CN109715421B - 悬架控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种悬架控制装置，能够利用车高传感器简单地推定车辆状态。控制装置(11)具有：根据由车高传感器(10)算出的位移算出作用于车体的外力的外力推定部(31)、由算出的外力算出车体(1)的上下力的上下力算出部(32A)、由算出的上下力算出加速度的簧上加速度算出部(32B)、由算出的加速度推定车体(1)的簧上速度的滤波器部(32C)、以及基于推定簧上速度求出阻尼特性的阻尼特性判断部(14)。

Description

悬架控制装置
技术领域
本发明涉及例如搭载于机动车等车辆上、控制车辆振动的悬架控制装置。
背景技术
通常，作为搭载于机动车等车辆上的悬架控制装置，已知一种结构，其在车体与各车轴之间设有可调节阻尼力的控制减振器(缓冲器)，并且利用控制器，调节基于控制减振器的阻尼力特性(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2001-287528号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
可是，专利文献1已经公开一种根据车高传感器的信息，利用观测器推定车辆状态的结构。然而，因为观测器为矩阵运算，所以运算趋向于复杂。另外，对于观测器增益的算出，需要设计权重，所以，存在调节参数增多、难以调节这样的问题。
本发明的目的在于提供一种悬架控制装置，能够利用车高传感器，简单地推定车辆状态。
用于解决技术问题的技术方案
本发明为一种悬架控制装置，其由在车辆的车体与四个轮的各轮之间安装并利用来自外部的指令使阻尼特性变化的阻尼力调整式缓冲器、在所述车体的各轮设置的车高传感器、以及控制阻尼特性的控制装置形成，所述控制装置具有：外力算出装置，其根据由所述车高传感器算出的位移，算出作用于所述车体的外力；上下力算出装置，其根据该算出的外力求出所述车体的上下力；加速度算出装置，其根据利用所述上下力算出装置求出的上下力算出加速度；簧上速度推定装置，其根据利用所述加速度算出装置算出的加速度推定所述车体的簧上速度；阻尼特性判断装置，其基于利用所述簧上速度推定装置求出的推定簧上速度，求出阻尼特性。
根据本发明的一个实施方式，能够利用车高传感器，简单地推定车辆状态。
附图说明
图1是表示应用本发明的实施方式的悬架控制装置的车辆的立体图。
图2是表示图1中的控制器的结构的方框图。
图3是表示图2中的上下BLQ、侧倾BLQ、阻尼系数图等的方框图。
图4是表示图2中的阻尼系数限制部的方框图。
图5是表示图4中的最大阻尼系数算出部的说明图。
图6是表示图2中的状态推定部的方框图。
图7是表示图6中的稳定器反作用力算出部的方框图。
图8是表示图6中的重心点簧上速度算出部的方框图。
图9是表示图6中的俯仰率算出部的方框图。
图10是图6中的侧倾率算出部的方框图。
图11是表示图6中的簧上质量算出部的方框图。
图12是表示以上下运动为对象的控制设计模型的说明图。
图13是表示在侧倾BLQ的设计中应用的车辆模型的说明图。
图14是表示在状态推定部的设计中应用的车辆模型的说明图。
图15是表示四个轮的各轮的簧上速度的时间变化的特性线图。
具体实施方式
下面，依照附图，以将本发明的实施方式的悬架控制装置应用在例如四轮机动车中的情况为例，详细地进行说明。
需要说明的是，为了避免使说明复杂化，在标记中添加表示右前(FR)、左前(FL)、右后(RR)、左后(RL)的附标进行说明。在将右前、左前、右后、左后进行统称时，从标记中去掉附标来进行说明。同样地，在附图标记中添加表示前(F)、后(R)的附标进行说明。在将前、后进行统称时，从标记中去掉附标进行说明。
图中，车体1构成车辆的车身。在车体1的下侧设有例如右前轮2FR、左前轮2FL、右后轮2RR、左后轮2RL(下面统称为车轮2)。车轮2包括轮胎3而构成。轮胎3发挥作为吸收路面上的细微凹凸的弹簧的作用。
另外，在右前轮2FR与左前轮2FL之间设有稳定器4F(参照图14)。同样地，在右后轮2RR与左后轮2RL之间也设有稳定器4R。该稳定器4为设置于车辆的稳定器机构。稳定器4经由左右分离的一对安装衬套等而安装于车体1。而且，前侧的稳定器4F由于侧倾、或在右前轮2FR与左前轮2FL之间产生上下运动的差，产生基于扭转刚性的稳定器反作用力FstbF。同样地，后侧的稳定器4R由于侧倾、或在右后轮2RR与左后轮2RL之间产生上下运动的差，产生基于扭转刚性的稳定器反作用力FstbR。
前轮侧的悬架装置5安装在车体1与车轮2(右前轮2FR、左前轮2FL)之间。如图1所示，悬架装置5由作为悬架弹簧的螺旋弹簧6、以及与螺旋弹簧6并列并安装在车体1与四个车轮2的各轮之间的作为阻尼力调整式缓冲器的阻尼力调整式减振器(下面称为减振器7)构成。
后轮侧的悬架装置8安装在车体1与车轮2(右后轮2RR、左后轮2RL)之间。悬架装置8具有：空气弹簧9、以及与空气弹簧9并列且设置在车体1与车轮2之间的减振器7。该悬架装置8构成与螺旋弹簧并用的气动平衡器(エアレベライザ)。悬架装置8通过相对于空气弹簧9供给或排出作为工作流体的空气，调整车轮2与车体1之间的距离即车高。
在此，悬架装置5、8的减振器7利用例如半主动减振器等阻尼力调整式液压缓冲器而构成。在该减振器7，为了将产生阻尼力的特性(阻尼力特性)由硬(hard)特性调整为软(soft)特性，而安装有由阻尼力调节阀等形成的促动器7A。
减振器7利用来自外部的指令改变阻尼特性。具体而言，减振器7根据车体1与车轮2之间的相对速度x*以及目标阻尼系数C0(校正阻尼系数Ca)，调整其阻尼力特性。即，控制器11输出与相对速度x*及目标阻尼系数C0对应的指令电流i。减振器7产生与由控制器11输出的指令电流i对应的阻尼力。
