KR101530718B1 - 서스펜션 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제어 댐퍼의 비선형성 및 시간 지연 요소를 고려하여 모델 설계를 행함으로써, 진동 제어를 양호하게 실행할 수 있는 서스펜션 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

비선형 제어의 하나인 백스테핑법을 적용하여, 댐퍼(4)의 비선형성을 고려한 설계를 행하며, 또한 감쇠력 특성 가변부〔감쇠력 Fu(v, i)〕의 다이나믹스를 1차 지연계로 표현하여 얻어지는 감쇠력 Fu를 비선형 제어기(5)가 이용하여, 댐퍼(4)의 다이나믹스를 보상하도록 하여, 제어 댐퍼의 시간 지연 요소를 고려하여 제어계가 구성되어 있다. 이 때문에, 시간 지연의 억제가 도모되고, 제어 댐퍼의 특성에 따른 실용적인 제어력 조정을 행할 수 있다.

Description

서스펜션 제어 장치{SUSPENSION CONTROL DEVICE}

본 발명은, 제어 댐퍼에 의해 자동차 등의 차량의 진동을 제어하는 서스펜션 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 서스펜션 제어 장치의 일례로서, 이 제어 장치에 이용되는 액추에이터의 모델을 고려한 서스펜션 제어 장치가 있다(비특허문헌 1 참조).

[비특허문헌 1] 「세미액티브 서스펜션에서의 액추에이터를 고려한 제어계 설계법」 후카오 다카노리, 스즈키 다카후미, 오스가 코우이치(제5회 계측 자동 제어 학회 제어 부문 대회, 2005년 5월25일∼27일)

그러나, 비특허문헌 1에 나타나는 서스펜션 제어 장치에서는, 이 제어 장치에 이용되는 액추에이터(제어 댐퍼)의 모델로서, 간이하고 실용에 제공하는 레벨에 도달해 있지 않은 1차 선형 모델을 이용하고 있어, 그대로 실사용에 이용하는 것은 곤란하다.

또한, 서스펜션 제어 장치에서는, 이것에 이용되는 액추에이터(제어 댐퍼)가, 일반적으로 강한 비선형성을 가지며, 시간 지연 요소가 있기 때문에, 필요한 힘을 필요할 때에 얻을 수 있다고는 한정되지 않고, 어긋남(오차)이 생겨 버린다. 이러한 사태가 되는 것을 방지하는 것이 요구되지만, 종래 기술에서는 이 대책이 실시되어 있지 않다고 하는 것이 실정이었다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 제어 댐퍼의 비선형성 및 시간 지연 요소를 고려하여 모델 설계를 행함으로써, 진동 제어를 양호하게 실행할 수 있는 서스펜션 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재한 발명은, 진동 상태를 진동 신호로서 출력하는 차량에 제어력을 부여함으로써 상기 차량의 진동을 저감하는 서스펜션 제어 장치로서, 지령 신호에 따라서 상기 제어력을 발생시키는 제어 댐퍼와, 상기 진동 신호에 기초하여 목표 제어력을 산출하는 피드백 제어기와, 상기 진동 신호와 상기 지령 신호에 기초하여 추정 제어력을 산출하는 옵저버(observer)와, 상기 목표 제어력과 상기 추 정 제어력과 상기 제어 댐퍼의 신축 속도에 기초하여 상기 지령 신호를 출력하여, 상기 제어 댐퍼의 다이나믹스를 보상하는 보상기로 이루어지고, 상기 추정 제어력은, 비선형 게인에 상기 지령 신호를 곱하며, 또한 제어 댐퍼의 다이나믹스 함수을 곱해 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어 댐퍼의 비선형성 및 시간 지연 요소를 고려한 모델 설계를 행함으로써, 진동 제어를 양호하게 실행할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 서스펜션 제어 장치를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 서스펜션 제어 장치를 모식적으로 도시하는 블록도이다. 도 1에 있어서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 서스펜션 제어 장치는, 차량(1)의 진동 상태를 나타내는 진동 신호(피드백 신호)에 기초하여 목표 감쇠력(목표 제어력)을 산출하는 H∞ 제어기(2)와, H∞ 제어기(2)가 출력하는 목표 감쇠력(H∞ 제어기 출력 ur)의 입력을 받아 차량(1)에 대하여 실감쇠력 Fd를 부여하는 제어 시스템(3)을 구비하고 있다. 차량(1)의 진동 신호는, 차량(1)에 설치되고, 차체의 상하 진동 등의 운동(가속도, 속도, 변위 등)을 검출하는 상하 G 센서 등의 운동 검출 수단으로부터 입력을 받게 되어 있다. 본 실시형태에서는 H∞ 제어기(2)가 피드백 제어기를 구성하고 있다.

