JP2016107916A

JP2016107916A - サスペンション制御装置

Info

Publication number: JP2016107916A
Application number: JP2014249271A
Authority: JP
Inventors: 崇古市; Takashi Furuichi; 龍馬神田; Tatsuma Kanda
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-06-20
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: JP6307424B2

Abstract

【課題】新たな手法で高い乗り心地性能を確保できるようにしたサスペンション制御装置を提供する。【解決手段】検出部２６は、ばね下部材１４及びばね上部材１６の運動エネルギーとサスペンション２０の弾性エネルギーとの総和である振動エネルギーＥを算出するための値を検出する。振動エネルギー予想部３２は、検出部２６で検出された値に基づいて、所定時間後の振動エネルギーＥを予想する。制御量決定部３４は、所定時間後の振動エネルギーＥが最小となるようにサスペンションの制御量Ｃ２（ｔ２）を決定する。そして、フィルタリング後の制御量Ｃ２ｆ（ｔ２）に基づいて、サスペンション２０のダンパ２４が制御される。【選択図】図１

Description

この発明は、車体を含むばね上部材と車輪を含むばね下部材との間に介在する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。

車両は、車体と車輪との間にサスペンション装置を備える。サスペンション装置としては、振動の減衰力を可変にした可変ダンパや、ダンパ等を能動的に制御することにより振動を減衰したり車体の姿勢を改善するアクティブサスペンション等がある。

例えば、特許文献１には、車体と車輪とのエネルギー収支に着目して導出された評価関数を最小化する最適制御則に従ってアクチュエータの制御量を得るアクティブサスペンションの制御装置が示されている。この最適制御則は、車体と車輪に伝達されるエネルギーに重み係数を付加した項と、制御性能の評価を与える関数の項との和の積分である評価関数を最小化するものである。具体的には、振動制御と回生制御に関する重み係数が調整されることにより、振動制御と回生制御の間の制御特性が変更される。また、接地性制御と乗心地制御に関する重み係数が調整されることにより、接地性制御と乗心地制御の間の制御特性が変更される。また、制御応答性と制御安定性に関する重み係数が調整されることにより、応答性と安定性の間の制御特性が変更される。

特開２００９−７８７６１号公報（請求項１）

特許文献１に示される制御装置には、各重み係数間のバランスを適度に調整することが非常に難しいという問題がある。例えば、回生を重視して重み係数を調整した場合に、乗り心地が悪くなる可能性がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、新たな手法で高い乗り心地性能を確保できるようにしたサスペンション制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、車輪を含むばね下部材と車体を含むばね上部材との間に介在する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、前記ばね下部材及び／又は前記ばね上部材の運動エネルギーと前記サスペンションの弾性エネルギーとの総和である振動エネルギーを算出するための値を検出する検出部と、前記検出部で検出された値に基づいて所定時間後の前記振動エネルギーを予想する振動エネルギー予想部と、所定時間後の前記振動エネルギーが最小となるように前記サスペンションの制御量を決定する制御量決定部と、を備え、前記制御量決定部で決定された制御量に基づいて前記サスペンションを制御する。

本発明によれば、ばね下部材及び／又はばね上部材の運動エネルギーとサスペンションの弾性エネルギーとの総和である振動エネルギーのみを考慮し、所定時間後にこの振動エネルギーが最小となるようにサスペンションを制御する。つまり、所定時間後の振動エネルギーを最小化することだけを考慮すれば良く、重み係数の調整といった難しい工程が不要になる。このため、重み係数の調整を行うことなく高い乗り心地性能を確保することが可能となる等の効果が得られる。また、高い乗り心地性能を確保できる新たな手法を提供できるため、設計の自由度が増す。

本発明によれば、所定時間後の振動エネルギーを最小化することだけを考慮すれば良く、重み係数の調整といった難しい工程が不要になる。このため、重み係数の調整を行うことなく高い乗り心地性能を確保することが可能となる等の効果が得られる。また、高い乗り心地性能を確保できる新たな手法を提供できるため、設計の自由度が増す。

図１は本発明の実施形態に係るサスペンション制御装置のブロック構成図である。図２はサスペンション制御装置の動作説明に供されるフローチャートである。図３は振動エネルギーの波形を示す図である。図４はフィルタリング前後の制御量の波形を示す図である。

以下、本発明に係るサスペンション制御装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明は、所定時間後のサスペンションの振動エネルギーを最小にするものである。本発明では、後述するように、サスペンションの振動エネルギーＥを運動エネルギーと弾性エネルギーの総和として定義する。

