JP2010203455A - 車両の制振制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の車両の駆動力を制御することにより車両のピッチ又はバウンス振動を抑制する制振制御装置は、車輪と路面との接地個所に於いて発生する車輪に作用する車輪トルク推定値を取得する車輪トルク推定値取得部と、車輪トルク推定値に基づいてピッチ又はバウンス振動振幅を抑制するよう車両の駆動力を制御する駆動力制御部とを含み、更に、車輪のスリップ状態を示す車輪スリップ状態量を取得するスリップ状態量取得部が設けられ、車輪スリップ状態量が表すスリップの程度が大きいほど駆動力の制御量を小さく補正することを特徴とする。
【選択図】 図4
Description
12FL、FR、RL、RR…車輪
14…アクセルペダル
30FL、FR、RL、RR…車輪速センサ
50…電子制御装置
図1(A)は、本発明の車輪トルク推定装置又は制振制御装置の好ましい実施形態が搭載される自動車を模式的に示している。同図に於いて、左右前輪12FL、12FRと、左右後輪12RL、12RRを有する車両10には、通常の態様にて、運転者によるアクセルペダル14の踏込みに応じて後輪に駆動力を発生する駆動装置20が搭載される。駆動装置20は、図示の例では、エンジン22から、トルクコンバータ24、自動変速機26、差動歯車装置28等を介して、駆動トルク或いは回転駆動力が後輪12RL、12RRへ伝達されるよう構成されているが、エンジン22に代えて電動機が用いられる電気式、或いは、エンジンと電動機との双方を有するハイブリッド式の駆動装置であってもよい。また、車両は、前輪にも駆動力が伝達される四輪駆動車両であってもよい。なお、簡単のため図示していないが、車両10には、通常の車両と同様に各輪に制動力を発生する制動系装置と前輪又は前後輪の舵角を制御するためのステアリング装置が設けられる。
車両に於いて、運転者の駆動要求に基づいて駆動装置が作動して車輪トルクの変動が生ずると、図2(A)に例示されている如き車体10に於いて、車体の重心Cgの鉛直方向(z方向)のバウンス振動と、車体の重心周りのピッチ方向(θ方向)のピッチ振動が発生し得る。また、車両の走行中に路面から車輪上に外力又はトルク(外乱)が作用すると、その外乱が車両に伝達され、やはり車体にバウンス方向及びピッチ方向の振動が発生し得る。そこで、図示の実施形態に於いては、車体のピッチ・バウンス振動の運動モデルを構築し、そのモデルに於いて運転者要求トルク(を車輪トルクに換算した値)と、現在の車輪トルク(の推定値)とを入力した際の車体の変位z、θとその変化率dz/dt、dθ/dt、即ち、車体振動の状態変数を算出し、モデルから得られた状態変数が0に収束するように、即ち、ピッチ/バウンス振動が抑制されるよう駆動装置の駆動トルクが調節される(運転者要求トルクが修正される。)。
本発明の実施形態に於ける制振制御に於いては、既に触れたように、まず、車体のバウンス方向及びピッチ方向の力学的運動モデルを仮定して、運転者要求車輪トルクTw0と車輪トルク推定値Tw(外乱)とを入力としたバウンス方向及びピッチ方向の状態変数の状態方程式を構成する。そして、かかる状態方程式から、最適レギュレータの理論を用いてバウンス方向及びピッチ方向の状態変数を0に収束させる入力(トルク値)を決定し、得られたトルク値に基づいて運転者要求トルクが修正される。
dX(t)/dt=A・X(t)+B・u(t) …(2a)
ここで、X(t)、A、Bは、それぞれ、
a1=-(kf+kr)/M、a2=-(cf+cr)/M、
a3=-(kf・Lf-kr・Lr)/M、a4=-(cf・Lf-cr・Lr)/M、
b1=-(Lf・kf-Lr・kr)/I、b2=-(Lf・cf-Lr・cr)/I、
b3=-(Lf2・kf+Lr2・kr)/I、b4=-(Lf2・cf+Lr2・cr)/I
である。また、u(t)は、
u(t)=T
であり、状態方程式(2a)にて表されるシステムの入力である。従って、式(1b)より、行列Bの要素p1は、
p1=h/(I・r)
である。
u(t)=−K・X(t) …(2b)
とおくと、状態方程式(2a)は、
dX(t)/dt=(A−BK)・X(t) …(2c)
となる。従って、X(t)の初期値X0(t)をX0(t)=(0,0,0,0)と設定して(トルク入力がされる前には振動はないものとする。)、状態変数ベクトルX(t)の微分方程式(2c)を解いたときに、X(t)、即ち、バウンス方向及びピッチ方向の変位及びのその時間変化率、の大きさを0に収束させるゲインKが決定されれば、バウンス・ピッチ振動を抑制するトルク値u(t)が決定されることとなる。
