KR101698599B1

KR101698599B1 - 서스펜션 제어 장치

Info

Publication number: KR101698599B1
Application number: KR1020100031000A
Authority: KR
Inventors: 류스케 히라오; 마사아키 우치야마; 노부유키 이치마루; 다카히데 고바야시
Original assignee: 히다치 오토모티브 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2010-04-05
Publication date: 2017-01-20
Also published as: DE102010018563A1; CN101987566A; DE102010018563B4; CN104015583B; JP2011031795A; JP5700190B2; US8296010B2; CN104015583A; KR20110014078A; US20110035089A1

Abstract

본 발명은 양호한 운전 감각을 얻을 수 있는 서스펜션 제어 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
서스펜션 제어 장치가 구비하는 제1 실시형태의 컨트롤러는, 검출된 차속 및 조타각으로부터 횡 가속도 추정 수단에 의해 구해진 횡 가속도를 미분하여 얻어진 횡 가가속도에 기초하여 목표 피치각을 산출하는 목표 피치각 산출부(21)를 포함하고, 목표 피치각에 기초하여 쇼크 업소버(6)를 제어한다. 그리고, 서스펜션 제어 장치는, 횡 가가속도로부터 목표가 되는 피치각을 산출하고, 이때 횡 가가속도와 횡 가속도의 부호가 일치하는 경우를 전방 하향의 목표 피치각으로 설정한다. 이와 같이 설정함으로써, 핸들을 좌우 어느 한쪽으로 더 꺾어도 전방 하향이 되도록 할 수 있어, 양호한 운전 감각을 얻을 수 있다.

Description

서스펜션 제어 장치{SUSPENSION CONTROL SYSTEM}

본 발명은 서스펜션 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 서스펜션 제어 장치는 차량의 자세 변화를 억제하는 것을 목적으로 하는 것이 많다. 예컨대, 조타각과 차속으로부터 산출되는 횡 가속도를 시간 미분하여 횡 가가속도를 산출하고, 산출한 횡 가가속도에 맞춰 4륜에 설치된 감쇠력 조정식 쇼크 업소버(shock absorber)의 특성을 하드하게 제어함으로써, 이들 쇼크 업소버가 발생시키는 감쇠력을 크게 하여, 선회 시에 발생하는 롤 운동을 억제하는 서스펜션 제어 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).

그런데, 드라이버 등의 승무원은 차량의 거동에 대해 민감하며, 매끄러운 거동을 좋아한다. 선회 시이면, 숙련 드라이버의 운전에 의한 차량의 거동과 같이, 그 차량의 횡 가속도와 전후 가속도가 연동하여 매끄럽게 변화하는 거동을 좋아한다. 특허 문헌 2는 이 지견에 기초해서, 횡 가가속도 정보를 이용하여 차량의 가감속을 제어하는 차량의 운동 제어 장치를 개시하고 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제8-2231호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2007-290650호 공보

특허 문헌 1과 같은 종래의 서스펜션 장치는 차량의 매끄러운 거동에 주목한 것이 아니기 때문에, 자세 변화를 극단적으로 억제한 경우, 승무원은 양호한 운전 감각을 얻지 못할 우려가 있다. 여기서, 「운전 감각」이란, 차량의 거동에 대해 승무원이 받는 인상이고, 「양호한 운전 감각」이란, 「주행이 매끄럽다」, 「차가 잘 돈다」, 「연속성이 있다」 등의 인상이다.

한편, 특허 문헌 2와 같은 종래의 차량의 운동 제어 장치는 드라이버의 가감속 조작에 개입하여, 드라이버의 의사와는 다른 타이밍에서 가감속을 발생시키는 것이기 때문에, 역시 양호한 운전 감각을 얻지 못할 우려가 있다. 또한, 서스펜션 제어 장치와는 기술적 분야가 전혀 다르다.

본 발명은 선회 시에 양호한 운전 감각을 얻을 수 있는 서스펜션 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 차량의 차체와 차륜 사이에 개재되는 액츄에이터를 제어하는 서스펜션 제어 장치로서, 횡 가가속도를 검출하는 횡 가가속도 검출 수단과, 그 횡 가가속도 검출 수단이 검출한 횡 가가속도에 기초하여 상기 차량의 피치를 변화시키도록 상기 액츄에이터를 제어하는 서스펜션 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 선회 시에 양호한 운전 감각을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 서스펜션 제어 장치 및 그 장치가 채용된 자동차를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 컨트롤러의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2의 횡 가가속도 추정부의 구성을 모식적으로 도시하는 블록도이다.
도 4는 도 2의 제어 지령 연산부의 구성을 모식적으로 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 서스펜션 제어 장치 및 그 장치가 채용된 자동차를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5의 컨트롤러의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 도 6의 목표 피치각 산출부의 구성을 모식적으로 도시하는 블록도이다.
도 8은 도 6의 피치각 추정부의 구성을 모식적으로 도시하는 블록도이다.
도 9는 도 8의 피치각 산출 회로에 의한 피치각 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 6의 제어 지령 연산부의 구성을 모식적으로 도시하는 블록도이다.
도 11은 도 7과 다른 방법으로 목표 피치각을 산출하는 예를 도시하는 도면이다.
도 12는 숙련 드라이버의 운전에 의한 선회 시의 횡 가속도(A), 횡 가가속도(B), 전후 가속도(C)를 도시하는 도면이다.
도 13은 롤 레이트(roll rate)로부터 상대 속도를 산출하는 원리도이다.
도 14는 전후에 발생하는 구동력과, 이에 따라 발생하는 피치 모멘트의 관계를 도시하는 도면이다.

