(57)【要約】  本発明は、車両制御分野に属し、アクティブサスペンションに基づく車載安定ステージシステム及びその制御方法を開示しており、このシステムは、車体と、車載安定ステージと、慣性測定装置と、電子制御装置と、サーボコントローラ群と、複数の車輪と、車輪に一対一で対応するサスペンションサーボシリンダ及び変位センサとを含む。車輪を３つのグループに分けて、グループ内のサスペンションサーボシリンダの上チャンバを連通し、下チャンバを連通することで、当該グループの車輪は、車体を共同で支持する１つの支点となり、３つのグループの車輪によって３つの支点が形成される。車体のポーズは、３つの支点の高さを制御することで制御され、測定された車載安定ステージピッチ角及びロール角を元に、車載安定ステージが水平に戻るために必要な各サスペンションサーボシリンダの伸縮量を算出し、各サスペンションサーボシリンダの伸縮を制御して、車載安定ステージが不整路面を走行中に水平に保持されるようにする。本発明は、ホイールクレーン、高架消防車、救急車や高級乗用車等の分野において、重要で広範な用途を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブサスペンションに基づく車両ポーズ制御方法であって、３つ又はそれ以上の車輪を有し、車輪を３つのグループに分けて車体の３つの支持点を構成し、３つの支持点の支持高さの制御により車体のポーズを制御し、それぞれの車輪グループに１つの車輪又は複数の車輪を持たせ、ある車輪グループ内の車輪数が１を超える場合、当該車輪グループ内の全てのサスペンションサーボシリンダの上チャンバ及び下チャンバをそれぞれ連通して、当該車輪グループによって、車体を支持する１つの支点が構成されるようにし、３つの車輪グループによって３つの支点が形成され、三点により１つの平面が定められるという原理に基づいて車体のポーズを制御する
アクティブサスペンションに基づく車両ポーズ制御方法。
【請求項２】
前記車両は、車体と、慣性測定装置と、電子制御装置と、サーボコントローラ群と、複数の車輪と、車輪に一対一で対応するサスペンションサーボシリンダ及び変位センサとを含み、車輪は、サスペンションサーボシリンダを介して車体の下方に接続され、変位センサは、サスペンションサーボシリンダのストローク測定用であり、電子制御装置及びサーボコントローラ群は、車体に固定され、前記電子制御装置は、慣性測定装置及びサーボコントローラ群に通信接続され、サーボコントローラ群は、変位センサに通信接続され、電子制御装置は、慣性測定装置によって測定されたポーズパラメータを読み取り、水平状態に戻るために必要な各サスペンションサーボシリンダの伸縮量を算出してサーボコントローラ群に出力し、更に、各サスペンションサーボシリンダの伸縮を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のアクティブサスペンションに基づく車両ポーズ制御方法。
【請求項３】
車輪グループを結成させる際、各車輪グループ内の各車輪及びその対応のサスペンションサーボシリンダ並びに変位センサの構造は、全て同じであり、前記各車輪グループの車体を支持する支点は、グループ内の各サスペンションサーボシリンダによる車体の支持点の幾何学的中心点であり、当該支点の高さの制御は、グループ内の各サスペンションサーボシリンダの平均伸縮量を制御することで実現される
ことを特徴とする請求項２に記載のアクティブサスペンションに基づく車両ポーズ制御方法。
【請求項４】
アクティブサスペンションに基づく車載安定ステージシステムであって、車体と、車体に固定接続された車載安定ステージと、慣性測定装置と、電子制御装置と、サーボコントローラ群と、複数の車輪と、車輪に一対一で対応するサスペンションサーボシリンダ及び変位センサとを含み、慣性測定装置は、車載安定ステージに固定され、車輪は、サスペンションサーボシリンダを介して車体の下方に接続され、変位センサは、サスペンションサーボシリンダのストローク測定用であり、電子制御装置及びサーボコントローラ群は、車体に固定され、
全ての車輪を３つの車輪グループに分け、それぞれの車輪グループに１つの車輪又は複数の車輪を持たせ、ある車輪グループ内の車輪数が１を超える場合、当該車輪グループ内の全てのサスペンションサーボシリンダを並列して連通し、当該車輪グループによって、車体を支持する１つの支点が形成されるようにし、３つの車輪グループによって３つの支点が形成され、三点により１つの平面が定められるという原理に基づいて車体のポーズを制御し、
車輪グループを結成させる際、各車輪グループ内の各車輪及びその対応のサスペンションサーボシリンダ並びに変位センサの構造は、全て同じであり、前記各車輪グループの車体を支持する支点は、グループ内の各サスペンションサーボシリンダによる車体の支持点の幾何学的中心点であり、当該支点の高さの制御は、グループ内の各サスペンションサーボシリンダの平均伸縮量を制御することで実現され、
前記電子制御装置は、慣性測定装置及びサーボコントローラ群に通信接続され、サーボコントローラ群は、変位センサに通信接続され、電子制御装置は、慣性測定装置によって測定された車載安定ステージのピッチ角及びロール角を読み取り、これを元に、車載安定ステージが水平状態に戻るために必要な各サスペンションサーボシリンダの伸縮量を算出し、伸縮量をサーボコントローラ群に出力して各サスペンションサーボシリンダの伸縮を制御して、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにする
ことを特徴とするアクティブサスペンションに基づく車載安定ステージシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のアクティブサスペンションに基づく車載安定ステージシステムの制御方法であって、車体に固定接続された座標系ＯＸＹＺを確立し、車体に固定接続された任意の点を座標系の座標原点Ｏとし、座標原点Ｏを通って車載安定ステージの位置する平面に垂直な上方向をＺ軸正方向と定義し、車両前進の方向をＹ軸正方向とし、車両前進の右側方向をＸ軸正方向とし、車載安定ステージのＺ軸方向に沿うヒーブ変位をｗ、Ｘ軸周りの回転角をα、Ｙ軸周りの回転角をβとして、慣性測定装置内に予め走査周期を設定しておき、
前記制御方法は、以下の第一〜第三のステップを含み、
第一のステップとして、それぞれの走査周期において、慣性測定装置が、車載安定ステージのピッチ角α０及びロール角β０を測定して電子制御装置に出力し、
第二のステップとして、電子制御装置が、ピッチ角α０及びロール角β０に対して、カットオフ周波数がｆＬとされる一次ローパスフィルタリングを行い、フィルタリング後のピッチ角をαＬとし、フィルタリング後のロール角をβＬとし、一次デジタルローパスフィルタリングには、次の再帰的アルゴリズムが用いられ、
ｙｎ＝αｘｎ＋（１−α）ｙｎ−１
ここで、ｘｎは、現在の走査周期におけるα０又はβ０のサンプリング値、ｙｎは、現在の走査周期におけるα０又はβ０の算出値、ｙｎ−１は、前の走査周期におけるα０又はβ０の算出値、αは、フィルタリング係数であり、
カットオフ周波数ｆＬが確定した場合、αの算出方法は、
α＝２πｆＬΔｔ
となり、Δｔは走査周期、単位はｓ、ｆＬはカットオフ周波数、単位はＨｚであり、
第三のステップとして、電子制御装置が、前の第二のステップで得られたαＬ及びβＬ値、ｗ＝０及び−αＬ、−βＬを車載安定ステージのポーズの相対補正量として、車両の各サスペンションサーボシリンダの伸縮量の目標値を算出し、当該目標値をサーボコントローラ群に伝送して各サスペンションサーボシリンダの変位サーボ制御を行って、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにし、サスペンションサーボシリンダの伸縮量の目標値を算出する際、三支点車両サスペンション機構の逆運動アルゴリズムを通じてそれを算出し、サーボコントローラ群による各サスペンションサーボシリンダの変位制御の際、変位センサによって測定されたサスペンションサーボシリンダのストローク及び伸縮量の目標値に従ってサスペンションサーボシリンダの伸縮を制御し、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにする
ことを特徴とするアクティブサスペンションに基づく車載安定ステージシステムの制御方法。
【請求項６】
車体（１３）と、車体に固定接続された車載安定ステージ（１４）と、慣性測定装置（１）と、電子制御装置（１１）と、サーボコントローラ群（１２）と、車輪（２．１、２．２、３．１、３．２、４．１、４．２）と、車輪（２．１、２．２、３．１、３．２、４．１、４．２）に対応するサスペンションサーボシリンダ（５．１、５．２、６．１、６．２、７．１、７．２）及び対応する変位センサ（８．１、８．２、９．１、９．２、１０．１、１０．２）とを含む、アクティブサスペンションに基づく六輪車両車載安定ステージであって、慣性測定装置（１）は、車載安定ステージ（１４）に固定され、車輪（２．１、２．２、３．１、３．２、４．１、４．２）は、それぞれ、サスペンションサーボシリンダ（５．１、５．２、６．１、６．２、７．１、７．２）を介して車体（１３）の下方に接続され、変位センサ（８．１、８．２、９．１、９．２、１０．１、１０．２）は、それぞれ、サスペンションサーボシリンダ（５．１、５．２、６．１、６．２、７．１、７．２）のストローク測定用であり、電子制御装置（１１）及びサーボコントローラ群（１２）は、車体（１３）に固定され、電子制御装置（１１）は、慣性測定装置（１）及びサーボコントローラ群（１２）に通信接続され、サーボコントローラ群（１２）は、変位センサ（８．１、８．２、９．１、９．２、１０．１、１０．２）に通信接続され、サーボコントローラ群（１２）は、変位センサの測定信号を受信し、電子制御装置（１１）は、慣性測定装置（１）によって測定されたポーズパラメータを読み取り、車載安定ステージが水平状態に戻るために必要な各サスペンションサーボシリンダ（５．１、５．２、６．１、６．２、７．１、７．２）の伸縮量を算出してサーボコントローラ群（１２）に出力し、更に、各サスペンションサーボシリンダ（５．１、５．２、６．１、６．２、７．１、７．２）の伸縮を制御して、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにする
ことを特徴とするアクティブサスペンションに基づく六輪車両車載安定ステージ。
【請求項７】
