JP2007534558A - モデルフリーセミアクティブ車両サスペンションシステム - Google Patents

Abstract

複数の制御式ショックアブソーバ（２０）を含む車両のショックアブソーバシステムを制御するための方法がシステムを線形化する。この方法は、双一次ダンパ特性に基づいて、ショックアブソーバの元の制御入力を仮想ダンパ力入力信号に変換することを含む。次いで、システムダイナミクスが、静的分解行列を使用してモード成分に分解され、システムは、線形分散制御装置を用いて制御される。

Description

本出願は、２００４年４月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／５６５，５１２号の利益を主張するものであり、その仮特許出願の明細書を参照として本明細書に組み込む。

本発明の一実施形態は、車両サスペンションシステムを対象とする。より詳細には、本発明の一実施形態は、モデルフリーセミアクティブ（ｍｏｄｅｌ ｆｒｅｅ ｓｅｍｉ−ａｃｔｉｖｅ）車両サスペンションシステムを対象とする。

乗用車または任意の他の車両の快適性および道路でのハンドリング性能は、主に、車両にあるショックアブソーバの減衰特性によって決定される。パッシブショックアブソーバは、それらの設計によって決定される固定された減衰特性を有する。しかし、道路励振によっては、性能を高めるためにこの特性を調節することが望ましい。セミアクティブおよびアクティブサスペンションシステムは、例えば、１つまたは２つの電流制御式弁の制限を変えることによって、またはマグネトレオロジー流体（ｍａｇｎｅｔｏ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｌｕｉｄ）の粘性を変えることによって、道路プロファイル（ｒｏａｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）に従って減衰特性を変えることができる可能性を提供する。

アクティブショックアブソーバは、負の減衰を提供することができ、かつより大きな範囲の力を低速度で生成することができるという追加の利点を有し、それによりシステム性能の向上を潜在的に可能にする。しかし、セミアクティブサスペンションは、アクティブサスペンションよりも複雑でなく、より信頼性があり、市販で入手しやすい。それらは、外部動力源（例えば油圧ポンプ）を必要とせず、エネルギーを放散することだけが可能であり、したがってシステムを不安定にする可能性がないので、より安全である。

アクティブまたはセミアクティブサスペンションを使用して自動車を制御するためのいくつかの線形および非線形の方法が存在する。知られている線形方法に関して、それらの方法は一般に、集中質量、線形ばね、およびダンパ、ならびに理想的な力源としてモデル化されたショックアブソーバからなる線形物理的自動車モデルに基づく線形制御方策を適用する。しかし、実際の自動車のダイナミクス（ｄｙｎａｍｉｃｓ）ははるかに複雑であり、アクティブショックアブソーバは理想的な力源ではなく、複雑な非線形動的挙動を有する。知られている方法によって使用される非現実的な仮定は、これらの線形制御手法を実用にはあまり適切でないものにする。

線形パラメータ変動ゲインスケジューリング（ｇａｉｎ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）、バックステッピング（ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ）、および適応制御などの非線形制御方法が、アクティブサスペンションシステムに適用されている。これらの制御装置は、多数のパラメータを有する非線形物理的自動車およびダンパモデルに基づいている。これらのモデルパラメータの実験的な識別は複雑な問題である。さらに、これらの知られている方法を使用する非線形制御装置の設計および調整は困難であり、したがって非線形モデルおよび制御装置の使用は、標準の技法またはソフトウェアツールが利用可能ではないので、非常に時間のかかる設計となる。

クォーターカーテストリグ（ｑｕａｒｔｅｒ ｃａｒ ｔｅｓｔ ｒｉｇ）のアクティブサスペンションに対する線形識別およびロバスト制御技法を使用する実用的かつ実験的な手法が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。線形のロバストに動作する制御装置は、アクティブサスペンションとクォーターカーの両方のダイナミクスの実験的に識別された線形モデルに基づくマイクロ合成（μ−ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）を使用して得られる。テストリグの比較的簡単な構成、およびアクティブサスペンションの線形性が、線形識別および制御設計技法を適用することを可能にした。しかし、実際の自動車のダイナミクスははるかに複雑であり、セミアクティブサスペンションは、例えば振動速度がゼロのときには制御不能になるので、アクティブサスペンションとはかなり異なる振舞いをする。

