JP2969315B2 - 車両用サスペンション制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用サスペンション
制御装置に関し、特に、車両にローリング等が発生した
際の姿勢制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の一般的なサスペンション装置は、
懸架ばねとショックアブソーバとを組み合わせて、所定
のばね作用と緩衝作用が働くように構成されているが、
この場合には、サスペンション特性は略一定のものとな
る。しかし、要求されるサスペンション特性は運転条件
によって変化し、この要求に対応させるために、所謂ア
クティブサスペンション装置が提案されている（例え
ば、実願平２−２７９２２号、実願平２−２８９３１号
及び実開平２−２１２号公報等参照）。

【０００３】これは、車輪を取り付けた車軸を車体に対
して油圧シリンダを介して支持し、走行状態に応じて変
化する車体と車軸との相対変位に基づく油圧シリンダの
実ストロークを検出して目標ストロークと一致させるよ
うに、前記油圧シリンダに供給する作動油流量を制御し
て油圧シリンダを伸縮させることで車高を調整するよう
にしたものである。

【０００４】さらに、本出願人はロール特性やピッチ特
性をドライバの好みに応じて可変できるアクティブサス
ペンション装置として、簡単化した数式モデルを用いて
目標ストロークの設定を行い、姿勢制御特性の変更を容
易にした車両用サスペンション制御装置を、先に出願し
た（実願平４−１８６６３号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらのア
クティブサスペンション装置にあっては、通常の外力と
して、車線変更時や旋回時に発生する求心加速度による
慣性力を想定しているが、車両は走行時に急激な横風を
受けることがある。ここで、横風等により直接外力が車
両に作用して、急激な車線変更がなされた場合でも、従
来のアクティブサスペンション装置にあっては、ばね上
系は慣性力によるローリングにより当該横風に向かって
ローリングすると判断されるので、発生したローリング
を低減させるべく、ばね上系を当該横風による外力の方
向にアンチロール制御を行う。しかしながら、当該横風
等による外力により、車両は横風等による外力の方向に
ローリングするように作用を受け、もってますますロー
リング角が大きくなってしまう惧れがある。

【０００６】例えば、進行方向左側からの横風が車両に
作用して、車両が急激に進行方向右側に車線変更がなさ
れた場合でも、従来のアクティブサスペンション装置に
あっては、ばね上系は慣性力によるローリングにより進
行方向左側に向かってローリングすると判断されるの
で、進行方向右側にアンチロール制御を行う。しかしな
がら、当該横風による外力により、車両は進行方向右側
にローリングするように作用を受け、もってますますロ
ーリング角が大きくなってしまう惧れがある。

【０００７】即ち、進行方向横からの外力が車両に作用
した場合に、アクティブサスペンション装置が外力を打
ち消すようにバネ系の剛性を変えているも拘らず、車体
があたかも外力が大きくなったような挙動を示すことと
なり、かえって姿勢特性や収れん性が悪化してしまう惧
れがある。本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、
運転者が操舵を行ったことによって発生するローリング
のみを積極的にアンチロール制御を行うことにより、進
行方向横側からの風が車両に作用した場合も、安定した
姿勢制御を可能とした車両用サスペンション制御装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、車両
のばね上とばね下間の相対変位を検出する相対変位検出
手段と、車両に生じる少なくとも横方向を含む加速度を
検出する加速度検出手段と、車両に生じる加速度に基づ
いて車両にモーメントが発生した時のモーメント中心位
置に対して実際の車両質量の位置と反対側のモーメント
中心から任意の距離の位置に仮想した前記実際の車両質
量と同等の仮想質量に基づいて予め設定した少なくとも
ローリングを含む車体の姿勢変化を表す数式モデルに従
って前記加速度検出手段の検出値に対応する目標ストロ
ークを演算する目標ストローク演算手段と、該目標スト
ローク演算手段で演算された目標ストロークに前記相対
変位検出手段の検出ストロークが一致するように制御す
る姿勢制御手段と、前記モーメント中心から仮想質量ま
での距離を任意に設定して前記目標ストローク演算手段
で演算する目標ストローク可変設定可能な目標ストロー
ク設定手段と、を備える車両用サスペンション制御装置
において、操舵角を検出する操舵角検出手段を設け、操
舵角検出手段により検出された操舵角が所定値以上とな
ったときのみ前記姿勢制御手段におけるローリングに係
る姿勢制御を開始し、姿勢制御開始後前記横方向加速度
が所定値以下の状態が所定時間継続された後、操舵角が
所定値未満となったときのみ該姿勢制御を終了する構成
とした。

