JPH071940A - 適応形サスペンションシステム - Google Patents

適応形サスペンションシステム

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JPH071940A
JPH071940A JP6004061A JP406194A JPH071940A JP H071940 A JPH071940 A JP H071940A JP 6004061 A JP6004061 A JP 6004061A JP 406194 A JP406194 A JP 406194A JP H071940 A JPH071940 A JP H071940A
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JP
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JP6004061A
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English (en)
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Michael K Liubakka
ケイ．リウバッカ マイクル
James R Winkelman
アール．ウィンケルマン ジェームズ
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Ford Motor Co
Original Assignee
Ford Motor Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 車体の加速度と、車輪のストロークと、コン
トローラのパワーとの必要な妥協点を変えながら、最適
利得を自動的に決定できるようにすること。 【構成】 アクティブサスペンションシステムは、車体
の加速度および車輪の変位エラーを含むシステムの出力
の重み付けされた合計値により形成されたコスト関数を
最小にする制御信号を発生するよう、チューニング可能
なフィードバック利得と共に、閉ループのフィードバッ
クコントローラを使用する。フィードバック利得はシス
テムの出力に対するフィードバック利得の「疑似感度」
に基づいて計算されたインクリメント量だけ適応自在に
変えられる。これらの疑似感度はサスペンションシステ
ムの固定利得モデルにより発生され、所定のコスト関数
に従って収束を保証する重み付け係数を利用して組み合
わせられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は乗員の快適さを増し、車
両の操安性を改善するように最適な態様で車体に車輪を
移動自在に取り付けるための車両サスペンションシステ
ムに関する。
【０００２】本願は１９９２年１２月１４日に米国特許
庁に出願された、「適応形アクティブ車両サスペンショ
ンシステム」を発明の名称とする米国特許出願第07/99
0,389号の部分継続出願に対応する。
【０００３】
【従来技術】適応形サスペンションシステムは変化する
道路入力、例えば車体の加速度および車輪の動程（以下
ストロークと称す）に応答して、車両のサスペンション
システムの特性を変えるよう作動する。一般に、これら
適応形サスペンションシステムは好ましい外力を消散し
たり、および／またはこれに反作用しうるようサスペン
ションユニット（各車輪に対して一つずつ設けられてい
る）に加圧流体を送っている。一般的にかかるシステム
は電子コントローラの制御により作動しており、この電
子コントローラは変化する入力を検出し、車両が走行し
ている路面に対する操安性および乗り心地を改善するよ
う、流体の流れを向けることにより、サスペンション特
性を変えている。
【０００４】アクティブサスペンションシステムは車体
の自然振動数を下げ、かつ車体のダンピングを大きくす
ることにより、車両の乗り心地を改善している。しかし
ながら、道路入力に対するレスポンスを適当にする上
で、実際にはいくつかの問題が生じる。まず第１に車両
のパラメータは容易に決めることができず、車両ごと、
時間ごとまたは道路状態に応じて変わり得る。第２に車
体の加速度を減少するには、車輪のストロークおよびコ
ントローラのパワーと妥協を図る必要がある。最後に車
両のパラメータを一定に維持したとしても、垂直加速度
を最小にするサスペンションの較正は道路の周波数スペ
クトルの形状と共に変化してしまう。従って、アクティ
ブサスペンションシステムの最適利得を自動的に保証
し、決定できる、適応形コントローラが車体の加速度と
車輪のストロークとコントローラのパワーとの間で必要
な妥協点を変えることが好ましい。
【０００５】本発明は動力アクチュエータを用いて車体
と車輪との間に力を加える適応形アクチュエータサスペ
ンションシステムの形態をとっており、この力の大きさ
はそれ自体変化する運転条件に応答して変化する最適化
ルーチンに従って計算されるようになっている。
【０００６】本発明によれば、アクティブサスペンショ
ンシステムに制御信号を送るのに適応形コントローラが
使用される。制御信号はサスペンションシステムのステ
ートを特徴付ける可変量の値を各々が示す複数の時間可
変入力信号に関連した値を有する。これらの入力信号は
複数の制御利得値により特定される態様で制御信号を発
生するよう結合される。この適応形コントローラは入力
