JP2013203097A - 車体制振制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】走行中に取得される車両からのセンシング情報を車輪入力に変換する入力変換部204と、車輪入力と車両モデル307を用いて車体のばね上挙動を推定する車体振動推定部205と、ばね上挙動の推定結果に基づき駆動トルクの補正を行うトルク指令値算出部206と、を備える。この車体制振制御装置において、入力変換部204は、操舵角信号と車体速信号に基づいて旋回抵抗力を演算する第1旋回抵抗力算出部306と第2旋回抵抗力算出部317を備える。第2旋回抵抗力算出部317は、旋回抵抗力の振動に伴って輪荷重が変動することによるタイヤ特性変化を推定するCp変化率算出部317bを有し、ドライバ操舵に基づき演算された第1前後輪旋回抵抗力Fcf1,Fcr1を、Cp変化率に応じて補正する。
【選択図】図8
Description
この車体制振制御装置において、
前記入力変換部は、操舵角信号と車体速信号に基づいて旋回抵抗力を演算する旋回抵抗力算出部を備え、
前記旋回抵抗力算出部は、旋回抵抗力の振動に伴って輪荷重が変動することによるタイヤ特性変化を推定するタイヤ特性変化推定部を有し、ドライバ操舵に基づき演算された旋回抵抗力を、前記タイヤ特性変化に応じて補正する。
すなわち、悪路等での旋回走行時には、路面外乱により旋回抵抗力が振動し、この旋回抵抗力の振動に伴い前後輪の輪荷重が変動する。この輪荷重の変動分は、車体振動(バウンス振動やピッチ振動)の要因になるために抑制したいという要求がある。一方、旋回抵抗力の振動による輪荷重の変動分は、コーナリングパワー変化等のように、タイヤ特性変化としてあらわれる。
したがって、ドライバ操舵に基づく旋回抵抗力を、タイヤ特性変化に応じて補正することにより、悪路旋回時、路面外乱により旋回抵抗力が振動し、旋回抵抗力の振動により輪荷重が変動しても、この輪荷重変動分による車体振動が抑制される。
この結果、悪路旋回時において、路面外乱により旋回抵抗力が振動することで輪荷重が変動するとき、この輪荷重変動分による車体振動を抑制することができる。
実施例1における構成を、「全体システム構成」、「エンジンコントロールモジュールの内部構成」、「車体制振制御装置の入力変換部構成」、「車体制振制御装置の車体振動推定部構成」、「車体制振制御装置のトルク指令値算出部構成」に分けて説明する。
図1は、実施例1の車体制振制御装置が適用されたエンジン車を示す全体システム構成図である。以下、図1に基づき、全体システム構成を説明する。
ここで、「車体制振制御」とは、車両のアクチュエータ(実施例1では「エンジン106」)による駆動トルクを車体の振動に合わせて適切に制御することにより、車体振動を抑制する機能を持つ制御をいう。実施例1の車体制振制御においては、操舵時のヨー応答向上効果、操舵時のリニアリティ向上効果、ロール挙動の抑制効果も併せて得られる。
車体制振制御装置は、ECM101内に制御プログラムの形で構成されていて、ECM101内部の制御プログラムをあらわすブロック構成を図2に示す。以下、図2に基づき、ECM101の内部構成を説明する。
図3は、車体制振制御装置203の内部を詳細にあらわしたブロック構成を示す。以下、図3〜図11に基づき、3部構成の車体制振制御装置203のうち、入力変換部204の構成を説明する。
Zf=KgeoF・xtf
Zr=KgeoR・xtr
上式を微分すると、タイヤの前後速度と上下速度の式となるため、この関係を用いてサスペンションのストローク速度とストローク量を算出する。
前輪タイヤスリップ角βfと後輪タイヤスリップ角βrは、
βf=βv+lf・γ/V−δ
βr=βv−lr・γ/V
の式により計算される。但し、lf及びlrは、車体重心から前後車軸までの距離である。
そして、前後輪のタイヤスリップ角βf,βrと前後輪のコーナリングパワーCpf,Cprの積により、前後輪のタイヤ横力Fyf,Fyrを算出する。さらに、前後輪のタイヤスリップ角βf,βrと前後輪のタイヤ横力Fyf,Fyrの積により、第1前輪旋回抵抗力Fcf1と第1後輪旋回抵抗力Fcr1を算出する。
