JP2659032B2 - サスペンションシステムの不快衝撃度を最小にする周波数成形方法 - Google Patents

サスペンションシステムの不快衝撃度を最小にする周波数成形方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、アクティブ
サスペンションシステムに関し、特に不快衝撃度を減少
する周波数成形特性を有するアクティブ車両サスペンシ
ョンシステムの装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アクティブサスペンションシステムは、
外乱周波数の広い帯域幅にわたってサスペンション制御
を示すものとして当業者に知られている。これらの従来
技術のアクティブサスペンションシステムは、一般的に
これらの元の対応するパッシブサスペンションシステム
よりも実質的に不快な衝撃特性を示す。これは特に、車
両のような、従来のアクティブサスペンションシステム
を組込んでいる機械装置が急な外乱にあうときに、パッ
シブサスペンションが組み込まれていると仮定した場合
と比較して、機械装置に伝わる力がより大きく、また、
この力はより高い周波数成分を示すことを意味する。そ
れ故、車両における高い安定性および操作性のようなア
クティブサスペンションシステムの既知の利点と不快衝
撃度を減少させるパッシブサスペンションシステムの利
点との間に相入れることができない相対関係が存在す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】車両のアクティブサス
ペンションシステムの不快衝撃度を減少する技術として
知られている１つの方法は、ハブあるいはホイ−ルの減
衰を減少させることである。あいにくこれは一般的に、
パッシブシステムに匹敵する不快衝撃度特性が達成され
る前に受け入れ難いホイールの減衰をもたらす。この関
係は、特定なアクティブおよびパッシブのサスペンショ
ンシステムについて図１に示されている。図１の横軸
は、ホイールが道路の凹凸に遭遇した後に振動を止める
ために要する時間をディメンションのない指標として表
すハブ減衰を示す。見られるように、ハブ減衰が高くな
るほど良好なホイール制御が得られ、車両の操作を良好
にする。ハブ減衰が減少すると、ホイールの上下運動が
増加し、車両の制御および操作がさらに困難で危険とな
る。縦軸は、サスペンションシステムから車両に伝わる
力の量であるボディ負荷の最高値から最低値までを示
す。ボディ負荷が増加すると道路の凹凸の衝撃の不快衝
撃度が増加する。
【０００４】実線Ａは、アクティブサスペンションシス
テムを有する特定の車両のボディ負荷とハブ減衰との間
の関係を示す。破線Ｂは、パッシブサスペンションシス
テムを有する特定の車両のハブ減衰とボディ負荷との間
の関係を示す。見られるように、ハブ減衰の減少は特定
の道路の外乱の不快衝撃度を減少する。しかしながら、
過度のホイールの上下運動の領域になる前に、パッシブ
システムのものに匹敵する不快衝撃度を達成するために
アクティブシステムにおいてハブ減衰を十分に減少させ
ることができないことが、曲線ＡおよびＢから明らかで
ある。過度のホイールの上下運動がドライバーの不快さ
および、または車両制御の損失の要因として定められて
いるため、ハブ減衰を減少させるこの方法は余り広範囲
に使用されてこなかった。
【０００５】アクティブサスペンションシステムの不快
衝撃度を減少するための別の方法は、図２に示されるよ
うにソフトなアイソレータブッシングの使用である。図
面において、ホイール減衰を行うための２つの装置は、
ばね上質量10とばね下質量12との間に示される。図に示
すために、ばね上質量は特定の車両のボディであり、ば
ね下質量は車両のホイールの１つである。２つのホイー
ル減衰装置は、可変制御減衰装置16およびアクティブア
クチュエーター18である。減衰装置16は、パッシブある
いはアクティブシステムに組込むことができ、アクチュ
エーター18はアクティブシステムに通常使用される。ス
プリング14は、一般的にサスペンション制御をさらに増
加するために、パッシブあるいはアクティブシステムの
両方に使用される。20で示される２つのソフトなアイソ
レータブッシングは、ばね上質量10とばね下質量12との
間の減衰装置16およびアクティブアクチュエーター18と
共に組込まれる。
【０００６】ソフトなアイソレータブッシング20は、ホ
イール減衰装置16および18によって減衰するには小さす
ぎる道路外乱の高周波数（雑音）伝達はもちろん、小さ
い衝撃による不快衝撃度を減少させるのに役立つ。しか
しながら、ソフトなアイソレータブッシング20を有する
サスペンションシステムにおいて適当なホイール減衰を
維持するために、より高い最高値の減衰力が要求され
る。図１に関して上記されているように、より高い減衰
