JP5332537B2 - 車両伝達関数取得装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の伝達関数を取得する装置に関するものである。

従来、車両の振動を低減するために車両の伝達関数を用いる装置が、例えば、特許文献１にて開示されている。この装置は、車両のエンジンの上下振動と逆位相の上下振動をエンジンに与えて車両振動を低減するもので、車両が停止中か走行中かに応じて伝達関数を変更して、車両の状態に適した振動低減動作を行うようにしている。

ところで、上記特許文献１では車両の伝達関数の求め方は開示していないので、この従来の装置では、予め振動試験等を行って求めた車両の伝達関数を固定値として用いているものと推定される。
特開平０６−０４２５８０号公報

しかしながら、かかる従来の装置においては、車両の製造上のバラツキや、駆動系や懸架装置や車体の変化、タイヤの変化(摩耗や空気圧変化等)またはタイヤの劣化等による伝達関数の違いや変化が考慮されていないため、車両に対して最適の伝達関数を得ることができず、結果として制御効果が低減してしまうという問題があった。また、伝達関数の誤差を補うためにロバスト性を確保する必要があって、制御が複雑になるという問題があった。

この発明は、上記課題を有利に解決するものであり、この発明の車両伝達関数取得装置は、車両走行状態判定手段が判定した車両の停止の際に、車両伝達関数推定手段が、加速度センサの出力信号の最大値とそれに続く極小値と整定値と半周期とを取得して車両の２次の伝達関数を推定して出力するものである。

かかるこの発明の車両伝達関数取得装置によれば、車両の停止の際の加減速度に基づき車両の伝達関数を推定するため、車両の製造上のバラツキや、駆動系や懸架装置や車体の変化、タイヤの変化(摩耗や空気圧変化等)、さらにはタイヤの劣化等による伝達関数の変化にも対応し、最適な伝達関数を得ることができる。よって、車両の振動抑制制御等の、車両の伝達関数を用いた制御全般に対して、制御効果を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。ここに図１は、この発明の車両伝達関数取得装置の一実施例を具える車両用制御装置の構成を示すブロック線図、図２は、その実施例の車両伝達関数取得装置が実行する処理を示すフローチャート、そして図３は、車両の停止の際の加減速度の経時的変化状態を例示する関係線図である。

この車両用制御装置は、例えば、車両の停止時の路面勾配が所定以下の場合に停車中クラッチ開放制御（ニュートラル制御）や停車中エンジン停止制御（アイドルストップ制御）を行うもので、車両の加減速度を検出する加減速度検出手段としての、例えば車両の前後方向加速度を検出する加速度センサを持つ加速度検出部１と、車両の停止を判定する車両走行状態判定手段としての、例えば車速センサと通常のマイクロコンピュータとを持つ車両走行状態判定部２と、車両走行状態判定部２が判定した車両の停止の際に加減速度検出部１が検出した車両の加減速度に基づき車両の伝達関数を推定して出力する車両伝達関数推定手段としての、例えば通常のマイクロコンピュータを持つ演算部３とを有するこの実施例の車両伝達関数取得装置４と、これも例えば通常のマイクロコンピュータを持つ制御部５とを具えている。なお、これら車両走行状態判定部２と演算部３と制御部５とは、それぞれマイクロコンピュータを持つことができるが、一つまたは二つのマイクロコンピュータを共有することもできる。

車両伝達関数取得装置４の車両走行状態判定部２と演算部３は、図２に示す如き処理を例えば５０ｍｓ等の所定時間毎に繰返し実行する。先ずステップＳ１では、車両走行状態判定部２が、車両が停車シーンであるか否かを判断する。ここで「停車シーン」とは、図３に示すように、上記車速センサの出力信号で車速＝０となった時点から、加減速度が整定するまで、すなわち加減速度の振幅が所定値以下に収まるまでのシーンをいい、車速センサと車両前後方向加速度センサとの出力信号から判断する。なお、「停車シーン」は、加減速度が急激に変化した時点から加減速度が整定するまでとしてもよい。

車両が停車シーンでない場合は以後の処理をスキップするが、車両が停車シーンである場合は次にステップＳ２で、演算部３が、図３に示す如き、その停車シーン中の加減速度の最大値ａ１、それに続く極小値ａ２、それら最大値ａ１と極小値ａ２との間の時間である半周期ｔ１、そして加減速度の振幅が所定値以下になったときのその振幅の中央値である加減速度の整定値ａ３を取得する。

次のステップＳ３では、演算部３が、上記取得した最大値ａ１、極小値ａ２、半周期ｔ１および整定値ａ３の４つの数値を用いて、当該車両の２次の伝達関数を以下の式のように推定する。