信号に対応する時間平均された信号を発生する。これら
の時間平均された信号は、制御利得値のうちの一つのイ
ンクリメント（増分）変化量に対する入力信号のうちの
一つの値の変化の予測レートを示す値を有する感度信号
を発生するのに用いられる。制御利得値は対応する制御
利得値およびエラーに関する出力の変化レートを示す感
度値の組み合わせに関連したインクリメント量だけ適応
自在に変えられる。感度値の組み合わせは感度値の各々
に割り当てられた相対的重要性を示す複数の重み付け係
数に従って生じる。制御利得を変えるレートはアクティ
ブサスペンションシステムの安定性を保証するよう大き
い入力信号値に対しては適応レートを減少するように変
えられる。
【０００７】本発明によれば、サスペンションシステム
のダイナミック特性を決定する制御変数を変えるための
計算方法が用いられる。これらの制御変数は車体の受け
る加速度と、車輪と車体との間で生じる平衡点からの変
位量と、アクティブサスペンションシステムアクチュエ
ータに送られるパワーの大きさとの間で望ましい関係を
保ちながら、サスペンションシステムのダイナミック特
性を制御するよう、変化する条件に応じて変えられるよ
うになっている。
【０００８】以下開示する本発明の好ましい実施例で
は、加速度および位置エラーフィードバック量を制御す
るのに使用される制御利得は、変化する道路の状態、車
両ごとのバラツキおよび時間に対するサスペンションシ
ステムの特性変化を保証するよう、適応自在に変えられ
る。また、これら制御利得はインクリメント式に適応自
在に変えられる。これらインクリメントの値は「疑似感
度」に基づいて計算され、この疑似感度はサスペンショ
ンシステムの固定利得モデルによって発生され、変化す
べきフィードバック利得の値およびエラーのインクリメ
ント変化と共に変わる変化分をシステムが出力するレー
トを表示している。
【０００９】本発明の主たる目的によれば、インクリメ
ント利得変化分は、システムの出力値およびエラーの関
係を可変とするように選択された割り当てられた重みで
ある疑似感度の値の組み合わせから計算される。この関
係は車体における加速度の大きさ、車輪と車体との間で
生じる平衡点からの変位量およびアクティブサスペンシ
ョンアクチュエータに送られるパワーの量と共に変わ
る。
【００１０】本発明の別の特徴によれば、制御利得を適
応自在に変えるレートは、システムの安定性を保証する
よう大きな入力信号値に対しては適応化レートを減少す
るように変えられる。
【００１１】本発明の上記およびそれ以外の特徴および
利点については、本発明の特定の実施例についての次の
詳細な説明を検討すれば、より良好に理解できよう。こ
の説明の途中、添付図面を頻繁に参照する。
【００１２】
【実施例】車両の乗り心地をアクティブ制御する目的
は、種々の路面上での乗員の乗り心地および操安性を改
善することである。最も簡単な解析法では、車両は垂直
方向に延びる、移動する１／４の車体と見なすことがで
きる。この結果、車体の重量をバネ上重量１１として表
示する図２に示すようなフォームの車両モデルとなる。
バネ下重量１３として表示される車輪は、制御アーム１
５により車体１１に取り付けられている。この車体はア
クチュエータを備えたアクティブサスペンションシステ
ムによりバネ下重量１３より上方に支持されており、こ
のアクチュエータは制御アーム１５と、スプリング１９
と、ダンパ２１と、スプリング１９およびダンパ２１と
直列に作動する所定容積の流体１７から成る。サスペン
ションの力および車高はアクチュエータ１７の内外に流
体の流れＱをポンプ送りすることにより制御できる。車
輪のスプリング下重量１３は路面２３により支持されて
おり、タイヤの撓みは図３のモデルではスプリング２５
により表示されている。以下、説明する本発明は、他の
アクティブサスペンション用アクチュエータ、例えばス
プリングおよびダンパと並列な力発生器と共にも使用で
きる。
【００１３】パッシブサスペンションモデルはスプリン
グおよびダンパしか含んでいない。図４では、アクティ
ブシステムの垂直周波数レスポンスとパッシブシステム
の垂直周波数レスポンスとが比較されている。この図４
では、パッシブサスペンションシステムの利得は実線の
曲線により示されており、一方、アクティブサスペンシ
ョンシステムの利得は点線の曲線により示されている。
アクティブサスペンションは車体の自然振動数を下げ、
車体のダンピングを増加することにより乗り心地をよく
している。２つの利得曲線の差は改善された乗り心地特
性の目安となっている。利得が低くなることは、車体の
加速度が小さくなったと見なせるので、乗り心地が良好
となることを意味している。
【００１４】アクティブサスペンションをチューニング
する際は、いくつかの実際上の問題が生じる。まず第１
に、車両のパラメータは容易に決定できるものでなく、
車両ごと、時間ごとまたは路面状態に応じて変わり得
る。次に車体の加速度を低減するには車輪のストローク
およびコントローラのパワーと妥協させなければならな
い。最後に、垂直の加速度を減少するのに必要な最適な
ダイナミック特性は、（車両のパラメータが一定のまま
であるとしても）道路の周波数スペクトルの形状と共に
変化する。上記米国特許出願第07/990,389号では、かか
る変動を自動的に補償し、アクティブサスペンションシ
ステムの最適な利得を決定する適応形コントローラが記
載されている。本発明は車体の加速度、車輪のストロー
