(57)【要約】  車両姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムおよび制御方法であって、システムは、車体（１３）、慣性測定ユニット（１）、電子制御ユニット（１１）、サーボコントローラーグループ（１２）、複数の車輪（２、３、４）とそれに一対一に対応するサスペンションサーボ作動シリンダー（５、６、７）、およびサスペンションサーボ作動シリンダー（５、６、７）ストロークを測定する変位センサー（８、９、１０）変位センサーを含む。電子制御ユニット（１１）は、慣性測定ユニット（１）によって測定された車体（１３）姿勢パラメータを読み取り、車体（１３）の現在の時刻と前の時刻の姿勢偏差を計算し、姿勢制御パラメータをサーボコントローラーグループ（１２）に出力し、サーボコントローラーグループ（１２）は、姿勢制御パラメータおよび変位センサー（８、９、１０）の変位フィードバック値に基づいて、各サスペンションサーボ作動シリンダー（５、６、７）の伸縮を制御して、凹凸のある道路を走行する時、その質量中心が直線または円弧に沿って移動し、車体の姿勢が変化しないようにすることにより、車両が複雑な道路を走行するときの車体（１３）の振動を低減し、車両の走行速度、操縦安定性、運転快適性を向上させる。【選択図】図１
2021522096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムであって、
車体および複数の車輪を含み、慣性測定ユニット、電子制御ユニット、サーボコントローラーグループ、車輪に一対一に対応するサスペンションサーボ作動シリンダーおよび変位センサーをさらに含み、慣性測定ユニット、電子制御ユニットおよびサーボコントローラーグループは、車体に固定され、車輪は、サスペンションサーボ作動シリンダーを介して車体の下方に連結され、変位センサーは、サスペンションサーボ作動シリンダーのストロークを測定するために使用され、前記電子制御ユニットはそれぞれ、慣性測定ユニットおよびサーボコントローラーグループに通信接続され、サーボコントローラーグループは変位センサーに通信接続され、電子制御ユニットは、慣性測定ユニットによって測定された車両姿勢パラメータを読み取り、車両の現在の時刻と前の時刻の姿勢偏差を計算し、姿勢制御パラメータをサーボコントローラーグループに出力し、サーボコントローラーグループは、電子制御ユニットによって出力された姿勢制御パラメータおよび変位センサーの変位フィードバック値に基づいて、各サスペンションサーボ作動シリンダーの動作を制御して、車両の質量中心がほぼ直線または円弧に沿って移動し、車体の姿勢が変化しないようにし；
すべての車輪を３つの車輪グループに分け、各車輪グループ内に１つの車輪または複数の車輪を設置し、ある車輪グループ内の車輪の数が１より大きい場合、前記車輪グループ内のすべてのサスペンションサーボ作動シリンダーの上部チャンバーと下部チャンバーはそれぞれ連通されて、前記車輪グループが車体を支持する１つの支点を構成し、３つの車輪グループが車体の３つの支点を構成するようにし、３つの支点の支持高さを制御することにより、車体の姿勢を制御することを特徴とする、前記車両姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムの制御方法であって、
慣性測定ユニットの中心点Ｏを座標原点とする座標系ＯＸＹＺを構築し、車両走行の正方向をＹ軸正方向、車両走行の右側方向をＸ軸正方向、ＸＯＹ平面に垂直な方向をＺ軸正方向と定義し、車体質量中心をＷと定義し、電子制御ユニットの内部でスキャンサイクルをプリセットし、制御方法は、
一定のスキャンサイクルで、慣性測定ユニットによって座標原点Ｏの垂直変位ｗＯ、ピッチ角αＯおよびロール角βＯを測定して電子制御ユニットに出力するステップ１）と、
電子制御ユニットによって質量中心Ｗの相対座標原点Ｏの幾何学的関係と座標原点Ｏの垂直変位ｗＯ、ピッチ角αＯ与ロール角βＯに基づいて、車両の質量中心Ｗにおける垂直変位ｗｗ、ピッチ角αｗおよびロール角βｗを計算するステップ２）と、
電子制御ユニットによって垂直変位ｗｗ、ピッチ角αｗおよびロール角βｗに対して遮断周波数がωＨのハイパスフィルターを行い、フィルター後の垂直変位はｗＨであり、ピッチ角はαＨであり、ロール角はβＨであるステップ３）と、
