JP7838539B2 - サスペンション制御システム - Google Patents

サスペンション制御システム

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Description

本発明は、サスペンション制御システムに関する。
特許文献1は、車両の制振制御装置を開示する。制振制御装置は、測定データに基いて、通過予測位置における路面変位関連値をプレビュー情報として取得し、プレビュー情報を用いて演算された第1目標制御力を含む最終目標制御力に基いて制御力発生装置を制御するプレビュー制振制御を実行する。測定データは、測定車両が路面を実際に走行したときに取得された路面変位関連値と、当該路面変位関連値が取得されたときの位置を表す位置情報とが関連付けられたデータを含む。制振制御装置は、路面状態が過去の時点から変化した蓋然性が高いと判定した場合、第1目標制御力の大きさを小さく設定する。
特開2022-064361号公報
プレビュー制振制御中の車両は、直進時と比較して、レーンチェンジ時または交差点の右左折時には、測定データのマップの路面変位関連値が無い場所を走行する確率が高まる。この場合、路面変位関連値の有無の境界で、路面変位関連値がある値からゼロに変化する。そのため、この境界で実際には路面に段差がない場合であっても、振動が発生する可能性がある。また、境界を跨ぐ際の制御により、ロールステア、キャンバ、接地点横変位等による横力がタイヤ接地面に発生し、横振動が発生したり、運転者の狙いの走行軌跡に対して差が生じたりする可能性がある。このような振動や横力の発生を抑制することが望まれる。
本発明の目的は、路面変位関連値の有無の境界での振動や横力の発生を抑制できるサスペンション制御システムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様のサスペンション制御システムは、車両の制御対象輪のサスペンションストロークを調整するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、路面の上下方向の変位に関連する路面変位関連値と位置とが関連付けられている路面データマップから、現在時刻から所定時間後の前記制御対象輪の予測通過位置における路面変位関連値を取得する取得部と、取得された路面変位関連値にもとづいて目標制御力を演算する演算部と、前記制御対象輪が前記予測通過位置を通過する時に前記アクチュエータが発生する制御力が前記目標制御力に一致するように、当該アクチュエータを制御する制御部と、を有する。前記演算部は、前記車両のウィンカが動作を開始すると、当該ウィンカが動作していない場合と比較して前記目標制御力の単位時間あたりの変化量が小さくなるように、当該目標制御力を演算する。
本発明によれば、路面変位関連値の有無の境界での振動や横力の発生を抑制できるサスペンション制御システムを提供できる。
路面変位関連値のマップの一例を示す図である。 実施の形態の車両の構成を概略的に示す図である。 図2のサスペンションの構成を概略的に示す図である。 実施の形態のサスペンション制御システムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態のマップ管理装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態のサスペンション制御処理を示すフローチャートである。
実施の形態を具体的に説明する前に、基礎となった知見を説明する。既述のように、直進時と比較して、レーンチェンジ時または交差点の右左折時には、車両がマップの路面変位関連値が無い場所を走行する確率が高まる。
図1は、路面変位関連値のマップの一例を示す。このマップでは、色の濃淡で路面変位関連値の大きさを表す。色の濃淡が均一な領域302は、マップがなく、路面変位関連値はゼロであることを表す。このマップは、直線道路の各レーンに沿って生成されている。領域300a,300b,300cは、それぞれ別のレーンに対応する。領域300a,300b,300c内では、マップがあり、路面変位関連値は各位置に設定されている。領域302は、領域300a,300b,300c以外の領域である。領域302内では、マップがなく、路面変位関連値は位置によらず一様にゼロである。この例では、隣り合う2つのレーンの間の領域302、すなわち領域300aと領域300bの間の領域302および領域300aと領域300cの間の領域302は、測定データを収集するための車両が過去に走行していないため、マップが存在しない。
車両が経路304に沿って入力の大きなレーンを走行しているところから、隣のレーンへレーンチェンジした場合、領域300aの路面変位関連値が大きい場所から、路面変位関連値がゼロである領域302を跨いで、路面変位関連値がある領域300bに対応する別のレーンへ移る。そのため、マップの境界を跨いだ時、実際には路面入力が無くても、路面変位関連値が大きく変化するため、車両に大きな振動が生じてしまう。また、既述のように、横力も発生する。
マップ有無の境界で振動や横力が生じると、車両のユーザは、プレビュー制御の実行に起因する乗り心地の違和感を覚える可能性がある。
そこで、実施の形態では、車両のウィンカが動作を開始すると、プレビュー制御のゲインを低下させることなどにより、目標制御力の単位時間あたりの変化量を小さくする。これにより、ウインカ動作中以外での制御性能に影響を与えることなく、境界を跨ぐ可能性の高いウインカ動作時に、振動発生と横力発生を抑制できる。
以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
1.サスペンション及び路面変位関連値
図2は、実施の形態の車両1の構成を概略的に示す。車両1は、左前輪2FL、右前輪2FR、左後輪2RL、右後輪2RR、サスペンション3FL、サスペンション3FR、サスペンション3RL、サスペンション3RR、およびサスペンション制御システム10を備える。左前輪2FL、右前輪2FR、左後輪2RL、及び右後輪2RRのそれぞれに対してサスペンション3FL、サスペンション3FR、サスペンション3RL、サスペンション3RRのうち対応するものが設けられている。以下、特に区別の必要が無い場合、各車輪を車輪2と呼び、各サスペンションをサスペンション3と呼ぶ。
