JP2966928B2 - ダイナミックレベリング用方法及び装置 - Google Patents

ダイナミックレベリング用方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は乗り物のサスペンション装置に係り、特に自
動車のダイナミックレベリング用の低パワー作動サスペ
ンション装置のための方法及び装置に関する。
近年従来の消極的なサスペンション装置によって提供
される性能を越える改良された快適性及び路面保持性を
有する自動車のサスペンション装置についてかなり関心
が増大している。一般的に、このような改良は自動車の
各コーナーに設けられた液圧アクチュエータによって発
生する懸架力を電子的に制御することができる“インテ
リジェント”サスペンション装置を使用することによっ
て達成される。
サスペンション装置は乗り物本体を垂直方向の道路表
面の不規則性を取り除きすなわち“隔離”すると同時に
本体とホイール運動を制限するために備えられている。
さらにサスペンション装置は平均の自動車の姿勢を維持
し操作中に改良された水準の安定性を推進することが望
ましい。旧式の消極的なサスペンション装置はばね上の
部分（自動車本体）とばね下部分（ホイール及び車軸）
の間に並列に配置されたスプリングと減衰装置とを有す
る。
ショックアブソーバ及び／または支柱のような液圧ア
クチュエータを走行中に起こる望ましくない振動を吸収
するために従来の消極的なサスペンション装置と組み合
わせて使用する。この望ましくない振動を吸収するため
に液圧アクチュエータは自動装置である。ピストンがア
クチュエータ内に配置されピストンロッドを介して自動
車本体に接続されている。アクチュエータが往復動の変
位を行うときにピストンがアクチュエータの作動室内の
減衰液体の流れを制限するから、アクチュエータは振動
に対する減衰力を生成することができ、さもなければ振
動はサスペンションから自動車本体に直接伝達される。
作動室内の減衰液体の流れをさらに制限すればそれだけ
アクチュエータによって発生する緩衝力が大きくなる。
減衰量を選択する場合にアクチュエータは乗り心地の
よさ、自動車の操作性及び路面保持性の３つの自動車性
能を考慮して提供されなければならない。乗り心地は自
動車の主サスペンションスプリングのばね定数、並びに
座席、タイヤ及びアクチュエータのばね定数の作用であ
る。自動車の操作性は自動車の姿勢における振動に関す
る（例えば、ロール、ピッチ及びヨー）。最適な自動車
の操作性において比較的に大きな緩衝力がコーナリン
グ、加速及び減速の際に自動車の姿勢の過度の速い変化
を避けるために必要になる。路面保持性は一般にタイヤ
及び地面の間の接触量の係数である。路面保持性を最適
化するために、不規則な路面上を走行中に長時間にわた
るホイールと地面との間の接触のロスを防止するために
大きな減衰力が必要になる。
乗り心地、自動車操作性及び路面保持性を最適化する
ために通常路面からの入力周波数に応答するアクチュエ
ータによって発生した減衰力を有することが望ましい。
路面からの入力周波数がほぼ自動車本体の自然周波数に
等しいとき（すなわちほぼ０−2Hz）、コーナリング、
加速及び減速の際に自動車の姿勢の過度の速い変化を防
止するために大きな減衰力を提供するアクチュエータを
有することが望ましい。路面からの入力周波数が２−10
Hzの間にあるときに円滑な乗り心地を作り、ホイールを
道路の上昇の変化に従わせるように低い減衰力を与える
アクチュエータを有することが望ましい。路面からの入
力周波数がほぼ自動車本体の自然周波数に等しいとき
（すなわちほぼ10−15Hz）、ホイールと地面の間の過度
な接触ロスを防止するために十分に高い減衰力を与える
一方、円滑な乗車を得るために比較的に低い減衰力を有
することが望ましい。
走行状態の広い範囲にわたって所望の減衰特性を得る
ために、連続的に変化可能な減衰バルブの開発に対して
努力が払われている。このような変化可能な減衰バルブ
はコーナリング、加速及び減速の際に生じる迅速な変化
に対応して液圧アクチュエータの減衰特性を調整または
変化させることによって可能になる。
センサ及びマイクロプロセッサ技術における最近の進
歩は自動車における“アクティブな”サスペンション装
置への適用において大きな関心を作り出した。“アクテ
ィブな”サスペンションは本体及びホイール運動のリア
ルタイム制御を有するサスペンション装置として定義す
る。アクチュエータまたは力発生器が従来の消極的なサ
スペンション部材に置換するかそれに加えられる。自動
車の動的な動きを“アクティブな”サスペンション装置
の適用により劇的に変更することができる。
図１を参照すると、アクティブサスペンション用の簡
単な制御機構のダイヤグラムが示され、閉ループ制御装
置10を有し、閉ループ制御装置10において自動車12の姿
勢を多数のセンサ14（加速度計、ジャイロスコープ、ポ
テンショメータ）によって測定する。マイクロプロセッ
サに基づいたコントローラ16には検出信号を処理し、各
アクチュエータごとに必要なサスペンション力“U"を計
算する。アクチュエータ18は自動車の各コーナーに備え
られ、独立して制御される。自動車12のダイナミック姿
勢に影響する自動車入力20は道路の起伏、コーナリング
及び制動中に発生する慣性力及び空気力学的な力のよう
な外乱を有する。アクティブサスペンションはこれらの
外乱を補償する一方で改良された乗り心地、改良された
路面保持性、減少したピッチ及びロール角度、前方及び
後方の車軸の間の側方負荷移行の制御及び道路上の自動
車の乗車高の制御を提供する。
一般にアクティブサスペンション装置は減圧装置、ア
クチュエータ及び制御装置からの迅速な応答及び精密性
の要求によって技術的に複雑でなる。これまでアクティ
ブサスペンション装置の自動車への適用は複雑なハード
ウエア及び制御に関する大きなコストによって制限され
ていた。
必要な力信号“U"は自動車12の垂直方向の運動を示す
状態変化の係数及び道路状態の係数として説明する。図
２は２つの自由度を有する簡単な自動車12の1/4のモデ
ルを示し、それは４つの状態空間変数によって説明され
る。この状態変数は本体変位（Xb）、本体速度
（ｂ）、ホイール変位（Xw）及び速度（ｗ）を含
む。道路22からの入力は（Xroad）として示す。アクテ
ィブサスペンションアクチュエータ18が道路22に関して
本体24及びホイール26の間に懸架されて消極的なサスペ
ンション部材28に並列に概略的に示されている。１つの
アクティブアクチュエータ26に必要な力“U"を計算する
制御法則を示す。： Ｕ＝−Ｇ・Ｘ （１） その場合に： Ｕ＝g1(ｂ)＋g2(Xｂ)＋g3(ｗ)＋g4(Xw)＋g5(X
road) （２） ゲインg1及びg3は慣性減衰を表し、g2及びg4は本体及
びホイールの慣性剛性をそれぞれ示している。道路g5の
フィードバックはホイール26を道路22に結合するために
設けられている。自動車12の姿勢をダイナミックに制御
することに関して特定の設計目標を最もよく満たすため
にフィードバック利得マトリックス（すなわちガウスの
リニア２次方程式）を形成する種々の技術はよく知られ
ている。
一般にアクティブサスペンション装置は３つの基礎的
な段階；すなわち“セミアクティブ”、“低いパワー”
のアクティブ及び“完全な”アクティブに分割し得る。
前述したアクティブなサスペンション段階の各々の間の
主な相違点は以下に説明するハードウエアの必要性に関
する。一般に“低いパワー”のアクティブ及び“完全
な”アクティブサスペンション装置は各々が各サスペン
ションアクチュエータを駆動する中央減圧装置を使用す
る。しかしながら“セミアクティブ”装置は動きに対す
る減衰抵抗を変化させることによって力を消散させる能
力のみを有する。
“セミアクティブ”装置は圧縮及び膨張とは別の減衰
速度の連続的なリアルタイム変調に基づいている。“セ
ミアクティブ”制御法はサスペンションアクチュエータ
が力を消散することができるだけであるという原則に基
づいている。図３及び図４を参照すると、セミアクティ
ブサスペンション装置用のアクチュエータ32が示されて
いる。実際にはセミアクティブアクチュエータ32は無限
に変化可能な減衰バルブ34を備えている。減衰流体の自
己保有源がピストン40の両側に設けられた作動室36,38
内に形成されている。従来の消極的なダンパに比較して
セミアクティブアクチュエータ32は必要な力を与えるた
めに力を消散する。しかしながらセミアクティブサスペ
ンション装置の制御法は方程式（２）のそれから簡単化
されなければならず、自動車本体の速度（ｂ）及び相
対懸架速度（ｗ−ｂ）のみを含む。
力の消散用に： Ｕ＝g1（ｂ）＋ｇ（ｗ−ｂ） （四分円Ｉ、II
I） （３） 要求される力用に： Ｕ＝０ （四分円II、IV） （４） “理想的な”セミアクティブ装置において相対速度
（ｗ−ｂ）が反対の符号であり、及び／または必要
な力“U"がアクチュエータ32に“到達”していないなら
ば、必要な力“U"はゼロ（Ｕ＝０）に設定される。これ
らの状態を図４の力の四分円II及びIV対相対速度（ｗ
−ｂ）のグラフに示す。それ故、容易に明らかになる
ようにセミアクティブ装置は力を消散することができる
が（四分円Ｉ及びIII）、ダイナミックな自動車の姿勢
の制御に関するすべての必要な力（四分円II及びIV）を
発生することができない。
近年、“低いパワー”のアクティブ装置はこれまでレ
ースカーにおいてほとんど独占的に使用されていた。不
運にも“低いパワー”のアクティブ装置の周波数応答は
望ましくない狭い周波数帯域（０−5Hz）と同時に“完
全な”アクティブ装置に必要な出力より著しく低いパワ
ーに制限される。図５は低いパワーのアクティブサスペ
ンション装置に適用可能な単一作動ハイドロニューマチ
ックアクチュエータ42を示す。アクチュエータ42の低周
波数応答によって公式（２）の制御法をホイールの高い
周波数制御の排除に必要なより狭い周波数帯域に制限す
る。それ故制御公式は次ぎのようになる： Ｕ＝g1（ｂ）＋g2（Xb） （５） 低いパワー装置は高圧を各コーナーのアクチュエータ
42に供給する中央ポンプ50を有する。ハイドロニューマ
チックアクチュエータ42は懸架運動の減衰のために固定
流ダンパバルブ46を通ってアキュムレータ44に連通して
いる。サーボバルブ48は中央ポンプ50から供給された高
圧流をアクチュエータ42に供給するかアクチュエータ42
の流体を空にして中央貯蔵室52に戻す。サスペンション
の堅さは受動的なスプリング部材（図示せず）及びアキ
ュムレータ44内の圧力によって供給される。低いパワー
のアクティブ装置において自動車の姿勢の変化に応答し
て中央貯蔵室52とアクチュエータ42との間に流すために
減圧減衰流体を選択的に制御する。
“完全な”アクティブサスペンション装置は全体の周
波数帯域（ほぼ０−30Hz）にわたってホイールと本体の
運動の双方を制御するように設計されている。“完全
な”アクティブサスペンションアクチュエータ60を図６
に概略的に示す。特別に中央液圧装置（すなわちポンプ
50及び貯蔵タンク52）は基本的には低いパワーアクティ
ブにおいて使用したものと同様であるが増加したピーク
パワー消費における高い流速を与えるように設計されて
いる。アクチュエータ60は基本的にはピストン66の両側
に形成された上方作動室62及び下方作動室64を有する二
重動作液圧装置である。４つのポートサーボバルブ68は
各作動室62及び64を高圧供給源（ポンプ50）に接続し、
中央貯蔵室に戻す。制御公式、すなわち公式（２）は自
動車本体及びホイール運動の双方の制御を含むように完
全な長所まで使用される。
しかしながら“完全な”アクティブサスペンション装
置に関連する現在の費用は主にサーボバルブ68に要求さ
れる迅速な周波数応答及び中央液圧装置に関連した高い
ピーク流速によって非常に高い。アクチュエータ60はピ
ストン66を通るダンパバルブを備えておらず、それによ
