JP5700190B2 - サスペンション制御装置 - Google Patents
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Description
ところで、ドライバなどの乗員は、車両の挙動に対して敏感であり、滑らかな挙動を好む。旋回時であれば、熟練ドライバの運転による車両の挙動のように、その車両の横加速度と前後加速度とが連動して滑らかに変化する挙動が好まれる。特許文献2は、この知見に基づき、横加加速度情報を用いて車両の加減速を制御する車両の運動制御装置を開示している。
横加速度を検出する横加速度検出手段と、該横加速度検出手段で検出した横加速度を微分して横加加速度を検出する横加加速度検出手段と、検出した横加速度と横加加速度とに基づいて前記車両のピッチ角を変化させるように前記アクチュエータを制御するサスペンション制御手段と、を備え、前記サスペンション制御手段は、横加加速度と横加速度の符号が一致している場合に、前記横加加速度検出手段が検出した横加加速度の増減に応じて、前下がり方向に目標ピッチ角を増減させるように算出する目標ピッチ角算出手段を有し、前記サスペンション制御手段は、前記目標ピッチ角算出手段が算出した前記目標ピッチ角に基づいて前記アクチュエータを制御することを特徴とする。
また、車両の車体と車輪との間に介在されるアクチュエータを制御するサスペンション制御装置であって、横加速度を検出する横加速度検出手段と、該横加速度検出手段で検出した横加速度を微分して横加加速度を検出する横加加速度検出手段と、検出した横加加速度の増減に応じて増減する目標ピッチ角を算出し、該目標ピッチ角に基づいて前記車両のピッチ角を増減させるように前記アクチュエータを制御するサスペンション制御手段と、を備え、横加加速度と横加速度の符号が一致している場合に、前記車両のピッチ角を前下がりに変化させるように前記アクチュエータを制御することを特徴とする。
図12を用いて、この時の車両の横加速度(A)、横加速度の時間微分値である横加加速度(B)、及び前後加速度(C)(ピッチ角に相当)の時間変化を説明する。
まず、(1)時刻t0において、ハンドルを切り始めることにより横加速度が発生する。この時、横加加速度は正である。同時に、ブレーキペダルを踏むことにより前後加速度が発生する(但し、横加速度及び横加加速度は旋回外側を正とし、前後加速度は減速方向を正とする)。
次に、(2)時刻t1では、ハンドルをさらに切ることにより、横加速度は増加するが、一方で横加加速度は減少を始める。また、ブレーキペダルの踏み込みを緩めるので、前後加速度も減少に転じる。
続いて、(3)時刻t2において、ハンドルを所定の角度で保持するため、横加速度は最大値に維持され、横加加速度はゼロとなる。同時に、ブレーキペダルの踏み込み量はゼロとなるため前後加速度はゼロとなる。
そして、(4)時刻t3において、ハンドルを戻すことにより、横加速度が減少し、横加加速度は負となる。一方、アクセルペダルを踏むことにより、前後加速度が負となる。
その後、ハンドルを完全に戻して旋回が終了する(時刻t4)。
なお、時刻t3からt4の間において、アクセルによる加速成分を除くと、(B)と(C)は、同じグラフとなる
。
上述の通り、このような旋回操作により発生する車体の挙動は、ドライバに良好な運転感覚を与えることが知られている。つまり、横加加速度に連動した前後加速度を感じることにより、ドライバは良好な運転感覚を得ることができるのである。
しかしながら、
サスペンション制御装置は、車体と車輪との間で発生する力を制御するものであるため、これにより車両に前後加速度を発生させることは困難である。
ところで、熟練ドライバが実行する上述した旋回操作によれば、横加速度と前後加速度とが連動するように変化する。そして、前後加速度は車両のピッチ運動を誘発する。
本願発明者は、この点に着目し、横加速度にピッチ運動を直接連動させることで、ドライバに良好な運転感覚を与えられる可能性を見出した。具体的な構成は次の通りである。
車両の車体と車輪との間に介在されるアクチュエータを制御するサスペンション制御装置であって、横加速度を検出する横加速度検出手段と、横加加速度を検出する横加加速度検出手段と、検出した横加速度と横加加速度とに基づいて前記車両のピッチを変化させるように前記アクチュエータを制御するサスペンション制御手段とを備える。
上記サスペンション制御装置は、横加速度と横加加速度の符号が一致するとき、ピッチが正になるようにアクチュエータを制御し、不一致のとき、ピッチが負になるようにアクチュエータを制御する。但し、前輪が後輪よりも低いピッチ(いわゆるノーズダイブ状態)を正とする。
図12に基づいて説明すると、時刻t0〜t2ではピッチが正となるようにアクチュエータを制御し、時刻t3〜t4ではピッチが負となるようにアクチュエータを制御する。
