JP5293264B2 - 減衰力制御装置、及び減衰力制御方法 - Google Patents
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Description
この技術は、スカイフック減衰係数とバネ上の上下絶対速度と掛けて算出したスカイフック要求減衰力を減衰力目標値として、ショックアブソーバが発生する減衰力を制御する。減衰力の制御は、減衰力目標値に対応するショックアブソーバの目標減衰係数を求め、その目標減衰係数となるようにショックアブソーバの減衰力を調整することで実施する。
本発明は、上記のような点に着目したもので、車両の安定性向上のためのスカイフック制御則本来の目的であるバネ上のフワフワ振動の抑制と、快適性を阻害する上下躍度の抑制とを両立することが可能な減衰力制御の技術を課題とする。
サスペンション装置の一部を構成するショックアブソーバ1は、各輪毎に配置してある。
各ショックアブソーバ1は、図1に示すように、車両のバネ上とバネ下との間に介装する。すなわち、各ショックアブソーバ1は、対応する車輪2と車体3との間に介装する。具体的には、ショックアブソーバ1の下端部は、車輪2、若しくは車輪2と車体3とを連結するサスペンションリンクに連結する。ショックアブソーバ1の上端部は車体3に連結する。
また、平面視において対象とするショックアブソーバ1近傍位置の車体3に、バネ上用の上下加速度センサ7を設ける。バネ上用の上下加速度センサ7は、バネ上の上下加速度を検出し、検出信号をアブソーバコントローラ5に出力する。バネ上用の上下加速度センサ7の設定位置は、平面視において、対象とするショックアブソーバ1に近い位置である。
ここで、図2に、本実施形態の車両各輪のモデルを示す。x0は、路面の上下変位を示す。x1は、バネ下の変位を示す。x2は、バネ上の変位を示す。
なお、以下の説明では、「′」は1回微分を表す。「″」は2回微分を表す。
アブソーバコントローラ5は、図・に示すように、積分手段5A、復元力演算部5B、スカイフック要求減衰力演算部5C、躍度予測値演算部5D、目標躍度設定部5E、躍度閾値判定部5F、加速度目標値演算部5G、要求減衰力更新部5H、及び要求減衰力出力部5Jを備える。
積分手段5Aは、バネ上上下速度演算部5Aa、バネ下上下速度演算部5Ab、ストローク速度演算部5Ac、及びストローク演算部5Adを備える。
バネ下上下速度演算部5Abは、バネ下用の上下加速度センサ8が検出する上下加速度を積分することで、バネ下の上下速度x1′を演算する。
ストローク速度演算部5Acは、バネ上上下速度演算部5Aa及びバネ上上下速度演算部5Aaが演算した、バネ上及びバネ下の各上下速度の偏差から、サスペンションのストローク速度(x2′−x1′)を演算する。
ストローク演算部5Adは、ストローク速度演算部5Acが演算したストローク速度を積分することで、サスペンションのストローク量(x2−x1)を演算する。
fks = K1×(x2 −x1)
具体的には、下記式に示すように、バネ上の上下速度に対してスカイフック減衰係数Cskyを乗算して、スカイフック要求減衰力fdemを演算する。
fdem =Csky×x2′(t)
躍度予測値演算部5Dは、先ず、スカイフック要求減衰力演算部5Cが算出したスカイフック要求減衰力fdemによって、バネ上に発生すると予測される上下加速度x2″*を算出する。算出は、下記式で行う。ここで、本実施形態では、復元力成分fksも考慮して、予測される上下加速度x2″*を演算している。
x2″*(t) = −(fdem +fks)/m2
J(t)= {x2″*(t) −x2″(t−1)}/τ
ここで、τは、制御のサンプリング時間である。
加速度目標値演算部5Gは、下記式に基づき、加速度目標値x2″*(t)を演算する。
x2″*(t)= x2″(t−1) +sign(J(t))×Jth・τ
ここで、τは、制御のサンプリング時間である。
