JP2685457B2 - 自動車の適応サスペンション制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車の乗り心地向上に好適な自動車の適応
サスペンシヨン制御装置に関する。 〔従来の技術〕 従来のサスペンシヨン制御装置は、「自動車技術」第
40巻第１号（1986）に記載のように、車高，車速，加速
度，操舵角，アクセル速度，ブレーキ状態，路面状況等
の情報よりサスペンシヨンをソフト，ノーマル，ハード
等の２あるいは３段階の制御を行なうものであつた。し
かし、このような従来例では車高変化や乗員・荷物重量
変動に伴なう自動車の重量・慣性モーメント変動やサス
ペンシヨン系の非線形特性や経年変化による特性変化等
については十分な考慮が払われていなかつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、自動車の固有振動特性変化に対する
適応や、車高制御とばね定数制御・減衰力制御との協調
の点について配慮がされておらず、乗り心地が悪いとい
う問題があつた。 本発明の目的は、車高変化や乗員・荷物重量変動やサ
スペンシヨン系の非線形特性や経年変化に伴なう自動車
の固有振動特性変化に適応したサスペンシヨン制御方式
を提供することにより、乗り心地の悪化を防ぐことにあ
る。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、（１）自動車の固有振動特性、すなわ
ち、ばね上質量、ピツチやロールの慣性モーメント、ば
ねやダンパの特性を推定し、（２）推定値に基づき、路
面の凹凸等の上下方向の変化、路面の前後傾斜、路面の
左右傾斜を表す路高に対する車高、ピツチ、ロールおよ
びその数回の時間微分に対する伝達関数を補正し、
（３）補正に基づく自動車のばねの上運動モデルと路高
スペクトルの推定値よりばね上運動を予測し、この予測
に基づきサスペンシヨン特性の切り換えを行なうことに
より、達成される。 〔作用〕 自動車の固有振動特性の推定手段および、路高スペク
トルの推定手段により、自動車の走行環境および自動車
の運動特性をより正確に知ることができる。路高スペク
トルの推定手段では、路面の上下方向の変化、路面の前
後左右傾斜の推定スペクトルである路高スペクトルを推
定する。それによつて、乗り心地向上あるいは劣化防止
となる適応的なサスペンシヨン制御が可能となる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第1,2図により説明する。
対象自動車は空気ばねによりばね定数をｌ段、ダンパに
より減衰力をｍ段切り換え可能である。この各サスペン
シヨン状態に対するばね定数、減衰係数のノミナル値
を、 K₁,…,K_l C₁,…,C_m で表わす。 第１図は実施例の説明図である。構成は、センサ1,
2、マイクロコンピユータ5,アクチユエータ６よりな
る。各要素の機能は以下である。各車輪部のダンパスト
ローク位置の計測センサ１の出力であるストローク位置
データ11および、車体の上下、ピツチ、ロール運動の計
測センサ２の出力である車体運動データ12をマイクロコ
ンピユータ５が取り込み、最適なサスペンシヨン状態を
求め、目的サスペンシヨン状態データ15を出力する。目
標サスペンシヨン状態となるように、各車輪のサスペン
シヨンのアクチユエータ６は作動する。 以上ではマイクロコンピユータ５の行なう計算処理に
ついて説明する。第１図に、処理機能のブロツク図を示
し、第２図にソフト処理のフローチヤート図を示す。 本実施例では例えば第２図の処理を１秒毎に１度行な
う。 路高スペクトル推定部21（第２図,211〜213）では、
ダンパピストンの平衡位置からの変位データ11および減
衰係数やばね定数の推定値データ33より、ばね上にサス
