JP2018188101A - 車両姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロール振動を抑制することができる車両姿勢制御装置を提供する。
【解決手段】制御器は、ロール角加速度をローパスフィルタで処理し、ローパスフィルタによって高周波数成分を除去されたロール角加速度を積分し、積分により得られたロール角速度をアクチュエータの操作量に変換する。ローパスフィルタは、車速の上昇に応じてカットオフ周波数が高くなる第１の車速−カットオフ周波数特性を有する。第１の車速−カットオフ周波数特性は、ホイールベースフィルタリングによる１次のロール極小周波数に、制御器による制御のむだ時間及び位相遅れにより増幅されるロール振動のピーク周波数が一致するように設計されている。
【選択図】図１４

Description

本発明は、車両のロールにアクチュエータを能動的に作用させることによりロール振動を抑制する車両姿勢制御装置に関する。

従来、アクティブスタビライザやアクティブサスペンション等、車両のロールに能動的に作用することができるアクチュエータを用いた車両姿勢制御が知られている。例えば、特許文献１に開示された車両姿勢制御では、まず、アクティブサスペンションの流体圧アクチュエータの制御圧力が、ロール等の姿勢変化を反映した変位フィードバック制御量と上下加速度を反映したフィードバック制御量とから演算される。そして、車速に応じて変化する車体の上下加速度における谷の周波数をカットオフ周波数としてフィルタリングが行なわれ、谷の周波数を越える高周波数成分が遮蔽された新たな制御圧力が得られる。カットオフ周波数は、車速に応じて変化するばね上の振動状況に適合されており、車速に応じてその都度変更される。

特開平７−３００００８号公報

しかしながら、カットオフ周波数を如何に適合しようとも、実際の道路では、多くの車速域において、フィルタのカットオフ周波数と車体の上下加速度における谷の周波数との間にずれが生じてしまう。つまり、上記公報に開示されている車両姿勢制御では、多くの車速域において車両のロール振動を十分に抑えることができないおそれがある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両のロール振動を車速域によらず抑制することができる車両姿勢制御装置を提供することにある。

本発明に係る車両姿勢制御装置は、車両のロールに能動的に作用することができるアクチュエータ、車両のロール角加速度を計測するロール角加速度センサ、車両の車速を計測する車速センサ、及び、アクチュエータを制御する制御器を備える。制御器は、ロール角加速度センサで計測されたロール角加速度と、車速センサで計測された車速とに基づき、車両のロールを抑制するためのアクチュエータの操作量を算出する。

制御器は、少なくとも、ロール角加速度をローパスフィルタで処理すること、ローパスフィルタによって高周波数成分を除去されたロール角加速度を積分すること、積分により得られたロール角速度を操作量に変換すること、を実行するように構成される。ローパスフィルタは、車速の上昇に応じてカットオフ周波数が高くなる第１の車速−カットオフ周波数特性を有する。第１の車速−カットオフ周波数特性は、ホイールベースフィルタリングによりロール振動が極小となるロール極小周波数に、制御器による制御のむだ時間及び位相遅れにより増幅されるロール振動がピークとなるピーク周波数が一致するように設計されている。

このような構成によれば、ホイールベースフィルタリングによるロール極小周波数に、制御器による制御のむだ時間及び位相遅れにより増幅されるロール振動のピーク周波数が一致するように、車速に応じてローパスフィルタのカットオフ周波数が調整されるので、車両のロール振動は車速によらず抑制される。

第１の車速−カットオフ周波数特性は、ホイールベースフィルタリングによる１次のロール極小周波数に、制御器による制御のむだ時間及び位相遅れにより増幅されるロール振動のピーク周波数が一致するように設計されてもよい。このような設計によれば、１つの車速−カットオフ周波数特性で広い速度域をカバーすることができる。

ローパスフィルタは、第１の車速−カットオフ周波数特性とともに第２の車速−カットオフ周波数特性を有してもよい。第２の車速−カットオフ周波数特性は、第１の車速−カットオフ周波数特性よりも同一車速に対するカットオフ周波数が高く、ホイールベースフィルタリングによる２次のロール極小周波数に、制御器による制御のむだ時間及び位相遅れにより増幅されるロール振動のピーク周波数が一致するように設計される。この場合、制御器は、車速が第１の閾値速度よりも低くなった場合、ローパスフィルタの特性を、第１の車速−カットオフ周波数特性から第２の車速−カットオフ周波数特性へ切り替えるように構成されてもよい。このような切り替えを行うことにより、低車速域を含むより広い車速域において車両のロール振動を抑制することができる。

制御器は、車速が第１の閾値速度よりも高い第２の閾値速度よりも高くなった場合、ローパスフィルタの特性を、第２の車速−カットオフ周波数特性から第１の車速−カットオフ周波数特性へ切り替えるように構成されてもよい。このように第１の閾値速度と第２の閾値速度とをずらしてヒステリシスを設けることで、車速−カットオフ周波数特性の切り替えにおいてチャタリングが発生することを防ぐことができる。

