(57)【要約】
2010095272.tif 000118、可制御なシステムを表すように状態空間モデルを修正した修正状態空間モデルが設計される。この修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態フィードバックコントローラにより算出された制御量に基づいて制御対象が制御される。2010095272.tif 000119されるので、誤差がシステムの出力に及ぼす影響を小さくすることができる。
2010095272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を状態フィードバック制御する状態フィードバック制御装置において、
不可制御なシステムを表す前記制御対象の状態空間モデルの状態行列に誤差行
2010095272.tif 000111
間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出する状態フィードバックコントローラと、
前記状態フィードバックコントローラにより算出される制御入力に基づいて前記制御対象を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする、状態フィードバック制御装置。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の状態フィードバック制御装置において、
前記状態フィードバックコントローラは、前記修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントにＨ∞状態フィードバック制御を適用することにより制御入力を算出することを特徴とする、状態フィードバック制御装置。
【請求項３】
請求の範囲１または２に記載の状態フィードバック制御装置において、
2010095272.tif 000112
／１０〜１／１００であることを特徴とする、状態フィードバック制御装置。
【請求項４】
請求の範囲１乃至３のいずれかに記載の状態フィードバック制御装置において、
2010095272.tif 000113
に影響しない成分が零成分であることを特徴とする、状態フィードバック制御装置。
【請求項５】
請求の範囲１乃至４のいずれかに記載の状態フィードバック制御装置において、
前記制御対象は、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に介装されたダンパおよびバネを備えるサスペンション装置を含み、
前記制御手段は、前記サスペンション装置の振動を減衰するための減衰力を制御することを特徴とする、状態フィードバック制御装置。
【請求項６】
状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出する状態フィードバックコントローラにおいて、
2010095272.tif 000114
ことにより可制御なシステムを表すように修正された修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出することを特徴とする、状態フィードバックコントローラ。
【請求項７】
請求の範囲６に記載の状態フィードバックコントローラにおいて、
前記修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントにＨ∞状態フィードバック制御を適用することにより制御入力を算出することを特徴とする、状態フィードバックコントローラ。
【請求項８】
請求の範囲６または７に記載の状態フィードバックコントローラにおいて、
2010095272.tif 000115
／１０〜１／１００であることを特徴とする、状態フィードバックコントローラ。
【請求項９】
請求の範囲６乃至８のいずれかに記載の状態フィードバックコントローラにおいて、
2010095272.tif 000116
に影響しない成分が零成分であることを特徴とする、状態フィードバックコントローラ。
【請求項１０】
制御対象を状態フィードバック制御する状態フィードバック制御方法であって、
不可制御なシステムを表す前記制御対象の状態空間モデルの状態行列に誤差行
2010095272.tif 000117
間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出する制御入力算出ステップと、
前記制御入力算出ステップにより算出された制御入力に基づいて前記制御対象を制御する制御ステップと、
を含む、状態フィードバック制御方法。
【請求項１１】
請求の範囲１０に記載の状態フィードバック制御方法において、
前記制御入力算出ステップは、前記修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントにＨ∞状態フィードバック制御を適用することにより制御入力を算出することを特徴とする、状態フィードバック制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象を状態フィードバック制御する状態フィードバック制御装置、状態フィードバックコントローラ、および状態フィードバック制御方法に関する。本発明は、例えば減衰力を制御することによって、車両のサスペンション装置の振動を抑制制御する減衰力制御装置に適用される。
【背景技術】
【０００２】
制御対象を状態フィードバック制御する状態フィードバック制御装置が実用化されている。例えば、車両のサスペンション装置の減衰力制御に状態フィードバック制御がよく用いられる。
車両のサスペンション装置の減衰力制御には、非線形Ｈ∞状態フィードバック制御が用いられることもある。特開２０００−１４８２０８号公報は、可変減衰型のサスペンション装置を含む振動系（制御対象）の状態空間モデルにより表されたシステムに非線形Ｈ∞制御理論を適用して設計した状態フィードバックコントローラにより算出される制御入力に基づいて、減衰力の可変分を表す可変減衰係数を得る減衰力制御装置を開示している。
【発明の開示】
【０００３】
制御対象を状態フィードバック制御する場合、その前提条件として、システムが可制御であることが要求される。つまり、システムを表す状態空間モデル（状態空間表現ともいう）の可制御行列がフルランクであることが要求される。しかし、可制御になるようにシステムを設計することができない場合もあり得る。特に、制御対象の状態空間モデル設計の基礎となる運動方程式の個数が、状態フィードバックコントローラにより算出される制御入力の個数未満である場合には、その状態空間モデルにより表されるシステムが不可制御となる。
例えば、車両の２輪モデルが制御対象とされ、この制御対象から得られるバネ上部材の上下方向の運動方程式を基礎として、制御対象の状態空間モデルを設計する場合を想定する。この場合、モデル設計の基礎となる運動方程式の個数は１個（バネ上部材の上下運動方程式のみ）である。これに対し、状態フィードバックコントローラにより算出される制御入力が左右のサスペンション装置に用いられるダンパの可変減衰係数である場合、制御入力の個数は２個となる。運動方程式の個数が制御入力の個数未満となるので、設計した状態空間モデルにより表されるシステムは不可制御になる。
また、車両の４輪モデルが制御対象とされ、この制御対象から得られるバネ上部材のヒーブ運動（上下運動）、ピッチ運動、ロール運動に関する運動方程式を基礎として、制御対象の状態空間モデルを設計する場合を想定する。この場合、モデル設計の基礎となる運動方程式の個数は３個（バネ上部材のヒーブ運動方程式、ピッチ運動方程式、ロール運動方程式）である。これに対し、制御入力がバネ上部材の前方左右および後方左右にそれぞれ取付けられたサスペンション装置に用いられるダンパの可変減衰係数である場合、制御入力の個数は４個となる。この場合も、運動方程式の個数が制御入力の個数未満となるために不可制御となる。
システムが不可制御である場合、制御入力により状態量を制御することができないので、状態フィードバック制御することができない。この場合には、状態空間モデルを再検討し、システムが可制御になるようにモデルを作り変えることが従来から行われていた。しかし、モデルを作り変える場合には、新たなパラメータの同定を必要としたり、また作り変えたモデルが複雑化したりする。このためモデルの再設計に多大な時間を要してしまうという問題がある。また、モデルに擬似的な誤差を組み込むことにより可制御性を得る方法も考えられる。この方法によれば、モデルに誤差を組み込むだけであるので比較的短時間でモデルを設計することができる。しかし、従来ではモデルの入出力側（例えば入力行列や出力行列）に誤差が組み込まれるため、誤差が出力に及ぼす影響が大きいという問題があった。また、従来では、モデルの複数箇所に誤差が組み込まれるので、誤差の積み上げにより誤差成分が大きくなり、設計したモデルと実際の制御対象のモデルとの乖離が大きくなる。このため精度の高い状態フィードバック制御を行うことができなかった。
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、状態空間モデルにより表されるシステムが不可制御であるときであっても、簡単なモデル修正により制御対象を精度良く状態フィードバック制御することができる状態フィードバック制御装置および状態フィードバック制御方法、およびそのような状態フィードバック制御装置および方法に用いられる状態フィードバックコントローラを提供することにある。
本発明の特徴は、制御対象を状態フィードバック制御する状態フィードバック制御装置において、不可制御なシステムを表す制御対象の状態空間モデルの状態
2010095272.tif 000003
た修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出する状態フィードバックコントローラと、状態フィードバックコントローラにより算出される制御入力に基づいて制御対象を制御する制御手段とを備える状態フィードバック制御装置とすることにある。