ってピストン66にわたって発生した圧力差から直接にピ
ストン及びロッドの運動を発生するために装置のパワー
の要求が非常に高い。それ故、高い装置圧力の要求、大
きなピークパワー及びピーク流体流の必要性が従来の
“完全な”アクティブサスペンション送致に関連してい
る。さらにこのような“完全な”アクティブサスペンシ
ョン装置のデューティサイクルはサーボバルブ68の一定
の変調動作によって連続しており、アクチュエータ60へ
またはそこからの流体流を制御する。したがって複雑
性、構成要素の大きさ、装置のコスト、装置作動ピーク
圧力及びピークパワーの必要性を減少させること及び優
れた動作耐久特性を有効に生じることが必要になる。
用語の“高さ”、“距離”、“姿勢”及びその派生語
をここに相互変化可能に使用すると同時に自動車のばね
上部分とばね下部分（例えば自動車フレームとその関連
した車軸または独立したホイール）の間の間隔の大きさ
に言及したように自動車の分野を通して使用する。
発明の要約 したがって、本発明の主な目的は前述した種々のアク
ティブサスペンション装置の欠点を克服し比較的に低い
パワー消費及び低いピーク流体の必要性を有する完全に
アクティブな自動車のダイナミックレベリング用の装置
及び方法を提供することである。
本発明の他の目的は自動車本体の高さの変化を補償す
るように制御されたサスペンション減衰力によって自動
車の姿勢を変えることができるダイナミックレベリング
用の方法及び装置を提供することである。
本発明の他の目的は改良された反応時間を発生し、一
方で装置の作動圧パラメータ及びピークパワー及び流れ
の必要性を減少するダイナミックレベリング用の方法及
び装置を提供することである。
本発明の他の目的はダイナミックサスペンション装置
のデューティサイクルを制限するためにパワーを消散す
るために連続的に変化可能な流体制限を使用する方法及
び装置を提供することである。
本発明の他の目的は液圧アクチュエータの上方部分と
下方部分の間の流体圧力及び流れを選択的に制御するこ
とによって各コーナーにおける車高を独立して調整する
ダイナミックレベリング用の方法及び装置を提供するこ
とにある。
本発明の他の目的は改良されたアクティブサスペンシ
ョン制御機構を提供することである。制御機構は“ダイ
ナミックレベリング”ループ及び“負荷レベリング”ル
ープを有する。“ダイナミックレベリング”ループは信
号処理回路及び自動車制御回路に分割される。自動車の
センサからの出力は直接には測定されない状態変数を見
積もるために信号処理回路によって受けられる。見積も
られた状態変数をフィードバック利得マトリックスと掛
け合わせ各アクチュエータ用の必要な力信号を発生する
ために完全な状態のフィードバック自動車コントローラ
に供給する。
本発明の他の目的は直接に測定されない状態変数を見
積もる方法を加えることによって自動車及びサスペンシ
ョンのダイナミックな姿勢特性を正確に画定することで
ある。このように本発明に関連するセンサの形状は商業
的に実行可能であり、比較的に廉価である。
本発明の他の目的は自動車のコントローラ回路を自動
的に調整するために周波数依存適用性の利得回路を提供
することである。適用性利得の調整は比較的に低い道路
入力でアクティブにホイールが飛ぶ周波数で消極的に自
動車を懸架するために自動車のコントローラのフィード
バック利得マトリックスを同定し変更する連続した処理
である。適用性を有する回路はアクティブな制御機構の
完全なフィードバック調整に対して有利な実行を行うた
めに構造において簡単である。
本発明の他の目的は本発明の低いパワーのダイナミッ
クレベリングサスペンション装置の各コーナーのアクチ
ュエータを駆動するためのアクチュエータ制御頬を提供
することである。
本発明の他の目的は自動車の異なるモデルに対する取
り付けに関して高度の柔軟性を有するダイナミックレベ
リング用の方法及び装置を提供することである。これに
関して、本発明の関連した目的は従来技術の他のアクテ
ィブサスペンション装置に比較してコストにおいて比較
的に低いダイナミックレベリング用の方法及び装置を提
供することである。
図面の簡単な説明 次の明細書を読み次の図面を参照することによって本
発明の種々の利点が当業者に明らかになるであろう。
図１はアクティブサスペンション装置の簡単化した制
御装置を示した概略図である。
図２はアクティブサスペンション装置の1/4モデル及
びそれに関連した制御法則を示した概略図である。
図３は“セミアクティブ”サスペンション装置のアク
チュエータの概略図である。
図４は図３はセミアクティブアクチュエータによって
発生した必要なサスペンション力“U"の範囲を示すグラ
フである。
図５は“低いパワー”のアクティブサスペンションア
クチュエータ及び液圧装置の概略図である。
図６は“完全な”アクティブサスペンションアクチュ
エータ及び液圧装置の概略図である。
図7Aは典型的な自動車に作動的に関連させて示す本発
明の教示によるダイナミックレベリングサスペンション
装置の概略図である。
図7Bは本発明のダイナミックレベリング及び液圧装置
の概略図である。
図８は本発明の第１の実施例による１つのダイナミッ
クレベリングアクチュエータ及びそれに関連した減圧装
置構成要素を表す概略図である。
図９乃至13図は本発明の他の実施例によるダイナミッ
クレベリング装置を表す概略図である。
図14は自動車のダイナミックな姿勢を同定するための
状態変数を有する簡単化した自動車モデルの概略図であ
る。
図15は本発明の教示による自動車制御装置のブロック
ダイヤグラムである。
図16は図15の信号処理及び自動車コントローラ回路を
示すブロックダイヤグラムである。
図17はダイナミックレベリング用の制御ループの利得
マトリックス10“G"を表す表である。
図18は典型的な車体及びホイール減衰性能目的用のＳ
平面内の極配置の点を表すグラフである。
図19は本発明のフィードバック利得調整装置の極配置
の点を表すグラフである。
図20はサスペンション速度を見積もるために誘導回路
を示すブロックダイヤグラムである。
図21は図20の誘導フィルタに応じた周波数を示すグラ
フである。
図22はサスペンション速度に応答する見積もり時間及
び理想時間の比較を表すグラフである。
図23はロール加速からロール速度及び角度を見積もる
ための回路のブロックダイヤグラムである。
図24は図23の積分フィルタ回路の周波数応答を表すグ
ラフである。
図25は本発明の適応性制御回路のブロックダイヤグラ
ムである。
図26は極配置の利得適用回路の効果を示すグラフであ
る。
図27は利得重み係数を計算する回路のブロックダイヤ
グラムである。
図28は道路形状対時間の典型的な関係を示すグラフで
ある。
図29は図28はサスペンション速度のグラフである。
図30は図29はサスペンション速度から発生する利得重
み係数（α）のグラフである。
図31は本発明によるアクチュエータ制御装置のブロッ
クダイヤグラムである。
図32は必要な力“U"と相対流Qrelの関係を示すグラフ
である。
図33は必要な力“U"と相対流Qrelの関係を示す他のグ
ラフである。
図34は本発明のアクチュエータコントローラ用の制御
装置のブロックダイヤグラムである。
図35はアクチュエータコントローラのパワー同定機能
を表すグラフである。
図36はサーボバルブ用の制御構造のブロックダイヤグ
ラムである。
図37はピストン力対相対流の関係を示すグラフであ
る。
図38はサーボバルブの選択的な動作における典型的な
デューティサイクルを示すグラフである。
図39は連続的に変化可能な減衰バルブにおける制御回
路のブロックダイヤグラムである。
図40は種々の道路入力周波数における相対流対ピスト
ン力を示すグラフである。
好ましい実施例の説明 図６を参照して述べた“完全に”アクティブなサスペ
ンション装置に関する過度に高いパワー消費及びピーク
流は全体の周波数帯域（０−30Hz）にわたって適用され
る低いパワーの“完全に”アクティブサスペンション装
置の発展に基づいている。本発明は“ダイナミックまた
は迅速なレベリング”のサスペンション装置に関する。
特に本発明は自動車の各コーナーに設けられかつ連続的
に変化可能な減衰調整及び静止負荷レベリング能力を有
するアクチュエータを備えたダイナミックレベリング装
置に関する。本発明の改良したアクティブサスペンショ
ンは“完全な”アクティブサスペンションとして製造さ
れ、そのサスペンションは自動車本体の運動を補償する
外部のエネルギーを追加することを必要とするだけであ
る。ホイールを消極的に制御する状態にすることによっ
て自動車本体の運動を補償する外部のエネルギーの必要
な周波数が得られる。ホイールを消極的に制御する状態
にすることによって装置のハードウエアの必要な周波数
応答がかなり減少する。以後詳述する装置のアクチュエ
ータは連続的に変化可能なタンパ及び迅速に作動する液
圧レベリングアクチュエータの組み合わせである。
システムハードウエア 図7A及び図7Bを参照すると、本発明によるダイナミッ
クレベリング装置が示されている。ダイナミックレベリ
ング装置100は自動車本体103を有する従来の自動車102
に作動的に関連して示されている。自動車102はリアホ
イール108を支持するために適用され、横断するように
伸びているリア車軸アッセンブリ106を有するリアサス
ペンション104を備えている。リア車軸アッセンブリ106
は一対の液圧アクチュエータ110並びに螺旋コイルスプ
リング112によって作動可能に自動車102に接続されてい
る。同様に自動車102は前方ホイール118を支持するため
に適用され横断するように伸びているフロント車軸アッ
センブリ116を有するフロントサスペンション装置114を
有する。フロント車軸アッセンブリ116は第２の対の液
圧アクチュエータ110並びに第２の対の螺旋コイルスプ
リング120によって自動車102に接続されている。自動車
102を乗用車として示すがダイナミックレベリング装置1
00を他のタイプの乗用車に同様に使用してもよい。さら
にフロント及びリア車軸アッセンブリの構造上の組み合
わせを典型的に示したが本発明の範囲を制限するもので
はない。
液圧アクチュエータ110の減衰及びレベリング特性を
制御するために中央電子制御構成要素（ECM）124が備え
られている。目視スクリーン122を乗用車102の乗員室12
6内に配置してもよい。目視スクリーン122は乗員にダイ
ナミック制御パラメータ及びサスペンション装置100の
特性を目視によって読み出すことのできるディスプレイ
を提供する。電子制御構成要素124は液圧アクチュエー
タ110の減衰（消散的な）及びダイナミックレベリング
（パワー追加）を選択的に制御する制御信号を発生する
種々のセンサからの出力を受ける。各アクチュエータ11
0にアキュムレータ128及びサーボ流制御バルブ130のよ
うな供給バルブが流体連通している。サーボバルブ130
は閉ループ中央高圧液圧装置132（図7Aに概略的に示
す）に流体連通しており、装置132はポンプ138、中央ア
キュムレータ136及び貯蔵タンク140を有する。
ダイナミックレベリング装置100に関する電子装置は
アクチュエータ110及びサーボバルブ130を接続するため
のECM124と接続された中央制御構成要素（図示せず）、
位置センサ134、加速度計135及び駆動回路を有すること
が好ましい。閉ループ液圧装置132は各アクチュエータ1
10に供給する高圧を発生する中央ポンプ138及びアキュ
ムレータ136、貯蔵タンク140及びそれらの構成要素を相
互に接続する高圧の供給ライン及び低圧の戻りライン14
1を有する。各アクチュエータ110への高圧流体の供給は
好ましくはアクチュエータ110に接近して配置されてい
る各サーボバルブ130を励起することによって制御され
る。供給バルブ130をサーボバルブとして図示するが他
の適当な直動バルブは本発明の範囲内であることを理解
しなければならない。
以降詳述するようにダイナミックレベリング装置100
