JP2014000843A - サスペンション制御装置及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】走行状況によって変化する振動モードに適切に対応したサスペンション制御を行う。
【解決手段】サスペンション制御装置７に、上下加速度に基づいてアクチュエータ３１のスカイフック制御を行うためのスカイフック制御値を算出するスカイフック制御値算出部７１と、ピッチレートに基づいてアクチュエータ３１のピッチング制御を行うためのピッチング制御値を算出するピッチング制御値算出部７２と、車速に基づいてスカイフック制御及びピッチング制御の配分割合を算出する配分割合算出部７３と、スカイフック制御値算出部７１で算出されたスカイフック制御値とピッチング制御値算出部で算出されたピッチング制御値とを配分割合算出部７２で算出された配分割合で合算した合算値を、アクチュエータ３１の制御値として決定する制御値決定部７５と、を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両のサスペンションを制御するサスペンション制御装置に関する。

従来から、アクチュエータを備えたアクティブサスペンションの制御として、スカイフック制御又はピッチング制御が行われている。

スカイフック制御は、スカイフック理論に基づいたサスペンションの制御方法であり、車両に搭載された上下加速度計が検出した上下加速度に基づいて、車両の動きと逆方向の力を加えるように、各輪のアクチュエータを独立に制御するものである（例えば、特許文献１，２参照）。

ピッチング制御は、車両に搭載されたレートジャイロが検出した角速度に基づいて、ピッチレートと逆方向のモーメントを加えるように、各輪のアクチュエータを独立に制御するものである（例えば、特許文献３，４参照）。

特開平０５−２３８２３３号公報 特開２００６−０４４５２３号公報 特開平０７−２７６９５５号公報 特開平０８−１７５１４６号公報

しかしながら、走行条件によって励起されやすい振動モードが変化するため、スカイフック制御及びピッチング制御の何れか一方のみを実行しても、走行条件によって変化する振動モードに対して適切に対応することができない。

一方、スカイフック制御及びピッチング制御の双方を実行するために、スカイフック制御値とピッチング制御値とを単純に合算してサスペンション制御を行うと、制御値が過大となるため、却って振動を増幅させる可能性もある。

そこで、本発明は、走行状況によって変化する振動モードに適切に対応したサスペンション制御を行うことができるサスペンション制御装置及びこのサスペンション制御装置を備えた車両を提供することを課題とする。

本発明に係るサスペンション制御装置は、上下加速度検出手段と、角速度検出手段と、車速検出手段と、を備えた車両のサスペンションを制御するサスペンション制御装置であって、上下加速度検出手段で検出された上下加速度に基づいてサスペンションの第一制御を行うための第一制御値を算出する第一制御値算出部と、角速度検出手段で検出された角速度に基づいてサスペンションの第二制御を行うための第二制御値を算出する第二制御値算出部と、車速検出手段で検出された車速に基づいて第一制御及び第二制御の配分割合を算出する配分割合算出部と、第一制御値算出部で算出された第一制御値と第二制御値算出部で算出された第二制御値とを配分割合算出部で算出された配分割合で合算した合算値を、サスペンションの制御値として決定する制御値決定部と、を有する。

本発明に係るサスペンション制御装置によれば、上下加速度に基づいた第一制御及び角速度に基づいた第二制御を行うことで、様々な振動モードに対応することができる。しかも、振動モードは、車速の走行条件に応じて変化するが、車速に応じて第一制御と第二制御との配分割合を算出し、この算出した配分割合に応じて第一制御値と第二制御値とを合算した合算値をサスペンションの制御値として決定するため、サスペンションの制御値が過大になるのを抑制しつつ、車速によって変化する振動モードに適切に対応したサスペンション制御を行うことができる。

この場合、第一制御は、スカイフック制御であり、第二制御は、ピッチング制御であることが好ましい。このようにすることで、車速によって変化する振動モードに対応してスカイフック制御及びピッチング制御を適切に行うことができる。