【０００９】

【作用】車両が、例えば進行方向横向きの風を受ける
と、該横風を外力として車体に車体角が生じ、当該外力
に係る慣性力によりローリングが発生するが、ばね上系
は当該慣性力による横加速度とローリングの向きが一致
せず、発生したローリングを小さくするように姿勢制御
を行っているにもかかわらず、ローリング角が大きくな
り、前記外力によるローリングを助長することとなる。
このため、操舵角検出手段により検出される操舵角が所
定値以上となったときにのみ、運転者が操舵を行ったこ
とによってローリングが発生する惧れがあるとして、該
操舵により発生したローリングを抑制すべく、アンチロ
ール制御を開始し、安定した姿勢制御を可能とし、姿勢
制御開始後前記横方向加速度が所定値以下の状態が所定
時間継続された後、操舵角が所定値未満となったときの
み姿勢制御を終了する。

【００１０】即ち、発生したローリングが姿勢制御手段
において抑制すべき方向のローリングである場合には、
該姿勢制御を行って、発生したローリングを積極的に低
減させるが、例えば横風を外力として発生した慣性力等
の、操舵によらないで発生する慣性力に係るローリング
に関しては、アンチロール制御を行わない。これにより
外力により発生するローリングを助長することがなく、
もって姿勢の収れん性が向上し、例えば進行方向横側か
らの風が車両に作用した場合も安定した姿勢を得ること
が可能となり、所望の姿勢制御特性を容易に得ることが
できる。又、例えば、車線変更が終了し車両が直進走行
に移行したか否かの判断が可能であり、該車線変更が終
了したと判断される際には、そのときまでのアンチロー
ル制御を行うか否かの制御を終了し、新たにローリング
に係る制御を行うので、所望の姿勢制御特性を確実に得
ることが可能となるという効果もある。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。本実施例の構成を示す図１において、車輪１は
車軸２を介して油圧シリンダ３によって車体４に支持さ
れている。油圧シリンダ３の油室３ａは流量制御弁５を
介してポンプやタンク等で構成される油圧供給源ユニッ
ト６に連結している。流量制御弁５は、サーボアンプ７
の出力に応じて油圧シリンダ３への給排油量を制御す
る。前記サーボアンプ７は、油圧シリンダ３に並設され
車体（ばね上）と車軸（ばね下）との相対変位を検出す
るストロークセンサ８からの実ストロークと、後述する
コントロールユニット９からの目標ストロークを比較
し、その偏差に応じた駆動信号を流量制御弁５に出力す
る。

【００１２】即ち、実ストロークとして検出される相対
変位は相対状態であり、当該実ストロークを検出するス
トロークセンサ８は相対状態検出手段の機能を奏するも
のである。尚、コントロールユニット９及び油圧供給源
ユニット６を除いた他の構成要素は、各車輪毎に設けら
れている。

【００１３】前記コントロールユニット９は、前記スト
ロークセンサ８からの実ストローク、圧力センサ10から
の油室３ａの圧力、横Ｇセンサ11からの車両の横加速
度、前後Ｇセンサ12からの車両前後加速度、また図示し
ないハンドル等に設けられて、運転者による操舵角を検
出する操舵角センサ15からの操舵角信号が入力される。
即ち、操舵角センサ15は操舵角検出手段としての機能を
奏している。

