JP6825515B2 - Suspension control system - Google Patents
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Description
本発明は、車両に搭載されるサスペンション制御システムに関する。 The present invention relates to a suspension control system mounted on a vehicle.
減衰力を変更することが可能なサスペンションを利用したスカイフックダンパー制御が知られている。スカイフックダンパー制御では、要求減衰力を発生させるために、サスペンションを介して連結されるばね上構造体とばね下構造体との間の相対速度(以下、「ストローク速度」と称する)を推定する必要がある。ストローク速度を推定する技術としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。この文献では、ダンパの減衰力のうちの非線形成分を制御入力としたオブザーバを用いてストローク速度を推定する手法において、この非線型成分を、車体のロール運動によるスタビライザのばね力、車体の横加速度に基づいたロール運動による接地荷重変動分、及び前後加速度に基づいたピッチ運動による接地荷重変動分で補償することが提案されている。
Skyhook damper control using a suspension that can change the damping force is known. In the skyhook damper control, the relative speed (hereinafter referred to as "stroke speed") between the sprung structure and the sprung structure connected via the suspension is estimated in order to generate the required damping force. There is a need. As a technique for estimating the stroke speed, for example, there is one described in
上記従来の技術では、車両の加減速時にサスペンションのばね上に入力される力として、ピッチ運動による接地荷重変動分を考慮している。しかしながら、車両の加減速時にサスペンションのばね上に入力される力は接地荷重変動分だけではなく、例えば車両の加減速によるサスペンションの反力等も存在する。このため、車両の加減速時にサスペンションのばね上に入力される力として、接地荷重変動分以外の力を考慮せずに加減速時のストローク速度を推定する構成では、推定精度が低くなるおそれがある。 In the above-mentioned conventional technique, the contact load fluctuation due to the pitch motion is taken into consideration as the force input to the spring of the suspension during acceleration / deceleration of the vehicle. However, the force input to the spring of the suspension during acceleration / deceleration of the vehicle is not only the amount of fluctuation in the ground contact load, but also the reaction force of the suspension due to acceleration / deceleration of the vehicle, for example. For this reason, in a configuration in which the stroke speed during acceleration / deceleration is estimated without considering the force other than the ground load fluctuation as the force input on the spring of the suspension during acceleration / deceleration of the vehicle, the estimation accuracy may be low. is there.
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、サスペンションを備える車両において、車両の加減速時のストローク速度の推定精度を高めることができるサスペンション制御システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a suspension control system capable of improving the estimation accuracy of the stroke speed at the time of acceleration / deceleration of a vehicle in a vehicle provided with a suspension. ..
上記の課題を解決するため、本発明は、車両に搭載されるサスペンション制御システムに適用される。サスペンション制御システムは、車両のばね上構造体とばね下構造体との間を連結するサスペンションと、ばね上構造体とばね下構造体との間の相対速度であるストローク速度を推定する制御装置と、を備える。制御装置は、ばね上構造体の上下方向の加速度であるばね上上下加速度を検出するばね上上下加速度検出手段と、ばね上構造体の前後方向の加速度であるばね上前後加速度を検出するばね上前後加速度検出手段と、サスペンションからばね上構造体へ入力される力の合算値を算出する合算値算出手段と、単輪モデルに基づく運動方程式の状態空間に基づいて構成されたオブザーバと、を含む。合算値算出手段は、ばね上前後加速度を用いて、ばね上構造体の姿勢変化に伴う車両の接地荷重変動を算出し、接地荷重変動によってばね上構造体へ入力される上下方向の力である第一の力を算出し、車両の駆動力配分又は制動力配分を用いて、車両の加速又は減速によって車輪に入力される前後方向の力がサスペンションに作用することによって生じるサスペンション反力である第二の力を算出し、前記車両のばね下構造体の慣性力によるサスペンション反力である第三の力を算出し、そして第一の力、第二の力、及び第三の力を用いて合算値を算出するように構成される。オブザーバは、合算値を既知の入力とし、ばね上上下加速度を観測量の入力として、サスペンションのストローク速度の推定値を出力するように構成されている。 In order to solve the above problems, the present invention is applied to a suspension control system mounted on a vehicle. The suspension control system includes a suspension that connects the spring-loaded structure and the spring-loaded structure of the vehicle, and a control device that estimates the stroke speed, which is the relative speed between the spring-loaded structure and the spring-loaded structure. , Equipped with. The control device includes a spring-up vertical acceleration detecting means for detecting the spring-up vertical acceleration, which is the vertical acceleration of the spring-up structure, and a spring-up vertical acceleration detecting means for detecting the spring-up front-back acceleration, which is the front-back acceleration of the spring-up structure. Includes a longitudinal acceleration detecting means, a total value calculating means for calculating the total value of the forces input from the suspension to the sprung structure, and an observer configured based on the state space of the equation of motion based on the single-wheel model. .. The total value calculation means is a vertical force input to the sprung structure by calculating the ground contact load fluctuation of the vehicle due to the attitude change of the sprung structure using the sprung front-rear acceleration. The first force is calculated, and the driving force distribution or braking force distribution of the vehicle is used to apply the front-rear force input to the wheels due to the acceleration or deceleration of the vehicle to act on the suspension, which is the suspension reaction force . Calculate the second force , calculate the third force, which is the suspension reaction force due to the inertial force of the spring-loaded structure of the vehicle, and use the first force, the second force, and the third force. It is configured to calculate the total value. The observer is configured to output an estimated value of the stroke speed of the suspension by using the total value as a known input and the spring vertical acceleration as an input of the observed amount.
