JPWO2020158314A1 - 車両挙動装置 - Google Patents

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Abstract

車両挙動装置は、車両の車体側と車輪側との間に設けられ発生する力を調整可能な可変ダンパと、車両の前方の路面状態を計測可能なカメラ装置と、カメラ装置により得られた路面変位と車速から車両のばね上挙動を予測する将来車両状態推定部と、将来車両状態推定部による予測値に基づき、可変ダンパの発生力を求め、命令信号を出力する指令値演算部と、を有している。

Description

本発明は、車両の挙動を制御する車両挙動装置に関する。
車両前方の路面状況に応じてサスペンションを制御（プレビュー制御）する制御装置が知られている（特許文献１，２参照）。特許文献１には、前方の位置における車体と路面との相対変位などを推定し、前輪が前方の位置に到達したときに最適な力またはストロークの指令値をアクチュエータに出力する制御装置が開示されている。特許文献１に開示された制御装置は、路面状況信号を車速に応じた間引き率でメモリに記憶することで、低速時に路面状況信号が増えることによるメモリ容量の増加を抑えている。
特許文献２には、前方路面情報を周波数分析し、周波数に応じた応答遅れ補償時間を算出する制御装置が開示されている。特許文献２に記載された制御装置では、広い周波数領域にわたって高精度の遅れ補償を行うことができる。
特開平４−３４２６１２号公報 特開平７−２１５０３２号公報
ところで、特許文献１，２に開示されたプレビュー制御は、いずれも路面の凹凸を見て、凹凸をかわすようにばね下を制御する。しかしながら、路面により励起されるばね上の振幅は路面振幅と異なることがある。例えばばね上共振周波数で変位する路面の場合、路面振動に比べてばね上の振動が大きくなる傾向がある。一方、ばね下共振周波数で変位する路面の場合、路面振動に比べてばね上の振動が小さくなる傾向がある。このため、上述した技術によるプレビュー制御では、ばね上共振周波数付近のような低周波におけるばね上制御が不十分になるという問題がある。
本発明の目的は、車両前方の路面情報からばね上振動の将来挙動を予測して、力発生機構の発生力を制御することができる車両挙動装置を提供することにある。
本発明の一実施形態による車両挙動装置は、車両の車体側と車輪側との間に設けられ発生する力を調整可能な力発生機構と、車両の前方の路面状態を取得する路面状態取得部と、前記路面状態取得部により得られた路面変位から車両のばね上挙動を予測する車両ばね上挙動予測部と、前記車両ばね上挙動予測部による予測値に基づき、前記力発生機構の発生力を求め、命令信号を出力する力発生機構制御部と、を有している。
本発明の一実施形態によれば、車両前方の路面情報からばね上振動の将来挙動を予測して、力発生機構の発生力を制御することができる。
本発明の実施形態による車両挙動装置を示す全体構成図である。 図１中のコントローラを示す制御ブロック図である。 図２中の路面入力配列情報作成部を示す制御ブロック図である。 図２中の将来車両状態推定部を示す制御ブロック図である。 将来車両状態からプレビュー制御指令値を演算する状態を示す説明図である。 カメラ計測路面変位に基づいて、配列データを形成する状態を示す説明図である。 将来車両状態の推定に用いる車両モデルを示す模式図である。 低周波の路面変位が生じた場合について、ばね上速度、比較例による制御量および第１の実施形態による制御量の時間変化を示す特性線図である。 路面に単発の凹凸が生じた場合について、ばね上速度、比較例による制御量および第１の実施形態による制御量の時間変化を示す特性線図である。 第２の実施形態によるコントローラを示す制御ブロック図である。 第３の実施形態によるコントローラを示す制御ブロック図である。
以下、本発明の実施形態による車両挙動装置を、４輪自動車に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
図１において、車両のボディを構成する車体１の下側には、例えば左，右の前輪と左，右の後輪（以下、総称して車輪２という）が設けられている。これらの車輪２は、タイヤ（図示せず）を含んで構成されている。このタイヤは、路面の細かい凹凸を吸収するばねとして作用する。