上記発明によれば、制御対象は、修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態フィードバックコントローラが算出する制御入力に基づいて制御される。修正状態空間モデルは、不可制御なシステムを表すモデルとして設計された制御
2010095272.tif 000004
システムを表すモデルとなるように設計される。この修正状態空間モデルにおい
2010095272.tif 000005
によって、修正状態空間モデルの可制御行列のランク落ちが防止される。これにより修正状態空間モデルにより表されるシステムが可制御になる。
このように、本発明によれば、制御対象の状態空間モデルが不可制御なシステ
2010095272.tif 000006
テムが可制御となるように修正された修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態フィードバックコントローラにより算出される制御入力に基づいて、制御対象を状態フィードバック制御することができる。また、修正状態空間モデル
2010095272.tif 000007
構造は制御対象の状態空間モデルと同一である。よって、モデルの再設計に要す
2010095272.tif 000008
の積み上げが発生しない。よって、修正状態空間モデルと実際の制御対象の状態空間モデルとの乖離が少なくなり、精度の高い状態フィードバック制御を行うことができる。また、誤差検討箇所が１箇所であるのため、誤差検討に要する時間も短縮できる。これらのことから、本発明によれば、状態空間モデルが不可制御なシステムを表す場合でも、簡単なモデル修正により制御対象を精度良く状態フィードバック制御することができるのである。
2010095272.tif 000009
が可制御になるのであれば、正の誤差成分を持つ行列でもよく、負の誤差成分を
2010095272.tif 000010
ンクの計算に影響する成分が変化するよう設計されているのがよい。この場合、
2010095272.tif 000011
がよい。これによれば、可制御行列の各行の成分が同一成分であることによるランク落ちが防止される。
本発明は、制御対象の運動方程式の個数が、状態フィードバックコントローラにより算出される制御入力の個数よりも少ない場合に適用できる。例えば、状態フィードバックにより車両のサスペンション装置の減衰力を制御することによってサスペンション装置の振動を制御するにあたり、一つの運動方程式に基づいて、右側のサスペンション装置の減衰力と左側のサスペンション装置の減衰力を同時に制御する際に適用できる。また、バネ上部材のヒーブ運動方程式、ピッチ運動方程式、ロール運動方程式に基づいて、バネ上部材の前方左右および後方左右に取付けられた４個のサスペンション装置の減衰力を同時に制御する際にも適用できる。
本発明において、状態フィードバックコントローラは、修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントにＨ∞状態フィードバック制御を適用することにより制御入力を算出するものであるとよい。この場合、線形Ｈ∞状態フィードバック制御であってもよく、また非線形Ｈ∞状態フィードバック制御であってもよい。これによれば、一般化プラントのＨ∞ノルム‖Ｇ‖∞（非線形Ｈ∞制御の場合はシステムの外乱ｗから出力ｚまでのＬ２ゲイン）が所定の正定数γ未満となるように設計された状態フィードバックコントローラ（Ｈ∞状態フィードバックコントローラ）により算出された制御入力に基づいて制御対象が状態フィードバック制御されるので、外乱抑圧性およびロバスト安定性が向上する。
2010095272.tif 000012
た、非零成分（０以外の成分）の値（すなわち誤差成分）が大きい場合は、小さ
2010095272.tif 000013
モデルにより表されるシステムが実質的に不可制御となる。したがって、誤差行
2010095272.tif 000014
の大きさは、状態行列の非零成分の大きさの１／１０〜１／１００とするのがよ
2010095272.tif 000015
御性を得ることができるとともに、システムが誤差の影響を受ける度合いが十分
2010095272.tif 000016
が零となることを防止できる。この加算成分は修正状態空間モデルの可制御行列の成分計算に用いられるため、加算成分が零にならないことで、上記可制御行列がランク落ちし難くなるといった効果も奏する。
2010095272.tif 000017
影響しない成分は、零成分であるのがよい。これによれば、修正状態空間モデルの可制御行列のランク計算に不必要な成分を０にすることにより、システムに及
2010095272.tif 000018
制御対象の状態空間モデルとの乖離がより小さくなる。
また、制御対象は、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に介装されたダンパおよびバネを備えるサスペンション装置を含み、制御手段はサスペンション装置の振動を減衰するための減衰力を制御するものであるのがよい。これによれば、サスペンション装置の減衰力を制御することによってサスペンション装置の振動が抑制される。よって、車両の乗り心地が向上する。
また、本発明の他の特徴は、状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいてシステムの制御入力を算出する状態フィードバックコントローラにお
2010095272.tif 000019
することにより可制御なシステムを表すように修正された修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出する状態フィードバックコントローラとしたことにある。この場合、状態フィードバックコントローラは、修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントにＨ∞状態フィードバック制御を適用することにより制御入
2010095272.tif 000020
態行列の非零成分の大きさの１／１０〜１／１００であるのがよい。また、誤差
2010095272.tif 000021
分は零成分であるのがよい。このような状態フィードバックコントローラの発明においても、上記した状態フィードバック制御装置の発明と同様の作用効果を奏する。
また、本発明の他の特徴は、制御対象を状態フィードバック制御する状態フィードバック制御方法であって、不可制御なシステムを表す制御対象の状態空間モ
2010095272.tif 000022
に修正された修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出する制御入力算出ステップと、制御入力算出ステップにより算出された制御入力に基づいて制御対象を制御する制御ステップと、を含む、状態フィードバック制御方法とすることにある。この場合、制御入力算出ステップは、修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントにＨ∞状態フィードバック制御を適用することにより制御入力を算出するものであるのがよい。このような方法の発明においても、上記した状態フィードバック制御装置の発明と同様の作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、ある制御対象の状態空間モデルにより表されるシステムのブロック線図である。
2010095272.tif 000023
表されるシステムのブロック線図である。
図３は、図２の修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態フィードバックループを示すブロック線図である。
図４は、本実施形態に係る車両のサスペンション制御装置の全体概略図である。
図５は、マイクロコンピュータの非線形Ｈ∞コントローラが実行する可変減衰係数算出処理の流れを示すフローチャートである。
図６は、マイクロコンピュータの要求減衰力計算部が実行する要求減衰力計算処理の流れを示すフローチャートである。
図７は、マイクロコンピュータの要求段数決定部が実行する要求段数決定処理の流れを示すフローチャートである。
図８は、一般化プラントＧの状態量をフィードバックした閉ループシステムＳのブロック線図である。
図９は、本実施形態に係るサスペンション装置の運動を車両の２輪モデルとして表す図である。
図１０は、本実施形態に係る２輪モデルを制御対象とした場合における、制御対象の状態空間モデルにより表されるシステムのブロック線図である。
図１１は、本実施形態に係る修正状態空間モデルにより表されるシステムのブロック線図である。
図１２は、修正状態空間モデルに基づいて設計された一般化プラントを状態フィードバックした閉ループシステムのブロック線図である。
図１３は、本実施形態に係る他の修正状態空間モデルにより表されるシステムのブロック線図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の実施形態について、説明する。
制御対象の状態空間モデル（状態空間表現）は、制御入力ｕ、出力ｚ、状態量ｘによって、例えば下記式（ｅｑ．１）のように記述される。
2010095272.tif 000024
なお、式（ｅｑ．１）は、線形時不変系のモデルを示している。
上記式（ｅｑ．１）において、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは状態空間モデルのシステム係数行列であり、行列Ａは状態行列（あるいはシステム行列）、行列Ｂは入力行列、行列Ｃは出力行列、行列Ｄは直達行列と呼ばれる。
