JP2963183B2 - 能動型懸架装置のための制御方法 - Google Patents
能動型懸架装置のための制御方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明は、主にばね上の静的荷重を支持するためのば
ね並びにストロークの能動的な制御を行なうための液圧
アクチュエータを車輪と車体との間に備える能動型懸架
装置のための制御方法に関するものである。
ね並びにストロークの能動的な制御を行なうための液圧
アクチュエータを車輪と車体との間に備える能動型懸架
装置のための制御方法に関するものである。
〈従来の技術〉 路面状況や車体の挙動に応じて発生する車輪と車体と
の間の上下方向ストロークを、油圧にて往復直線運動を
行なうアクチュエータが自ら発生するストロークにて能
動的に制御しようとする能動型懸架装置が種々提案され
ている。このような能動型懸架装置の一形式として、ア
クチュエータと在来のコイルばねとを並列に設け、ばね
下系の振動の吸収は専らコイルばねに受け持たせ、ばね
上系の振動の吸収をアクチュエータの油圧制御にて行な
うようにしたものが知られている（特開昭62−289420号
公報参照）。
の間の上下方向ストロークを、油圧にて往復直線運動を
行なうアクチュエータが自ら発生するストロークにて能
動的に制御しようとする能動型懸架装置が種々提案され
ている。このような能動型懸架装置の一形式として、ア
クチュエータと在来のコイルばねとを並列に設け、ばね
下系の振動の吸収は専らコイルばねに受け持たせ、ばね
上系の振動の吸収をアクチュエータの油圧制御にて行な
うようにしたものが知られている（特開昭62−289420号
公報参照）。
〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、路面入力によるコイルばねの変位は、当然
ながらばね上系にも影響を及ぼす。また、アクチュエー
タを駆動する作動油の流動抵抗、なかんずく油圧制御弁
の絞り作用に起因する減衰力の影響は、ばね上系の振動
吸収に悪影響を及ぼす。
ながらばね上系にも影響を及ぼす。また、アクチュエー
タを駆動する作動油の流動抵抗、なかんずく油圧制御弁
の絞り作用に起因する減衰力の影響は、ばね上系の振動
吸収に悪影響を及ぼす。
このような外乱に対するばね上系のための制振制御の
方法として、ばね上系の上下方向の絶対速度に比例した
力をアクチュエータに発生させ、あたかも空中の固定点
と車体との間に設けられた仮想的なダンパが減衰力を発
生するかのようにしたスカイフックダンパ制御が知られ
ている（上記公報参照）。これの場合、ばね上系の絶対
速度を直接的に検出することが困難なため、上下加速度
センサから得た信号の積分値の関数に基づいてアクチュ
エータの制御を行なうようにすれば良いが、低周波数域
（1Hz以下）においては、ゲインが高くなるために加速
度センサの入力を積分回路で処理した出力がドリフトす
ることから、実際には制御が成立し得ない。そこで、近
似する特性を有する１次遅れフィルタ1/（１＋Ｔ・Ｓ）
にて加速度センサの信号を処理した指令値に基づいてア
クチュエータの制御が行なわれている。つまり積分をす
ることができないために低周波数域ではスカイフックダ
ンパ制御は実質的に実現し得ない。また、上記した１次
遅れフィルタを用いての制御域をより低周波数域側へ広
げようとすると、制御の不安定化を招くきらいがあっ
た。
方法として、ばね上系の上下方向の絶対速度に比例した
力をアクチュエータに発生させ、あたかも空中の固定点
と車体との間に設けられた仮想的なダンパが減衰力を発
生するかのようにしたスカイフックダンパ制御が知られ
ている（上記公報参照）。これの場合、ばね上系の絶対
速度を直接的に検出することが困難なため、上下加速度
センサから得た信号の積分値の関数に基づいてアクチュ
エータの制御を行なうようにすれば良いが、低周波数域
（1Hz以下）においては、ゲインが高くなるために加速
度センサの入力を積分回路で処理した出力がドリフトす
ることから、実際には制御が成立し得ない。そこで、近
似する特性を有する１次遅れフィルタ1/（１＋Ｔ・Ｓ）
にて加速度センサの信号を処理した指令値に基づいてア
クチュエータの制御が行なわれている。つまり積分をす
ることができないために低周波数域ではスカイフックダ
ンパ制御は実質的に実現し得ない。また、上記した１次
遅れフィルタを用いての制御域をより低周波数域側へ広
げようとすると、制御の不安定化を招くきらいがあっ
た。
