JP2009078761A - サスペンション制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブ・サスペンションの制御装置において、車両の走行に関する各種の状態に応じてサスペンションの制御特性を変更する。
【解決手段】アクチュエータ２の制御則は、アクチュエータ２から車体及び車輪に伝達されるエネルギに重み係数を付加した項と、制御性能の評価を与える関数の項との和の積分である評価関数を最小化する最適制御則である。制御手段１０は、制御則に従ってアクチュエータ２を制御すると共に、検出手段１１，１２，１３によって検出された各種の状態に応じて制御則の重み係数を変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、いわゆるアクティブ・サスペンションの制御装置に関する。

従来より、アクティブ・サスペンションの制御装置の一つとして、例えば特許文献１には、ダンパの減衰力を変更するサスペンションの制御装置が開示されている。この制御装置では、スカイフック制御に基づいてダンパの減衰力を変更しており、それによって車体の振動を抑制して乗り心地の向上を図らんとしている。

また、電磁アクチュエータを備えることによって、回生エネルギの回収を可能にしたアクティブ・サスペンションも知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２００６−６９５２７号公報 特開２００７−８３８１３号公報

しかしながら、従来のサスペンション制御装置では、基本的に乗り心地を向上させることを目的とする制御のみを行っており、車両の走行に関する各種の状態に応じてサスペンションの制御特性を変更することは行われていなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サスペンションの制御装置において、車両の走行に関する各種の状態に応じてサスペンションの制御特性を変更することにある。

本発明の一側面によると、車両のサスペンション制御装置は、サスペンション部材を介して車体に連結された車輪に対し、少なくとも上下方向の制御力を付与するアクチュエータと、車両の走行に関して各種の状態を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づき、所定の制御則に従って前記アクチュエータを駆動制御する制御手段と、を備え、前記制御則は、前記アクチュエータから制御対象である前記車体及び車輪に伝達されるエネルギに重み係数を付加した項と、制御性能の評価を与える関数の項との和の積分である評価関数を最小化する最適制御則であって、前記制御手段はさらに、前記検出手段によって検出された各種の状態に応じて前記制御則に含まれる重み係数を変更する。

この構成によると、サスペンションの制御に係る評価関数を、制御対象（車体及び車輪）のエネルギ収支に着目して導出することによって、その評価関数を最小化する最適制御則に従いアクチュエータの制御量が解析的に得られるようになる。

その場合に、最適制御則に含まれる重み係数を車両の走行状態に応じて適宜調整することにより、サスペンションの制御特性を適宜変更して、走行状態に対応した制御とすることができる。

前記制御則は、前記車体及び車輪についての全入出力エネルギの収支の項と、前記アクチュエータから前記車体及び車輪に伝達されるエネルギを表す項と、制御性能の評価を与える関数の項との和からなる汎関数を最小化する制御則とし、前記制御手段は、検出手段によって検出された各種の状態に応じて、そこに含まれる各重み係数（ρ_１、ρ_２、ｒ、ｒ_１、ｒ_２、ｒ_５、κ）を変更する、としてもよい。

前記アクチュエータは回生駆動が可能であり、前記サスペンション制御装置は、前記車両に搭載されかつ、少なくとも前記アクチュエータによる回生エネルギを蓄電する蓄電手段をさらに備え、前記検出手段は前記蓄電手段の残量を検出し、前記制御手段は、前記蓄電手段の残量が相対的に少ないことが検出されたときには、振動制御／回生制御の間の重み調整として、前記回生制御が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する、としてもよい。

回生制御が相対的に強まるようにサスペンションが制御される結果、サスペンションによるエネルギ消費が抑制され、蓄電手段の残量が相対的に低いときに有利になる。

前記検出手段は、前記車両が悪路を走行していること、及び、低μ路を走行していることの少なくとも一方を検出し、前記制御手段は、前記車両が悪路を走行していること、及び、低μ路を走行していることの少なくとも一方が検出されたときには、振動制御／回生制御の間の重み調整として、前記振動制御が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する、としてもよい。

こうすることで、車両が悪路を走行していたり、低μ路を走行しているときには、振動制御が相対的に強まるようにサスペンションが制御される結果、乗り心地の向上やタイヤの接地性の向上が図られる。