车高传感器10设置在车体1的各轮。车高传感器10是车高检测装置，根据悬架装置5、8的伸展或收缩，检测车高。车高传感器10将车高的检测信号向控制器11输出。
控制器11由微型计算机等形成，构成控制阻尼特性的控制装置。控制器11的输入侧与车高传感器10连接，并且与传送车速、空气弹簧9的压力Pas等各种信息的CAN12(Controller Area Network：控制器局域网)连接。由此，控制器11获取车高、车速、空气弹簧9的压力Pas等信息。另外，控制器11的输出侧与减振器7的促动器7A连接。控制器11基于车高等信息，推定车体1的簧上速度Vcg。控制器11基于推定的簧上速度Vcg，求出减振器7应该产生的阻尼特性。控制器11将与求出的阻尼特性对应的指令电流i向促动器7A输出，控制减振器7的阻尼特性。
如图2所示，控制器11具有：推定车辆的状态的状态推定部13、以及基于由状态推定部13推定的结果而求出阻尼特性的阻尼特性判断部14。阻尼特性判断部14构成阻尼特性判断装置，其基于利用后面叙述的滤波器部32C求出的推定簧上速度Vcg，求出阻尼特性。
在此，为了获得具有与天棚控制相同功能的控制律，阻尼特性判断部14以曾经在天棚控制中考虑过的、考虑了各轮的上下运动、车体的侧倾运动的逻辑关系进行构筑。因此，分别独立设计对应于上下运动的控制***、对应于侧倾运动的控制***，成为将之进行了整合的控制逻辑。由此，使与上下运动和侧倾运动对应的调节参数也独立，使调节自由度提高。
因此，阻尼特性判断部14具有：与侧倾运动对应的侧倾运动双线性最优控制部15(下面称为侧倾BLQ15)、与上下运动对应的上下运动双线性最优控制部16(下面称为上下BLQ16)、以及作为指令电流算出部的阻尼系数图17。
侧倾BLQ15经由侧倾率算出部18、以及侧倾观测器19，与状态推定部13连接。侧倾率算出部18与状态推定部13的输出侧连接，算出作用于车体1的重心的侧倾率。侧倾观测器19根据从侧倾率算出部18输出的侧倾率，算出包括侧倾角在内的推定状态量xroll。侧倾BLQ15基于从侧倾观测器19输出的推定状态量xroll，算出用于降低侧倾振动的减振器7的阻尼力。侧倾BLQ15例如基于图13所示的考虑了侧倾的运动模型而设计。图13所示的运动模型作为考虑了侧倾的车辆模型，是最简单的单自由度旋转运动模型。在此，使车体的侧倾角为θ，使在路面的左右轮上的绝对上下位移分别为x0R、x0L，使车体侧倾惯性为I，使车体-簧下间的弹簧常数为ks，使稳定器的弹簧常数为kstb，使减振器阻尼系数为c，使作用于车体与簧下间的左右轮上的外力为FR、FL，使左侧的悬架装置5L、8L与左侧的悬架装置5R、8R之间的距离为W。
上下BLQ16与状态推定部13的输出侧连接。上下BLQ16基于从状态推定部13输出的推定状态量x、以及从侧倾BLQ15输出的侧倾控制用阻尼力，算出用于降低上下振动与侧倾振动的减振器7的目标阻尼系数C0。上下BLQ16例如基于图12所示的控制设计模型而设计。在图12中，例示了将一组悬架装置5、8设置在车体1与车轮2之间的情况。但是，悬架装置5、8例如在四个轮的车轮2与车体1之间单独、独立地共设置四组，图12只示意性地图示了其中的一组。在此，使车体1的绝对上下位移为zb，使簧下的绝对上下位移为zt，使路面上的绝对上下位移为z0，使车体质量为mb，使簧下质量为mt，使车体1与簧下之间的弹簧常数为ks，使轮胎弹簧常数为kt，使减振器阻尼系数为c，使作用于车体与簧下间的控制力为f。需要说明的是，在绝对上下位移zb的上部使用了圆点标记，表示位移zb的时间微分。
另外，为了获得具有与天棚控制相同的适应性的控制律，上下BLQ16及侧倾BLQ15事前准备多种(例如三种)由强调轻柔感乃至轻缓感的权重求解里卡蒂方程式后的增益。在将调度参数gsp、gspr(下面称为参数gsp、gspr)作为输入的图中，分配该增益，连续地调度参数gsp、gspr。由此，上下BLQ16及侧倾BLQ15逻辑上可调整增益。
因此，增益调度参数运算部20(下面称为GSP运算部20)基于由CAN12获取的车速、以及利用路面判定部21得到的路面判定结果，算出与路面状态对应的参数gsp、gspr。该GSP运算部20将与上下运动对应的参数gsp向上下BLQ16输出，并将与侧倾运动对应的参数gspr向侧倾BLQ15输出。
在此，路面判定部21例如基于利用车高传感器10得到的车高的检测信号，判定当前行驶中的路面状态。具体而言，路面判定部21基于车高的振幅、频率等，判定“起伏道路”、“恶劣道路”、“正常道路”等。路面判定部21将路面判定结果向GSP运算部20输出。
阻尼系数限制部22为了获得兼容侧倾抑制与平稳的乘坐舒适性的控制律，基于相对速度x*与侧倾率的大小，切换阻尼系数的限制值。因此，阻尼系数限制部22基于相对速度x*与侧倾率，算出阻尼系数的限制值(最大阻尼系数Cmax)。
在此，因为在天棚控制中进行力控制，所以，在相对速度x*接近于0时，指令值从0不连续地向正值侧(负值侧)变化。但是，在双线性最优控制中，因为输入为阻尼系数，所以，通过对阻尼系数设置限制，能够抑制急剧的阻尼力变化，平稳地制振。
利用该特征，构筑了如图4所示的逻辑关系，使最大阻尼系数Cmax根据相对速度x*与侧倾率而变化。具体而言，阻尼系数限制部22具有：低通滤波器22A、峰值保持部22B、以及最大阻尼系数算出部22C。此时，低通滤波器22A输出侧倾率的低频分量。峰值保持部22B保持从低通滤波器22A输出的信号的峰值，并向最大阻尼系数算出部22C输入。此时，峰值保持部22B在每个周期更新侧倾率的峰值。最大阻尼系数算出部22C基于从峰值保持部22B输出的侧倾率的峰值、以及相对速度x*，算出最大阻尼系数Cmax。