【００１４】更には、目標ストローク設定手段としての
ロール特性及びピッチ特性を設定するための目標ロール
高設定器13からの目標ロール高及び目標ピッチ高設定器
14からの目標ピッチ高の各出力も入力され、これら各入
力値に基づいて後述する所定の演算式により目標ストロ
ークを演算してサーボアンプ７に出力する。コントロー
ルユニット９は、図２に示すように、圧力センサ10の出
力を圧力信号に変換して入力する圧力信号入力手段21
と、ストロークセンサ８の出力をストローク信号に変換
して入力するストローク信号入力手段22と、このストロ
ーク信号から変位速度を演算するストローク速度演算手
段23と、横Ｇセンサ11の出力を横加速度信号に変換して
入力する横加速度信号入力手段24と、前後Ｇセンサ12の
出力を前後加速度信号に変換して入力する前後加速度信
号入力手段25と、油圧シリンダ３の標準状態における基
準ストロークを設定する基準ストローク設定手段26と、
同じく基準圧力を設定する基準圧力設定手段27と、油圧
サスペンションの模擬ばね定数と模擬減衰係数をそれぞ
れ設定する模擬ばね定数設定手段28及び模擬減衰係数設
定手段29と、操舵角センサ15の操舵角Ｊを操舵角信号Ｊ
に変換して入力する舵角信号入力手段32と、これらの各
信号及び前記ロール高設定器13とピッチ高設定器14から
の各信号に基づいて後述するように目標状態量としての
目標ストロークを演算する目標ストローク演算手段30
と、演算された目標ストロークに対応する出力をサーボ
アンプ７に出力する目標ストローク出力手段31とを備え
る。

【００１５】ここで、ストローク信号入力手段22は相対
状態検出手段の機能を、横加速度信号入力手段24と前後
加速度信号入力手段25とは加速度検出手段の機能を、目
標ストローク演算手段30は目標状態量演算手段の機能
を、目標ストローク出力手段31は姿勢制御手段の機能を
各々奏するものである。次に、本実施例のローリング制
御について説明する。

【００１６】図３で、ロール中心ＲＣから距離Ｈ_r の位
置にあるばね上質量ｍと対向して距離Ｈ_r ′の位置に仮
想の質量ｍ（図中破線で示す）を考えた場合、定常状態
におけるロール中心ＲＣ回りのモーメントの釣合いは、
次式で表すことができる。 −２・Ｓ² ・ｋ・θ_r ＋ｍ・β・Ｈ_r −ｍ・β・Ｈ_r ′＝０・・・（１） ここで、Ｓ：ＲＣ〜サス間距離、ｋ：サスばね定数、θ
_r ：ロール角、β：横加速度である。

【００１７】これにより、定常時のロール角θ_r は次式
で与えられ、ロール中心ＲＣから仮想質量までの距離Ｈ
_r ′を変えることにより横加速度βに対するロール角θ
_r を任意に設定可能となる。 θ_r ＝ｍ・β・（Ｈ_r −Ｈ_r ′）／（２・Ｓ² ・ｋ）・・・・（２） ここで、前記仮想質量ｍによるモーメント力をサスペン
ションに設けた油圧シリンダで実現するには、油圧シリ
ンダによる発生力Ｆを（１）式より次式のように設定す
ればよいことが判る。

【００１８】 Ｆ＝（ｍ・β・Ｈ_r ′）／（２・Ｓ） ・・・・・（３） そして、本実施例のように位置制御とすれば、（３）式
からその目標ストロークｙ_R は次式で与えることができ
る。 ｙ_R ＝Ｆ／ｋ_m ＝（ｍ・β・Ｈ_r ′）／（２・Ｓ・ｋ_m ）・・・（４） ここで、ｋ_m ：模擬ばね定数である。

【００１９】これにより、ロール中心ＲＣから仮想質量
までの距離Ｈ_r ′を変更することで目標ストロークを任
意に設定することができる。以上は２輪モデルについて
述べたが、４輪の場合には、図４に示すように、車両の
重心点ＣＧから前輪と後輪の各ロール中心ＲＣまでの距
離Ｌ_f 、Ｌ_r の比率から前・後軸毎に、次式で与えられ
る等価的な質量（図中破線で示す）を考え、これら質量
ｍ_f 、ｍ_r を前記（４）式のｍと置き換えれることで、
２輪の場合と同様にして各軸を個別に制御することがで
きる。