前記検出手段は、前記車両が低μ路を走行していること、急ブレーキが操作されたこと、及び、急操舵がなされたことの内の少なくとも一を検出し、前記制御手段は、前記車両が低μ路を走行していること、急ブレーキが操作されたこと、及び、急操舵がなされたことの少なくとも一が検出されたときには、接地性制御／乗心地制御の間の重み調整として、前記接地性制御が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する、としてもよい。

こうすることで、車両が低μ路を走行していたり、急ブレーキが操作されたり、急操舵がなされたときには、接地性制御が相対的に強まるようにサスペンションが制御される結果、タイヤの接地性の向上が図られ、スリップ等を抑制して車両の走行が安定する。

前記検出手段は、少なくとも前記車両が悪路を走行していることを検出し、前記制御手段は、前記車両が悪路を走行していることが検出されたときには、接地性制御／乗心地制御の間の重み調整として、前記乗心地制御が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する、としてもよい。

こうすることで、車両が悪路を走行しているときには、乗心地制御が相対的に強まるようにサスペンションが制御される結果、乗り心地の向上が図られる。

前記検出手段は、少なくとも前記サスペンションに衝撃振動が入力したことを検出し、前記制御手段は、前記サスペンションに衝撃振動が入力したことが検出されたときには、制御応答性／制御安定性の間の重み調整として、前記制御応答性が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する、としてもよい。

こうすることで、例えば踏み切りを通過したり、突起を乗り越したりすることでサスペンションに衝撃振動が入力したときには、制御応答性が相対的に強まるようにサスペンションが制御される結果、車体の振動が早期に低減されて乗り心地の向上が図られる。

前記検出手段は、少なくとも前記車両が平滑路面を走行していることを検出し、前記制御手段は、前記車両が平滑路面を走行していることが検出されたときには、制御応答性／制御安定性の間の重み調整として、前記制御安定性が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する、としてもよい。

こうすることで、平滑路面を走行しているときには、制御安定性が相対的に強まるようにサスペンションが制御される結果、例えば平滑路面を走行している最中のロールといった、比較的緩慢な車体の挙動の制御が安定に行われる。

以上説明したように、本発明によると、評価関数を制御対象のエネルギ収支に着目して導出することにより、その評価関数を最小化する最適制御則に従いアクチュエータの制御量が解析的に得られるようになると共に、制御則に含まれる重み係数を車両の走行状態に応じて適宜調整することにより、サスペンションの制御特性を適宜変更して、走行状態に対応した制御とすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（アクティブ・サスペンション・システムの概略構成）
図１には、本発明に係るアクティブ・サスペンション・システムＳを搭載した自動車Ａ（車両）を模式的に示し、この例では、図(a)に示すように、前後左右４車輪のサスペンション１_ＦＲ，１_ＦＬ，１_ＲＲ，１_ＲＬにそれぞれ電磁アクチュエータ２，２，…を設けている。各輪のサスペンション１_ＦＲ，１_ＦＬ，…は、タイヤ３ａ、ホイール３ｂ及びそれらを支持するホイールサポート等のサスペンション部材（図示せず）を含めた所謂ばね下部材３を、例えばコイルばね４（板ばねやトーションバー或いは空気ばね等でもよい）及びショックアブソーバ５を介して車体Ｂに連結するものであり、そのコイルばね４等と並列に車体Ｂとの間に設けた電磁アクチュエータ２によって、各輪に少なくとも上下方向の制御力を付与するようになっている。

同図(b)に簡略化して示すように、サスペンション１は、力学的には、タイヤ３ａ及びホイール３ｂ等からなるばね下部材３と、これにコイルばね４及びショックアブソーバ５によって連結されたばね上部材６（主に車体Ｂの分担質量分）とからなる２自由度の振動系とみなすことができる。この場合、図示のように、ばね下部材３の質量をＭ_１、そのばね定数をＫ_１、コイルばね４のばね定数をＫ_２、ショックアブソーバ５の減衰係数をＣとし、ばね上部材６の質量をＭ_２とする。

また、タイヤ３ａの接地する路面の凹凸、即ち上下方向変位をｑ_０、ばね下部材３の上下方向変位をｑ_１、ばね上部材６の上下方向変位をｑ_２とし、電磁アクチュエータ２に入力される制御量をｕとする。

尚、電磁アクチュエータ２としては、一例としてリニアモータが用いられ、ばね下部材３に連結したロッドには永久磁石が、また、それを囲むようにばね上部材６側には駆動用コイルが配置されている。駆動用コイルへの給電制御によってロッドの進退駆動力が制御されて、ばね下部材３、ばね上部材６へそれぞれ制御力が付与される。勿論、ロッドをばね上に連結してもよい。