クおよびコントローラのパワーとの妥協点を変えるた
め、道路振幅を使用するという更なる利点を備えた同様
な適応形コントローラに関するものである。
【００１５】図１は、本発明の原理を具体化する閉ルー
プ制御システムを示している。コントローラ３５１は物
理的システム３５０に制御信号を送り、物理的システム
３５０は物理的システムの状態を特徴付ける可変量の値
を各々が表示する複数の時間可変信号を発生するように
なっている。これら時間可変信号は、複数の制御利得値
により特定される態様で物理的システム３５０のための
制御信号を発生するよう、制御システムにより入力信号
として利用される。コントローラ３５１はモジュール３
５２〜３５７の作動により発生された制御利得Ｋa およ
びＫp を加算することにより制御信号を発生する。これ
らの制御利得Ｋa およびＫp は、車体の加速度、車輪の
ストロークおよびコントローラのパワーとの妥協点を最
適化するよう、後述するように変更すなわちチューニン
グされる。適応形制御アルゴリズムに対する入力信号
は、ブロック３５７により受信され、このブロック３５
７は感度フィルタブロック３５５に対する時間可変入力
信号の周波数の重み付けされた平均値を発生する。可変
フィルタモジュール３５５は感度信号を発生する。この
感度信号の各々はチューニング可能なコントローラの利
得に対する時間平均された入力信号のうちの一つの値の
予想変化レートを示す値を有している。モジュール３５
７の時間平均された出力は、ブロック３５６で複数の重
み付け係数により重み付けされる。各重み付け係数は入
力の各々に割り当てられた相対的大きさを示している。
モジュール３５５により発生された感度信号は、モジュ
ール３５６により発生された重み付け係数とモジュール
３５４内で結合され、時間に対するコントローラのパラ
メータの変化レートの予想値を発生する。この予想値
は、モジュール３５６内で発生された重み付け係数をモ
ジュール３５５内で発生された感度信号の変化に応答し
て変えることが好ましい。モジュール３５４の出力はモ
ジュール３５３内で組み合わされ、コントローラの利得
の時間変化レートに対する概算値を発生する。制御利得
を変えるインクリメントプレートは、入力信号の振幅変
化に応答してモジュール３５３内で変更される。この機
能は、システムの安定性を保証するよう、高い入力信号
に対しては適応レートを減少し、低い入力信号に対して
は適応レートを増加させることが好ましい。モジュール
３５３の出力となっているコントローラのパラメータの
変化の縮尺レートは、時間と共に変化するコントローラ
の利得Ｋa およびＫp を発生するよう、ブロック３５２
内で累積され、これら利得Ｋa およびＫp は次に組み合
わされて、制御システム３５０に対する制御信号を発生
する。
【００１６】本発明に係わる適応形制御法を実行する第
１の工程は、確定された車両パラメータおよび公称道路
入力に基づいて任意のレベルの性能を発揮する固定利得
制御構造を選択することである。図２に示される物理的
モデルに対する好ましい固定利得形制御構造が図３に示
されている。この制御構造は、アクチュエータのチャン
バの内外への流体の流れを決める出力指令値ｕを発生す
るよう、車体加速度フィードバック値ａと、車輪の変位
量（ストラットの長さ位置エラー）フィードバック値ｅ
の双方を含む。
【００１７】図３から判るように、数値指令値ｕに従っ
て流体流れＱを調節するポンプ２６と制御バルブ２７と
の組み合わせにより、アクチュエータ１７に流体流れＱ
が供給される。加速度計２８は車体加速信号ａを発生
し、位置トランスジューサ２９はストラット長さ位置エ
ラー信号ｅを発生する。加速度値ａはコントローラ３０
内で第１利得パラメータＫa （３２と表示）が乗算さ
れ、位置エラー値ｅには第２利得パラメータＫp （３４
と表示）が加算される。利得乗算値３２および３４から
の出力は、加算ノード３７で組み合わされ、流れ指令値
ｕを形成し、この値ｕはリード線３９を介して制御バル
ブ２７へ供給される。
【００１８】アクチュエータの力は流体の容積（流体流
れＱの積分値）の関数となっているので、アクチュエー
タ１７は積分値として働く。例えば、ダブリュー・スン
ウーおよびケー・ シー・ チェック共著論文「車両用アク
ティブサスペンションのための適応制御アプローチの調
査」、米国制御会議１９９１年第１５４２〜１５４８ペ
ージに記載されているように、加速度フィードバック値
はスカイフックダンパのように働き、ストラットエラー
フィードバック値は車高の積分制御を行う。
【００１９】次に、図３に示した制御システムは、図４
に示すように適正に働くよう、フィードバック利得Ｋa
およびＫp の固定値を選択する。これら利得は、一般的
に主観テストおよび客観テストの双方を使用した「ハン
ドチューニング」によりシステム開発時に選択される。
その後、本発明は低速適応と共に、疑似勾配適応形アプ
ローチを用いてコストパフォーマンスを最小にするよ
う、これら利得を適応自在にチューニングするための機
構を提供する。上記米国特許出願第07/720,102号は、車
速コントローラ内のフィードバック利得を適応自在に変
えるよう実行される類似の適応形制御アプローチについ
て述べている。
【００２０】本発明は、２つの可変信号ａおよびｅに応
答して制御信号ｕを発生するタイプの閉ループサスペン
ションシステムを適応自在にチューニングするための方