本発明に係るサスペンション制御システムによれば、サスペンションからばね上構造体へ入力される力の合算値を算出する際に、ばね上構造体の姿勢変化に伴う車両の接地荷重変動と、車両の加速又は減速によって車輪に入力される前後方向の力がサスペンションに作用することによって生じるサスペンション反力とが用いられる。これにより、車両の加減速時において、サスペンションからばね上構造体へ入力される力の算出精度が上がるので、車両の加減速時のストローク速度の推定精度を高めることが可能となる。 According to the suspension control system according to the present invention, when calculating the total value of the forces input from the suspension to the sprung structure, the change in the ground contact load of the vehicle due to the change in the attitude of the sprung structure and the acceleration of the vehicle Alternatively, the suspension reaction force generated by the front-rear force applied to the wheels due to deceleration acting on the suspension is used. As a result, the accuracy of calculating the force input from the suspension to the sprung structure during acceleration / deceleration of the vehicle is improved, so that the estimation accuracy of the stroke speed during acceleration / deceleration of the vehicle can be improved.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, when the number, quantity, quantity, range, etc. of each element is referred to in the embodiment shown below, the reference is made unless otherwise specified or clearly specified by the number in principle. The invention is not limited to these numbers. In addition, the structures, steps, and the like described in the embodiments shown below are not necessarily essential to the present invention, except when explicitly stated or clearly specified in principle.
実施の形態1.
<実施の形態1の車両のシステム構成>
以下、図面を参照して本発明の実施の形態1について説明する。図1は、実施の形態1に係るサスペンション制御システムが搭載された車両の構成を示す図である。なお、以下の説明では、車両10の進行方向(前後方向)をX方向とし、車両10の左右方向をY方向とし、車両10の上下方向をZ方向と定義する。また、Z方向の符号は上向きを「正」と定義する。
<Vehicle system configuration of the first embodiment>
Hereinafter,
実施の形態1に係る車両10は、4つの車輪12を備えている。4つの車輪12は、前輪と後輪とがX方向に互いに離れて配置され、左車輪と右車輪とがY方向に延びる同一車軸上に互いに離れて配置されている。なお、以下の説明では、各車輪12を特に区別するときには、右前輪,左前輪,右後輪,左後輪を、それぞれ車輪12fr,12fl,12rr,12rlと表記する。
The
各車輪12には、可変サスペンション14とばね上上下加速度センサ16がそれぞれ設けられている。なお、以下の説明では、車輪12fr,12fl,12rr,12rlに対して設けられた各可変サスペンション14及びを特に区別するときには、それぞれ可変サスペンション14fr,14fl,14rr,14rlと表記する。同様に、車輪12fr,12fl,12rr,12rlに対して設けられた各ばね上上下加速度センサ16を特に区別するときには、それぞればね上上下加速度センサ16fr,16fl,16rr,16rlと表記する。
Each wheel 12 is provided with a
可変サスペンション14は、駆動電流に応じて減衰力を変更可能な伸圧従属可変ショックアブソーバとばねとから構成されている。可変サスペンション14は、車両10のばね上構造体(ボデー等)とばね下構造体(車輪等)との間を連結する。可変サスペンション14の構造自体は本発明の要旨をなすものではないので、制御量に応じて減衰力を制御し得る限りにおいて任意の構造を採ることができる。また、その制御内容についても、車両の姿勢変化を抑える内容になっている限りにおいて任意の内容であってよい。
The
ばね上上下加速度センサ16は、車両10の各車輪12の近傍のばね上構造体に配置され、車両の上下方向(Z方向)の加速度を検出する。
The spring-loaded
車両10のばね上構造体の重心位置の近傍には、車両の前後方向(X方向)の加速度を検出するためのばね上前後加速度センサ18が設けられている。
A sprung front-
実施の形態1に係る車両10は、可変サスペンション14の制御装置としてのECU20を備えている。ECU20は、ばね上上下加速度センサ16とばね上前後加速度センサ18と可変サスペンション14の各々から入力される信号に基づいて、可変サスペンション14のストローク速度を推定する。なお、以下の説明では、ストローク速度の符号は、可変サスペンション14の伸側を「正」とし圧側を「負」と定義する。ECU20は、推定されたストローク速度に基づいて、車両10の姿勢が安定化されるように、可変サスペンション14へ出力される駆動電流値を制御する。
The
<実施の形態1の動作>
ECU20は、可変サスペンション14を用いたスカイフックダンパー制御を実行可能に構成されている。スカイフックダンパー制御は、車両10のばね上構造体であるボデー部の姿勢が安定化されるように、各車輪12の可変サスペンション14の要求減衰力を個別に決定する。可変サスペンション14の減衰力Ffcは、ばね上構造体とばね下構造体の相対速度であるストローク速度と可変サスペンション14へと付加される駆動電流値によって変化する。このため、可変サスペンション14の減衰力を要求減衰力に近づけるためには、ストローク速度の推定精度を高めることが求められる。
<Operation of the first embodiment>
The ECU 20 is configured to be capable of executing skyhook damper control using the
ストローク速度の推定には、単輪モデルに基づく運動方程式の状態空間に基づいて構成されたオブザーバ(以下、「単輪モデルオブザーバ」と称する)が用いられる。以下、単輪モデルオブザーバの一例として、ばね上上下加速度のフィードバックを行う1自由度の単輪モデルオブザーバを用いたストローク速度の推定手法について説明する。 An observer constructed based on the state space of the equation of motion based on the single-wheel model (hereinafter referred to as "single-wheel model observer") is used for estimating the stroke speed. Hereinafter, as an example of the single-wheel model observer, a stroke velocity estimation method using a single-wheel model observer with one degree of freedom that feeds back the vertical acceleration on the spring will be described.
図2は、1自由度の単輪モデルオブザーバのモデル構成を示す図である。この図に示す単輪モデルの例では、ばね上質量をMb、サスペンションのばね定数をKs、ショックアブソーバのベース減衰係数をCsとしている。また、この図に示す単輪モデルの例では、可変サスペンション14に作用するZ方向の力をf、ばね上の上下変位をZb、ばね下の上下変位をZwとしている。
FIG. 2 is a diagram showing a model configuration of a single-wheel model observer with one degree of freedom. In the example of the single-wheel model shown in this figure, the mass on the spring is M b , the spring constant of the suspension is K s , and the base damping coefficient of the shock absorber is C s . Further, in the example of the single-wheel model shown in this figure, the force acting on the
状態量xが次式(1)に示す通りであり、観測量yがばね上上下加速度Zb”であり、fが既知の入力uであり、そしてZwが未知の入力wであるとき、1自由度の単輪モデルの状態方程式と観測方程式は、次式(2)、(3)のように表される。 When the state quantity x is as shown in the following equation (1), the observed quantity y is the sprung up and down acceleration Z b ", f is the known input u, and Z w is the unknown input w. The state equation and the observation equation of the one-degree-of-freedom single-wheel model are expressed as the following equations (2) and (3).