J=1/2・∫(XTQX+uTRu)dt …(3a)
(積分範囲は、0から∞)
の値が最小になるとき、状態方程式(2a)に於いてX(t)が安定的に収束し、評価関数Jを最小にする行列Kは、
K=R−1・BT・P
により与えられることが知られている。ここで、Pは、リカッティ方程式
-dP/dt=ATP+PA+Q−PBR−1BTP
の解である。リカッティ方程式は、線形システムの分野に於いて知られている任意の方法により解くことができ、これにより、ゲインKが決定される。
図2(B)の制振制御器のフィードバック制御部分に於いて、フィードフォワード制御部分へ外乱として入力される車輪トルクは、理想的には、各輪にトルクセンサを設け、実際に検出されればよいが、既に述べた如く、通常の車両の各輪にトルクセンサを設けることは困難なので、走行中の車両に於けるその他の検出可能な値から車輪トルク推定器(C6)にて推定された車輪トルク推定値が用いられる。
Tw=M・r2・dω/dt …(5)
と推定することができる。ここに於いて、Mは、車両の質量であり、rは、車輪半径である。[駆動輪が路面の接地個所に於いて発生している駆動力の総和が、車両の全体の駆動力M・G(Gは、加速度)に等しいとすると、車輪トルクTwは、
Tw=M・G・r …(5a)
にて与えられる。車両の加速度Gは、車輪速度r・ωの微分値より、
G=r・dω/dt …(5b)
で与えられるので、車輪トルクは、式(5)の如く推定される。]
駆動輪のタイヤがスリップ状態になった場合、式(5b)にて車輪速の時間微分により算出される加速度Gの値は、実際の加速度よりも大きくなり、従って、車輪速から推定された車輪トルク推定値は、実際の値よりも大きくなることが予想される。従って、駆動輪のタイヤがスリップ状態になったときには、タイヤのスリップ状態を表す任意の指標(車輪スリップ状態量)に応じて、車輪トルク推定値が下方修正される。この場合、式(5)の車輪トルク推定値は、例えば、
Tw=κslip・M・r2・dω/dt …(6)
とされてよい。κslipは、車輪スリップ状態量の関数として与えられる量であり、図4に示されている如きマップを用いて与えられる。図4に於いて重要なことは、タイヤがグリップ状態にあるときは、κslip=1とされ、タイヤがスリップ状態になり、完全にホイールスピンした状態(車両に車輪トルクがかからない状態)に於いては、κslip=0となることである。
(a)VSC、TRC又はABS制御が実行されたとき
(これらの制御が実行される場合、通常、タイヤがグリップ状態からスリップ状態へ遷移したときである。)
(b)左右の従動輪の車輪速の平均値と左右の駆動輪の車輪速の平均値との差が所定期間の間、所定量を超えたとき。
(c)所定時間の間、車輪速の時間微分値が所定の閾値を越えたとき。なお、所定の閾値は、車両が出し得ない加速度に設定されてよい。
上記の如く、通常の車輪速センサでは、車輪の方向を検出できないところ、車輪トルク推定器に於いて式(5)にて推定される与えられる推定値は、車輪が前転していることを前提として算出される。従って、車輪が後転しているときには、推定値は、実際の値とは符号が逆になっていることになる。そこで、本発明の車輪トルク推定器は、車輪速センサ以外の情報から車輪が後転しているときを検出し、そのときには、式(5)を
Tw=−M・r2・dω/dt …(7)
と修正して、車輪トルク推定値を出力する。
(d)オートマチック車両であれば、変速機のシフトレバーがRレンジになっていること、
(e)マニュアル車両であれば、リバーススイッチがONになっていること
により検出されてよい。なお、車輪に搭載された車輪速センサが、車輪の回転方向を検出できるものであれば、車輪の後転時は、車輪回転速ωを負の値にして式(5)が用いられてよい。
車輪速センサに異常が発生し、車輪速の検出精度が悪化した場合には、式(5)による車輪トルク推定値の精度も悪化するので、その場合には、駆動輪の車輪回転速又は車輪速は、駆動装置の回転速から算出されてよい。駆動装置のエンジン又はモータの出力軸の回転速Neを用いる場合には、駆動輪の車輪回転速は、
ωe=Ne×トランスミッション(変速機)ギア比×デフ(差動装置)ギア比 …(8)
により与えられる。また、変速機の出力軸の回転速Noを用いる場合には、
ωo=No×デフギア比 …(9)
により与えられる。そして、式(8)又は(9)の駆動輪の車輪回転速ωの推定値は、式(5)に代入され、車輪トルク推定値が算出される。
