JP2605883B2 - 能動型サスペンション - Google Patents

能動型サスペンション

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、車両に生じる横加速度、前後加速度、上
下加速度等の加速度に応じて車体及び車輪間に介挿され
た流体シリンダに供給する作動流体を制御することによ
り、車両の姿勢変化を抑制するようにした能動型サスペ
ンションに関する。
〔従来の技術〕
この種の能動型サスペンションとしては、例えば本出
願人が先に提案した特開昭63−130418号公報に記載され
ているものがある。
この従来例は、車両に生じる加速度を横加速度セン
サ、前後加速度センサ及び上下加速度センサで検出し、
これら各センサの加速度検出値に基づいて指令値演算手
段で車両の姿勢変化を抑制する指令値を流体シリンダを
制御する制御弁に出力することにより、車両の姿勢変化
を抑制するようにしている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来の能動型サスペンションにあ
っては、加速度センサの加速度検出値に基づいて流体シ
リンダを制御する指令値を演算するようにしているもの
てあるが、一般に加速度センサの加速度検出値には共振
周波数（例えば38Hz程度）で共振ピーク（例えば＋30dB
程度）があり、この共振周波数近傍の周波数となる加速
度成分を生じる悪路を走行すると、実際に車両に生じる
加速度に対応する加速度検出値より大きな加速度検出値
が出力されることになり、本来要求される指令値よりも
大きな指令値で車両の姿勢変化を抑制する方向の制御が
行われて乗心地が悪化するという未解決の課題があっ
た。
そこで、この発明は、上記従来例の未解決の課題に着
目してなされたものであり、加速度センサの共振点での
出力を低下させて共振周波数近傍の周波数の加速度検出
値の増大を防止することができ機能型サスペンションを
提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、この発明は第１図に示す
ように、車体側部材と車輪側部材との間に各輪別に介装
された流体シリンダと、該流体シリンダに供給する作動
流体を指令値に応じて個別に制御する制御弁と、車体に
生じる加速度を検出する加速度検出手段と、該加速度検
出手段の加速度検出値に基づいて演算した指令値を前記
制御弁に出力する制御手段とを備えた能動型サスペンシ
ョンにおいて、前記制御手段は、前記加速度検出手段の
共振点における加速度検出値を低下させる出力低下手段
を備えていることを特徴としている。ここで、出力低下
手段としては、ディジタルローパスフィルタを適用し、
その移動平均個数とサンプリング周期とで決定される移
動平均時間を加速度センサの共振周波数に略一致させる
ことが好ましい。
〔作用〕
この発明においては、加速度センサの加速度検出値を
出力低下手段で加速度センサの共振周波数近傍の周波数
で低下させることにより、悪路走行時に加速度センサの
共振周波数近傍の周波数となる加速度成分が加速度セン
サに入力されて、加速度センサの加速度検出値が共振ピ
ークとなったときに、この共振ピークの加速度検出値に
対する出力を低下させることにより、制御手段で演算す
る指令値の増大を防止する。
また、出力低下手段としてディジタルローパスフィル
タを適用することにより、このローパスフィルタで加速
度検出値の移動平均を行うことになり、この移動平均時
間を加速度センサの共振周波数に対応させることによ
り、共振点での加速度センサの共振出力を減衰させるこ
とができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を第２図乃至第８図に基づ
き説明する。この実施例の能動型サスペンションは車体
のロール制御のみを行う場合を示す。
第２図において、10はサスペンションアームである車