ここで、上式(2)、(3)における係数行列A、B、C、D、G、Hは以下の通りである。 Here, the coefficient matrices A, B, C, D, G, and H in the above equations (2) and (3) are as follows.
次に、状態量x、観測量yの推定値をそれぞれx^、y^とすると、カルマンフィルタを用いた状態量推定方程式と観測量推定方程式は、次式(4)、(5)のように表される。 Next, assuming that the estimated values of the state quantity x and the observable quantity y are x ^ and y ^, respectively, the state quantity estimation equation and the observable quantity estimation equation using the Kalman filter are as shown in the following equations (4) and (5). expressed.
ここで、Lはオブザーバゲインであって、次式(6)に示すリカッチ方程式の正定対称な解Pから次式(7)に決定される。 Here, L is an observer gain, and is determined from the positively symmetric solution P of the Riccati equation shown in the following equation (6) to the following equation (7).
図3は、単輪モデルオブザーバの制御ブロック図である。以下、図3を参照して、状態量xの推定値x^であるストローク速度の推定値を算出するための単輪モデルオブザーバの構成について更に詳しく説明する。単輪モデルオブザーバ30には、既知の入力uとして力fが入力される。なお、力fを算出するための制御ロジックは、実施の形態1のシステムの特徴であるため、説明を後述する。
FIG. 3 is a control block diagram of the single wheel model observer. Hereinafter, the configuration of the single-wheel model observer for calculating the estimated value of the stroke speed, which is the estimated value x ^ of the state quantity x, will be described in more detail with reference to FIG. A force f is input to the single-
単輪モデルオブザーバ30へと入力された既知の入力uは、係数行列Bが乗算された後、加算器36へと入力される。加算器36では、式(4)の演算が行われ、状態量xの推定値x^の時間微分値x^’が出力される。加算器36のからの出力は積分器38に入力される。積分器から出力された状態量xの推定値x^は、係数行列Aが乗算された後、加算器36へ入力される。
The known input u input to the single-
また、積分器38から出力された状態量xの推定値x^は、係数行列Cが乗算された後、加算器40へ入力される。加算器40には、既知の入力uと係数行列Dとの積も入力される。加算器40では、式(5)の演算が行われ、観測量yの推定値y^が出力される。
Further, the estimated value x ^ of the state quantity x output from the
加算器40から出力された観測量yの推定値y^は、加算器42に入力される。加算器42には、観測量yとしてのばね上上下加速度Zb”も入力される。加算器42では、これらの入力値を用いて観測量yの推定誤差(y−y^)が演算される。推定誤差(y−y^)は、オブザーバゲインLが乗算された後、加算器36へと入力される。
The estimated value y ^ of the observed amount y output from the
上記の手法による演算を各車輪12についてそれぞれ行うことにより、直接計測することのできない状態量x、つまり各車輪12における可変サスペンション14のストローク速度(Zb’−Zw’)を推定することが可能となる。 By performing each calculation according to the above procedure for each wheel 12, the amount of state that can not be directly measured x, that is, estimating the stroke speed of the variable suspension 14 (Z b '-Z w' ) in each wheel 12 It will be possible.
<実施の形態1の特徴>
次に、実施の形態1の特徴について説明する。車両10が加速又は減速すると、車輪12には種々の力が作用する。図4は、車両の加減速時に作用する力について説明するための図である。この図に示すように、加減速時の車両には、式(8)に示す前後方向(X方向)の力である前後力Fxが作用する。式(8)において、Mは車両重量であり、axは前後方向(X方向)の加速度(以下、「ばね上前後加速度」と称する)である。車両重量Mは、車両10の構成から定まる固定値であって、予めECU20のメモリに格納されている値が使用される。ばね上前後加速度axは、車両の加速時にax≧0となり、車両の減速時にax<0となる。
<Characteristics of
Next, the features of the first embodiment will be described. When the
車両に前後力Fxが作用すると、車両の各車輪に作用する接地荷重が変動する。車輪一輪当たりの接地荷重の変動分をΔWxとすると、ΔWxは次式(9)にて表される。なお、式(9)において、Hはばね上構造体の重心高さであり、lは車両のホイールベースである。これらの値H,lは、車両10の構成から定まる固定値であって、予めECU20のメモリに格納されている値が使用される。接地荷重変動分ΔWxは、上下方向(Z方向)の力であり、加速時の前輪及び減速時の後輪ではZ方向下向きとなり、加速時の後輪及び減速時の前輪ではZ方向上向きとなる。
When the front-rear force F x acts on the vehicle, the ground contact load acting on each wheel of the vehicle fluctuates. Assuming that the fluctuation of the ground contact load per wheel is ΔW x , ΔW x is expressed by the following equation (9). In equation (9), H is the height of the center of gravity of the sprung structure, and l is the wheelbase of the vehicle. These values H and l are fixed values determined from the configuration of the
また、車両の加速時には、各車輪の中心に前後力が作用する。前輪一輪の中心に作用する前後力をFxIfとし、後輪一輪の中心に作用する前後力をFxIrとすると、前後力FxIf,FxIrは次式(10),(11)で表される。なお、これらの式において、Ddfは前輪駆動力配分を、Ddrは後輪駆動力配分をそれぞれ示している。これらの値Ddf,Ddrは、車両10の構成から定まる固定値であって、予めECU20のメモリに格納されている値が使用される。
Further, when the vehicle is accelerated, a front-rear force acts on the center of each wheel. The longitudinal force acting on the center of the front wheel one wheel and F XIF, when the longitudinal force acting on the center of the rear wheel one wheel and F xIR, longitudinal force F XIF, F xIR the following equation (10) is represented by (11) To. In these equations, D df indicates the front wheel drive force distribution, and D dr indicates the rear wheel drive force distribution. These values D df and D dr are fixed values determined from the configuration of the
一方、車両の減速時には、各車輪の接地点に前後力が作用する。前輪一輪の接地点に作用する前後力をFxJfとし、後輪一輪の接地点に作用する前後力をFxJrとすると、前後力FxJf,FxJrは次式(12),(13)で表される。なお、これらの式において、Dbfは前輪制動力配分を、Dbrは後輪制動力配分をそれぞれ示している。これらの値Dbf,Dbrは、車両10の構成から定まる固定値であって、予めECU20のメモリに格納されている値が使用される。