숙련 드라이버에 의한 선회 조작은 다음과 같다. 먼저, (1) 핸들을 꺾기 시작함과 동시에 브레이크 페달을 밟아 차속을 낮춘다. 다음으로, (2) 핸들을 더 꺾으면서 브레이크 페달 밟기를 완화한다. 계속해서, (3) 핸들을 소정의 각도까지 꺾은 시점에서 브레이크 페달로부터 발을 뗀다. 그리고, (4) 핸들을 되돌리면서 액셀 페달을 밟아 차속을 올리고, 선회를 종료한다.

도 12를 이용하여, 이때의 차량의 횡 가속도(A), 횡 가속도의 시간 미분값인 횡 가가속도(B), 및 전후 가속도(C)(피치각에 해당)의 시간 변화를 설명한다.

먼저, (1) 시각 t0에 있어서, 핸들을 꺾기 시작함으로써 횡 가속도가 발생한다. 이때, 횡 가가속도는 플러스이다. 동시에, 브레이크 페달을 밟음으로써 전후 가속도가 발생한다(단, 횡 가속도 및 횡 가가속도는 선회 외측을 플러스로 하고, 전후 가속도는 감속 방향을 플러스로 함).

다음으로, (2) 시각 t1에서는, 핸들을 더 꺾음으로써, 횡 가속도는 증가하지만, 한편으로 횡 가가속도는 감소하기 시작한다. 또한, 브레이크 페달 밟기를 완화하기 때문에, 전후 가속도도 감소로 바뀐다.

계속해서, (3) 시각 t2에 있어서, 핸들을 소정의 각도로 유지하기 때문에, 횡 가속도는 최대값으로 유지되고, 횡 가가속도는 제로가 된다. 동시에, 브레이크 페달의 밟음량은 제로가 되기 때문에 전후 가속도는 제로가 된다.

그리고, (4) 시각 t3에 있어서, 핸들을 되돌림으로써, 횡 가속도가 감소하고, 횡 가가속도는 마이너스가 된다. 한편, 액셀 페달을 밟음으로써, 전후 가속도가 마이너스가 된다.

그 후, 핸들을 완전히 되돌려 선회가 종료된다(시각 t4).

또, 시각 t3로부터 t4 사이에 있어서, 액셀에 의한 가속 성분을 제외하면, (B)와 (C)는 동일한 그래프가 된다.

전술한 바와 같이, 이러한 선회 조작에 의해 발생하는 차체의 거동은 드라이버에게 양호한 운전 감각을 제공하는 것이 알려져 있다. 즉, 횡 가가속도에 연동한 전후 가속도를 느낌으로써, 드라이버는 양호한 운전 감각을 얻을 수 있다.

그러나, 서스펜션 제어 장치는 차체와 차륜 사이에서 발생하는 힘을 제어하는 것이기 때문에, 이것에 의해 차량에 전후 가속도를 발생시키는 것은 곤란하다.

그런데, 숙련 드라이버가 실행하는 전술한 선회 조작에 따르면, 횡 가속도와 전후 가속도가 연동하도록 변화한다. 그리고, 전후 가속도는 차량의 피치 운동을 유발한다.

본원 발명자는 이 점에 주목하여, 횡 가속도에 피치 운동을 직접 연동시킴으로써, 드라이버에게 양호한 운전 감각을 제공할 수 있을 가능성을 발견하였다. 구체적인 구성은 다음과 같다.

차량의 차체와 차륜 사이에 개재되는 액츄에이터를 제어하는 서스펜션 제어 장치로서, 횡 가속도를 검출하는 횡 가속도 검출 수단과, 횡 가가속도를 검출하는 횡 가가속도 검출 수단과, 검출한 횡 가속도와 횡 가가속도에 기초하여 상기 차량의 피치를 변화시키도록 상기 액츄에이터를 제어하는 서스펜션 제어 수단을 구비한다.

상기 서스펜션 제어 장치는, 횡 가속도와 횡 가가속도의 부호가 일치할 때, 피치가 플러스가 되도록 액츄에이터를 제어하고, 일치하지 않을 때, 피치가 마이너스가 되도록 액츄에이터를 제어한다. 단, 전륜이 후륜보다도 낮은 피치(소위 노즈 다이브 상태)를 플러스로 한다.

도 12에 기초하여 설명하면, 시각 t0∼t2에서는 피치가 플러스가 되도록 액츄에이터를 제어하고, 시각 t3∼t4에서는 피치가 마이너스가 되도록 액츄에이터를 제어한다.