は完全なフィードバック利得調整用の状態空間の変化可
能なフォーマット、変化可能な状態の積算手段及び適応
性を有する利得制御を有する中央制御法を使用する。一
般にフィードバック利得調整は動的な運動の種々の位相
のための堅さ及び減衰を形成する性能目標によって特定
する。必要なトランスデューサの数を最小にするために
変化可能な積算手段は正確に測定されたトランスデュー
サからの積算値を計算する。道路の状態がホイールの自
然周波数に干渉するときに適応性を有する方法は減衰利
得値のいくつかを変化させる。さらに本体とサスペンシ
ョンの動的な姿勢を検出することによってマイクロプロ
セッサに基づいたコントローラは各アクチュエータ毎に
必要な力“U"を計算する。アクチュエータのハードウエ
アの非線形性を補償するために各アクチュエータによっ
て発生した“Factuator"を測定し、中央制御装置にフィ
ードバックする。好ましくは、アクチュエータ110はサ
ーボバルブ130の作動に関する必要なパワーの要求を制
限するために連続的に変化可能なピストンバルブを使用
することによってパワーを消散することができる。それ
故、すべての消散したパワー要求において内部において
連続した変化可能なピストンバルブを使用することによ
って全体のパワー消費したがって装置のデューティサイ
クルを実質的に最小化する。
特に図８を参照すると第１の実施例によるダイナミッ
クレベリング装置100の概略が示されている。１つのア
クチュエータ110のみを示すがアクチュエータ及びそれ
に対応するアキュムレータ128及びサーボバルブ130が自
動車102の各コーナーに配置されていることを理解すべ
きである。ハイドロニューマチックアクチュエータ110
は作動室146を有する細長い円筒形の圧力シリンダ144を
有し、作動室146は液圧緩衝流体を収容するようになっ
ている。作動室146内に軸線方向に伸びるピストンロッ
ド150の一端が接続された往復動可能なピストン148が配
置されており、ピストン168は作動室146の上方部152及
び下方部154を形成している。図７を参照して説明する
と、アクチュエータ110は自動車102のスプリング付及び
スプリング無しの部分間に接続されている。ピストンの
往復動時に当業者は圧力シリンダ144内の減衰流体がピ
ストン減衰バルブを通って作動室146の上方部152と下方
部154の間を移動することを理解し得るであろう。作動
室146の上方部及び下方部の間の減衰流体の流れを選択
的に制御することによって乗り心地と道路保持性の双方
を最適化するためにハイドロニューマチックアクチュエ
ータ110は自動車102のばね上部分及びばね下部分を制御
可能に減衰することができる。
作動室146の上方部152及び下方部154の間の減衰流体
の流れを制御するための手段を提供するためにピストン
148は連続的に変化可能な流体制限バルブ156を有する。
変化可能な流体制限ピストンバルブ156はエネルギーの
消散を介してアクチュエータ110の減衰特性を調整する
ために上方部152と下方部154の間の減衰流体の流れを選
択的に調整するように作動する。連続的に変化可能な流
体制限バルブ及びそれに対応した電子制御装置及びハー
ドウエアは本出願と共通の譲受人を有する1988,9月22日
出願のPCTの国際公開NO.WO88/06983号に開示されてお
り、その内容はそれに対する言及によって明快に組み込
まれている。しかしながら本発明はアクチュエータ110
の減衰特性を選択的に制御するようになっている他の適
当な変化可能な流体制限バルブ装置とともに使用するこ
とが考慮されている。
作動室146の少なくとも一部の流体圧力を変化させる
手段を提供するために流体制御手段を備える。流体制御
手段は電子液圧比例／サーボ制御バルブ130を有し、バ
ルブ130は作動室146の下方部154に流体的に接続されて
いる。一般にサーボバルブ130はアクチュエータ110に高
圧流体を供給するかアクチュエータ110の流体を貯蔵室1
40に戻すために空にする。各アクチュエータ110によっ
て発生する実際の力Factuatorはアキュムレータ128内の
圧力及びピストン148にわたる圧力降下に依存する。特
にサーボ流制御バルブ130は直動ポンプ138及び作動室14
6の下方部154の間の流れを選択的に制御するように作動
するようになっている。同様にサーボ流制御バルブ130
は作動室146の下方部154から流体貯蔵室140への減衰流
体の流れを制御することができる。好ましくは、以下に
説明するアクチュエータコントローラ回路はピストンバ
ルブ156とサーボバルブ130の選択的な作動を制御する。
図示した第１の実施例によればサーボ流制御バルブの
作動中ピストン148にわたって上方部152の圧力差を維持
するためにアキュムレータ128が作動室146の上方部152
に接続されている。ピストン148はサーボ流制御手段130
と関連する変化可能な流体制御バルブ156を有するから
図６の従来の完全にアクティブなサスペンション装置に
比較してダイナミックレベリング装置100はポンプ138を
あまり使用せずに作動することができる。これはバルブ
156の流体制限内にあるときに指定された力“U"を発生
するために変化可能な流体制限バルブ156を使用するこ
とによって達成され、それによって中央液圧装置136の
パワーを要求を最小化する。
図９乃至図13を参照すると、本発明の他の変形例の構
造が示されている。一般に各実施例はサーボ流れ制御バ
ルブ130及びアキュムレータ128の間の連続的に変化可能
な流体制限を提供する。特に実施例はシリンダ144内に
変化可能な流体制限バルブ156を使用する場合を示す。
明瞭にするために同じ参照符号を同様の構成要素に使用
する。
特に図９を参照するとダイナミックレベリング装置10
0（Ｂ）は図８に示すダイナミックレベリング装置100に
類似している。しかしながら減衰流体はピストンロッド
148を通って伸びる軸線方向の通路160を介して中央液圧
装置136及び作動室146の下方部156の間を流れることが
できる。
図10に示すダイナミックレベリング装置100（Ｃ）は
減衰流体がピストンロッド148を通って伸びる軸線方向
の通路162を介して作動室146の上方部152とアキュムレ
ータ128との間を流れることができることを除いて図８
のダイナミックレベリング装置100に類似している。流
体通路162は中空のピストンロッド148の上方部から作動
室146の上方部152まで伸びている。好ましくはアキュム
レータ128をピストンロッド148の軸線方向の端部に直接
に取り付けるかまたはそれに接近させて取り付ける。
図11に示すダイナミックレベリング装置100（Ｄ）は
ピストン148は関するピストンロッド150が逆転してお
り、ピストンロッド150が円筒形のシリンダハウジング1
44の下方部から伸びていることを除いて図８に示すダイ
ナミックレベリング装置100に類似している。
図12に示すダイナミックレベリング装置100（Ｅ）は
アキュムレータ128が直接に流体連通して液圧アクチュ
エータ110の軸線方向の上端部上に配置されている点を
除いて図11に示すダイナミックレベリング装置100
（Ｄ）に類似している。この実施例はアクチュエータの
一体的な延長部として固定されたアキュムレータを有す
るアクチュエータの適用を表す。この方法において高圧
ラインを容易に消去できる。
図13に示すダイナミックレベリング装置100（Ｅ）は
図12に示すダイナミックレベリング装置100（Ｅ）に類
似している。しかしながらアキュムレータ128は円筒形
ハウジング144の内側の作動室146の上方部152内に配置
されている。
開示した種々の変更例の実施例は最近の自動車サスペ
ンションの空間及びレイアウトの要求に対して本発明の
柔軟性及び適用性を示す。さらにアキュムレータ128を
組み立ての理由からアクチュエータ110から離して配置
するが好ましくはアクチュエータ110に接近させて配置
することを理解しなければならない。同様に各サーボバ
ルブ130または適当な供給バルブをそれに対応するアク
チュエータ110にできるだけ近づけて配置することが好
ましい。閉鎖ループ中央液圧装置132はポンプ138、中央
アキュムレータ136及び貯蔵室140が各サーボバルブ130
に流体的に接続されていることを示す。
好ましくは本発明のダイナミックレベリング装置のす
べては本発明の技術の観点において実際的であるセンサ
構造を有する。さらにセンサ構造は自動車の自動車本体
の上昇、ピッチ及びロール加速並びに各コーナーにおけ
るホイールと自動車本体との間の相対変位を直接測定す
るようになっている。自動車の動的な運動は７つの自由
度モデル（DOF）によって適当に説明するがそのモデル
は自動車本体の上昇、ピッチ及びロール運動及び各４つ
のホイールにおける垂直運動を画定する。特に自動車の
動的な姿勢をそのモデルに関して変化可能な14の状態で
説明する。極の位置は自動車の性能要求によって与えら
れる。図14は自動車102の動的な姿勢の同定に関する14
の状態変数を示す。最初の７つの状態変数は速度であ
り、後半の７つの変数は変位を表す。
速度 変位 x1＝、c.gの上昇速度 x8＝ｚ、c.gの上昇変位 x2＝，ピッチ角度速度 x9＝θ，ピッチ角度 x3＝，ロール角度速度 x10＝Φ，ロール角度 x4＝左前方サスペンション速度 x11＝左前方サスペンション変位 x5＝右前方サスペンション速度 x12＝右前方サスペンション変位 x6＝右後方サスペンション速度 x13＝右後方サスペンション変位 x7＝左後方サスペンション速度 x14＝左後方サスペンション変位 図７を再び参照すると相対位置センサ134が各コーナ
ーでの相対変位を測定するためにスプリング無し及びス
プリング付の部分の間に配置されている。自動車の中央
の重心近くに配置された３つの軸線方向の加速度計135
が上昇、ピッチ及び加速を直接測定する。しかしながら
個々の加速度計を自動車の各コーナーに配置して使用す
ることが考慮されている。
入力センサに加えて、力トランスデューサ（図示せ
ず）を各アクチュエータによって発生した実際の出力力
“Factuator"を測定するために各コーナーに配置し、そ
の力はFactuatorが指定した力“U"を接近して追跡する
ように変化させるためにアクチュエータコントローラに
フィードバックされる。しかしながら変化可能な減衰絞
り前後のアクチュエータ圧力を測定するために絶対圧力
センサに容易に置き換えることも考慮されている。力ト
ランスデューサまたは圧力センサは好ましくは言及によ
って組み込まれた前述したPCT出願に開示したようなタ
ンパバルブ156内に配置する。以降詳述するようにセン
サ134及び135の信号を増幅しマイクロプロセッサのD/A
変換器にフィードバックする。相対変位並びに加速のた
めの典型的な非制限サンプリング時間はほぼ約100から5
00Hzの範囲であり、力トランスデューサのサンプリング
時間は約1000から2000Hzの範囲内にある。
装置制御構造 図15を参照すると、本発明による簡単化した自動車制
御装置200が示されている。好ましくは制御装置200は自
動車の電子制御構成要素124に接続されている。一般に
制御装置200は内方閉鎖ループ202及び外方閉鎖ループ20
4を含み、各々は自動車102を包囲する。外方ループ204
を異なる静止付加状態時に垂直平面に関して自動車の乗
車高のみを補償する“負荷レベリング”制御回路と呼
ぶ。道路から自動車を隔離する本体プラットホーム安定
性における改良、及び改良した道路保持性提供する“ダ
イナミックレベリング”制御回路として内方ループを言
及する。好ましくは以降詳細に説明する制御装置200を
特別な自動車性能基準を表すフィードバック利得値を有
する完全な状態のフィードバック調整装置として構成す
る。
４つのコーナーのアクチュエータ110の各々は制御装
置200によって指令を受け、４つの別個のサスペンショ
ン力“U"を発生する。好ましくは図16に符号206として
