KR20210087516A

KR20210087516A - 차량 거동 장치

Info

Publication number: KR20210087516A
Application number: KR1020217017182A
Authority: KR
Inventors: 겐타로 가스야; 류스케 히라오; 노부유키 이치마루
Original assignee: 히다치 아스테모 가부시키가이샤
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2021-07-12
Also published as: DE112020000574T5; CN113365855A; JPWO2020158314A1; US20220097473A1; WO2020158314A1; JP7162081B2; US11884119B2; KR102559736B1

Abstract

차량 거동 장치는, 차량의 차체 측과 차륜 측 사이에 마련되어 발생하는 힘을 조정할 수 있는 가변 댐퍼와, 차량 전방의 노면 상태를 계측할 수 있는 카메라 장치와, 카메라 장치에 의해 얻은 노면 변위와 차속으로부터 차량의 스프링 위 거동을 예측하는 장래 차량 상태 추정부와, 장래 차량 상태 추정부에 의한 예측치에 기초하여 가변 댐퍼의 발생력을 구하여, 명령 신호를 출력하는 지령치 연산부를 가지고 있다.

Description

차량 거동 장치

본 발명은 차량의 거동을 제어하는 차량 거동 장치에 관한 것이다.

차량 전방의 노면 상황에 따라서 서스펜션을 제어(프리뷰 제어)하는 제어 장치가 알려져 있다(특허문헌 1, 2 참조). 특허문헌 1에는, 전방 위치에 있어서의 차체와 노면의 상대 변위 등을 추정하여, 전륜이 전방 위치에 도달했을 때에 최적의 힘 또는 스트로크의 지령치를 액츄에이터에 출력하는 제어 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 제어 장치는, 노면 상황 신호를 차속(車速)에 따른 솎음 비율(Thinning rate)로 메모리에 기억함으로써, 저속 시에 노면 상황 신호가 늘어남으로 인한 메모리 용량의 증가를 억제하고 있다.

특허문헌 2에는, 전방 노면 정보를 주파수 분석하여 주파수에 따른 응답 지연 보상 시간을 산출하는 제어 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 제어 장치에서는, 넓은 주파수 영역에 걸쳐 고정밀도의 지연 보상을 행할 수 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개 평4-342612호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허공개 평7-215032호 공보

그런데, 특허문헌 1, 2에 개시된 프리뷰 제어는, 모두 노면의 요철을 보고서 요철을 피하도록 스프링 아래를 제어한다. 그러나, 노면에 의해 여기되는 스프링 위의 진폭은 노면 진폭과 다른 경우가 있다. 예컨대 스프링 위 공진 주파수로 변위되는 노면의 경우, 노면 진동에 비해서 스프링 위의 진동이 커지는 경향이 있다. 한편, 스프링 아래 공진 주파수로 변위되는 노면의 경우, 노면 진동에 비해서 스프링 위의 진동이 작아지는 경향이 있다. 이 때문에, 상술한 기술에 의한 프리뷰 제어에서는, 스프링 위 공진 주파수 부근과 같은 저주파에 있어서의 스프링 위 제어가 불충분하게 된다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 차량 전방의 노면 정보로부터 스프링 위 진동의 장래 거동을 예측하여, 힘 발생 기구의 발생력을 제어할 수 있는 차량 거동 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 일 실시형태에 의한 차량 거동 장치는, 차량의 차체 측과 차륜 측 사이에 마련되어 발생하는 힘을 조정할 수 있는 힘 발생 기구와, 차량 전방의 노면 상태를 취득하는 노면 상태 취득부와, 상기 노면 상태 취득부에 의해 얻은 노면 변위로부터 차량의 스프링 위 거동을 예측하는 차량 스프링 위 거동 예측부와, 상기 차량 스프링 위 거동 예측부에 의한 예측치에 기초하여 상기 힘 발생 기구의 발생력을 구하여, 명령 신호를 출력하는 힘 발생 기구 제어부를 가지고 있다.

본 발명의 일 실시형태에 의하면, 차량 전방의 노면 정보로부터 스프링 위 진동의 장래 거동을 예측하여, 힘 발생 기구의 발생력을 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 차량 거동 장치를 도시하는 전체 구성도이다.
도 2는 도 1에서의 컨트롤러를 도시하는 제어 블록도이다.
도 3은 도 2에서의 노면 입력 배열 정보 작성부를 도시하는 제어 블록도이다.
도 4는 도 2에서의 장래 차량 상태 추정부를 도시하는 제어 블록도이다.
도 5는 장래 차량 상태로부터 프리뷰 제어 지령치를 연산하는 상태를 도시하는 설명도이다.
도 6은 카메라 계측 노면 변위에 기초하여 배열 데이터를 형성하는 상태를 도시하는 설명도이다.
도 7은 장래 차량 상태의 추정에 이용하는 차량 모델을 도시하는 모식도이다.
도 8은 저주파의 노면 변위가 생긴 경우에 관해서 스프링 위 속도, 비교예에 의한 제어량 및 제1 실시형태에 의한 제어량의 시간 변화를 도시하는 특성선도이다.
도 9는 노면에 단발의 요철이 생긴 경우에 관해서 스프링 위 속도, 비교예에 의한 제어량 및 제1 실시형태에 의한 제어량의 시간 변화를 도시하는 특성선도이다.
도 10은 제2 실시형태에 의한 컨트롤러를 도시하는 제어 블록도이다.
도 11은 제3 실시형태에 의한 컨트롤러를 도시하는 제어 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 의한 차량 거동 장치를 사륜자동차에 적용한 경우를 예로 들어 첨부 도면에 따라서 상세히 설명한다.

도 1에 있어서, 차량의 보디를 구성하는 차체(1)의 하측에는, 예컨대 좌측, 우측의 전륜과 좌측, 우측의 후륜(이하, 총칭하여 차륜(2)이라고 한다)이 장착되어 있다. 이들 차륜(2)은 타이어(도시하지 않음)를 포함하여 구성되어 있다. 이 타이어는 노면의 미세한 요철을 흡수하는 스프링으로서 작용한다.

