JPH10912A - 車両用サスペンション装置の減衰力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車輪の車体に対する相対速度を精度よく推定
して、ダンパの減衰力を精度よく制御する。 【解決手段】 ダンパの減衰力制御に利用するために、
加速度センサにより検出した車体の上下加速度ｚ_b”に
基づいて、車輪の車体に対する相対速度ｚ_w’−ｚ_b’を
推定するオブザーバを構成する。このオブザーバにおい
ては、ダンパの開口位置Ｐ及び推定相対速度y1_obに基づ
いてダンパの減衰力のうちの非線形成分ｆnl(ｚ_w’−ｚ
_b’,Ｐ)を導出し、同非線形成分ｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)
を入力変数ｕ_obとする。この入力変数ｕ_obの導出におい
てダンパの非線形性を考慮する際、実際のダンパの減衰
力特性を修正して相対速度y1_ob(＝ｚ_w’−ｚ_b’)に対す
る減衰力ｆdの絶対値｜ｆd｜を所定値以下に制限して、
オブザーバを安定化させることにより相対速度ｚ_w’−
ｚ_b’(＝y1_ob)の推定演算を確実に収束させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オリフィス開度に
応じた減衰力を発生するダンパを有する車両用サスペン
ション装置に係り、特にスカイフック理論にしたがって
ダンパの減衰力を制御して車両の乗り心地を良好にした
車両用サスペンション装置の減衰力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置は、例えば特開平６
−１０６９３７号公報に示されているように、車体の上
下方向の加速度を検出して、同検出加速度に基づいてス
カイフック理論にしたがったダンパの理論減衰力を推定
し、同理論減衰力を発生するようにダンパのオリフィス
開度を制御するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ダンパの減衰力特性
（車輪の車体に対する相対速度と発生減衰力との関係）
は非線形性を有するとともにオリフィス開度に応じて異
なる特性を有するものであるが、上記従来の装置にあっ
ては、前記オリフィス開度に応じた異なる減衰力特性が
考慮されていない。したがって、上記従来の装置は、ダ
ンパのオリフィス開度をスカイフック理論にしたがって
精度よく制御できず、そのために車両の乗り心地が悪化
するという問題がある。

【０００４】本発明は上記問題に対処するためになされ
たもので、その目的はスカイフック理論にしたがって精
度よくダンパの減衰力を制御する車両用サスペンション
装置の減衰力制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の構成上の特徴は、車体の上下方向の絶対速
度及び車輪の車体に対する上下方向の相対速度のうちの
一方の速度に関係した第１物理量を検出する検出手段
と、第１物理量に基づいて前記絶対速度及び相対速度の
うちの他方の速度を第２物理量として推定する推定手段
と、前記検出した第１物理量及び前記推定した第２物理
量に基づいてスカイフック理論にしたがったダンパのオ
リフィス開度を決定する開度決定手段と、ダンパのオリ
フィス開度を前記決定したオリフィス開度に制御する開
度制御手段とを備えた車両用サスペンション装置の減衰
力制御装置において、前記推定手段を、前記決定したオ
リフィス開度及び前記相対速度に応じて決まるダンパの
減衰力の非線形成分を入力変数とするオブザーバで構成
し、前記オブザーバに前記入力変数の絶対値を所定値以
下に制限する制限手段を設けたことにある。

【０００６】また、本発明の他の構成上の特徴は、前記
入力変数の絶対値に代えて、オブザーバにおける状態変
数の絶対値を所定値以下に制限する制限手段を設けたこ
とにある。

【０００７】

【発明の作用効果】上記のように構成した本発明によれ
ば、車体の上下方向の絶対速度及び車輪の車体に対する
上下方向の相対速度のうちの一方の速度に関係した第１
物理量が検出手段により実際に検出されるとともに、前
記絶対速度及び相対速度のうちの他方の速度が推定手段
により第２物理量として推定され、これらの両物理量に
基づいてダンパの減衰力がスカイフック理論にしたがっ
て制御されるので、第１及び第２物理量のうちの一方を
検出する検出手段を省略することができ、スカイフック
理論にしたがってダンパの減衰力を制御するための減衰
力制御装置を低コストで製造できる。また、推定手段
は、前記決定したオリフィス開度及び前記相対速度に応
じて決まるダンパの減衰力の非線形成分を入力変数とす
るオブザーバで構成されているので、非線形性を有する
とともにオリフィス開度に応じて異なる特性を有するダ
ンパの減衰力特性が考慮され、前記第２物理量の推定精
度が良好になる。さらに、このオブザーバにおいては、
制限手段により入力変数又は状態変数の絶対値が所定値
以内に制限されるので、オブザーバが安定して前記第２
物理量の推定演算を確実に収束させることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】

ａ．基本理論の説明 本発明の具体的な実施形態について説明する前に、同実
施形態に用いる基本理論について説明しておく。

【０００９】図１(Ａ)に示すように、車両用サスペンシ
ョン装置において、空中に固定したスカイフックダンパ
１１を仮想して仮想の減衰力を同ダンパ１１により制御
することは、スカイフック理論にしたがったダンパの減
衰力制御として知られている。これによれば、図２に示
すように、図１(Ｂ)に示す現実のダンパ１２をソフト状
態に固定した場合に１〜２Ｈｚのばね上共振周波数（車
体１３の共振周波数）付近にて車体１３の上下加速度が
大きくなったり、また同ダンパ２１をハード状態に固定
した場合に４〜８Ｈｚのゴツゴツ感領域（乗員が非常に
不快に感じる振動周波数領域）付近にて車体１３の上下
加速度が大きくなったりすることもなく、車体１３の全
振動周波数領域にわたって車体１３の上下加速度が小さ
く保たれて車両の乗り心地が良好になる。

