JP5093359B2 - 制振制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、制振制御装置に関するものである。
車両の走行中は、運転者による運転操作や車両の走行中における外乱によって、車両のサスペンションよりも車体側の振動である、いわゆるばね上振動が発生することにより車両の姿勢が変化する場合がある。このため、従来の車両では、このばね上振動の低減を図っているものがある。例えば、特許文献1に記載の車両安定化制御システムでは、現在の駆動力に応じたピッチング振動を車体ばね上振動モデルの状態方程式等に基づいて求め、このように求めたピッチング振動を速やかに抑制できる補正値を求める。さらに、この補正値に基づいて要求エンジントルクを補正することにより、ばね上振動の一種であるピッチング振動を抑える。これにより、車両の姿勢の変化を抑えることができ、車両の走行時の挙動を安定させることができる。
ここで、特許文献1に記載の車両安定化制御システムのような従来の制振制御装置では、要求エンジントルクを補正する場合には、車輪速度に基づいて車体のピッチング振動や外乱を推定することによって補正している。しかし、車輪速度は、ばね上振動が発生した場合のみでなく、車輪の状態が変化した場合でも変化する。例えば、タイヤがパンクをするなどしてタイヤに充填されている空気が減少した場合、そのタイヤの回転軸から路面までの距離が短くなるため、回転半径が小さくなり、車輪速度が速くなる。
ばね上振動を抑える制御である制振制御を行う際に用いる車輪速度は、このように車輪の状態によって変化するが、従来の制振制御装置では、車輪の状態に関わらず、検出した車輪速度に基づいて制振制御を行うため、制振制御を行う際の制御量が、車輪の状態に影響されることになる。このため、車輪の状態が変化した場合、適切な制御を行うことができなくなる場合があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より適切に制振制御を行うことができる制振制御装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る制振制御装置は、車両に発生するばね上振動を前記車両が有する車輪で発生させるトルクを制御することにより抑制する制振制御装置において、所望の走行状態を実現するために前記車輪で発生させるトルクである要求トルクに重畳することによって前記ばね上振動を抑制可能な制振用のトルクであり、且つ、前記車輪の回転状態を含めて算出する重畳トルクを、前記車輪の状態に応じて変化させることを特徴とする。
また、上記制振制御装置において、前記車輪の回転軸から路面までの距離が所定の距離よりも小さくなった場合には、前記重畳トルクを制限することが好ましい。
また、上記制振制御装置において、前記車輪がパンクしたと判定された場合には、前記重畳トルクを制限することが好ましい。
また、上記制振制御装置において、前記重畳トルクは、前記車輪の回転速度に基づいて算出することが好ましい。
また、上記制振制御装置において、前記車輪の回転速度が所定の回転速度よりも速いと判定された場合には、前記重畳トルクを制限することが好ましい。
また、上記制振制御装置において、前記車輪の回転速度は、前記車輪の空気圧に基づいて算出することが好ましい。
本発明に係る制振制御装置は、より適切に制振制御を行うことができる、という効果を奏する。
以下に、本発明に係る制振制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
[実施形態1]
図1は、本発明の実施形態1に係る制振制御装置が搭載される車両の概略図である。以下の説明では、車両10の通常の走行時における進行方向を前方とし、進行方向の反対方向を後方として説明する。また、以下の説明におけるばね上振動とは、路面から車両の車輪への入力により、サスペンションを介して車体に発生する振動、例えば、1〜4Hz、さらに言えば1.5Hz近傍の周波数成分の振動をいい、この車両のばね上振動には、車両のピッチ方向またはバウンス方向(上下方向)の成分が含まれている。また、ばね上制振とは、上記車両のばね上振動を抑制するものである。
図1は、本発明の実施形態1に係る制振制御装置が搭載される車両の概略図である。以下の説明では、車両10の通常の走行時における進行方向を前方とし、進行方向の反対方向を後方として説明する。また、以下の説明におけるばね上振動とは、路面から車両の車輪への入力により、サスペンションを介して車体に発生する振動、例えば、1〜4Hz、さらに言えば1.5Hz近傍の周波数成分の振動をいい、この車両のばね上振動には、車両のピッチ方向またはバウンス方向(上下方向)の成分が含まれている。また、ばね上制振とは、上記車両のばね上振動を抑制するものである。
図1に示す車両10は、実施形態1に係る制振制御装置1を備えており、この車両10は、内燃機関であるエンジン22が動力源として搭載され、エンジン22の動力によって走行可能になっている。このエンジン22には変速機の一例である自動変速機26が接続されており、エンジン22が発生した動力は、自動変速機26に伝達可能になっている。自動変速機26で変速した動力は動力伝達経路を介して、車両10が有する車輪12のうち駆動輪として設けられる左右の後輪12RL、12RRへ駆動力として伝達されることにより、車両10は走行可能になっている。これらのように、エンジン22や自動変速機26等、駆動輪である後輪12RL、12RRに駆動力を伝達可能な装置は、駆動装置20として設けられている。
また、車両10には、運転者が操作するアクセルペダル16と、このアクセルペダル16の踏込量を検出可能なアクセルペダルセンサ17とが設けられており、駆動装置は、アクセルペダル16の踏込量に応じた駆動力を発生可能に設けられている。
