JP2023541310A - 車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法及び制御システム - Google Patents

車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法及び制御システム Download PDF

Info

Publication number
JP2023541310A
JP2023541310A JP2023517726A JP2023517726A JP2023541310A JP 2023541310 A JP2023541310 A JP 2023541310A JP 2023517726 A JP2023517726 A JP 2023517726A JP 2023517726 A JP2023517726 A JP 2023517726A JP 2023541310 A JP2023541310 A JP 2023541310A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
suspension
vehicle
history
stroke
terrain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2023517726A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7456696B2 (ja
Inventor
丁▲選▼ ▲趙▼
涛 倪
明▲徳▼ ▲鞏▼
爽 ▲劉▼
祝新 ▲張▼
志国 ▲孫▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yanshan University
Original Assignee
Yanshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanshan University filed Critical Yanshan University
Publication of JP2023541310A publication Critical patent/JP2023541310A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7456696B2 publication Critical patent/JP7456696B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/018—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the use of a specific signal treatment or control method
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/016—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their responsiveness, when the vehicle is travelling, to specific motion, a specific condition, or driver input
    • B60G17/0165—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their responsiveness, when the vehicle is travelling, to specific motion, a specific condition, or driver input to an external condition, e.g. rough road surface, side wind
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/018—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the use of a specific signal treatment or control method
    • B60G17/0182—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the use of a specific signal treatment or control method involving parameter estimation, e.g. observer, Kalman filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/019—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the type of sensor or the arrangement thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2202/00—Indexing codes relating to the type of spring, damper or actuator
    • B60G2202/40—Type of actuator
    • B60G2202/41—Fluid actuator
    • B60G2202/413—Hydraulic actuator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/05—Attitude
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/20—Speed
    • B60G2400/204—Vehicle speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/25—Stroke; Height; Displacement
    • B60G2400/252—Stroke; Height; Displacement vertical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/40—Steering conditions
    • B60G2400/41—Steering angle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/80—Exterior conditions
    • B60G2400/82—Ground surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/80—Exterior conditions
    • B60G2400/82—Ground surface
    • B60G2400/822—Road friction coefficient determination affecting wheel traction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2401/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60G2401/16—GPS track data
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2401/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60G2401/17—Magnetic/Electromagnetic
    • B60G2401/174—Radar
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2401/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60G2401/21—Laser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2500/00—Indexing codes relating to the regulated action or device
    • B60G2500/30—Height or ground clearance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2600/00—Indexing codes relating to particular elements, systems or processes used on suspension systems or suspension control systems
    • B60G2600/09—Feedback signal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2600/00—Indexing codes relating to particular elements, systems or processes used on suspension systems or suspension control systems
    • B60G2600/17—Proportional control, i.e. gain control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2600/00—Indexing codes relating to particular elements, systems or processes used on suspension systems or suspension control systems
    • B60G2600/18—Automatic control means
    • B60G2600/182—Active control means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2600/00—Indexing codes relating to particular elements, systems or processes used on suspension systems or suspension control systems
    • B60G2600/18—Automatic control means
    • B60G2600/187—Digital Controller Details and Signal Treatment
    • B60G2600/1873—Model Following
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2600/00—Indexing codes relating to particular elements, systems or processes used on suspension systems or suspension control systems
    • B60G2600/70—Computer memory; Data storage, e.g. maps for adaptive control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2800/00—Indexing codes relating to the type of movement or to the condition of the vehicle and to the end result to be achieved by the control action
    • B60G2800/87—System configuration based on vehicle type or model
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2800/00—Indexing codes relating to the type of movement or to the condition of the vehicle and to the end result to be achieved by the control action
    • B60G2800/90—System Controller type
    • B60G2800/91—Suspension Control
    • B60G2800/915—Suspension load distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/86—Suspension systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Abstract

本発明は、車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法及びその制御システムを開示する。走査して得られた車前地形に従って、車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する質量中心軌跡と姿勢履歴を計算し、それに対して平滑化処理を行った後、アクティブサスペンションを制御して車両を平滑化後の軌跡に従って走行させる。その間、平滑化係数を調整することで、各サスペンションのストロークを限界ストローク内に制限し、動力学モデルで計算された各アクティブサスペンションの支持力とストロークに応じて、サスペンションのアクチュエータに対して力－変位に基づくインピーダンス制御を行う。本発明は、車両が凹凸路面を走行する滑らかさと操縦安定性を顕著に向上させることができる。

