JP2007216904A - 車両状態量検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 制御信頼性と制御応答性とを両立させることができる車両状態量検出装置を提供する。
【解決手段】 ステップＳ４において、ＥＣＵ７は、カウンタＮの値が所定の高周波ノイズ判定閾値Ｎｔｈに達したか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ５において信号選択部３５で検出信号ＧＬ２を選択して横Ｇ信号ＧＬＸとして制御量算出部４１に出力する。また、ステップＳ４の判定がＮｏであった場合、ＥＣＵ７は、ステップＳ６において運動状態判定部４０で操舵角センサ２５の検出信号δから得られた操舵速度Δδが所定の操舵速度判定閾値Δδｔｈ以上であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ７において信号選択部３５で検出信号ＧＬ１を選択して横Ｇ信号ＧＬＸとして制御量算出部４１に出力する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の運動制御等に用いられる車両状態量検出装置に係り、制御信頼性と制御応答性とを両立させる技術に関する。
近年、自動車用のサスペンションとして、スカイフック理論に基づくアクティブサスペンションシステムの開発が進められている。アクティブサスペンションシステムでは、各車輪における車体−路面間の距離（以下、地上高と記す）やダンパの減衰力を路面状況や車両の運動状態等に応じてリアルタイムに制御するため、車体の姿勢変化が抑制されて良好な乗り心地が得られると同時に、タイヤの路面追従性が良好となることで操縦安定性や駆動／制動性能も向上する。アクティブサスペンションシステムでは、ヨーレートや横加速度をそれぞれセンサ（ヨーレートセンサや横Ｇセンサ）によって検出しているが、これらセンサの検出信号には種々の高周波ノイズが重畳される。そのため、ヨーレートセンサや横Ｇセンサを用いて運動制御を行うシステムの場合、所定のカットオフ周波数（遮断周波数）を有するローパスフィルタを用い、各センサの検出信号から高周波ノイズを除去（減衰）することで制御信頼性の向上を図っている（特許文献１，２参照）。
特開平７−２５２５７号公報 特開平６−２７８６３８号公報
特許文献１，２に開示されたローパスフィルタは一定のカットオフ周波数をもって検出信号から高周波成分を除去するが、このことに起因して以下に述べる問題が生じていた。屈曲路走行時や車線変更時等において、運転者がステアリングホイールを素早く操作し、ヨーレートセンサや横Ｇセンサの検出信号が急変することがある。ところが、ローパスフィルタのカットオフ周波数が低く設定されていた場合、ヨーレートや横加速度の急激な変位に対する検出信号の応答性が悪くなるため、アクティブサスペンションシステムにおける姿勢制御等が円滑に行われなくなる。一方、ローパスフィルタのカットオフ周波数が高く設定されたいた場合、高周波ノイズの除去が不十分となり、平坦路の直進走行時等にも不必要な姿勢制御が行われてしまう虞があった。
本発明は上記状況に鑑みなされたもので、制御信頼性と制御応答性とを両立させることができる車両状態量検出装置を提供することを目的とする。
請求項１の発明に係る車両状態量検出装置は、車両の状態量を検出する状態量検出センサと、第１のカットオフ周波数をもって前記状態量検出センサとの検出信号の高周波成分をカットオフする第１のローパスフィルタと、前記第１のローパスフィルタと並列に設けられ、前記第１のカットオフ周波数より低い第２のカットオフ周波数をもって前記状態量検出センサとの検出信号の高周波成分をカットオフする第２のローパスフィルタと、前記車両の操舵速度を検出する操舵速度検出手段とを備え、前記操舵速度検出手段により検出された操舵速度が所定値より高い場合、前記第１のローパスフィルタを経由した検出信号を選択／出力することを特徴とする。