上述したモデルベースの方法は、理論上、いくつかのショックアブソーバおよび自動車モデルに関して最適な制御装置をもたらす。しかし、自動車全体および高い非線形性のセミアクティブショックアブソーバへのそれらの適用は複雑であり、実施するのが不可能ではないとしても非常に難しい。

Lauwerys et al., "Design and experimental validation of a linear robust controller for an active suspension of a quarter car", Proceeding of the American Control Conference (2004)

前述のことに基づいて、非線形セミアクティブまたはアクティブショックアブソーバのモデルフリー制御のためのシステムおよび方法が必要である。

本発明の一実施形態は、複数の制御式ショックアブソーバを含む車両のショックアブソーバシステムを制御するための方法である。システムは、双一次ダンパ特性に基づいて、ショックアブソーバの元の制御入力を仮想ダンパ力入力信号に変換することによって線形化される。次いで、システムダイナミクスが、静的分解行列を使用してモード成分に分解され、システムは、線形分散制御装置を用いて制御される。

本発明の一実施形態は、最適化を直接には目指さず、テストパイロットによって与えられ、テスト結果に基づいたガイドラインに従って、オンラインで簡単に調整することができる多くの物理的に解釈可能なパラメータを組み込むモデルフリー制御構造である。この手法は、一般にセミアクティブショックアブソーバおよび自動車の物理原理に基づき、しかしそのダイナミクスのモデルを必要としない。したがって、任意のセミアクティブまたはアクティブサスペンションシステムおよび任意のタイプの自動車または車両に適用可能である。

図１は、従来技術のパッシブショックアブソーバ１０と、本発明の一実施形態によるセミアクティブショックアブソーバ２０とを例示するブロック図である。ショックアブソーバ１０は、油を満たされたシリンダ１２と、ピストン１６に接続されたロッド１４とを含み、ピストン１６は、較正された制限を提供するピストン弁１５を含む。ロッド１４がシリンダ１２の内外に移動することによっても引き起こされる体積の変化は、油がベース弁１７を通ってアキュムレータ１９の内外に流れることによって補償される。ベース弁１７とピストン弁１５との両方にわたる圧力降下が、ピストン１６に作用する減衰力をもたらす。

セミアクティブショックアブソーバ２０も、ロッド２４と、シリンダ２２と、ピストン２６と、アキュムレータ３１とを含む。しかし、セミアクティブショックアブソーバ２０では、ピストンおよびベース弁が、チェック弁（ピストンチェック弁２８およびベースチェック弁３０）によってそれぞれ置き換えられる。電流制御式連続可変セミアクティブ（「ＣＶＳＡ」）弁３２が、入力電流「ｉ_ｖ」を有する。制御装置３３が、より詳細に以下に開示するようにｉ_ｖを発生する。一実施形態では、ｉ_ｖは、ｉ⁻＝０．３Ａとｉ^＋＝１．６Ａとの間に制限され、それらは、それぞれ弁３２の最小および最大制限位置（すなわち開および閉）に対応する。

動作時、ロッド２４が上に移動するとき（正の振動速度）、ピストンチェック弁２８が閉じ、油がＣＶＳＡ弁３２を通って流れる。シリンダ２２内部のロッド２４の体積が減少するので、油は、アキュムレータ３１からベースチェック弁３０を通ってシリンダ２２内に押し込まれる。振動変位／速度は、シリンダ２２に対するロッド２４の相対変位／速度である。

ロッド２４が下に移動するとき（負の振動速度）、ピストンチェック弁２８が開く。シリンダ２２内部のロッド２４の体積が増加するので、ベースチェック弁３０が閉じ、油は、シリンダ２２からＣＶＳＡ弁３２を通ってアキュムレータ３１内に流れる。

図２は、ＣＶＳＡ弁３２の様々な入力電流ｉ_ｖに関する測定された速度／力減衰特性を例示する図である。ＣＶＳＡ弁３２への低い／高い電流は、小さい／大きい制限に対応し、低い／高い減衰比を生み出す。この特性は、ＣＶＳＡ弁３２への制御電流の様々な設定に関して正弦振動変位信号を印加することによって得られる。

