JP4515240B2 - 車両用懸架装置の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用懸架装置を制御する車両用懸架装置の制御装置に関する。

従来、例えば車両用サスペンション装置のダンパーの減衰係数を予め定めた線形部分と非線形部分とに分割し、非線形部分を制御入力とし、ばね上部材の上下方向での速度、および、ばね上部材の上下方向での加速度、および、ばね上部材に対するばね下部材の上下方向での相対速度を評価出力とし、制御入力および評価出力に各周波数重みを付与した一般化プラントを想定し、この一般化プラントを用いて非線形Ｈ∞制御理論に基づいて求めた正定対称解と、ばね上部材の上下方向での速度およびばね下部材に対するばね上部材の上下方向での相対変位量等からなる状態量とにより目標減衰力を算出して、ダンパーの減衰力を制御する制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１４８２０８号公報

ところで、上記従来技術の一例に係る車両用サスペンション装置の制御装置においては、例えば車両の定速直進走行時等の限られた走行状態でのみ有効であって、例えば車両の旋回時や加速あるいは減速時等を含む車両の通常の走行状態においては、適切な制御を行うことが困難となる。
つまり、単一の車輪に対する上下方向に沿った運動のみを制御対象とするだけでは、例えば車両の旋回時等に生じるローリングや、例えば車両の加速あるいは減速時等に生じるピッチング等の車両挙動に対してダンパーで適切な減衰力を発生させることができないという問題が生じる。
しかも、このような問題に対して、例えば車両の定速直進走行時や旋回時や加速あるいは減速時等の各車両挙動に応じて制御内容を切り換えるように設定すると、この切り換えの前後で車両の乗員が予期しない車両挙動の変動が生じてしまい、車両の乗員が違和感を感じてしまうという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両の各種の走行状態に応じた適切な減衰力をダンパーにより発生させることが可能な車両用懸架装置の制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の車両用懸架装置の制御装置は、車両のばね上部材およびばね下部材を弾性的に支持すると共に減衰力を変更可能なダンパーを具備する車両用懸架装置の制御装置であって、前記ばね上部材の振動に係る運動と、車両の複数の車輪毎に対応した前記ばね下部材の振動に係る運動と、前記ばね上部材の少なくともローリングまたはピッチングの何れかに係る運動との各運動状態を取得し、前記各運動状態に対して独立に周波数重みおよび非線形な重み関数を設定し、前記周波数重みおよび前記非線形な重み関数に基づき、単一の車両モデルで前記各運動状態を制御することで各前記ダンパーの目標減衰力を算出する減衰力制御手段（例えば、実施の形態での制御装置３０）を備えることを特徴としている。

上記の車両用懸架装置の制御装置によれば、車両のばね上部材（例えば、車体）の振動に係る運動と、車両のばね下部材（例えば、ナックルおよびサスペンションアーム等）の振動に係る運動と、ばね上部材の少なくともローリングまたはピッチングに係る運動とを、各運動毎に独立かつ同時に制御することができ、単一の車両モデルによって車両の多様な運動状態を統合的に制御することができる。

さらに、請求項２に記載の本発明の車両用懸架装置の制御装置では、前記減衰力制御手段は、非線形Ｈ∞制御側に基づいて各前記ダンパーの減衰係数を制御することを特徴としている。

以上説明したように、本発明の車両用懸架装置の制御装置によれば、単一の車両モデルによって車両の多様な運動状態を統合的に制御することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用懸架装置の制御装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る車両用懸架装置１０は、例えば図１および図２に示すように、四輪車両の各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＬ，Ｗ_ＲＲを懸架するサスペンション装置であって、車体１１に対してナックル１２を上下動可能に支持するサスペンションアーム１３と、車体１１とサスペンションアーム１３とを接続する可変減衰力のダンパー１４およびコイルばね１５とを備えて構成されている。

