JP7758024B2 - 車両挙動制御装置、車両挙動制御方法、及び車両挙動制御プログラム - Google Patents
車両挙動制御装置、車両挙動制御方法、及び車両挙動制御プログラムInfo
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Description
本開示は、車両の挙動を制御する技術に関する。
特許文献1では、車両の挙動を少ない数のアクチュエータで制御するための技術が開示されている。特に、4輪のうち3輪に備えるアクチュエータを用いて、4輪の各輪にアクチュエータを備える場合と同等の制御を可能とする技術が開示されている。
特許文献1に係る技術は、各アクチュエータを力(トルク)制御する。アクチュエータの力(トルク)制御を実施するためには、少なくとも力(トルク)を検出するための力覚センサやトルクセンサの搭載が必要となる。このため、力(トルク)制御が可能に構成されたアクチュエータは、コストが高い。
本開示の1つの目的は、上記の課題を鑑みたものであり、車両の挙動制御に関して、コストの低減を可能とする技術を提供することにある。
本開示の第1の観点は、車両挙動制御装置に関する。
第1の観点に係る車両挙動制御装置は、車両の四輪のうち第i車輪(i=1,2,3)に設けられた第iサスペンションと、第i車輪以外の第4車輪に設けられた第4サスペンションと、コントローラと、を備える。第iサスペンションは、コントローラにより位置制御される第iアクチュエータを含む。コントローラは、車両の挙動を決定する挙動パラメータの要求値を取得し、挙動パラメータの要求値を第i車輪に対する第i要求制御力に変換し、第i要求制御力に基づく第iアクチュエータの第i位置制御量を算出し、第i位置制御量に従って第iアクチュエータの位置制御を行うように構成される。
本開示によれば、車両の挙動制御装置に関して、コストの低減が可能となる。
1 第1実施形態
1.1 車両の挙動モデル
第1実施形態に係る車両挙動制御装置による車両の挙動制御は、挙動モデルに基づいて行われる。図1は、第1実施形態に係る車両挙動制御装置による車両10の挙動制御のための挙動モデルを示している。車両10の挙動制御では、車両10の挙動を決定する挙動パラメータの要求値が算出され、算出された要求値を実現するように制御が行われる。第1実施形態では、挙動パラメータとして、各車輪に対する上下方向の制御力を採用する。図1に示される挙動モデルには、左後輪14RLに対する上下方向の制御力Frliと、右後輪14RRに対する上下方向の制御力Frriと、左前輪14FLに対する上下方向の制御力Ffliと、右前輪14FRに対する上下方向の制御力Ffriと、が図示されている。
1.1 車両の挙動モデル
第1実施形態に係る車両挙動制御装置による車両の挙動制御は、挙動モデルに基づいて行われる。図1は、第1実施形態に係る車両挙動制御装置による車両10の挙動制御のための挙動モデルを示している。車両10の挙動制御では、車両10の挙動を決定する挙動パラメータの要求値が算出され、算出された要求値を実現するように制御が行われる。第1実施形態では、挙動パラメータとして、各車輪に対する上下方向の制御力を採用する。図1に示される挙動モデルには、左後輪14RLに対する上下方向の制御力Frliと、右後輪14RRに対する上下方向の制御力Frriと、左前輪14FLに対する上下方向の制御力Ffliと、右前輪14FRに対する上下方向の制御力Ffriと、が図示されている。
車両10の挙動制御としては、目的に応じた様々な制御が想定される。例えば車両10の挙動制御として、ばね上フィードバック制御、ばね下フィードバック制御、プレビュー制御、姿勢制御、等が挙げられる。ばね上フィードバック制御は、ばね上加速度センサの計測値を用いて算出されたばね上状態量に基づきばね上の振動を抑制する。ばね下フィードバック制御は、ばね上加速度センサと車高センサの各計測値を用いて算出されたばね下状態量に基づきばね下の振動を抑制する。プレビュー制御は、カメラ画像や高精度地図データのデータベースを用いて路面状態を先読みし、振動を抑制する。姿勢制御は、操舵や加速度に対して姿勢を制御する。もちろん、これら各種の制御が組み合わされていてもよい。
挙動パラメータの要求値は、挙動制御の目的を達成するように算出される。本実施形態において、挙動制御は、上記で示すような各種の制御のいずれであってもよい。つまり本実施形態において、挙動パラメータの要求値の算出方法は、特に限定されない。
ところで、車両10の挙動は、車両10の重心に作用するロールモーメントMr、ピッチモーメントMp、及びヒーブ力Fhから成るばね上重心位置での運動モード(以下、単に「重心3モード」とも称する)で表すことができる。従って、挙動パラメータの要求値は、重心3モードに変換することができる。特に挙動パラメータとして各車輪に対する上下方向の制御力を採用する場合、以下の式(1)により重心3モードに変換することができる。式(1)において、lf、lr、Tf、及びTrは、それぞれ前軸の重心間距離、後軸の重心間距離、フロントのトレッド、及びリアのトレッドである(図1参照)。これらのパラメータは、車両10の諸元情報としてあらかじめ管理することができる。
以下では、挙動パラメータの要求値を重心3モードに変換した値を、「重心3モードの要求値」と呼ぶ。また重心3モードの要求値において、ロールモーメントMr、ピッチモーメントMp、及びヒーブ力Fhのそれぞれに関する要求値を、要求ロールモーメントMr、要求ピッチモーメントMp、及び要求ヒーブ力Fhとも呼ぶ。
図1に示される車両10の挙動モデルでは、左後輪14RLを懸架するサスペンション20RLAは、アクチュエータ26RLを含むアクティブサスペンションとして構成されている。また右後輪14RRを懸架するサスペンション20RRAも、アクチュエータ26RRを含むアクティブサスペンションとして構成されている。また右前輪14FRを懸架するサスペンション20FRAも、アクチュエータ26FRを含むアクティブサスペンションとして構成されている。サスペンション20FRA,20RRA,20RLAは、アクチュエータ26FR,26RR,26RLによって車輪14FR,14RR,14RLに能動的に上下方向の制御力を付与することができる所謂フルアクティブサスペンションである。一方で前左輪14FLを懸架するサスペンション20FLは、アクチュエータを備えない一般的なサスペンション、すなわち、非アクティブサスペンションである。
図1に示される挙動モデルでは、アクチュエータ26RLによって左後輪14RLに付与される制御力Frlと、アクチュエータ26RRによって右後輪14RRに付与される制御力Frrと、アクチュエータ26FRによって右前輪14FRに付与される制御力Ffrと、が図示されている。以下では、アクティブサスペンションが設けられた車輪を、特に「制御車輪」とも呼ぶ。つまり、図1に示される挙動モデルにおいて、左後輪14RL、右後輪14RR、及び右前輪14FRは、制御車輪である。
