JP5858055B2 - 車体制振制御装置 - Google Patents
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Description
この車体制振制御装置において、前記車体振動推定部は、車両モデルを有し、該車両モデルに対して操舵入力によるばね上挙動と、前記操舵入力以外の入力によるばね上挙動と、を分けて推定する。
そして、前記トルク指令値算出部は、補正トルク値演算部と、第1リミット処理部と、フィルタ処理部と、を有している。
前記補正トルク値演算部は、前記車体振動推定部により推定したそれぞれのばね上挙動に基づいて、荷重をコントロールする補正トルク値を演算する。
前記第1リミット処理部は、該補正トルク値演算部にて演算された補正トルク値の絶対値の最大値を制限する。
前記フィルタ処理部は、該第1リミット処理にて制限された後の補正トルク値から駆動系共振周波数成分を除去する。
すなわち、駆動トルクによる車体ばね上振動の制御を行う上では、ばね上振動と駆動系共振とが干渉しないよう、干渉が懸念される周波数領域の出力は抑制しておく必要がある。
これに対し、駆動系共振周波数成分のゲインを下げるフィルタ処理に先行してリミット処理を行う。これにより、車両への入力(ドライバ入力や外乱入力)やチューニングゲインの設定によらず、リミット処理後の補正トルク値に対してゲイン設定を行うことができ、車体ばね上振動との干渉が懸念される駆動系共振周波数領域の出力が抑制される。
この結果、系全体のゲインが変わるような設定によらず、駆動系共振による前後G増幅でドライバへ与える違和感を防止することができる。
実施例1における構成を、「全体システム構成」、「エンジンコントロールモジュールの内部構成」、「車体制振制御装置の入力変換部構成」、「車体制振制御装置の車体振動推定部構成」、「車体制振制御装置のトルク指令値算出部構成」に分けて説明する。
図1は、実施例1の車体制振制御装置が適用されたエンジン車を示す全体システム構成図である。以下、図1に基づき、全体システム構成を説明する。
ここで、「車体制振制御」とは、車両のアクチュエータ(実施例1ではエンジン106)による駆動トルクを車体の振動に合わせて適切に制御することにより、車体振動を抑制する機能を持つ制御をいう。実施例1の車体制振制御においては、操舵時のヨー応答向上効果、操舵時のリニアリティ向上効果、ロール挙動の抑制効果も併せて得られる。
車体制振制御装置は、ECM101内に制御プログラムの形で構成されていて、ECM101内部の制御プログラムをあらわすブロック構成を図2に示す。以下、図2に基づき、ECM101の内部構成を説明する。
図3は、車体制振制御装置203の内部を詳細にあらわしたブロック構成を示す。以下、図3〜図6に基づき、3部構成の車体制振制御装置203のうち、入力変換部204の構成を説明する。
Zf=KgeoF・xtf
Zr=KgeoR・xtr
上式を微分すると、タイヤの前後速度と上下速度の式となるため、この関係を用いてサスペンションのストローク速度とストローク量を算出する。
なお、前後輪スリップ角βf,βrは、次式で計算できる。
βf=βv+lf・γ/V−δ
βr=βv−lr・γ/V
但し、lf及びlrは、車体重心から前後車軸までの距離である。
図3は、車体制振制御装置203の内部を詳細にあらわしたブロック構成を示す。以下、図3及び図7に基づき、3部構成の車体制振制御装置203のうち、車体振動推定部205の構成を説明する。
・トルク入力によるばね上挙動
バウンス速度・バウンス量・ピッチ速度・ピッチ角度
・外乱(車輪速)によるばね上挙動
バウンス速度・バウンス量・ピッチ速度・ピッチ角度
・操舵によるばね上挙動
バウンス速度・バウンス量・ピッチ速度・ピッチ角度
である(図8参照)。
図3は、車体制振制御装置203の内部を詳細にあらわしたブロック構成を示す。以下、図3及び図8〜図14に基づき、3部構成の車体制振制御装置203のうち、トルク指令値算出部206の構成を説明する。
このレギュレータ&チューニング部308,309,310には、制御対象である「トルク入力によるばね上挙動を表す各状態量」と「外乱によるばね上挙動を表す各状態量」と「操舵によるばね上挙動を表す各状態量」のそれぞれに対し、レギュレータゲインと、チューニングゲインと、を有する。