제어 시스템(3)은, 제어 댐퍼의 일례인 세미액티브 댐퍼(4)(세미액티브 서스 펜션의 댐퍼), 보상기의 일례인 비선형 제어기(5), 및 옵저버(6)를 포함하고 있고, 후술하는 바와 같이 세미액티브 댐퍼(4)[이하, 적절하게 단순히 댐퍼(4)라고도 함]의 비선형 동적 특성(다이나믹스)을 고려한 것으로 되어 있다. 즉, 제어 시스템(3)은, 제어상, 차체 부분[차량(1)]과 댐퍼 부분[댐퍼(4)]을 분리하여 생각하여, 차량(1)의 차체 부분은 선형 모델로 하고, 이 차체 부분에 대해서는, 선형 H∞ 제어[H∞ 제어기(2)]를 적용하며, 강한 비선형성을 갖는 댐퍼 부분[댐퍼(4)]에 대해서는, 비선형 제어의 하나인 백스테핑법(후술함)을 적용하도록 구성되어 있어, 세미액티브 댐퍼(4)(제어 댐퍼) 더 나아가서는 차체의 진동을 제어한다. 바꿔 말하면, 제어 시스템(3)은, 비선형 제어의 하나인 백스테핑법을 적용함으로써, 댐퍼(4)의 비선형성을 고려한 설계를 행하고 있다.

이 백스테핑법에서는, 실감쇠력 Fd 내의 감쇠 특성 가변부(제어력)가, H∞ 제어기 출력 ur에 근접하도록 지령 전류(i)를 생성한다. 그리고, 이 제어 방법(백스테핑법)에서는, 추정 감쇠력 Fu(추정 제어력)와 H∞ 제어기 출력 ur의 오차를 작게 함으로써, 가속도의 과도 특성을 개선하고, 즉 저크(가속도의 시간 변화율)를 저감하여, 스프링상 공진 이상의 고주파수 영역의 진동 저감을 도모하도록 하고 있다. 상기 옵저버(6)는, 댐퍼(4)의 비선형 다이나믹스를 고려하여 감쇠 특성 가변부에 대한 추정 처리를 행하여, 추정 감쇠력 Fu를 출력한다. 상기 옵저버(6)는, 또한 댐퍼(4)에 구비되는 도시하지 않는 피스톤의 속도(피스톤 속도) v〔댐퍼(4)의 신축 속도에 상당한다. 추정 피스톤 속도 v라고도 함〕를 출력한다. 또, 본 실시형태에서는, 피스톤 속도 v는 옵저버(6)를 이용하여 추정하고 있지만, 차고 센서와 미분 기를 이용하여 산출해도 좋다. 이 경우, 피스톤 속도 v의 정밀도는 향상하지만, 시스템 비용이 상승한다.

다음에, 도 2 및 도 3에 기초하여, 세미액티브 댐퍼(4)의 비선형 다이나믹스의 모델화에 대해서 상술한다.

도 1에 도시하는 세미액티브 댐퍼(4)는, 도 2의 맵에 도시하는 바와 같이, 지령 전류(i)와 댐퍼(4)의 피스톤 속도(v)에 의존하는 감쇠력을 발생하고, 그 특성은 비선형이다. 또한 피스톤 속도(v)가 0 m/s 부근에서는 감쇠력을 발생하지 않는다고 하는 쌍(雙)선형성도 갖고 있다.