体側部材を、11FL〜11RRは前左〜後右車輪を、12は能動
型サスペンションを夫々示す。
能動型サスペンション12は、車体側部材10と車輪11FL
〜11RRの各車輪側部材14との間に各々介装された流体圧
シリンダとしての油圧シリンダ18FL〜18RRと、この油圧
シリンダ18FL〜18RRの作動圧を個別に調整する圧力制御
弁20FL〜20RRと、この油圧系の油圧源22と、この油圧源
22及び圧力制御弁20FL〜20RR間に介挿された畜圧用のア
キュムレータ24,24と、車体の横方向に発生する加速度
を検出する横加速度センサ26と、この横加速度センサ26
の検出信号に基づき圧力制御弁20FL〜20RRの出力圧を個
別に制御するコントローラ30とを有している。また、油
圧シリンダ18FL〜18RRの後述する圧力室Ｌの各々は、絞
り弁32を介してバネ下振動吸収用のアキュムレータ34に
接続されている。さらに、油圧シリンダ18FL〜18RRの各
々のバネ上，バネ下相当間には、比較的低いバネ定数で
あって車体の静荷重を支持するコイルスプリング36が配
設されている。
油圧シリンダ18FL〜18RRの各々はシリンダチューブ18
aを有し、このシリンダチューブ18aには、ピストン18c
により隔設された下側の圧力室Ｌが形成されている。そ
して、シリンダチューブ18aの下端が車輪側部材14に取
り付けられ、ピストンロッド18bの上端が車体側部材10
に取り付けられている。また、圧力室Ｌの各々は、油圧
配管38を介して圧力制御弁20FL〜20RRの出力ポートに接
続されている。
また、圧力制御弁20FL〜20RRの各々は、円筒状の弁ハ
ウジングとこれに一体的に設けられた比例ソレノイドと
を有した、従来周知の３ポート比例電磁減圧弁（例えば
特開昭64−74111号参照）で形成されている。そして、
比例ソレノイドの励磁コイルに供給する指令電流ｉ（指
令値）を調整することにより、弁ハウジング内に収容さ
れたポペットの移動距離、即ちスプールの位置を制御
し、供給ポート及び出力ポート又は出力ポート及び戻り
ポートを介して油圧源22と油圧シリンダ18FL〜18RRとの
間で流通する作動油を制御できるようになっている。
ここで、励磁コイルに加えられる指令電流ｉ（:iFL〜
iRR）と圧力制御弁20FL（〜20RR）の出力ポートから出
力される制御圧Ｐとの関係は、第３図に示すようになっ
ている。つまり、ノイズを考慮した最小電流値iMINのと
きには最低制御圧PNINとなり、この状態から電流値ｉを
増加させると、電流値ｉに比例して直線的に制御圧Ｐが
増加し、最大電流値iMAXのときには設定ライン圧に相当
する最高制御圧PMAXとなる。この第３図で、iNは中立指
令電流,PNは中立制御圧である。
一方、車両の重心位置より前方の所定位置には横加速
度センサ26及び前後加速度センサ27が配設されている。
これら加速度センサ26及び27の夫々は、第４図に示す
ように、磁性体製の円筒体29a内に鋼球29bが配置され、
円筒体29aの外側に鋼球29bを磁気的に支持する円筒状の
永久磁石29cが配設され、この永久磁石29cの外側に円筒
状の検出コイル29dが配設された構成を有し、検出コイ
ル29dの一端を抵抗を介して接地することにより、検出
コイル29dと抵抗と接続点から第５図に示すように、加
速度が零のときに正の中立電圧でなる中立値YGN及びXGN
が出力され、加速度が正方向（横加速度にあっては右向
き、前後加速度にあっては前向き）に増加するとこれに
比例して中立値YGN及びXGNより大きい正の電圧でなるYG
及びXGが出力され、加速度が負方向（横加速度にあって
は左向き、前後加速度にあっては後ろ向き）に増加する
とこれに比例して中立値YGN及びXGNより小さい正の電圧
でなるYG及びXGが出力される。
更に、前記コントローラ30は第６図に示すように、横
加速度センサ26の横加速度検出値YG及び前後加速度セン