本発明は、このような不都合を改善すべく案出された
ものであり、その主な目的は、比較的容易に高い応答性
をもって得られる信号に基づいてより一層安定的なばね
上系の制御効果を得ることができるように改良された能
動型懸架装置のための制御方法を提供することにある。
ものであり、その主な目的は、比較的容易に高い応答性
をもって得られる信号に基づいてより一層安定的なばね
上系の制御効果を得ることができるように改良された能
動型懸架装置のための制御方法を提供することにある。
［発明の効果］ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、圧力制御弁にて
ストローク制御される往復運動アクチュエータと、該ア
クチュエータと並列に設けられたコイルばねとを車輪と
車体との間に有する能動型懸架装置におけるアクチュエ
ータの出力制御が、車輪と車体との間の距離を検知する
ストロークセンサの信号を１次進みフィルタ回路にて処
理した指令値に基づいて行われ、制御弁の流路抵抗が発
生するパッシブな減衰力とばねが発生するパッシブなば
ね力とを打ち消す力をアクチュエータに発生させるよう
にすることによって達成される。
ストローク制御される往復運動アクチュエータと、該ア
クチュエータと並列に設けられたコイルばねとを車輪と
車体との間に有する能動型懸架装置におけるアクチュエ
ータの出力制御が、車輪と車体との間の距離を検知する
ストロークセンサの信号を１次進みフィルタ回路にて処
理した指令値に基づいて行われ、制御弁の流路抵抗が発
生するパッシブな減衰力とばねが発生するパッシブなば
ね力とを打ち消す力をアクチュエータに発生させるよう
にすることによって達成される。
〈作用〉 このような構成によれば、比較的容易にリアルタイム
で検出し得る車体と車輪との間の変位信号に速度成分を
加味した値に基づいてアクチュエータの制御を行なうこ
とができ、ばね力と制御弁の減衰力との影響を、高い応
答性をもって的確に打ち消すことができる。
で検出し得る車体と車輪との間の変位信号に速度成分を
加味した値に基づいてアクチュエータの制御を行なうこ
とができ、ばね力と制御弁の減衰力との影響を、高い応
答性をもって的確に打ち消すことができる。
〈実施例〉 以下に添付の図面に示された具体的な実施例に基づい
て本発明の構成について詳細に説明する。
て本発明の構成について詳細に説明する。
第１図は、本発明が適用された能動型懸架装置の要部
の概略構成を示している。車輪１は、上下のサスペンシ
ョンアーム２・３により、車体４に対して上下動可能に
支持されている。そして下サスペンションアーム３と車
体４との間には、圧縮コイルばね５と油圧アクチュエー
タ６とが並列に設けられている。
の概略構成を示している。車輪１は、上下のサスペンシ
ョンアーム２・３により、車体４に対して上下動可能に
支持されている。そして下サスペンションアーム３と車
体４との間には、圧縮コイルばね５と油圧アクチュエー
タ６とが並列に設けられている。
油圧アクチュエータ６は、シリンダ／ピストン式のも
のであり、シリンダ内に挿入されたピストンの下側の空
室７に可変容量型ポンプ８から作動油圧が直接供給さ
れ、上側の空室９に同じく作動油圧が圧力制御弁10を介
して供給されるようになっている。そしてピストン両側
の受圧面11a・11bにピストンロッド12の断面積分だけ面
積差があるため、ピストン下室７とピストン上室９との
圧力差と、これが作用するピストン受圧面の面積差とに
応じてピストンロッド12に推力が生じ、これによってピ
ストンロッド12が上下方向に往復直線運動を行ない、車
輪１と車体４との間に相対距離を変化させるようになっ
ている。
のであり、シリンダ内に挿入されたピストンの下側の空
室７に可変容量型ポンプ８から作動油圧が直接供給さ
れ、上側の空室９に同じく作動油圧が圧力制御弁10を介
して供給されるようになっている。そしてピストン両側
の受圧面11a・11bにピストンロッド12の断面積分だけ面
積差があるため、ピストン下室７とピストン上室９との
圧力差と、これが作用するピストン受圧面の面積差とに
応じてピストンロッド12に推力が生じ、これによってピ
ストンロッド12が上下方向に往復直線運動を行ない、車
輪１と車体４との間に相対距離を変化させるようになっ
ている。
可変容量型ポンプ８からのポンプ吐出油は、減圧弁13
にて所定の一定圧力に調節されると共に、メインアキュ
ムレータ14によってポンプ脈動が除去されたうえで圧力
制御弁10を介して油圧アクチュエータ６に供給される。
