车体减振控制装置制造方法

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车体减振控制装置制造方法
【专利摘要】与对驱动扭矩进行控制的致动器的响应性能无关地实现期望的车体减振控制效果。车体减振控制装置具备:车体振动估计部(205),其根据行驶过程中的输入信息来估计车体的簧上运动状态;以及扭矩指令值计算部(206),其计算对在控制簧上运动状态时施加于发动机(106)的驱动扭矩指令值进行校正的校正扭矩值。该扭矩指令值计算部(206)具有:调节和调谐部(308、309、310),其根据簧上运动状态的估计结果来运算校正扭矩值;以及非线性增益放大部(313),其在运算出的校正扭矩值的符号处于正负切换的区域时,将校正扭矩绝对值放大,用放大后的值进行驱动扭矩指令值的校正。
【专利说明】车体减振控制装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种车体减振控制装置,通过驱动扭矩的控制来抑制根据行驶过程中 的输入信息所估计出的车体的簧上运动状态。

【背景技术】
[0002] 以往,已知一种通过驱动扭矩的控制来进行驱动扭矩的校正以使簧上运动状态稳 定的车体减振控制装置(例如参照专利文献1)。
[0003] 专利文献1 :日本特开2006-264628号公报


【发明内容】

[0004] 发明要解决的问是页
[0005] 然而,在以往的车体减振控制装置中,设为将根据扭矩输入与俯仰方向的运动方 程式而得到的驱动扭矩的控制指令值直接输出给动力源的结构。因此,如果是如发动机汽 车等那样针对控制指令值的响应性低的车辆,则存在无法期待充分的效果这样的问题。
[0006] 本发明是着眼于上述问题而完成的,其目的在于提供一种能够与对驱动扭矩进行 控制的致动器的响应性能无关地实现期望的车体减振控制效果的车体减振控制装置。
[0007] 用于解决问题的方案
[0008] 为了达到上述目的,本发明的车体减振控制装置以具备车体振动估计部和扭矩指 令值计算部为前提,该车体振动估计部根据行驶过程中的输入信息来估计车体的簧上运动 状态,该扭矩指令值计算部计算对在控制上述簧上运动状态时施加于致动器的驱动扭矩指 令值进行校正的校正扭矩值。
[0009] 在该车体减振控制装置中,上述扭矩指令值计算部具有:校正扭矩值运算部,其根 据上述簧上运动状态的估计结果来运算校正扭矩值;以及校正扭矩值放大部,其在运算出 的该校正扭矩值的符号处于正负切换的区域时将校正扭矩绝对值放大,以放大后的值进行 上述驱动扭矩指令值的校正。
[0010] 发明的效果
[0011] 因此,在根据簧上运动状态的估计结果运算出的校正扭矩值的符号处于正负切换 的区域时,将校正扭矩绝对值放大,以放大后的值进行施加于致动器的驱动扭矩指令值的 校正。
[0012] 即,校正扭矩值的符号正负切换的区域是致动器的响应延迟区域、不灵敏区域。着 眼于该区域,通过将正负切换的区域中的校正扭矩绝对值放大、即无论校正扭矩值是正是 负都增加校正量,由此致动器针对施加的驱动扭矩指令值而进行动作的动作区域扩大。随 着该致动器的动作区域的扩大而致动器的非动作区域减少,从而实际驱动扭矩针对施加于 致动器的驱动扭矩指令值的响应得到提高。
[0013] 其结果,能够与控制驱动扭矩的致动器的响应性能无关地实现期望的车体减振控 制效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0014] 图1是表示应用了实施例1的车体减振控制装置的发动机汽车的整体系统结构 图。
[0015] 图2是表示实施例1的发动机汽车系统中的发动机控制模块内的控制程序结构的 控制框图。
[0016] 图3是表示实施例1的发动机控制模块内的车体减振控制装置的控制框图。
[0017] 图4是表示在实施例1的悬架行程计算部的说明中悬架产生行程时轮胎向前后方 向位移的示意图。
[0018] 图5是表示在实施例1的悬架行程计算部的说明中悬架的行程与前轮轮胎的前后 方向位移关系特性的前轮轮胎特性图。
[0019] 图6是表示在实施例1的悬架行程计算部的说明中悬架的行程与后轮轮胎的前后 方向位移关系特性的后轮轮胎特性图。
[0020] 图7是表示将实施例1的车体振动估计部所具有的车辆模型图示化的车辆模型 图。
[0021] 图8是表示实施例1的调节和调谐部的内部结构的增益框图。
[0022] 图9是表示实施例1的调节和调谐部的调节增益的功能的增益功能说明图。
[0023] 图10是表示在实施例1的带通滤波器的说明中根据MT变速器的齿轮级的不同而 不同的谐振频率特性的驱动系统谐振频率特性图。
[0024] 图11是表示在实施例1的带通滤波器的说明中将设定为控制动作齿轮级的齿轮 位置处的驱动系统谐振频率特性的各顶点连结得到的图形(a)和避免与驱动系统谐振频 率特性之间的干扰的BPF特性的设定例(b)的图。
[0025] 图12是表示实施例1的非线性增益放大部的具体结构的框图。
[0026] 图13是表示实施例1的非线性增益放大部的放大处理前的校正扭矩值与放大处 理后的校正扭矩值的关系的校正扭矩值关系特性图。
[0027] 图14是表示在实施例1的发动机控制模块中执行的车体减振控制处理的流程的 流程图。
[0028] 图15是车体减振控制的基本作用的说明图,表示行驶状况(a)、车轴扭矩特性的 时序图(b)、俯仰角速度特性的时序图(c)。
[0029] 图16是表示在实施例1的车体减振控制下期望的效果、8卩"转向响应的提高"、"载 荷变动的抑制"以及"侧倾速度的抑制"的基本原理的原理说明图。
[0030] 图17是表示在实施例1的车体减振控制下期望的"转向响应的提高"的效果的说 明图。
