JPH05139135A - アクテイブサスペンシヨンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車輌の乗り心地性及び操縦安定性を共に向上
させ、車体振動の高周波数域に於けるサスペンション特
性の制御の安定性をも向上させる。 【構成】 車輌の状態量より車輌の特性モデルに基き状
態量を推定する状態量推定器１８と、アクティブサスペ
ンションのアクチュエータへの制御信号が通過し高周波
数域に於て高いゲインを示すフィルタ１６と、推定され
た状態量及びフィルタ通過後の制御信号に基きアクチュ
エータへの制御信号を出力するフィードバックコントロ
ーラ１４とを有する。アクチュエータ及びコントローラ
よりなるパワープラントの伝達関数とフィルタの伝達関
数とを合成した伝達関数はオールパス特性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車輌のアク
ティブサスペンションに係り、更に詳細にはアクティブ
サスペンションの制御装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車輌のアクティブサスペンシ
ョンの一つとして、例えば特開昭６３−１０６１２２号
公報に記載されている如く、各車輪に対応して設けられ
作動液体室に対し作動液体が給排されることにより対応
する部位の車高を増減するアクチュエータと、作動液体
室に対し給排される作動液体の単位時間当りの流量を制
御する流量制御弁と、アクチュエータに作用する荷重を
検出する荷重検出手段と、荷重検出手段により検出され
た荷重の変化量に微分フィルタの伝達関数を乗算するこ
とにより流量制御弁に対する制御信号を生成する制御手
段とを有するアクティブサスペンションが従来より知ら
れている。

【０００３】かかるアクティブサスペンションによれ
ば、アクチュエータに作用する荷重の低周波数域に於て
はサスペンションの動ばね定数を高くして車輌の良好な
操縦安定性を確保することができ、アクチュエータに作
用する荷重の高周波数域に於てはサスペンションの動ば
ね定数を低くして車輌の良好な乗り心地性を確保するこ
とができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述の如き従来
のアクティブサスペンションに於ては、荷重センサによ
り検出されるアクチュエータの荷重を示す信号に高周波
数のノイズが入り易く、また微分フィルタがハイパスフ
ィルタと等価であるため、高周波ノイズの影響がサスペ
ンション特性の制御に顕著に現れてノイズによる制御の
ハンチングが生じ易く、そのため高周波数域に於けるサ
スペンション特性の制御の安定性を確保することが困難
である。

【０００５】本発明は、従来のアクティブサスペンショ
ンに於ける上述の如き問題に鑑み、現代制御理論の一つ
であるＨ∞制御理論を応用することにより、車輌の乗り
心地性及び操縦安定性を共に向上させることができるだ
けでなく、車体振動の高周波数域に於ける制御の安定性
をも向上させることができるよう改良されたアクティブ
サスペンションの制御装置を提供することを目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、各車輪に対応して設けられ作動液体室に対
し作動液体が給排されることにより対応する部位の車高
を増減するアクチュエータと、前記作動液体室に対し作
動液体を給排する作動液体給排手段とを有するアクティ
ブサスペンションの制御装置にして、状態量検出手段に
より検出された車輌の状態量より前記車輌の特性モデル
に基き状態量を推定する状態量推定手段と、前記アクチ
ュエータへの制御信号が通過し高周波数域に於て高いゲ
インを示すフィルタと、前記状態量推定手段により推定
された状態量及び前記フィルタ通過後の前記制御信号を
入力されこれらに基き前記アクチュエータへの制御信号
を出力するフィードバックコントローラとを有し、前記
アクチュエータ及び前記コントローラよりなるプラント
の伝達関数と前記フィルタの伝達関数とを合成した伝達
関数はオールパス特性を有することを特徴とするアクテ
ィブサスペンションの制御装置によって達成される。

【０００７】

【作用】Ｈ∞制御に於て、図２に示されている如き系に
於ける入力ｕから出力ｙへの無限大ノルムをできる限り
小さく制限すると、その伝達関数Ｇ（ｊω）はオールパ
ス特性、即ち下記の数１及び図３に示されている如く全
周波数域に於てゲインが下限値γになる特性を示す。