また圧力制御弁10は、公知形式のリニアソレノイド弁か
らなり、そのソレノイドに与える電流に比例して油圧ア
クチュエータ６のピストン上室９に与える油圧が連続的
に変化するようになっている。
にて所定の一定圧力に調節されると共に、メインアキュ
ムレータ14によってポンプ脈動が除去されたうえで圧力
制御弁10を介して油圧アクチュエータ６に供給される。
また圧力制御弁10は、公知形式のリニアソレノイド弁か
らなり、そのソレノイドに与える電流に比例して油圧ア
クチュエータ６のピストン上室９に与える油圧が連続的
に変化するようになっている。
油圧アクチュエータ６のピストン上室９には、リリー
フ弁15が接続されている。このリリーフ弁15は、その一
方16aにピストン上室９の内圧が直接作用し、その他方1
6bに同じくピストン上室９の内圧がオリフィス17を介し
て作用するポペット弁からなっている。そしてポペット
の各受圧面に作用する油圧の差圧がポペットを閉弁付勢
するコイルばね19のばね定数で規定されたある所定値を
超えると、一方16a側に作用している油圧、すなわちピ
ストン上室９の内圧がリザーバタンク20へ抜けるように
なっている。
フ弁15が接続されている。このリリーフ弁15は、その一
方16aにピストン上室９の内圧が直接作用し、その他方1
6bに同じくピストン上室９の内圧がオリフィス17を介し
て作用するポペット弁からなっている。そしてポペット
の各受圧面に作用する油圧の差圧がポペットを閉弁付勢
するコイルばね19のばね定数で規定されたある所定値を
超えると、一方16a側に作用している油圧、すなわちピ
ストン上室９の内圧がリザーバタンク20へ抜けるように
なっている。
これに加えて、オリフィス17を経て他方16b側にピス
トン上室９の内圧を与える通路には、他方16b側への油
圧の伝達率をオリフィス17と協働して周波数の増大に比
例して低下させるためのアキュムレータ21が接続されて
いる。なお、この場合のアキュムレータ21は、油圧の上
昇に応じて容積が拡大するようなものであれば良く、場
合によっては、アキュムレータ21に代えてオリフィス17
と他方16bとの間の通路を弾性に富む材料で形成しても
良い。
トン上室９の内圧を与える通路には、他方16b側への油
圧の伝達率をオリフィス17と協働して周波数の増大に比
例して低下させるためのアキュムレータ21が接続されて
いる。なお、この場合のアキュムレータ21は、油圧の上
昇に応じて容積が拡大するようなものであれば良く、場
合によっては、アキュムレータ21に代えてオリフィス17
と他方16bとの間の通路を弾性に富む材料で形成しても
良い。
このリリーフ回路により、ピストン上室９内圧の所定
周波数、所定振幅を超える変動が好適に吸収される。
周波数、所定振幅を超える変動が好適に吸収される。
油圧アクチュエータ６に供給する作動油の方向および
圧力は、油圧アクチュエータ６と車体４との連結部に設
けられたロードセル22や、車体４と車輪１との間に設け
られたストロークセンサ23などの検出信号を制御回路24
にて処理した制御信号に基づいて、圧力制御弁10によっ
て制御される。
圧力は、油圧アクチュエータ６と車体４との連結部に設
けられたロードセル22や、車体４と車輪１との間に設け
られたストロークセンサ23などの検出信号を制御回路24
にて処理した制御信号に基づいて、圧力制御弁10によっ
て制御される。
この懸架装置は、第２図の工学的モデル図にて表すこ
とができるが、ここでばね上質量をｍ、車体４と車輪１
との間に設けたコイルばね５のばね定数をＫ、圧力制御
弁10の減衰係数をCv、ばね下系重心の絶対位置をΧ１、
ばね上系重心の絶対位置をΧ２、ばね上質量ｍ（車体
４）に加わる力をＦ、油圧アクチュエータ６の出力をｆ
とすると、ばね上系の運動方程式は次式で表される。
とができるが、ここでばね上質量をｍ、車体４と車輪１
との間に設けたコイルばね５のばね定数をＫ、圧力制御
弁10の減衰係数をCv、ばね下系重心の絶対位置をΧ１、
ばね上系重心の絶対位置をΧ２、ばね上質量ｍ（車体
４）に加わる力をＦ、油圧アクチュエータ６の出力をｆ
とすると、ばね上系の運動方程式は次式で表される。
Ｆ＝ｍ２＝−Cv（２−１）−Ｋ（Χ２−Χ１）
＋ｆ 従って、 ｆ＝Ｋ（Χ２−Χ１）＋Cv（２−１） とおけば、この場合のばね上質量ｍに加わる力Ｆを０に
することができる。実際には、Ｆ＝０とすることは、制
御系が極めて不安定となるので、上式のＫおよびCvに対
応する係数を適宜に定め、油圧アクチュエータ６の出力