車輪が３つの車輪グループに分けられ、それぞれの車輪グループには、近い位置にある２つの車輪が含まれ、グループ分けの際、ある車輪グループ内の各車輪及びそのサスペンションサーボシリンダ並びに変位センサの構造及び尺寸が全て同じになるようにし、車輪（２．１、２．２）が第一のグループ、車輪（３．１、３．２）が第二のグループ、車輪（４．１、４．２）が第三のグループとされ、サスペンションサーボシリンダも、３つのグループに分けられ、サスペンションサーボシリンダ（５．１、５．２）が第一のグループ、サスペンションサーボシリンダ（６．１、６．２）が第二のグループ、サスペンションサーボシリンダ（７．１、７．２）が第三のグループとされ、変位センサも、３つのグループに分けられ、変位センサ（８．１、８．２）が第一のグループ、変位センサ（９．１、９．２）が第二のグループ、変位センサ（１０．１、１０．２）が第三のグループとされ、
サスペンションサーボシリンダ（５．１及び５．２）の上チャンバを、上チャンバ接続管路（１５．２）を介して接続し、下チャンバを、下チャンバ接続管路（１５．１）を介して接続することで、１グループ目の車輪によって１つ目の支点が形成されるようにし、サスペンションサーボシリンダ（６．１、６．２）の上チャンバを、上チャンバ接続管路（１６．２）を介して接続し、下チャンバを、下チャンバ接続管路（１６．１）を介して接続することで、２グループ目の車輪によって２つ目の支点が形成されるようにし、サスペンションサーボシリンダ（７．１、７．２）の上チャンバを、上チャンバ接続管路（１７．１）を介して接続し、下チャンバを、下チャンバ接続管路（１７．２）を介して接続することで、３グループ目の車輪によって３つ目の支点が形成されるようにし、各支点の高さの制御は、グループ内の各サスペンションサーボシリンダの平均伸縮量を制御することで実現される
ことを特徴とする請求項６に記載のアクティブサスペンションに基づく六輪車両車載安定ステージ。
【請求項８】
請求項６又は７の何れか一項に記載のアクティブサスペンションに基づく六輪車両車載安定ステージの制御方法であって、
第一のステップとして、車体に固定接続された座標系ＯＸＹＺを確立し、車両が水平状態の時の全ての車輪の接地点の図心を座標原点Ｏと定義し、原点０を通って車載安定ステージの位置する平面に垂直な上方向をＺ軸正方向とし、車両前進の方向をＹ軸正方向とし、車両前進の右側方向をＸ軸正方向とし、車載安定ステージのＺ軸方向に沿うヒーブ変位をｗ、Ｘ軸周りの回転角即ちピッチ角をα、Ｙ軸周りの回転角即ちロール角をβと定義し、慣性測定装置が、それぞれの走査周期において、ピッチ角α０及びロール角β０を測定して電子制御装置に出力し、
第二のステップとして、電子制御装置が、ピッチ角α０及びロール角β０に対して、カットオフ周波数がｆＬとされる一次ローパスフィルタリングを行い、フィルタリング後のピッチ角をαＬとし、フィルタリング後のロール角をβＬとし、
第三のステップとして、前の第二のステップで得られたαＬ及びβＬ値に基づき、ｗ＝０及び−αＬ、−βＬを車載安定ステージのポーズの相対補正量として、三支点車両サスペンション機構の逆運動アルゴリズムを通じて車両の各車輪グループ内の各サスペンションサーボシリンダの平均伸縮量の目標値を算出し、当該目標値をサーボコントローラ群に伝送し、更に、各車輪グループ内のサスペンションサーボシリンダの変位サーボ制御を行って、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにする
ことを特徴とするアクティブサスペンションに基づく六輪車両車載安定ステージの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御技術分野に関し、特に、アクティブサスペンションに基づく車載安定ステージシステム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特殊用途を持つ多くの車両にとっては、運動中に車載作業ステージを水平に保持できる場合、作業品質及び作業効率の向上に極めて重要な意義がある。例えば、ホイールクレーンであれば、走行しながら吊り上げ作業を行うことが可能である。走行中、路面に凹凸があると、シャーシ及び上ブームブラケットのピッチ又はロールが生じることに起因して、吊り上げられている重量物が大幅に揺れてしまう。このような状況では、通常、作業速度が遅くなり、深刻な場合には、衝突や転倒の危険があり、作業事故に繋がってしまう。不整路面を通り越す時にクレーンのシャーシを水平に保持できれば、吊り上げ物の平穏な吊り荷及び正確な載置に役立つため、作業効率及び作業品質が大幅に向上される。しかし、国内外には、不整路面を走行中にシャーシ又は車載ステージを水平のままに保持可能な技術が未だにない。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の解決すべき技術的課題は、アクティブサスペンションに基づく車載安定ステージシステム及びその制御方法を提供することにあり、走行中にステージの位置する場所のピッチ角及びロール角をリアルタイムに測定し、これを元に、車載安定ステージが水平状態に戻るために必要な各サスペンションサーボシリンダの伸縮量を算出し、各サスペンションサーボシリンダの伸縮を制御して、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにする。
【０００４】
上述した技術的課題を解決するために、本発明によって採用される技術案は、以下の通りである。
【０００５】
