JP2018058463A

JP2018058463A - 減衰力制御装置

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Publication number: JP2018058463A
Application number: JP2016196637A
Authority: JP
Inventors: 彰人山本; Akihito Yamamoto; 田中　亘; Wataru Tanaka; 亘田中
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2018-04-12
Also published as: WO2018066478A1

Abstract

【課題】車両の乗り心地を改善する。
【解決手段】実施形態の減衰力制御装置は、例えば、指令信号に応じて減衰力を変更可能なダンパーを制御するサスペンションの減衰力制御装置において、車体に対する車輪の相対速度を推定する推定部と、相対速度と、車体に設けられた加速度センサからの加速度情報と、に基づいて、ダンパーが出力すべき減衰力を示した目標減衰力を算出する減衰力算出部と、目標減衰力に対応する指令信号を、ダンパーに出力する出力部と、相対速度と、目標減衰力に対応する指令信号と、に基づいて、ダンパーから出力される減衰力の推定値を示した推定減衰力を算出する減衰力推定部と、相対速度に基づいて、ダンパーで生じる摩擦力を算出する摩擦力算出部と、を備え、推定部は、さらに、推定減衰力と、摩擦力と、に基づいて、相対速度を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、減衰力制御装置に関する。

従来から、振動を抑制する機構が設けられたサスペンションとして、セミアクティブサスペンションが提案されている。

セミアクティブサスペンションは、フルアクティブサスペンションのように、動力源を利用したアクチュエータを使用せずに、外部から入力する振動エネルギーを利用した可変減衰ダンパーを有する。そして、可変減衰ダンパーの減衰力を変化させることで振動を抑制させている。

セミアクティブサスペンションにおいては、制御装置が、加速度センサから検知された加速度情報の他に、車体に対する車輪の相対速度を考慮して、車体の振動に適した減衰力になるような指令値を算出し、当該指令値で減衰力を変化させる技術が提案されている。さらに、相対速度を求める際に、速度センサ等を用いずに、現在の車両の状況から、相対速度を推定する技術が提案されている。

特開２０１６−１１７３２６号公報

しかしながら、従来技術においては、様々な要因によって、推定された相対速度が、実際の相対速度と比べてずれることがある。

本発明の課題の一つは、相対速度の推定精度を向上させることで、車両の振動に適した減衰力を出力させる減衰力制御装置を提供する。

実施形態の減衰力制御装置は、例えば、指令信号に応じて減衰力を変更可能なダンパーを制御するサスペンションの減衰力制御装置において、車体に対する車輪の相対速度を推定する推定部と、相対速度と、車体に設けられた加速度センサからの加速度情報と、に基づいて、ダンパーが出力すべき減衰力を示した目標減衰力を算出する減衰力算出部と、目標減衰力に対応する指令信号を、ダンパーに出力する出力部と、相対速度と、目標減衰力に対応する指令信号と、に基づいて、ダンパーから出力される減衰力の推定値を示した推定減衰力を算出する減衰力推定部と、相対速度に基づいて、ダンパーで生じる摩擦力を算出する摩擦力算出部と、を備え、推定部は、さらに、推定減衰力と、摩擦力と、に基づいて、相対速度を推定する。この構成によれば、例えば、摩擦力を考慮して相対速度を推定することで、相対速度の推定精度が向上するため、車両の乗り心地を改善できる。

実施形態の減衰力制御装置は、摩擦力算出部は、相対速度の方向に基づいて、摩擦力を異ならせる。この構成によれば、例えば、相対速度の方向に応じて摩擦力を算出することで、相対速度の推定精度が向上するため、車両の乗り心地を改善できる。

図１は、実施形態の減衰力制御装置の一例を示した図である。図２は、カルマンフィルタ理論を用いる上で前提とされるセミアクティブダンパーのモデルを例示した図である。図３は、摩擦項を含まずに算出された推定相対速度、及び実際の相対速度の遷移を例示した図である。図４は、実施形態の摩擦力算出部が出力する摩擦力を表した図である。図５は、変形例の摩擦力算出部が出力する摩擦力を表した図である。図６は、摩擦項を含めて算出された推定相対速度、及び実際の相対速度の遷移を例示した図である。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用、結果、および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成に基づく種々の効果や、派生的な効果のうち、少なくとも一つを得ることが可能である。