また、請求項２の発明に係る車両状態量検出装置は、車両の運動状態量を検出する状態量検出センサとと、第１のカットオフ周波数をもって、前記状態量検出センサとの検出信号の高周波成分をカットオフする第１のローパスフィルタと、前記第１のカットオフ周波数より低い第２のカットオフ周波数をもって、前記状態量検出センサとの検出信号の高周波成分をカットオフする第２のローパスフィルタとを備え、前記第１のローパスフィルタを経由した検出信号と前記第２のローパスフィルタを経由した検出信号との差を算出し、その算出結果が所定時間内において所定回数にわたって正の値と負の値との間で切り換わった場合、前記第２のローパスフィルタを選択／出力することを特徴とする。
また、請求項３の発明に係る車両状態量検出装置は、車両の状態量を検出する状態量検出センサとと、第１のカットオフ周波数をもって前記状態量検出センサとの検出信号の高周波成分をカットオフする第１のローパスフィルタと、前記第１のローパスフィルタと並列に設けられ、前記第１のカットオフ周波数より低い第２のカットオフ周波数をもって前記状態量検出センサとの検出信号の高周波成分をカットオフする第２のローパスフィルタと、前記車両の操舵速度を検出する操舵速度検出手段とを備え、前記操舵速度検出手段により検出された操舵速度が所定値より高い場合、前記第１のローパスフィルタを経由した検出信号を選択／出力し、前記第１のローパスフィルタを経由した検出信号と前記第２のローパスフィルタを経由した検出信号との差を算出し、その算出結果が所定時間内において所定回数にわたって正の値と負の値との間で切り換わった場合、前記第２のローパスフィルタを選択／出力し、前記操舵速度検出手段により検出された操舵速度が所定値より高く、かつ、前記第１のローパスフィルタを経由した検出信号と前記第２のローパスフィルタを経由した検出信号との差を算出し、その算出結果が所定時間内において所定回数にわたって正の値と負の値との間で切り換わった場合、前記第２のローパスフィルタを選択／出力することを特徴とする。
本発明の車両状態量検出装置によれば、高周波ノイズが多い場合等にカットオフ周波数が低いローパスフィルタを経由した検出信号を用い、運転状態等の急変時にカットオフ周波数が高いローパスフィルタを経由した検出信号を用いることで、制御信頼性と制御応答性とが両立できるようになる。
以下、本発明を自動車に適用した実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態に係る自動車の概略構成図であり、図２は実施形態に係る車両状態量検出装置の概略構成を示すブロック図である。
≪実施形態の構成≫
＜自動車の装置構成＞
先ず、図１を参照して、実施形態に係る自動車の装置構成について説明する。説明にあたり、４本のホイールやそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤや姿勢調整用のアクチュエータ等については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して、例えば、ホイール３ｆｌ（左前）、ホイール３ｆｒ（右前）、ホイール３ｒｌ（左後）、ホイール３ｒｒ（右後）と記すとともに、総称する場合には、例えば、ホイール３と記す。
図１に示すように、自動車（車両）１はタイヤ２が装着された４つのホイール３を備えており、これら各ホイール３がサスペンションアーム４やアクチュエータ５等からなるサスペンション６によって懸架されている。自動車１は、アクティブサスペンションシステムの制御主体であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）７、各アクチュエータ５に対して圧油の給排を行う油圧ユニット８、ＥＰＳ（Electric Power Steering：電動パワーステアリング）９を備えている。また、自動車１には、横加速度を検出する横Ｇセンサ（状態量検出センサ）１０と、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ（状態量検出センサ）１１とが車室内に設置される他、サスペンション６の変位（上下ストローク）を検出するストロークセンサ１２と、ホイールハウス付近の上下加速度を検出する上下Ｇセンサ１３とが各ホイール３ごとに設置されている。
ＥＣＵ７は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して油圧ユニット８や各センサ１０〜１３と接続されている。油圧ユニット８は、電動バルブや油圧回路等を４系統備えており、各ホイール３のアクチュエータ５に異なった圧力で圧油の給排を行うことができる。
