JP2016002844A - Vehicle spring-upper/spring-lower relative speed estimation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両のばね上構造体とばね下構造体との間の相対速度を推定するばね上−ばね下相対速度推定装置に係り、更に詳細には単輪2自由度モデルに基づくばね上−ばね下相対速度推定装置に係る。 The present invention relates to a sprung-unsprung relative speed estimation device for estimating a relative speed between a sprung structure and an unsprung structure of a vehicle, and more specifically, a sprung based on a single-wheel two-degree-of-freedom model. -It relates to an unsprung relative speed estimation device.
ばね上−ばね下相対速度推定装置として、プラントモデル及びオブザーバを有するばね上−ばね下相対速度推定装置が知られている。例えば、下記の特許文献1には、単輪2自由度モデルに基づく状態空間に基づいて構成されたプラントモデル及びオブザーバを有するばね上−ばね下相対速度推定装置(「単輪2自由度モデルに基づく相対速度推定装置」と呼ぶ)が記載されている。この種の相対速度推定装置によれば、単輪1自由度モデルに基づく状態空間に基づいて構成されたプラントモデル及びオブザーバを有するばね上−ばね下相対速度推定装置(「単輪1自由度モデルに基づく相対速度推定装置」と呼ぶ)に比して、高周波領域における相対速度の推定精度を向上させることができる。
As a sprung-unsprung relative speed estimation apparatus, a sprung-unsprung relative speed estimation apparatus having a plant model and an observer is known. For example, in
〔発明が解決しようとする課題〕
単輪2自由度モデルに基づく状態空間に基づいて構成されたプラントモデルにおいては、ショックアブソーバの減衰力(非線形項)がプロセスノイズとされ、路面変位が外部入力とされる。よって、この種の相対速度推定装置により車両のばね上構造体とばね下構造体との間の相対速度を推定するためには、路面変位を検出又は推定する必要がある。
[Problems to be Solved by the Invention]
In a plant model configured based on a state space based on a single-wheel two-degree-of-freedom model, the damping force (nonlinear term) of the shock absorber is set as process noise, and road surface displacement is set as an external input. Therefore, in order to estimate the relative speed between the sprung structure and the unsprung structure of the vehicle by this type of relative speed estimation device, it is necessary to detect or estimate the road surface displacement.
しかし、路面変位を検出又は推定するためには特別の装置が必要であるだけでなく、特別の装置によっても路面変位を正確に検出又は推定することができない。例えば、ばね下構造体の上下加速度を検出し、ばね下構造体の上下加速度の2回積分値を路面変位として代用することが考えられる。しかし、その場合にはばね下構造体の上下加速度を検出するセンサが必要であり、またばね下構造体の上下加速度の検出及びその2回積分に誤差が発生することが避けられないため、この方法によっても路面変位を正確に推定することはできない。 However, not only a special device is required to detect or estimate the road surface displacement, but the road surface displacement cannot be accurately detected or estimated by the special device. For example, it is conceivable to detect the vertical acceleration of the unsprung structure and substitute the twice integrated value of the vertical acceleration of the unsprung structure as the road surface displacement. However, in this case, a sensor for detecting the vertical acceleration of the unsprung structure is necessary, and it is inevitable that errors will occur in the detection of the vertical acceleration of the unsprung structure and its integration twice. The road surface displacement cannot be accurately estimated even by the method.
従って、単輪2自由度モデルに基づく従来の相対速度推定装置によっては、路面変位の検出又は推定及びそのための装置を要することなく車両のばね上構造体とばね下構造体との間の相対速度を正確に推定することはできない。 Therefore, depending on the conventional relative speed estimation device based on the single-wheel two-degree-of-freedom model, the relative speed between the sprung structure and the unsprung structure of the vehicle can be obtained without requiring detection or estimation of road surface displacement and a device for the detection or estimation. Cannot be estimated accurately.
本発明は、単輪2自由度モデルに基づく従来のばね上−ばね下相対速度推定装置における上述の問題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の主要な課題は、路面変位の検出又は推定及びそのための装置を要することなく車両のばね上構造体とばね下構造体との間の相対速度を正確に推定することができる単輪2自由度モデルに基づく相対速度推定装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems in the conventional sprung-unsprung relative speed estimation device based on the single-wheel two-degree-of-freedom model. The main problem of the present invention is that it is possible to accurately estimate the relative speed between the sprung structure and the unsprung structure of the vehicle without the need for detecting or estimating the road surface displacement and a device therefor. To provide a relative speed estimation device based on a two-degree-of-freedom model.
〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕
上述の主要な課題は、本発明によれば、減衰力可変式ショックアブソーバとばねとを介して互いに連結されたばね上構造体とばね下構造体との間の相対速度を推定する車両のばね上−ばね下相対速度推定装置であって、前記ばね上構造体の上下加速度をばね上加速度として検出するばね上加速度検出装置と、単輪2自由度モデルに基づく運動方程式の状態空間に基づいて構成されたプラントモデル及びオブザーバを含む推定相対速度演算装置とを有する車両のばね上−ばね下相対速度推定装置において、前記プラントモデルは、路面変位を外部入力とせずプロセスノイズとしての前記ショックアブソーバの可変減衰力のみにて駆動するシステムを有し、前記システムは、可変減衰力に基づいて路面変位に基づく外乱項の代替値を演算し、前記オブザーバは、路面変位を外乱とせず、ばね上加速度及び可変減衰力を入力とし、ばね上構造体とばね下構造体との間の推定相対速度を出力に含んでおり、前記オブザーバのカルマンフィルタのゲインは、前記システムに対応して設定されていることを特徴とする車両のばね上−ばね下相対速度推定装置によって達成される。
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
The main problem described above is that according to the present invention, the sprung of a vehicle for estimating the relative speed between a sprung structure and an unsprung structure that are connected to each other via a damping force variable shock absorber and a spring. An unsprung relative speed estimation device configured based on a sprung acceleration detection device that detects a vertical acceleration of the sprung structure as a sprung acceleration and a state space of an equation of motion based on a single-wheel two-degree-of-freedom model; In a sprung-unsprung relative speed estimation device for a vehicle having a plant model and an estimated relative speed calculation device including an observer, the plant model is capable of changing the shock absorber as process noise without using road surface displacement as an external input. A system driven only by a damping force, which calculates an alternative value of a disturbance term based on a road surface displacement based on a variable damping force; The buzzer does not make the road surface displacement a disturbance, receives the sprung acceleration and variable damping force as input, includes the estimated relative speed between the sprung structure and the unsprung structure in the output, and the gain of the Kalman filter of the observer Is achieved by a vehicle sprung-unsprung relative speed estimation device characterized in that it is set in correspondence with the system.
上記の構成によれば、プラントモデルは、路面変位を外部入力とせずプロセスノイズとしてのショックアブソーバの可変減衰力のみにて駆動するシステムを有し、システムは、可変減衰力に基づいて路面変位に基づく外乱項の代替値を演算する。オブザーバは、路面変位を外乱とせず、ばね上加速度及び可変減衰力を入力とし、ばね上構造体とばね下構造体との間の推定相対速度を出力に含んでおり、オブザーバのカルマンフィルタのゲインは、プラントモデルのシステムに対応して設定されている。 According to the above configuration, the plant model has a system that is driven only by the variable damping force of the shock absorber as process noise without using the road surface displacement as an external input, and the system converts the road surface displacement based on the variable damping force. Calculate the substitute value of the disturbance term based on it. The observer does not make the road surface displacement a disturbance, receives the sprung acceleration and variable damping force as inputs, includes the estimated relative speed between the sprung structure and the unsprung structure in the output, and the gain of the Kalman filter of the observer is It is set to correspond to the plant model system.
よって、路面変位に基づく外乱項を演算するために路面変位の検出又は推定を行う必要もなければ、そのための装置も不要である。従って、単輪2自由度モデルに基づく従来の相対速度推定装置に比して簡便な構成にて車両のばね上構造体とばね下構造体との間の相対速度を推定することができる。 Therefore, it is not necessary to detect or estimate the road surface displacement in order to calculate the disturbance term based on the road surface displacement, and an apparatus for that purpose is also unnecessary. Therefore, the relative speed between the sprung structure and the unsprung structure of the vehicle can be estimated with a simpler configuration than the conventional relative speed estimation device based on the single-wheel two-degree-of-freedom model.
また、上記の構成によれば、可変減衰力に基づいて路面変位に基づく外乱項の代替値が演算される。よって、路面変位に起因する外乱が考慮されない単輪1自由度モデルに基づく従来の相対速度推定装置よりも正確に相対速度を推定することができ、また単輪2自由度モデルに基づく従来の相対速度推定装置と同程度に正確に相対速度を推定することができる。 Moreover, according to said structure, the alternative value of the disturbance term based on a road surface displacement is calculated based on variable damping force. Therefore, it is possible to estimate the relative speed more accurately than the conventional relative speed estimation device based on the single-wheel one-degree-of-freedom model in which the disturbance due to the road surface displacement is not considered, and the conventional relative speed based on the single-wheel two-degree-of-freedom model. The relative speed can be estimated as accurately as the speed estimation device.
上記の構成において、前記システムは、前記ショックアブソーバの可変減衰力と前記ばね下構造体の質量のみをパラメータとする係数行列との積として前記外乱項の代替値を演算し、前記外乱項の代替値は可変減衰力が前記ばね下構造体の質量にて除算された値であってよい。 In the above configuration, the system calculates an alternative value of the disturbance term as a product of a variable damping force of the shock absorber and a coefficient matrix having only the mass of the unsprung structure as a parameter, and substitutes the disturbance term. The value may be a value obtained by dividing the variable damping force by the mass of the unsprung structure.
上記の構成によれば、外乱項の代替値は可変減衰力がばね下構造体の質量にて除算された値であるので、後に詳細に説明するように、路面の上下加速度に対応する値として演算される。よって、例えば外乱項の代替値の積分によりばね下構造体の上下速度を求めることができる。従って、ばね上加速度検出装置により検出されるばね上構造体の上下加速度の積分値と外乱項の代替値の積分値との偏差として相対速度を求めることができる。 According to the above configuration, since the substitute value of the disturbance term is a value obtained by dividing the variable damping force by the mass of the unsprung structure, as described in detail later, as a value corresponding to the vertical acceleration of the road surface Calculated. Therefore, for example, the vertical speed of the unsprung structure can be obtained by integrating the substitute value of the disturbance term. Therefore, the relative velocity can be obtained as a deviation between the integrated value of the vertical acceleration of the sprung structure detected by the sprung acceleration detector and the integrated value of the substitute value of the disturbance term.
