JP2009083614A - サスペンション制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車体14の1箇所のばね上加速度を検出するばね上加速度センサ1、第1係数乗算部2、第2係数乗算部27夫々の検出データから四輪ばね上加速度演算部28が四輪のばね上加速度を演算し、さらに、四輪相対速度演算部30が四輪相対速度を算出し、コントローラ20が、四輪相対速度を用いて四輪夫々のショックアブソーバに対するスカイフック制御のための減衰力指令値を求める。1つのばね上加速度センサ1を用いて、四輪対応の各ショックアブソーバに対して、スカイフック制御に用いる制御指令値を個別に算出できるので、ばね上加速度センサを2個以上備える従来技術に比して、構成を簡易化できる。
【選択図】図2
Description
スカイフック制御を実現するため、通常は、ばね上絶対速度と、ばね上・ばね下相対速度が必要とされている。従来のサスペンション制御装置の一例として、3つのばね上加速度センサと各輪に車高センサ又はばね下加速度センサとを、用いた装置がある。
しかし、この装置ではセンサの数が多く、これに伴い構成が複雑化し、装置コストの増大や設置の困難性を招くという問題があった。
すなわち、この特許文献1の制御装置は、図8に示すように、車体のフロントに設けられてフロントばね上加速度を検出するばね上加速度センサ1と、ばね上加速度センサ1が検出したフロントばね上加速度信号を積分処理する積分処理部2と、積分処理部2からの積分処理信号をB.P.F処理してフロントばね上速度を算出するB.P.F処理部(バンドパスフィルタ処理部。以下、適宜、第1B.P.F処理部3という。)と、第1B.P.F処理部3からフロントばね上速度に基づいてフロントばね上/ばね下相対速度を算出するフロント相対速度算出部4と、を備えている。
車輪速センサ5は、前輪の近傍に設けられてフロント車輪速度を演算する。
第2B.P.F処理部6は、車輪速センサ5からのフロント車輪速度をバンドパスフィルタ処理してフロント車輪速度に含まれる所定周波数のピッチング成分を抽出する。
係数乗算部7は、第2B.P.F処理部6で抽出されたピッチング成分に所定の係数を乗算してピッチレート(ピッチ速度)を算出する。
リアばね上速度演算部8は、係数乗算部7において算出されたピッチレート、及び第1B.P.F処理部3を介して得られたフロントばね上速度の入力を受けてリアばね上速度を算出する。
リア相対速度算出部9は、リアばね上速度演算部8により算出されたリアばね上速度に基づいてリアばね上/ばね下相対速度を算出する。
スカイフック演算部10は、フロントアクチュエータに対してはフロントばね上速度及びフロント相対速度を用いてスカイフック制御のための減衰力指令値(アクチュエータ指令電流)を算出して当該減衰力指令値でフロントアクチュエータを制御し、リアアクチュエータに対してはリアばね上速度及びリア相対速度を用いてスカイフック制御のための減衰力指令値(アクチュエータ指令電流)を算出して当該減衰力指令値でフロントアクチュ
エータを制御する。
また、特許文献1の制御装置では、ブレーキやアクセル操作により車両が加減速されて車体速が大きく変化してしまうと、第2B.P.F処理部6が車体速変化に対応しきれず、ピッチ速度の演算に不具合が生じてしまう、換言すれば車体加減速による影響が大きいという問題があった。
また、特許文献1の制御装置は、ロール変化分を考慮してない。このため、左右の上下変化に大きな違いがあるロール挙動が大きいとき、正確に四輪全てのばね上上下速度を推定することができないという問題がある。
請求項2記載の発明は、車両の車体と四輪夫々との間に介装され減衰特性を調整可能なショックアブソーバと、該ショックアブソーバに制御理論に基づいて得られる減衰力指令値を入力して該減衰力指令値に基づく減衰特性を発生させる制御手段と、を備えたサスペンション制御装置において、前記車体の1箇所のばね上加速度を検出するばね上加速度検出手段と、前記車体のロール加速度及びピッチ加速度を夫々、検出するロール加速度検出手段及びピッチ加速度検出手段と、該ロール加速度検出手段及びピッチ加速度検出手段が夫々検出したロール加速度及びピッチ加速度と、前記ばね上加速度検出手段が検出したばね上加速度から四輪のばね上加速度を演算するする四輪ばね上加速度演算手段と、該四輪ばね上加速度演算手段が演算した四輪のばね上加速度及び前記制御手段が出力する減衰力
