JP2013049394A - サスペンション制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積分誤差のない速度に基づいて緩衝器の制御を行うことができるようにしたサスペンション制御装置を提供する。
【解決手段】ＧＰＳセンサ９は、ＧＰＳ受信機８からのＧＰＳ信号を用いて垂直方向速度情報を演算する。コントローラ１０の乗り心地制御部１２は、ＧＰＳセンサ９からの垂直方向速度情報をばね上速度Ｖ1として用いることによって、乗り心地制御に基づく制御指令値を出力する。一方、コントローラ１０のうねり抑制制御部１４は、他のコントローラ１６から出力される車両状態信号に基づいて、ピッチを抑制する制御指令値を出力する。指令値切換部１５は、ＧＰＳ受信機８の受信状態に応じて、乗り心地制御部１２による制御指令値とうねり抑制制御部１４による制御指令値とのうちいずれか一方を選択して出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の振動を緩衝するのに好適に用いられるサスペンション制御装置に関する。

一般に、自動車等の車両には、車体と各車軸との間に減衰力調整式緩衝器が設けられ、制御指令に応じて該緩衝器による減衰力特性を可変に制御する構成としたサスペンション制御装置が搭載されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

この種の従来技術によるサスペンション制御装置では、例えば加速度センサを用いて車体の上，下方向の振動を検出し、この検出した振動等に応じた減衰力を発生させるように緩衝器に対して制御指令を出力するように構成している。

特開２００９−８３６１４号公報 特開２００９−８３６４１号公報 特開２００９−２６２９２６号公報

ところで、従来技術によるサスペンション制御装置では、例えば加速度センサから得られる加速度を積分することによって速度を演算し、この速度を用いて緩衝器を制御していた。しかし、この方法で得られた速度は積分が行われるため、累積されたセンサ誤差が積分誤差として加わってしまうという問題がある。また、路面が傾斜している場合には、この傾斜によって加速度自体にオフセット誤差が生じてしまうため、このオフセット誤差をハイパスフィルタによって除去している。しかし、ハイパスフィルタでも全ての誤差を除去することはできないため、積分時に累積誤差になってしまう。さらに、ハイパスフィルタを用いることによって、信号に位相ずれが生じるという問題もある。

本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、積分誤差のない速度に基づいて緩衝器の制御を行うことができるようにしたサスペンション制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため、請求項１に係る発明は、車体に設けられＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳ受信機と、該ＧＰＳ受信機からの信号を用いて前記車体の上，下方向の運動状態を算出する車体上下運動算出手段と、該車体上下運動算出手段の運動状態に基づいて減衰力調整式緩衝器を制御する制御手段とを備える構成としたことを特徴としている。

本発明によれば、ＧＰＳ受信機からの信号を用いて車体の上，下方向の運動状態を算出することができ、積分誤差のない速度に基づいて緩衝器の制御を行うことができる。

本発明の第１の実施の形態によるサスペンション制御装置を模式的に示す図である。 図１中のコントローラを示すブロック図である。 図１中のコントローラによる制御内容を示す流れ図である。 図３中の制御演算実行の内容を示す流れ図である。 本発明の第２の実施の形態による制御演算実行の内容を示す流れ図である。

以下、本発明の実施の形態によるサスペンション装置を、例えば４輪自動車に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

まず、図１ないし図４は本発明の第１の実施の形態を示している。車体１は、車両のボディを構成する。車体１の下側には、例えば左，右の前輪と左，右の後輪（以下、総称して車輪２という）が設けられ、該車輪２はタイヤ３を含んで構成されている。このとき、タイヤ３は、路面の細かい凹凸を吸収するばねとして作用する。

サスペンション装置４は、車体１と車輪２との間に介装して設けられる。このサスペンション装置４は、懸架ばね５（以下、ばね５という）と、ばね５と並列になって車体１と車輪２との間に設けられた減衰力調整式緩衝器（以下、緩衝器６という）とにより構成されている。なお、図１中では１組のサスペンション装置４を、車体１と車輪２との間に設けた場合を例示している。しかし、サスペンション装置４は、例えば４輪の車輪２と車体１との間に個別に独立して合計４組設けられるもので、このうちの１組のみを図１では模式的に図示している。

