(57)【要約】【課題】ショックアブソーバの作動油温度の高温化を抑制するとともに、車両の乗り心地および操縦安定性を可及的に良好な状態に保つ減衰力制御を行う。【解決手段】走行中の車両前後のばね上部上下加速度，サスペンション部相対変位等のデータに基づき、測定することが不可能な状態量が状態量推定部１６４においてカルマンフィルタにより推定される。最適減衰力特性取得部１６８において、実測あるいは推定等により取得された状態量と作動油温度に基づき、乗り心地と操縦安定性とを良好に保つ第１フィードバックゲインと、作動油温度上昇を抑制しながら乗り心地と操縦安定性とを良好に保つ第２フィードバックゲインとを取得する。それら２つのフィードバックゲインを、作動油温度で重み付け加重平均することにより、作動油温度の上昇とともに作動油温度上昇抑制の度合いが大きくなる第３フィードバックゲインを取得する。その第３フィードバックゲインに基づいて取得された目標減衰力にしたがって減衰力特性の制御を行う。【選択図】  図５
2004175125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のばね上部材とばね下部材とを互いに連結するサスペンションにおけるショックアブソーバの減衰力特性を制御する減衰力特性制御装置において、
前記ショックアブソーバ内部の作動油の温度を取得する作動油温度取得手段と、
車両の乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方を良好に保つ第１減衰力関連量と、前記少なくとも一方を良好に保つとともに前記作動油温度の上昇を抑制する第２減衰力関連量とで規定される範囲内において、前記作動油温度取得手段によって取得された前記作動油温度に適した減衰力関連量である第３減衰力関連量を取得する減衰力関連量取得手段と
を設けたことを特徴とする減衰力特性制御装置。
【請求項２】
前記第３減衰力関連量を取得する第３減衰力関連量取得手段を含み、その第３減衰力関連量取得手段が、前記第１減衰力関連量と前記第２減衰力関連量とのそれぞれを前記作動油温度に基づく重み付けをした加重平均値に相当するものを前記第３減衰力関連量として取得するものである請求項１に記載の減衰力特性制御装置。
【請求項３】
前記第１減衰力関連量を取得する第１減衰力関連量取得手段と前記第２減衰力関連量を取得する第２減衰力関連量取得手段とを含み、前記第１減衰力関連量取得手段が、乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方に関連する評価指標と、減衰力の評価指標との２乗和を最小にするフィードバックゲインを前記第１減衰力関連量として取得するものであり、前記第２減衰力関連量取得手段が、乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方に関連する評価指標，減衰力の評価指標およびピストン速度の評価指標の２乗和を最小にするフィードバックゲインを前記第２減衰力関連量として取得するものである請求項１または２に記載の減衰力特性制御装置。
【請求項４】
前記第３減衰力関連量取得手段が、減衰力取得手段を含み、その減衰力取得手段が制御目標となる減衰力を次式によって取得するものである請求項２に記載の減衰力特性制御装置。
【数１】
2004175125.tif 000018
【請求項５】
車両のばね上部材とばね下部材とを互いに連結するサスペンションにおけるショックアブソーバの減衰力特性を制御する減衰力特性制御装置において、
車両の乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方を良好に保つとともに、前記ショックアブソーバ内部の作動油の温度上昇を抑制する減衰力関連量を取得する油温上昇抑制減衰力関連量取得手段を設けたことを特徴とする減衰力特性制御装置。
【請求項６】
前記ショックアブソーバの作動油の温度を取得する作動油温度取得手段を含み、少なくとも前記ショックアブソーバ内部のピストン等とショックアブソーバ内壁等との摺動摩擦による発熱を考慮して作動油温度を推定する作動油温度推定手段を含むことを特徴とする請求項５に記載の減衰力特性制御装置。
【請求項７】
車両のばね上部材とばね下部材とを互いに連結するサスペンションにおけるショックアブソーバの減衰力特性を制御するための目標減衰力を取得するために用いられる減衰力関連量を取得する減衰力関連量取得プログラムであって、
車両の乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方を良好に保つとともに、前記ショックアブソーバ内部の作動油の温度上昇を抑制する減衰力関連量である油温上昇抑制減衰力関連量を取得する油温上昇抑制減衰力関連量取得ステップを含むことを特徴とする減衰力関連量取得プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のばね上部とばね下部とを互いに連結するサスペンションに含まれるショックアブソーバの減衰力特性制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両走行時には、路面の凹凸に対応してばね上部およびばね下部が振動し、サスペンションが作動する。サスペンションに含まれるスプリングが伸縮してばね上部とばね下部との相対移動を許容する一方、ショックアブソーバがその相対移動の運動エネルギを熱エネルギに変換し、車体の振動を抑制するとともに車輪の接地性を向上させるのである。この車体の振動を適切に抑制して車両の乗り心地を改善し、車輪の接地性を向上させて操縦安定性を改善するための減衰力特性の制御についての研究が多く行われている。
【０００３】
例えば、非特許文献１において、自動車用セミアクティブサスペンションに外乱包含双線形最適制御を適用した場合の効果がシミュレーションによって確認されている。外乱包含制御は、相対座標系で記述されているシステムに外乱のダイナミクスを導入した拡大系を構成して制御するものである。すなわち、外乱のダイナミクスの特性を仮定し、その仮定された外乱をシステムにフィードフォワードして制御するものであり、フィードフォワード併合制御とも称される。双線形最適制御は、減衰係数が可変であるセミアクティブサスペンションが減衰係数と速度の積を含む双線形システムとなることに着目し、最適制御則を双線形に拡張したものである。このような外乱包含双線形最適制御を行うことにより、減衰力特性制御を行わない場合に比べて、接地性の悪化を最小限に抑えながら、乗り心地に影響を及ぼすばね上部の上下加速度およびピッチ加速度を大幅に低減できることが明らかにされた。
【０００４】
しかし、悪路を走行するとばね上部とばね下部との相対変位や変位速度が大きいため、ショックアブソーバ内での発熱量が多くなり、作動油の温度が上昇する。場合によっては、作動油の温度が高くなりすぎて、ショックアブソーバの機能が低下する事態が発生することがある。例えば、作動油の温度が極めて高くなると、ショックアブソーバの各部に配置されたシール部材のシール機能が低下したり、可変絞り機構内の電磁アクチュエータの磁気特性の変化に伴う同アクチュエータの作動不良が生じたりすることがあるのである。
【０００５】
こうした悪路走行時における作動油の高温化には、特許文献１に示すように、作動油の温度が設定値以上になった場合に、ショックアブソーバの減衰力を最小にして発熱を抑制することで対処することが提案されている。しかし、減衰力を最小にしたのでは作動油の温度上昇は抑制できても、車両の乗り心地（車体の振動抑制）や操縦安定性（車輪の接地性等）が犠牲になってしまう。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１９５３３８号公報
【特許文献２】
特開平７−１１７４３７号公報
【特許文献３】
特開平７−１１７４４２号公報
【非特許文献１】
岡本，吉田，「自動車用セミアクティブサスペンションの外乱包含双線形最適制御」，日本機械学会論文集（Ｃ編），日本機械学会，２０００年１０月，６６巻，６５０号，ｐ．３２９７−３３０４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果】
本発明は、以上の事情を背景とし、車両走行時（特に悪路走行時）において減衰力特性を制御することにより乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方を良好に保つとともに、ショックアブソーバ内部の作動油温度の高温化を抑制することを課題としてなされたものであり、本発明によって、下記各態様の減衰力特性制御装置および減衰力関連量取得プログラムが得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、一つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではない。一部の事項のみを選択して採用することも可能なのである。
【０００８】
なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（４）項と  （７）項とを合わせたものが請求項２に、（２）項，（３）項，（１０）項，（１１）項を合わせたものが請求項３に、（１２）項と（１３）項とを合わせたものが請求項４に、（１８）項が請求項５に、（２３）項，（２４）項，（２５）項を合わせたものが請求項６に、（２７）項が請求項７にそれぞれ相当する。
【０００９】
（１）車両のばね上部材とばね下部材とを互いに連結するサスペンションにおけるショックアブソーバの減衰力特性を制御する減衰力特性制御装置において、
前記ショックアブソーバ内部の作動油の温度を取得する作動油温度取得手段と、
車両の乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方を良好に保つ第１減衰力関連量と、前記少なくとも一方を良好に保つとともに前記作動油温度の上昇を抑制する第２減衰力関連量とで規定される範囲内において、前記作動油温度取得手段によって取得された前記作動油温度に適した減衰力関連量である第３減衰力関連量を取得する減衰力関連量取得手段と
を設けたことを特徴とする減衰力特性制御装置。
【００１０】
減衰力関連量はショックアブソーバで発生させるべき減衰力に関連する量であり、減衰力自体は勿論、それに基づいて減衰力を取得し得る量や、その量を制御すれば結果的に減衰力を制御し得る量等を含む。また、「第１減衰力関連量と第２減衰力関連量とで規定される範囲」には、第１減衰力関連量自体および第２減衰力関連量自体も含まれる。
乗り心地が良好な状態は、例えば、制御を行わない場合に比べて、ばね上部の上下動や前後ピッチ動が少ない状態を意味し、操縦安定性が良好な状態は、例えば、タイヤ部の変位が少なく、接地性が良い状態等を意味する。乗り心地と操縦安定性とのどちらか一方を良好に保つことと、両方を良好に保つこととの両方が可能である。
第２減衰力関連量において、前記少なくとも一方の制御に対して、温度上昇抑制の制御の度合いを予め設定したり、路面状態等に応じて変更したりすることも可能である。
第３減衰力関連量が上記の範囲内とされることで、車両の乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方を可及的に良好に保つとともに、温度上昇抑制の必要性に応じて抑制の度合いを変えて制御することができる。
【００１１】
（２）前記第１減衰力関連量を取得する第１減衰力関連量取得手段を含む  （１）項に記載の減衰力特性制御装置。
（３）前記第２減衰力関連量を取得する第２減衰力関連量取得手段を含む（１）項または（２）項に記載の減衰力特性制御装置。
（４）前記第３減衰力関連量を取得する第３減衰力関連量取得手段を含む（１）項ないし（３）項のいずれかに記載の減衰力特性制御装置。
【００１２】
（５）前記第３減衰力関連量取得手段が、前記作動油の温度が高い場合に、低い場合と比較して、作動油の温度上昇を抑制する度合いが大きくなるように前記第３減衰力関連量を取得するものである（４）項に記載の減衰力特性制御装置。
作動油温度が低い時は、温度上昇を抑制することは不可欠ではなく、作動油温度が高いほど、温度上昇の抑制の度合いが大きくされることが望ましい。温度上昇を抑制する段階は２段階以上とされるのであり、３段階以上の多段階とされること、あるいは連続的に変化させられることが望ましい。温度上昇を抑制する度合いが多段階的あるいは連続的に変化させられれば、より作動油温度に適した制御が可能となる。また、乗り心地や操縦安定性が急激に変化することを回避することができる。
【００１３】
（６）前記第３減衰力関連量取得手段が、前記作動油の温度上昇を抑制する度合いを３段階以上の多段階または連続的に変化させる減衰力関連量を取得するものである（５）項に記載の減衰力特性制御装置。
（７）前記第３減衰力関連量取得手段が、前記第１減衰力関連量と前記第２減衰力関連量とのそれぞれを前記作動油温度に基づく重み付けをした加重平均値に相当するものを前記第３減衰力関連量として取得するものである（４）項ないし（６）項のいずれかに記載の減衰力特性制御装置。
重み付けには、一方が０で他方が全てになる場合も含まれる。
第３減衰力関連量を取得する際には、第１減衰力関連量と第２減衰力関連量とを個別に求めてから、それらを上記のように加重平均してもよく、また、第１減衰力関連量と第２減衰力関連量とを求めることなしに、直接第３減衰力関連量を求めてもよい。
【００１４】
（８）前記第１，２，３減衰力関連量の少なくとも１つが、減衰力を制御するためのフィードバックゲインである（１）項ないし（７）項のいずれかに記載の減衰力特性制御装置。
（９）前記第１減衰力関連量を取得する第１減衰力関連量取得手段および前記第２減衰力関連量を取得する第２減衰力関連量取得手段を含み、それら第１，２減衰力関連量取得手段が、外乱包含双線形最適制御理論によって前記第１，２減衰力関連量を取得するものである（１）項，（４）項ないし（８）項のいずれかに記載の減衰力特性制御装置。
【００１５】
（１０）前記第１減衰力関連量取得手段が、乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方に関連する評価指標と、減衰力の評価指標との２乗和を最小にするフィードバックゲインを前記第１減衰力関連量として取得するものである  （８）項または（９）項に記載の減衰力特性制御装置。
本発明において、評価指標は減衰力特性制御により向上させようとする車両の特性（乗り心地，操縦安定性等），減衰力の大きさ等を表す関数であり、それらの２乗和を可及的に小さくするようにフィードバックゲインを決定することで、例えば、乗り心地を向上させることができる。乗り心地に関連する評価指標とは、例えば、ばね上部の上下速度，ピッチ速度等の乗り心地に影響を与える要素を少なくとも１つ含む関数であり、その値が小さくなるとともに乗り心地が良くなる。操縦安定性に関連する評価指標とは、例えば、接地性に関連性のあるタイヤ部相対変位等の要素を少なくとも１つ含む関数である。このような関数の例を挙げると、後に示す式（５−１）の括弧内の第１項は、乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方に関連する評価指標の２乗に重み関数を乗じたものである。
それぞれの評価指標の２乗に重み付けをしてその重みを変更することにより、乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方の向上と、減衰力低減とのどちらをどの程度重視するかを設定することができる。
なお、第１関連量を取得するための式は、例えば、後に示す式（５−１０）等があり、その式（５−１０）は式（５−１）に基づいて求められる。
（１１）前記第２減衰力関連量取得手段が、乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方に関連する評価指標，減衰力の評価指標およびピストン速度の評価指標の２乗和を最小にするフィードバックゲインを前記第２減衰力関連量として取得するものである  （８）項または（１０）項に記載の減衰力特性制御装置。
評価関数については、上記（１１）項に関する説明を参照。
上記３つの評価指標の２乗に重み付けをしてその重みを変更することにより、乗り心地および操縦安定性の少なくとも一方の向上，減衰力低減，ピストン速度低減のうちどれをどの程度重視するかを設定することができる。
減衰力はショックアブソーバ内の作動油がオリフィスを通過する際の流体摩擦によって生じるため、減衰力が大きければ流体摩擦も大きくなる。従来は、減衰力の評価指標は流体摩擦による発熱を抑制する評価指標として捉えられていなかったが、減衰力の評価指標は流体摩擦の評価指標の意味合いを持っており、流体摩擦による発熱を抑制するための評価指標と捉えることができる。しかしながら、減衰力の評価指標、すなわち流体摩擦の評価指標に対する重み付けを大きくして、流体摩擦による発熱を抑制する制御を行っても、発熱の抑制は不十分であった。それに対して、ピストン速度は、ピストン等とアウタシェル等との摺動摩擦による発熱と、オリフィスにおける作動油の流体摩擦による発熱とに影響を及ぼすため、発熱を効果的に抑制する制御を行うことができる。ピストン速度の評価指標はショックアブソーバの発熱の評価指標ともなる。なお、減衰力の評価指標は第１の発熱の評価指標，ピストン速度の評価指標は第２の発熱の評価指標と捉えることもできる。
第２関連量を取得するための式は、例えば、後に示す式（６−６）等があり、その式（６−６）は式（６−１）に基づいて求められる。
【００１６】
（１２）前記第３減衰力関連量取得手段が、次式によって前記第３減衰力関連量であるＦｂ（θ（ｔ））およびＦｆ（θ（ｔ））を取得するものである  （８）項ないし（１１）項のいずれかに記載の減衰力特性制御装置。
【００１７】
【数２】
2004175125.tif 000003
【００１８】
数式２に示される各式には番号を付してあるが、これは実施形態との対応を分かり易くするためである。また、他の数式についても同様である。