図１は、式（ｅｑ．１）のように示される状態空間モデルにより表されるシステムのブロック線図である。図において、Ｉ／ｓとして表されるブロックは時間積分を示し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより表されるブロックは各システム係数行列を示している。
状態空間モデルにより表されるシステムが可制御であるためには、状態空間モデルの可制御行列Ｕｃ（ｎ×ｎｍ）がフルランク（ｒａｎｋＵｃ＝ｎ）であることが必要十分条件である。この可制御行列Ｕｃは、下記式（ｅｑ．２）のように表される。
2010095272.tif 000025
ここで、状態行列Ａおよび入力行列Ｂが例えば下記式（ｅｑ．３）のように表されるものとする。
2010095272.tif 000026
すると、可制御行列Ｕｃは、下記式（ｅｑ．４）のように表される。
2010095272.tif 000027
式（ｅｑ．４）により表される可制御行列Ｕｃのランクは１（ｒａｎｋＵｃ＝１）である。フルランクは２（Ｆｕｌｌ  Ｒａｎｋ＝２）であるので、可制御行列Ｕｃはフルランクでないことがわかる。したがって、状態空間モデルの状態行列Ａおよび入力行列Ｂが上記式（ｅｑ．３）によって表される場合、その状態空間モデルにより表されるシステムは不可制御であることがわかる。
2010095272.tif 000028
を加算することにより、状態空間モデルを修正した修正状態空間モデルである。
2010095272.tif 000029
列と呼ぶ。図２は、修正状態空間モデルにより表されるシステムのブロック線図
2010095272.tif 000030
修正状態空間モデルに組み込まれている。
2010095272.tif 000031
状態行列Ａおよび入力行列Ｂが上記式（ｅｑ．３）のように表されるものとすると、
2010095272.tif 000032
を用いて下記式（ｅｑ．７）のように表される。
2010095272.tif 000033
Ｕｃ＊のランクは２（ｒａｎｋＵｃ＊＝２）となる。つまり可制御行列Ｕｃ＊はフルランクになり、修正状態空間モデルにより表されるシステムが可制御になる。このように、状態
2010095272.tif 000034
御性が回復する。
図３は、修正状態空間モデルにより表される可制御なシステムの状態フィードバックループを示すブロック線図である。この閉ループシステムからわかるように、状態フィードバックコントローラＫは、修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態量ｘに基づいて、システムの制御入力ｕを算出する。算出される制御入力ｕによって、制御対象が状態フィードバック制御される。
2010095272.tif 000035
2010095272.tif 000036
が非零であっても可制御行列Ｕｃ＊の第１行成分が全て０となるためランクが１（ｒａｎｋＵｃ＊＝１）となる。この場合はシステムが不可制御になる。よって、誤差行列
2010095272.tif 000037
に、すなわち修正状態空間モデルの可制御行列Ｕｃ＊がフルランクとなるように設定される必要がある。
2010095272.tif 000038
状態行列Ａの成分の絶対値と同程度である場合には、修正状態空間モデルの可制御行列Ｕｃ＊のランク落ちが発生して、可制御行列Ｕｃ＊がフルランクにならない可能性があるからである。例えば、状態行列Ａおよび入力行列Ｂが下記式（ｅｑ．８）
2010095272.tif 000039
Ｕｃ＊は下記式（ｅｑ．９）のように表される。
2010095272.tif 000040
ここで、ａ１１，ａ１２，ａ２１，ａ２２≠０
2010095272.tif 000041
制御行列Ｕｃ＊のランク落ちが発生する。このため可制御行列Ｕｃ＊はフルランクにならない。
2010095272.tif 000042
の単位で異なっていれば、両行列の加算成分により表される可制御行列Ｕｃ＊の成分が、加算による相殺で０となることはない。このため上の例で示されたような、可制御行列Ｕｃ＊が成分に０を多く含むことによるランク落ちが防止される。
2010095272.tif 000043
行列に近似されるために、システムに実質的な可制御性を与えることができない。
2010095272.tif 000044
大きさであれば、修正状態空間モデルにより表されるシステムの可制御性を損な
2010095272.tif 000045
れる。
以下、本発明を車両のサスペンション装置の減衰力制御に適用した実施形態を説明する。
［サスペンション制御装置の構成］
図４は、車両のサスペンション制御装置の全体概略図である。このサスペンション制御装置１は、右側サスペンション装置ＳＰＲ、左側サスペンション装置ＳＰＬおよび電気制御装置ＥＬを備える。右側サスペンション装置ＳＰＲは車両の右輪側に取付けられているサスペンション装置であり、左側サスペンション装置ＳＰＬは車両の左輪側に取付けられているサスペンション装置である。右側サスペンション装置ＳＰＲと左側サスペンション装置ＳＰＬの構造は同一である。以下の説明において、両側のサスペンション装置の構成を一括して説明する場合には、各構成の左右を表す用語を省略する。
サスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬは、サスペンションスプリング１０Ｒ，１０Ｌおよびダンパ２０Ｒ，２０Ｌを備える。サスペンションスプリング１０Ｒ，１０Ｌおよびダンパ２０Ｒ，２０Ｌは、車両のバネ上部材ＨＡとバネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬとの間に介装され、一端（下端）がバネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬに接続され、他端（上端）がバネ上部材ＨＡに接続されている。サスペンションスプリング１０Ｒ，１０Ｌはバネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬとバネ上部材ＨＡとの間の相対振動を吸収（緩衝）する。ダンパ２０Ｒ，２０Ｌはサスペンションスプリング１０Ｒ，１０Ｌと並行に配置されており、バネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬに対するバネ上部材ＨＡの振動に抵抗を与えることによって、上記振動を減衰する。なお、車輪に連結されたナックルや、一端がナックルに連結されたロアアーム等がバネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬに相当する。バネ上部材ＨＡは、サスペンションスプリング１０Ｒ，１０Ｌおよびダンパ２０Ｒ，２０Ｌに支持される部材であり、車体もバネ上部材ＨＡに含まれる。
ダンパ２０Ｒ，２０Ｌは、シリンダ２１Ｒ，２１Ｌと、ピストン２２Ｒ，２２Ｌと、ピストンロッド２３Ｒ，２３Ｌを備える。シリンダ２１Ｒ，２１Ｌは内部にオイルなどの粘性流体が封入された中空の部材である。シリンダ２１Ｒ，２１Ｌはその下端にてバネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬであるロアアームに連結されている。ピストン２２Ｒ，２２Ｌはシリンダ２１Ｒ，２１Ｌ内に配設されている。ピストン２２Ｒ，２２Ｌは、シリンダ２１Ｒ，２１Ｌの内部を軸方向に移動可能である。ピストンロッド２３Ｒ，２３Ｌは棒状の部材である。ピストンロッド２３Ｒ，２３Ｌは、その一端にてピストン２２Ｒ，２２Ｌに接続され、その接続端からシリンダ２１Ｒ，２１Ｌの軸方向上方に延設されてシリンダ２１Ｒ，２１Ｌの上端から外部に突き出ている。そして、他端にてバネ上部材ＨＡである車体に連結している。
図に示されるように、シリンダ２１Ｒ，２１Ｌの内部に配設されたピストン２２Ｒ，２２Ｌによって、シリンダ２１Ｒ，２１Ｌ内に上部室Ｒ１Ｒ，Ｒ１Ｌと下部室Ｒ２Ｒ，Ｒ２Ｌが区画形成されている。また、ピストン２２Ｒ，２２Ｌには連通路２４Ｒ，２４Ｌが形成されている。連通路２４Ｒ，２４Ｌは、上部室Ｒ１Ｒ，Ｒ１Ｌと下部室Ｒ２Ｒ，Ｒ２Ｌとを連通する。
上記構造のダンパ２０Ｒ，２０Ｌにおいて、車両が路面凸部を乗り越えることなどによりバネ上部材ＨＡがバネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬに対して上下に振動した場合に、ピストンロッド２３Ｒ，２３Ｌを介してバネ上部材ＨＡに連結したピストン２２Ｒ，２２Ｌがバネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬに連結したシリンダ２１Ｒ，２１Ｌ内を軸方向に相対変位する。この相対変位に伴い連通路２４Ｒ，２４Ｌ内を粘性流体が流通する。この流通時に発生する抵抗力が上下振動に対する減衰力である。これにより、バネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬに対するバネ上部材ＨＡの振動が減衰する。なお、減衰力の大きさは、シリンダ２１Ｒ，２１Ｌに対するピストン２２Ｒ，２２Ｌの振動速度（この速度は後述するバネ上−バネ下相対速度である）が大きくなる程大きくなる。
また、サスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬには、可変絞り機構３０Ｒ，３０Ｌが取付けられている。可変絞り機構３０Ｒ，３０Ｌは、バルブ３１Ｒ，３１Ｌおよびアクチュエータ３２Ｒ，３２Ｌを有する。バルブ３１Ｒ，３１Ｌは連通路２４Ｒ，２４Ｌに設けられている。バルブ３１Ｒ，３１Ｌが作動することにより、連通路２４Ｒ，２４Ｌの少なくとも一部の流路断面積の大きさや連通路２４Ｒ，２４Ｌの接続本数が変化する。すなわちバルブ３１Ｒ，３１Ｌの作動によって連通路２４Ｒ，２４Ｌの開度ＯＰが変化する。バルブ３１Ｒ，３１Ｌは、例えば連通路２４Ｒ，２４Ｌ内に組み込まれたロータリーバルブにより構成される。ロータリーバルブの回転角の変化により連通路２４Ｒ，２４Ｌの接続本数や流路断面積を変更させることで、開度ＯＰが変化する。アクチュエータ３２Ｒ，３２Ｌはバルブ３１Ｒ，３１Ｌに接続されている。このアクチュエータ３２Ｒ，３２Ｌの作動に連動してバルブ３１Ｒ，３１Ｌも作動する。アクチュエータ３２Ｒ，３２Ｌは、例えばバルブ３１Ｒ，３１Ｌが上記のようにロータリーバルブである場合に、このロータリーバルブを回転させるためのモータにより構成することができる。