ここで、サスペンション装置４の緩衝器６は、減衰力調整式の油圧緩衝器を用いて構成される。そして、この緩衝器６には、発生減衰力の特性（減衰力特性）をハードな特性（硬特性）からソフトな特性（軟特性）に連続的に調整するため、減衰力調整バルブ等からなるアクチュエータ７が付設されている。なお、減衰力調整バルブは、減衰力特性を連続的でなくとも、２段階又は複数段階に調整可能なものであってもよい。

ＧＰＳ受信機８は、車体１に設けられ、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの信号（以下、ＧＰＳ信号という）を受信する。このＧＰＳ受信機８には、車体上下運動算出手段としてのＧＰＳセンサ９が併設されている。このＧＰＳセンサ９は、車体１の上，下方向の運動状態として、ＧＰＳ受信機８の受信信号に基づいて垂直方向速度情報や高度情報を算出する。このとき、垂直方向速度情報は、ＧＰＳ受信機８（車体１）の垂直方向の移動速度を示し、例えばＧＰＳ信号のドップラー効果を利用して求めることができる。また、高度情報は、車体１の標高を示し、例えば複数のＧＰＳ衛星からの信号に基づいてＧＰＳ受信機８の３次元位置を決定することによって求めることができる。そして、ＧＰＳセンサ９は、垂直方向速度情報や高度情報をサスペンション装置４用のコントローラ１０に出力する。さらに、ＧＰＳセンサ９は、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信可能か否かを判別し、この判別結果に応じた信号もコントローラ１０に出力する。

コントローラ１０は、例えばマイクロコンピュータ等からなり、ＧＰＳセンサ９からの垂直方向速度情報に基づいて緩衝器６を制御する制御手段を構成している。このコントローラ１０は、その入力側がＧＰＳセンサ９や後述する他のコントローラ１６に接続され、出力側が緩衝器６のアクチュエータ７等に接続されている。また、コントローラ１０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部１０Ａを有しており、この記憶部１０Ａには、図３および図４に示す後述の処理プログラム等が格納されている。

ここで、コントローラ１０は、図２に示すように、相対速度推定部１１、乗り心地制御部１２、ピッチレート推定部１３、うねり抑制制御部１４、指令値切換部１５等を備えている。

相対速度推定部１１は、例えば現代制御理論を適用したカルマンフィルタ（オブザーバ）を含んで構成され、ＧＰＳセンサ９から出力される垂直方向速度情報をばね上速度Ｖ1として取得し、このばね上速度Ｖ1等に基づいて車体１と車輪２との間の上，下方向の相対速度Ｖ2を演算する。なお、相対速度Ｖ2は、相対速度推定部１１にフィードバックされる。

乗り心地制御部１２は、ＧＰＳセンサ９から出力されるばね上速度Ｖ1（垂直方向速度情報）と相対速度推定部１１から出力される相対速度Ｖ2とを用いて、予め定められたスカイフック制御理論に基づいて制御指令としての制御指令値を出力する。

具体的には、乗り心地制御部１２は、例えばばね上速度Ｖ1と目標減衰力Ｆとの関係を示すスカイフック制御理論によるゲインマップと、目標減衰力Ｆ、相対速度Ｖ2と制御指令値との関係を示す減衰力マップとを備えている。

このため、乗り心地制御部１２は、ＧＰＳセンサ９から出力される垂直方向速度情報をばね上速度Ｖ1として取得し、ゲインマップを用いて、ばね上速度Ｖ1から緩衝器６に発生させる目標減衰力Ｆを算出する。このとき、目標減衰力Ｆがばね上速度Ｖ１に比例して増加または減少するように、ばね上速度Ｖ1にゲインを乗算した値を目標減衰力Ｆとして出力する。

目標減衰力Ｆを算出すると、乗り心地制御部１２は、減衰力マップを用いて、目標減衰力Ｆと相対速度Ｖ2とに基づいて、緩衝器６の減衰力特性を可変に制御する例えば電流指令値のような制御指令値を出力する。これにより、緩衝器６の発生減衰力は、アクチュエータ７に供給された制御指令値に従ってハードとソフトとの間で連続的、または複数段で可変に制御（調整）される。

ピッチレート推定部１３は、後述するコントローラ１６から出力される車両状態信号として、例えば車輪速、車速、エンジントルク、ギア位置、ブレーキマスタシリンダ液圧等に基づいて、車両のピッチ運動を推定し、ピッチレートを算出する。