【００１９】
（１３）減衰力取得手段を含み、その減衰力取得手段が制御目標となる減衰力を次式によって取得するものである（１２）項に記載の減衰力特性制御装置。
【００２０】
【数３】
2004175125.tif 000004
【００２１】
実施形態における式（７−２）では、状態量であるｘｓおよびＷ１の成分に推定された値を含むことを意味する「＾（ハット）」が付されている。数式３のｘｓおよびＷ１には「＾」が付されていないが、実測値，実測値から演算により求められた値だけで制御目標となる目標減衰力（あるいは最適減衰力，減衰力制御入力）を求めてもよいし、推定値のみ、あるいは実測値等と推定値とを含む状態量から目標減衰力を求めてもよい。一方、状態量に「＾」が付されている場合は、その状態量の成分に推定値が含まれることを示すが、実測値等から目標減衰力を取得することも可能である。また、他の数式についても同様である。
【００２２】
（１４）状態量推定手段を含み、前記式（７−２）の状態量の少なくとも一部として、前記状態量推定手段による推定値が用いられる（１３）項に記載の減衰力特性制御装置。
状態量には、前後のサスペンションの伸縮によるばね上部と前後のばね下部との相対変位および相対速度、路面に接地している前後のタイヤの下部が変形することによる前後のばね下部と路面との相対変位および相対速度であるタイヤ部相対変位および相対速度、前後のタイヤが接地しているそれぞれの路面から受ける外乱である前後の路面外乱の速度および加速度がある。
実測できない状態量あるいは実測値から演算によって得られない状態量を推定することにより、制御する目標となる減衰力である目標減衰力を求めることができる場合がある。
【００２３】
（１５）前記状態量推定手段が、車両前後のばね上部の上下加速度に基づき前記状態量の少なくとも一部を推定する手段を含む（１４）項に記載の減衰力特性制御装置。
（１６）前記状態量推定手段が、ばね上部と前後のばね下部との相対変位および相対速度に基づき前記状態量の少なくとも一部を推定する手段を含むことを特徴とする（１５）項に記載の減衰力特性制御装置。
車両前後のばね上部の上下加速度と、ばね上部と前後のばね下部との相対変位および相対速度とに基づいて前記状態量の少なくとも一部を推定すれば、ばね上部の上下加速度のみに基づいて推定するよりも推定の精度が高くなる。
【００２４】
（１７）前記状態量推定手段が、次式に示す外乱包含双線形最適制御システムに対するカルマンフィルタを含む（１４）項ないし（１６）項のいずれかに記載の減衰力特性制御装置。
カルマンフィルタによって、制御対象を乱す雑音の影響をあまり受けずに少なくとも一部の状態量を推定することが可能である。
【００２５】
【数４】
2004175125.tif 000005
【００２６】
（１８）車両のばね上部材とばね下部材とを互いに連結するサスペンションにおけるショックアブソーバの減衰力特性を制御する減衰力特性制御装置において、
車両の乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方を良好に保つとともに、前記ショックアブソーバ内部の作動油の温度上昇を抑制する減衰力関連量を取得する油温上昇抑制減衰力関連量取得手段を設けたことを特徴とする減衰力特性制御装置。
悪路を走行する際等に、単に作動油温度上昇を抑制してショックアブソーバの減衰力特性を制御する場合には乗り心地と操縦安定性とが犠牲になるが、本項の態様によれば、乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方を犠牲にすることを可及的に回避しつつショックアブソーバの作動油温度の上昇を抑制することができる。
乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方の向上と、発熱抑制とのどちらをどの程度重視するかを予め設定したり、路面状態等に応じて変更したりすることが可能である。
前記（１５）項または（１６）項のいずれかに記載された特徴は、本項にも適用可能である。
【００２７】
（１９）前記油温上昇抑制減衰力関連量取得手段が、乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方に関連する評価指標，減衰力の評価指標およびピストン速度の評価指標の２乗和の最小値を求めることにより油温上昇抑制減衰力関連量を取得する手段を含む（１８）項に記載の減衰力特性制御装置。
上記（１１）項に関する説明が、本項にも当てはまる。
上記の評価指標の２乗に重み付けをしてその重みを変更することにより、乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方の向上，減衰力の低減，ピストン速度低減のうちどれをどの程度重視するかを設定することができる。
【００２８】
（２０）前記油温上昇抑制減衰力関連量取得手段が、式（６−５）によって油温上昇抑制減衰力関連量を取得するものである（１８）項または（１９）項に記載の減衰力特性制御装置。
【００２９】
【数５】
2004175125.tif 000006
【００３０】
（２１）状態量推定手段を含み、前記式（６−５）の状態量の少なくとも一部として、前記状態量推定手段による推定値が用いられる（２０）項に記載の減衰力特性制御装置。
【００３１】
（２２）前記状態量推定手段が、式（６−７）に示す外乱包含双線形最適制御システムに対するカルマンフィルタを含む（２０）項または（２１）項に記載の減衰力特性制御装置。
前記（１６）項に関する説明は、本項にもあてはまる。
【００３２】
【数６】
2004175125.tif 000007
【００３３】
（２３）前記ショックアブソーバの作動油の温度を取得する作動油温度取得手段を含むことを特徴とする（１８）項ないし（２２）項のいずれかに記載の減衰力特性制御装置。
（２４）前記作動油温度取得手段が作動油温度を測定する作動油温度測定手段と作動油温度を推定する作動油温度推定手段との少なくとも一方を含むことを特徴とする（１）項または（２３）項に記載の減衰力特性制御装置。
作動油温度測定手段は作動油の温度を測定する温度センサ，作動油の温度と関連して温度が変動する部分の温度を測定する温度センサ等を含む。
【００３４】
（２５）前記作動油温度取得手段が前記作動油温度推定手段を含み、その作動油温度推定手段が少なくとも前記ショックアブソーバ内部のピストン等とショックアブソーバ内壁等との摺動摩擦による発熱を考慮して作動油温度を推定するものであることを特徴とする（２４）項に記載の減衰力特性制御装置。
作動油温度推定手段が摺動摩擦による発熱に加え、前記ショックアブソーバのオリフィスにおける作動油の流体摩擦による発熱も考慮して作動油温度を推定することが望ましい。さらに、他の要素を考慮して作動油温度を推定することも可能である。摺動摩擦は、例えば、シール部等においても発生する。
（２６）前記作動油温度推定手段が、熱貫流による放熱と熱放射による放熱とを考慮して作動油温度を推定するものであることを特徴とする（２５）項に記載の減衰力特性制御装置。
【００３５】
（２７）車両のばね上部材とばね下部材とを互いに連結するサスペンションにおけるショックアブソーバの減衰力特性を制御するための目標減衰力を取得するために用いられる減衰力関連量を取得する減衰力関連量取得プログラムであって、車両の乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方を良好に保つとともに、前記ショックアブソーバ内部の作動油の温度上昇を抑制する減衰力関連量である油温上昇抑制減衰力関連量を取得する油温上昇抑制減衰力関連量取得ステップを含むことを特徴とする減衰力関連量取得プログラム。
前記（１８）項ないし（２２）項のいずれかに記載された特徴は、本項にも適用可能である。
減衰力関連量については、前記（１）項に関する説明が本項にもあてはまる。
本項に記載のプログラムが、コンピュータにより読み取り可能な状態で記録媒体に記録される態様も本発明の一実施態様である。特に取り外し可能なもの（ＦＤ：フレキシブルディスク，ＣＤ−ＲＯＭ等：コンパクトディスク等，ＤＶＤ：デジタル・ビデオ・ディスク，ＨＤ：磁気ディスク記憶装置，ＭＯ：光磁気ディスク，不揮発メモリ等）に記録されることが望ましい。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態である減衰力最適制御システムについて説明する。図１は、減衰力最適制御システムを含む電子制御式エアサスペンションシステムのブロック図を示す。このシステムは、フロント右（ＦＲ）サスペンション２０，フロント左（ＦＬ）サスペンション２２，リア右（ＲＲ）サスペンション２４，リア左（ＲＬ）サスペンション２６の４つのサスペンションを含み、それら等によって車体（図６においてばね上部３０に該当する）と４つの車輪（ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬ）とを接近・離間可能に連結している。
【００３７】