この加速度目標値x2″*(t)は、1制御サイクル前の上下加速度x2″(t−1)からの加速度増分を、目標躍度Jth相当に制限したものである。
要求減衰力更新部5Hは、加速度目標値演算部5Gが演算した加速度目標値x2″*(t)とするための第2要求減衰力fdem2を、下記式によって、算出する。ここで、下記式では、復元力成分fksを考慮して第2要求減衰力fdem2を演算している。
fdem2 = −x2″*(t)×m2 −fks
そして、選択した減衰力目標値に対応した指令値を、上記アクチュエータ4に出力する。
上述のように、上記減衰力制御は、各輪のショックアブソーバ1毎に実施する。
各輪のショックアブソーバ1毎に次の減衰力制御を実施する。
減衰力制御を行うアブソーバコントローラ5は、所定サンプリング周期毎に作動して、バネ上の上下速度x2′(t)から、バネ上の変位を抑えるためのスカイフック要求減衰力fdemを演算する。
その演算したスカイフック要求減衰力fdemで減衰した場合に発生すると予測される予測加速度に基づき躍度Jを予測する。本実施形態では、躍度予測値の精度を向上するため、復元力成分fksも考慮する。
一方、スカイフック要求減衰力fdemで減衰力を発生させた場合に予測される躍度Jが、目標躍度Jthよりも大きくなると判定すると、第2要求減衰力fdem2を減衰力目標値として選択する。
第2要求減衰力fdem2は、発生するであろう躍度を目標躍度Jth以下に制限する要求減衰力である。
まず、加速度の変化量を目標躍度Jth相当に制限する加速度目標値x2″*(t)を演算する。そして、その加速度目標値x2″*(t)を達成するための減衰力を第2要求減衰力fdem2とする。本実施形態では、復元力成分fksも考慮して、第2要求減衰力fdem2を演算する。
このように、予測される躍度が目標躍度Jthよりも大きくなると判定すると、発生するであろう躍度が目標躍度Jth以下となるように減衰力目標値を制限する。
ここで、ショックアブソーバ1の減衰力として、4種類の減衰モードを考える。4種類の減衰モードは、ソフトモードA、ハードモードB、スカイフック制御だけの比較制御モードC、及び、上述の実施形態の制御を採用した実施形態モードDである。
ソフトモードAは、ショックアブソーバ1の減衰力を低減衰力で固定する場合である。
ハードモードBは、ショックアブソーバ1の減衰力を低減衰力で固定する場合である。
比較制御モードCは、上述のスカイフック要求減衰力を常に減衰力モードとして減衰力制御を実施する場合である。
実施形態モードDは、上述のように、スカイフック要求減衰力fdemと第2要求減衰力fdem2とを選択的に使用する減衰力制御を実施する場合である。
また、図9に比較制御モードCの減衰力指令値の履歴を示す。また、図10に実施形態モードDの減衰力指令値の履歴を示す。
この図9及び10から分かるように、実施形態モードDを採用することで、比較制御モードCと比較して、減衰力指令値の変化が滑らかとなる方向に補正される。このため、図11に示すように、本実施形態を採用することで、使用減衰力もスカイフック制御のみの場合に比べ、より連続的で滑らかな変化を示すようになる。
この図12に示すように、本実施形態を採用することで、スカイフック制御並みのバネ上変位と、ソフトモードA並の上下躍度となり、バネ上の変位抑制と躍度の抑制を両立することが可能となる。
ここで、スカイフック要求減衰力演算部5Cは、第1減衰力目標値算出手段を構成する。目標躍度設定部5Eが目標躍度設定手段を構成する。加速度目標値演算部5G及び要求減衰力更新部5Hが第2減衰力目標値算出手段を構成する。躍度予測値演算部5Dが躍度算出手段を構成する。躍度閾値判定部5Fが減衰力目標値選択手段を構成する。アクチュエータ4が減衰力制御手段を構成する。要求減衰力更新部5Hは、減衰力目標値補正手段を構成する。