制御器は、ローパスフィルタによって高周波数成分を除去されたロール角加速度に位相遅れ補償時定数を乗じて補正値を算出し、アクチュエータの操作量へ変換されるロール角速度に補正値を加算するように構成されてもよい。位相遅れ補償時定数は、車速に応じて値を変更されてもよい。車速に応じて設定される位相遅れ補償時定数をパラメータに加えることで、ロール極小周波数とロール振動のピーク周波数との一致度を高めて車両のロール振動をさらに抑制することができる。

制御器は、車速が第３の閾値速度以下の場合、位相遅れ補償時定数をゼロに設定し、車速が第３の閾値速度よりも高い場合、車速の上昇に応じて位相遅れ補償時定数を大きくするように構成されてもよい。このように車速に応じて位相遅れ補償時定数を設定することにより、高車速域を含むより広い車速域において車両のロール振動を抑制することができる。

本発明に係る車両姿勢制御装置によれば、ホイールベースフィルタリングによるロール極小周波数に、制御器による制御のむだ時間及び位相遅れにより増幅されるロール振動のピーク周波数が一致するように、車速に応じてローパスフィルタのカットオフ周波数が調整されるので、車両のロール振動を車速によらず抑制することができる。

実施の形態の車両姿勢制御装置のシステム構成を模式的に示す図である。 図１に示す車両姿勢制御装置による車両姿勢制御のフィードバック制御信号のループ線図である。 図１に示す制御器の演算構造を示すブロック線図である。 ロールスカイフック制御の１自由度モデルを示す図である。 図４に示す１自由度モデルを用いた計算により得られたカットオフ周波数とロール振動のピーク周波数との関係を示す図である。 ロールスカイフック制御の３自由度モデルを示す図である。 図４に示す１自由度モデルを用いた計算結果と図６に示す３自由度モデルを用いた計算結果とを比較する図である。 ホイールベースフィルタリングのモデルを示す図である。 ホイールベースフィルタリングの実測結果の一例を示す図である。 ホイールベースフィルタリングによるロール極小周波数と車速との関係を示す図である。 カットオフ周波数及び位相遅れ補償時定数の設計によるピーク周波数の調整結果を示す図である。 カットオフ周波数とピーク周波数との関係に対する位相遅れ補償時定数の影響を示す図である。 実施の形態の車両姿勢制御を行なった場合と同車両姿勢制御を行わなかった場合とを比較する図である。 ローパスフィルタのカットオフ周波数と位相遅れ補償時定数の設計の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかにそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

＜車両姿勢制御装置の構成＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態の車両姿勢制御装置のシステム構成を模式的に示す図である。車両姿勢制御装置は、４つの車輪４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲを備える車両２に搭載されている。車両２の駆動輪は前輪４ＦＬ，４ＦＲでもよいし、後輪４ＲＬ，４ＲＲでもよいし、全輪４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲでもよい。また、車両２の動力装置は、内燃機関でもよいし、電動モータでもよいし、内燃機関と電動モータの両方を含むハイブリッドシステムでもよい。

車両姿勢制御装置は、前輪側アクティブスタビライザ１０、後輪側アクティブスタビライザ２０、及び、それらを制御する制御器４０を備える。車両姿勢制御装置は、さらに、アクティブスタビライザ１０，２０の制御に用いる各種情報を取得するための種々のセンサ３０，３２を備える。種々のセンサには、例えば、車両２の車速を計測するための車速センサ３０と、車両２のロール角加速度を計測するためのロール角加速度センサ３２とが少なくとも含まれる。

前輪側アクティブスタビライザ１０は、左右前輪４ＦＬ，４ＦＲのサスペンション機構６ＦＬ，６ＦＲを連結するスタビライザバー１４Ｌ，１４Ｒと、その軸上に取り付けられたスタビライザアクチュエータ１２とを有する。スタビライザアクチュエータ１２は、図示しない電動モータ及び減速機で構成されている。スタビライザバー１４Ｌ，１４Ｒは二分割され、左右のスタビライザバー１４Ｌ，１４Ｒの間の捩れ角度がスタビライザアクチュエータ１２によって制御される。スタビライザアクチュエータ１２による捩れ角度の制御により左右のサスペンション機構６ＦＬ，６ＦＲに作用する捩りトルクが変化し、これにより前輪４ＦＬ，４ＦＲの位置において車両２に付与されるアンチロールモーメントが増減することで、前輪側の車両のロール剛性が変化する。