図3は、車体制振制御装置203の内部を詳細にあらわしたブロック構成を示す。以下、図3及び図12に基づき、3部構成の車体制振制御装置203のうち、車体振動推定部205の構成を説明する。
図3は、車体制振制御装置203の内部を詳細にあらわしたブロック構成を示す。以下、図3及び図13,図14に基づき、3部構成の車体制振制御装置203のうち、トルク指令値算出部206の構成を説明する。
このレギュレータ&チューニング部308,309,310,318には、制御対象である「トルク入力によるばね上挙動」と「外乱によるばね上挙動」と「操舵によるばね上挙動」と「輪荷重(Cp)変動によるばね上挙動」のそれぞれに対し、レギュレータゲインと、チューニングゲインと、を有する。
そして、車体のばね上挙動状態量に対しレギュレータゲインを積算した値を、車両の駆動トルクから差し引けば、状態量(バウンス速度、バウンス量、ピッチ速度、ピッチ角度)は平衡状態(ここでは、振動が止まる方向)に働く。したがって、車体のばね上挙動状態量にレギュレータゲインを積算した値の総和を補正トルク値とし、これを駆動トルク指令値に加算することになる。
これは、レギュレータゲインで補正すると、駆動トルクを変動させるため、レギュレータゲインで補正したものをそのままトルク指令値にした場合、前後G変動が違和感を生じることがあるし、また、狙いとする操舵応答向上やロール挙動の積極的な制御を実現することができないことがある。
そこで、チューニングゲインK1〜K6,K9,K10は、振動を抑制する正方向の値で、かつ、違和感を与えない前後G変動範囲に含まれる値に設定する。チューニングゲインK7,K8は、振動を助長する負方向で、かつ、違和感を与えない前後G変動範囲に含まれる値に設定する。これらのチューニングゲインK1〜K10を積算した値の和を、車両駆動軸に付与することにより、前後輪荷重を安定化させてタイヤの性能を十分に発揮させることが可能となり、また、操舵時には、前輪に荷重を上乗せし、操舵応答の向上、穏やかなロール挙動を実現できるようになる。
すなわち、レギュレータ&チューニング部310は、ドライバ操舵分の第1前後輪旋回抵抗力Fcf1,Fcr1によって推定された車体のばね上挙動を増幅する方向の第1補正値(正方向の値)により駆動トルクを補正する。レギュレータ&チューニング部318は、Cp変動分の第2前後輪旋回抵抗力Fcf2,Fcr2によって推定された車体のばね上挙動を抑制する方向の第2補正値(負方向の値)により駆動トルクを補正する。
なお、チューニングゲインK1〜K10は、重み付けの調整代であるため、適用車両に応じて初期設定値を変更することで、車種への対応性を持たせることができる。さらに、チューニングゲインK1〜K10を走行中に変更可能にしておくと、走行状況やドライバ操作状況などに応じ、適切にチューニングゲインK1〜K10を調整することで、走行状況などによって特に実現したい制御効果を強調することもできる。
リミット処理部311は、上記チューニングゲインK1〜K10を積算した値の和(補正トルク値)に対して、駆動系共振対策として、補正トルク値の絶対値の最大値制限処理を行い、ドライバが前後G変動として感じない範囲のトルクに制限する。
バンドパスフィルタ312は、リミット処理部311と同様に駆動系共振対策として、車体のばね上振動成分を抽出するとともに、ばね上共振を抑制するように駆動系共振周波数成分の除去を行う。その理由は、実際の車両、特に、エンジン車などにおいては、駆動トルクに不用意に振動成分を付加すると、駆動系共振と干渉して違和感となる振動が発生することがあることによる。加えて、エンジン車などは、駆動トルク指令に対する応答性の悪さや不感帯があるため、期待した制御効果を十分に得ることができないおそれがあるために必要となる。
実施例1の車体制振制御装置における作用を、「車体制振制御処理作用」、「車体制振制御の基本作用」、「悪路旋回時における車体振動抑制作用」に分けて説明する。
