JP7507105B2

JP7507105B2 - サスペンション制御装置

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Publication number: JP7507105B2
Application number: JP2021023234A
Authority: JP
Inventors: 隆介平尾
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2024-06-27
Anticipated expiration: 2041-02-17
Also published as: JP2022125573A

Description

本開示は、例えば４輪自動車等の車両に搭載され、車両の振動を緩衝するのに好適に用いられるサスペンション制御装置に関する。

一般に、自動車等の車両には、車体と各車軸との間に減衰力調整式緩衝器が設けられ、この緩衝器による減衰力特性を調整する構成としたサスペンション制御装置が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。この種の従来技術によるサスペンション制御装置では、車体の上下方向の振動をばね上速度またはばね上加速度として検出し、この検出した速度等に応じた減衰力を発生させるように緩衝器を制御していた。

特開２０１４－６９７５９号公報

ところで、特許文献１に開示されたサスペンション制御装置では、上下加速度センサ信号を積分し、ばね上速度、ばね下速度、相対速度等を演算し、その算出した値を用いてスカイフック制御や双線形最適制御（ＢＬＱ制御）を行っている。一般的に、この積分処理では、バンク、勾配の影響を除去するために、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）を組み合わせている。しかしながら、旋回時や減速時にはロール、ピッチにより加速度センサの検出軸が傾く。この検出軸の傾きによって、発生している横方向や前後方向の加速度を上下方向の加速度成分（旋回加減速影響上下加速度）として検出してしまう。緩やかな旋回、加減速においては、旋回加減速影響上下加速度による推定誤差は，ＨＰＦ処理によって小さくなる。しかしながら、大きな旋回加減速や周波数の高い入力においては、ＨＰＦ処理で旋回加減速影響上下加速度を除去することができず、ばね上速度、相対速度等の推定に誤差が生じ、乗り心地性能が低下してしまう。一方、ＨＰＦ処理のカットオフ周波数をさらに高い周波数に変更して、旋回加減速影響を低減しようとすると、制御対象領域でのばね上速度の周波数特性が悪化し、直進時でも性能が低下するという問題がある。

本発明の一実施形態の目的は、旋回時、加減速時においても、正しく上下挙動が検出することができるサスペンション制御装置を提供することにある。

本発明の一実施形態は、車両の車体と車輪との間に介在されるアクチュエータを制御するサスペンション制御装置であって、横加速度を検出する横加速度検出部と、前後加速度を検出する前後加速度検出部と、上下加速度を検出する上下加速度検出部と、前記横加速度検出部から出力される横加速度値が入力され、横加速度上下成分を算出する横加速度補正部と、前記前後加速度検出部から出力される前後加速度値が入力され、前後加速度上下成分を算出する前後加速度補正部と、を有し、前記横加速度補正部は、前記横加速度値を二乗する第１二乗演算器と、横加速度ロール角変換係数を乗算する第１変換係数乗算器と、重力加速度を除算する第１重力加速度除算器と、を有し、前記前後加速度補正部は、前記前後加速度値を二乗する第２二乗演算器と、前後加速度ピッチ角変換係数を乗算する第２変換係数乗算器と、重力加速度を除算する第２重力加速度除算器と、を有し、前記横加速度補正部から出力される前記横加速度上下成分と前記前後加速度補正部から出力される前記前後加速度上下成分と前記上下加速度検出部から出力される上下加速度とが入力され、前記上下加速度を前記横加速度上下成分と前記前後加速度上下成分とに応じて補正する上下加速度補正部を有している。

本発明の一実施形態によれば、旋回時、加減速時においても、正しく上下挙動が検出することができる。

第１の実施形態によるサスペンション制御装置を模式的に示す図である。図１中のコントローラを示すブロック図である。図２中の横Ｇ補正部、前後Ｇ補正部および上下加速度補正部を示すブロック図である。図２中の減衰力制限器を示す説明図である。図２中の最大減衰係数マップを示す説明図である。図２中の減衰係数マップを示す説明図である。横加速度、ロール角、横加速度上下成分を示す説明図である。前後加速度、ピッチ角、前後加速度上下成分を示す説明図である。横加速度、ロール角、上下加速度センサ値、補正上下加速度の時間変化を示す特性線図である。第２の実施形態によるサスペンション制御装置を模式的に示す図である。第２の実施形態による横Ｇ補正部、前後Ｇ補正部および上下加速度補正部を示すブロック図である。図９中のロール角算出部を示すブロック図である。図９中のピッチ角算出部を示すブロック図である。サス変位分ロール・ピッチ角算出部を示すブロック図である。タイヤ変位分ロール・ピッチ角算出部を示すブロック図である。タイヤ変位分ロール角算出部およびタイヤ変位分ピッチ角算出部を示すブロック図である。

以下、実施形態によるサスペンション制御装置を、例えば４輪自動車に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

まず、図１ないし図９は本発明の第１の実施形態を示している。車体１は、車両のボディを構成する。車体１の下側には、例えば左，右の前輪と左，右の後輪（以下、総称して車輪２という）が設けられ、この車輪２はタイヤ３を含んで構成される。このとき、タイヤ３は、路面の細かい凹凸を吸収するばねとして作用する。

サスペンション装置４は、車体１と車輪２との間に介装して設けられる。このサスペンション装置４は、懸架ばね５（以下、ばね５という）と、ばね５と並列になって車体１と車輪２との間に設けられた減衰力調整式緩衝器（以下、緩衝器６という）とにより構成される。なお、図１中では１組のサスペンション装置４を、車体１と車輪２との間に設けた場合を例示している。しかし、サスペンション装置４は、例えば４輪の車輪２と車体１との間に個別に独立して合計４組設けられるもので、このうちの１組のみを図１では模式的に図示している。