車体３０には、サスペンション２０，２２，２４，２６が取り付けられた位置付近の上下加速度を検出する加速度センサ４０，４２，４４，４６（ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬ）と、各サスペンション２０，２２，２４，２６における車体と車輪との相対変位を検出する４つの変位センサ６０，６２，６４，６６（ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬ）とが、それぞれ各サスペンションの近傍に設けられている。加速度センサ４０，４２，４４，４６としては、例えば、加速度により発生するセンサチップの歪みから加速度を検出するものを採用可能であり、変位センサ６０，６２，６４，６６としては、例えば、２本の抵抗体上を、それらの抵抗体を導通させるブラシが摺動することにより変化する電圧から変位を検出する市販のものを採用可能である。
【００３８】
サスペンション２０について代表的に説明する。サスペンション２０は線形のばね定数を有する弾性部材としてエアスプリング７０を備えている。サスペンション２０の下部にはショックアブソーバ７４が設けられている。そのショックアブソーバ７４は、減衰力特性が９段階に切換可能なもので、「セルシオ」の商品名で市販されている車両に搭載されており、「ＣＥＬＳＩＯＲ  新型車解説書  ＵＣＦ３＃系  ２０００年８月トヨタ自動車株式会社発行」の２−３４ページに記載されているものとほぼ同じである。
【００３９】
ショックアブソーバ７４の外壁であるアウタシェル７６に囲まれた内部を図２に示す。実線で示された矢印はサスペンション２０が伸びる時の作動油の流れを示し、点線で示された矢印は縮む時の作動油の流れを示す。この図において、作動油はピストン１０２に設けられたハード用バルブ１０６と液通路選択部１１０に設けられたソフト用バルブ１１４との両方を通過できるため、減衰力は小さい状態となる。一方、図３に示す状態では作動油はハード用バルブ１０６しか通過できず、減衰力の大きな状態となる。その減衰力特性の変更は、ロータリーバルブ１２０がロッドガイド１２２の中心の貫通穴を通るコントロールロッド１２４を介してステップモータ１２８（図１）により必要な角度回転させられることにより、作動油が通過する液通路の種類，数等が変更されることによりなされる。なお、ステップモータ１２８は各サスペンション２０，２２，２４，２６に設けられている。
【００４０】
図４にステップモータ１２８の回転角度位置を示す。このように、ステップモータ１２８が１５度ずつ回転させられることによって減衰力特性の段数が１段ずつ変化して９段階の減衰力特性が得られる。なお、減衰力最適制御の効果を高めるには減衰力特性の切換段階数が３段階以上の多段階であることが望ましい。切換段階数が多いほど減衰力特性制御の効果が発揮されやすいが、目標とする減衰力特性制御の効果，ショックアブソーバ等のコスト制限等に応じて切換段階数が設定される。
【００４１】
上記加速度センサ４０，４２，４４，４６および変位センサ６０，６２，６４，６６は、減衰力特性制御用のコンピュータ１４０（図１）に接続されており、各センサからコンピュータ１４０に信号が送信される。また、ステップモータ１２８がコンピュータ１４０に接続されており、コンピュータ１４０により必要な角度だけ回転させられる。さらに、コンピュータ１４０には車速検出装置１４４，外気温度検出装置１４８が接続されており、それぞれ車体速度，外気温度が取得される。
【００４２】
図５にコンピュータ１４０の機能ブロック図を示す。加速度センサ４０，４２，４４，４６および変位センサ６０，６２，６４，６６のデータが取得データ処理部１６０に入力され、それらのデータから平均値，微分値，積分値等が求められる。処理されたデータが状態量推定部１６４に送られ、それらの処理データに基づきカルマンフィルタによる同一次元オブザーバによって、実測値から得られない状態量の各成分が推定される。
【００４３】
全ての状態量の各成分が実測または推定により求められれば、それら状態量の各成分を用いて最適減衰力取得部１６８により最適な減衰力が取得される。その際に、最適な減衰力を求めるために作動油温度が必要であり、その作動油温度は作動油温度推定部１７２により推定される。最適減衰力が取得されれば、最適減衰力特性選択部１７６により最適な減衰特性段数が選択され、現状の減衰特性段数から変更すべき場合は、各ステップモータ１２８の回転方向と回転角度とが各ステップモータ１２８に対応する各駆動回路１８０に送信され、駆動回路により各ステップモータ１２８が必要な角度だけ回転させられる。なお、本実施形態において駆動回路１８０は各ステップモータ１２８それぞれに個別に対応するように４つ設けられているが、フロント用とリヤ用の２つが設けられ、ＦＲ，ＦＬおよびＲＲ，ＲＬのステップモータ１２８を共通に制御することも可能である。
【００４４】
本実施形態においては、各加速度センサ４０，４２，４４，４６が、ばね上部３０における各サスペンション２０，２２，２４，２６に対応する位置に設けられて、それら各位置の加速度を取得しているが、それは不可欠ではない。各加速度センサが各サスペンションに対応する位置から外れており、その外れた位置の加速度を検出するものであっても、検出値を演算によって各サスペンションに対応する位置における加速度に変換することができるからである。また、本実施形態において、加速度センサは４つ設けられているが、ばね上部３０の前輪側と後輪側の上下加速度が検出可能であれば２つでもよいし、３つでもよい。加速度センサを３つ設ける場合は、ばね上部３０の４つのサスペンションに対応した位置のうち、センサが設けられていない位置の上下加速度を他の３つの位置の上下加速度から求めることができ、センサを４つ設ける場合と比較してコスト低減を図ることができる。
【００４５】
次に、車両の一種である四輪自動車の乗り心地および操縦安定性を向上させると同時に、セミアクティブサスペンションのショックアブソーバの作動油温度の上昇を抑制すること、具体的には、ショックアブソーバの作動油温度の上昇を抑制する度合いを作動油温度に基づいて連続的に変化させ、作動油温度が高温であるほど温度上昇を抑制する度合いが大きくなるようにショックアブソーバの減衰力を最適に制御するために、外乱包含双線形最適制御則を適用することについて説明する。
【００４６】
まず、図６に、減衰力最適制御のモデルとして用いられる４自由度を有する前後１／２実車モデルを示し、説明する。その前後１／２実車モデルを採用することにより、単輪モデルよりも実際の車両に適した制御システムを構築することが可能となり、乗り心地と操縦安定性とをより良好な状態で制御することが可能である。また、車体が路面共振する低周波領域では左右の路面の相関性は強く、左右輪にはほぼ同一の入力が入ると考えられるため、４輪ではなく前後ハーフモデルを採用した。
【００４７】
図６において符号３０は、ばね上部であり車両の車体等に対応する。そのばね上部３０と、フロントばね下部２０２およびリアばね下部２０４とはそれぞれ前後のサスペンション部２１０，２１２によって接近・離間方向（上下方向）に相対移動可能に連結されている。これらサスペンション部２１０，２１２は、エアスプリング７０により構成されるばね定数がそれぞれＫＦ，ＫＲのばね部ＫＦ，ＫＲと、ショックアブソーバ７４により構成される減衰係数がそれぞれＣｓＦ，ＣｓＲの減衰力固定部ＣｓＦ，ＣｓＲおよび減衰係数がそれぞれＣｖＦ，ＣｖＲの減衰力可変部ＣｖＦ，ＣｖＲとを有するとみなすことができる。
【００４８】
前後のばね下部２０２，２０４と路面２２０との間は、それぞれ前後のタイヤの下部が介在しており、フロントタイヤ部２３０，リアタイヤ部２３４と称する。前後タイヤ部２３０，２３４は、ばね定数がそれぞれｋＦ，ｋＲのばね部ｋＦ，ｋＲと減衰係数ｃＦ，ｃＲの固定減衰部ｃＦ，ｃＲとを有するとみなすことができる。図７および図８に、各種の記号の名称を記載する。なお、本文中においては変数ｚの一階微分をｚ’，２階微分をｚ”と表す場合があるものとし、他の変数においても同様とする。また、フロントタイヤが接地している路面の変位，路面変位の影響によるばね下部やばね上部の変位等を前輪要素と称し、リアタイヤ等に関しては後輪要素と称する。また、前輪，後輪の要素をまとめて前後輪要素と称する。
【００４９】
図６の１／２実車モデルの運動方程式は図９の式（１−１）から式（１−４）で表されるものとなる。ここで、状態変数を式（１−５）のようにおいて、近似的に式（１−６）が成立すると仮定すると、状態方程式は式（１−７）のように記述される。なお、式（１−７）における変数，行列等の成分は図１０から図１２に示すものである。式（１−８）は式（１−７）における状態量ｘｓの成分を示す。
【００５０】
【数７】
2004175125.tif 000008
【００５１】