【００１０】このようなスカイフック理論にしたがって
ダンパ１２の減衰力を制御する場合、現実のダンパ１２
は、図１(Ｂ)に示すように、バネ１５と並列に車体１３
と車輪１４との間に接続されているので、現実のダンパ
１２の減衰係数をＣとしかつスカイフックダンパ１１の
減衰係数をＣshとしたとき、下記数１が成立するように
減衰係数Ｃを決定しなければならない。

【００１１】

【数１】Ｃ＝−Ｃsh・ｚ_b’／(ｚ_w’−ｚ_b’） ただし、前記数１中及び後述する値ｚ_ｂ，ｚ_b’，ｚ_b”
は、それぞれ上方向を正としたときの車体１３の基準位
置に対する上下変位量、上下速度（絶対速度）及び上下
加速度を表す。また、値ｚ_w，ｚ_w’，ｚ_w”は、それぞ
れ上方向を正としたときの車輪１４の基準位置に対する
上下変位量、上下速度（絶対速度）及び上下加速度を表
す。

【００１２】図３は、このスカイフック制御システムを
ブロック図により示している。従前における制御システ
ムは、車体１３の上下加速度ｚ_b”を検出する加速度セ
ンサ２１と、車輪１４の車体１３に対する相対変位量
(ｚ_w−ｚ_b)を検出するストロークセンサ２２とを備えて
いた。そして、前記車体１３の上下加速度ｚ_b”及び相
対変位量(ｚ_w−ｚ_b)は、積分器２３及び微分器２４によ
りそれぞれ積分及び微分されて、車体１３の上下速度ｚ
_b’及び車輪１４の車体１３に対する相対速度(ｚ_w’−
ｚ_b’)がスカイフック制御回路２５に入力されていた。
スカイフック制御回路２５は、これらの上下速度ｚ_b’
及び相対速度(ｚ_w’−ｚ_b’)に基づきスカイフック理論
にしたがったオリフィス開度を表す開口位置Ｐを計算す
るとともに、ダンパ１２内のオリフィス開度を前記計算
した開口位置Ｐに制御して、同ダンパ１２の減衰係数を
前記数１により規定される値Ｃに設定するようにしてい
た。

【００１３】本発明は、前記のような２つのセンサ２
１，２２を用いることなく、一方のセンサ（例えば、加
速度センサ２１）による検出値に基づいて他方のセンサ
（例えば、ストロークセンサ２２）による検出値に関係
した物理量を推定器２６により推定して、スカイフック
理論にしたがったダンパ１２の減衰力制御に利用しよう
とするものである。本発明の特徴は、カルマンフィルタ
のような現代制御理論に基づいて推定器２６を設計する
もので、同推定器２６の設計には対象の数理モデルが必
要となる。図４(Ａ)は、ばね下（車輪１４）の動特性を
考慮しない単輪の１自由度モデルを示している。以下、
この１自由度モデルを用いて推定器２６を設計するため
の方法について説明する。

【００１４】図４(Ａ)において、Ｋはバネ１５のばね定
数、ｆd(ｚ_w'−ｚ_b',Ｐ)は相対速度ｚ_w'−ｚ_b'と開口位
置Ｐで決まるダンパ１２の減衰力を表す。車体１３の質
量をＭとすると、車体１３の運動方程式は下記数２のよ
うになる。

【００１５】

【数２】 Ｍ・ｚ_b”＝Ｋ・(ｚ_w−ｚ_b)＋ｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ) 相対速度ｚ_w’−ｚ_b’と制御入力としての開口位置Ｐが
双線形であり、かつ開口位置Ｐが固定されていても、前
記数２の減衰力ｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)は図５のように非
線形特性をもつように設計されているので、この減衰力
ｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)を直接線形カルマンフィルタ（線
形オブザーバ）に適用できない。そのため、本発明では
減衰力ｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)を下記数３のように線形成
分Ｃo・(ｚ_w’−ｚ_b’)と非線形成分ｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,
Ｐ)とに分け、非線形成分による影響を小さくする工夫
をした（図４(Ｂ)及び図５）。ただし、Ｃoは適当に定
めた減衰係数であり、符号１６は前記線形成分Ｃo・
(ｚ_w’−ｚ_b’)に等しい減衰力を発生する仮想のダンパ
である。

【００１６】

【数３】ｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)＝Ｃo・(ｚ_w’−ｚ_b’)＋
ｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ) ここで、状態変数x1，x2をそれぞれｚ_w’−ｚ_b’，ｚ_w
−ｚ_bに定め、前記数２，３から状態方程式を導出する
と、下記数４のようになる。