如图5所示，使最大阻尼系数算出部22C能够在相对速度x*的伸展侧与收缩侧分别设定阻尼系数的值(最大阻尼系数Cmax)。其原因为，几乎所有的半主动减振器分别在伸展侧与收缩侧的阻尼系数不同，是为了与之相对应。另外，根据侧倾率，使最大阻尼系数Cmax增大。
另外，因为根据侧倾率的大小而变化，所以最大阻尼系数算出部22C根据由峰值保持部22B算出的峰值、即在每个周期更新的侧倾率的峰值，使最大阻尼系数Cmax变化。其目的是为了防止如下情况的发生，即，因为侧倾动作产生时，大多数情况是相对速度x*为极低速，当限制阻尼系数时，则侧倾动作的抑制性能可能降低。然而，这样一来，以侧倾抑制为目标而增大阻尼系数限制，因而阻尼力容易发生急剧的变化，侧倾抑制性能与阻尼力激变而产生的加速度变化率为相互制衡的关系。
如图2所示，最小值选择部23将从阻尼系数限制部22输出的最大阻尼系数Cmax与从上下BLQ16输出的目标阻尼系数C0进行比较。最小值选择部23为了将目标阻尼系数C0的大小限制在最大阻尼系数Cmax以下，选择最大阻尼系数Cmax与目标阻尼系数C0之中较小的系数，作为校正阻尼系数Ca，向阻尼系数图17输出。
另外，阻尼特性判断部14对于上下运动与侧倾运动，分别独立地设计控制***。因此，需要将之进行整合。于是，基于上下运动与侧倾运动各自的最优控制输入，作为阻尼力，将上下分量与侧倾分量相加而求出各轮的阻尼系数。上述的控制逻辑例如如图3所示进行构筑。需要说明的是，图3表示了前轮侧的上下BLQ16FR、16FL以及侧倾BLQ15FR、15FL的具体结构，对于后轮侧也是相同的。
在此，侧倾BLQ15F具有阻尼力算出部15AF。另外，上下BLQ16FR、16FL具有：阻尼力算出部16AFR、16AFL、加法器16B、死区处理部16C、以及阻尼系数算出部16DFR、16DFL。
阻尼力算出部16AFR、16AFL基于根据参数gsp的大小而分配的增益invRBp与推定状态量x，算出阻尼力。阻尼力算出部15AF基于根据参数gspr的大小而分配的增益invRBproll与推定状态量xroll，算出阻尼力。
需要说明的是，在右前轮用的阻尼力算出部16AFR、以及左前轮用的阻尼力算出部16AFL中，增益invRBp的符号相反。因此，一个增益为正值(invRBp)，另一个增益为负值(－invRBp)。
另外，侧倾BLQ15F作为侧倾控制量而输出左右轮的阻尼力。因此，加法器16B将侧倾控制量的阻尼力的值分别与左右轮的上下控制量的阻尼力相加，输出各轮的阻尼力。
对于这样算出的阻尼力，利用死区处理部16C施加与天棚控制相同的死区处理。由此，防止相对于微振动的不需要的控制。阻尼系数算出部16D通过将利用死区处理部16C算出的带死区的阻尼力与x*(相对速度)的逆矩阵相乘，算出阻尼系数指令(目标阻尼系数C0FR、C0FL)。通过将该值中由最大阻尼系数Cmax限制的阻尼系数指令值向阻尼系数图17输入，算出指令电流iFR、iFL，作为各轮的减振器指令值。
阻尼系数图17构成控制信号输出装置，输出与校正阻尼系数Ca对应的作为控制信号的指令电流值(指令电流i)。阻尼系数图17依照相对速度x*，将校正阻尼系数Ca与指令电流i的关系设定为可变，例如可以基于由发明人等进行的试验数据来作成。而且，阻尼系数图17基于来自最小值选择部23的校正阻尼系数Ca与相对速度x*，确定用于调整减振器7的阻尼力特性的指令电流i，并将该指令电流i向减振器7的促动器7A输出。
(1).状态推定部的结构
接着，针对状态推定部13的结构进行说明。状态推定部13基于图14所示的考虑了俯仰、侧倾的整车模型，根据车高信息推定车体加速度。然后，通过推定的车体加速度的积分处理，推定簧上速度等车体动作。
如图6所示，状态推定部13具有外力推定部31，其推定合成了各轮的弹力Fk、减振器阻尼力Fc以及稳定器反作用力Fstb的合力F。该外力推定部31构成根据由车高传感器10算出的位移算出作用于车体1的外力的外力算出装置。此时，外力推定部31具有：弹力算出部31A、减振器阻尼力算出部31B、稳定器反作用力算出部31C(下面称为稳定器反作用力算出部31C)、以及加法器31D。除此以外，外力推定部31还具有微分器31E，其对各轮的车高进行微分，算出车体1与车轮2间的相对速度。
另外，在外力推定部31的前段设有杠杆比转换部30。在杠杆比转换部30的输入侧连接有车高传感器10。杠杆比转换部30基于杠杆比，根据车高传感器10的检测信号获取实际的车高值。
弹力算出部31A基于各轮的车高，算出对车体1产生的弹力Fk。该弹力算出部31A具有：高通滤波器31A1、以及弹簧常数乘法部31A2。高通滤波器31A1为了防止积分处理的偏移，相对于车高进行高通滤波器处理，由此而除去极低频分量(例如，0.2Hz以下)。另一方面，因为相对速度通过微分处理除去低频分量，所以也可以不进行高通滤波器处理。弹簧常数乘法部31A2将从高通滤波器31A1输出的各轮的车高与悬架装置5、8的弹簧常数ks相乘，算出各轮的弹力FkFR、FkFL、FkRR、FkRL。
减振器阻尼力算出部31B基于从微分器31E输出的相对速度、以及指令电流i，算出对车体1所产生的减振器阻尼力Fc。此时，控制器11的阻尼特性判断部14输出用于根据相对速度而得到所希望的阻尼力的指令电流i。因此，只要确定相对速度及指令电流i，就能够推定减振器7的阻尼力Fc。减振器阻尼力算出部31B利用上述关系，算出各轮的减振器阻尼力FcFR、FcFL、FcRR、FcRL。
