JP2015147486A - サスペンション制御システム及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪を介して路面から車体に伝わる振動を緩衝するサスペンション制御システムであって路面から車体に伝わる振動を確実に予測して対応するもの、及びかかるサスペンション制御システムを搭載した車両を提供すること。【解決手段】車輪１１が接触する路面の高さを測定する路面センサと、路面センサの測定結果に従ってスプリング１４の運動を制御する制御装置２３と、を含んでサスペンション制御システム２０を構成する。路面センサの測定結果に応じてスプリング１４の運動を制御することで路面Ｆの凹凸に応じて車輪１１を上下動することができ、それにより路面から車両（車台）に伝わる振動を緩衝することが可能となる。また、サスペンション制御システム２０を車両の全ての車輪について別々に搭載する。【選択図】図２

Description

本発明は、車輪を車体に固定するサスペンションの緩衝機能を制御するサスペンション制御システム、及びサスペンション制御システムを搭載した車両に関する。

路面上を走行する車両には、車輪を車体に固定するとともにその車輪を介して路面から車体に伝わる振動を緩衝することで、乗り心地を改善するとともに車両の操縦性を向上するサスペンション（懸架装置）が搭載されている。例えば特許文献１には、サスペンションの緩衝機能を車両の走行速度、或いは加速度に応じて制御して路面から車体に伝わる振動を緩衝することで、例えば凹凸の多い路面上での走行においても快適な乗り心地が得られるサスペンション制御システムが開示されている。しかし、車両の動きに基づいてサスペンションを制御するものであり、路面の凹凸を事前に検出するものではない。このため、路面の凹凸に基づく振動が車体に伝わる前にサスペンションを制御することができない。

この点、特許文献２には、路面センサを用いて路面の凹凸を事前に検出するサスペンション制御システムが開示されている。しかし、路面センサをフロントバンパの前部に設けている。路面の凹凸の検出からサスペンション制御の効果を得るまでの時間が必要であり、路面センサと車輪とを近接させられないことによる。このため、回動操作（ステアリングホイールによるもの）によって路面上の凹凸のある箇所を車輪が通らなくなる場合への対処を行っている。とはいえ、回動操作を完全に予測できるものではなく、サスペンション制御システムの誤作動が発生し得る。

特開２０１４−００８８８８号公報 特開２００９−１１９９４８号公報

本発明は、車輪を介して路面から車体に伝わる振動を緩衝するサスペンション制御システムであって路面から車体に伝わる振動を確実に予測して対応するもの、及びかかるサスペンション制御システムを搭載した車両を提供することを課題とする。

本発明のサスペンション制御システムは、
車輪を車体に固定するサスペンションの緩衝機能を制御するサスペンション制御システムであって、
前記車体の前記車輪の前方に設けられ、前記車輪が接触する路面の高さを測定する路面センサと、
前記路面センサの測定結果に従ってスプリングの運動を制御する制御装置とを備え、
前記路面センサは、前記車体の車台の底面に設けられ、前記車輪の前方の前記車輪の接地点から１００ｃｍ以内の箇所の路面の高さを測定することを特徴とする。

これによれば、路面センサの測定結果に応じてスプリングの運動を制御することで、路面の凹凸に応じて車輪を上下動することができる。
また、路面センサが車輪の近傍の路面の高さを測定するので、路面から車体に伝わる振動を確実に予測することができる。

本発明のサスペンション制御システムは、
前記スプリングの運動を制止する制動装置を備え、
前記スプリングは、補助スプリングを介して前記車体に固定され、
前記制御装置は、前記制動装置を作動することで前記スプリングの運動によるサスペンション効果を制御することを特徴とする。

これによれば、制動装置を作動してスプリングの運動を制止することで、車輪の上下動を抑えることができる。
もしサスペンションが油圧ダンパによるものとすると、路面センサによって検出された路面の凹凸に対応する時間で制御することができない。スプリングによるものであれば、路面センサによって検出された路面の凹凸に対応する時間で制御することができる。

本発明のサスペンション制御システムは、
前記制動装置は、前記スプリングと並列に設けられ、ブレーキ板をブレーキパッドで圧することで前記スプリングの運動を制御することを特徴とする。

これによれば、スプリングと平行に設けられた制動装置が、スプリングの運動によるサスペンション効果をなくすことができる。ブレーキ板によって制動装置を固定する。ブレーキパッドに加える力を変えることにより、減衰（制動装置の固定度合い、バネ定数の変化）を調整することができる。精密な制御が可能となる。

本発明のサスペンション制御システムは、
前記制御装置は、前記路面センサの測定結果より前記車輪と前記路面との間の離間距離を求め、該離間距離が閾値よりも大きい場合に前記制動装置を作動し、小さい場合に停止することを特徴とする、請求項２又は３に記載のサスペンション制御システム。

これによれば、路面の凹凸が小さい場合に制動装置を作動してスプリングの運動を制止することで車輪の上下動を抑え、路面の凹凸が大きい場合に制動装置を停止してスプリングの運動を解放することで車輪が路面の凹凸に応じて上下動する。

