JPH09309316A - 車両のばね上ばね下相対速度算出装置 - Google Patents

車両のばね上ばね下相対速度算出装置

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JPH09309316A JP8127563A JP12756396A JPH09309316A JP H09309316 A JPH09309316 A JP H09309316A JP 8127563 A JP8127563 A JP 8127563A JP 12756396 A JP12756396 A JP 12756396A JP H09309316 A JPH09309316 A JP H09309316A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両のばね上とばね下の相対速度を推定演算
する装置において、演算モデルを簡易なものとする。 【解決手段】 ばね上構造体に加速度検出手段１０を設
ける。また、予め車両のばね上質量と、前記ばねと、前
記ショックアブソーバとから構成される振動モデルを振
動モデル記憶手段１６に記憶する。検出された加速度と
推定されたばね上構造体の上下方向の加速度との偏差を
偏差検出手段１２にて算出し、さらに増幅手段によりこ
の偏差を増幅する。この増幅された偏差に基づき、前記
の振動モデルに従ってばね上の上下方向の加速度とばね
上とばね下の相対速度とを振動解析手段１８によって推
定する。前記の振動モデルは１自由度モデルであり、簡
易な構成となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ショックアブソー
バとばねを介して連結された車両の、ばね上構造体とば
ね下構造体の相対速度の算出を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両のサスペンションは、車体などのば
ね上構造体と、ホイールなどのばね下構造体などを結ぶ
装置であって、ばね上構造体を支えるとともに、振動、
乗心地、操縦安定性などに大きな影響をあたえる。サス
ペンションは、路面からの衝撃を緩和するばね、このば
ねの自由振動を減衰させ、また車体の姿勢変化の速度を
制御するショックアブソーバなどの部品を含んでいる。
前述のように、サスペンションに要求される性能は多岐
にわたるが、これらは互いに相反する場合が多く、設計
においては、これらの性能のバランスを考慮してある妥
協点を見付けることが行われている。
【０００３】前述のサスペンションに要求される各性能
を高次元で達成するために、サスペンションの特性を変
更可能とする技術が知られている。たとえば、ショック
アブソーバの減衰力を、車両の置かれた状況に則して変
更する技術がある。例えば、ばね上共振周波数や、ばね
下共振周波数領域では、減衰力を大きくしてばね系の自
由振動を早期に収束させ、これ以外の領域では減衰力を
小さくして、路面からの入力をサスペンションで十分に
吸収するようにしている。
【０００４】このような減衰力可変型のサスペンション
の制御を行うためや、サスペンションの動作を解析する
ために、サスペンションのある部分の位置や速度やその
他の物理量である状態量を推定する装置の提案が従来よ
りなされている。たとえば、特開平６−１０６９３７号
公報には、減衰力可変型ショックアブソーバを有するサ
スペンションの制御を行うために、ばね上構造体の上下
方向の速度を示すある状態量を推定し、これに比例して
ショックアブソーバの減衰力が発生するとして、制御を
行っている。また、この公報記載の技術によれば、状態
量の推定においては、２自由度系の単輪モデルが用いら
れている。すなわち、有限の質量のばね上構造体とばね
下構造体をばね、およびショックアブソーバにより連結
し、外力はタイヤのばね要素を介してばね下構造体より
入力するというモデルである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ばね上構造体
の共振周波数近傍の周波数成分を持つ振動を推定する場
合においては、ばね下構造体の振幅は、ばね上構造体の
振幅に比して十分小さいため、ばね下構造体の運動を無
視することができる。すなわち、前述のような２自由度