一実施形態では、以下に開示する電流パラメータを生成するために、４つのセミアクティブショックアブソーバを備える乗用車が４つの油圧加振機の上に配置され、油圧加振機は、所望の道路プロファイルによって自動車の４つの車輪を別個に励振させることが可能である。自動車の車体加速度は、４つの加速度計を使用して測定される。さらに、全ての４つのショックアブソーバの振動変位が、線形変位センサを使用して測定される。このテストセットアップでは、システムの外乱入力は、自動車の車輪の下の加振機の変位である。制御入力は、４つのセミアクティブショックアブソーバＣＶＳＡ弁への電流である。説明する実施形態では弁３２が電流で制御されるが、他の実施形態では、電圧など異なる入力によって弁３２を制御することができる。

（フィードバック線形化）
フィードバック線形化の１つの目的は、システムの元の制御入力（セミアクティブショックアブソーバＣＶＳＡ弁への電流）を仮想制御入力に変換して、これら新たな制御入力と、制御すべきシステムの出力（測定される車体加速度）との動的関係を線形化することである。システム入力と出力との関係が線形（または十分に線形）である場合、よく知られているコンピュータ援用制御システム設計（「ＣＡＣＳＤ」）支援型の線形制御設計技法を有効に適用することができるので、制御設計および調整が単純化される。

従来技術では、変換は物理的ダンパモデルを含み、新たな制御入力はダンパ力に対応している。しかし、本発明の一実施形態は、双一次ダンパモデルを使用する代替の変換であり、これは、ダンパ力ではない別の新たな制御入力を生じ、しかしシステムのより良い線形化をもたらす。

フィードバック線形化と線形制御が本発明の実施形態によってどのようにして組み合わせられるかを開示するためには、自動車のただ１つの隅のみを考察すればよい。ショックアブソーバは、振動速度Ｖ_ｒおよびダンパ弁電流ｉ_ｖに依存する力ｆ_ｄを発生する。外乱入力は、道路変位Ｘ_ａである。測定される出力は、車体加速度ａ_ｂである。図３は、非線形制御装置５０を有する自動車５２およびダンパ５１のブロック図である。自動車５２の車体を制御する（すなわち車体加速度を減少する）ために、非線形制御装置５０は、車体加速度ａ_ｂをダンパ制御電流ｉ_ｖにフィードバックする。

そのような非線形制御装置５０の設計および調整は簡単ではない。セミアクティブショックアブソーバはシステムの最も非線形な要素であるので、線形化制御装置が導入されて、所与の振動速度ｖ_ｒに関して所望のダンパ力ｆ_ｃが実現されるように適切なダンパ電流ｉ_ｖを計算する。図４は、非線形制御装置の代わりとして線形制御装置６０および線形化制御装置６２の追加を例示するブロック図である。測定された車体加速度ａ_ｂに基づいて、線形制御装置６０を使用して所望のダンパ力ｆ_ｃが生成される。線形化制御装置６２は、逆ダンパ特性に基づいている。２つの異なる特性が考慮される。すなわち、単純化された物理的ダンパモデルを表す図２に図示されるような測定される速度／力特性と、解析的に導出される双一次特性とである。

フィードバック線形化の従来技術方法は、線形化制御装置６２を物理的モデルショックアブソーバまたはダンパに基づかせるものである。この方法を使用すると、物理的モデルは、ダンパ力ｆ_ｄを制御電流ｉ_ｖおよび振動速度ｖ_ｒに関係付ける図２に図示されるような単純化された２Ｄルックアップテーブルになることがある。次いで、２Ｄ補間技法を使用することによって逆モデルが得られ、それにより振動速度ｖ_ｒおよび所望のダンパ力ｆ_ｃからダンパ電流ｉ_ｖを計算することができる。