サ27の前後加速度検出値XGをデジタル量に変換するA/D
変換器70A及び70Bと、演算処理用のマイクロコンピュー
タ72と、このマイクロコンピュータ72から出力されるデ
ジタル量の圧力指令値VFL〜VRRを個別にアナログ量に変
換するD/A変換器73A〜73Dと、これらアナログ量の圧力
指令値VFL〜VRRを指令電流iFL〜iRRに変換して、圧力制
御弁20FL〜20RRに個別に出力する駆動回路74A〜74Dとを
有している。
この内、マイクロコンピュータ72は、少なくともイン
タフェース回路76と演算処理装置78とRAM,ROM等からな
る記憶装置80とを含んで構成され、インタフェース76回
路はI/Oポート等から構成されている。また、演算処理
装置78は、インタフェース回路76を介して各加速度検出
値YG及びXGを読込み、これらに基づき後述する演算その
他の処理を行って圧力指令値VFL〜VRRを算出し、これら
を出力する。記憶装置80は、演算処理装置78の処理の実
行に必要な所定プログラム及び固定データ等を予め記憶
しているとともに、演算処理装置78の処理結果を記憶す
る。
次に、上記実施例の動作を説明する。
車両のイグニッションスイッチがおオン状態になる
と、コントローラ30が起動し、演算処理装置78で、所定
のメインプログラム実行中に、第７図及び第８図に示す
タイマ割込処理を所定時間毎に実行する。
先ず、第７図のタイマ割込処理は、横加速度センサ26
の横加速度検出値YGに基づくロール抑制制御処理であっ
て、2msec毎のタイマ割込処理として実行される。
すなわち、ステップで横加速度センサ26の横加速度
検出値YGを読込み、次いでステップに移行して横加速
度検出値YGの移動平均処理を行う。この移動平均処理
は、現在の横加速度検出値YGiから13回前の横加速度検
出値ＹＧ（ｉ−13）を記憶装置80から読出し、下記
（１）式に示すように、現在の横加速度平均値Ｇに、
現在の横加速度検出値YGiの1/13を加算すると共に、現
在の横加速度平均値Ｇの1/13を減算することにより、
新たな横加速度平均値Ｇを算出する。Ｇ ←Ｇ−G/13＋YGi/13 ……（１） このように、横加速度検出値YGの13個の平均値を算出
することにより、そのトータルの移動平均化時間Tr（＝
２×13＝26msec）が横加速度センサ26の共振周波数（38
Hz程度）の１周期に対応することになり、共振周波数近
傍の横加速度検出値YGを大幅に減衰させることになり、
ゲイン低下手段に対応している。また、移動平均処理
は、ディジタルローパスフィルタ処理に相当し、ノイズ
フィルタの役目を兼ねている。
次いで、ステップに移行して、前記ステップで算
出された横加速度平均値Ｇから中立値YGNを減算し
て、実際の横加速度に対応する方向を加味した実横加速
度検出値YR1を算出してからステップに移行する。
このステップでは、前記ステップで算出された実
横加速度検出値YRGに予め設定された横方向制御ゲインK
Yを乗算して、ロール抑制圧力指令値VYを算出し、これ
を記憶装置80のロール抑制圧力指令値記憶領域に更新記
憶してからステップに移行する。
このステップでは、記憶装置80のロール抑制圧力指
令値記憶領域に記憶されているロール抑制圧力指定値VY
及び後述するようにピッチ抑制圧力指令値記憶領域に記
憶されるピッチ抑制圧力指令値VXを読出し、これらに基
づいて下記（２）式〜（５）式の演算を行って圧力制御
弁20FL〜20RRに対する圧力指令値VFL〜VRRを算出する。
VFL＝VN−VY＋VX ……（２） VFR＝VN＋VY＋VX ……（３） VRL＝VN−VY−VX ……（４） VRR＝VN＋VY−VX ……（５） ここで、VNは圧力制御弁20FL〜20RRの中立圧PNに対応
する圧力指令値である。
次いで、ステップに移行して、前記ステップで算
出した圧力指令値VFL〜VRRをインタフェース回路76を介
してD/A変換器73A〜73Dに出力してからタイマ割込処理
