JPH1061712A - 連続的力制御セミアクティブダンパ - Google Patents
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Abstract
セミアクティブダンパの連続的力制御装置を提供する。 【解決手段】 制御回路が、ダンパの反転モデル(1
5)から成る直接主制御ループ(19)を含むことを特
徴とし、前記反転モデル(15)が物理量に基づくセミ
アクティブダンパ。
Description
ルを含む直接制御ループを具備するダンパの制御回路に
関し、より詳細には、連続的力制御セミアクティブダン
パに関する。
337号は、開ループ方式に基づく反転モデル(invers
e model)による力追従の一般原理を提起している。
号に記載されている制御回路により制御されるセミアク
ティブダンパの主な特徴によれば、制御回路は、ダンパ
の反転モデルから成る直接制御ループを含む。
両端間の相対速度
てはYドットと記載する。)の値の測定および力の設定
値Fcに基づいて、圧縮バルブおよび膨張バルブの理論
制御電流値ithを決定する。
cと、作用する実際の力Fの測定値との間の力誤差εF
を考慮するための比例型補正項δiを前記理論制御電流
ithに導入する。
る。
法、オイルの物理学的特性、ならびに流体バルブの流量
利得に依存する正の定数である。
れるダンパの反転モデルは、流体の非圧縮性を仮定する
ものである。
有効であるわけではない。
題を解決することができるセミアクティブダンパの連続
的力制御装置を提供することである。
路によって制御されるセミアクティブダンパは、前記制
御回路が、ダンパの反転モデルから成る直接主制御ルー
プを含むことを特徴とし、前記反転モデルは、物理量に
基き、セミアクティブダンパの力および実行すべき力の
設定値に応じて制御量を決めることができるようになっ
ている。
ないため、直接制御ループと呼ばれる。
アクティブダンパの長所は、等価速度
てはyeドットと記載する。)の計算によって、流体の
圧縮性が考慮されることである。
た、以下の特徴のうちの少なくとも一つを満たす。
両端間の相対速度yドットの値の測定および力の設定値
Fcに基づいて、圧縮バルブおよび膨張バルブ、あるい
はこれらの二つの機能をまとめた単一のバルブの理論制
御電流値ithを決定し、前記相対速度yドットから等価
速度yeドットが演繹される。
いる弁のヘッドロスΔPCLを推定する第一ブロック
と、 ・ 動作バルブのヘッドロスΔPVを推定する第二ブロ
ックと、 ・ バルブの理想制御電流ithを計算する第三ブロック
と、 ・ 速度yドットにおける補正項δyドットを計算する
第四ブロックと、 ・ 加算器とを含む。
レベルにおけるヘッドロスΔPCLの計算を行う。
が、前記第一ブロックの入力量yドットおよびithに応
じて表に示される特性値の配列に基づいて内挿される。
とアキュムレータとの間に置かれた動作制御バルブが行
うべきヘッドロスΔPVの推定を実施する。
の入力FcおよびΔPCLに応じて求められる、すなわ
ち 膨張時(バルブ10)には、ΔPV=(Fc−ΔPCL
S2)/S1 圧縮時(バルブ9)には、ΔPV=(−Fc−ΔPCL
S1)/S2 である。
定速度yドットの情報が補正され、前記加算器の出力部
に等価速度yeドット=yドット+δyドットが形成さ
れる。
ットを計算する。
えられる。
クの二つの入力ΔPVおよびyeドットに応じて理想制
御電流ithを計算する。
ッドロスΔPVmesureと、測定値ΔPVmesureおよびy
ドットから求めた測定された等価速度yeドットmesure
と、電流iとを次式の形で関連付ける非線形利得K
(i)の識別によってあらかじめ特徴付けられている。
の出力部で計算される値について、下記の恒等式を満た
す電流ithを求める。
合に関して誤差関数εK(i)を最小化することによっ
て求められる。すなわち、ithは次式を満たす。
基づいて識別される非線形利得であり、ΔPVは、第二
ブロックの出力部で計算される、達成されるべきヘッド
ロスであり、yeドットは、加算器の出力部で計算され
る等価速度であるようなithを決める。
の設定値Fcと作用する実際の力Fの測定値との間の力
