JP5716846B2 - 車体制振制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行中の入力情報に基づいて推定した車体のばね上挙動を、駆動トルクの制御により抑制する車体制振制御装置に関する。

従来、駆動トルクの制御により、ばね上挙動を安定化するよう駆動トルクの補正を行う車体制振制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２６４６２８号公報

しかしながら、従来の車体制振制御装置にあっては、トルク入力とピッチング方向の運動方程式に基づいて得られた駆動トルクの制御指令値を、そのまま動力源に出力する構成としている。このため、エンジン車などのように、制御指令値に対する応答性が低い車では、十分な効果が期待できない、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、駆動トルクを制御するアクチュエータの応答性能にかかわらず、狙った車体制振制御効果を実現することができる車体制振制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車体制振制御装置は、走行中の入力情報に基づいて車体のばね上挙動を推定する車体振動推定部と、前記ばね上挙動を制御するとき、アクチュエータに加える駆動トルク指令値を補正する補正トルク値を算出するトルク指令値算出部と、を備えたことを前提とする。
この車体制振制御装置において、前記トルク指令値算出部は、前記ばね上挙動の推定結果に基づき補正トルク値を演算する補正トルク値演算部と、該演算された補正トルク値の符号が正負に切り替わる領域にあるとき補正トルク絶対値を増幅し、増幅した値で前記駆動トルク指令値の補正を行う補正トルク値増幅部と、を有する。

よって、ばね上挙動の推定結果に基づき演算された補正トルク値の符号が正負に切り替わる領域にあるとき、補正トルク絶対値が増幅され、増幅された値でアクチュエータに加える駆動トルク指令値の補正が行われる。
すなわち、補正トルク値の符号が正負に切り替わる領域は、アクチュエータの応答遅れ領域や不感帯領域である。この領域に着目し、正負に切り替わる領域での補正トルク絶対値を増幅、つまり、正負いずれの補正トルク値についても補正量を増加することで、加えた駆動トルク指令値に対しアクチュエータが作動する作動領域が拡大する。このアクチュエータの作動領域の拡大に伴ってアクチュエータの非作動領域が減らされ、アクチュエータに加える駆動トルク指令値に対する実駆動トルクの応答が高められる。
この結果、駆動トルクを制御するアクチュエータの応答性能にかかわらず、狙った車体制振制御効果を実現することができる。

実施例１の車体制振制御装置が適用されたエンジン車を示す全体システム構成図である。 実施例１のエンジン車システムにおけるエンジンコントロールモジュール内の制御プログラム構成を示す制御ブロック図である。 実施例１のエンジンコントロールモジュール内の車体制振制御装置を示す制御ブロック図である。 実施例１のサスストローク算出部での説明においてサスペンションがストロークする際にタイヤが前後方向に変位することを示す模式図である。 実施例１のサスストローク算出部での説明においてサスペンションのストロークと前輪タイヤの前後方向変位関係特性を示す前輪タイヤ特性図である。 実施例１のサスストローク算出部での説明においてサスペンションのストロークと後輪タイヤの前後方向変位関係特性を示す後輪タイヤ特性図である。 実施例１の車体振動推定部に有する車両モデルを図式化したものを示す車両モデル図である。 実施例１のレギュレータ＆チューニング部の内部構成を示すゲインブロック図である。 実施例１のレギュレータ＆チューニング部のレギュレータゲインの機能を示すゲイン機能説明図である。 実施例１のバンドパスフィルタでの説明においてMT変速機のギア段によって異なる共振周波数特性を示す駆動系共振周波数特性図である。 実施例１のバンドパスフィルタでの説明において制御作動ギア段として設定したギア位置における駆動系共振周波数特性の各頂点を結んだ図形(a)と、駆動系共振周波数特性との干渉を避けたBPF特性の設定例(b)と、を示す図である。 実施例１の非線形ゲイン増幅部の具体的な構成を示すブロック図である。 実施例１の非線形ゲイン増幅部における増幅処理前の補正トルク値と増幅処理後の補正トルク値の関係を示す補正トルク値関係特性図である。 実施例１のエンジンコントロールモジュールにおいて実行される車体制振制御処理の流れを示すフローチャートである。 車体制振制御の基本作用の説明図であり、走行状況(a)、車軸トルク特性のタイムチャート(b)、ピッチ角速度特性のタイムチャート(c)を示す。 実施例１の車体制振制御で狙っている効果である「操舵応答の向上」と「荷重変動の抑制」と「ロール速度の抑制」の基本原理を示す原理説明図である。 実施例１の車体制振制御で狙っている「操舵応答の向上」の効果を示す説明図である。 実施例１の車体制振制御で狙っているドライバ入力による「荷重変動の抑制」の効果を示す説明図である。 実施例１の車体制振制御で狙っている路面外乱入力による「荷重変動の抑制」の効果を示す説明図である。 実施例１の車体制振制御装置を搭載したエンジン車で操舵時に実現される効果をあらわすピッチレイト（制御なし）・操舵入力・制御指令値（＝駆動トルク指令値）・ピッチレイト・ヨーレイト・ロールレイトの各特性を示すタイムチャートである。 他の実施例によるエンジンコントロールモジュール内の車体制振制御装置を示す制御ブロック図である。

以下、本発明の車体制振制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
実施例１における構成を、「全体システム構成」、「エンジンコントロールモジュールの内部構成」、「車体制振制御装置の入力変換部構成」、「車体制振制御装置の車体振動推定部構成」、「車体制振制御装置のトルク指令値算出部構成」に分けて説明する。

［全体システム構成］
図１は、実施例１の車体制振制御装置が適用されたエンジン車を示す全体システム構成図である。以下、図１に基づき、全体システム構成を説明する。
ここで、「車体制振制御」とは、車両のアクチュエータ(実施例１ではエンジン106)による駆動トルクを車体の振動に合わせて適切に制御することにより、車体振動を抑制する機能を持つ制御をいう。実施例１の車体制振制御においては、操舵時のヨー応答向上効果、操舵時のリニアリティ向上効果、ロール挙動の抑制効果も併せて得られる。