従来技術とは対照的に、本発明の実施形態は、線形化制御装置６２を双一次ダンパ特性に基づかせる。具体的には、セミアクティブショックアブソーバは、振動速度Ｖ_ｒおよび制御信号ｉ_ｖに関係付けられた力ｆ_ｃ（式１）を提供するデバイスである。ロッドが移動していないとき（Ｖ_ｒ＝０）にはセミアクティブショックアブソーバは力を提供することができないので、この関係の双一次近似（式２）は、係数Ｆ_０およびＦ_１０を０に設定することによって単純化することができる（式３）。式４および５は、順ダンパモデルと逆ダンパモデルの相似関係を示す。この双一次近似に基づいて、ダンパ力は、振動速度とバイアスされた制御信号との積に線形に関係付けられる。

ｆ_ｃ＝Ｆ（ｖ_ｒ，ｉ_ｖ） （１）
ｆ_ｃ＝Ｆ_０＋ｖ_ｒＦ_０１＋ｉ_ｖＦ_１０＋ｖ_ｒｉ_ｖＦ_１１ （２）

ｆ_ｃ〜ｖ_ｒ（ｉ_０＋ｉ_ｖ） （４）

スケーリングは、線形制御装置によって補償される線形操作であるので、振動速度ｖ_ｒとバイアスされた制御電流ｉ_ｖ＋ｉ_０との積に等しい新たな入力ｆ_ｃを生成することができる。この入力は、ダンパ力の物理的な次元をもはや有さない。したがって、仮想ダンパ力と呼ばれる。この線形化制御装置は、ただ１つのパラメータｉ_０、すなわち制御装置がそれに関して動作する制御電流バイアスのみを含むことに留意されたい。

物理的ダンパモデルに基づく従来技術線形化制御装置と、線形化制御装置が双一次ダンパ特性に基づく本発明の実施形態との性能を調べて比較するために、テスト自動車が、動的加振機の上に配置されて、以下の信号を用いて励振された。
・自動車の車輪の下の４つの加振機への無相関ピンク色ノイズ道路プロファイル変位信号
・セミアクティブショックアブソーバの４つのＣＶＳＡ弁への無相関白色ノイズ電流
以下の信号が測定された。
・自動車の４隅での４つの加速度計信号
・４つのショックアブソーバの４つの振動変位
４つの（仮想）ダンパ力が、物理的および双一次ダンパモデルに基づいてオフラインで計算された。

ダンパモデルの性能は、実際の（測定された）ダンパ力と計算された（仮想の）ダンパ力とを比較することによっては確認されないことに留意すべきである。この理由は、この力の再現が本発明の実施形態によって必要とされないこと、および双一次モデルが仮想ダンパ力を生成し、これは、スケーリングされてオフセットされているので、もはやダンパ力としての物理的な意味をもっていないことである。その代わりに、本発明の実施形態は、元の制御信号よりもより線形に車体加速度に関係付けられた信号を計算する。

図５は、物理的および双一次モデルに基づいて計算されたダンパ力と自動車の隅の１つで測定された車体加速度との間の多重コヒーレンス（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）をグラフで例示する。本発明の一実施形態による双一次モデルを用いて得られるコヒーレンスは、従来技術の物理的ダンパモデルを用いて得られるものよりも高く、したがってより線形の動的挙動を示す。

物理的ダンパモデルに関わる１つの問題は、そのモデルが、図２に示されるルックアップテーブルよりもはるかに複雑なショックアブソーバの非線形電流／速度／力特性を補償することを試みることである。図２のルックアップテーブルは、ある範囲の定電流設定に関して特定の調和励振信号を用いて生成された。しかし、非線形システムの応答は、振幅に依存することもある。したがって、このモデルは、その識別に使用されたものと同様の振幅レベルを有する励振信号に関してのみ妥当性がある。対照的に、本発明の実施形態による双一次モデルはこれらの非線形特性を含まず、双一次近似を実施し、この近似は、確率論的な道路励振など広帯域の励振信号に関してより線形になっていることが分かっている。双一次ダンパモデルは、ただ１つのパラメータ「ｉ_０」のみを含み、それに対してルックアップテーブルダンパモデルは、ダンパの非線形特性を記述するために多量のデータ点からなる。

