專利名稱：阻尼力控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制阻尼力的阻尼力控制裝置。本發(fā)明被應(yīng)用在例如控制車輛的懸架裝置的阻尼力的阻尼力控制裝置。
背景技術(shù)：
車輛的懸架裝置具有被安裝在簧上部件和簧下部件之間的懸架彈簧以及減震器。 減震器使得由車輛越過路面凹凸等而產(chǎn)生的簧上部件的振動(dòng)或簧下部件的振動(dòng)衰減。懸架彈簧吸收(緩沖)上述振動(dòng)。即，懸架裝置作為吸收(緩沖)從外部輸入的振動(dòng)并且產(chǎn)生用于使該振動(dòng)衰減的阻尼力的阻尼力產(chǎn)生裝置而發(fā)揮作用。已知安裝有能夠根據(jù)車輛的行駛狀況而改變阻尼力特性的減震器的懸架裝置。通過致動(dòng)器基于從反饋控制器算出的控制輸入來行工作，這樣的減震器可變地控制其阻尼力特性，其中反饋控制器是基于預(yù)定的控制理論設(shè)計(jì)的。當(dāng)可變地控制減震器的阻尼力特性時(shí)，非線性H00控制理論常被用作計(jì)算阻尼力的可變部分的大小的控制理論以提高乘坐舒適性。例如，日本專利文獻(xiàn)特開2001-1736號(hào)公報(bào)公開了如下阻尼力控制裝置，即關(guān)于具有廣義對(duì)象以及廣義對(duì)象的狀態(tài)反饋控制器的閉環(huán)控制系統(tǒng)，基于通過以滿足非線性H00控制問題的方式設(shè)計(jì)、即以使得閉環(huán)控制系統(tǒng)的L2增益小于正常數(shù)γ的方式設(shè)計(jì)的狀態(tài)反饋控制器求出的控制輸入，來計(jì)算可變衰減系數(shù)，其中廣義對(duì)象是在表示懸架裝置的運(yùn)動(dòng)方程式的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型上施加非線性權(quán)重而設(shè)計(jì)的。

發(fā)明內(nèi)容
通常，阻尼力控制裝置基于由有關(guān)阻尼力控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋控制器算出的控制輸入使致動(dòng)器工作，由此控制阻尼力產(chǎn)生裝置的阻尼力。在此情況下，致動(dòng)器從開始工作到該工作完成需要時(shí)間。由于該工作時(shí)間量的延遲，導(dǎo)致從反饋控制器得到的控制輸入不是在致動(dòng)器工作完成時(shí)所需要的控制輸入的事態(tài)。如此，致動(dòng)器的工作延遲導(dǎo)致控制定時(shí)產(chǎn)生偏差。即，致動(dòng)器的工作延遲對(duì)基于由反饋控制器提供的控制輸入進(jìn)行的阻尼力控制產(chǎn)生不好影響。通過加快致動(dòng)器的響應(yīng)性能夠縮小致動(dòng)器的工作延遲。但是，如果加快響應(yīng)性就會(huì)產(chǎn)生異常噪音。即，當(dāng)為了盡量縮小延遲導(dǎo)致的不好影響而簡(jiǎn)單地提高致動(dòng)器的響應(yīng)性時(shí)，會(huì)產(chǎn)生其他問題。另外，如果能夠使用在阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型中考慮了致動(dòng)器的工作延遲的控制模型(在本說明書中將這樣的模型稱為“延遲考慮模型”)來設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋控制器，則能夠從設(shè)計(jì)的反饋控制器得到預(yù)想了致動(dòng)器的工作延遲的控制輸入、即修正了由工作延遲導(dǎo)致的控制定時(shí)的偏差的控制輸入。因此，通過基于從設(shè)計(jì)的反饋控制器得到的控制輸入控制阻尼力，能夠進(jìn)行排除了延遲帶來的不好影響的阻尼力控制。但是，為了使用非線性H00控制理論來控制阻尼力，控制模型必須是雙線性系統(tǒng)。在控制模型是雙線性系統(tǒng)的情況下，能夠通過近似地求出Riccati (黎卡提)不等式的解來設(shè)計(jì)反饋控制器，相對(duì)于此，在控制模型是不為雙線性的非線性的情況下，必須求出 Hamilton-Jacob!(哈密頓-雅可比)偏微分不等式的解，這是因?yàn)榻馕龅厍蟪銎浣鈳缀跏遣豢赡艿摹Ｉ鲜龅难舆t考慮模型是非線性的系統(tǒng)，并且也不是雙線性。因此，該延遲考慮模型在應(yīng)用非線性H00控制理論來控制阻尼力時(shí)不能作為控制模型使用。因此，無法進(jìn)行將致動(dòng)器的工作延遲加以考慮的阻尼力控制。本發(fā)明就是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種能夠進(jìn)行排除了由致動(dòng)器的工作延遲引起的控制定時(shí)偏差(延遲)等的不好影響的阻尼力控制的阻尼力控制
