JP3424591B2 - 車両の運動状態量推定装置 - Google Patents

車両の運動状態量推定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、オリフィス開度に
応じた減衰力を発生するダンパを有する車両に適用さ
れ、オブザーバを用いてばね上部材のばね下部材に対す
る上下方向の相対的な運動状態量を推定する車両の運動
状態量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の装置は、例えば特開平１
０−９１３号公報及び特開平９−３０９３１６号公報に
示されているように、ばね上部材の絶対空間に対する上
下方向の運動状態量としてばね上部材の上下加速度を検
出し、同検出した上下加速度を入力変数とするととも
に、ばね上部材のばね下部材に対する上下方向の相対的
な運動状態量である相対速度を出力変数とし、オリフィ
ス開度に応じて決まるダンパの減衰力の非線形成分を制
御入力とするオブザーバを用いて、前記相対速度を推定
するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の車
両の運動状態量推定装置においては、車両のヒーブ運動
に対してはばね上部材のばね下部材に対する相対的な運
動状態量を精度よく推定できるが、ばね上部材の運動に
影響を与えるスタビライザのばね力、並びにばね上部材
のロール運動及びピッチ運動による接地荷重変動分が考
慮されていないため、路面外乱によってばね上部材がロ
ール運動したり、車両の旋回時にばね上部材がロール運
動したり、車両の加減速時にばね上部材がピッチ運動し
たりすると、前記相対的な運動状態量を精度よく推定で
きなかった。
【０００４】
【発明の概要】本発明は上記問題に対処するためになさ
れもので、その目的は、路面外乱によるばね上部材のロ
ール運動、車両の旋回時におけるばね上部材のロール運
動、及び車両の加減速時におけるばね上部材のピッチ運
動に対しても、ばね上部材のばね下部材に対する相対的
な運動状態量を精度よく推定できるようにした車両の運
動状態量推定装置を提供することにある。
【０００５】上記目的を達成するために、本発明の構成
上の特徴は、オリフィス開度に応じた減衰力を発生する
ダンパを有する車両に適用され、ばね上部材の絶対空間
に対する上下方向の運動状態量を検出する絶対運動状態
量検出手段と、前記絶対運動状態量検出手段により検出
された運動状態量を入力変数とするとともに、ばね上部
材のばね下部材に対する上下方向の相対的な運動状態量
を出力変数とし、前記オリフィス開度に応じて決まるダ
ンパの減衰力の非線形成分を制御入力とするオブザーバ
とを用いて、ばね上部材のばね下部材に対する上下方向
の相対的な運動状態量を推定する車両の運動状態量推定
装置において、ばね上部材のばね下部材に対する相対的
変位量を前記出力変数の少なくとも一つとし、前記相対
的変位量に基づいてスタビライザのばね力を計算すると
ともに、同計算したばね力を用いて前記オブザーバの制
御入力を補償する第１補償手段を設けたことにある。
【０００６】これによれば、路面外乱などによってばね
上部材にロール運動が発生して、スタビライザのばね力
がばね上部材の運動に影響を与えても、第１補償手段が
前記スタビライザのばね力を用いてオブザーバの制御入
力を補償するので、ばね上部材のばね下部材に対する相
対的な運動状態量を精度よく推定できるようになる。
【０００７】また、本発明の他の構成上の特徴は、前記
第１補償手段に、前記スタビライザのばね力の大きさを
所定の範囲内に制限する制限手段を設けたことにある。
これによれば、スタビライザのばね力が誤差によって不
適切に大きくなることが抑制されるので、オブザーバに
よる推定値が発振してしまうことがなくなり、ばね上部
材のばね下部材に対する相対的な運動状態量が安定して
推定される。
【０００８】また、本発明の他の構成上の特徴は、車両
の横加速度を検出する横加速度検出手段と、前記検出さ
れた横加速度に基づいてばね上部材のロール運動による
接地荷重変動分を計算するとともに、同計算した接地荷
重変動分を用いて前記オブザーバの制御入力を補償する
第２補償手段とを設けたことにある。これによれば、車
両の旋回時にばね上部材にロール運動が発生して、ばね
上部材の接地荷重が変動しても、第２補償手段が前記ロ
ール運動に起因した接地荷重変動分を用いてオブザーバ
の制御入力を補償するので、ばね上部材のばね下部材に
対する相対的な運動状態量を精度よく推定できるように
なる。
【０００９】さらに、本発明の他の構成上の特徴は、車
両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段と、前記
検出された前後加速度に基づいてばね上部材のピッチ運