本開示に係る発明者は、以下の式(2)により重心3モードの要求値を各制御車輪に対する制御力に変換できることを見出している。
上述の通り挙動パラメータの要求値は重心3モードの要求値に変換することが可能であるから、挙動パラメータの要求値を各制御車輪に対する制御力に変換することができる。以下では、挙動パラメータの要求値の変換により得られた各制御車輪に対する制御力を、「要求制御力」とも呼ぶ。そして、要求制御力を満たすように各アクチュエータ26RL,26RR,26FRを制御することで、挙動パラメータの要求値を実現することができる。すなわち、3つのアクチュエータ26RL,26RR,26FRだけで、所望の車両挙動を実現することができる。必要なアクチュエータを減らすことができることは、搭載性の向上、コストの低減、重量の低減、省電力化、等の観点から好ましい。
以上に説明した車両10の挙動制御を、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRの「トルク制御」によって実現することも考えられる。但し、トルク制御の場合、力覚センサやトルクセンサ等が必要となる。そこで、本実施形態は、搭載スペースやコストをさらに低減するために、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRの「位置制御」によって上述の挙動制御を実現する手法を提案する。以下、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRの位置制御により車両10の挙動を制御する車両挙動制御装置について詳しく説明する。
1.2 車両挙動制御装置
図2は、第1実施形態に係る車両挙動制御装置の構成について説明するための図である。
図2は、第1実施形態に係る車両挙動制御装置の構成について説明するための図である。
図2において、車両10は、前軸16Fに操舵輪である左前輪14FLと右前輪14FRを備え、後軸16Rに非操舵輪である左後輪14RLと右後輪14RRとを備える。ただし、後輪14RL,14RRにも操舵機構が設けられていてもよい。また車両10は、前輪14FL,14FRを駆動する前輪駆動車でもよいし、後輪14RL,14RRを駆動する後輪駆動車でもよいし、前輪14FL,14FRと後輪14RL,14RRとを駆動する全輪駆動車でもよい。
車両挙動制御装置は、左後輪14RL(第1車輪)に設けられたサスペンション20RLA(以下、「第1サスペンション20RLA」とも呼ぶ)と、右後輪RR(第2車輪)に設けられたサスペンション20RRA(以下、「第2サスペンション20RRA」とも呼ぶ)と、右前輪14FR(第3車輪)に設けられたサスペンション20FRA(以下、「第3サスペンション20FRA」とも呼ぶ)と、左前輪14FL(第4車輪)に設けられたサスペンション20FL(以下、「第4サスペンション20FL」とも呼ぶ)と、コントローラ30と、センサ群40と、を含んでいる。前述の通り、第1サスペンション20RLA、第2サスペンション20RRA、及び第3サスペンション20FRAは、アクティブサスペンションであり、第4サスペンション20FLは、非アクティブサスペンションである。
非アクティブサスペンションである第4サスペンション20FLは、スプリング22FLとショックアブソーバ24FLとを備える。アクティブサスペンションである第1サスペンション20RLAは、スプリング22RLとショックアブソーバ24RLに加えてアクチュエータ26RL(以下、「第1アクチュエータ26RL」とも呼ぶ)を備える。
同様に、アクティブサスペンションである第2サスペンション20RRAは、スプリング22RRとショックアブソーバ24RRに加えてアクチュエータ26RR(以下、「第2アクチュエータ26RR」とも呼ぶ)を備える。また同様に、アクティブサスペンションである第3サスペンション20FRAは、スプリング22FRとショックアブソーバ24FRに加えてアクチュエータ26FR(以下、「第3アクチュエータ26FR」とも呼ぶ)を備える。
コントローラ30は、センサ群40とCAN(Controller Area Network)等の車載ネットワークによって接続されている。コントローラ30は、センサ群40から信号を取得する。センサ群40は、例えば、加速度センサ、車高センサ、車輪速センサ等の車両10の挙動に関する物理量を計測するセンサを含む。またコントローラ30は、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRとも車載ネットワークによって接続されている。
コントローラ30は、プロセッサ32と、プロセッサ32に結合されたメモリ34と、を備えている。
プロセッサ32は、各種処理を実行する。プロセッサ32は、例えば、演算装置やレジスタ等を含むCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、等で構成することができる。メモリ34は、プロセッサ32による処理の実行に必要な各種情報を格納する。メモリ34は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、等の記録媒体で構成することができる。
メモリ34には、プロセッサ32で実行可能なコンピュータプログラム36とコンピュータプログラム36に関連する種々の情報が格納されている。コンピュータプログラム36を実行するプロセッサ32とメモリ34との協働により、コントローラ30の機能が実現される。コンピュータプログラム36は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されていて良い。またコンピュータプログラム36は、OTA(Over The Air)によって配信されるものであってもよい。
コントローラ30は、センサ群40から取得する信号に基づいて、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRを制御する。特に、コントローラ30は、処理の実行により、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRに対する位置制御量を算出し、算出した位置制御量を各アクチュエータ26RL,26RR,26FRに送信する。つまり、コントローラ30は、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRを位置制御する。位置制御量は、目標位置を与えるものであってもよいし、現在位置からの移動量を与えるものであってもよい。第1実施形態に係るコントローラ30が実行する処理の詳細については後述する。
