JP4119500B2 - 連続的力制御セミアクティブダンパ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダンパの反転モデルを含む直接制御ループを具備するダンパの制御回路に関し、より詳細には、連続的力制御セミアクティブダンパに関する。
【０００２】
【従来の技術】
出願人のフランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号は、開ループ方式に基づく反転モデル（inverse model）による力追従の一般原理を提起している。
【０００３】
このフランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に記載されている制御回路により制御されるセミアクティブダンパの主な特徴によれば、制御回路は、ダンパの反転モデルから成る直接制御ループを含む。
【０００４】
さらに、ダンパの反転モデルは、ダンパの両端間の相対速度
【０００５】
【数５】
【０００６】
（以下、本明細書の数式以外の部分においてはＹドットと記載する。）の値の測定および力の設定値Ｆｃに基づいて、圧縮バルブおよび膨張バルブの理論制御電流値ｉthを決定する。
【０００７】
力フィードバックループは、力の設定値Ｆｃと、作用する実際の力Ｆの測定値との間の力誤差εＦを考慮するための比例型補正項δｉを前記理論制御電流ｉthに導入する。
【０００８】
ダンパの反転モデルは以下の式で定義される。
【０００９】
膨張段階（ｙドット＞０）においては、
【００１０】
【数６】
【００１１】
圧縮段階（ｙドット＜０）においては、
【００１２】
【数７】
【００１３】
ここでｋ13およびｋ23は、シリンダの寸法、オイルの物理学的特性、ならびに流体バルブの流量利得に依存する正の定数である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして定義されるダンパの反転モデルは、流体の非圧縮性を仮定するものである。
【００１５】
しかしながらこの仮定はあらゆる適用例に有効であるわけではない。
【００１６】
従って本発明の目的は、流体の圧縮性の問題を解決することができるセミアクティブダンパの連続的力制御装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、制御回路によって制御されるセミアクティブダンパは、前記制御回路が、ダンパの反転モデルから成る直接主制御ループを含むことを特徴とし、前記反転モデルは、物理量に基き、セミアクティブダンパの力および実行すべき力の設定値に応じて制御量を決めることができるようになっている。
【００１８】
制御ループは、力センサの使用を必要としないため、直接制御ループと呼ばれる。
【００１９】
このような特徴を有する本発明によるセミアクティブダンパの長所は、等価速度
【００２０】
【数８】
【００２１】
（以下、本明細書の数式以外の部分においてはｙeドットと記載する。）の計算によって、流体の圧縮性が考慮されることである。
【００２２】
本発明によるセミアクティブダンパはまた、以下の特徴のうちの少なくとも一つを満たす。
【００２３】
− ダンパの前記反転モデルが、ダンパの両端間の相対速度ｙドットの値の測定および力の設定値Ｆｃに基づいて、圧縮バルブおよび膨張バルブ、あるいはこれらの二つの機能をまとめた単一のバルブの理論制御電流値ｉthを決定し、前記相対速度ｙドットから等価速度ｙeドットが演繹される。
【００２４】
− ダンパの前記反転モデルが
・ 膨張時の膨張弁および圧縮時の圧縮弁など、開いている弁のヘッドロスΔＰＣＬを推定する第一ブロックと、
・ 動作バルブのヘッドロスΔＰＶを推定する第二ブロックと、
・ バルブの理想制御電流ｉthを計算する第三ブロックと、
・ 速度ｙドットにおける補正項δｙドットを計算する第四ブロックと、
・ 加算器と
を含む。
【００２５】
− 前記第一ブロックが、開いている弁のレベルにおけるヘッドロスΔＰＣＬの計算を行う。
【００２６】
− 前記第一ブロックの出力量ΔＰＣＬが、前記第一ブロックの入力量ｙドットおよびｉthに応じて表に示される特性値の配列に基づいて内挿される。
【００２７】
− 前記第二ブロックが、圧力を有する室とアキュムレータとの間に置かれた動作制御バルブが行うべきヘッドロスΔＰＶの推定を実施する。
【００２８】
ブロックの出力ΔＰＶが、ブロックの二つの入力ＦｃおよびΔＰＣＬに応じて求められる、すなわち
膨張時（バルブ１０）には、ΔＰＶ＝（Ｆｃ−ΔＰＣＬ Ｓ２）／Ｓ１
圧縮時（バルブ９）には、ΔＰＶ＝（−Ｆｃ−ΔＰＣＬ Ｓ１）／Ｓ２
である。
【００２９】
− ブロックの出力δｙドットによって測定速度ｙドットの情報が補正され、前記加算器の出力部に等価速度ｙeドット＝ｙドット＋δｙドットが形成される。
【００３０】
− 前記第四ブロックが補正速度項δｙドットを計算する。
【００３１】
− 前記補正速度項δｙドットが次式で与えられる。
【００３２】
【数９】
【００３３】
− 前記第三ブロックで、前記第三ブロックの二つの入力ΔＰＶおよびｙeドットに応じて理想制御電流ｉthを計算する。
【００３４】
− 前記バルブが、バルブの測定されたヘッドロスΔＰＶmesureと、測定値ΔＰＶmesureおよびｙドットから求めた測定された等価速度ｙeドットmesureと、電流ｉとを次式の形で関連付ける非線形利得Ｋ（ｉ）の識別によってあらかじめ特徴付けられている。
【００３５】
【数１０】
【００３６】
− 第二ブロックΔＰＶの出力部と加算器の出力部で計算される値について、下記の恒等式を満たす電流ｉthを求める。
【００３７】
【数１１】
【００３８】
電流ｉthは、たとえば許容される電流の集合に関して誤差関数εＫ（ｉ）を最小化することによって求められる。すなわち、ｉthは次式を満たす。
【００３９】
【数１２】
【００４０】
上記の式において、
ｋ（ｉ）は、測定値に基づいて識別される非線形利得であり、
ΔＰＶは、第二ブロックの出力部で計算される、達成されるべきヘッドロスであり、
ｙeドットは、加算器の出力部で計算される等価速度である
ようなｉthを決める。
【００４１】
− フィードバック第二ループが、前記力の設定値Ｆｃと作用する実際の力Ｆの測定値との間の力誤差εＦを考慮するための比例型の小さな補正項δｉを前記主理論制御電流ｉthに導入する。
【００４２】
本発明によるセミアクティブダンパの連続的力制御装置の別の長所は、散逸性の力設定を追従すること、すなわち、制御システムでは限られた数の特徴しかもたらすことができない先行技術によるパイロット制御ダンパとは異なり、無限の力−相対速度法則が連続的的にもたらされることである。
【００４３】
本発明によるセミアクティブダンパの連続的力制御装置の別の長所は、流体ダンパの場合、普及品の標準流体構成要素を使うことができることである。
【００４４】
本発明によるセミアクティブダンパの連続的力制御装置の別の長所は、計装をただ一つの速度センサにまで簡略化して満足のゆくシステムの動作が行えることである。
【００４５】
たとえば、力センサの不良時には、補正項δｉが中立になり０にされ、力の設定値Ｆｃおよびダンパの力のただ一つの測定値に基づく、制御電流への主な貢献分ｉthにより、十分な精度が維持される。
【００４６】
本発明によるセミアクティブダンパの連続的力制御装置の別の長所は、運動の散逸段階時、力で表わされる制御則を追従できることである。
【００４７】