また、上記の構成において、前記オブザーバは前記プラントモデルに対し同一次元オブザーバの構成を有していてよい。 In the above configuration, the observer may have the same-dimensional observer configuration with respect to the plant model.
上記の構成によれば、オブザーバはプラントモデルに対し同一次元オブザーバの構成を有するので、プラントモデルに対応してばね上構造体の上下加速度の推定値を演算することができる。 According to the above configuration, since the observer has the configuration of the same dimensional observer with respect to the plant model, the estimated value of the vertical acceleration of the sprung structure can be calculated corresponding to the plant model.
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を好ましい実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態にかかる車両のばね上−ばね下相対速度推定装置10を示すブロック図である。図1において、ばね上−ばね下相対速度推定装置10は、ばね上加速度センサ12と推定相対速度演算装置14とを有し、推定相対速度演算装置14はプラントモデル16及びオブザーバ18を含んでいる。図1より解るように、ばね上−ばね下相対速度推定装置10は、路面の上下変位を検出又は推定する装置を含んではいない。
FIG. 1 is a block diagram showing a sprung-unsprung relative
ばね上加速度センサ12は、図1には示されていない車両のばね上構造体の上下加速度をばね上加速度として検出するばね上加速度検出装置として機能する。後に詳細に説明するように、推定相対速度演算装置14は、路面の上下変位の情報を要することなく、ばね上構造体とばね下構造体との間の推定相対速度を演算する。また、後に詳細に説明するように、プラントモデル16及びオブザーバ18は、図2に示された単輪2自由度モデルに基づく運動方程式の状態空間に基づいて構成されている。
The
図2において、Muは車両100のばね上構造体102の質量(以下、ばね上質量と記述する)であり、Mwはばね下構造体104の質量(以下、単にばね下質量ときさい記述する)である。サスペンションを構成するアーム(図示せず)、ばね106及びショックアブソーバ108の質量は、適切な比率でばね上構造体及びばね下構造体に配分されている。Ksはばね106のばね定数であり、Ktはタイヤ110のばね定数である。fcはショックアブソーバ108の線形減衰力(固定減衰力)であり、fvはショックアブソーバの非線形減衰力(可変減衰力)である。さらに、xuはばね上構造体102の上下変位を示し、xwはばね下構造体104の上下変位を示し、xrは路面の上下変位を示している。
また、本願において、「’」は、これが付された変数の時間微分値を表し、「”」は、これが付された変数の二階時間微分値を表す。よって、例えばxu’はばね上構造体102の上下方向の速度を表し、xu”はばね上構造体102の上下方向の加速度を表す。また、「T」はこれが付された行例の転置行列を表し、「e」はこれが付された変数の推定値であることを表している。
図2に示された系のばね上構造体102及びばね下構造体104についての運動方程式は、それぞれ下記の式(1)及び(2)にて表される。なお、Coはショックアブソーバ108の線形減衰係数である。
Mu・xu”=Ks(xw−xu)+Co(xw’−xu’)+fv …(1)
Mw・xw”=Ks(xw−xu)−Co(xw’−xu’)
+Kt(Xr−xw)−fv …(2)
In FIG. 2, Mu is the mass of the sprung
Further, in the present application, “′” represents a time differential value of a variable to which this is attached, and “” ”represents a second-order time differential value of the variable to which this is attached. Thus, for example, x u ′ represents the vertical speed of the sprung
The equations of motion for the sprung
Mu · x u "= Ks ( x w -x u) + Co (x w '-x u') + fv ... (1)
Mw · x w "= Ks ( x w -x u) -Co (x w '-x u')
+ Kt (X r -x w) -fv ... (2)
状態量xが下記の式(3)の通りであり、外部入力uが路面の上下変位(Xr)であり、プロセスノイズwが非線形減衰力(fv)であるとする。従来の相対速度推定装置における上記の運動方程式(1)及び(2)の状態空間(状態方程式および出力方程式)は、下記の式(4)及び(5)にて表される。
x=[xu xu’xw xw’]T …(3)
x’=A・x+B・w+G・u …(4)
y=C・x+D・u …(5)
It is assumed that the state quantity x is as shown in the following equation (3), the external input u is the road surface vertical displacement (X r ), and the process noise w is the nonlinear damping force (fv). The state space (state equation and output equation) of the above equations of motion (1) and (2) in the conventional relative velocity estimation apparatus is expressed by the following equations (4) and (5).
