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JP7649884B2 - 車両制御装置およびサスペンションシステム - Google Patents
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Description

本開示は、例えば、自動車等の車両に搭載される車両制御装置およびサスペンションシステムに関する。
例えば、特許文献1には、自動車の走行状態に応じてサスペンションの力またはストロークを制御する自動車用アクティブサスペンション制御装置が開示されている。この自動車用アクティブサスペンション制御装置は、車速に応じてサンプリングしたデータを間引くことにより、低速で走行しているときに多大なメモリの消費を避ける。
特開平4-342612号公報
従来技術によれば、低速時に疑似的にサンプリングの粒度(データの細かさ)を粗くすることで、メモリの消費量を低減する。このため、車速が上がっていくときに、粗い粒度で制御することになり、アクティブサスペンションの性能が低下する可能性がある。このため、従来技術は、性能(乗り心地、走行安定性)の確保とメモリの消費量の低減との両立が難しい。
本発明の目的の一つは、「性能(乗り心地、走行安定性)の確保」と「メモリの消費量の低減」とを両立できる車両制御装置およびサスペンションシステム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設けられ、前記車体と前記車輪との間の相対変位を抑制する力を変化させるアクチュエータ装置と、前記車両の進行方向の路面変位情報を検出する路面変位検出部と、前記車両の車速情報を出力する車速情報出力部と、を備える車両に搭載され、前記アクチュエータ装置を制御する車両制御装置であって、前記路面変位情報が入力される路面変位情報受信部と、前記車速情報が入力される車速情報受信部と、入力された前記路面変位情報を記録するメモリと、を備え、前記車速情報とサンプリング時間とにより、前記車両が移動する所定の距離毎に前記路面変位情報を前記メモリに記録すると共に、前記メモリに記録された前記路面変位情報から前記車輪の位置に該当する車輪位置路面変位情報を求め、前記車輪位置路面変位情報に応じて前記アクチュエータ装置に所定の動作をさせるアクチュエータ指令値を出力し、前記路面変位情報を前記メモリに記録する前記所定の距離は、路面の凹凸が多いときに、路面の凹凸が少ないときと比較して、短い間隔となるよう変更可能である。
また、本発明の一実施形態は、サスペンションシステムであって、車両の車体と車輪との間に設けられ、前記車体と前記車輪との間の相対変位を抑制する力を変化させるアクチュエータ装置と、前記車両の進行方向の路面変位情報を検出する路面変位検出部と、前記車両の車速情報を出力する車速情報出力部と、前記路面変位情報を記録するメモリと、前記車速情報とサンプリング時間とにより、前記車両が移動する所定の距離毎に前記路面変位情報を前記メモリに記録すると共に、前記メモリに記録された前記路面変位情報から前記車輪の位置に該当する車輪位置路面変位情報を求め、前記車輪位置路面変位情報に応じて前記アクチュエータ装置に所定の動作をさせるアクチュエータ指令値を出力する車両制御装置と、を備え、前記車両制御装置は、前記路面変位情報を前記メモリに記録する前記所定の距離を路面の凹凸が多いときに、路面の凹凸が少ないときと比較して、短い間隔となるよう変更可能である。
本発明の一実施形態によれば、「性能(乗り心地、走行安定性)の確保」と「メモリの消費量の低減」とを両立できる。
実施形態による車両制御装置およびサスペンションシステムが搭載された4輪自動車を示す全体構成図である。 図1中の車両制御装置(ECU)、アクチュエータ装置(減衰力可変ダンパ)等を示すブロック図である。 車両と路面とプレビューセンサ(ステレオカメラ)との関係を示す説明図(側面図)である。 車両の車輪とプレビューセンサ(ステレオカメラ)による計測点との関係を示す説明図(平面図)である。 実施形態による車両の変位の時間変化の一例を示す特性線図である。 変形例によるタイヤ位置路面変位算出部を示すブロック図である。 変形例による車両の変位の時間変化の一例を示す特性線図である。
以下、実施形態による車両制御装置およびサスペンションシステムを、車両としての自動車(より具体的には、4輪自動車)に用いる場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ説明する。
図1ないし図5は、実施形態を示している。図1および図4において、自動車である車両1のボディを構成する車体2の下側には、例えば左右の前輪3と左右の後輪4との合計4個の車輪3,4が設けられている。図4中の「FL」、「FR」、「RL」、「RR」は、それぞれ車輪3,4の位置に対応する。図1に示すように、左右の前輪3と車体2との間には、それぞれ前輪側のサスペンション5,5(以下、前輪サスペンション5という)が介装して設けられている。前輪サスペンション5は、懸架ばね6(以下、ばね6という)、および、ばね6と並列に設けられた減衰力調整式緩衝器7(以下、緩衝器7という)を備えている。
左右の後輪4と車体2との間には、それぞれ後輪側のサスペンション8,8(以下、後輪サスペンション8という)が介装して設けられている。後輪サスペンション8は、懸架ばね9(以下、ばね9という)、および、ばね9と並列に設けられた減衰力調整式緩衝器10(以下、緩衝器10という)を備えている。緩衝器7,10は、例えば、減衰力の調整が可能な油圧式のシリンダ装置(減衰力可変式ショックアブソーバ)となるセミアクティブダンパにより構成されている。即ち、車両1は、減衰力可変式ショックアブソーバを用いたセミアクティブサスペンションシステムが搭載されている。
ここで、緩衝器7,10は、車両1の車体2と車輪3,4との間に設けられている。緩衝器7,10は、車体2と車輪3,4との間の相対変位を抑制する力を変化させるアクチュエータ装置(力発生機構)である。具体的には、緩衝器7,10は、減衰力可変型の減衰力発生装置(減衰力可変型緩衝器)である。緩衝器7,10は、後述するコントローラ21によって発生減衰力の特性(減衰力特性)が可変に制御される。このために、緩衝器7,10には、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(ないし多段階)に調整するため、減衰力調整バルブおよびソレノイド等からなる減衰力調整装置(図示せず)が付設されている。緩衝器7,10は、コントローラ21から減衰力調整装置へ供給される指令電流(制御信号)に応じて減衰力特性が可変に調整される。