ＥＰＳ９は、図示しないラックやピニオンからなるステアリングギヤ２１と、ステアリングホイール２２が後端に取り付けられたステアリングシャフト２３と、ステアリングシャフト２３に操舵アシスト力を与えるＥＰＳモータ２４とを主要構成要素としている。ステアリングシャフト２３にはステアリングホイール２２の操舵角を検出する操舵角センサ（操舵速度検出手段）２５が取り付けられており、この操舵角センサ２５の検出信号もＥＣＵ７に出力される。
＜車両状態量検出装置の構成＞
次に、図２を参照して、車両状態量検出装置の構成を説明する。
車両状態量検出装置３１は、上述した各センサ１０〜１３，２５の他、ＥＣＵ７に内装された各種の信号処理回路から構成されている。
ＥＣＵ７は、車両状態量検出装置３１の構成要素として、横Ｇセンサ側の第１，第２ローパスフィルタ（Low Pass Filter：以下、ＬＰＦと記す）３２，３３、ノイズ判定部３４および信号選択部３５と、ヨーレイトセンサ側の第１，第２ＬＰＦ３６，３７、ノイズ判定部３８と、信号選択部３９と、運動状態判定信号を生成する運動状態判定部４０とを有している。
第１ＬＰＦ３２，３６は、横Ｇセンサ側とヨーレイトセンサ側とのどちらについても、そのカットオフ周波数が第２ＬＰＦ３３，３７のカットオフ周波数より高く設定され、所定の条件の下で検出信号に高周波ノイズが重畳されやすくなっている。
なお、ＥＣＵ７は、上述した車両状態量検出装置３１の構成要素の他、各アクチュエータ５の制御量を算出する制御量算出部４１や、制御量算出部４１が算出した制御量に基づき油圧ユニット８に駆動信号を出力する駆動信号出力部４２、図示しない種々の演算処理部や駆動制御部等を備えている。
≪実施形態の作用≫
＜車両状態量検出制御＞
自動車１が走行を開始すると、ＥＣＵ７は、図３のフローチャートにその手順を示す車両状態量検出制御を所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）で実行する。本実施形態の場合、ＥＣＵ７が車両状態量検出制御を横加速度とヨーレイトとに対して個別に行うが、その手順が同一であるため、説明が煩雑になることを防ぐべく横加速度に対する制御についてのみ説明する。
車両状態量検出制御を開始すると、ＥＣＵ７は、図３のステップＳ１において、第１ＬＰＦ３２から入力した検出信号ＧＬ１と第２ＬＰＦ３３から入力した検出信号ＧＬ２との差ΔＧＬを算出し、ステップＳ２で差ΔＧＬの正負が反転したか否かを判定する。自動車１が左カーブで定常円旋回を行うと、第１，第２ＬＰＦ３２，３３から右方向の横加速度に対応する検出信号ＧＬ１，ＧＬ２がＥＣＵ７に入力するが、図４に示すように、カットオフ周波数の高い第１ＬＰＦ３２から入力した検出信号ＧＬ１には高周波ノイズが重畳される一方、カットオフ周波数の低い第２ＬＰＦ３３から入力した検出信号ＧＬ２は略一定の値となる。したがって、差ΔＧＬは、検出信号ＧＬ１に重畳された高周波ノイズそのものとなり、高周波ノイズの発生時には短い時間間隔をもって正の値と負の値との間で反転することになる。
ＥＣＵ７は、ステップＳ２の判定がＮｏであれば何の処理も行わずにステップＳ４に進むが、差ΔＧＬが正の値と負の値との間で反転してステップＳ２の判定がＹｅｓとなった場合、ステップＳ３においてカウンタＮを１だけ加算してステップＳ４に進む。なお、カウンタＮは、所定時間ｔ１内に差ΔＧＬの値が正負の間で反転した回数を計数するカウンタであり、ステップＳ２の判定がＹｅｓになるごとに１ずつ加算されるが、ステップＳ２の判定がＮｏであり続けると、現時点から所定時間ｔ１より前に加算された値が減算されてゆく。
ステップＳ４において、ＥＣＵ７は、ノイズ判定部３４でカウンタＮの値が所定の高周波ノイズ判定閾値Ｎｔｈに達したか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ５において信号選択部３５で検出信号ＧＬ２を選択して横Ｇ信号ＧＬＸとして制御量算出部４１に出力する。これにより、何らかの原因で第１ＬＰＦ３２から入力した検出信号ＧＬ１に高周波ノイズが重畳されていた場合には、カットオフ周波数の低い（すなわち、高周波ノイズが除去された）検出信号ＧＬ２が制御量算出部４１に出力されることになり、後述するアクティブサスペンション制御において高い制御信頼性が確保される。
