JP2020185973A - サスペンション制御装置及び車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】乗員の振動を用いた制御により車両の乗り心地を向上させる。【解決手段】本サスペンション制御装置１０は、車両の車体と車輪との間に設けられる制御ダンパ１４と、この制御ダンパ１４に対して制御指令を出力するコントローラ１８とを備えている。コントローラ１８は、車体に設けられた振動検出手段２２によって検出される、車体に乗車する乗員の振動と、予め車両に設けられた各種のセンサ３４等によって検出される車体の振動とに基づいて、制御ダンパ１４へ制御指令を出力する。すなわち、車体の振動を利用するだけでなく、振動検出手段２２により検出される乗員の振動をフィードバックして、乗員の揺れを考慮した制御ダンパ１４の制御を行う。これにより、車体の振動のみを利用した制御と比較して、車両の乗り心地を向上させることが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、サスペンション制御装置及び車両制御装置に関するものである。

車両のサスペンションの制御は、一般的に車体の振動に基づいて行われることが多く、この場合は、車両の挙動を検出する各センサの出力値等を利用して、サスペンションの制御が行われる。一方、特許文献１には、自動車等の乗物構造体に乗車している同乗者の顔を撮影し、その撮影した画像に基づいて、エアコン、オーディオ、ドアロックといった、乗物構造体内に設置された各種装備品を制御することで、ドライバが効率的に運転できるようにすると共に、安全性を向上させる技術が開示されている。

特開２００１−９７０７０号公報

ところで、車両の乗り心地の判断材料となるのは、車体に乗車した運転者や同乗者等の乗員の揺れであるため、車両のサスペンションの制御に、乗員の揺れを用いることが考えられる。人間にも振動特性があり、車体の振動特性とは異なることから、乗員の揺れを用いたサスペンション制御を行うためには、車体とは別に乗員の揺れを検出する必要がある。しかしながら、乗員の揺れを検出するために、例えば乗員の頭部に加速度センサを設置する方法等は、現実的ではなく実用性がない。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、乗員の振動を用いた制御により車両の乗り心地を向上させることにある。

上記課題を解決するための手段として、本発明のサスペンション制御装置は、車両の車体と車輪との間に設けられるダンパと、前記車体に設けられた、前記車体に乗車する乗員の振動を検出する振動検出手段からの検出値、及び、前記車体の振動に基づいて、前記ダンパへの制御指令を出力するコントローラと、を備えることを特徴とするものである。

本発明はこのように構成したので、乗員の振動を用いた制御により車両の乗り心地を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置の第１実施例で用いるモデル図である。 本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置の第１実施例におけるコトローラに対する信号の入出力イメージである。 本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置の第２実施例で用いるモデル図である。 本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置の第３実施例で用いるモデル図である。 本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置の第３実施例におけるコトローラに対する信号の入出力イメージである。 本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置の第４実施例で用いるモデル図である。 本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置の第５実施例におけるコトローラに対する信号の入出力イメージである。

以下、実施の形態を図面に基づき説明する。なお、全ての図面にわたって、共通する部分については同一の符号を付している。
まず、図１には、本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０の構成の一例を概略的に示している。図示のように、サスペンション制御装置１０は、本実施形態では４つの制御ダンパ１４と、これら制御ダンパ１４の制御を行うコントローラ１８とを含んでいる。制御ダンパ１４は、車両の車体と車輪との間に設けられ、４輪の各々について設置されている。コントローラ１８は、振動検出手段２２により検出される車体に乗車する乗員の振動と、車両に設置された種々のセンサ３４等により検出される車体の振動とを利用して、制御ダンパ１４の各々の制御を行う。

振動検出手段２２は、車体に設けられており、車体に乗車した運転者や同乗者といった乗員の揺れを検出するものであって、本実施形態では、カメラ３０を備えた顔認識システム２６が用いられている。この顔認識システム２６は、車体に取り付けられたカメラ３０によって運転者や同乗者の顔周辺を撮影し、撮影した画像に基づいて、例えば運転者の目の動き等から運転者の状態を推定したり、運転者や同乗者の顔の特徴から年齢層や性別等を推定したりして、車両の様々な制御のために情報を提供するものである。このような顔認識システム２６による乗員の振動の検出は、カメラ３０によって撮影された乗員の頭部や胴体の画像を利用して行われるが、この際、カメラ３０が車体と同じ剛体にある、すなわち、カメラ３０の振動と車体の振動とが同じであると仮定する。