誤差εFを考慮するための比例型の小さな補正項δiを
前記主理論制御電流ithに導入する。
的力制御装置の別の長所は、散逸性の力設定を追従する
こと、すなわち、制御システムでは限られた数の特徴し
かもたらすことができない先行技術によるパイロット制
御ダンパとは異なり、無限の力−相対速度法則が連続的
的にもたらされることである。
的力制御装置の別の長所は、流体ダンパの場合、普及品
の標準流体構成要素を使うことができることである。
的力制御装置の別の長所は、計装をただ一つの速度セン
サにまで簡略化して満足のゆくシステムの動作が行える
ことである。
δiが中立になり0にされ、力の設定値Fcおよびダン
パの力のただ一つの測定値に基づく、制御電流への主な
貢献分ithにより、十分な精度が維持される。
的力制御装置の別の長所は、運動の散逸段階時、力で表
わされる制御則を追従できることである。
付の図面を参照しながら行うセミアクティブダンパの連
続的力制御装置の好ましい実施の形態についての説明を
読むことにより明らかになろう。
クティブダンパであって出願人の未公開フランス特許出
願FR9408337号に記述されているダンパの原理
を示す略図である。
は、ロッド3を具備する中実ピストン2が内部を滑動
し、全体でシリンダ14を構成する本体1を含む。
と膨張室と呼ばれる第二室5を画定する。
体6が充填される。
と呼ばれる第一逆止めバルブ7と膨張バルブと呼ばれる
第二逆止めバルブ8とを含む。
膨張バルブと呼ばれる第二流体バルブ10は電気的に制
御される。
ィブダンパの取り付け時に軽くプリロードされ、室で構
成されるアキュムレータ11を含む。
レータは、不活性加圧気体と、気体がその圧力を伝える
油圧オイルとを含む固定容量を形成する。
は、不活性加圧気体と、気体がその圧力を伝える油圧オ
イルとを含む固定体積を形成する。
e)により物理的に分離される。
全に圧縮された時、ロッドの体積に相当するオイルの容
量を吸収すること、および流体回路内で圧力を最小にす
ることである。
は、油圧ユニットまたは高圧アキュムレータ型の外部油
圧発生源を必要としないことに留意することが重要であ
る。
列に取り付けられ、膨張室5とアキュムレータ11の室
との間に配設される。
に取り付けられ圧縮室4とアキュムレータ11の室との
間に配設される。
サ12と相対速度センサ13とを含む。
ダンパの制御であって出願人の未公開フランス特許出願
FR9408337号に記述されているダンパの制御の
原理を示す略図である。
に示す。
め流体バルブに印加すべき理論制御電流 δi:力誤差εFを考慮するためのi=ith+δiにお
ける追加補正 下記に、図1および図2を参照して、本発明による制御
セミアクティブダンパの流体による動作を示す。
流体による動作は、 − 図1の矢印Cで示す圧縮段階と呼ばれる第一段階
と、 − 図1の矢印Dで示す膨張段階と呼ばれる第二段階の
二つの段階に分けられる。
体1内に入り、膨張段階では、ピストン2はシリンダの
本体1から出る。
体6は圧縮される。膨張逆止めバルブ8はブロックさ
れ、そのため流体は強制的に圧縮バルブ9を経由する。
バルブ10を短絡し、自由に膨張室5内に充填される。
室4の圧力レベルを制御することができ、従って、圧縮
時に加えられる反力を制御することができる。
レータ11の室への流体6の移動を制御し、これにより
膨張力を調整することができる。
からアキュムレータ11の室への流体6の移動を自由に
行わせる。
度に対し常に反対の減衰力を調節するために、電気的に
制御するのが好ましい。
ある。
ピュータ(図示せず)によって作成される力設定値Fc
にこの力を追従させることができる。
めに圧縮バルブ9および膨張バルブ10に印加すべき制
御電流iを決定することである。
の各室の吸い込み速度の平衡を示す関係式を利用するこ
とにより、ダンパの反転モデル15から供給される電流
ithと、瞬間相対速度yドットと、減衰力との間の単純
な関係を演繹することができた。
下の式によって与えられる。
面積 S2 ロッド側で圧力を受けるピストンの断面積 St ロッドの断面積 yドット 相対速度 Gi 制御バルブの圧力利得 i 制御電流 Cd 膨張逆止めバルブの流量係数 A31 膨張逆止めバルブの幾何学的開口断面積 ΔP31 アキュムレータと減圧された室との間にお