同様に、後輪側アクティブスタビライザ２０は、左右後輪４ＲＬ，４ＲＲのサスペンション機構６ＲＬ，６ＲＲを連結するスタビライザバー２４Ｌ，２４Ｒと、その軸上に取り付けられたスタビライザアクチュエータ２２とを有する。スタビライザアクチュエータ２２は、図示しない電動モータ及び減速機で構成されている。スタビライザバー２４Ｌ，２４Ｒは二分割され、左右のスタビライザバー２４Ｌ，２４Ｒの間の捩れ角度がスタビライザアクチュエータ２２によって制御される。スタビライザアクチュエータ２２による捩れ角度の制御により左右のサスペンション機構６ＲＬ，６ＲＲに作用する捩りトルクが変化し、これにより後輪４ＲＬ，４ＲＲの位置において車両２に付与されるアンチロールモーメントが増減することで、後輪側の車両のロール剛性が変化する。

制御器４０は、スタビライザアクチュエータ１２，２２に供給する駆動電流によって、アクティブスタビライザ１０，２０の操作量である捩れ角度を制御する。制御器４０は、車両２に発生するロールを抑えるための捩れ角度を、主としてロール角加速度センサ３２の信号に基づいて演算し、目標とする捩れ角度に応じてスタビライザアクチュエータ１２，２２に供給すべき駆動電流を決定するように構成されている。

本実施の形態では、制御器４０により行われるアクティブスタビライザ１０，２０の制御を車両姿勢制御という。制御器４０は、少なくとも１つのメモリと少なくとも１つのプロセッサとを有するＥＣＵである。メモリには、車両姿勢制御に用いる各種のプログラムやマップを含む各種のデータが記憶されている。プロセッサがメモリからプログラムを読みだして実行することにより、制御器４０には車両姿勢制御のための機能が実現される。

＜車両姿勢制御の概要＞
車両姿勢制御は、スカイフック理論に基づいて車両のロールをフィードバックし、アクティブスタビライザ１０，２０を制御するロールスカイフック制御である。図２は、車両姿勢制御のフィードバック制御信号のループ線図である。車両姿勢制御では、ロール角加速度センサ３２の信号ととともに車速センサ３０の信号が制御器４０に入力される。制御器４０は入力された信号に基づきスタビライザアクチュエータ１２，２２の操作量を決定し、操作量信号をスタビライザアクチュエータ１２，２２に出力する。スタビライザアクチュエータ１２，２２は、操作量信号を受けて動作し、スタビライザバー１４Ｌ，１４Ｒ，２４Ｌ，２４Ｒに捩りトルクを発生させる。

制御対象である車両２には、外乱である路面入力とともにスタビライザアクチュエータ１２，２２より捩りトルクが入力される。路面入力により発生するロールモーメントと、スタビライザアクチュエータ１２，２２より付与されるアンチロールモーメントとが車両２に作用することで、車両２はロール運動する。ロール角加速度は車両２のロール運動を表す物理量の１つである。車両２のロール角加速度は、ロール角加速度センサ３２によって計測されて制御器４０に入力される。なお、制御器４０に入力されるロール角加速度は、車両の重心位置におけるロール角加速度である。

制御器４０の演算構造は、例えば、図３に示すようなブロック線図で表される。図３中にブロックで描かれているように、制御器４０は、むだ時間要素４１、ローパスフィルタ４２、積分器４３、ロールスカイフック減衰ゲイン４４、遅れ補償器４５、及び係数換算部４６を備える。図３中のむだ時間要素４１、ローパスフィルタ４２、積分器４３、ロールスカイフック減衰ゲイン４４、及び遅れ補償器４５の各ブロック内には、それぞれの伝達関数が記載されている。

車両２のロール角速度を“φ”で表すと、ロール角加速度センサ３２で計測されるロール角加速度は、“φｓ^２”で表される。ロール角加速度センサ３２から制御器４０に入力されたロール角加速度φｓ^２は、むだ時間要素４１に与えられる。むだ時間要素４１は、制御器４０の内部で生じる信号の送信や演算によるむだ時間の合計τを等価表現したものである。むだ時間要素４１の伝達関数は、“ｅ^−τｓ”で表される。

むだ時間要素４１で処理されたロール角加速度は、次に、ローパスフィルタ４２で処理される。ローパスフィルタ４２は、信号の高周波数成分を除去して制御を安定させるために実装されている。本明細書では、ローパスフィルタ時定数を“τ_Ｂ”で表し、カットオフ周波数を“ｆ_Ｂ”で表す。ローパスフィルタ時定数τ_Ｂとカットオフ周波数ｆ_Ｂとの間には、ｆ_Ｂ＝１／（２πτ_Ｂ）となる関係がある。ローパスフィルタ４２の伝達関数は、“１／（１＋τ_Ｂｓ）”で表される。