【００１７】

【数４】Ｘ’＝ＡＸ＋Ｇｗ＋Ｂｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ) ただし、前記数４中のＸ’はＸの微分値を表しており、
Ｘ，Ａ，Ｇ，Ｂは下記数５〜８で表されるとともに、ｗ
はシステム外乱として定義されるものであって車輪１４
の上下加速度ｚ_w”に等しい。

【００１８】

【数５】

【００１９】

【数６】

【００２０】

【数７】

【００２１】

【数８】

【００２２】一方、推定しようとする相対速度ｚ_w’−
ｚ_b’をy1とするとともに、加速度センサ２１により検
出された車体１３の上下加速度ｚ_b”をy2とすると、下
記数９の出力方程式が成立する。

【００２３】

【数９】

【００２４】前記数９中、Ｃ，Ｕ，Ｄ，Ｆは下記数１０
〜１３で表され、ｖは加速度センサ２１の観測ノイズを
表している。

【００２５】

【数１０】

【００２６】

【数１１】

【００２７】

【数１２】Ｄ＝０

【００２８】

【数１３】Ｆ＝１／Ｍ ここで、非線形成分ｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)をオブザー
バの入力変数ｕとみなすとともに、前記数４の状態方程
式及び前記数９の出力方程式で表されたプラントの状態
空間表現に対してカルマンフィルタ理論を用いて相対速
度y1（＝ｚ_w’−ｚ_b’）を推定するためのオブザーバを
構成すると、同オブザーバは下記数１４〜１６により表
される。なお、ｕ_ob，ｚ_wob’，ｚ_bob’は、それぞれ入
力変数ｕ、車輪１４の上下速度ｚ_w’及び車体１３の上
下速度ｚ_b’の各推定値である。

【００２９】

【数１４】ｕ_ob＝ｆnl(ｚ_wob’−ｚ_bob’,Ｐ)

【００３０】

【数１５】Ｘ_ob’＝ＡＸ_ob＋Ｂｕ_ob＋Ｈ{ｚ_b”−(ＵＸ
_ob＋Ｄｕ_ｏｂ）｝

【００３１】

【数１６】ｙ１＝ＣＸ_ob 前記数１５中のＨは定常カルマンゲインであり、前記数
４中のシステム外乱ｗ（＝ｚ_w”）の共分散に関する重
みＱ、前記数９の観測ノイズｖの共分散に関する重みＲ
に対し、下記数１７で表されるリカッチ（Riccati）方
程式の正定解Ｐから下記数１８で表される値として求め
られる。

【００３２】

【数１７】ＡＰ＋ＰＡ^T−ＰＵ^TＲ^-1ＵＰ＋Ｑ＝０

【００３３】

【数１８】Ｈ＝ＰＵ^TＲ^-1 ただし、前記数１７，１８中のＴは転置行列を意味す
る。

【００３４】次に、定常カルマンゲインＨ(ｈ₁，ｈ₂)に
ついて説明する。前記数４，１５の両状態方程式の比較
により、このオブザーバ（カルマンフィルタ）は、制御
対象のモデルに基づいた状態予測（前記数１５の第１項
及び第２項）と、加速度センサ２１による観測出力とモ
デルによる推定出力との偏差を用いた修正動作（前記数
１５の第３項）とを組み合わせたフィードバック型の推
定器であることが理解できる。このオブザーバの推定精
度については、状態変数の真値Ｘと推定値Ｘ_obとの差を
Ｅ＝Ｘ−Ｘ_obとおけば、下記数１９の誤差方程式により
議論できる。なお、Ｅ’，Ｘ’，Ｘ_ob’は、それぞれ
Ｅ，Ｘ，Ｘ_obの各微分値である。

【００３５】

【数１９】 Ｅ’＝Ｘ’−Ｘ_ob’ ＝(Ａ−ＨＵ)(Ｘ−Ｘ_ob)＋(Ｂ−ＨＦ)(ｕ−ｕ_ob)＋(Ｇｗ−Ｈｖ) ＝(Ａ−ＨＵ)Ｅ＋(Ｂ−ＨＦ)(ｕ−ｕ_ob)＋(Ｇｗ−Ｈｖ) スペトクラム既知のランダム外乱(ｗ，ｖ)に対して、通
常のオブザーバ（カルマンフィルタ）であれば、誤差Ｅ
＝Ｘ−Ｘ_obは不偏最小分散値を取ることが保証されてい
るが、本推定器の場合、外乱項にｕ−ｕ_obが含まれてい
るので、ｕ−ｕ_obが大きくなるにしたがって推定精度が
悪化することがわかる。ｕ−ｕ_obはダンパの減衰力の非
線形成分の推定誤差を意味するので、前記数３で定義さ
れるｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)中のｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)
をできる限り小さくするように同数３中の線形成分の減
衰係数Ｃoを決定することが重要である。

【００３６】しかし、本発明に係るダンパ１２は制御面
から可変幅が広く設計されており、全ての開口位置Ｐの
特性を単一の減衰係数Ｃoで近似しようとしても、非線
形成分が大きくなりがちである。そこで、本発明では２
通りの開口位置（ハード及びソフト）に対して、それぞ
れ線形近似した最適な減衰係数Ｃoh，Ｃosを設定し（図
６）、その際に最も推定誤差が小さくなるように２通り
のカルマンゲインＨh(ｈ_h1，ｈ_h2)，Ｈs(ｈ_s1，ｈ_s2)を
決定する。そして、中間位置に関しては前記減衰係数Ｃ
oh，Ｃos間を線形補間して決定するようにした。ダンパ
１２の開口位置Ｐを１〜１６に設定すると（ソフトを
「１」とし、ハードを「１６」とする）、カルマンゲイ
ンＨは下記数２０のようになる。