実施例１の車体制振制御装置が適用されたエンジン車は、図１に示すように、マニュアル変速による後輪駆動車であり、エンジンコントロールモジュール(ECM)101と、エンジン106と、を備えている。

前記エンジンコントロールモジュール101（以下、「ECM101」という。）は、エンジン106の駆動トルク制御を行う。このECM101には、左右前輪102FR,102FL（従動輪）と左右後輪102RR,102RL（駆動輪）に接続された車輪速センサ103FR,103FL,103RR,103RLからの信号と、ステアリングホイール110に接続された操舵角センサ111からの信号と、が入力される。さらに、ブレーキペダルへのドライバ操作量を検出するブレーキストロークセンサ104からの信号と、アクセルペダルへのドライバ操作量を検出するアクセル開度センサ105からの信号と、が入力される。これらの入力信号に応じてエンジン106を駆動するトルク指令値を算出し、トルク指令値をエンジン106へ送る。

前記エンジン106は、ECM101からのトルク指令値に応じた駆動トルクを発生し、発生した駆動トルクは、MT変速機107でドライバのシフト操作に応じて増減速される。MT変速機107で変速された駆動トルクは、シャフト108及びディファレンシャルギア109でさらに変速され、左右後輪102RR,102RLへと伝達され、車両を駆動する。

［エンジンコントロールモジュールの内部構成］
車体制振制御装置は、ECM101内に制御プログラムの形で構成されていて、ECM101内部の制御プログラムをあらわすブロック構成を図２に示す。以下、図２に基づき、ECM101の内部構成を説明する。

前記ECM1101は、図２に示すように、ドライバ要求トルク演算部201と、トルク指令値演算部202と、車体制振制御装置203と、を備えている。

前記ドライバ要求トルク演算部201は、ブレーキストロークセンサ104からのドライバによるブレーキ操作量情報と、アクセル開度センサ105からのドライバによるアクセル操作量情報を入力し、ドライバ要求トルクを演算する。

前記トルク指令値演算部202は、ドライバ要求トルク演算部201からのドライバ要求トルクに車体制振制御装置203からの補正トルク値を加算したトルク指令値と、車載の他システム（例えば、VDCやTCS等）からのトルク要求を入力する。そして、これらの入力情報に基づき、エンジン106への駆動トルク指令値を算出する。

前記車体制振制御装置203は、入力変換部204と、車体振動推定部205と、トルク指令値算出部206と、の３部構成となっている。入力変換部204は、ドライバ要求トルク、エンジン回転数、車輪速、操舵角を入力し、これらの入力情報を、駆動トルクと路面からの上下力と旋回抵抗力に変換する。車体振動推定部205は、入力変換部204からの駆動トルクと上下力と旋回抵抗力を車両モデルに入力することにより、トルク入力によるばね上挙動と、外乱によるばね上挙動と、操舵によるばね上挙動と、を推定する。トルク指令値算出部206は、車体振動推定部205により推定されたばね上挙動に基づき、ばね上挙動を抑制するように補正トルク値を算出する。

［車体制振制御装置の入力変換部構成］
図３は、車体制振制御装置203の内部を詳細にあらわしたブロック構成を示す。以下、図３〜図６に基づき、３部構成による車体制振制御装置203のうち、入力変換部204の構成を説明する。

前記入力変換部204は、車両からのセンシング情報を、後段の車体振動推定部205で用いる車両モデル307への入力形式（具体的には、車体に加わるトルクまたは力の次元）に変換を行う。この入力変換部204は、図３に示すように、駆動トルク変換部301と、サスストローク算出部302と、上下力変換部303と、車体速度推定部304と、旋回挙動推定部305と、旋回抵抗力推定部306と、を有する。

前記駆動トルク変換部301では、ドライバ要求トルクにギア比を積算してエンジン端トルクから駆動軸端トルクＴwに変換する。ギア比は、車輪速(駆動輪の左右平均回転数)とエンジン回転数の比より算出する。このギア比は、MT変速機107とディファレンシャルギア109を合わせた総ギア比となる。

前記サスストローク算出部302では、車輪速に基づいてサスペンションのストローク速度及びストローク量を算出する。サスペンションがストロークする際には、図４に示すように、タイヤは前後方向にも変位をもち、この関係性は車両のサスペンションのジオメトリによって決まる。これを図示したものが図５及び図６である。この関係性を線形近似し、前後変位に対する上下変位の係数を前輪と後輪でそれぞれＫgeoF,ＫgeoRとすると、前後輪の上下変位Ｚf,Ｚrはタイヤの前後位置ｘtf,ｘtrに対して次式の関係となる。
Ｚf＝ＫgeoF・ｘtf
Ｚr＝ＫgeoR・ｘtr
上式を微分すると、タイヤの前後速度と上下速度の式となるため、この関係を用いてサスペンションのストローク速度とストローク量を算出する。

前記上下力変換部303では、サスストローク算出部302で算出したサスペンションのストローク速度とストローク量に対し、ばね係数と減衰係数をそれぞれ積算し、その和をとることで、前後輪上下力Ｆf,Ｆrに変換する。

前記車体速度推定部304では、車輪速情報のうち、従動輪102FR,102FLの車輪速度平均値を車体速度Ｖとして出力する。

前記旋回挙動推定部305では、車体速度推定部304からの車体速度Ｖと、操舵角センサ111からの操舵角を入力し、操舵角によりタイヤ転舵角δを算出し、周知の旋回２輪モデルの式を用いて、ヨーレイトγと車体横滑り角βvを算出する。

前記旋回抵抗力推定部306では、旋回挙動推定部305で算出したヨーレイトγと車体横滑り角βv及びタイヤ転舵角δに基づいて、タイヤ横滑り角である前後輪スリップ角βf,βrを算出する（下記の式）。そして、前後輪スリップ角βf,βrとコーナリングパワーＣpf,Ｃprの積によりコーナリングフォースＦyf,Ｆyr（タイヤ横力）を算出する。さらに、前後輪スリップ角βf,βrとコーナリングフォースＦyf,Ｆyrとコーナリングパワー変化率の積により前後輪旋回抵抗力Ｆcf,Ｆcrを算出する。
なお、前後輪スリップ角βf,βrは、次式で計算できる。
βf＝βv＋lf・γ/Ｖ−δ
βr＝βv−lr・γ/Ｖ
但し、lf及びlrは、車体重心から前後車軸までの距離である。