なお、減衰力調整バルブとしては、減衰力発生バルブのパイロット圧を制御する圧力制御方式や通路面積を制御する流量制御方式等、従来から知られている構造を用いることができる。また、緩衝器7,10は、減衰力を連続的(ないし多段階)に調整できればよく、例えば、空圧ダンパや電磁ダンパ、電気粘性流体ダンパ(ERダンパ)、磁性流体ダンパ等のアクチュエータ装置(力発生機構)であってもよい。また、緩衝器7,10は、エアばね(空気ばね)を用いたエアダンパ(エアサス)、前後左右の油圧シリンダを配管で接続した油圧ダンパ、左右の車輪の動きに対して力を与えるスタビライザ等のアクチュエータ装置(力発生機構)であってもよい。
さらに、緩衝器7,10は、推力を発生できるアクチュエータ装置(力発生機構)、即ち、液圧式アクチュエータ、電動式アクチュエータまたは気圧式アクチュエータにより構成されるフルアクティブダンパでもよい。換言すれば、車両1には、フルアクティブダンパを用いたフルアクティブサスペンションシステムを搭載してもよい。即ち、緩衝器7,10は、車両1の車体2側と車輪3,4側との間で発生する力を調整可能なアクチュエータ装置(力発生機構)であり、例えば、減衰力可変型油圧ダンパ、電気粘性流体ダンパ、空圧ダンパ、電磁ダンパ、液圧式アクチュエータ、電動式アクチュエータ、気圧式(空圧式)アクチュエータ等、各種のアクチュエータ装置(力発生機構)を採用することができる。
次に、車両1に搭載されたセンサ11,12について説明する。
図1ないし図3に示すように、車両1には、車速センサ11と、プレビューセンサ12とが設けられている。即ち、車両1は、緩衝器7,10に加えて、車速センサ11と、プレビューセンサ12とを備えている。車速センサ11は、例えば車両1に搭載された変速装置の出力軸(図示せず)に設けられている。車速センサ11は、車両1の速度である車両速度(車速)を検出する。車速センサ11の検出値(車速に対応する信号)である車速情報は、例えば車内LAN通信であるCAN14(図2)を介して車両に搭載された各種のコントローラ(ECU)に出力される。例えば、図2に示すように、車速センサ11の情報(車速情報)は、CAN14を介してのサスペンションシステムのコントローラ21(サスペンション用ECU)に出力される。
車速センサ11は、車両1の車速情報を出力する車速情報出力部に対応する。なお、車速は、例えば、車輪3,4の回転速度を検出する車輪速センサ(図示せず)の検出情報(車輪速に対応する信号)から算出することもできる。このため、車速情報出力部は、車輪速センサにより構成してもよい。即ち、車速情報出力部は、車速センサ11のような車速に対応する状態量を直接的に検出するセンサ(検出装置)としてもよいし、車輪速センサのような車速に対応する状態量を検出するセンサ(検出装置)としてもよい。さらに、車速情報出力部は、車両の各種の状態量から車速を推定する車速推定部(演算装置)としてもよい。
プレビューセンサ12は、例えば、車両1のフロントガラス13の上側で車両1の左右方向の中央位置に設けられている。なお、プレビューセンサ12は、車両1のフロントグリルまたはフロントバンパー等に設けてもよい。即ち、プレビューセンサ12は、車両1の前側に設けられている。図3および図4に示すように、プレビューセンサ12は、車両1の前方の路面15の状態(路面15の上下変位)を計測する。プレビューセンサ12は、車両1の進行方向の路面情報(より具体的には、路面変位情報)を検出する路面検出部(路面変位検出部)に対応する。実施形態では、路面変位検出部となるプレビューセンサ12は、ステレオカメラとしている。路面変位検出部は、路面15の上下方向の変位を検出する。
ここで、路面変位検出部は、外界認識センサに相当し、例えば、ステレオカメラ、シングルカメラ等のカメラ(例えば、デジタルカメラ)、および/または、レーザレーダ、赤外線レーダ、ミリ波レーダ等のレーダ(例えば、半導体レーザ等の発光素子およびそれを受光する受光素子)、ライダー(LiDAR)、ソナーを用いることができる。なお、路面変位検出部(外界認識センサ)は、カメラ、レーダ、ライダー、ソナーに限らず、車両1の進行方向の路面15の変位(路面状態)を認識(検出)できる各種のセンサ(検出装置、計測装置、電波探知機)を用いることができる。
次に、緩衝器7,10を制御するコントローラ21について、図1および図2を参照しつつ説明する。
コントローラ21は、車両1に搭載されている。コントローラ21は、例えば、マイクロコンピュータ、電源回路、駆動回路を含んで構成された制御装置である。コントローラ21は、ECU(Electronic Control Unit)とも呼ばれている。コントローラ21は、車両1を制御する車両制御装置、より具体的には、車両1の振動、姿勢を制御するサスペンション制御装置(換言すれば、サスペンションシステム用制御装置、サスペンション用ECU、緩衝器用ECU)である。コントローラ21は、センサ11,12等により検出(測定)される情報(検出値、測定値)または推定(算出)される情報(推定値、算出値、演算値)に基づいて、緩衝器7,10を制御(減衰力を調整)する。即ち、コントローラ21は、アクチュエータ装置である緩衝器7,10の力(減衰力)を制御する。
このために、コントローラ21の入力側は、センサ11,12と接続されている。コントローラ21には、車速センサ11が検出する車速に対応する信号(車速情報)、プレビューセンサ12が検出する路面変位に対応する信号(路面変位情報)等が入力される。一方、コントローラ21の出力側は、制御ダンパである緩衝器7,10に接続されている。コントローラ21は、緩衝器7,10の減衰力調整装置(例えば、減衰力調整バルブの開弁圧を調整するソレノイド)に制御信号(指令電流)を出力する。