ペンシヨンより加えられる上下方向の力の変動分DF,ピ
ツチトルクの変動分DI_p、ロールトルクの変動分DI_rを以
下で求める。 DF＝−K_f（z_fl＋z_fl）−k_r（z_rl＋z_rr） −c_f（_fl＋_fr）−c_r（_rl＋_rr） DI_p＝l_s｛k_f（z_fl−z_fr）＋k_r（z_rl−z_rr） c_f（_fl−_fr）＋c_r（_rl−_rr）｝ DI_j＝l_fk_f（−z_fl＋z_fr）＋l_rCr（−z_rl＋z_rr） ＋l_fc_f（−_fl＋_fr）＋l_rc_r（−_rl＋_rr） ここに、ｚはダンパピストンの平衡位置からの変位
（添字のfe,fr,rl,rrは各々、左前輪、右前輪、左後
輪、右後輪を示す）、k,cは推定ばね定数と推定減衰係
数（添字のf,rは各々、前輪、後輪を示す）、l_sは前後
輪部トレツドの平均の1/2、l_fはばね上重心より前輪軸
までの前後方向の距離、l_rはばね上重心より後輪軸まで
の前後方向の距離である。上式のはｚの時間微分を表
わしており、ｚのサンプリング値より一時近似で求める
ものである。 この変動分DF,DI_p,DI_rの一秒間のデータを３セツト個
別に、離散フーリエ変換し、1,2,3,4,8,16Hzのパワース
ペクトル、 PSZ₁,PSZ₂,…,PSZ₁₆（DF関連） PSP₁,PSP₂,…,PSP₁₆（DI_p関連） PSR₁,PSR₂,…,PSR₁₆（DI_r関連） を求め、これを路面の上下変動、路面の前後傾斜路面の
左右傾斜の推定スペクトル31とする。 ばね上の質量・慣性モーメントの推定部22（第２図,2
21〜224）では、自動車始動時あるいは、ドアの開閉後
のダンパピストンの平衡位置からの変位データ11の１秒
間分のＮ個のサンプリングの平均 を求め、ばね定数の推定値k_f,k_rより、ばね上の質量変
化分DM、ピツチモーメント変化分DI_p,ロールモーメント
変化分DI_rを、 DM＝［−k_f（_fl＋_fr）−k_r（_rl＋_rr）］/g DI_p＝−l_fk_f（_fl＋_fr）−l_rk_r（_rl＋_rr）/g DI_r＝−l_s［k_f（_fl＋_fr）＋k_r（_rl＋_rr）］/g で求める。ここに、ｇは重力の加速度である。 最適サスペンシヨン状態の選択部25（第２図,251〜25
3）では、以下の手順で目標サスペンシヨン状態を求
め、操作指令を出す。標準自動車状態（質量M⁰、ピツチ
モーメントI_p、ロールモーメントI⁰ _r,サスペンシヨン状
態のノミナル値、k⁰ _s,c_t,s＝1,…l,t＝1,…,m）におけ
る、路高−バランス、路面の前後傾斜−ピツチ運動、路
面の左右傾斜−ロール運動の伝達関数のゲインデータ、 および、その時の質量、慣性モーメント、ばね定数、
減衰係数の変化に対する伝達関数のゲイン変動（感度）
データ はメモリにストアされている。上記における添字1,2,3,
4,8,16は、該当諸量の各1,2,3,4,8,16Hzにおける値を示
し、1,2Hzに関しては速度・角速度、3,4Hzに関しては加
速度・角加速度、8,16Hzに関しては加速度の微分であっ
て、加速度の変化の時間に対する割合を表す加加速度・
角加速度の微分であって、角加速度の変化の時間に対す
る割合を表す角加加速度に関する伝達関数のゲインに関
する諸量が上記のデータである。各サスペンシヨン状態
対応の評価関数PI（K_s,C_t）、 ｉ＝1,2,3,4,8,16,s＝1,…,l,t＝1,…,mを計算し、評価
関数を最小にするs,tの組み合わせを目標サスペンシヨ
ン状態として選び、操作指令を出す。上式におけるα_i,
β_i,S_i,は重み係数であり、制御系の設計パラメータで
ある。 ばね上の運動予測部24（第２図、241〜242）では、一