稳定器反作用力算出部31C构成稳定器反作用力算出装置，其基于设置于左右车轮的车高传感器10的值之差，算出稳定器反作用力Fstb。该稳定器反作用力算出部31C基于各轮的车高及相对速度，算出对稳定器4产生的稳定器反作用力Fstb。如图7所示，稳定器反作用力算出部31C具有：左右车高差算出部31C1、左右相对速度差算出部31C2、反作用力运算部31C3、31C4、以及各轮稳定器反作用力算出部31C5。第一反作用力运算部31C3通过将利用左右车高差算出部31C1得到的左右车高差与规定的常数Kstbf、Kstbr(例如，稳定器4的弹簧常数)相乘，算出基于左右车轮的相对位移差的第一稳定器反作用力Fstbf1、Fstbr1。第二反作用力运算部31C4通过将利用左右相对速度差算出部31C2得到的左右相对速度差与规定的常数Cstbf、Cstbr相乘，算出基于左右车轮的相对速度差的第二稳定器反作用力Fstbf2、Fstbr2。此时，稳定器4设置于前轮侧与后轮侧。因此，第一稳定器反作用力Fstbf1、Fstbr1与第二稳定器反作用力Fstbf2、Fstbr2也单独在前轮侧与后轮侧算出。各轮稳定器反作用力算出部31C5针对各轮将前轮侧及后轮侧的第一稳定器反作用力Fstbf1、Fstbr1与前轮侧及后轮侧的第二稳定器反作用力Fstbf2、Fstbr2相加，算出各轮的稳定器反作用力FstbFR、FstbFL、FstbRR、FstbRL。
加法器31D通过针对各轮将算出的弹力Fk、减振器阻尼力Fc、稳定器反作用力Fstb相加，算出在各轮产生的合力FFL、FFR、FRL、FRR。
状态推定部13考虑各轮的几何关系，由各轮的合力FFL、FFR、FRL、FRR算出作用于车体1的上下合力Fcg、侧倾力矩Mroll、俯仰力矩Mpitch。通过由质量mb(簧上质量)去除算出的上下合力Fcg，能够算出上下加速度A。同样地，通过由惯性I(侧倾惯性、俯仰惯性)去除算出的侧倾力矩Mroll、俯仰力矩Mpitch，能够得到侧倾角加速度αroll、俯仰角加速度αpitch。通过将这样算出的加速度A及角加速度αroll、αpitch进行积分及利用具有高通滤波器特性的滤波器进行处理，能够算出簧上速度Vcg、侧倾率AVroll(侧倾角速度)、俯仰率AVpitch(俯仰角速度)。另外，为了在即使车体质量发生变化的情况下也能够维持推定精度，在对加速度A等进行运算时利用了推定质量mb。由此，可以直接考虑质量变化，谋求降低相对于质量变化的影响。
为了执行上述运算处理，状态推定部13具有：重心点簧上速度算出部32、俯仰率算出部33、侧倾率算出部34、以及各轮簧上速度算出部35(参照图6)。除此以外，状态推定部13具有：簧上质量算出部36、以及惯性校正系数算出部37。
如图8所示，重心点簧上速度算出部32具有：上下力算出部32A、簧上加速度算出部32B、滤波器部32C、FB处理部32D、以及减法器32E。
上下力算出部32A构成上下力算出装置，其由外力推定部31算出的外力(四个轮的合力FFL、FFR、FRL、FRR)求出车体1的上下力(重心点的上下合力Fcg)。具体而言，上下力算出部32A将四个轮的合力FFL、FFR、FRL、FRR相加，算出重心点的上下合力Fcg(Fcg＝FFL+FFR+FRL+FRR)。需要说明的是，重心点簧上速度算出部32可以求出车体1的重心点的上下力。本发明不限于此，只要预先确定位置，也可以求出车体1的任意部位的上下力。
簧上加速度算出部32B构成加速度算出装置，其由利用上下力算出部32A求出的上下力(上下合力Fcg)，算出加速度(簧上加速度Acg)。该簧上加速度算出部32B利用由上下力算出部32A求出的上下合力Fcg、以及由簧上质量算出部36求出的质量mb，算出簧上加速度Acg。具体而言，簧上加速度算出部32B通过由利用簧上质量算出部36推定的簧上质量mb去除上下合力Fcg，算出重心点的簧上加速度Acg。
滤波器部32C除了对簧上加速度Acg进行积分，还进行高通滤波器处理，算出重心点的簧上速度Vcg。该滤波器部32C构成簧上速度推定装置，根据利用簧上加速度算出部32B算出的加速度(簧上加速度Acg)，推定车体1的簧上速度Vcg。
FB处理部32D将算出的簧上速度Vcg乘以规定的增益，将之向积分运算前的簧上加速度Acg反馈。减法器32E将来自FB处理部32D的输出从积分运算前的簧上加速度Acg中减去。这样，FB处理部32D及减法器32E将速度分量乘以规定的增益后的值向积分运算前的加速度反馈，使之作为阻尼项而作用。即，重心点簧上速度算出部32将推定簧上速度Vcg与规定的增益相乘，使之向利用簧上加速度算出部32B算出的簧上加速度Acg反馈，对加速度进行校正，并基于校正后的加速度，求出推定簧上速度Vcg。由此，FB处理部32D及减法器32E防止了因积分误差而产生的运算结果的发散(日文：発散)。
如图9所示，俯仰率算出部33具有：俯仰力矩算出部33A、俯仰角加速度算出部33B、滤波器部33C、FB处理部33D、以及减法器33E。
俯仰力矩算出部33A考虑四个轮的几何位置关系，基于下面的数1式，由各轮的合力FFL、FFR、FRL、FRR算出俯仰力矩Mpitch。需要说明的是，数1式中的Lf表示前轮侧的悬架装置5的位置至重心点的距离，Lr表示后轮侧的悬架装置8的位置至重心点的距离。
[数1]
Mpitch＝(FFL+FFR)×Lf-(FRL+FRR)×Lr
俯仰角加速度算出部33B通过由利用簧上质量算出部36及惯性校正系数算出部37推定的惯性质量I(俯仰惯性)去除俯仰力矩Mpitch，算出俯仰角加速度αpitch。该俯仰角加速度算出部33B构成俯仰角加速度算出装置，其根据利用外力推定部31算出的值与减振器7的安装位置，算出俯仰角加速度αpitch。在此，惯性校正系数算出部37通过将利用簧上质量算出部36推定的簧上质量mb与例如预先实验求出的规定的系数相乘，算出车体1的惯性质量I。