ローパスフィルタ４２で処理されたロール角加速度は、次に、積分器４３で処理される。積分器４３の伝達関数は、“１／ｓ”で表される。ロール角加速度を積分することによって、ロール角速度が得られる。

また、積分器４３による処理と並行して、ローパスフィルタ４２で処理されたロール角加速度は、遅れ補償器４５でも処理される。遅れ補償器４５は、位相遅れ補償のために実装される加速度項である。位相遅れ補償時定数を“τ_Ａ”で表すと、遅れ補償器４５の伝達関数は、“τ_Ａ”で表される。ロール角加速度を遅れ補償器４５に通すことで、ロール角速度に対する補正値が得られる。

積分器４３で得られたロール角加速度に、遅れ補償器４５で得られた補正値が加えられる。これをロールスカイフック減衰ゲイン４４で処理することで、スタビライザアクチュエータ１２，２２の操作量が得られる。ロールスカイフック減衰係数を“Ｃ_Ａ”で表すと、ロールスカイフック減衰ゲインの伝達関数は、“Ｃ_Ａ”で表される。

制御器４０が有する上記の演算構造において、ローパスフィルタ時定数τ_Ｂ（或いはカットオフ周波数ｆ_Ｂ）、位相遅れ補償時定数τ_Ａ、及びロールスカイフック減衰係数Ｃ_Ａは、何れも車速に応じて値を変更されるように設計されている。これらのパラメータの値の変更は、係数換算部４６によって行われる。係数換算部４６は、予め用意されたマップを参照して、車速センサ３０から制御器４０に入力された車速を各パラメータの値に変換する。

図３に示す演算構造から分かるように、制御器４０では、信号の送信や演算によるむだ時間が発生し、また、ローパスフィルタ４２による位相遅れも発生する。これらのむだ時間や位相遅れは、車両姿勢制御において車両２のロール振動の振幅を増幅させる要因となる。演算構造に含まれる設計可能なパラメータ、特に、ローパスフィルタ時定数τ_Ｂ或いはそれと対をなすカットオフ周波数ｆ_Ｂと、位相遅れ補償時定数τ_Ａとは、ロール振動に与える影響が特に大きいパラメータである。これらのパラメータの設計次第では、車両２のロール振動を抑制することができるし、逆に、ロール振動が増幅されることもある。ここでは、ローパスフィルタ時定数τ_Ｂとカットオフ周波数ｆ_Ｂのうち、カットオフ周波数ｆ_Ｂを設計対象とする。以下、本実施の形態において採用されたカットオフ周波数ｆ_Ｂの設計と位相遅れ補償時定数τ_Ａの設計とについて説明する。

＜車両姿勢制御がロール振動に与える影響＞
図４は、ロールスカイフック制御の１自由度モデルを示す図である。まず、この１自由度モデルを用いて、車両姿勢制御がロール振動に与える影響について分析する。

図４に示す１自由度モデルにおいて、アクティブスタビライザが図３に示す制御構造の制御器によって制御される場合、運動方程式は式（１）で表される。

図４及び式（１）中の記号の意味は以下の通りである。
ｌ_ｘ：ロール慣性モーメント
φ：車両のロール角度
φ_ｉ：各車軸位置での路面上下変位から換算した路面入力ロール角度
Ｋ_φｉ：各車軸位置でのロール剛性
Ｃ_φｉ：各車軸位置でのアブソーバロール減衰係数
Ｃ_Ａ：ロールスカイフック減衰係数
ｓ：ラプラス変数
なお、添字のｉは前軸が１、後軸が２である。

図５は、図４に示す１自由度モデルを用いた計算により得られたカットオフ周波数ｆ_Ｂ（ローパスフィルタ時定数τ_Ｂ）とロール振動のピーク周波数との関係を示す図である。詳しくは、図５の上段のグラフには、式（１）を計算することにより得られたロール振動の周波数とロール角加速度との関係が描かれている。グラフの縦軸はロール角加速度のパワースペクトル密度であり、６０ｄＢ＝１ｒａｄ^２／ｓ^４Ｈｚである。計算では、路面入力ロール角度φ_ｉは、ｆを周波数としてφ_１＝φ_２＝８ｆ^２ｍｒａｄ^２／Ｈｚとし、位相遅れ補償時定数τ_Ａは３０ｍｓとした。グラフには、ローパスフィルタ時定数τ_Ｂが５３ｍｓ、３２ｍｓ、２０ｍｓの場合（すなわち、カットオフ周波数ｆ_Ｂが３Ｈｚ，５Ｈｚ，８Ｈｚの場合）の関係が、車両姿勢制御がない場合（ロールスカイフック減衰係数Ｃ_Ａがゼロの場合）の関係とともに描かれている。