［車体制振制御装置の車体振動推定部構成］
図３は、車体制振制御装置203の内部を詳細にあらわしたブロック構成を示す。以下、図３及び図７に基づき、３部構成による車体制振制御装置203のうち、車体振動推定部205の構成を説明する。

前記車体振動推定部205は、図７に示すように、車両モデル307を有する。この車両モデル307は、本システムが搭載される車両（車体、前輪サスペンション、後輪サスペンション等）をモデル化した上下運動方程式やピッチング運動方程式によりあらわしている。そして、入力変換部204での処理により算出した駆動軸端トルクＴw、前後輪上下力Ｆf,Ｆr、前後輪旋回抵抗力Ｆcf,Ｆcrを、車両モデル307に入力することで、ばね上挙動のうち制御対象とする状態量を算出する。

前記車体振動推定部205にて算出されるばね上挙動の状態量は、
・トルク入力によるばね上挙動
バウンス速度・バウンス量・ピッチ速度・ピッチ角度
・外乱（車輪速）によるばね上挙動
バウンス速度・バウンス量・ピッチ速度・ピッチ角度
・操舵によるばね上挙動
バウンス速度・バウンス量・ピッチ速度・ピッチ角度
である（図８参照）。

［車体制振制御装置のトルク指令値算出部構成］
図３は、車体制振制御装置203の内部を詳細にあらわしたブロック構成を示す。以下、図３及び図８〜図１４に基づき、３部構成による車体制振制御装置203のうち、トルク指令値算出部206の構成を説明する。

前記トルク指令値算出部206は、図３に示すように、レギュレータ＆チューニング部308,309,310（補正トルク値演算部）と、リミット処理部311と、バンドパスフィルタ312と、非線形ゲイン増幅部313（補正トルク値増幅部）と、リミット処理部314と、エンジントルク変換部315と、を備えている。

前記レギュレータ＆チューニング部308,309,310は、車体振動推定部205で算出された制御対象とする状態量に対し、レギュレータ処理を行い、さらに、重み付けを行うためのチューニングゲインを積算し、その和をとり制御に必要な補正トルク値を算出する。
このレギュレータ＆チューニング部308,309,310には、制御対象である「トルク入力によるばね上挙動を表す各状態量」と「外乱によるばね上挙動を表す各状態量」と「操舵によるばね上挙動を表す各状態量」のそれぞれに対し、レギュレータゲインと、チューニングゲインと、を有する。

前記レギュレータゲインとしては、「トルク入力によるばね上挙動を表す各状態量」に対して、図８に示すように、Trq-dZvゲイン（バウンス速度ゲイン）と、Trq-dSｐゲイン（ピッチ速度ゲイン）と、を設定する。「外乱によるばね上挙動を表す各状態量」に対して、図８に示すように、Ws-SFゲイン（前後バランスゲイン）と、Ws-dSFゲイン（前後バランス変化速度ゲイン）と、Ws-dZvゲイン（バウンス速度ゲイン）と、Ws-dSpゲイン（ピッチ速度ゲイン）と、を設定する。「操舵によるばね上挙動を表す各状態量」に対して、図８に示すように、Str-dWfゲイン（前輪荷重変化速度ゲイン）と、Str-dWrゲイン（後輪荷重変化速度ゲイン）と、を設定する。
前記各ゲインが持つ機能を説明すると、図９に示すように、レギュレータ＆チューニング部308,309の各レギュレータゲインは、荷重の安定化に寄与し、レギュレータ＆チューニング部310の各レギュレータゲインは、荷重の付加に寄与する。そして、Trq-dZvゲインは、バウンス速度を抑制し、Trq-dSｐゲインは、ピッチ速度を抑制する。Ws-SFゲインは、前後荷重変化を抑制し、Ws-dSFゲインは、前後荷重変化速度を抑制し、Ws-dZvゲインは、バウンス速度を抑制し、Ws-dSpゲインは、ピッチ速度を抑制する。さらに、Str-dWfゲインは、前輪荷重を上乗せし、Str-dWrゲインは、後輪荷重変動を抑制する。
そして、各状態量に対しレギュレータゲインを積算した値を、車両の駆動トルクから差し引けば、各状態量は平衡状態（ここでは、振動が止まる方向）に働く。したがって、各状態量に負のレギュレータゲインを積算した値を補正トルク値とし、これを駆動トルク指令値に加算することになる。

前記チューニングゲインは、各レギュレータゲインのそれぞれに設定されている。すなわち、図８に示すように、Trq-dZvゲインに対しチューニングゲインK1、Trq-dSｐゲインに対しチューニングゲインK2、Ws-SFゲインに対しチューニングゲインK3、Ws-dSFゲインに対しチューニングゲインK4、Ws-dZvゲインに対しチューニングゲインK5、Ws-dSpゲインに対しチューニングゲインK6、Str-dWfゲインに対しチューニングゲインK7、Str-dWrゲインに対しチューニングゲインK8を設定する。
これは、レギュレータゲインで補正すると、駆動トルクを変動させるため、レギュレータゲインで補正したものをそのままトルク指令値にした場合、前後Ｇ変動が違和感を生じることがあるし、また、狙いとする操舵応答向上やロール挙動の積極的な制御を実現することができないことがある。
そこで、チューニングゲインK1〜K6は、振動を抑制する正方向の値で、かつ、違和感を与えない前後Ｇ変動範囲に含まれる値に設定する。チューニングゲインK7,K8は、振動を助長する負方向で、かつ、違和感を与えない前後Ｇ変動範囲に含まれる値に設定する。これらのチューニングゲインK1〜K8を積算した値の和を、車両駆動軸に付与することにより、前後輪荷重を安定化させてタイヤの性能を十分に発揮させることが可能となり、また、操舵時には、前輪に荷重を上乗せし、操舵応答の向上、穏やかなロール挙動を実現できるようになる。
なお、チューニングゲインK1〜K8は、重み付けの調整代であるため、適用車両に応じて初期設定値を変更することで、車種への対応性を持たせることができる。さらに、チューニングゲインK1〜K8を走行中に変更可能にしておくと、走行状況やドライバ操作状況などに応じ、適切にチューニングゲインK1〜K8を調整することで、走行状況などによって特に実現したい制御効果を強調することもできる。

