JP2018069798A - サスペンションの減衰力制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この技術に係る減衰力制御装置は、減衰力を制御するためにダンパーのオリフィス開口度を決定する開口決定手段を備える。開口決定手段は、車体速度(特許文献1に記載の絶対速度)と、車体に対する車輪の相対速度とに基づいてオリフィス開口度(減衰力制御値)を決定する。ここで、車体速度及び相対速度のそれぞれは、車体の加速度センサーから得られる出力(加速度)に基づいて計算される。
サスペンションの減衰力制御装置(以下、単に「減衰力制御装置1」という。)は、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。セミアクティブダンパーは、外部から入力される減衰力制御値Pに基づいて減衰力を可変設定する。減衰力とはピストンの移動を妨げる抵抗力を示す。以降の説明では、セミアクティブダンパーを単に「ダンパー20」という。
車体速度演算装置4は、車体加速度Zaを積分することにより車体速度Zbを導き出す。車体加速度Zaとしては、車体100に搭載されて、車体100の上下方向の加速度(車体加速度Za)を検出する加速度センサー10から出力される信号が用いられる。
減衰力制御値演算装置2は、状態変数と、推定相対速度yob1とに基づいて減衰力制御値Pを算出する。状態変数とは、車体加速度Za、車体速度Zbなどの変数である。減衰力制御値演算装置2では状態変数として例えば車体速度Zbが用いられる。減衰力制御値演算装置2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。なお、推定相対速度yob1とは、車体100に対する車輪200の速度(以下、「相対速度y」という。)の推定値を示す。
推定相対速度yob1は、状態変数と、減衰力制御値演算装置2から出力される減衰力制御値Pとに基づいて導出される。変位関連量推定装置3では、例えば、状態変数として車体加速度Zaが用いられる。変位関連量推定装置3は、カルマンフィルタ理論に基づいて構成される。なお、変位関連量推定装置3は、後述するように、推定相対速度yob1に加えて、推定相対変位yob2を導出する。推定相対変位yob2は、車体100に対する車輪200の変位(以下、「相対変位r」)の推定値を示す。
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ダンパー20のモデルである。ダンパー20は、車体100と車輪200とを接続する。すなわち、車体100は、車輪200及びダンパー20により支持される。
車体100の質量を「M」、車体加速度Zaを「Za」、ばね係数をK、ばね伸縮距離をxs,振動減衰装置22の減衰力をfd(y,P)、ダンパー20における振動減衰装置22の減衰力制御値Pを「P」、相対速度yを「y」とすると、車体100の運動方程式は、次のようになる。
「K・xs」は、ばね21の弾性力を示す。振動減衰装置22の減衰力「fd(y,P)」は、一般に、相対速度yに対して非線形である(図3参照)。相対速度yに対する減衰力の変化を示す減衰力特性は、減衰力制御値Pに応じて変化する。このようなことから、本実施形態においては、振動減衰装置22の減衰力fd(y,P)は、線形成分と、非線形成分とに分けられる。
上述したように、減衰力fd(y,P)は、相対速度yに対して非線形である。図3に示される破線は、減衰力制御値Pが所定値にあるときの減衰力fd(y,P)の一次近似式または一次近似式に準じた式である。一次近似式または一次近似式に準じた式は上述の線形成分に相当する。
fd(y,P)=Co・y+fn(y,P)・・・(2)
上記(1)式、(2)式、相対速度yを意味する状態変数x1、ばね伸縮距離を意味する状態変数x2を用いることにより、状態方程式を次のように導出することができる。
ここで、X=(x1,x2)の列ベクトル、A,G,Bは所定の値をもつ行列を示す。X´はXの微分である。
Y=(C,U)X+v+(D,F)fn(y,P)・・・(4)
ここで、Yは(y1,y2)の列ベクトル、y1=相対速度yであり、y2=車体加速度Zaを示す。C,U,D,Fはそれぞれ所定の値をもつ行ベクトルである。(C,U)は、C,Uを要素とする列ベクトルであり、(D,F)は、D,Fを要素とする列ベクトルである。vは、観測ノイズを示す。
サスペンション300は、ダンパー20と、緩衝部材23とを備える。緩衝部材23は、ダンパー20が取り付けられる車体100における支持部100a(例えば、ストラットマウント、ストラットマウント周辺に取り付けられる部品等)とダンパー20のシリンダ22aとの衝突を緩和する。
非線形成分演算部5は、推定相対変位yob2と減衰力制御値Pとに基づいて、非線形成分fnobを導出する。
