JPH09123954A - Control force distribution device for multi-leg active suspension - Google Patents
Control force distribution device for multi-leg active suspensionInfo
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- JPH09123954A JPH09123954A JP28499195A JP28499195A JPH09123954A JP H09123954 A JPH09123954 A JP H09123954A JP 28499195 A JP28499195 A JP 28499195A JP 28499195 A JP28499195 A JP 28499195A JP H09123954 A JPH09123954 A JP H09123954A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の転輪を持
ち、不整地を走行する車両における多脚アクティブ懸架
制御力配分装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-leg active suspension control force distribution device for a vehicle having a plurality of wheels and traveling on an uneven terrain.
【０００２】[0002]
【従来の技術】不整地を走行する車両としては、従来、
図７に示すようにキャタピラを使用した車両がある。同
図において、１は車体、２はキャタピラ、３はキャタピ
ラ２に駆動力を伝達する複数の転輪である。上記複数の
転輪３は、車体１にそれぞれ姿勢制御用のアクチュエー
タ（懸架装置）４により懸架されている。アクチュエー
タ４は、油圧シリンダを用いて構成され、アクチュエー
タ駆動手段５により駆動制御される。アクチュエータ駆
動手段５は、ポンプ６、バルブ７、コントローラ８から
なり、ポンプ６からの作動油をバルブ７を介してアクチ
ュエータ４に供給し、コントローラ８によりバルブ７を
制御する。2. Description of the Related Art Conventionally, vehicles that run on rough terrain are
There is a vehicle using a caterpillar as shown in FIG. In the figure, 1 is a vehicle body, 2 is a caterpillar, and 3 is a plurality of rolling wheels that transmit a driving force to the caterpillar 2. The plurality of rolling wheels 3 are suspended on the vehicle body 1 by actuators (suspension devices) 4 for posture control. The actuator 4 is configured by using a hydraulic cylinder, and is drive-controlled by the actuator drive means 5. The actuator driving means 5 includes a pump 6, a valve 7, and a controller 8. The hydraulic fluid from the pump 6 is supplied to the actuator 4 via the valve 7, and the controller 8 controls the valve 7.
【０００３】キャタピラ２による走行する車両は、車体
１の姿勢制御が要求されるので、上記のようにアクチュ
エータ駆動手段５により姿勢制御用のアクチュエータ４
を駆動し、その発生力により車体１の姿勢をコントロー
ルしている。Since the vehicle traveling by the caterpillar 2 is required to control the attitude of the vehicle body 1, as described above, the actuator driving means 5 controls the attitude of the actuator 4.
The posture of the vehicle body 1 is controlled by the generated force.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来、車体姿
勢制御用のコントローラを設計する場合には、実際的な
指針がなく試行錯誤的な設計に頼らざるを得ない。つま
り、試行錯誤的に制御性能を見ながらゲインを決めると
いったことが行なわれる。このようなコントローラで
は、ある偏った懸架装置で制御するように制御指令が出
されるが、アクチュエータの能力以上の制御指令が１つ
の懸架装置に出されたとき、アクチュエータは能力以上
の力は出せないので、アクチュエータの飽和が生じ、こ
のため制振の応答性が悪くなるという問題がある。However, conventionally, when designing a controller for controlling the vehicle body posture, there is no practical guideline and there is no choice but to resort to trial and error design. That is, the gain is determined by observing the control performance by trial and error. In such a controller, a control command is issued so as to control with a biased suspension device, but when a control command exceeding the capacity of the actuator is issued to one suspension device, the actuator cannot output a force exceeding the capacity. Therefore, there is a problem in that the actuator is saturated and the response of vibration damping is deteriorated.