【００３７】

【数２０】

【００３８】このようにして構成されたオブザーバのブ
ロック図を図７に示してある。ただし、２６ａは非線形
関数発生器であり、同発生器２６ａは推定入力変数ｕ_ob
を出力するもので、同変数ｕ_obはダンパ１２の減衰力の
非線形成分ｆnl(ｚ_wob’−ｚ_bob’,Ｐ)に対応してい
る。そして、この発明の他の特徴はオブザーバを安定化
させて（極が安定領域に存在するようにして）、推定相
対速度y1_obの演算を確実に収束させることにある。そこ
で、この非線形成分ｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)の導出（前
記数３）においては、同導出に利用されるダンパ１２の
減衰力ｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)の絶対値｜ｆd(ｚ_w’−
ｚ_b’,Ｐ)｜が、所定値以下に制限されている。

【００３９】また、前記減衰力の絶対値の制限に代え又
は加えて、非線形関数発生器２６ａの後段にリミッタ２
６ｂを設けて非線形成分ｆnl(ｚ_wob’−ｚ_bob’,Ｐ)
（＝ｕ_ob）の絶対値｜ｆnl(ｚ_wob’−ｚ_bob’,Ｐ)｜
（＝｜ｕ_ob｜）を予め決めた所定値ｕ_MAX以下に制限す
るようにして、オブザーバを安定化させるようにしても
よい。さらに、各制限に代え又は加えて、状態変数Ｘob
の計算経路にリミッタ２６ｃ又は２６ｄを設けて、状態
変数Ｘobの絶対値｜Ｘob｜を予め決めた所定値Ｘ_MAX以
下に制限するようにして、オブザーバを安定化させるよ
うにしてもよい。

【００４０】ｂ．具体的な実施形態 次に、上記オブザーバを用いて車輪１４の車体１３に対
する相対速度ｚ_wob’−ｚ_bob’を推定するとともに、同
推定値y1_obを用いてサスペンション装置内のダンパ１２
の減衰力を制御する制御装置の具体的な実施形態につい
て説明する。

【００４１】図８はこの制御装置をブロック図により示
しており、同装置はダンパ１２のオリフィス１２ａの開
度を制御するためのステップモータ３１を備えている。
このステップモータ３１は、駆動回路３２を介してマイ
クロコンピュータ３０により制御されるようになってい
る。マイクロコンピュータ３０は加速度センサ２１に接
続されていて、内蔵のタイマにより１０ｍｓ毎に図９の
プログラムを実行することにより、オリフィス１２ａの
開度に対応した開口位置Ｐを表す制御信号を駆動回路３
２に出力する。図９のプログラムにおいては、ステップ
１０２〜１１６の処理がオブザーバ（推定手段）を構成
し、ステップ１１８〜１２６の処理がダンパ１２のオリ
フィス開度を決定する決定手段を構成し、ステップ１２
８の処理がステップモータ３１及び駆動回路３２と共に
ダンパ１２の減衰力を制御する制御手段を構成する。

【００４２】また、マイクロコンピュータ３０には、第
１及び第２マップ（第１及び第２テーブル）も内蔵され
ている。両マップは、図１０，１１に示すように、ダン
パ１２の減衰力特性を表していて、各開口位置Ｐ(＝１
〜１６)毎に相対速度y1_obに対応した減衰力ｆd，ｆsの
値を記憶している。図１０の第１マップにおいては、実
線で示すように、ダンパ１２の減衰力ｆdの絶対値｜ｆd
｜に制限を加えて、同絶対値｜ｆd｜が所定値ｆd_MAX以
下に抑えられるように、減衰力の変化特性カーブが修正
されていることを特徴としている。すなわち、相対速度
y1_obが負の領域（ダンパ１２の伸び側）であり、開口位
置Ｐが大きい領域（ダンパ１２のハード側領域）におい
て、本来破線であるべき変化カーブが実線のように変更
されている。

【００４３】また、本発明は、第１及び第２マップに記
憶されている減衰力データの削減を図るために、両マッ
プには、低速領域（相対速度y1_obの絶対値｜y1_ob｜の小
さな領域）で多くのデータが記憶され、高速になるにし
たがって少ないデータが記憶されている。すなわち、減
衰力データは、図１０，１１に示すプロット数に対応し
て第１及び第２マップに記憶されている。