次に路面からの外乱を仮定したフィードフォワード併合制御について説明する。本実施形態では、路面（特に悪路）から受ける外乱の特性に基づいて外乱のダイナミクスを仮定し、フィードフォワード制御を行う外乱包含制御が用いられる。外乱のダイナミクスを仮定するにあたって、制御したい路面外乱に対応する周波数領域においてはパワースペクトルが白色雑音と同等であり、その周波数領域以外では路面外乱のパワースペクトルが白色雑音よりも小さなものであると仮定することにより、対象とする周波数領域において制御効果が高くなる。
【００５２】
まず、外乱のスペクトルを以下の条件を満たすものと仮定する。（ａ）外乱をシステムに取り込む際に、外乱の状態量には少なくとも速度成分と加速度成分が含まれている。（ｂ）目的関数を絶対系で記述するために、制御区間では外乱の速度成分を白色雑音と同等であるとする。（ｃ）制御区間より高い周波数領域では外乱の速度スペクトルが下がっているものと仮定する。以上の条件を満たす成形フィルタを用いると、外乱の状態空間表現は図１３の式（２−１），式（２−２）のようになり、さらに前後輪要素についての式は、式（２−３），式（２−４）のようになる。このように、路面からの外乱が仮定され、状態空間表現されることにより、外乱の状態量をシステムに包含させることが可能となる。なお、式中の変数等は図１３の式（２−５）から式（２−１２）を参照。
【００５３】
【数８】
2004175125.tif 000009
【００５４】
本実施形態において、式（２−５）に示すＡｚ１，Ｂｚ１，Ｃｚ１の成分であるＡｚ０，Ｂｚ０，Ｃｚ０は悪路を想定した値が予め設定されている。これらＡｚ０，Ｂｚ０，Ｃｚ０には、良路，悪路，極悪路等のように路面状態にあわせて異なる値を複数種類設定することが可能であり、路面状態を判定する手段を設ければ、路面状態によって設定値を変化させて異なる路面状態に適応した外乱を仮定することができる。
【００５５】
ｗＦ（ｔ），ｗＲ（ｔ）はそれぞれ入力雑音、ｓ（ｔ）は観測雑音を表し、ｗＦ（ｔ）とｓ（ｔ），ｗＲ（ｔ）とｓ（ｔ）はそれぞれ互いに独立な正規分布に従う白色雑音過程とすると、それらの性質は式（２−９）から式（２−１２）のように表せる。ここでδはＤｉｒａｃのデルタ関数を示している。
ＷＦ，ＷＲはそれぞれ前後輪要素の入力雑音ｗＦ（ｔ），ｗＲ（ｔ）のインテンシティであり、それぞれ式（２−８）のように前後それぞれの路面外乱の速度成分ｗＦ’，ｗＲ’と加速度成分ｗＦ”，ｗＲ”を含んでいる。Ｓは観測雑音ｓ（ｔ）のインテンシティであり、前後輪要素の観測雑音を含んでいる。
【００５６】
次に、式（１−７）に表される１／２実車モデルのシステムに対して上記で仮定した外乱を包括して制御する外乱包括制御を行うために、拡大系を構成すると拡大システムは式（３−１），式（３−２）のように記述される（図１４にも示す）。
ｘＰ’＝ＡＰｘＰ＋ＥＰＳ＋ＢＰｘ＊ｕ                        （３−１）
ｙＰ＝ＣＰｘＰ                                                      （３−２）
ｙＰはＣＰによって求められる絶対座標系の評価出力を表す。それぞれの行列の成分は式（３−３）から式（３−６）で表される。なお、ＣＰについては後述する。
【００５７】
前記状態量推定部１６４では、外乱包含双線形最適制御システムに対してカルマンフィルタによる同一次元オブザーバを用いた状態量推定により出力フィードバック制御が行われる。そして、実測が困難な路面外乱の変位や速度等の推定にカルマンフィルタが用いられる。以下にカルマンフィルタの設計法を簡単に示す。制御システムの状態方程式および出力方程式は図１５の式（４−１），式（４−２）のように表すことができる。なお、各記号の内容は式（４−３）から式（４−６）で表される。
【００５８】
ここで、ｙ０（ｔ）は観測出力を表し、ｚＦ”，ｚＲ”はそれぞれ観測量としての前後車輪のばね上部加速度を示す。Ｓは観測雑音ｓのインテンシティである。このシステムに対して仮定された路面外乱のフィードフォワード制御を併合する拡大システムの状態方程式および出力方程式は式（４−７），式（４−８）で表され、それらに対するカルマンフィルタによる同一次元オブザーバは式（４−１０）で与えられる。なお、各記号の内容は式（４−９）で表される。
【００５９】
【数９】
2004175125.tif 000010
【００６０】
この時、フィルタゲインＫは図１５の式（４−１１）となり、Ｐｋは式（４−１２）に示されるＲｉｃｃａｔｉ方程式の一意正定解として与えられる。
【００６１】
次に、前記最適減衰力取得部１６８で用いられる最適レギュレータの設計について説明する。本作動油高温化抑制制御において、ショックアブソーバの作動油温度によって、作動油の温度上昇の抑制の度合いを連続的に変化させ、作動油温度上昇を適度に抑制しながら車両の乗り心地および操縦安定性を可及的に最適な状態に近づけるように減衰力を制御するために、異なる制御則に基づく２種類のコントローラを用いた。一つは「車両の乗り心地および操縦安定性を最適に制御するコントローラ」であり、もう一つは「車両の乗り心地および操縦安定性を向上させるとともに作動油温度上昇の抑制を重視したコントローラ」である。以後、後者のコントローラを「作動油温度上昇の抑制を重視したコントローラ」と略記する。
【００６２】
まず、車両の乗り心地および操縦安定性を最適に制御するコントローラについて説明する。車両の乗り心地および操縦安定性を最適に制御するコントローラの導出にあたって、評価関数として期待値で表された式（５−１）を用いる。
【００６３】
【数１０】
2004175125.tif 000011
【００６４】
Ｃｐは、乗り心地および操縦安定性の向上を目的とする評価出力ｙｐ（ｔ）を記述する行列であり、図２０の式（８−１）にＣｐの一例を示す。ｘｐの成分は式（８−２）で表され、Ｃｐｘｐを計算して式（１−５）を代入し、整理すると式（８−３）が得られ、式（５−１）の第１項は式（８−４）で表される。よって、式（８−４）のかっこ内の第１項は前後のばね上絶対速度が加えられたものであるから車体全体のばね上部の絶対上下速度を表し、一方、第２項は前後のばね上絶対速度の差であるから車体（ばね上部）のピッチング速度を表している。したがって、図２０に示す例では式（５−１）の第１項は、ばね上部の絶対速度とピッチング速度の２乗和であることになる。この例の場合、式（５−１）の第１項は、値が小さくなるほど乗り心地が良くなるため、乗り心地の程度を示す項になるとともに、乗り心地の評価指標の２乗に重み関数を乗じたものと表現できる。なお、Ｃｐの値を変更することにより、式（５−１）の第１項を、乗り心地と操縦安定性の程度を示す項や、操縦安定性の程度を示す項にすることが可能である。
式（５−１）の第１項が乗り心地の程度を示す項であっても、操縦安定性が悪くなるとは限らず、本減衰力特性制御によって可及的に良好な状態が保たれることが多い。
【００６５】
式（５−１）の第２項におけるｘ＊ｕは、図２０の式（８−５）に示すように前後のサスペンション部の相対速度と可変減衰係数との積であり、減衰力を表している。よって、式（５−１）の第２項は減衰力の２乗に重み関数Ｒを乗じたものであり、重み関数Ｒはダンパが発生する減衰力に対する制約条件として働くと同時に、発熱源の１つ（流体摩擦による発熱）に対する制約条件としての意味合いも含んでいる。式（５−１）の第２項は、値が大きくなると減衰力が大きくなることを意味し、減衰力の程度を示す項であるとともに流体摩擦の程度を示す項ともなる。なお、式（５−１）の第２項は、減衰力の評価指標の２乗に重み関数を乗じたものであるとともに流体摩擦の評価指標の２乗に重み関数を乗じたものと表現できる。式（５−１）は乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方に関連する評価指標の２乗に重み関数を乗じたものと、減衰力の評価指標の２乗に重み関数を乗じたものとの和の積分値の期待値を表す評価関数であると表現できる。
【００６６】
乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方の向上と、減衰力の低減とのどちらをどれくらい重視して制御するかは、重み関数ＱとＲとの値を変えればよい。例えば、重み関数Ｑの値を現在の値より大きくして、重み関数Ｒの値をそのままにすれば、重み関数Ｑを変更する前よりも乗り心地等を重視した制御が行われることとなる。
【００６７】
図１４の式（３−１），式（３−２）で記述されるシステムに対して、制御区間［ｔ０，Ｔ］において、式（５−２）となるような減衰係数である最適制御入力ｕ０（ｔ）が求められ、式（５−３），式（５−４）のように表される。ただし、式（５−３），式（５−４）におけるＰは、式（５−５）に示すＲｉｃｃａｔｉ方程式の一意正定解であり、式（５−６）のように分割される。
【００６８】
式（３−１）で表される拡大系双線形システムは図１７の式（５−７）となり、その式（５−７）はｘ＊（ｔ）およびＲが対角行列であるときに式（５−８）と変形でき、システムは線形化される。このときＵ０（ｔ）は式（５−９），式（５−１０）となる。
【００６９】
【数１１】
2004175125.tif 000012
【００７０】