［サスペンション制御装置１０の構成］
サスペンション制御装置１０は、車輪を含むばね下部材１４と、車体を含むばね上部材１６と、ばね下部材１４とばね上部材１６との間に介在するサスペンション２０と、サスペンション２０を制御するための値を検出する検出部２６と、サスペンション２０を制御する制御部３０及び制御回路４０とを備える。

サスペンション２０は、ばね２２と、ばね２２に並列に配置されるダンパ２４とを備える。本実施形態のダンパ２４は、減衰力を発生させる電動モータ（図示せず）を備える。電動モータに供給される電流が変わると、電動モータのトルクが変わり、ダンパ２４の減衰力が変わる。例えば、特開２００４−０１１７５４号公報に示されるように、ダンパは、電動モータと、電動モータの回転軸に連結されるボールねじとを有する。

図１に示されるように、ばね下部材１４の質量をｍ１、ばね上部材１６の質量をｍ２、ばね下部材１４のばね定数をｋ１、ばね２２のばね定数をｋ２とする。また、時点ｔにおけるばね下部材１４の変位をｘ１（ｔ）、ばね上部材１６の変位をｘ２（ｔ）、ばね下部材１４の速度をｖ１（ｔ）、ばね上部材１６の速度をｖ２（ｔ）とする。本実施形態では、サスペンション２０の振動エネルギーＥを、下記（１）式にて定義する。
Ｅ＝（１／２）・ｍ２・ｖ２（ｔ）²
＋（１／２）・ｋ２・［ｘ２（ｔ）−ｘ１（ｔ）］²
＋（１／２）・ｍ１・ｖ１（ｔ）²
＋（１／２）・ｋ１・ｘ１（ｔ）² ・・・（１）

検出部２６は、ばね下部材１４及びばね上部材１６の運動エネルギーとサスペンション２０の弾性エネルギーとの総和である振動エネルギーＥを算出するための値を検出する。上記（１）式のうち、ばね下部材１４の速度ｖ１（ｔ）及び変位ｘ１（ｔ）と、ばね上部材１６の速度ｖ２（ｔ）及び変位ｘ２（ｔ）は未知数である。これらの未知数は加速度Ｇから求められる。そこで本実施形態において、検出部２６は、ばね下部材１４に設けられたＧセンサ２６ａとばね上部材１６に設けられたＧセンサ２６ｂとを備える。Ｇセンサ２６ａは、ばね下部材１４の加速度Ｇ１を検出する。Ｇセンサ２６ｂは、ばね上部材１６の加速度Ｇ２を検出する。

制御部３０は、車載のＥＣＵ（電子制御ユニット）にて構成される。周知のように、ＥＣＵは、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、計時部としてのタイマ等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）、例えば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。なお、これらの機能は、ハードウエアにより実現することもできる。また、ＥＣＵは、１個に統合することも可能であり、さらに分割することも可能である。

本実施形態では、ＥＣＵにてプログラムが実行されることにより、振動エネルギー予想部３２と、制御量決定部３４と、フィルタ部３６と、制御指示部３８といった機能が実現される。

振動エネルギー予想部３２は、検出部２６で検出された値に基づいてシミュレーションを行い、第２所定時間後［時点ｔ３（ｔ３＞ｔ１）］の振動エネルギーＥを予想する。具体的には、振動エネルギー予想部３２は、時点ｔ１でＧセンサ２６ａにより検出されたばね下部材１４の加速度Ｇ１を積分して速度ｖ１（ｔ１）を求め、速度ｖ１（ｔ１）を積分して変位ｘ１（ｔ１）を求める。また、振動エネルギー予想部３２は、時点ｔ１でＧセンサ２６ｂにより検出されたばね上部材１６の加速度Ｇ２を積分して速度ｖ２（ｔ１）を求め、速度ｖ２（ｔ１）を積分して変位ｘ２（ｔ１）を求める。次いで、振動エネルギー予想部３２は、例えばルンゲクッタ法を用いたシミュレーションを行い、第２所定時間後（時点ｔ３）の速度ｖ１（ｔ３）、変位ｘ１（ｔ３）、速度ｖ２（ｔ３）、変位ｘ２（ｔ３）をそれぞれ複数組予想する。そして、予想した各組の値に基づいて複数の振動エネルギーＥを予想する。なお、振動エネルギー予想部３２が行う予想の詳細については、後述の［サスペンション制御装置１０の動作］にて説明する。