【００４４】次に、この具体的な実施形態の動作を説明
する。車両のイグニッションスイッチ（図示しない）が
投入されると、マイクロコンピュータ３０は、図示しな
いプログラム処理により、開口位置Ｐを「１」に設定し
た上で駆動回路３２を介してステップモータ３１を制御
してダンパ１２のオリフィス１２ａの開度を最大（ダン
パ１２のソフトに対応）に設定するとともに、推定相対
速度y1_ob、状態変数ｘ_1ob，ｘ_2ob及び中間パラメータｘ
_1obt，ｘ_2obtを予め定めた初期値に設定した後、図９の
プログラムを１０ｍｓ毎に繰り返し実行する。なお、こ
れらの開口位置Ｐ、推定相対速度y1_ob、状態変数
ｘ_1ob，ｘ_2ob及び中間パラメータｘ_1obt，ｘ_2obtと、後
述するプログラムにて使用される各種値は、上記理論説
明で利用した値にそれぞれ対応するが、具体的な計算に
おいてはオブザーバを離散系で構成する必要があるため
に上述の状態方程式及び出力方程式を双一次変換により
離散系に変換した場合における値を示している。

【００４５】前記プログラムはステップ１００にて開始
され、マイクロコンピュータ３０はステップ１０２にて
加速度センサ２１から車体１３の上下加速度ｚ_b”を入
力する。次に、ステップ１０４にて、第１マップ（図１
０）を参照して推定相対速度y1_ob及び開口位置Ｐに対応
した減衰力ｆd(y1_ob,Ｐ)を決定する。この場合、初回の
処理においては前記初期設定された推定相対速度y1_ob及
び開口位置Ｐが利用されるが、次回以降の処理において
は前回のステップ１１６，１２４，１２６の処理により
導出された値が利用される。また、減衰力ｆd(y1_ob,Ｐ)
の決定にあたっては、第１マップから読み出した値を用
いた線形補間演算により減衰力ｆd(y1_ob,Ｐ)を導出する
ようにするとよい。

【００４６】次に、ステップ１０６にて、上記数３に対
応した下記数２１の演算の実行により推定入力変数ｕ_ob
(＝ｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ))を計算する。この場合も、
Ｃoは上述のように適当に定めたダンパ１２の減衰係数
であり（図６）、推定相対速度y1_obは前記ステップ１０
４にて利用された値が利用される。

【００４７】

【数２１】ｕ_ob＝ｆd(y1_ob,Ｐ)−Ｃo・y1_ob 次に、ステップ１０８にて、上記数１１，１３により規
定される係数ｕ₁，ｕ₂、Ｆ、及び前記ステップ１０６に
て計算した推定入力変数ｕ_obを用いて、下記数２２の演
算により車体１３の推定上下加速度ｚ_bob”を計算す
る。なお、下記数２２中の中間パラメータｘ_1obt，ｘ
_2obtに関しても、初回の処理においては前記初期設定さ
れた値が利用されるが、次回以降の処理においては前回
のステップ１１２の処理により導出された値が利用され
る。

【００４８】

【数２２】ｚ_bob”＝ｕ₁・ｘ_1obt＋ｕ₂・ｘ_2obt＋Ｆ・ｕ_ob 次に、ステップ１１０にて、上記数２０に対応した下記
数２３，２４の演算の実行により、ゲインｈ₁，ｈ₂が計
算される。この場合も、開口位置Ｐは前記ステップ１０
４にて利用された値が利用される。

【００４９】

【数２３】ｈ₁＝ｈ_s1＋(ｈ_h1−ｈ_s1)・(Ｐ−１)／１５

【００５０】

【数２４】ｈ₂＝ｈ_s2＋(ｈ_h2−ｈ_s2)・(Ｐ−１)／１５ 次に、ステップ１１２にて、前記ステップ１０２にて入
力した上下加速度ｚ_b”、前記ステップ１０８の処理に
より計算した推定上下加速度ｚ_bob”、及び前記ステッ
プ１１０の処理により計算したゲインｈ₁，ｈ₂を用いた
下記数２５，２６の演算により中間パラメータｘ_1obt，
ｘ_1obtを計算する。なお、この場合も、状態変数
ｘ_1ob，ｘ_2obに関しては、初回の処理においては前記初
期設定された値が利用されるが、次回以降の処理におい
ては前回のステップ１１４の処理により導出された値が
利用される。

【００５１】

【数２５】ｘ_1obt＝ｘ_1ob＋ｈ₁・(ｚ_b”−ｚ_bob”)

【００５２】

【数２６】ｘ_2obt＝ｘ_2ob＋ｈ₂・(ｚ_b”−ｚ_bob”) 次に、ステップ１１４にて、前記ステップ１１２，１０
６の処理により計算した中間パラメータｘ_1obt，ｘ_1obt
及び推定入力変数ｕ_obと、前記数６，８により規定され
る係数ａ₁₁，ａ₁₂，ａ₂₁，ａ₂₂，ｂ₁，ｂ₂を用いた下記
数２７，２８の演算により状態変数ｘ_1ob，ｘ_2obを計算
する。

【００５３】

【数２７】 ｘ_1ob＝ａ₁₁・ｘ_1obt＋ａ₁₂・ｘ_2obt＋ｂ₁・ｕ_ｏｂ

【００５４】

【数２８】 ｘ_2ob＝ａ₂₁・ｘ_1obt＋ａ₂₂・ｘ_2obt＋ｂ₂・ｕ_ob 次に、ステップ１１６にて、前記ステップ１１２，１０
６の処理により計算した中間パラメータｘ_1obt，ｘ_1obt
及び推定入力変数ｕ_obと、前記数１０，１２により規定
される係数ｃ₁，ｃ₂，Ｄを用いた下記数２９の演算によ
り推定相対速度y1_obを計算する。これにより、車輪１４
の車体１３に対する相対速度ｚ_w’−ｚ_b’が推定された
ことになる。

