JP3183140B2 - アクチュエータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクチュエータ制御
装置、特に複数の制御パラメータで制御されるアクチュ
エータの駆動に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車等の車両のサスペンシ
ョンに組み込まれるショックアブソーバの減衰係数を調
整する技術が提案されている。例えば、本願出願人が先
に提案した特開平５−２９４１２２号公報には、スカイ
フックダンパ理論に基づきスカイフック減衰係数をＣ、
ばね上の上下方向の速度をＺd とし、ばね上とばね下と
の間の上下方向の相対速度をＹd としてショックアブソ
ーバの実減衰係数Ｃ＊をＣ・Ｚd ／Ｙd に応じて制御す
る装置において、路面からの振動入力成分に基づいて減
衰係数を補正することが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、減衰係数
を固定値でなく可変とすることにより、ある程度路面状
況変化に対応することができるが、ショックアブソーバ
の減衰力を全ての路面に対して最適に設定することは困
難である。特に、アブソーバ等の機械部分は経時劣化に
よりその特性が変化するため、同一路面状況でもある減
衰係数が必ずしも最適であり続けるわけではなく、特性
変化が予測困難であることを考えると減衰係数の補正の
みでは調整は容易でない。

【０００４】そこで、最近、遺伝的アルゴリズム（以下
ＧＡという）を用いて減衰力制御の制御パラメータを調
整することが考えられている。ＧＡとは、生物進化から
類推した最適解の探索方法であり、一般に以下の処理工
程を経て行われるものである。

【０００５】（１）初期集団の生成 （２）終了条件が満たされるまで以下のループ処理を行
う ｉ） 適応度評価 ｉｉ） 選択 ｉｉｉ）交叉や突然変異による新世代生成 このように減衰係数を順次生成し、その評価を行って優
れた評価値を有する減衰係数のみを残すことにより、応
答性は若干劣るものの路面状況及び経時変化によらず最
適の解を見いだすことができる。

【０００６】しかし、このようなＧＡを用いてサスペン
ションの減衰力制御を行う場合には、所定時間毎に常に
減衰係数の新世代を生成し、そして生成した新世代を評
価して結果が良ければその新世代を採用し、悪ければ採
用しないといういわゆるトライアンドエラー方式により
制御パラメータを更新するので、最適解を得るまでに時
間を要する問題があった。また、通常のＧＡでは、新世
代の評価は単に評価値が優れる、あるいは劣るという一
元的な評価であり、生成された新世代が現状を改善する
方向にあるか否かは実際にその新世代を試行してみなけ
ればわからず、制御の効率が必ずしも高くない問題があ
った。

【０００７】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、環境変化や経時劣化に対応で
き、かつ、効率良く最適な制御パラメータを設定してサ
スペンション制御アクチュエータ等の各種アクチュエー
タを制御できるアクチュエータ制御装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数の制御パラメータからなる入力パラ
メータ系に対して一義的に出力レベルが定まるアクチュ
エータの前記出力レベルを適正レベルと比較することに
より前記入力パラメータ系の良否を定量評価する評価手
段と、前記制御パラメータを変更する変更手段と、変更
前の入力パラメータ系と変更後の入力パラメータ系の評
価値を比較し、より良い評価値を有する入力パラメータ
系を選択する選択手段とを有し、最適の入力パラメータ
系を決定してアクチュエータを制御するアクチュエータ
制御装置において、前記アクチュエータは車両サスペン
ションの減衰力アクチュエータであり、前記出力レベル
は減衰力レベルであり、前記選択手段は、現在の減衰力
レベルが適正レベルに対して過剰か不足かを判定し、過
剰の場合には減衰力レベルを増大させる入力パラメータ
系を前記評価手段で評価することなく排除し、不足の場
合には減衰力レベルを減少させる入力パラメータ系を前
記評価手段で評価することなく排除することを特徴とす
る。

【０００９】

【００１０】このように、本発明では、従来のＧＡのよ
うに単に新世代の評価値が優れる、あるいは劣るという
一元的な評価を行うのではなく、現在の出力レベルの方
向性をも評価し、出力不足の場合には出力を減少させる
新世代を試行することなく排除し、また、出力過剰の場
合には出力を増大させる新世代を試行することなく排除
することにより、制御の効率を上げ、最適解に収束する
までの時間を短縮できる。なお、選択手段で行われる出
力レベルの過剰／適正／不足の判定は、入力パラメータ
の優劣を決定する評価値そのものを用いて行う場合及び
評価値と異なる他の判定パラメータを用いて行う場合の
いずれをも含むが、前者の方が構成が簡易化されるため
より好ましい。評価方法及び判定方法の詳細は、以下の
実施形態を参照することにより明らかとなろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。