ここで、サスペンション装置４の緩衝器６は、力発生機構であり、減衰力調整式の油圧緩衝器を用いて構成される。そして、この緩衝器６には、発生減衰力の特性（減衰力特性）をハードな特性（硬特性）からソフトな特性（軟特性）に連続的に調整するため、減衰力調整バルブ等からなるアクチュエータ７が付設される。なお、減衰力調整バルブは、減衰力特性を連続的でなくとも、２段階または複数段階に調整可能なものであってもよい。また、緩衝器６は、圧力制御タイプでもよく、流量制御タイプでもよい。

ばね上加速度センサ８は、車体１に設けられる。ばね上加速度センサ８は、上下加速度を検出する上下加速度検出手段を構成している。具体的には、ばね上加速度センサ８は、例えば緩衝器６の近傍となる位置で車体１に取付けられる。ばね上加速度センサ８は、所謂ばね上側となる車体１側で上下方向の振動加速度である上下加速度を検出する。ばね上加速度センサ８は、ばね上側の上下加速度センサ値をコントローラ１２に出力する。

ばね下加速度センサ９は、車両の車輪２側に設けられる。ばね下加速度センサ９は、所謂ばね下側となる車輪２側で上下方向の振動加速度である上下加速度を検出する。ばね下加速度センサ９は、ばね下側の上下加速度センサ値をコントローラ１２に出力する。

このとき、ばね上加速度センサ８およびばね下加速度センサ９は、車両の上下方向の運動に関する状態を検出する上下運動検出手段を構成する。なお、上下運動検出手段は、緩衝器６の近傍に設けたばね上加速度センサ８およびばね下加速度センサ９に限らず、例えば、ばね上加速度センサ８のみでもよく、また、車高センサでもよく、さらには、車体にばね上加速度センサ８を１個設け、車輪速センサ等の他のセンサ情報で、各車輪毎の上下運動を推定することで検出するようにしてもよい。

横加速度センサ１０および前後加速度センサ１１は、いずれも車体１に設けられる。横加速度センサ１０は、車体１側で左右方向の加速度である横加速度を検出する。横加速度センサ１０は、横加速度検出値となる横加速度センサ値をコントローラ１２に出力する。前後加速度センサ１１は、車体１側で前後方向の加速度である前後加速度を検出する。前後加速度センサ１１は、前後加速度検出値となる前後加速度センサ値をコントローラ１２に出力する。

コントローラ１２は、例えばマイクロコンピュータ等からなり、加速度センサ８～１１等の検出結果に基づいて緩衝器６で発生する減衰力を制御する制御手段を構成している。コントローラ１２の入力側は、加速度センサ８～１１等に接続されている。コントローラ１２の出力側は、緩衝器６のアクチュエータ７等に接続されている。また、コントローラ１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部１２Ａを有している。

コントローラ１２の記憶部１２Ａには、図５に示す相対速度Ｖ2に基づいて最大減衰係数Ｃmaxを出力する最大減衰係数マップ１９と、図６に示す補正減衰係数Ｃa、相対速度Ｖ2と指令電流値Ｉとの関係を示す減衰係数マップ２１とが格納されている。

図２に示すように、コントローラ１２は、積分器１３，１４、減算器１５、目標減衰力演算器１６、減衰力制限器１７、減衰係数演算器１８、最大減衰係数マップ１９、最小値選択器２０、減衰係数マップ２１を備えている。

これに加え、コントローラ１２は、横加速度分補正上下加速度算出部２２（以下、横Ｇ補正部２２という）、前後加速度分補正上下加速度算出部２３（以下、前後Ｇ補正部２３という）、上下加速度補正部２４を備えている（図２、図３参照）。

コントローラ１２の積分器１３には、ばね上加速度センサ８からの検出結果（上下加速度センサ値）が横Ｇ補正部２２、前後Ｇ補正部２３等によって補正された補正上下加速度が入力される。コントローラ１２の積分器１３は、補正上下加速度を積分することによって、車体１の上下方向に対する速度となるばね上速度Ｖ1を演算する。このため、ばね上加速度センサ８と積分器１３によって車体側上下速度検出手段が構成されると共に、積分器１３は、車体側上下速度となるばね上速度Ｖ1を出力する。

一方、減算器１５は、ばね上の補正上下加速度からばね下加速度センサ９によるばね下の上下加速度を減算し、ばね上加速度とばね下加速度との差分を演算する。このとき、この差分値は、車体１と車輪２との間の相対加速度に対応する。そして、積分器１４は、減算器１５から出力された相対加速度を積分し、緩衝器６のばね上とばね下との間の相対速度として、車体１と車輪２との間の上下方向の相対速度Ｖ2を演算する。このため、ばね上加速度センサ８、ばね下加速度センサ９、減算器１５および積分器１４によって相対速度検出手段が構成されると共に、積分器１４は、相対速度Ｖ2を出力する。

目標減衰力演算器１６は、ばね上速度Ｖ1に基づいて緩衝器６に発生させる目標減衰力ＤＦを出力する。この目標減衰力ＤＦは、例えばスカイフック制御理論より求められる。具体的には、以下の数１の式に示すように、目標減衰力演算器１６は、スカイフック制御理論より求めたスカイフック減衰係数Ｃskyとばね上速度Ｖ1とを乗算して目標減衰力ＤＦを算出する。なお、目標減衰力演算器１６は、スカイフック制御理論に限らず、例えば双線形最適制御（ＢＬＱ制御）に基づいて、目標減衰力を算出してもよい。