【数１】‖Ｇ（ｊω）‖∞＝γ

【０００８】従ってＨ∞制御のかかる性質に着目する
と、図４に示されている如くプラントＰにフィルタＷを
直列に結合し、図５に於て破線にて示されている如くフ
ィルタの伝達関数Ｗ（ｊω）の周波数特性をプラントに
必要とされる周波数特性とは逆の特性に設定し、これら
の伝達関数が合成された伝達関数を下記の数２に示され
ている如くオールパス特性とすることにより、結果とし
てプラントの伝達関数の周波数特性を図５に於て実線に
て示されている如く所望の特性、即ち低周波数域に於て
高いゲインを有し高周波数域に於て低いゲインを有する
特性に設定することができる。このことは図５に示され
ている如くＰの行列をＷの逆行列にて削ることにほかな
らない。

【数２】‖Ｐ（ｊω）Ｗ（ｊω）‖∞＝ｍａｘ_∞｜Ｐ
（ｊω）Ｗ（ｊω）｜＝γ

【０００９】上述の如き構成によれば、制御装置はアク
チュエータへの制御信号が通過するフィルタを有し、該
フィルタは高周波域に於て高いゲインを示す周波数特性
を有し、アクチュエータ及びフィードバックコントロー
ラよりなるプラントの伝達関数とフィルタの伝達関数と
を合成した伝達関数はオールパス特性を有しているの
で、プラントの周波数特性は低周波数域に於ては高いゲ
インを有し高周波数域に於ては低いゲインを有する好ま
しい周波数特性であり、従って車体の低周波振動を効果
的に且速かに減衰させて車輌の乗り心地性及び操縦安定
性を向上させることができると共に車体振動の高周波数
域に於ける制御の安定性を向上させることが可能であ
る。

【００１０】

【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明によるアクティブサスペンシ
ョンの制御装置を示すクレーム対応図である。

【００１２】図１に於て、１０はアクチュエータを含む
アクティブサスペンションが搭載された車輌を示してお
り、１２はアクティブサスペンションを制御する制御装
置を示している。制御装置１２はフィードバックコント
ローラ１４とフィルタ１６と状態量推定手段１８とを有
している。状態量推定手段１８は車輌１０に組込まれた
状態量検出手段２０により検出された状態量ｙを入力さ
れ、それらの状態量より後述の如く車輌の特性モデルに
基く状態量を推定するようになっている。推定された状
態量を示す信号はコントローラ１４へ入力されるように
なっており、またコントローラにはフィルタ１６よりフ
ィルタ状態量Ｚhat が入力されるようになっている。コ
ントローラ１４は推定された状態量及びフィルタ状態量
に基き車輌１０の各アクティブサスペンションのアクチ
ュエータへ制御電流ｕを出力し、また制御電流ｕと同一
の電流Ｚをフィルタ１６へ出力するようになっている。
フィルタ１６は図７に示されている如く高周波数域に於
て高いゲインを示す周波数特性を有している。

【００１３】また図１に於て、２２は車輌１０とフィー
ドバックコントローラ１４とよりなるプラントを示して
おり、ωは図示の制御系に入力されるノイズを示してい
る。プラント２２の伝達関数Ｐ（ｊω）とフィルタ１６
の伝達関数Ｗ（ｊω）とを合成した伝達関数は上述の数
２に示されている如くオールパス特性を有している。尚
制御装置１２はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート
装置等を含む一般的な構成のマイクロコンピュータであ
ってよい。

【００１４】図６は図１に示された制御装置により制御
されるアクティブサスペンションを単輪について示す概
略構成図である。

【００１５】図６に於て、３０はアクチュエータを示し
ており、アクチュエータ３０は図示の実施例に於ては車
体３２に固定されたシリンダ３４と該シリンダに嵌合す
るピストン３６とよりなる油圧シリンダ装置である。ピ
ストン３６のロッド部は一端にて車体３２に枢支され他
端にて車輪３８を回転可能に支持するサスペンションア
ーム４０に枢着されている。アクチュエータ３０のシリ
ンダ室４２は絞り通路４４によりガスばね４６に連通接
続されており、また導管４８により流量制御弁５０に連
通接続されている。