ステップ３）で得られた垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨと前のスキャンサイクルの値を比較して、垂直変位、ピッチ角、ロール角の変化量Δｗ、Δα、Δβを計算して、−Δｗ、−Δα、−Δβを姿勢相対補正量とし、車両サスペンション機構の逆運動学のアルゴリズムにより車両各サスペンションサーボ作動シリンダーの伸縮量の目標値を計算し、前記目標値をサーボコントローラーグループに送信して各サスペンションサーボ作動シリンダーの変位サーボ制御を行い、車両姿勢目標の制御を実現することにより、垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨがほぼ変化しないようにし、車両の質量中心の軌跡が直線または円弧に沿って移動し、車体の姿勢が変化しないようにするステップ４）と、を含むことを特徴とする、前記車両姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムの制御方法。
【請求項３】
車両の質量中心Ｗにおける垂直変位ｗｗ、ピッチ角αｗおよびロール角βｗの計算式は以下のとおりであり、
2021522096.tif 000005
座標系ＯＸＹＺにおける質量中心Ｗの座標をｘＷ、ｙＷ、ｚＷとすることを特徴とする、請求項２に記載の車両姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムの制御方法。
【請求項４】
遮断周波数ωＨは、
ステップＳ１、車両が水平面に静止している時、ハイパスフィルター後に出力される垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨはすべて０に収束されること、
ステップＳ２、車両を許容限界の横方向勾配および縦方向勾配に静止駐車し、ハイパスフィルター後に出力される垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨは比較的に小さな値に収束され、前記値はシステム安定性制御に必要な誤差範囲内にあること、
ステップＳ３、Ｓ１とＳ２の２つの条件を満たす場合、遮断周波数ωＨは低い値を取ることによって決定されることを特徴とする、請求項２に記載の車両姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブサスペンションシステムおよびその制御方法に関し、特に、アクティブサスペンション車両に基づいて、車両姿勢偏差を測定して、アクティブサスペンション機構を慣性調整するアクティブサスペンションシステムおよびその制御方法に関し、車両制御技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
サスペンションシステムは車両シャーシの重要な部分であり、その性能は車両の乗り心地、操作の安定性、および運転の安全性を直接決定する。従来の車両は主にパッシブサスペンションを使用し、そのサスペンションのパラメーターは特定の道路状況に応じて設計され、一旦選択すると、変更が難しく、道路状況や車速などによって変更できないため、車両の運転性能のさらなる向上には限界がある。
【０００３】
電子情報技術の発達と油圧および電気駆動技術の進歩により、車両分野での制御可能なサスペンションの適用が可能になった。現在、アクティブ制御の制御可能なサスペンション技術は、サスペンション性能を向上させる効果的な方法であると一般に考えられている。サスペンションシステムの剛性と減衰特性が車両の運転条件（車両の運動状態や道路条件などを含む）に従って動的に適応調整され、サスペンションシステムが常に最適な減衰状態になる場合、アクティブサスペンションと呼ばれる。アクティブサスペンションには、車両の高さを制御したり、通過性を向上させたり、乗り心地や車両の操縦安定性を考慮したりするなど、多くの利点がある。
【０００４】
アクティブサスペンションは、主に制御メカニズムと制御戦略との２つの部分がある。アクチュエータが制御戦略の要件に応じてメインパワーを出力するため、アクティブサスペンション設計の鍵は、車両に優れたパフォーマンスを提供できる制御戦略を選択することである。異なる制御戦略は、異なるサスペンション特性と減衰効果を生み出す。
【０００５】
現在のアクティブサスペンション制御戦略は主に、最適制御、プレビュー制御、適応制御、ファジー制御、ニューラルネットワーク制御、天井減衰制御、スライディングモード制御、免疫進化制御などを含む。文献によると、どの制御方法を採用しても、車両の性能はある程度向上するが、さまざまな制御方法にはいくつかの問題があり、十分に解決されなかった。特に、車両のサスペンションシステムは、典型的な多入力多出力の複雑なシステムであり、このような複雑なシステムを制御するための重要な問題の１つは、非干渉制御であるが、現在の制御戦略では、車両のサスペンションシステムの非干渉制御は解決できなかった。
