JPS61178212A - 車高制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は車高制御装置に関し、詳しくは車両の車高に関
する系の動的なモデル（ダイナミックモデル）に基づき
、車高を最適に制御する車高制御装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来より乗員や積荷の多少で生ずる車高の沈下、あるい
は車高のばらつきを補正して、車両が常時一定の車高で
正常な姿勢を保つよう制御したり、あるいは車高を車両
の走行状態や路面状態等により変化して走行安定性を向
上するといった車高制御装置が種々前えられ、実用化さ
れている。

そしてこうした従来の車高制御装置では、例えば車両の
各車輪毎に車高センサ及び車高調整部材を設け、車高セ
ンサにて検出された車高が目標車高となるよう車高調整
部材を駆動し、各車輪毎に個々に車高制御を実行すると
いった、いわゆる古典的なフィードバック制御理論に基
づき車高制御を実行していた。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが従来の車高制御ｌ装置においては、個々の車高
調整部材毎に独立して車高制御を実行するので、車体の
任意の位置での車高制御は実行することができないとい
った問題、あるいは各車高調整部材間の相互干渉、即ち
１つの車高調整部材を駆動した時他の部分に及ぼす影響
については何ら考慮されず制御されるので、制御開始後
車体が安定した姿勢となるまでに時間がかかるといった
応答性の問題等種々の問題があつだ。

そこで本発明は上記問題に鑑みなされたものであって、
車高制御を車両全体で捉えて各車高調整部材を制御する
、いわゆる現代制御理論に基づき行ない、より安定でス
ムーズに車高を制御し得る車高制御装置を提供すること
を目的としている。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成し、上記問題点を解決するための手段
としての本発明の構成は、 車両Ｍ１の任意の位置に設けられ、車体Ｍ２と路面との
間の距離を検出する車高検出手段Ｍ３と、該車両Ｍ１の
車体Ｍ２と車輪Ｍ４との間に設けられ、車高を調整する
車高調整部材Ｍ５と、上記車高検出手段Ｍ３にて検出さ
れた実車高が、予め設定された目標車高となるよう上記
車高調整部材Ｍ５の制御量を求め、上記車高調整部材Ｍ
５を駆動する車高制御手段Ｍ６と、 を備えた車高制御装置において、 上記車高制御手段Ｍ６を、当該車両Ｍ１の車高に関１′
る系の動的なモデルに従って予め設定された最適フィー
ドバックゲイン「に基づき、上記車高調整部材Ｍ５の制
御量を定める、付加積分型最適レギュレータとして構成
したことを特徴とする車高制御ｌ装置を要旨としている
。

ここでまず車高調整部材Ｍ５とは、車体Ｍ２と車輪Ｍ４
との間に設けられ、車高を調整するためのものであって
、従来より車高制御装置に用いられている、ガス圧によ
り車高を調整するエアサスペンションや、油圧により、
車高を調整し得るハイドロニューマチックサスペンショ
ン、あるいは従来のサスペンションとは別に直列に設け
られた油圧シリンダ等を用いることができる。

また車高検出手段Ｍ４としては、車両Ｍ１の任意の位置
に設けられ、車体Ｍ２と路面と離隔距離、即ち車高を検
出するためのものであって、上記車高調整部材Ｍ５と同
様に車輪と車体との間に設けられ、その間隔の変化を電
気抵抗の変化として捉えるポテンショメータや、光学式
の車高センサ等を用いることができ、その他例えば路面
に超音波信号を放射しその反射波が受信されるまでの時
間から車高を検出する超音波式の車高センサ等を用いる
ことができる。

尚上記車高調整部材Ｍ５において、油圧を用いないエア
サスペンションを用いた場合、車高調整によってそのば
ね定数も変化されることから、油圧によって車高だけを
単独で制御し得るハイドロニューマチックサスペンショ
ンや、サスペンションとは別に直列に設けられた油圧シ
リンダを用いることが望ましい。

次に車高制御手段Ｍ６とは、上記車高検出手段Ｍ３から
の検出信号を受け、車高が目標車高となるよう車高調整
部材Ｍ５に制御信号を出力するものであって、通常マイ
クロプロセッサを中心に、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺素子
や入・出力回路と共に構成されたマイクロコンピュータ
を用いて実現される。そして本発明の車高制御手段Ｍ６
では、従来の車高制御装置とは異なり、予め車両Ｍ１の
車高に関する系の動的なモデルに従い定められた最適フ
ィードバックゲイン「を基に車高調整部材Ｍ５の制御Ｎ
ｆｔを求め、制御信号を出力するよう構成されている。

即ちこの車高制御手段Ｍ６は、予め定められた目標車高
と車高検出手段Ｍ３にて検出された実車高とから最適な
制御量を決定する付加積分型レギュレータとして構成さ
れているのである。尚上記目標車高とは、単に一定の値
どしてもよいが、車両の走行状態、例えば車速、操舵角
、路面の傾き等によって予め設定するにうにしてもよい
。この場合車両は走行状態に応じてより最適な車高とな
り、走行安定性、操縦安定性、乗り心地等をより向上す
ることができる。

ここで上）ホの付加積分型最適レギュレータの構成の手
法は、例えば古Ｉ］１勝久著［線形システム制御理論」
　（昭和５１年）昭界堂等に詳しく述べられているが、
ここで実際の構成の手法について−通りの見通しを与え
ることとする。