本発明に係る車両は、上記のサスペンション制御装置を備えるものである。本発明に係る車両によれば、上記のサスペンション制御装置を備えるため、上記と同様の作用効果を奏することができる。

本発明によれば、走行状況によって変化する振動モードに適切に対応したサスペンション制御を行うことができる。

実施形態に係る車両の概略構成を示す平面図である。 サスペンション制御装置の機能構成を示すブロック図である。 配分割合テーブルの一例を示す図である。 サスペンション制御装置によるサスペンション制御を説明するための図である。 上下加速度のパワースペクトル密度と周波数との関係を示したグラフである。 上下加速度のパワースペクトル密度と周波数との関係を示したグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係る車両の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、本実施形態に係る車両１は、トラックやバスなどの大型車であって、タイヤ２ａ〜２ｄと、アクティブサスペンション３ａ〜３ｄと、加速度計４ａ〜４ｄと、レートジャイロ５と、車速計６と、サスペンション制御装置７と、を備えている。

タイヤ２ａは、右側の前輪であり、タイヤ２ｂは、左側の前輪であり、タイヤ２ｃは、右側の後輪であり、タイヤ２ｄは、左側の後輪である。なお、以下の説明において、特に明記する場合を除き、タイヤ２ａ〜２ｄを、単に「タイヤ２」と表記する。

アクティブサスペンション３ａ〜３ｄは、各タイヤ２ａ〜２ｄに対応して設けられたサスペンションである。アクティブサスペンション３ａは、タイヤ２ａに対応して設けられ、アクティブサスペンション３ｂは、タイヤ２ｂに対応して設けられ、アクティブサスペンション３ｃは、タイヤ２ｃに対応して設けられ、アクティブサスペンション３ｄは、タイヤ２ｄに対応して設けられている。このアクティブサスペンション３ａ〜３ｄは、それぞれ、アクチュエータ３１ａ〜３１ｄと、を備えており、アクチュエータ３１ａ〜３１ｄにより、アクティブサスペンション３ａ〜３ｄの特性を変更させることが可能となっている。アクティブサスペンション３ａ〜３ｄの特性変更は、例えば、アブソーバの減衰力やスプリングのばね乗数などを変更制御することにより行うことができる。そして、アクティブサスペンション３ａ〜３ｄの各アクチュエータ３１ａ〜３１ｄは、サスペンション制御装置７と電気的に接続されており、サスペンション制御装置７による制御が可能となっている。なお、以下の説明において、特に明記する場合を除き、アクティブサスペンション３ａ〜３ｄ及びアクチュエータ３１ａ〜３１ｄを、単に「アクティブサスペンション３」及び「アクチュエータ３１」と表記する。

加速度計４ａ〜４ｄは、各タイヤ２ａ〜２ｄの車両上下方向上方のばね上質量部に設けられて、車両上下方向の加速度（上下加速度）を検出するものである。加速度計４ａは、タイヤ２ａの上方に設けられ、加速度計４ｂは、タイヤ２ｂの上方に設けられ、加速度計４ｃは、タイヤ２ｃの上方に設けられ、加速度計４ｄは、タイヤ２ｄの上方に設けられている。そして、加速度計４ａ〜４ｄは、サスペンション制御装置７と電気的に接続されており、検出した上下加速度をサスペンション制御装置７に送信することが可能となっている。なお、以下の説明において、特に明記する場合を除き、加速度計４ａ〜４ｄを、単に「加速度計４」と表記する。

レートジャイロ５は、車両１のばね上質量部に設けられており、車両１の角速度を検出するものである。なお、このレートジャイロ５が検出する角速度は、ピッチレートとも言う。そして、レートジャイロ５は、サスペンション制御装置７と電気的に接続されており、検出したピッチレートをサスペンション制御装置７に送信することが可能となっている。

車速計６は、車両１の後部に設けられており、車両１の車速を検出するものである。この車速は、車両１が走行する路面に対する絶対速度となる。そして、車速計６は、サスペンション制御装置７と電気的に接続されており、検出した車速をサスペンション制御装置７に送信することが可能となっている。

