JP2653197B2 - 車両のローリング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は横加速度入力時における車両のローリング、
特に過渡的なロール応答を制御する装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 車両は車輪を、ショックアブソーバ付の振動減衰型サ
スペンション装置や、ストローク制御型の油圧アクティ
ブサスペンション装置で懸架するため、横加速度入力時
に車体のローリングを生ずる。

前者のサスペンション装置により車輪を懸架した車両
につきロール応答を説明すると、横加速度入力に対する
ローリング運動の運動方程式は近似的に次式で表される
ことが知られている。

I_X＝−Ｃ_φ−Ｋ_φφ＋（H_g−H_s）M_sα ……（１） ところで、上記のロール減衰率Ｃ_φは前後輪ショック
アブソーバのストロークに関する減衰率を夫々C_SAF,C
_SARとし、前後トレッドを夫々T_F,T_Rとすると、 で表される。一方、（１）式に基き横加速度αに対する
ロール角φの伝達特性を、微分演算子Ｓを用いて表す
と、次式のようになる。

（２），（３）式から明らかなように、ショックアブソ
ーバの減衰率C_SAF,C_SARはローリング運動に関しては、
減衰特性Ｃ_φ，ξのみに影響を及ぼすのであるが、ショ
ックアブソーバはその他に不整地走行時や制駆動時に発
生する車体の上下運動やピッチング運動を制振し、良好
な乗心地にするという別の役割も分担する。

そこで一般の乗用車においては、前者のローリング運
動に対する減衰効果と、後者の乗心地確保のための制振
効果とをバランス良くまとめられるようにショックアブ
ソーバの減衰率C_SAF,C_SARを決定する。この場合、ロー
リング運動の減衰係数ξは0.3近辺の値になる。

ところで、このようにξ＝0.3の車両においては、第
５図（ａ）に示す如きステップ状の操舵角を与えて同図
（ｂ）に示す横加速度が発生した場合につき述べると、
同図（ｄ）に示すξ＝0.3に対応したロール減衰率Ｃ_φ
＝33.0kgf・ｍ・ｓに応じ同図（ｃ）中（イ）で示すよ
うなローリングを発生する。この過渡特性（イ）から明
らかなように、発生するロール角が一旦オーバーシュー
トし、その後アンダーシュートする振動的な変化を繰返
して最終的な操舵角に対応したロール角に落ちつくこと
となり、前記したショックアブソーバの減衰率ではロー
リング運動の減衰特性が良くない。

この問題を解決するため従来、特開昭58−30815号、
特開昭58−30818号公報、特開昭58−116214号公報、特
開昭58−167210号公報に記載の如く、各種の方法で旋回
状態を検出し、ローリング発生時はショックアブソーバ
減衰率を高くする技術が提案された。

（発明が解決しようとする課題） この場合、上記の問題解決に当ってはローリング運動
の減衰係数ξを0.7程度になるようショックアブソーバ
の減衰率を決定するのが良いと言われている。しかし
て、第５図（ｄ）に示す如くξ＝0.7にしてロール減衰
率Ｃ_φをＣ_φ＝77.0kgf・ｍ・ｓとした場合、ロール応
答が第５図（ｃ）中（ロ）で示す如きものとなり、ロー
リング運動の減衰特性は改善されるものの、ロール角の
発生遅れが顕著となる。この場合、特にスラローム走行
のように反転操舵を繰返す走行中、ロールの位相遅れが
大きくて操舵フィーリングの悪化を招く。

