に接続され、他端の一方側が減速機ＲＤを介して電気モータＭのロータＲＯ、その他方側が電気モータＭのステータＳＲに接続されている。尚、スタビライザバーＳＢfr及びＳＢflは保持手段ＨＬfr及びＨＬflにより車体に保持される。而して、電気モータＭが通電されると、二分割のスタビライザバーＳＢfr及びＳＢflの夫々に対しねじり力が生じ、前輪側スタビライザＳＢｆのねじりばね特性が変更されるので、車体のロール剛性が制御されることになる。尚、電気モータＭの回転角を検出する回転角検出手段として、回転角センサＲＳがスタビライザアクチュエータＦＴ内に配設されている。

上記のスタビライザ制御装置において、図１は、スタビライザアクチュエータの一例の基本制御を示すもので、図２に示す横加速度センサＹＧによって車両の横加速度Ｇｙが、ヨーレイトセンサＹＲによって車両のヨーレイトγが夫々検出され、前述のように推定演算された車速Ｖｓと共に、車両状態の検出結果として、目標トルク演算部ＴＣに供給される。そして、運転者による操舵状態として、図２に示す操舵角センサＳＡによって操舵角δが検出され、目標トルク演算部ＴＣに供給され、ここで目標トルクｒが設定される。尚、車速センサ（図示せず）を配設し、車速Ｖｓを直接検出し得るように構成してもよい。

一方、スタビライザ端部トルク推定器ＴＥにおいて、後述するように、一対のスタビライザバー（例えばＳＢfr及びＳＢfl）の車両への取付端部（ＳＢfre及びＳＢfle）に発生するねじりトルク（以下、スタビライザ端部トルクという）が推定され、推定トルクｙとされる。そして、目標トルク演算部ＴＣで演算された目標トルクｒと、スタビライザ端部トルク推定器ＴＥにて推定された推定トルクｙとの比較結果に応じて、フィードバック制御コントローラＦＣによってフィードバック制御が行われる。即ち、ＰＩＤコントローラによって、目標トルクｒと推定トルクｙが一致するように制御され、スタビライザアクチュエータ（例えばＦＴ）内の電気モータＭに印加される電圧がＰＷＭ入力信号（デューティ信号）として随時決定されて、スタビライザ端部トルクが制御されるように構成されている。これにより、車両旋回時の車体ロール角を適切に抑制することができる。

上記トルク推定器ＴＥにおける伝達関数Ｇyi(s)等は、事前の台上試験によって、以下のように設定される。即ち、スタビライザ端部トルクを測定することが可能なときに、一対のスタビライザバー（例えばＳＢfr及びＳＢfl）の車両への取付端部（ＳＢfre及びＳＢfle）にスタビライザ端部トルクセンサ（図示せず）が装着され、当該取付端部（ＳＢfre及びＳＢfle）に発生するねじりトルクを測定し得る状態とされる。この状態で、電気モータＭに対し、ステップ信号、Ｍ系列信号、正弦波スイープ信号等、試験用のＰＷＭ制御入力信号ｕが供給されたときの電気モータＭの電流がモータ電流センサ（図示せず）によって測定され、その測定結果のモータ電流ｉの変化に基づき、ＰＷＭ制御入力信号ｕから電気モータＭのモータ電流ｉまでの伝達関数が求められる。

通常、入力信号の大きさ、種類、あるいは電気モータＭの状態により伝達関数が複数存在するので、これらが平均されて、ＰＷＭ制御入力信号ｕから電気モータＭのモータ電流ｉに至る伝達関数Ｇiu(s)が本発明における第１の伝達関数として設定される。例えば、周波数に対する系のゲインと位相の推移を表した図６のボード線図において、平均された伝達関数を太い実線で示している。同様に、第２の伝達関数として、ＰＷＭ制御入力信号ｕから（スタビライザ端部トルクたる）推定トルクｙまでの平均の伝達関数Ｇyu(s)が設定される。これは図７のボード線図に太い実線で示している。而して、これらの伝達関数に基づき、電気モータＭのモータ電流ｉからのトルク推定器ＴＥの値（具体的には、伝達関数Ｇyi(s)）が次の（１）式に基づいて算出される。
Ｇyi(s)＝Ｇyu(s)／Ｇiu(s) … （１）