【０００６】
車両の姿勢調節と乗り心地の制御は、サスペンション設計で考慮する必要のある２つの重要な側面であり、既存の研究結果のほとんどは、さまざまなニーズに応じたさまざまな数学モデルの確立に基づいており、それらは独立して設計されており、車両の全体的なパフォーマンスはこれらのサブシステムパフォーマンスの合計であると見なされ、または数学モデルを分解し、それを組み合わせて制御した。数学的モデルを確立するとき、姿勢制御と乗り心地制御は同時に考慮せずに設計し、設計プロセスは複雑であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術的問題は、アクティブサスペンションの伸縮を制御することにより、車両が凹凸のある道路を走行する時、その質量中心がほぼ直線または円弧に沿って移動し、車体の姿勢が変化しないようにすることにより、走行するときの車体の振動を低減し、オフロード走行時の車速、操縦安定性、乗り心地を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の技術的問題を解決するために、本発明によって採用される技術的解決策は以下のとおりである。
【０００９】
車両姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムであって、車体および複数の車輪を含み、慣性測定ユニット、電子制御ユニット、サーボコントローラーグループ、車輪に一対一に対応するサスペンションサーボ作動シリンダーおよび変位センサーをさらに含み、慣性測定ユニット、電子制御ユニットおよびサーボコントローラーグループは、車体に固定され、車輪は、サスペンションサーボ作動シリンダーを介して車体の下方に連結され、変位センサーは、サスペンションサーボ作動シリンダーのストロークを測定するために使用され、前記電子制御ユニットはそれぞれ、慣性測定ユニットおよびサーボコントローラーグループに通信接続され、サーボコントローラーグループは変位センサーに通信接続され、電子制御ユニットは、慣性測定ユニットによって測定された車両姿勢パラメータを読み取り、車両の現在の時刻と前の時刻の姿勢偏差を計算し、姿勢制御パラメータをサーボコントローラーグループに出力し、サーボコントローラーグループは、電子制御ユニットによって出力された姿勢制御パラメータおよび変位センサーの変位フィードバック値に基づいて、各サスペンションサーボ作動シリンダーの動作を制御して、車両の質量中心がほぼ直線または円弧に沿って移動し、車体の姿勢が変化しないようにする。
【００１０】
車両姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムの制御方法であって、慣性測定ユニットの中心点Ｏを座標原点とする座標系ＯＸＹＺを構築し、車両走行の正方向をＹ軸正方向、車両走行の右側方向をＸ軸正方向、ＸＯＹ平面に垂直な方向をＺ軸正方向と定義し、車体質量中心をＷと定義し、電子制御ユニットの内部でスキャンサイクルをプリセットし、制御方法は、
一定のスキャンサイクルで、慣性測定ユニットによって座標原点Ｏの垂直変位ｗＯ、ピッチ角αＯおよびロール角βＯを測定して電子制御ユニットに出力するステップ１）と、
電子制御ユニットによって質量中心Ｗの相対座標原点Ｏの幾何学的関係と座標原点Ｏの垂直変位ｗＯ、ピッチ角αＯ与ロール角βＯに基づいて、車両の質量中心Ｗにおける垂直変位ｗｗ、ピッチ角αｗおよびロール角βｗを計算するステップ２）と、
電子制御ユニットによって垂直変位ｗｗ、ピッチ角αｗおよびロール角βｗに対して遮断周波数がωＨのハイパスフィルターを行い、フィルター後の垂直変位はｗＨであり、ピッチ角はαＨであり、ピッチ角はβＨであるステップ３）と、
ステップ３）で得られた垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨと前のスキャンサイクルの値を比較して、垂直変位、ピッチ角、ロール角の変化量Δｗ、Δα、Δβを計算して、−Δｗ、−Δα、−Δβを姿勢相対補正量とし、車両サスペンション機構の逆運動学のアルゴリズムにより車両各サスペンションサーボ作動シリンダーの伸縮量の目標値を計算し、前記目標値をサーボコントローラーグループに送信して各サスペンションサーボ作動シリンダーの変位サーボ制御を行い、車両姿勢目標の制御を実現することにより、垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨがほぼ変化しないようにし、車両の質量中心の軌跡が直線または円弧に沿って移動し、車体の姿勢が変化しないようにするステップ４）とを含む。