概略的に示すセンサが７つの検出信号を直接に測定す
る。またセンサ206はマイクロプロセッサによって測定
信号のサンプリングに必要な相応する増幅及び濾波を行
う。外方ループ204は“道路レベリング”外方ループ204
の時間遅延が自動車102が走行中のときに最大になるか
ら内方ループに影響しないようになっている。しかしな
がら自動車102が停止しているときに“道路レベリン
グ”回路によって自動車姿勢高さのためにより速い応答
時間が考慮されている。
図16は信号処理器208及び自動車コントローラ210を有
する内方ループ202のブロックダイヤグラムである。信
号処理器208は直接に測定されたセンサ信号の入力に基
づいた残りの状態変数を見積もる。自動車コントローラ
210は所望のダイナミックな姿勢を計算するために各状
態変数用のフィードバック利得を使用するためにフィー
ドバック利得調整フォーマットを含む。出力Udynはアク
チュエータ110用の４つの要求された“U"の成分のベク
トルである。
特に上昇加速度（）、ピッチ加速度（）及びロー
ル加速度（）を３つの軸線加速度計135によって直接
測定し、サスペンション変位x11乃至x14を位置センサ13
4によって直接測定する。これらの７つの実際の測定か
ら信号プロセッサ208は10の状態変数を計算する。明ら
かなように、自動車102の動的な姿勢を７つの自由度（D
OF）モデルによって説明するが、状態空間変数はフィー
ドバック利得を自動車に作用する追加の堅さ及び緩衝と
して画定するように選択する。
“ダイナミックレベリング”用の微分公式を次の標準
形式で表す。： ＝Ａ・Ｘ＝B1・Udyn＋B2・Ｅ （６） ここで:Xは14の状態変数のベクトルである。
Udynは４つの制御力のベクトルである。
Ｅはｍ外乱のベクトルである。
Ａは14×14の自動車装置マトリックスである。
B1はフィードバック入力マトリックス14×14で
ある。
B2は外乱マトリックス14×ｍである。
出力は次のように定義される： ｙ＝Ｃ・Ｘ （７） ここに:yはｎ出力のベクトルである。
ｃはｎ×14の出力マトリックスである。
各アクチュエータ用に“指令された”力は： Udyn＝−Ｇ・Ｘ ここに:Udynは４つのアクチュエータ力のベクトルであ
る。
Ｘは14の状態変数のベクトルである。
Ｇは４×14のフィードバック利得マトリックス
である。
Udynを公式（６）で（−Ｇ・Ｘ）によって置き換える
ことができる。それ故閉鎖ループ制御装置公式をつぎの
ように書き換える： ｘ＝（Ａ−B1−Ｇ）・Ｘ＋B2・Ｅ （９） 閉ループの極はマトリックスAactive＝（Ａ−B1・
Ｇ）の固有値によって決定する。目的はすべての極が支
持された値を占めるように大きなフィードバックマトリ
ックスに割り当てることである。
自動車の性能目的 “ダイナミックレベリング”装置202のフィードバッ
ク利得値を自動車102に非常に安定したプラットホーム
すなわち良好な乗車性能を与えるために特定する。好ま
しくはこれは低速の消極的な支持スプリング及びアクテ
ィブロール堅さ及び本体減衰の追加を使用することによ
って達成される。本体を減衰は運動の３つのモード；上
昇、ピッチ及びロールの減衰である。本体減衰は道路の
外乱の後に迅速に自動車を安定化する各モードにおいて
臨界減衰の一定の割合に設定される。好ましくは本体減
衰が各モードにおいて臨界減衰の約0.71になるように選
択する。
種々の道路状態に適合するために自動車のホイール減
衰を自動車性能の２つの明瞭な場合について選択する。
第１の場合はホイールを比較的に柔らかく減衰し、第２
の場合にはホイールを比較的堅く減衰する。双方の場合
において自動車本体を同程度に減衰すべきである。例え
ば軟らかいホイール装置の場合には円滑な乗車を目的に
してばね下の本体の臨界減衰の0.1に設定する。堅いホ
イール減衰は路面保持性を改良し、相対変位を最小にす
るために0.5に設定する。
自動車102は通常の消極的な自動車として行動するよ
うに設計されるが性能及び本体の隔離は改良されてい
る。一組の所定の自動車性能の要求の非制限的な例とし
て８つの状態に要約することができる。
a:前方（消極的な）の自然周波数0.9Hz b:後方（消極的な）の自然周波数1.0Hz c:c.gに結合されていない上昇及びピッチ d:最大0.8g（m/s2）でのロール堅さ４゜/g e:前方対後方ロール堅さ比 1.5 f:柔らかいホイールのために減衰されるばね下部分 0.1 g:堅いホイールのために減衰されるばね下部分 0.5 h:本体モードにおける運動の減衰 0.7 フィードバック利得調整 フィードバック利得は堅さ及び減衰に関する自動車性
能によって特定する。ロール堅さを満足させるために及
び上昇及びピッチ運動を分離するために“アクティブ”
な堅さを自動車本体に加える。本体及びホイール減衰を
含む“アクティブ”な減衰を言及した臨界減衰の所定の
割合で本体（0.71）及びホイール（0.1及び0.5）の減衰
の要求を満足させるために加える。ホイール運動は本体
に結合しているから閉鎖ループマトリックスAactiveの
固有値を計算して正しい減衰量を確認する。
図17を参照すると代表的な利得マトリックス“G"が４
×14のマトリックスとして示され、各列は１つのアクチ
ュエータの利得値を示している。コラム１−７はアクテ
ィブな“減衰”をコラム８−14はアクティブな“堅さ”
を表す。２つの利得マトリックス（Gsoft及びGfirm）は
所望の性能要求（ａ−ｈ）満足させるために展開しまた
アクチュエータ110において変化可能なピストンバルブ1
56の上方及び下方の制限に対応した利得を有する。
図18は自動車のＳ平面内の極の位置を示す。実軸は対
応する緩衝EW0を表し、ここにＥは相対減衰であり、W0
は減衰されない自然周波数である。虚軸は として定義される減衰自然周波数Wnを表す。0.71の相対
減衰は負の実軸に対して45゜の傾斜を有する直線に沿っ
て極を配置する。0.1の相対減衰が84゜の傾斜で相対減
衰0.5が60゜の傾斜で表されている。アクティブフィー
ドバック制御装置は0.7のラインに沿って自動車本体の
極を、0.1及び0.5のラインに沿ってホイールの極を配置
する。
以降詳述する適応性を有する方法は道路の状態の変化
時に各マトリックスの利得値を連続的に変更する。
自動車極配置 極はダイナミックレベリング装置用の特性公式の固有
値である。自動車の極は運動は各モードの自然周波数及
び減衰についての情報を提供する。閉ループ装置の極位
置はフィードバック利得マトリックスが満足のゆく結果
を発生するかどうかについて確認する。特性公式が行列
式を解くことによって導かれる。： Det（sI−（Ａ−B1・Ｇ））＝０ （10） 14の状態変数を有する装置に関して公式（10）を満足
する14の固有値がある。この場合において装置が減衰下
にあるときに固有値は正と負の虚根の対である。
３つの典型的な場合の固有値を図19に示す。第１の場
合はフィードバック利得Gsoft及びGfirmに基づいた残り
２つの場合と共に消極的な自動車に基づいている。消極
的な自動車はスプリング無し部分に約Ewheel＝0.3を与
え、ロールバーは２つのアクティブな場合と同様のロー
ル堅さを表す。ホイールの極は堅さによってではなく減
衰の差異によってアクティブな場合の双方における始点
から同じ半径上にある。
本発明の完全な状態のフィードバック調整方法はよく
形成された構造を有し、それは制御装置200の理解を容
易にする。利得の変化は堅さ及び減衰によって特定され
るから自動車乗員のスペシャリスト及び制御エンジニア
の間のコミュニケーションが容易になる。
状態変数の計算 “ダイナミックレベリング”制御ループ202は信号処
理回路208及び自動車コントローラ210に分割される。セ
ンサ206からの信号は信号プロセッサ208で濾波され標本
化される。オブザーバ209は状態変数を計算し、自動車
コントローラ210は状態の変化可能なベクトルXnと利得
マトリックス“G"を掛けて“Udyn"出力信号を発生す
る。
実際にはセンサの構成の選択は各トランスデューサの
費用及び使用する品質によって制限される。目的は比較
的に廉価な最小のトランスデューサを使用するセンサ構
成によって自動車の運動のすべての状態変数を説明する
ことである。
すべての状態変数を直接に測定しようとする努力は極
めて非現実的である。それ故多数の状態変数を計算する
ために検出信号の信号処理が都合がよい。このような処
理は“オブザーバ"209によって行われる。好ましいマイ
クロプロセッサに基づいた制御装置200において信号プ
ロセッサ208は非アイエイジングフィルタ及びノイズフ
ィルタを有する。非アリエイジングフィルタはA/D信号
コンバータに見られる最も高い周波数入力がサンプリン
グ周波数の少なくとも約1/2であることを補償する。ノ
イズフィルタは望ましくない情報を消去しアナログまた
はデジタルのいずれかである。
先に述べたように、直接的に測定した信号は上昇、
ピッチ及びロール本体加速に各サスペンションコー
ナーにおける相対変位x11及びx14を加えたものである。
本体加速の３つのモードを重心に配置された３つの軸線
加速計135で同時に測定するか変形例として垂直方向の
加速度を測定するために自動車本体の各コーナーに配置
された４つの加速度計を設ける。いずれにしても加速度
計は非常に低い周波数で加速を測定することができる。
位置センサ134によって自動車に静止高さをゼロ出力
として定義し、圧縮を正、伸長を負として定義する。自
動車の静止高さは低速のレベリングコントロールループ
204によって維持する。位置センサ134の好ましい位置は
環境的な観点によればアクチュエータ110の内側であ
る。自動車の運動を検出することに加えて各アクチュエ
ータによって発生した力“Factuator"を測定する必要が
ある。好ましくはアクチュエータ力をアクチュエータ11
0の非線形性を補償するためにアクチュエータ制御回路
にフィードバックする。
好ましいセンサ形状によってオブザーバ208は10の状
態変数（X1乃至X10）を計算する。計算方法は信号フィ
ルタリング技術を使用し、その技術は３つの明瞭なカテ
ゴリーに分類することができる。： I.サスペンション相対変位（X11乃至X14）からサスペン
ション速度（４乃至７）の誘導； II.本体速度及び角速度（1,2,３）のために本体
加速度（，，）の積分； III.本体変位及び角度（8,9,10）のための本体速
度及び角速度（1,2,３）の積分． ４つのサスペンション速度（４乃至７）はサスペ
ンション変位（X11乃至X14）の誘導によって計算され
る。図20を参照すると、誘導は比較的に低い周波数で
“誘導体”として作用するようになっている第１のオー
バハイパスフィルタ220によって実行される。フィルタ2
20はメジャーフェイズディレイを示してはならず少なく
とも約25Hzまでの実際の速度の減衰を生じてはならな
い。高周波数における外乱はタイヤ及びサスペンション
ブシュによって吸収される。アナログデジタル変換作用
は： 時間定数（Td）は4msecに設定する。フィルタ220は40
Hzの周りで一定の増幅にロールオフ（roll off）す
る。バイリニア変換を使用してデジタルの等価物はマイ
クロプロセッサによる迅速な計算のために簡単な形態を
有する。デジタルフィルタ220の典型的なサンプリング
時間は約512Hzであり、約250Hzでのアンチアリエイシン
グフィルタ（図示せず）の遮断周波数を有する。フィル
タ220の周波数応答を図21に示す。
明らかなようにフィルタ220は少なくとも約25Hzまで
の所望の高いシステム周波数レベルまで“理想的な”誘
導曲線“W"に接近して従う。
図22の典型的な線から分かるように時間応答において
わずか約3msecの受け入れられる時間遅延が所定のサン
プリング時間で“理想的な”及び計算されたサスペンシ
ョン速度の間に存在する。
低周波数または安定した状態エラーのために積分はド
リフト（drift）に対して感度を有する。ロール速度
（３）及びロール角度（10）にロール加速度Ｑを積