このように制御することにより、少なくとも次のいずれかの効果が期待できる。
(1)旋回時に良好な運転感覚を得ることができる。
(2)また、特許文献2の車両の運動制御装置では、ドライバの加減速操作に介入して前後加速度を制御するので、ドライバは車両の挙動に不安を感じるおそれがある。しかし、上記構成のサスペンション制御装置によれば、ドライバの加減速操作に介入して前後加速度を制御することがないので、不安が減少する。
(3)さらに、熟練していないドライバはコーナーに進入する手前で十分に減速する場合が多く、その場合は燃費の面から加減速制御を実行すべきでないが、そうすると、未熟なドライバは旋回時の良好な運転感覚を得ることができないこととなる。しかしながら、上記構成のサスペンション制御装置によれば、低速で旋回しても燃費を悪化させずに制御を実行できるため、未熟なドライバであっても良好な運転感覚を得られる。
上記アクチュエータは、車両の車体と車輪との間に介在されて車体を支持するとともに、その支持する力を外部から制御できるものであれば良い。例えば後述の減衰力調整式ショックアブソーバやアクティブサスペンションが含まれる。例えば、減衰力調整式ショックアブソーバを用いた場合、前輪の縮み側の減衰力特性をソフト、後輪の縮み側の減衰力特性をハードに制御することで、ピッチを正にすることができる。
上記横加速度検出手段は、旋回時の車両に働く横加速度を検出できるものであれば良く、例えば横加速度を検出する加速度センサを用いることができる。
上記横加加速度検出手段は、旋回時の車両に働く横加加速度を検出できるものであれば良く、例えば横加速度を検出する加速度センサと、その出力を微分する微分器を組み合わせて構成することができる。
また、上記サスペンション制御装置は、横加加速度に基づいて目標ピッチ角を算出する目標ピッチ角算出手段を備え、車両のピッチが目標ピッチ角となるようにアクチュエータを制御するように構成しても良い。目標ピッチ角を横加加速度に応じて変化させることで熟練ドライバの運転によるピッチ変化を模擬できるので、良好な運転感覚を得ることが可能となる。
図1は、本実施形態に係るサスペンション制御装置及び当該装置が採用される自動車2を模式的に示す図である。図2は、図1のサスペンション制御装置に含まれるコントローラ(第1実施形態コントローラ)の構成を説明するためのブロック図である。図3は、図2の横加加速度推定部の構成を模式的に示すブロック図である。図4は、図2の制御指令演算部の構成を模式的に示すブロック図である。
本実施形態では、ショックアブソーバ6がアクチュエータ(減衰力調整式ショックアブソーバ)を構成している。
横加速度推定手段17は、車速センサ9からの車速及び操舵角センサ10からの操舵角データから推定横加速度を求める。
微分回路18は、横加速度推定手段17が得た推定横加速度を微分することで横加加速度を得る。
前記推定横加速度(以下、適宜、符号ayを用いて説明する。)は、自動車2の線形モデルを仮定し、動特性を無視すると、推定横加速度ayは次式で表すことができる。
ここで、Vは、車速〔m/s〕、Aはスタビリティファクタ〔s2/m2〕、δfは前輪舵角〔rad〕、Lhはホイールベース〔m〕である。
なお、横加加速度を操舵角から推定した場合には、自動車2のダイナミクスを無視しているため、位相が早くなるので、ダイナミクスを考慮した位相を調整するフィルタ(第1位相調整フィルタ19)を用いて位相を実際の横加加速度と一致させる。また、横加速度に比べ、ロールレートは位相が更に遅れるため、第1位相調整フィルタ19とは別のフィルタ(第2位相調整フィルタ20)を用い、位相とゲインを調整しロールレートを推定し、これを出力している。これらのゲインは、推定してもよいが、実車テストにおいて、合わせ込むことが望ましい。
ここで、ピッチ角を増加させる場合は、フロントのショックアブソーバ6を縮みやすく(縮みソフト傾向)伸びにくく(伸びハード傾向)、また、リアのショックアブソーバ6を伸びやすく(伸びソフト傾向)縮みにくく(縮みハード傾向)するように減衰力を設定する。
また、ピッチ角を減少させる場合は、フロントのショックアブソーバ6を伸びやすく(伸びソフト傾向)縮みにくく(縮みハード傾向)、また、リアのショックアブソーバ6を縮みやすく(縮みソフト傾向)伸びにくく(伸びハード傾向)するように減衰力を設定する。
以下、制御指令演算部13の構成を図4に基づいて説明する。