【００５５】

【数２９】y1_ob＝ｃ₁・ｘ_1obt＋ｃ₂・ｘ_2obt＋Ｄ・ｕ_ob 次に、このようにして推定した推定相対速度y1_ob及び検
出した上下加速度ｚ_b”に基づいて、ダンパ１２の減衰
力をスカイフック理論にしたがって制御することについ
て説明する。まず、ステップ１１８にて、下記数３０の
ように前記入力した上下加速度ｚ_b”を時間積分して車
体１３の上下速度ｚ_b’を計算し、ステップ１２０に
て、下記数３１の演算の実行により予め決められたスカ
イフック減衰係数Ｃshを用いてダンパ１２のスカイフッ
ク減衰力ｆsを計算する。

【００５６】

【数３０】ｚ_b’＝∫ｚ_b”dt

【００５７】

【数３１】ｆs＝Ｃsh・ｚ_b’ そして、ステップ１２２にて推定相対速度y1_obと上下速
度ｚ_b’が異符号であるか否か、すなわち車体１３の振
動状態が加振領域にあるか制振領域にあるかを判定す
る。いま、車体１３の振動状態が制振領域にあって推定
相対速度y1_obと上下速度ｚ_b’が異符号であれば、同ス
テップ１２２にて「ＹＥＳ」と判定して、ステップ１２
４にて第２マップ（図１１）を参照することにより、前
記計算したスカイフック減衰力ｆs及び推定相対速度y1
_obに対応した開口位置Ｐを決定する。この決定にあたっ
ては、図１１上においてスカイフック減衰力ｆsと推定
相対速度y1_obとで決まる点が最も近いカーブが検索さ
れ、同検索されたカーブに対応した開口位置Ｐが選定さ
れる。一方、車体１３の振動状態が加振領域にあって推
定相対速度y1_obと上下速度ｚ_b’が同符号であれば、ス
テップ１２２にて「ＮＯ」と判定し、ステップ１２６に
て開口位置Ｐをダンパ１２の最もソフト状態を表す
「１」に設定する。

【００５８】前記ステップ１２４，１２６の処理後、ス
テップ１２８にて開口位置Ｐを表す制御信号を駆動回路
３２に出力する。駆動回路３２はステップモータ３１の
回転を前記制御信号に基づいて制御し、ダンパ１２のオ
リフィス１２ａの開度を前記開口位置Ｐに対応した値に
制御する。その結果、ダンパ１２の減衰力はスカイフッ
ク理論に基づいて制御され、車両の乗り心地が良好とな
る。

【００５９】上記説明からも理解できるとおり、上記実
施形態によれば、加速度センサ２１により検出した車体
１３の上下加速度ｚ_b”に基づいて車体１３の上下速度
ｚ_w’を導出するとともに、同上下加速度ｚ_b”に基づい
てオブザーバにより車輪１４の車体１３に対する相対速
度ｚ_w’−ｚ_b’を推定相対速度y1_obとして推定し、これ
らの両値ｚ_w’，y1_obを用いてダンパ１２の減衰力をス
カイフック理論にしたがって制御するようにしたので、
車輪１４の車体１３に対する相対速度ｚ_w’−ｚ_b’を検
出するセンサを省略することができ、スカイフック理論
にしたがって減衰力を制御するサスペンション装置を簡
単かつ低コストで製造できる。また、このオブザーバに
おいては、ダンパ１２の減衰力特性における非線形性、
特にオリフィス１２ａの開度（開口位置Ｐ）に応じた非
線形性を考慮するとともに、オリフィス１２ａの開度
（開口位置Ｐ）に応じてゲインＨ（ｈ₁，ｈ₂）を変更す
るようにしたので、ダンパ１２の減衰力特性が精度よく
考慮されて、推定相対速度y1_obの精度が良好となる。

【００６０】さらに、上記実施形態によれば、ダンパ１
２の非線形性を考慮する際、第１マップに記憶された減
衰力データにより表されたダンパ１２の減衰力ｆdの絶
対値｜ｆd｜は所定値ｆd_MAX以下に抑えられているの
で、推定入力変数ｕ_obの絶対値｜ｕ_ob｜が所定値以内に
抑えられる。したがって、推定入力変数ｕ_obが演算時に
オーバーフローしたり、オブザーバが不安定になること
はなく、推定相対速度y1_obの推定演算を確実に収束させ
ることができる。また、第１及び第２マップ内に記憶さ
れている減衰力データの密度は推定相対速度y1_obの絶対
値｜y1_ob｜の小さな領域で高く設定されているので、こ
の領域における推定相対速度y1_obの精度が高く保たれ
る。その結果、第１及び第２マップの容量を小さく抑え
ても、ダンパ１２の使用頻度の高い前記領域での減衰力
の制御が良好に行われ、車両の乗り心地が多くの時間に
渡って良好に保たれる。