【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、車体の姿勢制御を行なう場合に、燃料消費
が最小になるという条件下で複数のアクチュエータのア
クチュエータ力の配分を各々のアクチュエータのパワー
の範囲内で行なうことができ、優れた車体の姿勢制御を
行なうことができる多脚アクティブ懸架制御力配分装置
を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and when controlling the attitude of the vehicle body, the actuator forces are distributed among the plurality of actuators under the condition that the fuel consumption is minimized. It is an object of the present invention to provide a multi-leg active suspension control force distribution device which can be performed within the range of the power of the vehicle and can perform excellent attitude control of the vehicle body.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明に関わる多脚アク
ティブ懸架制御力配分装置は、１つの車体と複数の転
輪、またその数と同数のアクチュエータによって支持さ
れる車両において、上記車体のヒーブ位置、速度、重心
まわりの角度、角速度を検出するセンサと、このセンサ
の検出信号から上記車体を設定位置に保持するために必
要なトータル力、トータルモーメントのコマンド信号を
出力する制御コマンド演算器と、車体制御アクチュエー
タのシリンダ圧力からアクチュエータ力を検出するアク
チュエータ力検出器と、制御コマンド演算器からのコマ
ンド出力信号と上記アクチュエータ力検出器の出力信号
を入力しアクティブ懸架装置のアクチュエータ力の制約
のもと、最小エネルギ消費で前記トータル力、トータル
モーメントを確保するように複数個のアクチュエータの
アクチュエータ力配分信号を出力するアクチュエータ力
最適配分器と、このアクチュエータ力最適配分器の出力
信号と上記アクチュエータ力検出器の検出信号とを比較
し、上記アクチュエータ力最適配分器で分配された各ア
クチュエータ力を発生するためのアクチュエータ指令信
号を出力するアクチュエータコマンド演算器と、このア
クチュエータコマンド演算器からの出力信号に基づいて
上記アクチュエータを駆動する駆動手段と、アクチュエ
ータとを具備することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION A multi-leg active suspension control force distribution system according to the present invention is a heave of a vehicle body supported by one vehicle body, a plurality of rolling wheels, and the same number of actuators. A sensor that detects the position, velocity, angle around the center of gravity, and angular velocity, and a control command calculator that outputs command signals for the total force and total moment necessary to hold the vehicle body at the set position from the detection signals of this sensor. The actuator force detector for detecting the actuator force from the cylinder pressure of the vehicle body control actuator, the command output signal from the control command calculator and the output signal of the actuator force detector are input to restrict the actuator force of the active suspension system. And secure the total force and total moment with minimum energy consumption As described above, the actuator force optimum distributor for outputting the actuator force distribution signals of a plurality of actuators is compared with the output signal of the actuator force optimum distributor and the detection signal of the actuator force detector to compare the actuator force optimum distributor. And an actuator command calculator for outputting an actuator command signal for generating each actuator force distributed by the actuator, driving means for driving the actuator based on an output signal from the actuator command calculator, and an actuator. It is characterized by
【０００７】（作用）制御コマンド演算器により車体の
姿勢を定位置に保持するために必要なトータル力、トー
タルモーメントのコマンド信号を発生させ、アクチュエ
ータ力最適配分器によりアクチュエータの限界パワーの
制約のもと最小燃料消費で前記トータル力とトータルモ
ーメントとを確保するように、アクチュエータコマンド
演算器にアクチュエータ力配分信号を出力する。(Operation) A command signal for the total force and total moment required to maintain the posture of the vehicle body at a fixed position is generated by the control command calculator, and the limit power of the actuator is restricted by the actuator force optimum distributor. And an actuator force distribution signal is output to the actuator command calculator so as to secure the total force and the total moment with the minimum fuel consumption.
【０００８】上記アクチュエータコマンド演算器により
アクチュエータの限界パワー内の最適な信号が複数のア
クチュエータのそれぞれの駆動手段に出力されるため、
優れた車体の姿勢制御が可能になる。Since the actuator command calculator outputs the optimum signal within the limit power of the actuator to each driving means of the plurality of actuators,
It enables excellent attitude control of the vehicle body.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１０】図１は、本発明の一実施形態に係る多脚ア
クティブ懸架制御力配分装置の全体の構造図である。FIG. 1 is an overall structural view of a multi-leg active suspension control force distribution device according to an embodiment of the present invention.
【００１１】図１において、１は車体、２はキャタピラ
である。上記車体１には、キャタピラ２に駆動力を伝達
する複数例えば５個の転輪３ａ〜３ｅが設けられる。上
記複数の転輪３ａ〜３ｅは、車体１にそれぞれ姿勢制御
用のアクチュエータ（懸架装置）４ａ〜４ｅにより懸架
されている。アクチュエータ４ａ〜４ｅは、図２に示す
ように油圧シリンダ１１を用いて構成される。図２は、
転輪３、油圧シリンダ１１、サーボバルブ１２の詳細な
関係を示したものである。In FIG. 1, 1 is a vehicle body and 2 is a caterpillar. The vehicle body 1 is provided with a plurality of, for example, five rolling wheels 3a to 3e for transmitting a driving force to the caterpillar 2. The plurality of rollers 3a to 3e are suspended on the vehicle body 1 by actuators (suspension devices) 4a to 4e for posture control, respectively. The actuators 4a to 4e are configured by using a hydraulic cylinder 11 as shown in FIG. FIG.
It shows a detailed relationship among the wheel 3, the hydraulic cylinder 11, and the servo valve 12.
【００１２】上記各アクチュエータ（油圧シリンダ）４
ａ〜４ｅには、ポンプ１３ａ〜１３ｅより作動油がそれ
ぞれサーボバルブ１２ａ〜１２ｅを介して供給される。
サーボバルブ１２ａ〜１２ｅは、コントローラ１４によ
り制御される。上記各アクチュエータ４ａ〜４ｅには、
アクチュエータ力検出器１５ａ〜１５ｅが取り付けら
れ、その検知信号がコントローラ１４に入力される。更
に、このコントローラ１４には、変位センサ１６、速度
センサ１７、角度センサ１８、角速度センサ１９からの
検出信号が入力される。Each of the above actuators (hydraulic cylinders) 4
Hydraulic fluids are supplied to the a to 4e from the pumps 13a to 13e through the servo valves 12a to 12e, respectively.
The servo valves 12a to 12e are controlled by the controller 14. Each of the actuators 4a to 4e includes
The actuator force detectors 15a to 15e are attached, and the detection signal thereof is input to the controller 14. Further, detection signals from the displacement sensor 16, the speed sensor 17, the angle sensor 18, and the angular speed sensor 19 are input to the controller 14.