前記リミット処理部311及び前記バンドパスフィルタ312は、レギュレータ＆チューニング部308,309,310で算出される補正トルク値に対し、駆動系共振対策のリミット処理とフィルタ処理を施す。
リミット処理部311は、上記チューニングゲインK1〜K8を積算した値の和（補正トルク値）に対して、駆動系共振対策として、補正トルク値の絶対値の最大値制限処理を行い、ドライバが前後Ｇ変動として感じない範囲のトルクに制限する。
バンドパスフィルタ312は、リミット処理部311と同様に駆動系共振対策として、車体のばね上振動成分を抽出するとともに、ばね上振動成分を抑制するように駆動系共振周波数成分の除去を行う。
その理由は、実際の車両、特に、エンジン車などにおいては、駆動トルクに不用意に振動成分を付加すると、駆動系共振と干渉して違和感となる振動が発生することがあることによる。加えて、エンジン車などは、駆動トルク指令に対する応答性の悪さや不感帯があるため、期待した制御効果を十分に得ることができないおそれがあるために必要となる。

ここで、バンドパスフィルタ312の設計方法について説明する。
一般に、駆動系共振周波数は、MT変速機107のギア段によって異なり、図１０に示すように、低速ギアでは低周波側であり、高速ギア段では高周波側の共振周波数を持つ。
ここで設置するバンドパスフィルタ312は、ばね上共振周波数(一般に、1Hz〜2Hz付近)のゲインを０dBとなるように設定する。また、低速ギア段の共振周波数が車体ばね上共振周波数と近い場合、そのギア段にあるときは制御中断とし、駆動トルクの補正は行わないこととする。例えば、１速ギア段や２速ギア段の選択時には、駆動トルクの補正は行わない。
そして、制御作動ギア段（例えば、３速ギア段〜５速ギア段）として設定したギア位置における駆動系共振周波数特性の各頂点を結んだ図形（図１１(a)の包絡点線）を、０dBの線で上下反転させた領域（図１２のハッチングにて示すＤ領域）に干渉しないように、バンドパスフィルタ312の周波数特性を設定する（図１１(b)の実線にて示すBPF特性）。
このようにバンドパスフィルタ312を設計することで、駆動系共振により指令値が増幅されても、予めバンドパスフィルタ312でゲインを下げておくため系全体では０dBとなり、バンドパスフィルタ312より前段のリミット処理部311で制限した車両挙動より大きな車両挙動が発生することがなくなる。

前記非線形ゲイン増幅部313は、バンドパスフィルタ312から出力される補正トルク値に対し、アクチュエータ（エンジン106）の応答性対策として、補正トルク値の正負切り替わり領域付近（＝アクチュエータの不感帯領域）での補正トルク値の増幅を行う。
この非線形ゲイン増幅部313は、図１２に示すように、分岐部313aと、絶対値変換部313bと、ゲイン設定部313cと、積算部313dと、を有する。分岐部313aは、バンドパスフィルタ312からの補正トルク値を絶対値変換部313bと積算部313dに分ける。絶対値変換部313bは、入力される補正トルク値（＝増幅処理前の補正トルク値）を絶対値に変換する。ゲイン設定部313cは、入力された補正トルク絶対値と、予め設定している非線形ゲインのマップにより、ゲインを設定する。積算部313dは、増幅処理前の補正トルク値とゲイン設定部313cからのゲインとの積により増幅処理後の補正トルク値を算出する。

ここで、非線形ゲインは、増幅処理前の補正トルク絶対値を入力としたマップで定義され、その出力(ゲイン)と元の増幅処理前の補正トルク値の積を、非線形ゲイン処理後の出力とする。なお、非線形ゲインのマップは、横軸に入力である増幅処理前補正トルク絶対値をとり、縦軸に積算するゲインをとるとき、入力０で最も大きな値となり、アクチュエータの不感帯領域内にて入力０から大に向かうほどゲインの値は次第に小さくなる。そして、入力がアクチュエータの不感帯領域を超えるときには１に近い値であり、入力がさらに大きい側の最終値は１（定常値）となる（図１２）。なお、この「非線形ゲインによる補正トルク値の正負切り替わり領域付近の増幅処理」において、増幅処理前の補正トルク値と増幅処理後の補正トルク値の関係は、図１３に示すように、単調増加の関係となる。また、増幅処理前の補正トルク絶対値の大きい領域では、増幅処理前の補正トルク値＝増幅処理後の補正トルク値となる。

前記リミット処理部314は、非線形ゲイン増幅部313から出力される増幅処理後の補正トルク値に対し、最終的なリミット処理を行う。

前記エンジントルク変換部315は、リミット処理部314からのリミット処理後の補正トルク値を、ギア比に応じたエンジン端トルク値に変換し、これを最終の補正トルク値として出力する。

次に、作用を説明する。
実施例１の車体制振制御装置における作用を、「車体制振制御処理作用」、「車体制振制御の基本作用」、「エンジン車での制振効果実現作用」に分けて説明する。

［車体制振制御処理作用］
図１４は、実施例１のエンジンコントロールモジュール101にて実行される車体制振制御処理を示すフローチャートである。以下、図１４のフローチャートに基づき、車体制振制御処理作用を説明する。

