JP2013010428A - サスペンション制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御装置20が、車輪速ωsに基づいて、車両平面運動成分および路面外乱成分を除去した車体速の成分である基準車体速成分Vb0を算出する。続いて、算出した基準車体速成分Vb0に基づいて、サスペンションのストロ−ク速度Vzを算出する。そして、算出したストロ−ク速度Vzに基づいてサスペンションのストロ−ク状態を制御する。それゆえ、例えば、車両平面運動成分や路面外乱成分が混入し、車輪速ωsの検出精度が低下しても、基準車体速成分Vb0の推定精度の低下を抑制できる。そのため、サスペンションのストロ−ク速度Vzの推定精度を向上できる。
【選択図】 図5
Description
この特許文献1に記載の技術では、車輪速センサによって車輪速を検出し、検出した車輪速に基づいてサスペンションのストロ−ク速度を算出する。そして、算出したストロ−ク速度に基づいてサスペンションのストロ−ク状態を制御するようになっている。
本発明は、上記のような点に着目し、車輪速の検出精度が低下しても、サスペンションのストロ−ク速度の推定精度を向上可能とすることを課題としている。
(構成)
車両Aの構成について図1を参照して説明する。
本実施形態の車両Aは、前輪および後輪のそれぞれを操舵可能な4輪操舵車両とする。
図1は、本実施形態の車両Aの構成を表す概念図である。
図1に示すように、車両Aは、加速度センサ1、車輪速センサ2、前輪操舵角センサ3、後輪操舵角センサ4、マスタ圧センサ5、エンジントルクセンサ6、エンジン回転数センサ7、AT入力軸センサ8、AT出力軸センサ9、および車体速センサ10を備える。また、車両Aは、車体横速センサ11、およびヨ−レイトセンサ12を備える。
後輪操舵角センサ4は、後輪14の操舵角δrを検出する。そして、後輪操舵角センサ4は、検出結果を表す検出信号を制御装置20に出力する。
マスタ圧センサ5は、マスタシリンダ圧Pを検出する。そして、マスタ圧センサ5は、検出結果を表す検出信号を制御装置20に出力する。
エンジン回転数センサ7は、エンジン回転数TACHOを検出する。そして、エンジン回転数センサ7は、検出結果を表す検出信号を制御装置20に出力する。
AT入力軸センサ8は、AT入力軸回転数INREVを検出する。AT入力軸回転数INREVとは、自動変速機の入力軸の単位時間当たりの回転数である。そして、AT入力軸センサ8は、検出結果を表す検出信号を制御装置20に出力する。
車体速センサ10は、車体速Vを検出する。そして、車体速センサ10は、検出結果を表す検出信号を制御装置20に出力する。
ヨ−レイトセンサ12は、ヨ−レイトγを検出する。そして、ヨ−レイトセンサ12は、検出結果を表す検出信号を制御装置20に出力する。
なお、本実施形態では、バネ上上下加速度Gs1、Gs2、Gs3等、サスペンション制御装置で用いる各種物理量をセンサ1〜12で検出する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、各種物理量をオブザ−バ等で推定する構成としてもよい。
ショックアブソ−バ13は、バネ上と車輪14との間それぞれに介装されている。
ショックアブソ−バ13は、アクチュエ−タ15を備える。アクチュエ−タ15は、制御装置20からの指令に従って、オリフィスの大きさを変更する。これにより、ショックアブソ−バ13は、オリフィスの大きさを小さくすることで減衰力を増大できる。一方、オリフィスの大きさを大きくすることで減衰力を低減できる。制御装置20が出力する指令としては、アクチュエ−タ指令信号、または指令電流を採用できる。
制御装置20は、マイクロプロセッサからなる。マイクロプロセッサは、A/D変換回路、D/A変換回路、中央演算処理装置およびメモリ等から構成した集積回路を備える。制御装置20は、メモリが格納するプログラムに従って、各種センサ1〜12が出力する検出信号、つまり、ドライバ操作量、車両の状態に基づき、ショックアブソ−バ13の減衰力を算出する。ドライバ操作量とは、操舵角δf、δr、マスタシリンダ圧Pである。また、車両の状態量とは、エンジントルクTe、エンジン回転数TACHO、AT入力軸回転数INREV、AT出力軸回転数OUTREVである。そして、制御装置20は、算出した減衰力を実現可能なオリフィス径に変更する指令をアクチュエ−タ15に出力する。これにより、ストロ−ク速度やストロ−ク量等、サスペンションのストロ−ク状態を制御する。