また、各車輪12には、車輪12に備えられるタイヤの空気圧を検出する空気圧検出手段である空気圧センサ14FL、14FR、14RL、14RRが設けられている。この空気圧センサ14i(i=FL、FR、RL、RR)は、前輪12FL、12FR、及び後輪12RL、12RRの各車輪12にそれぞれ設けられており、各車輪12の空気圧を、それぞれ独立して検出可能になっている。なお、この説明では、車輪12とは、ゴム等により形成されると共に車輪12の外周部分を構成するタイヤと、外周側に当該タイヤが組み付けられると共にドライブシャフト等の回転軸が接続されるホイールとを合わせたものをいう。また、タイヤの空気圧とは、タイヤがホイールに組み付けられた状態においてタイヤとホイールとで構成される空間の空気圧であり、一般的に用いられるタイヤ空気圧を示している。
このように、実施形態1に係る制振制御装置1を備える車両10は、エンジン22で発生した動力が後輪12RL、12RRに伝達され、後輪12RL、12RRで駆動力を発生する、いわゆる後輪駆動車となっているが、車両10は、前輪駆動や四輪駆動など、後輪駆動以外の駆動形式であってもよい。また、内燃機関であるエンジン22は、レシプロ式の火花点火内燃機関であってもよく、レシプロ式の圧縮点火内燃機関であってもよい。また、駆動装置20は、動力源として内燃機関以外を使用してもよく、動力源として電動機を用いる電気式の駆動装置20や、エンジン22と電動機との双方を用いるハイブリッド式の駆動装置20であってもよい。
これらのように設けられる駆動装置20は、車両10に搭載される電子制御装置50に接続されており、駆動装置20の作動は、電子制御装置50により制御される。この電子制御装置50は、演算処理部及び記憶部を有して構成されている。電子制御装置50には、車輪12の回転速度を検出する車輪速センサ30i(i=FL、FR、RL、RR)からの車輪速度Vwi(i=FL、FR、RL、RR)を表す信号と、各車輪12の近傍に設けられる空気圧センサ14iからの空気圧Pwi(i=FL、FR、RL、RR)を表す信号と、車両10の各部に設けられたセンサからのエンジン22の回転速Er、自動変速機26の回転速Dr、アクセルペダルセンサ17で検出したアクセルペダル踏込量θa等の信号が入力される。
図2は、図1に示す電子制御装置の構成概略図である。電子制御装置50は、図2に示すように、駆動装置20の作動を制御する駆動制御装置51と、各車輪12に制動力を発生させる制動装置(図示省略)の作動を制御する制動制御装置52とを有している。このうち、駆動制御装置51には、駆動装置20で発生させる駆動力を制御する際における指令を運転者の駆動要求に基づいて決定し、この指令を駆動装置20に送信することによって駆動装置20を制御する駆動制御部53と、制振制御を行う際に、ばね上振動を抑制するための駆動トルクの修正量を算出する制振制御部54と、制振制御の実行状態を制御する実行状態制御部55と、が設けられている。また、制動制御装置52には、車輪速センサ30iでの検出値より車輪速度を演算する車輪速演算部60が設けられている。
このように設けられる駆動制御装置51と制動制御装置52とのうち、制動制御装置52には、車輪速センサ30iから電気信号が入力される。制動制御装置52が有する車輪速演算部60は、車輪速センサ30iから入力された車輪速度Vwiの電気信号に基づいて各車輪回転速度ωi(i=FL、FR、RL、RR)を算出し、これに車輪半径rを乗ずることにより、車輪速度Vwiの平均値r・ωを算出する。制動制御装置52は、このように算出した各車輪12iにそれぞれ対応する車輪速度Vwiの平均値r・ωを、駆動制御装置51に出力する。なお、車輪回転速から車輪速への演算は、駆動制御装置51で行ってもよい。その場合、車輪回転速度が制動制御装置52から駆動制御装置51に伝達される。
駆動制御装置51では、駆動装置20の目標出力トルクであり、運転者が要求する走行状態を実現するために車輪12で発生させる要求トルクである運転者要求トルクを、運転者からの駆動要求に基づいて決定する。この駆動制御装置51では、運転者要求トルクを修正して車輪12で発生させる駆動トルクを制御することにより、制振制御を実行する。
次に、ばね上振動時の運動と、その抑制方法について説明する。図3は、車体の運動方向の説明図である。運転者の駆動要求に基づいて駆動装置20が作動して車輪トルクの変動が生ずると、図3に示すように車体11には、車体11の重心Cgの鉛直方向(z方向)の振動であるバウンス振動と、車体11の重心周りのピッチ方向(θ方向)の振動であるピッチ振動が発生し得る。また、車両10の走行中に路面から車輪12上に外力またはトルク(外乱)が作用すると、その外乱が車両10に伝達され、伝達された外乱に起因して、やはり車体11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、実施形態1に係る制振制御装置1では、車体11のピッチやバウンスなどのばね上振動の運動モデルを構築し、そのモデルにお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11の変位z、θとその変化率dz/dt、dθ/dtを算出し、モデルから得られたこの状態変数が0に収束するように駆動装置20で車輪12に発生させる駆動トルクを調節する。このように、制振制御では、ばね上振動を抑制するように、運転者要求トルクを修正する。