車体制振制御処理では、ステップS1401〜ステップS1422へと順次進む処理の流れが、所定の制御周期毎に実行される。
車体制振制御処理を開始すると、ステップS1401では、ドライバ要求トルク演算部201にてドライバ要求トルクが演算される。次のステップS1402では、駆動トルク変換部301にてドライバ要求トルクにギア比を積算してエンジン端トルクから駆動軸端トルクＴwに単位変換される。次のステップS1403では、車輪速センサ103FR,103FL,103RR,103RLにより車輪速が検出される。次のステップS1404では、サスストローク算出部302にて車輪速に基づいてサスペンションのストローク速度とストローク量が算出される。次のステップS1405では、上下力変換部303にてサスペンションのストローク速度とストローク量が前後輪上下力Ｆf,Ｆrに変換される。次のステップS1406では、操舵角センサ111により操舵角が検出される。次のステップS1407では、車体速度推定部304にて車体速度Ｖが算出される。次のステップS1408では、旋回挙動推定部305にてヨーレイトγと車体横滑り角βvが算出される。次のステップS1409では、旋回抵抗力推定部306にて前後輪スリップ角βf,βr（タイヤ横滑り角）が算出される。次のステップS1410では、旋回抵抗力推定部306にてコーナリングフォースＦyf,Ｆyr（タイヤ横力）が算出される。次のステップS1411では、旋回抵抗力推定部306にて前後輪旋回抵抗力Ｆcf,Ｆcrが算出される。以上の処理は、入力変換部204までの間になされる。

次のステップS1412では、車体振動推定部205にて車体のばね上挙動を表す状態量が算出される。次のステップS1413では、例えば、車速によりレギュレータ＆チューニング部308,309,310のチューニングゲインが変更される。次のステップS1414では、レギュレータ＆チューニング部308にてドライバトルクによる振動を抑制する補正トルク値Ａが算出される。次のステップS1415では、レギュレータ＆チューニング部309にて外乱による振動を抑制する補正トルク値Ｂが算出される。次のステップS1416では、レギュレータ＆チューニング部310にて操舵による前後荷重変動を増幅する補正トルク値Ｃが算出される。次のステップS1417では、補正トルク値Ａと補正トルク値Ｂと補正トルク値Ｃの和による補正トルク値が出力される。

次のステップS1418では、リミット処理部311にて補正トルク値に対し駆動系共振対策のリミット処理が施される。次のステップS1419では、バンドパスフィルタ312にて補正トルク値に対し駆動系共振成分を除去するフィルタ処理が施される。次のステップS1420では、非線形ゲイン増幅部313にて正負切り替わり領域付近で補正トルク値を増幅する非線形ゲイン処理が行われる。次のステップS1421では、リミット処理部314にて増幅処理後の補正トルク値に対して最終的なリミット処理が行われる。次のステップS1422では、エンジントルク変換部315にて駆動軸端の補正トルク値がエンジン端補正トルク値に単位変換され、これが最終の補正トルク値として出力される。この処理を、制御周期毎に繰り返す。

この結果、エンジン106に出力される駆動トルク指令値は、走行中に荷重変動を安定化させ、操舵時、前輪への荷重を上乗せする補正トルク値により補正され、走行中の前後荷重変動は安定化され、操舵時には左右前輪102FR,102FLに積極的に輪荷重が乗ることで、操舵応答の向上を実現できる。

［車体制振制御の基本作用］
駆動トルクによる車体制振制御では、具体的にどのようなメカニズムにより車体のばね上挙動がコントロールされるかを把握しておくことが必要である。以下、図１５〜図１９に基づき、これを反映する車体制振制御の基本作用を説明する。

まず、本車体制振制御は、トルク変動や外乱による車体挙動の変化速度を、エンジントルクの補正で抑制し、荷重の安定化と旋回性能の向上を狙う制御である。
そこで、具体的な走行状況として、図１５(a)に示すように、停車から発進加速した後、定速状態に入り、その後、減速して停車する場合を例にとる。
停車から発進加速すると、駆動トルクが急増することで、後輪の輪荷重が増加し、前輪の輪荷重が減少するという荷重移動が生じ、車体挙動としては、車体前方側が持ち上がるノーズアップとなる。このとき、図１５(a),(b)に示すように、駆動輪である後輪への駆動トルクをダウンさせると、減速時のように車体前方側が沈み込むノーズダウンの挙動を発生させ、荷重移動によるノーズアップと、トルクダウンによるノーズダウンが相殺し、車体挙動が安定する。
発進後、定速状態に入る定常状態では、車体挙動が安定しているため、駆動トルクを補正する制御は行わない。その後、ブレーキ操作等を行って減速停車する場合には、駆動トルクが急減することで、後輪の輪荷重が減少し、前輪の輪荷重が増加するという荷重移動が生じ、車体挙動としては、車体前方側が沈み込むノーズダウンとなる。このとき、図１５(a),(b)に示すように、駆動輪である後輪への駆動トルクをアップさせると、加速時のように車体前方側が持ち上がるノーズアップの挙動を発生させ、荷重移動によるノーズダウンと、トルクアップによるノーズアップが相殺し、車体挙動が安定する。
したがって、車体のピッチ角速度の変化をみると、図１５(c)に示すように、制振なしの場合に比べ、制振ありの場合が車体のピッチ角速度が小さく抑えられる。

本願の車体制振制御で性能向上を狙うシーンとその効果は、
(a)車線変更時やＳ字路等のシーンで、穏やかなロールとリニアリティの良さにより、安定感のあるリニアな旋回性能を得ること。
(b)高速巡航時等のシーンで、修正操舵の少なさやピッチダンピングの良さにより、車両の安定した巡航性能を得ること。
である。

(a)を達成するには、「操舵応答の向上」と「ロール速度の抑制」が必要であるし、(b)を達成するには、「荷重変動の抑制」が必要である。以下、図１６〜図１９に基づき、車体制振制御により、これらの効果を実現できる理由を説明する。

「操舵応答の向上」は、図１６及び図１７に示すように、操舵時、減速＝トルクダウンを行うと、前輪荷重が増加し、前輪タイヤのコーナリングパワーCpが増大し、タイヤ横力が増大することで、操舵応答が向上する。すなわち、コーナリングパワーCpは、輪荷重が大きいほど大きくなるという荷重依存特性を用い、操舵時に輪荷重を増加させることで、「操舵応答の向上」が実現される。