本実施形態において、サスペンション減衰力制御装置の一例を説明する。サスペンション減衰力制御装置（以下、減衰力制御装置１００と称する）は、車体１のサスペンションの構成要素であるセミアクティブダンパーの減衰力を制御する。

図１は、本実施形態の減衰力制御装置１００の一例を示した図である。図１に示されるように、減衰力制御装置１００は、車体１に設けられた加速度センサ１５０で検出された加速度に基づいた観測情報を受信し、観測情報からセミアクティブダンパー１８０が出力すべき減衰力を算出した後、当該減衰力が示された指示電流をセミアクティブダンパー１８０に出力する。観測情報は、車体１の運動状態を表す情報であって、例えば、車体１の加速度、車体１の速度、車体１の上下変位量（車体１と車輪との間の上下方向（セミアクティブダンパー１８０軸に沿う方向）の変位量）を含むものとする。つまり、車体１の加速度を積分して得られた速度や、当該速度を積分して得られる上下変位量が含まれている。

本実施形態の車体１は、例えば、不図示の内燃機関を駆動源とする自動車、すなわち内燃機関自動車であってもよいし、不図示の電動機を駆動源とする自動車、すなわち電気自動車や燃料電池自動車等であってもよい。さらには、列車等であっても良い。

図１に示されるように、減衰力制御装置１００は、観測情報による車体１の運動状態（例えば、車体１の上下方向の加速度、車体１の速度）に基づいて、指示電流Ｐを生成し、セミアクティブダンパー（ダンパーの一例)１８０に出力する。

指示電流Ｐは、セミアクティブダンパー１８０を制御する目標減衰力を表した電流とする。

図２は、カルマンフィルタ理論を用いる上で前提とされるセミアクティブダンパー１８０のモデルを例示した図である。図２に示されるように、セミアクティブダンパー１８０は、バネ２０１と、振動減衰装置２０２と、で構成されると共に、車体１と車輪２００との間を接続している。すなわち、車体１は、車輪２００及びセミアクティブダンパー１８０により支持される。

セミアクティブダンパー１８０は、指示電流Ｐに基づいて減衰力を設定する。例えば、セミアクティブダンパー１８０は、指示電流Ｐに基づいて、振動減衰装置２０２のピストンに設けられるオリフィスの開口度を変更したり、弁体と弁座との間の開口度を変更したりする。これにより、振動減衰装置２０２内でピストンにより仕切られた２つの油室の間を流通する潤滑油の流通量を制御して、セミアクティブダンパー１８０の減衰力を調整する。なお、オリフィスの開口度を小さくする（開口面積を小さくする）ことでピストンが移動し難くした状態をセミアクティブダンパー１８０のハード状態と称する。また、オリフィスの開口度を大きくする（開口面積を大きくする）ことで、ピストンが移動し易くした状態をセミアクティブダンパー１８０のソフト状態と称する。

図１に戻り、減衰力制御装置１００は、推定部１０１と、目標減衰力算出部１０３と、指示電流出力部１０４と、減衰力推定部１０５と、摩擦力算出部１０６と、を備えている。

目標減衰力算出部１０３は、車体１から出力された観測情報と、推定部１０１から出力された推定相対速度ｙｏｂと、に基づいて、目標減衰力を算出する。観測情報は、上述したように、車体１の加速度、車体１の速度、車体１の上下変位量（車体１と車輪との変位）が含まれている。目標減衰力算出部１０３は、スカイフック制御理論またはＨ∞制御理論に基づいて構築される。

目標減衰力は、車体１の現在の状況に応じて、セミアクティブダンパー１８０に目標として指示すべき減衰力を示している。推定相対速度ｙｏｂは、推定部１０１により算出される、車体１に対する車輪２００の速度の推定値とする。なお、推定部１０１については後述する。

指示電流出力部１０４は、目標減衰力算出部１０３から入力された目標減衰力に基づいて、目標減衰力に対応する指示電流Ｐを算出し、当該指示電流Ｐをセミアクティブダンパー１８０及び減衰力推定部１０５に出力する。指示電流Ｐは、目標減衰力を電流値又は電圧値で示した電流とする。

減衰力推定部１０５は、線形減衰力推定部１１１と、非線形減衰力推定部１１２と、減衰力マップ記憶部１１３と、を備え、指示電流Ｐ、及び推定相対速度ｙｏｂに基づいて、当該指示電流Ｐに応じてセミアクティブダンパー１８０から出力される減衰力の推定値（以下、推定減衰力と称す）を算出する。