本発明の別の目的、特徴および長所は、添付の図面を参照しながら行うセミアクティブダンパの連続的力制御装置の好ましい実施の形態についての説明を読むことにより明らかになろう。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による制御セミアクティブダンパであって出願人の未公開フランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に記述されているダンパの原理を示す略図である。
【００４９】
本発明による制御セミアクティブダンパは、ロッド３を具備する中実ピストン２が内部を滑動し、全体でシリンダ１４を構成する本体１を含む。
【００５０】
ピストン２は、圧縮室と呼ばれる第一室４と膨張室と呼ばれる第二室５を画定する。
【００５１】
本体１には、たとえば油圧オイルなどの流体６が充填される。
【００５２】
セミアクティブダンパはまた、圧縮バルブと呼ばれる第一逆止めバルブ７と膨張バルブと呼ばれる第二逆止めバルブ８とを含む。
【００５３】
圧縮バルブと呼ばれる第一流体バルブ９と膨張バルブと呼ばれる第二流体バルブ１０は電気的に制御される。
【００５４】
セミアクティブダンパはまた、セミアクティブダンパの取り付け時に軽くプリロードされ、室で構成されるアキュムレータ１１を含む。
【００５５】
たとえば油空気圧式のこのようなアキュムレータは、不活性加圧気体と、気体がその圧力を伝える油圧オイルとを含む固定容量を形成する。
【００５６】
このような油空気圧式アキュムレータ１１は、不活性加圧気体と、気体がその圧力を伝える油圧オイルとを含む固定体積を形成する。
【００５７】
二つの流体は通常、膜または内袋（vessie）により物理的に分離される。
【００５８】
このアキュムレータの機能は、ダンパが完全に圧縮された時、ロッドの体積に相当するオイルの容量を吸収すること、および流体回路内で圧力を最小にすることである。
【００５９】
本発明によるセミアクティブダンパの動作は、油圧ユニットまたは高圧アキュムレータ型の外部油圧発生源を必要としないことに留意することが重要である。
【００６０】
圧縮逆止めバルブ７と膨張バルブ１０は並列に取り付けられ、膨張室５とアキュムレータ１１の室との間に配設される。
【００６１】
膨張逆止めバルブ８と圧縮バルブ９は並列に取り付けられ圧縮室４とアキュムレータ１１の室との間に配設される。
【００６２】
最後に、セミアクティブダンパは、力センサ１２と相対速度センサ１３とを含む。
【００６３】
図２は、本発明による制御セミアクティブダンパの制御であって出願人の未公開フランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に記述されているダンパの制御の原理を示す略図である。
【００６４】
この図２で使われる符号とその意味を下記に示す。
【００６５】
Ｆｃ：力の設定値
Ｆ：実際の力
Ｆｍ：センサにより測定された実際の力Ｆ
εＦ：力誤差、εＦ＝Ｆｃ−Ｆｍ
ｙドット：ダンパの両端間の相対速度
ｉ：バルブの制御電流
ｉth：反転モデルによって決められ、力Ｆｃを求めるため流体バルブに印加すべき理論制御電流
δｉ：力誤差εＦを考慮するためのｉ＝ｉth＋δｉにおける追加補正
下記に、図１および図２を参照して、本発明による制御セミアクティブダンパの流体による動作を示す。
【００６６】
本発明による制御セミアクティブダンパの流体による動作は、
− 図１の矢印Ｃで示す圧縮段階と呼ばれる第一段階と、
− 図１の矢印Ｄで示す膨張段階と呼ばれる第二段階の
二つの段階に分けられる。
【００６７】
圧縮段階では、ピストン２はシリンダの本体１内に入り、膨張段階では、ピストン２はシリンダの本体１から出る。
【００６８】
圧縮段階では、圧縮室４に含まれている流体６は圧縮される。膨張逆止めバルブ８はブロックされ、そのため流体は強制的に圧縮バルブ９を経由する。
【００６９】
圧縮逆止めバルブ７により、流体６は膨張バルブ１０を短絡し、自由に膨張室５内に充填される。
【００７０】
圧縮バルブ９を制御することにより、圧縮室４の圧力レベルを制御することができ、従って、圧縮時に加えられる反力を制御することができる。
【００７１】
膨張段階では、装置の役割が反転される。
【００７２】
膨張バルブ１０は、膨張室５からアキュムレータ１１の室への流体６の移動を制御し、これにより膨張力を調整することができる。
【００７３】
膨張バルブ８は動作状態になり、膨張室５からアキュムレータ１１の室への流体６の移動を自由に行わせる。
【００７４】
圧縮バルブ９および膨張バルブ１０は、速度に対し常に反対の減衰力を調節するために、電気的に制御するのが好ましい。
【００７５】
前記の結果、減衰は散逸系の状態のままである。
【００７６】
加えられる力を調節することにより、コンピュータ（図示せず）によって作成される力設定値Ｆｃにこの力を追従させることができる。
【００７７】
基本的な問題は、力の設定値Ｆｃを得るために圧縮バルブ９および膨張バルブ１０に印加すべき制御電流ｉを決定することである。
【００７８】
圧縮および膨張段階について、等速ダンパの各室の吸い込み速度の平衡を示す関係式を利用することにより、ダンパの反転モデル１５から供給される電流ｉthと、瞬間相対速度ｙドットと、減衰力との間の単純な関係を演繹することができた。
【００７９】
この関係はたとえば、膨張段階における以下の式によって与えられる。
【００８０】
【数１３】
【００８１】
ここで、
Ｆ 加えられる減衰力
ρ オイルの密度
Ｓ1 ロッドが無い側で圧力を受けるピストンの断面積
Ｓ2 ロッド側で圧力を受けるピストンの断面積
Ｓｔ ロッドの断面積
ｙドット 相対速度
Ｇｉ 制御バルブの圧力利得
ｉ 制御電流
Ｃｄ 膨張逆止めバルブの流量係数
Ａ31 膨張逆止めバルブの幾何学的開口断面積
ΔＰ31 アキュムレータと減圧された室との間におけるヘッドロス
Ｐ3 アキュムレータ内の圧力
Ｐｅ 大気圧
である。
【００８２】
所期の力Ｆｃおよび測定速度ｙドットに応じて、制御装置に印加すべき電流ｉthを求めるという趣旨でこのダンパモデルを利用するということは、結局、ダンパの反転モデル１５を利用することになる。
【００８３】
減衰の法則の算出、従って反転モデル１５において単純化がはかられたため、力フィードバックループ１６を介して比例型補正項δｉが導入される。
【００８４】
このフィードバックループ１６において、加えられる力Ｆの測定値Ｆｍを供給する力センサ１２を使用することにより、設定値としての力Ｆｃと測定した力Ｆｍとの間の誤差信号εＦを作り出すことができる。
【００８５】
この誤差差信号εＦは補正装置１７に印加され、補正装置は、バルブ９、１０の制御電流ｉに追加補正δｉを供給する。
【００８６】
相対速度ｙドットの値は、速度フィードバックループ１８を介して、ダンパの反転モデル１５に入力される。
【００８７】
速度フィードバックループ１８は速度センサ１３を含む。
【００８８】
理論制御電流ｉthの値は、ダンパの反転モデル１５によって決まる。
【００８９】
この理論制御電流ｉthは流体バルブに印加され、その結果、直接制御ループ１９を介して力Ｆｃが得られる。
【００９０】
直接制御ループ１９はダンパの反転モデル１５を含むが、反転モデルはたとえば以下の式で定義される。
【００９１】
膨張段階（ｙドット＞０）においては、
【００９２】
【数１４】
【００９３】
圧縮段階（ｙドット＜０）においては、
【００９４】
【数１５】
【００９５】