コントローラ21は、CPU(演算処理装置)等の演算処理を行うコントロール部21A(図1にのみ図示)、および、ROM、RAM、不揮発性メモリ等の記憶部であるメモリ21Bを備えている。メモリ21Bには、例えば、各センサ11,12の情報(入力信号)から車輪3,4が通過する位置(各緩衝器7,10の位置)での路面変位を演算(算出)する処理プログラムが格納されている。また、メモリ21Bには、車輪3,4が通過する位置(各緩衝器7,10の位置)での路面変位から緩衝器7,10で発生すべき減衰力を演算する処理プログラム、発生すべき減衰力に対応する制御信号を出力する処理プログラム等も格納されている。
緩衝器7,10の減衰力を演算する制御則(乗り心地の制御則、操縦安定性の制御則)としては、例えば、スカイフック制御則、BLQ制御則(双線形最適制御則)またはH∞制御則等を用いることができる。コントローラ21は、例えば、ばね上となる車体2の運動(挙動)を緩衝器7,10の減衰力によって減速させる場合は、緩衝器7,10の減衰力を大きくし、ばね上となる車体2の運動(挙動)を緩衝器7,10の減衰力によって加速させる場合は、緩衝器7,10の減衰力を抑制する。減衰力可変ダンパである緩衝器7,10は、減衰力を変化させて適切に各車輪3,4の上下動を減衰させることにより、車体2の振動を抑制する働きを持っている。
ところで、サスペンションの制御を行う技術として、カメラ等のプレビューセンサを用いて事前に路面の変位を検知し、この検知した路面の変位に応じてサスペンションの制御を行うプレビュー制御サスペンションが開発されている。この場合、検知した路面変位情報を、制御情報として出力するタイミングを調整する必要がある。即ち、検知した路面変位情報を車輪(タイヤ)が通過するタイミングでサスペンション制御の入力として扱うための調整が必要になる。このタイミングの調整は、例えば、検知した路面までの距離と車速とから到達時間を計算して行うことが考えられる。
しかし、この場合には、低い車速で走行しているときに、検知した位置に到達するまでの時間が長くなり、メモリを大量に消費する可能性がある。即ち、図3に示すような、プレビュー制御による効果を出しやすい突起15A、ポットホール15B等の凹凸がある路面15を走行する場合を考える。このような路面15を低速で走行しているときに、検出した時点から制御対象輪の緩衝器に到達する時点までの時間(到達時間)が長くなることで、保持するデータ量が増大し、メモリを大量に消費する可能性がある。
これに対して、前述の特許文献1に記載された自動車用アクティブサスペンション制御装置は、車速に応じてサンプリングしたデータを間引くことにより、低速で走行しているときに多大なメモリの消費を避けるようにしている。しかし、この技術は、低速時に疑似的にサンプリングの粒度(データの細かさ)を粗くするため、車速が上がっていくときに粗い粒度で制御することになる。これにより、アクティブサスペンションの性能が低下する可能性がある。
そこで、実施形態では、コントローラ21のメモリ21Bに距離と変位情報とを紐づけて保持する。即ち、車両1が所定の距離を移動する毎に、その距離毎の変位情報をメモリ21Bに記録する。これにより、変位情報の間隔(距離の粒度)を設計の段階で決めておくことができる。この結果、低速から高速まで一定の粒度でデータ(変位情報)を保持することができ、メモリ21Bの消費量を低減しつつ性能の低下を抑制できる。
即ち、実施形態では、距離と変位情報とを紐づけて保持することにより、低速時においても、メモリ消費量を節約して変位情報と出力タイミングとをメモリ21Bに保持することができる。また、実施形態では、空間情報(距離、路面変位)が出力となるカメラ、即ち、プレビューセンサ12からの入力情報を、時間へ変換する処理が不要となる。これにより、処理の簡略化、変換による誤差の発生も抑制することができる。以下、これらの点について説明する。
図2は、プレビューセンサ12としてステレオカメラを用いた場合のコントローラ21の制御ブロック図を示している。図3および図4は、路面15を走行する車両1とプレビューセンサ12の計測位置(計測点)との位置関係を示している。そして、次の表1は、距離と紐づけた路面変位情報の保持のイメージを示している。
Figure 0007649884000001
実施形態では、表1に示すように、プレビューセンサ12が計測した「変位」とその計測した位置に対応する「距離」とをコントローラ21の内部のメモリ21Bに保持する。この場合、「変位」は、例えば、路面15の上下方向の変位(路面変位情報)に対応する。また、「距離」は、例えば、基準位置(例えば、距離0)から車両1が移動した距離(移動距離情報)に対応する。この場合、基準位置(距離0)は、例えば、計測を開始したときの計測点の位置等、変位を記録するときの距離の基準となる位置とすることができる。ここで、コントローラ21の制御周期(サンプリング周期、サンプリング時間)をtsmpとし、車両1の車速をVxとする。また、メモリ21Bで設定している所定距離、即ち、メモリ21Bで路面変位情報を保持する距離の間隔(距離の粒度)をDsとする。
例えば、表1に示すように、前回の制御周期で、その時点の距離D1および路面変位情報ZOL2,ZOR2をメモリ21Bに保持する。次の制御周期では、車両1の移動距離ΔD(=Vx×tsmp)だけメモリ21Bの距離をシフトさせ、プレビューセンサ12による新たな計測値(路面変位情報)をメモリ21Bに取り込む。このとき、1制御周期の移動距離ΔDが小さく、メモリ21Bで設定している所定距離Ds以下である場合は、移動をしていないと判断し、新しく取り込んだ計測値(路面変位情報)で上書きを行う。なお、所定距離Dsは、Ds=D2-D1とする。
そして、車両1の総移動距離D(=ΣΔD)がメモリ21Bで設定している所定距離Dsに達するまで上書きを繰り返し、所定距離Dsに達したとき(または所定距離Dsに達する直前)の計測値(路面変位情報)をメモリ21Bに保持(記録)する。即ち、表1に示すように、距離D1から所定距離Ds分進んだ距離D2に達したときに、距離D2およびその時点の路面変位情報ZOL3,ZOR3をメモリ21Bに保持する。D1とD2との間で取得した計測値は、表1中に「・」で示すように上書き(削除)される。換言すれば、車両1が所定距離Ds進んでいない場合は、上書きされる(前の情報は削除される)。