滤波器部33C除了对俯仰角加速度αpitch进行积分外，还进行高通滤波器处理，算出俯仰率AVpitch。FB处理部33D将算出的俯仰率AVpitch乘以规定的增益，使之向积分运算前的俯仰角加速度反馈。减法器33E将来自FB处理部33D的输出从积分运算前的俯仰角加速度αpitch中减去。即，俯仰率算出部33将推定俯仰率AVpitch乘以规定的增益，使之向利用俯仰角加速度算出部33B算出的俯仰角加速度αpitch反馈，对角加速度进行校正，并基于校正后的角加速度，求出推定俯仰率AVpitch。FB处理部33D及减法器33E防止了因积分误差而产生的运算结果的发散。
如图10所示，侧倾率算出部34具有：侧倾力矩算出部34A、侧倾角加速度算出部34B、滤波器部34C、FB处理部34D、以及减法器34E。
侧倾力矩算出部34A考虑四个轮的几何位置关系，基于下面的数2式，由各轮的合力FFL、FFR、FRL、FRR算出侧倾力矩Mroll。需要说明的是，数2式中的Wf表示右前轮2FR的悬架装置5的位置至左前轮2FL的悬架装置5的位置的距离，Wr表示右后轮2RR的悬架装置8的位置至左后轮2RL的悬架装置8的位置的距离。
[数2]
Figure BDA0001998411010000111
侧倾角加速度算出部34B通过由利用簧上质量算出部36及惯性校正系数算出部37推定的惯性质量I(侧倾惯性)去除侧倾力矩Mroll，算出侧倾角加速度αroll。该侧倾角加速度算出部34B构成侧倾角加速度算出装置，其根据利用外力推定部31算出的值与减振器7的安装位置，算出侧倾角加速度αroll。
滤波器部34C除了对侧倾角加速度αroll进行积分外，还进行高通滤波器处理，并算出侧倾率AVroll。FB处理部34D将算出的侧倾率AVroll乘以规定的增益，使之向积分运算前的侧倾角加速度αroll反馈。减法器34E将来自FB处理部34D的输出从积分运算前的侧倾角加速度αroll中减去。即，侧倾率算出部34将推定侧倾率AVroll乘以规定的增益，使之向利用侧倾角加速度算出部34B算出的侧倾角加速度αroll反馈，对角加速度进行校正，并基于校正后的角加速度，求出推定侧倾率AVroll。FB处理部34D及减法器34E防止了因积分误差而产生的运算结果的发散。
各轮簧上速度算出部35利用基于四个轮的几何位置关系的、下面的数3式，由重心点的簧上速度Vcg、俯仰率AVpitch、侧倾率AVroll求出各轮的簧上速度VFL、VFR、VRL、VRR。
[数3]
Figure BDA0001998411010000121
Figure BDA0001998411010000122
Figure BDA0001998411010000123
Figure BDA0001998411010000124
(2).质量校正控制
接着，针对在本实施方式中应用的质量校正控制进行说明。质量补偿控制是不依赖于车辆的装载状况、而是以发挥一定的控制性能为目的的控制。
即，质量补偿控制能够不依赖于质量变化，使车辆状态推定的推定精度恒定。除此以外，质量补偿控制能够不依赖于质量变化，使车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性恒定。首先，针对质量推定原理进行说明。
(2-1).质量推定原理
本次的目标车辆为前轮并用螺旋弹簧、后轮并用螺旋弹簧的气动平衡器。首先，针对使用了螺旋弹簧的前轮侧的质量进行研究。在螺旋弹簧的情况下，基于数4式所示的胡克定律，能够求出质量。
[数4]
f＝kx
在此，f为弹力[N]，k为弹簧常数[N/m]，x为弹簧位移[m]。由此，质量变化Δm[kg]利用距离基准位置的车高变化Δx[m]与重力加速度g[m/s2](例如，g＝9.81m/s2)，能够如下所示算出。
[数5]
Figure BDA0001998411010000125
由此，当前的前轮侧的质量mF[kg]根据基准位置的质量moriginal[kg]与数6式，能够如下来求出。
[数6]
Figure BDA0001998411010000131
接着，针对使用了气动平衡器的后轮侧的质量进行研究。空气弹簧反作用力fas[N]基于数7式，能够利用受压面积S[m2]与压力Pas[Pa]来求出。
[数7]
fas＝S×Pas
在此，受压面积S根据车高而变化。然而，利用气动平衡器能够确保车高恒定。除此以外，因车高变化而引起的受压面积S的变化较小。据此，当假定受压面积S为基准车高下的面积且恒定时，后轮侧的质量mR[kg]利用重力加速度g，能够如下所示算出。
[数8]
Figure BDA0001998411010000132
但是，车高变化及压力变化会受到车辆转弯、加减速及路面情况的影响。因此，例如利用前后加速度及横向加速度判断是否为加减速中、转弯中以及倾斜路面的任意一种情况。然后，只要前后加速度及横向加速度之中至少任意一值为阈值以上时，则禁止质量推定的更新处理。
另外，为了防止路面干扰的影响，对车高及压力传感器信号进行极低频(例如0.2Hz)的低通滤波器处理。除此以外，为了考虑噪声的影响，当满足质量变化为设定以上且设定时间以上的条件时，更新推定质量。此外，由于稳定器的影响，难以左右轮独立地进行质量推定。另一方面，可以认为左右质量差对控制性能的影响较小。据此，在本实施方式中，基于左右轮的平均车高变化值以及左右轮的平均压力变化值，以前后轮独立来进行推定。需要说明的是，因为有时根据车辆不同而出现使左右独立进行推定能够大幅度改善推定精度的情况，所以也可以以左右独立来进行推定。