x = [x u x u 'x w x w '] T (3)
x ′ = A · x + B · w + G · u (4)
y = C · x + D · u (5)
なお、上記式(5)の出力yは、ばね上加速度センサ12により検出可能なばね上構造体102の上下方向の加速度の推定値xue”であり、上記式(4)及び(5)における係数行列A〜Gは下記の通りである。
これに対し、実施形態の相対速度推定装置10は路面変位xrを外部入力としないので、実施形態の相対速度推定装置における上記の運動方程式(1)及び(2)の状態空間は、下記の式(6)及び(7)にて表される。なお、下記の式(6)及び(7)における係数行列A〜Dは、上記式(4)及び(5)における係数行列A〜Dと同一である。係数行列G2は下記の通りであり、ばね下構造体104の質量Mwのみをパラメータとし、タイヤ110のばね定数Ktを含んでいない。
x’=A・x+B・G2・w …(6)
y=C・x+D・w …(7)
x ′ = A · x + B · G 2 · w (6)
y = C · x + D · w (7)
上記式(7)と式(5)との比較より解るように、これらの式は同一である。しかし、上記式(6)は、式(4)との比較より解るように、プラントモデル16のシステム16Xが路面変位xrを外部入力とせずプロセスノイズとしてのショックアブソーバ108の非線形減衰力fvのみにて駆動するシステムになるよう、修正されている。
As understood from the comparison between the above formula (7) and formula (5), these formulas are the same. However, the formula (6), as seen from comparison with formula (4), only the non-linear damping force fv of the
図1に示されているように、推定相対速度演算装置18はデータマップ20を備えている。データマップ20は、ばね上構造体102とばね下構造体104との間の相対速度xse’と、図には示されていない減衰力制御装置により制御されるショックアブソーバ108の減衰係数kcと、ショックアブソーバ108の非線形減衰力fvとの関係を記憶している。データマップ20は、オブザーバ16より出力される推定相対速度xse’及びショックアブソーバ108の減衰係数kcの積として、ショックアブソーバ108の非線形減衰力fvを演算する。
As shown in FIG. 1, the estimated relative
非線形減衰力fvを示す信号は、プラントモデル16のシステム16Xへ入力され、システム16Xは上記式(6)に従って状態量xの時間微分値x’を演算すると共に、その積分値である状態量xを演算する。非線形減衰力fv及び状態量xにはそれぞれ係数行列C及びDが乗算され、乗算後の値の和が加算器22によって演算されることにより、上記式(7)の演算が行われる。
A signal indicating the nonlinear damping force fv is input to the
ばね上加速度センサ12により検出されたばね上構造体102の上下方向の加速度xu”を示す信号及び加算器22によって演算されたばね上構造体102の上下方向の加速度の推定値xue”を示す信号は加算器24へ入力される。加算器24はばね上構造体102の上下方向の加速度の推定誤差ν(=xu”−xue”)を演算し、推定誤差νを示す信号はオブザーバ16へ入力される。
A signal indicating the vertical acceleration x u ″ of the sprung
オブザーバ16は、状態量xの推定値xeおよび推定誤差νに基づいて、Lをカルマンフィルタのゲインとする下記の式(8)及び(9)に従って、状態量の推定値xeおよびその時間微分値xe’を演算する。よって、オブザーバ16は、上記式(6)及び(7)にて表されるシステムに対する同一次元オブザーバの構成を有している。時間微分値xe’はばね上構造体102及びばね下構造体104の上下方向の推定速度xue’及びxwe’を含んでいるので、データマップ20へ入力される推定相対速度xse’はそれらの推定速度の差xue’− xwe’として演算される。
xe’=A・xe+L・ν …(8)
ye=C・xe+D・w …(9)
Observer 16 on the basis of the estimated value x e and the estimated error ν state quantity x, according to the following equation for the L and gain of the Kalman filter (8) and (9), the estimated value of the state quantity x e and its time derivative Calculate the value x e '. Therefore, the observer 16 has the same-dimensional observer configuration for the system represented by the above equations (6) and (7). Since the time differential value x e ′ includes estimated vertical speeds x ue ′ and x we ′ of the sprung
x e ′ = A · x e + L · ν (8)
y e = C · x e + D · w (9)
図3及び図4は、それぞれ図1に示されたプラントモデル16及びオブザーバ18の構成を示している。なお、図3及び図4において、「s」はラプラス演算子を示しており、このことは後述の図6及び図7についても同様である。
3 and 4 show the configurations of the plant model 16 and the
図3に示されているように、プラントモデル16には、プロセスノイズwとしての非線形減衰力fvのみが入力され、外部入力uとしての路面変位xrは入力されない。プラントモデル16のシステム16Xにおいては、非線形減衰力fvに係数行列Bが乗算された値及び非線形減衰力fvに係数行列G2が乗算された値が加算器26へ入力される。加算器26の出力は積分器28へ入力され、積分器28の出力は係数行列Aが乗算された後、加算器26へ入力される。よって、加算器26の出力、従ってシステム16Xの出力は状態量xの時間微分値x’であり、積分器28の出力は時間微分値x’の時間積分値、すなわち状態量xである。
As shown in FIG. 3, the plant model 16, only the non-linear damping force fv as process noise w is input, the road surface displacement x r as an external input u is not inputted. In the
図4に示されているように、オブザーバ18には、加算器24からばね上構造体102の上下方向の加速度の推定誤差ν(=xu”−xue”)が入力され、外部入力uとしての路面変位xrは入力されない。推定誤差νはカルマンフィルタのゲインLが乗算された後、加算器30へ入力される。加算器30の出力は積分器32へ入力され、積分器32の出力は係数行列Aが乗算された後、加算器30へ入力される。よって、加算器30の出力は状態量xの推定値xeの時間微分値xe’である。
As shown in FIG. 4, an estimated error ν (= x u ″ −x ue ”) of the vertical acceleration of the sprung