이와 같이 제어함으로써, 적어도 다음 중 어느 하나의 효과를 기대할 수 있다.

(1) 선회 시에 양호한 운전 감각을 얻을 수 있다.

(2) 또한, 특허 문헌 2의 차량의 운동 제어 장치에서는, 드라이버의 가감속 조작에 개입하여 전후 가속도를 제어하기 때문에, 드라이버는 차량의 거동에 불안을 느낄 우려가 있다. 그러나, 상기 구성의 서스펜션 제어 장치에 따르면, 드라이버의 가감속 조작에 개입하여 전후 가속도를 제어하는 일이 없기 때문에, 불안이 감소된다.

또한, 일본 특허 공개 제2007-290650호와 같은 드라이버의 가감속 조작에 개입하여 전후 가속도를 제어하는 구성에 상기 구성의 서스펜션 제어 장치를 이용하면, 가감속 조작에 개입하는 전후 가속도의 제어량을 작게 할 수 있어, 불안이 감소된다.

(3) 또한, 숙련되지 않은 드라이버는 코너에 진입하기 직전에 충분히 감속하는 경우가 많고, 그 경우는 연비 면에서 가감속 제어를 실행해서는 안 되지만, 그러면, 미숙한 드라이버는 선회 시의 양호한 운전 감각을 얻을 수 없게 된다. 그러나, 상기 구성의 서스펜션 제어 장치에 따르면, 저속으로 선회해도 연비를 악화시키지 않고 제어를 실행할 수 있기 때문에, 미숙한 드라이버여도 양호한 운전 감각을 얻을 수 있다.

상기 액츄에이터는 차량의 차체와 차륜 사이에 개재되어 차체를 지지하고, 그 지지하는 힘을 외부로부터 제어할 수 있는 것이면 된다. 예컨대, 후술하는 감쇠력 조정식 쇼크 업소버나 액티브 서스펜션이 포함된다. 예컨대, 감쇠력 조정식 쇼크 업소버를 이용한 경우, 전륜의 수축측의 감쇠력 특성을 소프트하게, 후륜의 수축측의 감쇠력 특성을 하드하게 제어함으로써, 피치를 플러스로 할 수 있다.

상기 횡 가속도 검출 수단은 선회 시의 차량에 작용하는 횡 가속도를 검출할 수 있는 것이면 되고, 예컨대 횡 가속도를 검출하는 가속도 센서를 이용할 수 있다.

상기 횡 가가속도 검출 수단은 선회 시의 차량에 작용하는 횡 가가속도를 검출할 수 있는 것이면 되고, 예컨대 횡 가속도를 검출하는 가속도 센서와, 그 출력을 미분하는 미분기를 조합하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 서스펜션 제어 장치는 횡 가가속도에 기초하여 목표 피치각을 산출하는 목표 피치각 산출 수단을 구비하고, 차량의 피치가 목표 피치각이 되도록 액츄에이터를 제어하도록 구성해도 된다. 목표 피치각을 횡 가가속도에 따라 변화시킴으로써 숙련 드라이버의 운전에 의한 피치 변화를 모의할 수 있기 때문에, 양호한 운전 감각을 얻을 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 서스펜션 제어 장치를 도 1 내지 도 4에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 따른 서스펜션 제어 장치 및 그 장치가 채용되는 자동차(2)를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 서스펜션 제어 장치에 포함되는 컨트롤러(제1 실시형태의 컨트롤러)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 3은 도 2의 횡 가가속도 추정부의 구성을 모식적으로 도시하는 블록도이다. 도 4는 도 2의 제어 지령 연산부의 구성을 모식적으로 도시하는 블록도이다.

도 1 및 도 2에 있어서, 실시형태에 따른 서스펜션 제어 장치(1)를 탑재한 자동차(2)의 각 차륜(5)[적절하게, 우측 전륜(5FR), 좌측 전륜(5FL), 우측 후륜(5RR), 좌측 후륜(5RL)이라고 함]에 대응하여, 감쇠력 조정식 쇼크 업소버의 좌우 전륜측, 좌우 후륜측 쇼크 업소버(6FL, 6FR, 6RL, 6RR)[적절하게, 쇼크 업소버(6)라고 총칭함]가 설치된다. 쇼크 업소버(6)의 외주에는 스프링(7)이 부착되어 있다. 이들 쇼크 업소버(6) 및 스프링(7)은 차체(8)와 각 차륜(5) 사이에 개재되어, 각 차륜(5)의 상하 움직임을 감쇠시키는 기능을 갖는다. 차체(8)에는, 차속을 검출하는 차속 센서(9) 및 조타각을 검출하는 조타각 센서(10)가 설치된다.

본 실시형태에서는, 쇼크 업소버(6)가 액츄에이터(감쇠력 조정식 쇼크 업소버)를 구성한다.