図15は、実施例1のエンジンコントロールモジュール101にて実行される車体制振制御処理を示すフローチャートである。以下、図15のフローチャートに基づき、車体制振制御処理作用を説明する。なお、車体制振制御処理では、ステップS1401〜ステップS1422へと順次進む処理の流れが、所定の制御周期毎に実行される。
駆動トルクによる車体制振制御では、具体的にどのようなメカニズムにより車体のばね上挙動がコントロールされるかを把握しておくことが必要である。以下、図16及び図17に基づき、これを反映する車体制振制御の基本作用を説明する。
そこで、具体的な走行状況として、図16(a)に示すように、停車から発進加速した後、定速状態に入り、その後、減速して停車する場合を例にとる。
停車から発進加速すると、駆動トルクが急増することで、後輪の輪荷重が増加し、前輪の輪荷重が減少するという荷重移動が生じ、車体挙動としては、車体前方側が持ち上がるノーズアップとなる。このとき、図16(a),(b)に示すように、駆動輪である後輪への駆動トルクをダウンさせると、減速時のように車体前方側が沈み込むノーズダウンの挙動を発生させ、荷重移動によるノーズアップと、トルクダウンによるノーズダウンが相殺し、車体挙動が安定する。
したがって、車体のピッチ角速度の変化をみると、図16(c)に示すように、制振なしの場合に比べ、制振ありの場合が車体のピッチ角速度が小さく抑えられる。
(a)車線変更時やS字路等のシーンで、穏やかなロールとリニアリティの良さにより、安定感のあるリニアな旋回性能を得ること。
(b)高速巡航時等のシーンで、修正操舵の少なさやピッチダンピングの良さにより、車両の安定した巡航性能を得ること。
である。
したがって、操舵時には、前輪荷重が増加するよう積極的にノーズダウン挙動を助長することでヨー応答を向上させ、同時に余計な振動成分は抑制することでリニアリティを確保する。そして、これらの制御を同時に行うことで横Gの急変が抑えられるため、ロールレイトの抑制できるという本制御が狙いとする効果(a)を実現できる。
上記本制御が狙いとする効果を実現するのに加え、悪路旋回時においては、旋回抵抗力に変動に伴う車体振動を抑制することが必要である。以下、図18に基づき、これを反映する悪路旋回時における車体振動抑制作用を説明する。
例えば、悪路旋回時、路面外乱により旋回抵抗力が振動することで輪荷重が変動すると、この輪荷重変動分による車体振動がある。これに対し、旋回抵抗力の振動による輪荷重変動分は、車輪速変動を監視しても成分抽出をすることができない。すなわち、輪荷重が大きく変動するシーンでは、旋回抵抗力も変動するため、それだけ車体振動要因が増えるだけでなく、比較例の車輪速変動による外乱トルクの推定では対応できない。
この第1前後輪旋回抵抗力Fcf1,Fcr1に含まれる輪荷重の変動分は、車体振動(バウンス振動やピッチ振動)の要因になることで抑制したいという要求がある。一方、旋回抵抗力の振動による輪荷重の変動分は、Cp変化率(タイヤ特性変化)としてあらわれる。
車体制振制御では、図18の矢印Jに示すように、(車体振動を抑制する指令トルク)+(操舵応答をコントロールする指令トルク)による制御指令値(=駆動トルク指令値)が出力される。
このため、時刻t1までの直進走行域では、図18の矢印Eに示すように、制御無しに比べ、ピッチレイトが抑制され、車両の安定した走行性能により、乗心地の向上が実現されていることが分かる。
そして、時刻t1以降の操舵過渡領域においては、図18の矢印Fに示すように、ピッチレイトの変化が抑制されていて、適切な荷重移動が実現されていることが分かる。操舵過渡領域のうち、旋回初期においては、図18の矢印Gに示すように、制御無しに比べてヨーレイトが早期に立ち上がり、初期応答性が向上していることが分かる。さらに、操舵過渡領域のうち、旋回後期においては、図18の矢印Hに示すように、制御無しに比べてヨーレイトが緩やかに変化し、旋回巻き込みが抑制されていることが分かる。