【００１２】図１には本実施形態の構成ブロック図が示
されている。ＧＡに基づき制御パラメータＣi を算出す
るＧＡ制御器１０が設けられ、減衰力可変式ショックア
ブソーバを制御するアクチュエータ２２に制御パラメー
タを出力する構成である。ＧＡ制御器１０は、ＣＰＵ１
２、入力部１４、出力部１６、ＲＡＭ１８及びＲＯＭ２
０を含んで構成されており、ＲＯＭ２０にはＧＡに従っ
て新世代の制御パラメータを生成するとともに生成され
た新世代の評価を行うプログラムが格納されている。新
世代の評価は、入力部１４に入力されたばね上加速度の
所定周波数帯の所定時間内の積分値で行われ、本実施形
態では、ばね上共振点の少し上の５Ｈｚ近傍の周波数帯
が用いられる。この５Ｈｚ近傍の周波数帯のパワーは、
減衰力が過剰であれば大きく、減衰力が不足であれば小
さくなる特性を有しており、所定時間の積分値が所定の
範囲内にあれば減衰力が適正レベルにあることになる。
なお、５Ｈｚ帯の周波数を取り出すためにはバンドパス
フィルタを用いればよい。また、入力部１４には、ばね
上速度Ｚｄや相対速度Ｙｄも入力され、ＣＰＵ１２は上
述した式Ｃ＊＝Ｃ・Ｚd ／Ｙd に従い実減衰係数Ｃ＊を
算出し、アブソーバの各段の減衰係数Ｃ１、Ｃ２、・・
・、Ｃｎの中から最もこの実減衰係数に近い値を選択
し、出力部１６から出力する。また、ＲＯＭ２０には、
現在の出力レベルが不足状態にあるのか過剰状態にある
のかを判定する判定プログラムも格納されており、ＣＰ
Ｕ１２はこのプログラムを実行することにより、生成し
た新世代が現状の改善に有効か否かを判定する。現在の
出力レベル判定には、上述した評価演算の結果が用いら
れ、積分値が所定の上限値よりも大きい場合には過剰、
所定の下限値よりも小さい場合には不足と判定される。
なお、ＲＡＭ１８には予め複数の制御パラメータ系（以
下、これらを個体群という）が格納されており、ＣＰＵ
１２はこれら個体群を交配することにより新世代を生成
する。

【００１３】図７にはＲＡＭ１８に格納されている個体
群の一例が示されている。各個体（制御パラメータ系）
はＣ、Ｃ１、Ｃ２、・・・、Ｃｎから構成され、Ｃはス
カイフック減衰係数、Ｃ１、Ｃ２、・・、Ｃｎはアブソ
ーバの各段の減衰係数である。各データは例えば８ビッ
トの２進数で表される。これら個体１〜個体ｍの個体群
が格納されており、ＣＰＵ１２はこれらを交配させるこ
とにより新世代を生成する。交配の方法には交叉及び突
然変異があり、交叉とは例えば個体１のＣ１（１）と個
体２のＣ２（２）を組み合わせて新生代のＣ１、Ｃ２を
それぞれＣ１（１）、Ｃ２（２）とすることをいう。ま
た、突然変異とは、例えば個体１のＣ１（１）の２進デ
ータを反転させて全く異なる新世代を生成することをい
う。

【００１４】ＧＡ制御器１０は、このような個体群を用
いて新世代を生成し、その評価を行う一方、現在の出力
（すなわち減衰力）の過不足を判定し、生成した新世代
が望ましいものでない場合には、試行することなくＲＡ
Ｍ１８から排除する。以下、本実施形態における特徴で
ある、現在の減衰力の過不足判定及びこの判定結果に基
づく新生代の排除処理について詳細に説明する。