一方、ステップＳ４の判定がＮｏであった場合、ＥＣＵ７は、ステップＳ６において運動状態判定部４０で操舵角センサ２５の検出信号δから得られた操舵速度Δδが所定の操舵速度判定閾値Δδｔｈ以上であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ７において信号選択部３５で検出信号ＧＬ１を選択して横Ｇ信号ＧＬＸとして制御量算出部４１に出力する。これにより、運転者がステアリングホイールを素早く操作して横Ｇセンサの検出信号が急変した場合等にも、アクティブサスペンション制御において高い制御応答性が確保される。
また、ステップＳ６の判定がＮｏであった場合、ＥＣＵ７は、ステップＳ８においてストロークセンサ１２の検出信号Ｓｓから得られたサスペンション６のストローク速度ΔＳｓが所定のストローク速度判定閾値ΔＳｓｔｈ以上であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ７において信号選択部３５で検出信号ＧＬ１を選択して横Ｇ信号ＧＬＸとして制御量算出部４１に出力する。これにより、自動車１の片輪が道路の凹凸等を乗り越えて横Ｇセンサの検出信号が急変した場合等にも、アクティブサスペンション制御において高い制御応答性が確保される。
また、ステップＳ８の判定がＮｏであった場合、ＥＣＵ７は、ステップＳ９において上下Ｇセンサ１３の検出信号Ｇｖが所定の上下加速度判定閾値ΔＧｖｔｈ以上であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ７において信号選択部３５で検出信号ＧＬ１を選択して横Ｇ信号ＧＬＸとして制御量算出部４１に出力する。これにより、自動車１の車体に上下振動が生じて横Ｇセンサの検出信号が急変した場合等にも、アクティブサスペンション制御において高い制御応答性が確保される。
更に、ステップＳ９の判定がＮｏであった場合、ＥＣＵ７は、ステップＳ１０において現在の状態（すなわち、ステップＳ９の判定がＮｏになる状態）が所定時間ｔ２にわたって継続したか否かを判定する。そして、ＥＣＵ７は、ステップＳ１０の判定がＮｏである間はステップＳ７において信号選択部３５で検出信号ＧＬ１を選択して横Ｇ信号ＧＬＸとして制御量算出部４１に出力し、この判定がＹｅｓとなった時点でステップＳ１１において信号選択部３５で検出信号ＧＬ２を選択して横Ｇ信号ＧＬＸとして制御量算出部４１に出力する。これは、ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ９のうちどれかの判定がＹｅｓとなった直後（検出信号ＧＬ１が選択された直後）にステップＳ９の判定がＮｏとなった場合、すぐに検出信号ＧＬ１から検出信号ＧＬ２に選択を変えると、ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ９のうちどれかの判定がＹｅｓになると検出信号ＧＬ２から検出信号ＧＬ１に再び選択を変えることになり、制御ハンチングが生じやすくなるためである。
＜アクティブサスペンション制御＞
ＥＣＵ７は、上述した車両状態量検出制御と並行して、図５のフローチャートにその手順を示すアクティブサスペンション制御を所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）で実行する。
ＥＣＵ７は、アクティブサスペンション制御を開始すると、図５のステップＳ２１において、両信号選択部３５，３９から出力された横Ｇ信号ＧＬＸやヨーレイト信号γＸの他、操舵角信号δ、ストロークセンサ信号Ｓｓ、上下Ｇ信号Ｇｖ等に基づき、制御量算出部４１で各アクチュエータ５の目標制御量を算出する。しかる後、ＥＣＵ７は、制御量算出部４１で算出された目標制御量に応じた駆動指令を駆動信号出力部４２で生成し、各アクチュエータ５に出力する。