前記各ゲインが持つ機能を説明すると、図9に示すように、レギュレータ&チューニング部308,309の各レギュレータゲインは、荷重の安定化に寄与し、レギュレータ&チューニング部310の各レギュレータゲインは、荷重の付加に寄与する。そして、Trq-dZvゲインは、バウンス速度を抑制し、Trq-dSpゲインは、ピッチ速度を抑制する。Ws-SFゲインは、前後荷重変化を抑制し、Ws-dSFゲインは、前後荷重変化速度を抑制し、Ws-dZvゲインは、バウンス速度を抑制し、Ws-dSpゲインは、ピッチ速度を抑制する。さらに、Str-dWfゲインは、前輪荷重を上乗せし、Str-dWrゲインは、後輪荷重変動を抑制する。
そして、各状態量に対しレギュレータゲインを積算した値を、車両の駆動トルクから差し引けば、各状態量は平衡状態(ここでは、振動が止まる方向)に働く。したがって、各状態量に負のレギュレータゲインを積算した値を補正トルク値とし、これを駆動トルク指令値に加算することになる。
これは、レギュレータゲインで補正すると、駆動トルクを変動させるため、レギュレータゲインで補正したものをそのままトルク指令値にした場合、前後G変動が違和感を生じることがあるし、また、狙いとする操舵応答向上やロール挙動の積極的な制御を実現することができないことがある。
そこで、チューニングゲインK1〜K6は、振動を抑制する正方向の値で、かつ、違和感を与えない前後G変動範囲に含まれる値に設定する。チューニングゲインK7,K8は、振動を助長する負方向で、かつ、違和感を与えない前後G変動範囲に含まれる値に設定する。これらのチューニングゲインK1〜K8を積算した値の和を、車両駆動軸に付与することにより、前後輪荷重を安定化させてタイヤの性能を十分に発揮させることが可能となり、また、操舵時には、前輪に荷重を上乗せし、操舵応答の向上、穏やかなロール挙動を実現できるようになる。
なお、チューニングゲインK1〜K8は、重み付けの調整代であるため、適用車両に応じて初期設定値を変更することで、車種への対応性を持たせることができる。さらに、チューニングゲインK1〜K8を走行中に変更可能にしておくと、走行状況やドライバ操作状況などに応じ、適切にチューニングゲインK1〜K8を調整することで、走行状況などによって特に実現したい制御効果を強調することもできる。
リミット処理部311は、上記チューニングゲインK1〜K8を積算した値の和(補正トルク値)に対して、駆動系共振対策として、補正トルク値の絶対値の最大値制限処理を行い、ドライバが前後G変動として感じない範囲のトルクに制限する。
バンドパスフィルタ312は、リミット処理部311と同様に駆動系共振対策として、車体のばね上振動成分を抽出するとともに、ばね上共振を抑制するように駆動系共振周波数成分の除去を行う。
その理由は、実際の車両、特に、エンジン車などにおいては、駆動トルクに不用意に振動成分を付加すると、駆動系共振と干渉して違和感となる振動が発生することがあることによる。加えて、エンジン車などは、駆動トルク指令に対する応答性の悪さや不感帯があるため、期待した制御効果を十分に得ることができないおそれがあるために必要となる。
一般に、駆動系共振周波数は、MT変速機107のギア段によって異なり、図10に示すように、低速ギアでは低周波側であり、高速ギア段では高周波側の共振周波数を持つ。
ここで設置するバンドパスフィルタ312は、ばね上共振周波数(一般に、1Hz〜2Hz付近)のゲインを0dBとなるように設定する。また、低速ギア段の共振周波数が車体ばね上共振周波数と近い場合、そのギア段にあるときは制御中断とし、駆動トルクの補正は行わないこととする。例えば、1速ギア段や2速ギア段の選択時には、駆動トルクの補正は行わない。
そして、制御作動ギア段(例えば、3速ギア段〜5速ギア段)として設定したギア位置における駆動系共振周波数特性の各頂点を結んだ図形(図11(a)の包絡点線)を、0dBの線で上下反転させた領域(図12のハッチングにて示すD領域)に干渉しないように、バンドパスフィルタ312の周波数特性を設定する(図11(b)の実線にて示すBPF特性)。
このようにバンドパスフィルタ312を設計することで、駆動系共振により指令値が増幅されても、予めバンドパスフィルタ312でゲインを下げておくため系全体では0dBとなり、バンドパスフィルタ312より前段のリミット処理部311で制限した車両挙動より大きな車両挙動が発生することがなくなる。
この非線形ゲイン増幅部313は、図12に示すように、分岐部313aと、絶対値変換部313bと、ゲイン設定部313cと、積算部313dと、を有する。分岐部313aは、バンドパスフィルタ312からの補正トルク値を絶対値変換部313bと積算部313dに分ける。絶対値変換部313bは、入力される補正トルク値(=増幅処理前の補正トルク値)を絶対値に変換する。ゲイン設定部313cは、入力された補正トルク絶対値と、予め設定している非線形ゲインのマップにより、ゲインを設定する。積算部313dは、増幅処理前の補正トルク値とゲイン設定部313cからのゲインとの積により増幅処理後の補正トルク値を算出する。