車速センサ３は、例えば車輪２（即ち、タイヤ）の回転数を検出し、これを車速（車両の走行速度）情報として後述のコントローラ１０に出力する。コントローラ１０は、車速センサ３からの車速情報に基づいて、車両速度を取得する。このとき、車速センサ３は、車両速度を検出または推定する車両速度検出部を構成している。なお、コントローラ１０は、車速センサ３からの車速情報から車両速度を取得するものに限らず、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等から車両速度を取得してもよい。
サスペンション装置４は、車体１と車輪２との間に介装して設けられている。サスペンション装置４は、懸架ばね５（以下、スプリング５という）と、スプリング５と並列関係をなして車体１と車輪２との間に設けられた減衰力調整式緩衝器（以下、可変ダンパ６という）とにより構成される。なお、図１は、１組のサスペンション装置４を、車体１と車輪２との間に設けた場合を模式的に図示している。４輪自動車の場合、サスペンション装置４は、４つの車輪２と車体１との間に個別に独立して合計４組設けられる。
ここで、サスペンション装置４の可変ダンパ６は、車体１側と車輪２側との間で調整可能な力を発生する力発生機構である。可変ダンパ６は、減衰力調整式の油圧緩衝器を用いて構成されている。可変ダンパ６には、発生減衰力の特性（即ち、減衰力特性）をハードな特性（硬特性）からソフトな特性（軟特性）に連続的に調整するため、減衰力調整バルブ等からなる減衰力可変アクチュエータ７が付設されている。なお、減衰力可変アクチュエータ７は、減衰力特性を必ずしも連続的に調整する構成でなくてもよく、例えば２段階以上の複数段階で減衰力を調整可能なものであってもよい。また、可変ダンパ６は、圧力制御タイプでもよく、流量制御タイプであってもよい。
カメラ装置８は、車体１の前部に設けられた路面状態計測部（路面状態取得部）を構成している。カメラ装置８は、車両前方の路面状態（具体的には、検出対象の路面までの距離と角度、画面位置と距離を含む）を計測して検出する。カメラ装置８は、例えば特開２０１１−１３８２４４号公報等に記載のように、左，右一対の撮像素子（デジタルカメラ等）を含むステレオカメラによって構成される。カメラ装置８は、左，右一対の画像を撮り込むことにより、撮像対象の物体（車両前方に位置する路面）までの距離と角度を含んだ路面状態を検出することができる。このため、カメラ装置８で撮り込んだ車両前方のプレビュー画像（即ち、路面プレビュー情報）は、路面状態計測部の検出結果として後述のコントローラ１０に出力される。
なお、路面状態計測部は、ステレオカメラからなるカメラ装置８に限らず、例えばミリ波レーダとモノラルカメラを組み合わせたものでもよく、複数のミリ波レーダ等によって構成されたものでもよい。また、路面状態取得部は、カメラ装置８に限らず、例えばＧＰＳデータを基にしたサーバから情報を入手するものでもよく、車車間通信により他車から情報を入手するものでもよい。
車高センサ９は、車体１の高さを検出する。車高センサ９は、例えばばね上側となる車体１側に、それぞれの車輪２に対応して複数個（例えば、４個）設けられている。即ち、各車高センサ９は、各車輪２に対する車体１の相対位置（高さ位置）を検出し、その検出信号をコントローラ１０に出力する。コントローラ１０は、車両停止時の車高センサ９からの検出信号に基づいて、乗員を含めた車体重量（車体質量）を取得する。このとき、車高センサ９は、車体重量を検出または推定する車体重量検出部を構成している。なお、車体重量検出部は、車高センサ９に限らず、例えば車体重量を直接的に検出する重量センサであってもよい。
コントローラ１０は、カメラ装置８により得られた路面変位（検出路面変位）から車両のばね上挙動を予測する。コントローラ１０は、ばね上挙動の予測値（例えば、将来ばね上速度）に基づき、サスペンション装置４の可変ダンパ６（力発生機構）で発生すべき力を求め、その命令信号をサスペンション装置４の減衰力可変アクチュエータ７に出力する。コントローラ１０は、車両の姿勢制御等を含む挙動制御を行う制御装置として車両の車体１側に搭載されている。コントローラ１０は、カメラ装置８からの検出信号（路面情報を含む画像信号）に基づいて、可変ダンパ６で発生すべき減衰力を後述の指令値により可変に制御する（図５参照）。
このため、コントローラ１０は、その入力側が車速センサ３、車高センサ９およびカメラ装置８に接続され、出力側が可変ダンパ６の減衰力可変アクチュエータ７に接続されている。コントローラ１０には、カメラ装置８からカメラ計測路面変位（路面プレビュー情報）が入力される。コントローラ１０には、車速センサ３から車両速度が入力される。また、コントローラ１０には、車体運動に影響する車体質量（ばね上質量ｍb）、ばね下質量ｍt、車体とばね下との間の懸架ばねのばね定数ｋｓ、タイヤばね定数ｋｔ等の車両特性情報が入力されている。なお、これらの車両特性情報は、固定値としてメモリに保存してもよい。また、車両特性の変化を考慮して、例えば、車高センサ９から車体質量を求めるなど、コントローラ１０内の各車両特性情報を常時、定期的、時々、または人為的入力により書き換えてもよい。