차속 센서(3)는, 예컨대 차륜(2)(즉, 타이어)의 회전수를 검출하여, 이것을 차속(차량의 주행 속도) 정보로서 후술하는 컨트롤러(10)에 출력한다. 컨트롤러(10)는 차속 센서(3)로부터의 차속 정보에 기초하여 차량 속도를 취득한다. 이때, 차속 센서(3)는 차량 속도를 검출 또는 추정하는 차량 속도 검출부를 구성하고 있다. 또한, 컨트롤러(10)는, 차속 센서(3)로부터의 차속 정보로부터 차량 속도를 취득하는 것에 한하지 않고, 예컨대 CAN(Controller Area Network) 등으로부터 차량 속도를 취득하여도 좋다.

서스펜션 장치(4)는 차체(1)와 차륜(2) 사이에 개재 장착되어 마련되어 있다. 서스펜션 장치(4)는, 현가 스프링(5)(이하, 스프링(5)이라고 한다)과, 스프링(5)과 병렬 관계를 이루어 차체(1)와 차륜(2) 사이에 설치된 감쇠력 조정식 완충기(이하, 가변 댐퍼(6)라고 한다)에 의해 구성된다. 또한, 도 1은 1조의 서스펜션 장치(4)를 차체(1)와 차륜(2) 사이에 설치한 경우를 모식적으로 도시하고 있다. 사륜자동차의 경우, 서스펜션 장치(4)는 4개의 차륜(2)과 차체(1) 사이에 개별로 독립적으로 합계 4조 설치된다.

여기서, 서스펜션 장치(4)의 가변 댐퍼(6)는, 차체(1) 측과 차륜(2) 측 사이에서 조정할 수 있는 힘을 발생하는 힘 발생 기구이다. 가변 댐퍼(6)는 감쇠력 조정식의 유압 완충기를 이용하여 구성되어 있다. 가변 댐퍼(6)에는, 발생 감쇠력의 특성(즉, 감쇠력 특성)을 하드한 특성(경특성)에서 소프트한 특성(연특성)으로 연속적으로 조정하기 위해서, 감쇠력 조정 밸브 등으로 이루어지는 감쇠력 가변 액츄에이터(7)가 부설되어 있다. 여기서, 감쇠력 가변 액츄에이터(7)는, 감쇠력 특성을 반드시 연속적으로 조정하는 구성이 아니라도 좋으며, 예컨대 2단계 이상의 복수 단계에서 감쇠력을 조정할 수 있는 것이라도 좋다. 또한, 가변 댐퍼(6)는 압력 제어 타입이라도 좋고, 유량 제어 타입이라도 좋다.

카메라 장치(8)는 차체(1)의 전방부에 설치된 노면 상태 계측부(노면 상태 취득부)를 구성하고 있다. 카메라 장치(8)는, 차량 전방의 노면 상태(구체적으로는 검출 대상 노면까지의 거리와 각도, 화면 위치와 거리를 포함한다)를 계측하여 검출한다. 카메라 장치(8)는, 예컨대 일본 특허공개 2011-138244호 공보 등에 기재된 것과 같이, 좌측, 우측 한 쌍의 촬상 소자(디지털 카메라 등)를 포함하는 스테레오 카메라에 의해서 구성된다. 카메라 장치(8)는, 좌측, 우측 한 쌍의 화상을 찍어 들임으로써, 촬상 대상 물체(차량 전방에 위치하는 노면)까지의 거리와 각도를 포함한 노면 상태를 검출할 수 있다. 이 때문에, 카메라 장치(8)로 찍어 들인 차량 전방의 프리뷰 화상(즉, 노면 프리뷰 정보)은 노면 상태 계측부의 검출 결과로서 후술하는 컨트롤러(10)에 출력된다.

또한, 노면 상태 계측부는, 스테레오 카메라로 이루어지는 카메라 장치(8)에 한하지 않고, 예컨대 밀리파 레이더와 모노럴 카메라를 조합한 것이라도 좋고, 복수의 밀리파 레이더 등에 의해서 구성된 것이라도 좋다. 또한, 노면 상태 취득부는, 카메라 장치(8)에 한하지 않고, 예컨대 GPS 데이터를 기초로 한 서버로부터 정보를 입수하는 것이라도 좋고, 차와 차 사이 통신에 의해 다른 차로부터 정보를 입수하는 것이라도 좋다.

차고 센서(9)는 차체(1)의 높이를 검출한다. 차고 센서(9)는, 예컨대 스프링 위 측이 되는 차체(1) 측에, 각각의 차륜(2)에 대응하여 여러 개(예컨대 4개) 설치되어 있다. 즉, 각 차고 센서(9)는, 각 차륜(2)에 대한 차체(1)의 상대 위치(높이 위치)를 검출하여, 그 검출 신호를 컨트롤러(10)에 출력한다. 컨트롤러(10)는, 차량 정지 시의 차고 센서(9)로부터의 검출 신호에 기초하여, 탑승자를 포함한 차체 중량(차체 질량)을 취득한다. 이때, 차고 센서(9)는 차체 중량을 검출 또는 추정하는 차체 중량 검출부를 구성하고 있다. 또한, 차체 중량 검출부는, 차고 센서(9)에 한하지 않고, 예컨대 차체 중량을 직접적으로 검출하는 중량 센서라도 좋다.

컨트롤러(10)는, 카메라 장치(8)에 의해 얻은 노면 변위(검출 노면 변위)로부터 차량의 스프링 위 거동을 예측한다. 컨트롤러(10)는, 스프링 위 거동의 예측치(예컨대 장래 스프링 위 속도)에 기초하여, 서스펜션 장치(4)의 가변 댐퍼(6)(힘 발생 기구)에서 발생해야 할 힘을 구하여, 그 명령 신호를 서스펜션 장치(4)의 감쇠력 가변 액츄에이터(7)에 출력한다. 컨트롤러(10)는, 차량의 자세 제어 등을 포함하는 거동 제어를 행하는 제어 장치로서 차량의 차체(1) 측에 탑재되어 있다. 컨트롤러(10)는, 카메라 장치(8)로부터의 검출 신호(노면 정보를 포함하는 화상 신호)에 기초하여, 가변 댐퍼(6)에서 발생해야 할 감쇠력을 후술하는 지령치에 의해 가변으로 제어한다(도 5 참조).