各アクチュエータ26RL,26RR,26FRは、コントローラ30から受信する位置制御量に従って動作する。各アクチュエータ26RL,26RR,26FRは、制御された位置によって対応する制御車輪に付与する制御力が変化するように構成されている。
このようなアクチュエータの構成は、種々の形態を考えることができる。図3は、第1実施形態に係るアクチュエータ26の構成の一例について説明するための図である。図3では、アクチュエータ26を含むアクティブサスペンション20Aが示されている。
図3に示されるアクティブサスペンション20Aにおいて、スプリング22及びダンパー24は、車体12とばね下部材21(例:サスペンションアーム)との間に設けられている。スプリング22は、アクティブサスペンション20Aのストローク量に応じた反力を発生させる。
図3に示されるアクチュエータ26は、ばね上構造体に支持されたモータ28と、モータ28の出力軸に一端が連結されたトーションバー27を含んでいる。トーションバー27の他端は、リンク機構29を介してばね下部材21に連結されている。モータ28の動作は、コントローラ30によって制御される。特に、本実施の形態では、コントローラ30は、モータ28の位置制御を行う。従ってこの場合、アクチュエータ26の位置とは、モータ28の角度を示す。また位置制御量は、モータ28の目標角度や回転角度量である。
コントローラ30の制御によってモータ28が回転すると、トーションバー27が変形し、トーションバー27の反力がリンク機構29を介して上下方向の力に変換されてばね下部材21及び車輪14に伝達される。このように、アクチュエータ26は、トーションバー27を変形させることによってばね下部材21及び車輪14に上下方向の制御力を能動的に付与することができる。また、車両10の加減速や操舵等が行われる場合、ばね下部材21側から入力される外力がリンク機構29及びトーションバー27を介してモータ28の出力軸に伝達される。トーションバー27とリンク機構29は、モータ28とばね下部材21、車輪14との間で力を伝達する伝達部材であるということもできる。
以上説明したように本実施形態に係るアクチュエータ26を構成することができる。本実施形態に係る車両挙動制御装置は、図3で説明されたアクチュエータ26の構成を、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRに適用することができる。ただし、図3で説明されたアクチュエータ26の構成は一例であり、他の構成を適用することも可能である。
例えば、アクチュエータ26は、一端がばね下部材21と接続するコイルばねと、コイルばねを伸縮させるように動作するリニアモータと、により構成されていてもよい。この場合、コントローラ30の制御によってリニアモータが動作すると、コイルばねが変形し、コイルばねの反力がばね下部材21及び車輪14に伝達される。コイルばねは、リニアモータとばね下部材21、車輪14との間で力を伝達する伝達部材であるということもできる。またこの場合、アクチュエータ26の位置とは、例えば、リニアモータの可動部のガイド上の位置を示す。位置制御量は、例えば、可動部のガイド上の目標位置や移動量である。
また例えば、アクチュエータ26は、ばね上構造体に支持されたモータと、モータの出力によって回転するボールネジナットと、ボールネジナットの回転によって軸方向移動するボールネジ軸と、ボールネジ軸に一端が連結されたピストンロッドと、により構成されていてもよい。ピストンロッドの他端は、シリンダを介してばね下部材21に連結される。この場合、コントローラ30の制御によってモータが回転すると、ボールネジナットが回転し、ボールネジ軸及びピストンロッドによる軸方向の力がばね下部材21及び車輪14に伝達される。ボールネジナット、ボールネジ軸、及びピストンロッドは、モータとばね下部材21、車輪14との間で力を伝達する伝達部材であるということもできる。
ところで、トーションバー27等の伝達部材は、所定の剛性を有する弾性部材と考えることができる。またモータ28は車体12やサスペンションメンバー等の一部に締結されると考えられる。従って、図3に示されるアクチュエータ26は、スプリング22と並列に接続したばね要素としてモデル化することができる。
図4は、ばね要素に関してモデル化されたアクティブサスペンション20Aを示す図である。図4において、Ksはスプリング22の剛性を示し、Kbはトーションバー27の剛性を示す。またz1及びz2は、それぞれ図面上向きを正の向きとするばね下及びばね上の変位を示す。つまり図4に示されるモデルでは、z2-z1がアクティブサスペンション20Aのストローク量となる。なお以下の説明において、トーションバー27は、アクチュエータ26の構成に応じて他の伝達部材に置き換えて考えてもよい。
トーションバー27に係るばね要素は、少なくともストローク量に応じた反力を発生させる。さらにトーションバー27に係るばね要素は、アクチュエータ26の位置制御による相対変位zΔに応じた反力を発生させると考えることができる。図4に示されるモデルでは、zΔは、ばね要素が伸びる方向を正とする。図4に示されるモデルにおいて、アクチュエータ26が発生させる力Fは、以下の式(3)で表される。力Fは、アクチュエータ26により車輪14に付与される制御力に相当する。アクチュエータ26(モータ28)に対する位置指令がゼロであっても、すなわち、相対変位zΔがゼロであっても、アクチュエータ26は、ストローク量(z2-z1)に応じた力Fを発生させる。
1.3 挙動制御
以下では、第1実施形態に係る車両10の挙動制御において、コントローラ30が実行する処理、より詳しくは、プロセッサ32が実行する処理について説明する。図5は、第1実施形態に係るコントローラ30が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図5に示すフローチャートに係る処理は、所定の処理周期で繰り返し実行されてよい。
以下では、第1実施形態に係る車両10の挙動制御において、コントローラ30が実行する処理、より詳しくは、プロセッサ32が実行する処理について説明する。図5は、第1実施形態に係るコントローラ30が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図5に示すフローチャートに係る処理は、所定の処理周期で繰り返し実行されてよい。