本発明は、横加速度に対するロール角の発生状況が常
時狙った通りのものとなるよう逐一サスペンション装置
を制御して上記いずれの問題をも解消するようになすこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） この目的のため本発明は第１図に概念を示す如く、 減衰率を制御可能なショックアブソーバを具えるサス
ペンション装置により車輪を懸架した車両において、 車体に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段
と、 車体のロール角を検出するロール角検出手段と、 車体のロールレートを検出するロールレート検出手段
と、 これら手段により検出した横加速度、ロール角及びロ
ールレートから、実用上問題となるロール角のオーバー
シュートを生じない範囲で運転者が望む高応答を実現可
能な、狙いとする横加速度−ロール角伝達特性に対応し
た規範モデルに基づき、前記横加速度のもとで前記狙い
とする横加速度−ロール角伝達特性を達成可能な目標ロ
ーリングモーメントを演算する目標ローリングモーメン
ト演算手段と、 この目標ローリングモーメントを、前記検出したロー
ルレートで除算することにより、前記横加速度のもとで
前記狙いとする横加速度−ロール角伝達特性を達成可能
な理想的ロール減衰率を求めるロール減衰率決定手段
と、 この理想的ロール減衰率となるよう前記ショックアブ
ソーバの減衰率を制御するショックアブソーバ減衰率制
御手段とを設けて構成したものである。

（作 用） 本発明のローリング制御装置においては、目標ローリ
ングモーメント演算手段が横加速度検出手段による検出
値、ロール角検出手段による検出値、及びロールレート
検出手段による検出値から、実用上問題となるロール角
のオーバーシュートを生じない範囲で運転者が望む高応
答を実現可能な、狙いとする横加速度−ロール角伝達特
性に対応した規範モデルに基づき、現在の横加速度のも
とで上記狙いとする横加速度−ロール角伝達特性を達成
可能な目標ローリングモーメントを演算する。

一方、ロール減衰率決定手段はこの目標ローリングモ
ーメントを、前記検出したロールレートで除算すること
により、現在の横加速度のもとで上記狙いとする横加速
度−ロール角伝達特性を達成可能な理想的ロール減衰率
を求め、 他方でショックアブソーバ減衰率制御手段は、この理
想的ロール減衰率となるようショックアブソーバの減衰
率を制御する。

よって、実用上問題となるロール角のオーバーシュー
トを生じない範囲で運転者が望む高応答な、上記狙いと
する横加速度−ロール角伝達特性が常時に達せされるよ
うショックアブソーバの減衰率が逐一過渡制御されるこ
ととなり、 結果として、横加速度に対しロール角が実用上問題と
なるように大きく定常値からオーバーシュートすること
がなく、これがため当該オーバーシュートの反動で生ず
るロール角のアンダーシュートも問題になるような態様
で発生することがなくなり、ローリング運動の減衰特性
を常時確実に改善し得るし、 加えて、狙いとする横加速度−ロール角伝達特性が上
記のオーバーシュートを生じない範囲で運転者が望む高
応答なものであることから、横加速度に対してロール角
の発生が運転者の要望から外れた遅れを生ずることもな
く、操舵フィーリングの改善も実現し得る。

これがため、ローリング運動のハンチング防止と、ロ
ール応答の改善との、相反する要求を同時に満足させ得
る車両のローリング制御が実現可能である。

しかも本発明によれば上記した通り、前記狙いとする
横加速度−ロール角伝達特性を達成するための理想的な
ロール減衰率を求めるに際し、目標ローリングモーメン
トを検出ロールレートで除算して当該目標ロール減衰率
を算出することとしたから、 且つ、これら目標ローリングモーメントおよび検出ロ
ールレートのうち、前者の目標ローリングモーメントを
前述したような演算により求め得ると共に、後者の検出
ロールレートもロール角の微分により求め得ることとも
相俟って、 実質上前述のごとく、横加速度検出手段とロール各検
出手段を付加するのみで上記した車両ローリング運動の
過渡応答改善効果を奏しさせることができ、簡単、且
つ、安価な構成で所期の目的を達成することができる。

加えて本発明の構成によれば、同様の理由から前記狙
いとする横加速度−ロール各伝達特性を達成するための
目標ロール減衰率がフィードフォワード型式に求められ
ることとなり、これを、極く普通のショックアブソーバ
の減衰力制御に資するだけで、横加速度入力に対して狙
った通りに車両ローリング運動の過渡応答を実現させる
ことができる。

かかるローリング運動の過渡応答のためには従来、動
力源が必要で大がかりなシステムとなる油圧式アクティ
ブサスペンションが必須であったが、本発明によればこ
れによるほぼ同等なローリング運動の過渡応答を、極く
一般的な減衰力制御式サスペンションにおいて実現させ
ることもでき、コスト上は勿論、重量的にも大いに有利
である。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基き詳細に説明する。