また、積分器32の出力は、係数行列Cが乗算された後、加算器34へ入力される。加算器34には、プロセスノイズwとしての非線形減衰力fvと係数行列Dとの積も入力される。よって、加算器34の出力、従ってオブザーバ18の出力は、ばね上構造体102の上下方向の加速度の推定値xue”である。
The output of the
更に、加算器30の出力に係数行列C2が乗算されることにより、ばね上構造体102の上下方向の推定速度xue’とばね上構造体104の上下方向の推定速度xwe’との差xue’− xwe’、すなわち推定相対速度xse’が演算される。推定相対速度xse’は図1に示されたデータマップ20へ入力される。なお、係数行列C2は下記の式(10)の通りである。
C2=[0 1 0 −1] …(10)
Moreover, the difference between the by the coefficient matrix C2 is multiplied by the output of the
C2 = [0 1 0 -1] (10)
なお、推定相対速度演算装置14は、実際にはCPU、ROM、RAM、入出力ポート装置等を含み、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続された周知の構成のマイクロコンピュータであってよい。そして、図1、3、図4に示された各機能ブロックの機能は、ROMに格納された制御プログラムにより達成されてよい。 The estimated relative speed calculation device 14 may actually be a microcomputer having a known configuration including a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port device, and the like, which are connected to each other via a bidirectional common bus. The functions of the functional blocks shown in FIGS. 1, 3, and 4 may be achieved by a control program stored in the ROM.
次に、実施形態にかかるばね上−ばね下相対速度推定装置10の特徴が更に一層明確になるよう、図5〜図7を参照して2自由度モデルに基づく従来のばね上−ばね下相対速度推定装置について説明する。なお、図5〜図7において、図1、3、図4に示された構成要素と同一の構成要素には、図1、3、図4において付された符号と同一の符号が付されている。
Next, in order to further clarify the characteristics of the sprung-unsprung relative
図5は2自由度モデルに基づく従来のばね上−ばね下相対速度推定装置50を示す図1と同様のブロック図である。相対速度推定装置50は、実施形態のプラントモデル16及びオブザーバ18にそれぞれ対応するプラントモデル56及びオブザーバ58を有している。また、相対速度推定装置50は、データマップ20に加えて、路面変位xrを検出又は推定する装置60を有している。
FIG. 5 is a block diagram similar to FIG. 1 showing a conventional sprung-unsprung relative
プラントモデル56のシステム56Xは、上記式(4)より解るように、路面変位xrを外部入力とし、ショックアブソーバ108の非線形減衰力fvをプロセスノイズとするシステムである。よって、システム56Xには、データマップ20より非線形減衰力fvが入力されると共に、装置60より路面変位xrが入力される。システム56Xは、上記式(4)に従って状態量xの時間微分値x’を演算すると共に、その積分値である状態量xを演算する。上記式(5)の演算は上記式(7)の演算と同様に行われる。
オブザーバ58には、加算器24からばね上構造体102の上下方向の加速度の推定誤差ν(=xu”−xue”)が入力されるだけでなく、それぞれデータマップ20及び装置60より非線形減衰力fv及び路面変位xrが入力される。オブザーバ58は、状態量xの推定値xe、非線形減衰力fv、路面変位xr及び推定誤差νに基づいて、上記式(8)及び(9)に対応する下記の式(11)及び(12)に従って、状態量の推定値xeを演算し、その時間微分値xe’を演算する。
xe’=A・xe+B・w+G・u+L・ν …(11)
ye=C・xe+D・w …(12)
The
xe '= A * xe + B * w + G * u + L * v (11)
y e = C · x e + D · w (12)
図6に示されているように、プラントモデル56のシステム56Xにおいては、係数行列A及び状態量xの積の他に加算器26へ入力される値は、非線形減衰力fvに係数行列Bが乗算された値及び路面変位xrに係数行列Gが乗算された値である。プラントモデル56の他の点は、実施形態のプラントモデル16と同一である。
As shown in FIG. 6, in the
図7に示されているように、オブザーバ58においては、係数行列Aと推定値xeとの積及び推定誤差νとカルマンフィルタのゲインLとの積に加えて、非線形減衰力fvと係数行列Bとの積(Bw)及び路面変位xrと係数行列Gとの積(Gu)が加算器30へ入力される。オブザーバ58の他の点は、実施形態のオブザーバ18と同一である。
As shown in FIG. 7, in the
上述のように、2自由度モデルに基づく従来のばね上−ばね下相対速度推定装置50においては、路面変位xrが外乱項として取り扱われる。そのため、カルマンフィルタのゲインLを求めるためには、「路面変位xrがバイアスを適用していないプロセスノイズである」必要がある。よって、外乱項、すなわち路面変位xrと係数行列Gとの積を他のパラメータに置き換えて代用することが考えられる。
As described above, the conventional spring based on two degrees of freedom model - in unsprung relative
路面変位xrの単位をmmとし、タイヤ110のばね定数Ktの単位をN/mmとし、ばね下質量Mwの単位をkgとすると、外乱項の単位、すなわち路面変位xrと係数行列GのKt/Mwとの積の単位は、下記のように加速度の単位になる。
mm・(N/mm)/kg=N/kg=(kg・m/sec2)/kg=m/sec2
The units of the road surface displacement x r and mm, the unit of the spring constant Kt of the
mm ・ (N / mm) / kg = N / kg = (kg ・ m / sec 2 ) / kg = m / sec 2
よって、外乱項は路面の上下加速度であると考えられてよいので、力であるショックアブソーバ108の非線形減衰力fvをばね下質量Mwにて除算した値を、路面変位に基づく外乱項の代用パラメータと考えることができる。
Therefore, since the disturbance term may be considered as the vertical acceleration of the road surface, the value obtained by dividing the nonlinear damping force fv of the