【００１５】図２には本実施形態の全体処理フローチャ
ートが示されている。まず、ＧＡ制御器１０は制御を行
うタイミングか否かを判定する（Ｓ１０１）。制御タイ
ミングである場合には、評価に要する制御サイクル数を
計数するためのカウンタＣtrを１だけインクリメントし
て（Ｓ１０２）、減衰力アクチュエータ２２を駆動しサ
スペンション（ショックアブソーバ）の減衰力スカイフ
ック制御を行う（Ｓ１０３）。そして、ある制御パラメ
ータ系でアクチュエータを駆動して得られた減衰力が適
正か否かの評価が行われる（Ｓ１０４）。評価演算は、
上述したようにスカイフック制御して得られたばね上加
速度の５Ｈｚ帯のパワーの積分演算であり、その積分値
はｐｏｉｎｔという変数に格納される。５Ｈｚ帯のエネ
ルギは、減衰力が過剰の場合には大きくなり、減衰力が
不足する場合には小さくなるから、実際に得られた減衰
力が過剰な場合には評価値ｐｏｉｎｔは大きくなり、逆
に実際に得られた減衰力が不足している場合には評価値
ｐｏｉｎｔは小さくなる。具体的には加算演算を所定回
数（Ｃｇｅｎ回）繰り返して積分を実行し、制御パラメ
ータ系の最終的な評価値ｐｏｉｎｔを算出する（Ｓ１０
５）。制御に使用している個体の評価値が算出された
後、ＲＡＭ１８に格納された個体群の内、最も評価値の
劣る個体、すなわち評価値であるｐｏｉｎｔが他の個体
に比べて所定の適正値より大きく減衰力が過剰である個
体、あるいは他の個体に比べて所定の適正値より小さく
減衰力が不足の個体を抹消する（Ｓ１０６）。この抹消
処理により、ＲＡＭ１８には評価の優れた個体のみが残
されることになり、次の新世代生成はこれら優れた個体
から生成されるので、より良い制御が行われることにな
る。なお、この個体抹消処理については、後に詳細に説
明する。

【００１６】評価の劣る個体を抹消すると、次にＧＡ制
御器１０は新世代生成処理に移行する（Ｓ１０７）。こ
の新世代生成は、上述したように個体群を交配させるこ
とにより行われる。新世代を生成した後、現在の減衰力
の過不足を判定すべく、現在用いている個体の評価値ｐ
ｏｉｎｔを所定の下限値ＣＰ１と比較する（Ｓ１０
８）。この比較は、現在の減衰力が適正減衰力に対して
不足しているか否かを判定するためであり、ｐｏｉｎｔ
＞ＣＰ１であり不足していないと判定された場合には、
次に現在の評価値Ｐｏｉｎｔを所定の上限値ＣＰ２と比
較する（Ｓ１０９）。この比較は、現在の減衰力が適正
減衰力に対して過剰であるか否かを判定するためであ
る。そして、これらの比較の結果、ｐｏｉｎｔ＜ＣＰ２
であり、現在の減衰力が下限値ＣＰ１と上限値ＣＰ２の
間の適正範囲にある、すなわちＣＰ１≦ｐｏｉｎｔ≦Ｃ
Ｐ２と判定された場合には、フラグＦｌａｇを３にセッ
トし（Ｓ１１０）、カウンタＣtrを０にリセットする
（Ｓ１１０）。このフラグＦｌａｇは現在の減衰力が適
正減衰力に対して過剰／不足／適正を識別するためのフ
ラグであり、Ｆｌａｇ＝３は適正であることを示す。ち
なみに、Ｆｌａｇ＝１は不足、Ｆｌａｇ＝２は過剰であ
ることを示す（図３参照）。

【００１７】一方、Ｓ１０８の処理で現在の個体の評価
値ｐｏｉｎｔが下限値より小さく不足と判定された場合
には、図４に示された処理に移行する。この処理は、Ｓ
１０７で生成された新世代の個体が、現在の減衰力を改
善するのにふさわしいものであるか否かを判定する処理
である。すなわち、まず新世代が減衰力を上げる方向に
あるか否かを判定し（Ｓ２０１）、現在の減衰力が不足
であるにもかかわらず新世代が減衰力を上げる方向にな
いと判定された場合には、いわば改悪となるので再びＳ
１０７の処理に移行して新たな新世代を生成する。一
方、新世代が減衰力を上げる方向にある場合には、この
新世代は現在の減衰力を改善し得るものなので、アクチ
ュエータの各制御パラメータを新世代のパラメータに設
定する（Ｓ２０２）。そして、現在の減衰力が不足状態
であることを示すＦｌａｇ＝１にセットして（Ｓ２０
３）カウンタＣtrをリセットする（Ｓ２０４）。