「荷重変動の抑制」は、図１６に示すように、例えば、ノーズアップ挙動が発生した場合には、減速＝トルクダウンを行うと、車体振動と逆位相の運動（ノーズダウン）が発生し、荷重変動の相殺により、荷重変動が抑制される。一方、ノーズダウン挙動が発生した場合には、加速＝トルクアップを行うと、車体振動と逆位相の運動（ノーズアップ）が発生し、荷重変動の相殺により、荷重変動が抑制される。そして、図１８に示すように、ドライバ入力により振動（荷重変動）が発生した場合も、図１９に示すように、路面外乱により振動（荷重変動）が発生した場合も、荷重変動が抑制される。すなわち、トルク変動と路面外乱によるピッチ挙動を推定すると、推定したピッチ挙動とは逆位相の駆動トルクで、「荷重変動の抑制」が実現される。

「ロール速度の抑制」は、上記の「操舵応答の向上」と「荷重変動の抑制」によりヨーレイトのリニアリティが向上する。したがって、ヨーレイトに比例して穏やかな横Ｇ変化となり、ロールレイトのピーク値が小さくなって、ロール速度が抑制される。すなわち、「操舵応答の向上」と「荷重変動の抑制」が組み合わされて、「ロール速度の抑制」が実現される。

以上のように、車体の振動要因を、操舵によるものと、それ以外によるものとに分離して車体制振制御を実施する。
したがって、操舵時には、前輪荷重が増加するよう積極的にノーズダウン挙動を助長することでヨー応答を向上させ、同時に余計な振動成分は抑制することでリニアリティを確保する。そして、これらの制御を同時に行うことで横Ｇの急変が抑えられるため、ロールレイトの抑制できるという本制御が狙いとする効果(a)を実現できる。
一方、直線路の巡航時には、トルク変動と路面外乱によるピッチ挙動を推定し、推定したピッチ挙動とは逆位相の駆動トルクを与えることで、荷重変動が抑制され、車両の安定した巡航性能を得るという本制御が狙いとする効果(b)を実現できる。

［エンジン車での制振効果実現作用］
上記本制御が狙いとする効果を実現するには、駆動トルク指令値に対し実駆動トルクが遅れなく応答することを理想とする。しかし、アクチュエータは、種類や型式などにより応答特性や不感特性などが様々であり、狙いとする効果を実現するには、アクチュエータ特性の違いに対応させる工夫が必要である。以下、これを反映するエンジン車での制振効果実現作用を説明する。

駆動トルクによる車体のばね上制振制御を行う上で、特に、エンジン（内燃機関）では不感帯や応答遅れを持つため、そのままでは狙いの効果を実現することは難しい。また、応答遅れを解決する手法として、フィルタによる位相進み処理があるが、位相進み処理を採用した場合には、高周波成分が増幅され、制御指令値の波形自体が大きく変更される。その結果、駆動系共振との干渉が発生する。加えて、フィルタによる位相進み処理では、不感帯や精度の課題を解決できない。

そこで、実施例１では、補正トルク値の正負が切り替わる領域において、その補正量を増幅し、増幅した補正トルク値により駆動トルク指令値を補正する構成を採用した。
すなわち、補正トルク値の符号が正負に切り替わる領域は、アクチュエータの応答遅れ領域や不感帯領域である。この領域に着目し、正負に切り替わる領域での補正トルク絶対値を増幅、つまり、正負いずれの補正トルク値についても補正量を増加することで、加えた駆動トルク指令値に対しアクチュエータであるエンジン106が作動する作動領域が拡大する。このエンジン106の作動領域の拡大に伴って、エンジン106の不感帯による非作動領域が減らされる。この非作動領域の減少により、駆動トルク指令値に対する実駆動トルクの出力応答性が高められることになる。
そして、駆動トルク指令値に対し実駆動トルクが応答し始めると、その後のトルク領域においては、増幅しないそのままの補正トルク値を出力する構成を採用した。
この構成により、フィルタによる位相進み処理とは異なり、制御全体の周波数特性を変えることなく、車体制振制御が行われる。

以上のようにして実施例１の車体制振制御を実行することにより、ロールレイトの抑制という狙いとする効果を、応答性が悪く不感帯の多いエンジン車などにおいても実現することが可能となり、併せて、駆動系共振による振動発生を防止することも可能となる。勿論、走行中の振動抑制効果も両立されているため、乗心地の向上も同時に実現することができる。

図２０は、直進走行から操舵したときの各特性を時系列であらわしたタイムチャートであり、図２０に基づき、車体制振制御効果を説明する。
車体制振制御では、図２０の矢印Ｊに示すように、（車体振動を抑制する指令トルク）＋（操舵応答をコントロールする指令トルク）による制御指令値（＝駆動トルク指令値）が出力される。
このため、時刻t1までの直進走行域では、図２０の矢印Ｅに示すように、制御無しに比べ、ピッチレイトが抑制され、車両の安定した走行性能により、乗心地の向上が実現されていることが分かる。
そして、時刻t1以降の操舵過渡領域においては、図２０の矢印Ｆに示すように、ピッチレイトの変化が抑制されていて、適切な荷重移動が実現されていることが分かる。操舵過渡領域のうち、旋回初期においては、図２０の矢印Ｇに示すように、制御無しに比べてヨーレイトが早期に立ち上がり、初期応答性が向上していることが分かる。さらに、操舵過渡領域のうち、旋回後期においては、図２０の矢印Ｈに示すように、制御無しに比べてヨーレイトが緩やかに変化し、旋回巻き込みが抑制されていることが分かる。
そして、操舵過渡領域（旋回初期〜旋回後期）においては、ピッチレイトの変化を抑制する制御と、ヨーレイトの変化を抑制する制御と、を同時に行うことで、横Ｇの急変が抑えられるため、図２０の矢印Ｉに示すように、制御無しに比べてロールレイトが抑制されていることが分かる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車体制振制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 走行中の入力情報に基づいて車体のばね上挙動を推定する車体振動推定部205と、前記ばね上挙動を制御するとき、アクチュエータ（エンジン106）に加える駆動トルク指令値を補正する補正トルク値を算出するトルク指令値算出部206と、を備えた車体制振制御装置において、
前記トルク指令値算出部206は、前記ばね上挙動の推定結果に基づき補正トルク値を演算する補正トルク値演算部（レギュレータ＆チューニング部308,309,310）と、該演算された補正トルク値の符号が正負に切り替わる領域にあるとき補正トルク絶対値を増幅し、増幅した値で前記駆動トルク指令値の補正を行う補正トルク値増幅部（非線形ゲイン増幅部313）と、を有する。
このため、駆動トルクを制御するアクチュエータ（エンジン106）の応答性能にかかわらず、狙った車体制振制御効果を実現することができる。ここで、補正トルク値の符号が正負に切り替わる領域とは、アクチュエータの応答遅れ領域やアクチュエータの不感帯領域のことをいう。