うねり抑制制御部１４は、ピッチレート推定部１３から出力されるピッチレートに基づいて、ピッチを抑えるための制御指令値を演算し、出力する。具体的には、例えば特開２０１０−８３３２９号公報に記載された加速度センサを用いないシステムを前提とし、このシステムにおいて、車両状態信号から推定したピッチレートに基づいて、ピッチを抑える制御指令値を出力する。

指令値切換部１５は、例えばＧＰＳ受信機８の受信状態に応じて、乗り心地制御部１２から出力される制御指令値とうねり抑制制御部１４から出力される制御指令値のうち、いずれか一方を選択して、アクチュエータ７に向けて出力する。具体的には、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信できるときには、指令値切換部１５は、乗り心地制御部１２から出力される制御指令値を選択する。一方、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信できないときには、指令値切換部１５は、うねり抑制制御部１４から出力される制御指令値を選択する。

他のコントローラ１６は、例えば車両の振動制御以外の用途に用いられる各種のセンサに接続され、エンジン、ブレーキ等のサスペンション装置４以外の制御に使用される他の制御手段を構成している。このコントローラ１６は、車両状態信号として、例えば車輪速、車速、エンジントルク、ギア位置、ブレーキマスタシリンダ液圧等を出力する。そして、コントローラ１６は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等を通じてコントローラ１０に接続される。このため、コントローラ１０は、ＣＡＮを通じて車両状態信号を取得する。

なお、上述の実施の形態では４輪とも同じ減衰力指令の制御になるが、ピッチレート推定部１３のピッチレートと、コントローラ１６からロールレートを推定、または検出して求めて乗り心地制御部１２に入力することにより、４輪を個々に制御することができる。つまり、ＧＰＳ受信機８のＧＰＳ信号を、例えば特開２００９−２６２９２６号公報に記載された１個の加速度センサで４輪それぞれの加速度を推定するシステムを前提とし、４輪それぞれの制御指令値を求めることができる。

本実施の形態による車両用サスペンション制御装置は、上述の如き構成を有するもので、次に、コントローラ１０を用いて緩衝器６の減衰力特性を可変に制御する処理について説明する。

まず、図３に示す制御処理が車両のエンジン始動に伴う電力供給を受けて開始されると、ステップ１でコントローラ１０の初期設定を行う。そして、ステップ２では、例えば５〜１０ｍｓ程度の制御周期に達したか否かを判定し、「ＮＯ」と判定する間は制御周期に達するまで待機する。一方、ステップ２で「ＹＥＳ」と判定し、制御周期に達したときには、次なるステップ３に移って前回の制御周期で演算された制御指令値をアクチュエータ７に出力し、緩衝器６のアクチュエータ７を駆動する。その後、ステップ４では、ランプ等のその他のポート出力を行う。

次に、ステップ５では、ＧＰＳセンサ９からばね上速度Ｖ１として垂直方向速度情報を読込むと共に、他のコントローラ１６から通信によって入力される車両状態信号としての車速、車輪速等の情報を読込む。そして、次のステップ６では、得られた情報から乗り心地制御の制御演算と、うねり抑制制御の制御演算とを行い、それぞれの制御での制御指令値（電流指令値）を求めると共に、ＧＰＳ受信機８の受信状態に応じていずれか一方の制御指令値を選択する。

そして、ステップ６で選択された制御指令値は、前記ステップ２で「ＹＥＳ」と判定される制御周期に達する度毎に、次なるステップ３の処理で、緩衝器６のアクチュエータ７を駆動制御するために用いられる。これにより、緩衝器６の減衰力特性は、ハードな特性（硬特性）とソフトな特性（軟特性）との間で可変となって連続的に制御されるものである。

次に、図４に示す制御演算実行の処理について説明する。この制御演算実行の処理では、ステップ１１で、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信可能か否かを判定する。そして、ステップ１１で「ＹＥＳ」と判定したときには、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信できるから、ステップ１２に移行して、乗り心地制御部１２から出力される制御指令値を選択し、リターンする。

一方、ステップ１１で「ＮＯ」と判定したときには、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信できないから、ステップ１３に移行して、うねり抑制制御部１４から出力される制御指令値を選択し、リターンする。

以上のように、本実施の形態によれば、ＧＰＳセンサ９はＧＰＳ信号を用いて車体１の上，下方向の運動状態として垂直方向速度情報を算出するから、コントローラ１０は、この垂直方向速度情報をばね上速度Ｖ1として用いることによって、車両の乗り心地を向上させる乗り心地制御を行う。このため、乗り心地制御に用いるばね上速度Ｖ1は、従来技術のように加速度の積分によって生成することがなく、ＧＰＳ信号から直接的に生成することができ、積分誤差がなくなる。