図4は、駆動力制御における制御の構成を示すブロック図である。実施形態1に係る制振制御装置1で制振制御を行う場合は、電子制御装置50で各種の演算を行うことにより実行するが、この制振制御は、駆動制御装置51が有する駆動制御部53と制振制御部54とによって行う。このうち駆動制御部53では、運転者の駆動要求としてアクセルペダルセンサ17で検出されるアクセルペダル踏込量θaを要求トルク算出部53aで運転者要求トルクに換算し、これを指令決定部53bが車両駆動装置5への制御指令に変換して、車両駆動装置5に送信する。なお、ここでいう車両駆動装置5には、駆動装置20のみでなく車輪速センサ30や車輪速演算部60などの車輪速度を検出可能な装置も含まれており、車両10の走行時における走行状態のフィードバックが可能な構成となっている。
一方、制振制御部54には、フィードフォワード制御系(以下、FF制御系とする)54aと、フィードバック制御系(以下、FB制御系とする)54bと、が設けられており、また制振制御部54は、運転者要求トルクを駆動輪で発生させるトルクである要求車輪トルクTw0に換算する車輪トルク換算部54cと、要求車輪トルクTw0の修正量を車両駆動装置5の駆動トルクの単位に換算する駆動トルク換算部54dと、を備えている。
このうち、FF制御系54aは、ばね上振動の運動モデル部54eと、FF補償量算出部54fと、FF補正部54jと、FFゲイン設定部54kと、を備えており、車輪トルク換算部54cで換算された要求車輪トルクTw0は、運動モデル部54eに入力される。運動モデル部54eは、入力されたトルクに対する車両10の状態変数の応答を算出し、FF補償量算出部54fに出力する。FF補償量算出部54fは、この状態変数を最小に収束する要求車輪トルクTw0の修正量であり、フィードフォワード制御における制振制御補償量であるFF系補償量U・FFを算出する。FF補正部54jでは、車両10の状態に応じてFFゲイン設定部54kで設定したFF制御ゲインK・FFを、FF系補償量U・FFに乗算する。
また、FB制御系54bは、駆動輪で発生しているトルクの推定値である車輪トルク推定値Twを推定する車輪トルク推定部54iと、FF制御系54aと兼用される運動モデル部54eと、FB補償量算出部54gと、FB補正部54mと、FBゲイン設定部54nと、を備えている。このFB制御系54bでは、車輪速度の平均値r・ωに基づいて車輪トルク推定部54iで車輪トルク推定値Twを算出し、運動モデル部54eで、車輪トルク推定値Twを外乱入力として用いて車両10の状態変数の応答を算出する。FB補償量算出部54gでは、この状態変数を最小に収束する要求車輪トルクTw0の修正量であり、フィードバック制御における制振制御補償量であるFB系補償量U・FBを算出する。FB補正部54mでは、車両10の状態に応じてFBゲイン設定部54nで設定したFB制御ゲインK・FBを、FB系補償量U・FBに乗算する。なお、本実施形態1においてはFF制御系54aとFB制御系54bとで運動モデル部54eを兼用させているが、運動モデル部は、それぞれ個別に用意してもよい。
制振制御部54では、これらのFF系補償量U・FFとFB系補償量U・FBとを加算器54hで加算し、制振トルクを算出する。この制振トルクは、運転者要求トルクに重畳することによってばね上振動を抑制可能な制振用のトルクである重畳トルクとなっている。加算器54hで算出した制振トルクは、駆動トルク換算部54dで車両駆動装置5の要求トルクの単位に換算し、駆動制御部53が有する加算器53cに送信する。加算器53cでは、要求トルク算出部53aで算出した運転者要求トルクに、制振制御部54から送信された制振トルクを加算することにより制振トルクを重畳する。
このように、駆動制御部53及び制振制御部54では、運転者要求トルクを、力学的運動モデルに基づいて取得した制振トルクに基づいて補正することにより車両10のばね上振動を抑制することができるトルクを発生可能な値に修正し、指令決定部53bで制御指令に変換した後、車両駆動装置5に送信する。
次に、制振制御の原理について説明する。実施形態1に係る制振制御装置1では、上述したように、まず、車体11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、要求車輪トルクTw0と車輪トルク推定値Tw(外乱)とを入力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。
図5は、バウンス方向及びピッチ方向の力学的運動モデルの説明図であり、ばね上振動モデルを用いた場合の説明図である。車体11のバウンス方向及びピッチ方向の力学的運動モデルとして、例えば、図5に示すように、車体11を質量M及び慣性モーメントIの剛体Sとみなし、かかる剛体Sが、弾性率kfと減衰率cfの前輪サスペンションと弾性率krと減衰率crの後輪サスペンションにより支持されているとする(車体のばね上振動モデル)。この場合、車体11の重心のバウンス方向の運動方程式とピッチ方向の運動方程式は、下記の数1のように表される。
式(1a)、(1b)において、Lf、Lrは、それぞれ、重心Cgから前輪軸及び後輪軸までの距離であり、rは、車輪半径であり、hは、重心Cgの路面からの高さである。なお、式(1a)において、第1、第2項は、前輪軸から、第3、第4項は、後輪軸からの力の成分であり、式(1b)において、第1項は、前輪軸から、第2項は、後輪軸からの力のモーメント成分である。式(1b)における第3項は、駆動輪において発生している車輪トルクT(=Tw0+Tw)が車体11の重心周りに与える力のモーメント成分である。
上記の式(1a)及び(1b)は、車体11の変位z、θとその変化率dz/dt、dθ/dtを状態変数ベクトルX(t)として、下記の式(2a)のように、(線形システムの)状態方程式の形式に書き換えることができる。
dX(t)/dt=A・X(t)+B・u(t)・・・(2a)
ここで、X(t)、A、Bは、それぞれ下記の行列X(t)、A、Bとなっている。
dX(t)/dt=A・X(t)+B・u(t)・・・(2a)