法を提供するものであり、制御信号ｕの値は前記２つの
可変信号の値および２つのチューニング可能な利得パラ
メータＫa およびＫp の値に関数的に関連している。利
得パラメータを適応自在にチューニングする方法は、以
下のステップから成る。
【００２１】まず、検討すべきコスト関数により特定さ
れる２つの可変入力信号ａの値とｅの値との関係を、所
定の望ましい関係とするように、２つのチューニング可
能な利得パラメータに対する適当な初期値を選択する。
【００２２】その後、所定の初期値からの各パラメータ
のわずかな偏差値に応答して、前記２つの可変信号の値
が変わるレートを測定する。これら変化レートは実際の
感度のモデル化された近似値であるので、ここでは「疑
似感度」と称することにする。
【００２３】これら疑似感度は重み付け係数および出力
エラーに従って組み合わされ、システムの作動条件が変
わる際のコスト関数によって定義される前記所定の所望
する関係を維持するのに必要な、時間に対する同調可能
なパラメータ値のインクリメント変化値を決定する。次
に制御システム内のチューニング可能なパラメータをイ
ンクリメント変化量だけ変える。
【００２４】可変信号および制御信号の振幅が変化する
際のコスト関数を最適化するように、重み付け係数を変
える。
【００２５】上記ステップは前記閉ループ制御システム
の連続動作にわたって連続的に繰り返され、コスト関数
により表示されるようなシステムの所望の作動特性を維
持する。
【００２６】本発明は制御利得の値の変化に対してシス
テムの出力が変わる際の変化レートを決定するのに「感
度フィルタ」を用いている。かかる感度フィルタを実行
する一つのアプローチ法として、１９７８年ニューヨー
クのアカデミックプレスにより発行されたピー・ エム・
フランク著、「システム感度理論入門」に記載されてい
るような変数成分法がある。重要なことに、感度フィル
タにより発生される感度値は正確である必要はない。正
確な感度値は最適フィードバック利得の値および正確に
決定された車両バロメータの双方に依存しているので、
これらの双方の値が判っていれば、適応制御にはほとん
ど必要でない。１９９０年、ウルバーナ−キャンペーン
のイリノイ大学、テーシス博士の「感度方法および低速
適応法」内でディー・ エス・ ロード氏が述べているよう
に、不正確な「疑似感度」を用いた適応形制御方法は、
「疑似勾配」制御アルゴリズムが最小収束条件に従って
いる限り、安定して働く。
【００２７】本発明に係わるサスペンション制御システ
ムは、疑似感度値に関連したインクリメント量だけこれ
らの利得値を変えることにより、所定の初期値からフィ
ードバック利得値を適応自在に変える。これらの値はエ
ラーベクトルと組み合わされ、サスペンションシステム
の所望のダイナミック特性を特定するパフォーマンスコ
スト関数に従って重み付けされる。このコスト関数は車
体加速度ａ、ストラット長さエラーｅと制御入力信号の
振幅ｕとの間で行わなければならない妥協点を決定す
る。付加的または別の項を使用するサスペンションシス
テムアーキテクチュアもあるが、このコスト関数は次の
ように表示できる。
【００２８】
【数１】
【００２９】 ここで、ａ＝車体（バネ下重量）の垂直加速度、 ｅ＝ストラット長さエラー（位置エラー）、 ｕ＝指令されたアクチュエータの流れ、 β ＝ａと、ｅと、ｕの相対的重要性を決定するための
重み付け係数である。
【００３０】
【数２】
【００３１】制御フィードバック利得Ｋa およびＫ
p は、コスト関数Ｊ（Ｐ）を最小にするよう計算された
インクリメント量だけ適応自在に変化され、よって、変
化する道路状態、車両ごとの性能のばらつき、および時
間に対する車両のサスペンションシステムの性能の変化
に対して、所望のダイナミック特性を得るように制御シ
ステムを適応させる。
【００３２】上記コスト関数では、重み付け係数βx の
相対値は、所望の乗り心地特性が最良に得られるよう
に、設計者により選択される。βa を比較的大きい値に
選択すると、「ラットルスペース」が増大することを犠
牲にして、車体の加速度が小さくなり、より良好な乗り
心地のためのアクチュエータのパワーが大きくなる。次
に、βｅを大きくすれば固い乗り心地となって、良好な
保安性のための車両のバウンドが減少し、アクチュエー
タのパワーが大きくなる。
【００３３】重み付け係数の相対値を選択する現在の方
法は、最悪のケースの道路の外乱を選択し、この最悪道
路に対して利用可能な全ラットルスペース（車体に対す
る車輪のストローク）を利用するよう、コントローラを
チューニングすることである。かかるアプローチは、１
９８１年１１月、ＡＳＭＥ論文第８１ＷＡ／ＤＳＣ−２
３の「ＲＭＳラットルスペース、バネ上重量加速度およ
びジャークを最小にする最適車両サスペンション」にお
いて、Ｄ・ ロヴァート（D.Hrovat) およびＭ・ハバード
により記載されている。
【００３４】かかるアプローチは選択した最悪ケースの
道路に対しては、最適な車両サスペンションを提供する
ものであるが、かかるアプローチは実際の道路の外乱が
コントローラをチューニングした最悪ケースのシナリオ
から離れている場合、性能レベルを低下させるものであ
る。特に、スムーズな道路に対してはできるだけ多くの
ラットルスペースを使用した、よりソフトなサスペンシ
ョンが望まれるが、極端にでこぼこの道路に対しては車
輪がバンプに衝突しないようにする、より硬いサスペン
ションが望まれる。