サスペンション制御装置７は、加速度計４ａ〜４ｄから送信された上下加速度と、レートジャイロ５から送信されたピッチレートと、車速計６から送信された車速と、に基づいて、アクティブサスペンション３ａ〜３ｄのアクチュエータ３１ａ〜３１ｄに対してスカイフック制御（第一制御）及びピッチング制御（第二制御）を行うものである。サスペンション制御装置７は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）により実現することができる。

図２は、サスペンション制御装置の機能構成を示すブロック図である。図２に示すように、サスペンション制御装置７は、スカイフック制御値算出部７１と、ピッチング制御値算出部７２と、配分割合算出部７３と、制御値決定部７４と、制御実行部７５と、の機能を有している。

スカイフック制御値算出部７１は、アクチュエータ３１に対してスカイフック制御を行うためのスカイフック制御値（第一制御値）を算出する機能を備えている。スカイフック制御は、スカイフック理論に基づいたアクティブサスペンション３の制御方法であり、加速度計４ａ〜４ｄで検出された上下加速度に基づいて、車両１の動きと逆方向の力を加えるように、アクチュエータ３１ａ〜３１ｄを独立に制御するものである。

アクチュエータ３１ａ〜３１ｄを制御するための制御値Ｆ_ｓは、以下の式（１）で表される。定数Ｋ_ｓは、任意に設定することができ、例えば、事前の実験などによりスカイフック制御が最も効果的に表れる値に設定しておいてもよく、後発的に変更を許可するものとしてもよい。

ピッチング制御値算出部７２は、アクチュエータ３１に対してピッチング制御を行うためのピッチング制御値（第二制御値）を算出する機能を備えている。ピッチング制御は、レートジャイロ５で検出されたピッチレートに基づいて、ピッチレートと逆方向のモーメントを加えるように、アクチュエータ３１ａ〜３１ｄを独立に制御するものである。

アクチュエータ３１ａ〜３１ｄを制御するための制御値Ｆ_ｐは、以下の式（２）で表される。定数Ｋ_ｐは、任意に設定することができ、例えば、事前の実験などによりピッチング制御が最も効果的に表れる値に設定しておいてもよく、後発的に変更を許可するものとしてもよい。

配分割合算出部７３は、車速計６で検出された車速に基づいて、スカイフック制御及びピッチング制御の配分割合を算出する機能を備えている。

具体的に説明すると、配分割合算出部７３は、まず、車速計６で検出された車速に基づいて、現在励起されやすいと考えられる振動モードを判断する。振動モードの判断では、まず、車両１のホイールベース及びピッチング周波数から、車両１が走行している路面の凹凸によりピッチングが励起されやすい車速を基準車速として計算する。なお、車両１のホイールベース及びピッチング周波数は、車両１諸元によって特定される値である。そして、車速計６で検出された車速が基準車速に近いほど、ピッチングが励起されやすい振動モード、又は、上下振動に比べて相対的にピッチングが励起されやすい振動モードであると判断し、車速計６で検出された車速が基準車速から遠いほど、ピッチングが励起されにくい振動モード、又は、ピッチングに比べて相対的に上下振動が励起されやすい振動モードであると判断する。

そして、配分割合算出部７３は、この判断した振動モードが、ピッチングが励起されやすい振動モード、又は、上下振動よりもピッチングが励起されやすい振動モードであるほど、ピッチング制御の配分割合を高くし、ピッチングが励起されにくい振動モード、又は、ピッチングよりも上下振動が励起されやすい振動モードであるほど、スカイフック制御の配分割合を高くする。

このようなスカイフック制御及びピッチング制御の配分割合の算出は、配分割合算出部７３が行ってもよいが、図３に示すような配分割合テーブルを参照して行うことが好ましい。以下に、配分割合テーブルを参照してスカイフック制御及びピッチング制御の配分割合を算出する方法について説明する。