図3は、図2のサスペンション3の構成を概略的に示す。サスペンション3は、車両1のばね下構造体4とばね上構造体5との間を連結するように設けられている。ばね下構造体4は、車輪2を含む。サスペンション3は、スプリング3S、ダンパ3D、及びアクチュエータ3Aを含む。ダンパ3Dは、ショックアブソーバとも呼ばれる。スプリング3S、ダンパ3D、及びアクチュエータ3Aは、ばね下構造体4とばね上構造体5との間に並列に設けられている。アクチュエータ3Aは、サスペンション3のストロークを制御する。スプリング3Sのばね定数はKである。ダンパ3Dの減衰係数はCである。アクチュエータ3Aは、ばね下構造体4とばね上構造体5との間に上下方向の制御力Fcを作用させ、これによりサスペンション3のストロークを調整する。
より詳細には、アクチュエータ3Aは、例えば、電動式または油圧式のアクティブアクチュエータであり、いわゆるフルアクティブサスペンションを構成するアクチュエータである。あるいは、アクチュエータ3Aは、例えば、ダンパ3Dが発生させる減衰力を可変とするアクチュエータ、又は、アクティブスタビライザ装置のアクチュエータであってもよい。さらに、本開示の「アクチュエータ」は、例えば、サスペンションジオメトリの利用により、車輪に作用する車両前後力である駆動力及び制動力を制御力Fcに変換可能に構成されたサスペンションを備える車両において当該車両前後力を発生させる、例えば電動機などのアクチュエータであってもよい。当該電動機は、例えば、車輪に設けられたインホイールモータ(IWM)であってもよいし、あるいは、車両駆動軸を介して車輪を駆動可能な電動機であってもよい。
ここで、用語の定義を行う。「路面変位Zr」は、路面RSの上下方向の変位である。「ばね下変位Zu」は、ばね下構造体4の上下方向の変位である。「ばね上変位Zs」は、ばね上構造体5の上下方向の変位である。「ばね下速度Zu'」は、ばね下構造体4の上下方向の速度である。「ばね上速度Zs'」は、ばね上構造体5の上下方向の速度である。「ばね下加速度Zu''」は、ばね下構造体4の上下方向の加速度である。「ばね上加速度Zs''」は、ばね上構造体5の上下方向の加速度である。なお、各パラメータの符号は、上向きの場合に正であり、下向きの場合に負である。
車輪2は、路面RS上を移動する。以下、路面変位Zrに関連する値を「路面変位関連値」と呼ぶ。路面変位関連値としては、路面変位Zr、路面変位Zrの時間微分値である路面変位速度Zr’、ばね下変位Zu、ばね下速度Zu'、ばね下加速度Zu''、ばね上変位Zs、ばね上速度Zs'、または、ばね上加速度Zs''等が例示される。路面変位関連値は、車輪2の上下運動に関連するパラメータである「上下運動パラメータ」であると言うこともできる。
一例として、以下では、路面変位関連値がばね下変位Zuである場合について説明する。一般化する場合は、以下の説明における「ばね下変位」を「路面変位関連値」で読み替えるものとする。
ここで、ばね下変位算出処理の一例を説明する。まず、ばね上構造体5に設置されたばね上加速度センサ22によってばね上加速度Zs''が検出される。次に、ばね上加速度Zs''を2階積分することによりばね上変位Zsが算出される。
次に、ばね上構造体5とばね下構造体4との間の相対変位であるストロークSTが取得される。「ストロークST」=「ばね上変位Zs」-「ばね下変位Zu」である。例えば、ストロークSTは、サスペンション3に設置されたストロークセンサにより検出される。他の例として、ストロークSTは、単輪2自由度モデルに基づいて構成されたオブザーバによって、ばね上加速度Zs''に基づいて推定されてもよい。
次に、センサドリフト等の影響を抑えるために、ばね上変位Zsの時系列データに対してフィルタリング処理が行われる。同様に、ストロークSTの時系列データに対してフィルタリング処理が行われる。例えば、フィルタは、特定周波数帯の信号成分を通過させるバンドパスフィルタである。特定周波数帯は、車両1のばね上共振周波数を含むように設定されてもよい。例えば、特定周波数帯は、0.3~10Hzである。
次に、ばね上変位ZsとストロークSTとの差分がばね下変位Zuとして算出される。
ばね上変位ZsとストロークSTの時系列データに対してフィルタリング処理を行う代わりに、算出されたばね下変位Zuの時系列データに対してフィルタリング処理が行われてもよい。
さらに他の例として、ばね下加速度センサによってばね下加速度Zu''が検出され、ばね下加速度Zu''からばね下変位Zuが算出されてもよい。
2.サスペンション制御システム
図4は、実施の形態のサスペンション制御システム10の構成例を示すブロック図である。サスペンション制御システム10は、車両1に搭載される。サスペンション制御システム10は、車両状態センサ20、ウィンカ検出部30、位置センサ40、通信装置50、アクチュエータ3A、およびECU70を備える。ECU70は、電子制御ユニットである。
車両状態センサ20は、車両1の状態を検出し、検出結果をECU70に供給する。車両状態センサ20は、車両1の車速Vを検出する車速センサ21、ばね上加速度Zs''を検出するばね上加速度センサ22、およびストロークSTを検出するストロークセンサ23を含む。車両状態センサ20は、ばね下加速度センサを含んでもよい。車両状態センサ20は、横加速度センサ、ヨーレートセンサ、舵角センサ等を含んでもよい。
ウィンカ検出部30は、車両1のウインカの動作状態を検出し、検出結果をECU70に供給する。ウィンカ検出部30は、ウィンカが動作しているか否か検出する。ウインカの動作状態の検出には公知の技術を利用できる。ウィンカ検出部30は、車両1の車室内のウインカスイッチが操作されたか否かを検出してもよい。
位置センサ40は、車両1の位置及び方位を検出し、検出した位置情報をECU70に供給する。例えば、位置センサ40は、GNSS(Global Navigation Satellite System)受信機を含む。
通信装置50は、車両1の外部と通信を行う。