(1)第1減衰力目標値算出手段は、バネ上の上下速度を抑える減衰力目標値fdemを算出する。目標躍度設定手段は、上下加速度の変化率に関する値である目標躍度Jthを設定する。第2減衰力目標値算出手段は、上記目標躍度Jth以下の上下加速度変化にバネ上の上下加速度変化を抑える減衰力目標値を算出fdem2する。躍度算出手段は、バネ上の上下加速度の変化率であって発生すると予測される躍度Jを算出する。減衰力目標値選択手段は、躍度算出手段が算出する躍度Jが目標躍度Jthを超えると判定すると、第2減衰力目標値算出手段が算出する減衰力目標値を選択し、躍度算出手段が算出する躍度が目標躍度Jth以下の場合には第1減衰力目標値算出手段が算出する減衰力目標値を選択する。減衰力制御手段は、減衰力目標値選択手段が選択した減衰力目標値を目標値として減衰力可変型ショックアブソーバ1の減衰力を制御する。
バネ上の上下加速度の変化が目標躍度Jthを越えることを抑制しつつ、バネ上のフワフワ振動の抑制を行う事が出来る。すなわち、車両の安定性向上のためのスカイフック制御則本来の目的であるバネ上のフワフワ振動の抑制と、快適性を阻害する上下躍度の抑制と、を両立することが可能となる。
復元力成分を考慮して第2減衰力目標値算出手段が算出する減衰力目標値fdem2を求める事で、加速度変化を抑えても、サスペンションの底づき等の場合のように、減衰力を上げたほうがより上下躍度を抑えられる場合に適応可能となる。
これによって、バネ上の上下加速度の変化が目標躍度Jthを越える前に、第1減衰力目標値算出手段が算出した減衰力目標値fdemから第2減衰力目標値算出手段が算出した減衰力目標値fdem2に切替可能となる。これによって、バネ上の上下加速度の変化が目標躍度Jthを越えることを抑えることが可能となる。
次に、第2実施形態について図面を参照しつつ説明する。上記第1実施形態と同様な構成については同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第1実施形態と同様である。但し、目標躍度設定部5Eが異なる。
本実施形態の目標躍度設定部5Eは、車両の走行状態及び運転操作の少なくとも一方に基づき、目標躍度Jthを設定変更する。
その他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
ここで、本実施形態の前提とする車両は、複数の走行モードを選択可能な構成とする。複数の走行モードは、ノーマルモード、Sportsモード、Comfortモードとする。
そして、運転者の操作で、上記走行モードの一つを選択するモード選択スイッチ20を備える。走行モードの初期値はノーマルモードとする。
また、車速を検出する車速センサを備える。車速センサ21は、車輪速などによって車速を検出する。
上記目標躍度設定部5Eは、車速及び選択された走行モードを取得し、その車速及び選択された走行モードに応じて目標躍度Jthを設定変更する。
また、選択された走行モードがComfortモードの場合には、車速が低い場合には、速度の増加に伴う目標躍度Jthの増分を抑え、車速が所定以上となると、速度の増加に伴う目標躍度Jthの増分を大きくする。
一方、選択された走行モードがSportsモードの場合には、車速が低い場合には、速度の増加に伴う目標躍度Jthの増分を大きくし、車速が所定以上となると、速度の増加に伴う目標躍度Jthの増分を抑える。
車両走行時において、減衰力が低いソフトモードAは、躍度は小さいものの、バネ上の変位が大きく、乗員にはその挙動の大きさが視覚情報としても感じられ、不安感を与える。また、バネ上の変位の大きさと共に、乗員も大きく変位するため、乗員と車体3との相対変位が大きくなることから、運転操作を阻害する一因となる恐れがある。よって、安全性・安心感とも両立させるためには、車速が高速の走行状態では、より車両の安定性を確保することが乗員にとっての安心感に繋がる。
このような車速域に依存する快適性と安心感を両立させるためには、高速では安定性に重みを持たせ、低速では快適性に重みを持たせることが必要となる。
以上のようなことを鑑みて、本実施形態では、目標躍度Jthを車速に応じて、上述の通り設定変更する。