[0031] 图18是表示在实施例1的车体减振控制下期望的由于驾驶员输入引起的"载荷变 动的抑制"的效果的说明图。
[0032] 图19是表示在实施例1的车体减振控制下期望的由于路面干扰输入引起的"载荷 变动的抑制"的效果的说明图。
[0033] 图20是表示表现出通过搭载有实施例1的车体减振控制装置的发动机汽车在转 向时实现的效果的俯仰率(无控制)、转向输入、控制指令值(=驱动扭矩指令值)、俯仰 率、横摆率、侧倾率的各特性的时序图。
[0034] 图21是表示其它实施例的发动机控制模块内的车体减振控制装置的控制框图。

【具体实施方式】
[0035] 下面,根据附图所示的实施例1说明实现本发明的车体减振控制装置的最佳方 式。
[0036] 实施例1
[0037] 首先,说明结构。
[0038] 将实施例1中的结构分为"整体系统结构"、"发动机控制模块的内部结构"、"车体 减振控制装置的输入变换部结构"、"车体减振控制装置的车体振动估计部结构"、"车体减 振控制装置的扭矩指令值计算部结构"进行说明。
[0039] [整体系统结构]
[0040]图1是表示应用了实施例1的车体减振控制装置的发动机汽车的整体系统结构 图。以下根据图1说明整体系统结构。
[0041] 在此,"车体减振控制"是指具有通过与车体的振动相应地适当地控制车辆的致动 器(在实施例1中为发动机106)的驱动扭矩来抑制车体振动的功能的控制。在实施例1 的车体减振控制中,也同时能够获得转向时的横摆响应提高效果、转向时的线性提高效果、 侧倾运动状态的抑制效果。
[0042] 应用了实施例1的车体减振控制装置的发动机汽车如图1所示那样是通过手动变 速的后轮驱动汽车,具备发动机控制模块(ECM) 101和发动机106。
[0043] 上述发动机控制模块101 (以下称为"ECM101")进行发动机106的驱动扭矩控制。 该ECM101中被输入来自与左右前轮102FR、102FL (从动轮)和左右后轮102RR、102RL (驱 动轮)连接的车轮速度传感器103FR、103FL、103RR、103RL的信号以及来自与方向盘110连 接的转向角传感器111的信号。还被输入来自检测针对制动踏板的驾驶员操作量的制动行 程传感器104的信号和检测针对加速踏板的驾驶员操作量的加速踏板开度传感器105的信 号。根据这些输入信号计算驱动发动机106的扭矩指令值,将扭矩指令发送到发动机106。
[0044] 上述发动机106产生与来自ECM101的扭矩指令值相应的驱动扭矩,所产生的驱动 扭矩通过MT变速器107来根据驾驶员的换档操作进行加减速。通过MT变速器107变速后 的驱动扭矩通过轴108和差动齿轮109进一步变速,被传递到左右后轮102RRU02RL,对车 辆进行驱动。
[0045] [发动机控制模块的内部结构]
[0046] 车体减振控制装置在ECM101内以控制程序的形式构成,图2示出表示ECM101内 部的控制程序的框结构。以下根据图2,说明ECM101的内部结构。
[0047] 上述ECM1101如图2所示那样具备驾驶员要求扭矩运算部201、扭矩指令值运算部 202以及车体减振控制装置203。
[0048] 上述驾驶员要求扭矩运算部201输入来自制动行程传感器104的驾驶员的制动踏 板操作量信息和来自加速踏板开度传感器105的驾驶员的加速踏板操作量信息,来运算驾 驶员要求扭矩。
[0049] 上述扭矩指令值运算部202输入将来自驾驶员要求扭矩运算部201的驾驶员要求 扭矩加上来自车体减振控制装置203的校正扭矩值得到的扭矩指令值和来自车载的其它 系统(例如VDC、TCS等)的扭矩要求。然后,根据这些输入信息计算针对发动机106的驱 动扭矩指令值。
[0050] 上述车体减振控制装置203形成为输入变换部204、车体振动估计部205以及扭矩 指令值计算部206的三部分结构。输入变换部204输入驾驶员要求扭矩、发动机转数、车轮 速度、转向角,将这些输入信息变换为驱动扭矩、来自路面的上下力以及转弯阻力。车体振 动估计部205通过将来自输入变换部204的驱动扭矩、上下力以及转弯阻力输入到车辆模 型,来估计因扭矩输入产生的簧上运动状态、因干扰产生的簧上运动状态以及因转向产生 的簧上运动状态。扭矩指令值计算部206根据由车体振动估计部205估计出的簧上运动状 态,来计算校正扭矩值以抑制簧上运动状态。
[0051] [车体减振控制装置的输入变换部结构]
[0052] 图3表示详细地表现车体减振控制装置203的内部的框结构。以下根据图3?图 6说明由三部分结构所构成的车体减振控制装置203中的输入变换部204的结构。
[0053] 上述输入变换部204将来自车辆的感测信息变换为向在后级的车体振动估计部 205中使用的车辆模型307输入的形式(具体地说,施加于车体的扭矩或力的因次)。该输 入变换部204如图3所示那样具有驱动扭矩变换部301、悬架行程计算部302、上下力变换 部303、车体速度估计部304、转弯运动状态估计部305以及转弯阻力估计部306。
[0054] 在上述驱动扭矩变换部301中,将驾驶员要求扭矩乘以齿轮比来从发动机端扭矩 变换为驱动轴端扭矩Tw。根据车轮速度(驱动轮的左右平均转数)与发动机转数之比计算 出齿轮比。该齿轮比为将MT变速器107与差动齿轮109结合得到的总齿轮比。
[0055] 在上述悬架行程计算部302中,根据车轮速度计算悬架的行程速度和行程量。在 悬架产生行程时,如图4所示那样,轮胎在前后方向上也产生位移,该关系性通过车辆的悬 架的几何学决定。将其图示得到图5和图6。将该关系性进行线性近似,当将相对于前后位 移的上下位移的系数在前轮和后轮分别设为KgeoF、KgeoR时,前后轮的上下位移Zf、Zr与 轮胎的前后位置xtf、xtr形成下式的关系。