また、コントローラ１０は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されている。コントローラ１０は、ＲＯＭ，ＲＡＭ及び／又は不揮発性メモリ等からなるメモリ１０Ａを有している。メモリ１０Ａには、可変ダンパ６で発生すべき減衰力を可変に制御するためのプログラムが格納され、さらに、カメラ装置８で撮り込んだ車両前方の路面プレビュー情報等が更新可能に格納される。
図２に示すように、コントローラ１０は、路面入力配列情報作成部１１を有している。路面入力配列情報作成部１１には、カメラ装置８により得られた路面変位（検出路面変位）と、車速センサ３により得られた車両速度とが入力される。路面入力配列情報作成部１１は、カメラ計測路面変位と車両速度とに基づいて、路面変位情報として車速を考慮した路面入力配列情報を作成する。
図３に示すように、路面入力配列情報作成部１１は、路面到達時間算出部１１Ａと時系列路面変位情報形成部１１Ｂとを有している。図６に示すように、路面入力配列情報作成部１１は、カメラ装置８から出力される路面プレビュー情報（カメラ計測路面変位）に基づいて、車両の進行方向における任意の区間の位置と高さで構成される配列データ（プレビューデータ）を形成する。具体的には、路面到達時間算出部１１Ａは、検知している路面の最大距離Ｌおよび車両速度Ｖから路面到達時間ｔを算出する。時系列路面変位情報形成部１１Ｂは、路面到達時間とカメラ装置８からカメラ計測路面変位とに基づいて、時系列の将来路面変位のデータ（路面変位情報）を形成する。時系列路面変位情報形成部１１Ｂは、路面変位情報として時系列の将来路面変位のデータを出力する。これにより、路面変位情報を将来の車両状態推定の算出に用いることができる形式にする。
例えば、Ｌを車両がプレビュー機能にて検知できる最大距離とし、検知路面の自車到達までの時間をｔとすると、路面変位情報は、ｎ個の高さ情報の時間配列データｗ（ｔ）になる。このとき、数１式に示すように、時間ｔは、最大距離Ｌを車両速度Ｖで割った値である。ｎは、時間ｔをサンプリング時間ＳＴで割った値である（ｎ＝ｔ／ＳＴ）。これにより、数２式に示すように、プレビューデータとして、時間の関数となった高さ情報の時間配列データｗ（ｔ）が得られる。車両速度Ｖが低速のときには、時間配列データｗ（ｔ）は、低周波の路面変位情報となる。車両速度Ｖが高速のときには、時間配列データｗ（ｔ）は、高周波の路面変位情報となる。即ち、時系列路面変位情報は、周波数成分と変位成分を有する路面からの入力情報（路面変位情報）である。
Figure 2020158314
Figure 2020158314
コントローラ１０は、将来車両状態推定部１２と指令値演算部１３とを有している。図４に示すように、将来車両状態推定部１２は、オブザーバを用いて将来車両状態を算出する。オブザーバからなる将来車両状態推定部１２には、時間配列データｗ（ｔ）に基づく路面変位ｚ0と、車体重量（車体質量ｍb）等の車両特性情報とが入力される。車体重量は、数３式に示す状態方程式を解く際に用いる。
将来車両状態推定部１２は、車両ばね上挙動予測部を構成している。将来車両状態推定部１２は、カメラ装置８により得られた路面変位（検出路面変位）から車両のばね上挙動を予測する。具体的には、将来車両状態推定部１２は、図７に示す車両モデルに基づいて、カメラ装置８によって計測した路面を走行したときの将来車両状態を推定する。図７中では１組のサスペンション装置４を、車体１と車輪２との間に設けた場合を例示している。しかし、サスペンション装置４は、例えば４輪の車輪２と車体１との間に個別に独立して合計４組設けられるもので、このうちの１組のみを図７では模式的に図示している。
ここで、車体１の絶対上下変位をｚb、ばね下の絶対上下変位をzt、路面の絶対上下変位（検出路面変位）をｚ0、車体質量をｍb、ばね下質量ｍt、車体１とばね下との間のばね定数をｋs、タイヤばね定数をｋt、ダンパ減衰係数をｃ、車体とばね下間に働く制御力をｆとする。
このとき、ばね上−ばね下間の相対変位をｚbt、ばね下―路面間の相対変位をｚt0とすると、相対変位ｚbt，ｚt0および状態方程式は、以下の数３式ないし数５式に示す通りである。状態方程式中で状態変数ｘおよび出力ｙは、数６式および数７式に示す通りである。式中のドットは、時間ｔによる１階微分（ｄ／ｄｔ）を意味する。ドットが２つであれば、２階微分（ｄ2／ｄｔ2）を意味する。