【００３５】本発明は図１に示した適応形コントローラ
の原理を利用することにより、所定の最悪ケースの道路
に従ってサスペンションをチューニングする際の固有の
欠陥を克服するものである。特に、本発明は低速適応と
共に改変したコスト関数および改変した勾配アルゴリズ
ムを使用している。このように、車両のパラメータとし
て最適制御利得を与え、道路の外乱変化の大きさとして
道路変化の周波数内容プラス最適制御利得を与えるアル
ゴリズムもあれば、現在の平均化された道路入力に対し
てサスペンションを最適化するよう、比較的低速のレー
トで利得を変化することが好ましいアルゴリズムもあ
る。
【００３６】方程式（１）内のβa 、βe およびβu の
相対的な大きさは、車体加速度（ａ）、ラットルスペー
スの使用（ｅ）および使用する制御パワー（ｕ）との間
の望ましい妥協点を決定する。車両のサスペンションは
本質的には、サスペンションがバンプに衝突する時点ま
ではリニアシステムとして働く。従って、道路の外乱の
大きさが増加すると、これに比例してａ、ｅおよびｕが
増加する。このことは、方程式（１）内の３つの項の間
の妥協点は道路の振幅と共に変化するものでないことを
意味している。従って、かかるコントローラを設計する
際は、特定入力に対する性能レベルを選択しなければな
らない。すなわち、最悪のケースの道路に対してはすべ
てのラットルスペースを使用しなければならない。
【００３７】本発明はコスト関数に高次の項を含ませる
ことにより、妥協点の振幅を従属形にしている。好まし
い実施例では、このコスト関数は次のとおりになる。
【００３８】
【数３】
【００３９】重み付け係数を選択した後は、公称作動条
件に対してコスト関数Ｊ（Ｐ）を最小にする固定制御フ
ィードバック利得Ｋa およびＫp を選択することができ
る。しかしながらこれらの固定利得は車両ごとのバラツ
キ、時間に対して変化する車両のダイナミック（動的）
特性および変化する路面状態を考慮していない。本発明
が意図するように、フィードバック利得Ｋa およびＫp
は、変化する車両および運転条件を保証し、コスト機能
を最小にすることによって示されるような、所望の性能
特性を得るように、比較的低速レートで適応自在に変え
られる。
【００４０】このような適応制御は記憶されたプログラ
ム制御により作動するマイクロコントローラにより構成
される適応形アルゴリズムを実行することにより達成す
ることが好ましい。使用されるこの適応方法は、図５の
フローチャートにほぼ示されており、図５は点線４４で
囲まれたパラメータ更新ルーチンとしての構成を示して
おり、このパラメータ更新ルーチンは出力フロー制御指
令を発生するための公称閉ループ制御サブルーチンの一
部として実行される。
【００４１】図５に示す番号４０で制御サブルーチンを
開始し、番号４１でコントローラへの入力信号を発生す
るよう加速度計および位置センサを読み取る。ステップ
４１で読み出されたセンサ信号は、ステップ４２でフィ
ルタ処理され、不要の周波数成分が除かれ、この結果は
適応ルーチン４４および制御ルーチンのその他で処理さ
れる。図３に示すように、適応ルーチン４４で利用でき
る入力値として次のものがある。
【００４２】（１） 車体（図２で１１として示す）が
受ける垂直加速度を検出する加速度計２８から得られる
値ａ。 （２） 車輪１３が平衡点から撓む際のストラット位置
のエラーを表示する位置トランスジューサ２９からの値
ｅ。
【００４３】図５に示す制御ルーチンは第３の量を発生
する。この量はステップ４７で計算され、ステップ４８
でアクチュエータ１７に送られ、適応ルーチン４４内の
適応形利得制御機構により考慮される。この第３の量と
は、 （３） アクチュエータの流体流量の指令量である値ｕ
である。この量は（アクチュエータ１７による積分の後
に）車体とバネ下車輪重量との間のアクチュエータによ
り加えられる力の量を決定する。この値ｕは利用可能な
ポンプおよびアクチュエータ機構によりサスペンション
システムにより送ることができるパワーの量により、実
際のシステムでは必ず限定される。
【００４４】適応ルーチン４４は図５に示される制御ル
ーチンの他の部分よりも低速レートで実行できる。アク
チュエータの制御値ｕは１０ヘルツまでの（これより上
の周波数では図４から明らかなように、パッシブスプリ
ングおよびダンパの特性がシステムレスポンス内で優勢
となる）バネ上重量の加速度周波数成分を制御するのに
十分高いレートで更新しなければならない。しかしなが
ら、フィードバック利得はこれよりもかなり低いレート
で適応するだけでよい。利得適応のレートは所定の定数
εにより制御され、この定数は後に詳述するように、シ
ステムの制御利得に対する各インクリメント調節の大き
さを制限するよう、サイジング係数を演算する。制御マ
イクロプロセッサにかかる計算上の負荷は、適応アルゴ
リズム４４を実行する回数を低減し、これに対応して同
じ全適応利得変化を発生するようεを大きくすることに
より少なくできる。
【００４５】更新ルーチン４４により各制御変数を適応
的に変えるインクリメント量は、式（１）のコスト関数
を最小にするように使用される勾配アルゴリズムを定め
る次の式により示される。
【００４６】
【数４】
【００４７】上記のような勾配アルゴリズムの定義で
は、定数εは上記のような低速適応を保証するよう小さ
く維持される。システムパラメータ（フィードバック利
得ＫaおよびＫp ）に対するシステム出力ａ、ｅおよび