制御量決定部３４は、所定時間後の振動エネルギーＥが最小となるようにサスペンションの制御量を決定する。具体的には、制御量決定部３４は、振動エネルギー予想部３２で予想された複数の振動エネルギーＥの中から最小の振動エネルギーＥを選択する。そして、第２所定時間後（時点ｔ３）に最小の振動エネルギーＥが得られるように、第１所定時間後［時点ｔ２（ｔ３＞ｔ２＞ｔ１）］にダンパ２４に供給すべき制御量Ｃ２（ｔ２）を決定する。制御量Ｃ２（ｔ２）は出力電流として求められる。

フィルタ部３６は、制御量決定部３４で求められた制御量Ｃ２（ｔ２）をフィルタリングすることにより、制御量Ｃ２（ｔ２）の変化率を所定範囲内に収める。具体的には、フィルタ部３６はローパスフィルタとして機能する。制御量Ｃ２（ｔ２）が大きく変化すると、ダンパ２４の減衰力が大きく変わる可能性がある。このとき、運転者が乗り心地に違和感を覚える可能性がある。こうしたことを防止するために、フィルタ部３６は、制御量決定部３４で求められた制御量Ｃ２（ｔ２）の変化率に一定の制限を設けている。

制御指示部３８は、フィルタ部３６でフィルタリングされた制御量Ｃ２ｆ（ｔ２）に基づいて、制御回路４０に対して制御指示を出力する。

制御回路４０は、第１所定時間後（時点ｔ２）に制御部３０の制御指示部３８から出力された制御指示に従い、サスペンション２０のダンパ２４に備えられた電動モータの電流を制御する。

［サスペンション制御装置１０の動作］
次に、図２に示すフローチャートを参照しながらサスペンション制御装置１０の動作を説明する。なお、図３に示されるように、以下の説明で用いられる時点ｔ１は実時間であり、時点ｔ２、ｔ３は時点ｔ１から第１所定時間後及び第２所定時間後に到来する仮想時間である。

ステップＳ１の時間を時点ｔ１とする。このステップＳ１にて、検出部２６のＧセンサ２６ａは、ばね下部材１４の加速度Ｇ１（ｔ１）を検出する。また、検出部２６のＧセンサ２６ｂは、ばね上部材１６の加速度Ｇ２（ｔ１）を検出する。検出部２６は、検出した加速度Ｇ１（ｔ１）及び加速度Ｇ２（ｔ１）を制御部３０に出力する。

ステップＳ２にて、制御部３０の振動エネルギー予想部３２は、加速度Ｇ１（ｔ１）を積分することにより、時点ｔ１におけるばね下部材１４の速度ｖ１（ｔ１）を算出する。また、速度ｖ１（ｔ１）を積分することにより、時点ｔ１におけるばね下部材１４の変位ｘ１（ｔ１）を算出する。さらに、振動エネルギー予想部３２は、加速度Ｇ２（ｔ１）を積分することにより、時点ｔ１におけるばね上部材１６の速度ｖ２（ｔ１）を算出する。また、速度ｖ２（ｔ１）を積分することにより、時点ｔ１におけるばね上部材１６の変位ｘ２（ｔ１）を算出する。

ステップＳ３にて、振動エネルギー予想部３２は、時点ｔ１におけるばね下部材１４の速度ｖ１（ｔ１）及び変位ｘ１（ｔ１）と、ばね上部材１６の速度ｖ２（ｔ１）及び変位ｘ２（ｔ１）と、実際の制御量Ｃ２（ｔ１）とを用いて、第１所定時間後（時点ｔ２）におけるばね下部材１４の速度ｖ１（ｔ２）及び変位ｘ１（ｔ２）と、ばね上部材１６の速度ｖ２（ｔ２）及び変位ｘ２（ｔ２）を予想する。この際、振動エネルギー予想部３２は、ルンゲクッタ積分等を用いたシミュレーションを行い、各速度及び各変位を予想する。ここで制御量Ｃ２（ｔ１）とは、時点ｔ１でダンパ２４の電動モータに供給される電流である。