[0056] Zf = KgeoF · X tf
[0057] Zr = KgeoR · X tr
[0058] 当对上式进行微分时,成为轮胎的前后速度与上下速度的式子,因此利用该关系 来计算悬架的行程速度和行程量。
[0059] 在上述上下力变换部303中,将由悬架行程计算部302计算出的悬架的行程速度 和行程量分别乘以弹簧系数和阻尼系数,并取其和,由此变换为前后轮上下力Ff、Fr。
[0060] 在上述车体速度估计部304中,将车轮速度信息中的从动轮102FR、102FL的车轮 速度度平均值作为车体速度V输出。
[0061] 在上述转弯运动状态估计部305中,输入来自车体速度估计部304的车体速度V 和来自转向角传感器ill的转向角,根据转向角计算轮胎转动角S,利用众所周知的转弯 二轮模型的式子来计算横摆率Y和车体侧滑角βν。
[0062] 在上述转弯阻力估计部306中,根据由转弯运动状态估计部305计算出的横摆率 Υ以及车体侧滑角βν和轮胎转动角δ,来计算轮胎侧滑角即前后轮滑移角β?·、(下 述式子)。然后,通过前后轮滑移角与侧偏刚度(cornering power)Cpf、Cpr之积 来计算侧偏力(cornering force)Fyf、Fyr(轮胎横向力)。并且,通过前后轮滑移角β?\ βΓ、侧偏力Fyf、Fyr以及侧偏刚度变化率之积来计算前后轮转弯阻力Fcf、Fcr。
[0063] 此外,前后轮滑移角β?·、能够通过下式计算。
[0064] β f = β v+lf · y V- δ
[0065] β r= β v~lr · Υ /V
[0066] 其中,If和lr是车体重心至前后车轴的距离。
[0067][车体减振控制装置的车体振动估计部结构]
[0068] 图3表示详细地表现车体减振控制装置203的内部的框结构。以下根据图3和图 7说明由三部分结构构成的车体减振控制装置203中的车体振动估计部205的结构。
[0069] 上述车体振动估计部205如图7所示那样具有车辆模型307。该车辆模型307通 过将搭载本系统的车辆(车体、前轮悬架、后轮悬架等)模型化得到的上下运动方程式、俯 仰运动方程式表示。而且,通过将通过输入变换部204中的处理计算出的驱动轴端扭矩Tw、 前后轮上下力Ff、Fr、前后轮转弯阻力Fcf、Fcr输入到车辆模型307,来计算簧上运动状态 中的设为控制对象的状态量。
[0070] 由上述车体振动估计部205计算出的簧上运动状态的状态量如下(参照图8)。
[0071] ?因扭矩输入产生的簧上运动状态
[0072] 弹起速度·弹起量?俯仰速度?俯仰角度
[0073] ?因干扰(车轮速度)产生的簧上运动状态 [0074] 弹起速度·弹起量?俯仰速度?俯仰角度
[0075] ?因转向产生的簧上运动状态
[0076] 弹起速度·弹起量?俯仰速度?俯仰角度
[0077] [车体减振控制装置的扭矩指令值计算部结构]
[0078] 图3表示详细地表现车体减振控制装置203的内部的框结构。以下根据图3以及 图8?图14说明由三部分结构构成的车体减振控制装置203中的扭矩指令值计算部206 的结构。
[0079] 上述扭矩指令值计算部206如图3所示那样具备调节和调谐部308、309、310(校 正扭矩值运算部)、限制处理部311、带通滤波器312、非线性增益放大部313 (校正扭矩值放 大部)、限制处理部314以及发动机扭矩变换部315。
[0080] 上述调节和调谐部308、309、310针对由车体振动估计部205计算出的设为控制对 象的状态量进行调节处理,再乘以用于进行加权的调谐增益,取其和,从而计算出进行控制 所需要的校正扭矩值。
[0081] 该调节和调谐部308、309、310针对作为控制对象的"表示因扭矩输入产生的簧上 运动状态的各状态量"、"表示因干扰产生的簧上运动状态的各状态量"以及"表示因转向产 生的簧上运动状态的各状态量"分别具有调节增益和调谐增益。
[0082] 作为上述调节增益,针对"表示因扭矩输入产生的簧上运动状态的各状态量",如 图8所示那样设定Trq-dZv增益(弹起速度增益)和Trq-dSp增益(俯仰速度增益)。针 对"表示因干扰产生的簧上运动状态的各状态量",如图8所示那样设定Ws-SF增益(前后 平衡增益)、Ws-dSF增益(前后平衡变化速度增益)、Ws-dZv增益(弹起速度增益)以及 Ws-dSp增益(俯仰速度增益)。针对"表示因转向产生的簧上运动状态的各状态量",如图 8所示那样设定Str-dWf增益(前轮载荷变化速度增益)和Str-dWr增益(后轮载荷变化 速度增益)。
[0083] 对上述各增益所具有的功能进行说明,如图9所示,调节和调谐部308、309的各调 节增益有助于载荷的稳定化,调节和调谐部310的各调节增益有助于载荷的增加。而且, Trq-dZv增益抑制弹起速度,Trq-dSp增益抑制俯仰速度。Ws-SF增益抑制前后载荷变化, Ws-dSF增益抑制前后载荷变化速度,Ws-dZv增益抑制弹起速度,Ws-dSp增益抑制俯仰速 度。并且,Str-dWf增益促进前轮载荷,Str-dWr增益抑制后轮载荷变动。
[0084] 然后,如果将车辆的驱动扭矩减去对各状态量乘以调节增益得到的值,则各状态 量向平衡状态(在此,为振动停止的方向)发挥作用。因而,将对各状态量乘以负的调节增 益得到的值设为校正扭矩值,将其与驱动扭矩指令值相加。
[0085] 针对各调节增益的每一个设定了上述调谐增益。即,如图8所示,针对Trq-dZv增 益设定调谐增益K1,针对Trq-dSp增益设定调谐增益K2,针对Ws-SF增益设定调谐增益K3, 针对Ws-dSF增益设定调谐增益K4,针对Ws-dZv增益设定调谐增益K5,针对Ws-dSp增益设 定调谐增益K6,针对Str-dWf增益设定调谐增益K7,针对Str-dWr增益设定调谐增益K8。