動による接地荷重変動分を計算するとともに、同計算し
た接地荷重変動分を用いて前記オブザーバの制御入力を
補償する第３補償手段とを設けたことにある。これによ
れば、車両の加減速時にばね上部材にピッチ運動が発生
して、ばね上部材の接地荷重が変動しても、第３補償手
段が前記ピッチ運動に起因した接地荷重変動分を用いて
オブザーバの制御入力を補償するので、ばね上部材のば
ね下部材に対する相対的な運動状態量を精度よく推定で
きるようになる。
【００１０】なお、本明細書において、ばね上部材の上
下方向の絶対運動状態量とは、ばね上部材の絶対空間に
対する上下方向の加速度、速度、変位量などを意味し、
ばね上部材にばね下部材に対する上下方向の相対的な運
動状態量とは、ばね上部材のばね下部材に対する相対的
な上下方向の加速度、速度、変位量などを意味する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る運動状態量推
定装置を適用した車両のサスペンション制御装置の一実
施形態について説明するが、同説明の前に、運動状態量
推定装置の基本理論について説明しておく。
【００１２】ａ．基本理論の説明 図１(Ａ)は、単輪の１自由度モデルを示している。図
中、ｚbは、絶対空間におけるばね上部材(車体１１)の
基準位置に対する上下方向の変位量である。ｚwは、絶
対空間におけるばね下部材(車輪１２)の基準位置に対す
る上下方向の変位量である。これらの変位量ｚb，ｚ
wは、いずれも上方向を正とする。Ｋは、車両のサスペ
ンション装置内に組み込まれて車体１１と車輪１２との
間に設けたばね１３のばね定数である。ｆd(ｚw'−
ｚb',Ｐ)は、車両のサスペンション装置内に組み込まれ
て車体１１と車輪１２と間に設けたダンパ１４の減衰力
である。この減衰力ｆd(ｚw'−ｚb',Ｐ)は、車体１１に
対する車輪１２の上下方向の相対速度ｚw'−ｚb'と、ダ
ンパ１４における複数段(本件実施形態では１６段)のオ
リフィス開度に対応した開口位置Ｐとにより決まる関数
である。なお、本明細書で使用するｚb’，ｚb”はそれ
ぞれ絶対空間における車体１１の上方向を正とする上下
速度及び上下加速度であり、ｚw’，ｚw”はそれぞれ絶
対空間における車輪１２の上方向を正とする上下速度及
び上下加速度である。
【００１３】また、力ｆsrpは、路面外乱による車体１
１のロール運動によって同車体１１に上下方向に作用す
るスタビライザのばね力ｆsと、車両の旋回時における
車体１１のロール運動によって同車体１１に上下方向に
作用する接地荷重変動分Ｍrと、車両の加減速時におけ
る車体１１のピッチ運動によって同車体１１に上下方向
に作用する接地荷重変動分Ｍpとの合成力(ｆs＋ΔＭr＋
ΔＭp)である。これらのスタビライザのばね力ｆs、ロ
ール運動による接地荷重変動分ΔＭrと、ピッチ運動に
よる接地荷重変動分ΔＭpは、下記数１〜３によりそれ
ぞれ表される。
【００１４】
【数１】ｆs＝Ｋs・(ｚw−ｚb)
【００１５】
【数２】ΔＭr＝２・Ｍb・Ｇy・Ｈ／Ｔ
【００１６】
【数３】ΔＭp＝２・Ｍb・Ｇx・Ｈ／Ｗ ただし、Ｋsはスタビライザのばね定数であり、Ｍbは車
体１１の質量であり、Ｇyは車両の横加速度であり、Ｈ
は車体１１の重心の高さであり、Ｔは車両のトレッドで
あり、Ｇxは車両の前後加速度であり、Ｗは車両のホイ
ールベースである。そして、車体１１の上下方向の運動
方程式は下記数４のようになる。
【００１７】
【数４】
【００１８】しかし、相対速度ｚw’−ｚb’と制御入力
としての開口位置Ｐが双線形であり、かつ開口位置Ｐが
固定されていても、前記数４の減衰力ｆd(ｚw’−
ｚb’,Ｐ)は図２のように非線形特性をもつように設計
されているので、この減衰力ｆd(ｚ w’−ｚb’,Ｐ)を線
形カルマンフィルタ（オブザーバ）に直接適用できな
い。そのため、本発明では減衰力ｆd(ｚw’−ｚb’,Ｐ)
を下記数５のように線形成分Ｃo・(ｚw’−ｚb’)と非線
形成分ｆnl(ｚw’−ｚb’,Ｐ)とに分け、非線形成分に
よる影響を小さくする工夫をした（図１(Ｂ)及び図
３）。ただし、Ｃoは適当に定めた減衰係数である。
【００１９】
【数５】ｆd(ｚw’−ｚb’,Ｐ)＝Ｃo・(ｚw’−ｚb’)＋
ｆnl(ｚw’−ｚb’,Ｐ) ここで、状態変数x1，x2をそれぞれｚw’−ｚb’，ｚw
−ｚbに定め、前記数４，５から状態方程式を導出する
と、下記数６のようになる。
【００２０】
【数６】
【００２１】ただし、前記数６中のＸ’はＸの微分値を
表しており、Ｘ，Ａ，Ｇ，Ｂは下記数７〜１０で表され
るとともに、ｗはシステム外乱として定義されるもので
あって車輪１２の上下加速度ｚw”に等しい。
【００２２】
【数７】
【００２３】
【数８】
【００２４】
【数９】
【００２５】
【数１０】
【００２６】一方、推定しようとする相対速度ｚw’−