ステップＳ４にて、振動エネルギー予想部３２は、時点ｔ２におけるばね下部材１４の速度ｖ１（ｔ２）及び変位ｘ１（ｔ２）と、ばね上部材１６の速度ｖ２（ｔ２）及び変位ｘ２（ｔ２）と、複数の制御量Ｃ２（ｔ２）とを用いて、第２所定時間後（時点ｔ３）におけるばね下部材１４の速度ｖ１（ｔ３）及び変位ｘ１（ｔ３）と、ばね上部材１６の速度ｖ２（ｔ３）及び変位ｘ２（ｔ３）を、複数の制御量Ｃ２（ｔ２）毎に予想する。図３に示されるように、本実施形態では、複数の制御量として、０［Ａ］、０．５［Ａ］、１．０［Ａ］、１．５［Ａ］という４つの電流を設定している。

ステップＳ５にて、振動エネルギー予想部３２は、ステップＳ４で制御量Ｃ２（ｔ２）毎に予想された速度ｖ１（ｔ３）、変位ｘ１（ｔ３）、速度ｖ２（ｔ３）、変位ｘ２（ｔ３）を用いて、制御量Ｃ２（ｔ２）に対応する振動エネルギーＥを予想する。このとき、振動エネルギー予想部３２は、制御量０［Ａ］、０．５［Ａ］、１．０［Ａ］、１．５［Ａ］毎に、下記（２）式から、第２所定時間後（時点ｔ３）における振動エネルギーＥをそれぞれ予想する。
Ｅ＝（１／２）・ｍ２・ｖ２（ｔ３）²
＋（１／２）・ｋ２・［ｘ２（ｔ３）−ｘ１（ｔ３）］²
＋（１／２）・ｍ１・ｖ１（ｔ３）²
＋（１／２）・ｋ１・ｘ１（ｔ３）² ・・・（２）

ステップＳ６にて、制御量決定部３４は、第２所定時間後（時点ｔ３）の振動エネルギーＥが最小となる制御量Ｃ２（ｔ２）を決定する。ステップＳ５が終了すると、図３に示すように、制御量０［Ａ］、０．５［Ａ］、１．０［Ａ］、１．５［Ａ］毎に、時点ｔ２から時点ｔ３までの振動エネルギーＥの波形が得られる。このうち、時点ｔ３で振動エネルギーＥが最小になるのは、０［Ａ］の波形である。そこで、制御量決定部３４は、第１所定時間後（時点ｔ２）における制御量Ｃ２（ｔ２）を０［Ａ］に決定する。

なお、本実施形態では、振動エネルギー予想部３２及び制御量決定部３４の処理時間を考慮している。本来は、時点ｔ１の段階で、その時点ｔ１で制御すべき制御量Ｃ２（ｔ１）を算出するのが理想である。しかし、算出には時間を要する。このため、本実施形態では、振動エネルギー予想部３２及び制御量決定部３４が処理に要する時間を加味した第１所定時間後（時点ｔ２）における制御量Ｃ２（ｔ２）を予想するようにしている。本実施形態では、図３に示すように、時点ｔ１から時点ｔ２までの時間、すなわち振動エネルギー予想部３２及び制御量決定部３４の処理時間を、１ｍｓｅｃ程度と想定している。

ステップＳ７にて、フィルタ部３６は、制御量決定部３４で決定された制御量をフィルタリングする。ここで、図４を用いて、フィルタ部３６の処理を説明する。図４は、制御量決定部３４で決定された制御量Ｃ２（ｔ）と、フィルタ部３６でフィルタリングされた制御量Ｃ２ｆ（ｔ）を示している。図４に示されるように、制御量決定部３４で決定される制御量Ｃ２ｆ（ｔ）の波形は、各時点間で変化量が大きく、段階的に変化している。この制御量Ｃ２ｆ（ｔ）を用いてダンパ２４を制御すると、ダンパ２４の減衰力の変化が大きくなり、運転者は違和感を覚える。そこで、フィルタ部３６は、制御量Ｃ２（ｔ）の変化率を制限することにより、一定の変化率内で徐々に変化する制御量Ｃ２ｆ（ｔ）を求める。

但し、制御量決定部３４で決定される制御量Ｃ２（ｔ）が所定値以上となる場合、例えば図３に示される例では１．５［Ａ］以上となる場合もある。このような場合にフィルタ部３６は制限を緩めて、制御量Ｃ２ｆ（ｔ）がある程度大きく変化可能にする。具体的にはフィルタの時定数を小さくする。

ステップＳ８にて、制御指示部３８は、フィルタ部３６によるフィルタリング後の制御量Ｃ２ｆ（ｔ）でダンパ２４を制御すべく、制御回路４０に制御指示を出力する。制御回路４０は、制御量Ｃ２ｆ（ｔ）に応じた電流をダンパ２４の電動モータに供給する。