ここでｋ13およびｋ23は、シリンダの寸法、オイルの物理学的特性、ならびに油圧バルブの流量利得に依存する正の定数である。
【００９６】
本発明によるセミアクティブダンパは、旅客用鉄道車両の横方向二次サスペンションとして利用される。
【００９７】
以下の説明はとくに、本発明による連続的力制御セミアクティブダンパに関する。
【００９８】
図４は、本発明による連続的力制御セミアクティブダンパの制御回路の原理機構の好ましい実施の形態を示す図である。
【００９９】
従って、この図４に示す原理機構は、出願人のフランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に説明されている制御セミアクティブダンパを補完するものである。
【０１００】
図２および図４に共通な要素には同じ符号を付してある。
【０１０１】
補正装置１７および力センサ１２は、オプションであって実際には使われないが、図３および図４には示してある。
【０１０２】
従来のダンパは、外部調整の可能性をもたずに、力の速度ｙドットに応じて散逸流体力Ｆｖを再現する。
【０１０３】
パイロット制御ダンパの場合、基本的なアイデアは、速度ｙドットおよび力の設定値Ｆｃを知ることから始めて、Ｆv＝Ｆcが得られる設定パラメータ（バルブの制御電流ｉth）を決めることから成る。
【０１０４】
従って、装置の物理的挙動の理解を起点として、速度ｙドット、力の設定値Ｆｃおよび制御電流ｉthを結び付けることができるシステムのモデルが設定され、次に反転モデルが展開された。
【０１０５】
この制御機構を、圧縮可能な流体をもつ本システムに展開するために、速度ｙドットそのものについて研究する代わりに速度ｙドットから等価速度ｙeドットが演繹された。
【０１０６】
以下の説明は、開ループ制御機構に関する。
【０１０７】
誤差信号（εＦ＝Ｆｖ−Ｆc）に基づいて考案された従来のサーボ制御技術はわれわれの適用例に関しては有効ではなく、また、実際の力Ｆｖの測定を主ループ内で行う必要がある。
【０１０８】
実際の力を測定することなく、所期の力Ｆｃおよび速度ｙドットに応じて制御電流ｉthを直接決めることができる開ループ機構が開発された。
【０１０９】
以下の説明は、圧力の動力的学的推定値を基にした力速度の補正に関し、等価速度という概念を導入する。
【０１１０】
流体に圧縮性があるため、圧縮不可能な液体において示した反転モデルの原理の適用には不適当なヒステリシスを示す力−速度特性Ｆｖ=ｆｃｔ（ｙドット，ｉ）が課される。
【０１１１】
速度ｙドットの情報は、反転モデルという概念を利用することができる特性：Ｆｖ＝ｆｃｔ（ｙeドット，ｉ）の包括的な説明を得るために、等価速度ｙeドットの形態において補正された。
【０１１２】
流体の圧縮性は、圧縮室４および膨張室５の流体の体積の連続的性の式において、圧力の導関数に関連する圧縮性流量として作用する。
【０１１３】
従って速度ｙドットは、伸張状態にある室（chamber under tension）の圧力の導関数に比例する項によって補正され、結局、圧縮不可能な流体という仮定により得られる式と同様な式になった。
【０１１４】
アキュムレータのレベルでの圧力の変動を無視すれば、伸張状態にある室の作動圧力は、制御バルブの作動通過ポートのレベルでの所期のヘッドロスΔｐvにほぼ等しい。これは
【０１１５】
【数１６】
【０１１６】
の式で表わすことができる。
【０１１７】
ここで、ｙeドットはｙドットの替わりに推定した等価速度である。
【０１１８】
以下の説明はバルブの設定値の段階の進行に関する。
【０１１９】
ｓｉｇｎ関数は駆動の段階に関し、係数ｒ（ｙドット）は、相対駆動速度に応じて調節される。
【０１２０】
正の値は、流体の圧縮性を考慮することに関する理論的正当化を認めるものである。
【０１２１】
負の値は、等価速度の段階を進行させ、それにより、バルブの閉鎖速度を低速に制限することができ、その結果、流体のブロッキングが回避される。
【０１２２】
以下の説明は力の設定値の整形に関する。
【０１２３】
たとえば最適制御の理論から生み出された制御則Ｕを基にすると、力の設定値は、ダンパの低い物理学的特性（最大開口のバルブ）および高い物理学的特性（最小開口のバルブ）によって課される散逸領域に制限される。
【０１２４】
セミアクティブ戦略に対応する得られた散逸制御力はＵｓａと記してある。
【０１２５】
さらに、あるバルブの開口をもつシステムの自然特性は二次形式であるので、０速度バルブの制御の不確定性をなくすために、低速（速度しきい値Ｖｏ）に関して、二次形式の形態（Ｃｖ ｙドット ｜ｙドット｜）で、設定値を整形する。すなわち
【０１２６】
【数１７】
【０１２７】
となる。
【０１２８】
本発明によるセミアクティブダンパの流体機構の好ましい実施の形態を図３に示す。
【０１２９】
図３で、Ｐ１は室５内の圧力であり、Ｐ２は室４内の圧力であり、Ｐ３はアキュムレータ１１内の圧力である。
【０１３０】
Ｃｌｄは膨張逆止めバルブを示し、Ｃｌｃは圧縮逆止めバルブを示す。図１で、前者には符号８が付してあり、後者には符号７が付してある。
【０１３１】
ＶｃとＶｄは、それぞれ、たとえば４／２比例型のバルブ２０の通過ポート（図３を参照のこと）、二つの２／２バルブの通過ポート（図１のバルブ９および１０を参照のこと）を示す。
【０１３２】
本発明によるこの機構の長所は、図３に示すように二つの通過断面ＶｄおよびＶｃの並列パイロット制御により、ただ一つのバルブを使用するだけでよいということである。
【０１３３】
動作原理を再度下記に示す。
【０１３４】
膨張段階（ピストンが出ている）では、膨張逆止めバルブＣＬｄが非動作バルブポートＶｃを短絡し、自由に膨張室２内に充填される。逆止めバルブＣＬｃは閉じている。バルブＶｄの動作ポートの通過断面積をパイロット制御することにより、室１内の圧力を制御することができ、従って、膨張時にダンパによって加えられる力Ｆｖを制御することができる。
【０１３５】
圧縮時の動作はこれと対称である。
【０１３６】
ダンパによって発生する力は以下の形態に分解することができる。
【０１３７】
【数１８】
【０１３８】
散逸流体部分Ｆｖのみを考察することにする。
【０１３９】
たとえば膨張段階における計算方法を図３を参照して後記に説明する。
【０１４０】
開いたバルブＣＬｄのレベルにおけるヘッドロスは、表に示した特性によるバルブの速度ｙドットおよび電流に応じて求められる。これは補正項である。制御電流により、バルブの流量の法則に対するポートＶｃの開口の影響を考慮することができる。
【０１４１】
【数１９】
【０１４２】
動作バルブＶｄのポートのレベルにおける所期の圧力は、ＦｃおよびΔＰＣＬの式から求められる。
【０１４３】
【数２０】
【０１４４】
等価作業速度を決めるためにΔＰＶの導関数を求め、次に、速度ｒ（ｙドット）に応じた可変利得を乗じる。
【０１４５】
【数２１】
【０１４６】
動作点を確保するために制御電流を求める。
【０１４７】
【数２２】
【０１４８】
この特性は、
【０１４９】
【数２３】
【０１５０】
のような表に示した非線形利得Ｋ（ｉth）の形態であらかじめ識別されたものである。
【０１５１】
反転モデルの原理は、
【０１５２】
【数２４】
【０１５３】
のようなｉthを決定することにある。
【０１５４】
以下の説明は、直接制御ループ１９に関し、より詳細には、ダンパの反転モデル１５に関する。
【０１５５】
図４に示す要素１５により反転モデルの全体的機能がもたらされる。