図4において、制御指令演算部13は、前記推定された横加加速度から目標ピッチ角を算出する目標ピッチ角算出部21と、目標ピッチ角算出部21からの目標ピッチ角に基づいて目標ピッチモーメントを算出する目標ピッチモーメント算出部22と、4輪の夫々に対応して設けられたショックアブソーバ6(左右前輪側、左右後輪側ショックアブソーバ6FL、6FR、6RL、6RR)に減衰力を発生させるべく制御指令値を出力する左右前輪側、左右後輪側減衰力制御手段23FL、23FR、23RL、23RR(以下、減衰力制御手段23と総称する)と、を備えている。本実施形態では、目標ピッチ角算出部21が目標ピッチ角算出手段を構成している。
ここで、目標ピッチモーメント算出部22は、目標ピッチ角算出部21の算出結果から目標ピッチにするために必要なピッチモーメントを予め車種ごとに定められたマップまたは計算式を格納しておき求める。この場合は、実際は、前後の加減速等の他の状況により必要なピッチモーメントは変化するが、本実施の形態では、横加加速度の値のみから目標ピッチ角算出部21を定め減衰力を調整する。
また、より正確な制御を行う場合は、車両に前後加速度センサを設け(車速センサの値を微分してもよい)この値により、前後加速度により生じるピッチモーメントを前述の目標ピッチモーメントから差し引きする補正を行ってもよい。さらに、後述の第2の実施の形態にあるピッチ角推定部36を設け、これにより、フィードバック制御を行ってもよい。
ここで、目標減衰力は、正の値は縮みやすく伸びにくい減衰力で、負の値は、伸びやすく縮みにくい減衰力である。
さらにまた、制御指令演算部13は、ロールレートから各輪の相対速度(各輪相対速度)を推定する各輪相対速度を推定する各輪相対速度推定部26を備え、各輪相対速度推定部26により推定された各輪相対速度は、左右前輪側、左右後輪側減衰力制御手段23FL、23FR、23RL、23RRに入力されるようになっている。
目標ピッチ角からそのピッチ角となるような目標ピッチモーメントを算出し、その値に応じて各輪に目標減衰力を指令する。このとき、ピッチモーメントを発生させるためには、目標減衰力が前後で符号反転することになる(前後に差があるだけでも良い)。
また、各輪相対速度推定部26は、上述したように各輪相対速度を推定する。図13に示されるように、路面がフラットで操舵によるロール運動のみ発生している場合には、ロールレート及び相対速度には、次式(2)が成り立つ。
但し、ショックアブソーバーロールセンタ間距離は前後(フロント側の左右ショックアブソーバ取付け間距離及びリア側の左右ショックアブソーバ取付け間距離)で異なるため、それぞれで計算する。また、左右で相対速度の符号が逆になるようにして出力する。
上述したようにして、操舵角と車速より推定した横加加速度とロールレートを用いてショックアブソーバ6を制御することで、横加加速度に合わせてピッチ挙動が発生できるので、ドライバの運転感覚が向上する。
(ア)横加速度をヨーレートと車速より求める。
(イ)横加速度を左右の車輪速度と車速より算出する。
(ウ)横加速度センサにより直接計測して得る。
(i)推定横加速度(車速と操舵角から算出、ヨーレートと車速から算出等)の微分
(ii)ロールレート(ジャイロスコープ又は上下加速度センサによる左右加速度の差の積分)
(iii)左右相対速度の差(車高センサの検出値の微分、ばね上‐ばね下相対加速度の積分)
(iv)タイヤ接地荷重の左右移動量の微分
(v)4輪のタイヤ横力平均値の微分
(vi)車輪速の左右差の微分
また、前記第1実施形態では、ロールレートから相対速度を算出したが、これに代えて、相対速度を以下の(i)〜(vi)項に示す物理量から求めてもよい。
(i)各輪車高の微分
(ii)ばね上上下加速度とばね下上下加速度の差の積分
(iii)ばね上上下加速度を用いたオブザーバで推定した値
(iv)ばね上上下加速度の積分
第2実施形態に係るサスペンション制御装置1Aは、第1実施形態に比して、(a)第1実施形態が用いた左右前輪側、左右後輪側ショックアブソーバ6FL、6FR、6RL、6RRに代えて油圧シリンダなどのアクティブサスペンション31FL、31FR、31RL、31RR(以下、適宜、アクティブサスペンション31又はアクチュエータ31と総称する。〕とされていること、(b)第1実施形態が用いた操舵角センサ10及び車速センサ9を廃止したこと、(c)車高センサ33(適宜、左右前輪側、左右後輪側車高センサ33FL、33FR、33RL、33RRという。)及び横加速度センサ34を設けたこと、(d)第1実施形態が用いた第1実施形態コントローラ15に代わるコントローラ(以下、第2実施形態コントローラ15Aという。)を設けたことが主に異なっている。本実施形態では、第2実施形態コントローラ15Aがサスペンション制御手段を構成している。
車高センサ33は、各輪に対応して設けられて各輪近傍部分の車高を検出する。