【００１３】アクチュエータ力検出器１５ａ〜１５ｅ
は、例えば圧力センサとアンプからなり、各アクチュエ
ータ４ａ〜４ｅのアクチュエータ力を検出する。Actuator force detectors 15a-15e
Is composed of, for example, a pressure sensor and an amplifier, and detects the actuator force of each of the actuators 4a to 4e.
【００１４】変位センサ１６は、車体１の重心位置での
ヒーブ位置を検出する。The displacement sensor 16 detects the heave position at the center of gravity of the vehicle body 1.
【００１５】速度センサ１７は、車体１の重心位置での
ヒーブ速度を検出する。The speed sensor 17 detects the heave speed at the center of gravity of the vehicle body 1.
【００１６】角度センサ１８は、車体１の重心位置での
ピッチング・ヨーイング・ローリング角を検出する。The angle sensor 18 detects pitching, yawing and rolling angles at the center of gravity of the vehicle body 1.
【００１７】角速度センサ１９は、車体１の重心位置で
のピッチング・ヨーイング・ローリング角速度を検出す
る。The angular velocity sensor 19 detects pitching, yawing and rolling angular velocity at the center of gravity of the vehicle body 1.
【００１８】コントローラ１４は、上記各センサからの
検出信号に基づいてサーボバルブ１２ａ〜１２ｅを介し
てアクチュエータ４ａ〜４ｅの駆動力を制御し、これに
より車体１の姿勢を制御する。The controller 14 controls the driving force of the actuators 4a to 4e via the servo valves 12a to 12e based on the detection signals from the above-mentioned sensors, thereby controlling the attitude of the vehicle body 1.
【００１９】次に、上記コントローラ１４を中心とする
システム構成図について図３を参照して説明する。Next, a system configuration diagram centering on the controller 14 will be described with reference to FIG.
【００２０】コントローラ１４は、制御コマンド演算器
２１、アクチュエータ力最適配分器２２、アクチュエー
タコマンド演算器２３により構成され、図１における変
位センサ１６、速度センサ１７、角度センサ１８及び角
速度センサ１９からの検出信号が制御コマンド演算器２
１に入力される。また、アクチュエータ力検出器１５ａ
〜１５ｅからの検出信号がアクチュエータ力最適配分器
２２及びアクチュエータコマンド演算器２３に入力され
る。The controller 14 is composed of a control command calculator 21, an actuator force optimum distributor 22, and an actuator command calculator 23. Detections from the displacement sensor 16, the velocity sensor 17, the angle sensor 18 and the angular velocity sensor 19 shown in FIG. Signal is control command calculator 2
1 is input. Also, the actuator force detector 15a
The detection signals from 15e are input to the actuator force optimum distributor 22 and the actuator command calculator 23.
【００２１】そして、アクチュエータコマンド演算器２
３の演算出力がアクチュエータ駆動手段２４へ送られ
る。このアクチュエータ駆動手段２４は、ポンプ１３ａ
〜１３ｅ及びサーボバルブ１２ａ〜１２ｅからなり、ア
クチュエータコマンド演算器２３の演算出力に基づいて
アクチュエータ４ａ〜４ｅを駆動する。そして、このア
クチュエータ４ａ〜４ｅの駆動により車体１の姿勢が制
御される。The actuator command calculator 2
The calculation output of 3 is sent to the actuator driving means 24. The actuator driving means 24 is a pump 13a.
.About.13e and servo valves 12a to 12e, the actuators 4a to 4e are driven based on the calculation output of the actuator command calculator 23. The posture of the vehicle body 1 is controlled by driving the actuators 4a to 4e.
【００２２】次に上記実施形態の動作を説明する。Next, the operation of the above embodiment will be described.
【００２３】変位センサ１６，速度センサ１７、角度セ
ンサ１８、角速度センサ１９により車体１の重心位置で
のヒーブ位置・速度、ピッチング・ヨーイング・ローリ
ング角度、角速度が検出され、コントローラ１４の制御
コマンド演算器２１に送られる。制御コマンド演算器２
１は、各センサ信号に基づいて車体１の姿勢を定位置に
保つために必要なトータル力、トータルモーメントのコ
マンド信号をアクチュエータ力最適配分器２２に出力す
る。The displacement sensor 16, the velocity sensor 17, the angle sensor 18, and the angular velocity sensor 19 detect the heave position / velocity, the pitching / yawing / rolling angle, and the angular velocity at the center of gravity of the vehicle body 1, and the control command calculator of the controller 14 is detected. Sent to 21. Control command calculator 2
1 outputs a command signal of total force and total moment required to keep the posture of the vehicle body 1 at a fixed position to the actuator force optimum distributor 22 based on each sensor signal.