減衰力を説明するために、まず、車体１の運動方程式について説明する。本実施形態において、車体１の運動方程式は、下記の式（１）で表すことができる。

Ｍ・Ｚａ＝Ｋ・ｘｓ＋ｆｄ（ｙ，Ｐ）……（１）
なお、車体１の質量Ｍ、車体加速度Ｚａ、ばね係数Ｋ、ばね伸縮距離ｘｓ、振動減衰装置２０２の減衰力ｆｄ（ｙ，Ｐ）、セミアクティブダンパー１８０の指示電流Ｐ、車体１に対する車輪２００の相対速度ｙとする。

相対速度ｙに対する減衰力の変化を示す減衰力特性は、指示電流Ｐに応じて変化する。具体的には、振動減衰装置２０２の減衰力“ｆｄ（ｙ，Ｐ）”は、一般に、相対速度ｙに対する線形成分だけで無く、非線形成分を含むことになる。

そこで、本実施形態では、線形成分を算出する線形減衰力推定部１１１と、非線形成分を算出する非線形減衰力推定部１１２と、を備えることとした。

線形減衰力推定部１１１は、入力される推定相対速度ｙｏｂに所定の係数Ｃｏを乗算することで、線形成分Ｃｏ・ｙｏｂを算出する。なお、係数Ｃｏは、実施態様に応じて定められる値とする。

非線形減衰力推定部１１２は、減衰力マップ記憶部１１３を参照した上で、推定相対速度ｙｏｂ及び指示電流Ｐに基づいて、非線形成分ｆｎ（ｙｏｂ，Ｐ）を算出する。

減衰力マップ記憶部１１３は、推定減衰力を算出するために用いるマップ情報を記憶する。本実施形態では、減衰力マップ記憶部１１３に記憶されたマップ情報を用いることで、指示電流Ｐ及び推定相対速度ｙｏｂに対応する、非線形成分ｆｎ（ｙｏｂ，Ｐ）を特定できる。このように、マップ情報は、入力値（指示電流Ｐ及び推定相対速度ｙｏｂ）から、非線形成分を特定できるマップ情報とするが、本実施形態は、マップ情報で特定する例に制限するものではなく、数式やアルゴリズムで非線形成分を算出しても良い。

そして、減衰力推定部１０５は、線形成分Ｃｏ・ｙｏｂと、非線形成分ｆｎ（ｙｏｂ，Ｐ）と、から、下記の式（２）より、減衰力ｆｄ（ｙｏｂ，Ｐ）を算出できる。
ｆｄ（ｙｏｂ，Ｐ）＝Ｃｏ・ｙｏｂ＋ｆｎ（ｙｏｂ，Ｐ）……（２）

そして、減衰力推定部１０５は、線形成分Ｃｏ・ｙｏｂと、非線形成分ｆｎ（ｙｏｂ，Ｐ）と、を含んだ減衰力ｆｄ（ｙｏｂ，Ｐ）を、推定部１０１に出力する。次に相対速度について説明する。

図３は、摩擦項を含まずに算出された推定相対速度、及び実際の相対速度の遷移を例示した図である。図３に示されるように、実際の相対速度３０１と、推定相対速度３０２と、の間にずれが生じている。

例えば、実際の相対速度３０１は、ヒステリシス・ロスのため、相対速度０近傍で振動減衰装置２０２のピストンが静止する。これに対して、推定相対速度３０２は、速度０近傍であるか否かに応じた変化は生じない。このような違いは、推定相対速度３０２において摩擦力を考慮していないために生じている。

例えば、オフロード走行している場合には、減衰力が摩擦力と比べて大きいため、摩擦力については考慮する必要が無かった。しかしながら、オンロード走行などの減衰力が小さい状況においては、減衰力と比べて摩擦力が相対的に大きくなる。そこで、本実施形態においては、車体１の相対速度に応じた摩擦力を出力する摩擦力算出部１０６を備えることとした。