ステップS110で、コントローラ30は、挙動パラメータの要求値を算出する。あるいは、コントローラ30は、他の装置から挙動パラメータの要求値を取得してもよい。第1実施形態では、挙動パラメータは、各車輪に対する上下方向の制御力である。つまりステップS110において、コントローラ30は、左後輪RLに対する上下方向の制御力Frli、右後輪REに対する上下方向の制御力Frri、左前輪FLに対する上下方向の制御力Ffli、及び右前輪FRに対する上下方向の制御力Ffriのそれぞれの要求値を算出(取得)する。上述したように、本実施形態において、挙動パラメータの要求値の算出方法は、特に限定されない。
次にステップS120で、コントローラ30は、挙動パラメータの要求値を重心3モードの要求値に変換する。コントローラ30は、上記の式(1)を用いて挙動パラメータの要求値を、要求ロールモーメントMr、要求ピッチモーメントMp、及び要求ヒーブ力Fhに変換することができる。
次にステップS130で、コントローラ30は、重心3モードの要求値をさらに各制御車輪に対する要求制御力に変換する。コントローラ30は、上記の式(2)を用いて要求ロールモーメントMr、要求ピッチモーメントMp、及び要求ヒーブ力Fhを、左後輪14RLに対する要求制御力Frl(以下、「第1要求制御力」とも呼ぶ)、右後輪14RRに対する要求制御力Frr(以下、「第2要求制御力」とも呼ぶ)、及び右前輪14FRに対する要求制御力Ffr(以下、「第3要求制御力」とも呼ぶ)に変換することができる。
次にステップS140で、コントローラ30は、挙動パラメータの要求値が満たされるときの、第1サスペンション20RLAのストローク量(第1要求ストローク量)と、第2サスペンション20RRAのストローク量(第2要求ストローク量)と、第3サスペンション20FRAのストローク量(第3要求ストローク量)と、を算出する。各要求ストローク量は、車両10の挙動制御において各アクティブサスペンションが満たすべきストローク量と考えることができる。
各車輪に対する上下方向の制御力が各サスペンションのストローク量に比例することから、各サスペンションのストローク量は、以下の式(4)により算出することができる。ここで、zsrl、zsrr、zsfr、及びzsflは、それぞれ第1サスペンション20RLAのストローク量、第2サスペンション20RRAのストローク量、第3サスペンション20FRAのストローク量、及び第4サスペンション20FLのストローク量である。また、Kr及びKfは、それぞれ後軸16Rに関する比例定数及び前軸16Fに関する比例定数である。Kr及びKfは、車両10の諸元情報や車両10の状態から決定することができる定数である。
従って、コントローラ30は、式(4)を用いて、挙動パラメータの要求値として算出されたFrliの要求値、Frriの要求値、及びFfriの要求値から第1要求ストローク量zsrl、第2要求ストローク量zsrr、及び第3要求ストローク量zsflを算出することができる。
次にステップS150で、コントローラ30は、各制御車輪に対する要求制御力を満たす各アクチュエータ26RL,26RR,26FRの位置制御量を算出する。つまり、コントローラ30は、第1要求制御力に相当する第1アクチュエータ26RLの位置制御量(第1位置制御量)と、第2要求制御力に相当する第2アクチュエータ26RRの位置制御量(第2位置制御量)と、第3要求制御力に相当する第3アクチュエータ26FRの位置制御量(第3位置制御量)と、を算出する。コントローラ30は、ステップS140において算出された各要求ストローク量(第1要求ストローク量zsrl、第2要求ストローク量zsrr、及び第3要求ストローク量zsfl)に基づいて、次のように第1位置制御量、第2位置制御量、及び第3位置制御量を算出することができる。
図4で説明したように、アクチュエータ26により車輪14に付与される制御力は、ストローク量と位置制御による相対変位とから上記の式(3)で表すことができる。従って、コントローラ30は、式(3)を用いることにより、第1要求ストローク量zsrlに基づいて、第1要求制御力Frlが得られる第1アクチュエータ26RLに係る相対変位(以下、「第1要求相対変位」とも呼ぶ)を算出することができる。式(3)中のz2-z1に第1要求ストローク量zsrlを代入し、力Fに第1要求制御力Frlを代入することにより、第1要求相対変位zΔrlは、以下の式(5)で表される。
同様に式(3)を用いることにより、コントローラ30は、第2要求ストローク量zsrr及び第3要求ストローク量zsflに基づいて、第2要求制御力Frrが得られる第2アクチュエータ26RRに係る相対変位(以下、「第2要求相対変位」とも呼ぶ)zΔrrと、第3要求制御力Ffrが得られる第3アクチュエータ26FRに係る相対変位(以下、「第3要求相対変位」とも呼ぶ)zΔfrと、を算出することができる。
ところで図4で示されるモデルにおいて、相対変位zΔは、アクチュエータ26の位置と一定の対応を有する量である。つまり、相対変位zΔとアクチュエータ26の位置の対応関係が既知であれば、相対変位zΔをアクチュエータ26の位置に換算することができる。
相対変位zΔとアクチュエータ26の位置の対応関係は、アクティブサスペンション20Aの設計値や試験による実測値から判断することができる。例えば、アクチュエータ26が図3で示される構成であるとき、車両10を静止状態としてモータ28を回転させ、モータ28の角度θ(アクチュエータ26の位置)とアクティブサスペンション20Aのストローク量zsを計測する試験を行う場合を考える。この試験により、以下の式(6)の係数Aを算出することができる。またこのとき、以下の式(7)の関係が成立する。
従って、試験により係数Aを決定することで、相対変位zΔとモータ28の角度θ(アクチュエータ26の位置)の対応関係は、以下の式(8)で表すことができる。つまり、式(8)により相対変位zΔをモータ28の角度(アクチュエータ26の位置)に換算することができる。
相対変位zΔとアクチュエータ26の位置の対応関係は、関数式やマッピング情報としてメモリ34に格納されていてよい。あるいは、コンピュータプログラム36の一部として記録されていてよい。
このように相対変位zΔとアクチュエータ26の位置の対応関係により、コントローラ30は、第1要求相対変位zΔrlを第1アクチュエータ26RLの位置に換算することができる。そして、コントローラ30は、換算された第1アクチュエータ26RLの位置を指示するように第1位置制御量を算出すればよい。同様に、コントローラ30は、第2要求相対変位zΔrr及び第3要求相対変位zΔfrをそれぞれ第2アクチュエータ26RRの位置及び第3アクチュエータ26FRの位置に換算することができる。またコントローラ30は、換算された第2アクチュエータ26RRの位置及び第3アクチュエータ26FRの位置を指示するように第2位置制御量及び第3位置制御量を算出すればよい。
このようにして、コントローラ30は、各制御車輪に対する要求制御力が得られるように、各要求ストローク量に基づいて第1位置制御量、第2位置制御量、及び第3位置制御量を算出することができる。