【００２４】また、アクチュエータ力検出器１５ａ〜１
５ｅにより各アクチュエータ力が検出され、その検出信
号がアクチュエータ力最適配分器２２に送られる。アク
チュエータ力最適配分器２２は、上記制御コマンド演算
器２１からのコマンド信号とアクチュエータ力検出器１
５ａ〜１５ｅの信号を受けてアクチュエータ４ａ〜４ｅ
のパワーの制約のもと、最小燃料消費で前記トータル
力、トータルモーメントを確保するようにアクチュエー
タコマンド演算器２３にアクチュエータ力配分信号を出
力する。即ち、アクチュエータ力最適配分器２２は、ア
クチュエータ４ａ〜４ｅの制約と制御するための条件を
満たしているものの中で、アクチュエータ力が最小とな
るアクチュエータ力を配分する。従って、エンジン出力
に対する懸架装置の負担が性能を確保した上で最小に抑
えられ、燃料消費も最小となる。Further, actuator force detectors 15a-1
Each actuator force is detected by 5e, and the detection signal is sent to the actuator force optimum distributor 22. The actuator force optimum distributor 22 receives the command signal from the control command calculator 21 and the actuator force detector 1
Actuators 4a-4e in response to signals 5a-15e
Under the restriction of the power, the actuator force distribution signal is output to the actuator command calculator 23 so as to secure the total force and the total moment with the minimum fuel consumption. That is, the actuator force optimum distributor 22 distributes the actuator force that minimizes the actuator force among the actuators 4a to 4e that satisfy the constraints and the control conditions. Therefore, the load of the suspension system on the engine output is minimized while ensuring the performance, and the fuel consumption is also minimized.
【００２５】アクチュエータコマンド演算器２３は、ア
クチュエータ力検出器１５ａ〜１５ｅの検出信号とアク
チュエータ力最適配分器２２のアクチュエータ力配分信
号とを比較し、アクチュエータ４ａ〜４ｅの限界パワー
内の最適な信号をアクチュエータ駆動手段２４に出力す
る。そして、アクチュエータ駆動手段２４によりアクチ
ュエータ４ａ〜４ｅを駆動して、車体１の姿勢制御を行
なう。The actuator command calculator 23 compares the detection signals of the actuator force detectors 15a to 15e with the actuator force distribution signal of the actuator force optimum distributor 22 to determine the optimum signal within the limit power of the actuators 4a to 4e. It outputs to the actuator driving means 24. Then, the actuator drive means 24 drives the actuators 4a to 4e to control the attitude of the vehicle body 1.
【００２６】上記アクチュエータ力最適配分器２２の配
分アルゴリズムは次の通りである。The distribution algorithm of the actuator force optimum distributor 22 is as follows.
【００２７】車両における車体１の運動は３次元空間運
動となり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸まわりの６つの自由度をも
つ。車体１の姿勢制御のためにはアクチュエータ４ａ〜
４ｅの発生力は（１）〜（４）式の等式条件を満たさな
ければならない。The movement of the vehicle body 1 in the vehicle is a three-dimensional spatial movement, and has six degrees of freedom around the x axis, the y axis, and the z axis. To control the attitude of the vehicle body 1, the actuators 4a ...
The generated force of 4e must satisfy the equality condition of the equations (1) to (4).
【００２８】力の等式条件は、（１）式で示される。The force equality condition is given by equation (1).
【００２９】[0029]
【数１】 (Equation 1)
【００３０】また、モーメントの等式条件は、（２）〜
（４）式で示される。The equation conditions for the moment are (2)-
It is shown by equation (4).
【００３１】[0031]
【数２】 (Equation 2)
【００３２】ここで、 ｎ：アクチュエータの個数 ｉ：ｉ番目のアクチュエータ Ｆai：アクチュエータ力 Ｆzc：アクチュエータに要求されるｚ軸方向のトータル
力 Ｍc ，Ｎc ，Ｒc ：姿勢制御のために必要なヨーイング
（ｚ軸まわり）、ピッチング（ｙ軸まわり）、ローリン
グ（ｘ軸まわり）のトータルモーメント （Ｌxi，Ｌyi）：車体重心位置からのアクチュエータｉ
までの位置 μ：運動摩擦係数 αi ：アクチュエータ力の路面への力の伝達率 但し、アクチュエータ力Ｆaiには、アクチュエータ駆動
手段２４の制御信号の許容範囲を用いてアクチュエータ
力の制約が（５）式の通り指定される。Here, n: number of actuators i: i-th actuator F ai : actuator force F zc : total force in the z-axis direction required for the actuator M c , N c , R c : for attitude control Required yawing (around the z-axis), pitching (around the y-axis), rolling (around the x-axis) total moments (L xi , L yi ): actuator i from the vehicle body center position
Up to μ: coefficient of kinetic friction α i : transfer rate of actuator force to road surface However, actuator force F ai is limited by the allowable range of the control signal of actuator driving means 24 (5 ) Is specified as the formula.