ECU70は、車両1を制御するコンピュータである。ECU70は、プロセッサ71と記憶装置72を含む。プロセッサ71は、各種処理を実行する。例えば、プロセッサ71は、CPU(Central Processing Unit)を含む。記憶装置72は、プロセッサ71による処理に必要な各種情報を格納する。記憶装置72としては、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等が例示される。
プロセッサ71は、取得部80、予測部82、演算部86、および制御部88を有する。プロセッサ71が記憶装置72に格納されたサスペンション制御プログラムを実行することにより、取得部80、予測部82、演算部86、および制御部88の各機能が実現される。サスペンション制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。ECU70は、本開示の「制御装置」の一例に相当する。
記憶装置72は、ばね下変位マップ200を格納している。ばね下変位マップ200の詳細については後述される。
ECU70は、アクチュエータ3Aを制御することでサスペンション3を制御する。具体的には、ECU70は、サスペンション3を制御して車両1の振動を抑制する制振制御を行う。ECU70は、アクチュエータ3Aを制御して、図3に示すように、ばね下構造体4とばね上構造体5との間に上下方向の制御力Fcを発生させる。制振制御は、後述される「プレビュー制御」を含む。制振制御の詳細は後述する。
3.マップ管理装置
3-1.構成例
図5は、実施の形態のマップ管理装置100の構成例を示すブロック図である。マップ管理装置100は、各種の地図情報を管理するコンピュータである。地図情報の管理は、地図情報の生成、更新、提供、配信等を含む。典型的には、マップ管理装置100は、クラウド上の管理サーバである。マップ管理装置100は、複数のサーバが分散処理を行う分散システムであってもよい。
マップ管理装置100は、通信装置110を含む。通信装置110は、通信ネットワークN1に接続されている。例えば、通信装置110は、通信ネットワークN1を介して多数の車両1と通信を行う。
マップ管理装置100は、プロセッサ120及び記憶装置130をさらに含む。プロセッサ120は、各種情報処理を実行する。例えば、プロセッサ120は、CPUを含む。記憶装置130は、各種の地図情報を格納している。また、記憶装置130は、プロセッサ120による処理に必要な各種情報を格納している。記憶装置130としては、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、HDD、SSD等が例示される。
マップ管理プログラムは、マップ管理のためのコンピュータプログラムであり、プロセッサ120によって実行される。マップ管理プログラムは、記憶装置130に格納されている。あるいは、マップ管理プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。プロセッサ120がマップ管理プログラムを実行することにより、マップ管理装置100の機能が実現される。
プロセッサ120は、通信装置110を介して車両1のサスペンション制御システム10と通信を行う。プロセッサ120は、サスペンション制御システム10から各種情報を収集し、収集した情報に基づいて地図情報を生成、更新する。プロセッサ120は、サスペンション制御システム10に地図情報を配信する。プロセッサ120は、サスペンション制御システム10からのリクエストに応答して地図情報を提供する。
3-2.ばね下変位マップ
マップ管理装置100が管理する地図情報の一つが、ばね下変位マップ200である。ばね下変位マップ200は、路面変位関連値であるばね下変位Zuに関する地図である。ばね下変位マップ200は、記憶装置130に格納されている。なお、ばね下変位マップ200は、本開示の「路面の上下方向の変位に関連する路面変位関連値と位置とが関連付けられている路面データマップ」の一例に相当する。
ばね下変位マップ200は、XY面において、位置(X,Y)とばね下変位Zuとの対応関係を表す。言い換えれば、ばね下変位マップは、ばね下変位Zuを位置(X,Y)の関数として表す。XY面は水平面を表す。例えば、水平面における絶対座標系は緯度方向と経度方向により定義され、位置は緯度と経度により定義される。
道路領域は、水平面上でメッシュ状に区分されてもよい。つまり、道路領域は、水平面上で複数の単位エリア(以下、「路面区画」と称する)に区分されてもよい。路面区画は、例えば正方形である。正方形の1辺の長さは、例えば10cmである。ばね下変位マップ200は、路面区画の位置とばね下変位Zuとの対応関係を表す。路面区画の位置は、その路面区画の代表位置、例えば中心位置で定義されてもよいし、その路面区画の緯度範囲と経度範囲で定義されてもよい。路面区画のばね下変位Zuは、例えば、その路面区画内で取得されたばね下変位Zuの平均値である。路面区画を小さくするほど、ばね下変位マップ200の解像度は増加する。
3-3.マップ生成および更新処理
プロセッサ120は、通信装置110を介して、多数の車両1から情報を収集する。そして、プロセッサ120は、多数の車両1から収集した情報に基づいて、ばね下変位マップ200の生成及び更新を行う。
ばね下変位マップ200における位置は、車輪2が通過した位置である。各車輪2の位置は、位置センサ40で検出された位置情報に基づいて算出される。具体的には、車両1における車両位置の基準点と各車輪2との間の相対位置関係は既知情報である。その相対位置関係と位置情報で示される車両位置に基づいて、各車輪2の位置を算出することができる。
ばね下変位Zuは、既述の方法により算出される。すなわち、車両1に搭載された車両状態センサ20を用いることによって、ばね上変位Zs及びストロークSTが得られる。これらばね上変位Zs及びストロークSTを、便宜上、「センサベース情報」と呼ぶ。ばね下変位Zuは、このセンサベース情報に基づいて算出される。
例えば、車両1の走行中、サスペンション制御システム10のECU70は、センサベース情報に基づいてリアルタイムにばね下変位Zuを算出する。また、ECU70は、同じタイミングの車輪位置とばね下変位Zuとを関連付ける。そして、ECU70は、車輪位置の時系列データとばね下変位Zuの時系列データのセットをマップ管理装置100に送信する。マップ管理装置100のプロセッサ120は、車輪位置の時系列データとばね下変位Zuの時系列データに基づいて、ばね下変位マップを生成および更新する。