On the other hand, when the vehicle is decelerating, a front-rear force acts on the ground contact points of each wheel. Assuming that the front-rear force acting on the ground contact point of one front wheel is F xJf and the front-rear force acting on the ground contact point of one rear wheel is F xJr , the front-rear forces F xJf and F xJr are given by the following equations (12) and (13). expressed. In these equations, D bf indicates the front wheel braking force distribution, and D br indicates the rear wheel braking force distribution. These values D bf and D br are fixed values determined from the configuration of the
さらに、車両の加減速時には、各車輪の中心にばね下構造体の慣性力が作用する。前輪一輪に作用するばね下慣性力をFxwfとし、後輪一輪の中心に作用するばね下慣性力をFxwrとすると、ばね下慣性力Fxwf,Fxwrは次式(14),(15)で表される。なお、これらの式において、Mwfは各前輪のばね下質量を、Mwrは各後輪のばね下質量を、それぞれ示している。これらの値Mwf,Mwrは、車両10の構成から定まる固定値であって、予めECU20のメモリに格納されている値が使用される。ばね下慣性力Fxwf,Fxwrは前後方向(X方向)の力であり、加速時は負値となり、減速時は正値となる。
Further, when the vehicle is accelerated or decelerated, the inertial force of the unsprung structure acts on the center of each wheel. Assuming that the unsprung inertial force acting on one front wheel is F xwf and the unsprung inertial force acting on the center of one rear wheel is F xwr , the unsprung inertial forces F xwf and F xwr are given by the following equations (14) and (15). ). In these equations, M wf indicates the unsprung mass of each front wheel, and M wr indicates the unsprung mass of each rear wheel. These values M wf and M wr are fixed values determined from the configuration of the
上式(9)〜(15)に示す力は、各車輪の可変サスペンション14のばね上に入力される。接地荷重変動分ΔWxによって前輪側の可変サスペンション14のばね上に入力されるZ方向の力をFzxf1とし、後輪側の可変サスペンション14のばね上に入力されるZ方向の力をFzxr1とすると、Fzxf1,Fzxr1は次式にて表される。
The forces shown in the above equations (9) to (15) are input to the springs of the
減速時(ax<0)の前後力FxJf,FxJrによる可変サスペンション14の反力をそれぞれFzxf2,Fzxr2とすると、Fzxf2,Fzxr2は次式にて表される。なお、これらの式において、tanθJfは前輪側アンチダイブ係数を示し、tanθJrは後輪側アンチリフト係数を示している。これらの値tanθJf,tanθJrは、車両10の構成から定まる固定値であって、予めECU20のメモリに格納されている値が使用される。
Longitudinal force F xjf during deceleration (a x <0), when the reaction force of the
加速時(ax≧0)の前後力FxIf,FxIrによる可変サスペンション14の反力をそれぞれFzxf3,Fzxr3とすると、Fzxf3,Fzxr3は次式にて表される。なお、これらの式において、tanθIfは前輪側アンチリフト係数を示し、tanθIrは後輪側アンチスクォート係数を示している。これらの値tanθIf,tanθIrは、車両10の構成から定まる固定値であって、予めECU20のメモリに格納されている値が使用される。
Longitudinal force F XIF during acceleration (a x ≧ 0), if the respective reaction force F zxf3, F zxr3
ばね下慣性力Fxwf,Fxwrによる可変サスペンション14の反力をそれぞれFzxf4,Fzxr4とすると、Fzxf4,Fzxr4は次式にて表される。
Assuming that the reaction forces of the
以上より、前輪側及び後輪側の各可変サスペンション14において、車両の加減速時にばね上に入力される力の合計値(以下、「ばね上入力」と称する)Fzxf,Fzxrは、以下の通りとなる。
From the above, in each of the
このように、上式(24)〜(27)によれば、車両10の加減速時における各車輪の可変サスペンション14のばね上入力を、精度よく算出することが可能となる。
As described above, according to the above equations (24) to (27), it is possible to accurately calculate the spring input of the
上述した単輪モデルオブザーバを用いたストローク速度の推定では、既知の入力uとして、可変サスペンション14に作用するZ方向の力fを入力する。実施の形態1のシステムでは、この力fに対して上記のばね上入力Fzxf,Fzxrを反映させる点に特徴を有している。具体的には、力fは、可変サスペンション14の減衰力Ffcとばね上入力とを含んでいる。可変サスペンション14fl,14fr,14rl,14rrにて発生する減衰力FfcをそれぞれFfcfl,Ffcfr,Ffcrl,Ffcrrとすると、可変サスペンション14fl,14fr,14rl,14rrに作用する力ffl,ffr,frl,frrは、次式(28)にて表される。以下の説明では、減衰力にばね上入力が合算された力を「合算値」とも称する。なお、ばね上入力Fzxf,Fzxr及び減衰力Ffcfl,Ffcfr,Ffcrl,FfcrrはともにZ方向のベクトル量であるから、これらを合算した合算値ffl,ffr,frl,frrについてもZ方向のベクトル量として算出される。
In the estimation of the stroke speed using the single-wheel model observer described above, the force f in the Z direction acting on the
式(28)の演算は、図3に示す加算器48で行われる。具体的には、加算器48は、入力される減衰力とばね上入力とを合算した力fを既知の入力uとして出力する。
The calculation of equation (28) is performed by the
なお、減衰力Ffcは、可変サスペンション14に供給される駆動電流値とストローク速度に応じて変動する。ECU20は、この関係の規定したマップを記憶している。図3に示す演算器44には、状態量xの推定値x^であるストローク速度の推定値と駆動電流値が入力される。演算器44では、このマップに従い、駆動電流値とストローク速度の推定値に対応する減衰力Ffcが算出される。なお、減衰力Ffcは応答遅れの要素を含んでいる。このため、演算器44から出力された減衰力Ffcは、演算器46において減衰力の1次遅れが補正された後、加算器48へ出力される。
The damping force F fc fluctuates according to the drive current value and the stroke speed supplied to the
このように、合算値ffl,ffr,frl,frrには、可変サスペンション14のばね上に入力される力が合算されている。これにより、可変サスペンション14に入力される上下方向(Z方向)の力の合算値を精度よく算出することができるので、ストローク速度の推定精度を高めることが可能となる。
Thus, sum f fl, f fr, f rl , the f rr, the force inputted to the spring of the
<実施の形態1の具体的処理>
次に、フローチャートを参照して、実施の形態1のシステムがストローク速度を推定する際に実行する具体的処理について説明する。図5は、ECU20が可変サスペンション14のストローク速度を推定する際に実行するルーチンのフローチャートである。
<Specific processing of the first embodiment>
Next, with reference to the flowchart, a specific process executed when the system of the first embodiment estimates the stroke speed will be described. FIG. 5 is a flowchart of a routine executed by the