ダンパー１４は、例えば図３に示すように、下端部がサスペンションアーム１３に接続されたシリンダ２１と、シリンダ２１に対して摺動可能に嵌合するピストン２２と、ピストン２２の上端部から上方に延びてシリンダ２１の上壁部を液密状態に貫通し、上端部が車体１１に接続されたピストンロッド２３と、シリンダ２１の下部に対して摺動可能に嵌合するフリーピストン２４とを備えて構成され、シリンダ２１の内部にピストン２２により仕切られるようにして上部の第１流体室２５および下部の第２流体室２６が形成されると共に、フリーピストン２４とシリンダ２１の下端部との間に適宜のガスが封入されたガス室２７が形成されている。

ピストン２２には、上面および下面を連通させるようにして上下方向に貫通する複数の流体流路２２ａ，…，２２ａが形成され、これらの流体流路２２ａ，…，２２ａを介して第１流体室２５と第２流体室２６とが相互に連通するようになっている。
そして、第１流体室２５および第２流体室２６および各流体流路２２ａ内には、例えばオイル等の粘性流体に鉄粉等の磁性体微粒子を分散配置させてなる磁気粘性流体が封入されており、この磁気粘性流体は、外部から印加される磁界に応じて磁性体微粒子が整列することで、見かけ上の粘度が変化するようになっている。
そして、ピストン２２の内部には、後述する制御装置３０により通電制御されるコイル２８が備えられ、このコイル２８への通電により発生する磁束が各流体流路２８ａを通過することで、磁気粘性流体の粘度が変化するようになっている。

このダンパー１４が収縮してシリンダ２１に対してピストン２２が相対的に下方に移動すると、第１流体室２５の容積が増大し、第２流体室２６の容積が減少することから、第２流体室２６内の磁気粘性流体がピストン２２の流体通路２２ａ，…，２２ａを通過して第１流体室２５内に流入する。一方、ダンパー１４が伸張してシリンダ２１に対してピストン２２が相対的に上方に移動すると、第１流体室２の容積が減少し、第２流体室２６の容積が増大することから、第１流体室２５内の磁気粘性流体がピストン２２の流体通路２２ａ，…，２２ａを通過して第２流体室２６内に流入する。
そして、流体通路２２ａ，…，２２ａを通過する磁気粘性流体の粘性抵抗により減衰力が発生することになる。このとき、コイル２８への通電を制御することで、通電により発生する磁束が通過する各流体流路２８ａ内に存在する磁気粘性流体の見かけ上の粘度が変化し、コイル２８への通電量に応じてダンパー１４により発生する減衰力の大きさが適宜に変更されるようになっている。

また、ダンパー１４に急激な圧縮荷重が作用して第２流体室２６の容積が減少するときには、ガス室２７の容積を縮小させつつフリーピストン２４が下降することで、急激な圧縮荷重を吸収するようになっており、また、ダンパー１４に急激な引張荷重が作用して第２流体室２６の容積が増大するときには、ガス室２７の容積を拡張させつつフリーピストン２４が上昇することで、急激な引張荷重を吸収するようになっている。
さらに、ピストン２２が下降してシリンダ２１内に収容されるピストンロッド２３の容積が増大した場合には、この容積の増大分を吸収するようにしてフリーピストン２４が下降するようになっている。

ダンパー１４の減衰力を制御する制御装置３０には、例えば、ばね上部材４２の上下方向に沿った加速度（ばね上加速度）を検出するばね上加速度センサ３１と、車両の旋回時等に発生するローリングに係るロールレートを検出するロールレートセンサ３２と、車両の加速あるいは減速時等に発生するピッチングに係るピッチレートを検出するピッチレートセンサ３３と、四輪車両の各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対するばね下部材４１，…，４１の上下方向に沿った加速度（ばね下加速度）を検出する各ばね下加速度センサ３４，３５，３６，３７とから出力される各検出信号が入力され、制御装置３０は、これらの検出信号に基づき、車両の各種の走行状態に応じて適宜の車両状態量を制御するようにして、各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬの各ダンパー１４，…，１４により発生する減衰力の大きさを制御する。