指令値から四輪のばね上ばね下の相対速度を推定するオブザーバと、を備え、前記制御手段は、前記オブザーバが求めた四輪のばね上ばね下の相対速度を用いて四輪夫々のショックアブソーバに対する減衰力指令値を求めることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載のサスペンション制御装置において、前記ロール加速度検出手段は、操舵角、車速、及び車体に作用する横加速度からロール加速度を検出することを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1、3、4のいづれかに記載のサスペンション制御装置において、前記四輪ばね上加速度演算手段が演算した四輪のばね上加速度に基づいて四輪の夫々と車体との相対速度である四輪相対速度を算出する四輪相対速度算出手段と、を備え、前記制御手段は、前記四輪相対速度算出手段が算出した四輪相対速度を用いて四輪夫々のショックアブソーバに対する減衰力指令値を求めることを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項1から5のいずれかに記載のサスペンション制御装置において、前記四輪ばね上加速度検出手段が検出した四輪ばね上加速度を積分して四輪のばね上速度を求める積分回路を有し、前記制御手段は、前記積分回路の算出データを用いて四輪夫々のショックアブソーバに対する減衰力指令値を求めることを特徴とする。
図8に示す部材と同等の部材は、同等の符号を付し、その説明は適宜、省略する。
図1において、自動車(車両)を構成する車体と4個の車輪11(図は1輪分のみ記載している。)との間には、スプリング12と減衰特性を調整可能な減衰力可変ダンパ13とが並列に介装されており、これらが車体14を支持している。ダンパ13及びスプリング12は、4個の車輪に対応して夫々4個設けられているが、便宜上、そのうち一つのみを図示している。
車体14の一箇所には当該箇所における上下方向の加速度(ばね上上下加速度。以下、適宜、ばね上加速度という。)を検出するばね上加速度センサ1が設けられている。
ダンパ13は、図示しない減衰力発生部と、この減衰力発生部を駆動するアクチュエータ15とを備えている。
ばね上加速度センサ1及びアクチュエータ15、操舵角センサ16、車速センサ17、横加速度センサ18及び車輪速センサ5にコントローラ(制御手段)20が接続されている。
コントローラ20は、図2に示すように、微分処理部21(ピッチ加速度検出手段)、B.P.F処理部(以下、ピッチ加速度B.P.F処理部という。ピッチ加速度検出手段)22、係数乗算部(以下、第1係数乗算部という。ピッチ加速度検出手段)23、推定横加速度算出部24、路面入力影響の横加速度算出部(ロール加速度検出手段)25、B.P.F処理部(以下、ロール加速度B.P.F処理部という。ロール加速度検出手段)26、係数乗算部(以下、第2係数乗算部という。ロール加速度検出手段)27、四輪ばね上加速度演算部(四輪ばね上加速度演算手段)28、積分処理部(以下、四輪対応積分処理部という。)29、四輪相対速度演算部(四輪相対速度算出手段)30、及びスカイフック演算部31を備えている。
ピッチ加速度B.P.F処理部22は、微分処理部21からの車輪加速度信号をB.P.F(バンドパスフィルタ)処理してピッチ加速度成分を抜き出す。
第1係数乗算部23は、ピッチ加速度B.P.F処理部22で抜き出されたピッチ加速度成分に所定の係数を乗算してピッチ加速度を算出する。
路面入力影響の横加速度算出部25は、推定横加速度算出部24が得た「旋回影響の横加速度」と、横加速度センサ18が得た横加速度情報とから「路面入力影響の横加速度」を求める。
ロール加速度B.P.F処理部26は、「路面入力影響の横加速度」をB.P.F処理してロール加速度成分を抜き出す。
第2係数乗算部27は、ロール加速度B.P.F処理部26で抜き出されたロール加速度成分に所定の係数を乗算してロール加速度を算出する。
四輪対応積分処理部29は、四輪ばね上加速度演算部28が求めた四輪ばね上上下加速度から四輪ばね上上下速度(以下、適宜、四輪ばね上速度という。)を求める。
四輪相対速度演算部30は、図6に示すようにカルマンフィルタ40(オブザーバ)及び減衰力可変分算出部41を含んで構成されており、四輪ばね上加速度演算部28が求めた四輪ばね上加速度から、四輪の夫々と車体14における四輪対応部分との相対速度(ばね上/ばね下相対速度。以下、適宜、四輪相対速度という。)を求める。
スカイフック演算部31は、四輪対応積分処理部29が求めた四輪ばね上速度と、四輪相対速度演算部30が求めた四輪相対速度から各アクチュエータ15に対するスカイフック制御のための指令電流(減衰力指令値。制御指令値)を生成し、これを対応するアクチュエータ15に入力することにより、各ダンパ13を制御する。
にしている。図8に示す従来技術では、上述したように、ばね上速度などの算出にピッチ速度を用いており車体加減速による影響が大きいという問題を有していたが、この実施形態によれば、車輪速センサ5が検出した車輪速から得たピッチ加速度を用いて算出するようにしているので、上記車体加減速による影響を最小限に抑えることができる。