尚、以下の説明においてＦ、Ｘ、Ａ、［Ｂ、Ｃ。

ｙ、ｕ、Ｌ、Ｇ、Ｑ、）Ｒ，Ｔ、Ｐはベクトル量（行列
）を示し、ＡＴの如き添字Ｔは行列の転置を、Ａ−１の
如き添字−１は逆行列を、更にＸの如き添字１はそれが
推定値であることを、Ｃの如き記号−は制御対象の系か
ら変換等ににり生成された別の系、ここでは状態観測器
（以下、オブザーバと呼ぶ）で扱われている量であるこ
とを、ｙ＊の如ぎ記号”は目標値であることを、各々示
している。

制御対象、ここでは車両Ｍ１の車高制御において、この
制御対象の動的な振舞は、 Ｘ　（ｋ　）　＝Ａ−Ｘ　（ｋ−１＞　十Ｅ３−　ｕ　
（ｋ−１）・・・（１） す〈ｋ）　＝ｃ−ｘ　ｕｔ　＞　　　　　　　・・・（
２）として記述されることが現代制御理論より知られて
いる。ここで式（１）は状態方程式９式（２）は出力方
程式と呼ばれ、Ｘ（ｋ）は車両Ｍ１の車高に関する系内
部状態を表わす状態変数量であり、ｕ（ｋ）は各車高調
整部材Ｍ５の駆動条件を示す各組からなるベクトル、Ｖ
　（ｋ　）は車高検出手段Ｍ３にて検出された車両Ｍ１
の任意の位置での中高（実車高）からなるベクトルであ
る。又、式（１）、（２）は離散系で記）ホされており
、添字には現時点での値であることを、ｋ−１は１回前
のサンプリング時点での値であることを、各々示してい
る。

車両Ｍ１の内部状態を示す状態変数量Ｘ（ｋ）は、その
制御系における未来への影響を予測するために必要十分
な系の履歴に関する情報を示している。従って、車両Ｍ
１の車高に関する系の動的なモデルが明らかになり、式
（１）、’（２）のベクトルＡ、　Ｅ３．　Ｃを定める
ことができれば、状態変数ｆｆ１Ｘ（ｋ）を用いて内燃
機関Ｍ１の運転を最適に制御できることになる。

ところが、自動車のように各車高調整部材Ｍ５が車高や
車体姿勢に互いに影響し合う複雑な制御についてはその
動的なモデルを理論的に正確に求めることは困難であり
、何らかの形で実験的に定めることが必要となる。これ
が所謂システム同定と呼ばれるモデル構築の手法であっ
て、車両Ｍ１が所定条件で放置あるいは走行されている
場合、その状態の近傍では線形の近似が成立つとして、
式（１）、（２＞の状態方程式に則ってモデルを構築す
るのである。従って、車両Ｍ１のようにその車両に関す
る動的なモデルが非線形のような場合にも、定常的な複
数の条件、即ち乗員や積荷による荷重、あるい−は走行
条件等に分離することによって線形な近似を行なうこと
ができ、個々の動的なモデルを定めることができるので
ある。

ここで、例えば−輪車のように制御対象が比較的容易に
物理的なモデルを構築できるのものであれば周波数応答
法やスペクトル解析法といった手法によりシステム同定
を行なって、動的な系のモデル（ここではベクトルＡ、
ＩＢ、Ｃ）を定めることができるが、自動車のように複
数の車高調整部材Ｍ５を有する多元系の制御対象は、あ
る程度近似のよい物理モデルをつくることも困難であり
、この場合には最小２乗法や補助変数法あるいはオンラ
イン同定法などにより動的なモデルの構築を行なう。

動的なモデルが定まれば、状態変数量Ｘ（ｋ）と車両Ｍ
１の実車高ｓ　（ｋ　）及びその目標値移”（ｋ　）か
らフィードバック量が定まり車高調整部材Ｍ５の駆動条
件の諸量ｕ　（ｋ　）の制御量が理論的に最適に定めら
れる。通常車両Ｍ１の車高の制御系では車両Ｍ１の車高
に直接関与する諸量として、例えば車高調整部材Ｍ５共
に車体Ｍ２と車輪Ｍ４との間に設けられたショックアブ
ソーバ等の動的挙動、あるいは油圧シリンダの油の移動
速度等を状態変数ＩＸ　（ｋ　）として扱えばよいので
あるが、これらの諸量の大部分は直接観測することが極
めて困難である。そこで、こうした場合には、制御手段
Ｍ６内に状態観測器（オブザーバ）と呼ばれる手段を構
成し、各車高調整部材Ｍ５の駆動条件の諸量と車高検出
手段４の検出信号（実車高）とを用いて、車両Ｍ１の状
態変数ｍＸ　（ｋ　）を推定することができる。これが
所謂、現代制御理論におけるオブザーバであり、種々の
オブザーバとその設計法が知られている。これらは、例
えば古田勝久他著［メカニカルシステム制御」　（昭和
５９年）オーム社等に詳解されており、適応する制御対
象、ここでは車両Ｍ１とその車高制御ｉｌ＋装置との態
様に合わせて最小次元オブザーバや有限整定オブザーバ
として設計すればよい。

車高制御手段Ｍ６は、観測された状態変数量または上記
のオブザーバによって推定された状態変数量Ｘ（ｋ）の
伯に、予め設定された車高の目標値と車高検出手段Ｍ４
にて検出された実車高を累積した累積値を用いて拡大さ
れた系において、両者と、予め定められた最適フィード
バックゲインとから最適なフィードバック量を定め車高
調整部材Ｍ５を駆動して制御する。累積値は車両Ｍ１の
走行に伴い生ずる振動を吸収するために必要となり、ま
た目標車高を車両Ｍ１の運転状態により変化する場合に
も必要となる量である。つまり一般にサーボ系の制御に
おいては目標値と実際の制御値との定常偏差を消去する
ような制御が必要となり、これは伝達関数において１／
ＳＮ１次の積分）を含む必要があるとされ、また、記述
したようなシステム同定により系の伝達関数を定め、こ
れから状態方程式をたてているような場合には、対ノイ
ズ安定性の上からもこうした積分間を含むことが望まし
いといった理由からこの累積値が用いられるのである。

