JP3270672B2 - 懸架系の減衰力制御装置 - Google Patents
懸架系の減衰力制御装置Info
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Description
きるショックアブソーバとバネとを組み合わせた懸架系
において、時々刻々と変化する振動状態に応じて減衰力
を最適に制御する装置に関する。
用した懸架系において、振動状態に応じて減衰係数を変
化させ、例えばバネ上からの振動の減衰率を高め、かつ
バネ下からの振動の絶縁効果を改善するようにした提案
が、以下の参考文献等によってなされている。
al.:Vibration Control Usi
ng Semi−Active Force Gene
rators,J.E.I.ASME,May,619
/626(1974)、参考文献2…藤岡健彦、木戸孝
二;可変ダンパの制御方式に関する研究(VSS理論か
ら見た車両振動制御)、自動車技術会学術講演会前刷集
862 197/200(1989)、参考文献3…A
n Introduction to Sliding
mode Variable Structure
control,A.S.I.Zinober,Var
iable Structure and Lyapu
nov control,1/20,Springer
(1994)。
のバネ上の絶対座標に対する速度や絶対座標に対する位
置に応じて、sliding mode制御等を利用し
て、ショックアブソーバの減衰係数を時々刻々と切換え
ることにより、振動状態に応じて最適な減衰特性を得る
ようにしている。
の制御に用いられる絶対座標に対する速度や変位は、実
際には直接的に検出することが不能であることが多く、
これらの信号は間接的か近似的な値で代用しなければな
らないため、減衰力特性が目標値に達しないことがあっ
た。
提案されたもので、バネ上とバネ下の相対速度、相対変
位のように比較的検出が容易な信号を用いて、減衰力可
変ショックアブソーバの減衰力を調整することにより、
目標とおりの減衰力特性を発揮させられるようにした減
衰力制御装置を提供することを目的とする。
バネ下の相対速度検出手段と、バネ上とバネ下の相対変
位検出手段と、これら検出された相対速度と相対変位を
入力として減衰力可変ショックアブソーバの減衰定数目
標値を設定する減衰力目標値演算手段と、この減衰定数
目標値を入力して減衰定数を調節する減衰力可変ショッ
クアブソーバとを備えている懸架系において、前記減衰
力目標値演算手段は、減衰力の固定分である基本減衰定
数目標値を設定する目標値設定手段と、前記相対速度及
び相対変位に基づいて演算した理想減衰力を修正した減
衰定数修正値を演算する修正値演算手段とを備え、これ
ら基本減衰定数目標値と減衰定数修正値とを含む減衰定
数目標値を出力するように構成される。
のゲインと相対速度、相対変位及びフィルタの状態量と
から切換入力を演算する切換入力演算手段と、所定のゲ
インと相対速度、相対変位及びフィルタの状態量とから
線形入力を演算する線形入力演算手段と、切換入力と線
形入力を加算する加算器と、加算器の出力である理想入
力を入力として理想減衰力を出力するフィルタとを備
え、この理想減衰力に基づいて前記修正値演算手段が減
衰定数修正値を演算する。
ルタは所定の遮断周波数の低域通過フィルタである。
ックアブソーバに入力される減衰定数目標値は、所定の
定数である基本減衰定数目標値と、バネ上、バネ下の相
対速度及び相対変位に基づいて演算された理想減衰力を
修正した減衰定数修正値とを加算した値として算出さ
れ、これに基づいて減衰力特性が制御される。
て、図1〜図3にしたがって説明する。
ョックアブソーバ4の、バネ上とバネ下の相対変位を検
出する相対変位検出手段、2は同じくバネ上とバネ下の
相対速度を検出する相対速度検出手段、3はこれら相対
変位と相対速度に基づいて減衰力の目標値を演算し、こ
の結果を減衰力可変ショックアブソーバ4に入力して目
標とする減衰力を発生させるように制御するための減衰
定数目標値演算手段である。
な構成を示すもので、図示するように、バネ上とバネ下
の相対速度x2(以下単に相対速度という)、バネ上と
バネ下の相対変位x1(以下単に相対変位という)及び
後述するフィルタWc(s)13の状態量xcとに基づ
いて切換入力を演算する切換入力演算手段11と、同じ
く相対速度、相対変位、フィルタ状態量xcとに基づい