本実施形態でのカメラ３０は、少なくとも、運転席に乗車する運転者の頭部から胴体の一部までを撮影するように設置されているが、顔認識システム２６が、助手席や後部座席に乗車する同乗者の頭部や胴体を撮影するカメラ３０を備えていてもよい。このような構成の場合、制御ダンパ１４と乗員との位置関係を加味して、制御ダンパ１４の制御を行ってもよい。すなわち、４つの制御ダンパ１４のうち、運転席に最も近い制御ダンパ１４の制御を、主に運転者の振動を利用して行うようにし、助手席に最も近い制御ダンパ１４の制御を、主に助手席の同乗者の振動を利用して行うようにし、後部左座席又は右座席に最も近い制御ダンパ１４の制御を、主に後部左座席又は右座席の同乗者の振動を利用して行うようにしてもよい。

次に、図２には、図１に示したような構成のサスペンション制御装置１０によるサスペンション制御の、第１実施例の制御ロジックで用いる車両及び乗員のモデル図を示している。図２に示される車両モデルは、振動として上下並進運動のみを考慮した１／４車両モデルであり、１つのタイヤ（車輪）モデル、１組のスプリング・ダンパモデル、及び車体モデルが含まれている。タイヤモデルにはバネ要素が含まれ、スプリング・ダンパモデルにはバネ要素及びダンパ要素が含まれ、それらは制御ダンパ１４の一部に相当するものである。又、図２に示される乗員モデルは、胴体モデル、首モデル、及び頭部モデルを含み、胴体モデルがバネ要素及びダンパ要素を含むと共に、首モデルがバネ要素及びダンパ要素を含んでいる。そして、各部位における上下変位Ｚ_０〜Ｚ_４が、コントローラ１８によって制御ダンパ１４の制御に用いられるものである。

上記のようなモデル化にあたり、車両モデルには車両の諸元値を用い、乗員モデルには人体の平均値を用いればよい。図３には、そのようなモデルが用いられたコントローラ１８に対して入出力される信号のイメージを示している。コントローラ１８へ入力される車両挙動には、種々のセンサ３４の計測値等から得られる車体の上下加速度、タイヤの上下加速度、車体とタイヤとの相対変位等の信号が用いられる。同じくコントローラ１８へ入力される胴体の挙動及び頭部の挙動には、顔認識システム２６によって検知される乗員の胴体及び頭部の特徴点から計測することができる、胴体の上下加速度、頭部の上下加速度、車体と胴体との相対変位、胴体と頭部との相対変位等が利用される。

ここで、上述したように、顔認識システム２６のカメラ３０は車体に取り付けられているため、顔認識システム２６を利用して計測される加速度は、あくまでも相対加速度である。そのため、絶対座標系における胴体の上下加速度や頭部の上下加速度には、車両の加速度と顔認識システム２６により計測される加速度との合算値を用いることとする。そして、上記のような車両挙動、胴体の挙動、及び頭部の挙動の入力から、例えば、最適制御等の現代制御理論や、Ｈ∞制御等のポスト現代制御理論を用いて、制御ダンパ１４に対する制御指令を算出するように、コントローラ１８を導出する。

続いて、図４には、本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０によるサスペンション制御の、第２実施例の制御ロジックで用いる車両及び乗員のモデル図を示している。図２に示した第１実施例のモデルは、上下並進運動のみに着目したモデルであったが、遠心力や車体のロール振動により乗員の頭部や胴体もロール運動をするため、図４のモデルにはロールを考慮している。具体的に、図４の車両モデルは、振動として上下並進運動及びロール運動を考慮した左右１／２車両モデルであり、２つのタイヤモデル、２組のスプリング・ダンパモデル、及び車体モデルが含まれている。又、図４の乗員モデルは、２組のバネ要素及びダンパ要素を含む胴体モデル、同じく２組のバネ要素及びダンパ要素を含む首モデル、及び頭部モデルを含んでいる。

第２実施例の図４のモデルを構築した制御ロジックは、図３に示した第１実施例のコントローラ１８と基本的には同様の入出力になる。しかしながら、第２実施例の制御ロジックが第１実施例と異なる点は、車両挙動の入力に、種々のセンサ３４の計測値等から得られる、車体ロール角や車体ロール角速度を追加することができ、胴体の挙動及び頭部の挙動の入力に、顔認識システム２６によって計測される、胴体ロール角や胴体ロール角速度、頭部ロール角や頭部ロール角速度を追加することができる点である。第２実施例のコントローラ１８の導出方法は、第１実施例と同様である。