減衰力制限器１７は、目標減衰力ＤＦの最大値を正の値と負の値でそれぞれ独立に制限する。図４に示すように、ばね上速度Ｖ1が正側の場合、目標減衰力ＤＦが予め決められた正側のしきい値ＤＦtよりも小さい（ＤＦ＜ＤＦt）ときには、減衰力制限器１７は、目標減衰力ＤＦと同じ値の制限目標減衰力ＤＦ_limを出力し、目標減衰力ＤＦがしきい値ＤＦtよりも大きい（ＤＦ≧ＤＦt）ときには、減衰力制限器１７は、しきい値ＤＦtと同じ値の制限目標減衰力ＤＦ_limを出力する。

同様に、ばね上速度Ｖ1が負側の場合、目標減衰力ＤＦが予め決められた負側のしきい値（－ＤＦt）よりも大きい（ＤＦ＞－ＤＦt）ときには、減衰力制限器１７は、目標減衰力ＤＦと同じ値の制限目標減衰力ＤＦ_limを出力し、目標減衰力ＤＦがしきい値（－ＤＦt）よりも小さい（ＤＦ≦－ＤＦt）ときには、減衰力制限器１７は、しきい値（－ＤＦt）と同じ値の制限目標減衰力ＤＦ_limを出力する。

即ち、目標減衰力ＤＦの絶対値がしきい値ＤＦtの絶対値よりも小さい（｜ＤＦ｜＜｜ＤＦt｜）ときには、減衰力制限器１７は、目標減衰力ＤＦと同じ値の制限目標減衰力ＤＦ_limを出力し、目標減衰力ＤＦの絶対値がしきい値ＤＦtを超えた（｜ＤＦ｜≧｜ＤＦt｜）ときには、減衰力制限器１７は、しきい値（±ＤＦt）と同じ値の制限目標減衰力ＤＦ_limを出力する。このとき、しきい値ＤＦtは、緩衝器６で発生可能な減衰力よりも小さい値に設定されている。このため、減衰力制限器１７は、緩衝器６で発生可能な減衰力よりも制限目標減衰力ＤＦ_limを小さく設定する。

なお、しきい値ＤＦtは、相対速度Ｖ2の正側と負側で同じ値に設定してもよく、緩衝器６の減衰力特性等を考慮して相対速度Ｖ2の正側と負側で互いに異なる値に設定してもよい。

減衰係数演算器１８は、制限目標減衰力ＤＦ_limと相対速度Ｖ2に基づいて目標減衰係数Ｃを算出する。具体的には、以下の数２の式に示すように、減衰係数演算器１８は、制限目標減衰力ＤＦ_limから相対速度Ｖ2を除算して目標減衰係数Ｃを算出する。

この場合、目標減衰力演算器１６、減衰力制限器１７および減衰係数演算器１８は、加速度センサ８，９の検出結果に基づき目標減衰係数Ｃを算出する目標減衰係数算出手段を構成している。

最大減衰係数マップ１９は、相対速度Ｖ2と最大減衰係数Ｃmaxとの関係を示した特性線１９Ａを備え、相対速度Ｖ2に基づいて最大減衰係数Ｃmaxを出力する。このとき、最大減衰係数Ｃmaxは、緩衝器６で発生可能な減衰係数の最大値を超えない範囲の値に設定されている。図５に示すように、最大減衰係数Ｃmaxは、相対速度Ｖ2が所定のしきい値Ｖtよりも低速なときには小さい値に設定され、相対速度Ｖ2がしきい値Ｖtよりも高速なときには大きい値に設定される。

具体的には、相対速度Ｖ2がしきい値Ｖtよりも低速なとき（－Ｖt＜Ｖ2＜Ｖt）には、最大減衰係数Ｃmaxは、小さい値の低速設定値Ｃ1に設定される。一方、伸び側（正側）の相対速度Ｖ2がしきい値Ｖtよりも高速なとき（Ｖ2＞Ｖt）には、最大減衰係数Ｃmaxは、低速設定値Ｃ1よりも大きい値の高速設定値Ｃ2に設定される。同様に、縮み側（負側）の相対速度Ｖ2がしきい値Ｖtよりも高速なとき（Ｖ2＜－Ｖt）には、最大減衰係数Ｃmaxは、低速設定値Ｃ1よりも大きい値の高速設定値Ｃ3に設定される。

相対速度Ｖ2がしきい値Ｖtに近い値となるときには、最大減衰係数Ｃmaxは、低速設定値Ｃ1と高速設定値Ｃ2との間の値に設定してもよい。同様に、相対速度Ｖ2がしきい値（－Ｖt）に近い値となるときには、最大減衰係数Ｃmaxは、低速設定値Ｃ1と高速設定値Ｃ3との間の値に設定してもよい。

高速設定値Ｃ2，Ｃ3は、緩衝器６の構造、仕様、減衰力特性等を考慮して適宜設定される。また、低速設定値Ｃ1および高速設定値Ｃ2，Ｃ3は、いずれも一定値である場合を例示したが、相対速度Ｖ2に応じて変化する構成としてもよい。

なお、しきい値Ｖtは、例えばジャークの発生状況を考慮して実験的に得られるものであり、緩衝器６の構造、減衰力特性等に応じて適宜設定される。また、しきい値Ｖtは、相対速度Ｖ2の正側と負側で同じ値に設定してもよく、相対速度Ｖ2の正側と負側で互いに異なる値に設定してもよい。

最小値選択器２０は、減衰係数演算器１８から出力される目標減衰係数Ｃと最大減衰係数マップ１９から出力される最大減衰係数Ｃmaxとを比較し、これらの係数Ｃ，Ｃmaxのうちで小さい方の値を選択し、補正減衰係数Ｃaとして出力する。このため、最小値選択器２０および最大減衰係数マップ１９は、相対速度Ｖ2が低速なときに目標減衰係数Ｃの上限を低下させた補正減衰係数Ｃaを算出する補正手段を構成している。