そして、操舵過渡領域(旋回初期〜旋回後期)においては、ピッチレイトの変化を抑制する制御と、ヨーレイトの変化を抑制する制御と、を同時に行うことで、横Gの急変が抑えられるため、図18の矢印Iに示すように、制御無しに比べてロールレイトが抑制されていることが分かる。
実施例1の車体制振制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
前記入力変換部204は、操舵角信号と車体速信号に基づいて旋回抵抗力を演算する旋回抵抗力算出部(第1旋回抵抗力算出部306、第2旋回抵抗力算出部317)を備え、
前記旋回抵抗力算出部(第2旋回抵抗力算出部317)は、旋回抵抗力の振動に伴って輪荷重が変動することによるタイヤ特性変化を推定するタイヤ特性変化推定部(Cp変化率算出部317b)を有し、ドライバ操舵に基づき演算された旋回抵抗力(第1前後輪旋回抵抗力Fcf1,Fcr1)を、前記タイヤ特性変化(Cp変化率)に応じて補正する(図8)。
このため、悪路旋回時において、路面外乱により旋回抵抗力が振動することで輪荷重が変動するとき、この輪荷重変動分による車体振動を抑制することができる。
前記第1旋回抵抗力算出部306は、輪荷重変動によるタイヤ特性変化を考慮しないドライバ操舵分の第1旋回抵抗力(第1前後輪旋回抵抗力Fcf1,Fcr1)を演算し、
前記第2旋回抵抗力算出部317は、輪荷重変動によるタイヤ特性変化を考慮したタイヤ特性変化分(Cp変動分)の第2旋回抵抗力(第2前後輪旋回抵抗力Fcf2,Fcr2)を演算する(図3)。
このため、(1)の効果に加え、第1旋回抵抗力算出部306と第2旋回抵抗力算出部317とを分けることで、個別にゲイン設定を行うことができる。つまり、旋回時に操縦安定性を重視するシーンでは、第1旋回抵抗力(第1前後輪旋回抵抗力Fcf1,Fcr1)のゲインを高め、悪路旋回時に車体振動抑制を重視するシーンでは、第2旋回抵抗力(第2前後輪旋回抵抗力Fcf2,Fcr2)のゲインを高めることができる。
このため、(2)の効果に加え、旋回時において輪荷重を積極的に増加することで、ロールレイト抑制による操縦安定性を確保することができる。
このため、(2)又は(3)の効果に加え、悪路旋回時において、路面外乱により旋回抵抗力が振動することで輪荷重が変動するとき、輪荷重変動から抽出された旋回抵抗力振動成分による車体振動を抑制することができる。
このため、(4)の効果に加え、旋回時における操縦安定性の確保と、悪路旋回時における車体振動抑制と、の両立を図ることができる。
このため、(1)〜(5)の効果に加え、輪荷重変化率と相関マップを用いた簡単な構成であり、タイヤ特性のパラメータ適合を容易にできるにより、タイヤ特性変化としてのコーナリングパワー変化率(前後輪のCp変化率)を算出することができる。
前記コーナリングパワー変化率算出部317bは、前記輪荷重変動算出部316からの前輪荷重変動と後輪荷重変動に基づき前記輪荷重変化率を算出する輪荷重変化率算出部317b1を有する(図10)。
このため、(6)の効果に加え、コーナリングパワー変化率(前後輪のCp変化率)の算出情報である輪荷重変化率を、車体振動推定部205により推定された車体のばね上挙動状態量(バウンス速度、バウンス量、ピッチ速度、ピッチ角度)と、車両モデル316aと、を用いて算出することができる。
102FR,102FL 左右前輪(従動輪)
102RR,102RL 左右後輪(駆動輪)
103FR,103FL,103RR,103RL 車輪速センサ
104 ブレーキストロークセンサ
105 アクセル開度センサ
106 エンジン
107 MT変速機
108 シャフト
109 ディファレンシャルギア
110 ステアリングホイール
111 操舵角センサ
201 ドライバ要求トルク演算部
202 トルク指令値演算部
203 車体制振制御装置
204 入力変換部
205 車体振動推定部
206 トルク指令値算出部
301 駆動トルク変換部
302 サスストローク算出部
303 上下力変換部
304 車体速度推定部
305 旋回挙動推定部
306 第1旋回抵抗力算出部