Description

本発明は、車両サスペンション分野、特に車前地形に基づくアクティブサスペンション性制御方法及び制御システムに関する。
サスペンションシステムは車両シャーシーの重要な構成部分であり、その性能は車両の走行滑らかさ及び操縦安定性を直接左右している。従来の車両はほとんどパッシブサスペンションを採用しており、そのサスペンションパラメータは特定の路面条件に応じて設計され、一旦選択すると変更が困難であり、路面状況、車速などに応じて変化することが不可能であり、従って、自動車の走行性能のさらなる向上が制限されてしまう。
アクティブサスペンションは、ここ十数年来開発された、コンピュータにより制御されたサスペンション方式であり、アクティブサスペンションは車両積載量、路面状況（例えば上下揺れや振動状況）、運転パターン（例えば車速、駆動／ブレーキ、ステアリングなど）の変化に応じて、サスペンションの剛性及び減衰又はサスペンションの伸縮を自動的に調整することができ、それによって自動車の走行滑らかさ及び操縦安定性などの要件を満たす。
アクティブサスペンション技術は主にアクティブサスペンション制御方法及びシステムの２つの部分を含む。アクティブサスペンションシステムはエネルギーを供給する装置と、作用力又は変位を制御可能な付加装置と、を含む。また、エネルギー供給方式に応じて、油圧駆動、空気圧駆動及び電気駆動の３種類に分けられる。油圧駆動サスペンションシステムは電力密度が高く、配置や取り付けが容易であるなどの利点のため、現在広く使用されており、空気圧駆動サスペンションシステムは駆動が柔らかさを有し、汚染が少ないなどの利点のため、ある程度使用されている。同じアクティブサスペンションシステムであっても、異なる制御方法を使用すると、異なる制御効果が得られる。従来のアクティブサスペンションの制御方法は主に、スカイフックダンパ制御、最適制御、プレビュー制御、適応制御、ファジー制御、ニューラルネットワーク制御、スライディングモード制御、及び免疫進化制御などを含む。文献の記録によると、どのような制御方法を採用しても、車両の性能は様々な程度に改善されるが、まだうまく解決されていない問題がいくつかあり、特に車両の姿勢調節と走行滑らかさ制御はサスペンション設計で考慮する必要がある２つの重要な側面であり、従来の研究成果は、ほとんど異なるニーズに応じて異なる数学モデルを確立し、それぞれ独立して設計し、車両の全体的性能が両者の性能の合計であると考えられるが、又は数学モデルを分解し、次に組み合わせて制御を行う。数学モデルを確立する際に、姿勢制御と走行滑らかさ制御の同時設計を考慮しておらず、設計過程が複雑であり、より良い制御効果を得ることは困難である。
前述した問題を解決するために、新しいアクティブサスペンション制御理論－サスペンション慣性制御原理を提案する。それは、生体模倣の原理に基づいて提案され、チーターが１２０ｋｍ／ｈの速度で凹凸な野外を走ることができるのは、主にチーターが前方の地形に応じて各爪の支持高さと支持力を調節することができ、質量中心を平滑化された曲線に沿って運動させ、且つ姿勢の相対的な安定性を保つことができるからである。この原理に基づいて、本発明による車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法は、レーザレーダーによって車前地形を走査し、車前地形の標高情報と走行パラメータに基づいて、各セットのサスペンションの伸縮を自律的に制御することで、車両が凹凸路面を走行する時にその質量中心を平滑化された曲線に沿って運動させ、且つ車体の姿勢をできるだけ円滑に変化させ、それにより、車両走行時の車体の上下揺れや振動を大幅に低減させ、車両が凹凸路面を走行する速度、走行滑らかさと操縦安定性を向上させる。
上記制御目的を実現するために、従来のパッシブサスペンション車両の走行時よりも平滑化された運動軌跡を計画することは、本発明が解決しようとする主な課題である。実践で証明されるように、幾何学によって計画された軌跡は、一般的に車両の運動学と動力学の法則に合致せず、すなわち幾何学によって計画された車両軌跡上の各時点の位置姿勢は、実際の車両が必ずしも実現できるとは限らないため、車両軌跡の計画は、幾何学に基づくべきではない。従って、合理的な軌跡計画は、まず運動学と動力学の法則に合致しなければならず。そして、軌跡上の各点に対応するすべてのサスペンションのストロークが限界ストローク内にあることを保証しなければならない。
実際の車両がパッシブサスペンションで凹凸路面を越える場合、起点から終点に走行する軌跡は、現実的な存在であり、それが合理性を有することは間違いなく、すなわち車両がこのような軌跡に従って運動すると、運動学と動力学の法則に合致するだけでなく、起点から終点に走行する各サスペンションのストロークが必ずその限界ストローク範囲内にある。さらに重要なことに、車両が異なる性能のサスペンションで同一の経路を通過する時、その軌跡も変化し、且つ各サスペンションのストロークがいずれもその限界ストローク範囲内にある。すなわち車両が起点から終点に走行する軌跡は、一定の変化範囲があり、これは、本発明でアクティブサスペンション車両の軌跡計画を行うために理論的根拠を提供する。
本発明による車両軌跡計画構想は、以下のとおりである。車両がパッシブサスペンション又はアクティブサスペンションを選択して使用できると仮定し、パッシブサスペンションで凹凸路面を通過する車両軌跡を基礎として、それに対して平滑化処理を行うことで、車両をアクティブサスペンションで平滑化後の新しい軌跡に従って走行させ、その各時点のサスペンションのストロークが限界ストローク範囲内に制御できると、このようなアクティブサスペンション制御方法は、車両の走行滑らかさと操作安定性を向上できる。サスペンションのストロークが限界ストロークを超えないことを満たす条件において、車両の軌跡が平滑であればあるほど、走行滑らかさと操作安定性が良好である。
以上の構想に基づいて、本発明の第１の態様によれば、車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法を提供し、この方法は、以下を含む。
Ｓ１において、車両が車前地形を通過する車輪接地点軌跡と各車輪接地点の標高情とを計算する。
慣性測定ユニット、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムによって測定された測地座標系における車両の位置座標、レーザレーダーが走査して得られた車前地形と各車輪の操舵角に基づいて、車両運動学によって、車両が車前地形を走行する時の各車輪接地点の軌跡Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｍを計算し、ｊ＝１、２、…、ｍであり、ｍは、車輪の個数である。補間アルゴリズムによって、各車輪接地点軌跡上の各計画されたデータ点の標高情報を計算する。
Ｓ２において、車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する質量中心軌跡と姿勢履歴とを計算する。
Ｓ２１において、車速、操舵角、各車輪の駆動力／ブレーキ力と車輪の地面での転がり摩擦係数に基づいて、車両の動力学モデルによって、車両がパッシブサスペンションでステップＳ１における車輪接地点軌跡Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｍに沿って走行する時の車両座標系の６次元座標履歴｛Ｘｉ Ｙｉ Ｚｉ αｉ βｉ γｉ｝Ｔ、及び車両の質量中心軌跡と姿勢履歴｛ＸＷｉ ＹＷｉ ＺＷｉ αＷｉ βＷｉ γＷｉ｝Ｔを計算し、ここで、ＸＷｉ、ＹＷｉ、ＺＷｉ、αＷｉ、βＷｉ、γＷｉは、それぞれ車両の質量中心箇所の三次元座標と三次元姿勢角であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｎは、計画されたデータ点の個数である。
Ｓ２２において、平滑化係数をξとし、ステップＳ２１におけるパッシブサスペンション車両の質量中心軌跡と姿勢履歴に対して、起点を通る平滑化処理を行い、質量中心軌跡と姿勢履歴の平滑化関数｛ＸＷ（ｔｉ）、ＹＷ（ｔｉ）、ＺＷ（ｔｉ）、αＷ（ｔｉ）、βＷ（ｔｉ）、γＷ（ｔｉ）｝Ｔを得る。
Ｓ３において、前述した平滑化処理済みの質量中心軌跡と姿勢履歴とに基づいて、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過するサスペンションのストローク履歴ｓｉ，ｊとサスペンション支持力履歴Ｗｉｊとを計算する。
Ｓ３１において、ステップＳ２２において平滑化された車両質量中心軌跡と姿勢履歴を入力として、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過する時のパッシブサスペンションに対する各サスペンションのストローク履歴
と速度履歴
とを計算し、ここでｊ＝１、２、…、ｍであり、ｍは、車輪の数である。
Ｓ３２において、ステップＳ２１と同じ車速、操舵角、各車輪の駆動力／ブレーキ力、地面の転がり摩擦係数の場合、ステップＳ３１において取得されたパッシブサスペンションに対するアクティブサスペンションのストローク履歴
と速度履歴
とに従って、動力学モデルによって、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過する中間位置に対する各サスペンションのストローク履歴ｓｉ，ｊと支持力履歴Ｗｉｊとを計算する。
Ｓ４において、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過する時の中間位置に対するサスペンションのストローク履歴とサスペンション支持力履歴Ｗｉｊとに従って、サスペンションアクチュエータに力－変位に基づくインピーダンス制御を実施する。
好適には、前記Ｓ２１、Ｓ３２における具体的な車両動力学モデル及びその解法としては、
図２に示すように、地面に固定接続される固定座標系ＯＸＹＺを作成し、該座標系は、慣性測定ユニットの基準点Ｏを座標原点とし、車両の直前をＹ軸正方向とし、車両の右側方向をＸ軸正方向とし、ＸＯＹ平面の垂直上向きの方向をＺ軸正方向とし、固定座標系における車両の位置を決定するために、車体に固定接続される車両座標系ｏｘｙｚを導入する。車両座標系は、固定座標系と初期位置で重なり、その固定座標系における位置決め座標は、それぞれＸ、Ｙ、Ｚ、α、β、γである。
計算速度を向上させるために、車両を剛性体と見なし、その質量をＭとし、その車両座標系における座標をＷ（ｘＷ，ｙＷ，ｚＷ）とする。車両は、ｍ個の車輪を有することに対応し、ｍ個のサスペンションを有する。アクティブサスペンションをアクチュエータとばねとダンパとの並列接続に簡略化する。アクティブサスペンションの制御方法を変位制御とし、各サスペンションばねの剛性係数をそれぞれＫＳ１、ＫＳ２、…、ＫＳｍとし、各サスペンションダンパの減衰係数をそれぞれＣＳ１、ＣＳ２、…、ＣＳｍとする。タイヤを上下方向のばねと減衰との並列接続に簡略化し、車両の動力学特性に対するタイヤの横方向と接線方向の弾性及び減衰の影響を無視する。各タイヤの上下方向のばね剛性係数をそれぞれＫＷ１、ＫＷ２、…、ＫＷｍとし、各タイヤの上下方向減衰の減衰係数をそれぞれＣＷ１、ＣＷ２、…、ＣＷｍとする。前述した減衰をいずれも粘性減衰とし、前述したばねをいずれも区分的線形近似された非線形ばねとする。