を終了してメインプログラムに復帰する。
また、第８図のタイマ割込処理は、前後加速度センサ
27の前後加速度検出値XGに基づくピッチ抑制制御処理で
あって、5msec毎のタイマ割込処理として実行される。
すなわち、ステップで前後加速度センサ27の前後加
速度検出値XGを読込み、次いでステップに移行して前
後加速度検出値XGの５個の移動平均処理を行う。この移
動平均処理は、下記（６）式に示すように、現在の前後
加速度平均値Ｇに、現在の前後加速度検出値XGiの1/5
を加算すると共に、現在の前後加速度平均値Ｇの1/5
を減算することにより、新たな前後加速度平均値XGを算
出する。Ｇ ←Ｇ−G/5＋XGi/5 ……（６） このように、前後加速度検出値YGの５個の平均値を算
出することにより、そのトータルの移動平均化時間T
r（５×５＝25msec）が前後加速度センサ27の共振周波
数（38Hz程度）の１周期に略対応することになり、共振
周波数近傍の前後加速度検出値XGを大幅に減衰させるこ
とになり、出力低下手段に対応している。また、移動平
均処理は、ディジタルローパスフィルタ処理に相当し、
ノイズフィルタの役目を兼ねている。
次いで、ステップに移行して、前記ステップで算
出された前後加速度平均値Ｇから中立値XGNを減算し
て、実際の前後加速度に対応する方向を加味した実前後
加速度検出値XRGを算出してからステップに移行す
る。
このステップでは、前記ステップで算出された実
前後加速度検出値XRGに予め設定された前後方向制御ゲ
インKXを乗算して、ピッチ抑制圧力指令値VXを算出し、
これを記憶装置80のピッチ抑制圧力指令値記憶領域に更
新記憶してからステップに移行する。
このステップでは、前記第７図のステップと同様
の処理を行って圧力指令値VFL〜VRRを算出、次いでステ
ップに移行して算出した圧力指令値VFL〜VRRインタフ
ェース回路76を介してD/A変換器73A〜73Dに出力してか
らタイマ割込処理を終了したメインプログラムに復帰す
る。
次に、全体動作を説明する。
いま、車両が平坦な凹凸の無い良路を一定速度で直進
走行しているものとする。この状態では車両にロール及
びピッチを生じないので、横加速度センサ26の横加速度
検出値YGは中立値YGNであり、前後加速度センサ27の前
後加速度検出値XGも中立値XGNであるので、コントロー
ラ30の演算処理装置68による第７図及び第８図のタイマ
割込処理が実行されたときに、ステップ及びステップ
の処理で算出される実横加速度検出値YRG及び実前後
加速度検出値YRGが共に零となる。このため、ステップ
及びステップで算出されるロール制御圧力指令値VY
及びVXも零となり、ステップ及びステップ算出され
る圧力指令値VFL〜VRRはVNとなって標準積載状態で目標
車高を維持することが可能な値となる。そして、この圧
力指令値VFL〜VRRがインタフェース回路76及びD/A変換
器73A〜73Dを介して駆動回路74A〜74Dに供給されること
により、これら駆動回路74A〜74Dから圧力指令値値VFL
〜VRR（＝VN）に対応した中立指令電流iNが圧力制御弁2
0FL〜20RRに夫々供給される。これにより、圧力制御弁2
0FL〜20RRは、油圧シリンダ18FL〜18RRの作動圧を各々
中立圧PN（第３図参照）に制御するので、油圧シリンダ
18FL〜18RRの夫々は中立圧PNに応じた力を発生させて、
車体が所定車高値のフラットな姿勢に保持される。
この良路の定速直進状態から、例えば左旋回状態に移
行すると、車体に右方向の横加速度が作用することにな
り、横加速度センサ26の横加速度検出値YGは中立値YGN
よりも旋回速度等に応じた分だけ大きい値となるので、
コントローラ30で算出される実横加速度検出値YRGが正
の値となり、この実横加速度検出値YRGに横方向制御ゲ
インKYを乗算して正の所定値となるロール抑制圧力指令