力はより大きい単一の道路外乱の増加した伝達となり、
これは増加した不快衝撃度となる。加えて、ソフトなア
イソレータブッシングは、負荷を非常に低く限定するブ
ッシング移動が生じないようにブッシングを保護するた
めに、実質的なブッシング移動を必要とする。さらに、
アイソレータブッシングは、サスペンションシステムの
残りの部分の上下移動から時間的にずれた減衰装置の上
下移動のために、減衰装置に位相遅延が誘導されるブッ
シングを生成する。しかしながら、実際的な問題とし
て、アイソレータブッシングは車両シャシーに対する雑
音外乱を減少するために、パッシブおよびアクティブサ
スペンションシステムに対して必要とされ、両システム
のアイソレータブッシングから生ずる性能特性は同様で
ある。
【０００７】アクティブサスペンションシステムの不快
衝撃度を減少し、さらに、アイソレータブッシングおよ
び他のシステム力学の好ましくない影響を補償し、位相
遅延が誘導されるブッシングを含みながら、ハブ減衰お
よび高周波伝送特性の独立的な制御を可能にしている装
置および方法が必要である。それ故、本発明の目的は、
このような方法および装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、急激な外乱に
よって生じる不快衝撃度を減少するための手段を有する
アクティブサスペンションシステムを組み込むための方
法および装置を提供する。システムはハブ加速度計でも
よいがそれには限定はされない運動センサを含む。運動
センサはばね下質量の運動を感知し、マイクロプロセッ
サにこの運動を示す周波数信号を伝送する。マイクロプ
ロセッサは符号化させた周波数成形アルゴリズムを含
み、このアルゴリズムは、センサからの周波数信号を修
正された位相および大きさの成分を有する信号に成形す
る。成形された信号は、適当な減衰を提供するために、
アクティブ油圧ストラットすなわち減衰装置のようなア
クティブ減衰部品に送られる。成形された信号は、不快
衝撃度を最小にする値まで減衰を調整するように、アク
ティブ減衰部品に指令する。
【０００９】この発明によって自動車、トラック、バ
ス、タンク、航空機、あるいはオートバイのような車両
の個々のホイールは高い安定度および性能を与えられ、
さらに急激な道路の凹凸による不快衝撃度の量を減少す
るためにために、それぞれ制御される。加えて、アイソ
レータブッシングおよび別のシステム力学により誘導さ
れた位相遅延が補償される。
【００１０】本発明の付加的な目的、利点および特徴は
添付図面と共に以下の説明および特許請求の範囲から明
らかにされるであろう。
【００１１】
【実施例】本発明の好ましい実施例の以下の説明は単な
る例示であり、使用あるいは適用を限定するための方法
におけるものではない。
【００１２】図３は、本発明の好ましい実施例の特定な
使用の概略図を表す。図において、30はアクティブに制
御される車両のサスペンションシステムである。32はば
ね下質量である車両のタイヤを表す。34はばね上質量で
ある車両のボディを表す。ばね下質量とばね上質量との
間の関係は、上記のように図２で示される。各ばね下質
量32は、センサ36およびアクチュエーター38を有する。
センサ36は、ばね下質量32の加速を測定するためのハブ
加速度計である。しかしながら、センサ36は加速度計に
限定されず、速度計のようなハブの運動を測定する別の
装置でもよい。アクチュエーター38はアクティブに制御
され、ハブに広い範囲の減衰をもたらす。アクチュエー
ター38は、アクティブに制御されるオリフィスを有する
油圧ストラットすなわち減衰装置であるが、これらの装
置に限定されない。センサ36およびアクチュエーター38
は、実質的に、技術的に知られている適当な部品でよ
い。システム30は、マイクロプロセッサ40あるいはその
他の適当な計算装置をさらに含む。マイクロプロセッサ
40内には、周波数応答成形ネットワーク42が設けられて
いる。周波数応答成形ネットワーク42は、各センサ36か
ら得られた入力ライン44を有する。さらにマイクロプロ
セッサ40は、それぞれのアクチュエーター38に接続され
る出力ライン46を有する。ばね下質量32はそれぞれ、周
波数応答成形ネットワーク42への同様の入力ライン44を
含み、さらに各アクチュエーター38はマイクロプロセッ
サからの出力ライン46を含む。通常、各アクチュエータ
ーおよびセンサは車両の各ハブに対して同一であるが、
異なるシステムは所望の異なるセンサおよびアクチュエ
ーターを必要とし、それ故異なるアクチュエーターおよ
びセンサは、各ホイールが車両のシャシーに関連した道
路状態に別々に応じる時に使用される。
【００１３】動作において、センサ36はばね下質量32の
運動を感知する。この運動はシステム30の上下運動であ
る。この運動を示す周波数信号は、周波数応答成形ネッ