以上に構築されたのは、６つの自由度を有するアクティブサスペンション車両の動力学モデルである。各サスペンションにおけるアクチュエータを省略すると、前述した動力学モデルは、パッシブサスペンション車両の動力学モデルになる。なお、一部のアクティブサスペンションを設計する時にサスペンションばねとダンパを設けない場合、上記アクティブサスペンション車両の動力学モデルにおけるサスペンションばね及びダンパを省略すべきである。
ラグランジュ方程式により該車両動力学モデルの運動微分方程式を作成し、行列で、
として示され、
式では、［Ｍ６×６］、［Ｃ６×６］、［Ｋ６×６］は、それぞれ質量行列、減衰行列と剛性行列であり、いずれも６×６の対称正方行列であり、｛Ｆ６｝は、トルク行列で、６×１の列行列である。
固定座標系における車両の変位ベクトルを
｛ｑ６｝＝｛Ｘ、Ｙ、Ｚ、α、β、γ｝Ｔとし、
以上の運動微分方程式に基づいて、下記動力学行列を構築し、
状態変数を
とし、
動力学行列に代入して、下記状態方程式を得、
ここで、
であり、
以上の状態方程式は、４次のルンゲ＝クッタ法によって解き、状態変数｛ｑ１２｝の値を得ることができる。
好適には、前記Ｓ２１において、車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する質量中心軌跡と姿勢履歴を計算する具体的な方法は、以下のとおりであり、
動力学モデルによって、車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する各時点｛ｑ１２｝ｉを求め、車両軌跡履歴におけるサスペンション特性に関連する３つの座標を求め、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、
上式は、α、βを微小変数とし、
とし、車体の変形を無視することで得られる。
好適には、前記Ｓ３１において、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過するパッシブサスペンションに対する各サスペンションのストローク履歴
と速度履歴
とを計算する具体的なステップとしては、
（１）Ｓ２１において求められた車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する車両座標系の６次元座標履歴｛Ｘｉ Ｙｉ Ｚｉ αｉ βｉ γｉ｝Ｔに基づいて、
により、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向変位履歴を求め、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
式では、ｂｊは、番号がｊのサスペンションにおける支持点のｏｘｙｚ座標系でのｘ座標であり、
Ｌｊは、番号がｊのサスペンションにおける支持点のｏｘｙｚ座標系でのｙ座標である。
各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向速度履歴は、
であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍである。
（２）Ｓ２２において平滑化処理後に得られた質量中心軌跡と姿勢履歴との関数｛ＸＷ（ｔｉ）、ＹＷ（ｔｉ）、ＺＷ（ｔｉ）、αＷ（ｔｉ）、βＷ（ｔｉ）、γＷ（ｔｉ）｝Ｔに基づいて、固定座標系に対する車両座標系の３つの関連座標の時間履歴関数を逆に求め、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、
そして、ｚ（ｔｉ）、α（ｔｉ）、β（ｔｉ）により、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向変位を求め、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向速度を求め、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍである。
（３）パッシブサスペンションに対する各アクティブサスペンションのストローク履歴
と速度履歴
とを求め、
パッシブサスペンションに対する各アクティブサスペンションのストローク履歴は、平滑化処理後の各アクティブサスペンションにおける支持点の上下方向変位履歴Ｗｉ，ｊと平滑化処理前のパッシブサスペンションにおける支持点の上下方向変位履歴
との差に等しく、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
パッシブサスペンションに対する各アクティブサスペンションの速度履歴は、平滑化処理後の各アクティブサスペンションにおける支持点の上下方向速度履歴
と平滑化処理前のパッシブサスペンションにおける支持点の上下方向速度履歴
との差に等しく、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍである。
好適には、ステップＳ３２において、車両動力学モデルによって、アクティブサスペンションで車前地形を通過する車両の各サスペンションのストローク履歴ｓｉ，ｊと支持力履歴Ｗｉｊを計算する具体的なステップとしては、
（１）各アクティブサスペンションにおける支持点の上下方向変位履歴
と上下方向速度履歴
とを求め、
アクティブスペンション／パッシブサスペンションのストローク差履歴
と速度差履歴
とに基づいて、車両動力学モデルによって、アクティブサスペンション車両が車前地形を通過する新しい状態変数
を求め、それに含まれる変位変数
を、
に代入して、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向変位履歴を求め、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
ここでの速度変数
値を、
に代入して、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向速度履歴を求め、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
（２）中間位置に対する各アクティブサスペンションのストローク履歴ｓｉ，ｊを求め、
タイヤの上下方向変形がアクティブサスペンションのストロークよりもはるかに小さいため、ここでタイヤの上下方向変形を一応省略し、タイヤの上下方向変形がＳ４におけるサスペンションインピーダンス制御で補償される。中間位置に対する各アクティブサスペンションのストローク履歴は、各アクティブサスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向変位履歴
と各車輪接地点Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍの上下方向変位履歴Δｉ，ｊとの差に等しく、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
（３）各アクティブサスペンションの支持力履歴Ｗｉ，ｊを求め、
車両の各アクティブサスペンションの支持力履歴は、
であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
式では、Δｉ，ｊと
は、それぞれ車輪接地点Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍの上下方向の変位履歴と速度履歴である。
好適には、前記Ｓ４において、サスペンションアクチュエータに力－変位に基づくインピーダンス制御を実施する具体的な実現方法は、以下のとおりであり、
（１）サスペンションインピーダンス制御の変位制御量を求め、
現在のサスペンション支持力実測値を
とし、
でサスペンションの理論的な支持力と実際の支持力との差と、所望のサスペンションのストローク増分δｉ，ｊとの間の関係を発現し、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
式では、Ｍ、Ｋ及びＣは、それぞれ目標慣性、目標剛性及び目標減衰であり、それぞればね下重量の慣性特性、タイヤ接地の剛性特性と減衰特性を反映する。以上の微分方程式は、畳み込み積分方式で求めることができ、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
上式における関数ｈｉ，ｊ（ｔ）は、前の式に対応する単位インパルス応答関数である。
上式は、ＦＦＴアルゴリズムにより求めることができる。実際の制御時、車両の各サスペンションのストローク増分δｉ，ｊの運動速度と加速度がいずれも比較的に小さく、
と考えることができるため、車輪と地面の接触力モデルを
に簡略化することができ、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
（２）アクティブサスペンション力－変位に基づくインピーダンス制御を行い、
中間位置に対するサスペンションのストロークの実測値を
とし、
を目標ストロークとし、アクティブ外乱除去コントローラを設計し、各サスペンションアクチュエータに対する変位追従制御を実現する。
好適には、前記Ｓ４は、力－変位に基づくインピーダンス制御を実施する前に、全履歴におけるサスペンションのストローク
に、限界ストロークを越えるストロークが存在するか否かを検査するための内容をさらに含む。
検査式は、
であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
式では、ｓｍｉｎは、サスペンションの下限界変位であり、
ｓｍａｘは、サスペンションの上限界変位である。
あるサスペンションのストロークが限界ストロークを超えれば、まず車両軌跡曲線の平滑化度を低減させ、対応する平滑化係数ξを調整し、以下の２つの状況に分けてそれぞれ処理する。
（１）平滑化係数ξが予め設定された平滑化係数限度値に達していない場合、ステップＳ２２に移行する。
（２）平滑化係数ξが平滑化係数限度値に達したが、全履歴における各サスペンションのストロークが限界ストロークを超えない条件を依然として満たすことができない場合、出現した時間順にサスペンションのストロークが限界ストロークを超える１番目のデータ点を探し、ステップＳ２で計画されたそのデータ点の番号をｉＥ（１≦ｉＥ≦ｎ）とし、ｎ＝ｉＥとし、ステップＳ２１に戻る。
以上の処理により、全履歴における各サスペンションのストロークがいずれも限界ストロークを超えないようにすることができる。