分するための典型的な非制限積分制御回路を図23に示
す。第１の積分を低周波における定数または高いパス特
性を有するフィルタ222によって実行する。ある所定の
設計点についてフィルタ222の周波数応答は“理想的
な”積分の傾斜に従う（図24参照），上昇1,ピッチ
２及びロール３の本体速度に相応する加速度Z,θ，Φ
WOそれぞれ積分することによって計算する。速度計算は
自動車本体慣性緩衝を表すから積分は本体運動に関連す
る比較的に低い自然の周波数範囲（0.5から5Hz）内で非
常に正確でなければならない。
フィルタ220のアナログデジタル変換作用は： フィルタ222はその遮断周波数上の作動範囲内のロー
パスフィルタである。時間定数は（T1）は約2.0秒に設
定され、それによってフィルタ222が特定の周波数範囲
内で“理想的な”積分器として作用することが可能にな
る。加速度形135をその静止オフセットからゼロを出す
ために入力信号を比較的に長い時間定数を有するデジタ
ルフィルタ223を介してバイパスフィルタに供給する。
図24は10秒の時間定数を有するハイパスフィルタ223を
有する積分フィルタ222の効果を示する。“理想的な”
積分1/Wの大きさの変換機能を有し、比較のために含ま
れる。
本体速度機構における改良は“平均の”サスペンショ
ン速度（susp）、平均サスペンションピッチ速度（
susp）、平均サスペンションロール速度（susp）の各
低周波成分を有する積分計算を補償するために提供され
る。この補償は例えばハイウエイ上の車線変更のような
外乱、制動または長い波長の振動の低い周波数でのみ有
効である。“平均的な”サスペンション速度及び角速度
を次のような計算されたサスペンション速度に基づいて
計算する： 平均のサスペンションロール速度（susp）の加算器
224はロール加速度（Ｑ）を積分するために使用するロ
ーパスフィルタ222と同じ時間定数を有する。同様に垂
直本体（上昇）速度X1及びピッチ速度X2はそれらの対応
した加速度信号の十分な同一の積分フィルタによって計
算する。
計算した最終的な３つの状態変数は変直変位
（８）、ピッチ角度（９）及びロール角度
（（10）である。図23に示すように計算は第２の積分
フィルタ230によって実行し、そのフィルタは積分され
計算されたロール角度速度（３）とローパスフィルタ
を通りそれに加えられた平均のサスペンションロール角
度（Φsusp）によって前に述べた第１の積分手順とほぼ
同一の手順を実行する。サスペンション変位（X11乃至X
14）を直接に測定するから、“平均的な”サスペンショ
ン変位（Zsusp）及び角度（Osusp,Qsusp）を次のように
表現する： 好ましくは上昇及びピッチの積分フィルタ230の時間
定数（T3）は約1.0秒、ロール用には約0.25秒である。
時間定数は基準面がどれだけ早く運動の各モードで道路
に追随するかを計算する。ロール角度の決定のために短
い時間定数はロール角度10が“平均的な”サスペンシ
ョンロール角度の計算のためにより早く収斂しなければ
ならないという事実に関する。
“自動車コントローラ"210に関連した完全な状態のフ
ィードバック調整構造は信号処理器208によって引き出
された積算状態変数を自動車コントローラによってフィ
ードバックすることによって得られる。オブザーバ209
のダイナミック特性はフィードバック利得によって特定
された自動車のダイナミック特性に作用すべきでない。
これは“ダイナミックレベリング”ループ202用の２つ
の制御回路が分割可能であるので分析を簡単にする。
オブザーバ209の極は誘導及び積分フィルタ用の時間
定数によって与えられる。オブザーバ極の決定は測定エ
ラーと最初のエラーからの迅速な回復の必要性との間の
妥協である。積分フィルタ222及び230が十分に“理想的
な”積分に対応することを補償するために極は始点に接
近させて配置すべきであるが、初期のエラーから迅速に
回復するために負の実軸に沿って配置すべきである。さ
らにエラーを測定する感度の観点から誘導フィルタ220
を負の実軸からできるだけ離して配置すべきである。
自動車力学上のオブザーバ209の衝撃の分析はオブザ
ーバ209によって計算された10の状態変数X1乃至X10で自
動車を説明するＡ−マトリックスを拡張することによっ
て行われる。フィードバック利得マトリックスを計算し
た状態変数にわたって“移行”し、各状態変数の利得を
ゼロに設定する。閉ループＡ−マトリックス用のフィー
ドバックマトリックスGsoft（図19）と閉ループ“拡張
した"A−マトリックスとで計算した固有値を次のテーブ
ルに示す。
オブザーバの10の極は実軸極であり、関連する運動モ
ードに並んでいる。自動車極の比較は第２の積分フィル
タの極が−４に配置されていることからロール運動にお
いて５％の最大の差異を示す。これは平均のサスペンシ
ョンロール角度に向けてのより迅速なロール角度の回復
によるものである。
オブザーバ209は妥当の価格帯内で商業的に利用でき
るトランスデューサを有するセンサ装置からの入力に基
づいている。変形例としてピッチ及びロールを直接に測
定するための重心に配置したジャイロスコープが垂直方
向の上昇測定のために１つの加速度計の必要性英を最小
にする。
適応性制御 本発明によれば“ダイナミックレベリング”制御ルー
プ202を調整するために“適応性”回路が備えられてい
る。“適応性”制御は制御ループ202の自動的な自己調
整プロセスであり、ループは使用するセンサと独立して
いる。特に図25を参照すると、追加の自己調整ループ24
0が制御装置200に加えられている。一般に“適応性”制
御ループ240は道路保持正及び快適性の間の妥協を克服
するために使用する。端的に言えばフィードバックマト
リックスの利得は連続的に再計算されて“最適な”姿勢
を維持する。
これまでいくつかの設計技術は適応性装置が位相及び
／または増幅マージン、極配置制御またはLQG制御に基
づいたサスペンション装置に対して使用されていた。各
々が共通に有するのは自動車コントローラ回路のパラメ
ータが追加の外方ループによって調整され、そのループ
は動的な運動を説明するための周期的なパラメータ見積
器及び新しい調整利得を計算するための計算器からな
る。
本発明による制御装置240は道路状態の広い範囲にわ
たって良好な道路保持性を維持するために提供される。
ホイール減衰の周波数依存性はアクティブサスペンショ
ン制御構造200のフィードバック調整に含まれ、適応性
装置240はその実行が便利なように構造が簡単である。
特に“ダイナミックレベリング”制御ループ202の適
応性装置240は従来の適応性装置に比較して逆転した特
性を有する。本発明によれば外乱（道路）が同定され、
その後自動車の動き外部状況の変化に“適応”するよう
に変形する。
知られているように柔らかい減衰は良好な道路絶縁を
発生するホイールの自然周波数で比較的に低い道路保持
性を有する。適応性装置240はフィードバック利得マト
リックスの周波数依存性を使用して道路保持性を改良す
る。それ故本発明の適応性装置は“堅い”サスペンショ
ンによる良好な道路保持性と“柔らかい”サスペンショ
ンによる良好な快適性を組み合わせる。要するに適応性
装置240はサスペンション減衰特性だけを増加または減
少するために各コーナーの利得を調整する。
適応性ループ240は“外乱確認部"242及び“利得チュ
ーナー”に分割される。外乱確認部242は各コーナー用
の利得重み係数（α）を計算し、利得重み（α）は計算
したサスペンション速度x4乃至x7の周波数及び振幅に基
づいている。明らかなようにサスペンション速度出力を
発生するセンサ構成または引き出される信号はこの適用
性の概念に容易に適用されるようになっている。利得チ
ューナー244は２つのフィードバックマトリックスGsoft
及びGfirmを有し、そのマトリックスから重みづけされ
たリニアコンビネーション“G"を引き出し、自動車コン
トローラ210に送る。
適用性ループ240は４つの利得重み付け係数（αlf,α
rf、αrr、αlr）を連続的に計算し、各々は所定の時間
で対応コーナーアクチュエーターに必要な利得調整を表
す。重み付け係数（α）の大きさは測定され範囲（０−
１）内に飽和される。（α）は自動車本体の自然周波数
の周りの周波数においてゼロに近く、ホイールの自然周
波数の周りで１に近い。
利得チューナ244内の２つの明瞭な利得マトリックスG
soft及びGfirmは一般公式から導かれる： ｇ＝（１−α）gsoft＋agfirm （15） それ故： （α）が１つの大きさを有するときに結果として得ら
れる利得“G"はGfirmに等しく、（α）がゼロの時に
“G"はGsoftに等しい。堅い利得（図17のコラム８−1
4）は２つのマトリックスと同様であり、それ故それら
は（α）の大きさと独立して変化しないまま残る。本体
（アクティブな慣性減衰＋ホイールサスペンション減
衰）の“効果的な”減衰は同様に慣性減衰及び（α）の
値によって変化するサスペンション減衰の間の分配のみ
によってGsoft及びGfirmの双方のマトリックスにおいて
一定に維持される。
図26は自動車極配置上の適用性装置の効果を示す。自
動車本体の極は一定に維持さればね下部分（ホイール）
の極はＥ＝0.1及びＥ＝0.5のラインの間の弧に沿って移
動する。
図27を参照すると、外乱確認部242の周波数依存性は
入力信号（４乃至７）をほぼホイールの共振周波数
にその最大増幅を設定するように調整された減衰下のハ
イパスフィルタ250を通すことによって発生する。フィ
ルタ250は本体周波数並びに狭い共振ピークの周りの良
好なサスペンション運動の減衰を発生する相対減衰を備
えた２次のオーダである。自動車のホイールの共振周波
数は自動車自身により造られさらに自動車の前方と後方
とにおいては異なる。ハイパスフィルタ250は各自動車
の適用において特別に調整しなければならない。
好ましくはフィルタ250は約125Hzに設定されたサンプ
リング速度を有する周期的なデジタルフィルタである。
それ故、1/8ミリ秒毎に（α）値を更新する。利得チュ
ーナ244に関連した利得が小さい増加をもってのみ調整
されて比較的に円滑な移行を行うように高いサンプリン
グ速度が必要である。
３つの追加の信号処理ブロックがハイパスフィルタ25
0の後段に備えられている。整流ブロック252はその絶対
値を取ることによって濾波信号を整流する。次ぎのブロ
ックは２次の“実極”のローパスフィルタ254である。
最終ブロック256はその出力を１に最大化するために信
号を飽和する。図28は左前方サスペンション速度
（４）の入力から（αlf）を計算するブロックダイヤ
グラムを示すが、同様の手順が自動車の他のコーナーに
加えられる。（α）の大きさは通常正であり、整流信号
の移動平均として見なされる。
障害を通る自動車102のシミュレーションは（α）値
の機能のよい説明になる。図28乃至図30は典型的な状況
を示し、フィルタ250は9Hzの入力周波数及び0.4の振幅
を有する。入力は高さが0.05メートル、長さ２メートル
の障害物である。自動車は40km/hで運転され、ホイール
が0.18秒で障害物を通過する（図28参照）。サスペンシ
ョンの所望の性能はホイールが柔らかいサスペンション
で障害物を吸収し、次ぎにホイールがはずんでタイヤが
地面との接触を失わないようにホイールの緩衝を次第に
増加するようにすることである。図28乃至図30の３つの
ダイヤグラムは道路の輪郭対時間、サスペンション速度
及び利得重み係数（α）をそれぞれ示している。サスペ
ンション速度（図29）は外乱確認部242へ入力であり、
（α）は出力である。
アクチュエータコントローラ 本発明のアクチュエータ制御法及びハードウエア構成
は低パワーアクティブサスペンション装置100の改良さ
れた特性の基礎である。アクチュエータ110及びその制
御法の主原則はパワーの要求をパワーの“消散”及び
“追加”に分割することである。パワーの“消散”はア