ｆを制御すれば良い。
＋ｆ 従って、 ｆ＝Ｋ（Χ２−Χ１）＋Cv（２−１） とおけば、この場合のばね上質量ｍに加わる力Ｆを０に
することができる。実際には、Ｆ＝０とすることは、制
御系が極めて不安定となるので、上式のＫおよびCvに対
応する係数を適宜に定め、油圧アクチュエータ６の出力
ｆを制御すれば良い。
次に上記制御則のブロック図を第３図に示す。
第３図の一点鎖線から上の部分が、圧力制御弁10に発
生する減衰力−Cv（２−１）と、コイルばね５の発
生するばね力−Ｋ（Χ２−Χ１）とを表しており、ばね
上系に入力する、いわばノイズ成分とも言える力であ
る。従って、ばね上質量ｍに加わる力Ｆを小さくするた
めには、このノイズ成分を打消す力を油圧アクチュエー
タ６に発生させれば良いことか分る。
生する減衰力−Cv（２−１）と、コイルばね５の発
生するばね力−Ｋ（Χ２−Χ１）とを表しており、ばね
上系に入力する、いわばノイズ成分とも言える力であ
る。従って、ばね上質量ｍに加わる力Ｆを小さくするた
めには、このノイズ成分を打消す力を油圧アクチュエー
タ６に発生させれば良いことか分る。
油圧アクチュエータ６の出力制御は、車体４と車輪１
との間の相対変位量をストロークセンサ23にて電気的に
検出し、この出力を、所定の係数Kr、Crをもつ１次進み
フィルタ回路（Kr＋Cr・Ｓ）にて処理した指令値に基づ
いて圧力制御弁10を制御することによって行なわれる。
これにより、制御弁10に発生する減衰力およびコイルば
ね４の力を打ち消すような力ｆを油圧アクチュエータ６
が発生し、効果的なばね上制振が達成される。なお、１
次進みのフィルタ回路は、油圧システムの制御限界周波
数まで安定系となるため、要求される全周波数領域にお
いて安定制御が行なえる。
との間の相対変位量をストロークセンサ23にて電気的に
検出し、この出力を、所定の係数Kr、Crをもつ１次進み
フィルタ回路（Kr＋Cr・Ｓ）にて処理した指令値に基づ
いて圧力制御弁10を制御することによって行なわれる。
これにより、制御弁10に発生する減衰力およびコイルば
ね４の力を打ち消すような力ｆを油圧アクチュエータ６
が発生し、効果的なばね上制振が達成される。なお、１
次進みのフィルタ回路は、油圧システムの制御限界周波
数まで安定系となるため、要求される全周波数領域にお
いて安定制御が行なえる。
一方、上記したノイズ除去制御のみによると、圧力制
御弁10の開度によって減衰係数Cvが非線形に変化するこ
とや、油圧アクチュエータ６のフリクションの影響まで
もは除去できないうえ、制御系の安定性を確保するうえ
には、上記係数Cr・Krの値をあまり大きくはできないと
いう問題がある。そこで、上記した制御に加え、懸架装
置とばね上質量ｍとの間に取付けられたロードセル22の
出力を基に得たばね上加速度値をフィードバックゲイン
調節器にて適宜に調節した信号（２点鎖線で囲まれた部
分）を圧力制御弁10の制御信号にフィードバックするこ
とにより、より一層安定した制振効果を得ることができ
る。無論このフィードバック信号は、ばね上加速度セン
サにて得ることも可能であり、この場合には、第３図に
おける1/mの処理は不要となる。
御弁10の開度によって減衰係数Cvが非線形に変化するこ
とや、油圧アクチュエータ６のフリクションの影響まで
もは除去できないうえ、制御系の安定性を確保するうえ
には、上記係数Cr・Krの値をあまり大きくはできないと
いう問題がある。そこで、上記した制御に加え、懸架装
置とばね上質量ｍとの間に取付けられたロードセル22の
出力を基に得たばね上加速度値をフィードバックゲイン
調節器にて適宜に調節した信号（２点鎖線で囲まれた部
分）を圧力制御弁10の制御信号にフィードバックするこ
とにより、より一層安定した制振効果を得ることができ
る。無論このフィードバック信号は、ばね上加速度セン
サにて得ることも可能であり、この場合には、第３図に
おける1/mの処理は不要となる。
これに加えて、Kr＋Cr・Ｓの項を横加速度や前後加速
度の入力に応じて変えることにより、車体の姿勢変化を
抑制することもできる。
度の入力に応じて変えることにより、車体の姿勢変化を
抑制することもできる。
この結果、第４図に示すように、在来形式に見られる
1Hz付近の共振が完全に打消されることが分かる。
1Hz付近の共振が完全に打消されることが分かる。
［発明の効果］ このように、比較的簡単に応答遅れを生ずることなく
検出し得る車体と車輪との間の相対ストローク検出信号
を１次進みフィルタ回路で処理した指令値に基づいてア