本発明の第２の態様によれば、前述した車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法に基づく制御システムを提供し、図１に示すように、システムは、車体とｍ個の車輪と、レーザレーダーと、慣性測定ユニットと、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムと、車輪に対応するサスペンションシリンダとその変位センサと、支持力センサとサーボコントローラセットと、車速センサと、ハンドル回転角センサと、スロットル開度センサと、ブレーキ力センサと、電気制御ユニットとを含み、ここで、レーザレーダー、慣性測定ユニット、ダブルアンテナＧＰＳ測位システム、電気制御ユニット及びサーボコントローラセットは、車体に固定され、且つレーザレーダーは、車前地形を測定するために車体の前部に取り付けられ、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムの２つのアンテナは、空間的に一定の距離を隔てており、前記車輪は、サスペンションシリンダを介して車体の下方に接続され、変位センサと支持力センサは、サスペンションシリンダのストロークと支持力を測定するためにサスペンションシリンダに取り付けられ、ハンドル回転角センサ、スロットル開度センサ、ブレーキ力センサは、操舵角とスロットル開度とブレーキ強度を測定するために用いられ、前記電気制御ユニットは、それぞれ慣性測定ユニット、レーザレーダー、ダブルアンテナＧＰＳ測位システム、ハンドル回転角センサ、スロットル開度センサ、ブレーキ力センサ、及びサーボコントローラセットに通信接続され、サーボコントローラセットは、サスペンションシリンダの変位センサと支持力センサに通信接続される。
上記技術的解決手段を採用するため、本発明で得られた技術的進歩は、以下のとおりである。
従来のアクティブサスペンション技術に比べて、本発明の利点は、以下のとおりである。姿勢調節制御と走行滑らかさ制御を統合し、それによりサスペンション性能を大幅に向上させることができる。従来のアクティブサスペンション制御は、車両の位置姿勢を制御するのではなく、主に車両の走行状況に応じてサスペンションの剛性と減衰又はサスペンションのストロークを制御するため、走行時の車両の位置姿勢が制御できない要素が存在し、走行滑らかさ、操作安定性と走行安全性に影響を与え、特に地面が凹凸である場合、及び柔らかさ変化が大きい場合、暴走リスクが急増する。本発明による車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法及び制御システムは、各セットのサスペンションの伸縮を制御することで車両走行の位置姿勢を制御し、サスペンションに力－変位インピーダンス制御を行うことで、地面の柔らかさ変化による外乱影響を克服し、車両の質量中心を所定の平滑化曲線に沿って運動させ且つ姿勢を基本的に安定させ、それにより、車両が非構造路面を走行する走行速度、走行滑らかさと操縦安定性を大幅に向上させる。
車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御システムの構造論理図である 多軸アクティブサスペンション車両が凹凸斜面を走行する動力学モデルである サスペンションに実施する力－変位に基づくインピーダンス制御の論理図である 車前地形に基づく三軸車両のアクティブサスペンション慣性制御システムの構造論理図である 三軸アクティブサスペンション車両が凹凸斜面を走行する動力学モデルである。
以下、実施例を併せて本発明についてさらに詳細に説明する。
１．車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御システム
図１に示すように、システムは、車前地形１、車体２、ｍ個の車輪３－１、３－２、…、３－ｍ、レーザレーダー４、慣性測定ユニット５、ダブルアンテナＧＰＳ測位システム６－１、６－２、車速センサ７、レンジセンサ８、ハンドル回転角センサ９、スロットル開度センサ１０、ブレーキ力センサ１１、車輪に対応するサスペンションシリンダ１２－１、１２－２、…、１２－ｍとその変位センサ１３－１、１３－２、…、１３－ｍ、支持力センサ１４－１、１４－２、…、１４－ｍ、サーボコントローラセット１５、電気制御ユニット１６などを含む。ここで、レーザレーダー４、慣性測定ユニット５、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムの２つのアンテナ６－１、６－２、電気制御ユニット１６及びサーボコントローラセット１５は、車体２に固定され、且つレーザレーダー４は、車前地形１を測定するために車体２の前部に取り付けられ、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムの２つのアンテナ６－１、６－２は、空間的に一定の距離を隔てており、前記車輪３－１、３－２、…、３－ｍは、サスペンションシリンダ１２－１、１２－２、…、１２－ｍを介して車体２の下方に接続され、サスペンションシリンダ１２－１、１２－２、…、１２－ｍに取り付けられる変位センサ１３－１、１３－２、…、１３－ｍと支持力センサ１４－１、１４－２、…、１４－４は、それぞれそのストロークと支持力を測定するために用いられる。前記電気制御ユニット１６は、それぞれレーザレーダー４、慣性測定ユニット５、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムの２つのアンテナ６－１、６－２、車速センサ７、レンジセンサ８、ハンドル回転角センサ９、スロットル開度センサ１０、ブレーキ力センサ１１、及びサーボコントローラセット１５に通信接続され、サーボコントローラセット１５は、サスペンションシリンダの変位センサ１３－１、１３－２、…、１３－ｍと支持力センサ１４－１、１４－２、…、１４－ｍに通信接続される。
車前地形に基づく車両のアクティブサスペンション慣性制御方法は、以下の複数のステップに分けられる。
Ｓ１において、車両が車前地形を通過する車輪接地点軌跡と各車輪接地点の標高情報とを計算し、
慣性測定ユニット５とダブルアンテナＧＰＳ測位システムの２つのアンテナ６－１、６－２によって測定された測地座標系における車両の位置座標、レーザレーダー４が走査して得られた車前地形１とハンドル回転角センサによって測定された各車輪の操舵角θ１、θ２、…、θｍに基づいて、車両運動学によって、車両が車前地形１を走行する時の車輪３－１、３－２、…、３－ｍの接地点軌跡Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｍを計算し、ｍが車輪の数である。さらに補間アルゴリズムによって、車輪接地点軌跡上の各計画されたデータ点の標高情報を計算する。
Ｓ２において、車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する質量中心軌跡と姿勢履歴を計算し、
Ｓ２１において、車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する質量中心軌跡と姿勢履歴を計算し、
地面の地質条件により決められた転がり摩擦係数、車速センサ７によって測定された車速、ハンドル回転角センサ９によって測定された操舵角、レンジセンサ８とスロットル開度センサ１０によって測定された各車輪の駆動力、ブレーキ力センサ１１によって測定されたブレーキ力に基づいて、パッシブサスペンション車両の動力学モデルによって、車両がパッシブサスペンションでステップＳ１において計画された車輪接地点軌跡Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｍに沿って走行する時の車両座標系の６次元座標履歴｛Ｘｉ Ｙｉ Ｚｉ αｉ βｉ γｉ｝Ｔ、及び車両の質量中心軌跡と姿勢履歴｛ＸＷｉ ＹＷｉ ＺＷｉ αＷｉ βＷｉ γＷｉ｝Ｔを計算し、ここで、ＸＷｉ、ＹＷｉ、ＺＷｉ、αＷｉ、βＷｉ、γＷｉは、それぞれ車両の質量中心箇所の三次元座標と三次元姿勢角であり、時間順にそれぞれサスペンション制御の各走査周期時刻ｔｉ＝ｉΔΤに対応し、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ΔΤは、走査周期であり、ｎは、計画されたデータ点の個数である。
パッシブサスペンション車両の動力学モデルでは、サスペンションのばね及び減衰と、タイヤのばね及び減衰とが直列接続されてなる各パッシブサスペンションブランチの統合剛性係数と統合減衰係数は、
、
で計算することができ、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、
Ｓ２２において、ステップＳ２１における車両質量中心の軌跡と姿勢履歴に対して平滑化処理を行い、
平滑化係数をξとし、ステップＳ２１におけるパッシブサスペンション車両が車前地形を走行する質量中心軌跡と姿勢履歴に対して平滑化処理を行う。処理速度を向上させるために、この平滑化処理は、６自由度の空間曲線に対する平滑化処理ではなく、６自由度の座標に対して独立して行われる平滑化処理である。一般的な平滑化処理方法は、多いが、本発明に適用できる平滑化処理方法は、平滑化後の曲線が必ずデータ起点を通ることを要求し、そうでない場合は、車両の不必要な振動を起こす。平滑化処理後に得られた質量中心軌跡と姿勢履歴は、｛ｘＷ（ｔｉ），ｙＷ（ｔｉ），ｚＷ（ｔｉ），αＷ（ｔｉ），βＷ（ｔｉ），γＷ（ｔｉ）｝Ｔであり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ここで各成分は、互いに独立しており、いずれも時間の関数である。
Ｓ３において、平滑化処理済みの質量中心軌跡と姿勢履歴に基づいて、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過する各サスペンションのストローク履歴ｓｉｊとサスペンション支持力履歴Ｗｉｊを計算する。
Ｓ３１において、ステップＳ２２において平滑化された車両質量中心軌跡と姿勢履歴を入力として、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過する時のパッシブサスペンションに対する各サスペンションのストローク履歴
と速度履歴
とを計算し、ここでｊ＝１、２、…、ｍであり、ｍが車輪の数である。
Ｓ３２において、ステップＳ２１と同じ車速、操舵角、各車輪の駆動力／ブレーキ力、地面の転がり摩擦係数の場合、ステップＳ３１において取得されたパッシブサスペンションに対するアクティブサスペンションのストローク履歴
と速度履歴
とに従って、アクティブサスペンション車両の動力学モデルによって、車両が車前地形を通過する中間位置に対する各サスペンションのストローク履歴ｓｉｊと支持力履歴Ｗｉｊを計算し、ここでｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍである。
アクティブサスペンションのアクチュエータは、変位制御を採用するため、アクティブサスペンションの動力学計算を行う時、アクチュエータに並列接続されるサスペンションばねとサスペンション減衰の影響を無視し、各アクティブサスペンションブランチの統合剛性係数と統合減衰係数をそれぞれ
、
とすることができる。
Ｓ４において、アクティブサスペンション車両に力－変位に基づくインピーダンス制御を実施し、
図３に示すように、ｓｉｊは、ステップＳ３１に基づいて計算されたアクティブサスペンションのストロークであり、Ｗｉｊは、ステップＳ３２に基づいて計算された各サスペンション支持力であり、これらに対応して、
は、変位センサ１３－１、１３－２、…、１３－ｍによって測定された実際の各サスペンションのストロークであり、
は、支持力センサ１４－１、１４－２、…、１４－ｍによって測定された実際の各サスペンションの支持力である。各サスペンション支持力の理論値Ｗｉｊと実測値