制御装置３０は、例えば、車両の四輪モデルにおいて、各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対応した各ばね下部材４１，…，４１（例えば、ナックル１２およびサスペンションアーム１３等のように各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに接続されて各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬと共に動く部材）の上下方向に沿った振動に係る運動と、ばね上部材４２（例えば、車体１１）の上下方向に沿った振動に係る運動と、ばね上部材４２のローリングに係る運動と、ばね上部材４２のピッチングに係る運動とに対する合計７自由度の運動方程式に基づき、ばね上部材４２と各ばね下部材４１，…，４１とを連結するダンパー１４の減衰係数を非線形Ｈ∞制御則により制御する。

ここで、各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対応した各ばね下部材４１，…，４１の上下方向に沿った振動に係る運動の各運動方程式は、例えば下記数式（１）〜（４）に示すように記述され、ばね上部材４２の上下方向に沿った振動に係る運動の運動方程式は、例えば下記数式（５）に示すように記述され、ばね上部材４２のローリングに係る運動の運動方程式は、例えば下記数式（６）に示すように記述され、ばね上部材４２のピッチングに係る運動の運動方程式は、例えば下記数式（７）に示すように記述される。

なお、上記数式（１）〜（７）においては、例えば図４（ａ），（ｂ）および図５（ａ），（ｂ）に示すように、ばね上部材４２の質量Ｍ_ｂ、前方側の各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲに対するばね下部材４１，４１の各質量Ｍ_１ｆ、後方側の各車輪Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対するばね下部材４１，４１の各質量Ｍ_１ｒ、ばね上部材４２と各ばね下部材４１，…，４１との間に介装された車両用懸架装置１０の前方側の各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲに対するばね定数Ｋ_２ｆおよび後方側の各車輪Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対するばね定数Ｋ_２ｒ、各ばね下部材４１，…，４１と路面との間に介装された各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬのタイヤに対するばね定数Ｋ_Ｔ、ばね上部材４２と各ばね下部材４１，…，４１との間に介装された車両用懸架装置１０の前方側の各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲに対する各可変減衰係数Ｃ_ｆ１，Ｃ_ｆ２および後方側の各車輪Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対する各可変減衰係数Ｃ_ｒ３，Ｃ_ｒ４、前方側の車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲに対する輪距Ｔ_ｆおよび後方側の車輪Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対する輪距Ｔ_ｒ、ばね上部材４２（例えば、車体１１）の重心Ｇから前方側の車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲの前輪側車軸までの距離ａおよび後方側の車輪Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬの後輪側車軸までの距離ｂ、ばね上部材の重心Ｇの上下方向での変位ｚ_ｇ、各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対応したばね上部材４２と車両用懸架装置１０との接続部の上下方向での各変位ｚ_２１，ｚ_２２，ｚ_２３，ｚ_２４、各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対応した各ばね下部材４１，…，４１の重心の上下方向での各変位ｚ_１１，ｚ_１２，ｚ_１３，ｚ_１４、各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬのタイヤと路面との接触部の上下方向での各変位ｚ_０１，ｚ_０２，ｚ_０３，ｚ_０４、ばね上部材４２のローリングに係るロール角φおよび慣性モーメントＪ_φ、ばね上部材４２のピッチングに係るピッチ角θおよび慣性モーメントＪ_θとされている。
なお、空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、前後方向前方がｘ方向正方向とされ、左右方向左方がｙ方向正方向とされ、上下方向下方がｚ方向の正方向とされている。

そして、各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対応したばね上部材４２と車両用懸架装置１０との接続部の上下方向での各変位ｚ_２１，ｚ_２２，ｚ_２３，ｚ_２４は、例えば下記数式（８）に示すように記述されることから、各変位ｚ_２１，ｚ_２２，ｚ_２３，ｚ_２４の時間ｔに関する１回微分（ｄｚ_２１／ｄｔ），（ｄｚ_２２／ｄｔ），（ｄｚ_２３／ｄｔ），（ｄｚ_２４／ｄｔ）は、例えば下記数式（９）に示すように記述される。
また、各可変減衰係数Ｃ_ｆ１，Ｃ_ｆ２，Ｃ_ｒ３，Ｃ_ｒ４は、例えば下記数式（１０）に示すように、適宜の各定数項Ｃ_ｆｎ，Ｃ_ｒｎと各変数項Ｃ_ｕ１，Ｃ_ｕ２，Ｃ_ｕ３，Ｃ_ｕ４との和とされている。

