JP2681772B2 - 振動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、建造物あるいは走行装置の支持装置にあっ
て、外力または外乱（路面）の影響により振動を生じて
いる場合の振動制御装置に関するものである。 （従来の技術） 従来の振動制御装置には大別して、（１）アクティブ
制御、（２）セミアクティブ制御、（３）パートアクテ
ィブ制御と呼ばれる３つの手法が適用されていた。 アクティブ制御は、外力または外乱に対してサスペン
ション外部より強制的に大きなエネルギーを与え振動を
抑制することをねらったもので、例えば第２図（ａ）に
示すごとく質量ｍなる振動体100を支えるべくピストン
面の両側に油圧室A,Bをもつ油圧シリンダ111と電気油圧
サーボ弁141と油圧源160とそれらを連通させるための油
路または配管150とを具備した振動制御装置において、
命令信号で電気油圧サーボ弁141を駆動し、油圧源160の
圧力を調整して油圧シリンダ111のＡおよびＢの油圧室
へ導き、油圧シリンダ111に作用させる力を常に制御す
るものである。 セミアクティブ制御は、コンベンショナルな緩衝器が
一定の粘性減衰力特性によってサスペンションの外力ま
たは外乱による振動の抑制効果を示すのに対し、わずか
なエネルギーを用いて減衰力特性を変え、振動の抑制効
果を制御させることをねらったもので、例えば第２図
（ｂ）に示すごとく油圧シリンダ110と気液流体バネ120
とを連通する油路または配管150の途中にオリフィス130
が配設され、そのオリフィスの１つに電磁切換弁（モー
タによる切換弁を含む）140を具備した振動制御装置に
おいて、命令信号で電磁切換弁140オンオフし、２種類
のオリフィス開度を実現、すなわち２種類の減衰力特性
をわずかな電気消費エネルギーで制御するものである。 なお、ここでは減衰力特性を２種類に限定したが３種
類でもよい。 パートアクティブ制御は、外力または外乱に対して必
要に応じ、サスペンション外部より一部のエネルギーを
与え、バネ上振動を抑制することをねらったもので、例
えば第２図（ｃ）に示すごとく油圧シリンダ110と、気
液流体バネ120と、油圧シリンダ110および気液流体バネ
間を連通させる油路または配管150の途中に配設した固
定オリフィス130と、油圧シリンダ110の圧力を給排させ
るための電磁切換弁142と、油圧源160とを具備した振動
制御装置において、電磁切換弁142を命令信号でオンオ
フ制御し、油圧源160の油圧を油圧シリンダ110の油圧室
に導いたり、あるいは油圧シリンダ110の油圧室の圧力
を排出させ、油圧シリンダの変位を必要に応じて制御す
るものである。 （従来技術の問題点） 従来の手法を用いた振動制御装置においては、アクテ
ィブ制御では常に油圧源の圧力を用いてサスペンション
に作用する制御力を制御する必要があり、また油圧源で
消費するエネルギーが大きく、また油圧源を構成するポ
ンプ、タンク、蓄圧アキュームレータ等の部品点数の増
加により大型になり、コストも高くなるという問題があ
った。 セミアクティブ制御では、第３図に示すように、状態
検出手段Ｉからの出力に基づき、状態判別手段II aによ
って状態を識別し、その出力によって設定特性を選択す
るという制御手段IIを有するものである。したがって、
振動を抑制するためにあらかじめ設定した２〜３段の減
衰力特性を命令信号で電磁切換弁140のオンオフにより
切換えるとともに、不連続制御方式であるため、振動を
抑制する効果はあっても種々の外力または外乱を考慮し
た最適な目標制御力を作用させるために最適な減衰力特
性制御するものではなく、振動を充分抑制できないとい
う問題があった。 パートアクティブ制御では油圧シリンダ110の油圧室
の圧力を電磁切換弁142のオンオフによって給排するこ
とにより、目標制御力の一部を外部から付加するにすぎ
ないので、充分な振動抑制が図れない。しかも不連続制
御であるため、1Hz前後の低いバネ上振動に対しては有
効であるが、高い周波数の細かな振動に対しては電磁切
換弁のオンオフ制御では追従できないという問題があっ
た。 要するに、従来装置の主たる問題点は、セミアクティ
ブ制御とパートアクティブ制御を用いた装置では振動抑
制のための全制御力を制御するものではなく、ねらいに
対して全制御力の一部である制御対象を不連続で制御す
るものであるため、完全に制御できなかったことであ
り、一方アクティブ制御を用いた装置においてはねらい
通りに振動抑制に必要な制御力を直接制御できるが制御
のために常時大動力が必要であり装置が大がかりになる
ことであった。 （目 的） 本発明は従来技術の問題点に鑑み、 １） 外力または外乱の入力に対して敏感に適応して入
力の状態に即した最適な目標制御力を得るために振動抑
制に必要なサスペンションの特性を連続的に制御すると
ともに、 ２） 構成を簡単にし、動力源、配管等の重量、スペー
ス、コストを低減し充分に能力を発揮する振動制御装置
を提供することを目的とする。 そこで本発明者らは従来技術とは全く異なりサスペン
ションに作用させる最適な目標制御力に対して、制御し
ようとするサスペンションの検出した現実作用している
制御力の偏差をとり、その偏差に応じてサスペンション
の特性を連続制御することにより、振動抑制に必要な目
標制御力をサスペンションに作用させるようにして、制
御のための動力消費をおさえたセミアクティブ制御をベ
ースにして、振動抑制のために外部からサスペンション
に作用させる制御力を連続制御するアクティブ制御の実
質機能を取り入れたことにより、セミアクティブ制御の
利点とアクティブ制御の利点を併わせ有するとともに、
従来技術の主たる問題点を解決するということに着眼し
た。 （発明の説明） 本発明の振動制御装置は、第１図に示すように、振動
体を支えるサスペンションに作用している制御力を示す
物理量を検出すると共に、サスペンションの動きとして
サスペンションを構成する部材の変位と速度とを示す状
態量を検出する状態検出手段Ｉと、状態検出手段の出力
である物理量および状態量から、サスペンションに働く
外力または外乱を考慮した最適な目標制御力を演算する
目標制御力演算手段II₁と、状態検出手段Ｉが検出した
物理量に対応した検出制御力を演算する検出制御力演算
手段II₂と、目標制御力と検出制御力との偏差を演算す
る偏差演算手段II₃とから成る制御手段IIと、その制御
手段IIの出力である両制御力の偏差信号をパワー増幅す
る駆動手段IIIと、パワー増幅された出力に基づきサス
ペンションに働く外力または外乱を考慮した目標制御力
に対する現実の検出した制御力の偏差に応じた制御力を
発生すべくサスペンションの特性を連続的に可変制御す
るアクチュエータ手段IVとを具備し、サスペンションに
働く外力または外乱を考慮した目標制御力と検出した制
御力との差に応じた制御力を発生するようにサスペンシ
ョンの特性を連続的に可変制御するので、結果的にサス
ペンションに目標制御力を付加することにより振動を抑
制するものである。 上記構成より成る本発明の作用および効果は次のとお
りである。 振動体Ｍを支えるサスペンションに働く外力また外乱
によって生じる振動体の振動を考慮した時間的に変化す
る最適な目標制御力ｕは、次式のようになる。 ｍ＝ｕ（xi,f） （１） ただし、ｍは振動体Ｍの質量、x_iはサスペンションの
動きを記述し得る状態量であり、前記のサスペンション
を構成する部材の変位と速度とからなり、は振動体に
与えられる加速度、ｆはサスペンションに作用している
制御力を示す物理量である。すなわち目標制御力ｕはxi
とｆの関数で、振動体Ｍの状態物理量x_i、即ち振動体Ｍ
のサスペンションを構成する部材の変位及び速度に関す
る物理量x_iを瞬時瞬時に検出し、検出されたx_iとｆに応
じて決定されることによりいわゆる瞬時状態フィードバ
ック制御系を構成することになり、本振動系に対して、
最適な振動抑制を与えることができるものである。 この目標制御力ｕに対して、サスペンションに作用し
ている制御力を示すＺ物理量をセンサで検出し、その物
理量Ｚをネガティブフィードバックし、その偏差ε（＝
ｕ−ｆ）の出力を駆動手段IIIでパワー増幅し、サスペ
ンションに取付けてあるアクチュエータ手段IVを駆動
し、物理量Ｚを連続的に制御する。すなわち、最適な目
標制御力ｕ（x_i,f）から物理量ｚを減じた力を抽出し、
その物理量を制御することにより、従来の振動制御装置
に比べ、外力または外乱を考慮してきめ細かに物理量Ｚ
が制御でき、かつエネルギー消費をおさえ、構成を簡単
にし、動力源、配管等の重量、スペース、コストを低減