アクティブサスペンションに基づく車載安定ステージシステムであって、車体と、車体に固定接続された車載安定ステージと、慣性測定装置と、電子制御装置と、サーボコントローラ群と、複数の車輪と、車輪に一対一で対応するサスペンションサーボシリンダ及び変位センサとを含み、慣性測定装置は、車載安定ステージに固定され、車輪は、サスペンションサーボシリンダを介して車体の下方に接続され、変位センサは、サスペンションサーボシリンダのストローク測定用であり、電子制御装置及びサーボコントローラ群は、車体に固定され、前記電子制御装置は、慣性測定装置及びサーボコントローラ群に通信接続され、サーボコントローラ群は、変位センサに通信接続され、電子制御装置は、慣性測定装置によって測定された車載安定ステージのピッチ角及びロール角を読み取り、これを元に、車載安定ステージが水平状態に戻るために必要な各サスペンションサーボシリンダの伸縮量を算出し、伸縮量をサーボコントローラ群に出力して各サスペンションサーボシリンダの伸縮を制御して、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにする。
【０００６】
本発明に係る上記技術案のさらなる改良として、全ての車輪を３つの車輪グループに分け、それぞれの車輪グループに１つの車輪又は複数の車輪を持たせ、ある車輪グループ内の車輪数が１を超える場合、当該車輪グループ内の全てのサスペンションサーボシリンダを並列して連通し、当該車輪グループによって、車体を支持する１つの支点が形成されるようにし、３つの車輪グループによって３つの支点が形成され、三点により１つの平面が定められるという原理に基づいて車体のポーズを制御する。
【０００７】
本発明に係る上記技術案のさらなる改良として、車輪グループを結成させる際、各車輪グループ内の各車輪及びその対応のサスペンションサーボシリンダ並びに変位センサの構造は、全て同じであり、前記各車輪グループの車体を支持する支点は、グループ内の各サスペンションサーボシリンダによる車体の支持点の幾何学的中心点であり、当該支点の高さの制御は、グループ内の各サスペンションサーボシリンダの平均伸縮量を制御することで実現されることが可能である。
【０００８】
アクティブサスペンションに基づく車載安定ステージシステムの制御方法であって、車体に固定接続された座標系ＯＸＺＹを確立し、車体に固定接続された任意の点を座標系の座標原点Ｏとし、座標原点Ｏを通って車載安定ステージの位置する平面に垂直な上方向をＺ軸正方向と定義し、車両前進の方向をＹ軸正方向とし、車両前進の右側方向をＸ軸正方向とし、車載安定ステージのＺ軸方向に沿うヒーブ変位をｗ、Ｘ軸周りの回転角をα、Ｙ軸周りの回転角をβとして、慣性測定装置内に予め走査周期を設定しておき、
前記制御方法は、
ある走査周期において、慣性測定装置が、車載安定ステージのピッチ角α０及びロール角β０を測定して電子制御装置に出力するステップ１）と、
電子制御装置が、ピッチ角α０及びロール角β０に対して、カットオフ周波数がｆＬとされる一次ローパスフィルタリングを行い、フィルタリング後のピッチ角をαＬとし、フィルタリング後のロール角をβＬとするステップ２）と、
ステップ２）で得られたαＬ及びβＬ値に基づき、ｗ＝０及び−αＬ、−βＬを車載安定ステージのポーズの相対補正量として、三支点車両サスペンション機構の逆運動アルゴリズムを通じて各車輪グループのサスペンションサーボシリンダの平均伸縮量の目標値を算出し、当該目標値をサーボコントローラ群に伝送し、更に、各サスペンションサーボシリンダの変位サーボ制御を行って、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにするステップ３）と、を含む。
【０００９】
本発明に係る技術案のさらなる改良として、車両が水平状態の時の全ての車輪の接地点の図心は、座標原点Ｏとされる。
【００１０】
上述した技術案を採用することで、本発明により達成された技術的進歩は、以下の通りである。
【００１１】
本発明は、車載安定ステージに慣性測定装置を追加することで、走行中にステージの位置する場所のピッチ角及びロール角を測定し、これを元に、車載安定ステージが水平状態に戻るために必要な各サスペンションサーボシリンダの伸縮量を算出し、各サスペンションサーボシリンダの伸縮を制御して、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにする。
【００１２】
本発明が提案するアクティブサスペンションに基づく車載安定ステージ及びその制御方法は、特殊用途を持つ車両の作業技術レベルの向上において重要な役割を果たしており、以下、いくつかの典型的な特殊用途車両を例として説明する。例えば、高架噴射消防車に適用された場合は、未だに有していない走行しながら作業する機能を実現可能であり、今までの高架噴射消防車は、シャーシが走行中に水平を保持する能力を持っていないため、路面の障害物を通り越す時に上ブームブラケットの傾斜が引き起こされ、軽微な場合は、消防砲が火災ゾーンを狙い難くなり、深刻な場合は、消火のために高所に登った消防員が転落の危険に陥ってしまう。ホイールクレーンに適用された場合は、不整路面や野外を走行しながら吊り上げ作業をする際、地面の凹凸に起因したブームの傾斜及び吊り上げ物の揺れを低減可能であるため、作業効率及び作業品質が大幅に向上される。救急車に適用された場合は、不整路面を走行する時に車体の揺動及び傾斜による救急患者への違和感や二次的な損傷を低減可能である。特装突撃車両に適用された場合は、突撃車両が不整路面を走行する時に乗車している突撃隊員の外への射撃精度を向上させることが可能である。撮影車両に適用された場合は、不整路面を通り越す時に、撮影車両に搭載されている撮影レンズを安定に保つことが可能であるため、撮影品質が向上される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】アクティブサスペンションに基づく車載安定ステージシステムの構造原理図である。