이 때문에, 컨트롤러(10)는, 그 입력 측이 차속 센서(3), 차고 센서(9) 및 카메라 장치(8)에 접속되고, 출력 측이 가변 댐퍼(6)의 감쇠력 가변 액츄에이터(7)에 접속되어 있다. 컨트롤러(10)에는 카메라 장치(8)로부터 카메라 계측 노면 변위(노면 프리뷰 정보)가 입력된다. 컨트롤러(10)에는 차속 센서(3)로부터 차량 속도가 입력된다. 또한, 컨트롤러(10)에는, 차체 운동에 영향을 주는 차체 질량(스프링 위 질량 mb), 스프링 아래 질량 mt, 차체와 스프링 아래 사이의 현가 스프링의 스프링 상수 ks, 타이어 스프링 상수 kt 등의 차량 특성 정보가 입력되어 있다. 또한, 이들 차량 특성 정보는 고정치로서 메모리에 보존하여도 좋다. 또한, 차량 특성의 변화를 고려하여, 예컨대 차고 센서(9)로부터 차체 질량을 구하는 등, 컨트롤러(10) 내의 각 차량 특성 정보를 항상, 정기적, 때때로 또는 인위적 입력에 의해 다시 기록하여도 좋다.

또한, 컨트롤러(10)는 예컨대 마이크로컴퓨터를 이용하여 구성되어 있다. 컨트롤러(10)는 ROM, RAM 및/또는 불휘발성 메모리 등으로 이루어지는 메모리(10A)를 가지고 있다. 메모리(10A)에는, 가변 댐퍼(6)에서 발생해야 할 감쇠력을 가변으로 제어하기 위한 프로그램이 저장되고, 또한 카메라 장치(8)로 찍어 들인 차량 전방의 노면 프리뷰 정보 등이 갱신 가능하게 저장된다.

도 2에 도시하는 것과 같이, 컨트롤러(10)는 노면 입력 배열 정보 작성부(11)를 가지고 있다. 노면 입력 배열 정보 작성부(11)에는, 카메라 장치(8)에 의해 얻은 노면 변위(검출 노면 변위)와 차속 센서(3)에 의해 얻은 차량 속도가 입력된다. 노면 입력 배열 정보 작성부(11)는, 카메라 계측 노면 변위와 차량 속도 에 기초하여, 노면 변위 정보로서 차속을 고려한 노면 입력 배열 정보를 작성한다.

도 3에 도시하는 것과 같이, 노면 입력 배열 정보 작성부(11)는, 노면 도달 시간 산출부(11A)와 시계열 노면 변위 정보 형성부(11B)를 가지고 있다. 도 6에 도시하는 것과 같이, 노면 입력 배열 정보 작성부(11)는, 카메라 장치(8)로부터 출력되는 노면 프리뷰 정보(카메라 계측 노면 변위)에 기초하여, 차량의 진행 방향에 있어서의 임의 구간의 위치와 높이로 구성되는 배열 데이터(프리뷰 데이터)를 형성한다. 구체적으로는, 노면 도달 시간 산출부(11A)는, 검지하고 있는 노면의 최대 거리 L 및 차량 속도 V로부터 노면 도달 시간 t를 산출한다. 시계열 노면 변위 정보 형성부(11B)는, 노면 도달 시간과 카메라 장치(8)로부터 카메라 계측 노면 변위에 기초하여, 시계열의 장래 노면 변위의 데이터(노면 변위 정보)를 형성한다. 시계열 노면 변위 정보 형성부(11B)는, 노면 변위 정보로서 시계열의 장래 노면 변위의 데이터를 출력한다. 이에 따라, 노면 변위 정보를 장래의 차량 상태 추정의 산출에 이용할 수 있는 형식으로 한다.

예컨대, L을 차량이 프리뷰 기능으로 검지할 수 있는 최대 거리로 하고, 검지 노면의 자차 도달까지의 시간을 t로 하면, 노면 변위 정보는 n개의 높이 정보의 시간 배열 데이터 w(t)가 된다. 이때, 수학식 1에 나타내는 것과 같이, 시간 t는 최대 거리 L을 차량 속도 V로 나눈 값이다. n은 시간 t를 샘플링 시간 ST로 나눈 값이다(n=t/ST). 이에 따라, 수학식 2에 나타내는 것과 같이, 프리뷰 데이터로서, 시간의 함수가 된 높이 정보의 시간 배열 데이터 w(t)가 얻어진다. 차량 속도 V가 저속일 때에는, 시간 배열 데이터 w(t)는 저주파의 노면 변위 정보가 된다. 차량 속도 V가 고속일 때에는, 시간 배열 데이터 w(t)는 고주파의 노면 변위 정보가 된다. 즉, 시계열 노면 변위 정보는 주파수 성분과 변위 성분을 갖는 노면으로부터의 입력 정보(노면 변위 정보)이다.

컨트롤러(10)는 장래 차량 상태 추정부(12)와 지령치 연산부(13)를 가지고 있다. 도 4에 도시하는 것과 같이, 장래 차량 상태 추정부(12)는 옵저버를 이용하여 장래 차량 상태를 산출한다. 옵저버로 이루어지는 장래 차량 상태 추정부(12)에는, 시간 배열 데이터 w(t)에 기초한 노면 변위 z0과 차체 중량(차체 질량 mb) 등의 차량 특성 정보가 입력된다. 차체 중량은 수학식 3에 나타내는 상태방정식을 풀 때에 이용한다.