摩擦力算出部１０６は、入力された相対速度（例えば、推定相対速度ｙｏｂ）に対応する摩擦力±Ｒを算出し、当該摩擦力±Ｒを推定部１０１に出力する。

図４は、本実施形態の摩擦力算出部１０６が出力する摩擦力を表した図である。図４に示されるように、摩擦力算出部１０６は、相対速度が正であるか否かに応じて、出力する摩擦力を切り替える。図４に示されるように、摩擦力算出部１０６は、相対速度が０より大きい場合には、摩擦力Ｒを出力し、相対速度が０より小さい場合には、摩擦力−Ｒを出力する。摩擦力Ｒの値は、振動減衰装置２０２の種類に応じた値が設定されるものとして、説明を省略する。なお、本実施形態においては、図４に示されるように、静止摩擦力を考慮しない場合について説明したが、静止摩擦力を考慮しても良い。

図５は、変形例の摩擦力算出部１０６が出力する摩擦力を表した図である。図５に示される変形例の摩擦力算出部１０６は、相対速度が正であるか否かに応じて、動摩擦力±Ｒ₁を出力する。さらに、相対速度０の場合には、移動しようとしている方向に応じて、静止摩擦力±Ｒ₂を出力する。図５に示されるように、Ｒ₂＞Ｒ₁とする。つまり、振動減衰装置２０２内のピストンが移動開始する際には、動摩擦力Ｒ₁より高い静止摩擦力Ｒ₂がかかる。変形例の摩擦力算出部１０６は、このような移動開始する際等を含めて、振動減衰装置２０２内のピストンの状況に応じた摩擦力を出力する。これにより精度の高い相対速度の推定が可能となる。

本実施形態に戻り、オブザーバについて説明する。

式（１）、式（２）、状態方程式を次のように導出することができる。

Ｘ´＝ＡＸ＋Ｇｗ＋Ｂｆｎ（ｙ，Ｐ）……（３）
列ベクトルＸ＝（ｘ１，ｘ２）とする。相対速度ｙを意味する状態変数ｘ１とし、ばね伸縮距離を意味する状態変数ｘ２とする。また、行列Ａ，Ｇ，Ｂは、所定の値をもつ行列とする。また、Ｘ´はＸの微分である。ｗは外乱を示す係数である。

一方、相対速度ｙと車体加速度Ｚａとの関係から次の出力方程式が得られる。
Ｙ＝（Ｃ，Ｕ）Ｘ＋ｖ＋（Ｄ，Ｆ）ｆｎ（ｙ，Ｐ）……（４）

列ベクトルＹ＝（ｙ１，ｙ２）とする。ｙ１＝相対速度ｙであり、ｙ２＝車体加速度Ｚａを示す。行ベクトルＣ，Ｕ，Ｄ，Ｆはそれぞれ所定の値をもつ行ベクトルである。列ベクトル（Ｃ，Ｕ）は、Ｃ，Ｕを要素とする列ベクトルである。列ベクトル（Ｄ，Ｆ）は、Ｄ，Ｆを要素とする列ベクトルである。ｖは、観測ノイズである。

カルマンフィルタ理論を用いれば、上記式（３）、及び式（４）に基づいてｙ１（相対速度ｙ）を推定するためのオブザーバを得ることができる。次に示す式（５）〜式（７）が相対速度ｙのオブザーバである。

ｕｏｂ＝ｆｎ（ｙｏｂ，Ｐ）……（５）
Ｘｏｂ´＝ＡＸｏｂ＋Ｂｕｏｂ＋Ｈ（Ｚａ−（ＵＸｏｂ＋Ｄｕｏｂ））……（６）
ｙ１＝ｙ＝ＣＸｏｂ・・・（７）

ｕｏｂは、非線形成分ｕの推定値（推定非線形成分）を示し、ｙｏｂは、相対速度ｙの推定値を示している。Ｚａは、車体加速度を示す。ｆｎ（ｙｏｂ，Ｐ）は、推定相対速度ｙｏｂと指示電流（減衰力を制御する値）Ｐとを変数とする関数である。Ｈは、定常カルマンゲインを示す。Ｘｏｂは、列ベクトルＸ＝（ｘ１，ｘ２）の推定値とする。

そして、本実施形態の推定部１０１は、振動減衰装置２０２の減衰力“ｆｄ（ｙｏｂ，Ｐ）＝Ｃｏ・ｙｏｂ＋ｆｎ（ｙｏｂ，Ｐ）”、及び摩擦力“±Ｒ”に基づいて、推定相対速度ｙｏｂを導出する。