【００１６】流量制御弁５０にはオイル供給導管５２及
びオイル排出導管５４の一端が連通接続されている。オ
イル供給導管５２の途中にはポンプ５６が設けられてお
り、この導管及びオイル排出導管５４の他端はオイルを
貯容するリザーバ５８に接続されている。図示の実施例
に於ては、流量制御弁５０はソレノイド６０により駆動
され位置決めされるスプール６２を有する電磁式の流量
制御弁であり、導管４８をオイル供給導管５２又はオイ
ル排出導管５４と選択的に接続することによりアクチュ
エータ３０のシリンダ室４２に対するオイルの給排を制
御すると共にその流量を制御するようになっている。

【００１７】かくしてアクチュエータ３０はそのシリン
ダ室４２に対し作動液体としてのオイルが給排されるこ
とにより対応する部位の車高を増減する機能を果すよう
になっており、流量制御弁５０及びポンプ５６等はシリ
ンダ室に対しオイルを給排する作動液体給排手段を構成
しており、オイルの給排は後述の如く各流量制御弁（そ
のソレノイド）へ出力される指令電流が制御装置１２に
よって制御されることにより制御されるようになってい
る。

【００１８】図６に示されている如く、シリンダ３４と
ピストン３６との間にはサスペンションアーム４０の変
位、即ち各車輪３８に対応する部位の車高の変化量ｚｌ
ｕｓを検出する車高センサ６４が設けられており、サス
ペンションアーム４０には車輪３８の上下加速度ｚｗｄ
ｄを検出する加速度センサ６６が設けられており、シリ
ンダ３４にはシリンダ室４２内の圧力ｐｃを検出する圧
力センサ６８が設けられている。

【００１９】また車体３２の重心３２ａの近傍には、車
体の重心の上下加速度を検出する上下加速度センサ７０
と、それぞれ車体の重心周りの車体のロール角加速度ｐ
ｄ及びピッチ角加速度ｑｄを検出するロール角加速度セ
ンサ７２及びピッチ角加速度センサ７４が設けられてい
る。

【００２０】尚図６には示されていないが、車高センサ
６４、加速度センサ６６、圧力センサ６８は各車輪に対
応して設けられており、これらにより検出される右前
輪、左前輪、右後輪、左後輪に対応する各状態量及びこ
れらより推定される状態量には後述の説明に於てそれぞ
れ識別数字１〜４が付されている。

【００２１】アクティブサスペンションは車輌の乗り心
地性及び操縦安定性を共に向上させんとするものであ
る。車輌の乗り心地性を向上させるためには、車輌の乗
員が体感し易い周波数域（３〜８Ｈｚ）に於て路面の外
乱により生じる車体の振動を抑制することが重要であ
る。即ち下記の数３により示されるＺridecomfort を最
小化する必要がある。

【００２２】

【数３】Ｚridecomfort ＝ｖｚｄ＋ｐｄ＋ｑｄ ここにｖｚｄは車体の重心の上下加速度であり、ｐｄは
車体の重心周りの車体のロール角速度であり、ｑｄは車
体の重心周りの車体のピッチ角加速度である。

【００２３】また車輌の操縦安定性を向上させるために
は、車輌の走行中に於ける運転者の視線変化を小さくす
ることが重要であり、そのためには車体の姿勢をその変
化が小さくなるよう制御しなければならない。即ち下記
の数４により示されるＺdrivability を最小化する必要
がある。

【００２４】

【数４】 Ｚdrivability ＝ｚｈｅａｖｅ＋ｚｒｏｌｌ＋ｚｐｉｔ
ｃｈ ここにｚｈｅａｖｅ＝ｚｌｕｓ１＋ｚｌｕｓ２＋ｚｌｕ
ｓ３＋ｚｌｕｓ４ ｚｒｏｌｌ ＝ｚｌｕｓ１−ｚｌｕｓ２＋ｚｌｕｓ３−
ｚｌｕｓ４ ｚｐｉｔｃｈ＝ｚｌｕｓ１＋ｚｌｕｓ２−ｚｌｕｓ３−
ｚｌｕｓ４ 次に図１に示された制御装置１２の状態量推定手段、フ
ィルタ、フィードバックコントローラの機能について説
明する。

【００２５】状態量推定手段 状態量推定手段１８は時刻ｋに於ける状態量検出手段２
０からの観測量Ｙと流量制御弁への指令電流Ｕとから時
刻ｋ＋１に於ける状態量の推定値Ｘhatを下記の数５に
従ってリアルタイムに演算する。