【０１５６】
このダンパの反転モデル１５により、力の設定値Ｆｃおよび測定速度ｙドットに応じた理想制御電流ｉthを決めることができる。
【０１５７】
反転モデルは種々のブロックをまとめたものである。それにはたとえば以下のものがある。
【０１５８】
− 開いている逆止めバルブのヘッドロスΔＰＣＬの推定に関する第一ブロック１５Ａ
− 動作バルブのヘッドロスΔＰＶの推定に関する第二ブロック１５Ｂ
− バルブの理想制御電流ｉthの計算に関する第三ブロック１５Ｃ
− 速度ｙドットにおける補正項δｙドットの計算に関する第四ブロック１５Ｄ
− 加算器１５Ｅ
ブロック１５の内部機構はシステムの物理的解釈に基づく。この機構により、種々の推定物理量が現われる。それにはたとえば以下のものがある。
【０１５９】
− 開いている逆止めバルブの推定ヘッドロスΔＰＣＬ
・ 膨張段階では、この推定ヘッドロスΔＰＣＬは、膨張逆止めバルブ８についてのＰ３−Ｐ２の推定値である
・ 圧縮段階では、この推定ヘッドロスΔＰＣＬは、圧縮逆止めバルブ７についてのＰ３−Ｐ１の推定値である
− 圧力を有する室とアキュムレータとの間に位置する動作制御バルブが行うべきヘッドロスΔＰＶの推定
・ 膨張段階では、この推定ヘッドロスΔＰＶは、バルブ１０に関して行うべきＰ１−Ｐ３の推定値である。
【０１６０】
・ 圧縮段階では、この推定ヘッドロスΔＰＶは、バルブ９に関して行うべきＰ２−Ｐ３の推定値である。
【０１６１】
− 測定速度ｙドットおよび補正速度項δｙドットから求める等価速度ｙeドット＝ｙドット＋δｙドット
以下の説明は、ダンパの反転モデル１５を構成するブロックの詳細な機能に関する。
【０１６２】
ブロック１５Ａは、膨張時の逆止めバルブ８および圧縮時の逆止めバルブ７など、開いている逆止めバルブのレベルにおけるヘッドロスΔＰＣＬの計算を行う。
【０１６３】
ブロック１５Ａの出力量ΔＰＣＬは、このブロック１５Ａの入力量ｙドットおよびｉthに応じて表に示される特性値の配列に基づいて内挿される。
【０１６４】
ブロック１５Ｂは、圧力を有する室とアキュムレータとの間に置かれた動作制御バルブが行うべきヘッドロスΔＰＶの推定を実施する。ブロック１５Ｂの出力ΔＰＶは、ブロックの二つの入力ＦｃおよびΔＰＣＬに応じて求められる。すなわち、
膨張時（バルブ１０）には、ΔＰＶ＝（Ｆｃ−ΔＰＣＬ Ｓ２）／Ｓ１
圧縮時（バルブ９）には、ΔＰＶ＝（−Ｆｃ−ΔＰＣＬ Ｓ１）／Ｓ２
である。
【０１６５】
流体の圧縮性を考慮するために、ブロック１５Ｄの出力δｙドットによって測定速度ｙドットの情報が補正され、加算器１５Ｅの出力部に等価速度ｙeドット＝ｙドット＋δｙドットが形成される。
【０１６６】
ブロック１５Ｄは、補正速度項δｙドットを計算する。
【０１６７】
【数２５】
【０１６８】
したがってｙeドットは
【０１６９】
【数２６】
【０１７０】
となる。
【０１７１】
このとき
ε（ｙドット）＝−１、ｙドット＞０（膨張）の場合
＝ ０、ｙドット＜０（圧縮）の場合
ｒ（ｙドット）は速度ｙドットの関数である可変利得であり、
【０１７２】
【数２７】
【０１７３】
はΔＰＶの時間導関数である。
【０１７４】
ブロック１５Ｃは、ブロック１５Ｃの二つの入力ΔＰＶおよびｙeドットに応じて理想制御電流ｉthを計算する。
【０１７５】
バルブ９および１０のポートＶｃおよびＶｄの通過断面積は、当該ポートにおいて測定されたヘッドロスΔＰＶmesureと、ΔＰＶmesureおよびｙドットの測定値に基づいて求めた測定等価速度ｙドットmesureと、電流ｉとを
【０１７６】
【数２８】
【０１７７】
で結ぶ非線形利得ｋ（ｉ）の識別により、上記において特徴が求められている。
【０１７８】
ブロック１５Ｃでは、
【０１７９】
【数２９】
【０１８０】
を満たす電流ｉthを決めることによりこの特徴が利用される。
【０１８１】
この式において、
ｋ（ｉ）は、測定値に基づいて識別される非線形利得であり、
ΔＰＶは、ブロック１５Ｂの出力部で計算される、行われるべきヘッドロスであり、
ｙeドットは、加算器１５Ｅの出力部で計算される等価速度である。
【０１８２】
前記の未知数ｉthの非線形式は、最小化問題において再び式が示される。
【０１８３】
ｉthは、許容される関数の集合に関して誤差関数εＫ（ｉ）を最小化する電流として計算される。
【０１８４】
【数３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御セミアクティブダンパであって出願人の未公開フランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に記述されているダンパの原理を示す略図である。
【図２】本発明による制御セミアクティブダンパの制御回路であって出願人のフランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に記述されているダンパの制御回路の原理を示す略図である。
【図３】本発明による制御セミアクティブダンパの原理を示す略図である。
【図４】本発明による連続的力制御セミアクティブダンパの制御回路の原理を示す略図である。
【符号の説明】
１ 本体
２ 中実ピストン
３ ロッド
４ 第一室
５ 第二室
６ 流体
７ 第一逆止めバルブ
８ 第二逆止めバルブ
９ 第一流体バルブ
１０ 第二流体バルブ
１１ アキュムレータ
１２ 力センサ
１３ 相対速度センサ
１４ シリンダ
１５ ダンパの反転モデル
１５Ａ 第一ブロック
１５Ｂ 第二ブロック
１５Ｃ 第三ブロック
１５Ｄ 第四ブロック
１５Ｅ 加算器
１６ 力フィードバックループ
１７ 補正装置
１８ 速度フィードバックループ
１９ 直接制御ループ
２０ 単一のバルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダンパの反転モデルを含む直接制御ループを具備するダンパの制御回路に関し、より詳細には、連続的力制御セミアクティブダンパに関する。
【０００２】
【従来の技術】
出願人のフランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号は、開ループ方式に基づく反転モデル（inverse model）による力追従の一般原理を提起している。
【０００３】
このフランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に記載されている制御回路により制御されるセミアクティブダンパの主な特徴によれば、制御回路は、ダンパの反転モデルから成る直接制御ループを含む。
【０００４】
さらに、ダンパの反転モデルは、ダンパの両端間の相対速度
【０００５】
【数５】
（以下、本明細書の数式以外の部分においてはＹドットと記載する。）の値の測定および力の設定値Ｆｃに基づいて、圧縮バルブおよび膨張バルブの理論制御電流値ｉthを決定する。
【０００７】
力フィードバックループは、力の設定値Ｆｃと、作用する実際の力Ｆの測定値との間の力誤差εＦを考慮するための比例型補正項δｉを前記理論制御電流ｉthに導入する。
【０００８】
ダンパの反転モデルは以下の式で定義される。
【０００９】
膨張段階（ｙドット＞０）においては、
【００１０】
【数６】
圧縮段階（ｙドット＜０）においては、
【００１２】
【数７】
ここでｋ13およびｋ23は、シリンダの寸法、オイルの物理学的特性、ならびに流体バルブの流量利得に依存する正の定数である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして定義されるダンパの反転モデルは、流体の非圧縮性を仮定するものである。