て線形入力を演算する線形入力演算手段12と、これら
の切換入力と線形入力とを加算する加算器16と、この
加算器16の出力である理想入力を基づいて理想減衰力
を出力するフィルタWc(s)13と、フィルタWc
(s)13から出力される理想減衰力から減衰力定数の
修正値を演算する修正値演算手段14と、基本減衰定数
目標値を設定する目標値設定手段15と、これらの出力
を加算して減衰定数目標値として出力する加算器17と
から構成される。
力演算手段11は相対速度、相対変位、フィルタの状態
量xcと所定のゲインN、M、ρ、定数δから次のよう
に切換入力uswを計算する。
ら次のように線形入力ulnを演算する。
ideal=Usw=Ulnから理想減衰力f
idealを次のように演算する。 ここでAc、Bc、CcはフィルタWc(s)13の減
衰特性を表す適当な次元の定数行列である。例えばフィ
ルタがカットオフ周波数10[Hz]のローパス であれば Ac=Bc=−2π×10 Cc=1 とすればよい。
波帯域の制振特性から決められる所定の定数である。な
お、請求項の記載との関係でc0は減衰定数目標値、
入力し、その発生減衰力cが となるものとする。
式は次のように書くことができる。 m1はバネ下質量、k1はバネ下剛性、m2はバネ上質
量、k2はバネ剛性、c2はシ の絶対座標に対する加速度、z0は外乱変位、z1はバ
ネ下変位、z2はバネ上変位である。これは自動車のサ
スペンションを簡略化したモデルであるが、例えばm1
→0、k1→∞のようにしても以下の議論は成立する。
懸架系の目的は外乱z0の存在下で、バネ上の動きを制
振することである。
代である。c0は実際のショックアブゾーバの可変代と
関係なく、後で述べるように、高周波帯域での振動特性
を考慮して決める。
c(s)をローパスフィルタとしておけばu(s)の高
周波成分が減衰され、高周波帯域では となる。この効果については後で説明する
懸架系とフィルタの拡大系は次のように表すことができ
る。 となる。
基づき制御ゲインを導く。
と、制御を始めてから実用上十分短い時間のうちにSl
iding Modeを切換面; σ=0、σ=Fy1+y2 (15) に発生させることができる。すなわち、拡大形の状態量
はσ=0の平面に拘束される[ただし参考文献3を参
照]。このとき拡大系の運動は すなわち と表現できる。
態を拘束すればよい。言葉をかえると、式(17)が好
ましい振動特性を表すようにすればよい。これは で表される系を状態フィードバックv=−Fy1で制振
する問題と等価である。このようなフィードバックゲイ
ンF(切換面)を設計するには、次の公知の方法を用い
ればよい。
き、次の評価関数 が最小になる切換面σ∞=0、σ∞=F∞y1+y2は
式(16)からH∞最適化により設 は白色ノイズと仮定すると、Sliding Mode
が発生しているとき次の評価関数 が最小になる切換面σ2=0、σ2=F2y1+y2は
H2最適化により設計できる[参考文献3参照]。
的減衰力uidealは た適当な行列であり、次のように求められる。Σ、Θ、
Φを次のように定義する: ここでp2は次のLyapunov方程式の正定対称解
とする: Φ*とpは設計パラメータで、それぞれSliding
Modeへの収束の速さを決める安定行列、uswの
大きさを決める正定数である。また δ≧0は設計パラメータでチャタリングを防止する正定
数である。減衰定数の応答が十分速く、かつ相対変位、
相対速度の検出が十分速く行えるときはδ=0とすると
もuswは不連続な切換入力となり、切換面への状態の
拘束を確実にすることができる。
たように と発生される。理想減衰力で、ショックアブゾーバで発
生可能な力fabsは フィルタWc(s)や切換面σ=0が適切に設定されて
いれば実用領域で十分な制御効果を期待することができ
る。このことから減衰力可変ショックアブゾーバの減衰
定数の目標値c*は減衰力の固定分c0を考慮して式
(5)に示したように とすればよい。
系の運動方程式(7)は次のように書き換えることがで
きる。 れぞれの入力ゲインになっていることが分かる。このこ
とからc2の値を小さくす きくなる。
て、例えばWc(s)をローパスフィルタとし、c0を
十分小さい値としておけば、式(11)で述べたように
高周波では de制御の効果が現れて懸架系のダンピングを改良する
ことができる。
可能である。自動車では高周波帯域で極度にショックア