ｚb’及び相対変位量ｚw−ｚbをそれぞれy1，y2とする
とともに、観測値である車体１１の絶対空間に対する上
下加速度ｚb”をy3とすると、下記数１１の出力方程式
が成立する。
【００２７】
【数１１】
【００２８】前記数１１中、Ｃ1，Ｃ2，Ｕ，Ｄ1，Ｄ2，
Ｆは下記数１２〜１７で表され、ｖは上下加速度の観測
ノイズを表している。
【００２９】
【数１２】
【００３０】
【数１３】
【００３１】
【数１４】
【００３２】
【数１５】Ｄ1＝０
【００３３】
【数１６】Ｄ2＝０
【００３４】
【数１７】Ｆ＝１／Ｍb ここで、非線形成分ｆnl(ｚw’−ｚb’,Ｐ)をオブザー
バの入力変数ｕとみなすとともに、前記数６の状態方程
式及び前記数１１の出力方程式で表されたプラントの状
態空間表現に対してカルマンフィルタ理論を用いて相対
速度y1（＝ｚw’−ｚb’）及び相対変位量y2（＝ｚw−
ｚb）を推定するためのオブザーバを構成すると、同オ
ブザーバは下記数１８〜２１により表される。なお、ｕ
ob，ｚwo b’，ｚbob’は、それぞれ入力変数ｕ、車輪１
２の上下速度ｚw’及び車体１１の上下速度ｚb’の各推
定値である。
【００３５】
【数１８】
【００３６】
【数１９】Ｘob’＝ＡＸob＋Ｂｕob＋Ｈ[ｚb”−(ＵＸ
ob＋Ｄｕob)]
【００３７】
【数２０】y1＝Ｃ1Ｘob
【００３８】
【数２１】y2＝Ｃ2Ｘob 前記数１９中のＨは定常カルマンゲインであり、前記数
６中のシステム外乱ｗ（＝ｚw”）の共分散に関する重
みＱ、前記数１１の観測ノイズｖの共分散に関する重み
Ｒに対し、下記数２２で表されるリカッチ（Riccati）
方程式の正定解Ｐから下記数２３で表される値として求
められる。
【００３９】
【数２２】ＡＰ＋ＰＡT−ＰＵTＲ-1ＵＰ＋Ｑ＝０
【００４０】
【数２３】Ｈ＝ＰＵTＲ-1 ただし、前記数２２，２３中のＴは転置行列を意味す
る。
【００４１】次に、定常カルマンゲインＨ(ｈ1，ｈ2)に
ついて説明する。前記数６，１９の両状態方程式の比較
により、このオブザーバ（カルマンフィルタ）は、制御
対象のモデルに基づいた状態予測（前記数１９の第１項
及び第２項）と、センサによる観測出力とモデルによる
推定出力との偏差を用いた修正動作（前記数１９の第３
項）とを組み合わせたフィードバック型の推定器である
ことが理解できる。このオブザーバの推定精度について
は、状態変数の真値Ｘと推定値Ｘobとの差をＥ＝Ｘ−Ｘ
obとおけば、下記数２４の誤差方程式により議論でき
る。なお、Ｅ’，Ｘ’，Ｘob’は、それぞれＥ，Ｘ，Ｘ
obの各微分値である。
【００４２】
【数２４】
【００４３】スペトクラム既知のランダム外乱(ｗ，ｖ)
に対して、通常のオブザーバ（カルマンフィルタ）であ
れば、誤差Ｅ＝Ｘ−Ｘobは不偏最小分散値を取ることが
保証されているが、本推定器の場合、外乱項にｕ−ｕob
が含まれているので、ｕ−ｕ obが大きくなるにしたがっ
て推定精度が悪化することがわかる。ｕ−ｕobはダンパ
１４の減衰力の非線形成分の推定誤差を意味するので、
前記数５で定義されるｆd(ｚw’−ｚb’,Ｐ)中のｆnl
(ｚw’−ｚb’,Ｐ)をできる限り小さくするように同数
５中の線形成分の減衰係数Ｃoを決定することが重要で
ある。
【００４４】しかし、本発明に係るダンパ１４は制御面
から可変幅が広く設計されており、全ての開口位置Ｐの
特性を単一の減衰係数Ｃoで近似しようとしても、非線
形成分が大きくなりがちである。そこで、本発明では２
通りの開口位置（ハード及びソフト）に対して、それぞ
れ線形近似した最適な減衰係数Ｃoh，Ｃosを設定し、そ
の際に最も推定誤差が小さくなるように２通りのカルマ
ンゲインＨh(ｈh1，ｈ h2)，Ｈs(ｈs1，ｈs2)を決定す
る。そして、中間位置に関しては前記減衰係数Ｃoh，Ｃ
os間を線形補間して決定するようにした。ダンパ１４の
開口位置Ｐを１〜１６に設定すると（ソフトを「１」と
し、ハードを「１６」とすると）、カルマンゲインＨは
下記数２５のようになる。
【００４５】
【数２５】
【００４６】このようにして構成されたオブザーバのブ
ロック図を図４に示してある。ただし、１４Ａは非線形
関数発生器であり、同発生器１４Ａは推定入力変数ｕob
を出力するもので、同変数ｕobはダンパ１４の減衰力の
非線形成分ｆnl(ｚwob’−ｚbo b’,Ｐ)に対応してい
る。そして、この発明の他の特徴はオブザーバを安定化
させて（極が安定領域に存在するようにして）、推定相
対速度y1ob及び推定相対変位量y2obの演算を確実に収束
させることにある。そこで、この非線形成分ｆnl(ｚw’
−ｚb’,Ｐ)の導出（前記数５）においては、同導出に
利用されるダンパ１４の減衰力ｆd(ｚw’−ｚb’,Ｐ)の
変化特性の傾きを、所定値以下に制限するように修正さ