従って、上述の状態変数ｍＸ　（ｋ　）にこの累積値を
加えて系を拡大し、両者と予め定められた最適なフィー
ドバックゲイン「とにより帰還量を定めれば、付加積分
型最適レギュレータとして、制御対象への制御量、即ち
各車高調整部材Ｍ５の駆動条件の諸量が定まる。

次に、最適フィードバックゲインについて説明する。上
記の如く積分量を付加した最適レギュレータでは、評価
関数Ｊを最小とするような制御入力（ここでは車高調整
部材Ｍ５の駆動条件の諸量）の求め方が明らかにされて
おり、最適フィードバッタゲインもリカツチ方程式の解
と状態方程式（１）、出力方程式（２）のＡ、１３．０
マトリツクス及び評価関数に用いられる重みパラメータ
行列とから求められることがわかっている（前掲書他）
。ここで重みパラメータは当初任意に与えられるもので
あって、評価関数Ｊが車高調整部材Ｍ５の駆動条件諸量
の挙動を制約する重みを変更するものである。重みパラ
メータを任意に与えて大型コンピュータによるシミュレ
ーションを行ない、得られた車高状態の挙動から重みパ
ラメータを所定量変更してシミュレーションを繰返し、
最適な値を決定しておくことができる。その結果最適フ
ィードバックゲイン「も定められる。

従って、本発明の車高制御装置の車高制御手段Ｍ６は、
予めシステム同定等により決定された車両Ｍ１の車高に
関する動的モデルを用いて付加積分型最適レギュレータ
として構成され、その内部におけるオブザーバのパラメ
ータや最適フィードバックゲインＦなどは、全て、予め
車両Ｍ１−の動的モデルを用いたシミュレーションによ
り決定されているのである。

尚、以上の説明において状態変数量Ｘ（ｋ）は車両Ｍ、
１の内部状態を表わす量として説明したが、これは実際
の物理量に対応した変数量である必要はなく、車両Ｍ１
の状態を表わす適当な次数のベクトル量として設計する
ことができる。

［作用コ 上記の如き構成の本発明の車高制御装置においては、付
加積分型最適レギュレータとして構成された車高制御手
段Ｍ６により、車高検出手段Ｍ３にて検出された車両Ｍ
１の任意の位置での実車高が、予め設定された目標車高
となるよう車高制御部材Ｍ５の制御量を求めて車高制御
部材Ｍ５を駆動するように動く。従って乗員や積荷、あ
るいは車両の走行状態等に影響されることなく車高を常
時目標車高に制御することができ、車両の操縦性、安定
性の維持を図ることができるようになる。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

第２図は本実施例の車高制御装置の全体構成を示すブロ
ック図である。図において１ないし４は図示しない各車
輪と車体との間に設けられ、車高を検出するポテンショ
メータからなる車高センサを示し、１は左前輪、２は右
前輪、３は左後輪、４は右後輪の車高センサである。ま
た５ないし８は当該車両の各車輪と車体との間に設けら
れ、車高を調達するだめの車高調達部材であって、５は
左前輪、２は右前輪、３は左後輪、４は右後輪での車高
調整部材を表わしている。

次に１０はＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲΔＭ１３、入力
ポート１４、出カポ−１〜１５、データバス１６及び電
源回路１７等により構成される制御回路であって、上記
車高センサ１ないし４からの検出信号を入力ポート１４
を介して受け、予めＲＯＭ１２内に格納された制御プロ
グラムに従ってＣＰＵ１１により上記各車高調整部材５
ないし８の制御量を算出し、出力ポート１５介して各車
高調整部材５ないし８に制御信号を出力するといった一
連の車高制御処理を実行する。

ここで本実施例においては、車高調整部材にサスペンシ
ョンとは別に車体と車輪間に直列に設けられた油圧シリ
ンダを用いるものとして説明すると、上記各車輪に設け
られた車高調整部材５ないし８は、第３図に示す如（、
夫々油圧シリンダ２１ないし２４と電磁切替弁２５ない
し２８から構成される。各電磁切替弁２５ないし２８は
上記制御回路１０からの駆動信号によって駆動され、給
油管２９又は排油管３０と、油圧シリンダ２１ないし２
４とを連通ずることによって油圧シリンダ２１ないし２
４内の油圧を調整し、各車輪における車高を制御する。

給油管２９には油圧を調整する調整弁３１を介してリザ
ーバ３２に貯えられた油を汲み上げるための油圧ポンプ
３３が接続されると共に、常開電磁弁３４を介して給油
管２９の油圧の脈動を防ぐためのアキュムレータ３５が
接続されており、給油管２９内の油圧が所定の圧力にな
るよう調整される。また排油管３０の油や調整弁３１に
て油圧が調整された後の不要となった油は、再びリザー
バ３２に戻され、リザーバ３２内に貯えられるようにさ
れている。

このように構成された各車高調整部材５ないし８におい
ては、制御回路１０からの駆動信号によって各々の電磁
切替弁２５ないし２８の給油管２９と排油管３０との連
通時間が制御され、油圧シリンダ２１ないし２４内の油
圧が所定油圧に保たれる。