ここで、X(t)、A、Bは、それぞれ下記の行列X(t)、A、Bとなっている。
また、行列Aの各要素a1−a4及びb1−b4は、それぞれ、式(1a)、(1b)にz、θ、dz/dt、dθ/dtの係数をまとめることにより与えられ、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。
状態方程式(2a)において、
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。
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。
ゲインKは、いわゆる最適レギュレータの理論を用いて決定することができる。かかる理論によれば、2次形式の評価関数
J=∫(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)において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お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。
J=∫(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)において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お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。
なお、評価関数J及びリカッティ方程式中のQ、Rは、それぞれ、任意に設定される半正定対称行列、正定対称行列であり、システムの設計者により決定される評価関数Jの重み行列である。例えば、ここで考えている運動モデルの場合、Q、Rは、
などと置いて、式(3a)において、状態ベクトルの成分うち、特定のもの、例えば、dz/dt、dθ/dt、のノルム(大きさ)をその他の成分、例えば、z、θのノルムより大きく設定すると、ノルムを大きく設定された成分が相対的に、より安定的に収束されることとなる。また、Qの成分の値を大きくすると、過渡特性重視、即ち、状態ベクトルの値が速やかに安定値に収束し、Rの値を大きくすると、消費エネルギーが低減される。ここで、FF制御系54aに対応するゲインKと、FB制御系54bに対応するゲインKを異ならせても良い。例えば、FF制御系54aに対応するゲインKは、運転者の加速感に対応するゲイン、FB制御系54bに対応するゲインKは、運転者の手応えや応答性に対応するゲインとしても良い。
実際の制振制御においては、図4のブロック図に示されているように、運動モデル部54eにおいて、トルク入力値を用いて式(2a)の微分方程式を解くことにより、状態変数ベクトルX(t)が算出される。次いで、FF補償量算出部54f、FB補償量算出部54gにて、上記のように状態変数ベクトルX(t)を0又は最小値に収束させるべく決定されたゲインKを運動モデル部54eの出力である状態ベクトルX(t)に乗じた値U(t)、即ち、FF系補償量U・FFおよびFB系補償量U・FBが、駆動トルク換算部54dにおいて車両駆動装置5の駆動トルクの単位に換算されて、加算器53cにおいて運転者要求トルクが補正される。
式(1a)及び(1b)で表されるシステムは、共振システムであり、任意の入力に対して状態変数ベクトルの値は、実質的にシステムの固有振動数の成分のみとなる。従って、U(t)(の換算値)により運転者要求トルクが補正されるように構成することにより、運転者要求トルクのうち、システムの固有振動数の成分、即ち、車体11においてピッチ・バウンス振動に代表されるばね上振動を引き起こす成分が修正され、車体11におけるばね上振動が抑制されることとなる。つまり、運転者から与えられる要求トルクにおいて、システムの固有振動数の成分がなくなると、車両駆動装置5へ入力される要求トルク指令のうち、システムの固有振動数の成分は、−U(t)のみとなり、Tw(外乱)による振動が収束することとなる。
図6は、バウンス方向及びピッチ方向の力学的運動モデルの説明図であり、ばね上・ばね下振動モデルを用いた場合の説明図である。なお、車体11のバウンス方向及びピッチ方向の力学的運動モデルとして、例えば、図6に示すように、図5の構成に加えて、前輪及び後輪のタイヤのばね弾性を考慮したモデル(車体のばね上・下振動モデル)が採用されてもよい。前輪及び後輪のタイヤが、それぞれ、弾性率ktf、ktrを有しているとすると、図6から理解されるように、車体11の重心Cgのバウンス方向の運動方程式とピッチ方向の運動方程式は、下記の数4のように表される。
式(4a)、(4b)、(4c)、(4d)において、xf、xrは、前輪、後輪のばね下変位量であり、mf、mrは、前輪、後輪のばね下の質量である。式(4a)−(4b)は、z、θ、xf、xrとその時間微分値を状態変数ベクトルとして、図5の場合と同様に、式(2a)のように状態方程式を構成し(ただし、行列Aは、8行8列、行列Bは、8行1列となる。)最適レギュレータの理論に従って、状態変数ベクトルの大きさを0に収束させるゲイン行列Kを決定することができる。実際の制振制御は、図5の場合と同様である。
次に、車輪トルク推定値算出について説明する。図4で示す制振制御部54のFB制御系54bにおいて、外乱として入力される車輪トルクは、例えば、各車輪12iにトルクセンサを設け実際に検出するように構成してもよいが、ここでは走行中の車両10におけるその他の検出可能な値から車輪トルク推定部54iにて推定された車輪トルク推定値Twが用いられる。
車輪トルク推定値Twは、例えば、各車輪12iに対応する車輪速センサ30i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、次式(5)により推定、算出することができる。