まず、比較となる参考例の減衰力制御装置1について説明する。参考例の減衰力制御装置1は、ダンパー20のモデル(図2参照)から構築されたオブザーバを用いて、車体100から提供される車体加速度Zaを用いて推定相対速度yob1及び減衰力制御値Pを導出する。車体加速度Zaは、緩衝部材23の存在の有無に関わらず、車体100から提供される時点での、車体100の状態を示す。このため、車体加速度Zaには、緩衝部材23とダンパー20のシリンダ22aとの接触の影響が含まれている。しかし、参考例における推定相対速度yob1の演算では、推定相対速度yob1の精確な推定が難しい。以下、この点について説明する。
(1)減衰力制御装置1は、減衰力制御値演算装置2と、変位関連量推定装置3とを備える。減衰力制御値演算装置2は、車体100の状態変数と推定相対速度yob1とに基づいて減衰力制御値Pを決定する(図1参照)。変位関連量推定装置3は、車体100の状態変数と、減衰力制御値Pと、変位関連量推定装置3自身が推定した推定相対速度yob1及び推定相対変位yob2とに基づいて、推定相対速度yob1と推定相対変位yob2とを推定する(図5参照)。
・上記実施形態の減衰力制御装置1では、車体100の状態変数として、車体加速度Zaと車体速度Zbとを用いているが次のように構成され得る。すなわち、減衰力制御装置1は、上述の車体速度演算装置4を含むように構成される。この場合、減衰力制御装置1は、車体100の状態変数として入力される変数は、車体加速度Zaだけとなる。
追加関数は、「遅れ補正項」としての関数(以下、「遅れ補正関数」)を含む。この追加関数は、次の事象を改善するための関数である。
ダンパー20のモデルから実際のサスペンションの仕様が大きく乖離するとき、推定相対速度yob1の推定精度が低下するおそれがある。例えば、実際のサスペンションの仕様が、フルハードまたはフルソフトの場合、推定相対速度yob1と実際の相対速度とが大きく乖離し得る。この乖離は、時系列でみると、減衰力制御値Pの遅れとして現れる。「遅れ補正関数」はこのような乖離を抑制するための演算項(遅れ補正項)である。
この例の場合、非線形成分演算部5は、減衰力制御値演算装置2が決定した減衰力制御値Pと、変位関連量推定装置3により推定された推定相対変位yob2及び推定相対速度yob1とに基づいて、推定相対変位yob2及び推定相対速度yob1に関連する「非線形成分」を導出する。
Claims (5)
- 車体の支持部とダンパーのシリンダとの間に緩衝部材を介在させて前記支持部に取り付けられ減衰力制御値に基づいて減衰力が設定され得る前記ダンパーに対して適用されるものであり、前記減衰力制御値を制御するサスペンションの減衰力制御装置であって、
車体に対する車輪の相対変位と前記車体に対する前記車輪の相対速度とを推定相対変位及び推定相対速度として推定する変位関連量推定装置と、
前記車体から提供される状態変数と前記変位関連量推定装置により推定された前記推定相対速度とに基づいて、前記車体の振動を抑制するように前記減衰力制御値を決定する減衰力制御値演算装置とを備え、
前記変位関連量推定装置は、前記状態変数と、前記減衰力制御値演算装置が決定した前記減衰力制御値と、前記変位関連量推定装置自身が推定した前記推定相対速度及び前記推定相対変位とに基づいて、前記推定相対速度と前記推定相対変位とを推定する
サスペンションの減衰力制御装置。 - 前記変位関連量推定装置は、
前記減衰力制御値演算装置が決定した前記減衰力制御値と、前記変位関連量推定装置により推定された前記推定相対変位とに基づいて、前記推定相対変位に対する非線形成分を導出する非線形成分演算部と、
前記非線形成分と前記状態変数とに基づいて前記推定相対速度と前記推定相対変位とを推定する変位関連量演算部とを備える
請求項1に記載のサスペンションの減衰力制御装置。 - 前記非線形成分演算部は、前記緩衝部材と前記ダンパーのシリンダとが接触し得る前記推定相対変位の範囲において前記非線形成分を導出する関数を有する
請求項2に記載のサスペンションの減衰力制御装置。 - 前記関数は、前記推定相対変位が規定範囲内にあるとき、前記減衰力制御値と前記推定相対速度と前記推定相対変位とに構成される変数群のうち全ての変数に基づいて前記非線形成分を導出し、前記推定相対変位が規定範囲外にあるとき、前記変数群のうち前記推定相対変位以外の変数を用いて補正をするものであり、
前記規定範囲は、前記緩衝部材と前記ダンパーとが接触する、前記車体と前記車輪との間の距離範囲に対応する
請求項3に記載のサスペンションの減衰力制御装置。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の減衰力制御装置と、前記減衰力制御装置により制御されるダンパーと、前記ダンパーが取り付けられる前記車体と前記ダンパーとの衝突を緩和する緩衝部材とを備えるサスペンション。
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