【図２】アクティブサスペンションに基づく六輪車両車載安定ステージシステムの構造原理図である。
【図３】試験に使用される三軸車の模式図である。
【図４】試験に使用される三角障害物の模式図である。
【図５】ピッチ角の変化を測定する試験スキームの模式図である。
【図６】ロール角の変化を測定する試験スキームの模式図である。
【図７】パッシブオイルニューマチックサスペンションシステムが搭載された三軸車と、アクティブサスペンションシステムが搭載された三軸車載安定ステージとの三角障害物を通過した時に測定された車体のピッチ角の変化の対比曲線図である。
【図８】パッシブオイルニューマチックサスペンションシステムが搭載された三軸車と、アクティブサスペンションシステム搭載された三軸車載安定ステージとの三角障害物を通過した時に測定された車体のロール角の変化の対比曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施例を参照して、本発明を更に詳細に説明する。
【００１５】
本発明は、３つ又はそれ以上の車輪を有するアクティブサスペンション車両に適用される、アクティブサスペンションに基づく車載安定ステージシステム及びその制御方法を提供する。三点により１つの平面が定められるという原理に基づき、車輪を３つのグループに分けて車体の３つの支持点を構成し、３つの支持点の支持高さの調整により車両のポーズ（位置及び姿勢；ｐｏｓｅ）を制御して、車載安定ステージが不整路面を走行中に水平状態に保持されるようにする。
【００１６】
具体的なやり方としては、車輪を３つのグループに分け、それぞれの車輪グループに１つの車輪又は複数の車輪を持たせることが可能であり、ある車輪グループ内の車輪数が１を超える場合、当該車輪グループ内の全てのサスペンションサーボシリンダを並列して連通し、即ち、当該車輪グループ内の全てのサスペンションサーボシリンダの上チャンバを順次に連通し、下チャンバも順次に連通し、当該車輪グループによって、車体を支持する１つの支点が構成され、３つの車輪グループによって３つの支点が形成される。車輪グループを構成する際、車輪グループ内の各車輪及びその対応するサスペンションサーボシリンダ並びに変位センサの構造が全て同じになるようにし、こうすれば、前記各車輪グループにより形成された支点は、グループ内の各サスペンションサーボシリンダによる車体の支持点の幾何学的中心点となり、且つ、当該支点の高さの制御は、グループ内の各サスペンションサーボシリンダの平均伸縮量を制御することで実現されることが可能である。
【００１７】
電子制御装置は、測定された車載安定ステージのピッチ角及びロール角を元に、車載安定ステージが水平に戻るために必要な各サスペンションサーボシリンダの伸縮量を算出し、各サスペンションサーボシリンダの伸縮を制御して、車載安定ステージが不整路面を走行中に水平に保持されるようにする。
【００１８】
以下、三輪及び六輪車両を例としてそれぞれ説明するが、三輪以上の他の車両の車載安定ステージシステム及びその制御方法は、同じ原理及び方法に基づいて構築可能である。
【００１９】
実施例一：アクティブサスペンションに基づく三輪車両車載安定ステージ及びその制御方法
【００２０】
図１に示すように、システムは、車体１３と、車体に固定接続された車載安定ステージ１４と、慣性測定装置１と、車輪２、３、４と、車輪２、３、４に一対一で対応するサスペンションサーボシリンダ５、６、７及び対応する変位センサ８、９、１０と、電子制御装置１１と、サーボコントローラ群１２とを含む。慣性測定装置１は、車載安定ステージ１４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シリンダ５、６、７を介して車体の下方に接続され、変位センサ８、９、１０は、それぞれ、サスペンションサーボシリンダ５、６、７のストロークを測定して測定信号を形成するためのものである。電子制御装置１１及びサーボコントローラ群１２は、車体１３に固定され、電子制御装置１１は、慣性測定装置１及びサーボコントローラ群１２に通信接続され、サーボコントローラ群１２は、変位センサ８、９、１０に通信接続され、サーボコントローラ群１２は、変位センサの測定信号を受信する。電子制御装置１１は、慣性測定装置１によって測定されたポーズパラメータを読み取り、車載安定ステージが水平状態に戻るために必要な各サスペンションサーボシリンダ５、６、７の伸縮量を算出してサーボコントローラ群１２に出力し、更に、各サスペンションサーボシリンダ５、６、７の伸縮を制御して、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにする。
【００２１】
本実施例は、三輪車両であり、それぞれの車輪及びそのサスペンションサーボシリンダによって、車体に対する１つの支点が形成可能であり、本実施例は、三点により１つの平面が定められるという原理に基づいて車体のポーズを制御することが可能である。
【００２２】