実施形態によれば、路面変位に基づく外乱項の代用パラメータとして、非線形減衰力fvに係数行列G2が乗算された値が演算される。係数行列GのパラメータはKt/Mwであるのに対し、係数行列G2のパラメータは1/Mwである.よって、実施形態においては、非線形減衰力fvをばね下質量Mwにて除算した値が、路面変位に基づく外乱項の代替値として演算される。 According to the embodiment, a value obtained by multiplying the nonlinear damping force fv by the coefficient matrix G2 is calculated as a substitute parameter for the disturbance term based on the road surface displacement. The parameter of the coefficient matrix G is Kt / Mw, while the parameter of the coefficient matrix G2 is 1 / Mw. Therefore, in the embodiment, a value obtained by dividing the nonlinear damping force fv by the unsprung mass Mw is calculated as an alternative value for the disturbance term based on the road surface displacement.
従って、実施形態によれば、路面変位に基づく外乱項を含まない1自由度モデルに基づく従来のばね上−ばね下相対速度推定装置の場合に比して、ばね上構造体102とばね下構造体104との間の相対速度xse’を正確に推定することができる。
Therefore, according to the embodiment, the sprung
特に、図1と図5との比較及びそれぞれ図3、4と図6、7との比較から解るように、実施形態によれば、路面変位xrの情報は不要である。よって、路面変位xrの検出又は推定及びそのための装置60を要することなく、1自由度モデルに基づく従来のばね上−ばね下相対速度推定装置の場合よりも正確に、ばね上構造体102とばね下構造体104との間の相対速度xse’を推定することができる。
In particular, as seen from comparison between comparative and each
例えば、図8〜図11は、路面変位xrの周波数を横軸に取ってゲインの変動範囲(上段)及び位相の変動範囲(下段)を、実施形態の相対速度推定装置(左下りのハッチング)及び1自由度モデルに基づく従来の相対速度推定装置(右下りのハッチング)について示すグラフである。 For example, 8 to 11, the variation range of the gain taking the frequency of the road surface displacement x r in the horizontal axis (top) and the variation range of the phase (lower), hatched in the relative speed estimation unit (left edge of embodiments ) And a conventional relative speed estimation device (downward hatching) based on a one-degree-of-freedom model.
なお、各グラフは、ばね上質量Mu、ばね下質量Mw及びばね106のばね定数Ksがそれぞれ下記の値であり、ショックアブソーバ108の固定減衰係数Coは1000Nmm/secである場合のシミュレーションの値である。更に、正確な推定が行われる場合のゲイン及び位相は0であり、よってゲイン及び位相の基準は0である。
ばね上質量Mu:中央値:524.8kg、最小値:340kg、最大値:662kg
ばね下質量Mw:中央値:55.7kg、最小値:33kg、最大値:92kg
ばね106のばね定数Ks:中央値:26656×103N/mm、
最小値:22400×103N/mm、
最大値:63741×103N/mm
Each graph is a simulation value when the sprung mass Mu, the unsprung mass Mw, and the spring constant Ks of the
Sprung mass Mu: Median value: 524.8 kg, minimum value: 340 kg, maximum value: 662 kg
Unsprung mass Mw: Median value: 55.7 kg, Minimum value: 33 kg, Maximum value: 92 kg
Spring constant Ks of the spring 106: Median value: 26656 × 10 3 N / mm,
Minimum value: 22400 × 10 3 N / mm,
Maximum value: 63741 × 10 3 N / mm
<図8>
図8は、路面変位xrがサイン波形でありショックアブソーバの非線形減衰力fvがない場合について変動範囲を示している。従来の相対速度推定装置の場合には、路面変位の周波数が100Hz以上になると、ゲインのずれが大きくなるが、実施形態の場合には、路面変位の周波数が100Hz以上の領域においても、ゲインのずれは小さい。また、従来の相対速度推定装置の場合には、路面変位の周波数が2Hz以上になると、周波数の増大につれて位相のずれが徐々に大きくなり、位相のずれは路面変位の周波数が10Hz以上の領域において顕著になる。これに対し、実施形態の場合には、路面変位の周波数が10Hz以上の領域においても、位相のずれは小さい。
<Figure 8>
FIG. 8 shows the fluctuation range when the road surface displacement xr is a sine waveform and there is no nonlinear damping force fv of the shock absorber. In the case of the conventional relative speed estimation device, the gain shift increases when the road surface displacement frequency is 100 Hz or more. However, in the case of the embodiment, even in the region where the road surface displacement frequency is 100 Hz or more, the gain is increased. The deviation is small. Further, in the case of the conventional relative speed estimation device, when the road surface displacement frequency is 2 Hz or higher, the phase shift gradually increases as the frequency increases, and the phase shift occurs in the region where the road surface displacement frequency is 10 Hz or higher. Become prominent. On the other hand, in the case of the embodiment, the phase shift is small even in the region where the road surface displacement frequency is 10 Hz or more.