れている。
【００４７】ｂ．具体的な実施形態 次に、上記オブザーバを用いて車輪１２の車体１１に対
する相対速度ｚwob’−ｚbob’(＝y1ob)及び相対変位量
ｚwob−ｚbob(＝y2ob)を推定するとともに、同推定値y1
obを用いてサスペンション装置内のダンパ１４の減衰力
を制御する制御装置の具体的な実施形態について説明す
る。
【００４８】図５はこの制御装置をブロック図により示
しており、同装置は上下加速度センサ２１、横加速度セ
ンサ２２及び前後加速度センサ２３を備えている。上下
加速度センサ２１は、車体１１の絶対空間に対する上下
方向の加速度を上下加速度ｚ b''として検出して、同加
速度ｚb''を表す検出信号を出力する。横加速度センサ
２２は、車体１１の絶対空間に対する横方向の加速度を
横加速度Ｇyとして検出して、同加速度Ｇyを表す検出信
号を出力する。前後加速度センサ２３は、車体１１の絶
対空間に対する前後方向の加速度を前後加速度Ｇxとし
て検出して、同加速度Ｇxを表す検出信号を出力する。
これらの加速度センサ２１〜２３は、マイクロコンピュ
ータ２０に接続されている。
【００４９】マイクロコンピュータ２０は、内蔵のタイ
マにより１０ｍｓ毎に図６のプログラムを繰り返し実行
して、ダンパ１４の減衰力を制御する。また、マイクロ
コンピュータ２０には、第１及び第２マップ（第１及び
第２テーブル）も内蔵されている。両マップは、図７，
８に示すように、ダンパ１４の減衰力特性を表してい
て、各開口位置Ｐ(＝１〜１６)毎に相対速度y1obに対応
した減衰力ｆd，ｆsの値をそれぞれ記憶している。図７
の第１マップにおいては、実線で示すように、ダンパ１
４の本来の特性カーブの傾きに制限を加えて、同傾きが
所定値以下に抑えられるように修正されていることを特
徴としている。すなわち、相対速度y1obが負の領域（ダ
ンパ１４の伸び側）であり、開口位置Ｐが大きい領域
（ダンパ１４のハード側領域）において、本来破線であ
るべき変化カーブが実線のように変更されている。
【００５０】マイクロコンピュータ２０には駆動回路２
４が接続され、同駆動回路２４は、ダンパ１４のオリフ
ィス１４ａの開度に対応した開口位置Ｐを表すマイクロ
コンピュータ２０からの制御信号に応じてステップモー
タ２５の回転を制御する。ステップモータ２５は、ダン
パ１４内に組み込まれていて、前記回転制御によりオリ
フィス１４ａの開度を制御する。
【００５１】次に、この具体的な実施形態の動作を説明
する。車両のイグニッションスイッチ（図示しない）が
投入されると、マイクロコンピュータ２０は、図示しな
いプログラム処理により、開口位置Ｐを「１」に設定し
た上で駆動回路２４を介してステップモータ２５を制御
してダンパ１４のオリフィス１４ａの開度を最大（ダン
パ１４のソフトに対応）に設定するとともに、推定相対
速度y1ob、推定相対変位量y2ob、状態変数ｘob1，ｘob2
及び中間パラメータｘ1obt，ｘ2obtを予め定めた初期値
に設定した後、図６のプログラムを１０ｍｓ毎に繰り返
し実行する。なお、これらの開口位置Ｐ、推定相対速度
y1ob、推定相対変位量y2ob、状態変数ｘ ob1，ｘob2及び
中間パラメータｘ1obt，ｘ2obtと、後述するプログラム
にて使用される各種値は、上記理論説明で利用した値に
それぞれ対応するが、具体的な計算においてはオブザー
バを離散系で構成する必要があるために上述の状態方程
式及び出力方程式を双一次変換により離散系に変換した
場合における値を示している。
【００５２】前記プログラムはステップ１００にて開始
され、マイクロコンピュータ２０は、ステップ１０２に
て上下加速度センサ２１、横加速度センサ２２及び前後
加速度センサ２３から、上下加速度ｚb''、横加速度Ｇy
及び前後加速度Ｇxを表す各検出信号をそれぞれ入力す
る。次に、ステップ１０４にて、第１マップ（図７）を
参照して推定相対速度y1ob及び開口位置Ｐに対応した減
衰力ｆd(y1ob,Ｐ)を決定する。この場合、初回の処理に
おいては前記初期設定された推定相対速度y1ob及び開口
位置Ｐが利用されるが、次回以降の処理においては前回
のステップ１２０，１２８，１３０の処理により導出さ
れた値が利用される。また、減衰力ｆd(y1ob,Ｐ)の決定
にあたっては、第１マップから読み出した値を用いた線
形補間演算により減衰力ｆd(y1ob,Ｐ)を導出するように
するとよい。
【００５３】次に、ステップ１０６にて、上記数１〜３
に対応した下記数２６〜２８の演算の実行により、路面
の凹凸に起因した車体１１のロール運動によるスタビラ
イザのばね力ｆs、車両の旋回時における車体１１のロ
ール運動による接地荷重変動分ΔＭr、及び車両の加減
速時における車体１１のピッチ運動による接地荷重変動
分ΔＭpをそれぞれ計算する。
【００５４】