他の例として、サスペンション制御システム10のECU70は、同じタイミングの車輪位置とセンサベース情報とを関連付ける。そして、ECU70は、車輪位置の時系列データとセンサベース情報の時系列データのセットをマップ管理装置100に送信する。マップ管理装置100のプロセッサ120は、受信したセンサベース情報に基づいてばね下変位Zuを算出する。更に、プロセッサ120は、車輪位置の時系列データとばね下変位Zuの時系列データに基づいて、ばね下変位マップを生成および更新する。
マップ管理装置100のプロセッサ120は、通信装置110を介して、車両1のサスペンション制御システム10からマップ更新用情報を取得する。マップ更新用情報は、車両1の位置である車輪位置の時系列データを含む。また、マップ更新用情報は、ばね下変位Zuを算出するために必要なセンサベース情報の時系列データを含む。あるいは、マップ更新用情報は、サスペンション制御システム10のECU70によって算出されたばね下変位Zuの時系列データを含んでいてもよい。
マップ管理装置100のプロセッサ120は、マップ更新用情報に基づいて、ばね下変位マップ200を生成および更新する。
なお、車両1のサスペンション制御システム10が、ばね下変位マップ200のデータベースを保持し、自身のばね下変位マップ200の生成および更新を行ってもよい。つまり、マップ管理装置100はサスペンション制御システム10に含まれていてもよい。
4.ばね下変位マップを利用したプレビュー制御
サスペンション制御システム10のECU70は、通信装置50を介してマップ管理装置100と通信を行う。ECU70は、車両1の現在位置を含むエリアのばね下変位マップ200をマップ管理装置100から取得する。ばね下変位マップ200は、記憶装置72に格納される。そして、ECU70は、ばね下変位マップ200に基づいて、制振制御の一種であるプレビュー制御を実行する。プレビュー制御は、ばね上構造体5の振動を低減するために実行される。
取得部80、予測部82、演算部86、および制御部88は、以下の処理を、4つの制御対象輪のそれぞれに関して時間ステップごとに繰り返し実行する。
取得部80は、各車輪2の現在位置を取得する。車両1における車両位置の基準点と各車輪2との間の相対位置関係は既知情報である。その相対位置関係と位置情報で示される車両位置に基づいて、各車輪2の位置を算出することができる。
取得部80は、現在時刻からプレビュー時間tp後の車輪2の予測通過位置Pfを算出する。プレビュー時間tpは、所定時間であり、例えば、取得部80が予測通過位置Pfを特定してからサスペンション3のアクチュエータ3Aが目標制御力Fc_tに対応する制御力Fcを出力するまでに要する時間となるように予め設定されている。プレビュー距離Lpは、プレビュー時間tpと車速Vの積により与えられる。予測通過位置Pfは、車輪2が移動すると予測される移動予測進路に沿って現在位置からプレビュー距離Lpだけ車両進行方向の前方の位置である。移動予測進路は、例えば、車両1の進行方向と車輪2の現在位置P0とに基づいて特定できる。進行方向は、例えば次の手法で特定できる。すなわち、取得部80は、前回の時間ステップの現在位置P0及び現在の時間ステップの現在位置P0を地図情報にマッピングしたうえで、前回の時間ステップの現在位置から現在の時間ステップの現在位置P0に向かう方向を進行方向として特定する。変形例として、取得部80は、車速Vと車輪2の舵角に基づいて予想走行ルートを算出し、予想走行ルートに基づいて予測通過位置Pfを算出してもよい。
取得部80は、算出された予測通過位置Pfにおけるばね下変位Zuをばね下変位マップ200から読み出して取得する。
ウィンカが動作していない場合、演算部86は、通常のプレビュー制御を実行する。つまり、演算部86は、ウィンカが動作していない場合、取得部80で取得された予測通過位置Pfにおけるばね下変位Zuに基づいて、サスペンション3のアクチュエータ3Aの目標制御力Fc_tを演算する。目標制御力Fc_tは、例えば、次のように演算される。この目標制御力Fc_tは、プレビュー制御のために必要とされる制御力Fcの要求値に相当する。
図3のばね上構造体5に関する運動方程式は、次の式(1)により表される。
m・Zs''=C(Zu'-Zs')+K(Zu-Zs)-Fc ・・・(1)
式(1)において、mはばね上構造体5の質量であり、Cはダンパ3Dの減衰係数であり、Kはスプリング3Sのばね定数であり、Fcはアクチュエータ3Aが発生させる上下方向の制御力である。仮に、制御力Fcによってばね上構造体5の振動が完全に打ち消される場合、Zs''=0,Zs'=0,Zs=0であり、その制御力Fcは次の式(2)により表される。
Fc=C・Zu'+K・Zu ・・・(2)
少なくとも制振効果をもたらす制御力Fcは、次の式(3)により表される。
Fc=α・C・Zu'+β・K・Zu ・・・(3)
式(3)において、制御ゲインαは、0より大きく且つ1以下であり、制御ゲインβも、0より大きく且つ1以下である。式(3)中の微分項を省略した場合、少なくとも制振効果をもたらす制御力Fcは、次の式(4)により表される。
Fc=β・K・Zu ・・・(4)
演算部86は、上記式(3)あるいは式(4)に従って、目標制御力Fc_tを演算する。すなわち、演算部86は、予測通過位置Pfにおけるばね下変位Zuを式(3)あるいは式(4)に代入して、目標制御力Fc_tを演算する。演算部86は、ウィンカが動作していない場合、制御ゲインαと制御ゲインβをそれぞれ所定の基準値に設定する。制御ゲインαの基準値と制御ゲインβの基準値は、異なってもよいし、同じでもよい。基準値は、実験またはシミュレーションにより適宜定めることができる。式(4)を用いる場合、制御ゲインβが基準値に設定されればよい。