図５の下段のグラフには、周波数と制御効果との関係が描かれている。本明細書では、車両姿勢制御を行わない場合（Ｃ_Ａ＝０の場合）を基準とした車両姿勢制御時のロール増幅比率を制御効果と称する。このグラフからは、車両姿勢制御を行うことによってロール振動を抑制できる周波数域と、ロール振動が増幅される周波数域とがあることが分かる。また、ロール振動が増幅される場合のピーク周波数は、ローパスフィルタ時定数τ_Ｂの変更（すなわちカットオフ周波数ｆ_Ｂの変更）によって変化することが分かる。

次に、より詳細な３自由度モデルを用いて、車両姿勢制御がロール振動に与える影響について分析する。実路を走行する車両が路面入力によってロールすると、接地点で発生するタイヤ横力によって車両の左右運動とヨー運動が連成する。３自由度モデルは、ロール運動と左右運動とヨー運動との連成を考慮したモデルであり、例えば、図６で表される。図６（Ａ）は車両のロール運動と左右運動とを表すモデルであり、図６（Ｂ）は車両のヨー運動を表すモデルである。ただし、図４において既に示した一部の要素については、記載スペースの都合上、図６（Ａ）において図示を省略している。

図６に示す３自由度モデルにおいて、アクティブスタビライザが図３に示す制御構造の制御器によって制御される場合、運動方程式は式（２）、式（３）、及び式（４）で表される。

ただし、式（３）及び式（４）において、Ｆ_ｉは以下の式（５）で表される。

図６及び各式中の記号の意味は以下の通りである。
ｍ：車両重量
ｇ：重力加速度
Ｈ：車両重心高
ｈ：車両重心位置でのロールセンタ高
ｈ_ｉ：各車軸位置でのロールセンタ高
Ｕ：車速
β：車両重心横滑り角度
γ：車両ヨー角速度
ｌ_ｚ：ヨー慣性モーメント
Ｌ_ｉ：各車軸から重心までの距離
Ｌ：ホイールベース（Ｌ＝Ｌ_１＋Ｌ_２）
Ｆ_ｉ：各車軸位置での接地点横力
Ｋ_ｉ ^＊：各車軸位置での複素等価コーナリングパワー

図７は、図４に示す１自由度モデルを用いた計算結果と図６に示す３自由度モデルを用いた計算結果とを比較する図である。詳しくは、図７の上段のグラフには、式（１）を計算することにより得られた周波数とロール角加速度との関係が、車両姿勢制御を行わない場合（Ｃ_Ａ＝０の場合）の関係とともに描かれている。図７の中段のグラフには、式（２）−（４）を計算することにより得られた周波数とロール角加速度との関係が、車両姿勢制御を行わない場合（Ｃ_Ａ＝０の場合）の関係とともに描かれている。各グラフとも、計算の条件は車速１００ｋｐｈ、φ_１＝φ_２である。また、車両姿勢制御を行う場合、Ｃ_Ａ＝５０００Ｎｍｓ／ｒａｄ、τ_Ａ＝０．０２ｓ、ｆ_Ｂ＝４Ｈｚとしている。

図７の下段のグラフには、図４に示す１自由度モデルを用いた場合と図６に示す３自由度モデルを用いた場合のそれぞれについて、周波数と制御効果との関係が描かれている。グラフに示すように、１自由度モデルによるピーク周波数ｆ_Ｏと、３自由度モデルによるピーク周波数ｆ_Ｐとの間にはずれがある。本実施の形態に係る車両姿勢制御の制御設計では、より模擬精度の高い３自由度モデルによるピーク周波数ｆ_Ｐとカットオフ周波数ｆ_Ｂ及び位相遅れ補償時定数τ_Ａとの関係に注目して、カットオフ周波数ｆ_Ｂ及び位相遅れ補償時定数τ_Ａの設計が行われている。

＜ホイールベースフィルタリングを考慮した制御設計＞
上述の分析の通り、車両姿勢制御を行うことで、ある周波数域でのロール振動の抑制は達成できるが、別の周波数域ではロール振動が増幅される。本実施の形態では、車両姿勢制御によるロール振動の増幅を抑えるため、ホイールベースフィルタリングと呼ばれる車両の挙動が利用される。

図８は、ホイールベースフィルタリングのモデルを示す図である。図８の上段は、車速Ｕで走行する車両の左側面視図、図８の下段は、前側車軸位置と後側車軸位置での車両の背面視図である。このモデルでは、路面は一定の周期で上下にうねり、右車輪側と左車輪側とで路面のうねりの位相は逆になっている。例えば、図８に示すように路面波長λ_１がホイールベースＬの２倍であれば、前軸の入力と後軸の入力とが打ち消す関係になるためにロール振動は極めて小さくなる。これがホイールベースフィルタリングと呼ばれる車両の挙動である。