減衰係数マップ２１は、制御信号出力手段を構成し、補正減衰係数Ｃaに対応した制御信号としての指令電流値Ｉを出力する。図６に示すように、減衰係数マップ２１は、補正減衰係数Ｃaと指令電流値Ｉとの関係を相対速度Ｖ2に従って可変に設定するもので、発明者等による試験データに基づいて作成されたものである。そして、減衰係数マップ２１は、最小値選択器２０からの補正減衰係数Ｃaと積分器１４からの相対速度Ｖ2とに基づいて、緩衝器６の減衰力特性を調整するための指令電流値Ｉを特定し、この指令電流値Ｉを緩衝器６のアクチュエータ７に出力する。

また、減衰係数マップ２１は、減衰力調整式緩衝器をスカイフック理論に適合させるように緩衝器６を制御するための制御信号（指令電流値Ｉ）を出力する。この減衰係数マップ２１は、図６中に実線で示されるハード側の特性線２１Ａと、図６中に破線で示されるソフト側の特性線２１Ｂとを有する。このとき、ハード側の特性線２１Ａは、ソフト側の特性線２１Ｂよりも補正減衰係数Ｃaが大きい範囲に配置されている。

そして、相対速度Ｖ2と補正減衰係数Ｃaが入力されると、減衰係数マップ２１中で補正減衰係数Ｃaと相対速度Ｖ2との交点を求める。この交点がハード側の特性線２１Ａよりも補正減衰係数Ｃaが大きい範囲に配置されるときには、指令電流値Ｉを大きくして減衰力特性をハードな特性に設定する。一方、交点がソフト側の特性線２１Ｂよりも補正減衰係数Ｃaが小さい範囲に配置されるときには、指令電流値Ｉを小さくして減衰力特性をソフトな特性に設定する。さらに、交点がハード側の特性線２１Ａとソフト側の特性線２１Ｂの間の範囲に配置されるときには、指令電流値Ｉを補正減衰係数Ｃaに応じて調整し、減衰力特性をハードとソフトの中間の特性に設定する。

以上により、緩衝器６の発生減衰力は、アクチュエータ７に供給された指令電流値Ｉに従ってハードとソフトとの間で連続的、または複数段で可変に調整される。

次に、横Ｇ補正部２２、前後Ｇ補正部２３等によってばね上加速度センサ８の検出結果（上下加速度センサ値）を補正する補正処理部分の構成について、図３を参照して説明する。

横Ｇ補正部２２は、ロール角算出部を有している。ここで、横加速度上下成分は、以下の数３の式により求めることができる。

ロール角が十分に小さい値である場合には、正弦関数の近似式（sin(φ)≒φ）が成り立つ。このため、sin(｜ロール角[rad]｜)≒｜ロール角[rad]｜とする。これにより、横加速度上下成分は、以下の数４の式で表すことができる。

そこで、横Ｇ補正部２２は、数４の式に基づいて横加速度上下成分を演算する。このとき、横Ｇ補正部２２は、二乗演算器２２Ａ、変換係数乗算器２２Ｂ、重力加速度除算器２２Ｃを備えている。二乗演算器２２Ａは、横加速度の二乗を演算する。変換係数乗算器２２Ｂは、二乗演算器２２Ａからの出力値（横加速度の二乗値）に対して、係数ＫＡy2Rollを乗算する。このとき、係数ＫＡy2Rollは、横加速度ロール角変換係数に（π／１８０）を乗算した値になっている。重力加速度除算器２２Ｃは、変換係数乗算器２２Ｂからの出力値に対して、（－１）を乗算すると共に、重力加速度ｇを除算する。ロール角算出部は、横加速度と係数ＫＡy2Rollを乗算し、重力加速度ｇを除算する部分によって構成されている。

前後Ｇ補正部２３は、ピッチ角算出部を有している。ここで、前後加速度上下成分は、以下の数５の式により求めることができる。

ピッチ角が十分に小さい値である場合には、正弦関数の近似式（sin(θ)≒θ）が成り立つ。このため、sin(｜ピッチ角[rad]｜)≒｜ピッチ角[rad]｜とする。これにより、前後加速度上下成分は、以下の数６の式で表すことができる。

そこで、前後Ｇ補正部２３は、数６の式に基づいて横加速度上下成分を演算する。このとき、前後Ｇ補正部２３は、二乗演算器２３Ａ、変換係数乗算器２３Ｂ、重力加速度除算器２３Ｃを備えている。二乗演算器２３Ａは、前後加速度の二乗を演算する。変換係数乗算器２３Ｂは、二乗演算器２３Ａからの出力値（前後加速度の二乗値）に対して、係数ＫＡx2Pitchを乗算する。このとき、係数ＫＡx2Pitchは、前後加速度ピッチ角変換係数に（π／１８０）を乗算した値になっている。重力加速度除算器２３Ｃは、変換係数乗算器２３Ｂからの出力値に対して、（－１）を乗算すると共に、重力加速度ｇを除算する。ピッチ角算出部は、横加速度と係数ＫＡx2Pitchを乗算し、重力加速度ｇを除算する部分によって構成されている。

上下加速度補正部２４は、ばね上加速度センサ８による上下加速度検出値（上下加速度センサ値）と、横Ｇ補正部２２で求めたロール角と、前後Ｇ補正部２３で求めたピッチ角と、を用いて上下加速度検出値を補正する。上下加速度補正部２４は、加算器２４Ａと減算器２４Ｂとを備えている。なお、上下加速度補正部２４は、加算器２４Ａの加算機能と減算器２４Ｂの減算機能とを両方備えた単一の演算器によって構成されていてもよい。

加算器２４Ａは、横加速度上下成分と前後加速度上下成分を加算する。減算器２４Ｂは、ばね上加速度センサ８が検出した上下加速度から横加速度上下成分と前後加速度上下成分との加算値を減算する。これにより、減算器２４Ｂは、ばね上加速度センサ８が検出した上下加速度を横加速度および前後加速度に応じて補正した補正上下加速度を出力する。