のモデルではなく、１自由度のモデルを用いることがで
きる。言い換えれば、前述のような従来の推定装置にお
いては、ばね上構造体の共振点付近の解析を行うために
は、必要以上に大きなモデルを用いることとなってお
り、演算負担が大きなものとなっているという問題があ
った。
【０００６】本発明は、前述の問題点を解決するために
なされたものであり、小さな演算モデルによってばね上
ばね下構造体の相対速度などの状態量の推定を行い、演
算負担を軽減した装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるばね上ば
ね下相対速度算出装置は、ショックアブソーバとばねを
介して連結された車両のばね上構造体とばね下構造体の
相対速度の算出を行うばね上ばね下相対速度算出装置で
あって、以下の特徴的な構成を有する。
【０００８】（１）図１には、本発明にかかるばね上ば
ね下相対速度算出装置の構成が示されている。ばね上構
造体の上下方向の加速度を加速度検出手段１０が検出
し、これと推定されたばね上構造体の上下方向の加速度
の偏差が偏差検出手段１２により算出される。さらに、
この検出された加速度と推定された加速度の偏差が偏差
増幅手段１４において、所定の倍率で増幅される。一
方、振動モデル記憶手段１６には、車両のばね上質量
と、前記ばねと、前記ショックアブソーバとから構成さ
れる振動モデルが記憶されている。そして、前記増幅さ
れた偏差に基づき、前記ばね上構造体の上下方向の加速
度とばね上およびばね下の構造体の相対速度とを振動解
析手段１８によって推定する。
【０００９】この構成によれば、振動モデルがばね上質
量とばねとショックアブソーバとから構成されているの
で、簡易なモデルとなり演算負荷の軽減が図れる。ま
た、ばね下諸元を含まないため、ばね下諸元の経時変化
や測定誤差による推定精度の悪化がない。また、比較的
質量が大きく共振周波数も低い、ばね上のみのモデルに
より演算を行うので、高い周波数の入力に対する感度が
下がり、ノイズに対してこれの影響を受けにくい構成と
なっている。
【００１０】（２）図２には、本発明にかかるばね上ば
ね下相対速度算出装置の他の構成が示されている。本発
明の構成は、図１の発明の構成に対して、さらに、減衰
力を変更可能な減衰力可変型ショックアブソーバ内の作
動流体の圧力を検出する圧力検出手段２０を設け、振動
解析手段１８は、増幅された偏差に加えて前記作動流体
圧力も入力として、推定演算を行う。
【００１１】（３）図３には、本発明にかかるばね上ば
ね下相対速度算出装置のさらに他の構成が示されてい
る。本発明の構成は、図１の発明の構成に対して、さら
に、減衰力を変更可能な減衰力可変型ショックアブソー
バの弁開度の制御手段２２からの弁開度の指令値を振動
解析手段１８に対する入力としている。振動解析手段１
８は、増幅された偏差に加えて前記弁開度指令値も入力
として、推定演算を行う。
【００１２】以上（２），（３）によれば、減衰力可変
型のショックアブソーバを用いたサスペンションに対し
て、その減衰力を推定可能とする構成を設けることによ
って、減衰力に大きな影響を受けるばね上ばね下の相対
速度を算出することを可能としている。上記（２）にお
いては、ショックアブソーバの作動流体の圧力から減衰
力を推定している。また、上記（３）では、ショックア
ブソーバの作動流体の流路に設けられたオリフィスの弁
開度の指令値から減衰力を推定している。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以
下、実施形態と記す）を図面に従って説明する。図４
は、減衰力可変型のショックアブソーバを備えた車両の
部品レイアウトを示す図である。ばね上構造体である車
体５０は、ばね下構造体である各ホイール５１と、緩衝
装置５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄを含むサスペンシ
ョンにより結合されている。（４個の緩衝装置につい
て、以下、特に区別の必要がない場合には単に符号５２
を付して説明する。）緩衝装置５２は、さらにばね５４
ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄおよびショックアブソーバ
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄを含んでいる。（各々
４個のばねおよびショックアブソーバに関しても特に区
別の必要がない場合は、以下、単に符号５４および５６
を付して説明する。） 図５には、減衰力可変型のショックアブソーバを含む単
輪モデルが示されている。図５において、Ｍｕはばね上
構造体の質量（以下、ばね上質量と記す）、Ｍｗはばね
下構造体の質量（以下、ばね下質量と記す）である。こ
れらの質量には、サスペンションを構成するアームやば
ね５４、ショックアブソーバ５６の質量が、適切な比率
でばね上ばね下に配分されている。Ｋｓはばね５４のば
ね定数、Ｋｔはタイヤのばね定数、Ｃｓはショックアブ
ソーバ５６の減衰係数である。さらに、Ｚｕはばね上構
造体の上下変位、Ｚｗはばね下構造体の上下変位、Ｚｒ
は路面の変位を示している。
【００１４】また、以降の説明の中で「’」は、これの
付いた変数の時間微分を表し、「”」は、２回時間微分
を表す。したがって、Ｚｕ’はばね上構造体の上下方向
の速度、Ｚｕ”は上下方向の加速度となる。ま
た、「T 」はこれのついた行例の転置行列を示す。
【００１５】図５の系の運動方程式は、以下の式で表さ
れる。
【数１】 一般的な車両においては、ばね上の共振周波数とばね下
の共振周波数とは、各々１Ｈｚ程度と１０Ｈｚ程度、す
なわち１０倍程度の差異となるので、制御理論で用いら
れる特異節動の考え方を用いることができる。すなわち
Ｚｗ’＝０，Ｚｗ”＝０とすることにより式（１），
（２）は次式のように変形することできる。
【数２】 式（３）を状態空間表現に変換する。
【数３】 また、測定できる信号が、車体ばね上の上下方向の加速
度であるから出力方程式として次式をとる。
【数４】 さらに、状態量から前述の相対速度を算出する出力方程
式を次式のように定義する。
【数５】 さらに、上述のプラントの状態方程式（４）、出力方程
式（５），（６）を離散系で表わすと、
【数６】 となる。
【００１６】次に、前記相対速度を推定するための前述
のプラントに対するオブザーバの式を定義する。
【数７】 ここで、Ｌはリカッチ代数方程式を解くことにより求め
ることができる定常カルマンフィルタのゲインであり、
ｚ(k) はオブザーバにより計算されるｘ(k) の推定値で
あり、またｙ2h(k) はばね上ばね下相対速度ｙ2 (k) の
推定量である。図６に、このオブザーバの構成ブロック
図が示されている。
【００１７】このオブザーバを用いてばね上ばね下相対
速度の推定値ｙ2h(k) を求めるためには、プラントに依
存する定係数行列Ａ，Ｃ1 ，Ｃ2 と、ばね上の加速度を
表す出力ｙ1 (k) が求まれば良い。このうち係数行列は
前述のばね上質量やばね定数などから容易に求めること
ができ、出力ｙ1 (k) は加速度センサより得ることがで
きる。したがって、ばね上ばね下構造体の相対速度を推
定することができる。
【００１８】次に、図４に示すショックアブソーバ５６
が減衰力可変型である場合について考察する。減衰力可
変型ショックアブソーバ５６は、その内部に封入された
流体がオリフィスを通るときに発生する抵抗によって減
衰力を発生し、本実施形態においては弁の開度を制御す
ることによりオリフィスの流路断面積を変更して減衰力
の調整を可能としている。すなわち、弁開度が大きく流
路断面積が大きいときには、流体はここを滑らかに通過
するので減衰力が小さくなり、逆に弁開度が小さいとき
には流体の抵抗が大きくなるので減衰力が大きくなる。
この弁開度は、ショックアブソーバ内に備えられたアク
チュエータにより変更可能で、コントロールユニット５
８からの指令に基づき弁開度の制御が行われる。また、
コントロールユニット５８は、車体５０の所定位置に配
置された加速度センサ６０ａ，６０ｂ，６０ｃの検出し
た車体の上下方向の加速度から、後述する演算処理に基
づいて車体５０とホイール５１の相対速度を算出し、こ
の相対速度に基づいて前記アクチュエータに指令を行
う。
【００１９】減衰力可変型のショックアブソーバを有す
る車両に図５に示すような単輪モデルを適用する場合に
は、図７に示すように、ばね定数Ｋｓおよび減衰係数Ｃ
ｓに並列する可変減衰係数ｆｃを考慮する。この可変減
衰係数ｆｃによって、発生する可変減衰力ｕを用いて状