【００１１】
本発明の制御方法のさらなる改善は、車両の質量中心Ｗにおける垂直変位ｗｗ、ピッチ角αｗおよびロール角βｗの計算式は以下のとおりであり、
2021522096.tif 000003
座標系ＯＸＹＺにおける質量中心Ｗの座標をｘＷ、ｙＷ、ｚＷとすることを特徴とする。
【００１２】
本発明の制御方法のさらなる改善は、遮断周波数ωＨは、
車両が水平面に静止している時、ハイパスフィルター後に出力される垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨはすべて０に収束されるステップＳ１、
車両を許容限界の横方向勾配および縦方向勾配に静止駐車し、ハイパスフィルター後に出力される垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨは比較的に小さな値に収束され、前記値はシステム安定性制御に必要な誤差範囲内にあるステップＳ２、
Ｓ１とＳ２の２つの条件を満たす場合、遮断周波数ωＨは低い値を取るステップＳ３によって決定される。
【発明の効果】
【００１３】
上記の技術的解決策の採用により、本発明により達成される技術的進歩は以下の通りである：
従来のアクティブサスペンションシステムおよび制御方法と比較して、本発明によって提出される慣性制御の原理に基づくアクティブサスペンションシステムおよび制御方法は、各サーボ作動シリンダーの伸縮を制御することにより、車両の運転の姿勢を制御し、ほぼ変化のない状態に保つことで、走行するときの車体の振動を低減し、複雑な道路を走行するときの速度、操縦安定性、および乗り心地を改善できる。
【００１４】
本発明のアクティブサスペンションシステムおよび制御方法を使用すると、１つは車両の姿勢調節および乗り心地制御を統合することができ、もう１つは車両の走行中に各車輪の接地点が不均一になる可能性があるため、車体姿勢への路面の影響は低く抑え、すなわち、複数の入力と複数の出力を備えた複雑なシステムであるアクティブサスペンションシステムを、非干渉化した。
【００１５】
本発明ハイパスフィルターは、ｗｗ、αｗおよびβｗで変更頻度が遅い積分誤差と、車両が緩やかな傾斜をのり越えることによって引き起こされるｗｗ、αｗおよびβｗでゆっくり変化する部分を除去し、後者を除去することで、サスペンションストロークが限界に達することなく、車両が丘の包絡面に沿って移動することが可能になり、車両の通過を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムの構造原理図である。
【図２】姿勢偏差に基づく四輪車両慣性調整アクティブサスペンションシステムの構造原理図である。
【図３】試験で使用された三軸車両の概略図である。
【図４】試験で使用された三角形の障害物の概略図である。
【図５】ピッチ角の変化を測定するための試験スキームの概略図である。
【図６】ロール角の変化を測定するための試験スキームの概略図である。
【図７】三軸車両が５ ｋｍ／ｈの速度で三角形の障害物をのり越える時に測定された車体のピッチ角の変化比較図である。
【図８】三軸車両が１０ ｋｍ／ｈの速度で三角形の障害物をのり越える時に測定された車体のピッチ角の変化比較図である。
【図９】三軸車両が５ ｋｍ／ｈの速度で三角形の障害物をのり越える時に測定された車体のロール角の変化比較図である。
【図１０】三軸車両が１０ ｋｍ／ｈの速度で三角形の障害物をのり越える時に測定された車体のロール角の変化比較図である。
【図１１】三軸車両が５ ｋｍ／ｈの速度で三角形の障害物をのり越える時に測定された車体質量中心の垂直加速度の変化比較図である。
【図１２】三軸車両が１０ ｋｍ／ｈの速度で三角形の障害物をのり越える時に測定された車体質量中心の垂直加速度の変化比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施例に結び付けて本発明をさらに詳細に説明する。
【００１８】