トワーク42にライン44に沿って送られる。周波数応答成
形ネットワーク42はライン44上の周波数信号を受信し、
位相および大きさの成分を考慮して分析する。周波数応
答ネットワーク42は位相および大きさのこれらの個々の
成分を受信し、マイクロプロセッサ40に記憶されている
予め決められたアルゴリズムによってそれらを成形す
る。周波数応答成形ネットワーク42からの成形された信
号は、アクチュエーター38に適当な減衰応答を与えるた
めに、マイクロプロセッサ40の出力からライン46に供給
される。故に、アクチュエーター38は、ばね下質量32の
運動を考慮して、ばね下質量32に所望の適当な減衰を適
用する。成形された減衰応答は、センサを反応させる道
路の凹凸による不快衝撃度が最小にされるようにばね下
質量32に供給される。
【００１４】図４を参照すると、全体を50で示される本
発明の好ましい実施例に従っているシステム30に使用さ
れるようなアクティブサスペンションシステムの機能的
なブロック図である。ブロック54は、道路の凹凸によっ
て影響を受ける車両の個々の部分の力を表す。これらの
力はサスペンション装置、車両のシャシーおよびホイー
ルの力を含むが、それに限定はされない。ライン52はシ
ステム50への入力を表し、通常、道路の穴あるいはその
ようなものによって生じられるような入力である。ライ
ン56は、力学ブロック54の出力ラインを表す。ライン56
上の出力は、図３のセンサ36からの出力であり、入力ラ
イン52上の信号の大きさに関係した、車両のシャシー、
サスペンションおよびホイールの応答を示す周波数信号
を送る。ライン56上の周波数信号は、ブロック58によっ
て表される周波数応答成形ネットワークに供給される。
周波数応答成形ブロック58はライン56上の周波数信号を
受け、上述したように振幅および位相成分を考慮して分
析する。これらの成分は、周波数信号の位相および大き
さを、ライン56上の位相および振幅の入力成分に対して
予め決められた応答周波数信号に、修正および成形する
予め決められたアルゴリズムに供給される。この応答
は、基本サスペンション制御法則ブロック64へのライン
60上に出力される。制御法則ブロック64は、車両の異な
る動力学的制御法則を含む。ブロック54からの力学的情
報も、ライン62上の入力として制御法則ブロック64に供
給される。制御法則ブロック64はブロック54からの力学
応答信号を得て、不快衝撃度を減少するハブの適当な減
衰を決定するために、ブロック58からの修正された周波
数信号を利用する。周波数応答成形ネットワークおよび
基本サスペンション制御法則は、マイクロプロセッサ40
に記憶される。マイクロプロセッサ40は、車両の力学の
制御法則から知られている特性に対する適当な応答を計
算する。適当な減衰を示す信号は、ブロック68によって
表されるアクチュエーターにライン66を介して供給され
る。ブロック68によって表されるようなアクチュエータ
ーは、ライン70を介してブロック54の車両の力学に付勢
作用を供給する。これによって、ホイールの運動は、入
力ライン52上に表される衝撃に応じた不快衝撃度を最小
にするように制御される。
【００１５】図５は、車両のアクティブサスペンション
システム80の特定な構成を表し、このシステムにおいて
ハブ加速度計出力は、既知のアクティブサスペンション
システム用の従来の利得増幅ネットワークに代って、加
速度フィルタ84によって表される周波数応答成形ネット
ワークに供給される。システム80は、車両の１／４の部
分の力学ブロック82を有し、このブロックは車両の１つ
のホイールの運動感知および制御を含む。ブロック82の
出力はサスペンションシステム上の力の測定を表すロー
ドセルラインＦa と、ホイールの上下運動の加速度を表
すハブ加速度計ラインと、シャシーに対するホイールの
位置を表すＬＶＤＴセンサラインＸa とを含む。ロード
セルＦa 、周波数応答成形ネットワークＸu' ・を表して
いる加速度フィルタ84、および位置センサＸa からの出
力は、サスペンションシステムの異なる構成部品の力学
に対する周波数成形信号を出力する基本制御法則ブロッ
ク88に供給される。
【００１６】残りの構成部品および機能は、既知のアク
ティブサスペンション制御システムと同じであり、単に
例示として組込まれている。別のシステムおよび方法も
使用可能である。ブロック88の出力Ｘc ・は、その中の
伝達関数によって表されるハイパスフィルタブロック90
に供給される。ハイパスフィルタブロック90の出力Ｘ
mod ・はバンプストップ94に、そして示されるように２
次フィルタ96に供給される。ラインＸa 上の位置および
ブロック92によって決定される所望の位置の組合せ、な
らびに制御法則ブロック88からの出力（ハイパスおよび
２次フィルタによって瀘波された後）は、加算器97に供
給され、ブロック98によって表されるアクチュエーター