[0086] 这是因为当用调节增益进行校正时,使驱动扭矩发生变动,因此如果用调节增益 校正后直接设为扭矩指令值,则存在前后加速度变动产生不舒服的感觉的情况,还存在无 法实现期望的转向响应提高、侧倾运动状态的主动控制的情况。
[0087] 因此,调谐增益K1?K6设定为抑制振动的正方向的值且不产生不舒服的感觉的 前后加速度变动范围内包含的值。调谐增益K7、K8设定为促进振动的负方向且不产生不 舒服的感觉的前后加速度变动范围内包含的值。通过将乘以这些调谐增益K1?K8得到的 值之和施加于车辆驱动轴,能够使前后轮载荷稳定从而充分发挥轮胎的性能,并且,在转向 时,对前轮促进载荷,从而能够实现转向响应的提高、平稳的侧倾运动状态。
[0088] 此外,调谐增益K1?K8是加权的调整份额,因此通过根据应用车辆来变更初始设 定值,由此能够使其具有针对车型的对应性。并且,如果事先设为能够在行驶过程中变更调 谐增益K1?K8,则通过根据行驶状况、驾驶员操作状况等适当地调整调谐增益K1?K8,还 能够增强根据行驶状况等的不同而想要特别实现的控制效果。
[0089] 上述限制处理部311和上述带通滤波器312针对由调节和调谐部308、309、310计 算出的校正扭矩值实施驱动系统谐振应对措施的限制处理和滤波处理。
[0090] 作为驱动系统谐振应对措施,限制处理部311针对乘以实施调谐增益K1?K8得 到的值之和(校正扭矩值)进行校正扭矩值的绝对值的最大值限制处理,限制为驾驶员感 觉不到前后加速度变动的范围的扭矩。
[0091] 作为驱动系统谐振应对措施,与限制处理部311同样地,带通滤波器312抽出车体 的簧上振动成分,并且进行驱动系统谐振频率成分的去除以抑制簧上振动成分。
[0092] 其理由为,在实际的车辆、特别是发动机汽车等中,存在当无意地在驱动扭矩中附 加振动成分时与驱动系统谐振发生干涉而产生形成不舒服的感觉的振动的情况。除此之 夕卜,发动机汽车等针对驱动扭矩指令的响应性差、存在不灵敏区,因此有可能无法充分地获 得期待的控制效果,从而需要驱动系统谐振应对措施。
[0093] 在此,说明带通滤波器312的设计方法。
[0094] 一般地,驱动系统谐振频率根据MT变速器107的齿轮级而不同,如图10所示,低 速齿轮在低频侧,高速齿轮级具有高频侧的谐振频率。
[0095] 在此设置的带通滤波器312将簧上谐振频率(一般在1Hz?2Hz附近)的增益设 定为OdB。另外,在低速齿轮级的谐振频率接近车体簧上谐振频率的情况下,在处于该齿轮 级时设为控制中断,不进行驱动扭矩的校正。例如,在选择1级齿轮级、2级齿轮级时不进行 驱动扭矩的校正。
[0096] 而且,对带通滤波器312的频率特性进行设定(图11的(b)的用实线表示的BPF 特性)以避免将设定为控制动作齿轮级(例如3级齿轮级?5级齿轮级)的齿轮位置处的 驱动系统谐振频率特性的各顶点连结得到的图形(图11的(a)的包络虚线)与以dB的线 上下翻转的区域(图12的阴影所表示的D区域)相干涉。
[0097] 通过这样设计带通滤波器312,即使由于驱动系统谐振而指令值被放大,也由于预 先通过带通滤波器312降低增益,因此系统整体为OdB,从而不会产生比由带通滤波器312 的前级的限制处理部311限制得到的车辆运动状态大的车辆运动状态。
[0098] 作为致动器(发动机106)的响应性应对措施,上述非线性增益放大部313针对从 带通滤波器312输出的校正扭矩值,进行校正扭矩值的正负切换区域附近(=致动器的不 灵敏区域)的校正扭矩值的放大。
[0099] 该非线性增益放大部313如图12所示那样具有分支部313a、绝对值变换部313b、 增益设定部313c以及乘法运算部313d。分支部313a将来自带通滤波器312的校正扭矩值 分开到绝对值变换部313b和乘法运算部313d中。绝对值变换部313b将被输入的校正扭 矩值(=放大处理前的校正扭矩值)变换为绝对值。增益设定部313c通过被输入的校正 扭矩绝对值与预先设定的非线性增益的对应图来设定增益。乘法运算部313d通过放大处 理前的校正扭矩值与来自增益设定部313c的增益之积来计算放大处理后的校正扭矩值。
[0100] 在此,非线性增益通过将放大处理前的校正扭矩绝对值作为输入的对应图来定 义,将其输出(增益)与初始的放大处理前的校正扭矩值之积设为非线性增益处理后的输 出。此外,关于非线性增益的对应图,在取作为输入的放大处理前校正扭矩绝对值为横轴、 取进行乘法运算的增益为纵轴时,输入0时增益为最大的值,在致动器的不灵敏区域内从 输入0向大的方向去的情况下增益的值逐渐变小。而且,在输入超出致动器的不灵敏区域 时,增益为接近1的值,输入更大侧的最终值为1(恒定值)(图12)。此外,在该"基于非线 性增益的校正扭矩值的正负切换区域附近的放大处理"中,放大处理前的校正扭矩值与放 大处理后的校正扭矩值的关系如图13所示那样成为单调增加的关系。另外,在放大处理前 的校正扭矩绝对值大的区域,成为放大处理前的校正扭矩值=放大处理后的校正扭矩值。
[0101] 上述限制处理部314针对从非线性增益放大部313输出的放大处理后的校正扭矩 值进行最终的限制处理。
[0102] 上述发动机扭矩变换部315将来自限制处理部314的限制处理后的校正扭矩值变 换为与齿轮比相应的发动机端扭矩值,将其作为最终的校正扭矩值输出。
[0103] 接着,说明作用。
[0104] 将实施例1的车体减振控制装置中的作用分为"车体减振控制处理作用"、"车体减 振控制的基本作用"、"发动机汽车中的减振效果实现作用"进行说明。
[0105] [车体减振控制处理作用]