そして、上記数式（９）および（１０）により、上記数式（１）〜（７）は、例えば下記数式（１１）〜（１７）に示すように記述される。

ここで、各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対応したばね上部材４２に対する各ばね下部材４１，…，４１の各相対速度（ｄｘＲ_１／ｄｔ），（ｄｘＲ_２／ｄｔ），（ｄｘＲ_３／ｄｔ）、（ｄｘＲ_４／ｄｔ）は、例えば下記数式（１８）に示すように記述される。
そして、例えば下記数式（１９）に示すように、各可変減衰係数Ｃ_ｆ１，Ｃ_ｆ２，Ｃ_ｒ３，Ｃ_ｒ４の各変数項Ｃ_ｕ１，Ｃ_ｕ２，Ｃ_ｕ３，Ｃ_ｕ４を制御入力ｕとし、変位ｚ_ｇおよびロール角φおよびピッチ角θおよび各変位ｚ_１１，ｚ_１２，ｚ_１３，ｚ_１４の時間ｔに関する各１回微分（ｄｚ_ｇ／ｄｔ），（ｄφ／ｄｔ），（ｄθ／ｄｔ），（ｄｚ_１１／ｄｔ），（ｄｚ_１２／ｄｔ），（ｄｚ_１３／ｄｔ），（ｄｚ_１４／ｄｔ）と、変位ｚ_ｇおよびロール角φおよびピッチ角θおよび各変位ｚ_１１，ｚ_１２，ｚ_１３，ｚ_１４とを状態ベクトルｘ_ｐとし、変位ｚ_ｇおよびロール角φおよびピッチ角θの時間ｔに関する各２回微分（ｄ^２ｚ_ｇ／ｄｔ^２），（ｄ^２φ／ｄｔ^２），（ｄ^２θ／ｄｔ^２）と、各１回微分（ｄｚ_ｇ／ｄｔ），（ｄφ／ｄｔ），（ｄθ／ｄｔ）と、各相対速度（ｄｘＲ_１／ｄｔ），（ｄｘＲ_２／ｄｔ），（ｄｘＲ_３／ｄｔ）、（ｄｘＲ_４／ｄｔ）とを評価出力ｚ_ｐとし、各変位ｚ_０１，ｚ_０２，ｚ_０３，ｚ_０４を路面外乱ｗ_１として、車両用懸架装置１０の状態空間表現は、例えば下記数式（２０）および（２１）に示すように記述される。

なお、上記数式（２０）において、係数行列Ａ_ｐは、例えば下記数式（２２）に示すように記述され、係数行列Ｂ_ｐ１，Ｂ_ｐ２（ｘ_ｐ）は、例えば下記数式（２３）に示すように記述される。
また、上記数式（２１）において、係数行列Ｃ_ｐ１は、例えば下記数式（２４）に示すように記述され、係数行列Ｄ_ｐ１２（ｘ_ｐ）は、例えば下記数式（２５）に示すように記述される。

そして、制御装置３０は、例えば図６に示すように、評価出力ｚ_ｐと制御入力ｕとに対して、周波数に応じて大きさが変化する重み、つまり伝達関数で与えられる動的な重みである各周波数重みＷ_ｓ（Ｓ），Ｗ_ｕ（Ｓ）を作用させた非線形Ｈ∞状態フィードバック制御系の一般化プラントを設定する。
この一般化プラントでは、各周波数重みＷ_ｓ（Ｓ），Ｗ_ｕ（Ｓ）が乗算された評価出力ｚ_ｐと制御入力ｕとに対して、さらに、例えば下記数式（２６）に示すような、非線形な重み関数として状態量ｘの関数ａ_１（ｘ），ａ_２（ｘ）が乗算される。