장래 차량 상태 추정부(12)는 차량 스프링 위 거동 예측부를 구성하고 있다. 장래 차량 상태 추정부(12)는, 카메라 장치(8)에 의해 얻은 노면 변위(검출 노면 변위)로부터 차량의 스프링 위 거동을 예측한다. 구체적으로는, 장래 차량 상태 추정부(12)는, 도 7에 도시하는 차량 모델에 기초하여, 카메라 장치(8)에 의해서 계측한 노면을 주행했을 때의 장래 차량 상태를 추정한다. 도 7에서는 1조의 서스펜션 장치(4)를 차체(1)와 차륜(2) 사이에 설치한 경우를 예시하고 있다. 그러나, 서스펜션 장치(4)는, 예컨대 사륜의 차륜(2)과 차체(1) 사이에 개별로 독립적으로 합계 4조 설치되는 것으로, 이 중 1조만을 도 7에서는 모식적으로 도시하고 있다.

여기서, 차체(1)의 절대 상하 변위를 zb, 스프링 아래의 절대 상하 변위를 zt, 노면의 절대 상하 변위(검출 노면 변위)를 z0, 차체 질량을 mb, 스프링 아래 질량 mt, 차체(1)와 스프링 아래 사이의 스프링 상수를 ks, 타이어 스프링 상수를 kt, 댐퍼 감쇠 계수를 c, 차체와 스프링 아래 사이에 작용하는 제어력을 f로 한다.

이때, 스프링 위-스프링 아래 사이의 상대 변위를 zbt, 스프링 아래-노면 사이의 상대 변위를 zt0이라고 하면, 상대 변위 zbt, zt0 및 상태방정식은 이하의 수학식 3 내지 수학식 5에 나타내는 것과 같다. 상태방정식 중에서 상태 변수 x 및 출력 y는 수학식 6 및 수학식 7에 나타내는 것과 같다. 식에서의 도트는 시간 t에 의한 1차 도함수(d/dt)를 의미한다. 도트가 2개이면 2차 도함수(d2/dt2)를 의미한다.

또한, 차체(1)와 스프링 아래 사이에 작용하는 외력 u는 제어력 f로 하고(u=f), 외란 w는 검출 노면 변위 z0으로 하고 있다(w=z0). 또한, 상태방정식의 각 요소는 수학식 8에 나타내는 것과 같다.

가변 댐퍼(6)가 액티브 서스펜션 등과 같이 직접적으로 차체(1)에 힘을 가하는 기기에 의해서 구성되어 있는 경우에는, 수학식 3에 기초하여 장래 스프링 위 속도, 장래 스프링 아래 속도, 장래 상대 속도를 포함하는 장래 차량 상태를 구할 수 있다.

한편, 가변 댐퍼(6)가 예컨대 세미액티브 서스펜션에 의해서 구성되어 있는 경우에는, 쌍선형 시스템을 이용할 수 있다. 수학식 3에 나타내는 상태방정식에서는 제어력 f를 이용했지만, 쌍선형 시스템의 경우에는 입력을 감쇠 계수 uc로서 취급한다. 이 경우, 수학식 9와 같은 상태방정식으로 기술된다. 이 때문에, 수학식 9에 기초하여 장래 스프링 위 속도, 장래 스프링 아래 속도, 장래 상대 속도를 포함하는 장래 차량 상태를 구할 수 있다.

여기서, x*는 상태 변수 x를 포함하는 대각 행렬이기 때문에, 제어력 f를 감쇠 계수 입력 uc와 상대 속도(dzb/dt-dzt/dt)로 나타내면, 수학식 10과 같이 된다. 이에 따라, x*는 수학식 11과 같이 된다.

지령치 연산부(13)는 힘 발생 기구 제어부를 구성하고 있다. 지령치 연산부(13)는, 장래 차량 상태 추정부(12)에 의한 예측치에 기초하여 가변 댐퍼(6)의 발생력(감쇠력)을 구하여, 명령 신호(프리뷰 제어 지령치)를 출력한다. 구체적으로는, 지령치 연산부(13)는, 추정된 스프링 위 속도로부터 수학식 12에 나타내는 평가 함수에 기초하여, 장래의 스프링 위 속도 V2를 최소로 하는 프리뷰 제어 지령치(제어력 f 또는 감쇠 계수 uc의 지령치)를 연산한다. 이때, 평가 함수에 이용하는 스프링 위 속도 V2는 장래 차량 상태 추정부(12)(옵저버)에 의해서 추정되는 장래의 차량 거동이다. 또한, 수학식 12에 나타내는 적분 구간에 있어서의 시간 tpreview는, 프리뷰 기능이 계측할 수 있는 최대 거리까지의 도달 시간이며, 최대 검지 거리를 차량 속도로 나눔으로써 산출된다. 따라서, 평가 함수는 자차의 현재 위치에서부터 최대 검지 거리까지의 추정 차량 상태의 적분치가 된다.

또한, 프리뷰 기능 방식을 고려할 목적이나 처리 부하를 경감할 목적으로 적분 구간을 짧게 하여도 좋다. 또한, 제어 지령치는, 예컨대 액츄에이터의 응답성을 고려하여, 지연분을 보상하는 수법을 이용하여 지령 타이밍을 조정하여도 좋다.

본 실시형태에 의한 차량 거동 장치는 상술한 것과 같은 구성을 갖는 것이며, 이어서 그 작동에 관해서 설명한다.

차체(1)의 전방부에 설치된 카메라 장치(8)는, 차량 전방의 노면 상태를 노면 프리뷰 정보로서 찍어, 컨트롤러(10)에 출력한다. 컨트롤러(10)는, 차속 센서(3)로부터의 차량 속도 정보와, 카메라 장치(8)로부터의 검출 노면 변위 정보와, 차고 센서(9)로부터의 차체 중량 정보에 기초하여, 장래 차량 상태를 예측한다. 그리고, 컨트롤러(10)는, 장래 스프링 위 속도 V2가 최소가 되는 지령치(프리뷰 제어 지령치)를 구하고, 이 지령치에 기초하여 가변 댐퍼(6)에서 발생해야 할 감쇠력을 가변으로 제어한다.