【００１８】なお、新世代が減衰力を上げる方向にある
のか下げる方向にあるのかは、新世代の個体の各段の減
衰係数Ｃ１、・・・、Ｃｎの値で判定することができ
る。例えば、現在の個体の減衰係数の内、Ｃ１及びＣ２
が実際に用いられたとする。すると、ＧＡ制御器１０
は、新世代の個体の制御パラメータの内、Ｃ１及びＣ２
の値をチェックし、これらの値が減少あるいは増大して
いるか否かを判定する。これらの値が減少している場合
には、よりハード（減衰力大）な減衰係数が選択される
割合が多くなるから、結果的に新世代の個体としてはよ
り減衰力を上げる方向にあると判定することができる。
また、逆に新世代のＣ１、Ｃ２の値が増大している場合
には、よりソフト（減衰力小）な減衰係数が選択される
割合が多くなるから、結果的に新世代の個体としてより
減衰力を下げる方向にあると判定することができる。

【００１９】一方、Ｓ１０９の処理で現在の個体の評価
値ｐｏｉｎｔが上限値より大きく過剰と判定された場合
には、図５に示された処理に移行する。この処理も図４
に示された処理と同様に、Ｓ１０７で生成された新世代
の個体が、現在の減衰力を改善するのにふさわしいもの
であるか否かを判定する処理である。すなわち、新世代
が減衰力を下げる方向にあるか否かを判定し（Ｓ３０
１）、現在の減衰力が過剰であるにもかかわらず新世代
が減衰力を下げる方向にないと判定された場合には、い
わば改悪となるので再びＳ１０７の処理に移行して新た
な新世代を生成する。一方、新世代が減衰力を下げる方
向にある場合には、この新世代は現在の減衰力を改善し
得るものなので、アクチュエータの各制御パラメータを
新世代のパラメータに設定する（Ｓ３０２）。そして、
現在の減衰力が過剰状態であることを示すＦｌａｇ＝２
にセットして（Ｓ３０３）カウンタＣtrをリセットする
（Ｓ３０４）。また、現在の減衰力が適正範囲内にある
場合には、Ｓ１０８及びＳ１０９でいずれもＮＯと判定
され、Ｆｌａｇを３に設定してカウンタを０にリセット
する（Ｓ１１０、Ｓ１１１）。なお、この場合には、生
成された新世代の個体を用いて制御パラメータが設定さ
れることはなく、従って、制御パラメータは前回使用し
た個体がそのまま継続して使用されることになる。

【００２０】このようにして、現在の減衰力を改善し得
る新世代のみを生成して新たな制御パラメータを設定し
た後、再びＳ１０１移行の処理に戻って減衰制御を実行
し、この新世代の個体の評価を行う。新世代の評価が終
了すると、新世代を含めた個体群の中から、評価の劣っ
た個体を削除する抹消処理に移行する（Ｓ１０６）。

【００２１】図６には、個体抹消処理のフローチャート
が示されている。まず、現在の減衰力が不足／過剰／適
正のいずれの状態にあるかを判断すべくＦｌａｇの値を
チェックする。そして、Ｆｌａｇ＝３である場合には適
正減衰力であるのでＳ１０７にて新たに生成したものの
制御には使用されなかった新世代の個体をＲＡＭ１８か
ら削除する（Ｓ４０１，Ｓ４０５）。また、Ｆｌａｇ＝
２である場合には、各個体の評価値を所定数下げて評価
値が最も大きい個体をＲＡＭ１８から抹消する（Ｓ４０
２，Ｓ４０６，Ｓ４０７）。これにより、現在の減衰力
が過剰の場合には個体群の中から減衰力を上げる方向に
ある個体が優先的に削除されることになるので、結果と
して減衰力を下げる方向にある個体の数が増大すること
になり、個体群の交配により次に生成される新世代の個
体も減衰力を下げる方向の個体が生成される確率が高く
なる。さらに、Ｆｌａｇ＝１である場合には、各個体の
評価値を所定数上げて評価値が最も小さい個体をＲＡＭ
１８から抹消する（Ｓ４０２，Ｓ４０３，Ｓ４０４）。
従って、現在の減衰力が不足の場合には個体群の中から
減衰力を下げる方向にある個体が優先的に削除されるこ
とになるので、結果として減衰力を上げる方向にある個
体の数が増大することになり、個体群の交配により生成
される新世代の個体も減衰力を上げる方向の個体が生成
される確率が高くなる。