直ο本發(fā)明的特征在于一種阻尼力控制裝置，通過使致動(dòng)器工作來控制針對(duì)從外部輸入的振動(dòng)而由控制阻尼力產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的阻尼力，包括控制輸入計(jì)算單元，通過狀態(tài)反饋控制器K來計(jì)算控制輸入U(xiǎn)，所述狀態(tài)反饋控制器K被設(shè)計(jì)成閉環(huán)控制系統(tǒng)S的L2增益小于預(yù)先設(shè)定的正常數(shù)Y，所述閉環(huán)控制系統(tǒng)S包括廣義對(duì)象G和該廣義對(duì)象G的狀態(tài)反饋控制器K，所述廣義對(duì)象G是使用延遲近似模型M而設(shè)計(jì)的，所述延遲近似模型M是在所述阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型上作用了表示所述致動(dòng)器的工作延遲的延遲要素R和消除所述延遲的延遲補(bǔ)償要素R*的控制模型，而且是雙線性系統(tǒng)，并且所述延遲近似模型M 被設(shè)計(jì)成近似于在所述阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型上考慮了所述延遲的控制模型；以及工作控制單元，基于由所述控制輸入計(jì)算單元算出的控制輸入u來控制致動(dòng)器的工作。 在此情況下，所述控制輸入u優(yōu)選是可變衰減系數(shù)Cv。該可變衰減系數(shù)Cv是根據(jù)控制而變動(dòng)的可變部分的衰減系數(shù)，通過阻尼力的可變部分的大小相對(duì)于從外部輸入的振動(dòng)的速度 dr/dt-dy/dt的變化斜率表示。根據(jù)本發(fā)明，在廣義對(duì)象的設(shè)計(jì)中使用的延遲近似模型M是在阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型上作用了表示致動(dòng)器的工作延遲的延遲要素R和消除該延遲的延遲補(bǔ)償要素R*的控制模型。即，延遲近似模型M是通過在表示阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型的框線圖中添加了表示致動(dòng)器的工作延遲的延遲要素R和消除該延遲的延遲要素補(bǔ)償壙的框線圖表示的控制模型。該延遲近似模型M被構(gòu)成為雙線性系統(tǒng)，因此使用延遲近似模型M 設(shè)計(jì)的廣義對(duì)象G也是雙線性系統(tǒng)。由此，通過求解Riccati不等式，能夠設(shè)計(jì)出閉環(huán)控制系統(tǒng)S的L2增益小于預(yù)定的正常數(shù)、的狀態(tài)反饋控制器K。另外，延遲近似模型M近似于延遲考慮模型，延遲考慮模型是在阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型中考慮了致動(dòng)器的延遲的控制模型。從而，通過使用延遲近似模型M設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制系統(tǒng)S的狀態(tài)反饋控制器K給出的控制輸入u是考慮了致動(dòng)器的工作延遲的控制輸入。即控制輸入u作為由致動(dòng)器的工作延遲導(dǎo)致的控制定時(shí)偏差(延遲)被修正了的控制輸入而被算出。因此，通過基于如此算出的控制輸入u使致動(dòng)器工作，致動(dòng)器以消除自身延遲的狀態(tài)工作。由此，由致動(dòng)器的工作延遲導(dǎo)致的控制定時(shí)的偏差被修正。