そして、各サスペンション１_ＦＲ，１_ＦＬ，…毎の電磁アクチュエータ２，２，…の駆動制御がコントローラ１０によって行われる。図２に模式的に示すように、自動車Ａの車体Ｂには、各車輪毎のサスペンション１_ＦＲ，１_ＦＬ，…の取付部位に対応して上下方向の加速度ｑ_２″を検出する加速度センサ１１，１１，…と、サスペンション１のストロークｑ_ｓ（ｑ_２−ｑ_１）を検出するストロークセンサ１２，１２，…とが備えられ、さらに、所定の車両状態量を検出するための車両状態検出センサ１３も配設されている。

コントローラ１０は、前記の各センサ１１〜１３からの信号を受けて各サスペンション１_ＦＲ，１_ＦＬ，…毎の電磁アクチュエータ２，２，…を制御し、それらの発生する制御力によってサスペンション１のストロークを積極的に変更する。具体的には路面の凹凸等による入力を吸収して、車体Ｂへの振動伝達を軽減するとともに、慣性力による車体Ｂの姿勢変化を抑えることができ、これにより乗り心地及び運動性能を高次元で両立できる。

より具体的に、コントローラ１０には、加速度センサ１１，１１，…及びストロークセンサ１２，１２，…からの信号に基づいて各サスペンション１_ＦＲ，１_ＦＬ，…毎のばね下部材３の上下方向変位ｑ_１、その速度ｑ_１′及び加速度ｑ_１″、並びにばね上部材６の上下方向変位ｑ_２及びその速度ｑ_２′、即ちサスペンション１の作動状態を表すサスペンション状態量を演算するサスペンション状態量検出部１０ａと、加速度センサ１１，１１，…、ストロークセンサ１２，１２，…、及び車両状態検出センサ１３からの信号を受けて、後述するように例えばバッテリ容量等の、車両の走行状態を検出する走行状態検出部１０ｂと、が備えられている。

また、コントローラ１０には、前記サスペンション状態量検出部１０ａにより算出されたばね下部材３の加速度ｑ_１″等に基づいて、自動車Ａの走行する路面の変位状態（路面変位ｑ_０）を推定する路面変位推定部１０ｃと、この路面変位ｑ_０や前記サスペンション状態量（ｑ_１、ｑ_１′、ｑ_１″、ｑ_２、ｑ_２′、ｑ_２″）等に基づいて、電磁アクチュエータ２，２，…への制御出力ｕを演算する制御量演算部１０ｄと、が備えられ、さらに、車両の走行状態に応じて路面変位推定部１０ｃや制御量演算部１０ｄにおける演算の仕方を補正する補正制御部１０ｅも備えられている。

前記サスペンション状態量検出部１０ａ、走行状態検出部１０ｂ、路面変位推定部１０ｃ、制御量演算部１０ｄ、補正制御部１０ｅのそれぞれの機能は、コントローラ１０のＣＰＵによって所定のプログラムが実行されることにより、実現するものであり、その意味でコントローラ１０は、前記各部１０ａ〜１０ｅをソフトウエア・プログラムの態様で備えている。

特に制御量演算部１０ｄには、前記の如く電磁アクチュエータ２，２，…の作動によりサスペンション１_ＦＲ，１_ＦＬ，…を積極的にストロークさせて、路面の凹凸等による入力を吸収し、車体Ｂの姿勢変化を抑えるとともに、それに伴うエネルギ消費が最小となるように電磁アクチュエータ２，２，…を制御するための、制御出力ｕの演算式が設定されている。言い換えると、この実施形態では、前記制御出力ｕの演算式が、以下に詳述するような最適制御則に則ったものとされている。

（最適制御則の導出）
次に、前記のようにコントローラ１０の制御量演算部１０ｄに設定されている制御出力ｕの演算式について、特に、そのような最適な制御のための演算式を導く手法、つまり、最適制御問題の解法について詳細に説明する。

−基本的な考え方−
まず、基本的な考え方から説明すると、一般的に最適制御問題では、制御対象の特性を運動方程式で記述し、これを制御する系について種々の観点から定義した評価関数を最大、或いは最小にするような制御則を求めるものであるが、通常、そのような制御則を解析的に導くことは容易ではない。