[0106] 图14是表示由实施例1的发动机控制模块101执行的车体减振控制处理的流程 图。以下根据图14的流程图说明车体减振控制处理作用。
[0107] 在车体减振控制处理中,按每个规定的控制周期执行从步骤S1401依次进行至步 骤S1422的处理流程。
[0108] 当开始车体减振控制处理时,在步骤S1401中,由驾驶员要求扭矩运算部201运算 驾驶员要求扭矩。在接下来的步骤S1402中,由驱动扭矩变换部301将驾驶员要求扭矩乘以 齿轮比来从发动机端扭矩单位变换为驱动轴端扭矩Tw。在接下来的步骤S1403中,由车轮 速度传感器l〇3FR、103FL、103RR、103RL检测车轮速度。在接下来的步骤S1404中,由悬架 行程计算部302根据车轮速度计算悬架的行程速度和行程量。在接下来的步骤S1405中, 由上下力变换部303将悬架的行程速度和行程量变换为前后轮上下力Ff、Fr。在接下来的 步骤S1406中,由转向角传感器111检测转向角。在接下来的步骤S1407中,由车体速度估 计部304计算车体速度V。在接下来的步骤S1408中,由转弯运动状态估计部305计算横摆 率Y和车体侧滑角βν。在接下来的步骤S1409中,由转弯阻力估计部306计算前后轮滑 移角β f、β r (轮胎侧滑角)。在接下来的步骤S1410中,由转弯阻力估计部306计算侧偏 力Fyf、Fyr (轮胎横力)。在接下来的步骤S1411中,由转弯阻力估计部306计算前后轮转 弯阻力Fcf、Fcr。以上处理在输入变换部204为止的期间进行。
[0109] 在接下来的步骤S1412中,由车体振动估计部205计算表示车体的簧上运动状态 的状态量。在接下来的步骤S1413中,例如根据车速来变更调节和调谐部308、309、310的 调谐增益。在接下来的步骤S1414中,由调节和调谐部308计算用于抑制因驾驶员扭矩所 引起的振动的校正扭矩值A。在接下来的步骤S1415中,由调节和调谐部309计算用于抑制 因干扰引起的振动的校正扭矩值B。在接下来的步骤S1416中,由调节和调谐部310计算将 因转向引起的前后载荷变动放大的校正扭矩值C。在接下来的步骤S1417中,输出校正扭矩 值A、校正扭矩值B以及校正扭矩值C之和所形成的校正扭矩值。
[0110] 在接下来的步骤S1418中,由限制处理部311针对校正扭矩值实施驱动系统谐振 应对措施的限制处理。在接下来的步骤S1419中,由带通滤波器312针对校正扭矩值实施去 除驱动系统谐振成分的滤波处理。在接下来的步骤S1420中,由非线性增益放大部313在 正负切换区域附近进行将校正扭矩值放大的非线性增益处理。在接下来的步骤S1421中, 由限制处理部314针对放大处理后的校正扭矩值进行最终的限制处理。在接下来的步骤 S1422中,由发动机扭矩变换部315将驱动轴端的校正扭矩值变换为发动机端校正扭矩值, 将其作为最终的校正扭矩值输出。按每个控制周期重复进行该处理。
[0111] 其结果,向发动机106输出的驱动扭矩指令值通过用于在行驶过程中使载荷变动 稳定、在转向时促进针对前轮的载荷的校正扭矩值来进行校正,从而使行驶过程中的前后 载荷变动稳定,在转向时通过主动地对左右前轮102FR、102FL施加轮载荷,能够实现转向 响应的提1?。
[0112] [车体减振控制的基本作用]
[0113] 在基于驱动扭矩的车体减振控制中,需要事先掌握具体通过什么样的机构来控制 车体的簧上运动状态。以下根据图15?图19说明对其进行反映的车体减振控制的基本作 用。
[0114] 首先,本车体减振控制是通过发动机扭矩的校正来抑制因扭矩变动、干扰引起的 车体运动状态的变化速度、旨在载荷的稳定化和转弯性能的提高的控制。
[0115] 因此,作为具体的行驶状况,以如图15的(a)所示那样从停车状态开始启动加速 之后进入定速状态、之后减速而停止的情况为例。
[0116] 当从停车状态开始启动加速时,由于驱动扭矩骤增,从而产生后轮的轮载荷增加、 前轮的轮载荷减少这样的载荷转移,作为车体运动状态,形成车体前方侧抬起的车头上扬 现象(nose up)。此时,如图15的(a)、(b)所示那样,当使针对作为驱动轮的后轮的驱动 扭矩下降时,产生如减速时那样车体前方侧下沉的车头下沉(nose down)的运动状态,因载 荷转移引起的车头上扬与因扭矩下降引起的车头下沉相抵,车体运动状态稳定。
[0117] 起步后进入定速状态的正常状态中,由于车体运动状态稳定,因此不进行对驱动 扭矩进行校正的控制。之后,在进行制动操作等而减速停车的情况下,由于驱动扭矩骤减, 从而产生后轮的轮载荷减少、前轮的轮载荷增加这样的载荷转移,作为车体运动状态,形成 车体前方侧下沉的车头下沉现象。此时,如图15的(a)、(b)所示那样,当使针对作为驱动 轮的后轮的驱动扭矩提高时,产生如加速时那样车体前方侧抬起的车头上扬的运动状态, 因载荷转移引起的车头下沉与因扭矩提高引起的车头上扬相抵,车体运动状态稳定。
[0118] 因而,当观察车体的俯仰角速度的变化时,如图15的(c)所示那样,与无减振的情 况相比,有减振的情况将车体的俯仰角速度抑制得更小。
[0119] 本申请的车体减振控制中旨在提高性能的场景及其效果如下。
[0120] (a)在车道变更时、S字路等场景中,根据平稳的侧倾和线性的良好,而得到具有 稳定感的线性的转弯性能。
[0121] (b)在高速巡航时等场景中,根据修正转向的情况少、俯仰阻尼的良好,而得到车 辆的稳定的巡航性能。
[0122] 为了达成(a),需要"转向响应的提高"和"侦_速度的抑制",为了达成(b),需要 "载荷变动的抑制"。以下根据图16?图19说明能够通过车体减振控制实现这些效果的理 由。