Figure 2020158314
Figure 2020158314
Figure 2020158314
Figure 2020158314
Figure 2020158314
なお、車体１とばね下間に働く外力ｕは制御力ｆであるとし（ｕ＝ｆ）、外乱ｗは検出路面変位ｚ0であるとしている（ｗ＝ｚ0）。また、状態方程式の各要素は、数８式に示す通りである。
Figure 2020158314
可変ダンパ６が、アクティブサスペンション等のように直接的に車体１に力を加える機器によって構成されている場合には、数３式に基づいて将来ばね上速度、将来ばね下速度、将来相対速度を含む将来車両状態を求めることができる。
一方、可変ダンパ６が、例えばセミアクティブサスペンションによって構成されている場合には、双線形システムを用いることができる。数３式に示す状態方程式では、制御力ｆを用いたが、双線形システムの場合には入力を減衰係数ｕcとして取り扱う。この場合、数９式のような状態方程式で記述される。このため、数９式に基づいて将来ばね上速度、将来ばね下速度、将来相対速度を含む将来車両状態を求めることができる。
Figure 2020158314
ここで、ｘ*は状態変数ｘを含む対角行列のため、制御力ｆを減衰係数入力ｕcと相対速度（ｄｚb／ｄｔ−ｄｚt／ｄｔ）で表すと、数１０式のようになる。これにより、ｘ*は、数１１式のようになる。
Figure 2020158314
Figure 2020158314
指令値演算部１３は、力発生機構制御部を構成している。指令値演算部１３は、将来車両状態推定部１２による予測値に基づき、可変ダンパ６の発生力（減衰力）を求め、命令信号（プレビュー制御指令値）を出力する。具体的には、指令値演算部１３は、推定されたばね上速度から数１２式に示す評価関数に基づいて、将来のばね上速度Ｖ2を最小にするプレビュー制御指令値（制御力ｆまたは減衰係数ｕcの指令値）を演算する。このとき、評価関数に用いるばね上速度Ｖ2は、将来車両状態推定部１２（オブザーバ）によって推定される将来の車両挙動である。また、数１２式に示す積分区間における時間ｔpreviewは、プレビュー機能が計測可能な最大距離までの到達時間であり、最大検知距離を車両速度で割ることによって算出される。従って、評価関数は、自車の現在位置から最大検知距離までの推定車両状態の積分値になる。
なお、プレビュー機能の方式を考慮する目的や処理負荷を軽減する目的で、積分区間を短くしてもよい。また、制御指令値は、例えばアクチュエータの応答性を考慮して、遅れ分を補償する手法を用いて指令タイミングを調整してもよい。
Figure 2020158314
本実施形態による車両挙動装置は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
車体１の前部に設けられたカメラ装置８は、車両前方の路面状態を路面プレビュー情報として撮り込み、コントローラ１０に出力する。コントローラ１０は、車速センサ３からの車両速度の情報と、カメラ装置８からの検出路面変位の情報と、車高センサ９からの車体重量の情報とに基づいて、将来車両状態を予測する。そして、コントローラ１０は、将来ばね上速度Ｖ2が最小となる指令値（プレビュー制御指令値）を求め、この指令値に基づいて可変ダンパ６で発生すべき減衰力を可変に制御する。
ここで、路面変位とばね上速度とは必ずしも一致しない。図８に示すように、例えば低周波の路面変位が生じたうねり路の場合には、路面変位に比べてばね上速度が大きくなることがある。このとき、路面変位に基づいてサスペンション装置を制御する比較例では、制御量が不十分になり、ばね上振動を十分に抑えることができなくなる。これに対し、本実施形態のコントローラ１０は、将来ばね上速度Ｖ2が最小となるように、サスペンション装置４を制御する。このため、路面変位よりも大きなばね上速度が生じるときでも、ばね上振動を十分に抑制することができる。
また、図９に示すように、路面に単発の小さな凸凹（単発の小突起）がある場合、ばね上速度は殆ど変化しない。このとき、路面変位に基づいてサスペンション装置を制御する比較例では、制御量が過剰となり、ばね上振動が増加する可能性がある。これに対し、本実施形態のコントローラ１０は、将来ばね上速度Ｖ2が最小となるように、サスペンション装置４を制御する。このため、コントローラ１０は、不必要な制御量を出力することがない。この結果、比較例に比べて、本実施形態では、車両の乗り心地を改善することができる。