制御部88は、アクチュエータ3Aが目標制御力Fc_tに対応する制御力Fcを発生させるように、目標制御力Fc_tを含む制御指令をアクチュエータ3Aに送信する。アクチュエータ3Aは、現在時刻からプレビュー時間tpだけ後のタイミング、すなわち車輪2が予測通過位置Pfを通過するタイミングで目標制御力Fc_tに対応する制御力Fcを発生させる。つまり、制御部88は、制御対象輪が予測通過位置Pfを通過する時にアクチュエータ3Aが発生する制御力Fcが目標制御力Fc_tに一致するように、アクチュエータ3Aを制御する。
このように、ばね下変位マップ200を利用したプレビュー制御によれば、ウィンカが動作していない場合、車輪2の予測通過位置Pfのばね下変位Zuに起因して生じるばね上構造体5の振動を抑制する制御力Fcを適切なタイミングで発生できる。これにより、ばね上構造体5の振動を効果的に抑制できる。
一方、ウィンカが動作を開始すると、レーンチェンジまたは交差点の右左折が行われる可能性があり、ばね下変位マップ200のばね下変位Zuが無い場所を走行する確率が高まる。そのため、取得されたばね下変位Zuに基づいた既述の制御を継続したと仮定した場合、本来発生しない横力が発生したり、本来の入力以上に制御で振動を増加させたりする懸念が高いため、振動を低減する処理を実行する。
演算部86は、ウィンカが動作を開始すると、当該ウィンカが動作していない場合と比較して目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量が小さくなるように、目標制御力Fc_tを演算する。目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量は、前回の時間ステップで演算された目標制御力Fc_tと、現在の時間ステップで演算された目標制御力Fc_tとの差分である。目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量は、絶対値を表すとする。
例えば、演算部86は、ウィンカが動作を開始すると、制御ゲインαと制御ゲインβのそれぞれを基準値から所定の低減値まで徐々に小さくし、ウィンカが動作を終了すると、制御ゲインαと制御ゲインβのそれぞれを低減値から基準値まで徐々に大きくする。この処理を振動低減処理と呼ぶ。制御ゲインαの低減値と制御ゲインβの低減値は、異なってもよいし、同じでもよい。低減値は、振動が低減するように、実験またはシミュレーションにより適宜定めることができる。低減値は、ゼロであってもよい。この場合、制御ゲインαと制御ゲインβがゼロになっている間、プレビュー制御が停止される。式(4)を用いる場合、制御ゲインβが変更されればよい。
このような制御により、ウィンカが動作していない場合と比較して、ばね下変位マップ200のばね下変位Zuの有無の境界を車両1が通過しても、目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量が小さくなる。よって、ばね上構造体5の振動発生と横力の発生を抑制できる。例えば、図1の経路304に沿って車両1が走行し、領域300aを走行中にウィンカが動作を開始した場合、振動低減処理を実行しない比較例に対して、領域302を跨ぐときに、ばね上構造体5の振動と横力の発生を抑制できる。ウィンカの動作中と、その後の一定時間の間に限り制御ゲインが基準値から低下するので、これ以外での制振制御に影響を与えることがない。
このとき、制御ゲインαと制御ゲインβの単位時間あたりの変化量が大きすぎると、制御ゲインαと制御ゲインβの急変により振動や横力が発生する可能性があるため、振動や横力が発生しない程度に徐々に変化させる。これにより、目標制御力Fc_tの急な変化を抑制できるので、振動や横力の発生をより効果的に抑制できる。
予測部82は、ウィンカが動作を開始すると、車両1がレーンチェンジするか、または、車両1が右左折するか予測する。例えば、予測部82は、図示しないカーナビゲーションの案内情報にもとづいて予測してもよい。また、予測部82は、地図情報にもとづいて、現在位置付近が交差点でなければ、レーンチェンジすると予測し、現在位置付近が交差点であれば、右左折すると予測してもよい。予測部82は、車両1が自動運転中であれば、将来経路情報にもとづいて予測してもよい。予測部82は、操舵速度や操舵量が所定のしきい値以下であれば、レーンチェンジすると予測し、操舵速度や操舵量がしきい値より大きければ、右左折すると予測してもよい。
演算部86は、車両1がレーンチェンジすると予測部82で予測された場合、車両1が右左折すると予測された場合と比較して、目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量の低減量が大きくなるように、目標制御力Fc_tを演算してもよい。つまり、右左折する場合、レーンチェンジする場合と比較して、ばね下変位マップ200のばね下変位Zuが継続して存在する可能性が高いため、目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量の低減量を小さくしてもよい。右左折の場合、過去に他車両または自車両である車両1が今回右左折する経路を走行していれば、ばね下変位マップ200のばね下変位Zuが存在するためである。一方、レーンチェンジの場合、同じ場所でレーンチェンジをする可能性が低く、今回レーンチェンジで走行する経路にばね下変位マップ200のばね下変位Zuが存在する可能性がかなり低いためである。
例えば、演算部86は、ウィンカが動作を開始すると、レーンチェンジすると予測されれば、制御ゲインαと制御ゲインβのそれぞれを基準値から所定の第1低減値まで徐々に小さくし、ウィンカが動作を終了すると、制御ゲインαと制御ゲインβのそれぞれを第1低減値から基準値まで徐々に大きくしてもよい。この処理は、強い振動低減処理とも呼べる。一方、演算部86は、ウィンカが動作を開始すると、右左折すると予測されれば、制御ゲインαと制御ゲインβのそれぞれを基準値から所定の第2低減値まで徐々に小さくし、ウィンカが動作を終了すると、制御ゲインαと制御ゲインβのそれぞれを第2低減値から基準値まで徐々に大きくしてもよい。この処理は、弱い振動低減処理とも呼べる。
制御ゲインαの第1低減値は、制御ゲインαの第2低減値より小さい。制御ゲインβの第1低減値は、制御ゲインβの第2低減値より小さい。第1低減値は、ゼロであってもよい。制御ゲインαの第1低減値と制御ゲインβの第1低減値は、異なってもよいし、同じでもよい。制御ゲインαの第2低減値と制御ゲインβの第2低減値は、異なってもよいし、同じでもよい。第1低減値と第2低減値は、振動が低減するように、実験またはシミュレーションにより適宜定めることができる。