以下、第４図に制御回路１０の制御系統図を示し制御回
路１０内の制御系について説明する。尚第４図は制御系
を示す図であり、ハード的な構成を示すものではない。

またこの制御系は、実際には後述の第８図のフローチャ
ートに示した車高制御の制御プログラムに従って実行さ
れるものである。

図において１」ｆｌ、ｌ−１ｆｒ、）ｌｒｌ、ｌ−１ｒ
ｒは前記車高センサ１ないし４にて検出された各車輪位
置での実車高を示し、またＨｆ１本、Ｈｆｒ＊、ｌ−１
ｒｌ＊、ト１ｒｒ＊はその検出された実車高に対応して
予め設定された目標車高を示している。Ｐｌは上記各実
車高Ｈｆｌ、Ｈｆｒ、　Ｈｒｌ、　Ｈｒｒと、各目標車
高Ｈｆｌ＊、１−１　ｆｒ＊、Ｈｒｌ＊、Ｈｒｒ＊との
偏差Ｓｆｌ、５ｆｒ１Ｓｒ１、Ｓｒｒを累積して累積値
Ｚｆｌ、Ｚｆｒ、Ｚｒｌ、Ｚｒｒを求める積分器、Ｐ２
は上記検出された各車輪位置での車高Ｈｆｌ、Ｈｆｒ、
Ｈｒｌ、Ｈｒｒと油圧シリンダ２１ないし２４の油圧Ｐ
ｆｌ、Ｐｆｒ、　ｐｒｌ、Ｐｒｒとから当該車両の内部
状態、即ち各車輪と車体との間に設けられたサスペンシ
ョンの状態、あるいは油圧シリンダ２１ないし２４内の
油圧の変化状態等を表現する状態変数量Ｘ（Ｋ）を推定
して状態推定量Ｘ（Ｋ）を求めるオブザーバ、Ｐ３はオ
ブザーバＰ２にて求められた状態推定ＩＸ（Ｋ）と積分
器Ｐ１にて求められた累積値Ｚ　ｆｌ、　Ｚ　ｆｒ。

７ｒｌ、Ｚｒｒとに最適フィードバックゲイン「を積綽
し、油圧シリンダ２１ないし２４の油圧Ｐｆｌ、ｐ　ｆ
ｒ、　Ｐ　ｒｌ、ｐｒｒを算出するフィードバック量決
定部、Ｐ４はその求められた各油圧シリンダ２１ないし
２４の油圧Ｐｆｌ、Ｐｆｒ、Ｐｒｌ、Ｐｒｒに応じた各
常閉電磁弁２５ないし２８の駆動信号Ｔｆｌ、Ｔｆｒｌ
Ｔｒ、ｌ、Ｔｒｒを出力する駆動信号出力部である。

以上簡単にこの制御系の構成について説明したが、次に
実際のシステム同定による動的モデルの構築、オブザー
バＰ３の設計、及び最適フィードバックゲイン「の与え
方について説明する。

まず車両の車高に関する系の動的なモデルを構築する。

例えば車両が１輪車のような場合にはその物理モデルは
１５図に示す如く、車体４０と路面との間に設けられた
油圧シリンダ４２と、ばね４３及び減衰器４４からなる
サスペンション４５とを用いて表わすことができる。こ
の場合車高りはサスペンション４５の長さｘｌと油圧シ
リンダ４２の長さとの和、即ち ｈ　（ｔ）＝ｘ１　　（ｔ）十ｘ２　　（ｔ）（但し、
（ｔ）は時間関数であることを示す。）で求まり、また
サスペンション４５及び油圧シリンダ４２の動的ふるま
いも、夫々次の力学方程式％式％ （但し、Ｐ：油圧シリンダ圧力、Ｓニジリンダ面積、ｍ
ｌ　：サスペンションの質！、ｆｌ　　：減衰器の減衰
係数、ｋ：サスペンションのばね定数、ｍ２　：車体の
質量、ｆ２　：油圧シリンダの粘性係数）から求まるこ
とから、入力変数としてＰ　（ｔ）、状態変数としてｘ
ｌ　　（ｔ）、交１（ｔ）、ｘ２（ｔ）、☆２　　（ｔ
）、出力変数としてｈ（Ｂをとると、システムの状態方
程式及び出力方程式は４次のシステムとして となり、 Ｃ＝［１０１０］ となる。

ところが本実施例のようにその制御系が４人力４出力の
系であり、入出力の諸量ｉ干渉が存在する場合には、上
記の如く物理モデルをたて、状態方程式を導くことは困
難である。そこで本実施例ではシステム同定と呼ばれる
一種のシミュレーションにより伝達関数を求め、システ
ムパラメータＡ、　Ｅｌ、　Ｃを求める。

第６図は本実施例の制御系、即ち４人力４出力の系を伝
達関数０１　　（Ｚ）〜Ｇ１６（Ｚ）により書き表わし
た図である。尚Ｚは入出力信号のサンプル値の７変換を
ホー、Ｇｌ　　（７）〜Ｇ１６（Ｚ）は適当な次数をも
つものとする。従って全体の伝達関数行列Ｇ　（Ｚ）は
、 Ｇ　（Ｚ）　− で表わされる。