댐퍼(4)가 발생할 수 있는 감쇠력 Fd(v, i)〔실감쇠력에 상당하고, 이하, 적절하게 실감쇠력 Fd라고도 함.〕는, 지령 전류(i)와 피스톤 속도(v)에 의존하는 감쇠력 특성 가변부의 감쇠력 Fu(v, i)와, 피스톤 속도(v)에만 의존하는 감쇠력 특성 불변부(=소프트시의 감쇠력 특성)의 감쇠력 Fy(v)의 합,

Fd(v, i)=Fu(v, i)+Fy(v) (1)

로 나타낼 수 있고〔또한 본 실시형태에서는, 추정 감쇠력 Fu는, 감쇠력 특성 가변부의 감쇠력이다.〕, 특히 Fu(v, i)는,

Fu=Fk(v)·i (2)

로서, 지령 전류(i)에 관해서 선형의 식으로 나타낼 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 지령 전류(i)를 지령 신호로 하고 있지만, 제어 댐퍼에 소정의 제어력을 발생시킬 수 있는 신호이면, 전압 등이어도 된다.

Fu(v, i)에 대해서, 식 (2)로 나타낼 수 있기 때문에, Fk(v)를 지령 전류(i) 에 관한 기울기(이하, 적절하게 비선형 게인이라고도 함.)로 생각한다. 본 실시형태에서는, 기울기 Fk(v)가 비선형의 요소에 상당한다. 이 실제의 감쇠력 특성으로부터 구한 지령 전류(i)에 대한 감쇠력의 기울기 등을 기초로, 다음과 같이 Fk(v)〔탄젠트의 역함수(arc tan 함수). 비선형 게인 산출 수단〕을 근사한다.

Fk(v)=(a/b) tan-1(b·v) (3)

도 2의 실데이터를 기초로, a, b를 다음 식 (4)에 나타내는 바와 같이,

[수학식 1]

로 설정하였다. 피스톤 속도마다의 지령 전류(i)에 대한 감쇠력의 기울기를 도 3에 도시한다. 도 3에는, 실데이터의 감쇠력 특성으로부터 구한 기울기와 식 (4)의 함수 근사에 의해 구한 기울기를 아울러 나타낸다.

다음에, 댐퍼(4)의 다이나믹스를 보상하기 위해, 감쇠력 특성 가변부〔감쇠력 Fu(v, i)〕의 다이나믹스를 1차 지연계로 표현하면, 감쇠력 Fu는, 시상수(T)를 이용하여, 식 (5)와 같이 나타낸다.

Fu=Fk(v)·i/(Ts+1) (5)

단, 1/Ts+1은, 다이나믹스 함수이다. 식 (5)는 라플라스 연산자(s)에 의한 주파수 영역의 식이다. 도 1에 도시하는 옵저버(6)에 의한 실감쇠력 Fd의 추정에 대해서는, 도 2의 맵 또는, 식 (5)를 이용하여, 지령 전류(i)와 피스톤 속도(v)로부터 산출하여, 추정 감쇠력 Fu로서 얻는다. 식 (5)를 시간 영역으로 표현하면, 다음 식 (6)에 나타나는 바와 같이 된다.

[수학식 2]

이 식 (6)을 상기 백스테핑법에 이용함으로써, 댐퍼(4)의 비선형 다이나믹스를 고려할 수 있고, 본 실시형태에서는, 식 (6)을 상기 백스테핑법에 이용하여 댐퍼(4)의 비선형 다이나믹스를 고려한 것으로 하고 있다. 본 실시형태에서는, 실험 데이터로부터, 식 (5)에서, 시상수(T)를 T=0.02로 했다.

본 실시형태는, 전술한 바와 같이 추정 감쇠력 Fu에 대해서 감쇠력 특성 가변부〔감쇠력 Fu(v, i)〕의 다이나믹스를 1차 지연계로 표현하고, 이와 같이 얻어지는 추정 감쇠력 Fu를 비선형 제어기(5)가 이용하여, 댐퍼(4)의 다이나믹스를 보상하도록 하고 있으며, 제어 댐퍼의 시간 지연 요소를 고려하여 제어계가 구성되어 있다.

여기서, 비선형 제어기(5)가 채용되어 지령 전류(i)의 산출을 위해 이용하는 상기 백스테핑법에 대해서, 도 4에 기초하여 설명한다. 또한, 도 4에서는, H∞ 제어기(2)가 출력하는 H∞ 제어기 출력 ur을 시간 미분하여 H∞ 제어기 출력 ur의 시간 미분값 ur'을 얻는 부분(미분기)에 대해서는, 기재를 생략하고 있다.