【００６１】なお、上記実施形態においては、第１マッ
プに記憶されている減衰力データｆdの最大値を所定値
以下に制限することにより推定入力変数ｕ_obの絶対値｜
ｕ_ob｜が大きくなることを制限する制限手段を採用し
た。しかし、上記図７のオブザーバのブロック図の追加
説明にて述べたように、推定入力変数ｕ_obの絶対値｜ｕ
_ob｜の最大値を直接的に制限するようにしてもよい。こ
の場合、マイクロコンピュータ３０は、図９のフローチ
ャートのステップ１０６，１０８の間に図１２のステッ
プ１４０，１４２の処理を追加したプログラムを実行す
る。これらのステップ１４０，１４２の処理は推定入力
変数ｕ_obの制限手段を構成するもので、ステップ１４０
においては、推定入力変数ｕ_obの絶対値｜ｕ_ob｜が予め
定めた所定値ｕ_MAX（＞０）より大きいか否かを判定す
る。前記絶対値｜ｕ_ob｜が所定値ｕ_MAXより大きけれ
ば、ステップ１４０にて「ＹＥＳ」と判定して、ステッ
プ１４２にて下記数３２の演算を実行する。

【００６２】

【数３２】ｕ_ob＝sign〔ｕ_ob〕・ｕ_MAX この場合、演算子sign〔ｕ_ob〕はｕ_obの正負の符号を取
り出すことを意味し、ｕ_obが正ならばsign〔ｕ_ob〕＝１
であり、ｕ_obが負ならばsign〔ｕ_ob〕＝−１である。し
たがって、前記ステップ１４２の処理により、推定入力
変数ｕ_obは正負の符号をそのまま維持して、その絶対値
｜ｕ_ob｜が所定値ｕ_MAXに制限された値に変換される。
また、絶対値｜ｕ_ob｜が所定値ｕ_MAX以下のときには、
推定入力変数ｕ_obはそのままの値に維持される。

【００６３】その結果、この変形例によっても、推定入
力変数ｕ_obが演算時にオーバーフローしたり、オブザー
バが不安定になることはなく、相対速度ｚ_w’−ｚ_b’
(＝y1_ob)の推定演算を確実に収束させることができる。

【００６４】また、上記図７のオブザーバのブロック図
の追加説明にて述べたように、状態変数ｘ_1ob，ｘ_2obの
各絶対値｜ｘ_1ob｜，｜ｘ_2ob｜の最大値を制限するよう
にしてもよい。この場合、マイクロコンピュータ３０
は、図９のフローチャートのステップ１１４，１１６の
間に図１３のステップ１５０〜１５６の処理を追加した
プログラムを実行する。これらのステップ１５０〜１５
６の処理は状態変数ｘ_1ob，ｘ_2obの制限手段を構成する
もので、前述のステップ１４０，１４２の処理と同様
に、ステップ１５０，１５２の処理により状態変数ｘ
_1obの絶対値｜ｘ_1ob｜を予め定めた所定値ｘ_1MAX（＞
０）以下に制限し、ステップ１５４，１５６の処理によ
り状態変数ｘ_2obの絶対値｜ｘ_2ob｜を予め定めた所定値
ｘ_2MAX（＞０）以下に制限する。

【００６５】その結果、この場合には、状態変数
ｘ_1ob，ｘ_2obが演算時にオーバーフローしたり、オブザ
ーバが不安定になることはなく、相対速度ｚ_w’−ｚ_b’
(＝y1_ob)の推定演算を確実に収束させることができる。

【００６６】また、上記実施形態においては、図９のス
テップ１０４にてダンパ１２の減衰力ｆdを導出するた
めに図１０の第１マップを用いるようにしたが、この場
合、推定相対速度y1_ob及び開口位置Ｐによりダンパ１２
の減衰力ｆdを導出すればよいので、前記第１マップに
代えて推定相対速度y1_ob及び開口位置Ｐと予め定めたパ
ラメータとにより前記減衰力ｆdを演算により導出する
ようにしてもよい。すなわち、ダンパ１２の減衰力ｆd
を導出するために、前記第１マップ、演算などを含む種
々の非線形関数発生手段を用いることができる。ただ
し、この場合も、相対速度y1_ob(＝ｚ_w’−ｚ_b’)に対す
る減衰力ｆdの絶対値｜ｆd｜を所定値以下に制限する必
要がある。

【００６７】また、上記実施形態においては、第１及び
第２マップにて開口位置Ｐ毎に減衰力ｆd，ｆsを表す減
衰力データを記憶しておくようにしたが、開口位置Ｐが
「１」と「１６」である場合の減衰力データのみを記憶
しておいて、その他の開口位置Ｐ（２〜１５）に関して
は、開口位置Ｐが「１」と「１６」の減衰力データを補
間演算して算出するようにしてもよい。これによれば、
第１及び第２マップの記憶容量を節約できる。

【００６８】また、上記実施形態においては、図９のス
テップ１２４にて第２マップ（図１１）を用いて開口位
置Ｐを決定するようにしたが、同第２マップと第１マッ
プとは推定相対速度y1_obが負で開口位置Ｐが大きい領域
でのみ異なるので、多少の誤差を許容すれば、第２マッ
プを省略して前記ステップ１２４にて第１マップ（図１
０）を用いて開口位置Ｐを決定するようにしてもよい。