第１の実施形態による車両用サスペンション制御装置は、上述の如き構成を有するもので、次に、コントローラ１２を用いて緩衝器６の減衰力特性を可変に制御する処理について説明する。

コントローラ１２には、車両の走行時にばね上加速度センサ８からばね上（車体１）側の上下方向の振動加速度の検出結果（上下加速度センサ値）が入力されると共に、ばね下加速度センサ９からばね下（車輪２）側の上下方向の振動加速度の検出結果（上下加速度センサ値）が入力される。

このとき、コントローラ１２は、得られた情報から乗り心地制御処理を行い、目標減衰係数Ｃと相対速度Ｖ2を算出する。コントローラ１２の最大減衰係数マップ１９は、相対速度Ｖ2に対応した最大減衰係数Ｃmaxを出力する。コントローラ１２の最小値選択器２０は、目標減衰係数Ｃと最大減衰係数Ｃmaxのうち小さい値を選択し、補正減衰係数Ｃaとして出力する。減衰係数マップ２１は、補正減衰係数Ｃaと相対速度Ｖ2とに応じた指令電流値Ｉを算出する。指令電流値Ｉは、緩衝器６のアクチュエータ７に入力され、アクチュエータ７の駆動が制御される。これにより、緩衝器６の減衰力特性は、ハードな特性（硬特性）とソフトな特性（軟特性）との間で可変となって連続的に制御される。

第１の実施形態では、目標減衰力ＤＦと相対速度Ｖ2に基づいて目標減衰係数Ｃを算出すると共に、この目標減衰係数Ｃを相対速度Ｖ2に応じて補正し、補正減衰係数Ｃaを算出する。補正減衰係数Ｃaは、相対速度Ｖ2が低速な領域において、目標減衰係数Ｃの上限を低下させる。この補正減衰係数Ｃaに対応して指令電流値Ｉを算出する。

これにより、相対速度Ｖ2に基づく補正を行わずに目標減衰力ＤＦに基づいて緩衝器６を制御する場合に比べて、第１の実施形態では、指令電流値Ｉの立上りが滑らかになる。従って、減衰力の急変を抑制することができるから、ジャークを低減することができる。

ところで、旋回時や加減速時にはロール、ピッチによりばね上加速度センサ８の検出軸が傾く。この検出軸の傾きによって、横加速度や前後加速度を上下方向の加速度成分として検出してしまい、制振性能が劣化することがある。

例えば、図７に示すように、車両の旋回時には、旋回に応じた横加速度が車体１に作用する。この横加速度に応じて、車体１のロール角が変化する。このため、上下加速度センサ（ばね上加速度センサ８）のセンサ値は、ロール角に応じて横加速度成分が重畳されてしまい、上下加速度に誤差が生じる（図９参照）。同様に、車両の加減速時には、加速や減速に応じた前後加速度が車体１に作用する（図８参照）。このため、この前後加速度に応じて、車体１のピッチ角が変化し、上下加速度に誤差が生じる。

これに対し、第１の実施形態によるサスペンション制御装置は、横加速度がロール角に比例することと、前後加速度がピッチ角に比例することを利用して、横加速度と前後加速度からこれらの上下加速度成分として検出される誤差分を演算する。第１の実施形態によるサスペンション制御装置は、この誤差分を上下加速度センサ（ばね上加速度センサ８）のセンサ値から除去した補正上下加速度を算出する（図９参照）。これにより、第１の実施形態では、旋回時や加減速時のばね上速度Ｖ1および相対速度Ｖ2の推定精度を向上させることができる。この結果、第１の実施形態では、旋回時や加減速時においても、正しい上下挙動を検出することができるから、制振性能を改善することができる。

かくして、第１の実施形態によるサスペンション制御装置は、横加速度を検出する横加速度センサ１０による横加速度検出値を用いてロール角を求める横Ｇ補正部２２（ロール角算出部）と、前後加速度を検出する前後加速度センサ１１による前後加速度検出値を用いてピッチ角を求める前後Ｇ補正部２３（ピッチ角算出部）と、を有している。このため、第１の実施形態では、旋回時や加減速時においても、横加速度や前後加速度の影響を抑制して、正しい上下挙動を検出することができる。この結果、正しい上下挙動に基づいてサスペンション装置４を制御することができ、制振性能を改善することができる。

第１の実施形態によるサスペンション制御装置は、車体１に取り付けられ、上下加速度を検出するばね上加速度センサ８（上下加速度検出手段）による上下加速度検出値と、ロール角と、ピッチ角と、を用いて上下加速度検出値を補正する上下加速度補正部２４を有している。このため、第１の実施形態では、横加速度や前後加速度によって上下加速度検出値に誤差が生じるときでも、このような誤差を上下加速度補正部２４によって低減することができるから、正しい上下挙動を検出することができる。

次に、図１０ないし図１６は本発明の第２の実施形態を示し、第２の実施形態の特徴は、ロール角、ピッチ角を推定し、これらの値と横加速度、前後加速度を用いて補正上下加速度を算出することにある。なお、第２の実施形態では第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図１０に示すように、第２の実施形態によるコントローラ３１には、４輪の車高センサ３２FL，３２FR，３２RL，３２RRが接続されている。車高センサ３２FLは、左前輪の車高を出力する。車高センサ３２FRは、右前輪の車高を出力する。車高センサ３２RLは、左後輪の車高を出力する。車高センサ３２RRは、右後輪の車高を出力する。

コントローラ３１は、例えばマイクロコンピュータ等からなり、加速度センサ８～１１、車高センサ３２FL，３２FR，３２RL，３２RR等の検出結果に基づいて緩衝器６で発生する減衰力を制御する制御手段を構成している。コントローラ３１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部３１Ａを有している。