このルーチンでは、先ず、ばね上上下加速度センサ16のセンサ信号がA/D変換される(ステップS1)。以下の説明では、ばね上上下加速度センサ16fr,16fl,16rr,16rlのセンサ信号のA/D変換後の値を、それぞれ検出加速度Z1”,Z2”,Z3”,Z4”と称する。
In this routine, first, the sensor signal of the spring-up
次のステップでは、ばね上前後加速度センサ18のセンサ信号から、ばね上前後加速度axが検出される(ステップS2)。次に、ばね上前後加速度axの符号判定が行われる(ステップS3)。ここでは、ばね上前後加速度axが0以上か否かが判定される。その結果、ax≧0の成立が認められた場合には、車両10が加速又は等速の状態にあると判断されて、ステップS4に移行する。
In the next step, from the sensor signals before and after the sprung
ステップS4では、加速によるばね上入力が算出される。ここでは、ステップS2において検出されたばね上前後加速度axを式(16)、(17)、(20)、(21)、(22)、(23)に代入することにより、接地荷重変動分ΔWxによる力Fzxf1,Fzxr1、加速時の前後力によるサスペンション反力Fzxf3,Fzxr3、及びばね下慣性力によるサスペンション反力Fzxf4,Fzxr4が算出される。次に、算出された力を式(24)、(26)に代入することにより、加速時のばね上入力Fzxf,Fzxrが算出される。 In step S4, the spring input due to acceleration is calculated. Here, before and after the detected spring acceleration a x expression in step S2 (16), (17) , (20), (21), (22), by substituting (23), ground load variation ΔW force F zxf1, F zxr1 by x, the suspension reaction force due to the longitudinal force during acceleration F zxf3, F zxr3, and suspension reaction force F zxf4, F zxr4 by unsprung inertia is calculated. Next, by substituting the calculated force into the equations (24) and (26), the spring-loaded inputs F zxf and F zxr at the time of acceleration are calculated.
一方、ステップS3においてax≧0の成立が認められない場合には、車両10が減速状態にあると判断されて、ステップS5に移行する。ステップS5では、減速によるばね上入力が算出される。ここでは、ステップS2において検出されたばね上前後加速度axを式(16)、(17)、(18)、(19)、(22)、(23)に代入することにより、接地荷重変動分ΔWxによる力Fzxf1,Fzxr1、減速時の前後力によるサスペンション反力Fzxf2,Fzxr2、及びばね下慣性力によるサスペンション反力Fzxf4,Fzxr4が算出される。次に、算出された力を式(25)、(27)に代入することにより、減速時のばね上入力Fzxf,Fzxrが算出される。
On the other hand, if the establishment of a x ≧ 0 is not recognized in step S3, it is determined that the
次に、各輪位置でのばね上上下加速度が算出される(ステップS6)。ここでは、先ず
検出加速度Z1”,Z2”,Z3”,Z4”を用いた次式(29)〜(32)に従い、ばね上構造体の重心位置の上下加速度Zg”、ロール加速度Φg”、ピッチ加速度Θg”が算出される。なお、次式(29)〜(32)において、L1,L2,L3,L4、及び、W1,W2,W3,W4は、ばね上上下加速度センサ16fr,16fl,16rr,16rrのX方向の位置、及びY方向の位置をそれぞれ示している。また、Lg、及びWgは、ばね上構造体のX方向の重心位置、及びY方向の重心位置を示している。これらの値Li,Wi(i=1,2,3,4)、Lg、Wgは、センサ配置等から定まる固定値であって、予めECU20のメモリに格納されている値が使用される。
Next, the spring vertical acceleration at each wheel position is calculated (step S6). Here, first, according to the following equations (29) to (32) using the detected accelerations Z 1 ", Z 2 ", Z 3 ", Z 4 ", the vertical acceleration Zg "and the roll acceleration of the center of gravity of the sprung structure. Φg ”and pitch acceleration Θg” are calculated. In the following equations (29) to (32), L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , and W 1 , W 2 , W 3 , W 4 Indicates the positions of the on-spring
ステップS6では、次に、各輪位置でのばね上上下加速度Zb”が算出される。ここでは、次式(33)に従い、可変サスペンション14fl,14fr,14rl,14rrの直上部におけるばね上上下加速度Zbfl”, Zbfr”, Zbrl”, Zbrr”が算出される。なお、式(33)において、Tfは前輪のトレッド幅であり、Trは後輪のトレッド幅であり、lfは前輪軸−ばね上重心間の距離であり、lrは後輪軸−ばね上重心間の距離である。これらの値Tf、Tr、Lf、Lrは、車両10の構成から定まる固定値であって、予めECU20のメモリに格納されている値が使用される。
In step S6, the spring vertical acceleration Zb at each wheel position is then calculated. Here, according to the following equation (33), the spring vertical acceleration just above the variable suspensions 14fl, 14fr, 14rr, 14rr. Z bfl ", Z bfr ", Z brl ", Z brr " are calculated. In equation (33), T f is the tread width of the front wheels, Tr is the tread width of the rear wheels, and l f is the distance between the front wheel shaft and the sprung center of gravity, and l r is the distance between the rear wheel shaft and the sprung center of gravity. These values T f , Tr , L f , and L r are from the configuration of the
なお、ばね上上下加速度Zbfl”, Zbfr”, Zbrl”, Zbrr”を算出する方法は上記のものに限られない。すなわち、例えば3個のばね上上下加速度センサ16を用いた公知の手法を採用してもよい。
The method for calculating the spring vertical acceleration Z bfl ", Z bfr ", Z brl ", Z brr " is not limited to the above. That is, for example, a known method using three spring-up
次のステップでは、各可変サスペンション14の駆動電流とストローク速度の推定値とが読み込まれ、これらの値に対応する減衰力Ffcfl,Ffcfr,Ffcrl,Ffcrrがマップから特定される(ステップS7)。
In the next step, the drive current and the estimated value of the stroke speed of each
次のステップでは、上記ステップS4又はS5において算出されたばね上入力Fzxf,Fzxrと、上記ステップS7において算出された減衰力Ffcfl,Ffcfr,Ffcrl,Ffcrrを上式(28)に代入することにより、可変サスペンション14fl,14fr,14rl,14rrに作用する力の合算値ffl,ffr,frl,frrが算出される(ステップS8)。 In the next step, the on-spring inputs Fzxf and Fzxr calculated in step S4 or S5 and the damping forces F fcfl , F fcfr , F fcl and F fcrr calculated in step S7 are substituted into the above equation (28). it, the variable suspension 14fl, 14fr, 14rl, sum f fl of the force acting on 14rr, f fr, f rl, f rr is calculated (step S8).