図8の従来技術が有する上記問題に対して、本実施形態では、ばね上上下加速度とピッチ加速度によるリアばね上上下加速度の推定により、ばね上上下加速度についてはばね上加速度センサ1の検出値をそのまま使用することで誤差を生じることはない。
車輪加速度推定に関しては、車輪速度推定のように、ある狭い周波数成分(例えばばね上共振)に限定することなく、極低周波数領域(例えば0.05Hz)以下と極高周波数領域(例えば15Hz)以上の周波数領域を抜き出すことで推定可能であり、周波数を限定された推定にはならない。このことより、車輪加速度によるピッチ加速度推定、ばね上上下加速度とピッチ加速度によるリアばね上上下加速度の方が精度よく推定可能である。
また、この実施形態では、操舵角、車速、横加速度から推定したロール加速度により、ロール変化分を補正することで、四輪全てのばね上上下加速度、ばね上上下速度及びばね上/ばね下間相対速度を算出し、これにより推定精度と制振性能を向上したものになっている。このため、この実施形態では、ロール変化分を考慮していない図8の従来技術に比して、優れた制振性能を確保できる。
図3において、コントローラ20に電力が供給され、制御ソフトウェアの実行が始まる(ステップS1)。そして、まず、コントローラ20の初期設定を行う(ステップS2)。次に、所定の制御周期に達したか否かの判定を行う(ステップS3)。ステップS3で、いまだ制御周期に達していないと判定したときは、上流へ戻り、再度、制御周期に達しているか否かの判定を行う。ステップS3で制御周期に達した(YES)と判定すると、前制御周期にて演算された制御量をアクチュエータ15に出力する(ステップS4)。その後、各センサ情報を読込む(ステップS5)。
次に、センサ情報を対応する部分に入力し(ステップS6)、この入力されたセンサ情報に基づいて、ステップS7の制御演算実行部(制御演算実行サブルーチン)で、ばね上速度、ばね上/ばね下間相対速度の推定演算を行うと共に、アクチュエータ指令値(アクチュエータ指令電流。減衰力指令値)の演算を行う。
図4において、まず、フロント車輪速度信号を微分処理して車輪加速度を算出する(ステップS11)。次に、車輪加速度信号をバンドパスフィルタ処理して所定の周波数成分を有するピッチ加速度成分を抽出する(ステップS12)。
次に、操舵角及び車速から旋回運動によって発生している推定横加速度を算出する(ステップS13)。車両の線形モデルを仮定し、動特性を無視すると、推定横加速度ayは次式で表すことができる。
Vは、車速〔m/s〕、Aはスタビリティファクタ〔s2/m2〕、δfは前輪舵角〔rad〕、Lhはホイールベース〔m〕である。
後述する式でG sensorは、ばね上加速度センサ1取付位置でのばね上上下加速度〔m/s2〕、G FRはフロントばね上上下加速度〔m/s2〕、G RRはリアばね上上下加速度〔m/s2〕、 L1はばね上加速度センサ1取付位置から観測したいフロントばね上上下加速度までの距離、L2はばね上加速度センサ1取付位置から観測したリアばね上上下加速度までの距離、AGyはピッチ加速度〔rad/s2〕をそれぞれ示す。
G FR=G sensor+AGy×L1
また、リアばね上上下加速度G RRは次式で求めることができる。
G RR =G sensor−AGy× L2
ロール加速度による左右軸上に配置された位置でのばね上上下加速度もピッチ加速度による推定と同様に求めることができる。
G sensorをばね上加速度センサ1取付位置でのばね上上下加速度〔m/s2〕、G FRを
フロント右のばね上上下加速度〔m/s2〕、G FLをフロント右のばね上上下加速度〔m/s2〕、G RRを右のリアばね上上下加速度〔m/s2〕、G RLを左のリアばね上上下加速度〔m/s2〕とする。また、 L1はばね上加速度センサ1取付位置から観測したいフロントばね上上下加速度までのy軸上の距離、L2はばね上加速度センサ1取付位置から観測したリアばね上上下加速度までのy軸上の距離、Wf1はばね上加速度センサ1取付位置から観測したいフロント右のばね上上下加速度までのx軸上の距離、Wf2はばね上加速度センサ1取付位置から観測したいフロント左のばね上上下加速度までのx軸上の距離、
Wr1はばね上加速度センサ1取付位置から観測したいリア右のばね上上下加速度までのx軸上の距離、Wf2はばね上加速度センサ1取付位置から観測したいリア左のばね上上下加速度までのx軸上の距離、AGyはピッチ加速度〔rad/s2〕、AGxはロール加速度〔rad/s2〕、をそれぞれ示す。
G FR=G sensor+AGy×L1− AGx×Wf2
また、フロント左のばね上上下加速度G FL は次式で求めることができる。
G FL=G sensor+AGy×L1+AGx×Wf1
また、リア右のばね上上下加速度G RRは次式で求めることができる。