とを比較することで、インピーダンスモデルに基づいて車両の各サスペンションのストローク増分δｉ，ｊを求めることができ、それにより、補正された各サスペンションの理論的なストローク
を得、そして、実測して得られた各サスペンションのストローク
と比較し、その差値に基づいて最終的にサスペンションに対する変位制御を行う。
以下、三軸車両を例とし、図４を参照して本発明の例示的な実施例、特徴と方法について詳細に説明する。他の三輪以上の車両は、この例と同じ方法に従って構築することができる。
（一）システムのハードウェア構成
車前地形に基づく三軸車両のアクティブサスペンション慣性制御システムは、図４に示され、システムは、車前地形１、車体２、６つの車輪３－１、３－２、…、３－６、レーザレーダー４、慣性測定ユニット５、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムの２つのアンテナ６－１、６－２、車速センサ７、レンジセンサ８、ハンドル回転角センサ９、スロットル開度センサ１０、ブレーキ力センサ１１、車輪３－１、３－２、…、３－６に対応するサスペンションシリンダ１２－１、１２－２、…、１２－６とその変位センサ１３－１、１３－２、…、１３－６、支持力センサ１４－１、１４－２、…、１４－６、サーボコントローラセット１５、電気制御ユニット１６などを含む。ここで、レーザレーダー４、慣性測定ユニット５、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムの２つのアンテナ６－１、６－２、電気制御ユニット１６及びサーボコントローラセット１５は、車体２に固定され、且つレーザレーダー４は、車前地形１を測定するために車体２の前部に取り付けられ、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムの２つのアンテナ６－１、６－２は、空間的に一定の距離を隔てており、前記車輪３－１、３－２、…、３－６は、サスペンションシリンダ１２－１、１２－２、…、１２－６を介して車体２の下方に接続され、サスペンションシリンダ１２－１、１２－２、…、１２－６に取り付けられる変位センサ１３－１、１３－２、…、１３－６と支持力センサ１４－１、１４－２、…、１４－６は、それぞれサスペンションシリンダのストロークと支持力を測定するために用いられる。前記電気制御ユニット１６は、それぞれレーザレーダー４、慣性測定ユニット５、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムの２つのアンテナ６－１、６－２、車速センサ７、レンジセンサ８、ハンドル回転角センサ９、スロットル開度センサ１０、ブレーキ力センサ１１、及びサーボコントローラセット１５に通信接続される。サーボコントローラセット１５は、サスペンションシリンダの変位センサ１３－１、１３－２、…、１３－６と支持力センサ１４－１、１４－２、…、１４－６に通信接続される。
（二）三軸車両の動力学モデル及び解法の例
１．三軸アクティブサスペンション車両が凹凸斜面を走行する動力学モデル
図５に示すように、地面に固定接続される固定座標系ＯＸＹＺを作成し、該座標系は、慣性測定ユニットの基準点Ｏを座標原点とし、車両の右側方向をＸ軸正方向とし、車両の直前をＹ軸正方向とし、ＸＯＹ平面の垂直上向きの方向をＺ軸正方向とし、固定座標系における車両の位置を決定するために、車体に固定接続される車両座標系ｏｘｙｚを導入する。車両座標系は、固定座標系と初期位置で重なり、その固定座標系における位置決め座標は、それぞれＸ、Ｙ、Ｚ、α、β、γである。
計算速度を向上させるために、車両を剛性体と見なし、その質量をＭとし、その車両座標系における座標をＷ（ｘｗ，ｙＷ，ｚＷ）とする。三軸車両は、６つの車輪を有すること対応し、６つのサスペンションを有する。アクティブサスペンションをアクチュエータとばねとダンパとの並列接続に簡略化する。アクティブサスペンションの制御方法を変位制御とし、各サスペンションばねの剛性係数をそれぞれＫ Ｓ１、Ｋ Ｓ２、…、ＫＳ６とし、各サスペンションダンパの減衰係数をそれぞれＣ Ｓ１、Ｃ Ｓ２、…、ＣＳ６とする。タイヤを上下方向のばねと減衰の並列接続に簡略化し、タイヤの横方向と接線方向の弾性及び減衰による、車両の動力学特性の影響を無視する。各タイヤの上下方向のばね剛性係数のそれぞれをＫ Ｗ１、Ｋ Ｗ２、…、ＫＷ６とし、各タイヤの上下方向減衰の減衰係数のそれぞれをＣＷ１、ＣＷ２、…、ＣＷ６とする。前述した減衰をいずれも粘性減衰とし、前述したばねをいずれも区分的線形近似された非線形ばねとする。
以上に構築されたのは、アクティブサスペンション車両の動力学モデルであり、それは、６つの自由度を有する。各サスペンションにおけるアクチュエータを省略すると、前述した動力学モデルは、パッシブサスペンション車両の動力学モデルになり、この時、各パッシブサスペンションブランチの統合剛性係数と統合減衰係数は、
、
である。
本実施例では、アクティブサスペンションのストローク中間位置を設計する時、それをパッシブサスペンションの平衡位置に対応させ、このように、アクティブサスペンションが中間位置に静止する時、そのアクチュエータの理論的な支持力は、ゼロであるべきであり、車両がアクティブサスペンションを使用することによって消費するエネルギーを最大限に低減することができるとともに、アクティブサスペンションとパッシブサスペンションが切り替わる時に、小さな衝撃を発生させることができる。サスペンションアクチュエータは、変位制御を採用するため、本実施例では、アクティブサスペンション車両の動力学モデルにおける、アクチュエータに並列接続されたサスペンションばねとダンパの作用を省略し、それにより各アクティブサスペンションブランチの統合剛性係数と統合減衰係数は、
、
であり、
サスペンションブランチばねが強い非線形性を有するため、本実施例では、区分的線形近似され、各ブランチは、異なる線形セグメントにある可能性があるため、ＫＺ１、…、ＫＺ６とＣＺ１、…、ＣＺ６を用いて、各ブランチの上下方向の剛性と減衰をそれぞれ表す。Δ１（ｔ）、Δ２（ｔ）、…、Δ６（ｔ）と
とを用いて、それぞれ路面の凹凸度による各車輪接地点Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒ６の上下方向の変位と速度を表す。ある車輪が地面から離れる時に、それに対応するサスペンションブランチの弾性と減衰をいずれもゼロにセットすべきである。
各走査周期内にα、βが微小変数であるため、
である。固定座標系ＯＸＹＺにおける車両質量中心の座標の計算式は、
であり、
式では、ｘＷ、ｙＷ、ｚＷは、車両座標系ｏｘｙｚにおける車両質量中心の座標である。
動力学モデルとラグランジュ方程式によりアクティブサスペンション車両の運動微分方程式を作成し、行列で、
として示され、
式では、［Ｍ６×６］、［Ｃ６×６］、［Ｋ６×６］は、それぞれ質量行列、減衰行列と剛性行列であり、いずれも６×６の対称正方行列であり、｛Ｆ６｝は、トルク行列で、６×１の列行列であり、｛ｑ６｝は、求めるべき車両座標列ベクトルであり、６×１の列行列である。ここで、
であり、
式では、ＪＸＸ、ＪＹＹ、ＪＺＺは、車両のｘ、ｙ、ｚ軸回りの慣性モーメントであり、
ＪＸＹ、ＪＹＺ、ＪＸＺは、車両のｘ／ｙ、ｙ／ｚ、ｘ／ｚ軸に対する慣性乗積である。
であり、
式では、ＫＺｊは、ｊ番目のサスペンションブランチの上下方向の統合剛性係数であり、
ｂｊは、番号がｊのサスペンションにおける支持点Ｑｊのｏｘｙｚ座標系でのｘ座標であり、
Ｌｊは、番号がｊのサスペンションにおける支持点Ｑｊのｏｘｙｚ座標系でのｙ座標である。
であり、
式では、ＣＺｊは、ｊ番目のサスペンションの上下方向の統合減衰係数である。
であり、
式では、ｒは、車輪の自由半径であり、
λは、車前地形の勾配角であり、
φは、斜面に対する車両の方位角であり、すなわち車両座標系のｘ軸と勾配の低下方向との夾角であり、
ｓ０は、水平面内のパッシブサスペンション車両の、自由状態から重力平衡状態までの質量中心の上下方向変位量であり、
Δｊは、路面の凹凸度による各輪接地点の上下方向変位であり、
は、路面の凹凸度による各輪接地点の上下方向速度であり、
は、アクチュエータ変位の閉ループ制御時のパッシブサスペンションに対するアクティブサスペンションの出力ストロークであり、パッシブサスペンションの場合、この量は、０であり、
は、アクチュエータ変位の閉ループ制御時のパッシブサスペンションに対するアクティブサスペンションの出力速度であり、パッシブサスペンションの場合、この量は、０であり、
Ｐｊは、ｊ番目の車輪の駆動力であり、
Ｆｊは、ｊ番目の車輪のブレーキ力であり、
θｊは、ｊ番目の車輪の操舵角であり、
ｇは、重力加速度である。
２．動力学解法
ＯＸＹＺ座標系における車両座標系の変位ベクトルを
｛ｑ６｝＝｛ｘ、ｙ、ｚ、α、β、γ｝Ｔとし、
以上の運動微分方程式に基づいて、下記動力学行列を構築し、
状態変数を
とし、
動力学行列に代入して、下記状態方程式を得、
ここで、
で
であり、
以上の状態方程式は、４次のルンゲ＝クッタ法によって解き、状態変数｛ｑ１２｝の値を得ることができる。
（三）車前地形に基づく三軸車両のアクティブサスペンション慣性制御方法は、以下の複数のステップに分けられる。
Ｓ１：車輪接地点軌跡と各接地点の標高情報を計算し、
慣性測定ユニット５とダブルアンテナＧＰＳ測位システムの２つのアンテナ６－１、６－２によって測定された車両座標系ｏｘｙｚの固定座標系ＯＸＹＺにおける位置座標｛ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ｝Ｔ、レーザレーダー４によって走査されて座標変換して得られた固定座標系ＯＸＹＺにおける三次元グリッドの車前地形１、ハンドル回転角センサ９に基づいて測定された車両操舵角及びアッカーマン操舵原理に基づいて計算された各車輪の操舵角θ１、θ２、…、θ６に基づいて、運動学モデルによって、車両が車前地形１を走行する時の各車輪３－１、３－２、…、３－６の接地点軌跡Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔ６を計算し、斜面が凹凸であるため、６本の輪迹は、すべて空間上で曲線である。その上で、補間アルゴリズムによって、各走査周期の各車輪接地点Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒ６の標高情報を計算することができる。
Ｓ２：車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する質量中心軌跡と姿勢履歴を計算し、
Ｓ２１：地面の地質条件により決められた車輪地面の転がり摩擦係数ｆ、車速センサ７によって測定された車速ｖ、ハンドル回転角センサ９によって測定された操舵角θとアッカーマン原理に基づいて計算された各車輪の操舵角θ１、θ２、…、θ６、レンジセンサ８とスロットル開度センサ１０によって測定された各輪駆動力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐ６、ブレーキ力センサ１１によって測定されたブレーキ力と車輪の転がり摩擦力の合力Ｆ１、Ｆ２、…、Ｆ６を入力として、パッシブサスペンション車両の動力学モデルによって、車両がＳ１での車輪接地点軌跡Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔ６に従って走行する軌跡離散点