【００１５】
しかしながらこの仮定はあらゆる適用例に有効であるわけではない。
【００１６】
従って本発明の目的は、流体の圧縮性の問題を解決することができるセミアクティブダンパの連続的力制御装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、制御回路によって制御されるセミアクティブダンパは、前記制御回路が、ダンパの反転モデルから成る直接主制御ループを含むことを特徴とし、前記反転モデルは、物理量に基き、セミアクティブダンパの力および実行すべき力の設定値に応じて制御量を決めることができるようになっている。
【００１８】
制御ループは、力センサの使用を必要としないため、直接制御ループと呼ばれる。
【００１９】
このような特徴を有する本発明によるセミアクティブダンパの長所は、等価速度
【００２０】
【数８】
（以下、本明細書の数式以外の部分においてはｙeドットと記載する。）の計算によって、流体の圧縮性が考慮されることである。
【００２２】
本発明によるセミアクティブダンパはまた、以下の特徴のうちの少なくとも一つを満たす。
【００２３】
− ダンパの前記反転モデルが、ダンパの両端間の相対速度ｙドットの値の測定および力の設定値Ｆｃに基づいて、圧縮バルブおよび膨張バルブ、あるいはこれらの二つの機能をまとめた単一のバルブの理論制御電流値ｉthを決定し、前記相対速度ｙドットから等価速度ｙeドットが演繹される。
【００２４】
− ダンパの前記反転モデルが
・ 膨張時の膨張弁および圧縮時の圧縮弁など、開いている弁のヘッドロスΔＰＣＬを推定する第一ブロックと、
・ 動作バルブのヘッドロスΔＰＶを推定する第二ブロックと、
・ バルブの理想制御電流ｉthを計算する第三ブロックと、
・ 速度ｙドットにおける補正項δｙドットを計算する第四ブロックと、
・ 加算器と
を含む。
【００２５】
− 前記第一ブロックが、開いている弁のレベルにおけるヘッドロスΔＰＣＬの計算を行う。
【００２６】
− 前記第一ブロックの出力量ΔＰＣＬが、前記第一ブロックの入力量ｙドットおよびｉthに応じて表に示される特性値の配列に基づいて内挿される。
【００２７】
− 前記第二ブロックが、圧力を有する室とアキュムレータとの間に置かれた動作制御バルブが行うべきヘッドロスΔＰＶの推定を実施する。
【００２８】
ブロックの出力ΔＰＶが、ブロックの二つの入力ＦｃおよびΔＰＣＬに応じて求められる、すなわち
膨張時（バルブ１０）には、ΔＰＶ＝（Ｆｃ−ΔＰＣＬ Ｓ２）／Ｓ１
圧縮時（バルブ９）には、ΔＰＶ＝（−Ｆｃ−ΔＰＣＬ Ｓ１）／Ｓ２
である。
【００２９】
− ブロックの出力δｙドットによって測定速度ｙドットの情報が補正され、前記加算器の出力部に等価速度ｙeドット＝ｙドット＋δｙドットが形成される。
【００３０】
− 前記第四ブロックが補正速度項δｙドットを計算する。
【００３１】
− 前記補正速度項δｙドットが次式で与えられる。
【００３２】
【数９】
− 前記第三ブロックで、前記第三ブロックの二つの入力ΔＰＶおよびｙeドットに応じて理想制御電流ｉthを計算する。
【００３４】
− 前記バルブが、バルブの測定されたヘッドロスΔＰＶmesureと、測定値ΔＰＶmesureおよびｙドットから求めた測定された等価速度ｙeドットmesureと、電流ｉとを次式の形で関連付ける非線形利得Ｋ（ｉ）の識別によってあらかじめ特徴付けられている。
【００３５】
【数１０】
− 第二ブロックΔＰＶの出力部と加算器の出力部で計算される値について、下記の恒等式を満たす電流ｉthを求める。
【００３７】
【数１１】
電流ｉthは、たとえば許容される電流の集合に関して誤差関数εＫ（ｉ）を最小化することによって求められる。すなわち、ｉthは次式を満たす。
【００３９】
【数１２】
上記の式において、
ｋ（ｉ）は、測定値に基づいて識別される非線形利得であり、
ΔＰＶは、第二ブロックの出力部で計算される、達成されるべきヘッドロスであり、
ｙeドットは、加算器の出力部で計算される等価速度である
ようなｉthを決める。
【００４１】
− フィードバック第二ループが、前記力の設定値Ｆｃと作用する実際の力Ｆの測定値との間の力誤差εＦを考慮するための比例型の小さな補正項δｉを前記主理論制御電流ｉthに導入する。
【００４２】
本発明によるセミアクティブダンパの連続的力制御装置の別の長所は、散逸性の力設定を追従すること、すなわち、制御システムでは限られた数の特徴しかもたらすことができない先行技術によるパイロット制御ダンパとは異なり、無限の力−相対速度法則が連続的的にもたらされることである。
【００４３】
本発明によるセミアクティブダンパの連続的力制御装置の別の長所は、流体ダンパの場合、普及品の標準流体構成要素を使うことができることである。
【００４４】
本発明によるセミアクティブダンパの連続的力制御装置の別の長所は、計装をただ一つの速度センサにまで簡略化して満足のゆくシステムの動作が行えることである。
【００４５】
たとえば、力センサの不良時には、補正項δｉが中立になり０にされ、力の設定値Ｆｃおよびダンパの力のただ一つの測定値に基づく、制御電流への主な貢献分ｉthにより、十分な精度が維持される。
【００４６】
本発明によるセミアクティブダンパの連続的力制御装置の別の長所は、運動の散逸段階時、力で表わされる制御則を追従できることである。
【００４７】
本発明の別の目的、特徴および長所は、添付の図面を参照しながら行うセミアクティブダンパの連続的力制御装置の好ましい実施の形態についての説明を読むことにより明らかになろう。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による制御セミアクティブダンパであって出願人の未公開フランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に記述されているダンパの原理を示す略図である。
【００４９】
本発明による制御セミアクティブダンパは、ロッド３を具備する中実ピストン２が内部を滑動し、全体でシリンダ１４を構成する本体１を含む。
【００５０】
ピストン２は、圧縮室と呼ばれる第一室４と膨張室と呼ばれる第二室５を画定する。
【００５１】
本体１には、たとえば油圧オイルなどの流体６が充填される。
【００５２】
セミアクティブダンパはまた、圧縮バルブと呼ばれる第一逆止めバルブ７と膨張バルブと呼ばれる第二逆止めバルブ８とを含む。
【００５３】
圧縮バルブと呼ばれる第一流体バルブ９と膨張バルブと呼ばれる第二流体バルブ１０は電気的に制御される。
【００５４】
セミアクティブダンパはまた、セミアクティブダンパの取り付け時に軽くプリロードされ、室で構成されるアキュムレータ１１を含む。
【００５５】
たとえば油空気圧式のこのようなアキュムレータは、不活性加圧気体と、気体がその圧力を伝える油圧オイルとを含む固定容量を形成する。
【００５６】
このような油空気圧式アキュムレータ１１は、不活性加圧気体と、気体がその圧力を伝える油圧オイルとを含む固定体積を形成する。
【００５７】
二つの流体は通常、膜または内袋（vessie）により物理的に分離される。
【００５８】
このアキュムレータの機能は、ダンパが完全に圧縮された時、ロッドの体積に相当するオイルの容量を吸収すること、および流体回路内で圧力を最小にすることである。
【００５９】