여기서, 노면 변위와 스프링 위 속도는 반드시 일치하지는 않는다. 도 8에 도시하는 것과 같이, 예컨대 저주파의 노면 변위가 생긴 굽이치는 길인 경우에는, 노면 변위에 비해서 스프링 위 속도가 커지는 경우가 있다. 이때, 노면 변위에 기초하여 서스펜션 장치를 제어하는 비교예에서는, 제어량이 불충분하게 되어, 스프링 위 진동을 충분히 억제할 수 없게 된다. 이에 대하여, 본 실시형태의 컨트롤러(10)는 장래 스프링 위 속도 V2가 최소가 되도록 서스펜션 장치(4)를 제어한다. 이 때문에, 노면 변위보다도 큰 스프링 위 속도가 생길 때라도 스프링 위 진동을 충분히 억제할 수 있다.

또한, 도 9에 도시하는 것과 같이, 노면에 단발의 작은 요철(단발의 작은 돌기)이 있는 경우, 스프링 위 속도는 거의 변화하지 않는다. 이때, 노면 변위에 기초하여 서스펜션 장치를 제어하는 비교예에서는, 제어량이 과잉으로 되어, 스프링 위 진동이 증가할 가능성이 있다. 이에 대하여, 본 실시형태의 컨트롤러(10)는, 장래 스프링 위 속도 V2가 최소가 되도록 서스펜션 장치(4)를 제어한다. 이 때문에, 컨트롤러(10)는 불필요한 제어량을 출력하는 일이 없다. 이 결과, 비교예와 비교하여, 본 실시형태에서는 차량의 승차감을 개선할 수 있다.

이렇게 하여, 본 실시형태에 의하면, 차량 거동 장치는, 차량의 차체(1) 측과 차륜(2) 측 사이에 마련되어 발생하는 힘을 조정할 수 있는 가변 댐퍼(6)(힘 발생 기구)와, 차량 전방의 노면 상태를 취득하는 카메라 장치(8)(노면 상태 취득부)와, 카메라 장치(8)에 의해 얻은 검출 노면 변위로부터 차량의 스프링 위 거동을 예측하는 장래 차량 상태 추정부(12)(차량 스프링 위 거동 예측부)와, 장래 차량 상태 추정부(12)에 의한 예측치에 기초하여 가변 댐퍼(6)의 발생력을 구하여, 명령 신호를 출력하는 지령치 연산부(13)(힘 발생 기구 제어부)를 가지고 있다. 또한, 지령치 연산부(13)는, 장래 차량 상태 추정부(12)에 의한 예측치에 대하여, 스프링 위 거동을 작게 하기 위한 최적 지령치를 평가 함수를 이용하여 구한다.

이에 따라, 본 실시형태에서는, 종래 기술과 같이, 노면 변위에 게인을 곱셈하여 프리뷰 제어의 출력을 산출하는 수법과 비교하여, 스프링 위 공진 주파수에 있어서의 스프링 위 진동 제어에 대하여 우위성이 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는 종래 기술과 비교하여 스프링 위 진동을 억제할 수 있어, 차량의 승차감을 개선할 수 있다.

또한, 장래 차량 상태 추정부(12)는 차체 중량을 고려하여 차량의 스프링 위 거동을 예측한다. 이 때문에, 차체 중량에 따른 차량의 스프링 위 거동을 추정할 수 있어, 차체 중량을 고려하지 않는 경우와 비교하여, 스프링 위 진동의 억제 효과를 높일 수 있다.

또한, 장래 차량 상태 추정부(12)에는 차량 속도를 고려한 노면 변위 정보가 입력된다. 즉, 차량 속도가 높을 때에는 노면 변위의 주파수가 높아지고, 차량 속도가 낮을 때에는 노면 변위의 주파수가 낮아진다. 따라서, 장래 차량 상태 추정부(12)는 차량 속도를 고려하여 차량의 스프링 위 거동을 예측한다. 이 때문에, 차량 속도에 의한 노면 입력 주파수 변화를, 차량 모델에 의한 상태량 추정에 반영시킬 수 있다. 이에 따라, 차속 변화에 의한 차량 진동의 변화를 추정할 수 있다. 이 결과, 차량 속도에 따른 차량의 스프링 위 거동을 추정할 수 있어, 차량 속도를 고려하지 않는 경우와 비교하여, 스프링 위 진동의 억제 효과를 높일 수 있다.

또한, 제1 실시형태에서는, 장래 차량 상태 추정부(12)는 상태방정식을 이용하여 장래 차량 상태를 추정하는 것으로 했다. 상태방정식을 이용한 경우, 서스펜션이나 그 밖의 서스펜션 모듈에 의해 다양하게 생기는 힘을 고려한 고정밀도의 차량 모델을 이용할 때에, 멀티 입력 멀티 출력계를 다룰 수 있게 된다. 본 발명은 이것에 한하지 않으며, 간이적인 1 입력 1 출력 모델로 스프링 위 속도를 추정하는 경우, 전달 함수나 맵을 이용한 추정이라도 좋다.

또한, 제어 지령치는 평가 함수를 이용하여 도출했지만, 그것에 한하지 않고, 식 5나 식 9에 의해 산출한 차량의 차량 상태에 따라서 스카이훅 제어나 쌍선형 최적 제어 등에 의해 제어 지령치를 산출하여도 좋다. 이 경우에는 액츄에이터의 지연을 고려하여, 차량의 실제 거동과 예측 거동의 타이밍이 일치하도록 조정한다.

이어서, 도 10은 제2 실시형태를 도시하고 있다. 제2 실시형태의 특징은, 지령치 연산부가, 장래 차량 상태와, 노면 변위 정보로부터 추정되는 스프링 위 공진 주파수 레벨(스프링 위 공진 레벨) 및 스프링 아래 공진 주파수 레벨(스프링 아래 공진 레벨)을 평가 함수의 입력 신호로 하여 최적의 제어 지령치를 산출하는 데에 있다. 또한, 제2 실시형태에서는, 상술한 제1 실시형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략하는 것으로 한다.