そして、メモリ21Bに保持された所定距離Ds毎の計測値(路面変位情報)は、車両1が計測点から距離L分移動したときに、前輪3の位置での制御入力値としてサスペンション制御に用いる。図4に示すように、距離Lは、計測点と前輪3との間の距離(計測距離L)である。また、メモリ21Bに保持された計測値(路面変位情報)は、車両1が計測点から距離L+ホイールベースW分移動したときに、後輪4の位置での制御入力値としてサスペンション制御に用いる。サスペンション制御に用いた計測値(路面変位情報)は、メモリ21Bから削除することができる。
一方、高速走行中の場合は、1制御周期の移動距離ΔDが大きくなる。例えば、高速走行中は、車両1が1制御周期で所定距離Dsの数倍移動する可能性がある。この場合には、取り込みできている区間の路面変位情報で補間を行う。例えば、前回の制御周期の路面変位情報と今回の制御周期の路面変位情報とにより直線的に補間する。例えば、1制御周期の移動距離ΔDが所定距離Dsの2倍(ΔD=2Ds)となる場合を考える。
この場合、前回の制御周期の距離をD1、路面変位情報(上下方向の変位)をZOL2,ZOR2とし、今回の制御周期の距離をD3(=D1+2Ds)、路面変位情報(上下方向の変位)をZOL4,ZOR4とし、距離D1と距離D3との中間となる距離D2の路面変位情報(上下方向の変位)をZOL3,ZOR3とする。距離D2の路面変位情報ZOL3,ZOR3は、次のように求めることができる。即ち、距離D2での車両1の左側の路面変位情報は、ZOL3=(ZOL4+ZOL2)/2とし、距離D2での車両1の右側の路面変位情報は、ZOR3=(ZOR4+ZOR2)/2とすることができる。この場合も、メモリ21Bに保持された路面変位情報は、車両1が計測点から距離L分移動したとき、および/または、距離L+ホイールベースW分移動したときに、各車輪3,4の位置での制御入力値としてサスペンション制御に用いることができる。サスペンション制御に用いた計測値(路面変位情報)は、メモリ21Bから削除することができる。
例えば、制御周期(サンプリング周波数)を1ms、メモリ21Bに保持する所定距離Ds(プロファイル粒度)を1cmとする。この場合、低速走行となる10km/h(=2.78m/s=278cm/s)で走行すると、1制御周期毎に約0.28cm進む。このため、約4制御周期毎にその時点の路面変位情報が保持される。換言すれば、所定距離である1cm進むまでの間の約3制御周期の路面変位情報は、上書きされることにより削除される。一方、高速走行となる100km/hで走行すると、1制御周期毎に約2.8cm進む。この場合、1制御周期の間の路面変位情報は、前回の制御周期の路面変位情報と今回の制御周期の路面変位情報とから補間する(例えば、直線的に補間する)。
このような制御を行うために、車両制御装置(サスペンション制御装置)としてのコントローラ21は、図2に示すように、車速情報出力部である車速センサ11および路面変位検出部であるプレビューセンサ12と接続されている。コントローラ21は、車速センサ11およびプレビューセンサ12の検出信号(車速情報、路面変位情報)に基づいて、減衰力可変ダンパである緩衝器7,10を制御する。コントローラ21は、タイヤ位置路面変位算出部22と、サスペンション制御部27とを備えている。
タイヤ位置路面変位算出部22には、車速センサ11からの車速センサ値(車速情報)とプレビューセンサ12からのプレビューセンサ値(路面変位情報)とが入力される。タイヤ位置路面変位算出部22は、車速センサ値(車速情報)とプレビューセンサ値(路面変位情報)とに基づいて、車輪3,4の位置での路面15の変位、即ち、タイヤ位置路面変位(車輪位置路面変位情報)を算出する。タイヤ位置路面変位算出部22は、算出したタイヤ位置路面変位(車輪位置路面変位情報)をサスペンション制御部27に出力する。
コントローラ21のタイヤ位置路面変位算出部22は、路面変位情報受信部23と、車速情報受信部24と、メモリ21Bとを備えている。また、タイヤ位置路面変位算出部22は、移動距離算出部25を備えている。路面変位情報受信部23には、プレビューセンサ12で検出された路面変位情報となるプレビューセンサ値が入力される。路面変位情報受信部23は、入力されたプレビューセンサ値に基づいて路面変位情報となる絶対路面変位(絶対路面変位に対応する信号)をメモリ21B、より具体的には、メモリ21Bの路面プロファイル部26に出力する。
車速情報受信部24には、車速センサ11で検出された車速情報となる車速センサ値が入力される。車速情報受信部24は、入力された車速センサ値に基づいて車速情報となる車速(車速に対応する信号)を移動距離算出部25に出力する。移動距離算出部25には、車速情報受信部24から車速が入力される。移動距離算出部25は、車速と制御周期(サンプリング時間)とに基づいて車両1の移動距離、即ち、1制御周期の移動距離を算出する。即ち、移動距離算出部25は、車速に制御周期(サンプリング時間)を乗算することにより、1制御周期の間に車両1が移動した距離を算出する。移動距離算出部25は、算出した1制御周期の移動距離(移動距離に対応する信号)をメモリ21B、より具体的には、メモリ21Bの路面プロファイル部26に出力する。
メモリ21Bには、路面変位情報受信部23から絶対路面変位が入力される。また、メモリ21Bには、移動距離算出部25から1制御周期の移動距離が入力される。メモリ21Bは、入力された路面変位情報、即ち、絶対路面変位を記録する。この場合、メモリ21Bは、絶対路面変位と移動距離とを紐づけて記録する。即ち、メモリ21Bは、路面プロファイル部26を有しており、路面プロファイル部26には、前述の表1に示すように、変位(絶対路面変位)と距離(移動距離)とが紐づけられて保持される。換言すれば、メモリ21Bの路面プロファイル部26は、車両1が移動する所定距離Ds毎に絶対路面変位を記録(保持)する。所定距離Dsは、メモリ21Bで絶対路面変位を記録(保持)する間隔(距離の粒度)に対応する。
所定距離Dsが小さいと、粒度が高くなり、サスペンション制御の性能(乗り心地、走行安定性)が向上する傾向となり、メモリ消費量が増大する傾向となる。これに対して、所定距離Dsを大きいと、粒度が低くなり、サスペンション制御の性能(乗り心地、走行安定性)が低下する傾向となり、メモリ消費量も低下する傾向となる。このため、所定距離Dsは、サスペンション制御の性能(乗り心地、走行安定性)を確保でき、かつ、メモリ消費量を抑制できるように設定することができる。なお、所定距離Dsは、車両の周辺環境に応じて変更してもよい。例えば、所定距離Dsは、路面状況が良いか否か、夜間であるか否か、雨天であるか否かに応じて調整することができる。この場合、例えば、所定距離Dsは、路面15の凹凸が多いときに、路面15の凹凸が少ないときと比較して小さくすることができる。所定距離Dsは、例えば、0.5cm~2.0cm程度とすることができる。