詳しくは、前側車軸位置と後側車軸位置のそれぞれの路面入力ロール角度φ_１，φ_２の間には、以下の関係式（６）が成り立つ。

この式（６）を用いて、前述の運動法定式（２）の右辺第１項を整理し、路面入力による強制力が最小になる条件を求めることで、以下の式（７）が得られる。式（７）で示す周波数ｆ_Ｎにおいてロール振動は極小となる。以下、式（７）で示す周波数ｆ_Ｎをホイールベースフィルタリングのロール極小周波数と称す。なお、Ｎは次数である（Ｎ＝１，２，３・・・）。

図９は、ホイールベースフィルタリングの実測結果の一例を示す図である。この例では、車速６０，８０，１００ｋｐｈの３つのケースにおいて、車両の重心位置におけるロール角加速度が周波数ごとに実測されている。この実測結果から、車速の変化に応じて、ロール極小周波数ｆ_１に対応する周波数の谷が変化していることが分かる。

図１０は、式（７）を用いた計算より得られたロール極小周波数と車速との関係を示す図である。この図に示すように、ロール極小周波数ｆ_１，ｆ_２は車速に比例する。また、２次のロール極小周波数ｆ_２は、１次のロール極小周波数ｆ_１よりも同一車速に対する値が大きい。計算により得られた図１０に示す関係は、図９に示す実測結果とも一致している。

式（７）から分かるように、ホイールベースフィルタリングのロール極小周波数ｆ_Ｎは車両の仕様と車速とによって決まる。一方、ロール振動のピーク周波数ｆ_Ｐは、カットオフ周波数ｆ_Ｂ及び位相遅れ補償時定数τ_Ａの設計によって変化させることができる。ゆえに、ロール振動の抑制にホイールベースフィルタリングを利用するのであれば、ロール振動が最も大きくなるピーク周波数ｆ_Ｐをロール極小周波数ｆ_Ｎに一致させるように、カットオフ周波数ｆ_Ｂ及び位相遅れ補償時定数τ_Ａを設計すればよい。

図１１は、カットオフ周波数ｆ_Ｂ及び位相遅れ補償時定数τ_Ａの設計によるピーク周波数の調整結果の一例を示す図である。この例では、車速が６０ｋｐｈの場合のロール極小周波数ｆ_１は２．７Ｈｚ、車速が８０ｋｐｈの場合のロール極小周波数ｆ_１は３．７Ｈｚ、車速が１００ｋｐｈの場合のロール極小周波数ｆ_１は４．５Ｈｚとして調整が行われた。図１１の上段のグラフには、各車速において前後車軸の路面入力をφ_１＝φ_２とした場合のロール角加速度の数値計算結果がカットオフ周波数ごとに描かれている。図１１の下段のグラフには、各車速における制御効果がカットオフ周波数ごとに描かれている。カットオフ周波数を高くすると振動増幅がピークとなるピーク周波数も高くなっている。

図１２は、図１１に示す調整結果を得る過程で得られた、カットオフ周波数とピーク周波数との関係に対する位相遅れ補償時定数の影響を示す図である。図１２の各グラフには、車速６０，８０，１００ｋｐｈの３つのケースにおいて、カットオフ周波数ｆ_Ｂとピーク周波数ｆ_Ｐとの関係が、位相遅れ補償時定数τ_Ａの値によってどのように変化するのかが描かれている。

図１１の下段第１列のグラフ及び図１２の第１列のグラフに示すように、車速が６０ｋｐｈの場合、τ_Ａ＝０，ｆ_Ｂ＝１Ｈｚにおいて、ピーク周波数ｆ_Ｐはロール極小周波数ｆ_１（ｆ_１＝２．７Ｈｚ）に一致する。この例の場合、τ_Ａ＝０.０１ｓでは、制御器４０の仕様から決まる下限の１Ｈｚまでカットオフ周波数ｆ_Ｂを低下させても、ピーク周波数ｆ_Ｐはロール極小周波数ｆ_１に一致しない。

図１１の下段第２列のグラフ及び図１２の第２列のグラフに示すように、車速が８０ｋｐｈの場合、τ_Ａ＝０，ｆ_Ｂ＝３Ｈｚにおいて、ピーク周波数ｆ_Ｐはロール極小周波数ｆ_１（ｆ_１＝３．７Ｈｚ）に一致する。この例の場合、τ_Ａ＝０.０１ｓでは、カットオフ周波数ｆ_Ｂをさらに低下させることでピーク周波数ｆ_Ｐはロール極小周波数ｆ_１に一致する。しかし、アクティブスタビライザ１０，２０は高い周波数のロール振動に応答できるので、カットオフ周波数を低くしすぎると、アクティブスタビライザ１０，２０によるロール振動の低減効果を発揮できなくなってしまう。ゆえに、この例では、τ_Ａ＝０とするのが好ましい。