第２図は本発明ローリング制御装置の原理を示し、10
はローリング制御すべき車両である。ただしここで車両
10は、ショックアブソーバ、懸架ばね、スタビライザ等
を持たない型式のサスペンション装置で車両を懸隔し、
ショックアブソーバの減衰率に代え、サスペンション装
置内のアクチュエータによりローリングモーメントを変
更制御可能とした車両と仮定する。車両10は図示の如く
横加速度αを入力される時ロール角φ及びロールレート
を発生する。これらφ，を制御出力 （Ｔは転置行列）とすると、車両のローリングに関する
状態方程式は次式で表される。

ここで、横加速度αに対する所望のロール応答を得る
ための横加速度−ロール角伝達特性（規範モデル）を で表す。一方制御入力ｕは第２図において で表され、（４），（６）式より の状態フィードバックが施された第２図のシステム全体
の状態方程式は次のようになる。

他方、車両のロール応答を前記した規範モデルに一致さ
せる条件、即ち を満足するための条件は（５），（７）式より である。

ここで、規範モデルとして物理的なローリング運動モ
デルを考え、（５）式の を次式のように与える。

このように を与えた場合の横加速度（α）−目標ロール角（φ_ｍ）
伝達特性は となり、I_xm,C_φｍ,K_φｍの与え方により固有振動数
ω_m,減衰係数ξ_ｍ及び定常ゲインg_mを任意に設定するこ
とができる。又、（８），（９）式より第２図の制御ゲ
イン として が得られ、この（10）式を（６）式に代入して、車両の
ロール応答を規範モデルに一致させるための制御入力ｕ
は次式により求まる。

この（11）式から明らかなように制御入力ｕはロールレ
ート，ロール角φ及び横加速度αから上記（11）によ
り求め得るローリングモーメントであり、このローリン
グモーメントが得られるよう車両10のサスペンション装
置内におけるアクチュエータを制御することにより、前
記規範モデルで与えた特性通りのロール応答を実現する
ことができる。よって、ロール角を過渡時を含めて常
時、横加速度に見合ったものになし得ることとなり、ロ
ーリング運動の減衰特性が悪くなったり、ロール角の発
生遅れが大きくなって操舵フィーリングが悪くなるのを
防止することができる。

第３図は左右前輪のショクアブソーバ21L,21R及び左
右後輪のショックアブソーバ22L,22Rにより各車輪を懸
架した車両のローリングを、前述の原理に基づき、ショ
ックアブソーバのショックアブソーバ制御部23による減
衰率変更で制御するようにした例を示す。本例では、車
体の重心点近傍に横加速度24を設けると共に、左右前輪
に関連してストロークセンサ25,26を設ける。センサ24
は車体に作用する横加速度α_ｓを検出する。この検出横
加速度α_Ｓは真の横加速度αの他に、車体傾斜にともな
う重力ｇによる成分ｇ・φ、及びロール角加速度に比
例した成分 （H_g−H_s）をも含み、 α_ｓ＝α＋ｇ・φ＋（H_g−H_s） で表される。従って、上式右辺第２項及び第３項はノイ
ズであり、これらをノイズ除去器27で除去して真の横加
速度（α）信号のみをA/Dコンバータ28に供給する。

なおノイズ除去器27は特開昭60−143841号公報に示さ
れた如きフィルターを可とするが、検出横加速度α_ｓを
ディジタル変換後、ディジタルフィルターを用いてノイ
ズ成分を除去しても良いことは言うまでもない。センサ
25,26は夫々左右前輪のストロークx_LH,x_RHを検出し、出
力信号をA/Dコンバータ28に供給する。