（モード分解）
図６は、上述した本発明の実施形態による、４×４ＭＩＭＯ制御装置７２を必要とする４×４多入力多出力（「ＭＩＭＯ」）システム７０として図示される４つのセミアクティブショックアブソーバを有する乗用車のブロック図である。システムの制御入力（すなわち制御装置７２の出力）は、セミアクティブショックアブソーバの仮想力ｆ^ｃ _ｄである。システムの測定出力（すなわち制御装置７２の入力）は、自動車の４隅での車体加速度ａ^ｃ _ｂである。本発明の他の実施形態では、システムの測定出力は、４隅全てではなく自動車の３隅での車体加速度であり、第４の隅は、３つの測定出力に基づいて計算される。

図７は、図６のシステムの測定された振動数応答関数（「ＦＲＦ」）行列をグラフで例示する。図７は、自動車の４隅（ｆｌ：左前、ｆｒ：右前、ｒｌ：左後、ｒｒ：右後）での、仮想力（ｆｄ）から車体加速度（ａｂ）への４×４結合システムのＦＲＦ行列である。対角要素に対する非対角要素の比較的大きな大きさが、強い結合を示す。

静的分解行列Ｄ（式６）およびその擬似逆Ｄ^†が、システムをそのモード運動ヒーブ（ｈｅａｖｅ）、ロール（ｒｏｌｌ）、およびピッチ（ｐｉｔｃｈ）に分解するために使用され、それらは次いで、図８に図示されるモード（対角）制御装置８０によって制御される。システムの変換された制御入力（制御装置８０の出力）は、４つのセミアクティブショックアブソーバを介して自動車に作用する３つの仮想モード力ｆ^ｄ _ｄである。システムの変換された出力（制御装置８０の入力）は、自動車の３つのモード運動ａ^ｄ _ｂである。

完全に対称的な自動車は、δ＝０を有する変換行列ＤおよびＤ^†によって分解される。この行列の列は、自動車でのセンサの位置、すなわち左前、右前、左後、および右後に対応する。行は、モード運動、すなわちヒーブ（全て同位相）、ロール（左右で逆位相）、ピッチ（前後で逆位相）を表す。

図９は、δ＝０での、この分解システムの測定されたＦＲＦ行列をグラフで例示する。図９は、仮想モード力（ｆｄ）からモード車体加速度（ａｂ）への３×３分解システムのＦＲＦ行列である。非対角要素の相対的な大きさが著しく小さく、結合が小さいことを示し、分散制御を可能にする。図７および９におけるＦＲＦ行列に基づいて、δ≠０に関する値が、制御するのにより最適な分解をもたらすかどうかを結論付けることはできない。したがって、δは、重心の長手方向偏心によって対称的な自動車ダイナミクスを実現するためにオンラインで調整することができる制御パラメータとして導入される。

（制御方策）
上述したようにシステムが線形化されて分解されると、ここで、変換されたシステムに基づいて制御装置を設計することができる。一実施形態では、制御装置は、知られているスカイフック原理（ｓｋｙｈｏｏｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）を使用して設計される。しかし、本発明の実施形態による線形化されて分解されたシステムを組み込む任意の他の制御装置設計原理を使用することができる。

一実施形態における線形制御装置は、いくつかのフィードバックおよびフィードフォワードモジュールからなり、それぞれ、特定の快適性またはハンドリングの問題に取り組む。全てのモジュールの出力が、所望のモード仮想ダンパ力に合計される。目的は、自動車のモード運動を抑制して、乗客の快適性を高めることである。フィードバック線形化制御装置およびモード分解変換が、測定されたモード運動から、ショックアブソーバによって提供すべき所望のモード力を直接特定することを可能にする。スカイフック原理に基づいて、対角モード制御装置は、３つの１次低域通過フィルタからなり、その帯域幅ｆ_ｂおよび利得は、所望の快適性仕様と入力飽和との間の最適な兼ね合いを満たすようにオンラインで調整することができる。

車輪ホップは、自動車の車輪が道路に対して大きな振幅で動き、その一方で自動車の車体は比較的静止している共振モードである。この現象は、大きなタイヤ接触力変動により、自動車のハンドリング性能を悪化させる。車輪ホップモードは、制御電流がそれに関して変えられる制御電流バイアスＩ_０（上記の式５参照）を高めることによって減衰させることができる。