実施例1の車体制振制御装置における作用を、「車体制振制御処理作用」、「車体制振制御の基本作用」、「駆動系共振による違和感防止作用」、「エンジン車での制振効果実現作用」に分けて説明する。
図14は、実施例1のエンジンコントロールモジュール101にて実行される車体制振制御処理を示すフローチャートである。以下、図14のフローチャートに基づき、車体制振制御処理作用を説明する。
車体制振制御処理を開始すると、ステップS1401では、ドライバ要求トルク演算部201にてドライバ要求トルクが演算される。次のステップS1402では、駆動トルク変換部301にてドライバ要求トルクにギア比を積算してエンジン端トルクから駆動軸端トルクTwに単位変換される。次のステップS1403では、車輪速センサ103FR,103FL,103RR,103RLにより車輪速が検出される。次のステップS1404では、サスストローク算出部302にて車輪速に基づいてサスペンションのストローク速度とストローク量が算出される。次のステップS1405では、上下力変換部303にてサスペンションのストローク速度とストローク量が前後輪上下力Ff,Frに変換される。次のステップS1406では、操舵角センサ111により操舵角が検出される。次のステップS1407では、車体速度推定部304にて車体速度Vが算出される。次のステップS1408では、旋回挙動推定部305にてヨーレイトγと車体横滑り角βvが算出される。次のステップS1409では、旋回抵抗力推定部306にて前後輪スリップ角βf,βr(タイヤ横滑り角)が算出される。次のステップS1410では、旋回抵抗力推定部306にてコーナリングフォースFyf,Fyr(タイヤ横力)が算出される。次のステップS1411では、旋回抵抗力推定部306にて前後輪旋回抵抗力Fcf,Fcrが算出される。以上の処理は、入力変換部204までの間になされる。
駆動トルクによる車体制振制御では、具体的にどのようなメカニズムにより車体のばね上挙動がコントロールされるかを把握しておくことが必要である。以下、図15〜図19に基づき、これを反映する車体制振制御の基本作用を説明する。
そこで、具体的な走行状況として、図15(a)に示すように、停車から発進加速した後、定速状態に入り、その後、減速して停車する場合を例にとる。
停車から発進加速すると、駆動トルクが急増することで、後輪の輪荷重が増加し、前輪の輪荷重が減少するという荷重移動が生じ、車体挙動としては、車体前方側が持ち上がるノーズアップとなる。このとき、図15(a),(b)に示すように、駆動輪である後輪への駆動トルクをダウンさせると、減速時のように車体前方側が沈み込むノーズダウンの挙動を発生させ、荷重移動によるノーズアップと、トルクダウンによるノーズダウンが相殺し、車体挙動が安定する。
発進後、定速状態に入る定常状態では、車体挙動が安定しているため、駆動トルクを補正する制御は行わない。その後、ブレーキ操作等を行って減速停車する場合には、駆動トルクが急減することで、後輪の輪荷重が減少し、前輪の輪荷重が増加するという荷重移動が生じ、車体挙動としては、車体前方側が沈み込むノーズダウンとなる。このとき、図15(a),(b)に示すように、駆動輪である後輪への駆動トルクをアップさせると、加速時のように車体前方側が持ち上がるノーズアップの挙動を発生させ、荷重移動によるノーズダウンと、トルクアップによるノーズアップが相殺し、車体挙動が安定する。
したがって、車体のピッチ角速度の変化をみると、図15(c)に示すように、制振なしの場合に比べ、制振ありの場合が車体のピッチ角速度が小さく抑えられる。
(a)車線変更時やS字路等のシーンで、穏やかなロールとリニアリティの良さにより、安定感のあるリニアな旋回性能を得ること。
(b)高速巡航時等のシーンで、修正操舵の少なさやピッチダンピングの良さにより、車両の安定した巡航性能を得ること。
である。
したがって、操舵時には、前輪荷重が増加するよう積極的にノーズダウン挙動を助長することでヨー応答を向上させ、同時に余計な振動成分は抑制することでリニアリティを確保する。そして、これらの制御を同時に行うことで横Gの急変が抑えられるため、ロールレイトの抑制できるという本制御が狙いとする効果(a)を実現できる。
一方、直線路の巡航時には、トルク変動と路面外乱によるピッチ挙動を推定し、推定したピッチ挙動とは逆位相の駆動トルクを与えることで、荷重変動が抑制され、車両の安定した巡航性能を得るという本制御が狙いとする効果(b)を実現できる。