本発明は、３つ以上の車輪を有する車両アクティブサスペンションシステムに適用される姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムを提供する。
【００１９】
以下の説明では、一般的な三輪車と四輪車を例に挙げて説明するが、四輪以上の車両は、四輪車両の構成原理と方法に従うことができる。
【００２０】
実施例１：姿勢偏差に基づく三輪車両慣性調整アクティブサスペンションシステムおよび制御方法
図１に示したように、車体１３、慣性測定ユニット１、車輪２、３、４および車輪２、３、４に一対一に対応するサスペンションサーボ作動シリンダー５、６、７およびサスペンションサーボ作動シリンダー５、６、７にそれぞれ対応する変位センサー８、９、１０、電子制御ユニット１１おおびサーボコントローラーグループ１２を含む。ここで、慣性測定ユニット１は、車体１３に固定され、車輪２、３、４はそれぞれ、サスペンションサーボ作動シリンダー５、６、７を介して車体１３の下方に連結され、変位センサー８、９、１０はそれぞれ、サスペンションサーボ作動シリンダー５、６、７のストロークを測定するために使用され、かつ変位センサーの変位フィードバック値の測定信号を形成し、前記測定信号をサーボコントローラーグループ１２に送信する。電子制御ユニット１１およびサーボコントローラーグループ１２は、車体１３に固定装着され、前記電子制御ユニット１１は、慣性測定ユニット１およびサーボコントローラーグループ１２に通信接続され、サーボコントローラーグループ１２は、変位センサー８、９、１０に通信接続される。電子制御ユニット１１は、慣性測定ユニット１によって測定された車両姿勢パラメータを読み取り、車両の現在の時刻と前の時刻の姿勢偏差を計算し、姿勢制御パラメータをサーボコントローラーグループ１２に出力し、サーボコントローラーグループ１２は、電子制御ユニットによって出力された姿勢制御パラメータおよび変位センサーの変位フィードバック値に基づいて、各サスペンションサーボ作動シリンダー５、６、７の伸縮動作を制御して、車両の質量中心がほぼ直線または円弧に沿って移動し、車体の姿勢が変化しないようにする。
【００２１】
本実施例は三輪車両であり、各車輪およびそのサスペンションサーボ作動シリンダーは、車体の１つの支点を形成することができるため、３点で１つの平面を決定する方法で車体の姿勢を制御することができる。
【００２２】
本発明の慣性測定ユニット１は、ジャイロスコープなどの慣性パラメータを測定することができる構成要素であることもできる。
【００２３】
本発明の制御方法は、まず車両全体に座標系ＯＸＹＺを構築し、車体質量中心Ｗを定義し、座標系の座標原点が慣性測定ユニットの中心点Ｏであり、車両走行の正方向をＹ軸正方向、車両走行の右側方向をＸ軸正方向、ＸＯＹ平面に垂直な方向をＺ軸正方向と定義し、同時に電子制御ユニットの内部でスキャンサイクルをプリセットする。本発明の具体的な制御方法は、以下のステップを含む。
【００２４】
第１のステップ、座標原点Ｏを測定点とし、一定のスキャンサイクルで、慣性測定ユニット１によって座標原点Ｏの垂直変位ｗＯ、ピッチ角αＯおよびロール角βＯを測定して電子制御ユニット１１に出力し、前記ｗＯは座標原点ＯにおけるＺ軸方向に沿った車体の垂直変位であり、αＯはＸ軸を中心に回転するときのピッチ角であり、βＯはＹ軸を中心に回転するときのロール角である。
【００２５】
第２のステップ、車両の質量中心Ｗにおける姿勢パラメータを計算する。車体質量中心をＷと定義し、電子制御ユニットによって質量中心Ｗの相対座標原点Ｏの幾何学的関係と座標原点Ｏの垂直変位ｗＯ、ピッチ角αＯ与ロール角βＯに基づいて、車両の質量中心Ｗにおける垂直変位ｗｗ、ピッチ角αｗおよびロール角βｗを計算し、前記座標系ＯＸＹＺにおける車体質量中心Ｗの座標はｘＷ、ｙＷ、ｚＷであり、ｗｗはＺ軸方向にそった車両の質量中心Ｗの垂直変位であり、αｗは車両が質量中心Ｗを迂回し、Ｘ軸に平行な軸を中心に回転するピッチ角であり、βｗは車両が質量中心Ｗを迂回し、Ｙ軸に平行な軸を中心に回転するロール角であるので、Ｗ質量中心座標の計算式は以下のとおりである。
2021522096.tif 000004
【００２６】
第３のステップ、電子制御ユニット１１によって垂直変位ｗｗ、ピッチ角αｗおよびロール角βｗに対して遮断周波数がωＨのハイパスフィルターを行い、フィルター後に垂直変位はｗＨであり、ピッチ角はαＨであり、ロール角はβＨを得た。ここで、ハイパスフィルターを行う作用は、ｗｗ、αｗおよびβｗで変更頻度が遅い積分誤差と、車両が緩やかな傾斜をのり越えることによって引き起こされるｗｗ、αｗおよびβｗでゆっくり変化する部分を除去し、後者を除去することで、サスペンションストロークが限界に達することなく、車両が丘の包絡面に沿って移動することが可能になり、車両の通過を改善するためである。ここで、遮断周波数ωＨは、以下の実験方法で決定される。