そして、周波数重みＷ_ｓ（Ｓ）に対する状態空間表現は、周波数重みＷ_ｓ（Ｓ）の状態量ｘ_ｗと、周波数重みＷ_ｓ（Ｓ）の出力ｚ_ｗと、各定数行列Ａ_ｗ，Ｂ_ｗ，Ｃ_ｗ、Ｄ_ｗとにより、下記数式（２７）に示すように記述され、周波数重みＷ_ｕ（Ｓ）に対する状態空間表現は、周波数重みＷ_ｕ（Ｓ）の状態量ｘ_ｕと、周波数重みＷ_ｕ（Ｓ）の出力ｚ_ｕと、各定数行列Ａ_ｕ，Ｂ_ｕ，Ｃ_ｕ、Ｄ_ｕとにより、下記数式（２８）に示すように記述される。

そして、上記数式（２０）に示すように記述される一般化プラントに対する状態空間表現は、例えば下記数式（２９）に示すように記述される。
なお、下記数式（２９）において、状態量ｘと、各係数行列Ａ，Ｂ_１，Ｂ_２（ｘ），Ｃ_１１，Ｄ_１２１（ｘ），Ｃ_１２，Ｄ_１２２（ｘ）は、例えば下記数式３０に示すように記述される。

ここで、例えば下記数式（３１）に示す条件により、上記数式（２９）に示すように記述される一般化プラントに対する状態空間表現は、例えば下記数式（３２）に示すように記述される。

ここで、係数行列Ｄ_１２２ ^−１（ｘ）が存在し、所定の正定数γに対して下記数式（３３）のリカッチ方程式を満たす正定対称解Ｐが存在し、かつ、非線形な重み関数ａ_１（ｘ），ａ_２（ｘ）が下記数式（３４）の制約条件を満たす場合、下記数式（３５）に示すように記述される制御入力ｕ＝ｋ(ｘ)は閉ループシステムを内部安定にし、外乱に対するロバスト性を示すＬ_２ゲイン（‖ｚ‖_２／‖ｗ‖_２）が所定の正定数γ以下となる。なお、‖‖はユークリッドノルムであって、‖‖_２は２乗可積分関数空間Ｌ_２上のノルムである。

そして、上記数式（３３）を満たす非線形な重み関数ａ_１（ｘ），ａ_２（ｘ）が下記数式（３６）に示すように記述されると、上記数式（３５）に示すように記述される制御入力ｕ＝ｋ(ｘ)は、下記数式（３７）に示すように記述される。なお、下記数式（３７）においては、任意の正定関数ｍ１（ｘ）とされている。

そして、制御装置３０は、上記数式（１９）に示すように各変数項Ｃ_ｕ１，Ｃ_ｕ２，Ｃ_ｕ３，Ｃ_ｕ４が制御入力ｕとされていることから、上記数式（３７）による制御入力ｕと、各可変減衰係数Ｃ_ｆ１，Ｃ_ｆ２，Ｃ_ｒ３，Ｃ_ｒ４の各定数項Ｃ_ｆｎ，Ｃ_ｒｎとを加算して各目標減衰係数Ｃ_ＦＬ，Ｃ_ＦＲ，Ｃ_ＲＲ，Ｃ_ＲＬを算出し、各目標減衰係数Ｃ_ＦＬ，Ｃ_ＦＲ，Ｃ_ＲＲ，Ｃ_ＲＬと、各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対応したばね上部材４２に対する各ばね下部材４１，…，４１の各相対速度（ｄｘＲ_１／ｄｔ），（ｄｘＲ_２／ｄｔ），（ｄｘＲ_３／ｄｔ）、（ｄｘＲ_４／ｄｔ）とを乗算して、例えば下記数式（３８）に示すように、各目標減衰力Ｆ_ｆ１，Ｆ_ｆ２，Ｆ_ｒ３，Ｆ_ｒ４を算出する。そして、各ダンパー１４，…，１４により発生する減衰力の大きさが、各目標減衰力Ｆ_ｆ１，Ｆ_ｆ２，Ｆ_ｒ３，Ｆ_ｒ４と等しくなるようにして、各ダンパー１４，…，１４のコイル２８，…，２８への通電量を制御する。