자동차(2)에 탑재된 서스펜션 제어 장치(1)는, 횡 가가속도 추정부(12) 및 제어 지령 연산부(13)로 이루어지는 컨트롤러[이하, 제1 실시형태의 컨트롤러(15)라고 함]를 구비한다. 횡 가가속도 추정부(12)는 차속 센서(9)로부터의 차속 데이터 및 조타각 센서(10)로부터의 조타각 데이터를 이용하여 자동차(2)의 횡 가가속도 및 롤 레이트(roll rate)를 추정한다. 제어 지령 연산부(13)는 횡 가가속도 추정부(12)로부터의 횡 가가속도에 기초하여 쇼크 업소버(6)에 공급하는 제어 지령값(적절하게, 제어 지령, 지령값이라고도 함)을 발생시킨다. 본 실시형태에서는, 횡 가가속도 추정부(12)가 횡 가가속도 검출 수단을 구성하고, 제1 실시형태의 컨트롤러(15)가 서스펜션 제어 수단을 구성한다.

횡 가가속도 추정부(12)는 도 3에 도시하는 바와 같이, 횡 가속도 추정 수단(17), 미분 회로(18), 및 제1, 제2 위상 조정 필터(19, 20)를 구비한다.

횡 가속도 추정 수단(17)은 차속 센서(9)로부터의 차속 및 조타각 센서(10)로부터의 조타각 데이터로부터 추정 횡 가속도를 구한다.

미분 회로(18)는 횡 가속도 추정 수단(17)이 얻은 추정 횡 가속도를 미분함으로써 횡 가가속도를 얻는다.

상기 추정 횡 가속도(이하, 적절하게, 부호 a_y를 이용하여 설명함)는 자동차(2)의 선형 모델을 가정하고, 동특성(動特性)을 무시하면, 추정 횡 가속도(a_y)는 다음식으로 나타낼 수 있다.

a_y=[1/(1+AV²)]·[V²/(Lh)]δ_f …(1)

여기서, V는 차속〔m/s〕, A는 안정성 지수(stability factor)〔s²/㎡〕,δ_f는 전륜타각〔rad〕, Lh는 휠베이스〔m〕이다.

전술한 바와 같이 하여 구한 추정 횡 가속도를 미분하여, 횡 가가속도를 추정한다.

또, 횡 가가속도를 조타각으로부터 추정한 경우에는, 자동차(2)의 다이내믹스를 무시하고 있기 때문에, 위상이 빨라지므로, 다이내믹스를 고려한 위상을 조정하는 필터[제1 위상 조정 필터(19)]를 이용하여 위상을 실제의 횡 가가속도와 일치시킨다. 또한, 횡 가속도에 비하여, 롤 레이트는 위상이 더 지연되기 때문에, 제1 위상 조정 필터(19)와는 다른 필터[제2 위상 조정 필터(20)]를 이용하여, 위상과 게인을 조정해서 롤 레이트를 추정하고, 이것을 출력한다. 이들 게인은 추정해도 되지만, 실차(實車) 테스트에서 맞춰넣는 것이 바람직하다.

상기 제어 지령 연산부(13)에서는, 횡 가가속도 추정부(12)에 의해 추정된 횡 가가속도와 롤 레이트로부터 각 바퀴에 대응하는 쇼크 업소버(6)에 대한 제어 지령값(제어 지령)을 산출한다.

여기서, 피치각을 증가시키는 경우에는, 앞쪽 쇼크 업소버(6)를 수축하기 쉽고(수축 소프트 경향) 신장하기 어렵게(신장 하드 경향), 또한, 뒷쪽 쇼크 업소버(6)를 신장하기 쉽고(신장 소프트 경향) 수축하기 어렵게(수축 하드 경향) 하도록 감쇠력을 설정한다.

또한, 피치각을 감소시키는 경우에는, 앞쪽 쇼크 업소버(6)를 신장하기 쉽고(신장 소프트 경향) 수축하기 어렵게(수축 하드 경향), 또한, 뒷쪽 쇼크 업소버(6)를 수축하기 쉽고(수축 소프트 경향) 신장하기 어렵게(신장 하드 경향) 하도록 감쇠력을 설정한다.

이하, 제어 지령 연산부(13)의 구성을 도 4에 기초하여 설명한다.

도 4에 있어서, 제어 지령 연산부(13)는 상기 추정된 횡 가가속도로부터 목표 피치각을 산출하는 목표 피치각 산출부(21)와, 목표 피치각 산출부(21)로부터의 목표 피치각에 기초하여 목표 피치 모멘트를 산출하는 목표 피치 모멘트 산출부(22)와, 4륜의 각각에 대응하여 설치된 쇼크 업소버(6)[좌우 전륜측, 좌우 후륜측 쇼크 업소버(6FL, 6FR, 6RL, 6RR)]에 감쇠력을 발생시키도록 제어 지령값을 출력하는 좌우 전륜측, 좌우 후륜측 감쇠력 제어 수단(23FL, 23FR, 23RL, 23RR)[이하, 감쇠력 제어 수단(23)이라고 총칭함]을 구비한다. 본 실시형태에서는, 목표 피치각 산출부(21)가 목표 피치각 산출 수단을 구성한다.