【００２７】
ステップＳ１、車両を水平面に静止させ、ハイパスフィルター後に出力される垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨはすべて０に収束され、ほぼ０に収束される。
【００２８】
ステップＳ２、車両を許容限界の横方向勾配および縦方向勾配に静止駐車し、ハイパスフィルター後に出力される垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨは比較的に小さな値に収束され、前記値はシステム安定性制御に必要な誤差範囲内にある
【００２９】
ステップＳ３、Ｓ１とＳ２の２つの条件を満たす場合、遮断周波数ωＨは低い値を取る。
【００３０】
第４のステップ、各サスペンションサーボ作動シリンダーの伸縮を制御して、垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨがほぼ変化しないようにし、車両の質量中心の軌跡が直線または円弧に沿って移動し、車体の姿勢が変化しないようにする。具体的な方法は以下のとおりである：第３のステップで得られた垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨと前のスキャンサイクルの値を比較して、垂直変位、ピッチ角、ロール角の変化量Δｗ、Δα、Δβを計算して、−Δｗ、−Δα、−Δβを姿勢相対補正量とし、車両各サスペンションサーボ作動シリンダーグループ５、６、７の伸縮量ｌ５、ｌ６、ｌ７の目標値を計算し、前記目標値をサーボコントローラーグループ１２に送信して各サスペンションサーボ作動シリンダー５、６、７の変位サーボ制御を行うことで、車両姿勢目標の制御を実現することができ、これにより垂直変位ｗＨ、ピッチ角αＨおよびロール角βＨがほぼ変化しないようにし、車両の質量中心の軌跡が直線または円弧に沿って移動し、車体の姿勢が変化しないようにする。サスペンションサーボ作動シリンダーの伸縮量の目標値を計算する場合、車両サスペンション機構の逆運動学のアルゴリズムにより計算できる。
【００３１】
実施例２：姿勢偏差に基づく四輪車両慣性調整アクティブサスペンションシステムおよび制御方法
図２に示したように、本実施例は四輪車両であり、システムは、車体１３、慣性測定ユニット１、車輪２、３、４.１、４.２および車輪２、３、４.１、４.２に一対一に対応するサスペンションサーボ作動シリンダー５、６、７.１、７.２と対応する変位センサー８、９、１０.１、１０.２、電子制御ユニット１１、およびサーボコントローラーグループ１２を含む。ここで、慣性測定ユニット１は、車体１３に固定装着され、車輪２、３、４.１、４.２は、サスペンションサーボ作動シリンダー５、６、７.１、７.２を介して車体１３の下方に連結され、変位センサー８、９、１０.１、１０.２はそれぞれ、サスペンションサーボ作動シリンダー５、６、７.１、７.２のストロークを測定するために使用され、電子制御ユニット１１およびサーボコントローラーグループ１２は、車体に固定され、前記電子制御ユニット１１は、慣性測定ユニット１およびサーボコントローラーグループ１２に通信接続され、サーボコントローラーグループ１２は、変位センサー８、９、１０.１、１０.２に通信接続される。
【００３２】
四輪車両として、本発明の制御方法の１つは、実施例１と同様であり、電子制御ユニットの内部でスキャンサイクルをプリセットし、一定のスキャンサイクルで、電子制御ユニット１１は、慣性測定ユニット１によって測定された車両姿勢パラメータを読み取り、車両の現在の時刻と前の時刻の姿勢偏差を計算し、姿勢制御パラメータをサーボコントローラーグループ１２に出力し、サーボコントローラーグループ１２は、電子制御ユニットによって出力された姿勢制御パラメータおよび変位センサーの変位フィードバック値に基づいて、各サスペンションサーボ作動シリンダー５、６、７.１、７.２の伸縮動作を制御して、車両の質量中心がほぼ直線または円弧に沿って移動し、車体の姿勢が変化しないようにする。
【００３３】