値VYが算出される。
このため、ステップで圧力指令値VFL 〜VRRを算出し
たときに、車両の左側の圧力制御弁20FL及び20RLに対す
る圧力指令値VFL及びVRRは中立圧指令値VNからロール制
御圧力指令値VYが減算されることにより小さい値とな
り、逆に車両の右側の圧力制御弁20FR及び20RRに対する
圧力指令値VFR〜VRRは中立圧指令値VNにロール制御圧力
指令値VYを加算することにより大きな値となり、これら
に応じて車両の左側の油圧シリンダ18FL及び18RLの推力
が低下し、車両の右側の油圧シリンダ18FR及び18RRの推
力が上昇して、アンチロール効果を発揮することができ
る。逆に、車両が右旋回を行ったときには、車両の左側
の油圧シリンダ18FL及び18RLの推力が上昇し、右側の油
圧シリンダ18FR及び18RRの推力が低下してアンチロール
効果を発揮することができる。
さらに、車両が停止状態又は定速走行状態から加速状
態となると車体に後方向きの前後加速度が生じ、前後加
速度センサ27から中立値XGNより大きい正の加速度検出
値XGが出力される。このため、第８図のタイマ割込処理
が実行されたときに、ピッチ抑制圧力指令値VXが加速度
に応じた負の値となり、前輪側の油圧シリンダ18FL及び
18FRの推力が低下し、後輪側の油圧シリンダ18RF及び18
RRの推力が上昇して、加速によるスカット現像を抑制す
るアンチスカット効果を発揮することができる。逆に車
両が減速状態になると、前輪側の油圧シリンダの推力が
上昇し、後輪側の油圧シリンダ18FL及び18RRの推力が低
下して減速によるノーズダイブ現象を抑制するアンチノ
ーズダイブ効果を発揮することができる。
そして、車両が良路走行状態から悪路走行状態となっ
て、車体に横加速度センサ26及び／又は前後加速度セン
サ27の共振周波数近傍の周波数成分の加速度が生じる状
態となると、横加速度センサ26及び／又は前後加速度セ
ンサ27から出力される横加速度検出値YG及び／又は前後
加速度検出値XGに共振ピーク（＋30dB程度）が生じ、こ
れら加速度センサ26及び／又は27の加速度検出値YG及び
／又はXGが実際の加速度成分より遥かに大きな値とな
る。
しかしながら、第７図及び第８図のタイマ割込処理が
実行されたときに、そのステップ及びステップで各
加速度センサ26及び27の共振周波数の１周期に相当する
平均化時間Trにおける移動平均処理を行って、加速度検
出値YG及びXGの平均値Ｇ及びＧを算出するようにし
ているので、共振ピークの前半の半周期分と後半の半周
期分とが相殺されることにより、加速度平均値Ｇ及び
Ｇが加速度検出値YG及びXGの中立値YGN及びXGNに近い
値となり、共振ピーク値を大幅に減衰させることができ
る。このため、これら加速度平均値Ｇ及びＧを使用
してロール制御圧力指令値VY及びピッチ抑制圧力指令値
VXを算出するので、これら圧力指令値VY及びVXも零に近
い値となる。この結果、圧力制御弁20FL〜20RRから出力
される制御圧は中立圧PNに近い値となり、共振ピークの
影響によって油圧シリンダ18FL〜18RRに圧力変動を生じ
て車両の姿勢が不安定となることを確実に防止すること
ができる。
このように、上記実施例によると、演算処理装置78の
移動平均化処理によって加速度センサの共振周波数近傍
のゲインを低下させるようにしているので、外部にバン
ドエリミネーションフィルタ等のゲイン低下手段を設け
る必要がなく、コントローラ30を簡易小型化することが
できる利点がある。
なお、上記実施例においては、加速度平均値Ｇ及び
Ｇを移動平均処理によって算出する場合について説明
したが、これに限定されるものではなく、横加速度検出
値YGについては13個、前後加速度検出値XGについては５
個の検出値を順次更新記憶しておき、これら記憶値を単
純平均するようにしてもよく、また平均個数及びタイマ
割込周期は、これらによって決定される平均化時間Trが