<図9>
図9は、路面変位xrがランダム波形でありショックアブソーバの非線形減衰力fvがない場合について変動範囲を示している。従来の相対速度推定装置の場合には、路面変位の周波数が10Hz以上になると、ゲインのずれが図8の場合ほどではないが大きくなる。これに対し、実施形態の場合には、路面変位の周波数が10Hz以上の領域においても、ゲインのずれは小さい。また、従来の相対速度推定装置の場合には、路面変位の周波数が2Hz以上になると、周波数の増大につれて位相のずれが徐々に大きくなり、位相のずれは図8の場合ほどではないが路面変位の周波数が10Hz以上の領域において顕著になる。これに対し、実施形態の場合には、路面変位の周波数が10Hz以上の領域においても、位相のずれは小さい。
<Fig. 9>
FIG. 9 shows the fluctuation range when the road surface displacement xr has a random waveform and there is no nonlinear damping force fv of the shock absorber. In the case of the conventional relative speed estimation device, when the frequency of the road surface displacement becomes 10 Hz or more, the gain deviation becomes larger than that in the case of FIG. On the other hand, in the case of the embodiment, the gain deviation is small even in the region where the road surface displacement frequency is 10 Hz or more. In the case of the conventional relative speed estimation apparatus, when the frequency of the road surface displacement becomes 2 Hz or more, the phase shift gradually increases as the frequency increases, and the phase shift is not as great as in the case of FIG. In the region where the frequency is 10 Hz or more. On the other hand, in the case of the embodiment, the phase shift is small even in the region where the road surface displacement frequency is 10 Hz or more.
<図10>
図10は、路面変位xrがサイン波形でありショックアブソーバの非線形減衰力fvがある場合について変動範囲を示している。従来の相対速度推定装置及び実施形態の何れの場合にも、路面変位の周波数が1Hz以上になると、ゲインのずれが生じるが、実施形態におけるゲインのずれの大きさは、従来の相対速度推定装置の場合よりも小さい。また、従来の相対速度推定装置の場合には、路面変位の周波数が0.5Hz以上になると、周波数の増大につれて位相のずれが徐々に大きくなり、位相のずれは路面変位の周波数が10Hz以上の領域において顕著になる。これに対し、実施形態の場合には、路面変位の周波数が0.8Hz以上になると、周波数の増大につれて位相のずれが徐々に大きくなるが、位相のずれの大きさは従来の相対速度推定装置の場合よりも小さい。
<Fig. 10>
FIG. 10 shows the fluctuation range when the road surface displacement xr is a sine waveform and there is a nonlinear damping force fv of the shock absorber. In both cases of the conventional relative speed estimation device and the embodiment, a gain shift occurs when the frequency of the road surface displacement becomes 1 Hz or more. However, the magnitude of the gain shift in the embodiment is the same as the conventional relative speed estimation device. Smaller than the case. Further, in the case of the conventional relative speed estimation device, when the road displacement frequency becomes 0.5 Hz or more, the phase shift gradually increases as the frequency increases, and the phase shift causes the road displacement frequency to be 10 Hz or more. It becomes prominent in the area. On the other hand, in the case of the embodiment, when the frequency of the road surface displacement becomes 0.8 Hz or more, the phase shift gradually increases as the frequency increases, but the magnitude of the phase shift is the conventional relative speed estimation device. Smaller than the case.
<図11>
図11は、路面変位xrがランダム波形でありショックアブソーバの非線形減衰力fvがある場合について変動範囲を示している。従来の相対速度推定装置及び実施形態の何れの場合にも、路面変位の周波数が1Hz以上になると、ゲインのずれが生じるが、実施形態におけるゲインのずれの大きさは、特に高周波数領域において従来の相対速度推定装置の場合よりも小さい。また、従来の相対速度推定装置の場合には、路面変位の周波数が0.4Hz以上になると、周波数の増大につれて位相のずれが徐々に大きくなり、位相のずれは路面変位の周波数が11Hz以上の領域において顕著になる。これに対し、実施形態の場合には、路面変位の周波数が0.6Hz以上になると、周波数の増大につれて位相のずれが徐々に大きくなるが、位相のずれの大きさは従来の相対速度推定装置の場合よりも小さい。
<Fig. 11>
FIG. 11 shows the fluctuation range when the road surface displacement xr has a random waveform and there is a nonlinear damping force fv of the shock absorber. In both cases of the conventional relative speed estimation device and the embodiment, a gain shift occurs when the frequency of the road surface displacement is 1 Hz or more. However, the magnitude of the gain shift in the embodiment is the same as that in the high frequency region. It is smaller than the case of the relative speed estimation device. In the case of the conventional relative speed estimation device, when the road surface displacement frequency is 0.4 Hz or higher, the phase shift gradually increases as the frequency increases, and the phase shift causes the road surface displacement frequency to be 11 Hz or higher. It becomes prominent in the area. On the other hand, in the case of the embodiment, when the frequency of the road surface displacement becomes 0.6 Hz or more, the phase shift gradually increases as the frequency increases, but the magnitude of the phase shift is the conventional relative speed estimation device. Smaller than the case.