かくして、本実施形態によれば、車両挙動装置は、車両の車体１側と車輪２側との間に設けられ発生する力を調整可能な可変ダンパ６（力発生機構）と、車両の前方の路面状態を取得するカメラ装置８（路面状態取得部）と、カメラ装置８により得られた検出路面変位から車両のばね上挙動を予測する将来車両状態推定部１２（車両ばね上挙動予測部）と、将来車両状態推定部１２による予測値に基づき、可変ダンパ６の発生力を求め、命令信号を出力する指令値演算部１３（力発生機構制御部）と、を有している。また、指令値演算部１３は、将来車両状態推定部１２による予測値に対し、ばね上挙動を小とするための最適指令値を、評価関数を用いて求める。
これにより、本実施形態では、従来技術のように、路面変位にゲインを乗算してプレビュー制御の出力を算出する手法と比較して、ばね上共振周波数におけるばね上振動制御に対して優位性がある。このため、本実施形態では、従来技術に比べて、ばね上振動を抑制することができ、車両の乗り心地を改善することができる。
また、将来車両状態推定部１２は、車体重量を考慮して車両のばね上挙動を予測する。このため、車体重量に応じた車両のばね上挙動を推定することができ、車体重量を考慮しない場合に比べて、はね上振動の抑制効果を高めることができる。
また、将来車両状態推定部１２には、車両速度を考慮した路面変位情報が入力される。即ち、車両速度が高いときには、路面変位の周波数が高くなり、車両速度が低いときには、路面変位の周波数が低くなる。従って、将来車両状態推定部１２は、車両速度を考慮して車両のばね上挙動を予測する。このため、車両速度による路面入力周波数変化を、車両モデルによる状態量推定に反映させることができる。これにより、車速変化による車両振動の変化を推定することができる。この結果、車両速度に応じた車両のばね上挙動を推定することができ、車両速度を考慮しない場合に比べて、はね上振動の抑制効果を高めることができる。
なお、第１の実施形態では、将来車両状態推定部１２は、状態方程式を用いて将来車両状態を推定するものとした。状態方程式を用いた場合、サスペンションやその他のサスペンションモジュールにより様々に生じる力を考慮した高精度の車両モデルを用いるときに、多入力多出力系を扱うことが可能になる。本発明はこれに限らず、簡易的な１入力１出力モデルでばね上速度を推定する場合、伝達関数やマップを用いた推定でもよい。
また、制御指令値は評価関数を用いて導出したが、それに限らず式５や式９により算出した車両の車両状態に応じてスカイフック制御や双線形最適制御等により制御指令値を算出しても良い。この場合にはアクチュエータの遅れを考慮し、車両の実挙動と予測挙動のタイミングが一致するように調整する。
次に、図１０は第２の実施形態を示している。第２の実施形態の特徴は、指令値演算部が、将来車両状態と、路面変位情報から推定されるばね上共振周波数レベル（ばね上共振レベル）およびばね下共振周波数レベル（ばね下共振レベル）とを評価関数の入力信号として、最適な制御指令値を算出することにある。なお、第２の実施形態では、上述した第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
第２の実施形態によるコントローラ２０は、第１の実施形態によるコントローラ１０とほぼ同様に構成されている。コントローラ２０は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されている。コントローラ２０は、メモリ２０Ａを有している。コントローラ２０には、カメラ計測路面変位、車両速度および車体重量が入力される。
図１０に示すように、コントローラ２０は、路面入力配列情報作成部１１、将来車両状態推定部２１、路面周波数推定部２２および指令値演算部２３を有している。車両ばね上挙動予測部である将来車両状態推定部２１は、第１の実施形態による将来車両状態推定部１２と同様に構成され、オブザーバを用いて将来車両状態を算出する。路面周波数推定部２２は、路面変位（プレビュー路面変位）から推定されるばね上共振レベルαと、ばね下共振レベルβとを算出する。