さらに、制御装置３０は、各センサ３１，…，３７から出力される検出信号に基づき、各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬに対応した各ばね下部材４１，…，４１の上下方向に沿った運動と、ばね上部材４２の上下方向に沿った運動と、ばね上部材４２のローリングに係る運動と、ばね上部材４２のピッチングに係る運動との各運動状態に対する制御ゲインを適宜に変更可能とされている。
例えば、制御装置３０は、ばね上加速度センサ３１から出力される検出信号の周波数分布と実効値に応じて走行路の路面状態を推定し、推定した路面状態に応じて各運動に対する制御ゲインを変更可能とされている。この場合、ばね上加速度センサ３１から出力される検出信号は、先ず、複数（例えば、３つ）の異なる周波数帯域を抽出する第１〜第３バンドパスフィルタにより処理される。

ここで、第１バンドパスフィルタでは、ばね上部材４２の共振周波数領域（例えば、０．７Ｈｚ〜２．０Ｈｚ等）に対応する周波数の振動成分が抽出され、第３バンドパスフィルタでは、ばね下部材４１の共振周波数領域（例えば、１０Ｈｚ〜２０Ｈｚ等）に対応する周波数の振動成分が抽出され、第２バンドパスフィルタでは、ばね上部材４２の共振周波数領域とばね下部材４１の共振周波数領域との間の中間周波数領域（例えば、３．０Ｈｚ〜８．０Ｈｚ等）に対応する周波数の振動成分が抽出される。
そして、各第１〜第３バンドパスフィルタ毎に抽出された振動成分に対して、絶対値化および高周波成分を除去するローパスフィルタリングの処理が実行された後に、各振動成分の実効値が算出される。

ここで、各振動成分の実効値は、例えば略平坦な良路や、周期的な凹凸が存在する波状路や、ランダムな凹凸が存在する瘤状路や、路面表面が粗い簡易舗装路等の各種の路面状態に応じて所定の変化を示すことが予め把握されており、例えばばね上部材４２の共振周波数領域（例えば、０．７Ｈｚ〜２．０Ｈｚ等）に対応する振動成分の振動が増大する波状路においては、ダンパー１４の減衰力を増大させることで、この振動成分を抑制して乗り心地を向上させることができる。一方、例えばばね下部材４１の共振周波数領域（例えば、１０Ｈｚ〜２０Ｈｚ等）に対応する振動成分の振動が増大する瘤状路や簡易舗装路においては、ダンパー１４の減衰力を減少させることで、この振動成分を抑制して乗り心地を向上させることができる。

上述したように、本実施の形態による車両用懸架装置の制御装置によれば、車両の各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲ，Ｗ_ＲＬ毎に対するばね下部材４１，…，４１の上下方向に沿った運動およびばね上部材４２の上下方向に沿った運動と、ばね上部材４２のローリングに係る運動およびピッチングに係る運動とを、各運動毎に独立に設定した周波数重みによって同時に制御することができ、単一の車両モデルによって車両の運動状態を統合的に制御することができる。しかも、各種のセンサにより実際に検知または適宜に想定した車両の走行状態や走行環境あるいは操作者の運転意志等に応じて各運動に対する制御ゲインを適宜に変更することができ、例えば走行路の路面状態に応じて各運動に対する制御ゲインを最適化することによって乗り心地を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態においては、車両の四輪モデルにおいて７自由度の運動方程式に基づきダンパー１４の減衰係数を非線形Ｈ∞制御則により制御するとしたが、これに限定されず、他の運動モデル、例えば二輪モデル等に対して非線形Ｈ∞制御則を適用してもよい。
この変形例において、例えば、四輪車両の運動モデルを、左右の前輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲに対する二輪モデルと、左右の後輪Ｗ_ＲＬ，Ｗ_ＲＲに対する二輪モデルとにより構成した場合には、各二輪モデルにおいて、左右の各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対応した各ばね下部材４１，４１の上下方向に沿った運動と、ばね上部材４２の上下方向に沿った運動と、ばね上部材４２のローリングに係る運動とに対する合計４自由度の運動方程式に基づき、ダンパー１４の減衰係数を非線形Ｈ∞制御則により制御する。