を求め、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｎは、計画されたデータ点の個数である。｛ｑ１２｝iに基づいて、車両質量中心軌跡履歴における、サスペンション特性に関連する３つの座標
を求め、ｉ＝０、１、２、…、ｎである。
Ｓ２２において、車両の走行軌跡に対して平滑化処理を行い、
前述したパッシブサスペンション車両の質量中心軌跡と姿勢履歴におけるｚＷｉ、αＷｉ、βＷｉの３つの変数に対して、起点を通る平滑化処理を行う。本実施例の平滑化処理方法は、最小二乗多項式を使用してフィッティングする。ｚＷｉの平滑化処理方法を例とし、具体的なアルゴリズムは、以下のとおりである。
与えられたデータ点（ｔｉ，ｚｗｉ）に対して、ｔｉ＝ｉ×ΔΤで、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ΔΤは、サスペンション制御の走査周期である。以下のξ次の多項式を用いてフィッティングすることができ、ここでξは、多項式の次数であり、徐々に増加することができ、初期値は１を取ることができる。
式では、ｋは、多項式の乗数であり、
ａｋは、多項式係数であり、
ξは、多項式の次数である。
この関数で、対応するデータの変化傾向を反映し、且つすべてのデータ点の残差二乗和が最も小さいことが望まれる。すなわち、
である。
フィッティングされた多項式関数が起点を通るために、上式では、［ｚｗ（ｔ０）－ｚＷ０］２を加算式から単独で取って、大きい係数Ｋ０を乗じ、データ起点の重みを大きくする。実際の応用では、設計者が期待する精度要求を達成するために、計画されたデータ点の個数に基づいて、十分に大きいＫ０を取り、フィッティングされた多項式関数をできるだけ起点に近づさせけることができる。
上式でａ０，…，ａｋに対して偏微分を求め、ａ０，…，ａｋに関するξ次連立方程式を得ることができ、クラメルの法則によりａ０，…，ａｋの値を求めることができる。
Ｓ３において、平滑化処理済みの質量中心軌跡と姿勢履歴に基づいて、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過する各サスペンションのストローク履歴ｓｉｊとサスペンション支持力履歴Ｗｉｊを計算する。
Ｓ３１において、ステップＳ２２において平滑化された車両質量中心軌跡と姿勢履歴を入力として、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過する時のパッシブサスペンションに対する各サスペンションのストローク履歴
と速度履歴
とを計算し、具体的なステップは、以下のとおりである。
（１）Ｓ２１において求められた、車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する車両座標系の６次元座標履歴｛Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ，αｉ，βｉ，γｉ｝Ｔに基づいて、
により、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ６の上下方向変位履歴を求め、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、６であり、
各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ６の上下方向速度履歴は、
であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、６であり、
（２）Ｓ２２において平滑化処理後に得られた質量中心軌跡と姿勢履歴の関数｛ＸＷ（ｔｉ），ＹＷ（ｔｉ），ＺＷ（ｔｉ），αＷ（ｔｉ），βＷ（ｔｉ），γＷ（ｔｉ）｝Ｔに基づいて、固定座標系に対する車両座標系の３つの関連座標時間履歴を逆に求め、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、
ｚ（ｔｉ）、α（ｔｉ）、β（ｔｉ）により、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ６の上下方向変位を求め、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ６の上下方向速度を求め、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
（３）パッシブサスペンションに対する各アクティブサスペンションのストローク履歴
と速度履歴
とを求め、
パッシブサスペンションに対する各アクティブサスペンションのストローク履歴は、平滑化処理後の各アクティブサスペンションにおける支持点の上下方向変位履歴ｗｉ，ｊと平滑化処理前のパッシブサスペンションにおける支持点の上下方向変位履歴
との差に等しく、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、６であり、
パッシブサスペンションに対する各アクティブサスペンションの速度履歴は、平滑化処理後の各アクティブサスペンションにおける支持点の上下方向速度履歴
と平滑化処理前のパッシブサスペンションにおける支持点の上下方向速度履歴
との差に等しく、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、６である。
Ｓ３２において、車両動力学モデルによって、アクティブサスペンションで車前地形を通過する車両の各サスペンションのストローク履歴ｓｉ，ｊと支持力履歴Ｗｉｊを計算する具体的なステップとしては、
（１）各アクティブサスペンションにおける支持点の上下方向変位履歴
と上下方向速度履歴
とを求め、
アクティブスペンション／パッシブサスペンションのストローク差履歴
と速度差履歴
とに基づいて、車両動力学モデルによって、アクティブサスペンション車両が車前地形を通過する新しい状態変数
を求め、ｉ＝０，１，２，……，ｎである。それに含まれる変位変数
を、
に代入して、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ６の上下方向変位履歴を求め、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、６であり、
ここでの速度変数
値を、
に代入して、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ６の上下方向速度履歴を求め、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、６であり、
（２）中間位置に対する各アクティブサスペンションのストローク履歴ｓｉ，ｊを求め、
タイヤの上下方向変形がアクティブサスペンションのストロークよりもはるかに小さいため、ここでタイヤの上下方向変形を一応省略し、タイヤの上下方向変形がＳ４におけるサスペンションインピーダンス制御で補償される。中間位置に対する各アクティブサスペンションのストローク履歴は、各アクティブサスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ６の上下方向変位履歴
と各車輪接地点Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒ６の上下方向変位履歴Δｉ，ｊとの差に等しく、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、６である。
（３）各アクティブサスペンションの支持力履歴Ｗｉ，ｊを求め、
車両の各アクティブサスペンションの支持力履歴は、
であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、６であり、
式では、Δｉ，ｊと
とは、それぞれ各車輪接地点Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒ６の上下方向の変位履歴と速度履歴である。
Ｓ４において、サスペンションアクチュエータに力－変位に基づくインピーダンス制御を実施する具体的な実現方法は、以下のとおりであり、
（１）サスペンションインピーダンス制御の変位制御量を求め、
現在のサスペンション支持力実測値を
とし、それは、サスペンションシリンダに取り付けられた支持力センサ１３－１、１３－２、…、１３－６により測定することができる。車輪と地面の接触力簡略化モデルに基づいて、サスペンションの所望のストローク増分δｉ，ｊを得ることができ、
、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、６であり、
式では、
であり、Ｋは、車輪と地面の接触剛性である。
各アクティブサスペンションの目標変位は、
であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、６である。
（２）全履歴における各サスペンションのストローク
に、限界ストロークを越える状況が存在するか否かを検査し、
検査式は、
であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、６であり、
式では、ｓｍｉｎは、サスペンションの下限界変位であり、
ｓｍａｘは、サスペンションの上限界変位である。
サスペンションが限界ストロークを超えれば、まず車両軌跡曲線の平滑化度を低減させ、対応する平滑化係数ξを調整し、以下の２つの状況に分けてそれぞれ処理する。
（１）平滑化係数ξが予め設定された平滑化係数限度値に達していない場合、ステップＳ２２に移行する。
（２）平滑化係数ξが平滑化係数限度値に達したが、全履歴における各サスペンションのストロークが限界ストロークを超えない条件を依然として満たすことができない場合、出現した時間順にサスペンションのストロークが限界ストロークを超える１番目のデータ点を探し、ステップＳ２で計画されたそのデータ点の番号をｉＥ（１≦ｉＥ≦ｎ）とし、ｎ＝ｉＥとし、ステップＳ２１に戻る。
以上の処理により、全履歴における各サスペンションのストロークがいずれも限界ストロークを超えないようにすることができる。
（３）アクティブサスペンションにＰＩＤ変位制御を実施し、
中間位置に対するサスペンションのストロークの実測値を
とし、それはサスペンションシリンダに取り付けられたストロークセンサ１２－１、１２－２、…、１２－６により測定することができ、前に検査された各サスペンションの目標ストローク
に基づいて、それを実測されたサスペンションのストローク
と比較し、アクティブサスペンションのストロークにＰＩＤ制御を行う。
以上述べた実施例は、本発明の好適な実施形態について説明するものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の設計精神を逸脱することなく、当業者が本発明の技術案に対して行った様々な変形及び改良は、すべて本発明の請求項によって定められた保護範囲内に入るべきである。