さらに、カルマンフィルタを用いた状態量推定により出力フィードバック制御を行うと、カルマンゲインＫは式（５−１１）のように与えられる。ただし、Ｐｋは式（５−１２）のＲｉｃｃａｔｉ方程式の一意正定解として与えられる。これにより、乗り心地および操縦安定性を最適に制御するコントローラは式（５−１３）および式（５−１４）のように記述できる。なお、文字の上に「＾」の記号が付された変数は、その変数の成分としてカルマンフィルタによる推定値を含むことを表す。
【００７１】
【数１２】
2004175125.tif 000013
【００７２】
次に、作動油温度上昇の抑制を重視したコントローラの導出について説明する。ダンパ温度を上昇させる原因としては、オリフィスにおける作動油の流体摩擦による発熱とピストンの摺動摩擦による発熱とが挙げられる。前者を抑えるにはダンパが発生する力とピストン速度とを抑える必要があり、後者を抑えるには特にピストン速度を抑える必要がある。そこで評価関数として期待値で表された式（６−１）を用いる。式（６−１）を図１８にも示す。
【００７３】
【数１３】
2004175125.tif 000014
【００７４】
なお、Ｃｐは式（５−１）の場合と同様である。Ｑｒ＆ｓはＱｒｉｄｅ＆ｓｔａｂｉｌｉｔｙを意味しており、式（６−１）のかっこ内の第１項（例えば、ばね上部の上下速度，ピッチ速度）の評価出力に対する重み関数である。第２項に含まれるＣｐａ”の例を図２０の式（８−６）に示す。Ｃｐａ”ｘｐを計算すると式（８−７）のようになり、式（６−１）の第２項は式（８−８）のかっこ内のように、前後のサスペンション部の相対速度の２乗和を含んでいる。よって、第２項のＣｐａ”は２種類の発熱源に関わる物理量であるピストン速度の低減を目的とする評価出力ｙｐａ”（ｔ）を記述する行列で、Ｑｔｅｍｐはこの評価出力に対する重み関数である。第３項における重み関数Ｒが意味するものは図１６の式（５−１）と同様であるが、重み関数Ｒの値が同じであるとは限らない。
【００７５】
重み関数Ｑｒ＆ｓ，Ｑｔｅｍｐ，Ｒの値を変更することにより、乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方の向上，ピストン速度低減，減衰力低減のどれをどのくらい重視して制御するかを調節することが出来る。なお、それぞれの重み関数の値を大きくするほど、その要素が重視されて制御が行われる。また、本実施形態において重み関数Ｑｒ＆ｓ，Ｒの値の比率が式（５−１）における重み関数Ｑ，Ｒの値の比率と等しくされているが、異なる比率とすることも可能である。
【００７６】
式（６−１）の第３項は、式（５−１）の第２項と同様に、減衰力の評価指標の２乗に重み関数を乗じたものであるとともに流体摩擦の評価指標の２乗に重み関数を乗じたものという意味合いを持つ。
一方、ピストン速度は、ピストン等とアウタシェル等との摺動摩擦による発熱と、オリフィスにおける作動油の流体摩擦による発熱とに影響を及ぼすことから、式（６−１）の第２項は、ピストン速度の評価指標の２乗に重み関数を乗じたものであるとともに、摺動摩擦と流体摩擦との評価指標の２乗に重み関数を乗じたものという意味合いを持つ。式（６−１）は、乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方に関連する評価指標，摺動摩擦と流体摩擦との評価指標および流体摩擦の評価指標のそれぞれの２乗に重み関数を乗じたものの和と捉えることができる。ただし、作動油温度の上昇抑制には、ピストン速度の評価指標を加えることが効果的であり、式（５−１）に式（６−１）の第２項のピストン速度の評価指標の２乗に重み関数Ｑｔｅｍｐを乗じたものを加えることによって、作動油温度上昇を効果的に抑制するコントローラが得られている。式（６−１）において、第２項と第３項とが、ピストン速度の低減と流体摩擦の低減とによってショックアブソーバ７４の発熱を抑制すると表現することもできる。なお、式（６−１）は乗り心地と操縦安定性との少なくとも一方に関連する評価指標，減衰力の評価指標およびピストン速度の評価指標のそれぞれの２乗に重み関数を乗じて加えたものの積分値の期待値を表す評価関数であると表現できる。
【００７７】
図１８に示すように、評価関数の式（６−１）は式（６−２）のように変形でき、図１６の式（５−１）と同様の形とすることができる。ただし、ＣおよびＱについては式（６−３）のようになっている。また、式（６−３）に式（５−５）のＲｉｃｃａｔｉ方程式に対応する式も示す。作動油温度上昇の抑制を重視したコントローラの導出の手順に関しては、上述した乗り心地および操縦安定性を最適に制御するコントローラと同様であるため異なる点以外は説明および式を省略する。図１６，図１７の式（５−１）から式（５−８），式（５−１１），式（５−１２）を参照。なお、式（６−４）は式（５−８）に対応する。
【００７８】
式（６−５）は式（５−９）に対応するが、Ｒｉｃｃａｔｉ方程式（５−５）の一意正定解Ｐの成分であるＰ１１，Ｐ１２を表示する記号は同じであっても、式（５−５）におけるＣｐおよびＱと式（６−３）におけるＣおよびＱの値が乗り心地および操縦安定性重視のコントローラと作動油温度上昇の抑制を重視したコントローラとでは異なるため、ＰおよびＰの成分であるＰ１１，Ｐ１２の内容は異なっており、減衰力関連量であるフィードバックゲインＦと減衰力制御入力Ｕ０（ｔ）との値も異なる。最終的に、作動油温度上昇の抑制を重視したコントローラの式（６−７），式（６−８）が導出される。
【００７９】
【数１４】
2004175125.tif 000015
【００８０】
上述の２種類の評価関数を案出することにより導出された乗り心地および操縦安定性重視のコントローラ（式５−１３，５−１４）と作動油温度上昇の抑制を重視したコントローラ（式６−７，６−８）とを用いたゲインスケジューリングにより目的の制御器が決定される。本実施形態の目的である、ショックアブソーバの作動油温度によって、作動油の温度上昇の抑制の度合いを連続的に変化させ、作動油温度上昇を適度に抑制しながら車両の乗り心地および操縦安定性を可及的に最適な状態に制御するための制御器が式（７−１，７−２），式（７−３，７−４）のように決定される。
【００８１】
【数１５】
2004175125.tif 000016
【００８２】
式（７−２）中の第３減衰力関連量である第３フィードバックゲインＦｂ（θ（ｔ）），Ｆｆ（θ（ｔ））は、式（７−３，７−４）によって決定される。すなわち、第１減衰力関連量である第１フィードバックゲインの成分であるＦｂ−ｒｉｄｅ＆ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，Ｆｆ−ｒｉｄｅ＆ｓｔａｂｉｌｉｔｙと、第２減衰力関連量であり、油温上昇抑制減衰力関連量でもある第２フィードバックゲインの成分であるＦｂ−ｔｅｍｐ，Ｆｆ−ｔｅｍｐとが、上述した式（５−１０），式（６−６）で求められる。そして、式（７−３，７−４）において、Ｆｂ−ｒｉｄｅ＆ｓｔａｂｉｌｉｔｙとＦｂ−ｔｅｍｐとの重み付け，Ｆｆ−ｒｉｄｅ＆ｓｔａｂｉｌｉｔｙとＦｆ−ｔｅｍｐとの重み付けがスケジューリングパラメータθ（ｔ）に基づいて決定される。スケジューリングパラメータθ（ｔ）は作動油温度Ｔ（ｔ）に基づく値であり、式（７−６）に示すように、Ｔ（ｔ）が、予め設定された温度Ｔｍｉｎより小さい場合はθ（ｔ）はＴｍｉｎとされ、Ｔｍｉｎ以上Ｔｍａｘ以下の場合はθ（ｔ）はＴ（ｔ）とされ、予め設定された温度Ｔｍａｘより大きい場合はθ（ｔ）はＴｍａｘとされる。作動油温度Ｔ（ｔ）としては、式（７−５）に示すように、フロントとリアとのショックアブソーバの作動油温度のうち高い方が選択される。
【００８３】
なお、式（７−１）が、図５の状態量推定部１６４において用いられ、式（７−２）が最適減衰力取得部１６８において用いられる。
【００８４】
本実施形態において、ゲインスケジューリングを適用している利点として、時変系のシステムも取り扱うことができる点が挙げられる。本実施形態では、理解を容易にするために、ショックアブソーバの作動油温度の変化に伴う減衰特性の変化は考慮されていない。その減衰特性の変化の要素を考慮に入れて制御対象をモデリングした場合、システムは時変系となり、時不変系に対する制御手法は適用できなくなるが、システム行列、出力行列なども同様にスケジューリングすることで容易に解決できる。
【００８５】
作動油温度Ｔはショックアブソーバ７４に温度センサを設けて実測することも可能であるが、本実施形態においては推定により取得される。以下、その推定方法について説明する。
ショックアブソーバ７４の発熱原因の主たるものは、オリフィスにおける流体摩擦と、ピストン１０２と外壁となるアウタシェル７６との摺動摩擦とである。一方放熱原因の主たるものは、アウタシェル７６と空気とを媒体とした熱貫流による放熱と、熱放射による放熱とである。モデルを図２１に示し、次のような前提の下で、発熱システムをモデル化した。（ａ）ショックアブソーバ内部の摺動抵抗はシール，ロッドガイド，ピストン部の３カ所に生じるが、これらをまとめてピストン部で生じるものとみなす。（ｂ）熱の発生に関与するものは動摩擦のみとする。
【００８６】