路面プロファイル部26は、移動距離算出部25からの1制御周期の移動距離と路面変位情報受信部23からの絶対路面変位とに基づいて、所定距離Ds毎の絶対路面変位を記録(保持)する。路面プロファイル部26は、記録(保持)した絶対路面変位を、車両1が計測点から距離L分移動したとき、および/または、距離L+ホイールベースW分移動したときに、サスペンション制御部27に出力する。即ち、路面プロファイル部26は、車輪3,4の位置での路面15の変位であるタイヤ位置路面変位(車輪位置路面変位情報)をサスペンション制御部27に出力する。
サスペンション制御部27は、タイヤ位置路面変位算出部22(路面プロファイル部26)からタイヤ位置路面変位(車輪位置路面変位情報)が入力される。サスペンション制御部27は、タイヤ位置路面変位(車輪位置路面変位情報)に応じて、緩衝器7,10で発生すべき減衰力を算出する。そして、サスペンション制御部27は、緩衝器7,10で発生すべき減衰力に応じた制御信号(指令電流)を制御ダンパである緩衝器7,10に出力する。即ち、サスペンション制御部27は、ダンパ指令値に対応する指令電流(制御信号)を緩衝器7,10の減衰力調整装置(例えば、減衰力調整バルブの開弁圧を調整するソレノイド)に出力する。
このように、コントローラ21は、車速情報(車速)とサンプリング時間(制御周期)とにより、車両1が移動する所定の距離Ds毎に路面変位情報(路面上下方向変位)をメモリ21Bに記録(記憶)させる。これと共に、コントローラ21は、メモリ21Bに記録された路面変位情報から車輪3,4の位置に該当する路面変位情報(車輪位置路面変位情報)を求める。この上で、コントローラ21は、求めた路面変位情報(車輪位置路面変位情報)に応じて緩衝器7,10に所定の動作をさせる指令電流(アクチュエータ指令値)を出力する。路面変位情報をメモリ21Bに記録する所定の距離Dsは、車両1の周辺環境(例えば、路面状況、夜間、雨天等)に応じて変動することができる。この場合、路面変位情報をメモリ21Bに記録する所定の距離Dsは、例えば、路面15の凹凸が多いときに、路面15の凹凸が少ないときと比較して、短い間隔とすることができる。
ここで、プレビューセンサ12は、任意に設定された一定の時間(サンプリング時間、制御周期)で路面変位情報を検出する。コントローラ21は、車速情報と一定の時間(サンプリング時間、制御周期)とにより推定される車両1の移動距離(ΔD延いてはΣΔD)が所定の距離Dsよりも短いとき、メモリ21Bに記録された直前の路面変位情報に上書きするよう記録する。これに対して、コントローラ21は、車速情報と一定の時間(サンプリング時間、制御周期)とにより推定される車両1の移動距離(ΔD延いてはΣΔD)が所定の距離Dsよりも長いとき、メモリ21Bに記録された直前の路面変位情報との間に路面変位情報を補間する補間データを生成する。
なお、コントローラ21は、車両1の移動速度(車速)が所定の速度以下の場合に、車両1が移動する所定の距離Ds毎による路面変位情報をメモリ21Bに記録させるようにしてもよい。この場合には、例えば、車両1の移動速度(車速)が所定の速度を超えると、一定の時間(サンプリング時間、制御周期)毎の路面変位情報をメモリ21Bに記録させるようにすることができる。
例えば、一定の時間(例えば、1サンプリング時間、1制御周期)毎の車両1の移動距離が所定の距離Dsとなる車速を車速閾値(所定の速度)とする。この場合、コントローラ21は、例えば車速閾値よりも低速のときに、車両1が移動する所定の距離Ds毎による路面変位情報をメモリ21Bに記録させることができる。一方、コントローラ21は、例えば車速閾値よりも高速のときに、一定の時間毎(1サンプリング時間毎、1制御周期毎)の路面変位情報をメモリ21Bに記録させることができる。
実施形態による車両制御装置およびサスペンションシステムは、上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
車体2の前部に設けられたプレビューセンサ12は、車両1の前方の路面15を路面プレビュー情報(路面変位情報)として撮り込み、コントローラ21に出力する。コントローラ21は、プレビューセンサ12からの路面変位情報と車速センサ11からの車両情報とに基づいて、緩衝器7,10で発生すべき減衰力を可変に制御する。
この場合、コントローラ21は、所定のサンプリング周期で路面変位情報をメモリ21Bに取得しつつ、車両1が所定の距離Ds進む毎にそのときの路面変位情報をメモリ21Bに保持(記録)する。これにより、コントローラ21のメモリ21Bに保持される路面変位情報の粒度(距離幅)を一定に設計することができる。この結果、車両1の速度(車速)によらず、一定のメモリ容量とすることができる。また、プレビューセンサ12からの入力を時間に変換しなくてよいため、処理の簡略化、誤差の低減を図ることができる。
図5は、実施形態によるセミアクティブサスペンションシステムの制御効果を示している。即ち、図5は、実施形態による車両1の変位の時間変化の一例を示している。この図5では、車両1が10km/hの低速でバンプ(突起路)を走行した場合を示している。実施形態では、プレビュー制御により、プレビュー制御をしない場合と比較して、フロア上下変位を20%、揺り返し時間を32%低減することができる。
このように、実施形態では、コントローラ21は、車速情報とサンプリング時間(制御周期)とにより、車両1が移動する所定の距離Ds毎に路面変位情報をメモリ21Bに記録させると共に該メモリ21Bに記録された該路面変位情報から車輪3,4の位置に該当する車輪位置路面変位情報を求める。このため、メモリ21Bに記録させる路面変位情報を、距離に応じた粒度(データの細かさ)にできる。これにより、車速にかかわらず、メモリ21Bに記録させる路面変位情報の量(メモリ消費量)を一定にできる。