図2に示すように、制御装置20は、マイクロプロセッサが実行するプログラムにより、図2の制御ブロックを構成する。この制御ブロックは、目標値演算部21、状態推定部22、姿勢偏差演算部23、バネ上姿勢制御力演算部24、目標制御力マネジメント部25、および制御信号変換部26を備える。
目標値演算部21は、各種センサ1〜10が出力する検出信号に基づいて、車両Aの目標姿勢および目標ドライバ制御力Pdを算出する(図3ステップS101、S102)。目標ドライバ制御力Pdとは、目標姿勢を実現するためのショックアブソ−バ13の減衰力(フィ−ドフォワ−ド値)である。そして、目標値演算部21は、算出した目標姿勢を姿勢偏差演算部23に出力し、目標ドライバ制御力Pdを目標制御力マネジメント部25に出力する。
図4に示すように、状態推定部22は、基準車輪速演算部27、加減算器28、ジオメトリ変化上下成分変換部29、ストロ−ク速度校正部30、振動周波数演算部31、および信号処理部32を備える。
基準車輪速演算部27は、各種センサ2、3、4、11、12が出力する検出信号に基づいて、車輪速ωs(=[ωsFL、ωsFR、ωsRL、ωsRR]T)、操舵角δf、δr、車体横速Vx、およびヨ−レイトγ等の物理量を読み込む。続いて、基準車輪速演算部27は、読み込んだ物理量に基づいて、基準車輪速成分ω0(=[ω0FL、ω0FR、ω0RL、ω0RR]T)を算出する。基準車輪速成分ω0とは、車輪速ωsから車両平面運動成分および路面外乱成分を除去した車輪速である。車両平面運動成分とは、車輪速ωsが含む成分のうち、車両Aの平面運動に起因する成分である。例えば、操舵角δf、δrおよびヨ−レイトγに起因する成分である。路面外乱成分とは、車輪速ωsが含む成分のうち、路面の凹凸等、路面状態によって発生した車両Aのロ−ル運動、およびピッチ運動に起因する外乱成分である。そして、基準車輪速演算部27は、算出結果を加減算器28に出力する。
図5は、基準車輪速演算部27の構成を表すブロック図である。
具体的には、図5に示すように、基準車輪速演算部27は、平面運動成分抽出部33、路面外乱除去部34、および基準車体速再配分部35を備える。
V0FR={VFR−(Vx+Lf・γ)sinδf}/cosδf−Tf/2・γ
V0RL={VRL−(Vx−Lr・γ)sinδf}/cosδf−Tr/2・γ
V0RR={VRR−(Vx−Lr・γ)sinδf}/cosδf−Tr/2・γ ・・・(1)
但し、図6に示すように、Lfは車両重心点と前車軸との間の距離、Lrは車両重心点と後車軸との間の距離、Tfは前輪側のトレッド、Trは後輪側のトレッドである。
VFL=(V−Tf/2・γ)cosδf+(Vx+Lf・γ)sinδf
VFR=(V+Tf/2・γ)cosδf+(Vx+Lf・γ)sinδf
VRL=(V−Tr/2・γ)cosδr+(Vx−Lr・γ)sinδr
VRR=(V−Tr/2・γ)cosδr+(Vx−Lr・γ)sinδr ・・・(2)
これにより、車両平面運動成分および外乱成分が混入した車輪速ωsから、車両平面運動成分を除去した車体速の成分である平面運動除去後成分V0を抽出できる。
図7に示すように、路面外乱除去部34は、平面運動抽出部33が出力する平面運動除去後成分V0に基づき、下記(3)式に従って前輪側平均車体速VbFav、後輪側平均車体速VbRavを算出する。前輪側平均車体速VbFavとは、左右の前輪14(2輪)の平面運動除去後成分V0FL、V0FRの平均値である。後輪側平均車体速VbRavとは、左右の後輪14(2輪)の平面運動除去後成分V0RL、V0RRの平均値である。
VbFav=1/2・(V0RL+V0RR)
VbRav=1/2・(V0FL+V0FR) ・・・(3)
Vb0FL=VbRav
Vb0FR=VbRav
Vb0RL=VbFav
Vb0RR=VbFav ・・・(4)
図8に示すように、基準車体速再配分部35は、センサ3、4、11、12が出力する検出信号に基づいて、操舵角δf、δr、車体横速Vx、ヨ−レイトγ等の物理量を読み込む。続いて、基準車体速再配分部35は、読み込んだ物理量、および路面外乱除去部34が出力する基準車体速成分Vb0に基づき、下記(5)式に従って基準車輪速成分ω0を算出する。
ω0FR=[(Vb0FR+Tf/2・γ)cosδf+(Vx+Lf・γ)sinδf]/r0