A/Dコンバータ28は入力信号をディジタル信号に変換
してマイクロコンピュータ29に供給する。このマイクロ
コンピュータは入力情報を基にショックアブソーバ制御
部23を介しショックアブソーバ21L,21R,22L,22Rの減衰
率を制御するもので、便宜上機能ブロックに分けて示す
と、ロール角計算部30、微分器31、目標ローリングモー
メント計算部32及びロール減衰率決定部33により構成す
る。ロール角計算部30は左右前輪ストロークx_LH,x_RHか
ら詳しくは後述する演算により車体のロール角φを求
め、微分器31はロール角φから後述するようにしてロー
ルレートを求める。目標ローリングモーメント計算部
32はこれらロール角φ、ロールレート及び横加速度α
から詳しくは後述するようにして、車両のロール応答を
目標とすべき規範モデルに一致させるための目標ローリ
ングモーメントｕ′を演算する。

ロール減衰率計算部33はこの目標ローリングモーメン
トｕ′及びロールレートから目標ロール減衰率Ｃ_φを
決定するもので、理想的ロール減衰率計算部33aと、ロ
ール減衰率制限器33bとにより構成する。理想的ロール
減衰率計算部32aは理想的ロール減衰率Ｃ_φを により計算し、この理想的ロール減衰率_φを制限器33
bで上限Ｃ_φmax及び下限Ｃ_φmin間に制限して目標ロー
ル減衰率Ｃ_φとなす。ショックアブソーバ制御部23はこ
の目標減衰率Ｃ_φが得られるようにショックアブソーバ
21L,21R,22L,22Rの減衰率を個々に制御する。

上記の各機能ブロックはマイクロコンピュータの第４
図に示す制御プログラムとして構成する。このプログラ
ムは一定時間Δｔ毎のタイマ割込みにより実行され、先
ずステップ41で横加速度（α）信号、及び左右前輪スト
ローク（X_LH,X_RH）信号をディジタル信号に変換し、次
のステップ42でX_LH,X_RHを用いてロール角φを計算す
る。この計算は、線形近似が成り立つという仮定のもと
で次式によりロール角φを算出する。

φ＝（X_LH,X_RH）/T_F ……（12） （T_F:前輪トレッド） 次にステップ43で、今回のロール角φと前回のロール
角φ_-1との差を本プログラムの制御周期Δｔで除算して
ロールレートを求め、ステップ44では、実用上問題と
なるロール角のオーバーシュートを生じない範囲で運転
者が望む高応答を実現可能な、狙いとする横加速度−ロ
ール角伝達特性に対応した規範モデルで与えられるロー
ル応答を得るための目標ローリングモーメントｕ′を計
算する。この際基本的には横加速度α、ロール角φ及び
ロールレートを用いて前記（11）式の演算により目標
ローリングモーメントｕ′を求めるが、本例ではショッ
クアブソーバの減衰率を制御して狙いとするロール応答
を得ることから、定常ロール角ゲインが制御不能なた
め、（９）式の規範モデルにおける定数I_xm,C_φｍ,K
_φｍのうちＫ_φｍは車両自体のロール剛性Ｋ_φと同じ
（Ｋ_φｍ＝Ｋ_φ）に設定する必要があり、更にショック
アブソーバで発生すべき目標ローリングモーメントｕ′
はトータルのローリングモーメントからサスペンション
スプリング及びスタビライザ等で発生するローリングモ
ーメントを差引いた値でなければならない。従って、ス
テップ44における目標ローリングモーメントｕ′の演算
は ｕ′＝Ｃ_φｍ（I_x/I_xm）＋Ｋ_φ（I_x/I_xm）φ ＋（H_g−H_s）M_s（１−1_x/I_xm）α−Ｋ_φφ ＝Ｃ_φｍ（I_x/I_xm）＋Ｋ_φ（I_x/I_xm−１）φ ＋（H_g−H_s）M_s（１−1_x/I_xm）α ……（13） により行う。