【数２６】ｆs＝Ｋs・y2ob
【００５５】
【数２７】ΔＭr＝２・Ｍb・Ｇy・Ｈ／Ｔ
【００５６】
【数２８】ΔＭp＝２・Ｍb・Ｇx・Ｈ／Ｗ 前記数２６において、Ｋsは定数として予め与えられた
スタビライザのばね定数であるが、このばね定数Ｋs
は、推定相対速度y1ob及び推定相対変位量y2obが高精度
かつ安定して計算されるようにするためにチューニング
可能な値である。また、y2obは、初回の処理では前記初
期設定された推定変位量であるが、２回目以降の処理に
おいてはステップ１２０にて計算された値が利用され
る。前記数２７，２８において、Ｍbは車体１１の質量
であり、Ｈは車体１１の重心の高さであり、Ｔは車両の
トレッドであり、Ｗは車両のホイールベースであり、こ
れらＭ b，Ｈ，Ｔ，Ｗは予め定数として与えられてい
る。Ｇy，Ｇxは、それぞれ前記ステップ１０２の処理に
より入力した車両の横加速度及び前後加速度である。
【００５７】次に、ステップ１０８にて、前記計算した
スタビライザのばね力ｆsの絶対値｜ｆs｜がしきい値ｆ
sth以内になるように同ばね力ｆsを制限する（図９参
照）。すなわち、前記計算したばね力ｆsとしきい値ｆ
sth，−ｆsthとをそれぞれ比較し、ｆs＜−ｆsthであれ
ばｆsを−ｆsthに変更し、−ｆsth≦ｆs≦ｆsthであれ
ばｆsを前記計算した値に保ち、ｆs＞ｆsthであればｆs
をｆsthに変更する。
【００５８】前記ステップ１０８の処理後、ステップ１
１０にて、上記数１８に対応した下記数２９の演算の実
行により、前記計算した減衰力ｆd(y1ob,Ｐ)、ばね力ｆ
s及び接地荷重変動分ΔＭr，ΔＭrを用いてダンパ１４
の推定入力変数ｕob（＝非線形成分ｆnl(ｚw’−ｚb’,
Ｐ)）を計算する。この場合も、Ｃoは上述のように適当
に定めたダンパ１４の減衰係数であり（図３）、推定相
対速度y1obは前記ステップ１０４にて利用された値が利
用される。
【００５９】
【数２９】 ｕob＝ｆd(y1ob,Ｐ)−Ｃo・y1ob＋ｆs＋ΔＭr＋ΔＭp 次に、ステップ１１２にて、上記数１４，１７により規
定される係数ｕ1，ｕ2、Ｆ、及び前記ステップ１１０に
て計算した推定入力変数ｕobを用いて、下記数３０の演
算により車体１１の推定上下加速度ｚbob”を計算す
る。なお、下記数３０中の中間パラメータｘ1obt，ｘ
2obtに関しても、初回の処理においては前記初期設定さ
れた値が利用されるが、次回以降の処理においては前回
のステップ１１６の処理により導出された値が利用され
る。
【００６０】
【数３０】ｚbob”＝ｕ1・ｘ1obt＋ｕ2・ｘ2obt＋Ｆ・ｕob 次に、ステップ１１４にて、上記数２５に対応した下記
数３１，３２の演算の実行により、ゲインｈ1，ｈ2が計
算される。この場合も、開口位置Ｐは前記ステップ１０
４にて利用された値が利用される。
【００６１】
【数３１】ｈ1＝ｈs1＋(ｈh1−ｈs1)・(Ｐ−１)／１５
【００６２】
【数３２】ｈ2＝ｈs2＋(ｈh2−ｈs2)・(Ｐ−１)／１５ 次に、ステップ１１６にて、前記ステップ１０２の処理
により入力した上下加速度ｚb”、前記ステップ１１２
の処理により計算した推定上下加速度ｚbob”、及び前
記ステップ１１４の処理により計算したゲインｈ1，ｈ2
を用いた下記数３３，３４の演算により中間パラメータ
ｘ1obt，ｘ1obtを計算する。なお、この場合も、状態変
数ｘ1ob，ｘ2obに関しては、初回の処理においては前記
初期設定された値が利用されるが、次回以降の処理にお
いては前回のステップ１１８の処理により導出された値
が利用される。
【００６３】
【数３３】ｘ1obt＝ｘ1ob＋ｈ1・(ｚb”−ｚbob”)
【００６４】
【数３４】ｘ2obt＝ｘ2ob＋ｈ2・(ｚb”−ｚbob”) 次に、ステップ１１８にて、前記ステップ１１６，１１
０の処理により計算した中間パラメータｘ1obt，ｘ2obt
及び推定入力変数ｕobと、前記数８，１０により規定さ
れる係数ａ11，ａ12，ａ21，ａ22，ｂ1，ｂ2を用いた下
記数３５，３６の演算により状態変数ｘ1ob，ｘ2obを計
算する。
【００６５】
【数３５】 ｘ1ob＝ａ11・ｘ1obt＋ａ12・ｘ2obt＋ｂ1・ｕob
【００６６】
【数３６】 ｘ2ob＝ａ21・ｘ1obt＋ａ22・ｘ2obt＋ｂ2・ｕob 次に、ステップ１２０にて、前記ステップ１１６，１１
０の処理により計算した中間パラメータｘ1obt，ｘ2obt
及び推定入力変数ｕobと、前記数１２，１３，１５，１
６により規定される係数ｃ11，ｃ12，ｃ21，ｃ22，
Ｄ1，Ｄ2を用いた下記数３７，３８の演算により推定相
対速度y1ob及び推定相対変位量y2obをそれぞれ計算す
る。これにより、車輪１２の車体１１に対する相対速度
ｚw’−ｚb’及び相対変位量ｚw−ｚbが推定されたこと
になる。
【００６７】