アクチュエータ３２Ｒ，３２Ｌの作動に連動したバルブ３１Ｒ，３１Ｌの作動によって開度ＯＰが変化した場合、連通路２４Ｒ，２４Ｌ内を粘性流体が流通するときの抵抗の大きさも変化する。この抵抗力は上述したように振動に対する減衰力である。したがって、開度ＯＰが変化すれば、ダンパ２０Ｒ，２０Ｌの減衰力特性も変化する。なお、減衰力特性は、シリンダ２１Ｒ，２１Ｌに対するピストン２２Ｒ，２２Ｌの速度（すなわちバネ上−バネ下相対速度）に対する減衰力の大きさの変化特性であり、減衰力が速度に比例する場合はこの減衰力特性は減衰係数により表される。
また、本実施形態においては、開度ＯＰは段階的に設定される。このため開度ＯＰの変更に伴いダンパ２０Ｒ，２０Ｌの減衰力特性も段階的に変更される。減衰力特性は、設定される開度ＯＰの設定段数により表される。すなわち各減衰力特性は、開度ＯＰの設定段数に習って、１段、２段、・・・、というように段数表示される。この場合、例えば段数を表す数字が大きくなるほど減衰力が大きくなるように、減衰力特性を表す各段数を設定することができる。減衰力特性を表す設定段数は、上述のように可変絞り機構３０Ｒ，３０Ｌの作動により変更することができる。
次に、電気制御装置ＥＬについて説明する。電気制御装置ＥＬは、バネ上加速度センサ４１と、右側バネ下加速度センサ４２Ｒと、左側バネ下加速度センサ４２Ｌと、右側ストロークセンサ４３Ｒと、左側ストロークセンサ４３Ｌと、マイクロコンピュータ５０を備える。
バネ上加速度センサ４１は車体に取付けられていて、絶対空間に対するバネ上部材ＨＡの上下方向の加速度であるバネ上加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２を検出し、検出したバネ上加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２に応じた信号を出力する。右側バネ下加速度センサ４２Ｒは右側バネ下部材ＬＡＲに取付けられ、絶対空間に対する右側バネ下部材ＬＡＲの上下方向の加速度である右側バネ下加速度ｄ２ｒＲ／ｄｔ２を検出し、検出した右側バネ下加速度ｄ２ｒＲ／ｄｔ２に応じた信号を出力する。左側バネ下加速度センサ４２Ｌは左側バネ下部材ＬＡＬに取付けられ、絶対空間に対する左側バネ下部材ＬＡＬの上下方向の加速度である左側バネ下加速度ｄ２ｒＬ／ｄｔ２を検出し、検出した左側バネ下加速度ｄ２ｒＬ／ｄｔ２に応じた信号を出力する。
右側ストロークセンサ４３Ｒは、バネ上部材ＨＡと右側バネ下部材ＬＡＲとの間に取付けられ、バネ上部材ＨＡの基準位置から上下方向の変位量であるバネ上変位量ｙと右側バネ下部材ＬＡＲの基準位置から上下方向の変位量である右側バネ下変位量ｒＲの差であるバネ上−右側バネ下相対変位量ｒＲ−ｙを検出し、検出したバネ上−右側バネ下相対変位量ｒＲ−ｙに応じた信号を出力する。なお、この変位量は、右側ダンパ２０Ｒにおける右側ピストン２２Ｒの右側シリンダ２１Ｒに対する変位量（ストローク量）に等しい。左側ストロークセンサ４３Ｌは、バネ上部材ＨＡと左側バネ下部材ＬＡＬとの間に取付けられ、バネ上変位量ｙと、左側バネ下部材ＬＡＬの基準位置から上下方向の変位量である左側バネ下変位量ｒＬとの差であるバネ上−左側バネ下相対変位量ｒＬ−ｙを検出し、検出したバネ上−左側バネ下相対変位量ｒＬ−ｙに応じた信号を出力する。なお、この変位量は、左側ダンパ２０Ｌにおける左側ピストン２２Ｌの左側シリンダ２１Ｌに対する変位量（ストローク量）に等しい。
バネ上加速度センサ４１およびバネ下加速度センサ４２Ｒ，４２Ｌは、上方向に向かう加速度を正の加速度として検出し、下方向に向かう加速度を負の加速度として検出する。また、ストロークセンサ４３Ｒ，４３Ｌは、正のバネ上変位量がバネ上部材ＨＡの基準位置から上方向への変位量、負のバネ上変位量がバネ上部材ＨＡの基準位置から下方向への変位量であり、正のバネ下変位量がバネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬの基準位置から上方向への変位量、負のバネ下変位量がバネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬの基準位置から下方向への変位量である場合における、相対変位量を検出する。
マイクロコンピュータ５０は、バネ上加速度センサ４１、バネ下加速度センサ４２Ｒ，４２Ｌ、ストロークセンサ４３Ｒ，４３Ｌに電気的に接続されている。マイクロコンピュータ５０は、各センサから出力された信号に基づいて、右側ダンパ２０Ｒの減衰力特性の制御目標段数を表す右側要求段数ＤｒｅｑＲおよび、左側ダンパ２０Ｌの減衰力特性の制御目標段数を表す左側要求段数ＤｒｅｑＬを決定する。そして、決定した右側要求段数ＤｒｅｑＲに応じた指令信号を右側アクチュエータ３２Ｒに、決定した左側要求段数ＤｒｅｑＬに応じた指令信号を左側アクチュエータ３２Ｌにそれぞれ出力する。両アクチュエータ３２Ｒ，３２Ｌは上記指令信号に基づいて作動する。これにより右側バルブ３１Ｒおよび左側バルブ３１Ｌが作動する。このようにマイクロコンピュータ５０が右側可変絞り機構３０Ｒおよび左側可変絞り機構３０Ｌを制御することにより、右側ダンパ２０Ｒおよび左側ダンパ２０Ｌの減衰力特性が可変制御される。これにより、右側サスペンション装置ＳＰＲおよび左側サスペンション装置ＳＰＬの減衰力が同時に制御される。
また、マイクロコンピュータ５０は、図１からわかるように非線形Ｈ∞コントローラ５１、要求減衰力計算部５２および要求段数決定部５３を備える。非線形Ｈ∞コントローラ５１は、各センサ４１，４２Ｒ，４２Ｌ，４３Ｒ，４３Ｌから信号を入力し、非線形Ｈ∞制御理論に基づいて、制御入力ｕとしての右側可変減衰係数ＣｖＲおよび左側可変減衰係数ＣｖＬを算出する。右側可変減衰係数ＣｖＲは、右側サスペンション装置ＳＰＲが発生すべき減衰力のうち、制御により変動する可変分の減衰力（右側可変減衰力）の、振動速度（後述するバネ上−右側バネ下相対速度）に対する係数である。左側可変減衰係数ＣｖＬは、左側サスペンション装置ＳＰＬが発生すべき減衰力のうち、制御により変動する可変分の減衰力（左側可変減衰力）の、振動速度（後述するバネ上−左側バネ下相対速度）に対する係数である。要求減衰力計算部５２は可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬを入力し、入力した可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬに基づいて、右側サスペンション装置ＳＰＲが発生すべき目標減衰力である右側要求減衰力ＦｒｅｑＲおよび、左側サスペンション装置ＳＰＬが発生すべき目標減衰力である左側要求減衰力ＦｒｅｑＬを計算する。そして、計算した両要求減衰力ＦｒｅｑＲ，ＦｒｅｑＬを出力する。要求段数決定部５３は要求減衰力ＦｒｅｑＲ，ＦｒｅｑＬを入力し、入力した要求減衰力ＦｒｅｑＲ，ＦｒｅｑＬに基づいて、減衰力特性の制御目標段数である右側要求段数ＤｒｅｑＲおよび左側要求段数ＤｒｅｑＬを決定する。そして、決定した両要求段数ＤｒｅｑＲ，ＤｒｅｑＬに対応する信号を指示信号として右側アクチュエータ３２Ｒおよび左側アクチュエータ３２Ｌに出力する。
［サスペンション装置の減衰力制御］
上記のように構成されたサスペンション制御装置１において、例えばバネ上加速度センサ４１の検出値が所定の閾値を越えた場合（すなわちサスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬの振動抑制制御が必要となる場合）、マイクロコンピュータ５０の非線形Ｈ∞コントローラ５１は可変減衰係数算出処理を、要求減衰力計算部５２は要求減衰力計算処理を、要求段数決定部５３は要求段数決定処理を、それぞれ所定の短時間ごとに繰り返し実行する。
非線形Ｈ∞コントローラ５１は、図５のフローチャートに示される可変減衰係数算出処理を実行することによって、制御入力ｕとしての可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬを算出する。図５にしたがってこの処理を説明すると、非線形Ｈ∞コントローラ５１は、図５のステップ１００（以下、ステップ番号をＳと略記する）にてこの処理を開始し、次のＳ１０２にてバネ上加速度センサ４１からバネ上加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２を、右側バネ下加速度センサ４２Ｒから右側バネ下加速度ｄ２ｒＲ／ｄｔ２を、左側バネ下加速度センサ４２Ｌから左側バネ下加速度ｄ２ｒＬ／ｄｔ２を、右側ストロークセンサ４３Ｒからバネ上−右側バネ下相対変位量ｒＲ−ｙを、左側ストロークセンサ４３Ｌからバネ上−左側バネ下相対変位量ｒＬ−ｙを入力する。次に、Ｓ１０４にて、入力したバネ上加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２およびバネ下加速度ｄ２ｒＲ／ｄｔ２，ｄ２ｒＬ／ｄｔ２をそれぞれ時間積分して、バネ上部材ＨＡの上下方向の変位速度であるバネ上速度ｄｙ／ｄｔ、右側バネ下部材ＬＡＲの上下方向の変位速度である右側バネ下速度ｄｒＲ／ｄｔ、左側バネ下部材ＬＡＬの上下方向の変位速度である左側バネ下速度ｄｒＬ／ｄｔを計算する。