[0123] 关于"转向响应的提高",如图16和图17所示那样,当在转向时进行减速=扭矩 下降时,前轮载荷增加,前轮轮胎的侧偏刚度Cp增大,轮胎横向力增大,由此转向响应提 高。即,使用轮载荷越大则侧偏刚度Cp越大这样的载荷依赖特性,通过在转向时使轮载荷 增加,来实现"转向响应的提高"。
[0124] 关于"载荷变动的抑制",如图16所示那样,例如在产生了车头上扬运动状态的情 况下,当进行减速=扭矩下降时,产生与车体振动相反相位的运动(车头下沉),通过载荷 变动的抵消,从而载荷变动得到抑制。另一方面,在产生了车头下沉运动状态的情况下,当 进行加速=扭矩提高时,产生与车体振动相反相位的运动(车头上扬),通过载荷变动的抵 消,从而载荷变动得到抑制。而且,在如图18所示那样通过驾驶员输入而产生振动(载荷 变动)的情况下、在如图19所示那样由于路面干扰而产生振动(载荷变动)的情况下,载 荷变动均得到抑制。即,当估计因扭矩变动和路面干扰产生的俯仰运动状态时,通过与估计 出的俯仰运动状态相反相位的驱动扭矩来实现"载荷变动的抑制"。
[0125] 关于"侦_速度的抑制",通过上述的"转向响应的提高"和"载荷变动的抑制"来 提高横摆率的线性。因而,与横摆率成比例地形成稳定的横向加速度变化,侧倾率的峰值变 小,从而侧倾速度得到抑制。即,通过将"转向响应的提高"和"载荷变动的抑制"组合来实 现"侧倾速度的抑制"。
[0126] 如以上那样,将车体的振动因素分为转向的因素和除此以外的因素来实施车体减 振控制。
[0127] 因而,在转向时,通过主动地促进产生车头下沉运动状态以使前轮载荷增加,由此 提高横摆响应,同时通过抑制多余的振动成分来确保线性。而且,通过同时进行这些控制, 来抑制横向加速度的骤变,因此能够实现能够抑制侧倾率这样的本控制所期望的效果(a)。
[0128] 另一方面,在直线道路的巡航时,估计扭矩变动和因路面干扰产生的俯仰运动状 态,通过提供与估计出的俯仰运动状态相反相位的驱动扭矩,来抑制载荷变动,能够实现获 得车辆的稳定的巡航性能这样的本控制所期望的效果(b)。
[0129] [发动机汽车中的减振效果实现作用]
[0130] 为了实现上述本控制设为目标的效果,将实际驱动扭矩无延迟地响应于驱动扭矩 指令值的情形设为理想的情形。但是,致动器根据种类、样式等的不同而响应特性、不灵敏 特性等各种各样,为了实现期望的效果而需要想办法应对致动器特性的差异。下面,说明对 其进行反映的发动机汽车中的减振效果实现作用。
[0131] 进行基于驱动扭矩的车体的簧上减振控制,并且特别是由于发动机(内燃机)具 有不灵敏区、响应延迟,因此如果仍旧这样则难以实现期望的效果。另外,作为解决响应延 迟的方式,存在滤波器的相位超前处理,但是在采用相位超前处理的情况下,高频成分被放 大,控制指令值的波形本身变化较大。其结果,与驱动系统谐振发生干涉。除此之外,滤波 器的相位超前处理无法解决不灵敏区、精度的问题。
[0132] 因此,在实施例1中,采用了在校正扭矩值的正负切换的区域中将其校正量放大、 通过放大后的校正扭矩值来对驱动扭矩指令值进行校正的结构。
[0133] S卩,校正扭矩值的符号正负切换的区域为致动器的响应延迟区域、不灵敏区域。着 眼于该区域,通过将正负切换的区域中的校正扭矩绝对值放大、即无论校正扭矩值是正是 负都增加校正量,由此作为致动器的发动机106针对所施加的驱动扭矩指令值进行动作的 动作区域扩大。随着该发动机106的动作区域的扩大而发动机106的不灵敏区所形成的非 动作区域减少。由于该非动作区域的减少,从而实际驱动扭矩针对驱动扭矩指令值的输出 响应性得到提1?。
[0134] 而且,采用了如下结构:当实际驱动扭矩开始响应驱动扭矩指令值时,在之后的扭 矩区域中,输出未放大的保持原样的校正扭矩值。
[0135] 根据该结构,与滤波器的相位超前处理不同,不改变控制整体的频率特性地进行 车体减振控制。
[0136] 通过如以上那样执行实施例1的车体减振控制,在响应性差、不灵敏区多的发动 机汽车等中也能够实现抑制侧倾率这样的期望的效果,同时还能够防止因驱动系统谐振所 产生的振动。当然,同时还兼顾行驶过程中的振动抑制效果,因此还能够同时实现乘车感觉 的提商。
[0137] 图20是按时间序列表现从直行行驶进行转向时的各特性的时序图,根据图20说 明车体减振控制效果。
[0138] 在车体减振控制中,如图20的箭头J所示那样输出(用于抑制车体振动的指令扭 矩)+ (用于控制转向响应的指令扭矩)所构成的控制指令值(=驱动扭矩指令值)。
[0139] 因此可知,在时刻tl之前的直行行驶区域中,如图20的箭头E所示那样,与无控 制相比,俯仰率得到抑制,通过车辆的稳定的行驶性能实现了乘车感觉的提高。
[0140] 然后可知,在时刻tl以后的转向过渡区域中,如图20的箭头F所示那样,俯仰率 的变化得到抑制,实现了适当的载荷转移。可知在转向过渡区域中的转弯初期,如图20的 箭头G所示那样,与无控制相比,横摆率提前上升,提高了初期响应性。并且可知,在转向过 渡区域中的转弯后期,如图20的箭头Η所示那样,与无控制相比,横摆率缓缓地变化,抑制 了转弯内轮差。
[0141] 而且,在转向过渡区域(转弯初期?转弯后期)中,通过同时进行抑制俯仰率的变 化的控制和抑制横摆率的变化的控制,来抑制横向加速度的骤变,因此可知如图20的箭头 I所示那样,与无控制相比,侧倾率得到了抑制。
[0142] 接着,说明效果。
[0143] 在实施例1的车体减振控制装置中,能够获得下述列举的效果。
[0144] (1)车体减振控制装置具备:车体振动估计部205,其根据行驶过程中的输入信息 来估计车体的簧上运动状态;以及扭矩指令值计算部206,其计算用于对在控制上述簧上 运动状态时施加于致动器(发动机106)的驱动扭矩指令值进行校正的校正扭矩值,在该车 体减振控制装置中,