【数３７】y1ob＝ｃ11・ｘ1obt＋ｃ12・ｘ2obt＋Ｄ1・ｕob
【００６８】
【数３８】y2ob＝ｃ21・ｘ1obt＋ｃ22・ｘ2obt＋Ｄ2・ｕob 次に、このようにして推定した推定相対速度y1ob及び検
出した上下加速度ｚb”に基づいて、ダンパ１４の減衰
力をスカイフック理論にしたがって制御することについ
て説明する。まず、ステップ１２２にて、下記数３９の
ように前記入力した上下加速度ｚb”を時間積分して車
体１１の上下速度ｚb’を計算し、ステップ１２４に
て、下記数４０の演算の実行によりスカイフック減衰係
数Ｃshを用いてダンパ１４のスカイフック減衰力ｆsを
計算する。なお、このスカイフック減衰係数Ｃshは予め
定数として与えられている。
【００６９】
【数３９】ｚb’＝∫ｚb”dt
【００７０】
【数４０】ｆs＝Ｃsh・ｚb’ そして、ステップ１２６にて推定相対速度y1obと上下速
度ｚb’が異符号であるか否か、すなわち車体１１の振
動状態が加振領域にあるか制振領域にあるかを判定す
る。いま、車体１１の振動状態が制振領域にあって推定
相対速度y1obと上下速度ｚb’が異符号であれば、同ス
テップ１２６にて「ＹＥＳ」と判定して、ステップ１２
８にて第２マップ（図８）を参照することにより、前記
計算したスカイフック減衰力ｆs及び推定相対速度y1ob
に対応した開口位置Ｐを決定する。この決定にあたって
は、図８のグラフ上においてスカイフック減衰力ｆsと
推定相対速度y1obとで決まる点が最も近いカーブが検索
され、同検索されたカーブに対応した開口位置Ｐが選定
される。一方、車体１１の振動状態が加振領域にあって
推定相対速度y1obと上下速度ｚb’が同符号であれば、
ステップ１２６にて「ＮＯ」と判定し、ステップ１３０
にて開口位置Ｐをダンパ１４の最もソフト状態を表す
「１」に設定する。
【００７１】前記ステップ１２８，１３０の処理後、ス
テップ１３２にて開口位置Ｐを表す制御信号を駆動回路
２４に出力する。駆動回路２４はステップモータ２５の
回転を前記制御信号に基づいて制御し、ダンパ１４のオ
リフィス１４ａの開度を前記開口位置Ｐに対応した値に
制御する。その結果、ダンパ１４の減衰力はスカイフッ
ク理論に基づいて制御され、車両の乗り心地が良好とな
る。
【００７２】上記のように構成した実施形態において
は、マイクロコンピュータ２０によって実行されるプロ
グラムのステップ１０２〜１２０の処理がオブザーバ
（推定手段）を構成する。そして、このオブザーバによ
れば、上下加速度センサ２１により検出された絶対空間
に対する車体１１の上下方向の加速度ｚb''を観測値と
して、車体１１に対する車輪１２の上下方向の相対速度
ｚw'−ｚb'及び相対変位量ｚw−ｚb(車輪１２に対する
車体１１の上下方向の相対速度ｚb'−ｚw'及び相対変位
量ｚb−ｚw)がそれぞれ推定されるので、センサの数を
減らすことができる。特に、ステップ１０６，１１０の
処理により、路面の凹凸に起因した車体１１のロール運
動によるスタビライザのばね力ｆs、車両の旋回時にお
ける車体１１のロール運動による接地荷重変動分Δ
Ｍr、及び車両の加減速時における車体１１のピッチ運
動による接地荷重変動分ΔＭpが計算され、これらのば
ね力ｆs及び接地荷重変動分ΔＭr，ΔＭpが制御入力で
あるダンパ１４の非線形成分を補償するので、路面外乱
によって車体１１がロール運動したり、車両の旋回時に
車体１１がロール運動したり、車両の加減速時に車体１
１がピッチ運動したりしても、前記相対速度ｚw'−ｚb'
及び相対変位量ｚw−ｚbを精度よく検出できるようにな
る。
【００７３】また、ステップ１０８の処理により、前記
計算されたスタビライザのばね力ｆ sの大きさを所定の
範囲内に制限するので、ばね力ｆsが誤差によって不適
切に大きくなることが抑制されて、オブザーバによる推
定値が発振してしまうことがなくなり、車体１１の車輪
１２に対する相対的な運動状態量が安定して推定され
る。
【００７４】なお、上記実施形態においては、車体１１
の上下方向の絶対運動状態量として上下加速度ｚb''を
観測値として採用したが、車体１１の絶対空間に対する
上下方向の速度ｚb'及び変位量ｚbは前記上下加速度
ｚb''を積分することによって計算できるとともに、上
下加速度ｚb''は速度ｚb'及び変位量ｚbを微分すること
によっても計算できるので、これらの上下加速度
ｚb''、速度ｚb'及び変位量ｚbは同等な運動状態量であ
る。したがって、車体１１の絶対空間に対する上下方向
の速度及び変位量などを車体１１の上下方向の絶対運動
状態量として採用するようにしてもよい。また、上記実
施形態においては、車体１１の車輪１２に対する上下方
向の相対速度ｚb'−ｚw'及び相対変位量ｚb-ｚwを車体
１１の車輪１２に対する相対運動状態量として推定する