(1)目標躍度設定手段は、車両の走行状態及び運転操作の少なくとも一方に基づき、要求される快適性及び安定性の重み付けを推定し、その推定に基づき目標躍度Jthを設定変更する。
これによって、車両の走行状態や運転操作に応じた適切な目標躍度Jthに設定可能となる。
(2)上記目標躍度設定手段は、車速に応じて目標躍度Jthを設定変更し、車速が高い場合、車速が低い場合に比べて、目標躍度Jthの値を大きくする。
車速が高速の走行状態における車両の安定性を確保すると共に、車速が低速の走行状態における、走出しの滑らかさといった快適性を確保することが可能となる。
走行モードの車両特性に応じた目標躍度Jthに設定可能となる。
(1)上記説明では、車速と走行モードの両方を変数として目標躍度Jthの設定を行う場合を例示している。車速だけから目標躍度Jthを設定変更しても良い。また、走行モードだけから、目標躍度Jthを設定変更しても良い。
(2)快適性と安定性との重み付けによって、目標躍度Jthを設定変更している。他の車両挙動情報若しくは運転操作から、快適性と安定性とのどちらを優先するか予測し、その予測によって目標躍度Jthを設定変更しても良い。
次に、第3実施形態について図面を参照しつつ説明する。上記各実施形態と同様な構成については同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第1実施形態と同様である。但し、目標躍度設定部5Eが異なる。
本実施形態の前提とする車両は、操舵角センサ22を備える。操舵角センサ22は、ステアリングホイールの操舵角を検出する。
そして、本実施形態の目標躍度設定部5Eは、運転操作に基づき、目標躍度Jthを設定変更する。すなわち、本実施形態の目標躍度設定部5Eでは、運転者が操作するステアリングホイールの操舵角の情報に応じて目標躍度Jthを設定変更する。具体的には、図14に示すマップを使用して、操舵角若しくは操舵角速度が大きい場合、操舵角若しくは操舵角速度が小さい場合に比べて、目標躍度Jthの値を大きくする。
その他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
操舵時には、車両のロール挙動などにより、乗員の体が振られ、運転操作を阻害する一因となり、安全性が低下するため、より車両の安定性が求められる。一方、直進時は運転操作へ気を取られない分、より快適性が求められる。
このことを考慮して、上述のように操舵角の情報に基づき、操舵時と、直進走行時とで車両挙動に重みを持たせる。すなわち、操舵情報によって、この操舵時と直進走行時とを判別し、安全性と快適性との間の車両挙動に重みを持たせるために、操舵角速度若しくは操舵角に応じて躍度目標値を変化させる。
(1)目標躍度設定手段は、ステアリングホイールの操舵角若しくは操舵角速度に応じて目標躍度Jthを設定変更し、操舵角若しくは操舵角速度が大きい場合、操舵角若しくは操舵角速度が小さい場合に比べて、目標躍度Jthの値を大きくする。
操舵時の安全性と、直進時の快適性との両方を確保可能となる。
次に、第4実施形態について図面を参照しつつ説明する。上記各実施形態と同様な構成については同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第1実施形態と同様である。但し、目標躍度設定部5Eが異なる。
本実施形態の前提とする車両は、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ23と、ブレーキ液圧を検出する液圧センサ24とを備える。
そして、本実施形態の目標躍度設定部5Eは、車両に発生する加減速度に応じて目標躍度Jthを設定変更し、加減速度の絶対値が大きい場合、加減速度の絶対値が小さい場合に比べて、目標躍度Jthの値を大きくする。具体的には、アクセル開度によって加速度を推定する。また、液圧センサ24が検出する液圧によって減速度を推定する。