本実施例の四輪車両ではさらに、車輪４.１および４.２に対応するサスペンションサーボ作動シリンダー７.１、７.２の上部チャンバーと下部チャンバーをそれぞれ連通させて、すなわち、サスペンションサーボ作動シリンダー７.１、７.２の上部チャンバーは、上部チャンバー接続パイプライン１４を介して接続され、下部チャンバーは、下部チャンバー接続パイプライン１５を介して接続されて、車輪４.１、４.２およびそれらのサスペンションの車体に対する支持作用は、１つの支点と同等し、他の２つの車輪２、３およびそれらのサスペンションは車体を個別に支持し、それぞれが支点を形成するため、車体は３つの支点を有する。一般的な車両の場合、２つの後輪とそのサスペンションサーボ作動シリンダーは通常まったく同じ構造を採用しているため、同等の支点は、車輪４.１、４.２に対応するサスペンションサーボ作動シリンダー７.１、７.２の上部ヒンジポイントの中点にあると考えることができる。前記同等の支点の高さを制御するには、サスペンションサーボ作動シリンダー７.１、７.２の平均伸縮量を制御することで実現できる（図２のｌ７で示される）。次に、本実施例の制御方法は、本実施例の二輪を１つの車輪グループとし、実施例１の制御方法をその車輪グループの制御方法に適用した以外は、実施例１と全く同様であるため、ここで繰り返して説明しない。
【００３４】
四輪および四輪以上の車両について、実施例２の方法を参考することで実現できる。すなわち、四輪以上の車両について、すべての車輪を３つの車輪グループに分け、各車輪グループ内に１つの車輪または複数の車輪を設置し、ある車輪グループ内の車輪の数が１より大きい場合、前記車輪グループ内のすべてのサスペンションサーボ作動シリンダーの上部チャンバーと下部チャンバーはそれぞれ連通されて、前記車輪グループが車体を支持する１つの支点を構成し、３つの車輪グループが車体の３つの支点を構成する。３つの支点の支持高さを制御することにより、車体の姿勢を制御する。本発明は、四輪以上の車両の制御方法を提供し、三輪を超える車両のすべての車輪を３つの車輪グループの問題に統一計画し、３点で１つの平面を決定する方法で車体の姿勢を制御することにより、複雑なことを簡単にし、制御方法をすべての三輪以上の車両に適合させた。同時に、グループ内の車輪サスペンションサーボ作動シリンダーの上下部チャンバーが連通するように、位置の近い車輪グループを選択して車輪グループにし、車輪グループの支点を簡単に決定するためにグループ分ける時に、車輪グループ内の各車輪およびそのサスペンションサーボ作動シリンダーと変位センサーの構造およびサイズがすべて等しくするようにする。本発明は、各サイクルにおける車両座標原点の垂直変位、ピッチ角およびロール角をリアルタイム走査して、これらのスキャン値にハイパスフィルターを行い、信号内の積分累積誤差信号の干渉を低減し、その後、フィルター後の垂直変位、ピッチ角およびロール角にしたがって、車両サスペンション機構の逆運動学のアルゴリズムを介して、各車輪グループのサスペンションサーボ作動シリンダーの伸縮量を計算し、車両の質量中心が直線または円弧に沿って移動し、車体の姿勢が変化しないようにして、車体の振動を大幅に低減した。
【００３５】
本発明の研究開発過程において、発明者らは、姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムを搭載した三軸車両と、パッシブハイドロニューマチックサスペンションシステムを搭載した三軸車両とを用いて、三角形の障害物をのり越える姿勢比較試験を行った。試験で使用した三軸車両は図３に示したとおりである。車両全長は１０ｍ、ホイールベース（２.９５＋１.６５）ｍ、総重量３６ｔ、車軸荷重１２ｔ、サスペンションストローク±０.１１ｍである。試験で使用した２台の三軸車両の１つは、本発明のアクティブサスペンションシステムを備え、本発明の方法によって制御され、他の三軸車両は、パッシブハイドロニューマチックサスペンションシステムを備えたものである。試験中、本発明の三軸６輪車両の２つの前輪に対応するサスペンションサーボ作動シリンダーの上部チャンバーと下部チャンバーは、それぞれ接続パイプラインによって接続され、その結果、２つの前輪およびそれらのサスペンションの車体に対する支持作用は、１つの支点を形成し、車両後部の２つの軸の右側の２つの車輪に対応するサスペンションサーボ作動シリンダーの上部チャンバーと下部チャンバーは、それぞれ接続パイプラインによって接続され、その結果、後部右側の２つの車輪の車体に対する支持作用は１つの支点を形成し、車両後部の２つの軸の左側の２つの車輪に対応するサスペンションサーボ作動シリンダーの上部チャンバーと下部チャンバーは、それぞれ接続パイプラインによって接続され、その結果、後部左側の２つの車輪の車体に対する支持作用は１つの支点を形成し、これにより車体は３つの支点を有する。車両後部の４つの車輪およびそのサスペンションサーボ作動シリンダーは、まったく同じ構造を採用する。