【００２６】

【数５】Ｘhat （ｋ＋１）＝Ａ＊Ｘhat （ｋ）＋Ｂ＊Ｕ
（ｋ）＋Ｌ＊（Ｙ（ｋ）−Ｃ＊Ｘhat （ｋ）） ここに行列Ａ、Ｂは車輌の数学モデルから演算された定
数行列であり、行列Ｌは制御装置内のモデルにより出力
と実際のプラントの出力とを比較して両者の間の誤差を
修正するために設定されたゲインである。

【００２７】また操作量Ｕは、各流量制御弁５０へ出力
される指令電流をｉｖとして、 Ｕ＝［ｉｖ１ ｉｖ２ ｉｖ３ ｉｖ４］； であり、観測量Ｙは車高センサ６４、加速度センサ６
６、圧力センサ６８、上下加速度センサ７０、ロール角
加速度センサ７２、ピッチ角加速度センサ７４により検
出される状態量、即ち Ｙ＝［ｖｚｄ ｐｄ ｑｄ ｚｌｕｓ１ ｚｌｕｓ２ ｚｌｕｓ３ ｚｌｕｓ４ ｚｗｄｄ１ ｚｗｄｄ２ ｚｗｄｄ３ ｚｗｄｄ４ ｐｃ１ ｐｃ２ ｐｃ３ ｐｃ４］； である。

【００２８】かくして状態量推定手段１８により推定さ
れる状態量Ｘhat は、車体の重心周りの車体のロール角
速度をｐとし、車体の重心周りの車体のピッチ角速度を
ｑとし車体の重心の上下速度をｖｚとし、各車輪の重心
の上下速度をｚｗｄとし、路面と各車輪との間の相対変
位をｚｒｗとし、各流量制御弁５０から対応するアクチ
ュエータ３０をシリンダ室４２へ流入するオイルの流量
及び体積をそれぞれｑ、ｃ、ｉとすると、 Ｘhat ＝［ｐ ｑ ｖｚ ｚｌｕｓ１ ｚｌｕｓ２ ｚｌｕｓ３ ｚｌｕｓ４ ｚｗｄ１ ｚｗｄ２ ｚｗｄ３ ｚｗｄ４ ｚｒｗ１ ｚｒｗ２ ｚｒｗ３ ｑｃｉ１ ｑｃｉ２ ｑｃｉ３ ｑｃｉ４ ｖｃｉ１ ｖｃｉ２ ｖｃｉ３ ｖｃｉ４］； である。

【００２９】フィルタ フィルタ１６は時刻ｋに於ける流量制御弁への指令電流
Ｕから時刻ｋ＋１に於けるフィルタの状態量Ｘｆを下記
の数６に従って演算する。

【００３０】

【数６】 Ｘｆ（ｋ＋１）＝Ａｆ＊Ｘｆ（ｋ）＋Ｂｆ＊Ｕ（ｋ） ここに行列Ａｆ、Ｂｆはノイズから指令電流への伝達関
数の高周波数域のゲインを低く整形するため用いられた
フィルタの状態空間モデルに於けるＡ及びＢ行列であ
り、具体的には図７に示されている如きフィルタの周波
数特性のグラフより求められる。

【００３１】フィードバックコントローラ フィードバックコントローラ１４は状態量推定手段１８
及びフィルタ１６によりそれぞれ演算された時刻ｋ＋１
に於ける状態量の推定値Ｘhat 及びフィルタの状態量Ｘ
ｆを用いて時刻ｋ＋１に於ける操作量Ｕを下記の数７に
従って演算する。

【００３２】

【数７】Ｕ（ｋ＋１）＝Ｆｋ１＊Ｘhat （ｋ＋１）＋Ｆ
ｋ２＊Ｘｆ（ｋ＋１） ここに行列Ｆｋ１及びＦｋ２は車輌の状態空間モデル及
び周波数整形のために導入したフィルタ１６の状態空間
モデルに基いてＨ∞制御理論により設計された状態フィ
ードバックゲインである。