コントローラ３１は、第１の実施形態によるコントローラ１２と同様に構成されている。このため、コントローラ３１は、積分器１３，１４、減算器１５、目標減衰力演算器１６、減衰力制限器１７、減衰係数演算器１８、最大減衰係数マップ１９、最小値選択器２０、減衰係数マップ２１を備えている。

これに加え、コントローラ３１は、横加速度分補正上下加速度算出部３３（以下、横Ｇ補正部３３という）、前後加速度分補正上下加速度算出部３９（以下、前後Ｇ補正部３９という）、上下加速度補正部２４を備えている（図１１参照）。上下加速度補正部２４は、ばね上加速度センサ８による上下加速度検出値（上下加速度センサ値）と、横Ｇ補正部３３のロール角算出部３４で求めたロール角と、前後Ｇ補正部３９のピッチ角算出部４０で求めたピッチ角と、を用いて上下加速度検出値を補正する。具体的には、上下加速度補正部２４は、ばね上加速度センサ８が検出した上下加速度から横加速度上下成分と前後加速度上下成分との加算値を減算する。これにより、上下加速度補正部２４は、ばね上加速度センサ８が検出した上下加速度を横加速度および前後加速度に応じて補正した補正上下加速度を出力する。

横Ｇ補正部３３は、数３の式に基づいて、横加速度上下成分を算出する。図１１に示すように、横Ｇ補正部３３は、ロール角算出部３４、絶対値演算部３５、sin演算部３６、乗算器３７、符号反転演算部３８を備えている。ロール角算出部３４は、４輪の車高、横加速度、前後加速度に基づいて車体１のロール角を算出する。絶対値演算部３５は、ロール角の絶対値を算出する。sin演算部３６は、ロール角の絶対値に対するsin関数の値を求める。乗算器３７は、sin演算部３６から出力された値と横加速度センサ値とを乗算する。符号反転演算部３８は、乗算器３７から出力された値の符号を反転させる。

図１２に示すように、ロール角算出部３４は、サスペンション装置４の変位に基づくロール角と、タイヤ３の変位に基づくロール角とを加算する加算器３４Ａを備えている。ロール角算出部３４は、これら２つの変位に基づくロール角を加算して、合計のロール角を求める。

前後Ｇ補正部３９は、数５の式に基づいて、前後加速度上下成分を算出する。図１１に示すように、前後Ｇ補正部３９は、ピッチ角算出部４０、絶対値演算部４１、sin演算部４２、乗算器４３、符号反転演算部４４を備えている。ピッチ角算出部４０は、４輪の車高、横加速度、前後加速度に基づいて車体１のピッチ角を算出する。絶対値演算部４１は、ピッチ角の絶対値を算出する。sin演算部４２は、ピッチ角の絶対値に対するsin関数の値を求める。乗算器４３は、sin演算部４２から出力された値と前後加速度センサ値とを乗算する。符号反転演算部４４は、乗算器４３から出力された値の符号を反転させる。

図１３に示すように、ピッチ角算出部４０は、サスペンション装置４の変位に基づくピッチ角と、タイヤ３の変位に基づくピッチ角とを加算する加算器４０Ａを備えている。ピッチ角算出部４０は、これら２つの変位に基づくピッチ角を加算して、合計のピッチ角を求める。

サス変位分ロール・ピッチ角算出部４５には、４輪の車高センサ３２FL，３２FR，３２RL，３２RRが接続されている。サス変位分ロール・ピッチ角算出部４５には、４輪の車高（ＦＬ車高、ＦＲ車高、ＲＬ車高、ＲＲ車高）が入力される。図１４に示すように、サス変位分ロール・ピッチ角算出部４５は、サス変位分ロール角算出部４６とサス変位分ピッチ角算出部４７とを有している。サス変位分ロール角算出部４６は、サスペンション装置４の変位に基づくロール角を算出する。サス変位分ピッチ角算出部４７は、サスペンション装置４の変位に基づくピッチ角を算出する。

サス変位分ロール角算出部４６は、減算器４６Ａ，４６Ｂ、加算器４６Ｃ、平均値算出部４６Ｄ、トレッド除算部４６Ｅを備えている。減算器４６Ａは、左前輪の車高（ＦＬ車高）から右前輪の車高（ＦＲ車高）を減算し、前輪側における左右の車高差を求める。減算器４６Ｂは、左後輪の車高（ＲＬ車高）から右後輪の車高（ＲＲ車高）を減算し、後輪側における左右の車高差を求める。加算器４６Ｃは、前輪側の左右車高差と後輪側の左右車高差を加算する。平均値算出部４６Ｄは、加算器４６Ｃから出力された左右車高差を半分の値にし、前輪側の左右車高差と後輪側の左右車高差との平均値を求める。即ち、平均値算出部４６Ｄは、車体１における左右の車高差を求める。トレッド除算部４６Ｅは、平均値算出部４６Ｄから出力された車体１の左右車高差を、左側の車輪と右側の車輪の間隔であるトレッドＷtrdで除算する。これにより、サス変位分ロール角算出部４６は、４つのサスペンション装置４の変位に基づくロール角を近似的に求める。