この点につき本願の発明者らは、機械力学系システムの非線形系を含む比較的広範囲の最適制御問題を解析的に解く方法として、制御対象のエネルギ収支に着目し、システムを漸近安定させる制御則を簡単に導くことのできる手法を考案した。この手法では、制御対象の特性を運動方程式で記述するのではなく、以下のように、制御対象の全入出力パワーの収支の式(1)を用いる。この式(1)は、システムの各自由度毎の運動方程式をベクトル表示し、これに速度ベクトルを乗じたものである。入力パワーには制御入力だけでなく外乱入力も含まれる。尚、制御対象は受動要素だけとは限らないため、内部にエネルギ源があり、これが運動に影響を与えていれば、外乱入力として取り扱う。

前記式(1)において、ｄ，ｅ，ｑ，ｕ，ν，ｚ∈Ｒ^ｎ，Ｍ∈Ｒ^ｎ×ｎは正定対称な慣性マトリックス、ｎは制御対象の自由度である。ｑは一般化座標、ｕは制御入力で、独立なアクチュエータの数はｎとする。νは力入力の外乱、ｚは変位入力の外乱である。ｕとνは直接、慣性に作用し、ｚはばね下を介して慣性に作用するものとする。ｄはコリオリ力や遠心力やダンピング力等、ｅはポテンシャル力である。

制御対象が非線形であっても、制御装置を合理的に設計すれば、式(1)のようにｕを直接、Ｍに作用させることができる。このように合理的に設計された機械力学系システムを想定し、このシステムに対して次の評価関数Ｊを考える。

前記式(2)においてｇは、制御性能の評価を与えるスカラー関数であり、ｕ^Ｔｑ′は、制御装置のアクチュエータから制御対象に加えられるパワー、即ちアクチュエータから伝達されるエネルギである。ｒは重み係数で正定値である。また、この手法では実時間制御を対象とし、有限評価区間を前提としている。前記式(2)を最小化する制御量ｕ(t)を求めることが最適制御問題である。

まず、最適制御の必要条件を求めるために、以下のようなスカラー関数Ｌを定義する。

前記式(3)においてκは未定定数である。右辺の｛｝内は、式(1)の左辺と同じで制御対象の全パワー収支であるから、エネルギ保存則を満たし常にゼロである。従って、式(3)で表される関数Ｌの積分を最小化する条件は、式(2)をも最小化する条件を与える。

よって、Ｌの積分にｑを変数とする変分原理を適用した次式(4)は、制御入力ｕに関する最適制御のための必要条件を与える。Ｌはｕに関して１次式であるから、∂Ｌ／∂ｕには意味がなく、次式(4)に制御に関する全ての情報が含まれることになる。

但し、Ｌにはｑの２回の導関数が含まれるため、一般的なオイラーの方程式に第３項が追加されている。

前記式(4)を積分し、積分定数をゼロとすると、次式(5)が得られる。この式(5)に前記式(3)を代入して左辺第１〜３項を順に第１〜３行として記すと、以下の式(6)のようになる。

そして、前記式(6)から以下の式(7)のように制御則が求まる。

こうして、評価関数Ｊを最小化するｑとｕとの関係を直接、導くことができるため、従来一般的な手法のように２点境界値問題を最適性の原理を用いて解くプロセスは不用になる。κは未定定数であるが、κ＝０のときにｕは、評価関数のパラメータのみで定まることになり、一方、κ＝∞のときにｕは、制御対象のパラメータのみで定まることになるから、ｕが最適であるためのκはゼロでない有限値でなければならない。

前記式(7)の第１行は外力ν及び慣性のｑ依存性に対する制御、第２行はコリオリ力や遠心力やダンピング力に対する制御、第３行はポテンシャル力とそのｑ依存性及び外力ｚに対する制御、第４行は評価関数を低減させる制御であり、それぞれ意味が明確である。式(7)には未実行の微積分項が含まれているが、全ての外力及び状態量の検出或いは推定が可能とすれば、これらの実時間での実行は可能である。

尚、前記式(5)においては積分定数をゼロとしたが、前記の結果より積分定数は制御則に一定のバイアスを与えることになるため、ゼロとすることが妥当であることが分かる。これは式(7)中の積分についても同様である。