【００２２】このように、本実施形態では、 （１）現在の減衰力を改善するために必要とされる性質
を有しない新世代は採用せず、試行も評価も行わない （２）現在の減衰力を改善するために必要とされる性質
を有しない個体を優先的に抹消し、望ましい性質を有す
る個体群を増大させる という手法を用いているので、個体群の交配により生成
される新世代は望ましい個体である確率が高くなり、最
適の減衰力に容易に収束できることになる。

【００２３】なお、本実施形態では、個体の評価演算を
ばね上加速度の所定周波数帯の積分で行い、この評価値
で各個体の優劣を決定するとともに、現在の減衰力の過
剰／不足も判定したが、個体の優劣は別の評価演算（例
えば減衰力が適正な程パワーが小さくなるばね上共振点
での積分値を評価値とし、評価値の最も小さい個体を最
も優れる個体とする）を用いて行うことも可能である。
また、減衰力過剰／不足を判定するためのパラメータ
も、ばね上加速度ではなく、ロールレートやピッチレー
トを用いることも可能である。ロールレートは、特に車
両のロールを防止したい場合に好適であり、減衰力の過
剰／不足は、ｐｏｉｎｔ＝ｒobj ーｒ（ｒobj は目標ロ
ールレート、ｒは実際のロールレート）で判定すること
ができる。また、ピッチレートは、車両のスクオートや
ダイビングを防止したい場合に有効であり、減衰力の過
剰／不足は、ｐｏｉｎｔ＝ｐobj −ｐ（ｐobj は目標ピ
ッチレート、ｐは実際のピッチレート）で判定できる。
図８、図９及び図１０にはそれぞれアンチロール、アン
チスクオート、アンチダイブ制御の場合の目標値の一例
が示されている。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアクチュ
エータ制御装置によれば、アクチュエータの出力レベル
を適正レベルに迅速に収束させることができ、特に車両
サスペンションに適用した場合には、走行環境に迅速に
追従して最適の減衰力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の構成ブロック図である。

【図２】 同実施形態の全体処理フローチャートであ
る。

【図３】 同実施形態の適正範囲説明図である。

【図４】 同実施形態の減衰力不足の場合の処理フロー
チャートである。

【図５】 同実施形態の減衰力過剰の場合の処理フロー
チャートである。

【図６】 同実施形態の個体抹消処理フローチャートで
ある。

【図７】 同実施形態の個体説明図である。

【図８】 アンチロール制御の目標値説明図である。

【図９】 アンチスクオート制御の目標値説明図であ
る。

【図１０】 アンチダイブ制御の目標値説明図である。

【符号の説明】

１０ ＧＡ制御器、２２ アクチュエータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 11/00 - 13/04 G05D 19/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の制御パラメータからなる入力パラ
   メータ系に対して一義的に出力レベルが定まるアクチュ
   エータの前記出力レベルを適正レベルと比較することに
   より前記入力パラメータ系の良否を定量評価する評価手
   段と、 前記制御パラメータを変更する変更手段と、 変更前の入力パラメータ系と変更後の入力パラメータ系
   の評価値を比較し、より良い評価値を有する入力パラメ
   ータ系を選択する選択手段と、 を有し、最適の入力パラメータ系を決定してアクチュエ
   ータを制御するアクチュエータ制御装置において、前記アクチュエータは車両サスペンションの減衰力アク
   チュエータであり、 前記出力レベルは減衰力レベルであり、 前記選択手段は、現在の減衰力レベルが適正レベルに対
   して過剰か不足かを判定し、過剰の場合には減衰力レベ
   ルを増大させる入力パラメータ系を前記評価手段で評価
   することなく排除し、不足の場合には減衰力レベルを減
   少させる入力パラメータ系を前記評価手段で評価するこ
   となく排除することを特徴とするアクチュエータ制御装
   置。