ここで、各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対応した各ばね下部材４１，４１の上下方向に沿った運動の各運動方程式は、例えば下記数式（３９），（４０）に示すように記述され、ばね上部材４２の上下方向に沿った運動の運動方程式は、例えば下記数式（４１）に示すように記述され、ばね上部材４２のローリングに係る運動の運動方程式は、例えば下記数式（４２）に示すように記述される。

なお、上記数式（３９）〜（４２）においては、例えば図７に示すように、ばね上部材４２の質量Ｍ_ｂ、左右の各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対するばね下部材４１，４１の各質量Ｍ_１１，Ｍ_１２、ばね上部材４２と各ばね下部材４１，４１との間に介装された車両用懸架装置１０の各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対する各ばね定数Ｋ_２、各ばね下部材４１，４１と路面との間に介装された各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒのタイヤに対するばね定数Ｋ_Ｔ、ばね上部材４２と各ばね下部材４１，４１との間に介装された車両用懸架装置１０の各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対する各可変減衰係数Ｃ_１，Ｃ_２、左右の各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対する輪距Ｔ、ばね上部材の重心Ｇの上下方向での変位ｚ_ｇ、各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対応したばね上部材４２と車両用懸架装置１０との接続部の上下方向での各変位ｚ_２１，ｚ_２２、各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対応した各ばね下部材４１，４１の重心の上下方向での各変位ｚ_１１，ｚ_１２、各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒのタイヤと路面との接触部の上下方向での各変位ｚ_０１，ｚ_０２、ばね上部材４２のローリングに係るロール角φおよび慣性モーメントＪ_φとされている。

そして、各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対応したばね上部材４２と車両用懸架装置１０との接続部の上下方向での各変位ｚ_２１，ｚ_２２は、例えば下記数式（４３）に示すように記述されることから、各変位ｚ_２１，ｚ_２２の時間ｔに関する１回微分（ｄｚ_２１／ｄｔ），（ｄｚ_２２／ｄｔ）は、例えば下記数式（４４）に示すように記述される。
また、各可変減衰係数Ｃ_１，Ｃ_２は、例えば下記数式（４５）に示すように、適宜の各定数項Ｃ_ｎ１，Ｃ_ｎ２と各変数項Ｃ_ｕ１，Ｃ_ｕ２との和とされている。

そして、上記数式（４４）および（４５）により、上記数式（３９）〜（４２）は、例えば下記数式（４６）〜（４９）に示すように記述される。

そして、例えば下記数式（５０）に示すように、各可変減衰係数Ｃ_１，Ｃ_２の各変数項Ｃ_ｕ１，Ｃ_ｕ２を制御入力ｕとし、各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対応したばね下部材４１に対する路面の各相対変位（ｚ_０１−ｚ_１１），（ｚ_０２−ｚ_１２）と、各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対応したばね上部材４２に対する各ばね下部材４１，４１の各相対変位（ｚ_１１−ｚ_２１），（ｚ_１２−ｚ_２２）と、各変位ｚ_１１，ｚ_１２および変位ｚ_ｇおよびロール角φの時間ｔに関する各１回微分（ｄｚ_１１／ｄｔ），（ｄｚ_１２／ｄｔ），（ｄｚ_ｇ／ｄｔ），（ｄφ／ｄｔ）とを状態ベクトルｘ_ｐとし、変位ｚ_ｇの時間ｔに関する２回微分（ｄ^２ｚ_ｇ／ｄｔ^２）および１回微分（ｄｚ_ｇ／ｄｔ）と、ロール角φの時間ｔに関する１回微分（ｄφ／ｄｔ）と、各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対応したばね上部材４２に対する各ばね下部材４１，４１の各相対変位（ｚ_１１−ｚ_２１），（ｚ_１２−ｚ_２２）の時間ｔに関する１回微分とを評価出力ｚ_ｐとし、各変位ｚ_０１，ｚ_０２の時間ｔに関する１回微分（ｄｚ_０１／ｄｔ），（ｄｚ_０２／ｄｔ）を路面外乱ｗ_１として、車両用懸架装置１０の状態空間表現は、例えば上記数式（２０）および（２１）に示すように記述される。