G RR =G sensor−AGy× L2− AGx×Wf2
また、リア左のばね上上下加速度G RLは次式で求めることができる。
G RL =G sensor−AGy× L2+AGx×Wf1
このようにして求めた四輪のばね上上下加速度を求めることができ、また、四輪のばね上上下加速度を夫々、カルマンフィルタ40に入力し四輪の相対速度を算出する(ステップS17)。
図8に示す従来技術では、カルマンフィルタの構成上、ばね上速度から状態量を推定する場合は、ばね上速度と相対変位を推定する構成となるため、この信号を微分処理して相対速度とする必要があるが、本実施形態によれば、ばね上加速度からの推定により、相対速度と相対変位をカルマンフィルタから直接推定できる。
なお、上記実施の形態では、スカイフック制御を行うため、各車輪のばね上上下速度と相対速度を求めて制御しているが、減衰力が伸縮反転するタイプの減衰力調整式油圧緩衝器を用いた場合は、相対速度は、必要としない。
また、上記実施の形態では、スカイフック演算部31を用いスカイフック制御を行った例を示したが、その他にも、H∞制御や各種現代制御理論を用いた制御に本発明を用いてもよい。この場合、四輪ばね上加速度演算部28で求めた各車輪のばね上加速度から絶対速度や相対速度など必要なデータを演算することが可能なので、そのデータを用いれば、
各種制御理論に対応可能である。
Claims (6)
- 車両の車体と四輪夫々との間に介装され減衰特性を調整可能なショックアブソーバと、該ショックアブソーバに制御理論に基づいて得られる減衰力指令値を入力して該減衰力指令値に基づく減衰特性を発生させる制御手段と、を備えたサスペンション制御装置において、
前記車体の1箇所のばね上加速度を検出するばね上加速度検出手段と、
前記車体のロール加速度及びピッチ加速度を夫々、検出するロール加速度検出手段及びピッチ加速度検出手段と、
該ロール加速度検出手段及びピッチ加速度検出手段が夫々検出したロール加速度及びピッチ加速度と、前記ばね上加速度検出手段が検出したばね上加速度から四輪のばね上加速度を演算するする四輪ばね上加速度演算手段と、
前記制御手段は、前記四輪ばね上加速度演算手段で演算された四輪のばね上加速度を用いて四輪夫々のショックアブソーバに対する減衰力指令値を求めることを特徴とするサスペンション制御装置。 - 車両の車体と四輪夫々との間に介装され減衰特性を調整可能なショックアブソーバと、該ショックアブソーバに制御理論に基づいて得られる減衰力指令値を入力して該減衰力指令値に基づく減衰特性を発生させる制御手段と、を備えたサスペンション制御装置において、
前記車体の1箇所のばね上加速度を検出するばね上加速度検出手段と、
前記車体のロール加速度及びピッチ加速度を夫々、検出するロール加速度検出手段及びピッチ加速度検出手段と、
該ロール加速度検出手段及びピッチ加速度検出手段が夫々検出したロール加速度及びピッチ加速度と、前記ばね上加速度検出手段が検出したばね上加速度から四輪のばね上加速度を演算するする四輪ばね上加速度演算手段と、
該四輪ばね上加速度演算手段が演算した四輪のばね上加速度及び前記制御手段が出力する減衰力指令値から四輪のばね上ばね下の相対速度を推定するオブザーバと、を備え、
前記制御手段は、前記オブザーバが求めた四輪のばね上ばね下の相対速度を用いて四輪夫々のショックアブソーバに対する減衰力指令値を求めることを特徴とするサスペンション制御装置。 - 前記ピッチ加速度検出手段は、車輪速を用いてピッチ加速度を検出することを特徴とする請求項1または2に記載のサスペンション制御装置。
- 前記ロール加速度検出手段は、操舵角、車速、及び車体に作用する横加速度からロール加速度を検出することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のサスペンション制御装置。
- 前記四輪ばね上加速度演算手段が演算した四輪のばね上加速度に基づいて四輪の夫々と車体との相対速度である四輪相対速度を算出する四輪相対速度算出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記四輪相対速度算出手段が算出した四輪相対速度を用いて四輪夫々のショックアブソーバに対する減衰力指令値を求めることを特徴とする請求項1、3、4いづれかに記載のサスペンション制御装置。 - 前記四輪ばね上加速度検出手段が検出した四輪ばね上加速度を積分して四輪のばね上速度を求める積分回路を有し、
前記制御手段は、前記積分回路の算出データを用いて四輪夫々のショックアブソーバに対する減衰力指令値を求めることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のサスペンション制御装置。
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