상기 감쇠력 특성 가변부의 추정 감쇠력 Fu와 H∞ 제어기 출력 ur과의 오차 를 ζ=ur-Fu로 정의한다. 이 오차(ζ)의 정의식의 Fu에 식 (6)을 대입하여, 시간 미분하고, 다음식 (7)에 나타내는 오차 시간 미분값을 얻을 수 있다.

[수학식 3]

여기서, i를 식 (8)과 같이

[수학식 4]

로 선택하면, 오차 시간 미분값은, 식 (9)와 같이

[수학식 5]

가 되고, t→∞일 때, ζ→0이 되어 안정화할 수 있다.

식 (8) 및 식 (9)에서, h는 플러스의 상수이다. 상수(h)가 작은 경우, 오차의 수속 시간은 늦어진다. 그러나, 상수(h)가 큰 경우, 지령 전류(i)의 제한에 의해, 발산할 가능성이 있다. 상수(h)의 선정에는, 약간의 시행 착오가 필요하다. 식 (8)에서, 피스톤 속도가 0이 되면, 비선형 게인 Fk(v)가 0이 되고, 지령 전류(i)가 발산되어 버리기 때문에, 비선형 게인 Fk(v)를 산출하기 위한 피스톤 속도(제어에 이용하는 피스톤 속도)는 소정값 이하가 되지 않도록 수정한다. 구체적으로는 표 형식으로 나타내는 도 10에 도시하는 바와 같다. 본 실시형태에서는, 관측 노이즈의 영향을 고려하여, 도 10에서, ε=0.01 m/s로 하였다.

또한, 피스톤 속도(v)가 원점 근방의 불가 제어가 되는 특이점에 대하여 대처하기 위해, 식 (8)의 상수(h)를 다음 식 (10)과 같이 속도 의존 파라미터로 변경한다.

h(v)=(v/λ)2+δ (10)

단, 식 (10)에서는, 피스톤 속도(v)를 도 10에 도시하는 바와 같이 제한하지 않는다. 여기서, λ, δ는 플러스의 상수이다. 본 실시형태에서는, 시뮬레이션에 의한 시행착오의 마지막 λ=0.01,δ=0.1로 하였다. 또한 상수(h)는 너무 크지 않도록, h(v)≤100의 제한을 마련하였다. 식 (10)은 2차 함수의 형태이고, 피스톤 속도(v)가 원점 근방에서 오차(ζ)의 값을 작게 함으로써, 불가 제어가 되는 이 부근에서는, 무리하게 제어하지 않도록 하고 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 제어 시스템(3)이, 비선형 제어의 하나인 백스테핑법을 적용하고, 댐퍼(4)의 비선형성을 고려한 설계를 행하며, 또한 감쇠력 특성 가변부〔감쇠력 Fu(v, i)〕의 다이나믹스를 1차 지연계로 표현하여 얻어지는 감쇠력 Fu를 비선형 제어기(5)가 이용하여, 댐퍼(4)의 다이나믹스를 보상하도록 하고 있어, 제어 댐퍼의 시간 지연 요소를 고려하여 구성되어 있다. 이 때문에, 시간 지연의 억제가 도모되고, 제어 댐퍼의 특성에 따른 실용적인 제어력 조정 을 행할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 제어 댐퍼의 비선형성과 다이나믹스 양쪽 모두를 보상한 제어계 설계를 하고 있기 때문에, 목표 감쇠력과 실감쇠력(실제로는 실감쇠력 내의 감쇠 특성 가변부)의 오차를 저감할 수 있고, 더 나아가서는 스프링상 가속도와 저크 양쪽 모두를 저감할 수 있다. 이와 같이 스프링상 가속도와 저크 양쪽 모두를 저감할 수 있는 것에 따라, 승차감 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 제어 댐퍼의 응답 지연을 보상할 수 있기 때문에, 응답성이 낮은 저렴한 제어 댐퍼를 이용하여도, 스프링상 가속도와 저크의 양쪽 모두를 저감하여, 승차감 성능을 향상시킬 수 있다.

전술한 바와 같이 구성한 서스펜션 제어 장치에 대해서, (가) 전차량(full vehicle) 시뮬레이션, (나) 4륜 가진(加振) 시험 및 (다) 실차 주행 시험을 행하여, 서스펜션 제어 장치가 채용하는 비선형성과 지연 요소를 고려한 제어 방법의 유효성을 검증하였다. 이 검증 내용을 이하에 설명한다.