システム同定の手法は、例えば相良節夫他著、「システ
ム同定」　（昭和５６年）社団法人計測自動制御学会等
に紹介されているが、ここでは最小２乗法により同定す
る。

車両を所定の条件で放置、あるいは走行させ、油圧シリ
ンダ２２．２３．２４の油圧ｐ　ｆｒ、　ｐ　ｒｌ、Ｐ
ｒｒを所定油圧に設定し、油圧シリンダ２１の油圧Ｐｆ
ｌを変更してゆき、その時の車高データをＮ回に亘って
ザンプリングする。これを入力のデータ系列（ｕ　（ｉ
））−（Ｐｆｌ（ｉ））、出力のデ一夕系列（ｙ（ｉ）
）−（ｔ」ｆｌ（ｉ））（但し、ｉ−１，２，３・・・
Ｎ）と表わすと、この時系は１人力１出力とみなすこと
ができ、系の伝達関数Ｇ１　（Ｚ）は、 Ｇｌ　　（Ｚ）　＝Ｂ　（Ｚ−１）　／Ａ　（Ｚ−１＞
・・・（３）即ち Ｇ’１（ｚ） ＝（ｂｏ＋ｂ１　−ｚ−１＋・＋ｂｎｚ−１＞／（１＋
ａ１−ｚ−１＋ａ２　・ｚ　＋−＝＋ａｎ　−ｚ　）・
・・（４） で求められる。尚、ここで、７−１は単位推移演算子で
あッテ、ｚ　−１−ｘ　（ｋ　）　＝ｘ　（ｋ−１）を
意味している。

入出力のデータ系列（ｕ　（ｉ　））、　　（ｙ（ｉ　
））から式（４）のパラメータａ１〜ａｎ、ｂＯ〜ｂｎ
を定めれば系の伝達関数Ｇ１（ｚ）が求められる。最小
２乗法によるシステム同定では、このパラメータａ１〜
ａｎ、ｂＯ〜ｂｎを ＪＯ−Σ［（ｙ　（ｋ　）　＋ａ１−　ｙ　（ｋ−１）
　＋、、。

＋ａｎ−ｙ（ｋ−ｎ））−（−ｂｏ−ｕ（ｋ）十ｂ　１
　・ｕ（ｋ−１）＋・・・ ＋ｂｎ　　−ｕ　　（ｋ−ｎ　　）　　）　　］２・・
・　（５） が最小となるよう定める。例えば０−２として、各パラ
メータを求めると、系のシグナル７０−線図は第７図の
ようになり、状態変数量として［×１　　（ｋ）　　ｘ
２　　（ｋ）］Ｔをとッテ、その状態・出力方程式は、 ・・・（６） と表わせられる。従って、１人力１出力の系とみなした
場合のシステムパラメータＡ、　Ｅ３．　Ｃを各々Ａ１
　′、　９３１−、　Ｃ１′とすれば、８１　′−［ｂ
２　　ｂＩ　ｌＴ ｃｌ−＝［０１］ となる。

このようにして伝達関数Ｇｌ　　（Ｚ）ないしＧ１６（
７）、及び各々についてのシステムパラメータＡ２　＝
ないしＡ１６−　、Ｅ１２−ないしｌＢ１６−１Ｃ２′
ないし０１６′が求めることができる。

次にオブザーバＰ６の設計方法について説明する。オブ
ザーバの設計にはゴピナスの設計法などがあって、古田
勝久・佐野昭共著「基礎システム理論」　（昭和５３年
）コロナ社等々に詳しいが、本実施例では有限整定オブ
ザーバとして設計する。

オブザーバＰ２は各車輪位置での車高Ｈｆｌ、Ｈｆｒ、
　Ｈｒｌ、　Ｈｒｒと、各油圧シリンダ２１なし２４の
油圧Ｐｆｌ、ｐ　ｆｒ、　ｐ　ｒｌ、Ｐｒｒとから車両
の内部の状態変数量Ｘ　（ｋ　）を推定するものである
が、オブザーバＰ２によって求められた状態推定量Ｘ（
ｋ）を、車高の制御において、実際の状態変数量Ｗ（ｈ
＞とじて扱うことができるという根随は次の点にある。

今、オブザーバＰ２の出力Ｘ（ｋ）を次式（９）のよう
に構成したとする。

＋Ｅｌｕ　（ｋ−１）＋Ｌ−Ｖ　（ｋ−１＞・・・（９
） 式（９）においてＬは任意に与えられる行列である。式
（１）、（２）、（９）より変形すると、［Ｘ　（ｋ　
）　−Ｘ　（ｋ　）　］ ＝　（Ａ−Ｌ−Ｃ）　　［Ｘ　（ｋ−１）　−Ｘ　（ｋ
−１＞　］・・・（１０） を得る。従って（Ａ−Ｌ−Ｃ）なる行列の固有値が単位
円内にある様に行列りを選択すればに一＋■でＸ（ｋ）
→Ｘ（ｋ）となり、制御対象の内部の状態変数量Ｘ（ｋ
）を入力制御ベクトルｕ（ｋ）と出力制御ベクトルｓ　
（ｋ　）との過去からの系列Ｕ　（＊）　、　Ｖ　（＊
）を用いて正しく推定することができる。

今、最小２乗法によってシステム同定され定められた状
態方程式（１）、出力方程式（２）のベクトルＡ、［Ｂ
、Ｃはこの系が可観測であることから、正則な行列Ｔを
用いた新たな状態変数ＩＸ（ｋ）＝Ｔ’・Ｘ（ｋ）を考
えて、次の可観測正準形に相似変換することができる。

Ｘ（ｋ　）＝Ａｏ−Ｘ（ｋ−１＞＋ｔＢｏ−ｕ（ｋ−１
）・・・（１１） ｖ　（ｋ　）　＝Ｃｏ　・Ｘ（ｋ）　　　　　　・・・
（１２）ここでＡＯ＝Ｔ’・Ａ・Ｔ、１ＢＯ＝Ｔ−１・
Ｂ。