316 輪荷重変動算出部
316a 車両モデル
317 第2旋回抵抗力算出部
317a 旋回状態推定部
317b Cp変化率算出部(タイヤ特性変化推定部)
317b1 輪荷重変化率算出部
317b2 Cp変化率算出マップ(相関マップ)
317c 旋回抵抗算出部
307 車両モデル
308,309,310,318 レギュレータ&チューニング部
311 リミット処理部
312 バンドパスフィルタ
313 非線形ゲイン増幅部
314 リミット処理部
315 エンジントルク変換部
Claims (7)
- 走行中に取得される車両からのセンシング情報を車輪入力に変換する入力変換部と、前記車輪入力と車両モデルを用いて車体のばね上挙動を推定する車体振動推定部と、前記ばね上挙動の推定結果に基づき駆動トルクの補正を行うトルク指令値算出部と、を備えた車体制振制御装置において、
前記入力変換部は、操舵角信号と車体速信号に基づいて旋回抵抗力を演算する旋回抵抗力算出部を備え、
前記旋回抵抗力算出部は、旋回抵抗力の振動に伴って輪荷重が変動することによるタイヤ特性変化を推定するタイヤ特性変化推定部を有し、ドライバ操舵に基づき演算された旋回抵抗力を、前記タイヤ特性変化に応じて補正する
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項1に記載された車体制振制御装置において、
前記旋回抵抗力算出部は、操舵角信号と車体速信号により旋回抵抗力を演算する2つの第1旋回抵抗力算出部と第2旋回抵抗力算出部を備え、
前記第1旋回抵抗力算出部は、輪荷重変動によるタイヤ特性変化を考慮しないドライバ操舵分の第1旋回抵抗力を演算し、
前記第2旋回抵抗力算出部は、輪荷重変動によるタイヤ特性変化を考慮したタイヤ特性変化分の第2旋回抵抗力を演算する
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項2に記載された車体制振制御装置において、
前記トルク指令値算出部は、前記第1旋回抵抗力算出部により演算されたドライバ操舵分の第1旋回抵抗力によって推定された車体のばね上挙動を増幅する方向の第1補正値により駆動トルクを補正する
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項2又は3に記載された車体制振制御装置において、
前記トルク指令値算出部は、前記第2旋回抵抗力算出部により演算されたタイヤ特性変化分の第2旋回抵抗力によって推定された車体のばね上挙動を抑制する方向の第2補正値により駆動トルクを補正する
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項4に記載された車体制振制御装置において、
前記トルク指令値算出部は、旋回抵抗力に基づく駆動トルクの補正値を、前記第1補正値と前記第2補正値の合成値とする
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項1から5までの何れか1項に記載された車体制振制御装置において、
前記タイヤ特性変化推定部は、輪荷重変化率とタイヤコーナリングパワー変化率の相関マップを備え、輪荷重変化率と前記相関マップに基づいてタイヤ特性変化としてコーナリングパワー変化率を算出するコーナリングパワー変化率算出部である
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項6に記載された車体制振制御装置において、
前記入力変換部は、前記車体振動推定部により推定された車体のばね上挙動状態量を、車両モデルに入力することで、前輪荷重変動と後輪荷重変動を演算する輪荷重変動算出部を備え、
前記コーナリングパワー変化率算出部は、前記輪荷重変動算出部からの前輪荷重変動と後輪荷重変動に基づき前記輪荷重変化率を算出する輪荷重変化率算出部を有する
ことを特徴とする車体制振制御装置。
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