このようにして求められたトルク推定器（伝達関数Ｇyi(s)）に対し、実電流を入力することによって、（スタビライザ端部トルクの）推定トルクｙが導出され、目標トルクｒと推定トルクｙの偏差ｅが（ｒ−ｙ）として算出される。この偏差ｅに基づき次の（２）式の演算が行われ、スタビライザアクチュエータ（例えばＦＴ）内の電気モータＭへのＰＷＭ制御入力信号ｕが決定され、偏差ｅが０に近づくように（即ち、目標トルクｒと推定トルクｙが一致するように）制御される。
ｕ＝Ｋｐ・ｅ＋Ｋｉ・∫ｅdt＋Ｋｄ・ｄｅ/dt … （２）
尚、Ｋｐは比例定数、Ｋｉは積分定数、Ｋｄは微分定数である。

図４は上記の実施形態によるスタビライザ制御の一例を示すもので、先ず、ステップ１０１にて上記のように目標トルクｒが算出される。次に、ステップ１０２にて、電気モータＭのモータ電流ｉが検出され、ステップ１０３に進み、トルク推定器ＴＥ（Ｇyi(s)）によって上記のようにスタビライザ端部トルクが推定され、推定トルクｙとされる。そして、ステップ１０４において、目標トルクｒと推定トルクｙの偏差ｅ（＝ｒ−ｙ）が算出され、ステップ１０５に進み、電気モータＭへのＰＷＭ制御入力信号ｕが演算される（＝Ｋｐ・ｅ＋Ｋｉ・∫ｅdt＋Ｋｄ・ｄｅ/dt）。而して、この入力信号ｕに基づき適切なスタビライザ制御が行われ、ステップ１０６にて終了判定が行われる。但し、このスタビライザ制御が制御中であるときには、ステップ１０１に戻り、上記の処理が繰り返される。尚、上記ステップ１０２におけるモータ電流ｉの検出に代えて、モータトルクを検出することとしてもよい。この場合には、電気モータＭに対し、試験用のＰＷＭ制御入力信号ｕが供給されたときの電気モータＭのトルクがモータトルクセンサ（図示せず）によって測定され、その測定結果のモータトルクの変化に基づき、ＰＷＭ制御入力信号ｕから電気モータＭのモータトルクまでの伝達関数が求められ、以後、上記と同様に処理されてスタビライザ端部トルクが推定される。

図５は本発明の一実施形態に係るスタビライザ制御装置の設計例を示すもので、先ず、ステップＳ１にて、制御対象のアクチュエータに対するＰＷＭ入力信号からスタビライザ端部トルク（推定トルクｙ）に至るまでの数学モデルが、同定実験、所謂実験データの時間応答、周波数応答の波形フィッティングによって導出される。このＰＷＭ入力信号からスタビライザ端部トルクまでの動特性は、フィードバック制御手段からアクチュエータまでの動特性及びアクチュエータからスタビライザバーまでの動特性に対応し、これらをまとめてＰ(s)とする。そして、推定トルクｙが目標トルクｒに至るまでの到達時間、又は到達までの状態が考慮され、ステップＳ２に進み、スタビライザバーの端部における所望の目標応答を表す安定な数学モデル、即ち規範モデルが伝達関数の形式で導出される。

そして、ステップＳ３において、部分モデルマッチング法により、スタビライザ制御装置のフィードバック制御定数であるＰＩＤ制御ゲインが算出される。この部分モデルマッチング法は、制御対象のアクチュエータ（例えばＦＴ）に対してＰＩＤ制御を用いて閉ループを構成したときに、閉ループの周波数特性が規範モデルと一致あるいは近似するように、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）及び微分（Ｄ）の各制御におけるゲインを算出する設計方法である。あるいは、ＰＩＤ制御に代えてＨ∞制御が行われる場合には、上記規範モデルと閉ループの周波数特性が一致あるいは近似するように、且つ、想定される対象のバラツキ範囲においてシステムが安定するように重み関数が設定されて、制御定数が算出される。

而して、ステップＳ４において、性能評価が行われ、条件を充足しておればステップＳ５に進み、ＰＩＤ制御又はＨ∞制御の離散化が行われ、これらの制御器を構成するプログラムが実装される。性能評価の結果、条件を充足していなければステップＳ２に戻り、上記の処理が繰り返される。