クチュエータの出力制御を行なうという本発明の制御に
よれば、１次進みフィルタ回路自体が微分回路なので、
特別な補正回路を構成せずにストロークセンサの変位信
号に速度成分を加味することができる。従って、制御弁
のパッシブな減衰力及びばねのパッシブなばね力を相殺
する力を容易にアクチュエータに発生させることができ
るので、従来の懸架装置では得られないような低ばね、
低減衰のサスペンション特性が、要求される全周波数域
にわたって得られ、ばね上系への路面からの入力を略完
全に除去することが可能となる。また、車体の姿勢変化
の抑制と接地性とを考慮した減衰力およびばね定数を通
常のサスペンション特性として操縦性を確保しつつ接地
性を高めることも可能となる。
検出し得る車体と車輪との間の相対ストローク検出信号
を１次進みフィルタ回路で処理した指令値に基づいてア
クチュエータの出力制御を行なうという本発明の制御に
よれば、１次進みフィルタ回路自体が微分回路なので、
特別な補正回路を構成せずにストロークセンサの変位信
号に速度成分を加味することができる。従って、制御弁
のパッシブな減衰力及びばねのパッシブなばね力を相殺
する力を容易にアクチュエータに発生させることができ
るので、従来の懸架装置では得られないような低ばね、
低減衰のサスペンション特性が、要求される全周波数域
にわたって得られ、ばね上系への路面からの入力を略完
全に除去することが可能となる。また、車体の姿勢変化
の抑制と接地性とを考慮した減衰力およびばね定数を通
常のサスペンション特性として操縦性を確保しつつ接地
性を高めることも可能となる。
第１図は、本発明が適用された能動型懸架装置の要部構
成図であり、第２図は、その工学的モデル図であり、第
３図は、その制御則のブロック図であり、第４図は、路
面入力に対するばね上質量の振動伝達率を示すグラフで
ある。 １……車輪、２・３……サスペンションアーム、４……
車体、５……圧縮コイルばね、６……油圧アクチュエー
タ、７……ピストン下室、８……可変容量型ポンプ、９
……ピストン上室、10……圧力制御弁、11a・11b……受
圧面、12……ピストンロッド、13……減圧弁、14……ア
キュムレータ、15……リリーフ弁、16a……一端、16b…
…他端、17……オリフィス、19……コイルばね、20……
リザーバタンク、21……アキュムレータ、22……ロード
セル、23……ストロークセンサ、24……制御回路
成図であり、第２図は、その工学的モデル図であり、第
３図は、その制御則のブロック図であり、第４図は、路
面入力に対するばね上質量の振動伝達率を示すグラフで
ある。 １……車輪、２・３……サスペンションアーム、４……
車体、５……圧縮コイルばね、６……油圧アクチュエー
タ、７……ピストン下室、８……可変容量型ポンプ、９
……ピストン上室、10……圧力制御弁、11a・11b……受
圧面、12……ピストンロッド、13……減圧弁、14……ア
キュムレータ、15……リリーフ弁、16a……一端、16b…
…他端、17……オリフィス、19……コイルばね、20……
リザーバタンク、21……アキュムレータ、22……ロード
セル、23……ストロークセンサ、24……制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澁江 秀明 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−289420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−41224（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B60G 17/015
Claims (1)
- 【請求項１】制御弁にて制御される液圧変化に応じてス
トローク制御される往復運動アクチュエータと、該アク
チュエータと並列に設けられたばねとを車輪と車体との
間に有する能動型懸架装置のための制御方法であって、 前記アクチュエータの出力を、車輪と車体との間の距離
を検知するストロークセンサの信号を１次進みフィルタ
回路にて処理した指令値に基づいて制御することによ
り、前記制御弁の流路抵抗が発生するパッシブな減衰力
と前記ばねが発生するパッシブなばね力とを打ち消す力
を前記アクチュエータに発生させることを特徴とする能
動型懸架装置のための制御方法。
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