JP6375930B2 - サスペンションの減衰力制御装置 - Google Patents
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Description
この技術に係る減衰力制御装置は、減衰力を制御するためにダンパーのオリフィス開口度を決定する開口決定手段を備える。開口決定手段は、車体速度と、車体に対する車輪の相対速度とに基づいてオリフィス開口度を決定する。ここで、車体速度及び相対速度のそれぞれは、車体の加速度センサーから得られる出力(加速度)に基づいて計算される。
サスペンションの減衰力制御装置(以下、「減衰力制御装置1」という。)は、車両のサスペンションの構成要素であるセミアクティブダンパーの減衰力を制御する。セミアクティブダンパーは、外部から入力される減衰力制御値Pに基づいて減衰力を可変設定する。減衰力とはピストンの移動を妨げる抵抗力を示す。以降の説明では、セミアクティブダンパーを単に「ダンパー20」という。
車体速度演算装置4は、車体加速度Zaを積分することにより車体速度Zbを導き出す。車体加速度Zaとしては、車体100に搭載されて、車体100の上下方向の加速度(車体加速度Za)を検出する加速度センサー10から出力される信号が用いられる。
減衰力演算装置2は、制御入力変数と、推定相対速度yobとに基づいて減衰力制御値Pを算出する。制御入力変数とは、車体速度Zb、車体加速度Za、車体の上下変位(車体と車輪との変位)などの変数である。例えば、図1に示されるように、制御入力変数として車体速度Zbが用いられている。減衰力演算装置2は、スカイフック制御理論またはH∞制御理論に基づいて構築される。なお、推定相対速度yobとは、車体100に対する車輪200の速度(以下、「相対速度y」という。)の推定値を示す。
相対速度推定装置3は、相対速度推定装置入力変数と、減衰力演算装置2から出力される減衰力制御値Pとに基づいて導出される。相対速度推定装置入力変数とは、車体速度Zb、車体加速度Za、車体の上下変位(車体と車輪との変位)などの変数である。例えば、図1に示されるように、相対速度推定装置入力変数として車体加速度Zaが用いられている。相対速度推定装置3は、カルマンフィルタ理論に基づいて構成される。
図2は、カルマンフィルタ理論を用いる上で前提とされるダンパー20のモデルである。ダンパー20は、車体100と車輪200とを接続する。すなわち、車体100は、車輪200及びダンパー20により支持される。
車体100の質量を「M」、車体加速度Zaを「Za」、ばね係数をK、ばね伸縮距離をxs,振動減衰装置22の減衰力をfd(y,P)、ダンパー20の減衰力制御値Pを「P」、相対速度yを「y」とすると、車体100の運動方程式は、次のようになる。
「K・xs」は、ばね21の弾性力を示す。振動減衰装置22の減衰力「fd(y,P)」は、一般に、相対速度yに対して非線形である(図3参照)。相対速度yに対する減衰力の変化を示す減衰力特性は、減衰力制御値Pに応じて変化する。このようなことから、本実施形態においては、減衰力fd(y,P)は、線形成分と、非線形成分とに分けられる。
上述したように、減衰力fd(y,P)は、相対速度yに対して非線形である。図3に示される破線は、減衰力制御値Pが所定値にあるときの減衰力fd(y,P)の一次近似式または一次近似式に準じた式である。一次近似式または一次近似式に準じた式は上述の線形成分に相当する。
図4(b)は、減衰力制御値Pが所定値であるときの、減衰力fd(y,P)の非線形成分を示す。このグラフは、減衰力fd(y,P)から上述の線形成分を減じて得られる。すなわち、減衰力fd(y,P)は、減衰力fd(y,P)の線形成分と減衰力fd(y,P)の非線形成分との和である。
fd(y,P)=Co・y+fn(y,P)・・・(2)
上記(1)式、(2)式、相対速度yを意味する状態変数x1、ばね伸縮距離を意味する状態変数x2を用いることにより、状態方程式を次のように導出することができる。
ここで、X=(x1,x2)の列ベクトル、A,G,Bは所定の値をもつ行列を示す。X´はXの微分である。
Y=(C,U)X+v+(D,F)fn(y,P)・・・(4)
ここで、Yは(y1,y2)の列ベクトル、y1=相対速度yであり、y2=車体加速度Zaを示す。C,U,D,Fはそれぞれ所定の値をもつ行ベクトルである。(C,U)は、C,Uを要素とする列ベクトルであり、(D,F)は、D,Fを要素とする列ベクトルである。vは、観測ノイズを示す。
X´=AXob+Buob+H(Za−(UXob+Duob))・・・(6)
y1=y=CXob・・・(7)
uob、yobは、それぞれu、yの推定値を示す。すなわち、uobは、非線形成分の推定値(推定非線形成分)を示し、yobは推定相対速度を示す。Zaは、車体加速度を示す。fn(yob,P)は、推定相対速度yobと減衰力制御値Pとを変数とする関数である。Hは、定常カルマンゲインを示す。
相対速度推定装置3は、推定減衰力演算部5と、推定減衰力演算部5から出力される推定非線形成分(推定減衰力,推定減衰力情報)uobを補正する遅れ補正部6と、遅れ補正部6から出力される遅れ補正後推定減衰力(遅れ補正後推定減衰力情報)uxと、遅れ補正後推定減衰力(遅れ補正後推定減衰力情報)uxに基づいて推定相対速度yobを導出する相対速度演算部7とを備える。