(2) 前記車体振動推定部206は、車両モデル307を有し、該車両モデル307に対して操舵入力（前後輪旋回抵抗力Ｆcf,Ｆcr）によるばね上挙動と、前記操舵入力以外の入力（駆動軸端トルクＴw、前後輪上下力Ｆf,Ｆr）によるばね上挙動と、を分けて推定し、
前記補正トルク値演算部（レギュレータ＆チューニング部308,309,310）は、前記車体振動推定部206により推定したそれぞれのばね上挙動に基づいて、荷重をコントロールする補正トルク値を演算する（図９）。
このため、(1)の効果に加え、旋回時におけるロールレイト抑制による操縦安定性と、直進走行時におけるピッチレイト抑制による挙動安定性と、を併せて実現することができる。

(3) 前記補正トルク値増幅部（非線形ゲイン増幅部313）は、前記補正トルク絶対値の増幅を、前記補正トルク値演算部（レギュレータ＆チューニング部308,309,310）により演算された増幅処理前の補正トルク値の正負切り替わり位置を挟むアクチュエータ分解能の不感帯領域にて行う（図１２）。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、不感帯で消えてしまう駆動トルク指令値を増幅することで、効果の出せなかったアクチュエータ分解能の不感帯領域の制御効果を実現することができる。

(4) 前記補正トルク値増幅部（非線形ゲイン増幅部313）は、前記増幅処理前の補正トルク値に対し単調増加の関係を保持しながら補正トルク絶対値を増幅する（図１３）。
このため、(3)の効果に加え、補正トルク値演算部（レギュレータ＆チューニング部308,309,310）による演算結果を反映した制御効果を実現することができる。
例えば、正負切り替わり付近を増幅する際、極端に一部の値だけを増幅すると、補正トルク値演算部（レギュレータ＆チューニング部308,309,310）による前段の演算結果では、全く予定していなかった加減速などを生じるおそれがある。

(5) 前記補正トルク値増幅部（非線形ゲイン増幅部313）は、前記増幅処理前の補正トルク絶対値と、前記増幅処理前の補正トルク絶対値に応じて変化する非線形ゲインと、の積により増幅する（図１２の積算部313d）。
このため、(3)又は(4)の効果に加え、ゲイン（増幅率）の設定自由度が高い非線形ゲインを用い、補正トルク値を増幅することができる。

(6) 前記非線形ゲインは、前記増幅処理前の補正トルク絶対値を入力とするマップ又は関数により与える（図１２のゲイン設定部313c）。
このため、(5)の効果に加え、増幅処理前の補正トルク絶対値を入力とする簡単な処理によりゲイン（増幅率）を決定することができる。

(7) 前記非線形ゲインは、前記増幅処理前の補正トルク値の符号が正負に切り替わる領域から離れた領域にあるとゲインの値を１とする（図１２のゲイン設定部313c）。
このため、(5)又は(6)の効果に加え、ゲイン（増幅率）を、制御全体の周波数特性を変えることなく制御効果を実現する値に決定することができる。

(8) 前記補正トルク値増幅部（非線形ゲイン増幅部313）は、前記増幅処理前の補正トルク値を入力とするマップ又は関数にて増幅処理後の補正トルク値を決定する（図１２）。
このため、(3)〜(7)の効果に加え、増幅処理前の補正トルク値を入力とする簡単な処理により増幅処理後の補正トルク値を決定することができる。

(9) 前記増幅処理後の補正トルク値は、前記増幅処理前の補正トルク値の符号が正負に切り替わる領域から離れた領域にあると、前記増幅処理前の補正トルク値と同じ値にする（図１２）。
このため、(8)の効果に加え、増幅処理後の補正トルク値を、制御全体の周波数特性を変えることなく制御効果を実現する値に決定することができる。

(10) 前記アクチュエータ分解能の不感帯領域は、前記アクチュエータの端部のアクチュエータ端トルクで補正トルク値を演算する場合、前記アクチュエータが応答可能な最小トルク指令値までの幅範囲とする。
このため、(3)〜(9)の効果に加え、駆動トルクの制御をアクチュエータ端ベースで行う場合、補正トルク値を増幅する不感帯領域を精度良く設定することができる。

(11) 前記アクチュエータ分解能の不感帯領域は、駆動軸の端部の駆動軸端トルクで補正トルク値を演算する場合、前記駆動軸端トルクが応答する最小トルク指令値までの幅範囲とする。
このため、(3)〜(9)の効果に加え、駆動トルクの制御を駆動軸端ベースで行う場合、補正トルク値を増幅する不感帯領域を精度良く設定することができる。

(12) 前記アクチュエータは、車両の駆動トルクを発生する内燃機関（エンジン106）である。
このため、(3)〜(9)の効果に加え、応答性が低く不感帯を持つ内燃機関（エンジン106）を、駆動トルクを制御するアクチュエータとしているにもかかわらず、狙った車体制振制御効果を実現することができる。すなわち、アクチュエータとして応答性が低く不感帯を持つエンジン106を搭載したエンジン車に有効である。

以上、本発明の車体制振制御装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、バンドパスフィルタ312の後段側に、非線形ゲイン増幅部313→リミット処理部314→エンジントルク変換部315を配置し、ギア比変換処理の前に非線形ゲインによる増幅処理を行う例を示した。しかし、図２１に示すように、バンドパスフィルタ312の後段側に、リミット処理部314→エンジントルク変換部315→非線形ゲイン増幅部313（補正トルク値増幅部）を配置し、ギア比変換処理の後に非線形ゲインによる増幅処理を行う例としても良い。これは、増幅処理の後にギア比変換処理を行うと、嵩上げしたトルク増幅分が、ギア比変換に伴うエンジントルク不感帯に埋もれる可能性があることによる。なお、図２１に示す例における非線形ゲインにより嵩上げするトルク増幅分は、作動域最ローギア比のリミッタ以下とする。