本発明のサスペンション制御システムは、
前記車体の速度を測定する速度センサを備え、
前記制御装置は、速度センサの測定結果に基づいて前記閾値を変更し、前記速度が大きい場合に前記閾値を小さくし、小さい場合に前記閾値を大きくすることを特徴とする。

これによれば、サスペンションの制御を車体の速度に依存させて振動を吸収することができる。例えば、単位時間当たりの上下動が大きい場合に制動装置を停止してスプリングの運動を解放することで車輪が路面の凹凸に応じて上下動するようにすることができる。

本発明の車両は、
サスペンション制御システムを、全ての車輪について別々に搭載したことを特徴とする。

これによれば、車輪ごとに相違するサスペンション制御を行うことができる。

本発明のサスペンション制御システムによれば、路面から車体に伝わる振動を確実に予測し、路面の凹凸に応じて車輪を上下動可能にスプリングの運動を制御することで、路面から車体に伝わる振動を緩衝することが可能となる。
本発明の車両によれば、車輪ごとに相違するサスペンション制御を行うことができる。

図１は、車両の構成及びサスペンション制御システムを構成する路面センサの設置位置を示す図である。 図２は、サスペンション制御システムの概略構成を示す図である。 図３は、制御装置の処理を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜３を用いて説明する。

図１に、本実施形態のサスペンション制御システム２０が搭載される車両１０を示す。車両１０として、普通自動車を考える。ただし、これに限らず、トラックやバス等の大型自動車、軽自動車等であってもよい。図１に示す状態では、車両１０は、凹凸のある路面Ｆ上を図の左方向に向けて走行しているものとする。

車両１０は、その車体を支持する車台１５（図２参照）、路面Ｆに接して車台１５を支持する車輪１１、車輪１１を車台１５に固定するスプリング１４（図２参照）、車輪１１と車台１５との間にスプリング１４に対して並列に配置されるダンパ１３（図２参照）等から構成される。ここで、スプリング１４は、路面Ｆの凹凸等により生じて車輪１１を介して車台１５に伝わる振動を緩衝する。そのばね定数をｋとする。ダンパ１３は、その振動を減衰する。

図２に、本実施形態のサスペンション制御システム２０の概略構成を示す。サスペンション制御システム２０は、先述のスプリング１４、路面センサ１２、補助スプリング２１、制動装置２２、及び制御装置２３から構成される。

路面センサ１２は、車台１５の前部の底面に、車輪１１から５０ｃｍ前側の位置に配置されている（図１参照）。車台１５に設けられているので、車体に対して上下に移動することがなく、車体に対する路面の高さを正確に測定する。路面センサ１２は、例えば超音波路面センサであり、車輪１１の前方の路面Ｆに向けて超音波を発し、その反射波を検出することで、車輪１１が接触する路面Ｆの高さを測定する。その測定結果は、制御装置２３に送信される。なお、路面センサ１２は、超音波センサでなく、他のセンサであってもよい。例えば、画像を分析して高さを求めるものとしてもよい。

補助スプリング２１は、スプリング１４と車輪１１との間に設けられている。補助スプリング２１は、スプリング１４と同様、車輪１１を介して車台１５に伝わる振動を緩衝する。そのばね定数をｋ_０とする。なお、スプリング１４は、補助スプリング２１を介して車輪１１に接続されているため、車輪１１から伝わる振動によりばね運動するとともに上下動する。

制動装置２２は、スプリング１４に対して並列に配置されている。制動装置２２は、車輪１１を介して路面Ｆから伝わる振動により上下動するスプリング１４を固定又は解放する。それにより、スプリング１４の緩衝機能が調整される。

制動装置２２は、上方にブレーキ板を備え、下方にブレーキパッドを備えている、ブレーキパッドによりブレーキ板を圧すると、制動装置２２の長さが固定されてスプリング１４が伸縮しない。一方、ブレーキ板とブレーキパッドとを開放すると、制動装置２２の長さが可変となりスプリング１４が伸縮する。

サスペンションは、スプリング１４と補助スプリング２１を含んでサスペンション制御システム２０全体としてのばね定数Ｋが変化することで調整される。制動装置２２を作動すると、全体のばね定数Ｋは、スプリング１４のばね定数ｋ_０により与えられる（Ｋ＝ｋ_０）。この大きなばね定数Ｋにより、スプリング１４に接続する車輪１１の上下動が抑えられる。一方、制動装置２２を停止すると、全体のばね定数Ｋは、スプリング１４と補助スプリング２１との直列バネのばね定数により与えられる（Ｋ^−１＝ｋ^−１＋ｋ_０ ^−１）。この小さいばね定数Ｋにより、スプリング１４に接続する車輪１１の上下動が解放される（車輪１１が自由に上下動する）。

制御装置２３は、路面センサ１２から送られる測定結果に従って制動装置２２を作動又は停止することで、スプリング１４（の上端）の運動を制御する、すなわちスプリング１４の緩衝機能を制御する。