여기서, 목표 피치 모멘트 산출부(22)는, 목표 피치로 하기 위해서 필요한 피치 모멘트가 미리 차종마다 정해진 맵 또는 계산식을 저장해 두고, 목표 피치각 산출부(21)의 산출 결과를 사용하여 맵 또는 계산식으로부터, 목표 피치 모멘트를 구한다. 이 경우, 실제로는, 전후의 가감속 등의 다른 상황에 따라 필요한 피치 모멘트는 변화하지만, 본 실시형태에서는, 횡 가가속도의 값만으로 목표 피치 모멘트를 정하여 감쇠력을 조정한다.

또한, 보다 정확한 제어를 수행하는 경우에는, 차량에 전후 가속도 센서를 설치하고(차속 센서의 값을 미분해도 됨) 이 값에 따라, 전후 가속도에 의해 발생하는 피치 모멘트를 전술한 목표 피치 모멘트로부터 차감하도록 보정할 수도 있다. 또한, 후술하는 제2 실시형태에 있는 피치각 추정부(36)를 설치하고, 이것에 의해, 피드백 제어를 수행해도 된다.

제어 지령 연산부(13)는, 또한, 목표 피치 모멘트 산출부(22)로부터의 목표 피치 모멘트에 게인 「Kpf」를 승산(乘算)하여, 이 승산에 의해 얻은 값(이하, 전륜측 목표 감쇠력이라고 함)을 좌우 전륜측 감쇠력 제어 수단(23FL, 23FR)에 출력하는 승산 회로[이하, 제1 승산 회로(24)라고 함]와, 목표 피치 모멘트 산출부(22)로부터의 목표 피치 모멘트에 게인 「-Kpr」를 승산하여, 이 승산에 의해 얻은 값(이하, 후륜측 목표 감쇠력이라고도 함)을 좌우 후륜측 감쇠력 제어 수단(23RL, 23RR)에 출력하는 승산 회로[이하, 제2 승산 회로(25)라고 함]를 구비한다.

여기서, 목표 감쇠력에 있어서, 플러스 값은 수축하기 쉽고 신장하기 어려운 감쇠력이고, 마이너스 값은 신장하기 쉽고 수축하기 어려운 감쇠력이다.

또한, 제어 지령 연산부(13)는 롤 레이트로부터 각 바퀴의 상대 속도(각 바퀴 상대 속도)를 추정하는 각 바퀴 상대 속도 추정부(26)를 구비하고, 각 바퀴 상대 속도 추정부(26)에 의해 추정된 각 바퀴 상대 속도는 좌우 전륜측, 좌우 후륜측 감쇠력 제어 수단(23FL, 23FR, 23RL, 23RR)에 입력된다.

제어 지령 연산부(13)는, 목표 피치각 산출부(21)가 작동하는 것에 의해, 먼저 횡 가가속도에 소정값을 승산함(게인을 가함)으로써 목표가 되는 피치각을 산출한다. 이때 횡 가가속도와 횡 가속도의 부호가 일치하는 경우를 전방 하향의 목표 피치각으로 하여 소정 크기의 게인을 설정한다. 횡 가가속도와 횡 가속도의 부호가 일치하는 경우란, 롤이 발생하고, 또한 그 롤이 증대하는 상태이며, 핸들이 더 꺾일 때에 해당한다. 이와 같이 함으로써, 핸들을 좌우 어느 한쪽으로 더 꺾어도, 전방 하향이 되도록 할 수 있으므로, 롤과 피치가 연동하기 때문에 운전 감각이 향상된다.

목표 피치각으로부터 그 피치각이 되는 목표 피치 모멘트를 산출하고, 그 값에 따라 각 바퀴에 목표 감쇠력을 지령한다. 이때, 피치 모멘트를 발생시키기 위해서는, 목표 감쇠력이 전후에서 부호 반전하게 된다(전후에 차가 있는 것만으로도 좋음).

또한, 각 바퀴 상대 속도 추정부(26)는 전술한 바와 같이 각 바퀴 상대 속도를 추정한다. 도 13에 도시되는 바와 같이, 노면이 평평하여 조타에 의한 롤 운동만 발생하는 경우에는, 롤 레이트 및 상대 속도에는, 다음식 (2)가 성립한다.

상대 속도〔m/s〕=롤 레이트〔rad/s〕×쇼크 업소버 롤 센터 간 거리 L〔m〕 …(2)

단, 쇼크 업소버 롤 센터 간 거리는 전후(앞쪽의 좌우 쇼크 업소버 부착 간 거리 및 뒷쪽의 좌우 쇼크 업소버 부착 간 거리)에서 다르기 때문에, 각각으로 계산한다. 또한, 좌우에서 상대 속도의 부호가 반대가 되도록 하여 출력한다.

구한 목표 감쇠력과 상대 속도에 따라, 감쇠력 제어 수단(23)(23FL, 23FR, 23RL, 23RR)에서는, 감쇠력, 지령값, 상대 속도의 관계를 나타낸 감쇠력 특성 맵을 이용하여 각 바퀴의 쇼크 업소버(6FL, 6FR, 6RL, 6RR)(액츄에이터)에 지령값을 출력한다.