更に、図５には、本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０によるサスペンション制御の、第３実施例の制御ロジックで用いる車両及び乗員のモデル図を示している。図２に示した第１実施例のモデルでは、乗員モデルを頭部と胴体とに分けてモデル化したが、顔認識システム２６により乗員の胴体の特徴点を掴むことができない場合や、制御演算の負荷を低減するため、図５の第３実施例では簡略化した乗員モデルを用いて制御を行う。具体的に、第３実施例の乗員モデルは、１マスで表現されており、胴体モデルと首モデルとが纏められて、１組のバネ要素及びダンパ要素で表現されている。図６には、図５の第３実施例のモデルを用いたコントローラ１８の入出力イメージを示している。第３実施例の車両挙動及び頭部の挙動の状態量は、図３に示した第１実施例について記載したものと同じである。更に、第３実施例のコントローラ１８の導出方法は、第１実施例と同様である。

次に、図７には、本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０によるサスペンション制御の、第４実施例の制御ロジックで用いる車両及び乗員のモデル図を示している。図５に示した第３実施例では、乗員モデルを簡略化したものの、上下並進運動のみを考慮したモデルであるため、遠心力やロール運動を考慮できない。このため、図７に示す１／２車両モデルを用いた乗員簡略化モデルを用いる。すなわち、図７の第４実施例のモデルは、図４の第２実施例の乗員モデルを簡略化したものであり、図５の第３実施例と同様に、乗員の胴体と首とを１組のバネ要素及びダンパ要素で纏めて模擬している。第４実施例におけるコントローラ１８の入出力イメージは、図６に示した第３実施例のものと同様であるが、ロール運動を考慮することができるため、車両挙動には車体ロール角や車体ロール角速度の状態量を、頭部の挙動には頭部ロール角や頭部ロール角速度の状態量を含めることができる。第４実施例のコントローラ１８の導出方法は、第１実施例と同様である。

上述した第１実施例〜第４実施例では、顔認識システム２６のカメラ３０で撮影された画像から得られる、乗員の頭部や胴体に係る振動の計測値に基づいて、コントローラ１８により制御指令を算出している。しかしながら、乗員の頭部や胴体の姿勢変化には、車体の上下振動や遠心力による姿勢の変化以外に、乗員自身が動くことによる姿勢の変化が含まれる。例えば、乗員が行う貧乏ゆすりや、音楽に乗って体を動かす行為等がそれに当てはまり、これらの影響が車体の上下振動や遠心力の影響と相まって、乗員が大きく揺れていると制御側が認識してしまい、過大な制御指令を算出してしまう恐れがある。そこで、乗員の頭部や胴体に係る振動の計測値から、乗員自身が動くことによる姿勢の変化分を除く必要がある。

そのような方法の一例として、車体の上下振動や遠心力による乗員の姿勢の変化が、乗員自身が動くことによる姿勢の変化よりも、変位の変化量が小さい傾向にあることに着目する。具体的には、乗員の胴体及び頭部の変位の変化量に上下限値を設定し、過大な制御指令が算出されないように制限を設ければよい。図８には、図３に示したコントローラ１８の入出力の構成に対して、胴体の挙動及び頭部の挙動に係る状態量がコントローラ１８に入力される前に、フィルタ部３８に設定された変位の変化量の上下限値によって一部の成分が除去されるように制限を持たせた、第５実施例の制御ロジックを示している。このような制御ロジックによれば、乗員の胴体の挙動及び頭部の挙動に係る状態量から、乗員自身が動くことによる姿勢の変化分が除去されることになる。なお、図６に示したコントローラ１８の入出力の構成に対しても、頭部の挙動に係る状態量が入力される前に、フィルタ部３８による制限をかけることができる。

第５実施例の制御ロジックでは、変位の変化量の大きさを基準として制限を設けていたが、変位の大きさに制限を設けてもよく、加速度の大きさに制限を設けてもよい。又、第２実施例や第４実施例に示したように、乗員の頭部及び胴体のロール角やロール角速度を入力に用いる場合は、それらの大きさに制限を設けても良い。何れの場合であっても、図８に示したようなフィルタ部３８に設定する制限内容を変更することで、実現が可能となる。このような制御ロジックを、本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０によるサスペンション制御の第６実施例とする。

上記の第５実施例及び第６実施例では、乗員の変位の変化量や変位の大きさに制限を設けたが、周波数に着目して制限をかけてもよく、この場合は、フィルタ部３８にバンドパスフィルタを構築し、対象周波数をカットするようにすればよい。例えば、乗員が行う貧乏揺すりであれば、６０［Ｈｚ］以上の周波数帯の振動であって、車体の振動等の制御サスペンションの制御帯域ではないため、フィルタ部３８にローパスフィルタを構築することで、貧乏揺すりによる振動を除外することが出来る。このような制御ロジックを、本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０によるサスペンション制御の第７実施例とする。