加速度センサの共振周波数１の周期の時間に対応する時
間となる関係を満足すれば任意の値に選定することがで
きる。
また、上記実施例においては、演算処理装置78の演算
処理によって出力低下手段を構成する場合について説明
したが、これに限定されるものではなく、加速度センサ
の加速度検出値をその共振周波数域の阻止するバンドエ
リミネーションフィルタを介してマイクロコンピュータ
72に入力するようにしてもよい。
さらに、上記実施例においては、加速度検出手段とし
て横加速度センサ及び前後加速度センサを適用した場合
について説明したがこれに限定されるものではなく、上
下加速度センサについてもこの発明を適用し得るもので
ある。
またさらに、上記実施例では、制御弁として圧力制御
弁20FL〜20RRを適用した場合について説明したが、これ
に限定されるものではなく、他の流量制御型サーボ弁等
を適用し得るものである。
なおさらに、上記実施例においては、作動流体として
作動油を適用した場合について説明したが、これに限ら
ず圧縮率の少ない流体であれば任意の作動流体を適用し
得る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明によれば、出力低下手
段で加速度検出手段の共振周波数近傍の加速度検出値の
出力を低下させるように構成したので、加速度検出手段
の共振点近傍での共振ピークを大幅に減衰させることが
でき、悪路走行時における加速度検出手段の共振ピーク
の影響を受けることなく、車両の姿勢を安定に制御する
ことができる効果が得られる。
また、出力低下手段として、加速度検出手段の共振周
波数の１周期に対応する平均化時間で加速度検出値の平
均値を算出する平均値算出手段を適用することにより、
制御手段を演算処理装置のみで構成することが可能とな
り、制御手段の構成を簡易小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の概要を示す基本構成図、第２図はこ
の発明の一実施例を示す概略構成図、第３図は圧力制御
弁の出力特性を示すグラフ、第４図は加速度センサの一
例を示す概略構成図、第５図は加速度センサの出力特性
を示すグラフ、第６図はコントローラの一例を示すブロ
ック図、第７図及び第８図は夫々コントローラでの処理
手順の一例を示すフローチャートである。 図中、10は車体側部材、12は能動型サスペンション、14
は車輪側部材、18FL〜18RRは前左〜後右油圧シリンダ
（流体圧シリンダ）、20FL〜20RRは前左〜後右圧力制御
弁、26は横加速度センサ（加速度検出手段）、27は前後
加速度センサ（加速度検出手段）、30はコントローラ、
70はA/D変換器、73A〜73DはD/A変換器、74A〜74Dは駆動
回路である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】車体側部材と車輪側部材との間に各輪別に
    介装された流体シリンダと、該流体シリンダに供給する
    作動流体を指令値に応じて個別に制御する制御弁と、車
    体に生じる加速度を検出する加速度検出手段と、該加速
    度検出手段の加速度検出値に基づいて演算した指令値を
    前記制御弁に出力する制御手段とを備えた能動型サスペ
    ンションにおいて、前記制御手段は、前記加速度検出手
    段の共振点における加速度検出値を低下させる出力低下
    手段を備えていることを特徴とする能動型サスペンショ
    ン。
  2. 【請求項２】前記出力低下手段は、加速度検出手段の共
    振周波数の１周期に対応する平均化時間で当該加速度検
    出手段の加速度検出値の平均値を算出する平均値算出手
    段で構成されている請求項（１）記載の能動型サスペン
    ション。
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