Tw=M・r2・dω/dt・・・(5)
なお、式(5)において、Mは車両の質量であり、rは車輪半径である。
Tw=M・r2・dω/dt・・・(5)
なお、式(5)において、Mは車両の質量であり、rは車輪半径である。
詳しくは、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10の全体の駆動力M・G(Gは、加速度)に等しいとすると、車輪トルク推定値Twは、次式(5a)にて与えられる。
Tw=M・G・r・・・(5a)
また、車両10の加速度Gは、車輪速度r・ωの微分値より、次式(5b)によって与えられる。
G=r・dω/dt・・・(5b)
従って、車輪トルクは、式(5)のように推定される。
Tw=M・G・r・・・(5a)
また、車両10の加速度Gは、車輪速度r・ωの微分値より、次式(5b)によって与えられる。
G=r・dω/dt・・・(5b)
従って、車輪トルクは、式(5)のように推定される。
実施形態1に係る制振制御装置1では、これらのように運転者要求トルクに、車輪速度に基づいて算出した制振トルクを加算することにより制振制御を行うが、車輪速度は、車輪12の状態によって変化する場合がある。例えば、タイヤがパンクをした場合には、タイヤに充填されている空気量が減少するため、パンクしたタイヤを備える車輪12は、車輪12の回転軸から路面までの距離が、タイヤがパンクをしていない場合における距離である所定の距離よりも小さくなり、車輪12の半径が小さくなる。この場合、この車輪12は、パンクをしていない車輪12と比較して、同じ距離を移動する場合における回転数が増えるので、車輪12の回転速度が増加する。
このように車輪12の回転速度が増加した場合でも、車輪トルク推定値Twは、この増加した車輪12の回転速度に基づいて算出され、制振トルクは、この車輪トルク推定値Tw等に基づいて算出される。この場合、パンクによって車輪12の回転速度が増加しているにも関わらず、この車輪12の回転速度の増加は、ばね上振動に基づくものであるものとして扱われて制振トルクが算出されるため、制振トルクは、ばね上振動の抑制に適したトルクではなくなる場合がある。
このため、車輪12の回転軸から路面までの距離が、タイヤがパンクをしていない場合における距離よりも小さくなったと判定される等して、タイヤがパンクしたと判定された場合には制振制御を禁止し、運転者要求トルクに制振トルクを加算することを禁止する、または、制振トルクを0にする。このように、実施形態1に係る制振制御装置1では、制振トルクを車輪12の状態に応じて変化させることにより、より適切な制振制御を行う。
図7は、実施形態1に係る制振制御装置の処理手順の概略を示すフロー図である。次に、実施形態1に係る制振制御装置1の制御方法、即ち、当該制振制御装置1の処理手順の概略について説明する。なお、以下の処理は、制振制御を禁止するか否かの判定を行う場合の処理手順になっており、車両10の運転時に各部を制御する際に、所定の期間ごとに呼び出されて実行する。実施形態1に係る制振制御装置1の処理手順では、まず、タイヤ空気圧を取得する(ステップST101)。タイヤ空気圧を取得する場合は、電子制御装置50の駆動制御装置51が有する実行状態制御部55で、タイヤ空気圧Pwiを車輪12iごとに独立して取得する。
次に、取得したタイヤ空気圧Pwiに基づいて、タイヤがパンクしているか否かを実行状態制御部55で判定する(ステップST102)。ここで、取得したタイヤ空気圧Pwiは、後述するステップST107で示すように、この制振制御を禁止するか否かの判定を行う場合の処理手順毎に電子制御装置50に記憶されている。実行状態制御部55は、このように電子制御装置50に記憶されているタイヤ空気圧Pwiに基づいて、タイヤがパンクしているか否かを判定する。
詳しくは、実行状態制御部55は、前回のこの処理手順中に電子制御装置50に記憶されたタイヤ空気圧Pwiである前回タイヤ空気圧と、今回の処理手順において取得したタイヤ空気圧Pwi(ステップST101)とを比較し、空気圧の低下割合が、所定値である低下割合基準値以上で、且つ、この取得したタイヤ空気圧Pwiが、所定値である空気圧基準値以下になった場合は、タイヤはパンクしていると判定する。
なお、この判定を行う際におけるタイヤ空気圧Pwiの低下割合基準値は、車輪12iに充填されている空気が、タイヤがパンクをしていると判断することができる流出量で流出する場合におけるタイヤ空気圧Pwiの変化の割合の基準値として予め設定され、電子制御装置50に記憶されている。また、この判定を行う際における空気圧基準値は、タイヤがパンクをして空気が流出することにより、車輪速度Vwiを用いて制振制御を行う場合に、制御に影響が出る程度までタイヤ空気圧Pwiが低下したと判断することができる空気圧の基準値として予め設定され、電子制御装置50に記憶されている。
実行状態制御部55は、今回取得したタイヤ空気圧Pwiの、前回タイヤ空気圧に対する低下割合が低下割合基準値以上で、且つ、今回取得したタイヤ空気圧Pwiが空気圧基準値以下である場合には、タイヤはパンクしていると判定する。その際に、前回タイヤ空気圧は、各車輪12iごとのタイヤ空気圧Pwiが電子制御装置50に記憶されており、実行状態制御部55は、この前回タイヤ空気圧と、今回取得したタイヤ空気圧Pwiとを比較することにより、タイヤはパンクしているか否かの判定を車輪12ごとに行う。
タイヤがパンクしているか否の判定(ステップST102)により、タイヤはパンクしていると判定された場合には、パンク判定フラグをONにする(ステップST103)。このパンク判定フラグは、タイヤがパンクしている場合はONにし、タイヤはパンクしていない場合にはOFFにすることにより、タイヤがパンクしているか否かを示すフラグとして電子制御装置50に設けられており、ONとOFFは、実行状態制御部55によって切り替える。