態方程式および出力方程式を表せば、次式のようにな
る。
【数８】 これらの式は、前出の状態方程式（４）および出力方程
式（５）にさらに可変減衰力ｕに係る項が加わったもの
である。また、オブザーバを次式のように定義する。
【数９】 このオブザーバを用いてばね上ばね下相対速度の推定値
ｙ2h(k) を求めるためには、プラントに依存する定係数
行列Ａ，Ｂ，Ｃ1 ，Ｃ2 、Ｄ1 ，Ｄ2 と、ばね上加速度
を表す出力ｙ1 (k) と減衰力を表す入力ｕ(k) が求まれ
ば良い。このうち係数行列は前述のばね上質量やばね定
数などから容易に求めることができ、出力ｙ1 (k) は加
速度センサより得ることができる。入力ｕ(k) は、ショ
ックアブソーバの作動流体の圧力ｐ(k) から換算するこ
とができる。このために、作動流体の圧力を検出する圧
力センサを設ける。この場合のオブザーバの構成が図８
に示されている。このようにして、ばね上ばね下構造体
の相対速度を推定することができる。
【００２０】また、作動流体の圧力を検出するのではな
く、ショックアブソーバ内の弁開度と相対速度を変数と
して予め減衰力を測定しておき、弁開度の指令値ｃ(k)
と推定された相対速度ｙ2h(k) を用いて減衰力を算出す
ることもできる。この場合のオブザーバの構成が図９に
示されている。このようにしても、ばね上ばね下構造体
の相対速度を推定することができる。
【００２１】さらに、前述のオブザーバの式（１１），
（１５）においては、状態量ｘ(k)の推定値であるｚ(k)
が用いられているが、１計算周期後の状態量の推定値
ｚ(k+1) を用いることも可能である。すなわち、これら
の式は各々次のように書き替えることができる。
【数１０】 状態量の推定値ｚ(k+1) は、各々もう一方のオブザーバ
の式（１０），（１４）によってすでに求められている
ので、上記の式（１１），（１５）によってばね上ばね
下の相対速度を求めることも可能である。このように、
１計算周期後の状態量を用いることによって計算周期に
起因する推定の遅れなどを補正することができる。ま
た、この補正においては、前述のように推定値ｚ(k+1)
は、すでに求められている値であるので、計算量が増加
することはない。
【００２２】図１０には、減衰力可変型のショックアブ
ソーバを備えた車両を加振したときの応答が示されてい
る。加振条件は振幅１０ｍｍ、周波数１Ｈｚの正弦波入
力であり、サスペンションのストローク速度の時間変化
が表されている。測定値が破線で、推定値が実線で示さ
れている。サスペンションのストローク速度は、すなわ
ち車両のばね上とばね下の相対速度であるので、前述の
加振条件においては、十分な精度を持って相対速度を推
定できることが分かる。
【００２３】さらに、図１１には、減衰力の調節ができ
ない通常型のショックアブソーバを備えた車両を加振し
た時の応答が示されている。加振条件は振幅１０ｍｍ、
周波数０．５〜５Ｈｚの正弦波入力であり、サスペンシ
ョンのストローク速度の時間変化が表されている。ま
た、測定値が破線で、推定値が実線で示されている。減
衰力が調節できない場合においても、この加振条件にお
いては、十分な精度をもって相対速度を推定できること
が分かる。
【００２４】さらに、図１２には、アクチュエータによ
ってサスペンションのストロークを能動的に調節でき
る、いわゆるアクティブサスペンションを備えた車両を
加振したときの応答が示されている。加振条件は振幅１
０ｍｍ、周波数１Ｈｚの正弦波入力であり、サスペンシ
ョンのストローク速度の時間変化が表されている。測定
値が破線で、推定値が実線で示されている。アクティブ
サスペンションを備えた車両においても、この加振条件
においては、十分な精度を持って相対速度を推定するこ
とができることが分かる。特に、このアクティブサスペ
ンションに用いられるアクチュエータは、数Ｈｚ程度ま
での追従性しか有していないので、ばね下共振周波数で
ある１０Ｈｚ程度に関しては制御できない。したがっ
て、ばね下の制御も考慮した２自由度モデルとして取り
扱う必要がなく、１自由度モデルで十分な精度を得るこ
とができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、オブザーバに用いるモ
デルの構成が簡易であるので、オブザーバの回路構成が
