JP2007302111A

JP2007302111A - サスペンション制御装置

Info

Publication number: JP2007302111A
Application number: JP2006132337A
Authority: JP
Inventors: Takashi Furuichi; 崇古市
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】比較的簡単な構成を採りながら、良好な乗り心地等を実現したサスペンション制御装置を提供する。
【解決手段】サスペンション制御装置３０は、各種センサ１０〜１３等が接続する入力インタフェース３１と、ばね上速度Ｓｕを算出するばね上速度算出部３２と、ばね上相対速度Ｓｒｕを算出する相対速度算出部３３と、ばね上速度Ｓｕやばね上相対速度Ｓｒｕを含む各種入力信号に基づいてアクチュエータ６の制御力Ｆ（制御量）を設定する制御力設定部３４と、制御力設定部３４の設定結果に応じてアクチュエータ６への駆動信号を生成する駆動信号生成部３５と、駆動信号生成部３５が生成した駆動信号を各アクチュエータ６に出力する出力インタフェース３６とから構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、サスペンション制御装置に係り、詳しくは、比較的簡単な構成を採りながら、良好な乗り心地等を実現する技術に関する。

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、路面状況や車両の運動状態等に応じ、アクチュエータを用いて各車輪における車体−路面間の距離（以下、地上高と記す）を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。アクティブサスペンションシステムの制御方法としては、ＬＱ（Linear Quadratic：線形２次形式）制御理論を用いたＬＱ制御法（非特許文献１参照）や、運動方程式の一般解を部分積分で近似することによってＨ∞制御法やＬＱ制御法よりも高精度な制御則を比較的容易に求めることのできる最適制御法（特許文献１参照）等が公知となっている。
福島直人他，油圧アクティブサスペンションによる車両の振動制御，日本機械学会論文集（Ｃ編），Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．５３５（１９９１），７６−８０特開２００５−２２２５０９号公報

上述した最適制御法は、自動車用アクティブサスペンションシステムの制御に適用を図るに際し、次のような問題を内包していた。すなわち、最適制御法では多数の評価関数（ばね上速度、ばね下速度、ばね上絶対位置、ばね下絶対位置）を用いることから、サスペンションや車体に多数のセンサを設置する必要があり、機器構成の複雑化や高コスト化が避けられず、自動車への搭載が現実的なものではなかった。

本発明は上記状況に鑑みなされたもので、比較的簡単な構成を採りながら、良好な乗り心地等を実現したサスペンション制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、車体側部材と車輪側部材との相対変位に係る制御力を発生するアクチュエータを有する車両用サスペンションに付設され、当該アクチュエータの制御に供されるサスペンション制御装置であって、前記車体側部材の上下方向における絶対速度をばね上速度として検出するばね上速度検出手段と、前記車輪側部材と前記車体側部材との上下方向における相対速度をばね上相対速度として検出する相対速度検出手段と、前記ばね上速度と前記ばね上相対速度とに対してそれぞれ所定の係数を乗算し、両乗算結果の和に基づき前記アクチュエータの制御量を設定する制御量設定手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のサスペンション制御装置において、前記ばね上速度検出手段は、前記車体側部材の上下方向における加速度を積分することにより前記ばね上速度を求めることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のサスペンション制御装置において、前記相対速度検出手段は、前記車輪側部材に対する前記車体側部材の相対変位を微分することにより前記ばね上相対速度を求めることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のサスペンション制御装置において、前記ばね上速度に乗算される係数は、前記ばね上相対速度に乗算される係数より大きい値であることを特徴とする。

請求項１のサスペンション制御装置によれば、ばね上速度とばね上相対速度とからのみアクチュエータの制御量を設定するため、センサ個数の削減や制御装置の簡略化等を図りながら良好な乗り心地を実現できる。また、請求項２や請求項３のサスペンション制御装置によれば、ばね上速度やばね上相対速度を容易に得ることができる。また、請求項４のサスペンション制御装置によれば、ばね上相対速度に対してばね上速度が小さくても、ばね上速度に乗算される係数を大きくしたため、車体状態変化に対する制御量配分を適切に設定することができる。

以下、本発明を４輪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。

≪実施形態の構成≫
図１は実施形態に係る４輪自動車の概略構成図であり、図２は実施形態に係るサスペンション制御装置の概略構成を示すブロック図であり、図３は実施形態に係る制御力設定部の要部構成を示すブロック図である。