次に、制振制御の実行を禁止する(ステップST104)。即ち、駆動制御装置51が有する駆動制御部53や制振制御部54で制振制御を行う場合には、パンク判定フラグの状態を検出し、パンク判定フラグがOFFの場合にのみ行う。このため、実行状態制御部55でパンク判定フラグをONに切り替えた場合には、パンク判定フラグの状態を検出した駆動制御部53や制振制御部54は、制振制御は行わず、制振制御の実行を禁止する。
これらに対し、タイヤがパンクしているか否の判定(ステップST102)により、タイヤはパンクしていないと判定された場合には、実行状態制御部55でパンク判定フラグをOFFにする(ステップST105)。
次に、制振制御の出力の演算を行う(ステップST106)。駆動制御部53や制振制御部54で制振制御を行う際には、パンク判定フラグの状態を検出するが、この場合、パンク判定フラグはOFFになっているので(ステップST105参照)、駆動制御部53や制振制御部54は制振制御を実行する。このように、駆動制御部53や制振制御部54で制振制御を実行することにより、制振制御時における各出力値の演算を駆動制御部53や制振制御部54で行う。
これらのように、制振制御の実行を禁止したり(ステップST104)、制振制御の出力の演算をしたり(ステップST106)した後は、次に、今回取得したタイヤ空気圧Pwiを前回タイヤ空気圧として記憶する(ステップST107)。つまり、実行状態制御部55は、今回の処理のフローで取得したタイヤ空気圧Pwiを、電子制御装置50に前回タイヤ空気圧として記憶させ、前回タイヤ空気圧を更新する。
このように、タイヤ空気圧に基づいて制振制御を実行したり制振制御の実行を禁止したりし、今回取得したタイヤ空気圧Pwiを前回タイヤ空気圧として記憶させた後は、この処理手順から抜け出る。
以上の制振制御装置1は、運転者要求トルクに加算する制振トルクを、車輪12の状態に応じて変化させるため、車両10の走行時に車輪12で発生させる駆動トルクを、不必要に運転者要求トルクから変化させず、車輪12の状態も含めた車両10の状態に対して、適切なトルクにすることができる。つまり、制振トルクは、ばね上振動を抑制可能なトルクであるが、車輪12の回転状態を含めて算出するため、算出時に車輪12の状態が影響する場合がある。これにより、制振トルクを運転者要求トルクに加算したトルクが、ばね上振動を抑制するのに適したトルクではなくなった場合、効果的にばね上振動を抑制することができなくなる場合がある。また、このように制振トルクを適切に算出できなかった場合、この制振トルクを運転者要求トルクに加算して車輪12にトルクを発生させた際に、車輪12で発生するトルクは、不必要に運転者要求トルクから乖離する場合がある。この場合、車両10の走行状態は、運転者の要求とは異なった状態になる。
これらのように、制振トルクの算出時に車輪12の状態が影響した場合、車輪12で発生するトルクは、ばね上振動の抑制と運転者の要求とのいずれにも適したものではなくなる場合があるが、車輪12の回転状態を含めて算出する制振トルクを、車輪12の状態に応じて変化させることにより、駆動トルクを、不必要に運転者要求トルクから乖離させず、ばね上振動や車輪12の状態も含めた車両10の状態に対して、適切な大きさのトルクにすることができる。この結果、より適切に制振制御を行うことができる。
また、このように制振トルクを、車輪12の状態に応じて変化させ、駆動トルクを、不必要に運転者要求トルクから乖離させないようにすることにより、運転者が要求する所望の走行状態で車両10を走行させることができる。この結果、ドラビリの悪化を抑制することができる。
また、制振トルクは、車輪12の回転状態を含めて算出するが、タイヤがパンクした場合には、ばね上振動とは関係なく車輪12の回転速度が変化するため、制振トルクを正確に算出することが困難になる。このため、実施形態1に係る制振制御装置1では、タイヤがパンクしたと判定された場合には、制振トルクを制限する。従って、運転者要求トルクに制振トルクを加算して駆動トルクを発生させる際に、ばね上振動を抑制する際におけるトルクの大きさの正確性が低い制振トルクを加算することに起因して、駆動トルクが不必要に運転者要求トルクから乖離することを抑制できる。この結果、より適切に制振制御を行うことができる。
また、制振トルクは、車輪速センサ30で検出した車輪12の回転速度に基づいて算出するため、駆動トルクによってばね上振動を抑制する際に用いる制振トルクを、より正確に算出することができる。この結果、より適切に制振制御を行うことができる。
また、制振制御時には車輪速度をフィードバックするが、このようにフィードバック制御を行う場合は、フィードバックする情報は、正確に検出された状態の情報であることが前提となる。このため、制振制御時にフィードバックする車輪速度が、タイヤがパンクしたか否かを判定し、タイヤがパンクしていない場合における車輪速度よりも速いと判定された場合には、運転者要求トルクに加算する制振トルクを制限することにより、フィードバックする情報が、タイヤのパンク時の情報であることに起因して、制振制御が適切に行われなくなることを抑制できる。この結果、より適切に制振制御を行うことができる。
[実施形態2]
実施形態2に係る制振制御装置70は、実施形態1に係る制振制御装置1と略同様の構成であるが、タイヤはパンクしていないと判定された場合でもタイヤ空気圧を検出し、検出したタイヤ空気圧に基づいて制振制御を行っている点に特徴がある。他の構成は実施形態1と同様なので、その説明を省略すると共に、同一の符号を付す。実施形態2に係る制振制御装置70は、実施形態1に係る制振制御装置1と同様に、電子制御装置50を有しており、この電子制御装置50で各種演算処理を行うことにより、制振制御が実行可能に設けられている。