상기 검증에 대해서는, 제어 대상이 되는 차량으로서 대형 세단차를 선택하고, 이 대형 세단차에는 스프링상 상하 가속도 센서가 구비되어 있는 경우를 예로 행하였다. 스프링상 상하 가속도 센서가 검출하는 스프링상 상하 가속도 신호로부터 적응 VSS(가변 구조 시스템 Variable structure system) 옵저버[도 1 옵저버(6) 참조]에 의해 제어에 사용하는 피스톤 속도를 추정하고, 추정 피스톤 속도와 지령 전류로부터 감쇠력을 추정하여 추정 감쇠력을 얻으며, 이것을 비선형 제어기[도 1의 비선형 제어기(5) 참조]에 출력한다.

본 실시형태의 제어측 및 비교 대상의 제어측의 조건은, 표 형식으로 나타낸 도 11에 도시하는 바와 같다. 즉, 본 실시형태의 제어측은 댐퍼(4)의 비선형성과 다이나믹스 양쪽 모두를 고려하고 있는 제어측이다.

상기 비교 대상으로서는, 댐퍼[도 1 댐퍼(4) 참조]의 다이나믹스만 고려하고 있는 제어측을 이용하는 제어 기술 B와, 댐퍼[도 1의 댐퍼(4) 참조]의 비선형성만 고려하고 있는 제어측을 이용하는 제어 기술 C와, 댐퍼[도 1의 댐퍼(4) 참조]의 비선형성과 다이나믹스의 어느 쪽도 고려하지 않고, 선형 H∞ 제어만을 적용한 제어측을 이용하는 종래 기술 D를 이용하고 있다. 또한, H∞ 제어기(2)에 대해서는, 각각 같은 것을 이용하고 있다. 또한 상기 비교 대상에는, 패시브 서스펜션을 탑재한 표준차(도 8 및 도 9에 「표준」으로서 데이터를 도시함)를 포함하고 있고, 후술하는 바와 같이 본 실시형태와의 비교를 행한다.

(가) 전차량 시뮬레이션

전차량 모델을 이용하여 0.5 Hz∼20 Hz로 주파수 대역을 좁힌 랜덤파 가진과, 0.3 Hz∼4 Hz로 가진 진폭을 일정하게 한 로그 스위프 가진의 시뮬레이션을 행하였다.

랜덤파 가진에 의한 스프링상 가속도의 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 도 5에 도시한다. 저주파수 영역에서 스프링상 공진 부근에서는, 본 실시형태는 종래 기술 D와 동등한 제진 특성이지만, 스프링상 공진 이상의 주파수 영역에서는, 본 실시형태가 종래 기술 D보다 PSD를 저감하고 있다.

로그 스위프 가진에 의한 가진 주파수마다의 스프링상 저크의 P-P값(Peak- to-Peak값)을 도 6에 도시한다. 가진 주파수의 전체 영역에서, 본 실시형태는 종래 기술 D에 비해 저크를 저감하는 결과를 얻었다.

(나) 4륜 가진 시험

주파수 4 Hz의 실차 4륜 동 위상 가진 시험에 의한 시각력 응답의 결과를 도 7에 도시한다. 도 7중 (a)는, 시간-스프링상 가속도(스프링상 상하 가속도) 특성을 도시하고, (b)는, 시간 대응으로 표시한 H∞ 제어기 출력 ur과 실감쇠력 Fd와의 오차 특성을 도시하고 있다.

도 7(a)에 도시되는 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 실시형태는 제어 기술 B, C에 비해, 응답이 매끄럽고, 스프링상 가속도를 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 본 실시형태가 제어 기술 B, C에 비해 양호한 결과를 얻을 수 있는 이유는, 도 7(b)에 도시되는 오차의 차이에 기초하는 것이다. 이 오차가 작으면 작을수록, 바람직한 감쇠력인 H∞ 제어기 출력 ur(도 1 참조)이 차량에 전해져 있는 것을 의미한다. 여기서, 제어 기술 C에 의한 스프링상 가속도가 크게 변화되어 있는 부분, 즉 저크가 악화되어 있는 시각에서는, 스프링상 가속도의 변화와 마찬가지로, 오차도 커져 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 제어 기술 C에 의하면 양호한 데이터를 얻을 수 없지만, 이것은, 댐퍼의 다이나믹스가 고려되어 있지 않은 것에 기인하고 있다고 생각된다.