本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０において、振動検出手段２２として利用される顔認識システム２６には、運転者の眼球の動きから、運転者が進もうとしている方向を検出する技術が含まれている。運転者が進もうとしている方向の検出は、視覚情報の１つであるオプティカル・フローに基づいて行うこともできる。このような方向の検出中に、運転者の眼球が至近距離の左右何れかのポイントを見ている場合、運転者が急操舵を行う可能性が高い。このため、運転者が左側の至近距離のポイントを見ている場合は、右側のセミアクティブサスペンションの減衰を高め、運転者が右側の至近距離のポイントを見ている場合は、左側のセミアクティブサスペンションの減衰を高める、といったサスペンション制御を行うこととしてもよい。このような制御を、本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０によるサスペンション制御の第８実施例とする。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０は、図１に示すように、車両の車体と車輪との間に設けられる制御ダンパ１４と、この制御ダンパ１４に対して制御指令を出力するコントローラ１８とを備えている。コントローラ１８は、車体に設けられた振動検出手段２２によって検出される、車体に乗車する運転者又は同乗者の振動と、予め車両に設けられた各種のセンサ３４等によって検出される車体の振動とに基づいて、制御ダンパ１４へ制御指令を出力する。すなわち、車体の振動を利用するだけでなく、図２〜図８に示したように、振動検出手段２２により検出される乗員の振動をフィードバックして、乗員の揺れを考慮した制御ダンパ１４の制御を行う。これにより、車体の振動のみを利用した制御と比較して、車両の乗り心地を向上させることが可能となる。

又、本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０は、コントローラ１８で利用する振動検出手段２２からの検出値として、運転者又は同乗者の胴体の上下動に基づく値を利用してもよい。この場合は、乗員の体の各部位の振動を用いる場合や、振動の要素にロール運動等を加味する場合と比較して、制御演算の負荷を低減することができ、このように制御演算負荷を抑制しながら、従来よりも車両の乗り心地を向上させることができる。

更に、本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０は、図１に示すように、運転者又は同乗者の振動を検出する振動検出手段２２として、車体に搭載された顔認識システム２６を利用するものである。この顔認識システム２６は、カメラ３０を利用して運転者や同乗者の顔周辺を撮影し、撮影画像から様々な情報を抽出するものであり、カメラ３０の画角によっては運転者や同乗者の胴体も撮影される。このため、顔認識システム２６のカメラ３０によって撮影された画像から、乗員の頭部や胴体の振動を計測することができる。これにより、乗員の揺れを検出するための専用のセンサ等を設置することなく、かつ、現実的な方法で、乗員の振動を計測することができるため、コストを抑制しながら、車両の乗り心地を向上させることができる。

ここで、本発明の実施の形態に係るサスペンション制御装置１０は、図１に示すような構成に限定されることなく、図１に示された構成要素の一部が削除、変更されたものであってもよく、新たな構成要素が追加されてもよい。例えば、制御ダンパ１４の数量は、４つに制限されるものではなく、５つ以上或いは３つ以下であってもよい。又、コントローラ１８は、制御ダンパ１４毎に制御を行う部位を含んでいてもよい。コントローラ１８が行う制御指令は、車両制御装置内の自動運転（ＡＤ／ＡＤＡＳ）用コントローラ内で生成されて、最終的に制御ダンパ１４へ出力されるようにしてもよい。更に、振動検出手段２２（顔認識システム２６）が乗員の振動を検出するために用いるセンサは、カメラ３０ではなく別のセンサであってもよい。

１０：サスペンション制御装置、１４：ダンパ（制御ダンパ）、１８：コントローラ、２２：振動検出手段、２６：顔認識システム

Claims (4)

1. 車両の車体と車輪との間に設けられるダンパと、
   前記車体に設けられた、前記車体に乗車する乗員の振動を検出する振動検出手段からの検出値、及び、前記車体の振動に基づいて、前記ダンパへの制御指令を出力するコントローラと、を備えることを特徴とするサスペンション制御装置。
2. 前記振動検出手段からの検出値は、前記乗員の胴体の上下動に基づく値であることを特徴とする請求項１に記載のサスペンション制御装置。
3. 前記振動検出手段として、前記車体に搭載された顔認識システムを利用することを特徴とする請求項１又は２に記載のサスペンション制御装置。
4. 車両の車体と車輪との間に設けられるダンパへの制御指令を出力するコントローラを有し、
   前記コントローラは、前記車体に設けられた、前記車体に乗車する乗員の振動を検出する振動検出手段から取得した検出値、及び、前記車体の振動情報に基づく制御指令を前記ダンパへ出力することを特徴とする車両制御装置。

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