この結果、低速時の多大なメモリ消費を避けることができる。また、例えば、設計段階でメモリ消費量の見積もりが容易となる。しかも、路面変位情報は、所定の距離Ds毎に記録されるため、この所定の距離Dsを所望のサスペンション性能を確保できる範囲で設定することにより、車両1の制御性能、即ち、緩衝器7,10の動作による乗り心地、走行安定性を確保することができる。特に、低速時は移動距離が短くなるため、メモリ消費量を低減しつつ路面変位(路面プロファイル)の粒度(精度)を確保することができ、制御性能を向上できる。このため、「性能(乗り心地、走行安定性)の確保」と「メモリ消費量の低減」とを両立できる。
実施形態によれば、路面変位情報をメモリ21Bに記録する所定の距離Dsは、車両1の周辺環境に応じて変動される。このため、例えば、路面状況が悪いときに所定の距離Dsを短くすることにより、路面状況が悪いときの制御性能を向上できる。また、例えば、夜間に所定の距離Dsを短くすることにより、夜間の制御性能を向上でき、夜間の乗り心地を向上できる。また、例えば、雨天のときに所定の距離Dsを短くすることにより、雨天のときの制御性能を向上でき、雨天のときの走行安定性を向上できる。
実施形態によれば、路面変位情報をメモリ21Bに記録する所定の距離Dsは、路面15の凹凸が多いときに、路面15の凹凸が少ないときと比較して、短い間隔となる。このため、路面15の凹凸が多いときに、路面15の凹凸が少ないときと比較して、制御性能を向上できる。これにより、路面15の凹凸が多いときの乗り心地、走行安定性を向上できる。
実施形態によれば、プレビューセンサ12は、任意に設定された一定の時間(サンプリング時間)で路面変位情報を検出する。この上で、コントローラ21は、車速情報と一定の時間(サンプリング時間)とにより推定される車両1の移動距離(ΔD延いてはΣΔD)が所定の距離Dsよりも短いとき、メモリ21Bに記録された直前の路面変位情報に上書きする。このため、移動距離(ΔD延いてはΣΔD)が所定の距離Dsに達するまで、直前の路面変位情報が上書きされ、移動距離(ΔD延いてはΣΔD)が所定の距離Dsに達すると、最新の路面変位情報がメモリ21Bに記録される。これにより、メモリ消費を抑制しつつ所定の距離Ds毎の路面変位情報を記録できる。
実施形態によれば、プレビューセンサ12は、任意に設定された一定の時間(サンプリング時間)で路面変位情報を検出する。この上で、コントローラ21は、車速情報と一定の時間(サンプリング時間)とにより推定される車両1の移動距離(ΔD延いてはΣΔD)が所定の距離Dsよりも長いとき、メモリ21Bに記録された直前の路面変位情報との間に路面変位情報を補間する補間データを生成する。このため、高速走行しているときに、所定の距離Ds毎に路面変位情報を記録できない場合でも、記録された路面変位情報と補間データとにより路面変位(路面プロファイル)の粒度(精度)を確保することができる。
ここで、補間データとしては、例えば、前回の制御周期の路面変位情報と今回の制御周期の路面変位情報とにより直線的に補間することができる。直線的な補間を行う場合、例えば、高速で急激な路面変位差が生じる路面15を走行する場合に、誤差が大きくなる可能性がある。しかし、このような路面15を走行する場合は、車速を落として走行すると考えられる、このため、補間による誤差は許容できると考えられる。
実施形態によれば、コントローラ21は、車両1の移動速度(車速)が所定の速度以下の場合に、車両1が移動する所定の距離Ds毎による路面変位情報をメモリ21Bに記録させる。このため、車両1の移動速度が所定の速度以下の場合は、所定の距離Ds毎に路面変位情報をメモリ21Bに記録させることにより、メモリ消費量を低減しつつ路面変位(路面プロファイル)の粒度(精度)を確保できる。一方、車両1の移動速度が所定の速度を超える場合は、例えば、所定時間(例えば、1サンプリング時間)毎に路面変位情報をメモリ21Bに記録させることにより、路面変位(路面プロファイル)の粒度(精度)を確保でき、かつ、メモリ消費量を抑制できる。
なお、実施形態では、緩衝器7,10を制御するコントローラ21のメモリ21Bに路面変位情報を記録する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、緩衝器7,10を制御するコントローラ21とは別に設けられたメモリ(例えば、別のコントローラのメモリ)に路面変位情報を記録する構成としてもよい。この場合、例えば、コントローラとは別に設けられたメモリに記録された路面変位情報に基づくタイヤ位置路面変位(車輪位置路面変位情報)をサスペンション制御部に出力する構成とすることができる。
実施形態では、車両1の進行方向の路面変位情報を検出する路面変位検出部をプレビューセンサ12とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、路面変位検出部をレーザ変位計としてもよい。即ち、例えば、車両1の前輪3より前側となるフロントバンパーの下側(内側)にレーザ変位計を路面15に向けて設け、このレーザ変位計と対面する路面15の変位(上下方向の変位)を検出する構成としてもよい。この場合、車両1の車体2のピッチやロールにより、計測する相対路面変位が変化する。
そこで、この場合には、車体2に取り付けた加速度センサ(Gセンサ)から車体2のピッチおよびロールによる変位を計算し、レーザ変位計の計測値(検出値)から取り除くことで、絶対路面変位を求める。そして、求めた絶対路面変位は、前述の実施形態と同様に、コントローラ21のメモリ21Bに所定の距離Ds毎に記録(登録)し、タイヤ位置となる車輪3,4の位置で出力する。これにより、前述の実施形態と同様の緩衝器7,10の制御を行うことができる。
図6は、変形例によるコントローラ21のタイヤ位置路面変位算出部31を示している。タイヤ位置路面変位算出部31には、車速センサ11からの車速センサ値(車速情報)と、レーザ変位計からの計測値(路面変位情報)と、加速度センサからの加速度センサ値(加速度情報)が入力される。レーザ変位計からの計測値は、路面の相対変位量、即ち、相対路面変位に対応する。加速度センサからの加速度センサ値は、ばね上加速度に対応する。