さらに、入力したバネ上−右側バネ下相対変位量ｒＲ−ｙを時間微分してバネ上速度ｄｙ／ｄｔと右側バネ下速度ｄｒＲ／ｄｔとの差であるバネ上−右側バネ下相対速度ｄｒＲ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔを、入力したバネ上−左側バネ下相対変位量ｒＬ−ｙを時間微分してバネ上速度ｄｙ／ｄｔと左側バネ下速度ｄｒＬ／ｄｔとの差であるバネ上−左側バネ下相対速度ｄｒＬ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔを計算する。バネ上速度ｄｙ／ｄｔおよびバネ下速度ｄｒＲ／ｄｔ，ｄｒＬ／ｄｔは、上方向に向かう速度であるときに正の速度として計算され、下方向に向かう速度であるときに負の速度として計算される。また、バネ上−バネ下相対速度ｄｒＲ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔ，ｄｒＬ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔは、バネ上部材ＨＡとバネ下部材ＬＡＲ，ＬＡＬとの間隔を狭める方向に向かう速度、つまりダンパ２０Ｒ，２０Ｌが圧縮する側に向かう速度であるときに正の速度として計算され、上記間隔を広げる方向に向かう速度、つまりダンパ２０Ｒ，２０Ｌが伸びる側に向かう速度であるときに負の速度として計算される。なお、バネ上−バネ下相対速度ｄｒＲ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔ，ｄｒＬ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔは、外部入力によるサスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬの振動速度を表し、この速度は上述したピストン２２Ｒ，２２Ｌのシリンダ２１Ｒ，２１Ｌに対する速度に等しい。
次いで、非線形Ｈ∞コントローラ５１は、Ｓ１０６にて、非線形Ｈ∞制御理論に基づいて右側可変減衰係数ＣｖＲおよび左側可変減衰係数ＣｖＬを計算する。可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬは、制御により変動する可変分の減衰係数を表す。この場合、詳細は後述するが、非線形Ｈ∞コントローラ５１は、可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬを制御入力ｕとした修正状態空間モデルを用いて表されたシステム（一般化プラント）のＬ２ゲイン（外乱ｗから評価出力ｚまでのＬ２ゲイン）が正定数γ未満となるように、制御入力ｕすなわち可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬを計算する。Ｓ１０６にて可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬを計算した後は、Ｓ１０８にて可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬを出力する。その後、Ｓ１１０に進んでこの処理を終了する。非線形Ｈ∞コントローラ５１は、本発明の状態フィードバックコントローラに相当する機能を有する。また、図５に示される可変減衰係数算出処理を実行するステップは、本発明の制御入力算出ステップに相当する。
図６は、要求減衰力計算部５２が実行する要求減衰力計算処理の流れを示すフローチャートである。要求減衰力計算部５２はこの処理を図６のＳ２００にて開始し、次のＳ２０２にて、可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬを入力する。次いで、Ｓ２０４にて右側要求減衰係数ＣｒｅｑＲおよび左側要求減衰係数ＣｒｅｑＬを計算する。右側要求減衰係数ＣｒｅｑＲは、右側可変減衰係数ＣｖＲに予め設定されている右側線形減衰係数ＣｓＲを加算することにより求められる。左側要求減衰係数ＣｒｅｑＬは、左側可変減衰係数ＣｖＬに予め設定されている左側線形減衰係数ＣｓＬを加算することにより求められる。線形減衰係数ＣｓＲ，ＣｓＬは、制御によっては変動しない固定分（線形分）の減衰係数を表す。続いて要求減衰力計算部５２は、Ｓ２０６にて右側要求減衰力ＦｒｅｑＲおよび左側要求減衰力ＦｒｅｑＬを計算する。右側要求減衰力ＦｒｅｑＲは、右側要求減衰係数ＣｒｅｑＲにバネ上−右側バネ下相対速度ｄｒＲ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔを乗ずることにより求められる。左側要求減衰力ＦｒｅｑＬは、左側要求減衰係数ＣｒｅｑＬにバネ上−左側バネ下相対速度ｄｒＬ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔを乗ずることにより求められる。次いで、要求減衰力計算部５２はＳ２０８に進み、要求減衰力ＦｒｅｑＲ，ＦｒｅｑＬを出力する。その後Ｓ２１０に進んでこの処理を終了する。
図７は、要求段数決定部５３が実行する要求段数決定処理の流れを示すフローチャートである。要求段数決定部５３はこの処理を図７のＳ３００にて開始し、次のＳ３０２にて要求減衰力ＦｒｅｑＲ，ＦｒｅｑＬを入力する。次いで、Ｓ３０４にて右側要求段数ＤｒｅｑＲおよび左側要求段数ＤｒｅｑＬを決定する。なお、マイクロコンピュータ５０は、複数のバネ上−右側バネ下相対速度ｄｒＲ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔに対して右側ダンパ２０Ｒが発生し得る減衰力を、右側ダンパ２０Ｒの減衰力特性を表す段数ごとに記憶した右側減衰力特性テーブルと、複数のバネ上−左側バネ下相対速度ｄｒＬ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔに対して左側ダンパ２０Ｌが発生し得る減衰力を、左側ダンパ２０Ｌの減衰力特性を表す段数ごとに記憶した左側減衰力特性テーブルとを有している。そして、Ｓ３０４において、要求段数決定部５３は、右側減衰力特性テーブルを参照して右側要求段数ＤｒｅｑＲを、左側減衰力特性テーブルを参照して左側要求段数ＤｒｅｑＬを、それぞれ決定する。具体的には、要求段数決定部５３は、Ｓ３０４にて、右側減衰力特性テーブルに記憶されている減衰力の中から、バネ上−右側バネ下相対速度ｄｒＲ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔに対応する減衰力を段数ごとに選択する。さらに、段数ごとに選択した減衰力の中から、右側要求減衰力ＦｒｅｑＲに最も近い減衰力を最終的に選び出す。そして、最終的に選び出した減衰力に対応する段数を右側要求段数ＤｒｅｑＲとして決定する。また、要求段数決定部５３は、左側減衰力特性テーブルに記憶されている減衰力の中から、バネ上−左側バネ下相対速度ｄｒＬ／ｄｔ−ｄｙ／ｄｔに対応する減衰力を段数ごとに選択する。さらに、段数ごとに選択した減衰力の中から、左側要求減衰力ＦｒｅｑＬに最も近い減衰力を最終的に選び出す。そして、最終的に選び出した減衰力に対応する段数を左側要求段数ＤｒｅｑＬとして決定する。
Ｓ３０４にて要求段数ＤｒｅｑＲ，ＤｒｅｑＬを決定した後は、要求段数決定部５３はＳ３０６に進み、要求段数ＤｒｅｑＲ，ＤｒｅｑＬに応じた指令信号をアクチュエータ３２Ｒ，３２Ｌに出力する。その後Ｓ３０８に進んでこの処理を終了する。指令信号を受けたアクチュエータ３２Ｒ，３２Ｌは、その指令信号に基づいて作動する。これによりバルブ３１Ｒ，３１Ｌが作動し、ダンパ２０Ｒ，２０Ｌの減衰力特性を表す段数が要求段数ＤｒｅｑＲ，ＤｒｅｑＬとなるように、可変絞り機構３０Ｒ，３０Ｌが制御される。これによりサスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬの減衰力が同時に制御される。
以上の説明からわかるように、要求減衰力計算部５２および要求段数決定部５３は、状態フィードバックコントローラとしての非線形Ｈ∞コントローラ５１が算出した可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬに基づいて、サスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬの減衰力を制御する。この減衰力制御によって、サスペンション装置ＳＰＲおよびＳＰＬの振動が制御される。この要求減衰力計算部５２および要求段数決定部５３が本発明の制御手段に相当する。また、図６に示される要求減衰力計算処理および図７に示される要求段数決定処理の実行ステップが、本発明の制御ステップに相当する。また、非線形Ｈ∞コントローラ５１、要求減衰力計算部５２および要求段数決定部５３を備えるマイクロコンピュータ５０が、本発明の状態フィードバック制御装置に相当する。
［可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬの制御理論］
可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬ非線形Ｈ∞コントローラ５１により算出される。車両の乗り心地の善し悪しは、車両の走行状況に応じていかにして理想的な可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬを算出し、それに基づいて減衰力を制御するかにより決定付けられる。本実施形態においては、システムに非線形Ｈ∞状態フィードバック制御を適用することにより、可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬが制御入力ｕとして算出される。本実施形態における非線形Ｈ∞状態フィードバック制御を用いた可変減衰係数ＣｖＲ，ＣｖＬの算出手法について、以下にその概略を説明する。
１．非線形Ｈ∞状態フィードバック制御理論
まず、非線形Ｈ∞状態フィードバック制御理論について説明する。
１−１．双線形システム