＜自動車の概略構成＞
先ず、図１を参照して、実施形態に係る自動車の概略構成について説明する。説明にあたり、４本の車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤやサスペンション等については、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、車輪３ｆｌ（左前）、車輪３ｆｒ（右前）、車輪３ｒｌ（左後）、車輪３ｒｒ（右後）と記すとともに、総称する場合には、例えば、車輪３と記す。

図１に示すように、自動車（車両）Ｖはタイヤ２が装着された４つの車輪３を備えており、これら各車輪３がサスペンションアームや、スプリング、ダンパ等からなるサスペンション４によって車体１に懸架されている。車体１には、各車輪３に対応する位置に電動のアクティブ制御アクチュエータ（以下、単にアクチュエータと記す）６が設置されており、これらアクチュエータ６からサスペンション４（すなわち、車輪３）に上下方向の付勢力（以下、制御力Ｆと記す）が付与される。

自動車Ｖには、車体１に搭載された各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）７の他、横加速度を検出する横Ｇセンサ１０や、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ１１等が車体１に設置されている。また、自動車Ｖには、ホイールハウス付近の上下加速度（車体側部材の上下方向における加速度）を検出する上下Ｇセンサ１２と、サスペンション４のストローク変位（車輪側部材に対する車体側部材の相対変位）を検出するストロークセンサ１３とが各車輪３ごとに設置されている。なお、自動車Ｖには、車速センサや操舵角センサ等、図示しない種々のセンサが設置されており、これらの検出信号もＥＣＵ７に入力して制御に供される。

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））を介して各アクチュエータ６や各センサ１０〜１３等と接続されている。

＜サスペンション制御装置の概略構成＞
図２に示すように、ＥＣＵ７には、アクチュエータ６を制御するサスペンション制御装置３０が内装されている。サスペンション制御装置３０は、上述した各種センサ１０〜１３等が接続する入力インタフェース３１と、ばね上速度Ｓｕを算出するばね上速度算出部（ばね上速度検出手段）３２と、ばね上相対速度Ｓｒｕを算出する相対速度算出部（相対速度検出手段）３３と、ばね上速度Ｓｕやばね上相対速度Ｓｒｕを含む各種入力信号に基づいてアクチュエータ６の制御力Ｆ（制御量）を設定する制御力設定部３４と、制御力設定部３４の設定結果に応じてアクチュエータ６への駆動信号を生成する駆動信号生成部３５と、駆動信号生成部３５が生成した駆動信号を各アクチュエータ６に出力する出力インタフェース３６とから構成されている。

図３に示すように、制御力設定部３４は、ばね上速度算出部３２から入力したばね上速度Ｓｕを位相合わせのために差分する差分器４１と、差分されたばね上速度Ｓｕにばね上速度側ゲインを乗算するばね上速度側乗算器４２と、相対速度算出部３３から入力したばね上相対速度Ｓｒｕに相対速度側ゲインを乗算する相対速度側乗算器４３と、ばね上速度側ゲインが乗算されたばね上速度Ｓｕと相対速度側ゲインが乗算されたばね上相対速度Ｓｒｕとを合算する合算器４４と、合算器４４の出力値にセッティングゲインを乗算することで制御力Ｆを算出するセッティング乗算器４５とを備えている。なお、ばね上相対速度Ｓｒｕに対してばね上速度Ｓｕが遙かに小さいため、制御量配分を適切に設定すべく（ばね上速度Ｓｕを十分に加味すべく）、ばね上速度Ｓｕに乗算されるばね上速度側ゲインは、ばね上相対速度Ｓｒｕに乗算される相対速度側ゲインに対して有意に大きく設定されている。

≪実施形態の作用≫
以下、本実施形態の作用を説明する。図４は実施形態に係るサスペンション制御の手順を示すフローチャートであり、図５は実施形態に係る凹凸乗越時における制御力の変化を示すグラフであり、図６は実施形態に係るばね上加速度のＰＳＤを示すグラフである。

＜サスペンション制御＞
自動車Ｖが運転を開始すると、ＥＣＵ７は、所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）をもって、図４のフローチャートにその手順を示すサスペンション制御をサスペンション制御装置３０で実行する。

サスペンション制御を開始すると、ＥＣＵ７は、図４のステップＳ１で各センサ１０〜１３等からの入力した検出信号を読み込む。次に、ＥＣＵ７は、ステップＳ２で横加速度や操舵角、車速等に基づいて自動車Ｖが旋回走行状態にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであった場合には、ステップＳ３で車体１のロール等を抑制すべく各アクチュエータ６の制御力Ｆを設定した後、ステップＳ４で制御力Ｆに応じた駆動信号を生成して各アクチュエータ６に出力する。