次にステップS160で、コントローラ30は、算出された第1位置制御量、第2位置制御量、及び第3位置制御量に従って、第1アクチュエータ26RL、第2アクチュエータ26RR、及び第3アクチュエータ26FRの位置制御を行う。これにより、第1要求制御力Frl、第2要求制御力Frr、及び第3要求制御力Ffrを満たすように各アクチュエータ26RL,26RR,26FRを制御することができる。延いては、挙動パラメータの要求値を実現することができる。ステップS160の後、コントローラ30は、今回の処理を終了する。
このようにコントローラ30が処理を実行することにより、第1実施形態に係る車両挙動制御装置の機能が実現される。またこのようにコントローラ30が処理を実行することにより、第1実施形態に係る車両挙動制御方法が実現される。またこのようにコントローラ30に処理を実行させるコンピュータプログラム36により、第1実施形態に係る車両挙動制御プログラムが実現される。
1.4 要求値の補正
図3に示される例では、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRは、変形によって生じる反力を制御力として伝えるトーションバー27等の伝達部材を含む。そして、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRは、伝達部材を変形させることによって各制御車輪に上下方向の制御力を付与する。図3で示されるような構成が採用される場合、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRは、相対変位zΔがゼロであっても、ストローク量に応じた伝達部材の反力分の制御力は出力することとなる。例えば、車両10の旋回あるいは加減速時、ストローク量が発生する。そのため、相対変位zΔがゼロであっても、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRは、ストローク量に応じた伝達部材の反力分の制御力を出力する。
図3に示される例では、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRは、変形によって生じる反力を制御力として伝えるトーションバー27等の伝達部材を含む。そして、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRは、伝達部材を変形させることによって各制御車輪に上下方向の制御力を付与する。図3で示されるような構成が採用される場合、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRは、相対変位zΔがゼロであっても、ストローク量に応じた伝達部材の反力分の制御力は出力することとなる。例えば、車両10の旋回あるいは加減速時、ストローク量が発生する。そのため、相対変位zΔがゼロであっても、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRは、ストローク量に応じた伝達部材の反力分の制御力を出力する。
一方で、第1実施形態に係る車両挙動制御装置において、左前輪14FLに設けられた第4サスペンション20FLは、アクチュエータを含んでいない。つまり、第4サスペンション20FLは、トーションバー27等の伝達部材を含んでいない。このため、第4サスペンション20FLでは、他のサスペンションで発生している伝達部材の反力に相当する反力が発生しない。このことは、操舵時や加減速時の車両10の姿勢に課題を生じさせるおそれがある。これは、左前輪14FLのサスペンション20FLが、その他の車輪14FR、14RL、14RRのサスペンション20FR、20RL、20RRと比較して“軟らかく”なっていることを意味する。すなわち、左前輪14FLとその他の車輪14FR、14RL、14RRとの間に、サスペンション硬さのアンバランスが生じる。このようなサスペンション硬さのアンバランスは、加減速や操舵時の車体の傾きの異常や違和感の原因となる。また、サスペンション硬さのアンバランスは、制御性能の低下、過度なオーバーステアあるいはアンダーステア、等の原因となる。
例えば、車両10が制動により減速するときに、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRに対する要求相対変位がゼロである場合を考える。このとき、第4サスペンション20FL以外のサスペンションは、伝達部材の反力分の制御力を出力することとなるため、ストローク量が小さくなる。一方で、第4サスペンション20FLは、伝達部材の反力に相当する反力が発生しないため、ストローク量が大きくなる。結果として、左前輪14FLが他の車輪よりも大きく沈み、車両10がロール方向に傾いたような姿勢となるおそれがある。また例えば、車両10が旋回するときは、右旋回時は左前輪14FLが大きく沈む一方で、左旋回時は右前輪14FRが右旋回時の左前輪14FLほど沈まないというように、旋回の向きによって車両10の姿勢が異なる事態が生じるおそれがある。
上記の課題に対処するため、本実施形態に係る車両挙動制御装置では、第4サスペンション20FLがトーションバー27等の伝達部材を含むと仮定して、挙動パラメータの要求値を補正してもよい。つまり、伝達部材の反力が第4サスペンション20FLでも発生しているとみなすことのできる車両10の挙動を実現するように挙動パラメータの要求値を補正する。挙動パラメータの要求値の補正は、第4サスペンション20FLに含まれると仮定された伝達部材によって左前輪14FLに付与される仮想的な反力値に基づいて行うことができる。
ここで仮想的な反力値は、例えば伝達部材をトーションバー27とするとき、次のように算出することができる。
まず加減速に関して、サスペンションリンク反力を除いた左前輪14FLのサスペンション分担力Fflxを、以下の式(9)により算出する。
ここで、各パラメータは、以下の通り定義される。
H:ばね上重心高さ
l:ホイールベース
m:ばね上質量
axp:前後Gの加速側
axm:前後Gの減速側
αxp:フロントの駆動力配分
αxm:フロントの制動力配分
αk :フロントの回生割合
tanθI:ホイールセンター(I点)に対する側面視サスペンションリンク傾角
tanθJ:タイヤ接地点(J点)に対する側面視サスペンションリンク傾角
H:ばね上重心高さ
l:ホイールベース
m:ばね上質量
axp:前後Gの加速側
axm:前後Gの減速側
αxp:フロントの駆動力配分
αxm:フロントの制動力配分
αk :フロントの回生割合
tanθI:ホイールセンター(I点)に対する側面視サスペンションリンク傾角