これにより、右左折と比較して、ばね下変位マップ200のばね下変位Zuの有無の境界を通過する確率が高いレーンチェンジにおいて、より効果的に振動を抑制できる。
あるいは、制御ゲインαと制御ゲインβは固定してもよい。この場合、演算部86は、ウィンカが動作を開始すると、現在の時間ステップおよび過去の時間ステップで取得されたばね下変位Zuの時系列データに対してレートリミッタを適用することで、目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量が小さくなるように目標制御力Fc_tを演算してもよい。レートリミッタは、ばね下変位Zuの単位時間あたりの変化量を所定の制限値以下に制限する。レートリミッタは、前回の時間ステップから現在の時間ステップにおけるばね下変位Zuの変化可能な量を抑制するとも言える。
すなわち、演算部86は、現在の時間ステップで取得されたばね下変位Zuの値をレートリミッタにより補正することで、ばね下変位Zuの単位時間あたりの変化量を補正前より小さくする。そして、演算部86は、補正後のばね下変位Zuを式(3)あるいは式(4)に代入して、目標制御力Fc_tを演算する。
演算部86は、ウィンカの動作中、または、ウィンカの動作中とウィンカが動作を終了してから所定の制御時間の間、レートリミッタを適用することで、目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量を制限するように目標制御力Fc_tを演算する。つまり、ウィンカが動作を終了したとき、または、ウィンカが動作を終了してから制御時間が経過したとき、目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量の制限が終了する。制限値と制御時間は、ばね上構造体5の振動が低減されるよう、実験またはシミュレーションにより適宜定めることができる。この処理によっても、制御ゲインを変更した場合と同様の効果を得ることができる。
また、演算部86は、ウィンカが動作を開始すると、現在の時間ステップおよび過去の時間ステップで取得されたばね下変位Zuの時系列データに対して、ウィンカの動作中、または、ウィンカの動作中とウィンカが動作を終了してから制御時間の間、レートリミッタに替えてローパスフィルタを適用してもよい。演算部86は、この処理によっても、目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量を制限できる。すなわち、演算部86は、現在の時間ステップで取得されたばね下変位Zuの値をローパスフィルタにより補正することで、ばね下変位Zuの単位時間あたりの変化量を補正前より小さくして、ばね下変位Zuの急峻な変化を抑制する。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、ばね上構造体5の振動が低減されるよう、実験またはシミュレーションにより適宜定めることができる。
あるいは、演算部86は、ウィンカが動作を開始すると、ばね下変位Zuに替えて、現在の時間ステップおよび過去の時間ステップで演算された目標制御力Fc_tの時系列データに対して、レートリミッタまたはローパスフィルタを適用してもよい。この場合も、演算部86は、ウィンカの動作中、または、ウィンカの動作中とウィンカが動作を終了してから制御時間の間、レートリミッタまたはローパスフィルタを適用してもよい。演算部86は、この処理により、目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量が小さくなるように目標制御力Fc_tを演算できる。
すなわち、演算部86は、取得部80で取得されたばね下変位Zuを補正せずに式(3)あるいは式(4)に代入して、目標制御力Fc_tを演算する。演算部86は、レートリミッタまたはローパスフィルタを適用して、現在の時間ステップで演算された目標制御力Fc_tの値を補正することで、目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量を補正前より小さくする。そして、演算部86は、補正後の目標制御力Fc_tを制御部88に供給する。
さらに、演算部86は、車両1がレーンチェンジすると予測部82で予測された場合、車両1が右左折すると予測された場合と比較して、レートリミッタの制限値を小さくすることで、レートリミッタの強さを強くしてもよい。また、演算部86は、レーンチェンジすると予測された場合、右左折すると予測された場合と比較して、ローパスフィルタのカットオフ周波数を小さくしたり、ローパスフィルタの次数または段数を増やしたりすることで、ローパスフィルタの強さを強くしてもよい。つまり、レートリミッタまたはローパスフィルタを利用する場合でも、演算部86は、レーンチェンジすると予測された場合、右左折すると予測された場合と比較して、目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量の低減量を大きくしてもよい。
図6は、実施の形態のサスペンション制御処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、車両1の走行中に、制御対象輪のそれぞれに関して、所定の時間ステップ毎に繰り返し実行される。
取得部80は、車輪2の現在位置を取得し(S10)、車輪2の予測通過位置Pfを取得し(S12)、車輪2の予測通過位置Pfのばね下変位Zuをばね下変位マップ200から取得する(S14)。
ECU70は、ウィンカ検出部30からウィンカの動作状態を取得する(S16)。ウィンカ動作中である場合(S18のY)、レーンチェンジが予測されれば(S20のY)、演算部86は、強い振動低減処理を実行して目標制御力Fc_tを演算し(S22)、制御部88は、アクチュエータ3Aを制御し(S24)、処理を終了する。
S20でレーンチェンジが予測されない場合(S20のN)、演算部86は、弱い振動低減処理を実行して目標制御力Fc_tを演算し(S26)、処理はS24に移る。