(f)車輪速センサの信号に異常が発生し、「異常状態」と判定されたとき。
(g)ABS、VSC、TRC等のその他の制御装置又は制動制御装置50b(図1B)に於いて、車輪速センサの異常を判定したとき。
(h)車輪速センサの信号から算出される車輪速と、駆動装置の出力軸の回転速から式(8)により算出される車輪速との差が、所定期間、所定値を越えているとき。
(i)車輪速センサの信号から算出される車輪速と、変速機の出力軸の回転速から式(9)により算出される車輪速との差が、所定期間、所定値を越えているとき。
Tw=κslip・κsign・M・r2・dω/dt …(10)
ここに於いて、κslipは、通常は、κslip=1であり、上記条件(a)−(c)のいずれかが成立するときに、図4のマップにより与えられる。また、κsignは、通常は、κsign=1であり、上記条件(d)又は(e)が成立したときには、κsign=−1とされる。また、ωは、通常は、車輪速センサの信号から得られる車輪回転速であり、条件(f)−(i)が成立したときには、式(8)又は(9)により与えられるωe又はωoに置換される。従って、例えば、条件(a)、(d)、(f)が成立したときには、車輪トルク推定値は、
Tw=−κslip・M・r2・dωe/dt
となるであろう。
上記の車輪トルク推定値の修正1−3を実行しても、車輪トルク推定値の精度が改善されないと判断される場合には、運動モデルC4への車輪トルク推定値の入力が遮断されるようになっていてもよい。また、そもそも本発明の制振制御の目的は、運転者の車両の操縦安定性や乗り心地向上のためのものであるところ、車輪トルク推定値の修正1−3が実行される車輪のスリップ状態時、車両の後進時又は車輪速センサの異常時等の状況は、車両の走行に於いて特殊な状況であり、場合によっては、別の車両の走行を安定化し又は安全を確保するための制御が実行され得るので、運動モデルC4への車輪トルク推定値の入力が遮断されるようになっていてもよい。従って、図2(B)の制御構成に於いて、条件(a)−(i)が成立する場合には、運動モデルC4への車輪トルク推定値の入力が遮断されるようになっていてよい。また、車輪がスリップ状態になる場合については、車輪スリップ状態量の表すスリップの程度が所定の程度よりも大きい場合、例えば、図4のマップに於いて、車輪スリップ状態量が所定値S以下のときは、破線にて示す如く、κslip=0となるよう設定し、実質的に運動モデルC4への車輪トルク推定値の入力が遮断されるようになっていてよい。また、条件(a)−(i)が成立するときには、U(t)=0として、制振制御の実行を中止する(運転者要求トルクの修正を中止する)ようになっていてもよい。
Claims (6)
- 車両の駆動力を制御することにより前記車両のピッチ又はバウンス振動を抑制する車両の制振制御装置であって、前記車両の車輪と路面との接地個所に於いて発生する車輪に作用する車輪トルク推定値を取得する車輪トルク推定値取得部と、前記車輪トルク推定値に基づいて前記ピッチ又はバウンス振動振幅を抑制するよう前記車両の駆動力を制御する駆動力制御部とを含み、更に、前記車輪のスリップ状態を示す車輪スリップ状態量を取得するスリップ状態量取得部が設けられ、前記車輪スリップ状態量が表すスリップの程度が大きいほど前記駆動力の制御量を小さく補正することを特徴とする車両の制振制御装置。
- 請求項1の装置であって、前記車輪が後転しているときには、前記車輪トルク推定値が負の値であることを特徴とする装置。
- 請求項1の装置であって、前記車輪スリップ状態量が前記車両の駆動輪の車輪速と前記車両の従動輪の車輪速との比であることを特徴とする装置。
- 請求項1の装置であって、前記車輪トルク推定値が前記車両の駆動輪の車輪速センサにより検出された車輪速の微分値の関数であることを特徴とする装置。
- 請求項1の装置であって、前記車輪トルク推定値が前記車両の駆動輪の車輪速センサにより検出された車輪速に基づいて推定された値であり、前記車輪速センサの異常時には、前記車輪トルク推定値が前記車両の駆動装置の出力軸の回転速に基づいて推定された値であることを特徴とする装置。
- 請求項1の装置であって、前記車輪トルク推定値が前記車両の駆動輪の車輪速センサにより検出された車輪速に基づいて推定された値であり、前記車輪速センサの異常時には、前記車輪トルク推定値に基づく前記駆動力の制御を中止することを特徴とする装置。
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