JP2016175604A - 車両の制振制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
12FL、FR、RL、RR…車輪
14…アクセルペダル
16…駆動装置
18…エンジン
20…トランスアクスル
30…操舵装置
32…ステアリングホイール
32b…操舵角センサ
40FL、FR、RL、RR…車輪速センサ
50…電子制御装置
図1(A)は、本発明の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の踏込みに応じて前輪に駆動力を発生する駆動装置16と、左右前輪を操舵するステアリング装置30が搭載される。駆動装置16は、図示の例では、エンジン18から、トランスアクスル20を経て、駆動トルク或いは回転駆動力が前輪12FL、12FRへ伝達されるよう構成されている(エンジン18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、ステアリング装置30は、運転者によって回転されるステアリングホイール32の回転を、ステアリングギア機構34を介して、タイロッド36L、Rへ伝達し、前輪12FL、FRを転舵する。なお、車両は、後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。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補償される(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(補償)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Twは、車輪に於いて実際に発生している車輪トルクを任意の方法で推定したものであってよく、例えば、駆動輪の車輪速センサから得られる車輪回転速ω又は車輪速値r・ωの時間微分を用いて、
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。]
「発明の開示」の欄に於いて触れたように、車輪が操舵されると、図4に模式的に描かれているように、車輪に於いてその回転方向の逆向きに「転がり抵抗」が発生する。よく知られているように、車輪の回転方向が車両の進行方向(図中上向き)に対して傾くと、車輪のタイヤが歪むことにより、車両の進行方向に垂直にコーナリングフォースが発生するとともに、車両の進行方向の逆向きには、コーナリングドラッグが発生する。そのとき、コーナリングドラッグとコーナリングフォースの車輪の回転方向の成分の和は、車輪の回転方向の逆向きに生じ(転がり抵抗)、かかる力が車輪の回転を低減するトルクとなる。従って、車両の駆動中に車輪(駆動輪)の舵が切られ、車輪の回転方向が車両の進行方向からずれると、車輪トルクに車輪の回転方向の逆向きの成分が発生することとなる。かかる車輪トルクに車輪の回転方向の逆向きの成分は、車輪に対して制動力となるので、操舵輪である前輪に制動力が作用することなり、車体に於いてノーズダウン挙動が発生する。そうすると、前輪の接地荷重が増大してコーナリングフォースが有効に発生し、操舵方向にヨーモーメントが発生又は増大して、ヨーレートが増大することとなる。
Uc←GUc …(6)
そして、Gは、具体的には、操舵角速度の大きさの増大に対して低減する関数であってよく、例えば、図5(A)に例示されている如く変化する関数
dδth/dt=dδo/dt(1−Gmin) …(8)
により与えられるので、上記のステップ10に於いて、
dδth/dt>dδo/dt(1−Gmin)
であるか否かが判定されるようになっていてもよい。
Claims (3)
- 車両の駆動出力を制御して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トルクを制御する制振制御部と、前記車両の操舵角速度の大きさの増大と伴に、前記制振制御部により算出される前記ピッチ又はバウンス振動の抑制のための前記車輪トルクを補償する補償成分の振幅を低減する補償成分調節部とを含む装置。
- 請求項1の装置であって、前記車両の操舵角速度の大きさが所定速度を上回るときには、前記補償成分調節部が前記補償成分の振幅の低減の割合を一定に保持する装置。
- 請求項1又は2の装置であって、前記補償成分の制御ゲインが前記車両の操舵角速度の大きさの関数であり、前記車両の操舵角速度の大きさが所定速度を下回るときには、前記車両の操舵角速度の大きさの増大に対して前記補償成分の制御ゲインが単調減少するよう設定されている装置。
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