ようにしたが、車体１１の車輪１２に対する上下方向の
相対加速度ｚb''−ｚw''は前記相対速度ｚb'−ｚw'を微
分することによって計算できるとともに、前記相対速度
ｚb'−ｚw'は相対加速度ｚb''−ｚw''を積分することに
よっても計算できるので、これらの相対加速度ｚb''−
ｚw''、相対速度ｚb'−ｚw'及び相対変位量ｚb-ｚwも同
等な運動状態量である。したがって、車体１１の車輪１
２に対する上下方向の相対加速度ｚb''−ｚw''を車体１
１の車輪１２に対する上下方向の運動状態量として採用
するようにしてもよい。
【００７５】また、上記実施形態においては、路面の凹
凸に起因した車体１１のロール運動によるスタビライザ
のばね力ｆs、車両の旋回時における車体１１のロール
運動による接地荷重変動分ΔＭr、及び車両の加減速時
における車体１１のピッチ運動による接地荷重変動分Δ
Ｍpでオブザーバの制御入力（ダンパ１４の非線形成
分）を補償するようにしたが、オブザーバを用いた推定
値への影響、計算速度などの理由により、これらのばね
力ｆs及び接地荷重変動分ΔＭr，ΔＭpのうちのいずれ
か一つ若しくは複数を前記補償演算から省略するように
してもよい。
【００７６】また、上記実施形態においては、図６のス
テップ１０４にてダンパ１４の減衰力ｆdを導出するた
めに図７の第１マップを用いるようにしたが、この場
合、推定相対速度y1ob及び開口位置Ｐによりダンパ１４
の減衰力ｆdを導出すればよいので、前記第１マップに
代えて推定相対速度y1ob及び開口位置Ｐと予め定めたパ
ラメータとにより前記減衰力ｆdを演算により導出する
ようにしてもよい。すなわち、ダンパ１４の減衰力ｆd
を導出するために、前記第１マップ、演算などを含む種
々の非線形関数発生手段を用いることができる。ただ
し、この場合も、推定相対速度y1obに対する減衰力ｆd
の変化カーブの傾きは所定値以下に制限される。
【００７７】また、上記実施形態においては、図６のス
テップ１２８にて第２マップ（図８）を用いて開口位置
Ｐを決定するようにしたが、同第２マップと第１マップ
とは推定相対速度y1obが負で開口位置Ｐが大きい領域で
のみ異なるので、多少の誤差を許容すれば、第２マップ
を省略して前記ステップ１２８にて第１マップ（図７）
を用いて開口位置Ｐを決定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (Ａ)は単輪の１自由度モデル図であり、(Ｂ)
は同モデルのダンパを線形成分と非線形成分に分けて示
した１自由度モデル図である。
【図２】 ダンパの減衰力特性を一般的に示すグラフで
ある。
【図３】 ダンパの減衰力特性をソフト、ミディアム、
ハード毎に示すグラフである。
【図４】 本発明の一実施形態に係るオブザーバのブロ
ック図である。
【図５】 本発明の一実施形態に係るサスペンション制
御装置のブロック図である。
【図６】 図５のマイクロコンピュータにて実行される
プログラムのフローチャートである。
【図７】 同マイクロコンピュータに内蔵の第１マップ
におけるダンパの減衰力特性を示すグラフである。
【図８】 同マイクロコンピュータに内蔵の第２マップ
におけるダンパの減衰力特性を示すグラフである。
【図９】 前記オブザーバで用いられるスタビライザの
ばね力の制限特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１１…車体、１２…車輪、１３…ばね、１４…ダンパ、
１４ａ…オリフィス、１４Ａ…非線形関数発生器、２０
…マイクロコンピュータ、２１…上下加速度センサ、２
２…横加速度センサ、２３…前後加速度センサ、２５…
ステップモータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−912（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−913（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−264630（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−20120（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−142628（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−309316（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−106937（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60G 17/015