[0145] 上述扭矩指令值计算部206具有:校正扭矩值运算部(调节和调谐部308、309、 310),其根据上述簧上运动状态的估计结果来运算校正扭矩值;以及校正扭矩值放大部 (非线性增益放大部313),其在所运算出的该校正扭矩值的符号处于正负切换的区域时, 将校正扭矩绝对值放大,用放大后的值对上述驱动扭矩指令值进行校正。
[0146] 因此,能够与对驱动扭矩进行控制的致动器(发动机106)的响应性能无关地实现 期望的车体减振控制效果。在此,校正扭矩值的符号正负切换的区域是指致动器的响应延 迟区域、致动器的不灵敏区域。
[0147] (2)上述车体振动估计部206具有车辆模型307,针对该车辆模型307分开估计因 转向输入(前后轮转弯阻力Fcf、Fcr)产生的簧上运动状态和因上述转向输入以外的输入 (驱动轴端扭矩Tw、前后轮上下力Ff、Fr)产生的簧上运动状态,
[0148] 上述校正扭矩值运算部(调节和调谐部308、309、310)根据由上述车体振动估计 部206估计出的各个簧上运动状态来运算用于控制载荷的校正扭矩值(图9)。
[0149] 因此,除了(1)的效果以外,还能够同时实现转弯时的通过抑制侧倾率得到的操 纵稳定性和直行行驶时的通过抑制俯仰率得到的运动状态稳定性。
[0150] (3)上述校正扭矩值放大部(非线性增益放大部313)在插入由上述校正扭矩值运 算部(调节和调谐部308、309、310)运算出的放大处理前的校正扭矩值的正负切换位置的 致动器分辨率的不灵敏区域进行上述校正扭矩绝对值的放大(图12)。
[0151] 因此,除了(1)或(2)的效果以外,还能够通过将在不灵敏区消弱的驱动扭矩指令 值放大来实现在达不到效果的致动器分辨率的不灵敏区域的控制效果。
[0152] (4)上述校正扭矩值放大部(非线性增益放大部313)以相对于上述放大处理前的 校正扭矩值保持单调增加的关系的方式将校正扭矩绝对值放大(图13)。
[0153] 因此,除了(3)的效果以外,还能够实现反映了校正扭矩值运算部(调节和调谐部 308、309、310)的运算结果的控制效果。
[0154] 例如,在将正负切换附近进行放大时,如果仅极端地将一部分的值放大,则以校正 扭矩值运算部(调节和调谐部308、309、310)得到的前级的运算结果有可能产生完全没有 预测到的加减速等。
[0155] (5)上述校正扭矩值放大部(非线性增益放大部313)通过上述放大处理前的校正 扭矩绝对值和与上述放大处理前的校正扭矩绝对值相应地变化的非线性增益之积来进行 放大(图12的乘法运算部313d)。
[0156] 因此,除了(3)或(4)的效果以外,还能够使用增益(放大率)的设定自由度高的 非线性增益来将校正扭矩值放大。
[0157] (6)上述非线性增益通过将上述放大处理前的校正扭矩绝对值作为输入的对应图 或函数来提供(图12的增益设定部313c)。
[0158] 因此,除了(5)的效果以外,还能够通过将放大处理前的校正扭矩绝对值作为输 入的简单的处理来决定增益(放大率)。
[0159] (7)上述非线性增益如果处于远离上述放大处理前的校正扭矩值的符号正负切换 的区域的区域,则将增益的值设为1 (图12的增益设定部313c)。
[0160] 因此,除了(5)或¢)的效果以外,还能够不改变控制整体的频率特性地将增益 (放大率)决定为实现控制效果的值。
[0161] (8)上述校正扭矩值放大部(非线性增益放大部313)通过将上述放大处理前的校 正扭矩值作为输入的对应图或函数来决定放大处理后的校正扭矩值(图12)。
[0162] 因此,除了(3)?(7)的效果以外,还能够通过将放大处理前的校正扭矩值作为输 入的简单的处理来决定放大处理后的校正扭矩值。
[0163] (9)上述放大处理后的校正扭矩值如果处于远离上述放大处理前的校正扭矩值的 符号正负切换的区域的区域,则设为与上述放大处理前的校正扭矩值相同的值(图12)。
[0164] 因此,除了(8)的效果以外,还能够不改变控制整体的频率特性地将放大处理后 的校正扭矩值决定为实现控制效果的值。
[0165] (10)上述致动器分辨率的不灵敏区设为依照上述致动器的端部的致动器端扭矩 来运算校正扭矩值的情况下上述致动器能够响应的最小扭矩指令值为止的宽度范围。
[0166] 因此,除了(3)?(9)的效果以外,还能够在基于致动器端进行驱动扭矩的控制的 情况下,高精度地设定将校正扭矩值放大的不灵敏区域。
[0167] (11)上述致动器分辨率的不灵敏区域被设为在依照驱动轴的端部的驱动轴端扭 矩运算校正扭矩值的情况下上述驱动轴端扭矩响应的最小扭矩指令值为止的宽度范围。
[0168] 因此,除了(3)?(9)的效果以外,还能够在基于驱动轴端进行驱动扭矩的控制的 情况下,高精度地设定将校正扭矩值放大的不灵敏区域。
[0169] (12)上述致动器是产生车辆的驱动扭矩的内燃机(发动机106)。
[0170] 因此,除了(3)?(9)的效果以外,尽管将响应性低、具有不灵敏区的内燃机(发 动机106)设为对驱动扭矩进行控制的致动器,也能够实现期望的车体减振控制效果。艮P, 针对搭载有响应性低、具有不灵敏区的发动机106作为致动器的发动机汽车是有效的。
[0171] 以上根据实施例1说明了本发明的车体减振控制装置,但是关于具体的结构,不 限于该实施例1,只要不脱离权利要求书的各项权利要求所涉及的发明的宗旨,就允许进行 设计变更、追加等。