また、ステップＳ２の判定がＮｏであった場合、ＥＣＵ７は、ステップＳ５で前後加速度や車速等に基づいて自動車Ｖが加減速走行状態にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであった場合には、ステップＳ６でノーズスクワットやノーズダイブを抑制すべく制御力Ｆを設定した後、ステップＳ４で制御力Ｆに応じた駆動信号を生成して各アクチュエータ６に出力する。

一方、自動車Ｖが略一定の速度で直進走行しており、ステップＳ２，Ｓ３の判定がともにＮｏとなった場合、ＥＣＵ７は、ステップＳ７でばね上速度算出部３２においてばね上速度Ｓｕを算出する。本実施形態の場合、ばね上速度算出部３２では、上下Ｇセンサ１２の検出信号を微分することにより、ばね上速度Ｓｕの算出が行われる。次に、ＥＣＵ７は、ステップＳ８で相対速度算出部３３においてばね上相対速度Ｓｒｕを算出する。本実施形態の場合、相対速度算出部３３では、ストロークセンサ１３の検出信号を微分することにより、ばね上相対速度Ｓｒｕの算出が行われる。ばね上速度Ｓｕとばね上相対速度Ｓｒｕとの算出を終えると、ＥＣＵ７は、ステップＳ９で各アクチュエータ６の制御力Ｆを設定した後、ステップＳ４で制御力Ｆに応じた駆動信号を生成して各アクチュエータ６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、図５，図６中に実線で示すように、制御力Ｆを比較的低く設定しながら、ばね上加速度のＰＳＤ（Power Spectral Density：パワースペクトル密度）を小さくすることができた。図５，図６において、破線は前述した最適制御法によるものを示し、一点鎖線はストローク変位のみに応じた制御を行ったものを示し、二点鎖線はばね上の上下加速度のみに応じた制御を行ったものを示してある。図５，図６から判るように、本実施形態では、評価関数としてばね上速度Ｓｕとばね上相対速度Ｓｒｕとの２つのみを用いるにも拘わらず、最適制御法と同等の効果が得られる。

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い。例えば、上記実施形態は各輪にアクティブ制御アクチュエータを備えた４輪自動車に本発明を適用したものであるが、本発明は、パッシブ制御アクチュエータ（減衰力可変ダンパ）を備えた自動車に適用してもよいし、６輪自動車等に適用してもよい。また、上記実施形態では、ばね上速度やばね上相対速度を上下Ｇセンサの検出信号やストロークセンサの検出信号から算出するようにしたが、他の方法を用いて求めるようにしてもよい。その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、車両およびサスペンション制御装置の具体的構成や制御の具体的手順等は適宜変更可能である。

実施形態に係る４輪自動車の概略構成図である。実施形態に係るサスペンション制御装置の概略構成を示すブロック図である。実施形態に係る制御力設定部の要部構成を示すブロック図である。実施形態に係る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。実施形態に係る凹凸乗越時における制御力の変化を示すグラフである。実施形態に係るばね上加速度のＰＳＤを示すグラフである。

符号の説明

１車体
３車輪
４サスペンション
６アクチュエータ
７ＥＣＵ
１２上下Ｇセンサ
１３ストロークセンサ
３０サスペンション制御装置
３２ばね上速度算出部（ばね上速度検出手段）
３３相対速度算出部（相対速度検出手段）
３４制御力設定部（制御量設定手段）
Ｖ自動車（車両）

Claims

車体側部材と車輪側部材との相対変位に係る制御力を発生するアクチュエータを有する車両用サスペンションに付設され、当該アクチュエータの制御に供されるサスペンション制御装置であって、
前記車体側部材の上下方向における絶対速度をばね上速度として検出するばね上速度検出手段と、
前記車輪側部材と前記車体側部材との上下方向における相対速度をばね上相対速度として検出する相対速度検出手段と、
前記ばね上速度と前記ばね上相対速度とに対してそれぞれ所定の係数を乗算し、両乗算結果の和に基づき前記アクチュエータの制御量を設定する制御量設定手段と
を備えたことを特徴とするサスペンション制御装置。
前記ばね上速度検出手段は、前記車体側部材の上下方向における加速度を積分することにより前記ばね上速度を求めることを特徴とする、請求項１に記載のサスペンション制御装置。
前記相対速度検出手段は、前記車輪側部材に対する前記車体側部材の相対変位を微分することにより前記ばね上相対速度を求めることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のサスペンション制御装置。
前記ばね上速度に乗算される係数は、前記ばね上相対速度に乗算される係数より大きい値であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のサスペンション制御装置。