容易になり、演算負荷も軽減される。また、ばね下の諸
元を含まないため、ばね下諸元の経時変化や想定誤差に
よる推定精度の悪化も防止できる。さらに、高周波数域
での感度が低下することによって、ノイズなどの外乱の
影響を受けにくくなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一つの形態の構成ブロック図であ
る。
【図２】 本発明の他の形態の構成ブロック図である。
【図３】 本発明の他の形態の構成ブロック図である。
【図４】 車両のサスペンションの部品レイアウトを示
す図である。
【図５】 車両振動の２自由度の解析モデルである。
【図６】 本実施形態のオブザーバの構成を示すブロッ
ク図である。
【図７】 車両振動の２自由度の解析モデルであり、特
に減衰力可変型のアブソーバを備えた車両の解析モデル
である。
【図８】 本実施形態のオブザーバの他の構成を示すブ
ロック図である。
【図９】 本実施形態のオブザーバの他の構成を示すブ
ロック図である。
【図１０】 減衰力可変型のショックアブソーバを備え
た車両振動の推定値と実測値を比較した図である。
【図１１】 減衰力の調節ができないショックアブソー
バを備えた車両振動の推定値と実測値を比較した図であ
る。
【図１２】 油圧アクチュエータを有するアクティブサ
スペンションを備えた車両振動の推定値と実測値を比較
した図である。
【符号の説明】
５０ 車体、５１ ホイール、５２ 緩衝装置、５４
ばね、５６ ショックアブソーバ、５８ コントロール
ユニット、６０ 加速度センサ、ｙ1 (k) ばね上構造
体の加速度、ｕ(k) 減衰力、ｙ2h(k) ばね上ばね下
構造体間の相対速度の推定値、Ｌ，Ｌ(q) ，Ｌ(p) オ
ブザーバゲイン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大作 覚 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 本園 貴一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ショックアブソーバとばねを介して連結
    された車両のばね上構造体とばね下構造体の相対速度の
    算出を行うばね上ばね下相対速度算出装置であって、 前記ばね上構造体の上下方向の加速度を検出する加速度
    検出手段と、 当該車両のばね上質量と、前記ばねと、前記ショックア
    ブソーバとから構成される振動モデルを記憶する振動モ
    デル記憶手段と、 前記検出された加速度と推定されたばね上構造体の上下
    方向の加速度との偏差を算出する偏差算出手段と、 前記偏差を増幅する増幅手段と、 前記記憶された振動モデルに従って、前記増幅された偏
    差に基づき、前記ばね上構造体の上下方向の加速度とば
    ね上およびばね下の構造体の相対速度とを推定する振動
    解析手段と、を含む、ばね上ばね下相対速度算出装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のばね上ばね下相対速度
    算出装置において、 前記ショックアブソーバは、減衰力を変更可能な減衰力
    可変型ショックアブソーバであり、 さらに、前記ショックアブソーバ内の作動流体の圧力を
    検出する圧力検出手段を有し、 前記振動解析手段は、前記増幅された偏差と、さらに前
    記圧力とに基づき推定を行うものである、ばね上ばね下
    相対速度算出装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載のばね上ばね下相対速度
    算出装置において、 前記ショックアブソーバは、当該ショックアブソーバの
    作動流体の流路に設けられたオリフィスの弁開度を調節
    することによって減衰力を変更可能な減衰力可変型ショ
    ックアブソーバであり、 さらに、前記弁開度を調節するための弁開度指令値を出
    力する制御手段、を有し、 前記振動解析手段は、前記増幅された偏差と、さらに前
    記弁開度指令値とに基づき推定を行うものである、ばね
    上ばね下相対速度算出装置。
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