上述の構成のサスペンション制御システム２０におけるスプリング１４の緩衝機能の制御の一例を説明する。図３は、制御装置の処理を示す図である。

制御装置２３には、路面センサ１２から車台１５と車輪前方の路面Ｆとの間の離間距離Ｈが、速度センサ（不図示）から車速Ｖが送られる。

車台１５と車輪１１（現在の路面Ｆ）との離間距離Ｈ_１は制御されたサスペンションによるので、制御装置２３にとって既知である。（スプリングの振動による誤差を無視して一定の値とする。）車輪１１と車輪前方の路面Ｆとの間の離間距離Ｈ_２を、Ｈ_２＝Ｈ−Ｈ_１として求めることができる。Ｈ_２は路面が凹であるか凸であるかに依存して正または負の値となるが、絶対値をとって正の価とする。

制御装置２３は、Ｈ_２が閾値Ｈ_ｍｉｎより小さい場合に制動装置２２を作動し、大きい場合に制動装置２２を停止する。車輪１１の上下動を路面Ｆの凹凸に追従させるものである。

制御装置２３は、閾値Ｈ_ｍｉｎを車速Ｖに基づいて変更する。例えば、車速Ｖが大きい場合にＨ_２が小さくても単位時間当たりの上下動が大きくなるので、Ｈ_ｍｉｎをＶに反比例した値とする。
なお、速度センサを設けずに、Ｈ_ｍｉｎを固定値としてもよい。

以上詳細に説明したように、本実施形態のサスペンション制御システム２０は、車輪１１が接触する路面Ｆの高さを測定する路面センサ１２と、路面センサ１２の測定結果に従ってスプリング１４の運動を制御する制御装置２３とを含む。路面センサ１２の測定結果に応じてスプリング１４の運動を制御することで路面Ｆの凹凸に応じて車輪１１を上下動することができ、それにより路面Ｆから車両１０（車台１５）に伝わる振動を緩衝することが可能となる。

また、車輪の近傍の路面の高さを測定するので、回動操作に影響されない路面から車体に伝わる振動を確実に予測することができる。これは、制御装置２３が電気的に制動装置２２を駆動することと、制動装置２２がブレーキ板（短時間で制動できれば他の仕組みでもよい。）を用いることによって可能となる。例えば、路面センサ１２が車輪１１から５０ｃｍ前側の位置の路面Ｆの高さを測定し、車速が時速７２ｋｍであるとすると、センサによる測定から０．０２５秒で車輪が測定位置に到達する。それまでの短時間でサスペンション制御を行うものである。

以上のように、車輪ごとに確実なサスペンション制御が可能である。本実施形態のサスペンション制御システム２０を、全ての車輪について別々に搭載することで、車両のサスペンション制御が優れたものとなる。

路面から車体に伝わる振動を確実に予測して路面から車体に伝わる振動を緩衝することが可能となるサスペンション制御システム、及びそのサスペンション制御システムを用いた車両であり、多くの自動車生産者による利用が考えられる。

１０ 車両
１１ 車輪
１２ 路面センサ
１３ ダンパ
１４ スプリング
１５ 車台
２０ サスペンション制御システム
２１ 補助スプリング
２２ 制動装置
２３ 制御装置

Claims (6)

1. 車輪を車体に固定するサスペンションの緩衝機能を制御するサスペンション制御システムであって、
   前記車体の前記車輪の前方に設けられ、前記車輪が接触する路面の高さを測定する路面センサと、
   前記路面センサの測定結果に従ってスプリングの運動を制御する制御装置とを備え、
   前記路面センサは、前記車体の車台の底面に設けられ、前記車輪の前方の前記車輪の接地点から１００ｃｍ以内の箇所の路面の高さを測定することを特徴とする、サスペンション制御システム。
2. 前記スプリングの運動を制止する制動装置を備え、
   前記スプリングは、補助スプリングを介して前記車体に固定され、
   前記制御装置は、前記制動装置を作動することで前記スプリングの運動を制御することを特徴とする、請求項１に記載のサスペンション制御システム。
3. 前記制動装置は、前記スプリングと並列に設けられ、ブレーキ板をブレーキパッドで圧することで前記スプリングの運動を制御することを特徴とする、請求項２に記載のサスペンション制御システム。
4. 前記制御装置は、前記路面センサの測定結果より前記車輪と前記路面との間の離間距離を求め、該離間距離が閾値よりも大きい場合に前記制動装置を作動し、小さい場合に停止することを特徴とする、請求項２又は３に記載のサスペンション制御システム。
5. 前記車体の速度を測定する速度センサを備え、
   前記制御装置は、前記速度センサの測定結果に基づいて前記閾値を変更し、前記速度が大きい場合に前記閾値を小さくし、小さい場合に前記閾値を大きくすることを特徴とする、請求項４に記載のサスペンション制御システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のサスペンション制御システムを、全ての車輪について別々に搭載したことを特徴とする、車両。