次に、上記ステップS8にて算出された力ffl,ffr,frl,frrを既知の入力uとし、上記ステップS1において算出されたばね上上下加速度Zbfl”,Zbfr”,Zbrl”,Zbrr”を観測量yとして、上述した単輪モデルオブザーバを用いることにより、状態量xとしてのストローク速度(Zb’−Zw’)が推定される(ステップS9)。 Next, the force was calculated at the step S8 f fl, f fr, f rl, a f rr a known input u, the spring calculated in step S1 vertical acceleration Z bfl ", Z bfr", Z brl ", Z brr" as observation quantity y, and by using a single-wheel model observer described above, the stroke speed of the state quantity x (Z b '-Z w' ) is estimated (step S9).
以上説明したように、実施の形態1のサスペンション制御システムによれば、車両10の加減速による前後力によって可変サスペンション14のばね上に入力される力として、接地荷重変動分ΔWxによる力Fzxf1,Fzxr1、減速時の前後力によるサスペンション反力Fzxf2,Fzxr2、加速時の前後力によるサスペンション反力Fzxf3,Fzxr3、及びばね下慣性力によるサスペンション反力Fzxf4,Fzxr4が考慮される。これにより、可変サスペンション14へ入力される力(既知の入力)を精度よく算出することができるので、単輪モデルオブザーバを利用したストローク速度の推定を高精度に行うことが可能となる。
As described above, according to the suspension control system of the first embodiment, as the force input to the spring of the
実施の形態1のサスペンション制御システムは、以下のように変形した形態を適用してもよい。 The suspension control system of the first embodiment may apply a modified form as follows.
上述した実施の形態1のサスペンション制御システムは、車両10の減速は摩擦ブレーキによって行われることを前提としているが、厳密にはエンジンブレーキも作用している。エンジンブレーキによる減速時には、前後力が車輪12の中心に作用する。このため、減速時の前後力によるサスペンション反力Fzxf2,Fzxr2は、摩擦ブレーキによる減速時とエンジンブレーキによる減速時とで異なる値となる。そこで、実施の形態1のサスペンション制御システムは、減速時の加速度の大きさに応じて、エンジンブレーキによる減速時と摩擦ブレーキによる減速時とを区別することとしてもよい。具体的には、例えば、減速時のばね上前後加速度axが所定のしきい値よりも大きい場合にはエンジンブレーキによる減速時としてサスペンション反力Fzxf2,Fzxr2を算出し、しきい値以下の場合には摩擦ブレーキによる減速時としてサスペンション反力Fzxf2,Fzxr2を算出すればよい。なお、エンジンブレーキによる減速時のサスペンション反力Fzxf2,Fzxr2の演算では、式(18)、(19)において、tanθJf,tanθJrに替えてtanθIf,tanθIrを用いればよい。
The suspension control system of the first embodiment described above is based on the premise that the deceleration of the
上述した実施の形態1のサスペンション制御システムは、駆動力及び制動力の制御をインホイールモーターによって行うインホイールモーター車両に適用してもよい。但し、インホイールモーター車両では、加速時の前後力が車輪の接地点に作用する。このため、サスペンション反力Fzxf3,Fzxr3の演算では、式(20)、(21)においてtanθIf,tanθIrに替えてtanθJf,tanθJrを用いればよい。 The suspension control system of the first embodiment described above may be applied to an in-wheel motor vehicle in which the driving force and the braking force are controlled by the in-wheel motor. However, in an in-wheel motor vehicle, the front-rear force during acceleration acts on the ground contact point of the wheel. Therefore, in the calculation of the suspension reaction forces F zxf3 and F zxr3 , tanθ Jf and tanθ Jr may be used instead of tanθ If and tanθ Ir in the equations (20) and (21).
オブザーバは、単輪モデルオブザーバであれば、その自由度の数、状態方程式の取り方、連続系、離散系等に限定はない。例えば、システムは、2自由度の単輪モデルオブザーバを利用してストローク速度を推定する構成でもよい。また、単輪モデルオブザーバは連続系のカルマンフィルタを利用する構成に限らず、離散系のカルマンフィルタを利用する構成でもよい。 If the observer is a single-wheel model observer, there are no restrictions on the number of degrees of freedom, how to take the equation of state, continuous system, discrete system, and the like. For example, the system may be configured to estimate the stroke speed using a two-degree-of-freedom single-wheel model observer. Further, the single-wheel model observer is not limited to a configuration using a continuous Kalman filter, and may be a configuration using a discrete Kalman filter.