図１１の下段第３列のグラフ及び図１２の第３列のグラフに示すように、車速が１００ｋｐｈの場合、τ_Ａ＝０とすると、制御器４０の仕様から決まる上限の８Ｈｚまでカットオフ周波数ｆ_Ｂを高くしても、ピーク周波数ｆ_Ｐはロール極小周波数ｆ_１に一致しない。τ_Ａ＝０．０１ｓとした場合でも同様である。図１１の下段第４列のグラフ及び図１２の第３列のグラフに示すように、τ_Ａ＝０.０２ｓでは、ｆ_Ｂ＝５Ｈｚにおいて、ピーク周波数ｆ_Ｐはロール極小周波数ｆ_１（ｆ_１＝４．５Ｈｚ）に一致する。

以上のように設計されたカットオフ周波数ｆ_Ｂ及び位相遅れ補償時定数τ_Ａを用いて車両姿勢制御を行なった場合と、車両姿勢制御を行わなかった場合（Ｃ_Ａ＝０の場合）とを比較した実験結果を図１３に示す。実験は、車速６０，８０，１００ｋｐｈの３つのケースにおいて行われている。何れの車速においても、車両２のロール共振周波数近傍の１〜３Ｈｚ帯においては車両姿勢制御によって最大で５ｄＢのロール振動の低減が見られた。一方、車両姿勢制御によって振動が増幅する周波数域においては、ホイールベースフィルタリングのロール極小周波数ｆ_１にロール振動のピーク周波数ｆ_Ｐを一致させたことにより、ロール振動を抑制できたことが確認できた。

＜ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆ_Ｂと位相遅れ補償時定数τ_Ａの設計例＞
図１４は、より広い車速域に対応した、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆ_Ｂと位相遅れ補償時定数τ_Ａの設計例を示す図である。図１４の上段のグラフには、車速に対するロールスカイフック減衰係数Ｃ_Ａの設定の一例が示されている。図１４の中段のグラフには、車速に対するカットオフ周波数ｆ_Ｂの設定の一例が示されている。図１４の下段のグラフには、車速に対する位相遅れ補償時定数τ_Ａの設定の一例が示されている。

この設計例では、図１４の上段のグラフに示すように、極低車速域と１５０ｋｐｈを超える高車速域では、ロールスカイフック減衰係数Ｃ_Ａはゼロとされる。つまり、車両姿勢制御は、極低車速域及び高車速域を除く車速域で行われる。車両姿勢制御を行う車速域では、ロールスカイフック減衰係数Ｃ_Ａの値は車速に関わらず一定とされる。ただし、車両姿勢制御の突然の終了或いは開始に伴う車両姿勢の乱れを防止するため、車速が極低車速域まで低下する場合には、ロールスカイフック減衰係数Ｃ_Ａは一定値からゼロまで徐々に低下させられる。これと同様に、車速が高車速域まで上昇する場合にも、ロールスカイフック減衰係数Ｃ_Ａは一定値からゼロまで徐々に低下させられる。

また、この設計例では、図１４の中段のグラフに示すように、２つの車速−カットオフ周波数特性が設定されている。第１の車速−カットオフ周波数特性は、ホイールベースフィルタリングによる１次のロール極小周波数ｆ_１に、ロール振動のピーク周波数ｆ_Ｐが一致するように設計されている。第２の車速−カットオフ周波数特性は、ホイールベースフィルタリングによる２次のロール極小周波数ｆ_２に、ロール振動のピーク周波数ｆ_Ｐが一致するように設計されている。なお、車速とロール極小周波数ｆ_１，ｆ_２との関係は、車両のホイールベースと接地点横力特性とに応じて変化する。

減速時、車速が第１の閾値速度Ｕ_１まで低下するまでは、ローパスフィルタ４２の特性として第１の車速−カットオフ周波数特性が用いられる。そして、車速が第１の閾値速度Ｕ_１よりも低くなった場合、第１の車速−カットオフ周波数特性から第２の車速−カットオフ周波数特性へ、ローパスフィルタ４２の特性が切り替えられる。このような切り替えを行う理由は、第１の車速−カットオフ周波数特性では、低車速時、カットオフ周波数ｆ_Ｂが低くなり過ぎ、アクティブスタビライザ１０，２０によるロール振動の低減効果を発揮できなくなってしまうからである。

一方、加速時、車速が第２の閾値速度Ｕ_２まで上昇するまでは、ローパスフィルタ４２の特性として第２の車速−カットオフ周波数特性が用いられる。そして、車速が第２の閾値速度Ｕ_２よりも高くなった場合、第２の車速−カットオフ周波数特性から第１の車速−カットオフ周波数特性へ、ローパスフィルタ４２の特性が切り替えられる。このような切り替えを行う理由は、第２の車速−カットオフ周波数特性では、高速時、カットオフ周波数ｆ_Ｂが高くなり過ぎるためである。第２の閾値速度Ｕ_２は第１の閾値速度Ｕ_１よりも高い速度に設定されている。第１の閾値速度Ｕ_１と第２の閾値速度Ｕ_２とをずらしてヒステリシスを設けることで、車速−カットオフ周波数特性の切り替えにおいてチャタリングが発生することを防ぐことができる。