本発明によるセミアクティブダンパの動作は、油圧ユニットまたは高圧アキュムレータ型の外部油圧発生源を必要としないことに留意することが重要である。
【００６０】
圧縮逆止めバルブ７と膨張バルブ１０は並列に取り付けられ、膨張室５とアキュムレータ１１の室との間に配設される。
【００６１】
膨張逆止めバルブ８と圧縮バルブ９は並列に取り付けられ圧縮室４とアキュムレータ１１の室との間に配設される。
【００６２】
最後に、セミアクティブダンパは、力センサ１２と相対速度センサ１３とを含む。
【００６３】
図２は、本発明による制御セミアクティブダンパの制御であって出願人の未公開フランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に記述されているダンパの制御の原理を示す略図である。
【００６４】
この図２で使われる符号とその意味を下記に示す。
【００６５】
Ｆｃ：力の設定値
Ｆ：実際の力
Ｆｍ：センサにより測定された実際の力Ｆ
εＦ：力誤差、εＦ＝Ｆｃ−Ｆｍ
ｙドット：ダンパの両端間の相対速度
ｉ：バルブの制御電流
ｉth：反転モデルによって決められ、力Ｆｃを求めるため流体バルブに印加すべき理論制御電流
δｉ：力誤差εＦを考慮するためのｉ＝ｉth＋δｉにおける追加補正
下記に、図１および図２を参照して、本発明による制御セミアクティブダンパの流体による動作を示す。
【００６６】
本発明による制御セミアクティブダンパの流体による動作は、
− 図１の矢印Ｃで示す圧縮段階と呼ばれる第一段階と、
− 図１の矢印Ｄで示す膨張段階と呼ばれる第二段階の
二つの段階に分けられる。
【００６７】
圧縮段階では、ピストン２はシリンダの本体１内に入り、膨張段階では、ピストン２はシリンダの本体１から出る。
【００６８】
圧縮段階では、圧縮室４に含まれている流体６は圧縮される。膨張逆止めバルブ８はブロックされ、そのため流体は強制的に圧縮バルブ９を経由する。
【００６９】
圧縮逆止めバルブ７により、流体６は膨張バルブ１０を短絡し、自由に膨張室５内に充填される。
【００７０】
圧縮バルブ９を制御することにより、圧縮室４の圧力レベルを制御することができ、従って、圧縮時に加えられる反力を制御することができる。
【００７１】
膨張段階では、装置の役割が反転される。
【００７２】
膨張バルブ１０は、膨張室５からアキュムレータ１１の室への流体６の移動を制御し、これにより膨張力を調整することができる。
【００７３】
膨張バルブ８は動作状態になり、膨張室５からアキュムレータ１１の室への流体６の移動を自由に行わせる。
【００７４】
圧縮バルブ９および膨張バルブ１０は、速度に対し常に反対の減衰力を調節するために、電気的に制御するのが好ましい。
【００７５】
前記の結果、減衰は散逸系の状態のままである。
【００７６】
加えられる力を調節することにより、コンピュータ（図示せず）によって作成される力設定値Ｆｃにこの力を追従させることができる。
【００７７】
基本的な問題は、力の設定値Ｆｃを得るために圧縮バルブ９および膨張バルブ１０に印加すべき制御電流ｉを決定することである。
【００７８】
圧縮および膨張段階について、等速ダンパの各室の吸い込み速度の平衡を示す関係式を利用することにより、ダンパの反転モデル１５から供給される電流ｉthと、瞬間相対速度ｙドットと、減衰力との間の単純な関係を演繹することができた。
【００７９】
この関係はたとえば、膨張段階における以下の式によって与えられる。
【００８０】
【数１３】
ここで、
Ｆ 加えられる減衰力
ρ オイルの密度
Ｓ1 ロッドが無い側で圧力を受けるピストンの断面積
Ｓ2 ロッド側で圧力を受けるピストンの断面積
Ｓｔ ロッドの断面積
ｙドット 相対速度
Ｇｉ 制御バルブの圧力利得
ｉ 制御電流
Ｃｄ 膨張逆止めバルブの流量係数
Ａ31 膨張逆止めバルブの幾何学的開口断面積
ΔＰ31 アキュムレータと減圧された室との間におけるヘッドロス
Ｐ3 アキュムレータ内の圧力
Ｐｅ 大気圧
である。
【００８２】
所期の力Ｆｃおよび測定速度ｙドットに応じて、制御装置に印加すべき電流ｉthを求めるという趣旨でこのダンパモデルを利用するということは、結局、ダンパの反転モデル１５を利用することになる。
【００８３】
減衰の法則の算出、従って反転モデル１５において単純化がはかられたため、力フィードバックループ１６を介して比例型補正項δｉが導入される。
【００８４】
このフィードバックループ１６において、加えられる力Ｆの測定値Ｆｍを供給する力センサ１２を使用することにより、設定値としての力Ｆｃと測定した力Ｆｍとの間の誤差信号εＦを作り出すことができる。
【００８５】
この誤差差信号εＦは補正装置１７に印加され、補正装置は、バルブ９、１０の制御電流ｉに追加補正δｉを供給する。
【００８６】
相対速度ｙドットの値は、速度フィードバックループ１８を介して、ダンパの反転モデル１５に入力される。
【００８７】
速度フィードバックループ１８は速度センサ１３を含む。
【００８８】
理論制御電流ｉthの値は、ダンパの反転モデル１５によって決まる。
【００８９】
この理論制御電流ｉthは流体バルブに印加され、その結果、直接制御ループ１９を介して力Ｆｃが得られる。
【００９０】
直接制御ループ１９はダンパの反転モデル１５を含むが、反転モデルはたとえば以下の式で定義される。
【００９１】
膨張段階（ｙドット＞０）においては、
【００９２】
【数１４】
圧縮段階（ｙドット＜０）においては、
【００９４】
【数１５】
ここでｋ13およびｋ23は、シリンダの寸法、オイルの物理学的特性、ならびに油圧バルブの流量利得に依存する正の定数である。
【００９６】
本発明によるセミアクティブダンパは、旅客用鉄道車両の横方向二次サスペンションとして利用される。
【００９７】
以下の説明はとくに、本発明による連続的力制御セミアクティブダンパに関する。
【００９８】
図４は、本発明による連続的力制御セミアクティブダンパの制御回路の原理機構の好ましい実施の形態を示す図である。
【００９９】
従って、この図４に示す原理機構は、出願人のフランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に説明されている制御セミアクティブダンパを補完するものである。
【０１００】
図２および図４に共通な要素には同じ符号を付してある。
【０１０１】
補正装置１７および力センサ１２は、オプションであって実際には使われないが、図３および図４には示してある。
【０１０２】
従来のダンパは、外部調整の可能性をもたずに、力の速度ｙドットに応じて散逸流体力Ｆｖを再現する。
【０１０３】
パイロット制御ダンパの場合、基本的なアイデアは、速度ｙドットおよび力の設定値Ｆｃを知ることから始めて、Ｆv＝Ｆcが得られる設定パラメータ（バルブの制御電流ｉth）を決めることから成る。
【０１０４】
従って、装置の物理的挙動の理解を起点として、速度ｙドット、力の設定値Ｆｃおよび制御電流ｉthを結び付けることができるシステムのモデルが設定され、次に反転モデルが展開された。
【０１０５】
この制御機構を、圧縮可能な流体をもつ本システムに展開するために、速度ｙドットそのものについて研究する代わりに速度ｙドットから等価速度ｙeドットが演繹された。
【０１０６】
以下の説明は、開ループ制御機構に関する。
【０１０７】
誤差信号（εＦ＝Ｆｖ−Ｆc）に基づいて考案された従来のサーボ制御技術はわれわれの適用例に関しては有効ではなく、また、実際の力Ｆｖの測定を主ループ内で行う必要がある。