本実施形態では、このような構成を採ったことにより、高周波ノイズが多い場合や自動車１の運動状態が急変しない場合には、信頼性の高いアクティブサスペンション制御を実現できる一方、高周波ノイズが少なくかつ自動車１の運動状態が急変した場合には、制御応答性の高いアクティブサスペンション制御を実現できるようになった。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、車両の具体的構成や制御の具体的手順等を適宜変更可能である。
実施形態に係る自動車の概略構成図である。 実施形態に係る車両状態量検出装置の概略構成を示すブロック図である。 車両状態量検出制御の手順を示すフローチャートである。 第１，第２ＬＰＦの検出信号ＧＬ１，ＧＬ２と、差ΔＧＬとを示すグラフである。 アクティブサスペンション制御の手順を示すフローチャートである。
符号の説明
１ 自動車（車両）
３ ホイール
５ アクチュエータ
６ サスペンション
７ ＥＣＵ
８ 油圧ユニット
１０ 横Ｇセンサ（状態量検出センサ）
１１ ヨーレイトセンサ（状態量検出センサ）
１２ ストロークセンサ
１３ 上下Ｇセンサ
２５ 操舵角センサ（操舵速度検出手段）
３１ 車両状態量検出装置
３２ 第１ＬＰＦ（第１のローパスフィルタ）
３３ 第２ＬＰＦ（第２のローパスフィルタ）
３６ 第１ＬＰＦ（第１のローパスフィルタ）
３７ 第２ＬＰＦ（第２のローパスフィルタ）

Claims (3)

  1. 車両の状態量を検出する状態量検出センサと、
    第１のカットオフ周波数をもって前記状態量検出センサの検出信号の高周波成分をカットオフする第１のローパスフィルタと、
    前記第１のローパスフィルタと並列に設けられ、前記第１のカットオフ周波数より低い第２のカットオフ周波数をもって前記状態量検出センサの検出信号の高周波成分をカットオフする第２のローパスフィルタと、
    前記車両の操舵速度を検出する操舵速度検出手段と
    を備え、
    前記操舵速度検出手段により検出された操舵速度が所定値より高い場合、前記第１のローパスフィルタを経由した検出信号を選択／出力することを特徴とする車両状態量検出装置。
  2. 車両の運動状態量を検出する状態量検出センサと、
    第１のカットオフ周波数をもって、前記状態量検出センサの検出信号の高周波成分をカットオフする第１のローパスフィルタと、
    前記第１のカットオフ周波数より低い第２のカットオフ周波数をもって、前記状態量検出センサの検出信号の高周波成分をカットオフする第２のローパスフィルタと
    を備え、
    前記第１のローパスフィルタを経由した検出信号と前記第２のローパスフィルタを経由した検出信号との差を算出し、その算出結果が所定時間内において所定回数にわたって正の値と負の値との間で切り換わった場合、前記第２のローパスフィルタを経由した検出信号を選択／出力することを特徴とする車両状態量検出装置。
  3. 車両の状態量を検出する状態量検出センサと、
    第１のカットオフ周波数をもって前記状態量検出センサの検出信号の高周波成分をカットオフする第１のローパスフィルタと、
    前記第１のローパスフィルタと並列に設けられ、前記第１のカットオフ周波数より低い第２のカットオフ周波数をもって前記状態量検出センサの検出信号の高周波成分をカットオフする第２のローパスフィルタと、
    前記車両の操舵速度を検出する操舵速度検出手段と
    を備え、
    前記操舵速度検出手段により検出された操舵速度が所定値より高い場合、前記第１のローパスフィルタを経由した検出信号を選択／出力し、
    前記第１のローパスフィルタを経由した検出信号と前記第２のローパスフィルタを経由した検出信号との差を算出し、その算出結果が所定時間内において所定回数にわたって正の値と負の値との間で切り換わった場合、前記第２のローパスフィルタを経由した検出信号を選択／出力し、
    前記操舵速度検出手段により検出された操舵速度が所定値より高く、かつ、前記第１のローパスフィルタを経由した検出信号と前記第２のローパスフィルタを経由した検出信号との差を算出し、その算出結果が所定時間内において所定回数にわたって正の値と負の値との間で切り換わった場合、前記第２のローパスフィルタを経由した検出信号を選択／出力することを特徴とする車両状態量検出装置。
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