제2 실시형태에 의한 컨트롤러(20)는 제1 실시형태에 의한 컨트롤러(10)와 거의 같은 식으로 구성되어 있다. 컨트롤러(20)는 예컨대 마이크로컴퓨터를 이용하여 구성되어 있다. 컨트롤러(20)는 메모리(20A)를 가지고 있다. 컨트롤러(20)에는, 카메라 계측 노면 변위, 차량 속도 및 차체 중량이 입력된다.

도 10에 도시하는 것과 같이, 컨트롤러(20)는 노면 입력 배열 정보 작성부(11), 장래 차량 상태 추정부(21), 노면 주파수 추정부(22) 및 지령치 연산부(23)를 가지고 있다. 차량 스프링 위 거동 예측부인 장래 차량 상태 추정부(21)는, 제1 실시형태에 의한 장래 차량 상태 추정부(12)와 같은 식으로 구성되어, 옵저버를 이용하여 장래 차량 상태를 산출한다. 노면 주파수 추정부(22)는, 노면 변위(프리뷰 노면 변위)로부터 추정되는 스프링 위 공진 레벨 α와 스프링 아래 공진 레벨 β를 산출한다.

지령치 연산부(23)는 힘 발생 기구제어부를 구성하고 있다. 지령치 연산부(23)는, 장래 차량 상태량과 노면 변위 정보로부터 추정되는 스프링 위 공진 레벨 α 및 스프링 아래 공진 레벨 β를 평가 함수의 입력 신호로 하여 최적의 프리뷰 제어 지령치(제어력 f 또는 감쇠 계수 uc의 지령치)를 산출한다. 구체적으로는, 지령치 연산부(23)는, 추정된 스프링 위 속도 및 스프링 아래 속도와, 추정되는 스프링 위 공진 레벨 α 및 스프링 아래 공진 레벨 β로부터 수학식 13에 나타내는 평가 함수에 기초하여, 평가 함수의 값 J를 최소로 하는 프리뷰 제어 지령치를 연산한다. 이때, 평가 함수에 이용하는 스프링 위 속도 V2 및 스프링 아래 속도 V1은 장래 차량 상태 추정부(12)(옵저버)에 의해서 추정되는 장래의 차량 거동이다. 또한, 수학식 13에 나타내는 적분 구간에 있어서의 시간 tpreview는, 프리뷰 기능이 계측할 수 있는 최대 거리까지의 도달 시간이며, 최대 검지 거리를 차량 속도로 나눔으로써 산출된다.

이렇게 하여, 제2 실시형태에서도 제1 실시형태와 거의 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제2 실시형태에서는, 지령치 연산부(23)는 스프링 위 공진 레벨 α 및 스프링 아래 공진 레벨 β를 고려하여 최적의 프리뷰 제어 지령치를 구한다. 이 때문에, 스프링 위 공진 주파수 부근의 스프링 위 진동과 스프링 아래 공진 주파수 부근의 스프링 아래 진동에 대한 억제 효과를 높일 수 있다.

이어서, 도 11은 제3 실시형태를 도시하고 있다. 제3 실시형태의 특징은, 장래 차량 상태에 기초한 프리뷰 제어의 지령치와, 현재 차량 상태에 기초한 피드백 제어의 지령치를 산출하여, 이들 2개의 지령치에 기초하여 차량 거동을 제어하는 데에 있다. 또한, 제3 실시형태에서는, 상술한 제1 실시형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 붙여, 그 설명을 생략하는 것으로 한다.

제3 실시형태에 의한 컨트롤러(30)는 제1 실시형태에 의한 컨트롤러(10)와 거의 같은 식으로 구성되어 있다. 컨트롤러(30)는 예컨대 마이크로컴퓨터를 이용하여 구성되어 있다. 컨트롤러(30)는 메모리(30A)를 가지고 있다. 컨트롤러(30)에는, 카메라 계측 노면 변위, 차량 속도 및 차체 중량이 입력된다.

도 11에 도시하는 것과 같이, 컨트롤러(30)는 노면 입력 배열 정보 작성부(11), 장래 차량 상태 추정부(12), 차량 상태 추정부(31), 예측 상태량 진단부(32), 프리뷰 제어 지령치 산출부(33), 피드백 제어 지령치 산출부(34) 및 제어 배분 연산부(35)를 가지고 있다.

차량 상태 추정부(31)에는, 현재의 스프링 위 가속도를 검출하는 가속도 센서(36)가 접속되어 있다. 가속도 센서(36)는 현재의 차량 상태를 검출하는 차량 상태 검출부를 구성하고 있다. 차량 상태 추정부(31)는, 가속도 센서(36)로부터의 검출 신호에 기초하여, 현재의 차량 상태량으로서, 예컨대 스프링 위 속도를 추정한다. 또한, 차량 상태 검출부는, 가속도 센서(36)에 한하지 않고, 예컨대 차고 센서, 차륜 속도 센서 등과 같이, 서스펜션 제어에 이용하는 각종 센서를 이용하여 차량 상태량을 추정하여도 좋다.

예측 상태량 진단부(32)는, 장래 차량 상태(장래 스프링 위 속도)와, 차량 상태 추정부(31)에 의한 현재의 차량 상태가 입력된다. 이때, 장래 차량 상태는 장래 차량 상태 추정부(12)에 의해서 추정된다. 예측 상태량 진단부(32)는, 지연 처리의 연산을 행함으로써, 장래 차량 상태로부터 현재의 차량 상태를 산출한다. 예측 상태량 진단부(32)는, 장래 차량 상태로부터 산출한 현재의 차량 상태와 차량 상태 추정부(31)로부터 입력되는 현재의 차량 상태를 비교한다. 예컨대 일정 시간 중에 미리 정해진 소정의 값과 비교하여, 이들 2개의 상태(상태량)의 차가 작을 때에는, 예측 상태량 진단부(32)는 프리뷰 제어를 허가하는 신호를 출력한다. 일정 시간 중에 소정의 값과 비교하여, 이들 2개의 상태의 차가 클 때에는, 예측 상태량 진단부(32)는 프리뷰 제어를 금지하는 신호를 출력한다.