さらに、コントローラ１０は、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信できないときには、他のコントローラ１６からの車輪速情報に基づいて緩衝器６を制御する構成とした。このため、例えばトンネル内に車両が進入したときのように、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信できず、垂直方向速度情報が得られないときでも、車輪速情報等に基づいてピッチレートを推定し、ピッチを抑制するうねり抑制制御を行うことができる。

次に、図５は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、コントローラは、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号を受信できる場合であっても、他のコントローラによる車速情報とＧＰＳ信号に基づいて演算した車速情報との誤差が予め決められた閾値よりも大きいときには、他のコントローラによる車輪速情報に基づいて緩衝器を制御する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

ここで、第２の実施の形態では、ＧＰＳセンサ９は、垂直方向速度情報に加えて、ＧＰＳ信号に基づいて車速情報Ｖgpsとしての水平方向速度情報も算出する。このとき、水平方向速度情報は、ＧＰＳ受信機８（車体１）の水平方向の移動速度を示し、例えばＧＰＳ信号のドップラー効果を利用して求めることができる。なお、水平方向速度情報は、ＧＰＳ信号によって求めた水平位置情報を時間微分することによって求めることもできる。

次に、図５に示す制御演算実行の処理について説明する。この制御演算実行の処理では、ステップ２１で、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信可能か否かを判定する。そして、ステップ２１で「ＹＥＳ」と判定したときには、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信できるから、ステップ２２に移行して、コントローラ１６による車速情報ＶconとＧＰＳ信号に基づく車速情報Ｖgpsとの誤差ΔＶ（ΔＶ＝Ｖcon−Ｖgps）を演算し、この誤差ΔＶが予め決められた閾値Ｃ0よりも小さい（ΔＶ＜Ｃ0）か否かを判定する。

そして、ステップ２２で「ＹＥＳ」と判定したときには、誤差ΔＶが閾値Ｃ0よりも小さく、車速情報Ｖgpsが高精度の状態に保持されているから、ステップ２３に移行して、乗り心地制御部１２から出力される制御指令値を選択し、リターンする。

一方、ステップ２２で「ＮＯ」と判定したときには、誤差ΔＶが閾値Ｃ0以上となって、車速情報Ｖgpsの精度が低下しているから、ステップ２４に移行して、うねり抑制制御部１４から出力される制御指令値を選択し、リターンする。

また、ステップ２１で「ＮＯ」と判定したときには、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信できないから、ステップ２４に移行して、うねり抑制制御部１４から出力される制御指令値を選択し、リターンする。

以上のように、本実施の形態によれば、コントローラ１６による車速情報ＶconとＧＰＳ信号に基づく車速情報Ｖgpsとの誤差ΔＶが予め決められた閾値Ｃ0よりも大きくなるときには、コントローラ１６による車輪速情報に基づいて緩衝器６を制御する構成とした。このため、ＧＰＳ受信機８がＧＰＳ信号を受信可能な場合でも、例えばＧＰＳ信号の受信状態が劣化して、車速情報Ｖgpsの精度が低下するときには、コントローラ１６による車輪速情報に基づいて緩衝器６を制御することができる。この結果、精度が低下した車速情報Ｖgpsを用いて緩衝器６を制御することがなく、適切な振動制御を行うことができる。

なお、前記各実施の形態では、サスペンション装置４は、所謂セミアクティブダンパと呼ばれる減衰力調整式の油圧緩衝器からなる緩衝器６を備える構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば空圧や油圧のアクティブサスペンションのように、流体を供給または排出して内部の圧力を増減させることによって輪荷重を調整可能な圧力シリンダを用いる構成としてもよい。また、流体を利用するサスペンション装置に限らず、ボールネジ式や電磁式のアクティブサスペンション等にも適用することができる。

また、前記各実施の形態では、ＧＰＳセンサ９はＧＰＳ信号のドップラー効果を利用して垂直方向速度情報を算出するものとしたが、例えば高度情報を時間微分することによって、垂直方向速度情報を算出してもよい。