補償ネットワークにライン99を介して供給される。ブロ
ック98は、命令に対するその応答を改善するために、ア
クチュエーター力学の補償を決定する。アクチュエータ
ー補償ブロック98の出力は、ラインＩc 上を力学ブロッ
ク82に供給される。それ故、アクチュエーターは、不快
衝撃度を最小にするためにホイールに適当な減衰を与え
るように適当に調整される。
【００１７】ハブ加速度計の周波数出力を成形する加速
度フィルタ84として組込まれた周波数応答成形ネットワ
ークは、所望の減衰を実行するために周波数応答特性を
成形する最良の手段の１つを提供する。加速度フィルタ
ブロック84による周波数信号を瀘波する１つの方法を、
二重ブロック形式で図６に示す。ハブ加速度計からのラ
イン104 上の入力は、ブロック内に示されるような特定
の伝達関数を有するブロック100 および102 に供給され
る。この実施例において、Ｋv ，Ｋa は定数であり、ｓ
はラプラス変数であり、ｚはばね上質量の運動がばね下
質量の運動に対して先行する時間量である位相先行期間
の折点周波数であり、ｐ1 およびｐ2 はばね上質量の運
動がばね下質量の運動に対して遅延する時間量である位
相遅延期間の折点周波数であり、τは位相先行期間の折
点周波数の逆数であり、ωは自然周波数であり、ξは２
次オーダーロールオフの減衰率である。これらの伝達関
数は、マイクロプロセッサ40に記憶される。別の所望の
周波数成形特性のための別の伝達関数は、マイクロプロ
セッサ40に記憶される。ブロック100 および102 の出力
は出力106 を成形するために結合され、それは図５の制
御法則ブロック88に供給される。
【００１８】車両制御法の力学的な式にこれらの周波数
成形特性を適用すると、図１に示されるように、さらに
望ましい不快衝撃度を有するハブ減衰およびボディ負荷
間の特性曲線となる。図１に見られるように、ラインＣ
は、比較的ソフトなすなわち低減衰を有する剛性のアイ
ソレータブッシング20が組込まれている本発明の好まし
い実施例に従ったサスペンションシステムのハブ減衰お
よびボディ負荷との間の応答曲線を表す。明らかである
ようにシステムの不快衝撃度は、ラインＡによって示さ
れるような従来技術のアクティブサスペンションシステ
ムから減少される。より剛性の高い、パッシブサスペン
ションブッシングに匹敵するアイソレータブッシング
（ラインＣよりも５０％堅い）を組み込んだものは、ラ
インＤ上に示されるような性能特性を実現できる。明ら
かであるように、不快衝撃度は、ラインＢによって表さ
れるパッシブシステムよりもずっと小さい度合いまで減
少される。
【００１９】以上は、本発明の単に例示的な実施例を説
明し記載したものである。当業者は、このような論議添
付図面および特許請求の範囲から様々な変化、変更が特
許請求の範囲に定められる本発明の技術的範囲から逸脱
することなく行われることができることを容易に理解す
るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】特定のサスペンションシステムのハブ減衰に対
するボディ負荷の特性図。
【図２】ばね上質量とばね下質量に関連して示されるサ
スペンション部品の模式図。
【図３】本発明の第１の好ましい実施例の部品の概略
図。
【図４】本発明の第１の好ましい実施例の動作のフロー
チャート。
【図５】本発明の好ましい実施例に従ったサスペンショ
ンシステムの特定の動作のフローチャート。
【図６】本発明の好ましい実施例の１成分のフローチャ
ートの模式図。
【符号の説明】
30,50,80…アクティブ制御サスペンションシステム、32
…車両ホイール、36…ハブセンサ、38…アクティブアク
チュエーター、42…周波数応答成形ネットワーク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハン − シュー・タン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91326、ノースリッジ、デュカス・スト リート 18834 (56)参考文献 特開 昭63−106122（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−95918（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−52911（ＪＰ，Ｕ)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ばね上質量に対するばね下質量の運動を
    測定し、この運動の信号を生成するために動作可能な運
    動センサと、 運動センサからの信号を受信する周波数成形ネットワー
    クと、 この周波数成形ネットワークからの信号を受信するアク