[0172] 在实施例1中,示出了如下例子:在带通滤波器312的后级侧配置非线性增益放大 部313 -限制处理部314 -发动机扭矩变换部315,在齿轮比变换处理之前进行基于非线性 增益的放大处理。但是,也可以如图21所示那样在带通滤波器312的后级侧配置限制处理 部314 -发动机扭矩变换部315 -非线性增益放大部313 (校正扭矩值放大部),在齿轮比 变换处理之后进行基于非线性增益的放大处理。这是因为当在放大处理之后进行齿轮比变 换处理时,提高了的扭矩放大量有可能埋藏于伴随齿轮比变换而产生的发动机扭矩不灵敏 区。此外,根据图21所示的例子中的非线性增益而提高的扭矩放大量设为动作区域最低齿 轮比的限制以下。
[0173] 在实施例1中,示出了作为致动器使用发动机106的例子。但是,作为致动器,只 要是像作为动力源的电动机、无级变速器、摩擦离合器等那样设置于驱动系统、能够根据来 自外部的指令来控制向驱动轮传递的驱动扭矩即可。
[0174] 在实施例1中,示出了作为车体振动估计部205使用车辆模型307来估计车体的 簧上运动状态的例子。但是,作为车体振动估计部,也可以设为使用相当于车辆模型的一个 或多个运动方程式来进行估计的例子。
[0175] 在实施例1中,示出了作为校正扭矩值放大部使用非线性增益特性来获取放大处 理后的校正扭矩值的非线性增益放大部313的例子。但是,作为校正扭矩值放大部,也可以 通过相当于非线性增益特性那样的运算式来获取放大处理后的校正扭矩值那样的例子。
[0176] 在实施例1中,示出了作为车体振动估计部206而针对车辆模型307分开估计因 转向输入(前后轮转弯阻力Fcf、Fcr)产生的簧上运动状态和因转向输入以外的输入(驱 动轴端扭矩Tw、前后轮上下力Ff、Fr)产生的簧上运动状态的例子。但是,作为车体振动估 计部,也可以不对因转向输入产生的簧上运动状态进行估计而仅针对驾驶员输入和干扰输 入估计簧上运动状态。
[0177] 在实施例1中,示出了将本发明的车体减振控制装置应用于发动机汽车的例子。 但是,本发明的车体减振控制装置通过与响应性能相应地变更校正扭矩值的放大量,由此 也能够应用于混合动力汽车、电动汽车。并且,在混合动力汽车的情况下,也可以在致动器 (动力源)不同的发动机行驶模式和电动机行驶模式中切换校正扭矩值的放大量。
[0178] 关联申请的相互参照
[0179] 本申请主张2012年2月16日在日本专利局申请的日本特愿2012-31645的优先 权,其所有的公开内容以参照的方式全部引入本说明书中。
【权利要求】
1. 一种车体减振控制装置,具备:车体振动估计部,其根据行驶过程中的输入信息来 估计车体的簧上运动状态;以及扭矩指令值计算部,其计算对在控制上述簧上运动状态时 施加于致动器的驱动扭矩指令值进行校正的校正扭矩值,该车体减振控制装置的特征在 于, 上述扭矩指令值计算部具有:校正扭矩值运算部,其根据上述簧上运动状态的估计结 果来运算校正扭矩值;以及校正扭矩值放大部,其在运算出的该校正扭矩值的符号处于正 负切换的区域时,将校正扭矩绝对值放大,用放大后的值进行上述驱动扭矩指令值的校正。
2. 根据权利要求1所述的车体减振控制装置,其特征在于, 上述车体振动估计部具有车辆模型,针对该车辆模型分开估计因转向输入产生的簧上 运动状态和因上述转向输入以外的输入产生的簧上运动状态, 上述校正扭矩值运算部根据由上述车体振动估计部估计出的各个簧上运动状态来运 算对载荷进行控制的校正扭矩值。
3. 根据权利要求1或2所述的车体减振控制装置,其特征在于, 上述校正扭矩值放大部在插入由上述校正扭矩值运算部运算出的放大处理前的校正 扭矩值的正负切换位置的致动器分辨率的不灵敏区域进行上述校正扭矩绝对值的放大。
4. 根据权利要求3所述的车体减振控制装置,其特征在于, 上述校正扭矩值放大部以相对于上述放大处理前的校正扭矩值保持单调增加的关系 的方式将校正扭矩绝对值放大。
5. 根据权利要求3或4所述的车体减振控制装置,其特征在于, 上述校正扭矩值放大部通过上述放大处理前的校正扭矩绝对值和与上述放大处理前 的校正扭矩绝对值相应地变化的非线性增益之积来进行放大。
6. 根据权利要求5所述的车体减振控制装置,其特征在于, 上述非线性增益通过将上述放大处理前的校正扭矩绝对值作为输入的对应图或函数 来提供。
7. 根据权利要求5或6所述的车体减振控制装置,其特征在于, 上述非线性增益当处于远离上述放大处理前的校正扭矩值的符号正负切换的区域的 区域时,将增益的值设为1。
8. 根据权利要求3?7中的任一项所述的车体减振控制装置,其特征在于, 上述校正扭矩值放大部通过将上述放大处理前的校正扭矩值作为输入的对应图或函 数来决定放大处理后的校正扭矩值。
9. 根据权利要求8所述的车体减振控制装置,其特征在于, 上述放大处理后的校正扭矩值当处于远离上述放大处理前的校正扭矩值的符号正负 切换的区域的区域时,被设为与上述放大处理前的校正扭矩值相同的值。
10. 根据权利要求3?9中的任一项所述的车体减振控制装置,其特征在于, 上述致动器分辨率的不灵敏区域被设为在通过上述致动器的端部的致动器端扭矩运 算校正扭矩值的情况下上述致动器能够响应的最小扭矩指令值为止的宽度范围。
11. 根据权利要求3?9中的任一项所述的车体减振控制装置,其特征在于, 上述致动器分辨率的不灵敏区域被设为在通过驱动轴的端部的驱动轴端扭矩运算校 正扭矩值的情况下上述驱动轴端扭矩响应的最小扭矩指令值为止的宽度范围。
12.根据权利要求1?11中的任一项所述的车体减振控制装置,其特征在于, 上述致动器是产生车辆的驱动扭矩的内燃机。
【文档编号】F02D29/02GK104114837SQ201380009706
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年2月13日 优先权日:2012年2月16日
【发明者】盐泽裕树, 川口祥司, 小林洋介 申请人:日产自动车株式会社
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