するものである。 （実施態様の説明） 第１の実施態様 第４図は、本発明の第１の実施態様を示すブロック図
であり、制御手段IIは、前記偏差演算手段II₃が出力す
る偏差信号に、前記状態検出手段Ｉで検出したサスペン
ションの動きに関する状態量の信号を掛け合せて、振動
体Ｍを支えるサスペンションの変位ｘに追従する目標制
御力の制御が可能かどうかを判断する符号調整手段II₄
を具備し、その符号調整手段II₄の出力によってサスペ
ンションの特性を制御するための信号を出力するもので
ある。 このような構成上の特徴を有する第１の実施態様の作
用および効果について説明する。 制御手段IIにおいて、目標制御力ｕのサスペンション
の動きｘに対する最適な目標制御力ｕを目標制御力演算
手段II₁により求め、それに対してサスペンションに作
用している制御力を示す物理量Ｚを状態検出手段Ｉで検
出し、その物理量Ｚのサスペンションの動きｘに対する
検出制御力ｆを検出制御力演算手段II₂で求め、それを
ネガティブフィードバックし、偏差演算手段II₃が出力
する偏差ε（＝ｕ−ｆ）に別にセンサで検出したサスペ
ンションの動きｘを掛け合わせる符号調整手段II₄を通
し、出力εｘが正の場合すなわち偏差εと動きｘが同符
号の場合には偏差信号εに基づき駆動手段IIIでパワー
増幅し、サスペンションに取付けてあるアクチュエータ
手段IVを駆動し、現在サスペンションに作用している制
御力を目標制御力にするために付加あるいは減少させる
べき制御力が作用するように制御する。またその出力ε
ｘが負の場合すなわち符号が逆の場合は上述の作用とは
逆に物理量Ｚを小さくするように制御する。なお、偏差
εとサスペンションの動きｘの符号が逆の場合であって
も目標制御力の方向がサスペンションの動きｘと逆の場
合に限っては制御不能のため制御動作を制限する。 すなわち最適な目標制御力とサスペンションに作用し
ている物理量を示す検出した検出制御力の偏差分に相当
する量に応じて、サスペンションの特性すなわちサスペ
ンションに作用している物理量を付加的に制御するとと
もに、符号調整手段II₄によって前記偏差とサスペンシ
ョンの動きｘの作用する方向を調整する。したがって、
従来の振動制御装置が単にその特性設定値を状態変化に
ともなって切り換えることにより部分的に振動を抑制す
るのみであったのに対し、本実施態様は、外力または外
乱を考慮して振動抑制に必要な最適制御力に限りなく近
づけるべくサスペンションを制御することができるの
で、きめ細かに物理量Ｚが制御でき、充分な振動抑制を
可能とするとともに、エネルギーの消費をおさえ、構成
を簡単にし、動力源、配管等の重量、スペース、コスト
を低減するものである。 第２の実施態様 第５図は、本発明の第２の実施態様を示すブロック図
である。第２の実施態様は、第１の実施態様において前
記制御手段IIが符号調整手段II₄の出力信号を更に時間
積分することにより制御力のオフセット（残留偏差）を
排除する積分手段II₅を設けたものである。そして、そ
の積分手段II₅の出力の大きさに比例してサスペンショ
ンの特性を制御することにより、サスペンションに働く
外力または外乱を考慮した目標制御力制御に対して有害
なオフセット（残留偏差）を回避するとともに、積分出
力で制御することによりアクチュエータの頻繁且つ大幅
な制御を解消するものである。 第６図は、本発明の第１及び２の実施態様との第１の
比較例として示すブロック図である。第１の比較例は、
第２の実施態様において、状態検出手段Ｉが、サスペン
ションの減衰力を検出する第１のセンサと、サスペンシ
ョンの動きとしてサスペンションを構成する部材の速度
を検出する第２のセンサとから成り、前記アクチュエー
タ手段IVがサスペンションの特性として減衰係数を連続
的に可変制御する手段を備えたものである。 このような構成上の特徴を有する第１の比較例の作用
および効果について説明する。 状態検出手段Ｉにおいて、サスペンションに取付けら
れた第１のセンサによって振動体Ｍを支えるサスペンシ
ョンの動きｘ（＝変位ｘ）に作用している減衰力fc（＝
物理量ｚ）を検出し、第２のセンサによってサスペンシ
ョン速度を検出する。制御手段IIにおいては、アクテ
ィブ制御において外部的に付加する力に相当する時間的
に変化する最適な目標制御力ｕ（xi,f）から現在サスペ
ンションに作用している減衰力に対応する検出制御力fc
を減算して、その偏差ε（＝ｕ−fc）を求め、偏差εに
サスペンション速度を乗算し、その出力εを時間積
分する。乗算出力εが正の場合には、時間積分した出
力も正となり、その出力を駆動手段IIIでパワー増幅
し、サスペンションに取付けてあるアクチュエータ手段
IVを駆動し、乗算出力εに応じて減衰係数Ｃを連続的
に大きくすることにより、減衰力fcが連続的に大きくな
るよう制御する。 またその出力εが負の場合には上述の作用とは逆に
減衰係数Ｃを連続的に小さくすることにより、減衰力fc
（＝物理量ｆ）が連続的に小さくなるように制御する。 すなわち最適な目標制御力ｕ（xi,f）から減衰力に関
する最適な制御力ｕ（）を演算し、振動抑制に必要な
減衰力fcが作用するように制御する。 なお、出力εが負の場合において、偏差εとサスペ
ンション速度の符号が逆の場合であっても、目標制御
力の方向がサスペンションの動きと逆向きの場合に限っ
ては、制御不能のため制御動作を制限する。 これを１自由度の振動モデルの運動方程式で示すと次
のように表わすことができる。 ｍ＝k₀x＋ｃ＋ｕ （３） ここで、ｍは振動体Ｍの質量、k₀は一定のバネ定数、
ｃは粘性減衰係数、Ｃは等価減衰係数である。 したがって、従来の振動制御装置に比べ、サスペンシ
ョンの減衰力fcを検出し、サスペンションの減衰係数を
目標制御力が作用するように制御することにより、最適
な目標制御力ｕに対して位相遅れやオーバーシュートが
少なく、それに伴う振動の増長がおさえられるので、振
動抑制効果が格段に向上し、また減衰力を連続的に変え
られるのであらゆる外力や外乱に対する振動抑制の適応
範囲が広いという効果を奏するものである。 第７図は、本発明の第１及び２の実施態様との第２の
比較例として示すブロック図であり、状態検出手段Ｉ
が、物理量Ｚの具体例としての振動体Ｍを支えるサスペ
ンションのバネ力f_kを検出する第３センサと、サスペン
ションの動きとしてサスペンションを構成する部材の変
位ｘを検出する第４センサから成っている。また、アク
チュエータ手段IVはサスペンションの特性としてバネ定
数を連続的に可変制御する手段から成っている。 このような構成上の特徴を有する第２の比較例の作用
および効果について説明する。 状態検出手段Ｉにおいて、サスペンションに取付けら
れた第３のセンサによってサスペンションに作用してい
るバネ力F_k（＝物理量ｚ）を検出し、第４のセンサによ
ってサスペンション変位ｘを検出する。制御手段IIにお
いては、アクティブ制御を前提とした時間的に変化する
最適な目標制御力ｕ（xi,f）から現在サスペンションに
作用しているバネ力f_kを減算し、その偏差ε（＝ｕ−
f_k）にサスペンション変位ｘを乗算し、その出力εｘが
時間積分される。乗算出力εｘが正の場合には時間積分
した出力も正となり、その出力を駆動手段IIIでパワー
増幅し、サスペンションに取付けてあるアクチュエータ
手段IVを駆動し、結局前記乗算出力εｘに応じてバネ定
数ｋを連続的に大きくすることにより、目標制御力に達
するまでバネ力f_kを連続的に追従させる。 またその出力εｘが負の場合には上述の作用とは逆に
バネ定数k₂を連続的に小さくすることにより、バネ力f_k
が連続的に小さくなるように制御する。すなわち最適な
目標制御力ｕ（xi,f）からバネ力に関する最適な制御力
ｕ（ｘ）を演算し、振動抑制に必要なバネ力f_kが作用す
るように制御する。 なお出力εｘが負の場合において偏差εとサスペンシ
ョン変位ｘの符号が逆の場合であっても、目標制御力の
方向がサスペンションの動きと逆向きの場合に限って
は、制御不能のため制御動作を制限する。 これを１自由度の振動モデルの運動方程式で示すと次
式のように表わすことができる。 ｍ＝kx＋C₀＋ｕ （５） ここで、ｍは振動体Ｍの質量、ｋはバネ定数、C₀は一
定の減衰係数、Ｋは等価バネ定数である。 したがって、従来の振動装置に比べ、サスペンション
のバネ力f_kを検出し、サスペンションの等価バネ定数Ｋ
を連続的に変えることにより、バネ力の特徴である振動
エネルギーの貯蔵量および放出量を調整するので、エネ
ルギー効率の高い振動制御ができる。 第３の実施態様 第８図は、本発明の第３の実施態様を示すブロック図