    ティブ制御アクチュエーターとを具備し、 周波数成形ネットワークが、運動センサからの信号の位
    相および振幅成分を解析し、以下の予め定められた周波
    数応答伝達関数に基づいて位相および振幅成分を変え、
    成形された周波数信号を示す信号を出力し、 【数１】 ここで、Ｋv ，Ｋa は定数であり、ｓはラプラス変数で
    あり、ｚはばね上質量の運動がばね下質量の運動に対し
    て先行する時間量である位相先行期間の折点周波数であ
    り、ｐ1 およびｐ2 はばね上質量の運動がばね下質量の
    運動に対して遅延する時間量である位相遅延期間の折点
    周波数であり、τは位相先行期間の折点周波数の逆数で
    あり、ωは自然周波数であり、ξは２次オーダーロール
    オフの減衰率であり、 アクチュエーターが周波数成形ネットワークからの成形
    された信号に基づいてばね下質量の運動を制御すること
    を特徴とするばね上質量に対するばね下質量の運動をア
    クティブに制御するシステム。
  2. 【請求項２】 アイソレータブッシングをさらに具備
    し、アイソレータブッシングおよびアクチュエーターが
    ばね下質量とばね上質量との間に位置されている請求項
    １記載のシステム。
  3. 【請求項３】 運動センサが、車両のシャシーに対する
    ホイールの運動を測定し、この運動を示す周波数出力を
    生成するハブセンサである請求項１記載のシステム。
  4. 【請求項４】 ハブセンサがホイールの加速度を測定す
    るハブ加速度計である請求項３記載のシステム。
  5. 【請求項５】 周波数成形ネットワークが、位相および
    振幅成分の観点で運動センサからの周波数信号を分析
    し、予め決められた応答アルゴリズムに基づいて位相お
    よび振幅成分を成形する請求項１記載のシステム。
  6. 【請求項６】 アクティブ制御されたアクチュエーター
    がアクティブ制御されたオリフィスを有する減衰装置で
    ある請求項１記載のシステム。
  7. 【請求項７】 周波数成形ネットワークがマイクロプロ
    セッサに含まれている請求項１記載のシステム。
  8. 【請求項８】 マイクロプロセッサが特定の車両力学の
    基本的な制御法則を含む請求項７記載のシステム。
  9. 【請求項９】 ばね下質量の運動を感知し、この運動を
    示す周波数信号を供給し、 周波数成形ネットワークにおいて、周波数信号の位相お
    よび振幅成分を解析し、以下の予め定められた周波数応
    答伝達関数に基づいて位相および振幅成分を変え、周波
    数信号を成形し、 【数２】 ここで、Ｋv ，Ｋa は定数であり、ｓはラプラス変数で
    あり、ｚはばね上質量の運動がばね下質量の運動に対し
    て先行する時間量である位相先行期間の折点周波数であ
    り、ｐ1 およびｐ2 はばね上質量の運動がばね下質量の
    運動に対して遅延する時間量である位相遅延期間の折点
    周波数であり、τは位相先行期間の折点周波数の逆数で
    あり、ωは自然周波数であり、ξは２次オーダーロール
    オフの減衰率であり、 ばね下質量の運動をアクティブに制御するアクチュエー
    ターに成形された周波数信号を供給するステップを具備
    していることを特徴とするばね上質量に対するばね下質
    量をアクティブに制御する方法。
  10. 【請求項１０】 車両のホイールの運動を感知し、この
    運動を示す周波数信号を供給し、 周波数成形ネットワークにおいて、周波数信号の位相お
    よび振幅成分を解析し、以下の予め定められた周波数応
    答伝達関数に基づいて位相および振幅成分を変え、周波
    数信号を成形し、 【数３】 ここで、Ｋv ，Ｋa は定数であり、ｓはラプラス変数で
    あり、ｚはばね上質量の運動がばね下質量の運動に対し
    て先行する時間量である位相先行期間の折点周波数であ
    り、ｐ1 およびｐ2 はばね上質量の運動がばね下質量の
    運動に対して遅延する時間量である位相遅延期間の折点
    周波数であり、τは位相先行期間の折点周波数の逆数で
    あり、ωは自然周波数であり、ξは２次オーダーロール
    オフの減衰率であり、 ホイールの運動をアクティブに制御するアクチュエータ
    ーに成形された周波数信号を供給するステップを具備し
    ている車両のサスペンションシステムをアクティブに制
    御する方法。
JP3352901A 1990-12-17 1991-12-17 サスペンションシステムの不快衝撃度を最小にする周波数成形方法 Expired - Lifetime JP2659032B2 (ja)

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