即，根據(jù)本發(fā)明的阻尼力控制裝置，能夠進(jìn)行排除了由致動(dòng)器的工作延遲導(dǎo)致的控制定時(shí)偏差等帶來的不好影響的阻尼力控制。上述延遲補(bǔ)償要素R*是消除致動(dòng)器的工作延遲的要素?！跋聞?dòng)器的工作延遲” 是指在與表示致動(dòng)器的工作延遲的延遲要素R相乘的情況下延遲要素R不再起作用的情況。具體地，例如當(dāng)通過某傳遞函數(shù)表示延遲要素R時(shí)，延遲補(bǔ)償要素R*通過當(dāng)與表示延遲要素R的傳遞函數(shù)相乘時(shí)輸出為1的傳遞函數(shù)來表示。另外，上述雙線性系統(tǒng)是指在以狀態(tài)空間描述了廣義對(duì)象或控制模型時(shí)，與狀態(tài)量相關(guān)的矩陣是常數(shù)矩陣，與控制輸入相關(guān)的矩陣是通過狀態(tài)量的函數(shù)表示的控制系統(tǒng)。另外，“控制模型被設(shè)計(jì)成近似于延遲考慮模型”是指控制模型被設(shè)計(jì)成雖然在模型的構(gòu)成中存在與延遲考慮模型不同的部分，但與延遲考慮模型等效，或者能夠視為與延遲考慮模型等效。例如，當(dāng)通過控制輸入或狀態(tài)量描述可應(yīng)通過阻尼力控制裝置控制的表示阻尼力的可變部分的大小的可變阻尼力Fv時(shí)，以與通過延遲考慮模型描述的阻尼力相同的描述形式表示阻尼力的控制模型是被設(shè)計(jì)成近似于延遲考慮模型的控制模型。在此情況下，延遲近似模型也可以不是總近似于延遲考慮模型，可以在滿足預(yù)定條件的情況下近似于延遲考慮模型。另外，所述延遲近似模型M優(yōu)選被設(shè)計(jì)成對(duì)所述速度dr/dt-dy/dt作用所述延遲補(bǔ)償要素R*，經(jīng)所述作用的輸出與所述控制輸入u相乘，并對(duì)所述相乘的結(jié)果作用所述延遲要素R。即，當(dāng)通過框線圖表示了延遲近似模型M時(shí)，在表示速度dr/dt-dy/dt的部分上作用了延遲補(bǔ)償要素壙，其輸出與控制輸入u相乘。并且，在該乘法運(yùn)算結(jié)果上作用了延遲要素R。通過如此設(shè)計(jì)延遲近似模型M,能夠?qū)⒀舆t近似模型M設(shè)為雙線性系統(tǒng)。另外，通過如此設(shè)計(jì)延遲近似模型M，在速度dr/dt-dy/dt或控制輸入u固定的條件下，通過延遲近似模型M表示的可變阻尼力Fv的描述形式和通過延遲考慮模型表示的可變阻尼力Fv的描述形式一致。從而，在速度dr/dt-dy/dt的變化量△ ν或者控制量u的變化量△ u小于或等于預(yù)先設(shè)定的微少量時(shí)，延遲近似模型M是與延遲考慮模型等效的控制模型、或者是能夠被視為等效的控制模型。即，延遲近似模型是近似于延遲考慮模型的控制模型。因此，在速度dr/dt-dy/dt的變化量Δ ν和控制輸入u的變化量Au小于或等于預(yù)先設(shè)定的微小量的情況下，基于通過以雙線性的延遲近似模型M為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的廣義對(duì)象G 的狀態(tài)反饋控制器K算出的控制輸入u，使致動(dòng)器工作來控制阻尼力，由此能夠進(jìn)行充分排除了由致動(dòng)器的工作延遲導(dǎo)致的控制定時(shí)偏差等所帶來的不良影響的最佳的阻尼力控制。 此時(shí)，廣義對(duì)象G優(yōu)選為其狀態(tài)量χ包含速度dr/dt-dy/dt和可變阻尼力Fv、控制輸入u為可變衰減系數(shù)Cv的廣義對(duì)象。速度dr/dt-dy/dt的變化量Δ ν和控制輸入u的變化量Δ u能夠在延遲近似模型 M近似于延遲考慮模型的范圍內(nèi)由設(shè)計(jì)者任意設(shè)定。這些變化量的具體范圍根據(jù)所處理的控制模型和延遲大小而不同，因此不能一概而定，例如當(dāng)速度變化量的絕對(duì)值I Δν|的上限為0. 05 0. 5m/s時(shí)能夠應(yīng)用本發(fā)明。另外，當(dāng)控制輸入u的變化量Au的絕對(duì)值| Au 的上限為100 400N · S/m是能夠應(yīng)用本發(fā)明。當(dāng)然，只要延遲近似模型為充分近似于延遲考慮模型的控制模型，速度或控制輸入的變化量就也可以不在上述范圍內(nèi)。另外，所述延遲要素R作為一階延遲要素可以通過下式(式1)來表示，所述延遲補(bǔ)償要素R*可以通過下式(式幻來表示。延遲要素及=(式1)