以上のステップＳ１〜ステップＳ８で説明した処理が、振動エネルギー予想部３２及び制御量決定部３４の処理時間（１ｍｓｅｃ）毎に繰り返し行われることにより、サスペンション２０に発生する振動が抑制される。

［実施形態のまとめ］
本実施形態に係るサスペンション制御装置１０は、ばね下部材１４及び／又はばね上部材１６の運動エネルギーとサスペンション２０の弾性エネルギーとの総和である振動エネルギーＥを算出するための値を検出する検出部２６と、検出部２６で検出された値に基づいて所定時間後（時点ｔ２）の振動エネルギーＥを予想する振動エネルギー予想部３２と、所定時間後（時点ｔ２）の振動エネルギーＥが最小となるようにサスペンション２０の制御量Ｃ２（ｔ２）を決定する制御量決定部３４と、を備える。制御量決定部３４で決定された制御量（出力電流Ｉ）はフィルタ部３６でフィルタリングされ、フィルタリング後の制御量（出力電流Ｉ）に基づいて、サスペンション２０のダンパ２４が制御される。

本実施形態によれば、所定時間後の振動エネルギーＥを最小化することだけを考慮すれば良く、重み係数の調整といった難しい工程が不要になる。このため、重み係数の調整を行うことなく高い乗り心地性能を確保することが可能となる等の効果が得られる。また、高い乗り心地性能を確保できる新たな手法を提供できるため、設計の自由度が増す。

［他の実施形態］
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、上述の実施形態は、想定するモデルが一輪モデルであるが、フルビークルモデル（四輪モデル）であってもよい。

また、式（１）のいずれかの運動エネルギー又は弾性エネルギーを用いて振動エネルギーＥを求めるようにしてもよい。例えば、ばね下部材１４及びばね上部材１６の運動エネルギーを求めるのではなく、ばね下部材１４又はばね上部材１６の運動エネルギーを求めるようにしてもある程度の効果が期待できる。また、ばね２２及びばね下部材１４の弾性エネルギーを求めるのではなく、ばね２２又はばね下部材１４の弾性エネルギーを求めるようにしてもある程度の効果が期待できる。

また、ダンパ２４は、２つのオイル室間のオイルの流動性を変化させて減衰力を変化させるものでもよい。この場合、例えば、２つのオイル室間に電動モータに接続された油圧モータを設け、電動モータに供給する出力電流Ｉを変化させることにより、２つのオイル室間のオイルの流動性を変化させることができる。又は、２つのオイル室間に圧電素子等の動作により開度を変化させるバルブを設け、圧電素子に供給する出力電流Ｉを変化させることにより、２つのオイル室間のオイルの流動性を変化させることができる。

また、ダンパ２４はＭＲＦ（磁気粘性流体）を用いたものでもよい。この場合、例えば、２つのオイル室間にコイルを設け、コイルに供給する出力電流Ｉを変化させることにより磁気を変化させ、２つのオイル室間のＭＲＦの流動性を変化させることができる。

また、検出部２６が、ばね下部材１４及び／又はばね上部材１６の変位を検出するストロークセンサを備え、振動エネルギー予想部３２が、ばね下部材１４の変位ｘ１を微分して速度ｖ１を算出し、ばね上部材１６の変位ｘ２を微分して速度ｖ２を算出するようにしてもよい。

なお、前述した実施形態では、本発明を、可変ダンパを制御するサスペンション装置に利用しているが、本発明を、ダンパ等を能動的に制御するアクティブサスペンションに利用することも可能である。

１０…サスペンション制御装置１４…ばね下部材
１６…ばね上部材２０…サスペンション
２２…ばね２４…ダンパ
２６…検出部３０…制御部
３２…振動エネルギー予想部３４…制御量決定部
３６…フィルタ部３８…制御指示部
４０…制御回路

Claims

車輪を含むばね下部材と車体を含むばね上部材との間に介在する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、
前記ばね下部材及び／又は前記ばね上部材の運動エネルギーと前記サスペンションの弾性エネルギーとの総和である振動エネルギーを算出するための値を検出する検出部と、
前記検出部で検出された値に基づいて所定時間後の前記振動エネルギーを予想する振動エネルギー予想部と、
所定時間後の前記振動エネルギーが最小となるように前記サスペンションの制御量を決定する制御量決定部と、を備え、
前記制御量決定部で決定された制御量に基づいて前記サスペンションを制御する
ことを特徴とするサスペンション制御装置。