秒前の路面周波数スペクトルPSZ₁（−１），…,PSZ
₁₆（−１）,PSP₁（−１），…,PSP₁₆（−１）,PSR₁（−
１），…,PSR₁₆（−１）と現時刻のデータより、 を求め、 ｅδ（定数） ならば、定常走行と判定し、上式が成り立たぬ時は非定
常走行と判定する。定常走行と判定され、サスペンシヨ
ン状態として、k_s,C_tが選ばれている時、ばね上の運動
予測データとして、 を計算し、ストアする。 減衰係数・ばね定数の推定部23（第２回,231〜233）
では、現状選択されているサスペンシヨン状態（ばね力
ｓ段、減衰力ｔ段）に関し、メモリにストアされたテー
ブル内のデータ k^st（a_i）,i＝1,…,L（ばね定数） C^st（b_i）,i＝1,…,L（減衰係数） a_i:ダンパストロークの変位振幅 b_i:ダンパストロークの速度振幅 と、計測されたデータより求めたダンパストロークの変
位振幅、速度振幅より、内・外挿により、ばね定数、減
衰係数の推定値K,Cを求める。また、計測された車体運
動データ12より、離散フーリエ変換により以下のパワー
スペクトルを求める。₁ :バウンス速度の1Hzにおけるスペクトル₃ ,₄:バウンス加速度の3,4Hzにおけるスペクトル₁ :ピツチ角加速度の1Hzにおけるスペクトル₃ ,₄:ピツチ角加速度の3,4Hzにおけるスペクトル₁ :ロール角速度の1Hzにおけるスペクトル₃ ,₄:ロール角速度の3,4Hzにおけるスペクトル ここにおいて、の値が全てある一定の正の値ηより大、あるいは全て−
ηより小ならば、予測と実データは不一致と判定し、そ
れ以外なら一致と判定する。不一致と判定した場合、 として減衰力テーブルを書き換える。ΔＣ＞０は、制御
系の設計パラメータである。また、伝達関数のゲインテ
ーブルも＋ΔC,MΔＣに対応して以下のように書き換え
る。 〔発明の効果〕 本発明によれば、路高変化、乗車人員・荷物の重量分
布変化、車高変化、サスペンシヨンアクチユエータの非
線形特性や経年変化に適応してサスペンシヨン制御がで
きるので、乗り心地向上の効果がある。また、ダンパス
トロークより路高スペクトルが求まるので、路高計測セ
ンサを必要とせず、経済的である。また、周波数別にば
ね上の運動を予測し、人間の感覚（3Hz以下では速度の
微分、３〜8Hzでは加速度、8Hz以上では加速度の微分で
ある加加速度に敏感）に合つたサスペンシヨン制御がで
きるので乗り心地が向上する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の機能ブロツク図，第２図は
本発明の実施例における各機能部の処理フロー図であ
る。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．自動車の各車輪部のダンパストローク位置を計測す
   るダンパストローク位置計測手段と、 上記自動車の上下運動、ピッチ運動およびロール運動を
   計測する車体運動計測手段と、 計測されたダンパストローク位置から上記自動車が走行
   している路面の上下方向の変化、路面の前後左右傾斜の
   推定スペクトルである路高スペクトルを予測する路高ス
   ペクトル予測手段と、 上記ダンパストローク位置計測手段および上記車体運動
   計測手段の計測結果より上記自動車の固有振動特性を推
   定する特性推定手段と、 上記特性推定手段により推定された固有振動特性および
   上記路高スペクトル予測手段で予測された路高スペクト
   ルに基づき最適なサスペンション状態を予測する最適サ
   スペンション状態予測手段と、 上記最適サスペンション状態予測手段で予測された最適
   なサスペンション状態になるよう上記サスペンションの
   特性を変更する変更手段とを備えたことを特徴とする自
   動車の適応サスペンション制御装置。