Claims (8)

  1. 車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法であって、
    －車両が車前地形を通過する車輪接地点軌跡と各車輪接地点の標高情報を計算するステップＳ１であって、
    慣性測定ユニット、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムによって測定された測地座標系における車両の位置座標、レーザレーダーが走査して得られた車前地形と各車輪の操舵角に基づいて、車両運動学によって、車両が車前地形を走行する時の各車輪接地点の軌跡Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｍを計算し、ｊ＝１、２、…、ｍであり、ｍは、車輪の個数であり、補間アルゴリズムによって、各車輪接地点軌跡上の各計画されたデータ点の標高情報を計算する、ステップＳ１と、
    －車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する質量中心軌跡と姿勢履歴を計算するステップＳ２であって、
    Ｓ２１において、車速、操舵角、各車輪の駆動力／ブレーキ力と車輪の地面での転がり摩擦係数に基づいて、車両の動力学モデルによって、車両がパッシブサスペンションでステップＳ１における車輪接地点軌跡Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｍに沿って走行する時の車両座標系の６次元座標履歴｛Ｘｉ Ｙｉ Ｚｉ αｉ βｉ γｉ｝Ｔ、及び車両の質量中心軌跡と姿勢履歴｛ＸＷｉ ＹＷｉ ＺＷｉ αＷｉ βＷｉ γＷｉ｝Ｔを計算し、ここで、ＸＷｉ、ＹＷｉ、ＺＷｉ、αＷｉ、βＷｉ、γＷｉは、それぞれ車両の質量中心箇所の三次元座標と三次元姿勢角であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｎは、計画されたデータ点の個数であり、
    Ｓ２２において、平滑化係数をξとし、ステップＳ２１におけるパッシブサスペンション車両の質量中心軌跡と姿勢履歴に対して、起点を通る平滑化処理を行い、質量中心軌跡と姿勢履歴の平滑化関数｛ＸＷ（ｔｉ）、ＹＷ（ｔｉ）、ＺＷ（ｔｉ）、αＷ（ｔｉ）、βＷ（ｔｉ）、γＷ（ｔｉ）｝Ｔを得る、ステップＳ２と、
    －前記平滑化処理済みの質量中心軌跡と姿勢履歴に基づいて、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過するサスペンションのストローク履歴ｓｉ，ｊスペンション支持力履歴Ｗｉｊを計算するステップＳ３であって、
    Ｓ３１において、ステップＳ２２において平滑化された車両質量中心軌跡と姿勢履歴を入力として、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過する時のパッシブサスペンションに対する各サスペンションのストローク履歴
    と速度履歴
    とを計算し、ここでｊ＝１、２、…、ｍであり、ｍが車輪の数であり、
    Ｓ３２において、ステップＳ２１と同じ車速、操舵角、各車輪の駆動力／ブレーキ力、地面の転がり摩擦係数の場合、ステップＳ３１において取得されたパッシブサスペンションに対するアクティブサスペンションのストローク履歴
    と速度履歴
    とに従って、動力学モデルによって、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過する中間位置に対する各サスペンションのストローク履歴ｓｉ，ｊと支持力履歴Ｗｉｊを計算する、ステップＳ３と、
    －車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過する時の中間位置に対するサスペンションのストローク履歴ｓｉ，ｊとサスペンション支持力履歴Ｗｉｊに従って、サスペンションアクチュエータに力－変位に基づくインピーダンス制御を実施するステップＳ４と
    を含む、ことを特徴とする車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法。
  2. 前記ステップＳ２１、Ｓ３２において、車両の動力学モデル及びその解法としては、
    地面に固定接続される固定座標系ＯＸＹＺを作成し、前記座標系は、慣性測定ユニットの基準点Ｏを座標原点とし、車両の直前をＹ軸正方向とし、車両の右側方向をＸ軸正方向とし、ＸＯＹ平面の垂直上向きの方向をＺ軸正方向とし、固定座標系における車両の位置を決定するために、車体に固定接続される車両座標系ｏｘｙｚを導入し、車両座標系は、固定座標系と初期位置で重なり、その固定座標系における位置決め座標は、それぞれＸ、Ｙ、Ｚ、α、β、γであり、
    計算速度を向上させるために、車両を剛性体と見なし、その質量をＭとし、その車両座標系における座標をＷ（ｘＷ，ｙＷ，ｚＷ）とし、車両は、ｍ個の車輪を有することに対応し、ｍ個のサスペンションを有し、アクティブサスペンションをアクチュエータとばねとダンパの並列接続に簡略化し、アクティブサスペンションの制御方法を変位制御とし、各サスペンションばねの剛性係数をそれぞれＫ Ｓ１、Ｋ Ｓ２、…、ＫＳｍとし、各サスペンションダンパの減衰係数をそれぞれＣ Ｓ１、Ｃ Ｓ２、…、ＣＳｍとし、タイヤを上下方向のばねと減衰の並列接続に簡略化し、車両の動力学特性に対するタイヤの横方向と接線方向の弾性と減衰の影響を無視し、各タイヤの上下方向のばね剛性係数をそれぞれＫＷ１、ＫＷ２、…、ＫＷｍとし、各タイヤの上下方向減衰の減衰係数をそれぞれＣＷ１、ＣＷ２、…、ＣＷｍとし、前記減衰をいずれも粘性減衰とし、前記ばねをいずれも区分的線形近似された非線形ばねとし、
    以上に構築されたのは、６つの自由度を有するアクティブサスペンション車両の動力学モデルであり、各サスペンションにおけるアクチュエータを省略すると、前記動力学モデルは、パッシブサスペンション車両の動力学モデルになり、一部のアクティブサスペンションを設計する時にサスペンションばねとダンパを設けない場合、上記アクティブサスペンション車両の動力学モデルにおけるサスペンションばねとダンパを省略すべきであり、
    ラグランジュ方程式により前記車両動力学モデルの運動微分方程式を作成し、行列で、
    として示され、
    式では、［Ｍ６×６］、［Ｃ６×６］、［Ｋ６×６］は、それぞれ質量行列、減衰行列と剛性行列であり、いずれも６×６の対称正方行列であり、｛Ｆ６｝は、トルク行列で、６×１の列行列であり、
    固定座標系における車両の変位ベクトルを
    ｛ｑ６｝＝｛Ｘ、Ｙ、Ｚ、α、β、γ｝Ｔとし、
    以上の運動微分方程式に基づいて、下記動力学行列を構築し、
    状態変数を
    とし、
    動力学行列に代入して、下記状態方程式を得、
    ここで、
    であり
    以上の状態方程式は、４次のルンゲ＝クッタ法によって解き、状態変数｛ｑ１２｝の値を得ることができる、ことを特徴とする請求項１に記載の車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法。
  3. 前記ステップＳ２１において、車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する質量中心軌跡と姿勢履歴を計算する具体的な方法は、以下のとおりであり、
    動力学モデルによって、車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する各時点｛ｑ１２｝ｉを求め、車両軌跡履歴におけるサスペンション特性に関連する３つの座標を求め、
    、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、
    上式は、α、βを微小変数とし、
    とし、車体の変形を無視することで得られる、ことを特徴とする請求項２に記載の車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法。
  4. 前記ステップＳ３１において、車両がアクティブサスペンションで車前地形を通過するパッシブサスペンションに対する各サスペンションのストローク履歴
    と速度履歴
    を計算する具体的なステップとしては、
    （１）Ｓ２１において求められた車両がパッシブサスペンションで車前地形を通過する車両座標系の６次元座標履歴｛Ｘｉ Ｙｉ Ｚｉ αｉ βｉ γｉ｝Ｔに基づいて、
    により、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向変位履歴を求め、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    式では、ｂｊは、番号がｊのサスペンションにおける支持点のｏｘｙｚ座標系でのｘ座標であり、
    Ｌｊは、番号がｊのサスペンションにおける支持点のｏｘｙｚ座標系でのｙ座標であり、
    各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向速度履歴は、
    であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    （２）Ｓ２２において平滑化処理後に得られた質量中心軌跡と姿勢履歴の関数｛ＸＷ（ｔｉ）、ＹＷ（ｔｉ）、ＺＷ（ｔｉ）、αＷ（ｔｉ）、βＷ（ｔｉ）、γＷ（ｔｉ）｝Ｔに基づいて、固定座標系に対する車両座標系の３つの関連座標の時間履歴関数を逆に求め、
    、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、
    そして、ｚ（ｔｉ）、α（ｔｉ）、β（ｔｉ）により、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向変位を求め、
    、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向速度を求め、
    、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    （３）パッシブサスペンションに対する各アクティブサスペンションのストローク履歴
    と速度履歴
    を求め、
    パッシブサスペンションに対する各アクティブサスペンションのストローク履歴は、平滑化処理後の各アクティブサスペンションにおける支持点の上下方向変位履歴Ｗｉ，ｊと平滑化処理前のパッシブサスペンションにおける支持点の上下方向変位履歴
    との差に等しく、
    、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    パッシブサスペンションに対する各アクティブサスペンションの速度履歴は、平滑化処理後の各アクティブサスペンションにおける支持点の上下方向速度履歴
    と平滑化処理前のパッシブサスペンションにおける支持点の上下方向速度履歴
    との差に等しく、
    、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法。
  5. 前記ステップＳ３２において、車両動力学モデルによって、アクティブサスペンションで車前地形を通過する車両の各サスペンションのストローク履歴ｓｉ，ｊと支持力履歴Ｗｉｊを計算する具体的なステップとしては、
    （１）各アクティブサスペンションにおける支持点の上下方向変位履歴
    と上下方向速度履歴
    とを求め、
    アクティブスペンション／パッシブサスペンションのストローク差履歴
    と速度差履歴
    とに基づいて、車両動力学モデルによって、アクティブサスペンション車両が車前地形を通過する新しい状態変数
    を求め、それに含まれる変位変数
    を、
    に代入して、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向変位履歴を求め、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    ここでの速度変数
    値を、
    に代入して、各サスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向速度履歴を求め、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    （２）中間位置に対する各アクティブサスペンションのストローク履歴ｓｉ，ｊを求め、
    タイヤの上下方向変形がアクティブサスペンションのストロークよりもはるかに小さいため、ここでタイヤの上下方向変形を一応省略し、タイヤの上下方向変形がＳ４におけるサスペンションインピーダンス制御で補償され、中間位置に対する各アクティブサスペンションのストローク履歴は、各アクティブサスペンションにおける支持点Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｍの上下方向変位履歴
    と各車輪接地点Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍの上下方向変位履歴Δｉ，ｊとの差に等しく、
    、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    （３）各アクティブサスペンションの支持力履歴Ｗｉ，ｊを求め、
    車両の各アクティブサスペンションの支持力履歴は、
    であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    式では、Δｉ，ｊと
    とは、それぞれ車輪接地点の上下方向の変位履歴と速度履歴である、ことを特徴とする請求項１に記載の車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法。
  6. 前記Ｓ４において、サスペンションアクチュエータに力－変位に基づくインピーダンス制御を実施する具体的な実現方法は、以下のとおりであり、
    （１）サスペンションインピーダンス制御の変位制御量を求め、
    現在のサスペンション支持力実測値を
    とし、
    でサスペンションの理論的な支持力と実際の支持力との差と、所望のサスペンションのストローク増分δｉ，ｊとの間の関係を発現し、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    式では、Ｍ、ＫとＣは、それぞれ目標慣性、目標剛性と目標減衰であり、それぞればね下重量の慣性特性、タイヤ接地の剛性特性と減衰特性を反映し、以上の微分方程式は、畳み込み積分方式で求めることができ、
    、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    上式における関数ｈｉ，ｊ（ｔ）は、前の式に対応する単位インパルス応答関数であり、
    上式は、ＦＦＴアルゴリズムにより求めることができ、実際の制御時、車両の各サスペンションのストローク増分δｉ，ｊの運動速度と加速度がいずれも比較的に小さく、
    と考えることができるため、車輪と地面の接触力モデルを
    に簡略化することができ、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    （２）アクティブサスペンション力－変位に基づくインピーダンス制御を行い、
    中間位置に対するサスペンションのストロークの実測値を
    とし、
    を目標ストロークとし、アクティブ外乱除去コントローラを設計し、各サスペンションアクチュエータに対する変位追従制御を実現する、ことを特徴とする請求項１に記載の車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法。
  7. 前記Ｓ４は、力－変位に基づくインピーダンス制御を実施する前に、全履歴におけるサスペンションのストローク
    に、限界ストロークを越えるストロークが存在するか否かを検査するための内容をさらに含み、
    検査式は、
    であり、ｉ＝０、１、２、…、ｎであり、ｊ＝１、２、…、ｍであり、
    式では、ｓｍｉｎは、サスペンションの下限界変位であり、
    ｓｍａｘは、サスペンションの上限界変位であり、
    あるサスペンションのストロークが限界ストロークを超えれば、まず車両軌跡曲線の平滑化度を低減させ、対応する平滑化係数ξを調整し、以下の２つの状況に分けてそれぞれ処理し、
    （１）平滑化係数ξが予め設定された平滑化係数限度値に達していない場合、ステップＳ２２に移行し、
    （２）平滑化係数ξが平滑化係数限度値に達したが、全履歴における各サスペンションのストロークが限界ストロークを超えない条件を依然として満たすことができない場合、出現した時間順にサスペンションのストロークが限界ストロークを超える１番目のデータ点を探し、ステップＳ２で計画されたそのデータ点の番号をｉＥ（１≦ｉＥ≦ｎ）とし、ｎ＝ｉＥとし、ステップＳ２１に戻り、
    以上の処理により、全履歴における各サスペンションのストロークがいずれも限界ストロークを超えないようにすることができる、ことを特徴とする請求項１に記載の車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法。
  8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法を用いる制御システムであって、
    システムは、車体とｍ個の車輪と、レーザレーダーと、慣性測定ユニットと、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムと、車輪に対応するサスペンションシリンダとその変位センサと、支持力センサとサーボコントローラセットと、車速センサと、ハンドル回転角センサと、スロットル開度センサと、ブレーキ力センサと、電気制御ユニットとを含み、ここで、レーザレーダー、慣性測定ユニット、ダブルアンテナＧＰＳ測位システム、電気制御ユニット及びサーボコントローラセットは、車体に固定され、且つレーザレーダーは、車前地形を測定するために車体の前部に取り付けられ、ダブルアンテナＧＰＳ測位システムの２つのアンテナは、空間的に一定の距離を隔てており、前記車輪は、サスペンションシリンダを介して車体の下方に接続され、変位センサと支持力センサは、サスペンションシリンダのストロークと支持力を測定するためにサスペンションシリンダに取り付けられ、ハンドル回転角センサ、スロットル開度センサ、ブレーキ力センサは、操舵角とスロットル開度とブレーキ強度を測定するために用いられ、前記電気制御ユニットは、それぞれ慣性測定ユニット、レーザレーダー、ダブルアンテナＧＰＳ測位システム、ハンドル回転角センサ、スロットル開度センサ、ブレーキ力センサ、及びサーボコントローラセットに通信接続され、サーボコントローラセットは、サスペンションシリンダの変位センサと支持力センサに通信接続される、制御システム。
JP2023517726A 2021-06-26 2022-04-07 車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法及び制御システム Active JP7456696B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110714689.4A CN113370734B (zh) 2021-06-26 2021-06-26 基于车前地形的主动悬挂惯性调控方法和控制系统
CN202110714689.4 2021-06-26
PCT/CN2022/085565 WO2022267620A1 (zh) 2021-06-26 2022-04-07 基于车前地形的主动悬挂惯性调控方法和控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023541310A true JP2023541310A (ja) 2023-09-29
JP7456696B2 JP7456696B2 (ja) 2024-03-27