τ + 1延遲補(bǔ)償要素R*= ts+1 (式2)( τ是時(shí)間常數(shù)，s是拉普拉斯算子)
由此，阻尼力基于以修正由致動(dòng)器的一階延遲導(dǎo)致的控制定時(shí)偏差的方式算出的控制輸入被控制。另外，所述阻尼力產(chǎn)生裝置優(yōu)選為懸架裝置，所述懸架裝置安裝在車輛的簧上部件和簧下部件之間，并包括使簧上部件相對(duì)于簧下部件的振動(dòng)衰減的減震器、以及吸收所述振動(dòng)的彈性部件，并且所述阻尼力控制裝置基于由所述狀態(tài)反饋控制器K算出的控制輸入u來使所述致動(dòng)器工作，以可變地控制所述減震器的阻尼力特性，由此控制所述阻尼力產(chǎn)生裝置的阻尼力以抑制簧上部件的振動(dòng)。在此情況下，所述延遲近似模型M的狀態(tài)空間描述優(yōu)選通過下式(式幻來表示。
權(quán)利要求
1.一種阻尼力控制裝置，通過使致動(dòng)器工作來控制針對(duì)從外部輸入的振動(dòng)而由控制阻尼力產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的阻尼力，包括控制輸入計(jì)算單元，通過狀態(tài)反饋控制器K來計(jì)算控制輸入U(xiǎn)，所述狀態(tài)反饋控制器K 被設(shè)計(jì)成閉環(huán)控制系統(tǒng)S的L2增益小于預(yù)先設(shè)定的正常數(shù)、，所述閉環(huán)控制系統(tǒng)S包括廣義對(duì)象G和該廣義對(duì)象G的狀態(tài)反饋控制器K，所述廣義對(duì)象G是使用延遲近似模型M而設(shè)計(jì)的，所述延遲近似模型M是在所述阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型上作用了表示所述致動(dòng)器的工作延遲的延遲要素R和消除所述延遲的延遲補(bǔ)償要素R*的控制模型，而且是雙線性系統(tǒng)，并且所述延遲近似模型M被設(shè)計(jì)成近似于在所述阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型中考慮了所述延遲的控制模型；以及工作控制單元，基于由所述控制輸入計(jì)算單元算出的控制輸入u來控制致動(dòng)器的工作。
2.如權(quán)利要求1所述的阻尼力控制裝置，其特征在于，所述控制輸入u是可變衰減系數(shù)Cv，所述可變衰減系數(shù)Cv表示阻尼力的可變部分的大小相對(duì)于從外部輸入的振動(dòng)的速度dr/dt-dy/dt的變化斜率。
3.如權(quán)利要求1或2所述的阻尼力控制裝置，其特征在于，所述延遲近似模型M被設(shè)計(jì)成對(duì)所述速度dr/dt-dy/dt作用所述延遲補(bǔ)償要素壙，經(jīng)所述作用的輸出與所述控制輸入u相乘，并對(duì)所述相乘的結(jié)果作用所述延遲要素R。
4.如權(quán)利要求3所述的阻尼力控制裝置，其特征在于，所述延遲近似模型M被設(shè)計(jì)成在所述速度dr/dt-dy/dt的變化量或者所述控制輸入 u的變化量小于或等于預(yù)先設(shè)定的微小量的情況下近似于所述延遲考慮模型。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的阻尼力控制裝置，其特征在于，所述延遲要素R作為一階延遲要素通過下式(式1)來表示，所述延遲補(bǔ)償要素壙通過下式(式幻來表示。Λ = (式1)Tf+ 1R* = τ s+1 (式 2)(τ是時(shí)間常數(shù)，s是拉普拉斯算子)
6.如權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的阻尼力控制裝置，其特征在于，所述阻尼力產(chǎn)生裝置是懸架裝置，所述懸架裝置安裝在車輛的簧上部件和簧下部件之間，并包括使簧上部件相對(duì)于簧下部件的振動(dòng)衰減的減震器、以及吸收所述振動(dòng)的彈性部件，所述阻尼力控制裝置基于由所述狀態(tài)反饋控制器K算出的控制輸入u來使所述致動(dòng)器工作，以可變地控制所述減震器的阻尼力特性，由此控制所述阻尼力產(chǎn)生裝置的阻尼力以抑制簧上部件的振動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的阻尼力控制裝置，其特征在于，所述延遲近似模型M的狀態(tài)空間描述通過下式(式幻來表示。