また、前記式(7)ではアクチュエータの数と系の自由度とが同じであることを想定しており、アクチュエータの数が少ない場合には次のような処理が必要となる。例えばアクチュエータが２つの独立な慣性の間に置かれるような場合は、制御ベクトルにその拘束条件を含めておき、最適制御則は、２つの制御則にそれぞれ重み付けをして加算したものとすればよい。

すなわち、ｕ_ｉ，ｕ_ｉ＋１を、それぞれが独立な制御として導いた場合の最適制御則とし、ρ_ｉ，ρ_ｉ＋１を重み係数とすれば、制御出力 ｕ_ｏｐｔ ＝ ρ_ｉｕ_ｉ＋ρ_ｉ＋１ｕ_ｉ＋１ となる。尚、重み係数ρ_ｉ，ρ_ｉ＋１の値は理論的に導かれるものではなく、制御対象の構造的特徴に依るものである。

−サスペンション・システムの場合−
以上のような考え方に従って、この実施形態のアクティブ・サスペンション・システムＳにおける電磁アクチュエータ２の制御出力ｕの演算式、即ち最適制御則ｕを導出する。まず、前記図２のモデルで表されるサスペンション・システムにおいて、前記式(2)の評価関数Ｊは、以下の式(8)のように変数ｑを用いて記述することができる。

前記式(8)において、ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４，ｒ_５，ｒはそれぞれ重み係数である。ここで、図３に示すように、前記式(8)におけるｒｕ(ｑ_２′−ｑ_１′)の項は、回生パワーを表す項であり、ｒ_１ｑ_１′^２の項は、ばね下の振動エネルギを表す項であり、ｒ_２ｑ_２′^２の項は、ばね上の振動エネルギを表す項であり、このことから、ｒ_１ｑ_１′^２＋ｒ_２ｑ_２′^２の項は、サスペンションの蓄積エネルギを表す項である。また、ｒ_５ｑ_１′ｑ_２″の項は、ばね下部材からサスペンションへ流入するパワーを表す項であり、ｒ_３（ｑ_０−ｑ_１）ｑ_１′の項は、路面からサスペンションへの入力パワーを表す項であり、ｒ_４（ｑ_２′−ｑ_１′）^２の項は、サスペンションの散逸パワーを表す項である。

このように式(8)で示される評価関数は、サスペンションに対するエネルギの流れと大きさとによって構成されるため、例えば回生パワーを大きくしようとすれば、路面からの入力エネルギを大きくする一方、散逸パワーを小さくすればよいことになる。

評価関数Ｊとしては、式(8)の一部の項を省略することによって、以下の式(9)のように単純化してもよい。

また、評価関数Ｊとしては、以下の式(10)のようにさらに単純化してもよい。

以下においては、評価関数Ｊを式(9)に設定する。この場合、前記式(3)の関数Ｌは、以下の式(11)のように記述される。

そして、前記式(11)を式(5)に代入すると、ｑ_１について以下の式(12)が得られ、これにより以下の式(13)の制御則が得られる。

同様に、ｑ_２について以下の式(14)が得られ、これにより式(15)の制御則が得られる。

まとめると、最終的な制御則は以下のようになる。

ｕ_ｏｐｔ ＝ ρ_１ｕ_１＋ρ_２ｕ_２ ・・・(16)
ここで、重み係数ρ_１，ρ_２の値の和を ρ_１＋ρ_２ ＝ ２ とすると、最適な制御出力ｕ＝ｕ_ｏｐｔが次の式(17)として求まる。

本手法による制御則の導出は前記式(17)までであり、これは最適制御の必要条件である。

（アクティブ・サスペンション・システムの制御）
次に、図４〜図６に示すフローチャートを参照しながら、前記コントローラ１０による電磁アクチュエータ２，２，…の制御について説明する。先ず図４は、コントローラ１０によるアクチュエータ制御のメインフローであり、スタート後のステップＳ１１では、各センサ１１，１２，１３の検出値の入力処理を実行し、続くステップＳ１２では、路面変位推定部１０ｃにより路面変位推定処理を行う。そうして、ステップＳ１３で、制御量演算部１０ｄ及び補正制御部１０ｅによりアクチュエータ２，２，…の制御量を算出する処理を行う。