本発明における慣性測定装置１は、慣性測定ユニットやジャイロスコープ等の慣性パラメータを測定可能なデバイスであってもよく、電子制御装置１１は、電子制御ユニット等のデータパラメータを受信、記憶、算出、出力可能なデバイスであってもよい。
【００２３】
本発明に係る制御方法としては、まず、車体に固定接続された座標系ＯＸＹＺを確立し、図１に示すように、車両が水平状態の時の全ての車輪の接地点の図心を座標系の座標原点Ｏと定義するが、勿論、座標原点Ｏは、車体に固定接続された任意の点であってもよく、車両が水平状態の時に座標原点Ｏを通って車載安定ステージの位置する平面に垂直な上方向をＺ軸正方向と定義し、車両前進の方向をＹ軸正方向とし、車両前進の右側方向をＸ軸正方向とする。車載安定ステージのＺ軸方向に沿うヒーブ変位をｗ、Ｘ軸周りの回転角即ちピッチ角をα、Ｙ軸周りの回転角即ちロール角をβと定義し、慣性測定装置１内に予め走査周期を設定しておく。本実施例の具体的な制御方法は、以下の第一〜第三のステップを含む。
【００２４】
第一のステップとして、それぞれの走査周期において、慣性測定装置１が、ピッチ角α０及びロール角β０を測定して電子制御装置１１に出力する。
【００２５】
第二のステップとして、電子制御装置１１が、ピッチ角α０及びロール角β０に対して、カットオフ周波数がｆＬとされる一次ローパスフィルタリングを行い、フィルタリング後のピッチ角をαＬとし、フィルタリング後のロール角をβＬとする。一次デジタルローパスフィルタリングには、次の再帰的アルゴリズムが用いられ、
ｙｎ＝αｘｎ＋（１−α）ｙｎ−１
ここで、ｘｎは、現在の走査周期におけるα０又はβ０のサンプリング値、ｙｎは、現在の走査周期におけるα０又はβ０の算出値、ｙｎ−１は、前の走査周期におけるα０又はβ０の算出値、αは、フィルタリング係数である。
カットオフ周波数ｆＬが確定した場合、αの算出方法は、
α＝２πｆＬΔｔ
となり、Δｔは走査周期、単位はｓ、ｆＬはカットオフ周波数、単位はＨｚである。
【００２６】
第三のステップとして、電子制御装置１１が、前の第二のステップで得られたαＬ及びβＬ値を元に、ｗ＝０及び−αＬ、−βＬを車載安定ステージのポーズの相対補正量として、車両の各サスペンションサーボシリンダ５、６、７の伸縮量の目標値を算出し、当該目標値をサーボコントローラ群１２に伝送して各サスペンションサーボシリンダ５、６、７の変位サーボ制御を行って、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにする。サスペンションサーボシリンダの伸縮量の目標値を算出する際、三支点車両サスペンション機構の逆運動アルゴリズムを通じてそれを算出可能であり、サーボコントローラ群による各サスペンションサーボシリンダの変位制御の際、変位センサによって測定されたサスペンションサーボシリンダのストローク及び伸縮量の目標値に従って、サスペンションサーボシリンダの伸縮を制御する。
【００２７】
実施例二：アクティブサスペンションに基づく六輪車両車載安定ステージ及びその制御方法
【００２８】
図２に示すように、システムは、車体１３と、車体に固定接続された車載安定ステージ１４と、慣性測定装置１と、電子制御装置１１と、サーボコントローラ群１２と、車輪２．１、２．２、３．１、３．２、４．１、４．２と、車輪２．１、２．２、３．１、３．２、４．１、４．２に一対一で対応するサスペンションサーボシリンダ５．１、５．２、６．１、６．２、７．１、７．２及び対応する変位センサ８．１、８．２、９．１、９．２、１０．１、１０．２とを含む。慣性測定装置１は、車載安定ステージ１４に固定され、車輪２．１、２．２、３．１、３．２、４．１、４．２は、それぞれ、サスペンションサーボシリンダ５．１、５．２、６．１、６．２、７．１、７．２を介して車体１３の下方に接続され、変位センサ８．１、８．２、９．１、９．２、１０．１、１０．２は、それぞれ、サスペンションサーボシリンダ５．１、５．２、６．１、６．２、７．１、７．２のストローク測定用であり、電子制御装置１１及びサーボコントローラ群１２は、車体１３に固定され、電子制御装置１１は、慣性測定装置１及びサーボコントローラ群１２に通信接続され、サーボコントローラ群１２は、変位センサ８．１、８．２、９．１、９．２、１０．１、１０．２に通信接続され、サーボコントローラ群１２は、変位センサの測定信号を受信する。電子制御装置１１は、慣性測定装置１によって測定されたポーズパラメータを読み取り、車載安定ステージが水平状態に戻るために必要な各サスペンションサーボシリンダ５．１、５．２、６．１、６．２、７．１、７．２の伸縮量を算出してサーボコントローラ群１２に出力し、更に、各サスペンションサーボシリンダ５．１、５．２、６．１、６．２、７．１、７．２の伸縮を制御して、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにする。
【００２９】