전술한 바와 같이 하여, 조타각과 차속으로부터 추정한 횡 가가속도와 롤 레이트를 이용하여 쇼크 업소버(6)를 제어함으로써, 횡 가가속도에 맞춰 피치 거동을 발생시킬 수 있기 때문에, 드라이버의 운전 감각이 향상된다.

또, 상기 제1 실시형태에서는, 차속과 조타각을 이용하여 횡 가속도를 산출하였으나, 이것 대신에, 횡 가속도를 이하의 (가)∼(다)항에 나타내는 바와 같이 구해도 된다.

(가) 횡 가속도를 요 레이트(yaw rate)와 차속으로부터 구한다.

(나) 횡 가속도를 좌우의 차륜 속도와 차속으로부터 산출한다.

(다) 횡 가속도 센서에 의해 직접 계측하여 얻는다.

또한, 상기 제1 실시형태에서는, 횡 가속도를 미분하여 횡 가가속도를 산출하였으나, 이것 대신에, 횡 가가속도를 이하의 (ⅰ)∼(ⅵ)항에 나타내는 물리량으로부터 구해도 된다.

(ⅰ) 추정 횡 가속도(차속과 조타각으로부터 산출, 요 레이트와 차속으로부터 산출 등)의 미분

(ⅱ) 롤 레이트(자이로스코프 또는 상하 가속도 센서에 의한 좌우 가속도의 차의 적분)

(ⅲ) 좌우 상대 속도의 차(차 높이 센서의 검출값의 미분, 스프링 위-스프링 아래 상대 가속도의 적분)

(ⅳ) 타이어 접지 하중의 좌우 이동량의 미분

(ⅴ) 4륜의 타이어 횡력 평균값의 미분

(ⅵ) 차륜속의 좌우 차의 미분

또한, 상기 제1 실시형태에서는, 롤 레이트로부터 상대 속도를 산출하였으나, 이것을 대신하여, 상대 속도를 이하의 (ⅰ)∼(ⅳ)항에 나타내는 물리량으로부터 구해도 된다.

(ⅰ) 각 바퀴 차 높이의 미분

(ⅱ) 스프링 위 상하 가속도와 스프링 아래 상하 가속도의 차의 적분

(ⅲ) 스프링 위 상하 가속도를 이용한 옵서버로 추정한 값

(ⅳ) 스프링 위 상하 가속도의 적분

다음으로, 본 발명의 제2 실시형태를 도 5에 기초하여 설명한다.

제2 실시형태에 따른 서스펜션 제어 장치(1A)는, 제1 실시형태에 비하여, (a) 제1 실시형태가 이용한 좌우 전륜측, 좌우 후륜측 쇼크 업소버(6FL, 6FR, 6RL, 6RR) 대신에 유압 실린더 등의 액티브 서스펜션(31FL, 31FR, 31RL, 31RR)[이하, 적절하게, 액티브 서스펜션(31) 또는 액츄에이터(31)라고 총칭함]으로 되어 있는 것, (b) 제1 실시형태가 이용한 조타각 센서(10) 및 차속 센서(9)를 폐지한 것, (c) 차 높이 센서(33)[적절하게, 좌우 전륜측, 좌우 후륜측 차 높이 센서(33FL, 33FR, 33RL, 33RR)라고 함] 및 횡 가속도 센서(34)를 설치한 것, (d) 제1 실시형태가 이용한 제1 실시형태의 컨트롤러(15)를 대신하는 컨트롤러[이하, 제2 실시형태의 컨트롤러(15A)라고 함]를 설치한 것이 주로 다르다. 본 실시형태에서는, 제2 실시형태의 컨트롤러(15A)가 서스펜션 제어 수단을 구성한다.

차 높이 센서(33)는 각 바퀴에 대응하여 설치되어 각 바퀴 근방 부분의 차 높이를 검출한다.

제2 실시형태의 컨트롤러(15A)는 횡 가속도 센서(34)의 검출값으로부터 목표 피치각을 산출하는 목표 피치각 산출부(35)와, 차 높이 센서(33)가 검출한 차 높이로부터 실제의 피치각을 추정하는 피치각 추정부(36)와, 목표 피치각 산출부(35) 및 피치각 추정부(36)로부터의 데이터에 기초하여 제어 지령값을 연산하여 이것을 액티브 서스펜션(31)에 출력하는 제어 지령 연산부(37)를 구비한다. 본 실시형태에서는, 목표 피치각 산출부(35)가 목표 피치각 산출 수단을 구성하고, 피치각 추정부(36)가 피치각 검출 수단을 구성하며, 액티브 서스펜션(31)이 액츄에이터를 구성한다.

목표 피치각 산출부(35)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 횡 가속도 센서(34)의 검출값을 입력받아 미분 처리를 수행하는 미분 회로(38)와, 미분 회로(38)의 처리 결과(횡 가가속도)를 입력받아 목표 피치각을 산출하는 목표 피치각 산출 회로(39)를 구비하고, 목표 피치각 산출 회로(39)가 얻은 목표 피치각을 제어 지령 연산부(37)에 출력한다.