路面変位推定処理は、図５に示すフローに従って行われる。このフローでは、制御量ｕ_ｏｐｔを算出する際に必要となる路面変位ｑ_０を、以下の式(18)に従って算出する。つまり、本実施形態においては、路面変位ｑ_０を、式(18)で示す簡易な推定演算によって算出するようにしており、これは、式(17)で示される本制御則が、路面変位の推定誤差による悪影響が軽微なものになるという知見を得たことに基づいている。

ｑ_０＝αＭ_１ｑ_１″／Ｋ_１ ・・・(18)
ここで、αは補正係数であり、その値を４〜６程度にすることで、比較的高い推定精度が得られることが実験的に確かめられている。

具体的に、ステップＳ２１では、ストロークセンサ１２，１２，…の検出値（ｑ_ｓ＝ｑ_２−ｑ_１）に基づいて、ストロークの加速度ｑ_ｓ″を算出する。続くステップＳ２２では、ステップＳ２１で算出したストロークの加速度ｑ_ｓ″と、加速度センサ１１の検出値ｑ_２″とから、ばね下部材３の加速度ｑ_１″を算出する（ｑ_１″＝ｑ_２″−ｑ_ｓ″）。そうして、ステップＳ２３において、算出したばね下部材３の加速度ｑ_１″、ばね下部材３の質量Ｍ_１、及びばね下部材３のばね定数Ｋ_１に基づき、式(18)に従って路面変位ｑ_０を算出する。ここで、補正係数αは、車両の走行状態に応じてその値が適宜設定される。

図６は、制御量算出処理のフローを示しており、先ずステップＳ３１では、走行状態検出部１０ｂにより検出された車両の各種の走行状態に従って、補正制御部１０ｅが図７に示す各マップに基づき、重み係数を設定する。尚、各マップは、コントローラ１０に予め記憶されているものである。

ここで、走行状態検出部１０ｂにおいて検出される走行状態としては、少なくとも、バッテリ電圧等の検出に基づくバッテリ残量（尚、バッテリに限らず、コンデンサ等の他の蓄電手段を採用してもよい）、例えば加速度センサ１１及びストロークセンサ１２等の検出に基づく路面状態（悪路であるか平滑路面であるか、及びその悪路の程度）及びサスペンション１への衝撃入力の有無、例えば車輪速の検出に基づく路面μ、ブレーキセンサ等の検出に基づく急ブレーキ操作の有無、舵角センサ等の検出に基づく急操舵の有無、が含まれる。

−振動制御／回生制御−
補正制御部１０ｅは、振動制御／回生制御の間の重みを調整する。すなわち、式(17)の制御則において、ｒは回生エネルギに係るパラメータであり、ｒ_１，ｒ_２は振動エネルギに係るパラメータである。従って、これらの重み係数ｒ、ｒ_１、ｒ_２を調整することによって、アクティブ・サスペンション・システムＳにおける振動制御と回生制御との間の制御特性を変更することができる。

具体的に補正制御部１０ｅは、通常時は振動制御と回生制御とがバランスするように、ｒ、ｒ_１、ｒ_２を調整する。

一方、走行状態検出部１０ｂによって検出されたバッテリ残量に基づき、バッテリ残量が所定のしきい値を下回るときには、補正制御部１０ｅは、図７(a)に示すマップに従って、そのバッテリ残量が少ないほど、重み係数ｒを大きく設定する。そうすることによって、回生制御が相対的に強まるようになり、アクティブ・サスペンションにおけるエネルギ消費が抑制される。

また、補正制御部１０ｅは、走行状態検出部１０ｂによって、所定の基準を超える悪路を走行していること又は、所定の基準を超える低μ路を走行していることが検出されたときには、図７(b)(c)に示すマップに従って、路面状態が悪いほど、又は路面μが低いほど、重み係数ｒ_１、ｒ_２を大きく設定する。そうすることによって、振動制御が相対的に強まるようになり、乗り心地の向上やタイヤの接地性の向上が図られて、振動が効果的に抑制される。

−接地性制御／乗心地制御−
式(17)の制御則において、ρ_１はばね下部材３の振動に係るパラメータであり、ρ_２はばね上部材６の振動に係るパラメータである。従って、これらの重み係数ρ_１、ρ_２を調整することによって、アクティブ・サスペンション・システムＳにおけるタイヤの接地性と乗り心地との間の制御特性を変更することができる。