クチュエータ110内の無限に変化可能なダンパバルブ156
によって制御される。パワーの“追加”は外部のサーボ
バルブ130の選択的な励起によって制御される。サーボ
バルブ130の断続的な閉鎖及び開口の結果アクチュエー
タ110からのエネルギーを加え、または減算する。
図31を参照すると、アクチュエータ110は“スレー
ブ”であり、それはダイナミックレベリング力Udyn及び
負荷レベリング力U0の加算から“U"を生じるように指令
される。アクチュエータ110をアクチュエータコントロ
ーラ300及びその駆動回路ハードウエア302を有する構成
で概略的に示す。好ましくはアクチュエータ100をばね
上部分とばね下部分の間に物理的に取り付け、螺旋スプ
リングのような消極的な支持部材の適用なしにまたはそ
れとともにばね上部分を支持することができる。さっら
に好ましくは消極的なコイルスプリングは自動車本体を
支持する助けとなる。
図８に示すようにハイドロニューマチックアクチュエ
ータ110はアキュムレータ128と連通している。ピストン
148を通る所定の流れのためにダンパバルブ156を通る流
れ制限を上限及び下限内で力を発生するように設定す
る。所望の力がダンパバルブ156の外側の場合にはサー
ボバルブ130を作動させる。サーボバルブ130はアクチュ
エータに高圧流体を供給するかアクチュエータ110の流
体を空にして貯蔵室140に戻す。
アクチュエータ110によって発生した力はアキュムレ
ータとピストンの合計である。
Factuator＝Facc＋Fpiston ここで： Fpiston＝Ｃ・Qpiston Qpiston＝Qrel＋Qserv Qrel＝Vrel・Apiston Facc＝Pacc・Arod Pacc＝Konst/Vacc k Fpiston＝ピストンからの作動力 Ｃ＝ダンパバルブの特性 Ccom＝ダンパバルブの命令設定 Qpiston＝ダンパバルブを通る液圧流 Qrel＝サスペンション速度の液圧流 Qserv＝サーポバルブからの液圧流 Qcom＝必要流 Facc＝アキュムレータ圧力からのアクチュエータ力 Pacc＝アクチュエータ圧力 Vacc＝アクチュエータ内のガス容積 アキュムレータ圧力Paccはアキュムレータ128内のガ
ス圧の迅速な変化の間にその処理の次の公式を有する断
熱曲線として説明する。
PaccVacc k＝konstここにｋ＝1.4 （16） アキュムレータ128内のガス容量のゆっくりした変化
の間に熱を周囲に伝達し、処理を次の公式によって調整
する。
Pacc/Vacc＝Ｔ＝konst. （17） ピストン力Fpistonはピストン148にわたる圧力降下に
よって発生し、その圧力降下はバルブ156によって発生
する流体制限によって生じる。流体制限は一般に力と流
体との間に直線的な関係であり特性“C"として示され
る。ダンパバルブ156の調整は上限及び下限Cfirm及びC
softの間の“C"の増加または減少を発生する。
それ故:Fpiston＝Ｃ・Qpiston （18） 相対流Qrelはアクチュエータシリンダ144とピストン1
48との間の相対運動に関する液圧流体の容積/2次流とし
て定義する。ピストン148を通る流体はサスペンションQ
relの相対速度とサーボバルブQservからの流れによって
生じる流れの合計である。
Qpiston＝Qrel＋Qserv （19） それ故サーボバルブ130へまたはそれからの流体を選
択的に制御することによってサスペンション運動に無関
係にピストン力Fpistonが発生するようにピストン148に
わたる流れを制御する。
ピストン148内に配置された無限に変化可能なダンパ
バルブ156をその上限及び下限Cfirm及びCsoft内で連続
的に制御する。アクチュエータコントローラ300からの
制御信号Ccomはバルブ156をいずれかの特性に調節する
ためにアクチュエータの駆動回路302を励磁する。“柔
らかい”特性は起動していない駆動回路によってバルブ
156によって実行される。“堅さ”特性はその駆動回路
からの最大出力によって実行する。パワーを削減し、サ
ーボバルブ130の不必要な起動を避けるためにサスペン
ション速度（４から７）に関し、かつ（適応性ルー
プ240の利得チューナ244からのGsoft及びGfirmから適当
に引き出された）“G"マトリックス内の利得値はダンパ
バルブ156の制限内になければならない。
アクチュエータ100は消極的なばね定数Kactを有し、
ばね定数は作動室146内のピストンロッド150によって置
換された流体の容積によって調整される。圧縮中のロッ
ド150は入り子式にハウジング144内に移動し、追加され
た容積がアキュムレータガス容積を圧縮し、アキュムレ
ータの圧力を増加させる。それ故アクチュエータのばね
定数Kactはアキュムレータ128内の圧力及び寸法及びピ
ストンロッド150の面積に依存する。ばね速度は特性の
負荷状態においてリニアに近似する。
アクチュエータスプリング定数kactはダンパバルブ15
6またはサーボバルブ130の作動なしにサスペンションの
変位に比例した力を発生する。この力はアクチュエータ
110内の力トランスデューサまたは圧力センサによって
測定されるからそれは制御装置を必要とする。利得マト
リックスGsoft及びGfirmは自動車のそのコーナーのアク
チュエータばね定数Kactに相応した各サスペンション変
位の利得値を含む。
アクチュエータコントローラ300はサーボバルブ130及
びタンパバルブ156の設定を同時に制御することによっ
て必要な力“U"を追跡するようになっている。したがっ
て必要なときにパワーの追加及び放出を行うためにサー
ボバルブ130をパワーの要求を“消散”するためにダン
パバルブ156を使用するだけでパワーを節減する。
要求される力“U"はアキュムレータFact及び力F
pistonによって発生される。要求される“U"とアキュム
レータFaccの間の差異がサーボバルブ130及びタンパバ
ルブ156によって発生されるピストン力を形成する。そ
れ故： Fpiston＝Ｕ−Facc （20） ピストン力はピストンバルブ156を通る流れ及びその
対応する減衰特性“C"によって発生する： Ｕ−Facc＝Ｃ・（Qrel＋Qserv） （21） アクチュエータコントローラ300の作動原理はサスペ
ンションに対するパワーを消散するか追加することであ
る。使用するエネルギーは自動車の垂直運動の動的なエ
ネルギーからかまたは中央圧力源から引き出される。ア
クチュエータコントローラの作動原理は図32の四分円の
対応する４つの場合に分割される。
I.サスペンションが圧縮されている状態：自動車の垂直
方向の運動の動的なエネルギーは減衰され、熱に変換さ
れる。（パワーの消散） II.サスペンションが伸長している状態：中央圧力源132
からのエネルギーがサスペンションに加えられる（流体
はサーボバルブ130を通って流れる）エネルギーは動的
エネルギーに変換され、アキュムレータ128内にポテン
シャルエネルギーとして蓄積される。
III.サスペンションが伸長している状態：自動車の垂直
方向の運動の動的なエネルギーは減衰され、熱に変換さ
れる。（パワーの消散） IV.アキュムレータ128内に蓄積されたポテンシャルエネ
ルギーが解放された状態（液圧流体がアクチュエータ11
0を出て貯蔵室134に戻る）。ポテンシャルエネルギーが
動的なエネルギー及び熱に変換される。
上述したように説明した４つのケースの各々は図32の
１つの四分円を表す。
ｙ軸はアキュムレータ力の大きさでその始点を有する
所望の力“U"を表す。Ｘ軸は相対流Qrelを表す。アキュ
ムレータの力Faccはダンパバルブ156の作動範囲が連続
的に上方及び下方に移動しないから一定ではないことに
留意すべきである。
上に示したケースＩ及びIIIは力の“消散”を示す。
このようにサーボバルブ130からの流れは必要でなく、
ピストンを通る流れ、Qpistonは相対的なサスペンショ
ン速度Qrelによって発生する流れと同様である。追加の
アキュムレータ力を供給することを除いてアキュムレー
タ110は上方及び下方の制限Csoft及びcfirmの間の無限
に変化可能な減衰を有するセミアクティブなアクチュエ
ータとして作用する。
点１（図32）は四分円Ｉに位置する要求される力“U"
の１例である。相対流Qrelは正であり、それによってア
クチュエータ100は圧縮されている。ダンパバルブ156は
ピストン力Fpistonをアキュムレータ力Faccの水準から
必要な水準にまで増加させることができる。相対運動が
必要な力と同じ極性を有するから必要な力“U"は運動に
抵抗を加えることによって達成される。それ故ダンパバ
ルブ156の調整は線“C"沿って示される。
ケースII及びIVにおいてダンパバルブ156の調整は十
分でなく、ダンパバルブ156を通る外方流を必要とす
る。サーボバルブ130からの流れの効果を図33に示す。
サーボバルブ130からアクチュエータ110の流れは“正”
として定義されダンパバルブ156の作動範囲をＸ軸（Q
ref）に沿って左に移動するように作用する。同様にア
クチュエータ110の“負”の流れは作動範囲を右に移動
させる。タンパバルブの作動範囲の移行はタンパバルブ
156の上限及び下限を使用して所望の力“U"を発生する
ことを可能にする。タンパバルブ156を“堅く”設定す
ることによって所望の力は最も低速のピストン流速でし
たがってサーボバルブ130からの最も低い流速で達成さ
れる。
ポイント“2"（図32及び図33）はケースIIの例を示
し、その場合必要な力“U"は正であり、相対運動は負で
ありすなわちアクチュエータが伸長している。伸長の間
にピストン148の下の作動室146内の容積は速度Qrelで増
加する。通常の消極的なショックアブソーバにおいては
発生した力が四分円III内にあるようにピストン上の上
方室から下方室に導かれる。しかしながら伸長中正の力
を作るためにピストンバルブ156を通る流体を反対方向
に流さなければならない。それ故、サーボバルブ130か
らアクチュエータ110への流体は相対流Qrefより大きく
なければならない。
必要な力“U"が四分円Ｉ及びIII内にあるがタンパバ
ルブ156の制限外のあるときにおいてサーボバルブ130か
らの外方流が要求を満足するために必要になる。
アクチュエータコントローラ装置 アクチュエータコントローラ装置300（図31）はサー
ボバルブQservに必要な流れ及びダンパバルブCcomのた
めの必要なタンパバルブ設定を計算することによって得
られる原則にしたがって作動するように設計されてい
る。図34に詳細に示すようにアクチュエータコントロー
ラ回路300は入力として要求力“U"及び測定力Factuator
を有する。サーボバルブ130の制御は力要求にしたがっ
て調整された利得を有する解放ループである。ダンパバ
ルブ156の制御はフィードバックとしてアクチュエータF
actuatorを有するPIコントローラである。
アクチュエータコントローラ300に入力される他の変
数はアキュムレータ力Facc及び相対流Qrelである。両変
数は直接に測定されないので、それらを計算しなければ
ならない。アキュムレータ力Faccの計算はアクチュエー
タ力Factuatorのローパスフィルタリング及びアキュム
レータ容積の変化を計算することによって行われる。相
対流Qrelはピストン148の面積に計算したサスペンショ
ン速度（オブザーバ208から入力された４乃至７）
を掛け合わせることによって計算する。
アクチュエータコントローラサイクル時間は“ダイナ
ミックレベリング”ループ202より４倍早い値に設定す
る。各サイクル中必要な力“U"に追随するために流れ及
びタンパ設定のために新しい命令信号Qcom及びCcomを計
算する。命令信号を発生するために、アクチュエータコ
ントローラ装置を３つの段階に分割する： A.パワーの確認部； B.サーボバルブ130の制御；及び C.ダンパバルブ156の制御． サーボバルブ130の作動は相対流Qrelに関する要求力
“U"の“位置”に依存する。位置は所望のピストン力