피치각 추정부(36)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 좌우 전륜(5FL, 5FR), 좌우 후륜(5RL, 5RR)에 대응하여 설치된 차 높이 센서(33)가 검출하는 차 높이(좌우 전륜측 차 높이 및 좌우 후륜측 차 높이)로부터 전후 차 높이차(h)를 산출하는 전후 차 높이차 산출 회로(41)와, 피치각 산출 회로(43)를 구비한다. 피치각 산출 회로(43)는, 휠베이스, 전후 차 높이차(h) 및 피치각 사이에, 도 9에 도시하는 바와 같은 기하학적인 관계가 있는 것에 기초하여, 상기 전후 차 높이차(h)로부터 피치각을 산출한다. 즉, 도 8에 도시하는 바와 같이, 피치각 산출 회로(43)는, 전후 차 높이차 산출 회로(41)에서 산출되는 전후 차 높이차(h)를 휠베이스로 나누어 피치각의 탄젠트 값[tan(피치각)]을 구하고, 이 탄젠트 값의 아크탄젠트(arctan) 값을 계산함으로써 피치각을 산출한다. 또, 피치각 추정부(36) 대신에 자이로 센서를 이용하여 피치각을 실측해도 된다.

제어 지령 연산부(37)는 산출한 목표 피치각과 피치각을 일치시키도록 피드백 제어를 수행하고, 각 바퀴의 액티브 서스펜션(31)에 제어 지령값을 출력한다.

즉, 제어 지령 연산부(37)는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 목표 피치각과 피치각의 편차를 취하는 편차 산출부(45)와, 상기 편차에 기초하여 제어 지령값을 산출하는 FB 제어기(피드백 제어기)(46)와, 4륜의 각각에 대응하여 설치된 액티브 서스펜션(31)(좌우 전륜측, 좌우 후륜측 액츄에이터)에 구동력을 발생시키도록 제어 지령값을 출력하는 좌우 전륜측, 좌우 후륜측 구동력 제어 수단(48FL, 48FR, 48RL, 48RR)[적절하게, 구동력 제어 수단(48)이라고 총칭함]과, 좌우 전륜측 구동력 제어 수단(48FL, 48FR) 및 좌우 후륜측 구동력 제어 수단(48RL, 48RR)에 대해 제어 지령값이 반대가 되도록 설치된 반전 회로(49)를 구비하고, 전술한 바와 같이, 각 바퀴의 액티브 서스펜션(31)에 제어 지령값을 출력한다.

전술한 제2 실시형태에 따르면, 횡 가속도로부터 산출한 횡 가가속도와 각 바퀴(5)의 차 높이를 이용하여 액티브 서스펜션(31)(액츄에이터)을 제어함으로써, 횡 가가속도에 맞춰 피치 거동을 발생시킬 수 있고, 롤 거동과 피치 거동이 연속해서 발생할 수 있기 때문에, 드라이버의 운전 감각을 향상시킬 수 있다.

상기 제2 실시형태에서는, 횡 가속도로부터 목표 피치각을 산출하는 경우를 예로 하였으나, 이것 대신에, 차 높이로부터 목표 피치각을 산출하도록 해도 된다. 그 일례를 도 11에 도시한다. 도 11에 있어서, 도면 부호 35B는 도 6 및 도 7의 목표 피치각 산출부(35)를 대신하는 목표 피치각 산출부를 나타내고 있다. 목표 피치각 산출부(35B)는 좌우 전륜, 좌우 후륜에 대응하여 설치된 차 높이 센서(33)[좌우 전륜측, 좌우 후륜측 차 높이 센서(33FL, 33FR, 33RL, 33RR)]가 검출하는 차 높이(좌우 전륜측 차 높이 및 좌우 후륜측 차 높이)로부터 목표 피치각을 산출한다.

즉, 목표 피치각 산출부(35B)는 좌측 전륜측, 우측 전륜측 차 높이의 차분을 구하는 전륜측 차분 회로(51)와, 좌측 후륜측, 우측 후륜측 차 높이의 차분을 구하는 후륜측 차분 회로(52)와, 전륜측 차분 회로(51) 및 후륜측 차분 회로(52)의 각 회로의 연산값을 평균화하는 평균화 회로(53)와, 평균화 회로(53)가 얻은 값을 트레드(좌우 차륜의 중심 간 거리)로 나누고, 얻어진 값(편의상, 나눗셈값이라고 함)을 출력하는 나눗셈 회로(54)와, 나눗셈 회로(54)로부터 상기 나눗셈값을 입력받아, 그 나눗셈값(이하, 「입력이라고도 함」)의 아크탄젠트(arctan, 또는 Atan이라고도 함)를 구하는 아크탄젠트 처리 회로(55)와, 아크탄젠트 처리 회로(55)가 얻은 값을 미분 처리하는 미분 회로(56)와, 미분 회로(56)가 얻은 데이터에 원하는 게인을 적산(積算)하여 목표 피치각을 얻는 승산 회로(57)를 구비하고, 상기 각 회로의 작동에 의해 목표 피치각을 산출한다.