実施例１では、アクチュエータとして、エンジン106を用いる例を示した。しかし、アクチュエータとしては、動力源としてのモータ、無段変速機、摩擦クラッチ、などのように、駆動系に設けられ、駆動輪へ伝達される駆動トルクを外部からの指令により制御できるものであれば良い。

実施例１では、車体振動推定部205として、車両モデル307を用いて車体のばね上挙動を推定する例を示した。しかし、車体振動推定部としては、車両モデルに相当する１つ又は複数の運動方程式を用いて推定するような例としても良い。

実施例１では、補正トルク値増幅部として、非線形ゲイン特性を用いて増幅処理後の補正トルク値を取得する非線形ゲイン増幅部313の例を示した。しかし、補正トルク値増幅部としては、非線形ゲイン特性に相当するような演算式により増幅処理後の補正トルク値を取得するような例としても良い。

実施例１では、車体振動推定部206として、車両モデル307に対して操舵入力（前後輪旋回抵抗力Ｆcf,Ｆcr）によるばね上挙動と、操舵入力以外の入力（駆動軸端トルクＴw、前後輪上下力Ｆf,Ｆr）によるばね上挙動と、を分けて推定する例を示した。しかし、車体振動推定部としては、操舵入力によるばね上挙動を推定せず、ドライバ入力と外乱入力に対してのみばね上挙動を推定するものであっても良い。

実施例１では、本発明の車体制振制御装置を、エンジン車に適用する例を示した。しかし、本発明の車体制振制御装置は、ハイブリッド車や電気自動車などに対しても、応答性能に応じて補正トルク値の増幅量を変更することにより適用することができる。さらに、ハイブリッド車の場合、アクチュエータ（動力源）が異なるエンジン走行モードとモータ走行モードで、補正トルク値の増幅量を切り替えるようにしても良い。

関連出願の相互参照

本出願は、２０１２年２月１６日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−３１６４５に基づいて優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。

Claims (12)

1. 走行中の入力情報に基づいて車体のばね上挙動を推定する車体振動推定部と、前記ばね上挙動を制御するとき、アクチュエータに加える駆動トルク指令値を補正する補正トルク値を算出するトルク指令値算出部と、を備えた車体制振制御装置において、
   前記トルク指令値算出部は、前記ばね上挙動の推定結果に基づき補正トルク値を演算する補正トルク値演算部と、該演算された補正トルク値の符号が正負に切り替わる領域にあるとき補正トルク絶対値を増幅し、増幅した値で前記駆動トルク指令値の補正を行う補正トルク値増幅部と、を有する
   ことを特徴とする車体制振制御装置。
2. 請求項１に記載された車体制振制御装置において、
   前記車体振動推定部は、車両モデルを有し、該車両モデルに対して操舵入力によるばね上挙動と、前記操舵入力以外の入力によるばね上挙動と、を分けて推定し、
   前記補正トルク値演算部は、前記車体振動推定部により推定したそれぞれのばね上挙動に基づいて、荷重をコントロールする補正トルク値を演算する
   ことを特徴とする車体制振制御装置。
3. 請求項１又は２に記載された車体制振制御装置において、
   前記補正トルク値増幅部は、前記補正トルク絶対値の増幅を、前記補正トルク値演算部により演算された増幅処理前の補正トルク値の正負切り替わり位置を挟むアクチュエータ分解能の不感帯領域にて行う
   ことを特徴とする車体制振制御装置。
4. 請求項３に記載された車体制振制御装置において、
   前記補正トルク値増幅部は、前記増幅処理前の補正トルク値に対し単調増加の関係を保持しながら補正トルク絶対値を増幅する
   ことを特徴とする車体制振制御装置。
5. 請求項３又は４に記載された車体制振制御装置において、
   前記補正トルク値増幅部は、前記増幅処理前の補正トルク絶対値と、前記増幅処理前の補正トルク絶対値に応じて変化する非線形ゲインと、の積により増幅する
   ことを特徴とする車体制振制御装置。
6. 請求項５に記載された車体制振制御装置において、
   前記非線形ゲインは、前記増幅処理前の補正トルク絶対値を入力とするマップ又は関数により与える
   ことを特徴とする車体制振制御装置。
7. 請求項５又は６に記載された車体制振制御装置において、
   前記非線形ゲインは、前記増幅処理前の補正トルク値の符号が正負に切り替わる領域から離れた領域にあるとゲインの値を１とする
   ことを特徴とする車体制振制御装置。
8. 請求項３から７までの何れか１項に記載された車体制振制御装置において、
   前記補正トルク値増幅部は、前記増幅処理前の補正トルク値を入力とするマップ又は関数にて増幅処理後の補正トルク値を決定する
   ことを特徴とする車体制振制御装置。
9. 請求項８に記載された車体制振制御装置において、
   前記増幅処理後の補正トルク値は、前記増幅処理前の補正トルク値の符号が正負に切り替わる領域から離れた領域にあると、前記増幅処理前の補正トルク値と同じ値にする
   ことを特徴とする車体制振制御装置。
10. 請求項３から９までの何れか１項に記載された車体制振制御装置において、
    前記アクチュエータ分解能の不感帯領域は、前記アクチュエータの端部のアクチュエータ端トルクで補正トルク値を演算する場合、前記アクチュエータが応答可能な最小トルク指令値までの幅範囲とする
    ことを特徴とする車体制振制御装置。
11. 請求項３から９までの何れか１項に記載された車体制振制御装置において、
    前記アクチュエータ分解能の不感帯領域は、駆動軸の端部の駆動軸端トルクで補正トルク値を演算する場合、前記駆動軸端トルクが応答する最小トルク指令値までの幅範囲とする
    ことを特徴とする車体制振制御装置。
12. 請求項１から１１までの何れか１項に記載された車体制振制御装置において、
    前記アクチュエータは、車両の駆動トルクを発生する内燃機関である
    ことを特徴とする車体制振制御装置。

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