n次遅れ補正項としては、例えば、1次遅れ補正項「K/(1+TS)」(ここで、Tは可変時定数、Sはラプラス演算子。)、2次遅れ補正項「Kωn2/(S+2ζωn+ωn2)」(ここで、Sはラプラス演算子、ζは減衰比、ωnは固有振動数。)などを利用することができる。
図6(a)及び図6(b)は、特許文献1のような従来の減衰力制御装置(遅れ補正部6のない減衰力制御装置)により推定された推定相対速度yob(推定値)と実測値とを比較したグラフである。図6(a)はソフト状態にある推定相対速度yob(推定値)と実測値を示し、図6(b)はハード状態にある推定相対速度yob(推定値)と実測値を示す。縦軸は、相対速度(m/s)を示し、横軸は、時間(s)を示す。
図7(a)及び図7(b)は、特許文献2のような従来の減衰力制御装置(遅れ補正項が一定の減衰力制御装置)により推定された推定相対速度yob(推定値)と実測値とを比較したグラフである。図7(a)はソフト状態にある推定相対速度yob(推定値)と実測値を示し、図7(b)はハード状態にある推定相対速度yob(推定値)と実測値を示す。
(1)本実施形態では、推定非線形成分(推定減衰力,推定減衰力情報)uobを形成する推定減衰力演算部5と、推定非線形成分(推定減衰力,推定減衰力情報)uobを補正して遅れ補正後推定減衰力(遅れ補正後推定減衰力情報)uxを得る遅れ補正部6と、遅れ補正後推定減衰力(遅れ補正後推定減衰力情報)uxと車体加速度(相対速度推定装置入力変数)Zaとに基づいて推定相対速度yobを算出する相対速度演算部7とを備える。遅れ補正部6は、演算時の減衰力制御値Pに基づいて推定非線形成分(推定減衰力,推定減衰力情報)uobを補正するものであり、ダンパー20の複数の異なる減衰係数において、実測の相対速度yと推定相対速度yobの乖離が小さくなるように遅れ補正項を異ならせるものとなっている。
上述の減衰力制御装置1によれば、相対速度yの推定精度の向上するため、サスペンションのダンパー20の減衰特性が向上する。具体的には、ソフト状態からハード状態における広範囲に亘って減衰特性が向上する。これにより、サスペンションを備える車両の乗り心地が向上する。
Claims (5)
- 減衰力制御値により減衰力が設定されるダンパーについて前記減衰力制御値を制御するサスペンションの減衰力制御装置であって、
車体に対する車輪の相対速度を推定する相対速度推定装置と、前記車体の制御入力変数と前記相対速度推定装置により推定された推定相対速度とに基づいて前記車体の振動を抑制するように前記減衰力制御値を決定する減衰力演算装置とを備え、
前記相対速度推定装置は、前記推定相対速度及び前記減衰力制御値に基づいて前記ダンパーの減衰力を推定する推定減衰力演算部と、前記推定減衰力演算部により推定された推定減衰力を補正して遅れ補正後推定減衰力を得る遅れ補正部と、前記遅れ補正後推定減衰力と相対速度推定装置入力変数とに基づいて前記推定相対速度を算出する相対速度演算部とを備え、
前記遅れ補正部は、演算時の前記減衰力制御値に基づいて前記推定減衰力を補正するものであり、前記ダンパーの複数の異なる減衰係数において、実測の相対速度と前記推定相対速度の乖離が小さくなるように遅れ補正項を異ならせる、サスペンションの減衰力制御装置。 - 前記遅れ補正部は、演算時の前記減衰力制御値に基づいて前記遅れ補正項を変化させ、前記推定減衰力に前記遅れ補正項を乗じて得た値を前記遅れ補正後推定減衰力として出力する、請求項1に記載のサスペンションの減衰力制御装置。
- 減衰力制御値により減衰力が設定されるダンパーについて前記減衰力制御値を制御するサスペンションの減衰力制御装置であって、
車体に対する車輪の相対速度を推定する相対速度推定装置と、前記車体の制御入力変数と前記相対速度推定装置により推定された推定相対速度とに基づいて前記車体の振動を抑制するように前記減衰力制御値を決定する減衰力演算装置とを備え、
前記相対速度推定装置は、前記推定相対速度及び前記減衰力制御値に基づいて前記ダンパーの減衰力に関連する減衰力情報を推定する推定減衰力演算部と、前記推定減衰力演算部により推定された推定減衰力情報を補正して遅れ補正後推定減衰力情報を得る遅れ補正部と、前記遅れ補正後推定減衰力情報と相対速度推定装置入力変数とに基づいて前記推定相対速度を算出する相対速度演算部とを備え、
前記遅れ補正部は、演算時の前記減衰力制御値に基づいて前記推定減衰力情報を補正するものであり、前記ダンパーの複数の異なる減衰係数において、実測の相対速度と前記推定相対速度の乖離が小さくなるように遅れ補正項を異ならせる、サスペンションの減衰力制御装置。 - 前記遅れ補正部は、演算時の前記減衰力制御値に基づいて前記遅れ補正項を変化させ、前記推定減衰力情報に前記遅れ補正項を乗じて得た値を前記遅れ補正後推定減衰力情報として出力する、請求項3に記載のサスペンションの減衰力制御装置。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の減衰力制御装置を備える、サスペンションの減衰力制御装置。
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