また、この設計例では、図１４の下段のグラフに示すように、車速が第３の閾値速度Ｕ_３以下の場合、位相遅れ補償時定数τ_Ａはゼロに設定され、車速が第３の閾値速度Ｕ_３よりも高い場合、車速の上昇に応じて位相遅れ補償時定数τ_Ａは大きくされる。第３の閾値速度Ｕ_３は第２の閾値速度Ｕ_２よりも高い速度に設定されている。カットオフ周波数ｆ_Ｂに加えて、位相遅れ補償時定数τ_Ａも車速に応じて設定されるパラメータとすることで、ロール極小周波数ｆ_１，ｆ_２とロール振動のピーク周波数ｆ_Ｐとの一致度を高めて車両のロール振動をさらに抑制することができる。

＜その他の実施の形態＞
アクティブスタビライザのスタビライザアクチュエータは油圧式でもよい。ただし、アクティブスタビライザは、車両のロールに能動的に作用することができるアクチュエータの一例である。本発明は、アクティブサスペンションによってロール振動を抑制する車両姿勢制御装置にも適用することができる。

２ 車両
４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲ 車輪
６ＦＬ，６ＦＲ，６ＲＬ，６ＲＲ サスペンション機構
１０，２０ アクティブスタビライザ
１２，２２ スタビライザアクチュエータ
１４Ｌ，１４Ｒ，２４Ｌ，２４Ｒ スタビライザバー
３０ 車速センサ
３２ ロール角加速度センサ
４０ 制御器
４１ むだ時間要素
４２ ローパスフィルタ
４３ 積分器
４４ ロールスカイフック減衰ゲイン
４５ 遅れ補償器
４６ 係数換算部

Claims (6)

1. 車両のロールに能動的に作用することができるアクチュエータと、
   前記車両のロール角加速度を計測するロール角加速度センサと、
   前記車両の車速を計測する車速センサと、
   前記ロール角加速度と前記車速とに基づき、前記車両のロールを抑制するための前記アクチュエータの操作量を算出する制御器と、を備え、
   前記制御器は、前記ロール角加速度をローパスフィルタで処理し、前記ローパスフィルタによって高周波数成分を除去された前記ロール角加速度を積分し、積分により得られたロール角速度を前記操作量に変換するように構成され、
   前記ローパスフィルタは、前記車速の上昇に応じてカットオフ周波数が高くなる第１の車速−カットオフ周波数特性を有し、
   前記第１の車速−カットオフ周波数特性は、ホイールベースフィルタリングによるロール極小周波数に、前記制御器による制御のむだ時間及び位相遅れにより増幅されるロール振動のピーク周波数が一致するように設計されている
   ことを特徴とする車両姿勢制御装置。
2. 前記第１の車速−カットオフ周波数特性は、前記ホイールベースフィルタリングによる１次のロール極小周波数に前記ピーク周波数が一致するように設計されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両姿勢制御装置。
3. 前記ローパスフィルタは、前記第１の車速−カットオフ周波数特性よりも同一車速に対するカットオフ周波数が高く、前記ホイールベースフィルタリングによる２次のロール極小周波数に前記ピーク周波数が一致するように設計された第２の車速−カットオフ周波数特性を有し、
   前記制御器は、前記車速が第１の閾値速度よりも低くなった場合、前記ローパスフィルタの特性を、前記第１の車速−カットオフ周波数特性から前記第２の車速−カットオフ周波数特性へ切り替えるように構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両姿勢制御装置。
4. 前記制御器は、前記車速が前記第１の閾値速度よりも高い第２の閾値速度よりも高くなった場合、前記ローパスフィルタの特性を、前記第２の車速−カットオフ周波数特性から前記第１の車速−カットオフ周波数特性へ切り替えるように構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両姿勢制御装置。
5. 前記制御器は、前記ローパスフィルタによって高周波数成分を除去された前記ロール角加速度に位相遅れ補償時定数を乗じて補正値を算出し、前記操作量へ変換される前記ロール角速度に前記補正値を加算するように構成され、
   前記位相遅れ補償時定数は、車速に応じて値を変更される
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両姿勢制御装置。
6. 前記制御器は、前記車速が第３の閾値速度以下の場合、前記位相遅れ補償時定数をゼロに設定し、前記車速が前記第３の閾値速度よりも高い場合、前記車速の上昇に応じて前記位相遅れ補償時定数を大きくするように構成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の車両姿勢制御装置。

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