tanθJ:タイヤ接地点(J点)に対する側面視サスペンションリンク傾角
なお上記の式(9)では、駆動力及び回生力は、I点に作用するとしている。また車両10の前後Gは、エンジンや駆動モータの要求トルクや要求力と、ブレーキや回生の要求力と、に基づいて推定されてよい。あるいは、センサにより取得されてもよい。
次に操舵に関して、サスペンションリンク反力を除いた左前輪14FLのサスペンション分担力Fflyを、以下の式(10)により算出する。
ここで各パラメータは、以下の通り定義される。
β:車体スリップ角
V:車速
r:ヨーレート
γ:フロントの加重移動配分比
ay:横G
Cpf:前輪のコーナリングパワー
tanθy:背面視サスペンションリンク傾角
β:車体スリップ角
V:車速
r:ヨーレート
γ:フロントの加重移動配分比
ay:横G
Cpf:前輪のコーナリングパワー
tanθy:背面視サスペンションリンク傾角
車両10の横Gは、操舵角や車速等から推定されてよい。あるいは、センサにより取得されてもよい。
上記の加減速に関する左前輪14FLのサスペンション分担力Fflxと、操舵に関する左前輪14FLのサスペンション分担力Fflyと、から、仮想的な反力値は、以下の式(11)により算出することができる。ここで、Kbfは仮定されたトーションバー27の剛性(ブッシュ影響やリンク効率を含む)、Ksfはサスペンションの上下剛性(トーションバー27分を除く)である。
第1実施形態では、挙動パラメータの要求値は、各車輪に対する上下方向の制御力の要求値である。従って第1実施形態において、挙動パラメータの要求値の補正は、式(11)によって算出された仮想的な反力値を左前輪FLに対する上下方向の制御力の要求値に加算することにより行うことができる。つまり、補正後の挙動パラメータの要求値では、左前輪FLに対する上下方向の制御力の要求値は、以下の式(12)のF’rliで表される。式(12)において、Frliは、補正前の要求値を示す。
コントローラ30は、挙動パラメータの要求値の算出(図5のステップS110)の後に、図6に示すフローチャートに係る処理を実行するように構成することができる。
ステップS111で、コントローラ30は、第4サスペンション20FLがトーションバー27等の伝達部材を含むと仮定して、第4サスペンション20FLに含むと仮定された伝達部材によって左前輪FLに付与される仮想的な反力値を算出する。例えば、コントローラ30は、上記の式(9)-(11)を用いて、仮想的な反力値を算出することができる。
次にステップS112で、コントローラ30は、算出された仮想的な反力値に基づいて、挙動パラメータの要求値を補正する。第1実施形態では、コントローラ30は、式(12)に示すように、仮想的な反力値を左前輪FLに対する上下方向の制御力の要求値に加算することにより、挙動パラメータの要求値を補正する。
ステップS112の後、処理は、図5のステップS120に進んでよい。このとき、挙動パラメータの要求値は、補正された要求値となる。
1.5 効果
以上説明したように、第1実施形態によれば、四輪の車両10の挙動制御に関して、3つのアクティブサスペンション20RLA,20RRA,20FRAによって各車輪にアクティブサスペンションを設ける場合と同等の制御性を達成することができる。これにより、必要なアクチュエータを減らすことができるため、搭載性の向上、コストの低減、重量の低減、省電力化、等を図ることができる。さらに第1実施形態によれば、位置制御により各アクチュエータ26RL,26RR,26FRが制御される。つまり、力覚センサやトルクセンサ等を必要とすることがなく、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRの搭載スペースやコストを抑えることができる。延いては、さらに搭載性の向上やコストの低減が可能となる。
以上説明したように、第1実施形態によれば、四輪の車両10の挙動制御に関して、3つのアクティブサスペンション20RLA,20RRA,20FRAによって各車輪にアクティブサスペンションを設ける場合と同等の制御性を達成することができる。これにより、必要なアクチュエータを減らすことができるため、搭載性の向上、コストの低減、重量の低減、省電力化、等を図ることができる。さらに第1実施形態によれば、位置制御により各アクチュエータ26RL,26RR,26FRが制御される。つまり、力覚センサやトルクセンサ等を必要とすることがなく、各アクチュエータ26RL,26RR,26FRの搭載スペースやコストを抑えることができる。延いては、さらに搭載性の向上やコストの低減が可能となる。
なお上記の実施形態では、左前輪14FLに設けられたサスペンション20FLが非アクティブサスペンションであるとしたが、第1実施形態に係る車両挙動制御装置において、四輪のうちのどの3つの車輪にアクティブサスペンションを設けるかは任意に決定することができる。例えば、右後輪14RRに設けられるサスペンション20RRAを非アクティブサスペンションとし、他の車輪14RL,14FL,14FRに設けられるサスペンション20RLA,20FL,20FRAをアクティブサスペンションとすることも可能である。
2 第2実施形態
以下、第2実施形態に係る車両挙動制御装置について説明する。以下の説明では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、第1実施形態と共通する内容は適宜省略している。
以下、第2実施形態に係る車両挙動制御装置について説明する。以下の説明では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、第1実施形態と共通する内容は適宜省略している。
2.1 挙動制御
第2実施形態に係る車両挙動制御装置による車両10の挙動制御は、第1実施形態と同様に、図1に示される挙動モデルに基づいて行われる。ただし第2実施形態では、挙動パラメータとして、重心3モードを採用する。つまり、第2実施形態に係る挙動パラメータの要求値は、要求ロールモーメントMr、要求ピッチモーメントMp、及び要求ヒーブ力Fhであり、挙動パラメータの要求値がそのまま重心3モードの要求値となる。
第2実施形態に係る車両挙動制御装置による車両10の挙動制御は、第1実施形態と同様に、図1に示される挙動モデルに基づいて行われる。ただし第2実施形態では、挙動パラメータとして、重心3モードを採用する。つまり、第2実施形態に係る挙動パラメータの要求値は、要求ロールモーメントMr、要求ピッチモーメントMp、及び要求ヒーブ力Fhであり、挙動パラメータの要求値がそのまま重心3モードの要求値となる。