つまり、補正制御部１０ｅは、通常時は接地性制御と乗心地制御とがバランスするように、ρ_１、ρ_２を調整する。

一方、走行状態検出部１０ｂによって、所定の基準を超える低μ路を走行していることや、急ブレーキや急操舵が検出されることでスリップが生じる虞がある状況であることが検出されたときには、補正制御部１０ｅは、図７(d)に示すマップに従って、路面μが低いほど、ブレーキ操作や操舵が急であるほど、ρ_１を大きく設定する。そうすることによって、接地性が相対的に高まるようになり、車両の走行が安定化する。

また、補正制御部１０ｅは、走行状態検出部１０ｂによって、所定の基準を超える悪路を走行していることが検出されたときには、図７(e)に示すマップに従って、路面状態が悪いほど、ρ_２を大きく設定する。そうすることによって、乗り心地を相対的に高めるようにする。

−制御応答性／制御安定性−
式(17)の制御則において、κは制御応答性及び制御安定性に係るパラメータである。従って、重み係数κを調整することによって、アクティブ・サスペンション・システムＳにおける制御の応答性と安定性との間の制御特性を変更することができる。

つまり、補正制御部１０ｅは、通常時は制御応答性と制御安定性とがバランスするように、κを調整する。

一方、走行状態検出部１０ｂによって、例えば踏み切りの通過や、突起の乗り上げ等によりサスペンションに衝撃振動が入力したことが検出されたときには、補正制御部１０ｅは、図７(f)のマップに従って、衝撃振動が大きいほど、κを小さく設定する。そうすることによって、アクティブ・サスペンション・システムの制御応答性を高め、車体振動を早期に低減させる。

また、補正制御部１０ｅは、平滑路面の走行時等においては、図７(f)のマップに従って、κを相対的に大きく設定する。そうすることによって、平滑路面の走行時におけるロール等の、緩慢な車体Ｂの挙動を制御するときには、アクティブ・サスペンション・システムＳの制御安定性を高める。

以上のようにして、ステップＳ３１で各重み係数が設定されれば、続くステップＳ３２において、制御量ｕ_ｏｐｔを式(17)に従い算出し、続くステップＳ３３において、予めコントローラ１０に記憶されていると共に、例えば図８に一例を示すマップに基づいて、設定した制御量ｕ_ｏｐｔを、電磁アクチュエータ２のリニアモータに供給するモータ電流に換算する。そうして図示省略のドライバ回路を介して、モータ電流を電磁アクチュエータ２に供給することによって、電磁アクチュエータ２を駆動する。

このように、本実施形態に係るサスペンション制御装置によると、評価関数を制御対象である車体Ｂと車輪とのエネルギ収支に着目して導出することによって、その評価関数を最小化する最適制御則に従ってアクチュエータ２の制御量を解析的に得ることができる。従って、各センサ１１，１２の検出値に基づいて、アクティブ・サスペンション・システムＳの制御量ｕ_ｏｐｔを逐次リアルタイムに得ることができる。

また、制御則に含まれる重み係数（ρ_１、ρ_２、ｒ、ｒ_１、ｒ_２、ｒ_５、κ）を、車両の走行状態に応じて適宜調整することにより、ばね下からサスペンションへのパワーを変更したり、アクティブ・サスペンションの制御特性を、振動制御／回生制御の間で変更したり、接地性制御／乗心地制御の間で変更したり、制御応答性／制御安定性の間で変更したりすることができ、走行状態に対応した制御とすることができる。

以上説明したように、本発明は、車両の走行状態に対応して制御特性を変更することができるから、サスペンションの制御装置として有用である。

（ａ）サスペンション制御装置が搭載された車両を示す斜視図、（ｂ）サスペンションのモデルである。 サスペンション制御装置の構成を示すブロック図である。 サスペンション・システムの制御に係る評価関数の概念図である。 コントローラが実行するサスペンション制御に係るメインフローを示すフローチャートである。 路面変位推定処理のフローチャートである。 制御量算出処理のフローチャートである。 重み関数を設定するためのマップの一例である。 アクチュエータについての制御量とモータ電流との換算マップの一例である。

符号の説明

１ サスペンション
１０ コントローラ（制御手段）
１１ 加速度センサ（検出手段）
１２ ストロークセンサ（検出手段）
１３ 車両状態検出センサ（検出手段）
２ アクチュエータ
３ ばね下部材
３ａ タイヤ（車輪）
３ｂ ホイール（車輪）
６ ばね上部材
Ａ 自動車
Ｂ 車体

Claims (8)