であり、状態検出手段Ｉが、物理量Ｚとして振動体Ｍを
支えるサスペンションの減衰力fcおよびバネ力f_kをそれ
ぞれ検出する第1,第３のセンサと、サスペンションの動
きとしてサスペンションを構成する部材の速度および
変位ｘをそれぞれ検出する第２、第４のセンサとから成
る。また、制御手段IIは最適な目標制御力ｕに対する第
１、第３のセンサで検出したサスペンションの減衰力fc
とバネ力f_kを加算した量（fc＋f_k）との偏差ε′＝ｕ−
（fc＋f_k）に、第２、第４のセンサで検出したサスペン
ション速度とサスペンション変位ｘをそれぞれ独自に
掛合せ、それぞれ時間積分させ、減衰力を制御するため
の第１の出力と、バネ力を制御する第２の出力とを得る
よう構成されている。駆動手段IIIは、第１、第２の出
力をそれぞれパワー増幅する手段から成る。さらに、ア
クチュエータ手段IVは、第１の出力をパワー増幅した信
号で減衰係数を連続的に可変制御できる第１のアクチュ
エータ手段と、第２の出力をパワー増幅した信号でバネ
定数を連続的に可変制御できる第２のアクチュエータ手
段とにより構成されている。 このような構成上の特徴を有する第３の実施態様の作
用および効果について説明する。 第３の実施態様は、アクティブ制御を前提とした時間
的に変化する最適な目標制御力ｕ（xi,f）に対して、第
１、第３のセンサで検出したサスペンションの減衰力fc
とバネ力f_kをネガティブフィードバックし、その偏差に
基づいて同時に減衰力fcとバネ力f_kの制御を行うもので
あり、その作用は第１と第２の比較例とを合せたものと
同じである。 すなわち最適な目標制御力ｕ（xi,f）から、減衰力お
よびバネ力に関する最適な制御力ｕ（）,u（ｘ）をそ
れぞれ演算し、振動抑制に必要な制御力が作用するよう
に制御する。これを１自由度の振動モデルの運動方程式
で示すと次式のように表わすことができる。 ｍ＝kx＋ｃ＋ｕ （７） ここで、ｍは振動体Ｍの質量、ｋはバネ定数、ｃは粘
性減衰係数である。 したがって、従来の振動装置に比べ、最適な目標制御
力ｕ（xi,f）に対してそれぞれ90゜の位相差を違う減衰
力fcとバネ力f_kとで補完することにより、すなわち減衰
力fcで制御不能のときはバネ力で制御し、その逆の制御
も可能になるので常に精度良く制御することができる。 第４の実施態様 第９図は、本発明の第４の実施態様を示すブロック図
であり、前記第３の実施態様において、制御手段IIは、
前記偏差の極性または大きさを判断して必要な時だけ目
標制御力に対する検出したバネ力および減衰力の偏差に
比例した、振動体Ｍを支えるサスペンションに作用させ
る力を制御するための第３の出力を発生する手段を有す
る。また、駆動手段IIIは第３の出力をパワー増幅する
手段を有する。さらに、アクチュエータ手段IVは第３の
出力をパワーを増幅した信号でサスペンションの動き
（＝変位ｘ）に関係なく、振動体Ｍに油圧力ｆで外部的
に作用させる制御力を連続的に可変制御できる第３のア
クチュエータ手段を有する。 このような構成上の特徴を有する第４の実施態様の作
用および効果について説明する。 第４の実施態様は、第３の実施態様における振動制御
装置において、アクティブ制御を前提とした前記最適な
目標制御力ｕ（xi,f）に対して（８）式の左辺ｍは振
動体Ｍの加速度によって変化するのに対し、（８）式
の右辺kx,cは振動体Ｍの変位ｘ及び速度によって変
化する。 ここで、と,x,との間には、大小関係に時間的な
ずれ（位相90゜）が存在する。 また、kxはバネ力f_k,cxは減衰力fcに対応する。 即ち、（８）式の左辺ｍに等しい力を減衰力fcおよ
びバネ力f_kが発生できない時間が存在する。 この時間のことを「減衰力fcとバネ力f_kとで対応でき
ない時間領域」といい、この時間領域を前記の偏差の極
性または大きさで判断し、その判断により偏差に比例し
た第３の出力をスイッチングする。制御手段IIで第３の
出力を発した時には、それを駆動手段IIIでパワー増幅
し、前記振動体を直接支持する第３のアクチュエータ手
段により振動体に制御力を作用させるものである。すな
わち最適目標制御力に対して減衰力fcとバネ力f_kで対応
できない時間領域を第３のアクチュエータで補うもので
ある。これを１自由度の振動モデルの運動方程式で示す
と次式のように表わすことができる。 ｍ＝kx＋ｃ＋ｕ′≒ｕ（xi,f） （８） ここで、ｕ′＝ｕ（）、ｍは振動体Ｍの質量、ｋは
バネ定数、ｃは粘性減衰係数である。 したがって上記振動装置は、アクティブ制御と同等の
振動抑制効果を得ることができ、かつ従来のアクティブ
制御装置に比べ必要とする動力源（油圧源）をかなり小
さくすることができ、エネルギー消費、重量、スペース
が低減できる利点がある。 第５の実施態様 第10図は、本発明の第５の実施態様を示すブロック図
であり、前記制御手段IIの目標制御力演算手段II₁が、
前記状態検出手段Ｉの出力より必要に応じて前記振動体
の質量、バネ定数、減衰係数および外力または外乱の状
態等を判別する状態判別手段II₁₁と、前記状態検出手段
Ｉの出力のうち振動制御に用いる種々の状態信号にい対
する最適ゲインを前記状態判別手段II₁₁の出力に基づい
てあらかじめ記憶してあったゲインの中から選択するゲ
イン選択手段II₁₂と、選択した各ゲインを前記振動制御
に用いる状態信号に掛合せ、それらを加算する最適目標
制御力演算手段II₁₃とを備え、サスペンションの状態お
よび外力または外乱の状態変化に適確に対応して目標制
御力を設定するものである。 この第５の実施態様は状態検出手段Ｉで前記振動体と
サスペンションまわりの状態を各種のセンサで検出し、
その状態信号を用いて状態判別手段II₁₁で例えば振動体
の質量、バネ定数、減衰係数、および外力または外乱の
状態等を必要に応じて瞬時に判別し、その判別に基づく
出力に対応してゲイン選択手段II₁₂の中にあらかじめ記
憶してあった振動制御に用いる種々の状態信号に対する
最適ゲインを瞬時に選択する。 一方、最適目標制御力演算手段II₁₃では制御に用いる
種々の状態信号に先程の選択した最適ゲインを掛合せ、
それらを加算し、最適な目標制御力の信号を得る。この
信号を用いて本発明の振動制御装置を制御するものであ
る。上記振動制御装置は、種々の状態信号をネガティブ
フィードバックし、その状態の各重み係数（最適ゲイ
ン）を状態に即応して変え、最適な目標制御力を自動的
に算出することにより、外力または外乱に適応した振動
制御ができ、前述した本発明の作用効果をよりいっそう
高めることができる利点を有する。 第６の実施態様 第11図は、本発明の第６の実施態様を示すブロック図
である。この第６の実施態様は第５の実施態様におい
て、前記制御手段IIが、前記状態検出手段Ｉの出力であ
る物理量および状態量から、サスペンションに働く外力
または外乱を考慮した最適な目標制御力を構成する各々
の物理量や状態量に寄与する最適目標制御力係数を演算
する目標制御係数演算手段II₁₃₁と、状態検出手段Ｉが
検出した信号に基づき現在サスペンションを制御してい
る検出制御係数を演算する検出制御係数演算手段II
₂₁と、目標制御係数と検出制御係数との偏差を演算する
偏差演算手段II₃₁とから構成するものである。 このような構成上の特徴を有する第６の実施態様の作
用および効果について説明する。 制御手段IIにおいて、目標制御係数演算手段II₁₃₁に
よって、目標制御力を求めずして、サスペンションの動
きｘに対する最適目標制御係数Cuを求め、それに対し
て、サスペンションに作用している制御力を示す物理量
をセンサで検出し、その物理量のサスペンションの動き
ｘに対する検出制御係数Ｃ′をネガティブフィードバッ
クし、その偏差ε_０（＝Cu−Ｃ′）に応じて、サスペン
ションの特性を制御する、すなわちサスペンションに作
用している制御力を示す物理量すなわち制御係数を増減
し、最適な制御係数Cuに追従するように制御する。換言
すれば、最適な目標制御力に応じた目標制御係数とサス
ペンションに作用している制御力を示す物理量を示す検
出した検出制御係数の偏差分に相当する量に応じて、サ
スペンションの特性すなわちサスペンションに作用して
いる制御力を示す物理量を付加的に制御する。したがっ
て、従来の振動制御装置が単にその特性設定値を状態変
化にともなって切り換えることにより振動を抑制するの
みであったのに対し、外力または外乱を考慮して振動抑
制に必要な最適な制御力に限りなく近づけるサスペンシ
ョン制御をすることができるので、きめ細かな物理量Ｚ
が制御でき、充分な振動抑制を可能にするとともに、エ