すなわち、「停車シーンで得られる加減速度はステップ応答とみなせる」（このような仮定のもとで算出した伝達関数で実用上十分な精度が得られる）という本発明の新たな発想から、上記４つの値は下記の２つの式をみたすと考えられるので、伝達関数を決定するパラメータωn、ζがこれらの式（１），（２）から決定され、これらのパラメータωn、ζによって上記の伝達関数が推定できる。

一般に伝達関数は、入力が明確であれば、その応答波形から推定できる。しかし路上を走行する車両においては、外乱（路面からの入力、エンジンからの入力、空気抵抗など）が多く、車両振動系への入力が不明確であり、従来は伝達関数を推定することが困難であった。そこで本発明では、停車シーンに着目することで、停車時の加減速度の変化を示す波形をステップ応答波形とみなして伝達関数を推定することとしている。

演算部３は、図２に示す如き処理を繰り返すことで、停車シーンが発生する度毎に車両の伝達関数を推定し、その推定した伝達関数を原則として記憶して、それまで記憶してきた複数の伝達関数で構成する伝達関数群に加入させる。そしてその伝達関数群の複数の伝達関数を大きい順または小さい順に並べ、その伝達関数群の伝達関数の数が奇数の場合は中央の順位の伝達関数を出力する一方、その伝達関数群の伝達関数の数が偶数の場合は中央の順位の二つの伝達関数のうち、最新に推定した伝達関数に値が近い方の伝達関数を制御部５へ出力する。

具体的には演算部３は、推定する伝達関数のパラメータであるωn、ζについてそれぞれ、今まで求めたパラメータで構成するパラメータ群の複数のパラメータを大きい順または小さい順に並べ、そのパラメータ群のパラメータの数が奇数の場合は中央の順位のパラメータの値を出力する一方、そのパラメータ群のパラメータの数が偶数の場合は中央の順位の二つのパラメータのうち、最新に推定したパラメータに値が近い方のパラメータを用いる。

すなわち例えばパラメータωnについては、過去に求めたパラメータωn(n-4)、ωn(n-3)、ωn(n-2)、ωn(n-1)と今回求めたωn(n)（但し、カッコ内のｎはパラメータを求めた回数）とについて例えば値が小さい順に並べたときに、例えばωn(n-4)＜ωn(n-3)＜ωn(n-2)＜ωn(n-1)＜ωn(n)であった場合に、その中央の順位のパラメータωn(n-2)の値を先の伝達関数の式に用いる。パラメータζについても同様である。

そして演算部３は、それら中央の順位のパラメータの値を用いた伝達関数を制御部５へ出力する。これにより、車両の変化(駆動系や懸架装置や車体の変化、タイヤの変化(摩耗や空気圧変化)等)に応じた、車両固有の最適な伝達関数を経時的に学習して得ることができ、伝達関数を用いた制御全般に対して、制御効果の向上を見込むことができる。

但し、演算部３は、例えば停車シーン中の加減速度の上記最大値ａ１とそれに続く極小値ａ２との差等の、車両の加減速度の変化が所定値以下の場合には、伝達関数の推定を行わない。これにより、停車の際の加減速度波形から特徴を明確に抽出できないような加減速度の変化の小さい停車シーンにおける伝達関数の更新を止めることができるので、得られた伝達関数の精度の悪化を防止することができる。

なお、演算部３は、車両の加減速度の変化が所定値以下の場合には、それまで求めたパラメータからなるパラメータ群に、その所定値以下の加減速度で求めたパラメータを加入させないようにすることもできる。この場合には演算部３は、加入規制手段としても機能する。これによっても、停車の際の加減速度波形から特徴を明確に抽出できないような加減速度の変化の小さい停車シーンにおける伝達関数を更新を止めることができるので、得られた伝達関数の精度の悪化を防止することができる。

このようにして取得した伝達関数は、車両振動系に関する制御全般に応用可能なものである（伝達関数を使用した制御全般にその制御効果の向上が見込める）。すなわち、「伝達関数を得る」ということは、「運動方程式を得る」ことと同義であり、「各種制御は運動方程式（伝達関数）に基づいて最適な挙動を得るための入力を決めている」ということと合わせて考えると、本発明の効果は下記の例のみではなく非常に広範囲におよぶことが理解されよう。

例えば、制御部５は、停車中クラッチ開放制御（ニュートラル制御）や停車中エンジン停止制御（アイドルストップ制御）を行うものであり、それらの制御に際には車両の停車時の路面勾配を制御実施の判定に用い、停止時の路面勾配が所定以下の場合にそれらの制御を実施する。