제어 기술 B에서는, 댐퍼의 다이나믹스가 고려되어 있기 때문에, 제어 기술 C보다 오차가 작고, 스프링상 가속도가 저감되어 있다. 그러나, 댐퍼의 비선형성을 고려하지 않는 분으로, 본 실시형태보다 오차가 커질 때가 있고, 그 시각에서는, 오차가 크게 변화하며, 스프링상 가속도도 크게 변화되고, 저크가 악화되어 있다.

본 실시형태에서는, 댐퍼(4)의 비선형성과 다이나믹스 양쪽 모두를 고려한 제어계 설계를 실시하고 있기 때문에, 전술한 시험 결과에서 명백한 바와 같이, 제어 기술 B나 제어 기술 C보다 오차를 작게 할 수 있고, H∞ 제어기(2)의 능력을 발휘시켜, 스프링상 가속도와 저크 양쪽 모두를 저감할 수 있게 된다.

(다) 실차 주행 시험

스프링상 공진이 여기되는 기복이 있는 노면을 주행했을 때의 시각력 응답을 도 8에 도시한다. 도 8중 (a)는 스프링상 가속도, (b)는 스프링상 저크다. 본 실시형태와 제어 기술 C는 표준차(패시브 서스펜션 탑재차)에 대하여, 스프링상 가속도의 P-P값을, 같은 정도로 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 8중 (a)의 일점쇄선(F) 내에서는, 제어 기술 C와 표준차의 스프링상 가속도가 크게 변화되어 있다. 이 때의 스프링상 저크는, 도 8(b)의 일점 쇄선(G) 내에 도시하는 바와 같고, 본 실시형태는 제어 기술 C에 대하여, 스프링상 저크의 P-P값을 반감할 수 있다. 이들은, 실제 승차감에 매우 큰 영향을 부여하는 것으로, 본 실시형태에 의하면, 제어 기술 C에 비해 양호한 승차감을 확보할 수 있는 것이, 본 시험 결과로부터도 알 수 있다.

다음에, 기복이 있는 길과 악로를 포함하는 노면을 주행했을 때의, 스프링상 가속도의 PSD를 도 9에 도시한다. 스프링상 공진 부근에서는, 본 실시형태와 제어 기술 C는 표준차에 대하여, 같은 정도로 PSD를 저감할 수 있다. 한편, 스프링상 공진 부근 이상의 고주파수 영역에서는, 본 실시형태만이, 표준차보다 PSD를 저감할 수 있어, 제어 기술 C보다 높은 제진 효과를 실현하고 있다.

상기 실시형태에서는, 피드백 제어기가 H∞ 제어기(2)인 경우를 예로 하였지만, 이 대신에 스카이훅 제어기나 LQ 제어기 등, 다른 피드백 제어기를 이용하여도 좋다.

상기 실시형태에서는, 비선형 게인 산출 수단이 Fk(v)〔탄젠트의 역함수(a tan 함수)〕인 경우를 예로 했지만, 이 대신에 비선형 게인을 포함하는 맵[즉, 피스톤 속도(v)에 따라서 정해지는 계수로서, 이것에 지령 전류(i)를 곱하면 추정 제어력 Fu를 산출할 수 있는 것]을 이용하여도 좋다.

상기 실시형태에서는, 제어 댐퍼가 1차 지연계인 것으로서 다이나믹스 함수를 구성하고 있지만, 2차 지연계 등의 시간 지연계인 것으로서 구성하여도 좋다.

상기 실시형태에서는, 제어 댐퍼가 세미액티브 댐퍼(4)인 경우를 예로 했지만, 이 대신에, 액티브 댐퍼(전기 액추에이터, 유압 액추에이터 중 어느 하나)를 이용하도록 하여도 좋다. 액티브 댐퍼여도, 추정 제어력은, 지령 신호와 상기 추정 상대 속도에 의존하는 제어력 특성 가변부(Fu)와 제어력 특성 불변부(Fy)와의 합으로서 나타낼 수 있기 때문에, 상기 실시형태와 같이 취급할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 지령 신호가 지령 전류(i)(전기 신호)인 경우를 예로 했지만, 이것에 한하지 않고, 광 신호 등 다른 신호를 이용하여도 좋다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 서스펜션 제어 장치를 모식적으로 도시하는 블록도.