その他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
加速時/減速時は、車両にはピッチングが発生する。ピッチングは、バネ上変位の視覚情報が乗員に感じられ、不安感を与える。また、車両特性としても前、後輪の接地荷重が大きく変動するため、旋回を伴う場合などは、前、後輪のステアバランスが変動し、狙った旋回軌跡を乱す要因となるため、安定性が求められる。
一方、一定速走行時は、乗員は操作へ集中する頻度が少なくなり、乗心地や快適性を感じ取りやすい状態となる。よって、加速時/減速時の安定性と一定速走行時の快適性とで、車両挙動に異なる重みが必要となる。
以上のことを考慮して、上記2つのシーンに応じて、目標躍度Jthを変更することで車両特性を変化させる。そのため、アクセル開度、ブレーキ液圧に応じて、躍度目標値を変化させる。
(1)目標躍度設定手段は、車両に発生する加減速度に応じて目標躍度Jthを設定変更し、加減速度の絶対値が大きい場合、加減速度の絶対値が小さい場合に比べて、目標躍度Jthの値を大きくする。
加速時/減速時の安定性と一定速走行時の快適性とを確保可能となる。
(変形例)
上記実施形態では、アクセル開度及びブレーキ液圧で加減速度度を推定している。ただし、これに限定しない。
加減速度自体を直接検出して、加減速度の絶対値が大きいほど目標躍度Jthが大きくなるように設定しても良い。
次に、第5実施形態について図面を参照しつつ説明する。上記各実施形態と同様な構成については同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第1実施形態と同様である。但し、目標躍度設定部5Eが異なる。
本実施形態では、目標躍度設定部5Eは、図16に示すように、前輪側の減衰力可変型ショックアブソーバ1に対する目標躍度Jthを、後輪側の減衰力可変型ショックアブソーバ1に対する目標躍度Jthよりも大きく設定する。
その他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
前席の乗員は運転操作や車両の周囲環境に集中するため、より車両の安定性が求められる。一方、後席の乗員は、運転操作の必要が無く、より車両の快適性が求められる。このように、同じ車両の中でも乗員の位置により安定性と快適性に求められる重みが異なる。しかしながら、乗員は同じバネ上に乗っているため、この安定性と快適性の両立が困難である。このトレードオフ解消のために、より車軸上近傍に座る後席乗員の快適性確保を目的にフロントサスペンションとリアサスペンションへ異なる躍度目標値を設定する。
(1)目標躍度設定手段は、前輪側の減衰力可変型ショックアブソーバ1に対する目標躍度Jthを、後輪側の減衰力可変型ショックアブソーバ1に対する目標躍度Jthよりも大きく設定する。
前席の乗員、特に運転者に対する安定性と、後席の乗員に対する快適性を確保可能と成る。
2 車輪
4 アクチュエータ
5 アブソーバコントローラ
5A 積分手段
5Aa バネ上上下速度演算部
5Ab バネ下上下速度演算部
5Ac ストローク速度演算部
5Ad ストローク演算部
5B 復元力演算部
5C スカイフック要求減衰力演算部
5D 躍度予測値演算部
5E 目標躍度設定部
5F 躍度閾値判定部
5G 加速度目標値演算部
5H 要求減衰力更新部
5J 要求減衰力出力部
6 サスペンションスプリング
7 バネ上用の下加速度センサ
8 バネ下用の上下加速度センサ
20 モード選択スイッチ
21 車速センサ
22 操舵角センサ
23 アクセル開度センサ
24 液圧センサ
Csky スカイフック減衰係数
fdem スカイフック要求減衰力(減衰力目標値)
fdem2 減衰力目標値(減衰力目標値)
fks 復元力成分
J 予測した躍度
Jth 目標躍度
Claims (9)
- 車両のバネ上とバネ下との間に介装した減衰力可変型ショックアブソーバが発生する減衰力を制御する減衰力制御装置であって、
バネ上の上下速度を抑える減衰力目標値を算出する第1減衰力目標値算出手段と、