ピッチ角推定部36は、図8に示すように、左右前輪5FL、5FR、左右後輪5RL、5RRに対応して設けられた車高センサ33が検出する車高(左右前輪側車高及び左右後輪側車高)から前後車高差hを算出する前後車高差算出回路41と、ピッチ角算出回路43と、を備えている。ピッチ角算出回路43は、ホイールベース、前後車高差h及びピッチ角の間に、図9に示すような幾何学的な関係があることに基づいて、前記前後車高差hからピッチ角を算出する。なお、ピッチ角推定部36に代えてジャイロセンサを用いてピッチ角を実測してもよい。
すなわち、制御指令演算部37は、図10に示すように、目標ピッチ角とピッチ角の偏差を取る偏差算出部45と、前記偏差に基づいて制御指令値に基づいて制御指令値を算出するFB制御器46と、4輪の夫々に対応して設けられたアクティブサスペンション31(左右前輪側、左右後輪側アクチュエータ)に駆動力を発生させるべく制御指令値を出力する左右前輪側、左右後輪側駆動力制御手段48FL、48FR、48RL、48RR(適宜、駆動力制御手段48と総称する。)と、左右前輪側駆動力制御手段48FL、48FR及び左右後輪側駆動力制御手段48RL、48RRに対して制御指令値が逆となるように設けられた反転回路49と、を備え、上述したように、各輪のアクティブサスペンション31に制御指令値を出力する。
検出する車高(左右前輪側車高及び左右後輪側車高)から目標ピッチ角を算出するようにしている。
なお、前記第2実施形態では、前後の制御指令値が逆となるように設けられた反転回路49を用いることにより、前後で逆方向の駆動力を発生させることによってピッチモーメントを発生させたが(図14(A)参照)、これに代えて、図14(B)、(C)のように前後で制御指令値に差をつけるようにしてもよい。
また、上記実施形態ではピッチを制御する場合を例にしたが、横加加速度及び横加速度が同符号である場合に、横加加速度に合わせて、フロント側のロール剛性がリア側のロール剛性に比べて高くなるように制御を行い、ピッチ制御の場合と同様にして前下がり状態を発生し良好な運転感覚を得るようにしてもよい。
Claims (6)
- 車両の車体と車輪との間に介在されるアクチュエータを制御するサスペンション制御装置であって、
横加速度を検出する横加速度検出手段と、該横加速度検出手段で検出した横加速度を微分して横加加速度を検出する横加加速度検出手段と、検出した横加速度と横加加速度とに基づいて前記車両のピッチ角を変化させるように前記アクチュエータを制御するサスペンション制御手段と、を備え、
前記サスペンション制御手段は、横加加速度と横加速度の符号が一致している場合に、前記横加加速度検出手段が検出した横加加速度の増減に応じて、前下がり方向に目標ピッチ角を増減させるように算出する目標ピッチ角算出手段を有し、
前記サスペンション制御手段は、前記目標ピッチ角算出手段が算出した前記目標ピッチ角に基づいて前記アクチュエータを制御することを特徴とするサスペンション制御装置。 - 前記サスペンション制御手段は、横加加速度の絶対値が増加するのに応じて、目標ピッチ角を増加させることを特徴とする請求項1に記載のサスペンション制御装置。
- 前記車両のピッチ角を検出するピッチ角検出手段を有し、
前記サスペンション制御手段は、前記目標ピッチ角算出手段が算出した前記目標ピッチ角と前記ピッチ角検出手段が検出したピッチ角に基づいて前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項1または2に記載のサスペンション制御装置。 - 前記アクチュエータは、減衰力が切替え可能な減衰力調整式ショックアブソーバであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のサスペンション制御装置。
- 前記アクチュエータは、空気の圧力によって力を発生するエアサスペンションであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のサスペンション制御装置。
- 車両の車体と車輪との間に介在されるアクチュエータを制御するサスペンション制御装置であって、
横加速度を検出する横加速度検出手段と、該横加速度検出手段で検出した横加速度を微分して横加加速度を検出する横加加速度検出手段と、検出した横加加速度の増減に応じて増減する目標ピッチ角を算出し、該目標ピッチ角に基づいて前記車両のピッチ角を増減させるように前記アクチュエータを制御するサスペンション制御手段と、を備え、
横加加速度と横加速度の符号が一致している場合に、前記車両のピッチ角を前下がりに変化させるように前記アクチュエータを制御することを特徴とするサスペンション制御装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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