図８は、一般化プラントＧの状態量ｘをフィードバックした閉ループシステムＳのブロック線図である。この閉ループシステムＳにおいて、外乱はｗ、評価出力はｚ、制御入力はｕ、状態量はｘにより表されている。一般化プラントＧの状態空間モデル（状態空間表現）は、外乱ｗ、評価出力ｚ、制御入力ｕおよび状態量ｘを用いて下記式（ｅｑ．１０）のように表すことができる。
2010095272.tif 000046
特に特殊なケースとして、状態空間モデルが下記式（ｅｑ．１１）に示す形式により表される場合、その状態空間モデルは双線形システムであるという。
2010095272.tif 000047
１−２．非線形Ｈ∞状態フィードバック制御問題
非線形Ｈ∞状態フィードバック制御問題、すなわち非線形Ｈ∞状態フィードバック制御における制御目的は、閉ループシステムＳの外乱ｗが評価出力ｚにできるだけ現れないように、システムの状態フィードバックコントローラＫを設計することである。この問題は、閉ループシステムＳの外乱ｗから評価出力ｚまでのＬ２ゲイン（‖Ｓ‖Ｌ２）がある与えられた正定数γ未満となるように、すなわち下記式（ｅｑ．１２）を満たすように、状態フィードバックコントローラＫ（＝ｕ＝Ｋ（ｘ））を設計することと等しい。
2010095272.tif 000048
１−３．非線形Ｈ∞状態フィードバック制御問題の解
非線形Ｈ∞状態フィードバック制御問題が可解であるための必要十分条件は、式（ｅｑ．１３）に示すハミルトンヤコビ偏微分不等式を満たす正定関数Ｖ（ｘ）および正定数εが存在することである。
2010095272.tif 000049
このとき状態フィードバックコントローラＫ（＝ｕ＝Ｋ（ｘ））の一つは下記式（ｅｑ．１４）により与えられる。
2010095272.tif 000050
ハミルトンヤコビ偏微分不等式を解くことはほぼ不可能といわれている。したがって、状態フィードバックコントローラＫを解析的に導くことはできない。しかし、状態空間モデルが双線形システムである場合には、下記式（ｅｑ．１５）に示すリカッチ不等式を満たす正定対称行列Ｐが存在すれば、非線形Ｈ∞状態フィードバック制御問題が近似的に可解であることが知られている。このリカッチ不等式は解くことができる。
2010095272.tif 000051
このとき状態フィードバックコントローラＫ（＝ｕ＝Ｋ（ｘ））の一つは下記式（ｅｑ．１６）により与えられる。
2010095272.tif 000052
式（ｅｑ．１５）および式（ｅｑ．１６）において、Ｃ１１は、評価出力に周波数重みＷｓを作用させた出力を表す出力方程式中の状態量ｘに掛る行列であり、Ｃ１２は、制御入力に周波数重みＷｕを作用させた出力を表す出力方程式中の状態量ｘに掛る行列である。Ｄ１２２は、制御入力に周波数重みＷｕを作用させた出力を表す出力方程式中の制御入力ｕに掛る行列である。また、ｍ（ｘ）は、周波数重みＷｓ，Ｗｕに掛けられる非線形重みの制約条件に影響する任意の正定スカラー値関数であり、非線形重みが重みとして作用しない場合には、ｍ（ｘ）＝０となる。
したがって、状態空間モデルが双線形システムである場合には、リカッチ不等式を解くことにより状態フィードバックコントローラＫを設計することができる。そして、設計した状態フィードバックコントローラＫにより算出される制御入力ｕにより制御対象を状態フィードバック制御することができる。
２．状態空間モデルの設計
２−１．サスペンション装置の運動方程式の導出
図９は、図４に示されたサスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬを車両の２輪モデルとして表した図であり、本例における制御対象となる振動系を示している。図において、Ｍはバネ上部材ＨＡの質量、ＫＲは右側サスペンションスプリング１０Ｒのバネ定数、ＫＬは左側サスペンションスプリング１０Ｌのバネ定数、ＣｓＲは右側ダンパ２０Ｒの線形減衰係数、ＣｓＬは左側ダンパ２０Ｌの線形減衰係数、ＣｖＲは右側ダンパ２０Ｒの可変減衰係数、ＣｖＬは左側ダンパ２０Ｌの可変減衰係数、ｙはバネ上部材ＨＡの上下変位量（バネ上変位量）、ｒＲは右側バネ下部材ＬＡＲの上下変位量（右側バネ下変位量）、ｒＬは左側バネ下部材ＬＡＬの上下変位量（左側バネ下変位量）である。
図９に示す２輪モデルにおいて、バネ上部材ＨＡの運動方程式は、下記式（ｅｑ．１７）により表される。
2010095272.tif 000053
ここで、
2010095272.tif 000054
２−２．状態空間モデルの設計
式（ｅｑ．１７）を基に、図９の２輪モデルの状態空間モデルを設計する。この場合、状態量ｘｐは、バネ上−右側バネ下相対変位量ｒＲ−ｙ、バネ上−左側バネ下相対変位量ｒＬ−ｙ、バネ上速度ｄｙ／ｄｔであり、外乱ｗは、右側バネ下速度ｄｒＲ／ｄｔおよび左側バネ下速度ｄｒＬ／ｄｔである。また、制御入力ｕは、右側可変減衰係数ＣｖＲおよび左側可変減衰係数ＣｖＬである。すると、状態方程式は下記式（ｅｑ．１８）のように記述される。
2010095272.tif 000055
ここで、
2010095272.tif 000056
また、出力方程式は下記式（ｅｑ．１９）のように記述される。
2010095272.tif 000057
評価出力ｚｐが、例えばバネ上−右側バネ下相対変位量ｒＲ−ｙおよびバネ上−左側バネ下相対変位量ｒＬ−ｙである場合、ｚｐ，Ｃｐ１およびＤｐ１２は、以下のように表される。
2010095272.tif 000058
評価出力ｚｐは、バネ上加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２やバネ上速度ｄｙ／ｄｔであってもよい。また、出力方程式は、外乱ｗに関する項を加えてｚｐ＝Ｃｐ１ｘｐ＋Ｄｐ１１ｗ＋Ｄｐ１２ｕのように書き表されるものでも良い。
式（ｅｑ．１８）および式（ｅｑ．１９）より、図９に示される制御対象の状態空間モデルは下記式（ｅｑ．２０）のように記述される。
2010095272.tif 000059
式（ｅｑ．２０）に示される状態空間モデルは双線形システムである。図１０は、式（ｅｑ．２０）により表されるシステムのブロック線図である。
３．状態空間モデルにより表されるシステムの可制御性
式（ｅｑ．２０）の状態空間モデルにより表されるシステムが可制御であるための必要十分条件は、この状態空間モデルの可制御行列Ｕｃがフルランクであることである。可制御行列Ｕｃは、下記式（ｅｑ．２１）のように表される。
2010095272.tif 000060
状態行列Ａｐおよび入力行列Ｂｐ２（ｘｐ）が上記式（ｅｑ．１８）により表される場合、可制御行列Ｕｃは、下記式（ｅｑ．２２）のように表される。
2010095272.tif 000061
ここで、
2010095272.tif 000062
式（ｅｑ．２２）からわかるように、可制御行列Ｕｃは３×６行列である。よって、可制御行列Ｕｃのフルランクは３（Ｆｕｌｌ  ｒａｎｋ＝３）である。また、可制御行列Ｕｃの成分中、第１行の成分と第２行の成分は全て同一である。よってランク落ちが発生し、可制御行列Ｕｃのランクは２（ｒａｎｋＵｃ＝２）となる。つまり、可制御行列Ｕｃはフルランクではない。このため、式（ｅｑ．２０）に示される状態空間モデルにより表されるシステムは不可制御である。
可制御行列Ｕｃがフルランクではない理由は、制御入力ｕの個数が２個（右側可変減衰係数ＣｖＲおよび左側可変減衰係数ＣｖＬ）であるのに対し、モデル設計の基礎となる運動方程式が１個であり、制御入力ｕの個数よりも運動方程式の個数が少ないからである。
４．修正状態空間モデルの設計
本実施形態においては、式（ｅｑ．２０）に示される制御対象の状態空間モデルを修正した修正状態空間モデルが提案される。この修正状態空間モデルは、下記式（ｅｑ．２３）のように記述される。
2010095272.tif 000063
式（ｅｑ．２３）からわかるように、状態方程式の状態量ｘｐには、式（ｅｑ．２０）の状態空間モ
2010095272.tif 000064
る。すなわち、式（ｅｑ．２３）に示される修正状態空間モデルは、式（ｅｑ．２０）に示される
2010095272.tif 000065
ことにより、状態空間モデルが修正されたモデルである。
図１１は、この修正状態空間モデルにより表されるシステムのブロック線図で
2010095272.tif 000066
正状態空間モデルに組み込まれ、加算点Ｑ１にて状態行列Ａｐに加算される。誤差
2010095272.tif 000067
修正状態空間モデルにより表されるシステムが可制御であるためには、修正状態空間モデルの可制御行列Ｕｃ＊がフルランクであることが必要十分条件である。修正状態空間モデルの可制御行列Ｕｃ＊は、下記式（ｅｑ．２４）のように表される。
2010095272.tif 000068
ここで、計算の複雑化を避けるため、式（ｅｑ．１８）により表される状態行列Ａｐおよび入力行列Ｂｐ２（ｘｐ）を、それぞれ下記式（ｅｑ．２５）および式（ｅｑ．２６）のように表記する。
2010095272.tif 000069
ここで、
2010095272.tif 000070
成分ａ３３の１／１０の大きさである。状態行列Ａｐ、入力行列Ｂｐ２（ｘｐ）および誤差行列
2010095272.tif 000071
（ｅｑ．２８）および式（ｅｑ．２９）が成立する。また、可制御行列Ｕｃ＊は下記式（ｅｑ．３０）のように表される。
2010095272.tif 000072
ここで、γ＝−ａ３１−ａ３２＋ａ３３２
式（ｅｑ．３０）からわかるように、可制御行列Ｕｃ＊の第１行第５列および第１行第６列の成分は、第２行第５列および第２行第６列の成分とは異なっている。よって、第１行成分と第２行成分が全て同一成分であることによるランク落ちが防止され、可制御行列Ｕｃ＊のランクが３（ｒａｎｋＵｃ＊＝３）となる。つまり、可制御行列Ｕｃ＊はフルランクとなり、修正状態空間モデルにより表されるシステムは可制御となる。よって、修正状態空間モデルの状態フィードバック制御系を設計することができる。
2010095272.tif 000073