S18でウィンカ動作中でない場合(S18のN)、演算部86は、振動低減処理を実行せずに目標制御力Fc_tを演算し(S28)、処理はS24に移る。
実施の形態によれば、ウィンカが動作を開始すると、目標制御力Fc_tの単位時間あたりの変化量が小さくなるように目標制御力Fc_tを演算することで、路面変位関連値の有無の境界を跨ぐ可能性の高いウインカ動作時に、境界での振動や横力の発生を抑制できる。路面変位関連値の有無の境界以外での制御に影響を与えることもない。このため、プレビュー制御の実行に起因する乗り心地の違和感を抑制できる。
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態はあくまでも例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
(第1変形例)
制御部88は、アクチュエータ3Aを制御することにより、上述したプレビュー制御に加えて次のようなフィードバック制御を制振制御として実行してもよい。すなわち、当該フィードバック制御は、ばね上構造体5の振動を低減するために実行される。当該フィードバック制御を伴ってプレビュー制御が行われる例における制御力Fcは、例えば、次の式(5)により表される。この例では、演算部86は、(5)式に従って、目標制御力Fc_tを演算する。
Fc=β・K・Zu+γ・Zs ・・・(5)
式(5)の右辺第1項は、上記(4)式と同様であり、プレビュー制御に関するフィードフォワード項である。右辺第2項は、フィードバック制御に関するフィードバック項である。このフィードバック項は、フィードバックゲインγと、目標制御力Fc_tの演算時のばね上変位Zsとの積である。なお、フィードバック項のばね上変位Zsに代え、目標制御力Fc_tの演算時のばね上速度Zs’、ばね上加速度Zs’’、ばね下変位Zu、ばね下速度Zu’、及びばね下加速度Zu’’の何れかが用いられてもよい。
演算部86は、ウィンカが動作していない場合、フィードバック制御のフィードバックゲインγとして基本ゲインγ0を設定する。
演算部86は、ウィンカが動作を開始すると、振動低減処理の実行中、ウィンカが動作していない場合と比較してフィードバックゲインγを大きくする。つまり、この場合、演算部86は、フィードバックゲインγとして、基本ゲインγ0より大きいゲインγ1を設定する。この場合、上記式(5)に従って算出される目標制御力Fc_tは、フィードバックゲインγが基本ゲインγ0である場合と比べて大きくなる。すなわち、ウィンカが動作を開始すると、ウィンカが動作していない場合と比較して、フィードバック制御が積極的に活用される。
これにより、プレビュー制御による制振効果が一時的に弱められている振動低減処理の実行中、フィードバック制御を利用した制振をより積極的に行うことにより、ばね上構造体5の振動悪化を抑制できる。
また、予測部82による予測結果を利用する場合、演算部86は、車両1がレーンチェンジすると予測された場合、右左折すると予測された場合と比較して、フィードバックゲインγを大きくしてもよい。つまり、演算部86は、車両1がレーンチェンジすると予測された場合、フィードバックゲインγとしてゲインγ1を設定し、車両1がレーンチェンジすると予測された場合、フィードバックゲインγとしてゲインγ2を設定してもよい。ゲインγ2は、基本ゲインγ0より大きく、かつ、ゲインγ1より小さい。
基本ゲインγ0、ゲインγ1、およびゲインγ2は、実験またはシミュレーションにより適宜定めることができる。基本ゲインγ0、ゲインγ1、およびゲインγ2は、例えば固定値である。
これにより、右左折時と比較して、プレビュー制御による制振効果が弱められている度合いがより大きいレーンチェンジ時には、フィードバック制御を利用した制振をより積極的に行うことにより、ばね上構造体5の振動悪化をより効果的に抑制できる。
(第2変形例)
制御部88は、ウィンカが動作を開始すると、振動低減処理の実行中、後輪に関して、上述したばね下変位マップ200を用いたプレビュー制御に加えて、前輪の通過位置について演算されたばね下変位Zu1を用いたプレビュー制御を実行してもよい。後輪は、前輪の経路を辿ると考えられるので、このような制御を実行してもよい。この場合の制御力Fcは、例えば、次の式(6)により表される。この例では、演算部86は、振動低減処理の実行中、(6)式に従って、目標制御力Fc_tを演算する。
Fc=β・K・Zu+γa・Zu1 ・・・(6)
式(6)の右辺第1項は、上記(4)式と同様であり、ばね下変位マップ200を用いたプレビュー制御に関するフィードフォワード項である。右辺第2項は、前輪の通過位置について演算されたばね下変位Zu1を用いたプレビュー制御に関するフィードフォワード項である。右辺第2項は、ゲインγaと、目標制御力Fc_tの演算時における前輪の通過位置のばね下変位Zu1との積である。ばね下変位Zu1は、既述のように、ばね上加速度センサ22の検出値を用いて演算できる。ゲインγaは、実験またはシミュレーションにより適宜定めることができる。
これにより、ばね下変位マップ200を用いたプレビュー制御による制振効果が一時的に弱められている振動低減処理の実行中、後輪に関して、前輪の通過位置について演算されたばね下変位Zu1を用いたプレビュー制御により制振することで、ばね上構造体5の振動悪化を抑制できる。
また、予測部82による予測結果を利用する場合、演算部86は、車両1がレーンチェンジすると予測された場合、右左折すると予測された場合と比較して、ゲインγaを大きくしてもよい。つまり、演算部86は、車両1がレーンチェンジすると予測された場合、ゲインγaとしてゲインγa1を設定し、車両1が右左折すると予測された場合、ゲインγaとして、ゲインγa1より小さいゲインγa2を設定してもよい。ゲインγa1,γa2は、実験またはシミュレーションにより適宜定めることができる。
これにより、右左折時と比較して、ばね下変位マップ200を用いたプレビュー制御による制振効果が弱められている度合いがより大きいレーンチェンジ時には、前輪の通過位置について演算されたばね下変位Zu1を用いたプレビュー制御を利用した制振をより積極的に行うことにより、ばね上構造体5の振動悪化をより効果的に抑制できる。