【００３３】 ０≦｜σ（Ｆai−Ｆfai ）｜≦ｄmi ・・・（５） ｄmi：駆動手段の制御信号の最大信号 ここで、 Ｆfai ：アクチュエータ力のフィードバック信号 σ：比例ゲイン 上記許容範囲内で４つの等式条件を満足するアクチュエ
ータ力Ｆai（ｉ＝１〜ｎ）は多数存在する。従って、１
つの評価基準を設けてその基準に従って各アクチュエー
タ４ａ〜４ｅの発生力成分を決定する必要がある。本ア
ルゴリズムではその評価基準として、「アクチュエータ
の燃料消費を最小とする」ように各アクチュエータ力Ｆ
aiの決定を行なう。そして評価関数Ｊとしては次の
（６）式を用いる。0 ≦ | σ (F ai −F fai ) | ≦ d mi (5) d mi : maximum signal of control signal of drive means, where F fai : feedback signal of actuator force σ: proportional gain There are many actuator forces F ai (i = 1 to n) that satisfy the four equality conditions within the above allowable range. Therefore, 1
It is necessary to provide one evaluation standard and determine the generated force components of the actuators 4a to 4e according to the standard. In this algorithm, as the evaluation criteria, each actuator force F is set so as to “minimize the fuel consumption of the actuator”.
Make ai decisions. Then, as the evaluation function J, the following expression (6) is used.
【００３４】[0034]
【数３】 (Equation 3)
【００３５】上記評価関数Ｊを最小化する問題を解くこ
とにより、燃料消費を最小とするアクチュエータ力Ｆai
の決定が行なわれる。その方法はラグランジェ未定定数
法に拠る。By solving the problem of minimizing the evaluation function J, the actuator force F ai that minimizes the fuel consumption is obtained.
Decision is made. The method is based on the Lagrange undetermined constant method.
【００３６】上記最適化問題を解くために（５）式の不
等式条件を（７）式に示す等式条件に置き換える。In order to solve the above optimization problem, the inequality condition of the equation (5) is replaced with the equality condition shown in the equation (7).
【００３７】 σ（Ｆai−Ｆfai ）＋ｘi ＝ｄmi ・・・（７） （７）式より、 Ｆai＝（１／σ）ｄmi＋Ｆfai −（１／σ）ｘi ・・・（８） （８）式を評価関数（６）式に代入すると、評価関数Ｊ
は次のようになる。Σ (F ai −F fai ) + x i = d mi (7) From the formula (7), F ai = (1 / σ) d mi + F fai − (1 / σ) x i ··· (8) When the expression (8) is substituted into the evaluation function (6), the evaluation function J
Is as follows.
【００３８】[0038]
【数４】 (Equation 4)
【００３９】次に、新たにラグランジェ乗数λi （ｉ＝
１〜４）を導入し、評価関数を次のように設定して、新
たな評価関数Ｊ′をｘi （ｉ＝１〜ｎ）について最適化
する。Next, a new Lagrange multiplier λ i (i =
1 to 4) are introduced and the evaluation function is set as follows to optimize the new evaluation function J ′ for x i (i = 1 to n).
【００４０】[0040]
【数５】 (Equation 5)
【００４１】評価関数Ｊ′を最小とするための必要条件
はThe necessary condition for minimizing the evaluation function J'is
【数６】 (Equation 6)
【００４２】上記（７）式と（１６）式より、アクチュ
エータ力Ｆaiが得られる。The actuator force F ai can be obtained from the above equations (7) and (16).
【００４３】[0043]
【数７】 (Equation 7)
【００４４】ラグランジェ乗数λi （ｉ＝１〜４）は、
（１）〜（５）式及び（１７）式より得られる次の連立
方程式を解いて求められる。The Lagrange multiplier λ i (i = 1 to 4) is
It can be obtained by solving the following simultaneous equations obtained from the equations (1) to (5) and the equation (17).
【００４５】[0045]
【数８】 (Equation 8)
【００４６】上記（１８）〜（２１）式の連立方程式を
解いてラグランジェ乗数λi （ｉ＝１〜４）を決定し、
（１７）式よりアクチュエータｉの力を求める。図６は
以上のアクチュエータ力配分決定法をまとめたものであ
る。即ち、図６は、先ず、アクチュエータ４ａ〜４ｃに
要求されるｚ軸方向のトータル力Ｆzc及び姿勢制御のた
めに必要なヨーイング（ｚ軸まわり）、ピッチング（ｙ
軸まわり）、ローリング（ｘ軸まわり）のトータルモー
メントＭc ，Ｎc ，Ｒc を求め（ステップＡ1 ）、次い
でラグランジェ乗数λi を決定し（ステップＡ２）、そ
の後、燃料消費を最小とするアクチュエータ力Ｆaiの決
定する（ステップＡ３）、処理の流れを示している。The Lagrange multipliers λ i (i = 1 to 4) are determined by solving the simultaneous equations (18) to (21).
The force of the actuator i is calculated from the equation (17). FIG. 6 summarizes the above actuator force distribution determination method. That is, in FIG. 6, first, the total force F zc in the z-axis direction required for the actuators 4a to 4c and the yawing (around the z-axis) and the pitching (y) necessary for the attitude control.
(About the axis) and total moments M c , N c and R c of rolling (about the x-axis) are determined (step A1), then the Lagrange multiplier λ i is determined (step A2), and then the fuel consumption is minimized. The flow of processing for determining the actuator force F ai (step A3) is shown.