指令値演算部２３は、力発生機構制御部を構成している。指令値演算部２３は、将来車両状態量と、路面変位情報から推定されるばね上共振レベルαおよびばね下共振レベルβとを評価関数の入力信号として、最適なプレビュー制御指令値（制御力ｆまたは減衰係数ｕcの指令値）を算出する。具体的には、指令値演算部２３は、推定されたばね上速度およびばね下速度と、推定されるばね上共振レベルαおよびばね下共振レベルβとから数１３式に示す評価関数に基づいて、評価関数の値Ｊを最小にするプレビュー制御指令値を演算する。このとき、評価関数に用いるばね上速度Ｖ2およびばね下速度Ｖ1は、将来車両状態推定部１２（オブザーバ）によって推定される将来の車両挙動である。また、数１３式に示す積分区間における時間ｔpreviewは、プレビュー機能が計測可能な最大距離までの到達時間であり、最大検知距離を車両速度で割ることによって算出される。
Figure 2020158314
かくして、第２の実施形態でも、第１の実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、第２の実施形態では、指令値演算部２３は、ばね上共振レベルαおよびばね下共振レベルβを考慮して、最適なプレビュー制御指令値を求める。このため、ばね上共振周波数付近のばね上振動と、ばね下共振周波数付近のばね下振動とに対する抑制効果を高めることができる。
次に、図１１は第３の実施形態を示している。第３の実施形態の特徴は、将来車両状態に基づくプレビュー制御の指令値と、現在車両状態に基づくフィードバック制御の指令値とを算出し、これら２つの指令値に基づいて車両挙動を制御することにある。なお、第３の実施形態では、上述した第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
第３の実施形態によるコントローラ３０は、第１の実施形態によるコントローラ１０とほぼ同様に構成されている。コントローラ３０は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されている。コントローラ３０は、メモリ３０Ａを有している。コントローラ３０には、カメラ計測路面変位、車両速度および車体重量が入力される。
図１１に示すように、コントローラ３０は、路面入力配列情報作成部１１、将来車両状態推定部１２、車両状態推定部３１、予測状態量診断部３２、プレビュー制御指令値算出部３３、フィードバック制御指令値算出部３４および制御配分演算部３５を有している。
車両状態推定部３１には、現在のばね上加速度を検出する加速度センサ３６が接続されている。加速度センサ３６は、現在の車両状態を検出する車両状態検出部を構成している。車両状態推定部３１は、加速度センサ３６からの検出信号に基づいて、現在の車両状態量として、例えばばね上速度を推定する。なお、車両状態検出部は、加速度センサ３６に限らず、例えば車高センサ、車輪速センサ等のように、サスペンション制御に用いる各種のセンサを用いて、車両状態量を推定してもよい。
予測状態量診断部３２は、将来車両状態（将来ばね上速度）と、車両状態推定部３１による現在の車両状態とが入力される。このとき、将来車両状態は、将来車両状態推定部１２によって推定される。予測状態量診断部３２は、遅延処理の演算を行うことによって、将来車両状態から現在の車両状態を算出する。予測状態量診断部３２は、将来車両状態から算出した現在の車両状態と、車両状態推定部３１から入力される現在の車両状態とを比較する。例えば一定時間中に予め決められた所定の値に比べて、これら２つの状態（状態量）の差が小さいときには、予測状態量診断部３２は、プレビュー制御を許可する信号を出力する。一定時間中に所定の値に比べて、これら２つの状態の差が大きいときには、予測状態量診断部３２は、プレビュー制御を禁止する信号を出力する。
プレビュー制御指令値算出部３３は、例えば第１の実施形態による指令値演算部１３と同様に構成されている。このため、プレビュー制御指令値算出部３３は、将来車両状態（将来ばね上速度）から評価関数に基づいて、将来ばね上速度を最小にするプレビュー制御指令値を演算する。
フィードバック制御指令値算出部３４は、現在の車両状態に基づいて、車両挙動を制御するフィードバック制御指令値を演算する。フィードバック制御指令値算出部３４は、例えばスカイフック制御、双線形最適制御、モデル予測制御等のような既存の車両挙動制御アルゴリズムに基づいて、制御量としてのフィードバック制御指令値を演算する。
制御配分演算部３５は、プレビュー制御指令値算出部３３およびフィードバック制御指令値算出部３４と共に、力発生機構制御部を構成している。制御配分演算部３５は、予測状態量診断部３２から出力される信号に基づいて、プレビュー制御指令値とフィードバック制御指令値とのうちいずれか一方を選択し、選択された制御指令値を出力する。このとき、予測状態量診断部３２によってプレビュー制御が許可されているときには、制御配分演算部３５は、プレビュー制御指令値を出力する。予測状態量診断部３２によってプレビュー制御が禁止されているときには、制御配分演算部３５は、フィードバック制御指令値を出力する。