(2-2).质量推定部的结构
图11表示上述的质量推定的方框图。簧上质量算出部36推定车体1的质量。该簧上质量算出部36具有：前轮侧质量算出部41、后轮侧质量算出部42、前后轮质量整合部43、以及质量更新部44。
前轮侧质量算出部41具有：低通滤波器41A、平均车高算出部41B、弹力算出部41C、质量变化算出部41D、以及加法部41E。低通滤波器41A相对于检测的车高，进行极低频(例如0.2Hz)的低通滤波器处理。平均车高算出部41B针对从低通滤波器41A输出的左右的车高，算出其平均值。弹力算出部41C将左右的车高的平均值与螺旋弹簧6的弹簧常数ks相乘，算出弹力。质量变化算出部41D通过由重力加速度g去除弹力，算出相对于空车状态的质量的变化量Δm。加法器41E将质量变化量Δm与空车质量moriginal相加，算出当前的前轮侧的质量mF。
后轮侧质量算出部42具有：低通滤波器42A、平均压力算出部42B、以及质量算出图42C。低通滤波器42A对检测出的压力Pas，进行极低频(例如0.2Hz)的低通滤波器处理。平均压力算出部42B针对从低通滤波器42A输出的左右的空气弹簧9的压力Pas，算出其平均值。质量算出图42C基于数8式所示的压力与质量的关系，由左右的压力的平均值，算出当前的后轮侧的质量mR。
前后轮质量整合部43将前轮侧的质量mF与后轮侧的质量mR进行整合，算出车体整体的质量m0。前后轮质量整合部43将算出的本次的质量m0向质量更新部44输出。
质量更新部44具有：加速度许可判定部44A、质量更新许可判定部44B、AND回路44C、延迟回路44D、以及切换开关44E。加速度许可判定部44A基于前后加速度及横向加速度，判定车辆是否为加减速中、转弯中以及倾斜路面的任意一种情况。加速度许可判定部44A在不符合上述三个条件的任一条件时，输出许可质量更新的许可信号，在除此以外的情况时，输出禁止质量更新的禁止信号。
向质量更新许可判定部44B输入从前后轮质量整合部43输出的本次的质量m0、以及从延迟回路44D输出的上一次(一个周期前)的质量mb。质量更新许可判定部44B算出上一次的质量mb与本次的质量m0的变化量。质量更新许可判定部44B判定上一次与本次的质量变化是否满足设定值以上且设定时间以上的条件。质量更新许可判定部44B在上述两个条件双方都满足时，输出许可质量更新的许可信号，在除此以外的情况时，输出禁止质量更新的禁止信号。
AND回路44C在加速度许可判定部44A与质量更新许可判定部44B双方都输出许可信号时，将切换开关44E与前后轮质量整合部43连接。由此，切换开关44E将利用前后轮质量整合部43算出的本次的质量m0作为车体的推定质量mb进行输出。另一方面，AND回路44C在加速度许可判定部44A与质量更新许可判定部44B之中至少任意一方输出禁止信号时，将切换开关44E与延迟回路44D连接。由此，切换开关44E将从延迟回路44D输出的上一次的质量mb作为车体的推定质量mb进行输出。此时，簧上质量算出部36不更新车体的推定质量mb，将上一次的值进行输出。
从簧上质量算出部36输出的质量mb在推定簧上速度等车辆状态时被使用。由此，能够考虑因质量变化而产生的影响。
为了验证本实施方式的车辆状态推定的有效性，将本实施方式的悬架控制装置搭载在实际的车辆上，进行在起伏道路上行驶的行驶实验。其结果如图15所示。
图15中的实线表示由状态推定部13进行的簧上速度VFR、VFL、VRR、VRL的运算结果(推定值)。图15中的虚线表示对簧上加速度进行积分而求出的簧上速度(比较值)。如图15的结果所示，可知，利用状态推定部13推定的簧上速度VFR、VFL、VRR、VRL与对簧上加速度进行积分而求出的簧上速度基本一致，即使在位移较大的起伏道路面上也能够精度良好地进行推定。
这样一来，在本实施方式中，控制器11具有：外力推定部31，其由利用车高传感器10算出的位移，算出作用于车体1的外力；上下力算出部32A，其由算出的外力算出车体1的上下合力Fcg；簧上加速度算出部32B，其由算出的上下合力Fcg算出簧上加速度Acg；滤波器部32C，其由算出的簧上加速度Acg推定车体1的簧上速度Vcg；阻尼特性判断部14，其基于推定簧上速度，求出阻尼特性。
因此，因为可以使用车辆中现有的车高传感器10来取代加速度传感器，所以能够降低***整体的成本。另外，滤波器部32C例如通过对算出的簧上加速度Acg进行积分，能够推定簧上速度Vcg。因此，通过使用积分运算来取代观测器，能够降低控制器11的运算负载。因此，控制器11可以使用低性能的微型计算机，所以能够降低控制器11的成本。除此以外，因为能够使用积分运算来取代观测器，推定簧上速度Vcg，所以能够减少调节参数。其结果是，因为能够减少调节参数的适应工时，所以能够降低开发成本。
另外，进而设有：根据利用外力推定部31算出的值与悬架装置5、8的安装位置来算出侧倾角加速度αroll的侧倾角加速度算出部34B、以及根据利用外力推定部31算出的值与悬架装置5、8的安装位置来算出俯仰角加速度αpitch的俯仰角加速度算出部33B，由侧倾角加速度αroll及俯仰角加速度αpitch的值算出侧倾率AVroll与俯仰率AVpitch，阻尼特性判断部14基于侧倾率AVroll与俯仰率AVpitch的算出结果、以及推定簧上速度Vcg，求出阻尼特性。
由此，在具有四个轮的整车模型中，能够考虑侧倾、俯仰。因此，即使在簧上动作较大的路面上，也能够提高簧上动作的推定精度。其结果是，阻尼特性判断部14基于高精度的簧上动作的推定结果，求出阻尼特性，所以能够提高乘坐舒适性。