また、前記各実施の形態では、スカイフック制御理論に基づく乗り心地制御部１２はＧＰＳセンサ９からのばね上速度Ｖ1と相対速度推定部１１からの相対速度Ｖ2とを用いて制御指令値を算出し、非反転式のサスペンション装置４に適用するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば減衰力反転型（伸び側と縮み側の減衰力の変化の大小が反転している）のショックアブソーバを用いた場合には、相対速度Ｖ2のデータは不要である。

さらに、前記各実施の形態では、スカイフック理論に基づいてサスペンション装置４の緩衝器６を制御するコントローラ１０に適用した場合を例に挙げて説明したが、例えばＨ∞制御や現代制御理論を用いた制御を行うコントローラに適用する構成としてもよい。

次に、前記各実施の形態に含まれる発明について記載する。即ち、本発明によれば、車体に設けられＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳ受信機と、該ＧＰＳ受信機からの信号を用いて前記車体の上，下方向の運動状態を算出する車体上下運動算出手段と、該車体上下運動算出手段の運動状態に基づいて減衰力調整式緩衝器を制御する制御手段とを備える構成とした。これにより、車体上下運動算出手段はＧＰＳ信号を用いて車体の上，下方向の運動状態として垂直方向速度情報を算出するから、制御手段は、この垂直方向速度情報を用いることによって、減衰力調整式緩衝器を制御することができる。このため、垂直方向速度情報は、従来技術のように加速度の積分によって生成することがなく、ＧＰＳ信号から直接的に生成することができ、積分誤差がなくなる。

また、本発明によれば、車輪の回転速度に応じた車輪速情報を出力する他の制御手段を備え、前記制御手段は、前記ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星からの信号を受信できないときには、前記他の制御手段からの車輪速情報に基づいて前記減衰力調整式緩衝器を制御する構成とした。このため、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号を受信できず、垂直方向速度情報が得られないときでも、例えば車輪速情報等に基づいてピッチレートを推定し、ピッチを抑制するうねり抑制制御を行うことができる。

また、本発明によれば、前記他の制御手段は、前記車輪速情報に加えて、車両の速度に応じた車速情報を出力し、前記制御手段は、前記ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星からの信号を受信できる場合であって、前記他の制御手段による車速情報と前記ＧＰＳ受信機からの信号に基づいて演算した車速情報との誤差が予め決められた閾値よりも大きくなるときには、前記他の制御手段による車輪速情報に基づいて前記減衰力調整式緩衝器を制御する構成とした。このため、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号を受信可能な場合でも、例えばＧＰＳ信号の受信状態が劣化して、ＧＰＳ信号に基づく車速情報の精度が低下するときには、他の制御手段による車輪速情報に基づいて減衰力調整式緩衝器を制御することができる。この結果、精度が低下したＧＰＳ信号に基づく車速情報を用いて減衰力調整式緩衝器を制御することがなく、適切な振動制御を行うことができる。

１ 車体
２ 車輪
４ サスペンション装置
６ 減衰力調整式緩衝器
７ アクチュエータ
８ ＧＰＳ受信機
９ ＧＰＳセンサ（車体上下運動算出手段）
１０ コントローラ（制御手段）
１６ コントローラ（他の制御手段）

Claims (3)

1. 車両の車体と車輪との間に介装され、制御指令に応じて減衰力特性が可変に制御される減衰力調整式緩衝器を備えたサスペンション制御装置において、
   前記車体に設けられＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳ受信機と、該ＧＰＳ受信機からの信号を用いて前記車体の上，下方向の運動状態を算出する車体上下運動算出手段と、該車体上下運動算出手段の運動状態に基づいて前記減衰力調整式緩衝器を制御する制御手段とを備える構成としたことを特徴とするサスペンション制御装置。
2. 前記車輪の回転速度に応じた車輪速情報を出力する他の制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星からの信号を受信できないときには、前記他の制御手段からの車輪速情報に基づいて前記減衰力調整式緩衝器を制御する構成としてなる請求項１に記載のサスペンション制御装置。
3. 前記他の制御手段は、前記車輪速情報に加えて、車両の速度に応じた車速情報を出力し、
   前記制御手段は、前記ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星からの信号を受信できる場合であって、前記他の制御手段による車速情報と前記ＧＰＳ受信機からの信号に基づいて演算した車速情報との誤差が予め決められた閾値よりも大きくなるときには、前記他の制御手段による車輪速情報に基づいて前記減衰力調整式緩衝器を制御する構成としてなる請求項２に記載のサスペンション制御装置。

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