が下記式（ｅｑ．３２）により表される場合について検討する。
2010095272.tif 000074
このとき下記式（ｅｑ．３３）および式（ｅｑ．３４）が成立する。
2010095272.tif 000075
可制御行列Ｕｃ＊は、下記式（ｅｑ．３５）により表される。
2010095272.tif 000076
この場合において、下記の等式（ｅｑ．３６）が成立した場合には、式（ｅｑ．３５）に示される可制御行列Ｕｃ＊の第１行成分と第２行成分が同一となる。このためランク落ちが発生し、可制御行列Ｕｃ＊はフルランクにはならない。
2010095272.tif 000077
上記式（ｅｑ．３６）は、下記式（ｅｑ．３７）のように表すことができる。
2010095272.tif 000078
2010095272.tif 000079
制御行列Ｕｃ＊のランクに影響する成分ａ１１，ａ１２，ａ１３，ａ２１，ａ２２，ａ２３は、下記式（ｅｑ．３８）に示されるように設定されている。
2010095272.tif 000080
上記式（ｅｑ．３８）のように各成分を設定した場合、式（ｅｑ．３７）の左辺は−０．１ａ３３となり、右辺は０となる。このため式（ｅｑ．３７）は成立しなくなる。よって、可制御行列Ｕｃ＊はランク落ちせずにフルランクとなる。
上記の設計例は、入力行列Ｂｐ２（ｘｐ）が式（ｅｑ．３２）のように表される場合における誤
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ないように、個々に設計される。
６．状態フィードバック制御系の設計
図１２は、修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントＧを状態フィードバックした閉ループシステムＳ（状態フィードバック制御系）のブロック線図である。図１２のＭ＊により示される部分が、修正状態空間モデルにより表されるシステムである。修正状態空間モデルは下記式（ｅｑ．３９）のように表される。この式は上記式（ｅｑ．２３）と同一である。
2010095272.tif 000082
また、図１２からわかるように、評価出力ｚｐには、周波数により変動する重みである周波数重みＷｓが作用している。周波数重みＷｓの状態空間モデルは、状態量ｘｗ、出力ｚｗおよび各定数行列Ａｗ，Ｂｗ，Ｃｗ，Ｄｗにより、下記式（ｅｑ．４０）のように表現される。
2010095272.tif 000083
ここで、
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式（ｅｑ．４０）は、下記式（ｅｑ．４１）のように変形できる。
2010095272.tif 000085
また、制御入力ｕにも、周波数により変動する周波数重みＷｕが作用している。周波数重みＷｕの状態空間モデルは、状態量ｘｕ、出力ｚｕおよび各定数行列Ａｕ，Ｂｕ，Ｃｕ，Ｄｕにより、下記式（ｅｑ．４２）のように表される。
2010095272.tif 000086
ここで、
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式（ｅｑ．３９）〜式（ｅｑ．４２）から、一般化プラントを表す状態空間モデルは下記式
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いる。よって、一般化プラントは可制御である。
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ここで、
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７．状態フィードバックコントローラの設計
上記式（ｅｑ．４３）のように表される状態空間モデルは双線形システムである。したがって、予め設定される正定数γに対して下記式（ｅｑ．４４）に示すリカッチ不等式を満たす正定対称行列Ｐが存在する場合、図１２の閉ループシステムＳが内部安定となり、且つ、外乱に対するロバスト性を表す閉ループシステムＳのＬ２ゲイン‖Ｓ‖Ｌ２をγ未満にすることができる。
2010095272.tif 000091
このとき状態フィードバックコントローラＫ（＝Ｋ（ｘ））の一つは下記式（ｅｑ．４５）に示すように表される。
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式（ｅｑ．４５）は、式（ｅｑ．４６）により表される条件により、式（ｅｑ．４７）のように記述される。
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制御入力ｕは、一例として上記式（ｅｑ．４７）のように設計された状態フィードバックコントローラＫ（＝Ｋ（ｘ））、すなわち閉ループシステムＳのＬ２ゲインが正定数γ未満となるように設計される状態フィードバックコントローラＫ（＝Ｋ（ｘ））により算出される。算出された制御入力ｕにより右側可変減衰係数ＣｖＲおよび左側可変減衰係数ＣｖＬが得られる。本実施形態においてはこうして求められた右側可変減衰係数ＣｖＲおよび左側可変減衰係数ＣｖＬに基づいて、右側ダンパ２０Ｒの減衰力特性および左側ダンパ２０Ｌの減衰力特性が制御される。このような減衰力制御により、右側サスペンション装置ＳＰＲおよび左側サスペンション装置ＳＰＬの振動が制御されるのである。
以上の説明からわかるように、状態フィードバック制御装置としてのマイクロコンピュータ５０は、修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいてシステムの制御入力を算出する状態フィードバックコントローラＫ（非線形Ｈ∞コントローラ５１）と、状態フィードバックコントローラＫにより算出される制御入力に基づいてサスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬ（ダンパ２０Ｒ，２０Ｌ）の減衰力を制御することにより、サスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬの振動を制御する制御手段（要求減衰力計算部５２、要求段数決定部５２）を備える。
上記修正状態空間モデルは、不可制御なシステムとして設計されたサスペンシ
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算されることによって修正状態空間モデルの可制御行列がフルランクとなるように設計される。このため修正状態空間モデルにより表されるシステム（または一般化プラント）が可制御になり、制御対象を状態フィードバック制御することができるのである。
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るのみであってモデルの基本構造は元の制御対象の状態空間モデルと同一である。
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まれるので、誤差の積み上げが発生しない。よって、修正状態空間モデルと実際の制御対象の状態空間モデルとの乖離が少なく、精度の高い状態フィードバック制御を行うことができる。また、誤差検討箇所が１箇所であるのため、誤差検討に要する時間も短縮できる。すなわち本実施形態によれば、簡単なモデル修正により制御対象を精度良く状態フィードバック制御することができる。
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る状態行列の成分が変化するように設定されている。このためランク落ちの原因となる成分に誤差が加えられる。このような成分修正により修正状態空間モデルを可制御にすることができる。
また、非線形Ｈ∞コントローラ５１は、修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントＧに非線形Ｈ∞状態フィードバック制御を適用することにより制御入力を算出している。これにより、外乱抑圧性およびロバスト安定性が向上するようにサスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬを状態フィードバック制御することができる。
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列Ａｐの非零成分の大きさの１／１０とされている。このため修正状態空間モデルにより表されるシステムが十分に可制御性を得ることができるとともに、システ
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成分と状態行列Ａｐの非零成分が桁数の単位で異なるため、状態行列Ａｐに誤差が加算されたときに相殺により加算成分が零となることを防止できる。この加算成分は可制御行列Ｕｃ＊の成分計算に用いられるため、加算成分が零にならないことで、可制御行列Ｕｃ＊がランク落ちし難くなる。
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デルの可制御行列Ｕｃ＊のランクに影響しない成分、すなわち３行目の成分が零にされている。このように可制御行列Ｕｃ＊のランク落ちに関与しない成分を零にし
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きるとともに、修正状態空間モデルと元の制御対象の状態空間モデルとの乖離をより小さくすることができる。
また、本実施形態において、制御対象は、車両のバネ上部材と、バネ下部材と、バネ上部材とバネ下部材との間に介装されたダンパおよびバネを有するサスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬを含む振動系により構成される。また、サスペンション装置ＳＰＲ，ＳＰＬの減衰力がマイクロコンピュータ５０により制御されることにより、上記振動系が制御される。これにより車両の乗り心地が向上する。