ステップ45では、ロールレート絶対値｜｜が微小設
定値以上か未満かをチェックする。このチエックは、理
想的なロール減衰率_φが前記したように で求まり、ロールレートが０又は極めて小さい場合
_φが無限大又は極端に大きな値となって実際のコンピュ
ータでは計算不能になったり、オーバーフローを起こす
可能性があるために必要であり、このためステップ45で
φが極めて小さいと判別する場合、ステップ46で目標ロ
ール減衰率Ｃ_φを不都合が生じない範囲で大きな所定値
にセットする。なおＣ_φは、この代わりに乗心地制御用
のプログラムを走らせて決定してもよい。ステップ45で
が上記の問題を生じないものであると判別する時、ス
テップ47で理想的なロール減衰率_φを により演算する。しかして_φは負値をとったり、実際
のショックアブソーバの減衰率制御範囲を越える場合が
あるので、次のステップ48では_φを無条件に目標ロー
ル減衰率Ｃ_φとせず、Ｃ_φの下限値及び上限値を夫々第
３図中制限器33bにつき前述したようにＣ_φmin及びＣ
_φmaxに抑える。

ステップ49では、ステップ46又は48で決定した目標ロ
ール減衰率Ｃ_φを第３図に示すショックアブソーバ制御
部23に出力する。この制御部は目標ロール減衰率Ｃ_φが
得られるようショックアブソーバ21L,21R,22L,22Rの減
衰率を制御する。よって、ステップ44で演算した目標ロ
ーリングモーメントｕ′が得られることとなり、与えら
れた横加速度−ロール角伝達特性が狙いとする通りのロ
ール角を生じさせることができる。例えば第５図の舵取
操作態様につき述べると、上記の伝達特性に照らしてロ
ール減衰率Ｃ_φは第５図（ｄ）に（ニ）で示す如くに逐
一変化され（第６図に示す如く11段階の切換えポジショ
ンを10msecで切換えて狙ったロール減衰率Ｃ_φを達成す
るものとする）、第５図（ｃ）に（ハ）で示す如くにロ
ール角を発生させるとができる。（ハ）特性と、（イ）
及び（ロ）特性との比較から明らかなように本例では、
横加速度に対するロール応答の速かな減衰（収斂性）
と、ロールの速かな発生とを両立させることができる。

なお、上述の例では、左右前輪ストロークセンサ25,2
6からの情報に基きロール角及びロールレートを演算す
る構成としたが、車両の左右対称に夫々配した超音波車
高センサからの情報に基き演算してもよい。又、ロール
レートについてはこれをレートジャイロにより直接検出
したり、ストロークセンサ25,26と並列に設置された一
対の線速度センサを用いて検出したり、或いは横加速度
及びロール角情報よりオブザーバ又はカルマンフィルタ
を用いてロールレートを推定することもできる。

又上述の例ではショックアブソーバ式サスペンション
装置に対し本発明を適用したが、油圧アクティブサスペ
ンション装置に対しても本発明は同様に適用でき、この
場合上記したロールの過渡応答だけでなく、定常ロール
角の制御も可能であることは言うまでもない。

（発明の効果） かくして本発明のローリング制御装置は、例えば前記
実施例のような構成にして、 横加速度検出値、ロール角検出値、及びロールレート
検出値から、実用上問題となるロール角のオーバーシュ
ートを生じない範囲で運転者が望む高応答を実現可能
な、狙いとする横加速度−ロール角伝達特性に対応した
規範モデルに基づき、現在の横加速度のもので上記狙い
とする横加速度−ロール角伝達特性を達成可能な目標ロ
ーリングモーメントを演算し、 この目標ローリングモーメント、ロールレート検出値
で除算することにより、現在の横加速度のもとで上記狙
いとする横加速度−ロール角伝達特性を達成可能な理想
的ロール減衰率を求め、 この理想的ロール減衰率となるようショックアブソー
バの減衰率を制御する構成にしたから、 実用上問題となるロール角のオーバーシュートを生じ
ない範囲で運転者が望む高応答な、狙いとする横加速度
−ロール角伝達特性が常時に達成されるようショックア
ブソーバの減衰率が逐一過渡制御されることとなる。

従って、横加速度に対しロール角が実用上問題となる
ように大きく定常値からオーバーシュートすることがな
く、これがため当該オーバーシュートの反動で生ずるロ
ール角のアンダーシュートも問題になるような態様で発
生するようなことがなくなり、ローリング運動の減衰特
性を常時確実に改善し得るし、 加えて、狙いとする横加速度−ロール角伝達特性が上
記のオーバーシュートを生じない範囲で運転者が望む高
応答なものであることから、横加速度に対してロール角
の発生が運転者の要望から外れた遅れを生ずることもな
く、操舵フィーリングの改善も実現し得る。