【００４７】上記アクチュエータ力最適配分器２２から
出力された信号は、アクチュエータコマンド演算器２３
に送られ、アクチュエータ力検出器１５ａ〜１５ｅの情
報と比較され、その結果がアクチュエータ駆動手段２４
に送られる。アクチュエータ駆動手段２４は、アクチュ
エータ４ａ〜４ｅを駆動させて、最小燃料消費で車体１
の姿勢制御を行なう。The signal output from the actuator force optimum distributor 22 is the actuator command calculator 23.
Sent to the actuator force detectors 15a to 15e and compared with the information, and the result is sent to the actuator driving means 24.
Sent to The actuator driving means 24 drives the actuators 4a to 4e to drive the vehicle body 1 with minimum fuel consumption.
Attitude control.
【００４８】図４及び図５は、上記コントローラ１４に
おける制御コマンド演算器２１、及びアクチュエータコ
マンド駆動手段２４の構成例を示したものである。制御
コマンド演算器２１には、変位センサ１６、速度センサ
１７、角度センサ１８及び角速度センサ１９により検出
された信号、即ち、車体１の重心位置でのヒーブ位置ｚ
及び速度ｚ′、角度（ヨー角ψ、ピッチ角θ、ロール角
φ）及び角速度（ヨー角速度ψ、ピッチ角速度θ′、ロ
ール角速度φ）が入力される。FIGS. 4 and 5 show examples of the configurations of the control command calculator 21 and the actuator command drive means 24 in the controller 14. The control command calculator 21 includes signals detected by the displacement sensor 16, the velocity sensor 17, the angle sensor 18, and the angular velocity sensor 19, that is, the heave position z at the center of gravity of the vehicle body 1.
And velocity z ′, angle (yaw angle ψ, pitch angle θ, roll angle φ) and angular velocity (yaw angular velocity ψ, pitch angular velocity θ ′, roll angular velocity φ) are input.
【００４９】制御コマンド演算器２１は、各センサ信号
に基づいて制御コマンドＵcom を作成する。以下、制御
コマンド演算器２１における制御コマンドＵcom ＝［Ｆ
zc，Ｍc ，Ｎc ，Ｒc ］T の生成法の一例を説明する。
制御コマンド演算器２１内のゲインＫ0 は次のようにし
て決定される。転輪３ａ〜３ｅの運動とアクチュエータ
４ａ〜４ｅの特性を無視できる形に低次元化された車体
１の運動モデルとアクチュエータコマンド演算器２３と
の２つを合わせた状態空間表現が（２２）式で表せると
き、The control command calculator 21 creates a control command U com based on each sensor signal. Hereinafter, the control command U com = [F in the control command calculator 21
zc, M c, N c, for explaining an example of a method of generating R c] T.
The gain K 0 in the control command calculator 21 is determined as follows. The state space expression combining the two motion models of the vehicle body 1 and the actuator command calculator 23, which are reduced in dimension so that the motions of the wheels 3a to 3e and the characteristics of the actuators 4a to 4e can be ignored, is expressed by the formula (22). When expressed by
【数９】 (Equation 9)
【００５０】次の（２３）式から求められる評価関数を
最小にするフィードバックゲインＫ0 を、（２４）式の
リカッチ方程式を解くことで求める。The feedback gain K 0 that minimizes the evaluation function obtained from the following equation (23) is obtained by solving the Riccati equation of the equation (24).
【００５１】[0051]
【数１０】 (Equation 10)
【００５２】 ＡT Ｐ＋ＰＡ＋Ｑ−ＰＢＲ-1ＢT Ｐ＝０ ・・・（２４） 但し、Ｐ：リカッチ方程式の正定解 コントローラ１４の制御性能は、上記（２３）式の評価
関数の重み行列Ｑ、Ｒの取り方に依存している。（２
３）式の第１項は、状態量ｘの応答性（速応性や低振動
状態）に関する項で、第２項は制御に必要なエネルギを
表しており、相対的にＱを大きくＲを小さくとれば制御
性能は良くなるが、制御エネルギが大きくなる。逆の場
合は制御性能は悪くなるが制御エネルギーは小さくな
る。従って、ある重みを設定することで、ある制御性能
を確保することができる。A T P + PA + Q−PBR −1 B T P = 0 (24) where P is a positive definite solution of the Riccati equation. The control performance of the controller 14 is the weighting matrix Q of the evaluation function of the equation (23). It depends on how R is taken. (2
The first term of the equation 3) is a term related to the response of the state quantity x (rapid response or low vibration state), and the second term represents the energy required for control, and Q is relatively large and R is small. If so, control performance is improved, but control energy is increased. In the opposite case, the control performance becomes worse but the control energy becomes smaller. Therefore, a certain control performance can be secured by setting a certain weight.
【００５３】そして、上記（２４）式を解いてリカッチ
方程式の正定解を用いることにより、制御則ｕは（２
５）式のように表される。Then, by solving the equation (24) and using the positive definite solution of the Riccati equation, the control law u becomes (2
It is expressed as in equation (5).