ω0RL=[(Vb0RL−Tr/2・γ)cosδr+(Vx−Lr・γ)sinδr]/r0
ω0RR=[(Vb0RR−Tr/2・γ)cosδr+(Vx−Lr・γ)sinδr]/r0
・・・(5)
但し、r0は車輪14の半径である。
ここで、上記(5)式は、車両平面モデルである。
ωd=ωs−ω0 ・・・(6)
ジオメトリ変化上下成分変換部29は、加減算器28が出力する車輪速変動成分ωdに基づいて、サスペンションのストロ−ク速度Vz(=[VzFL、VzFR、VzRL、VzRR]T)を算出する。そして、ジオメトリ変化上下成分変換部29は、算出結果をストロ−ク速度校正部30に出力する。
バネ上姿勢制御力演算部24は、目標値演算部21が算出した目標姿勢と実姿勢との間に仮想的に設定した減衰係数を有する。実姿勢とは、バネ上のロ−ル運動、ピッチ運動およびバウンス運動の各運動自由度、またはバネ上の平面視で互いに異なる3箇所以上の位置における上下運動自由度の実際の姿勢である。そして、バネ上姿勢制御力演算部24は、減衰係数および姿勢偏差演算部23が出力する姿勢偏差に基づいて目標バネ上姿勢制御力Psを算出する(図3ステップS106)。目標バネ上姿勢制御力Psとは、目標姿勢を実現するためのショックアブソ−バ13の減衰力(フィ−ドバック値)である。そして、バネ上姿勢制御力演算部24は、算出結果を目標制御力マネジメント部25に出力する。
目標制御力=Kd・Pd+K*・Ps ・・・(19)
但し、Kd、K*は、制御モ−ド、運転者の車速に対する感覚、ロ−ル運動方向、ピッチ運動方向、バウンス運動方向に対する振動感覚に基づいて、目標ドライバ制御力Pd、目標バネ上姿勢制御力Psを補正するための制御ゲイン、またはフィルタである。
次に、車両Aの走行制御装置の動作について説明する。
旋回うねり路の走行中、車両Aの三次元運動に起因して、車輪速センサ2が検出する車輪速ωsに車両平面運動成分および外乱成分が混入したとする。すると、制御装置20が、車輪速ωs、運転者の操作量δf、δr、車両Aの状態量Vx、γに基づき、車両平面モデルの逆モデルを用いて、混入した車両平面運動成分を除去した車体速の成分である平面運動除去後成分V0を算出する(図5の平面運動成分抽出部33)。
続いて、制御装置20が、算出した平面運動除去後成分V0に基づいて、車両Aのロ−ル運動に起因する外乱成分を除去した前輪側平均車体速VbFav、後輪側平均車体速VbRavを算出する(路面外乱除去部34)。続いて、制御装置20が、算出した前輪側平均車体速VbFav、後輪側平均車体速VbRavに基づいて、車両Aのピッチ運動、バウンス運動に起因する外乱成分を除去した基準車体速成分Vb0を算出する(路面外乱除去部34)。
続いて、制御装置20が、算出した基準車体速成分Vb0、運転者の操作量δf、δr、状態量Vx、γに基づき、車両モデルを用いて、車両平面運動成分および路面外乱成分を除去した車体速の成分である基準車輪速成分ω0を算出する(基準車体速再配分部35)。
図9に示すように、本実験では、本実施形態のサスペンション制御装置で算出したストロ−ク速度Vzと、比較例1、2、3の方法で算出したストロ−ク速度との比較を行った。比較例1の方法とは、バネ下に配設した加速度センサを用いてサスペンションのストロ−ク速度を算出する方法である。比較例2の方法とは、ストロ−クセンサを用いてサスペンションのストロ−ク速度を算出する方法である。比較例3の方法とは、本実施形態の方法と異なる従来の方法により、バネ上に配設した車輪速センサ3の検出結果を用いてサスペンションのストロ−ク速度を算出する方法である。この実験によれば、本実施形態のサスペンション制御装置で算出したストロ−ク速度Vzは、比較例1、2の方法で算出したストロ−ク速度と同等の推定精度となることが確認できた。また、ストロ−ク速度Vzは、比較例3の方法で算出したストロ−ク速度よりも推定精度が良いことが確認できた。
本実施形態は、次のような効果を奏する。
(1)制御装置20が、車輪速ωsに基づいて、車両平面運動成分および路面外乱成分を除去した車体速の成分である基準車体速成分Vb0を算出する。続いて、制御装置20が、算出した基準車体速成分Vb0に基づいて、サスペンションのストロ−ク速度Vzを算出する。そして、制御装置20が、算出したストロ−ク速度Vzに基づいてサスペンションのストロ−ク状態を制御する。