上述したように、車両１のホイールベース及びピッチング周波数は、車両１の諸元によって特定される値であることから、事前に、ピッチングが励起されやすい基準車速を求めることができる。

そこで、事前に、この基準車速からスカイフック制御及びピッチング制御の配分割合と車速との関係を算出して、図３に示すような配分割合テーブルを作成し、この配分割合テーブルをサスペンション制御装置７などに記憶させておく。そして、配分割合算出部７３は、記憶されている配分割合テーブルを参照して、車速計６で検出された車速に対応するスカイフック制御及びピッチング制御の配分割合を算出する。なお、スカイフック制御の配分割合とピッチング制御の配分割合との合計値は１となる。

制御値決定部７４は、スカイフック制御値算出部７１で算出されたスカイフック制御値とピッチング制御値算出部７２で算出されたピッチング制御値とを配分割合算出部７３で算出された配分割合で合算した合算値を、アクチュエータ３１ａ〜３１ｄの制御値として決定する機能を備えている。例えば、配分割合算出部７３で算出された配分割合が、スカイフック制御がα（α／（α＋β））、ピッチング制御がβ（β／（α＋β））であった場合について考える。この場合、スカイフック制御値算出部７１で算出されたスカイフック制御値にαを掛けた値と、ピッチング制御値算出部７２で算出されたスカイフック制御値にβを掛けた値とを、足し合わせた値が、上記の合計値となる。

なお、制御値決定部７４は、スカイフック制御値算出部７１に、設定された係数Ｋ_ｓにαを掛け合わせてスカイフック制御値を算出させ、ピッチング制御値算出部７２に、設定された係数Ｋ_ｐにβを掛け合わせてピッチング制御値を算出させ、この算出されたスカイフック制御値とピッチング制御値とを足し合わせた値を、上記の合算値とすることもできる。

制御実行部７５は、制御値決定部７４で決定された合計値を、アクチュエータ３１ａ〜３１ｄへの制御指令値として、アクチュエータ３１ａ〜３１ｄに送信する機能を備えている。

次に、図４を参照して、サスペンション制御装置７によるスカイフック制御の方法について説明する。図４は、サスペンション制御装置によるサスペンション制御を説明するための図である。

図４に示すように、サスペンション制御装置７は、まず、加速度計４ａ〜４ｄから送信された上下加速度に基づいてスカイフック制御値を算出し（ステップＳ１）、レートジャイロ５から送信されたピッチレートに基づいてピッチング制御値を算出する（ステップＳ２）。

そして、サスペンション制御装置７は、車速計６から送信された車速に基づいてスカイフック制御及びピッチング制御の配分割合を算出し（ステップＳ３）、ステップＳ１で算出されたスカイフック制御値とステップＳ２で算出されたピッチング制御値とをステップＳ３で算出された配分割合で合算した合算値を、アクチュエータ３１ａ〜３１ｄの制御値として決定する（ステップＳ４）。なお、ステップＳ３では、図３に示すような配分割合テーブルを参照して、スカイフック制御及びピッチング制御の配分割合を算出することが好ましいが、このような配分割合テーブルを参照せずにスカイフック制御及びピッチング制御の配分割合を算出してもよい。

そして、サスペンション制御装置７は、ステップＳ４で決定した制御値に基づいて、アクチュエータ３１ａ〜３１ｄのサスペンション制御を実行する（ステップＳ５）。

ここで、図５及び図６を参照して、速度に応じたサスペンション制御の効果について説明する。図５は、車速がある速度（以下「車速１」という。）である時の上下加速度のパワースペクトル密度と周波数との関係を示したグラフである。図６は、車速が車速１とは異なる車速（以下「車速２」という。）である時の上下加速度のパワースペクトル密度と周波数との関係を示したグラフである。なお、図５及び図６に示すグラフは、大型バスを車両モデルとして算出したものである。