自動車を方向転換するとき、自動車は遠心力によりロールし、遠心力は、運転速度の二乗および方向転換の曲率に比例する。このロール運動は、フィードフォワード制御装置を使用することによって補償され、フィードフォワード制御装置は、回転によって引き起こされたロール運動と逆であって、かつ測定された運転速度の二乗およびステアリング角度に比例するモードロール力を所望のダンパ力に追加する。

加速または制動するとき、自動車は、課せられる横加速度に比例してそれぞれ後方および前方にピッチする。このピッチ運動は、フィードフォワード制御装置を使用することによって補償され、フィードフォワード制御装置は、モードピッチ力を所望のダンパ力に追加する。この追加の所望のピッチ力は、測定される制動力および所望の車輪トルク（どちらも、自動車のコントローラエリアネットワーク（「ＣＡＮ」）バスで利用可能である）に比例する。

（制御パラメータ調整）
一実施形態では、制御装置を調整するためにモデルが利用可能ではない（例えば、シミュレーションにおいて）。快適性や道路でのハンドリングのような主観的な問題を従来の制御仕様（例えば帯域幅および設定時間）に変換することは非常に難しく、不明瞭である。したがって、開発された制御装置の一実施形態は、いくつかのパラメータを備え、それらのパラメータは、較正されたテストトラック上で自動車を運転する熟練したテストパイロットよって提供されるコメントに基づいて、オンラインで個別に調整することができる。全ての調整可能なパラメータが、物理的な解釈をもち、したがってサスペンションの全体の挙動に対するそれらの影響が明らかである。以下、様々な制御パラメータ、それらの物理的な解釈、および自動車の挙動に対するそれらの影響を論じる。

・モード分解行列Ｄは、重心の長手方向オフセットを表す１つのパラメータδを含む。このパラメータは、前部と後部のダイナミクスが同様に振る舞うバランスの取れた自動車応答を得るように調整される。
・３つの１次低域通過フィルタからなる一体フィードバック制御装置は、６つのパラメータ、すなわち３つの利得および３つの帯域幅を含む。これらの利得および帯域幅を高めることは、さらに高周波ハーシュネスを悪化し始める特定の点まで自動車のモード運動の低振動数減衰を改善する。
・システムダイナミクスを線形化するために使用される双一次ダンパモデルは、所望の仮想ダンパ力に基づいて制御電流を計算するために振動速度を含む。したがって、測定される振動変位は、高周波ノイズ増幅を防止するために、区別され、低域通過フィルタを用いてフィルタされる。このフィルタの帯域幅は、制御装置帯域幅とノイズ感度との兼ね合いを最適化するように調整される重要なパラメータである。
・制御電流バイアスｉ_０（上の式５参照）は、システムにおける減衰の平均量を決定し、主に自動車のハンドリング性能を最適化するように調整される。この値を高めることは、より良いタイヤ力接触を自動車に提供するが、乗客の快適性を悪化させる。実験的な調整は、最適な値が道路のタイプに依存することを示した。すなわち、滑らかな道路は、柔らかな設定を許し、粗い道路は、より固い設定を必要とする。

快適性と道路でのハンドリングとの最適な折り合いをもたらす制御電流バイアスｉ_０は、道路の粗さに依存する。目的は、道路入力から独立して、ある程度のハンドリング性能を維持するようにタイヤ接触力変動を制限することである。これらのタイヤ接触力はオンラインで測定することができないので、車輪の運動エネルギーの平均量がタイヤ接触力変動の平均量に関係付けられると仮定する。車輪ホップ共振時、自動車の車体は車輪に関して比較的静止しているので、絶対車輪速度は、振動速度によって近似することができる。これは、一定のハンドリング性能を維持するために以下の適応制御法則をもたらす。すなわち、車輪の運動エネルギーの平均量が一定となるように制御電流バイアスｉ_０を適応させる。

車輪の運動エネルギーの（移動）平均量に比例する尺度Ｅが、振動速度Ｖ_ｒの二乗の（全ての４つの車輪の）合計を１次低域通過フィルタによってフィルタすることによってオンラインで計算される。このフィルタの時定数τが、式７に示されるように、平均が計算される時間を決定する。