ネルギー消費を抑制するものである。 （実施例） 第１実施例 第１実施例の振動制御装置は、本発明の第１比較例の
第12図（ａ）に示すように、振動体M₁が下部から、振動
体M₂が上部からそれぞれ作用する油圧シリンダ110と気
液流体バネ120との間を連通させる油路または配管150の
途中にオリフィス130を配設した自動車の気液流体サス
ペンション装置に適用したものである。ここでは代表的
に車輪のサスペンションについて第12、13、14、15、16
図を用いて説明する。 本実施例の振動制御装置は、基本的には第６図と第10
図に示される第１比較例および第５実施態様に属し、状
態検出手段Ｉと、制御手段IIと、駆動手段IIIと、アク
チュエータ手段IVとから成る。その制御手段IIは、状態
判別手段II₁₁と、ゲイン選択手段II₁₂と、最適目標制御
力演算手段II₁₃と、偏差演算手段II₃と、符号調整手段I
I₄と、および積分手段II₅とから成る。 状態検出手段Ｉは、第13図に示すようにサスペンショ
ンの車輪を回転可能に支持するサスペンションアーム62
および車体フレーム63との間に挿置して相対変位を検出
するポテンショメータ10と、ポテンショメータ10に接続
され、自動車の走行時における車軸と車体との相対変位
ｙを表わす信号を出力するアンプ20と、アンプ20の出力
する相対変位ｙを微分して相対速度を検出する微分器
30と、油圧シリンダ110室に取付けて作用している車輪
荷重を検出するための圧力センサ11aと、圧力より車輪
荷重ｗを検出するアンプ21aと、アキュームレータ120の
油室の入口に取付けて減衰力を検出するための圧力セン
サ11bと、その圧力センサ11bに接続されその出力を増幅
するアンプ21bと、そのアンプ21bの出力とアンプ21bの
出力との差として減衰力fcを検出する差動アンプ31と、
車体に取付けて加速度を検出する加速度センサ12と、加
速度センサ12に接続して増幅するアンプ22と、その出力
を積分してバネ上速度_２を検出する積分器32aと、そ
の出力をさらに積分してバネ上変位x₂を検出する積分器
32bと、アキュームレータ120のガス室に取付けてガス温
度ｔを検出する温度センサ13と、温度センサに接続され
そのセンサ出力を増幅するアンプ23と、自動車のミッシ
ョンの出力軸に取けて車速νを検出する車速センサ14
と、変位センサ56と、変位を表わす信号を出力するアン
プ24とから成り、スプール58の変位センサ56の検出信号
をアンプ24を介して駆動回路54に加えて、スペール58の
変位に関するフィードバックループを形成することによ
り、減衰係数ｃ′を決定する。その変位センサ56は、第
12図（ｂ）に示すような、リニヤアクチュエータ55とバ
ルブボディ59より成るアクチュエータ手段IVにおいて、
油路150を連続に開閉して可変オリフィスとするスプー
ル58の変位を検出するものである。 状態判別手段II₁₁とゲイン選択手段II₁₂は、前記車速
νと相対変位ｙ、車輪荷重ｗ、ガス温度ｔを取込む入力
部71と、その入力に基づいて状態を判別し、最適なゲイ
ンを選択する演算処理部72と、最適ゲインおよび演算処
理部72の演算法を記憶している記憶部73と、演算処理部
72で選択された最適ゲインを出力する出力部74より構成
されるマイクロコンピュータ70から成る。 マイクロコンピュータ70で行う機能を第14図のフロー
チャートに沿って詳細に説明する。車速センサの出力を
取込んで乗員の人数あるいは積載荷物によって変わる車
体の重量すなわち気液流体サスペンションのバネ上質量
ｍを検出するために車速νを算出する（P₁）。算出した
車速νと基準車速ν＝０と比較して、停車時（ν＝０）
には乗員の乗降あるいは荷物の積載があるので停車時を
判別する（P₂）。P₂のステップからの判別結果出力がYE
Sすなわち停車と判断した時は前記車輪荷重Ｗを取込ん
でバネ上質量ｍを演算する（P₃）。演算したバネ上質量
ｍの大きさがm₀〜m₃の範囲で区分（分類）するために判
断を行なう（P₄〜P₇）。その判断結果に基づいてYESと
判断して区分したｍにつきm₀〜m₃をｍに設定する（P₈〜
P₁₁）。ステップP₂の停車時判別出力がNOすなわち走行
時と判断した時はバネ上質量ｍが変化しないとみなし、
前回のステップP₈〜P₁₁のいずれかで設定したｍの位置
までジャンプする（Ｊ）。前記相対変位ｙを取込んで気
液流体バネ120のバネ定数k₂が第15図（ａ）に示すごと
く相対変位ｙの大きさで変わるため、その大きさを５段
階の相対変位ｙに区別（分類）するための判断を行なう
（P₁₂〜P₁₆）。その判断結果に基づいてYESと判断して
区分したy₀〜y₄をｙに設定する（P₁₇〜P₂₁）。気液流体
バネ120のガス温度ｔを取込んでそのバネ定数k₂が第15
図（ｂ）に示すごとくガス温度ｔの大きさでも変わるた
め、その大きさを６段階の温度ｔに区別（分類）するた
めの判断を行なう（P₂₂〜P₂₇）。その判断結果に基づい
てYESと判断して区分したt₀〜t₅をｔに設定する（P₂₈〜
P₃₃）。上記区分されたy,tより第15図（ｃ）に示すごと
くマップ化したk₂を選択する（P₃₄）。選択したk₂と上
記区分されたｍより、あらかじめ車輪サスペンションを
線形２自由度モデルに置換え、前記アクティブ制御のサ
スペンションを想定して、線形２乗形式最適制御法を用
いてk₂とｍの組合せで相対変位ｙ、相対速度、バネ上
変位x₂、バネ上速度_２、減衰力fcに対する最適ゲイン
G₁〜G₅を算出し、記憶させた前記記憶部73より読み出
し、前記出力部74より出力させる（P₃₅）。 最適目標制御力手段II₁₃は、前記マイクロコンピュー
タ70の出力部74より出力された最適ゲインG₁〜G₅とそれ
に対応する状態信号より次式に従い最適目標制御力ｕを
算出するための５個の乗算器41〜45と加算器50とから成
る。 ｕ＝G₁・ｙ＋G₂・＋G₃・x₂＋G₄・_２＋G₅・fc（９） 偏差演算手段II₃は、最適目標制御力演算手段II₁₃よ
り出力される最適な目標制御力ｕに対して制御しようと
する減衰力fcとの偏差εを算出する偏差器51から成る。 符号調整手段II₄は偏差器51の出力εにサスペンショ
ン相対速度を掛合せる乗算器52から成る。乗算器52
は、目標制御力ｕに対する偏差εに応じて減衰力制御を
行なう上で、目標制御力に対する偏差εが減衰力によっ
て制御できるか否かを判別し、かつ制御可能な場合には
減衰力の増減方向を決める信号を出力し、また制御不能
な場合には減衰力を減少させ零に近づける方向の信号を
出力させる。 表および第12図（ａ）を用いて乗算器52による符号調
整機能を説明する。目標制御力ｕを車体に対して垂直方
向の上向きに正をとり、またサスペンションの相対速度
を気液流体サスペンションの縮み方向に正をとると
き、目標制御力ｕと相対速度がともに同方向、例え
ば、油圧シリンダ110 のピストンが上向き（正方向）に動き、目標制御力ｕ信
号も上向き（正方向）である場合には、油圧シリンダ11
0内の油が相対速度に比例してオリフィス130を通り気
液流体バネ120に流入するので、そのオリフィス130の開
度を制御信号により変えることにより、油圧シリンダ11
0内の圧力を上向き（正方向）の減衰力fcの大きさを変
えることができる。この場合、偏差器51の出力εが正
（ｕ＞fc）ではオリフィス開度を閉方向とし、減衰係数
を大きくして減衰力を増加させ、εが負（ｕ＜fc）では
それを開方向とし減衰係数を小さくして減衰力を減少さ
せるような制御信号を出力すればよい。また油圧シリン
ダ110のピストンが下向き（負方向）に動き、目標制御
力ｕ信号も下向き（負方向）である場合には上記とは逆
に油が気液流体バネ120からオリフィスを通り油圧シリ
ンダ110内に流入するので、同様にオリフィス開度を制
御することにより下向（負方向）の減衰力fcの大きさを
変えることができる。この場合にもεが正（−ｕ＞−f
c）ではオリフィス開度を開方向とし減衰係数を小さく
して減衰力を減少させ、εが負（−ｕ＜−fc）ではそれ
を閉方向とし減衰係数を大きくしてサスペンションに作
用する減衰力を増加させるような制御信号を出力すれば
よい。したがって、目標制御力信号ｕとサスペンション
相対速度が同方向の時は、目標制御力ｕに基づいて減
衰力fcを制御することができる。一方、目標制御力ｕと
相対速度が逆向き、例えば油圧シリンダ110のピスト
ンが上向き（正方向）に動き、目標制御力ｕが下向（負
方向）である場合には油圧シリンダ110の油がオリフィ
ス130を介して気液流体バネ120に流入するのでオリフィ
ス開度をある一定の開度にしておく（制御をしない）