【００３６】
試験で使用した三角形の障害物は図４に示したとおりである。三角形の障害物は、長さ３ｍ、幅０.８ｍ、高さ０.１ｍである。
【００３７】
図５は、ピッチ角の変化を測定するための試験スキームの概略図である。この試験スキームでは、ホイールベースに基づいて２つの同じ三角形の障害物を対称的に配置し、車両の左側と右側の車輪が同時に三角形の障害物を通過して、車体のピッチ角の変化と質量中心の垂直加速度を測定した。
【００３８】
図６は、ロール角の変化を測定するための試験スキームの概略図である。この試験スキームでは、車両の片側（左側または右側）に１つの三角形の障害物のみを配置し、三角形の障害物に対応する車両の側の車輪のみが三角形の障害物を通過して、車体のロール角の変化を測定した。
【００３９】
図７および図８は、図５で示された試験スキームを使用して、それぞれ５ｋｍ／ｈおよび１０ｋｍ／ｈの速度で両側の車輪が三角形の障害物を乗り越える時の車体のピッチ角の変化を表す。図７および図８から分かるように、本発明のアクティブサスペンションシステムを搭載した三軸車両が三角形の障害物を乗り越える時、そのピッチ角の変化は、−１°ないし１°の間であり、パッシブハイドロニューマチックサスペンションシステムを搭載した三軸車両が三角形の障害物を乗り越える時、そのピッチ角の変化は、約−１°ないし２.５°の間であり、パッシブハイドロニューマチックサスペンションシステムと比較して、本発明のアクティブサスペンションシステムおよび制御方法を使用した車体のピッチ角は大幅に減少した。
【００４０】
図９および図１０は、図６で示された試験スキームを使用して、それぞれ５ｋｍ／ｈおよび１０ｋｍ／ｈの速度で片側の車輪が三角形の障害物をのり越える時の車体のロール角の変化を表す。図９および図１０から分かるように、本発明のアクティブサスペンションシステムを搭載した三軸車両が三角形の障害物を乗り越える時、そのロール角の変化は、−１°ないし１°の間であり、パッシブハイドロニューマチックサスペンションシステムを搭載した三軸車両が三角形の障害物を乗り越える時、そのピッチ角の変化は、約−１°ないし２°の間であり、パッシブハイドロニューマチックサスペンションシステムと比較して、本発明のアクティブサスペンションシステムおよび制御方法を使用した車体のロール角は大幅に減少した。
【００４１】
図１１および図１２は、図５で示された試験スキームを使用して、それぞれ５ｋｍ／ｈおよび１０ｋｍ／ｈの速度で両側の車輪が三角形の障害物をのり越える時の車体質量中心の垂直加速度の変化を表す。図１１および図１２から分かるように、パッシブハイドロニューマチックサスペンションシステムと比較して、本発明のアクティブサスペンションシステムおよび制御方法を使用した三軸車両が三角形の障害物を乗り越える時、その車体質量中心の垂直加速度振幅が大幅に低減され、車体の振動が大幅に低減され、平らな路面での垂直加速度振幅と比較して、本発明の車両が三角形の障害物を乗り越える時の垂直加速度振幅は、あまり変化しなかった。
【００４２】
上記の比較試験から、本発明で提案する姿勢偏差に基づく慣性調整アクティブサスペンションシステムは、車体振動を効果的に低減し、車両の操縦安定性および運転快適性を改善できることがわかる。
【００４３】
最後に、上記の各実施例は、本発明の技術的解決策を例示するためにのみ使用され、それを限定するために使用されないことに留意すべきである。本発明は、前述の実施例を参照して詳細に説明されているが、当業者は、前述の実施例で説明されている技術的解決策を変更すること、または技術的特徴の一部またはすべてを同等に置き換えることは依然として可能であり、これらの変更または置き換えは、対応する技術的解決策の本質を本発明の実施例の技術的解決策の範囲から逸脱させないことを理解すべきである。
【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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【国際調査報告】
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