(第3変形例)
制御部88は、ウィンカが動作を開始すると、振動低減処理の実行中、上述したばね下変位マップ200を用いたプレビュー制御に加えて、公知のプレビューセンサを用いたプレビュー制御を実行してもよい。プレビューセンサ(図示せず)は、例えば、カメラセンサ、LiDAR、およびレーダセンサ等の少なくとも1つを含む。プレビューセンサは、車両1の前方の路面の路面変位を取得する。この場合の制御力Fcは、例えば、次の式(7)により表される。この例では、演算部86は、振動低減処理の実行中、(7)式に従って、目標制御力Fc_tを演算する。
Fc=β・K・Zu+γb・Z0 ・・・(7)
式(7)の右辺第1項は、上記(4)式と同様であり、ばね下変位マップ200を用いたプレビュー制御に関するフィードフォワード項である。右辺第2項は、プレビューセンサを用いたプレビュー制御に関するフィードフォワード項である。右辺第2項は、ゲインγbと、目標制御力Fc_tの演算時におけるプレビューセンサにより取得された車両1の前方の路面変位Z0との積である。ゲインγbは、実験またはシミュレーションにより適宜定めることができる。プレビューセンサを用いたプレビュー制御は、公知であるため、これ以上の詳細な説明は省略する。
これにより、ばね下変位マップ200を用いたプレビュー制御による制振効果が一時的に弱められている振動低減処理の実行中、プレビューセンサを用いたプレビュー制御により制振することで、ばね上構造体5の振動悪化を抑制できる。
また、予測部82による予測結果を利用する場合、演算部86は、車両1がレーンチェンジすると予測された場合、右左折すると予測された場合と比較して、ゲインγbを大きくしてもよい。つまり、演算部86は、車両1がレーンチェンジすると予測された場合、ゲインγbとしてゲインγb1を設定し、車両1が右左折すると予測された場合、ゲインγbとして、ゲインγb1より小さいゲインγb2を設定してもよい。ゲインγb1,γb2は、実験またはシミュレーションにより適宜定めることができる。
これにより、右左折時と比較して、ばね下変位マップ200を用いたプレビュー制御による制振効果が弱められている度合いがより大きいレーンチェンジ時には、プレビューセンサを用いたプレビュー制御を利用した制振をより積極的に行うことにより、ばね上構造体5の振動悪化を効果的に抑制できる。
なお、第1変形例、第2変形例、第3変形例のうち少なくとも2つを組み合わせてもよい。
また、実施の形態では、プレビュー制御は、車両1の4つの車輪2、即ち全輪を対象として行われる。しかし、プレビュー制御の対象となる車輪である制御対象輪は、全輪に限られず、例えば、左右前輪のみ、または左右後輪のみであってもよい。
1…車両、2…車輪、3…サスペンション、3A…アクチュエータ、5…ばね上構造体、10…サスペンション制御システム、30…ウィンカ検出部、70…ECU(制御装置)、80…取得部、82…予測部、86…演算部、88…制御部、200…ばね下変位マップ(路面データマップ)。

Claims (5)

  1. 車両の制御対象輪のサスペンションストロークを調整するアクチュエータと、
    前記アクチュエータを制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、
    路面の上下方向の変位に関連する路面変位関連値と位置とが関連付けられている路面データマップから、現在時刻から所定時間後の前記制御対象輪の予測通過位置における路面変位関連値を取得する取得部と、
    取得された路面変位関連値にもとづいて目標制御力を演算する演算部と、
    前記制御対象輪が前記予測通過位置を通過する時に前記アクチュエータが発生する制御力が前記目標制御力に一致するように、当該アクチュエータを制御する制御部と、
    を有し、
    前記演算部は、前記車両のウィンカが動作を開始すると、当該ウィンカが動作していない場合と比較して前記目標制御力の単位時間あたりの変化量が小さくなるように、当該目標制御力を演算する、
    ことを特徴とするサスペンション制御システム。
  2. 前記演算部は、
    取得された路面変位関連値とゲインにもとづいて前記目標制御力を演算し、
    前記ウィンカが動作していない場合、前記ゲインを基準値に設定し、
    前記ウィンカが動作を開始すると、前記ゲインを前記基準値から徐々に小さくし、
    前記ウィンカが動作を終了すると、前記ゲインを前記基準値まで徐々に大きくする、
    ことを特徴とする請求項1に記載のサスペンション制御システム。
  3. 前記演算部は、前記ウィンカの動作中、または、当該ウィンカの動作中と当該ウィンカが動作を終了してから所定の制御時間の間、前記目標制御力の単位時間あたりの変化量を制限するように当該目標制御力を演算する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のサスペンション制御システム。
  4. 前記制御装置は、前記ウィンカが動作を開始すると、前記車両がレーンチェンジするか、または、当該車両が右左折するか予測する予測部をさらに備え、
    前記演算部は、前記車両がレーンチェンジすると予測された場合、当該車両が右左折すると予測された場合と比較して、前記目標制御力の単位時間あたりの変化量の低減量が大きくなるように、当該目標制御力を演算する、
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のサスペンション制御システム。
  5. 前記制御部は、前記アクチュエータを制御することにより、前記ばね上構造体の振動を低減するためのフィードバック制御をさらに実行し、
    前記演算部は、
    前記ウィンカが動作を開始すると、当該ウィンカが動作していない場合と比較して、フィードバック制御のフィードバックゲインを大きくし、
    前記車両がレーンチェンジすると予測された場合、右左折すると予測された場合と比較して、前記フィードバックゲインを大きくする、
    ことを特徴とする請求項4に記載のサスペンション制御システム。
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