推定部１０１は、振動減衰装置２０２の減衰力“ｆｄ（ｙｏｂ，Ｐ）”に対して、摩擦項を設定し、摩擦力“±Ｒ”を含んだ減衰力に基づいて、前回推定相対速度を出力した後の相対速度の推定値である推定相対速度ｙｏｂを導出する。摩擦項“±Ｒ”の設定手法としては、どのような設定手法を用いても良い。例えば、非線形成分に対して摩擦項を設定しても良いし、線形成分に対して摩擦項を設定しても良い、さらには、非線形成分及び線形成分の各々に対して摩擦項を設定しても良い。

本実施形態では、非線形成分に対して摩擦項を設定する例とする。推定部１０１は、減衰力の非線形成分ｕｏｂに対して、摩擦力“±Ｒ”を加算して、摩擦補正後非線形成分ｕｘを算出する。

推定部１０１は、上述の式（６）及び式（７）に対応する処理を行う。本実施形態の推定部１０１は、式（６）及び式（７）に示された列ベクトルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｈ，Ｕを予め記憶しておく。列ベクトルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、Ｈ，Ｕは、理論値を参考に設定されてかつ相対速度ｙの実測値と推定相対速度ｙｏｂとが近づくように調整された値であって、実施形態に応じて定められる値とする。但し、式（６）及び式（７）に対応する処理を行う際に、ｕｏｂの代わりに、摩擦補正後非線形成分ｕｘを用いることとする。

そして、推定部１０１は、摩擦補正後非線形成分ｕｘを用いて式（６）及び式（７）から、算出された推定相対速度ｙｏｂを出力する。

図６は、摩擦項を含めて算出された推定相対速度、及び実際の相対速度の遷移を例示した図である。図６に示されるように、摩擦力を考慮することで、推定相対速度６０２は、実際の相対速度６０１にほぼ一致するように遷移する。

本実施形態では、推定相対速度ｙｏｂの移動方向に基づいて定められた摩擦力±Ｒで、減衰力“ｆｄ（ｙ，Ｐ）”を補正する。つまり、セミアクティブダンパー１８０の振動減衰装置２０２内のピストンの移動方向に基づいた摩擦力±Ｒを、セミアクティブダンパー１８０の減衰力“ｆｄ（ｙ，Ｐ）”に摩擦項として加算することとした。これにより、摩擦力を考慮して、相対速度を推定することになるため、推定精度を向上させることができる。

さらに、減衰力制御装置１００によれば、推定相対速度ｙｏｂの推定精度が向上するため、サスペンションのセミアクティブダンパー１８０の減衰特性が向上する。具体的には、ソフト状態からハード状態における広範囲に亘って減衰特性が向上する。これにより、サスペンションを備える車両の乗り心地が向上する。

上記実施形態及び変形例にかかる技術は、車両のサスペンションに適用される。これにより、サスペンションのセミアクティブダンパー１８０の減衰特性が向上し、広範囲の減衰係数にわたってセミアクティブダンパー１８０の推定相対速度の精度が向上するため、車両の乗り心地が改善する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…車体、１００…減衰力制御装置、１０１…推定部、１０３…目標減衰力算出部、１０４…指示電流出力部、１０５…減衰力推定部、１０６…摩擦力算出部、１１１…線形減衰力推定部、１１２…非線形減衰力推定部、１１３…減衰力マップ記憶部、１５０…加速度センサ、１８０…セミアクティブダンパー、２００…車輪、２０１…バネ、２０２…振動減衰装置。

Claims

指令信号に応じて減衰力を変更可能なダンパーを制御するサスペンションの減衰力制御装置において、
車体に対する車輪の相対速度を推定する推定部と、
前記相対速度と、前記車体に設けられた加速度センサからの加速度情報と、に基づいて、前記ダンパーが出力すべき前記減衰力を示した目標減衰力を算出する減衰力算出部と、
前記目標減衰力に対応する指令信号を、前記ダンパーに出力する出力部と、
前記相対速度と、前記目標減衰力に対応する前記指令信号と、に基づいて、前記ダンパーから出力される減衰力の推定値を示した推定減衰力を算出する減衰力推定部と、
前記相対速度に基づいて、前記ダンパーで生じる摩擦力を算出する摩擦力算出部と、を備え、
前記推定部は、さらに、前記推定減衰力と、前記摩擦力と、に基づいて、前記相対速度を推定する、
減衰力制御装置。
前記摩擦力算出部は、前記相対速度の方向に基づいて、前記摩擦力を異ならせる、
請求項１に記載の減衰力制御装置。