（Ｕ−Facc）及び相対流Qrelとの間の比として計算され
る商Ｃ′によって同定される。
その場合に： Ｃ′＝（Ｕ−Facc）/Qrel （22） 図35を参照すると、商Ｃ′の符号及び大きさはサーボ
バルブ130からの要求力を計算する利得“h"として使用
するアクティブ緩衝特性を示す。しかしながら利得“h"
はダンパバルブ156の上限及び下限内になければならな
い。
商Ｃ′が負（Ｃ′＜０）ならば、必要なピストン力は
四分円IIまたはIV内に配置され、サーボバルブ130から
の外方流が必要になる（アクチュエータ110の内外）。
時にアクチュエータが伸長しているときに流体を作動室
146の下方部に加え、アクチュエータ110が圧縮されてい
るときは流体をサーボバルブ130を通して下方部分から
排出する。それ故、最小の流れを追加することによって
必要な力を達成するためにダンパバルブ156は“堅く”
サーボバルブ130の利得“h"はCfirmに設定しなければな
らない。
商Ｃ′がCfirmより大きいならば（Ｃ′＞Cfirm）、必
要なピストンは四分円ＩまたはIIIにある。しかしなが
らダンパバルブ156の“堅い”特性は十分に堅くなく所
望の力はサーボバルブ130を通る外方流を介してピスト
ンバルブ156を通る流れを積極的に“増加”することに
よってのみ達成される。アクチュエータ110が伸長状態
にあるときに流体“増加”するためにサーボバルブ130
を介して流体を下方部154から貯蔵室140に排出する。圧
縮ストロークの間に流体を“増加”させるためにサーボ
バルブ130を介して流体を液圧装置132から作動室146の
下方部154に加える。それ故、サーボバルブ130の利得
“h"はCfirmに設定される。
商Ｃ′がCfirmより小さいならば（Ｃ′＜Cfirm）、必
要なピストン力は四分円ＩまたはIIIにある。しかしな
がらダンパバルブ156の“柔らかい”特性は十分に柔ら
かくなく所望の力はバルブ156を通るピストン流を積極
的に“減少”することによってのみ達成される。特にア
クチュエータ110が伸長状態にあるときにバルブ156にわ
たる“減少した”流れは作動室の下方部154に流体を加
えることによって発生する。さらにアクチュエータ110
が圧縮状態にあるときに下方部分154から流体を排出し
て貯蔵タンク140に戻すことによって“減少した”流れ
が発生する。それ故サーボバルブ130への利得“h"はC
softに設定される。
商Ｃ′がダンパバルブ156それ自身の制限範囲にある
場合にはダンパバルブ156を選択的に調整し、利得“h"
をＣ′に設定するだけで所望のピストン力が発生する。
好ましくはサーボバルブ130は開放制御ループを有
し、それは利得“h"、相対流Qrel及び必要なピストン力
（Ｕ−Facc）に基づいた直後の計算を使用する。ダンパ
バルブ156の理想的な減衰特性としての利得“h"に関し
て必要な ピストン流Qpiston＝（Ｕ−Facc）/h （23） ピストン流Qpiston及びQrelとの間の差異はサーボバ
ルブ130からの必要な流れであり、それは： Qcom＝（Ｕ−Facc）/h−Qrel （24） 所望の力“U"がダンパバルブ156の制限内にあるなら
ば利得“h"に商Ｃ′の値が割り当てられる。それ故、公
式（22）の右側を公式（23）の利得“h"に置換すること
によってサーボバルブからの必要な流れがゼロになる。
図36はこれまで詳述した公式を使用してサーボバルブ
130を制御するアクチュエータコントローラ回路300の一
部が示されている。図37は相対流に対して描かれた所望
のピストン力を示すグラフであり、そのグラフはダンパ
バルブ156の作動領域の各四分円を通って時計方向に走
る楕円曲線を形成する。サーボバルブ130の制御法は次
のモード状態を生じる： ａ−b:アクチュエータ110が変化可能なダンパとして
作動している。
ｂ−c:サーボバルブ130を通ってアクチュエータ110の
流出； ｃ−d:アクチュエータ110が変化可能なダンパとして
作動している。
ｄ−a:サーボバルブ130からアクチュエータ110への流
入； サイクル全体ａ−ａの間のサーボバルブ130の作動
“デューティ”サイクルの例を図38に示す。時間間隔ｄ
−ａは完全な“デューティ”サイクルａ−ａの約20％の
みであり、アクチュエータ110への追加のために中央圧
力源132からエネルギーを伝達する時間のであることを
示す。サーボバルブ130の動きは必要流（点線）及び実
際流の間の時間遅延を作る。
“理想的な”状態のもとにおいてサーボバルブ130の
制御において使用する利得“h"は必要なダンパ設定とし
て使用する。しかしながら非線形性、時間遅延、計算ミ
スは閉制御ループでダンパバルブ156を制御することを
好ましくし、そのループは実際のアクチュエータ力Facc
をフィードバックする。
図39のブロックダイヤグラムはタンパバルブ用のアク
チュエータコントローラ300に関する制御装置を示す。
必要な力“U"とアクチュエータ力Factuatorとの間のエ
ラー“e"はブロック320のピストン流（DIR＝１または−
１）の方向を計算するために修正される。第２のブロッ
ク322はPIコントローラであり、第３のブロック324は必
要な信号Ccomをタンパバルブ156の制限内に飽和させ
る。
ピストンバルブ156を通る流れは双方向であるからピ
ストン流の符号に対する“e"の補正は必要である。ダン
パ特性内の増加的な変化は正のピストン流（ピストン14
8の下の下方室154からピストン上の上方室への流れ）か
らの力の漸増的な増加を招く。しかしながら流れが負の
ときは増大する変化は力の減少である。
PIコントローラ324はできるだけ早い応答のために調
整される。ピストン流Qpistonはダンパの設定及びピス
トン力の間の別の利得としてコントロールループとして
作用する。閉制御ループの周波数応答は現在のピストン
流による。
周波数が増加すると、本体の動きが減少し、サスペン
ション運動は主にホイールから引き出される。約6MHz以
上の道路外乱周波数では必要な力“U"はダンパバルブ15
6のリーチ内の約95％である。これらの高周波数では力
の要求は相対流に比例するようになり、（図40参照）す
なわちダンパ設定は一定に近づき、サーボバルブ130か
らの流れを必要としない。
パワー消費 アクチュエータ100のパワー消費は“ピーク”パワー
消費及び“平均の”パワー消費として測定される。アク
チュエータ110のパワー消費はアクチュエータの力をサ
スペンションの相対速度に掛け合わせることによって定
義する。： Pactuator＝Fact・Vref （25） 本発明のダイナミックレベリング装置のパワー消費の
関心は中央液圧装置136から供給され各アクチュエータ
によって消費される液圧パワー消費である。これは必要
な力“U"が四分円II（図37及び図40）にあるときに追加
の流体をアクチュエータ110に供給したときにのみ起こ
る。“装置”のパワー消費は次のように定義する。： Psystem＝psystem・Qserv（Qscrv＞０） 装置圧力psystemは中央圧力源132によって維持される
圧力である。パワー消費を最小にするために最も極端な
状態によっておいてアクチュエータ110を指示するため
にできるだけ小さく装置圧力を設計しなければならな
い。
本発明は従来のアクティブなサスペンション装置に比
較して車高の変化を動的に調整するために必要なピーク
流及びピークパワー要求においてかなりの減少を生じ
る。制限流は自動車の姿勢変化に応答して流れ制御手段
を補助する。この補助によって装置の流れ及びパワー要
求の減少を推進し、改良された反応特性を発生する。さ
らに各サスペンションコーナーで独立したアクチュエー
タ110を使用することによって自動車本体の垂直及び側
方の両運動に応答する改良された全体の自動車姿勢制御
を提供する。
ここに示した好ましい実施例は上記した目的を満たす
ようによく計算されているのは明らかであるが本発明の
範囲を離れることなく変更、変形及び変化を行い得るこ
とを理解すべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B60G 17/015

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】自動車の各コーナーに配置されかつ自動車
    の本体とサスペンションとの間に接続された液圧アクチ
    ュエータであって、該アクチュエータの各々は、中に減
    衰流体を収容する作動室を形成し、サスペンション及び
    自動車本体の片方に接続された圧力シリンダ、該圧力シ
    リンダ内に同軸に並進運動可能に配置されたピストン及
    びロッドアセンブリであって、ピストンの両側に作動室
    の第１の部分及び第２の部分を形成し、前記ロッドがピ
    ストンの反対の端部でサスペンション及び自動車本体の
    他方に固定されているピストン及びロッドアセンブリを
    有する液圧アクチュエータと、 前記作動室の第１の部分と第２の部分との間の減衰流体
    の流れを変化させる変化可能な流れ制限手段と、 サスペンション及び自動車の本体の動的な運動を検出
    し、それに応答して出力信号を発生するセンサ手段と、 各アクチュエータに対して外部の高圧減衰流体源を配備
    する流体供給手段と、 前記アクチュエータと前記流体供給手段との間の減衰流
    体の流れを制御するための各アクチュエータに組合わさ
    れ、前記作動室の第１及び第２の部分の一方と流体的に
    連通している流れ制御手段と、 前記各アクチュエータに組合わされ、前記作動室の第１
    及び第２の部分の他方に流体連通しているアキュムレー
    タと、 各アクチュエータのための必要な力出力信号“U"を計算
    するために前記センサ手段から出力信号を受け、前記必
    要な力を発生するために前記変化可能な流れ制限手段と
    前記流れ制御手段との少なくとも一方を選択的に作動す
    るようになっている制御手段と、 を有し、前記変化可能な流れ制限手段は前記作動室の第
    １及び第２の部分の間のピストンを通じる変化可能な流
    れ制限を発生するための連続的に変化可能なピストンダ
    ンパバルブである自動車用の低パワーの完全にアクティ
    ブなサスペンション装置。
  2. 【請求項２】前記制御装置は最小及び最大の流れ制限の
    間で前記流れ制限手段を通る流れを選択的に変化させる
    ことにより、前記流れ制限手段の作動を介して自動車サ
    スペンションの動的な運動を消極的に制御し、前記流れ
    制限手段及び前記流れ制御手段を同時に作動させて自動
    車の動的な運動をアクティブに制御し、前記アクチュヱ
    ータの前記作動室に高圧流体に加えるかまたは前記作動
    室から貯蔵室へ流体を排出するようになっている中央制
    御装置を有する請求項１のサスペンション装置。
  3. 【請求項３】前記中央制御装置は出力信号Udynを発生す
    る閉ループダイナミックレベリングコントローラ回路
    と、出力信号Uoを発生する閉ループ負荷レベリングコン
    トローラ回路とを有する完全状態フィードバック制御装
    置であり、各アクチュエータの必要な力信号“U"を公式
    “U"＝Udyn＋Uoで決定する請求項２のサスペンション装
    置。
  4. 【請求項４】前記ダイナミックレベリングコントローラ
    回路は、前記センサ手段からの出力信号を処理し、自動
    車サスペンション及び本体の速度及び変位を表す状態変
    化可能なベクトルXnを生じる信号処理手段と、所定の自
    動車の動的な性能の要求に基づいた堅さ及び減衰特性を
    画定するフィードバック利得マトリックスGnを有する自
    動車コントローラ手段とを有し、前記自動車コントロー
    ラ手段は公式:Udyn＝−Gn（Xn）にしたがって“Udyn"を