【０１０８】
実際の力を測定することなく、所期の力Ｆｃおよび速度ｙドットに応じて制御電流ｉthを直接決めることができる開ループ機構が開発された。
【０１０９】
以下の説明は、圧力の動力的学的推定値を基にした力速度の補正に関し、等価速度という概念を導入する。
【０１１０】
流体に圧縮性があるため、圧縮不可能な液体において示した反転モデルの原理の適用には不適当なヒステリシスを示す力−速度特性Ｆｖ=ｆｃｔ（ｙドット，ｉ）が課される。
【０１１１】
速度ｙドットの情報は、反転モデルという概念を利用することができる特性：Ｆｖ＝ｆｃｔ（ｙeドット，ｉ）の包括的な説明を得るために、等価速度ｙeドットの形態において補正された。
【０１１２】
流体の圧縮性は、圧縮室４および膨張室５の流体の体積の連続的性の式において、圧力の導関数に関連する圧縮性流量として作用する。
【０１１３】
従って速度ｙドットは、伸張状態にある室（chamber under tension）の圧力の導関数に比例する項によって補正され、結局、圧縮不可能な流体という仮定により得られる式と同様な式になった。
【０１１４】
アキュムレータのレベルでの圧力の変動を無視すれば、伸張状態にある室の作動圧力は、制御バルブの作動通過ポートのレベルでの所期のヘッドロスΔｐvにほぼ等しい。これは
【０１１５】
【数１６】
の式で表わすことができる。
【０１１７】
ここで、ｙeドットはｙドットの替わりに推定した等価速度である。
【０１１８】
以下の説明はバルブの設定値の段階の進行に関する。
【０１１９】
ｓｉｇｎ関数は駆動の段階に関し、係数ｒ（ｙドット）は、相対駆動速度に応じて調節される。
【０１２０】
正の値は、流体の圧縮性を考慮することに関する理論的正当化を認めるものである。
【０１２１】
負の値は、等価速度の段階を進行させ、それにより、バルブの閉鎖速度を低速に制限することができ、その結果、流体のブロッキングが回避される。
【０１２２】
以下の説明は力の設定値の整形に関する。
【０１２３】
たとえば最適制御の理論から生み出された制御則Ｕを基にすると、力の設定値は、ダンパの低い物理学的特性（最大開口のバルブ）および高い物理学的特性（最小開口のバルブ）によって課される散逸領域に制限される。
【０１２４】
セミアクティブ戦略に対応する得られた散逸制御力はＵｓａと記してある。
【０１２５】
さらに、あるバルブの開口をもつシステムの自然特性は二次形式であるので、０速度バルブの制御の不確定性をなくすために、低速（速度しきい値Ｖｏ）に関して、二次形式の形態（Ｃｖ ｙドット ｜ｙドット｜）で、設定値を整形する。すなわち
【０１２６】
【数１７】
となる。
【０１２８】
本発明によるセミアクティブダンパの流体機構の好ましい実施の形態を図３に示す。
【０１２９】
図３で、Ｐ１は室５内の圧力であり、Ｐ２は室４内の圧力であり、Ｐ３はアキュムレータ１１内の圧力である。
【０１３０】
Ｃｌｄは膨張逆止めバルブを示し、Ｃｌｃは圧縮逆止めバルブを示す。図１で、前者には符号８が付してあり、後者には符号７が付してある。
【０１３１】
ＶｃとＶｄは、それぞれ、たとえば４／２比例型のバルブ２０の通過ポート（図３を参照のこと）、二つの２／２バルブの通過ポート（図１のバルブ９および１０を参照のこと）を示す。
【０１３２】
本発明によるこの機構の長所は、図３に示すように二つの通過断面ＶｄおよびＶｃの並列パイロット制御により、ただ一つのバルブを使用するだけでよいということである。
【０１３３】
動作原理を再度下記に示す。
【０１３４】
膨張段階（ピストンが出ている）では、膨張逆止めバルブＣＬｄが非動作バルブポートＶｃを短絡し、自由に膨張室２内に充填される。逆止めバルブＣＬｃは閉じている。バルブＶｄの動作ポートの通過断面積をパイロット制御することにより、室１内の圧力を制御することができ、従って、膨張時にダンパによって加えられる力Ｆｖを制御することができる。
【０１３５】
圧縮時の動作はこれと対称である。
【０１３６】
ダンパによって発生する力は以下の形態に分解することができる。
【０１３７】
【数１８】
散逸流体部分Ｆｖのみを考察することにする。
【０１３９】
たとえば膨張段階における計算方法を図３を参照して後記に説明する。
【０１４０】
開いたバルブＣＬｄのレベルにおけるヘッドロスは、表に示した特性によるバルブの速度ｙドットおよび電流に応じて求められる。これは補正項である。制御電流により、バルブの流量の法則に対するポートＶｃの開口の影響を考慮することができる。
【０１４１】
【数１９】
動作バルブＶｄのポートのレベルにおける所期の圧力は、ＦｃおよびΔＰＣＬの式から求められる。
【０１４３】
【数２０】
等価作業速度を決めるためにΔＰＶの導関数を求め、次に、速度ｒ（ｙドット）に応じた可変利得を乗じる。
【０１４５】
【数２１】
動作点を確保するために制御電流を求める。
【０１４７】
【数２２】
この特性は、
【０１４９】
【数２３】
のような表に示した非線形利得Ｋ（ｉth）の形態であらかじめ識別されたものである。
【０１５１】
反転モデルの原理は、
【０１５２】
【数２４】
のようなｉthを決定することにある。
【０１５４】
以下の説明は、直接制御ループ１９に関し、より詳細には、ダンパの反転モデル１５に関する。
【０１５５】
図４に示す要素１５により反転モデルの全体的機能がもたらされる。
【０１５６】
このダンパの反転モデル１５により、力の設定値Ｆｃおよび測定速度ｙドットに応じた理想制御電流ｉthを決めることができる。
【０１５７】
反転モデルは種々のブロックをまとめたものである。それにはたとえば以下のものがある。
【０１５８】
− 開いている逆止めバルブのヘッドロスΔＰＣＬの推定に関する第一ブロック１５Ａ
− 動作バルブのヘッドロスΔＰＶの推定に関する第二ブロック１５Ｂ
− バルブの理想制御電流ｉthの計算に関する第三ブロック１５Ｃ
− 速度ｙドットにおける補正項δｙドットの計算に関する第四ブロック１５Ｄ
− 加算器１５Ｅ
ブロック１５の内部機構はシステムの物理的解釈に基づく。この機構により、種々の推定物理量が現われる。それにはたとえば以下のものがある。
【０１５９】
− 開いている逆止めバルブの推定ヘッドロスΔＰＣＬ
・ 膨張段階では、この推定ヘッドロスΔＰＣＬは、膨張逆止めバルブ８についてのＰ３−Ｐ２の推定値である
・ 圧縮段階では、この推定ヘッドロスΔＰＣＬは、圧縮逆止めバルブ７についてのＰ３−Ｐ１の推定値である
− 圧力を有する室とアキュムレータとの間に位置する動作制御バルブが行うべきヘッドロスΔＰＶの推定
・ 膨張段階では、この推定ヘッドロスΔＰＶは、バルブ１０に関して行うべきＰ１−Ｐ３の推定値である。
【０１６０】
・ 圧縮段階では、この推定ヘッドロスΔＰＶは、バルブ９に関して行うべきＰ２−Ｐ３の推定値である。
【０１６１】
− 測定速度ｙドットおよび補正速度項δｙドットから求める等価速度ｙeドット＝ｙドット＋δｙドット
以下の説明は、ダンパの反転モデル１５を構成するブロックの詳細な機能に関する。
【０１６２】
ブロック１５Ａは、膨張時の逆止めバルブ８および圧縮時の逆止めバルブ７など、開いている逆止めバルブのレベルにおけるヘッドロスΔＰＣＬの計算を行う。
【０１６３】
ブロック１５Ａの出力量ΔＰＣＬは、このブロック１５Ａの入力量ｙドットおよびｉthに応じて表に示される特性値の配列に基づいて内挿される。
【０１６４】