一方で、車両の停止直後は、図４のζ＝０．３の線で示すように車両の前後方向の揺り返しがあるため、従来は正確な路面勾配を取得できないという問題があった。そこでこの実施例では、制御部５が、演算部３から入力した車両の伝達関数を用いて以下の式（３）で示すように適切なインバースフィルタを設定して、図５に示すように加速度（Ｇ）センサの出力信号をそのフィルタに通しており、これにより、加減速度の収束を図４のζ＝１の線で示すように早めることが可能となり、ひいてはニュートラル制御やアイドルストップ制御の開始判断を従来よりも早く行うことができる。

この実施例の車両伝達関数取得装置４によれば、車両固有の伝達関数を取得することができるので、伝達関数に含まれている車両の固有振動数や減衰係数などの耐振動性能が明確になる。一方、例えば再加速時の駆動系のトルク変動は、収束性がよければ「レスポンスがよい」という評価につながり、逆に収束性が悪い場合には「ショック、振動あり」という評価につながる。この評価を決定する大きな要因は振動入力（トルク変動）の収束性であり、この特性は車両の伝達関数を取得することで明らかになる。

従って、制御部５はまた、車両の駆動系の例えばエンジンのスロットル開度を、アクセルペダル操作と対応させ、あるいは対応させずに制御する通常のエンジンコントローラであっても良く、この場合に、車両伝達関数取得装置４が車両毎に伝達関数を取得して出力できるということは、制御部５は、車両毎に「レスポンスがよい」とされるトルク変動の大きさを定義できることになるので、従来の駆動力制御と比較してよりきめ細かい駆動力制御を行うことができる。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限られるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、車両走行状態判定部２は、「停車シーン」は加減速度が急激に変化した時点から加減速度が整定するまでとして、車両が停車シーンであるか否かを、加速度センサの出力信号のみに基づいて判断することもできる。

かくしてこの発明の車両伝達関数取得装置によれば、車両の停止の際の加減速度に基づき車両の伝達関数を推定するため、車両の製造上のバラツキや、駆動系や懸架装置や車体の変化、タイヤの変化(摩耗や空気圧変化等)、さらにはタイヤの劣化等による伝達関数の変化にも対応し、最適な伝達関数を得ることができる。よって、車両の振動抑制制御等の、車両の伝達関数を用いた制御全般に対して、制御効果を向上させることができる。

この発明の車両伝達関数取得装置の一実施例を具える車両用制御装置の構成を示すブロック線図である。 上記実施例の車両伝達関数取得装置が実行する処理を示すフローチャートである。 車両の停止の際の加減速度の経時的変化状態を例示する関係線図である。 ζが異なる場合の車両の停止の際の加減速度の経時的変化状態を例示する関係線図である。 上記車両用制御装置の制御部の構成を例示するブロック線図である。

符号の説明

１ 加速度検出部（加減速度検出手段）
２ 車両走行状態判定部（車両走行状態判定手段）
３ 演算部（車両伝達関数推定手段、出力規制手段、加入規制手段）
４ 車両伝達関数取得装置
５ 制御部

Claims (4)

1. 車両の加減速度を検出する加速度センサと、
   車速センサの出力信号がゼロとなると車両が停止したと判定する車両走行状態判定手段と、
   前記車両走行状態判定手段により車両が停止したと判定した時点から前記加速度センサの出力信号が整定するまでに、前記加速度センサの出力信号の最大値とそれに続く極小値と整定値と半周期とを取得して車両の２次の伝達関数を推定する車両伝達関数推定手段と、
   を具えてなる車両伝達関数取得装置。
2. 前記車両伝達関数推定手段は、前記車両走行状態判定手段が前記車両の停止と判定する度毎に前記車両の伝達関数を推定し、その推定した前記車両の伝達関数を逐次記憶して伝達関数群を構成し、その伝達関数群の伝達関数を大きい順または小さい順に並べ、その伝達関数群の伝達関数の数が奇数の場合は中央の順位の伝達関数を出力する一方、その伝達関数群の伝達関数の数が偶数の場合は中央の順位の二つの伝達関数のうち、最新に推定した伝達関数に値が近い方の伝達関数を出力する、請求項１記載の車両伝達関数取得装置。
3. 前記車両伝達関数推定手段は、前記車両の加減速度の変化が所定値以下の場合に前記車両の伝達関数を推定しない、請求項１記載の車両伝達関数取得装置。
4. 前記車両伝達関数推定手段は、前記車両の加減速度の変化が所定値以下の場合にその所定値以下の加減速度に基づき推定した前記車両の伝達関数の、前記伝達関数群への加入を規制する加入規制手段を有する、請求項２記載の車両伝達関数取得装置。

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