ｕの偏微分値は、システムの「感度」であり、これらシ
ステムの感度は後に詳述するような感度フィルタを用い
ることによりリアルタイムで計算される。
【００４８】本発明の原理によれば、次の勾配アルゴリ
ズムを用いて式（３）に表されたコスト関数の高次の項
を表す。
【００４９】
【数５】
【００５０】図１に示す適応形コントローラの原理によ
れば、式（２）内のコスト関数と共にこの勾配アルゴリ
ズムはコントローラが明らかに道路の凹凸を考慮できる
ようにするものである。可変信号ａおよびｅおよび制御
信号ｕに対する高次の項内の追加的重み付け係数は明ら
かに変化する道路の凹凸を考慮するものである。この新
規な特徴は、道路の凹凸の変化する大きさとにより制御
パラメータの勾配のａ、ｅおよびｕの大きさの相対的重
み付けを有利に変える。例えば、βa ／βe ＞１＞βa
ａ2 ／βe 2 であれば、適応形コントローラは小さい振
幅の信号に対してはラットルスペースの制限値よりも車
体加速度に大きな重み付けをし、より大きい振幅の信号
に対してはこの逆の重み付けを行う。
【００５１】図１に関連した説明で述べたように、本明
細書でεと称される適応利得は、適応形システムの安定
性を維持するのに必要な比較的低速のレートで、コント
ローラが適応できるよう十分小さく維持しなければなら
ない。コスト関数内の高次の項では、十分に小さいεを
選択すると、たいていの作動条件では制御利得は極めて
貧弱に収束することになる。εはａ4 、ｅ4 およびｕ4
の項がコスト関数を支配しているような大きな振幅入力
の最悪ケースを考慮するよう選択しなければならない。
次に、ａ2 、ｅ2 およびｕ2 の項が支配しているような
公称入力に対してはεは小さすぎ、適応アルゴリズムは
妥当な時間内に収束しない。本発明はεをａ、ｅおよび
ｕの関数とすることによりこの問題を有利に解決してい
る。従って、式（５）および（６）内の勾配アルゴリズ
ムはここでεn として表示されるεの正規化された値を
利用している。ここで、εn は次の関係式に従って発生
される。
【００５２】
【数６】
【００５３】ここでεn は正規化されたεであり、ε
des はａ、ｅおよびｕの設計（または最悪ケース）のた
めの設計用εであり、ａmax 、ｅmax およびｕmax はそ
れぞれａ、ｅおよびｕのための設計値である。
【００５４】正規化項Ｓは制御利得Ｋa およびＫp に対
してほぼ一定レートの収束を維持しながらεn がａ、ｅ
およびｕの大きさと共に変化し得るようにするものであ
る。このＳは０と１との間の値に限定される。従ってε
n は道路入力が増加する際に０に収束し、設計入力以下
の道路入力に対してはεn ＝εdes となる。εn はε
des の最大制限値を有する。その理由は、大きな入力に
対してεn 小さくさせるという利点を得ている間はａ、
ｅおよびｕが連続して小さくなる時にεn を連続して増
加することは好ましくないからである。ａ、ｅおよびｕ
が小さい時は、システムは良好に作動し、εに対し大き
な値で利得をチューニングすると好ましくないドリフト
が生じることがある。
【００５５】正規化の後は車両のサスペンションシステ
ムの優勢モードの自然振動数よりも低いカットオフ振動
数を有するローパスフィルタでεn をフィルタ処理す
る。これにり自然周波数の振幅は無視できるレベルまで
低下されるので、適応利得εnと利得チューニングの方
向との相互作用を少なくすることにより、利得収束を高
めることができる。
【００５６】図６は式（１）に表されたコスト関数の実
行を示す信号フロー図である。図６から判るように、図
４に示される機能を実行するのに一般にプログラムが組
み込まれたマイクロコントローラにより構成される適応
形閉ループコントローラ５０は、ブロック５３により示
される物理的サスペンションシステムを制御するよう接
続されており、この制御は物理的システム５３から得ら
れ、リード線５６を介して送られるバネ上重量加速度の
値ａの検出された変動に応じ、かつ物理的システム５３
から得られ、リード線５８を介して送られるストローク
位置エラーｅの値に応答してリード線５５を介してサス
ペンションシステムアクチュエータ（図示せず）に制御
指令値ｕを印加することにより行われる。加速度の値ａ
は重み付けフィルタ６５内で重み付け係数βa , a と乗
算され、この結果得られる積信号はライン６７を介して
感度フィルタ７０およびマルチプライヤ７２へ印加され
る。このマルチプライヤ７２の第２入力端は感度フィル
タ７０のうちの一つからの偏微分δａ／δＫa を受ける
よう接続されている。従って、マルチプライヤ７２から
の出力リード線７３は値ａβa , a （δａ／δＫa ）を
受ける。同様に、重み付けフィルタ７５および加算ノー
ド７７はリード線７９上に値ｅβe , a （δａ／δ
Ｋa ）を生じるよう接続されている。同様に、重み付け
フィルタ７８および加算ノード８３はリード線８５上に
値ｕβu , a （δｕ／δＫa ）を生じるように接続され
ている。リード線７３、７９および８５上の値はノード
８７にて共に加算され、この計は上記式（３）で示され
るような値ｄＫa ／ｄｔを生じるよう、８９で適応レー
ト係数εが乗算される。従って、コントローラ５０内で
使用される利得係数Ｋa はレジスタ９２内に記憶でき
る。このレジスタの内容は計算されたレートｄＫa ／ｄ
ｔに等しい値だけインクリメントまたはディクリメント
され、この計算されたレートは式（１）によって示され