【００５４】 ｕ＝−Ｒ-1ＢT Ｐｘ ＝Ｋ0 ｘ ・・・（２５） したがって、このゲインＫ0 によって状態量ｘが姿勢制
御に必要なアクチュエータ力Ｆaiに変換される。このゲ
インＫ0 によって変換されたアクチュエータ力Ｆaiを姿
勢制御に必要なトータル力及びトータルモーメントに変
換するために（２２）式の制御行列Ｂと車体の質量Ｍと
慣性モーメント（Ｉψ，Ｉθ，Ｉφ）との情報からなる
ＢMIを用いる。このＢMIは（２６）式で表される。[0054] u = -R -1 B T Px = K 0 x ··· (25) Thus, the state quantity x by the gain K 0 is converted into the actuator force F ai required attitude control. In order to convert the actuator force F ai converted by this gain K 0 into the total force and total moment required for the attitude control, the control matrix B of the formula (22), the mass M of the vehicle body, and the moments of inertia (I ψ , I θ) , I φ ), and B MI consisting of information. This B MI is expressed by equation (26).
【００５５】[0055]
【数１１】 [Equation 11]
【００５６】従って、制御コマンドＵcom は次式で得ら
れる。Therefore, the control command U com is obtained by the following equation.
【００５７】 Ｕcom ＝ＢMIＢＫ0 ｘ ・・・（２７） この制御コマンドＵcom に対し、前記のアルゴリズムを
適用してアクチュエータ力Ｆaiの最適配分を行なう。ア
クチュエータ力最適配分器２２により得られた各アクチ
ュエータ４ａ〜４ｅについてのアクチュエータ力配分信
号は、アクチュエータコマンド演算器２３に送られる。
アクチュエータコマンド演算器２３内の加減算器２３１
により、アクチュエータ最適配分信号Ｕopt とアクチュ
エータ力検出器１５ａ〜１５ｅによる検出信号Ｆfaとの
偏差信号ｅを演算する。U com = B MI BK 0 x (27) The above algorithm is applied to this control command U com to optimally distribute the actuator force F ai . The actuator force distribution signals for the actuators 4 a to 4 e obtained by the actuator force optimum distributor 22 are sent to the actuator command calculator 23.
Adder / subtractor 231 in the actuator command calculator 23
Thus, the deviation signal e between the actuator optimum distribution signal U opt and the detection signal F fa from the actuator force detectors 15a to 15e is calculated.
【００５８】[0058]
【数１２】 (Equation 12)
【００５９】偏差信号ｅに対する一例として次式により
アクチュエータ制御コマンドＵを作成する。As an example for the deviation signal e, the actuator control command U is created by the following equation.
【００６０】 Ｕ＝σｅ ・・・（２９） アクチュエータコマンド演算器２３によって得られた各
アクチュエータ４ａ〜４ｅの制御コマンドＵは、それぞ
れアクチュエータ駆動手段２４へ送られる。アクチュエ
ータ駆動手段２４は、上記アクチュエータ制御コマンド
Ｕに基づいてアクチュエータ４ａ〜４ｅを駆動して姿勢
制御を行なう。U = σe (29) The control commands U of the actuators 4a to 4e obtained by the actuator command calculator 23 are sent to the actuator driving means 24, respectively. The actuator driving means 24 drives the actuators 4a to 4e based on the actuator control command U to control the attitude.
【００６１】上記本発明では、車体１を制御するための
トータル力トータルモーメントを求めた上で、そのトー
タル力トータルモーメントを発生するように力が配分さ
れるので、全てのアクチュエータ４ａ〜４ｅを使用した
姿勢制御を行なうことができる。また、この配分は、ア
クチュエータ４ａ〜４ｅの容量の範囲内で行なわれるの
で、全てのアクチュエータ４ａ〜４ｅを容量一杯に使っ
て制御することができる。In the present invention, since the total force total moment for controlling the vehicle body 1 is obtained and the force is distributed so as to generate the total force total moment, all the actuators 4a to 4e are used. The posture control can be performed. Moreover, since this distribution is performed within the range of the capacities of the actuators 4a to 4e, it is possible to control by using all the actuators 4a to 4e to the full capacity.
【００６２】コントローラ１４を設計する際、従来では
試行錯誤に頼らなければならないのに対し、本発明では
具体的に数値で設定することが可能であるので、車体の
姿勢制御を行なうための高性能なコントローラを容易に
製作することができる。In designing the controller 14, it has been necessary to rely on trial and error in the past, but in the present invention, it is possible to set concretely numerical values. Therefore, high performance for controlling the attitude of the vehicle body is achieved. A simple controller can be easily manufactured.
【００６３】[0063]
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、１
つの車体と複数の転輪、またその数と同数のアクティブ
懸架装置によって支持される車両において、車体の姿勢
制御を行なう場合に、燃料消費が最小になるという条件
下で複数のアクチュエータのアクチュエータ力の配分を
各々のアクチュエータのパワーの範囲内で行なうことが
できるので、車体の姿勢制御を高精度で行なうことがで
きる。As described above in detail, according to the present invention, 1
In a vehicle that is supported by one vehicle body and a plurality of rolling wheels, and the same number of active suspension devices, when controlling the attitude of the vehicle body, the actuator force Since the distribution can be performed within the range of the power of each actuator, the posture control of the vehicle body can be performed with high accuracy.