なお、上記数式（２０）において、係数行列Ａ_ｐは、例えば下記数式（５１）に示すように記述され、係数行列Ｂ_ｐ１，Ｂ_ｐ２（ｘ_ｐ）は、例えば下記数式（５２）に示すように記述される。
また、上記数式（２１）において、係数行列Ｃ_ｐ１は、例えば下記数式（５３）に示すように記述され、係数行列Ｄ_ｐ１２（ｘ_ｐ）は、例えば下記数式（５４）に示すように記述される。

また、この変形例において、例えば、四輪車両の運動モデルを、前後の左輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＲＬに対する二輪モデルと、前後の右輪Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲに対する二輪モデルとにより構成し、各二輪モデルにおいて、前後の各車輪Ｗ_Ｆ，Ｗ_Ｒに対応した各ばね下部材４１，４１の上下方向に沿った運動と、ばね上部材４２の上下方向に沿った運動と、ばね上部材４２のピッチングに係る運動とに対する合計４自由度の運動方程に基づき、ダンパー１４の減衰係数を非線形Ｈ∞制御則により制御してもよい。
また、例えば、四輪車両の運動モデルを、車両の軸距を無視して左右の各前後輪が等価的に単一の仮想的な車軸上の各点にそれぞれ集中していると仮定する二輪モデル、あるいは、車両の輪距を無視して前後の各左右輪が等価的に車両の前後軸と各車軸との交点にそれぞれ集中していると仮定する二輪モデルとしてもよい。

なお、上述した実施の形態においては、７自由度の運動方程式に係る各状態量を検出する各センサ３１，…，３７を備えるとしたが、これに限定されず、例えば、一部の状態量（例えば、ロールレートおよびピッチレートおよびばね下加速度）を各センサ３２，３３，３４，…，３７により検出し、他の状態量を状態オブザーバにより推定してもよい。

本発明の実施の形態に係る車両用懸架装置の制御装置を搭載した車両を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る車両用懸架装置を模式的に示す構成図である。 図２に示すダンパーを模式的に示す構成図である。 図４（ａ）は本発明の実施の形態に係る車両用懸架装置の各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＦＲに対する機能図であり、図４（ｂ）は本発明の実施の形態に係る車両用懸架装置の各車輪Ｗ_ＲＬ，Ｗ_ＲＲに対する機能図である。 図５（ａ）は本発明の実施の形態に係る車両用懸架装置の各車輪Ｗ_ＦＬ，Ｗ_ＲＬに対する機能図であり、図５（ｂ）は本発明の実施の形態に係る車両用懸架装置の各車輪Ｗ_ＦＲ，Ｗ_ＲＲに対する機能図である。 本発明の実施の形態に係る状態フィードバック制御系の一般化プラントを示すブロック図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る車両用懸架装置の各車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒに対する機能図である。

符号の説明

１０ 車両用懸架装置
３０ 制御装置（減衰力制御手段）
３１ ばね上加速度センサ（状態量取得手段）
３２ ロールレートセンサ（状態量取得手段）
３３ ピッチレートセンサ（状態量取得手段）
３４，３５，３６，３７ ばね下加速度センサ（状態量取得手段）

Claims (2)

1. 車両のばね上部材およびばね下部材を弾性的に支持すると共に減衰力を変更可能なダンパーを具備する車両用懸架装置の制御装置であって、
   前記ばね上部材の振動に係る運動と、車両の複数の車輪毎に対応した前記ばね下部材の振動に係る運動と、前記ばね上部材の少なくともローリングまたはピッチングの何れかに係る運動との各運動状態を取得し、前記各運動状態に対して独立に周波数重みおよび非線形な重み関数を設定し、前記周波数重みおよび前記非線形な重み関数に基づき、単一の車両モデルで前記各運動状態を制御することで各前記ダンパーの目標減衰力を算出する減衰力制御手段を備えることを特徴とする車両用懸架装置の制御装置。
2. 前記減衰力制御手段は、非線形Ｈ∞制御側に基づいて各前記ダンパーの減衰係数を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用懸架装置の制御装置。

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