本実施例は、六輪車両であり、その車輪が３つの車輪グループに分けられ、それぞれの車輪グループには、近い位置にある２つの車輪が含まれ、グループ分けの際、ある車輪グループ内の各車輪及びそのサスペンションサーボシリンダ並びに変位センサの構造及び尺寸が全て同じになるようにする。図２では、車輪２．１、２．２が第一のグループ、車輪３．１、３．２が第二のグループ、車輪４．１、４．２が第三のグループとされ、サスペンションサーボシリンダも、３つのグループに分けられ、サスペンションサーボシリンダ５．１、５．２が第一のグループ、サスペンションサーボシリンダ６．１、６．２が第二のグループ、サスペンションサーボシリンダ７．１、７．２が第三のグループとされ、変位センサも、３つのグループに分かられ、変位センサ８．１、８．２が第一のグループ、変位センサ９．１、９．２が第二のグループ、変位センサ１０．１、１０．２が第三のグループとされる。勿論、ある車輪グループ内の車輪数は、１つ、３つ又は４つに設定されてもよい。車輪数が６未満で、例えば４である場合、ある車輪グループ内の車輪数は、１つ又は２つであってもよく、車輪数が６を超える（例えば８である）場合、ある車輪グループ内の車輪数は、１つ又は複数であってもよく、それ以外の場合、車輪数が同様な形で決められる。１つの車輪グループによって、車体を支持する１つの支点が構成され、３つの車輪グループによって３つの支点が形成され、本発明は、三点により１つの平面が定められるという原理に基づいて車体のポーズを制御する。各車輪グループの車体を支持する支点は、グループ内の各サスペンションサーボシリンダによる車体の支持点の幾何学的中心点であり、当該支点の高さの制御は、車輪グループ内の各サスペンションサーボシリンダの平均伸縮量を制御することで実現される。
【００３０】
本実施例の３つの車輪グループ内の車輪数が全て１を超えているため、それぞれの車輪グループ内の全てのサスペンションサーボシリンダを並列して連通し、即ち、サスペンションサーボシリンダ５．１、５．２の上チャンバを、上チャンバ接続管路１５．２を介して接続し、下チャンバを、下チャンバ接続管路１５．１を介して接続することで、１グループ目の車輪によって１つ目の支点が形成されるようにし、サスペンションサーボシリンダ６．１、６．２の上チャンバを、上チャンバ接続管路１６．２を介して接続し、下チャンバを、下チャンバ接続管路１６．１を介して接続することで、２グループ目の車輪によって２つ目の支点が形成されるようにし、サスペンションサーボシリンダ７．１、７．２の上チャンバを、上チャンバ接続管路１７．１を介して接続し、下チャンバを、下チャンバ接続管路１７．２を介して接続することで、３グループ目の車輪によって３つ目の支点が形成されるようにする。各支点の高さの制御は、グループ内の各サスペンションサーボシリンダの平均伸縮量を制御することで実現される。
【００３１】
本実施例の具体的な制御方法は、以下の第一〜第三のステップを含む。
【００３２】
第一のステップとして、車体１３に固定接続された座標系ＯＸＹＺを確立する。車両が水平状態の時の全ての車輪の接地点の図心を座標原点Ｏと定義し、原点Ｏを通って車載安定ステージの位置する平面に垂直な上方向をＺ軸正方向とし、車両前進の方向をＹ軸正方向とし、車両前進の右側方向をＸ軸正方向とする。車載安定ステージのＺ軸方向に沿うヒーブ変位をｗ、Ｘ軸周りの回転角即ちピッチ角をα、Ｙ軸周りの回転角即ちロール角をβと定義する。慣性測定装置１が、それぞれの走査周期において、ピッチ角α０及びロール角β０を測定して電子制御装置１１に出力する。
【００３３】
第二のステップとして、電子制御装置１１が、ピッチ角α０及びロール角β０に対して、カットオフ周波数がｆＬとされる一次ローパスフィルタリングを行い、フィルタリング後のピッチ角をαＬとし、フィルタリング後のロール角をβＬとする。一次デジタルローパスフィルタリング算法は、実施例一と同じであり、ここで繰り返して説明しない。
【００３４】
第三のステップとして、前の第二のステップで得られたαＬ及びβＬ値を元に、ｗ＝０及び−αＬ、−βＬを車載安定ステージのポーズの相対補正量として、三支点車両サスペンション機構の逆運動アルゴリズムを通じて、車両の各車輪グループ内の各サスペンションサーボシリンダの平均伸縮量の目標値を算出して当該目標値をサーボコントローラ群に伝送し、更に、各車輪グループ内のサスペンションサーボシリンダの変位サーボ制御を行って、車載安定ステージが走行中に水平に保持されるようにする。
【００３５】
本発明は、三輪以上の車載安定ステージの制御方法を与えているが、三輪を超えた車載安定ステージシステムの車輪を３つの車輪グループに分け、三点により１つの平面が定められるという原理に基づいて車体のポーズを制御して、制御方法を全ての三輪以上の車両に適用させた。本発明は、それぞれの周期内のピッチ角及びロール角を走査監視し、これらの走査値に対して一次ローパスフィルタリングを行って、信号干渉を低減しており、そして、フィルタリング後のピッチ角及びロール角を各車輪グループのサスペンションサーボシリンダの伸縮量の算出に用いて、車載安定ステージの制御の安定性を向上させた。本発明は、近い位置にある車輪を選択して車輪グループを結成させており、グループ内の車輪のサスペンションサーボシリンダの上下チャンバの連通に便利であり、また、グループ分けの際、車輪グループ内の各車輪及びそのサスペンションサーボシリンダ並びに変位センサの構造及び尺寸が全て同じになるようにしており、車輪グループの支持点の決定に便利である。
【００３６】
本発明の研究開発中に、発明者は、アクティブサスペンションシステムが搭載された三軸車と、パッシブオイルニューマチックサスペンションシステムが搭載された三軸車とで、三角障害物を通り越す際の姿態の対比試験を行ったところ、本発明に係るアクティブサスペンションシステムに基づく車載安定ステージは、走行中にステージを水平且つ安定に保持する効果を達成できている。
【００３７】