けるヘッドロス P3 アキュムレータ内の圧力 Pe 大気圧 である。
じて、制御装置に印加すべき電流ithを求めるという趣
旨でこのダンパモデルを利用するということは、結局、
ダンパの反転モデル15を利用することになる。
において単純化がはかられたため、力フィードバックル
ープ16を介して比例型補正項δiが導入される。
加えられる力Fの測定値Fmを供給する力センサ12を
使用することにより、設定値としての力Fcと測定した
力Fmとの間の誤差信号εFを作り出すことができる。
され、補正装置は、バルブ9、10の制御電流iに追加
補正δiを供給する。
ックループ18を介して、ダンパの反転モデル15に入
力される。
サ13を含む。
デル15によって決まる。
され、その結果、直接制御ループ19を介して力Fcが
得られる。
15を含むが、反転モデルはたとえば以下の式で定義さ
れる。
法、オイルの物理学的特性、ならびに油圧バルブの流量
利得に依存する正の定数である。
客用鉄道車両の横方向二次サスペンションとして利用さ
れる。
力制御セミアクティブダンパに関する。
クティブダンパの制御回路の原理機構の好ましい実施の
形態を示す図である。
人のフランス特許出願FR9408337号に説明され
ている制御セミアクティブダンパを補完するものであ
る。
を付してある。
ションであって実際には使われないが、図3および図4
には示してある。
ずに、力の速度yドットに応じて散逸流体力Fvを再現
する。
イデアは、速度yドットおよび力の設定値Fcを知るこ
とから始めて、Fv=Fcが得られる設定パラメータ(バ
ルブの制御電流ith)を決めることから成る。
して、速度yドット、力の設定値Fcおよび制御電流i
thを結び付けることができるシステムのモデルが設定さ
れ、次に反転モデルが展開された。
システムに展開するために、速度yドットそのものにつ
いて研究する代わりに速度yドットから等価速度yeド
ットが演繹された。
る。
考案された従来のサーボ制御技術はわれわれの適用例に
関しては有効ではなく、また、実際の力Fvの測定を主
ループ内で行う必要がある。
cおよび速度yドットに応じて制御電流ithを直接決め
ることができる開ループ機構が開発された。
基にした力速度の補正に関し、等価速度という概念を導
入する。
体において示した反転モデルの原理の適用には不適当な
ヒステリシスを示す力−速度特性Fv=fct(yドッ
ト,i)が課される。
概念を利用することができる特性:Fv=fct(ye
ドット,i)の包括的な説明を得るために、等価速度y
eドットの形態において補正された。
の流体の体積の連続的性の式において、圧力の導関数に
関連する圧縮性流量として作用する。
(chamber under tension)の圧力の導関数に比例する
項によって補正され、結局、圧縮不可能な流体という仮
定により得られる式と同様な式になった。
無視すれば、伸張状態にある室の作動圧力は、制御バル
ブの作動通過ポートのレベルでの所期のヘッドロスΔp
vにほぼ等しい。これは
推定した等価速度である。
に関する。
(yドット)は、相対駆動速度に応じて調節される。
関する理論的正当化を認めるものである。
れにより、バルブの閉鎖速度を低速に制限することがで
き、その結果、流体のブロッキングが回避される。
制御則Uを基にすると、力の設定値は、ダンパの低い物
理学的特性(最大開口のバルブ)および高い物理学的特
性(最小開口のバルブ)によって課される散逸領域に制
限される。
逸制御力はUsaと記してある。
の自然特性は二次形式であるので、0速度バルブの制御
の不確定性をなくすために、低速(速度しきい値Vo)
に関して、二次形式の形態(Cv yドット |yドット
|)で、設定値を整形する。すなわち
機構の好ましい実施の形態を図3に示す。
は室4内の圧力であり、P3はアキュムレータ11内の
圧力である。
は圧縮逆止めバルブを示す。図1で、前者には符号8が
付してあり、後者には符号7が付してある。
比例型のバルブ20の通過ポート(図3を参照のこ
と)、二つの2/2バルブの通過ポート(図1のバルブ
9および10を参照のこと)を示す。
すように二つの通過断面VdおよびVcの並列パイロッ