【００３３】かくして図示の実施例によれば、フィルタ
１６は図７に示されている如く低周波数域に於ては低い
ゲインを有し高周波数域に於ては高いゲインを有する周
波数特性を有しており、特にフィルタのゲインは約８Ｈ
ｚ以上に於て高く設定されているので、プラント２２の
周波数特性は図８に示されている如く低中周波数域に於
ては高いゲインを有し高周波数域に於ては低いゲインを
有する好ましい特性であるので、車輌の乗り心地性及び
操縦安定性を共に向上させることができる。尚図８に於
て、実線は路面変位に対する車体の重心の上下加速度の
ゲインを示し、破線は路面変位に対するサスペンション
スロークのゲインを示している。

【００３４】またフィルタ１６が図７に示されている如
き周波数特性を有することから、ノイズより指令電流へ
の周波数特性は図９に示されている如き特性となり、約
１０Ｈｚ以上の高周波振動に対するゲインが低く抑えら
れるので、高周波数のノイズに起因する制御のハンチン
グを抑制し、これにより高周波数域に於ける制御の安定
性を向上させることができる。

【００３５】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定され
るものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例
が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、制御装置はアクチュエータへの制御信号が
通過するフィルタを有し、該フィルタは高周波域に於て
高いゲインを示す周波数特性を有し、アクチュエータ及
びフィードバックコントローラよりなるプラントの伝達
関数とフィルタの伝達関数とを合成した伝達関数はオー
ルパス特性を有しているので、プラントの周波数特性は
低周波数域に於ては高いゲインを有し高周波数域に於て
は低いゲインを有する好ましい周波数特性であり、従っ
て車体の低周波振動を効果的に且速やかに減衰させて車
輌の乗り心地性及び操縦安定性を向上させることができ
ると共に車体振動の高周波数域に於ける制御の安定性を
向上させることができる。

【００３７】また本発明によれば、閉ループ伝達関数の
ゲイン及び位相特性が理論的に考慮されるので、制御装
置の入力側、即ち車体の状態量検出手段よりの信号自体
にローパスフィルタをかけて高周波成分を除去したり、
アクチュエータに対し作動液体を給排する制御弁への指
令信号自体にローパスフィルタをかけて高周波成分を除
去する従来のフィードバック制御装置の場合に比して、
低周波数域に於ける振動減衰の即応性と高周波数域に於
ける制御の減衰性（ハンチング防止性能）とのトレード
オフを最適に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアクティブサスペンションの制御
装置を示すクレーム対応図である。

【図２】プラントのみよりなる系を示す解図である。

【図３】図２に示されたプラントの伝達関数Ｇ（ｊω）
のゲインを周波数の関数として示すグラフである。

【図４】プラント及びフィルタよりなる系を示す解図で
ある。

【図５】図４に示されたプラントの伝達関数Ｐ（ｊω）
及びフィルタの伝達関数Ｗ（ｊω）のゲインを周波数の
関数として示すグラフである。

【図６】図１に示された制御装置より制御されるアクテ
ィブサスペンションを単輪について示す概略構成図であ
る。

【図７】図１に示されたフィルタの周波数特性の一例を
示すグラフである。

【図８】図１に示されたプラントの周波数特性の一例を
示すグラフである。

【図９】ノイズから指令電流への伝達関数のゲインを周
波数の関数として示すグラフである。

【符号の説明】

１０…車輌 １２…制御装置 １４…フィードバックコントローラ １６…フィルタ １８…状態量推定手段 ２０…状態量検出手段 ２２…プラント ３０…アクチュエータ ３２…車体 ５０…流量制御弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各車輪に対応して設けられ作動液体室に対
   し作動液体が給排されることにより対応する部位の車高
   を増減するアクチュエータと、前記作動液体室に対し作
   動液体を給排する作動液体給排手段とを有するアクティ
   ブサスペンションの制御装置にして、状態量検出手段に
   より検出された車輌の状態量より前記車輌の特性モデル
   に基き状態量を推定する状態量推定手段と、前記アクチ
   ュエータへの制御信号が通過し高周波数域に於て高いゲ
   インを示すフィルタと、前記状態量推定手段により推定
   された状態量及び前記フィルタ通過後の前記制御信号を
   入力されこれらに基き前記アクチュエータへの制御信号
   を出力するフィードバックコントローラとを有し、前記
   アクチュエータ及び前記コントローラよりなるプラント
   の伝達関数と前記フィルタの伝達関数とを合成した伝達
   関数はオールパス特性を有することを特徴とするアクテ
   ィブサスペンションの制御装置。