【００２０】 ｍ_f ＝（Ｌ_r ・ｍ）／（Ｌ_f ＋Ｌ_r ）・・・・・（５） ｍ_r ＝（Ｌ_f ・ｍ）／（Ｌ_f ＋Ｌ_r ）・・・・・（６） 図中、Ｓ_f 、Ｓ_r は前輪と後輪のロール中心〜サス間距
離、ｋ_f 、ｋ_r は前輪と後輪のサスばね定数である。
尚、前後ロール角は基本的に同一という前提で、フレー
ムの捻れによるロール中心ＲＣ回りのトルクは考慮して
いない。

【００２１】また、ピッチ制御については、前後加速度
をα、ピッチ中心と仮想質量間の距離をＨ_P ′、ピッチ
中心とサス間との距離をＬとすれば、ロール制御の場合
と同様であり、目標ストロークｙ_P は、次式で与えるこ
とができる。 ｙ_P ＝（ｍ・α・Ｈ_P ′）／（２・Ｌ・ｋ_m ）・・・（７） 次に本実施例のサスペンション制御装置の制御動作につ
いて図５のフローチャートを参照して説明する。

【００２２】まず、ステップ１では、各センサから圧力
信号Ｐ、ストローク信号ｙ、横加速度β、前後加速度α
及び空気圧信号ＡＰを読み込む。ステップ２では、読み
込んだ実際のストロークｙと基準ストロークｙ₀ との偏
差から求めた変位（ｙ−ｙ₀ ）を微分してｙ′＝ｄ（ｙ
−ｙ₀ ）／ｄｔとして変位速度ｙ′を算出する。

【００２３】ステップ３では、模擬ばね定数ｋ_m 及び模
擬減衰係数Ｃ_m の設定と、各設定器13，14により目標ロ
ール高Ｈ _r ′及び目標ピッチ高Ｈ_P ′を設定する。ステ
ップ４では、現在操舵角が大きい状態であるか否かを判
断するフラグＦが０か１を判断する。そしてＦ＝０であ
ると判断された場合には、現在は操舵角が大きい状態で
はないとして、ステップ５に進む。

【００２４】ステップ５では、操舵角Ｊが所定の小操舵
角Ｊ_L 以上か否かを判断する。そして、Ｊ≧Ｊ_L の場合
には、これまでは操舵が成されていなかったが、運転者
が操舵を開始したことにより、操舵角ＪがＪ≧Ｊ_L とな
ったと判断し、ロール制御及びピッチ制御を開始すべ
く、ステップ６に進む。ステップ６では、現在操舵角が
大きい状態となったので、前記フラグＦをＦ＝１とす
る。

【００２５】一方、ステップ５において、Ｊ＜Ｊ_L と判
断された場合には、これまでは操舵が成されておらず、
運転者は未だ操舵を開始していない状態であり、仮にロ
ーリングが発生したことが検出されても、当該ローリン
グは例えば横風等を外力として発生した、操舵によらな
いで発生した慣性力に係るローリングであるとして、目
標ロール高Ｈ _r ′をＨ _r ′＝０として、アンチロール制
御を行わない。

【００２６】即ち、例えば車両が進行方向横向きの風を
受けると、該風を外力として車体に車体角が生じ、当該
外力に係る慣性力によりローリングが発生するが、ばね
上系は当該慣性力による横加速度とローリングの向きが
一致せず、発生したローリングを小さくするように姿勢
制御を行っているにもかかわらず、ローリング角が大き
くなり、車両が進行方向横向きの風を受けた際の前記外
力によるローリングを助長することとなる。

【００２７】このため、Ｊ≧Ｊ_L となったときにのみ、
運転者の操舵に係るローリングが発生する惧れがあると
して、ステップ６よりステップ10に進み、該操舵により
発生したローリングを抑制すべく、従来と同様なアンチ
ロール制御を開始し、また、Ｊ＜Ｊ_L の場合には、ステ
ップ７よりステップ10に進み、Ｈ _r ′＝０としてアンチ
ロール制御を行わないことにより、安定した姿勢制御を
可能とする。