Ｃｏ　＝Ｃ・■であり、正則な■を適当に選んで、Ｅｉ
Ｏ＝　［β１　β２・・・βｎ　］　Ｔ−（１４）ＣＯ
＝［ＯＯ・・・１］　　　　　　・・・（１５）とする
ことができる。そこで、式（１０）のし行列をＬ＝［−
α１−α２・・・−αｎ］Ｔとおいて、式（１３）、（
１４）、（１５）より、となり、有限整定オブザーバを
設計することができた。ここでＡｏ　、１８０　、ＣＯ
はＡ、　Ｅｌ、　Ｃを相似変換をしたものであるが、こ
の操作によっても状態方程式による制御の正しさは保証
されている。

以上、システム同定により求めた状態方程式（１）等の
ベクトルＡ、Ｂ、ＣよりオブザーバＰ２を設計したが、
以後、このオブザーバの出力を改めてＸ（ｋ）と表わす
ことにする。

次に最適フィードバックゲイン「の求め方について説明
するが、最適フィードバックゲイン「を求める手法は、
例えば［線形システム制御理論］（前掲書）等に詳しい
ので、ここでは詳解は略して結果のみを示しておく。

運転条件の諸量ｕ　（ｋ　）と運転状態の諸量Ｖ（ｋ）
とについて、 δｕ（ｋ）−ｕ（ｋ）　−ｕ（ｋ−１＞−（１７）δｖ
　（ｋ　）＝ｖ　（ｋ　）　−ｖ　（ｋ−１）・（１８
）とし、次の評価関数Ｊを最小にする最適制御入力、即
ち車高調整部材の駆動条件ｔＡ”　（ｋ　’）　　（具
体的には各油圧シリンダの油圧）を求めることが車高に
関する付加積分型最適レギュレータとしての制御問題を
解くことになる。

Ｊ＝Σ［δ１（ｋ）・Ｑ・δｖ　（ｋ　）十δｕ”　（
ｋ　）　−１Ｒ−δｕ　（ｋ　）　］・・・（１９） 尚、ここでΩ、Ｒは重みパラメータ行列を、ｋは制御開
始時点をＯとするサンプル回数を、各々示しており、式
（１９）右辺はＧ、ｌＲを対角行列とする所謂２次型式
表現である。

この時、最適なフィードバックゲインＦはＦ＝−（ＩＲ
＋Ｂ”−Ｐ−Ｂ）’・［３”−Ｐ−入・・・（２０） として求められる。尚、式（２０）におけるＡ。

Ｂは各々、 であり、Ｐはリカッチ方程式 ％式％（２３） の解である。尚、ここで式（１つ）の評価関数Ｊの意味
は車両に対する制御人力としての諸量、即ち油圧Ｐｆｌ
、ｐ　ｆｒ、　ｐ　ｒｌ、Ｐｒｒを制約しつつ、制御出
力としての車両状態の諸量ｙ（ｋ）、ここでは各車輪位
置での車高Ｈｆｌ、ｌ−１ｆｒＸｌ−１ｒｌ、Ｈｒｒの
、目標値ｙ＊　（ｋ）、即ちＨｆｌ＊、ｌ−１ｆｒ”　
、ｌ−１ｒ１＊、Ｈｒｒ＊からの偏差を最小にしようと
意図し７ｊものである。また各車高Ｈｆ＋、ト１ｆｒ、
、Ｈｒｌ、Ｈｒｒに対する制約の重み付けは、重みパラ
メータ行列Ｑ。

Ｒの値によって変更することができる。従って、すでに
求めておいた車両の車高に関する動的なモデル、即ち行
列Ａ、Ｂ、Ｃ（ここではＡ、ＩＢ、Ｃ）を用い、任意の
重みパラメータ行列Ｑ、Ｒを選択して式（２３）を解い
てＰを求め、式（２０）により最適フィードバックゲイ
ン「を求めれば、状態変数量Ｘ（ｋ）は状態推定量Ｘ　
（ｋ　）として式（９）より求められるので、 ｕ（ｋ）＝ Ｆ　・［Ｘ　（ｋ　）　　ＺＨｆｌ　（ｋ　）　　ＺＨ
ｆｒ（ｋ　）ＺＨｒｌ（ｋ）　　ＺＨｒｒ（ｋ）］・＝
・（２４＞により車両にとっての制御人力ｕ　（ｋ　）
を求めることができる。重みパラメータ行列Ｑ、ｌＲを
変えて最適な制御特性が得られるまで以上のシミュレー
ションを繰返すことによって、最適フィードバックゲイ
ン「が求められた。

以上、最小２乗法によるシステム同定により車＝　　３
２　− 両の車高υＪ御系の動的モデルの構築、有限整定オブザ
ーバの設計、最適フィードバックゲイン「の算出につい
て説明したが、これらは予め求めておき、制御回路１０
の内部ではその結果のみを用いて実際の制御を行なうの
である。

そこで、次に、第８図のフローチャートに拠って制御回
路１０が実際に行なう制御について説明する。尚、以下
の説明では現実の処理において扱われている量を添字（
ｋ）付で、前回に扱われた量を添字（ｋ−１）付で表わ
すことにする。

ＣＰＵ１１は当該車両のイグニッションスイッチがＯＮ
され、制御回路１０に電源が供給されると繰返しステッ
プ１０１以下の処理を実行する。

処理が開始されるとまずステップ１０１にて、前回この
一連の処理を行った結果（ｑられた電磁切替弁２５ない
し２８の駆動信号Ｔｆｌ　（ｋ−１）　Ｔｆｒ（ｋ−１
＞　、Ｔｒｌ’（ｋ−１＞　、Ｔｒｒ（ｋ−１）を各々
の電磁弁に出力し、各油圧シリンダの油圧を制御する。