オリフィスの流体摩擦により発生する熱量Ｑｄ＃はショックアブソーバ７４で発生する減衰力に比例すると考えられるので、減衰力をＦ＃（ｔ）とすると図２３の式（９−１）で与えられる。なお、＃はＦ，Ｒを意味する。本実施形態ではショックアブソーバ７４で発生した減衰力はすべてショックアブソーバ７４内の作動油に吸収されるものと仮定し、熱変換率ａを１とした。
【００８７】
ピストン１０２の摺動摩擦による発熱は、ピストン１０２に働く摩擦力のした仕事と見なし得るので、ある時刻ｔに摩擦力により単位時間当たりに発生する熱量Ｑｆ＃は、式（９−２）で与えられる。
【００８８】
熱貫流による放熱Ｑｔ＃は図２４の式（９−３）で与えられる。熱貫流とは、固体（アウタシェル７４）の両側の流体（作動油と空気）の温度が異なるとき、高温側から低温側へ熱が通過する現象である。式中における＃はＦ，Ｒを意味する。なお、次のような前提をおいた。（ａ）熱伝導率λは一定値とする。（ｂ）ショックアブソーバ７４の作動油の熱伝達率は無限であるものとする。ｒ１はアウタシェル７４の内側面半径，ｒ２はアウタシェル７４の外側面半径である。他の記号についても当てはまるが、長さの単位はメートルである。本実施形態では、熱伝達率が無限であると仮定しているのでｈ１＃が無限となり、式（９−３）の分母第１項は０となり、この熱貫流を模式的に表すと図２２のようになる。
【００８９】
空気の平均熱伝達率ｈ２＃は、空気の一様流中に置かれた円柱の場合には式（９−４）で求められることが知られている。なお、ヌセルト数Ｎｕは式（９−５）で与えられ、レイノルズ数Ｒｅは式（９−６）で求まる値である。なお、本実施形態において平均流速＝車体速度とする。Ｃ１とｎはレイノルズ数Ｒｅの値によって決まる値であり、実験的に検証された値は式（９−７）で表される。
【００９０】
熱放射による放熱ＱＥ＃は、物体の内部エネルギーが直接空間を通して電磁波の形で放出され、図２５の式（９−８）から式（９−１０）で表される。σは工学上の計算値である。
【００９１】
以上の結果から、ショックアブソーバ７４の発熱量から放熱量を差し引いた熱量が全て作動油に吸収され、ショックアブソーバ７４の温度変化に使われるものと仮定すると式（９−１１）が成り立ち、式（９−１２）と変形できる。式（９−１２）に式（９−１），式（９−２），式（９−３），式（９−４）を代入して式（９−１３）ないし式（９−１５）が得られ、作動油温度の変化を求めることができる。なお、走行を停止している間は式（９−１６）が使用される。
【００９２】
【数１６】
2004175125.tif 000017
【００９３】
次に図２６に示すフローチャートに基づき、減衰力最適制御方法について説明する。
ステップ１（以後Ｓ１と略記し、他のステップについても同様とする）の各種データ取得ステップにおいて、各種のデータが取得される。すなわち、ＦＲ（前輪右），ＦＬ（前輪左），ＲＲ（後輪右），ＲＬ（後輪左）に位置する全ての加速度センサ４０，４２，４４，４６からばね上部加速度が取得され、全ての変位センサ６０，６２，６４，６６からサスペンション部相対変位が取得される。また、外気温度検出装置１４８から外気温度が取得され、車速検出装置１４４から車体速度が取得される。
【００９４】
Ｓ２の取得データ処理ステップにおいて、取得されたデータが必要に応じて処理される。まず、ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬ全てのばね上部加速度から、左右の前輪に対応したＦＲ，ＦＬのばね上部加速度の平均値が求められ、フロントばね上部絶対加速度ｚＦ”とされる。同様に、左右の後輪に対応したＲＲ，ＲＬのばね上部加速度の平均値が求められ、リアばね上部絶対加速度ｚＲ”とされる。サスペンション部相対変位についても同様であり、左右の前輪同士，後輪同士の実測値の平均値が、それぞれフロントサスペンション部相対変位δｓＦ，リアサスペンション部相対変位δｓＲとされる。さらに、前後のサスペンション部相対変位が微分されて前後のサスペンション部相対速度δｓＦ”，δｓＲ”が求められる。
【００９５】
後述する状態量推定を行うためには現在の状態における実際の減衰力値が必要である。その実際の減衰力値は、コンピュータ１４０のメモリに記憶されている現在の前後の減衰力特性段数と、上述のようにして求められた前後のサスペンション部相対速度δｓＦ”，δｓＲ”とに基づいて計算され、実減衰力計算値と称する。各減衰力特性段数における減衰係数とサスペンション部相対速度との関係もコンピュータ１４０のメモリに記憶されており、現在の前後の減衰力特性段数および前後のサスペンション部相対速度δｓＦ”，δｓＲ”に対応する減衰係数と、前後のサスペンション部相対速度δｓＦ”，δｓＲ”との積が計算され、前後の実減衰力計算値として取得される。なお、Ｓ２における以上の処理は図５の取得データ処理部１６０において行われ、取得データ処理部１６０，加速度センサ４０等および変位センサ６０等がデータ取得手段を構成している。
【００９６】
次に、作動油温度Ｔの取得について説明する。本実施形態においては、ショックアブソーバの作動による発熱と、ショックアブソーバ金属外壁からの外気への放熱を考慮し、図２５の式（９−１３）から前後のショックアブソーバ７４の温度変化がそれぞれ算出される。式（９−１３）の計算において必要なデータは上述の取得データ処理部１６０，温度検出装置１４８および車速検出装置１４４から取得される。作動油温度推定の前提としてエンジンスタート時の作動油温度は外気温と等しいとされる。そして、車両が走行を開始し、ショックアブソーバが作動すると温度変化ｄＴが算出され、現在記憶されている作動油温度Ｔに加えられ、新たな作動油温度Ｔが算出される。その後、Ｓ２実行毎に温度変化ｄＴが算出されて前回処理後の作動油温度Ｔに加えられ、新たな作動油温度Ｔが記憶される。
【００９７】
車両が走行を停止し、エンジンが停止した後に、再びエンジンが始動して走行が開始される場合には次に説明するようにして、作動油の初期温度が推定される。エンジン始動時には、図示しない作動油初期温度推定プログラムが実行され、エンジン停止時間，エンジン停止直前の作動油温度およびエンジン始動後の外気温が取得される。それらの値に基づいて図２４の式（９−１６）から温度変化が取得され、エンジン停止直前の作動油温度に加えられることによって現在の作動油温度が求められる。なお、温度が下がった場合に、マイナスの温度変化が加えられる。
【００９８】
作動油の初期温度の推定には誤差の発生が予測されるが、例えば±２０℃程度の誤差であれば制御にはほとんど影響しない。それは、作動油温度が低温（例えば８０℃以下）であるときには、作動油温度上昇を抑制する必要がほとんどなく、高温（例えば１２０℃以上）である場合には、その誤差が相対的に小さくなるからである。さらに、放熱量は常時測定される外気温度との差によって変化するため、車両が走行を開始すればショックアブソーバの作動による発熱と外気への放熱とのバランスで誤差が徐々に修正されていくからである。
【００９９】
以上の処理は図５の作動油温度推定部１７２において行われる。なお、本実施形態において、作動油温度取得手段はコンピュータ１４０の作動油温度推定部１７２により構成され、作動油温度を計算により推定するものであるが、少なくとも１つのショックアブソーバにそれの作動油温度を検出する作動油センサが設けられ、その作動油センサにより検出された作動油温度が最適減衰力取得部１６８において使用されるようにしてもよい。
【０１００】
Ｓ３の状態量推定ステップにおいて、減衰力制御入力Ｕ０を得るために必要な、図１０の式（１−８）に示される状態量ｘｓ（前後サスペンション部相対変位および相対速度、前後タイヤ部相対変位および相対速度）と、図１３の式（２−３）に示される路面外乱の状態量Ｗ１（前後タイヤと接地している路面外乱の速度ｗＦ’，ｗＲ’と、路面外乱の加速度ｗＦ”，ｗＲ”）との推定が可能である。
【０１０１】
本実施形態において、前後ばね上部加速度および前後サスペンション部相対変位は実測されるが、実測が不可能なその他の状態量については状態量推定部１６４により行われる演算ないし推定によって取得される。前後のタイヤ部相対変位および変位速度と、前後の路面外乱の速度および加速度とが、式（４−１０）に示されるカルマンフィルタを用いた状態量推定により取得される。その際には、予め取得されたサスペンション部相対変位δｓＦ，δｓＲおよび相対速度δｓＦ’，δｓＲ’が式（４−１０）に代入された後、演算により算出されるばね上部加速度の観測出力ｙ１（ｔ）の値と実測されたばね上部加速度の値とが可及的に等しくなるような状態量が公知の解析プログラムにより演算され、推定値が求められる。なお、式（４−１０）におけるＵ０の値には上述した現在の実際の減衰力値である実減衰力計算値が用いられる。
【０１０２】