サス変位分ピッチ角算出部４７は、減算器４７Ａ，４７Ｂ、加算器４７Ｃ、平均値算出部４７Ｄ、ホイールベース除算部４７Ｅを備えている。減算器４７Ａは、左前輪の車高（ＦＬ車高）から左後輪の車高（ＲＬ車高）を減算し、左側における前後の車高差を求める。減算器４７Ｂは、右前輪の車高（ＦＲ車高）から右後輪の車高（ＲＲ車高）を減算し、右側における前後の車高差を求める。加算器４７Ｃは、左側の前後車高差と右側の前後車高差を加算する。平均値算出部４７Ｄは、加算器４７Ｃから出力された前後車高差を半分の値にし、左側の前後車高差と右側の前後車高差との平均値を求める。即ち、平均値算出部４７Ｄは、車体１における前後の車高差を求める。ホイールベース除算部４７Ｅは、平均値算出部４７Ｄから出力された車体１の前後車高差を、前側の車輪２と後側の車輪２の間隔であるホイールベースＬwbsで除算する。これにより、サス変位分ロール角算出部４６は、４つのサスペンション装置４の変位に基づくピッチ角を近似的に求める。

タイヤ変位分ロール・ピッチ角算出部４８には、横加速度センサ１０と前後加速度センサ１１が接続されている。タイヤ変位分ロール・ピッチ角算出部４８には、横加速度センサ値と前後加速度センサ値が入力される。図１５に示すように、タイヤ変位分ロール・ピッチ角算出部４８は、荷重移動量算出部４９、タイヤ変位算出部５０、タイヤ変位分ロール角算出部５１、タイヤ変位分ピッチ角算出部５２を有している。

荷重移動量算出部４９は、横加速度と前後加速度に基づいて車両に作用する荷重の移動量を算出する。このとき、荷重移動量算出部４９は、車両の４輪それぞれに作用する荷重を求める。タイヤ変位算出部５０は、４輪のタイヤ３にそれぞれ生じる変位量を算出する。これにより、タイヤ変位算出部５０は、左前輪タイヤ変位（ＦＬタイヤ変位）、右前輪タイヤ変位（ＦＲタイヤ変位）、左後輪タイヤ変位（ＲＬタイヤ変位）、右後輪タイヤ変位（ＲＲタイヤ変位）を出力する。

タイヤ変位分ロール角算出部５１は、４輪のタイヤ変位に基づくロール角を算出する。タイヤ変位分ピッチ角算出部５２は、４輪のタイヤ変位に基づくピッチ角を算出する。

図１６に示すように、タイヤ変位分ロール角算出部５１は、減算器５１Ａ，５１Ｂ、加算器５１Ｃ、平均値算出部５１Ｄ、トレッド除算部５１Ｅを備えている。減算器５１Ａは、左前輪タイヤ変位（ＦＬタイヤ変位）から右前輪タイヤ変位（ＦＲタイヤ変位）を減算し、前輪側における左右の車高差を求める。減算器５１Ｂは、左後輪タイヤ変位（ＲＬタイヤ変位）から右後輪タイヤ変位（ＲＲタイヤ変位）を減算し、後輪側における左右の車高差を求める。加算器５１Ｃは、前輪側の左右車高差と後輪側の左右車高差を加算する。平均値算出部５１Ｄは、加算器５１Ｃから出力された左右車高差を半分の値にし、前輪側の左右車高差と後輪側の左右車高差との平均値を求める。即ち、平均値算出部５１Ｄは、車体１における左右の車高差を求める。トレッド除算部５１Ｅは、平均値算出部５１Ｄから出力された車体１の左右車高差を、左側の車輪と右側の車輪の間隔であるトレッドＷtrdで除算する。これにより、タイヤ変位分ロール角算出部５１は、４輪のタイヤ変位に基づくロール角を近似的に求める。

タイヤ変位分ピッチ角算出部５２は、減算器５２Ａ，５２Ｂ、加算器５２Ｃ、平均値算出部５２Ｄ、ホイールベース除算部５２Ｅを備えている。減算器５２Ａは、左前輪タイヤ変位（ＦＬタイヤ変位）から左後輪タイヤ変位（ＲＬタイヤ変位）を減算し、左側における前後の車高差を求める。減算器５２Ｂは、右前輪タイヤ変位（ＦＲタイヤ変位）から右後輪タイヤ変位（ＲＲタイヤ変位）を減算し、右側における前後の車高差を求める。加算器５２Ｃは、左側の前後車高差と右側の前後車高差を加算する。平均値算出部５２Ｄは、加算器５２Ｃから出力された前後車高差を半分の値にし、左側の車高差と右側の前後車高差との平均値を求める。即ち、平均値算出部５２Ｄは、車体１における前後の車高差を求める。ホイールベース除算部５２Ｅは、平均値算出部５２Ｄから出力された車体１の前後車高差を、前側の車輪２と後側の車輪２の間隔であるホイールベースＬwbsで除算する。これにより、タイヤ変位分ピッチ角算出部５２は、４輪のタイヤ変位に基づくピッチ角を近似的に求める。

かくして、このように構成される第２の実施形態でも、第１の実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、第２の実施形態では、横加速度、前後加速度に加えて４輪の車高に基づいて、ロール角、ピッチ角を求める。このため、ロール角、ピッチ角の推定精度を高めることができ、正しい上下挙動を検出することができる。

なお、前記各実施形態では、コントローラ１２，３１は、相対速度Ｖ2が低速なときに目標減衰係数Ｃの上限を低下させた補正減衰係数Ｃaを算出し、補正減衰係数Ｃaに対応した指令電流値Ｉを緩衝器６に出力する構成とした。本発明はこれに限らず、ロール振動が所定のレベルを超えたときには、目標減衰係数の補正量を小さくしてもよい。

前記各実施形態では、コントローラ１２，３１は、補正減衰係数Ｃaに対応した指令電流値Ｉを緩衝器６に出力する構成とした。本発明はこれに限らず、コントローラは、相対速度が低速なときに目標減衰力を低下させた補正減衰力を算出し、この補正減衰力に対応した制御信号を緩衝器に出力してもよい。コントローラは、目標減衰係数や目標減衰力を補正せず、目標減衰係数や目標減衰力に対応した制御信号を緩衝器に出力してもよい。