実施形態2に係る制振制御装置70は、実施形態1に係る制振制御装置1と略同様の構成であるが、タイヤはパンクしていないと判定された場合でもタイヤ空気圧を検出し、検出したタイヤ空気圧に基づいて制振制御を行っている点に特徴がある。他の構成は実施形態1と同様なので、その説明を省略すると共に、同一の符号を付す。実施形態2に係る制振制御装置70は、実施形態1に係る制振制御装置1と同様に、電子制御装置50を有しており、この電子制御装置50で各種演算処理を行うことにより、制振制御が実行可能に設けられている。
この実施形態2に係る制振制御装置70の作用について説明すると、タイヤはパンクしていないと判定された場合には、まず、空気圧センサ14での検出結果より取得したタイヤ空気圧Pwiに基づいて、実行状態制御部55で車輪12の回転半径を推定する。さらに、この推定した車輪12の回転半径に基づいて、車輪速度を算出する。
実行状態制御部55で算出した車輪速度は、駆動制御装置51の制振制御部54が有する車輪トルク推定部54i(図4参照)に送信される。この車輪トルク推定部54iには、実施形態1に係る制振制御装置1と同様に、車輪速センサ30での検出結果に基づいて算出された車輪速度の平均値r・ωが制動制御装置52より送信されるが、車輪トルク推定部54iは、この車輪速度の平均値r・ωを、実行状態制御部55で算出した車輪速度によって補正して、車輪トルク推定値Twを推定する。実施形態2に係る制振制御装置70は、このように補正した車輪速度を用いて、制振制御時にフィードバック制御を行う。
図8は、実施形態2に係る制振制御装置の処理手順の概略を示すフロー図である。次に、実施形態2に係る制振制御装置70の処理手順の概略について説明する。なお、以下の説明では、実施形態1に係る制振制御装置1における処理と同一の処理は、説明を省略する。実施形態2に係る制振制御装置70の処理手順では、タイヤがパンクしているか否の判定(ステップST102)により、タイヤはパンクしていないと判定され、パンク判定フラグをOFFにした後は(ステップST105)、タイヤ空気圧の情報より、車輪12の回転半径を推定する(ステップST201)。つまり、パンク判定フラグがOFFになっているので、駆動制御部53や制振制御部54は、制振制御を実行する。このように、制振制御を実行する場合、実施形態2に係る制振制御装置70では、まず、実行状態制御部55で、車輪12の回転半径を推定する。
図9は、タイヤ空気圧と車輪の回転半径との関係を示す説明図である。実行状態制御部55で車輪12の回転半径を推定する場合は、空気圧センサ14iでの検出結果より取得したタイヤ空気圧Pwiに基づいて推定する。なお、ここでいう車輪12の回転半径は、車輪12の回転軸から路面までの距離を示している。車輪12は、タイヤ空気圧が所定の空気圧より低下した場合、タイヤが上下方向に潰れる方向に変形し、車輪12の回転半径は、タイヤ空気圧が低くなるに従って小さくなる。
このように、タイヤ空気圧に応じて変化する車輪12の回転半径は、車両10の重量や、車輪12の幅、直径等の各種の諸元に基づいて推定することができ、また、電子制御装置50には、タイヤ空気圧に対する回転半径がマップの状態で予め設定され、記憶されている。実行状態制御部55は、空気圧センサ14iでの検出結果より取得したタイヤ空気圧Pwiを、このマップに照らし合わせることにより、車輪12の回転半径を、車輪12ごとに独立して推定する。
次に、推定した回転半径より、実行状態制御部55で車輪速度を算出する(ステップST202)。実行状態制御部55は、推定した回転半径と、他の制御で用いられる車速の情報や、エンジン22の回転速Er、自動変速機26のギア段、自動変速機26の回転速Dr等の情報とに基づいて、車輪速度を、車輪12ごとに独立して算出する。
次に、駆動制御部53や制振制御部54で制振制御を実行し、制振制御の出力の演算を行う(ステップST106)。その際に、実行状態制御部55で算出した車輪速度は、タイヤ空気圧より算出した車輪12の回転半径に基づいて算出した車輪速度であるため、制振制御部54のFB制御系54b(図4参照)では、制動制御装置52で算出した車輪速度の平均値r・ωを、実行状態制御部55で算出した車輪速度を用いて補正する。これにより、車輪速度の変化を外乱のみでなく、タイヤ空気圧に起因する変化も加味して車輪速度を算出し、この補正した車輪速度に基づいて車輪トルク推定値Twを算出する。
このように、実行状態制御部55で算出された車輪速度を用いる制御についての一例について説明すると、実行状態制御部55で算出された車輪速度のうち一部の車輪12の車輪速度が、タイヤ空気圧が規定値の場合における車輪速度より速くなっている場合には、その速度の増加はばね上振動によるものではなく、タイヤ空気圧の低下によるものであることを示している。このため、この場合には、制振制御時における制御量のうちの1つである制振トルクを制限する。駆動制御部53や制振制御部54は、このように制振制御時における各出力値の演算を行い、制振制御を実行する。実施形態2に係る制振制御装置70では、制振制御時には、このようにタイヤ空気圧を用いたフィードバック制御を行う。
以上の制振制御装置70は、制振制御のフィードバック制御時に用いる車輪速度は、タイヤ空気圧に基づいて推定した車輪12の回転半径より算出した車輪速度に基づいて補正している。このように、車輪速度を、タイヤ空気圧に応じて変化する回転半径に基づいて補正することにより、制振制御を行う際に車輪12の状態に応じた、より正確な制御を行うことができる。この結果、より適切に制振制御を行うことができる。