도 2는 도 1의 세미액티브 댐퍼의 감쇠력 특성을 도시하는 도면.

도 3은 도 1의 세미액티브 댐퍼의 피스톤 속도 마다의 지령 전류에 대한 감쇠력의 기울기를 도시하는 도면.

도 4는 도 1의 비선형 제어기를 모식적으로 도시하는 블록도.

도 5는 전차량 시뮬레이션으로 얻어진 랜덤파 가진시의 스프링상 가속도의 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 도시하는 특성도.

도 6은 전차량 시뮬레이션으로 얻어진 로그 스위프 가진시의 가진 주파수마다의 스프링상 저크의 P-P값을 도시하는 특성도.

도 7은 주파수 4 Hz의 실차 4륜 동 위상 가진 시험에서의 시각력 응답의 결과로, (a)는 시간-스프링상 상하 가속도 특성을 도시하고, (b)는 시간 대응으로 표시한 H∞ 제어기 출력과 실감쇠력과의 오차 특성을 도시하는 도면.

도 8은 기복이 있는 노면을 주행했을 때의 시각력 응답으로, (a)는 스프링상 가속도, (b)는 스프링상 저크를 도시하는 도면.

도 9는 기복이 있는 길과 악로를 포함하는 노면을 주행했을 때의 스프링상 가속도의 PSD(승차감 시험 결과)를 도시하는 도면.

도 10은 피스톤 속도의 수정에 대해서 표 형식으로 나타낸 도면.

도 11은 본 실시형태와 비교 대상의 제어측의 조건에 대해서 표 형식으로 도 시하는 도면.

<부호의 설명>

1: 차량 2: H∞ 제어기(피드백 제어기)

4: 세미액티브 댐퍼(제어 댐퍼) 5: 비선형 제어기(보상기)

Claims (7)

1. 진동 상태를 진동 신호로서 출력하는 차량에 제어력을 부여함으로써 상기 차량의 진동을 저감하는 서스펜션 제어 장치로서,

   지령 신호에 따라서 상기 제어력을 발생시키는 제어 댐퍼와,

   상기 진동 신호에 기초하여 목표 제어력을 산출하는 피드백 제어기와,

   상기 진동 신호와 상기 지령 신호에 기초하여 추정 제어력을 산출하는 옵저버와,

   상기 목표 제어력과 상기 추정 제어력과 상기 제어 댐퍼의 신축 속도에 기초하여 상기 지령 신호를 출력하여, 상기 제어 댐퍼의 다이나믹스를 보상하는 보상기

   를 포함하고,

   상기 추정 제어력은, 비선형 게인에 상기 지령 신호를 곱하며, 또한 제어 댐퍼의 다이나믹스 함수를 곱해 산출하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 추정 제어력은, 다음 식,

   Fu=Fk·i/(Ts+1)

   (단, Fu는 상기 추정 제어력, Fk는 상기 비선형 게인, i는 상기 지령 신호의 전류값, s는 라플라스 연산자, T는 상기 제어 댐퍼의 시상수이다)

   을 만족하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어 댐퍼는, 상기 지령 신호에 따라 그 감쇠력 특성이 조정되고, 상기 감쇠력 특성 및 상기 신축 속도에 따라 상기 제어력을 발생시키는 감쇠력 조정식 댐퍼이고,

   상기 옵저버는, 상기 진동 신호와 상기 지령 신호에 기초하여 상기 신축 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제어 댐퍼는, 전기 액추에이터, 유압 액추에이터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 지령 신호는, 상기 목표 제어력과 상기 추정 제어력과의 차를 항상 감소시키도록 한 값인 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 지령 신호는, 다음 식,

   

   (단, i는 상기 지령 신호의 전류값, T는 상기 제어 댐퍼의 시상수, Fk는 상기 비선형 게인, h는 플러스의 상수, ζ는 상기 목표 제어력과 상기 추정 제어력과의 차, ur은 상기 목표 제어력, Fu는 상기 추정 제어력임)

   을 만족하는 지령 전류인 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 보상기는, 비선형의 요소를 포함하는 비선형 제어기인 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.

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