ト制御により、ただ一つのバルブを使用するだけでよい
ということである。
張逆止めバルブCLdが非動作バルブポートVcを短絡
し、自由に膨張室2内に充填される。逆止めバルブCL
cは閉じている。バルブVdの動作ポートの通過断面積
をパイロット制御することにより、室1内の圧力を制御
することができ、従って、膨張時にダンパによって加え
られる力Fvを制御することができる。
分解することができる。
る。
を参照して後記に説明する。
ドロスは、表に示した特性によるバルブの速度yドット
および電流に応じて求められる。これは補正項である。
制御電流により、バルブの流量の法則に対するポートV
cの開口の影響を考慮することができる。
所期の圧力は、FcおよびΔPCLの式から求められ
る。
数を求め、次に、速度r(yドット)に応じた可変利得
を乗じる。
る。
の形態であらかじめ識別されたものである。
し、より詳細には、ダンパの反転モデル15に関する。
体的機能がもたらされる。
設定値Fcおよび測定速度yドットに応じた理想制御電
流ithを決めることができる。
のである。それにはたとえば以下のものがある。
ΔPCLの推定に関する第一ブロック15A − 動作バルブのヘッドロスΔPVの推定に関する第二
ブロック15B − バルブの理想制御電流ithの計算に関する第三ブロ
ック15C − 速度yドットにおける補正項δyドットの計算に関
する第四ブロック15D − 加算器15E ブロック15の内部機構はシステムの物理的解釈に基づ
く。この機構により、種々の推定物理量が現われる。そ
れにはたとえば以下のものがある。
ロスΔPCL ・ 膨張段階では、この推定ヘッドロスΔPCLは、膨
張逆止めバルブ8についてのP3−P2の推定値である ・ 圧縮段階では、この推定ヘッドロスΔPCLは、圧
縮逆止めバルブ7についてのP3−P1の推定値である − 圧力を有する室とアキュムレータとの間に位置する
動作制御バルブが行うべきヘッドロスΔPVの推定 ・ 膨張段階では、この推定ヘッドロスΔPVは、バル
ブ10に関して行うべきP1−P3の推定値である。
PVは、バルブ9に関して行うべきP2−P3の推定値
である。
yドットから求める等価速度yeドット=yドット+δ
yドット 以下の説明は、ダンパの反転モデル15を構成するブロ
ックの詳細な機能に関する。
8および圧縮時の逆止めバルブ7など、開いている逆止
めバルブのレベルにおけるヘッドロスΔPCLの計算を
行う。
ブロック15Aの入力量yドットおよびithに応じて表
に示される特性値の配列に基づいて内挿される。
ュムレータとの間に置かれた動作制御バルブが行うべき
ヘッドロスΔPVの推定を実施する。ブロック15Bの
出力ΔPVは、ブロックの二つの入力FcおよびΔPC
Lに応じて求められる。すなわち、 膨張時(バルブ10)には、ΔPV=(Fc−ΔPCL
S2)/S1 圧縮時(バルブ9)には、ΔPV=(−Fc−ΔPCL
S1)/S2 である。
15Dの出力δyドットによって測定速度yドットの情
報が補正され、加算器15Eの出力部に等価速度yeド
ット=yドット+δyドットが形成される。
を計算する。
あり、
の入力ΔPVおよびyeドットに応じて理想制御電流i
thを計算する。
dの通過断面積は、当該ポートにおいて測定されたヘッ
ドロスΔPVmesureと、ΔPVmesureおよびyドットの
測定値に基づいて求めた測定等価速度yドット
mesureと、電流iとを
上記において特徴が求められている。
特徴が利用される。
づいて識別される非線形利得であり、ΔPVは、ブロッ
ク15Bの出力部で計算される、行われるべきヘッドロ
スであり、yeドットは、加算器15Eの出力部で計算
される等価速度である。
題において再び式が示される。
差関数εK(i)を最小化する電流として計算される。
て出願人の未公開フランス特許出願FR9408337
号に記述されているダンパの原理を示す略図である。
回路であって出願人のフランス特許出願FR94083
37号に記述されているダンパの制御回路の原理を示す
略図である。
を示す略図である。
パの制御回路の原理を示す略図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 制御回路が、ダンパの反転モデル(1