另外，重心点簧上速度算出部32将推定簧上速度Vcg与规定的增益相乘，使之向利用簧上加速度算出部32B算出的簧上加速度Acg反馈，对簧上加速度Acg进行校正，并基于校正后的簧上加速度Acg，求出推定簧上速度Vcg。
由此，通过积分运算也能够由簧上加速度Acg求出簧上速度Vcg，能够将推定簧上速度Vcg向积分运算前的簧上加速度Acg反馈，使之作为衰减项而发挥作用。因此，能够降低积分误差，能够提高乘坐舒适性。
另外，在车辆上设有稳定器4，外力推定部31此外具有稳定器反作用力算出部31C，其基于设置在左右的车轮2的车高传感器10的值之差，算出稳定器反作用力Fstb，利用由该稳定器反作用力算出部31C求出的算出值，算出作用于车体1的外力。
因此，因为外力推定部31利用稳定器反作用力Fstb算出作用于车体1的外力，所以，能够考虑稳定器反作用力Fstb来算出车体1的簧上加速度Acg等。其结果是，控制器11能够考虑稳定器4的影响，控制阻尼特性。
此外，进而设有由利用车高传感器10算出的位移来求出车体1的质量mb的簧上质量算出部36，簧上加速度算出部32B利用由上下力算出部32A求出的上下合力Fcg、以及由簧上质量算出部36求出的质量mb，算出簧上加速度Acg。
由此，通过利用上下力算出部32A求出的上下合力Fcg除以利用簧上质量算出部36求出的质量mb，能够算出簧上加速度Acg。因此，乘员数及装载重量发生变化，也能够使用根据利用车高传感器10算出的位移等推定的簧上质量mb，算出簧上加速度Acg，所以能够直接考虑因簧上质量mb的变化而引起的影响。其结果是，能够改善重量变化时的推定精度，能够提高乘坐舒适性。
需要说明的是，在所述实施方式中，阻尼特性判断部14利用侧倾BLQ15及上下BLQ16算出作为减振器7的阻尼特性的阻尼系数。本发明不限于此，阻尼特性判断部例如也可以具有算出目标阻尼力的天棚控制器、H∞控制器等。即，阻尼特性判断部可以应用能够根据车辆的状态来控制减振器的阻尼特性的各种控制器。
另外，阻尼特性判断部14具有基于实验数据等预先求出的阻尼系数图17，构成为利用阻尼系数图17，根据阻尼系数与相对速度确定与阻尼特性对应的指令电流。本发明不限于此，也可以利用各种运算式等求出阻尼特性。
在所述实施方式中，状态推定部13利用安装有稳定器的车辆模型来推定车体的状态。本发明不限于此，也可以利用除去了稳定器的车辆模型来推定车体的状态。在该情况下，外力推定部31形成为除去了稳定器反作用力算出部31C的结构。
在所述实施方式中，构成为在前轮侧设有具有螺旋弹簧的悬架装置5，在后轮侧设有具有空气弹簧9的悬架装置8。本发明不限于此，也可以在四个轮全部应用具有螺旋弹簧的悬架装置5。在该情况下，簧上质量算出部36的后轮侧质量算出部42为与前轮侧质量算出部41相同的结构。
同样地，也可以在四个轮全部应用具有空气弹簧9的悬架装置8。在该情况下，簧上质量算出部36的前轮侧质量算出部41为与后轮侧质量算出部42相同的结构。
需要说明的是，在所述实施方式的后轮侧质量算出部42中也可以利用存储有车高、压力的关系的图算出受压面积，或利用由车高、压力算出受压面积的数式。另外，也可以由车高与压力，利用图或数式等直接求出质量。
在所述实施方式中，虽然利用由外力推定部31算出的外力，基于具有四个轮的整车模型，算出了上下、侧倾、俯仰动作，但也可以不是整车模型，而是基于图12所示的1/4车辆，算出各轮的上下移动，并根据其各轮的上下移动，基于运动学的关系，算出侧倾、俯仰动作。
在所述实施方式中，虽然以由半主动减振器形成的阻尼力调整式减振器7作为阻尼力调整式缓冲器的情况为例进行了说明，但也可以取代之，而使用主动减振器(电动促动器、液压促动器的任意一种)。
作为基于如上所述的实施方式的悬架控制装置，例如可以考虑如下所述的方式。
作为第一方式，为一种悬架控制装置，由安装于车辆的车体与四个轮的各轮之间且通过来自外部的指令使阻尼特性变化的阻尼力调整式缓冲器、在所述车体的各轮设置的车高传感器、以及控制阻尼特性的控制装置形成，其特征在于，所述控制装置具有：外力算出装置，其根据利用所述车高传感器算出的位移，算出作用于所述车体的外力；上下力算出装置，其由算出的外力求出所述车体的上下力；加速度算出装置，其由利用所述上下力算出装置求出的上下力，算出加速度；簧上速度推定装置，其由利用所述加速度算出装置算出的加速度，推定所述车体的簧上速度；阻尼特性判断装置，其基于利用所述簧上速度推定装置求出的推定簧上速度，求出阻尼特性。
根据该第一方式，因为能够使用车辆上现有的车高传感器来取代加速度传感器，所以能够降低***整体的成本。另外，簧上速度推定装置例如通过对利用加速度算出装置算出的加速度进行积分，能够推定簧上速度。因此，通过利用积分运算来取代观测器，能够降低控制装置的运算负载。因此，在控制装置中能够使用低性能的微型计算机，所以能够降低控制装置的成本。除此以外，因为能够利用积分运算取代观测器来推定簧上速度，所以能够减少调节参数。其结果是，能够降低调节参数的适应工时，所以能够降低开发成本。
作为第二方式，其特征在于，此外具有：根据利用所述外力检测装置算出的值与所述阻尼力调整式缓冲器的安装位置来算出侧倾角加速度的侧倾角加速度算出装置、以及根据利用所述外力检测装置算出的值与所述阻尼力调整式缓冲器的安装位置来算出俯仰角加速度的俯仰角加速度算出装置，由所述侧倾角加速度及所述俯仰角加速度的值来算出侧倾率与俯仰率，并基于上述的算出结果与所述推定簧上速度，利用所述阻尼特性判断装置，求出阻尼特性。
根据该第二方式，能够在具有四个轮的整车模型中考虑侧倾、俯仰。因此，即使在簧上动作较大的路面上，也能够提高簧上动作的推定精度。其结果是，阻尼特性判断装置基于高精度的簧上动作的推定结果，求出阻尼特性，所以能够提高乘坐舒适性。