タイヤ位置路面変位算出部31は、車速センサ値(車速情報)とレーザ変位計の計測値(路面変位情報)と加速度センサのセンサ値(加速度情報)とに基づいて、車輪3,4の位置での路面15の変位、即ち、タイヤ位置路面変位(車輪位置路面変位情報)を算出する。タイヤ位置路面変位算出部31は、算出したタイヤ位置路面変位(車輪位置路面変位情報)をサスペンション制御部27に出力する。
タイヤ位置路面変位算出部31は、積分部32と、減算部33と、移動距離算出部25と、メモリ21B(路面プロファイル部26)とを備えている。また、図6では省略するが、変形例のタイヤ位置路面変位算出部31は、レーザ変位計の計測値(路面変位情報)が入力される路面変位情報受信部と、車速センサ11の車速センサ値(車速情報)が入力される車速情報受信部24(図2参照)も備えている。
積分部32には、加速度センサのセンサ値であるばね上加速度(加速度情報)が入力される。積分部32は、ばね上加速度を積分することによりばね上変位を算出し、算出したばね上変位を減算部33に出力する。減算部33には、レーザ変位計の計測値である相対路面変位(路面変位情報)と積分部32の算出値であるばね上変位(ばね上変位情報)とが入力される。
減算部33は、ばね上変位から相対路面変位を減算することにより絶対路面変位を算出する。相対路面変位は、ばね上と路面との間の距離に対応するため、「絶対路面変位=ばね上変位-(ばね上変位-路面)」である。減算部33は、算出した絶対路面変位をメモリ21B(路面プロファイル部26)に出力する。なお、メモリ21B(路面プロファイル部26)および移動距離算出部25については前述の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
図7は、変形例によるアクティブサスペンションシステムの制御効果を示している。即ち、図7は、変形例による車両1の変位の時間変化の一例を示している。この図7では、車両1が50km/hで突起路(バンプ)を走行した場合を示している。変形例では、プレビュー制御(レーザ変位制御)により、フロア上下変位を23%低減できる。即ち、変形例も、前述の第1の実施形態と同様に、「性能(乗り心地、走行安定性)の確保」と「メモリ消費量の低減」とを両立できる。
なお、前述の実施形態では、プレビュー制御を行う路面変位検出部としてプレビューセンサ12を用いる場合を例に挙げて説明した。また、変形例では、プレビュー制御を行う路面変位検出部としてレーザ変位計を用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、プレビュー制御を行う路面変位検出部として、例えば、単眼カメラ、ライダー(LiDAR)、地図情報等を用いてもよい。即ち、路面変位検出部は、車両の進行方向の路面情報を提供することができる各種の路面変位情報提供装置を用いることができる。
次に、メモリ21Bに距離と変位情報とを紐づけて保持することによって可能となる機能について説明する。路面変位情報を用いるプレビュー制御では、路面状況や周囲環境によって計測粒度の不足やセンサ信号のノイズ等により性能が低下する可能性が考えられる。そこで、路面状況については、メモリ21Bの路面プロファイルから路面の周波数を予測し、路面周波数によって、距離粒度、即ち、所定距離Dsを変更する。この場合、例えば、路面周波数が高いと距離粒度を細かくし(所定距離Dsを短くし)、路面周波数が低いと距離粒度を粗くする(所定距離Dsを長くする)ことができる。これにより、路面状況に応じた最適な制御を行うことができる。
また、周囲環境の影響については、プレビューセンサ12が一定の車両の進行方向に対して一定の幅を持って計測を行う場合、過去に計測したデータと今回計測したデータの整合性を確認、補正を行うことができる。即ち、車両1の周囲の環境によっては、路面変位情報の検出に不利な環境となる可能性がある。例えば、レーザ変位計を用いる場合は、太陽光ノイズが発生する天候、レーザ光がうまく反射出来ない形状、材質の路面のときに、性能が低下する可能性が考えられる。また、カメラを用いる場合は、明るさが十分でないときや霧のときに、性能が低下する可能性が考えられる。
そこで、このような場合に、過去に計測したデータから今回計測したデータの整合性の確認、補正を行う。即ち、車両1の進行方向に対して一定の幅を計測するプレビューセンサ12を用いた場合、路面15の同じ箇所を複数回サンプリングする。このとき、前回サンプリングした路面変位と距離、今回サンプリングした路面変位と距離、サンプリングの間に移動した距離が分かるため、前回値との整合性の確認やデータの補正を行うことができる。これにより、周囲環境が路面変位情報の検出に不利な場合でも、最適な制御を行うことができる。
以上説明した実施形態によれば、車両制御装置は、車速情報とサンプリング時間とにより、車両が移動する所定の距離毎に路面変位情報をメモリに記録させると共に該メモリに記録された該路面変位情報から車輪の位置に該当する車輪位置路面変位情報を求める。このため、メモリに記録させる路面変位情報を、距離に応じた粒度(データの細かさ)にできる。これにより、車速にかかわらず、メモリに記録させる路面変位情報の量(メモリの消費量)を一定にできる。この結果、低速時の多大なメモリの消費を避けることができる。また、例えば、設計段階でメモリの消費量の見積もりが容易となる。しかも、路面変位情報は、所定の距離毎に記録されるため、この所定の距離を所望の性能を確保できる範囲で設定することにより、車両の制御性能、即ち、アクチュエータ装置の動作による乗り心地、走行安定性を確保することができる。特に、低速時は移動距離が短くなるため、メモリの消費量を低減しつつ路面変位(路面プロファイル)の粒度(精度)を確保することができ、制御性能を向上できる。このため、「性能(乗り心地、走行安定性)の確保」と「メモリの消費量の低減」とを両立できる。
実施形態によれば、路面変位情報をメモリに記録する所定の距離は、車両の周辺環境に応じて変動される。このため、例えば、路面状況が悪いときに所定の距離を短くすることにより、路面状況が悪いときの制御性能を向上できる。また、例えば、夜間に所定の距離を短くすることにより、夜間の制御性能を向上でき、夜間の乗り心地を向上できる。また、例えば、雨天のときに所定の距離を短くすることにより、雨天のときの制御性能を向上でき、雨天のときの走行安定性を向上できる。