1. サスペンション部材を介して車体に連結された車輪に対し、少なくとも上下方向の制御力を付与するアクチュエータと、
   車両の走行に関して各種の状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出結果に基づき、所定の制御則に従って前記アクチュエータを駆動制御する制御手段と、を備え、
   前記制御則は、前記アクチュエータから制御対象である前記車体及び車輪に伝達されるエネルギに重み係数を付加した項と、制御性能の評価を与える関数の項との和の積分である評価関数を最小化する最適制御則であって、
   前記制御手段はさらに、前記検出手段によって検出された各種の状態に応じて前記制御則に含まれる重み係数を変更する車両のサスペンション制御装置。
2. 請求項１に記載のサスペンション制御装置において、
   前記制御則は、前記車体及び車輪についての全入出力エネルギの収支の項と、前記アクチュエータから前記車体及び車輪に伝達されるエネルギを表す項と、制御性能の評価を与える関数の項との和からなる汎関数を最小化すべく、式（Ａ）で表され、
   前記制御手段は、前記式（Ａ）の制御則に従って、前記アクチュエータを制御すると共に、前記検出手段によって検出された各種の状態に応じて前記制御則の重み係数（ρ_１、ρ_２、ｒ、ｒ_１、ｒ_２、ｒ_５、κ）を変更する車両のサスペンション制御装置。
   

   

   但し、ρ_１、ρ_２、ｒ、ｒ_１、ｒ_２、ｒ_５、κはそれぞれ重み係数。ｑ_０は、路面変位。ｑ_１は、ばね下部材の上下方向の変位。ｑ_２は、ばね上部材の上下方向の変位。Ｋ_１は、ばね下部材のばね定数。Ｃは、前記ばね上部材とばね下部材との間の減衰要素の減衰係数。
3. 請求項１又は２に記載の車両のサスペンション制御装置において、
   前記アクチュエータは回生駆動が可能であり、
   前記車両に搭載されかつ、少なくとも前記アクチュエータによる回生エネルギを蓄電する蓄電手段をさらに備え、
   前記検出手段は前記蓄電手段の残量を検出し、
   前記制御手段は、前記蓄電手段の残量が相対的に少ないことが検出されたときには、振動制御／回生制御の間の重み調整として、前記回生制御が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する車両のサスペンション制御装置。
4. 請求項１又は２に記載の車両のサスペンション制御装置において、
   前記検出手段は、前記車両が悪路を走行していること、及び、低μ路を走行していることの少なくとも一方を検出し、
   前記制御手段は、前記車両が悪路を走行していること、及び、低μ路を走行していることの少なくとも一方が検出されたときには、振動制御／回生制御の間の重み調整として、前記振動制御が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する車両のサスペンション制御装置。
5. 請求項１又は２に記載の車両のサスペンション制御装置において、
   前記検出手段は、前記車両が低μ路を走行していること、急ブレーキが操作されたこと、及び、急操舵がなされたことの内の少なくとも一を検出し、
   前記制御手段は、前記車両が低μ路を走行していること、急ブレーキが操作されたこと、及び、急操舵がなされたことの少なくとも一が検出されたときには、接地性制御／乗心地制御の間の重み調整として、前記接地性制御が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する車両のサスペンション制御装置。
6. 請求項１又は２に記載の車両のサスペンション制御装置において、
   前記検出手段は、少なくとも前記車両が悪路を走行していることを検出し、
   前記制御手段は、前記車両が悪路を走行していることが検出されたときには、接地性制御／乗心地制御の間の重み調整として、前記乗心地制御が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する車両のサスペンション制御装置。
7. 請求項１又は２に記載の車両のサスペンション制御装置において、
   前記検出手段は、少なくとも前記サスペンションに衝撃振動が入力したことを検出し、
   前記制御手段は、前記サスペンションに衝撃振動が入力したことが検出されたときには、制御応答性／制御安定性の間の重み調整として、前記制御応答性が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する車両のサスペンション制御装置。
8. 請求項１又は２に記載の車両のサスペンション制御装置において、
   前記検出手段は、少なくとも前記車両が平滑路面を走行していることを検出し、
   前記制御手段は、前記車両が平滑路面を走行していることが検出されたときには、制御応答性／制御安定性の間の重み調整として、前記制御安定性が相対的に強まるように前記制御則の重み係数を変更する車両のサスペンション制御装置。

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