또, 상기 제2 실시형태에서는, 전후 제어 지령값이 반대가 되도록 설치된 반전 회로(49)를 이용함으로써, 전후에서 반대 방향의 구동력을 발생시켜 피치 모멘트를 발생시켰으나[도 14의 (A) 참조], 이것 대신에, 도 14의 (B), 도 14의 (C)와 같이 전후 제어 지령값에 차이가 있도록 해도 된다.

상기 실시형태에서는, 서스펜션으로서, 감쇠력 조정식 쇼크 업소버(6FL, 6FR, 6RL, 6RR)〔제1 실시형태〕, 액티브 서스펜션(31)〔제2 실시형태〕을 이용하나, 이것 대신에 에어 서스펜션을 이용하도록 구성해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는 피치를 제어하는 경우를 예로 하였으나, 횡 가가속도 및 횡 가속도가 동일한 부호인 경우에, 횡 가가속도에 맞춰, 앞쪽의 롤 강성이 뒷쪽의 롤 강성에 비해 높아지도록 제어하고, 피치 제어의 경우와 동일하게 하여 전방 하향 상태를 발생시킴으로써 양호한 운전 감각을 얻도록 해도 된다.

또한, 엔진이나 모터, 브레이크를 제어하여 전후 가속도를 제어함으로써, 코너링을 제어하는 기능을 가진 차량에 상기 서스펜션의 제어를 이용할 수 있다. 이 경우 전후 가속도의 제어량을 줄일 수 있고, 속도의 변화를 줄일 수 있으며, 또한, 연비 향상도 도모할 수 있다.

1: 서스펜션 제어 장치
6: 쇼크 업소버〔액츄에이터(감쇠력 조정식 쇼크 업소버)〕
12: 횡 가가속도 추정부(횡 가가속도 검출 수단)
15: 제1 실시형태의 컨트롤러(서스펜션 제어 수단)
15A: 제2 실시형태의 컨트롤러(서스펜션 제어 수단)
21: 목표 피치각 산출부(목표 피치각 산출 수단)
31: 액티브 서스펜션(액츄에이터)
35: 목표 피치각 산출부(목표 피치각 산출 수단)
36: 피치각 추정부(피치각 검출 수단)

Claims

차량의 차체와 차륜 사이에 개재되는 액츄에이터와, 횡 가가속도를 검출하는 횡 가가속도 검출 수단과, 이 횡 가가속도 검출 수단으로 검출한 횡 가가속도에 기초하여 상기 차량의 피치를 변화시키도록 상기 액츄에이터를 제어하는 서스펜션 제어 수단을 구비하고,
상기 서스펜션 제어 수단은 상기 횡 가가속도 검출 수단이 검출한 횡 가가속도의 증감에 따라, 목표 피치각을 증감시키도록 산출하는 목표 피치각 산출 수단을 포함하며,
상기 서스펜션 제어 수단은 상기 목표 피치각 산출 수단이 산출한 상기 목표 피치각에 기초하여, 상기 액츄에이터를 제어하고,
상기 액츄에이터는 감쇠력을 전환할 수 있는 감쇠력 조정식 쇼크 업소버로서,
상기 서스펜션 제어 수단은 상기 차체의 피치각을 증가시키는 경우에는, 앞쪽의 상기 감쇠력 조정식 쇼크 업소버를 수축하기 쉽고 신장하기 어렵게 하고, 뒤쪽의 상기 감쇠력 조정식 쇼크 업소버를 신장하기 쉽고 수축하기 어렵게 하도록 감쇠력을 설정하며, 상기 차체의 피치각을 감소시키는 경우에는, 앞쪽의 상기 감쇠력 조정식 쇼크 업소버를 신장하기 쉽고 수축하기 어렵게 하고, 뒤쪽의 상기 감쇠력 조정식 쇼크 업소버를 수축하기 쉽고 신장하기 어렵게 하도록 감쇠력을 설정
하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 서스펜션 제어 수단은 상기 횡 가가속도와 횡 가속도의 부호가 일치하는 경우에, 상기 차량의 피치를 전방 하향으로 변화시키도록 상기 액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 횡 가속도를 검출하는 횡 가속도 검출 수단을 더 구비하고, 상기 횡 가가속도 검출 수단은 상기 횡 가속도 검출 수단으로 검출한 횡 가속도를 미분하여 상기 횡 가가속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 서스펜션 제어 수단은 상기 차량의 핸들을 더 꺾을 때에, 상기 차량의 피치를 전방 하향으로 변화시키도록 상기 액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 서스펜션 제어 수단은 상기 차량의 핸들을 되돌릴 때에, 상기 차량의 피치를 전방 하향 방향과는 반대 방향으로 변화시키도록 상기 액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서스펜션 제어 수단은 횡 가가속도의 절대값이 증가함에 따라 피치각을 증가시키는 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차량의 피치각을 검출하는 피치각 검출 수단을 포함하고,
상기 서스펜션 제어 수단은 상기 목표 피치각 산출 수단이 산출한 상기 목표 피치각과 상기 피치각 검출 수단이 검출한 피치각에 기초하여, 상기 액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액츄에이터는 공기의 압력에 의해 힘을 발생시키는 에어 서스펜션인 것을 특징으로 하는 서스펜션 제어 장치.
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