ブゾーバの減衰定数が小さくなると、タイヤの接地性に
影響があることがある。したがって本発明では最小限の
c0をあらかじめ設計パラメータとして設計すること
で、接地性を考慮したサスペンション特性を設計するこ
とができる。
ションを行った結果を図4に掲げる。図4は懸架系にz
1として白色ノイズを加えたときのバネ上の変位、加速
度のパワスペクトル密度を表している。ここで述べた制
御方式によれば、ショックアブゾーバの減衰力が固定さ
れている場合に比較し、ほぼ全ての周波数で制振効果が
改良されることが分かる。
が容易なバネ上、バネ下間の相対速度、相対変位の信号
を用いて十分な制振効果を得ることができる。また、自
動車のサスペンションに応用する場合は、高周波帯域の
外乱遮断特性とタイヤの接地性を考慮したサスペンショ
ン制御系の設計が可能となる。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】バネ上とバネ下の相対速度検出手段と、バ
ネ上とバネ下の相対変位検出手段と、これら検出された
相対速度と相対変位を入力として減衰力可変ショックア
ブソーバの減衰定数目標値を設定する減衰力目標値演算
手段と、この減衰定数目標値を入力して減衰定数を調節
する減衰力可変ショックアブソーバとを備えている懸架
系において、前記減衰力目標値演算手段は、減衰力の固
定分である基本減衰定数目標値を設定する目標値設定手
段と、前記相対速度及び相対変位に基づいて演算した理
想減衰力を修正した減衰定数修正値を演算する修正値演
算手段とを備え、これら基本減衰定数目標値と減衰定数
修正値とを含む減衰定数目標値を出力するように構成さ
れていることを特徴とする懸架系の減衰力制御装置。 - 【請求項2】 所定のゲインと相対速度、相対変位及び
フィルタの状態量とから切換入力を演算する切換入力演
算手段と、所定のゲインと相対速度、相対変位及びフィ
ルタの状態量とから線形入力を演算する線形入力演算手
段と、切換入力と線形入力を加算する加算器と、加算器
の出力である理想入力を入力として理想減衰力を出力す
るフィルタとを備え、この理想減衰力に基づいて前記修
正値演算手段が減衰定数修正値を演算する請求項1記載
の懸架系の減衰力制御装置。 - 【請求項3】 フィルタは所定の遮断周波数の低域通過
フィルタである請求項2記載の懸架系の減衰力制御装
置。
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---|---|---|---|
JP32616995A JP3270672B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 懸架系の減衰力制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JPH09132017A JPH09132017A (ja) | 1997-05-20 |
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Family
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JP32616995A Expired - Fee Related JP3270672B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 懸架系の減衰力制御装置 |
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JP (1) | JP3270672B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101984546B (zh) * | 2010-02-05 | 2013-03-06 | 深圳市科陆变频器有限公司 | 功率开关器件串联限压电路 |
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JP5110008B2 (ja) * | 2009-03-06 | 2012-12-26 | トヨタ自動車株式会社 | 車両の減衰力制御装置 |
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1995
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