上記本制御が狙いとする効果を実現するのに加え、乗り心地を向上させるには、駆動系共振によるばね上振動発生を防止することも必要である。以下、これを反映する駆動系共振による違和感防止作用を説明する。
但し、単純にフィルタを設置し、ゲインを下げるだけでは、車両の大きな入力があった場合やチューニングゲインを変更した場合などにおいては、系全体のゲインが変わる。このため、フィルタの再設計が必要になるし、駆動系共振周波数が抑制できない場合が想定される。また、実際の車両では、ギア段の変更で、駆動系共振周波数も変化するため、複数のフィルタを切り替えて使う必要があるが、その場合、制御の安定保証が困難になる。
上記本制御が狙いとする効果を実現するには、駆動トルク指令値に対し実駆動トルクが遅れなく応答することを理想とする。しかし、アクチュエータは、種類や型式などにより応答特性や不感特性などが様々であり、狙いとする効果を実現するには、アクチュエータ特性の違いに対応させる工夫が必要である。以下、これを反映するエンジン車での制振効果実現作用を説明する。
この構成により、補正トルク値の増幅量が、不感帯と完全に一致しなくても、不感帯による非作動領域が増幅量分だけ減らされる。この非作動領域の減少により、駆動トルク指令値に対する実駆動トルクの出力応答性が高められることになる。
そして、駆動トルク指令値に対し実駆動トルクが応答し始めると、その後のトルク領域においては、増幅しない素のままの補正トルク値を出力する構成を採用した。
この構成により、フィルタによる位相進み処理とは異なり、制御全体の周波数特性を変えることなく、車体制振制御が行われる。
例えば、トルク応答遅れ対策としての増幅処理を行った後、駆動系共振除去対策としてフィルタ処理を行うと、せっかく指令値の正負が切り替わる領域の補正トルク値を増幅しても、その後のフィルタ処理で、補正トルク値の増幅効果が消されてしまう。
したがって、フィルタ処理により補正トルク値の増幅効果が消されてしまうことがなく、アクチュエータ(エンジン106)の応答遅れや不感帯による制御性の悪さの解消と、駆動系共振による前後G増幅でのドライバへ違和感防止と、の両立が達成される。
車体制振制御では、図20の矢印Jに示すように、(車体振動を抑制する指令トルク)+(操舵応答をコントロールする指令トルク)による制御指令値(=駆動トルク指令値)が出力される。
このため、時刻t1までの直進走行域では、図20の矢印Eに示すように、制御無しに比べ、ピッチレイトが抑制され、車両の安定した走行性能により、乗心地の向上が実現されていることが分かる。
そして、時刻t1以降の操舵過渡領域においては、図20の矢印Fに示すように、ピッチレイトの変化が抑制されていて、適切な荷重移動が実現されていることが分かる。操舵過渡領域のうち、旋回初期においては、図20の矢印Gに示すように、制御無しに比べてヨーレイトが早期に立ち上がり、初期応答性が向上していることが分かる。さらに、操舵過渡領域のうち、旋回後期においては、図20の矢印Hに示すように、制御無しに比べてヨーレイトが緩やかに変化し、旋回巻き込みが抑制されていることが分かる。
そして、操舵過渡領域(旋回初期〜旋回後期)においては、ピッチレイトの変化を抑制する制御と、ヨーレイトの変化を抑制する制御と、を同時に行うことで、横Gの急変が抑えられるため、図20の矢印Iに示すように、制御無しに比べてロールレイトが抑制されていることが分かる。
実施例1の車体制振制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
前記トルク指令値算出部206は、前記ばね上挙動の推定結果に基づき補正トルク値を演算する補正トルク値演算部(レギュレータ&チューニング部308,309,310)と、該演算された補正トルク絶対値の最大値を制限する第1リミット処理部(リミット処理部311)と、該第1リミット処理後の補正トルク値から駆動系共振周波数成分を除去するフィルタ処理部(バンドパスフィルタ312)と、を有する(図3)。
このため、系全体のゲインが変わるような設定によらず、駆動系共振による前後G増幅でドライバへ与える違和感を防止することができる。
前記補正トルク値演算部(レギュレータ&チューニング部308,309,310)は、前記車体振動推定部206により推定したそれぞれのばね上挙動に基づいて、荷重をコントロールする補正トルク値を演算する(図9)。
このため、(1)の効果に加え、旋回時におけるロールレイト抑制による操縦安定性と、直進走行時におけるピッチレイト抑制による挙動安定性と、を併せて実現することができる。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、車体制振制御の実行による前後G変動でドライバへ与える違和感を防止ことができる。