道路の特定のタイプと制御電流バイアスｉ_０の固定値とに対して時定数τが存在し、それに関して、車輪の運動エネルギーの平均量Ｅが（所与の限度内で）一定の値に収束する。より固いショックアブソーバをもたらすｉ_０の増加は、Ｅを減少する。制御入力ｉ_０と測定された出力Ｅとを有するシステムＧとして見られる自動車は、下の式８で示されるように、時定数τと負のＤＣ利得Ａとを有する１次システムとしてモデル化することができる。比例フィードバック制御装置Ｐは、時定数

とＤＣ利得

とを有する新たな１次システムをもたらす。図１０は、比例制御装置を用いて電流バイアスｉ_０を制御することによって、平均タイヤ接触力変動に関係付けられる車輪の平均運動エネルギーＥを一定レベルＥ_０で保つための適応制御装置のブロック図である。パラメータＰおよび基準Ｅ_０は、所望の程度の道路独立ハンドリング性能を得るように調整することができる。

説明したように、本発明の一実施形態による制御装置構造は、モデルを明確に使用することなく、自動車およびセミアクティブサスペンションダイナミクスの物理的な洞察に基づいて導出される。一実施形態では、制御構造は３つの基本部分からなる。第１に、システムは、元の電流制御入力を仮想ダンパ力入力信号に変換することによって線形化される。物理的モデルに基づく非線形特性ではなく双一次ダンパ特性が使用される場合に、この線形化が改善されることが示される。次いで、システムダイナミクスは、静止分解行列を使用して、それらのモード成分に分解される。実際の自動車ダイナミクスは対称的ではなく、静的に分解可能でもないが、ＦＲＦ行列の非対角要素は、静的分解後に対角要素に比べて十分に小さい。

対称的な自動車ダイナミクスを実現するために重心の長手方向オフセットを微調整するために単一のパラメータが使用される。最後に、この線形化されて分解されたシステムが、線形分散制御装置によって制御され、線形分散制御装置はいくつかのモジュールからなり、それら全てが、特定の快適性またはハンドリングの問題に取り組む。このモデルフリー制御構造から生じるパラメータは全て、物理的な意味を有し、したがってテストパイロットのコメントに基づいてオンラインで直観的に調整することができる。システムの最適な平均減衰は、道路励振の粗さに依存するので、制御電流バイアスを調整するために適応制御装置が使用される。

結果として得られる本発明の実施形態によるセミアクティブサスペンションシステムに関して、各ダンパの減衰力は、例えばダンパ内部の制限を変えることによって、またはダンパ内部の油の特性を変えることによって調節することができる。自動車にある各ダンパに関する所望の減衰レベルを各瞬間に計算するためにコンピュータが使用される。本発明の実施形態は、自動車の車体の動き、道路状態、および運転手入力を考慮することによって、これら所望の減衰レベルを計算する。従来技術システムと対照的に、本発明の実施形態のアルゴリズムは、ダンパおよび自動車自体に関する物理的な情報を使用しない。

本発明のいくつかの実施形態を本明細書で具体的に例示し、かつ／または説明した。しかし、本発明の修正形態および変形形態が、上の教示によって網羅され、本発明の精神および所期の範囲から逸脱することなく頭記の特許請求の範囲の範囲内にあることを理解されたい。

従来技術パッシブショックアブソーバと、本発明の一実施形態によるセミアクティブショックアブソーバとを例示するブロック図である。 ＣＶＳＡ弁の様々な入力電流に関する測定された速度／力ダンパ特性を例示するグラフである。 非線形制御装置を用いた自動車およびダンパのブロック図である。 非線形制御装置の代わりとして線形制御装置および線形化制御装置の追加を例示するブロック図である。 物理的かつ双一次モデルに基づいて計算されたダンパ力と、自動車の隅の１つで測定された車体加速度との間の多重コヒーレンスをグラフで例示する図である。 本発明の実施形態による、４×４ＭＩＭＯ制御装置を必要とする４×４多入力多出力システムとして図示される４つのセミアクティブショックアブソーバを有する乗用車のブロック図である。 図６のシステムの測定された振動数応答関数行列をグラフで例示する図である。 モード制御装置および結合システムのブロック図である。 図７のシステムの測定された振動数応答関数行列をグラフで例示する図である。 適応制御装置のブロック図である。