次にステップ１０２においては各車高センサ１ないし４
からの検出信号により、各車輪位置における当該車両の
車高Ｈｆｌ　（ｋ−１＞　、Ｈｆｒ　（ｋ−１）、Ｈｒ
ｌ　（ｋ−１＞　、Ｈｒｒ（ｋ−１）を読み込み、続く
ステップ１０３に移行する。

ステップ１０３においては、上記読み込まれた車高、即
ち実車高Ｈｆｌ、ＨｆｒｌＨｒｌ、ｌ−１ｒｒと、予め
設定されＲＯＭ１２内に記憶されている目標車高１」ｆ
ｌ＊、Ｈｆｒ＊、ｌ−１ｒｌ＊、Ｈｒｒ＊との偏差を、
夫　々　５Ｈｆｌ　　（ｋ−１）　　、　　５ｔ−１ｆ
ｒ（ｋ−１）　　、　　５Ｈｒｌ（ｋ−１）　、５Ｈｒ
ｒ（ｋ−１＞として算出し、続くステップ１０４に移行
する。

ステップ１０４においては上記ステップ１０３にて求め
た各車高の偏差を累積する処理、即ち、前回の処理まで
の偏差の累積値ＺＨｆｌ（ｋ−１）、ＺＨｆｒ（ｋ−１
＞　、ＺＨｒｌ　（ｋ−１）　、ＺＨｒｒ（ｋ−１）、
に上記水められた偏差５Ｈｆｌ　（ｋ−１＞　、５Ｈｆ
ｒ（ｋ−１＞　、５Ｈｒｌ　（ｋ−１）　、５Ｈｒｒ（
ｋ−１）を加算して累積値Ｚｌ−１ｆｔ　（Ｋ）　、Ｚ
Ｈｆｒ（Ｋ＞　、Ｚｌ−１ｒｌ　（Ｋ）　、Ｚｌ−１ｒ
（Ｋ）を算出する処理を実行する。尚、この処理が前記
第４図に示した積分器Ｐ１に相当する。

次ステツプ１０５においては前述の手法により求められ
予めＲＯＭ１２内に格納されているオブサーバ内のパラ
メータＡｏ、Ｂｏ、ｔ−と、上記ステップ１０２にて読
み込んだ実車高Ｈｆｌ　（ｋ−１）、ｌ−１ｆｒ　（ｋ
−１）　、Ｉ」ｒｌ　（ｋ−１＞　、ｌ」ｒｒ　（ｋ−
１＞と、前回の処理の際に求められた状態推定量Ｘ　（
ｋ−１）＝　［Ｘｌ　　（ｋ−１）　Ｘ２　　（ｋ−１
）−Ｘ６　　（ｋ−１＞　］と、前回求められた各油圧
シリンダ２１ないし２４の油圧Ｐｆｌ　（ｋ−１＞　、
Ｐｆｒ（ｋ−１）　、Ｐｒｌ　（ｋ−１）　、Ｐｒｒ（
ｋ−１）とから次式により新たな状態推定量Ｘ（ｋ）を
粋出する処理が行われる。この処理が第４図のオブザー
バＰ２に相当するが、本実施例では既述したようにオブ
ザーバＰ２は有限整定オブザーバとして構成されており
、Ｘ（ｋ） ＝１Ｍ父（ｋ−１＞、−Ｂ３ｏυ（ｋ−１＞　＋Ｌ’Ｙ
　（ｋ−１）−ＩＭＸ　（ｋ−１）　＋ＢＯ［Ｐｆｌ　
（ｋ−１）　Ｐｆｒ（ｋ−１）Ｐｒｌ　（ｋ−１）　Ｐ
ｒｒ（ｋ−１）　］　十Ｌ　［１−Ｉｆｆ　（ｋ−１）
ト１ｆｒ　　（ｋ−１）　　　Ｈｒｌ　　（ｋ−１）　
　Ｈｒｒ　　（ｋ−１）　　　］・・・　（２５） ただしＩＭ＝ＡＯ−１口 の計算が行なわれるのである。

続くステップ１０６においては、上記ステップ１０５に
て求められた状態推定量Ｘ（ｋ）と、ステップ１０４に
て求められた累積値ＺＨｆｌ（ｋ）、ＺＨｆｒ（ｋ　）
　、７Ｈｒｌ　（ｋ　）　、ＺＨｒｒ（Ｉｔ　＞と、予
め設定されＲＯＭ１２内に格納された最適フィードバッ
クゲイン 「＝ をベクトル乗ｎ′１Ｊることににす、即ち［Ｐｆｌ　（
ｋ　）　Ｐｆｒ（ｋ　）　Ｐｒｌ　（Ｉｔ　）　Ｐｒｒ
（ｋ　）］＝Ｆ　［Ｘ　（ｋ’　）　ＺＨｆｌ　（ｋ　
）　ＺＨｆｒ（ｋ　）ＺＨｒｌ　（ｋ　）　ＺＨｒｒ（
ｋ　）　］　ＴにＪ：り各油圧シリンダ２１ないし２４
の油圧Ｐｆｌ（ｋ　）　、Ｐｆｒ（ｋ　）　、Ｐｒ１．
（ｋ　）　、Ｐｒｒ（ｋ　）を求める処理が実行される
。これが第４図におけるフィードバック吊決定部Ｐ３に
相当している。

次にステップ１０７では油圧シリンダ２１ないし２４の
油圧が上記求められた油圧Ｐｆｌ（ｋ）、Ｐｆｒ（ｋ　
）　、Ｐｒｌ　（ｋ　）　、Ｐｒｒ（ｋ）となるよう常
閉電磁弁２５ないし２８を駆動するための駆動信号Ｔｆ
ｌ（ｋ’　＞、Ｔｆｒ（ｋ　＞、Ｔｒｌ（ｋ　）、Ｔｒ
ｒ（ｋ）を、次式 ％式％） より算出し、ステップ１０８に移行ザる。