프리뷰 제어 지령치 산출부(33)는 예컨대 제1 실시형태에 의한 지령치 연산부(13)와 같은 식으로 구성되어 있다. 이 때문에, 프리뷰 제어 지령치 산출부(33)는, 장래 차량 상태(장래 스프링 위 속도)로부터 평가 함수에 기초하여, 장래 스프링 위 속도를 최소로 하는 프리뷰 제어 지령치를 연산한다.

피드백 제어 지령치 산출부(34)는, 현재의 차량 상태에 기초하여, 차량 거동을 제어하는 피드백 제어 지령치를 연산한다. 피드백 제어 지령치 산출부(34)는, 예컨대 스카이훅 제어, 쌍선형 최적 제어, 모델 예측 제어 등과 같은 기존의 차량 거동 제어 알고리즘에 기초하여, 제어량으로서의 피드백 제어 지령치를 연산한다.

제어 배분 연산부(35)는, 프리뷰 제어 지령치 산출부(33) 및 피드백 제어 지령치 산출부(34)와 함께 힘 발생 기구 제어부를 구성하고 있다. 제어 배분 연산부(35)는, 예측 상태량 진단부(32)로부터 출력되는 신호에 기초하여, 프리뷰 제어 지령치와 피드백 제어 지령치 중 어느 한쪽을 선택하여, 선택된 제어 지령치를 출력한다. 이때, 예측 상태량 진단부(32)에 의해서 프리뷰 제어가 허가되어 있을 때에는, 제어 배분 연산부(35)는 프리뷰 제어 지령치를 출력한다. 예측 상태량 진단부(32)에 의해서 프리뷰 제어가 금지되어 있을 때에는, 제어 배분 연산부(35)는 피드백 제어 지령치를 출력한다.

이렇게 하여, 제3 실시형태에서도 제1 실시형태와 거의 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 예컨대 어떠한 이상 또는 환경 요인(예컨대 카메라 장치(8)에 의한 촬영이 곤란한 상황)에 의해서 프리뷰 기능이 정상적인 노면 계측을 할 수 없는 경우를 생각할 수 있다. 제3 실시형태에서는, 장래 차량 상태로부터 산출한 현재의 차량 진동(스프링 위 진동)과, 차량에 탑재하고 있는 기존의 가속도 센서(36)의 검출 신호에 기초한 현재의 차량 진동을 비교하여, 일정 시간 중에 소정치 이상의 다른 값을 장래 차량 상태 추정부(12)가 출력한 경우에, 피드백 제어 지령치를 이용하여 차량 거동을 제어한다. 이에 따라, 프리뷰 제어가 어려운 상황에서도 현재의 차량 상태에 따라서 차량 거동을 제어할 수 있다.

또한, 제어 배분 연산부(35)는 프리뷰 제어 지령치와 피드백 제어 지령치 중 어느 한쪽을 선택하는 것으로 했다. 본 발명은 이것에 한하지 않으며, 제어 배분 연산부(35)는, 예측 상태량 진단부(32)로부터 출력되는 신호에 기초하여, 프리뷰 제어 지령치와 피드백 제어 지령치의 제어 기여 비율을 변화시키더라도 좋다.

이 경우, 제어 배분 연산부(35)는, 예측 상태량 진단부(32)가 장래 차량 상태로부터 산출한 현재의 차량 상태와, 차량 상태 추정부(31)로부터 입력되는 현재의 차량 상태의 차가 작다고 판단했을 때에는, 피드백 제어 지령치와 비교하여 프리뷰 제어 지령치의 제어 기여 비율을 크게 한다. 제어 배분 연산부(35)는, 예측 상태량 진단부(32)가 장래 차량 상태로부터 산출한 현재의 차량 상태와, 차량 상태 추정부(31)로부터 입력되는 현재의 차량 상태의 차가 크다고 판단했을 때에는, 프리뷰 제어 지령치와 비교하여 피드백 제어 지령치의 제어 기여 비율을 크게 한다.

상기 각 실시형태에서는, 장래 차량 상태 추정부(12, 21)는, 차고 센서(9)로부터의 검출 신호에 기초하여 취득한 차체 중량을 이용하여 장래 차량 상태를 추정하는 것으로 했다. 본 발명은 이것에 한하지 않으며, 예컨대 평균적인 차체 중량을 미리 기억해 두고서, 장래 차량 상태 추정부는 이 기억된 차체 중량을 이용하여 장래 차량 상태를 추정하여도 좋다.

상기 각 실시형태에서는, 장래 차량 상태 추정부(12, 21)는 차량 속도를 고려한 검출 노면 변위를 이용하여 장래 차량 상태를 추정하는 것으로 했다. 본 발명은 이것에 한하지 않으며, 장래 차량 상태 추정부는, 차량 속도를 고려하지 않는 검출 노면 변위(예컨대 카메라 계측 노면 변위)를 이용하여 장래 차량 상태를 추정하여도 좋다.

상기 각 실시형태에서는, 차체(1) 측과 차륜(2) 측 사이에서 조정할 수 있는 힘을 발생하는 힘 발생 기구를, 감쇠력 조정식의 유압 완충기로 이루어지는 가변 댐퍼(6)에 의해 구성하는 경우를 예로 들어 설명했다. 그러나, 본 발명은 이것에 한하는 것이 아니며, 예컨대 힘 발생 기구를 액압 완충기 외에, 에어 서스펜션, 스태빌라이저(kinesus), 전자 서스펜션 등에 의해 구성하여도 좋다.

상기 각 실시형태에서는 사륜자동차에 이용하는 차량 거동 장치를 예로 들어 설명했다. 그러나, 본 발명은 이것에 한하는 것이 아니며, 예컨대 이륜, 삼륜자동차, 또는 작업 차량, 운반 차량인 트럭, 버스 등에도 적용할 수 있는 것이다.