なお、ばね上質量Mu、ばね下質量Mw、ばね106のばね定数Ks、ショックアブソーバ108の固定減衰係Coが上記の値とは異なる場合にも、図8〜図11に示された結果と同様の傾向示す結果が得られている。すなわち、実施形態によれば、1自由度モデルに基づく従来のばね上−ばね下相対速度推定装置の場合よりも正確に相対速度xse’を推定することができることが確認されている。
Even when the sprung mass Mu, the unsprung mass Mw, the spring constant Ks of the
また、図には示されていないが、実施形態によれば、ばね下の加速度に基づいて路面変位xrが推定される2自由度モデルに基づく従来のばね上−ばね下相対速度推定装置と同程度に正確に相対速度xse’を推定することができることが確認されている。ただし、路面変位の周波数が非常に高い領域において、2自由度モデルに基づく従来のばね上−ばね下相対速度推定装置の場合よりも、ゲインのずれ及び位相のずれが大きくなる。 Although not shown in the figure, according to the embodiment, a conventional sprung-unsprung relative speed estimation device based on a two-degree-of-freedom model in which road surface displacement xr is estimated based on unsprung acceleration, It has been confirmed that the relative velocity x se ′ can be estimated as accurately as possible. However, in the region where the frequency of the road surface displacement is very high, the gain shift and the phase shift become larger than in the case of the conventional sprung-unsprung relative speed estimation device based on the two-degree-of-freedom model.
以上においては、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。 Although the present invention has been described in detail with respect to specific embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments are possible within the scope of the present invention. This will be apparent to those skilled in the art.
例えば、上述の実施形態の説明においては、車両100の種類は特定されていないが、本発明のばね上−ばね下相対速度推定装置は、セダン、ワゴン車、ワンボックスカー、SUV、コンパクトカーなど、様々な車両に適用されてよい。
For example, in the above description of the embodiment, the type of the
また、上述のように、推定相対速度演算装置14は、マイクロコンピュータ以外の装置であってよく、図1、図3及び図4に示された各機能ブロックの機能は任意の構成の制御装置により達成されてよい。 Further, as described above, the estimated relative speed calculation device 14 may be a device other than a microcomputer, and the functions of the functional blocks shown in FIGS. 1, 3, and 4 are controlled by a control device having an arbitrary configuration. May be achieved.
10…ばね上−ばね下相対速度推定装置、12…ばね上加速度センサ、14…推定相対速度演算装置、16…プラントモデル、18…オブザーバ、20…データマップ、100…車両、102…ばね上構造体、104…ばね下構造体、106…ばね106、108…ショックアブソーバ、110…タイヤ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記プラントモデルは、路面変位を外部入力とせずプロセスノイズとしての前記ショックアブソーバの可変減衰力のみにて駆動するシステムを有し、前記システムは、可変減衰力に基づいて路面変位に基づく外乱項の代替値を演算し、
前記オブザーバは、路面変位を外乱とせず、ばね上加速度及び可変減衰力を入力とし、ばね上構造体とばね下構造体との間の推定相対速度を出力に含んでおり、前記オブザーバのカルマンフィルタのゲインは、前記システムに対応して設定されている
ことを特徴とする車両のばね上−ばね下相対速度推定装置。 A sprung-unsprung relative speed estimation device for a vehicle for estimating a relative speed between a sprung structure and an unsprung structure that are connected to each other via a damping force variable shock absorber and a spring, wherein the spring A sprung acceleration detection device that detects the vertical acceleration of the upper structure as a sprung acceleration, and an estimated relative velocity calculation device that includes a plant model and an observer configured based on a state space of an equation of motion based on a two-degree-of-freedom model of a single wheel In a sprung-unsprung relative speed estimation device for a vehicle having
The plant model has a system that is driven only by the variable damping force of the shock absorber as process noise without using the road surface displacement as an external input, and the system has a disturbance term based on the road surface displacement based on the variable damping force. Calculate the substitute value,
The observer does not make the road surface displacement a disturbance, receives the sprung acceleration and variable damping force as input, and includes the estimated relative speed between the sprung structure and the unsprung structure in the output, and the Kalman filter of the observer A sprung-unsprung relative speed estimation device for a vehicle, wherein the gain is set corresponding to the system.
The sprung-unsprung relative speed estimation device for a vehicle according to claim 1, wherein the observer has a configuration of a one-dimensional observer with respect to the plant model. .
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