この構成によれば、例えば、車両平面運動成分や路面外乱成分が混入し、車輪速ωsの検出精度が低下しても、基準車体速成分Vb0の推定精度の低下を抑制できる。それゆえ、サスペンションのストロ−ク速度Vzの推定精度を向上できる。
この構成によれば、平面運動除去後成分V0を比較的簡単な演算で算出できる。それゆえ、車両平面運動成分の除去に伴う演算量の増大を防止できる。
この構成によれば、路面外乱成分を除去した車体速の成分を比較的簡単な演算で算出できる。それゆえ、路面外乱成分の除去に伴う演算量の増大を防止できる。
この構成によれば、路面外乱成分を除去した車体速の成分を比較的簡単な演算で算出できる。それゆえ、路面外乱成分の除去に伴う演算量の増大を防止できる。
この構成によれば、路面外乱成分のうち、路面状態によって発生した車両Aのロ−ル運動、およびバウンス運動に起因する外乱成分を比較的簡単な演算で除去できる。
この構成によれば、車両平面運動成分および路面外乱成分を除去した車体速の成分から基準車輪速成分ω0を比較的簡単な演算で算出できる。それゆえ、車両平面運動成分および路面外乱成分の除去に車体速を用いることに伴う演算量の増大を防止できる。
3は前輪操舵角センサ(操作量検出部)
4は後輪操舵角センサ(操作量検出部)
11は車体横速センサ(車両状態量検出部)
12はヨ−レイトセンサ(車両状態量検出部)
15はアクチュエ−タ(ストロ−ク状態制御部)
20は制御装置(ストロ−ク速度算出部、ストロ−ク状態制御部)
22は状態推定部(ストロ−ク速度算出部)
26は制御信号変換部(ストロ−ク状態制御部)
27は基準車輪速演算部(ストロ−ク速度算出部)
33は平面運動成分抽出部(ストロ−ク速度算出部)
34は路面外乱成分除去部(ストロ−ク速度算出部)
35は基準車体速再配分部(ストロ−ク速度算出部)
Claims (6)
- 車両の車輪速を検出する車輪速検出部と、
前記車輪速検出部が検出した前記車輪速に基づいて、車両平面運動成分および路面外乱成分を除去した車体速の成分である基準車体速成分を算出する基準車体速成分算出部と、
前記基準車体速成分算出部が算出した前記基準車体速成分に基づいて、サスペンションのストロ−ク速度を算出するストロ−ク速度算出部と、
前記ストロ−ク速度算出部が算出した前記サスペンションのストロ−ク速度に基づいて前記サスペンションのストロ−ク状態を制御するストロ−ク状態制御部と、を備えたことを特徴とするサスペンション制御装置。 - 車両の状態量を検出する車両状態量検出部と、
運転者の操作量を検出する操作量検出部を備え、
前記基準車体速成分算出部は、前記車輪速検出部が検出した前記車輪速、前記車両状態量検出部が検出した前記車両の状態量、および前記操作量検出部が検出した前記運転者の操作量に基づき、車両平面モデルの逆モデルを用いて前記車両平面運動成分を除去した車体速の成分である平面運動除去後成分を算出することを特徴とする請求項1に記載のサスペンション制御装置。 - 前記基準車体速成分算出部は、前記平面運動除去後成分を車輪毎に算出し、算出した前記平面運動除去後成分のうち、少なくとも2輪以上の前記平面運動除去後成分に基づいて、前記路面外乱成分を除去した車体速の成分である前記基準車体速成分を算出することを特徴とする請求項2に記載のサスペンション制御装置。
- 前記基準車体速成分算出部は、前記車輪速検出部が検出した前記車輪速に基づいて車輪それぞれの車体速である各輪車体速を算出し、算出した前記各輪車体速のうち、少なくとも2輪以上の前記各輪車体速に基づいて、前記路面外乱成分を除去した車体速の成分である前記基準車体速成分を算出することを特徴とする請求項2に記載のサスペンション制御装置。
- 前記基準車体速算出部は、前記平面運動除去後成分のうち、前輪の前記平面運動除去後成分を後輪の基準車体速成分とし、後輪の前記平面運動除去後成分を前輪の前記基準車体速成分とすることを特徴とする請求項3または4に記載のサスペンション制御装置。
- 前記ストロ−ク速度算出部は、前記基準車体速成分算出部が算出した前記基準車体速成分に基づき、車両平面モデルを用いて車輪それぞれの車輪速を算出し、算出した車輪速に基づいて車輪それぞれの前記サスペンションのストロ−ク速度を算出することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のサスペンション制御装置。
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