作为第三方式，其特征在于，将所述推定簧上速度与规定的增益相乘，使之向利用所述加速度算出装置算出的加速度反馈，对加速度进行校正，并基于校正后的加速度，求出所述推定簧上速度。
根据该第三方式，即使在例如通过积分运算由加速度求出簧上速度时，也能够将推定簧上速度向积分运算前的加速度反馈，使之作为阻尼项而发挥作用。因此，能够降低积分误差，能够提高乘坐舒适性。
作为第四方式，其特征在于，在所述车辆设有稳定器机构，所述外力算出装置此外具有基于设置在左右车轮的所述车高传感器的值之差来算出稳定器反作用力的稳定器反作用力算出装置，使用利用该稳定器反作用力算出装置求出的算出值，算出作用于所述车体的外力。
根据该第四方式，因为外力算出装置利用稳定器反作用力算出作用于车体的外力，所以能够考虑稳定器反作用力来算出车体的加速度等。其结果是，控制装置能够考虑稳定器的影响，控制阻尼特性。
作为第五方式，其特征在于，此外设有根据利用所述车高传感器算出的位移来求出所述车体的质量的质量算出装置，所述加速度算出装置使用利用所述上下力算出装置求出的上下力、以及利用该质量算出装置求出的质量，算出所述加速度。
根据该第五方式，通过利用上下力算出装置求出的上下力除以利用该质量算出装置求出的质量，能够算出加速度。因此，即使乘员数或装载重量发生变化，也能够利用根据由车高传感器算出的位移等推定的簧上质量，算出加速度，所以，能够直接考虑因簧上质量变化而产生的影响。其结果是，能够改善重量变化时的推定精度，能够提高乘坐舒适性。
需要说明的是，本发明不限于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了简明地说明本发明而详细地进行了说明，并不是对具有所说明的所有结构的限定。另外，可以将某实施例的结构的一部分置换为其它的实施例的结构，另外，也可以在某实施例的结构中添加其它的实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，可以添加、删除、置换其它的结构。
本申请基于2016年9月28日在日本提交的第2016-189922号专利申请主张优先权。2016年9月28日在日本提交的第2016-189922号专利申请的包括说明书、权利要求书、附图、以及说明书摘要的所有公开内容通过引用作为整体而包含在本申请中。
附图标记说明
1车体；2车轮；4稳定器(稳定器机构)；5，8悬架装置；7阻尼力调整式减振器(阻尼力调整式缓冲器)；10车高传感器；11控制器(控制装置)；13状态推定部；14阻尼特性判断部(阻尼特性判断装置)；31外力推定部(外力算出装置)；31C稳定器反作用力算出部(稳定器反作用力算出装置)；32重心点簧上速度算出部；32A上下力算出部(上下力算出装置)；32B簧上加速度算出部(加速度算出装置)；32C滤波器部(簧上速度推定装置)；33俯仰率算出部；33B俯仰角加速度算出部(俯仰角加速度算出装置)；34侧倾率算出部；34B侧倾角加速度算出部(侧倾角加速度算出装置)；35各轮簧上速度算出部；36簧上质量算出部(质量算出装置)。

Claims (6)

1.一种悬架控制装置，其特征在于，具有：
阻尼力调整式缓冲器，其安装在车辆的车体与四个轮的各轮之间，通过来自外部的指令使阻尼特性发生变化；
车高传感器，其设置于所述车体的各轮；
控制装置，其控制阻尼特性；
所述控制装置具有：
外力算出装置，其根据由所述车高传感器算出的位移，算出作用于所述车体的外力；
上下力算出装置，其由算出的所述外力，求出所述车体的上下力；
加速度算出装置，其由利用所述上下力算出装置求出的上下力，算出加速度；
簧上速度推定装置，其由利用所述加速度算出装置算出的加速度，推定所述车体的簧上速度；
阻尼特性判断装置，其基于利用所述簧上速度推定装置求出的推定簧上速度，求出阻尼特性。
2.如权利要求1所述的悬架控制装置，其特征在于，
所述控制装置此外具有：
侧倾角加速度算出装置，其根据利用外力检测装置算出的值以及所述阻尼力调整式缓冲器的安装位置，算出侧倾角加速度；
俯仰角加速度算出装置，其根据利用所述外力检测装置算出的值以及所述阻尼力调整式缓冲器的安装位置，算出俯仰角加速度；
所述控制装置由所述侧倾角加速度及所述俯仰角加速度的值，算出侧倾率与俯仰率，并基于上述侧倾率与俯仰率的算出结果与所述推定簧上速度，利用所述阻尼特性判断装置求出阻尼特性。
3.如权利要求1所述的悬架控制装置，其特征在于，
所述控制装置将所述推定簧上速度与规定的增益相乘，使之向利用所述加速度算出装置算出的加速度反馈，对加速度进行校正，并基于校正后的加速度，求出所述推定簧上速度。
4.如权利要求2所述的悬架控制装置，其特征在于，
所述控制装置将所述推定簧上速度与规定的增益相乘，使之向利用所述加速度算出装置算出的加速度反馈，对加速度进行校正，并基于校正后的加速度，求出所述推定簧上速度。
5.如权利要求1至4中任一项所述的悬架控制装置，其特征在于，
在所述车辆设有稳定器机构，
所述外力算出装置此外具有稳定器反作用力算出装置，其基于设置于左右车轮的所述车高传感器的值之差，算出稳定器反作用力，利用由所述稳定器反作用力算出装置求出的算出值，算出作用于所述车体的外力。
6.如权利要求2所述的悬架控制装置，其特征在于，
所述控制装置此外具有质量算出装置，其根据由所述车高传感器算出的位移，求出所述车体的质量，
所述加速度算出装置利用由所述上下力算出装置求出的上下力、以及由所述质量算出装置求出的质量，算出所述加速度。
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