と、相対速度とともに上向き（正方向）の減衰力が作
用することになり、目標制御力ｕに基づいて減衰力を制
御することができない。 そこで、オリフィス開度を制御信号により全開にし減
衰係数を最小にしてサスペンションに作用する正方向の
減衰力fcを小さくしてやれば、あたかも制御をしない時
の減衰力fcに対して目標制御力ｕの方向に力を作用さ
せ、、それを小さくしたことに相当する。この時の偏差
器51の出力ε（＝ｕ−fc）は、目標制御力ｕが負でfcが
相対速度と同方向より正となるので、常に負となる。 また、油圧シリンダ110のピストンが下向き（負方
向）に動き、目標制御力ｕの方向が上向き（正方向）で
ある場合にも上記と同様に目標制御力ｕに基づいて減衰
力を制御することができないので、制御信号によりオリ
フィス開度を全開とし、減衰係数を最少にして、サスペ
ンションに作用する減衰力を小さくするのが望ましい。
この時の偏差器51の出力ε（＝ｕ−fc）は、目標制御力
ｕが正でfcが相対速度と同方向より負となるので、常
に正となる。したがって、目標制御力ｕと相対速度の
向きが逆方向の時は、目標制御力ｕに基づいて減衰力の
制御をすることができないので、制御信号によりオリフ
ィス開度を全開とし減衰力を小さくすればよいことにな
る。 以上述べたように各状態の偏差器51の出力εに対する
減衰力およびオリフィス開度の制御方向をまとめると表
のようになる。このロジックを基本的に達成するために
はεの符号に減衰力と同方向であるサスペンション相対
速度の符号を掛合せることにより、その出力がオリフ
ィス開度の制御方向と対応した制御信号となる。ここで
は、制御信号が減衰力の増減方向を決めるものであれば
よく、また目標制御力に対する偏差ε信号に対するノイ
ズの比すなわちSN比をよくするために、乗算器52でεに
直接相対速度を掛け合わせたεを制御信号とした。 積分手段II₅は、演算増幅器と積分ゲインを決める抵
抗ＲとコンデンサＣから構成される積分器53から成り、
乗算器52の出力εを時間積分して目標制御力ｕに対す
る減衰力fcとの偏差εのオフセット（残留偏差）をなく
すために、サスペンションの減衰力を検出、フィードバ
ックして積分入力とするとともに、制御系の応答性およ
び安定性の観点から積分ゲインK_K（＝1/CR）をK_K＝2400
とした。また、積分器自身のドリフトを防止するため
に、その出力を抵抗で入力へフィードバックした。 駆動手段IIIは、前記積分器53の出力に対してアクチ
ュエータ手段IVのスプール変位信号をネガティブフィー
ドバックし、その偏差信号に比例した電流を出力する駆
動回路54から成る。 アクチュエータ手段IVは、第12図（ｂ）に示すよう
に、サスペンションアーム62と車体フレーム63に取付け
た気液流体サスペンションの油圧シリンダ110と一体と
成したバルブボディ59と、アキュームレータ120の油室
と油圧シリンダ110の油室とをバルブボディ59の中を通
して連通させる油路150と、その油路150を連続に開閉し
て可変オリフィスとするスプール58と、そのスプールと
一体と成したリニアアクチュエータ55のムービングコイ
ル57と、そのムービングコイルに流れる駆動回路54の出
力である電流に応じてそれに作用する力を与える永久磁
石60と、リニアアクチュエータ55に取付けてムービング
コイルに作用する力を抑制するためにスプールの変位を
検出する変位センサ56と、変位を表わす信号を出力する
アンプ24とから成る。 第16図を用いて、アクチュエータ手段の制御入力であ
る前記制御手段IIの乗算器52の出力εを時間積分した
∫εdtに対するスプールの動きを説明する。第16図の
横軸に制御入力∫εdtを縦軸にスプール変位x_sとオリ
フィス開度ａおよびスプール変位に対する減衰係数Ｃを
示す。乗車時の乗心地を確保するために制御入力∫ε
dtが零の時にはスプール変位信号を駆動回路にフィード
バックしてスプール変位x_sを中立位置（０％）に保ち、
乗心地を満足するようなオリフィス開度、すなわち減衰
係数Ｃを与えた。その時の減衰係数Ｃの値はサスペンシ
ョンの相対速度の関数である。次に乗算器52の正出力
（＋ε）に対しては、制御入力も正（＋∫εdt）と
なるので、スプール変位x_sはεに応じて中立位置より
油路150を全開（x_s＝−100％）方向に移動し、オリフィ
ス開度ａを小さくし減衰係数Ｃを上げて減衰力を増加さ
せる。また、乗算器52の負の出力（−ε）に対しては
制御入力も負（∫εdt）となるので、スプール変位x_s
はεに応じて中立位置より油路150を全開（x_s＝＋100
％）方向に移動し、オリフィス開度ａを大きくし、減衰
係数Ｃを下げて減衰力を減少させる。 第１実施例の作用は次のとおりである。 路面からの外力または外乱に対してマイクロコンピュ
ータ70で車速センサ14の出力νと、アンプ21aで検出し
た車輪荷重ｗと、直線型ポテンショメータで検出した相
対変位ｙと、温度センサ13で検出したガス温度ｔに基づ
いて、相対変位ｙ、相対速度、バネ上変位x₂、バネ上
速度_２、減衰力fcに対する最適ゲインG₁〜G₅を出力
し、前記（９）式に基づいて算出する最適な目標制御力
ｕを加算器50より出力する。この目標制御力ｕの出力に
対して制御しようとする減衰力fcとの偏差をとり、その
偏差に乗算器52で相対速度を掛合せて減衰力の制御信号
に変え、その出力に応じて積分器53、駆動回路54を経
て、リニアアクチュエータ55に電流を与え、スプール58
を移動させることにより、減衰係数が変わり減衰力fcを
連続的に変えることができる。 上述の作用を有する本実施例装置は気液流体バネの非
線形バネ定数k₂を相対変位ｙおよびガス温度ｔにより時
々刻々検出するとともに、乗員の乗降あるいは荷の車載
による車体の重量変化に対応したバネ上質量ｍの検出に
より、線形モデルで解いて最適ゲインを常に選択でき、
それによって算出した最適な目標制御力ｕの信号に基づ
いて減衰力fcを連続的に制御するので、あらゆる走行状
態に適応することができ、その結果乗心地や走行安定性
等をはるかに向上させることができるという利点があ
る。 また、符号調整手段II₄の乗算器52で、目標制御力に
対する偏差εとサスペンションの相対速度との積ε
としたことにより、偏差εに比べ信号レベルが上がるの
で信号に対するノイズ比、すなわちSN比の良い制御信号
εが得られる。さらにその信号を時間積分する積分器
53により、乗心地に影響するバネ上振動のふわふわ成分
（0.2Hz〜2Hz）を最適な振動レベルに制御するのに有害
なオフセット（残留偏差）をなくすことができる。従っ
て目標制御力ｕのふわふわ成分に追従した減衰力の制御
を可能にし、最適な振動レベルにすると同時に、減衰力
制御に悪影響を及ぼす高い周波数のノイズに対してはゲ
インが小さく、振動制御に必要な周波数に対しては十分
にゲインが高いので、制御系の安定性を向上させること
ができるという利点がある。 また、減衰力fcを制御するアクチュエータ手段IVはリ
ニアアクチュエータで発生する力に対してリターンスプ
リングを用いるかわりにスプールの変位をフィードバッ
クしているため、わずかな電気エネルギーでスプールを
動かすことができ、それによって発生する力を有効に利
用できるので、応答性が向上し周波数の高い細かな振動
まで制御でき、かつ油圧源、空気圧源等の動力源が不要
で、それによる配管等の重量、スペース、コストの低減
をはかれるという利点がある。 なお、本実施例の符号調整手段II₄では乗算器52を用
いたが除算器でもよい。 第２実施例 第２実施例は本発明の第５実施態様を第13図に示す第
１実施例と同様に自動車の気液流体サスペンション装置
に具体化したものであり、第17図に示すごとく構成され
ている。第13図の第１実施例に比べて、破線で囲った第
２アクチュエータ手段80とそのための制御手段89〜94を
追加し、その他の構成はほぼ同じにしたものである。そ
して第１実施例の減衰力の連続制御に、気液流体バネの
バネ定数を積極的に変え、90゜位相の違うバネ力の制御
を加えることによって、それぞれの位相の違う減衰力fc
とバネ力f_kとで制御力の谷間、制御不能状態を補い合う
ようにしたものである。追加した第２アクチュエータ手
段80とそのための制御手段89〜94の構成に関するもの
と、減衰力の連続制御に関して第１実施例との変更点を
以下に説明する。 第２アクチュエータ手段80は次のように構成されてい
る。前記気液流体バネであるアキュームレータ120のバ
ネ定数k₂を変える手段としてガス室の圧力を変えるのに
必要な高圧ガスの供給源とその回収源である補助アキュ
ームレータ120′を有している、前記２つのアキューム