上下加速度の変化率に関する値である目標躍度を設定する目標躍度設定手段と、
上記目標躍度以下の上下加速度変化にバネ上の上下加速度変化を抑える減衰力目標値を算出する第2減衰力目標値算出手段と、
第1減衰力目標値算出手段が算出した減衰力目標値によりバネ上に発生すると予測される上下加速度と、過去の上下加速度情報とから、発生が予測される躍度を算出する躍度算出手段と、
躍度算出手段が算出する躍度が目標躍度を超えると判定すると、第2減衰力目標値算出手段が算出する減衰力目標値を選択し、躍度算出手段が算出する躍度が目標躍度以下の場合には第1減衰力目標値算出手段が算出する減衰力目標値を選択する減衰力目標値選択手段と、
減衰力目標値選択手段が選択した減衰力目標値を目標値として減衰力可変型ショックアブソーバの減衰力を制御する減衰力制御手段と、
車両のバネ上とバネ下との間の復元力成分を取得する復元力取得手段と、
第2減衰力目標値算出手段が算出する減衰力目標値を、上記復元力取得手段が取得した復元力成分で補正する減衰力目標値補正手段と、
を備えることを特徴とする減衰力制御装置。 - 目標躍度設定手段は、車両の走行状態及び運転操作の少なくとも一方に基づき、要求される快適性及び安定性の重み付けを推定し、その推定に基づき目標躍度を設定変更することを特徴とする請求項1に記載した減衰力制御装置。
- 上記目標躍度設定手段は、車速に応じて目標躍度を設定変更し、車速が高い場合、車速が低い場合に比べて、目標躍度の値を大きくすることを特徴とする請求項2に記載した減衰力制御装置。
- 快適性及び安定性を指標とした複数の走行モードから、運転者が走行モードを選択する走行モード選択手段を備え、
目標躍度設定手段は、走行モード選択手段で選択された走行モードに応じて目標躍度を設定変更し、快適性よりも安定性の重み付けが大きい走行モードの場合、安定性よりも快適性の重み付けが大きい走行モードに比べて、目標躍度の値を大きくすることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載した減衰力制御装置。 - 目標躍度設定手段は、ステアリングホイールの操舵角若しくは操舵角速度に応じて目標躍度を設定変更し、操舵角若しくは操舵角速度が大きい場合、操舵角若しくは操舵角速度が小さい場合に比べて、目標躍度の値を大きくすることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載した減衰力制御装置。
- 目標躍度設定手段は、車両に発生する加減速度に応じて目標躍度を設定変更し、加減速度の絶対値が大きい場合、加減速度の絶対値が小さい場合に比べて、目標躍度の値を大きくすることを特徴とする請求項2〜請求項5のいずれか1項に記載した減衰力制御装置。
- 目標躍度設定手段は、前輪側の減衰力可変型ショックアブソーバに対する目標躍度を、後輪側の減衰力可変型ショックアブソーバに対する目標躍度よりも大きく設定することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載した減衰力制御装置。
- 車両のバネ上とバネ下との間に介装した減衰力可変型ショックアブソーバの減衰力を、 バネ上の上下速度を抑える減衰力目標値を目標値として制御し、
バネ上の上下加速度の変化率である躍度が、所定の目標躍度を超えると予測すると、目標躍度以下の上下加速度変化にバネ上の上下加速度変化を抑える減衰力目標値を上記目標値として制御し、その際に、減衰力目標値を、車両のバネ上とバネ下との間の復元力成分で補正することを特徴とする減衰力制御方法。 - 快適性及び安定性を指標として、快適性よりも安全性の重み付けが高い走行状態と判定すると、安全性よりも快適性の重み付けが高い走行状態に比べて、上記目標躍度を大きく設定することを特徴とする請求項8に記載した減衰力制御方法。
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