上記実施形態から、以下の発明も把握することができる。
（１）不可制御なシステムを表す制御対象の状態空間モデルの状態行列に誤差行
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空間モデル。
（２）状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出する状態フィードバックコントローラの設計方法であり、
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を加算することにより、可制御なシステムを表すように修正された修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントにＨ∞制御を適用することにより、状態フィードバックコントローラを設計することを特徴とする、状態フィードバックコントローラの設計方法。
（３）上記（１）または（２）において、
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／１０〜１／１００であることを特徴とする。
本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態では車両の２輪モデルを例に採り、一つの運動方程式から２つの制御入力を得ることができる状態フィードバック制御装置を開示している。このような状態フィードバック制御以外にも本発明は適用され得る。例えば、車両の４輪モデルから導かれるバネ上部材のヒーブ運動、ピッチ運動、ロール運動に関する三つの運動方程式を用いて、バネ上部材の前方左右および後方左右に取付けられる４つのサスペンション装置にそれぞれ設けられるダンパの可変減衰係数を制御入力とした不可制御なシステムを表す状態空間モデルを設計し、この状態空間モデルの状
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された修正状態空間モデルを設計することができる。そして、修正状態空間モデルにより表されるシステムを基に設計した一般化プラントにＨ∞制御などを適用することにより得られる状態フィードバックコントローラから４つの制御入力を算出し、算出した制御入力に基づいて、４つのサスペンション装置の減衰力を制御することもできる。この場合、状態空間モデル設計の基礎となる３つの運動方程式は、例えば下記式（ｅｑ．４８）により表され、制御入力ｕは下記式（ｅｑ．４９）により表される。
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ここで、
Ｍ：バネ上部材の質量、ｘ：バネ上部材の上下変位量、Ｆｆｒ：バネ上部材の右前側に働く上下力、Ｆｆｌ：バネ上部材の左前側に働く上下力、Ｆｒｒ：バネ上部材の右後側に働く上下力、Ｆｒｌ：バネ上部材の左後側に働く上下力、Ｉｒ：ロール慣性モーメント、Ｉｐ：ピッチ慣性モーメント、Ｌ：ホイールベース、θｒ：ロール角、θｐ：ピッチ角、Ｔｆ：トレッド（フロント側）、Ｔｒ：トレッド（リア側）
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ここで、
Ｃｖｆｒ：右前側のダンパの可変減衰係数、Ｃｖｆｌ：左前側のダンパの可変減衰係数、
Ｃｖｒｒ：右後側のダンパの可変減衰係数、Ｃｖｒｌ：左後側のダンパの可変減衰係数
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的誤差として状態行列Ａｐに加算されているが、図１３のように、乗法的誤差として状態行列Ａｐに加算されている場合でも、修正状態空間モデルにより表されるシステムを可制御にすることができる場合がある。この場合、修正状態行列は、下記式（ｅｑ．５０）のように表される。
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また、上記実施形態においては、車両のサスペンション装置の減衰力制御を例にとって本発明を説明したが、それ以外の状態フィードバック制御にも本発明を適用することができる。また、上記実施形態においては、非線形Ｈ∞状態フィードバック制御を例にとって本発明を説明したが、線形Ｈ∞状態フィードバック制御でもよい。また、状態フィードバック制御であれば、Ｈ∞制御でなくてもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて変形可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年10月29日(2009.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を状態フィードバック制御する状態フィードバック制御装置において、
不可制御なシステムであって、そのシステムを表す制御対象の状態空間モデルの状態行列に誤差行列Δを加算することにより可制御性が回復するシステムを表す状態空間モデルの状態行列に前記誤差行列Δが加算された修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出する状態フィードバックコントローラと、
前記状態フィードバックコントローラにより算出される制御入力に基づいて前記制御対象を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする、状態フィードバック制御装置。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の状態フィードバック制御装置において、
前記状態フィードバックコントローラは、前記修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントにＨ∞状態フィードバック制御を適用することにより制御入力を算出することを特徴とする、状態フィードバック制御装置。
【請求項３】
請求の範囲１または２に記載の状態フィードバック制御装置において、
前記誤差行列Δの非零成分の大きさが、前記状態行列の非零成分の大きさの１／１０〜１／１００であることを特徴とする、状態フィードバック制御装置。
【請求項４】
請求の範囲１乃至３のいずれかに記載の状態フィードバック制御装置において、
前記誤差行列Δの成分のうち、前記修正状態空間モデルの可制御行列のランクに影響しない成分が零成分であることを特徴とする、状態フィードバック制御装置。
【請求項５】
請求の範囲１乃至４のいずれかに記載の状態フィードバック制御装置において、
前記制御対象は、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に介装されたダンパおよびバネを備えるサスペンション装置を含み、
前記制御手段は、前記サスペンション装置の振動を減衰するための減衰力を制御することを特徴とする、状態フィードバック制御装置。
【請求項６】
状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出する状態フィードバックコントローラにおいて、
不可制御なシステムであって、そのシステムを表す制御対象の状態空間モデルの状態行列に誤差行列Δを加算することにより可制御性が回復するシステムを表す状態空間モデルの状態行列に前記誤差行列Δが加算された修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出することを特徴とする、状態フィードバックコントローラ。
【請求項７】
請求の範囲６に記載の状態フィードバックコントローラにおいて、
前記修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントにＨ∞状態フィードバック制御を適用することにより制御入力を算出することを特徴とする、状態フィードバックコントローラ。
【請求項８】
請求の範囲６または７に記載の状態フィードバックコントローラにおいて、
前記誤差行列Δの非零成分の大きさが、前記状態行列の非零成分の大きさの１／１０〜１／１００であることを特徴とする、状態フィードバックコントローラ。
【請求項９】
請求の範囲６乃至８のいずれかに記載の状態フィードバックコントローラにおいて、
前記誤差行列Δの成分のうち、前記修正状態空間モデルの可制御行列のランクに影響しない成分が零成分であることを特徴とする、状態フィードバックコントローラ。
【請求項１０】
制御対象を状態フィードバック制御する状態フィードバック制御方法であって、
不可制御なシステムであって、そのシステムを表す制御対象の状態空間モデルの状態行列に誤差行列Δを加算することにより可制御性が回復するシステムを表す状態空間モデルの状態行列に誤差行列Δが加算された修正状態空間モデルにより表されるシステムの状態量に基づいて、システムの制御入力を算出する制御入力算出ステップと、
前記制御入力算出ステップにより算出された制御入力に基づいて前記制御対象を制御する制御ステップと、
を含む、状態フィードバック制御方法。
【請求項１１】
請求の範囲１０に記載の状態フィードバック制御方法において、
前記制御入力算出ステップは、前記修正状態空間モデルにより表されるシステムに基づいて設計された一般化プラントにＨ∞状態フィードバック制御を適用することにより制御入力を算出することを特徴とする、状態フィードバック制御方法。
【国際調査報告】
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2010095272.tif 000134
2010095272.tif 000135
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2010095272.tif 000137
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