5)から成る直接主制御ループ(19)を含み、前記反
転モデル(15)が、物理量に基づき、かつセミアクテ
ィブダンパの力および実行すべき力の設定値に応じて制
御量を決めることができるようになっていることを特徴
とする、制御回路によって制御されるセミアクティブダ
ンパ。 - 【請求項2】 ダンパの前記反転モデル(15)が、ダ
ンパの両端間の相対速度yドットの値の測定値および力
の設定値Fcに基づいて、圧縮バルブ(9)および膨張
バルブ(10)、あるいはこれらの二つの機能をまとめ
た単一のバルブ(20)の理論制御電流ithを決定し、
前記相対速度yドットから等価速度yeドットが演繹さ
れる請求項1に記載のダンパ。 - 【請求項3】 ダンパの前記反転モデル(15)が開い
ているバルブ、すなわち膨張時の逆止めバルブ(8)お
よび圧縮時の逆止めバルブ(7)のヘッドロスΔPCL
を推定する第一ブロック(15A)と、 動作バルブ(9、10)のヘッドロスΔPVを推定する
第二ブロック(15B)と、 バルブ(9、10)の理想制御電流ithを計算する第三
ブロック(15C)と、 速度yドットにおける補正項δyドットを計算する第四
ブロック(15D)と、 加算器(15E)とを含む請求項1または2に記載のダ
ンパ。 - 【請求項4】 前記第一ブロック(15A)が、開いて
いる逆止めバルブ(7、8)のレベルにおけるヘッドロ
スΔPCLの計算を行う請求項3に記載のダンパ。 - 【請求項5】 前記第一ブロック(15A)の出力量Δ
PCLが、前記第一ブロック(15A)の入力量yドッ
トおよびithに応じて表に示される特性値の配列に基づ
いて内挿される請求項4に記載のダンパ。 - 【請求項6】 前記第二ブロック(15B)が、圧力を
有する室とアキュムレータとの間に置かれた動作制御バ
ルブが行うべきヘッドロスΔPVの推定を実施する請求
項3に記載のダンパ。 - 【請求項7】 前記ブロック(15B)の出力ΔPV
が、前記ブロックの二つの入力FcおよびΔPCLに応
じて求められる、すなわち 膨張時(バルブ10)には、ΔPV=(Fc−ΔPCL
S2)/S1 圧縮時(バルブ9)には、ΔPV=(−Fc−ΔPCL
S1)/S2 である請求項6に記載のダンパ。 - 【請求項8】 前記ブロック(15D)の出力δyドッ
トによって測定速度yドットの情報が補正され、前記加
算器(15E)の出力部に等価速度yeドット=yドッ
ト+δyドットが形成される請求項6または7に記載の
ダンパ。 - 【請求項9】 前記第四ブロック(15D)が補正速度
項δyドットを計算する請求項3に記載のダンパ。 - 【請求項10】 前記補正速度項δyドットが 【数1】 の式で与えられる請求項9に記載のダンパ。
- 【請求項11】 前記第三ブロック(15C)が、前記
第三ブロック(15C)の二つの入力ΔPVおよびye
ドットに応じて理想制御電流ithを計算する請求項3に
記載のダンパ。 - 【請求項12】 前記バルブ(9、10)が、バルブの
測定ヘッドロスΔPVmesureと、測定値ΔPVおよびy
ドットに基づいて求めた等価速度yeドットと、電流i
とを 【数2】 で関連付ける非線形利得k(i)を識別することによ
り、あらかじめ特徴が求められる請求項11に記載のダ
ンパ。 - 【請求項13】 許容される電流の集合に関して誤差関
数εK(i)を最小化する電流ith、すなわち 【数3】 この式において、k(i)は、測定値に基づいて識別さ
れる非線形利得であり、ΔPVは、ブロック15Bの出
力部で計算される、行われるべきヘッドロスであり、y
eドットは、加算器(15E)の出力部で計算される等
価速度であるようなithを決める請求項11または12
に記載のダンパ。 - 【請求項14】 力フィードバック第二ループ(16)
が、前記力の設定値Fcと作用する実際の力Fの測定値
との間の力誤差εFを考慮するための小さな補正項δi
を前記主理論制御電流ithに導入する請求項1から13
のいずれか一項に記載のダンパ。 - 【請求項15】 前記設定値が、式 【数4】 によって与えられる請求項1から14のいずれか一項に
記載のダンパ。
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