なお、前後のばね上部加速度ｚＦ”，ｚＲ”が実測されていれば、前後のサスペンション部相対変位δｓＦ，δｓＲおよび相対速度δｓＦ’，δｓＲ’がなくとも上記と同様の方法で全ての状態量（前後サスペンション部相対変位および相対速度，前後タイヤ部相対変位および変位速度，前後の路面外乱Ｗ１）を推定することができる。ただし、サスペンション部相対変位が実測されるようにする方がタイヤ部相対変位および変位速度の推定精度がよくなる。一方、変位センサを省略すれば、コスト面で有利となる。なお、Ｓ３における状態量の推定はコンピュータ１４０の状態量推定部１６４において行われ、状態量推定部１６４は状態量推定手段を構成している。本実施形態においては、オブザーバとしてカルマンフィルタを用いて状態量を推定したが、カルマンフィルタ以外のオブザーバを用いて推定することも可能である。
【０１０３】
Ｓ４の最適減衰力決定ステップにおいて、Ｓ２，Ｓ３で取得された状態量および前後のショックアブソーバの作動油温度に基づいて、ショックアブソーバの減衰力可変部の最適な減衰力である減衰力制御入力Ｕ０（ｔ）が求められる。まず、式（５−１０）から第１減衰力関連量である第１フィードバックゲインＦｂ−ｒｉｄｅ＆ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，Ｆｆ−ｒｉｄｅ＆ｓｔａｂｉｌｉｔｙが求められ、式（６−６）から第２減衰力関連量である第２フィードバックゲインＦｂ−ｔｅｍｐ，Ｆｆ−ｔｅｍｐが求められる。そして、上述したように、式（７−３，７−４）から第３減衰力関連量である第３フィードバックゲインＦｂ（θ（ｔ）），Ｆｆ（θ（ｔ））が求められ、先に求められた状態量の推測値とともに式（７−２）に代入されて最適制御減衰力Ｕ０（ｔ）が決定される。なお、Ｕ０（ｔ）＝ｘ＊（ｔ）ｕ０（ｔ）であるので、Ｕ０（ｔ）はサスペンション部相対速度と減衰係数との積であり、本作動油高温化抑制制御において、ショックアブソーバで発生させようとする目標となる減衰力を意味する。Ｓ４の処理は、図５の最適減衰力取得部１６８において行われ、その最適減衰力取得部１６８が最適減衰力取得手段を構成しているとともに、第１，２，３関連量取得手段（第２関連量取得手段は油温上昇抑制減衰力関連量取得手段と同じである）を含んでいる。
【０１０４】
Ｓ５の最適減衰力特性選択ステップにおいて、Ｓ４で得られた最適な減衰力制御入力Ｕ０（ｔ）に最も適するショックアブソーバの減衰特性の設定段数が選択される。そして、その選択された設定段数が現在の設定段数と同じ場合はその状態が維持され、異なる場合は変更指令が出力され、Ｓ６において減衰特性段数が目的段数になるように駆動回路１８０によってアクチエータが目標方向へ目標角度回転させられる。Ｓ５の処理は、図５の最適減衰力特性選択部１７６にて行われ、その最適減衰力特性選択部１７６，駆動回路１８０およびステップモータ１２８が減衰力特性駆動手段を構成している。
【０１０５】
Ｓ７のその他の処理ステップにおいて、今回の処理における減衰特性段数，作動油温度，外気温等がメモリに記憶され、減衰力最適制御ルーチンの１回の処理が終了する。この減衰力最適制御ルーチンが設定時間間隔で繰り返し実行され、ショックアブソーバの作動油温度の変化に伴い、目標の減衰力を求めるためのフィードバックゲイン（あるいは制御則）が変化させられて乗り心地と操安性とが良好に保たれるとともに作動油温度の高温化が抑制される。
【０１０６】
上述の実施形態において、異なる制御則に基づく２種類の減衰力関連量が用いられたが、車両の乗り心地および操縦安定性を向上させるとともに作動油温度上昇の抑制を重視する油温上昇抑制減衰力関連量（第２減衰力関連量に相当する）だけを用いて減衰力特性の制御を行うことも可能である。
【０１０７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である減衰力最適制御システムを含む電子制御式エアサスペンションシステムのブロック図である。
【図２】上記サスペンションのショックアブソーバの垂直断面図である。（減衰力が弱い状態）
【図３】上記サスペンションのショックアブソーバの垂直断面図である。（減衰力が強い状態）
【図４】上記ショックアブソーバの減衰力特性段数を切り換えるステップモータの回転角度位置を示す平面図である。
【図５】減衰力特性制御用のコンピュータの機能ブロック図を示す。
【図６】減衰力最適制御のモデルとして用いられる、４自由度を有する１／２実車モデルを示す図である。
【図７】上記モデルの各要素を示す記号の内容を示す図である。
【図８】上記モデルの各要素を示す記号の内容を示す図である。
【図９】上記モデルに対する運動方程式と状態方程式を示す図である。
【図１０】上記モデルに対する状態方程式とその状態方程式における変数等の成分を示す図である。
【図１１】上記状態方程式における変数等の成分を示す図である。
【図１２】上記状態方程式における変数等の成分を示す図である。
【図１３】上記モデルに加わる外乱の仮定とされる成形フィルタとその成形フィルタにおける変数等の成分を示す図である。
【図１４】上記モデルに対する外乱の状態量を含んだ拡大形システムを示す図である。
【図１５】上記拡大形システムの状態量を推定するカルマンフィルタとその導出の概要を示す図である。
【図１６】車両の乗り心地と操縦安定性とを良好に保つ減衰力制御入力を求める評価式等を示す図である。
【図１７】車両の乗り心地と操縦安定性とを良好に保つコントローラ等を示す図である。
【図１８】車両の乗り心地と操縦安定性とを良好に保つとともに、ショックアブソーバの作動油温度上昇を抑制するための評価式，減衰力制御入力，コントローラ等を示す図である。
【図１９】作動油温度上昇を適度に抑制しながら車両の乗り心地および操縦安定性を可及的に最適な状態に近づけるように減衰力を制御するための評価式，コントローラ等を示す図である。
【図２０】上記評価式中の一部の詳細を示す図である。
【図２１】ショックアブソーバを模式的に示す図である。
【図２２】ショックアブソーバ内部とその周辺の温度を模式的に示す図である。
【図２３】ショックアブソーバにより発生する熱量を計算する式等を示す図である。
【図２４】ショックアブソーバから熱貫流により放熱される熱量を計算する式等を示す図である。
【図２５】ショックアブソーバから熱放射により放熱される熱量を計算する式、およびショックアブソーバの作動油温度の変化を計算する式を示す図である。
【図２６】上記減衰力最適制御システムを実行する減衰力最適制御ルーチンのフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
２０，２２，２４，２６：ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬサスペンション    ３０：車体    ４０，４２，４４，４６：ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬ加速度センサ
６０，６２，６４，６６：ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬ変位センサ    ７４：ショックアブソーバ    １２８：ステップモータ    １４０：コンピュータ
１４４：車速検出装置    １４８：外気温検出装置    １６０：取得データ処理部    １６４：状態量推定部    １６８：最適減衰力取得部    １７２：作動油温度推定部    １７６：最適減衰力特性選択部    ２０２，２０４：Ｆ，Ｒばね下部    ２１０，２１２：Ｆ，Ｒサスペンション部    ２２０：路面
２３０，２３４：Ｆ，Ｒタイヤ部
【図１】
2004175125.tif 000019
【図２】
2004175125.tif 000020
【図３】
2004175125.tif 000021
【図４】
2004175125.tif 000022
【図５】
2004175125.tif 000023
【図６】
2004175125.tif 000024
【図７】
2004175125.tif 000025
【図８】
2004175125.tif 000026
【図９】
2004175125.tif 000027
【図１０】
2004175125.tif 000028
【図１１】
2004175125.tif 000029
【図１２】
2004175125.tif 000030
【図１３】
2004175125.tif 000031
【図１４】
2004175125.tif 000032
【図１５】
2004175125.tif 000033
【図１６】
2004175125.tif 000034
【図１７】
2004175125.tif 000035
【図１８】
2004175125.tif 000036
【図１９】
2004175125.tif 000037
【図２０】
2004175125.tif 000038
【図２１】
2004175125.tif 000039
【図２２】
2004175125.tif 000040
【図２３】
2004175125.tif 000041
【図２４】
2004175125.tif 000042
【図２５】
2004175125.tif 000043
【図２６】
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