Family

ID=77579369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023517726A Active JP7456696B2 (ja) 2021-06-26 2022-04-07 車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法及び制御システム

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11813915B2 (ja)
EP (1) EP4206006A4 (ja)
JP (1) JP7456696B2 (ja)
KR (1) KR20230054727A (ja)
CN (1) CN113370734B (ja)
AU (1) AU2022296361A1 (ja)
CA (1) CA3190318A1 (ja)
WO (1) WO2022267620A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113370734B (zh) 2021-06-26 2022-02-11 燕山大学 基于车前地形的主动悬挂惯性调控方法和控制系统
CN114654955B (zh) * 2022-03-15 2023-11-17 燕山大学 基于路面等级的救援车辆主动悬架控制方法及系统
CN114815601B (zh) * 2022-03-29 2023-11-07 北京理工大学 一种减少主动悬挂系统时延误差的修正自抗扰控制方法
CN116068326B (zh) * 2023-03-21 2023-06-23 中国汽车技术研究中心有限公司 车辆电磁抗扰度天线控制方法、设备和存储介质
CN117521229B (zh) * 2023-12-27 2024-03-19 石家庄铁道大学 一种路面位移响应检测方法、系统及存储介质

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02169316A (ja) * 1988-12-21 1990-06-29 Mazda Motor Corp 車両のサスペンション装置
US7313467B2 (en) 2000-09-08 2007-12-25 Automotive Technologies International Inc. System and method for in-vehicle communications
US7350787B2 (en) 2001-04-03 2008-04-01 Voss Darrell W Vehicles and methods using center of gravity and mass shift control system
JP2005178531A (ja) 2003-12-18 2005-07-07 Nissan Motor Co Ltd 路面形状検出装置及び路面形状検出方法
CN2707546Y (zh) * 2004-04-16 2005-07-06 江苏大学 一种馈能型半主动悬架
US7826948B2 (en) * 2004-10-15 2010-11-02 Ford Global Technologies Vehicle loading based vehicle dynamic and safety related characteristic adjusting system
US8285447B2 (en) 2007-03-20 2012-10-09 Enpulz, L.L.C. Look ahead vehicle suspension system
JP5675281B2 (ja) 2010-11-08 2015-02-25 三菱重工業株式会社 車両
CN203902200U (zh) * 2014-06-18 2014-10-29 吉林大学 一种可变刚度与阻尼的汽车馈能主动悬架系统
CA2962801C (en) 2014-09-29 2021-08-24 Soucy International Inc. Track system having low vibrations
EP3500940A4 (en) * 2016-08-22 2020-03-18 Peloton Technology, Inc. AUTOMATED CONNECTED VEHICLE CONTROL SYSTEM ARCHITECTURE
US10486485B1 (en) * 2017-04-19 2019-11-26 Zoox, Inc. Perception based suspension control
CN108189637A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 燕山大学 一种应急救援车辆主动悬挂作动器控制量的数据融合方法
US11130382B2 (en) * 2018-04-07 2021-09-28 Nimbus AV Limited Liability Company Vehicle and methods for improving stability and occupant comfort
CN110920605B (zh) * 2018-08-31 2021-05-14 华为技术有限公司 一种车辆控制方法及设备
CN109109601A (zh) * 2018-09-10 2019-01-01 燕山大学 基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制系统及控制方法
DE102018008233A1 (de) * 2018-10-18 2019-04-11 Daimler Ag Verfahren zur Ausrichtung eines Sichtkegels eines LIDAR Sensors an einem Fahrzeug
EP3867088A4 (en) * 2018-10-19 2022-07-20 Clearmotion, Inc. METHOD AND APPARATUS FOR ADDRESSING ROAD SURFACE ASPERITIES
CN110789288A (zh) * 2019-10-29 2020-02-14 燕山大学 一种主被动可切换的悬架控制系统及方法
CN110877509B (zh) * 2019-12-11 2021-04-30 西安科技大学 一种基于改进型果蝇算法的主动悬架视觉预瞄控制方法
CN111169247B (zh) * 2020-01-18 2021-07-30 燕山大学 一种基于命令滤波的车辆主动悬架协调抗饱和控制方法
CN111780981B (zh) * 2020-05-21 2022-02-18 东南大学 一种智能车辆编队变道性能测评方法
CN112092563A (zh) * 2020-09-11 2020-12-18 广州小鹏汽车科技有限公司 车辆的控制方法、控制装置、车载终端和车辆
CN113370734B (zh) * 2021-06-26 2022-02-11 燕山大学 基于车前地形的主动悬挂惯性调控方法和控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CA3190318A1 (en) 2022-12-29
US20230286347A1 (en) 2023-09-14
KR20230054727A (ko) 2023-04-25
JP7456696B2 (ja) 2024-03-27
EP4206006A4 (en) 2024-04-24
CN113370734B (zh) 2022-02-11
AU2022296361A1 (en) 2023-05-04
CN113370734A (zh) 2021-09-10
WO2022267620A1 (zh) 2022-12-29
EP4206006A1 (en) 2023-07-05
US11813915B2 (en) 2023-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7456696B2 (ja) 車前地形に基づくアクティブサスペンション慣性制御方法及び制御システム
KR102366200B1 (ko) 액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼 및 제어 방법
Williams et al. Active suspension control to improve vehicle ride and handling
Wang et al. Nonlinear predictive sliding mode control for active suspension system
WO2022267621A1 (zh) 基于车轮支持力的车辆主动悬挂惯性调控方法及控制系统
Samsuria et al. Enhanced sliding mode control for a nonlinear active suspension full car model
CN114700955B (zh) 双轮腿-臂机器人全身运动规划与控制方法
Krid et al. Design of an active device for controlling lateral stability of fast mobile robot
Yu et al. Advances in Active Suspension Systems for Road Vehicles
TR2023006173T2 (tr) Araç önü arazi̇si̇ne bağli olan akti̇f süspansi̇yon atalet düzenleme yöntemi̇ ve kontrol si̇stemi̇
Ukamnal et al. Design of Trailing Arm Suspension
Kim et al. Automated vehicle dynamic analysis with flexible components
Yin et al. Attitude Control of an All-Wheel-Drive Rover with Integrated Active Suspension System
Wu et al. Attitude Tracking Control of All-Terrain Vehicle with Tandem Active–Passive Suspension
Duan et al. Balancing Control of Wheeled-Legged Hexapedal Robots for Traversing Rough Terrains
Zhou et al. Turn-on/off control with dynamic significance of active suspension based on energy dissipation principle for manned lunar rover under low gravity and rough terrain conditions
CN114953886A (zh) 一种载人月球车悬架状态计算方法及系统
CN116749697A (zh) 非道路多轴车辆的车高车姿与车轮支反力耦合控制方法
CN117863799A (zh) 多轴车辆极端地形穿越中的主动悬架控制方法
Ayalew et al. Minimum Jerk Traction Control of a Wheeled Mobile Robot Moving Over a Hump
Rodic et al. The neural compensator for advance vehicle controller

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230315

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240202

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240213

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240307

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7456696

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150