상기 각 실시형태는 예시이며, 다른 실시형태에서 기재한 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

이어서, 상기 실시형태에 포함되는 차량 거동 장치로서, 예컨대 이하에 설명하는 양태의 것을 생각할 수 있다.

제1 양태의 차량 거동 장치로서는, 차량의 차체 측과 차륜 측 사이에 마련되어 발생하는 힘을 조정할 수 있는 힘 발생 기구와, 차량 전방의 노면 상태를 취득하는 노면 상태 취득부와, 상기 노면 상태 취득부에 의해 얻은 노면 변위로부터 차량의 스프링 위 거동을 예측하는 차량 스프링 위 거동 예측부와, 상기 차량 스프링 위 거동 예측부에 의한 예측치에 기초하여 상기 힘 발생 기구의 발생력을 구하여, 명령 신호를 출력하는 힘 발생 기구 제어부를 가지고 있다.

제2 양태로서는, 제1 양태에 있어서, 상기 힘 발생 기구 제어부는, 상기 차량 스프링 위 거동 예측부에 의한 예측치에 대하여, 스프링 위 거동을 작게 하기 위한 최적 지령치를 평가 함수를 이용하여 구하는 것을 특징으로 하고 있다.

제3 양태로서는, 제1 또는 제2 양태에 있어서, 상기 차량 스프링 위 거동 예측부는, 상기 차량의 차량 특성 정보를 고려하여 상기 차량의 스프링 위 거동을 예측하는 것을 특징으로 하고 있다.

제4 양태로서는, 제3 양태에 있어서, 상기 차량 특성 정보는, 차체 중량, 스프링 아래 중량, 타이어 스프링 상수, 현가 스프링 상수 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

제5 양태로서는, 제1 내지 제4의 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 차량 스프링 위 거동 예측부는, 상기 차량의 속도를 고려하여 상기 차량의 스프링 위 거동을 예측하는 것을 특징으로 하고 있다.

제6 양태로서는, 제1 내지 제5의 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 차량 스프링 위 거동 예측부는, 주파수와 변위 성분을 포함하는 노면 변위 정보에 기초하여 상기 차량의 스프링 위 거동을 예측하는 것을 특징으로 하고 있다.

제7 양태로서는, 제1 내지 제6의 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 노면 상태 취득부는, 차량 전방의 노면 상태를 계측할 수 있는 노면 상태 계측부인 것을 특징으로 하고 있다.

제8 양태로서는, 제1 내지 제6의 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 노면 상태 취득부는, 차체 밖에서 통신으로 노면 상태를 취득하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다. 예컨대 상기한 실시형태는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해서 상세히 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 갖춘 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시형태의 구성의 일부를 다른 실시형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한 어떤 실시형태의 구성에 다른 실시형태의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시형태의 구성의 일부에 관해서 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.

본원은 2019년 1월 28일자 출원의 일본국 특허출원 제2019-012341호에 기초한 우선권을 주장한다. 2019년 1월 28일자 출원의 일본국 특허출원 제2019-012341호의 명세서, 청구범위, 도면 및 요약서를 포함하는 전체 개시 내용은 참조에 의해 본원에 전체적으로 들어간다.

1: 차체, 2: 차륜, 3: 차속 센서(차량 속도 검출부), 4: 서스펜션 장치, 6: 가변 댐퍼(힘 발생 기구), 7: 감쇠력 가변 액츄에이터, 8: 카메라 장치(노면 상태 취득부), 9: 차고 센서(차체 중량 검출부), 10, 20, 30: 컨트롤러, 12, 21: 장래 차량 상태 추정부(차량 스프링 위 거동 예측부), 13, 23: 지령치 연산부(힘 발생 기구 제어부), 33: 프리뷰 제어 지령치 산출부, 34: 피드백 제어 지령치 산출부, 35: 제어 배분 연산부

Claims

차량 거동 장치로서, 이 차량 거동 장치는,
차량의 차체 측과 차륜 측 사이에 마련되어, 발생하는 힘을 조정할 수 있는 힘 발생 기구와,
차량 전방의 노면 상태를 취득하는 노면 상태 취득부와,
상기 노면 상태 취득부에 의해 얻은 노면 변위로부터 차량의 스프링 위 거동을 예측하는 차량 스프링 위 거동 예측부와,
상기 차량 스프링 위 거동 예측부에 의한 예측치에 기초하여 상기 힘 발생 기구의 발생력을 구하여, 명령 신호를 출력하는 힘 발생 기구 제어부
를 갖는 차량 거동 장치.
제1항에 있어서, 상기 힘 발생 기구 제어부는, 상기 차량 스프링 위 거동 예측부에 의한 예측치에 대하여, 스프링 위 거동을 작게 하기 위한 최적 지령치를 평가 함수를 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 차량 거동 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차량 스프링 위 거동 예측부는, 상기 차량의 차량 특성 정보를 고려하여 상기 차량의 스프링 위 거동을 예측하는 것을 특징으로 하는 차량 거동 장치.
제3항에 있어서, 상기 차량 특성 정보는, 차체 중량, 스프링 아래 중량, 타이어 스프링 상수, 현가 스프링 상수 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 거동 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차량 스프링 위 거동 예측부는, 상기 차량의 속도를 고려하여 상기 차량의 스프링 위 거동을 예측하는 것을 특징으로 하는 차량 거동 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차량 스프링 위 거동 예측부는, 주파수와 변위 성분을 포함하는 노면 변위 정보에 기초하여, 상기 차량의 스프링 위 거동을 예측하는 것을 특징으로 하는 차량 거동 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노면 상태 취득부는, 차량 전방의 노면 상태를 계측할 수 있는 노면 상태 계측부인 것을 특징으로 하는 차량 거동 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노면 상태 취득부는, 차체 밖으로부터 통신으로 노면 상태를 취득하는 것을 특징으로 하는 차량 거동 장치.