Claims (18)

1. 複数の制御式ショックアブソーバを備える車両のショックアブソーバシステムを制御する方法であって、
   双一次ダンパ特性に基づいて、前記ショックアブソーバの元の制御入力を仮想ダンパ力入力信号に変換することによって前記システムを線形化すること、
   静的分解行列を使用してシステムダイナミクスをモード成分に分解すること、および
   線形分散制御装置を用いて前記システムを制御すること
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記システムは、モデルフリー入力を使用して線形化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記モード成分は、前記車両の重心の長手方向オフセットを表すパラメータを有するモード分解行列を構成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記システムは、各前記制御式ショックアブソーバそれぞれに関して制御信号ｉ_ｖを生成することによって制御され、
   

   

   であり、ここで、Ｖ_ｒは前記ショックアブソーバの振動速度であり、ｆ_ｃは前記ショックアブソーバの関係する力であり、ｉ_０は制御電流バイアスであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記ショックアブソーバは、セミアクティブショックアブソーバであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記ショックアブソーバは、電流制御式ショックアブソーバであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 車両のショックアブソーバシステムのセミアクティブショックアブソーバであって、
   シリンダと、
   前記シリンダ内部に挿入されたロッドと、
   前記ロッドに結合されたピストンと、
   前記シリンダに結合された制御式弁と、
   前記制御式弁に結合された、前記弁を制御するための制御装置と
   を備え、前記制御装置は、
   線形制御装置と、
   前記線形制御装置に結合された線形化制御装置であって、双一次ダンパ特性に基づく線形化制御装置と
   を備えることを特徴とするセミアクティブショックアブソーバ。
8. 前記制御装置は、仮想ダンパ力入力信号ｉ_ｖを使用して前記弁を制御し、
   

   

   であり、ここで、Ｖ_ｒは前記ショックアブソーバの振動速度であり、ｆ_ｃは前記ショックアブソーバの関係する力であり、ｉ_０は制御電流バイアスであることを特徴とする請求項７に記載のセミアクティブショックアブソーバ。
9. 前記制御装置は、さらにモード分解行列を備えることを特徴とする請求項７に記載のセミアクティブショックアブソーバ。
10. 前記モード分解行列は、前記車両の重心の長手方向オフセットを表すパラメータを備えることを特徴とする請求項９に記載のセミアクティブショックアブソーバ。
11. 前記制御式弁は、電流制御式弁であることを特徴とする請求項７に記載のセミアクティブショックアブソーバ。
12. 前記制御装置は、スカイフック原理に基づくことを特徴とする請求項７に記載のセミアクティブショックアブソーバ。
13. 複数の制御式ショックアブソーバを備える車両のショックアブソーバシステムであって、
    双一次ダンパ特性に基づいて、前記ショックアブソーバの制御入力を仮想ダンパ力入力信号に変換することによって前記システムを線形化するための手段と、
    静的分解行列を使用してシステムダイナミクスをモード成分に分解するための手段と、
    線形分散制御装置を用いて前記システムを制御するための手段と
    を備えることを特徴とするショックアブソーバシステム。
14. モデルフリー入力を使用して線形化されることを特徴とする請求項１３に記載のショックアブソーバシステム。
15. 前記モード成分は、前記車両の重心の長手方向オフセットを表すパラメータを有するモード分解行列を構成することを特徴とする請求項１３に記載のショックアブソーバシステム。
16. 前記システムは、各前記制御式ショックアブソーバそれぞれに関して制御信号ｉ_ｖを生成することによって制御され、
    

    

    であり、ここで、Ｖ_ｒは前記ショックアブソーバの振動速度であり、ｆ_ｃは前記ショックアブソーバの関係する力であり、ｉ_０は制御電流バイアスであることを特徴とする請求項１３に記載のショックアブソーバシステム。
17. 前記ショックアブソーバは、セミアクティブショックアブソーバであることを特徴とする請求項１３に記載のショックアブソーバシステム。
18. 前記ショックアブソーバは、電流制御式ショックアブソーバであることを特徴とする請求項１３に記載のショックアブソーバシステム。

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