    計算するために前記信号処理手段からの出力を受けるよ
    うになっている請求項３のサスペンション装置。
  5. 【請求項５】前記中央制御装置は前記フィードバック利
    得マトリックスGnを連続的に変更するために利得適用手
    段を有し、自動車サスペンションの減衰に対応するフィ
    ードバック利得はサスペンション速度の周波数及び振幅
    の変化に応答して変更される請求項４のサスペンション
    装置。
  6. 【請求項６】前記流れ制御手段は前記液圧アクチュエー
    タの各々と作動的に組合わされたサーボ流れ制御バルブ
    であり、前記流体供給手段は中央自動車液圧装置を有
    し、該液圧装置は前記アクチュエータに高圧減衰流体を
    供給するために前記サーボ流れ制御バルブの各々に高圧
    減衰流体を供給するためのポンプ及びアキュムレータ
    と、前記アクチュエータの作動室から前記サーボ流れ制
    御バルブを通じて排出された減衰流体を受けるための貯
    蔵タンクとを有する請求項２のサスペンション装置。
  7. 【請求項７】自動車の各コーナーに配置されかつ自動車
    の本体とサスペンションとの間に接続された液圧アクチ
    ュエータであって、該アクチュエータの各々は、中に減
    衰流体を収容する作動室を形成し、サスペンション及び
    自動車本体の片方に接続された圧力シリンダ、該圧力シ
    リンダ内に同軸に並進運動可能に配置されたピストン及
    びロッドアセンブリであって、ピストンの両側に作動室
    の第１の部分及び第２の部分を形成し、前記ロッドがピ
    ストンの反対の端部でサスペンション及び自動車本体の
    他方に固定されているピストン及びロッドアセンブリを
    有する液圧アクチュエータと、 前記作動室の第１の部分と第２の部分との間の減衰流体
    の流れを変化させる変化可能な流れ制限手段と、 前記アクチュエータに組合わされ、前記アクチュエータ
    と中央高圧流体源との間の減衰流体の流れを制御するた
    めに前記アクチュエータを前記中央高圧流体源に接続
    し、前記作動室の第１及び第２の部分の一方と流体的に
    連通している流れ制御手段と、 前記アクチュエータに組合わされ、前記作動室の第１及
    び第２の部分の他方に流体運適しているアキュムレータ
    と、を有し、前記変化可能な流れ制限手段は前記ピスト
    ンに組合わされ無限に変化可能な流れ制限バルブを有
    し、最大の流れ制限から最小の流れ制限まで選択的に変
    化可能である自動車用のアクティブサスペンション装置
    に使用する装置。
  8. 【請求項８】前記流れ制御手段は前記アクチュエータと
    前記中央圧力源との間に直列に流体的に接続されたサー
    ボバルブである請求項７の装置。
  9. 【請求項９】自動車のサスペンション及び本体の動的な
    動きにおける変化に応答して自動車の姿勢のダイナミッ
    クレベリングを行う方法であって、自動車の各コーナー
    でサスペンションと本体との間に液圧アクチュエータを
    接続し、該液圧アクチュエータは圧力シリンダ内に配置
    されたピストン及びロッドアセンブリを有し、前記ピス
    トンは圧力シリンダ内に減衰流体を収容するための作動
    室の第１及び第２の部分を画成し、 各アクチュエータの作動室の前記第１の部分をポンプ及
    び貯蔵室を有する高圧流体源に接続し、 前記作動室の第１の部分の流体の放出または追加を制御
    するために前記高圧流体源と各アクチュエータとの間に
    流れ制御手段を接続し、 各アクチュエータの作動室の前記第２の部分にアキュム
    レータを接続し、 前記作動室の前記第１の部分と前記第２の部分との間の
    減衰流体の流れを変化させるために上限及び下限の間で
    変化可能な流れ制限手段を設け、 自動車の各コーナーのサスペンション及び本体のダイナ
    ミックな動きを検出してそれに応答して電気センサ出力
    信号を発生し、 前記電気センサ出力信号に応答して各アクチュエータ用
    の所望のサスペンション力“U"を計算し、 前記流れ制御手段及び変化可能な流れ制限手段の作動を
    制御し、各アクチュエータからの所望の出力Factuator
    を発生するアクチュエータコントローラに前記サスペン
    ション力信号“U"入力し、 前記所望のサスペンション力信号“U"が前記変化可能な
    流れ制限手段の上限及び下限の範囲内にある時に前記ア
    クチュエータ力Factuatorを発生させるために前記変化
    可能な流れ制限手段を作動させ、 前記変化可能な流れ制限手段を上限又は下限に設定する
    ように連続的に作動させ、同時に、前記アクチュエータ
    へのエネルギーを加減するために前記高圧流体源と前記
    アクチュエータとの間の流体連通通路を断続的に開放ま
    たは閉鎖するように前記流れ制御手段を作動させ、 それによって実質的に同時の作動が前記所望のサスペン
    ション力“U"が前記流れ制限の限界範囲の外部にあると
    きはいつでも前記アクチュエータ力Factuatorを発生さ
    せ、前記変化可能な流れ制限手段は前記ピストンに組合
    わされ無限に変化可能な流れ制限バルブを有し、最大の
    流れ制限から最小の流れ制限まで選択的に変化可能であ
    る、方法。
  10. 【請求項１０】前記アクチュエータコントローラに関す
    る前記作動段階は次の公式： Factuator＝Facc＋Fpiston ここで： Fpiston＝Ｃ・Qpiston Qpiston＝Qrel＋Qserv Qrel＝Vrel・Apiston Facc＝Pacc・Arod Pacc＝Konst/Vacc k Fpiston＝ピストンからの作動力 Ｃ＝ダンパバルブの特性 Ccom＝ダンパバルブの命令設定 Qpiston＝ダンパバルブを通る液圧流 Qrel＝サスペンション速度の液圧流 Qserv＝サーポバルブからの液圧流 Qcom＝必要流 Facc＝アキュムレータ圧力からのアクチュエータ力 Pacc＝アクチュエータ圧力 Vacc＝アクチュエータ内のガス容積 にしたがってアクチュエータ力Factuatorを発生するこ
    とを含む請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】自動車のばね上部分とばね下部分との間
    に接続されたアクチュエータを有するアクティブなサス
    ペンション装置に完全なフィードバック制御装置の利得
    を適用するための方法であって、 自動車のばね上およびばね下部分の速度及び変位を定義
    する状態変数ベクトルXnを発生するための複数のトラン
    スデューサからの出力信号を受けるようになっており、
    必要な出力Ｕ＝Gn（Xn）を発生するために所定の自動車
    性能要求に基づいて堅さ及び減衰特性を定義するフィー
    ドバック利得マトリックスGnを有する閉ループダイナミ
    ックレベリングコントロール回路を準備し、 自動車の相対サスペンション速度の周波数及び振幅にお
    ける変化によって表される外乱を同定し、 前記外乱の周波数内容に基づいて利得重み係数（α）を
    計算し、 公式： ｇ＝（１−（α）gsoft＋（α）gfirm ここに:0＜（α）＜１ によって第１のフィードバック利得マトリックスGsoft
    及び第２のフィードバック利得マトリックスGfirmのリ
    ニア組み合わせマトリックス“G"を計算し、 変形した要求出力信号“U"を連続的に計算するためにフ
    ィードバック利得マトリックスGnに重み付けされたリニ
    ア組み合わせマトリックス“G"を入力する段階を有する
    方法。
  12. 【請求項１２】リニア組み合わせマトリックス“G"を計
    算する前記段階は前記外乱の同定に続き自動車のダイナ
    ミックな動きを連続的に変化させるために備えられてい
    る請求項11に記載の方法。
  13. 【請求項１３】第１のフィードバック利得マトリックス
    Gsoft及び第２のフィードバック利得マトリックスGfirm
    に関するサスペンション減衰特性を減少または増加する
    ためにフィードバック利得を調整するための完全なフィ
    ードバック利得適用性回路を形成し、前記第１のフィー
    ドバックマトリックスGsoftは円滑な乗り心地を提供す
    るために自動車サスペンションの比較的に柔らかい減衰
    を行い、第２のフィードバック利得マトリックスGfirm
    は道路保持性を改良するために自動車サスペンションの
    堅い減衰を提供するようになっている請求項11に記載の
    方法。
  14. 【請求項１４】利得重み係数（α）を計算する段階は： サスペンション速度の周波数及び振幅を表す外乱入力信
    号を濾波し、サンプリングを行い、 濾波信号を整流し、 出力信号を１に最大化するために整流信号を飽和し、利
    得重み係数（α）の大きさは０から１の範囲内にあり、
    （α）は自動車のばね上部分の自然周波数に近い周波数
    において約０の大きさであり、ばね下部分の自然周波数
    に近い周波数において約１の大きさである請求項13に記
    載の方法。
  15. 【請求項１５】アクチュエータコントローラ装置に入力
    する必要な力出力信号“U"を発生するための低いパワー
    の完全にアクティブなサスペンション装置用のダイナミ
    ックレベルコントロール装置であって、 自動車のサスペンション及び本体の動的な動きを検出し
    それに応答してセンサ出力信号を発生するセンサ手段
    と、 自動車のサスペンション及び本体の動的な動きを表す状
    態変数ベクトルXnを発生するためにセンサ出力信号を処
    理し、前記センサ出力信号から状態変数ベクトルXnのう
    ち少なくとも１つの状態変数を計算する計算手段を有す
    る信号処理手段と、 所定の自動車のダイナミックな性能要求に基づいて状態
    変数ベクトルXnのために堅さ及び減衰特性を定義するフ
    ィードバック利得マトリックスGnを有する自動車コント
    ローラ手段とを有し、該自動車コントローラ手段は状態
    マトリックス公式Udyn＝−Gn（Xn）にしたがって
    “Udyn"を計算するために前記信号処理手段からの出力
    を受けるダイナミックレベリングコントロール装置。
  16. 【請求項１６】閉ループフィードバック利得調整コント
    ローラである請求項15に記載のダイナミックレベリング
    コントロール装置。
  17. 【請求項１７】前記利得マトリックスGnのフィードバッ
    ク利得は、該フィードバック利得が自動車本体上に作用
    する堅さ及び減衰特性を表すように所定の自動車性能に
    よって極の配置を画定するように極配置法によって決定
    され請求項16に記載のダイナミックレベリングコントロ
    ール装置。
  18. 【請求項１８】前記状態変数ベクトルXnは自動車の各コ
    ーナーの動的な動きを定義する14の状態変数すなわち： x1＝、c.gの上昇速度 x8＝ｚ、c.gの上昇変
    位 x2＝，ピッチ角速度 x9＝θ，ピッチ角
    度 x3＝，ロール角速度 x10＝Φ，ロール
    角度 x4＝左前方サスペンション速度 x11＝左前方サス
    ペンション変位 x5＝右前方サスペンション速度 x12＝左前方サス
    ペンション変位 x6＝右後方サスペンション速度 x13＝右後方サス
    ペンション変位 x7＝左後方サスペンション速度 x14＝左後方サス
    ペンション変位 を有する請求項17に記載のダイナミックレベリングコン
    トロール装置。
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