かくして、第３の実施形態でも、第１の実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。例えば、何らかの異常または環境要因（例えばカメラ装置８による撮影が困難な状況）によって、プレビュー機能が正常な路面計測をできない場合が考えられる。第３の実施形態では、将来車両状態から算出した現在の車両振動（ばね上振動）と、車両に搭載している既存の加速度センサ３６の検出信号に基づく現在の車両振動とを比較し、一定時間中に所定の値以上の異なる値を将来車両状態推定部１２が出力した場合に、フィードバック制御指令値を用いて車両挙動を制御する。これにより、プレビュー制御が難しい状況でも、現在の車両状態に応じて車両挙動を制御することができる。
なお、制御配分演算部３５は、プレビュー制御指令値とフィードバック制御指令値とのうちいずれか一方を選択するものとした。本発明は、これに限らず、制御配分演算部３５は、予測状態量診断部３２から出力される信号に基づいて、プレビュー制御指令値とフィードバック制御指令値との制御寄与比率を変化させてもよい。
この場合、制御配分演算部３５は、予測状態量診断部３２が将来車両状態から算出した現在の車両状態と、車両状態推定部３１から入力される現在の車両状態との差が小さいと判断したときには、フィードバック制御指令値に比べてプレビュー制御指令値の制御寄与比率を大きくする。制御配分演算部３５は、予測状態量診断部３２が将来車両状態から算出した現在の車両状態と、車両状態推定部３１から入力される現在の車両状態との差が大きいと判断したときには、プレビュー制御指令値に比べてフィードバック制御指令値の制御寄与比率を大きくする。
前記各実施形態では、将来車両状態推定部１２，２１は、車高センサ９からの検出信号に基づいて取得した車体重量を用いて将来車両状態を推定するものとした。本発明はこれに限らず、例えば平均的な車体重量を予め記憶しておき、将来車両状態推定部は、この記憶された車体重量を用いて将来車両状態を推定してもよい。
前記各実施形態では、将来車両状態推定部１２，２１は、車両速度を考慮した検出路面変位を用いて将来車両状態を推定するものとした。本発明はこれに限らず、将来車両状態推定部は、車両速度を考慮しない検出路面変位（例えばカメラ計測路面変位）を用いて将来車両状態を推定してもよい。
前記各実施形態では、車体１側と車輪２側との間で調整可能な力を発生する力発生機構を、減衰力調整式の油圧緩衝器からなる可変ダンパ６により構成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば力発生機構を液圧緩衝器の他に、エアサスペンション、スタビライザ（キネサス）、電磁サスペンション等により構成してもよい。
前記各実施形態では、４輪自動車に用いる車両挙動装置を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば２輪、３輪自動車、または作業車両、運搬車両であるトラック、バス等にも適用できるものである。
前記各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
次に、上記実施形態に含まれる車両挙動装置として、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。
第１の態様の車両挙動装置としては、車両の車体側と車輪側との間に設けられ発生する力を調整可能な力発生機構と、車両の前方の路面状態を取得する路面状態取得部と、前記路面状態取得部により得られた路面変位から車両のばね上挙動を予測する車両ばね上挙動予測部と、前記車両ばね上挙動予測部による予測値に基づき、前記力発生機構の発生力を求め、命令信号を出力する力発生機構制御部と、を有している。
第２の態様としては、第１の態様において、前記力発生機構制御部は、前記車両ばね上挙動予測部による予測値に対し、ばね上挙動を小とするための最適指令値を評価関数を用いて求めることを特徴としている。
第３の態様としては、第１または第２の態様において、前記車両ばね上挙動予測部は、前記車両の車両特性情報を考慮して前記車両のばね上挙動を予測することを特徴としている。
第４の態様としては、第３の態様において、前記車両特性情報は、車体重量、ばね下重量、タイヤばね定数、懸架ばね定数のいずれかを含むことを特徴としている。