【００６９】また、上記実施形態においては、車体１３
の上下加速度ｚ_b”を実際に検出して車輪１４の車体１
３に対する相対速度ｚ_w’−ｚ_b’を推定するようにした
が、逆に相対速度ｚ_w’−ｚ_b’を実際に検出して上下加
速度ｚ_b”をカルマンフィルタ理論に基づくオブザーバ
により推定するようにしてもよい。この場合、開口位置
Ｐ及び検出した相対速度ｚ_w’−ｚ_b’に基づいてダンパ
１２の減衰力ｆdの非線形部ｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)を導
出して推定入力変数ｕ_obとするとともに、上下加速度ｚ
_b”を推定するオブザーバを構成して、同オブザーバに
より推定した車体１３の上下加速度ｚ_b”をダンパ１２
のオリフィス開度の制御に利用するようにすればよい。
特に、車高調整のための車輪１４の車体１３に対する変
位量を検出するストロークセンサを既に搭載した車両に
おいては、前記ストロークセンサによる検出値を単に微
分すれば相対速度ｚ_w’−ｚ_b’を算出できるので、同車
両に前記変形例を適用すると有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 (Ａ)はスカイフックダンパを用いた仮想の車
両用サスペンション装置の単輪モデルの概略図であり、
(Ｂ)は実際の車両用サスペンション装置の単輪モデルの
概略図である。

【図２】 スカイフック制御を行った場合とスカイフッ
ク制御を行わなかった場合の振動周波数に対する車体の
上下加速度特性を示すグラフである。

【図３】 車両用サスペンション装置におけるスカイフ
ック制御システムのブロック図である。

【図４】 (Ａ)はばね下の動特性を考慮しない単輪の１
自由度モデル図であり、(Ｂ)は同モデルのダンパを線形
成分と非線形成分に分けて示した１自由度モデル図であ
る。

【図５】 ダンパの減衰力特性を一般的に示すグラフで
ある。

【図６】 ダンパの減衰力特性をソフト、ミディアム、
ハード毎に示すグラフである。

【図７】 本発明の一実施形態に係るオブザーバのブロ
ック図である。

【図８】 本発明の一実施形態に係る減衰力制御装置の
ブロック図である。

【図９】 図８のマイクロコンピュータにて実行される
プログラムのフローチャートである。

【図１０】 同マイクロコンピュータに内蔵の第１マッ
プにおけるダンパの減衰力特性を示すグラフである。

【図１１】 同マイクロコンピュータに内蔵の第２マッ
プにおけるダンパの減衰力特性を示すグラフである。

【図１２】 前記実施形態の変形例に係るプログラムの
フローチャートである。

【図１３】 前記実施形態の他の変形例に係るプログラ
ムのフローチャートである。

【符号の説明】

１１，１２…ダンパ、１２ａ…オリフィス、１３…車
体、１４…車輪、１５…バネ、２１…加速度センサ、２
３…積分器、２５…スカイフック制御回路、２６…推定
器、２６ａ…非線形関数発生器、２６ｂ〜２６ｄ…リミ
ッタ、３０…マイクロコンピュータ、３１…ステップモ
ータ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オリフィス開度に応じた減衰力を発生す
   るダンパを有する車両用サスペンション装置に適用さ
   れ、 車体の上下方向の絶対速度及び車輪の車体に対する上下
   方向の相対速度のうちの一方の速度に関係した第１物理
   量を検出する検出手段と、 前記第１物理量に基づいて前記絶対速度及び相対速度の
   うちの他方の速度を第２物理量として推定する推定手段
   と、 前記検出した第１物理量及び前記推定した第２物理量に
   基づいてスカイフック理論にしたがったダンパのオリフ
   ィス開度を決定する開度決定手段と、 前記ダンパのオリフィス開度を前記決定したオリフィス
   開度に制御する開度制御手段とを備えた車両用サスペン
   ション装置の減衰力制御装置において、 前記推定手段を、前記決定したオリフィス開度及び前記
   相対速度に応じて決まるダンパの減衰力の非線形成分を
   入力変数とするオブザーバで構成し、前記オブザーバに
   前記入力変数の絶対値を所定値以下に制限する制限手段
   を設けたことを特徴とする車両用サスペンション装置の
   減衰力制御装置。
2. 【請求項２】 オリフィス開度に応じた減衰力を発生す
   るダンパを有する車両用サスペンション装置に適用さ
   れ、 車体の上下方向の絶対速度及び車輪の車体に対する上下
   方向の相対速度のうちの一方の速度に関係した第１物理
   量を検出する検出手段と、 前記第１物理量に基づいて前記絶対速度及び相対速度の
   うちの他方の速度を第２物理量として推定する推定手段
   と、 前記検出した第１物理量及び前記推定した第２物理量に
   基づいてスカイフック理論にしたがったダンパのオリフ
   ィス開度を決定する開度決定手段と、 前記ダンパのオリフィス開度を前記決定したオリフィス
   開度に制御する開度制御手段とを備えた車両用サスペン
   ション装置の減衰力制御装置において、 前記推定手段を、前記決定したオリフィス開度及び前記
   相対速度に応じて決まるダンパの減衰力の非線形成分を
   入力変数とするオブザーバで構成し、前記オブザーバに
   おける状態変数の絶対値を所定値以下に制限する制限手
   段を設けたことを特徴とする車両用サスペンション装置
   の減衰力制御装置。