【００２８】また、ステップ４においてＦ＝１であると
判断された場合には、現在は操舵角が大きい状態である
として、ステップ８に進む。ステップ８では、横加速度
βが所定の大きさの横加速度β_L 以下となっている時間
が所定時間経過したか否かを判断する。即ち、車体をロ
ーリングさせる横加速度βが小さい状態が所定時間継続
しているか否か判断する。そして、ＹＥＳであると判断
された場合には、横方向への運動が無く、もってそれま
で行われていた車線変更等の挙動が終了し、車両は直進
走行に移行したと判断し、ステップ９おいてＦ＝０とし
た後、ステップ10に進む。

【００２９】ステップ10では、入力した各検出値及び設
定値に基づいて、次式によりばね制御分、ダンピング制
御分、更に前述した演算式によるロール制御分及びピッ
チ制御分を演算し加算して目標ストローク値Ｙを算出す
る。 Ｙ＝〔ｙ₀ −〔（Ｐ−Ｐ₀ ）・Ａ／ｋ_m 〕−（Ｃ_m ・ｙ′／ｋ_m ）〕 ±〔（ｍ・β・Ｈ _r ′）／（２・Ｓ・ｋ_m ）〕 ±〔（ｍ・α・Ｈ_P ′）／（２・Ｌ・ｋ_m ）〕 ここで、油圧シリンダ３の有効断面積をＡとして、その
ときの圧力Ｐと基準圧力Ｐ₀ との差分（Ｐ−Ｐ₀ ）に断
面積Ａを乗じたものが荷重変動分となり、これを模擬ば
ね定数ｋ_m で割ったもの、つまり、（Ｐ−Ｐ₀ ）Ａ／ｋ
_m が荷重変動分に対応して変位させるストローク量（ば
ね制御分）となる。また、模擬減衰係数と油圧シリンダ
変位速度とにより、Ｃ_m ・ｙ′／ｋ_m としてダンピング
ストローク量（ダンパ制御分）が得られる。これらばね
制御分とダンパ制御分による目標ストローク分は、基準
ストロークｙ₀ からこれらのストローク分を引いたも
の、つまり、ｙ₀ −（Ｐ−Ｐ₀ ）・Ａ／ｋ_m −Ｃ_m ・
ｙ′／ｋ_m として得られる。そして、この目標ストロー
ク量にロール制御分とピッチ制御分を加算して目標スト
ロークＹが算出される。

【００３０】尚、前記目標ストロークＹの演算式におい
て、ロール制御分の符号は、左右輪において異なり、ピ
ッチ制御分の符号は前後輪において異なる。ステップ11
では、ステップ10で演算された目標ストロークＹに対応
する信号をサーボアンプ７に出力する。サーボアンプ７
では、前記コントロールユニット９から出力された目標
ストロークＹとストロークセンサ８からの実ストローク
とを比較して実ストロークが目標ストロークＹに一致す
るように各車輪毎の流量制御弁５を駆動制御して対応す
る油圧シリンダ３への作動油の給排量を調整する。

【００３１】従って本実施例では、例えば横風等を外力
としてローリングが発生した場合、即ち操舵によらない
慣性力に係りローリングが発生した場合には、アンチロ
ール制御を行わないので、横風により発生するローリン
グを助長することがなく、もって姿勢の収れん性が向上
し、進行方向横側からの風が車両に作用した場合も安定
した姿勢を得ることが可能となり、所望の姿勢制御特性
を容易に得ることが可能となる。

【００３２】さらに、本実施例においては、車線変更が
終了し車両が直進走行に移行したか否かを判断し、該車
線変更が終了したと判断される際には、そのときまでの
アンチロール制御を行うか否かの制御を終了し、新たに
ローリングに係る制御を行うので、所望の姿勢制御特性
を確実に得ることが可能となるという効果もある。尚、
本実施例では、油圧シリンダのみで支持する構成とした
が、補助ばねや補助ダンパを設ける構成としてもよい。
また、本実施例では、ばね制御分及びダンパ制御分も含
めたが、これらを他の方法でまかない、ロール制御とピ
ッチ制御分のみとしてもよく、またピッチ制御はなくて
もよい。