第５の態様としては、第１ないし第４のいずれかの態様において、前記車両ばね上挙動予測部は、前記車両の速度を考慮して前記車両のばね上挙動を予測することを特徴としている。
第６の態様としては、第１ないし第５のいずれかの態様において、前記車両ばね上挙動予測部は、周波数と変位成分を含む路面変位情報に基づき、前記車両のばね上挙動を予測することを特徴としている。
第７の態様としては、第１ないし第６のいずれかの態様において、前記路面状態取得部は、車両の前方の路面状態を計測可能な路面状態計測部であることを特徴としている。
第８の態様としては、第１ないし第６のいずれかの態様において、前記路面状態取得部は、車体外から通信で路面状態を取得することを特徴としている。
尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
本願は、２０１９年１月２８日付出願の日本国特許出願第２０１９−０１２３４１号に基づく優先権を主張する。２０１９年１月２８日付出願の日本国特許出願第２０１９−０１２３４１号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。
１ 車体 ２ 車輪 ３ 車速センサ（車両速度検出部） ４ サスペンション装置 ６ 可変ダンパ（力発生機構） ７ 減衰力可変アクチュエータ ８ カメラ装置（路面状態取得部） ９ 車高センサ（車体重量検出部） １０，２０，３０ コントローラ １２，２１ 将来車両状態推定部（車両ばね上挙動予測部） １３，２３ 指令値演算部（力発生機構制御部） ３３ プレビュー制御指令値算出部 ３４ フィードバック制御指令値算出部 ３５ 制御配分演算部
本発明の一実施形態による車両挙動装置は、車両の車体側と車輪側との間に設けられ発生する力を調整可能な力発生機構と、車両の前方の路面状態を取得する路面状態取得部と、前記路面状態取得部により得られた路面変位から車両のばね上挙動を予測する車両ばね上挙動予測部と、前記車両ばね上挙動予測部による予測値に基づき、車両のばね上挙動を小とするための前記力発生機構の発生力を評価関数を用いて求め、命令信号を出力する力発生機構制御部と、を有している。

Claims (8)

  1. 車両挙動装置であって、該車両挙動装置は、
    車両の車体側と車輪側との間に設けられ発生する力を調整可能な力発生機構と、
    車両の前方の路面状態を取得する路面状態取得部と、
    前記路面状態取得部により得られた路面変位から車両のばね上挙動を予測する車両ばね上挙動予測部と、
    前記車両ばね上挙動予測部による予測値に基づき、前記力発生機構の発生力を求め、命令信号を出力する力発生機構制御部と、
    を有する車両挙動装置。
  2. 請求項１に記載の車両挙動装置において、
    前記力発生機構制御部は、前記車両ばね上挙動予測部による予測値に対し、ばね上挙動を小とするための最適指令値を評価関数を用いて求めることを特徴とする車両挙動装置。
  3. 請求項１または２に記載の車両挙動装置において、
    前記車両ばね上挙動予測部は、前記車両の車両特性情報を考慮して前記車両のばね上挙動を予測することを特徴とする車両挙動装置。
  4. 請求項３に記載の車両挙動装置において、
    前記車両特性情報は、車体重量、ばね下重量、タイヤばね定数、懸架ばね定数のいずれかを含むことを特徴とする車両挙動装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の車両挙動装置において、
    前記車両ばね上挙動予測部は、前記車両の速度を考慮して前記車両のばね上挙動を予測することを特徴とする車両挙動装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の車両挙動装置において、
    前記車両ばね上挙動予測部は、周波数と変位成分を含む路面変位情報に基づき、前記車両のばね上挙動を予測することを特徴とする車両挙動装置。
  7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の車両挙動装置において、
    前記路面状態取得部は、車両の前方の路面状態を計測可能な路面状態計測部であることを特徴とする車両挙動装置。
  8. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の車両挙動装置において、
    前記路面状態取得部は、車体外から通信で路面状態を取得することを特徴とする車両挙動装置。
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