また、一部の車輪12の車輪速度が、タイヤ空気圧が規定値の場合における車輪速度よりも速いと判定された場合には、運転者要求トルクに加算する制振トルクを制限するので、ばね上振動の抑制以外の要因で、駆動トルクが不必要に運転者要求トルクから乖離することを抑制できる。この結果、より適切に制振制御を行うことができる。
なお、実施形態1、2に係る制振制御装置1、70で車輪速度を算出する場合には、タイヤ空気圧に基づいて算出してもよい。このように、車輪速度をタイヤ空気圧に基づいて算出することにより、車輪速センサ30を設けることなく制振制御を行うことができるので、制御時にセンサで検出する情報量を少なくすることができ、より容易に、且つ、適切に制振制御を行うことができる。また、このように、車輪速センサ30を設けることなく制御を行うことにより、センサの故障に起因して制御が不適切になる、または制御が出来なくなることを抑制でき、より確実に制振制御を行うことができる。さらに、車輪速センサ30を設けないことにより、その分コストを低減することができ、また、車両10の製造時に、車輪速センサ30を組み付ける工程を省略することができるため、製造コストの低減を図ることができる。
また、車輪速度の情報は、上述した手法以外の手法によって算出したり取得したりしてもよい。制振制御を行う際に、車輪速度をフィードバックして制御を行うことができるように設けられていれば、その手段は問わない。
また、タイヤがパンクしたか否かの判定は、タイヤ空気圧以外に基づいて行ってもよい。例えば、タイヤがパンクした場合、車輪速度や車輪速度の変化量が上昇するので、車輪速センサ30の検出結果等より取得した車輪速度の情報に基づいて判定してもよい。
また、タイヤがパンクしたと判定された場合には、制振制御の禁止以外によって制御を制限してもよく、制御量に制限を設けたり、制振性能を低減させたりしてもよい。例えば、タイヤがパンクしたと判定された場合には、制振トルクに上限値を設けたり、制振トルクを小さくしたりしてもよい。タイヤがパンクしたと判定された場合には、このように制振制御の制御量の制限等を行うことにより、駆動トルクが不必要に運転者要求トルクから乖離することを抑制でき、より適切に制振制御を行うことができる。
また、上述した制御を行う電子制御装置50は、実施形態1、2に係る制振制御装置1、70が有する電子制御装置50以外の構成でもよい。電子制御装置50は、上述した制御を行うための各機能を備えていればよく、これらの各機能を備えていれば、電子制御装置50は、上述した構成以外の構成でもよい。電子制御装置50が、これらの各機能を有していることにより、車輪12の状態に応じて制振制御の状態を切り替えることができ、これにより、より適切に制振制御を行うことができる。
また、実施形態1、2に係る制振制御装置1、70では、駆動トルクの制御を運転者要求トルクに基づいて行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、車両10は、ACC(Adaptive Cruise Control)等の自動走行制御装置を備え、自動走行制御において車両駆動装置5の各部の制御を行う場合に算出される要求トルクに基づいて動力制御を行っても良い。
また、空気圧センサ14は、全輪に設けられていなくてもよい。また、空気圧センサ14は、車輪速センサ30の検出対象となる車輪12に設けられていることが好ましいが、車輪速度が検出されない車輪12に空気圧センサ14が設けられていてもよい。タイヤ空気圧が低下した場合は、振動が大きくなるため、制振制御を好適に行うことができない場合があるが、この場合でも、車輪速度が検出されない車輪12に設けられる空気圧センサ14での検出結果を用いることにより、ある程度の制御を行うことができる。
以上のように、本発明に係る制振制御装置は、車体に発生する振動を低減する場合に有用であり、特に、車両走行時の駆動力を制御することにより振動を低減する制振制御装置に適している。
1、70 制振制御装置
5 車両駆動装置
10 車両
12 車輪
14 空気圧センサ
20 駆動装置
22 エンジン
26 自動変速機
30 車輪速センサ
50 電子制御装置
51 駆動制御装置
52 制動制御装置
53 駆動制御部
54 制振制御部
55 実行状態制御部
5 車両駆動装置
10 車両
12 車輪
14 空気圧センサ
20 駆動装置
22 エンジン
26 自動変速機
30 車輪速センサ
50 電子制御装置
51 駆動制御装置
52 制動制御装置
53 駆動制御部
54 制振制御部
55 実行状態制御部
Claims (5)
- 車両に発生するばね上振動を前記車両が有する車輪で発生させるトルクを制御することにより抑制する制振制御装置において、
運転者が要求する走行状態を実現するために前記車輪で発生させるトルクである要求トルクに重畳することによって前記ばね上振動を抑制可能な制振用のトルクであり、且つ、前記車輪の回転状態を含めて算出する重畳トルクを、前記車輪の状態に応じて変化させ、
前記車輪がパンクしたと判定された場合には、前記重畳トルクを制限することを特徴とする制振制御装置。 - 前記車輪の回転軸から路面までの距離が所定の距離よりも小さくなった場合には、前記重畳トルクを制限する請求項1に記載の制振制御装置。
- 前記重畳トルクは、前記車輪の回転速度に基づいて算出する請求項1に記載の制振制御装置。
- 前記車輪の回転速度が所定の回転速度よりも速いと判定された場合には、前記重畳トルクを制限する請求項1に記載の制振制御装置。
- 前記車輪の回転速度は、前記車輪の空気圧に基づいて算出する請求項1または2に記載の制振制御装置。
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