【図１】本発明の一実施形態に係るキャタピラ車両にお
ける多脚アクティブ懸架制御力配分装置を示す構造図。FIG. 1 is a structural diagram showing a multi-leg active suspension control force distribution device in a caterpillar vehicle according to an embodiment of the present invention.
【図２】同実施形態におけるアクチュエータ部分の構成
例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an actuator portion in the same embodiment.
【図３】同実施形態における制御系統のシステム構成
図。FIG. 3 is a system configuration diagram of a control system in the same embodiment.
【図４】同実施形態におけるコントローラ内の制御コマ
ンド演算器の構成例を含むシステム構成図。FIG. 4 is a system configuration diagram including a configuration example of a control command calculator in the controller according to the same embodiment.
【図５】同実施形態におけるコントローラ内のアクチュ
エータコマンド演算器の構成例を含むシステム構成図。FIG. 5 is a system configuration diagram including a configuration example of an actuator command calculator in the controller in the same embodiment.
【図６】同実施形態におけるアクチュエータ力配分決定
法をまとめた図。FIG. 6 is a diagram summarizing an actuator force distribution determination method in the same embodiment.
【図７】従来のキャタピラ車両における姿勢制御方法を
示す構成図。FIG. 7 is a configuration diagram showing a posture control method in a conventional caterpillar vehicle.
１ 車体 ２ キャタピラ ３ａ〜３ｅ 転輪 ４ａ〜４ｅ アクチュエータ １１ 油圧シリンダ １２ａ〜１２ｅ サーボバルブ １３ａ〜１３ｅ ポンプ １４ コントローラ １５ａ〜１５ｅ アクチュエータ力検出器 １６ 変位センサ １７ 速度センサ １８ 角度センサ １９ 角速度センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle body 2 Caterpillar 3a-3e Rolling wheel 4a-4e Actuator 11 Hydraulic cylinder 12a-12e Servo valve 13a-13e Pump 14 Controller 15a-15e Actuator force detector 16 Displacement sensor 17 Speed sensor 18 Angle sensor 19 Angular speed sensor
Claims (1)
同数のアクチュエータによって支持される車両におい
て、上記車体のヒーブ位置、速度、重心まわりの角度、
角速度を検出するセンサと、このセンサの検出信号から
上記車体を設定位置に保持するために必要なトータル
力、トータルモーメントのコマンド信号を出力する制御
コマンド演算器と、車体制御アクチュエータのシリンダ
圧力からアクチュエータ力を検出するアクチュエータ力
検出器と、制御コマンド演算器からのコマンド出力信号
と上記アクチュエータ力検出器の出力信号を入力しアク
ティブ懸架装置のアクチュエータ力の制約のもと、最小
エネルギ消費で前記トータル力、トータルモーメントを
確保するように複数個のアクチュエータのアクチュエー
タ力配分信号を出力するアクチュエータ力最適配分器
と、このアクチュエータ力最適配分器の出力信号と上記
アクチュエータ力検出器の検出信号とを比較し、上記ア
クチュエータ力最適配分器で分配された各アクチュエー
タ力を発生するためのアクチュエータ指令信号を出力す
るアクチュエータコマンド演算器と、このアクチュエー
タコマンド演算器からの出力信号に基づいて上記アクチ
ュエータを駆動する駆動手段と、アクチュエータとを具
備することを特徴とする多脚アクティブ懸架制御力配分
装置。1. In a vehicle supported by one vehicle body, a plurality of rolling wheels, and the same number of actuators, the heave position, speed, angle around the center of gravity of the vehicle body,
A sensor that detects the angular velocity, a control command calculator that outputs a command signal for the total force and total moment required to hold the vehicle body at the set position from the detection signal of this sensor, and the actuator based on the cylinder pressure of the vehicle body control actuator. The actuator force detector that detects force, the command output signal from the control command calculator, and the output signal of the actuator force detector are input to limit the actuator force of the active suspension system to the total force with minimum energy consumption. , An actuator force optimum distributor that outputs actuator force distribution signals of a plurality of actuators so as to secure a total moment, and compares the output signal of this actuator force optimum distributor with the detection signal of the actuator force detector, Optimal actuator force distribution An actuator command calculator that outputs an actuator command signal for generating each actuator force distributed by the actuator, a drive unit that drives the actuator based on an output signal from the actuator command calculator, and an actuator. A multi-leg active suspension control force distribution device characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28499195A JPH09123954A (en) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | Control force distribution device for multi-leg active suspension |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28499195A JPH09123954A (en) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | Control force distribution device for multi-leg active suspension |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09123954A true JPH09123954A (en) | 1997-05-13 |
Family
ID=17685735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28499195A Withdrawn JPH09123954A (en) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | Control force distribution device for multi-leg active suspension |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09123954A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107662468A (en) * | 2017-07-28 | 2018-02-06 | 江苏大学 | The safe H of vehicle roll motion for Active suspension2/H∞Controller design method |
-
1995
- 1995-11-01 JP JP28499195A patent/JPH09123954A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107662468A (en) * | 2017-07-28 | 2018-02-06 | 江苏大学 | The safe H of vehicle roll motion for Active suspension2/H∞Controller design method |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030107 |