なお、実施の形態1のサスペンション制御システムでは、ECU20がステップS1及びステップS6の処理を実行することにより本発明の「ばね上上下加速度検出手段」が実現され、ECU20がステップS2の処理を実行することにより本発明の「ばね上前後加速度検出手段」が実現され、ECU20がステップS3〜S5、ステップS7及びステップS8の処理を実行することにより本発明の「合算値算出手段」が実現されている。
In the suspension control system of the first embodiment, the "spring-up vertical acceleration detecting means" of the present invention is realized by the
実施の形態2.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2のサスペンション制御システムは、車両10の駆動力源であるエンジン又はモータで発生する制駆動力を演算するエンジンECUと、回生ブレーキを除くブレーキにおいて発生する制動力を演算するブレーキECUを備えている点を除き、実施の形態1のサスペンション制御システムと同様の構成を備えている。
Embodiment 2.
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The suspension control system of the second embodiment includes an engine ECU that calculates a controlling driving force generated by an engine or a motor that is a driving force source of the
<実施の形態2の特徴>
実施の形態2の特徴について説明する。実施の形態2のサスペンションシステムでは、車輪12に作用する前後力を、エンジンECU又はブレーキECUによって演算する点に特徴を有している。すなわち、実施の形態2のエンジンECUは、エンジン又はモータの制駆動によって各車輪12の中心に作用する前後力FxIdf,FxIdr、及び各車輪12の接地点に作用する前後力FxJdf,FxJdrを演算可能に構成されている。また、ブレーキECUは、回生ブレーキを除くブレーキによる制動によって各車輪12の中心に作用する前後力FxIbf,FxIbr、及び各車輪12の接地点に作用する前後力FxJbf,FxJbrを演算可能に構成されている。
<Characteristics of Embodiment 2>
The features of the second embodiment will be described. The suspension system of the second embodiment is characterized in that the front-rear force acting on the wheels 12 is calculated by the engine ECU or the brake ECU. That is, in the engine ECU of the second embodiment, the front-rear force F xIdf , F xIdr acting on the center of each wheel 12 by the control drive of the engine or the motor, and the front-rear force F xJdf , F acting on the ground contact point of each wheel 12. It is configured so that xJdr can be calculated. The brake ECU is longitudinal force F XIbf acting on the center of each wheel 12 by the braking by the brake, excluding the regenerative brake, F XIbr, and longitudinal force F XJbf acting to ground of each wheel 12, enables calculation of the F XJbr It is configured in.
減速時のサスペンション反力Fzxf2,Fzxr2及び加速時のサスペンション反力Fzxf3,Fzxr3は、エンジンECU及びブレーキECUから供給される前後力を次式(34)〜(37)に代入することにより算出することが可能となる。 Suspension reaction force during deceleration F zxf2, F zxr2 and acceleration of the suspension reaction force F zxf3, F zxr3 is substituting the longitudinal force supplied from the engine ECU and the brake ECU to the following equation (34) - (37) It becomes possible to calculate by.
以上より、各車輪12のばね上入力Fzxf,Fzxrは、次式(38)、(39)にて算出することができる。 From the above, the sprung inputs F zxf and F zxr of each wheel 12 can be calculated by the following equations (38) and (39).
このように、上式(38)、(39)によれば、エンジンECU及びブレーキECUから供給される前後力を用いて、車両10の加減速時における各車輪の可変サスペンション14のばね上入力を、精度よく算出することが可能となる。
As described above, according to the above equations (38) and (39), the spring-loaded input of the
なお、車両10が回生ブレーキを備える場合においては、回生ブレーキによる制動によって各車輪12の中心に作用する前後力FxIbf,FxIbrをECUから供給可能な場合がある。この場合、ブレーキECUからの情報の供給に替えて、次式に従い接地点に作用する前後力FxJbf,FxJbrを算出する構成でもよい。
When the
<実施の形態2の具体的処理>
次に、フローチャートを参照して、実施の形態2のシステムがストローク速度を推定する際に実行する具体的処理について説明する。図6は、ECU20が可変サスペンション14のストローク速度を推定する際に実行するルーチンのフローチャートである。
<Specific processing of the second embodiment>
Next, with reference to the flowchart, a specific process executed when the system of the second embodiment estimates the stroke speed will be described. FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the
このルーチンでは、先ず、ばね上上下加速度センサ16のセンサ信号がA/D変換される(ステップS11)。次のステップでは、ばね上前後加速度センサ18のセンサ信号から、ばね上前後加速度axが検出される(ステップS12)。
In this routine, first, the sensor signal of the spring-up
次に、ステップS12において検出されたばね上前後加速度axを式(16)、(17)、(22)、(23)に代入することにより、接地荷重変動分ΔWxによる力Fzxf1,Fzxr1、及びばね下慣性力によるサスペンション反力Fzxf4,Fzxr4が算出される(ステップS13)。 Then, before and after the detected spring acceleration a x expression in step S12 (16), (17), (22), by substituting (23), the force F Zxf1 by ground contact load variation ΔW x, F zxr1 , And the suspension reaction forces F zxf4 and F zxr4 due to the unsprung inertial force are calculated (step S13).
次に、各車輪12の中心に作用する前後力が算出される(ステップS14)。ここでは、具体的には、エンジン又はモータの制駆動によって各車輪12の中心に作用する前後力FxIdf,FxIdrがエンジンECUから算出される。また、回生ブレーキを除くブレーキによる制動によって各車輪12の中心に作用する前後力FxIbf,FxIbrがブレーキECUから算出される。 Next, the front-rear force acting on the center of each wheel 12 is calculated (step S14). Here, specifically, the longitudinal force F XIdf acting on the center of each wheel 12 by the braking operation of the engine or the motor, F XIdr is calculated from the engine ECU. Further, the front-rear forces F xIbf and F xIbr acting on the center of each wheel 12 by braking by the brake excluding the regenerative brake are calculated from the brake ECU.
次に、各車輪12の接地点に作用する前後力が算出される(ステップS15)。ここでは、具体的には、エンジン又はモータの制駆動によって各車輪12の接地点に作用する前後力FxJdf,FxJdrがエンジンECUから算出される。また、回生ブレーキを除くブレーキによる制動によって各車輪12の接地点に作用する前後力FxJbf,FxJbrがブレーキECUから算出される。 Next, the front-rear force acting on the ground contact point of each wheel 12 is calculated (step S15). Here, specifically, the front-rear forces F xJdf and F xJdr acting on the ground contact points of each wheel 12 by the controlled drive of the engine or the motor are calculated from the engine ECU. Further, the front-rear forces F xJbf and F xJbr acting on the ground contact point of each wheel 12 by braking by the brake excluding the regenerative brake are calculated from the brake ECU.