レータう120、120′のガス室を連通させるために配管82
を有し、その配管82の途中にアキュームレータ120のガ
ス室のガスの閉じ込め、および２つのアキュームレータ
120、120′のガス室との連通させる電磁切換弁83が設け
られている。その電磁切換弁83がオン時、すなわち連通
時にガスの圧力を変えるために補助アキュームレータ12
0′の油室の油を給排してガス容積を変える第２油圧シ
リンダ84を有する。補助アキュームレータ120′の油室
と第２油圧シリンダ84とを連通させるために油路または
配管85と、第２油圧シリンダ84のピストンを往復運動さ
せる電気モータ86とを備えている。 また、第２アクチュエータ手段80のための制御手段は
次のように構成されている。即ち、電磁切換弁83のオン
オフ制御信号として第２油圧シリンダ84のピストン変位
を用いるため、それを検出するポテンショメータ87と、
補助アキュームレータ120′のガス室に取付けてバネ定
数k₂の算出に必要なアキュームレータ120のガス封入圧
力ｐを検出する圧力計88と、ガス封入圧力ｐと前記相対
変位ｙより次式に従ってバネ定数k₂を算出する演算回路
89と、 ここでK,cは定数。 算出したバネ定数k₂に前記相対変位ｙを掛合せて気液
流体サスペンションに作用するバネ力f_kを検出する乗算
器90と、前記偏差器51（第１実施例参照）で算出した前
記最適な目標制御力ｕと前記減衰力fcとの偏差εより、
さらに減衰力に対して90゜の位相差のあるバネ力f_kを差
し引いて偏差ε′（＝ｕ−（fc＋f_k））を算出する偏差
演算手段II₃としての第２偏差器91と、その偏差ε′に
相対変位ｙを乗算する符号調整手段II₄として乗算器92
と、その出力ε′ｙとを時間積分して制御量のオフセッ
ト（残留偏差）をなくすようにすると同時に、制御系の
安定性をはかる積分手段II₅としての積分器93と、その
出力により第２アクチュエータ手段を制御する信号を出
力する駆動手段IIIとしての駆動回路94とから成ってい
る。 乗算器92の機能は第１実施例と同じで、偏差ε′に相
対変位ｙを掛合せ、バネ力f_kを大きく、すなわちバネ定
数を上げる制御に対してはε′ｙ＞０を出力し、またバ
ネ力f_kを小さく、すなわちバネ定数を下げる制御に対し
てはε′ｙ＜０を出力する。 駆動回路94は、積分器93の出力に基づき電気モータ86
をドライブする手段と電磁切換弁83の制御手段とから成
る。電磁切換弁83の制御手段は、ポテンショメータ87の
出力を微分し、さらにその信号の絶対値でパルス幅変調
（PWM）し、微分出力の絶対値が零の時（ピストン停
止）にはバネ定数を変える必要がないので、第18図に示
すごとく搬送周波数（1/T Hz）のデューティー比（T₁/
T）を常に零とし、電磁切換弁83をオフに制御するもの
である。また微分出力の絶対値の増加とともにデューテ
ィ比（T₁/T）を上げ、電磁切換弁83のオン時間（T₁）を
増やし、ある微分出力の絶対値以上ではデューティ比
（T₁/T）を固定し、アキュームレータ120のガス室のガ
スを周期的に閉じ込めたり、連通させたりする制御を行
なうものである。 一方減衰力の連続制御に関して、第１実施例との変更
点は、第１実施例の前記偏差器51の出力である目標制御
力ｕに対する減衰力fcとの偏差εを用いて減衰力の連続
制御を行っていたが、その偏差εに対してさらに減衰力
fcと位相の違うバネ力f_kとの偏差を第２偏差器91で行
い、その出力ε′を用いて後段において第１実施例と同
様な処理を行い、減衰力の連続制御を行う点である。 以上のような構成を有する第２実施例の作用は次のと
おりである。 路面からの外力または外乱の入力に即して算出された
前記最適な目標制御力ｕに対して制御する減衰力fcおよ
びバネ力f_kとの偏差εを第２偏差器91で出力し、その偏
差に２つの乗算器51,92で相対速度と相対変位ｙをそ
れぞれ掛合せ、減衰力とバネ力の制御信号に変える。変
換されたバネ力の制御信号に応じて積分器93、駆動回路
94を経て、電気モータ86に電流を流し、第２油圧シリン
ダ84のピストンを往復運動させるとともに、そのピスト
ン変位に基づいてパルス幅変調（PWM）された信号で電
磁切換弁83をタイミングよくオンオフする。電磁切換弁
83がオン時すなわち２個のアキュームレータ120,120′
のガス室が連通時にピストンの往復運動によってもたら
されるガス室の容積変化により圧力が変わり（ボイル・
シャールの法則）、その時点で電磁切換弁がオフになる
と、アキュームレータ120のガス室にその圧力のガスが
封入されるのでバネ定数が変わり、バネ力f_kが変わる。
したがって、目標制御力ｕに対して位相の違う減衰力で
達成できない力を補うようにバネ力を連続的に可変制御
することができる。 一方、乗算器52で変換された減衰力の制御信号に応じ
て積分器53、駆動回路54を経て、第１アクチュエータ手
段60である前記リニアアクチュエータ55に駆動回路54か
ら電流を与え、前記スプール58を移動させることによ
り、減衰係数が変わり、減衰力が変わる。したがって、
スプール58の変位センサ56の検出信号をアンプ24を介し
て駆動回路54に加えて、スプール58の変位に関するフィ
ードバックループを形成することにより、減衰係数ｃ′
を決定することができ、また、目標制御力ｕに対して位
相の違うバネ力f_kで達成できない制御力を補うように減
衰力fcを連続的に可変制御することができる。 上述の作用をする第２実施例装置は、第１実施例の効
果に加えて、最適な目標制御力ｕに対してそれぞれ90゜
の位相の違う減衰力fcとバネ力f_kとで補い合うことがで
きる。例えば第12図（ａ）で示したように、振動体M₁が
下部から、振動体M₂が上部からそれぞれ作用する油圧シ
リンダ110のピストンが全ストロークの中間位置を中心
に正弦波で振動している場合を想定すると、ピストンが
振動の上（下）死点の手前に達した時にはサスペンショ
ン速度が零近傍であるから、オリフィス開度を全閉に
したところで、それによって得られる減衰力の大きさは
わずかであり、減衰力だけでは目標制御力ｕに対して十
分に対応することができない。これに対し、サスペンシ
ョンの相対変位ｙに依存するバネ力は、ｙが大きいので
バネ定数を上げることにより、それを大きくすることが
可能であり、減衰力にバネ力を加える制御にすれば目標
制御力ｕに対して減衰力で対処できない力をバネ力で補
うことができる。また、ピストンが中立位置に達した時
にはｙが小さいので、バネ力だけでは目標制御力ｕに対
して十分に対応することができない。これに対し、減衰
力は相対速度が最大となるので、わずかなオリフィス開
度でそれを大きくすることが可能であり、上記と同様に
バネ力に減衰力を加える制御にすれば目標制御力ｕに対
してバネ力で対処できない力を減衰力で補うことができ
る。したがって、前記アクティブ制御の制御効果により
いっそう近づくことができ、乗心地や走行安定性等をさ
らに向上できるとともに、バネ力の制御に電気モータ86
を用いているのでエネルギー消量の大きい動力源が不要
となる。 またバネ定数k₂を変える手段としてアキュームレータ
120のガス封入圧力を変えているが、その際補助アキュ
ームレータ120′を用いてガスの供給および回収を行っ
ているため、ガスの消費がなく、それに伴う供給源が不
要であり、スペース、コストの低減をはかれるという利
点がある。 第３実施例 第３実施例は本発明の第６実施態様を第13図に示す第
１実施例と同様に自動車の気液流体サスペンション装置
に具体化したものであり、第19図に示すごとく構成され
ている。第13図の第１実施例に比べて、破線で囲った制
御手段IIが異なっており、その他の構成はほぼ同じであ
り、説明を省略する。 ここで状態検出手段Ｉにおいては、第１実施例に示し
たアクチュエータ手段IV（第12図（ｂ））におけるスプ
ール58の変位を検出する変位センサ56と変位を表わす信
号を出力するアンプ24の出力と車輪荷重、加速度、温
度、車速、相対変位、相対速度、加速度より求めるバネ
上変位、およびバネ上速度を求めるセンサおよびアンプ
類を備えているが、アキュームレータ120の油室の入口
に取付けて減衰力を検出するための圧力センサとその出
力を増幅するアンプは備えていない。また変位ｙを微分
器30により微分して求めた相対速度と、スプール56の
変位センサ56の検出信号を駆動回路54に加えて、スプー
ル58の変位に関するフィードバックループを形成するア
ンプ24の出力であるスプール変位より減衰係数Ｃ′を演
算するために演算器25を付加した。 制御手段IIは、状態判別手段II₁₁とゲイン選択手段II