本発明の一実施形態に供するスタビライザアクチュエータの一例の基本制御を示す制御ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るスタビライザ制御装置を備えた車両の概要を示す構成図である。 本発明の一実施形態におけるスタビライザアクチュエータの具体的構成例を示す構成図である。 本発明の一実施形態によるスタビライザ制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るスタビライザ制御装置の設計例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に供するＰＷＭ制御入力信号ｕ―電気モータＭのモータ電流ｉ間の伝達関数Ｇiu(s) の一例を示すボード線図である。 本発明の一実施形態に供するＰＷＭ制御入力信号ｕ―スタビライザ端部トルク（推定トルクｙ）間の伝達関数Ｇyu(s)の一例を示すボード線図である。

符号の説明

ＳＢｆ 前輪側スタビライザ
ＳＢfr，ＳＢfl 前輪側スタビライザバー
ＳＢｒ 後輪側スタビライザ
ＦＴ，ＲＴ スタビライザアクチュエータ
ＴＣ 目標トルク演算部
ＦＣ フィードバック制御コントローラ
ＴＥ トルク推定器
ＳＷ ステアリングホイール
ＳＡ 操舵角センサ
ＷＨfr, ＷＨfl, ＷＨrr, ＷＨrl 車輪
ＷＳfr，ＷＳfl，ＷＳrr，ＷＳrl 車輪速度センサ
ＹＲ ヨーレイトセンサ
ＸＧ 前後加速度センサ
ＹＧ 横加速度センサ
ＥＣＵ 電子制御装置

Claims (5)

1. 車両の左右車輪間に配設される一対のスタビライザバーと、電気モータ及び減速機を有し前記一対のスタビライザバーの間に配設されるアクチュエータを具備し、前記一対のスタビライザバーの各々の自由端部を前記車両への取付端部としたスタビライザと、前記車両の運転状態及び運転者による操舵状態を検出する車両状態検出手段を備え、該車両状態検出手段の検出結果に応じて前記電気モータを制御して前記スタビライザのねじり力を制御するスタビライザ制御装置において、前記車両状態検出手段の検出結果に基づき前記電気モータに対する目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを推定するスタビライザ端部トルク推定手段と、該スタビライザ端部トルク推定手段の推定結果のねじりトルクと前記目標トルク演算手段が演算した目標トルクとの比較結果に応じて前記電気モータを制御するフィードバック制御手段を備えたことを特徴とするスタビライザ制御装置。
2. 前記スタビライザ端部トルク推定手段は、前記電気モータに所定の試験信号を入力したときの前記電気モータの電流を測定するモータ電流測定手段と、前記電気モータに所定の試験信号を入力したときの前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを測定するスタビライザ端部トルク測定手段と、前記電気モータの入力信号と前記モータ電流測定手段の測定結果との間の伝達関数を設定する第１の伝達関数設定手段と、前記電気モータの入力信号と前記スタビライザ端部トルク測定手段の測定結果との間の伝達関数を設定する第２の伝達関数設定手段を備え、前記第１及び第２の伝達関数設定手段が設定した第１及び第２の伝達関数に基づき、前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを推定するように構成したことを特徴とする請求項１記載のスタビライザ制御装置。
3. 前記スタビライザ端部トルク推定手段は、前記電気モータに所定の試験信号を入力したときの前記電気モータのトルクを測定するモータトルク測定手段と、前記電気モータに所定の試験信号を入力したときの前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを測定するスタビライザ端部トルク測定手段と、前記電気モータの入力信号と前記モータトルク測定手段の測定結果との間の伝達関数を設定する第１の伝達関数設定手段と、前記電気モータの入力信号と前記スタビライザ端部トルク測定手段の測定結果との間の伝達関数を設定する第２の伝達関数設定手段を備え、前記第１及び第２の伝達関数設定手段が設定した第１及び第２の伝達関数に基づき、前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを推定するように構成したことを特徴とする請求項１記載のスタビライザ制御装置。
4. 前記スタビライザ端部トルク推定手段は、前記電気モータから前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に至るまでの運動方程式を設定する運動方程式設定手段と、前記電気モータのトルクを測定するモータトルク測定手段を備え、該モータトルク測定手段の測定結果に応じて前記運動方程式に基づき、前記一対のスタビライザバーの前記車両への取付端部に発生するねじりトルクを推定するように構成したことを特徴とする請求項１記載のスタビライザ制御装置。
5. 前記フィードバック制御手段は、前記フィードバック制御手段から前記アクチュエータまでの動特性及び前記アクチュエータから前記スタビライザバーまでの動特性を数学モデルで表し、該数学モデルと、所望の目標応答に応じて予め設定した規範モデルとの比較結果に応じて、フィードバック制御定数を設定するように構成したことを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載のスタビライザ制御装置。
   

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