試験に使用される三軸車は、図３に示すようなものである。車全長は、１０ｍ、ホイールベースは（２．９５＋１．６５）ｍ、総重量は３６ｔ、平均車軸荷重は１２ｔ、サスペンションストロークは±０．１１ｍである。試験に使用される２台の三軸車のうちの１台は、本発明に係る車載安定ステージシステムが搭載されて本発明に係る方法によって制御されるものであり、もう１台は、パッシブオイルニューマチックサスペンションシステムが搭載されている。試験中に、本発明に係る三軸六輪車両の２つの前車輪に対応するサスペンションサーボシリンダの上チャンバ及び下チャンバをそれぞれ接続管路を介して連通することで、２つの前車輪及びそれらのサスペンションによる車体の支持作用が１つの支点に等価するようにし、車両後部の２つの軸の右側における２つの車輪に対応するサスペンションサーボシリンダの上チャンバ及び下チャンバをそれぞれ接続管路を介して連通することで、後部右側の２つの車輪による車体の支持作用が１つの支点を形成するようにし、車両後部の２つの軸の左側における２つの車輪に対応するサスペンションサーボシリンダの上チャンバ及び下チャンバをそれぞれ接続管路を介して連通することで、後部左側の２つの車輪による車体の支持作用が１つの支点を形成するようにしており、こうして、車体は、合計３つの支点を有するようになっている。車両後部の４つの車輪及びそのサスペンションサーボシリンダは、全く同じ構造を採用している。
【００３８】
試験に使用される三角障害物は、図４に示すようなものである。三角障害物は、長さが３ｍ、幅が０．８ｍ、ピーク高さが０．１ｍである。
【００３９】
図５は、ピッチ角の変化を測定する試験スキームの模式図である。該試験スキームにおいて、左右の車輪間の距離に応じて、同じ三角障害物を２つ対称的に置いて、車両の左右両側の車輪が同時に三角障害物を通り越すようにして、車体のピッチ角の変化を測定する。
【００４０】
図６は、ロール角の変化を測定する試験スキームの模式図である。当該試験スキームにおいて、１つの三角障害物を片側にのみ置いて、車両の片側の車輪のみが三角障害物を通り越すようにして、車体のロール角の変化を測定する。
【００４１】
図７は、アクティブサスペンションシステムが搭載された三軸車載安定ステージと、パッシブオイルニューマチックサスペンションが搭載された三軸車との、図５に示す試験スキームに基づいて２ｋｍ／ｈの速度で両側の車輪が三角障害物を通り越した時の車体のピッチ角の変化を示している。図７から分かるように、アクティブサスペンションシステムが搭載された三軸車載安定ステージは、三角障害物を通り越した時、そのピッチ角の変化が−０．４°〜０．４°であり（図７には、破線で示す）、ピッチ角の変化は、平坦路面での運動時のロール角の変化に比べて少しだけ増えている一方で、パッシブオイルニューマチックサスペンションシステムが搭載された三軸車は、三角障害物を通り越した時、そのピッチ角の変化が−２°〜２°である（図７には、実線で示す）。本発明に係るアクティブサスペンションシステムが搭載された三軸車載安定ステージは、パッシブオイルニューマチックサスペンションシステムが搭載された三軸車に比べて、車体のピッチ角の変動が大幅に低減され、車体がほぼ水平に保持される。
【００４２】
図８は、アクティブサスペンションシステムが搭載された三軸車載安定ステージと、パッシブオイルニューマチックサスペンションが搭載された三軸車との、図６に示す試験スキームに基づいて２ｋｍ／ｈの速度で、片側の車輪が三角障害物を通り越した時の車体のロール角の変化を示している。図８から分かるように、アクティブサスペンションシステムが搭載された三軸車載安定ステージは、三角障害物を通り越した時、そのロール角の変化が−０．３°〜０．３°であり（図８には、破線で示す）、平坦路面での運動時のロール角の変化とは明らかな差がない一方で、パッシブオイルニューマチックサスペンションシステムが搭載された三軸車は、三角障害物を通り越した時、そのロール角の変化が−１°〜２°である（図８には、実線で示す）。本発明に係るアクティブサスペンションシステムが搭載された三軸車載安定ステージは、パッシブオイルニューマチックサスペンションシステムが搭載された三軸車に比べて、車体のロール角の変動が大幅に低減され、車体がほぼ水平に保持される。このように、本発明に係る車載安定ステージは、運動中にも車体を安定に保持可能であり、本発明に係る車載安定ステージ上で作業する場合、車両の運動による干渉を受けることがなく、例えば、ホイールクレーンの場合は、転倒事故なしで、行走しながら吊り上げ及び吊り荷を行うことができる。
【００４３】
最後に述べたいのは、上述した各実施例は、あくまでも本発明を説明するための技術案であり、本発明を制限するものではない。上記実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、上記実施例に記載の技術案を変更したり、その中の一部又は全部の技術的特徴を均等に置き換えることも可能であり、これらの変更や置換により、その対応する技術案の本質が本発明の各実施例に係る技術案の範囲から逸脱し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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【国際調査報告】
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