₁₂と目標制御係数演算手段II₁₃₁との機能を持ったマイ
クロコンピュータ70を有する。このマイクロコンピュー
タ70は、前記車速νと相対変位ｙ、車輪荷重ｗ、ガス温
度ｔを取込む入力部71と、その入力に基づいて状態を判
別し、最適なゲインを選択する第１の演算処理部721
と、最適ゲインおよび第１の演算処理部721の演算法を
記憶している記憶部73と、第１の演算処理部721で選択
された最適ゲインをもとに入力部71の入力に基づいて目
標制御係数を演算する第２の演算処理部722とその出力
を出力する出力部74より構成される。そして、あらかじ
め車輪サスペンションを振動モデルに置きかえ、線形２
乗形式最適制御法を用いて各々の状態量、すなわち相対
変位ｙ、相対速度、バネ上変位x₂、バネ上速度_２お
よびスプール変位Ｃ′に対する。個々の最適ゲインG₁〜
G₅を算出する。ここで、マイクロコンピュータ70で行う
機能の詳細を第20図のフローチャートに従って説明す
る。 第14図に第１実施例のフローチャートと同様に、ステ
ップとステップでは、それぞれ状態判別と最適ゲイ
ン選択を実施するフローであり、その作用は第１実施例
と同様である。 目標制御係数演算手段II₁₃と、前記マイクロコンピュ
ータの第１の演算処理部721より出力された最適ゲインG
₁〜G₅と前記状態検出手段Ｉの出力より目標制御係数Cu
を演算する。すなわち、前記状態検出手段Ｉの出力であ
る、相対変位ｙ、相対速度、バネ上変位x₂、バネ上速
度_２およびアクチュエータのスプール変位センサの出
力に基づき演算した減衰係数Ｃ′より、次式に従い、最
適目標制御係数Cuを算出する。 マイクロコンピュータ70の入力部71において、相対変
位信号ｙ、相対速度信号、バネ上変位信号x₂、バネ上
速度信号_２およびスプール変位センサの出力に基づき
演算した減衰係数Ｃ′を取り込む（P₀）。次いで前記第
（10）式における換算係数（y/），（x₂/）および
（₂/）に相当する除算値を、演算する（P₃₆）。次
に前記ゲイン選択手段II₁₂であるマイクロコンピュータ
の第１の演算処理部721、すなわちステップで求めた
ゲイン出力G₁〜G₅を読み出す（P₃₈）とともに、前記第
（10）式の演算式に従って先程の（y/），（x₂/）
および（₂/）の出力とそれぞれ乗算した後各項を加
算し、最適目標制御係数Cuを演算し（P₃₇）出力する（P
₃₈）。 偏差演算手段II₃₁は、最適目標制御係数演算手段II
₁₃₁より出力される最適な目標制御係数Cuに対して、制
御しようとする前記アクチュエータの現実のスプール変
位のセンサの出力に基づき演算した、検出減衰係数Ｃ′
との偏差ε_０を算出する偏差器511から成り、最適目標
制御係数Cuに対して、現実のスプール変位、すなわちオ
リフィス開度が如何程過不足であるかを判別するととも
に、偏差ε_０の符号によって制御の方向、すなわちスプ
ール変位の増減方向を判定するのである。 偏差器511の出力信号ε_０は、最適目標制御係数を求
める過程における換算係数（y/），（x₂/）および
（₂/）の演算において、各状態量間の除算演算をし
ているので、その符号は第１および第２実施例の符号調
整手段における乗算および除算出力の符号と同様の意味
を有している。したがって、本第３実施例では符号調整
のための演算が不要となる。 信号増幅手段II₅₁は、演算増幅器53より成り、前記偏
差演算手段II₃₁の出力ε_０を比例増幅し、目標制御係数
Cuに適確に追従するように減衰力発生のための可変オリ
フィス開度を比例制御すべく、制御手段IIの出力信号を
発生する。 第３実施例の作用は次のとおりである。 路面からの外力または外乱に対してマイクロコンピュ
ータ70で車速センサ14の出力νと、アンプ21で検出した
車輪荷重ｗと、直線型ポテンショメータで検出した相対
変位ｙと、温度センサ13で検出したガス温度ｔに基づい
て、相対変位ｙ、相対速度、バネ上変位x₂、バネ上速
度_２、減衰力fcに対する最適ゲインG₁〜G₅を出力し、
前記（10）式に基づいて算出する最適な目標制御係数Cu
を算出し、この目標制御係数Cuの出力に対して制御しよ
うとする可変オリフィス制御係数Ｃ′の偏差をとり、そ
の偏差出力に基づいて増幅器53、駆動回路54を経て、リ
ニアアクチュエータ55に電流を与え、スプール58を移動
させることにより、減衰係数が変わり、結果的に減衰力
を連続的に変えることができる。 また、この制御は、目標制御係数Cuに対応するオリフ
ィス開度に忠実に追従するように現実可変オリフィス開
度を比例制御するので、適確かつ迅速な追従特性を有す
るのである。 上述の作用を有する本実施例装置は、常に最適ゲイン
を選択し、更に、その最適ゲインとサスペンションの動
きに関する状態量とそれ等より求まる換算係数を掛け合
せて演算することにより最適な目標制御係数Cuをを求め
る。すなわち、減衰力発生のためのオリフィス開度に対
応するアクチュエータのスプール変位をフィードバック
して、このフィードバック信号に基づき演算して求め
た、現実サスペンションを制御している減衰係数と、上
記演算した最適目標制御係数との偏差を求め、それに基
づいて、減衰力発生のためのオリフィス開度を決めるス
プール変位を連続比例制御するのみで、積分処理をして
いないので、あらゆる路面入力や外乱および走行状態に
速応することが出来、その結果乗心地や走行安定性等を
はるかに向上させることができる。 更に、上記最適目標制御係数に基づく、制御において
直接的にオリフィス開度の増減方向を偏差の符号によっ
て指令する制御であることにより、いくつかの乗算器や
除算器より成る符号調整手段を用いずして、制御を迅速
に、応答性良く実施できるという特有の効果を有する。 更に、可変オリフィスを形成するスプールの変位を直
接フィードバックしているため、わずかな電気エネルギ
ーで直接スプールを動かすことができ、それによって発
生する力を有効に利用できるので、応答性が向上し周波
数の高い細かな振動まで制御でき、かつ制御手段IIにお
けるマイクロコンピュータを構成容易に製作出来、更に
油圧源、空気圧源等の動力源が不要で、それによる配管
等の重量、スペース、コストの低減をはかれるという利
点がある。 なお、第１および第２実施例においては、振動体状態
判別手段でバネ上質量ｍを油圧シリンダ110側にの圧力
センサ11a（第13図）で検出したが、相対変位ｙの信号
を用いることができる。 また各実施例において、振動制御に用いる状態信号を
相対変位ｙ、相対速度、バネ上変位x₂、バネ上速度
_２、減衰力fcの５種類としたが、上記以外の状態信号を
用いてもよく、また状態信号の数に限定はない。 さらに実施例では制御手段IIと最適目標制御力演算手
段の演算をアナログ回路で実施しているが、状態判別手
段とゲイン選択手段に用いているマイクロコンピュータ
70で実施してもよい。 前述の第３実施例では、制御手段において目標制御力
を演算しないで目標制御係数を演算したが、目標制御力
を一旦演算した後、それに基づき目標制御係数を演算し
ても良い。 上述の第８の実施態様において、目標制御係数の演算
は、第３実施例で述べた様に各状態量の最適ゲインを求
めるとともに、換算係数（y/），（x₂/）…を演算
して求め、最適ゲインとの乗算をした後、各項を加算す
ることにより求めてもよい。 （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、振動体を支え
るサスペンションに働く外力また外乱によって生じる振
動体の振動を考慮した最適な目標制御力は、振動体の状
態量を瞬時瞬時に検出し、検出された状態量に応じて決
定されることにより、所謂瞬時状態フィードバック制御
系を構成することになり、本振動系に対して、最適な振
動抑制を与えることができるものである。 この目標制御力に対して、サスペンションに作用して
いる制御力を示す物理量をセンサで検出し、その物理量
をネガティブフィードバックし、その偏差の出力を駆動
手段でパワー増幅し、サスペンションに取り付けてある
アクチュエータ手段を駆動し、物理量を連続的に制御す
る。すなわち、最適な目標制御力から物理量に関する力
を抽出し、その物理量を制御することにより、従来の振
動制御装置に比べ、外力または外乱を考慮してきめ細か
に物理量が制御でき、かつエネルギー消費を抑え、構成
を簡単にし、動力源，配管等の重量，スペース，コスト
を低減するものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の概念を示す概略構成図、 第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来技術を示す概略構