ブロック１５Ｂは、圧力を有する室とアキュムレータとの間に置かれた動作制御バルブが行うべきヘッドロスΔＰＶの推定を実施する。ブロック１５Ｂの出力ΔＰＶは、ブロックの二つの入力ＦｃおよびΔＰＣＬに応じて求められる。すなわち、
膨張時（バルブ１０）には、ΔＰＶ＝（Ｆｃ−ΔＰＣＬ Ｓ２）／Ｓ１
圧縮時（バルブ９）には、ΔＰＶ＝（−Ｆｃ−ΔＰＣＬ Ｓ１）／Ｓ２
である。
【０１６５】
流体の圧縮性を考慮するために、ブロック１５Ｄの出力δｙドットによって測定速度ｙドットの情報が補正され、加算器１５Ｅの出力部に等価速度ｙeドット＝ｙドット＋δｙドットが形成される。
【０１６６】
ブロック１５Ｄは、補正速度項δｙドットを計算する。
【０１６７】
【数２５】
したがってｙeドットは
【０１６９】
【数２６】
となる。
【０１７１】
このとき
ε（ｙドット）＝−１、ｙドット＞０（膨張）の場合
＝ ０、ｙドット＜０（圧縮）の場合
ｒ（ｙドット）は速度ｙドットの関数である可変利得であり、
【０１７２】
【数２７】
はΔＰＶの時間導関数である。
【０１７４】
ブロック１５Ｃは、ブロック１５Ｃの二つの入力ΔＰＶおよびｙeドットに応じて理想制御電流ｉthを計算する。
【０１７５】
バルブ９および１０のポートＶｃおよびＶｄの通過断面積は、当該ポートにおいて測定されたヘッドロスΔＰＶmesureと、ΔＰＶmesureおよびｙドットの測定値に基づいて求めた測定等価速度ｙドットmesureと、電流ｉとを
【０１７６】
【数２８】
で結ぶ非線形利得ｋ（ｉ）の識別により、上記において特徴が求められている。
【０１７８】
ブロック１５Ｃでは、
【０１７９】
【数２９】
を満たす電流ｉthを決めることによりこの特徴が利用される。
【０１８１】
この式において、
ｋ（ｉ）は、測定値に基づいて識別される非線形利得であり、
ΔＰＶは、ブロック１５Ｂの出力部で計算される、行われるべきヘッドロスであり、
ｙeドットは、加算器１５Ｅの出力部で計算される等価速度である。
【０１８２】
前記の未知数ｉthの非線形式は、最小化問題において再び式が示される。
【０１８３】
ｉthは、許容される関数の集合に関して誤差関数εＫ（ｉ）を最小化する電流として計算される。
【０１８４】
【数３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御セミアクティブダンパであって出願人の未公開フランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に記述されているダンパの原理を示す略図である。
【図２】本発明による制御セミアクティブダンパの制御回路であって出願人のフランス特許出願ＦＲ９４０８３３７号に記述されているダンパの制御回路の原理を示す略図である。
【図３】本発明による制御セミアクティブダンパの原理を示す略図である。
【図４】本発明による連続的力制御セミアクティブダンパの制御回路の原理を示す略図である。
【符号の説明】
１ 本体
２ 中実ピストン
３ ロッド
４ 第一室
５ 第二室
６ 流体
７ 第一逆止めバルブ
８ 第二逆止めバルブ
９ 第一流体バルブ
１０ 第二流体バルブ
１１ アキュムレータ
１２ 力センサ
１３ 相対速度センサ
１４ シリンダ
１５ ダンパの反転モデル
１５Ａ 第一ブロック
１５Ｂ 第二ブロック
１５Ｃ 第三ブロック
１５Ｄ 第四ブロック
１５Ｅ 加算器
１６ 力フィードバックループ
１７ 補正装置
１８ 速度フィードバックループ
１９ 直接制御ループ
２０ 単一のバルブ
Claims (10)
- 圧縮逆止めバルブ（７）および膨張逆止めバルブ（８）を含むセミアクティブダンパであって、
前記セミアクティブダンパは、該ダンパの両端間の相対速度ｙドットの測定値および力の設定値Ｆｃに基づいて、ダンパの圧縮制御制限バルブ（９）および膨張制御制限バルブ（１０）あるいはこれら二つの機能を可能にする単一のバルブ（２０）の制御電流ｉｔｈの理論値を決定するように構成されたダンパの反転モデル（１５）から成る直接主制御ループ（１９）を含む制御回路によって制御され、
理論制御電流ｉｔｈが、前記反転モデル（１５）により、前記相対速度ｙドットに補正項δｙドットを加算して該相対速度ｙドットから導かれる等価速度ｙｅドットに基づいて計算され、
ダンパの前記反転モデル（１５）が、
開かれた前記逆止めバルブ（７、８）におけるヘッドロスΔＰＣＬを算出すべく前記相対速度ｙドットの測定値および前記理論制御電流ｉ ｔｈ を入力として受け取る第一ブロック（１５Ａ）と、
作動中の前記制御制限バルブ（９、１０、２０）のヘッドロスΔＰＶを推定すべく前記ヘッドロスΔＰＣＬおよび前記力の設定値Ｆｃを入力として受け取る第二ブロック（１５Ｂ）と、
前記補正項δｙドットを算出すべく前記ヘッドロスΔＰＶを入力として受け取る第四ブロック（１５Ｄ）と、
前記等価速度ｙ ｅ ドットを生起すべく前記相対速度ｙドットおよび前記補正項δｙドットを入力として受け取る加算器（１５Ｅ）と、
作動中の前記制御制限バルブ（９、１０、２０）について、二つの入力、すなわち前記等価速度ｙ ｅ ドットおよび前記ヘッドロスΔＰＶに応じて、理論制御電流ｉ ｔｈ を算出する第三ブロック（１５Ｃ）とを備えている、前記セミアクティブダンパ。 - 前記第一ブロック（１５Ａ）からの出力量ΔＰＣＬが、前記第一ブロック（１５Ａ）の入力量ｙドットおよびｉｔｈに応じて表に示された特性値の配列に基づいて挿入される請求項１に記載のダンパ。
- 前記第二ブロック（１５Ｂ）が、圧力を有する室とアキュムレータとの間に置かれた作動中の制御制限バルブ（９、１０、２０）によって達成されるべきヘッドロスΔＰＶを推定する請求項１に記載のダンパ。
- 前記第二ブロック（１５Ｂ）からの出力ΔＰＶが、該ブロックへの二つの入力ＦｃおよびΔＰＣＬに応じて算出される、すなわち
膨張時（バルブ１０）には、ΔＰＶ＝（Ｆｃ−ΔＰＣＬ Ｓ２）／Ｓ１
圧縮時（バルブ９）には、ΔＰＶ＝（−Ｆｃ−ΔＰＣＬ Ｓ１）／Ｓ２
である請求項１に記載のダンパ。 - 測定された相対速度ｙドットが、前記第四ブロック（１５Ｄ）からの出力δｙドットによって補正され、前記加算器（１５Ｅ）の出力に、等価速度ｙｅドット＝ｙドット＋δｙドットが形成される請求項３に記載のダンパ。
- 前記補正項δｙドットが
- 動作中の前記バルブ（９、１０、２０）が、バルブの測定ヘッドロスΔＰＶｍｅｓｕｒｅと、測定ヘッドロスΔＰＶｍｅｓｕｒｅおよびｙドットに基づいて求めた等価速度ｙｅドットと、電流ｉとを、
- 許容される電流の集合に関して誤差関数εＫ（ｉ）を最小化する電流ｉｔｈ、すなわち
Ｋ（ｉ）は、測定値に基づいて識別される非線形利得であり、
ΔＰＶは、ブロック（１５Ｂ）の出力で算出される、達成されるべきヘッドロスであり、
ｙｅドットは、加算器（１５Ｅ）の出力で算出される等価速度である
ようなｉｔｈを決める請求項７に記載のダンパ。 - 力フィードバック第二ループ（１６）が、比例型の小さな補正項δｉを前記理論制御電流ｉｔｈに導入し、前記力の設定値Ｆｃと実際に作用する力Ｆの測定値との間の力誤差εＦを考慮している請求項１に記載のダンパ。
- 前記力の設定値Ｆｃが、次の式
Ｃｖ ｙドット ｜ｙドット｜は、相対速度ｙドットが速度０であるときの制御電流ｉｔｈに関する不確定性を取り除くために作られた二次項であり、
Ｖｏは、相対速度ｙドットが速度０に近づくときの速度しきい値であり、
Ｕｓａが、制御制限バルブを開くあるいは閉じるために付与される散逸制御力を示している請求項１に記載のダンパ。
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