8.—種阻尼力控制方法，通過使致動(dòng)器工作來控制針對(duì)從外部輸入的振動(dòng)而由阻尼力產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的阻尼力，包括以下步驟設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制器K，以使閉環(huán)控制系統(tǒng)S的L2增益小于預(yù)先設(shè)定的正常數(shù)Y，所述閉環(huán)控制系統(tǒng)S包含廣義對(duì)象G和所述廣義對(duì)象G的狀態(tài)反饋控制器K，所述廣義對(duì)象G 是使用延遲近似模型M設(shè)計(jì)的控制模型，所述延遲近似模型M是在所述阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型上作用了表示所述致動(dòng)器的工作延遲的延遲要素R和消除所述延遲的延遲補(bǔ)償要素R*的控制模型，而且是雙線性系統(tǒng)，并且所述延遲近似模型M被設(shè)計(jì)成近似于在所述阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型中考慮了所述延遲的控制模型；通過所設(shè)計(jì)的所述狀態(tài)反饋控制器K來計(jì)算控制輸入u ；以及基于算出的控制輸入u來使所述致動(dòng)器工作。
9.如權(quán)利要求8所述的阻尼力控制方法，其特征在于，所述控制輸入u是可變衰減系數(shù)Cv，所述可變衰減系數(shù)Cv表示阻尼力的可變部分的大小相對(duì)于從外部輸入的振動(dòng)的速度dr/dt-dy/dt的變化斜率。
10.如權(quán)利要求8或9所述的阻尼力控制方法，其特征在于，所述延遲近似模型M被設(shè)計(jì)成對(duì)所述速度dr/dt-dy/dt作用所述延遲補(bǔ)償要素壙，經(jīng)所述作用的輸出與所述控制輸入u相乘，并對(duì)所述相乘的結(jié)果作用所述延遲要素R。
11.如權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的阻尼力控制方法，其特征在于，所述延遲近似模型M被設(shè)計(jì)成在所述速度dr/dt-dy/dt的變化量或者所述控制輸入 u的變化量小于或等于預(yù)先設(shè)定的微小量的情況下近似于所述延遲考慮模型。
全文摘要
基于通過狀態(tài)反饋控制器(K)算出的控制輸入(u)來使致動(dòng)器工作，由此控制由阻尼力產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的阻尼力，其中，該狀態(tài)反饋控制器(K)被設(shè)計(jì)成閉環(huán)控制系統(tǒng)(S)的L2增益小于預(yù)先設(shè)定的正常數(shù)γ，該閉環(huán)控制系統(tǒng)(S)包含使用延遲近似模型(M)設(shè)計(jì)的廣義對(duì)象(G)和該廣義對(duì)象(G)的所述狀態(tài)反饋控制器(K)。所述延遲近似模型(M)被設(shè)置為在所述阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型上作用了表示所述致動(dòng)器的工作延遲的延遲要素(R)和消除所述延遲的延遲補(bǔ)償要素(R*)，而且是雙線性系統(tǒng)，并且近似于延遲考慮模型，該延遲考慮模型是在所述阻尼力產(chǎn)生裝置的力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型中考慮了所述延遲的控制模型。
文檔編號(hào)F16F15/02GK102265231SQ200880132548
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者穗積仁 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社