以上により本発明のローリング制御装置によれば、ロ
ーリング運動のハンチング防止と、ロール応答の改善と
の、相反する要求を同時に満足させ得る車両のローリン
グ制御が実現可能である。

しかも本発明によれば上記した通り、前記狙いとする
横加速度−ロール角伝達特性を達成するための理想的な
ロール減衰率を求めるに際し、目標ローリングモーメン
トを検出ロールレートで除算して当該目標ロール減衰率
を算出することとしたから、 且つ、これら目標ローリングモーメントおよび検出ロ
ールレートのうち、前者の目標ローリングモーメントを
前述したような演算により求め得ると共に、後者の検出
ロールレートもロール角の微分により求め得ることとも
相俟って、 実質上前述のごとく、横加速度検出手段とロール角検
出手段を付加するのみで上記した車両ローリング運動の
過渡応答改善効果を奏しさせることができ、簡単、且
つ、安価な構成で所期の目的を達成することができる。

加えて本発明の構成によれば、同様の理由から前記狙
いとする横加速度−ロール角伝達特性を達成するための
目標ロール減衰率がフィードフォワード型式に求められ
ることとなり、これを、極く普通のショックアブソーバ
の減衰力制御に資するだけで、横加速度入力に対して狙
った通りに車両ローリング運動の過渡応答を実現させる
ことができる。

かかるローリング運動の過渡応答のためには従来、動
力源が必要で大がかりなシステムとなる油圧式アクティ
ブサスペンションが必須であったが、本発明によればこ
れによるとほぼ同等なローリング運動の過渡応答を、極
く一般的な減衰力制御式サスペンションにおいて実現さ
せることができ、コスト上は勿論、重量的にも大いに有
利である。

また、目標ローリングモーメントの演算に際しロール
角及びロールレートを用いることから、これらロール角
及びロールレートをフィードバックすることとなり、路
面不整や外乱によって発生するロールを抑制する効果も
期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ローリング制御装置の概念図、 第２図は本発明装置の一実施例を示す原理図、 第３図は本発明の他の例を示す機能ブロック線図、 第４図は同例におけるマイクロコンピュータの制御プロ
グラムを示すロフーチャート、 第５図は同例装置の動作タイムチャートと従来装置の動
作タイムチャートとを比較して示すシミュレーション
図、 第６図は与えるべきロール減衰率と切換ポジションとの
関係線図である。 10……車両 21L,21R,22L,22R……ショックアブソーバ 23……ショックアブソーバ制御部 24……横加速度センサ 25,26……左右前輪ストロークセンサ 27……ノイズ除去器、28……A/Dコンバータ 29……マイクロコンピュータ 30……ロール角計算部、31……微分器 32……目標ローリングモーメント計算部 33……ロール減衰率決定部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】減衰率を制御可能なショックアブソーバを
   具えるサスペンション装置により車輪を懸架した車両に
   おいて、 車体に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段
   と、 車体のロール角を検出するロール角検出手段と、 車体のロールレートを検出するロールレート検出手段
   と、 これら手段により検出した横加速度、ロール角及びロー
   ルレートから、実用上問題となるロール角のオーバーシ
   ュートを生じない範囲で運転者が望む高応答を実現可能
   な、狙いとする横加速度−ロール角伝達特性に対応した
   規範モデルに基づき、前記横加速度のもとで前記狙いと
   する横加速度−ロール角伝達特性を達成可能な目標ロー
   リングモーメントを演算する目標ローリングモーメント
   演算手段と、 この目標ローリングモーメントを、前記検出したロール
   レートで除算することにより、前記横加速度のもとで前
   記狙いとする横加速度−ロール角伝達特性を達成可能な
   理想的ロール減衰率を求めるロール減衰率決定手段と、 この理想的ロール減衰率となるよう前記ショックアブソ
   ーバの減衰率を制御するショックアブソーバ減衰率制御
   手段とを具備してなることを特徴とする車両のローリン
   グ制御装置。