るコスト関係式を減少させるインクリメント量だけ利得
を適応的に変える。これらインクリメント変化のこれら
増分変化値の適応累積は、図６の積分ユニット９０によ
って示されている。
【００５７】図６の下方部分に示されるように、値ｄＫ
p ／ｄｔを生じるための等価的回路も使用される。この
回路は重み付けフィルタ１０１、１０２および１０３と
感度フィルタ１０５とマルチプライヤ１０６、１０８お
よび１１０から成り、加数値を生じ、これら加数値はノ
ード１１５で加算され、１１７でεが乗算される。この
結果マルチプライヤ１１７の出力端に生じる値ｄＫp ／
ｄｔは積分ユニット１１９により示されるような利得Ｋ
p をインクリメントまたはディクリメントするのに使用
され、コントローラ５０よって使用するため、レジスタ
１２０内に記憶される適応利得値を生じる。
【００５８】図９は、式（３）内のコスト関数の構成を
示す信号フロー図である。図９は、Ｋa を発生するため
の信号フロー図を示し、Ｋp を発生するための信号フロ
ー図は図６に既に示しかつそれに関連する説明で述べた
ように、Ｋa を発生するための信号フロー図に類似す
る。
【００５９】重み付けフィルタ３０１、３０２および３
０３は、ａ、ｅおよびｕの平均値に対する重み付け値を
それぞれ発生する。ａおよびｅの重み付けされた値は感
度フィルタ７０で用いられ加算ノード３０５および３１
５に対して感度値δａ／δＫ a を発生し、加算ノード３
０６および３１６に対しては値δｅ／δＫa を発生し、
加算ノード３０７および３１２に対してはδｕ／δＫa
を発生する。
【００６０】重み付けフィルタ３０１、３０２、３０３
および感度フィルタ７０の出力端は、ノード３０５、３
１５、３０６、３１６、３０７および３１２で対応する
重み付け係数が加算され、式（６）に示される勾配アル
ゴリズムの右側の６つの項を発生する。次にこれら項は
加算ノード３２０で加算される。式（９）により表され
る関係式に従って、適応レート制御ブロック３０４でε
n が発生される。このブロックはシステムの安全性を保
証するよう、大きな入力信号値に対しては、適応化レー
トを検証することにより図１の３５３で実行される機能
に類似する機能を実行する。適応化レート制御ブロック
３０４の出力εn は３２１で加算ノード３２０の出力と
乗算され、式（６）に表される勾配アルゴリズムの右側
を生じる。次にこの値は９０で積分され、この結果生じ
る値はコントローラ５０で使用するためレジスタ９２
（Ｋa ）に記憶される。
【００６１】図６に示す感度フィルタ７５および１０５
は、図７内の点線で囲まれた四角形１５０内に示される
可変成分法を使用して構成できる。感度フィルタ１５０
は、図７に１６０として示される実際の車両の物理的サ
スペンションシステムからの加速度値ａおよび位置エラ
ーｅを受信して、これに応答するように接続されてい
る。
【００６２】車両モデル１８０および固定利得コントロ
ーラ１８２の組み合わせにより、リード線１７１、１７
２および１７３上にそれぞれ値δａ／δＫa 、δｅ／δ
Ｋaおよびδｕ／δＫa が発生される。図７において１
６０で示される実際の車両は、１６２で示されるような
実際の道路の外乱入力に応答するが、車両モデル１８０
はゼロの道路外乱入力１８３および導線１８４を介して
コントローラ１８２から送られるモデル化された制御指
令に応答する。コントローラ１８２は固定利得フィード
バック路１８７および１８８を含み、これらフィードバ
ック路は所定の公称条件で適当なダイナミック応答をす
るよう選択された公称利得値を有する。実際の車両の加
速値ａは２つのフィードバック信号と共に固定利得コン
トローラ１８２内の加算ノード１９０へ印加され、この
ため図示するように所望の感度（利得値Ｋa に対するシ
ステム変数の偏微分値）が得られる。
【００６３】図７の底部に示される同様な回路は、第２
車両モデル２０５および第２固定利得コントローラ２１
０を用いており、リード線２２１、２２２および２２３
上に値δａ／δＫp 、δｅ／δＫp およびδｕ／δＫp
をそれぞれ発生する。上記回路の差は、固定利得コント
ローラ２１０内の加算ノードが車体の加速値ａでなくて
位置エラー値ｅを受ける点だけである。
【００６４】励振条件の標準的持続性の外に疑似感度の
ボーデ位相特性は、当該周波数レンジ内で実際の感度の
９０度内になければならない。図８はアクティブサスペ
ンションモデルのための正確な感度フィルタのレスポン
スと同じように、これに対応する疑似感度フィルタの一
つ（点線で示すようなδｕ／δＫa ）に対する周波数応
答を示す。図８に示すように、疑似感度値の位相は全周
波数レンジにわたって実際の値の９０度内に収まってい
る。このように、本適応ルーチンは安定であり、かつ所
望のように所定のコスト関数を最小にする値に向けてフ
ィードバック利得の値を適応的に収束させることが示さ
れた。
【００６５】本発明の好ましい実施例のこれまでの説明
は、単に解説のためのものであり、本発明の精神および
範囲から逸脱することなく配列について種々の変更が可
能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を具体化した閉ループ制御システ
ムを示す図である。
【図２】本発明の原理を使用して制御できるタイプのア
クティブサスペンションシステムのリッターカーモデル
の図である。
【図３】本発明の原理を利用することにより性能を改善