第2実施形態に係る車両挙動制御装置の構成は、図2で説明された構成と同等であって良い。以下では、第2実施形態に係る車両10の挙動制御において、コントローラ30が実行する処理、より詳しくは、プロセッサ32が実行する処理について説明する。図7は、第2実施形態に係るコントローラ30が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図7に示すフローチャートに係る処理は、所定の処理周期で繰り返し実行されてよい。
ステップS210で、コントローラ30は、挙動パラメータの要求値を算出する。あるいは、コントローラ30は、他の装置から挙動パラメータの要求値を取得してもよい。第2実施形態では、挙動パラメータは、ロールモーメントMr、ピッチモーメントMp、及びヒーブ力Fhから成る重心3モードである。つまりステップS210において、コントローラ30は、要求ロールモーメントMr、要求ピッチモーメントMp、及び要求ヒーブ力Fhを算出(取得)する。第1実施形態と同様に、挙動パラメータの要求値の算出方法は、特に限定されない。
次にステップS230で、コントローラ30は、重心3モードの要求値を各制御車輪に対する要求制御力に変換する。ステップS230に係る処理は、図5で説明したステップS130に係る処理と同等である。
次にステップS240で、コントローラ30は、挙動パラメータの要求値が満たされるときの、第1要求ストローク量、第2要求ストローク量、及び第3要求ストローク量を算出する。
第1実施形態で説明したように、各サスペンションのストローク量は、各車輪に対する制御力から上記の式(4)で算出することができる。一方で第2実施形態では、挙動パラメータの要求値は、重心3モードの要求値である。そこでコントローラ30は、まず以下の式(13)により、重心3モードの要求値を各車輪に対する制御力に変換する。以下では、重心3モードの要求値の変換により得られた各車輪に対する制御力の値を、「変換要求値」と呼ぶ。式(13)において、Frlzは左後輪に対する制御力に関する変換要求値、Frrzは右後輪に対する制御力に関する変換要求値、Fflzは左前輪に対する制御力に関する変換要求値、Ffrzは右前輪に対する制御力に関する変換要求値である。
そしてコントローラ30は、以下の式(14)により、第1要求ストローク量zsrl、第2要求ストローク量zsrr、及び第3要求ストローク量zsflを算出することができる。
次にステップS250で、コントローラ30は、各制御車輪に対する要求制御力を満たす各アクチュエータ26RL,26RR,26FRの位置制御量を算出する。ステップS230に係る処理は、図5で説明したステップS150に係る処理と同等である。
次にステップS260で、コントローラ30は、算出された第1位置制御量、第2位置制御量、及び第3位置制御量に従って、第1アクチュエータ26RL、第2アクチュエータ26RR、及び第3アクチュエータ26FRの位置制御を行う。これにより、挙動パラメータの要求値が実現される。ステップS260の後、コントローラ30は、今回の処理を終了する。
このようにコントローラ30が処理を実行することにより、第2実施形態に係る車両挙動制御装置の機能が実現される。またこのようにコントローラ30が処理を実行することにより、第2実施形態に係る車両挙動制御方法が実現される。またこのようにコントローラ30に処理を実行させるコンピュータプログラム36により、第2実施形態に係る車両挙動制御プログラムが実現される。
2.2 要求値の補正
第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、第4サスペンション20FLがトーションバー27等の伝達部材を含むと仮定して、挙動パラメータの要求値の補正を行うことができる。第1実施形態と同様に、挙動パラメータの要求値の補正は、第4サスペンション20FLに含まれると仮定された伝達部材によって左前輪14FLに付与される仮想的な反力値に基づいて行うことができる。仮想的な反力値Fflxyは、上記の式(9)-(11)を用いて算出することができる。
第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、第4サスペンション20FLがトーションバー27等の伝達部材を含むと仮定して、挙動パラメータの要求値の補正を行うことができる。第1実施形態と同様に、挙動パラメータの要求値の補正は、第4サスペンション20FLに含まれると仮定された伝達部材によって左前輪14FLに付与される仮想的な反力値に基づいて行うことができる。仮想的な反力値Fflxyは、上記の式(9)-(11)を用いて算出することができる。
第2実施形態では、挙動パラメータの要求値は、要求ロールモーメントMr、要求ピッチモーメントMp、及び要求ヒーブ力Fhである。このため第2実施形態では、以下の式(15)により、まず仮想的な反力値Fflxyを重心3モードに変換する。以下では、仮想的な反力値Fflxyの変換により得られた重心3モードの値を、「変換反力値」と呼ぶ。式(15)において、Mrflxyはロールモーメントに関する変換反力値、Mpflxyはピッチモーメントに関する変換反力値、Fhflxyはヒーブ力に関する変換反力値である。
そして挙動パラメータの要求値の補正は、式(16)によって得られた変換反力値を要求ロールモーメントMr、要求ピッチモーメントMp、及び要求ヒーブ力Fhに加算することにより行うことができる。つまり、補正後の挙動パラメータの要求値では、要求ロールモーメント、要求ピッチモーメント、及び要求ヒーブ力は、それぞれ以下の式(16)のM’r、M’p、及びF’hで表される。式(15)において、Mr、Mp、及びFhは、それぞれ補正前のロールモーメント、ピッチモーメント、及びヒーブ力である。
第1実施形態と同様に、コントローラ30は、挙動パラメータの要求値の算出(図7のステップS210)の後に、図6に示すフローチャートに係る処理を実行するように構成することができる。第2実施形態では、ステップS112でコントローラ30は、式(15)-(16)に示すように、仮想的な反力値を重心3モードに変換した変換反力値を算出し、変換反力値を要求ロールモーメントMr、要求ピッチモーメントMp、及び要求ヒーブ力Fhに加算することにより、挙動パラメータの要求値を補正する。ステップS112の後、処理は、図7のステップS230に進んでよい。このとき、挙動パラメータの要求値は、補正された要求値となる。
2.5 効果
以上の説明から理解されるように、第2実施形態においても、第1実施形態と同様の作用及び効果を奏することが可能である。
以上の説明から理解されるように、第2実施形態においても、第1実施形態と同様の作用及び効果を奏することが可能である。