成図、 第３図は従来技術を示す概略構成図、 第４図は本発明の第１の実施態様を示す概略構成図、 第５図は本発明の第２の実施態様を示す概略構成図、 第６図は本発明の第１の比較例を示す概略構成図、 第７図は本発明の第４の実施態様を示す概略構成図、 第８図は本発明の第３の実施態様を示す概略構成図、 第９図は本発明の第４の実施態様を示す概略構成図、 第10図は本発明の第５の実施態様を示す概略構成図、 第11図は本発明の第６の実施態様を示す概略構成図、 第12図（ａ）は本発明第１実施例の自動車気液流体サス
ペンションの概略構成図、 第12図（ｂ）は第１実施例のアクチュエータ手段IVの断
面図、 第13図は本発明の第１実施例全体を示すシステム図、 第14図は本発明の第１実施例の状態検出手段Ｉとゲイン
選択手段II₁₂のフローチャート、 第15図は本発明の第１実施例の気液流体バネ特性とバネ
定数の算出概念図、 第16図は本発明の第１実施例の制御手段IIの出力に対す
る減衰力発生のためのスプール変位および減衰係数の特
性線図、 第17図は本発明の第２実施例の全体を示すシステム図、 第18図は本発明の第２実施例の駆動手段IIIにおけるパ
ルス幅変調概念図、 第19図は本発明の第３実施例全体を示すシステム図、 第20図は目標制御係数演算手段II₁₃₁のフローチャート
を示す。 Ｉ……状態検出手段、II……制御手段、II₁……目標制
御力演算手段、II₁₁……状態判別手段、II₁₂……ゲイン
選択手段、II₁₃……最適目標制御力演算手段、II₂……
検出制御力演算手段、II₃……偏差演算手段、II₄……符
号調整手段、II₅……積分手段、III……駆動手段、IV…
…アクチュエータ手段、55……アクチュエータ手段のリ
ニアアクチュエータ、62……サスペンションアーム、63
……車体フレーム、64……タイヤ、80……第２アクチュ
エータ手段、110……気液流体サスペンションの油圧シ
リンダ、120……気液流体バネ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 靖享 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−129944（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−191804（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−142704（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−101031（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．振動体を支えるサスペンションに作用している制御
   力に対応する物理量を検出するとともに、前記サスペン
   ションの動きを示す状態量として前記サスペンションを
   構成する部材の変位および速度を検出する状態検出手段
   と、 前記状態検出手段の出力である前記物理量および前記状
   態量から、前記サスペンションに働く外力または外乱を
   考慮して最適な目標制御力を演算する目標制御力演算手
   段と、前記状態検出手段が検出した前記物理量に対応し
   た検出制御力を演算する検出制御力演算手段と、前記目
   標制御力と前記検出制御力との偏差を演算する偏差演算
   手段とから成る制御手段と、 前記制御手段の出力である前記両制御力の偏差信号をパ
   ワー増幅する駆動手段と、 パワー増幅された出力に基づき前記サスペンションに働
   く前記外力または前記外乱を考慮した前記目標制御力に
   対する現実の検出した制御力の偏差に応じた制御力を発
   生すべく前記サスペンションの特性を連続的に可変制御
   するアクチュエータ手段とを具備することを特徴とする
   振動制御装置。 ２．前記制御手段が、前記偏差演算手段が出力する偏差
   出力信号に前記状態検出手段で検出した前記サスペンシ
   ョンの動きに関する前記状態量の信号を掛け合せて、前
   記サスペンションの動きに追従する前記目標制御力の制
   御が可能かどうかを判断する符号調整手段を具備し、そ
   の符号調整手段の出力によって前記サスペンションの特
   性を制御するための信号を出力することを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の振動制御装置。 ３．前記制御手段が、前記符号調整手段の出力信号を更
   に時間積分することにより制御量のオフセット（残留偏
   差）を排除する積分手段を具備し、その積分手段の出力
   の大きさに比例して前記サスペンションの特性を制御す
   ることにより、前記サスペンションに働く前記外力また
   は前記外乱を考慮した前記目標制御力制御に対して有害
   なオフセットを回避したことを特徴とする特許請求の範
   囲第（２）項記載の振動制御装置。 ４．前記状態検出手段は、前記サスペンションの減衰力
   およびバネ力を検出する第1,第３のセンサと、前記サス
   ペンションの動きとして前記サスペンションを構成する
   部材の速度および変位を検出する第2,第４のセンサとか
   ら成り、前記制御手段が前記最適な目標制御力に対する
   前記第1,第３のセンサで検出した前記サスペンションの
   減衰力とバネ力を加算した制御力との偏差に、前記第2,
   第４のセンサで検出したサスペンションを構成する部材
   の速度と変位をそれぞれ独自に掛合せ、時間積分させ、
   減衰力を制御するための第１の出力と、バネ力を制御す
   る第２の出力とから成り、前記駆動手段は、前記第1,第
   ２の出力をそれぞれパワー増幅する手段とから成り、前
   記アクチュエータ手段は第１の出力をパワー増幅した信
   号により、作動可能域において、減衰係数を連続的に可
   変制御する第１のアクチュエータ手段と、第２の出力を
   パワー増幅した信号により、作動可能域においてバネ定
   数を連続的に可変制御する第２のアクチュエータ手段と
   により構成するもので、前記２つのアクチュエータ手段
   の作動可能域を補完するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第（３）項記載の振動制御装置。 ５．前記制御手段は、前記偏差の極性または大きさを判
   断して必要な時だけ目標制御力に対する検出したバネ力
   および減衰力の偏差に比例した、前記サスペンションに
   作用させる力を制御するための第３の出力を発生する手
   段を有し、前記駆動手段は、第３の出力をパワー増幅す
   る手段を有し、さらに、アクチュエータ手段は第３の出
   力をパワーを増幅した信号で前記サスペンションの動き
   に関係なく、振動体に作用させる制御力を連続的に可変
   制御する第３のアクチュエータ手段を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第（４）項記載の振動制御装置。 ６．前記制御手段は、前記目標制御力演算手段が、前記
   状態検出手段の出力より必要に応じて振動体の質量、バ
   ネ定数、減衰係数および外力または外乱の状態等を判別
   する状態判別手段と、前記状態検出手段の出力のうち振
   動制御に用いる種々の状態信号に対する最適ゲインを前
   記状態判別手段の出力に基づいてあらかじめ記憶してあ
   ったゲインの中から選択するゲイン選択手段と、選択し
   た各ゲインを前記振動制御に用いる状態信号に掛合せ、
   それらを加算する最適目標制御力演算手段とを備え、そ
   の出力により外力または外乱に即して自動的に最適な目
   標制御力を設定することを特徴とする特許請求の範囲第
   （３）項記載の振動制御装置。 ７．前記制御手段は、前記状態検出手段の出力である前
   記物理量および前記状態量から、前記サスペンションに
   働く外力または外乱を考慮した最適な目標制御力を構成
   する各々の物理量や状態量に寄与する最適目標制御係数
   を演算する目標制御係数演算手段と、前記状態検出手段
   が検出した信号に基づき現在前記サスペンションを制御
   している検出制御係数を演算する検出制御係数演算手段
   と、前記目標制御係数と前記検出制御係数との偏差を演
   算する偏差演算手段とから成ることを特徴とする特許請
   求の範囲第（３）項記載の振動制御装置。