次に、ばね上入力Fzxf,Fzxrが算出される(ステップS16)。ここでは、先ず上記ステップS14及びS15において算出された上下力を上式(34)から(37)に代入することにより、サスペンション反力Fzxf2,Fzxr2,Fzxf3,Fzxr3が算出される。そして、算出されたサスペンション反力Fzxf2,Fzxr2,Fzxf3,Fzxr3と、上記ステップS13において算出された力Fzxf1,Fzxr1,Fzxf4,Fzxr4を上式(38)、(39)に代入することにより、ばね上入力Fzxf,Fzxrが算出される。 Next, the on-spring inputs F zxf and F zxr are calculated (step S16). Here, the suspension reaction forces F zxf2 , F zxr2 , F zxf3 , and F zxr3 are calculated by first substituting the vertical forces calculated in steps S14 and S15 into the above equations (34) to (37). Then, the calculated suspension reaction forces F zxf2 , F zxr2 , F zxf3 , F zxr3 and the forces F zxf1 , F zxr1 , F zxf4 , F zxr4 calculated in the above step S13 are expressed by the above equations (38) and (39). By substituting into, the spring inputs F zxf and F zxr are calculated.
図6に示すルーチンのステップS17からS20の処理は、図5に示すルーチンのステップS6からS9の処理と同様の処理が実行される。 The processing of steps S17 to S20 of the routine shown in FIG. 6 is the same as the processing of steps S6 to S9 of the routine shown in FIG.
以上説明したように、実施の形態2のサスペンション制御システムによれば、エンジンECU及びブレーキECUから供給される前後力を用いて、車両10の加減速時における各車輪の可変サスペンション14のばね上入力が算出される。これにより、可変サスペンション14へ入力される力(既知の入力)を精度よく算出することができるので、単輪モデルオブザーバを利用したストローク速度の推定を高精度に行うことが可能となる。また、高精度なストローク速度の推定によってストローク量の推定精度も向上する。
As described above, according to the suspension control system of the second embodiment, the front-rear force supplied from the engine ECU and the brake ECU is used to input the
なお、実施の形態2のサスペンション制御システムでは、ECU20がステップS11及びステップS17の処理を実行することにより本発明の「ばね上上下加速度検出手段」が実現され、ECU20がステップS12の処理を実行することにより本発明の「ばね上前後加速度検出手段」が実現され、ECU20がステップS13〜S16、ステップS18及びステップS19の処理を実行することにより本発明の「合算値算出手段」が実現されている。
In the suspension control system of the second embodiment, the "spring-up vertical acceleration detecting means" of the present invention is realized by the
10 車両
12 車輪
14 可変サスペンション
16 ばね上上下加速度センサ
18 ばね上前後加速度センサ
20 ECU
30 単輪モデルオブザーバ
36,40,42,48 加算器
38 積分器
44,46 演算器
10 Vehicle 12
30 Single-
Claims (1)
前記車両のばね上構造体とばね下構造体との間を連結するサスペンションと、
前記ばね上構造体と前記ばね下構造体との間の相対速度であるストローク速度を推定する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記ばね上構造体の上下方向の加速度であるばね上上下加速度を検出するばね上上下加速度検出手段と、
前記ばね上構造体の前後方向の加速度であるばね上前後加速度を検出するばね上前後加速度検出手段と、
前記サスペンションから前記ばね上構造体へ入力される力の合算値を算出する合算値算出手段と、
単輪モデルに基づく運動方程式の状態空間に基づいて構成されたオブザーバと、を含み、
前記合算値算出手段は、
前記ばね上前後加速度を用いて、前記ばね上構造体の姿勢変化に伴う前記車両の接地荷重変動を算出し、前記接地荷重変動によって前記ばね上構造体へ入力される上下方向の力である第一の力を算出し、
前記車両の駆動力配分又は制動力配分を用いて、前記車両の加速又は減速によって車輪に入力される前後方向の力が前記サスペンションに作用することによって生じるサスペンション反力である第二の力を算出し、
前記車両の前記ばね下構造体の慣性力によるサスペンション反力である第三の力を算出し、
前記第一の力、前記第二の力、及び前記第三の力を用いて前記合算値を算出するように構成され、
前記オブザーバは、前記合算値を既知の入力とし、前記ばね上上下加速度を観測量の入力として、前記サスペンションのストローク速度の推定値を出力するように構成されていることを特徴とするサスペンション制御システム。 Suspension control system installed in the vehicle
A suspension that connects the sprung structure and the unsprung structure of the vehicle,
A control device for estimating a stroke speed, which is a relative speed between the sprung structure and the unsprung structure, is provided.
The control device is
A spring-loaded vertical acceleration detecting means for detecting a spring-loaded vertical acceleration, which is a vertical acceleration of the spring-loaded structure,
An on-spring anteroposterior acceleration detecting means for detecting an on-spring anteroposterior acceleration, which is an acceleration in the anteroposterior direction of the sprung-up structure,
A total value calculation means for calculating the total value of the forces input from the suspension to the spring-loaded structure, and
Including an observer constructed based on the state space of the equation of motion based on a single-wheel model,
The total value calculation means is
Using the sprung front-rear acceleration, the change in the ground contact load of the vehicle due to the change in the attitude of the sprung structure is calculated, and this is the vertical force input to the sprung structure by the ground load fluctuation. Calculate one force,
Using the driving force distribution or braking force distribution of the vehicle , a second force, which is a suspension reaction force generated by the front-rear force input to the wheels due to the acceleration or deceleration of the vehicle acting on the suspension , is calculated. And
The third force, which is the suspension reaction force due to the inertial force of the unsprung structure of the vehicle, is calculated.
It is configured to calculate the total value using the first force, the second force, and the third force .
The observer is configured to output an estimated value of the stroke speed of the suspension by using the total value as a known input and the vertical acceleration on the spring as an input of an observed amount. ..
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