図５及び図６に示すように、サスペンション制御を行わないと、周波数が１Ｈｚ近傍の低周波数域において上下加速度のパワースペクトル密度が高くなる。そして、車速が車速１である場合は、ピッチング制御よりもスカイフック制御の方が、上下加速度のパワースペクトル密度の低下割合が大きくなる。これに対して、車速が車速２である場合は、スカイフック制御よりもピッチング制御の方が、上下加速度のパワースペクトル密度の低下割合が大きくなる。

このように、車速によって、スカイフック制御とピッチング制御との効果が変わってくるため、車速に応じてスカイフック制御とピッチング制御とを適切に選択することで、車速によって変化する振動モードに適切に対応したサスペンション制御を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、スカイフック制御及びピッチング制御のサスペンション制御を行うことで、上下振動が励起されやすい振動モード及びピッチングが励起されやすい振動モードの双方の振動モードに対応することができる。

しかも、本実施形態によれば、車速に応じてスカイフック制御とピッチング制御との配分割合に応じてスカイフック制御値とピッチング制御値とを合算した合算値をアクチュエータ３１ａ〜３１ｄの制御値として決定するため、アクチュエータ３１ａ〜３１ｄの制御値が過大になるのを抑制しつつ、上下振動よりもピッチングが励起されやすい振動モードからピッチングよりも上下振動が励起されやすい振動モードまで、車速によって変化する振動モードに適切に対応したサスペンション制御を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、サスペンション制御として、スカイフック制御とピッチング制御のサスペンション制御を行うものとして説明したが、上下加速度に基づいて行うサスペンション制御と角速度に基づいて行うサスペンション制御であれば、他のサスペンション制御を採用してもよい。

また、上記実施形態では、スカイフック制御の配分割合とピッチング制御の配分割合との合計が１であるものとして説明したが、走行条件や車両条件によっては、この合計を、１より小さくしてもよく、１より大きくてもよい。

また、上記実施形態では、スカイフック制御値及びピッチング制御値を算出した後、スカイフック制御値及びピッチング制御値を配分割合に応じて合算するものとして説明したが、例えば、まず、配分割合を算出し、この配分割合に応じてスカイフック制御値及びピッチング制御値を算出し、この算出したスカイフック制御値及びピッチング制御値を合算するものとしてもよい。この手法は、例えば、スカイフック制御値を算出するための係数Ｋ_ｓとピッチング制御値を算出するための係数Ｋ_ｐとに、配分割合を掛け合わせることにより行うことができる。

１…車両、２（２ａ〜２ｄ）…タイヤ、３（３ａ〜３ｄ）…アクティブサスペンション（サスペンション）、３１…アクチュエータ（サスペンション）、４（４ａ〜４ｄ）…加速度計（上下加速度検出手段）、５…レートジャイロ（角速度検出手段）、６…車速計（車速検出手段）、７…サスペンション制御装置、７１…スカイフック制御値算出部（第一制御値算出部）、７２…ピッチング制御値算出部（第二制御値算出部）、７３…配分割合算出部、７４…制御値決定部、７５…制御実行部。

Claims (3)

1. 上下加速度検出手段と、角速度検出手段と、車速検出手段と、を備えた車両のサスペンションを制御するサスペンション制御装置であって、
   前記上下加速度検出手段で検出された上下加速度に基づいて、前記サスペンションの第一制御を行うための第一制御値を算出する第一制御値算出部と、
   前記角速度検出手段で検出された角速度に基づいて、前記サスペンションの第二制御を行うための第二制御値を算出する第二制御値算出部と、
   前記車速検出手段で検出された車速に基づいて、第一制御及び第二制御の配分割合を算出する配分割合算出部と、
   前記第一制御値算出部で算出された第一制御値と前記第二制御値算出部で算出された第二制御値とを前記配分割合算出部で算出された配分割合で合算した合算値を、前記サスペンションの制御値として決定する制御値決定部と、
   を有するサスペンション制御装置。
2. 前記第一制御は、スカイフック制御であり、
   前記第二制御は、ピッチング制御である、
   請求項１に記載のサスペンション制御装置。
3. 請求項１又は２に記載されたサスペンション制御装置を備える、車両。