前記各実施形態では、横加速度検出手段は横加速度を検出する横加速度センサ１０によって構成し、前後加速度検出手段は前後加速度を検出する前後加速度センサ１１によって構成するものとした。本発明はこれに限らず、例えば操舵角と車速から横加速度を推定する場合には、横加速度検出手段は操舵角センサおよび車速センサ（車輪速センサ）を含む構成としてもよい。ヨーレイトと車速から横加速度を推定する場合には、横加速度検出手段はヨーレイトセンサおよび車速センサを含む構成としてもよい。

車速を微分して前後加速度を推定する場合には、前後加速度検出手段は車速センサを含む構成としてもよい。ブレーキ液圧やパワートレインの発生トルクや推定値を用いて前後加速度を算出する場合には、前後加速度検出手段は、液圧センサ等を含む構成としてもよい。

ここで、横加速度センサ値や前後加速度センサ値には旋回影響以外の上下運動に起因した加速度成分が重畳している。そこで、低周波では、横加速度センサや前後加速度センサによって検出したセンサ値を用いる。一方、高周波の横加速度は、操舵角と車速から推定した横加速度、またはヨーレイトと車速から推定した横加速度を用いる。さらに、高周波の前後加速度は、ブレーキ液圧やパワートレインの発生トルクや推定値を用いて算出した推定値を用いる。これにより、加速度が正しく算出できるようになるため、本発明によって上下加速度を補正したときの補正の精度を向上することができる。また、ロール角、ピッチ角は、ジャイロ等の測定値を用いてもよい。

前記各実施形態では、スカイフック理論に基づいてサスペンション装置４の緩衝器６を制御するコントローラ１２，３１に適用した場合を例に挙げて説明したが、ロールフィードバック制御、ピッチフィードバック制御、双線形最適制御、Ｈ∞制御等を行うコントローラに適用する構成としてもよい。

前記各実施形態では、力発生機構がセミアクティブダンパからなる緩衝器６である場合を例に説明した。本発明はこれに限らず、力発生機構はアクティブダンパ（電気アクチュエータ、油圧アクチュエータのいずれか）でもよい。前記各実施形態では、車体１側と車輪２側との間で調整可能な力を発生する力発生機構を、減衰力調整式の油圧緩衝器６により構成する場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、例えば力発生機構を液圧緩衝器の他に、エアサスペンション、スタビライザ（キネサス）、電磁サスペンション等により構成してもよい。

前記各実施形態では、４輪自動車に用いる車両挙動装置を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば２輪、３輪自動車、または作業車両、運搬車両であるトラック、バス等にも適用できる。

前記各実施形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。

以上説明した実施形態に基づくサスペンション制御装置として、例えば下記に述べる態様のものが考えられる。

第１の態様としては、車両の車体と車輪との間に介在されるアクチュエータを制御するサスペンション制御装置であって、横加速度を検出する横加速度検出手段による横加速度検出値を用いてロール角を求めるロール角算出部と、前後加速度を検出する前後加速度検出手段による前後加速度検出値を用いてピッチ角を求めるピッチ角算出部と、を有している。

第２の態様としては、第１の態様において、前記車体に取り付けられ、上下加速度を検出する上下加速度検出手段による上下加速度検出値と、前記ロール角と、前記ピッチ角とを用いて、前記上下加速度検出値を補正する上下加速度補正部を有している。

１車体
２車輪
４サスペンション装置
５ばね
６減衰力調整式緩衝器（緩衝器）
７アクチュエータ
８ばね上加速度センサ（上下加速度検出手段）
９ばね下加速度センサ
１０横加速度センサ（横加速度検出手段）
１１前後加速度センサ（前後加速度検出手段）
１２，３１コントローラ
２２，３３横加速度分補正上下加速度算出部（横Ｇ補正部）
２３，３９前後加速度分補正上下加速度算出部（前後Ｇ補正部）
３４ロール角算出部
４０ピッチ角算出部
２４上下加速度補正部

Claims

車両の車体と車輪との間に介在されるアクチュエータを制御するサスペンション制御装置であって、
横加速度を検出する横加速度検出部と、
前後加速度を検出する前後加速度検出部と、
上下加速度を検出する上下加速度検出部と、
前記横加速度検出部から出力される横加速度値が入力され、横加速度上下成分を算出する横加速度補正部と、
前記前後加速度検出部から出力される前後加速度値が入力され、前後加速度上下成分を算出する前後加速度補正部と、
を有し、
前記横加速度補正部は、前記横加速度値を二乗する第１二乗演算器と、横加速度ロール角変換係数を乗算する第１変換係数乗算器と、重力加速度を除算する第１重力加速度除算器と、を有し、
前記前後加速度補正部は、前記前後加速度値を二乗する第２二乗演算器と、前後加速度ピッチ角変換係数を乗算する第２変換係数乗算器と、重力加速度を除算する第２重力加速度除算器と、を有し、
前記横加速度補正部から出力される前記横加速度上下成分と前記前後加速度補正部から出力される前記前後加速度上下成分と前記上下加速度検出部から出力される上下加速度とが入力され、前記上下加速度を前記横加速度上下成分と前記前後加速度上下成分とに応じて補正する上下加速度補正部を有するサスペンション制御装置。
前記横加速度補正部は、正弦関数の近似式（sin(φ)≒φ）が成り立つ範囲の場合においてsin(｜ロール角[rad]｜)≒｜ロール角[rad]として前記横加速度上下成分を算出し、
前記前後加速度補正部は、正弦関数の近似式（sin(θ)≒θ）が成り立つ範囲の場合においてsin(｜ピッチ角[rad]｜)≒｜ピッチ角[rad]として前記前後加速度上下成分を算出する請求項１に記載のサスペンション制御装置。