このため、(1)〜(3)の効果に加え、駆動系共振との干渉による車体のばね上振動を抑制することができる。
前記フィルタ処理部(バンドパスフィルタ312)は、前記駆動系共振周波数が、車体ばね上共振周波数に近くなるギア段を選択して走行しているとき、前記駆動系共振周波数成分の除去を行わない(図11)。
このため、(4)の効果に加え、駆動系共振周波数成分の除去ができないギア段の選択時において、振動を増幅させることを予め回避することができる。
このため、(1)〜(5)の効果に加え、アクチュエータ(エンジン106)の応答遅れや不感帯による制御性の悪さの解消と、駆動系共振による前後G増幅でのドライバへ違和感防止と、の両立を達成することができる。
このため、(6)の効果に加え、不感帯で消えてしまう駆動トルク指令値を増幅することで、効果の出せなかったアクチュエータ分解能の不感帯領域で制御効果を実現することができる。
このため、(6)又は(7)の効果に加え、駆動系共振周波数成分の除去処理によって補正トルク値が増幅された場合であっても、補正トルク値の増幅を抑制することができる。
Claims (7)
- 走行中の入力情報に基づいて車体のばね上挙動を推定する車体振動推定部と、
動力源としてのアクチュエータに加える駆動トルク指令値を演算するトルク指令値演算部と、
前記ばね上挙動を制御するとき、前記駆動トルク指令値を補正する補正トルク値を算出するトルク指令値算出部と、
を備えた車体制振制御装置において、
前記車体振動推定部は、車両モデルを有し、該車両モデルに対して操舵入力によるばね上挙動と、前記操舵入力以外の入力によるばね上挙動と、を分けて推定し、
前記トルク指令値算出部は、
前記車体振動推定部により推定したそれぞれのばね上挙動に基づいて、荷重をコントロールする補正トルク値を演算する補正トルク値演算部と、
該補正トルク値演算部にて演算された補正トルク値の絶対値の最大値を制限する第1リミット処理部と、
該第1リミット処理にて制限された後の補正トルク値から駆動系共振周波数成分を除去するフィルタ処理部と、を有する
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項1に記載された車体制振制御装置において、
前記第1リミット処理部は、前記補正トルク値演算部により演算された補正トルク値の絶対値の最大値を、ドライバが前後G変動として感じない範囲のトルクに制限する
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載された車体制振制御装置において、
前記フィルタ処理部は、車体のばね上振動成分を抽出するとともに、ばね上共振周波数のゲインを抑制するように駆動系共振周波数成分を除去する
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項3に記載された車体制振制御装置において、
複数のギア段を持ち、かつ、ギア段の選択によって駆動系共振周波数が異なる変速機を駆動系に備え、
前記フィルタ処理部は、前記駆動系共振周波数が、車体ばね上共振周波数に近くなるギア段を選択して走行しているとき、前記駆動系共振周波数成分の除去を行わない
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項1から請求項4までの何れか一項に記載された車体制振制御装置において、
前記トルク指令値算出部は、前記フィルタ処理部によるフィルタ処理後の補正トルク値が、正負の符号が切り替わる領域にあるとき、補正トルク絶対値を増幅し、増幅した値で駆動トルク指令値の補正を行う補正トルク値増幅部を有する
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項5に記載された車体制振制御装置において、
前記補正トルク値増幅部は、前記補正トルク絶対値の増幅を、前記フィルタ処理部からの増幅処理前の補正トルク値のうち、正負切り替わり位置を挟むアクチュエータ分解能の不感帯領域にて行う
ことを特徴とする車体制振制御装置。 - 請求項5又は請求項6に記載された車体制振制御装置において、
前記フィルタ処理部の後段であり、かつ、前記補正トルク値増幅部の前段又は後段に、補正トルク値の最大値制限処理を行う第2リミット処理部を追加した
ことを特徴とする車体制振制御装置。
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