【００３３】また、本実施例では、状態量として変位を
説明したが、状態量としては力を表すものであってもよ
い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、車
両のばね上とばね下間の相対変位を検出する相対変位検
出手段と、車両に生じる少なくとも横方向を含む加速度
を検出する加速度検出手段と、車両に生じる加速度に基
づいて車両にモーメントが発生した時のモーメント中心
位置に対して実際の車両質量の位置と反対側のモーメン
ト中心から任意の距離の位置に仮想した前記実際の車両
質量と同等の仮想質量に基づいて予め設定した少なくと
もローリングを含む車体の姿勢変化を表す数式モデルに
従って前記加速度検出手段の検出値に対応する目標スト
ロークを演算する目標ストローク演算手段と、該目標ス
トローク演算手段で演算された目標ストロークに前記相
対変位検出手段の検出ストロークが一致するように制御
する姿勢制御手段と、前記モーメント中心から仮想質量
までの距離を任意に設定して前記目標ストローク演算手
段で演算する目標ストローク可変設定可能な目標ストロ
ーク設定手段と、を備える車両用サスペンション制御装
置において、操舵角検出手段により検出された操舵角が
所定値以上となったときには、発生したローリングが姿
勢制御手段において抑制すべき方向のローリングである
として、前記姿勢制御手段におけるローリングに係る姿
勢制御を開始して、発生したローリングを積極的に低減
させる。一方、姿勢制御開始後前記横方向加速度が所定
値以下の状態が所定時間継続された後、操舵角が所定値
未満となった場合には、ローリングが発生しても、該ロ
ーリングは例えば横風を外力として発生した慣性力等
の、操舵によらないで発生する慣性力に係るローリング
であるとして、アンチロール制御を行わない構成とした
ので、外力により発生するローリングを助長することが
なく、もって姿勢の収れん性が向上し、例えば進行方向
横側からの風が車両に作用した場合も安定した姿勢を得
ることが可能となり、所望の姿勢制御特性を容易に得る
ことができ、かつ、例えば、車線変更が終了し車両が直
進走行に移行したか否かの判断が可能であり、該車線変
更が終了したと判断される際には、そのときまでのアン
チロール制御を行うか否かの制御を終了し、新たにロー
リングに係る制御を行うので、所望の姿勢制御特性を確
実に得ることが可能となるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図

【図２】同上実施例のコントロールユニットの構成を示
すブロック図

【図３】本実施例の目標ストローク設定数式モデルを２
輪の場合の説明図

【図４】同上目標ストローク設定数式モデルを４輪に拡
張する場合の説明図

【図５】本実施例の目標ストローク設定動作のフローチ
ャート

【符号の説明】

１ 車輪 ２ 車軸 ３ 油圧シリンダ ４ 車体 ５ 流量制御弁 ６ 油圧供給源ユニット ７ サーボアンプ ８ ストロークセンサ ９ コントロールユニット 10 圧力センサ 11 横Ｇセンサ 12 前後Ｇセンサ 15 操舵角センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両のばね上とばね下間の相対変位を検
   出する相対変位検出手段と、車両に生じる少なくとも横
   方向を含む加速度を検出する加速度検出手段と、車両に
   生じる加速度に基づいて車両にモーメントが発生した時
   のモーメント中心位置に対して実際の車両質量の位置と
   反対側のモーメント中心から任意の距離の位置に仮想し
   た前記実際の車両質量と同等の仮想質量に基づいて予め
   設定した少なくともローリングを含む車体の姿勢変化を
   表す数式モデルに従って前記加速度検出手段の検出値に
   対応する目標ストロークを演算する目標ストローク演算
   手段と、該目標ストローク演算手段で演算された目標ス
   トロークに前記相対変位検出手段の検出ストロークが一
   致するように制御する姿勢制御手段と、前記モーメント
   中心から仮想質量までの距離を任意に設定して前記目標
   ストローク演算手段で演算する目標ストローク可変設定
   可能な目標ストローク設定手段と、を備える車両用サス
   ペンション制御装置において、 操舵角を検出する操舵角検出手段を設け、操舵角検出手
   段により検出された操舵角が所定値以上となったときの
   み前記姿勢制御手段におけるローリングに係る姿勢制御
   を開始し、姿勢制御開始後前記横方向加速度が所定値以
   下の状態が所定時間継続された後、操舵角が所定値未満
   となったときのみ該姿勢制御を終了することを特徴とす
   る車両用サスペンション制御装置。