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】オリフィス開度に応じた減衰力を発生する
    ダンパを有する車両に適用され、 ばね上部材の絶対空間に対する上下方向の運動状態量を
    検出する絶対運動状態量検出手段と、 前記絶対運動状態量検出手段により検出された運動状態
    量を入力変数とするとともに、ばね上部材のばね下部材
    に対する上下方向の相対的な運動状態量を出力変数と
    し、前記オリフィス開度に応じて決まるダンパの減衰力
    の非線形成分を制御入力とするオブザーバとを用いて、 ばね上部材のばね下部材に対する上下方向の相対的な運
    動状態量を推定する車両の運動状態量推定装置におい
    て、 ばね上部材のばね下部材に対する相対的変位量を前記出
    力変数の少なくとも一つとし、前記相対的変位量に基づ
    いてスタビライザのばね力を計算するとともに、同計算
    したばね力を用いて前記オブザーバの制御入力を補償す
    る第１補償手段を設けたことを特徴とする車両の運動状
    態量推定装置。
  2. 【請求項２】前記請求項１に記載の第１補償手段に、前
    記スタビライザのばね力の大きさを所定の範囲内に制限
    する制限手段を設けたことを特徴とする車両の運動状態
    量推定装置。
  3. 【請求項３】前記請求項１又は２に記載した車両の運動
    状態量推定装置において、 車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、 前記検出された横加速度に基づいてばね上部材のロール
    運動による接地荷重変動分を計算するとともに、同計算
    した接地荷重変動分を用いて前記オブザーバの制御入力
    を補償する第２補償手段とを設けたことを特徴とする車
    両の運動状態量推定装置。
  4. 【請求項４】前記請求項１又は２に記載した車両の運動
    状態量推定装置において、 車両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段と、 前記検出された前後加速度に基づいてばね上部材のピッ
    チ運動による接地荷重変動分を計算するとともに、同計
    算した接地荷重変動分を用いて前記オブザーバの制御入
    力を補償する第３補償手段とを設けたことを特徴とする
    車両の運動状態量推定装置。
  5. 【請求項５】オリフィス開度に応じた減衰力を発生する
    ダンパを有する車両に適用され、 ばね上部材の絶対空間に対する上下方向の運動状態量を
    検出する絶対運動状態量検出手段と、 前記絶対運動状態量検出手段により検出された運動状態
    量を入力変数とするとともに、ばね上部材のばね下部材
    に対する上下方向の相対的な運動状態量を出力変数と
    し、前記オリフィス開度に応じて決まるダンパの減衰力
    の非線形成分を制御入力とするオブザーバとを用いて、 ばね上部材のばね下部材に対する上下方向の相対的な運
    動状態量を推定する車両の運動状態量推定装置におい
    て、 車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、 前記検出された横加速度に基づいてばね上部材のロール
    運動による接地荷重変動分を計算するとともに、同計算
    した接地荷重変動分を用いて前記オブザーバの制御入力
    を補償する補償手段とを設けたことを特徴とする車両の
    運動状態量推定装置。
  6. 【請求項６】オリフィス開度に応じた減衰力を発生する
    ダンパを有する車両に適用され、 ばね上部材の絶対空間に対する上下方向の運動状態量を
    検出する絶対運動状態量検出手段と、 前記絶対運動状態量検出手段により検出された運動状態
    量を入力変数とするとともに、ばね上部材のばね下部材
    に対する上下方向の相対的な運動状態量を出力変数と
    し、前記オリフィス開度に応じて決まるダンパの減衰力
    の非線形成分を制御入力とするオブザーバとを用いて、 ばね上部材のばね下部材に対する上下方向の相対的な運
    動状態量を推定する車両の運動状態量推定装置におい
    て、 車両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段と、 前記検出された前後加速度に基づいてばね上部材のピッ
    チ運動による接地荷重変動分を計算するとともに、同計
    算した接地荷重変動分を用いて前記オブザーバの制御入
    力を補償する補償手段とを設けたことを特徴とする車両
    の運動状態量推定装置。
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