できる公知のタイプの閉ループサスペンション制御シス
テムの略図である。
【図４】本発明が目的とするタイプのアクティブサスペ
ンションシステムを用いて実現できる改善された利得特
性と、従来のパッシブサスペンションシステムの利得を
比較して示すグラフである。
【図５】アクティブサスペンションシステムのアクチュ
エータを制御するための計算ルーチンの全体を示すフロ
ーチャートである。
【図６】本発明の原理を利用した適応形サスペンション
システムのブロック信号フロー図である。
【図７】本発明を実行するよう使用できる感度フィルタ
の詳細を示すブロック信号フロー図である。
【図８】ａは本発明を実施するよう使用される感度フィ
ルタの代表的な利得特性を示すグラフである。ｂは発明
を実施するよう使用される感度フィルタの代表的な位相
シフト特性を示すグラフである。
【図９】本発明により道路の凹凸に対して最適にした適
応形サスペンションシステムのブロック信号フロー図で
ある。
【符号の説明】
３５０ 物理的システム ３５１ コントローラ ３５２、３５３ 適応形利得制御装置 ３５４ モジュール ３５５ 感度フィルタ ３５６ 重み付け係数 ３５７ 重み付けフィルタ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外部システムのステートを特徴付ける可
    変量の値を各々が示す複数の時間可変入力信号に関連し
    た値を有し、組み合わされて複数の制御利得値により特
    定される態様で発生された制御信号を、外部システムに
    送るためのコントローラと組み合わせられる前記制御利
    得を、適応自在に変えるための装置であって、 複数の対応する時間平均信号を発生するよう、前記複数
    の入力信号を平均化するための手段と、 前記時間平均された信号に応答し、前記制御利得値のう
    ちの一つのインクリメント変化分に対する前記入力信号
    のうちの一つの値の予想変化レートを示す値を各々が有
    する複数の感度信号を発生するための手段と、 前記感度値の各々に割り当てられた相対的重要性を示す
    複数の重み付け係数に従って生じる、前記所定の制御利
    得値に対する変化レートを示す感度値の組み合わせに関
    連したインクリメントだけ、前記制御利得値の所定の各
    々を適応自在に変えるための手段と、 前記複数の感度信号の変化に応答して、前記重み付け係
    数を適応自在に変えるための手段とを備えた制御利得を
    適応的に変えるための装置。
  2. 【請求項２】 前記入力信号の値の変化に応答でき、シ
    ステムの安定性を保証するよう、大き入力信号値に対し
    ては適応化レートを減少させるよう前記制御利得を適応
    自在に変える適応化レートを変えるための手段をさらに
    含む請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 外部システムのステートを特徴付ける可
    変量の値を各々が示す複数の時間可変入力信号に関連し
    た値を有し、複数の制御利得値により特定される態様で
    発生された制御信号を、外部システムに送るための適応
    形コントローラ内で発生される制御利得の適応化レート
    を変えるための方法であって、 大きな入力信号値に応答して、前記適応化レートを減少
    し、 小さい入力信号値に応答して前記適応化レートを増加
    し、 前記適応化レートを所定の最大値に制限する諸工程から
    成る方法。
  4. 【請求項４】 車体に対して車輪を支持するための適応
    形サスペンションシステムであって、 制御指令に応答して前記車体および前記車輪の間に力を
    印加するためのアクチュエータと、 前記車両が路面上を移動する際に前記車体が受ける瞬間
    的垂直方向の加速度を示す第１の検出値を発生するため
    の検出手段と、 前記車体に対する前記車輪の垂直位置を表示する第２の
    検出値を発生するための検出手段と、 少なくとも一つの第１のチューニング可能なフィードバ
    ック利得値により決定される関数関係に従って、前記第
    １および前記第２の検出値に応答して前記制御指令を発
    生するための閉ループフィードバック手段と、 前記第１のチューニング可能な利得値を適応自在に変え
    るための手段とを備え、 前記第１のチューニング可能な利得値を適応自在に変え
    るための手段は少なくとも前記第１の検出値に応答自在
    であり、前記第１のチューニング可能な利得値の小さい
    変化に対する車体加速度の変化レートを表示する加速度
    感度値を発生させるための手段と、 少なくとも前記第２の検出値に応答自在であり、第１の
    チューニング可能な利得値の小さい変化に対する車輪の
    位置の変化レートを表示する位置感度値を発生するため
    の手段と、 変更可能な重み付け関係に従って、前記加速度感度値と
    前記位置感度値との重み付けされた合計に関連した大き
    さを有するインクリメント量だけ前記第１のチューニン
    グ可能な利得値を反復的に調節するための手段と、 前記第１および第２の検出値に応答自在であり、前記重
    み付け関係を変えるための手段とを備えた適応形サスペ
    ンションシステム。
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