実施形態によれば、路面変位情報をメモリに記録する所定の距離は、路面の凹凸が多いときに、路面の凹凸が少ないときと比較して、短い間隔となる。このため、路面の凹凸が多いときに、路面の凹凸が少ないときと比較して、制御性能を向上できる。これにより、路面の凹凸が多いときの乗り心地、走行安定性を向上できる。
実施形態によれば、路面変位検出部は、任意に設定された一定の時間で路面変位情報を検出する。この上で、車両制御装置は、車速情報と一定の時間とにより、推定される車両の移動距離が所定の距離よりも短いとき、メモリに記録された直前の路面変位情報に上書きする。このため、移動距離が所定の距離に達するまで、直前の路面変位情報が上書きされ、移動距離が所定の距離に達すると、最新の路面変位情報がメモリに記録される。これにより、メモリの消費を抑制しつつ所定の距離毎の路面変位情報を記録できる。
実施形態によれば、路面変位検出部は、任意に設定された一定の時間で路面変位情報を検出する。この上で、車両制御装置は、車速情報と一定の時間とにより、推定される車両の移動距離が所定の距離よりも長いとき、メモリに記録された直前の路面変位情報との間に路面変位情報を補間する補間データを生成する。このため、高速走行しているときに、所定の距離毎に路面変位情報を記録できない場合でも、記録された路面変位情報と補間データとにより路面変位(路面プロファイル)の粒度(精度)を確保することができる。
実施形態によれば、車両制御装置は、車両の移動速度が所定の速度以下の場合に、車両が移動する所定の距離毎による路面変位情報をメモリに記録させる。このため、車両の移動速度が所定の速度以下の場合は、所定の距離毎に路面変位情報をメモリに記録させることにより、メモリの消費量を低減しつつ路面変位(路面プロファイル)の粒度(精度)を確保できる。一方、車両の移動速度が所定の速度を超える場合は、例えば、サンプリング時間毎に路面変位情報をメモリに記録させることにより、路面変位(路面プロファイル)の粒度(精度)を確保でき、かつ、メモリの消費量を抑制できる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
本願は、2022年1月24日付出願の日本国特許出願第2022-008595号に基づく優先権を主張する。2022年1月24日付出願の日本国特許出願第2022-008595号の明細書、特許請求の範囲、図面、および要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。
1:車両
2:車体
3:前輪(車輪)
4:後輪(車輪)
7,10:減衰力調整式緩衝器(アクチュエータ装置)
11:車速センサ(車速情報出力部)
12:プレビューセンサ(路面変位検出部)
15:路面
21:コントローラ(車両制御装置)
21A:コントロール部
21B:メモリ
23:路面変位情報受信部
24:車速情報受信部
Ds:所定距離(所定の距離)

Claims (6)

  1. 車両の車体と車輪との間に設けられ、前記車体と前記車輪との間の相対変位を抑制する力を変化させるアクチュエータ装置と、
    前記車両の進行方向の路面変位情報を検出する路面変位検出部と、
    前記車両の車速情報を出力する車速情報出力部と、
    を備える車両に搭載され、前記アクチュエータ装置を制御する車両制御装置であって、
    前記路面変位情報が入力される路面変位情報受信部と、
    前記車速情報が入力される車速情報受信部と、
    入力された前記路面変位情報を記録するメモリと、
    を備え、
    前記車速情報とサンプリング時間とにより、前記車両が移動する所定の距離毎に前記路面変位情報を前記メモリに記録すると共に、前記メモリに記録された前記路面変位情報から前記車輪の位置に該当する車輪位置路面変位情報を求め、前記車輪位置路面変位情報に応じて前記アクチュエータ装置に所定の動作をさせるアクチュエータ指令値を出力し、
    前記路面変位情報を前記メモリに記録する前記所定の距離は、路面の凹凸が多いときに、路面の凹凸が少ないときと比較して、短い間隔となるよう変更可能であ
    車両制御装置。
  2. 請求項1に記載の車両制御装置であって、
    前記路面変位情報を前記メモリに記録する前記所定の距離は、車両の周辺環境に応じて変動する
    車両制御装置。
  3. 請求項1または2に記載の車両制御装置であって、
    前記路面変位検出部は、任意に設定された一定の時間で路面変位情報を検出し、
    前記車速情報と前記一定の時間とにより、推定される前記車両の移動距離が所定の距離よりも短いとき、前記メモリに記録された直前の前記路面変位情報に上書きするよう前記路面変位情報を記録する
    車両制御装置。
  4. 請求項1または2に記載の車両制御装置であって、
    前記路面変位検出部は、任意に設定された一定の時間で路面変位情報を検出し、
    前記車速情報と前記一定の時間とにより、推定される前記車両の移動距離が所定の距離よりも長いとき、前記メモリに記録された直前の前記路面変位情報との間に路面変位情報を補間する補間データを生成する
    車両制御装置。
  5. 請求項1または2に記載の車両制御装置であって、
    前記車両の移動速度が所定の速度以下の場合に、前記車両が移動する所定の距離毎の前記路面変位情報を前記メモリに記録する
    車両制御装置。
  6. 車両の車体と車輪との間に設けられ、前記車体と前記車輪との間の相対変位を抑制する力を変化させるアクチュエータ装置と、
    前記車両の進行方向の路面変位情報を検出する路面変位検出部と、
    前記車両の車速情報を出力する車速情報出力部と、
    前記路面変位情報を記録するメモリと、
    前記車速情報とサンプリング時間とにより、前記車両が移動する所定の距離毎に前記路面変位情報を前記メモリに記録すると共に、前記メモリに記録された前記路面変位情報から前記車輪の位置に該当する車輪位置路面変位情報を求め、前記車輪位置路面変位情報に応じて前記アクチュエータ装置に所定の動作をさせるアクチュエータ指令値を出力する車両制御装置と、
    を備え
    前記車両制御装置は、前記路面変位情報を前記メモリに記録する前記所定の距離を路面の凹凸が多いときに、路面の凹凸が少ないときと比較して、短い間隔となるよう変更可能であるサスペンションシステム。
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