尚上式において、ｐａは排油管圧力（大気圧）、Ｐｂは
給油管圧力、■は予め設定された電磁切替弁の制御周期
を夫々示している。

即ち本実施例では電子切替弁の駆動制御をいわゆるデユ
ーティ制御により実行するよう構成されており、例えば
第９図に示す如く、所定時間Ｔ内に駆動信号をＴｘ時間
だけ出力すると、油圧シリンダ内の平均油圧Ｐは となり、平均油圧Ｐを目標油圧とすれば所定時間Ｔ当た
りの駆動時間Ｔ×が次式 ％式％） より求められるのである。

次にステップ１０８においてはサンプリング回数を示す
値Ｋを１だけインクリメントする処理を行ない、ステッ
プ′１０１へ戻り、再度上記一連の処理を実行する。

このように制御を継続して行なうことにより、制御回路
１０は車両の各市軸位置における実車高を目標車高に制
御する付加積分型最適レギュレータとして、最適のフィ
ードバックゲインにより車高制御を実行することとなる
。従って本実施例の車高制御装置によれば、第１０図に
示すごとく、例えば、車両の制動時に従来の車高制御装
置に比べより早く正確に車高を目標車高に制御すること
ができるようになり、車両の走行安定性を向上すること
ができる。尚第１０図において（イ）は従来の車高制御
による制動時の車高の変化状態を、（ロ）は本実施例の
車高制御による制動時の車高の変化状態を夫々示してお
り、またｔｌは制動開始時点を表わしている。

ここで上記実施例では目標車高を予め定められた値とし
て説明したが、この目標車高を例えばステアリング角度
、走行速度、あるいは加減速に応じて設定することによ
って車体姿勢を走行状態に応じてにり安定に制ｔｉｎ　
ｉることができ、車両走行時の安定性をより向上するこ
とができる。

また上記実施例では車高センサを各車輪毎に設け、その
位置での車高が目標車高となるよう制御したが、この車
高セン４ノーの取り付は位置は車体の任意の位置でよく
、例えば運転席をその取り付は位置としてもよい。尚こ
の場合、制御系は４人力１出力系として実現され、それ
に応じてオブザー−３９＝ バや最適フィードバックゲイン等が設定されることとな
る。

［発明の効果］ 以上詳述したｊ：うに本発明の車高制御装置においては
、実車高を目標車高に制御する制御手段を、車両の車高
に関する系の動的な王デルに従って予め定められた最適
フィードバックゲインに基づき車高調整部材の制御ｍを
定める付加積分型最適レギュレータとして構成している
。

従って従来の車高制御装置では１りられなかった高い応
答性と安定性で車高を目標車高に制御することができ、
車体姿勢をより安定に制御して安定性を向−トすること
ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を表わすブロック図、第２図ない
し第９図は本発明の〜実施例を示し、第２図は本実施例
の車高制御装置の全体構成を表わすブロック図、第３図
は車高調整部材及び油圧系を示す概略系統図、第４図は
本実施例の制御系を示す制御系統図、第５図は車両が一
輪である場合＝　　４０　− の制御系の物理モデルを表わす説明図、第６図は制御系
の同定法を説明するブロック線図、第７図は伝達関数か
らシステムパラメータを求める際に用いるシグナル７０
−線図の一例を表わす線図、第８図は本実施例の制御プ
ログラムを表わすフローチャート、第９図は電磁切昔弁
の駆動信号を説明するグラフ、第１０図は従来の制（Ｉ
ｌ装置による制御特性と本実施例の制御装置による制御
特性とを比較Ｊ−るグラフ、である。 Ｍｌ・・・車両 Ｍ２・・・車体 Ｍ３・・・車高検出手段 Ｍ４・・・車輪 Ｍ５．５．６．７．８・・・車高調整部材Ｍ６・・・車
高制御手段 １．２．３．４・・・車高センサ １０・・・制御回路 ２１．２２．２３．２４・・・油圧シリンダ２５．２６
．２７．２８・・・常閉電磁弁第１図 Ｎ９図 第１０図 （匂 ｔｌ　　　　　　　　−＋開部・ ｒｌ　　　　　→晴間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　車両の任意の位置に設けられ、車体と路面との間の
   距離を検出する車高検出手段と、 該車両の車体と車輪との間に設けられ、車高を調整する
   車高調整部材と、 上記車高検出手段にて検出された実車高が、予め設定さ
   れた目標車高となるよう上記車高調整部材の制御量を求
   め、上記車高調整部材を駆動する車高制御手段と、 を備えた車高制御装置において、 上記車高制御手段を、当該車両の車高に関する系の動的
   なモデルに従つて予め設定された最適フィードバックゲ
   インに基づき、上記車高調整部材の制御量を定める、付
   加積分型最適レギュレータとして構成したことを特徴と
   する車高制御装置。 ２　車高制御手段が、 当該車両の車高に関する系の動的なモデルに基づき予め
   設定されたパラメータを用いて、車高検出手段にて検出
   された実車高と車高調整部材の制御量とから当該系の動
   的な内部状態を表わす適当な次数の状態変数量を推定す
   る状態観測部と、車高検出手段にて検出された実車高と
   予め設定された目標車高との偏差の積分値または累積値
   を求める累積部と、 上記推定された状態変数量と、上記求められた積分値ま
   たは累積値と、予め設定された最適フィードバックゲイ
   ンとから、車高調整部材の制御量を決定する制御量決定
   部と、 から付加積分型最適レギュレータとして構成された特許
   請求の範囲第１項記載の車高制御装置。