以上、実施形態について詳細に説明したが、これら実施形態は、本開示に係る技術を実施するにあたっての具体例を示したに過ぎない。このため、本開示の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではない。本開示に係る技術は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であり、それらも本開示の技術的範囲に含まれる。
10 車両、30 コントローラ、32 プロセッサ、34 メモリ、
36 コンピュータプログラム、20RLA 第1サスペンション、
20RRA 第2サスペンション、20FRA 第3サスペンション、
20FL 第4サスペンション、26RL 第1アクチュエータ、
26RR 第2アクチュエータ、26FR 第3アクチュエータ、
27 トーションバー
36 コンピュータプログラム、20RLA 第1サスペンション、
20RRA 第2サスペンション、20FRA 第3サスペンション、
20FL 第4サスペンション、26RL 第1アクチュエータ、
26RR 第2アクチュエータ、26FR 第3アクチュエータ、
27 トーションバー
Claims (12)
- 車両の四輪のうち第i車輪(i=1,2,3)に設けられた第iサスペンションと、
前記第i車輪以外の第4車輪に設けられた第4サスペンションと、
コントローラと、
を備え、
前記第iサスペンションは、前記コントローラにより位置制御される第iアクチュエータを含み、
前記コントローラは、
前記車両の挙動を決定する挙動パラメータの要求値を取得し、
前記挙動パラメータの前記要求値を、前記第i車輪に対する第i要求制御力に変換し、
前記第i要求制御力に基づく前記第iアクチュエータの第i位置制御量を算出し、
前記第i位置制御量に従って、前記第iアクチュエータの前記位置制御を行う
ように構成された
車両挙動制御装置。 - 請求項1に記載の車両挙動制御装置であって、
前記第4サスペンションは、前記コントローラにより制御されるアクチュエータを含まない
車両挙動制御装置。 - 請求項1に記載の車両挙動制御装置であって、
前記コントローラは、更に、
前記挙動パラメータの前記要求値が満たされるときの前記第iサスペンションの第i要求ストローク量を算出し、
前記第i要求制御力が得られるように、前記第i要求ストローク量に基づいて前記第i位置制御量を算出する
ように構成された
車両挙動制御装置。 - 請求項3に記載の車両挙動制御装置であって、
前記挙動パラメータは、前記第i車輪及び前記第4車輪のそれぞれに対する制御力であり、
前記コントローラは、更に、
前記第i車輪に対する前記制御力に関する前記要求値に相当する前記第iサスペンションの前記第i要求ストローク量を算出する
ように構成された
車両挙動制御装置。 - 請求項3に記載の車両挙動制御装置であって、
前記挙動パラメータは、前記車両の重心に作用するロールモーメント、ピッチモーメント、及びヒーブ力であり、
前記コントローラは、更に、
前記ロールモーメント、前記ピッチモーメント、及び前記ヒーブ力に関する前記要求値を前記第i車輪及び前記第4車輪のそれぞれに対する制御力に関する変換要求値に変換し、
前記第i車輪に対する前記制御力に関する前記変換要求値に相当する前記第iサスペンションの前記第i要求ストローク量を算出する
ように構成された
車両挙動制御装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の車両挙動制御装置であって、
前記第iアクチュエータは、変形によって生じる反力を制御力として伝える伝達部材を含み、
前記第iアクチュエータは、前記伝達部材を変形させることによって前記第i車輪に上下方向の制御力を付与する
ように構成された
車両挙動制御装置。 - 請求項6に記載の車両挙動制御装置であって、
前記伝達部材は、トーションバーである
ことを特徴とする
車両挙動制御装置。 - 請求項6に記載の車両挙動制御装置であって、
前記第4サスペンションは、前記コントローラにより制御されるアクチュエータを含まず、
前記コントローラは、更に、
前記第4サスペンションが前記伝達部材を含むと仮定して、前記第4サスペンションに含まれると仮定された前記伝達部材によって前記第4車輪に付与される仮想的な反力値を算出し、
前記仮想的な反力値に基づいて、前記要求値を補正する
ように構成された
車両挙動制御装置。 - 請求項8に記載の車両挙動制御装置であって、
前記挙動パラメータは、前記第i車輪及び前記第4車輪のそれぞれに対する制御力であり、
前記コントローラは、更に、
前記第4車輪に対する前記制御力に関する前記要求値に前記仮想的な反力値を加算することにより前記要求値を補正する
ように構成された
車両挙動制御装置。 - 請求項8に記載の車両挙動制御装置であって、
前記挙動パラメータは、前記車両の重心に作用するロールモーメント、ピッチモーメント、及びヒーブ力であり、
前記コントローラは、更に、
前記仮想的な反力値を前記ロールモーメント、前記ピッチモーメント、及び前記ヒーブ力に関する変換反力値に変換し、
前記ロールモーメント、前記ピッチモーメント、及び前記ヒーブ力に関する前記要求値に前記変換反力値を加算することにより前記要求値を補正する
ように構成された
車両挙動制御装置。 - 車両の挙動をコンピュータにより制御する車両挙動制御方法であって、
前記車両は、
四輪のうち第i車輪(i=1,2,3)に設けられた第iサスペンションと、
前記第i車輪以外の第4車輪に設けられた第4サスペンションと、
を備え、
前記第iサスペンションは、位置制御される第iアクチュエータを含み、
前記車両挙動制御方法は、
前記車両の挙動を決定する挙動パラメータの要求値を取得することと、
前記挙動パラメータの前記要求値を、前記第i車輪に対する第i要求制御力に変換することと、
前記第i要求制御力に基づく前記第iアクチュエータの第i位置制御量を算出することと、
前記第i位置制御量に従って、前記第iアクチュエータの前記位置制御を行うことと
を含む
車両挙動制御方法。 - 車両の挙動の制御をコンピュータに実行させる車両挙動制御プログラムであって、
前記車両は、
四輪のうち第i車輪(i=1,2,3)に設けられた第iサスペンションと、
前記第i車輪以外の第4車輪に設けられた第4サスペンションと、
を備え、
前記第iサスペンションは、位置制御される第iアクチュエータを含み、
前記車両挙動制御プログラムは、
前記車両の挙動を決定する挙動パラメータの要求値を取得する処理と、
前記挙動パラメータの前記要求値を、前記第i車輪に対する第i要求制御力に変換する処理と、
前記第i要求制御力に基づく前記第iアクチュエータの第i位置制御量を算出する処理と、
前記第i位置制御量に従って、前記第iアクチュエータの前記位置制御を行う処理と、
を前記コンピュータに実行させる
車両挙動制御プログラム。
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